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Future of Optical Filters

 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。

Ultra-Narrow Designs

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
Broadening Spectral Range

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
Broadening Spectral Range

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
Tighter TOlerances

EOの次世代光学フィルター

 エドモンド・オプティクスは、自社の光学フィルター製品に用いられるスペックや公差の改善に取り組んでいます。新たに改良した光学フィルター対応力のいくつかを以下に紹介します。

 

20-10の表面品質

 

λ/10 P-Vの基板平面度

 

λ/20 RMSの透過波面精度

 

下は250nmのUV波長から、上は4000nmまでのIR波長に対応

 

最小200µmの超薄型フィルター

Figure 4: TECHSPEC® 高性能蛍光用ダイクロイックビームスプリッターの面精度と透過波面マップ

View Optical Filter Product Families

TECHSPEC® 高性能蛍光用ダイクロイックビームスプリッター

TECHSPEC® 高性能OD4ロングパスフィルター

TECHSPEC® High Performance OD 4 Shortpass Filters

TECHSPEC® 高性能OD4ショートパスフィルター

よくある質問 (FAQ)

FAQ  エドモンド・オプティクスは、薄くてフレキシブルな材料でできたフィルターを販売している?
 はい。エドモンド・オプティクスには超薄型ポリマー構造の超薄型ロングパスフィルターがあります。このフィルターは、傷がつきにくく、厚さはわずか200-500µm しかありません。
FAQ  エドモンド・オプティクスから調達可能なフィルターの最大直径は?

 エドモンド・オプティクスが生産可能なフィルターの最大直径は300mmです。ただしこれだけ大きくなると、スパッタリングやコーティングの制約から、基板上の膜の公差や均一性が一つの懸念となります。

FAQ  フィルターに用いられる基板で最も一般的な材料は?

 合成石英やN-BK7およびフロートガラスが一般的なフィルター基板材料です。最近では、フッ化物材料に、シリコンやゲルマニウムなどのIR結晶材料、そしてポリマーやプラスティックの使用も広がっています。

FAQ  アプリケーションに向けた正しいフィルターの選定はどのように行う?

 第一に、どのタイプのフィルターがそのアプリケーションに求められるのかを理解することです。フィルターの基本的タイプには、ショートパス, ロングパス, バンドパス, ダイクロイック, ノッチ, そして ND (中性濃度) があります。どのタイプのフィルターも、一つのアプリケーションまたはそれ以上のアプリケーションに効果的な独自の機能を持っています。第二に、どの波長が必要になるかを理解することです。具体的に、どの部分の波長をフィルターで透過させ、どの部分の波長の透過を遮断するかです。UVカットフィルター (ロングパスフィルターの一種) は、可視とIRの波長の両方を透過し、UVの波長の透過を遮断 (「カット」とも呼ぶ) するようデザインされています。

FAQ  光学フィルターを傾けて使用するとどうなる?
 一般的に、入射角度が大きくなるほど、フィルター透過曲線全体が短波長側にシフトしていきます。入射角度がフィルターの設計入射角度と同じであっても、空間を発散していく光が入射する場合は、フィルターに対して光線が垂直に入射せずに斜めから入り、フィルターを傾けたのと同じ効果になります。傾きの角度が大きくなるほど、透過曲線の形状に変化が生じ、透過率が落ち始め、スロープ形状も変化していきます。同様の効果は、温度が増加した時にも現れます。バンドパス干渉フィルターは、入射角度依存性や温度依存性が最も高いフィルターです。
FAQ  エドモンド・オプティクスはどのタイプのフィルター製造できる?
 エドモンド・オプティクスは、蛍光用、ダイクロイック、狭帯域バンドパス、マルチバンドパス、ノッチ、ND、ショートパス、ロングパスフィルターを製造します。当社の標準フィルター製品があなたの要求事項に合致しない場合は、特注ソリューションを当社にご相談ください。

参考資料

アプリケーションノート

理論的説明や公式、図解などを網羅した技術情報やアプリケーション実例です。

光学フィルター
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光学フィルターの設置方向
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ショートパスとロングパスフィルターを用いて、「あなた仕様」のバンドパスフィルターを構築する
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蛍光顕微鏡用の蛍光試薬と光学フィルター
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映像情報

シンプルなヒントから製品のメリットを紹介するアプリケーションベースの実演までを網羅したビデオコンテンツです。

光学コーティングの新たなことの紹介
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光学フィルター用コーティング: ソフトコートとスパッタリングハードコートの比較
鑑賞する  

関連ページ

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超薄型ロングパスフィルター
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 あなたが直面している光学的アプリケーションの制限因子は何でしょう? 次に解決しなければならない問題は何でしょうか? 当社に今すぐご連絡ください。当社のエンジニアチームが相談に応じ、あなたのアプリケーションの質問に対するソリューションを検討していきます。

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