JP7299346B2 - 近赤外帯域通過光フィルター及び光センシングシステム - Google Patents

Description

［関連出願］
本出願は、２０１９年６月５日に中国専利局に提出され、出願番号が２０１９１０４８６８５４．８であり、発明の名称が「近赤外帯域通過光フィルター及び光センシングシステム」である中国特許出願の優先権を主張し、その全文の内容が援用により本出願に組み込まれる。

本発明は、光フィルターの分野に関し、特に近赤外帯域通過光フィルター及び光センシングシステムに関する。

赤外線センシングシステムは、ターゲットが反射した赤外線を受信して画像を形成し、さらに画像を処理することによって目的の情報を得ることができ、通常は顔認識、ジェスチャー認識、スマートホームなどの領域に適用される。赤外線センシングシステムはレンズ、光フィルター、画像センサーなどの部品を含める。

赤外線センシングシステムの性能が温度から受ける影響を、温度安定性と呼ばれる。例えば、車載用ライダ、宇宙探査機、光通信装置などの装置は、極端な温度で動作することが多くて、これらの装置が実際に使用されるときの温度が、製造・デバッグされるときの温度と大きく異なるため、これらの装置における赤外線センシングシステムには、高い温度安定性が求められる。装置の温度安定性を確保するため、先行技術では通常、レンズの構造や材料などを改良して赤外線センシングシステムの画像品質を確保したり、画像センサーの電気特性の温度ドリフトに着目して赤外線センシングシステムの画像データの品質を確保したりしている。

しかし、温度変化による光学特性の変化が小さい光フィルター、例えば通過帯域の中心波長のドリフト量が温度変化の影響を受けにくい遮光シートなどが求められる。遮光シートの通過帯域の変化は、赤外線センシングシステムの撮像品質にも影響を与え、先行技術では通常、光の入射角が通過帯域の中心波長のドリフト量に与える影響のみに着目しているため、通過帯域の中心波長のドリフト量が温度変動の影響を受けにくい光フィルターの提供が望まれている。

先行技術における上記の欠陥を解決または部分的に解決するために、本出願は、近赤外帯域通過光フィルター及び光センシングシステムを提案する。

第一態様において、本出願の実施例は、基板と、前記基板の第１側に位置する主膜系と、前記基板の、前記第１側と対向する第２側に位置する補助膜系とを含む近赤外帯域通過光フィルターを提供し、主膜系は、第１所定積層構造に従って設けられた第１低屈折率膜層と高屈折率膜層とを含み、補助膜系は、第２所定積層構造に従って設けられた第２低屈折率膜層及び第３低屈折率膜層を含み、第２低屈折率膜層の屈折率は第３低屈折率膜層の屈折率と等しくなく、又は、補助膜系は、第２所定積層構造に従って設けられた第２低屈折率膜層と高屈折率膜層とを含み、７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲において、近赤外帯域通過光フィルターは、少なくとも１つの通過帯域を有し、温度が－１５０℃から３００℃に変化する時、の少なくとも１つの通過帯域の中心波長のドリフト量が０．１５ｎｍ／℃より小さい。

一実施例において、温度が－３０℃から８５℃に変化するとき、近赤外帯域通過光フィルターの通過帯域の中心波長のドリフト量が０．０９ｎｍ／℃より小さい。

一実施例において、高屈折率膜層の屈折率は、７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲内の任意の波長に対応しても３より大きい。

一実施例において、高屈折率膜層の消光係数は０．０１より小さい。

一実施例において、８５０ｎｍの波長に対応する高屈折率膜層の屈折率は３．６より大きく、消光係数は０．００５より小さい。

一実施例において、主膜系の厚さｄ_ｆ１は、

を満たし、補助膜系の厚さｄ_ｆ２は、

を満たす。

一実施例において、高屈折率膜層の材料の一部の結晶構造は晶質であり、他の部分の結晶構造は非晶質であり；結晶構造が晶質である部分の体積と高屈折率膜層の体積との間の比率は１０％～２０％以内である。

一実施例において、高屈折率膜層の材料は、水素化ケイ素、水素化ゲルマニウム、ホウ素添加水素化ケイ素、ホウ素添加水素化ゲルマニウム、窒素添加水素化ケイ素、窒素添加水素化ゲルマニウム、リン添加水素化ケイ素、リン添加水素化ゲルマニウムまたはＳｉｘＧｅ１－ｘのうちの１つまたは複数の混合物を含み、ただし、０＜ｘ＜１。

一実施例において、第１低屈折率膜層の材料、第２低屈折率膜層の材料及び第３低屈折率膜層の材料は、それぞれＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｐＮ_ｑ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣＮ、ＳｉＣのうちの１つまたは複数の混合物を含み、ただし、ｑ＝（４－２ｐ）／３，０＜ｐ＜１。

一実施例において、基板の材料はガラスを含める。

一実施例において、基板から離れる方向に沿って、第１所定積層構造の形式は、（Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_１または（Ｈ－Ｌ_１）^ｓであり、Ｈは高屈折率膜層を表し、Ｌ_１は第１低屈折率膜層を表し、ｓは括弧内の構造の形式の繰り返しの数を表し、ｓは１以上の整数である。

一実施例において、主膜系はさらに第４低屈折率膜層を含み、第４低屈折率膜層の屈折率は第１低屈折率膜層の屈折率に等しくない。

一実施例において、基板から離れる方向に沿って、第１所定積層構造の形式は、（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_１、（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_４、Ｈ－（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_１、またはＨ－（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_４であり、Ｈは高屈折率膜層を表し、Ｌ_１は第１低屈折率膜層を表し、Ｌ_４は第４低屈折率膜層を表し、ｓは括弧内の構造の形式の繰り返しの数を表し、ｓは１以上の整数である。

一実施例において、主膜系は狭帯域通過膜系であり、前補助膜系は広帯域通過膜系または長波通過膜系である。

一実施例において、７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲に対応して、狭帯域通過膜系は少なくとも一つの通過帯域を有する。

一実施例において、補助膜系は長波通過膜系であり、３５０ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に対応して、長波通過膜系は少なくとも一つの通過帯域と一つのカットオフ帯域を有し、長波通過膜系の通過帯域は狭帯域通過膜系の通過帯域をカバーする。

一実施例において、補助膜系は広帯域通過膜系であり、広帯域通過膜系の通過帯域は狭帯域通過膜系の通過帯域をカバーし；広帯域通過膜系通過帯域の最小波長より小さい波長領域において、広帯域通過膜系の平均カットオフ度は狭帯域通過膜系のカットオフ度よりも大きい。

一実施例において、基板の材料の線膨張係数は、３＊１０^－６／℃～１７＊１０^－６／℃の間である。

一実施例において、主膜系と補助膜系は、スパッタ反応装置または蒸発装置によって生成される。

第二態様において、本出願の実施例は、画像センサーと近赤外帯域通過光フィルターとを含める光センシングシステムをさらに提供し、画像センサーの受光面側に近赤外帯域通過光フィルターが設けられている。

本出願で提供された近赤外帯域通過光フィルターは、基板の両面にそれぞれ主膜系と補助膜系が設けてあり、補助膜系の膜層の屈折率が主膜系の高屈折率膜層の屈折率以下であることにより、補助膜系の等価屈折率が主膜系の等価屈折率を上回らないようようにし、ともに、近赤外帯域通過光フィルターの構造は、以下のように設けてある：主膜系は、第一積層構造を従って設けられた膜層を含めて基板と配合し、補助膜系は、補助膜系の通過帯域の中心波長の温度ドリフトが主膜系の通過帯域の中心波長の温度ドリフトを上回らないように、第二積層構造を従って設けられた膜層を含み、７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲において温度が－１５０℃から３００℃に変化する時、近赤外帯域通過光フィルターの通過帯域の中心波長の温度ドリフトのドリフト量が０．１５ｎｍ／℃より小さいことにより、近赤外の波長の範囲において、本出願で提供される近赤外帯域通過光フィルターを透過できる光を有し、温度が変わっても透過した光の差別が小さいことが保証される。本出願で提供される近赤外帯域通過光フィルターが設けてある光センシングシステムは、温度変化のある環境で動作しても撮像品質への影響が少ない。

本出願の他の特徴、目的、および利点は、以下の図面を参照して詳細に説明することによってより明らかになる。

本発明の実施形態に係る近赤外帯域通過光フィルターの構造概略図である。 本発明の実施形態に係る光センシングシステムの使用状態の概略図である。 本発明の実施形態に係る表１の帯域通過膜系の透過率曲線を示す図である。 本発明の実施形態に係る表２の帯域通過膜系の透過率曲線を示す図である。 本発明の実施形態に係る表３の長波通過膜系の透過率曲線を示す図である。 本発明の実施形態に係る表４の長波通過膜系の透過率曲線を示す図である。 本発明の実施形態に係る近赤外帯域通過光フィルターの異なる角度で入射する光に対応する透過率曲線を示す図である。 図７に対応する近赤外帯域通過光フィルターに係る異なる温度での透過率曲線を示す。 本発明の他の実施形態に係る近赤外帯域通過光フィルターの異なる角度で入射する光に対応する透過率曲線を示す図である。 図９に対応する近赤外帯域通過光フィルターに係る異なる温度での透過率曲線を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る近赤外帯域通過光フィルターの異なる温度での透過率曲線を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る近赤外帯域通過光フィルターの異なる角度で入射する光に対応する透過率曲線を示す図である。 図１２に対応する近赤外帯域通過光フィルターに係る異なる温度での透過率曲線を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る近赤外帯域通過光フィルターの異なる角度で入射する光に対応する透過率曲線を示す図である。 図１４に対応する近赤外帯域通過光フィルターに係る異なる温度での透過率曲線を示す図である。

本出願をよりよく理解するために、図面を参照して、本出願の様々な態様についてより詳細に説明する。これらの詳細な説明は、本出願の範囲をいかなる形で限定することなく、ただ本出願の例示的な実施形態の説明にすぎないことを理解すべきである。明細書の全文において、同じ図面符号は同じ元件を表す。「および／または」という表現は、関連するリストされた項目のうちの１つまたは複数の任意およびすべての組み合わせを含む。

なお、本明細書では、第１、第２、第３などの表現は、特徴に対する制限を表すものではなく、特徴を他の特徴と区別するためにのみに用いられることを注意すべきである。したがって、本出願の教示を離反することなく、以下で説明する第１低屈折率膜層を第２低屈折率膜層とも呼ぶことができる。その逆もまた同様である。

図面においては、説明を容易にするために、部品の厚さ、サイズ、形状を若干調整している。図面はただの一例であって、厳密に比例に従って描かれていない。例えば、第一膜系の厚みと長さは、実際の生産における比例を従っていない。本出願で使用されるように、「大体」、「およそ」という用語、および類似の用語は、程度を表す用語ではなく、近似を表す用語として使用され、一般的な当業者によって認識される測定値または計算値における固有の偏りを説明することを意図する。

本文において，膜層の厚さは基板から離れる方向の厚さを意味する。

「包括」、「包括する」、「有する」、「含む」および／または「含める」という用語は、本明細書で使用される際、述べられた特徴、素子、および／または部品が存在することを示すが、１つ以上の他の特徴、要素、部品、および／またはそれらの組み合わせの存在または付加されることは排除されていないことも理解すべきである。また、リストされた特徴のリストの後に「…のうちの少なくとも１つ」などの表現が現れると、リストされた特徴の全体が修飾され、リスト内の個々の要素が修飾されない。さらに、本出願の実施形態を説明する場合、「…ことができる」を使用して「本出願の一つまたは複数の実施形態」を表す。さらに、「例示的」という用語は、一例または例示することを表すことを意図する。

特に限定されない限り、本出願で使用されるすべての用語（工学用語および科学技術用語を含む）は、本出願の属する技術分野の一般的な当業者の通常の理解と同じ意味を持つ。本出願に明示的な説明がない限り、常用辞書で定義される用語は、それらの関連技術の文脈における意味と一致して解釈されるべきであり、理想化または過剰形式化された意味で解釈されてはならないことも理解されるべきである。

なお、本出願の実施例および実施例のうちの特徴は、矛盾しない場合、互いに組み合わせてもよい。また、明示的に定義されていない限り、または文脈と矛盾していない限り、本明細書に記載されている方法に含まれる具体的なステップは、記載された順序に限定されるものではなく、任意の順序で実行または並列で実行されてもよい。以下、図面を参照しながら、実施例に関連して本出願を詳細に説明する。

図１は、本出願発明の一実施形態に係る近赤外帯域通過光フィルターの概略構造を示す図である。図１を参照すると、本出願実施形態で提供される近赤外帯域通過光フィルター５は、基板５１と、主膜系５２と、補助膜系５３とを含め、主膜系５２は前記基板５１の第１側に位置し、補助膜系５３は前記基板の第２側に位置し、第１側と第２側は互いに対向している。基板５１は透明基板であり、透明基板の材質は、任意に水晶、高ホウケイ酸ガラスなどであってもよく、具体的にはＤ２６３Ｔ、ＡＦ３２、ＥａｇｌｅＸＧ、Ｈ－ＺＰＫ５、Ｈ－ＺＰＫ７などであってもよい。例示的に、基材５１は、透明シートであってもよく、図１の上方向と下方向は、透明シートの厚さの方向であり、透明シートの上側と下側は対向している。主膜系５２は、基板５１の上の面の外側に設けられており、補助膜系５３は、基板５１の下の面の外側に設けられている。

主膜系５２は、第１所定積層構造に従って設けられた第１低屈折率膜層と高屈折率膜層とを含み、同じ波長に対応する時、高屈折率膜層の屈折率ｎ_１が第１低屈折率膜層の屈折率ｎ_２１より大きい。任意に、基板５１から離れる方向に沿って、第１所定積層構造の形式は、（Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_１または（Ｈ－Ｌ_１）^ｓなどの形式であり、Ｈは高屈折率膜層を表し、Ｌ_１は第１低屈折率膜層を表し、ｓは括弧内の構造の形式の繰り返しの数を表し、ｓは１以上の整数である。例示的に、ｓを５とすると、第１所定積層構造は、Ｌ_１ＨＬ_１ＨＬ_１ＨＬ_１ＨＬ_１ＨＬ_１の形式となる。

実施の形態において、主膜系５２は、第１所定積層構造に従って膜層が設けられた後、膜層集合密度Ｐ_０が以下を満たす：

補助膜系５３は、第２所定積層構造に従って設けられた第２低屈折率膜層及び第３低屈折率膜層を含むか、又は、高屈折率膜層及び第２低屈折率膜層を含む。補助膜系５３が、第２所定積層構造に従って設けられた第２低屈折率膜層と第３低屈折率膜層とを含む場合、第２低屈折率膜層の屈折率は、第３低屈折率膜層の屈折率と等しくなく、第３低屈折率膜層の屈折率は、主膜系５２の高屈折率膜層の屈折率よりも小さい。第２所定積層構造は、第１所定積層構造を参照してもよく、Ｌ_２で第２低屈折率膜層を指し、Ｌ_３で第３低屈折率膜層を指す。第２所定積層構造は：（Ｌ_２－Ｌ_３）^ｚ－Ｌ_２または（Ｌ_２－Ｌ_３）^ｚであってもよし、ｚは１以上の整数である。

主膜系５２は、第１所定積層構造に従って設けられた高屈折率膜層と第１低屈折率膜層とを含み、補助膜系５３は、第２所定積層構造に従って設けられた第２低屈折率膜層と第３低屈折率膜層とを含むので、本出願で開示される近赤外帯域通過光フィルター５は、干渉型フィルターであってもよい。また、第３低屈折率膜層の屈折率は、高屈折率膜層の屈折率よりも大きくないので、主膜系５２の特性が近赤外帯域通過光フィルター５の特性に与える影響はより大きい。主膜系５２の個々の膜層は、スパッタ反応法によって生成された膜層であってもよく、補助膜系５３の個々の膜層は、スパッタ反応法または蒸着法によって生成された膜層であってもよくて、このような製造方法により、基板５１、主膜系５２、および補助膜系５３が１つにまとめられる。

７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲において、本出願の実施形態で開示される近赤外帯域通過光フィルター５は、少なくとも１つの通過帯域を有し、温度が－１５０℃から３００℃に変化する時、近赤外帯域通過光フィルター５のその通過帯域の中心波長のドリフト量が０．１５ｎｍ／℃より小さい。実施形態において、温度を－１５０℃から３００℃に変化させたときに、その通過帯域の中心波長のドリフト量は０．１２ｎｍ／℃より小さい。実施形態において、その通過帯域の中心波長のドリフト量が０．０９ｎｍ／℃より小さい。実施形態において、温度が－３０℃から８５℃に変化する時、その近赤外帯域通過光フィルターの通過帯域の中心波長のドリフト量が０．０９ｎｍ／℃より小さく、実施形態において、その近赤外帯域通過光フィルターの通過帯域の中心波長のドリフト量が０．０５ｎｍ／℃より小さい。

７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲は近赤外に位置しており、近赤外帯域通過光フィルター５を通過する光に少なくとも近赤外光の一部が含まれるように、この波長範囲において通過帯域が形成されている。主膜系５２の構造を基板５１にマッチすることにより、近赤外帯域通過光フィルター５のこの通過帯域の中心波長のドリフトが、温度が－１５０℃から３００℃に変化する時、０．１５ｎｍ／℃より小さいことを満たす。

本出願で開示する近赤外帯域通過光フィルター５は、少なくとも約－１５０℃の温度環境と約３００℃の温度環境で適用することができる。通過帯域の中心波長は、７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲において０．１５ｎｍ／℃より小さいドリフト量を有し、本出願で開示する近赤外帯域通過光フィルター５を通過する光は、温度変化の大きい動作環境においても安定の区間内の近赤外光を含む。この安定の区間内の近赤外光によって運ばれる信号は、安定している。

例示的な実施形態では、高屈折率膜層の屈折率は、７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲内の任意の波長に対応しても３より大きい。実施形態において、高屈折率膜層の屈折率は、８００ｎｍ～１１００ｎｍの波長範囲内の任意の波長に対応しても３．２より大きい。実施形態において、高屈折率膜層の屈折率は、８００ｎｍ～９００ｎｍの波長範囲内の任意の波長に対応しても３．５より大きい。可視光に近い波長領域では、高屈折率膜層の方が屈折率が高くて、この波長範囲の赤外光によって運ばれる信号の温度安定性を向上させることができ、また、高屈折率膜層の屈折率が３．５より大きい場合、主膜系５２の構造が本出願で開示された近赤外帯域通過光フィルター５の光学的特性に与える影響をさらに高めることができ、このように、主膜系５２は、より簡単な形式の第１所定積層構造を用いて、基板５１と配合すれば、予想される効果を達成することができる。

例示的な実施形態において、高屈折率膜層の消光係数は０．０１より小さい。

例示的な実施形態において、８５０ｎｍの波長に対応する高屈折率膜層の屈折率は３．６より大きく、消光係数は０．００５より小さい。消光係数を設定することにより、高屈折率膜層の光透過性を増加させ、高屈折率膜層の通過帯域範囲内の光の損失を低減し、近赤外帯域通過光フィルター５を通過する光の強度を向上させ、信号の明瞭度を向上させることができる。

例示的な実施形態において、高屈折率膜層の材料の一部は晶質であり、他の部分は非晶質であり、結晶構造が晶質である部分の体積と高屈折率膜層の体積との比率は１０％～２０％以内である。本出願で開示された近赤外帯域通過光フィルター５は、このような結晶構造の高屈折率膜層を含む場合、その通過帯域の温度ドリフトがより小さい。実施の形態において、結晶構造が晶質の部分の体積比率は１５％である。

例示的な実施形態において、高屈折率膜層の材料は、水素化ケイ素、水素化ゲルマニウム、ホウ素添加水素化ケイ素、ホウ素添加水素化ゲルマニウム、窒素添加水素化ケイ素、窒素添加水素化ゲルマニウム、リン添加水素化ケイ素、リン添加水素化ゲルマニウムまたはＳｉ_ｘＧｅ_１－ｘのうちの１つまたは複数の混合物を含む。例示的に、Ｓｉ_ｘＧｅ_１－ｘはＳｉ_０．４Ｇｅ_０．６である。例示的に、混合物は水素化シリコンゲルマニウムであってもよく，シリコンとゲルマニウムの比例は任意の比例であっても良く、混合物は窒素添加水素化シリコンゲルマニウムであっても良く、ホウ素添加リン添加水素化ゲルマニウムであっても良い。

例示的な実施形態において、第１低屈折率膜層の材料、第２低屈折率膜層の材料、及び第３低屈折率膜層の材料は、それぞれＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｐＮ_ｑ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣＮ、ＳｉＣの１つまたは複数の混合物を含む。ここで、ｑ＝（４－２ｐ）／３，０＜ｐ＜１。例示的に、ＳｉＯ_ｐＮ_ｑはＳｉＯＮ_２／３であることができる。例示的に、混合物はＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５とＮｂ_２Ｏ_５、またはＳｉＯ_２、ＳｉＣＮとＳｉＣである。例示的に、第二低屈折率膜層の材料はＳｉＯ_２とＴｉＯ_２が２：１の比例で形成された混合物を含み、第三低屈折率膜層の材料がＳｉＯ_２とＴｉＯ_２の１：３の比例で形成された混合物を含む。

例示的な実施形態において、主膜系はさらに、第４低屈折率膜層を含み、前記の第１低屈折率膜層の屈折率は、第４低屈折率膜層の屈折率に等しくない。主膜系５２にそれぞれ第一低屈折率膜層と第四低屈折率膜層とを設けることにより、主膜系５２を設ける形式をより弾力的にすることができ、異なる特性の基板５１と適切に配合することができる。任意に、第１所定積層構造の形式は、（Ｌ－Ｈ）^ｓ－Ｌまたは（Ｈ－Ｌ）^ｓであり、低屈折率膜層Ｌは、順次交替的に、第１低屈折率膜層と第４低屈折率膜層であることができる。

例示的な実施形態において、基板５１から離れる方向に沿って、第１所定積層構造の形式は、（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_１、（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_４、Ｈ－（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_１、またはＨ－（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_４などであり、Ｈは高屈折率膜層を表し、Ｌ１は第１低屈折率膜層を表し、Ｌ４は第４低屈折率膜層を表し、Ｓは括弧内の構造の形式の繰り返しの数を表し、ｓは１以上の整数である。

例示的な実施形態において、主膜系５２は帯域通過膜系であり、例示的な実施形態において、主膜系５２は狭帯域通過膜系であり、補助膜系５３は広帯域通過膜系または長波通過膜系である。

例示的な実施形態において、主膜系５２および補助膜系５３は、スパッタ反応装置または蒸発装置によって生成される。

例示的な実施形態において、７００ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に対応して、狭帯域通過膜系は少なくとも一つの通過帯域を有する。この狭帯域通過膜系の膜層はスパッタ反応めっき層であって良い。

具体的な実施形態では、表１に示すような主膜系５２が開示されている。

この主膜系５２は単一チャネルの狭帯域通過膜系であり、表１の「層」は積層方向に沿っての何番目の層を指し、第１層は最も基板５１に近い膜層であり、第２９層は最も基板５１から離れた膜層であり、表中の同じ列の膜層の材料は同じである。この主膜系５２の膜層の中では、奇数層は第一低屈折率膜層であり、偶数層は高屈折率膜層であり、偶数層の材料は非晶質水素化シリコン即ちａ－Ｓｉ：Ｈである。この主膜系５２の透過率曲線は、図３に示すように、７００ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に対応して、一つの通過帯域を含み、この主膜系５２の通過帯域の中心波長は約９５０ｎｍである。

この主膜系５２をめっきする方法は、スパッタ反応装置内の真空度を５×１０^－５Ｔｏｒｒより小さくなるようにポンプし、基板５１とシリコンターゲットを対応する位置に放置し、アルゴンガス流量を１０ｓｃｃｍ～８０ｓｃｃｍと、スパッタリング電力を３０００ｋｗより大きくと、酸素ガス流量を１０ｓｃｃｍ～８０ｓｃｃｍと、加工温度を８０℃～３００℃と設定し、低屈折率膜層をめっきする。例示的な実施形態において、アルゴンガス流量を４５ｓｃｃｍと、酸素ガス流量を４５ｓｃｃｍと設定する。

また、高屈折率膜層をめっきする際に、アルゴンガス流量を１０ｓｃｃｍ～８０ｓｃｃｍと、スパッタリング電力を３０００ｋｗより大きくと、水素ガス流量を１０ｓｃｃｍ～８０ｓｃｃｍと設定する。例示的な実施形態において、水素ガス流量を４５ｓｃｃｍと設定する。

具体的な実施形態では、表２に示すような主膜系５２が開示されている。

この主膜系５２は、２つの通過帯域を有する狭帯域通過膜系であり、層１は、基板５１に最も近い膜層である。この主膜系５２の透過率曲線は、図４に示すように、７００ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に対応して、中心波長が約９６０ｎｍの通過帯域と、中心波長が約１１３０ｎｍの通過帯域とを含む。

例示的な実施形態において、補助膜系５３は長波通過膜系であり、３５０ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に対応して、長波通過膜系は少なくとも一つの通過帯域と一つのカットオフ帯域を有し、長波通過膜系の通過帯域は狭帯域通過膜系の通過帯域をカバーする。

具体的な実施形態では、表３に示すような長波通過膜系が開示されている。

３５０ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に対応して、補助膜系５３の透過率曲線は図５に示すように、その長波通過膜系が１つの通過帯域と１つのカットオフ帯域を含み、その長波通過膜系の通過帯域の範囲が約９００ｎｍ～１０００ｎｍである。例示的に、近赤外帯域通過光フィルターは、この長波通過膜系と表１に開示された狭帯域通過膜系を含み、この長波通過膜系の通過帯域は、その狭帯域通過膜系の通過帯域をカバーする。カットオフ帯域は少なくとも３５０ｎｍ～８５０ｎｍの波帯をカバーしており、可視光をカットオフすることができる。

この長波通過膜系をめっきする方法：真空蒸発反応装置内の真空度を９×１０^－４Ｔｏｒｒより小さくなるようにポンプし、基板５１とめっき層の原材料を対応する位置に放置し；アルゴンガス流量を１０ｓｃｃｍ～２０ｓｃｃｍと、電圧を９００Ｖ～１３００Ｖと、電流を９００ｍＡ～１３００ｍＡと、酸素ガス流量を３０ｓｃｃｍ～９０ｓｃｃｍと、動作温度を８０℃～３００℃と設定し、各膜層をめっきする。例示的な実施形態において、アルゴンガス流量を１３ｓｃｃｍ～１６ｓｃｃｍと、酸素ガス流量を４０ｓｃｃｍ～７０ｓｃｃｍと、加工温度を８０℃～１５０℃と設定する。例示的な実施形態において、アルゴンガス流量を１５ｓｃｃｍと、酸素ガス流量を６０ｓｃｃｍと、加工温度を１２０℃と設定する。

具体的な実施形態では、表４に示すような長波通過膜系が開示されている。

３５０ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に対応して、補助膜系５３の透過率曲線は図６に示すように、１つの通過帯域と１つのカットオフ帯域を含み、この長波通過膜系の通過帯域の範囲は約９００ｎｍ～１０００ｎｍである。例示的に、近赤外帯域通過光フィルターは、この長波通過膜系と表１に開示された狭帯域通過膜系とを含み、この長波通過膜系の通過帯域は、その狭帯域通過膜系の通過帯域をカバーする。

例示的な実施形態において、補助膜系５３は広帯域通過膜系であり、広帯域通過膜系の通過帯域は、狭帯域通過膜系の通過帯域をカバーし、広帯域通過膜系の通過帯域の最小波長より小さい波長領域において、広帯域通過膜系の平均カットオフ度は狭帯域通過膜系のカットオフ度よりも大きい。

例示的な実施形態において、主膜系５２の厚さｄ_ｆ１は、

を満たし、前記の補助膜系の厚さｄ_ｆ２は、

を満たす。

例示的な実施形態では、基板５１の線膨張係数αは、

を満たし、基板５１のポアソン比μ_ｓは、

を満たし、基板５１の屈折率温度係数は

であり、ただし、

は、

を満たし、
高屈折率膜層の屈折率ｎ_１は、３＜ｎ_１を満たし、高屈折率膜層の屈折率温度係数は、

であり、ただし、

は、

を満たし、高屈折率膜層の線膨張係数β₁は、

を満たし、高屈折率膜層のポアソン比μ_１は、

を満たし、
第一低屈折率膜層の線膨張係数β₂は、

を満たし、第一低屈折率膜層のポアソンμ_２は、

を満たし、第一低屈折率膜層の屈折率温度係数は、

であり、ただし、

は

を満たし、
このように設定すると、主膜系５２の線膨張係数βは、

であり、ここで、０＜ｚ_１＜１，０＜ｚ_２＜１。ｚ_１は、高屈折率膜層のウェイト係数であり、ｚ_２は第一の低屈折率膜層のウェイト係数である。例示的に、ｚ_１は、全ての高屈折率膜層の厚さの和と主膜系５２の厚さの比率に等しく、

である。

δは関係式

を満たす等価位相であり、μは関係式

を満たす等価ポアソン比である。

主膜系５２の等価屈折率ｎは：

であり、ｍはフィルターの干渉レベルであり、０＜ｍ。ｎ_２＜ｎ_１なので、０＜ｎ＜ｎ_１。具体的に、１＜ｍ＜１５。

主膜系５２の膜層の凝集密度Ｐ_ｏは、以下を満たす：０．９＜Ｐ_ｏ＜１．６。

本出願の実施形態で提供する近赤外帯域通過光フィルターの通過帯域の中心波長

は、温度Ｔの変化に応じて変化し、

の温度ドリフトは以下を満たす。

ここで、

ｎ_ｃは初期温度Ｔ_０におけるこの主膜系５２の等価屈折率であり、ｄ_ｃは、初期温度Ｔ０におけるこの主膜系５２の物理的厚さである。ｎ_Ｔは、測定される温度Ｔ_ｔにおけるこの主膜系５２の等価屈折率であり、ｄ_Ｔは、測定される温度Ｔ_ｔにおけるこの主膜系５２の物理的厚さである。

計算により、

は

を満たす。

具体的な実施形態において、近赤外帯域通過光フィルター５が開示されており、近赤外帯域通過光フィルター５の基板５１の材料はガラスであり、より具体的には、ｓｈｏｔｔのＤ２６３Ｔを採用してもよく、－３０℃～７０℃の範囲において、基板５１の線膨張係数αは７．２×１０^－６／℃であり、ポアソン比は０．２０８である。近赤外帯域通過光フィルター５の主膜系５２は、表５に示されている。

この主膜系５２の第一層は、基板５１に最も近い膜層であり、他の膜層は積層方向に従って積層されている。奇数層は第一低屈折率膜層であり、その屈折率は３以下であり、ポアソン比μ_２は０．１７であり；偶数層は高屈折率膜層であり、ポアソン比μ_１は０．２８である。この主膜系５２の膜層はスパッタ反応めっき層であり、膜層集合密度Ｐ_０は１．０１であり、線膨張係数βは３×１０^－６／℃である。

この近赤外帯域通過光フィルター５の補助膜系５３は、表６に示されている。

この補助膜系５３の膜層は、スパッタ反応膜層であり、第２低屈折率膜層の材料は二酸化ケイ素であり、第３低屈折率膜層の材料は二酸化チタンである。

この近赤外帯域通過光フィルター５の透過率曲線は、図７及び図８に示すようにであり、図７は、この近赤外帯域通過光フィルター５が０度角で入射した光に対して、通過帯域の中心波長が８６５ｎｍであり、３０度角で入射した光に対して、通過帯域の中心波長が８５８ｎｍであることを示している。図８は、この近赤外帯域通過光フィルター５が基準温度が０℃の時の、複数の動作温度における透過率曲線を示しており、通過帯域のドリフト量は以下の通りである：

具体的な実施形態において、近赤外帯域通過光フィルター５の基板５１の材料はガラスであり、具体的には、成都光明光電（ＣＤＧＭ）のＨ－ＺＰＫ５を採用してもよく、－３０℃～７０℃の範囲において、基板５１の線膨張係数αは１２．４×１０^－６／℃であり、１００℃～３００℃の範囲において、基板５１の線膨張係数αは１４．５×１０^－６／℃であり、ポアソン比μ_ｓは０．３である。この近赤外帯域通過光フィルター５の主膜系５２は、表７に示されている。

この主膜系５２の膜層はスパッタ反応めっき層であり、第１層は基板５１に最も近い。この主膜系５２の高屈折率膜層の材料はＳｉ：Ｈであり、ポアソン比μ_１は０．２８であり、第一低屈折率膜層の材料はＳｉＯ_２であり、第四低屈折率膜層の材料はＳｉ_３Ｎ_４であり、ポアソン比μ_２は０．１７であり、この主膜系５２の構造形式はＨ－（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_４であり、膜層集合密度Ｐ０は１．０１であり，線膨張係数βは３．５×１０^－６／℃である。

この近赤外帯域通過光フィルター５の補助膜系５３は、表６に示す所定積層構造を採用し、この補助膜系５３の膜層は蒸発めっき層である。

高屈折率膜層の結晶構造が非晶質である場合、この近赤外帯域通過光フィルター５の透過率曲線は図９及び図１０に示される。図９は、この近赤外帯域通過光フィルター５が０度角で入射した光に対して、通過帯域の中心波長が９５０．５ｎｍであり、３０度角で入射した光に対して、通過帯域の中心波長が９４１．９ｎｍであることを示している。図１０は、この近赤外帯域通過光フィルター５が基準温度が０℃のときの、複数の動作温度における透過率曲線を示しており、通過帯域のドリフト量は以下の通りである：

通過帯域の短波に近い側（ＵＶ側）の透過率１０％と９０％の勾配はそれぞれ６ｎｍと１０ｎｍで、ドリフトは８ｎｍである。通過帯の長波に近い側（ＩＲ側）の透過率１０％と９０％の勾配は７ｎｍと７ｎｍで、ドリフトは９．５ｎｍである。

例示的に、この近赤外帯域通過光フィルター５の高屈折率膜層の一部の結晶構造は晶質であり、具体的には単結晶、多結晶または微結晶であってもよく、この部分の体積はこの高屈折率膜層の体積の１５％を占めている。この近赤外帯域通過光フィルター５の透過率曲線を図１１に示す。図１１は、この近赤外帯域通過光フィルター５が基準温度が０℃の時の、複数の動作温度における透過率曲線を示しており、通過帯域のドリフト量は：

であり、これで、高屈折率膜層における結晶構造の部分の体積が１５％を占める時，通過帯域のドリフト量はより小さいことが分かる。

具体的な実施形態において、近赤外帯域通過光フィルター５の基板５１の材料はガラスであり、具体的には、成都光明光電（ＣＤＧＭ）のＨ－ＺＰＫ７を採用してもよく、－３０℃～７０℃の範囲において、基板５１の線膨張係数αは１３．４×１０^－６／℃であり、１００℃～３００℃の範囲において、基板５１の線膨張係数αは１５．９×１０^－６／℃であり、ポアソン比μ_ｓは０．３０６である。この近赤外帯域通過光フィルター５の主膜系５２は、表８に示されている。

この主膜系５２の膜層はスパッタ反応めっき層であり、第１層は基板５１に最も近い。この主膜系５２の高屈折率膜層の材料はＧｅ：Ｈであり、ポアソン比μ_１は０．２２であり、第二の低屈折率膜層の材料はＳｉＯ_２であり、ポアソン比μ_２は０．１７であり、この主膜系５２の膜層集合密度Ｐ_０は１．０８であり、線膨張係数βは２．７×１０^－６／℃である。

この近赤外帯域通過光フィルター５の補助膜系５３は、表９に示されている。

この補助膜系５３の膜層は蒸発めっき層である。

この近赤外帯域通過光フィルター５の透過率曲線は図１２及び図１３に示される。図１２は、この近赤外帯域通過光フィルター５が０度角で入射した光に対して、通過帯域の中心波長が９４６ｎｍであり、３０度角で入射した光に対して、通過帯域の中心波長が９３７ｎｍであることを示している。図１３は、この近赤外帯域通過光フィルター５が基準温度が０℃のときの、複数の動作温度における透過率曲線を示しており、通過帯域のドリフト量は以下の通りである。

具体的な実施形態において、近赤外帯域通過光フィルター５の基板５１の材料はガラスであり、具体的には、成都光明光電（ＣＤＧＭ）のＨ－ＺＰＫ７を採用してもよく、－３０℃～７０℃の範囲において、基板５１の線膨張係数αは１３．４×１０^－６／℃であり、１００℃～３００℃の範囲において、基板５１の線膨張係数αは１５．９×１０^－６／℃であり、ポアソン比μ_ｓは０．３０６である。この近赤外帯域通過光フィルター５の主膜系５２は、表１０に示されている。

この主膜系５２の第一層は、最も基板５１に近い膜層であり、奇数層は第一低屈折率膜層であり、ポアソン比μ_２は０．１７であり、偶数層は高屈折率膜層であり、ポアソン比μ_１は０．２６である。この主膜系５２の膜層はスパッタ反応めっき層であり、膜層集合密度Ｐ_０は１．０２であり、線膨張係数βは２×１０^－６／℃である。

この近赤外帯域通過光フィルター５の補助膜系５３は、表１１に示されている。

補助膜系５３の膜層はスパッタ反応めっき層であり、奇数層は第二の低屈折率膜層であり、偶数層は高屈折率膜層である。

この近赤外帯域通過光フィルター５の透過率曲線は、図１４及び図１５に示されている。図１４は、この近赤外帯域通過光フィルター５が０度角で入射した光に対して、通過帯域の中心波長が９５０ｎｍであり、３０度角で入射した光に対して、通過帯域の中心波長が９４２ｎｍであることを示している。図１５は、この近赤外帯域通過光フィルター５が、基準温度が０℃の時の複数の動作温度における透過率曲線を示しており、通過帯域のドリフト量は以下の通りである。

図２は、本出願発明の一実施形態による光学センシングシステムの使用状態を示す概略図であり、図１および図２を参照すると、光学センシングシステムは、近赤外帯域通過光フィルター５および画像センサー６を含む。また、近赤外狭帯域フィルター５の物体側には、第１のレンズ構成要素４が設けられており、測定対象物１から放出または反射された光は、第１のレンズ構成要素４を通過して近赤外帯域通過光フィルター５に到達し、光が近赤外線帯域通過フィルター５を通過した後に形成されるフィルタリング後の光は、画像センサー６に到達し、フィルタリング後の光が画像センサー６をトリガして画像信号が形成される。本出願で開示した赤外帯域通過フィルター５を設けている光センシングシステムは、少なくとも－１５０℃～３００℃に適用することができ、形成される画質も安定している。

光センシングシステムは、赤外線光源２（Infreard Radiation、ＩＲ光源）、第二レンズ構成要素３、第一レンズ構成要素４、近赤外帯域通過光フィルター５、および画像センサー６を含む赤外線識別システムであってもよく、ここで、画像センサー６は三次元センサーである。

以上の説明は、本出願のより良い実施形態および運用される技術原理についての説明のみである。当該技術分野の当業者は、本出願に係る保護範囲は、上記の技術的特徴の特定の組み合わせから成る技術的な態様に限定されるものではなく、上記技術的な概念から逸脱することなく、上記技術的特徴またはその等同な特徴による任意の組み合わせによって形成される他の技術的な態様、例えば、上記の特徴と、本出願に開示されている（ただし、これらに限定されない）類似の機能を有する技術的特徴とを相互に置換して形成される技術的な態様を包含してもよいことを理解すべきである。

Claims (18)

1. 基板と、前記基板の第１側に位置する主膜系と、前記基板の、前記第１側と対向する第２側に位置する補助膜系とを含む近赤外帯域通過光フィルターであって、
   前記主膜系は、第１所定積層構造に従って設けられた第１低屈折率膜層と高屈折率膜層とを含み、
   前記補助膜系は、第２所定積層構造に従って設けられた第２低屈折率膜層及び第３低屈折率膜層を含み、前記第２低屈折率膜層の屈折率は、前記第３低屈折率膜層の屈折率と等しくなく、又は、前記補助膜系は、第２所定積層構造に従って設けられた前記第２低屈折率膜層と前記高屈折率膜層とを含み、
   ７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲において、前記近赤外帯域通過光フィルターは、少なくとも１つの通過帯域を有し、温度が－１５０℃から３００℃に変化する時、前記の少なくとも１つの通過帯域の中心波長のドリフト量が０．１５ｎｍ／℃より小さく、
   前記高屈折率膜層の材料の一部の結晶構造は晶質であり、他の部分の結晶構造は非晶質であり、
   前記結晶構造が晶質である部分の体積と前記高屈折率膜層の体積との間の比率は１０％～２０％以内である、ことを特徴とする近赤外帯域通過光フィルター。
2. 温度が－３０℃から８５℃に変化する時、前記近赤外帯域通過光フィルターの通過帯域の中心波長のドリフト量は０．０９ｎｍ／℃より小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
3. 前記高屈折率膜層の屈折率は７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲内の任意の波長に対応しても３より大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
4. 前記高屈折率膜層の消光係数は０．０１より小さい、ことを特徴とする請求項３に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
5. ８５０ｎｍの波長に対応する高屈折率膜層の屈折率は３．６より大きく、消光係数は０．００５より小さい、ことを特徴とする請求項４に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
6. 前記主膜系の厚さｄ_ｆ１が、
   

   

   を満たし、前記補助膜系の厚さｄ_ｆ２が、
   

   

   を満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
7. 前記高屈折率膜層の材料は、水素化ケイ素、水素化ゲルマニウム、ホウ素添加水素化ケイ素、ホウ素添加水素化ゲルマニウム、窒素添加水素化ケイ素、窒素添加水素化ゲルマニウム、リン添加水素化ケイ素、リン添加水素化ゲルマニウムまたはＳｉｘＧｅ１－ｘのうちの１つまたは複数の混合物を含み、ただし、０＜ｘ＜１である、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
8. 前記第１低屈折率膜層の材料、前記第２低屈折率膜層の材料及び前記第３低屈折率膜層の材料は、それぞれＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_ｐＮ_ｑ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣＮ、ＳｉＣのうちの１つまたは複数の混合物を含み、ただし、ｑ＝（４－２ｐ）／３，０＜ｐ＜１である、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
9. 基板から離れる方向に沿って、第１所定積層構造の形式は、（Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_１または（Ｈ－Ｌ_１）^ｓであり、
   前記Ｈは高屈折率膜層を表し、前記Ｌ_１は第１低屈折率膜層を表し、ｓは括弧内の構造の形式の繰り返しの数を表し、ｓは１以上の整数である、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
10. 前記主膜系は、さらに第４低屈折率膜層を含み、前記第１低屈折率膜層の屈折率は前記第４低屈折率膜層の屈折率に等しくない、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
11. 基板から離れる方向に沿って、第１所定積層構造の形式は、（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_１、（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_４、Ｈ－（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_１、またはＨ－（Ｌ_１－Ｌ_４－Ｌ_１－Ｈ）^ｓ－Ｌ_４であり、
    前記Ｈは高屈折率膜層を表し、前記Ｌ_１は第１低屈折率膜層を表し、前記Ｌ_４は第４低屈折率膜層を表し、前記ｓは括弧内の構造の形式の繰り返しの数を表し、ｓは１以上の整数である、ことを特徴とする請求項１０に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
12. 前記主膜系は狭帯域通過膜系であり、前記補助膜系は、広帯域通過膜系または長波通過膜系である、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
13. ７８０ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲に対応して、前記狭帯域通過膜系は少なくとも一つの通過帯域を有する、ことを特徴とする請求項１２に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
14. 前記補助膜系は長波通過膜系であり、３５０ｎｍ～１２００ｎｍの波長範囲に対応して、前記長波通過膜系は少なくとも一つの通過帯域と一つのカットオフ帯域を有し、前記長波通過膜系の通過帯域は、前記狭帯域通過膜系の通過帯域をカバーする、ことを特徴とする請求項１３に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
15. 前記補助膜系は広帯域通過膜系であり、前記広帯域通過膜系の通過帯域は前記狭帯域通過膜系の通過帯域をカバーし、
    前記広帯域通過膜系の通過帯域の最小波長より小さい波長領域において、前記広帯域通過膜系の平均カットオフ度は、前記狭帯域通過膜系のカットオフ度よりも大きい、ことを特徴とする請求項１３に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
16. 前記基板の材料の線膨張係数は、３＊１０^－６／℃～１７＊１０^－６／℃の間である、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
17. 前記主膜系と前記補助膜系はスパッタ反応装置または蒸発装置によって生成される、ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外帯域通過光フィルター。
18. 光センシングシステムであって、
    画像センサーと請求項１～１７のいずれか１項に記載の近赤外帯域通過光フィルターとを含み、前記画像センサーの受光面側に前記近赤外帯域通過光フィルターが設けられている、ことを特徴とする光センシングシステム。

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