JPH07174916A

JPH07174916A - 二色性光学フィルタ

Info

Publication number: JPH07174916A
Application number: JP4113010A
Authority: JP
Inventors: David Trost; デビッド・トロスト; Philip Baumeister; フィリップ・ボーメイスター; Dennis Fischer; デニス・フィッシャー
Original assignee: Coherent Inc
Current assignee: Coherent Inc
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1992-04-06
Publication date: 1995-07-14
Also published as: EP0510919A1; US5341238A; IL101156A0; IL101156A; US5296961A

Abstract

(57)【要約】【目的】事実上可視放射線に対して透明な基板、および
赤外線波長（赤外線処理ビーム波長のような）を反射す
る基板上の酸化物半導体層を含む二色性光学フィルタ。【構成】ＣＯ₂層から処理ビームを反射する適当な酸化
物半導体の一例は、酸化インジウム・スズである。フィ
ルタは、赤外線およびそれより長い波長の放射線の反射
を強化するために、酸化物半導体の層の上に特別設計の
多種層被覆を含むことが望ましい。この多種層被覆に
は、事実上おのおの反射すべき赤外線放射の四分の一波
長に等しい光学厚さを持つ、強および弱の屈折率を持つ
材料の交互する四分の一波層が含まれる。また、多重層
被覆には各対の隣接する四分の一波層間の薄い多重層被
覆が含まれるが、これらの薄い多重層被覆は可視放射線
のフィルタの透過を強化するように設計されている一
方、赤外線波長のフィルタの反射に大きな影響を及ぼさ
ないことも望ましい。また、（多重層被覆にはＨｅＮｅ
レーザ指示ビームからの可視放射線にような）可視放射
線の狭い帯を放射する第２多重層被覆を含む一方、大部
分の可視波長を透過する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は二色性光学フィルタに
関する。特に、本発明は可視スペクトルの大部分の波長
を透過する間に選択された赤外線を反射する二色性光学
フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の二色性光学フィルタは、外科手
術用の顕微鏡マイクロマニピュレータで実施されたとき
に特に有用である。そのようなマイクロマニピュレータ
は外科医が（代表的に述べれば可視、コヒーレント、指
示ビームと重ねられた）高電力レーザ・ビームを操作す
ることができる外科手術用の顕微鏡への取付物である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】外科手術用の顕微鏡の
主な光学構成部品（マニピュレータと共に）は、図１に
概略で示されている。マイクロマニピュレータにある中
央素子は、ビーム結合光学装置４（ときには本明細書の
中で「結合子」４で表すこともある）である。コヒーレ
ント・ビーム源２（１個以上のレーザを含むことがあ
る）は、高出力コヒーレント・ビーム１２および可視、
コヒーレント指示ビーム１４を出す。ビーム１２は代表
的に述べれば（ＣＯ₂レーザからの）波長１０．６マイ
クロメータの赤外線ビームである。指示ビーム１４は、
代表的に述べれば、別の実施ビーム１４において、他の
可視波長（０．５４３マイクロメータのような）のいろ
いろな他の可視波長のどれでもを持つことができるが、
波長０．６３２マイクロメータのヘリウム・ネオン・レ
ーザからの可視ビームである。ビーム１２は、ときには
本明細書中で「操作」または「処理」ビームと呼ぶこと
にする。操作ビーム１２および指示ビーム１４は結合子
４からそれらが反射してから、患者１０に入射する。

【０００４】可視放射線１６は、患者１０から反射し
て、結合子４を経て顕微鏡対物レンズ６および８に伝搬
する。２個の対物レンズ６および８は顕微鏡が両眼式で
あることを示すように図示されている。指示ビーム１４
の部分１４ａは、患者１０からも反射して結合子４を経
てレンズ６および８に伝搬する。こうして、外科医はレ
ンズ６および８を通して透過される放射線を見て、ビー
ム１４ａが反射された患者１０の部分を決定することが
できる。

【０００５】操作ビーム１２の部分１２ａは患者１０か
ら反射し、次に顕微鏡対物レンズ６および８から離れる
方向に結合子４から反射する。こうして、結合子４は外
科医が結合子４を経て透過された放射線（１４ａおよび
１６）を見る間に外科医の目を損傷するのを防止する。

【０００６】図１のシステムの１つの従来式変化におい
て、結合子４は患者１０からレンズ６および８に至る可
視放射線１６の通路から片寄った位置に置かれる事実上
１００％の反射鏡によって置き替えられる。この型の従
来システムの１つの主な不利な点は、それが観測光（反
射された放射線１６）と処理放射線との間で視差を導く
点である。この視差は、外科医が患者の身体の制限され
た開口部の内側で（またはそのような開口部に挿入され
た中空の計器を経て）同時に観測して処理するのが困難
であったり不可能であったりするようになる。

【０００７】もう１つの型の従来システムでは、結合子
４は、小形、１００％反射性鏡によって置き替えられ
る。そのような鏡をレンズ６および８と患者１０との間
に対照に位置ぎめすることによって、視差は除去され
る。しかし、そのようなシステム内の鏡のサイズの拘束
によって、システムを多くの応用で不適当にさせる。鏡
は、患者を見る外科医を過度に妨害することのないよう
に十分小さくなければならない。しかし、鏡は小さいの
でその屈折効果は、それが処理および指示ビームを患者
の十分に小さい集束スポットに向けるのを防止する。屈
折効果により、処理および指示ビームの焦点で達成し得
る最小スポットは、反射鏡のサイズに反比例する。極端
に小さいスポット・サイズはある形式によっては非常に
好ましいが、この型の従来システムでは達成することが
できない。

【０００８】さらにもう１つの従来システンでは、図１
の結合子４は二色性フィルタとして実施されるが、その
フィルタは可視波長（すなわち可視放射線１６及び可視
指示ビーム１４ａ）を透過させて、処理ビーム波長を反
射する。この方法によって、二色性フィルタを大きく
（十分に小さい処理ビーム・スポット・サイズを達成す
るために）することができ、また光学軸（視差制御用）
の上に二色性フィルタを依然として保つことができる。
波長１０．６マイクロメータのＣＯ₂レーザ処理ビーム
と共に使用するのに適した１つのそのような従来式二色
性フィルタは、図２に示されるフィルタ２０である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】フィルタ２０は、透明ガ
ラス基板２０、基板２０の上に被覆された薄い誘電層２
４、層２４の上に被覆された薄い金の層２６、及び金の
層２６の上に被覆された薄い誘電層２８から成る「透過
強化」フィルタである。金の層２６は１０．６マイクロ
メータの放射線を有効に反射する。

【００１０】金の層２６が可視放射線を反射する傾向
は、金の層２６でアンチノードによって可視帯で定在波
を作る誘電層２４及び２８により一部克服される。正味
の効果は、フィルタ２０を通る可視放射線の透過を強め
ることである。

【００１１】被服層２４、２６、及び２８は可視指示ビ
ーム１４を患者に有効に反射しないので、フィルタ２０
の中央にある小さなアルミナイズされた反射スポット２
９（図３で示される）を含めることが従来の方法であ
る。典型的に述べれば、フィルタ２０は顕微鏡対物レン
ズ（６及び８）に関して対称に置かれ、その結果スポッ
ト２９は図３に示されるような対物レンズに関して対称
に置かれる。しかし、スポット２９が顕微鏡使用者の観
測を妨げないだけ小さいならば、それは（上述の屈折効
果により、かつ光の損失により）観測の分野において不
完全な指示スポットを作る傾向がある。さらに、典型的
なスポット２９は、特に顕微鏡が低い強度で操作れると
き、顕微鏡使用者が患者を観測することを妨害する。

【００１２】この理由で、アルミナイズされた反射スポ
ット２９及び指示ビームはときどき省略される。その代
わり、別の指示スポットが作られて、真または見掛の像
のいずれか一方として顕微鏡の観測分野に出される。し
かし、そのような別の指示スポットを処理ビームと整合
させておくことは困難である。

【００１３】従来の強化された透過フィルタ２０（図２
及び３）は、多数の追加の重大な制限及び不利を持つ。
例えば、被覆２４、２６、及び２８はその上に入る可視
放射線の無視できない小部分を減衰させる。さらに、金
は層２４及び２８として使用される通常の誘電材料によ
く接着しない。つまり、被覆層２８及び２６は、操作室
の凹凸のある環境及び以後の洗浄に対して全く有効では
ない。

【００１４】本発明は、処理ビームの１つの波長（また
は複数の波長）を反射する一方で可視波長を有効に透過
させながら、基板上に（酸化インジウム・スズの層のよ
うな）酸化物半導体被覆を用いることによって、従来の
マイクロマニピュレータの前述の制限及び不利を回避す
る。酸化インジウム・スズ（「ＩＴＯ」）の層のような
酸化物半導体層は、陰極線及び液晶表示装置のような電
気−光学ディバイスにおける透明電極として用いられ
た。しかし、本発明までは、それはマイクロマニピュレ
ータ・ビーム結合光学装置に用いるような応用につい
て、二色性フィルタとして酸化物半導体被覆と共に透明
基板を使用することが知られていなかった。

【００１５】

【実施例】本発明の光学フィルタは、可視放射線を透過
させる基板を含む二色性光学フィルタと、（赤外線処理
ビームの波長のような）赤外線波長を反射させるための
基板上の酸化物半導体層とを含む二色性光学フィルタで
ある。ＣＯ₂層から処理ビームを反射する適当な酸化物
半導体の一例は、酸化インジウム・スズ（「ＩＴＯ」）
である。

【００１６】好適な実施例の場合では、本発明のフィル
タには、赤外線及びより長い波長の放射線のフィルタの
反射を強めるために酸化物半導体層上に特に設計された
多重層被覆が含まれている。この多重層被覆には、屈折
率の強弱な材料（おのおの反射すべき赤外線の四分の一
の波長に事実上等しい光学厚さを持つ）の交互する四分
の一波層が含まれている。多重層被覆には、各対の隣接
する四分の一波層間の薄い多重層被覆が含まれることも
望ましく、これらの薄い多重層被覆は可視放射線に対す
る本発明のフィルタの透過率を強めるように設計されて
いる一方、赤外線波長のフィルタの反射に大きな影響を
及ぼさない。

【００１７】多重層被覆には、可視放射線（ＨｅＮｅレ
ーザ指示ビームからの可視放射線のような）の狭い帯を
一部反射するための第２多重層被覆が含まれることも望
ましく、その一方でそのような狭い帯の外側の可視スペ
クトルの波長を有効に透過させる。

【００１８】図４は、本発明の二色性フィルタの好適実
施例の側断面図である。基板３２は、光学フィルタ・ガ
ラス（融解シリカまたはＢＫ−７ガラスのような）から
成ることが望ましい。基板３０の上に被覆された層３４
は、可視放射線を透過しながら赤外線（及びより長い波
長の）放射線を反射する酸化物半導体から成る。波長1
0.6マイクロメータの赤外線処理ビーム放射線（ＣＯ₂
レーザからの）を反射するために、層３４から成る酸化
物半導体は酸化インジュウム・スズである。代替実施例
では、層３４は例えばＣｄＯまたはＳｎＯ₂のような他
の酸化物半導体から成る。

【００１９】層３４用に酸化物半導体を使うことが金を
使うことよりも勝れている（ある従来の二色性フィルタ
における通り）のは、酸化物半導体が可視放射線を一段
と有効にかつ金よりも広い可視周波数範囲にわたって
（金が図２に関して上述の型式の追加の可視放射線透過
強化層と共に使用されるときでさえも）透過するように
利用できるからであり、それは金よりも一段と上部で金
よりも典型的な基板に良く接着する。酸化物半導体層３
４は、所望の光学特性を達成するために慎重に制御され
た析出パラメータを適用しなければならない。

【００２０】明確にするために、酸化物半導体層３４が
「ＩＴＯ」層３４として以下に述べられるのは、層３４
が上述の本発明の好適実施例における酸化インジウム・
スズから成るからである。

【００２１】第１多重層被覆３６は、ＩＴＯ層３４の上
に被覆され、また第２多重層被覆３８は被覆３６の上に
被覆される。被覆３６は、その層（及び各層の光学厚
さ）の順序が被覆３６が赤外線を反射する一方、可視放
射線の透過時に最小の衝撃を持つように設計されてい
る。多重層被覆３６の各個の層は、可視光線及び赤外線
の両方に透明な材料で構成されることが望ましい。

【００２２】多重層被覆３８を反射する狭い可視帯は、
可視及び赤外線において透明な材料から作られなければ
ならず、また入射する可視指示ビーム放射線を一部反射
するように設計されなければならない（典型的な場合、
指示ビーム放射線は狭い可視周波数帯の外側の無視でき
ない周波数成分を持たない）。被覆３８は、狭い可視帯
において入射放射線の電力の40〜60％を反射することが
望ましい。被覆３８は、狭い可視帯で放射線を全面的に
反射してはならないのは、顕微鏡使用者が（患者からの
反射後、本発明のフィルタを通過した）この可視放射線
の若干を受信する必要があるからである。被覆３８は、
顕微鏡使用者により観察される患者の像を不必要にゆが
めるのを回避するために、指示ビームの狭い可視帯の外
側の可視放射線の透過に最小の衝撃を有することが望ま
しい。

【００２３】本発明のある実施例では、被覆３６及び３
８の一方または両方が省略される。しかし、被覆３６が
ない場合、酸化インジウム・スズ層３４は、入射する１
０．６マイクロメータの処理ビームの電力の約20％を吸
収する。処理ビームが大電力レーザ・ビームである典型
的な場合には、この電力吸収の割合は受け入れられない
ほど高く、かつフィルタの有効作動寿命を極端に短くす
る。大部分の応用（事実上全ての高電力応用を含む）の
ために、本発明は、十分な赤外線処理ビーム放射線を反
射して過度の電力吸収によるフィルタの損害を防止する
被覆３６を含まなければならない。

【００２４】図５は、第４の多重層被覆３６及び３８の
好適な実施例の一部の拡大図である（被覆３６の最上部
と底部の層は図５に示されるが、内部層は図を簡潔にす
るために省略されている）。被覆３６の図５の実施例に
は、厚くて屈折率の小さな層と交互している屈折率の大
きな層が含まれる。図５において厚い層は、厚くて屈折
率の大きい層４０、厚くて屈折率の小さい層４２、厚く
て屈折率の大きい層４４、厚くて屈折率の小さい層４
６、厚くて屈折率の大きい層４８、いくつかの層は図示
されず、そして厚くて屈折率の小さい層６４の順になっ
ている。各厚い層４０、４２、４４、４６、４８、及び
６４は、赤外線処理ビーム１２の主な波長の四分の一に
事実上等しい光学厚さを持つ。従って、厚い層は本明細
書中でときどき「四分の一波層」と呼ぶことにする。

【００２５】基板３２の上に被覆された四分の一波層の
数は、フィルタの所望の光学特性に左右される。その最
も広い範囲において本発明は、どのような特定数の層を
持つフィルタにも制限されない。偶数または奇数の層が
ある。基板に最も近い層（図５の層４０）は、屈折率の
大きい多数のサブセットであったり、屈折率の小さい多
数のサブセットであったりする。

【００２６】当然、フレネル反射は、厚い層の間の屈折
率の不連続性のある所で生じる。各層の制御された（事
実上四分の一波）光学厚さにより、多重反射は構造的に
妨害する。多重反射の結果として生じるコヒーレント追
加は、各インターフェースからの反射の単純な和よりも
はるかに大きい。その結果、多重層積重ね３６は、本発
明のフィルタの反射度を95％以上まで増加する（注目の
赤外線波長に対して）が、酸化物半導体３４の反射度の
みは典型的に約80％である。

【００２７】しかし、薄い多重層の積重ね（４１、４
３、４５など）ではなく、厚い層（すなわち層４０、４
２、４４、４６などのみ）のみを含むＩＲ反射強化積重
ね３６の１つの実施例によれば、可視放射線の透過を著
しく妨害する望ましくない傾向がある。この効果は下記
の通り理解することができる。各厚い層が１０．６マイ
クロメータの赤外線処理ビームの厚さの約四分の一を有
するならば、そのような各層の光学厚さは、可視帯にお
ける１５から２６波長までのどれでもよい。可視帯を走
査するにつれて、一連の11個（またはその前後）の反射
度の最高と最低が存在すると思われるが、ＩＲ反射強度
の積重ね３６は可視放射線における反射及び透過強化装
置として交互に働く。

【００２８】可視放射線の本発明のフィルタの透過率を
強化するために、薄い多重層の積重ね（交互する強弱の
屈折率材料を含む）は、各対の隣接する厚い層の間のイ
ンターフェースで挿入される。例えば、薄い積重ね４１
が厚い層４０と４２との間に挿入される。そのような
「薄い」積重ねの挿入は、スペクトルの可視部分の透過
率を強くする働きをし、従って薄い積重ねは以下の検討
において「可視透過率強化積重ね」と呼ばれる。下記の
コンピュータ・モデル作りの手順は、(1) １群のむしろ
薄い積重ね（おのおの交互する強弱の屈折率を持つ）は
積重ね３６のより厚い各層間に分散され、また(2) 薄い
積重ね層の厚さはスペクトルの可視部分の透過率を最適
化する目標で調節された。上述の文中にある「薄い」と
いう言葉は、薄い各積重ねの光学厚さが200 nmを越えな
いすなわち、スペクトルの可視部分における波の八分の
一を越えないことを意味する。一例として、前述の項に
おいて段階(1) を遂行する設計は、空気ＳＨＳＬＳＨＳ
ＬＳＴ基板として符号で書くことができるが、この場合
Ｈ及びＬは赤外線の四分の一波長の「厚い」層を表わ
す。Ｔは赤外線でよく反射する十分な厚さの酸化インジ
ウム・スズ層を表わすが、その吸収によって可視透過率
を事実上減少させるような厚さではない。

【００２９】各「厚さ」層の間の分散は、設計（Ｈ' Ｌ
' ）⁴の薄い層の積重ねＳであるが、ただしＨ' 及びＬ
' はスペクトルの可視部分の任意な波長によりも事実上
薄い光学厚さ50 nm の層を表わす。そのような積重ねの
透過率は図１１の曲線「Ｓ」として示される。そのよう
な設計は、可視放射線の透過率で厳しい、望ましくない
振動を有する。この被覆（４１層を含む）の設計は、
「開始設計」として図１２の表１に表記されている。層
の厚さは、この表の中でメートル法である。

【００３０】そのとき層の厚さが調節された。これを遂
行する手順は技術参考書（例えば定期の応用光学という
本の第４巻、937 頁に示されているＪ．Ａ．ドブロウォ
ルスキーの教えの「光学薄膜システムの完全自動化合
成」という件名の記事参照）によく書き表わされてい
る。この調節のあとで積重ねにある層のメートル厚さを
示された図１２の表１に識別された「最終設計」が生じ
た。１０層は積重ねから取り除かれた。「厚い層」の間
にある「薄い層」の数は８個から実に２個まで減少され
た。図１１の曲線「Ｆ」は、「最終設計」の可視透過率
が「開始設計」のそれよりも著しく良好であることを示
す。

【００３１】各薄い積重ねが各厚い層の厚さよりもはる
かに薄い全光学厚さを有するならば、薄い積重ねは積重
ね３６のＩＲ反射強化特性に無視できる効果を持つ。

【００３２】本発明の１つの具体的な実施例では、多重
層積重ね３６にはＮ個の四分の一の波の（厚い）層、及
び厚い層の間のＮ−１個の薄い多重層が含まれる。奇数
の四分の一波の層４０、４４、４８等は硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ）から成る大きな屈折率の層であり、また偶数の四分
の一の波の層（４２、４６など）はフッ化ソリウム（Ｔ
ｈＦ₄）から成る屈折率の小さい層である。薄い積重ね
は、硫化亜鉛及びフッ化ソリウムの交互する層から成る
こともある。代用材料が可視及び赤外線の両方で透過性
ならば、他の屈折率の強弱な材料は上述の材料にとって
替わることができることを認めるべきである。硫化亜鉛
及びフッ化ソリウムは最も普通に使用されかつ本発明の
フィルタ（１０．６マイクロメータの赤外放射線を反射
する）に用いるのに適した強弱屈折率の材料の対が最も
良く理解される。

【００３３】積重ね３６にある四分の一波の層は、同一
の屈折率を持つ必要は全くなく、それらの光学厚さは、
１つの選択された電磁波の四分の一波長に正確に等しい
必要は全くない。

【００３４】図６は、図４の光学フィルタの変化の側断
面図である。図６のフィルタ３０'が図４のフィルタ３
０と違うのは、フィルタ３０' の狭帯可視反射被覆３８
' が基板３２の上に直接被覆される（そしてその後ＩＴ
Ｏ層３２が被覆３８' の上に被覆される）、一方、フィ
ルタ３０の狭帯反射被覆３８が（被覆３６が基板３２に
直接施されてから）多重層被覆３６の上に被覆される、
という点だけである。

【００３５】本発明ののフィルタ３０（図４の）または
結合子４の代替としての図２のシステムにある本発明の
フィルタ３０' （図６の）を使用するとき、基板３２の
反対側のフィルタは、処理ビーム源２に面しなければな
らない（その結果被覆３８はフィルタ３０の源２から放
射線を直接受け、また被覆３６はフィルタ３０' の源２
から直接放射線を受ける）。フィルタ３０に勝るフィル
タ３０' の主な利点は、フィルタ３０の被覆３８が重要
な処理ビーム放射線を吸収してはならない一方で、図６
の被覆３８' は処理ビーム放射線の良好な吸収子であっ
ても、そうでなくてもよい点である（処理ビーム放射線
の事実上全ては被覆３８' に達する前に被覆３４及び３
６から反射されたからである）。大部分の応用で、適当
なフィルタ３０を実施するよりも。適当なフィルタ３０
' を実施することがはるかに実際的である（より簡単で
より安価な）。

【００３６】この理由で、被覆３８' 用の材料の選択が
極めて容易であるのは、それらが１０．６マイクロメー
タで透過する必要がないからである。１つの具体的な例
では、被覆３８' は酸化アルミニウ（Ａｌ₂Ｏ₃）の交
互する層と、良好な選択である二酸化シリコン（ＳｉＯ
₂）とから成るが、その理由は付着、可視放射線におけ
る良好な透過性、及び持続性があるからである。

【００３７】本発明の各好適実施例の設計は、下記のよ
うな反復の最適化法を用いて決定され、すなわち基板及
び被覆材料の光学定数が規定され、所望のリフレクタン
スまたは透過率のスペクトルが規定され、さらに各被覆
層の厚さは反復法を用いて定められる。フィルタが具合
よく反復して製造されるのを保証するために、各層の光
学厚さは最適な光学厚さの規定公差内でなければなら
ず、その結果各層のどのような小さな変化でも、フィル
タのリフレクタンス及び透過率の曲線を著しく変更しな
い。当業者は、ルーチン設計の問題として反復最適化作
業のような作業に馴染んで実行することができると思
う。その作業は典型的には、メリット機能を選択し、次
に設計パラメータの最適な組を決定する最適化ルーチン
を利用するメリット機能を最小化する段階を含む。例え
ばサウスウェルに対して1985年８月20日に発行された米
国特許第4,536,063 号（同特許は参考として本明細書に
包含される）は、光学被覆設計メリット機能が選択さ
れ、次に最小化されて、所望の光学被覆設計を作るよう
に最小化される。

【００３８】図７は、（おのおの光学厚さ３λ₀／４を
有し、この場合λ₀＝633 nmであるアルミナ及びシリカ
の14個の交互層を持つ）狭帯域多重反射被覆３８' と、
被覆上に120 nmの光学厚さを持つ酸化インジウム・スズ
の層３４と、層３４の上の多重層被覆３６と、から成る
本発明の第１好適実施例のリフレクタンス特性を示す。
被覆３６はフッ化ソリウム及び硫化亜鉛の４つの交互す
る「厚い」層を含み、かつ１０．６マイクロメータで約
四分の一波の光学厚さを有する合計17層から成る。最も
外側の層は、被覆の機械的持続性を増加させるＭｇＦ₂
であることができる。図７において、リフレクタンス曲
線Ａ、Ｂ、およびＣは、４００nmから８００nmまでの波
長範囲にわたってフィルタの３つの異なる例のリフレク
タンスの測定を表わす一方、リフレクタンス曲線Ｄは同
じ波長範囲にわたって基準のアルミニウム鏡の測定され
たリフレクタンスを表わす。曲線Ａ、Ｂ、およびＣはフ
ィルタが可視放射線において弱いリフレクタンスを有す
ることを示すが、ただしそれらが約６１０nmから約６３
６nmまでの狭い帯域にわたって（約４０％から約５０％
までの範囲で）かなりのレフレクタンスを持つ場合を除
く。

【００３９】図８は、図７のリフレクタンス曲線Ａ、
Ｂ、およびＣを発生させるために測定された同じフィル
タの測定された透過率を示す。図８において、透過率曲
線Ａ、ＢおよびＣは、４００nmから８００nmまでの波長
範囲にわたってフィルタの同じ３つの例の測定された透
過率を表わす一方、曲線Ｄは同じ波長範囲にわたって基
準の透明基板（融解石英から成る）の測定された透過率
を表わす。曲線Ａ、Ｂ、およびＣはフィルタが可視放射
線で強い透過性であることを示すが、ただし、それらが
約６２０nmから約６３６nmまでの狭い帯域にわたり弱い
透過率（約４０％）を持つ場合を除く。

【００４０】図９は、図７のリフレクタンス曲線Ａ、
Ｂ、およびＣを作るために測定された同じフィルタの測
定されたリフレクタンスを示すグラフである。図９にお
いて、曲線Ａ、Ｂ、およびＣは、５０００から６００ま
での逆のセンチメートルの波数範囲にわたるフィルタ・
リフレクタンスの測定を表わす。曲線Ｄは基準のアルミ
ニウム鏡の測定されたリフレクタンスを表わし、また曲
線Ｅは同じ波数範囲にわたる基準のＺｎＳｅくさびの測
定されたリフレクタンスを表わす。曲線Ａ、Ｂ、および
Ｃは、フィルタが波数９４３．４の逆のセンチメートル
（１０．６マイクロメータの波長に相当する）で赤外線
に対して強いリフレクタンスを持つことを示している。

【００４１】図１０は、本発明の第２の好適実施例の予
測されるリフレクタンスおよび透過率特性を示すグラフ
である。その設計は、図１２の表１において「変形設
計」として表記されている。６３３nmのリフレクタンス
は、フッ化鉛およびフッ化ソリウムの９個の交互層から
成る。

【００４２】図１０の曲線Ｒ１は第２の好適実施例のＰ
‐リフレクタンスを表わし、また曲線Ｒ２は第２の好適
実施例のＳ‐リフレクタンスを表わす。

【００４３】上記の説明は、単に本発明を具体的に示す
ものに過ぎない。説明された材料および設計の細部のい
ろいろな変化は、添付の特許請求の範囲内にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学フィルタを実施する型式のシステ
ムの概略図である。

【図２】基板２２および被覆層２４、２６、および２８
から成る従来の光学フィルタの横断面図である。

【図３】レンズ６および８（仮想図で示されている）に
関して好適な位置で図２に示されるフィルタの平面図で
ある。

【図４】基盤３２、被覆層３４、第１多重層被覆３６、
および第２多重層被覆３８から成る本発明を実施する光
学フィルタの側断面図である。

【図５】図４の多重層被覆３６および３８の実施例の一
部の側断面図である。

【図６】図４の光学フィルタの１つの変形の側断面図で
ある。

【図７】本発明の光学フィルタの第１好適実施例のリフ
レクタンス特性を示すグラフである。水平軸上の距離は
リフレクタンス（％単位）を表わす。垂直軸からの距離
は、ナノメータの単位の波長を表わす。

【図８】波長（ナノメータ）の関数としての本発明のフ
ィルタの第１好適実施例の透過率を示すグラフである。
水平軸上の距離は透過率（％単位）を表わす。

【図９】本発明のフィルタの第１好適実施例のリフレク
タンス特性を示すグラフである。水平軸上の距離はリフ
レクタンス（％単位）を表わす。垂直軸からの距離は、
逆センチメートルの単位の波数を表わす。

【図１０】本発明のフィルタの第２好適実施例のリフレ
クタンスおよび透過率特性を示すグラフである。垂直軸
からの距離は、マイクロメータの波長を表わす。

【図１１】「開始設計」および図１２の「最終設計」と
して識別される多重層積重ねの透過率を示すグラフであ
る。

【図１２】図４のフィルタの基板３３、層３４、および
被覆３６の３つの実施例を定める表である。

【符号の説明】

２コヒーレント・ビーム源４ビーム結合光学装置６顕微鏡対物レンズ８顕微鏡対物レンズ１０患者１２操作ビーム１２ａ操作ビームの部分１４可視指示ビーム１４ａ可視指示ビームの部分１６可視放射線２０光学フィルタ２２基板２４被覆層２６被覆層（金）２８被覆層（金）２９スポット３０基板フィルタ３０′ 基板フィルタの部分３２基板ＩＴＯ層３４酸化インジゥム・スズ層３６第１多重層３８第２多重層３８′ 狭帯可視反射被覆層４０厚く屈折率の大きい層４１薄い積重ね４２厚く屈折率の小さい層４３薄い積重ね４４厚く屈折率の大きい層４５薄い積重ね４６厚く屈折率の小さい層４７薄い積重ね４８厚く屈折率の大きい層６４厚く屈折率の小さい層３〜６５第２多重層

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【手続補正書】

【提出日】平成４年４月２１日

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フィリップ・ボーメイスターアメリカ合衆国、95658 カリフォルニア州ニューキャッスル、ピーチ・ストリート 630 (72)発明者デニス・フィッシャーアメリカ合衆国、95603 カリフォルニア州オーバーン、エッジヒル・レーン 14205

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板が前表面を有する可視放射線を事実
上透過する基板と、選択された赤外線の波長に強く反射すると共に事実上可
視放射線を透過する酸化物半導体層と、選択された赤外線の波長に対するフィルタのリフレクタ
ンスを強める第１多重層被覆であり、その場合第１多重
層被覆にはより弱い屈折率を持つ厚い層と交互する、よ
り強い屈折率を持つ層が含まれ、この場合各厚い層は選
択された赤外線の波長の４分の１に事実上等しい光学厚
さを有し、また各厚い層は可視放射線を事実上透過す
る、ことを特徴とする二色性光学フィルタ。
【請求項２】第１多重層被覆には、各隣接対の厚い層
の間の複数の薄い層も含まれ、この場合前記各複数の薄
い層は光学厚さおよび選択された屈折率を有するので、
前記複数の薄い層は選択された赤外線波長のフィルタの
反射に大きな影響を及ぼさずに可視放射線のフィルタの
透過を強める、ことを特徴とする請求項１記載のフィル
タ。
【請求項３】被覆には、可視放射線の狭波長帯を一部
反射する第２多重層被覆も含まれ、また狭波長帯の外側
の可視波長に対して強く透過する、ことを特徴とする請
求項１記載のフィルタ。
【請求項４】第２多重層被覆は基板と隣接している、
ことを特徴とする請求項３記載のフィルタ。
【請求項５】第１多重層被覆は第２多重層被覆と酸化
物半導体層との間にある、ことを特徴とする請求項３記
載のフィルタ。
【請求項６】選択された赤外線の波長は１０．６マイ
クロメータである、ことを特徴とする請求項１記載のフ
ィルタ。
【請求項７】酸化物半導体層は酸化インジウム・スズ
から成る、ことを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項８】マイクロマニプュレータ・システムに
は、コヒーレント放射源と、コヒーレント放射線を受けるように配置され、かつ前表
面と前表面上の被覆とを持つ基板とを含み、その場合基
板は事実上可視放射線を透過し、その場合被覆には酸化
物半導体層が含まれ、またその場合酸化物半導体層は選
択された赤外線波長に強く反射して事実上可視放射線を
透過させるビーム結合光学装置とが含まれる、ことを特
徴とするマイクロマニピュレータ・システム。
【請求項９】コヒーレント放射線源は処理ビームおよ
び可視指示ビームを出し、この場合ビーム結合光学装置
は患者に向けて可視指示ビームを一部反射し、この場合
ビーム結合光学処理は患者から反射された可視指示ビー
ム放射線を一部透過し、またその場合ビーム結合光学装
置は患者から反射された処理ビーム放射線を事実上全部
反射する、ことを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１０】被覆には、可視指示ビームの波長を一部反射すると共に、可視指示
ビーム波長を含む狭波長帯の外側の可視波長を強く透過
させる多重層被覆が含まれている、ことを特徴とする請
求項９記載のシステム。
【請求項１１】被覆には、選択された赤外線の波長に
ビーム結合光学装置のリフレクタンスを強める第１多重
層被覆も含まれ、その場合第１多重層被覆はより弱い屈
折率を持つ厚い層と交互するより強い屈折率を持つ厚い
層を含み、その場合各厚い層は選択された赤外線の波長
の４分の１に事実上等しい光学厚さを有し、またその場
合各厚い層は可視放射線を事実上透過させる、第１多重
層被覆も含まれる、ことを特徴とする請求項８記載のシ
ステム。
【請求項１２】第１多重層被覆には、各隣接対の厚い
層の間にある複数の薄い層もあり、その場合前記複数の
各薄い層にある薄い層は光学厚さおよび選択された屈折
率を有し、その結果前記複数の薄い層は選択された赤外
線の波長のフィルタの反射に大きな影響を及ぼさずに可
視放射線のフィルタの透過を強める複数の薄い層も含ま
れる、ことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】被覆には、可視放射線の狭い波長帯を
一部反射しかつ狭い波長帯の外側の可視波長を強く透過
させる第２多重層被覆も含まれる、ことを特徴とする請
求項１２記載のシステム。
【請求項１４】第２多重層被覆は基板と隣接してい
る、ことを特徴とする請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】第１多重層被覆は第２多重層被覆と酸
化物半導体との間にある、ことを特徴とする請求項１３
記載のシステム。
【請求項１６】コヒーレント放射線源には可視ヘリウ
ム・ネオン・レーザ・ビームを出す装置が含まれ、その
場合第２多重層被覆は可視ヘリウム・ネオン・レーザ・
ビームを一部反射する、ことを特徴とする請求項１３記
載のシステム。
【請求項１７】選択された赤外線の波長は１０．６マ
イクロメータである、ことを特徴とする請求項８記載の
システム。
【請求項１８】酸化物半導体層はインジウム・スズ酸
化物から成る、ことを特徴とする請求項８記載のシステ
ム。