TWI889361B

TWI889361B - 光學濾波器及其匹配複合層

Info

Publication number: TWI889361B
Application number: TW113120125A
Authority: TW
Inventors: 王繼傑; 黃建銘; 翁人傑; 葉龍凱; 黃光平
Original assignee: 白金科技股份有限公司
Priority date: 2024-05-31
Filing date: 2024-05-31
Publication date: 2025-07-01

Abstract

本發明公開一種光學濾波器及其匹配複合層。所述匹配複合層包含多個第一折射層、多個第二折射層、及多個第三折射層。所述第二折射層的折射率大於所述第一折射層的所述折射率、並小於所述第三折射層的折射率。相鄰任兩個所述第二折射層的內側相夾有一個所述第一折射層、並於外側被兩個所述第三折射層相夾於其之間，共同定義為一雙向遞增模塊。所述匹配複合層所包含的所述雙向遞增模塊的數量為至少M個且其彼此相連堆疊配置；其中，M為正整數，並且M大於3。

Description

光學濾波器及其匹配複合層

本發明涉及一種濾波器，尤其涉及一種光學濾波器及其匹配複合層。

現有的光學濾波器常採用依序堆疊的多個折射層，其所具有的兩種折射率之間具有較大的差值。然而，現有光學濾波器的配置構造已逐漸無法符合現今的不同需求。於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明實施例在於提供一種光學濾波器及其匹配複合層，能有效地改善現有光學濾波器所可能產生的缺陷。

本發明實施例公開一種光學濾波器，其包括：一基板；一結合層，形成於所述基板，並且所述結合層的折射率小於1.42；以及一匹配複合層，形成於所述結合層，並且所述匹配複合層具有依序堆疊的N個膜層，N為正整數；其中，N個所述膜層包含：多個第一折射層，各具有一第一折射率，其大於所述結合層的所述折射率；多個第二折射層，各具有大於所述第一折射率的一第二折射率；及多個第三折射層，各具有大於所述第二折射率的一第三折射率；其中，所述匹配複合層以一個所述第三折射層相接於所述結合層、並定義為一第一膜層；所述匹配複合層以一個所述第一折射層相接於所述第一膜層、並定義為一第二膜層；所述匹配複合層以一個所述第一折射層配置遠離所述結合層的末端、並定義為一第N膜層；其中，在相夾於所述第二膜層以及所述第N膜層之間的所述匹配複合層的部位之中，相鄰任兩個所述第二折射層的內側之間相夾有一個所述第一折射層、並於外側被兩個所述第三折射層相夾於其之間，進而共同定義為一雙向遞增模塊；其中，所述匹配複合層所包含的所述雙向遞增模塊的數量為至少M個且其彼此相連堆疊配置；其中，M為正整數，並且M大於3；其中，所述光學濾波器能用以使與其法線方向相夾有60度且波長介於400奈米（nm）～650奈米之間的一入射光線形成不大於10%的反射率。

本發明實施例也公開一種光學濾波器，其包括：一基板；一結合層，形成於所述基板；以及一匹配複合層，形成於所述結合層，並且所述匹配複合層具有依序堆疊的N個膜層，N為正整數；其中，N個所述膜層包含：多個第一折射層，各具有一第一折射率，其大於所述結合層的所述折射率；多個第二折射層，各具有大於所述第一折射率的一第二折射率；及多個第三折射層，各具有大於所述第二折射率的一第三折射率；其中，所述匹配複合層以一個所述第三折射層相接於所述結合層、並定義為一第一膜層；所述匹配複合層以一個所述第一折射層相接於所述第一膜層、並定義為一第二膜層；所述匹配複合層以一個所述膜層配置遠離所述結合層的末端、並定義為一第N膜層；其中，在相夾於所述第二膜層以及所述第N膜層之間的所述匹配複合層的部位之中，相鄰任兩個所述第二折射層的內側之間相夾有一個所述第一折射層、並於外側被兩個所述第三折射層相夾於其之間，進而共同定義為一雙向遞增模塊；其中，所述匹配複合層所包含的所述雙向遞增模塊的數量為至少M個且其彼此相連堆疊配置；其中，M為正整數，並且M大於3。

本發明實施例另公開一種光學濾波器的匹配複合層，其包括：N個膜層，其依序堆疊，並且N為正整數；其中，N個所述膜層包含：多個第一折射層，各具有一第一折射率；多個第二折射層，各具有大於所述第一折射率的一第二折射率；及多個第三折射層，各具有大於所述第二折射率的一第三折射率；其中，位於所述匹配複合層一末端的一個所述第三折射層定義為一第一膜層；所述匹配複合層以一個所述第一折射層相接於所述第一膜層、並定義為一第二膜層；位於所述匹配複合層另一端的一個所述膜層定義為一第N膜層；其中，在相夾於所述第二膜層以及所述第N膜層之間的所述匹配複合層的部位之中，相鄰任兩個所述第二折射層的內側之間相夾有一個所述第一折射層、並於外側被兩個所述第三折射層相夾於其之間，進而共同定義為一雙向遞增模塊；其中，所述匹配複合層所包含的所述雙向遞增模塊的數量為至少M個且其彼此相連堆疊配置；其中，M為正整數，並且M大於3。

綜上所述，本發明實施例所公開的光學濾波器及其匹配複合層，通過形成有別於習知的彼此相連堆疊的M個所述雙向遞增模塊，並且每個所述雙向遞增模塊的折射率可以自其所述第一折射層朝向相反的兩個方向呈緩步遞增狀，據以調整所述匹配複合層的整體折射率分佈，進而有助於所述光學濾波器能夠被設計來符合更多元的不同需求。

為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“光學濾波器及其匹配複合層”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

請參閱圖1至圖3所示，其為本發明的一實施例。本實施例公開一種光學濾波器1000，其較佳是呈平坦的片狀構造。其中，所述光學濾波器1000於本實施例中可以適用於可見光（如：420奈米～720奈米）。

於本實施例中，所述光學濾波器1000包含有一基板200、形成於所述基板200的一結合層300、及形成於所述結合層300的一匹配複合層100。其中，所述基板200例如是一玻璃基板，其例如是一藍玻璃（blue glass or IR cut glass），並且所述匹配複合層100通過所述結合層300而結合於所述基板200，但本發明不以此為限。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述匹配複合層100可以搭配其他構件進行使用。

具體來說，所述匹配複合層100具有依序堆疊的N個膜層10。其中，N個所述膜層10較佳是沿其厚度方向H堆疊，並且N個所述膜層10的側緣彼此切齊、且較佳是進一步切齊於所述結合層300的側緣。再者，N為正整數（如：N可以限定為介於30～80之間），而N於本實施例之中是以44來說明（也就是說，多個所述膜層10與所述結合層300於本實施例之中是以共45層說明），但本發明不受限於此。

進一步地說，N個所述膜層10能先以折射率來劃分為包含有多個第一折射層10-1、多個第二折射層10-2、及多個第三折射層10-3。其中，每個所述第一折射層10-1具有一第一折射率，其大於所述結合層300的折射率。每個所述第二折射層10-2具有大於所述第一折射率的一第二折射率，並且每個所述第三折射層10-3具有大於所述第二折射率的一第三折射率。

此外，為便於理解所述匹配複合層100的整體配置，多個所述膜層10也可以由其堆疊順序來說明；也就是說，所述匹配複合層100以一個所述第三折射層10-3相接於所述結合層300、並定義為一第一膜層1；所述匹配複合層100以一個所述第一折射層10-1相接於所述第一膜層1、並定義為一第二膜層2；所述匹配複合層100以一個所述膜層10配置遠離所述結合層300的末端、並定義為一第N膜層N。其中，所述第N膜層N於本實施例是以所述第一折射層10-1來說明，但於本發明未繪示的其他實施例中，所述第N膜層N也可依據實際需求而選用其他材料（如：所述第二折射層10-2或所述第三折射層10-3）。

於本實施例中，所述結合層300的所述折射率小於1.42（如：介於1.35～1.42），所述第一折射率可以是介於1.35～1.58，所述第二折射率可以是介於1.62～1.93，所述第三折射率是可以介於2.0～2.8。也就是說，所述光學濾波器1000於本實施例中共採用具有不同折射率的四種光學層進行堆疊，據以提供更為多元的光學配置與結構。

需額外說明的是，為便於理解本實施例，所述結合層300、所述第一折射層10-1、所述第二折射層10-2、及所述第三折射層10-3於下述各是以一種可行的材質為例來進行說明，但本發明不以此為限。其中，所述結合層300例如是氟化鎂（MgF ₂）層，所述第一折射層10-1例如是二氧化矽（SiO ₂）層，所述第二折射層10-2例如是氧化鋁（Al ₂O ₃）層，所述第三折射層10-3例如是二氧化鈦（TiO ₂）層，但本發明不以此為限。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述結合層300可以不限制是折射率小於1.42的材質，並且所述結合層300可依據實際需求而選用其他材料（如：所述第一折射層10-1、所述第二折射層10-2、及所述第三折射層10-3的其中之一）；也就是說，所述第一折射率也可以是小於或等於所述結合層300的所述折射率。

進一步地說，在相夾於所述第二膜層2以及所述第N膜層N之間的所述匹配複合層100的部位之中，相鄰任兩個所述第二折射層10-2的內側之間相夾有一個所述第一折射層10-1、並於外側被兩個所述第三折射層10-3相夾於其之間，進而共同定義為一雙向遞增模塊10a。

再者，所述匹配複合層100所包含的所述雙向遞增模塊10a的數量為至少M個且其彼此相連堆疊配置，並且彼此相連堆疊的M個所述雙向遞增模塊10a於本實施例中為所述匹配複合層100的第三膜層3至第N-1膜層N-1。其中，M為大於3的正整數，並且M於本實施例之中是以10來說明，但本發明不受限於此。也就是說，M於本實施例中是以大於N/5來說明，但於本發明未繪示的其他實施例中，M也可以是大於N/4。

據此，於任一個所述雙向遞增模塊10a之中，任一個所述第二折射層10-2相夾於一個所述第一折射層10-1與一個所述第三折射層10-3之間，據以使其折射率能夠呈現緩步遞增的分佈。

依上所述，所述光學濾波器1000於本實施例中形成有別於習知的彼此相連堆疊的M個所述雙向遞增模塊10a，並且每個所述雙向遞增模塊10a的折射率可以自其所述第一折射層10-1朝向相反的兩個方向呈緩步遞增狀，據以調整所述匹配複合層100的整體折射率分佈，進而有助於所述光學濾波器1000能夠被設計來符合更多元的不同需求。

需額外說明的是，為使本實施例所公開的所述光學濾波器1000在面對垂直入射的光源（如：波長介於400奈米～720奈米之間的光線）被轉動至偏移30度～60度之間入射時，能夠具有較小的反射率，所述匹配複合層100較佳是符合下述配置條件之中的至少部分，但本發明不以此為限。

於本實施例中，每個所述雙向遞增模塊10a具有一模塊厚度T10a，其較佳是介於 320奈米～380奈米之間。進一步地說，多個所述雙向遞增模塊10a於本實施例是採用彼此相異的所述模塊厚度T10a（如：376.49毫米、364.05毫米、372.95毫米、354.67毫米、332.94毫米、324.5毫米、325.44毫米、326.12毫米、325.09毫米、及336.59毫米），但任兩個所述雙向遞增模塊10a的所述模塊厚度T10a可以依據實際需求而調整為彼此相異或相同，本發明在此不加以限制。

再者，為精準控制所述光學濾波器1000在預設厚度之內達到較佳的光學效果，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊10a於本實施例中是共用一個所述第三折射層10-3，其具有一共用厚度T10a-1。進一步地說，多個所述雙向遞增模塊10a的所述模塊厚度T10a的總和大於所述匹配複合層100的一總厚度T100。其中，多個所述雙向遞增模塊10a的多個所述共用厚度T10a-1的總和為多個所述模塊厚度T10a的所述總和的20%～25%，據以有效地控制所述匹配複合層100的所述總厚度T100。於本實施例中，多個所述雙向遞增模塊10a的所述模塊厚度T10a的所述總和可以被控制在所述匹配複合層100的所述總厚度T100的105%～140%，但本發明不以上述為限。

換個角度來看，為了使每個所述雙向遞增模塊10a能夠使其雙向遞增的折射率達到較佳的光學效果，每個所述雙向遞增模塊10a較佳是符合下述配置條件之中的至少部分，但本發明不以此為限。

具體來說，於每個所述雙向遞增模塊10a之中，兩個所述第二折射層10-2的厚度各小於所述第一折射層10-1的厚度、也小於任一個所述第三折射層10-3的厚度；其中，兩個所述第二折射層10-2的厚度具有小於10奈米的一差值，兩個所述第三折射層10-3的厚度具有小於15奈米的一差值。此外，於多個所述雙向遞增模塊10a之中，所述第一折射層10-1的最小厚度與最大厚度之間的差值不大於15奈米。

更詳細地說，所述光學濾波器1000的所述結合層300與所述匹配複合層100於本實施例中是採用如圖2所示的具體配置，而在進行相應的模擬實驗之後，得到如圖3所示的結果。

據此，如圖3的曲線A30所示，所述光學濾波器1000能用以使與其法線方向相夾有30度且波長介於400奈米（nm）～720奈米之間的入射光線形成不大於1%的反射率（如：大約0.69%）。如圖3的曲線A40所示，所述光學濾波器1000能用以使與其法線方向相夾有40度且波長介於400奈米～720奈米之間的入射光線形成不大於1.5%的反射率（如：大約1.1%）。再者，如圖3的曲線A60所示，所述光學濾波器1000能用以使與其法線方向相夾有60度且波長介於400奈米～650奈米之間的入射光線形成不大於10%的反射率（如：大約7.2%）。此外，圖3的曲線A0是呈現所述光學濾波器1000與沿其法線方向的入射光線的反射率。

[本發明實施例的技術效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的專利範圍內。

1000:光學濾波器 100:匹配複合層 10:膜層 10-1:第一折射層 10-2:第二折射層 10-3:第三折射層 1:第一膜層 2:第二膜層 3:第三膜層 N:第N膜層 N-1:第N-1膜層 10a:雙向遞增模塊 200:基板 300:結合層 T10a:模塊厚度 T10a-1:共用厚度 T100:總厚度 H:厚度方向 A0、A30、A40、A50、A60:曲線

圖1為本發明實施例的光學濾波器的平面示意圖。

圖2為圖1的具體配置圖表。

圖3為圖2的光學濾波器於不同角度的模擬測試示意圖。

1000:光學濾波器

100:匹配複合層

10:膜層

10-1:第一折射層

10-2:第二折射層

10-3:第三折射層

1:第一膜層

2:第二膜層

3:第三膜層

N:第N膜層

N-1:第N-1膜層

10a:雙向遞增模塊

200:基板

300:結合層

T10a:模塊厚度

T10a-1:共用厚度

T100:總厚度

H:厚度方向

Claims

一種光學濾波器，其包括：一基板；一結合層，形成於所述基板，並且所述結合層的折射率小於1.42；以及一匹配複合層，形成於所述結合層，並且所述匹配複合層具有依序堆疊的N個膜層，N為正整數；其中，N個所述膜層包含：多個第一折射層，各具有一第一折射率，其大於所述結合層的所述折射率；多個第二折射層，各具有大於所述第一折射率的一第二折射率；及多個第三折射層，各具有大於所述第二折射率的一第三折射率；其中，所述匹配複合層以一個所述第三折射層相接於所述結合層、並定義為一第一膜層；所述匹配複合層以一個所述第一折射層相接於所述第一膜層、並定義為一第二膜層；所述匹配複合層以一個所述第一折射層配置遠離所述結合層的末端、並定義為一第N膜層；其中，在相夾於所述第二膜層以及所述第N膜層之間的所述匹配複合層的部位之中，相鄰任兩個所述第二折射層的內側之間相夾有一個所述第一折射層、並於外側被兩個所述第三折射層相夾於其之間，進而共同定義為一雙向遞增模塊；其中，所述匹配複合層所包含的所述雙向遞增模塊的數量為至少M個且其彼此相連堆疊配置；其中，M為正整數，並且M大於3；其中，所述光學濾波器能用以使與其法線方向相夾有60度且波長介於400奈米（nm）～650奈米之間的一入射光線形成不大於10%的反射率。
如請求項1所述的光學濾波器，其中，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊是共用一個所述第三折射層；其中，N進一步限定為介於30～80之間。
如請求項1所述的光學濾波器，其中，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊是共用一個所述第三折射層，並且每個所述雙向遞增模塊具有一模塊厚度，而多個所述雙向遞增模塊的所述模塊厚度的總和大於所述匹配複合層的一總厚度。
如請求項1所述的光學濾波器，其中，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊是共用一個所述第三折射層，並且每個所述雙向遞增模塊具有一模塊厚度，而多個所述雙向遞增模塊的所述模塊厚度的總和為所述匹配複合層的一總厚度的105%～140%。
如請求項1所述的光學濾波器，其中，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊是共用一個所述第三折射層，其具有一共用厚度；並且每個所述雙向遞增模塊具有一模塊厚度；其中，多個所述雙向遞增模塊的多個所述共用厚度的總和為多個所述模塊厚度的總和的20%～25%。
如請求項3至5中任一項所述的光學濾波器，其中，每個所述雙向遞增模塊的所述模塊厚度介於 320奈米～380奈米之間。
如請求項1所述的光學濾波器，其中，於每個所述雙向遞增模塊之中，兩個所述第二折射層的厚度各小於所述第一折射層的厚度、也小於任一個所述第三折射層的厚度。
如請求項1所述的光學濾波器，其中，於多個所述雙向遞增模塊之中，所述第一折射層的最小厚度與最大厚度之間的差值不大於15奈米。
如請求項1所述的光學濾波器，其中，於每個所述雙向遞增模塊之中，兩個所述第二折射層的厚度具有小於10奈米的一差值。
如請求項1所述的光學濾波器，其中，於每個所述雙向遞增模塊之中，兩個所述第三折射層的厚度具有小於15奈米的一差值。
如請求項1所述的光學濾波器，其中，所述結合層的所述折射率是介於1.35～1.42，所述第一折射率是介於1.35～1.58，所述第二折射率是介於1.62～1.93，所述第三折射率是介於2.0～2.8。
一種光學濾波器，其包括：一基板；一結合層，形成於所述基板；以及一匹配複合層，形成於所述結合層，並且所述匹配複合層具有依序堆疊的N個膜層，N為正整數；其中，N個所述膜層包含：多個第一折射層，各具有一第一折射率，其大於所述結合層的所述折射率；多個第二折射層，各具有大於所述第一折射率的一第二折射率；及多個第三折射層，各具有大於所述第二折射率的一第三折射率；其中，所述匹配複合層以一個所述第三折射層相接於所述結合層、並定義為一第一膜層；所述匹配複合層以一個所述第一折射層相接於所述第一膜層、並定義為一第二膜層；所述匹配複合層以一個所述膜層配置遠離所述結合層的末端、並定義為一第N膜層；其中，在相夾於所述第二膜層以及所述第N膜層之間的所述匹配複合層的部位之中，相鄰任兩個所述第二折射層的內側之間相夾有一個所述第一折射層、並於外側被兩個所述第三折射層相夾於其之間，進而共同定義為一雙向遞增模塊；其中，所述匹配複合層所包含的所述雙向遞增模塊的數量為至少M個且其彼此相連堆疊配置；其中，M為正整數，並且M大於3。
如請求項12所述的光學濾波器，其中，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊是共用一個所述第三折射層；其中，N進一步限定為介於30～80之間。
如請求項12所述的光學濾波器，其中，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊是共用一個所述第三折射層，並且每個所述雙向遞增模塊具有一模塊厚度，而多個所述雙向遞增模塊的所述模塊厚度的總和大於所述匹配複合層的一總厚度。
如請求項12所述的光學濾波器，其中，於每個所述雙向遞增模塊之中，兩個所述第二折射層的厚度各小於所述第一折射層的厚度、也小於任一個所述第三折射層的厚度；其中，於每個所述雙向遞增模塊之中，兩個所述第二折射層的厚度具有小於10奈米的一差值，並且兩個所述第三折射層的厚度具有小於15奈米的一差值。
如請求項15所述的光學濾波器，其中，於多個所述雙向遞增模塊之中，所述第一折射層的最小厚度與最大厚度之間的差值不大於15奈米。
一種光學濾波器的匹配複合層，其包括： N個膜層，其依序堆疊，並且N為正整數；其中，N個所述膜層包含：多個第一折射層，各具有一第一折射率；多個第二折射層，各具有大於所述第一折射率的一第二折射率；及多個第三折射層，各具有大於所述第二折射率的一第三折射率；其中，位於所述匹配複合層一末端的一個所述第三折射層定義為一第一膜層；所述匹配複合層以一個所述第一折射層相接於所述第一膜層、並定義為一第二膜層；位於所述匹配複合層另一端的一個所述膜層定義為一第N膜層；其中，在相夾於所述第二膜層以及所述第N膜層之間的所述匹配複合層的部位之中，相鄰任兩個所述第二折射層的內側之間相夾有一個所述第一折射層、並於外側被兩個所述第三折射層相夾於其之間，進而共同定義為一雙向遞增模塊；其中，所述匹配複合層所包含的所述雙向遞增模塊的數量為至少M個且其彼此相連堆疊配置；其中，M為正整數，並且M大於3。
如請求項17所述的匹配複合層，其中，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊是共用一個所述第三折射層；其中，N進一步限定為介於30～80之間。
如請求項17所述的匹配複合層，其中，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊是共用一個所述第三折射層，其具有一共用厚度；並且每個所述雙向遞增模塊具有一模塊厚度；其中，多個所述雙向遞增模塊的多個所述共用厚度的總和為多個所述模塊厚度的總和的20%～25%。
如請求項19所述的匹配複合層，其中，相鄰任兩個所述雙向遞增模塊是共用一個所述第三折射層，並且每個所述雙向遞增模塊具有一模塊厚度，而多個所述雙向遞增模塊的所述模塊厚度的總和為所述匹配複合層的一總厚度的105%～140%；其中，每個所述雙向遞增模塊的所述模塊厚度介於 320奈米～380奈米之間。