JPH04110903A - 光学フィルタ、この光学フィルタを備えた固体撮像素子及びこの光学フィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業の利用分野〕 本発明は光学フィルタ、この光学フィルタを備えた固体
撮像素子、及び光学フィルタの製造方法に関し、特に固
体撮像素子を用いたカラービデオカメラ等に好適な光学
フィルタであって、色補正フィルタリング機能と光学的
ローパスフィルタリング機能を１枚のガラス板で実現し
た光学フィルタ、及びこの光学フィルタを容易に且つ安
価に量産できる製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

撮像管や固体撮像素子が使用されたカラービデオカメラ
における従来の光学フィルタの一般的構成を第５図に示
す。被写体からの光は撮像光学系５１を通過し、その後
、被写体光の高空間周波数成分を制限する少なくとも２
枚の光学的ローパスフィルタ５２．５３と光の近赤外領
域をカットする色補正フィルタ５４からなるフィルタユ
ニット部材５５を通過した後に、固体撮像素子５６に入
射される。ここで固体撮像素子５６は例えばＣ０Ｄ（チ
ャージ・カップルド・デバイス）であるとする。ＣＣＤ
５６に入射された光は電気信号に変換され、その後電気
回路系５７に伝送され、ここで信号が電気的に処理され
る。上記フィルタユニット部材５５は、色補正フィルタ
５４を中央位置に配置し、その両側に光学的フィルタ５
２．５３を配置することにより、色補正フィルタ５４を
サンドウィッチ状に挟み込むように構成されている。

フィルタユニット部材５５において色補正フィルタ５４
及び光学的ローパスフィルタ５２．５３が設けられる理
由は、次の通りである。

色補正フィルタ５４は、ＣＣＤ５６の分光感度が可視領
域から近赤外線領域９５０ｍｍまで伸びているので、近
赤外線領域を吸収して人間の目の視感度に近付け、画像
が赤みを帯びるのを防止するために設けられる。色補正
フィルタの詳細については例えば特開昭６２−１２８９
４３号公報に記述される。

また一般的なカラービデオカメラでは、被写体像を光学
的に空間サンプリングして撮像出力を得ているが、この
サンプリング周波数によってカラービデオカメラの取り
扱うことのできる画像の細かさが制限される。仮に被写
体からの光の中にサンプリング周波数以上の高空間周波
数成分が含まれているとすると、擬似信号が発生し、再
生画像に被写体とは異なる色が付く。換言すると、色分
解のために用いられているストライプフィルタのピッチ
と一致する明暗や、走査方向に明暗差の著しい部分が存
在すると、その被写体の色とは無関係に、当該部分に含
まれる搬送周波数該当成分はその帯域通過フィルタに入
り、色信号として認識され、被写体と異なる色の画像が
再生されることになる。そこで、このような被写体と異
なる色成分を除去するため、光学的ローパスフィルタ５
２゜５３を設け、被写体の高空間周波数成分を制限して
いる。

ところで従来、光学的ローパスフィルタ５２゜５３とし
ては、水晶の複屈折を利用するものが多い。しかし近年
では、水晶は原料コストが高く、その量産性に問題があ
るので、例えば特開昭６１−１２６５３２号公報に開示
されるように、透明基板の表面に縞状に凸状ストライプ
部を形成してなる位相型光学的ローパスフィルタが提案
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

カラービデオカメラ等の電気製品では商品化の観点から
、持ち運びの簡便性を考慮した小型化と、製品価格の低
減を達成する製造コストの低減化が要求される。

ところが、小型化に関しては、色の再現性を高めるため
には、前述の通り色補正フィルタ５４と少なくとも２枚
の光学的ローパスフィルタ５２゜５３を設けなければな
らず、これらのフィルタが撮像装置において占める容積
比率は比較的高いので、撮像装置の小型化を図る上で大
きな障害になっていた。

また製造コストの低減化については、フィルタの部品点
数が多く、このことが製造コストを高めると共に、光学
的ローパスフィルタとして原料コストの高い水晶の代わ
りに前述した位相型光学的ローパスフィルタを用いたと
しても、その表面の形状は極めて微細で高精度な周期的
特殊凹凸形状であって、これを製造するためには例えば
半導体プロセス技術を用いて金型を作り、この金型でプ
ラスチックモールド成型を行わなければならず、製造コ
ストが高くつくものであった。

本発明の第１の目的は、上記の小型化と製造コスト低減
化の問題に鑑み、ガラス材を利用して、撮像装置の小型
化に寄与する、部品点数が削減された簡素な構造及び小
型の形状を有する光学フィルタを提供することにある。

本発明の第２の目的は、前述の簡素且つ小型の光学フィ
ルタを簡単な工程で且つ低コストで大量に製造すること
ができる光学フィルタの製造方法を提供することにある
。

本発明の第３の目的は、前記の小型光学フィルタを利用
して小型且つコンパクトな構成を有した固体撮像素子を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る第１の光学フィルタは、１枚のガラス板で
形成された光学フィルタであり、近赤外の波長領域の光
をカットする色補正フィルタリング機能と、被写体に起
因して生じる擬似色信号を除去する光学的ローパスフィ
ルタリング機能を兼ね備える構造を有することを特徴と
する。

本発明に係る第２の光学フィルタは、近赤外の波長領域
の光をカットする色補正フィルタリング作用を有する材
質で板状部材に形成され、前記板状部材の表裏の２面の
うち少なくともいずれか一方の面に、被写体に起因して
生じる擬似色信号を除去スる光学的ローパスフィルタリ
ング作用を有する形状を設けたことを特徴とする。

本発明に係る第３の光学フィルタは、前記第２の構成に
おいて、光学的ローパスフィルタリング作用を有する形
状を備えた前記面が、成形後の研磨を不要とするプレス
成形により作られることを特徴とする。

本発明に係る固体撮像素子は、保護用光透過部材を備え
た固体撮像素子であって、前記第１〜第３のいずれか１
つの光学フィルタを前記保護用光透過部材として用いた
ことを特徴とする。

本発明に係る光学フィルタの製造方法は、近赤外の波長
領域の光をカットする色補正フィルタリング作用を有す
る材質を用いて板状部材を形成し、この板状部材に対し
、前記板状部材の表裏の２面のうち少なくともいずれか
一方の面が、被写体に起因して生じる擬似色信号を除去
する光学的ローパスフィルタリング作用を有する形状と
なるようにプレス成形を行うことを特徴とする。

〔作用〕

本発明による第１の光学フィルタでは、色補正と光学的
ローパスの各フィルタリング機能を１枚のガラス板に備
え、これによって非常に小型の光学フィルタを作ること
を可能とする。

本発明の第２の光学フィルタでは、前記第１の光学フィ
ルタにより具体的な構成を与えたものであり、使用され
る材質によって色補正フィルタリング機能を発揮させ、
板状の形態を有する部材の所定の面に所要形状を形成す
ることにより位相型の光学的ローパスフィルタの機能を
発揮させ、２種類のフィルタリング機能を持たせるよう
にしている。かかる形状を有する光学フィルタは各面が
プレス成形により形成され、且つプレス成形後において
、特別の加工を必要としない面精度を有している。

上記のような特徴を有する光学フィルタを固体撮像素子
の保護用光透過部材、すなわち保護ガラスとして利用す
れば、特別にフィルタユニット部材を設ける必要はなく
なり、そのための配設スペースを省略でき、小型化に貢
献する。

更に上記形状的特徴を有する光学フィルタは、プレス成
形のみで製作することができ、その後の仕上げ加工を省
略できると共に量産を可能とし、安価に光学フィルタを
製作することができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明に係る光学フィルタの一部斜視図、第２
図は要部断面図である。１は光学フィルタで、光学フィ
ルタ１は１枚のガラス板として形成される。板状の光学
フィルタ１を形成するガラス材質には、後述する如く所
定の色補正フィルタリング作用を生じる材質が使用され
る。また光学フィルタ１の第１図中上面に光学的ローパ
スフィルタリング作用を生じる特殊な縞形状が形成され
、光学フィルタ１は位相型光学的ローパスフィルタとし
ても構成される。以上の如く光学フィルタ１は、１枚の
ガラス板で形成され、且つ色補正フィルタとしての機能
と位相型光学的ローパスフィルタとしての機能とを兼ね
備えている。

なお、上記の特殊な縞形状は、必要に応じ光学フィルタ
１の下面にも形成することができる。すなわち、板状の
光学フィルタ１の表裏の２面のうちいずれか一方の面又
は両面に前記形状を形成することができる。表と裏の２
つの面に特殊な縞形状を設ける場合、溝の方向を面ごと
で異ならせて設けることもできるし、また２つの面に同
一方向の溝を設けることもできる。

次に光学フィルタ１の色補正フィルタリング機能につい
て説明する。この光学フィルタ１では、例えば第３図に
示されるように、４００〜５００ｎｍの波長領域の光に
対して高い透過率を有し、６００〜７００ｎｍの波長領
域の光を鋭く吸収し、更に少なくとも波長９５０ｎｍに
至る近赤外領域の光を完全に吸収し、近赤外領域におけ
る感度の高いＣＯＤの色補正を行えるように形成される
。

このような色補正作用を有するガラスは、重量％で、Ｐ
２Ｏ５５０〜９０％、Ａｌ２Ｏ３３〜２０％、Ｂａｄ、
ＭｇＯ，ＣａＯ１ＳｒＯ，Ｚｎｏ、ｐｂｏ、及びＣｄＯ
かそれぞれ２０％以下、Ｌ】２０、Ｎａ２Ｏ、及びに２
０かそれぞれ２０％、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ□がそれぞれ１
０％以下の組成を有し、前記成分の合算量が少なくとも
９０％以上である基礎ガラスの１００重量部に対し、近
赤外領域の光を吸収する成分としてＣｕＯ０゜２〜１５
重量部を加えて構成されるものである。

本実施例の光学フィルタ１の場合には、具体的に重量％
でＰ２Ｏ５７８，５％、Ａｌ２０３１０％、Ｌ　１２０
７％、及びＣｕＯ４，５％という組成によって形成され
ている。

次いで、光学フィルタ１の光学的ローパスフィルタリン
グ機能について説明する。この機能は、光学フィルタｌ
における第１図中の上面の特殊な縞形状によって実現さ
れる。この形状を拡大して示すと第２図の如くなり、−
例として第２図に示すような所要寸法の断面台形状の凸
部１ａをストライプで等間隔にて多数設け、この凸部ス
トライプと溝１ｂで縞形状を形成している。この縞形状
によって光学的ローパスフィルタとしての作用が生じる
。なお光学フィルタ１における光学的ローパスフィルタ
としての特性は、表面に形成される凸部１ａ及び凹部（
溝）ｌｂの形状、起伏の高さ、ピッチ等を、制限しよう
とする空間周波数に応じて適宜選択することにより、変
更することができる。

上記の如く本実施例による光学フィルタ１は、１枚のガ
ラス板により色補正と光学的ローパスの機能を実現でき
、小型に形成することができる。

上記の如き２種類のフィルタリング機能を有する光学フ
ィルタ１の製造方法について説明する。

前述の組成を有するガラス塊を加熱して軟化し、約５１
０℃の温度を保った状態で、例えば１００Ｋｇ／ｃｍ　
’でプレス成形を行い、第１図及び第２図に示す表面形
状を上面に有したガラス板を形成し、光学フィルタ１の
完成品を製造する。このプレス成形に使用する成形型の
材質としては、少なくともその成形部分に関し、ガラス
、セラミック、金属、合金のいずれかが用いられる。特
に、表面加工の容易性の点から石英ガラス、又は前述の
成形温度でプレス成形に耐え得る熱的及び強度的特性を
有する硬質ガラスが好ましい。こうして、前記組成を有
するガラス材で形成された、肉厚が例えば１．５ｍｍで
、目的に応じた任意の大きさの光学フィルタを得ること
ができ、そのガラス材質により色補正フィルタとして機
能し、表面の特殊形状により位相型光学的ローパスフィ
ルタとして機能する光学フィルタを得ることができる。

また、例えば第１図に示された形状を有する光学フィル
タ１を作製する場合に使用される成形型の成形面は、一
方の成形面は、成形して得られる成形品の表面形状寸法
が第２図に示した寸法形状となるように多数の線条凹凸
部を設けており、他方の成形面は平滑に鏡面研磨が施さ
れている。

なお、プレス成形後の成形型と成形品との分離を良好に
するために、成形型の成形表面又は成形品の被成形表面
のうち少なくともいずれか一方に硬質炭素膜を設けるこ
とが好ましい。

前述したガラス塊のプレス成形では、実際上、高精度の
プレス技術が使用される。この高精度のプレス技術では
、先ず最初に、得ようとする光学フィルタ１を作るため
の面精度を有した成形型を作り、その後プレス時間等に
ついて所要の条件（長時間プレス等）を満たしながらプ
レス成形が行われるものであり、このプレス成形を行っ
た後には研磨作業等の仕上げ作業を不要とする精度レベ
ルを有したプレス技術である。従って、本プレス成形技
術を適用して本発明に係る光学フィルタを製造すれば、
有効な量産を行うことができ、製造コストの低減化を達
成することができる。

次に上記構造を有する本発明に係る光学フィルタの利用
例を第４図を参照して説明する。第４図は、固体撮像素
子の１つであるＣＣＤの内部構造を示した断面図である
。第４図において、１１はパッケージ、１２は内部スペ
ースに配設されたＣＣＤチップ、１３は色モザイクフィ
ルタ、１４はＣＣＤチップ１２から引き出された配線、
１５はパッケージ１１の外部に引き出されたソリッド、
１６はＣＣＤチップ１２を保護するために設けられた保
護ガラス（保護用光透過部材）であり、更にこの保護ガ
ラス１６は前述した本発明による構造を有した光学フィ
ルタとしての機能を有する。

従って、保護ガラス１６は１枚のガラス板であって、同
時に色補正フィルタ及び光学的ローパスフィルタとして
の機能を有している。従って、第４図に示される固体撮
像素子の構造によれば、保護ガラス１６を配設すれば、
他の色補正フィルタ及び光学的ローパスフィルタを設け
る必要がない。

そのために余計なスペースを必要とせず、非常にコンパ
クトに且つ小型に形成することができる。

なお、本発明による光学フィルタの配設箇所は、特に限
定されるものではないが、その他に光学系とＣＯＤとの
間、あるいは複数のレンズによって構成される光学系の
中等に配設することもできる。

かかる構成であっても、従来のフィルタユニット部材に
比較して十分に小型に形成することができるので、全体
として小型に作ることができる。

前述した光学フィルタの色補正に関して、他の実施例を
説明する。この実施例では、色補正フィルタリング作用
を生じる他のガラス材としてリン酸弗化物系の材質を使
用する。すなわち重量％において、Ｐ２Ｏ５５〜４５％
、ＡＡ’Ｆ：１１〜３５％、ＲＦ２１０〜７５％、Ｒ’
Ｆ４０％以下、Ｒ’Ｆｆｆ１１５％以下、Ｃｕ０Ｏ，２
〜１５％以下の組成である。ここでＲは２価の金属、Ｒ
′は１価の金属、Ｒ′はＰ、Ａｌを除く３価以上の金属
、ｍはＲ′の原子価に相当する数である。なお、これら
の弗化物の総量の７０％までを酸化物に置換することが
できる。

また、実際に実施されるガラス組成としては、ｐ２ｏ、
３０％、ＡＩ　２０３５．５％、ＡｌＦ３１０．０％、
ＢａＦ２１５％、ＭｇＦ２８．Ｑ％、ＣａＦ’２１０．
０％、ＳｒＦ２１５．０％、Ｌｉ２Ｏ５％、ＣｕＯ１，
５％で、このときのプレス成形時の温度は４３５℃、プ
レス圧力は１００　Ｋｇ／　ｃｍ２である。

上記実施例の如くガラス材としてリン酸弗化物系の材質
を使用した場合にも、前記実施例と同様な効果を発揮さ
せることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば次の効果
を奏する。

本発明の光学フィルタによれば、色補正フィルタリング
機能と光学的ローパスフィルタリング機能を１枚のガラ
ス板で実現することができるため、部品点数が削減でき
、構造−形状が簡素になり、これを撮像装置に組み込ん
で撮像装置を構成すれば、撮像装置のコンパクト化及び
軽量化を達成することができ、更に製造コストの低減化
を達成することができる。また本発明による光学フィル
タを保護ガラス部材として形成し、これを固体撮像素子
の保護ガラスとして組み込めば、固体撮像素子の構造は
いっそうコンパクト且つ簡素となり、コスト低減を達成
できる。

また本発明の光学フィルタの製造方法によれば、仕上げ
研磨を不要とする高精度プレス成形で作製するようにし
たため、再現性の良好な高精度の光学フィルタを作製す
ることができ、量産が可能で、容易に且つ低コストで製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学フィルタの一部斜視図、第２
図は光学フィルタの要部を部分的に示した断面図、第３
図は色補正特性を示すグラフ、第４図は固体撮像素子の
構成例を示す断面図、第５図は従来の撮像装置の光学系
の構成を示す構成図である。 〔符号の説明〕 １・・・・・・光学フィルタ １ａ・・・・・凸部 １ｂ・・・・・凹部（溝） １２・・・・・ＣＣＤチップ １６・・・・・保護ガラス

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）１枚のガラス板で形成された光学フィルタであり
   、近赤外の波長領域の光をカットする色補正フィルタリ
   ング機能と、被写体に起因して生じる擬似色信号を除去
   する光学的ローパスフィルタリング機能を兼ね備える構
   造を有することを特徴とする光学フィルタ。
2. （２）近赤外の波長領域の光をカットする色補正フィル
   タリング作用を有する材質で板状部材に形成され、前記
   板状部材の表裏の２面のうち少なくともいずれか一方の
   面に、被写体に起因して生じる擬似色信号を除去する光
   学的ローパスフィルタリング作用を有する形状を設けた
   ことを特徴とする光学フィルタ。
3. （３）請求項２記載の光学フィルタにおいて、光学的ロ
   ーパスフィルタリング作用を有する形状を備えた前記面
   が、成形後の研磨を不要とするプレス成形により作られ
   ることを特徴とする光学フィルタ。
4. （４）保護用光透過部材を備えた固体撮像素子において
   、前記保護用光透過部材に、前記請求項１〜３のいずれ
   か１項に記載された光学フィルタを用いたことを特徴と
   する固体撮像素子。
5. （５）近赤外の波長領域の光をカットする色補正フィル
   タリング作用を有する材質を用いて板状部材を形成し、
   この板状部材に対し、前記板状部材の表裏の２面のうち
   少なくともいずれか一方の面が、被写体に起因して生じ
   る擬似色信号を除去する光学的ローパスフィルタリング
   作用を有する形状となるようにプレス成形を行うことを
   特徴とする光学フィルタの製造方法。