JP2004139035A - 赤外カットフィルタ付レンズ及びその製造方法並びに小型カメラ - Google Patents

赤外カットフィルタ付レンズ及びその製造方法並びに小型カメラ Download PDF

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Abstract

【課題】　小型カメラの集光レンズ等に用いられる赤外カットフィルタ付レンズをガラス製としたときに問題となるコストを低減することができる赤外カットフィルタ付レンズ及びその製造方法並びに小型カメラを提供する。
【解決手段】　一方の屈折表面が平面２１で反対側の屈折表面が凸面２２のガラス平凸レンズ２ａ、２ｃのいずれか一方の面に赤外線をカットする赤外遮断誘電体多層膜３を設ける。平板２５の表面に凸レンズの凸部２４が一体に設けられている多数個取りレンズ成形体２６をガラスで成形し、多数個取りレンズ成形体２６のいずれか一方の面に赤外遮断誘電体多層膜３を設け、誘電体多層膜３を設けた多数個取りレンズ成形体２６の平板２５の部分を凸部２４毎に切断する。得られた赤外カットフィルタ付レンズ１ｃを小型カメラの集光レンズとして用いる。
【選択図】　図７

Description

　本発明は、携帯電話等に組み込まれる小型カメラに用いられる赤外カットフィルタ付レンズ及びその製造方法並びにその赤外カットフィルタ付レンズを用いた小型カメラに関する。
　近年、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の情報機器に小型カメラが組み込まれ、小型カメラで写した画像情報を得ることができるようになってきている。そのような小型カメラの構造の一例を図１１に示す。
　図１１に示すように、この小型カメラ１００は、基板１０１の上に電子部品１０２と固体撮像素子モジュール１０３が実装され、鏡筒１０４にＩＲ（赤外線）カットフィルタ１０５が組み込まれたハウジング１０６が固体撮像素子モジュール１０３の周りを覆って基板１０１に取り付けられている。一端側に絞りの機能を有する開口部１０７を有し、集光レンズ１０８を組み込み、内面にネジ溝が刻まれた外筒部材１０９が鏡筒１０４の外面に刻まれたネジ溝にねじ込まれている。外筒部材１０９のねじ込み量を調節することにより、集光レンズ１０８と固体撮像素子モジュール１０３間の距離を焦点が合うように調節できるようになっている。調節後は接着剤で固定されている。開口部１０７、鏡筒１０４，集光レンズ１０８、赤外カットフィルタ１０５、固体撮像素子モジュール１０３は光軸に沿って配置されている。
　この小型カメラ１００は、開口部１０７より入射した光を集光レンズ１０８で固体撮像素子モジュール１０３に集光し、赤外線カットフィルタ１０５で赤外線が遮断された光が固体撮像素子モジュール１０３に結像し、固体撮像素子モジュール１０３が受光した光を電気信号に変換し、電子部品１０２で画像信号化して出力するようになっている。
　固体撮像素子モジュール１０３は、可視光のみならず赤外線にも良好な感度を有し、受光した赤外線が解像度の低下や画像の劣化をもたらす。そのため、固体撮像素子モジュール１０３に赤外線が入射しないように、固体撮像素子モジュール１０３の入射側に赤外線カットフィルタ１０５が配置されている。
　現在の情報機器は、小型化の要請が大きい。小型カメラも例外ではなく、更なる小型化が必要である。そのため、赤外線カットフィルタ１０５を構成する誘電体多層膜を直接レンズ１０８に設け、部品としての赤外線カットフィルタ１０５を廃止して小型化を図ることが提案されている（特許文献１参照）。
特開平５−２０７３５０号公報
　しかしながら、小型カメラに用いられている集光レンズ１０８は、軽量化及び低コスト化のために、ほとんどが射出成形で成形されるプラスチック製である。電子部品や固体撮像素子モジュールの実装では、リフローと呼ばれる２９０℃程度の高温の炉で半田を溶融させる半田付け工程がある。プラスチック製レンズではリフロー半田付けの高温に耐えられる耐熱性がないため、リフロー半田付け後にレンズを取り付けることが行われている。そのため、組立の生産効率が低下しているという問題があり、組立の効率化の面からガラス製のレンズが望まれている。
　特許文献１で提案されている赤外カットフィルタ付レンズは、両面が凸面の両凸レンズである。このような両面が凸面のレンズをガラスで作製するには、成形時に両面の光軸を精密に合わせる必要性から、高精度の製作技術が要求され、コスト高になるという問題がある。
　また、誘電体多層膜の成膜は、凸レンズ一枚毎に真空蒸着装置等のドーム状の基板受けに配置し、真空蒸着等を行った後、基板受けから１枚毎に取り出すという手間のかかる作業が必要であるため、誘電体多層膜の成膜コストが高くなるという問題がある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型カメラの集光レンズ等に用いられる赤外カットフィルタ付レンズをガラス製としたときに問題となるコストを低減することができる赤外カットフィルタ付レンズを提供することを目的とする。
　また、本発明は、低コストでガラス製の赤外カットフィルタ付レンズを製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
　更に、本発明は、低コストのガラス製の赤外カットフィルタ付レンズを用いた小型カメラを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は、第１に、一方の屈折表面が平面で反対側の屈折表面が凸面のガラス平凸レンズのいずれか一方の面に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜を設けたことを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズを提供する。
　いわゆる平凸レンズとしたことにより、ガラスレンズを成形する際に、平らな面の屈折表面は光軸合わせをする必要がない。そのため、キャビティの互いに対向する面の一方の面が平面で、対向する他方の面が平面に凸面の屈折表面を形成する複数の凹面を有する金型を用いて、一方の屈折表面が平面で他方の屈折表面が凸面のガラス平凸レンズが複数個接続された多数個取りレンズ成形体を一体成形することが可能である。従って、簡易な金型を用いて効率良く多数のレンズをまとめて成形することができるため、低コストで生産することができる。
　この多数個取りレンズ成形体に対して誘電体多層膜を成膜すれば、多数のレンズに対してまとめて真空蒸着等の成膜方法で一括して成膜することができる。従って、誘電体多層膜の成膜コストを低減することができる。
　また、赤外線遮断誘電体多層膜を設けた多数個取りレンズ成形体をダイシングにより個々のレンズに分断することにより、多数のガラス製平凸レンズを効率良く生産することができるため、低コストで生産することができる。
　本発明は、第２に、上記第１の赤外カットフィルタ付レンズにおいて、前記ガラス平凸レンズが、平板の一面側に凸レンズの凸面を構成する凸部が一体に設けられている構造を有することを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズを提供する。
　平板の一面側に凸レンズの凸面の屈折表面を有する複数個の凸部が一体に設けられている多数個取りレンズ成形体をダイシングで凸部毎に切断して得られた低コストの平凸レンズは、平板の一面側に凸レンズの凸面を構成する凸部が一体に設けられている構造を有する。
　本発明は、第３に、上記第１又は第２の赤外カットフィルタ付レンズにおいて、前記凸面の屈折表面が、光軸から離れるに従って曲率が小さくなる軸対称非球面であることを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズを提供する。
　平凸レンズの凸レンズをこのような曲面の軸対称非球面形状とすることにより、各種の収差を良好に補正した凸レンズとすることができ、良好な画像を得ることができる。
　本発明は、第４に、上記第２の赤外カットフィルタ付レンズにおいて、前記平板の外形の幾何学中心が、前記凸レンズの光軸と一致していることを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズを提供する。
　レンズの外形の幾何学中心と凸レンズの光軸とが一致していることにより、レンズの外寸を基準としてカメラの光軸に合わせてレンズを小型カメラ等に組み込むと、自動的にレンズの光軸を小型カメラの光軸に合わせることが可能になり、レンズの光軸をカメラの光軸に合わせて組み込む場合と比較してレンズの組み込み作業が簡便になる。
　本発明は、第５に、平板の表面に凸レンズの凸面の屈折表面を構成する複数個の凸部が一体に設けられている多数個取りレンズ成形体をガラスで成形する成形工程と、前記多数個取りレンズ成形体のいずれか一方の面に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜を設ける成膜工程と、前記赤外線遮断誘電体多層膜を設けた多数個取りレンズ成形体の前記平板の部分を前記凸部毎に切断する切断工程とを有することを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズの製造方法を提供する。
　一方の屈折表面が平面で他方の屈折表面が凸面のガラス平凸レンズが複数個接続された多数個取りレンズ成形体を一体成形することによって、簡易な金型を用いて効率良く多数のレンズをまとめて成形することができるため、低コストで生産することができる。
　この多数個取りレンズ成形体に対して誘電体多層膜を成膜することにより、多数のレンズに対してまとめて真空蒸着等の成膜方法で一括して成膜することができる。従って、誘電体多層膜の成膜コストを低減することができる。
　また、赤外線遮断誘電体多層膜を設けた多数個取りレンズ成形体をダイシングにより個々のレンズに分断することにより、多数のガラス平凸レンズを効率良く生産することができるため、低コストで生産することができる。
　本発明は、第６に、上記第５の赤外カットフィルタ付レンズの製造方法において、前記多数個取りレンズ成形体が、相互に異なる形状の前記凸部を有することを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズの製造方法を提供する。
　一つの多数個取りレンズ成形体に相互に異なる形状の凸部を設けることにより、一回の成形で多種類の平凸レンズを成形することができる。
　本発明は、第７に、上記第５又は６の赤外カットフィルタ付レンズの製造方法において、前記多数個取りレンズ成形体の前記平板の表面に位置決めのためのアライメントマークが前記成形行程で転写されていることを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズの製造方法を提供する。
　アライメントマークを設けることによって、アライメントマークを切断時の位置の基準として、レンズの光軸を外形の幾何学中心と一致させて正確に凸部毎に切断することができる。そのため、得られた平凸レンズを小型カメラに組み込む際に、外形基準で組み込むことが可能になり、組み立て作業が容易になる。
　本発明は、第８に、上記第７の赤外カットフィルタ付レンズの製造方法において、前記アライメントマークが、切断すべき切断線に沿って、かつ、前記平板の平面側の面に断面Ｖ字状溝に形成され、前記切断行程が、ダイシングブレードで前記Ｖ字状溝の両端縁近傍を残して切断することを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズの製造方法を提供する。
　アライメントマークを例えば多数個取りレンズ成形体の隅部に設けると、アライメントマークを設けた部分はレンズの部分とは別個の余分な部分となり、ガラス材料に無駄が生じる。アライメントマークを切断線に沿って形成することによって、アライメントマークを設ける別個の場所が不要になり、ガラス材料に無駄な部分が生じない。
　また、アライメントマークを平板の平面側に断面Ｖ字状溝の形状に転写し、この溝の幅より狭いダイシングブレードで凸部側から切断することによって、ダイシングブレードがＶ字状溝のテーパー面を切断することになるため、ガラス切断面にチッピングが発生せず、製造歩留まりが向上する。
　本発明は、第９に、受光した光を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の周りを覆い、開口部を有するハウジングと、前記開口部から入射した光を前記固体撮像素子に集光させるレンズ系の全部又は一部として、一方の屈折表面が平面で反対側の屈折表面が凸面のガラス平凸レンズのいずれか一方の面に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜が設けられた赤外カットフィルタ付レンズとを有することを特徴とする小型カメラを提供する。
　この小型カメラは、赤外線遮断誘電体多層膜が設けられた赤外カットフィルタ付レンズを用いているため、部品としての赤外線カットフィルタが省略され、小型化が容易である上、ガラスレンズを用いているため、レンズを装着したままリフロー半田付けが可能であり、組立効率が良好である。
　以下、本発明の赤外カットフィルタ付レンズ及びその製造方法並びに小型カメラの実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
　本発明の赤外カットフィルタ付レンズは、一方の屈折表面が平面で反対側の屈折表面が凸面のガラス平凸レンズのいずれか一方の面に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜を設けたものである。
　本発明の赤外カットフィルタ付レンズの主たる用途は、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の情報機器に組み込まれる小型カメラ、監視用カメラなどの固体撮像素子に結像させるレンズ系の全部又は一部を構成する集光レンズである。
　図１に本発明の赤外カットフィルタ付レンズの構造を示す。図１（ａ）の断面図で示す赤外カットフィルタ付レンズ１ａは、一般的な形状のガラス平凸レンズ２ａの一方の平面の屈折表面２１に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜３を設け、反対側の凸面の屈折表面２２には反射防止膜４を設けた構造を有する。図１（ｂ）の断面図で示す赤外カットフィルタ付レンズ１ｂは、一般的な形状のガラス平凸レンズ２ａの一方の平面の屈折表面２１に反射防止膜４を設け、反対側の凸面の屈折表面２２には赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜３を設けた構造を有する。
　また、図１（ｃ）の断面図及び図１（ｄ）の平面図に示す赤外カットフィルタ付レンズ１ｃは、ガラス製のほぼ正方形状の平板２３の一方の面の中央部に凸レンズの凸面の屈折表面２２を構成するドーム状のガラス製凸部２４が一体に設けられた構造のガラス平凸レンズ２ｃを用いている。このガラス平凸レンズ２ｃの平板２３の凸部が設けられていない側の平面に赤外線遮断誘電体多層膜３が設けられ、反対側の凸部２４及び平板２３の表面には反射防止膜４が設けられている。
　このガラス平凸レンズ２ｃは、平板２３のほぼ正方形状の外形の幾何学中心ＧＣと凸レンズ２２の光軸（光学中心）ＯＣとが一致した構造を有することが好ましい。一致とは完全に一致する意味ではなく、許容される程度の誤差を含む。
　このような構造の赤外カットフィルタ付レンズ１ａ、１ｂ、１ｃは、赤外線遮断誘電体多層膜４を一方の面に有するので、部品としての赤外線カットフィルタを省略することができ、カメラの部品点数の削減による低コスト化と小型化を図ることができる。
　図１（ａ）及び図１（ｃ）に示す赤外カットフィルタ付レンズ１ａ、１ｃは、平面の屈折表面２１に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜３を設けている。赤外線遮断誘電体多層膜３は層間の多重干渉を利用してフィルタ作用を行うため、入射角依存性が大きく、入射角が大きくなると赤外線遮断効率が悪くなる。斜光線が入射したときに、凸面であれば、凸面の法線に対する光線の入射角は凸面の部位によって極めて大きくなり、極端には接線に近くなる場合もある。ところが、斜光線が入射したときに、平面であれば、入射角は部位によらず一定である。そのため、平面の屈折表面２１に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜３を設けることにより、赤外線遮断誘電体多層膜３の入射角依存性を最小限にすることができる。
　また、曲率の大きな曲面に対しては赤外線遮断誘電体多層膜３の均一な成膜は一般に困難である。本発明の赤外カットフィルタ付レンズ１ａ、１ｃでは、平面に赤外線遮断誘電体多層膜３を設けているため、特性に優れた赤外線遮断誘電体多層膜３を形成することができる。また、赤外線遮断誘電体多層膜３を設ける平凸レンズが高温に耐えるガラス製である。プラスチックのように軟化点が低温であるレンズと異なり、平凸レンズに赤外線遮断誘電体多層膜３を物理的成膜方法で成膜する際に、ガラス平凸レンズを高温に保つことが可能であるため、高品質の赤外線遮断誘電体多層膜３を形成することができる。
　また、ガラス製の平凸レンズであるので、電子部品や固体撮像素子モジュールの実装でのリフローと呼ばれる高温の炉で半田を溶融させる半田付け工程における高温度に耐える。そのため、小型カメラにレンズを付けたままリフロー半田付けをすることができることから、組立工程を効率化でき、低コスト化を図ることができる。
　また、図１（ｃ）及び（ｄ）に示す赤外カットフィルタ付レンズ１ｃは、後述する本発明の製造方法で製造することができるので、低コストの成形工程と低コストの成膜工程で製造することが可能であるため、低コストで製造することができる。
　凸レンズを構成する凸面の屈折表面２２は、球面であっても、軸対称非球面であってもよい。各種の収差を良好に補正するためには、軸対称非球面とすることが好ましい。軸対称非球面の曲面は、一般的に下記式（１）の高次の多項式で表される。
Figure 2004139035
　ここで、ｚはレンズの光軸方向の座標、ｒはレンズの半径方向の光軸からの座標、ｃはレンズ頂点における曲率、Ｋ、Ａｎは非球面係数である。
　軸対称非球面の曲率は、図２（ａ）に示すように、光軸から離れるに従って小さくなることが好ましい。このような軸対称非球面の形状は、図２（ｂ）に示すように、破線で示す球面と比較して実線で示す非球面は光軸から離れるに従って球面から離間する距離が大きくなり、非球面量が大きくなる。
　実際に、屈折率Ｎｄ＝１．５１６８、アッベ数νｄ＝６４．２のガラスを用い、厚さ０．９０ｍｍの平板を有する屈折表面が球面の凸レンズを有する平凸レンズ３０と屈折表面が軸対称非球面の凸レンズを有する平凸レンズ１ｄをそれぞれ想定し、光学性能を比較した。球面の曲率半径は−０．８９４３である。軸対称非球面の各非球面係数は、Ｋ＝−０．０６００２、Ａ４＝０．０９３９３、Ａ６＝０．０４０２８、Ａ８＝０．５２９３０、Ａ１０＝０．３８７３３、Ａ１２＝０．２２４００とした。絞りの平凸レンズの平板の平面からの距離を０．１５ｍｍとした。
　図３（ａ）に球面レンズ３０の光路図を、図３（ｂ）に軸対称非球面レンズ１ｄの光路図を示す。また、非球面レンズ１ｄの球面収差、非点収差及び歪曲収差を図４に示す。図３（ａ）から、球面レンズ３０は収差のために焦点面で光線が広がっており、大きなぼけが生じていることが認められる。
　これに対して、軸対称非球面レンズ１ｄは、図４から球面収差、非点収差、歪曲収差等がよく補正され、その結果、図３（ｂ）に示すように、焦点面で光線が集束し、良好な画質が得られることが認められる。
　図５に、本発明の赤外カットフィルタ付レンズ１ｃを集光レンズとして用いた小型カメラ１０の概略の断面構造を示す。この小型カメラ１０は、基板１０１の上に電子部品１０２と固体撮像素子モジュール１０３が実装され、外面にネジが刻まれた鏡筒１０４を有するハウジング１１０が固体撮像素子モジュール１０３の周りを覆って基板１０１に取り付けられている。一端側に絞りの機能を有する開口部１０７を有し、本発明の赤外カットフィルタ付レンズ１ｃを集光レンズとして組み込み、内面にネジ溝が刻まれた外筒部材１０９が鏡筒１０４の外面に刻まれたネジ溝にねじ込まれている。外筒部材１０９のねじ込み量を調節することにより、集光レンズ１ｃと固体撮像素子モジュール１０３の受光面との距離を調節し、調節後は動かないように接着剤で固定されている。開口部１０７、鏡筒１０４、集光レンズ１ｃ、固体撮像素子モジュール１０３は光軸に沿って配置されている。なお、図５に示す小型カメラ１０のレンズ系は、集光レンズ１ｃのみで構成されているが、集光レンズ１ｃ以外のレンズが組み込まれていてもよく、集光レンズ１ｃはレンズ系の全部又は一部を構成する。
　固体撮像素子モジュール１０３は、図示しないマイクロレンズ、カラーフィルタ、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子等から構成されている。これらのマイクロレンズ、カラーフィルタ、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子等はマトリクス状に配列されている。マイクロレンズは集光レンズ１ｃで集光された光線を各撮像素子に集光させ、カラーフィルタは光線を三原色に分解し、固体撮像素子は受光した光を電気信号に変換する。
　図５に示すカメラ１０では、本発明の赤外カットフィルタ付レンズ１ｃを、集光レンズとして、赤外線遮断誘電体多層膜３を設けた平面側を入射側へ、凸面側を固体撮像素子モジュール１０３側へ向けて配置している。これとは反対に、凸面側を入射側へ、赤外線遮断誘電体多層膜３を設けた平面側を固体撮像素子モジュール１０３側へ向けて配置しても、機能には影響がない。
　この小型カメラ１０は、開口部１０７より入射した光をレンズ系としての集光レンズ１ｃの平面に設けられている赤外線遮断誘電体多層膜３で赤外線を遮断し、集光レンズ１ｃが赤外線が遮断された光を固体撮像素子モジュール１０３に結像させ、固体撮像素子モジュール１０３が受光した光を電気信号に変換し、電子部品１０２で画像信号化して出力するようになっている。
　集光レンズとしての赤外カットフィルタ付レンズ１ｃは、レンズとしての機能に加えて、赤外線を遮断する機能が付加されているため、この小型カメラ１０は、部品としての赤外カットフィルタを省略することができる。その結果、低コスト化、小型化を図ることができる。また、集光レンズ１ｃがガラス製であるため、集光レンズ１ｃを組み込んだままリフロー半田付けができる。そのため、組立工程を効率化することができる。また、集光レンズ１ｃの平面側を外筒部材１０９の開口部１０７に密着させることができるため、開口部１０７の防塵対策が特に必要がなくなる。
　更に、赤外カットフィルタ付レンズ１ｃは、図１（ｄ）に示したように外形の幾何学中心ＧＣと凸レンズ２２の光軸ＯＣとが一致している。そのため、赤外カットフィルタ付レンズ１ｃをその外寸基準で外筒部材１０９に組み付けることにより、凸レンズの光軸を小型カメラ１０の光軸と一致させることができる。従って、赤外カットフィルタ付レンズ１ｃの平板２３が嵌め込まれる窪み等の位置決め用の構造を形成しておけば、赤外カットフィルタ付レンズ１ｃをそこへ嵌め込むだけで光軸合わせを行うことができる。そのため、組立効率が極めて向上する。外形の幾何学中心ＧＣと凸レンズの光軸ＯＣとが一致していないと、レンズを組み付けるときに光軸合わせをレンズ毎に行わねばならないため、組み付け作業が繁雑であり、生産性が悪い。
　図６に、本発明の赤外カットフィルタ付レンズの一面側に設けられている赤外線遮断誘電体多層膜３の透過率特性の一例を示す。図６では、実線Ａと破線Ｂで示される２種類の赤外線遮断誘電体多層膜の透過率特性が示されている。
　透過率特性Ａと透過率特性Ｂは、４００〜６００ｎｍの可視光領域ではほぼ９５％以上の透過率を示し、半値がほぼ６５０ｎｍで、７２５〜１０００ｎｍの赤外領域ではほとんど遮断できる共通点を有する。
　しかし、透過率特性Ａは、６５０ｎｍ近傍の立ち下がり特性が透過率特性Ｂより傾斜が緩くなっている。具体的には、半値が６００〜７００ｎｍの範囲で、透過率が９０％から１０％へ減少するときの波長幅が４０ｎｍ以上、特に５０ｎｍ以上、最も好ましくは６０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが望ましい。透過率特性Ａのように、半値近傍における立ち下がり特性を緩くすると、可視光の長波長側を弱くして、実際の目の感度を示す視感スペクトル感度に近い透過率特性とすることができる。
　次に、図７のフローチャートを参照しながら、本発明の赤外カットフィルタ付レンズの製造方法について説明する。図７（１）に示すように、成形金型として、閉じられたときにキャビティを構成する２つの型の一方の型が、キャビティを構成する面が平面である平面型２０１であり、他方の型が、キャビティを構成する面が平面にレンズの凸面の屈折表面を形成する複数の凹面２０２を有するディンプル型２０３である多数個取り金型２０４を用いる。ディンプル型２０３と平面型２０１とを合わせたときのキャビティは、平板の上に凸部がマトリクス状に配列されたような形状を有する。ディンプル型２０３の凹面は、上述したような軸対称非球面を転写できるような形状とすることが好ましい。
　成形工程では、図７（１）に示すように、金型２０１，２０３を開き、キャビティに溶融した光学ガラス素材２０５を投入する。光学ガラス素材２０５としては、屈折率とアッベ数を考慮して選択される。
　次に、図７（２）に示すように、平面型２０１とディンプル型２０３とを閉じて光学ガラス素材２０５をキャビティ内に展延させ、この状態でガラス素材２０５を冷却して固める。キャビティの形状が転写された成形物は、図７（３）に示すように、大きな平板２５の上に凸部２４がマトリクス状に配列されたような形状であり、各凸レンズ２４間が平板２５で接続された多数個取りレンズ成形体２６である。
　次に、図７（３）に示すように、金型２０１，２０３を開いて成形した多数個取りレンズ成形体２６を取り出す。そして、図７（４）に示すように、この多数個取りレンズ成形体２６に対して、赤外線遮断誘電体多層膜３を一方の面に、図示しない反射防止膜を他方の面に成膜する。
　赤外線遮断誘電体多層膜３は、多数個取りレンズ成形体２６上に高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構造を有する。
　赤外線遮断誘電体多層膜３を構成する高屈折率層の材料として、ＴｉＯ２（ｎ＝２．４）、Ｔａ２Ｏ５（ｎ＝２．１）、Ｎｂ２Ｏ５（ｎ＝２．２）、ＺｒＯ２（ｎ＝２．０５）、Ｔａ２Ｏ５（ｎ＝２．１）などが用いられ、低屈折率層の材料として、ＳｉＯ２（ｎ＝１．４６）、Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝１．６３）、ＭｇＦ２（ｎ＝１．３８）等が用いられる。屈折率は、波長によって異なり、上記屈折率ｎは５００ｎｍの値である。
　膜厚の基本的な設計は、一般に、高屈折率層と低屈折率層とが交互にそれぞれ同じ光学的膜厚で繰り返し積層された繰り返し交互層として、（０．５Ｈ、１Ｌ、０．５Ｈ）Ｓのように表される。ここで、カットしたい波長の中心近くの波長を設計波長λとし、光学的膜厚ｎｄ＝１／４λを１単位にして高屈折率層（Ｈ）の膜厚を１Ｈと表記し、低屈折率層（Ｌ）を同様に１Ｌとする。Ｓはスタック数と呼ばれる繰り返しの回数で、括弧内の構成を周期的に繰り返すことを表している。実際に積層される層数は２Ｓ＋１層となり、Ｓの値を大きくすると反射−透過へ変化する立ち上がり特性（急峻さ）を急にすることができる。Ｓの値としては３から２０程度の範囲から選定される。この繰り返し交互層によって、カットされる特定の波長が決定される。
　透過帯域の透過率を高くし、リップルと呼ばれる光透過率の凹凸をフラットな特性にするためには、繰り返し交互層の基板近くと、媒質近くの数層ずつの膜厚を変化させて最適設計を行う。そのため、基板｜０．５ＬＨ・・・ＨＬ（ＨＬ）ｓＨＬ・・・Ｈ、０．５Ｌのように表記される。また、高屈折率層にＴｉＯ２などを使う場合、最外層を高屈折率層で終わらせるよりも、より耐環境特性にすぐれたＳｉＯ２を最外層に追加して設計を行うことが多い。基板に接する層もＴｉＯ２が基板と反応して特性が劣化することがあるので、化学的に安定なＳｉＯ２を第１層に追加することもある。このような多層膜カットフィルタの設計は市販のソフトウエアを用いて理論的に行うことができる（参考文献：ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ誌　１９９９　Ｎｏ．５　ｐ．１７５−１９０）。
　高屈折率層と低屈折率層とを交互に光透過性基板上に成膜するには、物理的成膜法が一般的であり、通常の真空蒸着法でも可能であるが、膜の屈折率の安定した制御が可能で、保管・仕様環境変化による分光特性の経時変化が少ない膜を作成できるイオンアシスト蒸着やイオンプレーティング法、スパッタ法が望ましい。真空蒸着法は、高真空中で薄膜材料を加熱蒸発させ、この蒸発粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成する方法である。イオンプレーティング法は、蒸着粒子をイオン化し、電界により加速して基板に付着させる方法であり、ＡＰＳ（Advanced Plasma Source）、ＥＢＥＰ（Electron Beam Excited Plasma）法、ＲＦ（Radio Frequency）直接基板印加法（成膜室内に高周波ガスプラズマを発生させた状態で反応性の真空蒸着を行う方法）などの方式がある。スパッタ法は、電界により加速したイオンを薄膜材料に衝突させて薄膜材料を叩き出すスパッタリングにより薄膜材料を蒸発させ、蒸発粒子を基板上に堆積させる薄膜形成方法である。成膜される層の屈折率等の光学定数は、成膜方法、成膜条件等で異なってくるので、製造前に成膜される層の光学定数を正確に測定する必要がある。
　反射防止膜は、無機被膜、有機被膜の単層または多層で構成される。無機被膜と有機被膜との多層構造であってもよい。無機被膜の材質としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＭｇＦ２、ＷＯ３等の無機物が挙げられ、これらを単独でまたは２種以上を併用して用いることができる。本発明の赤外カットフィルタ付レンズは基材が耐熱性があるガラスであるので、無機被膜の材質の種類の制限はない。また、多層膜構成とした場合は、最外層はＳｉＯ２とすることが好ましい。
　無機被膜の多層膜としては、基材側からＺｒＯ２層とＳｉＯ２層の合計光学膜厚がλ／４，ＺｒＯ２層の光学的膜厚がλ／４、最上層のＳｉＯ２層の光学的膜厚がλ／４の４層構造を例示することができる。ここで、λは設計波長であり、通常５２０ｎｍが用いられる。
　無機被膜の成膜方法は、例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、飽和溶液中での化学反応により析出させる方法等を採用することができる。
　有機被膜の材質は、例えばＦＦＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等を挙げることができ、カバーガラス基材やハードコート膜の屈折率を考慮して選定される。成膜方法は、真空蒸着法の他、スピンコート法、ディップコート法などの量産性に優れた塗装方法で成膜することができる。
　赤外線遮断誘電体多層膜３と反射防止膜とを成膜した後、図７（５）に示すように、切断行程で、図示しないダイシング装置のダイシングブレードで各凸レンズ２４間の平板２５を切断し、各平凸レンズ毎に分離させる。これにより、図１（ｃ）及び（ｄ）に示した本発明の赤外カットフィルタ付レンズ１ｃを得ることができる。
　このような赤外カットフィルタ付レンズの製造方法によれば、平板の表面に凸レンズの凸面の屈折表面を構成する複数個の凸部が一体に設けられている多数個取りレンズ成形体２６を一体成形することが可能である。平凸レンズの一方の面が平面であり、凸面との軸合わせをする必要がないため、かかる多数個取りレンズ成形体２６の成形が可能となった。従って、簡易な金型を用いて効率良く多数のレンズをまとめて成形することができるため、低コストで生産することができる。
　また、一体成形した多数個取りレンズ成形体に対して誘電体多層膜を成膜するので、成膜装置内への搬入、設置、搬出等を迅速に行え、生産性が向上するため、誘電体多層膜の成膜コストを低減することができる。
　上記多数個取り金型２０４としては、凸部２４の相互の面形状が異なるように、ディンプル型２０３の凹面の形状を個々に変えるようにして、複数の種類の凸レンズを一枚の多数個取りレンズ成形体２６に形成するようにしてもよい。凸レンズの形状を異ならせるには、非球面の形状や外径を変えることができる。
　図８に示すように、例えば、破線３１で示す範囲の凸部を第１の非球面形状の凸レンズとし、破線３２で示す範囲の凸部を第２の非球面形状の凸レンズとし、破線３３で示す範囲の凸部を第３の非球面形状の凸レンズとし、破線３４で示す範囲の凸部を第４の非球面形状の凸レンズとし、破線３５で示す範囲の凸部を第５の非球面形状の凸レンズとすることにより、５種類の異なる設計の凸レンズを一枚の多数個取りレンズ成形体２６に形成することができる。これらの凸部毎に切り離すことにより、多数の種類の平凸レンズを一度の成形で形成することができる。
　また、多数個取り金型２０４には、切断行程での位置決めに必要なアライメントマークを形成し、転写により多数個取りレンズ成形体２６の平板２５にアライメントマークを形成することができる。
　図９（ａ）に示すように、多数個取りレンズ成形体２６のレンズとして必要な部分の平板の外周に余白を形成し、この余白の隅部に例えば十字形のアライメントマーク４１を少なくとも２箇所金型からの転写で設けることができる。この場合、アライメントマーク４１を転写する金型としては、平面型２０１とディンプル型２０３のいずれでもよい。転写されたアライメントマーク４１は突起状でも溝状でもよい。
　アライメントマーク４１を多数個取りレンズ成形体２６に設けることによって、図示しないダイシング装置で自動的に各凸レンズ毎に正確に切り出すことができる。図示しないダイシング装置に設けられているアライメントマーク検出部が、平面側に粘着テープを貼り付けた多数個取りレンズ成形体２６をその上からＣＣＤ等の撮像素子で撮影し、得られた画像データからアライメントマーク４１を検出する。次に、ダイシング装置は、このアライメントマーク４１をダイシングの座標の基準点としてダイシング装置が各凸部の光軸が外形の幾何学中心と一致するように切り離す図９（ａ）の破線で示すような切断線５１をプログラミングし、ダイシングブレードで自動的にこの切断線５１に沿って切断する。
　図９（ａ）に示したアライメントマーク４１は、平板２５の外周部に余白を設けているため、アライメントマーク４１を設けた部分に無駄が生じる。そのため、図９（ｂ）に示すように、切断線５１に沿ったアライメントマーク４２を形成することにより、無駄な余白が生じない。
　アライメントマーク４２を切断線５１に沿って形成する場合、このアライメントマーク４２を転写する金型は、ディンプル型２０３と平面型２０１のいずれでもよい。しかし、ダイシングのときのチッピングを防止するために、平面型２０１にダイシングブレードの幅よりやや幅広のＶ字状溝を転写できるような突起を設けることが好ましい。
　図１０は、Ｖ字状溝の形状のアライメントマークを平板の平面側に切断線に沿って形成した場合の切断行程を示すフローチャートである。
　図１０（ａ）に示すように、多数個取りレンズ成形体２６には平面型２０１からの転写で平板２５の平面側にＶ字状溝４３の形状のアライメントマーク４２が設けられている。このアライメントマーク４２のＶ字状溝４３の中心の鋭角な底は外形の幾何学中心が凸レンズの光軸と一致するように切断される切断線５１と一致している。また、Ｖ字状溝４３の最大幅は、ダイシングブレードの幅よりやや幅広になっている。
　図１０（ｂ）に示すように、多数個取りレンズ成形体２６の平面側に赤外線遮断誘電体多層膜３を設ける。
　そして、図１０（ｃ）に示すように、多数個取りレンズ成形体２６の平面側に粘着テープ５２を貼着し、図示しないダイシング装置に設置する。ダイシング装置は、多数個取りレンズ成形体を上からＣＣＤ等の撮像素子で撮影し、得られた画像データからアライメントマーク４２を検出し、検出したアライメントマーク４２の中心を切断線５１としてプログラミングする。そして、ダイシング装置はダイシングブレード５３で自動的にこのアライメントマーク４２の中心線（切断線５１）に沿って凸レンズ側から切断する。このとき、ダイシングブレード５３の幅はＶ字状溝４３の最大幅より狭いので、ダイシングブレード５３の先端縁が粘着テープ５２に届かないように、ダイシングブレード５３の先端縁がＶ字状溝４３の中に突出した状態でダイシングすることが可能である。ダイシングによって凸部毎に切り離した後、粘着テープ５２から各凸レンズを剥がすことによって、図１０（ｄ）に示すように、各凸レンズ１ｃ毎に分離される。ダイシングブレード５３の幅はＶ字状溝４３の最大幅より狭いので、Ｖ字状溝４３の両端縁近傍は、面取り４３ａの形状に残存する。
　このようなダイシングによれば、ダイシングブレード５３の先端がＶ字状溝４３の中に進入して平板を切断する。ダイシングブレードの先端がガラス板を一回で切断するときには、ダイシングブレード５３の先端がガラス板の平面を突き破る際に切断面にカケが生じる場合がある。上記ダイシングでは、ダイシングブレード５３がテーパー状になっているＶ字状溝４３を切断するため、切断面に欠けが生じ難く、不良品の発生を抑制し、歩留まりを向上させることができる。
　また、粘着テープ５２にはダイシングを行っていないため、粘着テープ５２の粘着剤がダイシングブレード５３に付着し、ガラスの切削片の付着による平凸レンズ１ｃへの損傷及び汚れ等の不都合が生じない。
　上述したＶ字状溝４３は、断面が略Ｖ形であれば上記効果を生じるため、Ｖ形の変形は許容される。
　本発明の赤外カットフィルタ付レンズは、携帯電話等に用いられる小型カメラの集光レンズとして利用することができる。
　本発明の赤外カットフィルタ付レンズの製造方法は、携帯電話等に用いられる小型カメラの集光レンズとして利用できる赤外カットフィルタ付レンズを製造することができる。
　本発明の小型カメラは、例えば携帯電話等に利用することができる。
本発明の赤外カットフィルタ付レンズを示すもので、（ａ）〜（ｃ）は断面図、（ｄ）は（ｃ）のレンズの平面図である。 非球面の形状の一例を示すグラフであり、（ａ）は半径方向の曲率の変化、（ｂ）は半径方向の形状を示す。 （ａ）は球面凸レンズの光路図、（ｂ）は非球面凸レンズの光路図を示す。 非球面凸レンズの一例の各種の収差を示すグラフである。 本発明の赤外カットフィルタ付レンズを用いた本発明の小型カメラの構造の一例を示す断面図である。 本発明の赤外カットフィルタ付レンズに成膜されている赤外線遮断誘電体多層膜の透過率特性の一例を示すグラフである。 （１）〜（５）は本発明の赤外カットフィルタ付レンズの製造工程を示すフローチャートであり、（ａ）は得られたレンズの平面図、（ｂ）は得られたレンズの断面図である。 異なる形状の凸部を一枚の多数個取りレンズ成形体に設けた例を示す平面図である。 多数個取りレンズ成形体にアライメントマークを設けた一例を示す平面図であり、（ａ）は隅部に、（ｂ）は切断線に沿って設けた例である。 （ａ）〜（ｄ）は、Ｖ字状溝のアライメントマークを設けた場合の切断行程を示すフローチャートである。 従来の小型カメラの構造を示す断面図である。
符号の説明
　１ａ、１ｂ、１ｃ：赤外カットフィルタ付レンズ、２ａ、２ｃ：平凸レンズ、３：赤外遮断誘電体多層膜、４：反射防止膜、２１：平面の屈折表面、２２：凸面の屈折表面、２３：平板、２４：凸部、２５：大きな平板、１０：小型カメラ、１０１：基板、１０２：電子部品、１０３：固体撮像素子モジュール、１０４：鏡筒、１０７：開口部、１０９：外筒部材、２０１：平面型、２０３：ディンプル型、２０５：光学ガラス素材、５１：切断線、４１，４２：アライメントマーク、４３：Ｖ字状溝、５２：粘着テープ、５３：ダイシングブレード

Claims (9)

  1. 　一方の屈折表面が平面で反対側の屈折表面が凸面のガラス平凸レンズのいずれか一方の面に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜を設けたことを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズ。
  2. 　請求項１記載の赤外カットフィルタ付レンズにおいて、
    　前記ガラス平凸レンズが、平板の一面側に凸レンズの凸面を構成する凸部が一体に設けられている構造を有することを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズ。
  3. 　請求項１又は２記載の赤外カットフィルタ付レンズにおいて、
    　前記凸面の屈折表面が、光軸から離れるに従って曲率が小さくなる軸対称非球面であることを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズ。
  4. 　請求項２に記載の赤外カットフィルタ付レンズにおいて、
    　前記平板の外形の幾何学中心が、前記凸レンズの光軸と一致していることを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズ。
  5. 　平板の表面に凸レンズの凸面の屈折表面を構成する複数個の凸部が一体に設けられている多数個取りレンズ成形体をガラスで成形する成形工程と、
    　前記多数個取りレンズ成形体のいずれか一方の面に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜を設ける成膜工程と、
    　前記赤外線遮断誘電体多層膜を設けた多数個取りレンズ成形体の前記平板の部分を前記凸部毎に切断する切断工程と
    　を有することを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズの製造方法。
  6. 　請求項５記載の赤外カットフィルタ付レンズの製造方法において、
    　前記多数個取りレンズ成形体が、相互に異なる形状の前記凸部を有することを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズの製造方法。
  7. 　請求項５又は６記載の赤外カットフィルタ付レンズの製造方法において、
    　前記多数個取りレンズ成形体の前記平板の表面に位置決めのためのアライメントマークが前記成形行程で転写されていることを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズの製造方法。
  8. 　請求項７記載の赤外カットフィルタ付レンズの製造方法において、
    　前記アライメントマークが、前記切断行程で切断すべき切断線に沿って、かつ、前記平板の平面側の面に断面Ｖ字状溝の形状に転写され、
    　前記切断行程が、ダイシングブレードで前記Ｖ字状溝の両端縁近傍を残して切断することを特徴とする赤外カットフィルタ付レンズの製造方法。
  9. 　受光した光を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の周りを覆い、開口部を有するハウジングと、前記開口部から入射した光を前記固体撮像素子に集光させるレンズ系の全部又は一部として、一方の屈折表面が平面で反対側の屈折表面が凸面のガラス平凸レンズのいずれか一方の面に赤外線をカットする赤外線遮断誘電体多層膜が設けられた赤外カットフィルタ付レンズとを有することを特徴とする小型カメラ。
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