JPH0553011A - 多層膜光学フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透過を阻止することが必要な波長の光をブロ
ックするためのブロック層を構成する薄膜の数を少なく
する。 【構成】 基板１の表面を粗面２にして、低屈折率薄膜
Ｌと高屈折率薄膜Ｈとを重ねて構成した所望の波長域の
光を透過させる層３を、基板１の前記粗面２に設けると
ともに、低屈折率薄膜Ｌと高屈折率薄膜Ｈとを重ねて構
成した、前記所望の波長域域以外のノイズ成分をブロッ
キングするブロッキング層４を基板１の他面に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、空燃比計やガ
ス分析計その他各種の用途に使用される多層膜光学フイ
ルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】前記空燃比計やガス分析計などに使用さ
れる多層膜光学フイルタにおいて、例えば、図６に示し
た多層膜光学フイルタが知られている。

【０００３】図６において、21はシリコン（Ｓｉ）や石
英その他の赤外線透過基板で、これは両面が鏡面に研磨
されている。そして、例えば、バンドパスフイルタにつ
いて説明すると、基板21の片面に赤外線の所定の波長帯
域を透過させるバンドパス層22（以下ＢＰ層という）
が、他面に前記透過帯域以外のノイズ成分を除くため
に、赤外線の短波長帯域と長波長帯域とをカットするシ
ョートロングカット層23（以下ＳＬＣ層という）が、そ
れぞれ例えば、高屈折率材としてのゲルマニウム（Ｇ
ｅ）からなる高屈折率薄膜Ｈと、低屈折率材としての一
酸化ケイ素（ＳｉＯ）からなる低屈折率薄膜Ｌとで多層
に形成されている。そして、前記ＢＰ層22とＳＬＣ層23
のそれぞれは、前記ゲルマニウムと一酸化ケイ素とを交
互に真空蒸着してなる薄膜で構成されたものであり、か
つＢＰ層22に比してＳＬＣ層23を厚く形成することが必
要である。この多層膜光学フイルタは、ＢＰ層22から基
板21を透過した入射光がＳＬＣ層23に入射されると、Ｓ
ＬＣ層23が赤外線の短波長帯域と長波長帯域とをカット
して、赤外線の所定の波長帯域を透過させるものであ
る。

【０００４】前記多層膜光学フイルタは、所定の波長帯
域を透過させるものを示したが、例えば、６μなどの所
望の波長よりも短波長域の光をカットし、それ以上の長
波長域の光を透過させる多層膜光学フイルタもある（長
波長透過フイルタ）。この場合は、両面とも長波長域の
光を透過させるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、多層膜
光学フイルタは、バンドパスフイルタの場合、基板21の
片面にＢＰ層22を、他面にＳＬＣ層23をそれぞれ設けて
なるものであり、かつＢＰ層22とＳＬＣ層23とは、共に
ゲルマニウムと、一酸化ケイ素とを交互に真空蒸着して
なる薄膜を重ねて多層に構成されたものである。しか
も、ＢＰ層22は比較的薄く、換言すれば、ゲルマニウム
と一酸化ケイ素との薄膜の層数を比較的少なく形成すれ
ばよいが、ＳＬＣ層23は、ゲルマニウムと一酸化ケイ素
との薄膜の層数を、ＢＰ層22よりもかなり多くして厚く
形成することが必要である。したがって、ＢＰ層22の形
成は比較的容易であるが、ＳＬＣ層23は、その形成に要
する時間が長くなるとともに、蒸着に要する手間が多く
なり、コストがアップする課題がある。そして、ＳＬＣ
層23は、その層数が多くそれらの残留応力が大きくなる
ので、各層の付着強度が小さくなって耐久力が低下する
などの課題も生じるものである。

【０００６】本発明は前記のような課題を解決するもの
であって、例えば、前記ＳＬＣ層のように、透過を阻止
することが必要な波長の光をブロックするためのブロッ
ク層を構成する薄膜の数を少なくすることを目的とする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するため手段】本発明の多層膜光学フイル
タは、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜とを交互に重ねて多
層に構成してなる、所望の波長帯域の光を透過するパス
層と、前記所望の波長帯域以外の波長帯域の光の透過を
ブロッキングするブロッキング層とが、基板に設けられ
た多層膜光学フイルタにおいて、前記基板の表面が、前
記所望の波長帯域の光のほとんどを透過させ、それより
も短波長帯域の光を散乱させることが可能な表面粗さの
粗面にされたことを特徴とする。

【０００８】前記基板表面の粗面は、そのいずれかの片
面または両面において行うものである。そして、前記パ
ス層を透過させる波長域の設定は、特定の波長帯域で
も、特定の波長よりも長波長域でもよいものである。

【０００９】本発明者は、前記課題を解決するために種
々研究を行った。その結果、前記基板を構成するシリコ
ン板の表面を鏡面にしたサンプルＡと、粗面の状態を異
にしたサンプルＢ、Ｃ、Ｄの赤外線と近赤外線の分光特
性を測定して、赤外線領域において 250cm^-1,500cm^-1，
1000cm^-1，2000cm^-1，3000cm^-1のそれぞれ、近赤外線領
域において２μｍ,1.5μｍのそれぞれの透過率（％）を
求めた。その結果は、次に示す表１のとおりであった。

【００１０】

【表１】

【００１１】前記表１において、Ｒ_a は中心線平均粗
さ、ＲＭＳは自乗平均平方根粗さ、Ｒ_max は最大高さを
それぞれ示し、これらの数値が小さいほど前記シリコン
基板の表面の状態が鏡面研磨に近くなり、大きくなるほ
ど粗面となる。したがって、サンプルＢよりもサンプル
Ｃの方が粗面度が大きく、サンプルＢよりもサンプルＣ
の方が粗面度が大きいものである。なお、括弧内数字
は、サンプルＢ〜ＤのそれぞれのサンプルＡに対する透
過率（％）である。

【００１２】表１から明らかなように、サンプルＡは赤
外線と近赤外線のすべてをほぼ同程度に透過させる。こ
れに対して、サンプルＢにおける赤外線の透過率は、サ
ンプルＡと同程度またはそれよりもやや低下した程度を
維持しているが、赤外線よりも短波長帯域である近赤外
線の透過率は、サンプルＡよりもかなり大きく低下する
ことがわかる。また、サンプルＣ、Ｄの透過率も、サン
プルＡの透過率とほぼ同じ傾向になるが、赤外線の透過
率低下も大きくなる。

【００１３】そして、図４は前記サンプルＡ〜Ｄの赤外
線領域における分光スペクトルを示し、図５はサンプル
Ａ〜Ｄの近赤外線領域における分光スペクトルを示すも
のである。この図４〜５によって、基板の表面が粗面に
なると短波長域の透過率が低下する、サンプルＡ〜Ｄの
各透過率の傾向がより容易にかつ明確にわかる。本発明
は、前記表１及び図４〜５の結果を得て完成したもので
ある。

【００１４】

【実施例】本発明の多層膜光学フイルタの第１実施例
を、バンドパスフイルタを例にとつて図１について説明
する。

【００１５】図１において、１はシリコン（Ｓｉ）から
なる基板で、その片面が粗面２にされている。この粗面
２は、基板１の表面をサンドブラストまたはバフ研磨す
るなどして構成するものであって、任意の手段によるこ
とが可能である。３は基板１の前記粗面２に形成された
所望の波長帯域の赤外線を透過させるバンドパス層で、
これは低屈折率材としての一酸化ケイ素からなる低屈折
率薄膜Ｌと、高屈折率材としてのゲルマニウムからなる
高屈折率薄膜Ｈとを交互に真空蒸着して形成されたもの
である。４は前記透過帯域以外のノイズ成分を除くため
に、赤外線の短波長帯域と長波長帯域とをカットするブ
ロッキング層で、これが前記基板１の他面に形成されて
いる。このブロッキング層４は、前記バンドパス層３と
同じく、低屈折率薄膜Ｌと高屈折率薄膜Ｈとを交互に真
空蒸着して形成したものである。

【００１６】この多層膜光学フイルタは、前記のように
構成されたものであって、バンドパス層３から基板１に
入射された入射光５において、図２に示した分光スペク
トルの模式図における、バンドパス層３を透過した前記
所望の波長帯域の赤外線ａよりも短波長帯域の光ｂを粗
面２が散乱させて散乱光5a（図１参照）を生じさせる。
そして、基板１を透過した入射光５において、前記所望
の波長帯域の赤外線ａよりも短波長帯域の光ｂと長波長
帯域の光ｃとの透過を、前記ブロッキング層４がブロッ
キングして、所望の波長帯域の赤外線ａを透過させるも
のである。このように、入射光５の所望の波長帯域の赤
外線ａよりも短波長帯域の光ｂを、基板１の粗面２であ
らかじめ散乱光5aとして散乱させてから、前記入射光５
をブロッキング層４に入射するため、前記粗面４で散乱
させた散乱光5aに対応してブロッキング層４を構成する
低屈折率薄膜Ｌと高屈折率薄膜Ｈとの層数を減少させる
ことが可能である。したがって、ブロッキング層４の形
成に要するコストを引き下げることができるとともに、
その各層の付着力を大きくして耐久性を向上させること
が可能である。

【００１７】なお、前記第１実施例は、基板１をＳｉで
形成しているが、この基板１は、例えば、ＳｉＯ₂ やＡ
ｌ₂ Ｏ₃ 、石英その他の任意の光学基板とすることが可
能であり、かつバンドパス層３及びブロッキング層４を
形成する高屈折率材と低屈折率材も、任意のものを使用
することが可能である。そして、基板１のバンドパス層
３を設けた面を粗面４にしているが、基板１のブロッキ
ング層４を設けた面を粗面４にすることも可能であり、
この場合の光の散乱も同じである。また、この第１実施
例の多層膜光学フイルタは、所望の波長帯域の赤外線の
みを透過させるものであるが、例えば、６μなどの所望
の波長よりも短波長域の光をカットし、それ以上の長波
長域の光を透過させる多層膜光学フイルタに実施するこ
とも可能である。

【００１８】図３は第２実施例であって、基板１の両面
に粗面4a,4b を形成している。他の構成は、前記第１実
施例と同じであるから同符号を付して示した。そして、
この実施例は、基板１両面の粗面4a,4b のそれぞれで、
所望の波長域よりも短波長域の光を散乱させるから、ブ
ロッキング層４を構成する低屈折率薄膜Ｌと高屈折率薄
膜Ｈとの層数をより減少させることが可能である。

【００１９】

【発明の効果】本発明の多層膜光学フイルタは、上記の
ように、基板の表面を粗面にして、所望の波長域よりも
短波長域の光を散乱させて、その透過を阻止し、かつ前
記所望の波長域以外の波長の光をブロッキング層でブロ
ッキングして、所望の波長域の光を透過させるものであ
る。したがって、基板の粗面で散乱させる散乱光に対応
して、ブロッキング層を構成する高屈折率薄膜と低屈折
率薄膜との層数を少なくすることが可能であるから、ブ
ロッキング層の形成に要する時間を短縮して、そのコス
トを引下げることが可能である。また、ブロッキング層
の層数が少なくなることによって、それらの応力も小さ
くなって各層の付着力が大きくなるので、フイルタの耐
久性を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の一部を省略した拡大正面図であ
る。

【図２】第１実施例の分光スペクトルの模式図である。

【図３】第２実施例の一部を省略した拡大正面図であ
る。

【図４】表面を粗面にした基板の赤外線領域における分
光スペクトル図である。

【図５】表面を粗面にした基板の近赤外線領域における
分光スペクトル図である。

【図６】従来例の一部を省略した拡大正面図である。

【符号の説明】

１：基板、２：粗面、３：バンドパス層、４：ブロッキ
ング層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高屈折率薄膜と低屈折率薄膜とを交互に
   重ねて多層に構成してなる、所望の波長域の光を透過す
   る層と、前記所望の波長域以外の波長域の光の透過をブ
   ロッキングするブロッキング層とが、光学材からなる基
   板に設けられた多層膜光学フイルタにおいて、前記基板
   の表面が、前記所望の波長域の光のほとんどを透過さ
   せ、それよりも短波長域の光を散乱させることが可能な
   表面粗さの粗面にされたことを特徴とする多層膜光学フ
   イルタ。