KR20220002320A - 근적외선 대역 통과 광필터 및 광학 센싱 시스템 - Google Patents

근적외선 대역 통과 광필터 및 광학 센싱 시스템 Download PDF

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KR20220002320A
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후이구앙 첸
예킹 팡
니안공 시아오
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신양 써니 옵틱스 컴퍼니., 리미티드.
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Abstract

본 출원은 근적외선 대역 통과 광필터 및 광학 센싱 시스템을 제공한다. 근적외선 대역 통과 광필터는 기저, 메인 필름계 및 서브 필름계를 포함하고, 메인 필름계는 기저의 제1 측에 위치하고, 서브 필름계는 기저의 제2 측에 위치하고, 제2 측은 제1 측과 마주하고; 메인 필름계는 제1 사전설정 적층 구조로 설치되는 고굴절률 필름층과 제1 저굴절률 필름층을 포함하고; 서브 필름계는 제2 사전설정 적층 구조로 설치되는 제2 저굴절률 필름층과 제3 저굴절률 필름층을, 또는, 고굴절률 필름층과 제2 저굴절률 필름층을 포함하고; 780 nm 내지 3000 nm 파장 범위 내에서, 근적외선 대역 통과 광필터는 적어도 하나의 통과 대역을 가지고, 온도가 -150 ℃에서 300 ℃으로 변화하는 경우, 적어도 하나의 통과 대역의 중심 파장의 변동량이 0.15 nm/℃보다 작다. 본 출원에 의해 제공되는 근적외선 대역 통과 광필터는 온도가 변화하는 작업 환경에서의 필터링에 사용할 수 있고, 필터링된 광선이 안정적인바, 광학 센싱 시스템의 결상 품질을 향상시킨다.

Description

근적외선 대역 통과 광필터 및 광학 센싱 시스템
본 출원은 광필터 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 근적외선 대역 통과 광필터 및 광학 센싱 시스템에 관한 것이다.
적외선 센싱 시스템은 목표물에서 반사되는 적외선을 수신하여 이미지를 형성하고, 나아가 이미지를 처리함으로써 목표물의 정보를 얻는바, 통상적으로 안면 인식, 손동작 인식, 스마트 홈 등 분야에 응용된다. 적외선 센싱 시스템은 렌즈, 광필터 및 이미지 센서 등 부품을 포함한다.
적외선 센싱 시스템의 성능이 온도의 영향을 받는 것을 온도 안정성이라고 칭한다. 예를 들어 차량탑재 레이저 라이다, 스페이스 프로브 또는 광통신 기기 등 기기는 흔히 극한 온도에서 작동되는 것으로, 이러한 기기는 실제 사용될 때의 온도와 제조, 튜닝 시의 온도 간의 차이가 큰바, 이러한 기기 상의 적외선 센싱 시스템은 온도 안정성에 대한 요구가 높다. 기기의 온도 안정성을 보장하고자, 종래 기술은 통상적으로 렌즈의 구조, 재질 등을 개선함으로써 적외선 센싱 시스템의 결상 품질을 보장하거나 또는 이미지 센서의 전기적 성능의 열 드리프트(thermal drift)에 포커싱함으로써 적외선 센싱 시스템의 이미지 데이터의 품질을 보장한다.
그러나, 여전히 광학 특성이 온도 변화 영향을 적게 받는 광필터를 필요로 하는바, 예를 들면 통과 대역의 중심 파장 오프셋이 온도 변화 영향을 적게 받는 광필터가 있다. 광필터의 통과 대역 변화 역시 적외선 센싱 시스템의 결상 품질에 영향 줄 수 있으며, 종래 기술은 통상적으로 광선의 입사각도가 통과 대역중심 파장 오프셋에 대한 영향에만 주목하는바, 따라서, 통과 대역중심 파장 오프셋이 온도 변화 영향을 적게 받는 광필터를 제공하고자 한다.
종래 기술에서의 상술한 결함을 해결하거나 부분적으로 해결하고자, 본 출원은 근적외선 대역 통과 광필터 및 광학 센싱 시스템을 제공한다.
제1 측면으로, 본 출원의 실시예는 근적외선 대역 통과 광필터를 제공하는바, 기저, 메인 필름계 및 서브 필름계를 포함하고, 메인 필름계는 기저의 제1 측에 위치하고, 서브 필름계는 기저의 제2 측에에 위치하고, 제2 측은 제1 측과 마주하고; 메인 필름계는 제1 사전설정 적층 구조로 설치되는 고굴절률 필름층과 제1 저굴절률 필름층을 포함하고; 서브 필름계는 제2 사전설정 적층 구조로 설치되는 제2 저굴절률 필름층과 제3 저굴절률 필름층을 포함하고, 제2 저굴절률 필름층의 굴절률은 제3 저굴절률 필름층의 굴절률과 상이하거나, 또는, 서브 필름계는 제2 사전설정 적층 구조로 설치되는 고굴절률 필름층과 제2 저굴절률 필름층을 포함하고; 780 nm 내지 3000 nm 파장 범위 내에서, 근적외선 대역 통과 광필터는 적어도 하나의 통과 대역을 가지고, 온도가 -150 ℃에서 300 ℃으로 변화하는 경우, 적어도 하나의 통과 대역의 중심 파장의 변동량이 0.15 nm/℃보다 작다.
일 실시방식에서, 온도가 -30℃에서 85℃으로 변화하는 경우, 근적외선 대역 통과 광필터의 통과 대역 중심 파장의 변동량은 0.09 nm/℃보다 작다.
일 실시방식에서, 780 nm 내지 3000 nm 파장 범위 내의 임의 파장에 있어서, 고굴절률 필름층의 굴절률은 모두 3보다 크다.
일 실시방식에서, 고굴절률 필름층의 흡광 계수는 0.01보다 작다.
일 실시방식에서, 850 nm 파장 부분에 있어서, 고굴절률 필름층의 굴절률은 3.6보다 크고 흡광 계수는 0.005보다 작다.
일 실시방식에서, 메인 필름계의 두께( df1)는
Figure pct00001
를 충족시키고; 서브 필름계의 두께(df2)는
Figure pct00002
를 충족시킨다.
일 실시방식에서, 고굴절률 필름층의 일부분의 결정 구조는 결정질이고, 다른 일부분의 결정 구조는 비정질이고; 결정 구조는 결정질 부분의 부피와 고굴절률 필름층의 부피 간의 비율이 10% 내지 20% 이내이다.
일 실시방식에서, 고굴절률 필름층의 재료는 실리콘 하이드라이드, 게르마늄 하이드라이드, 붕소 도핑 실리콘 하이드라이드, 붕소 도핑 게르마늄 하이드라이드, 질소 도핑 실리콘 하이드라이드, 질소 도핑 게르마늄 하이드라이드, 인 도핑 실리콘 하이드라이드, 인 도핑 게르마늄 하이드라이드 또는 SixGe1-x 중의 하나 또는 복수의 혼합물을 포함하고, 여기서, 0＜x＜1이다.
일 실시방식에서, 제1 저굴절률 필름층의 재료, 제2 저굴절률 필름층의 재료 및 제3 저굴절률 필름층의 재료는 각각 SiO2, Si3N4, SiOpNq, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Al2O3, SiCN, SiC 중의 하나 또는 복수의 혼합물을 포함하고, 여기서, q=(4-2p)/3이고, 0＜p＜1이다.
일 실시방식에서, 기저의 재료는 유리를 포함한다.
일 실시방식에서, 상기 기저를 등지는 방향을 따라, 제1 사전설정 적층 구조의 형식은 (L1-H)s-L1, 또는, (H-L1)s이고; H는 고굴절률 필름층을 나타내고, L1은 제1 저굴절률 필름층을 나타내고, s는 괄호 안의 구조 형식이 반복되는 횟수를 나타내고, s는 1보다 크거나 같은 정수이다.
일 실시방식에서, 메인 필름계는 제4 저굴절률 필름층을 더 포함하고, 제1 저굴절률 필름층의 굴절률은 제4 저굴절률 필름층의 굴절률과 상이하다.
일 실시방식에서, 기저를 등지는 방향을 따라, 제1 사전설정 적층 구조의 형식은 (L1-L4-L1-H)s-L1; (L1-L4-L1-H)s-L4; H-(L1-L4-L1-H)s-L1; 또는 H-(L1-L4-L1-H)s-L4이고, H는 고굴절률 필름층을 나타내고, L1은 제1 저굴절률 필름층을 나타내고, L4는 제4 저굴절률 필름층을 나타내고, s는 괄호 안의 구조 형식이 반복되는 횟수를 나타내고, s는 1보다 크거나 같은 정수이다.
일 실시방식에서, 메인 필름계는 협대역 통과 필름계이고 서브 필름계는 광대역 통과 필름계 또는 장파장 투과 필름계이다.
일 실시방식에서, 700 nm 내지 1200 nm의 파장 범위에 있어서, 협대역 통과 필름계는 적어도 하나의 통과 대역을 가진다.
일 실시방식에서, 서브 필름계는 장파장 투과 필름계이고 350 nm 내지 3000 nm의 파장 범위에 대응되고, 장파장 투과 필름계는 적어도 하나의 통과 대역과 하나의 저지 대역을 가지고, 장파장 투과 필름계의 통과 대역은 협대역 통과 필름계의 통과 대역을 커버한다.
일 실시방식에서, 서브 필름계는 광대역 통과 필름계이고, 광대역 통과 필름계의 통과 대역은 협대역 통과 필름계의 통과 대역을 커버하고; 광대역 통과 필름계 통과 대역의 최소 파장보다 작은 파장 영역 내에서, 광대역 통과 필름계의 평균 저지도는 협대역 통과 필름계의 저지도보다 크다.
일 실시방식에서, 기저의 재료의 선팽창 계수는 3 x 10-6/℃ 내지 17 x 10-6/℃ 사이이다.
일 실시방식에서, 메인 필름계 및 서브 필름계는 스퍼터링 반응 기기 또는 증발 기기에 의해 생성된다.
제2 측면으로, 본 출원의 실시예는 광학 센싱 시스템을 더 제공하는바, 이는 이미지 센서와 전술한 근적외선 대역 통과 광필터를 포함하고, 근적외선 대역 통과 광필터는 이미지 센서의 감광측에 설치된다.
본 출원에 의해 제공되는 근적외선 대역 통과 광필터는, 기저의 양면에는 각각 메인 필름계와 서브 필름계가 설치되고, 서브 필름계의 필름층의 굴절률은 메인 필름계의 고굴절률 필름층의 굴절률보다 작거나 같은바, 서브 필름계의 등가 굴절률이 메인 필름계의 등가 굴절률보다 크지 않도록 하고, 이와 동시에, 근적외선 대역 통과 광필터의 구조가, 메인 필름계가 기저에 맞추어질, 제1 적층 구조로 설치되는 필름층을 포함하고, 서브 필름계가 제2 적층 구조로 설치되는 필름층을 포함하도록 구성되고, 서브 필름계의 통과 대역의 중심 파장의 열 드리프트가 메인 필름계의 통과 대역의 중심 파장의 열 드리프트보다 크지 않도록 하고; 나아가, 780 nm 내지 3000 nm 파장 범위 내에서 온도가 -150 ℃에서 300 ℃로 변화할 경우, 근적외선 대역 통과 광필터의 통과 대역의 중심 파장의 열 드리프트, 변동량은 0.15 nm/℃보다 작은바, 근적외선의 파장 범위 내의 광선이, 본 출원에 의해 제공되는 근적외선 대역 통과 광필터를 투과하고, 서로 다른 온도에서의 투과된 광선 간의 차이가 작도록 보장한다. 본 출원에 의해 제공되는 근적외선 대역 통과 광필터가 설치된 광학 센싱 시스템은, 온도가 변화하는 환경에서 작동하는 경우, 결상 품질이 받는 영향이 적다.
아래 첨부도면을 참조한 비한정적 실시예에 대한 상세한 서술을 읽어보면, 본 출원의 다른 특징, 목적 및 이점은 더욱 분명해질 것이다.
도1은 본 출원의 실시예에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의 구조 개략도를 도시하고;
도2는 본 출원의 실시예에 따른 광학 센싱 시스템 의 사용 상태 개략도를 도시하고;
도3은 본 출원의 실시예에 따른 표1의 대역 통과 필름계의 투과율 곡선을 도시하고;
도4는 본 출원의 실시예에 따른 표2의 대역 통과 필름계의 투과율 곡선을 도시하고;
도5는 본 출원의 실시예에 따른 표3의 장파장 투과 필름계의 투과율 곡선을 도시하고;
도6은 본 출원의 실시예에 따른 표4의 장파장 투과 필름계의 투과율 곡선을 도시하고;
도7은 본 출원의 실시예에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의, 다양한 각도의 입사광선에 대응되는 투과율 곡선을 도시하고;
도8은 도7에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의, 다양한 온도에서의 투과율 곡선을 도시하고;
도9는 본 출원의 다른 실시예에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의, 다양한 각도의 입사광선에 대응되는 투과율 곡선을 도시하고;
도10은 도9에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의, 다양한 온도에서의 투과율 곡선을 도시하고;
도11은 본 출원의 다른 실시예에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의, 다양한 온도에서의 투과율 곡선을 도시하고;
도12는 본 출원의 또 다른 실시예에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의, 다양한 각도의 입사광선에 대응되는 투과율 곡선을 도시하고;
도13는 도12에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의, 다양한 온도에서의 투과율 곡선을 도시하고;
도14는 본 출원의 또 다른 실시예에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의, 다양한 각도의 입사광선에 대응되는 투과율 곡선을 도시하고;
도15는 도14에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의, 다양한 온도에서의 투과율 곡선을 도시한다.
본 출원을 더 잘 이해하기 위해, 첨부도면을 참조하여 본 출원의 각 방면에 대해 더 상세히 설명하고자 한다. 이러한 상세 설명은 단지 본 출원의 예시적인 실시방식에 대한 서술일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 출원의 방식을 한정하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 명세서 전체에서, 동일한 도면부호는 동일한 요소를 지칭한다. 표현 "및/또는"은 관련되는 나열 항목 중의 하나 또는 복수의 임의 및 전부의 조합을 포함한다.
본 명세서에서, 제1, 제2, 제3 등의 표현은 그냥 하나의 특징을 다른 특징과 구분하기 위한 것으로, 특징에 대한 어떠한 한정도 나타내지 않음을 유의하여야 한다. 따라서, 본 출원의 교시에 위배되지 않은 한, 아래 논의되는 제1 저굴절률 필름층은 제2 저굴절률 필름층으로 지칭될 수도 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.
첨부도면에서, 설명의 편의를 위해, 부품의 두께, 사이즈 및 형상에 대해 이미 미세 조정하였다. 첨부도면은 예시적인 것일 뿐, 엄격히 비율에 따라 제도한 것은 아니다. 예를 들어, 제1 필름계의 두께와 길이 사이의 비율는 실제 생산에서의 비율에 따르는 것이 아니다. 여기서 사용되는 바와 같이 용어 "대개", "대략" 및 이와 유사한 용어는 근사함을 나타내는 용어로 사용되는 것으로, 정도를 나타내는 용어로 사용되지 않으며, 당업자에 의해 인지되는, 측정값 또는 계산값에서의 고유한 편차를 설명하기 위한 것이다.
여기서, 필름층의 두께는 기저를 등지는 방향에서의 두께를 가리킨다.
용어 "포괄하다", "포괄하고 있다", "가지다", "포함하다" 및/또는 "포함하고 있다"는, 본 명세서에서 사용되는 경우에는 특징, 소자 및/또는 부품의 존재를 나타내나, 하나 또는 복수의 다른 특징, 소자, 부품 및/또는 이들의 조합이 존재하거나 부가되는 경우가 배제되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 이 외에도, "...중의 적어도 하나"와 같은 표현이 나열되는 특징 리스트 뒤에 나타나는 경우, 나열된 전체 특징을 수식하는 것인바, 리스트 중의 단일 소자를 수식하는 것이 아니다. 이 외에도, 본 출원의 실시방식을 서술할 시, "ㄹ 수 있다"를 사용하여 "본 출원의 하나 또는 복수의 실시방식"을 나타낸다. 그리고, 용어 "예시적인"은 예시 또는 예를 들어 설명하는 것을 지칭하기 위한 것이다.
별도의 한정이 있지 않은 한, 여기서 사용되는 모든 용어(엔지니어링 용어 및 과학기술 용어를 포함)는 모두 당업자가 통상적으로 이해하는 바와 같은 의미를 가진다. 본 출원에 분명한 설명이 있지 않은 한, 상용되는 사전에서 정의한 단어는 관련 기술에서의 문맥 상의 의미와 일치되는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 이상화되거나 또는 지나치게 형식화된 의미로 해석되어서는 안된다는 점을 이해하여야 한다.
부연하면, 상충되지 않은 한, 본 출원의 실시예 및 실시예에서의 특징은 상호 조합될 수 있다. 또한, 분명히 한정되었거나, 또는 문맥상으로 상충되지 않은 한, 본 출원에 기재한 방법에 포함되는 구체적인 단계는 기재된 순서에 국한되는 것이 아니며, 임의 순서로 수행되거나 또는 병렬로 수행될 수 있다. 아래, 첨부도면을 참조하면서 실시예를 결부하여 본 출원을 상세히 설명하고자 한다.
도1은 본 출원의 실시예에 따른 근적외선 대역 통과 광필터의 구조 개략도를 도시한다. 도1을 참조하면, 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 근적외선 대역 통과 광필터(5)는 기저(51), 메인 필름계(52) 및 서브 필름계(53)를 포함하고, 메인 필름계(52)는 상기 기저(51)의 제1 측에 위치하고, 서브 필름계(53)는 기저의 제2 측에 위치하고, 제1 측과 제2 측은 마주한다. 기저(51)는 투명 기저이고, 투명 기저의 재료는 선택적으로 수정, 고붕규산 유리 등이고, 구체적으로 D263T, AF32, Eagle XG, H-ZPK5, H-ZPK7 등일 수 있다. 예시적으로, 기저(51)는 투명 시트일 수 있고, 도1중의 상하 방향은 투명 시트의 두께 방향이고, 투명 시트의 상측과 하측은 서로 마주한다. 메인 필름계(52)는 기저(51) 상부의 외측에 설치되고, 서브 필름계(53)는 기저(51) 하부의 외측에 설치된다.
메인 필름계(52)는 제1 사전설정 적층 구조로 설치되는 고굴절률 필름층과 제1 저굴절률 필름층을 포함하고, 동일한 파장에 대응되는 경우, 고굴절률 필름층의 굴절률n1은 제1 저굴절률 필름층의 굴절률n21보다 크다. 대안으로, 기저(51)를 등지는 방향을 따라, 제1 사전설정 적층 구조의 형식은 (L1-H)s-L1 또는 (H-L1)s 등의 형식이고, H는 고굴절률 필름층을 나타내고, L1은 제1 저굴절률 필름층을 나타내고, s는 괄호 안의 구조 형식이 반복되는 횟수를 나타내고, s는 1보다 크거나 같은 정수이다. 예시적으로, s가 5인 경우, 제1 사전설정 적층 구조의 형식은 L1HL1HL1HL1HL1HL1이다.
실시방식에서, 메인 필름계(52)는 제1 사전설정 적층 구조로 필름층을 설치한 후, 필름층 밀집밀도(P0)는
Figure pct00003
을 충족시킨다.
서브 필름계(53)는 제2 사전설정 적층 구조로 설치되는 제2 저굴절률 필름층과 제3 저굴절률 필름층을, 또는, 고굴절률 필름층과 제2 저굴절률 필름층을 포함한다. 서브 필름계(53)가 제2 사전설정 적층 구조로 설치되는 제2 저굴절률층과 제3 저굴절률 필름층을 포함할 경우, 제2 저굴절률층의 굴절률은 제3 저굴절률 필름층의 굴절률과 상이하고, 제3 저굴절률 필름층의 굴절률은 메인 필름계(52)의 고굴절률 필름층의 굴절률보다 작다. 제2 사전설정 적층 구조는 제1 사전설정 적층 구조를 참조할 수 있고, L2로 제2 저굴절률 필름층을 지칭하고, L3으로 제3 저굴절률 필름층을 지칭하면, 제2 사전설정 적층 구조는 (L2-L3)z-L2 또는 (L2-L3)z일 수 있고, z는 1보다 크거나 같은 정수이다.
메인 필름계(52)가 제1 사전설정 적층 구조로 설치되는 고굴절률 필름층과 제1 저굴절률 필름층을 포함하고, 서브 필름계(53)가 제2 사전설정 적층 구조로 설치되는 제2 저굴절률층과 제3 저굴절률 필름층을 포함하므로, 본 출원에서 개시한 근적외선 대역 통과 광필터(5)는 간섭형 광필터일 수 있다. 제3 저굴절률 필름층의 굴절률은 고굴절률 필름층의 굴절률보다 크지 않은바, 메인 필름계(52)의 특성이 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 특성에 대해 더 큰 영향을 가지도록 한다. 메인 필름계(52)의 각 필름층은 스퍼터링 반응 방식으로 생성되는 필름층일 수 있고, 서브 필름계(53)의 각 필름층은 스퍼터링 반응 방식 또는 증발 방식으로 생성되는 필름층일 수 있는바, 이러한 제조 방식은 기저(51), 메인 필름계(52) 및 서브 필름계(53)를 일체로 결합시킨다.
780 nm 내지 3000 nm 파장 범위 내에서, 본 출원의 실시예에 의해 개시되는 근적외선 대역 통과 광필터(5)는 적어도 하나의 통과 대역을 가지고, 온도가 -150 ℃에서 300 ℃으로 변화하는 경우, 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 당해 통과 대역의 중심 파장의 변동량이 0.15 nm/℃보다 작다. 실시방식에서, 온도가 -150 ℃에서 300 ℃으로 변화하는 경우, 당해 통과 대역의 중심 파장의 변동량이 0.12 nm/℃보다 작다. 실시방식에서, 당해 통과 대역의 중심 파장의 변동량이 0.09 nm/℃보다 작다. 실시방식에서, 온도가 -30 ℃에서 85 ℃로 변경되는 경우, 당해 근적외선 대역 통과 광필터의 통과 대역 중심 파장의 변동량은 0.09 nm/℃보다 작고, 실시방식에서, 당해 근적외선 대역 통과 광필터의 통과 대역 중심 파장의 변동량은 0.05 nm/℃보다 작다.
780 nm 내지 3000 nm 파장 범위는 근적외선 위치에 있고, 당해 파장 범위에서 통과 대역을 형성하여, 근적외선 대역 통과 광필터(5)를 투과하는 광선이 적어도 근적외선 광의 일부를 포함하도록 한다. 메인 필름계(52)의 구조를 기저(51)에 매칭시키는바, 따라서 온도가 -150 ℃에서 300 ℃으로 변화하는 경우, 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 당해 통과 대역의 중심 파장의 변동량이 0.15 nm/℃보다 작은 것을 충족시킨다.
본 출원이 개시하는 근적외선 대역 통과 광필터(5)는 적어도 대략 -150 ℃인 온도환경 및 대략 300 ℃인 온도환경에 응용될 수 있다. 통과 대역의 중심 파장은 780 nm 내지 3000 nm 파장 범위 내에서 0.15 nm/℃보다 작은 변동량을 가지고, 온도 변화가 보다 큰 작업 환경에서, 본 출원이 개시하는 근적외선 대역 통과 광필터(5)를 거치는 광선 중에, 안정적인 영역 내의 근적외선 광선이 포함된다. 당해 안정적인 영역 내의 근적외선 광선을 이용하여 반송되는 신호는 안정적이다.
예시적인 실시방식에서, 780 nm 내지 3000 nm 파장 범위 내의 임의 파장에 있어서, 고굴절률 필름층의 굴절률은 모두 3보다 크다. 실시방식에서, 800 nm 내지 1100 nm 범위 내의 임의 파장에 있어서, 고굴절률 필름층의 굴절률은 모두 3.2보다 크다. 일 실시방식에서, 800 nm 내지 900 nm 범위 내의 임의 파장에 있어서, 고굴절률 필름층의 굴절률은 모두 3.5보다 크다. 가시광에 근접하는 파장 영역에서, 고굴절률 필름층은 더 높은 굴절률을 가지는바, 당해 파장 범위 내의 적외선 광선에 의해 반송되는 신호의 온도 안정성을 향상시킬 수 있고, 고굴절률 필름층의 굴절률이 3.5보다 큰 경우, 본 출원이 개시하는 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 광학 특성에 대한, 메인 필름계(52)의 구조의 영향을 나아가 더 향상시킬 수 있고, 이로써 메인 필름계(52)는 더 간단한 형식의 제1 사전설정 적층 구조를 적용하여 기저(51)에 맞추어져 기대하는 효과에 달할 수 있게 된다.
예시적인 실시방식에서, 고굴절률 필름층의 흡광 계수는 0.01보다 작다.
예시적인 실시방식에서, 850 nm 파장 부분에 있어서, 고굴절률 필름층의 굴절률은 3.6보다 크고 흡광 계수는 0.005보다 작다. 흡광 계수를 설정함으로써 고굴절률 필름층의 투광성을 증가시킬 수 있고, 고굴절률 필름층의 통과 대역 범위 내 광선의 소모를 감소시킬 수 있는바, 근적외선 대역 통과 광필터(5)를 거치는 광선의 세기를 향상시킬 수 있고, 신호의 선명도를 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시방식에서, 고굴절률 필름층의 재료는 일부분이 결정질이고, 다른 부분이 비정질이며; 결정 구조는 결정질 부분의 부피와 고굴절률 필름층의 부피 간의 비율이 10% 내지 20% 이내이다. 본 출원이 개시하는 근적외선 대역 통과 광필터(5)가 이러한 결정 구조의 고굴절률 필름층을 포함하는 경우, 그 통과 대역의 열 드리프트가 더 작다. 실시방식에서, 결정 구조는 결정질 부분의 부피가 차지하는 비율이 15%이다.
예시적인 실시방식에서, 고굴절률 필름층의 재료는 실리콘 하이드라이드, 게르마늄 하이드라이드, 붕소 도핑 실리콘 하이드라이드, 붕소 도핑 게르마늄 하이드라이드, 질소 도핑 실리콘 하이드라이드, 질소 도핑 게르마늄 하이드라이드, 인 도핑 실리콘 하이드라이드, 인 도핑 게르마늄 하이드라이드 또는 SixGe1-x 중의 하나 또는 복수의 혼합물을 포함하고, 여기서, 0＜x＜1이다. 예시적으로, SixGe1-x는 Si0.4Ge0.6이다. 예시적으로, 혼합물은 실리콘 하이드라이드게르마늄일 수 있고, 실리콘과 게르마늄의 비율은 임의 비율일 수 있고; 혼합물은 질소 도핑 실리콘 하이드라이드게르마늄일 수도 있고 붕소 도핑 인 도핑 게르마늄 하이드라이드일 수도 있다.
예시적인 실시방식에서, 제1 저굴절률 필름층의 재료, 제2 저굴절률 필름층의 재료 및 제3 저굴절률 필름층의 재료는 각각 SiO2, Si3N4, SiOpNq, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Al2O3, SiCN, SiC 중의 하나 또는 복수의 혼합물을 포함하고, 여기서 q=(4-2p)/3이고, 0＜p＜1이다. 예시적으로, SiOpNq은 SiON2/3일 수 있다. 예시적으로, 혼합물은 TiO2과 Al2O3, 또는 Ta2O5과 Nb2O5, 또는 SiO2, SiCN 및 SiC이다. 예시적으로, 제2 저굴절률 필름층의 재료는 SiO2과 TiO2가 2:1비율로 형성한 혼합물을 포함하고, 제3 저굴절률 필름층의 재료는 SiO2과 TiO2가 1:3비율로 형성한 혼합물을 포함한다.
예시적인 실시방식에서, 메인 필름계는 제4 저굴절률 필름층을 더 포함하고, 상기 제1 저굴절률 필름층의 굴절률은 상기 제4 저굴절률 필름층의 굴절률과 상이하다. 메인 필름계(52)에 각각 제1 저굴절률 필름층과 제4 저굴절률 필름층을 설치하는바, 메인 필름계(52)의 설치 형식이 더 유연하도록 하고, 서로 다른 특성의 기저(51)와 적절하게 맞추어지도록 할 수 있다. 대안으로, 제1 사전설정 적층 구조의 형식은 (L-H)s-L 또는 (H-L)s이고, 저굴절률 필름층L은 차례로 교번되게 제1 저굴절률 필름층과 제4 저굴절률 필름층일 수 있다.
예시적인 실시방식에서, 기저를 등지는 방향을 따라, 제1 사전설정 적층 구조의 형식은 (L1-L4-L1-H)s-L1; (L1-L4-L1-H)s-L4; H-(L1-L4-L1-H)s-L1; 또는 H-(L1-L4-L1-H)s-L4; H는 고굴절률 필름층을 나타내고, L1은 제1 저굴절률 필름층을 나타내고, L4는 제4 저굴절률 필름층을 나타내고, S는 괄호 안의 구조 형식이 반복되는 횟수를 나타내고, s는 1보다 크거나 같은 정수이다.
예시적인 실시방식에서, 메인 필름계(52)는 대역 통과 필름계이고, 예시적인 실시방식에서, 메인 필름계(52)는 협대역 통과 필름계이고, 서브 필름계(53)는 광대역 통과 필름계 또는 장파장 투과 필름계이다.
예시적인 실시방식에서, 메인 필름계(52)와 서브 필름계(53)는 스퍼터링 반응 기기 또는 증발 기기에 의해 생성된다.
예시적인 실시방식에서, 700 nm 내지 1200 nm의 파장 범위에 있어서, 협대역 통과 필름계는 적어도 하나의 통과 대역을 가진다. 당해 협대역 통과 필름계의 필름층은 스퍼터링 반응 코팅층일 수 있다.
일 구체적인 실시방식에서는 메인 필름계(52)를 개시하는바, 표1에 도시한 바와 같다.
메인 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 SiO2 a-Si:H SiO2 a-Si:H SiO2 a-Si:H
층 1 2 3 4 5 6
두께 361.25 88.32 298.72 189.22 184.49 191.56
층 7 8 9 10 11 12
두께 317.45 61.19 181.65 190.48 245.69 110.32
층 13 14 15 16 17 18
두께 217.41 163.25 69.09 250.43 44.4 185.23
층 19 20 21 22 23 24
두께 352.08 65.27 121.32 291.6 99.99 148.96
층 25 26 27 28 29
두께 134.26 125.89 81.07 127.42 79.06
당해 메인 필름계(52)는 싱글 채널의 협대역 통과 필름계이고, 표1 중의 층은 적층 방향에서의 몇 번째 층을 가리키고, 여기서 제1 층은 기저(51)에 가장 근접한 필름층이고, 제29 층은 기저(51)에서 가장 멀리 떨어진 필름층이고, 표에서 동일한 열의 필름층의 재료는 같다. 당해 메인 필름계(52)의 필름층에서, 홀수층은 제1 저굴절률 필름층이고, 짝수층은 고굴절률 필름층이고, 짝수층의 재료는 비정질실리콘 하이드라이드, 즉 a-Si:H이다. 당해 메인 필름계(52)의 투과율 곡선은 도3에 도시한 바와 같이, 700 nm 내지 1200 nm의 파장 범위에 대응되고, 하나의 통과 대역을 포함하고, 당해 메인 필름계(52)의 통과 대역의 중심 파장은 대략 950 nm이다.
당해 메인 필름계(52)를 코팅하는 방법에서, 스퍼터링 반응 기기 내부를 5ㅧ10-5Torr보다 작은 진공도로 진공화하고, 기저(51)와 실리콘 표적 재료를 대응되는 위치에 거치하고; 아르곤 유량을 10 sccm 내지 80 sccm로, 스퍼터링 전력을 3000 kw보다 크게, 산소 유량을 10 sccm 내지 80 sccm로, 가공온도를 80 ℃ 내지 300 ℃로 설정하여, 저굴절률 필름층을 코팅한다. 예시적인 실시방식에서, 아르곤 유량을 45 sccm로, 산소 유량을 45 sccm로 설정한다.
이 외에도, 고굴절률 필름층을 코팅할 시, 아르곤 유량을 10 sccm 내지 80 sccm로, 스퍼터링 전력을 3000 kw보다 크게 설정하고, 수소 유량을 10 sccm 내지 80 sccm로 설정하고. 예시적인 실시방식에서, 수소 유량을 45 sccm로 설정한다.
일 구체적인 실시방식에서 메인 필름계(52)를 개시하는바, 표2에 도시한 바와 같다.
메인 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 a-Si:H SiO2 a-Si:H SiO2 a-Si:H SiO2
층 1 2 3 4 5 6
두께 63.03 328.03 316.14 225.56 308.38 659.75
층 7 8 9 10 11 12
두께 63.23 184.43 31.57 661.6 364.41 73.26
층 13 14 15
두께 326.31 283.28 105.92
당해 메인 필름계(52)는 2개 통과 대역의 협대역 통과 필름계이고, 제1 층은 기저(51)에 가장 근접한 필름층이고, 당해 메인 필름계(52)의 투과율 곡선은 도4에 도시한 바와 같이, 700 nm 내지 1200 nm의 파장 범위에 대응되고, 중심 파장이 대략 960 nm인 통과 대역과 중심 파장대략 1130 nm인 통과 대역이 포함된다.
예시적인 실시방식에서, 서브 필름계(53)는 장파장 투과 필름계이고; 350 nm 내지 1200 nm의 파장 범위에 있어서, 장파장 투과 필름계는 적어도 하나의 통과 대역과 하나의 저지 대역을 가지고, 장파장 투과 필름계의 통과 대역은 협대역 통과 필름계의 통과 대역을 커버한다.
일 구체적인 실시방식에서 장파장 투과 필름계를 개시하는바, 표3에 도시한 바와 같다.
장파장 투과 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 SiO2 Si:H SiO2 Si:H SiO2 Si:H
층 1 2 3 4 5 6
두께 118.99 144.41 121.91 40.98 99.76 38.13
층 7 8 9 10 11 12
두께 108.77 46.76 96.72 40 21 105
층 13 14 15 16 17 18
두께 114.2 162.36 134.9 20 20 20
층 19 20 21 22 23 24
두께 86.73 41.24 117.94 60.05 45.65 53.89
층 25
두께 139.6
350 nm 내지 1200 nm의 파장 범위에 있어서, 당해 서브 필름계(53)의 투과율 곡선은 도5에 도시한 바와 같이, 당해 장파장 투과 필름계는 하나의 통과 대역과 하나의 저지 대역을 포함하고, 당해 장파장 투과 필름계의 통과 대역의 범위는 대략 900 nm 내지 1000 nm이다. 예시적으로, 근적외선 대역 통과 광필터는 당해 장파장 투과 필름계와 표1에서 개시한 협대역 통과 필름계를 포함하고, 당해 장파장 투과 필름계의 통과 대역은 당해 협대역 통과 필름계의 통과 대역을 커버한다. 저지 대역는 적어도 350 nm 내지 850 nm 대역을 커버하고, 가시광을 저지할 수 있다.
당해 장파장 투과 필름계를 코팅하는 방법에서, 진공 증발 반응 기기 내를 9ㅧ10-4Torr보다 작은 진공도로 진공화하고, 기저(51) 및 코팅층의 원재료를 대응되는 위치에 거치하고; 아르곤 유량을 10 sccm 내지 20 sccm로, 전압을 900 V 내지 1300 V로, 전류를 900 mA 내지 1300 mA로, 산소 유량을 30 sccm 내지 90 sccm로, 작업온도를 80 ℃ 내지 300 ℃로 설정하여 각 필름층을 코팅한다. 예시적인 실시방식에서, 아르곤 유량을 13sccm 내지 16 sccm로, 산소 유량을 40 sccm 내지 70 sccm로, 가공 온도를 80 ℃ 내지 150 ℃로 설정한다. 예시적인 실시방식에서, 아르곤 유량을 15 sccm로, 산소 유량을 60 sccm로, 가공 온도를 120 ℃로 설정한다.
일 구체적인 실시방식에서 장파장 투과 필름계를 개시하는바, 표4에 도시한 바와 같다.
장파장 투과 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 Nb2O5 SiO2 Si:H SiO2 Si:H SiO2
층 1 2 3 4 5 6
두께 91.91 46.65 171.57 84.57 60 41.2
층 7 8 9 10 11 12
두께 71.23 77.52 56.51 82.7 20 20
층 13 14 15 16 17 18
두께 20 87.39 204.08 72.16 22.45 20
층 19 20 21 22 23 24
두께 20 71.46 60.69 121.32 48.2 28.68
층 25 26 27 28 29 30
두께 77.34 134.21 46.61 72.18 24.95 25.79
350 nm 내지 1200 nm의 파장 범위에 있어서, 당해 서브 필름계(53)의 투과율 곡선은 도6에 도시한 바와 같고, 당해 장파장 투과 필름계는 하나의 통과 대역과 하나의 저지 대역을 포함하고, 당해 장파장 투과 필름계의 통과 대역의 범위는 대략 900 nm 내지 1000 nm이다. 예시적으로, 근적외선 대역 통과 광필터는 당해 장파장 투과 필름계와 표1에서 개시한 협대역 통과 필름계를 포함하고, 당해 장파장 투과 필름계의 통과 대역은 당해 협대역 통과 필름계의 통과 대역을 커버한다.
예시적인 실시방식에서, 서브 필름계(53)는 광대역 통과 필름계이고, 광대역 통과 필름계의 통과 대역은 협대역 통과 필름계의 통과 대역을 커버하고; 광대역 통과 필름계 통과 대역의 최소 파장보다 작은 파장 영역 내에서, 광대역 통과 필름계의 평균 저지도는 협대역 통과 필름계의 저지도보다 크다.
예시적인 실시방식에서, 메인 필름계(52)의 두께(df1)는
Figure pct00004
를 충족시키고; 상기 서브 필름계의 두께 (df2)는
Figure pct00005
를 충족시킨다.
예시적인 실시방식에서, 기저(51)의 선팽창 계수(α)는
Figure pct00006
를 충족시키고, 기저(51)의 푸아송 비(
Figure pct00007
)는
Figure pct00008
를 충족시키고, 기저(51)의 굴절률 온도 계수는
Figure pct00009
이고, 여기서
Figure pct00010
는 -10*10-6/℃<
Figure pct00011
<10*10-6/℃를 충족시키고;
고굴절률 필름층의 굴절률n1은 3＜n1을 충족시키고, 고굴절률 필름층의 굴절률 온도 계수는
Figure pct00012
이고, 여기서
Figure pct00013
는 -15*10-6/℃<
Figure pct00014
<15*10-6/℃를 충족시키고;고굴절률 필름층의 선팽창 계수(
Figure pct00015
)는
Figure pct00016
를 충족시키고, 고굴절률 필름층의 푸아송 비(μ1)는
Figure pct00017
를 충족시키고;
제1 저굴절률 필름층의 선팽창 계수(β2)는
Figure pct00018
를 충족시키고, 제1 저굴절률 필름층의 푸아송 비(μ2)는
Figure pct00019
를 충족시키고, 제1 저굴절률 필름층의 굴절률 온도 계수는
Figure pct00020
이고, 여기서
Figure pct00021
는 -5*10-6/℃<
Figure pct00022
<5*10-6/℃를 충족시키고;
이렇게 설정한 후, 메인 필름계(52)의 선팽창 계수(β)는
Figure pct00023
이고, 여기서, 0＜z1＜1, 0＜z2＜1이다. z1는 고굴절률 필름층의 가중 계수이고, z2는 제1 저굴절률 필름층의 가중 계수이다. 예시적으로, z1은 전체 고굴절률 필름층의 두께의 합과 메인 필름계(52)의 두께의 비 값이고,
Figure pct00024
이다.
Δ는 등가 위상이고, 관계식
Figure pct00025
을 충족시키고, μ는 등가 푸아송 비이고 관계식
Figure pct00026
을 충족시킨다.
메인 필름계(52)의 등가 굴절률n은
Figure pct00027
이고, m는 광필터 간섭 차수이고, 0＜m이다. n2＜n1이므로 0＜n＜n1임을 알 수 있다. 구체적으로, 1＜m＜15이다.
메인 필름계(52)의 필름층 밀집밀도(Po)는 0.9＜P0＜1.6을 충족시킨다.
본 출원의 실시예에 의해 제공되는 근적외선 대역 통과 광필터의 통과 대역의 중심 파장(
Figure pct00028
)은 온도(T)의 변화에 따라 변화하고,
Figure pct00029
의 열 드리프트
Figure pct00030
는
Figure pct00031
를 충족시키고,
여기서,
Figure pct00032
이고,
Figure pct00033
이고, nc는 당해 메인 필름계(52)의 초기 온도(T0)에서의 등가 굴절률이고, dc는 당해 메인 필름계(52)의 초기 온도(T0)에서의 물리적 두께이다. nT는 당해 메인 필름계(52)의 측정할 온도(Tt)에서의 등가 굴절률이고, dT는 당해 메인 필름계(52)의 측정할 온도(Tt)에서의 물리적 두께이다.
Figure pct00034
가
Figure pct00035
를 충족시키는 것을 계산으로 얻을 수 있다.
구체적인 실시방식에서 근적외선 대역 통과 광필터(5)를 개시하는바, 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 기저(51)의 재료는 유리이고, 더 구체적으로, 쇼트(shott)의 D263T를 적용할 수 있다, -30 ℃ 내지 70 ℃ 범위 내에서, 기저(51)의 선팽창 계수α는 7.2 x 10-6/℃이고, 푸아송 비
Figure pct00036
는 0.208이다. 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 메인 필름계(52)는 표5에 도시한 바와 같다.
메인 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 SiO2 Si:H SiO2 Si:H SiO2 Si:H
층 1 2 3 4 5 6
두께 191.8 98.13 58.15 133.6 138.21 199.3
층 7 8 9 10 11 12
두께 122.2 136.73 20 112.1 120.76 75.89
층 13 14 15 16 17 18
두께 114 129.46 20 123.4 113.63 76.36
층 19 20 21 22 23 24
두께 121.5 116.03 20 134.3 117.93 83.82
층 25 26 27
두께 78.45 255.61 315.2
당해 메인 필름계(52) 중의 제1 층은 기저(51)에 가장 근접한 필름층이고, 다른 필름층은 적층 방향으로 적층되고; 홀수층은 제1 저굴절률 필름층이고, 그 굴절률은 3보다 작고, 푸아송 비(μ2)는 0.17이고; 홀수층은 고굴절률 필름층이고, 푸아송 비(μ1)는 0.28이다. 당해 메인 필름계(52)의 필름층은 스퍼터링 반응 코팅층이고, 필름층 밀집밀도(P0)는 1.01이고, 선팽창 계수(β)는 3 x 10-6/℃이다.
당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 서브 필름계(53)는 표6에 도시한 바와 같다.
서브 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 SiO2 TiO2 SiO2 TiO2 SiO2 TiO2
층 1 2 3 4 5 6
두께 134.4 72.6 90.3 67.45 120.98 77.1
층 7 8 9 10 11 12
두께 136 83.4 97.5 70.9 270.45 75.64
층 13 14 15 16 17 18
두께 111.7 67.6 101.7 197.77 116.51 74.86
층 19 20 21 22 23 24
두께 118.7 75.8 120.1 76.6 103.28 42.14
층 25 26 27 28 29 30
께 133.6 3.1 131.4 83.54 133.68 85.88
층 31 32 33 34 35 36
두께 133.1 84.1 135.3 84.91 135.75 84.61
층 37 38 39 40 41 42
두께 87.1 75.6 124.5 80.29 129.71 82.58
층 43 44 45 46 47
두께 136.4 87.5 130.1 77.82 103.24
당해 서브 필름계(53)의 필름층은 스퍼터링 반응 필름층이고, 제2 저굴절률 필름층의 재료는 이산화규소이고, 제3 저굴절률 필름층의 재료는 이산화티타늄이다.
당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 투과율 곡선은 도7 및 도8에 도시한 바와 같고, 도7은 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)에 0도 각으로 광선이 입사하는 경우, 통과 대역의 중심 파장이 865 nm이고, 30도 각으로 광선이 입사하는 경우, 통과 대역의 중심 파장이 858 nm인 것을 도시한다. 도8은 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의, 기준온도가 0℃인 경우 복수의 작업 온도에서의 투과율 곡선을 도시하는바, 통과 대역의 변동량은
Figure pct00037
이다.
일 구체적인 실시방식에서 근적외선 대역 통과 광필터(5)를 개시하는바, 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 기저(51)의 재료는 유리이고, 구체적으로, CDGM GLASS CO., LTD의 H-ZPK5를 적용할 수 있고, -30 ℃ 내지 70 ℃ 범위 내에서 기저(51)의 선팽창 계수(α)는 12.4 x 10-6/℃이고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 범위 내에서 기저(51)의 선팽창 계수(α)는 14.5 x 10-6/℃이고, 푸아송 비(
Figure pct00038
)는 0.3이다. 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 메인 필름계(52)는 표7에 도시한 바와 같다.
메인 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 Si:H SiO2 Si3N4 SiO2
층 1 2 3 4
두께 112.02 643.34 35.66 137.48
층 5 6 7 8
두께 378.9 254.07 69.13 117.18
층 9 10 11 12
두께 525.28 111.77 99.29 102.46
층 13 14 15 16
두께 531.19 69.91 100.9 117.21
층 17 18 19 20
두께 535.44 31.18 112.69 48.18
층 21 22 23 24
두께 372.35 140.21 139.71 28
층 25 26
두께 109.1 29.22
당해 메인 필름계(52)의 필름층은 스퍼터링 반응 코팅층이고, 제1 층이 기저(51)에 가장 근접하다. 당해 메인 필름계(52)의 고굴절률 필름층의 재료는 Si:H이고, 푸아송 비(μ1)는 0.28이고; 제1 저굴절률 필름층의 재료는 SiO2이고, 제4 저굴절률 필름층의 재료는 Si3N4이고, 푸아송 비(μ2)는 0.17이고; 당해 메인 필름계(52)의 구조 형식은 H-(L1-L4-L1-H)s-L4이고, 필름층 밀집밀도(P0)는 1.01이고, 선팽창 계수(β)는 3.5 x 10-6/℃이다.
당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 서브 필름계(53)는 표6에 나타낸 사전설정 적층 구조를 적용하고, 당해 서브 필름계(53)의 필름층은 증발 코팅층이다.
고굴절률 필름층의 결정 구조가 비정질인 경우, 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 투과율 곡선은 도9과 도10에 도시한 바와 같다. 도9는 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)에 0도 각으로 광선이 입사하는 경우, 통과 대역의 중심 파장이 950.5 nm이고, 30도 각으로 광선이 입사하는 경우, 통과 대역의 중심 파장이 941.9 nm인 것을 도시한다. 도10은 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의, 기준온도가 0℃인 복수의 작업 온도에서의 투과율 곡선을 도시하고, 통과 대역의 변동량은
Figure pct00039
이다. 통과 대역에서 단파에 근접하는 측(UV측)은 투과율10% 및 90%을 가지고, 급준성(steepness)은 각각 6 nm 및 10 nm이고, 변동은 8 nm이고; 통과 대역에서 장파에 근접하는 측(IR측)은 투과율10% 및 90%을 가지고, 급준성이 7 nm 및 7 nm이고, 변동이 9.5 nm이다.
예시적으로, 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 고굴절률 필름층의 일부분의 결정 구조는 결정질이고, 구체적으로 단결정, 다결정 또는 마이크로결정일 수 있는바, 이 부분의 부피는 당해 고굴절률 필름층의 부피의 15%를 차지한다. 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 투과율 곡선은 도11에 도시한 바와 같다. 도11은 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의, 기준온도가 0 ℃인 경우 복수의 작업 온도에서의 투과율 곡선을 도시하고, 통과 대역의 변동량은
Figure pct00040
(대략 0.025 nm/℃임)이고, 고굴절률 필름층 중의 결정질 구조인 부분의 부피가 차지하는 비율이 15%인 경우, 통과 대역의 변동량이 더 작다는 것을 알 수 있다.
일 구체적인 실시방식에서 근적외선 대역 통과 광필터(5)를 개시하는바, 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 기저(51)의 재료는 유리이다. 구체적으로, CDGM GLASS CO., LTD의 H-ZPK7을 적용할 수 있고, -30 ℃ 내지 70 ℃ 범위 내에서 기저(51)의 선팽창 계수(α)는 13.4 x 10-6/℃이고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 범위 내에서 기저(51)의 선팽창 계수(α)는 15.9 x 10-6/℃이고, 푸아송 비(
Figure pct00041
)는 0.306이다. 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 메인 필름계(52)는 표8에 도시한 바와 같다.
메인 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 SiO2 Ge:H SiO2 Ge:H SiO2 Ge:H
층 1 2 3 4 5 6
두께 204.1 73.1 193 379.6 115 96.3
층 7 8 9 10 11 12
두께 111.7 202.6 86 119 107 64.44
층 13 14 15 16 17 18
두께 112.6 65 107.6 128 64.3 87.5
층 19 20 21 22 23 24
두께 111.4 103 112 152 63.5 278
층 25 26 27 28 29 30
두께 109.9 66.2 106.4 269 140 278.8
층 31 32 33 34 35
두께 110.3 226.9 190.6 105.2 35.38
당해 메인 필름계(52)의 필름층은 스퍼터링 반응 코팅층이고, 제1 층이 기저(51)에 가장 근접하다. 당해 메인 필름계(52)의 고굴절률 필름층의 재료는 Ge:H이고, 푸아송 비(μ1)는 0.22이고; 제2 저굴절률 필름층의 재료는 SiO2이고, 푸아송 비(μ2)는 0.17이고; 당해 메인 필름계(52)의 필름층 밀집밀도(P0)는 1.08이고, 선팽창 계수(β)는 2.7 x 10-6/℃이다.
당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 서브 필름계(53)는 표9에 도시한 바와 같다.
서브 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 SiO2 TiO2 SiO2 TiO2 SiO2 TiO2
층 1 2 3 4 5 6
두께 134.4 72.6 90.3 67.45 120.98 77.91
층 7 8 9 10 11 12
두께 136 83.4 97.5 70.9 270.45 75.64
층 13 14 15 16 17 18
두께 111.7 67.6 101.7 197.77 116.51 74.86
층 19 20 21 22 23 24
두께 118.7 75.8 120.1 76.06 103.28 42.14
층 25 26 27 28 29 30
두께 133.6 83.1 131.4 83.54 133.68 85.88
층 31 32 33 34 35 36
두께 133.1 84.1 135.3 84.91 135.75 84.61
층 37 38 39 40 41 42
두께 87.1 75.6 124.5 80.29 129.71 82.58
층 43 44 45 46 47
두께 136.4 87.5 130.1 77.82 103.24
당해 서브 필름계(53)의 필름층은 증발 코팅층이다.
당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 투과율 곡선은 도12 및 도13에 도시한 바와 같다. 도12는 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)에 0도 각으로 광선이 입사하는 경우, 통과 대역의 중심 파장이 946 nm이고, 30도 각으로 광선이 입사하는 경우, 통과 대역의 중심 파장이 937 nm인 것을 도시한다. 도13은 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의, 기준온도가 0 ℃인 경우 복수의 작업 온도에서의 투과율 곡선을 도시하고, 통과 대역의 변동량은
Figure pct00042
이다.
일 구체적인 실시방식에서 근적외선 대역 통과 광필터(5)를 개시하는바, 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 기저(51)의 재료는 유리이다. 구체적으로, CDGM GLASS CO., LTD의 H-ZPK7을 적용할 수 있고, -30℃ 내지 70℃ 범위 내에서 기저(51)의 선팽창 계수(α)는 13.4 x 10-6/℃이고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 범위 내에서 기저(51)의 선팽창 계수(α)는 15.9 x 10-6/℃이고, 푸아송 비(
Figure pct00043
)는 0.306이다. 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 메인 필름계(52)는 표10에 도시한 바와 같다.
메인 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 SiO2 SixGe1-x SiO2 SixGe1-x SiO2 SixGe1-x
층 1 2 3 4 5 6
두께 230.8 112 101 285.9 2. 05.7 99.5
층 7 8 9 10 11 12
두께 66 236 102.8 100.9 76.7 433.5
층 13 14 15 16 17 18
두께 96.5 99.3 96 434.3 68.9 109.3
층 19 20 21 22 23 24
두께 93.7 244.3 22.8 281.39 98.79 209.72
층 25 26 27 28 29 30
두께 117.2 273.8 75.66 89.02 139.3 128.6
층 31 32 33
두께 218.8 113.7 83.9
당해 메인 필름계(52) 중의 제1 층은 기저(51)에 가장 근접한 필름층이고; 홀수층은 제1 저굴절률 필름층이고, 푸아송 비(μ2)는 0.17이고; 짝수층은 고굴절률 필름층이고, 푸아송 비(μ1)는 0.26이다. 당해 메인 필름계(52)의 필름층은 스퍼터링 반응 코팅층이고, 필름층 밀집밀도(P0)는 1.02이고, 선팽창 계수(β)는 2 x 10-6/℃이다.
당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 서브 필름계(53)는 표11에 도시한 바와 같다.
서브 필름계의 사전설정 적층 구조(두께 단위: nm)
재료 SiO2 SixGe1-x SiO2 SixGe1-x SiO2 SixGe1-x
층 1 2 3 4 5 6
두께 72 134.4 109.2 26 45.1 3. 38.13
층 7 8 9 10 11 12
두께 67 230 92 29 32.9 159
층 13 14 15 16 17 18
두께 112.9 136.65 94.1 219 41 132
층 19 20 21 22 23 24
두께 55.8 54 119 65 64.5 59.3
층 25 26 27 28 29
두께 139.6 44.68 89 137.07 262.25
당해 서브 필름계(53)의 필름층은 스퍼터링 반응 코팅층이고, 홀수층은 제2 저굴절률 필름층이고, 짝수층은 고굴절률 필름층이다.
당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의 투과율 곡선은 도14 및 도15에 도시한 바와 같다. 도14는 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)에 0도 각으로 광선이 입사하는 경우, 통과 대역의 중심 파장이 950 nm이고, 30도 각으로 광선이 입사하는 경우, 통과 대역의 중심 파장이 942 nm인 것을 도시한다. 도15는 당해 근적외선 대역 통과 광필터(5)의, 기준온도가 0℃인 복수의 작업 온도에서의 투과율 곡선을 도시하고, 통과 대역의 변동량은
Figure pct00044
.
도2는 본 출원의 실시예에 따른 광학 센싱 시스템의 사용 상태 개략도를 도시하고; 도1, 도2를 참조하면, 광학 센싱 시스템은 근적외선 대역 통과 광필터(5)와 이미지 센서(6)를 포함한다. 근적외선 협대역 광필터(5)의 물체측에는 또한 제1 렌즈 어셈블리(4)가 설치되고, 측정 목표물(1)에서 방출되거나 또는 반사되는 광은 제1 렌즈 어셈블리(4)를 거친 후 근적외선 대역 통과 광필터(5)에 도달하고, 광선이 근적외선 대역 통과 광필터(5)를 거쳐 형성되는 필터링된 광선은 이미지 센서(6)에 도달하고, 필터링된 광선은 이미지 센서(6)를 트리거링하여 이미지 신호를 형성한다. 본 출원이 개시하는 적외선 대역 통과 광필터(5)가 설치된 광학 센싱 시스템은, 적어도 -150 ℃ 내지 300 ℃에 적용가능하고 형성한 이미지 품질이 안정적이다.
광학 센싱 시스템은 적외선 인식 시스템일 수도 있는바, 적외선 광원(2)(Infrared Radiation, IR 광원), 제2 렌즈 어셈블리(3), 제1 렌즈 어셈블리(4), 근적외선 대역 통과 광필터(5) 및 이미지 센서(6)를 포함하고, 여기서 이미지 센서(6)는 3D센서이다.
상술한 서술은 본 출원의 바람직한 실시방식 및 운용한 기술 원리에 대한 설명일 뿐이다. 당업자라면, 본 출원의 보호 범위는 상술한 기술적 특징의 특정된 조합으로 구성되는 기술방안에 국한되는 것이 아닌바, 이와 동시에, 상기 기술사상을 이탈하지 않으면서 상술한 기술적 특징 또는 그 등가 특징의 임의 조합으로 형성되는 다른 기술방안도 포함하여야 한다는 점을 이해하여야 한다. 예를 들면, 상술한 특징을 본 출원에서 개시한(그러나 이에 한정되지 않음) 유사한 기능을 가지는 기술적 특징으로 치환하여 형성되는 기술 방안이 있다.

Claims (19)

  1. 근적외선 대역 통과 광필터로서,
    기저, 메인 필름계 및 서브 필름계를 포함하고, 상기 메인 필름계는 상기 기저의 제1 측에 위치하고, 상기 서브 필름계는 상기 기저의 제2 측에 위치하고, 상기 제2 측은 상기 제1 측에 마주하고;
    상기 메인 필름계는 제1 사전설정 적층 구조로 설치되는 고굴절률 필름층과 제1 저굴절률 필름층을 포함하고;
    상기 서브 필름계는 제2 사전설정 적층 구조로 설치되는 제2 저굴절률 필름층과 제3 저굴절률 필름층을 포함하고, 상기 제3 저굴절률 필름층의 굴절률이 상기 제2 저굴절률 필름층의 굴절률과 상이하거나, 또는, 상기 서브 필름계는 제2 사전설정 적층 구조로 설치되는 상기 고굴절률 필름층과 상기 제2 저굴절률 필름층을 포함하고;
    780 nm 내지 3000 nm 파장 범위 내에서, 상기 근적외선 대역 통과 광필터는 적어도 하나의 통과 대역을 가지고, 온도가 -150 ℃에서 300 ℃으로 변화하는 경우, 상기 적어도 하나의 통과 대역의 중심 파장의 변동량이 0.15 nm/℃보다 작은,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  2. 제1항에 있어서,
    온도가 -30℃에서 85℃으로 변화하는 경우, 통과 대역 중심 파장의 변동량이 0.09 nm/℃보다 작은,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  3. 제1항에 있어서,
    780 nm 내지 3000 nm 파장 범위 내의 임의 파장에 있어서, 상기 고굴절률 필름층의 굴절률은 모두 3보다 큰,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고굴절률 필름층의 흡광 계수는 0.01보다 작은,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  5. 제4항에 있어서,
    850 nm 파장에 있어서, 상기 고굴절률 필름층의 굴절률은 3.6보다 크고, 흡광 계수는 0.005보다 작은,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인 필름계의 두께 df1는
    Figure pct00045
    를 충족시키고; 상기 서브 필름계의 두께df2는
    Figure pct00046
    를 충족시키는,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절률 필름층의 일부분의 결정 구조는 결정질이고, 다른 일부분의 결정 구조는 비정질이고;
    상기 결정 구조는 결정질 부분의 부피와 상기 고굴절률 필름층의 부피 간의 비율이 10% 내지 20% 이내인,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절률 필름층의 재료는 실리콘 하이드라이드, 게르마늄 하이드라이드, 붕소 도핑 실리콘 하이드라이드, 붕소 도핑 게르마늄 하이드라이드, 질소 도핑 실리콘 하이드라이드, 질소 도핑 게르마늄 하이드라이드, 인 도핑 실리콘 하이드라이드, 인 도핑 게르마늄 하이드라이드 또는 SixGe1-x 중의 하나 또는 복수의 혼합물을 포함하고, 여기서, 0＜x＜1인,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저굴절률 필름층의 재료, 상기 제2 저굴절률 필름층의 재료 및 상기 제3 저굴절률 필름층의 재료는 각각 SiO2, Si3N4, SiOpNq, Ta2O5, Nb2O5, TiO2, Al2O3, SiCN, SiC 중의 하나 또는 복수의 혼합물을 포함하고,
    q=(4-2p)/3이고, 0＜p＜1인,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기저를 등지는 방향을 따라, 상기 제1 사전설정 적층 구조의 형식은 (L1-H)s-L1, 또는, (H-L1)s이고;
    상기 H는 상기 고굴절률 필름층을 나타내고, 상기 L1은 상기 제1 저굴절률 필름층을 나타내고, 상기 s는 괄호 안의 구조 형식이 반복되는 횟수를 나타내고, s는 1보다 크거나 같은 정수인,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 메인 필름계는 제4 저굴절률 필름층을 더 포함하고, 상기 제1 저굴절률 필름층의 굴절률은 상기 제4 저굴절률 필름층의 굴절률과 상이한,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기저를 등지는 방향을 따라, 상기 제1 사전설정 적층 구조의 형식은 (L1-L4-L1-H)s-L1; (L1-L4-L1-H)s-L4; H-(L1-L4-L1-H)s-L1; 또는 H-(L1-L4-L1-H)s-L4이고;
    상기 H는 상기 고굴절률 필름층을 나타내고, 상기 L1은 상기 제1 저굴절률 필름층을 나타내고, 상기 L4는 상기 제4 저굴절률 필름층을 나타내고, 상기 s는 괄호 안의 구조 형식이 반복되는 횟수를 나타내고, s는 1보다 크거나 같은 정수인,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 메인 필름계는 협대역 통과 필름계이고, 상기 서브 필름계는 광대역 통과 필름계 또는 장파장 투과 필름계인,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  14. 제13항에 있어서,
    780 nm 내지 3000 nm 파장 범위에 있어서, 상기 협대역 통과 필름계는 적어도 하나의 통과 대역을 가지는,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 서브 필름계는 장파장 투과 필름계이고;
    350 nm 내지 3000 nm 파장 범위에 있어서, 상기 장파장 투과 필름계는 적어도 하나의 통과 대역과 하나의 저지 대역을 가지고, 상기 장파장 투과 필름계의 통과 대역은 상기 협대역 통과 필름계의 통과 대역을 커버하는,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 서브 필름계는 광대역 통과 필름계이고, 상기 광대역 통과 필름계의 통과 대역은 상기 협대역 통과 필름계의 통과 대역을 커버하고;
    상기 광대역 통과 필름계 통과 대역의 최소 파장보다 작은 파장 영역 내에서, 상기 광대역 통과 필름계의 평균 저지도는 상기 협대역 통과 필름계의 저지도보다 큰,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 기저의 재료의 선팽창 계수는 3 x 10-6/℃ 내지 17 x 10-6/℃ 사이에 있는,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 메인 필름계와 상기 서브 필름계는 스퍼터링 반응 기기 또는 증발 기기에 의해 생성되는,
    근적외선 대역 통과 광필터.
  19. 광학 센싱 시스템에 있어서,
    이미지 센서 및 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 근적외선 대역 통과 광필터를 포함하고, 상기 근적외선 대역 통과 광필터는 상기 이미지 센서의 감광측에 설치되는,
    광학 센싱 시스템.
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