JPH01108503A - 帯域透過光学フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学用の帯域透過（バンドパス）フィルター
、詳しくは、高屈折率材料層と低屈折率材料層とを重畳
した多層膜を基板上に形成して成る帯域透過光学フィル
ターに関する。

〔従来の技術〕

この種の帯域透過光学フィルターとしては、従来から、
例えば特願昭５９−５４６６１号等において本発明者ら
が既に提案しているように、前記基板の材料としてサフ
ァイヤ（Ａ７！ｚｏ３）または石英（Ｓｉｏｗ）を、前
記高屈折率材料層としてゲルマニウム（Ｃｅ）を、そし
て、前記低屈折率材料層として一酸化珪素（Ｓ　ｉ　Ｏ
）を用いることによって、極めて優れた分光特性を有す
る（ただし、透過中心波長が５μｍ以下の場合）と共に
、基板と多層膜との結合性も良く、しかも、比較的簡素
でかつ再現性良く安定に製作できるものが開発されてい
る。

ところが、かかる従来構成の帯域透過光学フィルターは
、上記のように透過中心波長が５μｍ以下の場合におい
てのみ有効なもの（５μｍ以上はＳｉＯに吸収がある）
であって、例えば非分散型赤外線分析計などに用いる場
合には非常に好適であるが、例えばそれ自体では波長選
択性を有しない熱型焦電素子（パイロ）を使用した煙道
分析計などの場合には、透過中心波長が５μｍ以上の範
囲において優れた分光特性を有することが要求されるた
め、その利用には供し得なかった。

そこで、本発明者らは、前記基板の材料としてシリコン
（Ｓｌ）を、前記高屈折率材料層としてゲルマニウム（
Ｇｅ：これをＨで表す）を、そして、前記低屈折率材料
層として硫化亜鉛（ＺｎＳ：これをして表す）を用いる
と共に、 タイプ−■として、 Ｓ　ｉ　ＩＩ　ＬＨＬ　（ＬＨＬＨＬＨＬ）ＬＨなる全
体構造を有する帯域透過光学フィルターを、そして、タ
イプ−■とじて、 Ｓ　ｉ　ＩＩ　ＬＨＬ　（ＬＨＬＨＬＨＬ）２ＬＨなる
全体構造を有する帯域透過光学フィルターを、鋭意研究
の末案出し、現在、上記夫々のタイプのものに対する理
論的考察ならびに試作実験を終了している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

さて、上記のように案出された先行技術に係るふたつの
タイプの構成の帯域透過光学フィルターに対する理論的
考察ならびに試作実験によれば、次のような結果が得ら
れている。

即ち、前者のタイプ−■のものは、かなり困難ではある
けれども何とか再現性を有する製作が可能ではあるもの
の、その分光特性については、第４図に示した理論的に
得られるグラフから明らかなように、透過中心波長が５
μｍ以上の範囲における分光特性が理論上十分に発揮さ
れてはいるが、多層膜の全膜数が比較的少ないことに起
因してスソａ・・・での急峻性（立ち下がり・立ち上が
り特性）に劣るという欠点がある。

一方、後者のタイプ−■のものは、第５図に示した理論
的に得られるグラフから明らかなように、透過中心波長
が５μｍ以上の範囲における分光特性がやはり理論上十
分に発揮されていると共に、多層膜の全膜数が比較的多
いことからスソａ・・・での急峻性（立ち下がり・立ち
上がり特性）に非常に優れた特性が理論上得られるもの
の、現在の技術では量産する場合、製作に要する条件を
厳密に維持しなければ、再現性のある製作が殆ど不可能
で実用性に乏しいという欠点がある。

つまり、透過中心波長が５μｍ以上の範囲において十分
な分光特性を発揮させるためには、多層膜の全膜数をで
きるだけ多くすると共に、その多層膜における低屈折率
材料層として、従来の一酸化珪素（Ｓ　ｉ　Ｏ）の代わ
りに硫化亜鉛（Ｚ　ｎ　Ｓ）を用いるのが有効であるこ
とが確認されたけれども、その硫化亜鉛（ＺｎＳ）は、
真空蒸着等による膜形成時における付着係数が非常に不
安定であるために、蒸着環境温度の制御ならびに理論的
な屈折率および膜厚の実現が非常に困難であることが判
明した。

この点について、本発明者らは、上記タイプ−■および
タイプ−■の実例から種々の考察を試みたところ、 前者の何とか再現性を有する製作が可能なタイプ−Ｔの
ものでは不安定な硫化亜鉛ＪｔＪ（ｚｎｓ：Ｌ）の個数
が比較的少ないのに対し、後者の再現性のある製作が殆
ど不可能なタイプー■のものでは不安定な硫化亜鉛層（
ＺｎＳ：Ｌ）の個数が非常に多いという事実、 ならびに、次に記す詳細構造式、 〔タイプ−■〕 ５ｉｌｌＬＨ↓ニレＨＬ）ＩＬＨＬ↓−Ｈ〔タイプ−■
〕 ５ｉｌｌＬＨＬμＨＬＨＬＨ旦ＨＬＨ ＬＴ（ＬＬＨ において夫々アンダーラインで示すように、何れのタイ
プのものにおいても、低屈折率材料層が２回連続する所
謂ＬＬキ＋ビティー（ただし、タイプ−■のものでは２
箇所、タイプ−Ｈのものでは３箇所）を有しているとい
う事実、 に気付き、その結果、不安定な硫化亜鉛層（ＺｎＳ　：
　Ｌ）の個数の大小は勿論、とりわけ上記のようなＬＬ
キャビティーの存在およびその個数の大小が、このよう
な透過中心波長が５μｍＤｌ上の範囲において有効な帯
域透過光学フィルターにおける再現性ある製作の困難性
、ならびに、その分光特性におけるスソの急峻性（立ち
下がり・立ち上がり特性）の劣化に大きく影響する原因
であろうと推測した。

本発明は、上記実情および上記考察に基く予測に鑑みて
なされたものであって、その目的は、多層膜の全膜数を
比較的多くしながらも、低屈折率材料層である不安定な
硫化亜鉛層（ＺｎＳ：Ｌ）をなるべく少なくすると共に
、それが連続するＬＬキャビティーを有しない可及的に
シンプルな構造にすることによって、再現性の良い製作
を容易に行えると共に、透過中心波長が５μｍ以上の範
囲において十分に有効で、しかも、スソの急峻性（立ち
下がり・立ち上がり特性）にも優れた分光特性を発揮し
得る帯域透過光学フィルターを提供せんとすることにあ
る。

ｃ問題点を解決するための手段〕 かかる目的を達成するために、本発明は、高屈折率材料
層と低屈折率材料層とを重畳した多層膜を基板上に形成
して成る帯域透過光学フィルターにおいて、 前記基板の材料としてシリコン（Ｓｉ）を、前記高屈折
率材料層としてゲルマニウム（Ｇｅ：これをＨで表す）
を、そして、前記低屈折率材料層として硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ：これをＬで表す）を用いて、 Ｓ　ｉ　Ｉｆ　ＨＬＨ（ＨＬＨＬＨＬＨ）２Ｈなる全体
構造を有するように構成する、という特徴ある手段を講
じたものである。

〔作用〕

上記特徴構成により発揮される作用は下記の通りである
。

即ち、上記本発明による帯域透過光学フィルターにおい
ては、後述する実施例の記載から一層明らかとなるよう
に、その構造式、 Ｓ　ｉ　‖ＨＬＨ（ＨＬＨＬＨＬＨ）２Ｈつまり、 ５ｉｌｌＨＬ旦旦ＬＨＬＨＬ旦旦ＬＨＬＬＨＨ から明らかなように、 ■ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）から成る高屈折率材料層と
硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｌ）から成る低屈折率材料層とを重
畳した多層膜の全膜数を、前述のタイプ−■のものとほ
ぼ同様に比較的多くしていることから、第１図に示す理
論的に得られるグラフから明らかなように、透過中心波
長が５μｍ以上の範囲における分光特性が理論上十分に
発揮されることは勿論、スソａ・・・での急峻性（立ち
下がり・立ち上がり特性）に非常に優れた特性が理論上
十分に期待できる。

■上記のように、多層膜の全膜数を前述のタイプ−■の
ものとほぼ同様に比較的多くしているにも拘わらず、不
安定な硫化亜鉛層（ＺｎＳ：Ｌ）を前述のタイプーＩの
ものと同様に非常に少なく抑えていると共に、上記した
詳細構造式においてアンダーラインで示すように、前述
のタイプ−Ｉおよびタイプ−Ｈのものが有していたよう
な不安定な硫化亜鉛層（ＺｎＳ：Ｌ）が連続するＬＬキ
ャビティーが存在せず、その代わりに極めそ安定ゲルマ
ニウム層（Ｇｅ：Ｈ）が連続する所謂ＨＨキャビティー
を有する構造としであるから、非常に容易に且つ再現性
良くその製作を行うことが可能になった。

なお、上記した十分かつ優れた分光特性、ならびに、容
易で再現性の良い製作性という両利点は、複数回に亘る
試作実験等によって確認されている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面（第２図および第３図）に
基いて説明する。

第２図は本発明に係る帯域透過光学フィルターの模式的
構造図であって、図示するように、シリコン（Ｓｉ）か
ら成る基板１上に、ゲルマニウム（Ｇｅ）から成る高屈
折率材料層２Ａ・・・と硫化亜鉛（ＺｎＳ）から成る低
屈折率材料層２Ｂ・・・とを交互に重畳した多層膜２を
、真空蒸着法等により形成し、ゲルマニウム（Ｇｅ）か
ら成る高屈折率材料層２への理論１単位（光学膜厚が所
望の透過中心波長λゎの１／４）をＨ２硫化亜鉛（Ｚ”
ｒｒｓ）から成る低屈折率材料層２Ｂのの理論１単位（
光学膜厚が所望の透過中心波長λ。の１／４）をして表
して、 Ｓ　ｉ　ＩＩ　ＨＬＨ（ＨＬＨＬ）（ＬＨ）２Ｈつまり
、 ５ｉｌｌＨＬ且旦り、ＨＬＨＬ旦几ＬＨＬＬＨＨ なる全体構造を有するように構成されている。

なお、後者の詳細構造式におけるアンダーラインの部分
は、第２図における２Ｃ・・・部分に相当し、夫々、Ｈ
Ｈキャビティーを表している。

上記のような構造を有する帯域透過光学フィルターを、
複数回に亘って試作すると共にその分光特性を調べる実
験を行った結果、多層膜の全膜数を比較的多くしている
にも拘わらず、不安定な硫化亜鉛層（ＺｎＳ：Ｌ）を非
常に少なく抑えていると共に、上記のように不安定なＬ
Ｌキャビティーの代わりに極めて安定なＨＨキャビティ
ーを有する構造としたことにより、その製作を非常に容
易に且つ再現性良く行うことが可能であり、また、第３
図に示す実験結果のグラフから明らかなように、前述の
理論特性（前記第１図参照）とほぼ同じように、透過中
心波長が５μｍ以上の範囲における分光特性が十分に発
揮されることは勿論、スソａ・・・での急峻性（立ち下
がり・立ち上がり特性）も非常に優れた分光特性が再現
性良く発揮されることが確認されている。

従って、上記本発明による帯域透過光学フィルターによ
れば、従来は不可能とされていた透過中心波長が５μｍ
以上の範囲における十分かつ優れた分光特性を実現でき
、もって、かかる特性を要求される分野、例えば熱型焦
電素子（パイロ）を使用した煙道分析計などに好適に利
用することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
帯域透過光学フィルターによれば、多層膜の全膜数を比
較的多くしながらも、低屈折率材料層としての不安定な
硫化亜鉛層（ＺｎＳ：Ｌ）をなるべく少なくすると共に
、その不安定な硫化亜鉛層（ＺｎＳ：Ｌ）が連続するＬ
Ｌキャビティーを存しない代わりに、高屈折率材料層と
してのゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）が連続する極めて安定
なＨＨキャビティーが存在する形式でシンプルな構造と
したことにより、再現性の良い製作を容易に行えると共
に、従来は不可能とされていた透過中心波長が５μｍ以
上の範囲において十分に有効で、かつ、スソの急峻性（
立ち下がり・立ち上がり特性）にも優れた分光特性を発
揮し得るため、特に、それ自体では波長選択性を有しな
い熱型焦電素子（パイロ）を用いて安価に製作できると
共に高性能を発揮し得る煙道分析針（Ｎｏ、Ｈｚ　Ｏな
どの計測）等のガス分析針を構成する場合に極めて好適
に利用することができる、という優れた効果が発揮され
るに至った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る帯域透過光学フィルターの作用を
説明するための理論的分光特性を示すグラフである。 また、第２図および第３図は本発明に係る帯域透過光学
フィルターの実施例を示し、第２図は一部を省略した全
体模式的構造図であり、第３図はその分光特性の実験結
果を示すグラフである。 更にまた、第４図および第５図は、本発明の技術的背景
を説明するためのものであって、第４図は先行技術に係
るタイプ−■の帯域透過光学フィルターの理論的分光特
性を示すグラフ、そして、第５図は先行技術に係るタイ
プ−■の帯域透過光学フィルターの理論的分光特性を示
すグラフを夫々示している。 １・・・・・・・・・基板、 ２・・・・・・・・・多層膜、 ２Ａ・・・・・・ゲルマニウム（Ｇｅ）から成る高屈折
率材料層、 ２Ｂ・・・・・・硫化亜鉛（ＺｎＳ）から成る低屈折率
材料層。 出願人　株式会社　堀　場　製　作　所代理人　弁理士
　　藤　本　英　夫 図面の浄書 第４図 第５図 手続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称　　帯域透過光学フィルター３、　補正
をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高屈折率材料層と低屈折率材料層とを重畳した多層膜を
   基板上に形成して成る帯域透過光学フィルターであって
   、 前記基板の材料としてシリコン（Ｓｉ）を、前記高屈折
   率材料層としてゲルマニウム（Ｇｅ：これをＨで表す）
   を、そして、前記低屈折率材料層として硫化亜鉛（Ｚｎ
   Ｓ：これをＬで表す）を用いて、 Ｓｉ‖ＨＬＨ（ＨＬＨＬＨＬＨ）＾２Ｈ なる全体構造を有するように構成してあることを特徴と
   する帯域透過光学フィルター。