JP6542511B2 - 帯域透過フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、複数の膜からなり、所定の波長λを中心とした反射帯域を有し、反射帯域内の一部に透過帯域を有する帯域透過フィルタに関する。

一般的に、撮像デバイスや通信デバイス等において、その使用用途や機能に応じて、所定の波長帯域を選択的に遮断、透過するために帯域透過フィルタを使用することが慣用されている。
そして、帯域透過フィルタとして、屈折率を異ならせた複数の膜からなる反射層により所定の波長を中心とした透過阻止帯域を反射させるようにし、反射層の間にスペーサ層を設けて透過と反射とを干渉させて、透過阻止帯域の中に所定の波長を中心とした透過帯域を得るようにした帯域透過フィルタが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
公知の帯域透過フィルタは、異なる屈折率の膜を交互に配置した光学的膜厚がλ／４となる複数の膜からなる反射層を有しており、該反射層が所定の波長λを含む広い領域で反射し、複数の反射層の間に光学的膜厚λ／２のスペーサ層を設けることで、透過と反射とを干渉させて所定の波長λを中心とした透過帯域を選択的に透過するように構成されている。

特開２００３−１７７２３７号公報

しかしながら、赤外線等の長い波長用の反射層は個々の膜を厚く形成する必要があり、特に光学的膜厚λ／２のスペーサ層が厚くなってしまうため、各膜および全体の厚さに起因して各膜の中での応力バランスや、隣接する膜との応力バランスが乱れやすくなり、膜剥離や膜自体の損傷が生じるおそれがあった。
これは、多層化するほど顕著となっていた。
また、スペーサ層の膜厚を変えることにより、帯域透過フィルタの透過阻止帯域の中心にある透過帯域を中心以外の位置に設定することが可能であり、その際、スペーサ層の光学的膜厚を変化させることとなるが、透過帯域の透過率が劣化してしまうという問題があった。

そこで、本発明は前述した課題を解決するものであり、膜を薄くすることで、膜剥離や膜自体の損傷を防止するとともに、透過阻止帯域（反射帯域）内における一部の透過帯域を、透過阻止帯域（反射帯域）の任意の位置に設定しても透過帯域の透過率の低下を抑制できる帯域透過フィルタを提供することを目的とする。

本発明に係る帯域透過フィルタは、複数の膜からなり、所定の波長λを中心とした反射帯域を有し、前記反射帯域内の一部に透過帯域を有する帯域透過フィルタであって、前記複数の膜からなる反射層と、複数の反射層の境界に挿入されるスペーサ層とを有し、少なくとも１つのスペーサ層は、光学的膜厚がλ／４．５以下の高屈折率膜と光学的膜厚がλ／４．５以下の低屈折率膜の連続した２層からなる追加層を含むむとともに、追加層を構成する高屈折率膜及び低屈折率膜よりも光学的膜厚が大きい膜を２つの追加層で挟み込む構造を有し、あるいは、波長λで反射する境界の少なくとも１つの境界が２つの金属膜に挟まれた境界であり追加層が２つの金属膜に挟まれた境界に挿入されたことにより、前記課題を解決するものである。

請求項１に係る帯域透過フィルタによれば、少なくとも１つのスペーサ層は、反射帯域の中心に相当する所定の波長λに対して光学的膜厚がλ／４．５以下の高屈折率膜と光学的膜厚がλ／４．５以下の低屈折率膜の連続した２層からなる追加層を含むとともに、前記追加層を構成する高屈折率膜及び低屈折率膜よりも光学的膜厚が大きい膜を前記２つの追加層で挟み込む構造を有することにより、帯域透過フィルタ全体で厚い膜に代えて追加層を挿入することで、全体の厚さを薄くできる。
また、透過帯域を反射帯域内における中心以外の位置に設定する場合、スペーサ層に含まれて挿入された追加層を厚くすることで、従来よりも厚い膜を減らすことができるとともに、全体の厚さの増加を抑制できる。
このことで、膜剥離や膜自体の損傷を抑制できる。
さらに、透過帯域を反射帯域内における中心以外の位置に設定する場合の特性として、スペーサ層に含まれて挿入された追加層の膜厚を変更することで、透過帯域の透過率の低下を抑制できる。

本請求項２に記載の構成によれば、追加層が、境界のうち任意の複数の境界に挿入されたことにより、さらに、全体の厚さを薄くすることが可能となる。
また、複数の境界に挿入された追加層をそれぞれ個別に特性を変更することも可能となり、より多様で特性の良い帯域透過フィルタとすることが可能となる。
本請求項３に記載の構成によれば、追加層が、任意の境界に２組以上連続して挿入されたことにより、２組以上連続して挿入された追加層をそれぞれ個別に特性を変更することも可能となり、より多様で特性の良い帯域透過フィルタとすることが可能となる。

本請求項４に係る帯域透過フィルタによれば、追加層が、２つの金属膜に挟まれた境界に挿入されたことにより、連続した２層が金属膜と物性の大きく異なる材質であっても、連続した２層の厚さが薄いため剥離を抑制できる。
また、透過帯域を中心以外の位置に設定する場合の特性として、スペーサ層として挿入された追加層の膜厚を変更することで、透過帯域の透過率の劣化を抑制できる。
本請求項５に記載の構成によれば、追加層が、複数の２つの金属膜に挟まれた境界に、それぞれ１組以上挿入されたことにより、さらに、追加層をそれぞれ個別に特性を変更することも可能となり、より特性の良い帯域透過フィルタとすることが可能となる。
本請求項６に記載の構成によれば、波長λより短波側および長波側の副透過帯域のいずれか又は両方を、特定の帯域で透過する特性を付与したことにより、１つの帯域透過フィルタで、複数の帯域透過フィルタを重ねて使用した場合と同等の特性を得ることが可能となる。
本請求項７乃至本請求項１３に記載の構成によれば、可視光帯域とその短波側および長波側の副透過帯域のいずれか又は両方を透過する特性の光学フィルタを、複数の帯域透過フィルタを重ねることなく得ることが可能となる。

本発明の原理を説明する参考例に係る帯域透過フィルタの説明図。 従来の帯域透過フィルタの説明図。 本発明の第１実施形態に係る帯域透過フィルタと従来の帯域透過フィルタの透過説明図。 他の参考例に係る帯域透過フィルタの説明図。 本発明の第１実施形態に係る帯域透過フィルタの説明図。 本発明の第２実施形態に係る帯域透過フィルタの説明図。 本発明の第３実施形態に係る帯域透過フィルタの説明図。 本発明の第４実施形態に係る帯域透過フィルタの説明図。 他の参考例に係る帯域透過フィルタの特性グラフ。 本発明の第２実施形態に係る帯域透過フィルタの特性グラフ。 本発明の第３実施形態に係る帯域透過フィルタの特性グラフ。 本発明の第５実施形態に係る帯域透過フィルタの特性グラフ。 本発明の第５実施形態に係る他の帯域透過フィルタの特性グラフ。 本発明の第５実施形態に係るさらに他の帯域透過フィルタの特性グラフ。 他の実施形態に係る帯域透過フィルタの特性グラフ。

本発明の帯域透過フィルタは、複数の膜からなり、所定の波長λを中心とした反射帯域を有し、反射帯域内の一部に透過帯域を有する帯域透過フィルタであって、複数の膜からなる反射層と、複数の反射層の境界に挿入されるスペーサ層とを有し、少なくとも１つのスペーサ層は、光学的膜厚がλ／４．５以下の高屈折率膜と光学的膜厚がλ／４．５以下の低屈折率膜の連続した２層からなる追加層を含むとともに、追加層を構成する高屈折率膜及び低屈折率膜よりも光学的膜厚が大きい膜を２つの追加層で挟み込む構造を有し、あるいは、波長λで反射する境界の少なくとも１つの境界が２つの金属膜に挟まれた境界であり追加層が２つの金属膜に挟まれた境界に挿入され、長い波長用でも厚さを薄くでき、膜剥離や膜自体の損傷を抑制するとともに、透過帯域を、反射帯域の中心以外の位置に設定しても透過帯域の透過率の低下を抑制できるものであれば、その具体的な実施態様はいかなるものであってもよい。
帯域透過フィルタが複数のスペーサ層を有する場合、任意のスペーサ層に追加層を設けてもよく、全てのスペーサ層に追加層を設けてもよい。
また、追加層の高屈折率膜と低屈折率膜の順序は、挿入される境界の両側の膜の屈折率の関係に応じて適宜入れ替えればよい。

所定の波長λは、上述のとおり反射帯域を想定したときにおいて、該反射帯域の中心波長に相当する。
そして、帯域透過フィルタの設計において、波長λは特定の値の波長として決定し、該波長λに基づき、具体的に各膜の光学的膜厚を設計する。
また、追加層の各膜の光学的膜厚は、λ／４．５以下としているが、反射帯域内における一部の透過帯域の透過率、および／または、透過帯域の帯域幅を確保する理由で、λ／３０〜λ／５の範囲がより好ましい。
また、追加層としては、λ／８として設計してもよい。
なお、追加層の光学的膜厚は、λ／４．５に近い値であると、反射帯域内の透過帯域は反射帯域内の中心波長よりも長波長側に位置し、λ／８よりも小さい値であると、反射帯域内の透過帯域は反射帯域内の中心波長よりも短波長側に位置する。
この特性を利用して、反射帯域内における一部の透過帯域の位置を自由に設計できるとともに、透過帯域の高透過率特性、特定の帯域幅の維持を確保できる。

また、本発明の帯域透過フィルタは、基板上の一方の面に上記した反射層、追加層を含むスペーサ層を有してもよい。
ここで「基板上」とは、基板の一方の主面に上記した反射層および追加層を含むスペーサ層を有する多層膜が隣接してなる態様に限らず、基板の一方の主面と、上記した反射層および追加層を含むスペーサ層を有する多層膜と、の間に別の光学的な機能層を有する場合も含まれる。即ち、上記した反射層および追加層を有する多層膜が一群になっていれば、基板と該多層膜との配置は制限がない。

本発明の帯域透過フィルタとして基板を含む場合、基板は透明な基板であってもよく、その場合、例えば、ガラス、石英ガラス、色ガラス、水晶、透明樹脂などが使用できる。また、基板として、基板そのものに特定の波長の光を吸収する特性をもたらすもの、例えば、透明樹脂に所定の波長の光を吸収する色素を添加したものであってもよい。

また、上記の、高屈折率膜の材料および低屈折率の材料としては、上記の波長λに対して、それぞれ、高い屈折率を示す材料、低い屈折率を示す材料であれば、任意に材料を選択できる。
なお、波長λに対する高屈折率膜の材料の屈折率をｎＨ、波長λに対する低屈折率膜の材料の屈折率をｎＬ、としたとき、屈折率差Δｎ（＝｜ｎＨ−ｎＬ｜）は、光学的膜厚が厚くならないという理由から、０．２以上が好ましく、０．５以上がより好ましい。
また、高屈折率膜の材料としては、例えば、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＺｎＳ、Ｇｅ、Ｓｉから選ばれる材料が好ましく、低屈折率膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、チオライト、ＺｎＳから選ばれる材料が好ましい。この中でも、屈折率差を大きくできるという理由から、高屈折率膜の材料としてＴｉＯ_２、低屈折率膜の材料としてＳｉＯ_２の組み合わせが好ましい。

参考例１

本発明の原理を説明する参考例に係る帯域透過フィルタ１００は、図１に示すように、２つの反射層１１０の間に、スペーサ層１２０が挿入されている。
２つの反射層１１０は、それぞれ、２つの光学的膜厚λ／４の高屈折率膜１１１の間に、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜１１２を挟んで形成されている。
スペーサ層１２０は、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜１２２と追加層１３０とで形成され、追加層１３０は、光学的膜厚がλ／４．５以下の膜として、光学的膜厚λ／８の高屈折率膜１３１と光学的膜厚λ／８の低屈折率膜１３２とが連続するように形成されている。
光学的膜厚λ／４の高屈折率膜をＨ、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜をＬ、光学的膜厚λ／８の高屈折率膜をｈ、光学的膜厚λ／８の低屈折率膜をｌと表すと、
ＨＬＨＬ＋ｈｌ＋ＨＬＨ
の構造となる。

図２は、従来例の構成に示した帯域透過フィルタ５００の構成図である。
参考例に係る帯域透過フィルタ１００と同等に構成した従来の帯域透過フィルタ５００は、図２に示すように、２つの反射層５１０の間に、スペーサ層５２０が挿入され、２つの反射層５１０は、２つの光学的膜厚λ／４の高屈折率膜５１１の間に、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜５１２を挟んで形成されている。
スペーサ層５２０は、光学的膜厚λ／２の低屈折率膜５２２のみで形成されている。
光学的膜厚λ／４の高屈折率膜をＨ、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜をＬ、光学的膜厚λ／２の低屈折率膜を２Ｌと表すと、
ＨＬＨ＋２Ｌ＋ＨＬＨ
の構造となる。

従来の帯域透過フィルタ５００では、図３の下段に示すように、波長λの波が入射すると、後方の反射層５１０とスペーサ層５２０の境界で反射された波は、スペーサ層５２０と前方の反射層５１０の境界による反射波（ｂ波）となって、再び後方の反射層５１０とスペーサ層５２０の境界に向かう。
この時、ｂ波は、経路長が波長λ分増え、また、低屈折率膜から高屈折率膜に向かって反射する時の位相の反転が２回生じるため、直進する波（ａ波）と同位相となる。
このａ波、ｂ波の干渉によって、波長λの波が透過する。

これに対し、参考例に係る帯域透過フィルタ１００に波長λの波が入射すると、図３の上段に示すように、後方の反射層１１０とスペーサ層１２０の境界で反射された波は、スペーサ層１２０と前方の反射層１１０の境界による反射波（ｂ波）、低屈折率膜１２２と追加層１３０の境界による反射波（ｃ波）、追加層１３０内の低屈折率膜１３２と高屈折率膜１３１の境界による反射波（ｄ波）となって、それぞれ、再び後方の反射層１１０とスペーサ層１２０の境界に向かう。
この時、ｂ波は、経路長が波長λ分増え、また、低屈折率膜から高屈折率膜に向かって反射する時の位相の反転が２回生じるため、直進する波（ａ波）と同位相となる。
また、ｃ波は、経路長が波長λ／２分増え、また、低屈折率膜から高屈折率膜に向かって反射する時の位相の反転が１回生じるため、同様に、直進する波（ａ波）と同位相となる。
これらのａ波、ｂ波、ｃ波の干渉によって、波長λの波が透過する。
なお、ｄ波は、経路長が波長λ／４分増え、また、低屈折率膜から高屈折率膜に向かって反射する時の位相の反転が２回生じるため、ａ波、ｂ波、ｃ波とは位相がλ／４ずれるが、干渉透過には影響を及ぼさないことが実験で確認されている。

また、従来の帯域透過フィルタ５００では、スペーサ層５２０の光学的膜厚を調整することで、透過帯域をシフトすることが行われるが、その際には透過率が低下してしまう。
これに対し、参考例に係る帯域透過フィルタ１００では、追加層１３０の低屈折率膜１３２と高屈折率膜１３１の光学的膜厚を調整することで透過帯域をシフトすることが可能であり、また、シフトした際の透過率の低下も少ない。
このための追加層１３０の低屈折率膜１３２と高屈折率膜１３１の光学的膜厚は、λ／４．５の厚さまで調整可能である。

参考例２

他の参考例に係る帯域透過フィルタ１００ａは、図４に示すように、２つの反射層１１０の間に、スペーサ層１２０ａが挿入されている。
２つの反射層１１０は、それぞれ、２つの光学的膜厚λ／４の高屈折率膜１１１の間に、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜１１２を挟んで形成されている。
スペーサ層１２０ａは、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜１２２と２つの追加層１３０とで形成され、追加層１３０は光学的膜厚λ／８の高屈折率膜１３１と光学的膜厚λ／８の低屈折率膜１３２とが連続するように形成されている。
光学的膜厚λ／４の高屈折率膜をＨ、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜をＬ、光学的膜厚λ／８の高屈折率膜をｈ、光学的膜厚λ／８の低屈折率膜をｌと表すと、
ＨＬＨＬ＋ｈｌｈｌ＋ＨＬＨ
の構造となる。

他の参考例に係る帯域透過フィルタ１００ａでは、例として、波長λを５５０ｎｍとし、高屈折率膜として、波長λにおける屈折率が２．３となるＴｉＯ_２を用い、低屈折率膜として、波長λにおける屈折率が１．４６となるＳｉＯ_２を用いる。そして、高屈折率膜および低屈折率膜それぞれにおいて、図４（即ち、ＨＬＨＬ＋ｈｌｈｌ＋ＨＬＨ）に示すように光学的膜厚を設定すると、図９に示す分光特性が得られる。本実施形態に係る帯域透過フィルタ１００ａの場合、反射帯域の中心波長λ（＝５５０ｎｍ）は、透過帯域内に位置する。

本発明の第１実施形態に係る帯域透過フィルタ１００ｂは、図５に示すように、２つの反射層１１０の間に、スペーサ層１２０ｂが挿入されている。
２つの反射層１１０は、それぞれ、２つの光学的膜厚λ／４の高屈折率膜１１１の間に、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜１１２を挟んで形成されている。
スペーサ層１２０ｂは、２つの追加層１３０の間に光学的膜厚λ／４の低屈折率膜１２２を挟んで形成され、追加層１３０は光学的膜厚λ／８の高屈折率膜１３１と光学的膜厚λ／８の低屈折率膜１３２とが連続するように形成されている。
光学的膜厚λ／４の高屈折率膜をＨ、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜をＬ、光学的膜厚λ／８の高屈折率膜をｈ、光学的膜厚λ／８の低屈折率膜をｌと表すと、
ＨＬＨ＋ｌｈ＋Ｌ＋ｈｌ＋ＨＬＨ
の構造となる。

本発明の第２実施形態に係る帯域透過フィルタ１００ｃは、図６に示すように、２つの反射層１１０の間に、スペーサ層１２０ｃが挿入されている。
２つの反射層１１０は、それぞれ、２つの光学的膜厚λ／４の高屈折率膜１１１の間に、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜１１２を挟んで形成されている。
スペーサ層１２０ｃは、２つの追加層１３０の間に光学的膜厚λ／４の低屈折率膜１２２を挟み、さらに追加層１３０を連続させて形成され、追加層１３０は光学的膜厚λ／８の高屈折率膜１３１と光学的膜厚λ／８の低屈折率膜１３２とが連続するように形成されている。
光学的膜厚λ／４の高屈折率膜をＨ、光学的膜厚λ／４の低屈折率膜をＬ、光学的膜厚λ／８の高屈折率膜をｈ、光学的膜厚λ／８の低屈折率膜をｌと表すと、
ＨＬＨ＋ｌｈ＋Ｌ＋ｈｌｈｌ＋ＨＬＨ
の構造となる。

第２の実施形態に係る帯域透過フィルタ１００ｃでは、例として、波長λを５５０ｎｍとし、高屈折率膜として、波長λにおける屈折率が２．３となるＴｉＯ_２を用い、低屈折率膜として、波長λにおける屈折率が１．４６となるＳｉＯ_２を用いる。そして、高屈折率膜および低屈折率膜それぞれにおいて、図６（即ち、ＨＬＨ＋ｌｈ＋Ｌ＋ｈｌｈｌ＋ＨＬＨ）に示すように光学的膜厚を設定すると、図１０に示す分光特性が得られる。

本発明の第３実施形態に係る帯域透過フィルタ１００ｄは、図７に示すように、２つの単一の金属膜からなる反射層１１０ｄの間に、スペーサ層１２０ｄが挿入されている。
また、本実施形態に係る帯域透過フィルタ１００ｄでは、例として、波長λを５５０ｎｍとして、波長λにおける屈折率が２．３となるＴｉＯ_２を用い、低屈折率膜として、波長λにおける屈折率が１．４６となるＳｉＯ_２を用いる。
スペーサ層１２０ｄは、追加層１３０で形成され、追加層１３０は光学的膜厚λ／８の高屈折率膜１３１と光学的膜厚λ／８の低屈折率膜１３２とが連続するように形成されている。なお、ここでいう金属膜は、少なくとも透過帯域において、一定の透過率を有する材料からなり、帯域透過フィルタ１００ｅの構成において、透過帯域と透過阻止帯域との間で十分なコントラストが確認できる特性であればよい。また、金属膜に用いる材料は、種々選択できるが、例えば、ＡｌやＡｇを、一定量の光が透過できる程度に薄膜化して用いるとよい。
金属膜をＭ、光学的膜厚λ／８の高屈折率膜をｈ、光学的膜厚λ／８の低屈折率膜をｌと表すと、
Ｍ＋ｈｌ＋Ｍ
の構造となる。

本発明の第４実施形態に係る帯域透過フィルタ１００ｅは、図８に示すように、複数の単一の金属膜からなる反射層１１０ｅの間に、それぞれ、スペーサ層１２０ｅが挿入されている。
スペーサ層１２０ｅは、追加層１３０で形成され、追加層１３０は光学的膜厚λ／８の高屈折率膜１３１と光学的膜厚λ／８の低屈折率膜１３２とが連続するように形成されている。
金属膜をＭ、光学的膜厚λ／８の高屈折率膜をｈ、光学的膜厚λ／８の低屈折率膜をｌと表すと、
・・・Ｍ＋ｈｌ＋Ｍ＋ｈｌ＋Ｍ・・・
の構造となる。

前述した他の参考例に係る帯域透過フィルタ１００ａは、図９に示すように、透過阻止帯域（反射帯域）を含む第１の波長帯域の中に、透過率の高い透過帯域（第２の波長帯域）を得ることができる。
ここで言う第１の波長帯域は、所定の波長λを中心とした反射帯域において、短波長側から長波長側へ分光特性をなぞったとき、透過率が３０％以下の波長から長波長側の帯域を意味し、透過帯域（第２の波長帯域）は、透過率が６０％以上の波長帯域を意味する。
上記のように「第１の波長帯域の中に透過帯域を得る」という意味は、図９の分光特性に基づくと、約４４８ｎｍにて透過率が約３０％となるが、約４４８ｎｍ以上の帯域（即ち、図９でいう第１の波長帯域）において、特定の帯域幅を有する透過帯域（第２の波長帯域：約５４１ｎｍ〜約５５８ｎｍ）を有する、という意味である。

第２実施形態に係る帯域透過フィルタ１００ｃは、図１０に示すように、透過阻止帯域（反射帯域）を含む第１の波長帯域の中に、ある程度の幅を有し、立ち上がりが急峻で比較的高い透過率を有する透過帯域を得ることができる。
この場合、図１０の分光特性に基づくと、約４５４ｎｍにて透過率が約３０％となるが、約４５４ｎｍ以上の長波長の帯域（即ち、図１０でいう第１の波長帯域）において、特定の帯域幅を有する透過帯域（第２の波長帯域：約５４８ｎｍ〜約５８３ｎｍ）を有する、という意味である。
帯域透過フィルタ１００ａに比べると、帯域透過フィルタ１００ｃは、透過帯域の立ち上がり／立ち下がりが急峻であり、また透過率が高い点で、特定の波長帯域を透過させるための帯域透過フィルタとしては、より好ましい場合がある。
また、このような（第１の波長帯域に）透過帯域を有する場合、透過帯域の透過率としては、６０％以上であればよく、７０％以上であればより好ましく、８０％以上であればさらに好ましい。さらに、透過帯域の短波長側にある第１の透過阻止帯域、透過帯域の長波長側にある第２の透過阻止帯域の透過率は、３０％以下であればよく、２０％以下であればより好ましく、１０％以下であればさらに好ましい。

第３実施形態に係る帯域透過フィルタ１００ｄは、図１１に示すように、広い透過阻止帯域（反射帯域）を含む第１の波長帯域の中に、ノイズ分の少ない透過帯域（第２の波長帯域）を得ることができる。
この場合、図１１の分光特性に基づくと、図１１に示す広範囲な特定の波長帯域（第１の波長帯域：３８０ｎｍ以上）において、特定の帯域幅を有する透過帯域（第２の波長帯域）を有する。なお、この場合、透過率は最大でも約４５％であるが、例えば、透過率の最大値を１００％と規格化したときにおいて、６０％以上となる波長帯域を透過帯域（第２の波長帯域）としてもよい。

また、本発明の帯域透過フィルタによれば、透過阻止帯域（反射帯域）を含む第１の波長帯域より短波側の副透過帯域に特定の帯域で透過する特性を付与することで、全体として図１２に示すような特性を得ることができる。
これは、透過帯域フィルタにおいて、透過帯域フィルタの透過帯域を含む反射帯域を有するショートパスフィルタとする、例えば、最外層にλ／８の光学的膜厚の膜を有する多層膜構造を付与することで得られる。
例えば、反射層および追加層を含む多層膜が一群となった帯域透過フィルタで、可視光領域と特定の赤外線領域の２つの領域を透過することが可能となる。

第５実施形態に係る帯域透過フィルタは、上記のようなショートパスフィルタの多層膜構造を付与することで、波長λを約９４０ｎｍとして設計した複数の帯域透過フィルタの例である。
本実施形態に係る帯域透過フィルタは、可視光領域で高透過率が得られるとともに、可視光領域より長波長側に反射帯域を有し、かつ、約８５０ｎｍの波長を中心とした透過帯域が高透過率で得られるように設計する。
このような分光特性が得られるように、光学的膜厚がλ／４．５以下の高屈折率膜と、光学的膜厚がλ／４．５以下の低屈折率膜の連続した２層を含む制約のもと自動設計をすると、λ／１６の高屈折率膜とλ／２２の低屈折率膜の２層からなる追加層と、λ／１５の高屈折率膜とλ／２６の低屈折率膜の２層からなる追加層と、を有する多層膜の構造として与えられる。

本実施形態に係る帯域透過フィルタは、透過領域（第２の波長帯域）の中心波長が約８５０ｎｍ付近に存在し、かつ、透過率が６０％以上となる帯域幅が約１００ｎｍである。
また、図１２において、透過率が１０％以下となる約７１１ｎｍ以上の長波長帯域が第１の波長帯域を示す。
一方、図１２において約３９０ｎｍから約６９７ｎｍまでの帯域、いわゆる副透過帯域において、透過率が６０％以上となる。
このように、反射層および追加層を含む多層膜が一群となった帯域透過フィルタにおいて、副透過帯域となる可視光領域で高い透過率を示すとともに、第１の波長帯域のうち、特定の波長帯域での透過帯域（第２の波長帯域）を有する、複数の帯域透過フィルタ（デュアルバンドパスフィルタ）が実現できる。

図１２に示す分光特性に基づき、特に、第５実施形態に係る帯域透過フィルタは、副透過帯域として可視光領域で選択的に高い透過率を示し、また、可視光領域と隣り合う第１の領域のうち、短波長側から第１の透過阻止帯域、透過帯域（第２の波長帯域）、第２の透過阻止帯域を有する。即ち、反射帯域（透過阻止帯域）は、第１の透過阻止帯域、透過帯域（第２の波長帯域）、第２の透過阻止帯域を含む。
ここで、透過帯域（第２の波長帯域）は、追加層の光学的膜厚をλ／８よりも薄くしたことにより、約８５０ｎｍの波長を中心に約１００ｎｍの帯域を有するので、下記に説明するように、例えば、監視カメラ用途などの光学系に好適に使用できる。

監視カメラのように、例えば、昼間の時間帯に周辺が明るい対象を画像として捉える場合は、可視光領域の波長の光に対する感度を高めるために、可視光領域の透過率が高いことが好ましい。
一方、例えば、夜中の時間帯に周辺が暗い対象を画像として捉える場合は、赤外線領域の感度を高める、いわゆる赤外線カメラとしての機能を発揮する。
このとき、赤外線領域としては、７８０ｎｍ〜９５０ｎｍの帯域内に、上記のような透過帯域（第２の波長帯域）の中心を有するとともに、一定の帯域幅を有することが好ましい。
また、赤外線領域としては、８００ｎｍ〜９００ｎｍの帯域内に透過帯域（第２の波長帯域）の中心を有するとより好ましく、８２０ｎｍ〜８８０ｎｍの帯域内に透過帯域（第２の波長帯域）の中心を有するとさらに好ましい。

このように、第５実施形態に係る帯域透過フィルタを、例えば、監視カメラに適用する場合、副透過帯域となる可視光領域よりも長波長側にある第１の透過阻止帯域が、６５０ｎｍ〜６９０ｎｍの範囲にある波長から長波長側に存在するように設計すればよい。
例えば、撮像素子に７００ｎｍ〜７５０ｎｍの光が入射する場合、黒色の画像が、赤みがかってしまうことで色再現性が悪くなる場合がある。
実用上、可視光領域を透過し、近赤外線領域の透過を阻止する光学フィルタは、その分光特性が急峻な変化とならず一定の勾配をもって透過から透過阻止へと変化するため、７００ｎｍの光の撮像素子へ入射を抑制するため、第１の透過阻止帯域の下限（第１の波長帯域の下限）は６５０ｎｍとしている。

なお、分光特性として急峻な変化が得られる光学フィルタであれば、第１の透過阻止帯域の下限は、例えば、６８０ｎｍや６９０ｎｍとして設定できる。
図１３に示す分光特性は、図１２の分光特性に対して、第１の透過阻止帯域を６５０ｎｍ付近まで短波長側にシフトさせた設計例であり、波長λを約９００ｎｍとした複数の帯域透過フィルタの例である。
このような分光特性が得られるように、光学的膜厚がλ／４．５以下の高屈折率膜と、光学的膜厚がλ／４．５以下の低屈折率膜の連続した２層を含む制約のもと自動設計をすると、λ／９の高屈折率膜とλ／１２の低屈折率膜の２層からなる追加層と、λ／１１の高屈折率膜とλ／６の低屈折率膜の２層からなる追加層と、を有する多層膜の構造として与えられる。

また、撮像素子によっては、１１００ｎｍ以上の波長帯域から１２００ｎｍ近傍までも光感度を有するものがある。そのため、透過帯域（第２の波長帯域）よりも長波長側にある第２の透過阻止帯域は１１００ｎｍまで与えられればよく、１２００ｎｍまで与えられればより好ましい。
図１４に示す分光特性は、図１２の分光特性に対して、第２の透過阻止帯域を１２００ｎｍ付近まで長波長側にシフトさせた設計例であり、図１２の設計例に１２００ｎｍまで遮断するショートパスフィルタを付与したものである。

また、透過帯域の波長λより長波側の副透過帯域に特定の帯域で透過する特性を付与することで、全体として図１５に示すような特性を得ることもできる。
このような分光特性が得られるように、光学的膜厚がλ／４．５以下の高屈折率膜と、光学的膜厚がλ／４．５以下の低屈折率膜の連続した２層を含む制約のもと自動設計をすると、λ／１０の高屈折率膜とλ／７の低屈折率膜の２層からなる追加層と、λ／７の高屈折率膜とλ／９の低屈折率膜の２層からなる追加層と、を有する多層膜の構造として与えられる。
なお、この場合の波長λは約８４０ｎｍとして設計した複数の帯域透過フィルタの例である。

以上述べた実施形態は、本発明の最も単純化した例であり、複数の膜の境界のうち少なくとも１つの境界には、光学的膜厚がλ／４．５以下の高屈折率膜と光学的膜厚がλ／４．５以下の低屈折率膜の連続した２層からなる追加層を含むとともに、追加層を構成する高屈折率膜及び低屈折率膜よりも光学的膜厚が大きい膜を２つの追加層で挟み込む構造を有し、あるいは、波長λで反射する境界の少なくとも１つの境界が２つの金属膜に挟まれた境界であり追加層が２つの金属膜に挟まれた境界に挿入されているものであれば、反射層、スペーサ層の構成や膜の数等は、いかなるものであってもよい。
また、本発明の帯域透過フィルタは、撮像機器、測定機器、通信機器等をはじめ、様々な分野において応用可能である。

１００、５００ ・・・ 帯域透過フィルタ
１１０、５１０ ・・・ 反射層
１１１、５１１ ・・・ 高屈折率膜
１１２、５１２ ・・・ 低屈折率膜
１２０、５２０ ・・・ スペーサ層
１２２、５２２ ・・・ 低屈折率膜
１３０ ・・・ 追加層
１３１ ・・・ 高屈折率膜
１３２ ・・・ 低屈折率膜

Claims (14)

1. 複数の膜からなり、所定の波長λを中心とした反射帯域を有し、前記反射帯域内の一部に透過帯域を有する帯域透過フィルタであって、
   前記複数の膜からなる反射層と、複数の反射層の境界に挿入されるスペーサ層とを有し、
   少なくとも１つのスペーサ層は、光学的膜厚がλ／４．５以下の高屈折率膜と光学的膜厚がλ／４．５以下の低屈折率膜の連続した２層からなる追加層を含むとともに、前記追加層を構成する高屈折率膜及び低屈折率膜よりも光学的膜厚が大きい膜を前記２つの追加層で挟み込む構造を有することを特徴とする帯域透過フィルタ。
2. 前記追加層が、前記境界のうち任意の複数の境界に挿入されたことを特徴とする請求項１に記載の帯域透過フィルタ。
3. 前記追加層が、任意の境界に２組以上連続して挿入されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の帯域透過フィルタ。
4. 複数の膜からなり、所定の波長λを中心とした反射帯域を有し、前記反射帯域内の一部に透過帯域を有する帯域透過フィルタであって、
   前記複数の膜からなる反射層と、複数の反射層の境界に挿入されるスペーサ層とを有し、
   少なくとも１つのスペーサ層は、光学的膜厚がλ／４．５以下の高屈折率膜と光学的膜厚がλ／４．５以下の低屈折率膜の連続した２層からなる追加層を含み、
   前記波長λで反射する境界の少なくとも１つの境界が、２つの金属膜に挟まれた境界であり、
   前記追加層が、前記２つの金属膜に挟まれた境界に挿入されたことを特徴とする帯域透過フィルタ。
5. 前記２つの金属膜に挟まれた境界が複数存在し、
   前記追加層が、前記複数の２つの金属膜に挟まれた境界に、それぞれ１組以上挿入されたことを特徴とする請求項４に記載の帯域透過フィルタ。
6. 前記波長λより短波長側および長波長側の副透過帯域のいずれか又は両方を、特定の帯域で透過する特性を付与したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の帯域透過フィルタ。
7. 前記副透過帯域は可視光帯域であって、
   可視光帯域の長波長側にある第１の波長帯域において、短波長側から、透過阻止特性を示す第１の透過阻止帯域、前記透過帯域および透過阻止特性を示す第２の透過阻止帯域を有する請求項６に記載の帯域透過フィルタ。
8. 前記第１の波長帯域は６５０ｎｍ以上である請求項７に記載の帯域透過フィルタ。
9. 前記第２の透過阻止帯域は１１００ｎｍ以上である請求項７または請求項８に記載の帯域透過フィルタ。
10. 前記透過帯域は、該帯域の中心波長が７８０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲にある、請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の帯域透過フィルタ。
11. 前記透過帯域の帯域幅は、２００ｎｍ以下である請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の帯域透過フィルタ。
12. 可視光帯域の透過率および前記透過帯域の透過率が、６０％以上である請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載の帯域透過フィルタ。
13. 前記第１の透過阻止帯域の透過率および前記第２の透過阻止帯域の透過率は、３０％以下である請求項７乃至請求項１２のいずれかに記載の帯域透過フィルタ。
14. 基板と、
    基板の一方の主面に、前記追加層を含む多層膜を有する請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の帯域透過フィルタ。

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