(57)【要約】【課題】少数層で生産性に優れた赤外線透過フィルター、しかも４，０００ｎｍ以下の波長をカットした赤外線透過フィルターを提供する。【解決手段】シリコン基板やゲルマニウム基板などの赤外線透過性基板１１の少なくとも一方の面に、ゲルマニウムからなる高屈折率物質層１２と、フッ化イットリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ネオジム、フッ化ランタンなどの希土類フッ化物からなる低屈折率物質層１３とをこの順序で交互に積層した多層膜を形成し、赤外線透過フィルター１０を得る。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線透過性基板の少なくとも一方の面に、ゲルマニウムからなる高屈折率物質層と希土類フッ化物からなる低屈折率物質層とがこの順序で交互に積層した多層膜が形成されたことを特徴とする赤外線透過フィルター。
【請求項２】
４，０００ｎｍ以下の波長をカットしたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線透過フィルター。
【請求項３】
前記多層膜は、反射する光線の波長が異なる少なくとも２種以上の反射膜が組み合わされたことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の赤外線透過フィルター。
【請求項４】
前記反射膜の少なくとも一は、高屈折率物質層及び低屈折率物質層が７層以上積層されたことを特徴とする請求項３に記載の赤外線透過フィルター。
【請求項５】
前記赤外線透過性基板は、ゲルマニウム若しくはシリコンからなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の赤外線透過フィルター。
【請求項６】
前記希土類フッ化物は、フッ化イットリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ネオジム、フッ化ランタン、フッ化ジスプロシウムのいずれかであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の赤外線透過フィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、赤外線透過フィルター、特に高屈折率物質層と低屈折率物質層を交互に積層した赤外線透過フィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば人体検知センサーや炎検知センサーに使用される赤外線検知センサーは、その用途に応じて検出に必要とされる波長が特定されている。図４は赤外線検知センサー２０の一例を示す分解斜視図である。検知センサー２０は、検知素子２２が配置されたセンサー本体２１とカバー体２３とから構成されている。カバー体２３には赤外線透過フィルター１０が配設されており、図５に示す如く当該フィルター１０は必要としない波長の光を反射し、必要とする波長の光を透過させ、透過した光を検知素子２２に入射させる。
【０００３】
赤外線透過フィルター１０は、例えば図６に示すように、所望の透過させたい光の波長をλとして、λ／４の光学膜厚で高屈折率物質層１２及び低屈折率物質層１３を基板１１上に交互に積層することにより得られる。この光学膜厚（ｎｄ）は、光学膜厚（ｎｄ）＝実際の膜厚（ｄ）×波長λの光に対する物質の屈折率（ｎ）で表わされる。
【０００４】
一般に透過フィルターは２以上の異なる反射曲線を有する反射膜を積層することにより設計される。例えば、中心波長λ１とする反射曲線を有する反射膜（図７（ａ））と中心波長λ２とする反射曲線を有する反射膜（図７（ｂ））を組み合わせることにより、図７（ｃ）に示すように高反射率の帯域を拡張できる。また、中心波長λ１とする反射曲線を有する反射膜（図８（ａ））と中心波長λ１から離れた中心波長λ３とする反射曲線を有する反射膜（図８（ｂ））を組み合わせることにより、図８（ｃ）に示すように中心波長λ１とλ２の間に高透過率の帯域を有する透過フィルターを形成できる。このようにして所望の選択透過性を有する赤外線透過フィルター１０を得ることができる。
【０００５】
このような赤外線透過フィルターとして、例えば特開平１−１０８５０４号公報に開示されたものがある。当該赤外線透過フィルターでは、シリコン（Ｓｉ）基板表面に真空蒸着によって、ゲルマニウム（Ｇｅ）からなる高屈折率物質層と硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる低屈折率物質層が交互に積層された多層膜が形成されている。表１にこれらの物質を用いて作製された透過フィルターの構造例を示し、図９に当該透過フィルターの分光特性を示す。
【０００６】
【表１】
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【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この透過フィルターに用いられているゲルマニウムの屈折率は約４、硫化亜鉛の屈折率は約２．２であって、この両者の組み合わせでは分光特性的に不十分なものである。すなわち、図１０のような反射特性を示す多層反射膜を考えてみた場合、次の式１から理解されるように、積層数が多く、高屈折率物質と低屈折率物質の屈折率比（ｎＨ／ｎＬ）が大きい程反射率が高く、式２から理解されるように、高屈折率物質と低屈折率物質の屈折率比（ｎＨ／ｎＬ）が大きい程反射率の高い波長帯域（Δλ／λ）が広くなる。しかし、この程度の屈折率比では、必要な反射帯域、反射率を得ようとすれば積層する数を多くしなければならず、成膜時間や成膜材料の使用量が多くなり、成膜コストが増大してしまう。
【０００８】
【式１】
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【０００９】
【式２】
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特に、低波長側の赤外線をカットするには不利なものであり、図９に示す如く短波長側、特に４０００ｎｍ以下に透過帯域を生じてしまう。人体検知センサーや炎検知センサーにおいては、５，０００ｎｍ〜１０，０００ｎｍ程度の波長を検知するようにしているので、それよりも低波長領域の赤外線の存在は検知センサーの検出感度などの検出性能に影響を及ぼすおそれがあり、このような低波長側の赤外線をカットしたい。このためには、上記蒸着物質を用いたのでは積層数を多くしなければならない。
【００１０】
また、赤外線透過フィルターは真空蒸着装置を用いて造られるが、低屈折率物質層に使用するＺｎＳは真空蒸着装置内部の微小な隙間に侵入堆積しやすく、ダストを発生し、膜品質の低下を引き起こす原因ともなっていた。このため、頻繁な清掃を必要とし、生産性の低下にも繋がっていた。
【００１１】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、少数層で生産性に優れた赤外線透過フィルター、しかも４，０００ｎｍ以下の波長をカットした赤外線透過フィルターを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の赤外線透過フィルターは、赤外線透過性基板の少なくとも一方の面に、ゲルマニウムからなる高屈折率物質層と希土類フッ化物からなる低屈折率物質層とがこの順序で交互に積層した多層膜が形成されたことを特徴としている。
【００１３】
また、この赤外線透過フィルターは、４，０００ｎｍ以下の波長をカットしたことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、この赤外線透過フィルターにおいては、前記多層膜は、反射する光線の波長が異なる少なくとも２種以上の反射膜が組み合わされており、この反射膜のうち少なくとも一つは、高屈折率物質層及び低屈折率物質層が７層以上積層されたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、これらの赤外線透過フィルターにおいては、赤外線透過性基板は、ゲルマニウム若しくはシリコンからなることを特徴とし、前記希土類フッ化物は、フッ化イットリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ネオジム、フッ化ランタン、フッ化ジスプロシウムのいずれかであることを特徴とするものでもある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態である赤外線透過フィルター１０の構造図である。この赤外線透過フィルター１０は、赤外線透過性基板１１の片面に、高屈折率物質層１２、低屈折率物質層１３、高屈折率物質層１２、低屈折率物質層１３、………と順次交互に（２ｐ＋１）層積層した多層膜が形成されている。高屈折率物質層１２はゲルマニウムからなり、低屈折率物質層１３は希土類フッ化物からなる。この希土類フッ化物は、フッ化イットリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ネオジム、フッ化ジスプロシウムのいずれかから選ばれる。ゲルマニウムの屈折率は約４程度であるのに対し、希土類フッ化物の屈折率は１．４〜１．６程度であり、その屈折率比（ｎＨ／ｎＬ）は硫化亜鉛を用いた場合に比べると飛躍的に大きくなる。すなわち、本発明は、以下に述べるようにゲルマニウムと希土類フッ化物とを用いて少ない層数で高い反射率の多層膜を形成し、これにより生産性に優れた赤外線透過フィルター１０を得るものである。
【００１７】
また、希土類フッ化物は、水溶性がほとんどないか又は水に不溶であって、耐湿性に優れた多層膜を得ることができる。特に、フッ化イットリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ランタン、フッ化ネオジム、フッ化ジスプロシウムは蒸発安定性（揮散性）や赤外透過性等に優れ、入手も容易であり、本発明の低屈折率物質として好適である。しかも、希土類フッ化物は真空蒸着装置内部にある隙間に侵入堆積しにくく、膜汚染が少なく高品質のフィルターを容易に得ることができる。
【００１８】
赤外線透過性基板１１には、従来から用いられている基板１１であれば特に限定されるものではなく、通例、シリコン基板若しくはゲルマニウム基板が用いられる。
【００１９】
当該赤外線透過フィルター１０は、例えば表２に示すように、上記高屈折率物質層１２及び低屈折率物質層１３が積層されてなる反射膜が複数積層されている。より具体的に説明すると、光学膜厚の異なる層が４種類積層されてなり、光学膜厚の等しい複数の高屈折率物質層１２及び低屈折率物質層１３が積層された反射膜が２つ形成されている。この２つの反射膜（第２層〜第９層並びに第１０層〜第２１層）はそれぞれ７層（ｐ≧３）以上積層されている。このように７層以上に高屈折率物質層１２と低屈折率物質層１３とを積層することによって、広い帯域の高反射帯域を得ることができる。しかも、低波長域における赤外線をカットすることができる。図２に当該赤外線透過フィルター１０の分光特性を示すが、同図に示す如く低波長側の赤外線、特に４，０００ｎｍ以下の波長をほぼ１００％カットしていることが理解される。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
このように本発明においては、少ない積層数でもって低波長側の赤外線を効率よくカットすることができる。
【００２２】
図３は本発明の別な実施形態である赤外線透過フィルター１０の構造図である。当該赤外線透過フィルター１０は、赤外線透過フィルター１０の両面に多層膜を設けられており、このように赤外線透過性基板１１の両側に多層膜を設けてもよいのは言うまでもない。
【００２３】
【実施例】
次に以下の実施例に基づき、本発明の効果について確認した。
表３に示す条件にて、シリコン基板上に高屈折率物質層と低屈折率物質層とを交互に積層した。次いで得られた赤外線透過フィルターにつき、外観、密着度、耐湿性について評価試験を行った。外観は、剥がれやクラックの有無を目視にて観察した。密着度は、１８ｍｍ幅の粘着テープ（商品名：スコッチテープ）を膜面に貼り付け。９０°方向に引っ張り剥離状態を目視にて観察した。耐湿性は、熱湯中にて透過フィルターを３０分間煮沸し、膜の剥がれ等を目視にて観察評価すると共に８５°、８５％ＲＨ下に１００時間放置し、外観、分光特性の異常の有無を評価した。その結果を表３にまとめた。なお、各層の光学膜厚は表１に示す通りである。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
表３から分かるように、実施例及び比較例のいずれの赤外線透過フィルターを取ってみても剥がれやクラックがなく、また、密着性についても特に問題はなかった。さらに、耐湿性試験においても、異常はなかった。
【００２６】
一方、上記実施形態において示したように、実施例の赤外線透過フィルターでは、低波長側における赤外線、特に４，０００ｎｍ以下の赤外線をほぼ１００％カットしていた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、赤外線透過性基板の少なくとも一方の面に、ゲルマニウムからなる高屈折率物質層と希土類フッ化物からなる低屈折率物質層とがこの順序で交互に積層した多層膜が形成されているので、少ない積層数にて十分な選択透過性のある赤外線透過フィルターが得られる。特に、低波長側領域の赤外線、具体的には４，０００ｎｍ以下の赤外線をほぼカットした赤外線透過フィルターを得ることができる。
【００２８】
しかも、低屈折率物質である希土類フッ化物は、真空蒸着装置内部の隙間に侵入、堆積しにくい。このため、ホコリの発生が少なく異物混入のおそれもほとんどない。これにより、清掃作業回数が減少し、生産性が大きく向上する。
【００２９】
さらに、希土類フッ化物は吸湿性が少なく、耐湿性のよい赤外線透過フィルターを提供できる。
【００３０】
この赤外線透過フィルターにおいては、反射する光線の波長が異なる少なくとも２種以上の反射膜を組み合わせることにより、少ない積層数で透過波長を任意に設定することができる。
【００３１】
また、前記反射膜の少なくとも一において高屈折率物質層及び低屈折率物質層を７層以上積層することにより、優れた透過選択性の赤外線透過フィルターとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である赤外線透過フィルターの構造図である。
【図２】本発明の赤外線透過フィルターの分光特性を示す一例である。
【図３】本発明の別な実施形態である赤外線透過フィルターの構造図である。
【図４】赤外線検知センサーの一例を示す分解斜視図である。
【図５】赤外線透過フィルターの一例を示す構造図である。
【図６】従来例である赤外線フィルターの構造図である。
【図７】赤外線透過フィルターの波長選択性の設計方法を示す一説明図である。
【図８】赤外線透過フィルターの波長選択性の設計方法を示す別の説明図である。
【図９】従来例である赤外線フィルターの分光特性を示す一例である。
【図１０】赤外線反射特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１１　赤外線透過性基板
１２　高屈折率物質層
１３　低屈折率物質層
【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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【図９】
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【図１０】
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