WO2018021496A1 - 光学フィルタおよび光学素子用パッケージ - Google Patents

光学フィルタおよび光学素子用パッケージ Download PDF

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WO2018021496A1
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light
optical filter
optical
wavelength region
transparent substrate
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PCT/JP2017/027322
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English (en)
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征一朗 伊藤
啓介 戸田
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京セラ株式会社
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • G—PHYSICS
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
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    • G02B5/28—Interference filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B11/00—Filters or other obturators specially adapted for photographic purposes

Definitions

  • the present invention relates to an optical filter and an optical element package including the optical filter.
  • An imaging optical system using an imaging element or the like has various optical lenses such as an optical lens that collects light and a band-pass optical filter that transmits light in a predetermined wavelength band but does not transmit light in other wavelength bands. A member is used.
  • an optical filter that limits light incident on the image sensor to a wavelength region (visible wavelength region) that can be perceived by the human eye is an optical filter. It arrange
  • Such an optical filter is configured to block transmission of near-infrared light having a longer wavelength than the visible wavelength region and ultraviolet light having a shorter wavelength than the visible wavelength region.
  • Patent Document 1 uses a near-infrared reflective structure that is a laminate of a plurality of inorganic thin films and an organic thin film in which a dye having an absorption band in the infrared wavelength region is dispersed in a binder in order to reduce the thickness of an optical filter.
  • a hybrid type optical filter combined with a light absorbing structure is proposed.
  • the widening angle of the imaging optical system is being promoted. With this, the incident angle dependency of the optical filter is suppressed, and the color reproducibility in the center of the image and the outer periphery of the image are reduced. There is a demand for uniform color reproducibility.
  • the optical filter of the present embodiment is positioned in the visible wavelength region with respect to light having an incident angle of 0 degree, and is positioned in the ultraviolet wavelength region, a transmission band that absorbs part of the light in the visible wavelength region,
  • the optical characteristic which has the 1st stopband which absorbs the light of the said ultraviolet wavelength region, and the 2nd stopband which is located in a near-infrared wavelength region and absorbs the light of the said near-infrared wavelength region is shown.
  • the position of the transmission band moves to the short wavelength side with respect to the light having the incident angle larger than 0 degree as compared with the light having the incident angle of 0 degree.
  • FIG. 5 shows an optical characteristic in which a ripple having a minimum transmittance is generated at the end of the moved transmission band on the ultraviolet wavelength region side.
  • the optical element package of the present embodiment includes a substrate and a lens holder.
  • the substrate has a recess that accommodates the image sensor or the light receiving element.
  • the lens holder includes an optical lens, the above-described optical filter, and the lens and a lens holder that holds the optical filter, and is fixed to the substrate so as to close the concave portion.
  • FIG. 14B is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG. 14A.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical filter 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • 2 and 3 are diagrams illustrating the optical characteristics of the optical filter 1 and the incident angle dependency of the optical characteristics.
  • the optical filter 1 includes a transparent substrate 2, a first reflecting structure 3 provided on the light incident surface 2a of the transparent substrate 2, and a second reflecting structure 4 provided on the light emitting surface 2b of the transparent substrate 2.
  • the light emitting surface 2b is the surface of the transparent substrate 2 opposite to the light incident surface 2a.
  • the transparent substrate 2 is a substrate having optical transparency and having no wavelength selectivity of light to be transmitted at least with respect to light in the visible wavelength region.
  • the transparent substrate 2 may have a transmittance of 80% or more with respect to light in the visible wavelength region.
  • the transparent substrate 2 may be made of a glass material such as soda lime glass, quartz glass, or borosilicate glass.
  • the transparent substrate 2 may be made of an inorganic material such as a metal oxide, or a resin material such as PET (polyethylene terephthalate), polyimide, polycarbonate, or acrylic.
  • the transparent substrate 2 may be the same size as the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4 when viewed in plan.
  • the thickness of the transparent substrate 2 may be appropriately set in consideration of the mechanical strength and the total thickness required for the optical filter 1, and is, for example, 50 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the first reflection structure 3 is provided on the light incident surface 2a of the transparent substrate, and the second reflection structure 4 is provided on the light emission surface 2b of the transparent substrate, and reflects light in a predetermined wavelength region.
  • the filter characteristic required for the optical filter 1 is transmission of light in the visible wavelength region
  • the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4 are wavelength regions other than the visible wavelength region to be transmitted. It is configured to reflect light in the near infrared wavelength region and light in the ultraviolet wavelength region.
  • Each of the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4 is formed by laminating a low refractive index layer having a relatively low refractive index and a high refractive index layer having a relatively high refractive index. Having a group of By appropriately setting the physical film thickness and / or refractive index of the low refractive index layer and high refractive index layer constituting each group, the apparent optical film thickness and apparent refractive index of each group can be adjusted. . By setting the apparent optical film thickness of each group to ⁇ / 2 where ⁇ is the center wavelength of the wavelength region where transmission is desired to be prevented, the reflected light from the upper and lower interfaces of each group becomes in-phase and intensifies. Become.
  • the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4 reflect near infrared light and ultraviolet light and prevent its transmission, It transmits light in the visible wavelength region, which is a wavelength region other than the near infrared wavelength region and the ultraviolet wavelength region.
  • the low refractive index layer is made of silicon oxide (SiO 2 ), and the high refractive index layer is made of titanium oxide (TiO 2 ).
  • an inorganic material such as Al 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , or Nb 2 O 3 may be used depending on the wavelength band to be blocked by reflection. Good.
  • the optical filter 1 by adjusting the apparent optical film thickness and the apparent refractive index of each group constituting the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4, the optical characteristics shown in FIGS. The incident angle dependency of the optical characteristics is realized.
  • the first reflection structure 3 and the second reflection structure 4 reflect light in a desired wavelength band as described above, and attempt to prevent transmission using light interference. Therefore, it is necessary to control reflection at the interface between the low refractive index layer and the high refractive index layer with high accuracy.
  • the low refractive index layer and the high refractive index layer are formed by vapor deposition, ion plating, chemical vapor deposition (CVD), sputtering, etc. A flat interface with a small unevenness with the high refractive index layer is formed.
  • the solid line indicates the optical characteristics for light having an incident angle of 0 degrees.
  • the alternate long and short dash line indicates optical characteristics with respect to light having an incident angle of 30 degrees.
  • a broken line indicates an optical characteristic with respect to light having an incident angle of 40 degrees.
  • the solid line shows the optical characteristics for light with an incident angle of 0 degrees.
  • the alternate long and short dash line indicates optical characteristics with respect to light having an incident angle of 30 degrees.
  • An alternate long and two short dashes line indicates optical characteristics with respect to light having an incident angle of 35 degrees.
  • a broken line indicates an optical characteristic with respect to light having an incident angle of 40 degrees.
  • the optical filter 1 is located in the visible wavelength region with respect to light having an incident angle of 0 degrees, and exhibits an optical characteristic having a transmission band that absorbs part of the light in the visible wavelength region.
  • the transmission band is configured to have a transmittance of 80% or more for light having a wavelength of about 420 to 680 nm.
  • the optical filter 1 is positioned in the ultraviolet wavelength region and absorbs light in the ultraviolet wavelength region with respect to light having an incident angle of 0 degrees, and is positioned in the near infrared wavelength region.
  • the optical characteristic which has the 2nd stop zone which absorbs the light of an infrared wavelength range is shown.
  • the optical filter 1 has an ultraviolet half-value wavelength with a transmittance of 50% with respect to light having an incident angle of 0 degree and a wavelength between 410 and 420 nm, and a wavelength between 680 and 690 nm.
  • the infrared light has a half-value wavelength of 50%.
  • the optical characteristics of the optical filter 1 are such that the position of the transmission band in the visible wavelength region is compared with light having an incident angle of 0 degrees for light having an incident angle greater than 0 degrees. It is configured to move to the short wavelength side.
  • the optical characteristics of the optical filter 1 are further configured such that ripples are generated at the end of the moved transmission band on the ultraviolet wavelength region side with respect to light having an incident angle greater than 0 degrees.
  • the optical filter 1 has an optical characteristic in a region from the half-wavelength wavelength of ultraviolet light to a visible wavelength longer than the half-wavelength wavelength of ultraviolet light when the incident angle is 0 degrees.
  • the characteristic does not substantially depend on the incident angle, and approximately matches the optical characteristic when the incident angle is 0 degree.
  • the optical characteristics of the optical filter 1 are not to suppress the movement of the transmission band with respect to light having an incident angle greater than 0 degrees, but to generate a ripple at the end of the moved transmission band on the ultraviolet wavelength region side. By causing this, a change in optical characteristics due to movement of the transmission band is canceled out.
  • the optical filter 1 it is possible to effectively reduce the incident angle dependence of the optical characteristics in the wavelength region from the aforementioned half-wavelength wavelength of ultraviolet light to a visible wavelength longer than the half-value wavelength of ultraviolet light. Thereby, good color reproducibility for light on the short wavelength side in the visible wavelength region can be realized in all parts of the image.
  • the optical filter 1 may be configured such that the amount of movement of the transmission band and the ripple increase as the incident angle increases. According to such a configuration, the movement of the transmission band can be more effectively offset by the ripple that minimizes the transmittance.
  • the optical filter 1 may have a transmittance of 40 to 75% due to ripple when the incident angle is 30 to 40 degrees.
  • the optical filter 1 may be configured such that the ripple is located in the wavelength region of 410 to 430 nm when the incident angle is 30 to 40 degrees.
  • the optical filter 1 has a half-wavelength infrared light wavelength of 660 to 670 nm with respect to light having an incident angle of 30 degrees, and converts light having an incident angle of 40 degrees.
  • optical characteristics having an infrared half-value wavelength between 650 and 660 nm are shown. That is, the optical filter 1 is configured to exhibit an optical characteristic that the amount of movement of the half-wavelength of the infrared light increases as the incident angle increases in the range of the incident angle from 0 degree to 40 degrees.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical filter 1A according to the second embodiment of the present invention.
  • the optical filter 1A includes a transparent substrate 2, a first reflecting structure 3 provided on the light incident surface 2a of the transparent substrate 2, a second reflecting structure 4 provided on the light emitting surface 2b of the transparent substrate 2, A light absorption structure 5 provided between the transparent substrate 2 and the second reflection structure 4 is provided.
  • the optical filter 1A is different from the optical filter 1 of the first embodiment in that a light absorption structure 5 is provided, and the other configurations are the same, and thus the optical filter 1A has the same configuration.
  • the resin material constituting the light-absorbing structure 5 is preferably one that does not absorb at least in the visible wavelength region.
  • a polyester resin, a polyacrylic resin, a polyimide resin, or the like is used.
  • a dye or a compound used as a pigment can be used.
  • the dye or pigment also preferably has no absorption in the visible wavelength region, and preferably has a high absorption rate in the near infrared band.
  • the dye examples include compounds such as phthalocyanine compounds, azo compound compounds, polymethine compounds, diphenylmethane compounds, triphenylmethane compounds, quinone compounds, diimonium compounds, and thiol metal complex compounds. . If the wavelength band to be absorbed is narrow, one of these dyes may be selected and dispersed in the resin material. When the wavelength band to be absorbed is wide, a plurality of types of dyes having different absorption wavelengths may be selected and dispersed in the resin material.
  • the pigment for example, a fine particle of ITO, which is a composite oxide of indium and tin, can be used.
  • ITO has a high transmittance in the visible light band and absorbs light in the near-infrared wavelength region.
  • the pigment is dispersed in the resin layer in a particle state. Therefore, in order to prevent scattering of transmitted light by the particle, it is preferable to make the particle diameter smaller.
  • titanium oxide, zinc oxide, or the like may be used, and organic materials such as benzotriazole, benzophenone, and triazine may be used.
  • the light absorbing structure 5 is a coating liquid in which the above-described near infrared light absorber and ultraviolet light absorber are dispersed in a solvent in which an uncured resin is dispersed or solubilized. Formed by applying the prepared coating liquid to one main surface (light emitting surface 2b) of the transparent substrate 2 by spin coating, spraying, dipping, etc., and curing the resin through drying, heating, etc. May be.
  • the film thickness of the light absorption structure 5 is thicker, the light absorption rate is higher, but the thickness of the optical filter 1A is increased. Therefore, the film thickness of the light absorption structure 5 is, for example, 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the light absorption structure 5 is a spectrum of an organic dye or a metal complex dispersed in a resin binder. By utilizing the characteristics, light transmission is selectively blocked. Therefore, the optical characteristics of the light absorbing structure 5 are less dependent on the incident angle than the optical characteristics of the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4.
  • the optical absorption structure 5 of the optical filter 1A has a first absorption band that absorbs part of light in the visible wavelength region, and a second absorption that absorbs light in the wavelength region from the visible wavelength region to the near-infrared wavelength region. It is configured to have an absorption band.
  • the first absorption band has a transmission maximum with a transmittance of about 90% for light having a wavelength of about 500 nm.
  • the transmittance in the second absorption band is substantially 0%.
  • the light absorption structure 5 has a first half-value wavelength with a transmittance of 50% in a transition region from the first absorption band toward the second absorption band.
  • the first half-value wavelength may be set to be equal to or less than the infrared half-value wavelength when the incident angle of the optical filter 1 having only the first reflection structure 3 and the second reflection structure 4 is 40 degrees.
  • the optical characteristic from the visible wavelength region to the near infrared wavelength region of the optical filter 1A is substantially It is determined only by the optical characteristics of the light absorption structure 5.
  • the optical filter 1A has low incident angle dependency from the visible wavelength region to the near infrared wavelength region. Optical characteristics can be realized.
  • the light absorption structure 5 has a third absorption band that absorbs light in the wavelength region from the ultraviolet wavelength region to the visible wavelength region.
  • the light absorption structure 5 has a second half-value wavelength at which the transmittance is 50% in a transition region from the first absorption band toward the third absorption band.
  • the second half-value wavelength may be set to be equal to or less than a wavelength at which the transmittance of the optical filter 1 is minimized when the incident angle is 40 degrees.
  • the optical characteristic from the ultraviolet wavelength region to the visible wavelength region of the optical filter 1A is substantially the first reflection in the range where the incident angle is 0 degree to 40 degrees. It is determined by the optical characteristics of the structure 3 and the second reflection structure 4.
  • the incident angle dependency of the optical characteristics is effectively increased in the wavelength region from the aforementioned half-wavelength wavelength of ultraviolet light to a visible wavelength longer than the half-value wavelength of ultraviolet light. Can be reduced.
  • FIG. 5 and 6 show the optical characteristics of the optical filter 1A and the incident angle dependency of the optical characteristics.
  • the incident angle is an angle between the normal of the incident surface of the optical filter 1A and the traveling direction of incident light, and corresponds to the angle ⁇ shown in FIG.
  • the solid line shows the optical characteristics for light with an incident angle of 0 degrees.
  • the alternate long and short dash line indicates optical characteristics with respect to light having an incident angle of 30 degrees.
  • a broken line indicates an optical characteristic with respect to light having an incident angle of 40 degrees.
  • FIG. 6 shows optical characteristics of the optical filter 1A from the ultraviolet wavelength region to the visible wavelength region. In FIG. 6, the solid line shows the optical characteristics for light with an incident angle of 0 degrees.
  • the alternate long and short dash line indicates optical characteristics with respect to light having an incident angle of 30 degrees.
  • An alternate long and two short dashes line indicates optical characteristics with respect to light having an incident angle of 35 degrees.
  • a broken line indicates an optical characteristic with respect to light having an incident angle of 40 degrees.
  • the optical filter 1A compared with the optical filter 1, the ripple in the transmission band that absorbs part of the light in the visible wavelength region is suppressed, and the second light that absorbs light in the near-infrared wavelength region from the transmission band. It can be seen that the incident angle dependence of the optical characteristics in the transition region toward the stop band is reduced.
  • the optical filter 1 ⁇ / b> A has an infrared light half-value wavelength of about 650 nm with respect to light having an incident angle of 0 degree, but the infrared light half-value wavelength has small incident angle dependency. I understand that.
  • the optical filter 1A exhibits optical characteristics having a small incident angle dependency on light on the short wavelength side in the visible wavelength region, similarly to the optical filter 1 of the first embodiment.
  • the optical filter 1A it is possible to effectively reduce the incident angle dependency of the optical characteristics over the entire wavelength region of the visible wavelength region. Thereby, good color reproducibility for light in the visible wavelength region can be realized in all parts of the image.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical filter 1B according to the third embodiment of the present invention.
  • the optical filter 1B is different from the optical filter 1A of the second embodiment in that the light absorption structure 5 is provided between the transparent substrate 2 and the first reflection structure 3, Since the configuration is similar, the same configuration is denoted by the same reference numeral as that of the optical filter 1A, and detailed description thereof is omitted.
  • the optical filter 1B by providing the light absorbing structure 5 on the light incident surface 2a side of the transparent substrate 2, the number of interfaces between different materials on the light emitting surface 2b side of the transparent substrate 2 is reduced as compared with the optical filter 1A. . Thereby, the probability that the stray light re-entering the optical filter 1B is reflected is reduced, and the generation of ghost light is suppressed.
  • optical filter 1B it is possible to suppress degradation of image quality due to ghost light, and to reduce the incident angle dependency of the optical characteristics in the wavelength region from the ultraviolet wavelength region to the visible wavelength region.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical filter 1C according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the optical filter 1 ⁇ / b> C changes the first reflective structure 3 without changing the total number of groups constituting the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4.
  • the number of groups constituting the second reflection structure 4 is decreased while the number of groups constituting the second reflection structure 4 is decreased.
  • the optical filter 1C by reducing the number of groups constituting the second reflective structure 4, the probability that stray light re-entering the optical filter 1C is reflected by the second reflective structure 4 is reduced, and ghost light is generated. Is suppressed.
  • the second reflecting structure 4 may not be provided, and only the first reflecting structure 3 may be provided. However, the film stress generated on the light incident surface 2a side and the film generated on the light emitting surface 2b side are provided. In order to balance the stress, it is preferable to provide both the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4.
  • optical filter 1C it is possible to suppress degradation of image quality due to ghost light, and to reduce the incident angle dependency of the optical characteristics in the wavelength region from the ultraviolet wavelength region to the visible wavelength region.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical filter 1D according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the optical filter 1D is configured to change the first reflective structure 3 without changing the total number of groups constituting the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4.
  • the number of groups constituting the second reflection structure 4 is decreased while the number of groups constituting the second reflection structure 4 is decreased. According to such a configuration, it is possible to suppress degradation of image quality due to ghost light, and to reduce the incident angle dependency of the optical characteristics in the wavelength region from the ultraviolet wavelength region to the near infrared wavelength region. it can.
  • the optical filter 1D it is possible to suppress deterioration in image quality due to ghost light and to suppress changes in optical characteristics due to a difference in incident angle in a wavelength region ranging from an ultraviolet wavelength region to a near infrared wavelength region. it can.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical filter 1E according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the optical filter 1E changes the first reflective structure 3 without changing the total number of groups constituting the first reflective structure 3 and the second reflective structure 4.
  • the number of groups constituting the second reflection structure 4 is decreased while the number of groups constituting the second reflection structure 4 is decreased. According to such a configuration, it is possible to suppress degradation of image quality due to ghost light, and to reduce the incident angle dependency of the optical characteristics in the wavelength region from the ultraviolet wavelength region to the near infrared wavelength region. it can.
  • the optical filter 1E it is possible to suppress deterioration in image quality due to ghost light and to suppress changes in optical characteristics due to a difference in incident angle in a wavelength region ranging from an ultraviolet wavelength region to a near infrared wavelength region. it can.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical filter 1F according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the optical filter 1F is different from the optical filter 1C of the fourth embodiment in that a warp suppressing layer 6 is provided between the transparent substrate 2 and the second reflective structure 4, and the rest is the same. Therefore, the same reference numerals as those of the optical filter 1C are attached to the same components, and detailed description thereof is omitted.
  • the thickness of the first reflecting structure 3 provided on the light incident surface 2a of the transparent substrate 2 is different from the thickness of the second reflecting structure 4 provided on the light emitting surface 2b of the transparent substrate 2, the light incident surface
  • the film stress generated on the 2a side and the film stress generated on the light emitting surface 2b side do not cancel each other, and the optical filter 1C may be deformed or warped.
  • the warp suppressing layer 6 is provided to prevent deformation and warpage of the optical filter 1F.
  • the warp suppressing layer 6 only needs to be transparent to light in the wavelength region from the ultraviolet wavelength region to the near infrared wavelength region.
  • SiO 2 may be used as the material of the warp suppressing layer 6. According to such a configuration, deformation and warpage of the optical filter 1F can be effectively prevented.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical filter 1G according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the optical filter 1G is different from the optical filter 1D of the fifth embodiment in that a warp suppressing layer 6 is provided between the light absorption structure 5 and the second reflection structure 4, and the others are Since the configuration is the same, the same configuration is denoted by the same reference numeral as that of the optical filter 1D, and detailed description thereof is omitted.
  • the warpage suppressing layer 6 only needs to be transparent to light in the wavelength region from the ultraviolet wavelength region to the near infrared wavelength region.
  • a material for the warpage suppressing layer 6 for example, SiO 2 is used. Also good. According to such a configuration, deformation and warpage of the optical filter 1G can be effectively prevented.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical filter 1H according to the ninth embodiment of the present invention.
  • the optical filter 1H is different from the optical filter 1E of the sixth embodiment in that a warp suppressing layer 6 is provided between the transparent substrate 2 and the second reflective structure 4, and the rest is the same. Therefore, the same reference numerals as those of the optical filter 1H are attached to the same components, and detailed description thereof is omitted.
  • the warpage suppressing layer 6 only needs to be transparent to light in the wavelength region from the ultraviolet wavelength region to the near infrared wavelength region.
  • a material for the warpage suppressing layer 6 for example, SiO 2 is used. Also good. According to such a configuration, deformation and warpage of the optical filter 1H can be effectively prevented.
  • FIG. 14A is a top view showing an appearance of the optical element package 100 according to one embodiment of the present invention.
  • 14B is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG. 14A.
  • the optical element package 100 includes a substrate 9 having a cavity (concave portion) for accommodating the optical element 10 and a lens holder 8 fixed to the substrate 9 so as to close the cavity.
  • the lens holder 8 includes the optical lens 7, the optical filters 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, and 1H, and a lens holding portion 8b that holds these.
  • the substrate 9 is a wiring substrate in which a wiring conductor is formed on an insulating layer made of a ceramic material or an organic material.
  • the substrate 9 is electrically connected to the optical element 10 and also to an external device.
  • the substrate 9 is formed by laminating a plate-like first substrate 9a and a second substrate 9b having a through hole in the center. A cavity is formed by the through hole of the second substrate 9b and the main surface of the first substrate 9a, and the optical element 10 is accommodated.
  • the substrate 9 may be composed of one insulating layer having a cavity formed in the central portion, or three or more substrates may be laminated.
  • the electronic device 200 includes an optical element package 100 and an optical element 10.
  • the optical element 10 is an imaging element or a light receiving element, and is electrically connected to the substrate 9 by a connecting member such as a bonding wire 11.
  • a connecting member such as a bonding wire 11.
  • gold bumps or solder may be used in addition to the bonding wires.
  • the lens holding portion 8 b of the lens holder 8 holds the optical lens 7 and the optical filter 1 so that the optical axis of the optical lens 7 passes through the optical element 10.
  • the optical lens 7 lenses of various shapes such as a convex lens, a concave lens, and a Fresnel lens can be used.
  • the optical lens 7 only needs to have various optical functions according to the type of the optical element 10 to be accommodated. For example, external light incident from the outside is focused on the surface of the imaging element.
  • the lens holding portion 8b has a roughly cubic shape or a rectangular parallelepiped shape, the lower surface is opened, a through hole is provided in the upper surface 8a, and the optical lens 7 is held so as to fit in the through hole.
  • the optical filters 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, and 1H are held below the lens holding portion 8b so as to be positioned between the optical lens 7 and the optical element 10.
  • the shape of the lens holding portion 8b is not particularly limited, and may be, for example, a cubic shape or a rectangular parallelepiped shape as described above, a cylindrical shape, a hemispherical shape, a dome shape, or the like.
  • the lower end of the side wall of the lens holding portion 8b is fixed to the outer peripheral portion of the upper surface of the substrate 9 with an adhesive or the like.
  • optical element 10 When the optical element 10 is an image sensor, external light focused by the optical lens 7 passes through the optical filters 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, and 1H. Of the transmitted light, light in the near-infrared band and ultraviolet band is blocked by the optical filters 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, and 1H, and light in the visible light band is transmitted for imaging. Reach the element.
  • Optical element package having good color reproducibility with respect to light on the short wavelength side in the visible wavelength region by providing the optical filters 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, and 1H. 100 and the electronic device 200 can be realized.
  • Tables 1 and 2 show examples of specific configurations of the first reflection structure 3 and the second reflection structure 4 of the optical filters 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, and 1H. Shown in Table 1 shows the laminated structure of the first reflective structure 3, and Table 2 shows the laminated structure of the second reflective structure.
  • the number of layers in Table 1 indicates the stacking order from the incident side of the optical lens side, that is, the optical filters 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, and 1H.
  • the stacking order of the optical element 10 side that is, the optical filters 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, and 1H from the emission surface side is shown.
  • the film thickness in Table 1 and Table 2 shows the physical film thickness of each layer.
  • the laminated structure of the first reflective structure and the second reflective structure is not limited to those shown in Tables 1 and 2, but is a laminated structure having different materials, stacking orders, and physical film thicknesses. May be.

Abstract

本発明は、入射角の違いによる光学特性の変化が小さい光学フィルタおよびこの光学フィルタを備える光学フィルタ用パッケージに関する。光学フィルタは、入射角が０度である光に対して、可視波長領域に位置し、前記可視波長領域の光の一部を吸収する透過帯と、紫外波長領域に位置し、前記紫外波長領域の光を吸収する第１の阻止帯と、近赤外波長領域に位置し、前記近赤外波長領域の光を吸収する第２の阻止帯とを有する光学特性を示す。光学フィルタは、前記入射角が０度よりも大きい光に対して、前記透過帯の位置が、前記入射角が０度である光と比較して、短波長側に移動するとともに、移動した透過帯の紫外波長領域側の端部に、透過率が極小となるリップルが発生する光学特性を示す。

Description

光学フィルタおよび光学素子用パッケージ
　本発明は、光学フィルタおよびこの光学フィルタを備える光学素子用パッケージに関する。
　撮像素子等を用いた撮像光学系には、光を集光する光学レンズや、所定の波長帯域の光を透過し、その他の波長帯域の光は透過しないバンドパス型の光学フィルタ等各種の光学部材が使用される。
　例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサから成る撮像
素子を用いる場合、撮像素子に入射する光を人間の眼が知覚することができる波長領域（可視波長領域）に限定する光学フィルタが、光学レンズと撮像素子との間に配置される。このような光学フィルタは、可視波長領域よりも長い波長を有する近赤外光と、可視波長領域よりも短い波長を有する紫外光の透過を阻止するように構成される。
　近年、携帯端末の薄型化に伴い、携帯端末に搭載するための撮像光学系を低背化することが要求されている。特許文献１は、光学フィルタを薄型化するために、複数の無機薄膜の積層体である近赤外反射構造体と、赤外波長領域に吸収帯を有する色素をバインダに分散させた有機薄膜による光吸収構造体とを組み合わせたハイブリッドタイプの光学フィルタを提案している。撮像光学系の低背化に合わせて、撮像光学系の広角化が進められており、それに伴って、光学フィルタの入射角依存性を抑制し、画像中心部における色再現性と画像外周部における色再現性とを均一にすることが要求されている。
特許第５８２３１１９号
　本実施形態の光学フィルタは、入射角が０度である光に対して、可視波長領域に位置し、前記可視波長領域の光の一部を吸収する透過帯と、紫外波長領域に位置し、前記紫外波長領域の光を吸収する第１の阻止帯と、近赤外波長領域に位置し、前記近赤外波長領域の光を吸収する第２の阻止帯とを有する光学特性を示す。本実施形態の光学フィルタは、前記入射角が０度よりも大きい光に対して、前記透過帯の位置が、前記入射角が０度である光と比較して、短波長側に移動するとともに、移動した透過帯の紫外波長領域側の端部に、透過率の極小を有するリップルが発生する光学特性を示す。
　また、本実施形態の光学素子用パッケージは、基板と、レンズホルダとを含む。基板は、撮像素子、または受光素子が収容される凹部を有する。レンズホルダは、光学レンズ、上記の光学フィルタならびに該光学レンズおよび該光学フィルタを保持するレンズ保持部を有し、前記凹部を塞ぐように前記基板に固定される。
　本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本発明の第１実施形態に係る光学フィルタ１の構成を示す断面図である。 光学フィルタ１の光学特性および該光学特性の入射角依存性を示す図である。 光学フィルタ１の紫外波長領域から可視波長領域にかけての光学特性および該光学特性の入射角依存性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光学フィルタ１Ａの構成を示す断面図である。 光学フィルタ１Ａの光学特性および該光学特性の入射角依存性を示す図である。 光学フィルタ１Ａの紫外波長領域から可視波長領域にかけての光学特性および該光学特性の入射角依存性を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る光学フィルタ１Ｂの構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る光学フィルタ１Ｃの構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る光学フィルタ１Ｄの構成を示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係る光学フィルタ１Ｅの構成を示す断面図である。 本発明の第７実施形態に係る光学フィルタ１Ｆの構成を示す断面図である。 本発明の第８実施形態に係る光学フィルタ１Ｇの構成を示す断面図である。 本発明の第９実施形態に係る光学フィルタ１Ｈの構成を示す断面図である。 光学素子収納用パッケージの上面図である。 図１４ＡのＡ－Ａ線を切断面線とする縦断面図である。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る光学フィルタ１の構成を示す断面図である。図２および図３は、光学フィルタ１の光学特性および該光学特性の入射角依存性を示す図である。
　光学フィルタ１は、透明基板２と、透明基板２の光入射面２ａ上に設けられる第１反射構造体３と、透明基板２の光出射面２ｂ上に設けられる第２反射構造体４とを備える。光出射面２ｂは、透明基板２の、光入射面２ａとは反対側の面である。
　透明基板２は、少なくとも可視波長領域の光に対して、透過する光の波長選択性がない、光透過性を有する基板である。透明基板２は、可視波長領域の光に対して、８０％以上の透過率を有してもよい。
　透明基板２は、ソーダ石灰ガラス、石英ガラス、またはホウケイ酸ガラス等のガラス材料から成るものであってもよい。あるいは、透明基板２は、金属酸化物等の無機材料、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミド、ポリカーボネイド、もしくはアクリル等の樹脂材料から成るものであってもよい。
　透明基板２は、平面視した場合に、第１反射構造体３および第２反射構造体４と同じ大きさであってもよい。また、透明基板２の厚みは、光学フィルタ１に求められる機械的強度や総厚みを考慮して適宜設定すればよく、例えば、５０μｍ～３００μｍである。
　第１反射構造体３は、透明基板の光入射面２ａに設けられ、第２反射構造体４は、透明基板の光出射面２ｂに設けられ、予め定める波長領域の光を反射する。光学フィルタ１に要求されるフィルタ特性が、可視波長領域の光の透過である場合、第１反射構造体３および第２反射構造体４は、透過させるべき可視波長領域以外の波長領域である、近赤外波長領域の光および紫外波長領域の光を反射するように構成される。
　第１反射構造体３および第２反射構造体４の各々は、相対的に屈折率が低い低屈折率層と、相対的に屈折率が高い高屈折率層とを積層して構成された複数の群を有する。各群を構成する低屈折率層および高屈折率層の、物理膜厚および／または屈折率を適宜設定することによって、各群の見かけの光学膜厚および見かけの屈折率を調整することができる。透過を阻止したい波長領域の中心波長をλとしたとき、各群の見かけの光学膜厚をλ／２に設定することで、各群の上下の界面による反射光が同位相となり強め合うことになる。これにより、波長λを中心とする波長領域の光の透過を阻止することができ、当該波長領域以外の波長領域の光は、第１反射構造体３および第２反射構造体４を透過することになる。したがって、λを近赤外波長領域および紫外波長領域とすることで、第１反射構造体３および第２反射構造体４は、近赤外光および紫外光を反射してその透過を阻止し、近赤外波長領域および紫外波長領域以外の波長領域である可視波長領域の光を透過する。
　光学フィルタ１は、低屈折率層が酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、高屈折率層が酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる。酸化ケイ素誘電体層の屈折率はｎ＝１．４５と相対的に低屈折率であり、酸化チタン誘電体層の屈折率はｎ＝２．３０と相対的に高屈折率である。
　なお、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２以外にも、反射によって透過を阻止しようとする波長帯域に応じて、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ３等の無機材料を用いてもよい。
　光学フィルタ１では、第１反射構造体３および第２反射構造体４を構成する各群の見かけの光学膜厚および見かけの屈折率を調整することにより、図２および図３に示す光学特性および該光学特性の入射角依存性を実現している。
　第１反射構造体３および第２反射構造体４は、上記のように所望の波長帯域の光を反射し、光の干渉を利用して透過を阻止しようとするものである。したがって、低屈折率層と高屈折率層との界面における反射を高精度に制御する必要がある。
　光学フィルタ１では、低屈折率層および高屈折率層を、蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）あるいはスパッタリング法等を用いて成膜することによって、低屈折率層と高屈折率層との、凹凸が小さく、かつ平坦な界面を形成している。
　図２および図３は、光学フィルタ１の光学特性、および当該光学特性の入射角依存性を示している。図２および図３の横軸は入射光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は透過率（％）を表している。また、入射角は、光学フィルタ１の入射面の法線と入射する光の進行方向との間の角度であり、図１に示した角度θに対応する。図２においては、実線は入射角が０度の光に対する光学特性を示す。一点鎖線は入射角が３０度の光に対する光学特性を示す。破線は入射角が４０度の光に対する光学特性を示す。図３においては、実線は入射角が０度の光に対する光学特性を示す。一点鎖線は入射角が３０度の光に対する光学特性を示す。二点鎖線は入射角が３５度の光に対する光学特性を示す。破線は入射角が４０度の光に対する光学特性を示す。
　光学フィルタ１は、入射角が０度の光に対して、可視波長領域に位置し、可視波長領域の光の一部を吸収する透過帯を有する光学特性を示す。透過帯は、波長が４２０～６８０ｎｍ程度の光に対して、８０％以上の透過率を有するように構成されている。また、光学フィルタ１は、入射角が０度の光に対して、紫外波長領域に位置し、紫外波長領域の光を吸収する第１の阻止帯と、近赤外波長領域に位置し、近赤外波長領域の光を吸収する第２の阻止帯とを有する光学特性を示す。また、光学フィルタ１は、入射角が０度の光に対して、波長が４１０～４２０ｎｍの間において、透過率が５０％となる紫外光半値波長を有し、波長が６８０～６９０ｎｍの間において、透過率が５０％となる赤外光半値波長を有するように構成されている。
　図２に示すように、光学フィルタ１の光学特性は、入射角が０度よりも大きい光に対して、可視波長領域の透過帯の位置が、入射角が０度である光と比較して、短波長側に移動するように構成されている。光学フィルタ１の光学特性は、さらに、入射角が０度よりも大きい光に対して、移動した透過帯の紫外波長領域側の端部に、リップルが生じるように構成されている。
　図３に示すように、入射角が４０度以下である場合、入射角が０度のときの紫外光半値波長から該紫外光半値波長よりも長い可視波長にかけての領域において、光学フィルタ１の光学特性は、入射角に実質的に依存せず、入射角が０度のときの光学特性に近似的に一致している。すなわち、光学フィルタ１の光学特性は、入射角が０度よりも大きい光に対して、透過帯の移動を抑制するのではなく、移動した透過帯の紫外波長領域側の端部に、リップルを生じさせることによって、透過帯の移動による光学特性の変化を相殺するように構成されている。
　光学フィルタ１によれば、前述の紫外光半値波長から、当該紫外光半値波長よりも長い可視波長にかけての波長領域において、光学特性の入射角依存性を効果的に低減することができる。それによって、画像の全ての部分において、可視波長領域の短波長側の光に対する良好な色再現性を実現することができる。
　光学フィルタ１は、図３に示すように、入射角が増加するにつれて、透過帯の移動量と、リップルが増加するように構成されてもよい。このような構成によれば、透過帯の移動を、透過率が極小となるリップルによって一層効果的に相殺することができる。なお、光学フィルタ１は、入射角が３０～４０度である場合に、リップルによる透過率が４０～７５％であってもよい。
　光学フィルタ１は、入射角が３０～４０度である場合に、リップルが、４１０～４３０ｎｍの波長領域に位置するように構成されてもよい。透過率の極小値の位置を上記のように構成することにより、透過帯の移動による光学特性の変化を一層効果的に相殺することができる。
　なお、図２に示すように、光学フィルタ１は、入射角が３０度の光に対して、波長が６６０～６７０ｎｍの間に赤外光半値波長を有し、入射角が４０度の光に対して、波長が６５０～６６０ｎｍの間に赤外光半値波長を有する光学特性を示す。すなわち、光学フィルタ１は、入射角が０度から４０度の範囲において、入射角が増加するにつれて、赤外光半値波長の移動量が増加する光学特性を示すように構成されている。
　図４は、本発明の第２実施形態に係る光学フィルタ１Ａの構成を示す断面図である。
　光学フィルタ１Ａは、透明基板２と、透明基板２の光入射面２ａ上に設けられる第１反射構造体３と、透明基板２の光出射面２ｂ上に設けられる第２反射構造体４と、透明基板２と第２反射構造体４との間に設けられる光吸収構造体５とを備える。
　光学フィルタ１Ａは、第１実施形態の光学フィルタ１と比較して、光吸収構造体５が設けられる点で異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には光学フィルタ１と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
　光吸収構造体５を構成する樹脂材料は、少なくとも可視波長領域で吸収が無いものが好ましく、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアクリル樹脂またはポリイミド樹脂等が用いられる。樹脂材料に分散される有機色素は、染料または顔料として使用される化合物を用いることができる。染料または顔料も、可視波長領域で吸収が無いものが好ましく、近赤外帯域で吸収率の高いものが好ましい。
　染料としては、例えば、フタロシアニン系化合物、アゾ化合物系化合物、ポリメチン系化合物、ジフェニルメタン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、キノン系化合物、ジイモニウム系化合物、チオール金属錯体系化合物等の化合物を用いることができる。吸収すべき波長帯域が狭い場合は、これらの染料のうちの１種を選択して樹脂材料に分散させてもよい。吸収すべき波長帯域が広い場合は、吸収波長の異なる複数種類の染料を選択して樹脂材料に分散させてもよい。
　顔料としては、例えば、インジウムとスズの複合酸化物であるＩＴＯを微粒子化したものを用いることができる。ＩＴＯは、可視光帯域において透過率が高く、近赤外波長領域の光を吸収する。顔料は、染料とは異なり粒子状態で樹脂層に分散されるので、粒子による透過光の散乱等を防ぐために、より小さい粒子径とするのが好ましい。
　紫外波長領域の光を吸収する化合物としては、酸化チタン、酸化亜鉛等を用いてもよく、有機材料であるベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン、トリアジン等を用いてもよい。
　光吸収構造体５は、未硬化の樹脂を分散または可溶化した溶媒に、上記の近赤外光吸収剤、紫外光吸収剤を分散させた塗工液を作製する。作製した塗工液を、スピンコート法、スプレー法、ディッピング法等によって、透明基板２の一方主面（光出射面２ｂ）に塗工し、乾燥、加熱等を経て樹脂を硬化させることによって形成されてもよい。
　光吸収構造体５の膜厚が厚いほど光の吸収率は高いが、光学フィルタ１Ａの厚みが厚くなってしまうので、光吸収構造体５の膜厚は、例えば０．５μｍ～１０μｍである。
　光吸収構造体５は、光の干渉を利用して光の透過を阻止する第１反射構造体３および第２反射構造体４とは異なり、樹脂バインダ中に分散した有機色素または金属錯体の分光特性を利用して、光の透過を選択的に阻止するものである。したがって、光吸収構造体５の光学特性は、第１反射構造体３および第２反射構造体４の光学特性と比較して、入射角依存性が小さい。
　光学フィルタ１Ａの光吸収構造体５は、可視波長領域の光の一部を吸収する第１の吸収帯、および可視波長領域から近赤外波長領域にかけての波長領域の光を吸収する第２の吸収帯を有するように構成される。第１の吸収帯は、５００ｎｍ程度の波長の光に対して、透過率が９０％程度である透過極大を有する。第２の吸収帯における透過率は、実質的に０％である。
　光吸収構造体５は、第１の吸収帯から第２の吸収帯に向かう遷移領域に透過率が５０％となる第１の半値波長を有する。第１の半値波長は、第１反射構造体３および第２反射構造体４のみを有する光学フィルタ１の、入射角が４０度であるときの赤外半値波長以下に設定されてもよい。このような光吸収構造体５の構成によれば、少なくとも入射角が０度から４０度の範囲において、光学フィルタ１Ａの可視波長領域から近赤外波長領域にかけての光学特性は、実質的に、光吸収構造体５の光学特性のみによって決定される。上記のように、光吸収構造体５の光学特性は入射角依存性が相対的に小さいので、光学フィルタ１Ａによれば、可視波長領域から近赤外波長領域にかけての、入射角依存性が小さい光学特性を実現することが可能になる。
　光吸収構造体５は、紫外波長領域から可視波長領域にかけての波長領域の光を吸収する第３の吸収帯を有する。光吸収構造体５は、第１の吸収帯から第３の吸収帯に向かう遷移領域に透過率が５０％となる第２の半値波長を有する。第２の半値波長は、光学フィルタ１の、入射角が４０度であるときの透過率の極小が生じる波長以下に設定されてもよい。このような光吸収構造体５の構成によれば、入射角が０度から４０度の範囲において、光学フィルタ１Ａの紫外波長領域から可視波長領域にかけての光学特性は、実質的に、第１反射構造体３および第２反射構造体４の光学特性によって決定される。すなわち、光学フィルタ１Ａによれば、光学フィルタ１と同様に、前述の紫外光半値波長から、当該紫外光半値波長よりも長い可視波長にかけての波長領域において、光学特性の入射角依存性を効果的に低減することが可能になる。
　図５および図６は、光学フィルタ１Ａの光学特性および該光学特性の入射角依存性を示す。入射角は、光学フィルタ１Ａの入射面の法線と入射する光の進行方向との間の角度であり、図４に示した角度θに対応する。図５において、実線は入射角が０度の光に対する光学特性を示す。一点鎖線は入射角が３０度の光に対する光学特性を示す。破線は入射角が４０度の光に対する光学特性を示す。図６は、光学フィルタ１Ａの、紫外波長領域から可視波長領域にかけての光学特性を示す。図６において、実線は入射角が０度の光に対する光学特性を示す。一点鎖線は入射角が３０度の光に対する光学特性を示す。二点鎖線は入射角が３５度の光に対する光学特性を示す。破線は入射角が４０度の光に対する光学特性を示す。
　光学フィルタ１Ａによれば、光学フィルタ１と比較して、可視波長領域の光の一部を吸収する透過帯におけるリップルが抑制され、かつ透過帯から近赤外波長領域の光を吸収する第２の阻止帯に向かう遷移領域における光学特性の入射角依存性が低減されていることが判る。特に、光学フィルタ１Ａは、図５に示すように、入射角が０度の光に対する赤外光半値波長が６５０ｎｍ付近の波長であるが、当該赤外光半値波長は、入射角依存性が小さいことが判る。
　さらに、光学フィルタ１Ａは、第１実施形態の光学フィルタ１と同様に、可視波長領域の短波長側の光に対する、入射角依存性が小さい光学特性を示すことが判る。
　したがって、光学フィルタ１Ａによれば、可視波長領域の全ての波長領域にわたって、光学特性の入射角依存性を効果的に低減することができる。それによって、画像の全ての部分において、可視波長領域の光に対する良好な色再現性を実現することができる。
　図７は、本発明の第３実施形態に係る光学フィルタ１Ｂの構成を示す断面図である。光学フィルタ１Ｂは、第２実施形態の光学フィルタ１Ａと比較して、光吸収構造体５が透明基板２と第１反射構造体３との間に設けられる点で異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には光学フィルタ１Ａと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
　撮像光学系の低背化に伴い、光学フィルタと撮像素子または受光素子との距離が短くなると、入射光のうちの一部が撮像素子または受光素子で反射し発生した迷光が光学フィルタ等に反射し、再び撮像素子または受光素子に返りやすくなる。この再び撮像素子に返った迷光がゴースト光となり、画像の品質を劣化させるおそれがある。
　光学フィルタ１Ｂでは、光吸収構造体５を透明基板２の光入射面２ａ側に設けることによって、透明基板２の光出射面２ｂ側において異種材料間の界面の数を光学フィルタ１Ａよりも減少させる。これによって、光学フィルタ１Ｂに再入射した迷光が反射する確率を低減し、ゴースト光の発生を抑制している。
　光学フィルタ１Ｂによれば、ゴースト光による画像品質の劣化を抑制することができるとともに、紫外波長領域から可視波長領域にかけての波長領域において、光学特性の入射角依存性を低減することができる。
　図８は、本発明の第４実施形態に係る光学フィルタ１Ｃの構成を示す断面図である。光学フィルタ１Ｃは、第１実施形態の光学フィルタ１と比較して、第１反射構造体３および第２反射構造体４を構成する群の総数を変更することなく、第１反射構造体３を構成する群の数を増加させ、第２反射構造体４を構成する群の数を減少させたものである。
　光学フィルタ１Ｃでは、第２反射構造体４を構成する群の数を減少させることによって、光学フィルタ１Ｃに再入射した迷光が第２反射構造体４で反射する確率を低減し、ゴースト光の発生を抑制している。なお、第２反射構造体４を設けず、第１反射構造体３のみを設ける構成であってもよいが、光入射面２ａ側に発生する膜応力と、光出射面２ｂ側に発生する膜応力との均衡を図るために、第１反射構造体３および第２反射構造体４の両方を設けるのがよい。
　光学フィルタ１Ｃによれば、ゴースト光による画像品質の劣化を抑制することができるとともに、紫外波長領域から可視波長領域にかけての波長領域において、光学特性の入射角依存性を低減することができる。
　図９は、本発明の第５実施形態に係る光学フィルタ１Ｄの構成を示す断面図である。光学フィルタ１Ｄは、第２実施形態の光学フィルタ１Ａと比較して、第１反射構造体３および第２反射構造体４を構成する群の総数を変更することなく、第１反射構造体３を構成する群の数を増加させ、第２反射構造体４を構成する群の数を減少させたものである。このような構成によれば、ゴースト光による画像品質の劣化を抑制することができるとともに、紫外波長領域から近赤外波長領域にかけての波長領域において、光学特性の入射角依存性を低減することができる。
　光学フィルタ１Ｄによれば、ゴースト光による画像品質の劣化を抑制することができるとともに、紫外波長領域から近赤外波長領域にわたる波長領域で、入射角の違いによる光学特性の変化を抑制することができる。
　図１０は、本発明の第６実施形態に係る光学フィルタ１Ｅの構成を示す断面図である。光学フィルタ１Ｅは、第３実施形態の光学フィルタ１Ｂと比較して、第１反射構造体３および第２反射構造体４を構成する群の総数を変更することなく、第１反射構造体３を構成する群の数を増加させ、第２反射構造体４を構成する群の数を減少させたものである。このような構成によれば、ゴースト光による画像品質の劣化を抑制することができるとともに、紫外波長領域から近赤外波長領域にかけての波長領域において、光学特性の入射角依存性を低減することができる。
　光学フィルタ１Ｅによれば、ゴースト光による画像品質の劣化を抑制することができるとともに、紫外波長領域から近赤外波長領域にわたる波長領域で、入射角の違いによる光学特性の変化を抑制することができる。
　図１１は、本発明の第７実施形態の光学フィルタ１Ｆの構成を示す断面図である。光学フィルタ１Ｆは、第４実施形態の光学フィルタ１Ｃと比較して、透明基板２と第２反射構造体４との間に反り抑制層６が設けられる点で異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には光学フィルタ１Ｃと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
　透明基板２の光入射面２ａ上に設けられる第１反射構造体３の厚みと、透明基板２の光出射面２ｂ上に設けられる第２反射構造体４の厚みとが異なる場合、光入射面２ａ側に生じる膜応力と光出射面２ｂ側に生じる膜応力とが相殺せず、光学フィルタ１Ｃに変形や反りが発生することがある。光学フィルタ１Ｆでは、反り抑制層６を設けることによって、光学フィルタ１Ｆの変形や反りを防止している。
　反り抑制層６は、紫外波長領域から近赤外波長領域にかけての波長領域の光に対して、透過性を有するものであればよい。反り抑制層６の材料としては、例えばＳｉＯ２を用いてもよい。このような構成によれば、光学フィルタ１Ｆの変形や反りを効果的に防止することができる。
　図１２は、本発明の第８実施形態の光学フィルタ１Ｇの構成を示す断面図である。光学フィルタ１Ｇは、第５実施形態の光学フィルタ１Ｄと比較して、光吸収構造体５と第２反射構造体４との間に反り抑制層６が設けられる点で異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には光学フィルタ１Ｄと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
　反り抑制層６は、紫外波長領域から近赤外波長領域にかけての波長領域の光に対して、透過性を有するものであればよく、反り抑制層６の材料としては、例えばＳｉＯ２を用いてもよい。このような構成によれば、光学フィルタ１Ｇの変形や反りを効果的に防止することができる。
　図１３は、本発明の第９実施形態の光学フィルタ１Ｈの構成を示す断面図である。光学フィルタ１Ｈは、第６実施形態の光学フィルタ１Ｅと比較して、透明基板２と第２反射構造体４との間に反り抑制層６が設けられる点で異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成には光学フィルタ１Ｈと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
　反り抑制層６は、紫外波長領域から近赤外波長領域にかけての波長領域の光に対して、透過性を有するものであればよく、反り抑制層６の材料としては、例えばＳｉＯ２を用いてもよい。このような構成によれば、光学フィルタ１Ｈの変形や反りを効果的に防止することができる。
　図１４Ａは、本発明の一つの態様の光学素子用パッケージ１００の外観を示す上面図である。図１４Ｂは、図１４ＡのＡ－Ａ線を切断面線とする縦断面図である。
　光学素子用パッケージ１００は、光学素子１０を収容するキャビティ（凹部）を有する基板９と、キャビティを塞ぐように基板９に固定されるレンズホルダ８と、を備える。レンズホルダ８は、光学レンズ７と、上記の光学フィルタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈと、これらを保持するレンズ保持部８ｂと、を含む。
　基板９は、セラミック材料または有機材料から成る絶縁層に配線導体が形成された配線基板である。基板９は、光学素子１０と電気的に接続するとともに外部装置とも電気的に接続する。
　基板９は、板状の第１基板９ａと中央に貫通孔を有する第２基板９ｂとが積層されてなる。第２基板９ｂの貫通孔と第１基板９ａの主面とでキャビティが構成され、光学素子１０が収容される。なお、基板９は、中央部分にキャビティが形成された１つの絶縁層からなるものであってもよく、３つ以上の基板が積層されていてもよい。
　電子装置２００は、光学素子用パッケージ１００と、光学素子１０と、を備える。光学素子１０は、撮像素子、または受光素子であり、ボンディングワイヤ１１等の接続部材によって基板９と電気的に接続される。光学素子１０と基板９との電気的接続には、ボンディングワイヤ以外に金バンプまたはハンダ等を使用してもよい。
　レンズホルダ８のレンズ保持部８ｂは、光学レンズ７の光軸が光学素子１０を通るように光学レンズ７および光学フィルタ１を保持する。光学レンズ７としては、凸レンズ、凹レンズまたはフレネルレンズ等の各種形状のレンズを使用するができる。光学レンズ７は、収容される光学素子１０の種類に応じて各種の光学機能を備えていればよく、例えば外部から入射する外光を撮像素子表面に集束させる。
　レンズ保持部８ｂは、概略、立方体形状または直方体形状を有し、下面が開放され、上面８ａに貫通孔が設けられ、この貫通孔に嵌るように光学レンズ７が保持される。光学フィルタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈは、光学レンズ７と光学素子１０との間に位置するように、レンズ保持部８ｂの下方に保持される。レンズ保持部８ｂの形状は特に限定されず、例えば、上記のように立方体形状または直方体形状であってもよく、円筒形状であってもよく、半球形状やドーム形状等であってもよい。
　レンズ保持部８ｂの側壁の下端が、基板９の上面の外周部分に、接着剤等によって固定される。
　光学素子１０が撮像素子の場合、光学レンズ７によって集束される外光が、光学フィルタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈを通過する。通過した光のうち近赤外帯域および紫外帯域の光は光学フィルタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈによって透過が阻止され、可視光帯域の光が透過されて撮像素子に到達する。
　光学フィルタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈを備えることにより、薄型であり、かつ可視波長領域の短波長側の光に対する良好な色再現性を有する光学素子用パッケージ１００および電子装置２００を実現することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実施例として、光学フィルタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈの第１反射構造体３および第２反射構造体４の具体的構成の一例を、表１および表２に示す。表１は第１反射構造体３の積層構造を示し、表２は第２反射構造体の積層構造を示す。なお、表１における層数は、光学レンズ側、すなわち光学フィルタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈの入射面側からの積層順序を示し、表２における層数は、光学素子１０側、すなわち光学フィルタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈの出射面側からの積層順序を示す。また、表１および表２における膜厚は、各層の物理膜厚を示す。
　第１反射構造体３および第２反射構造体４を、表１および表２に示したようにそれぞれ構成することにより、図２、図３、図５、および図６に示した光学特性を得ることができた。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。たとえば、第１反射構造体および第２反射構造体の積層構造は、表１および表２に示したものに限られるものではなく、異なる材料、積層順序、および物理膜厚を有する積層構造であってもよい。
　本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
　１　　　光学フィルタ
　１Ａ　　光学フィルタ
　１Ｂ　　光学フィルタ
　１Ｃ　　光学フィルタ
　１Ｄ　　光学フィルタ
　１Ｅ　　光学フィルタ
　１Ｆ　　光学フィルタ
　１Ｇ　　光学フィルタ
　１Ｈ　　光学フィルタ
　２　　　透明基板
　２ａ　　光入射面
　２ｂ　　光出射面
　３　　　第１反射構造体
　４　　　第２反射構造体
　５　　　光吸収構造体
　６　　　抑制層
　７　　　光学レンズ
　８　　　レンズホルダ
　８ａ　　上面
　８ｂ　　レンズ保持部
　９　　　基板
　９ａ　　第１基板
　９ｂ　　第２基板
　１０　　光学素子
　１１　　ボンディングワイヤ
　１００　光学素子用パッケージ
　２００　電子装置

Claims (9)

  1. 　入射角が０度である光に対して、可視波長領域に位置し、前記可視波長領域の光の一部を吸収する透過帯と、紫外波長領域に位置し、前記紫外波長領域の光を吸収する第１の阻止帯と、近赤外波長領域に位置し、前記近赤外波長領域の光を吸収する第２の阻止帯とを有する光学特性を示し、
    　前記入射角が０度よりも大きい光に対して、前記透過帯の位置が、前記入射角が０度である光と比較して、短波長側に移動するとともに、移動した透過帯の紫外波長領域側の端部に、透過率の極小を有するリップルが発生する光学特性を示す光学フィルタ。
  2. 　前記入射角が増加するにつれて、前記透過帯の移動量と、前記透過率の極小における極小値がとが増加することを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
  3. 　前記入射角が３０度～４０度であるときに、前記透過率の極小が４１０ｎｍ～４３０ｎｍの波長領域に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の光学フィルタ。
  4. 　前記光学フィルタは、
    　　透明基板と、
    　　該透明基板の光入射面上に設けられる第１反射構造体と、
    　　前記透明基板の前記光入射面とは反対側の光出射面上に設けられる第２反射構造体とを含み、
    　前記第１反射構造体は、低屈折率層と高屈折率層が交互に積層されてなり、
    　前記第２反射構造体は、低屈折率層と高屈折率層が交互に積層されてな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。
  5. 　前記光学フィルタは、
    　　透明基板と、
    　　該透明基板の光入射面上に設けられる第１反射構造体と、
    　　前記透明基板の前記光入射面とは反対側の光出射面上に設けられる第２反射構造体と、
    　　前記透明基板と前記第１反射構造体との間または前記透明基板と前記第２反射構造体との間に設けられる光吸収構造体とを含み、
    　前記第１反射構造体は、低屈折率層と高屈折率層が交互に積層されてなり、
    　前記第２反射構造体は、低屈折率層と高屈折率層が交互に積層されてなり、
    　前記光吸収構造体は、有機色素または金属錯体を含有する樹脂材料からな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。
  6. 　前記透明基板と前記第２反射構造体との間に反り抑制層が設けられることを特徴とする請求項４に記載の光学フィルタ。
  7. 　前記光吸収構造体が、前記透明基板と前記第２反射構造体との間に設けられるとともに、前記光吸収構造体と前記第２反射構造体との間に反り抑制層が設けられるか、または、
    　前記光吸収構造体が、前記透明基板と前記第１反射構造体との間に設けられるとともに、前記透明基板と前記第２反射構造体との間に反り抑制層が設けられることを特徴とする請求項５に記載の光学フィルタ。
  8. 　前記第１反射構造体の厚みが、前記第２反射構造体の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項４～７のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
  9. 　撮像素子、または受光素子が収容される凹部を有する基板と、
    　レンズホルダであって、光学レンズ、請求項１～８のいずれか１項に記載の光学フィルタならびに該光学レンズおよび該光学フィルタを保持するレンズ保持部を有し、前記凹部を塞ぐように前記基板に固定されるレンズホルダと、を含むことを特徴とする光学素子用パッケージ。
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