JP4409244B2 - 光学フィルタ及び光学機器 - Google Patents
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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。
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。）。この原理を適用したものを図１４（ａ）に示す。
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１参照。）。この原理を適用したものを図１５（ａ）に示す。
特許第３２９０６２９号公報 （第１図）
W.H.Southwell, Using Apodization Function to Reduce Sidelobes in Rugate Filters, Appl. Opt., 1989, Vol.28
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１参照。）。この原理を適用したものを図１５（ａ）に示す。
しかしながら、上記従来の光学フィルタにおいては、図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）に示すように、阻止帯域近傍の透過帯域において、依然として透過帯域でのリップルが少なからず残存する問題があった。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、阻止帯域と透過帯域との境界における分光特性の立ち上がりが急峻で透過帯域でのリップルを抑制して光学特性を安定化した光学フィルタ、及びその光学フィルタを用いることにより、蛍光などでの検出感度を向上した光学機器を提供することを目的とする。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、阻止帯域と透過帯域との境界における分光特性の立ち上がりが急峻で透過帯域でのリップルを抑制して光学特性を安定化した光学フィルタ、及びその光学フィルタを用いることにより、蛍光などでの検出感度を向上した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を備え、該薄膜が、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する光学媒質に接触される最外層部と、屈折率が前記光学媒質の屈折率よりも高い低屈折率層と屈折率が前記低屈折率層の屈折率よりも相対的に高い高屈折率層とが前記基板側に向かって交互に積層されて構成される屈折率変動部とを備え、前記最外層部が、前記光学媒質に接触されるとともに前記光学媒質の屈折率よりも高い屈折率とされる最外低屈折率層と、前記最外低屈折率層に積層され前記最外低屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第１の最外高屈折率層と、該第１の最外高屈折率層に積層され前記第１の最外高屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の最外高屈折率層とを備え、前記屈折率変動部が、前記最外層部に前記低屈折率層が積層され、前記高屈折率層の屈折率が前記第２の最外高屈折率層よりも高い屈折率から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前記第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同一である第３の積層部とを備え、前記屈折率変動部が、前記基板側に向かって複数隣接して積層され、複数の前記屈折率変動部の何れか二つを第１の屈折率変動部及び第２の屈折率変動部とするとき、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ことを特徴とする。
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を備え、該薄膜が、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する光学媒質に接触される最外層部と、屈折率が前記光学媒質の屈折率よりも高い低屈折率層と屈折率が前記低屈折率層の屈折率よりも相対的に高い高屈折率層とが前記基板側に向かって交互に積層されて構成される屈折率変動部とを備え、前記最外層部が、前記光学媒質に接触されるとともに前記光学媒質の屈折率よりも高い屈折率とされる最外低屈折率層と、前記最外低屈折率層に積層され前記最外低屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第１の最外高屈折率層と、該第１の最外高屈折率層に積層され前記第１の最外高屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の最外高屈折率層とを備え、前記屈折率変動部が、前記最外層部に前記低屈折率層が積層され、前記高屈折率層の屈折率が前記第２の最外高屈折率層よりも高い屈折率から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前記第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同一である第３の積層部とを備え、前記屈折率変動部が、前記基板側に向かって複数隣接して積層され、複数の前記屈折率変動部の何れか二つを第１の屈折率変動部及び第２の屈折率変動部とするとき、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、光を透過させる際、所定の波長近傍の阻止帯域に相当する光を阻止するとともに、それ以外の波長に相当する透過帯域の光を透過させるフィルタ特性において、透過帯域と阻止帯域との境界を急峻にして透過光量を増加させることができるとともに透過帯域でのリップルを抑制することができる。
また、この光学フィルタは、上記の構成を備えているので、膜厚を変化させることによって、阻止帯域の中心波長の位置を任意の位置に移動させることができるとともに、阻止帯域の幅を任意の大きさに設定することができる。
また、この光学フィルタは、上記の構成を備えているので、膜厚を変化させることによって、阻止帯域の中心波長の位置を任意の位置に移動させることができるとともに、阻止帯域の幅を任意の大きさに設定することができる。
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を備え、該薄膜が、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する光学媒質に接触される最外層部と、屈折率が前記光学媒質の屈折率よりも高い低屈折率層と屈折率が前記低屈折率層の屈折率よりも相対的に高い高屈折率層とが前記基板側に向かって交互に積層されて構成される屈折率変動部とを備え、前記最外層部が、前記光学媒質に接触されるとともに前記光学媒質の屈折率よりも高い屈折率とされる最外低屈折率層と、前記最外低屈折率層に積層され前記最外低屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第１の最外高屈折率層と、該第１の最外高屈折率層に積層され前記第１の最外高屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の最外高屈折率層とを備え、前記屈折率変動部が、前記最外層部に前記低屈折率層が積層され、前記高屈折率層の屈折率が前記第２の最外高屈折率層よりも高い屈折率から前記基板側に向かって漸次高く変化し、前記低屈折率層の屈折率が前記最外低屈折率層の屈折率と略同一である第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し、前記低屈折率層の屈折率が、前記基板側に向かって前記基板の屈折率まで漸次高く変化する第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前記第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同一であり、前記低屈折率層の屈折率が前記最外低屈折率層の屈折率と略同一である第３の積層部とを備え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、光を透過させる際、所定の波長近傍の阻止帯域に相当する光を阻止するとともに、それ以外の波長に相当する透過帯域の光を透過させるフィルタ特性において、透過帯域と阻止帯域との境界を急峻にして透過光量を増加させることができるとともに透過帯域でのリップルを抑制することができる。
また、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。
この光学フィルタは、上記の構成を備えているので、光を透過させる際、所定の波長近傍の阻止帯域に相当する光を阻止するとともに、それ以外の波長に相当する透過帯域の光を透過させるフィルタ特性において、透過帯域と阻止帯域との境界を急峻にして透過光量を増加させることができるとともに透過帯域でのリップルを抑制することができる。
また、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、前記第１の屈折率変動部及び前記第２の屈折率変動部を有する光学フィルタであって、前記第１の積層部及び前記第３の積層部における低屈折率層の屈折率が前記最外低屈折率層の屈折率と略同一とされ、前記第２の積層部における低屈折率層の屈折率が、前記基板側に向かって前記基板の屈折率まで漸次高く変化されていることが好ましい。
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。
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。
本発明に係る光学機器は、上記本発明に係る光学フィルタのうち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。
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、１つの光学フィルタで阻止帯域の幅を任意に設定することができ、簡単な構成の光学系を備えることができる。
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、１つの光学フィルタで阻止帯域の幅を任意に設定することができ、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、阻止帯域と透過帯域との境界における分光特性の立ち上がりが急峻で透過帯域でのリップルを抑制し光学特性を安定させることができる。
また、本発明の光学機器によれば、本発明に係る光学フィルタを備えているので、観察時に不要な光をカットして所望の波長の光を効率よく選択することができ、従来よりも蛍光等の光の検出感度をより向上することができる。
この光学フィルタによれば、阻止帯域と透過帯域との境界における分光特性の立ち上がりが急峻で透過帯域でのリップルを抑制し光学特性を安定させることができる。
また、本発明の光学機器によれば、本発明に係る光学フィルタを備えているので、観察時に不要な光をカットして所望の波長の光を効率よく選択することができ、従来よりも蛍光等の光の検出感度をより向上することができる。
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。
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。
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とから構成され、上記蛍光のみを選択的に透過させる。
薄膜１２は、図２（ａ）に示すように、基板１１の屈折率よりも低い空気（光学媒質）１３に接触される最外層部１５と、屈折率が空気１３の屈折率よりも高く基板１１の屈折率以下とされる低屈折率層１６と、屈折率が低屈折率層１６よりも相対的に高い高屈折率層１７とが基板１１側に向かって交互に積層されて構成される屈折率変動部１８とを備えている。
薄膜１２は、図２（ａ）に示すように、基板１１の屈折率よりも低い空気（光学媒質）１３に接触される最外層部１５と、屈折率が空気１３の屈折率よりも高く基板１１の屈折率以下とされる低屈折率層１６と、屈折率が低屈折率層１６よりも相対的に高い高屈折率層１７とが基板１１側に向かって交互に積層されて構成される屈折率変動部１８とを備えている。
最外層部１５は、空気１３に接触されるとともに空気の屈折率よりも高く基板の屈折率以下の屈折率とされる最外低屈折率層１５Ａと、最外低屈折率層１５Ａに積層され最外低屈折率層１５Ａの屈折率よりも高い屈折率を有する第１の最外高屈折率層１５Ｂと、第１の最外高屈折率層１５Ｂに積層され第１の最外高屈折率層１５Ｂの屈折率よりも高い屈折率を有する第２の最外高屈折率層１５Ｃとを備えている。
屈折率変動部１８は、最外層部１５の基板１１側に低屈折率層１６が積層され、これに隣接する高屈折率層１７の屈折率が第２の最外高屈折率層１５Ｃよりも高い屈折率から基板１１側に向かって漸次高く変化する第１の積層部１８Ａと、第１の積層部１８Ａの基板１１側に積層され、高屈折率層１７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１８Ｂと、第１の積層部１８Ａと第２の積層部１８Ｂとの間に積層され、高屈折率層１７の屈折率が第１の積層部１８Ａを構成する高屈折率層１７のうち最も高い屈折率と略同一である第３の積層部１８Ｃとを備えている。
第１の積層部１８Ａ及び第３の積層部１８Ｃにおける低屈折率層１６の屈折率が最外低屈折率層１５Ａの屈折率と略同一とされ、第２の積層部１８Ｂにおける低屈折率層１６の屈折率が、基板１１側に向かって基板１１の屈折率まで漸次高く変化されている。
ここで、低屈折率層１６は主にフッ化マグネシウムで構成され、高屈折率層１７は主に酸化タンタルで構成されている。
本実施形態では、基板１１の屈折率を１．５２、最外層部１５における最外低屈折率層１５Ａの屈折率を１．４、第１の最外高屈折率層１５Ｂの屈折率を１．５及び第２の最外高屈折率層１５Ｃの屈折率を１．６とし、第１の積層部１８Ａにおける高屈折率層１７を１．７から２．２まで変化させ、第２の積層部１８Ｂにおける高屈折率層１７の屈折率を１．５２を越えて２．２まで変化させ、第１の積層部１８Ａ及び第３の積層部１８Ｃにおける低屈折率層１６の屈折率を１．４とし、第２の積層部１８Ｂにおける低屈折率層１６の屈折率を１．４から１．５２未満の間で変化させている。
ここで、低屈折率層１６は主にフッ化マグネシウムで構成され、高屈折率層１７は主に酸化タンタルで構成されている。
本実施形態では、基板１１の屈折率を１．５２、最外層部１５における最外低屈折率層１５Ａの屈折率を１．４、第１の最外高屈折率層１５Ｂの屈折率を１．５及び第２の最外高屈折率層１５Ｃの屈折率を１．６とし、第１の積層部１８Ａにおける高屈折率層１７を１．７から２．２まで変化させ、第２の積層部１８Ｂにおける高屈折率層１７の屈折率を１．５２を越えて２．２まで変化させ、第１の積層部１８Ａ及び第３の積層部１８Ｃにおける低屈折率層１６の屈折率を１．４とし、第２の積層部１８Ｂにおける低屈折率層１６の屈折率を１．４から１．５２未満の間で変化させている。
薄膜１２は、基板１１側から最外層部１５の最外低屈折率層１５Ａまでの積層総数が４５層、設計波長が６００ｎｍとされ、各層の光学膜厚が設計波長の０．２５倍とされている。
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略６１０ｎｍで透過率略０％における帯域幅が１４０ｎｍ程度とされる阻止帯域２０、及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域２１Ａ、２１Ｂとを備えている。
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略６１０ｎｍで透過率略０％における帯域幅が１４０ｎｍ程度とされる阻止帯域２０、及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域２１Ａ、２１Ｂとを備えている。
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。
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、最外層部１５の最外低屈折率層１５Ａから入射して、第１の積層部１８Ａ、第３の積層部１８Ｃに至り、第２の積層部１８Ｂ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２０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２１Ａ、２１Ｂ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。
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２０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２１Ａ、２１Ｂ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２０と透過帯域２１Ａ、２１Ｂとの境界を急峻にして、透過帯域２１Ａ、２１Ｂ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。また、成膜時の膜厚制御が容易な膜構成なので、光学特性の安定性を向上することができる。
さらに、この蛍光顕微鏡１によれば、吸収フィルタ５が図３に示すように理想的なフィルタに近い光学特性を有しているので、従来のフィルタでは透過光量が低下していた波長領域の光量（光量増加分）をも削除することなく透過させることができる。これによって、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１６の屈折率が上述のように変化して積層されているので、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２１Ａ、２１Ｂにおける光の透過量をより良好にすることができる。
さらに、この蛍光顕微鏡１によれば、吸収フィルタ５が図３に示すように理想的なフィルタに近い光学特性を有しているので、従来のフィルタでは透過光量が低下していた波長領域の光量（光量増加分）をも削除することなく透過させることができる。これによって、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１６の屈折率が上述のように変化して積層されているので、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２１Ａ、２１Ｂにおける光の透過量をより良好にすることができる。
なお、図４（ａ）に示すように、薄膜２４の屈折率変動部２５における第１の積層部２５Ａについて、積層総数を１２層から２８層に増やして高屈折率層１７の変化率を第１の積層部１８Ａよりもなだらかに変化させても、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２０を形成させることができ、図５に示すように最外層部１５がない場合と比べて、上述と同様の作用・効果を得ることができる。
また、図６（ａ）に示すように、屈折率変動部２６における第１の積層部２６Ａの積層総数を１２層から４層に減らして高屈折率層１７の変化率を第１の積層部１８Ａよりも急峻に変化させても、図７に示すように最外層部１５がない場合と比べて、図６（ｂ）に示すように上述と同様の作用・効果を得ることができる。
また、図６（ａ）に示すように、屈折率変動部２６における第１の積層部２６Ａの積層総数を１２層から４層に減らして高屈折率層１７の変化率を第１の積層部１８Ａよりも急峻に変化させても、図７に示すように最外層部１５がない場合と比べて、図６（ｂ）に示すように上述と同様の作用・効果を得ることができる。
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図８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、基板１１上に屈折率変動部１８が一つだけ積層されているが、第２の実施形態では、吸収フィルタ２７の薄膜２８の屈折率変動部３０が、第１の屈折率変動部３１と第２の屈折率変動部３２とを備え、これらが順に基板１１側に向かって隣接して積層されているとした点である。
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、基板１１上に屈折率変動部１８が一つだけ積層されているが、第２の実施形態では、吸収フィルタ２７の薄膜２８の屈折率変動部３０が、第１の屈折率変動部３１と第２の屈折率変動部３２とを備え、これらが順に基板１１側に向かって隣接して積層されているとした点である。
すなわち、薄膜２８は、図８（ａ）に示すように、基板１１上に第２の屈折率変動部３２が積層され、この上に第１の屈折率変動部３１が積層され、その上に最外層部１５が積層されている。
また、最外層部１５の各層の光学膜厚、第１の屈折率変動部３１における高屈折率層３３の光学膜厚、及び低屈折率層３５の光学膜厚が、第２の屈折率変動部３２における高屈折率層３６の光学膜厚及び低屈折率層３７の光学膜厚と異なる膜厚とされている。
本実施形態では、基板１１の屈折率が第１の実施形態と同様の１．５２とされ、第１の屈折率変動部３１における第１の積層部３１Ａ、第２の積層部３１Ｂ、及び第３の積層部３１Ｃの屈折率が、第１の実施形態における屈折率変動部１８と同様に変化され、第２の屈折率変動部３２における第１の積層部３２Ａ及び第２の積層部３２Ｂの低屈折率層３７の屈折率が、１．５２未満から１．４の間で変化され、第３の積層部３２Ｃの低屈折率層３７の屈折率が１．４とされ、高屈折率層３６の屈折率が１．５２を超えて２．２までの間で変化されている。
また、最外層部１５の各層の光学膜厚、第１の屈折率変動部３１における高屈折率層３３の光学膜厚、及び低屈折率層３５の光学膜厚が、第２の屈折率変動部３２における高屈折率層３６の光学膜厚及び低屈折率層３７の光学膜厚と異なる膜厚とされている。
本実施形態では、基板１１の屈折率が第１の実施形態と同様の１．５２とされ、第１の屈折率変動部３１における第１の積層部３１Ａ、第２の積層部３１Ｂ、及び第３の積層部３１Ｃの屈折率が、第１の実施形態における屈折率変動部１８と同様に変化され、第２の屈折率変動部３２における第１の積層部３２Ａ及び第２の積層部３２Ｂの低屈折率層３７の屈折率が、１．５２未満から１．４の間で変化され、第３の積層部３２Ｃの低屈折率層３７の屈折率が１．４とされ、高屈折率層３６の屈折率が１．５２を超えて２．２までの間で変化されている。
また、薄膜２８は、積層総数が基板１１上から最外層部１５の最外低屈折率層１５Ａまで８９層、設計波長が６００ｎｍとされ、第１の屈折率変動部３１の各層の光学膜厚を設計波長の０．２５倍、第２の屈折率変動部３２の各層の光学膜厚を設計波長の０．３倍とされている。
薄膜２８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２７は、中心波長が略６８０ｎｍで透過率略０％における帯域幅が２８０ｎｍ程度とされる阻止帯域３８及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域４０Ａ、４０Ｂを備えている。
薄膜２８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２７は、中心波長が略６８０ｎｍで透過率略０％における帯域幅が２８０ｎｍ程度とされる阻止帯域３８及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域４０Ａ、４０Ｂを備えている。
この本実施形態に係る吸収フィルタ２７によれば、図９に示すように最外層部１５がない場合と比較して、第１の実施形態と同様に蛍光の透過帯域４０Ａ、４０Ｂ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。また、最外層部１５、及び第１の屈折率変動部３１と、第２の屈折率変動部３２との間で各層の光学膜厚を変化させることによって、阻止帯域３８の中心波長の位置を任意の位置に移動させることができるとともに、阻止帯域３８の幅を任意の大きさに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１０を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態に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の実施形態が上記第１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４１の薄膜４２における最外層部４３の各層、及び屈折率変動部４５における各層の屈折率を変化させた点である。
第３の実施形態が上記第１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４１の薄膜４２における最外層部４３の各層、及び屈折率変動部４５における各層の屈折率を変化させた点である。
すなわち、本実施形態では、図１０（ａ）に示すように、最外層部４３における最外低屈折率層４３Ａの屈折率が１．４６とされ、第１の最外高屈折率層４３Ｂの屈折率が１．５６、及び第２の最外高屈折率層４３Ｃの屈折率が１．６６とされ、第１の積層部４５Ａにおける高屈折率層４６が１．７６から２．２９まで変化され、第２の積層部４５Ｂにおける高屈折率層４６の屈折率が１．５２を越えて２．２９まで変化され、第１の積層部４５Ａ及び第３の積層部４５Ｃにおける低屈折率層４７の屈折率が１．４６とされ、第２の積層部４５Ｂにおける低屈折率層４７の屈折率が１．４６から１．５２未満の間で変化されている。
薄膜４２は、基板１１側から最外層部４３の最外低屈折率層４３Ａまでの積層総数が４４層、設計波長が６００ｎｍとされ、各層の光学膜厚が設計波長の０．２５倍とされている。
ここで、低屈折率層４７は主に酸化シリコンで構成され、高屈折率層４６は主に酸化チタンで構成されている。
薄膜４２は、基板１１側から最外層部４３の最外低屈折率層４３Ａまでの積層総数が４４層、設計波長が６００ｎｍとされ、各層の光学膜厚が設計波長の０．２５倍とされている。
ここで、低屈折率層４７は主に酸化シリコンで構成され、高屈折率層４６は主に酸化チタンで構成されている。
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１０（ｂ）に示す。
この吸収フィルタ４１は、中心波長が略６１０ｎｍで透過率略０％における帯域幅が１４０ｎｍ程度とされる阻止帯域４８及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域５０Ａ、５０Ｂを備えている。
この本実施形態に係る吸収フィルタ４１によれば、各層の屈折率が第１の実施形態における屈折率と異なる場合でも、図１１に示すように最外層部４３がない場合と比較して、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができ、透過帯域５０Ａ、５０Ｂにおけるリップルを低減させることができる。
また、第１の実施形態における各層の構成材料よりもスパッタリングへの適用が容易である等、成膜プロセスの自由度を高めることができる。
この吸収フィルタ４１は、中心波長が略６１０ｎｍで透過率略０％における帯域幅が１４０ｎｍ程度とされる阻止帯域４８及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域５０Ａ、５０Ｂを備えている。
この本実施形態に係る吸収フィルタ４１によれば、各層の屈折率が第１の実施形態における屈折率と異なる場合でも、図１１に示すように最外層部４３がない場合と比較して、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができ、透過帯域５０Ａ、５０Ｂにおけるリップルを低減させることができる。
また、第１の実施形態における各層の構成材料よりもスパッタリングへの適用が容易である等、成膜プロセスの自由度を高めることができる。
次に、本発明に係る第４の実施形態について、図１２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、図１２（ａ）に示すように、第４の実施形態に係る吸収フィルタ５１の薄膜５２は、最外層部５３が空気１３ではなく屈折率１．４６のガラス（光学媒質）５５と接しているとした点である。
また、ガラス５５の屈折率との差を明確にするため、最外低屈折率層５３Ａと、第１の積層部５６Ａ及び第３の積層部５６Ｃにおける低屈折率層５７との屈折率が１．６７とされ、第２の積層部５６Ｂにおける低屈折率層５７の屈折率が１．６７を超えて２．２９まで変化されている。
第４の実施形態が第３の実施形態と異なる点は、図１２（ａ）に示すように、第４の実施形態に係る吸収フィルタ５１の薄膜５２は、最外層部５３が空気１３ではなく屈折率１．４６のガラス（光学媒質）５５と接しているとした点である。
また、ガラス５５の屈折率との差を明確にするため、最外低屈折率層５３Ａと、第１の積層部５６Ａ及び第３の積層部５６Ｃにおける低屈折率層５７との屈折率が１．６７とされ、第２の積層部５６Ｂにおける低屈折率層５７の屈折率が１．６７を超えて２．２９まで変化されている。
さらに、第１の最外高屈折率層５３Ｂの屈折率が１．７２、第２の最外高屈折率層５３Ｃの屈折率が１．８とされ、第１の積層部５６Ａにおける高屈折率層５８の屈折率が１．８を越えて２．２９までの間で変化されている。
また、薄膜５２は、基板１１側から最外層部５３の最外低屈折率層５３Ａまでの積層総数が４４層、設計波長が６００ｎｍとされ、各層の光学膜厚が設計波長の０．２５倍とされている。
ここで、最外低屈折率層５３Ａ及び低屈折率層５７は主にアルミナで構成されている。
また、薄膜５２は、基板１１側から最外層部５３の最外低屈折率層５３Ａまでの積層総数が４４層、設計波長が６００ｎｍとされ、各層の光学膜厚が設計波長の０．２５倍とされている。
ここで、最外低屈折率層５３Ａ及び低屈折率層５７は主にアルミナで構成されている。
薄膜５２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１２（ｂ）に示す。
この吸収フィルタ５１は、中心波長が略６１０ｎｍで透過率略０％における帯域幅が９０ｎｍ程度とされる阻止帯域６０及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域６１Ａ、６１Ｂを備えている。
この本実施形態に係る吸収フィルタ５１によれば、最外層部５３がガラス５５のような空気１３以外の光学媒質に接する場合でも、図１３に示すように最外層部４３がない場合と比較して、第３の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
この吸収フィルタ５１は、中心波長が略６１０ｎｍで透過率略０％における帯域幅が９０ｎｍ程度とされる阻止帯域６０及びそれ以外の波長を透過させる透過帯域６１Ａ、６１Ｂを備えている。
この本実施形態に係る吸収フィルタ５１によれば、最外層部５３がガラス５５のような空気１３以外の光学媒質に接する場合でも、図１３に示すように最外層部４３がない場合と比較して、第３の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
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。
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。
１ 蛍光顕微鏡（光学機器）
５、２７、４１、５１ 吸収フィルタ（光学フィルタ）
１１ 基板
１２、２４、２８、４２、５２ 薄膜
１３ 空気（光学媒質）
１５、４３、５３ 最外層部
１５Ａ、４３Ａ、５３Ａ 最外低屈折率層
１５Ｂ、４３Ｂ 第１の最外高屈折率層
１５Ｃ、４３Ｃ 第２の最外高屈折率層
１６、３５、３７、４７、５７ 低屈折率層
１７、３３、３６、４６、５８ 高屈折率層
１８、２５、２６、３０、４５ 屈折率変動部
１８Ａ、２５Ａ、２６Ａ、３２Ａ、４５Ａ、５６Ａ 第１の積層部
１８Ｂ、３２Ｂ、４５Ｂ、５６Ｂ 第２の積層部
１８Ｃ、３２Ｃ、４５Ｃ、５６Ｃ 第３の積層部
３１ 第１の屈折率変動部
３２ 第２の屈折率変動部
５５ ガラス（光学媒質）
５、２７、４１、５１ 吸収フィルタ（光学フィルタ）
１１ 基板
１２、２４、２８、４２、５２ 薄膜
１３ 空気（光学媒質）
１５、４３、５３ 最外層部
１５Ａ、４３Ａ、５３Ａ 最外低屈折率層
１５Ｂ、４３Ｂ 第１の最外高屈折率層
１５Ｃ、４３Ｃ 第２の最外高屈折率層
１６、３５、３７、４７、５７ 低屈折率層
１７、３３、３６、４６、５８ 高屈折率層
１８、２５、２６、３０、４５ 屈折率変動部
１８Ａ、２５Ａ、２６Ａ、３２Ａ、４５Ａ、５６Ａ 第１の積層部
１８Ｂ、３２Ｂ、４５Ｂ、５６Ｂ 第２の積層部
１８Ｃ、３２Ｃ、４５Ｃ、５６Ｃ 第３の積層部
３１ 第１の屈折率変動部
３２ 第２の屈折率変動部
５５ ガラス（光学媒質）
Claims (4)
- 基板と、該基板上に形成された薄膜とを備え、
該薄膜が、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する光学媒質に接触される最外層部と、
屈折率が前記光学媒質の屈折率よりも高い低屈折率層と屈折率が前記低屈折率層の屈折率よりも相対的に高い高屈折率層とが前記基板側に向かって交互に積層されて構成される屈折率変動部とを備え、
前記最外層部が、前記光学媒質に接触されるとともに前記光学媒質の屈折率よりも高い屈折率とされる最外低屈折率層と、
前記最外低屈折率層に積層され前記最外低屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第１の最外高屈折率層と、
該第１の最外高屈折率層に積層され前記第１の最外高屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の最外高屈折率層とを備え、
前記屈折率変動部が、前記最外層部に前記低屈折率層が積層され、前記高屈折率層の屈折率が前記第２の最外高屈折率層よりも高い屈折率から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前記第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同一である第３の積層部とを備え、
前記屈折率変動部が、前記基板側に向かって複数隣接して積層され、
複数の前記屈折率変動部の何れか二つを第１の屈折率変動部及び第２の屈折率変動部とするとき、
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ことを特徴とする光学フィルタ。 - 基板と、該基板上に形成された薄膜とを備え、
該薄膜が、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する光学媒質に接触される最外層部と、
屈折率が前記光学媒質の屈折率よりも高い低屈折率層と屈折率が前記低屈折率層の屈折率よりも相対的に高い高屈折率層とが前記基板側に向かって交互に積層されて構成される屈折率変動部とを備え、
前記最外層部が、前記光学媒質に接触されるとともに前記光学媒質の屈折率よりも高い屈折率とされる最外低屈折率層と、
前記最外低屈折率層に積層され前記最外低屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第１の最外高屈折率層と、
該第１の最外高屈折率層に積層され前記第１の最外高屈折率層の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の最外高屈折率層とを備え、
前記屈折率変動部が、前記最外層部に前記低屈折率層が積層され、前記高屈折率層の屈折率が前記第２の最外高屈折率層よりも高い屈折率から前記基板側に向かって漸次高く変化し、前記低屈折率層の屈折率が前記最外低屈折率層の屈折率と略同一である第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し、前記低屈折率層の屈折率が、前記基板側に向かって前記基板の屈折率まで漸次高く変化する第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前記第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同一であり、前記低屈折率層の屈折率が前記最外低屈折率層の屈折率と略同一である第３の積層部とを備えていることを特徴とする光学フィルタ。 - 前記第１の積層部及び前記第３の積層部における低屈折率層の屈折率が前記最外低屈折率層の屈折率と略同一とされ、
前記第２の積層部における低屈折率層の屈折率が、前記基板側に向かって前記基板の屈折率まで漸次高く変化されていることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。 - 請求項１から３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。
Priority Applications (26)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003354027A JP4409244B2 (ja) | 2003-10-14 | 2003-10-14 | 光学フィルタ及び光学機器 |
| US10/917,479 US7193780B2 (en) | 2003-08-22 | 2004-08-13 | Optical filter and optical instrument |
| EP08005186A EP1956400A3 (en) | 2003-08-22 | 2004-08-17 | Optical multi-layer filter with periodical variation of the high and low refractive index and optical instrument |
| EP04019510A EP1508822B1 (en) | 2003-08-22 | 2004-08-17 | Optical multi-layer filter with periodical variation of the high and low refractive index and optical instrument |
| EP08005192A EP1962116A3 (en) | 2003-08-22 | 2004-08-17 | Optical multi-layer filter with periodical variation of the high and low refractive index and optical instrument |
| EP08005190A EP1962114A3 (en) | 2003-08-22 | 2004-08-17 | Optical multi-layer filter with periodical variation of the high and low refractive index and optical instrument |
| EP08005193A EP1962117A3 (en) | 2003-08-22 | 2004-08-17 | Optical multi-layer filter with periodical variation of the high and low refractive index and optical instrument |
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