JP5659499B2 - 近赤外線カットフィルタガラス - Google Patents
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Description
このような光学機能部品は、主として画像を集光し固体撮像素子に導くためのガラス材あるいはプラスチック材から成るレンズと、赤みがかる色調を補正するための金属錯体を含有する近赤外線カットフィルタと、モアレや偽色を低減するためのローパスフィルタと、固体撮像素子を保護するため固体撮像素子パッケージに気密封着されるカバーガラス等から構成されている。
ここで用いられるカバーガラスは、ガラス中にα線放出性元素(放射性同位元素)を含有する場合、α線を放出することで固体撮像素子に一過性の誤動作(ソフトエラー)を引き起こす。したがって、ガラス中に不純物として含まれるα線放出性元素が可及的に少ない、高純度に精製されたガラス原料を使用し、溶融工程においてもこれら元素の混入を防止してガラスを製造する必要がある。
また、上記光学機能部品の構成では、各々の特性を得るための部材厚みの制約から薄型化が困難であり、結果としてカメラ本体の小型化に制約が生じるという問題点があった。
実際にデジタルスチルカメラやビデオカメラに使用される視感度補正フィルタの近紫外域または近赤外域のカットパターンは、個々のCCDやCMOSの感度特性あるいはカメラの設計に合せて決められるものであるため、近紫外域のカット特性と近赤外域のカット特性とは独立して制御できることが望ましい。
ることを特徴とする。
また、本発明の近赤外線カットフィルタガラスは、質量%表示で、
P2O5 50〜63%、
Al2O3 1〜12%、
B2O3 0〜10%、
Li2O 0〜10%、
Na2O 1〜30%、
K2O 0〜15%、
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 1〜20%、
MgO 0〜5%
CaO 0〜10%
SrO 0〜10%、
BaO 0〜10%
ZnO 0〜10%、
CuO 1〜15%、
Sb2O3 0〜2%、
を含むことを特徴とする。
また、本発明の近赤外線カットフィルタガラスは、ガラスからのα線放出量が、0.002〜0.02c/cm2・hであり、かつ波長550〜750nmの分光透過率において50%の透過率を示す波長が615nmとなるように換算した場合に、波長315nmにおける分光透過率が0.3%未満であることを特徴とする。
また、本発明の近赤外線カットフィルタガラスは、Thの含有量が1ppb以下であることを特徴とする。
また、本発明の近赤外線カットフィルタガラスは、液相温度が650〜830℃であることを特徴とする。
また、本発明の近赤外線カットフィルタガラスは、100〜300℃の平均熱膨張係数が130〜250×10−7℃−1であることを特徴とする。
また、波長550〜750nmの分光透過率において透過率50%を示す波長が615nmとなるように換算した場合に、波長400nmにおける透過率が80〜90%であり、かつ波長700nmにおける透過率が1〜15%であり、かつ波長1200nmにおける透過率が5〜35%であり、かつ厚さ0.3mmに換算した場合に、波長550〜750nmの分光透過率において、透過率50%を示す波長が550〜750nmとなることを特徴とする。
また、本発明の近赤外線カットフィルタガラスは、実質的にPbO、As2O3、F、V2O5を含まないことを特徴とする。
さらに、前記近赤外線カットフィルタガラスからなる固体撮像素子の保護用カバーガラスであることを特徴とする。
一般の固体撮像素子は近紫外線に感度を有する。撮像光学系において、光線が入射した場合、撮像レンズの可視光に対する屈折率と近紫外線に対する屈折率とが異なるため、近紫外線は可視光とはずれて固体撮像素子の光電変換面に到達することになる。その結果、そのずれは輪郭ボケとなって画像に記録されることになる。
本発明の近赤外線カットフィルタガラスを撮像光学系に用いることで、可視光をほぼ透過し、近紫外線を吸収することができるため、撮像画像における輪郭ボケなどの画質低下を低減することができる。また、撮像光学系の他部品に誘電体多層膜からなる紫外線カット膜が形成されている場合、紫外線カット膜が反射した近紫外線が迷光となったり、紫外線カット膜に対して斜入射することで反射されずに透過することが考えられるが、それら近紫外線は近赤外線カットフィルタガラスにより吸収することができるため、近紫外線の固体撮像素子への到達を防止または抑制することができる。
これに対し、本発明者が各種試験により確認したところ、ガラスからのα線放出量が0.002〜0.02c/cm2・hであれば、固体撮像素子にソフトエラーが発生する確率が非常に低いことがわかった。この理由として、固体撮像素子の高画素化に伴い、光がフォトダイオードに到達するまでの経路に配置されるマイクロレンズやカラーフィルタ等の部材が緻密化されるなどして、α線がフォトダイオードに到達しにくい構造となったことが考えられる。また、固体撮像素子からの画像信号を処理する画像処理装置のノイズ除去機能が高度化し、ソフトエラーに起因するノイズを効果的に除去していることも要因として考えられる。
本発明の近赤外線カットフィルタガラスは、上記のとおりガラスからのα線放出量が0.002〜0.02c/cm2・hであることが好ましい。ガラスからのα線放出量が0.002c/cm2・h未満である場合、Uの含有量を6ppb未満とする必要があり、これによりガラスの近紫外線吸収特性が得られなくなるためである。また、0.02c/cm2・hを超えると、ガラスからのα線に起因する固体撮像素子のソフトエラーが無視できないレベルとなるため好ましくない。好ましくは、0.002〜0.015c/cm2・hであり、さらに好ましくは、0.002〜0.01c/cm2・hである。
近赤外カットフィルタガラスの液相温度を650〜830℃とすることで、ガラスの溶解温度を低くすることができ、これによりガラス中のCu+とCu2+の化学的な平衡をCu2+側にすることができる。ガラス中のCu+は、可視領域に吸収特性を有するため、Cu+を低減することで、ガラスの可視領域の透過率が高くなり、固体撮像素子に可視光を多く導入することが可能であり、固体撮像素子の感度を高めることができる。
このようにすることで、近赤外線カットフィルタガラスの平均熱膨張係数とプラスチック製固体撮像素子パッケージの平均熱膨張係数とを近い値とすることができ、よって近赤外線カットフィルタガラスをプラスチック製パッケージに貼り付けた際に、熱膨張差に起因するパッケージの反り・変形やガラスの割れを防止することができる。
同様に、波長700nmにおける分光透過率が1〜15%であることが好ましく、3〜12%であるとより好ましく、5〜10%であるとさらに好ましい。同様に、波長1200nmにおける分光透過率が5〜35%であることが好ましく、8〜25%であるとより好ましく、10〜20%であるとさらに好ましい。近赤外線カットフィルタガラスを用いる光学機器では、一般的に画像処理(デジタル処理)を行うが、固体撮像素子が反応する赤外光の影響に対してはソフトウェア的に除去することが難しいとされており、前記近赤外線カットフィルタガラスにて赤外光をできる限り吸収することが望ましいためである。
なお、上記において、本発明の近赤外線カットフィルタガラスの可視領域の透過率特性は、透過率50%を示す波長が615nmとなるように換算した場合の透過率特性を用いている。これは、ガラスの透過率は厚みによって変化するが、均質なガラスであれば、光の透過する方向におけるガラスの厚さと透過率がわかれば、所定の厚さの透過率を計算によって求めることができるためである。
得られたガラスを用いて、およそ縦40mm×横50mm×厚さ0.3mmの両面を光学研磨したガラスサンプルを準備し、このガラスを、エポキシ樹脂を用いて有効画素数1000万画素のCMOSチップを内蔵したプラスチックパッケージに封着して固体撮像素子を作製し、得られた固体撮像素子のソフトエラーの有無を調査した。α線量は、住化分析センター社製α線測定装置LACSにて測定した。
例1〜11(実施例)のガラスの液相温度は、いずれも650〜830℃である。そのため、ガラスの溶解温度を低くすることができるため、可視領域の透過率を高めることができ、固体撮像素子の感度を高めることができる。
例1〜11(実施例)と例13(比較例)のガラスを比較すると、実施例の各ガラスは、比較例のガラスに比べ、平均線膨張係数が大きく、カバーガラスとプラスチック製パッケージの熱膨張差に起因するパッケージの反り・変形やガラスの割れを防止できることがわかる。
Claims (7)
- Uの含有量が6〜20ppbであって、
質量%表示で、
P 2 O 5 50〜63%、
Al 2 O 3 1〜12%、
B 2 O 3 0〜10%、
Li 2 O 0〜10%、
Na 2 O 1〜30%、
K 2 O 0〜15%、
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 1〜20%、
MgO 0〜5%
CaO 0〜10%
SrO 0〜10%、
BaO 0〜10%
ZnO 0〜10%、
CuO 1〜15%、
Sb 2 O 3 0〜2%、
を含み、
α線放出量が0.002〜0.02c/cm 2 ・h、かつ波長550〜750nmの分光透過率において50%の透過率を示す波長が615nmとなるように換算した場合に、波長315nmにおける透過率が0.3%未満であることを特徴とする近赤外線カットフィルタガラス。 - Thの含有量が1ppb以下である請求項1に記載の近赤外線カットフィルタガラス。
- 液相温度が650〜830℃である請求項1または請求項2に記載の近赤外線カットフィルタガラス。
- 100〜300℃における平均線膨張係数が130〜250×10−7℃−1である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の近赤外線カットフィルタガラス。
- 波長550〜750nmの分光透過率において50%の透過率を示す波長が615nmとなるように換算した場合に、波長400nmの透過率が80〜90%であり、かつ波長700nmの透過率が1〜15%であり、かつ波長1200nmの透過率が5〜35%であり、
かつ厚さ0.3mmに換算した場合に、波長550〜750nmの分光透過率において、50%の透過率を示す波長が550〜750nmであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の近赤外線カットフィルタガラス。 - 実質的に、PbO、As2O3、F、V2O5を含まないことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の近赤外線カットフィルタガラス。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の近赤外線カットフィルタガラスからなることを特徴とする固体撮像素子の保護用カバーガラス。
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