JP2602035B2 - 帯域透過光学フィルター - Google Patents
帯域透過光学フィルターInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、赤外線吸収による熱的効果を利用する熱型
検出素子を検出器とした分析計に用いられる光学用の帯
域透過（バンドパス）フィルター、詳しくは、基板と、
光学膜厚が所望の透過中心波長の1/4とされた高屈折率
材料層および低屈折率材料層とを重畳した多層膜と、少
なくともひとつの調整層とから成る帯域透過光学フィル
ターに関する。
検出素子を検出器とした分析計に用いられる光学用の帯
域透過（バンドパス）フィルター、詳しくは、基板と、
光学膜厚が所望の透過中心波長の1/4とされた高屈折率
材料層および低屈折率材料層とを重畳した多層膜と、少
なくともひとつの調整層とから成る帯域透過光学フィル
ターに関する。
この種の帯域透過光学フィルターとしては、従来か
ら、例えば特願昭59−54661号等において本発明者らが
既に提案しているように、基板の材料としてサファイヤ
（Al2O3）または石英（SiO2）を、多層膜の高屈折率材
料層としてゲルマニウム（Ge）を、そして、前記多層膜
の低屈折率材料層として一酸化珪素（SiO）を用いると
共に、それら基板と多層膜との間に、外側の二層が前記
低屈折率材料層と同様に一酸化珪素（SiO）で、そし
て、内側の一層が前記高屈折率材料層と同様にゲルマニ
ウム（Ge）で構成された対称な三層等価膜から成る調整
層を介装することによって、非常に優れた分光特性を有
する（ただし、透過中心波長が５μｍ以下の場合）と共
に、基板と調整層ならびに基板と多層膜との間の結合性
も良く、しかも、比較的簡素でかつ再現性良く安定に製
作できるものが開発されている。
ら、例えば特願昭59−54661号等において本発明者らが
既に提案しているように、基板の材料としてサファイヤ
（Al2O3）または石英（SiO2）を、多層膜の高屈折率材
料層としてゲルマニウム（Ge）を、そして、前記多層膜
の低屈折率材料層として一酸化珪素（SiO）を用いると
共に、それら基板と多層膜との間に、外側の二層が前記
低屈折率材料層と同様に一酸化珪素（SiO）で、そし
て、内側の一層が前記高屈折率材料層と同様にゲルマニ
ウム（Ge）で構成された対称な三層等価膜から成る調整
層を介装することによって、非常に優れた分光特性を有
する（ただし、透過中心波長が５μｍ以下の場合）と共
に、基板と調整層ならびに基板と多層膜との間の結合性
も良く、しかも、比較的簡素でかつ再現性良く安定に製
作できるものが開発されている。
ところが、かかる従来構成の帯域透過光学フィルター
は、上記のように透過中心波長が５μｍ以下の場合にお
いてのみ有効なもの（５μｍ以上はSiOに吸収がある）
であって、例えば非分散型赤外線分析計などに用いる場
合には非常に好適であるが、例えばそれ自体では波長選
択性を有しない熱型焦電素子（パイロ）を使用した煙道
分析計などの場合には、透過中心波長が５μｍ以上の範
囲において優れた分光特性を有することが要求されるた
め、その利用には供し得なかった。また、調整層を対称
な三層等価膜で構成するための設計製作が非常に困難で
あるという問題もあった。
は、上記のように透過中心波長が５μｍ以下の場合にお
いてのみ有効なもの（５μｍ以上はSiOに吸収がある）
であって、例えば非分散型赤外線分析計などに用いる場
合には非常に好適であるが、例えばそれ自体では波長選
択性を有しない熱型焦電素子（パイロ）を使用した煙道
分析計などの場合には、透過中心波長が５μｍ以上の範
囲において優れた分光特性を有することが要求されるた
め、その利用には供し得なかった。また、調整層を対称
な三層等価膜で構成するための設計製作が非常に困難で
あるという問題もあった。
そこで、本発明者らは、幾多の基礎的研究の結果、前
記基板の材料としてシリコン（Si）を、前記高屈折率材
料層としてゲルマニウム（Ge:これをＨで表す）を、そ
して、前記低屈折率材料層として硫化亜鉛（ZnS:これを
Ｌで表す）を用いると共に、 タイプ−Ｉとして、 Si‖LHL（LHLHLHL）LH なる全体構造を有する帯域透過光学フィルターを、そし
て、タイプ−IIとして、 Si‖LHL（LHLHLHL）2LH なる全体構造を有する帯域透過光学フィルターを先ず案
出し、現在、上記夫々のタイプのものに対する理論的考
察ならびに試作実験を終了している。
記基板の材料としてシリコン（Si）を、前記高屈折率材
料層としてゲルマニウム（Ge:これをＨで表す）を、そ
して、前記低屈折率材料層として硫化亜鉛（ZnS:これを
Ｌで表す）を用いると共に、 タイプ−Ｉとして、 Si‖LHL（LHLHLHL）LH なる全体構造を有する帯域透過光学フィルターを、そし
て、タイプ−IIとして、 Si‖LHL（LHLHLHL）2LH なる全体構造を有する帯域透過光学フィルターを先ず案
出し、現在、上記夫々のタイプのものに対する理論的考
察ならびに試作実験を終了している。
さて、上記のように案出された先行技術に係るふたつ
のタイプの構成の帯域透過光学フィルターに対する理論
的考察ならびに試作試験によれば、次のような結果が得
られている。
のタイプの構成の帯域透過光学フィルターに対する理論
的考察ならびに試作試験によれば、次のような結果が得
られている。
即ち、前者のタイプ−Ｉのものは、かなり困難ではあ
るけれども何とか再現性を有する製作が可能ではあるも
のの、その分光特性については、第５図に示した理論的
に得られるグラフから明らかなように、透過中心波長が
５μｍ以上の範囲における分光特性が理論上十分に発揮
されてはいるが、多層膜の全膜数が比較的少ないことに
起因してスソａ′…での急峻性（立ち下がり・立ち上が
り特性）に劣るという欠点がある。
るけれども何とか再現性を有する製作が可能ではあるも
のの、その分光特性については、第５図に示した理論的
に得られるグラフから明らかなように、透過中心波長が
５μｍ以上の範囲における分光特性が理論上十分に発揮
されてはいるが、多層膜の全膜数が比較的少ないことに
起因してスソａ′…での急峻性（立ち下がり・立ち上が
り特性）に劣るという欠点がある。
一方、後者のタイプ−IIのものは、第６図に示した理
論的に得られるグラフから明らかなように、透過中心波
長が５μｍ以上の範囲における分光特性がやはり理論上
十分に発揮されていると共に、多層膜の全膜数が比較的
多いことからスソａ′…での急峻性（立ち下がり・立ち
上がり特性）に優れた特性が理論上得られるものの、現
在の技術では量産した場合、製作に要する条件を厳密に
維持になければ、再現性のある製作が殆ど不可能で実用
性に乏しいという欠点がある。
論的に得られるグラフから明らかなように、透過中心波
長が５μｍ以上の範囲における分光特性がやはり理論上
十分に発揮されていると共に、多層膜の全膜数が比較的
多いことからスソａ′…での急峻性（立ち下がり・立ち
上がり特性）に優れた特性が理論上得られるものの、現
在の技術では量産した場合、製作に要する条件を厳密に
維持になければ、再現性のある製作が殆ど不可能で実用
性に乏しいという欠点がある。
つまり、透過中心波長が５μｍ以上の範囲において十
分な分光特性を発揮させるためには、多層膜の全膜数を
できるだけ多くすると共に、その多層膜における低屈折
率材料層として、従来の一酸化珪素（SiO）の代わりに
硫化亜鉛（ZnS）を用いるのが有効であることが確認さ
れたけれども、その硫化亜鉛（ZnS）は、真空蒸着等に
よる膜形成時における付着係数が非常に不安定であるた
め、蒸着環境温度の制御ならびに理論的な屈折率および
膜厚の実現が非常に困難であることが判明した。
分な分光特性を発揮させるためには、多層膜の全膜数を
できるだけ多くすると共に、その多層膜における低屈折
率材料層として、従来の一酸化珪素（SiO）の代わりに
硫化亜鉛（ZnS）を用いるのが有効であることが確認さ
れたけれども、その硫化亜鉛（ZnS）は、真空蒸着等に
よる膜形成時における付着係数が非常に不安定であるた
め、蒸着環境温度の制御ならびに理論的な屈折率および
膜厚の実現が非常に困難であることが判明した。
この点について、本発明者らは、上記タイプ−Ｉおよ
びタイプ−IIの実例から種々の考察を試みたところ、 前者の何とか再現性を有する製作が可能なタイプ−Ｉ
のものでは不安定な硫化亜鉛層（ZnS:L）の個数が比較
的少ないのに対し、後者の再現性のある製作が殆ど不可
能なタイプ−IIのものでは不安定な硫化亜鉛層（ZnS:
L）の個数が非常に多いという事実、 ならびに、次に記す詳細構造式、 〔タイプ−Ｉ〕 Si‖LHLLHLHLHLLＨ 〔タイプ−II〕 Si‖LHLLHLHLHLLHLHLHLLＨ において夫々アンダーラインで示すように、何れのタイ
プのものにおいても、低屈折率材料層が連続する所謂LL
キャビティー（ただし、タイプ−Ｉのものでは２箇所，
タイプ−IIのものでは３箇所）を有しているという事
実、 に気付き、その結果、不安定な硫化亜鉛層（ZnS:L）の
個数の大小は勿論、とりわけ上記のようなLLキャビティ
ーの存在およびその個数の大小が、このような透過中心
波長が５μｍ以上の範囲において有効な帯域透過光学フ
ィルターにおける再現性ある製作の困難性、ならびに、
その分光特性におけるスソの急峻性（立ち下がり・立ち
上がり特性）の劣化に大きく影響する原因であろうと推
測した。
びタイプ−IIの実例から種々の考察を試みたところ、 前者の何とか再現性を有する製作が可能なタイプ−Ｉ
のものでは不安定な硫化亜鉛層（ZnS:L）の個数が比較
的少ないのに対し、後者の再現性のある製作が殆ど不可
能なタイプ−IIのものでは不安定な硫化亜鉛層（ZnS:
L）の個数が非常に多いという事実、 ならびに、次に記す詳細構造式、 〔タイプ−Ｉ〕 Si‖LHLLHLHLHLLＨ 〔タイプ−II〕 Si‖LHLLHLHLHLLHLHLHLLＨ において夫々アンダーラインで示すように、何れのタイ
プのものにおいても、低屈折率材料層が連続する所謂LL
キャビティー（ただし、タイプ−Ｉのものでは２箇所，
タイプ−IIのものでは３箇所）を有しているという事
実、 に気付き、その結果、不安定な硫化亜鉛層（ZnS:L）の
個数の大小は勿論、とりわけ上記のようなLLキャビティ
ーの存在およびその個数の大小が、このような透過中心
波長が５μｍ以上の範囲において有効な帯域透過光学フ
ィルターにおける再現性ある製作の困難性、ならびに、
その分光特性におけるスソの急峻性（立ち下がり・立ち
上がり特性）の劣化に大きく影響する原因であろうと推
測した。
本発明は、上記実情および上記考察に基く予測に鑑み
てなされたものであって、その目的は、多層膜の全膜数
をできるだけ多くしながらも、低屈折率材料層である不
安定な硫化亜鉛層（ZnS:L）をなるべく少なくすると共
に、それが連続するLLキャビティーを有しない可及的に
シンプルな構造にすることによって、再現性の良い設計
製作を容易に行えると共に、透過中心波長が５μｍ以上
の範囲において十分に有効で、しかも、スソの急峻性
（立ち下がり・立ち上がり特性）にも極めて優れた分光
特性を発揮し得る帯域透過光学フィルターを提供せんと
することにある。
てなされたものであって、その目的は、多層膜の全膜数
をできるだけ多くしながらも、低屈折率材料層である不
安定な硫化亜鉛層（ZnS:L）をなるべく少なくすると共
に、それが連続するLLキャビティーを有しない可及的に
シンプルな構造にすることによって、再現性の良い設計
製作を容易に行えると共に、透過中心波長が５μｍ以上
の範囲において十分に有効で、しかも、スソの急峻性
（立ち下がり・立ち上がり特性）にも極めて優れた分光
特性を発揮し得る帯域透過光学フィルターを提供せんと
することにある。
かかる目的を達成するために、本発明による帯域透過
光学フィルターは、その基本構成として、赤外線吸収に
よる熱的効果を利用する熱型検出素子を検出器とした分
析計に用いられ、基板と、所望の波長帯域は透過させ、
それ以外の波長帯域は反射させるよう光学膜厚が所望の
透過中心波長の1/4とされた高屈折率材料層および低屈
折率材料層とを重畳した多層膜と、積層構造を備えた少
なくともひとつの調整層とから成り、かつ、この調整層
を、前記多層膜の内側である前記基板と多層膜間および
／または前記多層膜の外側に設けてある帯域透過光学フ
ィルターであって、前記基板をシリコン（Si）で、前記
高屈折率材料層をゲルマニウム（Ge:これをＨで表す）
で、そして、前記低屈折率材料層を硫化亜鉛（ZnS:これ
をＬで表す）で構成し、かつ、前記調整層の積層構造を
前記高屈折率材料層と同様のゲルマニウム（Ge）および
前記低屈折率材料層と同様の硫化亜鉛（ZnS）との組み
合わせで構成すると共に、前記調整層の各膜の光学膜厚
を前記所望の透過中心波長の1/4とは異ならせて等価膜
でないように構成し、更に、前記高屈折率材料層および
低屈折率材料層を重畳した前記多層膜の全膜数を可及的
に多くしながら、そのフィルターの全体構造中に前記高
屈折率材料層が連続するHHキャビティーが存在し、か
つ、前記低屈折率材料層が連続するLLキャビティーが存
在しないように、しかも前記高屈折率材料層で始まり前
記高屈折率材料層で終わるよう構成してあり、透過中心
波長が５μｍ以上の範囲において優れた分光特性を有す
る、という特徴がある。
光学フィルターは、その基本構成として、赤外線吸収に
よる熱的効果を利用する熱型検出素子を検出器とした分
析計に用いられ、基板と、所望の波長帯域は透過させ、
それ以外の波長帯域は反射させるよう光学膜厚が所望の
透過中心波長の1/4とされた高屈折率材料層および低屈
折率材料層とを重畳した多層膜と、積層構造を備えた少
なくともひとつの調整層とから成り、かつ、この調整層
を、前記多層膜の内側である前記基板と多層膜間および
／または前記多層膜の外側に設けてある帯域透過光学フ
ィルターであって、前記基板をシリコン（Si）で、前記
高屈折率材料層をゲルマニウム（Ge:これをＨで表す）
で、そして、前記低屈折率材料層を硫化亜鉛（ZnS:これ
をＬで表す）で構成し、かつ、前記調整層の積層構造を
前記高屈折率材料層と同様のゲルマニウム（Ge）および
前記低屈折率材料層と同様の硫化亜鉛（ZnS）との組み
合わせで構成すると共に、前記調整層の各膜の光学膜厚
を前記所望の透過中心波長の1/4とは異ならせて等価膜
でないように構成し、更に、前記高屈折率材料層および
低屈折率材料層を重畳した前記多層膜の全膜数を可及的
に多くしながら、そのフィルターの全体構造中に前記高
屈折率材料層が連続するHHキャビティーが存在し、か
つ、前記低屈折率材料層が連続するLLキャビティーが存
在しないように、しかも前記高屈折率材料層で始まり前
記高屈折率材料層で終わるよう構成してあり、透過中心
波長が５μｍ以上の範囲において優れた分光特性を有す
る、という特徴がある。
上記特徴構成により発揮される作用は下記の通りであ
る。
る。
即ち、上記本発明による帯域透過光学フィルターによ
れば、後述する具体的実施例の記載からも一層明らかと
なるところであるが、透過中心波長が５μｍ以上の範囲
における分光特性が理論上十分に発揮されることは勿
論、スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）に
極めて優れた特性が理論上十分に期待できるように、ゲ
ルマニウム（Ge:H）から成る高屈折率材料層と硫化亜鉛
（ZnS:L）から成る低屈折率材料層とを重畳した多層膜
の全膜数を、前述のタイプ−IIのものよりも更に多くし
ながらも、その全膜数の割には不安定な硫化亜鉛層（Zn
S:L）を非常に少なくすることができると共に、不安定
な硫化亜鉛層（ZnS:L）が連続するLLキャビティーが存
在せず、その代わりに極めて安定なゲルマニウム層（G
e:H）が連続する所謂HHキャビティーを有する構造にし
てあるため、非常に容易に且つ再現性良くその製作を行
うことが可能になった。
れば、後述する具体的実施例の記載からも一層明らかと
なるところであるが、透過中心波長が５μｍ以上の範囲
における分光特性が理論上十分に発揮されることは勿
論、スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）に
極めて優れた特性が理論上十分に期待できるように、ゲ
ルマニウム（Ge:H）から成る高屈折率材料層と硫化亜鉛
（ZnS:L）から成る低屈折率材料層とを重畳した多層膜
の全膜数を、前述のタイプ−IIのものよりも更に多くし
ながらも、その全膜数の割には不安定な硫化亜鉛層（Zn
S:L）を非常に少なくすることができると共に、不安定
な硫化亜鉛層（ZnS:L）が連続するLLキャビティーが存
在せず、その代わりに極めて安定なゲルマニウム層（G
e:H）が連続する所謂HHキャビティーを有する構造にし
てあるため、非常に容易に且つ再現性良くその製作を行
うことが可能になった。
なお、上記した十分かつ極めて優れた分光特性｛特
に、スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性｝、
および、容易で再現性の良い製作性という両利点は勿
論、調整層を従来のように対称な等価等ではなく全体と
して非等価屈折率を有するように構成することが、特に
スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）の向上
に極めて有効であると共に膜構造の設計製作を非常に容
易ならしめる利点を有することが、複数回に亘る試作実
験等によって確認されている。
に、スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性｝、
および、容易で再現性の良い製作性という両利点は勿
論、調整層を従来のように対称な等価等ではなく全体と
して非等価屈折率を有するように構成することが、特に
スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）の向上
に極めて有効であると共に膜構造の設計製作を非常に容
易ならしめる利点を有することが、複数回に亘る試作実
験等によって確認されている。
以下、本発明に係る帯域透過光学フィルターの実施例
を図面（第１図ないし第３図）に基いて説明する。
を図面（第１図ないし第３図）に基いて説明する。
第１図の模式的構造図に示すように、シリコン（Si）
から成る基板１上に、三層構造の非等価調整層（以下、
調整層という）３および多層膜２を、その調整層３を基
板１と多層膜２との間に介在させる状態で形成して、透
過中心波長が５μｍ以上の範囲において利用可能な分光
特性を有する帯域透過光学フィルターを構成してある。
から成る基板１上に、三層構造の非等価調整層（以下、
調整層という）３および多層膜２を、その調整層３を基
板１と多層膜２との間に介在させる状態で形成して、透
過中心波長が５μｍ以上の範囲において利用可能な分光
特性を有する帯域透過光学フィルターを構成してある。
前記多層膜２は、ゲルマニウム（Ge）から成り光学膜
厚が所望の透過中心波長λｃの1/4とされた高屈折率材
料層2A…と、硫化亜鉛（ZnS）から成りやはり光学膜厚
が所望の透過中心波長λｃの1/4とされた低屈折率材料
層2B…とを、真空蒸着法等により交互に重畳して構成さ
れている。
厚が所望の透過中心波長λｃの1/4とされた高屈折率材
料層2A…と、硫化亜鉛（ZnS）から成りやはり光学膜厚
が所望の透過中心波長λｃの1/4とされた低屈折率材料
層2B…とを、真空蒸着法等により交互に重畳して構成さ
れている。
また、前記調整層３は三層構造とされ、その最内側の
第一層3Aは前記高屈折率材料層2Aと同様にゲルマニウム
（Ge）で構成され、また、その中間の第二層3Bは前記低
屈折率材料層2Bと同様に硫化亜鉛（ZnS）で構成され、
また、その最外側の第三層3Cは前記高屈折率材料層2Aと
同様にゲルマニウム（Ge）で構成されている。ただし、
各層3A,3B,3Cの各光学膜厚は所望の透過中心波長λｃの
1/4とは異なる値とされ、その調整膜３全体として等価
膜でないように構成されている。
第一層3Aは前記高屈折率材料層2Aと同様にゲルマニウム
（Ge）で構成され、また、その中間の第二層3Bは前記低
屈折率材料層2Bと同様に硫化亜鉛（ZnS）で構成され、
また、その最外側の第三層3Cは前記高屈折率材料層2Aと
同様にゲルマニウム（Ge）で構成されている。ただし、
各層3A,3B,3Cの各光学膜厚は所望の透過中心波長λｃの
1/4とは異なる値とされ、その調整膜３全体として等価
膜でないように構成されている。
即ち、高屈折率層としてのゲルマニウム（Ge）層の理
論１単位（光学膜厚が所望の透過中心波長λｃの1/4）
をH,低屈折率層としての硫化亜鉛（ZnS）層の理論１単
位（光学膜厚が所望の透過中心波長λｃの1/4）をＬで
表せば、上記第１図に示した構造の帯域透過光学フィル
ターは、 Si‖aHbLcHHLH（HLHLHLH）HH（HLHLHLH）2H なる基本構造式で表される全体構造を有するように構成
されている。ここに、Siが前記基板１に相当し、また、
aHbLcHが前記調整層３に相当し、また、残りのHHLH（HL
HLHLH）HH（HLHLHLH）2Hが前記多層膜２に相当する。つ
まり、形成層自体に注目してより具体的に書けば、この
帯域透過光学フィルターは、 Si‖aH/bL/cHH/L/HH/L/H/L/H/L/HHHH/L/H/L/H/L/HH/L/H
/L/H/L/HH ＝aH（）/bL（）／（ｃ＋１）Ｈ（）/L（）/2H
（）/L（）/H（）/L（）/H（）/L（/4H
（）/L（）/H（）/L（）/H（）/L（）/2H
（）/L（）/H（）/L（）/H（）/L（）/2H
（） のように、層〜層の計23層のゲルマニウム（Ge）層
および硫化亜鉛（ZnS）層を交互に重畳した形態となっ
ている。
論１単位（光学膜厚が所望の透過中心波長λｃの1/4）
をH,低屈折率層としての硫化亜鉛（ZnS）層の理論１単
位（光学膜厚が所望の透過中心波長λｃの1/4）をＬで
表せば、上記第１図に示した構造の帯域透過光学フィル
ターは、 Si‖aHbLcHHLH（HLHLHLH）HH（HLHLHLH）2H なる基本構造式で表される全体構造を有するように構成
されている。ここに、Siが前記基板１に相当し、また、
aHbLcHが前記調整層３に相当し、また、残りのHHLH（HL
HLHLH）HH（HLHLHLH）2Hが前記多層膜２に相当する。つ
まり、形成層自体に注目してより具体的に書けば、この
帯域透過光学フィルターは、 Si‖aH/bL/cHH/L/HH/L/H/L/H/L/HHHH/L/H/L/H/L/HH/L/H
/L/H/L/HH ＝aH（）/bL（）／（ｃ＋１）Ｈ（）/L（）/2H
（）/L（）/H（）/L（）/H（）/L（/4H
（）/L（）/H（）/L（）/H（）/L（）/2H
（）/L（）/H（）/L（）/H（）/L（）/2H
（） のように、層〜層の計23層のゲルマニウム（Ge）層
および硫化亜鉛（ZnS）層を交互に重畳した形態となっ
ている。
なお、後者の具体的構造式におけるアンダーラインの
部分は、第１図における2C…部分に相当し、夫々、高屈
折率層としてのゲルマニウム（Ge:H）層が連続するHHキ
ャビティーを表している。また、前者の基本構造式にお
けるアンダーラインの部分は、第１図における2D部分に
相当し、リップル発生を低減させるためのデカップリン
グ層を表している。
部分は、第１図における2C…部分に相当し、夫々、高屈
折率層としてのゲルマニウム（Ge:H）層が連続するHHキ
ャビティーを表している。また、前者の基本構造式にお
けるアンダーラインの部分は、第１図における2D部分に
相当し、リップル発生を低減させるためのデカップリン
グ層を表している。
ところで、前記調整層aHbLcHにおけるa,b,cは、夫々
の層の理論光学膜厚（所望の透過中心波長λｃの1/4）
の何倍にするかを設定する係数であり、これら係数a,b,
cは、優れた分光特性を発揮し得るように、等価膜理論
による計算結果を参考にしながら、試作実験等により試
行錯誤的に決定されるものである。
の層の理論光学膜厚（所望の透過中心波長λｃの1/4）
の何倍にするかを設定する係数であり、これら係数a,b,
cは、優れた分光特性を発揮し得るように、等価膜理論
による計算結果を参考にしながら、試作実験等により試
行錯誤的に決定されるものである。
上記のような構造を有する帯域透過光学フィルターの
一例として、 所望の透過中心波長λｃ＝5.25μｍ ａ≒0.691 ｂ≒0.300 ｃ≒0.448 である帯域透過光学フィルターの調整層３および多層膜
２を設計すると、各層の光学膜厚（4ndで表す）および
屈折率（ｎで表す）は、次のようになる。
一例として、 所望の透過中心波長λｃ＝5.25μｍ ａ≒0.691 ｂ≒0.300 ｃ≒0.448 である帯域透過光学フィルターの調整層３および多層膜
２を設計すると、各層の光学膜厚（4ndで表す）および
屈折率（ｎで表す）は、次のようになる。
さて、上記のような構造を有する帯域透過光学フィル
ターを、複数回に亘って試作すると共にその分光特性を
調べる実験を行った結果、多層膜の全膜数を非常に多く
しているにも拘わらず、不安定な硫化亜鉛層（ZnS:L）
を比較的少なく抑えていると共に、前述のように不安定
なLLキャビティーの代わりに極めて安定なHHキャビティ
ーを有する構造としたことにより、その製作を非常に容
易に且つ再現性良く行うことが可能であり、また、第２
図に示した理論的に得られるグラフ、および、それを裏
付ける第３図に示す実験結果のグラフから明らかなよう
に、透過中心波長が５μｍ以上の範囲における分光特性
が十分に発揮されることは勿論、スソａ′…での急峻性
（立ち下がり・立ち上がり特性）も極めて優れた分光特
性が再現性良く発揮されることが確認された。
ターを、複数回に亘って試作すると共にその分光特性を
調べる実験を行った結果、多層膜の全膜数を非常に多く
しているにも拘わらず、不安定な硫化亜鉛層（ZnS:L）
を比較的少なく抑えていると共に、前述のように不安定
なLLキャビティーの代わりに極めて安定なHHキャビティ
ーを有する構造としたことにより、その製作を非常に容
易に且つ再現性良く行うことが可能であり、また、第２
図に示した理論的に得られるグラフ、および、それを裏
付ける第３図に示す実験結果のグラフから明らかなよう
に、透過中心波長が５μｍ以上の範囲における分光特性
が十分に発揮されることは勿論、スソａ′…での急峻性
（立ち下がり・立ち上がり特性）も極めて優れた分光特
性が再現性良く発揮されることが確認された。
従って、上記構造の帯域透過光学フィルターは、比較
的容易にかつ再現性良く設計製作できると共に、従来は
不可能とされていた透過中心波長が５μｍ以上の範囲に
おける十分かつ優れた分光特性｛特にスソでの急峻性
（立ち下がり・立ち上がり特性）｝を実現でき、もっ
て、かかる特性を要求される分野、例えば熱型焦電素子
（パイロ）を使用した煙道分析計などに好適に利用する
ことができる。
的容易にかつ再現性良く設計製作できると共に、従来は
不可能とされていた透過中心波長が５μｍ以上の範囲に
おける十分かつ優れた分光特性｛特にスソでの急峻性
（立ち下がり・立ち上がり特性）｝を実現でき、もっ
て、かかる特性を要求される分野、例えば熱型焦電素子
（パイロ）を使用した煙道分析計などに好適に利用する
ことができる。
ところで、第４図は、上記本発明に係る構造を有する
帯域透過光学フィルターと、後述する比較例Ｙ（調整層
３を有しないもの）と、前述の先行技術に係るタイプ−
IIのもの（調整層３を有しないと共にLLキャビティーを
有する）Ｚとについて、夫々の分光特性を、特にスソで
の急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）を比較対照す
るために描かれたグラフであって、この図を見れば、本
発明に係る構造を有する帯域透過光学フィルターのスソ
での急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）が如何に優
れているが、一目瞭然に理解できる。
帯域透過光学フィルターと、後述する比較例Ｙ（調整層
３を有しないもの）と、前述の先行技術に係るタイプ−
IIのもの（調整層３を有しないと共にLLキャビティーを
有する）Ｚとについて、夫々の分光特性を、特にスソで
の急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）を比較対照す
るために描かれたグラフであって、この図を見れば、本
発明に係る構造を有する帯域透過光学フィルターのスソ
での急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）が如何に優
れているが、一目瞭然に理解できる。
なお、前記比較例Ｙに係る帯域透過光学フィルターと
は、 シリコン（Si）から成る基板上に、ゲルマニウム（G
e:H）から成り光学膜厚が所望の透過中心波長λｃの1/4
とされた高屈折率材料層2A…と、硫化亜鉛（ZnS:L）か
ら成りやはり光学膜厚が所望の透過中心波長λｃの1/4
とされた低屈折率材料2B…とを重畳した多層膜を形成し
て、 Si‖HLH（HLHLHLH）2H なる全体構造を有するように構成されたものであって、
上記本発明に係る帯域透過光学フィルターとは、調整層
を有しない点で大きく異なっているものである。
は、 シリコン（Si）から成る基板上に、ゲルマニウム（G
e:H）から成り光学膜厚が所望の透過中心波長λｃの1/4
とされた高屈折率材料層2A…と、硫化亜鉛（ZnS:L）か
ら成りやはり光学膜厚が所望の透過中心波長λｃの1/4
とされた低屈折率材料2B…とを重畳した多層膜を形成し
て、 Si‖HLH（HLHLHLH）2H なる全体構造を有するように構成されたものであって、
上記本発明に係る帯域透過光学フィルターとは、調整層
を有しない点で大きく異なっているものである。
このことから、本発明に係る帯域透過光学フィルター
における非等価調整層の存在が、その分光特性における
スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性｝の向上
に大きく貢献していることが明らかであろう。
における非等価調整層の存在が、その分光特性における
スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性｝の向上
に大きく貢献していることが明らかであろう。
なお、上記の実施例においては、基板１と多層膜２と
の間にひとつの調整層３を介在させた構造のものを示し
たが、その調整層３の位置は特に限定されるものでは無
く、例えば多層膜２の外側に形成してもよいし、また、
その調整層３の個数もひとつに限定されるものでは無
く、例えば２個設けてもよい。更に、上記の実施例にお
いては、前記非等価調整層を三層構造で非対称形（ａ≠
ｃ）のものに形成したものを示したが、対称形にしても
よい。
の間にひとつの調整層３を介在させた構造のものを示し
たが、その調整層３の位置は特に限定されるものでは無
く、例えば多層膜２の外側に形成してもよいし、また、
その調整層３の個数もひとつに限定されるものでは無
く、例えば２個設けてもよい。更に、上記の実施例にお
いては、前記非等価調整層を三層構造で非対称形（ａ≠
ｃ）のものに形成したものを示したが、対称形にしても
よい。
以上詳述したところから明らかなように、本発明に係
る帯域透過光学フィルターは、その基本構成として、赤
外線吸収による熱的効果を利用する熱型検出素子を検出
器とした分析計に用いられ、基板と、所望の波長帯域は
透過させ、それ以外の波長帯域は反射させるよう光学膜
厚が所望の透過中心波長の1/4とされた高屈折率材料層
および低屈折率材料層とを重畳した多層膜と、積層構造
を備えた少なくともひとつの調整層とから成り、かつ、
この調整層を、前記多層膜の内側である前記基板と多層
膜間および／または前記多層膜の外側に設けてある帯域
透過光学フィルターであって、前記基板をシリコン（S
i）で、前記高屈折率材料層をゲルマニウムで、そし
て、前記低屈折率材料層を硫化亜鉛で構成し、かつ、前
記調整層の積層構造を前記高屈折率材料層と同様のゲル
マニウム（Ge）および前記低屈折率材料層と同様の硫化
亜鉛（ZnS）との組み合わせで構成すると共に、前記調
整層の各膜の光学膜厚を前記所望の透過中心波長の1/4
とは異ならせて等価膜でないように構成し、更に、前記
高屈折率材料層および低屈折率材料層を重畳した前記多
層膜の全膜数を可及的に多くしながら、そのフィルター
の全体構造中に前記高屈折率材料層が連続するHHキャビ
ティーが存在し、かつ、前記低屈折率材料層が連続する
LLキャビティーが存在しないように、しかも前記高屈折
率材料層で始まり前記高屈折率材料層で終わるよう構成
してあり、透過中心波長が５μｍ以上の範囲において優
れた分光特性を有することにより、以下の効果を奏す
る。
る帯域透過光学フィルターは、その基本構成として、赤
外線吸収による熱的効果を利用する熱型検出素子を検出
器とした分析計に用いられ、基板と、所望の波長帯域は
透過させ、それ以外の波長帯域は反射させるよう光学膜
厚が所望の透過中心波長の1/4とされた高屈折率材料層
および低屈折率材料層とを重畳した多層膜と、積層構造
を備えた少なくともひとつの調整層とから成り、かつ、
この調整層を、前記多層膜の内側である前記基板と多層
膜間および／または前記多層膜の外側に設けてある帯域
透過光学フィルターであって、前記基板をシリコン（S
i）で、前記高屈折率材料層をゲルマニウムで、そし
て、前記低屈折率材料層を硫化亜鉛で構成し、かつ、前
記調整層の積層構造を前記高屈折率材料層と同様のゲル
マニウム（Ge）および前記低屈折率材料層と同様の硫化
亜鉛（ZnS）との組み合わせで構成すると共に、前記調
整層の各膜の光学膜厚を前記所望の透過中心波長の1/4
とは異ならせて等価膜でないように構成し、更に、前記
高屈折率材料層および低屈折率材料層を重畳した前記多
層膜の全膜数を可及的に多くしながら、そのフィルター
の全体構造中に前記高屈折率材料層が連続するHHキャビ
ティーが存在し、かつ、前記低屈折率材料層が連続する
LLキャビティーが存在しないように、しかも前記高屈折
率材料層で始まり前記高屈折率材料層で終わるよう構成
してあり、透過中心波長が５μｍ以上の範囲において優
れた分光特性を有することにより、以下の効果を奏す
る。
ゲルマニウムから成り、光学膜厚が所望の透過中心
波長の1/4とされた高屈折率材料層と、硫化亜鉛からな
成り、やはり光学膜厚が所望の透過中心波長の1/4とさ
れた低屈折率材料層とを重畳した多層膜の全膜数を非常
に多くしても、その全膜数の割には不安定（真空蒸着等
による膜形成時における付着係数が非常に不安定である
ために、蒸着環境温度の制御ならびに理論的な屈折率お
よび膜厚の実現が非常に困難であった）な硫化亜鉛層
（Ｌ層）を非常に少なくすることができ、かつ、不安定
なＬ層が連続するLLキャビティーが存在せずその代わり
に極めて安定なゲルマニウム層（Ｈ層）が連続する所謂
HHキャビティーを有する構造にできるため、非常に容易
に且つ再現性良くその設計および製作を行える。
波長の1/4とされた高屈折率材料層と、硫化亜鉛からな
成り、やはり光学膜厚が所望の透過中心波長の1/4とさ
れた低屈折率材料層とを重畳した多層膜の全膜数を非常
に多くしても、その全膜数の割には不安定（真空蒸着等
による膜形成時における付着係数が非常に不安定である
ために、蒸着環境温度の制御ならびに理論的な屈折率お
よび膜厚の実現が非常に困難であった）な硫化亜鉛層
（Ｌ層）を非常に少なくすることができ、かつ、不安定
なＬ層が連続するLLキャビティーが存在せずその代わり
に極めて安定なゲルマニウム層（Ｈ層）が連続する所謂
HHキャビティーを有する構造にできるため、非常に容易
に且つ再現性良くその設計および製作を行える。
つまり、透過中心波長が５μｍ以上の範囲における分
光特性が十分に発揮されるためには、下記の（イ），
（ロ）の条件が必要である。
光特性が十分に発揮されるためには、下記の（イ），
（ロ）の条件が必要である。
（イ）多層膜の全膜数を非常に多くすること。
（ロ）従来の一酸化珪素（SiO）の代わりに硫化亜鉛層
を低屈折率材料層として用いること。
を低屈折率材料層として用いること。
ところが、硫化亜鉛層（Ｌ層）は不安定なので、本願
発明では、Ｌ層を少なくするためにLLキャビティーを無
くし、代わりにHHキャビティーを有する全体構造にして
いる。
発明では、Ｌ層を少なくするためにLLキャビティーを無
くし、代わりにHHキャビティーを有する全体構造にして
いる。
よって、本発明では、設計および製作が容易で、か
つ、スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）も
極めて優れた透過中心波長が５μｍ以上の範囲における
分光特性が十分に発揮される帯域透過光学フィルターを
得ることができる。
つ、スソでの急峻性（立ち下がり・立ち上がり特性）も
極めて優れた透過中心波長が５μｍ以上の範囲における
分光特性が十分に発揮される帯域透過光学フィルターを
得ることができる。
特に、本発明では、調整層の各膜の光学膜厚を前記
所望の透過中心波長の1/4とは異ならせて等価膜でない
ように構成しているので、フィルターにおけるこの非等
価調整層の存在が、その分光特性におけるスソでの急峻
性の向上に大きく貢献できる。
所望の透過中心波長の1/4とは異ならせて等価膜でない
ように構成しているので、フィルターにおけるこの非等
価調整層の存在が、その分光特性におけるスソでの急峻
性の向上に大きく貢献できる。
従って、本発明のフィルターが、赤外線吸収による
熱的効果を利用する熱型検出素子を検出器とした分析計
に適用される上で高性能を発揮する上に、透過中心波長
が５μｍ以上の範囲において優れた分光特性を有するの
で、特にそれ自体では波長選択性を有しない熱型焦電素
子（パイロ）を用いて安価に製作できると共に高性能を
発揮し得る煙道分析計（NO,H2Oなどの計測）等のガス分
析計を構成する場合に極めて好適に利用することができ
る、という優れた効果が発揮される。
熱的効果を利用する熱型検出素子を検出器とした分析計
に適用される上で高性能を発揮する上に、透過中心波長
が５μｍ以上の範囲において優れた分光特性を有するの
で、特にそれ自体では波長選択性を有しない熱型焦電素
子（パイロ）を用いて安価に製作できると共に高性能を
発揮し得る煙道分析計（NO,H2Oなどの計測）等のガス分
析計を構成する場合に極めて好適に利用することができ
る、という優れた効果が発揮される。
第１図〜第４図は、本発明に係る帯域透過光学フィルタ
ーの具体的な一実施例を説明するためのものであって、
第１図は一部を省略した全体模式的構造図示し、第２図
はその理論的分光特性を示すグラフであり、第３図はそ
の分光特性の実験結果を示すグラフであり、そして、第
４図は本実施例に係る帯域透過光学フィルターの分光特
性と他の構造に係る帯域透過光学フィルターの分光特性
とを比較対照したグラフを示している。 また、第５図および第６図は、本発明の技術的背景を説
明するためのものであって、第５図は先行技術に係るタ
イプ−Ｉの帯域透過光学フィルターの理論的分光特性を
示すグラフ、そして、第６図は先行技術に係るタイプ−
IIの帯域透過光学フィルターの理論的分光特性を示すグ
ラフを夫々示している。 １……基板、 ２……多層膜、 2A……ゲルマニウム（Ge）から成る高屈折率材料層、 2B……硫化亜鉛（ZnS）から成る低屈折率材料層、 2C……HHキャビティー、 ３……非等価調整層（調整層）、 3A……Geの第一層、 3B……ZnSの第二層、 3C……Geの第三層。
ーの具体的な一実施例を説明するためのものであって、
第１図は一部を省略した全体模式的構造図示し、第２図
はその理論的分光特性を示すグラフであり、第３図はそ
の分光特性の実験結果を示すグラフであり、そして、第
４図は本実施例に係る帯域透過光学フィルターの分光特
性と他の構造に係る帯域透過光学フィルターの分光特性
とを比較対照したグラフを示している。 また、第５図および第６図は、本発明の技術的背景を説
明するためのものであって、第５図は先行技術に係るタ
イプ−Ｉの帯域透過光学フィルターの理論的分光特性を
示すグラフ、そして、第６図は先行技術に係るタイプ−
IIの帯域透過光学フィルターの理論的分光特性を示すグ
ラフを夫々示している。 １……基板、 ２……多層膜、 2A……ゲルマニウム（Ge）から成る高屈折率材料層、 2B……硫化亜鉛（ZnS）から成る低屈折率材料層、 2C……HHキャビティー、 ３……非等価調整層（調整層）、 3A……Geの第一層、 3B……ZnSの第二層、 3C……Geの第三層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−262101（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−111205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−107306（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−198504（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−118645（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】赤外線吸収による熱的効果を利用する熱型
検出素子を検出器とした分析計に用いられ、基板と、所
望の波長帯域は透過させ、それ以外の波長帯域は反射さ
せるよう光学膜厚が所望の透過中心波長の1/4とされた
高屈折率材料層および低屈折率材料層とを重畳した多層
膜と、積層構造を備えた少なくともひとつの調整層とか
ら成り、かつ、この調整層を、前記多層膜の内側である
前記基板と多層膜間および／または前記多層膜の外側に
設けてある帯域透過光学フィルターであって、前記基板
をシリコン（Si）で、前記高屈折率材料層をゲルマニウ
ム（Ge:これをＨで表す）で、そして、前記低屈折率材
料層を硫化亜鉛（ZnS:これをＬで表す）で構成し、か
つ、前記調整層の積層構造を前記高屈折率材料層と同様
のゲルマニウム（Ge）および前記低屈折率材料層と同様
の硫化亜鉛（ZnS）との組み合わせで構成すると共に、
前記調整層の各膜の光学膜厚を前記所望の透過中心波長
の1/4とは異ならせて等価膜でないように構成し、更
に、前記高屈折率材料層および低屈折率材料層を重畳し
た前記多層膜の全膜数を可及的に多くしながら、そのフ
ィルターの全体構造中に前記高屈折率材料層が連続する
HHキャビティーが存在し、かつ、前記低屈折率材料層が
連続するLLキャビティーが存在しないように、しかも前
記高屈折率材料層で始まり前記高屈折率材料層で終わる
よう構成してあり、透過中心波長が５μｍ以上の範囲に
おいて優れた分光特性を有することを特徴とする帯域透
過光学フィルター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62267488A JP2602035B2 (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 帯域透過光学フィルター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62267488A JP2602035B2 (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 帯域透過光学フィルター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01108504A JPH01108504A (ja) | 1989-04-25 |
| JP2602035B2 true JP2602035B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=17445545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62267488A Expired - Fee Related JP2602035B2 (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 帯域透過光学フィルター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2602035B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7442082B2 (ja) | 2019-02-08 | 2024-03-04 | 学校法人法政大学 | 光学ミラー |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4438226B2 (ja) | 1998-10-21 | 2010-03-24 | 住友電気工業株式会社 | 多孔質ガラス母材製造装置及び製造方法 |
| JP4800710B2 (ja) * | 2005-08-29 | 2011-10-26 | 株式会社リコー | 光学フィルタ及び光学フィルタの製造方法 |
| JP2008085232A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Casio Comput Co Ltd | 液晶表示装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53118645U (ja) * | 1977-02-28 | 1978-09-20 | ||
| JPS59107306A (ja) * | 1982-12-11 | 1984-06-21 | Minolta Camera Co Ltd | 電子写真における露光用フイルタ |
| JPH0718961B2 (ja) * | 1984-03-21 | 1995-03-06 | 株式会社堀場製作所 | 帯域透過フィルタ |
| JPS60262101A (ja) * | 1984-06-09 | 1985-12-25 | Horiba Ltd | 水分計用多層膜干渉フイルタ |
| JPS62111205A (ja) * | 1985-11-09 | 1987-05-22 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 特性変化のない光学薄膜 |
-
1987
- 1987-10-21 JP JP62267488A patent/JP2602035B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7442082B2 (ja) | 2019-02-08 | 2024-03-04 | 学校法人法政大学 | 光学ミラー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01108504A (ja) | 1989-04-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |