CN112714881A - 带通滤波器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够提高滤波器特性的带通滤波器及其制造方法。使特定波长区域的光透过的带通滤波器(11)具有：具有透光性的基板(12)；设于基板(12)的第1主面(S1)侧的第1电介质多层膜(13)；以及设于与第1主面(S1)相反侧的第2主面(S2)侧的第2电介质多层膜(14)。第1电介质多层膜(13)包含氢化硅层。第2电介质多层膜(14)包含氢化硅层。
Description
技术领域
本发明涉及使特定波长区域的光透过的带通滤波器及其制造方法。
背景技术
以往，使特定波长区域的光透过的带通滤波器是众所周知的。专利文献1中公开了一种带通滤波器，其具有：具有透光性的基板；以及设于基板上的电介质多层膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-184627号公报
发明内容
发明所要解决的课题
作为上述带通滤波器所要求的滤波器特性，可以举出：进一步提高使光透过的特定波长区域(通带)的透过率；降低阻止光透过的波长区域(阻带)的作为透过光谱的脉动的波形；等等。
本发明的目的在于提供能够提高滤波器特性的带通滤波器及其制造方法。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的带通滤波器是使特定波长区域的光透过的带通滤波器，其具有：具有透光性的基板；包含氢化硅层的第1电介质多层膜，其被设于上述基板的第1主面侧；以及包含氢化硅层的第2电介质多层膜，其被设于上述基板的第2主面侧，该第2主面侧为与第1主面相反的一侧。
在上述带通滤波器中，优选上述第2电介质多层膜中的上述氢化硅层的合计厚度尺寸小于上述第1电介质多层膜中的上述氢化硅层的合计厚度尺寸。
在上述带通滤波器中，优选上述第1电介质多层膜中的上述氢化硅层的合计厚度尺寸为1700nm以上且3500nm以下的范围内，上述第2电介质多层膜中的上述氢化硅层的合计厚度尺寸为250nm以上且2500nm以下的范围内。
在上述带通滤波器中，优选上述第2电介质多层膜的厚度尺寸小于上述第1电介质多层膜的厚度尺寸。
在上述带通滤波器中，优选上述第1电介质多层膜的厚度尺寸为3000nm以上且6500nm以下的范围内，上述第2电介质多层膜的厚度尺寸为600nm以上且4000nm以下的范围内。
用于解决上述课题的带通滤波器的制造方法为上述带通滤波器的制造方法，其包括下述工序：在上述基板的上述第1主面侧形成上述第1电介质多层膜的工序；以及在上述基板的上述第2主面侧形成上述第2电介质多层膜的工序。
发明的效果
根据本发明，能够提高滤波器特性。
附图说明
图1是示出实施方式中的带通滤波器的截面图。
图2是示出实施例1的透过光谱的曲线图。
图3是示出比较例1的透过光谱的曲线图。
图4是示出比较例2的透过光谱的曲线图。
图5是实施方式的带通滤波器的电介质多层膜的示意性截面图。
具体实施方式
以下参照附图对带通滤波器及其制造方法的实施方式进行说明。
如图1所示，使特定波长区域的光透过的带通滤波器11具有：具有透光性的基板12；设于基板12的第1主面S1侧的第1电介质多层膜13；以及设于基板12的与第1主面S1相反侧的第2主面S2侧的第2电介质多层膜14。
基板12优选具有例如820nm以上、1000nm以下的波长的光的平均透过率为90％以上的透光性。作为基板12，例如可以举出玻璃基板、水晶基板、石英基板、蓝宝石基板以及树脂基板。基板12可以为平板状，也可以为曲板状。基板12的厚度优选为例如0.1～5mm的范围。作为基板12，适于使用玻璃基板。作为构成玻璃基板的玻璃，例如可以举出硅酸盐系玻璃、硼酸盐系玻璃、硼硅酸盐系玻璃、磷酸盐系玻璃、硼磷酸盐系玻璃、无碱玻璃、LAS系结晶化玻璃等。
第1电介质多层膜13包含氢化硅层。氢化硅层的折射率例如在850nm的波长下优选为2.9以上。氢化硅层例如在850nm的波长下具有4以下的折射率。氢化硅层的折射率高于由氧化物、氮化物形成的层，因此在由包含氢化硅层的电介质多层膜形成的带通滤波器中，透过波长区域的入射角依赖性减小。另外，氢化硅层中，820nm以上、1000nm以下的波长的光的平均透过率高于硅层，因此由包含氢化硅层的电介质多层膜形成的带通滤波器的透过波长区域的透过率不会降低。氢化硅层优选为非晶态。
第1电介质多层膜13可以进一步包含由折射率低于氢化硅层的材料形成的低折射率层。在图5所示的示例中，第1电介质多层膜13具有氢化硅层(高折射率层)13H与低折射率层13L交替地层积而成的结构。第1电介质多层膜13包含1层以上的氢化硅层13H和1层以上的低折射率层13L的情况下，各氢化硅层13H的厚度尺寸和各低折射率层13L的厚度尺寸根据带通滤波器11所要求的光学性能进行设定或设计。因此，第1电介质多层膜13中的氢化硅层13H可以具有相互不同的厚度尺寸，在图5的示例中，2个以上的氢化硅层13H具有不同的厚度尺寸t1a、t1b。对于低折射率层13L也是同样的。
构成第1电介质多层膜13的低折射率层的折射率在850nm的波长下优选小于2.9，更优选为2以下。作为构成低折射率层的低折射率材料，例如可以举出选自氧化铌、氧化钛、氧化钽、氧化镧、氧化钨、氧化锆、氧化硅、氧化铝、氧化铪、氮化硅以及氟化镁中的至少一种。低折射率材料中，优选选自氧化硅、氧化铝以及氟化镁中的至少一种。
需要说明的是，第1电介质多层膜13也可以具有将由不同的低折射率材料构成的2个以上的低折射率层进行层积而成的结构(例如将氧化铌层与氧化硅层进行层积而成的结构)。
第2电介质多层膜14与第1电介质多层膜13同样地包含氢化硅层。第2电介质多层膜14可以与第1电介质多层膜13同样地进一步包含低折射率层。如图5所示，第2电介质多层膜14可以具有氢化硅层14H与低折射率层14L交替地层积而成的结构。关于第2电介质多层膜14的各层的材料，可以使用与第1电介质多层膜13同样的材料。第2电介质多层膜14包含1层以上的氢化硅层14H和1层以上的低折射率层14L的情况下，各氢化硅层14H的厚度尺寸和各低折射率层14L的厚度尺寸根据带通滤波器11所要求的光学性能进行设定或设计。因此，第2电介质多层膜14中的氢化硅层14H可以具有相互不同的厚度尺寸，在图5的示例中，2个以上的氢化硅层14H具有不同的厚度尺寸t2a、t2b。对于低折射率层14L也是同样的。
需要说明的是，在电介质多层膜中，可以在氢化硅层与低折射率层之间设置折射率从氢化硅层向低折射率层渐减或渐增的一层以上的渐移层。另外，也可以在基板12与电介质多层膜之间设置折射率从电介质多层膜向基板12渐减或渐增的一层以上的渐移层。
带通滤波器11中，第1电介质多层膜13可以被设计为赋予使特定波长区域的光透过的滤波器特性的膜。另外，可以利用第1电介质多层膜13抑制基板12的第1主面S1的该波长区域的反射。另外，可以利用带通滤波器11的第2电介质多层膜14抑制基板12的第2主面S2的该波长区域的反射。
此处，在利用包含氢化硅层的第1电介质多层膜13赋予的滤波器特性(透过光谱)中，在阻止光透过的波长区域(阻带)可能会产生波形。
本实施方式的带通滤波器11中，可以通过第2电介质多层膜14中的氢化硅层的光吸收降低上述波形。即，第2电介质多层膜14成为使上述波形降低的膜。
带通滤波器11中，优选第2电介质多层膜14中的氢化硅层的合计厚度尺寸小于第1电介质多层膜13中的氢化硅层的合计厚度尺寸。这种情况下，能够进一步提高使光透过的特定波长区域(通带)的透过率。
第1电介质多层膜13中的氢化硅层的合计厚度尺寸优选为1700nm以上、3500nm以下的范围内。通过增大第1电介质多层膜13中的氢化硅层的合计厚度尺寸而设定为例如具有更窄的半峰宽的通带等，能够设定为更高精度的滤波器性能。通过减小第1电介质多层膜13中的氢化硅层的合计厚度尺寸而能够进一步提高通带的透过率。
第2电介质多层膜14中的氢化硅层的合计厚度尺寸优选为250nm以上、2500nm以下的范围内。通过增大第2电介质多层膜14中的氢化硅层的合计厚度尺寸，能够进一步降低阻带中的波形、进一步提高防止基板12的第2主面S2的反射的功能。
第2电介质多层膜14的厚度尺寸优选小于第1电介质多层膜13的厚度尺寸。这种情况下，能够进一步提高通带的透过率。
第1电介质多层膜13的厚度尺寸优选为3000nm以上、6500nm以下的范围内。通过增大第1电介质多层膜13的厚度尺寸而设定为例如具有更窄的半峰宽的通带等，能够设定为更高精度的滤波器性能。通过减小第1电介质多层膜13的厚度尺寸，能够进一步提高通带的透过率。
第2电介质多层膜14的厚度尺寸优选为600nm以上、4000nm以下的范围内。通过增大第2电介质多层膜14中的厚度尺寸，能够进一步降低阻带中的波形、进一步提高防止基板12的第2主面S2的反射的功能。通过减小第1电介质多层膜13的厚度尺寸，能够进一步提高通带的透过率。
第1电介质多层膜13的层积数和第2电介质多层膜14的层积数优选例如均为4层以上、60层以下的范围内，更优选为40层以下。
带通滤波器11中的通带的平均透过率优选为90％以上。带通滤波器11中的阻带的最大透过率优选为3％以下、更优选为2％以下、进一步优选为1％以下。
带通滤波器11的通带优选包含例如波长820nm以上、1000nm以下的波长区域的至少一部分。带通滤波器11的阻带优选包含例如波长400nm以上、850nm以下的波长区域的至少一部分。
接着对带通滤波器11的制造方法进行说明。
带通滤波器11的制造方法包括下述工序：在基板12的第1主面S1侧形成第1电介质多层膜13的工序；以及在基板12的上述第2主面S2侧形成第2电介质多层膜14的工序。带通滤波器11的制造方法中，可以在进行了形成第1电介质多层膜13的工序之后进行形成第2电介质多层膜14的工序，也可以在进行了形成第2电介质多层膜14的工序之后进行形成第1电介质多层膜13的工序。
电介质多层膜的形成可以使用公知的成膜方法。作为成膜方法，例如可以举出溅射法、真空蒸镀法、离子束法、离子镀法以及CVD法。这些成膜方法中，出于能够高精度地控制各层的厚度、并且可得到稳定膜质的电介质多层膜的原因，优选使用溅射法。溅射法可以按照常规方法进行。例如，氢化硅层可以通过在氢的存在下通过使用硅靶材的溅射法进行成膜。
接着对带通滤波器11的用途进行说明。
带通滤波器11可适当地用于例如将特定波长区域的光入射到传感器中的用途。即，带通滤波器11可以适当地用于与传感器的受光部相对应地设置的光学系统中。带通滤波器11可以按照基板12的第1主面S1侧(第1电介质多层膜13侧)为传感器侧的方式进行配置，也可以按照基板12的第2主面S2侧(第2电介质多层膜14侧)为传感器侧的方式进行配置。
作为传感器的用途没有特别限定，例如可以举出车辆用途、机器人用途、航空航天用途、分析仪器用途等。
接着对带通滤波器的实施例和比较例进行说明。
(实施例1)
如表1所示，在基板(玻璃基板)的第1主面通过溅射法形成氢化硅层(Si:H层)与二氧化硅层(SiO2层)按照合计层数为27层的方式交替地层积而成的第1电介质多层膜。接着在基板的第2主面通过溅射法形成Si:H层与SiO2层按照合计层数为16层的方式交替地层积而成的第2电介质多层膜，由此得到带通滤波器。将各电介质多层膜的Si:H层的合计厚度、SiO2层的合计厚度、膜整体的厚度以及合计层数示于表1。
(实施例2)
实施例2中，除了如表1所示变更第2电介质多层膜以外，与实施例1同样地得到带通滤波器。
(实施例3)
实施例3中，除了如表1所示变更第1电介质多层膜和第2电介质多层膜以外，与实施例1同样地得到带通滤波器。
(比较例1)
比较例1中，除了如表2所示省略第2电介质多层膜以外，与实施例1同样地得到带通滤波器。
(比较例2)
比较例2中，除了如表2所示省略第1电介质多层膜以外，与实施例1同样地制作出带第2电介质多层膜的基板。
(比较例3)
比较例3中，除了如表2所示将第2电介质多层膜的Si：H层变更为五氧化铌层(Nb2O5层)以外，与实施例1同样地得到带通滤波器。
[表1]
[表2]
如表1和图2所示，实施例1和2的带通滤波器中，波长910nm以上、930nm以下的波长区域(通带)的平均透过率为93.1％以上，实施例3的带通滤波器中，波长940nm以上、960nm以下的波长区域(通带)的平均透过率为95.5％。另外，实施例1～3的带通滤波器中，波长400nm以上、850nm以下的波长区域(阻带)的最大透过率为1.4％以下。
如表1所示，实施例1和3的带通滤波器中，波长400nm以上、850nm以下的波长区域(阻带)的最大透过率为0.3％以下，可知其滤波器特性优于实施例2的带通滤波器。
如图3所示，比较例1的带通滤波器中，在波长400nm以上、850nm以下的波长区域(阻带)产生了波形。
如表2和图4所示，可知在比较例2的带第2电介质多层膜的基板中，未得到具有半峰宽狭窄的通带的透过光谱。
如表2所示，比较例3的带通滤波器中，波长400nm以上、850nm以下的波长区域(阻带)的最大透过率为4.2％，可知其滤波器特性劣于各实施例的带通滤波器。
需要说明的是，实施例中，作为低折射率层使用了SiO2层，但即使在使用SiO2层以外的低折射率层的情况下，也可得到同样的效果。
接着对本实施方式的作用和效果进行说明。
(1)带通滤波器11具有：具有透光性的基板12；设于基板12的第1主面S1侧的第1电介质多层膜13；以及设于基板12的与第1主面S1相反侧的第2主面S2侧的第2电介质多层膜14。带通滤波器11中的第1电介质多层膜13和第2电介质多层膜14均包含氢化硅层。
根据该构成，能够利用包含氢化硅层的第1电介质多层膜13赋予滤波器特性。此时，即使在滤波器特性的阻带产生了波形，也能够利用第2电介质多层膜14中包含的氢化硅层的光吸收性降低该波形。此外，由于能够利用第2电介质多层膜14对带通滤波器11赋予防止基板12的第2主面S2的反射的功能，因此能够提高带通滤波器11的通带的透过率。从而能够提高滤波器特性。
(2)带通滤波器11中，优选第2电介质多层膜14中的氢化硅层的合计厚度尺寸小于第1电介质多层膜13中的氢化硅层的合计厚度尺寸。这种情况下，能够进一步提高带通滤波器11的通带的透过率。从而能够进一步提高滤波器特性。
(3)带通滤波器11中，优选第1电介质多层膜13中的氢化硅层的合计厚度尺寸为1700nm以上、3500nm以下的范围内，第2电介质多层膜14中的氢化硅层的合计厚度尺寸为250nm以上、2500nm以下的范围内。这种情况下，能够进行更高精度的滤波器特性的设定。另外能够进一步提高通带的透过率、并且能够进一步降低在阻带产生的波形。
(4)例如在按照波长910nm以上、930nm以下的波长区域的最大透过率为90％以上的方式设定第1电介质多层膜13的通带的情况下，在阻带容易产生具有较高的最大透过率的波形。更具体地说，在包含波长400nm以上、850nm以下的波长区域的阻带，在该波长区域可能会产生具有10％以上的最大透过率的波形。
本实施方式的带通滤波器11由于具有包含氢化硅层的第2电介质多层膜14，因此即使为上述的具有10％以上的最大透过率的波形，也能够容易地降低至例如2％以下的最大透过率。
符号的说明
11…带通滤波器、12…基板、13…第1电介质多层膜、14…第2电介质多层膜、S1…第1主面、S2…第2主面。
Claims (6)
1.一种带通滤波器，其是使特定波长区域的光透过的带通滤波器，其特征在于，其具有：
具有透光性的基板；
包含氢化硅层的第1电介质多层膜，其被设于所述基板的第1主面侧；以及
包含氢化硅层的第2电介质多层膜，其被设于所述基板的第2主面侧，该第2主面侧为与第1主面相反的一侧。
2.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，所述第2电介质多层膜中的所述氢化硅层的合计厚度尺寸小于所述第1电介质多层膜中的所述氢化硅层的合计厚度尺寸。
3.如权利要求2所述的带通滤波器，其特征在于，
所述第1电介质多层膜中的所述氢化硅层的合计厚度尺寸为1700nm以上且3500nm以下的范围内，
所述第2电介质多层膜中的所述氢化硅层的合计厚度尺寸为250nm以上且2500nm以下的范围内。
4.如权利要求1～3中任一项所述的带通滤波器，其特征在于，所述第2电介质多层膜的厚度尺寸小于所述第1电介质多层膜的厚度尺寸。
5.如权利要求4所述的带通滤波器，其特征在于，
所述第1电介质多层膜的厚度尺寸为3000nm以上且6500nm以下的范围内，
所述第2电介质多层膜的厚度尺寸为600nm以上且4000nm以下的范围内。
6.一种带通滤波器的制造方法，其是权利要求1～5中任一项所述的带通滤波器的制造方法，其特征在于，其包括下述工序：
在所述基板的所述第1主面侧形成所述第1电介质多层膜的工序；以及
在所述基板的所述第2主面侧形成所述第2电介质多层膜的工序。
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