KR20120030547A - 미니 분광계를 위한 고투과 및 큰 저지 범위를 갖는 간섭 필터 - Google Patents

미니 분광계를 위한 고투과 및 큰 저지 범위를 갖는 간섭 필터 Download PDF

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에드아르 요하네스 메이저
코넬리스 에우스타티우스 팀머링
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 입사광(135)을 수광하고 투과될 입사광(115)의 광 성분을 선택하는 간섭 필터(100)에 관한 것이다. 간섭 필터(100)는 금속 미러(110), 유전체 미러(130) 및 금속 미러(110) 및 유전체 미러(130) 사이에 배치된 스페이서(120)를 포함한다. 금속 미러(110) 및 유전체 미러(130)는 스페이서(120) 내의 광 간섭이 투과될 입사광(115)의 광 성분을 선택하도록 구성된다. 하나의 금속 미러 및 하나의 유전체 미러를 사용하면, 종래의 접근법에 비하여, 필터 내의 층의 총수를 감소시키고 투과된 측파대를 제거하는데 필요한 추가적인 필터의 수를 감소시키면서 높은 피네스(finesse) 및 높은 저지 대역(rejection band)을 갖는 스펙트럼 응답을 달성할 수 있다.

Description

미니 분광계를 위한 고투과 및 큰 저지 범위를 갖는 간섭 필터{INTERFERENCE FILTERS WITH HIGH TRANSMISSION AND LARGE REJECTION RANGE FOR MINI-SPECTROMETER}
본 발명은 광 필터에 관한 것으로, 특히 간섭 필터 및 간섭 필터를 포함하는 미니 분광계에 관한 것이다.
최근, 다수의 광원을 포함하는 조명 시스템이 개발되고 있다. 이러한 조명 시스템의 예는 소비자가 구조물에 대하여 원하는 분위기를 얻도록 하는 구조물(예를 들어, 방, 로비 또는 차량) 내의 몇 개의 광원 세트의 구성이다. 발광 다이오드(LED's) 등의 광원은 전기적으로 구동되어 특정 스펙트럼의 광을 생성한다. 개별 광원의 스펙트럼은 광원마다 다를 수 있고, 시간에 따라 변할 수 있고, 구동 레벨에 의존할 수 있다. 따라서, 조명 시스템의 적절한 제어를 실현하기 위하여, 광 스펙트럼의 정확한 측정이 필요하다.
조명 시스템의 광 스펙트럼을 측정하는 하나의 접근법은 광검출기에 결합된 협대역 컬러 필터 어레이를 포함하는 분광계를 이용하는 것이다. 모든 광검출기는 해당 컬러 필터를 통해 필터링된 스펙트럼의 작은 부분을 측정한다. 다수의 광검출기로부터의 개별 결과로, 전체 스펙트럼이 재구성될 수 있다.
협대역 컬러 필터의 한가지 타입은 스페이서층에 의해 분리된 2개의 유전체 미러를 포함하는 간섭 필터이다. 이러한 필터는 원하는 파장에서의 비교적 높은 투과 및 매우 좁은 응답을 제공하지만, 이러한 타입의 필터는 원하는 파장 외에 필터를 통해 투과된 필터의 저지 대역(rejection band)를 초과하는 다른 파장(즉, 측파대)이 존재한다는 내재된 단점을 갖는다. 측파대를 제거하기 위하여, 필터는 고역 필터 및 저역 필터와 결합되어야 한다. 이것은 이러한 필터를 포함하는 장치의 복잡성 및 비용을 증가시킨다. 또한, 측파대는 투과될 입사광의 광 성분을 선택하기 위하여 스페이서층의 두께 뿐만 아니라 유전체 미러의 두께가 변할 필요가 있는 상황을 초래한다. 이것은 분광계 애플리케이션에서 문제가 된다. 이들 애플리케이션에서, 가능한 층의 변화가 작은 스펙트럼의 가시 부분에서 필요한 것만큼 서로 다른 다수의 필터 응답을 획득하는 것이 바람직하다.
협대역 컬러 필터의 다른 타입은 스페이서층에 의해 분리된 2개의 금속 미러를 포함하는 간섭 필터이다. 이러한 필터는 일반적으로 유전체 미러에 대하여 서술한 측파대 문제로 어려움을 겪지 않는다. 또한, 금속 미러의 두께를 증가시키면, 응답을 좁힐 수 있다. 이러한 필터에 대한 투과는 유전체 미러를 갖는 것만큼 거의 높지만, 금속 미러의 두께를 증가시키면, 원하는 파장에서 투과를 감소시킨다. 또한, 광학적 관점으로부터 최적의 금속인 은(silver)은 대기 조건에서 낮은 안정성을 갖는다. 그러므로, 은을 보호하기 위하여 추가의 패키지가 요구되고, 이는 이러한 미러를 포함하는 장치의 복잡성 및 비용을 다시 증가시킨다.
상기 설명에서처럼, 원하는 파장에서의 고투과, 좁은 응답, 큰 저지 대역, 및 대기 조건에서 양호한 안정성을 갖는 간섭 필터를 제공하는 기술을 필요로 한다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 비용면에서 효율적이고 개선된 간섭 필터 및 이러한 간섭 필터를 포함하는 미니 분광계를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 금속 미러, 유전체 미러, 및 금속 미러 및 유전체 미러 사이에 배치된 스페이서를 포함하는 간섭 필터에 의해 달성된다. 금속 미러 및 유전체 미러는 스페이서 내의 광 간섭이 투과될 입사광의 광 성분을 선택하도록 구성된다. 금속 미러는 은을 포함할 수 있고, 유전체 미러는 고굴절율 물질 상에 배치된 저굴절율 물질의 적어도 하나의 반복 유닛의 1/4파장 스택을 포함할 수 있다. 스페이서는 기체, 바람직하게는, 불활성 기체, 또는 투과될 입사광의 광 성분에 대하여 광학적으로 투명한 기체가 아닌 물질로 채워진 캐비티를 포함할 수 있다.
하나의 유전체 미러 및 하나의 금속 미러를 결합하면, 종래 기술 부분에서 설명한 금속 미러 기반 필터 및 유전체 미러 기반 필터에 비하여, 선택된 광 성분의 더 높은 투과 값을 갖고 미러의 두께를 일정하게 유지하면서 스페이서 두께만을 변경함으로써 더 넓은 파장 범위 내의 간섭 필터의 선택성을 조정할 수 있다.
이러한 간섭 필터를 포함하는 미니 분광계가 또한 개시된다. 미니 분광계는 간섭 필터에 의해 투과된 광 성분을 검출하도록 구성된 광검출기를 더 포함한다.
또한, 입사광을 수광하고 투과될 입사광의 제1 광 성분을 선택하는 적어도 하나의 제1 간섭 필터를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 금속 미러를 제공하는 단계, 상기 제1 금속 미러 상에 스페이서를 제공하는 단계, 및 상기 스페이서 상에 유전체 미러를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 제1 금속 미러, 상기 제1 금속 미러 상에 실질적으로 제공된 상기 스페이서의 일부 및 상기 제1 금속 미러 상에 실질적으로 제공되는 상기 스페이서의 일부 상에 실질적으로 제공되는 상기 유전체 미러의 일부는, 상기 입사광을 수광하고 투과될 입사광의 제1 광 성분을 선택하는 제1 간섭 필터를 형성한다.
본 발명의 요지는 스페이서에 의해 분리된 금속 미러 및 유전체 미러를 포함함으로써 하이브리드 광 간섭 필터를 제공하는데 있다. 금속 미러 및 유전체 미러의 고정된 두께에 대하여, 필터의 원하는 스펙트럼 응답은 스페이서 두께를 선택 또는 제어함으로써 얻어질 수 있다. 하나의 금속 미러 및 하나의 유전체 미러를 이 방식으로 사용하면, 종래의 접근법에 비하여, 필터 내의 층의 총수를 감소시키고 투과된 측파대를 제거하는데 필요한 추가적인 필터의 수를 감소시키면서 높은 피네스(finesse) 및 높은 저지 대역(rejection band)을 갖는 스펙트럼 응답을 달성할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 하부 미러로서 금속 미러를 제공하고 스페이서 및 유전체 미러로 금속 미러를 피복하면, 금속 미러를 열화로부터 보호할 수 있고, 금속 미러의 보호를 유지하면서 구조물의 다이싱 또는 절단(sawing)을 용이하게 한다.
여기에 사용된 바와 같이, "광"이라는 용어는 가시 스펙트럼의 내부 및 외부에서의 광 방사를 나타낸다.
청구항 2 및 7의 실시예는 스페이서의 두께 또는 성분을 변경함으로써 투과된 입사광의 광 성분을 선택하도록 한다. 예를 들어, 성분을 변경하여 굴절율을 제어함으로써, 효과적인 광 두께가 변경된다. 따라서, 이것에 의해 투과될 입사광의 광 성분의 선택을 조정할 수 있다.
청구항 10 및 15의 실시예는 유리하게 금속 미러 및 유전체 미러의 두께를 일정하게 유지하면서 투과될 광을 선택하도록 스페이서의 두께를 변경하는 것을 특정한다. 청구항 3 및 8의 실시예는 유리하게 금속 미러 및 유전체 미러의 두께를 일정하게 유지하면서 투과될 입사광의 광 성분과 관련된 범위 및 스페이서의 두께를 변경하는 범위를 개시한다.
청구항 4 및 14의 실시예는 대기 조건으로부터 금속 미러의 보호를 가능하게 한다.
청구항 5의 실시예는 금속 미러 하부에 스페이서층을 포함시키는 것을 허용한다.
청구항 9의 실시예는 투과될 파장에 있어서 각각 상이한 광 성분을 검출하는 광검출기 및 간섭 필터의 2개 이상의 세트를 미니 분광계에 포함시키는 것을 허용한다.
청구항 12의 실시예는 유리하게 2개의 간섭 필터를 제조하는 것을 허용한다. 특정한 실시예에서, 스페이서 및 유전체 미러 중 적어도 하나는 동시에 양 필터 상에 배치될 수 있다.
청구항 13의 실시예는 유리하게 광검출기를 포함하는 기판 상에 적어도 하나의 간섭 필터가 제조될 수 있는 것을 개시한다.
이하, 본 발명의 실시예가 더 상세히 기재된다. 그러나, 이들 컴포넌트는 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로 해석될 수 없다.
도면에서,
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필터의 개략도.
도 2a는 긴 파장 범위 내의 7층 하이브리드 필터의 스펙트럼 응답을 나타내는 도면.
도 2b는 긴 파장 범위의 스페이서 두께의 변화에 따른 7층 하이브리드 필터의 스펙트럼 응답을 나타내는 도면.
도 3a는 짧은 파장 범위의 7층 하이브리드 필터의 스펙트럼 응답을 나타내는 도면.
도 3b는 짧은 파장 범위의 스페이서 두께의 변화에 따른 7층 하이브리드 필터의 스펙트럼 응답을 나타내는 도면.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 2개의 하이브리드 필터를 갖는 장치의 개략도.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 하이브리드 필터를 갖는 장치의 개략도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 미니 분광계의 개략도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 미니 분광계의 애플리케이션을 나타내는 도면.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 금속-유전체 컬러 필터(100)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 하이브리드 필터(100)는 금속 미러(110) 및 유전체 미러(130)를 포함한다. 스페이서(120)가 금속 미러(110) 및 유전체 미러(130) 사이에 끼워져 있다.
금속 미러(110)는 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속의 박층을 포함할 수 있다. 유전체 미러(130)는 고굴절율 물질 상에 배치된 저굴절율 물질의 하나 이상의 반복 유닛의 유전체 1/4파장 반사 스택을 포함할 수 있다. 금속 미러(110) 및 유전체 미러(130)는 특정 애플리케이션에 대한 관심 파장을 갖는 광에 대하여 중간 반사형(semi-reflective)이다.
스페이서(120)는 관심 파장을 갖는 광에 대하여 실질적으로 투명하다면 임의의 물질을 포함할 수 있다. 가시 파장 범위에서, 스페이서(120)는 예를 들어, SiO2, TiO2, SiN, Ta2O5, 또는 ZnS를 포함할 수 있다. 스페이서(120)는 또한 액체, 공기 또는 기체, 바람직하게 불활성 기체로 채워진 캐비티를 포함할 수 있다.
다음의 설명에서, 금속 미러(110)가 기판 상에 배치되고, 스페이서(120)가 금속 미러(110) 상에 배치된 고체 물질을 포함하고, 유전체 미러(130)는 스페이서(120) 상에 배치되는 것으로 가정한다. 그러나, 다른 실시예에서, 유전체 미러(130)가 기판 상에 배치되고, 스페이서(120)(기체 또는 고체)가 유전체 미러(130)와 금속 미러(110) 사이에 배치되고, 금속 미러(110)가 유전체 미러(130) 및 스페이서(120)를 피복하는 상부 미러로서 배치될 수 있다.
동작에서, 다양한 파장의 광이 "입사광(135)"으로서 도 1에 도시된 하이브리드 필터(100), 특히, 하이브리드 필터(100)의 유전체 미러(130) 상에 입사할 수 있다. 2개의 중간 반사형 표면(금속 미러(110) 및 유전체 미러(130))에 의해 스페이서(120)에 형성된 광 간섭 때문에, 소정의 파장 범위의 광 성분만이 하이브리드 필터(100)를 통과할 것이다(즉, "필터링된 광(115)"으로서 도 1에 도시된 금속 미러(110)로부터 출력될 것이다). 이 특정 파장 범위는 여기서 "투과 대역"이라 하고, 가장 큰 투과를 갖는 투과 대역 내의 광의 파장은 여기서 필터의 스펙트럼 응답의 "중심 파장"이라 한다. 하이브리드 필터(100)를 통과하지 못한 광의 파장은 "저지 대역"에 속하는 것으로 지칭된다.
금속 미러(110)는 일반적으로 기판(도 1에는 도시되지 않음) 및/또는 필터링된 광(115)를 수광하도록 구성된 광검출기 또는 다른 장치(도 1에 도시되지 않음) 상에 배치된다. 이러한 실시예에서, 금속 미러(110)는 스페이서(120)에 의해 완전히 피복될수 있다, 즉, 금속 미러(110)가 배치되는 기판, 광검출기 또는 다른 장치에 대향하는 측면을 제외한 모든 측면 상에서 스페이서(120)에 의해 피복될 수 있다. 이러한 배열은 금속 미러(110)가 열화되는 것을 방지할 수 있다.
하이브리드 필터(100)는 특정 스펙트럼 응답을 제공한다. 스펙트럼 응답은 특정 투과 및 저지 대역, 응답에서의 특정 중심 파장, 중심 파장의 광의 특정 투과 값 및/또는 필터링된 광 성분의 특정 반치 전폭(full-width half maximum; FWHM)에 관하여 기재될 수 있다. 특정 입사광에 대하여, 하이브리드 필터의 스펙트럼 응답은 여러 가지 중에서 금속 미러(110), 스페이서(120) 및 유전체 미러(130)의 성분 및 두께에 의존한다. 다음의 설명의 각각에서, 금속 미러(110), 스페이서(120) 및 유전체 미러(130)의 성분이 선택되어 일정한 것으로 가정한다.
도 2a, 2b, 3a, 3b에 도시된 바와 같이, 금속 미러(110) 및 유전체 미러(130)의 고정 두께에 대하여, 하이브리드 필터(100)의 원하는 스펙트럼 응답은 스페이서(120)의 적절한 두께를 선택함으로써 얻어질 수 있다.
도 2a는 스페이서(120)의 두께가 162 나노미터(nm)일 때 긴 파장 범위의 7층 하이브리드 필터의 스펙트럼 응답을 나타낸다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 7층 하이브리드 필터는 다음과 같이 7층을 포함할 수 있다. 금속 미러(110)는 30nm 두께의 Ag의 (하부)층을 포함할 수 있다. 스페이서(120)는 SiN의 층을 포함할 수 있다. 유전체 미러(130)는 650 nm의 기준 파장에 대한 TiO2 (고굴절율 물질) 및 SiO2 (저굴절율 물질)의 5개의 1/4파장의 두꺼운 층을 포함할 수 있다. 당업자는 "기준 파장"이라는 용어가 유전체 미러(130)의 반사율이 집중된 파장을 지칭한다는 것을 인식할 것이다.
도 2a의 x축은 nm 단위의 파장을 나타내는데 사용된다. 도 2a의 y축은 퍼센트로 표현되는 필터링된 광(115)의 세기와 입사광(135)의 세기 간의 비에 비례하는 투과율을 나타내는데 사용된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 스펙트럼 응답은 비교적 큰 저지 대역, (약 700 nm의) 중심 파장에서의 높은 투과 및 작은 FWHM(즉, 높은 피네스(finesse))에 의해 특징이 있다.
도 2b는 스페이서(120)의 두께가 98 nm와 162 nm 사이에서 변하면서 도 2a에 기재된 바와 같이 7층 하이브리드 필터의 스펙트럼 응답을 나타내는 도면이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 스페이서(120)의 두께를 변경하면, 응답의 중심 파장이 시프트된다. 550 nm 및 900 nm 사이의 파장에 대하여, 도시된 응답 모두는 자신의 중심 파장에서의 높은 투과 및 작은 FWHM을 갖는다. 550 nm 미만의 파장에서의 추가의 투과는 고역 유리 필터 또는 고역 유전체 필터를 포함시킴으로써 필터링된다. 투과 대역 밖의 이러한 추가의 투과는 여기서 "투과 사이드 로브(transmission side lobes)"라 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하이브리드 필터(100)는 다음과 같이 7층을 포함할 수 있다. 금속 미러(110)는 30nm 두께의 Ag의 (하부)층을 포함할 수 있다. 스페이서(120)는 SiN의 층을 포함할 수 있다. 유전체 미러(130)는 460 nm의 기준 파장에 대한 TiO2 (고굴절율 물질) 및 SiO2 (저굴절율 물질)의 5개의 1/4파장의 두꺼운 층을 포함할 수 있다. 도 3a는 스페이서(120)의 두께가 133 nm일 때 짧은 파장에서 7층 하이브리드 필터의 스펙트럼 응답을 나타낸다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 스펙트럼 응답은 비교적 큰 저지 대역, (약 540 nm의) 중심 파장에서의 높은 투과 및 높은 피네스(finesse)에 의해 특징이 있다. 도 3b는 스페이서(120)의 두께가 58 nm와 133 nm 사이에서 변하면서 도 3a에 기재된 바와 같이 7층 하이브리드 필터의 스펙트럼 응답을 나타내는 도면이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 스페이서(120)의 두께를 변경하면, 스펙트럼 응답의 중심 파장이 시프트된다. 400 nm 와 550 nm 사이의 파장에 대하여, 도 3b에 도시된 응답 모두는 자신의 중심 파장에서의 높은 투과 및 작은 FWHM을 갖는다. 약 550 nm 보다 큰 파장에서의 투과 사이드 로브는 하나 이상의 추가의 필터를 포함시킴으로써 필터링될 수 있다.
상술한 바와 같이, "하부" 미러로서의 금속 미러(110) 및 "상부" 미러로서의 유전체 미러(130)를 갖는 하이브리드 필터(100)는 종래의 접근법에 비하여 투과 사이드 로브를 제거하는데 필요한 추가의 필터의 수를 감소시키면서 필터링된 광의 높은 저지 대역 및 높은 피네스를 달성하게 한다.
또한, 하이브리드 필터(100)는 스페이서(120)의 두께만을 변경함으로써(즉, 금속 미러(110) 및 유전체 미러(130)의 두께를 변경하지 않고) 스펙트럼 응답의 중심 파장을 시프트할 수 있다. 이것은 배경 부분에서 설명한 전체 유전체 필터로도 가능하지 않다. 당업자는, 큰 저지 대역을 유지하면서 전체 유전체 필터의 중심 파장을 시프트하기 위하여, 유전체 미러의 두께가 변경되어야 하는 것을 인식할 것이다. 스페이서(120)의 두께만을 변경함으로써 중심 파장을 시프트할 수 있는 특징은 이하에서 설명하는 바와 같이 상이한 스펙트럼 응답(예를 들어, 분광계, 광 센서)을 갖는 2 이상의 필터를 포함하는 장치의 생성을 간략화하는데, 그 이유는 그렇지 않으면 각각의 필터에 대하여 새로운 스택이 증착될 필요가 있고, 그 때문에, 더 많은 증착 실행 및 더 많은 리소그래피를 초래하기 때문이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 필터(401) 및 하이브리드 필터(402)를 갖는 장치(400A)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 하이브리드 필터(401 및 402)는 예를 들어 유리 또는 사파이어 등의 투명 기판(440) 상에 배치된다.
선택적으로, 박막 스페이서층(450)이 하이브리드 필터(401 및 402)와 기판(440) 사이에 배치될 수 있다. 스페이서층(450)은 관심의 파장에서 실질적으로 투명하다면 임의의 물질을 포함할 수 있다. 가시 파장 범위에서, 스페이서층(450)은 예를 들어, SiO2, TiO2, SiN, Ta2O5, 또는 ZnS를 포함할 수 있다. 스페이서층(450)의 두께는 하이브리드 필터(401 및 402)의 응답에 영향을 주는 것을 피하기 위하여 관심 파장의 서브 파장 범위 내에 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 가시 파장 범위에서, 스페이서층(450)의 두께는 5 및 50 nm 사이일 수 있다. 스페이서츠(450)의 두께는 스페이서층(450)이 관심 파장 범위에 걸쳐 평평한 투과율을 산출하도록 선택될 수 있다. 이 경우, 가시 파장 범위에 대하여, 스페이서층(450)의 두께는 대략 50 nm일 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 구조화된 금속 미러(410)는 하이브리드 필터(401 및 402)에 대한 "하부" 미러로서 사용될 수 있다. 이러한 구조화된 금속 미러(410)는 도 1에 기재된 금속 미러(110)와 유사하고 예를 들어 섀도우 마스크를 통해 증착될 수 있다. 대안으로, 금속층이 스퍼터링되고 후속으로 광 리소그래피를 통해 패터닝되어 구조화된 금속 미러(410)를 생성할 수 있다. 따라서, 단일 통합 금속 미러가 가능하면서, 유리하게 금속 미러가 패터닝된다. 도 1에 기재된 스페이서(120)와 유사한 스페이서(420)의 연속 층이 금속 미러(410) 상에 증착됨에 따라, 금속 미러의 패터닝은 스페이서에 의한 미러 부분의 완전환 캡슐화를 초래한다. 이것은 열화, 예를 들어, 염화물 및 황화물을 포함하는 공기/물로의 노출의 영향 하에서의 산화에 대한 보호를 증가시킨다. 또한, 패터닝된 금속 미러를 도포하면, (금속층을 대기에 다시 노출할 수 있는) 금속층을 절단하지 않고 제품을 다이싱(dicing)하도록 한다. 스페이서(420)의 증착시 또는 증착 후에, 상이한 층 두께가 하이브리드 필터(401 및 402)의 스페이서(420)에 대하여 정의될 수 있다. 이것은 예를 들어 상이한 기간 동안 상이한 영역을 에칭하여 단차 구조물을 형성함으로써 달성된다. 대안으로, 스페이서의 연속적으로 차등이 있는 두께는 얻어져 웨지(wedge) 타입 구조물을 형성할 수 있다. 제조의 마지막 단계로서, 유전체 미러(430)가 스페이서(420) 상에 증착된다. 유전체 미러(430)는 도 1에 기재된 유전체 미러(130)와 유사하다.
스페이서(420) 및/또는 유전체 미러(430)는 금속 미러(410)의 측면을 포함하여 금속 미러(410)를 완전히 피복하여, 금속 미러(410)에 자동 패키징을 제공한다. 이러한 접근법으로, 광 특성 때문에 하이브리드 필터에 사용되기에 바람직하지만 대기 조건에 빈약한 안정성을 갖는 금속이 하이브리드 필터(401 및 402)에 사용될 수 있다. 또한, 금속 미러(410)의 완전한 피복은 금속 미러(410)의 보호를 유지하면서 장치(400A)의 다이싱 또는 절단(sawing)(예를 들어, 하이브리드 필터(401 및 402)의 분리)을 허용한다.
스페이서(420)는 하이브리드 필터(401 및 402)에 있어서 상이한 두께를 갖기 때문에, 이들 필터는 상이한 스펙트럼 응답을 제공(즉, 이들 필터는 상이한 광 성분을 투과)한다. 특히, 하이브리드 필터(401)의 스펙트럼 응답의 중심 파장은 하이브리드 필터(402)의 스펙트럼 응답의 중심 파장과 다르다. 동시에, 금속 미러(410) 및 유전체 미러(430)의 성분 및 두께는 양 하이브리드 필터(401 및 402)에 대하여 동일할 수 있다. 하나의 유전체 및 하나의 금속 미러를 사용하면, 선택된 광 성분에 대한 더 높은 투과 값을 가지며, 배경 부분에서 설명한 전체 금속 미러 기반 간섭 필터보다 높은 투과율로 전체 유전체 미러 기반 간섭 필터에서 가능한 것보다 더 넓은 파장 범위 내에서 스페이서(420)의 두께만을 선택함으로써(즉, 미러의 성분 및 두께를 일정하게 유지하면서) 스펙트럼 응답(즉, 필터에 의해 투과될 광의 성분)을 선택하는 것을 허용한다.
스페이서(420)의 두께만을 변경함으로써 스펙트럼 응답을 선택하는 범위는 필터의 낮은 파장측에서의 측파대의 스펙트럼 위치에 의존한다. 예를 들어, 30nm 두께의 은 미러, SiN 스페이서 및 교호하는 SiO2 및 TiO2층의 5층을 포함하는 유전체 미러를 포함하는 간섭 필터에 대하여, 유전체 미러 및 금속 미러의 성분 및 두께를 일정하게 유지하면서 560 및 700 nm 사이의 스펙트럼 응답의 중심 파장을 선택하기 위하여, 스페이서(420)의 두께는 100 nm 에서 160 nm로 가변할 수 있다. 따라서, 금속 미러(410)의 두께 및 유전체 미러(430)의 두께를 일정하게 유지하면서, 스페이서(420)의 두께는 60 nm의 범위 내에서 정의되어 140 nm의 범위 내에서 중심 파장을 갖는 투과될 입사광의 광 성분을 선택할 수 있다. 이 경우, 장치(400)는 30 nm 두께의 은층을 포함하는 금속 미러(410), 교호하는 SiO2 및 TiO2층의 5층을 포함하는 유전체 미러(430), 간섭 필터(401)를 형성하는 스페이서(420)의 제1 부분에서 예를 들어 100 nm의 두께를 갖고 간섭 필터(402)를 형성하는 스페이서(420)의 제2 부분에서 예를 들어 160 nm의 두께를 갖는 SiN층을 포함하는 스페이서(420)를 포함하도록 제조될 수 있다. 이러한 구성으로, 간섭 필터(401)에 의해 투과된 광 성분의 중심 파장은 560 nm이고, 간섭 필터(402)에 의해 투과된 광 성분의 중심 파장은 700 nm일 수 있다. 그러므로, 장치(400)는 예를 들어 가능한한 적은 노력 및 적은 층변화로 스펙트럼의 가시 부분에서 몇 개의 상이한 필터 응답을 얻을 수 있는 미니 분광계 애플리케이션에서 유리하게 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이 장치(400)를 제조하면, 장치(400)가 포함될 수 있는 시스템의 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 하이브리드 필터(401 및 402)를 갖는 장치(400B)의 개략도이다. 장치(400B)는 금속 미러(410)가 투명 기판(440) 대신에 실리콘 기판(460) 상에 배치된다는 점에서만 장치(400A)와 다르다. 이 경우, 스페이서층(450)은 실리콘 기판 내의 광검출기로부터 금속 전극을 전기적으로 절연할 목적으로 제공될 수 있다. 도 4b에도시된 바와 같이, 실리콘 기판(460)은 광검출기(471 및 472)를 포함할 수 있다. 하이브리드 필터(401 및 402)는 광검출기(471 및 472)의 상부에 배치되어 광검출기(471)는 하이브리드 필터(401)에 의해 필터링된 광을 수광하도록 구성되고 광검출기(472)는 하이브리드 필터(402)에 의해 필터링된 광을 수광하도록 구성된다. 상술한 바와 같이, 하이브리드 필터(401 및 402)의 각각은 소정의 파장 범위의 광만을 투과하도록 선택하여, 해당 광검출기(471 및 472)에 의해 2개의 꽤 좁은 파장 범위 내의 광의 세기를 정밀하게 측정할 수 있게 한다. 하이브리드 필터(401 및 402)에 의해 투과된 광의 검출로부터 기인하는 전기 신호는 제어 전자 제품에 의해 처리될 수 있다. 이들은 또한 실리콘 기판(460) 내에 배치된다(도 4b에는 도시되지 않음).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 미니 분광계(500)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 미니 분광계(500)는 적어도 하이브리드 필터(501 및 502), 및, 선택적으로, 하이브리드 필터(503-509)를 포함한다. 하이브리드 필터(501-509)는 도 4a 및 4b에서 기재된 하이브리드 필터(401 및 402)와 유사하게 증착되고 구조화될 수 있다. 스페이서(420)의 두께는 하이브리드 필터(501-509)에서 가변하여 하이브리드 필터(501-509)의 각각으로부터 다양한 스펙트럼 응답을 야기할 수 있다. 즉, 미니 분광계(500)로 입사하는 다수의 파장의 광으로부터, 상이한 파장 범위를 갖는 광 성분을 투과하기 위하여 하이브리드 필터(501-509) 중의 적어도 2개를 선택한다. 요약하면, 하이브리드 필터(501-509)로부터의 스펙트럼 응답은 입사광의 전체 스펙트럼을 구성할 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 필터(501-509)로부터의 스펙트럼 응답의 합은 전체 가시 스펙트럼을 커버할 수 있다.
하이브리드 필터(501-509)는, 적어도 광검출기(571 및 572) 및, 선택적으로, 하이브리드 필터(501-509)의 각각에 의해 투과된 광의 경로에 배치된(즉, 도 4b에 도시된 바와 같이 실질적으로 하이브리드 필터(501-509) 아래에 배치된) 광검출기(573-579)를 포함하는 기판 상에 증착될 수 있다. 광검출기(571-579)의 각각에 의해 필터링된 광의 검출로부터 기인한 전기 신호는 도 5에 도시되지 않은 전기적 콘택을 통해 추출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템(600) 내의 미니 분광계(500)의 애플리케이션을 나타낸다. 시스템(600)은 무선 원격 제어 장치 제어 시스템, 즉, 원격 제어 장치(630) 및 램프(620)를 포함하는 구조물에서 타겟 장치가 원격 제어 장치에 의해 무선으로 제어되는 시스템이다. 사람(P)은 원격 제어 장치(630)의 사용을 통해 램프(620)의 동작을 제어할 수 있다. 제어는 예를 들어 램프(620)에 의해 방출된 광의 색을 제어하는 것에 관한 것이다. 램프(620)의 적절한 제어를 실현하기 위하여, 미니 분광계(500)가 원격 제어 장치(630) 내에 포함될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 미니 분광계(500)는 광검출기(571-579)에 결합된 협대역 하이브리드 필터(501-509)의 어레이를 포함한다. 모든 광검출기(571-579)는 하이브리드 필터(501-509) 중의 해당하는 필터를 통해 투과된 스펙트럼의 작은 부분을 측정한다. 다수의 광검출기(571-579)로부터의 개별 결과로, 원격 제어 장치(630)의 프로세싱 유닛(도 6에는 도시되지 않음)은 원격 제어 장치(630)에 입사한 광의 전체 스펙트럼을 재구성할 수 있다.
상기 설명은 본 발명의 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예가 기본 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 형태는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 입사광을 수광하고 투과될 입사광의 광 성분을 선택하는 간섭 필터로서,
    금속 미러;
    유전체 미러; 및
    상기 금속 미러와 상기 유전체 미러 사이에 배치된 스페이서
    를 포함하고,
    상기 금속 미러 및 상기 유전체 미러는 상기 스페이서 내의 광학적 간섭이 투과될 입사광의 광 성분을 선택할 수 있게 구성되는 간섭 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서의 두께 및 조성(composition) 중 적어도 하나는 투과될 입사광의 광 성분을 선택하도록 정의되는 간섭 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 미러의 두께 및 상기 유전체 미러의 두께를 일정하게 유지하면서, 상기 스페이서의 두께는 140 nm의 범위 내에 중심 파장을 갖는 투과될 입사광의 광 성분을 선택하도록 60 나노미터(nm)의 범위 내에서 정의되는 간섭 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 미러는 기판 상에 배치되고, 상기 기판에 대향하는 측면을 제외한 모든 측면 상에 상기 스페이서에 의해 피복되는 간섭 필터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 미러는 기판 상에 배치되고, 상기 간섭 필터는 상기 기판과 상기 금속 미러 사이에 배치된 박막 스페이서층을 더 포함하는 간섭 필터.
  6. 입사광을 수광하고 입사광의 하나 이상의 광 성분을 검출하는 미니 분광계로서,
    상기 입사광을 수광하고, 투과될 입사광의 제1 광 성분을 선택하도록 구성된 제1 간섭 필터; 및
    상기 제1 간섭 필터에 의해 투과된 상기 제1 광 성분을 검출하도록 구성되는 제1 광검출기
    를 포함하고,
    상기 제1 간섭 필터는 제1 금속 미러, 제1 유전체 미러, 및 상기 제1 금속 미러와 상기 제1 유전체 미러 사이에 배치된 제1 스페이서를 포함하고, 상기 제1 금속 미러 및 상기 제1 유전체 미러는 상기 제1 스페이서 내의 광학적 간섭이 투과될 입사광의 제1 광 성분을 선택할 수 있게 구성되는 미니 분광계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스페이서의 두께 및 조성 중 적어도 하나는 투과될 입사광의 제1 광 성분을 선택하도록 정의되는 미니 분광계.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 금속 미러의 두께 및 상기 제1 유전체 미러의 두께를 일정하게 유지하면서, 상기 제1 스페이서의 두께는 140 nm의 범위 내에 제1 중심 파장을 갖는 투과될 입사광의 제1 광 성분을 선택하도록 60 나노미터(nm)의 범위 내에서 정의되는 미니 분광계.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사광을 수광하고 투과될 입사광의 제2 광 성분을 선택하도록 구성된 제2 간섭 필터; 및
    상기 제2 간섭 필터에 의해 투과된 제2 광 성분을 검출하도록 구성된 제2 광검출기
    를 더 포함하고,
    상기 제2 간섭 필터는 제2 금속 미러, 제2 유전체 미러, 및 상기 제2 금속 미러와 상기 제2 유전체 미러 사이에 배치된 제2 스페이서를 포함하고,
    상기 제2 금속 미러 및 상기 제2 유전체 미러는 상기 제2 스페이서 내의 광학적 간섭이 투과될 입사광의 제2 광 성분을 선택할 수 있게 구성되고, 상기 제2 광 성분은 투과될 파장들 내의 제1 광 성분과는 상이한 미니 분광계.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스페이서는 제1 두께를 갖고,
    상기 제2 스페이서는 제2 두께를 갖고,
    상기 제1 금속 미러 및 상기 제2 금속 미러는 제3 두께를 갖고,
    상기 제1 유전체 미러 및 상기 제2 유전체 미러는 제4 두께를 갖는 미니 분광계.
  11. 입사광을 수광하고, 투과될 입사광의 제1 광 성분을 선택하는 적어도 제1 간섭 필터를 제조하는 방법으로서,
    제1 금속 미러를 제공하는 단계;
    상기 제1 금속 미러 위에 스페이서를 제공하는 단계; 및
    상기 스페이서 위에 유전체 미러를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 금속 미러, 상기 제1 금속 미러 위에 실질적으로 제공되는 상기 스페이서의 일부, 및 상기 제1 금속 미러 위에 실질적으로 제공되는 상기 스페이서의 일부 위에 실질적으로 제공되는 상기 유전체 미러의 일부는, 상기 입사광을 수광하고, 투과될 입사광의 제1 광 성분을 선택하기 위한 제1 간섭 필터를 형성하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제2 금속 미러를 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 스페이서는 또한, 상기 제1 금속 미러 위에 실질적으로 제공되는 상기 스페이서의 일부가 제1 두께를 갖고 또한 상기 제2 금속 미러 위에 실질적으로 제공되는 상기 스페이서의 일부가 제2 두께를 갖도록 상기 제2 금속 미러 위에 제공되고,
    상기 유전체 미러는 또한 상기 스페이서 위에 제공되고,
    상기 제2 금속 미러, 상기 제2 금속 미러 위에 실질적으로 제공되는 상기 스페이서의 일부, 및 상기 제2 금속 미러 위에 실질적으로 제공되는 상기 스페이서의 일부 위에 실질적으로 제공되는 상기 유전체 미러의 일부는, 상기 입사광을 수광하고 투과될 입사광의 제2 광 성분을 선택하기 위한 제2 간섭 필터를 형성하고, 상기 제2 광 성분은 투과될 파장들 내의 제1 광 성분과는 상이한 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 금속 미러는, 상기 제1 광검출기 위에 상기 제1 금속 미러가 실질적으로 제공되도록, 제1 광검출기를 포함하는 기판 상에 제공되며; 및
    상기 제1 광검출기는 상기 제1 광 성분을 검출하도록 구성되는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 금속 미러는 상기 기판에 대향하는 측면을 제외한 모든 측면 상에 상기 스페이서에 의해 완전히 피복되는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 금속 미러 및 상기 제2 금속 미러는 제3 두께를 갖고,
    상기 제1 간섭 필터를 형성하는 상기 유전체 미러의 일부 및 상기 제2 간섭 필터를 형성하는 상기 유전체 미러의 일부는 제4 두께를 갖는 방법.
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