白昼探测器系统及其所使用的滤色片技术方案

揭示了一种探测器系统，为其所用的滤色片，以及制作上述之物的方法。该滤色片包括具有主要配置在近红外中的反射带，并具有在大部分可见光区上高透射率的干涉元件。这滤色片还包括在可见光区上非均匀吸收光的吸收元件。该滤色片当与半导体光电二极管或其它合适的探测器组合时使我们得出一探测器系统，该系统的光谱响应度与人类眼睛的视觉响应几乎相等地匹配。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有产生一种所需的光谱响应的滤色片的探测器系统。更具体地说，本专利技术涉及具有基本上与人类眼睛的光谱响应度匹配的探测器系统及其所用的滤色片。
技术介绍
在摄影及有关的领域中已经长期使用电子探测器来提供场景或客体的亮度测量。为了这种测量能至少粗略地代表象由人类眼睛所觉察到的亮度，已经使用了诸如硫化镉的光电池。这些探测器具有的光谱响应度使其峰值处于可见光范围，且至少粗略地近似于人类眼睛的响应度，不过，这种探测器具有的特性，在许多应用中使它们比理想的特性要少。近来，已经利用与其它探测器组合起来的光学滤色片以提供与人类眼睛较为接近的响应。在美国专利3,996,461(sulzbach等人)的一种方法中，把多层薄膜光学滤色片直接沉积在硅光电二极管的探测表面上。每一次沉积一层多层滤色片的个别电介质层(到至少50片硅片上，每片包括约300个探测器)直到建立一干涉堆叠为止。这多层滤色片被设计成减少到达光电二极管的作为波长函数的光，使得这探测器系统(带有多层滤色片的光电二极管)具有接近于人类眼睛响应的光谱响应。因为硅光电二极管它本身在可见光区域中具有偏重于向红光的光频响应，但它又很好地进入红外区域继续增加，这多层滤色片在红外区和可见光区中都减少了光的透射以给出所要的系统响应。在另一方法中，含铜离子的以磷酸盐玻璃为基的滤色片作为用于探测器的滤色片。这些系统的一个缺点是磷酸盐玻璃抗潮性不良。另一缺点是不仅这玻璃有相对大的比重，而且在玻璃的制模，切割，和抛光操作的工艺中是不方便的和/或困难的。玻璃滤色片也往往是十分厚且重，而这对许多应用是不希望的。在其它方法中，使用以合成树脂为基的滤色片来替代以玻璃为基的滤色片。例如，日本专利公告JP06-118,228和JP06-345,877揭示了一种由从含有特殊结构的磷酸族的单聚物和能与它被共聚合的单聚物的混合物共聚合的共聚体构成的合成树脂制成的光学滤色片，这滤色片也包含主要由铜盐组成的金属盐。包含单聚物的磷化物具有磷酸酯的键。这磷酸族造成多聚体具有差的耐老化性。结果是，如果把这种光学滤色片曝露于高温和高湿度下，有关变白(混浊度)和损失透明度(蔽光性)的问题开始扩大。也曾经提出过其它以树脂为基的滤色片。日本专利公告2000-98130和2000-252482揭示了一种滤色片，它通过用具有特殊设计的化学结构的多聚体来改性耐用性。遗憾的是，这种滤色片在近红外区和紫外区具有差的光吸收。所以采用这种滤色片的探测器系统，对人类眼睛觉察不到的光是灵敏的。所以对能模拟人类眼睛响应的另外可替换的探测器系统存在着连续不断的需要，尤其是，对具有良好的带外抑制(即，在近红外和紫外波长中的可忽略的响应)，对在可见光中所要响应的良好匹配，以及良好的耐老化性能的系统。
技术实现思路
本专利技术申请揭示一种在探测器前面设置滤色片的探测器系统，它以滤色片/探测器组合系统的方式，有选择地透射光，几乎相等地与人类眼睛响应相匹配。该滤色片包括干涉元件和吸收元件。较佳的是，该吸收元件是具有一种或多种特制的颜料或其它染料分布于其中的多聚体薄膜。这干涉元件较佳的也是多聚体的，在某些实施中是共挤压的多聚体多层薄膜。这干涉元件在正常入射时，在可见光范围中提供高的平均透射(至少约50％，更佳的是至少约70％)，而在延伸进近红外范围中的整个反射带时则是低透射(少于约5％，更佳的是少于约2％或1％)。该干涉元件的反射带延伸到红外的足够远处的保证探测器系统对近红外光的灵敏度可以忽略。该吸收元件具有一种或多种在可见光中提供非均匀透射的选择过的染料，较佳的是，当与干涉元件组合时，在光谱的可见光部分中具有适于为探测器系统提供具有接近人类眼睛响应的探测器系统的铃形特性。该滤色片被制作成可供诸如哇光电二极管的半导体光电二极管之用。揭示了各种滤色片结构，包括涂敷于多聚物的干涉元件，或涂敷于探测器表面的吸收薄膜。也可用合适的粘合层把吸收元件粘合到干涉元件，或结合到干涉元件的一层或多层个别的薄层上。在某些实施例中，滤色片可跨越滤色组件的第一小孔延伸，而滤色片组件可包括于安装探测器组件的第二小孔。这个积木化设计相对于系统具有某些优点，在这系统中滤色片元件全被涂敷在探测器的表面。这系统可包括附加的诸如光的散射层的光学元件以减少对角度的相关性。附图简述对附图进行说明书的参考，在附图中相同的参考数字表示相同的元件，其中附图说明图1是探测器系统的透视图；图2是用于控测器系统的滤色片组件的横截面图，在该图中示出该探测器全部被啮合，且在局部的剖面图中；图2a和2b是类似于图2的横截面结构，但是属于另一替换的滤色片组件；图3是相对光谱透射图，即探测器系统各种部件的响应图；以及图4和图5是透射百分数对波长的关系曲线图。具体实施例方式下面描述的诸部分是关于可把探测器系统制作到接近所需的光谱响应到怎样的程度。为了这个应用的目的，下面的品质因数“FM”(表示为百分比)是用来定量探测器系统的归一化光谱响应D(λ)接近所需的即目标光谱响应T(λ)到怎样的程度FM=Σλ=380780|D(λ)-T(λ)|ΔλΣλ=380780T(λ)Δλ]]>(方程1)其中加号是在波长增量Δλ＝5nm的81个间隔上进行的。这与日本工业标准JIS-C-1609(1993)是一致的。为了这个应用的目的，如果品质因数FM小于25％就认为探测器系统响应D(λ)接近于目标函数T(λ)，更佳的是小于约20％。除非另有指出，品质因数是对光垂直入射到探测器系统上时计算的。在重要的感兴趣的情况中，目标响应度T(λ)是人类眼睛的标准白昼响应V(λ)。也称为光谱发光效率函数的白昼响应V(λ)是在360-830nm范围内定义的一个铃形函数，且在555nm处有为1.0的极大值。在其它的情况中，这目标响应度可以是人类眼睛在低亮度水准时的响应，称之为微光响应V1(λ)。这V1(λ)函数是在507nm处有为1.0的最大值的铃形函数。V(λ)和V1(λ)这两个函数都可在题为物理光测学基础，CIE公告第18.2号(1983)的Commission International de L’Eclairage(CIE)公告中找到。为了这个应用的目的，除非另有指出，术语“紫外”指的是波长约小于400nm的电磁辐射，术语“可见光”指的是波长范围从约400到约700nm的电磁辐射，而术语“近红外”指的是波长范围从约700nm到约2500nm的电磁辐射。术语“探测器”指的是一种把电磁能量转换成电信号的结构，不管是在最后的组装形式或在构造的早期，包括半导体探测器的情况它具有在其内形成一个或多个有源结区的半导体晶片。合适的探测器示例包括，但并不限于，光电二极管和光电二极管阵列，和诸如CCD图象传感器和MOS图象传感器的固态相机元件。图1示出探测器系统100的实施例。该探测器系统包括滤色片组件110和探测器组件112。滤色片组件110包括具有至少两个小孔116、118的滤色片外壳114。小孔116适于安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于探测器的滤色片，该滤色片包括：干涉元件，在近红外波长的频带上反射垂直入射光，并在可见光波长上透射垂直入射的光；以及吸收元件，非均匀地吸收可见光波长上的光，该吸收元件包括一种分布在聚合物基质中的染料剂；　 　其中当该滤色片与探测器结合时产生探测系统，它的相对响应接近于人类眼睛的视觉响应。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：原田孝，水野一彦，JA维特利，TJ内维特，AJ欧德科克，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]