JP4343620B2 - 光学フィルタ及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、光学フィルタ及び光学機器に関する。

生体試料の観察などに用いられる光学機器である蛍光顕微鏡は、染色処理した細胞などの被検体へ励起光を当てた際に被検体が発する蛍光を観察することにより、被検体の構造や性質を解析することができる。
近年のゲノム解析用としては、例えば、５０２ｎｍの波長を有する励起光で５２６ｎｍにピークを有する蛍光を観察するというニーズがある。この場合、励起光と蛍光の波長が近いので、蛍光を効率よく検出するために励起光を阻止帯域でカットし蛍光観察波長の光を透過帯域で透過させる光学フィルタが、蛍光測定の感度と精度を決める非常に重要なキーパーツとして用いられている。

この光学フィルタには、透過帯域と阻止帯域の境界で分光特性の急峻な立ち上がりをもち、かつ、透過帯域でほぼ１００％の光を透過する性能が要求されている。
このような、所定の波長帯域の光を遮断し、その他の波長の光を透過する光学フィルタはマイナスフィルタと呼ばれ、基板上に高屈折率層と低屈折率層を交互に積層した多層膜で作製される。

この光学フィルタは、膜の屈折率を膜厚方向に周期的かつ連続的に変化させ、その屈折率分布をWavelet（波束）と呼ばれる形状にすると、透過帯域における透過率の周期的な変動（リップル）を原理的になくすことができるとともに、上述の層数を増やすほど透過帯域と阻止帯域の境界の立ち上がりを急峻にすることができる。（例えば、非特許文献１参照。）。
ただし、実際の成膜時に膜の屈折率を連続的に変化させるのは非常に困難である。そこで、連続的な屈折率分布を階段状に分割して近似して変化させたものが各種提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献２、及び非特許文献３参照。）。

一方、画像解析の際、白色光等の入射光によって照明された被検体からの反射光を、光学フィルタに透過させることによって多数のピーク帯域を有する分光組成に損失なく分解して被検体を分析することが行われている。
このような光学フィルタにも上述と同様のマイナスフィルタとしての性能が要求されるとともに、複数の波長における阻止帯域を有する必要がある。そこで、互いに異なる分光特性を有する多層膜干渉フィルタを複数組み合わせて、多数の透過帯域及び阻止帯域を備える光学系が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許第３２９０６２９号公報 （第１図） 特公昭６１−１９９６２号公報 （第１図） W.H.Southwell, Using Apodization Function to Reduce Sidelobes in Rugate Filters, Appl. Opt., 1989, Vol.28 P.G.Very, J.A.Dobrowolski, W.J.Wild, and R.L.Burton, Synthesis of high rejection filters with the Fourier transform method, APPLIED OPTICS, 15 July(1989), Vol.28, No.14, p2867-2874 HAND BOOK OF OPTICS, Second Edition, Vol.1, Fundamentals, Techniques, and Design, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, McGRAW-Hill, 1995, p42.50

しかしながら、上記従来の光学フィルタにおいては、阻止帯域間でリップルが発生し、阻止帯域の中心波長や帯域幅を変更する場合、膜設計を大幅に変更する必要があり、それに対する成膜条件設定と成膜作業が大変なものになっていた。
また、多数の分光特性に対応するためには、それぞれの分光特性に応じた光学フィルタを多数組み合わせて使用しなければならず、光学系が複雑なものとなってしまう問題があった。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、リップルを良好に抑制した状態で、阻止帯域の中心波長や帯域幅の変更を容易に実現可能とするとともに、より単純な構成の光学系で多数の透過帯域及び阻止帯域に対応可能な光学フィルタ、及びこれを備える光学機器を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため以下の手段を採用する。
本発明に係る光学フィルタは、基板と、該基板上に形成された薄膜とから構成される光学フィルタであって、前記薄膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが前記基板側から交互に積層されて構成される屈折率変動部を備え、該屈折率変動部が、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化する第１の積層部と、該第１の積層部の基板側に積層され、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化する第２の積層部と、前記第１の積層部と前記第２の積層部との間に積層され、前記高屈折率層の屈折率が第１の積層部を構成する高屈折率層のうち最も高い屈折率と略同一である第３の積層部とを備え、前記高屈折率層の光学膜厚と前記低屈折率層の光学膜厚とが互いに異なる膜厚とされているとともに、前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比がある一定値とされていることを特徴とする。

また、本発明に係る光学フィルタは、基板と、該基板上に形成された薄膜とから構成される光学フィルタであって、前記薄膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが前記基板側から交互に積層されて構成される屈折率変動部を備え、該屈折率変動部が、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化する第１の積層部と、該第１の積層部の基板側に隣接し、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化する第２の積層部とを備え、前記高屈折率層の光学膜厚と前記低屈折率層の光学膜厚とが異なる膜厚とされているとともに、前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比がある一定値とされていることを特徴とする基板と、該基板上に形成された薄膜とから構成される光学フィルタであって、前記薄膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが前記基板側から交互に積層されて構成される屈折率変動部を備え、該屈折率変動部が、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化する第１の積層部と、該第１の積層部の基板側に隣接し、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化する第２の積層部とを備え、前記高屈折率層の光学膜厚と前記低屈折率層の光学膜厚とが異なる膜厚とされていることを特徴とする。

この光学フィルタは、上記の構成を備えているので、透過を阻止する中心波長近傍の波長帯域である阻止帯域とそれ以外の帯域である透過帯域との境界を急峻にして、透過光量を増加するとともに透過帯域でのリップルを抑制できる。その際、高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚が互いに異なる膜厚とされているので、両者の光学膜厚が同じ場合に対し膜厚比に応じて阻止帯域の幅や阻止帯域の中心波長を変更することができる。
また、光学膜厚比を変動させることによって、複数の波長帯域に阻止帯域を設定することができる。

本発明に係る光学フィルタは、前記光学フィルタであって、前記低屈折率層の屈折率が、前記基板の屈折率と略同一であることが好ましい。
この光学フィルタは、上記の構成を備えているので、基板と薄膜との境界における損失を抑制し、透過帯域における光の透過量をより良好にすることができる。

本発明に係る光学フィルタは、基板と、該基板上に形成された薄膜とから構成される光学フィルタであって、前記薄膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが前記基板側から交互に積層されて構成される第１の屈折率変動部と第２の屈折率変動部とを備え、該第１の屈折率変動部と該第２の屈折率変動部とが、連続して積層され、屈折率変動層部が、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化する第１の積層部と、該第１の積層部の基板側に隣接し、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化する第２の積層部とを備え、前記第１の屈折率変動部における前記高屈折率層の光学膜厚、前記第１の屈折率変動部における前記低屈折率層の光学膜厚、前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層の光学膜厚、及び前記第２の屈折率変動部における前記低屈折率層の光学膜厚のうち、少なくとも一つが他と異なる膜厚とされているとともに、前記第１の屈折率変動部における前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比、及び前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比が、それぞれある一定値とされていることを特徴とする。

また、本発明に係る光学フィルタは、基板と、該基板上に形成された薄膜とから構成される光学フィルタであって、前記薄膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが前記基板側から交互に積層されて構成される第１の屈折率変動部と第２の屈折率変動部とを備え、該第１の屈折率変動部と該第２の屈折率変動部とが、連続して積層され、屈折率変動部が、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化する第１の積層部と、該第１の積層部の基板側に積層され、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化する第２の積層部と、前記第１の積層部と前記第２の積層部との間に積層され、前記高屈折率層の屈折率が第１の積層部を構成する高屈折率層のうち最も高い屈折率と略同一である第３の積層部とを備え、前記第１の屈折率変動部における前記高屈折率層の光学膜厚、前記第１の屈折率変動部における前記低屈折率層の光学膜厚、前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層の光学膜厚、及び前記第２の屈折率変動部における前記低屈折率層の光学膜厚のうち、少なくとも一つが他と異なる膜厚とされているとともに、前記第１の屈折率変動部における前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比、及び前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比が、それぞれある一定値とされていることを特徴とする。

この光学フィルタは、上記の構成を備えているので、阻止帯域とそれ以外の帯域である透過帯域との境界を急峻にして、透過光量を増加するとともに透過帯域でのリップルをより効果的に抑制できる。また、第１の屈折率変動部における高屈折率層の光学膜厚、第１の屈折率変動部における低屈折率層の光学膜厚、第２の屈折率変動部における高屈折率層の光学膜厚、及び第２の屈折率変動部における低屈折率層の光学膜厚の膜厚比をそれぞれある一定値に設定することによって、阻止帯域を複数設定することができるとともに各阻止帯域の中心波長の位置を設定することができる。

また、本発明の光学フィルタは、上記光学フィルタであって、前記低屈折率層の屈折率が、前記基板の屈折率と略同一であることが好ましい。
この光学フィルタは、上記の構成を備えているので、基板と薄膜との境界における損失を抑制し、透過帯域における光の透過量をより良好にすることができる。

また、本発明の光学フィルタは、上記光学フィルタであって、前記第１の屈折率変動部及び前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層の屈折率のうち最も高い屈折率が互いに異なることが好ましい。
また、本発明の光学フィルタは、上記光学フィルタであって、前記第１の屈折率変動部及び前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層の屈折率のうち最も高い屈折率が互いに異なるとともに、前記第１の屈折率変動部及び前記第２の屈折率変動部における前記低屈折率層の屈折率のうち最も低い屈折率が互いに異なることが好ましい。
この光学フィルタは、上記の構成を備えているので、阻止帯域の帯域幅を変えることができ、屈折率を変動させることによってさらに阻止帯域の幅を変えることができる。

本発明に係る光学機器は、上記本発明に係る光学フィルタのうち何れかに記載の光学フィルタを備えていることを特徴とする。
この光学機器は、本発明に係る光学フィルタを備えているので、透過させる波長と透過を阻止する波長とが近い場合でも、透過帯域と阻止帯域との間に急峻な境界を有するとともに、透過帯域の波長の光量を削減することなく効率良く透過させて、分光特性に優れるフィルタ性能を有することができる。また、阻止帯域の位置とその幅とを設定することができるとともに、１つの光学フィルタで複数の阻止帯域を設けることができ、簡単な構成の光学系を備えることができる。

以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
この光学フィルタによれば、光学フィルタの高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚比を変えることによって、リップルを抑制した状態で阻止帯域の中心波長や帯域幅を所望の位置及び大きさに設定して、簡単な光学フィルタ構成で多数の透過帯域及び阻止帯域に対応することができる。

次に、本発明の第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係る図１に示す蛍光顕微鏡（光学機器）１は、励起フィルタ２と、ダイクロイックミラー３と、吸収フィルタ（光学フィルタ）５と、接眼レンズ６と、対物レンズ７とを備える。

励起フィルタ２は、光源８から発生した光のうち特定波長のみを選択的に励起光として透過させるように光源８の光路上に配設されている。
ダイクロイックミラー３は、半透過鏡であって、励起フィルタ２を透過した光の光路を載置された、例えば、生体細胞等の標本１０上に照射するように変更するとともに、この照射によって標本１０から発生した蛍光を観察側に透過するように設定されている。
接眼レンズ６及び対物レンズ７は、上記蛍光を観察できるように調整するものとして配設されている。

吸収フィルタ５は、ガラス製の基板１１と、この基板１１上に形成された薄膜１２と、薄膜１２上に設けられた入射側媒質１１Ａとから構成され、上記蛍光のみを選択的に透過させる。この入射側媒質１１Ａは、基板１１と同じ屈折率を有する部材、例えば、ガラス板から構成されている。
薄膜１２は、図２（ａ）に示すように、屈折率が相対的に低い低屈折率層１３と屈折率が相対的に高い高屈折率層１５とが基板１１側から交互に積層されて構成される屈折率変動部１６を備えている。
屈折率変動部１６は、高屈折率層１５の屈折率が基板１１側に向かって漸次高く変化する第１の積層部１７と、第１の積層部１７の基板１１側に積層され、高屈折率層１５の屈折率が基板１１側に向かって漸次低く変化する第２の積層部１８と、第１の積層部１７と第２の積層部１８との間に積層され、高屈折率層１５の屈折率が第１の積層部１７を構成する高屈折率層１５のうち最も高い屈折率と略同一である第３の積層部２０とを備えている。
高屈折率層１５の光学膜厚と低屈折率層１３の光学膜厚とは、互いに異なる膜厚とされており、低屈折率層１３の屈折率が基板１１の屈折率と略同一とされている。
ここで、低屈折率層１３は主に酸化シリコンで構成され、高屈折率層１５は主に酸化ニオブで構成されている。
本実施形態では、基板１１及び低屈折率層１３の屈折率を１．５とし、高屈折率層１５の屈折率を１．５から２．４の間で変化させている。

薄膜１２は、基板１１側から入射側媒質１１Ａに隣接する最終層までの積層総数が４７層、設計波長が６００ｎｍとされ、高屈折率層１５の光学膜厚が設計波長の０．２５倍、低屈折率層１３の光学膜厚が設計波長の０．５倍とされている。
屈折率変動部１６の各層の屈折率分散はないものとして透過率をシミュレーションした結果を図２（ｂ）に示す。
この吸収フィルタ５は、透過を阻止する中心波長が４５０ｎｍで透過率０％における帯域幅が４０ｎｍ程度とされる阻止帯域２２Ａ、中心波長が９２０ｎｍで透過率０％における帯域幅が１６０ｎｍ程度とされる阻止帯域２２Ｂ、及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域２３Ａ、２３Ｂを備えている。

次に、本実施形態に係る蛍光顕微鏡１による観察方法について説明する。
光源８から出射された光を励起フィルタ２を通過させて特定波長の励起光としてダイクロイックミラー３に投射させる。
上記励起光は、ダイクロイックミラー３によって光路を曲げられ、対物レンズ７で集光されて標本１０に照射される。このとき、この照射によって標本１０から蛍光が発生する。この蛍光は、対物レンズ７を介して平行光となってダイクロイックミラー３に到達し、これを透過して吸収フィルタ５に至る。

吸収フィルタ５に至った蛍光は、屈折率変動部１６の第１の積層部１７から入射して、第２の積層部１８を透過して基板１１側から再び外部へ射出される。
吸収フィルタ５には、蛍光以外の波長を有する励起光等も混入されて入射する。しかし、薄膜１２が上述した屈折率変動部１６を有する構成とされているので、吸収フィルタ５は、励起光等が属する波長帯域である阻止帯域２２Ａ、２２Ｂにおける光を外部へ射出させるのを阻止しながら、蛍光が属する波長帯域である透過帯域２３Ａ、２３Ｂにおける光を透過させる。
こうして、吸収フィルタ５から射出した蛍光は、接眼レンズ６を透過して集光されて観察側に至る。

この吸収フィルタ５によれば、例えば図２（ｂ）に示すように、阻止帯域２２Ａ、２２Ｂと透過帯域２３Ａ、２３Ｂとの境界を急峻にして、透過帯域２３Ａ、２３Ｂにおける透過光量を増加するとともにリップルを抑制できる。その際、屈折率変動部１６の各層における屈折率を変えずに高屈折率層１５と低屈折率層１３との光学膜厚比を１：２とすることによって、光学膜厚が同じ値に対して阻止帯域２２Ａの透過率０％における帯域幅を１３０ｎｍ程度から４０ｎｍ程度に縮めることができるとともに、中心波長を６００ｎｍよりも短波長側の４５０ｎｍに移動することができ、また、新たに９２０ｎｍを中心波長とする波長帯域に阻止帯域２２Ｂを設定することができる。したがって、入射光のうち４５０ｎｍ及び９２０ｎｍ近傍の波長帯域の光の透過を阻止して、透過帯域２３Ａ、２３Ｂにおける蛍光を少ない損失で観測することができ、蛍光測定における検出感度を格段に向上するとともにゲノム解析等における解析精度、検出精度及び観察時間を短縮することができる。
また、低屈折率層１３の屈折率が基板１１の屈折率と同一の値とされているので、基板１１と薄膜１２との境界における損失を抑制し、透過帯域２３Ａ、２３Ｂにおける光の透過量をより良好にすることができる。

次に、本発明に係る第２の実施形態について、図３（ａ）を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態では、吸収フィルタ５の薄膜１２の屈折率変動部１６における低屈折率層１３の屈折率が基板１１と同一とされているが、第２の実施形態では、吸収フィルタ２５の薄膜２６の屈折率変動部２７における第１の積層部２８及び第２の積層部３０における低屈折率層３１の屈折率が、漸次変化して構成されているとした点である。

すなわち、薄膜２６の屈折率変動部２７は、高屈折率層３２の屈折率が基板１１側に向かって漸次高く変化するとともに、低屈折率層３１の屈折率が基板１１側に向かって漸次低く変化する第１の積層部２８と、第１の積層部２８の基板１１側に隣接し、高屈折率層３２の屈折率が基板１１側に向かって漸次低く変化するとともに、低屈折率層３１の屈折率が基板１１側に向かって漸次高く変化する第２の積層部３０とを備えている。
また、高屈折率層３２の光学膜厚と低屈折率層３１の光学膜厚とが異なる膜厚とされている。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、基板１１の屈折率を１．８とし、低屈折率層３１の屈折率を１．８０未満から１．４の間で変化させ、高屈折率層３２の屈折率を１．８２から２．２の間で変化させている。
薄膜２６は、積層総数が４５層、設計波長が８００ｎｍとされ、高屈折率層３２の光学膜厚が設計波長の０．２５倍、低屈折率層３１の光学膜厚が設計波長の０．１２５倍とされている。
薄膜２６各層の屈折率分散はないものとして透過率をシミュレーションした結果を図３（ｂ）に示す。
この吸収フィルタ２５は、中心波長が６１０ｎｍで透過率０％における帯域幅が６０ｎｍ程度とされる阻止帯域３３Ａ及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域３５Ａ、３５Ｂを備えている。

この本実施形態に係る吸収フィルタ２５によれば、例えば図３（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に蛍光の透過帯域におけるリップルを小さくして、十分な光量を安定的に得ることができる。その際、高屈折率層３２と低屈折率層３１との光学膜厚が２：１とされているので、両者の光学膜厚が同じ場合の阻止帯域３３Ｂの透過率０％における帯域幅である１５０ｎｍ程度から６０ｎｍ程度に縮めることができるとともに、阻止帯域３３Ａの中心波長を８００ｎｍよりも短波長側の６１０ｎｍに移動することができる。

なお、図４（ａ）に示すように、高屈折率層３６の光学膜厚が設計波長の０．１２５倍とされ、低屈折率層３７の光学膜厚が設計波長の０．２５倍とされて、光学膜厚比が上記と逆の１：２とされても、図４（ｂ）に示すように、上述と同様の中心波長及び帯域幅を備える阻止帯域３３Ａを形成させることができ、上述と同様の作用・効果を得ることができる。

また、薄膜の積層総数が１００層、設計波長が１２００ｎｍとされ、図５（ａ）に示すように、高屈折率層４０の光学膜厚が設計波長の０．０２５倍とされ、低屈折率層４１の光学膜厚が設計波長の０．５倍とされて光学膜厚比が１：２０とされた吸収フィルタ４２は、図５（ｂ）に示すように、透過率０％における帯域幅が８０ｎｍ程度から１０ｎｍ程度に縮められ、中心波長が６１０ｎｍから４２０ｎｍに移動された阻止帯域４３Ａを備えることができる。同時に、新たに６３０ｎｍを中心波長とする阻止帯域４３Ｂを設定することができる。

さらに、図６（ａ）に示すように、高屈折率層４５の光学膜厚が設計波長の０．０２５倍とされ、低屈折率層４６の光学膜厚が設計波長の１．０倍とされて光学膜厚比が１：４０とされた吸収フィルタ４７によれば、図６（ｂ）に示すように、阻止帯域４８Ａの透過率０％における帯域幅を３０ｎｍ程度から５ｎｍ程度に縮めることができるとともに、阻止帯域４８Ａの中心波長を４１０ｎｍに移動することができる。同時に、新たに４９０ｎｍを中心波長とする阻止帯域４８Ｂと、６１５ｎｍを中心波長とする阻止帯域４８Ｃと、８２０ｎｍを中心波長とする阻止帯域４８Ｄとを形成することができる。
これらの場合も、上述と同様の作用・効果を得ることができる。
したがって、高屈折率層と低屈折率層との膜厚比を変えることによって阻止帯域を移動することができ、また、阻止帯域の帯域幅を設定することができる。その際、複数の波長帯域に阻止帯域を設定することができる。

次に、本発明に係る第３の実施形態について、図７（ａ）を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第３の実施形態が上記の実施形態と異なる点は、第３の実施形態に係る吸収フィルタ５０の薄膜５１は、第１の屈折率変動部５２と第２の屈折率変動部５３とを備え、第１の屈折率変動部５２と第２の屈折率変動部５３とが連続して積層されているとした点である。

すなわち、第１の屈折率変動部５２は、高屈折率層５５Ａの屈折率が基板１１側に向かって漸次高く変化するとともに、低屈折率層５５Ｂの屈折率が基板１１側に向かって漸次低く変化する第１の積層部５６と、第１の積層部５６の基板１１側に隣接し、高屈折率層５７Ａの屈折率が基板１１側に向かって漸次低く変化するとともに、低屈折率層５７Ｂの屈折率が基板１１側に向かって漸次高く変化する第２の積層部５８とを備えている。

第２の屈折率変動部５３は、第１の屈折率変動部５２の基板１１側に積層され高屈折率層６０Ａの屈折率が基板１１側に向かって漸次高く変化するとともに、低屈折率層６０Ｂの屈折率が基板１１側に向かって漸次低く変化する第１の積層部６１と、第１の積層部６１の基板１１側に積層され、高屈折率層６２Ａの屈折率が基板１１側に向かって漸次低く変化するとともに、低屈折率層６２Ｂの屈折率が基板１１側に向かって漸次高く変化する第２の積層部６３とを備えている。
また、第１の屈折率変動部５２における高屈折率層５５Ａ、５７Ａの光学膜厚、第１の屈折率変動部５２における低屈折率層５５Ｂ、５７Ｂの光学膜厚、第２の屈折率変動部５３における高屈折率層６０Ａ、６２Ａの光学膜厚、及び第２の屈折率変動部５３における低屈折率層６０Ｂ、６２Ｂの光学膜厚のうち、少なくとも一つの屈折率変動部が他と異なる膜厚とされている。

本実施形態では、図７（ａ）に示すように、基板１１の屈折率を１．９とし、高屈折率層５５Ａ、５７Ａ、６０Ａ、６２Ａの屈折率を１．９以上から２．２の間で変化させ、低屈折率層５５Ｂ、５７Ｂ、６０Ｂ、６２Ｂの屈折率を１．９未満から１．６の間で変化させている。
第１の屈折率変動部５２及び第２の屈折率変動部５３とも、それぞれ積層総数が８０層ずつの合計１６０層とされ、設計波長が１５００ｎｍとされている。また、第１の屈折率変動部５２における高屈折率層５５Ａ、５７Ａ及び低屈折率層５５Ｂ、５７Ｂの光学膜厚がそれぞれ設計波長の０．２５倍とされ、第２の屈折率変動部５３における高屈折率層６０Ａ、６２Ａ及び低屈折率層６０Ｂ、６２Ｂの光学膜厚がそれぞれ設計波長の０．５倍とされている。

薄膜５１の各層の屈折率分散はないものとして透過率をシミュレーションした結果を図７（ｂ）に示す。
この吸収フィルタ５０は、中心波長が５００ｎｍで透過率０％における帯域幅が２０ｎｍ程度とされる阻止帯域６５Ａ、中心波長が４３０ｎｍで透過率０％における帯域幅が１０ｎｍ程度とされる阻止帯域６５Ｂ、中心波長が６００ｎｍで透過率０％における帯域幅が１０ｎｍ程度とされる阻止帯域６５Ｃ、及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄを備えている。

この本実施形態に係る吸収フィルタ５０によれば、阻止帯域６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃとそれ以外の帯域である透過帯域６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄとの境界を急峻にして、透過光量を増加するとともに透過帯域でのリップルをより効果的に抑制できる。また、１つの吸収フィルタ５０で３つの阻止帯域６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃを設定することができる。

次に、本発明に係る第４の実施形態について、図８（ａ）を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第４の実施形態が第３の実施形態と異なる点は、第４の実施形態に係る吸収フィルタ６６の薄膜６７は、第１の屈折率変動部６８及び第２の屈折率変動部７０における高屈折率層７１Ａ、７２Ａ、７３Ａ、７４Ａの屈折率のうち最も高い屈折率が互いに異なるとともに、第１の屈折率変動部６８及び第２の屈折率変動部７０における低屈折率層７１Ｂ、７２Ｂ、７３Ｂ、７４Ｂの屈折率のうち最も低い屈折率が互いに異なるものとした点である。
本実施形態では、図８（ａ）に示すように、基板１１の屈折率を１．９とし、第１の屈折率変動部６８における高屈折率層７１Ａ、７２Ａの屈折率を１．９以上から２．１の間で変化させ、低屈折率層７１Ｂ、７２Ｂの屈折率を１．９未満から１．７の間で変化させている。同時に、第２の屈折率変動部７０における高屈折率層７３Ａ、７４Ａの屈折率を１．９以上から２．２の間で変化させ、低屈折率層７３Ｂ、７４Ｂの屈折率を１．９未満から１．６の間で変化させている。

薄膜６７の各層の屈折率分散はないものとして透過率をシミュレーションした結果を図８（ｂ）に示す。
この吸収フィルタ６６も、第３の実施形態に係る吸収フィルタ５０と同様に、中心波長が５００ｎｍとされる阻止帯域７６Ａ、中心波長が４３０ｎｍとされる阻止帯域７６Ｂ、中心波長が６００ｎｍとされる阻止帯域７６Ｃ、及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域７７Ａ、７７Ｂ、７７Ｃ、７７Ｄを備えている。ただし、阻止帯域７６Ａの透過率０％における帯域幅は５ｎｍ程度とされ、第３の実施形態に係る吸収フィルタ５０の阻止帯域６５Ａに比べて帯域幅が狭くされている。

この本実施形態に係る吸収フィルタ６６によれば、第３の実施形態に係る吸収フィルタ５０と同様の作用・効果を得ることができるとともに、屈折率を変動させることによって阻止帯域の幅を変えることができる。

なお、図９（ａ）に示すように、第２の屈折率変動部７８における低屈折率層８０Ｂ、８１Ｂの光学膜厚が設計波長の０．５倍から０．２５倍と変更された吸収フィルタ８２は、図９（ｂ）に示すように、阻止帯域８３Ｂの中心波長を４３０ｎｍから４５０ｎｍに移動することができるとともに、阻止帯域８３Ｃの中心波長を６００ｎｍから５７０ｎｍに移動することができる。
また、図１０（ａ）に示すように、第２の屈折率変動部８５における低屈折率層８６Ｂ、８７Ｂの光学膜厚が設計波長の０．０５倍とされた吸収フィルタ８８は、図１０（ｂ）に示すように、阻止帯域９０Ｂの中心波長を４３０ｎｍから４２０ｎｍに移動することができるとともに、阻止帯域９０Ｃの中心波長を５７０ｎｍから５５０ｎｍに移動することができる。この際、新たに中心波長が８３０ｎｍとされ透過率０％における帯域幅が１０ｎｍ程度とされた阻止帯域９０Ｄを形成することができる。
これらの吸収フィルタ８２、８８によれば、上記実施形態と同様の作用・効果を得ることができ、膜厚比を変えることによって、阻止帯域の位置を設定することができる。

次に、本発明に係る第５の実施形態について、図１１（ａ）を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第５の実施形態が第４の実施形態と異なる点は、第５の実施形態に係る吸収フィルタ９１の薄膜９２は、低屈折率層の屈折率が基板の屈折率と略同一であるものとした点である。
すなわち、本実施形態に係る吸収フィルタ９１は、第１の屈折率変動部９３と第２の屈折率変動部９５とが連続して積層されている。
第１の屈折率変動部９３は、第１の積層部９６と第２の積層部９７とこれらの間に積層された第３の積層部９８とを備えている。この第３の積層部９８の高屈折率層１００の屈折率は、屈折率が基板１１側に向かって漸次高く変化する第１の積層部９６の高屈折率層１０１及び屈折率が基板１１側に向かって漸次低く変化する第２の積層部９７の高屈折率層１０２のうち最も高い屈折率と略同一とされている。
第２の屈折率変動部９５は、第１の積層部１０３と第２の積層部１０５とこれらの間に積層された第３の積層部１０６とを備えている。この第３の積層部１０６の高屈折率層１０７の屈折率は、屈折率が基板１１側に向かって漸次高く変化する第１の積層部１０３の高屈折率層１０８及び屈折率が基板１１側に向かって漸次低く変化する第２の積層部１０５の高屈折率層１１０のうち最も高い屈折率と略同一とされている。
また、第１の屈折率変動部９３の低屈折率層１１１と第２の屈折率変動部９５の低屈折率層１１２との屈折率は、基板１１の屈折率と略同一とされている。

本実施形態では、図１１（ａ）に示すように、基板１１の屈折率及び低屈折率層１１１、１１２の屈折率を１．５とし、高屈折率層１０１、１０２の屈折率を１．５５から２．２の間で変化させ、高屈折率層１００の屈折率を２．２としている。また、高屈折率層１０８、１１０の屈折率を１．５５から２．４の間で変化させ、高屈折率層１０７の屈折率を２．４としている。
また、第１の屈折率変動部９３及び第２の屈折率変動部９５の積層総数が９７層とされ、設計波長が６００ｎｍとされている。そして、第１の屈折率変動部９３における高屈折率層１００、１０１、１０２及び低屈折率層１１１の光学膜厚がそれぞれ設計波長の０．２５倍とされ、第２の屈折率変動部９５における高屈折率層１０７、１０８、１１０の光学膜厚がそれぞれ設計波長の０．２５倍とされ、低屈折率層１１２の光学膜厚が設計波長の０．５倍とされている。

薄膜９２の各層の屈折率分散はないものとして透過率をシミュレーションした結果を図１１（ｂ）に示す。
この吸収フィルタ９１は、中心波長が６００ｎｍで透過率０％における帯域幅が１２０ｎｍ程度とされる阻止帯域１１３Ａ、中心波長が４５０ｎｍで透過率０％における帯域幅が４０ｎｍ程度とされる阻止帯域１１３Ｂ、及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃを備えている。

この吸収フィルタ９１によれば、上記実施形態と同様の作用・効果を得ることができ、膜厚比を変えることによって、阻止帯域の位置を任意の位置に設定することができるとともに、屈折率を変えることによって、阻止帯域の幅を調整することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態における高屈折率層及び低屈折率層の変化率は、直線或いは曲線であるが、変化率はどのような値でも構わない。

本発明に係る第１実施形態の蛍光顕微鏡の概要を示す図である。 本発明に係る第１実施形態における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。 本発明に係る第２実施形態における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。 本発明に係る第２実施形態の他の例における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。 本発明に係る第２実施形態の他の例における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。 本発明に係る第２実施形態の他の例における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。 本発明に係る第３実施形態における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。 本発明に係る第４実施形態における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。 本発明に係る第４実施形態の他の例における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。 本発明に係る第４実施形態の他の例における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。 本発明に係る第５実施形態における吸収フィルタの膜構成及び分光特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 蛍光顕微鏡（光学機器）
５、２５、４２、４７、５０、６６、８２、８８、９１ 吸収フィルタ（光学フィルタ）
１１ 基板
１２、２６、５１、６７、９２ 薄膜
１３、３１、３７、４１、４６、５５Ｂ、６０Ｂ、６２Ｂ、７１Ｂ、７２Ｂ、７３Ｂ、７４Ｂ、８０Ｂ、８１Ｂ、８６Ｂ、８７Ｂ、１１１、１１２ 低屈折率層
１５、３２、３６、４０、４５、５５Ａ、６０Ａ、６２Ａ、７１Ａ、７２Ａ、７３Ａ、７４Ａ、１００、１０１、１０２、１０７、１０８、１１０ 高屈折率層
１６、２７ 屈折率変動部
１７、２８、５６、６１、９６、１０３ 第１の積層部
１８、３０、５８、６３、９７、１０５ 第２の積層部
２０、９８、１０６ 第３の積層部
５２、６８、９３ 第１の屈折率変動部
５３、７０、７８、８５、９５ 第２の屈折率変動部

Claims (9)

1. 基板と、該基板上に形成された薄膜とから構成される光学フィルタであって、
   前記薄膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが前記基板側から交互に積層されて構成される屈折率変動部を備え、
   該屈折率変動部が、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化する第１の積層部と、
   該第１の積層部の基板側に積層され、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化する第２の積層部と、
   前記第１の積層部と前記第２の積層部との間に積層され、前記高屈折率層の屈折率が第１の積層部を構成する高屈折率層のうち最も高い屈折率と略同一である第３の積層部とを備え、
   前記高屈折率層の光学膜厚と前記低屈折率層の光学膜厚とが互いに異なる膜厚とされているとともに、前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比がある一定値とされていることを特徴とする光学フィルタ。
2. 前記低屈折率層の屈折率が、前記基板の屈折率と略同一であることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 基板と、該基板上に形成された薄膜とから構成される光学フィルタであって、
   前記薄膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが前記基板側から交互に積層されて構成される屈折率変動部を備え、
   該屈折率変動部が、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化する第１の積層部と、
   該第１の積層部の基板側に隣接し、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化する第２の積層部とを備え、
   前記高屈折率層の光学膜厚と前記低屈折率層の光学膜厚とが異なる膜厚とされているとともに、前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比がある一定値とされていることを特徴とする光学フィルタ。
4. 基板と、該基板上に形成された薄膜とから構成される光学フィルタであって、
   前記薄膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが前記基板側から交互に積層されて構成される第１の屈折率変動部と第２の屈折率変動部とを備え、
   該第１の屈折率変動部と該第２の屈折率変動部とが、連続して積層され、
   各屈折率変動部が、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化する第１の積層部と、
   該第１の積層部の基板側に積層され、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化する第２の積層部と、
   前記第１の積層部と前記第２の積層部との間に積層され、前記高屈折率層の屈折率が第１の積層部を構成する高屈折率層のうち最も高い屈折率と略同一である第３の積層部とを備え、
   前記第１の屈折率変動部における前記高屈折率層の光学膜厚、前記第１の屈折率変動部における前記低屈折率層の光学膜厚、前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層の光学膜厚、及び前記第２の屈折率変動部における前記低屈折率層の光学膜厚のうち、少なくとも一つが他と異なる膜厚とされているとともに、前記第１の屈折率変動部における前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比、及び前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比が、それぞれある一定値とされていることを特徴とする光学フィルタ。
5. 前記低屈折率層の屈折率が、前記基板の屈折率と略同一であることを特徴とする請求項４に記載の光学フィルタ。
6. 前記第１の屈折率変動部及び前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層の屈折率のうち最も高い屈折率が互いに異なることを特徴とする請求項４又は５に記載の光学フィルタ。
7. 基板と、該基板上に形成された薄膜とから構成される光学フィルタであって、
   前記薄膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが前記基板側から交互に積層されて構成される第１の屈折率変動部と第２の屈折率変動部とを備え、
   該第１の屈折率変動部と該第２の屈折率変動部とが、連続して積層され、
   各屈折率変動層部が、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化する第１の積層部と、
   該第１の積層部の基板側に隣接し、前記高屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次低く変化するとともに、前記低屈折率層の屈折率が前記基板側に向かって漸次高く変化する第２の積層部とを備え、
   前記第１の屈折率変動部における前記高屈折率層の光学膜厚、前記第１の屈折率変動部における前記低屈折率層の光学膜厚、前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層の光学膜厚、及び前記第２の屈折率変動部における前記低屈折率層の光学膜厚のうち、少なくとも一つが他と異なる膜厚とされているとともに、前記第１の屈折率変動部における前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比、及び前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層と前記低屈折率層との光学膜厚比が、それぞれある一定値とされていることを特徴とする光学フィルタ。
8. 前記第１の屈折率変動部及び前記第２の屈折率変動部における前記高屈折率層の屈折率のうち最も高い屈折率が互いに異なるとともに、前記第１の屈折率変動部及び前記第２の屈折率変動部における前記低屈折率層の屈折率のうち最も低い屈折率が互いに異なることを特徴とする請求項７に記載の光学フィルタ。
9. 請求項１から８の何れか一つに記載の光学フィルタを備えていることを特徴とする光学機器。

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