JP5994686B2 - Optical glass - Google Patents

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Description

本発明は、光学ガラスに関し、特に、カバーガラスや近赤外線カットフィルタ等の光学ガラスに関する。   The present invention relates to an optical glass, and more particularly to an optical glass such as a cover glass and a near infrared cut filter.

デジタルスチルカメラなどに使用されるCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの固体撮像素子には、近赤外線カットフィルタガラスやカバーガラス等の光学ガラスが用いられている。近年では、携帯電話やスマートフォンなどの携帯端末に搭載される固体撮像素子モジュールやデジタルスチルカメラの薄型化の要請から、板厚の薄い光学ガラスが求められている。   Optical glass such as near-infrared cut filter glass and cover glass is used for solid-state imaging devices such as CCD (Charge Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) used in digital still cameras. In recent years, optical glass with a thin plate thickness has been demanded from the demand for thin solid-state imaging device modules and digital still cameras mounted on mobile terminals such as mobile phones and smartphones.

しかし、光学ガラスの板厚が薄くなると、光学ガラスに曲げ応力が作用した場合、ガラスの稜線(ガラスの主面と側面との境界)に存在する欠けや微小なクラックを起点として割れが進展し破損に至る可能性が高くなる。   However, when the thickness of the optical glass is reduced, if bending stress acts on the optical glass, the crack will start from the chip and minute cracks that exist on the ridgeline of the glass (the boundary between the main surface and the side surface of the glass). There is a high possibility of damage.

このため、ガラスの曲げ強度を向上させる観点から、ガラス端面を面取加工することが提案されている(特許文献1参照)。これは、割れの起点となるガラス端面の傷を面取加工にて除去することでガラスの曲げ強度を高めるものである。また、エッチングによって、ガラス板の表面の傷を除去することも提案されている(特許文献2参照)。   For this reason, it is proposed to chamfer the glass end face from the viewpoint of improving the bending strength of the glass (see Patent Document 1). This is to increase the bending strength of the glass by removing the scratches on the glass end face, which is the starting point of cracking, by chamfering. It has also been proposed to remove scratches on the surface of the glass plate by etching (see Patent Document 2).

特開2000−169166号公報JP 2000-169166 A 特開2010−168262号公報JP 2010-168262 A

しかしながら、ガラス端面の面取加工工程やガラス表面のキズを除去する工程は、光学ガラスの生産性を悪化(低下)させる。また、面取加工により、却ってガラス端面に傷が形成されることもある。これは、ガラスの面取加工は、研削砥石にて機械的にガラスを加工することによる。つまり、面取加工時の衝撃等で意図しない傷が新たに形成されるおそれがあるためである。また、ガラスの表面の傷を除去するために、ガラスの主面を保持してエッチングを行うと、光学作用面となる主面にエッチングむらが生じて、光学ガラスとしての光学特性が悪化(低下)するおそれがある。
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、衝撃等の外力により破損し難い信頼瀬の高い光学ガラスを提供することを目的とする。
However, the chamfering process of the glass end face and the process of removing scratches on the glass surface deteriorate (decrease) the productivity of the optical glass. Moreover, a flaw may be formed in a glass end surface by chamfering. This is because glass chamfering is mechanically processed with a grinding wheel. That is, there is a possibility that unintentional scratches may be newly formed due to an impact during chamfering. In addition, if etching is performed while maintaining the main surface of the glass in order to remove scratches on the surface of the glass, uneven etching occurs on the main surface serving as the optical working surface, and the optical properties as optical glass deteriorate (decrease). )
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable optical glass that is not easily damaged by an external force such as an impact.

本発明に係る光学ガラスは、筐体の開口を覆うように筐体に接合される光学ガラスであって、筐体に接合される側の第1の主面と、第1の主面に対向する第2の主面とを有するガラス基板と、第1の主面に少なくとも設けられた光学薄膜とを備える。第1の主面に設けられた光学薄膜の内部応力は引張応力であり、光学ガラスには筐体とは反対側に膨らむ方向に5MPa〜150MPaの応力が作用している The optical glass according to the present invention is an optical glass bonded to the casing so as to cover the opening of the casing, and is opposed to the first main surface on the side bonded to the casing and the first main surface. A glass substrate having a second main surface, and an optical thin film provided at least on the first main surface . The internal stress of the optical thin film provided on the first main surface is a tensile stress, and a stress of 5 MPa to 150 MPa acts on the optical glass in a direction that swells on the side opposite to the casing .

本発明によれば、光学ガラスには、筐体とは反対側に膨らむ方向に応力が作用しているので、衝撃等の外力が作用したとしても破損し難い信頼瀬の高い光学ガラスを提供することができる。   According to the present invention, since the stress is applied to the optical glass in the direction in which it swells on the side opposite to the casing, it is possible to provide a highly reliable optical glass that is not easily damaged even when an external force such as an impact is applied. be able to.

実施形態に係る光学ガラスの断面図である。It is sectional drawing of the optical glass which concerns on embodiment. 実施形態に係る光学ガラスを撮像装置に使用した一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example which used the optical glass which concerns on embodiment for an imaging device. 実施形態に係る光学ガラスに応力を付与する方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of providing stress to the optical glass which concerns on embodiment.

以下、図面を参照して、実施形態に係る光学ガラスについて説明する。   Hereinafter, the optical glass according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

(実施形態)
図1は、実施形態に係る光学ガラス100の断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る光学ガラス100は、例えば、デジタルスチルカメラ等の固体撮像素子(例えば、Charge Coupled Device(以下、CCD)やComplementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS))に用いられるカバーガラスや近赤外線カットフィルタ等の光学ガラスである。光学ガラス100は、ガラス基板110と、ガラス基板110の表面110A(透光面)に設けられた反射防止膜としての光学薄膜120と、ガラス基板110の裏面110B(透光面)に設けられた紫外(UV)線及び赤外(IR)線をカットするUVIRカット膜(紫外線遮蔽膜及び赤外線遮蔽膜)としての光学薄膜130とを有する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical glass 100 according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the optical glass 100 according to the present embodiment is used for, for example, a solid-state imaging device such as a digital still camera (for example, Charge Coupled Device (hereinafter, CCD) or Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS)). Optical glass such as cover glass and near infrared cut filter. The optical glass 100 is provided on the glass substrate 110, the optical thin film 120 as an antireflection film provided on the surface 110A (translucent surface) of the glass substrate 110, and the back surface 110B (translucent surface) of the glass substrate 110. And an optical thin film 130 as a UVIR cut film (an ultraviolet shielding film and an infrared shielding film) for cutting ultraviolet (UV) rays and infrared (IR) rays.

カバーガラスは、固体撮像素子の受光素子であるLSIチップが収められたアルミナセラミックパッケージもしくは樹脂パッケージに気密封着されるものであり、LSIチップを保護するだけでなく、受光面へ効率的に光を導入するため、可視光域に高い透過率特性が要求される。また、近赤外線カットフィルタは、視感度補正のための色補正フィルタに使用され、400から600nmの可視光域を効率よく透過し、700nm付近におけるシャープカット特性に優れていることが要求される。   The cover glass is hermetically sealed to an alumina ceramic package or a resin package in which an LSI chip, which is a light receiving element of a solid-state image sensor, is housed, and not only protects the LSI chip but also efficiently transmits light to the light receiving surface. Therefore, high transmittance characteristics are required in the visible light region. The near-infrared cut filter is used as a color correction filter for correcting visibility, and is required to efficiently transmit a visible light region of 400 to 600 nm and to have excellent sharp cut characteristics in the vicinity of 700 nm.

光学ガラス100は、他の部材と接合して用いられる場合は、熱膨張係数を合わせることが好ましい。このような光学ガラスとして用いられる光学ガラス100は、可視光域における高い透過率が求められるため、光の入射側となるガラス基板110の表面110Aには、反射防止膜としての光学薄膜120が設けられている。   When the optical glass 100 is used by being bonded to another member, it is preferable to match the thermal expansion coefficients. Since the optical glass 100 used as such an optical glass is required to have high transmittance in the visible light region, an optical thin film 120 as an antireflection film is provided on the surface 110A of the glass substrate 110 on the light incident side. It has been.

(ガラス基板110)
ガラス基板110は、少なくとも可視波長域の光を透過できるものであれば特に限定されない。ガラス基板110としては、特に、近赤外波長域の光を吸収するものが好ましい。近赤外波長域の光を吸収するガラス基板110を用いることで、人間の視感度特性に近い画質を得ることができるためである。なお、近赤外波長域の光を吸収するガラス基板110としては、例えば、フツリン酸塩系ガラスやリン酸塩系ガラスにCu2+(イオン)が添加された吸収型ガラスが挙げられる。その他、硼珪酸系ガラス、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス等を用いることもできる。
(Glass substrate 110)
The glass substrate 110 is not particularly limited as long as it can transmit at least light in the visible wavelength region. In particular, the glass substrate 110 is preferably one that absorbs light in the near-infrared wavelength region. This is because by using the glass substrate 110 that absorbs light in the near-infrared wavelength region, an image quality close to human visibility characteristics can be obtained. Examples of the glass substrate 110 that absorbs light in the near-infrared wavelength region include absorption glass in which Cu 2+ (ion) is added to fluorophosphate glass or phosphate glass. In addition, borosilicate glass, quartz glass, soda-lime glass, alkali-free glass, and the like can be used.

(光学薄膜120)
光学薄膜120は、反射防止膜であり、光の入射側となるガラス基板110の表面110Aに設けられている。光学薄膜120は、光学ガラス100表面の反射率を低減させて、透過率を増加させる。光学薄膜120は、例えば、MgFの単層膜やAl・TiOとZrOとの混合物膜・MgFを積層した多層膜やSiO・TiOの交互多層膜などで構成されている。これらの単層・多層膜は真空蒸着やスパッタリング等の成膜方法にてガラス基板110の表面110Aに形成されている。また、光学薄膜120は、物理膜厚が0.2μmから8μmであることが好ましい。
(Optical thin film 120)
The optical thin film 120 is an antireflection film, and is provided on the surface 110A of the glass substrate 110 on the light incident side. The optical thin film 120 reduces the reflectance of the surface of the optical glass 100 and increases the transmittance. The optical thin film 120 includes, for example, a single layer film of MgF 2 , a mixture film of Al 2 O 3 .TiO 2 and ZrO 2 , a multilayer film in which MgF 2 is laminated, or an alternating multilayer film of SiO 2 and TiO 2. ing. These single layer / multilayer films are formed on the surface 110A of the glass substrate 110 by a film forming method such as vacuum deposition or sputtering. The optical thin film 120 preferably has a physical film thickness of 0.2 μm to 8 μm.

(光学薄膜130)
また、ガラス基板110の裏面110Bには、紫外(UV)線及び赤外(IR)線をカットするUVIRカット膜としての光学薄膜130が設けられている。光学薄膜130は、例えば、SiO・TiO等、屈折率の異なる誘電体膜を積層した多層膜で構成されている。これら多層膜は真空蒸着やスパッタリング等の成膜方法にてガラス基板110の裏面110Bに形成されている。また、光学薄膜130は、物理膜厚が0.2μmから8μmであることが好ましい。
(Optical thin film 130)
Further, an optical thin film 130 as a UVIR cut film for cutting ultraviolet (UV) rays and infrared (IR) rays is provided on the back surface 110B of the glass substrate 110. The optical thin film 130 is composed of a multilayer film in which dielectric films having different refractive indexes, such as SiO 2 and TiO 2 , are stacked. These multilayer films are formed on the back surface 110B of the glass substrate 110 by a film forming method such as vacuum deposition or sputtering. The optical thin film 130 preferably has a physical film thickness of 0.2 μm to 8 μm.

なお、上記説明では、ガラス基板110の表面110Aに光学薄膜120を設け、ガラス基板110の裏面110Bに光学薄膜130を設けているが、ガラス基板110の裏面110Bに光学薄膜120を設け、ガラス基板110の表面110Aに光学薄膜130を設けてもよい。また、ガラス基板110の表面110Aに光学薄膜120,130を設けてもよく、ガラス基板110の裏面110Bに光学薄膜120,130を設けてもよい。また、透明基板110が近赤外波長域の光を十分に吸収できる場合は、光学薄膜130として紫外(UV)線をカットする光学薄膜だけを設けるようにしてもよい。   In the above description, the optical thin film 120 is provided on the front surface 110A of the glass substrate 110 and the optical thin film 130 is provided on the back surface 110B of the glass substrate 110. However, the optical thin film 120 is provided on the back surface 110B of the glass substrate 110. The optical thin film 130 may be provided on the surface 110A of the 110. Further, the optical thin films 120 and 130 may be provided on the front surface 110 </ b> A of the glass substrate 110, and the optical thin films 120 and 130 may be provided on the back surface 110 </ b> B of the glass substrate 110. Further, when the transparent substrate 110 can sufficiently absorb light in the near-infrared wavelength region, only the optical thin film that cuts ultraviolet (UV) rays may be provided as the optical thin film 130.

(ガラス基板110の側面状態)
図1を参照して、ガラス基板110の側面110Sの状態について説明する。
上述したガラス基板110の表面110Aと側面110Sとの境界L1及びガラス基板110の裏面110Bと側面110Sとの境界L2の少なくとも一方は、凹凸を有し、凹凸の高低差は、0.5μmから60μmであることが好ましく、さらに、ガラス基板110の側面110Sの少なくとも一部の表面粗さRaが0.01μmから0.50μmであることが好ましい。なお、ガラス基板110の境界L1,L2の凹凸の高低差や側面110Sの表面粗さRaは、接触式や非接触式の公知の表面粗さ測定装置を用いて測定することができる。
(Side state of glass substrate 110)
The state of the side surface 110S of the glass substrate 110 will be described with reference to FIG.
At least one of the boundary L1 between the front surface 110A and the side surface 110S of the glass substrate 110 and the boundary L2 between the back surface 110B and the side surface 110S of the glass substrate 110 has unevenness, and the height difference of the unevenness is 0.5 μm to 60 μm. Furthermore, it is preferable that the surface roughness Ra of at least a part of the side surface 110S of the glass substrate 110 is 0.01 μm to 0.50 μm. In addition, the height difference of the unevenness | corrugation of the boundary L1, L2 of the glass substrate 110 and the surface roughness Ra of the side surface 110S can be measured using a known surface roughness measuring apparatus of a contact type or a non-contact type.

境界L1,L2における凹凸の高低差が、0.5μm未満であると、図2を参照して後述する撮像装置300の筐体に光学ガラス100を接着剤にて貼り付ける際、接着面積が少なく強固な接着ができないおそれがある。また、境界L1,L2における凹凸の高低差が、60μmを超えるとガラス基板110にわれや欠け等の不具合が生じやすいためである。   When the height difference of the unevenness at the boundaries L1 and L2 is less than 0.5 μm, the adhesive area is small when the optical glass 100 is attached to the casing of the imaging device 300 described later with reference to FIG. There is a risk that strong adhesion cannot be achieved. Moreover, it is because defects, such as a crack and a chip | tip, will arise easily in the glass substrate 110, if the level difference of the unevenness | corrugation in boundary L1, L2 exceeds 60 micrometers.

さらに、ガラス基板110の側面110Sの少なくとも一部の表面粗さRaが0.01μm未満であると、固体撮像素子に斜入射する光が固体撮像素子の表面で反射して迷光となったものを反射し、撮像画像に悪影響を及ぼすおそれがある。また、上記表面粗さRaが0.50μmを超えるとガラス基板110にわれや欠け等の不具合が生じやすいためである。なお、表面粗さRaとは、JIS B 0601:2001に準拠する算術平均粗さをいう。   Furthermore, when the surface roughness Ra of at least a part of the side surface 110S of the glass substrate 110 is less than 0.01 μm, light obliquely incident on the solid-state image sensor is reflected on the surface of the solid-state image sensor and becomes stray light. The reflected image may adversely affect the captured image. Further, if the surface roughness Ra exceeds 0.50 μm, defects such as cracks and chipping are likely to occur in the glass substrate 110. In addition, surface roughness Ra means the arithmetic mean roughness based on JISB0601: 2001.

(撮像装置の構成)
図2は、光学ガラス100を撮像装置300に使用した一例を示す断面図である。撮像装置300は、固体撮像素子310(例えば、CCDやCMOS)を内蔵した筐体320に本発明の光学ガラス100を熱硬化型樹脂R等により気密封着したものである。なお、筐体320には、固体撮像素子310を収容するために開口320aが設けられている。
(Configuration of imaging device)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example in which the optical glass 100 is used in the imaging device 300. The imaging apparatus 300 is obtained by sealing the optical glass 100 of the present invention with a thermosetting resin R or the like in a housing 320 containing a solid-state imaging device 310 (for example, CCD or CMOS). The housing 320 is provided with an opening 320a for accommodating the solid-state imaging device 310.

光学ガラス100は、筐体320とは反対側に膨らむ方向に応力が作用している(働いている)状態で筐体320に取り付けられている。図2の矢印αは、光学ガラス100に作用している応力の方向、もしくは光学ガラス100の変形の方向を示している。つまり、光学ガラス100には、筐体320に接合されない側に凸形状となる応力が作用している。   The optical glass 100 is attached to the housing 320 in a state where stress is applied (worked) in a direction in which the optical glass 100 swells on the opposite side to the housing 320. An arrow α in FIG. 2 indicates the direction of stress acting on the optical glass 100 or the direction of deformation of the optical glass 100. That is, the optical glass 100 is subjected to a stress that has a convex shape on the side that is not bonded to the housing 320.

光学ガラス100に作用する応力は、後述するガラス基板110の主面(表面110A,裏面110B)に平行な方向の光学薄膜120、130の内部応力もしくはガラス基板110と光学薄膜120、130との熱膨張係数の違いにより生じるものである。光学ガラス100に前記内部応力等が作用すると、光学ガラス100が筐体320とは反対側に膨らむ方向に変形する。そのため、本発明における光学ガラス100の筐体320とは反対側に膨らむ方向に作用している応力は、その変形量を応力に換算して示すこともできる。   The stress acting on the optical glass 100 is the internal stress of the optical thin film 120, 130 in the direction parallel to the main surface (front surface 110A, back surface 110B) of the glass substrate 110 described later, or the heat of the glass substrate 110 and the optical thin film 120, 130. This is caused by the difference in expansion coefficient. When the internal stress or the like acts on the optical glass 100, the optical glass 100 is deformed in a direction in which it swells on the opposite side to the housing 320. Therefore, the stress acting in the direction in which the optical glass 100 in the present invention swells on the opposite side to the housing 320 can be expressed by converting the amount of deformation into stress.

光学ガラス100に作用している応力は、光学ガラス100の反り量から反りの曲率半径を換算し、以下のstoneyの式((1)式)により算出することができる(光学ガラス100が円形基板の場合)。
σ=Et/6(1−ν)Rt’・・・(1)
但し、
σ:応力
E:光学ガラス100のヤング率
t:光学ガラス100の板厚
ν:光学ガラス100のポアソン比
R:光学ガラス100の反りの曲率半径
t’:光学薄膜の厚さ
The stress acting on the optical glass 100 can be calculated by converting the curvature radius of the warp from the warp amount of the optical glass 100 and calculating the following Stoney formula (formula (1)) (the optical glass 100 is a circular substrate). in the case of).
σ = Et 2/6 (1 -ν) Rt '··· (1)
However,
σ: Stress E: Young's modulus of optical glass 100 t: Plate thickness of optical glass 100 ν: Poisson's ratio of optical glass 100 R: Curvature radius of curvature of optical glass 100 t ′: Thickness of optical thin film

なお、光学ガラス100が短冊基板である場合には、光学ガラス100に作用している応力は、以下の(2)式を用いて算出する。
σ=Et/3(1−ν)Rt’・・・(2)
When the optical glass 100 is a strip substrate, the stress acting on the optical glass 100 is calculated using the following equation (2).
σ = Et 2/3 (1 -ν) Rt '··· (2)

具体的には、レーザー変位計等の公知の手段により、光学ガラス100の反り量を測定する。次いで、測定した反り量と光学ガラス100の寸法から曲率半径を算出する。そして、算出された値を上記(1)式又は(2)式に代入して光学ガラス100の応力を算出する。なお、上記方法以外にも、公知の方法で光学ガラス100に作用している応力を測定することが可能である。   Specifically, the warp amount of the optical glass 100 is measured by a known means such as a laser displacement meter. Next, the radius of curvature is calculated from the measured amount of warpage and the dimensions of the optical glass 100. Then, the stress of the optical glass 100 is calculated by substituting the calculated value into the equation (1) or (2). In addition to the above method, the stress acting on the optical glass 100 can be measured by a known method.

また、光学ガラス100に作用している応力は、5MPa〜150MPaであることが好ましい。光学ガラス100に作用している応力は、5MPa未満であると、後述する光学ガラス100の破損を抑制する効果を十分に得ることができない。また、光学ガラス100に作用している応力は、150MPaを超えると、反り量が大きくなり、固体撮像素子310にて撮像される画像に不具合が生じるおそれがある。光学ガラス100に作用している応力は、好ましくは10MPa〜125MPaであり、より好ましくは10MPa〜100MPaである。   Further, the stress acting on the optical glass 100 is preferably 5 MPa to 150 MPa. If the stress acting on the optical glass 100 is less than 5 MPa, the effect of suppressing the damage of the optical glass 100 described later cannot be sufficiently obtained. In addition, when the stress acting on the optical glass 100 exceeds 150 MPa, the amount of warpage increases, and there is a possibility that an image captured by the solid-state image sensor 310 may be defective. The stress acting on the optical glass 100 is preferably 10 MPa to 125 MPa, more preferably 10 MPa to 100 MPa.

上記撮像装置300が搭載された可搬型の電子機器(例えば、携帯電話やスマートフォンなどの携帯端末)には、落下等により強い衝撃が加わることがある。その際に、撮像装置300に用いられる光学ガラス100にも同様に強い衝撃が加わることになる。衝撃により光学ガラス100の板厚方向に光学ガラス100がたわむ場合、光学ガラス100が筐体320から離れる方向に変位する状態と筐体320に密着し固体撮像素子310側に近づく方向に変位する状態とを交互に繰り返し、この振幅が徐々に小さくなることで衝撃が吸収される。   A strong impact may be applied to a portable electronic device (for example, a mobile terminal such as a mobile phone or a smartphone) on which the imaging device 300 is mounted due to dropping or the like. At that time, a strong impact is similarly applied to the optical glass 100 used in the imaging apparatus 300. When the optical glass 100 bends in the thickness direction of the optical glass 100 due to an impact, the optical glass 100 is displaced in a direction away from the housing 320 and a state in which the optical glass 100 is in contact with the housing 320 and in a direction approaching the solid-state imaging device 310 side. Are alternately repeated, and the impact is absorbed by gradually decreasing the amplitude.

光学ガラス100が筐体320から離れる方向に変位する場合、実質的に光学ガラス100に作用する応力は光学ガラス100と筐体320とを接合している接着剤(熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂等)の弾性力により吸収され小さくなる。また、光学ガラス100と他の部材との接触がないため、局所的に光学ガラス100に高い応力が作用することがない。   When the optical glass 100 is displaced in a direction away from the housing 320, the stress acting on the optical glass 100 is substantially an adhesive (thermosetting resin or ultraviolet curable resin) joining the optical glass 100 and the housing 320. Etc.) and is reduced by the elastic force. Further, since there is no contact between the optical glass 100 and other members, high stress does not act on the optical glass 100 locally.

これに対し、光学ガラス100が筐体320に密着し固体撮像素子310側に近づく方向に変位する場合、光学ガラス100と筐体320の開口320a端部とが密着し、光学ガラス100に局所的に高い応力が作用する。これにより、光学ガラス100に作用した応力が平面方向に伝搬し、境界L1または境界L2の欠けや微小なクラック等を起点に割れが進展することで光学ガラス100が破損することが考えられる。   On the other hand, when the optical glass 100 is in close contact with the housing 320 and is displaced in a direction approaching the solid-state imaging device 310 side, the optical glass 100 and the end portion of the opening 320a of the housing 320 are in close contact with each other. High stress acts on Thereby, the stress which acted on the optical glass 100 propagates in the plane direction, and it is conceivable that the optical glass 100 is damaged due to the cracks starting from the chipping of the boundary L1 or the boundary L2, the minute cracks, or the like.

本発明の光学ガラス100は、筐体320とは反対側に膨らむ方向に応力が作用している(働いている)状態で筐体320に取り付けられていることで、光学ガラス100が板厚方向に変位するような衝撃が加わったとしても、光学ガラス100が筐体320に密着し固体撮像素子310側に近づく方向に変位することを抑制できるため、撮像装置300の落下等の衝撃による光学ガラス100の破損を抑制することができる。   The optical glass 100 of the present invention is attached to the housing 320 in a state where stress is applied (worked) in a direction in which the optical glass 100 swells on the opposite side of the housing 320, so that the optical glass 100 is in the thickness direction. Even if an impact such as displacement is applied, it is possible to prevent the optical glass 100 from coming into close contact with the housing 320 and moving toward the solid-state imaging device 310, so that the optical glass due to an impact such as a drop of the imaging device 300 can be suppressed. 100 damage can be suppressed.

(光学ガラスへの応力の付与)
光学ガラス100を筐体320とは反対側に膨らむ方向に応力が作用している状態とするには、以下に述べる4つの手段がある。以下、図3を参照して、第1〜第4の手段について説明する。なお、図1,図2で説明した構成と同じ構成には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、ガラス基板110の表面110Aを筐体320に接合される側の第1の主面とし、前記第1の主面に対向する面を第2の主面とする。
(Applying stress to optical glass)
There are four means described below for making the optical glass 100 in a state in which stress is applied in a direction in which the optical glass 100 swells in the direction opposite to the casing 320. Hereinafter, the first to fourth means will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the structure demonstrated in FIG. 1, FIG. 2, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Further, the surface 110A of the glass substrate 110 is defined as a first main surface on the side bonded to the housing 320, and a surface facing the first main surface is defined as a second main surface.

(第1の手段:図3(a)参照)
第1の手段として、ガラス基板110の裏面110B(第2の主面)に光学薄膜130を形成し、この光学薄膜130の内部応力がガラス基板110の第2の主面に平行な圧縮応力となるようにする。このようにすることで、光学ガラス100に対し図2の矢印αの向きに応力が作用する。光学ガラス100が筐体320と反対側に凸形状となっている場合、光学ガラス100に対してこのような向きに応力が作用しているということができるが、光学ガラス100が必ずしも凸形状となっている必要はなく、矢印αの向きに応力が作用していることが重要である。
(First means: see FIG. 3A)
As a first means, an optical thin film 130 is formed on the back surface 110B (second main surface) of the glass substrate 110, and the internal stress of the optical thin film 130 is a compressive stress parallel to the second main surface of the glass substrate 110. To be. By doing so, stress acts on the optical glass 100 in the direction of the arrow α in FIG. When the optical glass 100 has a convex shape on the side opposite to the housing 320, it can be said that stress is acting on the optical glass 100 in such a direction, but the optical glass 100 is not necessarily convex. It is not necessary that the stress is applied, and it is important that the stress acts in the direction of the arrow α.

(第2の手段:図3(b)参照)
第2の手段として、ガラス基板110の表面110A(第1の主面)に光学薄膜120を形成し、この光学薄膜120の内部応力がガラス基板110の第1の主面に平行な引張応力となるようにする。このようにすることで、光学ガラス100に対し矢印αの向きに応力が作用する。
(Second means: see FIG. 3B)
As a second means, an optical thin film 120 is formed on the surface 110A (first main surface) of the glass substrate 110, and the internal stress of the optical thin film 120 is a tensile stress parallel to the first main surface of the glass substrate 110. To be. By doing so, stress acts on the optical glass 100 in the direction of the arrow α.

(第3の手段:図3(c)参照)
第3の手段として、ガラス基板110の裏面110B(第2の主面)及び表面110A(第1の主面)の両方に光学薄膜130,120を形成し、前記第2の主面に形成された光学薄膜130のガラス基板110の第2の主面に平行な内部応力をA、前記第1の主面に形成された光学薄膜120のガラス基板110の第1の主面に平行な内部応力をBとし、圧縮応力をプラスの値、引張応力をマイナスとした際に、A−Bの値が0を超えるようにする。このようにすることで、光学ガラス100に対し矢印αの向きに応力が作用する。すなわち、第1の主面及び第2の主面に形成した光学薄膜130,120の内部応力を相殺した場合、第2の主面側に圧縮応力が残るようにすることを意味している。
(Third means: see FIG. 3C)
As a third means, optical thin films 130 and 120 are formed on both the back surface 110B (second main surface) and the front surface 110A (first main surface) of the glass substrate 110, and are formed on the second main surface. The internal stress parallel to the second main surface of the glass substrate 110 of the optical thin film 130 is A and the internal stress parallel to the first main surface of the glass substrate 110 of the optical thin film 120 formed on the first main surface. Is B, the compressive stress is a positive value, and the tensile stress is a negative value, the value of AB is made to exceed zero. By doing so, stress acts on the optical glass 100 in the direction of the arrow α. That is, when the internal stresses of the optical thin films 130 and 120 formed on the first main surface and the second main surface are offset, it means that compressive stress remains on the second main surface side.

そのため、光学ガラス100に対し矢印αの向きに応力が作用するのであれば、第1の主面及び第2の主面に形成した光学薄膜120,130のガラス基板110の第1,第2の主面に平行な内部応力はともに圧縮応力であっても、引張応力であってもよい。第2の主面に形成した光学薄膜130の内部応力が圧縮応力、第1の主面に形成した光学薄膜120の内部応力が引張応力の場合は、必ず前述の関係となるが、(A−B)の値が大きすぎると、光学ガラス100の反り量が大きくなり光学特性に影響を及ぼすおそれがあるため、光学ガラス100に作用する矢印αの向きに応力は過度に大きくならないようにすべきである。   Therefore, if a stress acts on the optical glass 100 in the direction of the arrow α, the first and second glass substrates 110 of the optical thin films 120 and 130 formed on the first main surface and the second main surface are used. Both internal stresses parallel to the main surface may be compressive stresses or tensile stresses. When the internal stress of the optical thin film 130 formed on the second main surface is a compressive stress and the internal stress of the optical thin film 120 formed on the first main surface is a tensile stress, the above-described relationship is always satisfied. If the value of B) is too large, the amount of warping of the optical glass 100 may increase and affect the optical characteristics. Therefore, the stress should not be excessively increased in the direction of the arrow α acting on the optical glass 100. It is.

(第4の手段:図3(a)参照)
第4の手段として、ガラス基板110の裏面110B(第2の主面)に光学薄膜130を形成し、熱膨張係数が100×10−7/Kから150×10−7/Kのガラス基板110を用いることである。ガラス基板110に光学薄膜を形成する場合、真空蒸着法やイオンアシスト蒸着法、スパッタリング法等が用いられる。これら方法は、いずれも光学薄膜を形成する際にガラス基板110を高温状態(常温よりも高い温度)に保持して行う。
(Fourth means: see FIG. 3A)
As a fourth means, the optical thin film 130 is formed on the back surface 110B (second main surface) of the glass substrate 110, and the thermal expansion coefficient is 100 × 10 −7 / K to 150 × 10 −7 / K. Is to use. When an optical thin film is formed on the glass substrate 110, a vacuum deposition method, an ion assist deposition method, a sputtering method, or the like is used. In any of these methods, the glass substrate 110 is held at a high temperature (a temperature higher than room temperature) when forming the optical thin film.

そのため、ガラス基板110の熱膨張係数が前述の値であると、光学薄膜130の形成後にガラス基板が常温となる際に光学薄膜130より多く熱収縮が起こり、光学ガラス100に矢印αの向きに応力が作用することになる。ガラス基板110の熱膨張係数が100×10−7/K未満であると、光学薄膜130との熱膨張係数の差が小さく光学ガラス100に作用する応力が十分でない。また、ガラス基板110の熱膨張係数が150×10−7/Kを超えるとであると、光学ガラス100に作用する応力が過度に大きくなるおそれがある。 Therefore, when the thermal expansion coefficient of the glass substrate 110 is the above-mentioned value, thermal shrinkage occurs more than the optical thin film 130 when the glass substrate reaches room temperature after the optical thin film 130 is formed, and the optical glass 100 is oriented in the direction of the arrow α. Stress will act. When the thermal expansion coefficient of the glass substrate 110 is less than 100 × 10 −7 / K, the difference in thermal expansion coefficient from the optical thin film 130 is small, and the stress acting on the optical glass 100 is not sufficient. Moreover, there exists a possibility that the stress which acts on the optical glass 100 may become large too much that the thermal expansion coefficient of the glass substrate 110 exceeds 150 * 10 < -7 > / K.

前述の熱膨張係数を備えるガラスとして、フツリン酸ガラスが挙げられる。
フツリン酸ガラスの場合、ガラス基板110は、以下の成分であることが好ましい。
カチオン%表示で、
5+ 20〜45%、
Al3+ 1〜25%、
1〜30%(但し、Rは、Li、Na、Kの合計量)
Cu2+ 1〜15%、
2+ 1〜50%(但し、R2+は、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+の合計量)含有するとともに、
アニオン%表示で、
10〜65%、
2− 35〜90%含有する。
Examples of the glass having the above-described thermal expansion coefficient include fluorophosphate glass.
In the case of fluorophosphate glass, the glass substrate 110 is preferably the following components.
In cation% display,
P 5+ 20-45%,
Al 3+ 1-25%,
R + 1-30% (where R + is the total amount of Li + , Na + , K + )
Cu 2+ 1-15%,
R 2+ 1-50% (where R 2+ is the total amount of Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ ),
Anion% display
F - 10-65%,
O 2-35 to 90% containing.

また、ガラス基板110に光学薄膜120,130を形成する方法としては、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法(イオンビームアシスト法)、イオンプレーティング法、スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法等を用いることができる。   Further, as a method for forming the optical thin films 120 and 130 on the glass substrate 110, a vacuum deposition method, an ion assist deposition method (ion beam assist method), an ion plating method, a sputtering method, an ion beam sputtering method, or the like is used. it can.

本発明の光学ガラス100の切断方法は、レーザー光の照射によりガラス基板110の内部に改質領域を形成する方法やダイヤモンドカッターにて切り線を成形した上で折り割る方法やダイシングによる切断方法、レーザー光によりガラス表面にクラックを形成し、それを急冷しクラックを板厚方向に進展させることで切断する方法等の適宜の切断方法を用いることができる。   The method for cutting the optical glass 100 of the present invention includes a method for forming a modified region in the glass substrate 110 by irradiation with a laser beam, a method for forming a cut line with a diamond cutter, a method for breaking by a dicing method, a method for cutting by dicing, An appropriate cutting method such as a method of cutting by forming a crack on the glass surface with a laser beam, rapidly cooling it and causing the crack to propagate in the thickness direction can be used.

本発明の光学ガラス100は、筐体320に接合された際に破損しにくい。このため、光学ガラス100の端面(ガラス基板110の表面110Aと側面110Sとの境界及びガラス基板110の裏面110Bと側面110Sとの境界の少なくとも一方)を面取り又は丸取りする必要がなく、製造に必要な工程を省略することができる。この結果、光学ガラス100の製造コストを抑制し、光学ガラス100を生産性良く製造することができる。また、本発明の光学ガラス100は、半導体素子を収容する筐体に限らず、各種の筐体の開口を覆う目的で用いられる光学ガラス100に好適に用いることができる。なお、光学ガラス100の端面を面取り又は丸取りしてもよく、そのようにすることで光学ガラス100の強度をより高くすることが可能である。   The optical glass 100 of the present invention is not easily damaged when bonded to the housing 320. Therefore, it is not necessary to chamfer or round the end face of the optical glass 100 (at least one of the boundary between the front surface 110A and the side surface 110S of the glass substrate 110 and the boundary between the back surface 110B and the side surface 110S of the glass substrate 110). Necessary steps can be omitted. As a result, the manufacturing cost of the optical glass 100 can be suppressed, and the optical glass 100 can be manufactured with high productivity. The optical glass 100 of the present invention is not limited to a housing that houses semiconductor elements, and can be suitably used for the optical glass 100 that is used for the purpose of covering the openings of various housings. In addition, the end surface of the optical glass 100 may be chamfered or rounded, and by doing so, the strength of the optical glass 100 can be further increased.

以下、本発明の実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。実施例及び比較例のガラス基板として、フツリン酸ガラス(AGCテクノグラス社製、NF−50、板厚0.3mm、寸法100mm×100mm)を用意した。なお、実施例のガラス基板(ガラス基板110に対応)は、段落0039に記載されている組成範囲内のガラスである。   EXAMPLES Hereinafter, although it demonstrates in detail based on the Example of this invention, this invention is not limited only to these Examples. As glass substrates of Examples and Comparative Examples, fluorophosphate glass (manufactured by AGC Techno Glass, NF-50, plate thickness 0.3 mm, dimensions 100 mm × 100 mm) was prepared. In addition, the glass substrate (corresponding to the glass substrate 110) of the example is glass within the composition range described in paragraph 0039.

実施例の光学ガラス(光学ガラス100に対応)として、ガラス基板の一方の主面に反射防止膜(光学薄膜120に対応)を形成した。反射防止膜は、前記フツリン酸ガラス(ガラス基板)側から第1層がAl、第2層がTiOとZrOとの混合物膜、第3層がMgFの3層構造からなる。反射防止膜は、真空蒸着法にて形成した。なお、反射防止膜の物理膜厚(第1層〜第3層の合計)は、0.3μmであった。 As the optical glass of the example (corresponding to the optical glass 100), an antireflection film (corresponding to the optical thin film 120) was formed on one main surface of the glass substrate. The antireflection film has a three-layer structure in which the first layer is Al 2 O 3 from the fluorophosphate glass (glass substrate) side, the second layer is a mixture film of TiO 2 and ZrO 2, and the third layer is MgF 2. . The antireflection film was formed by a vacuum deposition method. The physical thickness of the antireflection film (the total of the first to third layers) was 0.3 μm.

そして、ガラス基板の他方の主面に紫外線及び赤外線反射膜(光学薄膜130に対応)を形成した。紫外線及び赤外線反射膜は、前記フツリン酸ガラス(ガラス基板)側から第1層がTiO、第2層がSiO、第3層以降TiOとSiOとの繰り返し交互膜(全60層)からなる。紫外線及び赤外線反射膜は、真空蒸着法にて形成した。なお、紫外線及び赤外線反射膜の物理膜厚(全60層の合計)は、7.0μmであった。また、比較例として、前記フツリン酸ガラス(ガラス基板)のいずれの主面にも光学薄膜を設けないものを用意した。 Then, an ultraviolet and infrared reflective film (corresponding to the optical thin film 130) was formed on the other main surface of the glass substrate. The UV and infrared reflective films are composed of TiO 2 as the first layer, SiO 2 as the second layer, and the third and subsequent layers of TiO 2 and SiO 2 from the fluorophosphate glass (glass substrate) side (60 layers in total). Consists of. The ultraviolet and infrared reflective films were formed by a vacuum deposition method. The physical film thickness (total of all 60 layers) of the ultraviolet and infrared reflective films was 7.0 μm. In addition, as a comparative example, a material in which no optical thin film was provided on any main surface of the fluorophosphate glass (glass substrate) was prepared.

実施例及び比較例の光学ガラスを側面方向から観察したところ、実施例の光学ガラスは、紫外線及び赤外線反射膜を形成した主面側が凸形状となっていた。これに対し、比較例の光学ガラスは平坦であった。また、光学ガラスに作用している(働いている)応力を算出した。   When the optical glass of an Example and a comparative example was observed from the side surface direction, as for the optical glass of an Example, the main surface side in which the ultraviolet-ray and infrared rays reflecting film were formed became convex shape. On the other hand, the optical glass of the comparative example was flat. In addition, the stress acting (working) on the optical glass was calculated.

なお、応力の算出方法としては、まず光学ガラスの反り量をレーザー変位計にて測定し、反り量と外径寸法から反りの曲率半径を算出した。次いで、算出した値をstoneyの式((2)式)に代入して光学ガラスの応力を算出した。算出の結果、実施例の光学ガラスに作用している応力は、64MPa〜90MPaであるのに対し、比較例の光学ガラスに作用している応力は、0MPaであった。   As a method for calculating the stress, first, the warpage amount of the optical glass was measured with a laser displacement meter, and the curvature radius of the warpage was calculated from the warpage amount and the outer diameter dimension. Next, the calculated value was substituted into Stoney's equation (Equation (2)) to calculate the stress of the optical glass. As a result of the calculation, the stress acting on the optical glass of the example was 64 MPa to 90 MPa, whereas the stress acting on the optical glass of the comparative example was 0 MPa.

なお、実施例及び比較例の光学ガラスは、光学ガラスの表面にダイヤモンドカッターにて切り線を形成し、後にその切り線を起点に手にて折割りする方法にて切断した。   In addition, the optical glass of an Example and a comparative example cut | disconnected by the method of forming a cut line in the surface of an optical glass with a diamond cutter, and cracking by hand from the cut line later.

次いで、実施例及び比較例の光学ガラスの強度を以下の落下試験により調べた。具体的には、撮像装置の筐体を模した7mm×7mmの開口を有する凹形状の樹脂パッケージの開口に各光学ガラスを熱硬化型樹脂にて接着した。なお、実施例の光学ガラスは、反射防止膜を形成した主面を接着面とした。そして、光学ガラスが貼り付けられた樹脂パッケージを、デジタルカメラを模した100mm×80mm×20mmの外形の金属製の箱の内部に固定し、1mの高さからアスファルトの地面に落下して光学ガラスの破損有無を確認した。なお、光学ガラスの主面と地面とが平行となる姿勢で落下させた。   Next, the strengths of the optical glasses of Examples and Comparative Examples were examined by the following drop test. Specifically, each optical glass was bonded with a thermosetting resin to an opening of a concave resin package having an opening of 7 mm × 7 mm imitating the housing of the imaging device. In the optical glass of the example, the main surface on which the antireflection film was formed was used as the adhesive surface. Then, the resin package with the optical glass attached is fixed inside a metal box having an external shape of 100 mm × 80 mm × 20 mm imitating a digital camera, and dropped onto the asphalt ground from a height of 1 m to optical glass. The presence or absence of damage was confirmed. The optical glass was dropped in a posture in which the main surface of the optical glass and the ground were parallel.

落下試験の結果、実施例の光学ガラスは、全10枚のうち2枚が破損した。これに対し、比較例の光学ガラスは、全10枚のうち8枚が破損した。これら落下試験の結果より、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例の光学ガラスと比較して衝撃等の外力が作用したとしても破損し難い高い強度を備えているといえる。   As a result of the drop test, two of the ten optical glasses in the example were damaged. On the other hand, 8 of the 10 optical glasses of the comparative example were damaged. From the results of these drop tests, it can be said that the optical glass of the example of the present invention has a high strength that is difficult to break even when an external force such as an impact is applied as compared with the optical glass of the comparative example.

本発明のガラス基板は、板厚が0.15mmから1.00mmと薄く、かつ曲げ応力が付与される用途、例えば、デジタルスチルカメラ等の固体撮像素子(CCDやCMOS)に用いられるカバーガラスや近赤外線カットフィルタ等の光学ガラスに好適に用いることができる。   The glass substrate of the present invention has a thin plate thickness of 0.15 mm to 1.00 mm and is applied with bending stress, for example, a cover glass used for a solid-state imaging device (CCD or CMOS) such as a digital still camera, It can be suitably used for optical glass such as a near infrared cut filter.

100…光学ガラス、110…ガラス基板、120,130…光学薄膜、300…撮像装置、310…固体撮像素子、320…筐体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Optical glass, 110 ... Glass substrate, 120, 130 ... Optical thin film, 300 ... Imaging device, 310 ... Solid-state image sensor, 320 ... Housing | casing.

Claims (9)

筐体の開口を覆うように前記筐体に接合される光学ガラスであって、
前記筐体に接合される側の第1の主面と、前記第1の主面に対向する第2の主面とを有するガラス基板と、
前記第1の主面に少なくとも設けられた光学薄膜とを備え、
前記第1の主面に設けられた光学薄膜の内部応力は引張応力であり、
前記光学ガラスには前記筐体とは反対側に膨らむ方向に5MPa〜150MPaの応力が作用している
ことを特徴とする光学ガラス。
An optical glass bonded to the housing so as to cover the opening of the housing,
A glass substrate having a first main surface to be joined to the housing and a second main surface facing the first main surface;
An optical thin film provided at least on the first main surface ,
The internal stress of the optical thin film provided on the first main surface is a tensile stress,
The optical glass is subjected to a stress of 5 MPa to 150 MPa in a direction in which it swells on the side opposite to the casing.
前記光学薄膜は、前記第1の主面及び前記第2の主面の両方に形成されており、前記第2の主面に形成された光学薄膜の内部応力をA、前記第1の主面に形成された光学薄膜の内部応力Bとし、圧縮応力をプラスの値、引張応力をマイナスの値とした際に、A−Bの値が0を超えることを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。   The optical thin film is formed on both the first main surface and the second main surface, the internal stress of the optical thin film formed on the second main surface is A, and the first main surface 2. The value of A-B exceeds 0 when the internal stress B of the optical thin film formed on the substrate is set to a positive value and the tensile stress is a negative value. Optical glass. 前記光学薄膜は、物理膜厚が0.2μmから8μmであることを特徴とする請求項1または2に記載の光学ガラス。 Wherein the optical thin film, optical glass according to claim 1 or 2 physical thickness, characterized in that a 8μm from 0.2 [mu] m. 前記ガラス基板は、前記第1の主面と前記第2の主面との間に側面を有し、
前記第1の主面と前記側面との境界及び前記第2の主面と前記側面との境界の少なくとも一方が、面取り又は丸取りされていないことを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学ガラス。
The glass substrate has a side surface between the first main surface and the second main surface,
At least one of the boundary between the boundary and the side surface and the second major surface of said side surface and said first main surface, chamfering or claims 1 to 3, characterized in that there are no round-up The optical glass of any one.
前記ガラス基板は、前記第1の主面と前記第2の主面との間に側面を有し、
前記第1の主面と前記側面との境界及び前記第2の主面と前記側面との境界の少なくとも一方は、凹凸を有し、前記凹凸の高低差が0.5μmから60μmであることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学ガラス。
The glass substrate has a side surface between the first main surface and the second main surface,
At least one of the boundary between the first main surface and the side surface and the boundary between the second main surface and the side surface has unevenness, and the height difference of the unevenness is 0.5 μm to 60 μm. The optical glass according to any one of claims 1 to 4 , characterized in that:
前記ガラス基板は、前記第1の主面と前記第2の主面との間に側面を有し、
前記側面の少なくとも一部の表面粗さRaが0.01μmから0.50μmであることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学ガラス。
The glass substrate has a side surface between the first main surface and the second main surface,
The optical glass according to any one of claims 1 to 5 , wherein the surface roughness Ra of at least a part of the side surface is 0.01 µm to 0.50 µm.
前記光学薄膜は、反射防止膜、赤外線遮蔽膜及び紫外線遮蔽膜の少なくとも一つであることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学ガラス。 The optical glass according to any one of claims 1 to 6 , wherein the optical thin film is at least one of an antireflection film, an infrared shielding film, and an ultraviolet shielding film. 前記筐体は、半導体素子を収容するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の光学ガラス Wherein the housing, the optical glass according to any one of claims 1 to 7, characterized in that for accommodating the semiconductor element 前記半導体素子は、固体撮像素子であることを特徴とする請求項に記載の光学ガラス。 The optical glass according to claim 8 , wherein the semiconductor element is a solid-state imaging element.
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