TW202109075A - 光學干涉濾光器 - Google Patents

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格哈德 艾爾姆施泰納
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Abstract

一種光學裝置包含一發射器，其可操作以發射一第一光波。該光學裝置亦包含一偵測器，其可操作以偵測基於該第一光波之一第二光波。該第二光波易於與基於該第一光波之一不期望光波耦合。該光學裝置進一步包含一干涉濾光器，其安置在該偵測器上。該干涉濾光器包含一第一濾光器部分及一第二濾光器部分，該第二濾光器部分具有由一第一材料形成之一第一組層及由一第二不同材料形成之一第二組層。該干涉濾光器可操作以基於該第二濾光器部分中之該等第一及第二組層而使多個不同環境中之不期望光波衰減。

Description

光學干涉濾光器
本說明書係關於用於光學感測裝置之濾光器。
積體電路(IC)可包含用於在諸如光學感測裝置之感測設備中使用的各種組件。此一IC之一項實例使用具有一光發射器及一光電偵測器之一封裝以便產生並偵測光。更具體而言，在某些情形中，光可由發射器產生且自一物件反射回至光電偵測器。光電偵測器產生所偵測光之一表示(例如，一電信號)。可視需要處理及使用該電信號或表示以獲得關於物件之資訊。感測設備(諸如用於近接感測、存在偵測、運動偵測及顏色偵測之裝置)頻繁使用此等光學感測方法來獲得關於一物件之資訊。
所獲得之資訊可包含物件之一顏色、物件之相對運動或物件相對於感測設備之大約距離。攜載關於物件之資訊之經反射光易於受到不期望光波干涉。光學干涉濾光器利用濾光器透射技術來使不期望光波衰減或阻止不期望光波到達光電偵測器，同時准許經反射光由光電偵測器偵測。可按照各種應用特定需要而裁適干涉濾光器之透射特性。某些干涉濾光器係由致使濾光器展現損害濾光器之可靠性及穩健性之某些結構缺陷的某些層材料構成。
本文件闡述一種光學感測裝置，其包含一內部腔及安置在該內部腔中之一發射器。該發射器可操作以發射一第一光波。該光學裝置亦包含安置在該內部腔中之一偵測器。該偵測器可操作以偵測基於由該發射器發射之該第一光波之一第二光波。該第二光波易於與亦基於由該發射器發射之該第一光波之一不期望光波耦合。
該光學裝置進一步包含定位或安置在該偵測器上之一干涉濾光器。該干涉濾光器具有一多層組態，該多層組態可操作以使該不期望光波衰減，同時亦抵抗當該干涉濾光器曝露於某些環境條件時可發生之脫層或其他結構損壞。該多層組態係由環境穩健之材料構成。該所闡述干涉濾光器可操作以對光之特定入射角具有敏感度。
在某些實例中，該干涉濾光器經設計以包含具有一高折射率之層材料，諸如非晶矽或氫化非晶矽。此等材料可提供在近紅外光(NIR)光譜中操作之一低角度移位(LAS)濾光器。該等所闡述方法包含使用高及低折射材料之一交替堆疊來改良由氫化非晶矽(a-Si:H)構成之光學干涉濾光器之實體穩定性及可靠性。
本說明書中所闡述之標的物之一項態樣可體現在一種光學裝置中。該光學裝置包含：一發射器，其可操作以發射一第一光波；一偵測器，其可操作以偵測基於該第一光波之一第二光波，其中該第二光波易於與基於該第一光波之一不期望光波耦合；及一干涉濾光器，其安置在該偵測器上。該干涉濾光器包含：第一複數個交替層，其使用一第一組材料形成；及第二複數個交替層，其使用一第二組材料形成，其中該第二複數個交替層對應於該干涉濾光器之至少一個濾光器性質，且該至少一個濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器使該不期望光波衰減，同時抵抗原本將造成該干涉濾光器之實體變形之一環境條件。
此等及其他實施方案可各自視情況包含以下特徵中之一或多者。舉例而言，在某些實施方案中，該第二複數個交替層表示該干涉濾光器之一額外層堆疊，該額外層堆疊係由配置在一堆疊組態中之複數個介電層構成。
在某些實施方案中，該額外層堆疊對應於該濾光器性質，該濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器對原本將造成包含於該第一複數個交替層中之一或多個層之實體變形之一或多個環境條件具有抗擾性。
在某些實施方案中，該第二複數個交替層包含複數個緻密介電層，該複數個緻密介電層配置在一堆疊組態中；且該複數個緻密介電層中之每一緻密介電層安置在該偵測器之一表面上。在某些實施方案中，安置在該偵測器之該表面上之該等緻密介電層可操作以減少潛在路徑之一數目，水或水蒸汽經由該等潛在路徑行進至該干涉濾光器之一或多個部分。
在某些實施方案中，該濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器基於該不期望光波之一反射角而使該不期望光波衰減，該不期望光波之該反射角係相對於該偵測器之一表面。在某些實施方案中，該濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器：使該不期望光波衰減；抵抗原本將造成該第一複數個交替層之實體變形之一第一環境條件；及抵抗原本將造成該第一複數個交替層之實體變形之一第二不同環境條件。
在某些實施方案中，該第一環境條件係基於水或水蒸汽；且該第二不同環境條件係基於一特定類型之流體或氣體。在某些實施方案中，該第一環境條件係基於超出一臨限溫度之該環境之一溫度；且該第二不同環境條件係基於將該偵測器圍封在一裝置封裝中之一程序。在某些實施方案中，其中該干涉濾光器之該濾光器性質係基於使用該第二複數個交替層形成一保護層堆疊之層之一組合物。在某些實施方案中，該干涉濾光器包含使用該第二複數個交替層形成之一保護層堆疊；且該光學裝置係一近接感測器，其可操作以偵測一目標物件相對於該光學裝置之一接近度。
本說明書中所闡述之標的物之另一態樣可體現在一種包括如上文所闡述之一光學裝置之主機裝置中。該主機裝置包含：一或多個處理裝置；及一或多個非暫時性機器可讀儲存裝置，其儲存指令，該等指令可由該一或多個處理裝置執行以致使執行包括以下各項之操作：自偵測器接收一或多個信號；及回應於自該偵測器接收該一或多個信號而調整該主機裝置之一特徵。
本說明書中所闡述之標的物之另一態樣可體現在一種使用一光學裝置來執行之方法中。該方法包含：由安置在該光學裝置中之一發射器發射一第一光波，該第一光波在該光學裝置中導致一不期望光波；由安置在該光學裝置中之一偵測器偵測基於該第一光波之一第二光波，其中該第二光波易於與該不期望光波耦合；及使用安置在該偵測器上之一干涉濾光器來對由該第一光波造成之該不期望光波進行濾波。對該不期望光波進行濾波包括基於該干涉濾光器之至少一個濾光器性質而使該不期望光波衰減。該至少一個濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器：使該不期望光波衰減；及對原本將造成該干涉濾光器之實體變形之一或多個環境條件具有抵抗性。
此等及其他實施方案可各自視情況包含以下特徵中的一或多者。舉例而言，在某些實施方案中，基於該干涉濾光器之該濾光器性質而使該不期望光波衰減包括：使用表示該干涉濾光器之一額外層堆疊之複數個交替層來使該不期望光波衰減。
在某些實施方案中，該額外層堆疊係由配置在一堆疊組態中之複數個介電層構成，且該複數個介電層可操作以致使該干涉濾光器對原本將造成該干涉濾光器之實體變形之一或多個環境條件具有抵抗性。
本說明書中所闡述之標的物之另一態樣可體現在一種光學裝置中。該光學裝置包含：一發射器，其可操作以發射一第一光波；一偵測器，其可操作以偵測基於該第一光波之一第二光波；及一干涉濾光器，其安置在該偵測器上，該干涉濾光器包括：第一複數個交替層，其使用一第一組材料形成；及第二複數個交替層，其使用一第二組材料形成，該第二複數個交替層表示該干涉濾光器之一保護層堆疊。
本說明書中所闡述之標的物之另一態樣可體現在一種安置在一光學裝置之一偵測器上之干涉濾光器中。該干涉濾光器包含：第一複數個交替層，其使用一第一組材料形成，該第一組材料中之至少一種材料包括非晶矽或氫化非晶矽；及第二複數個交替層，其使用一第二組材料形成，該第二組材料中之至少一種材料具有低於該非晶矽或該氫化非晶矽之一各別折射率之一折射率。該第二複數個交替層對應於該干涉濾光器至少一個濾光器性質，且該至少一個濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器使該不期望光波衰減，同時抵抗原本將造成該干涉濾光器之實體變形之一環境條件。
本發明之其他實施方案及其他態樣包含經組態以執行方法之動作及編碼於電腦儲存裝置上之對應系統、設備及電腦程式。一或多個電腦或硬體電路之一計算系統可憑藉安裝在系統上之軟體、韌體、硬體或其一組合來如此組態以使得在操作中致使該系統執行該等動作。一或多個電腦程式可憑藉具有指令來如此組態以使得該等指令在由資料處理設備執行時致使該設備執行該等動作。
依據以下詳細說明、隨附圖式及申請專利範圍，其他態樣、特徵及優點將變得顯而易見。
光學感測器可包含一裝置封裝中之一發射器及偵測器兩者。裝置封裝一般而言表示一光學感測器或光學感測裝置之一實體裝置結構。裝置封裝界定發射器及偵測器可定位於其中之一內部腔。一般而言，發射器發射在封裝外部與一目標物件互動之一信號，該目標物件反射可由偵測器偵測之一信號。所發射信號及經反射信號中之每一者可係光波，諸如分別IR光之所發射及經反射射線。所發射光波信號可造成由裝置封裝之內部腔中之不期望/干涉光波導致之干涉或串擾。
不期望信號可與可由偵測器偵測之經反射信號耦合且可使光學裝置準確並可靠地偵測關於一目標物件之資訊之能力降級。另一選擇係，不期望信號可稱為串擾、光學串擾、系統串擾、雜訊或背景(自諸如人工光源或太陽光之環境發射之光)。習用光學裝置可包含一光學障壁(有時稱為一光學隔離器)，其安置在偵測器上以減少偵測器偵測之不期望或干涉光波。然而，此等習用光學障壁可由在曝露於某些環境條件時展現弱點之材料組成。
本文件闡述用於實施一經改良光學干涉濾光器之技術。所闡述技術可用於改良由氫化非晶矽(a-Si:H)構成之一光學干涉濾光器之實體穩定性及可靠性。濾光器可操作以對可使一光學感測裝置之一偵測功能降級之不期望或干涉光波進行濾波。特定而言，闡述用於高效利用一干涉濾光器之一多層組態來使不期望光波(或系統串擾)衰減或阻止該等不期望光波使一偵測器之偵測功能降級之技術。偵測器可係一光電二極體，其毗鄰一光學裝置之一內部腔中之一發射器而安置。
干涉濾光器包含表示高折射材料之a-Si:H 薄膜與表示低折射材料之二氧化矽(SiO2 )薄膜之一交替堆疊。在某些實施方案中，一特定交替堆疊之每一薄膜對應於干涉濾光器之層之一額外堆疊。在一項實例中，將干涉濾光器沈積在用於圍封偵測一光波之光子之偵測器之一基板的一結構之一玻璃表面上(在某些情形中，干涉濾光器亦可覆蓋發射器基板)。在其他實施方案中，將干涉濾光器直接沈積在偵測裝置(諸如一偵測器之基板層)上，此最常基於互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術。
圖1係一實例性光學感測系統100之一方塊圖。系統100可表示一積體電路(IC)或一光學裝置，諸如一個或多個光學感測器或光學感測裝置。在某些實例中，光學感測裝置係一顏色偵測感測器，且由偵測器偵測之經反射信號用於判定一目標物件(例如，一人之頭部)相對於光學裝置之一顏色。舉例而言，光學裝置可安置在一行動/智慧型電話裝置中，且在行動裝置處處理所偵測之經反射信號以判定智慧型電話是否毗鄰一人之耳部而定位。在某些實例中，此等裝置用於近接偵測、飛行時間(TOF)應用或光達(LIDAR)應用。在一項實例中，偵測器定位於一相機中以相對於相機位於其中之一環境而偵測周圍光。
在某些實施方案中，闡述於本文件中之一實例性光學感測裝置係一相機(例如，一數位相機)。用於實施經改良光學干涉濾光器之所闡述技術可包含將形成經改良濾光器之交替堆疊之層直接放置或沈積在數位相機之一影像感測器上或一單獨基板(其係在影像感測器之前方、與影像感測器接觸或直接毗鄰影像感測器)上(例如，頂部上)。本文中所闡述之經改良干涉濾光器可係一結構化濾光器(影像感測器之一像素陣列內之各別像素上之一離散干涉濾光器)或一普通沈積濾光器(同一干涉濾光器覆蓋影像感測器之像素陣列內之所有像素)。
系統100包含：一發射器102， 諸如一發光二極體(LED)或垂直腔表面發射雷射(VCSEL)；及一偵測器104，諸如一光電偵測器。在某些情形中，另一選擇係，偵測器104被稱為一感測器且可係一光電二極體，該光電二極體可操作以在偵測器104之一表面區段處感測(例如，偵測)光波。發射器102可係可操作的(舉例而言)以產生一特定波長之一信號，且偵測器104可係一感測器，該感測器可操作以感測由發射器102產生之信號。發射器102及偵測器104可安置於或以其他方式位於由系統100表示之一光學裝置中。
發射器102可經組態以產生一所期望波長之可見或不可見光。舉例而言，發射器102可產生具有750奈米(nm)至1400 nm之範圍中之近紅外光(NIR)光譜中之一波長的光波。如下文更詳細地闡述，在一實例性實施方案中，發射器102產生光，且偵測器104併入有一濾光器以最小化偵測器對除由發射器102產生之波長之外的光之回應。
發射器102可直接製作至系統100之一IC上或者可包含在系統100之IC之製作期間或之後被添加至該IC之一IC晶片或其他模組化組件。發射器102可係一單個發射器或可表示多個發射器(例如，一發射器陣列)。偵測器104經組態以偵測由發射器102產生之波長(例如，在850 nm至940 nm之範圍中)之光。偵測器104亦可直接製作至系統100之一IC上或者可包含在系統100之IC之製作期間或之後被添加至該IC之一IC晶片或其他模組化組件。偵測器104可係一單個偵測器或可表示多個偵測器(例如，一偵測器陣列)。
一投影部分106可包含發射器102之電路，其使得發射器能夠產生一實例性光波或相關光學信號。類似地，一偵測部分108可包含偵測器104之電路，其使得偵測器能夠偵測一實例性光波或光學信號。在某些實施方案中，系統100係一光學感測器，該光學感測器包含一單個裝置封裝120中之一發射器102及一偵測器104兩者。裝置封裝120一般而言表示一光學感測器或光學感測裝置之一實體裝置結構。
圖2A係由系統100表示之一實例性光學裝置之一方塊圖。出於實例之目的，發射器102及偵測器104可用於各種應用，包含存在偵測、運動偵測、顏色偵測及其他相關應用，其中稍後對一所發射信號進行偵測及處理或分析。在圖2A之實施方案中，系統100係一光學裝置，其發射一信號以用於感測一目標物件。該信號可對應於一實例性光波202，其與一經反射光波204相關聯。
如上文所述，光學裝置可包含一裝置封裝中之發射器102及偵測器104兩者，該裝置封裝界定一內部腔210。由發射器102發射之光波202與一目標物件215互動以產生經反射光波204。目標物件215係在裝置封裝120之外部。以此方式，所發射光波202在經發射以用於感測目標物件215之後退出光學裝置之內部腔210，且經反射光波204回應於所發射光波202與目標物件215互動而進入光學裝置之內部腔210。
現參考圖2B，在此實施方案中，由系統100表示之一光學裝置發射對應於一光波220之一信號。光波220經發射以用於感測目標物件215，且產生待由光學裝置反射之一或多個光波225。如本文中所闡述，光波220可具有信號特性或屬性230，該等信號特性或屬性可在系統100之光學裝置處導致串擾、干涉或不期望光波。舉例而言，所發射光波220可具有某些功率及/或光譜屬性230，該等功率及/或光譜屬性致使不期望光波235出現在裝置封裝120之內部腔210中。
不期望光波係基於所發射光波220且可在光學裝置處導致串擾或干涉。在某些實施方案中，不期望光波235在一或多個光波220反射離開形成光學裝置之裝置封裝120之一部分時出現。舉例而言，不期望光波235可在光波220反射離開與裝置封裝120之內部腔210相關聯之一內壁時出現。在其他實例中，不期望光波235可在光波220反射離開裝置封裝120之一玻璃表面時出現。
圖3係一實例性光學感測系統300之一方塊圖。系統300可表示一或多個光學裝置306，該一或多個光學裝置利用一干涉濾光器310之光譜透射之角度相依性質來減小由不期望光波235造成之光學串擾。在某些情形中，光譜透射之角度相依性質對應於干涉濾光器之一濾光器性質。可將干涉濾光器310安置在偵測器104上。在某些實施方案中，將干涉濾光器310放置在偵測器104之一玻璃部分上或直接放置在形成偵測器104之一IC (諸如一光電二極體或其他光電偵測器之一IC)之一矽基板上。
在某些實施方案中，干涉濾光器310可使用至少兩種不同材料形成，該至少兩種不同材料尤其適合於使對應於具有一特定反射角之光波之信號衰減。舉例而言，各別材料中之每一者可具有一不同折射率，該不同折射率協作以界定干涉濾光器310之一濾光器性質。濾光器性質可操作以致使干涉濾光器310基於不期望光波235之一反射角而使不期望光波235衰減。干涉濾光器310之濾光器性質可基於形成干涉濾光器之層315之一組合物。
干涉濾光器310之不同材料可與干涉濾光器之各別層315相關聯。各別層315中之每一者可具有一特定厚度、一特定材料組合物或此兩者，且該等層可配置在一堆疊組態中。在某些實施方案中，在每一層處之材料之一厚度可變化或經調整，以便控制由偵測器104接收或偵測之一光量且控制被阻止由偵測器104偵測之一不期望光量。在某些情形中，干涉濾光器310可具有高達一百五十個層315之光折射材料。在其他情形中，干涉濾光器310可具有多於一百五十個層315之光折射材料。
圖4展示歸因於環境效應而展現不穩定性之一干涉濾光器400之實例性層。圖4之干涉濾光器400可包含多個交替層。舉例而言，干涉濾光器400可包含一頂部層402及毗鄰頂部層402之一層404。在某些情形中，頂部層402係由一種二氧化矽(SiO2 )材料組成且毗鄰層404係由一a-Si:H材料組成。干涉濾光器400可進一步包含多個交替層406、408。在某些實施方案中，交替層中之每一層係由與用於形成一毗鄰交替層之一材料不同的一材料形成。舉例而言，層406可由諸如SiO2 之一材料組成，而層408係由諸如a-Si:H之一不同材料組成。
干涉濾光器400可安置在一偵測器104上。一般而言，基於偵測器104之偵測功能而對一經反射光波之信號特性進行偵測、量測及處理。然而，通常將偵測器放置在某些位置中，其中彼等位置處之環境條件可使一偵測器之準確偵測能力降級。經降級偵測功能造成對經反射光之失真量測讀取。一般而言，經降級偵測功能回應於在a-Si:H層曝露於某些環境條件時該a-Si:H層之不穩定性而出現。
可歸因於不穩定性而出現之一個實體問題係在a-Si:H層處之泡罩之形成，此可造成該等層之脫層。舉例而言，干涉濾光器400之毗鄰層404可展現歸因於環境效應之不穩定性，諸如孔隙及泡罩。在某些情形中，起泡之緣由可歸因於植入期間之氫劑量或離子能量、沈積之後的退火或者a-Si:H層與環境中之水或水蒸汽之反應。此外，在層沈積(例如，電漿增強之化學汽相沈積(PECVD)或磁控濺射)期間出現之氫含量亦可對泡罩形成具有一影響。
圖5係包含一實例性保護層堆疊之一實例性干涉濾光器500之一圖式。在某些實施方案中，一光學裝置包含安置在光學裝置之偵測器104上之干涉濾光器500。干涉濾光器500包含一第一濾光器部分502及一第二濾光器部分504。如此處所闡述，第一濾光器部分502對應於保護層堆疊。
濾光器部分502具有(例如)包含層506、508之一第一組交替層。第一組交替層中之一個層506係由一第一材料形成，而第一組交替層中之另一層508係由一第二不同材料形成。舉例而言，層506可由諸如SiO2 之一材料組成，而層508可由一不同材料組成。在某些實施方案中，層508可由各種不同各別材料組成，諸如氮化矽(Si3 N4 )、氧化鈮(Nb2 O5 )、氧化鉿(IV) (HfO2 )或氧化鋁(Al2 O3 )。
濾光器部分504具有(例如)包含上文所闡述之層406、408之一第二組交替層。濾光器部分504可對應於干涉濾光器400或至少對應於干涉濾光器400之多個交替層406、408，其中層406係由諸如SiO2 之一實例性材料形成，而層408係由諸如a-Si:H之一不同實例性材料形成。在圖5之實施方案中，將干涉濾光器500安置在一基板510 (表示偵測器104之一基板)上，此可基於CMOS技術。在某些情形中，基板510係一玻璃基板。
如本文中所闡述，干涉濾光器500可操作以至少基於第一濾光器部分502中之多個交替層而使多個不同環境中之不期望光波衰減。濾光器部分502表示干涉濾光器500之一額外保護層堆疊。在某些實施方案中，濾光器部分502係一額外層堆疊，其由介電層(例如，交替介電層)組成。可將額外層堆疊安置在一實例性基於a-Si:H之光學干涉濾光器(諸如上文所闡述之濾光器400)上(或其頂部上)。介電層之額外保護層堆疊可操作以改良干涉濾光器500之總體穩定性，使得干涉濾光器對原本將造成干涉濾光器之實體變形(包含孔隙及泡罩)之某些環境影響具有抵抗性或抗擾性。
在某些實施方案中，額外層堆疊對應於干涉濾光器500之一濾光器性質。舉例而言，濾光器性質可操作以致使干涉濾光器500對原本將造成包含於第二濾光器部分504之多個交替層中之一或多個層之實體變形的一或多個環境條件具有抗擾性。舉例而言，對應於額外層堆疊之濾光器性質可操作以致使干涉濾光器500對某些濕度驅動缺陷具有抗擾性。
額外保護層可操作以防止水、水蒸汽、液體、流體及/或其他氣態或基於流體之元素到達第二濾光器部分504之一最頂部a-Si:H層或SiO2 層。在某些情形中，在干涉濾光器400之頂部上併入濾光器部分502之額外緻密介電層可減少、實質上減少或消除由使濾光器部分504中之一或多個層之穩定性降級之氣態或基於流體之元素所使用之可能路徑。濾光器部分502之額外保護層堆疊可可操作以使不期望光波衰減且提供對某些環境效應之抗擾性，同時仍維持近紅外光區域中之高透明性。
在某些實施方案中，干涉濾光器經組態以用於聚焦於紅外光(IR)光譜附近之光波之光學應用。然而，舉例而言，若使用一不同偵測器技術，則使用a-Si:H之干涉濾光器之應用可進一步擴展至IR區域中。可用於將干涉濾光器擴展至IR區域中之偵測器技術之實例包含矽鍺(SiGe)或砷化銦鎵(InGaAs)。對於某些感測應用，一紅外光(IR)光源可用於發射反射離開一物件且由一光學感測裝置之一IR偵測器偵測之光子。
當一物件係在自包含IR光源及IR偵測器之一感測器之一可偵測距離內時，感測器量測經反射信號。感測器使用經反射信號來判定一顏色、光範圍或運動讀數，該顏色、光範圍或運動讀數可與經反射信號之所量測光信號強度成比例。基於偵測器之偵測功能而對經反射光之信號特性進行偵測、量測及處理。然而，如上文所闡述，通常將偵測器放置在某些位置中，其中彼等位置處之環境條件可使一偵測器之準確偵測能力降級。
尋求改良一干涉濾光器之某些層之穩定性之其他方法使用聚焦於在a-Si:H層之沈積或層之直接囊封期間最佳化處理條件之解決方案。然而，包含將一光學上適合之介電多層保護堆疊與一光學干涉濾光器(如本文中所闡述)之一完全功能性a-Si:H/SiO2 層堆疊整合之技術提供改良濾光器之層之穩定性之一更穩健方法。替代僅聚焦於改良a-Si:H層之固有性質(此可係冗長的且強烈取決於所使用沈積技術)，所闡述方法使用實質上獨立於氫化非晶矽沈積之保護層堆疊沈積。
所提議技術可改良使用a-Si:H作為一層材料之干涉濾光器之可靠性而對干涉濾光器之光學效能不具有一負面影響。在某些情形中，所闡述方法可容易地實施為至其他現有干涉濾光器解決方案之一實例性附加特徵。
為構造一實例性干涉濾光器500，可將a-Si:H與SiO2 薄膜之一交替堆疊沈積至一基板510上。在某些實施方案中，基板510係一玻璃基板。在其他實施方案中，基板510係一CMOS晶圓，其可表示一實例性積體電路晶粒。對於包含濾光器部分502之一干涉濾光器，SiO2 可係用作干涉濾光器之一第一層之材料以及用作干涉濾光器之一最後層材料的材料。然而，所闡述技術並不限於或受限於此層方案。其他層材料以及其他交替及非交替層組態係在本發明之範疇內。舉例而言，a-Si:H可係用作干涉濾光器之一第一層之材料以及用作干涉濾光器之一最後層材料的材料。
在某些實施方案中，藉由沈積之方式將由第一濾光器部分502表示之保護層堆疊安置在第二濾光器部分504上。保護層之沈積可在用於在基板510上沈積濾光器部分504之相同沈積運行期間、在一不同沈積運行中或者使用一不同塗佈設備完成。在某些實施方案中，沈積程序導致在由濾光器部分502表示之保護層堆疊之沈積之前，光學干涉濾光器曝露於周圍空氣。
圖6係實例性干涉濾光器600之一圖式，該等實例性干涉濾光器中之每一者包含一不同實例性保護層堆疊602A、602B及602C。保護層堆疊602A可包含比層堆疊602B少之保護層，而保護層堆疊602B可包含比層堆疊602C少之保護層。如上文所闡述，在某些情形中，干涉濾光器600中之一或多者各自可具有高達一百五十個保護層602之光折射材料。在其他情形中，干涉濾光器600中之一或多者中之每一者可具有多於一百五十個保護層315之光折射材料。
在某些實施方案中，保護層堆疊602A/B/C中之每一者使用諸如SiO2 、Si3 N4 、Nb2 O5 、HfO2 或Al2 O3 之光折射材料。在其他實施方案中，保護層堆疊602A/B/C中之每一者使用諸如一氧化矽(SiO)、二氧化鈦(TiO2 )、二氧化鋯(ZrO2 )或五氧化二鉭(Ta2 O5 )之光折射材料。在此等實施方案中，SiO2 可用作一低折射率材料(L)，而其他剩餘材料中之任一者可用作一高折射率材料(H)。
對應於a-Si:H/SiO2 濾光器堆疊(濾光器部分504)之頂部上之濾光器部分502之額外保護層堆疊係一最終完全裝配之光學干涉濾光器500或600之部分。設計選項應在濾光器設計階段期間計及保護層堆疊之折射能力以便不會使一最終完全裝配之光學干涉濾光器之光學效能降級。在某些實施方案中，表示層堆疊之a-Si:H/SiO2 部分之濾光器部分504提供光學干涉濾光器之基本功能性。舉例而言，可需要干涉濾光器之此部分參考與光學干涉濾光器之此等層互動之光波來形成一長通、一帶通、一短通或一峰形透射曲線。
在某些實施方案中，保護堆疊602A可包含兩個層，保護堆疊602B可包含六個層，且保護堆疊602C可包含十二個層。保護層602A/B/C中之每一堆疊係由SiO2 層及由以下材料中之一者形成之層構成：Si3 N4 、Nb2 O5 、HfO2 、Al2 O3 。與同時受到應力而沒有任何保護層之干涉濾光器層相比，保護層602中之每一者顯示對層穩定性之一明顯改良。在某些實例中，增加一堆疊中之保護層之一數目或一實例性保護層堆疊之總厚度進一步改良保護層堆疊及總體干涉濾光器之有效性及穩定性。在某些情形中，取決於樣本所曝露之環境之特定類型，可達成諸如無缺陷樣本之改良。
圖7展示用於使用一干涉濾光器(諸如上文所闡述之干涉濾光器310、500或600)來減少光學干涉之一實例性程序700。在某些實施方案中，使用上文所闡述之系統300之光學裝置306來執行程序700。在此等實施方案中，光學裝置306可包含上文所闡述之干涉濾光器310、500或600中之一或多者。
現參考程序700，安置在一光學裝置中之一發射器發射一第一光波(702)。第一光波在光學裝置中造成一不期望光波。舉例而言，光學裝置306之發射器102產生對應於光波220之一信號。發射器102可係(舉例而言)具有一窄光譜功率密度(SPD)之一IR LED。
安置在光學裝置中之一偵測器偵測基於第一光波之一第二光波(704)。第二光波可由偵測器偵測且易於與由第一光波導致之一不期望光波耦合。舉例而言，偵測器104回應於由發射器102發射之IR光波反射離開目標物件215而偵測經反射光波225。在此實施方案中，經反射光波225易於與不期望光波235耦合。舉例而言，發射器102之SPD致使光波220具有某些功率及/或光譜屬性230，該等功率及/或光譜屬性致使不期望光波235在光學裝置306處出現。
使用安置在偵測器104上之一干涉濾光器500來對由第一光波造成之不期望光波進行濾波(706)。對不期望光波進行濾波包含基於干涉濾光器之一濾光器性質而使不期望光波衰減。舉例而言，干涉濾光器可包含：一第一組交替層，其由一第一組材料組成；及一第二組交替層，其由一第二組材料組成。濾光器性質對應於由一個組之交替層(例如，第二組交替層)表示之一額外保護層堆疊。
濾光器性質可操作以致使干涉濾光器使不期望光波衰減，同時抵抗原本將造成干涉濾光器之實體變形之一環境條件。環境條件可係基於超出一臨限溫度之環境之一溫度、基於在環境中造成濕度之水或水蒸汽或者基於將偵測器104圍封在一裝置封裝中之一程序。
在某些實施方案中，額外保護層堆疊係由配置在一堆疊組態中且安置在偵測器之一表面上之多個介電層構成。安置在偵測器104之表面上之緻密介電層可操作以減少潛在路徑之一數目，使濾光器層之穩定性降級之氣態或基於流體之元素經由該等潛在路徑而行進至干涉濾光器之一或多個部分。在某些實施方案中，將緻密介電層安置在圍封偵測器之一玻璃基板上。玻璃基板可平行於偵測器之一表面。
在某些實施方案中，光學裝置306係安裝在一主機裝置(諸如一行動智慧型電話、平板電腦、入耳式耳機、一可穿戴裝置、相機或其他電子裝置)中之一感測系統300之部分。在此等實施方案中，光學裝置306之關於減少、衰減或阻止串擾之優點可轉變為主機裝置處之經改良感測特徵以及其他偵測特徵。舉例而言，可將光學裝置306整合在一主機裝置中，且經反射光波信號225在主機裝置處得到處理以更準確地判定主機裝置是否毗鄰一人之頭部之一耳部而定位。
在某些實施方案中，主機裝置自偵測器接收信號且回應於自偵測器接收信號而使用一或多個處理裝置來調整主機裝置之一特徵。舉例而言，主機裝置可調整整合在主機裝置處之一顯示螢幕之一亮度、關閉顯示螢幕或致使主機裝置自一鎖定操作狀態轉變至一未鎖定操作狀態。在某些實例中，主機裝置或與偵測器104相關聯之電路包含一或多個處理器，該一或多個處理器經組態以執行指令來致使執行如下操作：回應於自偵測器104接收信號而調整主機裝置之特徵。
此處所闡述之系統及技術之各種實施方案可以數位電子電路、積體電路、專門設計之ASIC、電腦硬體、韌體、軟體及/或其組合方式而實現。此等各種實施方案可包含可在一可程式化系統上執行及/或解譯之一或多個電腦程式中之實施方案，該可程式化系統包含可係特殊用途或一般用途之至少一個可程式化處理器(其經耦合以自一儲存系統接收資料及指令且將資料及指令傳輸至一儲存系統)、至少一個輸入裝置及至少一個輸出裝置。
此等電腦程式(亦稱為程式、軟體、軟體應用或程式碼)包含用於一可程式化處理器之機器指令且可以一高位準程序及/或物件導向之程式設計語言及/或以組合/機器語言實施。在某些實施方案中，電腦程式係由一主機裝置(例如，一智慧型電話或平板電腦)之一控制器使用。舉例而言，控制器使用程式來控制安置在主機裝置中之一發射器之操作且處理由安置在主機裝置中之一偵測器產生之信號。回應於偵測器接收對應於由發射器發射之光波之經反射光而處理由偵測器產生之信號。
如本文中所使用，術語「機器可讀媒體」、「電腦可讀媒體」係指用於將機器指令及/或資料提供至一可程式化處理器之任何電腦程式產品、設備及/或裝置(例如，磁碟、光碟、記憶體、可程式化邏輯裝置(PLD))，包含作為一機器可讀信號而接收機器指令之一機器可讀媒體。術語「機器可讀信號」係指用於將機器指令及/或資料提供至一可程式化處理器之任何信號。
為提供與一使用者之互動，此處所闡述之系統及技術可實施於具有用於向使用者顯示資訊之一顯示裝置(例如，一CRT (陰極射線管)或LCD (液晶顯示器)監視器)以及使用者可藉以將輸入提供至電腦之一鍵盤及一指向裝置(例如，一滑鼠或一軌跡球)的一電腦上。亦可使用其他種類之裝置來提供與一使用者之互動；舉例而言，提供給使用者之回饋可係任何形式之感官回饋(例如，視覺回饋、聽覺回饋或觸覺回饋)；且來自使用者之輸入可以任何形式(包含聲音、語音或觸覺輸入)接收。
此處所闡述之系統及技術可實施於一計算系統中，該計算系統包含一後端組件(例如，作為一資料伺服器)；或包含一中間件組件(諸如一應用伺服器)；或包含一前端組件(諸如，具有一使用者可藉以與此處所闡述之系統及技術之一實施方案互動之一圖形使用者介面或一Web瀏覽器的一用戶端電腦)或此等後端、中間件或前端組件之任一組合。系統之組件可藉由任一數位資料通信形式或媒體(諸如一通信網路)互連。通信網路之實例包含一區域網路(「LAN」)、一廣域網路(「WAN」)及網際網路。
計算系統可包含用戶端及伺服器。一用戶端與伺服器通常彼此遠離且通常經由一通信網路互動。用戶端與伺服器之關係係憑藉在各別電腦上運行且彼此之間具有一用戶端-伺服器關係之電腦程式而產生。
已闡述若干實施例。然而，將理解，可在不背離本發明之精神及範疇之情況下做出各種修改。此外，儘管此說明書含有諸多具體實施方案細節，但此等細節不應解釋為對可主張之內容之範疇之限制，而是應解釋為可係特定實施例專有之特徵之說明。在單獨實施例之內容脈絡中於本說明書中闡述之某些特徵亦可以組合方式實施於一單個實施例中。
相反地，在一單個實施例之內容脈絡中所闡述之各種特徵亦可單獨地或以任何適合子組合形式實施於多個實施例中。此外，雖然上文可將特徵闡述為以某些組合形式起作用且甚至最初係如此主張的，但在某些情形中，可自一所主張組合去除來自該組合之一或多個特徵，且所主張組合可針對一子組合或一子組合之變化形式。
類似地，儘管在圖式中以一特定次序繪示操作，但不應將此理解為需要以所展示之特定次序或以順序次序執行此等操作，或執行所有所圖解說明之操作以達成所期望結果。在某些情形中，多任務及並行處理可係有利的。此外，不應將在上文所闡述之實施例中之各種系統模組及組件之分離理解為在所有實施例中需要此分離，且應理解，通常可將所闡述之程式組件及系統一起整合於一單個軟體產品中或封裝至多個軟體產品中。因此，其他實施方案亦在隨附申請專利範圍之範疇內。
100:光學感測系統/系統 102:發射器 104:偵測器 106:投影部分 108:偵測部分 120:裝置封裝 202:光波/所發射光波 204:經反射光波 210:內部腔 215:目標物件 220:光波/所發射光波 225:光波/經反射光波/經反射光波信號 230:信號特性/信號屬性/功率屬性/光譜屬性 235:不期望光波 300:光學感測系統/系統/感測系統 306:光學裝置 310:干涉濾光器 315:層/保護層 400:干涉濾光器/濾光器 402:頂部層 404:層/毗鄰層 406:交替層/層 408:交替層/層 500:干涉濾光器/最終完全裝配之光學干涉濾光器 502:第一濾光器部分/濾光器部分 504:第二濾光器部分/濾光器部分 506:層 508:層 510:基板 600:干涉濾光器/最終完全裝配之光學干涉濾光器 602A:保護層堆疊/保護堆疊/保護層 602B:保護層堆疊/層堆疊/保護堆疊/保護層 602C:保護層堆疊/層堆疊/保護堆疊/保護層 700:程序 702:步驟 704:步驟 706:步驟
圖1係一實例性光學感測系統之一方塊圖。
圖2A係發射並偵測用於感測一目標物件之一信號之一實例性光學裝置之一方塊圖。
圖2B係發射在光學裝置處導致串擾之一信號之一實例性光學裝置之一方塊圖。
圖3係用於減小光學串擾之一實例性光學感測裝置及一干涉濾光器之一方塊圖。
圖4展示歸因於環境效應而展現不穩定性之一干涉濾光器之實例性層。
圖5係包含一實例性保護層堆疊之一實例性干涉濾光器之一圖式。
圖6係各自包含一不同實例性保護層堆疊之實例性干涉濾光器之一圖式。
圖7展示用於使用一干涉濾光器來減少光學干涉之一實例性程序。
102:發射器
104:偵測器
120:裝置封裝
210:內部腔
220:光波/所發射光波
225:光波/經反射光波/經反射光波信號
230:信號特性/信號屬性/功率屬性/光譜屬性
235:不期望光波
300:光學感測系統/系統/感測系統
306:光學裝置
310:干涉濾光器
315:層/保護層

Claims (17)

  1. 一種光學裝置，其包括： 一發射器，其可操作以發射一第一光波； 一偵測器，其可操作以偵測基於該第一光波之一第二光波，其中該第二光波易於與基於該第一光波之一不期望光波耦合；及 一干涉濾光器，其安置在該偵測器上，該干涉濾光器包括： 第一複數個交替層，其使用一第一組材料形成；及 第二複數個交替層，其使用一第二組材料形成，其中該第二複數個交替層對應於該干涉濾光器之至少一個濾光器性質，且該至少一個濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器使該不期望光波衰減，同時抵抗原本將造成該干涉濾光器之實體變形之一環境條件。
  2. 如請求項1之光學裝置，其中該第二複數個交替層表示該干涉濾光器之一額外層堆疊，該額外層堆疊係由配置在一堆疊組態中之複數個介電層構成。
  3. 如請求項2之光學裝置，其中該額外層堆疊對應於該濾光器性質，該濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器對原本將造成包含於該第一複數個交替層中之一或多個層之實體變形之一或多個環境條件具有抗擾性。
  4. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中： 該第二複數個交替層包含配置在一堆疊組態中之複數個緻密介電層；且 該複數個緻密介電層之每一緻密介電層安置在該偵測器之一表面上。
  5. 如請求項4之光學裝置，其中安置在該偵測器之該表面上之該等緻密介電層可操作以減少潛在路徑之一數目，水或水蒸汽經由該等潛在路徑行進至該干涉濾光器之一或多個部分。
  6. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中： 該濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器基於該不期望光波之一反射角而使該不期望光波衰減，該不期望光波之該反射角係相對於該偵測器之一表面。
  7. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中該濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器： 使該不期望光波衰減； 抵抗原本將造成該第一複數個交替層之實體變形之一第一環境條件；及 抵抗原本將造成該第一複數個交替層之實體變形之一第二不同環境條件。
  8. 如請求項7之光學裝置，其中： 該第一環境條件係基於水或水蒸汽；且 該第二不同環境條件係基於一特定類型之流體或氣體。
  9. 如請求項8之光學裝置，其中： 該第一環境條件係基於超出一臨限溫度之該環境之一溫度；且 該第二不同環境條件係基於將該偵測器圍封在一裝置封裝中之一程序。
  10. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中該干涉濾光器之該濾光器性質係基於使用該第二複數個交替層形成一保護層堆疊之層之一組合物。
  11. 如請求項1至3中任一項之光學裝置，其中： 該干涉濾光器包含使用該第二複數個交替層形成之一保護層堆疊；且 該光學裝置係一感測器，其可操作以偵測關於一目標物件相對於該光學裝置之資訊。
  12. 一種包括如請求項1至11中任一項之光學裝置之主機裝置，該主機裝置包括： 一或多個處理裝置；及 一或多個非暫時性機器可讀儲存裝置，其儲存指令，該等指令可由該一或多個處理裝置執行以致使執行包括以下各項之操作： 自偵測器接收一或多個信號；及 回應於自該偵測器接收該一或多個信號而調整該主機裝置之一特徵。
  13. 一種使用一光學裝置執行之方法，該方法包括： 由安置在該光學裝置中之一發射器發射一第一光波，該第一光波在該光學裝置中導致一不期望光波； 由安置在該光學裝置中之一偵測器偵測基於該第一光波之一第二光波，其中該第二光波易於與該不期望光波耦合；及 使用安置在該偵測器上之一干涉濾光器來對由該第一光波造成之該不期望光波進行濾波，其中對該不期望光波進行濾波包括基於該干涉濾光器之至少一個濾光器性質而使該不期望光波衰減，該至少一個濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器： 使該不期望光波衰減；及 對原本將造成該干涉濾光器之實體變形之一或多個環境條件具有抵抗性。
  14. 如請求項13之方法，其中基於該干涉濾光器之該濾光器性質而使該不期望光波衰減包括： 使用表示該干涉濾光器之一額外層堆疊之複數個交替層來使該不期望光波衰減。
  15. 如請求項14之方法，其中： 該額外層堆疊係由配置在一堆疊組態中之複數個介電層構成，且 該複數個介電層可操作以致使該干涉濾光器對原本將造成該干涉濾光器之實體變形之一或多個環境條件具有抵抗性。
  16. 一種光學裝置，其包括： 一發射器，其可操作以發射一第一光波； 一偵測器，其可操作以偵測基於該第一光波之一第二光波；及 一干涉濾光器，其安置在該偵測器上，該干涉濾光器包括： 第一複數個交替層，其使用一第一組材料形成；及 第二複數個交替層，其使用一第二組材料形成，該第二複數個交替層表示該干涉濾光器之一保護層堆疊。
  17. 一種安置在一光學裝置之一偵測器上之干涉濾光器，該干涉濾光器包括： 第一複數個交替層，其使用一第一組材料形成，該第一組材料中之至少一種材料包括非晶矽或氫化非晶矽；及 第二複數個交替層，其使用一第二組材料形成，該第二組材料中之至少一種材料具有低於該非晶矽或該氫化非晶矽之一各別折射率之一折射率，且 其中該第二複數個交替層對應於該干涉濾光器之至少一個濾光器性質，且該至少一個濾光器性質可操作以致使該干涉濾光器使不期望光波衰減，同時抵抗原本將造成該干涉濾光器之實體變形之一環境條件。
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