JPH04133003A - 光学多層選択反射膜 - 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〕 この発明は、特定範囲の波長の光を選択的に反射する効
果を有する光学多層選択反射膜に関する〔従来の技術〕 従来、特定範囲の波長の光を選択的に反射することがで
きる光学フィルタとしては、たとえば、透明基板上に、
等しい光学膜厚ｎｄを有する高屈折率膜と低屈折率膜と
を交互に多層積層してなる光学多層選択反射膜を形成し
たものがある。ここで、光学膜厚とは、膜の屈折率ｎと
膜の厚みｄとの＠ｎｄを表す。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、その後の検討で、上述した従来の光学フィル
タは、次のような問題点を有することがわかった。

すなわち、通常の光学フィルタにおいては、ある波長を
境目に、それより長波長、もしくは短波長の光を選択的
にカントする（反射または吸収する）ことが要求される
ことが多い。このような要求に答える光学フィルタとな
るためには、通常、カ・７ト域と非カット域の透過率の
差がより大きく、そのため、シャープカットできること
が必要である。

上述した従来の光学フィルタの分光特性を測定すると、
第１図にみるような結果になる。図にみるように、主反
射帯域の短波長側および長波長側の両近傍で、透過率が
さざ波状に変化する（長波長側の図示省略）。このよう
なさざ波状の透過率変化は、「リフプル」と呼ばれてい
る。リップルは、基本的に下記■〜■の性質を示す。

■　反射帯域と透過帯域の中間に特に発生しやすい。

■　高屈折率膜と低屈折率膜の層数が増える程、増大す
る。

■　高屈折率膜と低屈折率膜の屈折率の差が大きい程、
増大する。

このようなリップルが現れるため、上述した従来の光学
フィルタは、シャープカットの特性を得ることができな
い。シャープカットの特性を得るためには１、リップル
を抑制すればよいのであるが、シャープカット特性を得
るためには、層数を多くすることも必要であり、層数を
多くすると、前記■の理由により、リップルが強く現れ
、シャープカット特性を得ることができないという問題
であった。

主反射帯域の短波長側近傍のリップルを抑制することが
できる従来の光学フィルタとしては、たとえば、上述し
たような、透明基板上に、高屈折率膜と低屈折率膜とを
交互に多層積層してなる光学多層選択反射膜を形成した
光学フィルタにおいて、第１層および最終層が低屈折率
膜であり、かつ、第１層と最終層の間には、光学膜厚が
互いに等しい中間層が設けられていて、第１層の光学膜
厚をｎｄＩ、中間層の光学膜厚をｎｄｎ最終層の光学膜
厚をｎｄｎとすると、各層の光学膜厚の間には、 ｎｄｎ＝ｎｄｎ　−０，５ｎｄ の関係があることを特徴とする光学フィルタがある。し
かし、このような光学フィルタにも下記のような問題点
があった。

すなわち、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に多層積層
した光学多層選択反射膜の各層の膜厚には、一般に、非
常に高い精度が要求される。そのため、各層の形成は、
膜形成の進行につれて発生する反射率変化から膜厚を測
定しながら行われる。しかし、上述した従来の光学フィ
ルタ中の光学多層選択反射膜では、第１層が低屈折率膜
であるため、層数の増大に従って、その反射量は次第に
減少することになる。そのため、非常に小さ（なった反
射光値を測定しなければならず、多層反射膜の作製が困
難となり、しかも膜の作製の再現性が悪くなるという問
題であった。

以上の事情に鑑み、この発明は、主反射帯域の短波長側
近傍のリップルを抑制することができ、しかも、膜の作
製が容易であり、膜の作製の再現性が良い光学多層選択
反射膜を提供することを課題とする。

Ｃ課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するため、この発明にかかる光学多層選
択反射膜は、高屈折率膜と低屈折率膜の交互層からなる
光学多層選択反射膜において、第１層が高屈折率膜、第
２層が低屈折率膜、最終層が低屈折率膜であり、かつ、
第２層と最終層の間には、光学膜厚が互いに等しい中間
層が設けられていて、第１層の光学膜厚をｎｄｎ　、第
２層の光学膜厚をｎｄｎ、中間層の光学膜厚をｎｄｎ最
終層の光学膜厚をｎｄｎとすると、各層の光学膜厚の間
には、下記式（１）ないしく４）の関係があることを特
徴とするものである。

１、１５　ｎ　ｄ　＜　ｎ　ｄ　＋　〈１．２５　ｎ　
ｄ　　　　（１）１、１５　ｎ　ｄ　＜　ｎ　ｄ　２　
＜　１．２５　ｎ　ｄ　　　　（２１ｎｄ＋＝ｎｄｎ　
　　　　　　　（３）ｎ　ｄｎ＝０．５　ｎ　ｄ　　　
　　　　（４１上述したような膜構成を有するこの発明
の光学多層選択反射膜は、主反射帯域の短波長側近傍の
リップルを抑制し、その結果、平坦な透過特性が得られ
る。このとき、主反射帯域の長波長側近傍のリップルは
逆に増大する。上記式（１）ないしく４）のどれか１つ
でも満たされない場合は、リップル抑制効果が、弱いか
、全くないか、あるいは、逆にリップルが増大してしま
う。

この発明の光学多層選択反射膜の構成単位膜である高屈
折率膜を構成する材料としては、高屈折率の材料であれ
ば特に限定はされないが、たとえば、二酸化チタン’ｌ
’ｉ０２、硫化亜鉛ＺｎＳ等が挙げられる。なお、すべ
ての高屈折率膜が同一材料で構成されていてもよいし、
あるいは、構成材料の異なる高屈折率膜を併用してもよ
い。

低屈折率膜を構成する物質としては、低屈折率の物質で
あれば特に限定はされないが、たとえば、二酸化ケイ素
５ｉＯ２、フッ化マグネシウムＭｇＦｔ等が挙げられる
。なお、すべての低屈折率膜が同一材料で構成されてい
てもよいし、あるいは、構成材料の異なる低屈折率膜を
併用してもよい。

上述した材料からなる高屈折率膜および低屈折率膜の膜
形成方法としては、特に限定はされないが、たとえば、
真空蒸着、スパッタリング、イオンブレーティング等の
物理的な蒸着による薄膜形成法、あるいは、化学的気相
成長法（ＣＶＤ）、ゾル−ゲル法等の化学的な反応を利
用した薄膜形成法等が挙げられる。

このような方法による各層の形成は、各層の膜厚に非常
に高い精度が要求されるため、通常は、従来の光学多層
選択反射膜と同様に、膜形成の進行につれて発生する反
射率変化から膜厚を測定しながら行われる。

なお、この発明の光学多層選択反射膜は、通常は、ガラ
スや透明プラスチック等の透明基板上に形成されて、光
学フィルタとして用いられる。

〔作　　　用〕

第１層を高屈折率膜、第２層を低屈折率膜、最終層を低
屈折率膜とし、それら各層の光学膜厚を、第２］ｉと最
終層の間にあってその光学膜厚が互いに等しい中間層の
光学膜厚の所定倍の値になるようにすると、主反射帯域
の短波長側近傍のり・ノブルが抑制される。また、第１
層が高屈折率膜であるため、層の数が増えるにつれて反
射量が増加し、より大きな反射光量が得られる。そのた
め、反射量変化から膜厚を測定しながらの膜作製が容易
となり、各層の膜厚の精度が高まるため、再現性が良く
なる。

〔実　施　例〕

以下に、この発明の詳細な説明する。

第２図は、第１実施例を表す。図にみるように、この光
学多層選択反射膜Ａは、透明基板Ｂ上に、高屈折率膜と
低屈折率膜を交互に合計１６層積層して形成されたもの
である。第１層１（Ｈ）、第３層３（Ｈ）、・・・、第
１３層１３　（Ｈ）　、および第１５層１５（Ｈ）の奇
数番目の層は、高屈折率膜であり、第２層２（Ｌ）、・
・・、第１４層１４（Ｌ）、および第１６層（最終層）
１６（Ｌ）の偶数番目の層は、低屈折率膜である（第４
Ｎないし第１２層は、図示省略）。第３層３Ｈないし第
１５層１５Ｈの光学膜厚は、互いに等しいｎｄであり、
第１層ＩＨおよび第２Ｆｉ２Ｌの光学膜厚は、いずれも
１．２ｎｄであり、第１６層１６Ｌの光学膜厚は、０．
５ｎｄである。

次に、この発明のより具体的な実施例および比較例を併
せて説明するが、この発明は、下記実施例およびすでに
述べた実施例に限定されない。

実施例１−１− ガラス基板上に、真空蒸着法を用いて、二酸化チタンか
らなる高屈折率膜と二酸化ケイ素からなる低屈折率膜と
を、第１層が高屈折率膜、第２層が低屈折率膜、および
最終層が低屈折率膜になるように、交互に合計１６層積
層形成して、光学多層選択反射膜を有する光学フィルタ
を作製した。

その際、各層の膜厚の精度を高めるために、各層の形成
は、各層の形成の進行につれて発生する反射率変化から
膜厚を測定しながら行った。第３層ないし第１５層の光
学膜厚は、すべて１４０ｎｍ（−ｎｄ）とし、第１層お
よび第２層の光学膜厚は、いずれも１６８ｒ＋ｍ　（−
１，２ｎ　ｄ）とし、第１６層（最終層）の光学膜厚は
、７０ｎｍ　（−０，５ｎ　ｄ）とした。

得られた光学フィルタの分光特性を測定し、その結果を
第３図に示した。図にみるように、この光学フィルタは
、主反射帯域の短波長側近傍のリンプルを抑制し、可視
光のうち、波長５００ｎｍ以下の青色光のみを選択的に
透過することが確認された。このような光学フィルタを
照明器具等に応用すると、優れた着色フィルタとなる。

一実施例１−２ ガラス基板上に、真空蒸着法を用いて、二酸化チタンか
らなる高屈折率膜と二酸化ケイ素からなる低屈折率膜と
を、第１層が高屈折率膜、第２層が低屈折率膜、および
最終層が低屈折率膜になるように、交互に合計１６層積
層形成して、光学多層選択反射膜を有する光学フィルタ
を作製した。

その際、各層の膜厚の精度を高めるために、各層の形成
は、各層の形成の進行につれて発生する反射率変化から
膜厚を測定しながら行った。第３層ないし第１５層の光
学膜厚は、すべて１７０ｎｍ（＝ｎｄ）とし、第１層お
よび第２層の光学膜厚は、いずれも２０４ｎｍ　（−１
，２ｎ　ｄ）とし、第１６層（最終層）の光学膜厚は、
８５ｎｍ　（＝０．５　ｎ　ｄ）とした。

得られた光学フィルタの分光特性を測定し、その結果を
第４図に示した。図にみるように、この光学フィルタは
、主反射帯域の短波長側近傍のリップルを抑制し、可視
光のうち、波長６００ｎｍ以上の赤色光のみを選択的に
反射することが確認された。このような光学フィルタを
照明器具等に応用すると、優れた着色フィルタとなる。

一実施例１−３＝ ガラス基板上に、真空蒸着法を用いて、二酸化チタンか
らなる高屈折率膜と二酸化ケイ素からなる低屈折率膜と
を、第１層が高屈折率膜、第２層が低屈折率膜、および
最終層が低屈折率膜になるように、交互に合計１６層積
層形成して、光学多層選択反射膜を有する光学フィルタ
を作製した。

その際、各層の膜厚の精度を高めるために、各層の形成
は、各層の形成の進行につれて発生する反射率変化から
膜厚を測定しながら行った。第３層ないし第１５層の光
学膜厚は、すべて１８５ｎｍ（−ｎｄ）とし、第１層お
よび第２層の光学膜厚は、いずれも２２２ｎｍ　（−１
，２ｎｄ）とし、第１６層（最終層）の光学膜厚は、９
２．５ｎｍ　（＝０．５　ｎｄ）とした。

得られた光学フィルタを４５゛に傾け、その分光特性を
測定し、その結果を第５図に示した。図にみるように、
この光学フィルタは、主反射帯域の短波長側近傍のリッ
プルを抑制し、可視光のうち、波長６００ｎｍ以上の赤
色光のみを選択的に反射することが確認された。このよ
うな光学フィルタをテレビカメラ等の色分解系に応用す
ると、優れた色分解ミラーとなる。

一実施例１−４− ガラス基板上に、真空蒸着法を用いて、二酸化チタンか
らなる高屈折率膜と二酸化ケイ素からなる低屈折率膜と
を、第１層が高屈折率膜、第２層が低屈折率膜、および
最終層が低屈折率膜になるように、交互に合計１６層積
層形成して、光学多層選択反射膜を有する光学フィルタ
を作製した。

その際、各層の膜厚の精度を高めるために、各層の形成
は、各層の形成の進行につれて発生する反射率変化から
膜厚を測定しながら行った。第３層ないし第１５層の光
学膜厚は、すべて１５５ｎｍ（−ｎｄ）とし、第１層お
よび第２層の光学膜厚は、いずれも１８６ｎｍ（＝１．
２ｎｄ）とし、第１６層（最終層）の光学膜厚は、７７
．５ｎｍ　（−０，５ｎｄ）とした。

得られた光学フィルタを４５°に傾け、その分光特性を
測定し、その結果を第６図に示した。図にみるように、
この光学フィルタは、主反射帯域の短波長側近傍のリン
プルを抑制し、可視光のうち、波長５００ｎｎ＋以下の
青色光のみを選択的に透過することが確認された。この
ような光学フィルタをテレビカメラ等の色分解系に応用
すると、優れた色分解ミラーとなる。

一実施例２− ガラス基板上に、真空蒸着法を用いて、二酸化チタンか
らなる高屈折率膜と二酸化ケイ素からなる低屈折率膜と
を、第１層が高屈折率膜、第２層が低屈折率膜、および
最終層が低屈折率膜になるように、交互に合計３６層積
層形成して、光学多層選択反射膜を有する光学フィルタ
を作製した。

その際、各層の膜厚の精度を高めるために、各層の形成
は、各層の形成の進行につれて発生する反耐重変化から
膜厚を測定しながら行った。第３層ないし第３５層の光
学膜厚は、すべて１４０ｎｍ（−ｎ　ｄ）とし、第１層
および第２層の光学膜厚は、いずれも１６８ｎｍ　（＝
　１．２　ｎ　ｄ）とし、第３６層（最終層）の光学膜
厚は、７０ｎｍ（−０，５ｎｄ）とした。

得られた光学フィルタの分光特性を測定し、その結果を
第７図に示した。図にみるように、この光学フィルタは
、可視光のうち、波長５００ｎｍ以下の青色光のみを選
択的に透過することができ、主反射帯域の短波長側近傍
のリフプルを抑制し、非常にシャープカット性の強い着
色フィルタであることが確認された。このように、この
光学フィルタは、上述した実施例のフィルタに比べて、
はるかに選択性の強い分光特性を有するので、光学機器
等に用いられる。

一比較例一 実施例２において、高屈折率膜および低屈折率膜のすべ
ての層の光学膜厚を１４０ｎｍとした以外は実施例２と
同様にして、光学多層選択反射膜を有する光学フィルタ
を作製した。

得られた光学フィルタの分光特性を測定し、その結果を
第８図に示した。図にみるように、５゜Ｏ〜６５０ｎｍ
の主反射帯域の短波長側近傍に、非常に強いリップルが
現れることが確認された。

〔発明の効果〕

この発明にかかる光学多層選択反射膜は、主反射帯域の
短波長側近傍のリップルを抑制し、そのため、優れたシ
ャープカット特性を有する。この発明にかかる光学多層
選択反射膜は、また、第１層が高屈折率膜であるため、
層の数が増えるにつれて反射量が増加し、より大きな反
射光量が得られる。そのため、作製が容易であり、再現
性良く作製できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の光学多層選択反射膜を有する光学フィ
ルタの分光特性を示すグラフ、第２図は、この発明の第
１実施例である光学多層選択反射膜を有する光学フィル
タを表す側断面図、第３図は、実施例１−１の光学多層
選択反射膜を有する光学フィルタの分光特性を示すグラ
フ、第４図は、実施例１−２の光学多層選択反射膜を有
する光学フィルタの分光特性を示すグラフ、第５図は、
実施例１−３の光学多層選択反射膜を有する光学フィル
タの分光特性を示すグラフ、第６図は、実施例１−４の
光学多層選択反射膜を有する光学フィルタの分光特性を
示すグラフ、第７図は、実施例２の光学多層選択反射膜
を有する光学フィルタの分光特性を示すグラフ、第８図
は、比較例の光学多層選択反射膜を有する光学フィルタ
の分光特性を示すグラフである。 Ａ・・・光学多層選択反射膜　１（Ｈ）　、３（Ｈ）　
、１３（Ｈ）　、１５（）ｌ）・・・高屈折率膜　２（
Ｌ）　、１４（Ｌ）、１６（Ｌ）・・・低屈折率膜 第２図 第１図 澁長（ｎｍ） 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第３図 第４ 図 沢Ｊ、、（ｎｍ） 第 図 第６図 液長（ｎｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　高屈折率膜と低屈折率膜の交互層からなる光学多層
   選択反射膜において、第１層が高屈折率膜、第２層が低
   屈折率膜、最終層が低屈折率膜であり、かつ、第２層と
   最終層の間には、光学膜厚が互いに等しい中間層が設け
   られていて、第１層の光学膜厚をｎｄ＿１、第２層の光
   学膜厚をｎｄ＿２、中間層の光学膜厚をｎｄ、最終層の
   光学膜厚をｎｄ＿ｎとすると、各層の光学膜厚の間には
   、下記式（１）ないし（４）の関係があることを特徴と
   する光学多層選択反射膜。 １．１５ｎｄ＜ｎｄ＿１＜１．２５ｎｄ（１）１．１５
   ｎｄ＜ｎｄ＿２＜１．２５ｎｄ（２）ｎｄ＿１＝ｎｄ＿
   ２（３） ｎｄ＿ｎ＝０．５ｎｄ（４）