JP2022515987A - 光学フィルタ - Google Patents

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Abstract

光学フィルタは、基板上に配置された光学フィルタ層のセットを含み得る。光学フィルタ層のセットは、第１の屈折率を有する第１の材料を備える光学フィルタ層の第１のサブセットを含み得る。第１の材料は、少なくともシリコンおよび水素を備え得る。光学フィルタ層のセットは、第２の屈折率を有する第２の材料を備える光学フィルタ層の第２のサブセットを含み得る。第２の材料は第１の材料とは異なり、第２の屈折率は第１の屈折率よりも小さい。光学フィルタ層のセットは、第１の材料および第２の材料とは異なる第３の材料を備える光学フィルタ層の第３のサブセットを含み得る。【選択図】図１Ａ

Description

（関連出願）
本出願は、２０１９年１２月２０日に出願された“ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＴＥＲ”と題する米国特許出願（非仮出願）第１６／７２２，３２５号および２０１８年１２月２７日に出願された“ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＴＥＲ”と題する米国仮特許出願第６２／７８５，４８７号に基づく優先権を主張し、これらを参照により本明細書に明示的に援用する。
（背景技術）
光送信器は、１つ以上の物体に向けられた光を放出し得る。例えば、ジェスチャ認識システムでは、光送信器は、近赤外（ＮＩＲ）光をユーザに向けて送信し得、ＮＩＲ光は、ユーザから光受信器に向かって反射され得る。この場合、光受信器は、ＮＩＲ光に関する情報を取得し得、その情報は、ユーザによって実行されているジェスチャを識別するために使用され得る。例えば、デバイスは、情報を使用して、ユーザの３次元表現を生成し、３次元表現に基づいてユーザによって実行されているジェスチャを識別し得る。
ＮＩＲ光のユーザへの送信中および／またはユーザから光受信器への反射中に、周囲光がＮＩＲ光と干渉し得る。したがって、光受信器は、バンドパスフィルタなどの光学フィルタに光学的に結合されて、周囲光をフィルタリングし、ＮＩＲ光が光受信器に向かって通過することを可能にし得る。
一実装形態によれば、光学フィルタは、光学フィルタ層のセットを含み得、光学フィルタ層は、第１の屈折率を有する第１の材料を備える光学フィルタ層の第１のサブセットであって、第１の材料は少なくともシリコンおよび水素を備える、第１のサブセットと；第２の屈折率を有する第２の材料を備える光学フィルタ層の第２のサブセットであって、第２の材料は第１の材料とは異なり、第２の屈折率は第１の屈折率よりも小さい、第２のサブセットと；第１の材料および第２の材料とは異なる第３の材料を備える光学フィルタ層の第３のサブセットと、を含む。
一実装形態によれば、光学フィルタは、基板と；入射光をフィルタリングするために基板上に配置された１つ以上の高屈折率材料層および１つ以上の低屈折率材料層であって、ここで、第１のスペクトル範囲を有する入射光の第１の部分は、光学フィルタによって反射され、第２のスペクトル範囲を有する入射光の第２の部分は、光学フィルタによって通過され、１つ以上の高屈折率材料層は第１の材料であり、１つ以上の低屈折率材料層は第２の材料である、１つ以上の高屈折率材料層および１つ以上の低屈折率材料層と、基板上に配置された１つ以上の遷移材料層と、を含み得、１つ以上の遷移材料層は、第１の材料および第２の材料とは異なる第３の材料である。
一実装形態によれば、光学システムは、近赤外線（ＮＩＲ）光を放出する光送信器と；入力光信号をフィルタリングし、フィルタリングされた入力光信号を提供するための光学フィルタであって、入力光信号は光送信器からのＮＩＲ光と光源からの周囲光とを含み、光学フィルタは誘電体薄膜層のセットを含み、誘電体薄膜層のセットは、第１の屈折率を有する第１の材料から形成された層の第１のサブセットと、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の材料から形成された層の第２のサブセットと、第１の材料および第２の材料とは異なる第３の材料から形成された層の第３のサブセットと、第１の材料、第２の材料、および第３の材料とは異なる第４の材料から形成された層の第４のサブセットと、を含み；フィルタリングされた入力光信号は、入力光信号と比較して低減された強度の周囲光を含む、光学フィルタと；フィルタリングされた入力光信号を受信し、出力電気信号を提供する光受信器と、を含み得る。
一実装形態によれば、光学フィルタを作製する方法は、光学フィルタの光学フィルタ層の第１のサブセットを堆積し、光学フィルタ層の第１のサブセットは第１の屈折率を有する第１の材料を備える、ステップと；光学フィルタの光学フィルタ層の第２のサブセットを堆積し、光学フィルタ層の第２のサブセットは第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料を備える、ステップと；第１の材料および第２の材料とは異なる第３の材料を備える光学フィルタ層の第３のサブセットを堆積する、ステップと、を含み得る。
本明細書で説明される１つ以上の例示的な実装形態の図である。 本明細書で説明される１つ以上の例示的な実装形態の図である。 本明細書で説明される１つ以上の例示的な実装形態の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学的特性および／または機械的特性の１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学的特性および／または機械的特性の１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学的特性および／または機械的特性の１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学的特性および／または機械的特性の１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の実装例を製造するためのスパッタ堆積システムの１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の実装例を製造するためのスパッタ堆積システムの１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の実装例を製造するためのスパッタ堆積システムの１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の実装例を製造するためのスパッタ堆積システムの１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学特性の１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学特性の１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の実装形態に関連する材料のセットの機械的特性の１つ以上の複数の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学特性の１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学特性の１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学特性の１つ以上の例の図である。 本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの機械的特性の１つ以上の例の図である。 本明細書記載の１つ以上の例示的な実装形態の図である。 本明細書記載の１つ以上の例示的な実装形態の図である。 水素化シリコン層の屈折率の例のプロットである。 水素化シリコン層の吸光係数の例のプロットである。 本明細書に記載の光学フィルタの透過スペクトルの例のプロットである。
以下の実装形態例の詳細な説明は、添付の図面を参照して行う。異なる図面の同じ参照番号は、同じまたは類似の要素を識別し得る。２０１７年１１月２３日に公開されたＨｅｎｄｒｉｘらの米国特許出願公開第２０１７０３３６５４４号（Ｕ．Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．２０１７０３３６５４４）は、参照により本明細書に援用される。
光受信器は、光送信器などの光源から光を受信し得る。例えば、光受信器は、光送信器から近赤外（ＮＩＲ）光を受信し、ターゲットで反射させ得る。ターゲットには、人（例：ユーザと非ユーザ）、動物、無生物（例：車、木、障害物、家具、壁）などが含まれ得る。この場合、光受信器は、可視スペクトル光などの周囲光だけでなく、ＮＩＲ光も受信し得る。周囲光は、太陽光、電球からの光など、光送信器とは別の１つ以上の光源からの光を含み得る。周囲光は、ＮＩＲ光に関連する測定の精度を低下させ得る。例えば、ジェスチャ認識システムでは、周囲光は、ＮＩＲ光に基づくターゲットの３次元画像の生成の精度を低下させ得る。いくつかの例では、ＮＩＲ光に関する情報は、ユーザの個人識別、ユーザの特徴（例えば、身長または体重）、ユーザの状態（例えば、ユーザのまぶたの位置、ユーザが目覚めているかどうかなど）、ターゲットの別のタイプの特徴（例えば、物体までの距離、物体のサイズまたは物体の形状）などを認識するために使用され得る。したがって、光受信器は、バンドパスフィルタなどの光学フィルタに光学的に結合され、周囲光をフィルタリングし、ＮＩＲ光を光受信器に向かって通過させ得る。
例えば、光学フィルタは、特定の閾値未満の帯域外光の一部、例えば７００ナノメートル（ｎｍ）など、を遮断し、特定の波長範囲、例えば約７００ｎｍから約１７００ｎｍの範囲、約８００ｎｍから約１１００ｎｍの範囲、約９００ｎｍから約１０００ｎｍの範囲、約９２０ｎｍから約９８０ｎｍの範囲、および／またはその他等、について光を通過させるために選択および堆積され得る誘電性薄膜層のセットを含み得る。いくつかの例では、通過帯域は、８００ｎｍから１１００ｎｍの範囲、約８２０ｎｍから約８８０ｎｍの範囲、約９２０ｎｍから９８０ｎｍの範囲、約８７０ｎｍから約９３０ｎｍの範囲などの、中心波長を有し得る。別の例では、誘電体薄膜層のセットを選択して、周囲光を除去し得る。加えて、または代わりに、誘電体膜層のセットを選択して、特定の閾値未満の帯域外光を遮断し、約１５００ｎｍから約１６００ｎｍの範囲、約１５２０ｎｍから約１５８０ｎｍの範囲、または中心波長が約１５５０ｎｍである、などの別の波長範囲の光を通過させ得る。
本明細書に記載のいくつかの実装形態は、シリコンおよび水素を備える材料、水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）ベースの材料、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）ベースの材料、水素化シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ：Ｈ）材料、および／または低角度シフト光学フィルタなどの光学フィルタ用の高屈折率層のセットなどを使用し得る。高屈折率層のセット内の材料には、少なくともシリコン（Ｓｉ）および水素（Ｈ）、シリコン、およびＨの任意の同位体（たとえば、プロチウム（Ａ＝１）、重水素（Ａ＝２）、トリチウム（Ａ＝３））および／またはそれらの任意の混合物を含み得る。このように、別の高屈折率層材料を使用する別のフィルタスタックと比較してより高い実効屈折率を有する高屈折率層のセットを有する光学フィルタに基づいて、光学フィルタは比較的低い角度シフトを提供し得る。さらに、これらの高屈折率層材料のいずれかを使用するフィルタは、周囲光を実質的に遮断または効果的に遮蔽し、ＮＩＲ光を通過させ得る。
図１Ａ～１Ｃは、例示的な光学フィルタ１００、１００’、１００’’の図である。図１Ａ～１Ｃは、３つ以上の異なる材料を使用する光学フィルタの例示的な積み重ねを示す。
さらに図１Ａ～１Ｃに示されるように、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、光学フィルタコーティング部分１１０および基板１２０を含み得る。
図１Ａ～１Ｃに示されるように、光学フィルタコーティング部分１１０は、光学フィルタ層のセットを含む。例えば、光学フィルタコーティング部分１１０は、第１の層のセット１３０、第２の層のセット１４０、および第３の層のセット１３５を含む。第１の層のセット１３０は、高屈折率材料の層のセットを含み得、本明細書ではＨ層１３０と呼ばれ得る。例えば、一実装形態では、Ｈ層１３０は、水素およびシリコンを備える材料（例えば、シリコン（Ｓｉ）および水素（Ｈ）を含み得る水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）層、Ｓｉおよびプロチウム（Ａ＝１）、重水素（Ａ＝２）、および／またはトリチウム（Ａ＝３）を含むＨの任意の同位体、水素化シリコン－ゲルマニウム（ＳｉＧｅ：Ｈ）層および／またはその他など）を含み得る。一実装形態では、Ｈ層１３０は、シリコンおよびゲルマニウムを含む材料（例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層および／またはその他など）を含み得る。
これらの高屈折率材料は、少なくとも８００ナノメートル（ｎｍ）から１１００ｎｍの範囲にわたって、３、３．２、３．５、３．６、４および／またはその他よりも高い屈折率を有し得る。例えば、Ｓｉ：Ｈは、８００ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲にわたって３より大きい屈折率を有し得る。一実装形態では、Ｓｉ：Ｈ材料は、８００ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲にわたって３．５より大きい屈折率を有する（例えば、３．６４より大きい屈折率）。一実装形態では、Ｓｉ：Ｈ材料は、約８３０ｎｍの波長で約３．８の屈折率を有し得る。一実装形態では、屈折率は、８００ｎｍで３．８７より大きくなり得る。一実装形態では、Ｓｉ：Ｈ材料は、８００ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲にわたって４．３未満の屈折率を有する。高屈折率層は、リン、ホウ素、窒化物、アルゴン、酸素、炭化物および／またはその他を含み得る。
一実装形態では、第２の層のセット１４０は、低屈折率材料の層のセットを含み得、本明細書ではＬ層１４０と呼ばれ得る。例えば、Ｌ層１４０の屈折率は、一般に、Ｈ層１３０の屈折率よりも低い。一実装形態では、Ｌ層１４０は、シリコン、マグネシウム、フッ化物、酸素、タンタル、窒化物、ニオブ、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、またはそれらの組み合わせを含み得る。例えば、Ｌ層１４０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）層、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）層、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）層、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）層、二酸化チタン（ＴｉＯ２）層、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）層、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）層、それらの組み合わせおよび／またはその他を含み得る。
一実装形態では、第３のセットの層１３５は、遷移層に対応し得、本明細書では、Ｏ層１３５と呼ばれ得る。一実装形態では、Ｏ層１３５は、Ｈ層１３０および／またはＬ層１４０とは異なる第３の材料を含み得る。Ｏ層１３５は、酸化物を含む任意の材料であり得る。例えば、Ｏ層は、シリコン、（任意の濃度の）酸化ケイ素（例えばＳｉＯｘ、ここで、０＜ｘ＜２である）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、それらの組み合わせおよび／またはその他を含み得る。
図１Ｂに示されるように、光学フィルタコーティング部分１１０は、第４のセットの層１４５を含み得、これは、本明細書でＰ層１４５と呼ばれる第２のセットの遷移層に対応し得る。一実装形態では、Ｐ層１４５は、Ｈ層１３０、Ｏ層１３５、およびＬ層１４０とは異なる第４の材料を含み得る。あるいは、一実装形態では、Ｐ層１４５は、Ｏ層１３５と同じ材料または同様の材料であり得る。Ｐ層は、酸化物を含む任意の材料であり得る。例えば、Ｐ層１４５は、シリコン、（任意の濃度の）酸化ケイ素（例えばＳｉＯｘ、ここで、０＜ｘ＜２である）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、それらの組み合わせおよび／またはその他を含み得る。一実装形態では、図１Ａは、層Ｈ－Ｏ－Ｌの繰り返し単位を示し、ここで、Ｏ層１３５は、それぞれのＨ層１３０ごとの前にある（空気界面から基板１２０に向かって数えるとき）。対照的に、図１Ｂは、各Ｈ?Ｏ?Ｌ単位の間に配置されたＰ層１４５を有する層Ｈ?Ｏ?Ｌの繰り返し単位を示している。さらに対照的に、図１Ｃは、各Ｈ?Ｌ単位の間に配置されたＯ層を有する層Ｈ?Ｌの繰り返し単位を示している。
一実装形態では、最外層（例えば、空気界面に最も近い層）は、Ｌ層１４０以外の層であり得る。例えば、一実装形態では、最外層は、Ｈ層１３０、Ｏ層１３５、またはＰ層１４５であり得る。一実装形態では、機能層および／またはコーティングは、光学フィルタコーティング部分１１０の外部にあり得る。例えば、一実装形態では、機能層および／またはコーティングは、防汚コーティング、保護コーティング、耐久性コーティング、防曇コーティング、親水性コーティング、および／または疎水性コーティングを含み得る。一例では、最外層は窒化物であり得る。
一実装形態では、層１３０、１３５、１４０、および１４５は、（Ｈ－Ｏ－Ｌ）ｍ順序、（Ｈ－Ｏ－Ｌ－Ｏ）ｍ順序、（Ｈ－Ｌ－Ｏ）ｍ順序、（Ｈ－Ｏ－Ｌ－Ｐ）ｍ順序、（Ｈ－Ｏ－Ｌ）ｍ－Ｈ順序、（Ｈ－Ｏ－Ｌ－Ｐ）ｍ－Ｈ順序、（Ｈ－Ｏ－Ｌ－Ｐ）ｍ－Ｈ－Ｏ－Ｌ順序、Ｌ－（Ｈ－Ｏ－Ｌ）ｍ順序、Ｌ－Ｐ－（Ｈ－Ｏ－Ｌ－Ｐ）ｍ順序、それらの組み合わせ、別の可能な順序、および／またはその他などの特定の順序で積み重ねられ得、ｍは層の単位の量であり、１以上の値を有する。例えば、図１Ａに示すように、層１３０、１３５、および１４０は、光学フィルタ１００の表面に配置されるＬ層１４０および基板１２０の表面に配置されるＨ層１３０を有する、（Ｈ－Ｏ－Ｌ）ｍの順序で配置される。さらに、図１Ｂに示される例では、層１３０、１３５、１４０、および１４５は、光学フィルタ１００’の表面に配置されるＬ層１４０および基板１２０の表面に配置されるＨ層１３０を有する、（Ｈ－Ｏ－Ｌ－Ｐ）ｍの順序で配置される。図１Ｃに示される例では、層１３０、１３５、および１４０は、光学フィルタ１００’’の表面に配置されるＬ層１４０および基板１２０の表面に配置されるＨ層１３０を有する、（Ｈ－Ｌ－Ｏ）ｍの順序で配置される。
層の量、厚さ、および／または順序は、光学透過および角度シフトを含む、光学フィルタコーティング部分１１０および／または光学フィルタ１００、１００’、１００’’の光学的品質に影響を及ぼし得る。一実装形態では、光学フィルタコーティング部分１１０は、特定の量の層ｍに関連し得る。例えば、光学フィルタコーティング部分１１０は、２～２００の層、１０～１００の層、または３０～６０の層を含み得る。光学フィルタコーティング部分１１０は、１０～４０のＨ層１３０を含み得る。いくつかの例では、ＳｉＧｅ：Ｈベースの光学フィルタは、２層～２００層の範囲を含み得る。
一実装形態では、光学フィルタコーティング部分１１０の各層は、特定の厚さに関連し得る。例えば、層１３０および１４０は、それぞれ、１ｎｍ～１５００ｎｍ、３ｎｍ～１０００ｎｍ、６ｎｍ～１０００ｎｍ、または１０ｎｍ～５００ｎｍの厚さに関連し得、および／または光学フィルタコーティング部分１１０は、０．１μｍ～１００μｍ、０．２５μｍ～２０μｍおよび／またはその他の厚さに関連し得る。いくつかの例では、層１３０および１４０のうちの少なくとも１つは、１０００ｎｍ未満、６００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、または２０ｎｍ未満の厚さに関連し得、および／または光学フィルタコーティング部分１１０は、１００μｍ未満、５０μｍ未満、および／または１０μｍ未満の厚さに関連し得る。一実装形態では、層１３０および１４０は、層１３０の第１の厚さおよび層１４０の第２の厚さ、層１３０の第１のサブセットの第１の厚さおよび層１３０の第２のサブセットの第２の厚さ、層１４０の第１のサブセットについての第１の厚さおよび層１４０の第２のサブセットについての第２の厚さ、および／またはその他、などの複数の厚さに関連し得る。この場合、層の厚さおよび／または層の量は、意図された通過帯域、意図された反射率および／またはその他などの意図された光学特性のセットに基づいて選択され得る。
層１３５および１４５は、それぞれ、１ｎｍ～２０ｎｍの厚さに関連し得る。製造方法および／または光学フィルタコーティング部分１１０および／または光学フィルタ１００、１００’、１００’’の所望の光学的品質に応じて、Ｏ層１３５およびＰ層１４５は、それぞれ１０ｎｍ未満の厚さに関連し得る。いくつかの例では、Ｏ層１３５およびＰ層１４５は、それぞれ、１ｎｍ～１０ｎｍまたは２ｎｍ～６ｎｍ、または約５ｎｍの厚さに関連し得る。一実装形態では、Ｏ層１３５およびＰ層１４５はそれぞれ、２ｎｍ～６ｎｍ、または約５ｎｍの厚さに関連し得る。一実装形態では、Ｏ層１３５およびＰ層１４５は、Ｏ層１３５の第１の厚さおよびＰ層１４５の第２の厚さ、Ｏ層１３５の第１のサブセットの第１の厚さおよびＯ層１３５の第２のサブセットの第２の厚さ、Ｐ層１４５の第１のサブセットの第１の厚さおよびＰ層１４５の第２のサブセットの第２の厚さ、および／またはその他などの複数の厚さに関連し得る。この場合、層の厚さおよび／または層の量は、意図された通過帯域、意図された反射率および／またはその他などの意図された光学特性のセットに基づいて選択され得る。
一実装形態では、特定のＳｉＧｅベースの材料が、Ｈ層１３０のために選択され得る。例えば、一実装形態では、Ｈ層１３０は、ＳｉＧｅ－５０、ＳｉＧｅ－４０、ＳｉＧｅ－６０および／またはその他などの特定のタイプのＳｉＧｅを含むように選択および／または製造され得る（例えば、以下でさらに詳細に説明されるように、スパッタリング手順を介して）。
一実装形態では、Ｈ層１３０は、本明細書に記載されるように、スパッタ堆積手順の結果として、アルゴンなどの別の材料を含み得る。別の例では、Ｈ層１３０は、シリコンまたはＳｉＧｅベースの材料を水素化する水素化手順、シリコンまたはＳｉＧｅベースの材料を窒素化する窒素化手順、シリコンまたはＳｉＧｅベースの材料をアニーリングする１つ以上のアニーリング手順、別のタイプの手順、シリコンまたはＳｉＧｅベースの材料をドープするためのドーピング手順（例えば、リンベースのドーピング、窒素ベースのドーピング、ホウ素ベースのドーピングおよび／またはその他）、または本明細書に記載されるような複数の手順の組み合わせ（例えば、水素化、窒素化、アニーリング、および／またはドーピングの組み合わせ）を使用して製造され得る。例えば、Ｈ層１３０は、例えば、約８００ｎｍ～約１１００ｎｍのスペクトル範囲、約８２０ｎｍ～約１０００ｎｍのスペクトル範囲、約９５０ｎｍなどの特定の波長、および／またはその他にわたって、Ｌ層１４０の屈折率より大きい屈折率を含むように選択され得る。別の例では、Ｈ層１３０は、例えば、約１４００ｎｍ～約１７００ｎｍのスペクトル範囲、約１５００ｎｍ～約１６００ｎｍのスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの特定の波長、および／またはその他にわたって、Ｌ層１４０の屈折率より大きい屈折率を含むように選択され得る。この場合、Ｈ層１３０は、３より大きい屈折率、３．５より大きい屈折率、３．８より大きい屈折率、または４より大きい屈折率と関連し得る。例えば、Ｈ層１３０は、Ｈ層１３０がＳｉＧｅ：Ｈを含む場合、約９５０ｎｍで４より大きい屈折率、Ｈ層がＳｉ：Ｈを含む場合、約９５０ｎｍで約３．７４および／またはその他と関連し得る。
一実装形態では、特定の材料がＬ層１４０のために選択され得る。例えば、Ｌ層１４０は、ＳｉＯ２層のセット、Ａｌ２Ｏ３層のセット、ＴｉＯ２層のセット、Ｎｂ２Ｏ５層のセット、Ｔａ２Ｏ５層のセット、ＭｇＦ２層のセット、Ｓｉ３Ｎ４層のセットＺｒＯ２層のセット、Ｙ２Ｏ３層のセットおよび／またはその他を含み得る。この場合、Ｌ層１４０は、Ｈ層１３０の屈折率よりも低い屈折率を含むように選択され得る。
一実装形態では、Ｈ層１３０および／またはＬ層１４０は、特定の吸光係数に関連し得る。例えば、シリコンおよび水素を含むＨ層１３０の場合、吸光係数は、特定のスペクトル範囲にわたって約０．００１未満であり得る。例えば、吸光係数は、約８００ｎｍ～約１１００ｎｍのスペクトル範囲、約９００ｎｍ～約１０００ｎｍのスペクトル範囲、約９５４ｎｍの波長、および／またはその他にわたって約０．００１未満であり得る。ゲルマニウムを含むＨ層１３０の場合、そのような吸光係数は、特定のスペクトル範囲にわたって、約０．００７（８００ｎｍでのＳｉ：Ｈについては０．００４）未満、約０．００３未満（８００ｎｍでのＳｉ：Ｈについては０．００２）の吸光係数、約０．００１未満の吸光係数および／またはその他であり得る。例えば、吸光係数は、約８００ｎｍ～約１１００ｎｍのスペクトル範囲、約９００ｎｍ～約１０００ｎｍのスペクトル範囲、約９５４ｎｍの波長および／またはその他にわたって定義され得る。さらに、または代わりに、吸光係数は、約１４００ｎｍ～約１７００ｎｍのスペクトル範囲、約１５００ｎｍ～約１６００ｎｍのスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの特定の波長および／またはその他にわたって定義され得る。一実装形態では、Ｌ層１４０に使用される特定の材料は、帯域外遮断スペクトル範囲の所望の幅、入射角（ＡＯＩ）の変化に関連する所望の中心波長シフト、および／またはその他に基づいて選択され得る。
一実装形態では、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、基板の光学フィルタコーティング部分１１０とは反対側にコーティング１８０を含み得る。コーティング１８０は、単層または多層であり得る。いくつかの例では、コーティング１８０は、反射防止コーティング、ブロッキングフィルタ、および／またはバンドパスフィルタであり得る。コーティング１８０は、ＳｉＯｘ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５および／またはその他を含む酸化物の少なくとも１つを含み得る。一例では、コーティング１８０は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の交互の層であり得る。加えて、または代わりに、コーティング１８０は、光学フィルタコーティング部分１１０と同様の構造を有し得、３つ以上の材料を含み得る。一実装形態では、コーティング１８０は、光学フィルタコーティング部分１１０のＨ層１３０、Ｌ層１４０、Ｏ層１３５、および／またはＰ層１４５を含み得る。
光学フィルタコーティング部分１１０は、任意のコーティングおよび／またはスパッタリングプロセスを含むがこれらに限定されない任意の方法によって製造され得る。例えば、図１Ａに示されるような光学フィルタコーティング部分１１０は、基板１２０上にＨ層１３０を堆積し、次にＨ層１３０上にＯ層１３５を堆積することによって製造され得る。次に、Ｌ層１４０をＯ層１３５上に堆積させ得、次いで、第２のＨ層１３０をＬ層１４０上に堆積させ得る。これは、所望の量の層が堆積されるまで繰り返され得る。図１Ｂに示されるような光学フィルタコーティング部分１１０は、基板１２０上にＨ層１３０を堆積し、次にＨ層１３０上にＯ層１３５を堆積することによって製造され得る。次に、Ｌ層１４０をＯ層１３５上に堆積させ得、Ｐ層１４５をＬ層１４０上に堆積させ得る。次に、第２のＨ層１３０をＰ層１４５上に堆積させ得る。これは、所望の量の層が堆積されるまで繰り返され得る。同様に、図１Ｃに示されるような光学フィルタコーティング部分１１０は、基板１２０上にＨ層１３０を堆積し、次にＨ層１３０上にＬ層１４０を堆積することによって製造され得る。次に、Ｏ層１３５をＬ層１４０上に堆積させ得、次いで、第２のＨ層１３０をＯ層１３５上に堆積させ得る。これは、所望の量の層が堆積されるまで繰り返され得る。場合によっては、層１３０、１３５、１４０、１４５および／またはその他のうちの１つ以上に、他の材料が存在し得る。例えば、堆積プロセス中に、堆積層を形成するために使用される材料は、下にある層に滲み得る。
一実装形態では、特定の材料が製造プロセス中に堆積され得るが、光学フィルタコーティング部分１１０の最終的な組成は、堆積されたものとは異なり得る。例えば、Ｓｉ：Ｈの第１のＨ層１３０を基板１２０上に堆積させ得る。ＳｉＯ２の第１のＯ層１３５をＳｉ：Ｈの第１のＨ層１３０上に堆積させ得る。Ｔａ２Ｏ５の第１のＬ層１４０は、ＳｉＯ２の第１のＯ層上に堆積され得る。Ｓｉ：Ｈの第２のＨ層１３０は、Ｔａ２Ｏ５の第１のＬ層１４０上に堆積され得る。ＳｉＯ２の第２のＯ層１３５は、Ｓｉ：Ｈの第２のＨ層１３０上に堆積され得る。Ｔａ２Ｏ５の第２のＬ層１４０は、ＳｉＯ２の第２のＯ層１３５上に堆積され得る。したがって、最終的な光学フィルタコーティング部分１１０は、基板－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５が堆積されたときに現れ得る。しかしながら、一実装形態では、Ｏ層１３５は、遷移層として現れ得る（例えば、基板－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５、ここで、０＜ｘ＜２であり、例としてＳｉＯ１．３、ＳｉＯ１．７および／またはその他）。一実装形態では、Ｏ層１３５は同じ材料ではない場合がある（例えば、第１のＯ層１３５はＳｉＯ２であり得、第２のＯ層１３５はＳｉＯ１．３であり得る）。加えて、または代わりに、１つ以上のＨ層１３０は、酸素または酸素ベースの材料（例えば、ＳｉＯＨ、ＳｉＧｅＯＨ、ＳｉＧｅＯおよび／またはその他）を含み得る。加えて、または代わりに、最終的な光学フィルタコーティング部分１１０は、基板上に堆積された第１のＳｉ：Ｈ層、第１のＳｉ：Ｈ層上に堆積された第１のＳｉＯ２層、第１のＳｉＯ２層上に堆積された第１のＴａ２Ｏ５層、第１のＴａ２Ｏ５層上に堆積された第２のＳｉ：Ｈ層、第２のＳｉ：Ｈ層上に堆積された第２のＳｉＯ２層、第２のＳｉＯ２層上に堆積された第２のＴａ２Ｏ５層、および第２のＴａ２Ｏ５層上に堆積された第３のＳｉＯ２層を含み得る。
一実装形態では、光学フィルタコーティング部分１１０は、スパッタリング手順を使用して製造され得る。例えば、光学フィルタコーティング部分１１０は、パルスマグネトロンベースのスパッタリング手順を使用して製造され、ガラス基板または別のタイプの基板であり得る基板１２０上に層１３０、１３５、１４０、および／または１４５をスパッタリングする。一実装形態では、シリコンをスパッタリングするための第１のカソードおよびゲルマニウムをスパッタリングするための第２のカソードなど、複数のカソードがスパッタリング手順に使用され得る。この場合、複数のカソードは、上記のように、シリコンに対するゲルマニウムの特定の濃度を保証するために選択された第２のカソードに対する第１のカソードの傾斜角に関連し得る。一実装形態では、シリコンまたはシリコンゲルマニウムを水素化するために、スパッタリング手順中に水素流を追加し得る。同様に、シリコンまたはシリコンゲルマニウムを窒素化するために、スパッタリング手順中に窒素流を加え得る。一実装形態では、光学フィルタコーティング部分１１０は、摂氏約２８０度または摂氏約２００度～摂氏約４００度の温度での第１のアニーリング手順、摂氏約３２０度または摂氏約２５０度～摂氏約３５０度の間などの温度での第２のアニーリング手順、および／またはその他などの、１つ以上のアニーリング手順を使用してアニーリングされ得る。一実装形態では、光学フィルタコーティング部分１１０は、図１Ａ～１Ｄに関して記載したように、ターゲットからコーティングされたＳｉＧｅ：Ｈを使用して製造され得る。例えば、シリコン対ゲルマニウムの比率が選択されたＳｉＧｅ化合物ターゲットをスパッタリングして、特定のシリコン対ゲルマニウム比を有する光学フィルタコーティング部分１１０を製造し得る。
一実装形態では、光学フィルタコーティング部分１１０は、別のタイプの光学フィルタによって引き起こされる角度シフトと比較して、減少した角度シフトを引き起こすことに関連し得る。例えば、Ｌ層１４０の屈折率に対するＨ層１３０の屈折率に基づいて、光学フィルタコーティング部分１１０は、別のタイプの高屈折率材料を備えた別のタイプの光学フィルタと比較して減少した角度シフトを引き起こし得る。
一実装形態では、光学フィルタコーティング部分１１０は、基板１２０などの、基板に取り付けられている。例えば、光学フィルタコーティング部分１１０は、ガラス基板または別のタイプの基板に取り付けられ得る。加えて、または代わりに、光学フィルタコーティング部分１１０は、検出器上に、または検出器のアレイを含むシリコンウェーハのセット上に直接コーティングされ得る（例えば、フォトリソグラフィ、リフトオフプロセスなどを使用して）。一実装形態では、光学フィルタコーティング部分１１０は、入射媒体に関連し得る。例えば、光学フィルタコーティング部分１１０は、入射媒体として空気媒体またはガラス媒体と関連し得る。一実装形態では、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、プリズムのセットの間に配置され得る。別の例では、透明エポキシなどの別の入射媒体が使用され得、および／またはポリマー基板（例えば、ポリカーボネート基板、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＰ）基板および／またはその他）などの、別の基板が使用され得る。
一実装形態では、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、９０％より大きい透過率レベルを有する透過通過帯域を有する干渉フィルタであり得る。透過率レベルに関連する透過通過帯域の場合、透過通過帯域は、透過率が９０％より大きい最低波長の低波長境界と、透過率が９０％未満の最高波長の高波長境界とで定義される。いくつかの例では、透過通過帯域は、９０％より大きい、９４％より大きい、または９５％より大きい平均透過率を有し得る。たとえば、通過帯域の平均透過率は９４％より大きくなり得、通過帯域のピーク透過率は９７％より大きくなり得、これは、波長範囲に依存し得る（たとえば、上記の値は、約８４０ｎｍより大きい波長に適用され得、上記の値は、より短い波長で約２％低くなり得、ＳｉＧｅ：Ｈの透過率も低くなり得る）。
一実装形態では、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、４００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲にわたって、または３００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲にわたって、通過帯域の外側（例えば、通過帯域の片側または両側の阻止帯域）の遮断をもたらし得る。一実装形態では、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、４００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲にわたって光学密度２（ＯＤ２）よりも大きい阻止帯域内の遮断レベル、３００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲にわたって光学密度３（ＯＤ３）より大きい阻止帯域内の遮断レベル、または３００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲にわたって光学密度４（ＯＤ４）より大きい遮断レベルを有し得る。いくつかの例では、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、４００ｎｍから８００ｎｍのＯＤ２より大きい、または４００ｎｍから８００ｎｍのＯＤ３より大きい、遮断レベルを提供し得る。遮断レベルに関連する阻止帯域の場合、通過帯域より下の波長の阻止帯域は、遮断レベルが指定されたＯＤレベル（たとえば、ＯＤ２またはＯＤ３）より大きい最高波長による高い波長境界で定義され、および通過帯域より上の波長の阻止帯域は、遮断レベルが指定されたＯＤレベル（たとえば、ＯＤ２またはＯＤ３）より大きい最低波長によって定義される。いくつかの例では、阻止帯域の平均遮断レベルはＯＤ２またはＯＤ３より大きい。いくつかの例では、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、４００ｎｍから８００ｎｍまでのＯＤ２の平均遮断レベル、またはＯＤ４より大きい平均遮断レベル、または４００ｎｍから８００ｎｍまでのＯＤ３の平均遮断レベルを提供し得る。
場合によっては、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、長波長パスエッジフィルタであり得、通過帯域は、８００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲のエッジ波長を有する。しかしながら、ほとんどの場合、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、ナローバンドパスフィルタなどのバンドパスフィルタである。通常、通過帯域の中心波長は８００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲である。通常、通過帯域の中心波長は８００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲である。いくつかの例では、通過帯域は、５５ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、または４５ｎｍ未満のＦＷＨＭを有し得る。通過帯域全体は、８００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内にあり得る。いくつかの例では、ＦＷＨＭは、用途、光源の熱管理、光学フィルタ１００、１００’、１００’’の設計、角度範囲などを含む様々な要因に依存し得る。例えば、５ｎｍでは、熱制御されたデバイスは、狭い角度範囲にわたって動作し得、光源および光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、閾値（例えば、１ナノメートル未満）を満たす製造公差を有する。別の例では、１２０ｎｍで、デバイスは、光源波長の高温変化を伴う光源を有し得、大きな受容角に対して広い温度範囲（例えば、マイナス４０°から１２０°Ｃ）にわたって動作し得る。この場合、光源はより柔軟な製造公差（例えば、＋／－１０ナノメートル）を有し得る。本明細書に記載の一実装形態では、通過帯域は、透過レベルが９０％より大きい、９４％より大きい、９５％より大きい、および／またはその他の波長を含むものとして定義され得る。しかしながら、他の例では、通過帯域の別の適切な定義があり得ることが理解されたい。さらに、本明細書に記載の一実装形態では、阻止帯域は、透過レベルがＯＤ２より大きい、ＯＤ３より大きい、ＯＤ４より大きい、および／またはその他の波長を含むものとして定義され得る。しかしながら、他の例では、阻止帯域の別の適切な定義があり得ることを理解されたい。
一実装形態では、光学フィルタ１００、１００’、１００’’は、入射角の変化に伴う低い中心波長シフトを有し得る。通過帯域のＣＷＬは、入射角が０°から３０°に変化すると、大きさが２０ｎｍ未満でシフトする。いくつかの例では、通過帯域のＣＷＬは、入射角が０°から３０°に変化すると、１５ｎｍ未満の規模でシフトし得る。通過帯域のＣＷＬは、入射角が０°から３０°に変化すると、大きさが２０ｎｍから６ｎｍの間でシフトする。通過帯域のＣＷＬは、入射角が０°から３０°に変化すると、大きさが１２ｎｍ未満でシフトする。通過帯域のＣＷＬは、入射角が０°から３０°に変化すると、大きさが１２ｎｍから６ｎｍの間でシフトする。
上に示されるように、図１Ａ～１Ｃは、単に１つ以上の例として提供されている。他の例は、図１Ａ～１Ｃに関して説明されたものとは異なり得る。
図２Ａ～２Ｄは、本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学的特性および／または機械的特性の１つ以上の例の図である。
図２Ａおよびチャート２００によって示されるような、図面および／または図面を参照して上記のように示される構成を有する光学フィルタである。図１Ａ～１Ｃは、Ｈ層１３０が高屈折率材料としてＳｉ：Ｈを含みＬ層１４０が低屈折率材料として（例えば、二次スペーサを用いて）Ｔａ２Ｏ５を含む設計を有し、Ｈ層１３０が高屈折率材料としてＳｉ：Ｈを含みＬ層１４０が低屈折率材料としてＳｉＯ２を含む設計に対して、より低い角度シフトを達成し得る。たとえば、図２Ａは、６つの異なる設計の波長の関数としての透過率を示すプロットを示している。特に、図２Ａに示すさまざまなプロットには、Ｌ層１４０が低屈折率材料としてＳｉＯ２を含み、Ｓｉ：Ｈを含む１次、２次、および３次のスペーサ層を有する３つの設計と、Ｏ層１３５およびＰ層１４５が（任意の濃度の）酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯｘ、０＜ｘ＜２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの酸化物を含み、さらにＬ層１４０が、低屈折率材料としてＴａ２Ｏ５を含み、Ｓｉ：Ｈを含む１次、２次、および３次のスペーサ層を有する、３つの設計と、が含まれる。示されているように、すべての設計は、０度のＡＯＩで実質的に同様のパフォーマンスを示す。
図２Ｂに、およびチャート２１０によって示されるように、図１Ａ～１Ｃを参照して上記に示されるおよび／または説明されるような構成を有する光学フィルタの厚さ（ナノメートル単位）は、Ｌ層１４０の低屈折率材料に使用される材料に依存し得る。たとえば、図２Ａを参照して前述したように、ＳｉＯ２およびＴａ２Ｏ５は、０度のＡＯＩで実質的に同様の性能を提供するバンドパスを有する。しかしながら、チャート２１０に示されるように、Ｌ層１４０（または他の反射層）の低屈折率材料としてＴａ２Ｏ５を使用するおよび／または（任意の濃度の）酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯｘ、ここで０＜ｘ＜２）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの遷移層を含むことは、スペーサ層の次数に関係なく、低屈折率材料としてＳｉＯ２を使用する設計と比較して全体的な設計の厚さを増加させる。たとえば、一次スペーサ層の場合、Ｔａ２Ｏ５を含有する設計の物理的厚さは３５００ｎｍを超え、ＳｉＯ２を含有する設計の物理的厚さは３２５０ｎｍ未満であり、二次スペーサ層の場合、Ｔａ２Ｏ５を含有する設計の物理的厚さは４０００ｎｍを超え、ＳｉＯ２を含有する設計の物理的厚さは約３６００ｎｍであり、三次スペーサ層の場合、Ｔａ２Ｏ５を含有する設計の物理的厚さは約４５００ｎｍ、ＳｉＯ２を含有する設計の物理的厚さは約４０００ｎｍである。一般に、Ｓｉ：ＨとＴａ２Ｏ５の率比は、Ｓｉ：ＨとＳｉＯ２の場合よりも低いため、Ｔａ２Ｏ５を含有する設計は設計全体の厚さを増加させ得る。
図２Ｃおよびチャート２２０によって示されるように、低屈折率材料にＴａ２Ｏ５を使用すると、ＡＯＩが増加するために中心波長（ＣＷＬ）の望ましくないダウンシフトが減少し得る。たとえば、チャート２２０は、Ｔａ２Ｏ５を含有する設計と異なるバンドパススペーサ次数のＳｉＯ２を含有する設計のＣＷＬシフト（ナノメートル単位）の比較を示している。示されているように、Ｔａ２Ｏ５はＳｉＯ２よりも高い屈折率を有するため、ＣＷＬダウンシフトは一般に、任意のバンドパススペーサ次数でＳｉＯ２を含有する設計と比較して、Ｔａ２Ｏ５を含有する設計の方が少なくなる。したがって、図１Ａ～１Ｃを参照して上記に示されるおよび／または説明されるような構成を有する光学フィルタにおいて、Ｌ層１４０において比較的高い屈折率を有する材料（例えば、ＳｉＯ２ではなくＴａ２Ｏ５）を使用すると、一般に、バンドパス角度シフトを減少させ得る。
図２Ｄに、およびチャート２３０によって示されるように、低屈折率材料にＴａ２Ｏ５を使用することは、コーティング（例えば、コーティング１８０）が基板（例えば、基板１２０）に加える望ましくない応力を減少させ得る。たとえば、チャート２３０は、コーティングにＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２のどちらが使用されているかに基づいて、バンドパスコーティングから加えられる総応力（メガパスカル（ＭＰａ））の比較を示している。示されているように、マグネトロンスパッタされたＴａ２Ｏ５によって加えられる応力は、マグネトロンスパッタされたＳｉＯ２によって加えられる応力よりも実質的に低いので、総印加応力は、任意のバンドパススペーサ次数でＳｉＯ２を含有する設計と比較して一般に少ない。したがって、図１Ａ～１Ｃを参照して上記に示されるおよび／または説明されるような構成を有する光学フィルタにおいて、比較的低応力の材料を使用すると、基板に加えられる応力を減少させ得る。
このように、屈折率の低い材料（ＳｉＯ２など）を屈折率の高い材料（Ｔａ２Ｏ５）に置き換えると、一般にバンドパス角度シフトが減少し、（より薄い）低次スペーサの使用が可能になり得る。たとえば、図２Ｂに示すように、Ｔａ２Ｏ５を含む１次スペーサは、ＳｉＯ２を含む２次スペーサと同様の厚さを有し得、Ｔａ２Ｏ５を含む２次スペーサは、ＳｉＯ２を含む３次スペーサと同様の厚さを有し得る。さらに、図２Ｃに示すように、Ｔａ２Ｏ５を含む１次スペーサは、ＳｉＯ２を含む２次スペーサと同様の角度シフトを有し得、Ｔａ２Ｏ５を含む２次スペーサは、ＳｉＯ２を含む３次スペーサと同様の角度シフトを有し得る。図２Ｄにさらに示されているように、ＳｉＯ２を含む２次スペーサからＴａ２Ｏ５を含む１次スペーサに移動すると、より低い応力となり（同様の角度シフトと同様の厚さを提供しながら）、同様に、ＳｉＯ２を含む３次スペーサからＴａ２Ｏ５を含む２次スペーサまで移動すると、より低い応力となる。このように、スペーサ層の厚さによって基板に加えられる応力は、同様の角度シフトを達成しながら、より高い屈折率を有する材料を使用することによって低減し得る。たとえば、前述の説明では、屈折率の低い材料（ＳｉＯ２など）をＴａ２Ｏ５などの屈折率の高い材料に置き換えることの利点について説明しているが、同様の利点は、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２および／またはその他などの、ＳｉＯ２よりも屈折率の高い他の材料で実現され得る。
一実装形態では、Ｓｉ：ＨとＴａ２Ｏ５を使用したバンドパス設計では、Ｓｉ：ＨとＴａ２Ｏ５との界面での吸収により透過率が低くなる。Ｓｉ：ＨとＴａ２Ｏ５との間に酸素をしっかりと結合する材料（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３および／またはその他）の非常に薄い層を追加すると、透過率を低下させる界面吸収を防ぎ得る。加えて、または代わりに、酸素と反応しない非常に薄い層（例えば、亜硝酸アルミニウム、Ｓｉ３Ｎ４および／またはその他）をＳｉ：ＨとＴａ２Ｏ５との間に追加すると、透過率を低下させる界面吸収を防ぎ得る。このようにして、界面吸収が低減され得、Ｓｉ：ＨとＴａ２Ｏ５との間に追加される薄層を厳密に制御することなく、透過率を高め得る。これは、薄層が全体の設計の厚さに占める割合が小さいためである。さらに、低透過バンドと高透過Ｔバンドとの間のより急激な遷移の恩恵を受けることができるが、応力制限のためにより厚いコーティングに対応できない光学フィルタの場合、低応力アプローチを使用すると、より多くのファブリ・ペローキャビティの使用が可能になり得、これにより、応力限界を超えることなく、低透過帯域と高透過Ｔ帯域との間の遷移が急激になり得る。
このようにして、Ｌ層１４０で使用される特定の材料を選択して、バンドパスコーティングの応力を低減することができ、これにより、ウェーハが反りにくくなり、したがって、単一化前の取り扱いが容易になる。それ以外の場合、より少ない反りが要求される場合は、ウェーハの裏側に追加の応力平衡コーティングが必要となり、これによりコストが増加し、取り扱い中にウェーハが破損する可能性が高くなる。さらに、バンドパスコーティングの応力が少ない場合は、より薄い基板を使用して光学フィルタを製造し得る。これにより、センサシステムをより薄い光学フィルタで薄くすることが可能となり、より薄い光学フィルタを使用すると、組み立て時の柔軟性が高まり、部品が接触する可能性が低くなり、これにより損傷や性能の低下および／またはその他を引き起こし得る。さらに、より多くのキャビティを使用して、応力許容値を超えずに遷移を急激にすることができる。これにより、信号対ノイズ比がより良くなり得る。バンドパスコーティングの角度シフトが小さいと、同じ光学光角度で帯域幅がより狭くなり、信号対ノイズ比がより良くなり得る。
上記に示したように、図２Ａ～２Ｄは、単に１つ以上の例として提供されている。他の例は、図２Ａ～２Ｄに関して説明されたものとは異なり得る。
図３Ａ～３Ｄは、本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態を製造するためのスパッタ堆積システムの１つ以上の例３００の図である。
図３Ａに示されるように、例示的なスパッタ堆積システムは、真空チャンバ３１０、基板３２０、カソード３３０、ターゲット３３１、カソード電源３４０、アノード３５０、プラズマ活性化源（ＰＡＳ）３６０およびＰＡＳ電源３７０を含み得る。ターゲット３３１は、シリコン材料、特定の濃度の光学特性に基づいて選択された特定の濃度のシリコンゲルマニウム材料および／またはその他を含み得る。別の例では、カソード３３０の角度は、本明細書に記載されるように、特定の濃度のシリコンおよび／またはシリコンゲルマニウムが基板３２０上にスパッタされるように構成され得る。ＰＡＳ電源３７０は、ＰＡＳ３６０に電力を供給するために利用され得、無線周波数（ＲＦ）電源を含み得る。カソード電源３４０は、カソード３３０に電力を供給するために利用され得、パルス直流（ＤＣ）電源を含み得る。この場合、スパッタ堆積システムは、１つ以上の層を、ＤＣスパッタリングを介して基板３２０上にスパッタさせ得る。
図３Ａに示されるように、ターゲット３３１は、水素（Ｈ２）、ならびにアルゴンなどの不活性ガスの存在下でスパッタされ得、水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）材料、水素化シリコン－ゲルマニウム（ＳｉＧｅ：Ｈ）材料、および／またはその他などの層を、基板３２０上に堆積する。不活性ガスは、アノード３５０および／またはＰＡＳ３６０を介してチャンバに提供され得る。水素は、水素を活性化するのに役立つＰＡＳ３６０を介して真空チャンバ３１０に導入される。加えて、または代わりに、カソード３３０は水素活性化を引き起こし得、その場合、水素は別の部分の真空チャンバ３１０から導入され得、またはアノード３５０は水素活性化を引き起こし得、その場合、アノード３５０は水素を真空チャンバ３１０に導入し得る。一実装形態では、水素は、水素ガス、水素ガスと希ガス（例えば、アルゴンガス）との混合物などの形態をとり得る。ＰＡＳ３６０は、カソード３３０の境界近接内に配置され得、ＰＡＳ３６０からのプラズマとカソード３３０からのプラズマとがオーバーラップすることを可能にする。ＰＡＳ３６０の使用は、Ｓｉ：Ｈおよび／またはＳｉＧｅ：Ｈ層が比較的高い堆積速度で堆積されることを可能にし得る。一実装形態では、Ｓｉ：Ｈおよび／またはＳｉＧｅ：Ｈ層は、約０．０５ｎｍ／秒～約２．０ｎｍ／秒の堆積速度で、約０．５ｎｍ／秒～約１．２ｎｍ／秒の堆積速度、約０．８ｎｍ／秒および／またはその他の堆積速度で堆積される。
スパッタリング手順は、特定の形状および特定の実装形態に関して本明細書で説明されているが、他の形状および他の実装形態が可能である。例えば、水素は、別の方向から、カソード３３０に近接した境界にあるガスマニホールドから、および／またはその他から、注入され得る。
図３Ｂ～３Ｃに示されるように、同様のスパッタ堆積システムは、真空チャンバ３１０、基板３２０、第１のカソード３８０、第２のカソード３９０、第１のターゲット３８１、第２のターゲット３９１、カソード電源３４０、アノード３５０、ＰＡＳ３６０、およびＰＡＳ電源３７０を含む。この場合、第１のターゲット３８１はシリコンターゲットであり得、第２のターゲット３９１はゲルマニウムターゲットであり得る。したがって、本明細書に記載されるように、第１のターゲット３８１は、シリコンターゲット３８１と呼ばれ得、第２のターゲット３９１は、ゲルマニウムターゲット３９１と呼ばれ得る。しかしながら、第１のターゲット３８１および／または第２のターゲット３９１は、高屈折率材料層を形成するために他の適切な材料から作製され得ることが理解されるであろう。
図３Ｂに示されるように、シリコンターゲット３８１は、基板３２０に対して約０度に配向され（例えば、基板３２０にほぼ平行に）、ゲルマニウムターゲット３９１は、基板３２０に対して約１２０度に配向される。この場合、シリコンおよびゲルマニウムは、それぞれ、カソード３８０およびカソード３９０によって、シリコンターゲット３８１およびゲルマニウムターゲット３９１から、それぞれ、基板３２０上にスパッタリングされる。
図３Ｃに示すように、同様のスパッタ堆積システムにおいて、シリコンターゲット３８１およびゲルマニウムターゲット３９１は、それぞれ、基板３２０に対して約６０度に配向され、シリコンおよびゲルマニウムは、それぞれシリコンターゲット３８１およびゲルマニウムターゲット３９１から、それぞれカソード３８０およびカソード３９０によって、基板３２０上にスパッタされる。
図３Ｄに示されるように、同様のスパッタ堆積システムにおいて、シリコンターゲット３８１は、基板３２０に対して約１２０度に配向され、ゲルマニウムターゲット３９１は、基板３２０に対して約０度に配向される。この場合、シリコンおよびゲルマニウムは、それぞれカソード３８０およびカソード３９０によって、それぞれシリコンターゲット３８１およびゲルマニウムターゲット３９１から、基板３２０上にスパッタされる。
図３Ａ～３Ｄに関して、シリコンスパッタ堆積システムにおける構成要素の各構成は、シリコン、シリコンおよびゲルマニウム、および／またはその他の異なる相対濃度をもたらし得る。構成要素の異なる構成に関して本明細書に記載されているが、シリコンおよびゲルマニウムの異なる相対濃度もまた、異なる材料、異なる製造プロセス、および／またはその他を使用して達成され得る。
上記に示したように、図３Ａ～３Ｄは、単に１つ以上の例として提供されている。他の例は、図３Ａ～３Ｄに関して説明されたものとは異なり得る。
図４Ａ～４Ｂは、本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの光学特性の１つ以上の例の図である。
図４Ａに、およびチャート４１０によって示されるように、特性のセットが、例えばＳｉＧｅ層（例えば、光学フィルタで使用するためのＳｉＧｅ：Ｈ層）について測定される。一般に、カソードスパッタリングシリコンのカソード角度の増加は、図３Ｂ～３Ｄに関してさらに詳細に説明されるように、シリコン含有量に対する光学フィルタ中のゲルマニウム含有量の増加に対応し得る。例えば、３０度で堆積された光学フィルタの高屈折率層の場合、高屈折率層は、約７．５％のゲルマニウム含有量と関連し得る。同様に、３５度での堆積の場合、光学フィルタは、約２２％のゲルマニウム含有量に関連し得、５０度での堆積の場合、光学フィルタは、約９０％のゲルマニウム含有量に関連し得る。
図４Ａに、およびチャート４１０によってさらに示され、９５０ｎｍの波長での屈折率ｎが、材料をスパッタして高屈折率材料層のセットを形成するためにスパッタされるカソード角度（度単位）に基づいて、層のセットに提供される。示されているように、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）およびアニーリングされたシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ－２８０Ｃ）（たとえば、アニーリング手順が摂氏２８０度（Ｃ）で実行されたシリコンゲルマニウム）の場合、カソード角度の増加は屈折率の増加に対応する。さらに、ゲルマニウムを含むシリコン層の屈折率は、シリコン（Ｓｉ）ベースの光学フィルタおよびアニーリングされたシリコン（Ｓｉ－２８０Ｃ）ベースの光学フィルタなどの、ゲルマニウムを含まないシリコンよりも大きいため、ＳｉＧｅ層を含む光学フィルタの性能が向上する。
図４Ｂに、およびチャート４２０によって示されるように、高屈折率材料層のセットについて別の光学特性のセットが測定される。示されるように、９５０ｎｍの波長での吸収は、高屈折率材料層のための材料のタイプ、および高屈折率層を堆積するためのスパッタリング手順で使用されるカソード角度に関連して測定され得る。例えば、ゲルマニウム含有量の増加（例えば、カソード角度の増加）は、一般に、吸収（または損失）の増加と関連している。ただし、アニーリングされたＳｉＧｅ（ＳｉＧｅ－２８０Ｃ）は、アニーリングされていないＳｉＧｅと比較して、同様のカソード角度に関連した光学フィルタの吸収の低下に関連している。例えば、アニーリングされたＳｉＧｅは、光学フィルタの低角度シフトで利用するための屈折率閾値を満たす屈折率に対応するカソード角度で、光学フィルタで利用するための吸収閾値を満たす損失値に関連し得る。このように、ＳｉＧｅ（またはＳｉＧｅ：Ｈ）をアニーリングすることにより、ＳｉＧｅ（またはＳｉＧｅ：Ｈ）を、比較的高い屈折率を有するおよびＮＩＲ光を過度に吸収しない低角度シフトコーティングとして使用し得る。
上記に示すように、図４Ａおよび４Ｂは、単に１つ以上の例として提供されている。他の例であり、図４Ａおよび４Ｂに関して説明されているものとは異なり得る。
図５Ａ～５Ｂは、本明細書に記載の１つ以上の実装形態に関連する材料のセットの特性の１つ以上の例の図である。
図５Ａに、およびチャート５１０によって示されるように、機械的特性のセットが、高屈折率材料層のセットについて測定される。示されるように、応力値（メガパスカル（ＭＰａ）で）は、高屈折率材料層の材料のタイプ、および高屈折率材料層を堆積するためのスパッタリング手順に使用されるカソード角度に関連して測定され得る。応力値は、スパッタリング手順の結果としての高屈折率材料層への圧縮応力であり得る。たとえば、ゲルマニウム含有量の増加（たとえば、カソード角度の増加）は、ＳｉＧｅ層の応力の減少に関連している。示されているように、同様のカソード角度で、アニーリングされたＳｉＧｅは、アニーリングされていないＳｉＧｅと比較して、減少した応力値と関連している。例えば、アニーリングされたＳｉＧｅは、光学フィルタで利用するための屈折率閾値を満たす屈折率に対応するカソード角度で、光学フィルタで利用するための応力閾値を満たす応力値に関連し得る。製造手順に複数の光学フィルタ用にウェーハを複数の部分に切断することが含まれる場合、応力値を下げると製造の困難さが軽減され得る。さらに、応力値を下げると、応力値が大きい別のタイプの材料と比較して、基板の厚さを減少させ得る。このように、ＳｉＧｅ（またはＳｉＧｅ：Ｈ）をアニーリングすることにより、ＳｉＧｅ（またはＳｉＧｅ：Ｈ）を比較的高い屈折率で過度の応力値なしに低角度シフトコーティングとして使用できるようになり得、それにより、アニーリングされていない光学フィルタと比較して、特に純粋なシリコンを使用する光学フィルタと比較した場合、光学フィルタの製造性が向上し、光学フィルタの厚さを減少させる。
図５Ｂに、およびチャート５２０によって示されるように、光学特性のセットが、９５０ｎｍの波長を中心とするバンドパスフィルタのセットについて測定される。示されるように、第１の光学フィルタおよび第２の光学フィルタの透過率は、アニーリングの利用および光の波長に関連して測定される。例えば、図５Ｂにおいて、参照番号５２２は、第１の光学フィルタに対応し得、参照番号５２４は、第２の光学フィルタに対応し得、これらのそれぞれは、一般に同様のパラメータ（例えば、４つのキャビティのセット、３．１マイクロメートルの厚さ、ＳｉＧｅを含む高屈折率層のセット、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む低屈折率層のセット、第２の側に反射防止コーティングなし、４７．５度のカソード角度（例えば、これは、高屈折率層のセットの約８０％のゲルマニウムに対応し得る））に関連し得る。しかしながら、図５Ｂでは、参照番号５２２は、アニーリングを使用して１つ以上の高屈折率層が形成される第１の光学フィルタに対応し得、参照番号５２４は、アニーリングが利用されない第２の光学フィルタに対応し得る。
したがって、図５Ｂに、および参照番号５２２および５２４によって示されるように、アニーリングの利用は、約９５０ｎｍでの透過率を、光学フィルタのアニーリングを利用しない場合に対して、約７％（たとえば、約９５０ｎｍで８０％より大きいまたは約８５％より大きい）向上させる。例えば、参照番号５２４によって示されるように、約９５０ｎｍでの透過率は、アニーリングが利用されない場合、８０％未満であり得る。このように、アニーリングＳｉＧｅ（またはＳｉＧｅ：Ｈ）により、ＳｉＧｅ（またはＳｉＧｅ：Ｈ）を、アニーリングされていない光学フィルタと比較して透過率が改善された低角度シフトコーティングとして使用され得る。別の例では、反射防止コーティング（例えば、光学フィルタの裏側表面上）を含むことにより、反射防止コーティングのない第１の光学フィルタと比較して、透過率がさらに約５％改善され得る。
図５Ｂは、第１の光学フィルタおよび第２の光学フィルタの特定の特性セットに関する例を示しているが、本明細書に記載の他の例は、光学フィルタの他の特性について、アニーリングで同様に改善された性能を示し得る。
図５Ｂは、バンドパスフィルタの光学特性に関する例を示しているが、同様に改善された光学特性は、短波通過フィルタ、長波通過フィルタ、反射防止コーティング、非偏光ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタ、誘電反射器、マルチバンドパスフィルタ、ノッチフィルタ、マルチノッチフィルタ、中性濃度フィルタ、および／またはその他の製造に関連し得る。
上記に示すように、図５Ａおよび５Ｂは、単に１つ以上の例として提供されている。他の例は、図５Ａおよび５Ｂに関して説明されたものとは異なり得る。
図６Ａ～６Ｃは、本明細書に記載の１つ以上の例示的な実装形態に関連する材料のセットの特性の１つ以上の例６００の図である。
図６Ａに、およびチャート６１０によって示されるように、水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）ベースの光学フィルタおよび水素化シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ：Ｈ）ベースを含む光学フィルタのセットについての光学特性のセットが示されている。この場合、光学フィルタのセットは、低屈折率材料として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を利用され得る。示されるように、波長のセットでの透過率は、光学フィルタのセットについて測定される。この場合、ＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタは９５０ｎｍで３．８７１の屈折率に関連し、Ｓｉ：Ｈ光学フィルタは９５０ｎｍで３．７４０の屈折率に関連する。Ｓｉ：Ｈ光学フィルタよりも高い屈折率を有するＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタの結果として、ＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタは、物理的厚さの減少と関連し得る。例えば、Ｓｉ：Ｈ光学フィルタは６．３マイクロメートルの厚さに関連し得、ＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタは５．４マイクロメートルの厚さに関連し得る。さらに、ＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタは、より大きな遮断効率と関連し得る（たとえば、ＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタはＳｉ：Ｈ光学フィルタよりも約７００ｎｍでより吸収性が高く、結果として７００ｎｍを含む波長範囲を遮断する４分の１波長スタックコーティングが減少する）。
図６Ｂに示されるように、チャート６２０は、９５０ナノメートルから１０００ナノメートルの波長範囲でのチャート６１０の一部を示している。チャート６２０に示すように、角度シフトは、０度から３０度までの入射角（ＡＯＩ）でのＳｉ：Ｈ光学フィルタでは１６．５ｎｍ、０度から３０度までの入射角でのＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタでは１３．０ｎｍであることが示されている。この場合、ＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタは、Ｓｉ：Ｈ光学フィルタに比べて角度シフトが小さく、光学性能が向上していることが示されている。
図６Ｃに、およびチャート６３０によって示されるように、Ｓｉ：Ｈ光学フィルタおよびＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタの設計、例えば、図１Ａ～１Ｃの光学フィルタなど、および光学特性のセットが示されている。示されるように、光学フィルタのセットは、２００ｍｍ～３００ｍｍの基板サイズおよび０．１５ｍｍ～０．７ｍｍの基板厚さに関連している。ウェーハサイズとウェーハ厚さごとに、ＳｉＧｅ：Ｈ光学フィルタはＳｉ：Ｈ光学フィルタと比較して基板のたわみが減少する。このようにして、光学フィルタの耐久性および製造可能性が改善される。さらに、応力値の低減に基づいて、より高い応力値を有する他の基板設計と比較して破損の可能性を低減することに基づいて、他の基板設計と比較して同様の基板厚さに対して基板サイズを増加させ得る。
上記に示すように、図６Ａ～６Ｃは、単に１つ以上の例として提供されている。他の例は図６Ａ～６Ｃに関して説明されているものとは異なり得る。
図７Ａ～７Ｂは、本明細書で説明される１つ以上の例示的な実施形態７００の図である。図７Ａに示されるように、例示的な実装形態７００は、センサシステム７１０を含み得る。センサシステム７１０は、光学システムの一部であり得、センサ測定に対応する電気出力を提供し得る。センサシステム７１０は、光学フィルタ７３０を含む光学フィルタ構造７２０と、光学センサ７４０とを含む。例えば、光学フィルタ構造７２０は、通過帯域フィルタリング機能を実行する光学フィルタ７３０または別のタイプの光学フィルタを含み得る。センサシステム７１０は、ターゲット７６０（例えば、人、物体など）に向けて光信号を送信する光送信器７５０を含む。
実装形態は、センサシステム内の光学フィルタに関して本明細書に記載され得るが、本明細書に記載される実装形態は、別のタイプのシステムで使用され得、センサシステムの外部および／またはその他で使用され得る。一実装形態では、光学フィルタ７３０は、光に対して偏光ビームスプリット機能を実行し得る。例えば、光学フィルタ７３０は、本明細書に記載されるように、第２の偏光が光学センサ７４０によって受信されることが望ましい場合、第１の偏光で光の第１の部分を反射し、第２の偏光で光の第２の部分を通過させ得る。加えて、または代わりに、光学フィルタ７３０は、光に対して逆偏光ビームスプリット機能（例えば、ビーム結合）を実行し得る。
図７Ａに、および参照番号７７０によってさらに示されるように、入力光信号は、光学フィルタ構造７２０に向けられる。入力光信号は、光送信器７５０によって放出されたＮＩＲ光、およびセンサシステム７１０が利用されている環境からの周囲光を含み得る。例えば、光学フィルタ７３０がバンドパスフィルタである場合、光送信器７５０は、ジェスチャ認識システム（例えば、ターゲット７６０によって実行されるジェスチャ）のために近赤外（ＮＩＲ）光をユーザに向け得、ＮＩＲ光は光学センサ７４０がＮＩＲ光の測定を実行することを可能にするために、光学センサ７４０に向かってターゲット７６０（例えば、ユーザ）から反射され得る。この場合、周囲光は、１つ以上の周囲光源（例えば、電球または太陽）から光学センサ７４０に向けられ得る。別の例では、複数の光ビームがターゲット７６０に向けられ得、複数の光ビームのサブセットが、示されるように、光学センサ７４０に対して傾斜角で配置され得る光学フィルタ構造７２０に向けて反射され得る。一実装形態では、別の傾斜角が使用され得る（例えば、バンドパスフィルタの場合は０度の傾斜角）。いくつかの実装形態では、光学フィルタ構造７２０は、光学センサ７４０から離れて配置されるのではなく、光学センサ７４０上に直接配置および／または形成され得る。例えば、光学フィルタ構造７２０は、例えば、フォトリソグラフィを使用して、光学センサ７４０上にコーティングおよびパターン化され得る。いくつかの例では、光学フィルタ構造７２０は、基板１２０、コーティング１８０および／またはその他を含む、上記の光学フィルタ１００、１００’、１００’’の任意の要素を含み得る。別の例では、光送信器７５０は、例えば、車両に近接する物体を検出するため、視覚障害者に近接する物体を検出するため、物体への近接を検出するため（例えば、ＬＩＤＡＲ技術を使用して）、および／またはその他のために、ＮＩＲ光を別のタイプのターゲット７６０に向け得る。ＮＩＲ光および周囲光は、結果として、光学センサ７４０に向けられ得る。
図７Ａに、および参照番号７８０によってさらに示されるように、光信号の一部は、光学フィルタ７３０および光学フィルタ構造７２０を通過する。例えば、光学フィルタ７３０は、上記の光学フィルタ１００、１００’、１００’’の光学フィルタコーティング部分１１０のいずれかを含み得、光の第１の偏光を第１の方向に反射させ得る。この場合、光学フィルタ７３０は、ＮＩＲ光を過度に遮断することなく、また、入力光信号の入射角の増加に伴う過度の角度シフトを生じさせることなく、入力光信号の可視光を遮断する。
図７Ａに、および参照番号７９０によってさらに示されるように、光学センサ７４０を通過する光信号の部分に基づいて、光学センサ７４０は、ユーザのジェスチャの認識または物体の存在の検出に使用するためなど、センサシステム７１０に出力電気信号を提供し得る。一実装形態では、光学フィルタ７３０および光学センサ７４０の別の配置を利用し得る。例えば、光信号の第２の部分を入力光信号と同一直線上に通過させるのではなく、光学フィルタ７３０は、光信号の第２の部分を、異なる位置にある光学センサ７４０に向けて別の方向に向け得る。別の例では、光学センサ７４０は、アバランシェフォトダイオード、インジウム－ガリウム－ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）検出器、赤外線検出器、および／またはその他などであり得る。
図７Ｂに示されるように、同様の例示的な実装形態７００は、センサシステム７１０、光学フィルタ構造７２０、光学フィルタ７３０、光学センサ７４０、光送信器７５０、およびターゲット７６０を含み得る。図７Ｂは、本明細書に記載の光学フィルタ７３０を含む特定の例示的な実装形態７００を示している。
光送信器７５０は、８００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲の発光波長で光を放出する。光送信器７５０は、調光（例えば、光パルス）を放出する。光送信器７５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＬＥＤアレイ、レーザーダイオード、またはレーザーダイオードアレイであり得る。光送信器７５０は、ターゲット７６０に向かって光を放出し、これは放出された光をセンサシステム７１０に向けて反射して戻す。センサシステム７１０がジェスチャ認識システムである場合、ターゲット７６０はジェスチャ認識システムのユーザである。センサシステム７１０はまた、近接センサシステム、三次元（３Ｄ）イメージングシステム、距離感知システム、深度センサ、および／または別の適切なセンサシステムであり得る。
光学フィルタ７３０は、ターゲット７６０による反射後に放出された光を受信するように配置されている。光学フィルタ７３０は、発光波長を含み、８００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲と少なくとも部分的に重なる通過帯域を有する。光学フィルタ７３０は、ナローバンドパス通過フィルタなどのバンドパスフィルタである。光学フィルタ７３０は、周囲光を実質的に遮断しながら、光送信器７５０から放出された光を透過する。
光学センサ７４０は、光学フィルタ７３０による透過後に放出された光を受信するように配置されている。一実装形態では、光学フィルタ７３０は、光学センサ７４０上に直接形成される。例えば、光学フィルタ７３０は、ウェーハレベル処理（ＷＬＰ）において、センサ（例えば、近接センサ）上にコーティングおよびパターン化（例えば、フォトリソグラフィによって）され得る。
センサシステム７１０が近接センサシステムである場合、光学センサ７４０は近接センサであり、放出された光を検出して、ターゲット７６０の近接を感知する。センサシステム７１０が３Ｄイメージングシステムまたはジェスチャ認識システムである場合、光学センサ７４０は、３Ｄ画像センサ（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）チップまたは相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）チップ）であり、これは、放出された光を検出して、例えばユーザである、ターゲット７６０の３Ｄ画像を提供する。３Ｄイメージセンサは、処理システム（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップまたはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）チップなど）での処理のために、光学情報を電気信号に変換する。例えば、センサシステム７１０がジェスチャ認識システムである場合、処理システムは、ユーザの３Ｄ画像を処理して、ユーザのジェスチャを認識する。
上記に示すように、図７Ａ～７Ｂは、単に１つ以上の例として提供されている。他の例は、図７Ａ～７Ｂに関して説明されたものとは異なり得る。
このようにして、水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）層のセット、ＳｉＧｅベースの層のセット、水素化ＳｉＧｅ（ＳｉＧｅ：Ｈ）層のセット、および／またはその他を、可視光の帯域外遮断、ＮＩＲ光の透過、および／または高屈折率層のセットに使用される別のタイプの材料と比較して角度シフトが低減された光のフィルタリングを提供する光学フィルタの光学フィルタコーティングのための、高屈折率材料として使用し得る。さらに、Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ：Ｈなどの使用および／またはアニーリング手順に基づいて、帯域外遮断および帯域内透過は、別のタイプの材料と比較して改善される。
図８Ａは、堆積されたままのＳｉ：Ｈ層の水素流量に対する８００ｎｍ～１１２０ｎｍの波長での屈折率のプロットを示している。示されているように、屈折率は一般に水素流量の増加とともに減少する。一般に、屈折率は水素の流量にほぼ比例して変化する。特に、８０標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）の水素流量で生成されたＳｉ：Ｈ層の屈折率は、８００ｎｍ～１１２０ｎｍの波長範囲で３．５５より大きい。一実装形態では、屈折率は、８００ｎｍで３．６５より大きい、３．７より大きい、３．７５より大きい、および８００ｎｍで約３．８である。
図８Ｂは、堆積ままのＳｉ：Ｈ層の水素流量に対する８００ｎｍ～８８０ｎｍの波長での吸光係数のプロットを示していうる（吸収係数は、９２０ｎｍ～１１２０ ｎｍの波長で０．０００１未満である）。吸光係数（例えば、吸収係数）は、一般に、水素流量の増加とともに減少する。一般に、吸光係数は水素の流量に応じてほぼ指数関数的に変化する。特に、８０ｓｃｃｍの水素流量で生成された水素化シリコン層の吸光係数は、８００ｎｍ～１１２０ｎｍの波長範囲にわたって０．０００４未満である。
上記に示すように、図８Ａ～８Ｂは、単に１つ以上の例として提供されている。他の例は、図８Ａ～８Ｂに関して説明されたものとは異なり得る。
図９は、本明細書に記載の光学フィルタの透過スペクトルの例示的な９００のプロットである。たとえば、図９は、参照番号９１０で示されているＳｉＯ２とＳｉ：Ｈとが交互に並んだ２つの材料スタックの例の透過スペクトルと比較した３つの材料スタックの例の透過スペクトルを示している。参照番号９２０に対応する３つの材料スタックを製造するために、図１Ａに示されるように層を堆積させ得る。たとえば、Ｏ層１３５はＳｉＯ２の３ｎｍ層として堆積され得、Ｈ層１３０はＳｉ：Ｈ層として堆積され得、Ｌ層１４０はＴａ２Ｏ５層として堆積され得、ＳｉＯ２層は各Ｓｉ：Ｈ層の前に堆積され得る。しかしながら、上記のように、参照番号１２０に対応する例示的なスタックの深さ分析は、ＳｉＯＨおよび／またはＳｉＯｘ（ここで、０＜ｘ＜２である）を含むフィルタオプションを含み得る。これらの層は、３つの異なる層としてではなく、Ｓｉ：ＨからＴａ２Ｏ５への遷移として表示され得る。
参照番号９３０に対応する３材料スタックを製造するために、図１Ｂに示されるように層を堆積させ得る。この場合、Ｏ層１３５およびＰ層１４５はＳｉＯ２の３ｎｍ層として堆積され得、Ｈ層１３０はＳｉ：Ｈ層として堆積され得、Ｌ層はＴａ２Ｏ５層として堆積され得、それによってＳｉＯ２層は各Ｓｉ：Ｈ層の前後に堆積され得る。しかしながら、上記のように、参照番号９３０に対応する例示的なスタックの深さ分析は、ＳｉＯＨおよび／またはＳｉＯｘ（ここで、０＜ｘ＜２）を含むフィルタオプションを含み得る。例には、基板－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯ２－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯ２、基板－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯｘ－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５；基板-ＳｉＯＨ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯｘ－ＳｉＯＨ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５、またはそれらの組み合わせが含まれ、ここで、ｘはＯ層１３５および／またはＰ層１４５ごとに等しくない場合があり得、０＜ｘ＜２（例：ＳｉＯ１．３、ＳｉＯ１．７、Ｓｉおよび／またはその他など）であり得る。これらの層は、４つの異なる層としてではなく、Ｓｉ：ＨからＴａ２Ｏ５への遷移として表され得る。
参照番号９４０に対応する３つの材料スタックを製造するために、図１Ａに示されるように層を堆積させ得る。たとえば、Ｏ層１３５はＳｉＯ２の６ｎｍ層として堆積され得、Ｈ層１３０はＳｉ：Ｈ層として堆積され得、Ｌ層１４０はＴａ２Ｏ５層として堆積され得、ＳｉＯ２層は各Ｓｉ：Ｈ層の前に堆積され得る。しかしながら、上記のように、参照番号９４０に対応する例示的なスタックの深さ分析は、ＳｉＯＨおよび／またはＳｉＯｘ（ここで、０＜ｘ＜２）を含むフィルタオプションを含み得る。これらの層は、３つの異なる層としてではなく、Ｓｉ：ＨからＴａ２Ｏ５への遷移として表示され得る。
参照番号９５０に対応する３つの材料スタックを製造するために、図１Ｂに示されるように層を堆積させ得る。この場合、Ｏ層１３５およびＰ層１４５は、ＳｉＯ２の６ｎｍ層として堆積され得、Ｈ層１３０は、Ｓｉ：Ｈ層として堆積され得、Ｌ層１４０は、Ｔａ２Ｏ５層として堆積され得、それにより、ＳｉＯ２層は各Ｓｉ：Ｈ層の前後に堆積され得る。しかしながら、上記のように、参照番号９５０に対応する例示的なスタックの深さ分析は、ＳｉＯＨおよび／またはＳｉＯｘ（ここで、０＜ｘ＜２）を含むフィルタオプションを含み得る。例には、基板－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯ２－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯ２；基板－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯｘ－Ｓｉ：Ｈ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５；基板-ＳｉＯＨ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯｘ－ＳｉＯＨ－ＳｉＯｘ－Ｔａ２Ｏ５、またはそれらの組み合わせが含まれ、ここで、ｘはＯ層１３５および／またはＰ層１４５ごとに等しくない場合があり得、０＜ｘ＜２（例：ＳｉＯ１．３、ＳｉＯ１．７、Ｓｉ、および／またはその他）であり得る。これらの層は、４つの異なる層としてではなく、Ｓｉ：ＨからＴａ２Ｏ５への遷移として表され得る。
参照番号９６０に対応する３つの材料スタックを製造するために、Ｓｉ：ＨとＴａ２Ｏ５との層が交互に堆積され得る（たとえば、ＳｉＯ２層なしで）。しかしながら、上記のように、参照番号９６０に対応する例示的なスタックの深さ分析は、ＳｉＯＨおよび／またはＴａ２ＯＹ（ここで、０＜Ｙ＜５である）を含むフィルタオプションを含み得る。これらの層は、２つの異なる層としてではなく、Ｓｉ：ＨからＴａ２Ｏ５への遷移として表され得る。
参照番号９７０に対応する３つの材料スタックを製造するために、図１Ｃに示されるように層を堆積させ得る。例えば、Ｏ層１３５は、３ｎｍのＳｉＯ２層として堆積され得、Ｈ層１３０は、Ｓｉ：Ｈ層として堆積され得、Ｌ層１４０は、Ｔａ２Ｏ５層として堆積され得、そしてＳｉＯ２層は、各Ｓｉ：Ｈ層の後に堆積され得る。しかしながら、上記のように、参照番号９７０に対応する例示的なスタックの深さ分析は、ＳｉＯＨおよび／またはＳｉＯｘ（ここで、０＜ｘ＜２）を含むフィルタオプションを含み得る。これらの層は、３つの異なる層としてではなく、Ｓｉ：ＨからＴａ２Ｏ５への遷移として表され得る。例には、基板－Ｓｉ：Ｈ－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯ２－Ｓｉ：Ｈ－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯ２；基板－Ｓｉ：Ｈ－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯｘ－Ｓｉ：Ｈ－Ｔａ２ＯＹ；基板－ＳｉＯＨ－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯｘ－ＳｉＯＨ－Ｔａ２ＯＹ、またはそれらの組み合わせが含まれ、ここで、ｘはＯ層４３５ごとについて等しくない場合があり得、および０＜ｘ＜２（たとえば、ＳｉＯ１．３、ＳｉＯ１．７、Ｓｉ、および／またはその他で）あり得、Ｙは、Ｌ層１４０ごとに等しくない場合があり得、および０＜Ｙ＜５であり得る。
上記の様々な例において、構造がＳｉ：Ｈ?ＳｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５－ＳｉＯ２－Ｓｉ：Ｈおよび／またはその他として配置された層を含む場合、ＳｉＯｘは、Ｓｉ：Ｈ層からＳｉＯ２層へ、ＳｉＯ２層からＳｉ：Ｈ層へ、および／またはその他などの、Ｓｉ：Ｈ層とＳｉＯ２層との間の界面での遷移材料として使用され得る。さらに、構造がＳｉ：Ｈ－ＳｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５および／またはその他として配置された層を含み、Ｓｉ：Ｈ層とＳｉＯ２層との間の１つ以上の界面で遷移材料として使用されるＳｉＯｘを有する場合、上部のＳｉＯｘ部分は完全よりも少ない酸化状態であり得、シリコンベースの層がＴａ２Ｏ５層から酸素を奪うのを防ぐのに十分な量だけ酸化され得る。さらに、上記のように、構造がＳｉ：Ｈ－Ｔａ２Ｏ５－Ｓｉ：Ｈおよび／またはその他として配置された層を含む場合、Ｓｉ：ＨからＴａ２Ｏ５への１つ以上の遷移材料、Ｔａ２Ｏ５からＳｉ：Ｈおよび／またはその他へ１つ以上の遷移材料が存在し得る。
上記に示すように、図９は、単に１つ以上の例として提供されている。他の例は、図９に関して説明されているものとは異なり得る。
前述の開示は、例示および説明を提供するが、網羅的であること、または実装形態を開示された正確な形式に限定することを意図するものではない。上記の開示に照らして修正および変形が可能であるか、または実装の手法から取得され得る。
いくつかの実装形態は、閾値に関連して本明細書で説明されている。本明細書で使用される場合、閾値を満たすことは、文脈に応じて、閾値を超える、閾値より大きい、閾値より高い、閾値以上、閾値未満、閾値より小さい、閾値より低い、閾値以下、閾値に等しい、および／またはその他の値を指し得る。
機能の特定の組み合わせが特許請求の範囲に記載されている、および／または明細書に開示されているとしても、これらの組み合わせは、様々な実装形態の開示を制限することを意図するものではない。実際、これらの特徴の多くは、特許請求の範囲に具体的に記載されていない、および／または明細書に開示されていない方法で組み合わせ得る。以下に列挙された各従属請求項は、１つの請求項のみに直接依存する場合があり得るが、さまざまな実装形態の開示には、請求範囲内の他のすべての請求項と組み合わせた各従属請求項が含まれる。
本書で使用されている要素、行為、または指示は、明示的に説明されていない限り、不可欠または必須であると解釈されるべきではない。また、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」および「ａｎ」は、１つ以上の項目を含むことを意図しており、「１つ以上（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」と交換可能に使用され得る。さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「ｔｈｅ」は、冠詞「ｔｈｅ」に関連して参照される１つ以上の項目を含むことを意図し、「１つ以上（ｔｈｅ ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」と交換可能に使用され得る。さらに、本明細書で使用される場合、「セット／組（ｓｅｔ）」という用語は、１つ以上のアイテム（例えば、関連アイテム、非関連アイテム、関連アイテムと非関連アイテムの組み合わせおよび／またはその他）を含むことを意図し、「１つ以上（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」と交換可能に使用され得る。１つのアイテムのみが意図されている場合、「１つのみ」というフレーズまたは同様の言語が使用される。また、本明細書で使用される場合、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、および／またはその他の用語は、自由形式の用語であることが意図されている。さらに、「に基づく（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」という句は、特に明記しない限り、「少なくとも部分的に～に基づく（ｂａｓｅｄ， ａｔ ｌｅａｓｔ ｉｎ ｐａｒｔ，ｏｎ）」を意味することを意図している。また、本明細書で使用される場合、「または（ｏｒ）」という用語は、一連で使用される場合に包括的であることを意図し、特に明記されていない限り（たとえば、「いずれか（ｅｉｔｈｅｒ）」または「～のうちの１つのみ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」と組み合わせて使用する場合）「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」と交換可能に使用され得る。

Claims (20)

  1. 光学フィルタ層のセットを備え、
    前記光学フィルタ層のセットは、
    第１の屈折率を有する第１の材料を備える光学フィルタ層の第１のサブセットであって、前記第１の材料は少なくともシリコンおよび水素を備える、第１のサブセットと、
    第２の屈折率を有する第２の材料を備える光学フィルタ層の第２のサブセットであって、
    前記第２の材料は前記第１の材料とは異なり、前記第２の屈折率は前記第１の屈折率よりも小さい、第２のサブセットと、
    前記第１の材料および前記第２の材料とは異なる第３の材料を備える光学フィルタ層の第３のサブセットと、を含む、
    光学フィルタ。
  2. 前記第１の材料は、
    水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）材料、
    シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）材料、または
    水素化シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ：Ｈ）材料、
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学フィルタ。
  3. 前記第２の材料は、
    二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、
    酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料、
    酸化チタン（ＴｉＯ２）材料、
    五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）材料、
    五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）材料、
    フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）材料、
    酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）材料、
    酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）材料、
    窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）材料、
    ホウ素ベース材料、または
    リンベース材料、
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学フィルタ。
  4. 光学フィルタ層の第４のサブセット、をさらに備え、
    前記光学フィルタ層の第４のサブセットは、少なくとも前記第１の材料および前記第２の材料とは異なる第４の材料を備える、請求項１に記載の光学フィルタ。
  5. 前記光学フィルタ層のセットが配置される基板をさらに備える、請求項１に記載の光学フィルタ。
  6. 前記光学フィルタ層のセットは、前記基板の第１の側に配置され、
    ここで、コーティングは前記基板の第２の側に配置される、
    請求項５に記載の光学フィルタ。
  7. 前記第１の屈折率は、約８００ナノメートル（ｎｍ）～約１１００ｎｍのスペクトル範囲で３より大きい、請求項１に記載の光学フィルタ。
  8. 前記第１の屈折率は、約８００ナノメートル（ｎｍ）～約１１００ｎｍの波長で約３．７である、請求項１に記載の光学フィルタ。
  9. 前記第２の屈折率は、約８００ナノメートル（ｎｍ）～約１１００ｎｍのスペクトル範囲で３未満である、請求項１に記載の光学フィルタ。
  10. 前記第２の屈折率は、約８００ナノメートル（ｎｍ）～約１１００ｎｍのスペクトル範囲で１．６～２．４である、請求項１に記載の光学フィルタ。
  11. 前記光学フィルタは、バンドパスフィルタである、請求項１に記載の光学フィルタ。
  12. 前記光学フィルタは、アニーリングされている、請求項１に記載の光学フィルタ。
  13. 近赤外線（ＮＩＲ）光を放出する光送信器と、
    入力光信号をフィルタリングし、フィルタリングされた入力光信号を提供する光学フィルタであって、
    前記入力光信号は前記光送信器からの前記ＮＩＲ光と光源からの周囲光とを含み、
    前記光学フィルタは誘電体薄膜層のセットを含み、
    前記誘電体薄膜層のセットは、
    第１の屈折率を有する第１の材料から形成された層の第１のサブセットと、
    前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の材料から形成された層の第２のサブセットと、
    前記第１の材料および前記第２の材料とは異なる第３の材料から形成された層の第３のサブセットと、
    前記第１の材料、前記第２の材料、および前記第３の材料とは異なる第４の材料から形成された層の第４のサブセットと、
    を含み、
    前記フィルタリングされた入力光信号は、入力光信号と比較して低減された強度の周囲光を含む、
    光学フィルタと、
    前記フィルタリングされた入力光信号を受信し、出力電気信号を提供する光受信器と、
    を備える、光学システム。
  14. 前記光学フィルタは、約９５０ナノメートルで８０％より大きい透過率に関連する、請求項１３に記載の光学システム。
  15. 前記光学フィルタは、約９５０ナノメートルで９０％より大きい透過率に関連する、請求項１３に記載の光学システム。
  16. 前記光学フィルタは、約１５５０ナノメートルで８０％より大きい透過率に関連する、請求項１３に記載の光学システム。
  17. 前記光学フィルタは、約１５５０ナノメートルで９０％より大きい透過率に関連する、請求項１３に記載の光学システム。
  18. 前記層の第１のサブセットは、水素化されている、請求項１３に記載の光学システム。
  19. 前記光学フィルタの光学フィルタ層の第１のサブセットを堆積し、
    前記光学フィルタ層の第１のサブセットは第１の屈折率を有する第１の材料を備える、ステップと、
    前記光学フィルタの光学フィルタ層の第２のサブセットを堆積し、
    前記光学フィルタ層の第２のサブセットは前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の材料を備える、ステップと、
    前記第１の材料および前記第２の材料とは異なる第３の材料を備える光学フィルタ層の第３のサブセットを堆積する、ステップと、
    を含む、光学フィルタを作製する方法。
  20. 前記光学フィルタ層の第１のサブセット、前記光学フィルタ層の第２のサブセット、または前記光学フィルタ層の第３のサブセットのうちの１つ以上は、直流スパッタリングを介して堆積される、請求項１９に記載の方法。
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