フィルターコーティングの種類と選択ガイド
I. コアコーティングの種類と機能
フィルターの機能的多様性は、設計におけるさまざまなコーティング層の組み合わせから主に生じます。
1.反射防止（AR）コーティング：
機能： 主な目的は、特定の波長または帯域における光学表面での反射損失を減らし、透過率を大幅に向上させることです。最も広く使用されているベースコーティングです。
原理： 単層または多層膜からの干渉キャンセルを利用して、反射光波を互いに打ち消し合います。
用途： ほぼすべての高品質光学部品（レンズ、プリズム、窓、センサープロテクター）の表面に見られます。単層ARコーティング（例：MgF₂）は、中心可視光波長に一般的ですが、広帯域ARコーティング（例：多層広帯域AR）は、より広いスペクトル（例：可視光全体またはNIR）をカバーします。主な仕様には、最小反射率、動作帯域幅、入射角許容度、および環境耐久性があります。
2.カットオフコーティング：
機能： スペクトル「カット」のコア機能層を形成します：
ショートパス： 特定のカットオフ波長より短い光を透過し、より長い波長を反射/吸収します。
ロングパス： 特定のカットオフ波長より長い光を透過し、より短い波長を反射/吸収します。
3.バンドパスコーティング： 特定の波長範囲（パスバンド）を透過させ、両側で光を強く反射/吸収します。
4.ノッチコーティング： 非常に狭い/広い特定の波長範囲（ノッチ波長）を強く反射/吸収し、他の波長を透過させます。
原理： 高/低屈折率材料（例：TiO₂/SiO₂、Ta₂O₅/SiO₂、Nb₂O₅/SiO₂）を交互に配置した綿密に設計された多層スタックを使用して、干渉を介して特定の領域で高い反射率（カットオフ）を作成します。
用途： さまざまな機能フィルター（蛍光フィルター、レーザー保護メガネ、カラーホイール、分光計コンポーネント、バイオセンシング、マシンビジョン）の絶対的なコアです。仕様は厳格です：中心波長、カットオフ波長、パスバンド幅、平均パスバンド透過率、カットオフ深度、カットオフ幅、パスバンドリップル、エッジの急峻さ、角度感度、温度安定性、レーザー損傷閾値（LDT）。
5.ビームスプリッターコーティング：
機能： 入射光を波長またはエネルギー比で2つ以上のビームに分割します。
種類：
ダイクロイック： 1つのバンドを反射し、別のバンドを透過します（特別なカットオフアプリケーション）。
ニュートラル： 広いスペクトルにわたって、入射光を固定比率（例：50:50、70:30）で反射および透過し、スペクトルの中立性を維持します。
用途： 顕微鏡、プロジェクター、レーザーシステム、光学機器のビームスプリッター/コンバイナー。主な仕様：分割比の精度、スペクトル平坦度、偏光依存性、角度依存性、アパーチャの均一性、LDT。
6.高反射（HR）コーティング：
機能： 特定の波長または広帯域で非常に高い反射率（>99.9％）を実現します。
原理： 高屈折率コントラスト材料（例：TiO₂/SiO₂）または金属膜（Al、Ag、Au）の多層周期構造（DBR）を使用します。
用途： レーザーキャビティミラー、干渉計ミラー、反射フィルター。主な仕様：ピーク反射率、帯域幅、吸収/散乱損失、LDT、応力制御。
7.金属コーティング：
機能： 金属（UV-Vis用Al、Vis-NIR用Ag、IR用Au、吸収用Cr）の固有の広帯域スペクトル吸収/反射を利用します。
用途： ベース反射層（多くの場合、保護層付き）、ニュートラルデンシティフィルター、ビームブロック、アパーチャ。主な仕様：反射/吸収曲線、安定性（耐酸化性）、表面仕上げ、密着性。
II. コーティング構造と材料
1.構造：単層（シンプル）、多層（最も一般的、交互材料）、勾配屈折率（より広い帯域幅/角度性能のための屈折率変動）。
2.材料： 誘電体（SiO₂、MgF₂、TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZnS、ZnSe – 低損失）および金属（Al、Ag、Au、Cr – 広帯域反射/吸収）。屈折率、透明度範囲、硬度、安定性、応力、コストに基づいて選択。
III. 設計理論と製造
1.設計理論：薄膜干渉（マクスウェルの方程式）に基づいています。方法：光学アドミッタンスマッチング、ベクトル法、ソフトウェア（TFCalc、Essential Macleod）を使用したコンピューター最適化（ニードル、遺伝的アルゴリズム）。
2.製造：
物理蒸着（PVD）：
熱蒸着：従来型、低コスト、中/小バッチ用。
マグネトロンスパッタリング：主流のハイエンドプロセス–高密度層、良好な密着性、均一性、再現性。
イオンビームスパッタリング：最高精度、最高品質（低散乱/吸収、高LDT）、高価。
化学気相蒸着（CVD）: 光学系ではあまり一般的ではありません。
プロセス制御: 膜厚モニタリング（光学、水晶）、蒸着速度、真空/ガス制御、温度、清浄度。
IV. 主なアプリケーション規格
性能は、厳格な実用要件を満たす必要があります：
1.スペクトル性能：中心/カットオフ波長の精度、帯域幅、透過率（平均/ピーク）、カットオフ深度（OD値、例：OD4 = 透過率<0.01％）、エッジの急峻さ、パスバンドリップル、バックグラウンド抑制。
2.光学均一性：アパーチャ全体での一貫性。
3.角度特性：角度によるスペクトルシフト（ブルーシフト、帯域幅の変化）。
4.偏光特性： S/P偏光に対する応答の違い（斜入射で重要）。
5.表面品質：表面仕上げ（傷・くぼみ、例：60-40）、平面度（例：λ/4）、波面歪み。
6.環境安定性： 温度シフト（ppm/℃）、耐湿性（85℃/85％RH）、機械的耐久性（密着性、摩耗）、耐薬品性、LDT（レーザーアプリケーションの場合、波長/パルス幅に依存）。
7.基板とサイズ：ガラスの種類（例：石英ガラス、サファイア）、厚さ、寸法、面取り、クリアアパーチャ。
V. アプリケーションとコーティングの選択
コーティング技術はすべての光学分野に浸透しています：
1.画像処理と写真：レンズAR、UV/IRカットフィルター、NDフィルター、 カラーフィルター、偏光子。
2.ディスプレイ：LCD/OLEDのカラーフィルター、プロジェクターのダイクロイックミラー/カラーホイール。
3.生物医学/ライフサイエンス：蛍光顕微鏡（励起/蛍光フィルター、ダイクロイック）、フローサイトメーター、アナライザー。
4.レーザー技術：キャビティミラー、ライン分離フィルター、レーザー安全メガネ（高OD）、高調波発生結晶コーティング。LDTが重要です。
5.分光法：回折格子/プリズムARコーティング; バンドパスフィルター波長選択用; 強度制御用NDフィルター。
6.マシンビジョン/産業検査： コントラスト強調/特徴認識用のカラー/偏光フィルター。
7.天文学：光害抑制/特定の放射線ライン用の狭帯域フィルター; 太陽フィルター（高い安全性）。
8.通信/センシング： 光ファイバーのDWDMフィルター; ファイバーセンサーのフィルタリング。
9.セキュリティ/防衛：熱画像用のIR ARコーティング; ミサイルシーカーのIRフィルター; レーザー保護フィルター（高OD/LDT）。
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