JPS60198504A - 帯域透過フィルタ - 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〉 、　本発明は帯域透過フィルタ、そして特に赤外領域を
透過帯域にもつ多層膜干渉フィルタに関する。

〈従来技術〉 従来、誦屈折率物質としてゲルマニウム（Ｇｅ）、低屈
折率物質として一酸化ケイ素（ｓｉｏ）を交互に真空魚
屑した多層膜干渉フィルタが赤外領域の帯域透過フィル
タとして用いられている。Ｇｅと８１０　という二つの
蒸着材料は、蒸着基板とのなじみの良さ及び両材料同士
のなしヰの良さ、更には蒸ｊ＃中に安定であることから
、赤外の蒸着材料として多用されているのでおる。とこ
ろで、このような蒸着材料を用いて構成したフィルタは
、その物性的な良さを有する反面、欠のような光学的重
物質とよ構成る多層膜構成が基板若しくは空気又は両者
との光学的マツチングが悪い場合、その透過帯において
リップルが発生し、かつその透過率が低いという欠点が
ある。

この欠点を改善する為に、基板と多層膜との間、及び多
層膜と空気との間に対称な三層ｉｉ！！Ｉ　Ｃ等価膜）
を設け、この三層膜によシ光学的マツチングをとるとい
ういわゆる等価膜理論が提案された。この理論は、Ｌ、
　Ｅｐｓｔｅｉｎ氏の論文（Ｊ、Ｏｐｔ、　Ｂｏａ。

Ａｍｅｒ、ｖｏｌ　４２．８０６（１９５２））と、Ａ
。

Ｔｈｅｌｅｎ氏の論文（Ｊ、　Ｏｐｔ、　８ｏｃ、　Ａ
ｍｅｒ、　ｖｏ１５６．１５８Ｂ（１９６６））に詳し
い。而して、この理論によれば、一つの波長においての
与所望の等価屈折率が得られるというもので、その波長
からずれると前側屈折率が大きく変化しくこれを前側膜
理論における分散効果という。多くの場合、この傾向金
示す。）、所望の透過帯の大部分においてミスマツチを
起こすことが多い。

更に、この等価屈抗率の分散を改善する為に、我国の池
田英生氏により、非対称性を導入した擬似等価膜の理論
が提案されている（特公昭４９−１９８１４号）。

この分散効果を低減する為に、等ｆ＋ｌ［ｉ　Ｉｆ＋の
材料として多層膜に使用される材料とは違った第８の屈
折率をもった材料を用いるといった提案〔例えば先のＡ
、　Ｔｈｅｌｅｎ氏）論文や０．　Ｊａｃｏｂｓ　女史
の論文（Ａｐｐｌ、　０ｐｔｉｃｓ、　ｖｏ１２０　、
１０８９（１９８１））がなされているが、第８の材料
を使用することは真空蒸５Ｍ時の困蝋ｆＥを倍加するし
、蒸着材料の物性的利点を損なうという欠点がある。

〈発明の目的〉 本発明はこのような点にあって、′！ｉＪ８の材料を使
用することなく、それでいて基板と多層膜、多層膜とを
気との間の光学的マツチングが良好で、透過率を篩める
と共に、透過帯におけるリップルを低減し得て、理想的
な分光特注を有する帯域透過フィルタを提供するもので
める。

〈発明の構成〉 上記目的を達成するため、本発明に係る帯域透過フィル
タは、高屈折率材料としてゲルマニウム、低屈折率材料
として一酸化ケイ素を用いて構成された多層膜と基板と
の間に三層構造の調整層を挿入すると共に、この調ＧＩ
　ＩＩの外側層であるＭ＜−１第三層金−酸化ケイ素、
内側層である第二層をゲ賢 ルマニウムで構成したことを特■する。

ここで、調整層の第一、第二、第三層の厚みは、本発明
の効果を顕著に発揮するよう適当に選択する必要がある
。次にこの厚みを決定する手順を、第１図に示す本発明
の帯域透過フィルタの基本構成図に従って説明する。図
中、（１）はｒｍからなる多層膜、（２）は基板、（３
）は調整層である。ここでは）ηｊ単化のため、第一層
と第三ノーとが同じ厚み（ａＬ）の三層等価膜としてい
る。■は光学膜厚が所望の中心波長（λＣ）の１／４の
高屈折率層を表わし、Ｌは同様な光学膜厚を有した低屈
折率鳩を表わす。

本発明にあっては、■はゲルマニウム（ｕｅ　）、Ｌは
一酸化ケイ素（ｓｉｏ）で構成している。また、ｂは調
整層（３）の内側層の光学１漢厚が多ノー膜（１）の各
層の膜厚（し４λＣ）の何倍であるかを示す倍であるか
を示す係数である。調！ｉＩ　１ｍ　（３）の厚みを決
定することは西いかえると、このａ、ｂの値を決定する
ことである。ａ、ｂの畝を決定するにあたっては先ず、
調整層の屈折率をめねばならない。等価）漢理論によれ
ば、三層等価膜は屈折率Ｅをもった単層と同様のふるま
いを示す。今、多層膜の各層の屈折率を空気側から順に
ｎｔ　、　ｎ２．・・・ｎｒ□□９ｎｒｓ　基板の屈折
率をｎ８、全体の光学アドミッタンスをＹ、三層等価膜
（３）の等価屈折率をＥとすれば、 ｒが奇数の場合 反射防止条件Ｙ＝ｌより と表わせる。一方、ｒが偶数の場合 吊゛−吐１μ入社Ｙ＝１ｒ？ と表わせる。ここで、多層膜（１）が対称な偶ｌ＆層で
あると、（２）式は闇単になり、 Ｅ＝Ｖ／下１　・・・（３） と表わせる。

次に、ｘ　＋ｉｑｌ＋に内側層の光学膜厚をと９、ｙ軸
にＥをとったグラフを作成する。三ｊ−等価膜からＥを
める方法は前記り、　Ｅｐｓｔｅｉｎ氏の論文に詳しい
。

ここではその理論を応用して作成したグラフを第２、第
８図にボす。但し、このグラフは、ａをいろいろな値と
したときのＥの変化を表わしている。特に第８図のグラ
フは、ａが１以下の場合のＥの変化を示すグラフでめる
。而して、基板の材質、多ノー膜の層数及び各層の屈折
率が定まれば、第（１）式乃至第（３）式から必要な等
価屈折率Ｅがまるので、そのＥを第２．８図に描き（第
２図中、直線ｌ、第８図中、直線ｍ　、　ｎ　）、グラ
フとの交点からａ、ｂを決定するのである。

次に本発明の詳細な説明するわ く実施例１〉 基板としてサファイヤ（Ａ１１２０Ｂ　ｅ屈折率ｎ＝１
．６８）を使用し、多ｔｆｌ膜を対称な１８０層（Ａｌ
２Ｏ８／　ＨＬ　（ＬｌｉＬｆｌＩＬＥＩＬ　）　ＩＨ
／空気）より構成した。λＣは４．８Ｂｌ１ｍとし、ａ
＝０．８７、ｂ＝１．７６６７６７を採用した。

この構成の分光特性を第４図に一点鎖線で示す。

実線は従来の構成の分光特性である。同図かられかるよ
うに、透過率が低いという従来の欠点を兄事に解決して
いる。尚、従来の構成の帯域透過フィルタとは、本発明
に係る調整層を有しないフィルタ、即ち基板に直接多層
膜が真空蒸着により形成しであるものをいう。

く実施例２〉 多ｄ＋漠の構成は第１の実施例と同じでめるが、基板に
石英（５ｉｏ２．屈折率ｎ＝１．４）を用いた。

λＣは１に規格化した。また、ａ＝０．８７、ｂ＝１．
７１１６１０６を採用した。

この１付成の分光特性を第５図に一点畝線でボす。

実線は従来の構成の分光特注である。透過率について従
来の欠点を見革に解決しているのがわかる。

く実施例８〉 多層膜を対称な８２の層によシ構成し、基板に石英を用
いた。′Ａｃ　＝　８．４８　ｐｍとし、ａ＝ＯＢ７、
ｂ＝１．７１１６１０６を採用した。

この構成の分光特性を第６図に二点＝Ｒｙｔｍで示す。

実線は従来の構成の分光特性である。み過率が低いとい
う欠点の改善ばかりか、リップルの改善をも成し得てい
ることがわかる。

尚、上記各実施例はいずれもａ＝０．８７を採用してい
るが、１山の１直を採用することができることは勿論で
める。本発明者が試作したうちで、第１の実施例と略々
間等の分光特性を示したものの係数（ａ　、　ｂ）の組
合せを次に列挙する。（ａ＊ｂ）＝　（０，４Ｂ　、　
１．７８７２５　）　、　（０，８５、１，７６８５）
ｔ（０，４、１，７７０７５”）　、　（０，８、１，
７８８）　、　（０，８６゜１．７６７２８）、（０，
８８，１，７６７０８４）、（１，５５゜１．７８９　
） また、ａ＝０．８７付近の解の安定性をみるために、Ｍ
％　１　突）Ｍ　例ノｊｔ　通解（ａ、ｂ、）＝（０，
８７゜１．７６６７６７）からｂを１．８％わざとずら
せた組合せ（０，８７、１，７７）について大鏡したと
ころ、良好な結果が得られた。

く実施例４〉 多層膜、基板は第１の実施例と同じものを用い、三層膜
として内側層を０．０１８％ンフトさせ、外側層２層を
互いに逆方向に５％ずつずらせたものを用いた。即ち、
三層構造は、（（０，８７Ｘ１．０５Ｌ　’）１．７６
７Ｅｌ（０，８７Ｘ０．９５Ｌ））である。

この三層構造は、対称性がくずれているので、もはや等
１ｉＩｌｌ膜とはいえないけれども、試作結果によれば
、第７図の二点鎖線に示す如く良好な分光特性を発揮す
る。尚、蒸ノＭ精度からすれば、ねらった膜厚に列して
１％もずれることはまれでめるので、この点から、係数
ａ＝０．８７の賀疋注は曖れているといえる。

くその他の各種実施例〉 上記実施例はいずれも多層膜が対称な偶ｌＩ＆層であシ
、従って、等価屈折率Ｅは前記（３）式によってＥ＝≠
ｉと決定できたが、以下の実施例はＥ〜Ｖ可−の場合の
例を示す。

■　基板として８１０２を用い、多層膜は非対称の１６
７１　（８ｉ０２／Ｌ、ｆｌｌ、Ｌｌｌｌ、Ｉ（ｌ、Ｈ
ＬＨＬＬ、ＨＬＨ／空気）とし、（ａ　、　ｂ　’）　
＝　（１，５、０，２８４９２２９）を採用した（イ４
成。

■　基板、多層膜は■と同じであるが、ａ、ｂとして（
ａ　、ｔ））＝（１，０，０，８１０１０１８）を採用
した構成。

■の削成の分光特性を第８図に一点鎖線で、■のｉｉ４
成の分光特性を同図に二点鎖線で示す。実線は従来構成
の分光特性である。いずれも従来構成に比べて著しい分
光特性の改善がみられる。

尚、第９図に、上記■、■の構成のａ、ｂを決定するた
めの特価屈折率のグラフを示す。

■　基板としてシリコン（Ｓｉ）を用い、多層膜は非対
称の１６層（■の構成と同じ）とし、（ａ。

ｂ　）＝（０，２５，０，７６４２１２５７５）を採用
した構成。

■　基板、多層ｒＰＡは■と同じであるが、ａ、ｂとし
て（ａ　、ｂ　）＝（０，１，０，９２４２２４１０８
）を採用したｔ４１を成。

■のｈ′ｑ成の分光特性を第１０図に一点鎖線で、■の
構成の分光特性を二点鎖線で示す。実線は従来構成の分
光特性である。いずれも従来構成に比べて著しい分光特
性の改善がみられる。

〈発明の効果〉 以′上説明した通り、本発明によれば、透過率を高め、
リップルを低減して著しい分光特性の改善を図ることが
でき、理想的な分光特性を有する帯域透過フィルタを得
ることができる。しかも、この効果を、第８の蒸着材料
を用いることなく、多層膜と同じ材料を調整層として用
いることによって奏することができるものであるから、
基板と多層膜が剥離するといった心配を皆無にしている
。

加えて、調整層は基板と多Ｐｉ１＃！の間に設けるだけ
で、多層膜と空気との間には設けなくとも分光特性の改
善が図れるので、構成が簡単になるといった効果ももつ
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の帯域透過フィルタの基本構成図、！８
２図、第８図はａ、ｂを決定するための図、第４図は本
発明の第１０夫施例の分光特性を示す図、第５図は本発
明の第２の実施例の分光特性を示す図、第６図は本発明
の第８の実施例の分光特性を示す図、第７図は本発明の
第４の実施例の分光特注をボす図、第８図及び第１０図
は本発明のその池の実施例の分光特性を示す図、第９図
は第８図の実施例におけるａ、ｂを決定するための図で
ある。 （１）・・・多層膜、（２）・・・基板、（３）・・・
調整層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　間層折率材料としてゲルマニウム、低屈折率材料と
   して一酸化ケイ素を用いて構成された多層膜と基板との
   間に三層構造の調整層を挿入すると共に、仁の調整層の
   外側層である第一、第三層を一酸化ケイ素、内側層であ
   る第二層をゲルマニウムで構成したことを特徴とする理
   想的な分光特性を有する帯域透過フィルタ。 ■　調整層の第一層と第三層が同じ膜厚であることを特
   徴とする特許請求の範囲第０項に記載の帯域透過フィル
   タ。 ■　外側層の光学膜厚と内側層の光学膜厚の比ａが、０
   ．８７　Ｘ　Ｏ，９５≦ａ≦０．８７　Ｘ　１．０６で
   あるこを特徴とする特許請求の範囲第０項若しくは第０
   項のいずれかに記載の帯域透過フィルタ。 ■　基板がサファイア若しくは石英であることをずれか
   に記載の帯域透過フィルタ。 ■　多層膜が対称な偶数層で構成されたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第０項乃至第０項のいずれかに１ｔｉ
   ａの帯域透過フィルタ。