JPH08160220A - 光学多層膜フィルタ - Google Patents
光学多層膜フィルタInfo
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- JPH08160220A JPH08160220A JP6330005A JP33000594A JPH08160220A JP H08160220 A JPH08160220 A JP H08160220A JP 6330005 A JP6330005 A JP 6330005A JP 33000594 A JP33000594 A JP 33000594A JP H08160220 A JPH08160220 A JP H08160220A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 膜厚のばらつきの影響が小さく、半値幅の狭
いバンドパス特性を得ることができる光学多層膜フィル
タを提供する。 【構成】 ＢＫ−７基板上に、ＳｉＯ2 層とＴｉＯ2 層
を交互に積層した４３層構造とする。中心層２２層目が
光学膜厚λ／２のＴｉＯ2 層（２Ｈ）であり、中心から
下半分では、光学膜厚λ／４のＳｉＯ2 層（Ｌ）と光学
膜厚λ／４のＴｉＯ2 層（Ｈ）の１０対（Ｌ・Ｈ）10の
うち、下から２番目の対と４番目の対に２Ｈ層が挿入さ
れている。中心から上半分については、Ｈ層とＬ層の１
０対（Ｈ・Ｌ）10のうち上から２番目の対と４番目の対
に２Ｈ層が挿入されている。
いバンドパス特性を得ることができる光学多層膜フィル
タを提供する。 【構成】 ＢＫ−７基板上に、ＳｉＯ2 層とＴｉＯ2 層
を交互に積層した４３層構造とする。中心層２２層目が
光学膜厚λ／２のＴｉＯ2 層（２Ｈ）であり、中心から
下半分では、光学膜厚λ／４のＳｉＯ2 層（Ｌ）と光学
膜厚λ／４のＴｉＯ2 層（Ｈ）の１０対（Ｌ・Ｈ）10の
うち、下から２番目の対と４番目の対に２Ｈ層が挿入さ
れている。中心から上半分については、Ｈ層とＬ層の１
０対（Ｈ・Ｌ）10のうち上から２番目の対と４番目の対
に２Ｈ層が挿入されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半値幅の狭いバンド
パスフィルタ特性を得る光学多層膜フィルタに関する。
パスフィルタ特性を得る光学多層膜フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】光学多層膜フィルタは、屈折率の異なる
光学媒質を基板に多層に積層して各境界面での反射光の
干渉を利用して所定の光学特性を得るものである。これ
は、単層膜では得られない所望の光学特性を得る手法と
して、従来より広く用いられている。光学多層膜フィル
タの設計原理を簡単に説明すれば次のようになる。
光学媒質を基板に多層に積層して各境界面での反射光の
干渉を利用して所定の光学特性を得るものである。これ
は、単層膜では得られない所望の光学特性を得る手法と
して、従来より広く用いられている。光学多層膜フィル
タの設計原理を簡単に説明すれば次のようになる。
【０００３】図４に示すように、屈折率ｎ0 の透明基板
に、無吸収の屈折率ｎの光学媒質層を厚みｄだけ形成し
たとする。この媒質層に垂直に波長λの光が入射させた
とき、二つの境界面での反射特性を考慮して、次式数１
のように特性マトリクスが定義される。但し、数１にお
いて、δ＝２πｎｄ／λであり、ｎｄは光学膜厚と呼ば
れる。また、ｉはimaginary である。
に、無吸収の屈折率ｎの光学媒質層を厚みｄだけ形成し
たとする。この媒質層に垂直に波長λの光が入射させた
とき、二つの境界面での反射特性を考慮して、次式数１
のように特性マトリクスが定義される。但し、数１にお
いて、δ＝２πｎｄ／λであり、ｎｄは光学膜厚と呼ば
れる。また、ｉはimaginary である。
【０００４】
【数１】
【０００５】この特性マトリクスを用いて、反射率Ｒ及
び透過率Ｔは、次式数２にように表される。
び透過率Ｔは、次式数２にように表される。
【０００６】
【数２】
【０００７】数１において、例えば、光学膜厚がｎｄ＝
λ／４の場合、cos δ＝０，sin δ＝１であり、したが
って、ｍ11＝ｍ22＝０，ｍ12＝１／ｎ，ｍ21＝ｎであ
る。また、ｎｄ＝λ／２の場合、cos δ＝−１，sin δ
＝０であり、したがって、ｍ11＝ｍ22＝−１，ｍ12＝ｍ
21＝０である。これらを数２に代入すれば、それぞれの
場合に、大きな反射率，大きな透過率が得られることが
分かる。
λ／４の場合、cos δ＝０，sin δ＝１であり、したが
って、ｍ11＝ｍ22＝０，ｍ12＝１／ｎ，ｍ21＝ｎであ
る。また、ｎｄ＝λ／２の場合、cos δ＝−１，sin δ
＝０であり、したがって、ｍ11＝ｍ22＝−１，ｍ12＝ｍ
21＝０である。これらを数２に代入すれば、それぞれの
場合に、大きな反射率，大きな透過率が得られることが
分かる。
【０００８】更に、図５に示すような光学多層膜とした
場合には、各層の特性マトリクスを図示のように、Ｍ1
，Ｍ2 ，…，Ｍk として、全体の特性マトリクスＭ
は、次式数３で表される。
場合には、各層の特性マトリクスを図示のように、Ｍ1
，Ｍ2 ，…，Ｍk として、全体の特性マトリクスＭ
は、次式数３で表される。
【０００９】
【数３】
【００１０】上の数３を用いれば、波長λを固定して、
光学膜厚ｎｄを選ぶことにより、所望のエッジフィルタ
が設計できることになる。従来、光学多層膜によりバン
ドパスフィルタを得るには、ロウパスフィルタとハイパ
スフィルタの２枚のエッジフィルタを直列につなぐ方法
が一般に用いられている。また、半値幅の極めて小さい
バンドパスフィルタを得るには、基板の片面にロウパス
フィルタ部とハイパスフィルタ部を順次積層する方法が
用いられる。
光学膜厚ｎｄを選ぶことにより、所望のエッジフィルタ
が設計できることになる。従来、光学多層膜によりバン
ドパスフィルタを得るには、ロウパスフィルタとハイパ
スフィルタの２枚のエッジフィルタを直列につなぐ方法
が一般に用いられている。また、半値幅の極めて小さい
バンドパスフィルタを得るには、基板の片面にロウパス
フィルタ部とハイパスフィルタ部を順次積層する方法が
用いられる。
【００１１】例えば図６は、半値幅の極めて狭いバンド
パスフィルタの設計例である。ここで、光学膜厚ｎｄ＝
λ／４のＳｉＯ2 層（屈折率＝１．４２）をＬで示し、
ｎｄ＝λ／４のＴｉＯ2 層（屈折率＝２．２）をＨで示
している。これらの２倍の光学膜厚のものは、それぞれ
２Ｌ，２Ｈと示す。基板はＢＫ−７である。図示のよう
に基板上に、Ｌ層とＨ層の対が繰り返し１０対積層さ
れ、この上にＬ，２Ｈ，Ｌの３層が形成され、更にその
上にＨ層とＬ層の対が繰り返し１０対積層されて、全体
で４３層の多層膜となっている。即ち２２層目の中心層
のみが光学膜厚λ／２であり、その上下に中心層を挟ん
で対称的に光学膜厚λ／４のＬ，Ｈ層が積層されてい
る。
パスフィルタの設計例である。ここで、光学膜厚ｎｄ＝
λ／４のＳｉＯ2 層（屈折率＝１．４２）をＬで示し、
ｎｄ＝λ／４のＴｉＯ2 層（屈折率＝２．２）をＨで示
している。これらの２倍の光学膜厚のものは、それぞれ
２Ｌ，２Ｈと示す。基板はＢＫ−７である。図示のよう
に基板上に、Ｌ層とＨ層の対が繰り返し１０対積層さ
れ、この上にＬ，２Ｈ，Ｌの３層が形成され、更にその
上にＨ層とＬ層の対が繰り返し１０対積層されて、全体
で４３層の多層膜となっている。即ち２２層目の中心層
のみが光学膜厚λ／２であり、その上下に中心層を挟ん
で対称的に光学膜厚λ／４のＬ，Ｈ層が積層されてい
る。
【００１２】図７は、図６の多層膜フィルタの設計透過
特性であり、極めて急峻な傾きを持ち半値幅の狭いバン
ドパス特性が得られる。しかし図７は、設計特性であ
り、実際にこの多層膜フィルタを製造すると、透過率は
最高でも１０％程度しか得られず、透過率特性の傾きも
それ程急峻にならないことがわかった。その理由は、コ
ンピュータシミュレーションによると、図６の設計の場
合、その特性が光学膜厚のばらつきに極めて敏感である
ことが明らかになった。
特性であり、極めて急峻な傾きを持ち半値幅の狭いバン
ドパス特性が得られる。しかし図７は、設計特性であ
り、実際にこの多層膜フィルタを製造すると、透過率は
最高でも１０％程度しか得られず、透過率特性の傾きも
それ程急峻にならないことがわかった。その理由は、コ
ンピュータシミュレーションによると、図６の設計の場
合、その特性が光学膜厚のばらつきに極めて敏感である
ことが明らかになった。
【００１３】シミュレーション結果を簡単に説明すれ
ば、次の通りである。まず２２層目の中心層２Ｈの光学
膜厚のばらつきΔｎｄの影響については、他の層のばら
つきを０として見積もったとき、Δｎｄ＝±０．００４
３×λ／４で透過率がほぼ０になる。２１層目及び２３
層目については、±０．００３３３×λ／４で透過率が
ほぼ０になる。以下、中心層から離れるにつれて、光学
膜厚のばらつきの影響は一定比率（係数１．５５）で小
さくなることが明らかになった。
ば、次の通りである。まず２２層目の中心層２Ｈの光学
膜厚のばらつきΔｎｄの影響については、他の層のばら
つきを０として見積もったとき、Δｎｄ＝±０．００４
３×λ／４で透過率がほぼ０になる。２１層目及び２３
層目については、±０．００３３３×λ／４で透過率が
ほぼ０になる。以下、中心層から離れるにつれて、光学
膜厚のばらつきの影響は一定比率（係数１．５５）で小
さくなることが明らかになった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の設
計手法で光学多層膜によるバンドパスフィルタを作る
と、膜厚のばらつきの影響が大きく、半値幅の狭い所望
の透過率特性が得られないという問題があった。
計手法で光学多層膜によるバンドパスフィルタを作る
と、膜厚のばらつきの影響が大きく、半値幅の狭い所望
の透過率特性が得られないという問題があった。
【００１５】この発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、膜厚のばらつきの影響が小さく、半値幅の狭いバン
ドパス特性を得ることができる光学多層膜フィルタを提
供することを目的としている。
で、膜厚のばらつきの影響が小さく、半値幅の狭いバン
ドパス特性を得ることができる光学多層膜フィルタを提
供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明は、透明基板上
に、屈折率の異なる光学膜厚λ／４の光学媒質層を交互
に多層に積層してバンドパスフィルタ特性を得る光学多
層膜フィルタにおいて、多層構造の所定の複数層位置に
光学膜厚λ／２の層を混在させたことを特徴としてい
る。この発明において好ましくは、透明基板上に中心層
を挟んで対称的に屈折率の異なる光学膜厚λ／４の光学
媒質層を交互に多層に積層してバンドパスフィルタ特性
を得る光学多層膜フィルタにおいて、多層構造の中心層
の光学膜厚をλ／２とし、その上下の対称的な層位置に
光学膜厚λ／２の層を混在させたことを特徴としてい
る。
に、屈折率の異なる光学膜厚λ／４の光学媒質層を交互
に多層に積層してバンドパスフィルタ特性を得る光学多
層膜フィルタにおいて、多層構造の所定の複数層位置に
光学膜厚λ／２の層を混在させたことを特徴としてい
る。この発明において好ましくは、透明基板上に中心層
を挟んで対称的に屈折率の異なる光学膜厚λ／４の光学
媒質層を交互に多層に積層してバンドパスフィルタ特性
を得る光学多層膜フィルタにおいて、多層構造の中心層
の光学膜厚をλ／２とし、その上下の対称的な層位置に
光学膜厚λ／２の層を混在させたことを特徴としてい
る。
【００１７】
【作用】この発明によると、例えば多層膜構造の中心層
を挟んで対称的に屈折率の異なる光学膜厚λ／４の光学
媒質層を交互に多層に積層して得られるバンドパスフィ
ルタの基本構成に対して、中心層の上下の適当な位置に
光学膜厚λ／２の層を混在させることにより、優れたバ
ンドパスフィルタ特性が得られる。即ちこの発明による
と、設計透過率特性としては裾の広がったものとなる
が、基本構成の場合に比べて、光学膜厚のばらつきの影
響は１／１０以下に下がり、ばらつきを１０倍以上とし
ても透過率３０％程度が得られる。
を挟んで対称的に屈折率の異なる光学膜厚λ／４の光学
媒質層を交互に多層に積層して得られるバンドパスフィ
ルタの基本構成に対して、中心層の上下の適当な位置に
光学膜厚λ／２の層を混在させることにより、優れたバ
ンドパスフィルタ特性が得られる。即ちこの発明による
と、設計透過率特性としては裾の広がったものとなる
が、基本構成の場合に比べて、光学膜厚のばらつきの影
響は１／１０以下に下がり、ばらつきを１０倍以上とし
ても透過率３０％程度が得られる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例にかかる多層膜
フィルタの構成を図６に対応させて示す。ＢＫ−７基板
に、ＳｉＯ2 層とＴｉＯ2 層を交互に積層した４３層構
造とする基本構成は、図６と同様である。Ｌ，Ｈについ
ても、図６と同様、それぞれＳｉＯ2 層とＴｉＯ2 層の
光学膜厚λ／４の層を示し、２Ｌ，２Ｈは同じく光学膜
厚λ／２の層を示している。
説明する。図１は、この発明の一実施例にかかる多層膜
フィルタの構成を図６に対応させて示す。ＢＫ−７基板
に、ＳｉＯ2 層とＴｉＯ2 層を交互に積層した４３層構
造とする基本構成は、図６と同様である。Ｌ，Ｈについ
ても、図６と同様、それぞれＳｉＯ2 層とＴｉＯ2 層の
光学膜厚λ／４の層を示し、２Ｌ，２Ｈは同じく光学膜
厚λ／２の層を示している。
【００１９】図１から明らかなように、４３層の中心層
２２層目が２Ｈ層であり、この他に、４，８，３６，４
０層目に２Ｈ層が挿入されている。つまり図６の構成と
比較すると、中心から下半分では、Ｌ層とＨ層の１０対
（Ｌ・Ｈ）10のうち、下から２番目の対と４番目の対に
２Ｈ層が用いられている。同様に中心から上半分につい
ては、Ｈ層とＬ層の１０対（Ｈ・Ｌ）10のうち上から２
番目の対と４番目の対に２Ｈ層が用いられている。
２２層目が２Ｈ層であり、この他に、４，８，３６，４
０層目に２Ｈ層が挿入されている。つまり図６の構成と
比較すると、中心から下半分では、Ｌ層とＨ層の１０対
（Ｌ・Ｈ）10のうち、下から２番目の対と４番目の対に
２Ｈ層が用いられている。同様に中心から上半分につい
ては、Ｈ層とＬ層の１０対（Ｈ・Ｌ）10のうち上から２
番目の対と４番目の対に２Ｈ層が用いられている。
【００２０】図２は、図１のような多層膜構造としたと
きの設計透過率特性である。従来の図６と比較して明ら
かなように、透過率０〜２％程度の裾の部分で傾きが緩
くなっている。実際のフィルタは、使用波長に合わせた
膜厚制御を行いながら、イオンアシストなしで、ＢＫ−
７基板にＳｉＯ2 層とＴｉＯ2 層を交互に蒸着すること
により得られる。
きの設計透過率特性である。従来の図６と比較して明ら
かなように、透過率０〜２％程度の裾の部分で傾きが緩
くなっている。実際のフィルタは、使用波長に合わせた
膜厚制御を行いながら、イオンアシストなしで、ＢＫ−
７基板にＳｉＯ2 層とＴｉＯ2 層を交互に蒸着すること
により得られる。
【００２１】図３は、実際に得られた近赤外フィルタ
（ａ）と可視域フィルタ（ｂ）の透過率特性を示す。い
ずれも、透過率約６０％が得られている。設計値に比べ
て透過率が低いのは、成膜時チャンバ内温度や酸素圧の
影響、膜圧のばらつきの影響等が考えられる。半値幅
は、（ａ）の近赤外フィルタの場合で４．５ｎｍ、
（ｂ）の可視域フィルタの場合で２．５ｎｍであった。
（ａ）と可視域フィルタ（ｂ）の透過率特性を示す。い
ずれも、透過率約６０％が得られている。設計値に比べ
て透過率が低いのは、成膜時チャンバ内温度や酸素圧の
影響、膜圧のばらつきの影響等が考えられる。半値幅
は、（ａ）の近赤外フィルタの場合で４．５ｎｍ、
（ｂ）の可視域フィルタの場合で２．５ｎｍであった。
【００２２】また光学膜厚のばらつきの影響について
は、図６で説明した従来方式で透過率０になるばらつき
の１０倍のばらつきの場合にも、透過率３０％が確保さ
れることが明らかになった。透過率３０％は通常の用途
には十分であり、膜厚のばらつきの影響が格段に低減さ
れることが分かる。したがってまた、バンドパスフィル
タの製造歩留まりが大きく向上する。
は、図６で説明した従来方式で透過率０になるばらつき
の１０倍のばらつきの場合にも、透過率３０％が確保さ
れることが明らかになった。透過率３０％は通常の用途
には十分であり、膜厚のばらつきの影響が格段に低減さ
れることが分かる。したがってまた、バンドパスフィル
タの製造歩留まりが大きく向上する。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、多
層膜構造の中心層を挟んで対称的に屈折率の異なる光学
膜厚λ／４の光学媒質層を交互に多層に積層して得られ
るバンドパスフィルタの基本構成に対して、中心層の上
下に適当に光学膜厚λ／２の層を混在させることによ
り、膜厚のばらつきの影響が小さく、半値幅の狭い優れ
た透過率特性を示す多層膜フィルタが得られる。
層膜構造の中心層を挟んで対称的に屈折率の異なる光学
膜厚λ／４の光学媒質層を交互に多層に積層して得られ
るバンドパスフィルタの基本構成に対して、中心層の上
下に適当に光学膜厚λ／２の層を混在させることによ
り、膜厚のばらつきの影響が小さく、半値幅の狭い優れ
た透過率特性を示す多層膜フィルタが得られる。
【図１】 この発明の一実施例にかかるバンドパスフィ
ルタの構成を示す。
ルタの構成を示す。
【図２】 同実施例のフィルタの設計透過率特性を示
す。
す。
【図３】 同実施例の具体例のフィルタ特性を示す。
【図４】 多層膜フィルタ設計の原理を説明する為の図
である。
である。
【図５】 多層膜フィルタ設計の原理を説明する為の図
である。
である。
【図６】 バンドパスフィルタの設計例を示す。
【図７】 図６のフィルタの設計透過率特性を示す。
Ｌ…ＳｉＯ2 層（ｎｄ＝λ／４）、Ｈ…ＴｉＯ2 層（ｎ
ｄ＝λ／４）、２Ｌ…ＳｉＯ2 層（ｎｄ＝λ／２）、２
Ｈ…ＴｉＯ2 層（ｎｄ＝λ／２）。
ｄ＝λ／４）、２Ｌ…ＳｉＯ2 層（ｎｄ＝λ／２）、２
Ｈ…ＴｉＯ2 層（ｎｄ＝λ／２）。
Claims (1)
- 【請求項１】 透明基板上に、屈折率の異なる光学膜厚
λ／４の光学媒質層を交互に多層に積層してバンドパス
フィルタ特性を得る光学多層膜フィルタにおいて、 多層構造の所定の複数層位置に光学膜厚λ／２の層を混
在させたことを特徴とする光学多層膜フィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6330005A JPH08160220A (ja) | 1994-12-05 | 1994-12-05 | 光学多層膜フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6330005A JPH08160220A (ja) | 1994-12-05 | 1994-12-05 | 光学多層膜フィルタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08160220A true JPH08160220A (ja) | 1996-06-21 |
Family
ID=18227710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6330005A Pending JPH08160220A (ja) | 1994-12-05 | 1994-12-05 | 光学多層膜フィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08160220A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001318222A (ja) * | 2001-04-26 | 2001-11-16 | Ohara Inc | 光フィルター用ガラスセラミックスおよび光フイルター |
| US6410466B1 (en) | 1999-08-10 | 2002-06-25 | Kabushiki Kaisha Ohara | Glass-ceramics for a light filter |
| US6461733B1 (en) | 1999-08-30 | 2002-10-08 | Kabushiki Kaisha Ohara | Glass for a light filter and light filter |
| WO2013105374A1 (ja) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 | 狭帯域バンドパスフィルター |
-
1994
- 1994-12-05 JP JP6330005A patent/JPH08160220A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6410466B1 (en) | 1999-08-10 | 2002-06-25 | Kabushiki Kaisha Ohara | Glass-ceramics for a light filter |
| US6461733B1 (en) | 1999-08-30 | 2002-10-08 | Kabushiki Kaisha Ohara | Glass for a light filter and light filter |
| JP2001318222A (ja) * | 2001-04-26 | 2001-11-16 | Ohara Inc | 光フィルター用ガラスセラミックスおよび光フイルター |
| WO2013105374A1 (ja) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 | 狭帯域バンドパスフィルター |
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