JPH04221904A - 光学多層干渉膜 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フィルタなどに用い
る光学多層干渉膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学多層膜を応用した多層膜は、すでに
真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなど
の方法により作製され、各種の用途に実用化されている
。そのなかで、ある波長より短い波長のみを透過するも
のをショートパスフィルタと呼んでいる。一般に、ショ
ートパスフィルタは、透過部の透過率分布はなるべく高
くかつ平坦で、不透過（反射）部の透過率分布はなるべ
く低くかつ平坦であることが必要である。反射帯域を広
くとりたいときは、２つの異なった反射波長（光学膜厚
）の多層膜群を積層して、両者の反射帯域をつなげて帯
域拡大を図る。

【０００３】これらのショートパスフィルタは、通常、
光学膜厚の等しい、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積
層した光学多層干渉膜の、反射域とその短波長側の透過
域の境界を利用して作製する。しかし、この部分には、
図３にみるように、リップルと呼ばれる漣状の特性が現
れるので、これを抑制しなければ、優れたショートパス
特性を得ることができない。

【０００４】光学膜厚が全て等しく、単一の主反射波長
をもつ多層膜（単波長構成）のリップル抑制のために最
も一般的に行われるのは、多層膜の第１層と最終層が低
屈折率膜になるような構成にし、その光学膜厚をその他
の層の光学膜厚の半分にすることである。このようにす
ると、リップルがかなり抑制され、優れた特性が得られ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのように、
最下層（ここでは第１層のことである）に光学膜厚が半
分である低屈折率膜を置く方法は作製上の問題がある。 一般に光学薄膜を作製する場合は、真空蒸着などの方法
が使用されるが、このとき光電式膜厚計を使用すると最
も正確に膜厚を制御できる。これは、真空蒸着機のチャ
ンバー内の蒸着基材近傍に設置されたモニタ用ガラスの
表面に形成される膜の反射率変化を測定して膜厚を制御
する機構である。このとき以下のような問題がある。ま
ず第１に、モニタガラス上に低屈折率膜を蒸着すると、
一般に反射率の低下が起こるので、測定値が小さくなり
、測定精度も低下する。第２に、膜厚を大幅に他の層と
変えると、計器の膜厚測定範囲から出てしまうか、また
は、出なくても測定限界近辺で測定を行うことになり、
膜厚制御が難しいことが多い。

【０００６】以上の理由により、光学膜厚が半分の低屈
折率膜が最下層にくると正確な膜厚の制御が難しい。こ
の不正確な第１層の上に第２層を形成すると、第２層の
膜厚も不正確になるので、モニタガラスの交換などを行
わなければならないこともあり、コストアップにもつな
がる。反射帯域を広くとるための別の方法として、２つ
の異なった主反射波長（光学膜厚）の多層膜群を積層し
て、両者の反射帯域をつなげて帯域拡大を図る場合（２
波長構成）のリップル制御について述べると、２つの異
なる光学膜厚の多層膜群が相互に干渉を起こすので、は
るかに複雑な干渉作用が発生する。このため、長短２波
長の多層膜群に前記の単波長リップル処理をして積層し
ても、リップルを抑制することは困難である。

【０００７】２波長構成のリップル抑制の方法としては
、従来から、コンピュータのシュミレーションによる膜
構成の「最適化」による方法があった。しかし、この方
法では、各層の膜厚がばらばらになってしまうため作製
が難しくなるばかりでなく、量産時に管理すべき要素が
非常に増えてしまい、特性のばらつきを抑えることが困
難である。

【０００８】この発明は、このような問題を解決し、広
帯域の反射特性を得ようとし、なおかつ、ショートパス
フィルタの特性を得ようとするとき、透過部の分光透過
率特性をより良く、すなわち透過率をより高くかつ平坦
にし、同時にシャープカット特性にすることができる光
学多層干渉膜を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、高屈折率膜と低屈折率膜が基材上に交
互に多層形成されている光学多層干渉薄膜を有し、基材
側から順に；互いに等しい光学膜厚ａを有する高屈折率
膜と低屈折率膜が交互に多層形成されている多層膜群Ａ
；互いに等しい光学膜厚ｂを有する高屈折率膜と低屈折
率膜が１層ずつ重ね合わせて形成されている中間層群Ｂ
；および、互いに等しい光学膜厚ｃを有する高屈折率膜
と低屈折率膜が交互に多層形成されている多層膜群Ｃ；
を有し、光学膜厚ａが光学膜厚ｃよりも大きく、かつ、
光学膜厚ｂが ｃ＋（ａ−ｃ）／６≦ｂ≦ａ−（ａ−ｃ）／６の範囲で
ある光学多層干渉膜を提供する。この膜厚ｂは、膜厚ａ
よりも小さく、かつ、膜厚ｃよりも大きい。

【００１０】この発明では、３つの異なる光学膜厚の膜
群Ａ、ＢおよびＣが、いずれも、それぞれの基材側から
数えて第１層に高屈折率膜を、最終層に低屈折率膜を有
していてもよい。この発明では、多層膜群Ｃの最終層お
よび最終層の２つ手前の層が低屈折率膜であり、最終層
の光学膜厚が０．４ｃ〜０．７ｃの範囲、最終層の２つ
手前の層の光学膜厚が１．０５ｃ〜１．２５ｃの範囲で
あってもよい。

【００１１】光学膜厚の大きい多層膜群Ａの全体の層数
は、たとえば１０〜２０層とされ、光学膜厚の小さい多
層膜群Ｃの全体の層数は、たとえば１０〜２０層とされ
る。これら両者ＡとＢに大差がないことが好ましい。

【００１２】

【作　　　　　　用】上記特定の３つの膜群Ａ、Ｂおよ
びＣからなる膜構成にすると、たとえば、図３および４
にみるように、非常に平坦で高い透過特性をもつショー
トパスフィルタができる。膜厚や構成が、請求項１に示
す範囲から外れた場合は、リップルの抑制効果が弱くな
ったり、ショートパス特性が崩れたりし、実用的な特性
は得られない。

【００１３】この発明では、最終層以外に膜厚が他と大
きく異なる層がないので膜厚計測が容易である。最終層
は膜厚が半分の低屈折率膜にすることは避けられないが
、この場合には、最終層以前に前層で高屈折率膜の蒸着
を行っており、すでにモニタガラスの反射率がかなり高
くなっているので、低屈折率膜の蒸着の反射率低下によ
る測定精度の低下はあまり問題ではなくなる。また、最
終層であるから後の層の膜厚への悪影響はない。

【００１４】蒸着の手順からも、全ての膜厚の変更は高
屈折率膜の蒸着から始まるので、そのつどモニタガラス
を交換すれば、低屈折率膜から蒸着を始める必要がない
。中間層群Ｂは、高屈折率膜と低屈折率膜が各１層でな
ければならない。リップル抑制が十分にできないからで
ある。多層膜群ＡとＣとの順番が反対であると、リップ
ル抑制が十分にできなくなる。

【００１５】最終層の２つ手前の層（最終層から３層目
）（低屈折率膜）の光学膜厚を他の交互層の膜厚の１．
０５〜１．２５倍の範囲とすると、リップル抑制に微妙
な影響を与える。このような構成にせず、この層の膜厚
を他の基本構成層と同じにしてもリップル抑制は十分可
能である（図５参照）。しかし、特性が微妙に異なった
ものになるので、光学多層干渉膜の目的や用途に合わせ
てどちらにするかを適宜選択すればよい。

【００１６】

【実　　施　　例】以下に、この発明を、その実施例を
表す図面を参照しながら、詳しく説明する。図１は、こ
の発明の光学多層干渉膜の１実施例を示す。基材１の上
に多層膜群Ａ、中間層群Ｂおよび多層膜群Ｃがこの順に
積層されるように形成されている。

【００１７】多層膜群Ａは、長波長側の膜群であり、光
学膜厚（主反射波長。以下同様）ａの大きい膜群である
。互いに等しい光学膜厚ａを有する高屈折率膜Ｈ１　と
低屈折率膜Ｌ１　が交互に多層形成されている。多層膜
群Ｃは、短波長側の膜群であり、光学膜厚ｃの小さい膜
群である（ｃ＜ａ）。互いに等しい光学膜厚ｃを有する
高屈折率膜Ｈ３　と低屈折率膜Ｌ３が交互に多層形成さ
れている。

【００１８】中間層群Ｂは、中間調整層であり、互いに
等しい光学膜厚ｂを有する高屈折率膜Ｈ２　と低屈折率
膜Ｌ２　が１層ずつ重ね合わせて形成されている。中間
層群Ｂの各層の光学膜厚ｂは、 ｃ＋（ａ−ｃ）／６≦ｂ≦ａ−（ａ−ｃ）／６の範囲で
ある。ｂがこの範囲を外れると、リップル抑制効果がな
くなる（図１１および１２参照）。

【００１９】高屈折率膜は、たとえば二酸化チタンなど
から、低屈折率膜は、たとえば二酸化珪素などから形成
されている。形成方法は、たとえば、真空蒸着など上述
の膜形成方法が採用される。膜厚の管理も上述の光電式
膜厚計などが利用されるが、これに限定するものではな
い。図２は、この発明の光学多層干渉膜の別の１実施例
を示す。この光学多層干渉膜は、図１に示すものにおい
て、多層膜群が異なっている（図中、Ｃ’で示す）こと
以外は図１に示すものと同じである。多層膜群Ｃ’では
、最終層Ｌ５　および最終層の２つ手前の層Ｌ４　が低
屈折率膜であり、最終層Ｌ５　の光学膜厚が０．４ｃ〜
０．７ｃの範囲、最終層の２つ手前の層Ｌ４　の光学膜
厚が１．０５ｃ〜１．２５ｃの範囲である。

【００２０】以下に、この発明の具体的な実施例および
比較例を示すが、この発明は下記実施例に限定されない
。 −実施例１− この実施例は、この発明の光学多層干渉膜が青色フィル
タである場合の１実施例である。

【００２１】舞台照明等に用いる照明青色フィルタを次
のようにして作製した。長波長側反射層（多層膜群Ａ。 以下同様）の各層の光学膜厚ａを１９４ｎｍ、主反射波
長７７５ｎｍ；短波長側反射層（多層膜群Ｃ。以下同様
）の光学膜厚ｃを１５５ｎｍ、主反射波長６２０ｎｍ；
中間層群Ｂの各層の光学膜厚ｂを１７４ｎｍ、主反射波
長６９８ｎｍとした。二酸化チタンを高屈折率膜に、二
酸化珪素を低屈折率膜に使用した。長波長側反射層を１
２層、中間層群を２層、短波長側反射層を１６層、この
順にガラス基材上に真空蒸着法により、基材側から各層
群の第１層が高屈折率膜、第２層が低屈折率膜となるよ
うに形成した。高屈折率膜と低屈折率膜が交互になるよ
うにした。 短波長側反射層のうち、最終層（空気側からみて第１層
：低屈折率膜）の光学膜厚を０．５倍に、空気側から第
３層の膜（低屈折率膜）の光学膜厚を１．１倍とした。 これにより良好な青色フィルタが得られた。図６にみる
ように、このフィルタは、必要な青色の透過率が高く、
長波長側の赤などの成分をほぼ除去できるので、照明用
として優れた効率と美しい光色を示すことができた。

【００２２】−実施例２−この実施例は、この発明の光
学多層干渉膜が紫色フィルタである場合の１実施例であ
る。舞台照明等に用いる照明紫色フィルタを次のように
して作製した。長波長側反射層の各層の光学膜厚ａを１
６９ｎｍ、主反射波長６７５ｎｍ；短波長側反射層の光
学膜厚ｃを１３５ｎｍ、主反射波長５４０ｎｍ；中間層
群Ｂの各層の光学膜厚ｂを１５２ｎｍ、主反射波長６０
８ｎｍとした。二酸化チタンを高屈折率膜に、二酸化珪
素を低屈折率膜に使用した。長波長側反射層を１２層、
中間層群を２層、短波長側反射層を１６層、この順にガ
ラス基材上に真空蒸着法により、基材側から各層群の第
１層が高屈折率膜、第２層が低屈折率膜となるように形
成した。高屈折率膜と低屈折率膜が交互になるようにし
た。短波長側反射層のうち、最終層（空気側からみて第
１層：低屈折率膜）の光学膜厚を０．５倍に、空気側か
ら第３層の膜（低屈折率膜）の光学膜厚を１．１倍とし
た。これにより良好な紫色フィルタが得られた。図７に
みるように、このフィルタは、必要な紫色の透過率が高
く、長波長側の赤などの成分をほぼ除去できるので、照
明用として優れた効率と美しい光色を示すことができた
。

【００２３】−実施例３−この実施例は、この発明の光
学多層干渉膜が赤外カットフィルタである場合の１実施
例である。照明に用いる赤外線カットフィルタを次のよ
うにして作製した。長波長側反射層の各層の光学膜厚ａ
を２６９ｎｍ、主反射波長１０７５ｎｍ；短波長側反射
層の光学膜厚ｃを２１５ｎｍ、主反射波長８６０ｎｍ；
中間層群Ｂの各層の光学膜厚ｂを２４１ｎｍ、主反射波
長９６８ｎｍとした。二酸化チタンを高屈折率膜に、二
酸化珪素を低屈折率膜に使用した。長波長側反射層を１
２層、中間層群を２層、短波長側反射層を１６層、この
順にガラス基材上に真空蒸着法により、基材側から各層
群の第１層が高屈折率膜、第２層が低屈折率膜となるよ
うに形成した。高屈折率膜と低屈折率膜が交互になるよ
うにした。 短波長側反射層のうち、最終層（空気側からみて第１層
：低屈折率膜）の光学膜厚を０．５倍に、空気側から第
３層の膜（低屈折率膜）の光学膜厚を１．１倍とした。 これにより良好な特性のフィルタが得られた。図８にみ
るように、このフィルタは、必要な可視域の透過率がほ
ぼ一様に高く、また、反射域が広いので白熱電球の赤外
放射域のほとんどを反射でき、照明用として優れた効率
と９０％以上の高い熱線カット率を示すことができた。

【００２４】−実施例４−この実施例は、この発明の光
学多層干渉膜が青色分解鏡である場合の１実施例である
。液晶投射式のテレビ（プロジェクションテレビ）には
、Ｒ．（赤）、Ｇ．（緑）、Ｂ．（青）の３原色を分解
、合成するため、４５°使用の選択反射反射鏡が用いら
れる。このうち、Ｂ．（青）の分解のための青選択透過
鏡をつぎのようにして作製した。

【００２５】長波長側反射層の各層の光学膜厚ａを２０
０ｎｍ、主反射波長８００ｎｍ；短波長側反射層の光学
膜厚ｃを１６０ｎｍ、主反射波長６４０ｎｍ；中間層群
Ｂの各層の光学膜厚ｂを１８０ｎｍ、主反射波長７２０
ｎｍとした。 二酸化チタンを高屈折率膜に、二酸化珪素を低屈折率膜
に使用した。長波長側反射層を１２層、中間層群を２層
、短波長側反射層を１６層、この順にガラス基材上に真
空蒸着法により、基材側から各層群の第１層が高屈折率
膜、第２層が低屈折率膜となるように形成した。高屈折
率膜と低屈折率膜が交互になるようにした。短波長側反
射層のうち、最終層（空気側からみて第１層：低屈折率
膜）の光学膜厚を０．５倍に、空気側から第３層の膜（
低屈折率膜）の光学膜厚を１．１倍とした。

【００２６】これにより透過部が平坦で高透過率の良好
なシャープカットフィルタが得られた。図９にみるよう
に、このフィルタは反射域が広く、長波長側の赤などの
成分をほぼ完全に除去できるので、純粋な光色を得るこ
とができる。図９に示す特性は４５°使用時のものであ
る。 −実施例５− この実施例は、この発明の光学多層干渉膜が紫外フィル
タである場合の１実施例である。

【００２７】紫外線照射装置などに用いる紫外線フィル
タをつぎのようにして作製した。このフィルタは、水銀
灯等の光源から放射される成分のうち、紫外線だけを透
過するものである。水銀灯などは、可視域の放射が非常
に多いので、これが熱の発生につながり、低温処置の障
害になる。長波長側反射層の各層の光学膜厚ａを１４４
ｎｍ、主反射波長５７５ｎｍ；短波長側反射層の光学膜
厚ｃを１１５ｎｍ、主反射波長４６０ｎｍ；中間層群Ｂ
の各層の光学膜厚ｂを１２９ｎｍ、主反射波長５１８ｎ
ｍとした。二酸化チタンを高屈折率膜に、二酸化珪素を
低屈折率膜に使用した。長波長側反射層を１２層、中間
層群を２層、短波長側反射層を１６層、この順にガラス
基材上に真空蒸着法により、基材側から各層群の第１層
が高屈折率膜、第２層が低屈折率膜となるように形成し
た。高屈折率膜と低屈折率膜が交互になるようにした。 短波長側反射層のうち、最終層（空気側からみて第１層
：低屈折率膜）の光学膜厚を０．５倍に、空気側から第
３層の膜（低屈折率膜）の光学膜厚を１．１倍とした。

【００２８】これにより良好な特性のフィルタが得られ
た。図１０にみるように、このフィルタは、必要な紫外
域の透過率が平坦で高く、可視域の反射率がほぼ一様に
高く、優れた効率と高い熱線カットを示すことができた
。 −比較例１− 実施例１において、中間層の各層の光学膜厚を１６０ｎ
ｍにしたこと以外は実施例１と同様にした。

【００２９】得られたフィルタの透過特性は、図１１に
みるとおりであり、リップル抑制効果がない。 −比較例２− 実施例１において、中間層の各層の光学膜厚を１８７ｎ
ｍにしたこと以外は実施例１と同様にした。

【００３０】得られたフィルタの透過特性は、図１２に
みるとおりであり、リップル抑制効果がない。 −比較例３− 実施例１において、中間層を高屈折率膜および低屈折率
膜をそれぞれ２層（全４層）にしたこと以外は実施例１
と同様にした。

【００３１】得られたフィルタの透過特性は、図１３に
みるとおりであり、リップル抑制が十分ではない。 −比較例４− 実施例１において、多層膜群Ａと多層膜群Ｃの順番を反
対にしたこと以外は実施例１と同様にした。

【００３２】得られたフィルタの透過特性は、図１４に
みるとおりであり、リップル抑制が十分ではない。 −実施例６− 実施例１において、リップル処理を行わなかった（最終
層および空気側から３層目の膜（低屈折率膜）の光学膜
厚を他の交互層の膜厚と同じにした。以下同様）こと以
外は実施例１と同様にした。

【００３３】得られたフィルタの透過特性は、図１５に
みるとおりである。 −実施例７− 実施例２において、リップル処理を行わなかったこと以
外は実施例２と同様にした。得られたフィルタの透過特
性は、図１６にみるとおりである。

【００３４】−実施例８− 実施例５において、リップル処理を行わなかったこと以
外は実施例５と同様にした。得られたフィルタの透過特
性は、図１７にみるとおりである。なお、図３〜１７に
おいて、横軸は波長〔ｎｍ〕を、縦軸は透過率（ｔｒａ
ｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）〔％〕を表す。

【００３５】

【発明の効果】この発明は、次のような効果を奏する。 全体に膜構成が簡単であり作製が容易であり、再現性の
よい安定した生産が可能である。歩留まりが向上し、コ
ストダウンができる。他のリップル抑制方法よりも優れ
たリップル抑制が可能であり、優れた広帯域反射ショー
トパスフィルタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光学多層干渉膜の１実施例の説明図
である。

【図２】この発明の光学多層干渉膜の別の１実施例（リ
ップル抑制処理品の１例）の膜構成を示す説明図である
。

【図３】従来の交互層からなる光学多層干渉膜の特性を
示すグラフである。

【図４】この発明の光学多層干渉膜であってリップル抑
制処理品の特性を示すグラフである。

【図５】この発明の光学多層干渉膜であって、最終層か
ら３層目の処理をしないときの特性を示すグラフである
。

【図６】実施例１の光学多層干渉膜（青色フィルタ）の
特性を示すグラフである。

【図７】実施例２の光学多層干渉膜（紫色フィルタ）の
特性を示すグラフである。

【図８】実施例３の光学多層干渉膜（赤外線カットフィ
ルタ）の特性を示すグラフである。

【図９】実施例４の光学多層干渉膜（青色分解鏡）の特
性を示すグラフである。

【図１０】実施例５の光学多層干渉膜（紫外線透過フィ
ルタ）の特性を示すグラフである。

【図１１】比較例１の光学多層干渉膜の特性を示すグラ
フである。

【図１２】比較例２の光学多層干渉膜の特性を示すグラ
フである。

【図１３】比較例３の光学多層干渉膜の特性を示すグラ
フである。

【図１４】比較例４の光学多層干渉膜の特性を示すグラ
フである。

【図１５】実施例６の光学多層干渉膜の特性を示すグラ
フである。

【図１６】実施例７の光学多層干渉膜の特性を示すグラ
フである。

【図１７】実施例８の光学多層干渉膜の特性を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１　　　　基材 Ａ　　　　光学膜厚の大きい多層膜群 Ｂ　　　　中間膜群 Ｃ　　　　光学膜厚の小さい多層膜群 Ｈ１　　　高屈折率膜 Ｈ２　　　高屈折率膜 Ｈ３　　　高屈折率膜 Ｌ１　　　低屈折率膜 Ｌ２　　　低屈折率膜 Ｌ３　　　低屈折率膜 Ｌ４　　　低屈折率膜 Ｌ５　　　低屈折率膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高屈折率膜と低屈折率膜が基材上に交
   互に多層形成されている光学多層干渉薄膜を有し、基材
   側から順に；互いに等しい光学膜厚ａを有する高屈折率
   膜と低屈折率膜が交互に多層形成されている多層膜群Ａ
   ；互いに等しい光学膜厚ｂを有する高屈折率膜と低屈折
   率膜が１層ずつ重ね合わせて形成されている中間層群Ｂ
   ；および、互いに等しい光学膜厚ｃを有する高屈折率膜
   と低屈折率膜が交互に多層形成されている多層膜群Ｃ；
   を有し、光学膜厚ａが光学膜厚ｃよりも大きく、かつ、
   光学膜厚ｂがｃ＋（ａ−ｃ）／６≦ｂ≦ａ−（ａ−ｃ）
   ／６の範囲である光学多層干渉膜。
2. 【請求項２】　　３つの異なる光学膜厚の膜群Ａ、Ｂお
   よびＣが、いずれも、それぞれの基材側から数えて第１
   層に高屈折率膜を、最終層に低屈折率膜を有する請求項
   １記載の光学多層干渉膜。
3. 【請求項３】　　多層膜群Ｃの最終層および最終層の２
   つ手前の層が低屈折率膜であり、最終層の光学膜厚が０
   ．４ｃ〜０．７ｃの範囲、最終層の２つ手前の層の光学
   膜厚が１．０５ｃ〜１．２５ｃの範囲である請求項１ま
   たは２記載の光学多層干渉膜。