JPS6397905A - 金属干渉フイルタ - 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、分光測定センサ等に用いられる金属干渉フィ
ルタに関する。

従来の技術 分光測定センサ等に用いられる一金属干渉フィルタの従
来例としては、第１０図に示すものや、特開昭５９−２
０８０４号公報に開示された第１１図に示すものがある
。両従来例の違いは、誘電体層（２〕の厚みの変化が連
続的か段階的かの違いだけであるので、以下、第１１図
の従来例について説明し、第１０図については説明を省
略する。

金属干渉フィルタは、ガラス基板（３）と、表面が段階
状に、裏面が平坦に形成されたＳｉｎｇやＭｇＦｚなど
の誘電体層Ｑ）と、それの表裏両面に蒸着された銀など
の金属膜（１）とからなシ、金属膜（１）の厚さは一定
である。金属干渉フィルタは、誘電体層（２）の厚さに
よって、透過する光の中心波長が異なるうつまり、誘電
体層の）が厚い部分はど、透過する光の中心波長が長く
なる。この従来例では、誘電体層が最も薄い部分の中心
波長は４００　ｎｍであり、最も厚い部分の中心波長は
７０００ｍである。

この金属干渉フィルタを用いた分光測定センサの光学系
の例を第１２図に示す。分光測定センサの光学系は、金
属干渉フィルタ（４）と受光部（７）からなり、それら
は対向または接触して配置されておシ、破線はそのこと
を表わしている。

そして、受光部（７）は、シリコン基板（６）と、その
上に形成された、測定すべき中心波長の数と同数のシリ
コンフォトダイオード（以下ＳＰＤと書く）を並べたＳ
ＰＤアレイ（５）とからなる。

なお、これらの図は、見やすくするために、極端に描い
である。すなわち、実際の金属干渉フィルタ（４）に比
べて、厚さ方向の倍率が極端に大きく描かれている。

また、第１２図においては、受光部（７）に比べて金属
干渉フィルタ（４）を極端に大きく描いである。

以後、参照する図面（グラフをのぞく）も同様である。

発明が解決しようとする問題点 透過光の強度の分光特性において、強度が最大のところ
（中心波長）の半分の強度になる２点間の波長差を半値
幅というが、この半値幅は、短波長領域（誘電体層（２
）の厚さが薄い部分）はど広くな９、特性のシャープさ
が失われるということが理論的に明らかにされており、
また、実験的にも確かめられている たとえば、第１３図に示すように、中心波長が４ＱＱ　
ｎｍでの半値幅Ｗ４００は、中心波長が７００ｎｍでの
半値幅Ｗ７００に比べて、かなり広くなっている。

したがって、この金属干渉フィルタを使用した分光測定
センサは、長波長領域に比べ、短波長領域でＳ／Ｎ比が
悪く、測定精度が低いという問題があった。

（以下余白） 本発明は、このような問題点ををなくすよう構へ１ミ 成された金属干渉フィルタを提失することを目的とする
。

本発明は、前記の目的を達成するために、次のような構
成をとる。すなわち、本発明の金属干渉フィルタは、 各金属膜（１惨）は、誘電体層Ｃ）が厚い部分から薄い
部分へいくほど、段階的または連続的に厚くなることを
特徴とする。

作　　　用 このような構成にすると、金属膜（１）を厚くした部分
の半値幅が狭くなシ、特性がシャープになる。

したがって、本発明の金属干渉フィルタを用いた分光測
定センサは、ＳＸＮ比が改善され、精度が良くなる。

実施例 以下、本発明の実施例を、図面に基づいて、詳細に説明
する。なお、以下の実施例では、すべて、金属膜（１）
は銀膜からなシ、誘電体層（２）はＳ　ｉ０２あるいは
ＭｇＦ２からなる。

第１図に、本発明の第１実施例を示す。

本実施例では、誘電体層（２）は、部分（Ａ）　（Ｂ）
の境界（Ｍ）をのぞいて連続的に厚さを増している。

そして、最も薄い部分を透過する光の中心波長は４００
ｎｍであシ、最も厚い部分のそれは７ＱＱｎｍである。

図に示すように、中心波長がｓｏｏ　ｎｍ以下の部分（
Ａ）の金属膜（１）を他の部分（Ｂ）に比べて一様に厚
くしている。これによって、（Ａ）の部分の半値幅を狭
くすることができる。、この実施例において、具体的に
は、金属膜（１）の厚さは（Ａ）の部分で５５　ｎｍ、
　（Ｂ）の部分で５Ｑｎｍである。

この金属干渉フィルタの中心波長が４ＱＱ　ｎｍと７０
０１惨ノ部分の分光特性曲線を、第２［ＸｌＬａ、ｌ＠
に示す。なお、図中の破線は、従来例の中心波長が４０
０　ｎｍでの分光特性曲線である。従来例に比べて出力
が低下しているのは、金属膜を厚くしたために、透過率
が下がったからであるが、これについては、後に述べる
。図から明らかなように、中心波長が４ＱＱ　ｎｍでの
半値幅が狭くなって、分光特性がシャープになっている
。したがって、この第２の（ｂ）＠は、誘電体層（２）
にＭｇＦｚを用いた金属干渉フィルタの、中心波長が５
ＱＱ　ｎｍである部分について、金属膜（１）の厚さと
半値幅との関係を調べた実験結果である。横軸は金属膜
（１）の厚さ、（ｎ　ｍ　）のときの半値幅は、それぞ
れ、３２．１６，９゜７　（ｎｍ）である。図からも明
らかなように、金属膜（１）を厚くしていくにしたがっ
て、半値幅は狭くなっていく。すなわち、金属膜（１）
を厚くするほど、Ｓ／Ｎ比がよシ改善され、より高い精
度が得られる。

なお、金属膜の厚さは、第２０（ｂ）ｅのグラフを参考
にして、透過率の低下を考慮に入れながら、適宜、増減
してもよい。

ところで、境界（Ｍ）での誘電体層（２）の厚さの不連
続を解消するために、第１■（Ｃ）咎のように構成して
もよい、同図で、境界（Ｍ）の左側の部分（Ａ）の誘電
体層（２）の表面は、境界（Ｍ）の右側の部分（至）の
それよシも、金属膜の厚さの差Ｘだけ、図の上方に突出
している。そして、それにともなって、上面の金属膜は
、（Ａ）の部分の表面が（Ｂ）の部分の表面より４Ｊｘ
だけ上方へ突出している。その他は、第１図と同じであ
り、同様の効果が得られる。

次に、本発明の第２実施例を、第３図に示す。

本実施例では、金属干渉フィルタを二つの部分（ａ）　
、　（ｂ）に分けている。（ａ）の部分は、透過光の中
心波長が４００　ｎｍ　〜５５Ｑ　ｎｍ、（ｂ）の部分
は、５５０ｎｍ〜７ＱＱ　ｎｍとなっている。そして、
（ａ）の部分の金属膜（１ａ）を一様に厚くしている。

したがって、第１実施例と同じように、この金属干渉フ
ィルタを用いた分光測定センサでは、中心波長が５５０
ｎｍ以下の部分で、Ｓ／Ｎ比が改善される。

次に、本発明の第３実施例を第４図に示す。

本実施例では、誘電体層（２）の厚い部分から薄い部分
へいくほど、金属膜（１）が連続して徐々に厚くなって
いる。この点をのぞけば、本実施例では第１実施例と同
じ構造である。

次に、本発明の第４実施例を第５図に示す。

本実施例は、上述の実施例と違って、誘電体層（２）の
厚さが段階的に変化している。そして、誘電体層（２）
の厚い部分から薄い部分へいくほど、金属膜（１）が段
階的に厚くなっており、各段階での金属膜（１）の厚さ
は一定である。その他の点は、第３実施例と同じ構造で
ある。

なお、本実施例の如く、誘電体層ｅ）の厚さが段階的に
変化する場合においても、第１実施例と同様に短波長領
域（中心波長が５００ｎｍ以下の領域〕の金属膜のみを
一様に厚くすることも可能である。

ところで、第１実施例に関して示したように、金属膜（
１）を厚くすると透過率が低下し、この金属干渉フィル
タを用いた分光測定センサの出力が低下する。この出力
の低下を防ぐには、分光測定センサの受光部の面積を広
げればよい。以下、その方法について述べる。なお、以
下に述べる分光測定センサは、すべて第１実施例に基づ
く金属干渉フィルタを用いたものであるが、他の実施例
に基づく金属干渉フィルタを用いてもよい。

第６図に、受光部の面積を広げた分光測定センサの光学
系の一例を示す。なお、この図では（Ｍ）を境にして（
Ａ）の部分の方が（Ｂ）の部分よｐも誘電体層（２ンの
表面の傾きがゆるくなっているが、このことについては
後で述べる。

この例では、中心波長が５００ｎｍ以下の部分（、〜の
金属膜（１）を厚くしているので、（Ａ）の部分の５Ｐ
Ｄ（５Ａ）をプレイの伸長方向（図中、左右方向）へ一
様に広げ受光面積を他の部分（Ｂ）の５ＰＤ（５Ｂ）よ
シも広くし、出力の低下を防いでいる。

たとえば、金属膜（１ンを厚くしたことにより、透過率
が３０チ低下したとすると、その低下分を補うためＫは
、ＳＰＤの出力はその受光面積に比例するからＳＰＤ　
（５Ａ）の受光面積をＳＰＤ　（５Ｂ）の受光面積の すなわち、約１，４倍にすればよい。したがって、ＳＰ
Ｄ　（５Ａ）をＳＰＤ　（５Ｂ）に比べて約１．４倍に
アレイの伸長方向に広げればよい。

なお、このような構成にすると、中心波長のピッチが変
わってしまうが、誘電体層Ｃ〕の表面の傾きを変えるこ
とによって、補正することができる。

つまり、先例のように、ＳＰＤ　（５Ａ）の受光面積を
５ＰＤ（５Ｂ）に比べて１．４倍にした場合、受光面積
を広げる前に比べて、５ＰＤ（５Ａ）が、図中、左方図
中、左方へ１．０倍に伸び、中心波長のピッチの変化に
対する補正ができる。第６図における一点鎖線は、受光
面積を広げる前の誘電体層（２）の表面の傾きを表わし
ている。

第７図に、受光部の面積を広げた分光測定センな方向に
広げて、受光面積を広くしている。そのため、中心波長
のピッチは変らず、先例のような誘電体層＜２）の傾き
を変える必要がなくなる。

他の点は、先例と同じであるので、説明を省略する。

第８図に、受光部の面積を広げた分光測定センサの第３
の例を示す。

この例は、各ＳＰＤの出力をほぼ一定にするために、金
属膜（１ンを厚くしていない部分ＣＢ）の５ＰＤ（５Ｂ
）の受光面積をも広げ、しかも、面積の広げ方も一様で
ないが、その他の点は第２の例と同じである。したがっ
て、各ＳＰＤの受光面積の決め方を説明するにとどめる
。

全ＳＰＤの受光面積が同じであるＳＰＤアレイ（５）を
用いて、各ＳＰＤの出力θλを実験的に求め、０λの最
大値をＯｍａｘとする。そうすれば、ＳＰＤの出力はそ
の受光面積に比例するから、各ＳＰＤの受光面積乎λは
、Ｏｍａｘを出力したＳＰＤの受光面積Ｓｍａｘに対し
て とすればよいことになる。

？ 各ＳＰＤの出力を、第←妾図に示す。図で、実線は全Ｓ
ＰＤの受光面積が同一である場合、破線は条件式（１）
によってＳＰＤの受光面積を定めた場合のＳＰＤの出力
である。そして、横軸は各ＳＰＤに対応した中心波長で
、単位はｎｍ、縦軸はＯｍａｘに対するθλの比である
。

各ＳＰＤの受光面積が同一である場合（実線）において
、中心波長がｓｏｏｎｍのところでグラフが不連続であ
るのは、ｓｏｏｎｍ以下の部分（Ａ）で金属膜（１）を
他の部分（Ｂ）に比べて厚くしたことによる透過率の低
下が原因である。また、中心波長が長くなるほど出力が
低下するのは、中心波長が長いほど誘電体層Ｃ）が厚く
なって透過率が低下するためであシ、中心波長が短くな
るほど出力が低下するのは、中心波長が短くなるほど５
ＰＤＯ光電変換率が低下するためである。

また、条件式（１）によってＳＰＤの受光面積を定めた
場合（破線）では、図からも明らかなように、すべての
ＳＰＤの出力がほぼ等しくなっている。

なお、受光面積をプレイの伸長方向に広げる第１の例は
、アレイに対し横方向に広げる余地がない場合に有効で
あり、他の例は、フィルタの製作が第１の例に比べて容
易であるという利点がある。

また第３の例では、各ＳＰＤの出力を一定にしたので、
出力の増幅器としては単一利得のものでよい。さらに、
ＳＰＤの出力が一定でなく、増幅器の利得を調整して出
力を一定にする場合、ＳＰＤの出力が小さい領域では、
ＳＰＤの出力が大きい領域よりも利得を大きくせねばな
らず、それによってノイズも大きく増幅され、ＳＰＤの
出力が大きい領域に比べＳ／Ｎ比が悪く、したがって、
精度にばらつきが生じていたが、この−例ではＳＰＤの
出力を一定にしたので、そのような精度のばらつきもな
くなる。

発明の効果 以上、詳細に説明したように、本発明の金属干渉フィル
タは、短波長領域での半値幅が狭くなり、特性がシャー
プなものになる。したがって、本発明を用いた分光測定
センナのＳ／Ｎ比が改善され、よシ高精度な測定が可能
となる。

また、実施態様によると、誘電体層が薄い部分はど金属
膜を厚くしているので、各中心波長での半値幅を同じぐ
らいにすることができる。したがって、この金属干渉フ
ィルタを分光測定センサに用いると、精度のばらつきが
小さくなる。それに、隣のＳＰＤとの重なりが同じであ
るため、重なりをとシ除く補正を行なう回路（この分光
測定センサを用いた色彩計内にある〕の構成が簡単にな
シ、あるいは、計算方法（ソフト）が簡単になる。

さらに、実施例によると、本発明を分光測定センサに用
いた場合、ＳＰＤの面積を広げているので、金属膜の厚
さの増加による透過率の低下による出力の低下が防げる
。また、各ＳＰＤの受光面積を調整しているので、各Ｓ
ＰＤの出力を一定にすることができる。したがって、出
力の増幅器としては単一利得のものでよく、回路構成が
簡単になり、しかも、利得の違いによる精度のばらつき
がなくなる。そして、アレイの伸長方向と直角な方向に
受光面積を広げるため、金属干渉フィルタの製作が容易
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を表わす図で、（ａ）は
斜視図、Φ）は断面図である。また、（Ｃ）はその変形
例を示す断面図である。 第２図（ａ）は、本発明の金属干渉フィルタの、中心波
長が４ＱＱｎ、ｍと７００　ｎｍの部分透過光の強度の
分光特性曲線であシ、同図（ｂ）は、中心波長５００ｎ
ｍである部分の、金属膜の厚さと半値幅の関係を表わす
グラフである。 第３図は、本発明の第３実施例を表わす斜視図の であり、第４図、第５≠はそれぞれ、第３．第４実施例
を示す断面図である。 第６図、第７図は、本発明の金属干渉フィルタを用いた
分光測定センサの第１．第２の例を表わす図で、それぞ
れ、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。第８図は
、本発明の金属干渉フィルタを用いた分光測定センサの
第３の例を示す斜視図である。 第９図は、分光測定センサの各ＳＰＤの出力の比を表わ
すグラフである。 第１０図、第１１図は、金属干渉フィルタの従来例を示
す断面図である。第１２図は、従来の金属干渉フィルタ
を用いた分光測定センサの光学系を示す図で、（ａ）は
斜視図、（ｂ）は断面図である。 第１３図は、従来の金属干渉フィルタの、中心波長が４
ＱＱｎｍと７００　ｎｍの部分の透過光の強度の分光特
性曲線である。 １・・・金属膜 ２・・・誘電体層 出願人　　　ミノルタカメラ株式会社 第６図 第７図 １・ ７［乙 第Ｓ図 敲（ＡＩ’ｎ、１ 鷹７３図 （ＡＩ７１〕 第１θ図 第７２図 第１／図 （ｂ） 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、連続的または段階的に厚くなるように形成した誘電
   体層と、それをはさむ２枚の金属膜とからなる金属干渉
   フィルタにおいて、 各金属膜は、誘電体層が厚い部分から薄い部分へいくほ
   ど、段階的または連続的に厚くなることを特徴とする金
   属干渉フィルタ。 ２、金属膜は銀膜である特許請求の範囲第１項記載の金
   属干渉フィルタ。