JP3166115B2 - フィルタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源からの合成光を選
択して透過するためのフィルタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばリスフィルムに形成された色ごと
の原画の内容を、分光感度を有するカラー感光材料に投
影して露光する場合、色ごとの原画に対応して照明光の
波長も選択する必要がある。この場合、露光波長を選択
するために、例えば白色光源と狭帯域干渉フィルタとが
用いられる。光源と感光材料との間に狭帯域干渉フィル
タを配置して用いることにより、光源から感光材料に達
する特定波長の光を選択することができる。

【０００３】露光装置において、狭帯域干渉フィルタを
用いる場合、フィルタへ垂直入射する光について必要な
透過スペクトルに基づき、フィルタ光学薄膜の設計を行
うことが多い。露光装置内においてフィルタに入射する
垂直光しか存在しないのであれば、これで問題はない
が、フィルタに斜めに入射する光が存在する場合は、そ
の斜め入射光については設計と異なる透過スペクトルと
なり、斜め透過スペクトルは垂直透過スペクトルより短
い波長を含んでいる。また、バンドパスフィルタであれ
ば、設計より短波の光が透過してしまうことになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】感光材料が分光感度を
有し、各感度波長が近接している場合、上記構成では下
記問題がある。特定感光層を露光するための特定波長を
選択するためにフィルタに入射した光のうち、垂直に入
射した光は波長が変わらずにそのまま透過して特定感光
層を露光するが、フィルタに斜めに入射した光は、斜め
透過後に特定波長よりわずかに短波長になっており、こ
の短波長の光が他の近接した感度の感光層を露光してし
まう。したがって、露光装置により特定の感光層を露光
する際に、フィルタに斜め入射して透過した光は他の感
光層を不所望に露光してしまい、露光のクロストークが
生じて正確な露光が行われず、画像再現性が低下すると
いう問題がある。

【０００５】本発明の目的は、上記従来の問題を解決す
ることにあり、フィルタに特定角度以外で入射した光を
感光材料に対して遮断し、フィルタ透過後の波長が一定
になるフィルタ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記構成により達成される。 （１） 特定角度で入射して透過するスペクトルのピー
ク波長が実質的に等しく、前記特定角度と異なる角度で
入射して透過するスペクトルのピークシフト量が異なる
複数の狭帯域干渉フィルタを、前記特定角度で入射して
透過する前記ピーク波長に対して透明な基板に層設して
なるフィルタ装置。

【０００７】（２） 垂直入射して透過するスペクトル
のピーク波長が実質的に等しく、斜め入射して透過する
スペクトルのピークシフト量が異なる複数の狭帯域干渉
フィルタを、垂直入射して透過する前記ピーク波長に対
して透明な基板に層設してなるフィルタ装置。

【０００８】複数の狭帯域干渉フィルタを基板に層設す
るには、基板の対向両面に層設してもよく、基板の片面
に層設してもよい。また、複数の基板に少なくとも１つ
の狭帯域干渉フィルタを層設して、これらを更に重ね合
わせてもよい。ピークシフト量の異なる狭帯域干渉フィ
ルタは層設する数が多いほど、目的波長の選択透過効果
が大きい。

【０００９】図１に２つの狭帯域干渉フィルタの透過ス
ペクトルを示す。図１において、横軸は波長（ｎｍ）
で、縦軸は透過率（％）である。２つの狭帯域干渉フィ
ルタにおける、特定入射角度の一例として垂直入射した
光の透過スペクトル（ａ）と斜め入射した光の透過スペ
クトル（ｂ）を示す。

【００１０】（ａ）に示すように、２つの狭帯域干渉フ
ィルタに垂直入射して透過したスペクトルのピークはｘ
ｎｍで等しく、したがって２つの狭帯域干渉フィルタを
積層したフィルタ装置に垂直入射した光はそのままフィ
ルタ装置を透過し、合成スペクトルは変化しない。

【００１１】（ｂ）に示すように、斜め入射した光は垂
直入射して透過したスペクトルのピークが短波長方向に
シフトする。等しい斜め入射角度における、それぞれの
狭帯域干渉フィルタのピークシフト量が異なることか
ら、一方のフィルタに斜め入射して透過する波長はｙｎ
ｍであり、他方のフィルタに斜め入射して透過する波長
はｚｎｍであり、ｙｎｍとｚｎｍは等しくないことか
ら、一方のフィルタを斜めに透過したｙｎｍの光は、他
方のフィルタに斜めに入射してもこの他方のフィルタを
透過しない。

【００１２】したがって、これら２つのフィルタに斜め
に入射して透過した光の合成スペクトルはほぼゼロに近
く、フィルタ装置に斜めに入射した光はフィルタ装置を
透過せずに遮断される。このように、上記フィルタ装置
は、垂直入射する光を透過させて斜め入射する光を遮断
することが可能であるが、垂直でない特定角度で入射す
る光を基準にフィルタ装置を設計することにより、垂直
でない特定角度で入射した光を透過させてこの特定角度
と異なる角度で入射する光を遮断することもできる。

【００１３】すなわち、垂直入射でない特定角度で入射
して透過するスペクトルのピーク波長が実質的に等し
く、この特定角度と異なる角度で入射して透過するスペ
クトルのピーク波長が異なる複数の狭帯域干渉フィルタ
を用いてフィルタ装置を構成することにより、特定の斜
め入射光を選択して透過させることができる。例えば、
２枚の基板上に狭帯域干渉フィルタを配置し、２枚の基
板を平行でない状態に配置してフィルタ装置を構成した
場合が、この構成に相当する。また、例えば基板の対向
両面に狭帯域干渉フィルタを配置する場合でも、基板の
対向両面が平行になっておらずくさび形になっていると
きの構成も、上記構成に相当する。

【００１４】本発明における狭帯域干渉フィルタとして
は、例えば酸化物薄膜、フッ化物薄膜を複数積層した構
成の、光の干渉を生じさせるものを用いることができ
る。また、狭帯域干渉フィルタとしては、液晶セルを複
数積層して各液晶セルに電場を印加して光を屈折させて
干渉を生じさせるものを用いることができる。

【００１５】本発明においてピーク波長が実質的に等し
いとは、ピーク波長差が±２％以内であることを意味す
る。ピーク波長が実質的に等しければ、該等しい波長の
垂直入射した光は、複数の狭帯域干渉フィルタを透過す
ることができる。複数の狭帯域干渉フィルタのピークシ
フト量の差が小さいと透過光のピークの半値幅が低くな
るので、ピークシフト量の差は大きいほど好ましい。ピ
ークシフト量の差は、６０°で２％以上であることが好
ましい。

【００１６】特定角度で入射して透過するスペクトルの
ピーク波長が実質的に等しく、この特定角度と異なる角
度で入射して透過するスペクトルのピークシフト量が異
なる複数の狭帯域干渉フィルタを設計するには、まず透
過スペクトルのピーク波長となる目的波長を設定する。
次いで、この目的波長に基づいて、屈折による干渉を生
じさせる複数の屈折層を設計する。屈折層の設計では、
目的波長に基づいて、層数、層の材質、層の厚さを設計
する。屈折層はそれぞれ屈折率が異なり、高屈折率層と
低屈折率層とが交互に積層されるようにする。各屈折層
の屈折率は材質と厚さにより設定され、これは公知の手
法（H.A.Macleod 著「光学薄膜」、日刊工業新聞社刊、
１９８９年、第４７頁〜５１頁参照）により算出するこ
とができる。この計算を実施するためには、例えばSoft
ware Spectra, Inc.(USA) 製のソフトTFCalc(Thin Film
Calculations)を用いることができる。

【００１７】各層の厚さは、目的波長のλ／４ｎのｍ倍
（ｎは材料の屈折率、ｍは正整数）近辺の値となる。層
数が増えると、スペクトルの半値幅も小さくなり、層数
が多いほど狭帯域の干渉フィルタとなる。また層数が多
いほど、入射角に対するピークシフト量が多くなる。

【００１８】屈折層として用いられる材料の例とそれを
用いるときの屈折率を下に示す。 低屈折材料 フッ化カルシウム 屈折率１．２〜
１．３ 酸化シリコン 屈折率１．４〜２．０ 酸化アルミニウム 屈折率１．５〜１．７ フッ化マグネシウム 屈折率１．３〜１．４ 高屈折材料 二酸化ハフニウム 屈折率２．０〜
２．１ 五酸化タンタル 屈折率２．１〜２．２ 二酸化チタン 屈折率２．２〜２．７ 二酸化ジルコニウム 屈折率２．０〜２．１ なお、上記屈折率は、成膜方法、成膜条件、波長に応じ
て変化する。上記材料は単なる例であり、他の同機能の
材料も用いることができる。

【００１９】

【作用】複数の狭帯域干渉フィルタの、特定角度で入射
した光の透過スペクトルのピークが実質的に等しけれ
ば、該ピーク波長に相当する光は、特定角度で入射する
ことにより透過する。また、この特定角度と異なる角度
で入射して透過した光のスペクトルのピークは、各狭帯
域干渉フィルタで異なるので、最初の狭帯域干渉フィル
タに特定角度と異なる角度で入射して透過した光は、次
の狭帯域干渉フィルタを透過することはできない。した
がって、フィルタ装置は特定角度と異なる角度で入射し
た光を確実に遮断し、特定角度で入射した目的波長だけ
を確実に透過させることができ、分光感度を有する感光
材料の特定感光層を目的波長で露光するときに、異なる
感光層間でのクロストークが防止されることから、他の
感光層がカブルことはなく、正確な露光を行うことがで
きる。

【００２０】本発明のフィルタ装置は、上記のような分
光感度を有する感光材料の露光に有効であるが、垂直入
射を始めとする特定角度の入射光のみ透過させるフィル
タとして、どのような使い方も可能である。また、この
ようなフィルタ装置を拡散面光源と集光レンズとの間に
配置して用いることにより、面光源からの光を選択的に
透過させて、ほぼ点状に集光することができる。

【００２１】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。フィルタ装置は、図２に示す多層構成であ
る。狭帯域干渉フィルタ１、３は透明ガラス基板５の両
面、すなわち入射側面と出射側面に設けられる。第１の
狭帯域干渉フィルタ（以下、第１のフィルタという）１
の構成を表１に示し、第２の狭帯域干渉フィルタ（以
下、第２のフィルタという）３の構成を表２に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】第１のフィルタ１及び第２のフィルタ３
は、共に９層構成である。第１層、第３層、第５層、第
７層、第９層は高屈折率であるように酸化チタンからな
る。第２層、第４層、第６層、第８層は低屈折率である
ようにフッ化マグネシウムからなる。各層の厚さ及びＱ
ＷＯＴ（１／４波長光学膜厚）は、目的波長を透過する
ために最適化された結果、表記の通りになっている。前
記表中、第１層目がガラス基板側であり、このことは以
下の表についても同じである。

【００２５】図３は第１のフィルタ１の垂直入射光の分
光透過率であり、図４は第２のフィルタ３の垂直入射光
の分光透過率である。第１のフィルタ１の分光透過率は
４００ｎｍにピークがある。第２のフィルタ３の分光透
過率は３５９ｎｍ、３８０ｎｍ、４００ｎｍ、４２８ｎ
ｍにピークがある。２つのフィルタ１、３は垂直入射光
に対しては４００ｎｍにピークを有するので、４００ｎ
ｍの垂直入射光を透過させることができる。しかし、第
１のフィルタ１は４００ｎｍ以外にピークがないので、
第１のフィルタ１は４００ｎｍ近傍の垂直入射波長以外
は透過させず、したがって、４００ｎｍ近傍以外の垂直
入射波長は第２のフィルタ３に到達しない。したがっ
て、第２のフィルタ３が４００ｎｍ以外にピークがあっ
ても、第２のフィルタ３の出射側から４００ｎｍ近傍以
外の垂直入射光が出射されることはない。

【００２６】図５、図６、図７は２つのフィルタ１、３
を透明ガラス基板５の両面に備えたフィルタ装置におけ
る、合成スペクトルの角度依存性を表し、図５は入射角
度０°（垂直入射）、図６は入射角度１５°、図７は入
射角度３０°でのスペクトルである。図５に示すよう
に、垂直入射光の透過スペクトルは波長４００ｎｍと波
長３２０ｎｍにピークを有し、波長４００ｎｍでは透過
率が９０％近い。

【００２７】図６に示すように、１５°で斜め入射した
光の透過スペクトルは波長３９０ｎｍと波長３１０ｎｍ
にピークを有し、垂直入射光よりもピークが短波長に１
０ｎｍほどシフトし、波長３９０ｎｍでは透過率が４０
％強と大幅に低下している。

【００２８】図７に示すように、３０°で斜め入射した
光の透過スペクトルは波長３１０ｎｍに透過率５０％強
の大きなピークを有するものの、他の波長ではほとんど
ピークがない。したがって、波長４００ｎｍとその近傍
に分光感度を有する感光材料に合成光により露光する場
合は、合成光を射出する光源と感光材料との間に上記構
成のフィルタ装置を配置することにより、波長４００ｎ
ｍに感度を有する感光層だけを正確に露光することがで
きる。

【００２９】なお上記の場合、波長３００ｎｍ〜３２０
ｎｍの辺りに不要な波長のピークが生じている。場合に
よっては、この不要な波長のピークが感光材料の露光等
の目的とする処理に悪影響を及ぼすこともある。そこ
で、この不要な波長のピークによる影響をなくすため
に、目的波長の光を透過し不要な波長の光をカットする
別のフィルタを、光源とフィルタ装置との間に配置して
併用することが好ましい。この種のフィルタとしては、
例えばバンドパスフィルタを用いることができる。この
場合、斜め入射光に対しても目的波長を透過する必要が
あるので、このためには上記フィルタ装置よりも広い半
値幅のフィルタが適している。また、不要波長を遮断す
るためには、光吸収型のフィルタを用いる方が適してい
る場合もある。

【００３０】次に、各フィルタ１、３の層数を１３層に
増やしたフィルタ装置について説明する。第１のフィル
タ１の構成を表３に示し、第２のフィルタ３の構成を表
４に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】第１のフィルタ１及び第２のフィルタ３
は、共に１３層構成である。第１層、第３層、第５層、
第７層、第９層、第１１層、第１３層は、高屈折率であ
るように酸化チタンからなる。第２層、第４層、第６
層、第８層は低屈折率であるようにフッ化マグネシウム
からなる。各層の厚さ及びＱＷＯＴ（１／４波長光学膜
厚）は、目的波長を透過するために最適化された結果、
表記の通りになっている。

【００３４】このフィルタ装置の入射角に応じた透過分
光特性を図８〜図１０に示す。図８に示すように、垂直
入射した光に対してはスペクトル幅がわずかに広くなっ
た。また、図９及び図１０に示すように、斜め入射した
光に対してはピーク波長の透過率が低下し、斜め入射光
に対する遮断性が良いことがわかる。このフィルタ装置
の場合も、波長３００ｎｍ〜３４０ｎｍの辺りに不要な
ピークがあるので、前述と同様に、必要に応じて波長３
００ｎｍ〜３４０ｎｍの光を遮断するフィルタを併用す
ることが好ましい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、入射角依存性がありか
つピークシフト量が異なる２つのフィルタを積層したフ
ィルタ装置は、特定角度で入射した光のみを透過し、こ
の特定角度と異なる角度で入射した光を透過させない。
したがって、フィルタ装置を透過した光は波長が一定で
あるので、分光感度を有する感光材料に、所定波長の光
で露光しているときに、他の層がカブルことはなく、混
色等を防止して再現性良く感光材料を露光することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２つの狭帯域干渉フィルタの透過率分布を表す
グラフである。

【図２】フィルタ装置の断面図である。

【図３】第１の狭帯域干渉フィルタの透過スペクトルを
表すグラフである。

【図４】第２の狭帯域干渉フィルタの透過スペクトルを
表すグラフである。

【図５】本発明によるフィルタ装置での垂直入射光の透
過スペクトルを表すグラフである。

【図６】本発明によるフィルタ装置での１５°で斜め入
射した光の透過スペクトルを表すグラフである。

【図７】本発明によるフィルタ装置での３０°で斜め入
射した光の透過スペクトルを表すグラフである。

【図８】本発明による他のフィルタ装置での垂直入射光
の透過スペクトルを表すグラフである。

【図９】本発明による他のフィルタ装置での１５°で斜
め入射した光の透過スペクトルを表すグラフである。

【図１０】本発明による他のフィルタ装置での３０°で
斜め入射した光の透過スペクトルを表すグラフである。

【符号の説明】

１ 第１の狭帯域干渉フィルタ ３ 第２の狭帯域干渉フィルタ ５ 透明ガラス基板

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特定角度で入射して透過するスペクトル
   のピーク波長が実質的に等しく、前記特定角度と異なる
   角度で入射して透過するスペクトルのピークシフト量が
   異なる複数の狭帯域干渉フィルタを、前記特定角度で入
   射して透過する前記ピーク波長に対して透明な基板に層
   設してなるフィルタ装置。
2. 【請求項２】 垂直入射して透過するスペクトルのピー
   ク波長が実質的に等しく、斜め入射して透過するスペク
   トルのピークシフト量が異なる複数の狭帯域干渉フィル
   タを、垂直入射して透過する前記ピーク波長に対して透
   明な基板に層設してなるフィルタ装置。