(57)【要約】フィルタアセンブリは、入射媒体（１０）と、スペーサ（３０）と、少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）と、出射媒体（７０）とを備えている。スペーサ（３０）は、入射媒体（１０）と少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）の間に配置され、入射媒体（１０）と少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）が作動距離（３２）だけ離隔することで、入射媒体（１０）よりも低屈折率の媒体を取り囲む。少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）は、出射媒体（７０）上に配置される。
2021532402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射媒体（１０）と、スペーサ（３０）と、少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）と、出射媒体（７０）とを備えたフィルタアセンブリであって、
前記スペーサ（３０）は、前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）が作動距離（３２）だけ離隔するように前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）の間に配置され、それにより前記入射媒体（１０）よりも低屈折率の媒体を取り囲み、
前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）は、前記出射媒体（７０）上に配置されている、
フィルタアセンブリ。
【請求項２】
前記スペーサ（３０）は、変化する入射角の下で入射する光のスペクトルシフトを制限するように配置されている、
請求項１に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項３】
前記入射媒体から前記作動距離（３２）内に配置された前記誘電体フィルタ（５０）は、透過特性を有し、
前記誘電体フィルタ（５０）の透過特性のスペクトルシフトが、入射角が変化しても所定の範囲内に収まるように、前記作動距離（３２）が配置されている、
請求項１または２に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項４】
前記スペクトルシフトが、±３０°、±２０°、±１０°未満等の間隔からの入射角の下で、一定または±１ｎｍ、±２ｎｍ、±５ｎｍ等の範囲内に保たれている、
請求項２または３に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項５】
前記入射媒体（１０）と、低屈折率媒体と、前記誘電体フィルタ（５０）とが、平均屈折率を有するハイブリッドスタックを形成し、
前記平均屈折率は、前記スペーサ（３０）と前記作動距離（３２）に依存し、
前記誘電体フィルタ（５０）のスペクトル特性は、前記平均屈折率に依存する、
請求項１から４のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項６】
前記入射媒体（１０）は、入射放射線を変化させることで当該変化した放射線が拡散放射線分布で前記入射媒体から出るように、配置されている、請求項１から５のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項７】
前記入射媒体（１０）と、前記スペーサ（３０）と、前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）とが空洞（３１）を取り囲み、
前記空洞（３１）は、前記入射媒体よりも低屈折率の媒体を備える、
請求項１から６のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項８】
前記入射媒体（１０）は１より大きい屈折率を有する、
請求項１から７のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項９】
前記作動距離（３２）は、０．２５μｍ〜１０μｍの値を有する、および／または、
前記作動距離（３２）は、少なくとも２μｍの値を有する、
請求項１から８のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１０】
前記空洞（３１）は、周囲環境に開放されており、または、
前記空洞（３１）は、開放されると共に周囲大気で満たされており、前記作動距離（３２）は少なくとも２μｍの値を有しており、または、
前記空洞（３１）は、周囲環境に対して閉鎖されている、
請求項９に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１１】
前記スペーサ（３０）は、前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）の１つまたは複数の端若しくはフレームに配置されている、
請求項１から１０のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１２】
前記スペーサ（３０）は、
パターニングされた接着剤、
パターニングされた光学接着剤、および／または
金属層、
を含む請求項１から１１のうち一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１３】
前記出射媒体（７０）は、電磁放射用検出器の少なくとも１つの活性表面を備えている
請求項１から１２のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）が複数のフィルタ要素を備え、
前記複数のフィルタ要素は異なる透過特性を有する、
請求項１から１３のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１５】
前記フィルタ要素は、バイカラー、マルチカラー、フォトピックおよび／またはフォトピックアプリケーション向けに配置されている、請求項１４に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１６】
入射媒体（１０）を提供するステップと、
前記入射媒体（１０）と少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）とが作動距離（３２）だけ離隔すると共に、前記入射媒体よりも低屈折率の媒体を取り囲むように、前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）との間にスペーサ（３０）を配置するステップと、
前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）を出射媒体（７０）上に配置するステップと、
を含む、フィルタアセンブリの製造方法。
【請求項１７】
前記スペーサ（３０）は、接着剤および／または光学接着剤をパターニングすることで、前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）との間に配置され、または、
前記スペーサ（３０）は、金属層をパターニングすることで、前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）との間に配置される、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１から１５のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリと、
１以上の感光領域を含む光学センサと、
を備え、
前記出射媒体（７０）が前記光学センサによって構成されている、
検出器。
【請求項１９】
前記誘電体フィルタ（５０）が１以上のフィルタ要素を含み、
前記１以上のフィルタ要素がそれぞれ異なる透過特性を有する、
請求項１８に記載の検出器。
【請求項２０】
前記検出器がコンピュータトモグラフィー検出器である、請求項１８または１９に記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタアセンブリ、検出器、およびフィルタアセンブリの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉フィルタなどの誘電体フィルタは、とりわけ、スペクトロスコピー、医療技術、消費者およびセキュリティアプリケーションなど、多くの異なるアプリケーション向けに広く商業的に使用されている。干渉フィルタは、例えばカラーコーティングなどの他のタイプの光学フィルタと比較していくつかの利点を提供する。干渉フィルタは、光学的にモデル化されて性能を予測し、特定のアプリケーションに合わせて設計され得るため、エンジニアリング設計の面でフレキシビリティを提供する。干渉フィルタは、機械的および熱的安定性も提供する。干渉フィルタは、異なる屈折率を有する誘電体材料の複数の薄膜層で構成されている。層の界面で反射した入射光の建設的または破壊的な干渉を利用して、目的の波長での吸収を最小限に抑えながら、１つ以上のスペクトルバンドまたはラインを選択して透過させる。
【０００３】
誘電体フィルタは、入射光の角度に対して強い角度依存性を示すことが知られている。透過波長またはエッジ位置は、入射角を増加させるために主に短波長側にシフトさせられる。拡散光条件では、スペクトルブロードニングやスミアリングを引き起こし、それがスペクトル分解能を低下させるため、これは問題となり得る。干渉フィルタは通常、照明ビームの入射角を定義して設計されているか、またはフィルタを傾けることで所望のスペクトル位置を調整できる。しかしながら、干渉フィルタは、ディフューザによって提供されるような拡散光条件で動作するように設計で適合させることができる。誘電体材料の複数の薄層は、スペクトルシフトを低減するために、光学的特性および材料特性に関して調整される。これには複雑なシミュレーションが必要となることが多く、一般的には異なるセンサ設計に適用され得ない。低スペクトルシフトと組み合わせて十分な視野を達成することは、依然として課題となっている。
【０００４】
スペクトルスミアリングを低減するための既知の方法には、光の方向を絞るための光学素子の使用や、入射光の角度を制限するための光絞りの使用がある。例えば、拡散光条件下でスペクトルシフトを低減する試みには、拡散光を収集し、照明ビームの定義された入射角、例えば垂直入射でフィルタにチャネルするために、フィルタ設計に組み込まれたコリメート光学素子が含まれる。別のアプローチは、視野絞りを使用してデバイス設計の視野を制御することで、規定された入射角までの光のみが入射できるようにし、それによってスペクトルブロードニングを低減することである。以前の研究では、干渉フィルタをポリマー層と組み合わせることも検討されていたが、それは、ポリマーコーティングが、不要な波長の一部を吸収して透過信号を改善することができるためであった。
【０００５】
全く異なるアプローチは、パターニングステップを含み、一定の厚さを有するファブリペロー空洞内の屈折率の空間変調を使用する。サブ波長パターンが第１の透過性材料に形成され、その後、異なる屈折率を有する第２の透過性材料によってギャップ充填される。有効屈折率とピーク波長は体積比に直接関係しており、ナノ構造体の横方向の寸法を変えることにより、ファブリペロー空洞の有効屈折率を増加させ、波長シフトを補償することができる。
【０００６】
拡散光下でのスペクトルシフトの影響は、専用の光学設計およびシミュレーションソフトウェアを用いてシミュレートされ得る。図６Ａは、先行技術のフィルタアセンブリを示す。フィルタアセンブリは、出射媒体７０、例えば光学センサ上に配置された誘電体フィルタ５０を含む。周囲大気は、屈折率Ｎ＝１の入射媒体と見なし得る。シミュレーションは、誘電体フィルタの表面法線に対して±９０°以内からの入射角ＡＯＩを想定している。
【０００７】
図６Ｂは、図６Ａのフィルタアセンブリのスペクトル透過曲線を示す。曲線は、波長λおよび２つのＡＯＩ（実線：ＡＯＩ＝０°および破線：ＡＯＩ＝９０°）の関数としての模擬透過グラフ（フィルタ透過率Ｔ［％］）を示す。グラフは、ＡＯＩを０°から９０°に変更すると、透過率Ｔ［％］が減少し、スペクトルピークが低波長側にシフトすることを示している。グラフの赤／赤外部分の透過率で赤外リークが示されている。また、入射角が高くなるほどリークが大きくなる。拡散光条件下での透過は、すべての角度にわたって結合されたグラフの結果となり、スペクトルスミアリングまたはスペクトルブロードニングとして知られるピークのブロードニングにつながる。
【０００８】
図７Ａは、別の先行技術のフィルタアセンブリを示す。このフィルタアセンブリは、上述の図６Ａに示されたものに基づいているが、入射媒体１０としてのディフューザをさらに含んでいる。入射媒体１０は、ポリマー、シンチレータ、または任意の他の光学媒体に相当し得るＮ＝１，５の高い屈折率を有する。図７Ｂは、図６Ｂと同様の模擬スペクトル透過曲線を示す。結果としての透過曲線は、０°から９０°までの全入射角にわたるシミュレーションの結果である。このグラフは、入射媒体の屈折率が増加するにつれて透過特性が悪化する可能性があることを示している。
【０００９】
図８Ａは、別の先行技術のフィルタアセンブリを示す。アセンブリは、図６Ａに示されたものと類似している。この場合、２つ以上のフィルタ５０が組み込まれている。入射媒体１０は、例えば、ショートパスフィルタ５１とロングパスフィルタ５２であるフィルタとが直接接触している。出射媒体は、シリコンフォトダイオード検出器であっても、または別のタイプの検出器であってもよい。これは、デュアルフィルタの例であるが、同例は、より多くのフィルタを含むように拡張され得る。
【００１０】
図８Ｂは、図８Ａの実施形態に係る理想スペクトル透過曲線を示す。一例として、ショートパスフィルタ５１は、４５０ｎｍまでの波長を透過し、より長い波長を反射するように最適化され得、ロングパスフィルタは、６７０ｎｍ以上の波長を透過し、より短い波長を反射するように最適化され得る。理想的には、４５０ｎｍから６７０ｎｍの間は透過がないことが好ましく、例えば、入射緑色光は５４０ｎｍで可能な限り反射される。
【００１１】
図８Ｃは、図８Ａの実施形態に係る模擬スペクトル透過曲線を示す。結果としての透過曲線は、０°から９０°までの全入射角にわたるシミュレーションの結果である。光学的シミュレーションは、この場合、透過率グラフが図８Ｂとは異なるように見えることを示している。拡散光条件下での誘電体フィルタの最適化されていない性能は、かなりのスペクトルスミアリングをもたらし、５４０ｎｍでの緑色光の透過を可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
目的は、例えば拡散光条件下でのスペクトル分解能の強化とスペクトルブロードニングの低減を可能にするフィルタアセンブリ、およびフィルタのスペクトルシフトの限界を低減することを可能にするフィルタアセンブリの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、独立請求項の主題によって達成される。さらなる展開および実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１４】
任意の１つの実施形態に関連して以下に記載される任意の特徴は、単独で、または以下に記載される他の特徴と組み合わせて使用され得、また、代替例として明示的に記載されない限り、任意の他の実施形態の１つ以上の特徴と組み合わせて使用され得ることも理解されるであろう。さらに、以下に記載されていない等価物および修正も、添付の特許請求の範囲に定義されているフィルタアセンブリおよびフィルタアセンブリの製造方法の範囲から逸脱することなく採用され得る。
【００１５】
フィルタアセンブリは、入射媒体、誘電体フィルタ、および出射媒体を備えている。一態様は、入射媒体と誘電体フィルタとの間のスペーサ、例えば、入射媒体とフィルタまたは複数のフィルタとの間のエアギャップを設計することに関連している。スペーサ、例えばエアギャップを設計することにより、フィルタアセンブリの有効屈折率の低減が可能になることが判明している。スペクトルスミアリングを低減でき、透過光分解能を強化できることが、例えばシミュレーションによって示され得る。
【００１６】
少なくとも１つの実施形態では、フィルタアセンブリは、入射媒体、スペーサ、少なくとも１つの誘電体フィルタ、および出射媒体を含む。前記スペーサは、前記入射媒体と前記少なくとも１つの誘電体フィルタとの間に配置され、その結果、前記入射媒体と前記少なくとも１つの誘電体フィルタが作動距離だけ離隔する。さらに、前記スペーサと、前記入射媒体と、前記少なくとも１つの誘電体フィルタとは、前記入射媒体よりも低屈折率の媒体を包囲している。前記少なくとも１つの誘電体フィルタは前記出射媒体上に配置されている。
【００１７】
「フィルタアセンブリ」という用語は、入射媒体、スペーサ、少なくとも１つの誘電体フィルタ、および出射媒体を含むスタックを示す。言い換えると、フィルタアセンブリの構成要素は、共通の光軸に沿って互いに対して積層されている。スタックまたはフィルタアセンブリにおいて、入射媒体、スペーサ、少なくとも１つの誘電体フィルタ、および出射媒体のうちの１つ以上の間に、さらなる層が設けられてもよい。しかしながら、フィルタアセンブリの一部またはすべての構成要素は、互いに直接接触していてもよい。
【００１８】
「誘電体フィルタ」は、フィルタの設計によって決まる透過特性を有する。透過特性は入射角の関数である。この意味で、誘電体フィルタの透過率は方向依存性である。誘電体フィルタの例は、プラズモニックフィルタや干渉フィルタ、例えばカットオフフィルタ、フォトピックフィルタ、カラーフィルタ、バンドパスフィルタ、およびそれらの組み合わせを含む。
【００１９】
外部放射源からの入射光は、入射媒体に様々な角度から当射することがある。光は、入射媒体の材料特性に応じた角度分布で入射媒体から出る。入射媒体と低屈折率媒体との間の第１の境界で、入射光は屈折し、低屈折率媒体の下流に位置する誘電体フィルタに向かって通過する。低屈折率媒体と誘電体フィルタの間の第２の境界で、入射光は屈折し、誘電体フィルタに結合される。前記入射媒体、前記低屈折率媒体、および前記誘電体フィルタを、平均屈折率を有するハイブリッドスタックと見なすことができる。前記平均屈折率または有効屈折率は、前記スペーサと、特に、前記作動距離に依存する。
【００２０】
入射光の一部は、誘電体フィルタに当射する可能性があり、誘電体フィルタの透過特性に応じてフィルタリングされる。そのようにフィルタリングされた光は、最終的には、誘電体フィルタの下流に位置する光学センサや電磁放射センサなどの出射媒体に向かって通過する。
【００２１】
シミュレーションは、スペーサがスペクトルシフトとスミアリングを効果的に低減することを示している。典型的には、誘電体フィルタのスペクトルシフトは、上記の境界、特に第１の境界での屈折率の変化が大きいと、より大きな程度まで減少する。同時に、スペクトルスミアリングまたはブロードニングが低減される。さらに、誘電体フィルタのフィルタ設計は、予想される入射角の範囲に適合するように調整され得、これにより、スペクトル選択性がさらに改善され、スペクトルスミアリングまたはブロードニングが低減される。
【００２２】
提案されるフィルタアセンブリは、多くの干渉フィルタのスペクトル性能を改善するために、例えば拡散光条件下で適用され得て、特に入射媒体の屈折率が高い場合に適用可能である。２つの例示的なシミュレーション結果は、例えばコンピュータトモグラフィー（ＣＴ）検出器とフォトニックフィルタのような２つの例示的な適用について、スペクトル性能がどの程度改善されるかを示している。しかしながら、フィルタアセンブリの適用は、これら２つの適用に限定されるものではなく、フィルタアセンブリは、多くの干渉フィルタ、例えば拡散光条件下でも適用可能である。また、可視波長域に限定されるものではなく、他の波長域、例えば赤外干渉フィルタにも適用可能である。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態では、スペーサは単一材料本体で構成されている。あるいは、スペーサは、誘電体フィルタの異なる位置に配置され、共同してスペーサを形成する複数のスペーサセクションに基づいて実装されてもよい。こうして、スペーサは一体型でも、または、何体かでも製造され得るため、設計の自由度を高めることを可能にする。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態では、前記入射媒体は、入射放射線を変化させて、変化した放射線が、拡散放射線分布で前記入射媒体から出るように配置されている。例えば、前記入射媒体は、ディフューザまたはシンチレータとして配置され得る。
【００２５】
このように、入射媒体はランベルト表面を構成し、すなわち、入射媒体は等方的出射輝度を有し、輝度はランベルトの余弦則に従う。このようなランベルト散乱は角度に依存せず、その結果、表面に隣接する半空間にある全方向から見たときに等しい輝度がある。ディフューザを使用することは、視野を拡大することを可能にする。シンチレータを介して入射媒体を実装することは、例えばコンピュータトモグラフィー検出器内にフィルタアセンブリを配置することによって、Ｘ線アプリケーションを可能にする。
【００２６】
ディフューザまたは光学ディフューザは、光を拡散または散乱させる材料、すなわち、入射媒体への入射光を変化させて、入射媒体から拡散放射分布で出るようにする材料を含む。シンチレータは、入射Ｘ線放射を特定の波長の光に変換する。特定の波長は、シンチレータの材料特性によって概ね決定される。例えば、異なるシンチレータ層は、異なる特定波長を有し得る。シンチレータ内で生成された光は、本質的に拡散性であり、入射媒体から拡散放射分布で出射する可能性がある。
【００２７】
少なくとも１つの実施形態では、前記入射媒体と、前記スペーサと、前記少なくとも１つの誘電体フィルタとは、空洞を包囲する。前記空洞は、前記入射媒体よりも低屈折率の媒体を構成し、したがって、上記の平均屈折率に寄与する。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態では、前記空洞は周囲環境に開放されている。このように、前記低屈折率媒体は、周囲大気を構成し、Ｎ＝１の屈折率を有する。典型的には、この状況で、第１および第２の境界での屈折が最大の効果を有し得る。あるいは、前記空洞は周囲環境に対して閉鎖されている。この場合、前記低屈折率媒体は、周囲大気でもあり得るが、さらに、異なる屈折率を有する光学的に透明または半透明の材料でもあり得る。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態では、前記入射媒体は１より大きい屈折率を有する。前記入射媒体の屈折率とスペーサに関連する低屈折率媒体の屈折率との間の差が大きいほど、第１の境界および第２の境界での屈折の効果が大きくなる。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態では、前記作動距離は０．２５μｍ〜１０μｍの値を有する、および／または前記作動距離は少なくとも２μｍの値を有する。シミュレーションでは、前記作動距離を２μｍまで増加させると、スペクトルシフトおよびスペクトルスミアリングが減少することを示している。前記作動距離を２μｍより増やしても、無視できる程度の効果しかない。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態では、空洞は開放されており、周囲大気で満たされている。前記作動距離は、少なくとも２μｍの値を有する。シミュレーションでは、２μｍを超える作動距離が、改善されたスペクトル性能を示すことが明らかになった。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態では、前記スペーサは、前記少なくとも１つの誘電体フィルタの１つまたは複数の端に配置されるか、あるいは前記少なくとも１つの誘電体フィルタを縁取る。フィルタアセンブリのスペクトル特性に対する効果とは別に、前記スペーサは、機械的支持、例えば、入射媒体および誘電体フィルタのための機械的支持をも提供する。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態では、前記スペーサは、パターニングされた接着剤、パターニングされた光学接着剤、および／または金属層を含む。これは、フィルタアセンブリが実装される所与のデバイスを製造するために使用されるプロセス技術に適合され得る付加的な設計オプションを提供する。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態では、前記出射媒体は、電磁放射検出器の少なくとも１つの活性表面を備えている。前記出射媒体は、光学センサまたはＸ線検出器等の他の検出器の一部であり得る。このように、フィルタアセンブリは、様々なタイプの電磁石検出器、例えばコンピュータトモグラフィー検出器またはカラーセンサ等のような、より大きな装置の一体部分として形成され得る。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態では、前記少なくとも１つの誘電体フィルタは、フィルタ要素を含む。前記フィルタ要素は、異なる透過特性を有する。例えば、前記フィルタ要素は、バイカラーまたは多色アプリケーション向けの、ショートパス、バンドパス、またはローパスフィルタであり得る。前記フィルタ要素は、単一の誘電体フィルタの一部として実装されてもよいし、少なくとも１つの誘電体フィルタよりも多い誘電体フィルタが存在してもよい。この場合、前記誘電体フィルタと前記フィルタ要素は同じであってもよい。これにより、昼間および夜間の条件で人間の視覚を模倣するためのフォトピックフィルタ設計およびスコトピックフィルタ設計のようなバイカラーまたはマルチカラーアプリケーションを実現することが可能である。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態では、前記フィルタ要素は、バイカラー、多色、フォトピックおよび／またはフォトピック用途向けに配置されている。これらの用途は、改善されたスペクトル特性から利益を得ることができ、特に、改善されたスペクトル分解能は、センサ読み取り値のより正確な評価を提供する。例えば、カラーセンサ内の隣接するカラーチャネル間のスペクトルオーバーラップが低減される。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態では、コンピュータトモグラフィー検出器は、上述した態様によるフィルタアセンブリを備えている。さらに、前記検出器は、１つ以上の感光領域を備えた光学センサをさらに備えている。
【００３８】
少なくとも１つの実施形態では、入射媒体は、１つ以上のシンチレータ層を有するシンチレータを備えている。この１つ以上のシンチレータ層は、入射Ｘ線放射を１つ以上の特定波長の光に変換するように配置されている。さらに、誘電体フィルタは、１つ以上の特定の波長に対応する異なる透過特性を有する１つ以上のフィルタ要素を備えている。最後に、出射媒体は、コンピュータトモグラフィー検出器によって構成される。
【００３９】
Ｘ線放射は、コンピュータトモグラフィー検出器内に配置された線源の外部から発生してもよい。人体部分のような物体を通過した後、Ｘ線はシンチレータに当射してもよい。次いで、例えば赤外線、可視光、または紫外線の光が、本質的に拡散性のシンチレータ層内で生成され、拡散角度分布でシンチレータから出射する。生成された光は、１つ以上の特定の波長によって特徴付けられることができ、フィルタ要素の透過特性、例えばショートパスおよびロングパスフィルタの透過特性それぞれに従って、誘電体フィルタによってフィルタリングされる。
【００４０】
模擬スペクトル透過曲線は、改善されたスペクトル特性を示し、例えば、スペクトルスミアリングに起因するフィルタ要素間のスペクトルオーバーラップが低減され得る。これにより、Ｘ線センサやコンピュータトモグラフィー検出器などの用途におけるスペクトル選択性の向上が可能となる。
【００４１】
少なくとも１つの実施形態では、検出器は、上述した態様によるフィルタアセンブリを備えている。さらに、検出器は、１つ以上の感光領域を有する光学センサを備えている。出射媒体は、光学センサによって構成される。入射媒体は、例えば、ディフューザまたはシンチレータを含んでもよい。
【００４２】
少なくとも１つの実施形態では、検出器は、上述した態様によるフィルタアセンブリを備えている。さらに、光学センサは、１つ以上の感光領域を構成するカラーセンサとして構成される。誘電体フィルタは、１つ以上のフィルタ要素を備え、その１つ以上のフィルタ要素は、それぞれ異なる透過特性を有する。例えば、異なる透過特性は、赤、緑、青、もしくは他のスペクトルバンドまたは関心のあるスペクトルラインのような異なる色に起因し得る。出射媒体は、カラーセンサによって構成される。
【００４３】
フィルタ要素の数に応じてバイカラーまたは多色であるセンサなどのカラーセンサは、誘電体フィルタによって構成される個々のフィルタ要素に関してスペクトル特性が改善されて実装され得る。特に、スペクトルスミアリングによるフィルタ要素間のスペクトルオーバーラップが低減され得る。これにより、異なるフィルタ要素を介して記録されるセンサ信号間のスペクトル選択性が向上され得る。これは、色検出の精度向上に寄与し得る。
【００４４】
少なくとも１つの実施形態では、フィルタアセンブリの製造方法は、入射媒体を提供するステップと、前記入射媒体と少なくとも１つの誘電体フィルタとの間にスペーサを配置するステップとを含む。前記スペーサは、前記入射媒体と前記少なくとも１つの誘電体フィルタが作動距離だけ離隔し、前記入射媒体よりも低屈折率の媒体を包囲するように配置される。最後に、前記少なくとも１つの誘電体フィルタが出射媒体上に配置される。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態では、前記スペーサは、接着剤および／または光学接着剤をパターニングすることによって、前記入射媒体と前記少なくとも１つの誘電体フィルタとの間に配置される。パターニングは、前記入射媒体上に、または前記入射媒体に直接実行され得る。代替的に、パターニングはまた、前記少なくとも１つの誘電体フィルタ上に、または前記少なくとも１つの誘電体フィルタに直接実行され得る。
【００４６】
少なくとも１つの実施形態では、前記スペーサは、金属層をパターニングすることにより、前記入射媒体と前記少なくとも１つの誘電体フィルタとの間に配置される。パターニングは、前記入射媒体上で、または前記入射媒体に直接実行され得る。あるいは、パターニングはまた、前記少なくとも１つの誘電体フィルタ上で、または前記少なくとも１つの誘電体フィルタに直接実行され得る。
【００４７】
フィルタアセンブリの製造方法のさらなる実装は、フィルタアセンブリおよび検出器の様々な実装および実施形態から容易に導出され、また、逆に、フィルタアセンブリおよび検出器のさらなる実装は、フィルタアセンブリの製造方法の様々な実装および実施形態から容易に導出される。
【００４８】
以下では、上述した原理を、例示的な実施形態が示されている図面を参照してさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】フィルタアセンブリの例示的な実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】スペクトル透過曲線の例示的な実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】フィルタアセンブリの別の例示的な実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】スペクトル透過曲線の別の例示的な実施形態を示す図である。
【図３Ａ】フィルタアセンブリの例示的な実施形態のシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｂ】フィルタアセンブリの例示的な実施形態のシミュレーション結果を示す図である。
【図４Ａ】シンチレータおよびＣＴ検出器向けのフィルタアセンブリの例示的な実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】スペクトル透過曲線の例示的な実施形態を示す図である。
【図５】フォトピックフィルタのスペクトル透過曲線の一例を示す図である。
【図６Ａ】先行技術のフィルタアセンブリを示す図である。
【図６Ｂ】先行技術のスペクトル透過曲線を示す図である。
【図７Ａ】別の先行技術のフィルタアセンブリを示す図である。
【図７Ｂ】別の先行技術のスペクトル透過曲線を示す図である。
【図８Ａ】別の先行技術のフィルタアセンブリを示す図である。
【図８Ｂ】別の先行技術のスペクトル透過曲線を示す図である。
【図８Ｃ】別の先行技術のスペクトル透過曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１Ａは、フィルタアセンブリの例示的な実施形態を示す。フィルタアセンブリは、光学センサ向けに配置されている。特に、フィルタアセンブリは、入射媒体１０、スペーサ３０、誘電体フィルタ５０、および出射媒体７０を備えている。この実施形態では、出射媒体７０は、光学センサ７１の一部として実装される。
【００５１】
光学センサ７１は、主面７３を有する半導体基板７２を備えている。集積回路７５が、半導体基板７２の主面７３に、またはその近傍に配置されている。集積回路７５は、感光領域７４を有する。製造時に、半導体基板７２は、シリコンウェハであってもよいし、シリコンウェハの一部であってもよい。例えば、集積回路７５は、１つ以上のフォトダイオード、好ましくは、電磁スペクトルの視覚的、紫外線または（近）赤外領域で感応するフォトダイオードを備えている。フォトダイオードは、ＣＭＯＳプロセス技術を用いて集積化されてもよい。
【００５２】
誘電体フィルタ５０は、光学センサ７１の主面７３上に配置される。誘電体フィルタ５０は、主表面７３上に直接配置されてもよいし、またはその間に誘電体層（図示せず）が存在してもよい。典型的には、誘電体フィルタは、集積回路７５の感光領域７４を覆う。誘電体フィルタ５０は、ウェハレベルのプロセスにおいて、光学センサ７１、例えば感光領域７４または集積回路７５が製造されたＣＭＯＳプロセスの最終層（例えば平坦化酸化物）の上にスパッタリングまたは堆積され得る複数の層を備えている。
【００５３】
例えば、誘電体フィルタ５０は、干渉フィルタとして、またはプラズモニックフィルタとして設計され得る。どちらの場合も、誘電体フィルタは、異なる部分層のスタックを含む。干渉フィルタは、例えば、ターゲットスペクトルの屈折率が異なる誘電体材料の交互の層を含む。個々の層の厚さは、フィルタ設計、例えば専用のフィルタ設計ソフトウェアによって決定される。誘電体フィルタ５０は、そのフィルタ設計によって決まる透過特性を有する。透過特性は入射角の関数である。この意味で、誘電体フィルタの透過は方向依存性を有する。干渉フィルタの例は、カットオフフィルタ、フォトピックフィルタ、カラーフィルタ、バンドパスフィルタ、およびそれらの任意の組み合わせを含む。
【００５４】
スペーサ３０は、誘電体フィルタ５０上に配置されている。実際には、スペーサ３０は、入射媒体１０と誘電体フィルタ５０とが離隔しており、空洞３１を包囲するように、入射媒体１０と誘電体フィルタ５０との間に配置される。空洞３１は、入射媒体１０よりも低屈折率の媒体、例えば周囲大気で構成されている。このように、スペーサ３０により、入射媒体１０と誘電体フィルタ５０は、作動距離３２だけ離隔して配置されている。空洞３１が開放しており、低屈折率媒体として大気がある場合、作動距離３２はエアギャップと見なされ得る。
【００５５】
スペーサ３０は、異なる方法で製造することができ、例えば、ウェハレベルなどの製造環境でフィルタ設計に実装され得る。特定の方法は、スペーサに使用される材料に依存する。
【００５６】
１つの方法は、スペーサ材料として光学接着剤を使用し、誘電体フィルタ５０上にスペーサ材料をパターニングすることによってスペーサを実装することである。このプロセスは、例えばスクリーン印刷またはマイクロステンシルを用いて実施され得る。光学接着剤は、パターニング後に加熱またはＵＶ硬化され得る。このプロセスは、硬化後に、規定の均一な厚さを確立するように適合され得る。代替的なアプローチは、スペーサ材料として金属を使用することである。スパッタリングを使用して、薄い金属層をスペーサとして堆積させてもよく、その後、電気めっきを使用して必要な厚さまで厚さを増加させる。これは、金属シード層を規定するためにパターニングステップを必要とする場合がある。これらは、スペーサ３０が製造され得る方法の２つの例に過ぎない。本発明の提案は、これら２つの選択肢に限定されると見なされるべきではない。
【００５７】
スペーサ３０は異なる形状を有し得る。例えば、スペーサ３０は、誘電体フィルタ５０の１つ以上の端に配置され得る。さらに、スペーサ３０は、誘電体フィルタ５０を縁取ってもよい。この意味で、スペーサ３０は、例えば、フィルタの端で、またはフィルタを縁取ることによって、１つ以上のセクションで構成されてもよい。こうして、スペーサは、少量の入射光のみを遮断してもよい。しかしながら、スペーサ３０は、入射光の吸収または遮断をさらに低減するために、上述した光学接着剤のような光学的に透明な材料を用いて製造されてもよい。スペーサ３０は、そのプロファイルに沿って入射媒体または誘電体フィルタを覆うような意味での層ではない。むしろ、スペーサ３０は、光がより低い屈折率の媒体を通過することを可能にするように構造化されているか、またはパターニングされている。
【００５８】
入射媒体１０は、光学的に透明または半透明な材料を含む。さらに、入射媒体１０は、１より大きい、例えば、Ｎ＝１．５の屈折率Ｎを有する。例えば、入射媒体１０はディフューザとして実装され得る。ディフューザとして実装される場合、入射媒体１０は、例えば、スペーサ３０の上にスピンオンされるか、または成形によって配置され得る。入射媒体１０は、透明な有機層を用いて実装されてもよく、光散乱粒子が媒体に添加されてもよい。光散乱粒子は、典型的には、例えば１〜１５マイクロメートルの間のサイズを有する。一般的に、サイズは、ディフューザ内での散乱が幾何光学の法則に従うように選択されるので、本質的に、散乱は波長に依存しない。さらに、ディフューザの材料および光散乱粒子の両方が、標的波長領域で吸収しないように選択される。ディフューザの厚さは、通常、２０〜数１００マイクロメートルの範囲内である。
【００５９】
入射光は、入射媒体１０、例えばディフューザに、様々な入射角度（図面中の光線によって示されるように）から、すなわち、フィルタアセンブリの任意の適切な表面によって規定され得る表面法線に対して±９０°の範囲内から当射してもよい。光は、角度の拡散分布を有する角度で入射媒体１０から出る。言い換えると、ディフューザとしての入射媒体は、ランベルト表面を構成し、すなわち、入射媒体は、等方的出射輝度を有し、発光強度は、ランベルトの余弦則に従う。このようなランベルト散乱は角度に依存せず、その結果、表面に隣接する半空間にある全方向から見たときに等しい輝度がある。
【００６０】
入射光は、最終的には入射媒体１０を通過し、上述したような角度の拡散分布で出射面１１から出る。入射光は、所与の屈折率を有する入射媒体１０と空洞３１内の低屈折率媒体との間の第１の境界で屈折する。この低屈折率媒体、例えば周囲大気は、入射媒体１０と誘電体フィルタ５０とによって包囲されている。入射媒体１０の間の第１の境界、すなわち出射面１１から、入射光は、空洞３１内の低屈折率媒体の下流に位置する誘電体フィルタ５０に向かって通過する。第２の境界は、空洞３１内の低屈折率媒体と誘電体フィルタ５０との間に位置している。入射光は再び屈折し、誘電体フィルタ５０に結合される。入射媒体１０、より低屈折率の媒体、および誘電体フィルタ５０は、平均屈折率を有するハイブリッドスタックと見なされ得る。平均屈折率は、スペーサ３０および特に、作動距離３２に依存する。
【００６１】
第１の境界での屈折は、主に、入射媒体１０と、エンクロージャ、または空洞３１内の低屈折率媒体、例えば周囲大気との間の屈折率の差によって決まる。作動距離３２内に配置された場合、誘電体フィルタ５０の透過特性（例えば、その中心波長）のスペクトルシフトは、変化する入射角の下で所与の範囲内に保たれ得る。例えば、±３０°、±２０°、±１０°等よりも小さい間隔からの入射角の下では、例えば、スペクトルシフトを一定（又は±１ｎｍ、±２ｎｍ、±５ｎｍ等の範囲内）に保つことができる。このように、スペクトルシフトは、（諸パラメータの中でも特に）スペーサ３０の特性によって決定される度合いに制限され得る。作動距離３２は、専用の光学設計およびシミュレーションソフトウェアを用いて決定され得る。
【００６２】
最後に、誘電体フィルタ５０に当射する光は、誘電体フィルタ５０の透過特性に従ってフィルタリングされる。そのようにフィルタリングされた光は、次に、光学センサ７１（出射媒体７０として機能する）、特に集積回路７５の感光領域７４によって検出され得る。
【００６３】
図１Ｂは、図１Ａのフィルタアセンブリの例示的な実施形態のスペクトル透過曲線を示す。シミュレーションは、スペーサ３０の作動距離３２に対する適切な値、例えば、入射媒体１０と誘電体フィルタ５０または複数のフィルタとの間のエアギャップが、透過光分解能を向上させるだけでなく、スペクトルブロードニングおよびスペクトルシフトを低減させ得ることを示している。
【００６４】
曲線は、作動距離がゼロでない場合（破線）と、作動距離がゼロの場合（実線）の、波長λ［ｎｍ］の関数としての模擬透過率グラフ（フィルタ透過率Ｔ［％］）を示す。これらの結果は、ゼロでない作動距離の存在により、透過率グラフの形状が大幅に改善され、低波長と高波長でリークの少ない、よりピーク形の形状を示していることを示唆している。シミュレーションは、図１Ａの実施形態を想定した。そのため、±９０°以内の様々な入射角と、Ｎ＝１．５の入射媒体が考慮されている。空洞３１は開放されており、したがって、Ｎ＝１．０の屈折率を有する周囲大気で満たされている。
【００６５】
結論として、図１Ａの実施形態は、スペクトルシフトおよびスペクトルスミアリングの影響がかなり低減されていることを示している。さらに、赤外におけるスペクトルリークも同様に低減されている。これは主に、入射媒体１０、空洞３１内の低屈折率媒体、および誘電体フィルタ５０を備えたハイブリッド構造内に配置されたスペーサ３０によるものである。特に、ハイブリッド構造は、第１の境界および第２の境界での入射光の屈折によって規定される平均屈折率によって表され得る。実際、空洞３１内の入射媒体と低屈折率媒体との間の屈折率の差が、誘電体フィルタ５０のスペクトル特性を向上させることがわかっている。
【００６６】
図２Ａは、フィルタアセンブリの別の例示的な実施形態を示す。この実施形態は、図１Ａに示されたものと類似しており、すなわち、フィルタアセンブリは、光学センサ７１向けに配置されている。特に、フィルタアセンブリは、入射媒体１０とスペーサ３０とを備えている。この特定の実施形態では、入射媒体は屈折率Ｎ＝１．８を有する。しかしながら、誘電体フィルタ５０は、デュアルフィルタ設計であり、第１のフィルタ５１と第２のフィルタ５２とを有する。第１のフィルタ５１と第２のフィルタ５２は、それぞれ異なる透過特性、例えばショートパスとロングパスを有する。
【００６７】
第１のフィルタ５１と第２のフィルタ５２は、別個に配置されていてもよいし、同じキャリア上に配置されていてもよい。出射媒体７０は、光学センサ７１の一部として実装されているが、２つの異なる感光領域７６，７７を有する。出射媒体７０は、同じ半導体基板７２および同じ集積回路７５に配置され得る。あるいは、光学センサ７１は、別個の半導体基板および／または別個の集積回路にわたって配置され得る。いずれにしても、各フィルタ５１、５２は、感光領域７６，７７のうちの１つの専用の感光領域に関連付けられている。
【００６８】
例えば、光学センサはバイカラーセンサである。本発明は、例えば、各フィルタ要素が専用の感光領域に関連付けられているマルチフィルタ設計を使用することによって、マルチカラーセンサに拡張され得る。
【００６９】
図２Ｂは、図２Ａのフィルタアセンブリの例示的な実施形態のスペクトル透過曲線を示す。曲線は、作動距離がゼロでない場合（破線）と、スペーサが無く入射媒体と誘電体フィルタとの間に作動距離が配置されていない場合（実線）の、波長λ［ｎｍ］の関数としての模擬透過グラフ（フィルタ透過率Ｔ［％］）を表している。２本の実線は、それぞれショートパスとロングパスの透過フィルタを表している。シミュレーションは、図２Ａの実施形態を想定した。±９０°以内の様々な入射角と、Ｎ＝１．８の入射媒体を想定している。空洞３１は開放されており、したがって、屈折率Ｎ＝１．０の周囲大気で満たされている。
【００７０】
結果は、スペーサ無し設計と、開放した空洞またはエアギャップ設計の場合のフィルタ透過を比較したものである。シミュレーションは、フィルタ設計にスペーサ３０を工学的に組み込むことにより、透過プロファイルが有意に改善され、理想的な透過グラフに近づくことを示している。
【００７１】
結論として、図１Ａの実施形態に関して上述した知見は、バイカラーまたは多色センサおよびアプリケーションに拡張され得る。したがって、スペクトル特性は、誘電体フィルタ５０によって構成される個々のフィルタ要素について改善される。特に、スペクトルスミアリングに起因するフィルタ要素間のスペクトルオーバーラップが低減され得る。これにより、バイカラーまたは多色センサおよびアプリケーションにおいて、改善されたスペクトル選択性を得ることができる。
【００７２】
図３Ａおよび３Ｂは、図２Ａのフィルタアセンブリの例示的な実施形態のフィルタアセンブリの例示的な実施形態のシミュレーション結果を示す。曲線は、波長λ［ｎｍ］の関数としての模擬透過グラフ（フィルタ透過率Ｔ［％］）を表す。シミュレーションは、図２Ａの実施形態を想定している。透過グラフは、様々な作動距離３２、特に０．２５μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍ（図３Ａの凡例を参照）、および２．０μｍ、５．０μｍ、１０．０μｍ（図３Ｂの凡例を参照）に関してシミュレートされている。結果は、２μｍを超える作動距離３２では、フィルタの透過率が高く、ショートパスおよびロングパスフィルタ５１，５２の間に改善されたスペクトル選択性があることを示している。
【００７３】
本発明の提案は、入射媒体としてのディフューザに限定されないが、それは、改善されたスペクトル分解能を必要とする任意の用途に、例えば拡散入射光の存在下で適用され得るからである。以下に挙げる２つの例示的な実施形態は、（１）コンピュータトモグラフィー（ＣＴ）検出器、および（２）フォトピックフィルタの性能を向上させるために本発明がどのように使用され得るかを説明する。
【００７４】
図４Ａは、フィルタアセンブリの別の例示的な実施形態を示す。フィルタアセンブリは、コンピュータトモグラフィー検出器７８（ＣＴ検出器）向けに配置されている。特に、フィルタアセンブリは、入射媒体１０としてのシンチレータ１２と、スペーサ３０と、誘電体フィルタ５０と、出射媒体７０とを備えている。この実施形態では、出射媒体７０は、出射媒体としてのＣＴ検出器の一部として実施される。ＣＴ検出器は、約Ｎ＝４．４の屈折率を有していてもよい。ＣＴ検出器７８は、複数の検出器要素または感光領域（図示せず）を含む。検出器要素は、出射媒体内に配置されたフォトダイオードまたはシリコン光電子増倍器として実装されてもよい。さらに、ＣＴ検出器７８は、上述した光検出器と同様の集積回路を含んでもよい。
【００７５】
シンチレータ１２は、シンチレータ層として配置されている。例えば、２つのシンチレータ層があると想定する、すなわち、第１のシンチレータ層は、ガドリニウムオキシサルファイド（ＧＯＳ）であり得、第２のシンチレータ層は、セリウムドープルテチウム（ＬＹＳＯ）であり得る。シンチレータは、例えば、約Ｎ＝１．８５の屈折率を有する。
【００７６】
スペーサ３０は、先行実施形態と同様に誘電体フィルタ５０上に配置されている。実際には、スペーサ３０は、シンチレータ１２と誘電体フィルタ５０との間に配置されており、それらは、それによって離隔しており、開放された空洞３１を包囲する。したがって、空洞３１は周囲大気で満たされており、屈折率Ｎ＝１．０に寄与する。誘電体フィルタ５０は、複数のフィルタ要素を備え、それぞれが検出器要素に帰属され得る。例えば、誘電体フィルタ５０は、２つのフィルタ要素、例えばショートパスおよびロングパスフィルタを備えている。
【００７７】
ＣＴ検出器７８は、Ｘ線源によって生成され物体を通過したＸ線を検出するように配置されている。Ｘ線は最終的にシンチレータ１２およびそのシンチレータ層に当射し、Ｘ線を特定の波長の光に変換する。特定の波長は、シンチレータ層の材料特性によって概ね決定される。例えば、２つのシンチレータ層は、異なる特定の波長を有する。ＧＯＳから作られた第１のシンチレータ層は、入射したＸ線を２つの異なる波長、すなわち６７０ｎｍ（赤色光）と５２０ｎｍ（緑色光）に変換する。ＬＹＳＯから作られた第２のシンチレータ層は、入射したＸ線を４２０ｎｍの波長（青色光）に変換する。
【００７８】
シンチレータ層内で発生した光は、その性質上拡散性を有し、図１Ａに関して上述したように、シンチレータ１２（入射媒体１０としての）から、出射面１１で、拡散分布角度で出射する。最後に、誘電体フィルタ５０に当射した光は、誘電体フィルタ５１，５２の透過特性に従ってフィルタリングされる。２つのフィルタ要素、例えばショートパスとロングパスのフィルタ要素は、赤色光と青色光を光検出器に通過させ、例えば緑色光を遮断するために使用される。
【００７９】
図４Ｂは、図４Ａのフィルタアセンブリの例示的な実施形態のスペクトル透過曲線を示す。曲線は、作動距離がゼロでない場合（破線）と、入射媒体と誘電体フィルタとの間に配置されたスペーサが無い場合（実線）での波長λ［ｎｍ］の関数としての模擬透過グラフ（フィルタ透過率Ｔ［％］）を表す。シミュレーションは、図４Ａの実施形態を想定した。
【００８０】
スペーサ３０が無いフィルタアセンブリは、光が誘電体フィルタを通過するときにスペクトルスミアリングを生じることは明らかである。結果として得られる透過率グラフは、理想的なものとは程遠い（実線を参照）。緑色光の約５０％の透過率が示されている。提案されたフィルタ設計を適用することによって、すなわち、スペーサ３０とゼロでない作動距離を組み込むことによって、結果として得られる透過率曲線は、図面（破線）に示されているように有意に改善され得る。緑色光の透過率は、１０％未満に低減される。
【００８１】
結論として、提案されたフィルタアセンブリは、光学センサ以外のセンサタイプにも適用され得る。ＣＴ検出器７８のようなＸ線検出器は、シンチレータに基づいており、このシンチレータは、性質上、シンチレータ層内で生成された光に角度の拡散分布をもたらす。スペクトル特性は、誘電体フィルタ５０に対して改善され、例えば、スペクトルスミアリングに起因するフィルタ要素間のスペクトルオーバーラップが低減され得る。これにより、Ｘ線センサやＣＴ検出器などの用途におけるスペクトル選択性を向上させることができる。
【００８２】
図５は、フォトピックフィルタの模擬スペクトル透過曲線を示している。このシミュレーションでは、高透過率材料としてＮｂ２Ｏ５、低透過率材料としてＳｉＯ２の多層膜からなる誘電体フィルタ５０をそれぞれ想定している。この誘電体フィルタ５０は、例えば、図１Ａの実施形態では、フィルタとして使用され得る。例えば、１つの目的は、５５５ｎｍ、全幅−半値最大ＦＷＨＭ＝１００ｎｍの光を通過する光干渉フィルタを生成することであり得る。
【００８３】
シミュレーション結果は、入射媒体１０と誘電体フィルタ５０との間に配置されたスペーサ３０がある場合（破線）と、スペーサ３０が無い場合（実線）での、波長λの関数としての模擬透過グラフ（フィルタ透過率Ｔ［％］）として描かれている。光干渉フィルタ５０が０°ＡＯＩ（公称入射）で平行光で照明される場合、ピーク位置は５５５ｎｍを中心とする。同じフィルタ５０を、ＡＯＩのランベルト分布を有する拡散光で照射すると、ピーク位置がシフトし、フィルタ形状のブロードニングがあり、赤外リークが増加する（実線参照）。本明細書で提案されているように、スペーサ３０および作動距離３２を適用することにより、光干渉フィルタ５０のスペクトル応答性を向上させることができる。エアギャップを有するコーティング（すなわち、開放した空洞設計）の場合には、フィルタ５０の阻止帯域および透過率性能は、エアギャップを有しないコーティングの場合よりもかなり改善される（破線参照）。
【００８４】
結論として、スペーサを含むハイブリッド構造は、フォトピックフィルタ設計におけるスペクトル特性の向上を可能にしている。同じ原理は、スコトピックフィルタ設計にも適用され得る。これらのタイプのフィルタは、それぞれ昼間と夜間の人間の視覚に似せて設計されている。スペクトルシフト、スミアリング、リークの影響を低減することで、カラーセンサなどの人間の視覚用途における光学センサの性能を向上させることができる。
【００８５】
別の実施形態では（図示せず）、フィルタアセンブリは、スペクトルの赤外（ＩＲ）部分、例えば近赤外向けに構成されている。誘電体フィルタ５０は、赤外線、例えば７００ｎｍ〜１ｍｍの間のスペクトル窓を有する透過特性を有する。例えば、スペクトル窓（複数可）は、０．７５〜１．４μｍの間の近赤外（ＮＩＲ）にある。上記に示された実施形態は、赤外と近赤外でも、フィルタアセンブリと共に使用され得る。しかし、スペクトル窓によっては、入射媒体と出射媒体に使用する材料は、その光学特性が一致するように調整されてもよい。例えば、半導体基板７２の材料としてのシリコンなどの半導体は、赤外域での透過を示すものであり、赤外域での有意な透過を特徴としない材料と交換されてもよい。
【００８６】
一般に、フィルタアセンブリは、多くの干渉フィルタのスペクトル性能を改善するために、例えば拡散光条件下で適用され得るものであり、入射媒体の屈折率が高い場合に特に適用可能である。フィルタアセンブリは、拡散光条件または可視波長に限定されない。実際、フィルタアセンブリは、他の波長範囲、例えば赤外または紫外、ＵＶの干渉フィルタに適用され得る。
【符号の説明】
【００８７】
１０  入射媒体
１１  出射面
１２  シンチレータ
３０  スペーサ
３１  空洞
３２  作動距離
５０  誘電体フィルタ
５１  第１のフィルタ
５２  第２のフィルタ
７０  出射媒体
７１  光学センサ
７２  半導体基板
７３  主面
７４  感光領域
７５  集積回路
７６，７７  感光領域
７８  ＣＴ検出器
Ｔ［％］  フィルタ透過率
λ［ｎｍ］  波長（ナノメートル）
【図１Ａ】
2021532402.tif 000003
【図１Ｂ】
2021532402.tif 000004
【図２Ａ】
2021532402.tif 000005
【図２Ｂ】
2021532402.tif 000006
【図３Ａ】
2021532402.tif 000007
【図３Ｂ】
2021532402.tif 000008
【図４Ａ】
2021532402.tif 000009
【図４Ｂ】
2021532402.tif 000010
【図５】
2021532402.tif 000011
【図６Ａ】
2021532402.tif 000012
【図６Ｂ】
2021532402.tif 000013
【図７Ａ】
2021532402.tif 000014
【図７Ｂ】
2021532402.tif 000015
【図８Ａ】
2021532402.tif 000016
【図８Ｂ】
2021532402.tif 000017
【図８Ｃ】
2021532402.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月5日(2021.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射媒体（１０）と、スペーサ（３０）と、少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）と、出射媒体（７０）とを備えたフィルタアセンブリであって、
前記スペーサ（３０）は、前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）が作動距離（３２）だけ離隔するように前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）の間に配置され、それにより前記入射媒体（１０）よりも低屈折率の媒体を取り囲み、
前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）は、前記出射媒体（７０）上に配置されている、
フィルタアセンブリ。
【請求項２】
前記スペーサ（３０）は、変化する入射角の下で入射する光のスペクトルシフトを制限するように配置されている、
請求項１に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項３】
前記入射媒体から前記作動距離（３２）内に配置された前記誘電体フィルタ（５０）は、透過特性を有し、
前記誘電体フィルタ（５０）の透過特性のスペクトルシフトが、入射角が変化しても所定の範囲内に収まるように、前記作動距離（３２）が配置されている、
請求項１または２に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項４】
前記スペクトルシフトが、±３０°、±２０°、±１０°未満等の間隔からの入射角の下で、一定または±１ｎｍ、±２ｎｍ、±５ｎｍ等の範囲内に保たれている、
請求項２または３に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項５】
前記入射媒体（１０）と、低屈折率媒体と、前記誘電体フィルタ（５０）とが、平均屈折率を有するハイブリッドスタックを形成し、
前記平均屈折率は、前記スペーサ（３０）と前記作動距離（３２）に依存し、
前記誘電体フィルタ（５０）のスペクトル特性は、前記平均屈折率に依存する、
請求項１から４のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項６】
前記入射媒体（１０）は、入射放射線を変化させることで当該変化した放射線が拡散放射線分布で前記入射媒体から出るように、配置されている、請求項１から５のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項７】
前記入射媒体（１０）と、前記スペーサ（３０）と、前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）とが空洞（３１）を取り囲み、
前記空洞（３１）は、前記入射媒体よりも低屈折率の媒体を備える、
請求項１から６のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項８】
前記入射媒体（１０）は１より大きい屈折率を有する、
請求項１から７のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項９】
前記作動距離（３２）は、０．２５μｍ〜１０μｍの値を有し、
前記作動距離（３２）は、２μｍ〜１０μｍの値を有し、および／または
前記作動距離（３２）は、少なくとも２μｍの値を有する、
請求項１から８のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１０】
前記空洞（３１）は、周囲環境に開放されており、または、
前記空洞（３１）は、開放されると共に周囲大気で満たされており、前記作動距離（３２）は少なくとも２μｍの値を有しており、または、
前記空洞（３１）は、周囲環境に対して閉鎖されている、
請求項９に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１１】
前記スペーサ（３０）は、前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）の１つまたは複数の端若しくはフレームに配置されている、
請求項１から１０のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１２】
前記スペーサ（３０）は、
パターニングされた接着剤、
パターニングされた光学接着剤、および／または
金属層、
を含む請求項１から１１のうち一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１３】
前記出射媒体（７０）は、電磁放射用検出器の少なくとも１つの活性表面を備えている
請求項１から１２のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）が複数のフィルタ要素を備え、
前記複数のフィルタ要素は異なる透過特性を有する、
請求項１から１３のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１５】
前記フィルタ要素は、バイカラー、マルチカラー、フォトピックおよび／またはフォトピックアプリケーション向けに配置されている、請求項１４に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１６】
入射媒体（１０）を提供するステップと、
前記入射媒体（１０）と少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）とが作動距離（３２）だけ離隔すると共に、前記入射媒体よりも低屈折率の媒体を取り囲むように、前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）との間にスペーサ（３０）を配置するステップと、
前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）を出射媒体（７０）上に配置するステップと、
を含む、フィルタアセンブリの製造方法。
【請求項１７】
前記スペーサ（３０）は、接着剤および／または光学接着剤をパターニングすることで、前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）との間に配置され、または、
前記スペーサ（３０）は、金属層をパターニングすることで、前記入射媒体（１０）と前記少なくとも１つの誘電体フィルタ（５０）との間に配置される、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１から１５のうちいずれか一項に記載のフィルタアセンブリと、
１以上の感光領域を含む光学センサと、
を備え、
前記出射媒体（７０）が前記光学センサによって構成されている、
検出器。
【請求項１９】
前記誘電体フィルタ（５０）が１以上のフィルタ要素を含み、
前記１以上のフィルタ要素がそれぞれ異なる透過特性を有する、
請求項１８に記載の検出器。
【請求項２０】
前記検出器がコンピュータトモグラフィー検出器である、請求項１８または１９に記載の検出器。
【国際調査報告】
2021532402.tif 000019
2021532402.tif 000020
2021532402.tif 000021