TW202008012A - 多光譜濾波器 - Google Patents
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Abstract
光學濾波器可以包括基板、第一反射鏡和第二反射鏡，第一反射鏡包括一組層中的第一子組層，第二反射鏡包括該一組層中的第二子組層。光學濾波器可以包括間隔件。間隔件可以包括該一組層中的第三子組層。該一組層可以包括與第一折射率相關聯的多個高折射率層和與第二折射率相關聯的多個低折射率層，第二折射率小於第一折射率。光學濾波器可以與從至少大約1200奈米（nm）到大約1900nm的光譜範圍相關聯。
Description
本發明涉及多光譜濾波器。
光學感測器用在各種裝置（如影像感測器、環境光感測器、接近感測器、色調（hue）感測器和紫外光（UV）感測器等）中以將光學信號轉換成電信號，從而允許光學信號的檢測或影像捕獲。多光譜感測器裝置可以被用於捕獲關於多個光波長的信息。例如，多光譜感測器裝置可以捕獲與一組特定的電磁頻率有關的信息。多光譜感測器裝置可以包括捕獲信息的一組感測器元件（例如，光學感測器、光譜感測器和/或影像感測器）。例如，感測器元件的陣列可用於捕獲與多個頻率有關的信息。感測器元件陣列中的特定感測器元件可以與限制針對該特定感測器元件的頻率範圍的濾波器相關聯。這種濾波器可以用於在使用情況需要增大光譜範圍以用於感測時增大光譜範圍。
根據一些可能的實施方式，光學濾波器可以包括基板、第一反射鏡和第二反射鏡，第一反射鏡包括一組層中的第一子組層，第二反射鏡包括該一組層中的第二子組層。光學濾波器可以包括間隔件。間隔件可以包括該一組層中的第三子組層。該一組層可以包括與第一折射率相關聯的多個高折射率層和與第二折射率相關聯的多個低折射率層，第二折射率小於第一折射率。光學濾波器可以與從至少大約1200奈米（nm）到大約1900 nm的光譜範圍相關聯。
根據一些可能的實施方式，二元多光譜濾波器可以包括多個層，其中該多個層包括與第一折射率相關聯的一組高折射率層和與第二折射率相關聯的一組低折射率層，第二折射率小於第一折射率，其中該多個層形成多個通道以引導多個波長的光，並且其中該組高折射率層包括氫化矽層、矽鍺層、鍺層、氫化矽鍺層或氫化鍺層中的至少一個。
根據一些可能的實施方式，系統可以包括被佈置在基板中的一組光學感測器和沉積在基板上的多光譜濾波器。多光譜濾波器可以包括夾有一個或更多個間隔件層的第一組層和第二組層，其中第一組層和第二組層包括交替的高折射率層和低折射率層，高折射率層具有第一折射率，低折射率層具有小於第一折射率的第二折射率，其中高折射率層和低折射率層的材料、厚度和數量被選擇為形成對應於該組光學感測器的一組通道，並產生該組通道的臨界光譜寬度(threshold spectral width)。
本揭示的態樣在以下一個或更多個實施例中實現：
1）一種光學濾波器，包括：
基板；
第一反射鏡，其中所述第一反射鏡包括一組層中的第一子組層；
第二反射鏡，其中所述第二反射鏡包括所述一組層中的第二子組層；以及
間隔件，其中所述間隔件包括所述一組層中的第三子組層，
其中所述一組層包括與第一折射率相關聯的多個高折射率層和與第二折射率相關聯的多個低折射率層，所述第二折射率小於所述第一折射率，
其中所述光學濾波器與從至少大約1200奈米（nm）到大約1900nm的光譜範圍相關聯。
2）根據1）所述的光學濾波器，其中，所述第一子組層和所述第二子組層各自包括所述多個高折射率層中的至少一個和所述多個低折射率層中的至少一個。
3）根據1）所述的光學濾波器，其中，所述光學濾波器形成特定數量的通道，並且
其中所述特定數量的通道大於或等於以下項中的至少一項：
32個通道，
64個通道，或者
128個通道。
4）根據1）所述的光學濾波器，其中，所述多個高折射率層包括以下項中的至少一個：鍺層，矽鍺層，氫化矽層，氫化鍺層，或者氫化矽鍺層。
5）根據1）所述的光學濾波器，其中，所述多個低折射率層包括以下項中的至少一個：矽層，二氧化矽（SiO2
）層，氧化鋁（Al2
O3
）層，二氧化鈦（TiO2
）層，五氧化二鈮（Nb2
O5
）層，五氧化二鉭（Ta2
O5
）層，或者氟化鎂（MgF2
）層。
6）根據1）所述的光學濾波器，其中，所述第一折射率大於3.0。
7）根據1）所述的光學濾波器，其中，所述第二折射率小於2.5。
8）根據1）所述的光學濾波器，其中，所述光譜範圍從至少大約1000nm到大約2000nm。
9）根據1）所述的光學濾波器，其中，所述光譜範圍從至少大約1100nm到大約2000nm。
10）根據1）所述的光學濾波器，其中，所述光學濾波器形成與多個光波長相關聯的多個通道，並且
所述多個通道中的第一通道和所述多個通道中的第二通道與所述多個光波長中的共同光波長相關聯。
11）一種二元多光譜濾波器，包括：
多個層，
其中，所述多個層包括與第一折射率相關聯的一組高折射率層和與第二折射率相關聯的一組低折射率層，所述第二折射率小於所述第一折射率，
其中，所述多個層形成多個通道以引導多個波長的光，
其中所述一組高折射率層包括氫化矽層、矽鍺層、鍺層、氫化矽鍺層或氫化鍺層中的至少一個。
12）根據11）所述的二元多光譜濾波器，其中，所述二元多光譜濾波器與從大約1100奈米（nm）到大約2000nm的光譜範圍相關聯。
13）根據11）所述的二元多光譜濾波器，其中，所述二元多光譜濾波器與包括近紅外光譜範圍和短波紅外光譜範圍的光譜範圍相關聯。
14）根據11）所述的二元多光譜濾波器，其中，所述多個層夾有間隔件層，並且
其中所述間隔件層與所述第一折射率相關聯。
15）根據11）所述的二元多光譜濾波器，其中，所述多個層設置到玻璃基板或矽基板上。
16）根據11）所述的二元多光譜濾波器，其中，對於所述多個通道中的每一個通道，在臨界入射角處(threshold angle of incidence)的第一透射率是在0度入射角處的第二透射率的臨界百分比內。
17）根據11）所述的二元多光譜濾波器，其中，對於所述多個通道中的每一個通道，臨界入射角處的中心波長是在0度入射角處的第二中心波長的臨界百分比內。
18）一種系統，包括：
一組光學感測器，其佈置在基板中；以及
多光譜濾波器，其沉積在所述基板上，
所述多光譜濾波器包括：
夾有一個或更多個間隔件層的第一組層和第二組層，
其中，所述第一組層和所述第二組層包括交替的高折射率層和低折射率層，所述高折射率層具有第一折射率，所述低折射率層具有小於所述第一折射率的第二折射率，
其中選擇所述高折射率層和所述低折射率層的材料、厚度和數量，以形成對應於所述一組光學感測器的一組通道，並產生所述一組通道的臨界光譜寬度。
19）根據18）所述的系統，其中，所述高折射率層和所述低折射率層的材料包括以下項中的至少兩種：氫化鍺層，氫化矽鍺層，矽鍺層，鍺層，氫化矽層，矽層，二氧化矽（SiO2
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O5
）層，五氧化二鉭（Ta2
O5
）層，或者氟化鎂（MgF2
）層，
使得所述第一折射率與所述第二折射率相差一臨界量。
20）根據18）所述的系統，其中，所述系統是生物測定系統、安全系統、健康監測系統、目標識別系統或光譜識別系統中的至少一個。
以下示例實施方式的詳細描述參考了附圖。不同圖中的相同參考數字會標識相同或相似的元件。
感測器元件（例如，光學感測器）可以被併入到光學感測器裝置內以獲得關於一組電磁頻率的信息（例如，光譜數據）。例如，光學感測器裝置可以包括影像感測器、多光譜感測器和/或可以對導向光學感測器裝置的光執行感測器測量的類似感測器。光學感測器裝置可利用一種或更多種感測器技術，諸如互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術、電荷耦合器件（CCD）技術等。光學感測器裝置可以包括多個感測器元件（例如，感測器元件的陣列——被稱為感測器元件陣列），每個感測器元件被配置成獲得信息。例如，感測器元件陣列可以包括被配置成獲得關於多個相應頻率的信息的多個感測器元件。另外或可替代地，感測器元件陣列可以包括被配置成獲得與單個頻率相關聯的信息的多個感測器元件。
感測器元件可以與對到感測器元件的光進行過濾的濾波器相關聯。例如，感測器元件可以與線性可變濾波器（LVF）、圓形可變濾波器（CVF）、法布裡-珀羅（Fabry-Perot）濾波器、二元多光譜濾波器等對準，以使被導向感測器元件的光的一部分被過濾。對於二元濾波器結構，如法布裡-珀羅濾波器、二元多光譜濾波器等，可以為位於二元濾波器結構的反射鏡之間的間隔件的層選擇矽。矽（Si）與近紅外（NIR）光譜範圍內的相對高的折射率相關聯。二元濾波器結構的反射鏡可以各自包括高折射率（例如，大於臨界折射率(threshold refractive index)）材料和低折射率（例如，小於或等於臨界折射率）材料的一組交替層。例如，對於高折射率材料可以選擇矽，以及對於低折射率材料可以選擇另一種材料，例如二氧化矽（SiO2
）。
然而，矽可與有限的光譜範圍相關聯。例如，對於64通道感測器元件陣列，使用基於矽的多光譜濾波器可以僅覆蓋1100奈米（nm）至1900nm的光譜範圍。這可導致有限的光譜範圍，感測器元件陣列可以獲得關於該有限的光譜範圍的信息，從而阻止感測器元件陣列為使用與另一光譜範圍相關聯的光譜信息的特定功能（諸如手勢識別、目標識別、光譜測量等）提供信息。
本文描述的一些實施方式提供了一種二元多光譜濾波器，相對於使用矽作為高折射率材料的光學濾波器，該二元多光譜濾光器具有改進的光譜範圍。例如，對於高折射率材料，二元多光譜濾波器可以使用氫化矽（Si:H）、矽鍺（SiGe）、鍺（Ge）、氫化鍺（Ge:H）、氫化矽鍺（SiGe:H）、它們的組合等。以這種方式，二元多光譜濾波器可以相對於其他濾波器實現增大的光譜範圍。例如，二元多光譜濾波器可以實現從大約1200nm到大約1800nm、從大約700nm到大約1100nm、從大約1100nm到大約2000nm、從大約1000nm到大約2200nm、這些範圍的組合等的光譜範圍。以這種方式，二元多光譜濾波器可以使系統能夠針對近紅外（NIR）光譜範圍、短波紅外（SWIR）光譜範圍等進行感測。
此外，基於使用相對於矽而具有增大的折射率的材料作為高折射率材料，本文所述的一些實施方式可以提供隨著入射角的增大而光譜偏移減小的多光譜濾波器。此外，基於實現針對NIR光譜範圍和/或SWIR光譜範圍的多光譜濾波器，本文描述的一些實施方式可以實現生物測定系統或安全系統（例如，指紋檢測、視網膜掃描、面部識別等）、健康監測系統（例如，脈搏檢測、血氧檢測）、目標識別系統、姿勢識別系統、光譜識別系統等。
圖1是本文描述的示例實施方式100的圖。如圖1所示，多光譜濾波器105（例如，二元結構光學濾波器陣列）可以包括第一反射鏡110-1、第二反射鏡110-2和間隔件120。
如在圖1中進一步所示的，第一反射鏡110-1和第二反射鏡110-2可以將間隔件120夾在中間。換句話說，間隔件120可以將第一反射鏡110-1和第二反射鏡110-2間隔開一臨界距離，和/或間隔件120的端面可以被第一反射鏡110-1和第二反射鏡110-2包圍。在一些實施方式中，反射鏡110可以與特定材料相關聯。例如，反射鏡110可以包括一組氫化矽層、氫化鍺層、矽鍺層、氫化矽鍺層、和/或類似材料，以反射從光源導向與多光譜濾波器105相關聯的感測器元件的光的一部分。反射鏡110可以與和多光譜濾波器105的每個通道相關聯的感測器元件陣列中的每個感測器元件對準。
在一些實施方式中，間隔件120可以包括一個或更多個間隔件層130。例如，間隔件120可以包括一組間隔件層130-1至130-5（例如，介電層，如氫化矽層、氫化鍺層、矽鍺層、氫化矽鍺層等）。在一些實施方式中，間隔件120可以與單腔構造相關聯。在一些實施方式中，間隔件120可以與多腔構造相關聯。
在一些實施方式中，一個或更多個間隔件層130的厚度可以基於二元級數（binary progression）而相關聯。例如，間隔件層130-3可以與間隔件層130-2的大約一半厚度的厚度相關聯，間隔件層130-4可以與間隔件層130-3的大約一半厚度的厚度相關聯，並且間隔件層130-5可以與間隔件層130-4的大約一半厚度的厚度相關聯。
在一些實施方式中，多光譜濾波器105可以被沉積到與光學感測器裝置相關聯的基板上。例如，反射鏡110-1可以（例如，通過沉積製程和/或光刻剝離製程）被沉積到包括用於捕獲信息（例如光譜數據）的感測器元件的陣列的基板上。在一些實施方式中，間隔件120可以允許捕獲與多個波長相關的信息。例如，間隔件120的與第一感測器元件（例如，感測器元件陣列的背照式光學感測器或前照式光學感測器）對準的第一部分可以與第一厚度相關聯，並且間隔件120的與第二感測器元件對準的第二部分可以與第二厚度相關聯。在這種情況下，被導向第一感測器元件和第二感測器元件的光可以基於第一厚度而對應於在第一感測器元件處的第一波長以及基於第二厚度而對應於在第二感測器元件處的第二波長。
如上所指示，圖1僅作為示例被提供。其它示例是可能的，並且可以不同於關於圖1描述的示例。
圖2是二元多光譜（法布裡-珀羅）濾波器的示例的圖，該濾波器使用高折射率/低折射率（HL）對的兩個四分之一波長疊層（quarterwave stack）。
如在圖2中由圖表200所顯示的，濾波器210可以包括基板、包括交替的高折射率（H
）層和低折射率（L
）層的第一四分之一波長疊層、高折射率間隔件以及包括交替的高折射率層和低折射率層的第二四分之一波長疊層。在一些實施方式中，第一四分之一波長疊層和第二四分之一波長疊層形成第一反射鏡和第二反射鏡，以將高折射率間隔件夾在中間。例如，第一四分之一波長疊層和第二四分之一波長疊層可以完全覆蓋高折射率間隔件。可替代地，第一四分之一波長疊層和第二四分之一波長疊層可以部分覆蓋高折射率間隔件。在一些實施方式中，濾波器210可以包括一個或更多個其他層，以提供一種或更多種其他功能。例如，濾波器210可以包括：用來阻擋特定波長的光的一個或更多個阻擋物層；一個或更多個抗反射層；用來減少四分之一波長疊層的環境退化的一個或更多個保護層等。
在一些實施方式中，濾波器210可以包括兩個以上的四分之一波長疊層。例如，濾波器210可以包括形成第一反射鏡的第一四分之一波長疊層和第二四分之一波長疊層、以及形成第二反射鏡的第三四分之一波長疊層和第四四分之一波長疊層。類似地，濾波器210可以包括由三個四分之一波長疊層、四個四分之一波長疊層等形成的反射鏡。在一些實施方式中，每個四分之一波長疊層可以是相同的一組材料。例如，每個四分之一波長疊層可以包括特定的高折射率材料和特定的低折射率材料。可替代地，第一四分之一波長疊層可以包括第一高折射率材料和第一低折射率材料，以及第二四分之一波長疊層可以包括第二高折射率材料和第二低折射率材料。在一些實施方式中，每個反射鏡可以包括相同數量的四分之一波長疊層。例如，第一反射鏡可以包括第一四分之一波長疊層，第二反射鏡可以包括第二四分之一波長疊層。可替代地，第一反射鏡可以包括一組兩個四分之一波長疊層，第二反射鏡可以包括一組三個四分之一波長疊層。在一些實施方式中，可以選擇濾波器210中的層和/或四分之一波長疊層的數量、組成、排列等，以配置濾波器210的特定帶寬、角度偏移、透射率、光譜範圍等。
在一些實施方式中，第一四分之一波長疊層和/或第二四分之一波長疊層的高折射率層可以各自與大於大約3.0、大於大約3.5、大於大約3.6、大於大約3.7、大於大約3.8、大於大約3.9、大於大約4.0等的折射率相關聯。在一些實施方式中，高折射率層可以是單一材料，如矽、矽鍺、鍺、氫化矽、氫化矽鍺、氫化鍺等。在一些實施方式中，高折射率層可以包括多種材料，如氫化矽層和氫化矽鍺層的組合。
在一些實施方式中，第一四分之一波長疊層和/或第二四分之一波長疊層的高折射率層可以各自與大約40nm和大約300nm之間、大約60nm和大約180nm之間、大約70nm和大約90nm之間、大約78nm等的物理厚度相關聯。在一些實施方式中，第一四分之一波長疊層和第二四分之一波長疊層的高折射率層可以各自與大約75nm和大約500nm之間、大約120nm和大約300nm之間、大約180nm和大約250nm之間、大約230nm等的四分之一波長光學厚度相關聯。如本文所述，一層的四分之一波長光學厚度對應於該層的物理厚度和折射率。
第一四分之一波長疊層和第二四分之一波長疊層的低折射率層可以各自與小於大約2.5、小於大約2.0、小於大約1.5等的折射率相關聯。在一些實施方式中，高折射率層的第一折射率和低折射率層的第二折射率之間的差可以大於大約1.5、大於大約2.0、大於大約2.5等。例如，低折射率層可以包括一組二氧化矽（SiO2
）層、一組氧化鋁（Al2
O3
）層、一組二氧化鈦（TiO2
）層、一組五氧化二鈮（Nb2
O5
）層、一組五氧化二鉭（Ta2
O5
）層、一組氟化鎂（MgF2
）層、一組氮化矽（Si3
N4
）層、氧化鋯（ZrO2
）、氧化釔（Y2
O3
）等。
在一些實施方式中，第一四分之一波長疊層和第二四分之一波長疊層的低折射率層可以各自基於要覆蓋的波長範圍和所用材料的折射率而與物理厚度範圍相關聯。例如，大約231nm等的厚度可以用於低折射率層和/或由其形成的四分之一波長疊層。在一些實施方式中，第一四分之一波長疊層和第二四分之一波長疊層的低折射率層可以各自與大約1100至大約2000nm、大約1200至大約1600nm、大約1350nm等的四分之一波長光學厚度相關聯。
高折射率間隔件層與大約78nm的物理厚度和大約1350nm的四分之一波長光學厚度相關聯。在一些實施方式中，高折射率間隔件層可以是與高折射率層相同的材料、是與高折射率層不同的材料、是相同和不同材料的組合等。在一些實施方式中，可以選擇濾波器210的各層的折射率、厚度、數量等，以使得濾波器210提供臨界數量的通道（例如，至少32個通道、至少64個通道、至少128個通道等）、如本文描述的臨界光譜寬度、如本文描述的臨界通道寬度、臨界透射率等。
在一些實施方式中，濾波器210可以使用濺鍍過程來製造。例如，濾波器210可以使用基於脈衝磁控管的濺鍍過程來製造，以在玻璃基板、矽基板或另一類型的基板上濺鍍交替的層。在一些實施方式中，多個陰極可以被用於濺鍍過程，如第一陰極用於濺鍍矽並且第二陰極用於濺鍍鍺。
在一些實施方式中，濾波器210可以使用一個或更多個退火過程來退火，如在大約攝氏280度的溫度或者在大約攝氏200度與大約攝氏400度之間的溫度下的第一退火過程、在大約攝氏320度的溫度或在大約攝氏250度與大約攝氏350度之間的溫度下的第二退火過程等。
儘管在本文中被描述為高折射率間隔件層，但是高折射率間隔件層可以包括具有特定材料且多個厚度的多個間隔件層，其被選擇來形成多個通道。例如，在第一種情況下，可以使用多個層來形成高折射率間隔件層，以形成64個通道。類似地，在第二種情況下，可以使用多個層來形成高折射率間隔件層，以形成128個通道。
如上所指示，圖2僅作為示例被提供。其它示例是可能的，並且可以不同於關於圖2描述的示例。
圖3A-圖3D是關於圖2描述的二元多光譜（例如法布裡-珀羅）濾波器（諸如濾波器210）的示例光學特性的圖，該濾波器針對高折射率層使用一種或更多種選定材料。
如在圖3A中由圖表300所顯示的，使用關於本文所描述的二元多光譜濾波器的高折射率層的特定材料來確定通道的光譜帶寬。例如，對於以大約1350nm為中心的通道，矽的使用導致在50%的透射率下具有從大約980nm到大約2180nm的光譜寬度和在大約95%的峰值透射率下具有從大約960nm到大約2250nm的光譜寬度。相比之下，矽鍺的使用導致在50%透射率下具有從大約975nm到大約2250nm的光譜寬度以及在大約95%峰值透射率下具有從大約955nm到大約2275nm的光譜寬度。以這種方式，對於高折射率層，矽鍺的使用導致光譜寬度的增加，從而改善二元多光譜濾波器的性能。
此外，鍺的使用導致在大約980nm處的透射率降低到小於大約25%，在2275nm處出現50%的透射率，並且在2300nm處出現峰值透射率。以這種方式，對於高折射率層，鍺的使用導致光譜寬度的增加和/或消除了對用於阻擋在小於1000nm處的透射率的阻擋物的需要，從而改善了二元多光譜濾波器的性能，相對於使用其它濾波器材料降低了製造複雜性，降低了成本，和/或減小了尺寸。基於改善多光譜濾波器的光譜寬度，多光譜濾波器可以被配置用於更多數量的通道、更大範圍的帶寬等，這可以改進如針對目標感測、目標識別、醫療裝置感測、生物測定感測等的感測。
如在圖3B中由圖表310所顯示的，使用本文所描述的二元多光譜濾波器的高折射率層的特定材料，在1800nm和0度入射角下確定關於通道的光譜帶寬。例如，對於基於氫化矽的高折射率層，可以達到大約95%透射率的峰值，以及50%透射率的光譜寬度可以從1795nm延伸到1835nm。
相比之下，對於基於氫化矽鍺的高折射率層，可以達到大約95%透射率的峰值，以及50%透射率的光譜寬度可以從1805nm延伸到1830nm。相比之下，對於基於氫化鍺的高折射率層，可以達到大約95%透射率的峰值，以及50%透射率的光譜寬度可以從1810nm延伸到1825nm。以這種方式，氫化鍺的使用可以導致通道的更窄的光譜寬度，從而相對於另一種材料選擇改善濾波器性能。例如，當感測通道的特定帶寬時，減小單個通道的光譜寬度可引起來自其他帶寬的干擾減小。此外，減小單個通道的光譜寬度可以使得多光譜濾波器的通道密度更大，從而能夠改善包括多光譜濾波器的特定裝置的感測。
如在圖3C中由圖表320所顯示的，使用本文描述的二元多光譜濾波器的高折射率層的特定材料，在1800nm和20度的入射角下確定關於通道的光譜帶寬。例如，對於基於氫化矽的高折射率層，可以達到大約82%透射率的峰值，以及50%透射率的光譜寬度可以從1775nm延伸到1815nm。相比之下，對於基於氫化矽鍺的高折射率層，可以達到大約78%透射率的峰值，並且50%透射率的光譜寬度可以從1780nm延伸到1815nm。相比之下，對於基於氫化鍺的高折射率層，可以達到大約68%透射率的峰值，並且50%透射率的光譜寬度可以從1785nm延伸到1810nm。
以這種方式，氫化鍺的使用可以導致通道的更窄的光譜寬度，從而相對於另一種材料選擇改善濾波器性能。此外，氫化矽的使用可以在大於臨界值的入射角處產生改善的峰值透射率，這可以改善二元多光譜濾波器的性能。
此外，如圖3B和圖3C所顯示的，由於入射角的增大，氫化鍺的使用可導致角度偏移減小，從而改善濾波器性能。例如，如表1所示： 
表1
對於用於多光譜濾波器的基於鍺（Ge）的設計（相對於基於矽（Si）的設計），可以在入射角（AOI）處減小中心波長（CWL）偏移值。例如，在20度的入射角處，相對於基於矽的設計，針對基於鍺的設計的中心波長偏移值可以從20.0nm減小到16.6nm，而在30度的入射角處，中心波長偏移值可以從44.4nm減小到37.6nm。
以這種方式，通過減小多光譜濾波器的角度偏移，本文所述的一些實施方式可以減少來自以臨界入射角(threshold angle of incidence)接收的光的干擾，改善對特定波長的光的感測，並且可以消除對用來控制入射角的孔徑的需要，從而降低包括多光譜濾波器的裝置的成本、尺寸等。
如在圖3D中由圖表330所顯示的，在不考慮檢測器的量子效率的情況下，為本文描述的64通道二元多光譜濾波器確定光譜帶寬。例如，二元多光譜濾波器可以使用氫化鍺作為高折射率層，並且可以與從1100nm到2000nm的一組64個通道相關聯。在這種情況下，對於1650nm和更高的通道，實現了大於95%的透射率，對於1400nm和更高的通道，實現了80%的透射率，對於1300nm和更高的通道，實現了50%的透射率，等等。
如圖所示，對於小於臨界波長的通道，如小於1300nm、小於1200nm等的通道，使用氫化鍺作為高折射率層可以實現小於臨界值的透射率（例如，小於大約70%、小於大約50%、小於大約30%、小於大約20%等）。因此，多個像素（例如，感測器元件陣列的多個感測器元件）可以光學耦合到與小於臨界波長和小於臨界透射率相關聯的通道，以使二元多光譜濾波器的響應平坦化。例如，相對於1個像素（例如，1個感測器元件）對準的1700nm的通道，二元多光譜濾波器可以與1100nm通道的5個對準像素（例如，5個感測器元件）相關聯，以確保平坦的響應。以這種方式，與每個通道對準的像素（例如，感測器元件）的數量差異可以確保平坦的響應，從而改善包括二元多光譜濾波器的光學裝置的光學性能。
如上所述，圖3A-圖3D僅作為示例提供。其它示例是可能的，並且可以不同於關於圖3A-圖3D描述的示例。
以這種方式，二元多光譜濾波器可以使用一組特定材料（例如，矽鍺、鍺、氫化矽鍺、氫化鍺等）用於高折射率層來進行製造。相對於其他材料，基於使用該組特定材料，二元多光譜濾波器可以與改善的光譜寬度、減小的角度偏移、減小的通道寬度等相關聯，從而改善包括二元多光譜濾波器的光學系統的感測。
前述公開提供了說明和描述，但並不旨在窮舉或將實施方式限制到所公開的精確形式。根據以上公開，修改和變型是可能的，或者可以從實施方式的實踐中獲得。
本文結合臨界值描述了一些實施方式。如本文中所使用的，滿足臨界值可以指值大於臨界值、多於臨界值、高於臨界值、大於或等於臨界值、小於臨界值、少於臨界值、低於臨界值、小於或等於臨界值、等於臨界值等。
儘管在請求項中陳述和/或在說明書中公開了特徵的特定組合，但是這些組合並不旨在限制可能的實施方式的公開。事實上，這些特徵中的許多可以以請求項中未具體陳述和/或說明書中未公開的方式組合。儘管列出的每個從屬請求項可以直接從屬僅僅一個請求項，但是可能的實施方式的公開內容包括與請求項組中的每個其他請求項相結合的每個從屬請求項。
本文使用的任何元素、動作或指令都不應被解釋為關鍵或必要的，除非這樣明確描述。此外，如本文所用的，冠詞“一（a）”和“一（an）”旨在包括一個或更多個項目，並且可以與“一個或更多個”互換使用。此外，如本文所使用的，術語“組”旨在包括一個或更多個項目（例如，相關項目、不相關項目、相關項目和不相關項目的組合等），並且可以與“一個或更多個”互換使用。在僅旨在說明一個項目的情況下，使用術語“一個（one）”或類似的語言。另外，如本文中所使用的，術語“具有（has）”、“具有（have）”、“具有（having）”、和/或類似詞語旨在是開放式的術語。此外，除非另有明確說明，否則短語“基於”旨在表示“至少部分基於”。
100‧‧‧示例實施方式
105‧‧‧多光譜濾波器
110-1‧‧‧反射鏡
110-2‧‧‧反射鏡
120‧‧‧間隔件
130-1‧‧‧間隔件層
130-2‧‧‧間隔件層
130-3‧‧‧間隔件層
130-4‧‧‧間隔件層
130-5‧‧‧間隔件層
200‧‧‧圖表
210‧‧‧濾波器
300‧‧‧圖表
310‧‧‧圖表
320‧‧‧圖表
330‧‧‧圖表
圖1是本文描述的示例實施方式的圖。
圖2是本文描述的二元多光譜濾波器的示例的圖。
圖3A-圖3D是與本文描述的二元多光譜濾波器相關的示例特性的圖。
200‧‧‧圖表
210‧‧‧濾波器
Claims (20)
- 一種光學濾波器，包括： 基板； 第一反射鏡，其中所述第一反射鏡包括一組層中的第一子組層； 第二反射鏡，其中所述第二反射鏡包括所述一組層中的第二子組層；以及 間隔件，其中所述間隔件包括所述一組層中的第三子組層， 其中所述一組層包括與第一折射率相關聯的多個高折射率層和與第二折射率相關聯的多個低折射率層，所述第二折射率小於所述第一折射率， 其中所述光學濾波器與從至少大約1200奈米（nm）到大約1900nm的光譜範圍相關聯。
- 根據請求項1所述的光學濾波器，其中，所述第一子組層和所述第二子組層各自包括所述多個高折射率層中的至少一個和所述多個低折射率層中的至少一個。
- 根據請求項1所述的光學濾波器，其中，所述光學濾波器形成特定數量的通道，並且 其中所述特定數量的通道大於或等於以下項中的至少一項： 32個通道， 64個通道，或者 128個通道。
- 根據請求項1所述的光學濾波器，其中，所述多個高折射率層包括以下項中的至少一個： 鍺層， 矽鍺層， 氫化矽層， 氫化鍺層，或者 氫化矽鍺層。
- 根據請求項1所述的光學濾波器，其中，所述多個低折射率層包括以下項中的至少一個： 矽層， 二氧化矽（SiO2 ）層， 氧化鋁（Al2 O3 ）層， 二氧化鈦（TiO2 ）層， 五氧化二鈮（Nb2 O5 ）層， 五氧化二鉭（Ta2 O5 ）層，或者 氟化鎂（MgF2 ）層。
- 根據請求項1所述的光學濾波器，其中，所述第一折射率大於3.0。
- 根據請求項1所述的光學濾波器，其中，所述第二折射率小於2.5。
- 根據請求項1所述的光學濾波器，其中，所述光譜範圍從至少大約1000nm到大約2000nm。
- 根據請求項1所述的光學濾波器，其中，所述光譜範圍從至少大約1100nm到大約2000nm。
- 根據請求項1所述的光學濾波器，其中，所述光學濾波器形成與多個光波長相關聯的多個通道，並且 所述多個通道中的第一通道和所述多個通道中的第二通道與所述多個光波長中的共同光波長相關聯。
- 一種二元多光譜濾波器，包括： 多個層， 其中，所述多個層包括與第一折射率相關聯的一組高折射率層和與第二折射率相關聯的一組低折射率層，所述第二折射率小於所述第一折射率， 其中，所述多個層形成多個通道以引導多個波長的光， 其中所述一組高折射率層包括氫化矽層、矽鍺層、鍺層、氫化矽鍺層或氫化鍺層中的至少一個。
- 根據請求項11所述的二元多光譜濾波器，其中，所述二元多光譜濾波器與從大約1100奈米（nm）到大約2000nm的光譜範圍相關聯。
- 根據請求項11所述的二元多光譜濾波器，其中，所述二元多光譜濾波器與包括近紅外光譜範圍和短波紅外光譜範圍的光譜範圍相關聯。
- 根據請求項11所述的二元多光譜濾波器，其中，所述多個層夾有間隔件層，並且 其中所述間隔件層與所述第一折射率相關聯。
- 根據請求項11所述的二元多光譜濾波器，其中，所述多個層設置到玻璃基板或矽基板上。
- 根據請求項11所述的二元多光譜濾波器，其中，對於所述多個通道中的每一個通道，在臨界入射角處的第一透射率是在0度入射角處的第二透射率的臨界百分比內。
- 根據請求項11所述的二元多光譜濾波器，其中，對於所述多個通道中的每一個通道，臨界入射角處的中心波長是在0度入射角處的第二中心波長的臨界百分比內。
- 一種系統，包括： 一組光學感測器，其佈置在基板中；以及 多光譜濾波器，其沉積在所述基板上， 所述多光譜濾波器包括： 夾有一個或更多個間隔件層的第一組層和第二組層， 其中，所述第一組層和所述第二組層包括交替的高折射率層和低折射率層，所述高折射率層具有第一折射率，所述低折射率層具有小於所述第一折射率的第二折射率， 其中選擇所述高折射率層和所述低折射率層的材料、厚度和數量，以形成對應於所述一組光學感測器的一組通道，並產生所述一組通道的臨界光譜寬度。
- 根據請求項18所述的系統，其中，所述高折射率層和所述低折射率層的材料包括以下項中的至少兩種： 氫化鍺層， 氫化矽鍺層， 矽鍺層， 鍺層， 氫化矽層， 矽層， 二氧化矽（SiO2 ）層， 氧化鋁（Al2O3 ）層， 二氧化鈦（TiO2 ）層， 五氧化二鈮（Nb2 O5 ）層， 五氧化二鉭（Ta2 O5 ）層，或者 氟化鎂（MgF2 ）層， 使得所述第一折射率與所述第二折射率相差一臨界量。
- 根據請求項18所述的系統，其中，所述系統是生物測定系統、安全系統、健康監測系統、目標識別系統或光譜識別系統中的至少一個。
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