(57)【要約】【課題】入射角依存性を低減した赤反射ダイクロイックフィルタ等の誘電体多層膜フィルタを提供する。【解決手段】  透明基板２８のおもて面に誘電体多層膜３０を形成して誘電体多層膜フィルタ２６を構成する。誘電体多層膜２６は、中間屈折率材料で構成された膜３４と、高屈折率材料で構成された膜３６を交互に繰り返し積層して構成される。中間屈折率材料で構成された膜３４は、屈折率が１．５２より大で２．１以下である。高屈折率材料で構成された膜３６は、屈折率が２．０以上で中間屈折率材料で構成された膜３４の屈折率よりも大である。「高屈折率材料で構成された膜３６の光学膜厚／中間屈折率材料で構成された膜３４の光学膜厚」の値を１より大で４以下に設定する。【選択図】  図１
2008020563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
該透明基板の一方の面に形成された所定の反射帯域を有する誘電体多層膜とを具備し、
前記誘電体多層膜が、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率が１．５２より大で２．１以下である中間屈折率材料で構成された膜と、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率が２．０以上でかつ前記中間屈折率材料で構成された膜の屈折率より大である高屈折率材料で構成された膜を交互に繰り返し積層した構造を有し、
「高屈折率材料で構成された膜の光学膜厚／中間屈折率材料で構成された膜の光学膜厚」の値が１より大で４以下、好ましくは２より大で４以下である誘電体多層膜フィルタ。
【請求項２】
前記誘電体多層膜全体の平均屈折率が１．７以上である請求項１記載の誘電体多層膜フィルタ。
【請求項３】
前記中間屈折率材料がＬａＦ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物、Ｂｉ２Ｏ３、ＳｉＯ、Ｔａ２Ｏ５のいずれか、または、これらのうちの２種以上の材料による複合酸化物である請求項１または２記載の誘電体多層膜フィルタ。
【請求項４】
前記高屈折率材料がＴａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５のいずれか、または、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５のいずれかにＬａ２Ｏ３を混合した複合酸化物である請求項１から３のいずれか１つに記載の誘電体多層膜フィルタ。
【請求項５】
赤色光を反射させる赤反射ダイクロイックフィルタ、緑色光を反射させる緑反射ダイクロイックフィルタ、赤外光を反射させる赤外線カットフィルタのいずれかである請求項１から４のいずれか１つに記載の誘電体多層膜フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、誘電体多層膜フィルタに関し、入射角依存性を低減したものである。
【背景技術】
【０００２】
誘電体多層膜フィルタは、屈折率が異なる誘電体材料からなる複数種類の薄膜を積層して構成される光学フィルタで、光の干渉を利用して入射光から特定の帯域の波長成分を反射（除去）しあるいは透過させる働きをする。この誘電体多層膜フィルタは、例えばＣＣＤカメラにおいて、いわゆるＩＲカットフィルタ（赤外線カットフィルタ）として、色再現に悪影響を及ぼす赤外光（６５０ｎｍ近辺から長波長側の領域の光）をカットし、可視光を透過させるのに利用される。また、この誘電体多層膜フィルタは、例えば液晶プロジェクタにおいて、いわゆるダイクロイックフィルタとして、入射される可視光から特定の色の光を反射させ、他の色の光を透過させるのにも利用される。
【０００３】
従来の誘電体多層膜によるＩＲカットフィルタの構造を図２に示す。このＩＲカットフィルタ１０は、光学ガラスによる基板１２のおもて面に、ＳｉＯ２からなる低屈折率膜（低屈折率材料で構成された膜）１４と、ＴｉＯ２からなる高屈折率膜（高屈折率材料で構成された膜）１６を交互に繰り返し積層して構成されたものである。このＩＲカットフィルタ１０の分光透過率特性例を図３に示す。図３において、特性Ａ，Ｂはそれぞれ次を示す。
・特性Ａ：入射角０°のときの透過率
・特性Ｂ：入射角２５°のときのｐ偏光とｓ偏光の平均（ｎ偏光）の透過率
図３によれば、赤外光（６５０ｎｍ近辺から長波長側の領域の光）が反射されてカットされ、可視光が透過されることがわかる。
【０００４】
図４は図３の６００〜７００ｎｍの帯域を拡大したものである。図４によれば、反射帯域（短波長側エッジと長波長側エッジとで挟まれた反射率が高い帯域をいう。）の短波長側エッジの半値波長（透過率が５０％のときの波長）が、入射角０°のとき（特性Ａ）と入射角２５°のとき（特性Ｂ）とで１９．５ｎｍもシフトすることがわかる。図２の従来のＩＲカットフィルタ１０は、このように反射帯域の短波長側エッジのシフト量が大きい（つまり、入射角依存性が大きい）ため、ＣＣＤカメラに使用した場合に、入射角によって、撮影した画像の色目が変化する問題があった。
【０００５】
従来の誘電体多層膜によるダイクロイックフィルタも前出の図２と同様に構成される。すなわち、ダイクロイックフィルタは、光学ガラスによる基板１２のおもて面に、ＳｉＯ２からなる低屈折率膜１４と、ＴｉＯ２からなる高屈折率膜１６を交互に繰り返し積層して構成される。このダイクロイックフィルタを赤反射ダイクロイックフィルタとして構成した場合の分光透過率特性例を図５に示す。この特性は基板の裏面に反射防止膜を形成した場合のものである。図５において、特性Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ次を示す。なお、このダイクロイックフィルタは入射角４５°が標準の入射角である。
・特性Ａ：入射角３０°のときのｓ偏光の透過率
・特性Ｂ：入射角４５°のときのｓ偏光の透過率
・特性Ｃ：入射角６０°のときのｓ偏光の透過率
図５によれば、反射帯域の短波長側エッジの半値波長が、標準の入射角４５°のとき（特性Ｂ）に比べて、入射角が３０°のとき（特性Ａ）は長波長側に３５．９ｎｍシフトし、入射角が４５°のとき（特性Ｃ）は短波長側に３７．８ｎｍシフトすることがわかる。赤反射ダイクロイックフィルタの一般的な反射帯域は短波長側のエッジが約６００ｎｍ、長波長側のエッジが約６８０ｎｍ以上であり、特に短波長側のエッジが特性Ｃのように短波長側へ大きく（３７．８ｎｍ）シフトすると反射光の色目が変化する問題があった。
【０００６】
波長シフト量を低減した従来技術として、下記特許文献１に記載された技術があった。そのフィルタ構造を図６に示す。この誘電体多層膜フィルタ１８は、光学ガラス基板２０のおもて面に、ＴｉＯ２からなる薄膜２２と、ＴｉＯ２よりも屈折率が約０．３小さいＴａ２Ｏ５等からなる薄膜２４を交互に繰り返し積層して構成したものである。
【特許文献１】特開平７−２７９０７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は入射角依存性をより低減した誘電体多層膜フィルタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の誘電体多層膜フィルタは、透明基板と、該透明基板の一方の面に形成された所定の反射帯域を有する誘電体多層膜とを具備し、前記誘電体多層膜が、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率が１．５２より大で２．１以下である中間屈折率材料で構成された膜と、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率が２．０以上でかつ前記中間屈折率材料で構成された膜の屈折率より大である高屈折率材料で構成された膜を交互に繰り返し積層した構造を有し、「高屈折率材料で構成された膜の光学膜厚／中間屈折率材料で構成された膜の光学膜厚」の値が１より大で４以下、好ましくは２より大で４以下であるものである。
【０００９】
この発明によれば、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率が１．５２より大で２．１以下である中間屈折率材料で構成された膜と、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率が２．０以上でかつ前記中間屈折率材料で構成された膜の屈折率より大である高屈折率材料で構成された膜を交互に繰り返し積層するとともに、「高屈折率材料で構成された膜の光学膜厚／中間屈折率材料で構成された膜の光学膜厚」の値を１より大で４以下、好ましくは２より大で４以下としたので、該値が１の場合に比べて平均屈折率が上がり、入射角依存性をより低減した誘電体多層膜フィルタを実現することができる。また、この発明によれば反射帯域幅を狭める効果も得られるので、緑反射ダイクロイックフィルタ等、１色分の反射帯域を容易に得ることができる。なお、この出願で、「平均屈折率」とは、“誘電体多層膜の光学膜厚の合計×参照波長÷誘電体多層膜の物理膜厚の合計”をいうものとする。
【００１０】
この発明において、前記誘電体多層膜全体の平均屈折率は、中間屈折率材料の屈折率をｎＭ、高屈折率材料の屈折率をｎＨとすると、
（ｎＭ＋ｎＨ）／２＜平均屈折率＜ｎＨ
となる。この発明において、この平均屈折率の値は例えば１．７以上とすることができる。また、前記中間屈折率材料は例えばＬａＦ３（屈折率≒１．５８）、Ａｌ２Ｏ３（屈折率≒１．６２）、Ｐｒ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物またはＬａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物（屈折率≒１．６５〜１．８）、Ｂｉ２Ｏ３（屈折率≒１．９）、ＳｉＯ（屈折率≒１．９７）、Ｔａ２Ｏ５（屈折率≒２．０）のいずれか、または、これらのうちの２種以上の材料による複合酸化物で構成することができる。また、前記高屈折率材料は例えばＴａ２Ｏ５（屈折率≒２．０）、ＴｉＯ２（屈折率≒２．１〜２．５）、Ｎｂ２Ｏ５（屈折率≒２．１〜２．４）のいずれか、または、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５のいずれかにＬａ２Ｏ３（屈折率≒１．９）を混合した複合酸化物で構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の実施の形態を以下説明する。図１はこの発明による誘電体多層膜フィルタの実施の形態を示す。この誘電体多層膜フィルタ２６は、白板ガラス等の透明基板２８のおもて面（光の入射面）２８ａに誘電体多層膜３０を成膜して構成されている。誘電体多層膜３０は、所定の屈折率を有する中間屈折率材料で構成された膜３４と、中間屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料で構成された膜３６を交互に繰り返し積層した多層膜として構成されている。誘電体多層膜３０は基本的には奇数層で構成されるが、偶数層で構成することもできる。また、図１では第１層として屈折率が低い方の膜３４を配置したが、屈折率が高い方の膜３６を第１層として配置することもできる。この誘電体多層膜フィルタ２６は、例えば赤色光を反射させる赤反射ダイクロイックフィルタ、緑色光を反射させる緑反射ダイクロイックフィルタ、赤外光を反射させる赤外線カットフィルタ等として構成することができる。
【００１２】
中間屈折率材料で構成された膜３４の屈折率は、波長５５０ｎｍの光に対して１．５２（＝ガラス基板の屈折率）より大で２．１以下である。高屈折率材料で構成された膜３６の屈折率は、波長５５０ｎｍの光に対して２．０以上である。「高屈折率材料で構成された膜３６の光学膜厚／中間屈折率材料で構成された膜３４の光学膜厚」の値は１より大で４以下、好ましくは２より大で４以下である。
【００１３】
誘電体多層膜３０の屈折率が低い方の膜３４は、例えばＢｉ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ（ｘ≦１）、ＬａＦ３、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物、Ｐｒ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物のいずれか、または、これらのうちの２種以上の材料による複合酸化物等の誘電体材料（中間屈折率材料）で構成することができる。誘電体多層膜３０の屈折率が高い方の膜３６は、例えばＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５のいずれか、または、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５のいずれかを主成分とした複合酸化物等の誘電体材料（高屈折率材料）で構成することができる。
【００１４】
図１の誘電体多層膜フィルタ２６によれば、中間屈折率材料で構成された膜３４と高屈折率材料で構成された膜３６で多層膜を構成したので、低屈折率材料で構成された膜と高屈折率材料で構成された膜で多層膜を構成する場合に比べて平均屈折率が上がり、入射角依存性を低減することができる。また、「高屈折率材料で構成された膜の光学膜厚／中間屈折率材料で構成された膜の光学膜厚」の値を１より大としたので、該値が１の場合に比べて平均屈折率が高くなり、入射角依存性をより低減することができる。
【実施例】
【００１５】
図１の誘電体多層膜フィルタ２６を赤反射ダイクロイックフィルタとして構成する場合の実施例を説明する。なお、各実施例の設計において屈折率および減衰係数は、各実施例の設計波長（参照波長）λ０における値である。
【００１６】
《実施例（１）》
誘電体多層膜３０を次のパラメータを用いて設計した。
・基板：ガラス（屈折率１．５２、減衰係数０）
・中間屈折率材料で構成された膜３４：Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物（屈折率１．７２、減衰係数０）
・高屈折率材料で構成された膜３６：Ｔａ２Ｏ５（屈折率２．１９、減衰係数０）
・膜３４と膜３６の光学膜厚比＝約１：２
・層数：２７層
・参照波長（反射帯域の中心波長）λ０：４６５ｎｍ
・誘電体多層膜３０全体の平均屈折率：２．００
【００１７】
誘電体多層膜３０を構成する各層の膜厚を表１に示す。
【表１】
2008020563.tif 000003
【００１８】
この実施例（１）の設計による赤反射ダイクロイックフィルタ２６について入射角を変化させたときの分光透過率特性（赤反射ダイクロイックフィルタ２６全体の特性）（シミュレーション値）を図７に示す。図７において、特性Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ次を示す。
・特性Ａ：入射角が３０°（標準の入射角−１５°）のときのｓ偏光の透過率
・特性Ｂ：入射角が４５°（標準の入射角）のときのｓ偏光の透過率
・特性Ｃ：入射角が６０°（標準の入射角＋１５°）のときのｓ偏光の透過率
【００１９】
図７によれば、特性Ｂ（入射角４５°）の反射帯域の短波長側エッジの半値波長（５９１．３ｎｍ）に対し、特性Ａ，Ｃの反射帯域の短波長側エッジの半値波長のシフト量は次のとおりであった。
・特性Ａ（入射角３０°）のシフト量：＋２３．１ｎｍ
・特性Ｃ（入射角６０°）のシフト量：−２４．１ｎｍ
【００２０】
比較例として前出の図５（従来の誘電体多層膜による赤反射ダイクロイックフィルタの特性）によれば、特性Ｂ（入射角４５°）の反射帯域の短波長側エッジの半値波長（５９１．７ｎｍ）に対し、特性Ａ，Ｃの反射帯域の短波長側エッジの半値波長のシフト量は次のとおりであった。
・特性Ａ（入射角３０°）のシフト量：＋３５．９ｎｍ
・特性Ｃ（入射角６０°）のシフト量：−３７．８ｎｍ
【００２１】
図５と図７を比較すると、実施例（１）は従来設計に比べて、入射角４５°のときの反射帯域の短波長側エッジの半値波長に対するシフト量が、
入射角３０°では３５．９ｎｍ−２３．１ｎｍ＝１２．８ｎｍ
入射角６０°では３７．８ｎｍ−２４．１ｎｍ＝１３．７ｎｍ
それぞれ改善されることがわかる。
【００２２】
《実施例（２）》
誘電体多層膜３０を次のパラメータを用いて設計した。
・基板：ガラス（屈折率１．５２、減衰係数０）
・中間屈折率材料で構成された膜３４：Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物（屈折率１．７０、減衰係数０）
・高屈折率材料で構成された膜３６：Ｔａ２Ｏ５（屈折率２．１６、減衰係数０）
・膜３４と膜３６の光学膜厚比＝約０．５：２（１：４）
・層数：４３層
・参照波長（反射帯域の中心波長）λ０：５３３ｎｍ
・誘電体多層膜３０全体の平均屈折率：２．０４
【００２３】
誘電体多層膜３０を構成する各層の膜厚を表２に示す。
【表２】
2008020563.tif 000004
【００２４】
この実施例（２）の設計による赤反射ダイクロイックフィルタ２６について入射角を変化させたときの分光透過率特性（赤反射ダイクロイックフィルタ２６全体の特性）（シミュレーション値）を図８に示す。図８において、特性Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ次を示す。
・特性Ａ：入射角が３０°（標準の入射角−１５°）のときのｓ偏光の透過率
・特性Ｂ：入射角が４５°（標準の入射角）のときのｓ偏光の透過率
・特性Ｃ：入射角が６０°（標準の入射角＋１５°）のときのｓ偏光の透過率
【００２５】
図８によれば、特性Ｂ（入射角４５°）の反射帯域の短波長側エッジの半値波長（５９２．８ｎｍ）に対し、特性Ａ，Ｃの反射帯域の短波長側エッジの半値波長のシフト量は次のとおりであった。
・特性Ａ（入射角３０°）のシフト量：＋２０．３ｎｍ
・特性Ｃ（入射角６０°）のシフト量：−２０．８ｎｍ
【００２６】
前出の図５（従来の誘電体多層膜による赤反射ダイクロイックフィルタの特性）と図８を比較すると、実施例（２）は従来設計に比べて、入射角４５°のときの反射帯域の短波長側エッジの半値波長に対するシフト量が、
入射角３０°では３５．９ｎｍ−２０．３ｎｍ＝１５．６ｎｍ
入射角６０°では３７．８ｎｍ−２０．８ｎｍ＝１７．０ｎｍ
それぞれ改善されることがわかる。
【００２７】
前記実施例では、中間屈折率材料で構成された膜３４がＬａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物で、高屈折率材料で構成された膜３６がＴａ２Ｏ５である組合せとしたが、これ以外の代表的な組合せとしては、例えば中間屈折率材料で構成された膜３４がＡｌ２Ｏ３（またはＬａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物）で、高屈折率材料で構成された膜３６がＴｉＯ２（またはＮｂ２Ｏ５）である組合せが考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
前記実施例では、この発明をダイクロイックフィルタとして構成した場合について説明したが、入射角依存性の抑制が要求される他のフィルタ（例えばＩＲカットフィルタその他のエッジフィルタ）にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態を示す図で、誘電体多層膜フィルタの積層構造を模式的に示す図である。
【図２】従来の誘電体多層膜フィルタによるＩＲカットフィルタの積層構造を模式的に示す図である。
【図３】図２のＩＲカットフィルタの分光透過率特性図である。
【図４】図３の６００〜７００ｎｍの帯域を拡大して示した分光透過率特性図である。
【図５】図２の構造の従来の赤反射ダイクロイックフィルタの分光透過率特性図（シミュレーション値）である。
【図６】特許文献１に記載された誘電体多層膜フィルタの積層構造図である。
【図７】実施例（１）の設計による赤反射ダイクロイックフィルタについて入射角を変化させたときの分光透過率特性図（シミュレーション値）である。
【図８】実施例（２）の設計による赤反射ダイクロイックフィルタについて入射角を変化させたときの分光透過率特性図（シミュレーション値）である。
【符号の説明】
【００３０】
２６…誘電体多層膜フィルタ、２８…透明基板、３０…誘電体多層膜、３４…中間屈折率材料で構成された膜、３６…高屈折率材料で構成された膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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