(57)【要約】【課題】透過域にある入射光（信号光）のみを透過させる機能と、阻止域にある入射光（ノイズ光）を吸収する機能とを兼ね備えた新規な光学フィルター及びその製造方法を提供すること。【解決手段】光学フィルターは、屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層膜を含み、信号光を透過させるためのフィルター層と、フィルター層の入射面側に形成された、ノイズ光を吸収するための光吸収層とを備えている。光吸収層は、πｋA／ｎA≧１を満たす光吸収材料からなる。但し、ｎAは光吸収層に入射光が照射された時の光吸収層の屈折率、ｋAは光吸収層に前記入射光が照射された時の光吸収層の消衰係数。フィルター層は、バンドパスフィルター、ショートパスフィルター、又はロングパスフィルターとしての機能を有する多層膜が好ましい。光吸収層は、遷移金属（Ａ）、遷移金属（Ｂ）及び透明材料（Ｂ）を含むサーメット、又は相変化材料が好ましい。【選択図】図５
2020038338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた光学フィルター。
（１）前記光学フィルターは、
屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層膜を含むフィルター層と、
前記フィルター層の入射面側に形成された光吸収層と
を備え、
前記フィルター層は、入射光の内、前記フィルター層の透過域にある光（信号光）を透過させるためのものからなり、
前記光吸収層は、前記入射光の内、前記フィルター層の阻止域にある光（ノイズ光）を吸収するためのものからなる。
（２）前記光吸収層は、次の式（１）を満たす光吸収材料からなる。
πｋA／ｎA≧１      ・・・（１）
但し、
ｎAは、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の屈折率、
ｋAは、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の消衰係数。
【請求項２】
前記フィルター層は、前記入射光に対して波長選択フィルターとしての機能を有するものからなる請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項３】
前記フィルター層は、バンドパスフィルター、ショートパスフィルター、又はロングパスフィルターとしての機能を有するものからなる請求項１又は２に記載の光学フィルター。
【請求項４】
前記光吸収層の形成位置は、次の式（２）を満たす請求項１から３までのいずれか１項に記載の光学フィルター。
０≦Σｎiｄi≦１．５λ      ・・・（２）
但し、
ｄiは、前記光吸収層の上に形成された第ｉ表面層（ｉはゼロ以上の整数）の実厚さ、
ｎiは、前記第ｉ表面層に前記入射光が照射された時の前記第ｉ表面層の屈折率、
λは、前記入射光の波長。
【請求項５】
前記光吸収層は、次の式（３）を満たす請求項１から４までのいずれか１項に記載の光学フィルター。
０．００５≦πｋAｄA／(ｎA・λ)≦０．２      ・・・（３）
但し、ｄAは、前記光吸収層の実厚さ、λは、前記入射光の波長。
【請求項６】
前記光吸収層は、１種又は２種以上の遷移金属（Ａ）からなり、
前記光吸収層は、次の式（１１）〜式（１３）を満たす
請求項１から５までのいずれか１項に記載の光学フィルター。
１≦ｎA1*      ・・・（１１）
１≦ｋA1*      ・・・（１２）
｜ｎA1*−ｋA1*｜≦４  ・・・（１３）
但し、
ｎA1*＝９０５ｎA1／λ、ｋA1*＝９０５ｋA1／λ、λは、前記入射光の波長（ｎｍ）、
ｎA1は、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の屈折率、
ｋA1は、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の消衰係数。
【請求項７】
前記遷移金属（Ａ）は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、及びＣｏからなる群から選ばれるいずれか１以上を含む請求項６に記載の光学フィルター。
【請求項８】
前記光吸収層は、遷移金属（Ｂ）と透明材料（Ｂ）とを含むサーメットからなり、
前記光吸収層は、次の式（１４）及び式（１５）を満たす
請求項１から５までのいずれか１項に記載の光学フィルター。
２≦ｎA2*≦３．５      ・・・（１４）
（ｎA2*−１）／３≦ｋA2*      ・・・（１５）
但し、
ｎA2*＝９０５ｎA2／λ、ｋA2*＝９０５ｋA2／λ、λは、前記入射光の波長（ｎｍ）、
ｎA2は、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の屈折率、
ｋA2は、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の消衰係数。
【請求項９】
前記遷移金属（Ｂ）は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、及びＣｏからなる群から選ばれるいずれか１以上を含み、
前記透明材料（Ｂ）は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、及びＡｌＮからなる群から選ばれるいずれか１以上を含む
請求項８に記載の光学フィルター。
【請求項１０】
前記光吸収材料は、加熱により前記消衰係数を不可逆的に変化させることが可能な材料を含む請求項１から５までのいずれか１項に記載の光学フィルター。
【請求項１１】
前記光吸収材料は、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5、ＧｅＳｂ2Ｔｅ4、ＧｅＳｂ4Ｔｅ7、及び、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系光記録材料からなる群から選ばれるいずれか１以上を含む請求項１０に記載の光学フィルタ−。
【請求項１２】
屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層を含むフィルター層の入射面側に、加熱により消衰係数を不可逆的に変化させることが可能な光吸収材料を含む光吸収層が形成された積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体を熱処理することにより前記積層体のフィルター特性を調節し、請求項１０又は１１に記載の光学フィルターを得る熱処理工程と
を備えた光学フィルターの製造方法。
【請求項１３】
前記熱処理工程は
（ａ）前記積層体の透過／吸収特性をモニターしながら熱処理を行う工程、
（ｂ）前記光吸収層の厚さを測定し、前記光吸収層の厚さに応じた条件下で熱処理を行う工程、又は、
（ｃ）前記積層体の光学特性を測定し、前記光学特性に応じた条件下で熱処理を行う工程
を含む請求項１２に記載の光学フィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルター及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、透過域にある入射光（信号光）のみを透過させる機能と、阻止域にある入射光（ノイズ光）を吸収する機能とを兼ね備えた光学フィルター、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
屈折率の異なる２種以上の透明材料からなる交互積層膜（いわゆる、「１次元フォトニック結晶」）を含む光学フィルターは、一般に、角度選択フィルター（angle-selective filter、ＡＳＦ）としての機能と、波長選択フィルター（wavelength-selective filter、ＷＳＦ）としての機能とを持つ。
ここで、「角度選択フィルター」とは、特定の範囲（透過域）の入射角の光を透過させる機能と、それ以外（阻止域）の入射角の光を反射させる機能とを備えた光学フィルターをいう。
「波長選択フィルター」とは、特定の範囲（透過域）の波長の光を透過させる機能と、それ以外（阻止域）の波長の光を反射させる機能とを備えた光学フィルターをいう。ＷＳＦとしては、例えば、バンドパスフィルター、ショートパスフィルター、ロングパスフィルターなどがある。ＷＳＦに対して、波長が同一で入射角の異なる複数の光を入射させた場合、入射角の相違は波長の相違と等価であるため、ＷＳＦはＡＳＦとしても機能する。
【０００３】
ＡＳＦとしての機能を有する光学フィルターは、指向性光検出器のＳ／Ｎ向上に利用されている。ＡＳＦによりＳ／Ｎが向上するのは、特定の方向から入射する信号光は透過して検出器に到達するが、それ以外の方向から入射するノイズ光は反射されるので検出器に到達しないためである。また、ＷＳＦとしての機能を有する光学フィルターを光電変換素子の光閉じ込め（light-trapping）に応用することも提案されている。
【０００４】
例えば、非特許文献１には、表面にバンドパスフィルターが形成され、裏面に拡散反射面が形成されたＳｉ光電変換セルが開示されている。
同文献には、このようなＳｉ光電変換セルに波長１０６０ｎｍの単色光を入射角８°で入射させると、Ｓｉウェハの厚さが僅か４５μｍであっても、入射光がほぼ完全に吸収される点が開示されている。
【０００５】
また、非特許文献２には、表面にショートパスフィルターが形成され、裏面に拡散反射面が形成されたｃ−Ｓｉ光電変換セルが開示されている。
同文献には、このようなｃ−Ｓｉ光電変換セルに対して入射角の変化を伴う単色光を照射する場合において、偏光非感受性の角度選択フィルターとして機能するようにショートパスフィルターを設計すると、高い光閉じ込め効果を発現する点が記載されている。
【０００６】
さらに、非特許文献３には、一次元フォトニック結晶を用いた角度選択フィルター（ＡＳＦ）が開示されている。
同文献には、特定波長に対するＡＳＦは、太陽光励起レーザーなどの単色光照射用光電変換素子の変換効率向上や、指向性センサーのノイズ低減、感度向上、発光素子の指向性向上に利用できる点が記載されている。
【０００７】
ＡＳＦ又はＷＳＦとしての機能を有する光学フィルターを検出器のＳ／Ｎ比向上に利用した場合、光学フィルターにより反射されたノイズ光が、検出器の周辺に存在する部材（例えば、検出器が設置された装置の筐体、光学窓など）でさらに反射されて迷光となり、迷光が検出器に到達してノイズ増大の原因となりうる。特に、装置を小型化すると、迷光の影響を受けやすくなる。しかしながら、信号光の透過を妨げることなく、ノイズ光の影響を低減することが可能な光学フィルターが提案された例は、従来にはない。
【０００８】
さらに、このような機能を安定して得るためには、光学フィルターを構成する各層の厚さを精密に制御する必要がある。しかしながら、光学フィルターを構成する各層の厚さは、数ｎｍ程度であり、極めて薄い。一般に、薄膜の光学特性は、厚さの僅かなずれや材料自体の光学特性の僅かなずれに著しく影響される。そのため、所望の特性の光学フィルターを安定して作製することは容易ではない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Y. Takeda and T. Ito, Jpn. J. Appl. Phys. 54, 08KD13(2015)
【非特許文献２】Y. Takeda, H. Iizuka, N. Yamada, and T. Ito, Appl. Opt. 56, 5761(2017)
【非特許文献３】竹田、飯塚、伊藤、山田、伊藤、元廣、第６５回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集、１９ｐ−Ｃ３０１−１５（２０１８年３月１７〜２０日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、透過域にある入射光（信号光）のみを透過させる機能と、阻止域にある入射光（ノイズ光）を吸収する機能とを兼ね備えた新規な光学フィルターを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、光学フィルターを構成する各層の厚さが変動した場合であっても、このような機能を安定して得ることが可能な光学フィルター、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明に係る光学フィルターは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記光学フィルターは、
屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層膜を含むフィルター層と、
前記フィルター層の入射面側に形成された光吸収層と
を備え、
前記フィルター層は、入射光の内、前記フィルター層の透過域にある光（信号光）を透過させるためのものからなり、
前記光吸収層は、前記入射光の内、前記フィルター層の阻止域にある光（ノイズ光）を吸収するためのものからなる。
（２）前記光吸収層は、次の式（１）を満たす光吸収材料からなる。
πｋA／ｎA≧１      ・・・（１）
但し、
ｎAは、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の屈折率、
ｋAは、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の消衰係数。
【００１２】
前記光吸収材料は、
（ａ）遷移金属（Ａ）、
（ｂ）遷移金属（Ｂ）と透明材料（Ｂ）とを含むサーメット、又は、
（ｃ）加熱により前記消衰係数を不可逆的に変化させることが可能な材料、
が好ましい。
また、前記光吸収材料は、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5、ＧｅＳｂ2Ｔｅ4、ＧｅＳｂ4Ｔｅ7、及び、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系光記録材料からなる群から選ばれるいずれか１以上が好ましい。
【００１３】
本発明に係る光学フィルターの製造方法は、
屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層を含むフィルター層の入射面側に、加熱により消衰係数を不可逆的に変化させることが可能な光吸収材料を含む光吸収層が形成された積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体を熱処理することにより前記積層体のフィルター特性を調節し、本発明に係る光学フィルターを得る熱処理工程と
を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層膜は、角度選択フィルターとしての機能を持つ。このような交互積層膜を含むフィルター層に光を入射させると、異種材料間の界面において光の反射が繰り返される。その結果、フィルター層内の光強度（あるいは、入射光の電場振幅）は、一様とはならず、深さ方向に沿って周期的に変動する。また、光強度の分布は、光の入射角によっても変化する。
【００１５】
このようなフィルター層の入射面側に所定の条件を満たす光吸収層を形成した場合において、透過域にある入射光（信号光）を照射した時には、入射面の近傍（すなわち、光吸収層が設置された位置の近傍）での光強度が弱くなる。その結果、信号光は、光吸収層に吸収されることなく、そのまま光吸収層を透過する割合が大きくなる。
一方、阻止域にある入射光（ノイズ光）を照射した時には、入射面の近傍での光強度が強くなる。その結果、ノイズ光は、光吸収層に吸収される割合が大きくなる。
そのため、このような光学フィルターを指向性光検出器などに適用すると、信号光の透過を著しく妨げることなく、ノイズ光の影響を低減することができる。
【００１６】
さらに、このような光学フィルターを作製する場合において、光吸収層の厚さに誤差が生じると、所望の光学特性が得られない場合がある。これに対し、光吸収層を構成する光吸収材料として、加熱により消衰係数を不可逆的に変化させることが可能な材料を用いると、成膜時に光吸収層の厚さに誤差が生じた場合であっても、厚さの誤差を熱処理により補償することができる。そのため、所望の特性を有する光学フィルターを高い歩留まりで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】光吸収層を含まない２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる反射型角度選択フィルター（Ｒ−ＡＳＦ）（比較例１）の透過率Ｔ(θ)、及び反射率Ｒ(θ)の入射角依存性を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１のＲ−ＡＳＦに入射角θ＝９°で光を入射させた時の光強度分布である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【図３】図３（Ａ）は、図１のＲ−ＡＳＦに入射角θ＝２４．５°で光を入射させた時の光強度分布である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【００１８】
【図４】図４（Ａ）は、入射面に金属層が形成された吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）の、ノイズ光強度Ｉnoise≦０．２の条件下での信号光強度Ｉsignalである。図４（Ｂ）は、入射面に金属層が形成されたＡ−ＡＳＦの、信号光強度Ｉsignal≧０．７５の条件下でのノイズ光強度Ｉnoiseである。
【００１９】
【図５】Ｃｒ層（２．４ｎｍ）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる反射型角度選択フィルター（Ｒ−ＡＳＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例１）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、図５のＡ−ＡＳＦに入射角θ＝９°で光を入射させた時の光強度分布である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【図７】図７（Ａ）は、図５のＡ−ＡＳＦに入射角θ＝２４．５°で光を入射させた時の光強度分布である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【００２０】
【図８】Ｃｒ層（１．７ｎｍ）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる反射型角度選択フィルター（Ｒ−ＡＳＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例２）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。
【図９】図９（Ａ）は、図８のＡ−ＡＳＦに入射角θ＝９°で光を入射させた時の光強度分布である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、図８のＡ−ＡＳＦに入射角θ＝２４．５°で光を入射させた時の光強度分布である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【００２１】
【図１１】図１１（Ａ）は、入射面にサーメット層が形成された吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）の、ノイズ光強度Ｉnoise≦０．２の条件下での信号光強度Ｉsignalである。図１１（Ｂ）は、入射面にサーメット層が形成されたＡ−ＡＳＦの、信号光強度Ｉsignal≧０．７５の条件下でのノイズ光強度Ｉnoiseである。
【００２２】
【図１２】Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層（光学厚さ０．０８９）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる反射型角度選択フィルター（Ｒ−ＡＳＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例３）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、図１２のＡ−ＡＳＦに入射角θ＝９°で光を入射させた時の光強度分布である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、図１２のＡ−ＡＳＦに入射角θ＝２４．５°で光を入射させた時の光強度分布である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【００２３】
【図１５】Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層（光学厚さ０．０６７）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる反射型角度選択フィルター（Ｒ−ＡＳＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例４）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。
【図１６】図１６（Ａ）は、図１５のＡ−ＡＳＦに入射角θ＝９°で光を入射させた時の光強度分布である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【図１７】図１７（Ａ）は、図１５のＡ−ＡＳＦに入射角θ＝２４．５°で光を入射させた時の光強度分布である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）の入射面（深さ＝０）近傍の拡大図である。
【００２４】
【図１８】Ｃｒ層と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる反射型角度選択フィルター（Ｒ−ＡＳＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）であって、入射面から３層目（図１８（Ａ）、実施例５）又は５層目（図１８（Ｂ）、実施例６）にＣｒ層を形成したものの透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。
【図１９】Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる反射型角度選択フィルター（Ｒ−ＡＳＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）であって、入射面から３層目（図１９（Ａ）、実施例７）又は５層目（図１９（Ｂ）、実施例８）にＴｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層を形成したものの透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。
【００２５】
【図２０】Ｃｒ層と３２層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２重共振器バンドパスフィルター（２Ｃ−ＢＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例９）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。
【図２１】Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層と３２層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２重共振器バンドパスフィルター（２Ｃ−ＢＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例１０）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。
【００２６】
【図２２】図２２（Ａ）は、Ｃｒ層と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるショートパスフィルター（ＳＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例１１）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）に示すＡ−ＡＳＦのＣｒ層以外の各層の光学厚さである。
【図２３】図２３（Ａ）は、Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるショートパスフィルター（ＳＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例１２）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）に示すＡ−ＡＳＦのＴｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層以外の各層の光学厚さである。
【００２７】
【図２４】図２４（Ａ）は、Ｃｒ層と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるロングパスフィルター（ＬＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例１３）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。図２４（Ｂ）は、図２４（Ａ）に示すＡ−ＡＳＦのＣｒ層以外の各層の光学厚さである。
【図２５】図２５（Ａ）は、Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるロングパスフィルター（ＬＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例１４）の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す図である。図２５（Ｂ）は、図２５（Ａ）に示すＡ−ＡＳＦのＴｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層以外の各層の光学厚さである。
【００２８】
【図２６】波長９０５ｎｍ用にチューニングした吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）に対して、波長９０５ｎｍ、波長９０５．９ｎｍ、又は波長９０６．８ｎｍの単色光を入射させた時の透過率Ｔ(θ)（図２６（Ａ））、反射率Ｒ(θ)（図２６（Ｂ））、及び吸収率Ａ(θ)（図２６（Ｃ））の入射角度依存性を示す図である。
【００２９】
【図２７】Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）の複素屈折率（ｎ＋ｉｋ）の熱処理温度依存性を示す図である。
【図２８】厚さの異なるＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）層と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２重共振器バンドパスフィルター（２Ｃ−ＢＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例２１−１）に対し、それぞれ、１３０℃で熱処理を施した時の、透過スペクトルＴ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図２９】図２８のＡ−ＡＳＦの反射スペクトルＲ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図３０】図２８のＡ−ＡＳＦの吸収スペクトルＡ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図３１】図２８のＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：１３０℃）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【００３０】
【図３２】厚さの異なるＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）層と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２重共振器バンドパスフィルター（２Ｃ−ＢＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例２１−２）に対し、それぞれ、適切な温度で熱処理を施した時の、透過スペクトルＴ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図３３】図３２のＡ−ＡＳＦの反射スペクトルＲ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図３４】図３２のＡ−ＡＳＦの吸収スペクトルＡ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図３５】図３２のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図３６】図３２のＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【００３１】
【図３７】厚さの異なるＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）層と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２重共振器バンドパスフィルター（２Ｃ−ＢＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例２１−３）の熱処理前の透過スペクトルＴ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図３８】図３７のＡ−ＡＳＦの反射スペクトルＲ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図３９】図３７のＡ−ＡＳＦの吸収スペクトルＡ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図４０】図３７のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図４１】図３７のＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【００３２】
【図４２】厚さの異なるＣｒ層と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２重共振器バンドパスフィルター（２Ｃ−ＢＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例２２）の透過スペクトルＴ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図４３】図４２のＡ−ＡＳＦの反射スペクトルＲ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図４４】図４２のＡ−ＡＳＦの吸収スペクトルＡ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【図４５】図４２のＡ−ＡＳＦのＣｒ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°）。
【００３３】
【図４６】厚さの異なるＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）層と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２重共振器バンドパスフィルター（２Ｃ−ＢＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例２３）に対し、それぞれ、適切な温度で熱処理を施した時の、透過スペクトルＴ(θ)である（θT1〜θT2＝０〜１０°、θB1〜θB2＝１０〜３０°）。
【図４７】図４６のＡ−ＡＳＦの反射スペクトルＲ(θ)である（θT1〜θT2＝０〜１０°、θB1〜θB2＝１０〜３０°）。
【図４８】図４６のＡ−ＡＳＦの吸収スペクトルＡ(θ)である（θT1〜θT2＝０〜１０°、θB1〜θB2＝１０〜３０°）。
【図４９】図４６のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜１０°、θB1〜θB2＝１０〜３０°）。
【図５０】図４６のＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜１０°、θB1〜θB2＝１０〜３０°）。
【００３４】
【図５１】図４６のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜１０°、θB1〜θB2＝１０〜３０°）。
【図５２】図４６のＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜１０°、θB1〜θB2＝１０〜３０°）。
【００３５】
【図５３】厚さの異なるＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）層と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるショートパスフィルター（ＳＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例２４）に対し、それぞれ、適切な温度で熱処理した時の、透過スペクトルＴ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°)。
【図５４】図５３のＡ−ＡＳＦの反射スペクトルＲ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°)。
【図５５】図５３のＡ−ＡＳＦの吸収スペクトルＡ(θ)である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°)。
【図５６】図５３のＡ−ＡＳＦに備えられるＳＰＦの各層の光学厚さである。
【００３６】
【図５７】図５３のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°)。
【図５８】図５３のＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°)。
【図５９】図５３のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°)。
【図６０】図５３のＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°)。
【００３７】
【図６１】厚さの異なるＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）層と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるショートパスフィルター（ＳＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例２５）に対し、それぞれ、適切な温度で熱処理した時の、透過スペクトルＴ(θ)である（θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°)。
【図６２】図６１のＡ−ＡＳＦの反射スペクトルＲ(θ)である（θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°)。
【図６３】図６１のＡ−ＡＳＦの吸収スペクトルＡ(θ)である（θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°)。
【図６４】図６１のＡ−ＡＳＦに備えられるＳＰＦの各層の光学厚さである。
【００３８】
【図６５】図６１のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°)。
【図６６】図６１のＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°)。
【図６７】図６１のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角４５°での反射率Ｒ(４５°)との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°)。
【図６８】図６１のＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角４５°での反射率Ｒ(４５°)と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°)。
【００３９】
【図６９】厚さの異なるＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）層と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるロングパスフィルター（ＬＰＦ）とを組み合わせた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）（実施例２６）に対し、それぞれ、適切な温度で熱処理した時の、透過スペクトルＴ(θ)である（θT1〜θT2＝１０〜６０°、θB1〜θB2＝０〜１０°)。
【図７０】図６９のＡ−ＡＳＦの反射スペクトルＲ(θ)である（θT1〜θT2＝１０〜６０°、θB1〜θB2＝０〜１０°)。
【図７１】図６９のＡ−ＡＳＦの吸収スペクトルＡ(θ)である（θT1〜θT2＝１０〜６０°、θB1〜θB2＝０〜１０°)。
【図７２】図６９のＡ−ＡＳＦに備えられるＬＰＦの各層の光学厚さである。
【００４０】
【図７３】図６９のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝１０〜６０°、θB1〜θB2＝０〜１０°)。
【図７４】図６９のＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す図である（θT1〜θT2＝１０〜６０°、θB1〜θB2＝０〜１０°)。
【図７５】図６９のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角５°での反射率Ｒ(５°)との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°)。
【図７６】図６９のＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角５°での反射率Ｒ(５°)と、適切な熱処理温度との関係を示す図である（θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°)。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  光学フィルター］
本発明に係る光学フィルターは、以下の構成を備えている。
（１）前記光学フィルターは、
屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層膜を含むフィルター層と、
前記フィルター層の入射面側に形成された光吸収層と
を備え、
前記フィルター層は、入射光の内、前記フィルター層の透過域にある光（信号光）を透過させるためのものからなり、
前記光吸収層は、前記入射光の内、前記フィルター層の阻止域にある光（ノイズ光）を吸収するためのものからなる。
（２）前記光吸収層は、次の式（１）を満たす光吸収材料からなる。
πｋA／ｎA≧１      ・・・（１）
但し、
ｎAは、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の屈折率、
ｋAは、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の消衰係数。
【００４２】
［１．１．  入射光］
入射光の内、フィルター層の透過域にある光の全部又は一部は、信号光としてフィルター層を透過する。一方、入射光の内、フィルター層の阻止域にある光の全部又は一部は、ノイズ光として光吸収層に吸収される。
本発明において、入射光は、特に限定されない。すなわち、入射光は、単色光でも良く、あるいは、白色光でも良い。本発明に係る光学フィルターを単色光入射用の光デバイスに適用すると、光デバイスの光学特性（例えば、感度、信号光強度、指向性など）を著しく低下させることなく、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
ここで、「単色光」とは、中心波長がλ0であり、かつ、中心波長λ0に対するスペクトルの半値半幅（Δλ／２）の比（＝Δλ／２λ0）が０．００１以下である光をいう。Δλ／２λ0が０．００１以下であれば、後述する図２６に示されるように、透過域／阻止域のずれは僅かである。
【００４３】
以下の説明では入射光が単色光である場合を想定し、「入射光の波長」は、中心波長λ0を指す。
一方、透過域／阻止域は入射光の波長に依存する。入射光が非単色光である場合において、本発明に係る光学フィルターの特性を求める際には、これを各波長成分に分けて、即ち単色光の重ね合わせと考えれば良い。即ち、入射光の各単色光成分毎に透過率を求め、その成分の比率を掛けたものの総和が入射光全体の透過率である。反射率、吸収率も同様にして求められる。従って、波長成分の範囲が広がるにつれて透過域の透過率は低く、阻止域の吸収率は低くなるが、要求される透過域／阻止域と各領域での透過率、反射率、吸収率の値によっては角度選択フィルターとして用いることができる。また、特定の波長領域の入射光は角度に依存して透過／吸収、それ以外の波長の入射光は角度に依らず透過（又は吸収）するようなフィルターを構成することもできる。
【００４４】
［１．２．  フィルター層］
［１．２．１．  定義］
フィルター層は、屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層膜（いわゆる、「１次元フォトニック結晶」）を含む。交互積層膜を含むフィルター層は、通常、入射光に対して波長選択フィルターとしての機能を有する。また、波長選択フィルターとして機能するフィルター層は、通常、角度選択フィルターとしての機能も併せ持つ。
ここで、「波長選択フィルター（ＷＳＦ）」とは、特定の範囲（透過域）の波長の光を透過させる機能と、それ以外（阻止域）の波長の光を反射させる機能とを備えたものをいう。
「角度選択フィルター（ＡＳＦ）」とは、特定の範囲（透過域）の入射角の光を透過させる機能と、それ以外（阻止域）の入射角の光を反射させる機能とを備えた光学フィルターをいう。
【００４５】
ＷＳＦとしては、例えば、バンドパスフィルター（bandpass filter、ＢＰＦ）、ショートパスフィルター（shortpass filter、ＳＰＦ）、ロングパスフィルター（longpass filter、ＬＰＦ）などがある。本発明において、フィルター層には、フィルターの透過域／阻止域に応じて、これらのいずれかを用いることができる。
【００４６】
ここで、「バンドパスフィルター（ＢＰＦ）」とは、透過域内の波長の光を透過させる機能と、透過域より短波長の光及び長波長の光を反射させる機能とを備えた光学フィルターをいう。
「ショートパスフィルター（ＳＰＦ）」とは、閾値よりも短波長の光を透過させる機能と、閾値よりも長波長の光を反射させる機能とを備えた光学フィルターをいう。
「ロングパスフィルター（ＬＰＦ）」とは、閾値よりも長波長の光を透過させる機能と、閾値よりも短波長の光を反射させる機能とを備えた光学フィルターをいう。
【００４７】
［１．２．２．  フィルター層の構造］
フィルター層は、屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）の交互積層膜を含む。この時、各層の材料（屈折率）、各層の厚さ、各層の積層順序などを制御すると、透過させる光の波長を変化させることができる。
【００４８】
ＷＳＦの基本構成要素は、
（ａ）屈折率がｎH4であり、光学厚さｎH4ｄH4（ｄH4は、実厚さ）がλ／４（λは、入射光の波長）に比例する高屈折率層（Ｈ４）、
（ｂ）屈折率がｎH2であり、光学厚さｎH2ｄH2（ｄH2は、実厚さ）がλ／２に比例する高屈折率層（Ｈ２）、
（ｃ）屈折率がｎL4（＜ｎH4、ｎH2）であり、光学厚さｎL4ｄL4（ｄL4は、実厚さ）がλ／４に比例する低屈折率層（Ｌ４）、及び、
（ｄ）屈折率がｎL2（＜ｎH4、ｎH2）であり、光学厚さｎL2ｄL2（ｄL2は、実厚さ）がλ／２に比例する低屈折率層（Ｌ２）
である。入射角θの場合、ＷＳＦを構成する各層の光学厚さｎｄの条件は、ｎｄ＝(１−sin2θ／ｎ2)1/2×(λ／４ or λ／２)となる。
【００４９】
ＢＰＦの基本構造は、Ｈ４とＬ４とを交互に積層したブラッグ反射鏡により、共振器長を決めるＬ２又はＨ２を挟んだ構造である。各層の光学厚さを決める際に用いる波長λには、透過域の中心波長が用いられる。ブラッグ反射鏡は、基本的にはＨ４とＬ４からなるが、少なくとも最表面層及び基板に接する層については、透過域でのリップルが低減されるように、厚さを最適な値に変更するのが好ましい。
【００５０】
ＳＰＦの基本構造は、Ｈ４とＬ４とを交互に積層したブラッグ反射鏡である。ブラッグ反射鏡を構成する各層の平均厚さや積層数を制御すると、ＳＰＦとして機能するフィルター層が得られる。各層の光学厚さを決める際の波長λには、閾値波長よりも長い波長（例えば、閾値波長の１．１倍）が用いられる。各層の厚さは必ずしも同一である必要はなく、むしろ閾値波長が目的とする波長となり、かつ透過域でのリップルが低減されるように、高屈折率層及び／又は低屈折率層の厚さを最適化するのが好ましい。
【００５１】
ＬＰＦの基本構造は、ＳＰＦと同様に、Ｈ４とＬ４とを交互に積層したブラッグ反射鏡である。ブラッグ反射鏡を構成する各層の平均厚さや積層数を制御すると、ＬＰＦとして機能するフィルター層が得られる。各層の光学厚さを決める際の波長λには、閾値波長よりも短い波長（例えば、閾値波長の０．８６倍）が用いられる。各層の厚さは必ずしも同一である必要はなく、むしろ閾値波長が目的とする波長となり、かつ透過域でのリップルが低減されるように、高屈折率層及び／又は低屈折率層の厚さを最適化するのが好ましい。
【００５２】
［１．２．３．  フィルター層の材料］
ＷＳＦを構成する材料は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の材料を用いることができる。また、ＷＳＦに含まれる各高屈折率層は、ＷＳＦとして機能する限りにおいて、同一材料であっても良く、あるいは、異なる材料であっても良い。同様に、ＷＳＦに含まれる各低屈折率層は、ＷＳＦとして機能する限りにおいて、同一材料であっても良く、あるいは、異なる材料であっても良い。
低屈折率材料としては、例えば、ＭｇＦ2（波長９０５ｎｍの屈折率：約１．３６）、ＳｉＯ2（波長９０５ｎｍの屈折率：約１．４７）などがある。
高屈折率材料としては、例えば、ＺｎＳ（波長９０５ｎｍの屈折率：約２．３０）、ＴｉＯ2（波長９０５ｎｍの屈折率：約２．２９９）などがある。
【００５３】
［１．３．  光吸収層］
［１．３．１．  定義］
「光吸収層」とは、フィルター層の透過域にある入射光（信号光）を透過させる機能と、フィルター層の阻止域にある入射光（ノイズ光）を吸収する機能とを備えた層をいう。光吸収層は、ノイズ光を吸収することが可能な光吸収材料からなり、フィルター層の入射面側に形成される。
【００５４】
［１．３．２．  光吸収層の複素屈折率］
光吸収層においてノイズ光を効率良く吸収するためには、光吸収層の複素屈折率（ｎ＋ｉｋ）は、少なくとも次の式（１）を満たしている必要がある。
πｋA／ｎA≧１      ・・・（１）
但し、
ｎAは、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の屈折率、
ｋAは、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の消衰係数。
【００５５】
屈折率ｎAに比べて消衰係数ｋAが過度に小さくなると、ノイズ光が光吸収層に吸収されることなく、そのまま透過する割合が大きくなる。ノイズ光を十分に吸収するためには、πｋA／ｎAは、１以上である必要がある。
【００５６】
［１．３．３．  光吸収層の形成位置］
光吸収層は、フィルター層の入射面側に形成される。「入射面側」とは、信号光を透過させ、かつ、ノイズ光を吸収することが可能な位置を表し、必ずしも、フィルター層の最表面を意味しない。すなわち、光吸収層は、フィルター層の最表面に形成されていても良く、あるいは、ノイズ光を吸収することが可能な限りにおいて、フィルター層の内部に形成されていても良い。
【００５７】
ノイズ光を効率良く吸収するためには、光吸収層は、その形成位置に関して、次の式（２）を満たしているのが好ましい。
０≦Σｎiｄi≦１．５λ      ・・・（２）
但し、
ｄiは、前記光吸収層の上に形成された第ｉ表面層（ｉはゼロ以上の整数）の実厚さ、
ｎiは、前記第ｉ表面層に前記入射光が照射された時の前記第ｉ表面層の屈折率、
λは、前記入射光の波長。
【００５８】
光吸収層は、フィルター層の最表面に形成されていても良い。すなわち、第ｉ表面層の実厚さｄi（又は、表面層の数ｉ）は、ゼロでも良い。この場合、ノイズ光の反射率は低いが、光吸収層に傷が付きやすくなる。高い耐久性を得るためには、第ｉ表面層の実厚さの総和Σｄiは、好ましくは、１０ｎｍ以上、さらに好ましくは、５０ｎｍ以上である。
一方、光吸収層の上に表面層を形成すると、光吸収層に傷が付き難くなり、光吸収層の厚さの制御も容易化する。しかし、表面層の厚さが厚くなりすぎると、ノイズ光が反射されやすくなる。従って、Σｎiｄiは、１．５λ以下が好ましい。Σｎiｄiは、好ましくは、１．１λ以下、さらに好ましくは、０．６λ以下である。
【００５９】
なお、表面層を構成する材料は、少なくとも透明（消衰係数ｋ＝０）な材料であれば良い。表面層は、フィルター層の一部でもあるので、フィルター層と同様の高屈折率材料及び／又は低屈折率材料を用いるのが好ましい。
また、表面層は、高屈折率層のみ、低屈折率層のみ、あるいは、高屈折率層／低屈折率層／高屈折率層のような奇数層であっても良い。但し、設計を容易にするためには、表面層は、(高屈折率層／低屈折率層)の整数倍からなる層で構成されているのが好ましい。
さらに、各第ｉ表面層の実厚さｄi（又は、光学厚さｎiｄi）は、ＷＳＦを構成するＨ４又はＬ４と同様であっても良く、あるいは、光吸収層での光強度が最大となるように、各第ｉ表面層の実厚さｄiを最適化しても良い。
【００６０】
［１．３．４．  光吸収層の実厚さ］
光吸収層の実厚さ（ｄA）は、信号光の透過率及びノイズ光の吸収率に影響を与える。信号光の高い透過率と、ノイズ光の高い吸収率とを両立させるためには、光吸収層は、その実厚さに関して、次の式（３）を満たしているのが好ましい。
０．００５≦πｋAｄA／(ｎA・λ)≦０．２      ・・・（３）
但し、ｄAは、前記光吸収層の実厚さ、λは、前記入射光の波長。
【００６１】
ｄAが相対的に薄くなりすぎると、ノイズ光（阻止域）の吸収率が低下する。従って、πｋAｄA／(ｎA・λ)は、０．００５以上が好ましい。πｋAｄA／ｎAは、好ましくは、０．００７以上である。
一方、ｄAが相対的に厚くなりすぎると、信号光（透過域）の透過率が低下する。従って、πｋAｄA／(ｎA・λ)は、０．２以下が好ましい。πｋAｄA／(ｎA・λ)は、好ましくは、０．１以下、さらに好ましくは、０．０１５以下である。
【００６２】
［１．３．５．  光吸収材料］
光吸収材料の種類は、上述した条件を満たす限りにおいて、特に限定されない。上述した条件を満たす光吸収材料としては、例えば、
（ａ）１種又は２種以上の遷移金属（Ａ）、
（ｂ）遷移金属（Ｂ）と透明材料（Ｂ）とを含むサーメット、
（ｃ）加熱により消衰係数を不可逆的に変化させることが可能な材料（以下、「相変化材料」ともいう）、
などがある。
【００６３】
［Ａ．  遷移金属（Ａ）］
光吸収層が遷移金属（Ａ）からなる場合、光吸収層は、次の式（１１）〜式（１３）を満たすものが好ましい。
１≦ｎA1*      ・・・（１１）
１≦ｋA1*      ・・・（１２）
｜ｎA1*−ｋA1*｜≦４  ・・・（１３）
但し、
ｎA1*＝９０５ｎA1／λ、ｋA1*＝９０５ｋA1／λ、λは、前記入射光の波長（ｎｍ）、
ｎA1は、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の屈折率、
ｋA1は、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の消衰係数。
【００６４】
ｎA1*及びｋA1*は、それぞれ、光吸収層の屈折率ｎA1及び消衰係数ｋA1を入射光の波長λにより規格化した値を表す。式（１１）〜式（１３）は、光吸収層が遷移金属（Ａ）からなる場合において、特性が優れている範囲を表す。これらの内、式（１２）は、光吸収層内における光強度の減衰が十分に大きい条件と解釈することができる。また、式（１１）及び式（１３）は、反射よりも吸収が勝る条件であると解釈することができる。
【００６５】
上述した条件を満たす遷移金属（Ａ）としては、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏなどがある。光吸収層は、これらのいずれか１種の遷移金属（Ａ）を含むものでも良く、あるいは、２種以上の遷移金属（Ａ）を含むものでも良い。
２種以上の遷移金属（Ａ）を含む光吸収層としては、例えば、単一相からなる合金、２種以上の相の混相からなる合金などがある。
【００６６】
［Ｂ．  サーメット］
光吸収層がサーメットからなる場合、光吸収層は、次の式（１４）〜式（１５）を満たすものが好ましい。
２≦ｎA2*≦３．５      ・・・（１４）
（ｎA2*−１）／３≦ｋA2*      ・・・（１５）
但し、
ｎA2*＝９０５ｎA2／λ、ｋA2*＝９０５ｋA2／λ、λは、前記入射光の波長（ｎｍ）、
ｎA2は、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の屈折率、
ｋA2は、前記光吸収層に前記入射光が照射された時の前記光吸収層の消衰係数。
【００６７】
ｎA2*及びｋA2*は、それぞれ、光吸収層の屈折率ｎA2及び消衰係数ｋA2を入射光の波長λにより規格化した値を表す。式（１４）〜式（１５）は、光吸収層がサーメットからなる場合において、特性が優れている範囲を表す。これらの内、式（１５）及び式（１４）の中のｎA2*≦３．５は、光吸収層内における光強度の減衰が十分に大きい条件と解釈することができる。また、式（１４）の中の２≦ｎA2*は、反射よりも吸収が勝る条件であると解釈することができる。
【００６８】
上述した条件を満たすサーメットを構成する遷移金属（Ｂ）としては、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏなどがある。光吸収層は、これらのいずれか１種の遷移金属（Ｂ）を含むものでも良く、あるいは、２種以上の遷移金属（Ｂ）を含むものでも良い。
また、上述した条件を満たすサーメットを構成する透明材料（Ｂ）としては、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＡｌＮなどがある。光吸収層は、これらのいずれか１種の透明材料（Ｂ）を含むものでも良く、あるいは、２種以上の透明材料（Ｂ）を含むものでも良い。
【００６９】
サーメットに含まれる遷移金属（Ｂ）の量は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な量を選択することができる。通常、遷移金属（Ｂ）の量は、１０〜９０ｖｏｌ％である。
また、サーメットに含まれる遷移金属（Ｂ）及び透明材料（Ｂ）の内、小さい方の粒子サイズは、信号光の波長の１／１０以下が好ましい。小さい方の粒子サイズがこれより大きくなると、光散乱の影響が大きくなるので、干渉フィルターの機能が発現しなくなる。
【００７０】
［Ｃ．  相変化材料］
光吸収層は、相変化材料を含むものでも良い。光吸収材料として相変化材料を用いると、成膜時に光吸収層の厚さに誤差が生じた場合であっても、厚さの誤差を熱処理により補償することができる。
【００７１】
相変化材料としては、例えば、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5、ＧｅＳｂ2Ｔｅ4、ＧｅＳｂ4Ｔｅ7、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系光記録材料などがある。ＡｇＩｎＳｂＴｅ系光記録材料としては、例えば、Ａｇ3.4Ｉｎ3.7Ｓｂ76.4Ｔｅ16、Ａｇ3.5Ｉｎ3.8Ｓｂ75.0Ｔｅ17.7、Ａｇ5Ｉｎ5Ｓｂ70Ｔｅ20などがある。光吸収層は、これらのいずれか１種の材料からなるものでも良く、あるいは、２種以上の材料を含むものでも良い。これらの材料は、いずれも、成膜直後は消衰係数の小さいアモルファスであるが、熱処理により結晶化し、消衰係数が増大する。そのため、これらは、光吸収層を構成する材料として好適である。
【００７２】
［１．４．  基板］
フィルター層及び光吸収層は、通常、極めて薄いため、基板上に形成される。基板は、フィルター層及び光吸収層を支持することができ、かつ、信号光を透過させることが可能なものである限りにおいて、特に限定されない。
基板としては、例えば、シリカガラス板、ホウケイ酸ガラス板、サファイア板などがある。
【００７３】
［２．  光学フィルターの製造方法］
［２．１．  光吸収層が遷移金属（Ａ）又はサーメットからなる光学フィルター］
光吸収層が遷移金属（Ａ）又はサーメットからなる光学フィルターは、基板上に所定の組成を有する薄膜を所定の順序で形成することにより得られる。薄膜の形成方法は、特に限定されるものではなく、周知の方法を用いることができる。
【００７４】
［２．２．  光吸収層が相変化材料からなる光学フィルター］
光吸収層が相変化材料からなる光学フィルターは、
フィルター層の入射面側に光吸収層が形成された積層体を作製し、
前記積層体を熱処理することにより前記積層体のフィルター特性を調節する
ことにより製造することができる。
【００７５】
［２．２．１．  積層体作製工程］
まず、フィルター層の入射面側に光吸収層が形成された積層体を作製する（積層体作製工程）。フィルター層は、屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層を含む。また、光吸収層は、加熱により消衰係数を不可逆的に変化させることが可能な光吸収材料を含む。各層の形成方法は、特に限定されるものではなく、周知の方法を用いることができる。
【００７６】
［２．２．２．  熱処理工程］
次に、前記積層体を熱処理することにより前記積層体のフィルター特性を調節する（熱処理工程）。これにより、本発明に係る光学フィルターが得られる。
光吸収層として相変化材料を用いると、成膜時に光吸収層の厚さに誤差が生じた場合であっても、厚さの誤差を熱処理により補償することができる。そのため、所望の特性を有する光学フィルターを高い歩留まりで製造することができる。
熱処理方法は、所望の光学特性が得られる限りにおいて、特に限定されない。熱処理方法としては、具体的には、以下のような方法がある。
【００７７】
［Ａ．  第１の方法］
第１の方法は、前記積層体の透過／吸収特性をモニターしながら熱処理を行う方法である。透過／吸収特性が目的とする特性からずれている場合、透過／吸収特性（例えば、特定の入射角を持つ光の透過率、反射率、吸収率）をモニターしながら、消衰係数が比較的穏やかに変化する条件下で熱処理を行い、透過／吸収特性が目的とする特性になったところで急冷し、熱処理を終了させる。
【００７８】
［Ｂ．  第２の方法］
第２の方法は、前記光吸収層の厚さを測定し、前記光吸収層の厚さに応じた条件下で熱処理を行う方法である。光吸収層の透過／吸収特性は、光吸収層の厚さにも依存する。そのため、光吸収層の厚さが分かると、所望の透過／吸収特性を得るために必要な熱処理条件を一義的に推定することができる。
なお、光吸収層の厚さを非破壊で測定することが困難な場合には、同一ロットの光学フィルターの中から所定数をサンプリングし、光吸収層の厚さを実測すれば良い。
【００７９】
［Ｃ．  第３の方法］
第３の方法は、前記積層体の光学特性を測定し、前記光学特性に応じた条件下で熱処理を行う方法である。光学フィルターの構造が決まると、その光学特性（例えば、信号光の強度、ノイズ光の強度など）を数値計算により推定することができる。そのため、光学フィルターの光学特性を実測し、理論値からの偏差が分かると、所望の光学特性を得るために必要な熱処理条件を一義的に推定することができる。
【００８０】
［３．  作用］
屈折率の異なる２種以上の透明材料（Ａ）からなる交互積層膜は、角度選択フィルターとしての機能を持つ。このような交互積層膜を含むフィルター層に光を入射させると、異種材料間の界面において光の反射が繰り返される。その結果、フィルター層内の光強度（あるいは、入射光の電場振幅）は、一様とはならず、深さ方向に沿って周期的に変動する。また、光強度の分布は、光の入射角によっても変化する。
【００８１】
このようなフィルター層の入射面側に所定の条件を満たす光吸収層を形成した場合において、透過域にある入射光（信号光）を照射した時には、入射面の近傍（すなわち、光吸収層が設置された位置の近傍）での光強度が弱くなる。その結果、信号光は、光吸収層に吸収されることなく、そのまま光吸収層を透過する割合が大きくなる。
一方、阻止域にある入射光（ノイズ光）を照射した時には、入射面の近傍での光強度が強くなる。その結果、ノイズ光は、光吸収層に吸収される割合が大きくなる。
そのため、このような光学フィルターを指向性光検出器などに適用すると、信号光の透過を著しく妨げることなく、ノイズ光の影響を低減することができる。
【００８２】
さらに、このような光学フィルターを作製する場合において、光吸収層の厚さに誤差が生じると、所望の光学特性が得られない場合がある。これに対し、光吸収層を構成する光吸収材料として、加熱により消衰係数を不可逆的に変化させることが可能な材料を用いると、成膜時に光吸収層の厚さに誤差が生じた場合であっても、厚さの誤差を熱処理により補償することができる。そのため、所望の特性を有する光学フィルターを高い歩留まりで製造することが可能となる。
【実施例】
【００８３】
（実施例１〜４、比較例１：  光学フィルターの設計）
［１．  はじめに］
指向性光検出器のＳＮ比を向上させるためには、特定の方向から入射する光のみを透過するような角度選択フィルター（ＡＳＦ）が有効である。誘電体多層膜からなる波長選択フィルター（ＷＳＦ）は、白色光あるいは複数の波長を含む光から特定の波長のみを選択的に透過し、他は反射するものであり、通常は光を垂直に近い角度で入射して用いられる。一方、位相差の観点からは、斜入射は長波長と等価であるので（参考文献１）、ＷＳＦは所定の波長に対するＡＳＦとしても機能する（参考文献２〜４）。
【００８４】
但し、誘電体多層膜を用いた場合、ＡＳＦにより反射された光が、検出器が備えられた装置の筐体や光学窓により反射されて迷光となり、検出器に到達してノイズの原因となり得る。特に、装置を小型化すると迷光の影響を受けやすくなる。そこで、透過域から外れた入射角の光を反射ではなく吸収する、吸収型角度選択フィルター（absorption-type angle-selective filter、Ａ−ＡＳＦ）が実現されれば、実装上の制約が小さくなる。
そこで、従来の反射型ＡＳＦ（reflection-type angle-selective filter、Ｒ−ＡＳＦ）を基にして、これに光吸収の機能を加えたＡ−ＡＳＦを設計した。
【００８５】
［２．  Ａ−ＡＳＦの設計］
［２．１．  Ａ−ＡＳＦの発現機構］
［２．１．１．  概要］
光検出器に信号光が６〜１２°の入射角で、筐体や他の光学素子により多重反射されて生じるノイズ光が２３〜２６°の入射角で入射する場合を考え、透過域が６〜１２°、阻止域が２３〜２６°のＡ−ＡＳＦを設計する。他の入射角の特性は問わないことにする。入射光の波長は、９０５ｎｍの場合を扱う。
【００８６】
信号光強度（Ｉsignal）、ノイズ光強度（Ｉnoise）をそれぞれ次の式（２１）及び式（２２）のように定義する。ここで、Ｔ(θ)、Ｒ(θ)は、それぞれ入射角θに依存した透過率と反射率、ｗはＡＳＦにより反射された光が検出器に到達する比率である。
【００８７】
【数１】
2020038338.tif 000003
【００８８】
先ず、ｗ＝０、即ち、反射光が悪影響を全く及ぼさない場合を考える。この場合は、ＴｉＯ2（屈折率２．２９９）／ＳｉＯ2（屈折率１．４７）の多層膜からなる、ＷＳＦの１種である２重共振器バンドパスフィルター（2-cavity bandpass filter、２Ｃ−ＢＰＦ）を基にしてＲ−ＡＳＦ特性が得られる（参考文献５）。
ＢＰＦの基本構造は、光学厚さ１／４波長の高屈折率層／低屈折率層を積層したブラッグ反射鏡により、共振器長を決める光学厚さ１／２波長の層を挟んだものである。１／２波長層を２層設けると、その間のブラック反射鏡の厚さに応じて透過域（波長又は入射角の範囲）が広がる。
【００８９】
ここでは、２８層の２Ｃ−ＢＰＦを基にして、
（ａ）ブラッグ反射鏡を構成する高屈折率層／低屈折率層のそれぞれの光学厚さ、
（ｂ）共振器長（１／２波長層の光学厚さ）、並びに、
（ｃ）最表面層及び基板（シリカガラス）に接する層の光学厚さ
の合計５つを独立なパラメータとして扱い、Ｉsignal≧０．９５の条件下でＩnoiseが小さくなるような値を求めた。最表面層及び基板に接する層の厚さの調節は、透過域でのリップルを低減するために必要である。
【００９０】
［２．１．２．  比較例１］
以下に、光吸収層を含まない２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＲ−ＡＳＦ（比較例１）の構成を示す。各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
０．３５２ＳｉＯ2／(１．００３ＴｉＯ2／１．０３８ＳｉＯ2／)3
１．００３ＴｉＯ2／１．９６ＳｉＯ2／(１．００３ＴｉＯ2／１．０３８ＳｉＯ2／)6
１．００３ＴｉＯ2／１．９６ＳｉＯ2／(１．００３ＴｉＯ2／１．０３８ＳｉＯ2／)2
０．９８３ＴｉＯ2／Substrate
図１に、上記構成を備えたＲ−ＡＳＦ（比較例１）の透過率Ｔ(θ)及び反射率Ｒ(θ)を示す。このとき、Isignal＝０．９５、Ｉnoise＝０．００４７５＋ｗである。
【００９１】
透過域である９°≦θ≦１２°の範囲では、Ｔ(θ)の高い値が保たれる。θが１２°を超えて大きくなると、Ｔ(θ)は急激に低下し、Ｒ(θ)が増大する。その結果、Ｉsignal＝０．９５、Ｉnoise＝０．００４７５、Ｓ／Ｎ＝Ｉsignal／Ｉnoise＝２００（但し、ｗ＝０）となる。しかし、この場合は光吸収がゼロであるから、ｗが有限の場合にはＩnoise＝０．００４７５＋ｗであり、結局Ｓ／Ｎ≒１／ｗである。そこで、ｗをその最大値である１に置き換えて、Ｉnoiseを改めて次の式（２３）のように定義する。この定義によると、Ｒ−ＡＳＦによるＳ／Ｎの最大値は１である。
【００９２】
【数２】
2020038338.tif 000004
【００９３】
これに光吸収の機能を組み合わせて、Ｓ／Ｎがより大きくなるような構成を考える。後に示すように、阻止域でのＴ(θ)≒０は容易に得られるので（図５など参照）、透過域でのＴ(θ)を高く、阻止域でのＲ(θ)を低くすることが課題である。図２は、透過域の中央であるθ＝９°のときの光強度分布である。多重干渉の結果、各ＳｉＯ2層内にて極大、各ＴｉＯ2層内にて極小となる。その極大値は、フィルターの入射面（深さ＝０）、基板との界面、及び厚さ方向の大よそ中間で小さく、それらの間で大きくなる。
【００９４】
これとは対照的に、阻止域の中央であるθ＝２４．５°の場合は、図３に示すように、光強度の極大値が入射面近くで大きく、そこから急激に減衰する。そこで、フィルターの入射面近傍の適切な位置に光吸収材料の層を形成すれば、阻止域では吸収が大きく、その結果Ｒ(θ)が低くなるのに対し、透過域では光吸収層の影響が小さく、高いＴ(θ)の値が保たれることが予測される。
【００９５】
［２．２．  光吸収材料の選定］
図２及び図３からわかるように、光強度は、各層の厚さλ／(４ｎ)≒１００〜１５０ｎｍ（ｎは屈折率）の範囲で大きく変化する。そこで、これよりも十分に薄い光吸収層を光強度が大きい箇所に形成し、これを透過する間に阻止域の入射光が吸収されなければならない。従って、光吸収材料の複素屈折率ｎ＋ｉｋには、πｋ／ｎ≧１の条件を満たすことが求められる。吸収を持つ誘電体材料のｎ＋ｉｋは、多くの場合これを満たすことができない。例えば、Ｇｅではｎ＋ｉｋ＝４．５＋ｉ０．１８、ＰｂＳではｎ＋ｉｋ＝４．７＋ｉ０．７であるため（参考文献６）、優れたＡ−ＡＳＦ特性を得ることができない。そこで光吸収材料に金属材料、及びサーメットを用いて設計を行う。
【００９６】
金属材料の多くは上記πｋ／ｎ≧１の条件を満たす。但し、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの貴金属の場合は、誘電損失（誘電率の虚数部）が小さいので（参考文献７）、光は吸収されずにむしろ反射される恐れがある。これに対し、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏなどの遷移金属は誘電損失が大きい（即ち反射率が低い）ので（参考文献８、９）、光吸収材料として機能することが期待される。
【００９７】
もう１つの候補材料は、金属の微粒子が誘電体中に分散されたサーメットである（参考文献１０）。ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などの中にやはりＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏなどの遷移金属が分散された構造により、πｋ／ｎ≧１の条件が満たされる（参考文献１１〜１４）。
【００９８】
［３．  結果と考察］
２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２Ｃ−ＢＰＦの入射面に２．２節にて述べた光吸収層が形成された構造を想定し、各層の光学厚さの適切な値を求めた。
【００９９】
［３．１．  金属材料を用いた場合］
［３．１．１．  複素屈折率］
先ず、入射面に金属層が形成された場合を考える。これの複素屈折率ｎ＋ｉｋ＝１＋ｉ〜５＋ｉ６の各値について、各層の厚さの適切な値を求めた。但し、ブラッグ反射鏡を構成する高屈折率層／低屈折率層の光学厚さは等しく、共振器長はこれの２倍である場合に限定した。この値及び金属材料層の厚さ、並びに、金属材料層及び基板に接する各層の光学厚さの４つが独立なパラメータである。
【０１００】
図４（Ａ）は、Ｉnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた結果である。πｋ／ｎ≧１であっても、ｎ≪ｋ（貴金属）の場合は、金属層への光の侵入長は小さいものの、光は吸収されるよりもむしろ反射されるので、Ａ−ＡＳＦとしての優れた機能は得られない。逆に、ｋ≪ｎの領域は、πｋ／ｎ≧１の条件が満たされないので不適切である。これらの極端な場合を除けば、Ｉsignalは、ｎ、ｋに殆ど依存しない一定に近い値であり、むしろ各層の厚さが完全には最適化されていないことにより値が変動している。但し、おおよそｎ≒ｋに近い場合に、大きいＩsignalが得られる傾向が見られる。
【０１０１】
図４（Ｂ）は、Ｉsignal≧０．７５の条件下でＩnoiseが小さくなるような各層の厚さを求めた結果である。この場合も、ｎ≪ｋ及びｋ≪ｎの領域を除いてＩnoiseの変化は小さいものの、大よそｎ≒ｋに近い場合がより適切である。
なお、図４（Ｂ）においても、Ａ−ＡＳＦを構成する各層の厚さが完全には最適化されていないことにより、値が変動していることに注意。
【０１０２】
ｎ≒ｋの条件を満たす金属には、Ｃｒ（３．３１５５＋ｉ３．５２７１、参考文献９）、Ｔｉ（３．２９８５＋ｉ３．９６１４、参考文献９）、Ｍｏ（３．００７４＋ｉ３．４８５３、参考文献１０）、Ｗ（３．２９４０＋ｉ２．９９７３、参考文献１０）などがある。また、Ｎｉ、Ｃｏもｎとｋが比較的近い値である。そこで、金属材料にＣｒを用いて、ブラッグ反射鏡を構成する高屈折率層／低屈折率層の各光学厚さ、及び共振器長それぞれの適切な値を独立に求めた。
【０１０３】
［３．１．２．  実施例１］
以下に、Ｃｒ層（２．４ｎｍ）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例１）の構成を示す。Ｃｒ層以外の各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
Ｃｒ(２．４ｎｍ)／０．９５２ＳｉＯ2／(１．０６０ＴｉＯ2／０．９５２ＳｉＯ2／)3
１．０６０ＴｉＯ2／１．９６２ＳｉＯ2／(１．０６０ＴｉＯ2／０．９５２ＳｉＯ2／)6
１．０６０ＴｉＯ2／１．９６２ＳｉＯ2／(１．０６０ＴｉＯ2／０．９５２ＳｉＯ2／)2
１．０６０ＴｉＯ2／Substrate
図５〜図７に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦ（実施例１）のＩnoise≦０．２の条件での結果を示す。この時、Ｉnoise＝０．２、Ｉsignal＝０．７０１、Ｓ／Ｎ＝３．５１である。
【０１０４】
図５に見られるように、Ｔ(θ)の変化の傾向は光吸収がない場合（図１）と同様であるが、透過域での値が低くなる。一方、阻止域でのＲ(θ)の増大が抑えられ、その替わりに吸収率Ａ(θ)が高くなる。その結果、Ｉsignal＝０．７０１、Ｓ／Ｎ＝３．５１、即ち光吸収のないＲ−ＡＳＦの場合よりも３．５１倍高いＳ／Ｎが得られる。
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示される、θ＝９°のときの光強度分布は、光吸収のないＲ−ＡＳＦの場合（図２（Ａ）及び図２（Ｂ））に良く似ており、Ｃｒ層での光強度は小さい。一方、θ＝２４．５°のときは、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）とは異なり、第２層（ＳｉＯ2層）を厚くすることによってちょうどＣｒ層にて光強度が極大となる。その結果、光吸収がθ＝９°では小さく、θ＝２４．５°では大きいという、Ａ−ＡＳＦの機能が得られる。
【０１０５】
［３．１．３．  実施例２］
以下に、Ｃｒ層（１．７ｎｍ）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例２）の構成を示す。Ｃｒ層以外の各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
Ｃｒ(１．７ｎｍ)／１．０２２ＳｉＯ2／(０．９８１ＴｉＯ2／１．０２２ＳｉＯ2／)3
０．９８１ＴｉＯ2／２．０３２ＳｉＯ2／(０．９８１ＴｉＯ2／１．０２２ＳｉＯ2／)6
０．９８１ＴｉＯ2／２．０３２ＳｉＯ2／(０．９８１ＴｉＯ2／１．０２２ＳｉＯ2／)2
０．９３２ＴｉＯ2／Substrate
図８〜図１０に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦのＩsignal≧０．７５の条件での結果を示す。この時、Ｉnoise＝０．３２５、Ｉsignal＝０．７５、Ｓ／Ｎ＝２．３１である。
【０１０６】
実施例２は、実施例１と比べて、Ｔ(θ)、Ｒ(θ)、及びＡ(θ)、並びに、光強度の分布の傾向は同様である。しかし、実施例２はＣｒ層が薄いため、Ｔ(θ)、Ｒ(θ)は高く、Ａ(θ)は低い。従って、Ｉsignalは大きいものの、Ｉnoise＝０．３２５の大きい値に留まるので、Ｓ／Ｎ＝２．３１である。実施例１のＩsignal＝０．７０１、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．５１と比べると、実施例２の方がＳ／Ｎは劣る。ここで扱う光学的なＳ／Ｎのみが問題になるならば、Ｃｒ層を厚くしてＩsignal、Ｉnoise共に小さくする方が有利である。但し、Ｉsignalが大きいと、光検出器やその信号処理の電気的ノイズの影響が相対的に小さくなるという利点もある。このように、最適なＩsignal、Ｉnoiseの値は、システム全体に依存するので、ここではＡ−ＡＳＦの設計指針を示すに留める。
【０１０７】
［３．２．  サーメット材料を用いた場合］
［３．２．１．  複素屈折率］
次に、入射面にサーメット層が形成された場合を考える。これの複素屈折率ｎ＋ｉｋ＝２＋ｉ０．１〜３．５＋ｉ１．５の各値について、各層の厚さの適切な値を求めた。但し、３．１節と同様に、ブラッグ反射鏡を構成する高屈折率層／低屈折率層の光学厚さの２倍が共振器長に等しい場合に限定した。
【０１０８】
図１１（Ａ）は、Ｉnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた結果である。ｋ≦０．２のときには光吸収が小さいため、Ｉnoise≦０．２が得られない。一方、０．２＜ｋ＜０．８の範囲では、Ｉnoise≦０．２を満たしつつも、ｎが小さい方がより大きいＩsignalが得られる。ｋ≧０．８になると、Ｉsignal≒０．６８〜０．６９であり、ｎへの依存性は小さく、むしろ各層の厚さが完全には最適化されていないことによる値の変動が目立つ。但し、僅かながらもｎが小さい方がＩsignalがより大きい傾向が見られる。従って、計算した範囲では、ｎが小さくｋが大きい材料が適切であると判断される。
【０１０９】
図１１（Ｂ）は、Ｉsignal≧０．７５の条件下でＩnoiseが小さくなるような各層の厚さを求めた結果である。この場合も、ｎが小さくｋが大きい方が、より小さいＩnoiseが得られる。
なお、図１１（Ｂ）においても、Ａ−ＡＳＦを構成する各層の厚さが完全には最適化されていないことにより、値が変動していることに注意。
【０１１０】
これまでにｎ＋ｉｋの値が報告されているＳｉＯ2＋Ｔｉ（参考文献１４）、ＳｉＯ2＋Ｍｏ（参考文献１２）、Ａｌ2Ｏ3＋Ｃｏ（参考文献１１）、Ａｌ2Ｏ3＋Ｗ（参考文献１３）のうち、ＳｉＯ2＋Ｔｉにより比較的小さいｎと大きいｋが得られ、Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91の組成のときにはｎ＋ｉｋ＝２．６＋ｉ１．４となる。この材料を用いて、ブラッグ反射鏡を構成する高屈折率層／低屈折率層の各光学厚さ、及び共振器長それぞれの適切な値を独立に求めた。
【０１１１】
［３．２．２．  実施例３〜４］
以下に、Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層（光学厚さ０．０８９）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例３）の構成を示す。各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
０．０８９Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91／
０．８３３ＳｉＯ2／(１．１２５ＴｉＯ2／０．９１６ＳｉＯ2／)3
１．１２５ＴｉＯ2／１．８７４ＳｉＯ2／(１．１２５ＴｉＯ2／０．９１６ＳｉＯ2／)6
１．１２５ＴｉＯ2／１．８７４ＳｉＯ2／(１．１２５ＴｉＯ2／０．９１６ＳｉＯ2／)2
１．１０３ＴｉＯ2／Substrate
図１２〜図１４に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦのＩnoise≦０．２の条件での結果を示す。この時、Ｉnoise＝０．２、Ｉsignal＝０．７０４、Ｓ／Ｎ＝３．５２である。
【０１１２】
以下に、Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層（光学厚さ０．０６７）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例４）の構成を示す。各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
０．０６７Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91／
０．８９５ＳｉＯ2／(１．０００ＴｉＯ2／１．０５３ＳｉＯ2／)3
１．０００ＴｉＯ2／１．９５８ＳｉＯ2／(１．０００ＴｉＯ2／１．０５３ＳｉＯ2／)6
１．０００ＴｉＯ2／１．９５８ＳｉＯ2／(１．０００ＴｉＯ2／１．０５３ＳｉＯ2／)2
１．０１０ＴｉＯ2／Substrate
図１５〜図１７に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦのＩsignal≧０．７５の条件での結果を示す。この時、Ｉnoise＝０．２９９、Ｉsignal＝０．７５、Ｓ／Ｎ＝２．５１である。
【０１１３】
Ｉnoise≦０．２の条件下では、Ｉsignal＝０．７０４、Ｓ／Ｎ＝３．５２が得られる。また、Ｉsignal≧０．７５の条件下では、Ｉnoise＝０．２９９、Ｓ／Ｎ＝２．５１が得られる。図１２〜図１７の各特性は、図５〜図１０に示される金属材料の場合と殆ど同じであり、その結果得られるＩsignal、Ｉnoiseの値も大差ない。
【０１１４】
サーメット材料はその組成だけでなく、分散される金属微粒子の大きさにも依存してｎ、ｋが変化するので、前節にて述べた純金属層の形成に比べてプロセスのより高い安定性が求められる。一方、純金属層に比べて厚い（光学厚さ０．０８９は７．７ｎｍに相当）ので、厚さの制御は容易になるかもしれない。
【０１１５】
［４．  まとめ］
ＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２重共振器バンドパスフィルターの光入射面にＣｒ、Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91サーメットなどの光吸収材料からなる層を形成することにより、フィルターへの入射光のうち、６〜１２°（透過域）の入射角の光は透過し、２３〜２６°（阻止域）の入射角の光は吸収されるような、吸収型角度選択フィルターを実現した。これを光検出器の手前に設置すると、従来の反射型角度選択フィルターの場合に比べて、Ｓ／Ｎが２．３〜３．５倍に向上することが分かった。
【０１１６】
ここでは入射光の波長９０５ｎｍの場合を扱った。他の波長λの場合も、λにより規格化された屈折率ｎ*＝９０５ｎ／λ、及び消衰係数ｋ*＝９０５ｋ／λが図４又は図１１に示される適切な範囲内にあれば、同様の性能が得られる。また、他の異なる透過域、阻止域の場合にも、これに応じた適切な波長選択フィルター（ショートパスフィルター、ロングパスフィルターなど）を基にして設計することにより、吸収型角度選択フィルターの機能を実現することができる。
【０１１７】
［参考文献１］H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 4th ed.(2010)CRC Press, Boca Raton.
［参考文献２］Y. Takeda, H. Iizuka, S. Mizuno, K. Hasegawa, T. Ichikawa, H. Ito, T. Kajino, and T. Motohiro, J. Appl. Phys. Vol. 116, No. 1(2014)014501
［参考文献３］Y. Takeda and T. Ito, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 54, No. 8S1(2015)08KD13
［参考文献４］Y. Takeda, H. Iizuka, N. Yamada, and T. Ito, Appl. Opt. Vol. 56, No. 20(2017)pp. 5761-5767
［参考文献５］Y. Takeda, T. Ito, N. Yamada, K. Hasegawa, S. Mizuno, T. Ichikawa, H. N. Luitel, H. Iizuka, K. Higuchi, H. Ito, A. Ichiki, and T. Motohiro, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 57, No. 8S3(2018)08RF05
【０１１８】
［参考文献６］E. D. Palik, ed., Handbook of optical constants of solids (Academic Press, London, 1985)
［参考文献７］S. Barbar and J. H. Weaver, Appl. Opt. Vol. 54, No. 3(2015)pp. 477-481
［参考文献８］P. B. Johnson and R. W. Christy, Phys. Rev. B Vol. 9, No. 12(1974)pp. 5056-5070
［参考文献９］M. A. Ordal, R. J. Bell, R. W. Alexander, L. A. Newquist, and M. R. Querry, Appl. Opt. Vol. 27, No. 6(1988)pp. 1203-1209
［参考文献１０］F. Cao, K. McEnaney, G. Chen, and Z. Ren, Energy Environ. Sci. Vol. 7, No. 5(2014)1615-1627
【０１１９】
［参考文献１１］G. A. Niklasson and C. G. Granqvist, Solar Energy Mater. Vol. 7, No. 4(1983)pp. 501-510
［参考文献１２］L. Zheng, F. Gao, S. Zhao, F. Zhou, J. P. Nshimiyimana, and X. Diao, Appl. Surf. Sci. Vol. 280(2013)pp. 240-246
［参考文献１３］L. Rebouta, A. Sousa, P. Capela, M. Andritschky, P. Santilli, A. Matilainen, K. Pischow, N. P. Barradas, and E. Alves, Solar Energy Mater. Solar Cells Vol. 137(2015)pp. 93-100
［参考文献１４］E.-T. Hu, X.-X. Liu, Q.-Y. Cai, Y. Yao, K.-Y. Zang, K.-H. Yu, W. Wei, X.-X. Xu, Y.-X. Zheng, S.-Y. Wang, R.-J. Zhang, and L.-Y. Chen, Opt. Mater. Express Vol. 7, No. 7(2017)pp. 2387-2395
【０１２０】
（実施例５〜８：  光吸収層を形成する位置）
［１．  概要］
実施例１〜４と同様に、透過域が６〜１２°、阻止域が２３〜２６°の場合を考える。光吸収層の位置が入射面でなくても、入射面に近い位置にあればＡ−ＡＳＦの機能を得ることができる。
【０１２１】
［２．  結果］
以下に、Ｃｒ層（５．８ｎｍ）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例５）の構成を示す。Ｃｒ層は、表面から３層目に形成されている。Ｃｒ層以外の各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
０．９７８ＳｉＯ2／１．０７５ＴｉＯ2／Ｃｒ(５．８ｎｍ)／１．０５２ＳｉＯ2／
(１．０７５ＴｉＯ2／１．０５２ＳｉＯ2／)2１．０７５ＴｉＯ2／１．７９２ＳｉＯ2／
(１．０７５ＴｉＯ2／１．０５２ＳｉＯ2／)6１．０７５ＴｉＯ2／１．７９２ＳｉＯ2／
(１．０７５ＴｉＯ2／１．０５２ＳｉＯ2／)2１．０７５ＴｉＯ2／Substrate
図１８（Ａ）に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦのＩnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた結果を示す。この時、Ｉsignal＝０．７０４、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．５２である。
【０１２２】
以下に、Ｃｒ層（１４．９ｎｍ）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例６）の構成を示す。Ｃｒ層は、表面から５層目に形成されている。Ｃｒ層以外の各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
１．１９４ＳｉＯ2／１．０００ＴｉＯ2／１．０１２ＳｉＯ2／１．０００ＴｉＯ2／
Ｃｒ(１４．９ｎｍ)／１．０１２ＳｉＯ2／
(１．０００ＴｉＯ2／１．０１２ＳｉＯ2／)1１．０００ＴｉＯ2／２．０００ＳｉＯ2／
(１．０００ＴｉＯ2／１．０１２ＳｉＯ2／)6１．０００ＴｉＯ2／２．０００ＳｉＯ2／
(１．０００ＴｉＯ2／１．０１２ＳｉＯ2／)2１．１２０ＴｉＯ2／Substrate
図１８（Ｂ）に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦのＩnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた結果を示す。この時、Ｉsignal＝０．６９３、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．４６である。
【０１２３】
以下に、Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層（光学厚さ０．２２）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例７）の構成を示す。光吸収層は、表面から３層目に形成されている。各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
０．９４３ＳｉＯ2／０．９８７ＴｉＯ2／０．２２Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91／０．９７２ＳｉＯ2／
(０．９８７ＴｉＯ2／０．９７２ＳｉＯ2／)2０．９８７ＴｉＯ2／２．０８６ＳｉＯ2／
(０．９８７ＴｉＯ2／０．９７２ＳｉＯ2／)6０．９８７ＴｉＯ2／２．０８６ＳｉＯ2／
(０．９８７ＴｉＯ2／０．９９７ＳｉＯ2／)2０．９９７ＴｉＯ2／Substrate
図１９（Ａ）に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦのＩnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた結果を示す。この時、Ｉsignal＝０．６９９、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．５０である。
【０１２４】
以下に、Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層（光学厚さ０．４２）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例８）の構成を示す。光吸収層は、表面から５層目に形成されている。各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
１．０６８ＳｉＯ2／１．０７７ＴｉＯ2／０．９２１ＳｉＯ2／１．０７７ＴｉＯ2／
０．４２Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91／０．９２１ＳｉＯ2／
(１．０７７ＴｉＯ2／０．９２１ＳｉＯ2／)1１．０７７ＴｉＯ2／１．９６４ＳｉＯ2／
(１．０７７ＴｉＯ2／０．９２１ＳｉＯ2／)6１．０７７ＴｉＯ2／１．９６４ＳｉＯ2／
(１．０７７ＴｉＯ2／０．９２１ＳｉＯ2／)2１．２８２ＴｉＯ2／Substrate
図１９（Ｂ）に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦのＩnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた結果を示す。この時、Ｉsignal＝０．６０３、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．０２である。
【０１２５】
光吸収層は薄いので最表面にあると傷の影響が懸念されるが、内部に形成すればその問題が解消される。また、最表面の場合に比べて光吸収層の厚さは厚くなるので、厚さの制御は容易になる。但し、Ａ−ＡＳＦの機能は若干劣る傾向にある。さらに、金属層あるいはサーメット層形成の後に再びＴｉＯ2／ＳｉＯ2層を形成するので、プロセスは複雑になる。
【０１２６】
（実施例９〜１４：  透過域、阻止域に応じた構成）
［１．  概要］
透過域、阻止域に応じてＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜の適切な構成を選ぶ必要がある。透過域がθT1〜θT2、阻止域がθB1〜θB2のときの信号光強度（Ｉsignal）、ノイズ光強度（Ｉnoise）を改めて次の式（２４）及び式（２５）のように定義する。
【０１２７】
【数３】
2020038338.tif 000005
【０１２８】
θT1＝０°、θT2＝θB1＝１０°、θB2＝３０°の場合を考える。実施例１〜４の場合とは異なり、光が特定の面により反射されてノイズ光となるのではなく、多数の面からの反射光がバックグラウンドノイズとなる場合である。この場合も２Ｃ−ＢＰＦを基にしてＡ−ＡＳＦを構成することができるが、透過域／阻止域が接しているので、境界でのＴ(θ)などの変化がより急峻となるように、実施例１〜４の場合に比べて全層数がより多いＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜が必要である（参考文献５）。
【０１２９】
［２．  結果］
［２．１．  ２Ｃ−ＢＰＦを基にしたＡ−ＡＳＦ（実施例９〜１０）］
以下に、Ｃｒ層（２．９ｎｍ）と３２層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜（２Ｃ−ＢＰＦ）からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例９）の構成を示す。Ｃｒ層以外の各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
Ｃｒ(２．９ｎｍ)／０．９１４ＳｉＯ2／(０．９８０ＴｉＯ2／１．０１５ＳｉＯ2／)3
０．９８０ＴｉＯ2／２．０３６ＳｉＯ2／(０．９８０ＴｉＯ2／１．０１５ＳｉＯ2／)7
０．９８０ＴｉＯ2／２．０３６ＳｉＯ2／(０．９８０ＴｉＯ2／１．０１５ＳｉＯ2／)2
１．００９ＴｉＯ2／Substrate
図２０に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦのＩnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた結果を示す。この時、Ｉsignal＝０．６６６、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．３３である。
【０１３０】
以下に、Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層（光学厚さ０．１０９）と３２層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜（２Ｃ−ＢＰＦ）からなるＲ−ＡＳＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例１０）の構成を示す。Ｃｒ層以外の各層の光学厚さは、１／４波長を単位に示されている。
０．１０９Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91／０．８９３ＳｉＯ2／
(１．０１０ＴｉＯ2／０．８８４ＳｉＯ2／)3１．０１０ＴｉＯ2／２．１５０ＳｉＯ2／
(１．０１０ＴｉＯ2／０．８８４ＳｉＯ2／)6１．０１０ＴｉＯ2／２．１５０ＳｉＯ2／
(１．０１０ＴｉＯ2／０．８８４ＳｉＯ2／)2０．９７０ＴｉＯ2／Substrate
図２１に、上記構成を備えたＡ−ＡＳＦのＩnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた結果を示す。この時、Ｉsignal＝０．６６８、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．３５である。
【０１３１】
実施例１〜４にて述べた結果に比べてＩsignalが小さく、Ｓ／Ｎが低いのは、透過域／阻止域が接しているので、Ｉnoiseを小さくするためにはＩsignalも小さくせざるを得ないからである。Ｔ(θ)、Ａ(θ)は、θ≦１０°まで大よそ一定であるが、θ＝１０〜１５°の範囲で変化し、その後再びほぼ一定値となる。ＴｉＯ2／ＳｉＯ2の層数を多くすれば透過域／阻止域境界でのＴ(θ)などの変化が更に急峻となるので、より大きいＩsignalと高いＳ／Ｎが得られる。但し、作製の際にはプロセスのより高い安定性が求められる。
また、実施例１〜４と同様に、ノイズ光が特定方向から入射する場合、例えばθB1＝１５°を想定すれば、図２０に示されるＣｒ層を用いた構成により、Ｉnoise＝０．１６１、Ｓ／Ｎ＝４．１３の優れた特性が得られる。
【０１３２】
［２．２．  ＳＰＦを基にしたＡ−ＡＳＦ（実施例１１〜１２）］
透過域がより広いときは、これまでに用いた２Ｃ−ＢＰＦに替えて、ショートパスフィルター（shortpass filter、ＳＰＦ）を基にした方がより優れた特性を得ることができる。θT1＝０°、θT2＝θB1＝３０°、θB2＝６０°の場合について、Ｉnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた。
【０１３３】
Ａ−ＡＳＦには、
（ａ）Ｃｒ層（４ｎｍ）と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＳＰＦとを組み合わせたもの（実施例１１）、及び、
（ｂ）Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層（光学厚さ：０．１３１×１／４波長）と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＳＰＦとを組み合わせたもの（実施例１２）
を用いた。
【０１３４】
図２２（Ａ）に、実施例１１のＡ−ＡＳＦの透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す。図２２（Ｂ）に、図２２（Ａ）に示すＡ−ＡＳＦのＣｒ層以外の各層の光学厚さを示す。この時、Ｉsignal＝０．５８９、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝２．９５である。
図２３（Ａ）に、実施例１２のＡ−ＡＳＦの透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す。図２３（Ｂ）に、図２３（Ａ）に示すＡ−ＡＳＦのＴｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層以外の各層の光学厚さを示す。この時、Ｉsignal＝０．５９４、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝２．９７である。
【０１３５】
これまでの場合よりも透過域が広いので、偏光依存性の低減とリップルの抑制がより重要となる。そのためにＴｉＯ2層とＳｉＯ2層の厚さの差が大きく、また多層膜の中央部から端部に向かって厚さが変化している（参考文献４）。先の場合と同様に透過域／阻止域が接しているため、実施例１〜４にて述べた結果に比べてＩsignalが小さく、Ｓ／Ｎが低いが、これはＴｉＯ2／ＳｉＯ2の全層数を多くすることにより改良される。また、θB1＝３５°ならば、図２２に示されるＣｒ層を用いた構成により、Ｉnoise＝０．１４２、Ｓ／Ｎ＝４．１４の優れた特性が得られる。
【０１３６】
［２．３．  ＬＰＦを基にしたＡ−ＡＳＦ（実施例１３〜１４）］
これまでとは逆に、垂直入射に近い成分を阻止し、入射角が大きい成分を透過させることもできる。これのためには２Ｃ−ＢＰＦ、ＳＰＦに替えて、ロングパスフィルター（longpass filter、ＬＰＦ）が用いられる。θB1＝０°、θB2＝θT1＝１０°、θT2＝６０°の場合について、Ｉnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた。
【０１３７】
Ａ−ＡＳＦには、
（ａ）Ｃｒ層（２．５ｎｍ）と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＬＰＦとを組み合わせたもの（実施例１３）、及び、
（ｂ）Ｔｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層（光学厚さ：０．０９７×１／４波長）と４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＬＰＦとを組み合わせたもの（実施例１４）
を用いた。
【０１３８】
図２４（Ａ）に、実施例１３のＡ−ＡＳＦの透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す。図２４（Ｂ）に、図２４（Ａ）に示すＡ−ＡＳＦのＣｒ層以外の各層の光学厚さを示す。この時、Ｉsignal＝０．６５６、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．２８である。
図２５（Ａ）に、実施例１４のＡ−ＡＳＦの透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角依存性を示す。図２５（Ｂ）に、図２５（Ａ）に示すＡ−ＡＳＦのＴｉ0.74Ｓｉ0.26Ｏ1.91層以外の各層の光学厚さを示す。この時、Ｉsignal＝０．６５６、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．２８である。
【０１３９】
透過域が広いので、リップルの抑制がより重要となること、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2の全層数を多くすることにより特性が改良されることは先に示したＳＰＦを基にした場合と同様であるが、ＴｉＯ2層とＳｉＯ2層の厚さの変化の仕方は異なる。また、θT1＝２０°ならば、図２４に示されるＣｒを用いた構成により、Ｉsignal＝０．７２４、Ｉnoise＝０．２、Ｓ／Ｎ＝３．６２の優れた特性が得られる。
【０１４０】
（実施例１５：  入射光の波長）
［１．  概要］
入射光の波長９０５ｎｍ用にチューニングした構造を備えた光学フィルターに対して、波長の異なる光を入射させた時の選択角度を検討した。光学フィルターは、実施例１１（ＳＰＦを基にしたＡ−ＡＳＦであって、光吸収層としてＣｒを使用したもの）と同一とした。
【０１４１】
［２．  結果］
図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）に、波長９０５ｎｍ用にチューニングされたＡ−ＡＳＦに対して、波長９０５ｎｍ、９０５．９ｎｍ、又は９０６．８ｎｍの単色光を入射させた時の透過率Ｔ(θ)、反射率Ｒ(θ)、及び吸収率Ａ(θ)の入射角度依存性を示す。図２６より、光学フィルターの構造が同一であっても、入射光の波長が変わると選択角度も変わることが分かる。
【０１４２】
（実施例２１〜２６：  相変化材料を備えた光学フィルター）
［１．  はじめに］
指向性光検出器のＳＮ比を向上させるためには、特定の方向から入射する光のみを透過するような角度選択フィルター（angle-selective filter, ASF）が有効である。検出器に入射する光が単色の場合、誘電体多層膜からなる波長選択フィルター（wavelength-selective filter, WSF）をＡＳＦとして用いることができる。ＷＳＦは、白色光あるいは複数の波長を含む光から特定の波長のみを選択的に透過し、他は反射するものであり、通常は光を垂直に近い角度で入射して用いられる。一方、位相差の観点からは、斜入射は長波長と等価であるので（参考文献１）、これらのフィルターは所定の波長に対するＡＳＦとして機能する（参考文献４、５、２４）。
【０１４３】
但し、誘電体多層膜を用いた場合、ＡＳＦにより反射された光が、検出器が備えられた装置の筐体や光学窓により反射されて迷光となるので、検出器に到達してノイズの原因となり得る。特に、装置を小型化すると迷光の影響を受けやすくなる。
【０１４４】
そこで、ＡＳＦの光入射面又はそれに近い位置に遷移金属、サーメットなどの消衰係数が大きい光吸収材料の層を形成し、光吸収層の位置での入射光の電場振幅が、透過域では大きく、阻止域では小さくなるようにＡＳＦを構成する各層の厚さを調節すると、透過域の光は透過するが、阻止域の光は大部分が吸収されるような、吸収型角度選択フィルター（absorption-type angle-selective filter, A-ASF）を構成することができる（上述した実施例１〜１５）。これにより、実装上の制約が小さくなる。
【０１４５】
但し、Ａ−ＡＳＦに用いられる光吸収層の厚さは数ｎｍと薄く、更に、この厚さの僅かなずれや材料自体の光学特性の僅かな変動がＡ−ＡＳＦの特性に著しく影響する。そのため、所望の特性のＡ−ＡＳＦを安定して作製することは容易ではない。そこで、光吸収層にＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）、ＡｇＩｎＳｂＴｅなどの相変化材料を用い、多層膜の形成後に熱処理を施して、その光学特性を調節する作製方法を提案する。
【０１４６】
［２．  相変化材料を用いた吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）］
ＧＳＴなどの相変化材料は、ＤＶＤなどの光記録材料に用いられている（参考文献２５〜２７）。通常は、成膜後はアモルファスであって消衰係数が小さいが、これを加熱すると結晶化して消衰係数が大きくなる。ＤＶＤの記録の際には、レーザー照射加熱により結晶状態にある記録マークを形成する。この部分の光反射率が低くなるので、反射率が高いアモルファス（未記録）部分と区別することができる。
【０１４７】
この材料をＡ−ＡＳＦの光吸収層に用いる。成膜後はＧＳＴの消衰係数が小さいので、Ａ−ＡＳＦの透過域の透過率は高いが、阻止域の反射率も高い状態にある。その後、熱処理を施せば、ＧＳＴが徐々に結晶化し、その消衰係数が大きくなるので、透過域の透過率、阻止域の反射率が共に低下する。Ａ−ＡＳＦの光学特性をモニターしながら所望の特性になったところで、熱処理を止める。
【０１４８】
ＤＶＤの場合には、数１０ｎｓの間に結晶化（記録）を生じさせるため、４００〜５００℃の高温にまで加熱される（参考文献２６、２７）。しかし、２０分程度の長時間の熱処理ならば１６０℃でも結晶化が生じ、１００℃で既に消衰係数の増大が見られる（参考文献２８）。誘電体多層膜を蒸着により形成する際には、通常は試料の温度が２００℃程度までは自然に上昇するので、その後の１６０℃までの熱処理ならば、基板や誘電体多層膜に対する影響は小さいと考えられる。
【０１４９】
［３．  吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）の設計］
ＧＳＴを用いたＡ−ＡＳＦを設計した。入射光の波長は、９０５ｎｍに設定した。シリカガラス基板にＴｉＯ2（屈折率：２．２９９）／ＳｉＯ2（屈折率：１．４７）多層膜、次いでＧＳＴ膜を形成した。これに１３０℃、２０分の熱処理を施した際に所望の光学特性が得られるような各層の厚さの最適値を求めた。この際に、ＧＳＴ層の厚さが最適値からずれても、適切な温度で熱処理を施せば、所望の光学特性が得られることを示す。
【０１５０】
光検出器に信号がθT1〜θT2の入射角で、装置の筐体や他の光学素子により反射されて生じるノイズ光がθB1〜θB2の入射角で、それぞれ入射するときに、透過域がθT1〜θT2、阻止域がθB1〜θB2のＡ−ＡＳＦを光検出器の手前に取り付ける場合を想定する。これらから外れた範囲の入射角の特性は問わないことにする。
上述したように、信号光強度（Ｉsignal）、ノイズ光強度（Ｉnoise）をそれぞれ次の式（２４）及び式（２５）のように定義する。
【０１５１】
【数４】
2020038338.tif 000006
【０１５２】
ここで、Ｔ(θ)、Ｒ(θ)は、それぞれ、入射角θに依存した透過率と反射率である。式（２５）中のＴ(θ)＋Ｒ(θ)は、Ａ−ＡＳＦにより反射された光がすべて迷光となって光検出器に到達するという仮定に基づく。実際には、反射光の全量が光検出器に到達するわけではなく、その到達比率は装置に依存する。但し、後に示されるように、阻止域ではＴ(θ)≒０であるため、各層の厚さや熱処理条件を変えたときのＩnoiseの相対的な変化は式（２５）により正しく評価することができる。
【０１５３】
図２７に、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（ＧＳＴ）の複素屈折率（ｎ＋ｉｋ）の熱処理温度依存性を示す。ＧＳＴの複素屈折率（ｎ＋ｉｋ）の熱処理温度依存性には、参考文献２８により推定された、図２７の値を用いる。Ａ−ＡＳＦの機能を得るためには、誘電体多層膜の各層の厚さλ／(４ｎ)≒１００〜１５０ｎｍ（λは波長、ｎは屈折率）よりも十分に薄い光吸収層を透過する間に阻止域の入射光が吸収されなければならない。従って、吸収材料の複素屈折率がπｋ／ｎ≧１を満たすことが求められる。図２７の値は、この条件を満たす。
【０１５４】
［４．  結果と考察］
Ａ−ＡＳＦの透過域、阻止域に応じて、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜の適切な構造を選ぶ必要がある。
【０１５５】
［４．１．  ２重共振器バンドパスフィルターの利用］
［４．１．１．  θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°の場合］
まず、θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°の場合を考える。このように、透過域が狭く、０°（垂直入射）に近い場合には、２重共振器バンドパスフィルター（2-cavity bandpass filter, 2C-BPF）の利用が適切である。ＢＰＦの基本構造は、光学厚さλ／４の高屈折率／低屈折率層を積層したブラッグ反射鏡により、共振器長を決める光学厚さλ／２の層を挟んだものである（参考文献１）。λ／２層を２層設けると、その間のブラッグ反射鏡の厚さに応じて透過域（波長又は入射角の範囲）が広がる（参考文献５）。
【０１５６】
ここでは、２８層の２Ｃ−ＢＰＦを基にして、
（ａ）ブラッグ反射鏡を構成するＴｉＯ2／ＳｉＯ2のそれぞれの光学厚さ、
（ｂ）共振器長（１／２波長層の光学厚さ）、
（ｃ）光入射面層及び基板（シリカガラス）に接する層の光学厚さ、及び
（ｄ）光入射面のＧＳＴ層（複屈折率は１３０℃熱処理の値）の厚さ、
の合計６つを独立のパラメータとして扱い、Ｉnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような値を求めた。光入射面層及び基板に接する層の厚さの調節は、透過域でのリップルを低減するために必要である。
【０１５７】
［Ａ．  ＧＳＴ層と２Ｃ−ＢＰＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例２１）］
以下に、ＧＳＴ層（Ｘｎｍ）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２Ｃ−ＢＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦ（実施例２１）の構成を示す。ここで、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2層の各層の厚さは、１／４波長を単位とする光学厚さにより示されている。
Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｂ5（Ｘｎｍ）／０．７２５ＳｉＯ2／
(１．２６９ＴｉＯ2／０．７２５ＳｉＯ2／)3１．２６９ＴｉＯ2／１．８２８ＳｉＯ2／
(１．２６９ＴｉＯ2／０．７２５ＳｉＯ2／)6１．２６９ＴｉＯ2／１．８２８ＳｉＯ2／
(１．２６９ＴｉＯ2／０．７２５ＳｉＯ2／)2１．２６９ＴｉＯ2／substrate
【０１５８】
透過域及び阻止域が上記の範囲にある場合において、熱処理温度が１３０℃である時には、ＧＳＴ層の厚さＸの最適値は、３．１ｎｍである。以下では、ＧＳＴ層の厚さＸが、最適値、最適値−３０％、及び、最適値＋３０％である場合について、それぞれ、検討した。
【０１５９】
［Ａ．１．  １３０℃での熱処理後の光学特性］
図２８〜図３０に、それぞれ、厚さの異なるＧＳＴ層と２Ｃ−ＢＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦに対し、１３０℃で熱処理を施した時（実施例２１−１）の、透過スペクトルＴ(θ)、反射スペクトルＲ(θ)、及び吸収スペクトルＡ(θ)を示す。図３１に、このＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：１３０℃）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す。
【０１６０】
ＧＳＴ層の厚さが最適値にある場合、図３１に示すように、Ｉsignal＝０．７０、Ｉnoise＝０．２０が得られる。しかし、ＧＳＴ層の厚さが１３０℃熱処理の最適値（３．１ｎｍ）より厚くなるとＲ(θ)が小さくなるのでＩnoiseは低下するものの、Ｔ(θ)も小さくなるのでＩsignalも低下する。逆に、ＧＳＴ層の厚さが最適値より薄くなると、Ｉsignalは向上するもの、Ｉnoiseも増大してしまう。
【０１６１】
［Ａ．２．  適切な温度での熱処理後の光学特性］
図３２〜図３４に、それぞれ、厚さの異なるＧＳＴ層と２Ｃ−ＢＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦに対し、適切な温度（図３５参照）で熱処理を施した時（実施例２１−２）の、透過スペクトルＴ(θ)、反射スペクトルＲ(θ)、及び吸収スペクトルＡ(θ)を示す。図３５に、このＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す。図３６に、このＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す。
【０１６２】
ＧＳＴ層の厚さが変動した場合に、それぞれに適切な温度で熱処理を施すと、図３２〜図３４よりわかるように、厚さが１３０℃熱処理の最適値の場合に近いＴ(θ)、Ｒ(θ)、Ａ(θ)が得られる。その結果、図３５及び図３６に示されるように、ＧＳＴ層の厚さが±３０％変動しても、Ｉsignal≧０．６８、Ｉnoise＝０．２０（最適厚さでは、Ｉsignal＝０．７０、Ｉnoise＝０．２０）となる。熱処理温度は１００〜１６０℃の範囲であるから、先に述べたように基板やＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜に対する影響は小さいと考えられる。
【０１６３】
［Ａ．３．  熱処理前の光学特性］
図３７〜図３９に、それぞれ、厚さの異なるＧＳＴ層と２Ｃ−ＢＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦの熱処理前（実施例２１−３）の、透過スペクトルＴ(θ)、反射スペクトルＲ(θ)、及び吸収スペクトルＡ(θ)を示す。図４０に、このＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)との関係を示す。図４１に、このＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)と、適切な熱処理温度との関係を示す。
【０１６４】
阻止域（２３〜２６°）及びこれに近い領域のＲ(θ)がＧＳＴ層の厚さに敏感に影響されることが図３８及び図２９からわかる。そこで、この値をモニターしながら所望の特性になったところで熱処理を止めるのが適切である。
あるいは、図４０及び図４１に示されるように、Ｒ(３０°）のような熱処理前の特性、ＧＳＴ層の厚さ、及び、適切な熱処理温度をあらかじめ関連づけることもできる。この場合、熱処理前の特性又はＧＳＴ層の厚さがわかると、適切な熱処理温度を一義的に求めることができる。
【０１６５】
［Ｂ．  Ｃｒ層と２Ｃ−ＢＰＦとを備えたＡ−ＡＳＦ（実施例２２）］
比較のため、光吸収材料にＣｒ（ｎ＋ｉｋ＝３．３２＋ｉ３．５３（参考文献８））を用いた例について検討する。
以下に、Ｃｒ層（Ｘｎｍ）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２Ｃ−ＢＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦ（実施例２２）の構成を示す。ここで、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2層の各層の厚さは、１／４波長を単位とする光学厚さにより示されている。
Ｃｒ（Ｘｎｍ）／０．９５２ＳｉＯ2／(１．０６０ＴｉＯ2／０．９５２ＳｉＯ2／)3
１．０６０ＴｉＯ2／１．９６２ＳｉＯ2／(１．０６０ＴｉＯ2／０．９５２ＳｉＯ2／)6
１．０６０ＴｉＯ2／１．９６２ＳｉＯ2／(１．０６０ＴｉＯ2／０．９５２ＳｉＯ2／)2
１．０６０ＴｉＯ2／Substrate
【０１６６】
透過域及び阻止域が上記の範囲にある場合、Ｃｒ層の厚さＸの最適値は、２．４ｎｍである。以下では、Ｃｒ層の厚さＸが、最適値、最適値−３０％、及び、最適値＋３０％である場合について、それぞれ、検討した。
【０１６７】
図４２〜図４４に、それぞれ、厚さの異なるＣｒ層と２Ｃ−ＢＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦ（実施例２２）の、透過スペクトルＴ(θ)、反射スペクトルＲ(θ)、及び、吸収スペクトルＡ(θ)を示す。図４５に、このＡ−ＡＳＦのＣｒ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す。
図２８〜図３１（ＧＳＴ熱処理温度：１３０℃）と同様に、Ｃｒ層の厚さが最適値（２．４ｎｍ）のときには優れた特性が得られるが、この値からずれると、特性が低下する。
【０１６８】
［４．１．２．  θT1〜θT2＝０〜１０°、θB1〜θB2＝１０〜３０°の場合］
次に、θT1〜θT2＝０〜１０°、θB1〜θB2＝１０〜３０°の場合を考える。この場合も、２Ｃ−ＢＰＦを用いてＡ−ＡＳＦを構成することができる。先ほどの場合と同様に、Ｉnoise≦０．２０の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の最適厚さを求めた。
【０１６９】
以下に、ＧＳＴ層（Ｘｎｍ）と２８層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなる２Ｃ−ＢＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦ（実施例２３）の構成を示す。ここで、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2層の各層の厚さは、１／４波長を単位とする光学厚さにより示されている。
Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5（Ｘｎｍ）／０．８２８ＳｉＯ2／
(１．０１３ＴｉＯ2／０．８６３ＳｉＯ2／)3１．０１３ＴｉＯ2／２．１７４ＳｉＯ2／
(１．０１３ＴｉＯ2／０．８６３ＳｉＯ2／)6１．０１３ＴｉＯ2／２．１７４ＳｉＯ2／
(１．０１３ＴｉＯ2／０．８６３ＳｉＯ2／)2０．９１２ＴｉＯ2／Substrate
【０１７０】
透過域及び阻止域が上記の範囲にある場合において、熱処理温度が１３０℃である時には、ＧＳＴ層の厚さＸの最適値は、３．７ｎｍである。以下では、ＧＳＴ層の厚さＸが、最適値、最適値−３０％、及び、最適値＋３０％である場合について、それぞれ、検討した。
【０１７１】
図４６〜図４８に、それぞれ、厚さの異なるＧＳＴ層と２Ｃ−ＢＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦ（実施例２３）に対し、それぞれ、適切な温度（図４９参照）で熱処理を施した時の、透過スペクトルＴ(θ)、反射スペクトルＲ(θ)、及び、吸収スペクトルＡ(θ)を示す。図４９に、このＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す。図５０に、このＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す。
【０１７２】
ＧＳＴ層の厚さが１３０℃熱処理の最適値（３．７ｎｍ）の場合には、Ｉsignal＝０．６６、Ｉnoise＝０．２０である。なお、今の場合は、透過域と阻止域が接しているので、先に述べた透過域と阻止域が離れている場合よりもＩsignalが小さくなることは避けられない。また、厚さが±３０％変動しても、適切な温度で熱処理することにより、Ｉsignal≧０．６５、Ｉnoise＝０．２０という遜色ない値が確保されている。
【０１７３】
図５１に、実施例２３のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)との関係を示す。図５２に、実施例２３のＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)と、適切な熱処理温度との関係を示す。
図５１及び図５２に示されるように、Ｒ(３０°）のような熱処理前の特性、ＧＳＴ層の厚さ、及び、適切な熱処理温度の関係をあらかじめ把握しておくと、熱処理前の特性又はＧＳＴ層の厚さから、適切な熱処理温度を一義的に求めることができる。
【０１７４】
［４．２．  ショートパスフィルターの利用］
［４．２．１．  θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°の場合］
ショートパスフィルター（shortpass filter, SPF）を用いても、Ａ−ＡＳＦ特性を得ることができる。最初に示した、θT1〜θT2＝６〜１２°、θB1〜θB2＝２３〜２６°の場合のＡ−ＡＳＦ（実施例２４）を、４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＳＰＦを基にして設計した。先と同様に、Ｉnoise≦０．２０の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた。
【０１７５】
透過域及び阻止域が上記の範囲にある場合において、熱処理温度が１３０℃である時には、ＧＳＴ層の厚さＸの最適値は、３．１ｎｍである。以下では、ＧＳＴ層の厚さＸが、最適値、最適値−３０％、及び、最適値＋３０％である場合について、それぞれ、検討した。
【０１７６】
図５３〜図５５に、厚さの異なるＧＳＴ層とＳＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦ（実施例２４）に対し、それぞれ、適切な温度（図５７参照）で熱処理した時の、透過スペクトルＴ(θ)、反射スペクトルＲ(θ)、及び、吸収スペクトルＡ(θ)を示す。図５６に、このＡ−ＡＳＦに備えられるＳＰＦの各層の光学厚さを示す。図５７に、このＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す。図５８に、このＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す。
【０１７７】
ＧＳＴ層の厚さが１３０℃熱処理の最適値（３．１ｎｍ）から±３０％変動しても、それぞれ、適切な温度で熱処理を施すことにより、２Ｃ−ＢＰＦを基にした場合（図３２〜図３６）に近い、Ｉsignal＝０．７０〜０．７１、Ｉnoise＝０．２０が得られる。２Ｃ−ＢＰＦの利用に比べて、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2の厚さが変動しても透過域の高い透過率を確保しやすいという利点があるが、多層膜の層数が多くなることが欠点である。
【０１７８】
図５９に、実施例２４のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)との関係を示す図６０に、実施例２４のＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角３０°での反射率Ｒ(３０°)と、適切な熱処理温度との関係を示す。
図５９及び図６０に示されるように、Ｒ(３０°）のような熱処理前の特性、ＧＳＴ層の厚さ、及び、適切な熱処理温度の関係をあらかじめ把握しておくと、熱処理前の特性又はＧＳＴ層の厚さから、適切な熱処理温度を一義的に求めることができる。
【０１７９】
［４．２．２．  θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°の場合］
次に、θT1〜θT2＝０〜３０°、θB1〜θB2＝３０〜６０°の場合を考える。このような広い透過域を実現するためには、多重共振器ＢＰＦでは難しく、ＳＰＦの利用が必要である。４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＳＰＦを基にして、Ｉnoise≦０．２０の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた（実施例２５）。
【０１８０】
透過域及び阻止域が上記の範囲にある場合において、熱処理温度が１３０℃である時には、ＧＳＴ層の厚さＸの最適値は、４．１ｎｍである。以下では、ＧＳＴ層の厚さＸが、最適値、最適値−３０％、及び、最適値＋３０％である場合について、それぞれ、検討した。
【０１８１】
図６１〜図６３に、それぞれ、厚さの異なるＧＳＴ層とＳＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦ（実施例２５）に対し、それぞれ、適切な温度（図６５参照）で熱処理した時の、透過スペクトルＴ(θ)、反射スペクトルＲ(θ)、及び吸収スペクトルＡ(θ)を示す。図６４に、このＡ−ＡＳＦに備えられるＳＰＦの各層の光学厚さを示す。図６５に、実施例２５のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す。図６６に、実施例２５のＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す。
【０１８２】
これまでの場合よりも透過域が広いので、偏光依存性の低減とリップルの抑制がより重要となる。そのためにＴｉＯ2層とＳｉＯ2層の厚さの差が大きく、また多層膜の中央部から端部に向かって厚さが変化する（参考文献４）。１３０℃熱処理の場合のＧＳＴ層の最適厚さは４．１ｎｍであり、このときＩsignal＝０．５９、Ｉnoise＝０．２０となる。ＧＳＴ層の厚さが±３０％変動しても、適切な熱処理温度を選ぶことにより、その変動は補償され、Ｉsignal≧０．５７、Ｉnoise＝０．２０が得られる。
【０１８３】
図６７に、実施例２５のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角４５°での反射率Ｒ(４５°)との関係を示す。図６８に、実施例２５のＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角４５°での反射率Ｒ(４５°)と、適切な熱処理温度との関係を示す。
この場合には、阻止域にあるＲ(４５°)がＧＳＴ層の厚さに敏感に影響されるので、熱処理の際の光学特性のモニターにはこの値が適切である。
【０１８４】
［４．３．  ロングパスフィルターの利用］
これまでとは逆に、垂直入射に近い成分を阻止、入射角が大きい成分を透過させることもできる。このためには、２Ｃ−ＢＰＦ、ＳＰＦに替えて、ロングパスフィルター（longpass filter, LPF）が用いられる。θT1〜θT2＝１０〜６０°、θB1〜θB2＝０〜１０°の場合について、４０層のＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜からなるＬＰＦを基にして、Ｉnoise≦０．２の条件下でＩsignalが大きくなるような各層の厚さを求めた（実施例２６）。
【０１８５】
透過域及び阻止域が上記の範囲にある場合において、熱処理温度が１３０℃である時には、ＧＳＴ層の厚さＸの最適値は、３．７ｎｍである。以下では、ＧＳＴ層の厚さＸが、最適値、最適値−３０％、及び、最適値＋３０％である場合について、それぞれ、検討した。
【０１８６】
図６９〜図７１に、それぞれ、厚さの異なるＧＳＴ層とＬＰＦとを組み合わせたＡ−ＡＳＦ（実施例２６）に対し、それぞれ、適切な温度（図７３参照）で熱処理した時の、透過スペクトルＴ(θ)、反射スペクトルＲ(θ)、及び吸収スペクトルＡ(θ)を示す。図７２に、このＡ−ＡＳＦに備えられるＬＰＦの各層の光学厚さを示す。図７３に、実施例２６のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、適切な熱処理温度との関係を示す。図７４に、実施例２６のＡ−ＡＳＦ（熱処理温度：適切な温度）のＧＳＴ層の厚さの誤差と、光学特性との関係を示す。
【０１８７】
透過域が広いので、リップルの抑制がより重要となることは先に示したＳＰＦを基にした場合と同様であるが、ＴｉＯ2層とＳｉＯ2層の厚さの変化の仕方は異なる。１３０℃熱処理のときのＧＳＴ層の最適厚さは３．７ｎｍであり、このときＩsignal＝０．６６、Ｉnoise＝０．２０となる。この場合もやはり、ＧＳＴ層の厚さが±３０％変動しても、適切な熱処理温度を選ぶことにより、Ｉsignal≧０．６６、Ｉnoise＝０．２０という遜色のない値が保たれる。
【０１８８】
図７５に、実施例２６のＡ−ＡＳＦのＧＳＴ層の厚さの誤差と、熱処理前の入射角５°での反射率Ｒ(５°)との関係を示す。図７６に、実施例２６のＡ−ＡＳＦの熱処理前の入射角５°での反射率Ｒ(５°)と、適切な熱処理温度との関係を示す。
この場合は、阻止域は０〜１０°である。但し、垂直入射の反射率を測定するためにはハーフミラーなどが必要であるため、煩雑になる。そのため、Ｒ(５°)にて熱処理の際のモニターを行うのが現実的である。
【０１８９】
［５．  まとめ］
ＴｉＯ2／ＳｉＯ2からなる波長選択フィルター（ＷＳＦ）の光入射面にＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5などの相変化材料の層を形成した、透過域の入射角の光は透過し、阻止域の入射角の光は大部分が吸収されるような吸収型角度選択フィルター（Ａ−ＡＳＦ）を提案した。相変化材料が光吸収機能を担うので、多層膜の形成後に光学特性をモニターしながら適切な温度で熱処理を施すことにより、所望の光学特性を得ることができる。そのため、相変化材料の厚さ（数ｎｍ）が変動してもその影響を熱処理条件によって補償することができることが特長である。
【０１９０】
［参考文献１］Macleod, H.A., Thin-Film Optical Filters, 4th ed.(2010)CRC Press, Boca Raton.
［参考文献４］Takeda, Y., Iizuka, H., Yamada, N., and Ito, T., "Light trapping for photovoltaic cells using polarization-insensitive angle-selective filters under monochromatic illumination," Appl. Opt. Vol. 56, No. 20(2017)pp. 5761-5767
［参考文献５］Takeda, Y., Ito, T., Yamada, N., Hasegawa, K., Mizuno, S., Ichikawa, T., Luitel, H. N., Iizuka, H., Higuchi, K., Ito, H., Ichiki, A., and Motohiro, T., "Crystalline silicon photovoltaic cells used for power transmission from solar-pumped lasers: I. Light-trapping concepts," Jpn. J. Appl. Vol. 57, No. 8S3(2018)08RF05
【０１９１】
［参考文献２４］Yamada, N., Ito, T., Ito, H., Motohiro, T., and Takeda, Y., "Crystalline silicon photovoltaic cells used for power transmission from solar-pumped lasers: I. Prototype for proof of the light trapping concept," Jpn. J. Appl. Vol. 57, No. 8S3(2018)08RF07
［参考文献２５］山田、”ＤＶＤ−ＲＡＭに用いられている相変化材料”、応用物理 Vol. 71, No. 5(2002)pp.562-565
［参考文献２６］松永、山田、”高速相変化光記録材料〜結晶／アモルファスの構造と、記録高速書き換え／記録安定保持との関係〜”、まてりあ Vol. 44, No. 1(2005)pp.17-23
【０１９２】
［参考文献２７］松永、児島、山田、小原、高田、”高速高密度相変化記録材料の原子配列と相変化過程の解析”、まてりあ Vol. 52, No. 2(2013)pp. 49-57
［参考文献２８］Xu, Z., Chen, C., Wang, Z., Wu, K., Chong, H., and Ye, H., "Optical constants acqusition and phase change properties of Ge2Sb2Te5 thin films based on spectroscopy," RSC Adv. Vol. 8, No. 37(2018)pp.21040-21046
［参考文献８］Johnson, P. B. and Christy, R. W., "Optical constants of transition metals: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Pd," Phys. Rev. B Vol. 9, No. 12(1974)pp. 5056-5070
【０１９３】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１９４】
本発明に係る光学フィルターは、光検出器などに用いることができる。
【図１】
2020038338.tif 000007
【図２】
2020038338.tif 000008
【図３】
2020038338.tif 000009
【図４】
2020038338.tif 000010
【図５】
2020038338.tif 000011
【図６】
2020038338.tif 000012
【図７】
2020038338.tif 000013
【図８】
2020038338.tif 000014
【図９】
2020038338.tif 000015
【図１０】
2020038338.tif 000016
【図１１】
2020038338.tif 000017
【図１２】
2020038338.tif 000018
【図１３】
2020038338.tif 000019
【図１４】
2020038338.tif 000020
【図１５】
2020038338.tif 000021
【図１６】
2020038338.tif 000022
【図１７】
2020038338.tif 000023
【図１８】
2020038338.tif 000024
【図１９】
2020038338.tif 000025
【図２０】
2020038338.tif 000026
【図２１】
2020038338.tif 000027
【図２２】
2020038338.tif 000028
【図２３】
2020038338.tif 000029
【図２４】
2020038338.tif 000030
【図２５】
2020038338.tif 000031
【図２６】
2020038338.tif 000032
【図２７】
2020038338.tif 000033
【図２８】
2020038338.tif 000034
【図２９】
2020038338.tif 000035
【図３０】
2020038338.tif 000036
【図３１】
2020038338.tif 000037
【図３２】
2020038338.tif 000038
【図３３】
2020038338.tif 000039
【図３４】
2020038338.tif 000040
【図３５】
2020038338.tif 000041
【図３６】
2020038338.tif 000042
【図３７】
2020038338.tif 000043
【図３８】
2020038338.tif 000044
【図３９】
2020038338.tif 000045
【図４０】
2020038338.tif 000046
【図４１】
2020038338.tif 000047
【図４２】
2020038338.tif 000048
【図４３】
2020038338.tif 000049
【図４４】
2020038338.tif 000050
【図４５】
2020038338.tif 000051
【図４６】
2020038338.tif 000052
【図４７】
2020038338.tif 000053
【図４８】
2020038338.tif 000054
【図４９】
2020038338.tif 000055
【図５０】
2020038338.tif 000056
【図５１】
2020038338.tif 000057
【図５２】
2020038338.tif 000058
【図５３】
2020038338.tif 000059
【図５４】
2020038338.tif 000060
【図５５】
2020038338.tif 000061
【図５６】
2020038338.tif 000062
【図５７】
2020038338.tif 000063
【図５８】
2020038338.tif 000064
【図５９】
2020038338.tif 000065
【図６０】
2020038338.tif 000066
【図６１】
2020038338.tif 000067
【図６２】
2020038338.tif 000068
【図６３】
2020038338.tif 000069
【図６４】
2020038338.tif 000070
【図６５】
2020038338.tif 000071
【図６６】
2020038338.tif 000072
【図６７】
2020038338.tif 000073
【図６８】
2020038338.tif 000074
【図６９】
2020038338.tif 000075
【図７０】
2020038338.tif 000076
【図７１】
2020038338.tif 000077
【図７２】
2020038338.tif 000078
【図７３】
2020038338.tif 000079
【図７４】
2020038338.tif 000080
【図７５】
2020038338.tif 000081
【図７６】
2020038338.tif 000082