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JP2018197184A - 誘導透過フィルタ - Google Patents

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Abstract

【課題】情報を得るための光学センサ装置に適した誘導透過フィルタの提供。【解決手段】誘電材料群の第１の誘電材料および前記誘電材料群の第２の誘電材料の交互の層を含む第１の層群と、前記誘電材料群の第３の誘電材料および前記誘電材料群の第４の誘電材料の交互の層を含む第２の層群と、前記誘電材料群の第５の誘電材料、前記誘電材料群の第６の誘電材料、および金属材料の交互の層を含む第３の層群と、を備え、前記第３の層群は、前記第１の層群と前記第２の層群との間に配置され、前記誘電材料群は、酸化ニオブチタン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、二酸化ハフニウム、それらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含み、前記金属材料が銀材料である誘導透過フィルタ。【選択図】なし

Description

光学センサ装置を利用して、情報を得ることができる。例えば、光学センサ装置は、電磁周波数の組に関する情報を得ることができる。光学センサ装置は、情報を得るセンサ素子（例：光学センサ、分光センサ、および／または画像センサ）の組を含んでもよい。例えば、センサ素子アレイを利用して、複数の周波数に関する情報を得ることができる。ある例において、例えば次のように、センサ素子アレイを利用して、光の色帯域の組に関する情報を得ることができる：センサ素子アレイの第１のセンサ素子が、光の赤色帯域に関する情報を得て、センサ素子アレイの第２のセンサ素子が、光の緑色帯域に関する情報を得て、センサ素子アレイの第３のセンサ素子が、光の青色帯域に関する情報を得る。
センサ素子アレイのセンサ素子は、フィルタと対応付けられてもよい。フィルタは、センサ素子へ伝えられる第１の光スペクトル域と対応付けられた通過帯域を含んでもよい。フィルタは、第２の光スペクトル域のセンサ素子への通過の遮断と対応付けられてもよい。ある例において、センサ素子アレイは、赤色通過帯域、青色通過帯域、緑色通過帯域等（例：赤／緑／青（ＲＧＢ）フィルタ）等の、異なる色通過帯域を含むフィルタと対応付けられてもよい。他の例において、センサ素子アレイは、近赤外（ＮＩＲ）遮断フィルタ、赤外（ＩＲ）遮断フィルタ、長波パス（ＬＷＰ）フィルタ、短波パス（ＳＷＰ）フィルタ、明順応フィルタ、三刺激フィルタ等と対応付けられてもよい。
可能な実施態様によると、光学フィルタは、第１の層群を含んでもよい。第１の層群は、誘電材料群の第１の誘電材料および誘電材料群の第２の誘電材料の交互の層を含んでもよい。光学フィルタは、第２の層群を含んでもよい。第２の層群は、誘電材料群の第３の誘電材料および誘電材料群の第４の誘電材料の交互の層を含んでもよい。光学フィルタは、第３の層群を含んでもよい。第３の層群は、誘電材料群の第５の誘電材料、誘電材料群の第６の誘電材料、および金属材料の交互の層を含んでもよい。第３の層群は、第１の層群と第２の層群との間に配置されてもよい。
可能な実施態様によると、誘導透過フィルタは、第１の誘電体層の組を含む第１の全誘電体部を含んでもよい。誘導透過フィルタは、第２の誘電体層の組を含む第２の全誘電体部を含んでもよい。誘導透過フィルタは、第３の誘電体層の組および１つ以上の金属層を含む金属／誘電体部を含んでもよい。金属／誘電体部は、第１の全誘電体部と前記第２の全誘電体部との間に配置されてもよい。
可能な実施態様によると、混合金属／誘電体光学フィルタは、基板を含んでもよい。混合金属／誘電体光学フィルタは、二酸化ケイ素層および酸化ニオブチタン層を交互に含む第１の全誘電体部を含んでもよい。混合金属／誘電体光学フィルタは、二酸化ケイ素層および酸化ニオブチタン層を交互に含む第２の全誘電体部を含んでもよい。混合金属／誘電体光学フィルタは、１つ以上の層群を含む金属／誘電体部を含んでもよい。１つ以上の層群のある層群は、銀層、２つの酸化亜鉛層、および２つの酸化ニオブチタン層を含んでもよい。銀層は、２つの酸化亜鉛層の間に配置されてもよい。２つの酸化亜鉛層は、２つの酸化ニオブチタン層の間に配置されてもよい。金属／誘電体部は、第１の全誘電体部と第２の全誘電体部との間に配置されてもよい。
本明細書に記載の実施形態の概要図である。 本明細書に記載の実施形態の概要図である。 本明細書に記載の実施形態の概要図である。 本明細書に記載の全誘電体光学フィルタの特性図である。 本明細書に記載の全誘電体光学フィルタの特性図である。 本明細書に記載の全誘電体光学フィルタの特性図である。 本明細書に記載の低角シフト誘導透過光学フィルタ（ＩＴＦ）の特性図である。 本明細書に記載の低角シフト誘導透過光学フィルタ（ＩＴＦ）の特性図である。 本明細書に記載の低角シフト誘導透過光学フィルタ（ＩＴＦ）の特性図である。 本明細書に記載の混合金属／誘電体光学フィルタの特性図である。 本明細書に記載の混合金属／誘電体光学フィルタの特性図である。 本明細書に記載の混合金属／誘電体光学フィルタの特性図である。 本明細書に記載の混合金属／誘電体光学フィルタの特性図である。 本明細書に記載の混合金属／誘電体光学フィルタの特性図である。 本明細書に記載の混合金属／誘電体光学フィルタの特性図である。 本明細書に記載の光学フィルタの組の特性図である。 本明細書に記載の光学フィルタの組の特性図である。 本明細書に記載の光学フィルタの組の特性図である。 本明細書に記載の光学フィルタの組の特性図である。 本明細書に記載の光学フィルタの組の特性図である。 本明細書に記載の光学フィルタの組の特性図である。 本明細書に記載の光学フィルタの組の特性図である。 本明細書に記載の光学フィルタの組の特性図である。 本明細書に記載の光学フィルタの組の特性図である。
実施形態に対する詳細の説明を、添付の図面を参照して以下に説明する。種々の図面における同じ参照符号は、同じまたは類似の要素を特定するものである。
光学センサ装置は、光学トランスミッタ、電球、環境光源等の光源から発せられる光を受けるセンサ素子のセンサ素子アレイを含んでもよい。光学センサ装置は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）技術や電荷結合素子（ＣＣＤ）技術等の１つ以上のセンサ技術を利用してもよい。光学センサ装置のセンサ素子（例：光学センサ）は、電磁周波数の組に関する情報（例：スペクトルデータ）を取得してもよい。
センサ素子は、センサ素子が電磁周波数の特定のスペクトル域に関する情報を取得できるようにセンサ素子への光をフィルタリングするフィルタと対応付けられてもよい。例えば、センサ素子は、センサ素子へと向かう光の一部をフィルタリングするために赤／緑／青（ＲＧＢ）フィルタ、近赤外（ＮＩＲ）遮断フィルタ、赤外（ＩＲ）遮断フィルタ、長波パス（ＬＷＰ）フィルタ、短波パス（ＳＷＰ）フィルタ、明順応フィルタ、三刺激フィルタ等と配列されてもよい。フィルタは、光の一部をフィルタリングする誘電体層の組を含んでもよい。例えば、フィルタは、酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯｘ）および二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の交互の層等の、交互の高指数層および低指数層の誘電体フィルタスタックを含んでもよい。ただし、全誘電体タイプのフィルタは、より高い入射角での閾値角シフトと対応付けられ得る。例えば、全誘電体フィルタは、入射角２０度で約１０ｎｍ超、入射角３０度で約２０ｎｍ超、入射角４０度で約４０ｎｍ超、入射角５０度で約５０ｎｍ超の角シフトと対応付けられ得る。
高指数誘電体、低指数誘電体、および金属の交互の層を有する低角シフト（ＬＡＳ）フィルタを選択して、全誘電体フィルタに対する角シフトを低減してもよい。例えば、低角シフトフィルタは、全誘電体フィルタに対する角シフトを低減するために酸化ニオブチタン、酸化亜鉛、および銀の層を用いてもよい。ただし、低角シフトフィルタは、閾値を満たさない低角シフトフィルタの通過帯域における透過率と対応付けられ得る。例えば、低角シフトフィルタは、入射角０度〜５０度の範囲で約７０％未満の透過率と対応付けられ得る。
本明細書に記載のいくつかの実施形態は、交互誘電体層部分が誘電体層・金属層部分を挟む、混合誘電体／金属フィルタを提供する。例えば、光学フィルタは、酸化ニオブチタンの高指数層および二酸化ケイ素の低指数層が交互になる組を有する第１の部分と、酸化ニオブチタンの高指数層および二酸化ケイ素の低指数層が交互になる他の組を有する第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間に配され、酸化ニオブチタンの高指数層、酸化亜鉛の低指数層、および銀の金属層が交互になる第３の部分とを含んでもよい。こうして、フィルタは、閾値角シフト未満および閾値透過レベル超で光をフィルタリングしてもよい。例えば、混合誘電体／金属フィルタは、入射角０度〜５０度で約３０ｎｍ未満の角シフト、入射角０度〜４０度で約２０ｎｍ未満の角シフト、入射角０度〜２０度で約１０ｎｍ未満の角シフトと対応付けられてもよい。同様に、混合誘電体／金属フィルタは、入射角０度〜５０度で約７０％超の透過率、入射角０度〜５０度で約７５％超の透過率と対応付けられてもよい。
図１Ａ〜１Ｃは、本明細書に記載の実施形態１００／１００’／１００’’の概要図である。図１Ａに示すように、実施形態１００は、センサシステム１１０を含む。センサシステム１１０は、光学システムの一部であってもよく、センサ判定に対応する電気出力を提供してもよい。センサシステム１１０は、光学フィルタ１３０を含む光学フィルタ構造１２０と、光学センサ１４０とを含む。例えば、光学フィルタ構造１２０は、通過帯域フィルタリング機能を行う光学フィルタ１３０を含んでもよい。他の例において、光学フィルタ１３０は、光学センサ１４０のセンサ素子アレイと配列されてもよい。
本明細書に記載の実施形態はセンサシステムにおける光学フィルタについて記載されるが、本明細書に記載の実施形態は、例えば、他の種類のシステムで使用されてもよく、センサシステムの外部で使用されてもよい。
図１Ａおよび参照符号１５０に示すように、入力光学信号は、光学フィルタ構造１２０に向けられる。入力光学信号は、可視スペクトル（ＶＩＳ）およびＮＩＲ光（例：センサシステム１１０が利用される環境からの環境光）を含んでもよいが、これに限定されない。他の例において、光学トランスミッタが、試験機能、測定機能、通信機能等の他の機能用の他の光スペクトル域を指示してもよい。
図１Ａおよび参照符号１６０に示すように、第１のスペクトル域の光学信号の第１の部分は、光学フィルタ１３０および光学フィルタ構造１２０によって通過しない。例えば、光学フィルタ１３０の高指数材料層と低指数材料層とを含み得る誘電体フィルタスタックおよび銀／誘電体フィルタスタックは、光の第１の部分を、第１の方向に反射させてもよく、吸収させてもよい。参照符号１７０に示すように、光学信号の第２の部分は、光学フィルタ１３０および光学フィルタ構造１２０によって通過する。例えば、光学フィルタ１３０は、第２のスペクトル域の光の第２の部分を光学センサ１４０へと向かう第２の方向に通過させてもよい。
図１Ａおよび参照符号１８０に示すように、光学センサ１４０へと伝えられる光学信号の第２の部分に基づいて、光学センサ１４０は、イメージング、環境光センシング、対象物の存在の検出、測定、通信促進等のために、センサシステム１１０用の出力電気信号を提供してもよい。いくつかの実施形態において、光学フィルタ１３０および光学センサ１４０の他の配置を用いてもよい。例えば、光学信号の第２の部分を入力光学信号と共線的に通過させる代わりに、光学フィルタ１３０は、光学信号の第２の部分を、異なる位置の光学センサ１４０へと他の方向に向けてもよい。
図１Ｂに示すように、類似の実施形態１００’は、光学フィルタ構造の基板１２０内に組み込まれたセンサ素子アレイ１４０のセンサ素子の組を含む。この場合、光学フィルタ１３０は、基板１２０上に配置される。入力光学信号１５０−１および１５０−２は、ある角度の組で受信され、入力光学信号１５０−１および１５０−２の第１の部分は、他の角度の組で反射される。この場合、入力光学信号１５０−１および１５０−２の第２の部分は、光学フィルタ１３０を通過してセンサ素子アレイ１４０へと伝えられ、センサ素子アレイ１４０が出力電気信号１８０を提供する。
図１Ｃに示すように、他の類似の実施形態１００’’は、光学フィルタ構造１２０から分離されたセンサ素子アレイ１４０のセンサ素子の組を含み、光学フィルタ１３０は、光学フィルタ構造１３０上に配置される。この場合、光学フィルタ構造１３０およびセンサ素子アレイ１４０は、自由空間等によって分けられてもよい。入力光学信号１５０−１および１５０−２は、光学フィルタ１３０である角度の組で受信される。入力光学信号１５０−１および１５０−２の第１の部分１６０は反射され、第２の部分１７０は光学フィルタ１３０および光学フィルタ構造１２０によってセンサ素子アレイ１４０へと伝えられ、センサ素子アレイ１４０が出力電気信号１８０を提供する。
上記の通り、図１Ａ〜１Ｃは、単に例を示すものである。他の例も可能であり、図１Ａ〜１Ｃに関して記載されたものと異なっていてもよい。
図２Ａ〜２Ｃは、光学フィルタに関する特性図である。図２Ａ〜２Ｃは、全誘電体フィルタの例を示す。
図２Ａおよびチャート２００に示すように、フィルタ２１０は、基板と誘電体スタックの組とを含んでもよい。基板は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ３Ｎ４として示す）、ガラス基板、高分子基板、他の透明基板等を含んでもよい。いくつかの実施形態において、基板は、エポキシ樹脂（例：透明接着剤）や空隙（例：光学経路外のエポキシ樹脂を伴う）等で、誘電体スタックの組に取り付けられてもよい。加えてまたは代替的に、誘電体スタックの組を、誘電体スタックの組用の基板を形成する検出器、検出器アレイ、センサ素子アレイ等の上に直接配置してもよい。例えば、センサ素子アレイは、誘電体スタックの組が取り付けられ得る窒化ケイ素の最上層を含んでもよい。裏面入射型検出器等の他の例において、シリコン基板等の他の種類の基板を用いてもよい。いくつかの実施形態において、基板は、誘電体スタックの組のための入口媒体や出口媒体等であってもよい。誘電体スタックの組は、酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯ５、ＮｂＴｉＯ５として示す）および二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、ＳｉＯ２として示す）の交互の層を含んでもよい。例えば、フィルタ２１０は、基板上に配置される厚さ９９．８ナノメートル（ｎｍ）の第１の酸化ニオブチタン層と、酸化ニオブチタン層上に配置される厚さ１７２．１ｎｍの第１の二酸化ケイ素層とを含んでもよい。同様に、フィルタ２１０は、第１の二酸化ケイ素層上に配置される厚さ１０５．２ｎｍの第２の酸化ニオブチタン層と、第２の酸化ニオブチタン層上に配置される厚さ１８０．５ｎｍの第２の二酸化ケイ素層とを含んでもよい。この場合、フィルタ２１０は、約５．３６マイクロメートル（μｍ）の全厚さと関連付けられ、その結果、過度の成膜時間および成膜時間増加に係る過度のコストへとつながり得る。また、全厚さは、圧縮応力の閾値量へとつながり、閾値厚さ未満の基板の反りや、複数離散フィルタを形成するために複数フィルタが配置される基板を分割する際の過度の困難および歩留損失が起こり得る。
図２Ｂおよびチャート２２０に示すように、空気の出口媒体に露出したフィルタ２１０のフィルタ応答が提供される。例えば、フィルタ２１０は、入射角（ＡＯＩ）０度で約６６０ｎｍのカットオフ波長（例：フィルタ２１０の透過率が閾値レートで低減する波長）と対応付けられる。対して、入射角１０度、２０度、３０度、４０度、および５０度では、フィルタ２１０は、それぞれ、約５ｎｍ、約１２ｎｍ、約２５ｎｍ、約４２ｎｍ、および約５２ｎｍのカットオフ波長における閾値シフトと対応付けられる。また、入射角３０度、４０度、および５０度では、フィルタ２１０は、それぞれ、約８８０ｎｍで約４％、約８５０ｎｍで約３１％、および約８０５ｎｍで約１４％の透過率と対応付けられる。さらに、フィルタ２１０は、ＡＯＩ５０度で約４８０ｎｍ〜約５０５ｎｍ間の閾値透過率未満への透過率の低下（例：約５８％〜約６８％の透過率への低下）と対応付けられ、フィルタ２１０は、ＡＯＩ５０度で約１０００ｎｍ超のスペクトル域での閾値透過率を超える透過率の上昇（例：約１％超の透過率への上昇）と対応付けられる。約４２０ｎｍ〜約６２０ｎｍ間の通過帯域を提供するフィルタ２１０の使用では、閾値角シフト、および、閾値透過率低下および上昇は、相対的に低いフィルタ性能の原因となる。
図２Ｃおよびチャート２３０に示すように、フィルタ２１０の色プロット（例：国際照明委員会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ（ＣＩＥ）１９３１色プロット）が提供される。参照符号２３２に示すように、フィルタ２１０は、ＡＯＩ０度からＡＯＩ５０度へのシフトでの約（０．３３、０．３３）〜約（０．３０、０．３３）間の閾値色シフトを示すＣＩＥ色プロットと対応付けられる。閾値色シフトは、相対的に低いフィルタ性能の原因となる。
上記の通り、図２Ａ〜２Ｃは、単に例を示すものである。他の例も可能であり、図２Ａ〜２Ｃに関して記載されたものと異なっていてもよい。
図３Ａ〜３Ｃは、光学フィルタに関する特性図である。図３Ａ〜３Ｃは、誘電体／金属フィルタスタックを有する低角シフト誘導透過光学フィルタ（ＩＴＦ）の例を示す。
図３Ａおよびチャート３００に示すように、フィルタ３１０は、基板と、誘電体層の組と、金属層の組とを含む。基板は、窒化ケイ素基板を含んでもよい。誘電体層の組および金属層の組は、酸化ニオブチタン、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および銀（Ａｇ）の交互の層を含む。例えば、厚さ２８．０ｎｍの酸化ニオブチタンの第１の層が、窒化ケイ素基板上に配置され、厚さ２．０ｎｍの酸化亜鉛の第２の層が、第１の層上に配置され、厚さ１１．３ｎｍの銀の第３の層が、第２の層上に配置され、厚さ２．０ｎｍの酸化亜鉛の第４の層が、第３の層上に配置され、厚さ５３．８ｎｍの酸化ニオブチタンの第５の層が、第４の層上に配置される。この場合、酸化ニオブチタンの第５の層は、酸化ニオブチタンの複数層であってもよい。言い換えると、第５の層の第１の部分は、第１の層の共に、第２の層から第４の層を挟み、第５の層の第２の部分は、第９の層の部分と共に、第６の層から第８の層を挟んでもよい。フィルタ３１０を特定の層厚の組で記載したが、他の層厚も可能であり、図３Ａで示すものと異なっていてもよい。
図３Ｂおよびチャート３２０に示すように、空気の出口媒体に露出したフィルタ３１０のフィルタ応答が提供される。参照符号３２２に示すように、フィルタ３１０は、フィルタ２１０に対して低減した角シフトと対応付けられる。例えば、フィルタ３１０は、入射角０度から３０度、４０度、または５０度の変化での２０ｎｍ超の角シフトと比較して、入射角０度から１０度、２０度、３０度、４０度、または５０度の変化での約２０ｎｍ未満のカットオフ波長の角シフトと対応付けられる。ただし、参照符号３２４に示すように、フィルタ３１０は、フィルタ２１０に対して低減した透過率と対応付けられる。例えば、フィルタ３１０は、約４２０ｎｍ〜約６２０ｎｍの通過帯域のスペクトル域における入射角０度〜５０度での約６２％〜６５％の平均透過率と対応付けられる。この場合、約７５０ｎｍ〜約１１００ｎｍの赤外（ＩＲ）遮断スペクトル域での透過率は、ＡＯＩ０度で約０．４１％であり、ＡＯＩ４０度で約０．３７％である。
図３Ｃおよびチャート３３０に示すように、フィルタ３１０のＣＩＥ１９３１色プロットが提供される。参照符号３３２に示すように、フィルタ３１０は、入射角０度から入射角５０度へのシフトでのフィルタ２１０に対して低減した色シフトと対応付けられる。例えば、フィルタ３１０は、閾値未満（例：０．２未満、０．１未満、０．０５未満等）の色シフトと対応付けられる。
上記の通り、図３Ａ〜３Ｃは、単に例を示すものである。他の例も可能であり、図３Ａ〜３Ｃに関して記載されたものと異なっていてもよい。
図４Ａ〜４Ｃは、混合金属／誘電体光学フィルタに関する特性図である。図４Ａ〜４Ｃは、高指数層および低指数層の誘電体フィルタスタックと誘電体フィルタスタック間に配置された金属（例：銀）誘電体フィルタスタックとを有する光学フィルタの例を示す。
図４Ａおよびチャート４００に示すように、フィルタ４１０は、基板と、誘電体層の組と、金属層の組とを含む。参照符号４１２に示すように、フィルタ４１０の第１の部分（例：第１の全誘電体部）は、交互の高指数層および低指数層の全誘電層を含む。この場合、交互の高指数層および低指数層は、それぞれ、酸化ニオブチタン層および二酸化ケイ素層である。例えば、窒化ケイ素基板上に配置された第１の層は、厚さ９５．５ｎｍの酸化ニオブチタン層（層１として示す）であり、第１の層上に配置された第２の層は、厚さ４８．３ｎｍの二酸化ケイ素（層２として示す）である。いくつかの実施形態において、ガラス基板等の他の種類の基板を用いてもよい。いくつかの実施形態において、約２．０超、約２．５超、約３．０超、約３．５超、約３．６超、約３．７超等の屈折率の材料等、他の高指数材料を用いてもよい。いくつかの実施形態において、約３．０未満、約２．５未満、約２．０未満、約１．５未満等の屈折率の材料等、他の低指数材料を用いてもよい。いくつかの実施形態において、１つ以上の層は、誘電材料として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）等の酸化物材料、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の窒化物材料、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ）等のフッ化物材料、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の硫化物材料、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等のセレン化物材料、水素化シリコンや水素化ゲルマニウム等の水素化材料、窒素化ゲルマニウム等の窒素化材料、またはそれらの組み合わせ等を用いてもよい。
図４Ａおよび参照符号４１４に示すように、フィルタ４１０の第２の部分は、混合金属／誘電体層を含む。この場合、フィルタ４１０の第２の部分は、１つ以上の酸化ニオブチタン層、１つ以上の酸化亜鉛層、および１つ以上の銀層の複数の層群を含む。例えば、第１の層群（層７〜１１）は、厚さ１３９．１ｎｍの酸化ニオブチタンの層（例：層７として示す、当該層の第１の部分は、フィルタ４１０の第１の部分の一部であってもよく、第２の部分は、フィルタ４１０の第２の部分の一部であってもよい）、厚さ２．０ｎｍの酸化亜鉛の層（層８として示す）、厚さ９．９ｎｍの銀の層（層９として示す）、厚さ２．０ｎｍの酸化亜鉛の層（層１０として示す）、および厚さ５１．９ｎｍの酸化ニオブチタンの層（層１１として示す、当該層の第１の部分は、第１の層群の一部であってもよく、第２の部分は、第２の層群の一部であってもよい）を含む。さらなる例として、第２の層群（層１１〜１５）は、酸化ニオブチタンの層１１、酸化亜鉛の層１２、銀の層１３、酸化亜鉛の層１４の第２の部分、および酸化ニオブチタンの層１５（例：当該層の第２の部分は、第３の層群の一部であってもよい）の第１の部分を含む。他の例において、他の金属材料を用いてもよい。
図４Ａおよび参照符号４１６に示すように、フィルタ４１０の第３の部分（例：第２の全誘電体部）は、交互の高指数層および低指数層の全誘電層を含む。この場合、交互の高指数層および低指数層は、それぞれ、酸化ニオブチタン層および二酸化ケイ素層である。例えば、第１の層は、酸化ニオブチタンの層２３の一部であり、第２の層は、二酸化ケイ素の層２４であり、第３の層は、酸化ニオブチタンの層２５であり、第４の層は、二酸化ケイ素の層２６である。この場合、フィルタ４１０は、３つの異なる誘電材料を用いる。他の例において、フィルタ４１０は、２つの異なる誘電材料を用いてもよい。いくつかの実施形態において、フィルタ４１０は、空気の出口媒体と合致してもよい。いくつかの実施形態において、フィルタ４１０は、高分子材料、カラー色素、ＲＧＢ色素、エポキシ樹脂材料、ガラス材料等の他の出口媒体と合致してもよい。いくつかの実施形態において、フィルタ４１０は、ＲＧＢフィルタ（例：赤色光スペクトル域、緑色光スペクトル域、または青色光スペクトル域に対応する通過帯域のフィルタ）、ＮＩＲブロッカー、ＬＷＰフィルタ、ＳＷＰフィルタ、明順応フィルタ、環境光センサフィルタ、三刺激フィルタ等であってもよい。フィルタ４１０を特定の層厚の組で記載したが、他の層厚も可能であり、図４Ａで示すものと異なっていてもよい。
図４Ｂおよびチャート４２０に示すように、また、図４Ｃおよびチャート４３０に示すように、フィルタ４１０は、フィルタ２１０に対して低減した角シフトおよび色シフトと、フィルタ３１０に対して向上した透過率と対応付けられる。例えば、図４Ｂの参照符号４３２に示すように、フィルタ４１０は、約４２０ｎｍおよび入射角０度で約８０％の透過率と対応付けられ、入射角０度〜５０度での約４２０ｎｍ〜５５０ｎｍのスペクトル域で７０％超の透過率と対応付けられる。同様に、図４Ｂの参照符号４３４に示すように、フィルタ４１０は、約４００ｎｍ〜約１１００ｎｍのスペクトル域および入射角０度〜５０度で約４０ｎｍ未満の角シフトと対応付けられる。
図４Ｃおよびチャート４３０に示すように、フィルタ４１０のＣＩＥ１９３１色プロットが提供される。参照符号４３６に示すように、フィルタ４１０は、入射角０度から入射角５０度へのシフトでのフィルタ２１０に対して低減した色シフトと対応付けられる。例えば、フィルタ４１０は、閾値未満（例：０．２未満、０．１未満、０．０５未満等）の色シフトと対応付けられる。
上記の通り、図４Ａ〜４Ｃは、単に例を示すものである。他の例も可能であり、図４Ａ〜４Ｃに関して記載されたものと異なっていてもよい。
図５Ａ〜５Ｃは、他の混合金属／誘電体光学フィルタに関する特性図である。図５Ａ〜５Ｃは、高指数層および低指数層の誘電体フィルタスタックおよび金属（例：銀）誘電体フィルタスタックを有する誘導透過光学フィルタの他の例を示す。
図５Ａおよびチャート５００に示すように、フィルタ５１０は、基板と、誘電体層の組と、金属層の組とを含んでもよい。参照符号５１２に示すように、層１〜１０のフィルタ５１０の第１の部分は、交互の高指数層および低指数層の全誘電層を含む。この場合、交互の高指数層および低指数層は、それぞれ、酸化ニオブチタン層および二酸化ケイ素層である。参照符号５１４に示すように、層１０〜２５のフィルタ５１０の第２の部分は、金属誘電体層を含む。この場合、フィルタ５１０の第２の部分は、１つ以上の酸化ニオブチタン層、１つ以上の酸化亜鉛層、および１つ以上の銀層の複数の層群を含む。参照符号５１６に示すように、層２５〜３０のフィルタ５１０の第３の部分は、交互の高指数層および低指数層の全誘電層を含む。この場合、交互の高指数層および低指数層は、それぞれ、酸化ニオブチタン層および二酸化ケイ素層である。フィルタ５１０を特定の層厚の組で記載したが、他の層厚も可能であり、図５Ａで示すものと異なっていてもよい。
図５Ｂおよびチャート５２０に示すように、また図５Ｃおよびチャート５３０に示すように、フィルタ５１０は、フィルタ２１０に対して低減した角シフトおよび色シフトと、フィルタ３１０に対して向上した透過率と対応付けられる。例えば、図５Ｂの参照符号５３２に示すように、フィルタ５１０は、約５００ｎｍおよび入射角０度〜５０度で約８０％の透過率と対応付けられ、入射角０度〜５０度での約４６０ｎｍ〜５９０ｎｍのスペクトル域で約７０％超の透過率と対応付けられる。同様に、参照符号５３４に示すように、フィルタ５１０は、約４００ｎｍ〜約１１００ｎｍのスペクトル域および入射角０度〜５０度で約３０ｎｍ未満の角シフトと対応付けられる。
図５Ｃおよびチャート５３０に示すように、フィルタ５１０のＣＩＥ１９３１色プロットが提供される。参照符号５３６に示すように、フィルタ５１０は、入射角０度から入射角５０度へのシフトでのフィルタ２１０に対して低減した色シフトと対応付けられる。例えば、フィルタ５１０は、閾値未満（例：０．２未満、０．１未満、０．０５未満等）の色シフトと対応付けられる。
上記の通り、図５Ａ〜５Ｃは、単に例を示すものである。他の例も可能であり、図５Ａ〜５Ｃに関して記載されたものと異なっていてもよい。
図６Ａおよび６Ｂは、光学フィルタの組に関する特性図である。図６Ａおよび６Ｂは、本明細書に記載のフィルタの特定の比較を示す。
図６Ａおよびチャート６００に示すように、フィルタ２１０、フィルタ３１０、フィルタ４１０、およびフィルタ５１０のカットオフ波長の角シフトの比較が提供される。この場合、フィルタ４１０およびフィルタ５１０は、０度〜５０度の各入射角でフィルタ２１０に対してカットオフ波長の低減した角シフトと対応付けられる。例えば、入射角４０度で、フィルタ４１０は、約１８ｎｍのカットオフ波長の角シフトと対応付けられる。同様に、入射４０度で、フィルタ５１０は、約２０ｎｍのカットオフ波長の角シフトと対応付けられる。対して、入射角２０度で、フィルタ２１０は、約４２ｎｍのカットオフ波長の変化と対応付けられる。
図６Ｂおよびチャート６１０に示すように、フィルタ２１０、フィルタ３１０、フィルタ４１０、およびフィルタ５１０の約４２０ｎｍ〜約６２０ｎｍのスペクトル域の通過帯域の平均透過率の比較が提供される。この場合、フィルタ４１０およびフィルタ５１０は、０度〜５０度の各入射角でフィルタ３１０に対して向上した透過率と対応付けられる。例えば、入射角４０度で、フィルタ４１０およびフィルタ５１０は、それぞれ、約７２％および約７５％の平均透過率と対応付けられる。対して、入射角４０度で、フィルタ３１０は、約６３％の平均透過率と対応付けられる。
上記の通り、図６Ａおよび６Ｂは、単に例を示すものである。他の例も可能であり、図６Ａおよび６Ｂに関して記載されたものと異なっていてもよい。
図７Ａ〜７Ｇは、光学フィルタの組に関する特性図である。図７Ａ〜７Ｇは、本明細書に記載の緑色タイプのフィルタの特性の比較を示す。
図７Ａに示すように、フィルタ７０２のスタックアップ例が提供される。フィルタ７０２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯ５）の交互の層を含む緑色フィルタであってもよい。フィルタ７０２は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の入口媒体および空気の出口媒体と対応付けられてもよい。フィルタ７０２は、全誘電タイプフィルタであってもよく、図２Ａに示すフィルタ２１０と同様であってもよい。
図７Ｂに示すように、フィルタ７０４のスタックアップ例が提供される。フィルタ７０４は、酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯ５）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および銀（Ａｇ）の層と、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の入口媒体と、空気の出口媒体とを含む緑色フィルタであってもよい。フィルタ７０４は、図３Ａに示すフィルタ３１０と同様であってもよい。
図７Ｃに示すように、フィルタ７０６のスタックアップ例が提供される。フィルタ７０６は、酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯ５）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および銀（Ａｇ）の層と、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の入口媒体と、空気の出口媒体とを含む緑色フィルタであってもよい。フィルタ７０６は、図４Ａに示すフィルタ４１０と同様であってもよい。例えば、フィルタ７０６は、交互誘電体層を含む層１〜１３等の第１の部分と、交互誘電体層および金属層を含む層１３〜２５等の第２の部分と、交互誘電体層を含む層２５〜３７等の第３の部分とを含んでもよい。
図７Ｄおよびチャート７０８および７１０に示すように、フィルタ７０２のフィルタ応答が提供される。例えば、フィルタ７０２は、約４５０ｎｍ〜約５７５ｎｍのスペクトル域における約５０ｎｍ〜約８０ｎｍの入射角（ＡＯＩ）約０度〜約５０度の変化での角シフトと対応付けられる。また、フィルタ７０２は、入射角約０度での約１００％から入射角約５０度での約９０％の通過帯域でのピーク透過の低下と対応付けられる。さらに、フィルタ７０２は、約［０．０８、０．４７］から約［０．２５、０．６９］のＣＩＥ１９３１色プロットでの色シフトと対応付けられる。
図７Ｅおよびチャート７１２および７１４に示すように、フィルタ７０４のフィルタ応答が提供される。例えば、フィルタ７０４は、約４５０ｎｍ〜約５７５ｎｍのスペクトル域における約２５ｎｍ〜約４０ｎｍの入射角（ＡＯＩ）約０度〜約５０度の変化での角シフトと対応付けられる。また、フィルタ７０４は、入射角約０度での約７２％から入射角約５０度での約６６％の通過帯域でのピーク透過の低下と対応付けられる。さらに、フィルタ７０４は、約［０．１７、０．５８］から約［０．２６、０．６３］のＣＩＥ１９３１色プロットでの色シフトと対応付けられる。
図７Ｆおよびチャート７１６および７１８に示すように、フィルタ７０６のフィルタ応答が提供される。例えば、フィルタ７０６は、約４５０ｎｍ〜約５７５ｎｍのスペクトル域における約２５ｎｍ〜約４０ｎｍの入射角（ＡＯＩ）約０度〜約５０度の変化での角シフトと対応付けられる。また、フィルタ７０６は、入射角約０度での約７８％から入射角約５０度での約７０％の通過帯域でのピーク透過の低下と対応付けられる。さらに、フィルタ７０６は、約［０．１８、０．６２］から約［０．２６、０．６５］のＣＩＥ１９３１色プロットでの色シフトと対応付けられる。こうして、フィルタ７０６は、フィルタ７０２に対して低減した角シフトおよび低減した色シフトと、フィルタ７０４に対して向上した透過率と対応付けられる。
図７Ｇおよびチャート７２０および７２２に示すように、それぞれ、フィルタ７０２、フィルタ７０４、およびフィルタ７０６の約５１０ｎｍ〜約５５０の通過帯域における中心波長変化の比較および平均透過の比較が提供される。チャート７２０に示すように、フィルタ７０６は、入射角約１０度〜約５０度でフィルタ７０２に対して低減した中心波長変化と対応付けられる。チャート７２２に示すように、フィルタ７０６は、入射角約０度〜約５０度でフィルタ７０４に対して通過帯域における向上した平均透過と、入射角約４０度〜約５０度でフィルタ７０２に対して通過帯域における向上した平均透過と対応付けられる。
上記の通り、図７Ａ〜７Ｇは、単に例を示すものである。他の例も可能であり、図７Ａ〜７Ｇに関して記載されたものと異なっていてもよい。
こうして、誘電体層の第１の部分と、混合誘電体および金属層の第２の部分と、誘電体層の第３の部分とを含むフィルタの利用によって、全誘電体フィルタやＬＡＳＩＴＦフィルタに対して低減した角シフトおよび向上した透過率のフィルタリングが提供される。角シフトの低減および透過率の向上に基づき、フィルタと配列されるセンサ素子によって得られるデータの正確さは、他の種類のフィルタと配列されるセンサ素子によって得られるデータの正確さに対して向上する。
上述の開示は例示および説明を提供するものであるが、全てを網羅している訳ではなく、実施形態を開示された形態に厳密に制限することを意図するものではない。変更および変形は、上述の開示に照らして行うことができる、または実施形態の実施から取得することができる。
本明細書に記載するいくつかの実施形態は閾値に関するものである。本明細書に記載する、閾値を満足させるとは、閾値よりも大きい値、閾値を超える値、閾値よりも高い値、閾値以上の値、閾値未満の値、閾値よりも少ない値、閾値よりも低い値、閾値以下の値、閾値と等しい値などを指す。
特徴の特別な組み合わせを請求項に記載し、および／または明細書に開示したが、これらの組み合わせは可能な実施形態の開示を制限することを意図するものではない。実際、これらの特徴の多くは、請求項に具体的に記載されていない方法、および／また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。以下に記載する各々の従属請求項は１つの請求項のみに従属させることができるが、可能な実施形態の開示は、各々の従属請求項と請求項の範囲における他の全ての請求項との組み合わせを含んでいる。
本明細書で使用される要素、行為または命令は、明示的な記載のない限り、重要または必須であると解釈してはならない。また、本明細書で使用する「ａ」および「ａｎ」の冠詞は１つ以上のアイテムを含むものとし、「１つ以上の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」と代替可能に使用することができる。さらに、本明細書で使用する「組（ｓｅｔ）」という用語は、１つ以上のアイテム（例えば関連アイテム、非関連アイテム、関連アイテムと非関連アイテムの組み合わせなど）を含むものとし、「１つ以上の」と代替可能に使用することができる。１つのアイテムのみが意図される場合、「１つの（ｏｎｅ）」という用語または類似の言葉が使用される。また、本明細書で使用する「有する（ｈａｓ，ｈａｖｅ，ｈａｖｉｎｇ）」などの用語は開放型用語であるものとする。さらに、「に基づく（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」という言い回しは、特に断りのない限り、「少なくとも部分的に〜に基づく」ことを意味するものとする。

Claims (20)

  1. 光学フィルタであって、
    誘電材料群の第１の誘電材料および前記誘電材料群の第２の誘電材料の交互の層を含む第１の層群と、
    前記誘電材料群の第３の誘電材料および前記誘電材料群の第４の誘電材料の交互の層を含む第２の層群と、
    前記誘電材料群の第５の誘電材料、前記誘電材料群の第６の誘電材料、および金属材料の交互の層を含む第３の層群と、を備え、
    前記第３の層群は、前記第１の層群と前記第２の層群との間に配置される、光学フィルタ。
  2. 前記誘電材料群は、２つの材料からなる、請求項１に記載の光学フィルタ。
  3. 前記誘電材料群は、３つの材料からなる、請求項１に記載の光学フィルタ。
  4. 前記誘電材料群は、酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯｘ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、それらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学フィルタ。
  5. 前記誘電材料群は、窒化物材料、フッ化物材料、硫化物材料、セレン化物材料、それらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学フィルタ。
  6. 前記金属材料は、銀材料である、請求項１に記載の光学フィルタ。
  7. ガラス基板をさらに備え、
    前記第１の層群は、前記ガラス基板上に配置され、
    前記第３の層群は、前記第１の層群上に配置され、
    前記第２の層群は、前記第３の層群上に配置される、請求項１に記載の光学フィルタ。
  8. 検出器基板を含む検出器をさらに備え、
    前記第１の層群は、前記検出器基板上に配置され、
    前記第３の層群は、前記第１の層群上に配置され、
    前記第２の層群は、前記第３の層群上に配置される、請求項１に記載の光学フィルタ。
  9. 前記検出器は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）検出器、電荷結合素子検出器、前面入射型検出器、裏面入射型検出器のうちの少なくとも１つである、請求項８に記載の光学フィルタ。
  10. 前記第１の層群および前記第２の層群は、金属層を含まない、請求項１に記載の光学フィルタ。
  11. 前記誘電材料群の少なくとも１つの誘電材料は、約２．０超の屈折率と対応付けられる、請求項１に記載の光学フィルタ。
  12. 前記誘電材料群の少なくとも１つの誘電材料は、約３．０未満の屈折率と対応付けられる、請求項１に記載の光学フィルタ。
  13. カットオフ波長の角シフトは、入射角０度〜５０度の範囲で約３０ｎｍ未満である、請求項１に記載の光学フィルタ。
  14. 約４２０ｎｍ〜約６２０ｎｍのスペクトル域の通過帯域での平均透過率は、入射角０度〜５０度の範囲で約７０％超である、請求項１に記載の光学フィルタ。
  15. 誘導透過フィルタであって、
    第１の誘電体層の組を含む第１の全誘電体部と、
    第２の誘電体層の組を含む第２の全誘電体部と、
    第３の誘電体層の組および１つ以上の金属層を含む金属／誘電体部と、を備え、
    前記金属／誘電体部は、前記第１の全誘電体部と前記第２の全誘電体部との間に配置される、誘導透過フィルタ。
  16. 前記第１の誘電体層の組および前記第２の誘電体層の組は各々、第１の屈折率の第１の誘電材料および第２の屈折率の第２の誘電材料の交互の層を含み、
    前記第１の屈折率は、前記第２の屈折率よりも高い、請求項１５に記載の誘導透過フィルタ。
  17. 前記第１の誘電体層の組、前記第２の誘電体層の組、および前記第３の誘電体層の組は、少なくとも１つの材料を共通して含む、請求項１５に記載の誘導透過フィルタ。
  18. 前記金属／誘電体部は、層群に配置された層の組を含み、
    前記層群は、複数の層を、第１の誘電材料の第１の層、第２の誘電材料の第２の層、金属材料の第３の層、前記第２の誘電材料の第４の層、および前記第１の誘電材料の第５の層の順で含む、請求項１５に記載の誘導透過フィルタ。
  19. 混合金属／誘電体光学フィルタであって、
    基板と、
    二酸化ケイ素層および酸化ニオブチタン層を交互に含む第１の全誘電体部と、
    二酸化ケイ素層および酸化ニオブチタン層を交互に含む第２の全誘電体部と、
    １つ以上の層群を含む金属／誘電体部と、を備え、
    前記１つ以上の層群のある層群は、銀層、２つの酸化亜鉛層、および２つの酸化ニオブチタン層を含み、
    前記銀層は、前記２つの酸化亜鉛層の間に配置され、
    前記２つの酸化亜鉛層は、前記２つの酸化ニオブチタン層の間に配置され、
    前記金属／誘電体部は、前記第１の全誘電体部と前記第２の全誘電体部との間に配置される、混合金属／誘電体光学フィルタ。
  20. 色フィルタ、バンドパスフィルタ、近赤外ブロッカー、長波パス（ＬＷＰ）フィルタ、短波パス（ＳＷＰ）フィルタ、明順応フィルタ、三刺激フィルタのうちの少なくとも１つを備える、請求項１９に記載の混合金属／誘電体光学フィルタ。
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