JP2008299244A - 長波長帯域カット多層膜及び赤外カット多層膜、それらを有する光学素子及び光学フィルター、並びにそれらを利用した医療用内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】波長270〜600 nmで透過帯を有し、波長700〜2,500 nmで不透過帯を有する赤外カットフィルター及びそれを用いた医療用内視鏡を提供すること。
【解決手段】基板上に形成された長波長帯域カット多層膜であって、最も長波長側の不透過帯域中心波長λに対して、λ/2〜λ/7の連続した波長域に透過帯域を有することを特徴とする長波長帯域カット多層膜。
【選択図】なし

Description

本発明は、可視光及び赤外光を含む光源から可視光を選択的に取り出す長波長帯域カット多層膜及び赤外カット多層膜、それらを有する光学素子及び光学フィルター、並びに光学素子及び／又は光学フィルターを利用した医療用内視鏡に関する。

従来の医療用内視鏡の照明光学系は、図１に示すように、可視から赤外を含む光を射出する照明光源１と、前記照明光源１から射出される光から赤外光をカットする赤外カットフィルター２と、前記照明光源１から射出された光をライトガイドの端面に集光させる集光レンズ３と、前記集光レンズ３で集光された光を入射端側に受け入れて出射端側へ伝送するライトガイド４等で構成されている。通常、この種の内視鏡の照明光学系の照明光源１にはキセノンランプやハロゲンランプが用いられる。照明光源１からの光は集光レンズ３でライトガイド４の入射端面５へ集光されるため、特に750 nm以上の赤外光の割合が高いキセノンランプを照明光源１として使用した場合、熱で入射端面５が焼損してしまうおそれがある。このため、内視鏡の照明光源１と集光レンズ３の間に赤外カットフィルター２を挿入する対策が一般的に行われている。

このような赤外カットフィルターとして、金属イオンを含有したガラスタイプの吸収型赤外カットフィルターや誘電体の干渉効果で赤外光を反射する干渉型赤外カットフィルターがある。

吸収型赤外カットフィルターの場合には、一般に100〜300℃におけるフィルター基板自体の線膨張係数が70×10^-7 ℃^-1程度であるため、この基板が赤外光を吸収して短時間で数百度まで温度上昇すると、入射面と出射面又は中心部と周辺部とで著しい温度差が生じて、割れや欠けが生じてしまうという問題点があった。

可視光を透過して赤外光を反射する干渉型赤外カットフィルターの場合には、赤外波長の800〜1,100 nmを反射するものが通常使用されている。しかしながら、内視鏡の照明光源として最近多く利用されているキセノンランプは、波長220〜2,000 nmに渡る放射波長帯域幅を有するため、波長1100〜2,000 nmの赤外光はカットしきれずライトガイド端面まで到達し、ライトガイドの温度上昇を十分に抑えることができないという問題点があった。

可視域の波長400〜700 nmを透過して赤外域の波長800〜1,100 nmをカットする通常の干渉型赤外カットフィルターでは、最も長波長側のカット帯域における中心波長λの1/2の波長域は透過帯となるが、1/3、1/4、1/5・・・・の波長域は反射帯となる。従って、前述の干渉型赤外カットフィルターの赤外カット波長領域をさらに長波側に広げるため、最も長波長側のカット帯域における中心波長λを例えば1,200 nmに設計すると、λ/3（中心波長400 nm）の波長域は反射帯となり、可視域の波長400〜700 nmで十分な透過率が得られなくなる。このような理由から、可視域の波長400〜700 nmで十分な透過率を得るためには、赤外域の波長800〜1,100 nmをカットするタイプの干渉型赤外カットフィルターが通常使われている。

最も長波長側のカット帯域における中心波長λに対して、1/2、1/3、1/4、1/5、1/6までの連続した反射帯域を抑えて透過させる方法が、非特許文献１により提案されている。この方法によれば、最も長波長側のカット帯域における中心波長λを2,325 nmに設計すると、反射帯域となるλ/7の波長は332 nmとなる。

近年、蛍光観察のために紫外光も利用されるようになってきた。通常は波長365 nm以上が利用されているが、プロテインの蛍光観察では励起光として波長280 nmの光が使用される。従って、照明光学系の赤外線カットフィルターとして、波長270〜600 nmで透過帯を有し、波長700〜2,000 nmで不透過帯を有するものが望まれている。しかしながら、非特許文献１の方法を利用しても、この赤外カットフィルターの特性は得ることができない。
Alfred Thelen, " Multilayer Filters with Wide Transmittance Bands II", Journal of the Optical Society of America, vol. 63, pp. 65-68, (1973)

従って、本発明の目的は、波長270〜600 nmで透過帯を有し、波長700〜2,500 nmで不透過帯を有する赤外カットフィルター及びそれを用いた医療用内視鏡を提供することである。

上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、屈折率が異なる５種類の層A，B，C，D及びEを、基板側からABCDEDCBAの順に積層してなる基本周期を２回以上繰り返してなる長波長帯域カット多層膜が、最も長波長側の不透過帯域中心波長λに対して、λ/2〜λ/7の連続した波長域に透過帯域を有すること、及び屈折率が異なる５種類の層A，B，C，D及びEを、基板側からABCDEEDCBAの順に積層してなる基本周期を２回以上繰り返してなる長波長帯域カット多層膜が、最も長波長側の不透過帯域中心波長λに対して、λ/2〜λ/8の連続した波長域に透過帯域を有することを発見し、本発明に想到した。

即ち、本発明の第一の長波長帯域カット多層膜は、基板上に形成され、最も長波長側の不透過帯域中心波長λに対して、λ/2〜λ/7の連続した波長域に透過帯域を有することを特徴とする。

本発明の第二の長波長帯域カット多層膜は、基板上に形成された長波長帯域カット多層膜であって、最も長波長側の不透過帯域中心波長λに対して、λ/2〜λ/8の連続した波長域に透過帯域を有することを特徴とする。

本発明の第一の長波長帯域カット多層膜は、屈折率がそれぞれNa、Nb、Nc、Nd及びNe（ただしNa＜Nb＜Nc＜Nd＜Ne）である５種類の層A，B，C，D及びEを、各層の光学膜厚をλ/18で基板側からABCDEDCBAの順に積層してなる基本周期を２〜60回繰り返してなるのが好ましい。

本発明の第二の長波長帯域カット多層膜は、、屈折率がそれぞれNa、Nb、Nc、Nd及びNe（ただしNa＜Nb＜Nc＜Nd＜Ne）である５種類の層A，B，C，D及びEを、各層の光学膜厚をλ/20で基板側からABCDEEDCBAの順に積層してなる基本周期を２〜60回繰り返してなるのが好ましい。

前記屈折率Na、Nb、Nc、Nd及びNeは、
0.1≦(Nb−Na)/(Ne−Na)≦0.25、
0.3≦(Nc−Na)/(Ne−Na)≦0.55、及び
0.6≦(Nd−Na)/(Ne−Na)≦0.9
を満たすのが好ましい。

前記層AはAlF₃、NaF、CaF₂、LiF、MgF₂及びSiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、前記層BはSiO₂、CeF₃、DyF₃、YF₃及びAl₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、前記層CはAl₂O₃、LaF₃、NdF₃、MgO及びY₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、前記層DはMgO、Y₂O₃、HfO₂、ZrO₂、ZnO、SnO₂及びLa₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、前記層EはHfO₂、ZrO₂、CeO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZnS及びTiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなるのが好ましい。

前記層AはAlF₃、NaF、CaF₂、LiF、MgF₂及びSiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料aからなり、前記層EはHfO₂、ZrO₂、CeO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZnS及びTiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料eからなり、前記層B、C及びDは前記材料a及び前記材料eの組合せからなるのが好ましい。

前記長波長帯域カット多層膜を２種類以上組合せて、前記最も長波長側の不透過帯域幅を広げるのが好ましい。

本発明の第一の赤外カット多層膜は、前記長波長帯域カット多層膜構造を有し、波長400〜600 nmの領域で80％以上の透過率を有し、波長700〜2,500 nmの領域で5％以下の透過率を有することを特徴とする。

本発明の第二の赤外カット多層膜は、前記長波長帯域カット多層膜構造を有し、波長270〜600 nmの領域で80％以上の透過率を有し、波長700〜2,500 nmの領域で5％以下の透過率を有することを特徴とする。

本発明の光学素子は、前記赤外カット多層膜を使用したことを特徴とする。

本発明の光学フィルターは、前記赤外カット多層膜を使用したことを特徴とする。

本発明の医療用内視鏡は、前記光学素子及び／又は光学フィルターを使用したことを特徴とする。

本発明の長波長帯域カット多層膜は、同一波長の透過率をカットした場合に、短波長側透過波長帯域を従来にないほど広くすることができる。このため、広い波長帯域をカットする赤外カットフィルターや、紫外から可視域を透過する赤外カットフィルターとして好適である。また、紫外光を透過するため、蛍光分析等の分析装置や医療用内視鏡の照明系の赤外カットフィルターにも利用でき、非常に有用である。

[1] 長波長帯域カット多層膜
(1) 構成
本発明の、最も長波長側のカット帯域における中心波長λに対して1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7までの連続した反射帯域を抑えて透過させる第一の長波長帯域カット多層膜は、屈折率がそれぞれNa、Nb、Nc、Nd及びNe（ただしNa＜Nb＜Nc＜Nd＜Ne）である５種類の層A，B，C，D及びEを、各層の光学膜厚をλ/18で基板側からABCDEDCBAの順に積層してなる基本周期を２〜60回繰り返してなる。さらに基本周期を積層した上に、光学膜厚λ/18の層Aを形成するのが好ましい。

また本発明の、最も長波長側のカット帯域における中心波長λに対して1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8までの連続した反射帯域を抑えて透過させる第二の長波長帯域カット多層膜は、屈折率がそれぞれNa、Nb、Nc、Nd及びNe（ただしNa＜Nb＜Nc＜Nd＜Ne）である５種類の層A，B，C，D及びEを、各層の光学膜厚をλ/20で基板側からABCDEEDCBAの順に積層してなる基本周期を２〜60回繰り返してなる。さらに基本周期を積層した上に、光学膜厚λ/20の層Aを形成するのが好ましい。

第一又は第二の長波長帯域カット多層膜は、それぞれ基板側からABCDEDCBA又はABCDEEDCBAの順に積層してなる基本周期を２回以上繰り返すのが好ましく、５回以上繰り返すのがさらに好ましく、10回以上繰り返すのがより好ましい。これらの基本周期の繰り返しは多いほどよいが、透過率及び製造上の制限から、60回以下が好ましく、50回以下がさらに好ましく、40回以下がより好ましく、30回以下が最も好ましい。

第一又は第二の長波長帯域カット多層膜において、基本周期を積層した上に形成する層は、前記の光学膜厚λ/20の層Aに限らない。例えば、光学膜厚λ/20の層Aと光学膜厚λ/20の層Bの２層構成、光学膜厚λ/20の層Aと光学膜厚λ/20の層Bと光学膜厚λ/20の層Cの３層構成でもよい。

第一の長波長帯域カット多層膜の層A〜Eの光学膜厚は、最も長波長側のカット帯域における中心波長λの1/18であるのが好ましく、第二の長波長帯域カット多層膜の層A〜Eの光学膜厚は、最も長波長側のカット帯域における中心波長λの1/20であるのが好ましい。従って、層A〜Eの光学膜厚を調節することにより、所望の波長帯域の光をカットするフィルターを設計することができる。

第一又は第二の長波長帯域カット多層膜において、屈折率Na、Nb、Nc、Nd及びNeは、0.1≦(Nb−Na)/(Ne−Na)≦0.25、0.3≦(Nc−Na)/(Ne−Na)≦0.55、及び0.6≦(Nd−Na)/(Ne−Na)≦0.9を満たすのが好ましく、0.15≦(Nb−Na)/(Ne−Na)≦0.2、0.35≦(Nc−Na)/(Ne−Na)≦0.5、及び0.65≦(Nd−Na)/(Ne−Na)≦0.85を満たすのがより好ましい。

層Aの屈折率Naは好ましくは1.35〜1.49、より好ましくは1.37〜1.47であり、層Bの屈折率Nbは好ましくは1.44〜1.69、より好ましくは1.46〜1.67であり、層Cの屈折率Ncは好ましくは1.63〜1.93、より好ましくは1.65〜1.91であり、層Dの屈折率Ndは好ましくは1.68〜2.15、より好ましくは1.70〜2.13であり、層Eの屈折率Neは好ましくは2.00〜2.60、より好ましくは2.02〜2.58である。

(2) 材料
層AはAlF₃、NaF、CaF₂、LiF、MgF₂及びSiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、層BはSiO₂、CeF₃、DyF₃、YF₃及びAl₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、層CはAl₂O₃、LaF₃、NdF₃、MgO及びY₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、層DはMgO、Y₂O₃、HfO₂、ZrO₂、ZnO、SnO₂及びLa₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、層EはHfO₂、ZrO₂、CeO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZnS及びTiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなるのが好ましい。

また、層AがAlF₃、NaF、CaF₂、LiF、MgF₂及びSiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料aからなり、層EがHfO₂、ZrO₂、CeO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZnS及びTiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料eからなるとき、層B、C及びDは材料a及び材料eを組合せることにより形成しても良い。このとき、材料a及び材料eの使用比率を調節することにより、所望の屈折率を有する層B、C及びDを形成することができる。

(3)形成方法
各層は、既存の方法で形成することができる。例えば、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、化学蒸着法(CVD)等の気相成膜法（乾式めっき法）、湿式めっき法、ディップコーティング法、超音波ミストコーティング法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法及びインクジェットコーティング法が挙げられる。気相成膜法については、例えば、特開2001-59172号公報、特開2001-81548号公報に記載された方法を用いることができ、超音波ミストコーティング法については、特許3159780号等に記載されている方法等を用いることができる。特に真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ディップコーティング法、超音波ミストコーティング法、スプレーコーティング法及びスピンコーティング法を用いるのが好ましい。反射防止膜の全層を同一の方法で形成しても良いが、各層ごとに最適な方法を選んで使用してもよい。

(4)実施態様
最も長波長側のカット帯域における中心波長λに対して1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7までの連続した反射帯域を抑えて透過させる第一の長波長帯域カット多層膜、及び中心波長λに対して1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8までの連続した反射帯域を抑えて透過させる第二の長波長帯域カット多層膜の実施態様及び発明するに至った経緯について、従来例（非特許文献１）を参考に説明する。以下、最も長波長側のカット帯域の中心波長をλとし、基板の屈折率を1.50、媒質の屈折率を1.00とする。

(a)λの1/2、1/3の波長での反射帯域を抑制する例（従来例１）
それぞれ1.38、1.90及び2.30の屈折率を有する層A、B及びEを、各層の光学膜厚を(1/10)λとし、ABEBAの基本周期を10回繰り返した後に層Aを形成して得られた多層膜を有する長波長帯域カットフィルターの透過率を図２に示す。図の横軸は各波長をλで割った逆数である。

(b)λの1/2、1/3、1/4の波長での反射帯域を抑制する例（従来例２）
それぞれ1.38、1.78及び2.30の屈折率を有する層A、B及びEを、各層の光学膜厚を(1/12)λとし、ABEEBAの基本周期を10回繰り返した後に層Aを形成して得られた多層膜を有する長波長帯域カットフィルターの透過率を図３に示す。図の横軸は各波長をλで割った逆数である。

(c)λの1/2、1/3、1/4、1/5、1/6の波長での反射帯域を抑制する例（従来例３）
それぞれ1.38、1.67、2.06及び2.304の屈折率を有する層A、B、C及びEを、各層の光学膜厚を(1/16)λとし、ABCEECBAの基本周期を10回繰り返した後に層Aを形成して得られた多層膜を有する長波長帯域カットフィルターの透過率を図４に示す。図の横軸は各波長をλで割った逆数である。

以上の結果から推定すると、λの1/2、1/3、1/4、1/5の波長での反射帯域を抑制するためには、ABCECBAの基本周期を利用すれば良いことが推定できる。

(d)λの1/2、1/3、1/4、1/5の波長での反射帯域を抑制する例（従来例４）
それぞれ1.38、1.61、2.00及び2.30の屈折率を有する層A、B、C及びEを、各層の光学膜厚を(1/14)λとし、ABCECBAの基本周期を10回繰り返した後に層Aを形成して得られた多層膜を有する長波長帯域カットフィルターの透過率を図５に示す。図の横軸は各波長をλで割った逆数である。

以上は、非特許文献１の考え方を利用している。さらに拡張して、λの1/2、1/3、1/4、1/5、λ/6、λ/7の波長での反射帯域を抑制するためには、5つの屈折率の異なる材料A、B、C、D及びEを用いて、基本周期ABCDEDCBAを利用すれば良いのではないかと考えた。屈折率と光学膜厚をパラメターとして調べた結果、以下の例が見つかった。

(e)λの1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7の波長での反射帯域を抑制する例（本発明例１）
それぞれ1.38、1.54、1.81、2.10及び2.305の屈折率を有する層A、B、C、D及びEを、各層の光学膜厚を(1/18)λとし、ABCDEDCBAの基本周期を10回繰り返した後に層Aを形成して得られた多層膜を有する長波長帯域カットフィルターの透過率を図６に示す。図の横軸は各波長をλで割った逆数である。

更に同様の考えで調べた結果、以下の例が見つかった。
(f)λの1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8の波長での反射帯域を抑制する例（本発明例２）
それぞれ1.38、1.55、1.80、2.10及び2.305の屈折率を有する層A、B、C、D及びEを、各層の光学膜厚を(1/20)λとし、ABCDEEDCBAの基本周期を10回繰り返した後に層Aを形成して得られた多層膜を有する長波長帯域カットフィルターの透過率を図７に示す。図の横軸は各波長をλで割った逆数である

図２〜図７から、５種類の異なる屈折率を有する層を用いて(e)又は(f)で例示した基本周期を繰り返すことで、従来よりも広い透過帯域が得られることが分った。さらに、最も長波長側のカット帯域の中心波長λが異なる複数の長波長帯域カットフィルターを組合せることにより、非常に広い透過帯域、及び非常に広い不透過帯域を有する赤外カットフィルターを形成することが可能である。

例えば、層A、B、C、D及びEを形成する材料として、紫外域で透明なMgF₂(屈折率1.38)、YF₃(屈折率1.50)、MgO(屈折率1.70)、Y₂O₃(屈折率1.90)、ZrO₂(屈折率2.05)を利用することで、紫外〜可視域である波長270〜600 nmで透過し、波長700〜2,500 nmをカットする広帯域赤外カットフィルターが形成できる。

[2]基板
基板としては、レンズ、プリズム、フィルター、光学ファイバー、ブラウン管等が挙げられる。基板の構成材料としては、光学ガラス、合成石英、水晶、アルミナ結晶、LiNbO₃結晶、KTP結晶、YAG結晶、BBO結晶、LBO結晶等の各種無機材料や、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂等の各種樹脂材料が挙げられる。

基板３は、波長400〜800 nmにおける屈折率が1.38〜2.43であるのが好ましく1.40〜2.41であるのがより好ましい。

[3]光学部品
本発明の長波長帯域カット多層膜を前述の基板に施すことにより、紫外〜可視域で透過し、赤外領域をカットする光学素子及び広帯域赤外カットフィルターが形成できる。こられの光学素子及び光学フィルターは、医療用内視鏡に好適である。

以下実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１
合成石英（屈折率1.474）の平板基板（直径50 mm、厚さ１ mm）上に、層A、B、C、D及びEを構成する材料としてそれぞれMgF₂（屈折率1.38）、YF₃（屈折率1.50）、MgO（屈折率1.70）、Y₂O₃（屈折率1.90）及びZrO₂（屈折率2.05）を使用し、各層の光学膜厚を(1/18)λ（λ＝2,325 nm）として、真空蒸着法によりABCDEDCBAの基本周期を10回繰り返し積層した後に層Aを１回積層し、本発明の第一の長波長帯域カット多層膜を形成し、赤外カットフィルターを得た。その分光透過率を図８に示す。

実施例２
層A〜Eの各光学膜厚を(1/20)λ（λ＝2,325 nm）として、基本周期をABCDEEDCBAとした以外実施例１と同様にして本発明の第二の長波長帯域カット多層膜を形成し、赤外カットフィルターを得た。その分光透過率を図９に示す。

実施例３
層Cを構成する材料をMgF₂とZrO₂の３層等価膜（屈折率1.70）に置き換えた以外実施例２と同様にして本発明の第二の長波長帯域カット多層膜を形成し、赤外カットフィルターを得た。その分光透過率を図10に示す。

実施例４
合成石英（屈折率1.474）の平板基板（直径50 mm、厚さ１ mm）上に、層A、B、C、D及びEを構成する材料としてそれぞれ実施例１で用いたものと同じ材料を使用して、(a)各層の光学膜厚(1/20)λ₁（λ₁＝2,325 nm）で、真空蒸着法によりABCDEEDCBAの基本周期を10回積層（スタック１）した後、その上に(b)各層の光学膜厚のみを(1/20)λ₂（λ₂＝1,916 nm）に変更してABCDEDCBAの基本周期をさらに10回積層（スタック２）した。さらにその上に、各層の光学膜厚のみ(c)(1/20)λ₃（λ₃＝1,579 nm）、(d)(1/20)λ₄（λ₄＝1,301 nm）、(e)(1/20)λ₅（λ₅＝1,072 nm）、(f)(1/20)λ₆（λ₆＝884 nm）、及び(g)(1/20)λ₇（λ₇＝728 nm）に順次変更したABCDEEDCBAの基本周期をそれぞれ10回ずつ積層（スタック３〜７）し、合計７種類のスタックを積み重ねた後、さらに層Aを１回積層し長波長帯域カット多層膜を形成し、赤外カットフィルターを得た。その分光透過率を図11に示す。

実施例５
合成石英（屈折率1.474）の平板基板（直径50 mm、厚さ１ mm）上に、層A、B、C、D及びEを構成する材料としてそれぞれ実施例１で用いたものと同じ材料を使用して、(a)各層の光学膜厚(1/20)λ₁（λ₁＝2,325 nm）で、真空蒸着法によりABCDEEDCBAの基本周期を10回積層（スタック１）した後、その上に(b)各層の光学膜厚のみを(1/20)λ₂（λ₂＝1,916 nm）に変更してABCDEDCBAの基本周期をさらに10回積層（スタック２）した。さらにその上に、各層の光学膜厚のみ(c)(1/20)λ₃（λ₃＝1,579 nm）、(d)(1/20)λ₄（λ₄＝1,301 nm）及び(e)(1/20)λ₅（λ₅＝1,072 nm）に順次変更したABCDEEDCBAの基本周期をそれぞれ10回ずつ積層（スタック３〜５）し、合計５種類のスタックを積み重ねた後、さらに層Aを１回積層した。さらに基板の反対側にMgF₂(屈折率1.38、光学膜厚193〜236nm)の層とZnS(屈折率2.30、光学膜厚188〜230nm)の層の28層膜を真空蒸着法により形成し、さらにMgF₂(屈折率1.38、光学膜厚115nm)の最終層を真空蒸着法により形成し、基板の一面に本発明の長波長帯域カット多層膜を有し、他面に従来の多層膜を有する赤外カットフィルターを得た。従来の多層膜におけるそれぞれの光学膜厚は所望分光透過率になるように膜計算シミュレーションにて決定した。その分光透過率を図12に示す。

比較例１
Alfred Thelenによって提案されている非特許文献１に記載の多層膜を、層A、B、C及びEを構成する材料としてそれぞれSiO₂(屈折率1.46)、Al₂O₃(屈折率1.68)、ZrO₂(屈折率2.05)及びZnS(屈折率2.30)を使用し、各層の光学膜厚を(1/16)λ（λ=2,325 nm）として、ABCEECBAの基本周期を10回積層した以外実施例１と同様にして作製し、赤外カットフィルターを得た。その分光透過率を図13に示す。

比較例２
MgF₂(屈折率1.38、光学膜厚193〜236nm)の層とZnS(屈折率2.30、光学膜厚188〜230nm)の層の28層膜を真空蒸着法により形成し、さらにMgF₂(屈折率1.38、光学膜厚115nm)の最終層を真空蒸着法により形成し、従来の２材料からなる多層膜を形成し、赤外カットフィルターを得た。それぞれの光学膜厚は所望分光透過率になるように膜計算シミュレーションにて決定した。その分光透過率を図14に示す。

実施例１及び２は比較例１に対して、同一波長の赤外光をカットした場合の短波長側の透過波長域が広いことが分る。実施例４及び５は、比較例２に比べて赤外カット波長域が非常に広いことが分る。

実施例１〜４は基板片面に多層膜を形成した例であるが、実施例５のように本発明の多層膜スタックを基板の片面に他の片面に従来の多層膜を分割して配置しても良いし、本発明の多層膜を基板の両面に分割して配置しても良い。またレンズ、プリズム、回折素子等の光学素子に直接本発明の多層膜を形成しても良い。

以上実施例で示したように、本発明の長波長帯域カット多層膜を用いた光学素子は、蛍光分析等の機能を持つ医療用内視鏡等の照明系に適用した場合に、非常に有用である。

医療用内視鏡の照明光学系の一例を示す模式図である。 従来例１の長波長帯域カットフィルターの透過率を表すグラフである。 従来例２の長波長帯域カットフィルターの透過率を表すグラフである。 従来例３の長波長帯域カットフィルターの透過率を表すグラフである。 従来例４の長波長帯域カットフィルターの透過率を表すグラフである。 本発明例１の赤外カットフィルターの透過率を表すグラフである。 本発明例２の長波長帯域カットフィルターの透過率を表すグラフである。 実施例１の赤外カットフィルターの透過率を表すグラフである。 実施例２の赤外カットフィルターの透過率を表すグラフである。 実施例３の赤外カットフィルターの透過率を表すグラフである。 実施例４の赤外カットフィルターの透過率を表すグラフである。 実施例５の赤外カットフィルターの透過率を表すグラフである。 比較例１の赤外カットフィルターの透過率を表すグラフである。 比較例２の赤外カットフィルターの透過率を表すグラフである。

符号の説明

１ 照明光源
２ 赤外カットフィルター
３ 集光レンズ
４ ライトガイド
５ 入射端面

Claims (13)

1. 基板上に形成された長波長帯域カット多層膜であって、最も長波長側の不透過帯域中心波長λに対して、λ/2〜λ/7の連続した波長域に透過帯域を有することを特徴とする長波長帯域カット多層膜。
2. 基板上に形成された長波長帯域カット多層膜であって、最も長波長側の不透過帯域中心波長λに対して、λ/2〜λ/8の連続した波長域に透過帯域を有することを特徴とする長波長帯域カット多層膜。
3. 請求項１に記載の長波長帯域カット多層膜において、屈折率がそれぞれNa、Nb、Nc、Nd及びNe（ただしNa＜Nb＜Nc＜Nd＜Ne）である５種類の層A，B，C，D及びEを、各層の光学膜厚をλ/18で基板側からABCDEDCBAの順に積層してなる基本周期を２〜60回繰り返してなることを特徴とする長波長帯域カット多層膜。
4. 請求項２に記載の長波長帯域カット多層膜において、屈折率がそれぞれNa、Nb、Nc、Nd及びNe（ただしNa＜Nb＜Nc＜Nd＜Ne）である５種類の層A，B，C，D及びEを、各層の光学膜厚をλ/20で基板側からABCDEEDCBAの順に積層してなる基本周期を２〜60回繰り返してなることを特徴とする長波長帯域カット多層膜。
5. 請求項３又は４に記載の長波長帯域カット多層膜において、前記屈折率Na、Nb、Nc、Nd及びNeが、
   0.1≦(Nb−Na)/(Ne−Na)≦0.25、
   0.3≦(Nc−Na)/(Ne−Na)≦0.55、及び
   0.6≦(Nd−Na)/(Ne−Na)≦0.9
   を満たすことを特徴とする長波長帯域カット多層膜。
6. 請求項３〜５のいずれかに記載の長波長帯域カット多層膜において、前記層AがAlF₃、NaF、CaF₂、LiF、MgF₂及びSiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、前記層BがSiO₂、CeF₃、DyF₃、YF₃及びAl₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、前記層CがAl₂O₃、LaF₃、NdF₃、MgO及びY₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、前記層DがMgO、Y₂O₃、HfO₂、ZrO₂、ZnO、SnO₂及びLa₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなり、前記層EがHfO₂、ZrO₂、CeO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZnS及びTiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料からなることを特徴とする長波長帯域カット多層膜。
7. 請求項３〜５のいずれかに記載の長波長帯域カット多層膜において、前記層AがAlF₃、NaF、CaF₂、LiF、MgF₂及びSiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料aからなり、前記層EがHfO₂、ZrO₂、CeO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZnS及びTiO₂からなる群から選ばれた少なくとも１種の材料eからなり、層B、C及びDが前記材料a及び前記材料eの組合せからなることを特徴とする長波長帯域カット多層膜。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の長波長帯域カット多層膜を２種類以上組合せて、前記最も長波長側の不透過帯域幅を広げたことを特徴とする長波長帯域カット多層膜。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の長波長帯域カット多層膜構造を有する赤外カット多層膜であって、波長400〜600 nmの領域で80％以上の透過率を有し、波長700〜2,500 nmの領域で5％以下の透過率を有することを特徴とする赤外カット多層膜。
10. 請求項１〜８のいずれかに記載の長波長帯域カット多層膜構造を有する赤外カット多層膜であって、波長270〜600 nmの領域で80％以上の透過率を有し、波長700〜2,500 nmの領域で5％以下の透過率を有することを特徴とする赤外カット多層膜。
11. 請求項９又は10に記載の赤外カット多層膜を使用したことを特徴とする光学素子。
12. 請求項９又は10に記載の赤外カット多層膜を使用したことを特徴とする光学フィルター。
13. 請求項11又は12に記載の光学素子及び／又は光学フィルターを使用したことを特徴とする医療用内視鏡。

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