CN212515117U

CN212515117U - 光学滤波器

Info

Publication number: CN212515117U
Application number: CN202020683344.8U
Authority: CN
Inventors: 金东焕; 黄允湜; 金源莹
Original assignee: Otolunda Co ltd
Current assignee: Otolunda Co ltd
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2020-04-29
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2030-04-29
Also published as: KR102055579B1; US11402559B2; US20200408976A1; CN112147733A

Abstract

一种光学滤波器，包含衬底和堆叠在衬底的第一表面上的第一滤波器层。第一滤波器层包含：具有小于3的折射率的多个较低折射率层；具有大于3的折射率的多个较高折射率层；以及具有3或大于3的且比较高折射率层的折射率小的折射率的多个中等折射率层，且一个较高折射率层和一个中等折射率层插入在两个较低折射率层之间的区中的至少一个中。本实用新提供的光学滤波器可精确地设计成允许目标波长带中的光的选择性透射，同时相对于在近IR波长光谱中的特定波长范围内的光具有高透射率和高阻挡性能。

Description

光学滤波器

相关申请的交叉引用

本专利文献要求2019年6月27日申请的韩国专利申请第10-2019-0076886号的优先权和权益，所述专利文献出于所有目的以引用的方式并入本文中，如同在此完全阐述一样。

技术领域

示例性实施例涉及一种包含具有不同折射率的薄膜的光学滤波器。

背景技术

光学滤波器是一种适于允许目标波长带中的光通过其透射或阻挡光的光学装置。举例来说，对于需要选定范围内的频率或颜色的应用(例如照相机模块)，有必要限制光的波长范围。为此目的，可使用一种光学滤波器，所述光学滤波器适于允许选择性地反射、折射、衍射或吸收不需要的波长范围内的光，同时允许其它波长范围内的光通过其透射。

用于控制红外(IR)光谱中的光的波长的光学滤波器作为虚拟现实(virtualreality，VR)、增强现实(augmented reality，AR)、自主车辆、无人机、人脸识别、虹膜识别、手势识别等中的关键组件中的一个而受到关注。为了将例如面部识别、虹膜识别、手势识别等的功能应用于智能装置，有必要开发一种具有较低厚度，同时相对于特定IR波长范围内的光具有高透射性能且相对于剩余波长范围内的光具有高阻挡性能的光学滤波器。

一般来说，光学滤波器包含安置在衬底上且具有其中较高折射率层和较低折射率层彼此交替地堆叠的结构的滤波器堆叠。有可能通过调整较高折射率层和较低折射率层中的每一个的折射率、总层数、每一层的厚度等来制造适于允许目标波长范围内的光的透射的光学滤波器。

由于光穿过光学滤波器的堆叠中的所有层以透射光学滤波器，因此较高折射率层和较低折射率层都选定为具有低消光系数。氧化硅或氮化硅(例如SiOx或SiNx)具有小于2.0的相对较低的折射率，且具有极小的消光系数，且因此适用于较低折射率层。氢化硅(Si:H)具有高折射率和相对较小的消光系数，且因此长期以来一直用于较高折射率层。

然而，尽管使用两种类型的层(也就是说，较高折射率层和较低折射率层)的光学滤波器具有结构简单的优点，但这种光学滤波器在适用于目标波长的精确设计方面存在局限性。具体来说，Si:H层的折射率倾向于随着其消光系数的减小而减小，且倾向于随着其消光系数的增加而增加。此外，Si:H层在靠近可见光的近IR波长光谱内具有相对较高的消光系数，且因此在增加透射率中具有局限性。

实用新型内容

示例性实施例提供一种可精确地设计成允许目标波长带中的光的选择性透射的光学滤波器。

示例性实施例提供一种相对于在近IR波长光谱中的特定波长范围内的光具有高透射率和高阻挡性能的光学滤波器。

示例性实施例提供一种光学滤波器，所述光学滤波器包含：衬底；以及堆叠在所述衬底的第一表面上的第一滤波器层，其中所述第一滤波器层包含：具有小于3的折射率的多个较低折射率层；具有大于3的折射率的多个较高折射率层；以及具有3或大于3的且比所述较高折射率层的折射率小的折射率的多个中等折射率层，且一个较高折射率层和一个中等折射率层插入在两个较低折射率层之间的区中的至少一个中。

通过采用具有3或大于3的折射率的中等折射率层以及较高折射率层，可精确地设计光学滤波器，从而改良光学滤波器的性能。

在一实施例中，较高折射率层中的每一个可包含氢化硅(Si:H)层，且中等折射率层中的每一个可包含添加碳的氢化硅(SiC:H)层。添加碳的氢化硅层具有比氢化硅层更小的消光系数，由此光学滤波器可具有改良的透射率。

光学滤波器可在特定波长范围内具有96％或大于96％的透射率，且可在0到30度范围内的入射角下具有小于12纳米的中心波长蓝移。

第一滤波器层可以是允许特定波长范围内的光的透射的带通滤波器(band passfilter)。

在一实施例中，特定波长范围可在800纳米到1,000纳米的范围内。

添加碳的氢化硅(SiC:H)层可在800纳米到1,000纳米的波长范围内具有小于0.0001的消光系数的局部最小值。消光系数的局部最小值可存在于800纳米到900纳米的波长范围内，或可存在于900纳米到1,000纳米的波长范围内。

较低折射率层可包含由以下所组成的族群中选出的至少一个：SiOx、TiOx、NbOx、TaOx、 AlOx、SiNx、TiNx、NbNx、TaNx、AlNx以及其混合物。

在一实施例中，一个较高折射率层和一个中等折射率层可插入在两个较低折射率层之间的区中的每一个中。

在一些实施例中，光学滤波器可包含成对较高折射率层和中等折射率层，每一对包含安置成彼此相邻的较高折射率层和中等折射率层，且所述对中的至少两对可分别具有比中心波长大1.6倍的总光学厚度。

至少两对较高折射率层和中等折射率层中的每一对可具有比中心波长大2倍的总光学厚度。

至少两对中的每一对可包含具有大于中心波长的光学厚度的较高折射率层。

至少两对中的每一对可包含具有大于中心波长的光学厚度的中等折射率层。

至少三个较低折射率层可安置在至少两对较高折射率层与中等折射率层之间，且安置在至少三个较低折射率层之间的区中的每一个中的较高折射率层可具有比邻近于其的中等折射率层更小的光学厚度。

如本文中所使用，除非另外特定地说明，否则术语“中心波长”(centralwavelength)是指在具有50％或大于50％的透射率的波长带的中心的波长。另外，术语“通带”(pass band)是指透射率维持在具体值或大于具体值且可与某一透射率一起定义的波长带，例如，具有50％或大于50％的透射率的通带、具有90％或大于90％的透射率的通带等。除非另外特定地说明，否则术语“通带”是指具有50％或大于50％的透射率的通带。术语“过渡区”(transition region) 是指透射率从通带降低到预定值的波长范围。此处，预定值可以是5％或小于5％的透射率，且可视阻挡水平而定来确定。通带和过渡区外部的区通常称为阻挡区。

光学滤波器可还包含安置在衬底上且通过交替地堆叠具有不同折射率的层来形成的第二滤波器层。此外，具有不同折射率的层可包含添加碳的氢化硅(SiC:H)层。

第二滤波器层可相对于可见光谱中的至少一部分光具有95％或大于95％的阻挡率。

第一滤波器层和第二滤波器层的总厚度可小于10微米。

在一实施例中，第一滤波器层可以是带通滤波器，且第二滤波器层可具有包含第一滤波器层的通带的通带。

第一滤波器层可通过中频(middle frequency，MF)磁控溅镀(magnetronsputtering)方法形成在衬底上。

示例性实施例可提供一种相对于特定波长范围内的光具有减小的厚度和高透射率的光学滤波器。另外，示例性实施例可提供一种减少由于入射角的增大而引起的中心波长的蓝移的光学滤波器器。

此外，示例性实施例可提供一种可通过设计参数的增加而精确地设计成适用于目标波长的光学滤波器。

本公开的以上和其它特征和优点将根据以下描述而变得显而易见。

包含附图以提供对本实用新型概念的进一步理解，并且附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分，所述附图与用以阐述本实用新型概念的原理的描述一起说明本实用新型概念的示范性实施例。

附图说明

图1是根据示例性实施例的光学滤波器的示意性截面视图。

图2是根据示例性实施例的光学滤波器的示意性截面视图。

图3是根据示例性实施例的MF磁控溅镀设备的示意性截面视图。

图4A至图4F是描绘在MF磁控溅镀设备中视H₂和CH₄的通量而定的SiC:H层的折射率和消光系数值的曲线图。

图5A是描绘视波长而定的适用于根据示例性实施例的光学滤波器的Si:H层的折射率和消光系数值的曲线图。

图5B是描绘视波长而定的适用于根据示例性实施例的光学滤波器的SiC:H层的折射率和消光系数值的曲线图。

图5C是描绘视波长而定的适用于根据示例性实施例的光学滤波器的SiC:H层的折射率和消光系数值的曲线图。

图6是示出视光学距离而定的根据示例性实施例的光学滤波器的第一滤波器层的折射率的示意性视图。

图7是描绘根据示例性实施例的光学滤波器的第一滤波器层中的层的光学厚度的曲线图。

图8是示出表1中所示出的第一滤波器层的透射率的曲线图。

图9是示出根据示例性实施例的光学滤波器的第二滤波器层的透射率的曲线图。

图10是示出表3中所示出的第二滤波器层的透射率的曲线图。

图11是示出视入射角而定的根据示例性实施例的光学滤波器的透射率的曲线图。

图12是根据示例性实施例的传感器系统的示意性透视图。

具体实施方式

在下文中，示例性实施例将参考附图进行详细地描述，以便将本公开的精神完全传达给本领域的技术人员。然而，应理解，本公开不限于以下示例性实施例，且本领域的技术人员可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种修改、替代以及等效实施例。

在附图中，为了清楚和描述起见，放大层或区的宽度、长度、厚度等。当元件称为“安置在另一元件上”时，其可直接“安置在另一元件上”或可存在介入元件。贯穿本说明书，相似附图标号表示相似元件。另外，在每个实施例的附图中所展示的相同技术精神或构思内具有相同或类似功能的相似元件将使用相同的附图标号来示出。

将省略可能不必要地混淆本公开的主题的已知功能和构造的详细描述。另外，应理解，在描述元件中的标号(例如第一、第二等)用作将一个元件与其它元件区分开的标记。

本文中，‘光学滤波器’、‘光学膜’、‘光学涂层’或‘薄膜滤波器’是指允许某一波长带中的光的选择性透射或阻止光从中穿过的装置。

此处，光学滤波器、光学膜、光学涂层或薄膜滤波器可包含多个薄膜或涂层。

具有目标透射特性或反射特性的光学滤波器可通过以各种方式组合薄膜或涂层的材料、数量以及厚度来产生。

一般来说，可将光学滤波器分类成吸收滤波器和干涉滤波器。

吸收滤波器可使用选择性地吸收某一波长带中的光的材料来阻挡光。

不同于吸收滤波器，干涉滤波器可通过使用光的干涉现象而不是吸收光来破坏性地干涉不合需要的波长，从而限制可透射的波长。选择性地，吸收某一波长带中的光的材料可进一步沉积在干涉滤波器上，以改良滤波器的性能。

一般来说，干涉滤波器可通过将多个薄膜沉积在衬底上来去除不必要的辐射(例如环境光)。

举例来说，入射于多层介电表面上的光穿过构造增强滤波器(constructivereinforcement filter)或由构造增强滤波器反射，且通过破坏性干涉而经历强度降低。

干涉滤波器的透射特性和反射特性可通过沉积在其中的层的材料、数量以及厚度来确定。

图1是根据示例性实施例的光学滤波器10的示意性截面视图。

参考图1，光学滤波器10包含衬底100、第一滤波器层200以及第二滤波器层300。

衬底100是透射目标波长范围内的光的透明衬底，且可以是例如玻璃衬底或石英衬底。玻璃衬底100可具有约1.5的折射率。衬底100支撑第一滤波器层200和第二滤波器层300。

第一滤波器层200可安置在衬底100的第一表面上。第一滤波器层200可通过沉积(但不限于此)形成在衬底100上。举例来说，第一滤波器层200可沉积在单独衬底(例如临时衬底)上，且接着附接到衬底100上。

第一滤波器层200包含多个较低折射率层L、多个较高折射率层H以及多个中等折射率层M。如图1中所示出，第一滤波器层200可具有以L/M/H/L/M/H的顺序堆叠的LMH的重复结构。尽管最上层和最下层都可以是较低折射率层L，但应理解，其它实施方案是可能的。

如图1中所示出，中等折射率层M和较高折射率层H安置在两个较低折射率层L之间的区中。尽管中等折射率层M和较高折射率层H可安置在两个较低折射率层L之间的区中的每一个中，但应理解，其它实施方案是可能的。在某些区中，可安置中等折射率层M和较高折射率层H中的一个，且可另外安置不同种类的折射率层。

在图1中所示出的光学滤波器10中，中等折射率层M比邻近于中等折射率层M的较高折射率层H更接近衬底100安置。可替代地，如图2中所示出的光学滤波器10a，第一滤波器层200a中的中等折射率层M可安置成比较高折射率层H离衬底100更远。另外，在图1和图2中所示出的光学滤波器10、光学滤波器10a中的每一个中，成对中等折射率层M和较高折射率层H以相同的堆叠顺序安置在较低折射率层L之间的区中的每一个中。然而，应理解，其它实施方案是可能的。可替代地，插入在较低折射率层L之间的中等折射率层M和较高折射率层H的堆叠顺序可视其位置而定发生改变。

除了较高折射率层H和较低折射率层L之外，光学滤波器采用中等折射率层M，从而为光学滤波器的设计添加参数。因此，有可能通过精确地设计要适用于预定波长的光学滤波器来提供高性能光学滤波器。

下文将参考图6到图7及表1对第一滤波器层200的层结构和层L、层M、层H中的每一个的厚度进行详细地描述。

[表1]

此处，较高折射率层H可由具有大于3的折射率的材料形成。特定来说，较高折射率层H可在940纳米的波长下具有约3.4或大于3.4的折射率。举例来说，较高折射率层H可由氢化硅(Si:H)形成。

中等折射率层M可由具有3或大于3的且比较高折射率层H的折射率小的折射率的材料形成。特定来说，中等折射率层M可在940纳米的波长下具有约3.3或大于3.3的折射率。举例来说，中等折射率层M可由添加碳的氢化硅(SiC:H)形成。

较低折射率层L可由具有小于3的折射率的材料形成。较低折射率层L可由在940纳米的波长下具有小于3(特定地小于2，更特定地小于约1.5)的折射率的材料形成。较低折射率层L可包含例如SiOx(例如SiO₂)、TiOx(例如TiO₂)、NbOx(例如Nb₂O₅)、TaOx(例如 Ta₂O₅)或AlOx(例如Al₂O₃)。

下文将参考表2到表3及图9对第二滤波器层300的层结构和层301a、层301b中的每一个的厚度进行详细地描述。

[表2]

[表3]

第二滤波器层300可安置在衬底100的与其第一表面相对的第二表面上。尽管第二滤波器层300可通过沉积形成在衬底100的第二表面上，但应理解，其它实施方案是可能的。举例来说，第二滤波器层300可沉积在单独衬底(例如临时衬底)上，且接着附接到衬底100上。

第二滤波器层300可包含彼此交替地堆叠的多个较低折射率层301a和多个较高折射率层 301b。另外，第二滤波器层300的最上层和最下层可以是较低折射率层301a，特定地为SiOx (例如SiO₂)层。

较低折射率层301a可包含例如SiOx(例如SiO₂)、TiOx(例如TiO₂)、NbOx(例如Nb₂O₅)、 TaOx(例如Ta₂O₅)或AlOx(例如Al₂O₃)。具体来说，较低折射率层301a可由SiO₂形成。

较高折射率层301b可以是例如氢化硅(Si:H)层或添加碳的氢化硅(SiC:H)层。

第二滤波器层300可充当抗反射涂层，所述抗反射涂层防止已穿过衬底的第一表面且具有特定带中的波长的光由衬底的第二表面反射。举例来说，第二滤波器层300可相对于具有第一滤波器层的通带中的波长的光具有高透射率。此外，第二滤波器层300可阻挡已穿过衬底100的第一表面且具有第一滤波器层200的通带外部的波长的至少一部分光。第二滤波器层300可以是例如带通滤波器，且具体地，可具有与第一滤波器层的通带重叠的波长带。此外，当第一滤波器层200是带通滤波器时，第二滤波器层300可具有比第一滤波器层200更宽的通带，且第二滤波器层300的通带可包含第一滤波器层200的通带。在这种情况下，光学滤波器10、光学滤波器10a中的每一个的通带可通过第一滤波器层200的通带与第二滤波器层300的通带重叠的区(也就是说，通过第一滤波器层200的通带)来确定。

第一滤波器层200和第二滤波器层300中的层中的每一个可通过各种沉积方法形成。举例来说，薄膜沉积可通过化学气相沉积(chemical vapor desposition，CVD)、蒸镀、溅镀等来执行。

溅镀是物理气相沉积工艺，且通过用填充有惰性气体的真空容器迫使离子与充当源的目标发生碰撞以将目标材料发射到衬底上来执行，从而在衬底上形成薄膜。

在这种溅镀沉积工艺中，通过迫使以原子形式提供的目标材料与衬底发生强烈碰撞来实现沉积，从而提供比其它沉积工艺(例如CVD、蒸镀等)更高的薄膜粘附强度。

举例来说，溅镀沉积可包含使用DC电源执行的DC溅镀、使用DC脉冲执行的DC脉冲溅镀、使用AC电源执行的MF或RF溅镀、使用离子源来产生聚焦在目标上的离子束的离子束溅镀、使用通过磁场限制在衬底与目标之间的等离子体离子执行的磁控溅镀等。

对于磁控溅镀，将永久磁体或电磁体设置于目标的后侧，以改良目标的电离(ionization)，且可将由磁场发射的原子局部收集于在目标外部产生的磁场中，以促进与反应性气体发生碰撞，从而提高溅镀效率。

与RF磁控溅镀相比，使用MF的磁控溅镀可补偿由于DC电源导致的电弧产生的缺点，同时维持高沉积速率。因此，磁控溅镀适用于光学滤波器的大批量生产。然而，本公开不限于MF磁控溅镀，且还可使用各种薄膜沉积方法。

图3是根据示例性实施例的MF磁控溅镀设备1000的示意性截面视图。

参考图3，溅镀设备1000可包含真空腔室C、衬底固持器H、电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，ICP)以及目标T。

真空腔室C维持在真空下以在腔室中沉积薄膜，且可以具有5.0E-3帕或小于5.0E-3帕的初始真空。

真空腔室C可在其中设置有圆柱转鼓和沿转鼓的圆周安置的多个衬底固持器H。衬底固持器H中的每一个可设置有薄膜将沉积于其上的衬底。随着圆柱转鼓的旋转，多个涂层可沉积在安置于衬底固持器H中的衬底上。

如上文所描述，衬底可以是允许特定波长范围内的光从中穿过的透明衬底，且可包含例如玻璃衬底或石英衬底。举例来说，为了在透明玻璃衬底上沉积多个薄膜，将第一滤波器层沉积在衬底的第一表面上，接着是将第二滤波器层沉积在衬底的与其第一表面相对的第二表面上，或将第二滤波器层沉积在衬底的与其第一表面相对的第二表面上，接着是将第一滤波器层沉积在衬底的第一表面上。

目标T可由从以下所组成的族群中选出的至少一个形成：Si、Ge、Ga、As、Al、Sb、Zr、Nb、Ti、Mo以及其混合物。

可通过向目标T供应MF功率并注入氩(Ar)气以产生等离子体来在衬底上形成薄膜。

施加到目标的MF功率可在例如从1千瓦(kW)到20千瓦(特定地从3千瓦到12千瓦)的范围内。

另外，举例来说，氩(Ar)气可以按10标准立方厘米/分钟(standard cubiccentimeter per minute，sccm)到500标准立方厘米/分钟(更特定地以50标准立方厘米/分钟到300标准立方厘米/分钟)的通量注入到腔室C中。

另外，可将0.5千瓦到5千瓦的RF功率供应到电感耦合等离子体(ICP)，以在衬底上形成目标涂层。

举例来说，反应性气体H₂可以按10标准立方厘米/分钟到500标准立方厘米/分钟的通量注入到电感耦合等离子体(ICP)。当使用Si目标时，氢化硅(Si:H)层可形成在衬底上。

此外，当反应性气体H₂按10标准立方厘米/分钟到500标准立方厘米/分钟的通量注入到电感耦合等离子体(ICP)时，含碳气体(例如CH₄或C₂H₂)也可以按5标准立方厘米/分钟到500标准立方厘米/分钟的通量供应。在这种情况下，添加碳的氢化硅(SiC:H)层可形成在衬底上。

可替代地，举例来说，含有氢(H)、氧(O)、氮(N)或碳(C)的反应性气体(例如 H₂、O₂、N₂或CO₂)可以按50标准立方厘米/分钟到500标准立方厘米/分钟的通量供应到ICP。在这种情况下，可对应于衬底上的目标材料形成涂层，例如SiOx(例如SiO₂)、SiNx(例如 Si₃N₄)、TiOx(例如TiO₂)、NbOx(例如Nb₂O₅)、TaOx(例如Ta₂O₅)或AlOx(例如Al₂O₃)。

多个涂层可通过上文所描述的工艺沉积在衬底的第一表面和第二表面上，且可通过调整待沉积在衬底上的材料、层的数量以及层的厚度来获得所需要的光学特性。

尽管为了便于描述，第一滤波器层和第二滤波器层示出为通过MF磁控溅镀进行沉积，但应理解，本公开的实施例不限于通过MF磁控溅镀沉积的层，根据本公开的实施例的光学滤波器可通过除了磁控溅镀之外的本领域中熟知的各种沉积方法来制造。

图4A至图4F是描绘在MF磁控溅镀设备1000中视H₂和CH₄的通量而定的SiC:H层的折射率和消光系数值的曲线图。在排除H₂和CH₄的通量的相同条件下，在940纳米的波长下测量折射率和消光系数。此处，H₂和CH₄的通量指示供应给ICP的H₂和CH₄反应性气体的通量。

随着H₂的通量从90标准立方厘米/分钟增加到120标准立方厘米/分钟，SiC:H层的折射率倾向于降低。随着CH₄的通量的增加，H₂的通量维持在某一值，SiC:H层的折射率通常倾向于降低。此处，当H₂的通量是120标准立方厘米/分钟时，随着CH₄通量的增加，SiC:H层的折射率倾向于略微升高。

当H₂的通量是90标准立方厘米/分钟时，随着CH₄的通量的增加，消光系数通常倾向于增加。然而，当H₂的通量是108标准立方厘米/分钟或120标准立方厘米/分钟时，随着CH₄的通量增加，消光系数倾向于在无显著变化的情况下略微增加。

SiC:H层的折射率和消光系数可通过调节H₂和CH₄的通量来控制。氢化硅(Si:H)层的折射率和消光系数也可以通过调节H₂的通量来控制。

图5A是描绘视波长而定的适用于根据本公开的一个实施例的光学滤波器的Si:H层的折射率和消光系数值的曲线图。Si:H层的折射率和消光系数通过将单个层沉积在玻璃衬底上且测量单个层的透射率和反射率，接着是使用麦克劳德(Macleod)软件进行精确计算来计算。

参考图5A，Si:H层的折射率在700纳米到1,100纳米的波长范围内单调下降。Si:H层的折射率在700纳米到1,100纳米的波长范围内高于3.3，且在940纳米的波长下高于约3.4。

Si:H层的消光系数随着波长从700纳米增加而迅速减小，且倾向于在900纳米到1100纳米的波长范围内逐渐减小。在约820纳米或大于820纳米的波长下，Si:H层的消光系数小于 0.0005。

图5B是描绘视波长而定的适用于根据示例性实施例的光学滤波器的SiC:H层的折射率和消光系数值的曲线图。SiC:H层的折射率和消光系数通过将单个层沉积在玻璃衬底上且测量单个层的透射率和反射率，接着是使用麦克劳德软件进行精确计算来计算。

参考图5B，SiC:H层的折射率在700纳米到1,100纳米的波长范围内单调下降。SiC:H层的折射率在700纳米到1,050纳米的波长范围内高于3.3，且在940纳米的波长下高于约3.34。

SiC:H层的消光系数随着波长从700纳米增加而迅速减小，且所述消光系数在800纳米到1,000纳米的波长范围内(具体地在800纳米到900纳米的波长范围内)为小于0.0001且接近0的极小值。然后，当波长增加到1,100纳米时，SiC:H层的消光系数增加，然后再次减小。SiC:H层的消光系数在800纳米到1,100纳米的波长范围内小于0.0005。具体来说，在940纳米的波长下，SiC:H层的消光系数小于Si:H层的消光系数。

通过控制H₂和CH₄的通量和MF功率，可控制SiC:H层的折射率和消光系数，具体地以使得消光系数的局部最小值对应于目标波长。举例来说，如图5C中所示出，可将消光系数的局部最小值置于900纳米到1,000纳米的波长范围内。由于SiC:H层的消光系数的局部最小值接近0，因此SiC:H层相对于目标波长具有比Si:H层更好的消光系数。因此，包含SiC:H层的光学滤波器比包含Si:H层的光学滤波器具有更高的透射率。

具体来说，添加碳的氢化硅(a-SiC:H)称为具有比不含碳的氢化硅(a-Si:H)更高的接合能量的材料，且因此具有高辐射电阻、高温下的高稳定性以及高热导率。

表1是示出根据示例性实施例的光学滤波器的第一滤波器层中的层的厚度的图表，图6 是示出视光学距离而定的根据示例性实施例的光学滤波器的第一滤波器层的折射率的示意性视图，且图7是描绘根据示例性实施例的光学滤波器的第一滤波器层中的层的光学厚度的曲线图。

此处，a-Si:H用于较高折射率层H，a-SiC:H用于中等折射率层M，且SiO₂用于较低折射率层L。另外，a-Si:H层在图5A中所示出的Si:H层的沉积条件下沉积，且a-SiC:H层在图5B 中所示出的SiC:H层的沉积条件下沉积。

首先，参考表1，第一滤波器层200由在玻璃衬底100上以L/M/H/L/M/H的顺序堆叠的总共49个层组成。最上层和最下层是较低折射率层L，具体地为SiO₂层。第一滤波器层200具有小于6微米的总厚度，特定地为约5,440纳米。

表1示出第一滤波器层200中的层的厚度(如由物理厚度表示)，且图6和图7示出第一滤波器层200中的层的厚度(如由光学距离或光学厚度(物理厚度×折射率)表示)。在图6和图7中，全波长光学厚度(full wavelength optical thickness，FWOT)指示对应于中心波长λ₀的量值的值，且光学距离或光学厚度以FWOT的倍数表示。

参考图6和图7，第一滤波器层200可包含至少两对较高折射率层H和中等折射率层M，其中的每一对包含安置成彼此相邻且具有比中心波长λ₀大1.6倍的总光学厚度(例如940纳米)的较高折射率层H(Si:H)和中等折射率层M(SiC:H)。此外，在至少两对中的至少一对中，较高折射率层H和中等折射率层M的总光学厚度可比中心波长λ₀大两倍。

这些至少两对较高折射率层H和中等折射率层M安置于第一滤波器层200内部，且各自具有小于0.4λ₀(特定地为0.3λ₀)的光学厚度的层可安置在至少两对较高折射率层H与中等折射率层之间。具体来说，至少三个较低折射率层L(SiO₂)可安置在这些至少两对之间。因此，至少两个较高折射率层和至少两个中等折射率层可安置在这些至少两对之间。

如图7中所示出，至少三个较低折射率层L可具有比邻近于其安置的较高折射率层H或中等折射率层M更小的光学厚度。另外，安置在至少三个较低折射率层L之间的每个区中的较高折射率层H可具有比邻近于其的中等折射率层M更小的折射率。

此外，至少两对较高折射率层H和中等折射率层M中的每一对可包含具有比中心波长λ₀大0.8倍的光学厚度的较高折射率层H或具有比中心波长λ₀大0.8倍的光学厚度的中等折射率层M。具体来说，如图7中所示出，在至少两对中的每一对中，所有较高折射率层H和中等折射率层M可具有比中心波长λ₀大0.8倍(特定地比中心波长λ₀大1倍)的光学厚度。也就是说，所有较高折射率层H和中等折射率层M可具有比中心波长λ₀更大的光学厚度。

光学滤波器可以导致蓝移现象，其中随着入射角(angle of incidence，AOI)增大，中心波长CWL朝向短波长侧偏移。

根据示例性实施例的光学滤波器抑制因入射角的增大而导致的中心波长的蓝移，从而提高通带的稳定性。

举例来说，光学滤波器设置有成对较高折射率层H和中等折射率层M，其中每一对中的较高折射率层H和中等折射率层M的总光学厚度比中心波长λ₀大1.6倍(特定地比中心波长λ₀大两倍)，从而抑制视入射角而定的中心波长的蓝移。

图8是示出表1中所示出的第一滤波器层的透射率的曲线图。基于形成在0.21毫米厚的玻璃衬底上的表1的层的厚度和折射率，使用麦克劳德软件来模拟第一滤波器层的透射率。

参考图8，第一滤波器层200具有在750纳米到1,050纳米的波长范围内具有90％或大于 90％(特定地96％或大于96％)的高透射率的波长带。另外，可看出，第一滤波器层200具有带通滤波器的特性。此处，应注意，第一滤波器层200在约750纳米的波长下具有约10％的透射率。

可确认，随着入射角的增大，中心波长CWL的蓝移发生。

表2是示出根据示例性实施例的光学滤波器的第二滤波器层300中的层中的每一个的结构和厚度的图表，且图9是示出根据示例性实施例的光学滤波器的第二滤波器层300的透射率的曲线图。

参考表2，根据此实施例的第二滤波器层300包含Si:H/SiO₂的涂层。此处，层的厚度和总层数可调整为相对于特定波长范围具有透射率。

举例来说，第二滤波器层300可具有Si:H和SiO₂材料以H/L/H/L的顺序交替地堆叠的结构。可替代地，最上层和最下层都可以是较低折射率层L。

另外，举例来说，如表2中所示出，第二滤波器层300可包含34个涂层，且具有成对SiH/SiO₂涂层的堆叠结构。第二滤波器层可具有4微米或小于4微米(特定地为约3,955纳米) 的总厚度。第二滤波器层300中的层中的每一个的厚度和厚度比可以不是恒定的。举例来说，参考表2，Si:H层和SiO₂层可具有不同厚度(纳米)。

参考图9，第二滤波器层300可具有在900纳米到1,050纳米的波长范围内具有90％或大于90％的透射率的波长带。第二滤波器层300可在350纳米到1200纳米的波长范围(排除900 纳米到1,050纳米的波长范围)内具有95％或大于95％的遮光率。举例来说，第二滤波器层 300至少在可见光谱上可具有95％或大于95％的遮光率。

如图9中所示出，第二滤波器层300可以是带通滤波器。此外，第二滤波器层300可具有用于防止反射的干涉滤波器的功能。

尽管在此实施例中将第二滤波器层300示出为具有带通滤波器的特性，但应理解，例如，第二滤波器层可形成为具有边缘滤波器或长波长传送(long wavelength pass，LWP)滤波器的特性，其允许具有特定波长或大于特定波长的光的透射。

表3是示出根据另一示例性实施例的第二滤波器层的结构和厚度的图表，且图10是示出表3中所示出的第二滤波器层的透射率的曲线图。

参考表3，根据此实施例的第二滤波器层包含SiC:H/SiO₂的涂层。此处，层的厚度和总层数可调整为相对于特定波长范围具有透射率。

举例来说，第二滤波器层可具有SiO₂层和SiC:H层以L/H/L/H的顺序交替地堆叠的结构。另外，举例来说，如表3中所示出，第二滤波器层可包含33个涂层，且具有最上涂层和最下涂层是具有低折射率的SiO₂层的堆叠结构。第二滤波器层可具有小于5微米(特定地小于4 微米)的总厚度。根据此实施例，第二滤波器层可具有约3,656纳米的总厚度。

图10是示出表3中所示出的第二滤波器层的透射率的曲线图，其中基于表3中所示出的第二滤波器层中的层的厚度和折射率，使用麦克劳德软件来模拟第二滤波器层的透射率。如图10中所示出，第二滤波器层可具有在900纳米到1,050纳米的波长范围内具有90％或大于 90％的高透射率的波长带。相反，第二滤波器层在350纳米到1,200纳米的波长范围(排除900 纳米到1,050纳米的波长带)内具有高遮光率。具体地，第二滤波器层在550纳米到850纳米的波长范围内具有95％或大于95％的高遮光率。

根据此实施例的光学滤波器包含分别安置在具有0.21毫米的厚度的玻璃衬底100的相对表面上的表1的第一滤波器层200和表3的第二滤波器层300。图11中所示出的透射率曲线图通过使用麦克劳德软件进行模拟来获得。第一滤波器层和第二滤波器层可具有小于10微米的总厚度。第一滤波器层是具有通带的带通滤波器，且第二滤波器层是具有比第一滤波器层更宽的通带的带通滤波器。第二滤波器层在通带和过渡区外部的阻挡区中具有较高阻挡率。

参考图11，根据此实施例的光学滤波器在900纳米到1,000纳米的波长范围内具有90％或大于90％(特定地96％或大于96％)的透射率的通带。另外，在入射角是0度到30度时，中心波长的蓝移小于12纳米(特定地为10纳米)。

光学滤波器可用作允许近IR光从中透射的IR透射滤波器。

根据此实施例的光学滤波器是在第一波长范围内具有80％或大于80％的透射率的第一带通滤波器与在第二波长范围内具有80％或大于80％的透射率的第二带通滤波器的组合。

在另一实施例中，光学滤波器可以是在第一波长范围内具有80％或大于80％的透射率的带通滤波器与在第二波长范围内具有80％或大于80％的透射率的边缘滤波器的组合。

根据此实施例的光学滤波器在350纳米到1,100纳米的波长范围(排除900纳米到1,000 纳米的波长范围)内在0度的入射角下具有OD2或大于OD2的高阻挡特性。具体来说，光学滤波器在可见光谱中具有OD2.5或大于OD2.5的高阻挡特性。

根据示例性实施例的光学滤波器可以是在第一波长范围与第二波长范围重叠的波长范围内具有80％或大于80％(特定地90％或大于90％，特定地96％或大于96％)的透射率的带通滤波器。

图12是根据示例性实施例的传感器系统的示意性透视图。

参考图12，传感器系统包含光源LS、传感器S以及光学滤波器F。

光学滤波器F可安置在传感器S上方。光源LS可朝向光学滤波器F发射光。从光源LS发射的光可以按第一滤波器层200、衬底100以及第二滤波器层300的顺序穿过光学滤波器F。只有已穿过第一滤波器层200、衬底100以及第二滤波器层300且处于特定波长范围内的光才可由传感器S检测到。

尽管将光源LS示出为安置在光学滤波器F上方以面朝传感器S，但光源LS可安置在传感器S的一侧。光源LS可朝向物体发射具有特定波长(例如940纳米的波长)的光，且从物体反射的光可进入光学滤波器F。光学滤波器F允许包含特定波长的波长带中的光的透射，且阻挡排除波长带的其它波长范围内的光。因此，光学滤波器去除由于背景光产生的杂讯。

根据上文所描述的示例性实施例的光学滤波器适用于允许IR波长光谱内的光的透射的光学滤波器。尽管在以上实施例中将光学滤波器示出为安置在传感器上方，但根据示例性实施例的光学滤波器可应用到各种装置，以调节IR波长光谱内的透射特性和反射特性。

尽管本文中已参考附图描述了本公开的实施例，但本领域的技术人员应理解，这些实施例仅作为示例给出，且在不脱离本公开的精神和范围的情况下可进行各种改变和修改。举例来说，可达成适当的结果，但所描述的技术可以与描述不同的顺序来实现，和/或所描述的系统、结构、装置等的组件以与描述不同的形式连接或组合，用其它组件或其等效物来替换或替代。

因此，所附权利要求的其它实施方案、其它实施例以及等效物落入所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种光学滤波器，其特征在于，包括：

衬底；以及

第一滤波器层，堆叠在所述衬底的第一表面上，

其中所述第一滤波器层包括：多个较低折射率层，具有小于3的折射率；多个较高折射率层，具有大于3的折射率；以及多个中等折射率层，具有3或大于3的且比所述较高折射率层的折射率小的折射率，且一个较高折射率层和一个中等折射率层插入在两个较低折射率层之间的区中的至少一个中。

2.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，所述光学滤波器在特定波长范围内具有96％或大于96％的透射率，且在0度到30度的范围内的入射角下具有小于12纳米的中心波长蓝移。

3.根据权利要求2所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一滤波器层是允许所述特定波长范围内的光的透射的带通滤波器。

4.根据权利要求3所述的光学滤波器，其特征在于，所述特定波长范围在800纳米到1,000纳米的范围内。

5.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，一个较高折射率层和一个中等折射率层插入在所述两个较低折射率层之间的所述区中的每一个中。

6.根据权利要求5所述的光学滤波器，其特征在于，包括：成对较高折射率层和中等折射率层，每一对包括安置成彼此相邻的较高折射率层和中等折射率层，其中所述对中的至少两对分别具有比中心波长大1.6倍的总光学厚度。

7.根据权利要求6所述的光学滤波器，其特征在于，所述至少两对中的每一对具有比所述中心波长大2倍的所述较高折射率层和所述较低折射率层的总光学厚度。

8.根据权利要求6所述的光学滤波器，其特征在于，所述至少两对中的每一对包括具有大于所述中心波长的光学厚度的较高折射率层。

9.根据权利要求6所述的光学滤波器，其特征在于，所述至少两对中的每一对包括具有大于所述中心波长的光学厚度的中等折射率层。

10.根据权利要求6所述的光学滤波器，其特征在于，至少三个较低折射率层安置在所述至少两对之间，以及

安置在所述至少三个较低折射率层之间的区中的每一个中的较高折射率层具有比邻近于其的所述中等折射率层更小的光学厚度。

11.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，还包括：

第二滤波器层，安置在所述衬底上且通过交替地堆叠具有不同折射率的层来形成。

12.根据权利要求11所述的光学滤波器，其特征在于，所述第二滤波器层相对于可见光谱中的至少一部分光具有95％或大于95％的阻挡率。

13.根据权利要求11所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一滤波器层和所述第二滤波器层的总厚度小于10微米。

14.根据权利要求11所述的光学滤波器，其特征在于，所述第一滤波器层为带通滤波器，且所述第二滤波器层具有包括所述第一滤波器层的通带的通带。