JP7396950B2

JP7396950B2 - 光学フィルタ

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Publication number: JP7396950B2
Application number: JP2020061767A
Authority: JP
Inventors: 啓上宇都
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2023-12-12
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: JP2021162631A

Description

本発明は、光学フィルタに関し、特に、当該光学フィルタをイメージセンサ等に紫外線硬化型接着剤によって接着する際に好適で、かつ、耐環境性にも優れる光学フィルタに関する。

例えば、デジタルカメラ、放送用カメラでは、いわゆる疑似信号を防止又は低減するため、イメージセンサの前段に、光学フィルタが設けられている。具体的には、イメージセンサ又はイメージセンサの支持フレームに、光学フィルタであるオプティカルローパスフィルタが接着されている。接着剤としては、接着の作業性や信頼性が良い等の理由から、紫外線硬化型接着剤が多用されている。

紫外線硬化型の接着剤を用いる場合、光学フィルタ自体が紫外線の透過率を低下させることが多いため、例えば、特許文献１では、光学フィルタ自体の縁にフィルタ膜を設けず基板を露出させたり、基板の縁に切り欠きを設けたりして、光学フィルタ自体の縁を紫外線透過領域とする構造が開示されている（特許文献１の図２４～図２８）。

特許３８２９７１７号広報

しかしながら、光学フィルタ自体の縁に紫外線透過領域を設ける場合、その製作自体が大変な場合がある。また、イメージセンサの支持フレームの大きさが変わった場合のように接着領域の大きさ、形状等が変わった場合は、フィルタ自体の大きさ、形状を変更しなければならない場合が生じる。従って、従来構造以外の構造であって、紫外線硬化型接着剤に対応できる新規な構造が望まれている。しかも、新規な構造であって、耐候性も確保できる構造が望まれている。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、従って、本発明の目的は、イメージセンサ又はイメージセンサの支持フレームに、紫外線硬化型接着剤によって光学フィルタを接着する際に、紫外線硬化型接着剤に紫外線を良好に照射でき、かつ、耐候性に優れる新規な構造を有した光学フィルタを提供することにある。

この目的の達成を図るため、この発明によれば、イメージセンサ又はイメージセンサの支持フレームに紫外線硬化型接着剤によって接着される光学フィルタにおいて、
前記イメージセンサの光線有効範囲である画素領域に対応する平面的な大きさを有し、第１の主面に紫外線カットコートがされた又は自身が紫外線吸収性を有した第１基板と、
平面的な大きさが前記第１基板より大きい第２基板であって、紫外線透過性を有し、かつ、第１の主面は前記第１基板の第２の主面に接着剤によって接着されていて、当該第２基板の第２の主面の、前記第１基板より外側に当たる領域は、前記紫外線硬化型接着剤による接着領域とされる第２基板と、
前記第１基板及び前記第２基板を接着している当該接着剤層と、
前記第２基板の前記第１の主面に設けられ、該第１の主面の前記第１基板で覆われていない領域の耐候性を高める保護コートと、
を備えたことを特徴とする光学フィルタ。

この発明を実施するに当たり、前記第２基板の前記第２の主面に反射防止コートを備え、前記保護コートは前記反射防止コートと同じ組成の膜とすることが好ましい。反射防止コートと保護コートとが同じであるため、相互の膜応力の差異を低減できること、また、反射防止コートと保護コートとを同一工程で形成できることから、特性面及びコスト面で有利等の利点が得られるからである。

この発明を実施するに当たり、反射防止コートと保護コートとを、それぞれ、基板側から順に積層したＳｉＯ２（二酸化ケイ素膜）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミナ膜）及びＳｉＯ２（二酸化ケイ素膜）の積層膜（各膜が多層膜の場合も含む）で構成するか、又は、基板側から順に積層したＭｇＦ２（フッ化マブネシウム膜）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミナ膜）及びＳｉＯ２（二酸化ケイ素膜）の積層膜（各膜が多層膜の場合も含む）で構成することが好ましい。これらの積層膜であると、詳細は後述するが、保護コートとして他の組成の膜を使用する場合に比べて、第２基板の反りを小さくでき、当該光学フィルタをヒートサイクル試験に投じた際の第２基板の縁でのクラック発生を防止でき、当該光学フィルタでの反射率及び光学特性を所望の値にできるからである。

この発明を実施するに当たり、第１基板をホウ酸塩ガラス、ソーダガラス又は水晶で構成し、第２基板をリン酸塩ガラス又は沸リン酸塩ガラスで構成することが好ましい。これらの材料であると、発明者の実験によって、本発明の効果が確認できているからである。

この発明を実施するに当たり、前記第１基板の第１の主面に反射防止コートをすることが好ましい。第１基板の第１主面側での反射現象を軽減できるので、光学フィルタのさらなる特性向上が図れるからである。

この発明の光学フィルタは、紫外線透過性を有した第２基板の、第１基板より外側の領域すなわち第２基板の縁近傍領域を、紫外線硬化型接着剤用の接着領域として使用する構造のものである。そして、紫外線を第１基板の上方から照射すると紫外線は第２基板の縁近傍領域を通過して前記接着領域に到達できる。従って、当該光学フィルタをイメージセンサ又はイメージセンサの支持フレームに効率良くかつ信頼性良く、接着できる。
また、第２基板自体は、第１基板に比べ、大きさや厚みの変更を行い易いため、イメージセンサの光線有効範囲は変更ないがイメージセンサの外形やイメージセンサの支持フレームの外形が変わった場合でも、第２基板の大きさ等の変更のみで、紫外線硬化型接着剤の接着領域を確保できる。
また、第２基板の第１の主面の第１基板で覆われていない領域は、保護コートによって保護されているため、当該領域の耐候性を高めることができる。
これらのことから、イメージセンサ又はイメージセンサの支持フレームに、紫外線硬化型接着剤によって光学フィルタを接着する際に、紫外線硬化型接着剤に紫外線を良好に照射でき、かつ、耐候性に優れる新規な構造を有した光学フィルタを提供できる。

（Ａ）は、実施形態の光学フィルタ１０のカメラ３０への取り付け例を示した図であり、（Ｂ）は、実施形態の光学フィルタ１０をその支持フレーム２０と共に示した図であり、（Ｃ）は、実施形態の光学フィルタ１０の断面図であって、図１（Ｂ）のＰ－Ｐ線に沿った断面図である。（Ａ）は、実施形態の光学フィルタの寸法等を説明する平面図、（Ｂ）は（Ａ）図のＰ－Ｐ線に沿う断面図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態の光学フィルタ１０の耐環境性能を説明する図であり、特に、（Ａ）図は第２基板の縁近傍に生じるクラックの説明図、（Ｂ）図は第２基板の保護コートに由来する反りの説明図、（Ｃ）図は保護コートの種類によるクラックと反りの発生具合の差を説明するための図である。（Ａ）、（Ｂ）は、保護コートと、光学フィルタの光学特性や反射率特性と、の関係を説明する図である。実施形態の光学フィルタ１０の製法例の説明図である。実施形態の光学フィルタ１０をイメージセンサ又はイメージセンサのフレーム２０に接着する様子の説明図である。第１基板１１の第１の主面１１ａ及び側面１１ｃに紫外線カットコート１０１を設けた例を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の光学フィルタの実施形態を説明する。なお、説明に用いる各図は、本発明を理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、材質、製法例等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１．第１の実施形態
(光学フィルタの全体構成)
先ず、図１、図２を参照して、第１の実施形態の光学フィルタ１０の全体構成について説明する。この光学フィルタ１０は、図１（Ａ）に示したように、例えばデジタルカメラ３０に内蔵されているイメージセンサ２０又はイメージセンサの支持フレーム２０等に、紫外線硬化型接着剤４０（図１（Ｃ）参照）によって接着されるものであって、以下の構造を有したものである。

この光学フィルタ１０は、第１基板１１と、第２基板１３と、これら第１基板１１及び第２基板１３を接着している接着剤１５と、保護コート１００と、反射防止コート１９と、を備えている。
第１基板１１は、平面的な大きさが、イメージセンサの光線有効範囲の大きさ、すなわち図２(Ａ)中に示したようにｗ１×ｈ１で、厚みが、図２（Ｂ）に示したようにｔ１のものであって、第１の主面１１ａに紫外線カットコートがされている基板か、又は、第１の基板１１自身が紫外線吸収性を有した基板で構成してある。
第１基板１１が、第１の主面１１ａに紫外線カットコートがされているものである場合、当該第１の基板１１は、例えば、ホウ酸塩ガラス、ソーダガラス又は水晶で構成でき、紫外線カットコートは、例えば、誘電体多層膜からなる積層膜で構成できる。
また、第１基板１１が、紫外線吸収性を有した基板である場合は、当該第１基板１１は、例えば、酸化チタンと酸化セリウムをガラス素材に添加したガラスで構成できる。
なお、図１、図２の場合の第１基板１１は、紫外線吸収性を有した基板であり紫外線カットコートを設けていない例である。

第２基板１３は、平面的な大きさが、図２（Ａ）に示したように、ｗ２×ｈ２（ただし、ｗ１＜ｗ２、ｈ１＜ｈ２）で、厚みが、図２（Ｂ）に示したようにｔ２（ただし、ｔ１＜ｔ２）のものであって、紫外線透過性を有し、かつ、第１の主面１３ａが第１基板１１の第２の主面１１ｂに接着剤１５によって接着されているものである。しかも、第２基板１３の第２の主面１３ｂの、第１基板より外側に当たる領域１３ｃが、紫外線硬化型接着剤による接着領域１３ｃとされるものである。しかも、第２基板１３の第２の主面１３ｂに反射防止コート１９を備え、かつ、第２基板１３の第１の主面１３ａ面に、第１の主面１３ａの第１基板で覆われていない領域１３ｄの耐環境性を高める保護コート１００を備えている。
この第２基板１３は、例えば、リン酸塩ガラス又は沸リン酸ガラスで構成できる。
なお、接着剤１５は、この例の場合、紫外線硬化型接着剤としてある。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示した第１基板１１、第２基板１３の場合、ｗ２－ｗ１で規定される領域およびｈ２－ｈ１で規定される領域各々の平面的に見ると帯状の領域１３ｃが、紫外線の透過領域となり、かつ、その第２の面側が紫外線硬化型接着剤の接着領域となる。
これら第１基板１１及び、第２基板１３の具体的な寸法例を、寸法比の表示形式によって、表１に示した。表１には、実施例１、実施例２及び実施例３の例を示してある。
少なくとも、表１に示した実施例１～実施例３の基板の寸法であると、デジタルカメラの特に上位機種用として好ましく、しかも、領域１３ｃにおける紫外線の透過も良好であり、かつ、紫外線硬化型接着剤の接着強度も確保でき、また、光学フィルタ自体の反りや歪等も実用上問題ないことが、確認できている。従って、第１基板及び第２基板の幅の寸法比ｗ１／ｗ２は０．８６～０．９が好ましく、高さの寸法比ｈ１／ｈ２は０．８～０．８５が好ましく、厚み比ｔ１／ｔ２は０．３９～０．７２が好ましい。

（保護コート）
次に、保護コート１００について説明する。本発明の光学フィルタでは、第２基板１３の平面的大きさを第１基板１１のそれより大きくして、第２基板１３の第１基板１１で覆われていない部分を紫外線の透過領域および接着領域として利用する構造であるため、特に、第２基板１３の第１の主面１３ａのうち第１基板１１で覆われていない領域１３ｄは、何の工夫もしないと、基板自体が環境下に晒される。そして、第２基板１３自体が耐候性に乏しい材料で構成した基板であると、第２基板１３は経年的に劣化して、光学フィルタ１０の特性を劣化させる場合がある。そこで、本発明では保護コート１００を設けることを特徴としているが、保護コート１００の構成材料を適正化しないと、第２基板１３の縁近傍にクラックを生じさせ、また、透過率特性、反射率特性等の光学特性を低下させることが起きる。これらについて、以下説明する。

図３（Ａ）は、保護コートが不適切な材料で構成した場合に、光学フィルタ１０の第２基板１３の縁領域に生じたクラック１１０を、観察した写真である。具体的には、光学フィルタに対し、所定条件の高温高湿試験を実施した場合、保護コートが不適切な材料で構成した光学フィルタでは、図３（Ａ）のようなクラック１１０が生じることを示した写真である。
また、図３（Ｂ）は、保護コートを設けた第２基板１３では、保護コートの材料次第で、反り１２０が生じることを説明する図である。
また、図３（Ｃ）は、保護コートの構成材料の違いによって、反り量及びクラック発生率が変わることを説明する図である。
上記の状況から、保護コートの材料の適正化を図るために、以下に説明する実施例及び比較例による検討を行った。

（実施例及び比較例）
第１基板１１をホウ酸塩ガラスで構成し、第２基板１３をリン酸塩ガラスで構成し、保護コートを下記の表２に示した実施例ａ、実施例ｂ、比較例ａおよび比較例ｂの膜で構成して、実施例ａ，ｂ及び比較例ａ，ｂ各々の光学フィルタを、多数個ずつ試作した。寸法は、上記の表１の実施例１に記載した寸法とした。
そして、実施例及び比較例の光学フィルタ各々を、温度が８５℃、湿度が９５％の高温・高湿槽に２５０時間投入して、高温・高湿耐性試験を実施した。試験後に、実施例及び比較例各々のグループでのクラック発生率（各グループでのクラック発生試料数／各グループごとの試料数）を調べた。クラック発生率は、比較例ａ，ｂ各々が１００％、実施例ａ，ｂ各々が０％であった。
また、これとは別に、第２基板をリン酸塩ガラスで構成し、この第１の主面に表２に示した実施例ａ，ｂ、比較例ａ，ｂの保護コートをそれぞれ形成し、第２の主面に反射防止膜１９を形成して、それぞれの反り量を測定した。その結果、比較例ａの反り量は、９．４μｍ、比較例ｂの反り量は４．８μｍ、実施例ａ，ｂの反り量は３．３μｍであった。
このように調べたクラック発生率及び反り量を、図３（Ｃ）に、横軸に試料素性をとり、左縦軸にクラック発生率をとり、右縦軸に反り量をとって、まとめて示した。
図３（Ｃ）から、実施例の保護コートが比較例より優れていることが理解できる。

また、図４（Ａ）に、実施例ａ，ｂ、比較例ａ，ｂ各々の保護膜界面での反射率を測定した結果を、横軸に波長をとり縦軸に反射率をとって示した。なお、測定は波長が５５０ｎｍの光に対するものである。実施例の保護コートは、反射率が低いことが理解できる。
また、図４（Ｂ）に、保護コート有り無しでの光学フィルタにおける透過率特性を示した。実施例の保護コートは、保護コートを付けたことによる光学特性の劣化を生じさせないものであることが理解できる。

(製法例)
次に、第１の実施形態の光学フィルタ１０の製法例を、図５を参照して説明する。
先ず、第２基板１３を用意し、その第１の主面１３ａに紫外線硬化型接着剤４０を塗布する。紫外線硬化型接着剤４０は、第２基板１３の第1の主面１３ａの全面に塗布してもかまわないが、好ましくは、第１基板１１と対向する領域に塗布し縁近傍には塗布しない方が良い。
紫外線硬化型接着剤４０を塗布した後、第２基板１３に第１基板１１を重ね（図３（Ａ））、第２基板１３の裏面から紫外線５０を照射して（図３（Ｂ））、第１基板１１と第２基板１３とを接着する。これにより第１の実施形態の光学フィルタ１０を得ることができる。

（使用例）
この第１の実施形態の光学フィルタ１０を、イメージセンサ又はイメージセンサの支持フレーム２０等に接着する場合は、図６に示したように、イメージセンサ又はイメージセンサの支持フレーム２０に、紫外線硬化型接着剤４０を塗布し、その上に第２基板１３を重ねる。そして、第１基板１１の上方から紫外線５０を照射する。紫外線５０は、第１基板１１は透過しないか減衰されるが、第２基板１３の第１基板１１より外側の領域は透過して紫外線硬化型接着剤４０を硬化させる。従って、イメージセンサ又はイメージセンサの支持フレーム２０等に光学フィルタ１０を、紫外線硬化型接着剤４０によって接着できる。

２．その他の実施形態
次に、他の実施形態の光学フィルタについて説明する。
図７は、第２の実施形態の光学フィルタ１０ｘの説明図であり、図１（Ｂ）と同様の断面図で示したものである。
第２の実施形態の光学フィルタ１０ｘは、第１基板１１が紫外線カットコート１７を備えるものの例である。第１基板１１に赤外線カットコート１７を設ける場合、第１基板１１の少なくとも第１の主面１１ａに設ける。ただし、図５の例の場合、第１基板１１の第１の主面１１ａ及び側面１１に、紫外線カットコート１７を設けた例を示してある。

上述においては、本発明の光学フィルタをデジタルカメラに接着する例を示したが、本発明の光学フィルタは紫外線硬化型接着剤で接着を必要とする種々の装置に用いることができる。

１０：第１の実施形態の光学フィルタ１０ｘ：第２の実施形態の光学フィルタ
１１：第１基板１１ａ：第１基板の第１の主面
１１ｂ：第１基板の第２の主面
１３：第２基板１３ａ：第２基板の第１の主面
１３ｂ：第２基板の第２の主面１３ｃ：接着領域
１３ｄ：第2基板の第1の主面の、第1基板で覆われていない領域
１５：接着剤（第１基板と第２基板を接着している接着剤）
１７：紫外線カットコート１９：反射防止コート
２０：イメージセンサ又はイメージセンサの支持フレーム
３０：デジタルカメラ４０：紫外線硬化型接着剤
５０：紫外線１００：保護コート

Claims

イメージセンサ又はイメージセンサの支持フレームに紫外線硬化型接着剤によって接着される光学フィルタにおいて、
前記イメージセンサの光線有効範囲に対応する平面的な大きさを有し、第１の主面に紫外線カットコートがされた又は自身が紫外線吸収性を有した第１基板と、
平面的な大きさが前記第１基板より大きい第２基板であって、紫外線透過性を有し、かつ、第１の主面は前記第１基板の第２の主面に接着剤によって接着されていて、当該第２基板の第２の主面の、前記第１基板より外側に当たる領域は、前記紫外線硬化型接着剤による接着領域とされる第２基板と、
前記第１基板及び前記第２基板を接着している当該接着剤と、
前記第２基板の前記第１の主面に設けられ、該第１の主面の前記第１基板で覆われていない領域の耐候性を高める保護コートと、を備え、
前記第２基板の前記第２の主面に反射防止コートを備えることを特徴とする光学フィルタ。
前記保護コートは、前記反射防止コートと同じ組成の膜であることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
反射防止コートと保護コートとを、それぞれ、基板側から順に積層したＳｉＯ２（二酸化ケイ素膜）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミナ膜）及びＳｉＯ２（二酸化ケイ素膜）の積層膜（各膜が多層膜の場合も含む）で構成するか、又は、基板側から順に積層したＭｇＦ２（フッ化マブネシウム膜）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミナ膜）及びＳｉＯ２（二酸化ケイ素膜）の積層膜（各膜が多層膜の場合も含む）で構成してあることを特徴とする請求項1又は２に記載の光学フィルタ。
前記第１基板をホウ酸塩ガラス、ソーダガラス又は水晶で構成し、前記第２基板をリン酸塩ガラス又は沸リン酸塩ガラスで構成してあることを特徴とする請求項1～３のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
以上