JP4575052B2

JP4575052B2 - 多層膜マイナスフィルター及び蛍光顕微鏡

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Inventors: 正渡邊
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Priority date: 2004-07-07
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Description

本発明は、狭い波長帯域の光を阻止、又は、反射し、それ以外の波長を透過することで、狭い波長帯域の光を分離する多層膜マイナスフィルターとこの多層膜マイナスフィルターを用いた蛍光顕微鏡に関する。

蛍光顕微鏡観察は、医学・歯学・薬学・生物学などの基礎研究をはじめとして、臨床衛生検査や家畜衛生、植物病害などの試験研究に、また化学・薬品・半導体関連などの工業分野にと広く使用されている。最近では、分子生物学におけるゲノム解析などの分野で欠かせない手法であり、重要性を増している。

蛍光顕微鏡は、物体に強力な光（励起光）を照射したときに発せられる蛍光を利用して、物体の構造や、その色調や強度から物質を判定する顕微鏡であり、この蛍光の分離には、光学多層膜フィルターが、従来から広く用いられてきた。蛍光の波長は、励起光の波長よりも長いために、従来の蛍光観察に用いられる光学多層膜フィルターでは、基本的に短い波長の光（励起光）と長い波長の光（蛍光）を分離できればよかった。

これに対して、最近の分子生物学研究においては、生きた細胞の動的挙動を観察するニーズが高くなったことから、蛍光物質の励起や観察に用いる光とは別に、細胞を操作するための光（操作光）を使用したり、細胞に刺激を与え、その反応を見るための光（刺激光）を使用したりすることがある。このような場合には、前記操作光や、刺激光はカットし、他の波長の光は効率よく透過するような光学多層膜フィルター（以下、「マイナスフィルター」と称する）が求められる。また、同様の分野において、蛍光物質の励起に複数の波長の光を用いることで、いくつもの種類の蛍光を同時に観察して、細胞内の相互作用や、複数の観察対象の配置を正確に見たいというニーズもある。

このような場合にも、励起光は阻止しながら、励起光よりも短い波長と長い波長の両方を効率よく透過するようなフィルター（マイナスフィルター）が求められる。これらどちらの場合に使用されるマイナスフィルターにおいても、阻止または反射する光の波長帯域幅は、十分に狭いことが要求される場合が多い。

従来のマイナスフィルターには、次のようなものがある。
特許文献１には、光源から発せられる望ましくない強い輝線から、眼や、その他のセンサーを保護するために、ポリマーによる干渉スタックを含んで成るマイナスフィルターが記載されている。
特許文献２には、光通信システムにおいて用いられる光増幅器の利得スペクトルを平坦化することを目的に、屈折率差の小さい誘電体薄膜を同じ光学膜厚（反射波長をλとしたときλ／４）で交互に積層することで形成した干渉スタックによるマイナスフィルターが記載されている。
特許文献３には、前記特許文献２と同様の目的で、誘電体薄膜を同じ光学膜厚で交互に積層した時の高次反射を利用した干渉スタックによるマイナスフィルターが記載されている。
特開平５−２１５９１６号公報特開２００２−３１９７２７号公報特開２００３−２１５３３２号公報

しかし、これらのマイナスフィルターでは、下記の理由から、蛍光顕微鏡観察に用いるマイナスフィルターとして使用するのに十分な性能を有さない。

特許文献１におけるマイナスフィルターは、ポリマーによる干渉スタックからなるために製造時の厳密な膜厚制御が困難であり、光を透過する帯域における透過率や、光を阻止または反射する波長帯域幅にばらつきが生じやすい。加えて、周囲の温度変化など環境によって、光学特性に経時的な変化が生じやすい。このため光を阻止または反射する帯域幅を十分に狭く設定できたとしても、蛍光顕微鏡観察における、環境変化や、刺激による細胞の動的観察（経時的観察）に用いるにはあまりに不安定であるという問題がある。すなわち、現在の蛍光顕微鏡における高度の要求には応じることができない。

特許文献２におけるマイナスフィルターは、誘電体薄膜の積層からなるために、光学特性の経時的な変化は生じにくく、特許文献１の欠点を解決している。しかし、光を阻止または反射する波長帯域幅を、前記したような現在の蛍光顕微鏡における高度の要求に応じるために必要な幅とするためには、製造時に制御が困難なほど屈折率差を小さく、また、精度よく制御しなくてはならず、実際の製造が困難であるという問題がある。加えて、屈折率差が小さいために、蛍光顕微鏡で用いるのに足りるほどの光の阻止率、もしくは反射率を得ることが実質困難であるという問題がある。結果として、現在の蛍光顕微鏡における高度の要求には応じることができない。

特許文献３におけるマイナスフィルターは、前記第二のマイナスフィルターにおける、屈折率差の大きさという欠点を補うために、反射帯域幅を小さくすることが出来る高次反射を用いるものである。十分な反射帯域幅を得るためには高次の反射（５次反射以上）を用いる必要があり、このために、全体の膜厚がどうしても厚くなってしまい、製造性がわるくなるという問題がある。また、高次の反射を用いるほど、高次反射帯と別の高次反射帯との波長方向の間隔が狭くなり、十分な透過帯域をとることが出来なくなるという問題がある。結果として、特許文献３に記載のマイナスフィルターを用いたとしても、現在の蛍光顕微鏡における高度の要求には、十分に応じることができない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、極めて狭い反射帯域幅、および、反射帯域幅の選択性を有するマイナスフィルターを提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る発明は、所定の波長の光を反射し、それよりも長い波長の光と短い波長の光とを透過する多層膜マイナスフィルターにおいて、高屈折率層と低屈折率層が交互に繰り返して積層された繰り返し層を有し、前記高屈折率層の光学膜厚の平均値と前記低屈折率層の光学膜厚の平均値との和が、垂直入射光に対する反射波長λ_０に等しく、前記高屈折率層の光学膜厚Ｈと前記低屈折率層の光学膜厚Ｌとの比Ｈ／Ｌが０．５より大きく、２未満であるように構成され、前記繰り返し層によって前記反射波長λ_０に形成される反射帯を利用したことを特徴とする。

本発明によれば、極めて狭い反射帯域幅、および、反射帯域幅の選択性を有する多層膜マイナスフィルターを提供することができる。本発明に係るマイナスフィルターを備えた光学素子を蛍光顕微鏡に適用することにより、現在の蛍光顕微鏡における高度の要求に応え、その観察性能を飛躍的に向上させることができる。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係る多層膜マイナスフィルターが適用された光学素子を示す図である。図１に示すように、本発明に係る多層膜マイナスフィルターは、基材１上に高屈折率層２１と低屈折率層２２が交互に繰り返して積層された交互層２（以下、本明細書においては「繰り返し層」と称する）を備えている。そして、本発明に係る多層膜マイナスフィルターは、詳細は後述するように、繰り返し層２における高屈折率層２１の光学膜厚の平均値と低屈折率層２２の光学膜厚の平均値との和が、垂直入射光に対する反射波長λ_０に略等しくなるようにしている。更に、繰り返し層２における高屈折率層２１の光学膜厚Ｈと低屈折率層２２の光学膜厚Ｌとの比Ｈ／Ｌが０．５より大きく、２未満になっている。

特許文献１と特許文献２に記載のマイナスフィルターは、反射しようとする波長をλとしたときに高屈折率層と低屈折率層の繰り返し層部分における高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚の和が、約０．５λであり、高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚の比率も同等（１：１＝０．２５λ：０．２５λ）の構成を有する薄膜を積層することで反射帯を形成している。特許文献３も、基本的には同等の構成を利用しており、利用する反射帯が、前記λに形成される反射帯の奇数次の高調波成分（λ／ｍにおいて形成される：ｍは３以上の奇数）を利用していることのみ特許文献１、特許文献２と異なる．
これに対して、本発明の実施形態に係るマイナスフィルターは、高屈折率層の光学膜厚の平均値と低屈折率層の光学膜厚の平均値との和が、ほぼ反射しようとする波長λに等しい。

また、本発明の実施形態においては、高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚は同等ではなく、前記高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚の比率をずらすことで発生する反射帯（本質的には２次の高調波成分に相当）を利用するものである。すなわち、本発明の実施形態では、マイナスフィルターを形成するのに利用している従来の反射帯とは本質的に異なった反射帯を利用している。ちなみに、本発明の実施形態に係る高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚をずらすことで形成される反射帯は、特許文献１から特許文献３で利用している光学膜厚の比率が１：１となる膜構成においては存在しない（光の入射角が垂直の場合）。

光学多層膜フィルターの設計は、一般に高屈折率層と低屈折率層が交互に繰り返して積層された繰り返し層として、
0.5H 0.6L 0.4H 0.5L (0.5H 0.5L)^S 0.5H 0.6L 0.4H 0.5L 0.5H ・・・
のように表記される。この表記は、基材側に積層される層から順に記載される。記号Ｈ、Ｌはそれぞれ高屈折率層、低屈折率層を示し、その前の数字は、設計の基準波長をλとして、その層が前記設計の基準波長λの何倍の光学膜厚を持つかを示す。また、記号Ｓは括弧内の構成をＳ回繰り返した構成となっていることを示す。

従来例におけるマイナスフィルターの基本構成は、反射帯の中心波長を設計の基準波長λとしたときに(0.25H 0.25L)^Sとなるのに対して、本発明の実施形態におけるマイナスフィルターの基本構成は、反射帯の中心波長を設計の基準波長λとしたときに、たとえば(0.6H 0.4L)^Sのように表記できる。(Ｈ／Ｌを１．５とした場合。ここで、Ｈは高屈折率層の光学膜厚、Ｌは低屈折率層の光学膜厚である。以下同様)
上記の光学多層膜フィルター膜構成の表記法を用いて、より具体的に本発明の実施形態を示す。
下記の膜構成、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）における光学多層膜フィルターの分光透過率特性を図２に示す。ここで、基材はＢＫ７光学ガラスで、最終層は空気と接しているものとする。なお、具体例を除く以降の膜設計値では、全て基材はＢＫ７光学ガラスで、最終層は空気と接しているものとする。
(a) (0.5H 0.5L)¹⁰ 0.5H 0.25L (λ=500nm)
(b) (0.525H 0.475L)¹⁰ 0.525H 0.238L (λ=500nm)
(c) (0.575H 0.425L)¹⁰ 0.575H 0.213L (λ=500nm)
(d) (0.65H 0.35L)¹⁰ 0.65H 0.175L (λ=500nm)
図２から、（ａ）の高屈折率層Ｈと高屈折率層Ｌの膜厚の比率Ｈ／Ｌが１．０の場合では、λ（＝５００ｎｍ）には反射帯自体が存在しない。（ｂ）の高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌの膜厚の比率が約１．１の場合では、λに小さく細い反射帯が形成される。（ｃ）の高屈折率層Ｈと高屈折率層Ｌの膜厚の比率が約１．３５の場合では、λに対して（ｂ）よりも大きく太い（幅の広い）反射帯が形成される。（ｄ）の高屈折率層Ｈと高屈折率層Ｌの膜厚の比率が約１．８６の場合では、λに対して（ｃ）よりも更に大きく太い反射帯が形成される。

本発明の実施形態に係るマイナスフィルターは、このようにして形成される反射帯を用いたものである。すなわち、本発明におけるマイナスフィルターは、高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌの比率を適宜選択することで、その阻止または反射する波長帯域幅を変えることが出来る。この高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚の比率をずらすことで発生する反射帯は、赤外カットフィルターなど、従来の光学多層膜フィルターにおいては、「ノイズバンド」として知られており、これを反射帯として積極的に活用し、特にマイナスフィルターとして使用する提案は見当たらない。従って、本発明の実施形態のような構成は、従来例のマイナスフィルターにはないものである。

本発明の実施形態に係るマイナスフィルターで使用する反射帯では、高屈折率層と低屈折率層の比率を一定とした場合でも、同等の膜厚比率を持つ繰り返し層の繰り返し回数を変えることで、光の阻止率もしくは反射率を変えることが出来る。表１に、高屈折率層Ｈと高屈折率層Ｌの膜厚の比率を約１．２とした場合に、その繰り返し回数によって光の阻止率もしくは反射率がどのように変わるかを示す。また、このときの分光透過率特性を図３に示す。

図３から、本発明におけるマイナスフィルターでは、必要な阻止率（反射率）を、同等の膜厚比率を持つ繰り返し層の繰り返し回数によって選ぶことができることがわかる。

同じ膜厚比率を持つ高屈折率層Ｈと高屈折率層Ｌの繰り返し層では、図３からもわかるように、反射帯の両側にリップルが発生する。マイナスフィルターの用途によっては、このリップルが問題になる。このリップルをおさえるために、繰り返し層の前後に、調整層と呼ばれる繰り返し層と異なる積層部分を形成する、通常の光学多層膜フィルターでよく利用される手法を用いることが出来る。リップルは、前記調整層の積層数を多く設定するほど小さくすることが出来る。なお、極端に言えば、特に繰り返し層部分を設けずとも、高屈折率層と低屈折率層の繰り返し層部分における高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚の和の平均が、１×λ程度であり、前記高屈折率層と低屈折率層の繰り返し層部分における高屈折率層の光学膜厚Ｈと低屈折率層の光学膜厚Ｌの比率が同等の値であれば、リップルの小さい同等の反射帯を有するマイナスフィルターを得ることができる。

表１にある設計（Ａ）に対して、調整層を設けてリップルを抑制した場合（Ａ−改(1)）と、繰り返し層部分を設けず、高屈折率層と低屈折率層の繰り返し層部分における高屈折率層の光学膜厚の平均と低屈折率層の光学膜厚の平均の和が、１×λ程度であり、前記高屈折率層と低屈折率層の繰り返し層部分における高屈折率層の光学膜厚Ｈと低屈折率層の光学膜厚Ｌの比率が同等の値（１．２程度）とした場合（Ａ一改(2)）に関する分光透過率特性を図４に示す。ここで、これらの膜設計値は、次のとおりである。
Ａ：(0.55H 0.45L)²⁵ 0.55H 0.225L
Ａ一改(1)：0.508H 0.4716L 0.524H 0.485L 0.527H 0.481L 0.531H 0.474L (0.55H 0.45L)¹⁸ 0.537H 0.468L 0.517H 0.467L 0.505H 0.46L 0.483H 0.229L
Ａ−改(2)：0.493H 0.471L 0.518H 0.484L 0.528H 0.477L 0.535H 0.472L 0.537H 0.464L 0.541H 0.458L 0.539H 0.453L 0.545H 0.451L 0.546H 0.45L 0.553H 0.448L 0.552H 0.446L 0.556H 0.444L 0.552H 0.444L 0.556H 0.444L 0.554H 0.445L 0.557H 0.445L 0.554H 0.446L 0.553H 0.447L 0.548H 0.45L 0.547H 0.454L 0.545H 0.458L 0.544H 0.461L 0.538H 0.465L 0.5274H 0.464L 0.508H 0.454L 0.472H 0.224L
これらはすべて、５２層の積層構造を有するフィルターであり、λは５４３ｎｍである。図４から、上記の方法によって、リップルを小さく出来ることが明らかである．なお、設計ＡおよびＡ−改（１）では括弧内（同じ膜厚での繰り返し層部分）において、高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚の平均の和が１×λであり、高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚の比１．２２となっている。また、Ａ−改（２）における高屈折率層膜厚の平均は０．５３８×λであり、最終層を除く低屈折率層膜厚の平均は、０．４５６×λとなっている。従って、これらの平均の和は、０．９９４×λであり、比（Ｈ／Ｌ）は、約１．１８である。

図２から図４までの例示では、高屈折率層の光学膜厚が低屈折率層の光学膜厚よりも大きい場合を示したが、低屈折率層の光学膜厚が高屈折率層の光学膜厚よりも大きくなる場合においても、同様のマイナスフィルターを得ることが出来る．
これら、高屈折率層の光学膜厚が低屈折率層の光学膜厚よりも大きい場合（Ｈ／Ｌ＞１の場合）と、低屈折率層の光学膜厚が高屈折率層の光学膜厚よりも大きくなる場合（Ｈ／Ｌ＜１の場合）について、阻止率（反射率）が９９％を超えるように、比率を変えながら設計した例を図５及び図６に示す。なお、図５は、Ｈ／Ｌ＞１の場合であり、図６は、Ｈ／Ｌ＜１の場合である。ここで、それぞれにおける膜設計値は次のとおりである。
(1) (0.525H 0.475L)⁵⁶ 0.525H 0.238L(λ=532nm)
(2) (0.55H 0.45L)²⁷ 0.55H 0.225L(λ=532nm)
(3) (0.6H 0.4L)¹⁴ 0.6H 0.2L(λ=532nm)
(4) (0.65H 0.35L)¹⁰ 0.65H 0.175L(λ=532nm)
(5) (0.475H 0.525L)⁵⁶ 0.475H 0.2625L(λ=532nm)
(6) (0.45H 0.55L)²⁷ 0.45H 0.275L(λ=532nm)
(7) (0.4H 0.6L)¹⁴ 0.4H 0.3L(λ=532nm)
(8) (0.35H 0.65L)¹⁰ 0.35H 0.325L(λ=532nm)
上記の例では、Ｈ／Ｌが１．１から１．８６までの範囲、および０．５３から０．９までの範囲で示しているが、Ｈ／Ｌがより１．０に近づく場合においても、そこに反射帯が形成されて、それをマイナスフィルターとして積極的に使用する場合においては、本発明の趣旨に該当する。また、Ｈ／Ｌが１．８６よりも大きくなる場合や０．５３よりも小さくなる場合においても、形成される反射帯をマイナスフィルターとして積極的に使用する場合においては、本発明の趣旨に該当する。しかし、Ｈ／Ｌが２以上となる場合や０．５よりも小さくなる場合においては、反射帯の波長方向の幅が従来のマイナスフィルターに比べて狭いとはいえず、反射帯の波長方向の幅はおおきく変動しなくなるために、波長方向の幅を高屈折率層と低屈折率層の光学膜厚比率によって選択できるという特徴も十分に発揮されない。従って、本発明の有用さは、Ｈ／Ｌが０．５より大きく、２未満である場合において、十分に発揮される。

また、Ｈ／Ｌが０．６以上１．６以下程度の範囲では、反射帯の波長方向の幅が可視域で５０ｎｍ程度以下となり、他の手法では提供が難しい程度の反射帯の波長方向の幅を実現できるため、特に有用となる。この場合に、Ｈ／Ｌ＞１の場合では、高屈折率層の平均的な光学膜厚が０．５１λ_０〜０．６２λ_０、低屈折率層の平均的な光学膜厚が０．３８λ_０〜０．４９λ_０で形成された繰り返し層を含むことになり、Ｌ／Ｈ＞１の場合では高屈折率層の平均的な光学膜厚が０．３９λ_０〜０．４８λ_０、低屈折率層の平均的な光学膜厚が０．５２λ_０〜０．６２λ_０で形成された繰り返し層を含むことになる。

本発明の実施形態に係るマイナスフィルターは、複数の反射帯を持つこともできる。図７にその例を示す。図７に示すような特性を有するマイナスフィルターの膜設計値は次のとおりである。
(0.55H 0.45L)²⁷ 0.55H 0.476L (0.619H 0.501L)²⁷ 0.619H 0.251L (λ=488nmとして)
上記の膜設計値は、設計の中心波長（λ）を変更して、次のように表記することも出来る。
(0.489H 0.404L)²⁷ 0.489H 0.427L (0.55H 0.45L)²⁷ 0.55H 0.225L(λ=543nmとして)
ここで、２通りの表記を記したが、これは２つの反射帯の中心波長λのそれぞれについて光学膜厚の表記をしたものであり、同一のフィルターの設計値である。上記の２通りの表記の内、第１番目の (0.55H 0.45L)²⁷ 0.55から、図７のマイナスフィルター設計値における基板側の繰り返し層部分は、高屈折率層と屈折率層の光学膜厚の平均が１×λ（４８８ｎｍ）となっており、その光学膜厚の比率が１．２２である。また、第２番目の(0.55H 0.45L)²⁷ 0.55から、図７のマイナスフィルター設計値における空気側の繰り返し層部分は、高屈折率層と屈折率層の光学膜厚の平均が１×λ（５４３ｎｍ）となっており、その光学膜厚の比率が１．２２である。

図７における複数の反射帯を有するマイナスフィルターは、反射帯の左右にリップルがあるが、これは前述した調整層を設けてリップルを抑制する方法などによって小さくすることが出来る。このリップルを抑制した例は、後述する具体例において記載する。

上記の実施形態では、フィルターに垂直に入射する光に対するマイナスフィルターについて示した。しかし、本発明の実施形態に係るマイナスフィルターは、斜めに入射する光に対しても極めて有用である。なぜならば、斜めに入射した光に対してマイナスフィルターを用いることで、光を単に阻止（カット）するだけでなく、狭い波長域の光を意図した方向に取り出すことが出来るためである。

このように斜め入射光に対してマイナスフィルターが利用される場合には、干渉フィルターの特性としてよく知られているように、その光学特性は短波長側にシフトする。すなわち、斜め入射光に対する本発明の実施形態に係るマイナスフィルターは、垂直入射光に対してλ_０で現れる反射帯がより短波長側にシフトして形成される斜め入射光に対する反射帯を利用する。

斜め入射光に対してマイナスフィルターを利用する場合には、主に光学系の配置のしやすさから、斜め入射の角度は４５°が最も利用しやすい。４５°の入射角で光がマイナスフィルターに入射する配置に対して、高屈折率層の光学膜厚が低屈折率層の光学膜厚よりも大きい場合（Ｈ／Ｌ＞１の場合）と、低屈折率層の光学膜厚が高屈折率層の光学膜厚よりも大きくなる場合（Ｌ／Ｈ＞１の場合）について、阻止率（反射率）が９９％を超えるように、比率を変えながら設計した例を図８と図９に示す。図８は、Ｈ／Ｌ＞１の場合であり、図９は、Ｌ／Ｈ＞１の場合である。ここで、それぞれにおける膜設計値は次のとおりである。
(9) (0.504H 0.496L)⁵⁶ 0.504H 0.248L
(10) (0.529H 0.471L)²⁷ 0.529H 0.236L
(11) (0.579H 0.421L)¹⁴ 0.579H 0.211L
(12) (0.629H 0.371L)¹⁰ 0.629H 0.186L
(13) (0.454H 0.546L)⁵⁶ 0.454H 0.273L
(14) (0.429H 0.5711))²⁷ 0.429H 0.286L
(15) (0.379H 0.621L)¹⁴ 0.379H 0.311L
(16) (0.329H 0.671L)¹⁰ 0.329H 0.336L
光の入射角が４５°の場合においては、高屈折率層と低屈折率層の膜厚の比率Ｈ／Ｌが１のときではなく、Ｈ／Ｌが０．９２程度となる場合に反射帯がなくなる。すなわち、Ｈ／Ｌを０．９２からずらすことで本発明の実施形態におけるマイナスフィルターで使用する反射帯を得ることができる。このため、光の入射角が４５°の場合においては、前記光の入射が垂直になされる場合とは、マイナスフィルターを得るのに有効な高屈折率層と低屈折率層のそれぞれの光学膜厚が変わる。光の入射角が４５°の場合、本発明の実施形態に係るマイナスフィルターを得るのに好適な膜厚範囲は、Ｈ／Ｌ＞０．９２の場合には、高屈折率層の平均的な光学膜厚が０．４９λ_０〜０．６３λ_０、低屈折率層の平均的な光学膜厚が０．３７λ_０〜０．５１λ_０であり、Ｈ／Ｌ＜０．９２の場合には、高屈折率層の平均的な光学膜厚が０．３２λ_０〜０．４７λ_０、低屈折率層の平均的な光学膜厚が０．５３λ_０〜０．６８λ_０である。但し、本発明の実施形態におけるマイナスフィルターはこの膜厚範囲に限定されるものではなく、垂直入射の場合について示したのと同様に、よりＨ／Ｌが０．９２に近づく場合や、より離れる場合についても含む。

本発明の実施形態における斜め入射光用のマイナスフィルターは、狭い反射帯を実現できる以外に、入射光の偏光成分（Ｐ、Ｓ）による反射帯域幅の違いが少ないという、大きい利点を持つ。この入射光の偏光成分（Ｐ、Ｓ）による反射帯域幅の違いが少ないという利点により反射帯と透過帯を近接させることが出来る為、本発明の実施形態に係るマイナスフィルターは、斜め入射光に対するマイナスフィルターとして、好適である。

上記において、反射帯域幅の違いが少ないとはいっても、Ｐ偏光の光に比べてＳ偏光の光に対する方が反射帯の反射率を上げることが出来る。このため、本発明の実施形態に係るマイナスフィルターは、光の偏光方向を選択することが出来るレーザを光源として用いて、特にＳ偏光で光を入射させるとより高い性能を発揮することが出来る。もちろん、レーザを光源とした場合には、本発明の実施形態に係るマイナスフィルターが持つ、他では実現が難しい狭い反射帯域幅という利点が、有用となる。

以上に示した本発明の実施形態における斜め入射光用のマイナスフィルターは、垂直入射の場合に関して説明したものと同様に、複数の反射帯を持つことが出来る。これに関しては、具体例として後に示す。

上記の説明では、本発明の実施形態におけるマイナスフィルターの膜構成上の要点を示した。しかし、本発明の実施形態に係るマイナスフィルターを実現するには、ここまで示した要点のみでなく、別に技術的ブレイクスルーが必要となる。

前述したように、本発明の実施形態におけるマイナスフィルターで使用する反射帯は、これまで「ノイズバンド」として忌み嫌われるものであった。これは、多層膜の製造精度を極めて高くしないと高屈折率層と低屈折率層の比率を意図した値にすることが出来ず、結果として反射帯の大きさを制御できないためである。本発明者は、ここで問題となった多層膜フィルターの製造精度の低さは、膜の屈折率を安定させ、また、膜のおかれる環境によるフィルターの光学特性変化を抑えることが出来るイオンプロセスを採用した誘電体多層膜フィルターにより解決できることを、鋭意研究の結果、見出した。ここでいうイオンプロセスとは、スパッタ、イオンプレーティング、ＩＡＤなどの製造手法を指す。これらのイオンプロセスと呼ばれる製造手法により得られる多層膜フィルターは、周囲の環境による特性の変化が少ないシフトレスフィルターとなる。ここで「シフトレス」とは、通常に置かれる周囲環境の変化によっておこるフィルターの光学特性のずれが少なく、本発明の実施形態に係るマイナスフィルターにおいては反射帯の位置のずれが±１ｎｍ以下程度にあることをいう。また、本発明者は、上記のイオンプロセスにおいて、膜の屈折率や吸収を安定させることができるような前記多層膜マイナスフィルターを構成するに好適な膜材料は、ある程度限定されることも見出した。前記多層膜マイナスフィルターを構成するに特に好適な膜材料は、高屈折率膜材料が、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５若しくはこれらを含む混合物であり、低屈折率膜材料が、ＳｉＯ_２若しくはこれを含む混合物である。また、３５０ｍｍ以下の紫外域で高い透過率が必要となる場合には、３５０ｎｍ以下の紫外域で吸収を持つ前記高屈折率材料に代替してＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３もしくはこれを含む混合物も使用することができる。

前記イオンプロセスにより製造されるシフトレスのマイナスフィルターは、膜内部の密度が高いために、使用する基材によっては高い膜応力を生じて、基材に用途によっては無視することの出来ない変形をもたらす。本発明者は、鋭意研究の結果、この変形を減らすには、線膨張係数の低い基材を用いることが有効であることも見出した。具体的には、線膨張係数が０．８×１０^−６以下のガラスにおいて変形量を実用上問題のない範囲とすることができる。線膨張係数が０．８×１０^−６以下のガラスの中でも、入手性のよさから、特に石英ガラスは有用である。この基板の変形は、垂直入射光に対して用いる場合には問題にならない場合が多く、斜めで入射する光に対して用いる多層膜フィルターにおいて問題となることが多い。

上記のように、本発明の実施形態におけるマイナスフィルターによれば、従来のマイナスフィルターにはない狭い反射帯域幅を実現できる。また、その反射帯域幅は選択性があり、反射帯域幅を自由に設定することができる。このような本発明の実施形態に係るマイナスフィルターの特性は、従来技術に述べた蛍光顕微鏡を使用した分子生物分野の「蛍光物質の励起に複数の波長の光を用いることで、いくつもの種類の蛍光を同時に観察して、細胞内の相互作用や、複数の観察対象の配置を正確に見たいというニーズ」や、「生きた細胞の動的挙動を観察するために、蛍光物質の励起や観察に用いる光とは別に、細胞を操作するための光（操作光）を使用したり、細胞に刺激を与え、その反応を見るための光（刺激光）を使用したりするニーズ」を満たすことができる。すなわち、本発明におけるマイナスフィルターを用いた蛍光顕微鏡は、蛍光顕微鏡の新たな可能性を開くものである。

また、本発明の実施形態におけるマイナスフィルターを用いた蛍光顕微鏡は、その狭い反射帯域幅により、レーザを光源とした観察において、その特徴を存分に発揮することが出来て、より高い応用を提供することができる。

以下、具体的な設計例を説明する。
（第１の具体例）
（構成）
高屈折率材料としてＴａ_２Ｏ_５、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を使用した４５°入射する光に対して用いる多層膜マイナスフィルターであり、下記の膜構成を持つ。ここで、基準波長は０°入射の光に対する反射帯の中心波長となる４３７．５ｎｍとしている。
0.527H 0.53L 0.534H 0.501L 0.513H 0.484L 0.522H 0.478L 0.523H 0.473L 0.53H 0.467L 0.532H 0.467L 0.537H 0.462L 0.538H 0.463L 0.54H 0.459L 0.54H 0.461L 0.541H 0.459L 0.541H 0.46L 0.542H 0.459L 0.542H 0.46L 0.542H 0.46L 0.541H 0.461L 0.54H 0.463L 0.538H 0.464L 0.536H 0.467L 0.534H 0.469L 0.531H 0.473L 0.528H 0.476L 0.523H 0.482L 0.518H 0.488L 0.511H 0.496L 0.502H 0.504L 0.504H 0.52L 0.508H 0.523L 0.501H 0.260L
上記の全６０層の膜構成において、基材から５〜５０層目における高屈折率層の光学膜厚の平均は、０．５３４×λであり、低屈折率層の光学膜厚の平均は０．４６８×λである。高屈折率層の光学膜厚の平均と、低屈折率層の光学膜厚の平均の和は、１．００２×λであり、これらの比Ｈ／Ｌは、１．１４１となる。

本多層膜マイナスフィルターの裏面はノンコートであり、基材には２６ｍｍ×３８ｍｍ×２ｍｍｔの両面研磨平行平板合成石英ガラスを使用した。

（作用）
本具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を図１０に示す。ここで、明示してはいないが、垂直入射光に対しては４３７．５ｎｍにピークを持つ反射帯が形成される。

本具体例における多層膜マイナスフィルターを作成するにあたっては、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）を用い、蒸着中の基板加熱温度（設定値）は、３００°であった。

膜形成後に基材はフィルター形成面側が凸となるように変形したが、干渉計測定の結果、その変形量はニュートン本数で４〜５本（ＮＲ＝４〜５）程度であり、変形量は実用上問題のない範囲であった。

本具体例においては、高屈折率材料としてＴａ_２Ｏ_５を用いたが、同等の屈折率をもち、同等の製造精度を得ることの出来る膜材料を用いるならば、同等の光学特性をえて、下記の効果を得ることが出来る。また、低屈折率材料はＳｉＯ_２を用いたが、これも同等の屈折率をもち、同等の製造制度を得ることの出来る膜材料を用いるならば、同等の光学特性をえて、下記の効果を得ることが出来る。このため、本具体例で使用した材料は、本具体例の効果を限定する要素ではない。これは以降の具体例においても同様である。

また、本具体例では４５°入射で波長が４０５ｎｍ付近の光線を反射するマイナスフィルターを示したが、設計の中心波長をずらした同様の膜構成によって、他の波長のみを反射するマイナスフィルターも作成することが出来る。すなわち、同じ膜構成によって反射する波長も自由に選択することができるため、本具体例の反射波長は、本具体例の効果を限定する要素ではない。これも以降の具体例において同様である。

この他にも本具体例で採用した要素で、同等の光学的、機械的性質を持つもので構成することによって同じ効果を得ることが出来る要素があっても、それはやはり本具体例の効果を限定する要素ではない。これもまた、以降の具体例において同様である．
（効果）
４５°入射光に対して４０５ｎｍに反射帯を持つ本具体例のマイナスフィルターは、４０５ｎｍ付近の光のみを反射し、他の波長を持つ光を透過する。これは、レーザ光を光源として利用した共焦点レーザ顕微鏡において、生きた細胞の動的挙動を観察する際の、蛍光物質の励起や観察に用いる光とは別に用いる、細胞に刺激を与え、その反応を見るための光（刺激光＝４０５ｎｍＬＤレーザ）を観察系に入れるためのミラーに使用することができる。

本具体例のマイナスフィルターは、反射帯の幅が約２０ｎｍであり、他では実現できない非常に狭い反射帯を実現している。このため、前記共焦点レーザ顕微鏡において４１５ｎｍ以上に蛍光を発する蛍光体を観察する場合はもちろん、前記共焦点レーザ顕微鏡において３９５ｎｍ以下で蛍光を発する蛍光体を観察する場合（３５１ｎｍＵＶＡｒｇｏｎレーザ光を光源とする観察や、長い波長のレーザ光を光源とする２光子励起による観察など）に利用できる。その他の４０５ｎｍ近辺の波長を有する光のみ反射（光路を９０°曲げ）して他の波長を透過したい場合に利用でき、応用性が高い。

（第２の具体例）
（構成）
高屈折率材料としてＴａ_２Ｏ_５、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を使用した垂直入射する光に対して用いる多層膜マイナスフィルターであり、下記の膜構成を持つ。ここで、基準波長は０°入射の光に対する反射帯の中心波長となる６３３ｎｍである。
0.516H 0.508L 0.546H 0.507L 0.543H 0.478L 0.514H 0.464L 0.527H 0.474L 0.534H 0.464L 0.531H 0.464L 0.539H 0.463L 0.539H 0.458L 0.539H 0.458L 0.544H 0.457L 0.543H 0.453L 0.545H 0.454L 0.548H 0.453L 0.546H 0.45L 0.549H 0.452L 0.549H 0.449L 0.548H 0.45L 0.551H 0.45L 0.55H 0.448L 0.55H 0.45L 0.551H 0.448L 0.55H 0.448L 0.551H 0.449L 0.551H 0.448L 0.55H 0.449L 0.551H 0.449L 0.55H 0.449L 0.549H 0.45L 0.55H 0.451L 0.548H 0.45L 0.548H 0.453L 0.548H 0.452L 0.545H 0.453L 0.546H 0.456L 0.543H 0.454L 0.541H 0.459L 0.542H 0.46L 0.536H 0.461L 0.537H 0.468L 0.535H 0.467L 0.528H 0.469L 0.526H 0.474L 0.526H 0.472L 0.512H 0.453L 0.471H 0.229L
上記、全９２層の膜構成において、基材から１５〜７６層目における高屈折率層の光学膜厚の平均は、０．５４７×λであり、低屈折率層の光学膜厚の平均は０．４５２×λである。高屈折率層の光学膜厚の平均と、低屈折率層の光学膜厚の平均の和は、０．９９９×λであり、これらの比Ｈ／Ｌは、１．２０９となる。

本多層膜マイナスフィルターの裏面はノンコートであり、基材にはφ２５×２．５ｍｍｔの両面研磨平行平板白板ガラスを使用した。

（作用）
本具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を図１１に示す。ここで現れている垂直入射光に対する反射帯のピークは６３３ｎｍにある。

本具体例における多層膜マイナスフィルターを作成するにあたっては、基板ＲＦ印加型のイオンプレーティングを用い、蒸着中の基板加熱温度（設定値）は、２５０℃であった。

膜形成後に基材はフィルター形成面側が凸となるように、干渉計での測定でＮＲ値が読み取れない程（ＮＲ１０以上）変形していた。

本具体例のマイナスフィルターは、平行平板白板ガラスの片面に形成したものであるが、設計の基準波長λのみをずらしたマイナスフィルターを、前記平行平板白板ガラスのノンコート面に形成することで、２波長を阻止する２波長カットフィルターを構成することも出来る。加えて言えば、設計の基準波長λのみをずらした本具体例と同じ構成のマイナスフィルターを複数毎の平行平板ガラスに形成し、これらを重ねることで、様々な波長をカットするマルチバンド阻止（＝マルチバンド透過）フィルターを作成することができる。これによって、複数の波長を阻止しながらその間の波長を透過させることの出来る光学素子を提供することが出来る。

また、本具体例のマイナスフィルターでは、高屈折率層の光学膜厚の平均と低屈折率層の光学膜厚の平均の比Ｈ／Ｌが１．２０９の場合を示しているが、この比率を変更して設計を行うことで、本素子帯の幅も自由に選択することが出来る。このように比率を変更した本発明の実施形態に係るマイナスフィルターを複数枚重ねることで、複数の、様々な阻止帯域の幅を持ったマルチバンド阻止（＝マルチバンド透過）フィルターを構成することができる。

また、本具体例のマイナスフィルターでは、全９２層の構成によって６３３±４ｎｍで反射率９９．９％以上の阻止率を実現しているが、層数を減らすことによって阻止率を下げたり、層数を増やすことによって阻止率を上げたりすることもできる。また、１枚のフィルターでは十分な阻止率が得られない場合には、同じマイナスフィルターを複数枚重ねることによって、同一波長の阻止率を上げることもできる。これらの事実は以降の具体例においても同様であり、それぞれの具体例の効果を限定するものではない。

（効果）
垂直入射光に対して６３３ｎｍ付近に阻止帯（６３３±４ｎｍで反射率９９．９％以上、阻止帯の半値幅約２５ｎｍ）を持つ本具体例のマイナスフィルターは、６３３ｎｍ付近の波長を持つ光のみ阻止しながら、他の波長の光を透過させることができる。本具体例のマイナスフィルターは、６３３ｎｍに対応したレーザである６３３ｎｍＲｅｄＨｅＮｅレーザの阻止に、特に有効である。

また、本具体例のマイナスフィルターは、前記した設計の基準波長λのみをずらした本具体例と同じ構成のマイナスフィルターを複数毎の平行平板ガラスに形成することによって、複数の波長を阻止しながらその間の波長を透過させることの出来る、これまでに実現が難しかった光学素子を提供する。

（第３具体例）
（構成）
高屈折率材料としてＴａ_２Ｏ_５、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を使用した垂直入射する光に対して用いる多層膜マイナスフィルターであり、下記の膜構成を持つ。ここで、基準波長は０°入射の光に対する反射帯の中心波長となる５４３ｎｍである。
0.505H 0.526L 0.549H 0.531L 0.545H 0.516L 0.496H 0.456L 0.489H 0.499L 0.521H 0.481L 0.491H 0.486L 0.52H 0.496L 0.512H 0.485L 0.514H 0.49L 0.519H 0.487L 0.51H 0.483L 0.516H 0.486L 0.513H 0.481L 0.517H 0.484L 0.516H 0.48L 0.518H 0.482L 0.518H 0.48L 0.518H 0.479L 0.52H 0.48L 0.519H 0.477L 0.52H 0.48L 0.521H 0.477L 0.52H 0.478L 0.522H 0.477L 0.521H 0.477L 0.522H 0.478L 0.522H 0.477L 0.521H 0.478L 0.522H 0.477L 0.521H 0.478L 0.522H 0.477L 0.521H 0.477L 0.522H 0.478L 0.521H 0.477L 0.522H 0.478L 0.522H 0.477L 0.521H 0.478L 0.522H 0.478L 0.521H 0.478L 0.522H 0.479L 0.52H 0.477L 0.521H 0.48L 0.521H 0.478L 0.519H 0.48L 0.521H 0.48L 0.519H 0.48L 0.518H 0.482L 0.518H 0.481L 0.515H 0.483L 0.518H 0.482L 0.514H 0.484L 0.519H 0.486L 0.513H 0.482L 0.511H 0.489L 0.518H 0.489L 0.496H 0.468L 0.498H 0.499L 0.531H 0.512L 0.538H 0.503L 0.486H 0.45L 0.487H 0.503L 0.52H 0.472L 0.425H 0.217L
上記、全１２８層の膜構成において、基材から１５〜１０６層目における高屈折率層の光学膜厚の平均は、０．５１９×λであり、低屈折率層の光学膜厚の平均は０．４８０×λである。高屈折率層の光学膜厚の平均と、低屈折率層の光学膜厚の平均の和は、０．９９９×λであり、これらの比Ｈ／Ｌは、１．０８１となる。

本多層膜マイナスフィルターの裏面はノンコートであり、基材にはφ２５×２．５ｍｍｔの両面研磨平行平板ＢＫ７光学ガラスを使用した。

（作用）
本具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を図１２に示す。ここで現れている垂直入射光に対する反射帯のピークは５４３ｎｍにある。

（効果）
垂直入射光に対して５４３ｎｍ付近に阻止帯（５４３ｎｍで反射率９８％程度、阻止帯の半値幅約１０ｎｍ）を持つ本具体例のマイナスフィルターは、５４３ｎｍ付近の波長を持つ光のみ阻止しながら、他の波長の光を透過させることができる。また、本具体例のマイナスフィルターは、前記した設計の基準波長λのみをずらした本具体例と同じ構成のマイナスフィルターを複数毎の平行平板ガラスに形成することによって、複数の波長を阻止しながらその間の波長を透過させることの出来る、これまでに実現が難しかった光学素子を提供する。

（第４の具体例）
（構成）
高屈折率材料としてＴａ_２Ｏ_５、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を使用した垂直入射する光に対して用いる多層膜マイナスフィルターであり、下記の膜構成を持つ。ここで、基準波長は０°入射の光に対する反射帯の中心波長となる４８１ｎｍと５４８ｎｍの２種類の表記で示した。

（λ＝４８１ｎｍによる表記）
0.497H 0.509L 0.42H 0.521L 0.452H 0.547L 0.456H 0.574L 0.408H 0.59L 0.425H 0.589L 0.418H 0.577L 0.393H 0.594L 0.407H 0.62L 0.392H 0.61L 0.384H 0.594L 0.41H 0.604L 0.391H 0.612L 0.387H 0.6L 0.411H 0.6L 0.395H 0.608L 0.405H 0.584L 0.432H 0.549L 0.433H 0.57L 0.425H 0.597L 0.503H 0.613L 0.579H 0.617L 0.549H 0.615L 0.551H 0.608L 0.509H 0.618L 0.501H 0.613L 0.52H 0.632L 0.538H 0.618L 0.542H 0.637L 0.491H 0.618L 0.483H 0.637L 0.53H 0.624L 0.535H 0.636L 0.509H 0.627L 0.499H 0.632L 0.507H 0.634L 0.517H 0.625L 0.518H 0.635L 0.519H 0.627L 0.508H 0.631L 0.502H 0.628L 0.522H 0.629L 0.524H 0.626L 0.513H 0.621L 0.519H 0.627L 0.526H 0.62L 0.517H 0.614L 0.521H 0.616L 0.545H 0.616L 0.545H 0.608L 0.517H 0.594L 0.525H 0.608L 0.576H 0.594L 0.57H 0.621L 0.564H 0.302L
（λ＝５４８ｎｍによる表記）
0.43H 0.446L 0.364H 0.457L 0.391H 0.479L 0.395H 0.503L 0.353H 0.517L 0.368H 0.516L 0.362H 0.506L 0.34H 0.52L 0.352H 0.544L 0.339H 0.535L 0.333H 0.521L 0.355H 0.529L 0.339H 0.537L 0.335H 0.526L 0.356H 0.525L 0.341H 0.533L 0.351H 0.512L 0.373H 0.481L 0.374H 0.5L 0.368H 0.523L 0.435H 0.537L 0.501H 0.541L 0.475H 0.539L 0.477H 0.533L 0.44H 0.542L 0.433H 0.537L 0.45H 0.554L 0.466H 0.542L 0.469H 0.558L 0.425H 0.541L 0.418H 0.558L 0.459H 0.547L 0.463H 0.558L 0.44H 0.549L 0.432H 0.554L 0.439H 0.556L 0.448H 0.548L 0.448H 0.556L 0.449H 0.55L 0.439H 0.553L 0.434H 0.551L 0.452H 0.552L 0.453H 0.549L 0.444H 0.544L 0.449H 0.549L 0.455H 0.543L 0.448H 0.538L 0.451H 0.54L 0.472H 0.54L 0.471H 0.533L 0.447H 0.521L 0.455H 0.533L 0.498H 0.521L 0.493H 0.544L 0.488H 0.265L
上記、全１１０層の膜構成において、基材から７〜３８層目が４８１ｎｍにおける反射帯を形成している。前記基材から７〜３８層目におけるλ＝４８１ｎｍとしたときの高屈折率層の光学膜厚の平均は、０．４０９×λであり、低屈折率層の光学膜厚の平均は０．５９２×λである。（高屈折率層の光学膜厚の平均と、低屈折率層の光学膜厚の平均の和は、１．００１×λであり、これらの比Ｈ／Ｌは、０．６９１となる。）また、上記、全１１０層の膜構成において、基材から５３〜１００層目が５４８ｎｍにおける反射帯を形成している。前記基材から５３〜１００層目におけるλ＝５４８ｎｍとしたときの高屈折率層の光学膜厚の平均は、０．４４９×λであり、低屈折率層の光学膜厚の平均は０．５４８×λである。高屈折率層の光学膜厚の平均と、低屈折率層の光学膜厚の平均の和は、０．９９７×λであり、これらの比Ｈ／Ｌは、０．８１９となる。

本多層膜マイナスフィルターの裏面はノンコートであり、基材にはφ１５×２ｍｍｔの両面研磨平行平板が合成石英ガラスを使用した。

（作用）
本具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を図１３に示す。ここで現れている垂直入射光に対する反射帯のピークは４８１ｎｍおよび５４８ｎｍにある。

膜形成後に基材はフィルター形成面側が凸となるように、干渉計での測定でＮＲ＝１程度で変形していた。

（効果）
垂直入射光に対して４８１ｎｍ付近と５４３ｎｍ付近に阻止帯を持つ本具体例のマイナスフィルターは、４８１ｎｍ付近と５４３ｎｍ付近の波長を持つ光のみ阻止しながら、可視波長域内の他の波長の光を透過させることができる。

（第５の具体例）
（構成）
高屈折率材料としてＴａ_２Ｏ_５、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を使用した４５°入射する光に対して用いる多層膜マイナスフィルターであり、下記の膜構成を持つ。ここで、基準波長は０°入射の光に対する反射帯の中心波長となる６２０ｎｍと６８６ｎｍの２種類の表記で示した。

（λ＝６２０ｎｍによる表記）
0.524H 0.558L 0.559H 0.502L 0.455H 0.466L 0.5H 0.491L 0.526H 0.491L 0.568H 0.474L 0.518H 0.48L 0.495H 0.5L 0.481H 0.447L 0.561H 0.461L 0.584H 0.467L 0.571H 0.445L 0.456H 0.469L 0.475H 0.474L 0.62H 0.439L 0.594H 0.455L 0.574H 0.458L 0.408H 0.489L 0.507H 0.456L 0.604H 0.453L 0.621H 0.472L 0.606H 0.572L 0.593H 0.536L 0.617H 0.452L 0.604H 0.499L 0.612H 0.533L 0.559H 0.532L 0.686H 0.506L 0.549H 0.462L 0.636H 0.527L 0.606H 0.543L 0.526H 0.517L 0.725H 0.477L 0.474H 0.459L 0.331H 0.596L 0.581H 0.654L 0.546H 0.705L 0.649H 0.566L 0.62H 0.668L 0.608H 0.645L 0.567H 0.658L 0.645H 0.605L 0.578H 0.596L 0.413H 0.482L 0.378H 0.534L 0.595H 0.318L 0.448H 0.538L 0.451H 0.54L 0.472H 0.54L 0.471H 0.533L 0.447H 0.521L 0.455H 0.533L 0.498H 0.521L 0.493H 0.544L 0.488H 0.265L
（λ＝６８６ｎｍによる表記）
0.471H 0.504L 0.502H 0.453L.409H 0.421L 0.449H 0.443L 0.473H 0.443L 0.511H 0.429L 0.466H 0.433L 0.445H 0.452L 0.432H 0.403L 0.504H 0.417L 0.525H 0.422L 0.513H 0.402L 0.41H 0.424L 0.427H 0.428L 0.558H 0.396L 0.534H 0.411L 0.516H 0.413L 0.367H 0.442L 0.456H 0.412L 0.543H 0.409L 0.558H 0.426L 0.544H 0.517L 0.533H 0.484L 0.554H 0.408L 0.543H 0.451L 0.55H 0.481L 0.503H 0.48L 0.617H 0.457L 0.494H 0.418L 0.572H 0.477L 0.545H 0.49L 0.473H 0.467L 0.652H 0.431L 0.426H 0.414L 0.298H 0.538L 0.522H 0.591L 0.491H 0.636L 0.584H 0.511L 0.558H 0.604L 0.547H 0.582L 0.51H 0.595L 0.58H 0.546L 0.52H 0.539L 0.372H 0.436L 0.339H 0.483L 0.535H 0.287L 0.448H 0.538L 0.451H 0.54L 0.472H 0.54L 0.471H 0.533L 0.447H 0.521L 0.455H 0.533L 0.498H 0.521L 0.493H 0.544L 0.488H 0.265L
上記、全１１０層の膜構成において、基材から７〜３８層目が４５°入射光に対する５６８ｎｍにおける反射帯（垂直入射では６２０ｎｍにおける反射帯）を形成している。前記基材から７〜３４層目におけるλ＝６２０ｎｍとしたときの高屈折率層の光学膜厚の平均は、０．５３７×λであり、低屈折率層の光学膜厚の平均は０．４６８×λである。（高屈折率層の光学膜厚の平均と、低屈折率層の光学膜厚の平均の和は、１．００５×λであり、これらの比Ｈ／Ｌは、１．１４８となる。）また、上記、全１１０層の膜構成において、基材から４３〜７４層目が４５°入射光に対する６３３ｎｍにおける反射帯（垂直入射では６８６ｎｍにおける反射帯）を形成している。前記基材から５３〜１００層目におけるλ＝６８６ｎｍとしたときの高屈折率層の光学膜厚の平均は、０．５２×λであり、低屈折率層の光学膜厚の平均は０．４８４×λである。高屈折率層の光学膜厚の平均と、低屈折率層の光学膜厚の平均の和は、１．００４×λであり、これらの比Ｈ／Ｌは、１．０７４となる。

（作用）
本具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を図１４に示す。図１４から、本具体例のマイナスフィルターは４５°入射光に対して４８８ｎｍ付近と５４３ｎｍ付近と６３３ｎｍ付近に反射帯を持つ。このうち、５４３ｎｍ付近の反射帯と、６３３ｎｍ付近の反射帯が、本発明におけるマイナスフィルターに相当する。ここで明示していないが、５４３ｎｍ付近の反射帯と６３３ｎｍ付近の反射帯に対応する垂直入射光に対する反射帯のピークは６２０ｎｍおよび６８６ｎｍにある。

膜形成後に基材はフィルター形成面側が凸となるように、干渉計での測定でＮＲ＝１〜２程度で変形していた。

この変形量は実用上問題の無い変形量である。

（効果）
本具体例のマイナスフィルターにおける反射帯は、４８８ｎｍＭｕｌｔｉＡｒレーザ、５４３ｎｍＧｒｅｅｎＨｅＮｅレーザ、６３３ｎｍＲｅｄＨｅＮｅレーザに対応しており、これらのレーザ光を光源として利用した共焦点レーザ顕微鏡において、利用することができる。これによって、蛍光物質の励起にこれら複数の波長の光を同時に用いることが出来るようになり、いくつもの種類の蛍光を同時に観察することで、細胞内の相互作用や複数の観察対象の配置を正確に見たいという要求に応えることが出来る。このような観察を多重染色の同時観察と呼ぶが、この多重染色の同時観察には、本発明のような複数の反射帯（＝複数の透過帯）を持つフィルター（多重励起フィルター）が必須である。

本発明の実施形態に係るマイナスフィルターは、これまでに供給されてきた前記多重励起フィルターよりも、反射帯が狭く、透過帯の広いフィルターを供給することが出来るために、前記多重染色の同時観察における観察性能を飛躍的に高めるものである。

本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明に係る多層膜マイナスフィルターが適用された光学素子を示す図。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の膜構成における光学多層膜フィルターの分光透過率特性を示す図。繰り返し層の繰り返し回数によって光の阻止率もしくは反射率の変化を示す分光透過率特性を示す図。リップルを抑制した場合の分光透過率特性を示す図。阻止率（反射率）が９９％を超えるように、低屈折率層の光学膜厚と高屈折率層の光学膜厚との比率を変えながら設計した場合の分光透過率特性を示す図。阻止率（反射率）が９９％を超えるように、低屈折率層の光学膜厚と高屈折率層の光学膜厚との比率を変えながら設計した場合の分光透過率特性を示す図。複数の反射帯を持つ場合の分光透過率特性を示す図。阻止率（反射率）が９９％を超えるように、低屈折率層の光学膜厚と高屈折率層の光学膜厚との比率を変えながら設計した場合の分光透過率特性を示す図。阻止率（反射率）が９９％を超えるように、低屈折率層の光学膜厚と高屈折率層の光学膜厚との比率を変えながら設計した場合の分光透過率特性を示す図。第１の具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を示す図。第２の具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を示す図。第３の具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を示す図。第４の具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を示す図。第５の具体例における多層膜マイナスフィルターの分光透過率特性を示す図。

符号の説明

１・・・基材（透明基板）
２・・・繰り返し層
２１・・・高屈折率層
２２・・・低屈折率層

Claims

所定の波長の光を反射し、それよりも長い波長の光と短い波長の光とを透過する多層膜マイナスフィルターにおいて、
高屈折率層と低屈折率層が交互に繰り返して積層された繰り返し層を有し、
前記高屈折率層の光学膜厚の平均値と前記低屈折率層の光学膜厚の平均値との和が、垂直入射光に対する反射波長λ_０に等しく、前記高屈折率層の光学膜厚Ｈと前記低屈折率層の光学膜厚Ｌとの比Ｈ／Ｌが０．５より大きく、２未満であるように構成され、前記繰り返し層によって前記反射波長λ_０に形成される反射帯を利用したことを特徴とする多層膜マイナスフィルター。
請求項１に記載の多層膜マイナスフィルターにおいて、前記繰り返し層は、高屈折率層の平均的な光学膜厚が０．５１λ_０〜０．６２λ_０、低屈折率層の平均的な光学膜厚が０．３８λ_０〜０．４９λ_０で形成されていることを特徴とする多層膜マイナスフィルター。
請求項１に記載の多層膜マイナスフィルターにおいて、前記繰り返し層は、高屈折率層の平均的な光学膜厚が０．３９λ_０〜０．４８λ_０、低屈折率層の平均的な光学膜厚が０．５２λ_０〜０．６２λ_０で形成されていることを特徴とする多層膜マイナスフィルター。
請求項１に記載の多層膜マイナスフィルターにおいて、前記反射帯が複数あることを特徴とする多層膜マイナスフィルター。
所定の波長の光を反射し、それよりも長い波長の光と短い波長の光とを透過する多層膜マイナスフィルターにおいて、
高屈折率層と低屈折率層が交互に繰り返して積層された繰り返し層を有し、
前記高屈折率層の光学膜厚の平均値と前記低屈折率層の光学膜厚の平均値との和が、垂直入射光に対する反射波長λ _０に等しく、前記高屈折率層の光学膜厚Ｈと前記低屈折率層の光学膜厚Ｌとの比Ｈ／Ｌが０．５より大きく、２未満であるように構成され、前記繰り返し層によって垂直入射光に対して反射波長λ_０で現れる反射帯がより短波長側にシフトして形成される斜め入射光に対する反射帯を利用することを特徴とする多層膜マイナスフィルター。
請求項５に記載の多層膜マイナスフィルターにおいて、前記斜め入射光の入射角が４５°として用いられ、高屈折率層の平均的な光学膜厚が０．４９λ_０〜０．６３λ_０、低屈折率層の平均的な光学膜厚が０．３７λ_０〜０．５１λ_０で形成された繰り返し層を含むことを特徴とする多層膜マイナスフィルター。
請求項５に記載の多層膜マイナスフィルターにおいて、前記斜め入射光の入射角が４５°として用いられ、高屈折率層の平均的な光学膜厚が０．３２λ_０〜０．４７λ_０、低屈折率層の平均的な光学膜厚が０．５３λ_０〜０．６８λ_０で形成された繰り返し層を含むことを特徴とする多層膜マイナスフィルター。
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の多層膜マイナスフィルターにおいて、前記反射波長がレーザ光源のレーザ光の波長に選択され、レーザ光のみを反射することを特徴とする多層膜マイナスフィルター。
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の多層膜マイナスフィルターにおいて、前記多層膜マイナスフィルターは、周囲の環境による特性の変化が少ないシフトレスフィルターであり、前記多層膜マイナスフィルターを構成する高屈折率膜材料が、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３若しくはこれらを含む混合物からなり、なおかつ低屈折率膜材料が、ＳｉＯ_２若しくはこれを含む混合物からなることを特徴とする、多層膜マイナスフィルター。
請求項９に記載の多層膜マイナスフィルターにおいて、多層膜を形成するための透明基板が、石英ガラス若しくは線膨張係数が０．８×１０^−６以下のガラスであることを特徴とする多層膜マイナスフィルター。
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の多層膜マイナスフィルターを具備することを特徴とする蛍光顕微鏡。
請求項１１に記載の蛍光顕微鏡において、励起光源としてレーザを更に具備することを特徴とする蛍光顕微鏡。