JP5757775B2 - 光学多層膜バンドパスフィルタ - Google Patents
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Description
ここで、図51は、一般的な光学多層膜バンドパスフィルタに対して対象光を入射角度15度で入射させたときのバンドパス特性を示す図である。図52は、一般的な光学多層膜バンドパスフィルタに対して対象光を入射角度45度で入射させたときのバンドパス特性を示す図である。バンドパス特性を示す図は、縦軸に透過率(単位%)、横軸に波長(単位nm)をとり、偏波分離状態を示している。
図52において、領域IIAは短波長側反射帯域、領域IIBは立ち上がり部、領域IICは透過帯域、領域IIDは立ち下がり部、領域IIEは長波長側反射帯域である。
これに対して、図52に示すように、対象光の入射角が45度の場合、p偏光の透過特性は「立ち上がり部」及び「立ち下がり部」が外側に広がって透過帯域幅が広くなり、s偏光の透過特性は「立ち上がり部」及び「立ち下がり部」が内側に近づき透過帯域幅は狭くなる。このため、s偏光の透過特性よりもp偏光の透過特性の方が広がった形となっており、実用上問題があるおそれがある。
(1)ファブリペロー型と呼ばれるバンドパスフィルタを利用して、偏波依存性を少なくする方法。
(2)ガラス基板の一方の面に立ち上がり部の偏波依存性を少なくした膜を付け、他方の面に立ち下がり部の偏波依存性を少なくした膜を付け、両面に付けた2つの膜の合成特性として偏波依存を少なくしたバンドパスフィルタを得る方法。
実施例の説明に先立ち、本発明の実施形態に係る光学多層膜バンドパスフィルタの構成について説明する。
本実施形態に係る光学多層膜バンドパスフィルタは、対象光に対し透明な基板の一面のみに形成された、所定角度の斜め入射光に対して透過帯域と反射帯域との境界の立ち上がり部及び立ち下がり部について偏波依存性を少なくした光学多層膜バンドパスフィルタを提供するものである。
各実施例に用いる誘電体において、TiO2及びTa2O5は第1誘電体で形成された高屈折率層、Al2O3、SiO2は第1誘電体より屈折率が低い第2誘電体で形成された低屈折率層である。また、光学多層膜バンドパスフィルタを構成する誘電体各層の厚さは、「λ/4=1」とする光学膜厚にて表現している。ここで、λは対象光の波長である。
各実施例及び比較例においてバンドパス特性を示す図は、縦軸に透過率(単位%)、横軸に波長(単位nm)をとり、偏波分離状態を示している。
図1は、実施例1に係る光学多層膜バンドパスフィルタのバンドパス特性を示すグラフである。図2は、実施例1に係る光学多層膜バンドパスフィルタの構成を示す断面図である。図3は、実施例1に係る光学多層膜バンドパスフィルタの各層の膜厚及び構成物質を示す図である。図1において、実線はp偏光透過特性を示し、破線はs偏光透過特性を示し、一点鎖線はp偏光透過特性とs偏光透過特性の平均を示している。また、図3においては、入射角度を45度、対象光の波長λを498nmとしたときの光学膜厚(λ/4=1)を示している。
偏波依存改善部は、層63から層76の14層からなり、その層構成により、LWPF部及びSWPF部がそれぞれ形成する立ち上がり部及び立ち下がり部に生じる、バンドパス特性におけるP波とS波の分離を制御する。
LWPF部は、層77から層136の60層からなり、基板の片面にのみに形成され、短波長側において透過帯域へ立ち上がる立ち上がり部と反射帯域を形成する。
SWPF部、偏波依存改善部、及びLWPF部は、第1誘電体としてのTa2O5からなる高屈折率層と第2誘電体としてのSiO2からなる低屈折率層とを交互に複数積層した構成を備える。
図4は、比較例に係る光学多層膜バンドパスフィルタのバンドパス特性を示すグラフである。図5は、比較例に係る光学多層膜バンドパスフィルタの構成を示す断面図である。図6は、比較例に係る光学多層膜バンドパスフィルタの各層の膜厚及び構成物質を示す図である。図4において、実線はp偏光透過特性を示し、破線はs偏光透過特性を示し、一点鎖線はp偏光透過特性とs偏光透過特性の平均を示している。また、図6においては、入射角度を45度、対象光の波長λを498nmとしたときの光学膜厚(λ/4=1)を示している。
図7、図11、図15、及び図19は、実施例2、実施例3、実施例4、及び実施例5に係る光学多層膜バンドパスフィルタのバンドパス特性をそれぞれ示すグラフである。
図8、図12、図16、及び図20は、実施例2、実施例3、実施例4、及び実施例5におけるSWPF部、LWPF部、及び偏波依存改善部のバンドパス特性をそれぞれ示すグラフである。
図9、図13、図17、及び図21は、実施例2、実施例3、実施例4、及び実施例5に係る光学多層膜バンドパスフィルタの構成をそれぞれ示す断面図である。
図10、図14、図18、及び図22は、実施例2、実施例3、実施例4、及び実施例5に係る光学多層膜バンドパスフィルタの各層の膜厚及び構成物質をそれぞれ示す図である。
図8、図12、図16、及び図20において、実線はSWPF部の透過特性を示し、破線はLWPF部の透過特性を示し、一点鎖線は偏波依存改善部の透過特性を示している。
また、図10、図14、図18、及び図22においては、入射角度を45度、対象光の波長λを498nmとしたときの光学膜厚(λ/4=1)を示している。
また、実施例2〜実施例5に係る光学多層膜バンドパスフィルタは、SWPF部、偏波依存改善部、及びLWPF部として、第1誘電体としてのTa2O5からなる高屈折率層と第2誘電体としてのSiO2からなる低屈折率層とを交互に複数積層した構成を備える。
なお、実施例2以降の説明において、光学多層膜バンドパスフィルタの各部の作用のうち、実施例1と共通するものは記載を省略する。
(1)実施例2:高屈折率層>低屈折率層(図7)
(2)実施例3:高屈折率層≒低屈折率層(図11)
(3)実施例4:高屈折率層<低屈折率層(図15)
(4)実施例5:高屈折率層>低屈折率層(図19)
実施例2〜5におけるバンドパス特性(図7、11、15、19)において偏波依存性改善の効果が示されていることから、偏波依存性改善部は、高屈折率層と低屈折率層の厚みの比率に拘わらず、偏波依存性改善の効果を現すことが分かる。
実施例2においては、図8に示すように、SWPF部が形成する立ち下がり部に、偏波依存性改善部の立ち下がり部が重なっている。
実施例3においては、図12に示すように、LWPF部が形成する立ち上がり部とSWPF部が形成する立ち下がり部に、偏波依存性改善部のリップル部がそれぞれ重なっている。
実施例4においては、図16に示すように、LWPF部が形成する立ち上がり部とSWPF部が形成する立ち下がり部に、偏波依存性改善部のリップル部と立ち下がり部がそれぞれ重なっている。
実施例5においては、図20に示すように、LWPF部が形成する立ち上がり部とSWPF部が形成する立ち下がり部に、偏波依存性改善部の立ち上がり部とリップル部がそれぞれ重なっている。偏波依存改善部の特性は前記の条件を満たしている。
上述の実施例1〜5は、いずれも、Ta2O5からなる高屈折率層と、SiO2からなる低屈折率層と、を交互に積層した構成であったが、実施例6、7においては、これ以外の誘電体の組み合わせとしている。
図23及び図27は、実施例6及び実施例7に係る光学多層膜バンドパスフィルタのバンドパス特性をそれぞれ示すグラフである。
図24及び図28は、実施例6及び実施例7におけるSWPF部、LWPF部、及び偏波依存改善部のバンドパス特性をそれぞれ示すグラフである。
図25及び図29は、実施例6及び実施例7に係る光学多層膜バンドパスフィルタの構成をそれぞれ示す断面図である。
図26及び図30は、実施例6及び実施例7に係る光学多層膜バンドパスフィルタの各層の膜厚及び構成物質をそれぞれ示す図である。
図24及び図28において、実線はSWPF部の透過特性を示し、破線はLWPF部の透過特性を示し、一点鎖線は偏波依存改善部の透過特性を示している。
また、図26及び図30においては、入射角度を45度、対象光の波長λを498nmとしたときの光学膜厚(λ/4=1)を示している。
実施例6に係る光学多層膜バンドパスフィルタは、SWPF部、偏波依存改善部、及びLWPF部として、第1誘電体としてのTiO2からなる高屈折率層と第2誘電体としてのSiO2からなる低屈折率層とを交互に複数積層した構成を備える。
厚膜層は、SWPF部側の層51はTiO2で形成され、LWPF部側の層72はSiO2で形成される。ここで、厚膜層51に隣接する層50、52はSiO2で形成され、厚膜層72に隣接する層71、73はTiO2で形成されている。また、これらの厚膜層は、偏波依存性改善部を構成する高屈折率層及び低屈折率層の数倍の厚さを備える。
実施例7に係る光学多層膜バンドパスフィルタは、SWPF部、偏波依存改善部、及びLWPF部として、第1誘電体としてのTiO2からなる高屈折率層と第2誘電体としてのAl2O3からなる低屈折率層とを交互に複数積層した構成を備える。
厚膜層は、SWPF部側の層41はTiO2で形成され、LWPF部側の層66はAl2O3で形成される。ここで、厚膜層41に隣接する層40、42はAl2O3で形成され、厚膜層66に隣接する層65、67はTiO2で形成されている。また、これらの厚膜層は、偏波依存性改善部を構成する高屈折率層及び低屈折率層の数倍の厚さを備える。
図31は、実施例8に係る光学多層膜バンドパスフィルタのバンドパス特性を示すグラフである。図32は、実施例8におけるSWPF部、LWPF部、及び偏波依存改善部のバンドパス特性を示すグラフである。図33は、実施例8に係る光学多層膜バンドパスフィルタの構成を示す断面図である。図34は、実施例8に係る光学多層膜バンドパスフィルタの各層の膜厚及び構成物質を示す図である。
図31において、実線はp偏光透過特性を示し、破線はs偏光透過特性を示し、一点鎖線はp偏光透過特性とs偏光透過特性の平均を示している。図32において、実線はSWPF部の透過特性を示し、破線はLWPF部の透過特性を示し、一点鎖線は偏波依存改善部の透過特性を示している。また、図34においては、入射角度を45度、対象光の波長λを498nmとしたときの光学膜厚(λ/4=1)を示している。
SWPF部は、層1から層52の52層からなる。偏波依存改善部は、層53から層71の19層からなる。LWPF部は、層72から層122の51層からなる。
SWPF部、偏波依存改善部、及びLWPF部は、第1誘電体としてのTa2O5からなる高屈折率層と第2誘電体としてのSiO2からなる低屈折率層とを交互に複数積層した構成を備える。
図35は、実施例9に係る光学多層膜バンドパスフィルタのバンドパス特性を示すグラフである。図36は、実施例9におけるSWPF部、LWPF部、及び偏波依存改善部のバンドパス特性を示すグラフである。図37は、実施例9に係る光学多層膜バンドパスフィルタの構成を示す断面図である。図38は、実施例9に係る光学多層膜バンドパスフィルタの各層の膜厚及び構成物質を示す図である。
図35において、実線はp偏光透過特性を示し、破線はs偏光透過特性を示し、一点鎖線はp偏光透過特性とs偏光透過特性の平均を示している。図36において、実線はSWPF部の透過特性を示し、破線はLWPF部の透過特性を示し、一点鎖線は偏波依存改善部の透過特性を示している。また、図38においては、入射角度を45度、対象光の波長λを498nmとしたときの光学膜厚(λ/4=1)を示している。
SWPF部は、層1から層50の50層からなる。厚膜層は、第1及び第2の偏波依存改善部の前後の層51、60、71として設けられている。第1の偏波依存改善部は、層52から層59の8層からなる。第2の偏波依存改善部は、層61から層70の10層からなる。LWPF部は、層72から層122の51層からなる。
SWPF部、2つの偏波依存改善部、及びLWPF部は、第1誘電体としてのTa2O5からなる高屈折率層と第2誘電体としてのSiO2からなる低屈折率層とを交互に複数積層した構成を備える。
厚膜層は、SWPF部側の層51はTa2O5で形成され、層60はSiO2で形成され、層71はTa2O5で形成されている。ここで、厚膜層51に隣接する層50、52はSiO2で形成され、厚膜層60に隣接する層59、61はTa2O5で形成され、厚膜層71に隣接する層70、72はSiO2で形成されている。また、これらの厚膜層は、偏波依存性改善部を構成する高屈折率層及び低屈折率層の数倍の厚さを備える。
図35から分かるように、偏波依存性改善部を複数個組み込んでも目的とする偏波依存性を改善した特性は獲得できている。したがって、偏波依存性改善部を複数組み込むことも可能であることを分かる。
上述の実施例1〜9においては、SWPF部とLWPF部の間に偏波依存改善部を設けていたが、実施例10においてはSWPF部及びLWPF部よりも基板側に、実施例11においてはSWPF部及びLWPF部よりも外表面側(Air側)に、偏波依存性改善部をそれぞれ組み込んでいる。
図39、図43は、実施例10、11に係る光学多層膜バンドパスフィルタのバンドパス特性をそれぞれ示すグラフである。図40、図44は、実施例10、11におけるSWPF部、LWPF部、及び偏波依存改善部のバンドパス特性をそれぞれ示すグラフである。図41、45は、実施例10、11に係る光学多層膜バンドパスフィルタの構成をそれぞれ示す断面図である。図42、46は、実施例10、11に係る光学多層膜バンドパスフィルタの各層の膜厚及び構成物質をそれぞれ示す図である。
図39、図43において、実線はp偏光透過特性を示し、破線はs偏光透過特性を示し、一点鎖線はp偏光透過特性とs偏光透過特性の平均を示している。図40、図44において、実線はSWPF部の透過特性を示し、破線はLWPF部の透過特性を示し、一点鎖線は偏波依存改善部の透過特性を示している。また、図42及び図46においては、入射角度を45度、対象光の波長λを500nmとしたときの光学膜厚(λ/4=1)を示している。
偏波依存改善部は、層1から層29の29層からなる。厚膜層は、偏波依存改善部の後の層30として設けられている。SWPF部は、層31から層72の42層からなる。LWPF部は、層73から層122の50層からなる。
偏波依存改善部、SWPF部、及びLWPF部は、第1誘電体としてのTa2O5からなる高屈折率層と第2誘電体としてのSiO2からなる低屈折率層とを交互に複数積層した構成を備える。
厚膜層30はSiO2で形成され、隣接する層29、31はTa2O5で形成されている。また、厚膜層30は、偏波依存性改善部を構成する高屈折率層及び低屈折率層の数倍の厚さを備える。
SWPF部は、層1から層50の50層からなる。LWPF部は、層51から層92の42層からなる。厚膜層は、偏波依存改善部の前の層93として設けられている。偏波依存改善部は、層94から層122の29層からなる。
SWPF部、LWPF部、及び偏波依存改善部は、第1誘電体としてのTa2O5からなる高屈折率層と第2誘電体としてのSiO2からなる低屈折率層とを交互に複数積層した構成を備える。
厚膜層93はTa2O5で形成され、隣接する層92、94はSiO2で形成されている。また、厚膜層93は、偏波依存性改善部を構成する高屈折率層及び低屈折率層の数倍の厚さを備える。
実施例12においては、反射帯域を広げる為にLWPF部を複数設けている。
図47は、実施例12に係る光学多層膜バンドパスフィルタのバンドパス特性を示すグラフである。図48は、実施例12におけるSWPF部、LWPF部、及び偏波依存改善部のバンドパス特性を示すグラフである。図49は、実施例12に係る光学多層膜バンドパスフィルタの構成を示す断面図である。図50は、実施例12に係る光学多層膜バンドパスフィルタの各層の膜厚及び構成物質を示す図である。
図47において、実線はp偏光透過特性を示し、破線はs偏光透過特性を示し、一点鎖線はp偏光透過特性とs偏光透過特性の平均を示している。図48において、実線はSWPF部の透過特性を示し、破線はLWPF部の透過特性を示し、一点鎖線は偏波依存改善部の透過特性を示している。また、図50においては、入射角度を45度、対象光の波長λを498nmとしたときの光学膜厚(λ/4=1)を示している。
SWPF部は、層1から層50の50層からなる。厚膜層は、偏波依存改善部の前後の層51、72として設けられている。偏波依存改善部は、層52から層71の20層からなる。第1のLWPF部は、層73から層118の46層からなる。第2のLWPF部は、層119から層152の34層からなる。
SWPF部、偏波依存改善部、第1のLWPF部、及び第2のLWPF部は、第1誘電体としてのTa2O5からなる高屈折率層と第2誘電体としてのSiO2からなる低屈折率層とを交互に複数積層した構成を備える。
厚膜層は、SWPF部側の層51はTa2O5で形成され、第1のLWPF部側の層72はSiO2で形成される。ここで、厚膜層51に隣接する層50、52はSiO2で形成され、厚膜層72に隣接する層71、73はTa2O5で形成されている。また、これらの厚膜層は、偏波依存性改善部を構成する高屈折率層及び低屈折率層の数倍の厚さを備える。
Claims (5)
- 対象光に対し透明な基板と、
前記基板の片面にのみに形成される、バンドパス特性における短波長側の立ち上がり部と反射帯域を形成するLWPF部と、
バンドパス特性における長波長側の立ち下がり部と反射帯域を形成するSWPF部と、
対象光の斜め入射により前記立ち上がり部及び前記立ち下がり部に生じる、P波とS波の分離を制御する偏波依存性改善部と、
を備え、
前記LWPF部、前記SWPF部、及び前記偏波依存性改善部は、第1誘電体で形成された高屈折率層と、この第1誘電体より屈折率が低い第2誘電体で形成された低屈折率層と、を交互に複数積層した構造を備えることを特徴とする光学多層膜バンドパスフィルタ。 - 前記偏波依存性改善部は2種類の物質のみから構成されることを特徴とする請求項1に記載の光学多層膜バンドパスフィルタ。
- 前記偏波依存性改善部と、前記LWPF部及び前記SWPF部と、がそれぞれバンドパス特性における共通する透過帯域を持ち、前記LWPF部及び前記SWPF部における、前記立ち上がり部、前記立ち下がり部に対応して、前記偏波依存性改善部は、前記P波とS波の分離を小さくするような、立ち上がり部、立ち下がり部、及び、透過率が部分的に低下するリップル部の少なくとも一つを有することを特徴とする請求項1に記載の光学多層膜バンドパスフィルタ。
- 前記偏波依存改善部は、前記LWPF部と前記SWPF部の間、又は、前記LWPF部及び前記SWPF部より基板側又は外表面側に、1つ以上形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学多層膜バンドパスフィルタ。
- 前記LWPF部及び前記SWPF部と、バンドパス特性において前記LWPF部及び前記SWPF部よりも長波長域又は短波長域の反射帯域を形成する、別個のLWPF部又はSWPF部を組み合わせたことを特徴とする請求項1に記載の光学多層膜バンドパスフィルタ。
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