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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Infrarotstrahlen-Sperrfilter,
der in einer bildgebenden Vorrichtung, die feste bildgebende Elemente und ähnliches
enthält,
verwendet wird, und auf dessen Herstellungsverfahren. Die Erfindung
bezieht sich speziell auf einen Typ eines reflektiven Infrarotstrahlen-Sperrfilters,
der eine optische Multilayermembran verwendet.
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Während der
menschlichen optischen Sinneswahrnehmung eine ausreichende optische
Sensitivität
zur Wahrnehmung infraroten Lichts, d. h. Licht mit einer Wellenlänge von
ungefähr
700 Nanometern (nm), fehlt, besitzt eine CCD-Vorrichtung (charge coupled
device) eine Sensitivität,
die ihr ermöglicht, infrarotes
Licht von einer Wellenlänge
bis zu 1100 nm wahrzu nehmen. Als ein Ergebnis wird ein Infrarotstrahlungsbegrenzungsfilter
in einem Bildgebenden Apparat, der feste Bildgebende Elemente wie
CCDs verwendet, benutzt. Ein Infrarotstrahlen-Sperrfilter hat die
Eigenschaft, infrarotes Licht aufzuhalten, während sichtbares Licht durchgelassen
wird. Folglich kann ein Bildgebender Apparat Bilder mit einer optischen
Sensitivität
nahe der von Menschen erhalten, während Infrarotlicht von den
CCDs oder anderen Vorrichtungen abgehalten wird.
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Infrarotstrahlen-Sperrfilter
beinhalten Absorptionstyp- und Reflektionstypfilter. In einem Absorptionstyp
Infrarotstrahlen-Sperrfilter sind infrarotabsorbierende Metallionen
im Glas beinhaltet. Ein Absorptionstypfilter zeigt eine schrittweise
Abnahme der Lichtpermeabilität,
wenn die Lichtwellenlänge von
550 nm auf 750 nm zunimmt. Diese Eigenschaft der Lichtpermeabilität erlaubt
eine natürliche
Farbreproduktion mit einer Sensitivität nahe der der menschlichen
optischen Sinneswahrnehmung, um eine gute Lichtpermeabilität zu erhalten,
muss das aber Glas eine vorgegebene minimale Dicke besitzen. Als
ein Ergebnis ist es schwierig, den bildgebenden Apparat in kleiner
Größe herzustellen.
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Auf
der anderen Seite wird in einem Infrarotstrahlen-Sperrfilter vom
Reflektionstyp eine optische Multilayermembran, die das Infrarotlicht
reflektiert, auf dem Glas geformt. Weil dieser Filtertyp durch Auftragen
eines optischen Multilayermembranüberzugs über ein optisches Teil, das
im bildgebenden Apparat eingebaut ist, realisiert werden kann, und weil
die Multilayermembran dünn
ist, ist es einfach, den bildgebenden Apparat kompakt herzustellen.
Jedoch fällt
die Lichtpermeabilität
eines typischen optischen Multilayermebranfilters zwischen dem permeablen
Lichtbereich und dem nicht permeablen Lichtbereich scharf ab. Als
ein Ergebnis ist es schwierig, eine natürliche Farbreproduktion zu
erreichen, die die Sensitivitätscharakteristik
der menschlichen optischen Sinneswahrnehmung originalgetreu wiederspiegelt.
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Ein
Infrarotstrahlen-Sperrfilter vom Reflektions-Typ, der das oben genannte
Lichtpermeabilitätsproblem
beseitigt, ist in der herkömmlichen
Technik bekannt. Durch Formen einer optischen Multilayermembran
mit wenigstens 34 Schichten mit je einer vorgeschriebenen optischen
Dicke wird erreicht, dass die Lichtpermeabilität schrittweise abnimmt, wenn
die Wellenlänge
von 550 nm auf 750 nm zunimmt, in derselben Art wie bei einem AbsorptionstypInfrarotstrahlen-Sperrfilter.
Die Technologie wird z. B. in dem japanischen offengelegten Patent
Nr. 2000-314808 beschrieben.
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Jedoch
muss dieser Typ eines Infrarotstrahlen-Sperrfilters vom Reflektions-Typ
eine aus mindestens 34 dünnen
Membranschichten zusammengesetzte optische Multilayermembran darstellen. Folglich
haben Abweichungen in der optischen Dicke, die auftreten, wenn die
verschiedenen dünnen Membranlayer
geformt werden, einen signifikanten Effekt auf die Lichtpermeabilität der optischen
Multilayermembran als Ganzes und machen es schwer, ein Produkt mit
einer stabilen Lichtpermeabilität
herzustellen. Als ein Ergebnis ist es kosten- und zeitaufwendig,
diesen Typ eines Infrarotstrahlen-Sperrfilters herzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf das Vorangegangene entwickelt
und ein Ziel ist es, einen Reflektions-Typ Infrarotstrahlen-Sperrfilter und
ein damit verbundene Herstellungsverfahren bereitzustellen, das
die Kosten und Zeit, die für
die Herstellung benötigt
werden, reduziert und die Herstellungseffizienz erhöht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, ist der Infrarotstrahlen-Sperrfilter
der vorliegenden Erfindung ein Infrarotstrahlen-Sperrfilter mit
einem transparenten Substrat und einer Multilayermembran, die multiple
dünne Membranen
mit hohem Refraktionsindex aus einem Material mit hohem Refraktionsindex und
multiple dünne
Membranen mit einem geringen Refraktionsindex aus einem Material
mit geringem Refraktionsindex enthält, die in abwechselnder Weise
auf das Substrat gelegt werden, wobei die Multilayermembran nicht
weniger als 16, aber nicht mehr als 32 dünne Membranen besitzt und die
erste Schicht der Multilayermembran von einer Seite des transparenten
Substrats eine der dünnen
Membranen mit hohem Refraktionsindex ist und diese mit einer optischen
Dicke von nicht weniger als λ/4
geformt ist; die zweite Schicht der Multilayermembran mit einer
optischen Dicke nicht weniger als λ/4 geformt ist; jede Schicht
von der dritten Schicht bis zu einer vorgeschriebenen Schicht der
Multilayermembran mit einer optischen Dicke von nicht mehr als λ/4 geformt ist;
jede Schicht der vorgeschriebenen Schicht und der letzten Schicht
der Multilayermembran mit einer optischen Dicke von nicht weniger
als λ/4
geformt ist; und die letzte Schicht eine jener dünnen Membranen mit niedrigen
Refraktionsindex ist und mit einer optischen Dicke von nicht mehr
als λ/4
geformt ist, wobei λ die
Musterwellenlänge
repräsentiert.
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Durch
Benutzen dieses Infrarotstrahlen-Sperrfilters kann ein schrittweises
Abfallen der Lichtpermeabilitätscharakteristik
dann, wenn die Wellenlänge
von 550 nm auf 750 nm ansteigt, durch Anwenden einer optischen Multilayermembran
mit nicht weniger als 16 aber nicht mehr als 32 Schichten erreicht
werden. Als ein Ergebnis kann der Effekt der Abweichungen in der
optischen Dicke der dünnen Membranschichten
während
ihres Formens auf die Lichtpermeabilität (der Multilayermembran als
Ganzes) im Vergleich zum konventionellen Infrarotstrahlenbegrenzungsfilfter
mit 34 oder mehr Schichten reduziert werden. Als ein Ergebnis kann
die Schwierigkeit der Herstellung eines stabilen Produktes gemindert
werden, wodurch die bei der Herstellung des Infrarotstrahlen-Sperrfilters
benötigte
Zeit und Kosten reduziert werden und die Herstellungseffizienz gesteigert
wird.
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Der
Infrarotstrahlen-Sperrfilter der vorliegenden Erfindung mit dem
obengenannten Aufbau kann auch den im folgenden beschriebenen Aufbau
besitzen. Die vorgeschriebene Schicht kann die sechste oder siebente
Schicht der Multilayermembran von der Seite des transparenten Substrats
sein. Entsprechend diesen Typs von Infrarotstrahlen-Sperrfiltern kann
eine Lichtpermeabilitätcharakteristik
näher der des
menschlichen, optischen Wahrnehmungssinns erhalten werden.
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Außerdem kann
eine dünne
Membran mit einem mittleren Refraktionsindex bestehend aus einem
Material mit einem mittleren Reflektionsindex zwischen das transparente
Substrat und die Multilayermembran gelegt werden. Entsprechend diesen Typs
eines Infrarotstrahlen-Sperrfilters
kann, da die Multilayermembran einfach mit einem Entferner von dem
transparenten Substrat entfernt werden kann, die Membran auch im
Falle eines Defekts beim Formprozess der Multilayermembran wieder
reformiert werden. Darüber
hinaus kann die Adhäsion
zwischen dem transparenten Substrat und der Multilayermembran erhöht werden.
Weiterhin können
Fluktuationen in der Lichtpermeabilität innerhalb des sichtbaren Lichtbereichs
aufgrund von Unterschieden in den Refraktionsindices des transparenten
Substrats und der ersten dünnen
Membranschicht mit hohem Refraktionsindex vermieden werden.
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Die
dünnen
Membranschichten mit hohem Refraktionsindex können aus TiO2 hergestellt
werden, während
die dünnen
Membranschichten mit geringem Refraktionsindex aus SiO2 oder
MgF2 hergestellt werden. Die dünne Membran
mit einem mittleren Refraktionsindex kann aus Al2O3. Die Techniken zum Formen einer Membran
unter Benutzung dieser Materialien sind weithin bekannt und in der
konventionellen Technik implementiert. Als ein Ergebnis kann das
Herstellen unter Benutzung existierender Ausrüstungen ohne Bedarf für eine spezielle
Formtechnologie durchgeführt
werden.
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Das
Herstellungsverfahren für
den Infrarotstrahlen-Sperrfilter der vorliegenden Erfindung ist
ein Herstellungsverfahren für
einen Infrarotstrahlen-Sperrfilter mit einem transparenten Substrat
und einer Multilayermembran, die multiple, dünne Membranen mit einem hohen
Refraktionsindex aus einem Material mit einem hohen Refraktionsindex
und multiple dünne
Membran mit einem geringen Refraktionsindex aus einem Material mit
geringem Refraktionsindex beinhaltet, die Multilayermembran dünne Membranschichten
von nicht weniger als 16 aber nicht mehr als 32 besitzt, die Methode
die Schritte umfasst: Formen einer ersten Schicht in der ersten Position
auf dem transparenten Substrat mit einem Material mit hohen Refraktionsindex
und die eine optische Dicke von nicht weniger als λ/4 besitzt;
Formen einer zweiten Schicht in der zweiten Position auf dem transparenten
Substrat mit einem Material mit geringem Refraktionsindex und die
eine optische Dicke von nicht weniger als λ/4 besitzt; Formen von mehreren
Schichten von einer dritten Schicht zu einer vorgeschriebenen Schicht
mit einem Material mit hohen Refraktionsindex und mit Material mit
einem geringen Refraktionsindex, die in abwechselnder Weise gelegt werden
und wobei jede Schicht eine optische Dicke von nicht mehr als λ/4 besitzt;
Formen von mehreren Schichten zwischen der vorgeschriebenen Schicht und
einer letzten Schicht in der letzten Position auf dem transparenten
Substrat mit einem Material mit hohem Refraktionsindex und einem
Material mit geringem Refraktionsindex, die in abwechselnder Weise
gelegt sind und wobei jede Schicht eine optische Dicke von nicht
weniger als λ/4
besitzt; und Formen einer letzten Schicht mit einem Material mit
geringem Refraktionsindex, die eine optische Dicke von nicht mehr
als λ/4
besitzt, wobei λ eine
Musterwellenlänge repräsentiert.
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Entsprechend
dieses Herstellungsverfahrens für
eine Infrarotstrahlen-Sperrfilter, kann ein Infrarotstrahlen-Sperrfilter
mit einer schrittweise abfallenden Lichtpermeabilitätcharakteristik
bei Ansteigen der Wellenlänge
von 550 nm bis 750 nm durch Formen einer Multilayermembran mit nicht
weniger als 16 aber nicht mehr als 32 Schichten hergestellt werden.
Deshalb kann der Effekt von Abweichungen in der optischen Dicke
der dünnen
Membranschichten während
ihres Formprozesses auf die Lichtpermeabilität (der Multilayermembran als
Ganzes) im Vergleich mit konventionellen Infrarotstrahlen-Sperrfilter mit
34 oder mehr Schichten reduziert werden. Als ein Ergebnis kann die
Schwierigkeit des Herstellens eines stabilen Produktes gemildert
werden, wodurch die für
die Herstellung des Infrarotstrahlen-Sperrfilters benötigte Zeit und Kosten reduziert
werden und die Herstellungseffizienz ansteigt.
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1 zeigt den Grundaufbau
des Infrarotstrahlen-Sperrfilters der ersten bis sechsten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt ein Beispiel der
optischen Dicken der dünnen
Membranschichten mit einer 16-Schichten
Multilayermembran 200 der ersten Ausgestaltung;
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3 zeigt ein Beispiel der
optischen Dicken der dünnen
Membranschichten mit einer 18-Schichten
Multilayermembran 200 einer zweiten Ausgestaltung;
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4 zeigt ein Beispiel der
optischen Dicke der dünnen
Membranschichten mit einer 20-Schichten
Multilayermembran 200 einer dritten Ausgestaltung;
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5 zeigt ein Beispiel der
optischen Dicke der dünnen
Membranschichten mit einer 22-Schichten
Multilayermembran 200 einer dritten Ausgestaltung;
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6 zeigt ein Beispiel der
optischen Dicke der dünnen
Membranschichten mit einer 24-Schichten
Multilayermembran 200 einer dritten Ausgestaltung;
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7 zeigt ein Beispiel der
optischen Dicke der dünnen
Membranschichten mit einer 26-Schichten
Multilayermembran 200 einer dritten Ausgestaltung;
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8 zeigt die Lichtpermeabilitätcharakteristika
der verschiedenen Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10, die in den
Multilayermembran 200 enthalten sind, die in der ersten
bis sechsten Ausgestaltung beschrieben sind;
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9 zeigt ein Bespiel der
optischen Dicke der dünnen
Membranschichten mit einer 18-Schichten
Multilayermembran 200 einer siebenten Ausgestaltung;
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10 zeigt ein Beispiel der
optischen Dicken der dünnen
Membranschichten mit einer 20-Schichten
Multilayermembran 200 einer achten Ausgestaltung;
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11 zeigt die Lichtpermeabilitätcharakteristika
der verschiedenen Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10, die in den
in der siebenten und achten Ausgestaltungen beschriebenen Multilayermembran 200 beinhaltet
sind;
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12 zeigt den grundlegenden
Aufbau eines Infrarotstrahlen-Sperrfilters 30 einer neunten Ausgestaltung;
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13 zeigt ein Beispiel der
optischen Dicken der dünnen
Membranschichten mit der einen Schicht einer dünnen Membran mit einem mittleren Refraktionsindex 300 und
einer 20-Schichten
Multilayermembran 200 einer neunten Ausgestaltung;
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14 zeigt die Lichtpermeabilitätcharakteristika
des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 30 der neunten Ausgestaltung;
und
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15 zeigt die grundlegenden
Schritte des Herstellungsverfahrens für den Infrarotstrahlen-Sperrfilter 30.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
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Um
den Aufbau und das Handeln der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung
weiter zu erklären,
werden im folgenden Ausgestaltungen des Infrarotstrahlen-Sperrfilters,
der die vorliegende Erfindung nutzt, beschrieben.
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Zunächst werden
die Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der ersten bis sechsten
Ausgestaltung, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhalten, beschrieben. 1 ist eine erklärende Zeichnung, die
den grundliegenden Aufbau der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der
ersten bis sechsten Ausgestaltung zeigt. Ein Infrarotstrahlen-Sperrfilter
ist durch Formen einer Multilayermembran 200, die aus multiplen
Schichten einer dünnen
Membran mit hohen Refraktionsindex 210 hergestellt aus
einem Material mit hohen Refraktionsindex und einer dünnen Membran
mit niedrigem Refraktionsindex 210, hergestellt aus einem
Material mit geringem Refraktionsindex zusammengesetzt ist, zusammengesetzt,
die in abwechselnder Weise auf das Glassubstrat 100 laminiert
ist. Diese Multilayermembran 200 ist aus nicht weniger
als 16 aber nicht mehr als 26 dieser dünnen Membranen zusammengesetzt.
Die erste Schicht der Multi layermembran 200 von der Seite
des Glassubstrats 100 ist eine dünne Membranschicht mit einem hohen
Refraktionsindex 210, während
die letzte Schicht (die n-te Schicht, gezeigt in 1) eine dünne Membranschicht mit einem
geringen Refraktionsindex 220 ist. In anderen Worten ist
die Multilayermembran 200 aus einer geraden Anzahl von
nicht weniger als 16 aber nicht mehr als 32 Schichten zusammengesetzt
und unter diesen Schichten sind die Schichten mit einer geraden
Nummer dünne
Membranen mit einem hohen Refraktionsindex und die Schichten mit
einer ungeraden Nummer dünne
Membranen mit einem geringen Refraktionsindex 220. In der
folgenden Beschreibung werden die dünnen Membranschichten, die
die Multilayermembran 200 zusammensetzen, der Reihe nach
als die erste, die zweite etc. Schicht bis zur letzten Schicht von
der Seite des Glassubstrats 100 bezeichnen.
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Das
Glassubstrat 100 besteht aus transparentem Kristall. Dieses
Glassubstrat 100 kann auch eine optische Komponente, wie
ein optischer Low-Pass-Filter, darstellen. Titandioxid (TiO2) wird als Material mit einem hohen Refraktionsindex
für die dünnen Membranen
mit hohem Refraktionsindex 210 verwendet. Siliziumdioxid
(SiO2) wird als Material mit einem niedrigen
Refraktionsindex für
die dünnen Membranen
mit einem geringen Refraktionsindex 220 verwendet. Die
optischen Dicken der verschiedenen, dünnen Membranen, die die Multilayermembran 200 in
der ersten bis sechsten Ausgestaltung aufbauen, wird nun beschrieben. 2 zeigt ein Beispiel der
optischen Dicken der dünnen
Membranschichten, die eine 16-Schichten Multilayermembran 200 der
ersten Ausgestaltung umfassen. 3 zeigt ebenso
die zweite Ausgestaltung mit einer 18-Schichten Multilayermembran 200. 4 zeigt die dritte Ausgestaltung
mit einer 20-Schichten Multilayermembran 200. 5 zeigt die vierte Ausgestaltung
mit einer 22-Schichten Multilayermembran 200. 6 zeigt die fünfte Ausgestaltung
mit einer 24-Schichten Multilayermembran 200. 7 zeigt die zeigt die sechste
Ausgestaltung mit einer 26-Schichten Multilayermembran 200.
In den 2 – 7 sind für jede dünne Membranschicht, die Multilayermembran 200 umfasst,
in „Schicht", „Material" und „optische
Dicke" gezeigt.
Der Wert für
den „optische Dicke"-Parameter zeigt
die optische Dicke der Schicht, wobei die Wellenlänge des
Lichts innerhalb jeder Schicht mit „1" angenommen wird.
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Die
in 2 bis 7 gezeigten dünnen Membranen, die die Multilayermembran 200 aufweisen, sind
mit einer optischen Dicke von ungefähr λ/4 geformt, basierend auf einer
Musterwellenlänge λ von 750
nm. Die erste und zweite Schicht der Multilayermembran sind mit
einer optischen Dicke von λ/4
oder höher
geformt. Schichten von der dritten Schicht bis zu einer vorgeschriebenen
Schicht sind mit einer optischen Dicke von λ/4 oder niedriger geformt. Die
vor geschriebene Schicht ist die siebente Schicht in der 20-Schichten
Multilayermembran 200 der dritten Ausgestaltung gezeigten 4 und die sechste Schicht
in der Multilayermembran 200 in allen anderen Ausgestaltungen,
außer
der dritten Ausgestaltung. Die Schichten zwischen der vorgeschriebenen Schicht
und der letzten Schicht sind mit einer optischen Dicke von λ/4 oder höher geformt.
Die letzte Schicht ist mit einer optischen Dicke von λ/4 oder geringer
geformt. Die physikalische Dicke einer jeden Schicht ist ausgedrückt als
{Musterwellenlänge λ} x {optische
Dicke} / {Refraktionsindex des Material der dünnen Membran}. Hier ist der
Refraktionsindex von Titandioxid (TiO2)
bekannt als „ungefähr 2,3" und der Refraktionsindex
Siliziumdioxid (SiO2) bekannt als „ungefähr 1,46".
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Die
Lichtpermeabilitätschaxakteristik
des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 10 der ersten bis sechsten Ausgestaltung
wird nun beschrieben. 8 ist
eine beschreibende Zeichnung, die die Lichtpermeabilitätscharakteristika
der verschiedenen Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10, die
die Multilayermembran 200 der ersten bis sechsten Ausgestaltung
beinhaltet, zeigt. In 8 wird
die Lichtwellenlänge
auf der horizontalen Axis und die Lichtpermeabilität auf der
vertikalen Axis dargestellt. Die Kurven La bis Lf in 8 zeigen die Lichtpermeabilitätscharakteristika
der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10, die die in 2 bis 7 gezeigten Multilayermembran 200 beinhalten.
Die Kurve Lg in 8 zeigt
die Lichtpermeabilitätscharakteristik
eines Infraxotstrahlen-Sperrfilter vom Adsorptionstyp. In anderen
Worten zeigt die Kurve Lg die ideale Lichtpermeabilitätscharakteristik
für die
annähernd
der Sensitivität
der menschlichen optischen Sinneswahrnehmung annähernden natürlichen Farbwiedergabe.
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Wie
in 8 dargestellt, zeigen
die Lichtpermeabilitätscharakteristika
der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 eine
Lichtpermeabilität
von wenigstens 90 % Licht im Wellenlängenband von 400 bis 550 nm.
Die Lichtpermeabilität
sinkt schrittweise im Wellenlängenband
von 550 bis 750 nm und fällt
auf 10 % oder weniger im Wellenlängenband
von 750 – 1050
nm. Folglich sind die Lichtpermeabilitätscharakteristika La bis Lf
der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der ersten bis sechsten
Ausgestaltung essentiell identisch zu der Lichtpermeabilitätscharakteristik
des Adsorptionstyp Infrarotstrahlen-Sperrfilters. Aufgrund von 8 ist klar, dass, wenn die
Nummer der dünnen Membranschichten
in der Multilayermembran 200 ansteigt, der Grad an Fluktuation
in der Lichtpermeabilitätscharakteristik
sinkt.
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Entsprechend
der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der oben beschriebenen
ersten bis sechsten Ausgestaltung kann eine Lichtpermeabilitätscharakteristik,
bei der eine Lichtpermeabilität schrittweise
sinkt, wenn die Wellenlänge
von 550 nm bis 750 nm ansteigt, durch Benutzen einer Multilayermembran 200 mit
nicht weniger als 16, aber nicht mehr als 26 Schichten erreicht
werden. Folglich kann der Effekt von Abweichungen der optischen
Dicken der dünnen Membranschichten
während
der Membranherstellung auf die Lichtpermeabilitätscharakteristik im Vergleich
mit konventionellen Infrarotstrahlen-Sperrfiltern mit 34 oder mehr
Schichten reduziert werden. Als ein Ergebnis kann die Schwierigkeit
des Herstellens eines stabilen Produktes gemildert werden, wodurch
die bei der Herstellung des Infrarotstrahlen-Sperrfilters benötigte Zeit
und Kosten reduziert werden und die Herstellungseffizienz steigt.
Die erste bis sechste Ausgestaltung zeigte eine Multilayermembran 200 mit
zwischen nicht mehr als 16, aber nicht weniger als 26 Schichten,
aber dieselbe Lichtpermeabilitätscharakteristik
kann mit einer Multilayermembran 200 mit nicht weniger
als 28 aber nicht mehr als 32 Schichten erreicht werden. Darüber hinaus
sind die Werte der optischen Dicken für die verschiedenen Schichten
nicht auf die in den 2 bis 7 beschriebenen Werte begrenzt
und können
innerhalb der oben beschriebenen Bedingungen für die Membrandicken frei geändert werden
im Hinblick auf die gewünschte
Lichtpermeabilitätscharakteristik
und Herstellungseffizienz.
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Die
Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der siebenten und achten
Ausgestaltung werden nun beschrieben. Die Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der
siebenten und achten Ausgestaltung unterscheiden sich von der zweiten
und dritten Ausgestaltung dadurch, dass Magnesiumfluorid (MgF2) als Material mit geringem Refraktionsindex
in den dünnen
Membranen mit geringem Refraktionsindex verwendet werden, ist aber in
den übrigen
Aspekten identisch. Der grundlegende Aufbau des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 10 der
siebenten und achten Ausgestaltung ist in 1 dargestellt. Titandioxid (TiO2) wird in den dünnen Membranen mit hohem Refraktionsindex 210 als
Material mit hohem Refraktionsindex verwendet. Magnesiumfluorid
(MgF2) wird als Material mit geringem Refraktionsindex
in den dünnen
Membranen mit geringem Refraktionsindex 220 anstelle von
Siliziumdioxid (SiO2) verwendet.
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Die
optischen Dicken der verschiedenen dünnen Membranen, die die Multilayermembran 200 der
siebenten und achten Ausgestaltung umfassen, wird nun beschrieben. 9 ist eine erklärende Zeichnung,
die ein Beispiel der optischen Dicken der dünnen Membranen, die eine 18-Schichten Multilayermembran 200 der
siebenten Ausgestaltung umfassen, zeigt. 10 ist eine erklärende Zeichnung, die ein Beispiel
der optischen Dicken der dünnen
Membranen, die eine 20-Schichten Multilayermembran 200 der
achten Ausgestaltung umfassen, zeigt. In den 9 und 10 werden
für jede
dünne Membranschicht,
die die Multilayermembran 200 um fasst, „Schicht", „Material" und „optische
Dicke" gezeigt. Der
Wert für
den „optische
Dicke"-Parameter zeigt die
Dicke der Schicht, wobei die Wellenlänge des Lichts innerhalb jeder
Schicht mit „1" angenommen wird.
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Die
dünnen
Membranen, die die in 9 und 10 gezeigten Multilayermembran 200 umfassen,
sind mit einer optischen Dicke von ungefähr λ/4 geformt, basierend auf einer
Musterwellenlänge λ/4 von 750 nm.
Die erste und die zweite Schicht der Multilayermembran 200 sind
mit einer optischen Dicke von λ/4 oder
höher geformt.
Die dritte bis sechste Schicht sind mit einer optischen Dicke von λ/4 oder geringer geformt.
Die Schichten zwischen der sechsten und der letzten Schicht sind
mit einer optischen Dicke von λ/4
oder höher
geformt. Die letzte Schicht ist mit einer optischen Dicke von λ/4 oder geringer
geformt. Die physikalische Dicke einer jeden Schicht ist ausgedrückt als
{Musterwellenlänge λ} × {optische
Dicke} / {Refraktionsindex des Material der dünnen Membran}. Hier ist der
Refraktionsindex von Titandioxid (TiO2)
bekannt als „ungefähr 2,3" und der Refraktionsindex
von Magnesiumfluorid (MgF2) bekannt als „ungefähr 1,38".
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Die
Lichtpermeabilitätscharakteristika
der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der siebenten und achten Ausgestaltung
werden nun beschrieben. 11 ist eine
erklärende
Zeichnung, die die Lichtpermeabilitätscharakteristika der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10, die
die Multilayermembranen 200 der siebenten und achten Ausgestaltung
beinhalten, zeigt. In 11 wird
die Lichtwellenlänge
auf der horizontalen Axis und die Lichtpermeabilität auf der
vertikalen Axis dargestellt. Die Kurve Lh in 11 zeigt die Lichtpermeabilitätscharakteristik
und des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 10, der die Multilayermembran 200 der
in 9 gezeigten siebenten
Ausgestaltung beinhaltet. Die Kurve Li in Fig. zeigt die Lichtpermeabilitätscharakteristik
des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 10, der die Multilayermembran 200 der
in 10 gezeigten achten Ausgestaltung
beinhaltet. Die Kurve Lg in 11 zeigt
die Lichtpermeabilitätscharakteristik
eines Adsorptionstyp Infrarotstrahlen-Sperrfilters.
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Wie
in 11 dargestellt, zeigen
die Lichtpermeabilitätscharakteristika
der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der
siebenten und achten Ausgestaltung eine Lichtpermeabilität von wenigstens
90 % für
Licht im Wellenlängenband
von 400 bis 550 nm. Die Lichtpermeabilität sinkt schrittweise im Wellenlängenband
von 550 – 750
nm und fallt auf 10 % oder geringer im Wellenlängenband von 750 bis 1050 nm. Folglich
sind die Lichtpermeabilitätscharakteristika Lh
und Li der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der siebenten
und achten Ausgestaltung essentiell identisch zu der Lichtpermeabilitätscharakteristik
La des Adsorptionstyp Infrarotstrahlen-Sperrfilters. Entsprechend den oben
beschriebenen Infrarotstrahlen-Sperrfiltern 10 der sieben
und achten Ausgestaltung kann eine mit der ersten bis sechsten Ausgestaltung
erhaltenen äquivalente
Lichtpermeabilitätscharakteristik
erreicht werden. Während
die siebente und die achte Ausgestaltung eine aus 18 oder 20 Schichten
zusammengesetzte Multilayermembran 200 einbezieht, kann
dieselbe Lichtpermeabilitätscharakteristik
durch Benutzung einer Multilayermembran 200, die aus 16
Schichten oder ebenso nicht weniger als 22 aber nicht mehr als 32
Schichten besteht, erreicht werden. Darüber hinaus sind die Werte der
optischen Dicke für
die verschiedenen Schichten nicht auf die in den 9 und 10 beschriebenen Werte
begrenzt und können
mit Hinblick auf die gewünschte
Lichtpermeabilitätscharakteristik
und die Herstellungseffizienz innerhalb der oben beschriebenen Membrandickebedingung
frei geändert
werden.
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Der
Infrarotstrahlen-Sperrfilter 30 der neunten Ausgestaltung
wird nun beschrieben. 12 ist eine
beschreibende Zeichnung, die den grundlegenden Aufbau des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 30 der neunten
Ausgestaltung zeigt. Der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 30 der
neunten Ausgestaltung unterscheidet sich vom Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der dritten
Ausgestaltung dadurch, dass eine dünne Membran mit einem mittleren
Refraktionsindex 300, hergestellt aus einem Material mit
einem mittleren Refraktionsindex, zwischen das Glassubstrat 100 und
die Multilayermembran 200 gelegt wird, aber in allen anderen
Aspekten identisch ist. Aluminiumoxid (Al2O3) wird als Material mit mittlerem Refraktionsindex
in der dünnen
Membran mit mittlerem Refraktionsindex 300 verwendet.
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Die
optischen Dicken der verschiedenen dünnen Membran, die die Multilayermembran 200 der
neunten Ausgestaltung umfasst, werden nun beschrieben. 13 ist eine erklärende Zeichnung,
die ein Beispiel der optischen Dicken der dünnen Membranen, die die eine
Schicht einer dünnen
Membran mit einem mittleren Refraktionsindex 300 und die
20 Schichten der Multilayermembran 200 der neunten Ausgestaltung
umfassen. In 13 werden
für jede dünne Membranschicht,
die die Multilayermembran 200 umfasst, „Schicht", „Material" und „optische
Dicke" gezeigt.
Der Wert für
den „optische
Dicke" Parameter
zeigt die Dicke der Schicht, wobei die Wellenlänge des Lichts in jeder Schicht
als „1" angesehen wird.
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Die
dünnen
Membranen, die die in 13 gezeigte
Multilayermembran 200 umfassen, sind mit einer optischen
Dicke von ungefähr λ/4 geformt,
basierend auf einer Musterwellenlänge λ von 750 nm. Die dünne Membran
mit einem mittleren Refraktionsindex 300 ist mit einer
optischen Dicke von λ/4
oder weniger geformt. Die erste und die zweite Schicht der Multilayermembran 200 sind
mit einer optischen Dicke von λ/4
oder mehr geformt. Die dritte bis sechste Schicht sind mit einer
optischen Dicke von λ/4
oder weniger geformt. Die Schicht zwischen der sechsten und der
letzten Schicht sind mit einer optischen Dicke von λ/4 oder mehr
geformt. Die letzte Schicht ist mit einer optischen Dicke von λ/4 oder weniger
geformt. Die physikalische Dicke einer jeden Schicht ist angegeben
als {Musterwellenlänge λ} × {optische
Dicke} / {Refraktionsindex des Materials des dünnen Membran}. Hier ist der
Refraktionsindex von Titandioxid (TiO2)
bekannt als „ungefähr 2,3", der Refraktionsindex
von Siliziumdioxid (SiO2) ist bekannt als „ungefähr 1,46" und der Refraktionsindex
von Aluminiumoxid (Al2O3)
ist bekannt als „ungefähr 1,64".
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Die
Lichtpermeabilitätscharakteristik
des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 30 der neunten Ausgestaltung
wird nun beschrieben. 14 ist
eine beschreibende Zeichnung, die die Lichtpermeabilitätscharakteristik
des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 30 der neunten Ausgestaltung
zeigt. In 14 ist die
Lichtwellenlänge
auf der horizontalen Achse und die Lichtpermeabilität auf der
vertikalen Achse abgebildet. Die Kurve Lc in 14 zeigt die Lichtpermeabilitätscharakteristik
des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 10, der die 20 Schichten
Multilayermembran 200 der in 8 gezeigten
dritten Ausgestaltung beinhaltet. Die Kurve Lc* in 14 zeigt die Lichtpermeabilitätscharakteristik
des 21 Schichten-Infrarotstrahlen-Sperrfilters 30, der
in 13 gezeigten neunten
Ausgestaltung. Die Kurve Lg in 14 zeigt
die Lichtpermeabilitätscharakteristik
eines Absorptionstyp Infrarotstrahlen-Sperrfilters.
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Wie
in 14 dargestellt, zeigt
die Lichtpermeabilitätscharakteristik
Lc* des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 30 der neunten
Ausgestaltung einer Lichtpermeabilität von wenigstens 90% für Licht
in dem Wellenlängenband
von 400-550 nm. Die Lichtpermeabilität nimmt schrittweise in dem
Wellenlängenband
von 550-750 nm ab und fällt
auf 10% oder weniger im Wellenlängenband
von 750 bis 1050 nm. Folglich ist die Lichtpermeabilitätscharakteristik
Lc* des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 30 der neunten Ausgestaltung
essentiell identisch zur Lichtpermeabilitätscharakteristik Lg des Absorptionstyp
Infrarotstrahlen-Sperrfilters. Darüber hinaus zeigt die Lichtpermeabilitätscharakteristik
Lc* des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 30 weniger
Kräuselung
innerhalb des 400-550 nm sichtbaren Sichtbereichs als die Lichtpermeabilitätscharakteristik
Lc des Infrarotstrahlen-Sperrfilters 10 der dritten Ausgestaltung.
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Entsprechend
dem Infrarotstrahlen-Sperrfilter 30 der oben beschriebenen
neunten Ausgestaltung, kann derselbe Effekt erhalten werden, der
mit der dritten Ausgestaltung erhalten wurde und Fluktuationen in
der Lichtpermeabilität
innerhalb des sichtbaren Lichtspektrumbereichs aufgrund von Unterschieden
in den Refraktionsindizes des transparenten Substrats 100 und
der ersten dünnen
Membranschicht mit hohem Refraktionsindex 210 können verhindert
werden. Da die Multilayermembran 200 vom transparenten Substrat 100 mit
einem Entferner leicht entfernt werden kann, kann die Membran zusätzlich im
Falle eines Defekts in der Formgebung der Multilayermembran 200 leicht
wieder hergestellt werden. Darüber
hinaus kann die Adhäsion
zwischen dem transparenten Substrat 100 und der Multilayermembran 200 gesteigert
werden. In der neunten Ausgestaltung wurde eine dünne Membran
mit einem mittleren Refraktionsindex 300 in den 20 Schichten Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der
dritten Ausgestaltung eingesetzt, aber derselbe Effekt kann erhalten werden,
wenn die dünne
Membran mit dem mittleren Refraktionsindex 300 in die Infrarotstrahlen-Sperrfilter 10 der
ersten bis achten Ausgestaltung mit nicht weniger als 16 aber nicht
mehr als 32 Schichten eingesetzt wird. Zusätzlich sind die optischen Dickewerte
der verschiedenen Schichten nicht auf die in der 13 gezeigten Werte beschränkt und
können
im Hinblick auf die gewünschte
Lichtpermeabilitätscharakteristik
und Herstellungseffizienz innerhalb der oben beschriebenen Membrandickebedingung
verändert
werden.
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Im
Folgenden wird das Herstellungsverfahren für den Infrarotstrahlen-Sperrfilter 30 der
in 12 gezeigten Ausgestaltung
beschrieben. 15 ist
eine beschreibende Zeichnung, die die grundlegenden Schritte des
Herstellungsprozesses für
den Infrarotstrahlen-Sperrfilter 30 zeigt. In diesem Herstellungsprozess
wird Titandioxid (TiO2) in den dünnen Membranen
mit hohem Refraktionsindex 210 als Material mit hohem Refraktionsindex,
Siliziumdioxid (SiO2) in den dünnen Membranen
mit niedrigem Refraktionsindex 220 als Material mit niedrigem
Refraktionsindex und Aluminiumoxid (Al2O3) in den dünnen Membranen mit mittlerem
Refraktionsindex 300 als Material mit mittlerem Refraktionsindex
verwendet.
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Während der
Infrarotstrahlen-Sperrfilter 30 hergestellt wird, wird
zunächst
das Glassubstrat 100 vorbereitet (Schritt S100). Eine dünne Membran
mit einem mittleren Refraktionsindex wird auf dem vorbereiteten
Glassubstrat 100 mit einer vorgeschriebenen Membrandicke
(wie die in 13 gezeigten
optischen Dicken) geformt) (Schritt S200). Der Infrarotstrahlen-Sperrfilter 20 der 1 kann auch ohne diesen
Schritt des Formens einer dünnen
Membran mit mittlerem Refraktionsindex 300 hergestellt
werden (Schritt S200).
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Nachdem
die dünne
Membran mit dem mittleren Refraktionsindex 300 geformt
wurde (Schritt S200), wird eine erste Schicht darstellende dünne Membran
mit hohem Refraktionsindex 200 auf dieser dünnen Membran
mit mittlerem Refraktionsindex 300 mit einer optischen
Dicke von weniger als λ/4
geformt (Schritt S300). Dann wird eine eine zweite Schicht darstellende
dünne Membran
mit einem geringen Refraktionsindex auf der ersten Schicht der dünnen Membran
mit hohem Refraktionsindex 210 mit einer optischen Dicke
von nicht mehr als λ/4
geformt (Schritt S400).
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Als
nächstes
werden von der dritten Schicht bis zu einer vorgeschriebenen Schicht
(die sechste Schicht in dem in 13 gezeigten
Beispiel) dünne Membran
mit hohem Refraktionsindex 210 und dünne Membranen mit niedrigem
Refraktionsindex 220 mit einer Dicke von nicht mehr als λ/4 auf die
zweite Schicht der dünnen
Membran mit geringem Refraktionsindex 220 in abwechselnder
Weise geformt (Schritt S500) und die Schichten zwischen der vorgeschriebenen
Schicht und der letzten Schicht (die siebente bis 19te Schicht in
dem in 13 gezeigten Beispiel)
werden in abwechselnder Weise mit einer optischen Dicke von nicht
weniger als λ/4
geformt (Schritt S600).
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Der
Infrarotstrahlen-Sperrfilter 30 wird dann vervollständigt durch
Formen einer dünnen
Membran mit einem niedrigen Refraktionsindex 220 als letzte Schicht
mit einer optischen Dicke von nicht mehr als λ/4.
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Während die
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden,
ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf diese Ausgestaltungen
begrenzt und verschiedene Implementationen der Erfindung sind natürlich innerhalb
des notwendigen Bereiches möglich.
Zum Beispiel braucht das Glassubstrat nicht aus Kristall hergestellt
werden und kann durch ein jedes Material, das einen Refraktionsindex,
der geringer ist als der des Materials mit hohem Refraktionsindex
hergestellt werden. Darüber hinaus
braucht die vorliegende Erfindung nicht mit einer optischen Komponente
integriert geformt sein und kann einen unabhängigen Infrarotstrahlen-Sperrfilter
umfassen. Zusätzlich
braucht das Material mit hohem Refraktionsindex nicht Titandioxid darstellen
und kann stattdessen Tantalpentoxid (Ta2O5), Zirkoniumdioxid (TiO2),
Hafniumdioxid (HfO2) oder ähnliches
sein. Das Material mit geringem Refraktionsindex: kann Siliziumdioxid
(SiO2), Magnesiumfluorid (MgF2)
oder ähnliches
darstellen. Aluminiumoxid (Al2O3),
ein Material mit mittlerem Refraktionsindex, kann anstelle des Materials
mit geringem Refraktionsindex verwendet werden. Diese Materialien
können
einzeln oder in Kombination verwendet werden.