(57)【要約】【課題】光学システムのセンシングを向上する光フィルタ、バイナリマルチスペクトルフィルタ及びシステムを提供する。【解決手段】光フィルタは、基板と、１つのセットの層の第１のサブセットの層を含む第１の鏡と、前記１つのセットの層の第２のサブセットの層を含む第２の鏡と、を含んでもよい。前記光フィルタはスペーサを含んでもよい。前記スペーサは、前記１つのセットの層の第３のサブセットの層を含んでもよい。前記１つのセットの層は、第１の屈折率に関係する複数の高い屈折率の層と、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率に関係する複数の低い屈折率の層と、を含んでもよい。前記光フィルタは、少なくとも約１２００ナノメートル（nm）から約１９００nmまでのスペクトル範囲に関係してもよい。【選択図】図２
2020021052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光フィルタであって、該光フィルタは、
基板と、
１つのセットの層の第１のサブセットの層を含む第１の鏡と、
前記１つのセットの層の第２のサブセットの層を含む第２の鏡と、
前記１つのセットの層の第３のサブセットの層を含むスペーサと、を備え、
前記１つのセットの層は、
第１の屈折率に関係する複数の高い屈折率の層と、
前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率に関係する複数の低い屈折率の層と、を含み、
前記光フィルタは、少なくとも約１２００ナノメートル（nm）から約１９００nmまでのスペクトル範囲に関係する、光フィルタ。
【請求項２】
前記第１のサブセットの層及び前記第２のサブセットの層は、各々、前記複数の高い屈折率の層の内の少なくとも１つ及び前記複数の低い屈折率の層の内の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項３】
前記光フィルタは、特定の数量のチャンネルを形成し、該特定の数量のチャンネルは、３２チャンネル、６４チャンネル又は１２８チャンネルの内の少なくとも１つより大きい又は等しい、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項４】
前記複数の高い屈折率の層は、ゲルマニウム層、シリコンゲルマニウム層、水素化シリコン層、水素化ゲルマニウム層、又は、水素化シリコンゲルマニウム層、の内の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項５】
前記複数の低い屈折率の層は、シリコン層、二酸化シリコン（SiO2）層、酸化アルミニウム（Al2O3）層、二酸化チタン（TiO2）層、五酸化ニオビウム（Nb2O5）層、五酸化タンタル（Ta2O5）層、又は、フッ化マグネシウム（MgF2）層、の内の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項６】
前記第１の屈折率は３．０より大きい、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項７】
前記第２の屈折率は２．５より小さい、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項８】
前記スペクトル範囲は、少なくとも約１０００nmから約２０００nmまでである、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項９】
前記スペクトル範囲は、少なくとも約１１００nmから約２０００nmまでである、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項１０】
前記光フィルタは、複数の光の波長に関係する複数のチャンネルを形成し、
該複数のチャンネルの第１のチャンネル及び該複数のチャンネルの第２のチャンネルは、前記複数の光の波長の共通の光の波長に関係する、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項１１】
複数の層を備えるバイナリマルチスペクトルフィルタであって、
前記複数の層は、
第１の屈折率に関係する１つのセットの高い屈折率の層と、
前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率に関係する１つのセットの低い屈折率の層と、を含み、
前記複数の層は、複数の光の波長を向けるために、複数のチャンネルを形成し、
前記１つのセットの高い屈折率の層は、水素化シリコン層、シリコンゲルマニウム層、ゲルマニウム層、水素化シリコンゲルマニウム層、又は、水素化ゲルマニウム層、の内の少なくとも１つを含む、バイナリマルチスペクトルフィルタ。
【請求項１２】
前記バイナリマルチスペクトルフィルタは、約１１００ナノメートル（nm）から約２０００nmまでのスペクトル範囲に関係する、請求項１１に記載のバイナリマルチスペクトルフィルタ。
【請求項１３】
前記バイナリマルチスペクトルフィルタは、近赤外スペクトル範囲及び短波赤外スペクトル範囲を含むスペクトル範囲に関係する、請求項１１に記載のバイナリマルチスペクトルフィルタ。
【請求項１４】
前記複数の層は、スペーサ層を間に入れ、
該スペーサ層は前記第１の屈折率に関係する、請求項１１に記載のバイナリマルチスペクトルフィルタ。
【請求項１５】
前記複数の層は、ガラス基板又はシリコン基板の上へ配置される、請求項１１に記載のバイナリマルチスペクトルフィルタ。
【請求項１６】
前記複数のチャンネルの各々に対し、閾値入射角度における第１の透過率は、０度の入射角度における第２の透過率の閾値百分率の範囲内である、請求項１１に記載のバイナリマルチスペクトルフィルタ。
【請求項１７】
前記複数のチャンネルの各々に対し、閾値入射角度における中心の波長は、０度の入射角度における第２の中心の波長の閾値百分率の範囲内である、請求項１１に記載のバイナリマルチスペクトルフィルタ。
【請求項１８】
システムであって、該システムは、
基板に配置される１つのセットの光センサと、
基板の上に置かれるマルチスペクトルフィルタと、を備え、
該マルチスペクトルフィルタは、１つ以上のスペーサ層を間に入れる第１のセットの層及び第２のセットの層を含み、
前記第１のセットの層及び前記第２のセットの層は、
第１の屈折率を有する高い屈折率の層と、
前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する低い屈折率の層と、を交互に含み、
前記高い屈折率の層及び前記低い屈折率の層の材料、厚さ及び数量は、前記１つのセットの光センサに対応する１つのセットのチャンネルを形成し、前記１つのセットのチャンネル用に閾値スペクトル幅をもたらすために、選択される、システム。
【請求項１９】
前記高い屈折率の層及び前記低い屈折率の層の材料は、前記第１の屈折率が前記第２の屈折率と閾値量だけ異なるように、
水素化ゲルマニウム層、水素化シリコンゲルマニウム層、シリコンゲルマニウム層、ゲルマニウム層、水素化シリコン層、シリコン層、二酸化シリコン（SiO2）層、酸化アルミニウム（Al2O3）層、二酸化チタン（TiO2）層、五酸化ニオビウム（Nb2O5）層、五酸化タンタル（Ta2O5）層、又は、フッ化マグネシウム（MgF2）層、の内の少なくとも２つを含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記システムは、生体測定システム、セキュリティーシステム、健康モニタシステム、物体同定システム、又は、分光同定システム、の内の少なくとも１つである、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光フィルタ、バイナリマルチスペクトルフィルタ及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を電気信号に変換し、それにより、光信号又は画像取込みを可能にするために、画像センサ、周辺光センサ、近接センサ、色相センサ、紫外線（UV）センサ、及び／又は、同様のものなどの様々な装置において、光センサが用いられる。マルチスペクトルセンサ装置は、多波長の光に関する情報を得るために利用することができる。例えば、マルチスペクトルセンサ装置は、電磁周波数の特定の一組に関連する情報を得ることができる。マルチスペクトルセンサ装置は、情報を得る一組のセンサ要素（例えば、光センサ、スペクトルセンサ及び／又は画像センサ）を含むことができる。例えば、センサ要素のアレイは、マルチ周波数に関する情報を得るために利用することができる。センサ要素のアレイの中の特定のセンサ要素は、特定のセンサ要素の方へ向けられる周波数の範囲に制限するフィルタと関係することができる。そのようなフィルタは、使用事例がセンサのためにスペクトル範囲を増大する必要があるので、スペクトル範囲を増大するために用いることができる。
【発明の概要】
【０００３】
いくつかの可能な実施により、光フィルタは、基板と、１つのセットの層の第１のサブセットの層を含む第１の鏡と、前記１つのセットの層の第２のサブセットの層を含む第２の鏡と、を含んでもよい。前記光フィルタはスペーサを含んでもよい。前記スペーサは、前記１つのセットの層の第３のサブセットの層を含んでもよい。前記１つのセットの層は、第１の屈折率に関係する複数の高い屈折率の層と、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率に関係する複数の低い屈折率の層と、を含んでもよい。前記光フィルタは、少なくとも約１２００ナノメートル（nm）から約１９００nmまでのスペクトル範囲に関係してもよい。
【０００４】
いくつかの可能な実施により、バイナリマルチスペクトルフィルタは複数の層を含んでもよく、前記複数の層は、第１の屈折率に関係する１つのセットの高い屈折率の層と、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率に関係する１つのセットの低い屈折率の層と、を含み、前記複数の層は、複数の光の波長を向けるために、複数のチャンネルを形成し、前記１つのセットの高い屈折率の層は、水素化シリコン層、シリコンゲルマニウム層、ゲルマニウム層、水素化シリコンゲルマニウム層、又は、水素化ゲルマニウム層、の内の少なくとも１つを含む。
【０００５】
いくつかの可能な実施により、システムは、基板に配置される１つのセットの光センサと、基板の上に置かれるマルチスペクトルフィルタと、を含んでもよい。該マルチスペクトルフィルタは、１つ以上のスペーサ層を間に入れる第１のセットの層及び第２のセットの層を含んでもよく、前記第１のセットの層及び前記第２のセットの層は、第１の屈折率を有する高い屈折率の層と、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する低い屈折率の層と、を交互に含み、前記高い屈折率の層及び前記低い屈折率の層の材料、厚さ及び数量は、前記１つのセットの光センサに対応する１つのセットのチャンネルを形成し、前記１つのセットのチャンネル用に閾値スペクトル幅をもたらすために、選択される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本明細書で説明する実施例の実施の図である。
【図２】本明細書で説明するバイナリマルチスペクトルフィルタの例の図である。
【図３Ａ】本明細書で説明するバイナリマルチスペクトルフィルタに関連する例示特性の図である。
【図３Ｂ】本明細書で説明するバイナリマルチスペクトルフィルタに関連する例示特性の図である。
【図３Ｃ】本明細書で説明するバイナリマルチスペクトルフィルタに関連する例示特性の図である。
【図３Ｄ】本明細書で説明するバイナリマルチスペクトルフィルタに関連する例示特性の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の実施例の実施の詳細な説明は添付図面を参照する。異なる図面の同一の参照数字は同一の又は類似の要素を同定することができる。
【０００８】
センサ要素（例えば、光センサ）は、一組の電磁周波数に関する情報（例えば、スペクトルデータ）を得るために、光センサ装置の中に組み込むことができる。例えば、光センサ装置は、光センサ装置の方へ向けられる光のセンサ測定を実施することができる画像センサ、マルチスペクトルセンサ及び／又は同種のものを含むことができる。光センサ装置は、相補型MOS（CMOS）技術、電荷結合素子（CCD）技術、及び／又は同種のものなどの１つ以上のセンサ技術を利用することができる。光センサ装置は、各々が情報を得るように構成される多数のセンサ要素（例えば、センサ要素アレイといわれるセンサ要素のアレイ）を含むことができる。例えば、センサ要素アレイは、多数の対応する周波数に関する情報を得るために構成される多数のセンサ要素を含むことができる。さらに、又は、あるいは、センサ要素アレイは、単一の周波数に関連する情報を得るために構成される多数のセンサ要素を含むことができる。
【０００９】
センサ要素は、センサ要素に対する光をフィルタにかけるフィルタに関連することができる。例えば、センサ要素は、センサ要素の方へ向けられる光の一部をフィルタにかけさせるために、線形可変フィルタ（LVF）、円形可変フィルタ（CVF）、ファブリペローフィルタ、バイナリマルチスペクトルフィルタ、及び／又は同種のものと一直線になることができる。ファブリペローフィルタ、バイナリマルチスペクトルフィルタ、及び／又は同種のものなどのバイナリフィルタ構造に対して、バイナリフィルタ構造の鏡の間に位置づけられるスペーサの層に対して、シリコンを選択することができる。シリコン（Si）は、近赤外（NIR）スペクトル範囲において、比較的、高い屈折率に関連している。バイナリフィルタ構造の鏡は、高い屈折率（例えば、閾値屈折率より大きい）の材料、及び、低い屈折率（例えば、閾値屈折率以下の）の材料の一組の交互の層を各々含むことができる。例えば、高い屈折率の材料に対してシリコンを選択することができ、低い屈折率の材料に対して二酸化シリコン（SiO2）などの別の材料を選択することができる。
【００１０】
しかしながら、シリコンは、制限されたスペクトル範囲に関係することができる。例えば、６４チャンネルのセンサ要素アレイに対して、シリコンベースのマルチスペクトルフィルタを用いて、１１００ナノメートル（nm）から１９００ nmまでのみのスペクトル範囲をカバーすることができる。これにより、センサ要素アレイが情報を得ることができる制限されたスペクトル範囲をもたらすことができ、それによって、センサ要素アレイが、ジェスチャー認識、物体認識、分光測定、及び／又は同種のものなどの別のスペクトル範囲に関連するスペクトル情報を用いる特定の機能性に対する情報を供給することを防ぐ。
【００１１】
本明細書で説明するいくつかの実施により、高い屈折率の材料に対してシリコンを用いる光フィルタに対し向上したスペクトル範囲を有するバイナリマルチスペクトルフィルタを提供する。例えば、バイナリマルチスペクトルフィルタは、高い屈折率の材料に対して、水素化シリコン（Si:H）、シリコンゲルマニウム（SiGe）、ゲルマニウム（Ge）、水素化ゲルマニウム（Si:Ge）、水素化シリコンゲルマニウム（SiGe:H）、それらの組合せ、及び／又は同種のものを用いることができる。このように、バイナリマルチスペクトルフィルタは、他のフィルタに対し増大したスペクトル範囲を可能にすることができる。例えば、バイナリマルチスペクトルフィルタは、約１２００ nmから約１８００ nmまで、約７００ nmから約１１００ nmまで、約１１００ nmから約２０００ nmまで、約１０００ nmから約２２００ nmまで、それらの範囲の組合せ、及び／又は同種のもののスペクトル範囲を可能にすることができる。このように、バイナリマルチスペクトルフィルタは、近赤外（NIR）スペクトル範囲、短波赤外（SWIR）スペクトル範囲、及び／又は同種のものに対するセンシングを実施するためのシステムを可能にすることができる。
【００１２】
さらに、高い屈折率の材料に対するシリコンに対して、増大した屈折率を有する材料を用いることに基づいて、本明細書で説明するように、いくつかの実施により、入射角の増大と共に低減したスペクトルシフトを有するマルチスペクトルフィルタを提供することができる。さらに、近赤外（NIR）スペクトル範囲、及び／又は、短波赤外（SWIR）スペクトル範囲、に対するマルチスペクトルフィルタを可能にすることに基づいて、本明細書で説明するように、いくつかの実施により、生体測定システム又はセキュリティーシステム（例えば、指紋検出、網膜スキャニング、顔認識など）、健康モニタシステム（例えば、脈拍検出、血液の酸素化検出）、物体同定システム、ジェスチャー同定システム、分光同定システム、及び／又は同種のものを可能にすることができる。
【００１３】
図１は、本明細書で説明する実施例の実施１００の図である。図１に示すように、マルチスペクトルフィルタ１０５（例えば、バイナリ構造光フィルタアレイ）は、第１の鏡１１０−１、第２の鏡１１０−２及びスペーサ１２０を含むことができる。
【００１４】
さらに図１に示すように、第１の鏡１１０−１及び第２の鏡１１０−２はスペーサ１２０を間に入れることができる。言い換えれば、スペーサ１２０は第１の鏡１１０−１及び第２の鏡１１０−２を閾値距離で離すことができ、及び／又は、スペーサ１２０の面を、第１の鏡１１０−１及び第２の鏡１１０−２により、包囲することができる。いくつかの実施において、鏡１１０を特定の材料に関連することができる。例えば、鏡１１０は、光源からマルチスペクトルフィルタ１０５に関連するセンサ要素の方へ向けられる光の一部を反射するために、水素化シリコン層、水素化ゲルマニウム層、シリコンゲルマニウム層、水素化シリコンゲルマニウム層、及び／又は同種のものの一組を含むことができる。鏡１１０は、マルチスペクトルフィルタ１０５の各チャンネルに関連するセンサ要素アレイの各センサ要素と一直線にすることができる。
【００１５】
いくつかの実施において、スペーサ１２０は、１つ以上のスペーサ層１３０を含むことができる。例えば、スペーサ１２０は、１組のスペーサ層１３０−１から１３０−５まで（例えば、水素化シリコン層、水素化ゲルマニウム層、シリコンゲルマニウム層、水素化シリコンゲルマニウム層、及び／又は同種のものなどの誘電体層）を含むことができる。いくつかの実施において、スペーサ１２０はシングルキャビティ構成に関連することができる。いくつかの実施において、スペーサ１２０はマルチキャビティ構成に関連することができる。
【００１６】
いくつかの実施において、１つ以上のスペーサ層１３０の厚さは、二進数列に基づいて関連付けることができる。例えば、スペーサ層１３０−３は、スペーサ層１３０−２の厚さの約半分の厚さに関係することができ、スペーサ層１３０−４は、スペーサ層１３０−３の厚さの約半分の厚さに関係することができ、スペーサ層１３０−５は、スペーサ層１３０−４の厚さの約半分の厚さに関係することができる。
【００１７】
いくつかの実施において、マルチスペクトルフィルタ１０５は、光センサ装置に関連する基板の上へ置くことができる。例えば、鏡１１０−１は、情報（例えば、スペクトルデータ）を得るために、センサ要素のアレイを含む基板の上へ（例えば、堆積プロセス及び／又はフォトリソグラフィーリフトオフプロセスにより）置くことができる。いくつかの実施において、スペーサ１２０は、多波長に関連する情報を得ることを可能にすることができる。例えば、第１のセンサ要素（例えば、センサ要素アレイの後部が照らされた光センサ、又は、前部が照らされた光センサ）と一直線になるスペーサ１２０の第１の部分は、第１の厚さに関連することができ、第２のセンサ要素と一直線になるスペーサ１２０の第２の部分は、第２の厚さに関連することができる。この場合に、第１のセンサ要素及び第２のセンサ要素の方へ向けられる光は、第１の厚さに基づいて第１のセンサ要素における第１の波長に対応することができ、第２の厚さに基づいて第２のセンサ要素における第２の波長に対応することができる。
【００１８】
上に示したように、図１は、単に、例として提供される。他の例は可能であり、図１に関して説明したものと異なることができる。
【００１９】
図２は、高い屈折率／低い屈折率（HL）の一組の２つの４分の１波長のスタックを用いるバイナリマルチスペクトル（ファブリペロー）フィルタの例の図である。
【００２０】
図２に示すように、チャート２００により、フィルタ２１０は、基板、高い屈折率（H）の層及び低い屈折率（L）の層を交互に含む第１の４分の１波長のスタック、高い屈折率のスペーサ、及び、高い屈折率の層及び低い屈折率の層を交互に含む第２の４分の１波長のスタックを含むことができる。いくつかの実施において、第１の４分の１波長のスタック及び第２の４分の１波長のスタックは第１の鏡及び第２の鏡を形成し、高い屈折率のスペーサを間に入れる。例えば、第１の４分の１波長のスタック及び第２の４分の１波長のスタックは、高い屈折率のスペーサを完全にカバーすることができる。あるいは、第１の４分の１波長のスタック及び第２の４分の１波長のスタックは、高い屈折率のスペーサを部分的にカバーすることができる。いくつかの実施において、フィルタ２１０は、１つ以上の他の機能性を提供するために、１つ以上の他の層を含むことができる。例えば、フィルタ２１０は、特定の波長の光をブロックするために１つ以上のブロッカー層を含むことができ、１つ以上の反射防止層を含むことができ、４分の１波長のスタックの環境悪化を低減するために１つ以上の保護層を含むことができ、及び／又は同種のものを含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施において、フィルタ２１０は、２つより多い４分の１波長のスタックを含むことができる。例えば、フィルタ２１０は、第１の鏡を形成する第１の４分の１波長のスタック及び第２の４分の１波長のスタックを含むことができ、第２の鏡を形成する第３の４分の１波長のスタック及び第４の４分の１波長のスタックを含むことができる。同様に、フィルタ２１０は、３つの４分の１波長のスタック、４つの４分の１波長のスタック及び／又は同様のものから形成される鏡を含むことができる。いくつかの実施において、各４分の１波長のスタックは材料の同じ組にすることができる。例えば、各４分の１波長のスタックは特定の高い屈折率の材料及び特定の低い屈折率の材料を含むことができる。あるいは、第１の４分の１波長のスタックは第１の高い屈折率の材料及び第１の低い屈折率の材料を含むことができ、第２の４分の１波長のスタックは第２の高い屈折率の材料及び第２の低い屈折率の材料を含むことができる。いくつかの実施において、各鏡は、同じ量の４分の１波長のスタックを含むことができる。例えば、第１の鏡は、第１の４分の１波長のスタックを含むことができ、第２の鏡は、第２の４分の１波長のスタックを含むことができる。あるいは、第１の鏡は、２つの４分の１波長のスタックの一組を含むことができ、第２の鏡は、３つの４分の１波長のスタックの一組を含むことができる。いくつかの実施において、フィルタ２１０における層及び／又は４分の１波長のスタックの量、構成、配置及び／又は同様のものは、フィルタ２１０用の特定のバンド幅、角度のシフト、透過率、スペクトル範囲、及び／又は同様のものを構成するために選択することができる。
【００２２】
いくつかの実施において、第１の４分の１波長のスタック及び／又は第２の４分の１波長のスタックの高い屈折率の層は、約３．０より大きい屈折率、約３．５より大きい屈折率、約３．６より大きい屈折率、約３．７より大きい屈折率、約３．８より大きい屈折率、約３．９より大きい屈折率、約４．０より大きい屈折率、及び／又は同様のものに、各々、関係することができる。いくつかの実施において、高い屈折率の層は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、水素化シリコン、水素化シリコンゲルマニウム、水素化ゲルマニウム、及び／又は同種のものなどの単一の材料にすることができる。いくつかの実施において、高い屈折率の層は、のシリコン層及びのシリコンゲルマニウム層の組合せなどの多数の材料を含むことができる。
【００２３】
いくつかの実施において、第１の４分の１波長のスタック及び／又は第２の４分の１波長のスタックの高い屈折率の層は、約４０nmと約３００nmとの間の、約６０nmと約１８０nmとの間の、約７０nmと約９０nmとの間の、約７８nmの、及び／又は同様の物理的厚さに各々関係することができる。いくつかの実施において、第１の４分の１波長のスタック及び／又は第２の４分の１波長のスタックの高い屈折率の層は、約７５nmと約５００nmとの間の、約１２０nmと約３００nmとの間の、約１８０nmと約２５０nmとの間の、約２３０nmの、及び／又は同様の４分の１波長の光学的厚さに各々関係することができる。本明細書で説明するように、層の４分の１波長の光学的厚さは、層の物理的厚さ及び屈折率に対応する。
【００２４】
第１の４分の１波長のスタック及び第２の４分の１波長のスタックの低い屈折率の層は、約２．５より小さい、約２．０より小さい、約１．５より小さい、及び／又は同様のものの屈折率に、各々、関係することができる。いくつかの実施において、高い屈折率の層の第１の屈折率と低い屈折率の層の第２の屈折率との差は、約１．５より大きい、約２．０より大きい、約２．５より大きい、及び／又は同様のものにすることができる。例えば、低い屈折率の層は、一組の二酸化シリコン（SiO2）層、一組の酸化アルミニウム（Al2O3）層、一組の二酸化チタン（TiO2）層、一組の五酸化ニオビウム（Nb2O5）層、一組の五酸化タンタル（Ta2O5）層、一組のフッ化マグネシウム（MgF2）層、一組の窒化シリコン（SiN4）層、酸化ジルコニウム（ZrO2）、酸化イットリウム（Y2O3）、及び／又は同種のものを含むことができる。
【００２５】
いくつかの実施において、第１の４分の１波長のスタック及び第２の４分の１波長のスタックの低い屈折率の層は、カバーすべき波長の範囲及び用いる材料の屈折率に基づいて、物理的厚さの範囲に、各々、関係することができる。例えば、約２３１nmの厚さ及び／又は同様のものは、低い屈折率の層、及び／又は、それから形成される４分の１波長のスタックに対して用いることができる。いくつかの実施において、第１の４分の１波長のスタック及び第２の４分の１波長のスタックの低い屈折率の層は、約１１００nmから約２０００nmまでの、約１２００nmから約１６００nmまでの、約１３５０nmの、及び／又は同様の４分の１波長の光学的厚さに各々関係することができる。
【００２６】
高い屈折率のスペーサ層は、約７８nmの物理的厚さ、及び、約１３５０nmの４分の１波長の光学的厚さに関係する。いくつかの実施において、高い屈折率のスペーサ層は、高い屈折率の層と同じ材料、高い屈折率の層と異なる材料、同じ材料及び異なる材料の組合せ、及び／又は同様のものにすることができる。いくつかの実施において、フィルタ２１０の層の屈折率、厚さ、量、及び／又は同様のものは、フィルタ２１０に、チャンネルの閾値量（例えば、少なくとも３２チャンネル、少なくとも６４チャンネル、少なくとも１２８チャンネル、及び／又は同様のもの）、本明細書で説明するような閾値スペクトル幅、本明細書で説明するような閾値チャンネル幅、閾値透過率及び／又は同様のものを供給させるために、選択され得る。
【００２７】
いくつかの実施において、フィルタ２１０は、スパッタリング手順を用いて、作ることができる。例えば、フィルタ２１０は、パルスマグネトロンベースのスパッタリング手順を用いて、ガラス基板、シリコン基板、又は、別のタイプの基板の上の交互層をスパッタ―して、作ることができる。いくつかの実施において、シリコンをスパッタ―する第１の陰極及びゲルマニウムをスパッタ―する第２の陰極などの複数の陰極を、スパッタリング手順のために用いることができる。
【００２８】
いくつかの実施において、約２８０℃又は約２００℃と約４００℃との間の温度での第１のアニーリング手順、約３２０℃又は約２５０℃と約３５０℃との間の温度での第２のアニーリング手順、及び／又は同様のものなどの１つ以上のアニーリング手順を用いて、フィルタ２１０はアニールすることができる。
【００２９】
高い屈折率のスペーサ層として本明細書で説明したけれども、高い屈折率のスペーサ層は、多数のチャンネルを形成するために選択された特定の材料及びマルチの厚さの多数のスペーサ層を含むことができる。例えば、第１の場合において、高い屈折率のスペーサ層は、多数の層を用いて６４チャンネルを形成するために、形成することができる。同様に、第２の場合において、高い屈折率のスペーサ層は、多数の層を用いて１２８チャンネルを形成するために、形成することができる。
【００３０】
上記に示したように、図２は、単に、例として提供される。他の例は可能であり、図２に関して説明したものと異なることができる。
【００３１】
図３Ａ〜３Ｄは、図２Ａに関して説明したフィルタ２１０などの、高い屈折率の層用の１つ以上の選択した材料を用いるバイナリマルチスペクトル（例えば、ファブリペロー）フィルタの例示光学特性の図である。
【００３２】
図３Ａに示すように、グラフ３００により、本明細書で説明したバイナリマルチスペクトルフィルタの高い屈折率の層用の特定の材料を用いて、チャンネルに対して特定のバンド幅が決定される。例えば、約１３５０nmを中心に置くチャンネルに対して、シリコンの使用により、５０％の透過率で、約９８０nmから約２１８０nmまでのスペクトル幅になり、約９５％のピークの透過率で、約９６０nmから約２２５０nmまでのスペクトル幅になる。対照的に、シリコンゲルマニウムの使用により、５０％の透過率で、約９７５nmから約２２５０nmまでのスペクトル幅になり、約９５％のピークの透過率で、約９５５nmから約２２７５nmまでのスペクトル幅になる。このように、高い屈折率の層用のシリコンゲルマニウムの使用により、スペクトル幅の増大をもたらし、それにより、バイナリマルチスペクトルフィルタの性能を向上する。
【００３３】
さらに、ゲルマニウムの使用により、約９８０nmにおいて約２５％より小さい透過率の低減をもたらし、５０％の透過率は２２７５nmにおいて生じ、ピークの透過率は２３００nmにおいて生じる。このように、高い屈折率の層用のゲルマニウムの使用により、スペクトル幅の増大をもたらし、及び／又は、１０００nmより小さいところで透過率をブロックするブロッカーの必要性を除去し、それにより、他のフィルタ材料の使用に対して、バイナリマルチスペクトルフィルタの性能を向上し、製造の複雑さを低減し、コストを低減し、及び／又は、サイズを低減する。マルチスペクトルフィルタ用のスペクトル幅を向上することに基づいて、マルチスペクトルフィルタは、より多い量のチャンネル、より大きい範囲のバンド幅、及び／又は同様のものに対して、構成することができ、これにより、物体センシング、物体認識、医療装置センシング、生体測定センシング、及び／又は同様のもの用などのセンシングを向上することができる。
【００３４】
図３Ｂに示すように、グラフ３１０により、本明細書で説明したバイナリマルチスペクトルフィルタの高い屈折率の層用の特定の材料を用いて、１８００nmにおけるチャンネルに対して及び０度の入射角においてスペクトルバンド幅が決定される。例えば、水素化シリコンベースの高い屈折率の層用に約９５％のピークの透過率を達成することができ、５０％の透過率に対するスペクトル幅は１７９５nmから１８３５nmへ伸びることができる。
【００３５】
対照的に、水素化シリコンゲルマニウムベースの高い屈折率の層用に約９５％のピークの透過率を達成することができ、５０％の透過率に対するスペクトル幅は１８０５nmから１８３０nmへ伸びることができる。対照的に、水素化ゲルマニウムベースの高い屈折率の層用に約９５％のピークの透過率を達成することができ、５０％の透過率に対するスペクトル幅は１８１０nmから１８２５nmへ伸びることができる。このように、水素化ゲルマニウムの使用により、チャンネル用により狭いスペクトル幅をもたらすことができ、それにより、別の材料の選択に対して、フィルタの性能を向上する。例えば、単一のチャンネル用のスペクトル幅の低減により、そのチャンネル用の特定のバンド幅をセンシングするときに、他のバンド幅からの干渉の低減をもたらすことができる。さらに、単一のチャンネル用のスペクトル幅の低減により、マルチスペクトルフィルタ用により大きい密度のチャンネルを可能にすることができ、それにより、マルチスペクトルフィルタを含む特定の装置用のセンシングの向上を可能にする。
【００３６】
図３Ｃに示すように、グラフ３２０により、本明細書で説明したバイナリマルチスペクトルフィルタの高い屈折率の層用の特定の材料を用いて、１８００nmにおけるチャンネルに対して及び２０度の入射角においてスペクトルバンド幅が決定される。例えば、水素化シリコンベースの高い屈折率の層用に約８２％のピークの透過率を達成することができ、５０％の透過率に対するスペクトル幅は１７７５nmから１８１５nmへ伸びることができる。対照的に、水素化シリコンゲルマニウムベースの高い屈折率の層用に約７８％のピークの透過率を達成することができ、５０％の透過率に対するスペクトル幅は１７８０nmから１８１５nmへ伸びることができる。対照的に、水素化ゲルマニウムベースの高い屈折率の層用に約６８％のピークの透過率を達成することができ、５０％の透過率に対するスペクトル幅は１７８５nmから１８１０nmへ伸びることができる。
【００３７】
このように、水素化ゲルマニウムの使用により、チャンネル用により狭いスペクトル幅をもたらすことができ、それにより、別の材料の選択に対して、フィルタの性能を向上する。さらに、水素化シリコンの使用により、閾値より大きい入射角で向上したピークの透過率をもたらすことができ、それにより、バイナリマルチスペクトルフィルタの性能を向上することができる。
【００３８】
さらに、図３Ｂ及び３Ｃに示すように、水素化ゲルマニウムの使用により、入射角への増大の結果として、低減した角度のシフトをもたらすことができ、それにより、フィルタの性能を向上する。例えば、表１に示すように、
【表１】
2020021052.tif 000003
マルチスペクトルフィルタ用のシリコン（Si）ベースの設計に対するゲルマニウム（Ge）ベースの設計に対して、センターの波長（CWL）のシフトの値を入射角（AOI）において低減することができる。例えば、２０度の入射角において、センターの波長のシフトの値は、シリコンベースの設計に対するゲルマニウムベースの設計に対して、２０．０nmから１６．６nmへ低減することができ、３０度の入射角において、センターの波長のシフトの値は、４４．４nmから３７．６nmへ低減することができる。
【００３９】
このように、マルチスペクトルフィルタ用の角度のシフトを低減することにより、本明細書で説明するいくつかの実施により、閾値の入射角において受ける光からの干渉を低減することができ、特定の波長の光のセンシングを向上し、入射角を制御するアパーチャの必要性を除去することができ、それにより、マルチスペクトルフィルタを含む装置のコスト、サイズ、及び／又は同様のものを低減する。
【００４０】
図３Ｄに示すように、グラフ３３０により、本明細書で説明した６４チャンネルのバイナリマルチスペクトルフィルタに対して、検出器の量子効率を説明することなく決定される。例えば、バイナリマルチスペクトルフィルタは、水素化ゲルマニウムを高い屈折率の層として用いることができ、１１００nmから２０００nmへの一組の６４チャンネルに関係することができる。この場合に、９５％より大きい透過率を１６５０nm以上のチャンネルに対し達成し、８０％の透過率を１４００nm以上のチャンネルに対し達成し、５０％の透過率を１３００nm以上のチャンネルに対し達成するなどである。
【００４１】
図示のように、１３００nmより小さい、１２００nmより小さい、及び／又は同様のものなどの閾値波長より小さいチャンネルに対して、水素化ゲルマニウムを高い屈折率の層として用いて、閾値より小さい透過率（例えば、約７０％より小さい、約５０％より小さい、約３０％より小さい、約２０％より小さい、及び／又は同様のもの）を達成することができる。結果として、複数のピクセル（例えば、センサ要素アレイの複数のセンサ要素）を、バイナリマルチスペクトルフィルタの応答を平坦化するために、閾値波長より小さく、かつ、閾値透過率より小さく関係するチャンネルに光学的に連結することができる。例えば、１ピクセル（例えば、１センサ要素）がそれに対して一直線になる１７００nmにおけるチャンネルに対して、バイナリマルチスペクトルフィルタは、平坦化応答を確実にするために、１１００nmにおけるチャンネルに対して、５つの一直線になるピクセル（例えば、５センサ要素）を関係付けることができる。このように、各チャンネルに対して一直線になるピクセル（例えば、センサ要素）の数の区別により、平坦化応答を確実にすることができ、それにより、バイナリマルチスペクトルフィルタを含む光学装置の光学的性能を向上する。
【００４２】
上記に示したように、図３Ａ〜３Ｄは、単に、例として提供される。他の例は可能であり、図３Ａ〜３Ｄに関して説明したものと異なることができる。
【００４３】
このように、バイナリマルチスペクトルフィルタは、高い屈折率の層用の特定の組の材料（例えば、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、水素化シリコンゲルマニウム、水素化ゲルマニウム、及び／又は同種のもの）を用いて、製造することができる。特定の組の材料を用いることに基づいて、バイナリマルチスペクトルフィルタは、他の材料に対して、向上したスペクトル幅、低減した角度シフト、低減したチャンネル幅、及び／又は同種のものに関係することができ、それにより、バイナリマルチスペクトルフィルタを含む光学システムのセンシングを向上する。
【００４４】
前述の開示は、例示及び説明を提供し、包括的であること、又は、実施を開示した正確な形に限定することを意図しない。変更及び変形は、上記の説明に照らせば可能であり、又は、実施のプラクティスから得ることができる。
【００４５】
いくつかの実施は、閾値に関連して、本明細書において説明される。本明細書において用いられるように、閾値を満たすことは、閾値より大きい、閾値より多い、閾値より高い、閾値以上に大きい、閾値より小さい、閾値より少ない、閾値より低い、閾値以下に小さい、閾値に等しいなどの値を指すことができる。
【００４６】
特徴の特定の組合せが、特許請求の範囲に記載され、及び／又は、明細書に開示されているけれども、これらの組合せは、可能な実施の開示を限定することを意図しない。実際に、これらの特徴の多くは、特許請求の範囲に特別に記載されていない、及び／又は、明細書に開示されていない方法で、組み合わせることができる。以下にリストする各従属請求項は、ただ１つの請求項に、直接、従属することができるけれども、可能な実施の開示は、特許請求の範囲の全ての他の請求項と組み合わせた各従属請求項を含む。
【００４７】
本明細書で使われている要素、行為、又は命令は、そのように明示的に記載されない限り、重要であり本質的であるとして、解釈すべきではない。また、本明細書で用いられるように、冠詞「１つの」は１つ以上の項目を含むことを意図しており、「１つ以上」に交換して用いることができる。さらに、本明細書で用いられるように、用語「組」は１つ以上の項目（例えば、関連項目、非関連項目、関連項目及び非関連項目の組合せ）を含むことを意図しており、「１つ以上」に交換して用いることができる。ただ１つの項目を意図するときは、用語「１つ」又は類似の語を用いる。また、本明細書で用いられるように、用語「有する」、「有している」及び／又は同種のものは、オープンエンドな用語を意図する。さらに、フレーズ「に基づいて」は、他に明示的に述べられない限り、「少なくとも部分的に基づいて」を意味することを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【外国語明細書】
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