光学フィルターの未来

光源やデジタルセンサー、そしてコーティングチャンバーのテクノロジーが進化を続ける中、光学フィルターも自然と進化し、前進し続けていくことでしょう。光学フィルターは、オートメーションやエネルギー、メディカルイメージングやセキュリティ、そしてマルチエレメント光学システムでの要求の厳しい大抵のアプリケーションになくてはならないものです。

こうした前進には、新たな基板材料の開発が求められます。例えば、フレキシブルな薄型ポリマーフィルムや、シリコンとゲルマニウムを始めとするIRグレード材料、またUVやIRスペクトルでの高透過率や高ブロッキングフィルターを実現する新種の化学材料や添加物の使用などです。コーティングチャンバーの技術の進化が1nm未満のバンド幅と1%未満の公差しかないより高精度なフィルターを生み出し、最先端の分光光度計の限界を真に押し上げてきました。進化や公差、そして仕様の各々によって、表面品質や基板の平面度と平行度、そして透過波面を改善可能な精密な基板を更に最適化していきました。

新たな材料、サブナノ以下のスペック、深紫外から遠赤外スペクトルの対応、そして様々な公差の改善が、コンシューマーアプリケーションや理化学アプリケーションのほぼ全てにおけるオプティクスやフォトニクスを前進させ続けていくでしょう。

• 超狭帯域デザイン
   
• スペクトルレンジの広帯域化
   
• 薄型フレキシブル材料
   
• より厳格な公差と仕様
   

超狭帯域デザイン

過去何年もの間、レーザーライン用フィルターのバンド幅は狭いもので1.5 – 2nm程度でした。しかしながら、コーティング技術や計量技術の進歩によって可視スペクトルにおいて1nm未満のバンド幅を実現するフィルターが可能になっています。この精密性は、とても微弱な信号を検出する必要のある単一光子やラマン、そして他のイメージングアプリケーションに大いなるメリットとなります。

Figure 1 (左): 355nmと533nm用超狭帯域バンドパスフィルターの分光透過率特性

スペクトルレンジの広帯域化

ハードコートフィルターは、400 – 1800nm程度の可視やNIRスペクトル域で主として機能するよう用いられてきました。コーティングや材料デザインにおける最近の進歩や技術開発が、この機能する領域を下は250nmから上は7300nmまでのUVやIR領域にまで広げています。

Figure 2 (左): カットオン波長7.30µm, 25mm径の赤外用ロングパスフィルター (#68-656) の分光透過率特性

薄型フレキシブル材料

超薄型でフレキシブルなフィルターは、独自の押し出し成型工程を経て実現され、200µmほどの薄さの高分子材料デザインを採用します。こうしたフィルターは、キズがつきにくく、フレキシブルなため、従来実装が現実的でなかった最も複雑な形状ファクタやコンパクトな光学システムへの実装を可能にします。

Figure 3 (左): オールポリマーのフレキシブルフィルターの構造

より厳格な公差と仕様

フィルターをコーティングするのに用いられるスパッタリング装置は、温度や圧力、粒子の移動をとても高速に制御しなければなりません。そのため、綺麗で清潔、そしてフラットなフィルター基板の使用は大変重要となります。平行度や表面品質、平面度や透過波面精度、そしてニュートンパワーやイレギュラリティといった基板に関連する仕様は、伝統的なマグネトロンスパッタリングやイオンビームスパッタリング装置に一般的に影響を及ぼします。こうしたスパッタリング技術の進歩は、より厳格なスペックを持つフィルター基板があって成り立ちます。

Figure 4 (右): フィルターのコーティングに用いられるスパッタリング装置