滤光器、滤光器模块、光谱测量仪及光设备的制造方法_4

文档序号:9374003阅读:来源:国知局
0099]如图3㈧所示,从光源100照射的光(包括红光、蓝绿光、黄光)被采样(sample) 200反射、或者透过米样200,从而该光被输入到标准具滤光器300。标准具滤光器300作为光谱仪(spectroscope)而发挥功能,并只使输入的光(包括红光、蓝绿光、黄光)中的期望波长区域的光通过。在图3(A)的例子中,标准具滤光器300只使蓝绿光通过。通过了标准具滤光器300的光(透过光)入射到由光电二极管H)等构成的受光部400。受光部400通过光电转换将光信号转换成电信号。基于已获得的电信号,诸如执行采样200的比色、采样200的成分分析等。
[0100]根据标准具滤光器300的透过特性来确定光谱测量仪的测量灵敏度、测量精度。如上所述,由第一光学膜40及第二光学膜50的反射率来确定标准具滤光器300的透过特性。当各光学膜40、50的反射率高时,半值宽度变窄,当各光学膜40、50的反射率的低时,半值宽度变大。在这里,参照图10。图10是表示光学膜的反射率和滤光器的半值宽度之间的关系的一例图。从图10可明显看出,当光学膜的反射率高时,半值宽度变窄,当光学膜的反射率低时,半值宽度变大。
[0101]返回到图3继续说明。当标准具滤光器300的半值宽度窄时,由于只能取出期望波长的光,所以可提高测量精度。不过,由于透过标准具滤光器300的光的光量下降,所以可能有时存在受光部400不能检测到光的情况。另一方面,当标准具滤光器300的半值宽度大时,透过光的光量增大,受光部400变得易于进行光的检测。不过,其另一面,由于也导致检测到了除预期的波长之外的光,所以不可否认波长分辨率降低。因此,需要以满足半值宽度和光量这两者的方式进行光学膜的设计。
[0102]决定标准具滤光器的半值宽度的要素是光学膜的反射率,作为控制反射率的通常方法,有使材料变化的、使光学膜的层叠数变化的方法。不过,在变化材料时,可利用的材料的种类有限。此外,在使光学膜的层叠数变化时,由于反射率相对于层叠数只取离散值,所以有时不能设计目标反射率(或半值宽度、光量)。
[0103]如图3(B)所示,作为光学膜而使用的电介质多层膜具有交替层叠高折射率层(H)和低折射率层(L)的结构。在图3(B)所示的例子中,作为高折射率层(H)可以使用T1J莫(折射率η = 2.5),作为低折射率层(L)可以使用S1J莫(折射率η = 1.5)。但是,该例只是一例,并不限定于此。
[0104]图3(B)的例子是比较例,未采用反射镜的非对称构造。也就是说,在图3(B)的例子中,在第一基板20上的第一光学膜40及在第二基板30上的第二光学膜50具有相同反射特性。当将一层T1J莫和一层S1 2膜的组合作为一对时,第一光学膜40是三对的层叠膜,第二光学膜50也是三对的层叠膜。也就是说,各光学膜40、50的层叠对数均为三层。此夕卜,T1J莫的膜厚在各光学膜40、50间相同,S1 J莫的膜厚在各光学膜40、50间也相同。
[0105]此外,对各光学膜40、50的设计可以采用λ/4设计的方法。例如,在将构成第一光学膜40的T1J莫的折射率设为η、将设计波长λ I设为450nm、将膜厚设为d时,以nd =λ 1/4成立的方式确定T1J莫的膜厚d。也同样地确定构成第一光学膜40的S1 J莫的膜厚。在图3(B)的例子中,由于第一光学膜40和第二光学膜50的反射特性是对称的,所以在第二光学膜50中也通过将设计波长λ 2设为450nm的λ /4设计来确定T1J莫的膜厚及S1J莫的膜厚。
[0106]图3(C)示出第一光学膜和第二光学膜的层叠数与半值宽度之间的关系。在图3 (B)的对称的反射镜构造中,在将第一光学膜40及第二光学膜50各自的层叠数设为十层的例子(10-10层的例子)中的半值宽度为Al。在将第一光学膜40及第二光学膜50各自的层叠数设为八层的例子(8-8层的例子)中的半值宽度为Α2。在将第一光学膜40及第二光学膜50各自的层叠数设为六层的例子¢-6层的例子)中的半值宽度为A3。
[0107]图3(D)示出标准具滤光器的半值宽度和透过光的光量之间的关系。图3(D)的光量BI与图3(C)所示的半值宽度Al对应,光量B2与图3(C)所示的半值宽度A2对应,光量B3与图3 (C)所示的半值宽度A3对应。
[0108]从图3(C)及图3(D)可明显看出,在变化了层叠数时,只能使半值宽度及光量离散地变化。因此,诸如当将标准具滤光器的半值宽度设定为3nm、且容许误差为±0.5nm时,有时通过只变化图3(B)所示的比较例中的层叠数不能满足要求规范。
[0109]因而,在本实施例中,有意地使第一光学膜40及第二光学膜50的各反射特性非对称化,实现图1和图2所示那样的各光学膜的非对称的特性,从而实现现有技术无法实现的滤光器的特性。
[0110]图4(A)至图4(C)是用于对在第一光学膜和第二光学膜间采用了使电介质多层膜的膜厚不同的反射镜构造的例子进行说明的图。在图4㈧所示的例子中,可以使用T1J莫(折射率η = 2.5)作为高折射率层(H),可以使用S1J莫(折射率η = 1.5)作为低折射率层(L)。T1J莫是第一材料层(第一材料膜),S1 2膜是第二材料层(第二材料膜)。
[0111]第一光学膜40是将由层叠第一材料膜(T1J莫)和第二材料膜(S1 J莫)组成的一组(一对)层层叠m对(m为大于等于I的整数)而构成的第一层叠膜。在图4(A)的例子中,设定m = 3。也就是,第一光学膜40的层叠对数为三层。
[0112]此外,第二光学膜50是将由层叠第一材料膜(1102膜)和第二材料膜(S1 JI)组成的一组(一对)层层叠m对而构成的(在本例子中m = 3)第二层叠膜,第二层叠膜中的一组(一对)的层的膜厚h2与第一光学膜40中的一组(一对)的层的膜厚hi不同。
[0113]如上所述,第一光学膜40及第二光学膜50虽然均用λ /4设计这样的方法设计,但是在图4(A)的例子中,在第一光学膜40和第二光学膜50间,对设计波长设置差。也就是说,第一光学膜40中的设计波长λ I被设定为500nm,第二光学膜50中的设计波长λ 2被设定为400nm。其结果是,第一光学膜40中的一组(一对)的层的膜厚为hl,第二光学膜50中的一组(一对)的层的膜厚为与hi不同值的h2。在该例子中,为hi > h2。
[0114]这样,在图4 (A)的例子中,虽然由层叠膜分别构成第一光学膜40及第二光学膜50且在各光学膜40、50间将层叠对数设为相同,但是通过使由第一材料层(T1J莫)和第二材料层(S1J莫)构成的一组的层的厚度不同,从而将第一光学膜40的反射特性和第二光学膜50的反射特性设为非对称。层叠膜中的膜厚的变更能够通过稍许变更制造工序来完成,并容易实现。
[0115]另外,通过变更第一材料层(1102膜)和第二材料层说02膜)中的任一个的膜厚,从而能够使作为一组(一对)的层的厚度变化,这样的情况也包括在本例子中。
[0116]图4(B)示出光学膜的反射特性的非对称化的效果的一例。在图4(B)中示出先说明了的图3(B)的比较例(设计波长λ?、λ2均为450nm)时的标准具滤光器的特性(峰值波长、透过率、半值宽度、光量比)和图4(A)的例子(设计波长人1为40011111、设计波长λ 2为500nm)时的标准滤波器的特性(峰值波长、透过率、半值宽度、光量比)。
[0117]根据光学膜的反射特性的非对称化,虽然峰值波长未变化,但是中心波长中的透过率从93.1变化成82.9、半值宽度从1.6nm变化成2.6nm、光量比从1.0变化成1.36。
[0118]图4(C)示出图4(B)所示的两个例子中的标准具滤光器的光谱特性。在图4(C)中,用实线示出表示比较例(反射特性为对称的例子)的特性的特性线,用虚线示出表示本实施例(反射特性为非对称的例子)的特性的特性线。半值宽度wl为1.6nm,半值宽度w2为2.6nm。从图4(C)可明显看出,通过使第一光学膜40及第二光学膜50的各反射特性非对称,从而能够实现在各反射特性为对称时所未获得的标准具滤光器300的光谱特性。
[0119]图5(A)及图5(B)是用于对在第一光学膜和第二光学膜间采用了使电介质多层膜的层叠数(对数)不同的反射镜构造的例子进行说明的图。在图5(A)所示的例子中,在各光学膜40、50间使层叠数(对数)不同,从而使各光学膜的反射特性非对称。
[0120]也就是说,在图5(A)的例子中,可以使用T1J莫(折射率η = 2.5)作为高折射率层(H),可以使用S1J莫(折射率η = 1.5)作为低折射率(L)。T1 2膜是第一材料层(第一材料膜),S1J莫是第二材料层(第二材料膜)。
[0121]第一光学膜40是将由层叠第一材料膜(T1J莫)和第二材料膜(S1 J莫)组成的一组(对数)的层层叠m对(m为大于等于I的整数)而构成的第一层叠膜。在图5(A)的例子中,设定m = 4。也就是说,第一光学膜40的层叠对数为四,层叠的层的层数为八。
[0122]另一方面,第二光学膜50是将由层叠第一材料膜(1102膜)和第二材料膜(S12膜)组成的一组(对数)的层层叠η对(η为大于等于2的整数且η # m)而构成的第二层叠膜。在图5(A)的例子中,设定η = 3。也就是说,第二光学膜50的层叠对数为三,层叠的层的层数为六。在层叠膜中的层叠数(对数)的变更能够通过稍许变更制造工序来完成,并容易实现。
[0123]另外,即使调换第一光学膜40的层叠数和第二光学膜50的层叠数,标准具滤光器中的光谱特性也不变化。诸如在将第一光学膜40的层叠对数设为“2”、将第二光学膜50的层叠对数设为“I”时和在将第一光学膜40的层叠对数设为“1”、将第二光学膜50的层叠对数设为“2”时,标准具滤光器的光谱特性不产生差别。
[0124]在图5(A)所示的例子中,能够实现与图3(B)的比较例中的滤光器特性、图4(A)的例子中的滤光器特性中的任一个都不同的滤光器特性。在图5(B)中示出滤光器的半值宽度和光量之间的对应关系的多个例子。
[0125]图5(B)所示的Cl及C2的各点示出图5㈧所示的例子(使层叠数不同从而使反射特性不同的例子)中的特性。点Cl示出在将第一光学膜40的层叠数设为十层、将第二光学膜50的层叠数设为八层时(10层-8层的例子)的半值宽度和光量之间的关系。此夕卜,点C2示出在将第二光学膜50的层叠数设为八层、将第二光学膜50的层叠数设为六层时的半值宽度和光量之间的关系。也就是说,点C2示出采用了图5(A)所示的反射镜构造(8层-6层的例子)时所获得的滤光器300的特性。
[0126]此
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