CN220509162U - 光学滤波器、图像采集设备和图像采集系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种光学滤波器、图像采集设备和图像采集系统，所述光学滤波器(23)包括：第一角度滤波器(231)，至少阻挡入射角大于第一入射角的一个第一辐射(313)；以及第二角度滤波器(233)，阻挡入射角大于第二入射角的第二辐射(311)，第一角度滤波器覆盖第二角度滤波器。

Description

光学滤波器、图像采集设备和图像采集系统

本申请基于2020年12月14日提交的且题为“Filtre optique”的法国专利申请FR2013146并要求其优先权，该申请经法律授权通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种光学滤波器，并且更确切地说，涉及一种角度光学滤波器。

更具体地，本公开涉及一种旨在在光学系统(例如生物计量成像系统)内使用的角度滤波器。

背景技术

角度滤波器是一种能够根据入射辐射的入射角对入射辐射进行滤波，并且因此阻挡入射角大于最大入射角的光线的设备。角度滤波器经常与图像传感器结合使用。文献US2020/327296和US2008/291445公开了包括角度滤波器的光学系统的示例。

实用新型内容

需要改进已知的包括角度滤波器的光学系统。特别地，需要一种光学系统，能够根据到达图像采集设备的光线的角度和波长而对光线进行过滤，以便获得分辨率极高的图像，因为这些图像来自于对每个所考虑的波长都有最佳入射角的光线。

一个实施例克服了已知的光学角度滤波器的全部或部分缺点。

一个实施例提供了一种光学滤波器，包括：

第一角度滤波器，至少阻挡入射角大于第一入射角的第一辐射；以及

第二角度滤波器，阻挡入射角大于第二入射角的第二辐射，

第一角度滤波器覆盖第二角度滤波器。

根据一个实施例，第一辐射对应于波长在700nm至1700nm、优选为从820nm至870nm和/或从910nm至970nm范围内的辐射。

根据一个实施例，第二辐射对应于波长在从400nm至600nm、优选为从470nm至600nm的范围内的辐射。

根据一个实施例，第二辐射对应于波长在从600nm至700nm、优选为从600nm至680nm的范围内的辐射。

根据一个实施例，第一角度滤波器阻挡入射角大于第一入射角的第二辐射。

根据一个实施例，第二角度滤波器包括：

微透镜的第一网络；以及

至少对第一辐射不透明的壁分隔开的开口的第一阵列。

根据一个实施例，光学滤波器包括位于微透镜的第一网络和开口的第一阵列之间的基板。

根据一个实施例，第一阵列的壁对于第二辐射是不透明的。

根据一个实施例，第一角度滤波器包括由对第二辐射不透明的壁分隔开的开口的第二阵列。

根据一个实施例，第一角度光学滤波器包括覆盖开口的第二阵列的微透镜的第二网络。

根据一个实施例，第一角度滤波器包括基板，开口的第二阵列覆盖基板。

根据一个实施例，第一角度滤波器包括开口的第三阵列，开口的第二阵列、基板和第三阵列按此顺序形成堆叠。

根据一个实施例，壁由填充有对第一辐射不透明的材料的沟道的网格或网络限定，开口具有以四边形作为底部的截棱锥形状。

根据一个实施例，开口由具有圆形底部的锥体的网络限定。

根据一个实施例，第一角度滤波器是干涉滤波器、带通滤波器或低通滤波器。

根据一个实施例，第二角度滤波器不阻挡第一辐射。

根据一个实施例，第一角度滤波器不阻挡第二辐射。

一个实施例提供了一种图像采集设备，包括诸如上所述的光学滤波器、图像传感器和至少一个光源。

根据一个实施例，该设备包括波导层，并且该至少一个光源对应于一个或多个发光二极管。

根据一个实施例，至少一个光源对应于一个或多个有机发光二极管。

根据一个实施例，该设备包括位于光源和图像传感器之间的一个或多个滤色器。

一个实施例提供了一种图像采集系统，该图像采集系统包括诸如上面所述的图像采集设备和处理单元。

附图说明

前面的特征和优点以及其他特征和优点，将在通过参考附图的说明而非限制的方式给出具体实施例的公开的其余部分中详细描述，其中：

图1以局部和简化的框图示出了图像采集系统的实施例；

图2以局部和简化的横截面视图示出了包括光学滤波器的图像采集设备的实施例；

图3以局部和简化的横截面视图示出了图2中所示的部分图像采集设备的实施例；

图4以局部和简化的横截面视图示出了图2中所示的部分图像采集设备的另一个实施例；

图5以局部和简化的俯视图示出了图3和图4所示的部分设备的实施例；

图6以局部和简化的俯视图示出了图3和图4所示的部分设备的另一个实施例；

图7以局部和简化的横截面视图示出了图2所示的部分图像采集设备的又一实施例；

图8以局部和简化的透视图示出了图7所示的部分图像采集设备的形成步骤；

图9以局部和简化的横截面视图示出了图2所示的部分图像采集设备的又一实施例；

图10以局部和简化的横截面视图示出了图2所示的部分图像采集设备的又一实施例；

图11示出了图3所示结构的光学滤波器根据到达光学滤波器的辐射光线的入射角的透射率的曲线图；以及

图12示出了图3所示结构的光学滤波器根据到达光学滤波器的另一辐射光线的入射角的透射率的曲线图。

具体实施方式

在各个附图中，类似的特征已经通过类似的附图标记来指定。特别地，在各种实施例中常见的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以设置同样的结构、尺寸和材料特性。

为了清楚起见，仅详细示出和描述了对理解本文所描述的实施例有用的步骤和元件。

除非另有说明，否则当参考连接在一起的两个元件时，这意味着除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，并且当参考耦合在一起的两个元件时，这意味着这两个元件能够连接，或者它们能够经由一个或多个其他元件耦合。

在以下公开中，当参考绝对位置限定词，诸如术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“左”、“右”等，或参考相对位置限定词(诸如术语“以上”、“以下”、“上方”和“下方”等)，或参考方位限定词(诸如“水平”、“垂直”等)时，除非另有规定，否则均指图形的方向。

除非另有规定，否则术语“大约”、“大致”、“基本上”和“约”表示正负10％，最好是正负5％。

除非另有规定，否则表达式“所有元件”、“每个元件”表示95％至100％的元件。

在以下描述中，除非另有规定，否则当辐射通过层或膜的透射率小于10％时，层或膜被称为对辐射不透明。在以下描述中，当辐射通过层或膜的透射率大于10％时，层或膜被称为对辐射透明。根据一个实施例，对于同一光学系统，对辐射不透明的光学系统的所有元件的透射率小于对所述辐射透明的光学系统元件的最低透射率的一半，优选地小于五分之一，更优选地小于十分之一。在本公开的其余部分中，在操作中穿过光学系统的电磁辐射被称为“有用辐射”。在以下描述中，形成在支撑件表面上的光学元件被称为“微米范围光学元件”，该支撑件平行于所述表面测量的最大尺寸大于1μm且小于1mm。

在每个微米范围光学元件对应于由两个屈光镜形成的微米范围透镜或微透镜的情况下，现在将针对包括微米范围光学元件阵列的光学系统描述光学系统的实施例。然而，应该清楚的是，这些实施例也可以用其他类型的微米范围光学元件来实施，其中每个微米范围光学元件可以例如对应于微米范围菲涅耳透镜、微米范围折射率梯度透镜或微米范围衍射光栅。

在以下描述中，波长在400nm至700nm范围内的电磁辐射被称为“可见光”，并且在该范围内，绿光是指波长在从400nm至600nm的范围内的电磁辐射，更优选为从470nm至600nm。波长在700nm至1mm范围内的电磁辐射被称为红外辐射。在红外辐射中，人们能够特别区分波长在从700nm至1.7μm范围内的近红外辐射，更优选为从850nm至940nm。

图1以局部和简化的框图示出了图像采集系统11的实施例。

如图1所示，图像采集系统11包括：

图像采集设备13(设备)；以及

处理单元15(PU)。

处理单元15优选地包括用于处理由设备13传递的信号的装置，如图1所示。例如，处理单元15包括微处理器。

设备13和处理单元15最好通过链路17耦合。例如，设备13和处理单元15被集成在同一电路中。

图2以局部和简化的横截面视图示出了包括角度滤波器的图像采集设备19的实施例。

图2中所示的图像采集设备19包括，在图中的方向上从下到上：

图像传感器21；以及

光学滤波器23，覆盖图像传感器21。

在本公开中，根据直接正交坐标系XYZ在空间中示出了图2至图10的设备的实施例，坐标系XYZ的Y轴与图像传感器21的上表面正交，并从图像传感器21指向光学滤波器23。

根据图2所示的实施例，设备19捕捉物体25的图像响应，部分显示，优选为一只手或一根手指。

图像传感器21包括光子传感器阵列，也被称为光电探测器。根据一个实施例，每个光电探测器适于检测可见辐射和/或近红外辐射。

根据图2所示的实施例，设备19包括层27，称为波导，覆盖光学滤波器23的上表面。物体25优选地位于层27的顶部并且与之接触。

根据本实施例，设备19包括适于发射第一辐射313的第一光源293和适于发射第二辐射311的第二光源291。源291、293例如横向耦合到层27，并且沿着Y方向与传感器21、光学滤波器23和层27的堆叠不共线。在图2中，源291、293布置在层27的任一侧，也就是说，抵靠着层27的两个相对侧放置。例如，源291在图2的方向上位于层27的左侧，并且源293在图2中的方向上位于层27的右侧。作为一种变体，源291、293相对于彼此被无关地定位。例如，源291、293被定位在层27的同一侧上，挨着彼此或一个在另一个后面，或者使得辐射311、313正交。

根据一个实施例，源291、293中的每一个由一个或多个发光二极管(LED)形成。优选地，每个源291、293由沿着层27以“线性阵列”布置的多个LED形成。

根据实施例，设备19包括适于发射包括辐射311和313的广泛辐射的单个源。在这种情况下，例如，源可以与仅允许辐射311和/或313通过的一个或多个相同或不同颜色的滤波器相关联。

根据实施例，辐射311优选地包括绿色和/或蓝色的至少一个或多个波长，即，在400nm至600nm的范围内，优选地470nm至600nm的范围内的一个或多个波长。形成辐射311的波长例如都在400nm至600nm的范围内，优选地在470nm至600nm的范围内。

根据实施例，辐射313优选地包括近红外中的一个或多个波长，即，在700nm至1700nm范围内，优选地在820nm至870nm和/或910nm至970nm的范围内的一个或者多个波长。形成辐射313的波长例如都在700nm至1700nm的范围内，优选在820nm至870nm和/或910nm至970nm的范围内。

根据实施例，辐射311优选地包括红色的至少一个或多个波长，即，在600nm至700nm的范围内，优选地在600nm至680nm的范围的一个或多个波长。形成辐射311的波长例如都在600nm至700nm的范围内，优选地在600nm到680nm的范围内。

根据未示出的实施例，设备19包括取代与源293和291相关联的层27的一个或多个有机发光二极管OLED，在光学滤波器23的表面处延伸。OLED被像素化或不被像素化，并且优选地适于发射辐射311和/或313。OLED例如被一个或多个滤色器覆盖。

光学滤波器23适于根据其波长和辐射相对于Y轴的入射角来对入射辐射进行滤波。换句话说，该结构适于根据它们的入射角和它们的波长对到达其上表面的入射光线进行滤波。

光学滤波器23被分成两个彼此堆叠的不同部分。因此，光学滤波器23包括：

第一角度滤波器231，其适于阻挡辐射311和313的入射光线，并且优选地仅阻挡相对于Y轴的相应入射角大于第一最大入射角的辐射313的入射光线；

第二角度滤波器233，其适于阻挡相对于Y轴的相应入射角大于第二最大入射角的辐射311的入射光线。

根据优选实施例，第一最大入射角大于第二最大入射角。

优选地，第二滤波器对于辐射313是透明的。作为一个示例，第一滤波器对于辐射311是透明的。

根据实施方式，角度滤波器231和角度滤波器233是分别制造的，然后随后组装。例如，在没有将两个滤波器231、233彼此精确对准的情况下进行组装。作为一个变体，可以通过对准工具的方式进行组装。

两个滤波器231和233之间的粘合可以通过OCA型粘合剂或环氧树脂或丙烯酸酯型胶水来实现。

根据实施模式，滤波器231和233是一个接一个地制造的，滤波器231例如是在滤波器233的上表面制造的。

为了获得诸如图2中所述的光学滤波器23，发明人已经设想了不同的实施例。下文将结合图3至图12对这些实施例进行详细说明。

图3以局部和简化的横截面视图示出了图2中所示的部分图像采集设备的实施例。

更具体地说，图3示出了包括设备19的光学滤波器23和图像传感器21的结构33，图像传感器包括光电探测器34。

光电探测器34优选地以阵列形式布置。光电探测器34可以用未示出的保护涂层覆盖。

根据实施例，光电探测器34都具有相同的结构和相同的属性/特性。换句话说，所有的光电探测器34基本上是相同的，在制造公差范围内。根据一个实施例，每个光电探测器34适于检测可见辐射和/或近红外辐射。滤色器可选地覆盖光电探测器34的上表面，以对入射到每个光电探测器的辐射的波长进行滤波。

作为一个变体，光电探测器34并非都具有相同的特性，并且可以对不同的波长敏感。换句话说，第一光电探测器34可以对辐射313敏感，并且不同于第一光电探测器的第二光电探测器34可以对辐射311敏感。

图像传感器21还包括导电轨道和开关元件，特别是晶体管(未示出)，允许选择光电探测器34。

光电探测器34优选地由有机材料制成。光电二极管34例如是集成在CMOS(互补金属氧化物半导体)基板或薄膜晶体管基板(TFT)上的有机光电二极管(OPD)。基板例如由硅制成，优选地由单晶硅制成。TFT晶体管的沟道、源区和漏区例如由非晶硅(a-Si)、氧化铟镓锌(IGZO)或低温多晶硅(LTPS)制成。

图像传感器21的光电二极管34包括例如有机半导体聚合物的混合物，例如称为P2HT的聚(3-己基噻吩)或聚(3-己基噻吩-2，5-二基)与称为PCBM的[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(N型半导体)混合。

图像传感器21的光电二极管34例如包括小分子，即具有小于500g/mol的摩尔质量的分子，优选地小于200g/mol。

光电二极管34可以是非有机光电二极管，例如，基于非晶硅或结晶硅形成。作为一个示例，光电二极管34由量子点形成。

根据图3所示的实施例，角度滤波器231包括：

第一阵列49或一层孔或开口51，例如用透明树脂填充，由对辐射311和313不透明的第一树脂的壁53界定，优选地，仅对辐射313不透明；以及任选地具有第一阵列49搁置在其上的基板55。

基板55可以由透明聚合物制成，该透明聚合物至少不吸收所考虑的波长，这里在可见光和近红外范围内。聚合物尤其可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、环烯烃聚合物(COP)、聚酰亚胺(PI)或聚碳酸酯(PC)。基板55的厚度可以在10μm和100μm之间变化，优选在12μm和50μm之间，更优选约等于23μm。

在本公开中，位于层49和基板55之间的界面处的层49的表面被称为层49的下表面49i。层49的上表面49s还被称为与下表面49i相对的层49的表面。

在图3中，开口51在YZ平面中被显示为矩形横截面。通常，每个开口51可以具有正方形、梯形或漏斗形。在俯视图中(即，在XZ平面中)，每个开口51可以具有圆形、椭圆形或多边形形状，例如三角形、正方形、矩形或梯形。在俯视图中，每个开口51优选地具有圆形形状。开口51在XZ平面中位于层49的上表面49s的水平处的特征尺寸被定义为开口51的宽度。例如，对于在XZ平面中具有正方形横截面的开口51，宽度对应于侧面的尺寸，并且对于在XZ平面中具有圆形横截面的开口51，宽度对应于开口51的直径。此外，位于开口51的对称轴和层49的下表面49i的交点处的点被称为开口51的中心。例如，对于圆形开口51，每个开口51的中心位于开口51的轴线上。

根据实施例，形成阵列49的壁53的材料是对辐射313和可选地对辐射311不透明的材料，例如，以商品名MicroChem闻名的制造商的以商品名“SU-8”闻名的树脂。

将“h1”称为壁53沿Y轴的厚度。壁53例如对辐射313不透明，并且可选地对辐射311不透明，例如，对辐射313和可选地对辐射311是吸收和/或反射的。

根据实施例，开口51被布置成行和列。更具体地说，开口51是根据图5和图6所示的两个实施例中的一个或另一个进行布置的。开口51可以全部具有基本上相同的尺寸。将开口51的宽度称为“w1”(在开口的底部测量，即在与基板55的界面处测量)。将孔51的重复间距称为“p1”，即沿着X轴或Z轴，一行或一列的两个连续孔51的中心之间的距离。

间距p1可以在2μm至100μm的范围内。高度h1可以在5μm至30μm的范围内。宽度w1优选在1μm至20μm的范围内。

该结构适于仅在所考虑的波长范围内使相对于Y轴的入射角小于第一最大入射角的光线通过。例如，该结构只允许入射角小于15°的入射光线通过，优选地小于10°。

孔51和壁53的阵列49例如通过在基板55或角度滤波器233的整个上表面上方沉积一层树脂形成壁53，然后通过光刻技术、机械冲压技术或激光烧蚀在孔51的位置处将其局部去除而形成。

根据图3所示的实施例，角度滤波器233包括：

第二阵列35或一层孔或开口37，例如用透明树脂填充，由对辐射311不透明的第二树脂的壁39界定；以及

微米范围尺寸的微透镜43的网络41，例如，平凸的。

根据图3所示的实施例，角度滤波器231搁置在角度滤波器233的上表面上，例如，基板55的下表面搁置在角度滤波器233的上表面上。未示出的组装层优选地存在于角度滤波器231和角度滤波器233之间。

根据实施例，微透镜43的网络41形成在基板或支撑件56上并与其接触，然后基板被置于微透镜43和阵列35之间。

基板56在存在时可以由透明聚合物制成，该透明聚合物至少不吸收所考虑的波长，这里是在可见光和近红外范围内的波长。聚合物尤其可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、环烯烃聚合物(COP)、聚酰亚胺(PI)或聚碳酸酯(PC)。基板56的厚度可以在1μm和100μm之间变化，优选在10μm和100μm之间。基板56可以对应于滤色器、偏振器、半波片或四分之一波片。

微透镜43可以由二氧化硅、PMMA、正抗蚀剂、PET、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、COP、聚二甲基硅氧烷(PDMS)/硅酮、环氧树脂或丙烯酸酯树脂制成。微透镜43可以通过抗蚀剂块的蠕变来形成。微透镜43还可以通过在PET、PEN、COP、PDMS/硅酮、环氧树脂或丙烯酸酯树脂的层上进行模制而形成。微透镜43是会聚透镜，每个透镜的焦距f在从1μm至100μm的范围内，优选地为从1μm至70μm。根据一个实施例，所有的微透镜43基本上是相同的。

根据本实施例，当微透镜43和基板56存在时，优选由透明或部分透明的材料制成，也就是说，在与待成像物体的曝光期间使用的波长相对应的波长范围内，在目标领域(例如成像)所考虑的一部分光谱中是透明的。

微透镜43的平面表面面向开口37。

在本公开中，位于层35和微透镜43的网络41(或者，如果存在，位于微透镜43网络下方的基板56)之间的界面处的层35的表面被称为层35的上表面35s。还将与上表面35s相对的层35的表面称为层35的下表面35i。

在图3中，开口37在YZ平面上显示为梯形横截面。通常，每个开口37可以具有正方形、矩形或漏斗形。在俯视图中(即，在XZ平面中)，每个开口37可以具有圆形、椭圆形或多边形形状，例如三角形、正方形、矩形或梯形。在俯视图中，每个开口37优选地具有圆形形状。开口37在XZ平面中位于层35的上表面35s的水平处的特征尺寸被定义为开口37的宽度。例如，对于在XZ平面中具有正方形横截面的开口37，宽度对应于侧面的尺寸，并且对于在XZ平面中具有圆形横截面的开口37，宽度对应于开口37的直径。此外，位于开口37的对称轴和层35的下表面35i的交点处的点被称为开口37的中心。例如，对于圆形开口37，每个开口37的中心位于开口37的旋转轴线上。

根据实施例，形成阵列35的壁39的材料是对辐射311不透明的材料，例如，含有染料的树脂。作为一个示例，形成壁39的材料包括以商品名MicroChem闻名的制造商的以商品名“SU-8”闻名的树脂。

将“h2”称为壁39沿Y轴的厚度。例如，壁39对辐射311是不透明的，例如，对辐射311是吸收和/或反射的。

根据实施例，开口37被布置成行和列。开口37可以具有所有基本上相同的尺寸。将开口37的宽度称为“w2”(在开口的底部测量，即在与基板56或微透镜43的界面处测量)。将孔37的重复间距称为“p2”，即沿着X轴或Z轴，一行或一列的两个连续孔37的中心之间的距离。

间距p2可以在1μm至25μm的范围内，例如在12μm至20μm的范围。高度h2可以在1μm至1mm的范围内，优选在6μm至15μm的范围内。宽度w2优选在0.5μm至25μm的范围内，优选约等于12μm。

每个开口37优选地与网络41的单个微透镜43相关联。微透镜43的光轴优选地与阵列35的开口37的中心对准。微透镜43的直径优选地大于开口37的最大横截面(垂直于光轴测量)。

开口37例如填充有空气、部分真空或在可见光和红外范围内至少部分透明的材料。开口37的填充材料优选地在阵列35的下表面35i处形成层47，以覆盖壁39并使阵列35的所述下表面35i平坦化。

微透镜43优选地被平坦化层45覆盖。层45由在可见光和红外范围内至少部分透明的材料制成。

根据图3所示的实施例，每个光电探测器34都与四个开口37相关联(例如，它与沿X轴的两个开口37和沿Z轴的两个开口37相关联)。在实践中，角度滤波器233的分辨率可以是图像传感器21的分辨率的四倍以上。换句话说，在实践中，开口37可以是光电探测器34的四倍以上。

该结构适于仅在所考虑的波长范围内使相对于微透镜43的光轴的入射角小于第二最大入射角的光线通过。例如，该结构只允许入射角小于5°的入射光线通过，优选地小于3.5°。

图4以局部和简化的横截面视图示出了图2中所示的部分图像采集设备的另一个实施例。

更具体地说，图4示出了与图3所示结构33类似的结构57，不同之处在于角度滤波器231包括两个阵列的孔和壁。

根据图4所示的实施例，角度滤波器231包括位于两个阵列61、63或孔65、67的层之间的基板59，孔65、67的层由对辐射313和可选地对辐射311不透明的壁69、71界定。

基板59可以由介电材料制成，该介电材料至少不吸收所考虑的波长，这里在可见光和近红外范围内。基板59尤其可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、环烯烃聚合物(COP)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、以商品名MicroChem闻名的制造商的以商品名“SU-8”闻名的树脂，或者是丙烯酸酯或环氧树脂胶制成。基板厚度可以在10μm和50μm之间变化，优选地约等于23μm。

在图4中，开口65、67在YZ平面上显示为矩形横截面。通常，每个开口65、67可以具有正方形、梯形或漏斗形。在俯视图中(即，在XZ平面中)，每个开口65、67可以具有圆形、椭圆形或多边形形状，例如三角形、正方形、矩形或梯形。在俯视图中，每个开口65、67优选地具有圆形形状。存在在XZ平面中，分别在层61、63的上表面的水平处分别被限定为开口65、67的宽度的开口65、66的特征尺寸。例如，对于在XZ平面中具有正方形横截面的开口65、67，其宽度对应于侧面的尺寸，并且对于在XZ平面中具有圆形横截面的开口65、67，该宽度对应于开口65、67的直径。此外，分别位于开口65、67的对称轴与层61、63的下表面的交点处的点分别被称为开口65、67的中心。例如，对于圆形开口65、67，每个开口65、67的中心位于开口65、67的旋转轴线上。

根据一个实施例，开口65、67在制造公差内是相同的。作为变体，开口65的尺寸不同于开口67的尺寸。

根据一个实施例，形成壁69、71的材料是对辐射311和313不透明的材料，优选地仅对辐射313不透明。例如，形成壁69、71的材料是诸如铝的金属材料或诸如树脂的吸收材料。

根据一个实施例，孔65和67填充有对可见光和红外辐射透明的材料。

将沿Y轴的壁69的厚度称为“h3”，并且将沿Y轴的壁71的厚度称为“h4”。将开口65的宽度称为“w3”，并且将开口67的宽度称为“w4”。进一步将孔65(或孔67)的重复间距称为“p3”，也就是说，沿着X轴或Z轴，一行或一列的两个连续孔65(或者孔67)中心之间的距离。

间距p3可以在2μm至50μm的范围内。高度h3和h4可以相等或不同，它们例如在10nm至20μm的范围内，优选地等于15μm。宽度w3和w4可以相等或不同，并且例如在1μm至10μm的范围内。

根据一个实施例，角度滤波器231的总高度，即，包括基板59和两个阵列61、63的堆叠的高度，在从5μm至100μm的范围内。

根据图4所示的实施例，孔65、67是对准的，即每个孔65与孔67是对准的，并且每个孔67与孔65是对准的。

该结构适于仅在所考虑的波长范围内使相对于Y轴的入射角小于第一最大入射角的光线通过。例如，该结构只允许入射角小于15°的入射光线通过，优选地小于10°。

图5和图6以局部和简化的横截面图示出了图3和图4所示设备部分的两个实施例。

更具体地说，图5和图6在俯视图中分别示出了图3所示的结构33或图4所示的构造57。换句话说，在俯视图中，结构33和57可以对应于图5所示的实施例或图6所示的实施例。

根据一个实施例，图5对应于图3所示结构33的俯视图。因此，图3中所示的结构33是沿图5中所示结构沿横截面AA的横截面视图。

根据一个实施例，图6对应于图3所示结构33的俯视图。因此，图3中所示的结构33是沿图6中所示结构沿横截面BB的横截面视图。

根据一个实施例，图5对应于图4所示结构57的俯视图。因此，图4中所示的结构57是沿图5中所示结构沿横截面AA的横截面视图。

根据一个实施例，图6对应于图4所示结构57的俯视图。因此，图4中所示的结构57是沿图6中所示结构沿横截面BB的横截面视图。

根据图5所示的实施例，层49的孔51，层61的孔65，分别以行和列的网格的形式组织。例如，孔51和65是对准的。在图5中，孔51和孔65的重复图案为正方形，其中孔51和孔65分别位于正方形的四个角。

根据图6所示的实施例，层49的孔51，层61的孔65，分别以五点形的行和列网格的形式组织。换句话说，在图6中，孔51和孔65的重复图案分别是正方形，其中孔51和孔65分别位于正方形的四个角和中心。

根据一个实施例，图4的开口65、67被布置成行和列。更具体地，开口65、67根据图5和图6所示的两个实施例中的一个或另一个进行布置。

图7以局部和简化的横截面视图示出了图2中所示的部分图像采集设备的又一实施例。

更具体地，图7示出了与图3所示结构33类似的结构73，不同之处在于，图7所示的角度滤波器231是结构化层，包括对辐射311和313透明的支柱77，以及对辐射313和可选的辐射311不透明的空间79。支柱77可以被称为不透明层79中的孔或开口。

根据图7所示的实施例，支柱77搁置在单个底部81上，在组装角度滤波器231和角度滤波器233之后，支柱77完全覆盖角度滤波器233。空间79形成围绕支柱77的阵列75。这些空间沿着高度h5延伸，优选地，从底部81延伸到支柱77的上表面。

支柱77优选地在YZ平面中具有梯形形状。支柱77在俯视图中，即在XZ平面中具有正方形、矩形或圆形形状。因此，每个支柱77在三维中具有具有正方形或矩形底部的截棱锥形状，或者具有圆形底部的截锥形状。

在底部81的上表面水平处的XZ平面中，支柱77的宽度w5限定了支柱77的特征尺寸。例如，对于在XZ平面中具有正方形横截面的柱77，宽度对应于正方形的边的尺寸。此外，位于支柱77的对称轴和底部81的上表面的交点处的点被称为支柱77的中心。

根据一个实施例，支柱77被布置成行和列。更具体地说，支柱77的布置如下文图8的视图A所示。

根据图7所示的实施例，空间79将支柱77分隔开，从而两个支柱77被空间79分隔开。更具体地，空间79在支柱77周围形成网格。

在XZ平面中，在底部81的上表面的水平处，由空间77的宽度w6限定了空间77的特征尺寸。例如，宽度w6对应于两个支柱77之间的距离。

根据一个实施例，支柱77在横截面视图中沿着YZ横截面平面，在其顶部具有角度θ。换句话说，沿着图7所示的YZ横截面，同一支柱77的两个相对侧表面以这样的方式定向，即彼此形成角度θ。

例如，宽度w5在10μm至50μm的范围内。宽度w6例如在5μm至50μm的范围内。高度h5优选在50μm至500μm的范围内。例如，角度θ在5°至15°的范围内。

根据图7所示的实施例，底部81由优选地与支柱77的材料相同的材料制成。优选地，基板81的材料是对辐射311和313透明的塑料，诸如PET或COP。

根据图7所示的实施例，空间79的材料优选对辐射311和313不透明，优选仅对辐射313不透明。

图8简要示出了图7所示角度滤波器231的形成。

图8以透视图示出了图7所示的部分图像采集设备的形成步骤。

更具体地说，图8的视图A示出了在底部81和支柱77形成结束时获得的结构83，并示出了在其制造过程结束时的角度滤波器231。

优选地，底部81和支柱77彼此是一体的，并在同一步骤中一起形成。优选地，支柱77形成在底部81上，从而被用作支柱77的基板或支撑件。支柱77和底部81可以由相同的材料制成，或由不同的材料制成。

作为一个示例，结构83的形成是通过热成型在单个步骤中执行的。当底部81和支柱77具有相同的化学性质时，热成型是优选的制造步骤。

作为一个示例，结构83的形成是通过与结构83的负极或互补对应的模具的方式在一个步骤中进行的。

作为一个示例，结构83的形成被分解为两个子步骤。

例如，结构83的形成包括对由底部81和支柱77的材料制成的层进行变形的第一子步骤。该变形步骤优选地对应于所考虑的材料的热成形步骤，以在XZ平面中的第一方向，例如，X轴的方向上形成基本上线性的空间79。第一子步骤之后是在第一子步骤结束时对获得的结构进行变形的第二子步骤，以在YZ平面中的第二方向上形成空间79，该第二方向正交于第一方向，例如Z轴的方向。

作为一个示例，通过光刻获得支柱77，即通过通过包含支柱77的图案的掩模对支柱77的材料层进行紫外线(UV)照射，以去除支柱77材料的未照射部分，并且从而暴露支柱77。

作为一个示例，支柱77是通过纳米或微压印获得的，也就是说，在底部81上沉积一层支柱77的材料，并且然后在UV下交联将后者交联在具有支柱77形状的阴性模具中。

在结构83的形成结束时，位于结构83的支柱77之间的空间被填充有空间79的材料，以在获得的结构的平坦化之后，例如通过环氧树脂或丙烯酸酯树脂的沉积，获得诸如图7所示的角度滤波器231(视图B)。

图9以局部和简化的横截面视图示出了图2中所示的部分图像采集设备的又一实施例。

更具体地，图9示出了类似于图3所示结构33的结构85，不同之处在于角度滤波器231是带通滤波器或干涉低通滤波器，即，仅允许波长在给定波长范围内的辐射通过的滤波器，或者仅允许波长小于截止波长的辐射通过的滤波器。

发明人确实已经观察到，对于波长略小于干涉滤波器的截止波长的辐射，干涉滤波器也表现为角度滤波器。对于该辐射，干涉滤波器阻挡入射角大于最大入射角的光线，其中该最大入射角可以取决于入射波长和截止波长之间的相对位置以及滤波器的截止波长水平处的过渡斜率。

例如，对于具有950nm截止波长的低通干涉滤波器，如果具有波长λ1，例如948nm的光线871的入射角大于角度θ1，则其被阻挡(被反射和/或被吸收)。然而，具有波长λ2在干涉滤波器的通过波长范围内、不靠近滤波器的过渡区域的光线872不会被阻挡(被反射和/或被吸收)。

在实践中，如果λ1对应于辐射311的波长或波长范围，并且λ2对应于辐射313的波长或波长范围，则选择图9所示的滤波器231，以使一个或多个光线871不被滤波器231阻挡，而一个或多个光线872根据其入射角被滤波器231阻挡。

根据一个实施例，角度滤波器231通过堆叠多个具有不同折射率的层来形成。例如，滤波器231包括具有第一折射率的第一材料的第一层和具有不同于第一折射率的第二折射率的第二材料的第二层的交替。作为一个示例，滤波器231包括由氟化镁制成的层与由氧化铝制成的层的交替，或者由五氧化二钽制成的层与由二氧化硅制成的层的交替。作为一种变体，滤波器231包括由来自列表中的一种或多种材料制成的交替层：氟化镁、氧化铝、五氧化二钽、二氧化硅、五氧化三钛、二氧化铪。滤波器231还可以包括由金、银、铬、镍或铝、它们的一种或多种衍生物、或其他金属氧化物或其他半导体材料制成的交替层。

在本实施例中，形成角度滤波器231的层的折射率和这些层的厚度被确定为使得：

对于大于15°的入射角，优选地大于10°，辐射313被阻挡；以及所有其他光线都不会被阻挡。

图10以局部和简化的横截面视图示出了图2中所示的部分图像采集设备的又一实施例。

更具体地说，图10示出了与图3所示结构33类似的的结构89，不同之处在于图10所述的角度滤波器231与图3中所示的角度滤波器233类似。

更确切地说，图10所示的角度滤波器231与角度滤波器233类似，包括：

由壁95界定的孔或开口93的阵列91或层；以及

微米范围尺寸的微透镜99的网络97，例如，平凸的。

微透镜99的网络97优选地搁置在基板100上。例如，基板100具有与基板56的组成和尺寸类似的组成和尺寸。

与图3所示的滤波器233的壁39相反，图10所示的角度滤波器231的壁95对辐射311和313是不透明的，优选地仅对辐射313是不透明的。

例如，结构89的角度231的元件的材料、形状和尺寸与图3的结构33的角度滤波器233的元件的材料、形状和尺寸相同或不同，以壁95的材料差异为限。在实践中，为了使入射到角度滤波器231的光线的截止角大于入射到角度光学滤波器233的光线的截止角，可以相对于角度滤波器233的相同特性来修改微透镜99的形状、微透镜99的尺寸、壁95的厚度和微透镜99搁置在其上的基板的厚度。

对于图3所示的角度滤波器233，结构89的角度滤波器231的每个开口93最好与网络97的单个微透镜99相关联。微透镜99的光轴优选地与阵列91的开口93的中心对准。微透镜99的直径优选地大于开口93的最大横截面(垂直于光轴测量)。

与结构33的角度滤波器233类似，结构89的角度滤波器231的开口93的填充材料优选地在阵列91的下表面形成层101，以覆盖壁95并使所述阵列91的下表面平坦化。微透镜99优选地被平坦化层103覆盖。层103由对辐射311和313至少部分透明的材料制成。

在实践中，与已经示出的相反，结构89的开口93和37不一定对准，因为角度滤波器231和角度滤波器233可以在一个相对于另一个不对准的情况下进行组装。

图11示出了图3所示结构的光学滤波器根据到达光学滤波器的辐射311的光线的入射角的透射率的曲线图。

更具体地说，图11示出了三条曲线105、107和109，每条曲线表示根据所述光线的入射角(角度(°))，诸如图3所示的角度滤波器23的不同部分中光线的透射率(透射率(％))。

根据图11所示的实施例，辐射311的光线穿过光学滤波器23的各个部分。

图11所示的曲线图包括：

与仅穿过图3所示结构33的角度滤波器231的光线的透射率相对应的曲线105(大的视角)；

与仅穿过图3所示结构33的角度滤波器233的光线的透射率相对应的曲线107(小的视角)；以及

与完全穿过诸如图3所示的光学滤波器23的光线的透射率相对应的曲线109

(一系列大和小的视角)。

曲线105、107和109中的每一个相对于穿过零入射角(0°)的轴线基本上都是垂直对称的。曲线105包括以零入射角(0°)为中心的宽的中心峰，并且半高度处的宽度约为16°(从-8°到+8°)。零入射角光线穿过第一角度滤波器231的透射率约等于65％。入射角等于15°并穿过角度滤波器231的光线的透射率约等于5％。

曲线107包括中心峰，该中心峰比以零入射角(0°)为中心的曲线105的峰薄，并且在半高度处的宽度约为6.4°(从-3.2°至+3.2°)。零入射角光线穿过第二角度滤波器233的透射率约等于55％。入射角等于7°并穿过角度滤波器233的光线的透射率约等于3％。

第三曲线109对应于两个角度滤波器231和233的累积。曲线109包括中心峰，该中心峰比以零入射角(0°)为中心的曲线107的峰薄，并且在半高度处的宽度约为6.4°(从-3.2°至+3.2°)。零入射角光线穿过光学滤波器23的透射率约等于35％。入射角等于5°并穿过光学滤波器23的光线的透射率约等于3％。

图12示出了图3所示结构的光学滤波器根据到达光学滤波器的辐射313的光线的入射角的透射率的曲线图。

更具体地说，图12示出了三条曲线111、113和115，每条曲线表示根据所述光线的入射角(角度(°))，诸如图3所示的角度滤波器23的不同部分中光线的透射率(透射率(％))。

根据图12所示的实施例，辐射光线313穿过光学滤波器23的不同部分。

图12所示的曲线图包括：

与仅穿过图3所示结构33的角度滤波器231的光线的透射率相对应的曲线111(大的视角)；

与仅穿过图3所示结构33的角度滤波器233的光线的透射率相对应的曲线113(小的视角)；以及

与完全穿过诸如图3所示的光学滤波器23的光线的透射率相对应的曲线115

(一系列大和小的视角)。

曲线111、113和115中的每一个相对于穿过零入射角(0°)的轴线基本上都是垂直对称的。曲线111包括以零入射角(0°)为中心的宽的中心峰，并且半高度处的宽度约为16°(从-8°到+8°)。零入射角光线穿过第一角度滤波器231的透射率约等于65％。入射角等于15°并穿过角度滤波器231的光线的透射率约等于5％。

曲线113是恒定的，并且穿过角度滤波器233的光线的透射率无论其角度如何都约等于90％。

第三曲线115对应于两个角度滤波器231和233的累积。曲线115包括中心峰，该中心峰在半高度处的宽度基本上与曲线111在半高度处的宽度相同，在半高度处的宽度约为16°(从-8°到+8°)。零入射角光线穿过光学滤波器23的透射率约等于58％。入射角等于15°并穿过光学滤波器23的光线的透射率约等于5％。

所描述的实施例和实施模式的优点在于，它们能够根据其光线的角度和其波长来对到达图像采集设备上的光线进行滤波。

所描述的实施例和实施模式的另一个优点是，它们能够获得非常精细分辨率的图像，因为它们源自对于所考虑的每个波长具有最佳入射角的光线。

已经描述了各种实施例和变体。本领域技术人员将理解，这些不同的实施例和变体的某些特征可以被组合，并且本领域的技术人员将认识到其他变体。特别地，本说明书中所示的设备的实施例可以被组合并且适于两个以上的角度滤波器的堆叠。

最后，基于以上给出的功能指示，所描述的实施例和变体的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (24)

1.光学滤波器，其特征在于，包括：

第一角度滤波器，至少阻挡入射角大于第一入射角的第一辐射；以及

第二角度滤波器，阻挡入射角大于第二入射角的第二辐射，

所述第一角度滤波器覆盖所述第二角度滤波器，

其中，所述第二角度滤波器不阻挡所述第一辐射。

2.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一辐射对应于波长在从700nm至1700nm的范围内的辐射。

3.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一辐射对应于波长在从820nm至870nm和/或从910nm至970nm的范围内的辐射。

4.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其特征在于，所述第二辐射对应于波长在从400nm至600nm的范围内的辐射。

5.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其特征在于，所述第二辐射对应于波长在从470nm至600nm的范围内的辐射。

6.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其特征在于，所述第二辐射对应于波长在从600nm至700nm的范围内的辐射。

7.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其特征在于，所述第二辐射对应于波长在从600nm至680nm的范围内的辐射。

8.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一角度滤波器阻挡所述第二辐射。

9.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其特征在于，所述第二角度滤波器包括：

微透镜的第一网络；以及

开口的第一阵列，其由至少对所述第一辐射不透明的壁分隔开。

10.根据权利要求9所述的光学滤波器，其特征在于，包括位于所述微透镜的第一网络和所述开口的第一阵列之间的基板。

11.根据权利要求10所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一阵列的壁对所述第二辐射是不透明的。

12.根据权利要求10或11所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一角度滤波器包括由对所述第二辐射不透明的壁分隔开的开口的第二阵列。

13.根据权利要求12所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一角度滤波器包括覆盖开口的第二阵列的微透镜的第二网络。

14.根据权利要求12所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一角度滤波器包括基板，开口的第二阵列覆盖所述基板。

15.根据权利要求14所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一角度滤波器包括开口的第三阵列，开口的所述第二阵列、所述基板和所述第三阵列按此顺序形成堆叠。

16.根据权利要求9所述的光学滤波器，其特征在于，所述壁由填充有对所述第一辐射不透明的材料的沟道的网格或网络限定，所述开口具有以四边形作为其底部的截棱锥形状。

17.根据权利要求9所述的光学滤波器，其特征在于，所述开口由具有圆形底部的锥体网络限定。

18.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一角度滤波器是干涉滤波器、带通滤波器或低通滤波器。

19.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一角度滤波器不阻挡所述第二辐射。

20.一种图像采集设备，其特征在于，包括根据权利要求1至19中任一项所述的光学滤波器、图像传感器和至少一个光源。

21.根据权利要求20所述的图像采集设备，其特征在于，包括波导层，并且所述至少一个光源对应于一个或多个发光二极管。

22.根据权利要求20或21所述的图像采集设备，其特征在于，所述至少一个光源对应于一个或多个有机发光二极管。

23.根据权利要求20或21所述的图像采集设备，其特征在于，包括位于所述光源和所述图像传感器之间的一个或多个滤色器。

24.一种图像采集系统，其特征在于，包括根据权利要求20至23中任一项所述的图像采集设备和处理单元。