CN113196100B - 光学干涉滤光器 - Google Patents

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Abstract

一种光学设备包括发射器，其可操作为发射第一光波。该光学设备还包括探测器，其可操作为探测基于第一光波的第二光波。第二光波容易与基于第一光波的不期望光波耦合。光学设备还包括干涉滤光器，其设置在探测器上。该干涉滤光器包括第一滤光器部分和第二滤光器部分，第二滤光器部分具有由第一材料形成的第一组层和由第二不同材料形成的第二组层。干涉滤光器可操作为基于第二滤光器部分中的第一和第二组层而使不期望光波在多个不同环境中衰减。

Description

光学干涉滤光器
技术领域
本说明书涉及用于光学感测设备的滤光器。
背景技术
集成电路(Integrated circuit，IC)可包含用于在诸如光学感测设备的感测装置中使用的各种组件。这种IC的示例使用具有光发射器和光电探测器的封装以便产生并探测光。更具体地，在某些情况下，光可以由发射器产生并从对象反射回光电探测器。光电探测器产生所探测的光的表示(例如，电信号)。可以根据需要处理和使用该电信号或表示以获得关于对象的信息。感测装置(诸如用于接近感测、存在探测、运动探测及颜色探测的设备)频繁地使用这种光学感测方法来获得关于对象的信息。
所获得的信息可以包括对象的颜色、对象的相对运动或对象相对于感测装置的大致距离。携载关于对象的信息的反射光容易受到不期望光波的干涉。光学干涉滤光器利用滤光器透射技术来使不期望光波衰减或阻止不期望光波到达光电探测器，同时准许反射光由光电探测器探测。可以按照各种应用特定的需要来裁适(tailor)干涉滤光器的透射特性。某些干涉滤光器是由引起滤光器展现损害滤光器的可靠性和稳健性的某些结构缺陷的某些层材料构成。
发明内容
本文件描述一种光学感测设备，其包括内部腔和设置在内部腔中的发射器。发射器可操作为发射第一光波。光学设备也包括设置在内部腔中的探测器。探测器可操作为探测基于由发射器发射第一光波的第二光波。第二光波容易与也基于由发射器发射第一光波的不期望光波耦合。
光学设备还包括定位或设置在探测器上的干涉滤光器。干涉滤光器具有多层配置，多层配置可操作为使不期望光波衰减，同时也抵抗当干涉滤光器暴露于某些环境条件时可能发生的脱层或其他结构损坏。多层配置由环境稳健的材料构成。所描述的干涉滤光器可操作为对光的特定入射角具有敏感度。
在某些示例中，干涉滤光器被设计为包括具有高折射率的层材料，诸如非晶硅或氢化非晶硅。这种材料可以提供在近红外光(near infrared，NIR)光谱中操作的低角度移位(low angle shift，LAS)滤光器。所描述的方法包括使用高和低折射材料的交替堆栈来改善由氢化非晶硅(a-Si:H)构成的光学干涉滤光器的物理稳定性和可靠性。
本说明书中描述的主题的一个方面可以体现在一种光学设备中。光学设备包括：发射器，其可操作为发射第一光波；探测器，其可操作为探测基于第一光波的第二光波，其中第二光波容易与基于第一光波的不期望光波耦合；以及干涉滤光器，其设置在探测器上。干涉滤光器包括：第一多个交替层，其使用第一组材料形成；和第二多个交替层，其使用第二组材料形成，其中第二多个交替层对应于干涉滤光器的至少一个滤光器性质，且至少一个滤光器性质可操作为引起干涉滤光器使不期望光波衰减，同时抵抗否则将造成干涉滤光器的物理变形的环境条件。
这些以及其他实施方式可以各自可选地包括以下特征中的一个或多个。例如，在某些实施方式中，第二多个交替层表示干涉滤光器的额外层堆栈，额外层堆栈包括布置在堆栈配置中的多个介电层。
在某些实施方式中，额外层堆栈对应于滤光器性质，滤光器性质可操作为引起干涉滤光器对否则将造成被包括在第一多个交替层中的一个或多个层的物理变形的一个或多个环境条件具有抗扰性。
在某些实施方式中，第二多个交替层包含多个致密介电层，该多个致密介电层布置在堆栈配置中；且该多个致密介电层中的每一个致密介电层设置在探测器表面上。在某些实施方式中，设置在探测器表面上的致密介电层可操作为减少潜在路径的数量，其中水或水蒸汽经由该潜在路径行进到干涉滤光器的一个或多个部分。
在某些实施方式中，滤光器性质可操作为引起干涉滤光器基于不期望光波的反射角而使不期望光波衰减，该不期望光波的反射角是相对于探测器表面的。在某些实施方式中，滤光器性质可操作为引起干涉滤光器：使不期望光波衰减；抵抗否则将造成第一多个交替层的物理变形的第一环境条件；以及抵抗否则将造成第一多个交替层的物理变形的第二不同环境条件。
在某些实施方式中，第一环境条件基于水或水蒸汽；且第二不同环境条件基于特定类型的流体或气体。在某些实施方式中，第一环境条件基于环境的超过阈值温度的温度；且第二不同环境条件基于用于将探测器围封在设备封装中的过程。在某些实施方式中，其中干涉滤光器的滤光器性质基于使用第二多个交替层形成保护层堆栈的、层的组合物。在某些实施方式中，干涉滤光器包括使用第二多个交替层形成的保护层堆栈；且光学设备是接近传感器，其可操作为探测目标对象相对于光学设备的接近度。
本说明书中所描述的主题的另一方面可以体现在一种包括如上文所述的光学设备的主机设备中。该主机设备包括：一个或多个处理设备；以及一个或多个非暂时性机器可读存储设备，其存储指令，这些指令可以由一个或多个处理设备执行以引起执行包括以下各项的操作：从探测器接收一个或多个信号；以及响应于从探测器接收到该一个或多个信号而调整主机设备的特征。
本说明书中所描述的主题的另一方面可以体现在一种使用光学设备执行的方法中。该方法包含：由设置在光学设备中的发射器发射第一光波，第一光波在光学设备中导致不期望光波；由设置在光学设备中的探测器探测基于第一光波的第二光波，其中第二光波容易与不期望光波耦合；以及使用设置在探测器上的干涉滤光器来对由第一光波造成的不期望光波进行滤光。对不期望光波进行滤光包括基于干涉滤光器的至少一个滤光器性质使不期望光波衰减。该至少一个滤光器性质可操作为引起干涉滤光器：使不期望光波衰减；以及对否则将造成干涉滤光器的物理变形的一个或多个环境条件具有抵抗性。
这些以及其他实施方式可以各自可选地包括以下特征中的一个或多个。例如，在某些实施方式中，基于干涉滤光器的滤光器性质使不期望光波衰减包括：使用表示干涉滤光器的额外层堆栈的多个交替层来使不期望光波衰减。
在某些实施方式中，额外层堆栈包括布置在堆栈配置中多个介电层，且该多个介电层可操作为引起干涉滤光器对否则将造成干涉滤光器的物理变形的一个或多个环境条件具有抵抗性。
本说明书中所描述的主题的另一方面可以体现在一种光学设备中。该光学设备包括：发射器，其可操作为发射第一光波；探测器，其可操作为探测基于第一光波的第二光波；以及干涉滤光器，其设置在探测器上，该干涉滤光器包括：第一多个交替层，其使用第一组材料形成；以及第二多个交替层，其使用第二组材料形成，第二多个交替层表示干涉滤光器的保护层堆栈。
本说明书中所描述的主题的另一方面可以体现在一种设置在光学设备的探测器上的干涉滤光器中。该干涉滤光器包括：第一多个交替层，其使用第一组材料形成，第一组材料中的至少一种材料包括非晶硅或氢化非晶硅；以及第二多个交替层，其使用第二组材料形成，第二组材料中的至少一种材料具有低于非晶硅或氢化非晶硅的相应折射率的折射率。第二多个交替层对应于干涉滤光器的至少一个滤光器性质，且该至少一个滤光器性质可操作为引起干涉滤光器使不期望光波衰减，同时抵抗否则将造成干涉滤光器的物理变形的环境条件。
本发明的其他实施方式以及其他方面包括被配置为执行方法的动作以及编码在计算机存储设备上的对应系统、装置和计算机程序。一个或多个计算机或硬件电路的计算系统可以凭借安装在系统上的软件、固体、硬件或其组合来如此配置，以使得在操作中引起该系统执行动作。一个或多个计算机程序可以凭借具有指令来如此配置，以使得这些指令在由数据处理装置执行时引起该装置执行动作。
根据以下详细的说明、附图和权利要求，其他方面、特征以及优点将变得显而易见。
附图说明
图1是示例性光学感测系统的框图。
图2A是发射并探测用于感测目标对象的信号的示例性光学设备的框图。
图2B是发射在光学设备处导致串扰的信号的示例性光学设备的框图。
图3是用于减小光学串扰的示例性光学感测设备和干涉滤光器的框图。
图4示出由于环境效应而展现不稳定性的干涉滤光器的示例层。
图5是包括示例性保护层堆栈的示例性干涉滤光器的图。
图6是各自包括不同示例性保护层堆栈的示例性干涉滤光器的图。
图7示出用于使用干涉滤光器来减少光学干涉的示例过程。
具体实施方式
光学传感器可以在设备封装中包括发射器和探测器两者。设备封装一般表示光学传感器或光学感测设备的物理设备结构。设备封装界定发射器和探测器可位于其中的内部腔。一般地，发射器在封装外部发射与目标对象交互的信号，目标对象反射可由探测器探测的信号。发射信号和反射信号中的每一个可以是光波，诸如分别是IR光的发射射线和反射射线。发射光波信号可以在设备封装的内部腔中引起由于不期望/干涉光波而导致的干涉或串扰。
不期望信号可以与可由探测器探测的反射信号耦合且可以使光学设备准确并可靠地探测关于目标对象的信息的能力降低。可替换地，不期望信号可以称为串扰、光学串扰、系统串扰、噪声或背景(从诸如人工光源或太阳光的环境发射的光)。常规的光学设备可以包括光学屏障(有时称为光学隔离器)，其设置在探测器上以减少探测器探测不期望或干涉光波。然而，这些常规的光学屏障可以由在暴露于某些环境条件时展现弱点的材料组成。
本文件描述用于实施改善的光学干涉滤光器的技术。所描述的技术可用于改善由氢化非晶硅(a-Si:H)构成的光学干涉滤光器的物理稳定性和可靠性。滤光器可操作为对可以使光学感测设备的探测功能降低的不期望的或干涉光波进行滤光。具体地，描述了用于高效地利用干涉滤光器的多层配置来使不期望光波(或系统串扰)衰减或阻止这种不期望光波以使探测器的探测功能降低的技术。探测器可以是光电二极管，其毗邻光学设备的内部腔中的发射器而设置。
干涉滤光器包括表示高折射材料的a-Si:H薄膜与表示低折射材料的二氧化硅(SiO2)薄膜的交替堆栈。在某些实施方式中，特定交替堆栈的每一薄膜对应于干涉滤光器的层的额外堆栈。在一个示例中，将干涉滤光器沉积在用于围封探测光波的光子探测器的基板的结构的玻璃表面上(在某些情形中，干涉滤光器也可覆盖发射器基板)。在其他实施方式中，将干涉滤光器直接沉积在探测设备(诸如探测器的基板层)上，此最常基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术。
图1是示例性光学感测系统100的框图。系统100可以表示集成电路(IC)或光学设备，诸如一个或多个光学传感器或光学感测设备。在某些示例中，光学感测设备是颜色探测传感器，且由探测器探测的反射信号用于确定目标对象(例如，人的头部)相对于光学设备的颜色。例如，光学设备可设置在移动/智能电话设备中，且在行动设备处处理所探测的反射信号以确定智能电话是否定位于毗邻人的耳部。在某些示例中，这些设备用于接近探测、飞行时间(TOF)应用或光探测和测距(LIDAR)应用。在一个示例中，探测器位于相机中以相对于相机位于其中的环境而探测周围光。
在某些实施方式中，在本文件中描述的示例性光学感测设备是相机(例如，数字相机)。用于实施改善的光学干涉滤光器的所描述的技术可以包括将形成改善的滤光器的交替堆栈层直接放置或沉积在数字相机的图像传感器上或单独的基板上(其是在图像传感器的前方、与图像传感器接触或与图像传感器直接毗邻)上(例如，顶部上)。本文中所描述的改善的干涉滤光器可以是结构化滤光器(图像传感器的像素阵列内各个像素上的离散干涉滤光器)或普通沉积滤光器(同一干涉滤光器覆盖图像传感器的像素阵列内的所有像素)。
系统100包括：发射器102，诸如发光二极管(LED)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)；和探测器104，诸如光电探测器。在某些情形中，可替换地是，探测器104被称为传感器且可以是光电二极管，该光电二极管可以操作为在探测器104的表面区段处感测(例如，探测)光波。发射器102可以是可操作的(例如)以生成特定波长的信号，且探测器104可以是可操作为感测由发射器102产生的信号的传感器。发射器102和探测器104可以设置于或以其他方式位于由系统100表示的光学设备中。
发射器102可以被配置为产生所期望波长的可见或不可见光。例如，发射器102可以产生具有750纳米(nm)至1400nm的范围中的近红外光(NIR)光谱中的波长的光波。如下文更详细地阐述，在示例性实施方式中，发射器102产生光，且探测器104并入滤光器以最小化探测器对除了由发射器102产生的波长之外的光的回应。
发射器102可以直接制作至系统100的IC上或者可以包括在系统100的IC的制作期间或之后被添加至该IC的IC芯片或其他模块化组件。发射器102可以是单个发射器或可以表示多个发射器(例如，发射器阵列)。探测器104被配置为探测由发射器102产生的波长(例如，在850nm至940nm范围内)的光。探测器104也可以直接制作到系统100的IC上或者可以包括在系统100的IC的制作期间或之后被添加到IC的IC芯片或其他模块化组件。探测器104可是单个探测器或可以表示多个探测器(例如，探测器阵列)。
投影部分106可以包括发射器102的电路，其使得发射器能够生成示例性光波或相关光学信号。类似地，探测部分108可以包括探测器104的电路，其使得探测器能够探测示例性光波或光学信号。在某些实施方式中，系统100是光学传感器，该光学传感器在单个设备封装120中包括发射器102和探测器104两者。设备封装120一般表示光学传感器或光学感测设备的物理设备结构。
图2A是由系统100表示的一个或多个示例性光学设备的框图。出于示例的目的，发射器102和探测器104可以用于各种应用，包括存在探测、运动探测、颜色探测和其中稍后对所发射的信号进行探测和处理或分析的其他相关应用。在图2A实施方式中，系统100是光学设备，其发射信号用于感测目标对象。该信号可对应于示例性光波202，其与反射光波204相关联。
如上文所述，光学设备可以在设备封装中包括发射器102和探测器104两者，该设备封装界定内部腔210。由发射器102发射的光波202与目标对象215交互以造成反射光波204。目标对象215是在设备封装120的外部。以此方式，发射光波202在被发射以用于感测目标对象215之后退出光学设备的内部腔210，并且反射光波204响应于发射光波202与目标对象215交互而进入光学设备的内部腔210。
现参考图2B，在此实施方式中，由系统100表示的一个或多个光学设备发射对应于光波220的信号。光波220被发射以用于感测目标对象215，且产生要由光学设备反射的或一个或多个光波225。如本文中所描述，光波220可以具有信号特性或属性230，这些信号特性或属性可在系统100的光学设备处导致串扰、干涉或不期望光波。例如，发射光波220可以具有某些功率和/或光谱属性230，这些功率和/或光谱属性引起不期望光波235出现在设备封装120的内部腔210中。
不期望光波是基于发射光波220并且可以在光学设备处导致串扰或干涉。在某些实施方式中，不期望光波235在一个或多个光波220反射离开形成光学设备的设备封装120的部分时出现。例如，不期望光波235可以在光波220反射离开与设备封装120的内部腔210相关联的内壁时出现。在其他示例中，不期望光波235可以在光波220反射离开设备封装120的玻璃表面时出现。
图3是示例性光学感测系统300的框图。系统300可以表示一个或多个光学设备306，该一个或多个光学设备306利用干涉滤光器310的光谱透射角度依赖性质来减小由不期望光波235造成的光学串扰。在某些情形中，光谱透射角度依赖性质对应于干涉滤光器的滤光器性质。干涉滤光器310可以设置在探测器104上。在某些实施方式中，将干涉滤光器310放置在探测器104的玻璃部分上或直接放置在形成探测器104的IC(诸如光电二极管或其他光电探测器的IC)的硅基板上。
在某些实施方式中，干涉滤光器310可以使用至少两种不同的材料形成，该至少两种不同的材料尤其适合于使对应于具有特定反射角的光波的信号衰减。例如，各个材料中的每一个可以具有不同的折射率，该不同的折射率协作以界定干涉滤光器310的滤光器性质。滤光器性质可操作为引起干涉滤光器310基于不期望光波235的反射角而使不期望光波235衰减。干涉滤光器310的滤光器性质可以基于形成干涉滤光器的层315的组合物。
干涉滤光器310的不同材料可以与干涉滤光器的各个层315相关联。各个层315中的每一个可以具有特定厚度、特定材料组合物或这两者，且这些层可以布置在堆栈配置中。在某些实施方式中，在每一层处的材料的厚度可以变化或可以调整，以便控制由探测器104接收或探测的光量且控制被阻止由探测器104探测的不期望光量。在某些情形中，干涉滤光器310可以具有高达一百五十个层315的光折射材料。在其他情形中，干涉滤光器310可以具有多于一百五十个层315的光折射材料。
图4示出由于环境效应而展现不稳定性的干涉滤光器400的示例性层。图4的干涉滤光器400可以包括多个交替层。例如，干涉滤光器400可以包括顶层402和毗邻顶层402的层404。在某些情形中，顶层402是由二氧化硅(SiO2)材料组成的且毗邻层404是由a-Si:H材料组成的。干涉滤光器400还可以包括多个交替层406、408。在某些实施方式中，交替层中的每一层由与用于形成与之毗邻的交替层的材料不同的材料形成。例如，层406可以由诸如SiO2的材料组成，而层408由诸如a-Si:H的不同材料组成。
干涉滤光器400可以设置在探测器104上。一般地，基于探测器104的探测功能对反射光波的信号特性进行探测、测量和处理。然而，通常将探测器放置在某些位置中，其中在这些位置处，环境条件可以使探测器的准确探测能力降低。降低的探测功能造成反射光的失真的测量读取。一般地，降低的探测功能响应于在a-Si:H层暴露于某些环境条件时该a-Si:H层的不稳定性而出现。
可以由于不稳定性而出现的一个物理问题是在a-Si:H层处形成水泡，该水泡可以造成这些层的脱层。例如，干涉滤光器400的毗邻层404可以展现由于环境效应而造成的不稳定性，诸如孔隙和水泡。在某些情形中，起水泡的原因可以归因于植入期间的氢剂量或离子能量、沉积后的退火或者a-Si:H层与环境中的水或水蒸汽的反应。此外，在层沉积(例如，电浆增强化学汽相沉积(PECVD)或磁控溅射)期间出现氢含量也可对水泡的形成具有影响。
图5是包含示例性保护层堆栈的示例性干涉滤光器500的图。在某些实施方式中，光学设备包括设置在光学设备的探测器104上的干涉滤光器500。干涉滤光器500包括第一滤光器部分502和第二滤光器部分504。如此处所描述的，第一滤光器部分502对应于保护层堆栈。
滤光器部分502具有(例如)包括层506、508的第一组交替层。第一组交替层中的一层506由第一材料形成，而第一组交替层中另一层508由第二不同材料形成。例如，层506可以由诸如SiO2的材料组成，而层508可以由一不同材料组成。在某些实施方式中，层508可以由各种不同的各个材料组成，诸如氮化硅(Si3N4)、氧化铌(Nb2O5)、氧化铪(IV)(HfO2)或氧化铝(Al2O3)。
滤光器部分504具有(例如)包括上文所描述的层406、408的第二组交替层。滤光器部分504可以对应于干涉滤光器400或至少对应于干涉滤光器400的多个交替层406、408，其中层406是由诸如SiO2的示例性材料形成，而层408是由诸如a-Si:H的不同示例性材料形成。在图5实施方式中，将干涉滤光器500设置在基板510(表示探测器104的基板)上，此可以基于CMOS技术。在某些情形中，基板510是玻璃基板。
如本文所描述的，干涉滤光器500可操作为至少基于第一滤光器部分502中的多个交替层而使多个不同环境中的不期望光波衰减。滤光器部分502表示干涉滤光器500的额外保护层堆栈。在某些实施方式中，滤光器部分502是其由介电层(例如，交替介电层)组成的额外层堆栈。可以将额外层堆栈设置在示例性的基于a-Si:H光学的干涉滤光器(诸如上文所描述的滤光器400)上(或其顶上)。介电层的额外保护层堆栈可操作为改善干涉滤光器500的总体稳定性，使得干涉滤光器对否则将造成干涉滤光器的物理变形(包含孔隙和水泡)的某些环境影响具有抵抗性或抗扰性。
在某些实施方式中，额外层堆栈对应于干涉滤光器500的滤光器性质。例如，滤光器性质可操作为引起干涉滤光器500对否则将造成被包含于第二滤光器部分504的多个交替层中的一个或多个层的物理变形的一个或多个环境条件具有抗扰性。例如，对应于额外层堆栈的滤光器性质可操作为引起干涉滤光器500对某些湿度驱动缺陷具有抗扰性。
额外保护层可操作为防止水、水蒸汽、液体、流体和/或其他气态或基于流体的元素到达第二滤光器部分504的最顶部a-Si:H层或SiO2层。在某些情形中，在干涉滤光器400的顶部上并入滤光器部分502的额外致密介电层可以减少、实质上减少或消除由使滤光器部分504中的一个或多个层的稳定性降低的气态或基于流体的元素所使用的可能路径。滤光器部分502的额外保护层堆栈可操作为使不期望光波衰减且提供对某些环境效应的抗扰性，同时仍维持近红外光区域中的高透明性。
在某些实施方式中，干涉滤光器被配置用于聚焦红外光(IR)光谱附近的光波的光学应用。然而，例如，若使用不同的探测器技术，则使用a-Si:H的干涉滤光器的应用可进一步扩展至IR区域中。可用于将干涉滤光器扩展至IR区域中的探测器技术的示例包括硅锗(SiGe)或砷化铟镓(InGaAs)。对于某些感测应用，红外光(IR)光源可用于发射反射离开对象且由光学感测设备的IR探测器探测的光子。
当对象在从包括IR光源和IR探测器的传感器的可探测距离内时，传感器测量反射信号。传感器使用反射信号来确定颜色、光范围或运动读数，该颜色、光范围或运动读数可与反射信号的所测量的光信号强度成比例。基于探测器的探测功能而对反射光的信号特性进行探测、测量和处理。然而，如上文所描述的，通常将探测器放置在某些位置中，其中在这些位置处，环境条件可以使探测器的准确探测能力降低。
寻求改善干涉滤光器的某些层的稳定性的其他方法使用聚焦于在a-Si:H层的沉积或层的直接囊封期间优化处理条件的解决方案。然而，包括将光学上适合的介电多层保护堆栈与光学干涉滤光器(如本文中所描述)的完全功能性a-Si:H/SiO2层堆栈整合的技术提供用于改善滤光器的层的稳定性的更稳健方法。替代仅聚焦于改善a-Si:H层的固有性质(此可以是冗长的且强烈取决于所使用的沉积技术)，所描述的方法使用实质上独立于氢化非晶硅沉积的保护层堆栈沉积。
所提议技术可改善使用a-Si:H作为层材料的干涉滤光器的可靠性而对干涉滤光器的光学效能不具有负面影响。在某些情形中，所描述的方法可以容易地实施为到其他现有干涉滤光器解决方案的示例性附加特征。
为构造示例性干涉滤光器500，可以将a-Si:H与SiO2薄膜的交替堆栈沉积到基板510上。在某些实施方式中，基板510是玻璃基板。在其他实施方式中，基板510是CMOS晶圆，其可以表示示例性集成电路管芯(die)。对于包括滤光器部分502的干涉滤光器，SiO2可以是用作干涉滤光器的第一层材料以及用作干涉滤光器的最后一层材料的材料。然而，所描述的技术并不限于或受限于此层方案。其他层材料以及其他交替及非交替的层配置是在本发明范围内。例如，a-Si:H可以是用作干涉滤光器的第一层材料以及用作干涉滤光器的最后一层材料的材料。
在某些实施方式中，通过沉积将由第一滤光器部分502表示的保护层堆栈设置在第二滤光器部分504上。保护层的沉积可以在用于在基板510上沉积滤光器部分504的相同沉积运行期间、在不同的沉积运行中或者使用不同的涂布装备完成。在某些实施方式中，沉积过程导致在由滤光器部分502表示的保护层堆栈的沉积之前，光学干涉滤光器暴露于周围空气。
图6是示例性干涉滤光器600的图，这些示例性干涉滤光器中的每一个包括不同的示例性保护层堆栈602A、602B和602C。保护层堆栈602A可以包括比层堆栈602B更少的保护层，而保护层堆栈602B可以包括比层堆栈602C更少的保护层。如上文所描述的，在某些情形中，干涉滤光器600中的一个或多个各自可以具有高达一百五十个保护层602的光折射材料。在其他情形中，干涉滤光器600中的一个或多个中每一个可以具有多于一百五十个保护层315的光折射材料。
在某些实施方式中，保护层堆栈602A/602B/602C中的每一个使用诸如SiO2、Si3N4、Nb2O5、HfO2或Al2O3的光折射材料。在其他实施方式中，保护层堆栈602A/602B/602C中的每一个使用诸如一氧化硅(SiO)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)或五氧化二钽(Ta2O5)的光折射材料。在这些实施方式中，SiO2可以用作低折射率材料(L)，而其他剩余材料中的任一个可以用作高折射率材料(H)。
与a-Si:H/SiO2滤光器堆栈(滤光器部分504)的顶上的滤光器部分502对应的额外保护层堆栈是最终完全装配的光学干涉滤光器500或600的部分。在滤光器设计阶段期间，设计选项应该考虑到保护层堆栈的折射能力，以便不会使最终完全装配的光学干涉滤光器的光学效能降低。在某些实施方式中，表示层堆栈的a-Si:H/SiO2部分的滤光器部分504提供光学干涉滤光器的基本功能性。例如，可能需要干涉滤光器的此部分参考与光学干涉滤光器的这些层交互的光波来形成长通、带通、短通或峰形透射曲线。
在某些实施方式中，保护堆栈602A可以包括两个层，保护堆栈602B可以包括六个层，且保护堆栈602C可以包括十二个层。保护层602A/602B/602C中的每一个堆栈是包括SiO2层和由以下材料中的一个形成的层：Si3N4、Nb2O5、HfO2、Al2O3。与同时受到应力而没有任何保护层的干涉滤光器层相比，保护层602中的每一个显示对层稳定性的明显改善。在某些示例中，增加堆栈中的保护层的数量或示例性保护层堆栈的总厚度进一步改善保护层堆栈和总体干涉滤光器的有效性和稳定性。在某些情形中，取决于样本所暴露的环境特定类型，可以实现诸如无缺陷样本的改善。
图7示出用于使用干涉滤光器(诸如上文所描述的干涉滤光器310、500或600)来减少光学干涉的示例性过程700。在某些实施方式中，使用上文所描述的系统300的光学设备306来执行过程700。在这些实施方式中，光学设备306可以包括上文所描述的干涉滤光器310、500或600中的一个或多个。
现在参考过程700，设置在光学设备中的发射器发射第一光波(702)。第一光波在光学设备中造成不期望光波。例如，光学设备306的发射器102生成对应于光波220的信号。发射器102可以是(例如)具有窄光谱功率密度(SPD)的IR LED。
设置在光学设备中的探测器探测基于第一光波的第二光波(704)。第二光波可由探测器探测且容易与由第一光波导致的不期望光波耦合。例如，探测器104响应于由发射器102发射的IR光波反射离开目标对象215而探测反射光波225。在此实施方式中，反射光波225容易与不期望光波235耦合。例如，发射器102的SPD引起光波220具有某些功率和/或光谱属性230，这些功率和/或光谱属性引起不期望光波235在光学设备306处出现。
使用设置在探测器104上的干涉滤光器500来对由第一光波造成的不期望光波进行滤光(706)。对不期望光波进行滤光包括基于干涉滤光器的滤光器性质而使不期望光波衰减。例如，干涉滤光器可以包括：第一组交替层，其由第一组材料组成；和第二组交替层，其由第二组材料组成。滤光器性质对应于由一组交替层(例如，第二组交替层)表示的额外保护层堆栈。
滤光器性质可操作为引起干涉滤光器使不期望光波衰减，同时抵抗否则将造成干涉滤光器的物理变形的环境条件。环境条件可以基于超出阈值温度的环境温度、基于在环境中造成湿度的水或水蒸汽、或者基于将探测器104围封在设备封装中的过程。
在某些实施方式中，额外保护层堆栈包括布置在堆栈配置中且设置在探测器的表面上多个介电层。设置在探测器104的表面上的致密介电层可操作为减少潜在路径的数量，其中，使滤光器层稳定性降低的气态或基于流体的元素经由这些潜在路径行进到干涉滤光器的一个或多个部分。在某些实施方式中，将致密介电层设置在围封探测器的玻璃基板上。玻璃基板可平行于探测器的表面。
在某些实施方式中，光学设备306是安装在主机设备(诸如，移动智能电话、平板计算机、入耳式耳机、可穿戴设备、相机或其他电子设备)中的感测系统300的部分。在这些实施方式中，光学设备306关于减少、衰减或阻止串扰的优点可转变为在主机设备处改善的感测特征以及其他探测特征。例如，可以将光学设备306整合在主机设备中，且反射光波信号225在主机设备处得到处理以更准确地确定主机设备是否定位于毗邻人头部的耳部。
在某些实施方式中，主机设备从探测器接收信号并且响应于从探测器接收到信号而使用一个或多个处理设备来调整主机设备的特征。例如，主机设备可以调整整合在主机设备处的显示屏幕的亮度、关闭显示屏幕或引起主机设备从锁定操作状态转变成未锁定操作状态。在某些示例中，主机设备或与探测器104相关联的电路包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为执行指令来引起执行如下操作：响应于从探测器104接收到信号而调整主机设备的特征。
此处描述的系统和技术的各种实施方式可以以数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC、计算机硬件、固体、软件及/或其组合方式而实现。这些各种实施方式可以包括可以在可编程系统上执行和/或解析一个的或多个计算机程序中的实施方式，该可编程系统包括可以是特殊用途或一般用途的至少一个可编程处理器(其被耦合以从存储系统接收数据和指令并且将数据和指令传输至存储系统)、至少一个输入装置和至少一个输出设备。
这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或程序代码)包括用于可编程处理器的机器指令并且可以高位准程序和/或面向对象的编程语言和/或以组合/机器语言实施。在某些实施方式中，计算机程序是由主机设备(例如，智能电话或平板计算机)的控制器使用。例如，控制器使用程序来控制设置在主机设备中的发射器的操作且处理由设置在主机设备中的探测器生成的信号。响应于探测器接收到对应于由发射器发射的光波的反射光而处理由探测器生成的信号。
如本文中所使用，术语“机器可读介质”、“计算机可读介质”是指用于将机器指令及/或数据提供至可编程处理器的任何计算机程序产品、装置和/或设备(例如，磁盘、光盘、内存、可编程逻辑装置(PLD))，包括作为机器可读信号而接收机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用于将机器指令及/或数据提供至可编程处理器的任何信号。
为提供与用户的交互，此处所描述的系统和技术可实施在具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及用户可藉以将输入提供至计算机的键盘和指向设备(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上。也可使用其他种类的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的回馈可以是任何形式的感官回馈(例如，视觉回馈、听觉回馈或触觉回馈)；并且来自用户的输入可以以任何形式(包含声音、语音或触觉输入)接收。
此处所描述的系统和技术可实施于计算系统中，该计算系统包括后端组件(例如，作为数据服务器)；或包括中间件组件(诸如应用服务器)；或包括前端组件(诸如，具有用于可用来与此处所描述的系统和技术的实施方式交互的图形用户界面或Web浏览器的客户端计算机)或这些后端、中间件或前端组件的任一组合。系统的组件可以通过任一数字数据通信形式或介质(诸如通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)和因特网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离且通常经由通信网络交互。客户端与服务器关系是凭借在各个计算机上运行且彼此间具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生的。
已描述了若干实施例。然而，将理解，可在不脱离本发明精神和范围的情况下做出各种修改。此外，尽管此说明书含有许多具体实施方式细节，但这些细节不应解释为对可要求保护的范围的限制，而应解释为可以是对特定实施例的专有特征的说明。本发明在单独实施例的内容中描述的某些特征也可以以组合的方式实施于单个实施例中。
相反地，在单个实施例的内容中描述的各个特征也可以单独地或以任何合适的子组合的形式实施于多个实施例中。此外，虽然上文可将特征描述为以某些组合形式起作用且甚至最初是如此主张的，但在某些情况下，可以从所主张的组合中去除来自该组合的一个或多个特征，且所主张的组合可以针对子组合或子组合的变型。
类似地，尽管在图中以特定次序描绘操作，但不应将此理解为需要以所示出的特定次序或以顺序次序来执行这些操作，或需要执行所有例示的操作才能达成所期望结果。在某些情形中，多任务及并行处理可以是有利的。此外，不应将上文描述的实施例中的各种系统模块和组件的分离理解为在所有实施例中需要此分离，而应该理解为所描述的程序组件和系统通常应该一起被整合于单个软件产品中或封装至多个软件产品中。因此，其他实施方式也在所附的权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种光学设备，其包括：
发射器，其可操作为发射第一光波；
探测器，其可操作为探测基于所述第一光波的第二光波，其中所述第二光波容易与基于所述第一光波的不期望光波耦合；以及
干涉滤光器，其设置在所述探测器上，所述干涉滤光器包括：
第一多个交替层，其使用第一组材料形成，所述第一组材料中的至少一种材料包括非晶硅或氢化非晶硅；和
第二多个交替层，其使用第二组材料在所述第一多个交替层的顶部形成，其中所述第二多个交替层对应于所述干涉滤光器的至少一个滤光器性质，并且所述至少一个滤光器性质可操作为引起所述干涉滤光器使所述不期望光波衰减，同时抵抗否则将造成所述干涉滤光器的物理变形的环境条件；其中所述第二多个交替层包括具有SiO2的第一层和具有Si3N4、Nb2O5、HfO2或Al2O3的第二层。
2.如权利要求1所述的光学设备，其中，所述第二多个交替层表示所述干涉滤光器的额外层堆栈，所述额外层堆栈包括布置在堆栈配置中的多个介电层。
3.如权利要求2所述的光学设备，其中，所述额外层堆栈对应于所述滤光器性质，所述滤光器性质可操作为引起所述干涉滤光器对否则将造成被包括在所述第一多个交替层中的一个或多个层的物理变形的一个或多个环境条件具有抗扰性。
4.如权利要求2至3中任一项所述的光学设备，其中：
所述第二多个交替层包括布置在所述堆栈配置中的多个致密介电层；并且
所述多个致密介电层中的每一个致密介电层设置在所述探测器的表面上。
5.如权利要求4所述的光学设备，其中，设置在所述探测器的表面上的所述致密介电层可操作为减少潜在路径的数量，其中，水或水蒸气经由所述潜在路径行进至所述干涉滤光器的一个或多个部分。
6.如权利要求1至3中任一项所述的光学设备，其中：
所述滤光器性质可操作为引起所述干涉滤光器基于所述不期望光波的反射角而使所述不期望光波衰减，所述不期望光波的所述反射角是相对于所述探测器的表面的。
7.如权利要求1至3中任一项所述的光学设备，其中，所述滤光器性质可操作为引起所述干涉滤光器：
使所述不期望光波衰减；
抵抗否则将造成所述第一多个交替层的物理变形的第一环境条件；以及
抵抗否则将造成所述第一多个交替层的物理变形的第二不同环境条件。
8.如权利要求7所述的光学设备，其中：
所述第一环境条件基于水或水蒸气；以及
所述第二不同环境条件基于特定类型的流体或气体。
9.如权利要求8所述的光学设备，其中：
所述第一环境条件基于超出阈值温度的环境温度；以及
所述第二不同环境条件基于将所述探测器围封在设备封装中的过程。
10.如权利要求1至3中任一项所述的光学设备，其中，所述干涉滤光器的所述滤光器性质基于使用所述第二多个交替层形成保护层堆栈的层的组合物。
11.如权利要求1至3中任一项所述的光学设备，其中：
所述干涉滤光器包括使用所述第二多个交替层形成的保护层堆栈；以及
所述光学设备是可操作为探测关于目标对象相对于所述光学设备的信息的传感器。
12.一种包含如权利要求1至11中任一项所述的光学设备的主机设备，所述主机设备包含：
一个或多个处理设备；以及
一个或多个非暂时性机器可读存储设备，其存储指令，所述指令可由所述一个或多个处理设备执行以引起执行包括以下各项的操作：
从所述探测器接收一个或多个信号；以及
响应于从所述探测器接收到所述一个或多个信号而调整所述主机设备的特征。
13.一种使用光学设备执行的方法，所述方法包括：
由设置在所述光学设备中的发射器发射第一光波，所述第一光波在所述光学设备中导致不期望光波；
由设置在所述光学设备中的探测器探测基于所述第一光波的第二光波，其中所述第二光波容易与所述不期望光波耦合；以及
使用设置在所述探测器上的干涉滤光器对由所述第一光波造成所述不期望光波进行滤光，其中对所述不期望光波进行滤光包括基于所述干涉滤光器的至少一个滤光器性质而使所述不期望光波衰减，所述至少一个滤光器性质可操作为引起所述干涉滤光器：
使所述不期望光波衰减；以及
对否则将造成所述干涉滤光器的物理变形的一个或多个环境条件具有抵抗性；其中，基于所述干涉滤光器的所述滤光器性质而使所述不期望光波衰减包括：
使用表示位于所述干涉滤光器的第二滤光器部分的顶部的额外层堆栈的多个交替层，来使所述不期望光波衰减；其中所述额外层堆栈包括布置在堆栈配置中的多个介电层，以及
所述多个介电层可操作为引起所述干涉滤光器对否则将造成所述干涉滤光器的物理变形的一个或多个环境条件具有抵抗性，
其中所述第二滤光器部分使用第一组材料形成，所述第一组材料中的至少一种材料包括非晶硅或氢化非晶硅；
其中所述多个介电层包括具有SiO2的第一层和具有Si3N4、Nb2O5、HfO2或Al2O3的第二层。
14.一种光学设备，其包含：
发射器，其可操作为发射第一光波；
探测器，其可操作为探测基于所述第一光波的第二光波；以及
干涉滤光器，其设置在所述探测器上，所述干涉滤光器包括：
第一多个交替层，其使用第一组材料形成，所述第一组材料中的至少一种材料包括非晶硅或氢化非晶硅；以及
第二多个交替层，其使用第二组材料形成，所述第二多个交替层表示形成在所述第一多个交替层的顶部的所述干涉滤光器的保护层堆栈；
其中所述第二多个交替层包括具有SiO2的第一层和具有Si3N4、Nb2O5、HfO2或Al2O3的第二层。
15.一种设置在光学设备的探测器上的干涉滤光器，所述干涉滤光器包含：
第一多个交替层，其使用第一组材料形成，所述第一组材料中的至少一种材料包括非晶硅或氢化非晶硅；以及
第二多个交替层，其使用第二组材料在所述第一多个交替层的顶部形成，所述第二组材料中的至少一种材料具有低于非晶硅或氢化非晶硅的各个折射率的折射率，并且
其中，所述第二多个交替层对应于所述干涉滤光器的至少一个滤光器性质，并且所述至少一个滤光器性质可操作为引起所述干涉滤光器使不期望光波衰减，同时抵抗否则将造成所述干涉滤光器的物理变形的环境条件；
其中所述第二多个交替层包括具有SiO2的第一层和具有Si3N4、Nb2O5、HfO2或Al2O3的第二层。
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