JPH03215803A

JPH03215803A - 帯域フィルター

Info

Publication number: JPH03215803A
Application number: JP1106190A
Authority: JP
Inventors: Takuji Hatano; 卓史波多野
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1991-09-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は帯域フィルター、特に赤外線透過に優れた帯域
フィルターに関する。

従来技術およびその課題従来より、光学素子の一つとして短波長をカットし、長
波長を透過するロング・ウェーブ・バス・フィルター（
Ｌｏｎｇ　　ｗａｖｅ　　ｐａｓｓ　　ｆｉｌｔｅｒ）
がある。

これは、高屈折率材料と低屈折率材料からなる高屈折率
層と低屈折率層をガラス基板上に積層した構成とするの
が一般的であって、多種の構成のものが知られている。

しかし、従来の層構成では、基板の屈折率が高くなると
透過域のリップルを消すことはできなかった。

方、検知器や赤外線カメラなどの各種観測用に注目され
ている赤外領域でのロング・ウェーブ・バス・フィルタ
ーが望まれ、近年需要が増えつつある。この領域で使用
される基板材料としては、Ｇ６，　Ｓｉ，　ＺｎＳＳＺ
ｎＳｅ等があるが、加工、入手の容易さから、Ｇｅ，Ｓ
ｉが一般的に使用される。

３しかし、Ｇｅ，Ｓｉは屈折率が４．０３、３．４３とガ
ラスに比べて非常に高く、従来の構成でこの上に短波長
カットフィルターを作製しても透過域で著しく透過率の
劣化を招く。

ＳｉまたはＧｅを基板とした帯域フィルターが例えば特
開平１−１０８５０４号公報に開示されているが、これ
は所望の波長のみを透過する単色フィルターであり、本
発明の目的、構成、効果において全く異なるものである
。

発明が解決しようとする課題本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、赤
外域で使用されるＧｅ，Ｓｉ等の高い屈折率をもつ基板
に対してもリップルのない透過率の高い帯域フィルター
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すなわち、本発明はＳｉあるいはＧｅ基板上に形成され
、基板より高屈折率層と低屈折率層の繰り返しでかつ低
屈折率層で終了する交互層を有し、さらに上記交互層に
積層されかつ空気側最上層である低屈折率層を有するこ
とを特徴とする帯域フィ４ルターに関する。

さらに本発明は、ＳｉあるいはＧｅ基板上に形成された
高屈折率層と低屈折率層よりなるｉ層（ｉは８以上の整
数を表わす）の多層膜であって、基板より第一層目が高
屈折率層、第二層目が低屈折率層、その光学的膜厚が、０．２λ（ｎ．ｄｉ　＋　ｎ２ｄ２≦０．５λ０．０５
λ＜　ｎ　ｌｄ＋［式中λは設計主波長；ｎ１は第一層の屈折率；ｎ２は
第二層の屈折率；ｄ１は第一層の膜厚；ｄ２は第二層の
膜厚；ｎ１ｄ１は第一層の光学的膜厚；　ｎ２ｄ２は第
二層の光学的膜厚を表わす］の関係を満たし、さらに高屈折率層である第三層から始
まり高屈折率層である第ｉ−１層で終る高屈折率層と低
屈折率層の交互層がありその光学的膜厚が各層０．２λ
から０．３λの範囲にあり、またさらに空気側最上層の
ｉ層が低屈折率層であり、その光学的膜厚が０．３λ＜ｎ１ｄ１＜λ ［式中、亀は第ｉ層の屈折率；屯は第ｉ層の膜厚：ｎ，
ｄｉは第ｉ層の光学的膜厚を表わす］であることを特徴
とする帯域フィルターに関する。

さらに本発明は、ＳｉあるいはＧｅ基板上に形成された
高屈折率層と低屈折率層よりなるｉ＋１層（Ｉは８以上
の整数を表わす）の多層膜であって、基板より第一層目
が高屈折率層、第二層目が低屈折率層、その光学的膜厚
が、０．２λ＜ｎ，ｄｉ＋ｎ２ｄ２≦０．５λ０．０５λ＜
　ｎ　＋　ａ　＋［式中、λは設計主波長；ｎ１は第一層の屈折率；ｎ２
は第二層の屈折率；ｄ１は第一層の膜厚；ｄ２は第二層
の膜厚；ｎ１ｄ１は第一層の光学的膜厚；ｎ２ｄ２は第
二層の光学的膜厚を表わす１の関係を満たし、さらに高屈折率層である第三層から始
まり高屈折率層である第ｉ−１層で終る高屈折率層と低
屈折率層の交互層がありその光学的膜厚が各層０．２λ
から０．３λ９範囲にあり、またさらに空気側の１層と
ｉ＋１層の２層が低屈折率層からなり、その屈折率と光
学的膜厚がｎ　＋　＋　＋　＜　ｎ７０．３λ＜ｎｌｄ：　＋ｎ＋＋＋ｄ＋＋＋　＜λ［式中
、ｎ，は第ｉ層の屈折率；　ｎｌ＋１は第１＋１層の屈
折率：ｄｌは第１層の膜厚：　ｄｉａｌは第ｉ＋１層の
膜厚；ｎｉｄｌは第ｉ層の光学的膜厚＋　ｎｉ＋Ｉｄｉ
＋１は第１＋１層の光学的膜厚を表わす］の関係を満たすことを特徴とする帯域フィルターに関す
る。

本発明の帯域フィルターはゲルマニウム（ＧｅＸｆｆ折
率４．０３）またはシリコン（ＳｉＸ屈折率３．４３）
等の高屈折率基板上に高屈折率層（Ｈ）と低屈折率層（
Ｌ）の交互層が積層され、さらにこの交互層の最上層で
ある低屈折率層上に空気側最表面層としてもう一層低屈
折率層を設けたことを基本的構成とするものである。

さらに、空気側最表面層を（２Ｌ）とすることにより基
板上に高屈折率層と低屈折率層を単に交互層として積層
した構成、すなわち、（基板）＋（ＨＬ）”なる構成の
フィルターよりも透過域例えば（約３μｍ〜６μｍ）の
透過率を２０〜３０％向上することができかつリップル
を少なくすることができ＝８る。

上記基本構成において、高屈折率層（Ｈ）または、低屈
折率層（Ｌ）は、その膜厚を０．２〜０．３λ（λは設
計主波長）、より好ましくは約０．２５λとする。それ
らの各層を０．２〜０．３λの範囲外の膜厚に形成する
と透過域にリップルが発生する。

基板上に形成される高屈折率層（Ｈ）と低屈折率層（Ｌ
）の交互層の全総数（最表面層を含む）すなわち、本明
細書にいうｉの数は８以上が好ましく、ｉが多くなるほ
ど透過域の急な立ち上がりを得ることができる。

最表面層（２Ｌ）の膜層は、０．３〜λ、好ましくは約
０．５λとする。その膜厚が上記範囲外であると、透過
域のリップルが大きくなったり、また、反射域にリップ
ルが発生したりする。

なお、本明細書にいう高屈折率、低屈折率とは、基板の
屈折率を基準にして考え、基板の屈折率より高い場合、
高屈折率といい、基板の屈折率より低い場合、低屈折率
という。

さらに好ましくは、基板上第一層の光学的膜厚（ｎ＋ｄ
＋Ｘｎ＋は基板上の第一層の屈折率、ｄ．は基板上第一
層の膜厚をあらわす）は、０．０５λ以上の厚さ、好ま
しくは０．１〜０．１　５、より好ましくは約０．１２
５となるように設け、そして該高屈折率層上に形成され
る低屈折率層の光学的膜厚（ｎｘｄｚ）Ｃｎｖは基板上
第二層の屈折率、ｄ２は基板上第二層の膜厚をあらわす
）との間に０，２λ＜ｎｅａｔ　＋　ｎ２ｄ２≦０．５λより好ま
しくは　１４ｄｌ　＋　ｎ２ｄｚ＃０　．２　５λなる
関係が満たされるように形成する。そうすることにより
透過域の透過率をさらに向上することができ、リップル
を軽減することができる。

屈折率層および低屈折率層を積層することにより、基板
上に高屈折率層と低屈折率層を単に交互層として積層し
た構成（基板＋（ＨＬ）つのフィルターよりも数十％透
過率を向上させることができ、透過域のリップルを軽減
することができるのである。

光学的膜厚の合計（ｎ，ｄｉ　＋ｒ＋２ｄ２）の範囲が
上記範囲外であると透過域のリップルが大きくなり好ま
し？ない。また、ｎｉｄｉの光学的膜厚が０．０５λよ
り薄くなると本発明の効果を得ることができない。

最も空気側の低屈折率層上にはさらに低屈折率層を設け
てもよい。この場合、空気側から第一層は空気側から第
二層よりも低屈折率の物質からなる低屈折率層とするこ
とが好ましい。

この場合、空気側から第二層の光学的膜厚（ｎ１ｄ＋）
（ｎ＋、ｄ＋は前述と同義）と空気側から第一層の光学
的膜厚（ｎ＋＋＋ｄ＋＋＋Ｘｎ＋＋＋は第ｉ＋１層の屈
折率、ｄｉ＋，は第ｉ＋１層の膜厚を表わす）は、０．３λ（ｎ　１　ｄ　＋　＋　ｎ　ｌ＋　■ｄ　＋　
＋　．＜λなる関係を満たすようにする。そうすること
により、より一層の透過域の透過率の向上が達成されリ
ップルをなくすることができる。

各層は、公知方法、例えば真空蒸着、スパッタリング、
イオンプレーティング等で作製することができる。

本発明の高屈折率層はＧｅを使用して形成することがで
きる。低屈折率層の材料としてはＭｇＦ，、ＢａＦ，、
ＹＦ．、ＳｒＦｚ、ＡｌＦ．、Ｌ　Ｉ　Ｆ　ｓ　Ｌ　ａ
　Ｆ　２、Ｓｉｎ，、Ｓｉｎ，Ｍｇ○、Ａｌ２０３、Ｚ
ｎＳ，ＺｎＳｅ，ＴｈＦ　３等フッ化物、酸化物、硫化
物等が使用可能であるが、膜応力、取扱の容易性の関係
上ＺｎＳが望ましい。ＺｎＳを使用すると膜応カを相殺
することができ、これによりクラックの発生を防ぐこと
ができる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに説明する。

衷蔓佐ＳｉまたはＧｅ基板上に表１から表６に示した構成の帯
域フィルターを作製した。

得られた帯域７イルターの透過域特性（波長２〜６μｍ
）を表番号に対応させて、第１図から第６図に示した。

（以下、余白）１１実施例１構成（基板ＸＨＸＬ）・・・（ＨＸＬ）・・・（ＨＸ２
Ｌ）（入射角度　０° 層　　　材料名Ｉ　　　ＺｎＳ２　　　’Ｇｅ３　　　ＺｎＳ４　　　Ｇｅ５　　　ＺｎＳ６　　　Ｇｅ７　　　ＺｎＳ８　　　Ｇｅ９　　　ＺｎＳ１０　　　Ｇｅ１２　　　ＺｎＳ１２　　　Ｇｅ１３　　　ＺｎＳ１４　　　Ｇｅ基板　Ｓｉ表１設計主波長屈折率２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２，２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３３．４３ λ＝２．３μｍ）光学的膜厚０．５００λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２　５　０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ 〜１２実施例２表２（入射角度　０６層　　材料名ｌ　　　ＺｎＳ２　　　Ｇｅ３　　　ＺｎＳ４　　　Ｇｅ５　　　ＺｎＳ６　　　Ｇｅ７　　　ＺｎＳ８　　　Ｇｅ９　　　ＺｎＳ１０　　　ＧｅＩｆ　　　ＺｎＳ１２　　　Ｇｅ１３　　　ＺｎＳ１４　　　Ｇｅ基板　Ｓｉ設計主波長屈折率２，２５４．３２．２５４．３２，２５４．３２，２５４．３２，２５４．３２．２５４．３２，２５４．３３．４３ λ＝２．３μｍ）光学的膜厚０．５００λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２　５　０λ ０．２５０λ ０．１２５λ ０．１２５λ 実施例３表３（入射角度　０° 層　　　材料名設計主波長屈折率 λ−２．３μｍ）光学的膜厚ＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅ２．２５４，３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３４．０３０．５００λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５ＯＡＯ．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．１２５λ ０．１２５λ １５一実施例４表４（入射角度　０° 層　　材料名設計主波長屈折率 λ＝２．３μｍ）光学的膜厚ＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅ２．２５４．３２．２５４，３２，２５４，３２．２５４．３２．２５４．３２，２５４，３２，２５４．３３．４３０．５ＱＯλ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．１５０λ ０．１００λ １６一実施例５（入射角度　０° 層　　材料名Ｉ　　　ＺｎＳ２　　　Ｇｅ３　　　ＺｎＳ４　　　Ｇｅ５　　　ＺｎＳ６　　　Ｇｅ７　　　ＺｎＳ８　　　Ｇｅ９　　　ＺｎＳ１０　　　Ｇｅ１１　　　ＺｎＳ１２　　　Ｇｅ１３　　　ＺｎＳ表５設計主波長屈折率２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２，２５４．３２，２５４．３２．２５ λ−２、３μｍ）光学的膜厚０．５００λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．１５０λ Ｉ７実施例６（入射角度　０° 層　　　材料名表６設計主波長屈折率 λ＝２．３μｍ）光学的膜厚ＭｇＦ　２ＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＳｉｌ．３５２．２５４．３２．２５４．３２，２５４．３２．２５４．３２，２５４．３２．２５４．３２．２５４．３３．４３０．１２５λ ０．５００λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．１２５λ ０．１２５λ ？ち■ １８坦敷倦Ｓｉ基板上に下記表７に示した構成の帯域７イルターを
作製した。

得られた帯域フィルターの透過域特性（波長２〜６μｍ
）を第７図に示した。

表７（入射角度０° 設計主波長 λ−２．３μｍ）材料名ＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＺｎＳＧｅＳ１屈折率４．３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３２．２５４．３３．４３光学的膜厚０．１２５λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．２５０λ ０．１２５λ 第７図から明らかなように、Ｓｉ基板上に作製した短波
長カットフィルターは透過域での透過率が低いことがわ
かる。

これに対し、実施例ｌで作製した空気側最終層の低屈折
率層の光学的膜厚を設計主波長の約１／２とすることに
より、第１図に示したように、その透過率が改善される
。

実施例２、３、４および５で作製したように、基板上の
第一層（高屈折率層）の光学的膜厚と基板上の第二層（
低屈折率層）の光学的膜厚の合計が約３、４および５図
に示したように、実施例１のフィルターよりもさらにそ
の透過率が改善されることがわかる。

また、実施例６に示したように、空気側最終層（低屈折
率層）上に、その屈折率よりもさらに低い値を有する低
屈折率層を設けた場合には実施例２〜５よりもさらに顕
著な効果が得られる。

発明の効果本発明によりＳｉ，Ｇｅ等屈折率の高い基板上に１９も、中赤外線領域（波長３〜５μｍ）において、リップ
ルのない透過率にすぐれた帯域フィルターを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は、本発明の帯域フィルターの波長２〜
６μｍの赤外光に対する透過率を表わす。第７図は従来の帯域フィルターの波長２〜６μｍの赤外
光に対する透過率を表わす。

Claims

【特許請求の範囲】１、ＳｉあるいはＧｅ基板上に形成され、基板より高屈
折率層と低屈折率層の繰り返しでかつ低屈折率層で終了
する交互層を有し、さらに上記交互層に積層されかつ空
気側最上層である低屈折率層を有することを特徴とする
帯域フィルター。２、ＳｉあるいはＧｅ基板上に形成された高屈折率層と
低屈折率層よりなるｉ層（ｉは８以上の整数を表わす）
の多層膜であって、基板より第一層目が高屈折率層、第
二層目が低屈折率層、その光学的膜厚が、０．２λ＜ｎ＿１ｄ＿１＋ｎ＿２ｄ＿２≦０．５λ０．
０５λ＜ｎ＿１ｄ＿１［式中λは設計主波長；ｎ＿１は第一層の屈折率；ｎ＿
２は第二層の屈折率；ｄ＿１は第一層の膜厚；ｄ＿２は
第二層の膜厚；ｎ＿１ｄ＿１は第一層の光学的膜厚；ｎ
＿２ｄ＿２は第二層の光学的膜厚を表わす］の関係を満たし、さらに高屈折率層である第三層から始
まり高屈折率層である第ｉ−１層で終る高屈折率層と低
屈折率層の交互層がありその光学的膜厚が各層０．２λ
から０．３λの範囲にあり、またさらに空気側最上層の
ｉ層が低屈折率層であり、その光学的膜厚が０．３λ＜
ｎ＿ｉｄ＿ｉ＜λ ［式中、ｎ＿ｉは第ｉ層の屈折率；ｄ＿ｉは第ｉ層の膜
厚；ｎ＿ｉｄ＿ｉは第ｉ層の光学的膜厚を表わす］であ
ることを特徴とする帯域フィルター。３、ＳｉあるいはＧｅ基板上に形成された高屈折率層と
低屈折率層よりなるｉ＋１層（ｉは８以上の整数を表わ
す）の多層膜であって、基板より第一層目が高屈折率層
、第二層目が低屈折率層、その光学的膜厚が、０．２λ＜ｎ＿１ｄ＿１＋ｎ＿２ｄ＿２≦０．５λ０．
０５λ＜ｎ＿１ｄ＿２［式中、λは設計主波長；ｎ＿１は第一層の屈折率；ｎ
＿２は第二層の屈折率；ｄ＿１は第一層の膜厚；ｄ＿２
は第二層の膜厚；ｎ＿１ｄ＿１は第一層の光学的膜厚；
ｎ＿２ｄ＿２は第二層の光学的膜厚を表わす］の関係を満たし、さらに高屈折率層である第三層から始
まり高屈折率層である第ｉ−１層で終る高屈折率層と低
屈折率層の交互層がありその光学的膜厚が各層０．２λ
から０．３λの範囲にあり、またさらに空気側のｉ層と
ｉ＋１層の２層が低屈折率層からなり、その屈折率と光
学的膜厚がｎ＿ｉ＿＋＿１＜ｎ＿ｉ０．３λ＜ｎ＿ｉｄ＿ｉ＋ｎ＿ｉ＿＋＿１ｄ＿ｉ＿＋＿
１＜λ［式中、ｎ＿ｉは第ｉ層の屈折率；ｎ＿ｉ＿＋＿
１は第ｉ＋１層の屈折率：ｄ＿ｉは第ｉ層の膜厚；ｄ＿
ｉ＿＋＿１は第ｉ＋１層の膜厚；ｎ＿ｉｄ＿ｉは第ｉ層
の光学的膜厚；ｎ＿ｉ＿＋＿１ｄ＿ｉ＿＋＿１は第ｉ＋
１層の光学的膜厚を表わす］の関係を満たすことを特徴とする帯域フィルター。４、高屈折率層はＧｅで構成され、低屈折率層はＺｎＳ
、ＺｎＳｅ、ＭｇＦ＿２、ＡｌＦ＿３、ＢａＦ＿２、Ｌ
ｉＦ、ＳｒＦ＿２、ＹＦ＿３、ＣＡＦ＿２、Ｍｇ０、Ｓ
ｉＯ＿２、ＴｉＯ＿２、ＣｅＯ＿２、ＳｉＯ、Ａｌ＿２
Ｏ＿３よりなる群から選ばれる材料で構成されている帯
域フィルター。