TWI829562B - 雙通帶濾光元件 - Google Patents
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Abstract
一種雙通帶濾光元件包含一基板及分別形成在基板的相對兩表面的一帶通濾光結構和一抗反射結構。帶通濾光結構包含多個第一材料層和折射率高於各該第一材料層的多個第二材料層，該多個第一材料層和該多個第二材料層沿該基板的法線交替地堆疊。該雙通帶濾光元件在400 nm至1800 nm的波段中有一第一通帶和不重疊於該第一通帶的一第二通帶。藉此，可讓兩種不同波段的光線通過，從而擴展應用領域。
Description
本發明涉及一種濾光元件，特別是指一種雙通帶濾光元件。
隨著科技的進步，對應用光學元件的電子裝置的要求也越來越多元與嚴苛，例如但不限於尺寸輕薄、功能多元等。然而，現有的濾光元件只具備一種通帶讓一特定波段的光線通過。若是電子裝置需要工作在兩種不同波段時，就需要配置兩種濾光元件才能應付需求，導致電子裝置的體積增加。
為此，本發明的目的是提供一種雙通帶濾光元件，可克服現有技術的濾光元件只能讓單一特定波段的光線通過的問題。
本發明根據一實施例所提供的一種雙通帶濾光元件，包含：一基板，具有一第一表面和相對於該第一表面的一第二表面；一帶通濾光結構，形成在該第一表面上且包含多個第一材料層和折射率高於各該第一材料層的多個第二材料層，該多個第一材料層和該多個第二材料層沿該基板的法線交替地堆疊；以及一抗反射結構，形成在該第二表面上。該雙通帶濾光元件在400nm至1800nm的波段中有一第一通帶和不重疊於該第一通帶的一第二通帶。
可選擇地，該帶通濾光結構中最遠離該第一表面的膜層和最接近該第一表面的膜層皆為該第一材料層。
可選擇地，該帶通濾光結構中最遠離該第一表面的膜層的厚度和最接近該第一表面的膜層的厚度相同。
可選擇地，該帶通濾光結構中該第一材料層的厚度為5.34nm~205.21nm。
可選擇地，該帶通濾光結構中該第二材料層的厚度為19.96nm~269.93nm。
可選擇地，該帶通濾光結構中，該第一材料層的厚度是該第二材料層的厚度的0.02~10.28倍。
可選擇地，該帶通濾光結構中，各該第一材料層的厚度是相鄰的該第二材料層的厚度的0.04~9.43倍或0.07~4.37倍。
可選擇地，該帶通濾光結構的膜層數是該抗反射結構的膜層數的5.7倍。
可選擇地，該抗反射結構包含至少一個第三材料層和至少一個第四材料層，該至少一個第三材料層和該至少一個第四材料層沿該法線堆疊，該第三材料層的材質相同於該第一材料層的材質，該第四材料層的材質相同於該第二材料層的材質，且該抗反射結構中最靠近該第二表面的膜層和最遠離該第二表面的膜層皆為該第三材料層。
可選擇地，該抗反射結構包含至少一個第三材料層和至少一個第四材料層，該至少一個第三材料層和該至少一個第四材料層沿該法線堆疊，該第三材料層的材質相同於該第一材料層的材質，該第四材
料層的材質相同於該第二材料層的材質，且該抗反射結構中最靠近該第二表面的膜層的厚度和最遠離該第二表面的膜層的厚度相同。
可選擇地，該抗反射結構包含至少一個第三材料層和至少一個第四材料層，該至少一個第三材料層和該至少一個第四材料層沿該法線堆疊，該第三材料層的材質相同於該第一材料層的材質，該第四材料層的材質相同於該第二材料層的材質，且該帶通濾光結構中最遠離該第一表面的膜層的厚度和最接近該第一表面的膜層的厚度以及該抗反射結構中最靠近該第二表面的膜層的厚度和最遠離該第二表面的膜層的厚度相同。
可選擇地，該抗反射結構包含至少二個第三材料層和至少一個第四材料層，該至少二個第三材料層和該至少一個第四材料層沿該法線堆疊，該第三材料層的材質相同於該第一材料層的材質，該第四材料層的材質相同於該第二材料層的材質，且該抗反射結構中最遠離該第二表面且相堆疊的兩個膜層皆為該第三材料層。
可選擇地，該第二通帶的波長大於該第一通帶的波長；以及該第二通帶的帶寬大於該第一通帶的帶寬。
可選擇地，該第二通帶在大於1200nm的波長至小於或等於1800nm的波長的波段中。更具體來說，該第二通帶的起始波長大於1200nm且小於1600nm；或者，該第二通帶的起始波長大於1200nm且小於1465nm；或者，該第二通帶的起始波長大於1200nm且小於1400nm。
可選擇地，該第二通帶的中心波長大於1200nm且小於
1800nm。更具體來說，該第二通帶的中心波長大於1400nm且小於1800nm；或者該第二通帶的中心波長大於1200nm且小於1600nm；或者該第二通帶的中心波長大於1400nm且小於1600nm。
可選擇地，該第二通帶的截止波長大於1200nm且小於1800nm。更具體來說，該第二通帶的截止波長大於1400nm且小於1800nm；或者該第二通帶的截止波長大於1465nm且小於1800nm。
藉此，本發明所提供的雙通帶濾光元件可透過其具備的兩種帶通寬度讓兩種不同波段的光線通過，從而擴展可應用的領域。
10:基板
11:第一表面
12:第二表面
20:帶通濾光結構
20_1,20_2,20_(N-2),20_(N-1),20_N:膜層
30:抗反射結構
30_1,30_2,30_(M-2),30_(M-1),30_M:膜層
BW1,BW2:帶寬
C:曲線
PB1:第一通帶
PB2:第二通帶
S:法線
在結合以下附圖研究了詳細描述之後，將發現本發明的其他方面及其優點：圖1為根據本發明一實施例的雙通帶濾光元件的結構示意圖；及圖2為圖1的雙通帶濾光元件的帶通濾光結構在入射角0度下進行穿透率測試的光譜曲線圖。
請參考圖1所示，本發明根據一實施例所提供的雙通帶濾光元件可適用於工作在長波段的雷射或光通訊裝置。雙通帶濾光元件包含一基板10、一帶通濾光結構20和一抗反射結構30。
基板10例如但不限於是透明的玻璃基板，具有一第一表面11和相對於第一表面11的一第二表面12。帶通濾光結構20形成在第一表面11上，抗反射結構30形成在第二表面12上。雙通帶濾光元件在400nm至1800nm的波段中有一第一通帶和不重疊於第一通帶的一第二通帶。
帶通濾光結構20包含膜層20_1~20_N，N為大於或等於3的正整數，例如但不限於是57。膜層20_1~20_N包含至少兩個第一材料層和折射率高於各第一材料層的至少一個第二材料層。第一材料層例如但不限於是二氧化矽(SiO2)，二氧化矽在大於900nm的波段下的吸收係數小於1e-5。第二材料層例如但不限於是摻雜氫的矽(以下由Si-H代表)，摻雜氫的矽在大於900nm的波段下的吸收係數小於1.386e-4。這些第一材料層和第二材料層沿基板10的法線S交替地堆疊。
帶通濾光結構20中第一材料層的厚度例如但不限於是大約5.34nm~205.21nm。
帶通濾光結構20中第二材料層的厚度例如但不限於是大約19.96nm~269.93nm。
帶通濾光結構20中第一材料層的厚度例如但不限於是第二材料層的厚度的大約0.02~10.28倍。
帶通濾光結構20中，各第一材料層的厚度例如但不限於是相鄰的第二材料層的厚度的大約0.04~9.43倍或0.07~4.37倍。
以N=57的例子來說，帶通濾光結構20中各膜層的材料及厚度如下表1所示。
從表1可知，帶通濾光結構20中，最接近第一表面11的膜層(即膜層20_1，也就是第一膜層)和最遠離第一表面11的膜層(即膜層20_N，也就是第五十七膜層)皆為第一材料層；以及帶通濾光結構20中最遠離第一表面11的膜層的厚度和最接近第一表面11的膜層的厚度都是30nm。
抗反射結構30包含膜層30_1~30_M，M為大於或等於2的正整數，例如但不限於是10。膜層30_1~30_M包含至少一個第三材料層
和至少一個第四材料層。第三材料層的材質例如但不限於是相同於第一材料層的材質，第四材料層的材質例如但不限於是相同於第二材料層的材質。這些第三材料層和第四材料層沿法線S堆疊。
以M=10的例子來說，抗反射結構30中各膜層的材料及厚度如下表2所示。
從表2可知，抗反射結構30中最靠近第二表面12的膜層(即膜層30_1，也就是第一膜層)、最遠離第二表面12的膜層(即膜層30_M，也就是第十膜層)及第二遠離第二表面12的膜層(即膜層30_(M-1)，也就是第九膜層)皆為第三材料層；以及抗反射結構30中最靠近第二表面12的膜層的厚度和最遠離第二表面12的膜層的厚度都是30nm。抗反射結構30的設置有助於提高雙通帶濾光元之兩個通帶的透光率。
以下對具有表1的帶通濾光結構20和表2的抗反射結構30的雙通帶濾光元件進行穿透率模擬測試。雙通帶濾光元件放置在大氣環境下，然後以參考波長為550nm的光線從上方(即圖面的上方)垂直照射(即入射角為0度)雙通帶濾光元件。測試結果如圖2的曲線C所示。
圖2中，曲線C在靠近400nm的波長處具有一第一通帶PB1，第一通帶PB1的中心波長為1065nm，第一通帶PB1的帶寬BW1為170nm，且第一通帶PB1的穿透率高達98~99%，因此在此第一通帶PB1內的光線可通過雙通帶濾光元件。曲線C在靠近1800nm的波長處具有一第二通帶PB2，第二通帶PB2的帶寬BW2大於第一通帶PB1的帶寬BW1，第二通帶PB2的起始波長大於1200nm且小於1800nm(具體來說，是大於1200nm且小於1600nm；或是大於1200nm且小於1465nm；或是大於1200nm且小於1400nm)，第二通帶的截止波長大於1200nm且小於1800nm(具體來說，是大於1400nm且小於1800nm；或是大於1465nm且小於1800nm)，第二通帶PB2的中心波長為1465nm(其大於1200nm且小於1800nm，大於1400nm且小於1800nm(或大於1200nm且小於1600nm)，甚至是大於1400nm且小於1600nm)，第二通帶PB2的帶寬BW2為300nm，且此第二通帶PB2的穿透率也高達98~99%，因此在此第二通帶PB2內的光線可通過雙通帶濾光元件。而在帶寬BW1和BW2對應的波段之外的光線(即環境光雜訊)將被濾除。
綜上所述，本發明所提供的雙通帶濾光元件由於具有兩種帶通寬度，因此雙通帶濾光元件可應用於兩種不同工作波段的電子裝置，有助於擴大應用領域。例如但不限於，對應中心波長1065nm的第一通帶可適用於3D臉部辨識的影像感測器，對應中心波長1465nm的第二通帶可適用於醫療、檢疫或車載用途的熱影像感測器。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然而這些實施例並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動、潤
飾與各實施態樣的組合，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
10:基板
11:第一表面
12:第二表面
20:帶通濾光結構
20_1,20_2,20_(N-2),20_(N-1),20_N:膜層
30:抗反射結構
30_1,30_2,30_(M-2),30_(M-1),30_M:膜層
S:法線
Claims (13)
- 一種雙通帶濾光元件，包含：一基板，具有一第一表面和相對於該第一表面的一第二表面；一帶通濾光結構，形成在該第一表面上且包含多個第一材料層和折射率高於各該第一材料層的多個第二材料層，該多個第一材料層和該多個第二材料層沿該基板的法線交替地堆疊；以及一抗反射結構，形成在該第二表面上；其中，該雙通帶濾光元件在400nm至1800nm的波段中有一第一通帶和不重疊於該第一通帶的一第二通帶；該第二通帶的波長大於該第一通帶的波長；以及該第二通帶的帶寬大於該第一通帶的帶寬，或者該第二通帶在大於1200nm的波長至小於或等於1800nm的波長的波段中。
- 根據請求項1所述的雙通帶濾光元件，其中該帶通濾光結構中最遠離該第一表面的膜層和最接近該第一表面的膜層皆為該第一材料層，該帶通濾光結構中最遠離該第一表面的膜層的厚度和最接近該第一表面的膜層的厚度相同，該帶通濾光結構中該第一材料層的厚度是該第二材料層的厚度的0.02~10.28倍，該帶通濾光結構的膜層數是該抗反射結構的膜層數的5.7倍。
- 根據請求項1所述的雙通帶濾光元件，其中該帶通濾光結構中該第一材料層的厚度為5.34nm~205.21nm，該帶通濾光結構中該第二材料層的厚度為19.96nm~269.93nm，該帶通濾光結構中各該第一材料層的厚度是相鄰的該第二材料層的厚度的0.04~9.43倍。
- 根據請求項3所述的雙通帶濾光元件，其中該帶通濾 光結構中各該第一材料層的厚度是相鄰的該第二材料層的厚度的0.07~4.37倍。
- 根據請求項1所述的雙通帶濾光元件，其中該第二通帶的起始波長大於1200nm且小於1600nm。
- 根據請求項5所述的雙通帶濾光元件，其中該第二通帶的起始波長大於1200nm且小於1465nm。
- 根據請求項6所述的雙通帶濾光元件，其中該第二通帶的起始波長大於1200nm且小於1400nm。
- 根據請求項1所述的雙通帶濾光元件，其中該第二通帶的中心波長大於1200nm且小於1800nm。
- 根據請求項8所述的雙通帶濾光元件，其中該第二通帶的中心波長大於1400nm且小於1800nm。
- 根據請求項8所述的雙通帶濾光元件，其中該第二通帶的中心波長大於1400nm且小於1600nm。
- 根據請求項1所述的雙通帶濾光元件，其中該第二通帶的截止波長大於1200nm且小於1800nm。
- 根據請求項11所述的雙通帶濾光元件，其中該第二通帶的截止波長大於1400nm且小於1800nm。
- 根據請求項12所述的雙通帶濾光元件，其中該第二通帶的截止波長大於1465nm且小於1800nm。
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