(57)【要約】【課題】ワイヤグリッド構造の損傷防止と光学特性の劣化抑制が両立され、撮像素子との近接配置が容易であり、加工ばらつきが小さく、高い歩留まりで製造可能な光学フィルタを提供する。【解決手段】使用帯域の光に透明な基板２０と、基板２０上に設けられ、透過偏光軸が異なる複数の偏光子パターンを有する偏光フィルタ層１６と、偏光フィルタ層１６の外表面を被覆するキャップ層４０と、を備え、偏光フィルタ層１６は、前記使用帯域の光の波長よりも小さい周期のワイヤグリッド１０を有し、キャップ層４０は透明な材料からなり、キャップ層４０に被覆された偏光フィルタ層１６の前記ワイヤグリッドによって形成された断面凹部は中空の空間部４１を有することを特徴とする光学フィルタ。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用帯域の光に透明な基板と、
前記基板上に設けられ、透過偏光軸が異なる複数の偏光子パターンを有する偏光フィルタ層と、
前記偏光フィルタ層の外表面を被覆するキャップ層と、を備え、
前記偏光フィルタ層は、前記使用帯域の光の波長よりも小さい周期のワイヤグリッドを有し、
前記キャップ層は透明な材料からなり、前記キャップ層に被覆された前記偏光フィルタ層の前記ワイヤグリッドによって形成された断面凹部は中空の空間部を有することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
前記ワイヤグリッドは、前記キャップ層が形成される前に予め、側面がアルミニウム酸化物、上面が珪素酸化物で被覆されてなることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記キャップ層が、珪素酸化物からな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。
【請求項４】
前記キャップ層の厚みが、３００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記偏光フィルタ層は、ワイヤグリッドの外周に、ワイヤグリッドと同じ材料からなるフレームを有し、前記フレームは、前記ワイヤグリッドとともに前記キャップ層が形成される前に予め酸化物で被覆されてなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項６】
透過波長帯域の異なる複数の分光フィルタパターンを有する分光フィルタ層が、前記キャップ層を介して前記偏光フィルタ層上に設けられたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項７】
撮像レンズと、
複数の画素アレイを有し、前記撮像レンズより入光する光を受光する撮像素子と、
前記撮像レンズと前記撮像素子との間に設けられた光学フィルタと、を具備する撮像装置であって、
前記光学フィルタは請求項１から６のいずれかに記載の光学フィルタであることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
使用帯域の光に透明な基板上に、透過偏光軸が異なる複数の偏光子パターンを有する偏光フィルタ層と、前記偏光フィルタ層の外表面を被覆するキャップ層を形成する光学フィルタの製造方法であって、
前記偏光フィルタ層は、前記使用帯域の光の波長よりも小さい周期のワイヤグリッドを有し、前記ワイヤグリッドを、前記偏光フィルタ層の断面凹部に中空の空間部が形成されるように前記キャップ層で被覆することを特徴とする光学フィルタの製造方法。
【請求項９】
前記ワイヤグリッドは、前記キャップ層が形成される前に予め、側面がアルミニウム酸化物、上面が珪素酸化物で被覆されることを特徴とする請求項８に記載の光学フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルタ及び該光学フィルタを備える撮像装置、並びに光学フィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
広い波長帯域で利用できる偏光素子として、金属の細線がグレーティング状に配列された構造を持つワイヤグリッド素子が利用されている。ワイヤグリッド素子は、金属細線の高さ分の厚みがあれば機能を発現できるため薄型化が容易、無機材料を利用しているため温度変化に強い、等の特徴がある。
【０００３】
ワイヤグリッド素子は、ワイヤの配列周期によって利用できる波長範囲が決定されるため、従来は赤外線用の偏光素子として利用されていたが、近年のナノ加工技術の発展により可視光領域で利用可能なワイヤグリッド素子が開発されるようになった（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００４】
特許文献１には、腐食防止のために、Ａｌワイヤグリッドの側面に、アミノホスホネートなどの単分子膜を形成し、腐食防止効果をもたらすという報告がある。しかしながら、単分子膜形成は容易な技術ではなく、必ずしも面内に均一に形成されず、歩留まり低下が懸念される。また、単分子膜として、新たにアミノホスホネート等を利用することによる材料のコストが増加する。
特許文献２には、輝度画像と偏光画像が撮像可能な撮像装置が開示されている。その構成は、輝度画像と被写体の部分偏光の画像を同時に取得するため複数の異なる偏光主軸を有するパターン化偏光子が撮像素子に空間的に配置されている。パターン化偏光子としては、フォトニック結晶や構造複屈折波長板アレイが利用されている。
【０００５】
可視光用のワイヤグリッド素子は、例えば、配列周期１５０ｎｍ程度で、線幅７０ｎｍ程度、高さ２００ｎｍ程度の矩形の断面構造が必要とされ、金属材料としては高い偏光特性が得られる純アルミニウムＡｌが用いられ、加工手段として主に、フォトリソグラフィ、ナノインプリントリソグラフィ等のナノレジストパターン形成技術と、異方性ドライエッチング技術が用いられている。
【０００６】
ワイヤグリッドを用いた応用素子として、ワイヤグリッド上にカラーフィルタ（ＣＦ）を積層した素子の開発が近年行われている。
偏光機能を持つワイヤグリッドと分光機能を持つカラーフィルタを積層することにより、輝度情報、分光情報、および偏光情報の光の３成分の情報を画像出力可能な撮像装置、及び撮像装置を用いて車両周辺情報を取得してヘッドライトやワイパーなどを制御する撮像ユニットに応用される。
【０００７】
ワイヤグリッドとカラーフィルタを積層する技術としては、ワイヤグリッド構造が微細な構造であるため、ワイヤの倒れや破損を防止するためにワイヤグリッド上にＳＯＧ層（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）を形成し、ワイヤグリッド間を充填し、ワイヤグリッド上に平坦化層を形成し、その上にカラーフィルタを形成するものがある。ＳＯＧ層は充填及び平坦化が同時に行える手法として、よく使われる方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＳＯＧ層の形成は、シリカ粒子が分散された溶媒をスピンコートした後、ベークして溶媒を揮発させることにより行われる。
しかしながら、ＳＯＧ層を形成することにより、スピンコート時にストリエーションと呼ばれる筋状の膜むらが発生し、歩留りを低下させることや、形成工程中にワイヤグリッドに損傷を与える等の問題があり、材料コストが高いという問題もある。
【０００９】
また、ワイヤグリッド間にシリカ粒子を充填することにより光学特性（ＴＭ透過率）が低下するという問題がある。ＳＯＧ層を厚くすることによってもＴＭ透過率の低下は発生し、さらに平坦度の劣化やクラックが発生するリスクがある。
さらに、形成されたＳＯＧ層中の水分やＳＯＧ層を透過した水分によってワイヤグリッドの腐蝕が生じる可能性もある。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題を鑑み、ワイヤグリッド構造の損傷防止と光学特性の劣化抑制が両立され、撮像素子との近接配置が容易であり、加工ばらつきが小さく、高い歩留まりで製造可能な光学フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る光学フィルタは、使用帯域の光に透明な基板と、前記基板上に設けられ、透過偏光軸が異なる複数の偏光子パターンを有する偏光フィルタ層と、前記偏光フィルタ層の外表面を被覆するキャップ層と、を備え、前記偏光フィルタ層は、前記使用帯域の光の波長よりも小さい周期のワイヤグリッドを有し、前記キャップ層は透明な材料からなり、前記キャップ層に被覆された前記偏光フィルタ層の前記ワイヤグリッドによって形成された断面凹部は中空の空間部を有することを特徴とする光学フィルタである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学フィルタよれば、ワイヤグリッド構造の損傷防止と光学特性の劣化抑制が両立され、撮像素子との近接配置が容易であり、加工ばらつきが小さく、高い歩留まりで製造可能な光学フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】領域分割型ワイヤグリッドの一例を模式的に示した斜視図である。
【図２】光学フィルタのワイヤグリッドが酸化物で被覆された状態の一例を示す断面模式図である。
【図３】従来の光学フィルタの構成の例を示す断面図である。
【図４】本実施形態の光学フィルタの構成の例を示す断面図である。
【図５】ＳＯＧ層及びキャップ層の成膜前後の光学特性の変化を示すグラフである。
【図６】偏光フィルタ層がワイヤグリッド及びフレームを有する例を模式的に示した斜視図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線部で示す位置の断面図であって、（Ａ）はキャップ層が形成された本実施形態の例、（Ｂ）はＳＯＧ層が形成された従来例である。
【図８】（Ａ）に示す撮像装置を構成する光学フィルタと撮像素子を、光透過方向に対して直交する方向から見たときの部分拡大図であって、（Ｂ）は本実施形態の例、（Ｃ）は従来例である。
【図９】透過波長帯域の異なる複数の分光フィルタパターンを有する分光フィルタ層が積層された構成の例を示す断面模式図であって、（Ａ）は本実施形態の例、（Ｂ）は従来例である。
【図１０】本実施形態の撮像装置の構成の一例を示す模式図である。
【図１１】本実施形態の撮像装置を構成する光学フィルタと撮像素子の部分拡大図である。
【図１２】光学フィルタと撮像素子の画素の配置の例を示した模式図である。
【図１３】偏光フィルタ層を構成するワイヤグリッド構造の電子顕微鏡写真である。
【図１４】分光フィルタ層に適用可能なカットフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る光学フィルタ及び該光学フィルタを備える撮像装置、並びに光学フィルタの製造方法について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００１５】
本実施形態における光学フィルタは、使用帯域の光に透明な基板と、前記基板上に設けられ、透過偏光軸が異なる複数の偏光子パターンを有する偏光フィルタ層と、前記偏光フィルタ層の外表面を被覆するキャップ層と、を備え、前記偏光フィルタ層は、前記使用帯域の光の波長よりも小さい周期のワイヤグリッドを有し、前記キャップ層は透明な材料からなり、前記キャップ層に被覆された前記偏光フィルタ層の前記ワイヤグリッドによって形成された断面凹部は中空の空間部を有する。
また、本実施形態の撮像装置は、撮像レンズと、複数の画素アレイを有し、前記撮像レンズより入光する光を受光する撮像素子と、前記撮像レンズと前記撮像素子との間に設けられた本実施形態の光学フィルタと、を具備する。
本実施形態の光学フィルタの製造方法は、使用帯域の光に透明な基板上に、透過偏光軸が異なる複数の偏光子パターンを有する偏光フィルタ層と、前記偏光フィルタ層の外表面を被覆するキャップ層を形成する光学フィルタの製造方法であって、前記偏光フィルタ層は、前記使用帯域の光の波長よりも小さい周期のワイヤグリッドを有し、前記ワイヤグリッドを、前記偏光フィルタ層の断面凹部に中空の空間部が形成されるように前記キャップ層で被覆する方法である。
【００１６】
図１０に、本実施形態の撮像装置の構成の模式図を示す。
撮像装置２０１は、図１０に示すように、撮像レンズ２０４、光学フィルタ２０５、撮像素子２０６及びＰＷＢ基板（printed  wiring  board）２０７を含むセンサ基板６０１、信号処理部６０２から構成される。
被検物からの光は撮像レンズ２０４を通り、光学フィルタ２０５を透過して撮像素子２０６で電気信号に変換される。信号処理部６０２では、撮像素子２０６から出力される電気信号を入力し、後述する輝度情報や分光情報や偏光情報などの画像信号を生成する。そして、撮像装置２０１は、画像データとして、撮影した画像の画素毎の明るさ（輝度）を示すデジタル信号を、画像の水平・垂直同期信号とともに後続の出力機器へ出力する。
【００１７】
図１１は、本実施形態の撮像装置を構成する光学フィルタ２０５と撮像素子２０６とを、光透過方向に対して直交する方向から見たときの部分拡大図（破線で囲んだ領域の拡大図）である。
撮像素子２０６は、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）やＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）などを用いたイメージセンサであり、その受光素子にはフォトダイオード２１７を用いている。フォトダイオード２１７は、画素ごとに２次元的にアレイ配置されており、フォトダイオード２１７の集光効率を上げるために、各フォトダイオード２１７の入射側にはマイクロレンズ２１６が設けられている。この撮像素子２０６がワイヤボンディングなどの手法によりＰＷＢ基板２０７に接合されてセンサ基板６０１が形成されている。
【００１８】
撮像素子２０６のマイクロレンズ２１６側の面には光学フィルタ２０５が近接配置される。光学フィルタ２０５と撮像素子２０６はＵＶ接着剤で接合してもよいし、撮影に用いる有効画素範囲外をスペーサなどで支持した状態で有効画素外の四辺領域でＵＶ接着や熱圧着してもよい。
【００１９】
図１２は、光学フィルタ２０５と撮像素子２０６の画素の配置の例を示した模式図である。
光学フィルタ２０５は、撮像素子２０６上における１つのフォトダイオード２０６ａに対応するように領域（例えば、図中２０５ａで示す領域）に分割されている。すなわち、１画素ごとに対応した市松模様状のパターンが配置されている。
【００２０】
光学フィルタ２０５と撮像素子２０６との間に空隙がある構成としてもよいが、光学フィルタ２０５を撮像素子２０６に密着させる構成とした方が、光学フィルタ２０５上の領域の境界と、撮像素子２０６上の領域の境界を一致させやすくなる。
領域分割された各パターンは、後述する各種アプリケーションに応じて輝度情報・偏光情報・分光情報の所謂、光の３成分を適宜調整して出力するように光量調整フィルタや偏光フィルタや分光フィルタが画素単位で形成されている。
【００２１】
なお、本実施形態では、撮像素子２０６としてモノクロ画像用撮像素子の例を説明するが、カラー画像用撮像素子を用いてもよい。カラー画像用撮像素子を用いる場合は、撮像素子２０６の各画素に付属するカラーフィルタの特性に応じて光学フィルタの各パターンの透過特性を調整してやればよい。
画素単位の異なる情報から各画像が形成される。このような画像形成はカメラ内部の信号処理部６０２で行われる。
【００２２】
光学フィルタ２０５の構成について、本実施形態との対比のため、ワイヤグリッドの保護層としてＳＯＧ層が形成された従来例をあわせて説明する。
図３は、従来の光学フィルタ２０５の例を示したもので、透明基板２０上に偏光フィルタ層１６、ＳＯＧ層５０が形成されている。ワイヤグリッド間（偏光フィルタ層の断面凹部）５１には、２０ｎｍ程度のシリカが充填されている。
なお、ＳＯＧ層５０が形成された光学フィルタ２０５の例としては、図７（Ｂ）に示すような、ワイヤグリッド１０の外周にフレーム１４を有する態様や、図９（Ｂ）に示すような、透過波長帯域の異なる複数の分光フィルタパターンを有する分光フィルタ層６０が、ＳＯＧ層５０を介して偏光フィルタ層上に設けられた態様が挙げられる。
【００２３】
透明基板２０は、使用帯域の光（本実施形態では可視光域）に対して透明な材料、例えば、ガラス、サファイア、水晶などで構成されている。本実施形態では、ガラス、特に、安価で、また耐久性もある石英（屈折率１．４６）やテンパックスガラス（屈折率１．５１）が用いられている。
【００２４】
ワイヤグリッド１０は、アルミなどの金属で構成された導電体線１１（以下、「ワイヤ」ともいう）が特定のピッチで格子状に配列してなるものであり、そのピッチが入射光（例えば、可視光の波長４００ｎｍから８００ｎｍ）に比べてかなり小さいピッチ（例えば、２分の１以下）であれば、導電体線１１に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、導電体線１１に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。
【００２５】
なおワイヤグリッド１０からなる偏光子は、ワイヤ１１の断面積が増加すると、消光比が増加し、更に周期幅に対する所定の幅以上のワイヤ１１では透過率が減少する。また、ワイヤ１１の長手方向に直交する断面形状がテーパ形状であると、広い帯域において透過率、偏光度の波長分散性が少なく、高消光比特性を示す。
【００２６】
図１３は偏光フィルタ層を構成するワイヤグリッド１０の断面構造の電子顕微鏡写真である。偏光フィルタ層は、ワイヤグリッド構造により、溝（凹凸構造の凹部）方向の偏光方向の光が入射したときは遮光し、溝と直交する方向の偏光方向の光が入射したときは透過する。
【００２７】
ワイヤグリッド構造は、よく知られる半導体プロセス、すなわちアルミ薄膜を蒸着した後にパターニングを行いメタルエッチングなどの手法によりワイヤグリッドのサブ波長凹凸構造を形成すればよい。よって、撮像素子２０６の画素サイズ相当（数ミクロンレベル）で偏光子の方向を調整することが可能であるため、本実施形態のような画素単位で透過偏光軸が選択できる。
またワイヤグリッド構造は上述のとおり、アルミなどの金属で作製されるため、耐熱性に優れるため、車載用途等に好適である。
【００２８】
従来のワイヤグリッド構造の保護層としては、ＳＯＧ層５０が知られている。ＳＯＧ層５０は、使用帯域の光に透明な基板（透明基板）２０と、透明基板２０上で直線状に延びたワイヤグリッド１０の凸部は使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで配列されている。そのアルミ凸部の間、ワイヤグリッド間（偏光フィルタ層の断面凹部）５１には、透明基板２０よりも屈折率の低いか同等の無機材料が充填された領域（充填部）が形成される。ＳＯＧ層５０は、ワイヤグリッド間（偏光フィルタ層の断面凹部）５１を充填するとともにワイヤグリッド構造の凸部も覆うように形成される。
【００２９】
ＳＯＧ層５０の形成材料としては、偏光子の偏光特性を劣化させないために、その屈折率が空気の屈折率＝１に極力近い低屈折率材料であることが好ましい。例えば、セラミックス中に微細な空孔を分散させて形成してなる多孔質のセラミックス材料が好ましく、ポーラスシリカ（ＳｉＯ２）、ポーラスフッ化マグネシウム（ＭｇＦ）、ポーラスアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などが挙げられる。また、これらの低屈折率の程度はセラミックス中の空孔の数や大きさ（ポーラス度）によって決まるものである。このうち、特に、透明基板２０の主成分がシリカの水晶やガラスからなる場合、ＳＯＧ層５０の形成材料がポーラスシリカ（ｎ＝１．２２〜１．２６）であれば、透明基板２０よりも屈折率が小さくなり好適である。
【００３０】
ＳＯＧ層５０は、例えば、無機系塗布膜（ＳＯＧ：Ｓpin  Ｏn  Ｇlass）生成方法、すなわち、シラノール[Ｓｉ（ＯＨ）４]をアルコールに溶かした溶剤を基板上にスピン塗布し、その後に熱処理によって溶媒成分を揮発させ、シラノール自体を脱水重合反応させることにより形成される。
【００３１】
偏光フィルタ層がサブ波長サイズのワイヤグリッド構造であるため、ＳＯＧ層５０の上に形成される分光フィルタ層６０に比べ強度的には弱い。とくに光学フィルタ２０５は、撮像素子２０６に密着配置することが望まれるため、そのハンドリングにおいては光学フィルタ２０５と撮像素子２０６の面が接触する可能性もあるが、強度的に弱い偏光フィルタ層はＳＯＧ層５０で保護されているため、ワイヤグリッド構造を損傷することなく光学フィルタ２０５を実装できる。
ＳＯＧ層５０を設けることによりワイヤグリッド部への異物進入も抑制できる。
ワイヤグリッドの凸部の高さは一般に使用波長の半分以下で構成される。
一方、分光フィルタ層（以下、「分光フィルタ」ともいう）６０は使用波長同等から数倍の高さとなり、かつ厚みを増すほど遮断波長での透過率特性を急峻に出来る。
【００３２】
分光フィルタ６０は多層膜構造によって作製できる。多層膜構造とは、高屈折率と低屈折率の薄膜を交互に多層重ねた波長フィルタのことを指す。光の干渉を利用することで分光透過率を自由に設定でき、薄膜を多数層重ねることで、特定波長に対して１００％近い反射率を得ることもできる。
【００３３】
例えば、赤色成分以外の波長帯域の光を反射させる。撮像する画像の波長範囲が略可視光であるため、可視光の範囲に感度を有する撮像素子を選択し、多層膜の波長範囲としては赤色成分として、例えば波長：λが６００ｎｍ以上の光を透過し、それ以外の波長は反射するようなカットフィルタを形成すればよい。
【００３４】
このようなフィルタの特性を図１４に示す。
カットフィルタとしては、よく知られる「基板／（0.125Ｌ0.25Ｈ0.125Ｌ）ｐ／媒質Ａ」のような構成で多層膜を作製すればよい。ここで0.125Ｌは低屈折率材料（例えばＳｉＯ２）の膜厚標記方法でｎｄ／λでｎは屈折率、ｄは厚み、λはカットオフ波長であり0.125Ｌは１／８波長の光路長となるような膜厚を意味する。同様に0.25Ｈは１／４波長分の膜厚となるように高屈折率材料（例えばＴａ２Ｏ５）を積層することを意味する。さらにｐは、このペアを複数層繰り返すことを意味し、ｐが多いほどリップルなどの影響を抑制できる。また媒質Ａとは空気や、撮像素子と密着接合するための接着剤を意図する。
なお上述のカットフィルタにおける「基板」とは、ワイヤグリッド構造の保護層であって、従来例ではＳＯＧ層５０を意味し、本実施形態では後述のキャップ層を意味する。
【００３５】
領域分割型の分光フィルタ６０は、ガラス平板上に多層膜を形成する。
多層膜形成方法としてはよく知られる蒸着などの方法を用いればよい。続いて凹凸断面構造を形成する。凹部、すなわち多層膜構造を除く方法としては、従来のフォトリソ及びドライエッチング法やリフトオフ法を利用すればよい。リフトオフ加工法は、目的とするパターンの逆パターンを、基板上に金属、フォトレジストなどで構成し、目的薄膜を蒸着後、不用部分をフォトレジストと共に除去し目的とするパターンを残す方法である。
【００３６】
なお、本実施形態の光学フィルタ２０５では、多層膜を用いて分光フィルタ層６０を形成する。このような多層膜を用いれば、任意の分光輝度特性を得ることができる。一般にカラーセンサなどに用いられるカラーフィルタはレジスト剤によって形成されているが、このようなレジスト剤では多層膜に比べ分光輝度特性のコントロールが困難である。
本実施形態では多層膜を用いて分光フィルタ層６０を形成するため、例えば、車載用途においてテールランプの波長に最適化された分光フィルタ層を形成することが可能となる。
【００３７】
本実施形態の光学フィルタ２０５は、ワイヤグリッド１０の保護層が、上述のＳＯＧ層５０に代えて、透明材料からなるキャップ層４０からなる。ワイヤグリッド１０からなる偏光フィルタ層１６の断面凹部、すなわちワイヤグリッド構造において隣接するワイヤ間、または隣接するワイヤとフレーム間が中空となった空間部４１を有する。
以下、本発明の光学フィルタ及び該光学フィルタの製造方法について説明する。
【００３８】
図１に、領域分割型ワイヤグリッドの模式図（斜視図）を示す。
透明基板２０上に、ワイヤグリッド１０が形成され、透明基板２０の下層には基板の反射防止（ＡＲＣ）層３０が設けられている。
標準的な製造プロセスで作製されるワイヤグリッド１０は、厚さ０．６ｍｍの透明基板２０上にワイヤグリッドとなるアルミニウム膜２００ｎｍがスパッタリング等で成膜された後、レジストにてナノパターン（周期は１５０ｎｍ）が形成される。次に、形成されたレジストパターンをマスクとして、塩素系のガスを用いて、アルミニウム膜の異方性ドライエッチングを行い、形成される。
これに対し、本実施形態の光学フィルタのワイヤグリッド１０では、アルミニウム膜をドライエッチングするマスクとして、レジストではなく珪素酸化物（ＳｉＯ２）を用い、最終的に珪素酸化物（ＳｉＯ２）を残し、保護層とすることができる。
【００３９】
図２は、透明基板２０上に設けられたワイヤグリッド１０からなる偏光フィルタ層１６の断面模式図であって、キャップ層が形成される前にワイヤグリッド１０が予め酸化物１２，１３で被覆された状態を示している。なお、図２は図１中Ａ−Ａ線部で示す位置の断面図である。
ワイヤグリッド１０は、ワイヤ１１の側面がアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）１２、上面が珪素酸化物（ＳｉＯ２）１３で被覆されている。
【００４０】
図２に示すワイヤグリッド１０は、上述のようにアルミニウム膜をドライエッチングするマスクとして珪素酸化物（ＳｉＯ２）を用いている。この方法によれば、アルミニウムと珪素酸化物（ＳｉＯ２）は連続成膜できることから、アルミニウムを大気にさらす工程を極力減らすことができる。
また、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）に関しては、アルミニウムのドライエッチング工程と連続して、エッチング箇所を大気にさらす前に酸素プラズマなどの簡易なプロセスにより形成できる。
したがって、本実施形態の光学フィルタの製造方法においては、新たに保護膜の材料を用意するプロセスが不要であり、コストの増加を低減することができる。
【００４１】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、図２に示した偏光フィルタ層１６の外表面がキャップ層４０により被覆された状態を示す断面図である。ワイヤグリッド１０は、キャップ層４０が形成される前に予め酸化物１２，１３で被覆されてなり、キャップ層４０は透明な材料からなり、キャップ層４０に被覆された偏光フィルタ層１６の断面凹部が空間部４１を有する。
キャップ層４０の成膜方法としては、スパッタリングのような指向性が高くない成膜方法を用いることにより、ワイヤグリッド間の断面凹部は成膜されず、中空の空間部４１となる。
【００４２】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、キャップ層４０を成膜する珪素酸化物（ＳｉＯ２）の量が異なる態様をそれぞれ示している。
成膜量が少ない図４（Ａ）では、ローカルな段差（ワイヤグリッドの各ワイヤ間の段差）Ｄ１が大きく、光の屈折、散乱による透過率が低下してしまう。図４（Ａ）は、例えば、成膜されたキャップ層４０の厚みが１００ｎｍであり、段差Ｄ１は５０ｎｍである。
これより成膜量が多い図４（Ｂ）の例は、成膜されたキャップ層４０の厚みが２００ｎｍであり、段差Ｄ２は３０ｎｍである。さらに成膜量が多い図４（Ｃ）の例では、成膜されたキャップ層４０の厚みが３００ｎｍであり、段差Ｄ３は１０ｎｍである。
ワイヤグリッド１０の形状にもよるが、図４（Ｃ）に示すように、キャップ層４０の厚みを３００ｎｍ以上とすることにより、ローカルな段差を極めて小さくすることができ、透過率の低下を抑制することができる。
【００４３】
ワイヤグリッド１０の保護層の成膜前後による光学特性の変化を図５に示す。
図５（Ａ）は、保護層としてＳＯＧ層５０を形成した場合の変化を示したもの（比較例）で、図５（Ｂ）は、保護層としてキャップ層４０を形成した場合の変化を示したものである。
図５（Ａ）に示すように、従来の保護層であるＳＯＧ層の成膜では、ＴＭ透過率、消光比共に大きく低下することがわかる。一方、図５（Ｂ）に示すように、本実施形態のキャップ層の成膜では、ＴＭ透過率、消光比の低下は小さく、特に４００ｎｍの厚みに成膜した場合の光学特性の劣化は極めて少ない。
これは、キャップ層４０に被覆された偏光フィルタ層１６の断面凹部が空間部４１を有することと、成膜されたキャップ層自体の透過率が高いことに起因する。
なお、図５（Ｂ）の例において、２００ｎｍの厚みに成膜した場合の光学特性がやや劣るのは、図４に示したように、ローカル段差が大きいことが要因と考えられる。
【００４４】
偏光フィルタ層１６は、ワイヤグリッド構造の外周にフレーム構造を有していてもよい。
図６に、基板２０上にワイヤグリッド１０及びフレーム１４が形成された例を示す。
ワイヤグリッド１０とフレーム１４とが同材料かつ同じ厚みで形成されることが好ましい。ワイヤグリッド１０とフレーム１４を同じ材料で形成することにより、ワイヤグリッド１０の形成時にパターンを追加するのみでフレーム１４を同時に形成できる。また、キャップ層４０が形成される前にワイヤグリッド１０とともに予め酸化物で被覆することができる。
【００４５】
図７は、図６のＢ−Ｂ線部で示す位置の断面図であって、図７（Ａ）はキャップ層４０が形成された本実施形態の例、図７（Ｂ）はＳＯＧ層５０が形成された従来例を示している。キャップ層４０とＳＯＧ層５０の厚みは、それぞれ４００ｎｍである。
フレーム１４は、ワイヤグリッド１０と同様に側面がアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）１２、上面が珪素酸化物（ＳｉＯ２）１３で被覆されている。
フレーム１４を設けることにより、光学特性上、迷光の影響を防ぐことができる。
また、フレーム１４を設けることにより、グローバルな段差（フィルタ体の段差）を低減することができ、撮像素子２０６等との接着が容易となる。図７（Ａ）の例では、グローバルな段差Ｄ４は２０ｎｍである。
さらに、カラーフィルタ等を積層構成する場合、フレーム１４を設けることでグローバルな段差が小さくなり、形成が容易となる。
一方、比較例としての従来例の図７（Ｂ）に示した例では、グローバルな段差Ｄ５は８０ｎｍと大きくなっている。
【００４６】
図８は、図８（Ａ）に示す撮像装置を構成する光学フィルタ２０５と撮像素子２０６とを、光透過方向に対して直交する方向から見たときの部分拡大図（破線で囲んだ領域の拡大図）を示したもので、図８（Ｂ）はキャップ層４０が形成された本実施形態の例、図８（Ｃ）はＳＯＧ層５０が形成された従来例をそれぞれ示している。
図８（Ｂ）に示す本実施形態の例では、図８（Ｃ）に示す従来例と比較して、グローバルな段差が低減されているので、撮像素子２０６に出来るだけ近づけた近接配置が可能となり、撮像装置（偏光カメラ）としての特性が向上する。また、光学フィルタ２０５と撮像素子２０６との間のわずかな空隙を樹脂等で埋めるような場合、樹脂量が少なくて済むため、光学特性の劣化が少なく、実装後の信頼性も向上する。
【００４７】
図９は、透過波長帯域の異なる複数の分光フィルタパターンを有する分光フィルタ層が積層された態様を示したもので、図９（Ａ）は、分光フィルタ層６０が、キャップ層４０を介して偏光フィルタ層１６上に設けられた態様を、図９（Ｂ）は分光フィルタ層６０がＳＯＧ層を介して偏光フィルタ層上に設けられた態様をそれぞれ示している。図９（Ｂ）は、比較のために示した従来例である。
【００４８】
分光フィルタ層６０は、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５の積層膜を蒸着法等で成膜し、フォトリソ及びＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにて加工される。このような分光フィルタ層６０は、全体の平坦性に優れた層上に積層されることにより、高精度に形成される。
従来例の光学フィルタに形成されているＳＯＧ層５０は、２０ｎｍ程度のシリカが凝集したものであり、緻密な膜ではない。
多層膜エッチングの条件であるＣＦ系ガスを用いたドライエッチングを行った場合、エッチングレートは、多層膜で１０ｎｍ／秒、ＳｉＯ２膜で１２ｎｍ／秒、ＳＯＧ膜で２０ｎｍ／秒程度と差が大きい。このため、多層膜をエッチング加工する際にオーバーエッチングをかける場合、従来例の構成においてＳＯＧ膜にまで到達すると、エッチングレートが速く、ウエハ面内の残膜ばらつきが大きくなってしまう。これに対し、ＳｉＯ２膜の方が安定して加工できることがわかる。また、ＳｉＯ２膜の方が、吸湿や通気性、通水性に対して、より高い耐性が得られる。
【００４９】
以上のように、本実施形態の光学フィルタ２０５の製造方法は、使用帯域の光に透明な基板２０上に、前記使用帯域の光の波長よりも小さい周期のワイヤグリッド構造からなり、透過偏光軸が異なる複数の偏光子パターンを有する偏光フィルタ層１６を形成し、偏光フィルタ層１６の外表面を被覆するキャップ層４０を形成する方法であって、キャップ層４０が形成される前に、偏光フィルタ層１６を構成するワイヤグリッドのワイヤ１１を予め酸化物で被覆し、キャップ層４０は、偏光フィルタ層１６の外表面を断面凹部に空間部４１が形成されるように被覆する方法である。
本実施形態の製造方法では、偏光フィルタ層１６を構成するワイヤグリッド１０のワイヤ１１を、キャップ層４０が形成される前に予め、側面をアルミニウム酸化物、上面を珪素酸化物で被覆する。また、偏光フィルタ層１６として、ワイヤグリッド１０の外周に、ワイヤグリッド１０のワイヤ１１と同じ金属からなるフレーム１４を形成し、ワイヤグリッドのワイヤ１１及びフレーム１４のワイヤ１５とを同時に酸化物で被覆した後、キャップ層４０で被覆する。
【００５０】
ワイヤグリッドの保護層として、スパッタリング法等によりキャップ層を成膜する本実施形態の方法によれば、従来のＳＯＧ膜を形成する方法に比べ、歩留り高く、低コストで光学フィルタを作製することができる。また、キャップ層で被覆された偏光フィルタ層の断面凹部が中空であるため、ＴＭ透過率の低下が少ない光学フィルタが得られる。
スパッタリング法はプラズマ励起によるため、緻密なＳｉＯ２膜が形成できる。また、ＳＯＧ膜のようにシリカ粒子が存在しないため、光透過率の高い光学特性に優れた膜が形成される。
【００５１】
また、本実施形態の製造方法において、キャップ層の成膜量を増加することにより、具体的には厚みを３００ｎｍ以上とすることにより、ローカル段差が小さく、形状効果による光の屈折、散乱を抑制可能な光学フィルタを製造することが出来る。
さらに、ワイヤグリッド構造の外周にフレーム構造を設けることにより、光学特性上、迷光の影響を防げるのはもちろんのこと、グローバルな（チップ全体の）段差を低減でき、撮像素子等との接着が容易となる。カラーフィルタ等を積層構成する場合にも、グローバルな段差が小さいと形成が容易となる。
【００５２】
本実施形態の光学フィルタは、ローカル段差及びグローバル段差共に小さく、ワイヤグリッドの破損可能性も少ないため、撮像素子との接合を安定して行うことができる。
本実施形態の撮像装置は、グローバル段差が低減された光学フィルタを備えることにより、撮像素子との近接配置が可能で、偏光カメラの特性が向上する。また、光学フィルタと撮像素子との間のわずかな空隙を樹脂等で埋めるような場合、使用する樹脂量を低減できるため、光学特性の劣化が少なく、実装後の信頼性も向上する。
【符号の説明】
【００５３】
１０      ワイヤグリッド
１１      ワイヤ（ワイヤグリッド）
１２      酸化物（アルミニウム酸化物、Ａｌ２Ｏ３）
１３      酸化物（珪素酸化物、ＳｉＯ２）
１４      フレーム
１５      ワイヤ（フレーム）
１６      偏光フィルタ層
２０      透明基板
３０      ＡＲＣ
４０      キャップ層
４１      空間部
５０      ＳＯＧ層
６０      分光フィルタ層
２０４      撮像レンズ
２０５      光学フィルタ
２０６      撮像素子（画像センサ）
２０７      ＰＷＢ基板
２１６      マイクロレンズ
２１７      フォトダイオード
６０１      センサ基板
６０２      信号処理部
Ｄ１〜Ｄ３  ローカル段差
Ｄ４、Ｄ５  グローバル段差
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】特開２００６−５０７５１７号公報
【特許文献２】特開２００７−８６７２０号公報
【図１】
2015106149.tif 000003
【図５】
2015106149.tif 000004
【図１０】
2015106149.tif 000005
【図１１】
2015106149.tif 000006
【図１２】
2015106149.tif 000007
【図１４】
2015106149.tif 000008
【図２】
2015106149.tif 000009
【図３】
2015106149.tif 000010
【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１３】
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