專利名稱：光學(xué)濾波器及光學(xué)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)濾波器及光學(xué)設(shè)備。本申請以日本專利特愿2003-084984號及特愿2003-299223號為基礎(chǔ)申請，并引用了其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
在生物體試料的觀察等中使用的光學(xué)設(shè)備即熒光顯微鏡，在使激勵光照射經(jīng)染色處理后的細(xì)胞等試料時，通過觀察試料產(chǎn)生的熒光，來分析試料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
近年來為了分析基因組，需要對例如由具有502nm波長的激勵光激勵的、且在526nm波長具有峰值的熒光進行觀察。在這種情況下，由于激勵光的波長與熒光的波長接近，所以為了有效地檢測出熒光，光學(xué)濾波器被用作確定熒光的測定靈敏度和精度的非常重要的關(guān)鍵部件，這種光學(xué)濾波器利用阻止頻帶切斷激勵光，使熒光觀察波長的光在透射頻帶透射。
這種光學(xué)濾波器，要求在透射頻帶和阻止頻帶的邊界處具有分光特性的急劇上升、而且在透射頻帶基本透射100％的光的性能。另外，希望在透射頻帶沒有相對波長增減的透射率的周期波動(脈動)。
這樣，切斷規(guī)定波長頻帶的光、而透射其他波長的光的光學(xué)濾波器即負(fù)濾波器，如圖10A所示，通過在基板上形成交替疊層了高折射率層和低折射率層的多層膜制作而成。在圖10A中，橫軸表示光學(xué)膜厚，縱軸表示膜的折射率。在圖10B中，把構(gòu)成膜時透過膜的光的波長與透過率的關(guān)系表示為分光特性。
該光學(xué)濾波器越增加上述層數(shù)，越能夠使透射頻帶和阻止頻帶的邊界處的上升變急劇。并且，如圖11A所示，也可以通過進行改變各層的光學(xué)膜厚來減少脈動的膜設(shè)計。圖11B表示減少了脈動的情況。
如圖12A所示，使膜的折射率在膜厚方向周期性地連續(xù)變化，使其折射率分布形成為被稱為波束(Wavelet)的形狀，如圖12B所示，可以從原理上消除透射頻帶的脈動(例如，參照非專利文獻1“W.H.Southwell，Using Apodization Function to Reduce Sidelobes inRugate Filters，Appl.Opt.，Vol.28(1989)P.5091-5094”)。
另外，還提出有例如圖13A所示，通過將連續(xù)的折射率分別分割成階梯狀來使其近似的方法，設(shè)置使周期的中間部分的高折射率層和低折射率層的各自折射率為一定的反復(fù)層的結(jié)構(gòu)等(例如，參照日本專利第3290629號公報的圖1，非專利文獻2“P.G.Very，J.A.Dobrowolski，W.J.Wild，and R.L.Burton，Synthesis of high rejection filters withthe Fourier transform method，Appl.Opt.，Vol.28(1989)P.2864-2875”，非專利文獻2“HAND BOOK OF OPTICS，Second Edition，Vol.1，F(xiàn)undamentals，Techniques，and Design，OPTICAL SOCIETY OFAMERICA，McGRAW-Hill，1995，p42.50)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的光學(xué)濾波器具有基板和形成于所述基板上的薄膜，所述薄膜具有從所述基板側(cè)交替疊層的低折射率層和折射率高于該低折射率層的高折射率層，在該薄膜上還形成有所述高折射率層的折射率從所述基板側(cè)逐漸變高的第1疊層部；與該第1疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率與構(gòu)成所述第1疊層部的高折射率層中最高的折射率大致相同的第2疊層部；與該第2疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率從所述第2疊層部側(cè)逐漸變低的第3疊層部，在從所述第1疊層部到所述第3疊層部中至少一個疊層部中，插入所述高折射率層的折射率被設(shè)定為低于通過所述低折射率層而鄰接的兩側(cè)的其他高折射率層的高折射率變動層部。
也可以在所述第2疊層部與所述第1疊層部或所述第3疊層部的邊界處或者其附近，插入所述高折射率變動層部。
也可以使所述低折射率層的折射率與所述基板的折射率大致相同。
在把相對阻止透射的波長頻帶的中心波長(λ)的設(shè)計波長設(shè)為λ/n(n為整數(shù))時，也可以把所述高折射率層、所述低折射率層和所述高折射率變動層部的光學(xué)膜厚，設(shè)定為所述設(shè)計波長的大致n/4倍。
也可以把所述薄膜中構(gòu)成與所述基板鄰接的初始區(qū)域及其相反側(cè)的最終區(qū)域的至少一層的光學(xué)膜厚，設(shè)定為所述設(shè)計波長的大致n/2倍。
本發(fā)明的光學(xué)濾波器由基板和形成于所述基板上的薄膜構(gòu)成，所述薄膜具有從所述基板側(cè)交替疊層的低折射率層和折射率高于該低折射率層的高折射率層，在該薄膜上還形成有所述高折射率層的折射率從所述基板側(cè)逐漸變高的第1疊層部；與該第1疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率與構(gòu)成所述第1疊層部的高折射率層中最高的折射率大致相同的第2疊層部；與該第2疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率從所述第2疊層部側(cè)逐漸變低的第3疊層部，在從所述第1疊層部到所述第3疊層部中至少一個疊層部中，插入所述低折射率層的折射率被設(shè)定為高于通過所述高折射率層而鄰接的兩側(cè)的其他低折射率層的低折射率變動層部。
也可以使所述高折射率層的折射率與所述基板的折射率大致相同。
本發(fā)明的光學(xué)濾波器由基板和形成于所述基板上的薄膜構(gòu)成，所述薄膜具有從所述基板側(cè)交替疊層的低折射率層和折射率高于該低折射率層的高折射率層，在該薄膜上還形成有所述高折射率層的折射率從所述基板側(cè)逐漸變高，并且所述低折射率層的折射率從所述基板側(cè)逐漸變低的第1疊層部；與該第1疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率與構(gòu)成所述第1疊層部的高折射率層中最高的折射率大致相同，并且所述低折射率層的折射率與構(gòu)成所述第1疊層部的低折射率層中最低的折射率大致相同的第2疊層部；與該第2疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率從所述第2疊層部側(cè)逐漸變低，并且所述低折射率層的折射率從所述第2疊層部側(cè)逐漸變高的第3疊層部，所述高折射率層的折射率被設(shè)定為低于通過所述低折射率層而鄰接的兩側(cè)的其他所述高折射率層的高折射率變動層部、和所述低折射率層的折射率被設(shè)定為高于通過所述高折射率層而鄰接的兩側(cè)的其他所述低折射率層的低折射率變動層部中的至少一方，被插入從所述第1疊層部到所述第3疊層部的至少一個疊層部中。
也可以在所述第2疊層部與所述第1疊層部或所述第3疊層部的邊界處或者其附近，插入所述高折射率變動層部和所述低折射率變動層部中的至少一方。
在把相對阻止透射的波長頻帶的中心波長(λ)的設(shè)計波長設(shè)為λ/n(n為整數(shù))時，也可以把所述高折射率層、所述低折射率層、所述高折射率變動層部和所述低折射率變動層部的光學(xué)膜厚，設(shè)定為所述設(shè)計波長的大致n/4倍。
也可以把所述薄膜中構(gòu)成與所述基板鄰接的初始區(qū)域及其相反側(cè)的最終區(qū)域的至少一層的光學(xué)膜厚，設(shè)定為所述設(shè)計波長的大致n/2倍。
本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備具有所述光學(xué)濾波器。


圖1是表示具有本發(fā)明的光學(xué)濾波器的光學(xué)設(shè)備的第1實施方式即熒光顯微鏡的概況的圖。
圖2A和圖2B是表示該熒光顯微鏡具有的光學(xué)濾波器即吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖3是表示該熒光顯微鏡的波長和透射率的關(guān)系的曲線圖。
圖4A和圖4B是表示本發(fā)明的光學(xué)濾波器的第2實施方式即吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖5A和圖5B是表示本發(fā)明的光學(xué)濾波器的第3實施方式即吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖6A和圖6B是表示上述第1實施方式的其他示例的圖，是表示吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖7A和圖7B是表示上述第1實施方式的其他示例的圖，是表示吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖8A和圖8B是表示上述第3實施方式的其他示例的圖，是表示吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖9A和圖9B是表示上述第3實施方式的其他示例的圖，是表示吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖10A和圖10B是表示以往的吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖11A和圖11B是表示以往的吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖12A和圖12B是表示所述非專利文獻1記載的以往的吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖13A和圖13B是表示以往的吸收濾波器的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖14A和圖14B是表示本發(fā)明的光學(xué)濾波器即吸收濾波器的其他實施方式的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖15A和圖15B是表示本發(fā)明的光學(xué)濾波器即吸收濾波器的其他實施方式的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
圖16A和圖16B是表示本發(fā)明的光學(xué)濾波器即吸收濾波器的其他實施方式的膜結(jié)構(gòu)和分光特性的曲線圖。
具體實施例方式
以下，參照圖1～圖3說明本發(fā)明的第1實施方式。
如圖1所示，本實施方式的熒光顯微鏡(光學(xué)設(shè)備)10具有激勵濾波器11、分色鏡12、吸收濾波器(光學(xué)濾波器)13、目鏡14和物鏡15。
激勵濾波器11被設(shè)置在光源16的光路上，并且僅選擇性地把從光源16產(chǎn)生的光中特定波長的部分作為激勵光透射。
分色鏡12是半透射鏡，被設(shè)定成變更光路以使透射激勵濾波器11的光的光路照射到所放置的例如生物體細(xì)胞等的標(biāo)本17上，并且使通過該照射從標(biāo)本17產(chǎn)生的熒光透射到觀察側(cè)。目鏡14和物鏡15被設(shè)置成可以觀察上述熒光。
吸收濾波器13由玻璃制基板18、形成于該基板18上的薄膜19、設(shè)在薄膜19上的入射側(cè)介質(zhì)18A構(gòu)成，僅選擇性地使上述熒光透射。入射側(cè)介質(zhì)18A由具有與基板18相同的折射率的部件(例如玻璃板)構(gòu)成。
如圖2A所示，薄膜19通過從基板18側(cè)交替地疊層折射率相對較低的低折射率層20和折射率相對較高的高折射率層21而構(gòu)成，具有高折射率層21的折射率從基板18側(cè)逐漸變高的第1疊層部22；與第1疊層部22鄰接，高折射率層21的折射率與構(gòu)成第1疊層部22的高折射率層21中最高的折射率大致相同的第2疊層部23；與第2疊層部23鄰接，高折射率層21的折射率從第2疊層部23側(cè)逐漸變低的第3疊層部24。
另外，所述“大致相同”是指折射率完全相同或者折射率的偏差在0.2以內(nèi)的范圍。
低折射率層20主要由氧化硅構(gòu)成，高折射率層21主要由氧化鈮構(gòu)成。
在本實施方式中，設(shè)基板18和入射側(cè)介質(zhì)18A的折射率為1.52，使高折射率層21的折射率從1.98到2.3進行變化，設(shè)低折射率層20的折射率為一定值，即1.72。
在薄膜19中，在第1疊層部22和第3疊層部24內(nèi)、而且是與第2疊層部23的邊界處，各插入一層高折射率變動層部25，其中的高折射率層21的折射率被設(shè)定為低于通過低折射率層20而鄰接的兩側(cè)的其他高折射率層21。
在本實施方式中，第2疊層部23的高折射率層21的折射率為與第1疊層部22的高折射率層21的折射率中的最高值相同的2.3，把高折射率變動層部25的折射率設(shè)為2.2。
薄膜19在把相對阻止透射的波長頻帶的中心波長(λ)的設(shè)計波長設(shè)為λ/n(n為整數(shù))時，例如n＝1，高折射率層21和低折射率層20的光學(xué)膜厚被設(shè)定為設(shè)計波長的1/4倍，構(gòu)成與基板18鄰接的初始區(qū)域26及與其相反側(cè)的入射側(cè)介質(zhì)18A鄰接的最終區(qū)域27的各一層的光學(xué)膜厚，被設(shè)定為設(shè)計波長的1/2倍。
在本實施方式中，由于把λ設(shè)定為600nm，所以各個光學(xué)膜厚分別為150nm、300nm。
另外，圖2B表示設(shè)疊層總數(shù)為45層，作為從薄膜的初始區(qū)域26到最終區(qū)域27各層沒有折射率分散的模擬結(jié)果。
下面，說明本實施方式的熒光顯微鏡10的觀察方法。
如圖1所示，從光源16射出的光通過激勵濾波器11成為特定波長的激勵光，然后投射到分色鏡12上。該激勵光通過分色鏡12使光路折彎，并在物鏡15聚光后照射到標(biāo)本17上。通過該照射，從標(biāo)本17產(chǎn)生熒光。熒光通過物鏡15成為平行光，并到達分色鏡12，進一步透射后到達吸收濾波器13。
到達吸收濾波器13的熒光從入射側(cè)介質(zhì)18A側(cè)入射，透過圖2A所示的第3疊層部24、第2疊層部23、第1疊層部22后，從圖1所示的基板18側(cè)再次射出到外部。
具有熒光以外的波長的激勵光等也混合入射到吸收濾波器13。但是，由于薄膜19具有上述的第1疊層部22～第3疊層部24，所以吸收濾波器13一面阻止激勵光等所屬的波長頻帶即阻止頻帶28中的光射出到外部，一面使熒光所屬的波長頻帶即透射頻帶29中的光透射。
此時，由于插入有高折射率變動層部25，高折射率層21和低折射率層20的光學(xué)膜厚被設(shè)定為設(shè)計波長的1/4倍，所以透射的光因成膜時的膜厚控制性良好而具有穩(wěn)定的光學(xué)特性。
另外，由于把構(gòu)成初始區(qū)域26及其相反側(cè)的最終區(qū)域27的各一層的光學(xué)膜厚設(shè)定為設(shè)計波長的1/2倍，所以相對想要檢測熒光的波長，能夠抑制透射率的脈動。
從吸收濾波器13射出的熒光，透過目鏡14而聚光，并到達觀察側(cè)。
通過采用吸收濾波器13，例如圖2B所示，阻止頻帶28和透射頻帶29的邊界處的分光特性的上升急劇，并且?guī)缀跄軌蛲耆种圃谕干漕l帶29的脈動29a。并且，由于是容易進行成膜時的控制的膜結(jié)構(gòu)，所以能夠提高光學(xué)特性的穩(wěn)定性。另外，根據(jù)這種熒光顯微鏡10，由于吸收濾波器13具有圖3所示的接近理想濾波器的光學(xué)特性，所以能夠無衰減地透射如果是以往的濾波器則會形成透射光量降低的波長區(qū)域的光量(光量增加部分)。結(jié)果，能夠顯著提高熒光測定中的檢測靈敏度，并且可以提高基因組分析等的分析精度、檢測精度，縮短觀察時間。
下面，參照圖4A說明本發(fā)明的第2實施方式。另外，在以下說明中，對與上述第1實施方式中說明的構(gòu)成要素相同的要素賦予相同符號，并省略其說明。
本實施方式與上述第1實施方式的不同之處是，在本實施方式的薄膜30中，插入低折射率變動層部31而不是高折射率變動層部25，使構(gòu)成第1疊層部22和第3疊層部24的低折射率層20的折射率也變化。
即，在薄膜30中，構(gòu)成第1疊層部22的低折射率層20的折射率形成為從基板18側(cè)逐漸變低，構(gòu)成第2疊層部23的低折射率層20的折射率形成為與構(gòu)成第1疊層部22的低折射率層20中最低的折射率大致相同，構(gòu)成第3疊層部24的低折射率層20的折射率形成為從第2疊層部23側(cè)逐漸變高。
并且，在第2疊層部23和第1疊層部22及第3疊層部24的邊界處，各插入一層低折射率變動層部31，其低折射率層20的折射率被設(shè)定為高于通過高折射率層21鄰接的兩側(cè)的低折射率層20。
另外，在本實施方式中，如圖4A所示，使第1疊層部22的低折射率層20的折射率從1.5變化到1.72，把第2疊層部23的低折射率層20的折射率設(shè)為和第1疊層部22的低折射率層20中最低折射率相同的1.5，把低折射率變動層部31的折射率設(shè)為1.53。
并且，圖4B表示在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)疊層總數(shù)為45層，作為從初始區(qū)域26到最終區(qū)域27各層沒有折射率分散的模擬結(jié)果。
根據(jù)本實施方式的吸收濾波器和熒光顯微鏡，例如圖4B所示，與上述第1實施方式相同，可以減小熒光在透射頻帶的脈動29a，能夠穩(wěn)定獲得充足的光量。
下面，參照圖5A說明本發(fā)明的第3實施方式。另外，在以下說明中，對和上述第1及第2實施方式中說明的構(gòu)成要素相同的要素賦予相同符號，并省略其說明。
本實施方式與上述第2實施方式的不同之處是，在薄膜32中插入高折射率變動層部25。
即，在薄膜32中，在第1疊層部22內(nèi)而且是與第2疊層部23的邊界處、以及在第3疊層部24內(nèi)而且是與第2疊層部23的邊界處，各插入一層高折射率變動層部25，其高折射率層21的折射率被設(shè)定為低于通過低折射率層20鄰接的兩側(cè)的高折射率層21。
并且，在第2疊層部23內(nèi)而且是與第1疊層部22和第3疊層部24的邊界處，各插入一層低折射率變動層部31，其低折射率層20的折射率被設(shè)定為高于通過高折射率層21鄰接的兩側(cè)的低折射率層20。
并且，在本實施方式中，如圖5A所示，使低折射率層20和高折射率層21的折射率進行與上述各實施方式相同的變化，并且把高折射率變動層部25和低折射率變動層部31的折射率設(shè)為與上述各實施方式相同的值。
并且，圖5B表示在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)疊層總數(shù)為45層，作為從初始區(qū)域26到最終區(qū)域27各層沒有折射率分散的模擬結(jié)果。
根據(jù)本實施方式的吸收濾波器和熒光顯微鏡，例如圖5B所示，與上述各實施方式相同，可以更加良好地抑制透射頻帶的熒光的脈動，能夠穩(wěn)定獲得充足的光量。
另外，在本實施方式中，設(shè)n＝1，設(shè)設(shè)計波長與中心波長相同為600nm，設(shè)高折射率層21和低折射率層20的光學(xué)膜厚為設(shè)計波長的1/4倍，而且把構(gòu)成初始區(qū)域26及其相反側(cè)的最終區(qū)域27的各一層的光學(xué)膜厚設(shè)定為其2倍即1/2倍。但是，如果設(shè)n＝2，設(shè)設(shè)計波長為300nm，設(shè)高折射率層21和低折射率層20的光學(xué)膜厚為設(shè)計波長的1/2倍，而且把構(gòu)成初始區(qū)域26及其相反側(cè)的最終區(qū)域27的各一層的光學(xué)膜厚設(shè)定為其2倍即1/1倍，由此形成薄膜32，也能夠獲得具有和圖5B完全相同的分光特性的吸收濾波器。
另外，相對中心波長600nm，把設(shè)計波長設(shè)為600/n(n為整數(shù))nm，把高折射率層21和低折射率層20的光學(xué)膜厚為設(shè)計波長的1/4倍，而且把構(gòu)成初始區(qū)域26及其相反側(cè)的最終區(qū)域27的各一層的光學(xué)膜厚設(shè)定為其2倍即n/2倍，由此形成薄膜，也能夠獲得具有相同分光特性的吸收濾波器。
另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述各實施方式，可以在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)施加各種變更。
例如，作為上述第1實施方式的其他示例，如圖6A所示，也可以采用在圖2A所示薄膜結(jié)構(gòu)中不插入低折射率變動層部31，而使低折射率層20的折射率逐漸變化的薄膜33。另外，如圖7A所示，也可以采用在第2疊層部23內(nèi)而且是與第1疊層部22和第3疊層部24的邊界附近各插入一層高折射率變動層部25的薄膜34。無論在哪種情況下，作為使用了各個薄膜的模擬結(jié)果，如圖6B和圖7B所示，可以獲得和上述實施方式相同的作用、效果。
并且，作為上述第3實施方式的其他示例，如圖8A所示，也可以采用在第1疊層部22和第3疊層部24內(nèi)各插入一層高折射率變動層部25的薄膜35。同樣，圖8B表示模擬結(jié)果。根據(jù)該薄膜35，與第1實施方式相比更加能夠抑制脈動。
并且，如圖9A所示，也可以采用把高折射率層21和低折射率層20的全部光學(xué)膜厚設(shè)定為設(shè)計波長的1/4倍的薄膜36。同樣，圖9B表示模擬結(jié)果。在該薄膜36中，也可以減小脈動29a。
該情況下，相對中心波長600nm，把設(shè)計波長設(shè)為600/n(n為整數(shù))nm，把高折射率層21和低折射率層20的光學(xué)膜厚設(shè)為設(shè)計波長的n/4倍，由此形成薄膜，也能夠獲得具有和圖9B完全相同的分光特性的吸收濾波器。
另外，作為其他實施方式，也可以采用如圖14A所示結(jié)構(gòu)，在把形成薄膜37的基板18的折射率設(shè)為1.8時，低折射率層20的折射率與基板18的折射率相同為一定值即1.8，使第1疊層部22的高折射率層21的折射率以變化率逐漸變大的形式從1.82逐漸變高到2.2，使第3疊層部24的高折射率層21的折射率以變化率逐漸變小的形式從2.2逐漸變低到1.82。此時，在第1疊層部22內(nèi)而且是與第2疊層部23的邊界處、以及在第3疊層部24內(nèi)而且是與第2疊層部23的邊界處，各插入一層折射率為2.12的高折射率變動層部25。
另外，薄膜37的光學(xué)膜厚為設(shè)計波長的1/4倍，相對λ＝600為150nm，設(shè)疊層總數(shù)為70層。
圖14B表示作為從初始區(qū)域26到最終區(qū)域27各層沒有折射率分散的模擬結(jié)果。
如圖14B所示，該薄膜37也能夠獲得和上述第1實施方式相同的作用、效果，可以抑制脈動。并且，也能夠充分阻止在阻止頻帶的光的透射，使透射頻帶的光更加良好地透射。
并且，作為其他示例，也可以采用如圖15A所示結(jié)構(gòu)，把形成薄膜38的基板18的折射率設(shè)為1.5時，低折射率層20的折射率與基板18相同為一定值即1.5，使第1疊層部22的高折射率層21的折射率以直線性變化率從1.6變高到2.3，使第3疊層部24的高折射率層21的折射率以直線性變化率從2.3變低到1.6。此時，在第1疊層部22內(nèi)而且是與第2疊層部23的邊界處、以及在第3疊層部24內(nèi)而且是與第2疊層部23的邊界處，各插入一層折射率為2.18的高折射率變動層部25。
另外，薄膜38的光學(xué)膜厚為設(shè)計波長的1/4倍，相對λ＝600為150nm，設(shè)疊層總數(shù)為47層。
圖15B表示作為從初始區(qū)域26到最終區(qū)域27各層沒有折射率分散的模擬結(jié)果。
如圖15B所示，該薄膜38也能夠獲得和上述第1實施方式相同的作用、效果，可以抑制脈動。
如以上說明的那樣，與高折射率層21的折射率的變化率無關(guān)，無論在哪種情況下都能夠抑制脈動。并且，可以減小基板18和薄膜38之間的損耗，使透射頻帶的光更加良好地透射。
另外，作為其他實施方式，也可以采用如圖16A所示結(jié)構(gòu)，在把形成薄膜39的基板18的折射率設(shè)為1.8時，使高折射率層21的折射率與基板18的折射率相同為一定值即1.8，使第1疊層部22的低折射率層20的折射率以直線式變化率從1.76變低到1.4，使第3疊層部24的低折射率層20的折射率以直線式變化率從1.4變高到1.76。
此時，在第1疊層部22內(nèi)而且是與第2疊層部23的邊界處、以及在第3疊層部24內(nèi)而且是與第2疊層部23的邊界處，各插入一層折射率為1.48的低折射率變動層部31。
另外，薄膜39的光學(xué)膜厚為設(shè)計波長λ＝600nm的1/4倍即150nm，設(shè)疊層總數(shù)為57層。
圖16B表示作為從初始區(qū)域26到最終區(qū)域27各層沒有折射率分散的模擬結(jié)果。
如圖16B所示，該薄膜39也能夠獲得和上述其他實施方式相同的作用、效果，可以抑制脈動。并且，可以減小基板18和薄膜39之間的損耗，使透射頻帶的光更加良好地透射。
另外，中心波長(λ)不限于600nm，根據(jù)激勵光的波長和想要檢測的熒光的波長，通過適當(dāng)變更λ的值，可以獲得所期望的光學(xué)特性。
并且，基板的材質(zhì)不限于玻璃，也可以采用塑料。另外，也可以設(shè)置多層低折射率變動層部31，高折射率變動層部25和低折射率變動層部31至少插入一層即可。
其中，上述高折射率變動層部25的插入位置為第2疊層部23與第1疊層部22或第3疊層部24的邊界處或其附近位置(例如距邊界為4層以內(nèi))時，可以獲得更加良好的效果。
第1疊層部22的低折射率層20、第1疊層部22的高折射率層21的折射率的變化率，第3疊層部24的低折射率層20、第3疊層部24的高折射率層21的折射率的變化率，可以是直線式也可以是曲線式，都能夠獲得相同的作用、效果。
如以上說明的那樣，本發(fā)明可以發(fā)揮以下效果。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器，在使光透射時，阻止相當(dāng)于規(guī)定的波長附近的阻止頻帶的光，使相當(dāng)于除此以外的波長的透射頻帶的光透射，根據(jù)這種濾波特性，可以使透射頻帶和阻止頻帶的邊界變陡峻，增加透射光量，并且抑制透射頻帶的脈動。即，由于具有第1疊層部至第3疊層部、和插入從第1疊層部到第3疊層部中至少一個疊層部中的折射率變動層部，所以能夠使阻止頻帶和透射頻帶的邊界處的分光特性的上升變急劇。并且，可以幾乎完全抑制在透射頻帶的脈動，形成容易進行成膜時的膜厚控制的膜結(jié)構(gòu)，能夠獲得阻止頻帶和透射頻帶的邊界更加明確的高性能的濾波特性。
并且，在使低折射率層的折射率和基板的折射率相同的情況下，能夠在阻止頻帶充分阻止光，并且在透射頻帶進一步增加透射光量。
并且，在把高折射率層、低折射率層、高折射率變動層部的光學(xué)膜厚設(shè)為設(shè)計波長的大致n/4倍時，能夠使實際成膜時的膜厚控制性能提高，獲得穩(wěn)定的光學(xué)特性。
并且，在把與基板鄰接的初始區(qū)域及其相反側(cè)的最終區(qū)域的至少一層的光學(xué)膜厚設(shè)為設(shè)計波長的大致n/2倍時，能夠進一步抑制在透射頻帶脈動，提高分光特性。
本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備具有光學(xué)濾波器，該光學(xué)濾波器在使透射的波長和阻止透射的波長接近時，在透射頻帶和阻止頻帶之間具有陡峻的邊界，由此能夠使透射頻帶的波長的光量有效透射并且不會被削減，可以發(fā)揮分光特性良好的濾波性能。即，通過具有本發(fā)明的光學(xué)濾波器，可以在觀察時切斷不需要的光，而有效選擇所期望波長的光，與以往的技術(shù)相比，能夠提高熒光等光的檢測靈敏度。
本發(fā)明涉及光學(xué)濾波器和光學(xué)設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)濾波器，具有從第1疊層部到第3疊層部、和插入從第1疊層部到第3疊層部中至少一個疊層部中的折射率變動層部，所以能夠使阻止頻帶和透射頻帶的邊界處的分光特性的上升變急劇。并且，可以幾乎完全抑制在透射頻帶的脈動，形成容易進行成膜時的膜厚控制的膜結(jié)構(gòu)，能夠獲得阻止頻帶和透射頻帶的邊界更加明確的高性能的濾波特性。
并且，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備，由于具有本發(fā)明涉及的光學(xué)濾波器，所以在觀察時能夠切斷不需要的光，而有效選擇所期望波長的光，與以往技術(shù)相比，能夠提高熒光等光的檢測靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)濾波器，具有基板和形成于所述基板上的薄膜，所述薄膜具有從所述基板側(cè)交替疊層的低折射率層和折射率高于該低折射率層的高折射率層，在該薄膜上還形成有所述高折射率層的折射率從所述基板側(cè)逐漸變高的第1疊層部；與該第1疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率與構(gòu)成所述第1疊層部的高折射率層中最高的折射率大致相同的第2疊層部；與該第2疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率從所述第2疊層部側(cè)逐漸變低的第3疊層部，在從所述第1疊層部到所述第3疊層部中至少一個疊層部中，插入所述高折射率層的折射率被設(shè)定為低于通過所述低折射率層而鄰接的兩側(cè)的其他高折射率層的高折射率變動層部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)濾波器，所述高折射率變動層部被插入在所述第2疊層部與所述第1疊層部或所述第3疊層部的邊界處或者其附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)濾波器，所述低折射率層的折射率與所述基板的折射率大致相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)濾波器，在把相對阻止透射的波長頻帶的中心波長(λ)的設(shè)計波長設(shè)為λ/n(n為整數(shù))時，所述高折射率層、所述低折射率層和所述高折射率變動層部的光學(xué)膜厚，被設(shè)定為所述設(shè)計波長的大致n/4倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)濾波器，所述薄膜中的構(gòu)成與所述基板鄰接的初始區(qū)域及其相反側(cè)的最終區(qū)域的至少一層的光學(xué)膜厚，被設(shè)定為所述設(shè)計波長的大致n/2倍。
6.一種光學(xué)濾波器，由基板和形成于所述基板上的薄膜構(gòu)成，所述薄膜具有從所述基板側(cè)交替疊層的低折射率層和折射率高于該低折射率層的高折射率層，在該薄膜上還形成有所述高折射率層的折射率從所述基板側(cè)逐漸變高的第1疊層部；與該第1疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率與構(gòu)成所述第1疊層部的高折射率層中最高的折射率大致相同的第2疊層部；與該第2疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率從所述第2疊層部側(cè)逐漸變低的第3疊層部，在從所述第1疊層部到所述第3疊層部中至少一個疊層部中，插入所述低折射率層的折射率被設(shè)定為高于通過所述高折射率層而鄰接的兩側(cè)的其他低折射率層的低折射率變動層部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)濾波器，所述高折射率層的折射率與所述基板的折射率大致相同。
8.一種光學(xué)濾波器，由基板和形成于所述基板上的薄膜構(gòu)成，所述薄膜具有從所述基板側(cè)交替疊層的低折射率層和折射率高于該低折射率層的高折射率層，在該薄膜上還形成有所述高折射率層的折射率從所述基板側(cè)逐漸變高，并且所述低折射率層的折射率從所述基板側(cè)逐漸變低的第1疊層部；與該第1疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率與構(gòu)成所述第1疊層部的高折射率層中最高的折射率大致相同，并且所述低折射率層的折射率與構(gòu)成所述第1疊層部的低折射率層中最低的折射率大致相同的第2疊層部；與該第2疊層部鄰接，所述高折射率層的折射率從所述第2疊層部側(cè)逐漸變低，并且所述低折射率層的折射率從所述第2疊層部側(cè)逐漸變高的第3疊層部，在從所述第1疊層部到所述第3疊層部的至少一個疊層部中，插入所述高折射率層的折射率被設(shè)定為低于通過所述低折射率層而鄰接的兩側(cè)的其他所述高折射率層的高折射率變動層部、和所述低折射率層的折射率被設(shè)定為高于通過所述高折射率層而鄰接的兩側(cè)的其他所述低折射率層的低折射率變動層部中的至少一方。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的光學(xué)濾波器，所述高折射率變動層部和所述低折射率變動層部中的至少一方，被插入在所述第2疊層部與所述第1疊層部或所述第3疊層部的邊界處或者其附近。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的光學(xué)濾波器，在把相對阻止透射的波長頻帶的中心波長(λ)的設(shè)計波長設(shè)為λ/n(n為整數(shù))時，把所述高折射率層、所述低折射率層、所述高折射率變動層部和所述低折射率變動層部的光學(xué)膜厚，設(shè)定為所述設(shè)計波長的大致n/4倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)濾波器，把所述薄膜中構(gòu)成與所述基板鄰接的初始區(qū)域及其相反側(cè)的最終區(qū)域的至少一層的光學(xué)膜厚，設(shè)定為所述設(shè)計波長的大致n/2倍。
12.一種光學(xué)設(shè)備，具有權(quán)利要求1、6、8中任意一項所述的光學(xué)濾波器。
全文摘要
一種光學(xué)濾波器，通過將折射率相對較低的低折射率層(20)和折射率相對較高的高折射率層(21)交替疊層而構(gòu)成，而且具有薄膜(19)，該薄膜(19)具有高折射率層(21)的折射率從基板(18)側(cè)逐漸變高的第1疊層部(22)；高折射率層(21)的折射率大于等于構(gòu)成第1疊層部(22)的高折射率層(21)中的最高折射率的第2疊層部(23)；和高折射率層(21)的折射率從第2疊層部(23)側(cè)逐漸變低的第3疊層部(24)，在該薄膜(19)中插入高折射率層(21)的折射率被設(shè)定為低于通過低折射率層(20)而鄰接的兩側(cè)的其他高折射率層(21)的高折射率變動層部(25)。
文檔編號G02B21/16GK1761891SQ200480007650
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者和田順雄, 川俁健, 豐原延好 申請人:奧林巴斯株式會社