JP2003515196A

JP2003515196A - 熱フィルタおよびこのフィルタの製造方法

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Publication number: JP2003515196A
Application number: JP2001539808A
Authority: JP
Inventors: ミュリエル・フィロン; エリック・モンテラ; ジェローム・モノ
Original assignee: コミツサリアタレネルジーアトミーク
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2003-04-22
Also published as: DE60005393T2; DE60005393D1; EP1232407B1; FR2801684A1; EP1232407A2; ATE250234T1; WO2001038246A3; WO2001038246A2; FR2801684B1; US6844976B1

Abstract

(57)【要約】本発明は、熱フィルタおよびこのフィルタの製造方法に関するものである。本発明による熱フィルタは、例えば、可視範囲および赤外範囲のエネルギーまたは放射を放出する光源を備えた医療照明をフィルタリングするために使用することができる。熱フィルタは、赤外放射が手術者群または患者に対しての妨害とならないよう、光源からの光をフィルタリングできなければならない。本発明による熱フィルタは、基板と、赤外反射材料からなる少なくとも１つの層と、可視範囲における干渉フィルタを形成するコーティング膜と、を具備している。本発明による熱フィルタの製造方法においては、ａ）基板を準備し、ｂ）基板上に、赤外反射材料からなる層を成膜し、ｃ）赤外反射材料層上に、可視範囲における干渉フィルタを形成するコーティング膜を成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、熱フィルタおよびこのフィルタの製造方法に関するものである。

【０００２】熱フィルタは、例えば、可視範囲および赤外範囲のエネルギーまたは放射を放
出する光源を備えた医療照明をフィルタリングするために使用することができる
。熱フィルタは、赤外放射が手術者群または患者に対しての妨害とならないよう
、光源からの光をフィルタリングできなければならない。

【０００３】熱フィルタは、最長波長を遮蔽しなければならないものの、可視範囲内におい
て人の目によって色の認識を可能とする中立光成分については、遮蔽せずに残さ
なければならない。最短波長は、熱フィルタによって、吸収または反射すること
ができる。

【０００４】医療照明以外にも、このタイプのフィルタは、試験ランプや、オフィスランプ
や、光ファイバ照明システムや、窓ガラスや、光投影システムや、電球、等にお
いて使用することができる。

【０００５】

【従来の技術】

手術室照明用途においては、すなわち、『医療照明』用途においては、このタ
イプのフィルタは、赤外放射に対して不透明なドープドガラス（ドーピングされ
たガラス）から形成されている。

【０００６】厚さが３ｍｍとされた場合のこのドープドガラスの透過スペクトルが、図１に
おいて符号（１）によって示されている。比較のために、３ｍｍ厚さの通常のガ
ラスの透過スペクトルが、図１において符号（３）によって示されている。図１
において、ｙ座標軸は、内部透過（Ｔ）を示しており、ｘ座標軸は、波長（λ）
をｎｍという単位でもって示している。

【０００７】ＳｉＯ₂層およびＮｂ₂Ｏ₅層を成膜するという、ドープドガラスに対しての多
層化処理は、可視範囲における透過を改良するための手段である。熱フィルタは
、以降、ドープドガラスフィルタと称する。このフィルタの光学性能を、表１に
示す。

【表１】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

このような良好な結果にもかかわらず、ドープドガラスフィルタは、高価なも
のであって、高湿高温環境下では、うまく動作しない。例えば、熱帯地方の国々
では、付加的なＳｉＯ₂ 層を設置することによって、このフィルタを、湿気から
および紫外光線から保護する必要がある。このことは、製造コストを増加させる
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本発明の目的は、詳細には、製造コストが低くかつ可視範囲すなわち可視スペ
クトル範囲においておよび赤外範囲において所望の特性を有した熱フィルタを提
供することによって、上記欠点を克服することである。

【００１０】本発明による熱フィルタは、基板と、赤外反射材料からなる少なくとも１つの
層と、可視範囲における干渉フィルタを形成するコーティング膜と、を具備して
いる。

【００１１】特に、本発明は、基板と、この基板の少なくとも一方の面を被覆している赤外
反射材料層と、この赤外反射材料層を被覆している、可視範囲における干渉フィ
ルタを形成する前記コーティング膜と、を具備する熱フィルタを提供する。

【００１２】基板は、通常の透明ガラス基板といったようなガラス基板、または、プラスチ
ック基板とすることができる。例えば、３μｍにおける２ｍｍ厚さのガラス基板
の透明度は、約３０％である。

【００１３】基板がプラスチック製である場合には、場合によっては、プラスチック基板は
、２００〜３００℃という温度に耐えなければならない。特に、フィルタ製造工
程においてこのような温度を使用する場合には、このような温度に耐えなければ
ならない。

【００１４】赤外反射材料は、透明な導電性酸化物とすることができ、例えば、スズがドー
ピングされた酸化インジウム（ＩＴＯ）とすることができる。このような金属酸
化物は、可視光に対して透明でありかつ赤外光を反射することにより、例えば窓
ガラスとして、建築産業においては周知である。

【００１５】赤外反射の程度や、誘電体的振舞い（言い換えれば、透明性）と金属性（言い
換えれば、反射性）との間の遷移波長は、透明導電性酸化物の化学組成を変更す
ることによって、変更することができる。例えば、これは、ＩＴＯの場合である
。

【００１６】本発明においては、スズドーピング酸化インジウムにおけるＳｎ／Ｉｎ比は、
重量でおよそ９〜１１％の範囲とすることができ、例えば、重量で約１０％とす
ることができる。重量で約１０％という比は、最大反射レベルをもたらすことが
できる。

【００１７】例えば金や銀やアルミニウムという金属といったような他の反射性材料を使用
することもできる。しかしながら、これらは、可視範囲においても反射性である
。したがって、十分な透過性を維持するためには、例えば１０ｎｍ厚さといった
ように非常に薄い層として成膜する必要がある。

【００１８】本発明においては、可視範囲における干渉フィルタを形成するコーティング膜
は、少なくとも１つの積層体グループを備え、この積層体グループは、少なくと
も第１フィルムと少なくとも第２フィルムとが交互にＮ回繰り返されて形成され
た交互積層を有し、第１フィルムが、ＬまたはＬの倍数という厚さを有している
とともに、ｎ₁ という屈折率を有した第１材料から構成され、第２フィルムが、
ＨまたはＨの倍数という厚さを有しているとともに、ｎ₂ という屈折率を有した
第２材料から構成され、Ｎは、自然数であり、ＨおよびＬは、幾何学的厚さであ
り、Ｎ，Ｈ，Ｌ，ｎ₁，ｎ₂は、干渉フィルタを形成するコーティング膜が、４０
０〜８００ｎｍの範囲に透過ウィンドウを有するようなものとされている。

【００１９】幾何学的厚さの定義は、任意の基板上に成膜された薄いフィルムまたは薄層を
仮定し参照波長（λ₀ ）を仮定することによって、与えられる。厚さ（ｅ）を有
したこの層の屈折率は、この参照波長において、ｎという値を有している。この
層を、波長（λ₀）を有した光（Ｉ₀）によって照射したときには、光放射の一部
（Ｉ₁ ）は、第１界面において反射される、すなわち、空気と層との界面におい
て反射される。この反射光（Ｉ₁ ）は、図１６に示すように、第２界面において
反射された反射光すなわち層と基板との界面において反射された反射光（Ｉ₂ ）
に対して、干渉を起こす。

【００２０】波動（Ｉ₁ ）に対しての波動（Ｉ₂ ）の位相シフトは、層を通しての光路差に
よるものであり、４πｎｅ×ｃｏｓθ／λ₀ に等しい。ｐを自然数としたときに
、光路差が（２ｐ＋１）πに等しい場合には、基板の屈折率が成膜層の屈折率よ
りも小さければ、干渉は、消光的なものとなり、反射は、λ₀ において最小とな
る。この波長において、成膜層は、４分の１波長層と称され、屈折率が大きい場
合にはＨと表記され、屈折率が小さい場合にはＬと表記される。θは、屈折率（
ｎ）を有した媒体内で反射された光線によって形成される角度である。一般に、
直交入射が使用され、ｃｏｓθは、１となる。

【００２１】ｐ＝０に設定すれば、４πｎｅ／λ₀＝π となり、４分の１波長層の厚さ（ｅ
）は、ｅ＝λ₀／４ｎとなる。

【００２２】この厚さは、屈折率が大きい場合にはＨと表記され、屈折率が小さい場合には
Ｌと表記される。

【００２３】積層構造は、通常、複数の４分の１波長フィルムまたは４分の１波長層を積層
することによって、与えられる。言い換えれば、幾何学的厚さと称されるものを
積層することによって、与えられる。このタイプの構成の利点は、屈折率（ｎ）
が２つの波長に関して一定であれば、積層体をなす各層の性質を、参照波長の値
だけを変更することによって、スペクトル的にずれさせることができることであ
る。

【００２４】例えば、干渉性コーティング膜においては、第１材料は、ＳｉＯ₂ とすること
ができ、第２材料は、ＴｉＯ₂ とすることができる。また、他の例においては、
第１材料は、ＳｉＯ₂ とすることができ、第２材料は、Ｓｉ₃Ｎ₄とすることがで
きる。誘電体として作用するとともに互いに異なる屈折率を有した他の任意の材
料対を使用することができる。

【００２５】ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とを使用した場合、可視範囲における干渉フィルタを形成す
るコーティング膜は、０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌというタイプの積層が８回繰り返
されてなる交互積層体とされた第１積層体グループを備えることができる。この
コーティング膜は、さらに、０．６５Ｌ／１．３Ｈ／０．６５Ｌというタイプの
積層が８回繰り返されてなる交互積層体とされた第２積層体グループを備えるこ
とができる。

【００２６】例えば、熱フィルタにおいては、基板は、ガラス基板とすることができ、透明
な導電性酸化物層は、スズがドーピングされた酸化インジウム（ＩＴＯ）からな
る層とすることができ、可視範囲における干渉フィルタを形成するコーティング
膜は、ＳｉＯ₂ フィルムとＴｉＯ₂ フィルムとからなる交互積層体とすることが
でき、この交互積層体は、ＩＴＯ層上に成膜されたＳｉＯ₂ フィルムから開始さ
れているとともに、周囲に対して露出されたＳｉＯ₂ フィルムによって終端して
おり、交互積層体は、１７個のＳｉＯ₂ フィルムと、１６個のＴｉＯ₂ フィルム
と、を有している。

【００２７】ＳｉＯ₂ とＳｉ₃Ｎ₄との場合には、可視範囲における干渉フィルタを形成する
コーティング膜は、０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌというタイプの積層が６回繰り返さ
れてなる交互積層体とされた第１積層体グループを備えることができる。このコ
ーティング膜は、さらに、０．６５Ｌ／１．３Ｈ／０．６５Ｌというタイプの積
層が６回繰り返されてなる交互積層体とされた第２積層体グループを備えること
ができる。

【００２８】熱フィルタは、さらに、反射防止層や、引っ掻き耐性層を、備えることができ
る。

【００２９】本発明による熱フィルタは、例えば、手術室や試験ランプやランプやオフィス
ランプや光ファイバ照明システムや窓ガラスや光投影システムや電球等といった
ような、光学システム内において使用することができる。したがって、本発明は
、また、例えば手術室や医療施術用または美容施術用の試験ランプといった場合
の照明といったように、本発明による熱フィルタを具備したタイプの光学システ
ムに関するものである。

【００３０】光源は、例えば、フィラメント式電球や、ハロゲンランプや、白熱ランプ、等
とすることができる。

【００３１】本発明は、また、基板と赤外反射材料からなる少なくとも１つの層と可視範囲
における干渉フィルタを形成するコーティング膜とを具備してなる熱フィルタの
製造方法に対して適用することができる。

【００３２】この製造方法においては、ａ）基板を準備し、ｂ）この基板の少なくとも一方の面上に、赤外反射材料からなる層を成膜し、ｃ）この赤外反射材料層上に、可視範囲における干渉フィルタを形成するコー
ティング膜を成膜する。

【００３３】本発明においては、赤外反射材料が、スズがドーピングされた酸化インジウム
（ＩＴＯ）とされている例においては、この材料を、マグネトロンカソードスパ
ッタ法によって、基板上に成膜することができ、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃内に酸化スズ
を重量で９〜１１％含有した例えば重量で１０％含有した組成の焼結ターゲット
を使用して、成膜することができる。ＩＴＯの場合には、本発明による方法にお
いては、さらに、基板上に成膜した赤外反射材料をアニールするというａ₁）ス
テップを行うことができる。

【００３４】干渉フィルタが、上述のように、ＳｉＯ₂ とされた第１材料とＴｉＯ₂ とされ
た第２材料との積層がＮ回繰り返されてなる少なくとも１つの交互積層体グルー
プを有したものとされている場合には、干渉フィルタを成膜するというｃ）ステ
ップを、真空蒸着またはカソードスパッタを使用して行うフィルム成膜ステップ
とすることができる。

【００３５】真空蒸着による薄いフィルムの成膜は、複雑な光学機能を形成するに際して、
非常に頻繁に使用されている。本発明においては、いくつかの自動化設備要素を
、非常に有効に使用することができる。なぜなら、異なる４つの材料から積層体
を成膜するからである。

【００３６】真空蒸着は、例えば、電子銃を使用して行うことができる。このデバイスは、
フィラメントから放出された電子ビームを偏向させ、この電子ビームを、成膜す
べき材料を保持しているルツボ内へと衝突させる。これにより、ターゲット材料
が蒸発し、ルツボに対向した基板上に凝集する。この方法を使用することにより
、酸化物や金属といったような様々な性質の材料を成膜することができる。

【００３７】電子銃は、例えば、フランス国の Alliance Concept Company 社から市販され
ている EVA 1200（登録商標）という型式のものとすることができる。

【００３８】酸化物の場合、層の化学量論比を改良するためには、チャンバ内に酸素を供給
する必要がある。１０^-2〜１０^-3Ｐａという程度の低圧であると、高純度の薄い
フィルムを成膜することができる。しかしながら、蒸着材料のエネルギーが１ｅ
Ｖ未満であることにより、言い換えれば、蒸着材料のエネルギーが比較的小さい
ことにより、層が、縦長タイプの構造となりやすく、あまり稠密とはならず、接
着性が悪い。

【００３９】この構造および接着性は、成膜時にイオンビームでもって層を照射することに
よって、改良することができる。これは、補助蒸着である。このイオン補助は、
例えば酸素イオンを使用した場合には、反応性とすることができ、また、アルゴ
ンイオンを使用した場合には、非反応性とすることができる。エネルギーや温度
やガス分圧やイオン束やイオンの性質といったような様々な成膜パラメータによ
って、成膜層の光学的性質を最適化することができる。

【００４０】カソードスパッタにおいては、希ガスまたは反応性ガスを使用してガス媒体内
において、成膜すべき材料を備えたカソードと、接地近辺に配置された電極と、
の間に、電気放電を形成する。生成されたプラズマイオンが、ターゲットを衝撃
し、分子状とされた組成物が、基板上に凝集する。

【００４１】マグネトロンカソードスパッタは、スパッタされる化合物に対しての、高エネ
ルギー成膜方法である（数ｅＶ）。成膜層の接着性は、一般に、蒸着の場合に得
られる接着性よりも大きい。しかしながら、チャンバ内における動作圧力が大き
く、０．１〜１Ｐａの程度であって、層内において汚染が発生しやすい。

【００４２】フィルムの構造は、実質的に、圧力と、ターゲットと基板との間の距離と、に
依存する。また、酸化物の成膜に際しては、ラジオ波（すなわち、約１３．５６
ＭＨｚ）で動作したり、あるいは、反応性環境下において金属製ターゲット上に
おいて直流（ＤＣ）で動作する必要がある。

【００４３】ラジオ波の場合には、成膜温度が、ＤＣの場合よりも高く、８０℃の程度であ
って、成膜速度が遅い。

【００４４】カソードスパッタまたはマグネトロンカソードスパッタは、例えば、リヒテン
シュタイン国の Balzers Company 社によって製造されている BAK 550（登録商
標）というタイプのマグネトロンカソードスパッタ装置を使用することによって
、得ることができる。

【００４５】本発明においては、干渉フィルタが、上述のように、ＳｉＯ₂ とされた第１材
料とＳｉ₃Ｎ₄とされた第２材料との積層がＮ回繰り返されてなる少なくとも１つ
の交互積層体グループを有したものとされている場合には、干渉フィルタ成膜ス
テップを、プラズマ成膜技術を使用したフィルム成膜ステップとすることができ
る。

【００４６】本発明は、特に、通常のガラス基板上に成膜可能とされた赤外フィルタと紫外
−可視フィルタとの組合せに適用され、熱フィルタの照明性能レベルに対して適
用される。

【００４７】本発明によるフィルタは、人の目に対する色の見え方を妨害することなく、白
熱ランプといったような照明からの赤外放射をフィルタリングすることができる
。

【００４８】本発明によるフィルタは、さらに、可視スペクトル範囲において、良好な透過
をもたらすことができる。本発明による熱フィルタは、観測領域の過熱を防止し
得るとともに、良好な色の見え方を保証することができ、さらに、光照射パワー
／電気的パワーとして測定したときに良好な効率を保証することができる。

【００４９】さらに、通常のガラスから形成することができる基板を使用していることによ
り、本発明による熱フィルタのコストは、従来技術によるフィルタのコストより
も、ずっと小さい。

【００５０】

【発明の実施の形態】

他の特徴点および利点は、添付図面を参照した、本発明を限定するものではな
く単なる例示としての以下の説明により、明瞭となるであろう。

【００５１】［実験例］［序］本発明者らは、２つのスペクトル範囲を分離することから開始した。以下にお
いては、可視範囲における干渉フィルタを構成するコーティング膜を形成するた
めの純粋に誘電的な積層構造を決定するに至ったアプローチについて説明する。

【００５２】本発明による熱フィルタは、例えば、可視範囲において以下の仕様を満たさな
ければならない。 −放射エネルギー（透過した全発光強度中の赤外成分）が、４．５ｍＷ／ｍ²
．Ｌｕｘよりも小さいこと。 −全チェイン中の可視透過（可視スペクトル範囲内において透過した発光強度
）が、６０％よりも大きいこと。 −光学チェインの色温度が、３５００〜４５００Ｋであること。 −演色評価インデックス（ＣＲＩ）が、９０よりも大きいこと。 −赤色における演色評価インデックス（Ｒ₉ ）が、５０よりも大きいこと。

【００５３】この場合、赤外フィルタリング部分は、この範囲において反射性の材料によっ
て処理される。いくつかの材料の光学的性質を説明し、その後、材料の選択につ
いて説明する。

【００５４】［可視範囲における干渉フィルタをなす構成要素の決定：誘電体フィルタ］製造プロセスを簡単化するという点からは、選択は、異なる２つの酸化物タイ
プの誘電体材料（ＳｉＯ₂およびＴｉＯ₂）に限定される。これら２つの材料は、
屈折率において大きな差を示し、すなわち、Δｎ＝約１である。これら２つの材
料は、調達に際して何らの特別な問題点がない。これら２つの材料は、光学産業
において頻繁に使用されるものであって、多くの文献に記載されている。

【００５５】様々な基準に基づき、構成要素が選択された。 −大きな屈折率差：干渉効果が大きくなり、その結果、フィルム数が少なくて
済む。 −調達が容易でコストが安価なこと：これら材料は、当該産業分野において公
知であって、安価である。

【００５６】［材料の屈折率の決定］屈折率、および、成膜方法の選択について、説明する。

【００５７】以下の表２は、各単一層（ＳｉＯ₂およびＴｉＯ₂）に関して試験された様々な
成膜技術を示している。

【表２】

【００５８】個々のＳｉＯ₂層および個々のＴｉＯ₂層の光学的特性は、紫外、可視、近赤外
のそれぞれにおけるスペクトル偏光解析法によって決定された。

【００５９】この操作は、被試験層を、シリコン上に成膜することによって行われる。困難
であることにより、シリコンが可視範囲において最適化されていないけれども、
短波長においては、被試験層に起因する吸収とシリコン基板に起因する吸収とを
区別するに際しては、シリコンの光学的性質が周知であること、および、可視範
囲におけるシリコンの不透明性により、シリコン基板の背面における反射に基づ
く不便さはない。

【００６０】フィルム特性を決定するに際して最も頻繁に使用されているモデルは、Cauchy
モデルである。このモデルにおける屈折率の実部は、以下のように表される。ｎ＝Ａ_n ＋Ｂ_nλ^-2 ＋Ｃ_nλ^-4

【００６１】よって、誘電性材料の性質を、見出すことができる。つまり、長波長において
は、屈折率（ｎ）の値は、一定であり、波長が短くなったときにすなわち周波数
が大きくなったときに、禁止帯エネルギーに対応した『ギャップ』の値に周波数
が近づいたときには、屈折率（ｎ）の値は、かなり大きくなる。吸収が無視でき
ず、かつ、偏光解析によって測定可能であるようなすなわち１０^-3以上の程度の
ｋの値を有しているような材料に関しては、Urbachテールというモデルを使用す
ることができ、この場合には、ｋは、紫外から長波長に向けて、指数関数的に減
少する。

【００６２】この場合、次式が与えられる。

【数１】

【００６３】１２４０という係数は、本発明者らがｎｍという単位で考察していることと、
現象が、エネルギー単位（ｅＶ）によって物理的に記述されていることと、に基
づいている。

【００６４】本発明者らは、パラメータ（Ａ_n，Ｂ_n，Ｃ_n，Ａ_k，Ｂ_k ）を数値的に調節する
ことによって、実験的に決定されたスペクトルと、計算によるスペクトルと、が
できるだけ正確に重なるように試みた。

【００６５】選択された成膜技術は、その成膜技術によって得られる各材料が、固体材料（
あるいは、中実材料、バルク材料）の光学特性に対してできる限り近い光学特性
を示すことができるとともに、２つの酸化物間において最も大きな屈折率差が観
測されるような、技術である。

【００６６】個々に成膜された様々な層に関して得られた結果は、屈折率（ｎ）に関しては
図５および図６に、係数（ｋ）に関しては図７に、それぞれ示されている。

【００６７】図５および図６において、ｘ座標軸は、波長（λ）をｎｍという単位でもって
示しており、ｙ座標軸は、材料の屈折率（ｎ）を示している。図７においては、
ｙ座標軸は、材料の係数（ｋ）を示している。図５は、ＳｉＯ₂ に関するもので
あり、図６は、ＴｉＯ₂ に関するものである。図５において示された凡例は、図
６および図７においても適用される。

【００６８】符号（９）は、単純蒸着を示しており、符号（１１）は、補助蒸着を示してお
り、符号（１３）は、反応性蒸着を示しており、符号（１５）は、補助付き反応
性蒸着を示しており、符号（１７）は、反応性補助蒸着を示しており、符号（１
９）は、反応性補助付き反応性蒸着を示している。

【００６９】酸化シリコンに関しては、係数（ｋ）が１０^-3よりも小さいために、偏光解析
法によっては、ＳｉＯ₂ の吸収係数（ｋ）の値を測定できないことに注意された
い。よって、ｋ_SiO2＝０とした。ＳｉＯ₂ の屈折率は、成膜条件によって、あま
り変動しない。ＳｉＯ₂ の屈折率は、６００ｎｍにおいて１．４６〜１．４８５
という範囲である。

【００７０】しかしながら、ｎの最小値、および、固体材料のｎの値に最も近い値は、単純
蒸着の場合、補助蒸着の場合、反応性蒸着の場合、および、反応性補助付き反応
性蒸着の場合、に得られている。

【００７１】ＴｉＯ₂ の場合には、ｎの最小値は、単純蒸着および反応性蒸着において得ら
れている。これは、得なければならない最大屈折率差である。したがって、選択
された成膜方法は、補助蒸着または反応性補助付き反応性蒸着のいずれかである
。

【００７２】さらに、酸化チタン層の吸収は、反応性蒸着、補助付き反応性蒸着、および、
反応性補助付き反応性蒸着、の場合に最小となる。

【００７３】プロセスを排除することにより、選択された成膜方法は、反応性補助付き反応
性蒸着である。このアプローチは、良好な屈折率差を得ることと、ＴｉＯ₂ を弱
くすることと、の間の最良の妥協である。ＴｉＯ₂ の屈折率を最適化するために
、成長時にフィルムまたは層を照射するイオンエネルギーを、イオンガンを使用
して増大させた。

【００７４】図８は、イオンガンの電圧をパラメータとしたときの、屈折率の変化を示して
いる。図８において、ｘ座標軸は、波長（λ）をｎｍという単位でもって示して
おり、ｙ座標軸は、屈折率（ｎ）を示している。図８において、符号（２１）は
、イオンガンに対して印加された電圧が１００Ｖでありかつ供給電流が２Ａであ
る場合に得られた曲線を示しており、符号（２３）は、イオンガンに対して印加
された電圧が１６０Ｖでありかつ供給電流が２Ａである場合に得られた曲線を示
している。

【００７５】イオンガンの電圧を増大させたときには、屈折率が増大している。電力をさら
に増大させると、材料成膜と、イオンによる材料破壊と、の競合関係が始まって
しまう。また、エネルギーが大きいと、吸収源をなす欠陥が形成されてしまう。

【００７６】したがって、個々のフィルムまたは個々の層の屈折率は、Cauchyモデルを使用
して偏光解析法によって決定された。以下のパラメータが得られた。すなわち、
ＳｉＯ₂に関しては、Ａ_n＝１．４５５，Ｂ_n＝３．３３×１０^-3，Ｃ_n＝０であり
、ＴｉＯ₂に関しては、Ａ_n＝２．２６２，Ｂ_n＝１．３９×１０^-2，Ｃ_n＝４．１
×１０^-3である。ここで、Ａ_n，Ｂ_n，Ｃ_n は、各材料に関してのCauchyパラメー
タである。

【００７７】ＴｉＯ₂ に関して得られた吸収係数（ｋ）のパラメータの値は、次のようであ
る。Ａ_k＝４．１×１０^-3，Ｂ_k＝５．７，λ₀＝０．４μｍ

【００７８】これらパラメータは、４００ｎｍにおいてｋ＝４．１×１０^-3という値を与え
る。

【００７９】個々の層の屈折率が決定された後に、誘電体フィルタを形成することができる
。

【００８０】［可視範囲における干渉フィルタの計算］本発明者らは、課題を２段階で処理することを選択した。第１ステップは、可
視範囲に関連し、第２ステップでは、赤外範囲を取り扱う。これら２つの範囲の
各々に関する上記仕様は、３００〜３０００ｎｍというスペクトル全体において
理想的なフィルムに関して決定されたものであり、互いの影響を無視することは
できない。

【００８１】本発明者らは、可視範囲を取り扱い、このスペクトル範囲において特定のいく
つかの仕様（Ｔ_VIS，Ｔ_Coul ）を満たすようにしてフィルタ特性を決定した。こ
れら特性については、第２ステップの後に概観する。

【００８２】開始ポイントとして、以下の値を使用した。 λ≦４００ｎｍに対して、Ｔ≦０．１４４０≦λ≦５９０ｎｍに対して、Ｔ≧０．９ λ＝６９０ｎｍに対して、Ｔ＝０．７ λ＞７７０ｎｍに対して、Ｔ≦０．０３

【００８３】複数の目標値からなるこの組は、透過ウィンドウを形成し、この透過ウィンド
ウは、図２に概略的に示されている。図２においては、Ｔは、単位を％とした透
過率を示しており、λは、単位をｎｍとした波長を示している。本発明者らは、
ＳｉＯ₂ 薄層とＴｉＯ₂ 薄層とを交互に積層することによって、計算により目標
特性を見出すことを試みた。

【００８４】以下に示すすべての構造において、厚さは、幾何学的厚さとして与えられる。
この記載規約については、既に説明した。

【００８５】本発明者らは、４５０〜７５０ｎｍという範囲において透過ウィンドウを有し
た積層を探した。本発明者らは、空気／Ｎ×（０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌ）／基板
構造から開始した。この構造は、Ｎの値をパラメータとして図９に示すような透
過スペクトルをもたらす。

【００８６】図９において、ｘ座標軸は、単位をｎｍとした波長を示しており、ｙ座標軸は
、単位を％とした透過率を示している。符号（２５）は、Ｎ＝３の場合に得られ
た曲線を示しており、符号（２７）は、Ｎ＝５の場合に得られた曲線を示してお
り、符号（２９）は、Ｎ＝７の場合に得られた曲線を示している。

【００８７】図９は、積層数を増大させることによりすなわち層数を増大させることにより
、透過と反射との間における、より尖鋭な遷移が得られることを示している。こ
の現象は、フィルタの光学的性能と製造の技術的困難性との間の最良の妥協の決
定に関して、後述することとする。

【００８８】フィルタ拒絶領域を広くするために、この場合には、８００〜１０００ｎｍの
間における拒絶領域を広くするために、第２積層体を、第１積層体上に重ねるこ
とができる。これにより、拒絶領域を、より長波長側へとずらすことができる。
したがって、第１積層体グループに対して、参照波長λ₁＝ｍλ₀を中心とした同
種の第２積層体グループを、適用した。言い換えれば、本発明者らは、ｍを積算
した厚さの第２積層体グループを重ねた。よって、参照は長をλ₀ とした以下の
合計厚さを有するものと見なすことができる。Ｎ×（０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌ）＋Ｎ×（０．５ｍＬ／ｍＨ／０．５ｍＬ）

【００８９】本発明者らは、Ｎ＝５という設定から開始し、フィルタの特性を、ｍをパラメ
ータとして解析した。

【００９０】計算された透過スペクトルが、図１０に示されている。図１０において、ｘ座
標軸は、単位をｎｍとした波長を示しており、ｙ座標軸は、単位を％とした透過
率を示している。符号（３１）は、ｍ＝１．１の場合に得られた曲線を示してお
り、符号（３３）は、ｍ＝１．２の場合に得られた曲線を示しており、符号（３
５）は、ｍ＝１．３の場合に得られた曲線を示しており、符号（３７）は、ｍ＝
１．４の場合に得られた曲線を示している。

【００９１】ｍ＝１．３の場合に、近赤外における拒絶領域と、与えられた使用に関しての
可視透過と、の間の良好な妥協が得られることにより、ｍ＝１．３という値が選
択された。

【００９２】この選択は、決定的なものではない。なぜなら、この構造は、開始としての構
造に過ぎないからである。各層の厚さは、後に、計算によって変更される。

【００９３】長波長へとずらされた第３積層体グループを追加することによって、この方法
を継続することができる。この目的のためにいくつかの計算を行ったけれども、
これといった良い結果は得られなかった。拒絶領域は確かに広くなるけれども、
透過ウィンドウがかなり狭くなってしまい、目標ウィンドウとの差が大きくなっ
てしまう。また、成膜すべき層数が多くなり、処理コストの低減とはならない。

【００９４】他方、各グループ内における層数を増加させることによって、透過ウィンドウ
の傾斜を急峻なものとすることができる。

【００９５】［赤外反射材の選択］この実験例において選択された赤外反射材料は、スズによってドーピングされ
た酸化インジウム（ＩＴＯ）である。成膜されたＩＴＯ層の光学的性質が、モデ
ル化された。本発明者らは、この材料の屈折率（ｎ）と係数（ｋ）の値を見出す
ことを試み、可視フィルタ＋ＩＲフィルタからなる積層体全体に関しての、反射
スペクトルと透過スペクトルとを計算することができた。

【００９６】［ＩＴＯの光学的性質のモデル化］成膜されたＩＴＯ層の光学的性質を、モデル化した。本発明者らは、この材料
の屈折率（ｎ，ｋ）の値を見出すことを試み、積層体全体に関しての、言い換え
れば、可視フィルタ＋ＩＲフィルタからなる積層体全体に関しての、反射スペク
トルと透過スペクトルとを計算することができた。

【００９７】 Drude モデルは、特に金属といったような反射性材料内における自由キャリア
の存在を考慮する。このDrude モデルと、誘電性材料内において結合したキャリ
アの存在を考慮したLorentz モデルと、を組み合わせて使用することにより、Ｉ
ＴＯといったような材料の光学的性質をモデル化することができる。材料の屈折
率（ｎ，ｋ）を計算し、その後、モデルから導かれた誘電関数に基づいて、反射
スペクトルと透過スペクトルとを計算した。

【００９８】使用した方法は、次のようなものであった。誘電性関数式におけるDrude モデ
ルのγ，ωρパラメータに関する初期値を選択し、その後、モデル化された層に
関する屈折率（ｎ，ｋ）を計算し、さらに、層／基板からなるアセンブリに関す
るＲ，Ｔを計算した。最小２乗法を使用したデジタル的最小化処理によって、計
算によるスペクトルと実験によるスペクトルとが最適に重なり合うように、モデ
ルパラメータを収束させる。

【００９９】また、計算によって層厚さを決定し、測定結果と比較した。これら最終的パラ
メータは、適切な厚さの層の光学的性質を外挿するために使用した値（ｎ，ｋ）
に対する分散スペクトルをもたらした。いくつかの異なるＩＴＯの性質が、この
ようにしてモデル化された。

【０１００】図３は、実験による反射スペクトルおよび透過スペクトルと、再計算またはモ
デル化によるこれらスペクトルと、の重ね合わせを示している。図３において、
ｘ座標軸は、単位をｎｍとした波長（λ）を示しており、ｙ座標軸は、単位を％
とした透過率（Ｔ）または反射率（Ｒ）（図においては、“透過率Ｔまたは反射
率Ｒ”という意味で、“Ｒ_ouＴ”と表記されている）を示している。図において
、符号（５Ａ）が付された曲線は、Drude モデルによって計算された透過スペク
トルを示しており、符号（５Ｂ）が付された曲線は、Drude モデルによって計算
された反射スペクトルを示しており、符号（７Ａ）が付された曲線は、本発明に
おいて（実験的に）得られた透過スペクトルを示しており、符号（７Ｂ）が付さ
れた曲線は、本発明において（実験的に）得られた反射スペクトルを示している
。

【０１０１】特に赤外スペクトル部分において、実験値と計算値とが、良好に一致している
ことがわかる。

【０１０２】波長の短い部分における一致度は、それほど良好ではない。これは、おそらく
、ガラス基板による吸収を、過小評価していることによる。また、計算において
は、材料の『ギャップ』近傍といったような高エネルギー部分における、材料に
よる吸収の開始を考慮していない。初期的には、フィルタを形成するための必要
な反射材の厚さを予測するに際して、この可視吸収は、無視された。

【０１０３】［ＩＴＯ層の成膜パラメータについての考察：アニールの影響］スズによってドーピングされた酸化インジウムを、Ｉｎ₂Ｏ₃内に酸化スズを重
量で１０％含有した組成の焼結ターゲットを使用して、マグネトロンカソードス
パッタリングによって、ガラス上へと成膜した。薄層として成膜されたこの酸化
物の光学的性質は、フィルム内の酸素含有量に依存し、また、フィルムの結晶状
態に依存する。

【０１０４】固体酸化物（あるいは、バルク状酸化物）の場合と同じ化学量論比を維持する
ためには、成膜時に、容器内へと所定比率の酸素が印加されなければならない。
図１１は、ＩＴＯ層の光学的反射特性および光学的透過特性に関しての、ＩＴＯ
層のアニール（焼鈍）の効果を示している。

【０１０５】図１１において、ｘ座標軸は、単位をμｍとした波長（λ）を示しており、ｙ
座標軸は、単位を％とした透過率（Ｔ）または反射率（Ｒ）（図においては、“
透過率Ｔまたは反射率Ｒ”という意味で、“Ｒ_ouＴ”と表記されている）を示し
ている。図において、符号（３９Ａ）は、アニール無しの場合のＩＴＯに関して
の透過スペクトルを示しており、符号（３９Ｂ）は、アニール無しの場合のＩＴ
Ｏに関しての反射スペクトルを示しており、符号（４１Ａ）は、２００℃でアニ
ールした場合のＩＴＯに関しての透過スペクトルを示しており、符号（４１Ｂ）
は、２００℃でアニールした場合のＩＴＯに関しての反射スペクトルを示してお
り、符号（４３Ａ）は、３００℃でアニールした場合のＩＴＯに関しての透過ス
ペクトルを示しており、符号（４３Ｂ）は、３００℃でアニールした場合のＩＴ
Ｏに関しての反射スペクトルを示している。これらスペクトルは、酸素含有量の
最適化の後に得られたものである。

【０１０６】２００℃における熱処理（アニール）は、赤外フィルタのための仕様を十分に
満たすものではない。３００℃においては、酸化物は、赤外領域において８０％
反射率となり、遮断波長は、１．３μｍとなる。この材料の光学的性質は、その
後、最適化される。

【０１０７】［上記仕様の定量的表現］フィルタ性能に対しての仕様の数は、５個である。以下の表３は、得ようとす
る目標値と、従来技術におけるドープドガラスフィルタにおいて得られた値と、
を示している。

【表３】

【０１０８】［許容される構造をなす様々な層の決定］本発明者らは、ＩＴＯの厚さの関数として、積層体の性能を考察した。各厚さ
値に関し、目標仕様にできるだけ近づけるよう、とりわけ、スペクトルの可視部
分における透過率の発振現象を制限するよう、誘電体部分を再計算した。

【０１０９】相互結合を維持しつつ、各層の厚さを再計算した。実際、２つのグループの積
層係数を、参照波長に関して計算した。最後に、この最適化の後に、先の５個の
指標を再計算した。

【０１１０】得られた結果は、図１２に示されている。図１２において、ｘ座標軸は、単位
をｎｍとしたＩＴＯ厚さを示しており、ｙ座標軸は、左側においては、下部にお
いて単位をｍＷ／ｍ²．Ｌｕｘとした放射エネルギーを示しており、上部におい
て単位を％とした透過率を示しており、右側においては、単位をＫとした色温度
を示している。

【０１１１】符号（４５）は、ＩＴＯ層の厚さの関数として、放射エネルギー（ＲＥ）の変
化を示しており、符号（４７）は、ＩＴＯ層の厚さの関数として、可視範囲にお
ける透過率（Ｔ）の変化を示しており、符号（４９）は、ＩＴＯ層の厚さの関数
として色温度（Ｔ_C ）の変化を示しており、符号（５１）は、ＩＴＯ層の厚さの
関数として演色評価インデックス（Ｒ_A ）の変化を示しており、符号（５３）は
、ＩＴＯ層の厚さの関数として演色評価インデックス（Ｒ₉ ）の変化を示してい
る。

【０１１２】優先的に重要な２つの指標は、放射エネルギーと、平均可視透過率と、である
。これら２つの指標が相反的であることに注意されたい。実際、ＲＥ値は、ＩＴ
Ｏの厚さが増加すると、小さくなる。しかしながら、ＩＴＯの厚さが増加すると
、赤外透過が低減し、そのため、可視透過が減少する。この場合、２５０ｎｍと
いうＩＴＯ厚さにおいては、可視透過率は、６０％という小さな値に制限されて
おり、放射エネルギーは、５以上となっている。

【０１１３】目的は、誘電性多層＋ＩＴＯからなる積層体によっては、達成されない。よっ
て、初期的な解を修正した。

【０１１４】図９を参照して説明したように、各積層体をなす層数を増加させることにより
、透過領域と拒絶領域との間の境界を、急峻なものとすることができ、積層体に
よるフィルタリングを効果的なものとすることができる。このことは、光源の光
量がこの領域において大きい場合には、特に重要である。

【０１１５】したがって、７５０〜１２００ｎｍという範囲における透過率をさらに減少さ
せかつ放射エネルギーをさらに減少させるために、各グループにおける層数を増
加させた。この様子は、図１３に示されている。

【０１１６】図１３は、層数をパラメータとしたときの、構造が示すフィルタリング性能の
向上を示している。図１３において、ｘ座標軸は、単位をｎｍとした波長（λ）
を示しており、ｙ座標軸は、単位を％とした透過率を示している。符号（５５，
５７，５９，６１）は、それぞれ、Ｎ＝５，Ｎ＝６，Ｎ＝７，Ｎ＝８の場合に得
られた曲線を示している。符号（６３）は、光源ランプの発光スペクトルを示し
ており、矢印は、放射エネルギーの大きさを示している。

【０１１７】解を改良するために、計算時に各層の厚さを互いに個別とすることによって、
付加的な自由度が必要とされた。

【０１１８】特に可視透過ウィンドウの形態において、フィルタ性能を改良することができ
る。

【０１１９】なおも、Ｎ×（０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌ）＋Ｎ×（０．６５Ｌ／１．３Ｈ／０
．６５Ｌ）／ＩＴＯ／基板という初期構造から開始し、ＩＴＯの厚さの関数とし
て、いくつかのパラメータについて検討を行った。各場合において、Ｎ＝６，７
，８等といったような様々な層数と、厚さと、が個別に最適化された。

【０１２０】上記仕様を満たすためには、合計で３３個の層が必要であること、すなわち、
Ｎ＝８である必要があること、が計算によって示された。

【０１２１】この解をもたらすとともに必要なＩＴＯ厚さをもたらしたパラメータ的検討に
ついて、図１４を参照して説明する。図１４において、ｘ座標軸は、単位をｎｍ
としたＩＴＯ厚さを示しており、ｙ座標軸は、左側においては、下部において単
位をｍＷ／ｍ²．Ｌｕｘとした放射エネルギーを示しており、上部において単位
を％とした透過率を示しており、右側においては、単位をＫとした色温度を示し
ている。

【０１２２】符号（６５）は、ＩＴＯ層の厚さの関数として、放射エネルギー（ＲＥ）の変
化を示しており、符号（６７）は、ＩＴＯ層の厚さの関数として、可視範囲にお
ける透過率（Ｔ）の変化を示しており、符号（６９）は、ＩＴＯ層の厚さの関数
として色温度（Ｔ_C ）の変化を示しており、符号（７１）は、ＩＴＯ層の厚さの
関数として演色評価インデックス（Ｒ_A ）の変化を示しており、符号（７３）は
、ＩＴＯ層の厚さの関数として演色評価インデックス（Ｒ₉ ）の変化を示してい
る。

【０１２３】２５０ｎｍというＩＴＯ厚さであると、放射エネルギーを、４．５以下とする
ことができる。

【０１２４】その場合、すべての仕様が満たされる。すなわち、ＲＥ＝４．４５，Ｔ_Cour＝
３５１４，Ｔ_VIS＝６５．３，Ｒ_A＝９７．３，Ｒ₉＝９７．０、となる。

【０１２５】理論的透過スペクトルが、図１５に示されている。図１５については、後述す
る。

【０１２６】［本発明によるフィルタの作製］［基板］台形形状の基板は、標準的なガラスから形成された。これにより、動作条件下
において、ランプ光源の周囲に組み立てられた６個の部分からなる１組の実地試
験を行うことができる。

【０１２７】このガラスの特徴づけは、偏光解析および透過によって行った。ガラスの厚さ
は２ｍｍであり、コーティングを行っていない状態における透過スペクトルは、
図４に示すようなものである。図４において、Ｔは、単位を％とした透過率を示
しており、λは、単位をｎｍとした波長を示している。

【０１２８】これら特性のうち、光学特性（ｎ，ｋ）を抽出し、この基板上におけるフィル
タの透過スペクトル全体を計算した。

【０１２９】［成膜体］まず最初に、反応性マグネトロンカソードスパッタ法によって、ガラス基板上
にＩＴＯ層を成膜した。成膜したＩＴＯ層を、Ｎ₂ 雰囲気下において１時間にわ
たって３００℃においてアニールした。透過スペクトルと反射スペクトルとを測
定し、ＩＴＯが同一光学特性を有するものであることを確認した。

【０１３０】その後、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂積層を、上述した蒸着方法によって成膜した。層形
成速度は、石英振動子を使用してイオンガンおよび電子銃を制御することによっ
て、制御した。３３個の誘電体層の成膜には、約６時間を要した。

【０１３１】得られた積層を、以下の表４に示す。

【表４】

【０１３２】［実験結果−様々なパラメータの計算］作製された積層体に関して得られた透過スペクトルは、図１５に示されており
、理論的スペクトルと合わせて示されている。図１５において、ｘ座標軸は、単
位をｎｍとした波長を示しており、ｙ座標軸は、単位を％とした透過率を示して
いる。符号（７５）は、理論的スペクトルを示しており、符号（７７）は、実験
によって得られたスペクトルを示している。

【０１３３】２つのことに注意することができる。 −可視透過率が、Ｔ_VIS ＝５１％であって、６５％という予測値よりも小さい
こと。 −最小波長に向けて、約３０ｎｍだけわずかにシフトしていること。

【０１３４】可視透過率が予測値よりも小さいことに関しては、最終的なＴｉＯ₂ が、個々
の層に関する偏光解析測定によって決定された値よりも吸収性の大きなものであ
ったと考えることができる。１０^-3の程度だけ変わるだけで、積層体全体の透過
率は、１０％以上も下がってしまう。使用した特性決定手段では、感度上の限界
により、ｋの値をより正確に決定することができなかった。

【０１３５】透過ウィンドウが短波長側にシフトしたことは、成膜時の厚さ制御におけるあ
る種の不正確さに起因する。このことは、フィルタのエッジに対しての機械的測
定によって確認されており、予測された４．４９μｍではなく、４．２６μｍで
あったことが示されている。

【０１３６】この種の不確定性は、その場での光学測定手段を備えた器具を使用すれば、容
易に解決することができる。

【０１３７】表５は、この実験例による積層体に関して計算されたパラメータの値を示して
いる。可視透過における問題点は別として、すべての値が、目標仕様を満たして
いることに注意されたい。

【表５】

【０１３８】これらの結果は、このようなフィルタの製造が理論的にも実験的にも実証され
たことを示している。

【０１３９】［実験例２：本発明によるフィルタであって、ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄ からなる干渉
フィルタ］ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄ フィルタが、ＩＤＥＣＲ（“Integrated Distributed Electron Cyclotron Resonance”）マイクロ波プラズマによって成膜された。こ
のようなデバイスの利点は、低温成膜である。実際、良好な光学品質を示すポリ
カーボネート基板上に、ＳｉＯ₂ 層を成膜することができる。さらに、このタイ
プの反応器の幾何学的構成は、大面積表面上への成膜を可能とする。

【０１４０】ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂対の場合と同様に、窒化シリコン層および酸化シリコン層の
各層の屈折率が決定された。それらの分散スペクトルを使用することによって、
透過スペクトルを計算した。ガラス上に、２５個の層からなる以下の積層体を形
成した（ここで、Ｌ：ＳｉＯ₂，Ｈ：Ｓｉ₃Ｎ₄）。６×（０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌ）＋６×（０．６５Ｌ／１．３Ｈ／０．６５Ｌ
）

【０１４１】図１７は、形成された積層体に関しての、理論的透過スペクトルと実験的透過
スペクトルとを示している。図１７において、ｘ座標軸は、単位をｎｍとした波
長（λ）を示しており、ｙ座標軸は、単位を％とした透過率を示している。符号
（７９）は、理論的スペクトルを示しており、符号（８１）は、実験によって得
られたスペクトルを示している。

【０１４２】結果が非常に良好であることに、注意されたい。少なくともスペクトル中の可
視範囲においては、結果は、非常に良好である。これにより、一方においては、
選択された積層体の透過スペクトルの予測計算を正当化することができ、他方に
おいては、成膜時の厚さの良好な制御を確認することができる。実際、各層の厚
さが偏光解析によって成膜中に制御されている場合には、最小のドリフトでもっ
て装置を使用して成膜を行うことができる。

【０１４３】他の実験においては、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂対の場合と同じ構造を使用し、このフ
ィルタの性能を、ＩＴＯ厚さの関数として計算した。２つの誘電体材料の測定屈
折率は、次のようなものであった。６００ｎｍ、かつ、ｋ＝０において：ｎ_SiO2＝１．４５８ｎ_TiO2＝１．９１６

【０１４４】次なる積層体を、ガラス基板上に形成した。８×（０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌ）＋８×（０．６５Ｌ／１．３Ｈ／０．６５
Ｌ）／ＩＴＯ

【０１４５】得られた結果は、図１８に示されている。図１８において、ｘ座標軸は、単位
をｎｍとしたＩＴＯ厚さを示しており、ｙ座標軸は、左側においては、下部にお
いて単位をｍＷ／ｍ²．Ｌｕｘとした放射エネルギーを示しており、上部におい
て単位を％とした透過率を示しており、右側においては、単位をＫとした色温度
を示している。符号（８３）は、ＩＴＯ層の厚さの関数として、放射エネルギー
（ＲＥ）の変化を示しており、符号（８５）は、ＩＴＯ層の厚さの関数として、
可視範囲における透過率（Ｔ）の変化を示しており、符号（８７）は、ＩＴＯ層
の厚さの関数として色温度（Ｔ_C ）の変化を示しており、符号（８９）は、ＩＴ
Ｏ層の厚さの関数として演色評価インデックス（Ｒ_A ）の変化を示しており、符
号（９１）は、ＩＴＯ層の厚さの関数として、赤色における演色評価インデック
ス（Ｒ₉ ）の変化を示している。

【０１４６】ここで、４００ｎｍというＩＴＯ厚さにおいては、可視透過率が６０％であり
、放射エネルギーは、６．１２であることに注目することができる。

【０１４７】このようなフィルタの性能が、同数の層数を有したＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂積層体の
場合よりも劣ることは、予測可能であった。なぜなら、ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄ 対の
場合の屈折率差が明らかに小さいからである。すなわち、６００ｎｍにおいて、
Δｎが、ほぼ０．５である。このフィルタの性能は、例えば層数を増加すること
によって、改良することができる。

【０１４８】［結論］本発明者らは、可視範囲において目標仕様を満たし得るような積層構造を決定
した。実験例において、本発明者らは、とりわけ、非常に大きな屈折率差を有し
たＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂という誘電体対を選択した。個々の層の特性を決定した後に
、本発明者らは、成膜方法および成膜パラメータを規定した。

【０１４９】本明細書における第２パートにおいては、１．５μｍ以上の波長をフィルタリ
ングし得るとともに誘電体フィルタの光学的特性を妨害しないような赤外反射材
料を決定して成膜した。ＩＴＯは、この条件を満足する。本発明者らは、成膜パ
ラメータを決定し、成膜後に熱処理（アニール）を印加した。これにより、材料
を最適化した。

【０１５０】他の探求経路においては、プラズマによって、ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄ を成膜し、
計算した。この種の積層体は、屈折率差が小さいことのために、効果は十分では
なかった。層数を増加すれば、フィルタ特性を改良することができる。

【０１５１】モデルを準備し、特性づけを行った。得られた結果は、予測したものとあまり
相違していなかった。実際、可視範囲における小さな透過率レベルと、フィルタ
応答性におけるわずかな波長シフトと、が観測された。成膜中の成膜パラメータ
をその場で決定できる器具を備えた設備であれば、目標仕様を正確に満たすこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ドーピングされたタイプのガラスの透過スペクトルと、通常のガ
ラスの透過スペクトルと、を示すグラフである。

【図２】可視範囲における透過ウィンドウを示すグラフである。

【図３】ガラス基板上に成膜された２５０ｎｍ厚さのＩＴＯフィルムに関
しての、反射スペクトルおよび透過スペクトルについてのそれぞれ実験値および
モデル値を示すグラフである。

【図４】２ｍｍ厚さのコーティング無しガラス基板の透過スペクトルを示
すグラフである。

【図５】様々な成膜方法によって成膜されたＳｉＯ₂ に関して、偏光解析
によって決定された屈折率の変化を示すグラフである。

【図６】様々な成膜方法によって成膜されたＴｉＯ₂ に関して、偏光解析
によって決定された屈折率の変化を示すグラフである。

【図７】様々な成膜方法によって成膜されたＴｉＯ₂ に関して、偏光解析
によって決定された消光係数（ｋ）の変化を示すグラフである。

【図８】ＴｉＯ₂ 成膜時のイオンガンの電圧をパラメータとしたときの、
屈折率の変化を示すグラフである。

【図９】 λ₀ ＝８８０ｎｍとしたときに、様々なＮの値に関しての、積層
Ｎ×（０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌ）の透過率の変化を示すグラフである。

【図１０】様々なｍの値に関しての、基板上に形成された積層Ｎ×（０．
５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌ）＋Ｎ×（０．５ｍＬ／ｍＨ／０．５ｍＬ）の透過スペクト
ルを示すグラフである。

【図１１】ＩＴＯ層の光学的性質に対しての、ＩＴＯ層のアニールの効果
を示すグラフである。

【図１２】２つの積層グループが５回繰り返されて形成されている５×（
０．６５Ｌ／３Ｈ／０．６５Ｌ）＋５×（５Ｈ／Ｌ／５Ｈ）／ＩＴＯ／ガラス構
造に関し、ＩＴＯの厚さの関数として様々な指標を示すグラフである。

【図１３】ＳｉＯ₂フィルムおよびＴｉＯ₂フィルムからなる複数の積層を
有した構造における、フィルタリング性能の改良を示すグラフである。

【図１４】２つの積層グループが８回繰り返されて形成されている８×（
０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌ）＋８×（０．６５Ｌ／１．３Ｈ／０．６５Ｌ）／ＩＴ
Ｏ／ガラス構造を備えた干渉フィルタを形成するコーティング膜に関し、ＩＴＯ
の厚さの関数として様々な指標を示すグラフである。

【図１５】本発明によるフィルタの理論的透過スペクトルと、ＳｉＯ₂ ／
ＴｉＯ₂ 干渉フィルタを形成するコーティング膜に関して実験的に得られた透過
スペクトルと、を比較して示すグラフである。

【図１６】薄い透明層を通しての光の多重反射を示す図である。

【図１７】本発明による熱フィルタの理論的透過スペクトルと、ＳｉＯ₂
／Ｓｉ₃Ｎ₄干渉フィルタを形成するコーティング膜に関して実験的に得られた透
過スペクトルと、を比較して示すグラフである。

【図１８】２つの積層グループが８回繰り返されて形成されている８×（
０．６５Ｌ／３Ｈ／０．６５Ｌ）＋８×（５Ｈ／Ｌ／５Ｈ）／ＩＴＯ／ガラス構
造を備えたＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄ 干渉フィルタを形成するコーティング膜に関し、
ガラス上におけるＩＴＯの厚さをパラメータとしたときの、透過性能（％）と、
色温度（Ｋ）と、を示すグラフである。

【符号の説明】

９単純蒸着による積層体に関する屈折率１１補助蒸着による積層体に関する屈折率１３反応性蒸着による積層体に関する屈折率１５補助付き反応性蒸着による積層体に関する屈折率１７反応性補助蒸着による積層体に関する屈折率１９反応性補助付き反応性蒸着による積層体に関する屈折率

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年３月４日（２００２．３．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような良好な結果にもかかわらず、ドープドガラスフィルタは、高価なも
のであって、高湿高温環境下では、うまく動作しない。例えば、熱帯地方の国々
では、付加的なＳｉＯ₂ 層を設置することによって、このフィルタを、湿気から
および紫外光線から保護する必要がある。このことは、製造コストを増加させる
。英国特許公開明細書第２３２４０９８号には、ガラス基板と、赤外反射材料からなる層と、屈折率（ｎ₁ ）を有した第１フィルムと屈折率（ｎ₂ ）を有した第２フィルムとがＮ回繰り返されて形成された積層体グループを備えてなる干渉フィルタを形成するコーティング膜と、を具備する熱フィルムが開示されている。米国特許明細書第５，３４１，２３８号には、基板と、ＩＴＯ層と、多層干渉フィルタと、第２干渉フィルタと、を具備する熱フィルムが開示されている。第２干渉フィルタは、例えばＨｅＮｅレーザーからの放射といったような狭い可視帯域内の放射を反射し得るように構成されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェローム・モノフランス・Ｆ−45240・メネストロー・エン・ヴィレット・ルート・デ・モイナール・162 Ｆターム(参考） 2H048 FA05 FA12 FA13 FA22 GA04 GA12 GA24 GA36 4F100 AA17B AA20B AA20C AA20D AA21B AA21C AA21D AB21B AG00A AK01A AR00B AS00C AS00D AT00A BA03 BA04 BA07 BA08 BA10 CC00C CC00D GB66 JG01B JN06B JN18C JN18D JN30C JN30D YY00B YY00C YY00D 4G059 AA08 AA11 AC06 EA03 EA04 EA05 EA12 EB04 GA02 GA04 GA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱フィルタであって、基板と、赤外反射材料からなる少なくとも１つの層と、可視範囲における干渉
フィルタを形成するコーティング膜と、を具備してなり、可視範囲における干渉フィルタを形成する前記コーティング膜が、互いに異な
る２つ以上の積層体グループを備え、第１積層体グループが、第１フィルムと第２フィルムとが交互にＮ回繰り返さ
れて形成された交互積層を有し、第２積層体グループが、第３フィルムと第４フィルムとが交互にＮ回繰り返さ
れて形成された交互積層を有し、前記第１フィルムと前記第２フィルムとの一方または双方が、前記第３フィル
ムと前記第４フィルムとの一方または双方に対して、厚さが相違しており、前記第１フィルムと前記第３フィルムとが、ＬまたはＬの倍数という厚さを有
しているとともに、ｎ₁ という屈折率を有した第１材料から構成され、前記第２フィルムと前記第４フィルムとが、ＨまたはＨの倍数という厚さを有
しているとともに、ｎ₂ という屈折率を有した第２材料から構成され、Ｎは、３以上の整数であり、ＨおよびＬは、幾何学的厚さであり、Ｎ，Ｈ，Ｌ，ｎ₁，ｎ₂は、前記干渉フィルタを形成する前記コーティング膜が
、４００〜８００ｎｍの範囲に透過ウィンドウを有するようなものとされている
ことを特徴とする熱フィルタ。
【請求項２】請求項１記載の熱フィルタにおいて、前記赤外反射材料層が、前記基板の少なくとも一方の面をコーティングしてお
り、可視範囲における干渉フィルタを形成する前記コーティング膜が、前記赤外反
射材料層をコーティングしていることを特徴とする熱フィルタ。
【請求項３】請求項１または２記載の熱フィルタにおいて、前記赤外反射材料が、透明な導電性酸化物であることを特徴とする熱フィルタ
。
【請求項４】請求項１または２記載の熱フィルタにおいて、前記赤外反射材料が、スズがドーピングされた酸化インジウムであることを特
徴とする熱フィルタ。
【請求項５】請求項４記載の熱フィルタにおいて、前記スズドーピング酸化インジウムにおけるＳｎ／Ｉｎ比が、重量で９〜１１
％であることを特徴とする熱フィルタ。
【請求項６】請求項５記載の熱フィルタにおいて、前記第１材料が、ＳｉＯ₂ であり、前記第２材料が、ＴｉＯ₂ であることを特
徴とする熱フィルタ。
【請求項７】請求項６記載の熱フィルタにおいて、可視範囲における干渉フィルタを形成する前記コーティング膜における第１積
層体グループが、０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌというタイプの積層が８回繰り返され
てなる交互積層体を有していることを特徴とする熱フィルタ。
【請求項８】請求項７記載の熱フィルタにおいて、可視範囲における干渉フィルタを形成する前記コーティング膜における第２積
層体グループが、０．６５Ｌ／１．３Ｈ／０．６５Ｌというタイプの積層が８回
繰り返されてなる交互積層体を有していることを特徴とする熱フィルタ。
【請求項９】請求項５記載の熱フィルタにおいて、前記第１材料が、ＳｉＯ₂ であり、前記第２材料が、Ｓｉ₃Ｎ₄であることを特
徴とする熱フィルタ。
【請求項１０】請求項９記載の熱フィルタにおいて、可視範囲における干渉フィルタを形成する前記コーティング膜における第１積
層体グループが、０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌというタイプの積層が６回繰り返され
てなる交互積層体を有していることを特徴とする熱フィルタ。
【請求項１１】請求項１０記載の熱フィルタにおいて、可視範囲における干渉フィルタを形成する前記コーティング膜における第２積
層体グループが、０．６５Ｌ／１．３Ｈ／０．６５Ｌというタイプの積層が６回
繰り返されてなる交互積層体を有していることを特徴とする熱フィルタ。
【請求項１２】請求項２記載の熱フィルタにおいて、前記基板が、ガラス基板であり、透明な導電性酸化物層が、スズがドーピングされた酸化インジウム（ＩＴＯ）
からなる層であり、可視範囲における干渉フィルタを形成する前記コーティング膜が、ＳｉＯ₂ フ
ィルムとＴｉＯ₂ フィルムとからなる交互積層体であり、該交互積層体が、前記ＩＴＯ層上に成膜されたＳｉＯ₂ フィルムから開始され
ているとともに、周囲に対して露出されたＳｉＯ₂ フィルムによって終端してお
り、前記交互積層体が、１７個のＳｉＯ₂ フィルムと、１６個のＴｉＯ₂ フィルム
と、を有していることを特徴とする熱フィルタ。
【請求項１３】請求項１記載の熱フィルタにおいて、前記基板が、ガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする熱フ
ィルタ。
【請求項１４】熱フィルタであって、ガラス基板と、ＩＴＯ層と、可視範囲における干渉フィルタを形成するコーテ
ィング膜と、を具備してなり、該コーティング膜が、ＳｉＯ₂ フィルムとＴｉＯ₂ フィルムとから構成された
互いに異なる２つの積層体グループを備え、各積層体グループが、ＳｉＯ₂ フィルムとＴｉＯ₂ フィルムとが８回繰り返さ
れて形成された交互積層体であり、ガラス基板上に、第１層として、ＩＴＯ層が２５０ｎｍ厚さで形成され、第２層として、ＳｉＯ₂ 層が１７２ｎｍ厚さで形成され、第３層として、ＴｉＯ₂ 層が１１９ｎｍ厚さで形成され、第４層として、ＳｉＯ₂ 層が１９０ｎｍ厚さで形成され、第５層として、ＴｉＯ₂ 層が１２８ｎｍ厚さで形成され、第６層として、ＳｉＯ₂ 層が１９７ｎｍ厚さで形成され、第７層として、ＴｉＯ₂ 層が１２４ｎｍ厚さで形成され、第８層として、ＳｉＯ₂ 層が１９９ｎｍ厚さで形成され、第９層として、ＴｉＯ₂ 層が１２４ｎｍ厚さで形成され、第１０層として、ＳｉＯ₂ 層が１９２ｎｍ厚さで形成され、第１１層として、ＴｉＯ₂ 層が１２３ｎｍ厚さで形成され、第１２層として、ＳｉＯ₂ 層が１９３ｎｍ厚さで形成され、第１３層として、ＴｉＯ₂ 層が１２５ｎｍ厚さで形成され、第１４層として、ＳｉＯ₂ 層が１９１ｎｍ厚さで形成され、第１５層として、ＴｉＯ₂ 層が１２１ｎｍ厚さで形成され、第１６層として、ＳｉＯ₂ 層が１８９ｎｍ厚さで形成され、第１７層として、ＴｉＯ₂ 層が１１２ｎｍ厚さで形成され、第１８層として、ＳｉＯ₂ 層が１６９ｎｍ厚さで形成され、第１９層として、ＴｉＯ₂ 層が９４ｎｍ厚さで形成され、第２０層として、ＳｉＯ₂ 層が１５７ｎｍ厚さで形成され、第２１層として、ＴｉＯ₂ 層が９１ｎｍ厚さで形成され、第２２層として、ＳｉＯ₂ 層が１４９ｎｍ厚さで形成され、第２３層として、ＴｉＯ₂ 層が９１ｎｍ厚さで形成され、第２４層として、ＳｉＯ₂ 層が１４５ｎｍ厚さで形成され、第２５層として、ＴｉＯ₂ 層が８５ｎｍ厚さで形成され、第２６層として、ＳｉＯ₂ 層が１５３ｎｍ厚さで形成され、第２７層として、ＴｉＯ₂ 層が８７ｎｍ厚さで形成され、第２８層として、ＳｉＯ₂ 層が１４４ｎｍ厚さで形成され、第２９層として、ＴｉＯ₂ 層が８７ｎｍ厚さで形成され、第３０層として、ＳｉＯ₂ 層が１４７ｎｍ厚さで形成され、第３１層として、ＴｉＯ₂ 層が８９ｎｍ厚さで形成され、第３２層として、ＳｉＯ₂ 層が１５５ｎｍ厚さで形成され、第３３層として、ＴｉＯ₂ 層が８５ｎｍ厚さで形成され、第３４層として、ＳｉＯ₂ 層が６４ｎｍ厚さで形成された、という構造を有していることを特徴とする熱フィルタ。
【請求項１５】光学システムであって、ランプ、オフィスランプ、光ファイバ照明システム、窓ガラス、光投影システ
ム、電球、からなるグループの中から選択され、請求項１〜１４のいずれかに記載されたフィルタを具備していることを特徴と
する光学システム。
【請求項１６】医療照明システムまたは試験ランプシステムであって、請求項１〜１４のいずれかに記載された熱フィルタを具備していることを特徴
とする医療照明システムまたは試験ランプシステム。
【請求項１７】請求項１に記載された熱フィルタの製造方法であって、ａ）基板を準備し、ｂ）該基板の少なくとも一方の面上に、赤外反射材料からなる層を成膜し、ｃ）該赤外反射材料層上に、可視範囲における干渉フィルタを形成するコーテ
ィング膜を成膜する、ことを特徴とする方法。
【請求項１８】請求項１７記載の方法において、前記赤外反射材料が、スズがドーピングされた酸化インジウムとされ、この材料を、マグネトロンカソードスパッタ法によって、前記基板上に成膜す
ることを特徴とする方法。
【請求項１９】請求項１８記載の方法において、Ｉｎ₂Ｏ₃内に酸化スズを重量で９〜１１％含有した組成の焼結ターゲットを使
用して、マグネトロンカソードスパッタ法を行うことを特徴とする方法。
【請求項２０】請求項１８記載の方法において、前記基板上に成膜した前記赤外反射材料をアニールするというａ₁）ステップ
を行うことを特徴とする方法。
【請求項２１】請求項１７記載の方法において、可視範囲における干渉フィルタを形成する前記コーティング膜における第１積
層体グループが、０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌというタイプの積層が８回繰り返され
てなる交互積層体を有したものとされている場合に、前記干渉フィルタを成膜するという前記ｃ）ステップを、真空蒸着またはカソ
ードスパッタを使用して行うフィルム成膜ステップとすることを特徴とする方法
。
【請求項２２】請求項１７記載の方法において、前記フィルム成膜ステップを、反応性補助付き反応性蒸着によって行うことを
特徴とする方法。
【請求項２３】請求項１７記載の方法において、可視範囲における干渉フィルタを形成する前記コーティング膜における第１積
層体グループが、０．５Ｌ／Ｈ／０．５Ｌというタイプの積層が６回繰り返され
てなる交互積層体を有したものとされている場合に、前記干渉フィルタを成膜するという前記ｃ）ステップを、プラズマ成膜技術を
使用して行うフィルム成膜ステップとすることを特徴とする方法。