JP7134850B2 - 多重スペクトルセンサの応答バランス取り - Google Patents

Description

本発明は多重スペクトルセンサの応答バランス取りに関する。

光伝送器は物体に指向される光を放出することができる。例えば、ジェスチャー認識システムにおいて、光伝送器がユーザーに向けて近赤外光を伝送することができ、また近赤外光はユーザーから受光器に向けて反射することができる。この場合、受光器は、近赤外光に関連する情報を捕捉し、またこの情報を使用してユーザーが行うジェスチャーを識別する。例えば、デバイスは、この情報を用いてユーザーの３次元表現を生成し、またこの３次元表現に基づいてユーザーが行うジェスチャーを識別することができる。

他の実施例において、近赤外光に関連する情報を用いて、ユーザー識別、ユーザー特性（例えば、背丈、体重、脈拍、血液酸素化、等）、他タイプの標的における特性（例えば、物体までの距離、物体のサイズ、物体の形状、物体のスペクトル特徴、等）、及び／又は同様のものを認識することができる。しかし、ユーザー若しくは物体に向けての近赤外光の伝送中及び／又はユーザー若しくは物体から受光器への反射中に、外光が近赤外光に干渉するおそれがある。したがって、受光器を帯域通過フィルタのような光学フィルタに光学的に結合して、外光をフィルタ処理し、また近赤外光が受光器に向って通過できるようにする。付加的又は代案的に、光の多重波長を感知するとき、光の多重波長における各波長が確実に異なるセンサに指向されるフィルタを設けることができる。

受光器であり得る多重スペクトルセンサデバイスを用いて、光の多重波長に関連する情報を捕捉することができる。この多重スペクトルセンサデバイスは、情報を捕捉し、また多重スペクトルフィルタに結合される１組のセンサ素子（例えば、光センサ、スペクトルセンサ、及び／又は画像センサ）のセットを備えることができる。例えば、センサ素子のアレイを用いて、多重周波数に関連する情報を捕捉することができ、また多重スペクトルフィルタは、異なる周波数に関連する光を各センサ素子に指向させることができる。幾つかの場合、単一フィルタは、センサ素子アレイにおける各センサ素子をカバーするよう配置することができ、またセンサ素子アレイに対する１組のチャンネルのセットを形成することができる。

幾つかのあり得る実施形態によれば、光学フィルタは、基板を備えることができる。前記光学フィルタは、第１ミラーを備えることができる。前記光学フィルタは、第２ミラーを備えることができる。前記光学フィルタは、スペーサを備えることができる。前記第１ミラー、前記第２ミラー、及び前記スペーサは、複数の成分フィルタを形成することができる。前記複数の成分フィルタのうち第１成分フィルタは第１断面積に関連付けることができ、また前記複数の成分フィルタのうち第２成分フィルタは第２断面積に関連付けられる。前記第１断面積及び前記第２断面積は、前記第１成分フィルタ及び第２成分フィルタの応答バランス取りを行うよう構成され得る。

幾つかのあり得る実施形態によれば、２成分構成多重スペクトルフィルタは、複数の層を備えることができる。前記複数の層は、第１屈折率に関連付けられた１組の高屈折率層のセットと、前記第１屈折率よりも小さい第２屈折率に関連付けられた１組の低屈折率層のセットと、を含むことができる。前記複数の層は、複数の光の波長を導く複数のチャンネルを形成することができる。複数の成分フィルタにおける前記複数のチャンネルに対応し得る複数の断面積は、前記複数のチャンネルに関連付けられる応答が特定応答となる構成にするよう変化させられている。

幾つかのあり得る実施形態によれば、システムは基板に配置した１組の光センサのセットを備えることができる。前記システムは前記基板に配置した多重スペクトルフィルタを備えることができる。前記多重スペクトルフィルタは、前記光センサのセットに対応する複数のチャンネルを形成するよう構成された少なくとも１つの層を有することができる。前記複数のチャンネルにおける複数の断面積は、前記光センサのセットに対して応答バランス取りをするよう構成されている。

本明細書に記載する多重スペクトルフィルタの例示的実施形態の概略図である。 本明細書に記載する多重スペクトルフィルタにおけるフィルタチャンネルに関する応答バランス取りの例示的実施形態の概略図である。 本明細書に記載する多重スペクトルフィルタにおけるフィルタチャンネルに関する応答バランス取りの例示的実施形態の概略図である。 本明細書に記載する多重スペクトルフィルタにおける例示的実施形態の概略図である。 本明細書に記載する多重スペクトルフィルタを含む光学系の例示的実施形態の概略図である。 本明細書に記載する多重スペクトルフィルタにおける例示的実施形態の概略図である。 本明細書に記載する多重スペクトルフィルタにおける例示的実施形態の概略図である。

以下の例示的実施形態の詳細は添付図面につき説明する。異なる図面における同一参照符号は同一又は類似の素子を特定することができる。

センサ素子（例えば、光センサ）を光センサデバイス内に組み込み、１組の電磁周波数のセットに関連する情報（例えば、スペクトルデータ）を取得することができる。例えば、光センサデバイスとしては、画像センサ、多重スペクトルセンサ、及び／又は光をセンサ測定することができる同様のものがあり得る。光センサデバイスは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術、電荷結合素子（ＣＣＤ）技術、及び／又は同様の技術のような１つ又はそれ以上のセンサ技術を利用することができる。光センサデバイスは、多重センサ素子（例えば、センサ素子のアレイ）を有することができ、多重センサ素子の各々は、異なる光周波数に関する情報を取得するよう構成することができる。

センサ素子は、光をフィルタ処理してセンサ素子に送るフィルタに関連させることができる。例えば、センサ素子は、線形可変フィルタ（ＬＶＦ）、円形可変フィルタ（ＣＶＦ）、ファブリペローフィルタ、及び／又は光センサに指向させられる光の一部分をフィルタ処理する同様のものに整列させることができる。ファブリペローフィルタのような二元フィルタ構造に関しては、スペーサを二元フィルタ構造におけるリフレクタ（例えば、ミラー）間に配置することができる。リフレクタの層、スペーサの層、等々における屈折率、厚さ、等の構造は、二元フィルタ構造の構成が１組のチャンネルのセットを形成することができる。チャンネルは、光をセンサ素子アレイにおけるセンサ素子に指向させるフィルタ部分を含むことができる。このようにして、センサ素子アレイは、光の異なる多重波長に関する情報を取得することができる。

しかし、センサ素子は、光の第１波長に対する第１センサ応答性、及び光の第２波長に対する第２センサ応答性に関連させることができる。同様にフィルタは、光の第１波長を透過させる第１フィルタ応答性、及び光の第２波長を透過させる第２フィルタ応答性に関連させることができる。さらに、幾つかの場合において、光源は、光の異なる波長における異なるレベルの光束を供給することができる。この結果、光の第１波長における光パワー（屈折力）は、第１センサ素子に関連する最大パワー閾値を超え、第１センサ素子に関する信号対ノイズ比が光の第１波長を正確に測定するには不十分となり得る。逆に、光の第２波長における光パワーは、第２センサ素子に関連する最小パワー閾値より少なくなり、第２センサ素子に関する信号対ノイズ比が光の第２波長を正確に測定するには不十分となる。さらに、飽和センサ素子（例えば、閾値より大きい放射エネルギーを受光するセンサ素子）は、電荷を隣接のセンサ素子に分配し、疑似信号効果、クロストーク効果、及びブルーミング効果の結果として測定精度を低下させるおそれがある。

幾つかの場合において、利得平坦化フィルタを光路に配置し、利得平坦化フィルタを通過する光を減衰させることによって、光の第１波長の光パワーと光の第２波長の光パワーとの間におけるミスマッチを回避することができる。このようにして、利得平坦化フィルタは、光の第１波長が最大パワー閾値を超えるのを防止することができるが、光の第２波長の光パワーを一層減少させることになり得る。光の第２波長の減少した光パワーを補償するためには、センサ素子アレイの露光時間を増加し、第２センサ素子が測定する光の第２波長の光量を増大させることができる。しかし、露光時間を増加させることは、測定を行うのに時間がかかり過ぎる結果となり、迷光、及び／又はそれに類する光の捕捉に関連する不正確さを招く。

本明細書記載の幾つかの実施形態は、統合した応答バランス取りを有する多重スペクトルフィルタを提供する。幾つかの場合において、多重スペクトルフィルタは、異なるサイズのチャンネル（例えば、第１断面積を有する光の第１波長用の第１チャンネル及び第２断面積を有する光の第２波長用の第２チャンネル）を有するよう構成して、センサ素子アレイのセンサ素子に指向する光の波長の光パワーをバランス取りすることができる。このようにして、多重スペクトルフィルタは、センサ素子アレイにおける測定の信号対ノイズ比を改善する、センサ素子アレイの精度を向上する、センサ素子アレイの露光時間を減少する、及び／又はそれらに類する効果をもたらすセンサ素子アレイのために設けることができる。さらに、多重スペクトルフィルタは、センサ素子飽和、隣接センサ素子への電荷分配及び／又はそれらに類する作用が発生する可能性を減少することによって、疑似信号効果、クロストーク効果、及びブルーミング効果が発生する可能性を減少することができる。

図１は、本明細書記載の例示的実施形態１００の概略図である。図１に示すように、多重スペクトルフィルタ１０５（例えば、２成分構成光学フィルタアレイ）は、第１ミラー１１０-１、第２ミラー１１０-２、及びスペーサ１２０を備えることができる。

図１にさらに示すように、第１ミラー１１０-１及び第２ミラー１１０-２はスペーサ１２０を挟持することができる。換言すれば、スペーサ１２０は閾値距離だけ第１ミラー１１０-１及び第２ミラー１１０-２を離隔することができる、及び／又はスペーサ１２０の面は第１ミラー１１０-１及び第２ミラー１１０-２によって囲まれるようにすることができる。幾つかの実施形態において、ミラー１１０は特別な材料に関連することができる。例えば、ミラー１１０は、１組の金属ミラー層（例えば、銀）のセットと、１組の誘電体ミラー層のセット（例えば、交互の水素化シリコン層及び二酸化ケイ素）と、及び／又は光源からの光の一部分を多重スペクトルフィルタ１０５に関連するセンサ素子に指向させる類のミラー層のセットを有することができる。ミラー１１０は、多重スペクトルフィルタ１０５の各チャンネルに関連するセンサ素子アレイにおける各センサ素子に整列することができる。

幾つかの実施形態において、スペーサ１２０は、１つ又はそれ以上のスペーサ層１３０を有することができる。例えば、スペーサ１２０は、１組のスペーサ層１３０-１～１３０-５（例えば、誘電体層）のセットを有することができる。幾つかの実施形態において、１つ又はそれ以上のスペーサ層１３０の厚さは、特定波長に対する最小スペーサ厚さを確保することに関連する。幾つかの実施形態において、スペーサ１２０は単一キャビティ構成に関連付けることができる。幾つかの実施形態において、スペーサ１２０は多重キャビティ構成に関連付けることができる。

幾つかの実施形態において、多重スペクトルフィルタ１０５は、光センサデバイスに関連する基板上に堆積させることができる。例えば、ミラー１１０-１は、情報（例えば、スペクトルデータ）を取得するセンサ素子のアレイを有する基板上に、（例えば、析出プロセス及び／又はフォトリソグラフィプロセスによって）堆積させることができる。幾つかの実施形態において、スペーサ１２０は、多重波長に関連する情報を取得することができる。例えば、スペーサ１２０の第１センサ素子に整列する第１部分は第１厚さに関連付けることができ、スペーサ１２０の第２センサ素子に整列する第２部分は第２厚さに関連付けることができる。この場合、第１センサ素子及び第２センサ素子に指向される光は、第１厚さに基づく第１センサにおける第１波長に対応し、また第２厚さに基づく第２センサにおける第２波長に対応することができる。このようにして、多重スペクトルフィルタ１０５は、光センサデバイスにおける多重センサ素子に整列した多重厚さに関連付けられた多重部分に関連付けたスペーサ（例えば、スペーサ１２０）を用いる光センサデバイスによる多重スペクトル感知を可能にする。

幾つかの実施形態において、多重スペクトルフィルタ１０５は、１組の成分フィルタのセットに対応する1組のチャンネルのセットに関連付けることができる。例えば、多重スペクトルフィルタ１０５は、光の第1波長を第1センサ素子に指向させるよう第１センサ素子に整列する第１チャンネルに関連付けることができ、また第１チャンネルは第１成分フィルタによって形成することができる。この場合、第１成分フィルタは多重スペクトルフィルタ１０５の一部分とすることができる。同様に、多重スペクトルフィルタ１０５は、光の第２波長を第２センサ素子に指向させるよう第２センサ素子に整列する第２チャンネルを有することができ、また第２チャンネルは第２成分フィルタによって形成することができる。

幾つかの実施形態において、多重スペクトルフィルタ１０５における第１チャンネルは、多重スペクトルフィルタ１０５における第２成分フィルタの断面積とは異なる断面積に関連付けることができる。例えば、センサ素子アレイの第１波長及び第２波長に対する応答性、多重スペクトルフィルタ１０５の第１波長及び第２波長、第１層及び第２層の光束、及び／又はそれらに類するものに対する応答性に基づいて、第１成分フィルタ及び第２成分フィルタそれぞれの断面積が、第１センサ素子を第２センサ素子の出力閾値量内にバランス取りするよう応答する構成とすることができる。幾つかの実施形態において、第１センサ素子は、チャンネル間の差異化が約２０％の範囲内、チャンネル間の差異化が約１５％の範囲内、チャンネル間の差異化が約１０％の範囲内、チャンネル間の差異化が約５％の範囲内、チャンネル間の差異化が約１％の範囲内、チャンネル間の差異化が約０.５％の範囲内、及び／又はそれらに類する範囲内となるよう応答バランス取りをすることができる。

このようにして、多重スペクトルフィルタ１０５は、各チャンネルに対して等しい断面積を有する他の多重スペクトルフィルタに比べて、多重スペクトルフィルタ１０５に関連する各センサ素子を用いて実施する測定の信号対ノイズ比を改善するよう応答バランス取りがされる。さらに、応答バランス取りを行う断面積の差異化を使用することに基づいて、多重スペクトルフィルタ１０５は、他の応答バランス取り技術に比べて、コストが減少する、複雑さが減少する、露光時間が減少する、及び／又はそれに類する効果が得られることに関連し得る。

上述したように、図１は単に例を提示したに過ぎない。他の実施例もあり得るものであって、また図１につき説明したのとは異なるものとすることができる。

図２Ａは本明細書に記載する例示的実施形態２００／２００′の概略図である。図２Ａに示すように、多重スペクトルフィルタは、第１成分フィルタ２１０によって形成される第１波長用の第１チャンネルと、第２成分フィルタ２２０によって形成される第２波長用の第２チャンネルと、を備えることができる。

図２Ａにさらに示すように、各成分フィルタはセンサ素子アレイにおけるセンサ素子に整列させることができる。例えば、成分フィルタ２１０はセンサ素子２３０-１に整列し、また成分フィルタ２２０はセンサ素子２３０-２に整列することができる。幾つかの実施形態において、成分フィルタのサイズは、センサ素子２３０に関連する応答のバランス取りをするため異ならせることができる。例えば、各成分フィルタのサイズは、以下の関数に基づいて決定することができる。すなわち、
Ｆ_１*Ａ_１*Ｔ_１*Ｒ_１＝Ｆ_２*Ａ_２*Ｔ_２*Ｒ_２ （１）
ここで、Ｆは、成分フィルタに向って指向する（光２４０-１及び光２４０-２からの）入射光束を表し、Ａは成分フィルタの断面積を表し、Ｔは或る波長をセンサ素子に指向させる成分フィルタのフィルタ応答性（例えば、透過性）を表し、またＲは成分フィルタによってセンサ素子に指向させられる波長におけるセンサ素子のセンサ応答性を表す。この場合、フィルタ２１０に指向する第１波長及びフィルタ２２０に指向する第２波長における等パワーの入力光束に関しては、（Ｆ_２１０＝Ｆ_２２０）、成分フィルタ２１０の成分フィルタ２２０に対する面積比は次式、すなわち、

（２）
で決定される。この場合、各面積は、式（２）を満足し、また各センサ素子に指向される光パワーの量が最大パワー閾値を超えず、かつ最小パワー閾値未満とならない（例えば、センサ素子が飽和されず、また例えば、応答バランス取りされないセンサ素子に比べてクロストークを引き起こすことになりそうもない）ように、選択することができる。このようにして、成分フィルタ２１０及び成分フィルタ２２０それぞれの面積は、それぞれに対応するチャンネルにわたる等しいエネルギーバランスが取れるよう選択することができる（Ｅ_２１０＝Ｅ_２２０、ここでＥはチャンネルのエネルギー）。

本明細書記載の幾つかの実施形態は、等しいパワーの入力光束の観点で記載したが、異なる波長における異なるパワーの入力光束も可能であり、また異なるチャンネルは、異なるパワーの入力光束の応答バランス取りをするよう異なる断面積に関連付けられる。さらに、本明細書記載の幾つかの実施形態は、２チャンネルのセットを応答バランス取りする観点で記載するが、多重スペクトルフィルタに関して、追加した数量のチャンネル、例えば、３２チャンネル、６４チャンネル、１２８チャンネル、等々の応答バランス取りをすることができる。

幾つかの実施形態において、例えば、成分フィルタ２１０及び成分フィルタ２２０の断面積は、等しくない応答性を獲得するよう構成することができる。例えば、等しくないセンサ素子に関する所望エネルギー応答（例えば、第１センサ素子が第２センサ素子におけるよりも大きなエネルギー応答を持たせるため）に関しては、所望エネルギー応答を生ずるよう断面積を構成することができる。このようにして、特別な光学的機能性を獲得するよう他タイプに構成可能なエネルギー応答（例えば、応答バランス取りしないエネルギー応答）も可能である。

図２Ｂに示すように、単一アパーチャで形成する成分フィルタ２２０ではなく、複数のアパーチャが集合的に面積Ａ_２２０′を有する成分フィルタ２２０′を形成することができる。この場合、総面積Ａ_２２０′は面積Ａ_２２０と同一とすることができ、この結果、例示的成分フィルタ２２０′は、成分フィルタ２１０に対して応答バランス取りすることができる（成分フィルタ２２０が成分フィルタ２１０に対して応答バランス取りするのと同様に）。幾つかの実施形態において、成分フィルタタ２２０′を形成するアパーチャの各々は同一面積とすることができる。幾つかの実施形態において、成分フィルタ２２０′を形成する第１アパーチャは第１面積とし、成分フィルタタ２２０′を形成する第２アパーチャは第２面積とすることができる。

上述したように、図２Ａ及び２Ｂは単に例として提示したに過ぎない。他の実施例も可能であり、また図２Ａ及び２Ｂにつき説明したのとは異なるものとすることができる。

図３は例示的光学フィルタ３００の概略図である。図３は、本明細書記載の光を指向させる多重チャンネルを有する光学フィルタの例示的積層体を示す。図３にさらに示すように、光学フィルタ３００は、光学フィルタコーティング部分３１０及び基板３２０を含む。

光学フィルタコーティング部分３１０は１組の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３１０は、層３３０-１～３３０-Ｎ+１（Ｎ≧１）の第１セット及び層３４０-１～３４０-Ｎ（Ｎ≧１）の第２セットを含む。他の実施例においては、光学フィルタコーティング部分３１０は単一タイプによる層（１つ又はそれ以上の層３３０）、３つ又はそれ以上のタイプによる層（例えば、１つ又はそれ以上の層３３０、１つ又はそれ以上の層３４０、及び１つ又はそれ以上の他の１つ若しくはそれ以上のタイプによる層）、等々とすることができる。幾つかの実施形態において、層３３０は、１組の高屈折率材料の層（Ｈ層）、例えば、シリコン層、水素化シリコン、シリコン-ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層、水素化ゲルマニウム層、水素化シリコン-ゲルマニウム層、等々によるセットを含むことができる。幾つかの層はＳｉＧｅのような特定材料として記載したが、幾つかの層は（少量の）リン光体、ボロン、窒化物、等々を含むことができる。幾つかの実施形態において、層３４０は、１組の低屈折率材料の層（Ｌ層）、例えば、二酸化ケイ素層、等々によるセットを含むことができる。付加的又は代替的に、Ｌ層は、窒化ケイ素層、五酸化タンタル、（Ｔａ_２Ｏ_５）層、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）層、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）層、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）層、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）層、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）層、それらの組合せ、等々を含むことができる。

幾つかの実施形態において、光学フィルタコーティング部分３１０は特定の層数ｍに関連付けることができる。例えば、水素化シリコン-ゲルマニウムをベースとした光学フィルタは、交互の高屈折率層及び低屈折率層による数量、例えば、２層～２００層の範囲を有することができる。幾つかの実施形態において、光学フィルタコーティング部分３１０はスパッタリング手順を用いて作製することができる。例えば、光学フィルタコーティング部分３１０は、本明細書記載のようにガラス基板又は他タイプ基板上に層３３０及び３４０を交互にスパッタリングするようパルス状マグネトロンをベースとするスパッタリング手順を用いて作製することができる。幾つかの実施形態において、スパッタリング手順のために多重カソード、例えば、シリコン（ケイ素）をスパッタリングする第１カソード及びゲルマニウムをスパッタリングする第２カソードを使用し、これによりシリコン-ゲルマニウム層を形成することができる。

幾つかの実施形態において、光学フィルタコーティング部分３１０は、１回又はそれ以上のアニーリング（焼鈍）手順を用いて、例えば、約２８０℃又は約２００℃～約４００℃の温度での第１アニーリング手順、約３２０℃又は約２５０℃～約３５０℃の温度での第２アニーリング手順、等々を行って、アニーリングすることができる。

幾つかの実施形態において、光学フィルタコーティング部分３１０の各層は、特定の厚さに関連付けることができる。例えば、層３３０及び３４０各々は、１ｎｍ～１５００ｎｍの厚さ、１０ｎｍ～５００ｎｍの厚さ、等々に関連付けることができる。付加的又は代替的に、光学フィルタコーティング部分３１０は、０.１μｍ～１００μｍの厚さ、０.２５μｍ～１００μｍの厚さ、等々に関連付けることができる。幾つかの実施形態において、層３３０及び３４０の少なくとも一方は、それぞれ１０００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、又は５ｎｍ未満の厚さ、等々の厚さに関連付けることができる。付加的又は代替的に、光学フィルタコーティング部分３１０は１００μｍ未満、５０未満、１０未満、等々の厚さに関連付けることができる。幾つかの実施形態において、層は複数の異なる厚さに関連付けることができる。例えば、１組のチャンネルのセットを形成するため、特定の層（例えば、リフレクタのセット間に配置したスペーサ層）の厚さを変化させ、異なるチャンネル経由で光の異なる波長を異なるセンサ素子に指向させることができる。

幾つかの実施形態において、光学フィルタ３００は、特定のスペクトルレンジ、例えば、近赤外スペクトルレンジ、中赤外スペクトルレンジ、等々のレンジに関連付けることができる。例えば、光学フィルタ３００は、約６００ｎｍ～約２５００ｎｍ、約７００ｎｍ～約２０００ｎｍ、約９００ｎｍ～約１５００ｎｍ、等々のスペクトルレンジに関連付けることができる。

幾つかの実施形態において、各チャンネルの断面積は変化させることができる。例えば、第１成分フィルタによって形成される第１チャンネルは第１断面積（例えば、第１厚さを有する光学フィルタ３００の第１面積）に関連付けることができ、また第２成分フィルタによって形成される第２チャンネルは第２断面積（例えば、第２０厚さを有する光学フィルタ３００の第２面積）に関連付けることができる。このようにして、異なるチャンネルにおける断面積を異ならせることを使用して、異なるチャンネルに対するセンサ素子の応答のバランス取りを行うことができる。幾つかの実施形態において、光学フィルタ３００の成分フィルタにおける断面積は閾値量だけ変化させることができる。例えば、第１成分フィルタは、第２成分フィルタの断面積よりも、約１％、約５％、約１０％、約２０％、約５０％、約１００％、約２００％、等々の分だけ大きい断面積に関連付けることができる。

幾つかの実施形態において、多重チャンネルは共通波長に関連付けることができる。例えば、第１チャンネルは、第２チャンネルと同一厚さ及び第３チャンネルとは異なる厚さに関連付けることができる。この場合、第１チャンネル及び第２チャンネルは、第１波長に関連付けることができ、第３チャンネルは第３波長に関連付けることができる。集合的に、第１チャンネル及び第２チャンネルの正味面積は、第３チャンネルの面積に基づいて構成して、第１チャンネル、第２チャンネル及び第３チャンネルに関連するセンサ素子間における応答のバランス取りを行うことができる。このようにして、多重チャンネルを形成する多重成分フィルタは、異なるチャンネルのためにセンサ素子の応答をバランス取りするよう他のチャンネルに対してバランス取りする正味断面積に関連付けることができる。

本明細書記載の幾つかの実施形態は、２成分構成多重スペクトルフィルタに関して説明するが、成分フィルタに対して断面積を異ならせる他タイプの多重スペクトルフィルタ、例えば、単一層ポリマー多重スペクトルフィルタ、多層ポリマー多重スペクトルフィルタ、有機染料多重スペクトルフィルタ、等々を使用することができる。

上述したように、図３は単に実施例として提示する。他の実施例も可能であり、また図３につき説明したのとは異なるものとすることができる。

図４は、本明細書に記載する例示的実施形態４００の概略図である。図４に示すように、例示的実施形態４００はセンサシステム４１０を有する。センサシステム４１０は、光学系の一部分とすることができ、またセンサ決定に対応する電気出力を供給することができる。例えば、センサシステム４１０は、生体測定システム、セキュリティシステム、健康管理システム、物体認知システム、分光学的同定システム、等々とすることができる。センサシステム４１０は、光学フィルタ４３０と、１組の光センサ４４０のセット（例えば、センサ素子アレイ）とを含む、光学フィルタ構体４２０を有する。例えば、光学フィルタ構体４２０は、ブロッキング機能等々を行う光学フィルタ４３０を有することができる。センサシステム４１０は、光信号を標的４６０（例えば、人、物体等）に向けて伝送する光伝送器４５０を有する。

本明細書記載の幾つかの実施形態は、センサシステムにおける光学フィルタに関して説明するが、他タイプのシステムに使用する、センサシステムの外部に使用する、等々を行うことができる。

幾つかの実施形態において、光学フィルタ４３０及び光センサ４４０による他の構成を利用することができる。例えば、光信号における入力光信号に共線的な第２部分を透過させるのではなく、光学フィルタ４３０は光信号の第２部分を他の方向へ異なる場所に位置する光センサ４４０に指向させることができる。幾つかの実施形態において、光センサ４４０は、アバランシェフォトダイオード、インジウム・ガリウム・ヒ化物（ＩｎＧａＡｓ）検出器、赤外線検出器、等々とすることができる。

図４にさらに参照符号４７０で示すように、入力光信号を光学フィルタ構体４２０に指向させる。入力光信号は、光伝送器４５０によって発せられる近赤外光、中赤外光等々、及びセンサシステムを利用している環境からの外光を含むことができる。例えば、光学フィルタ４３０が帯域通過フィルタであるとき、光伝送器４５０は、分光測定のために近赤外光を物体に指向させ、また近赤外光は標的４６０（例えば、物体）から光センサ４４０に向って反射し、光センサ４４０が近赤外光の測定を行うようにすることができる。この場合、外光は、１つ又はそれ以上の外光源（電球又は太陽）から光センサ４４０に指向させることができる。

他の実施例において、多重光ビームを標的４６０に指向させ、また多重光ビームの部分集合は、図示のように光センサ４４０に対して傾斜角度をなすよう配置した光学フィルタ構体４２０に向けて反射させることができる。幾つかの実施形態において、他の傾斜角度を使用することができる。幾つかの実施形態において、光学フィルタ構体４２０は、光センサ４４０上に配置する及び／又は光センサ４４０上に直接形成する、光センサ４４０から距離をとって（自由空間光学系を介して）配置する、等々の配置をすることができる。例えば、光学フィルタ構体４２０は光センサ４４０上にコーティングする又はパターン形成することができ、これには、例えば、フォトリソグラフィ、スパッタ堆積技術（例えば、スパッタ堆積のための不活性ガスとしてアルゴンガス及びヘリウムガスを使用する）、等々を使用する。

他の実施例において、光伝送器４５０は他タイプの標的４６０に向けて近赤外光を指向させて、例えば、ジェスチャー識別システムでジェスチャーを検出する、車両近傍の物体を検出する、視覚障害者近傍の物体を検出する、物体に対する近接度を検出する（例えば、ライダー技術を用いて）、等々を行うことができ、またこの結果として、近赤外光及び外光が光センサ４４０に指向することができる。

幾つかの実施形態において、光信号の一部分は光学フィルタ４３０及び光学フィルタ構体４２０を通過する。例えば、光学フィルタ４３０における交互の高屈折率材料層及び低屈折率材料層は、光の第１部分を反射させ、光の第２部分を通過させることができる。この場合、光学フィルタ４３０は、多重成分フィルタを用いて形成される多重チャンネルを有することができ、また各チャンネルは異なる光の波長を通過させることができる。付加的又は代替的に、２つ又はそれ以上のチャンネルは光の共通波長を通過することができる。

図４にさらに参照符号４８０で示すように、光センサ４４０を通過している光信号の部分に基づいて、光センサ４４０はセンサシステム４１０のための出力電気信号を供給し、この出力電気信号は、例えば、分光測定を行う、ユーザーのジェスチャーを認識する、物体の存在を検出する、及び／又はそれらに類似のことを行うのに使用することができる。各チャンネルに対応する成分フィルタの断面積を構成することに基づいて、光センサ４４０の応答はバランス取りされ、これによりセンサ素子アレイにおける露光過度又は露光不足のセンサ素子に対する測定精度が向上する。

上述したように、図４は単に例として提示したに過ぎない。他の実施例も可能であり、また図４につき説明したのとは異なるものとすることができる。

図５Ａ及び５Ｂは本明細書に記載する例示的実施形態５００／５００′の概略図である。図５Ａに示すように、例示的実施形態５００は、多重チャンネルを形成する多重成分フィルタ５２０を有している光学フィルタ５１０を備える。

図５Ａにさらに示すように、各成分フィルタ５２０は、各成分フィルタ５２０に整列するそれぞれに対応するセンサ素子に指向される光の特定波長に関連付けることができる。例えば、第１成分フィルタ５２０は９５０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する光に関連付けることができ、第２成分フィルタ５２０は９６０ｎｍの波長を有する光に関連付けることができる、及び／又はそれらに類する関連付けをすることができる。図示のように、成分フィルタ５２０は、異なる波長に対する異なるフィルタ応答性、異なるセンサ素子応答性、等々に対応する異なるサイズに関連付けることができ、これにより異なるセンサ素子の応答バランス取りを行うことができる。図示のように、幾つかの波長は多重成分フィルタ５２０によって１つ又はそれ以上のセンサ素子に指向させることができる。例えば、２つの成分フィルタ５２０のセットは、１０９０ｎｍの波長に関連する光を通過させることに関連付け、異なるセンサ素子に対する応答バランス取りを行うことができる。

図５Ｂに示すように、多重成分フィルタ５２０は、共通波長λ１（例えば、１０９０ｎｍ）に関連付けることができる。この場合、共通波長に関連付けられた各成分フィルタ５２０は、異なる面積（例えば、それぞれＡ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４）に関連付けることができる。共通波長に関連する光を受光する異なる面積を有する多重成分フィルタ５２０を含むことに基づいて、例示的実施形態５００′は、共通波長に関連する単一レベルの光の多重サンプリングを行うことができ、これにより高ダイナミック・レンジ（ＨＤＲ）の撮像が可能となる。

上述したように、図５Ａ及び５Ｂは単に例として提示したに過ぎない。他の実施例も可能であり、また図５Ａ及び５Ｂにつき説明したのとは異なるものとすることができる。

このようにして、多重スペクトルフィルタは、成分フィルタのための変化する断面積と、それに対応するチャンネルとを備え、成分フィルタ及び対応するチャンネルに関連するセンサ素子の応答バランス取りをすることができる。このようにして、多重スペクトルフィルタは、他の感知技術及び／又は応答バランス取り技術に対して、センサ素子による感知精度を向上する、測定を行う露光時間を短縮する、等々を行うことができる。

上述した開示は図解及び説明目的で行ったものであり、排他的又は実施形態を記載した正確な形式に限定することを意図するものではない。変更及び改変は、上述した開示を踏まえて可能であり、実施形態の実施から習得できるものである。

幾つかの実施形態は本明細書において閾値に関連して説明している。本明細書で使用されるように閾値を満足することは、値が閾値より大きい、閾値より多い、閾値より高い、閾値以上、閾値未満、閾値より少ない、閾値より低い、閾値以下、閾値に等しい、等々に言及することができる。

特徴の特別な組合せは特許請求の範囲に記述され及び／又は本明細書に記載されるが、これら組合せは、あり得る実施形態の開示を制限することは意図しない。実際、これら特徴の多くは、特別に特許請求の範囲に記述されていない及び／又は本明細書に記載されていないやり方で組み合わせることができる。特許請求の範囲に列挙する各従属項は１つの請求項にのみ直接従属することができ、あり得る実施形態の開示は請求項におけるすべての他の請求項と組み合わせた各従属項を含む。

本明細書で使用される要素、行為、指示のいずれも、そうであると明示しない限り、厳格又は必須であるものと解すべきではない。本明細書で使用されるような、冠詞「a」及び「an」は１つ又はそれ以上の事項を含むことを意図し、また「１つ又はそれ以上の」と互換的に使用することができる。さらに、本明細書で使用されるような、用語「セット」は１つ又はそれ以上の事項（例えば、関連事項、非関連事項、関連事項及び非関連事項の組合せ、等）を含むことを意図し、また「１つ又はそれ以上の」と互換的に使用することができる。単に１つの事項を意図する場合には、用語「１つ」又は類似の表現を用いる。さらに、本明細書で使用されるような、用語「has」、「have」、「having」、等々は、制約がない事項を意図する。さらにまた、語句「～に基づく（based on）」は、そうでないと明示しない限りにおいて、「少なくとも部分的に～に基づく（based, at least, on）」を意味しようとするものである。

Claims (16)

1. 光学フィルタであって
   基板と、
   第１ミラーと、
   第２ミラーと、及び
   スペーサと
   を備え、
   前記第１ミラー、前記第２ミラー、及び前記スペーサは、複数の成分フィルタを形成し、
   前記複数の成分フィルタのうち第１成分フィルタは第１断面積を有し、
   前記複数の成分フィルタのうち第２成分フィルタは第２断面積を有し、
   前記第１断面積及び前記第２断面積は、前記第１成分フィルタ及び前記第２成分フィルタの応答が特定応答となる構成にするように変化させられており、前記特定応答は、前記第１成分フィルタ及び前記第２成分フィルタの間で２０％よりも小さい差異化の範囲内にバランス取りされ、
   前記複数の成分フィルタのうち少なくとも２つの成分フィルタは共通波長に関連付けられている、光学フィルタ。
2. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記複数の成分フィルタの断面積は、それぞれに対応する入力光束、フィルタ応答性、及びセンサ応答性に少なくとも部分的に基づくよう構成されている、光学フィルタ。
3. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタは、少なくとも６４チャンネルを形成する、光学フィルタ。
4. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記第１ミラー、前記第２ミラー、又は前記スペーサのうち少なくとも１つは、
   ゲルマニウム層、
   シリコン・ゲルマニウム層、
   水素化シリコン層、
   水素化ゲルマニウム層、
   水素化シリコン・ゲルマニウム層
   のうち少なくとも１つを有する、光学フィルタ。
5. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記第１ミラー、前記第２ミラー、又は前記スペーサのうち少なくとも１つは、
   シリコン層、
   二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層、
   酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）層、
   二酸化チタン（ＴｉＯ_２）層、
   五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）層、
   五酸化タンタル、（Ｔａ_２Ｏ_５）層、又は
   フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）層
   のうち少なくとも１つを有する、光学フィルタ。
6. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記第１断面積は、前記第２断面積から１％より大きい分だけの差異がある、光学フィルタ。
7. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記第１断面積は、前記第２断面積から５％より大きい分だけの差異がある、光学フィルタ。
8. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記第１断面積は、前記第２断面積から１０％より大きい分だけの差異がある、光学フィルタ。
9. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記第１断面積は、前記第２断面積から２０％より大きい分だけの差異がある、光学フィルタ。
10. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記光学フィルタのスペクトルレンジは、近赤外スペクトルレンジ又は中赤外スペクトルレンジを含む、光学フィルタ。
11. 請求項１記載の光学フィルタにおいて、前記第１成分フィルタは光の第１波長に関連付けられ、また前記第２成分フィルタは光の第２波長に関連付けられる、光学フィルタ。
12. ２成分構成多重スペクトルフィルタであって、
    複数の層を備え、
    前記複数の層は、第１屈折率に関連付けられた１組の高屈折率層のセットと、前記第１屈折率よりも小さい第２屈折率に関連付けられた１組の低屈折率層のセットと、を含み、
    前記複数の層は、複数の波長の光を導く複数のチャンネルを形成し、
    前記複数のチャンネルに対応する複数の成分フィルタの複数の断面積は、前記複数のチャンネルに関連付けられる応答が特定応答となる構成にするように変化させられており、前記特定応答は、前記複数のチャンネル間で２０％よりも小さい差異化の範囲内にバランス取りされ、
    前記複数の成分フィルタのうち２つ以上の成分フィルタは共通波長に関連付けられている、２成分構成多重スペクトルフィルタ。
13. 請求項１２記載の２成分構成多重スペクトルフィルタにおいて、前記特定応答は、前記複数のチャンネル間で１０％よりも小さい差異化の範囲内にバランス取りされる、２成分構成多重スペクトルフィルタ。
14. 請求項１２記載の２成分構成多重スペクトルフィルタにおいて、前記複数のチャンネルにおける第２チャンネルの第２面積に対する前記複数のチャンネルにおける第１チャンネルの第１面積は、前記第２チャンネルの第２入力光束、前記第２チャンネルの第２フィルタ応答性、及び前記第２チャンネルの第２センサ応答性に対する前記第１チャンネルの第１入力光束、前記第１チャンネルの第１フィルタ応答性、及び前記第１チャンネルの第１センサ応答性の比に対応する、２成分構成多重スペクトルフィルタ。
15. 請求項１２記載の２成分構成多重スペクトルフィルタにおいて、前記複数の成分フィルタの断面積は、それぞれに対応する入力光束、フィルタ応答性、及びセンサ応答性に少なくとも部分的に基づくよう構成されている、２成分構成多重スペクトルフィルタ。
16. 請求項１２記載の２成分構成多重スペクトルフィルタにおいて、前記複数のチャンネルは、少なくとも６４チャンネルを含む、２成分構成多重スペクトルフィルタ。
    

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