(57)【要約】【課題】  光学フィルタを構成する各屈折率層の膜厚を変化させずに、各層の膜厚の制御性を良好に保ちながらリップルの少ない光学フィルタ及びこれを備える光学機器を提供すること。【解決手段】  吸収フィルタ８の薄膜１５は、屈折率が相対的に低い低屈折率層１２と屈折率が相対的に高い高屈折率層１３とが交互に基板１１上に積層され、高屈折率層１３の屈折率が漸次高く変化し低屈折率層１２の屈折率が漸次低く変化する第１の積層部１８と、高屈折率層１３の屈折率が第１の積層部１８の最も高い屈折率と、及び低屈折率層１２の屈折率が最も低い屈折率と略同一である第２の積層部２０と、高屈折率層１３の屈折率が、基板１１側へ向かって漸次低く変化し低屈折率層１２の屈折率が漸次高く変化する第３の積層部２１とを備えている。入射媒質１７と第１の積層部１８との間には、薄膜１５に入射する光の透過帯域での反射を防止する反射防止膜２２が配されている。【選択図】  図２
2006317678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが交互に前記基板上に積層された薄膜とを備えて所定の波長の光を透過させる透過帯域を有する光学フィルタであって、
前記薄膜の一方の側は前記基板に接し、前記薄膜の他方の側は入射媒質に接しており、
前記高屈折率層の屈折率が、前記入射媒質側から前記基板側へ向かって漸次高く変化する第１の積層部と、
該第１の積層部に隣接し、前記高屈折率層の屈折率が前記第１の積層部の最も高い屈折率層と略同一である第２の積層部と、
該第２の積層部に隣接し、前記高屈折率層の屈折率が、前記第３の積層部側から前記基板側へ向かって漸次低く変化する第３の積層部とを備え、
前記入射媒質と前記第１の積層部との間に、前記薄膜に入射する光の前記透過帯域における反射を防止する反射防止膜が配されていることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
基板と、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが交互に前記基板上に積層された薄膜とを備えて所定の波長の光を透過させる透過帯域を有する光学フィルタであって、
前記薄膜の一方の側は前記基板に接し、前記薄膜の他方の側は入射媒質に接しており、
前記低屈折率層の屈折率が、前記入射媒質側から前記基板側へ向かって漸次低く変化する第１の積層部と、
該第１の積層部に隣接し、前記低屈折率層の屈折率が前記第１の積層部の最も低い屈折率層と略同一である第２の積層部と、
該第２の積層部に隣接し、前記低屈折率層の屈折率が、前記第３の積層部側から前記基板側へ向かって漸次高く変化する第３の積層部とを備え、
前記入射媒質と前記第１の積層部との間に、前記薄膜に入射する光の前記透過帯域における反射を防止する反射防止膜が配されていることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項３】
前記反射防止膜が、互いに異なる光学膜厚と屈折率とを有する層が積層されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記反射防止膜が、前記第１の積層部、前記第２の積層部、及び前記第３の積層部における最も低い屈折率と略同一の屈折率を有する層と、最も高い屈折率と略同一の屈折率を有する層と、それらの中間の屈折率を有する層とを備えていることを特徴とする請求項３に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記反射防止膜の最上層がフッ化マグネシウムであることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の光学フィルタ。
【請求項６】
前記反射防止膜が、３層以上の層が積層されて構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一つに記載の光学フィルタ。
【請求項７】
前記反射防止膜が、前記薄膜の平均屈折率に対応する光学特性を有して反射を防止する構成とされていることを特徴とする請求項１から６の何れか一つに記載の光学フィルタ。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一つに記載された光学フィルタを備えていることを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルタ及び光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体試料の観察などに用いられる光学機器の一つに蛍光顕微鏡がある。蛍光顕微鏡では、試料が発する蛍光を観察することにより、試料の構造や性質などを解析することができる。このとき、試料（細胞）は染色処理されている。そして、このような試料に励起光を照射することで、試料から蛍光が発生する。近年のゲノム解析用としては、例えば５０２ｎｍの波長を含む励起光を試料に照射し、５２６ｎｍにピークを持つ蛍光を観察するというニーズがある。この場合、励起光と蛍光の波長が近いので、蛍光のみを効率よく検出する必要がある。そのため、光学フィルタには、励起光を確実にカットし、蛍光観察波長の光を効率良く透過させる特性が要求される。すなわち、このような光学フィルタが、蛍光測定の感度と精度を決める非常に重要なパーツとなる。
【０００３】
この光学フィルタには、透過帯域と阻止帯域の境界で分光特性の急峻な立ち上がりを持ち、かつ、透過帯域でほぼ１００％の光を透過する性能が要求されている。さらに、この光学フィルタでは、透過帯域において、波長の増減に対する透過率の周期的な変動（リップル）がないことが望ましい。
このように、所定の波長帯域の光を遮断し、その他の波長の光を透過する光学フィルタはマイナスフィルタと呼ばれる。このマイナスフィルタは、基板上に高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した多層膜を備えている。
【０００４】
特許文献１には、透過帯域の立ち上がりを急峻にすると同時に、リップルが発生しない薄膜構成を備える光学フィルタが提案されている。この光学フィルタでは、光が入射する側の入射媒質及び基板が、同一の屈折率をもつ材料からなる。そして、この光学フィルタでは、多層膜が、これらの間に挟まれている。
【０００５】
しかしながら、従来の光学フィルタは、光が入射する側の入射媒質としてガラスなどが用いられている。そのため、光がフィルタに対し斜めに入射する場合、入射光に対して反射光の光軸がずれてしまうなどの問題がある。このような問題を避けるためには、一般的に入射媒質が空気であることが望ましい。
一方、図７（ａ）に、光学フィルタの屈折率プロファイルを示す。この屈折率プロファイルでは、入射媒質を空気（ｎ＝１．０）としたとき、図７（ｂ）に示すように、透過帯域にリップルが発生して透過率が低下する。このリップルを抑制して透過率を上げるためには、光学フィルタの各層の膜厚を変化させる必要がある。ところが、その場合には、膜厚の制御性が悪くなってしまい、安定した光学特性で成膜するのが困難である。
【特許文献１】特開２００４−３１０００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、各層の膜厚の制御性を良好に保ちながらリップルの少ない光学フィルタ及びこれを備える光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る光学フィルタは、基板と、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが交互に前記基板上に積層された薄膜とを備えて所定の波長の光を透過させる透過帯域を有する光学フィルタであって、前記薄膜の一方の側は前記基板に接し、前記薄膜の他方の側は入射媒質に接しており、前記高屈折率層の屈折率が、前記入射媒質側から前記基板側へ向かって漸次高く変化する第１の積層部と、該第１の積層部に隣接し、前記高屈折率層の屈折率が前記第１の積層部の最も高い屈折率層と略同一である第２の積層部と、該第２の積層部に隣接し、前記高屈折率層の屈折率が、前記第３の積層部側から前記基板側へ向かって漸次低く変化する第３の積層部とを備え、
前記入射媒質と前記第１の積層部との間に、前記薄膜に入射する光の前記透過帯域における反射を防止する反射防止膜が配されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光学フィルタは、前記光学フィルタであって、基板と、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが交互に前記基板上に積層された薄膜とを備えて所定の波長の光を透過させる透過帯域を有する光学フィルタであって、前記薄膜の一方の側は前記基板に接し、前記薄膜の他方の側は入射媒質に接しており、前記低屈折率層の屈折率が、前記入射媒質側から前記基板側へ向かって漸次低く変化する第１の積層部と、該第１の積層部に隣接し、前記低屈折率層の屈折率が前記第１の積層部の最も低い屈折率層と略同一である第２の積層部と、該第２の積層部に隣接し、前記低屈折率層の屈折率が、前記第３の積層部側から前記基板側へ向かって漸次高く変化する第３の積層部とを備え、前記入射媒質と前記第１の積層部との間に、前記薄膜に入射する光の前記透過帯域における反射を防止する反射防止膜が配されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、入射媒質が空気であっても、所定の波長帯域の光の透過を阻止する阻止帯域（以下、単に阻止帯域とする）の領域を十分に確保しつつ、所望の波長帯域の光を透過させる透過帯域（以下、単に透過帯域とする）でのリップルを好適に抑制した光学フィルタを得ることができる。
【００１０】
また、本発明に係る光学フィルタは、前記光学フィルタであって、前記反射防止膜が、屈折率が相対的に低い低屈折率層と屈折率が相対的に高い高屈折率層とが互いに異なる光学膜厚を有して交互に積層されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光学フィルタは、前記光学フィルタであって、前記反射防止膜が、前記第１の積層部、前記第２の積層部、及び前記第３の積層部における最も低い屈折率と略同一の屈折率を有する層と、最も高い屈折率と略同一の屈折率を有する層と、それらの中間の屈折率を有する層とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光学フィルタは、前記光学フィルタであって、前記反射防止膜の最上層がフッ化マグネシウムであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光学フィルタは、前記光学フィルタであって、前記反射防止膜が、前記高屈折率層と前記低屈折率層とが３層以上積層されて構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光学フィルタは、前記光学フィルタであって、前記反射防止膜が、前記薄膜の平均屈折率に対応する光学特性を有して反射を防止する構成とされていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る光学機器は、本発明に係る光学フィルタを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、本発明に係る光学フィルタを備えているので、効率良く透過帯域の光を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、各層の膜厚の制御性を良好に保ちつつ、透過帯域におけるリップルを減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る光学フィルタが用いられる蛍光顕微鏡（光学機器）を示す図である。蛍光顕微鏡１は、図１に示すように、光源２と、励起フィルタ３と、ダイクロイックミラー５と、接眼レンズ６及び対物レンズ７と、吸収フィルタ（光学フィルタ）８とを備えている。
【００１８】
励起フィルタ３は光源２の光路上に配設されている。この励起フィルタ３は、光源２から発生した光のうち、特定の波長のみを選択的に励起光として透過させる。
ダイクロイックミラー５は、励起フィルタ３を透過した光（以下、励起光とする。）の光路上に配されている。このダイクロイックミラー５は、励起光を生体細胞等の標本１０上に照射するとともに、励起光によって標本１０から発生した蛍光を観察側に透過する光学特性を有する。なお、ダイクロイックミラー５に代えて、ハーフミラーを用いてもよい。接眼レンズ６および対物レンズ７は、上記蛍光を観察できるように配設されている。
【００１９】
吸収フィルタ８は光学フィルタであって、基板１１と薄膜１５とを有する。薄膜１５は、屈折率が相対的に低い低屈折率層１２と、屈折率が相対的に高い高屈折率層１３で構成されている。そして、薄膜１５では、この二つの層が交互に基板１１上に積層されている。このような構成により、吸収フィルタ８は所定の波長域の光を透過させる透過帯域１６を有する薄膜１５の一方の側は基板１１に接し、薄膜１５の他方の側は入射媒質１７、ここでは空気に接している。そして、図２（ａ）に示すように、薄膜１５は、第１の積層部１８と、第２の積層部２０と、第３の積層部２１とを備えている。第１の積層部１８では、高屈折率層１３の屈折率が、入射媒質１７側から基板１１側へ向かって漸次高く変化している。また、低屈折率層１２の屈折率が漸次低く変化する。第２の積層部２０は、第１の積層部１８に隣接している。第２の積層部２０では高屈折率層１３の屈折率が、第１の積層部１８を構成する高屈折率層１３の屈折率のうち、最も高い屈折率と略同一である。また、低屈折率層１２の屈折率が、第１の積層部１８に係る低屈折率層１２の屈折率のうち、最も低い屈折率と略同一である。第３の積層部２１は、第２の積層部２０に隣接している。第３の積層部２１では、高屈折率層１３の屈折率が、基板１１側へ向かって漸次低く変化し、低屈折率層１２の屈折率が漸次高く変化している。また、入射媒質１７と第１の積層部１８との間には、反射防止膜２２が設けられている。反射防止膜２２は、薄膜１５に入射する光の透過帯域における反射を防止する。なお、屈折率が略同一とは、屈折率が同一若しくは屈折率の差が０．２以内の範囲であることをいう。
【００２０】
低屈折率層１２は主にシリコン酸化物で構成され、高屈折率層１３は主にチタン酸化物で構成されている。本実施形態では、基板１１の屈折率を１．５０としている。また、入射媒質１７は空気であるので屈折率は１．０である。また、高屈折率層１３の屈折率を２．０から２．３までの範囲で変化させ、低屈折率層１２の屈折率を１．５から１．８までの範囲で変化させている。この場合、薄膜１５の平均屈折率は１．９となる。
【００２１】
また、吸収フィルタ８の設計波長はλ＝６００ｎｍである。また、第１の積層部１８、第２の積層部２０、及び第３の積層部２１における各屈折率層の光学膜厚は、０．２５λ（ただし、第１の積層部１８の入射媒質１７に隣接する層及び第３の積層部２１の基板１１と隣接する層の光学膜厚は０．５λ）である。
【００２２】
反射防止膜２２は、複数の層で構成されている。各々の層は、互いに異なる光学膜厚と屈折率とを有する。本実施形態では、８つの層が積層されて構成されている。各層の屈折率及び光学膜厚は、入射媒質１７側の層から順に、ｎ＝１．３８（光学膜厚：１５９ｎｍ）、ｎ = ２．０７（５８ｎｍ）、ｎ＝１．３８（３４ｎｍ）、ｎ＝２．０７（２４２ｎｍ）、ｎ＝１．３８（２６ｎｍ）、ｎ＝２．０７（７６ｎｍ）、ｎ＝１．３８（５４ｎｍ）、ｎ＝２．０７（４０ｎｍ）である。
なお、反射防止膜２２を含めると、薄膜１５全体の積層数は５３層である。
【００２３】
この吸収フィルタ８によれば、阻止帯域の領域を十分に確保しつつ、透過帯域でのリップルを±０．２％以下に抑制することができる。すなわち、透過帯域における透過率を９９％以上とすることができる。
【００２４】
また、この蛍光顕微鏡１によれば、光学フィルタ８を備えることによって、透過帯域（蛍光の波長帯域）におけるリップルを削減することができる。よって、蛍光検出感度を向上させることができる。
【００２５】
次に、第２の実施形態について、図３を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には、同一符号を付す。また、それらの説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る吸収フィルタ２３の反射防止膜２５の構成である。反射防止膜２５は、層２６、層２７、及び層２８を有する。層２６は、第１の積層部１８、第２の積層部２０、及び第３の積層部２１のうち、最も低い屈折率と略同一の屈折率を有する。また、層２７は、３つの積層部のうち、最も高い屈折率と略同一の屈折率を有する。また、層２８は、層２６と層２７との中間の屈折率を有する。
【００２６】
具体的には、層２７は３つあり、各々の屈折率は２．３である。また、層２６は２つで、その屈折率は１．５である。また、層２８は３つあり、各々の屈折率が、１．７、１．９、１．９３である。このように、反射防止膜２５は８層の積層構成となっている。なお、中間の屈折率を有する層２８は、高屈折率材料と低屈折率材料を混合して成膜されている。
反射防止膜２５の膜構成は、入射媒質１７側から順に、ｎ＝１．５（光学膜厚：１６１ｎｍ），ｎ＝２．３０（３ ５．２ｎｍ），ｎ＝１．９０（８ ３．６ｎｍ），ｎ＝２．３０（１６０. ８ｎｍ）、 ｎ= １．９３（１ １ ４ ．６ｎｍ）、ｎ＝２．３（８．５ｎｍ）、ｎ＝１．７（１７２．８ｎｍ）、ｎ= １．５０（１８９ｎｍ）である。
【００２７】
設計波長をλ＝６００ｎｍとしたときの透過率特性を、図３（ｂ）に示す。
この吸収フィルタ２３によれば、阻止帯域の領域を十分に確保しつつ、透過帯域でのリップルを±０．２％以下に抑制することができる。すなわち、透過帯域における透過率を９９％以上とすることができる。
また、反射防止膜２５を作製する際、高屈折率材料と低屈折率材料を用いて、その中間の屈折率膜はこれらを混合すればよい。
【００２８】
次に、第３の実施形態について、図４を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には、同一符号を付す。また、それらの説明を省略する。
第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、吸収フィルタ３０の反射防止膜３１の構成である。反射防止膜３１は、入射媒質１７側の最上層がフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２ ;光学膜厚１２５ｎｍ）、その下層にジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２；２５０ｎｍ）、さらに下層にアルミニウム酸化物（Ａ１２Ｏ３；１２５ｎｍ）を備えている。このように反射防止膜３１は、３層の積層構成になっている。
この吸収フィルタ３０によっても、上記他の実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。
【００２９】
次に、第４の実施形態について図５を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には、同一符号を付す。また、それらの説明を省略する。
第４の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る吸収フィルタ４０の薄膜４１の構成である。薄膜４１では、第１の積層部４２の高屈折率層１３の屈折率が、入射媒質１７側から基板１１側に向かって１．６から２．４まで漸次高く変化する。また、第２の積層部４３の高屈折率層１３の屈折率が、第１の積層部４２の高屈折率層１３の屈折率のうち、最も高い屈折率と略同一の屈折率となっている。また、第３の積層部４５の高屈折率層１３の屈折率が、基板１１側へ向かって２．４から１．５５まで漸次低く変化する。また、各積層部４２、４３、４５の低屈折率層１２の屈折率が、何れも基板１１の屈折率と略同一の１．５０である。
【００３０】
設計波長はλ＝６００ｎｍである。そして各積層部４２、４３、４５の光学膜厚は、０．２５λである。この吸収フィルタ４０における層数は、４９層である。
反射防止膜４６は、薄膜４１の高屈折率層１３と低屈折率層１２との平均屈折率（ｎ＝１．８）に対して反射を防止する光学条件で製作されている。また、その膜構成（層数）は、第１の実施形態と同様の８層である。
この吸収フィルタ４０によっても、上記他の実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。
【００３１】
次に、第５の実施形態について、図６を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には、同一符号を付す。また、それらの説明を省略する。
第５の実施形態と第４の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る吸収フィルタ５０の薄膜５１の構成である。薄膜５１では、第１の積層部５２の低屈折率層１２の屈折率が、入射媒質１７側から基板５３側に向かって１．８から１．４まで漸次低く変化する。また、第２の積層部５５の低屈折率層１２の屈折率が、第１の積層部５２の低屈折率層１２の屈折率のうち最も低い屈折率と略同一である。また、第３の積層部５６の低屈折率層１２の屈折率が、基板５３側へ向かって漸次高く変化する。また、基板５３の屈折率は、１．８である。そして、各積層部５２、５５、５６の高屈折率層１３の屈折率は、１．８である。
【００３２】
設計波長はλ＝８００ｎｍである。そして、各積層部５２、５５、５６の光学膜厚は、０．２５λである。
この吸収フィルタ５０によっても、上記他の実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。
【００３３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、各積層部を構成する各層の光学膜厚を０．２５λとしているが、これ以外の光学膜厚であっても構わない。また、設計波長も６００ｎｍ又は８００ｎｍに限らない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る蛍光顕微鏡の構成を示した図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の光学フィルタの膜構成および分光特性を表すグラフである。
【図３】本発明に係る第２実施形態の光学フィルタの膜構成および分光特性を表すグラフである。
【図４】本発明に係る第３実施形態の光学フィルタの膜構成および分光特性を表すグラフである。
【図５】本発明に係る第４実施形態の光学フィルタの膜構成および分光特性を表すグラフである。
【図６】本発明に係る第５実施形態の光学フィルタの膜構成および分光特性を表すグラフである。
【図７】従来の光学フィルタの膜構成および分光特性を表すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  蛍光顕微鏡（光学機器）
８、２３、３０、４０、５０  吸収フィルタ（光学フィルタ）
１１、５３  基板
１２  低屈折率層
１３  高屈折率層
１５、４１、５１  薄膜
１６  透過帯域
１７  入射媒質
１８、４２、５２  第１の積層部
２０、４３、５５  第２の積層部
２１、４５、５６  第３の積層部
２２、２５  反射防止膜
２６、２７、２８  層
【図１】
2006317678.tif 000003
【図２】
2006317678.tif 000004
【図３】
2006317678.tif 000005
【図４】
2006317678.tif 000006
【図５】
2006317678.tif 000007
【図６】
2006317678.tif 000008
【図７】
2006317678.tif 000009