滤波器组件、检测器和滤波器组件的制造方法技术

一种滤波器组件，包括入射介质(10)、间隔件(30)、至少一个电介质滤波器(50)和出射介质(70)。间隔件(30)被设置在入射介质(10)与至少一个电介质滤波器(50)之间，使得入射介质(10)和至少一个电介质滤波器(50)被间隔开工作距离(32)，并由此包围折射率低于入射介质(10)的介质。至少一个电介质滤波器(50)设置在出射介质(70)上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】滤波器组件、检测器和滤波器组件的制造方法本专利技术涉及一种滤波器组件、检测器以及滤波器组件的制造方法。诸如干涉滤波器之类的电介质滤波器在商业上广泛用于许多不同的应用，包括光谱学、医学技术、消费和安全应用等等。与其他类型的光学滤波器(例如彩色涂层)相比，干涉滤波器提供了许多优点。它们在工程设计方面提供了灵活性，因为它们能够被光学建模以预测其性能并且针对特定应用进行设计。它们还提供机械和热稳定性。干涉滤波器由具有不同折射率的电介质材料的多个薄膜层组成。在层的界面处反射的入射光的相长干涉或相消干涉被用于选择一个或更多个用于传输的光谱带或光谱线，被选择的光谱带或光谱线在感兴趣的波长内具有最小吸收。已知电介质滤波器关于入射光的角度表现出很强的角度依赖性。透射波长或边缘位置主要向较短波长移位以增加入射角。对于漫射光条件，这可能是有问题的，因为它引起光谱展宽或拖尾，这降低了光谱分辨率。干涉滤波器通常被设计用于照明光束的限定入射角，或者能够通过倾斜滤波器来调整期望的光谱位置。然而，干涉滤波器在其设计上能够适于在诸如由漫射体提供的那些漫射光条件下工作。为了减少光谱移位，在光学和材料特性方面调整电介质材料的多个薄层。这通常涉及复杂的模拟，并且通常不能应用于不同的传感器设计。实现与低光谱移位配对的足够的视场仍然是挑战。减少光谱拖尾的已知方法包括使用光学器件来聚焦光方向，或者使用光阑来限制入射光的角度。例如，在漫射光条件下减少光谱移位的尝试包括校准光学器件，该光学器件已经被集成到滤波器设计中，以便收集漫射光并且将其以照明光束的限定入射角(例如以垂直入射)引导到滤波器中。一种替代方法是使用视场光阑来控制装置设计中的视场，使得仅达到限定入射角的光能够进入，从而减少光谱展宽。以前的工作还考虑将干涉滤波器与聚合物层结合，因为聚合物涂层能够吸收一些不需要的波长并改进透射信号。完全不同的方法包括图案化步骤，并且在具有恒定厚度的Fabry-Perot腔中使用折射率的空间调制。在第一透明材料中形成亚波长图案，随后用具有不同折射率的第二透明材料填充间隙。有效折射率和峰值波长与体积比直接相关，并通过改变纳米结构的横向尺寸，增加了Fabry-Perot腔的有效折射率，并能够补偿波长移位。能够使用专用光学设计和模拟软件来模拟在漫射光下光谱移位的影响。图6A示出了现有技术的滤波器组件。滤波器组件包括设置在出射介质70(例如光学传感器)上的电介质滤波器50。周围环境空气能够被认为是折射率为N＝1的入射介质。该模拟假设入射角AOI相对于电介质滤波器的表面法线在±90°内。图6B示出了图6A的滤波器组件的光谱透射曲线。曲线示出了根据波长λ以及两个AOI(实线：AOI＝0°，虚线：AOI＝90°)的模拟透射图(滤波器透射率T[％])。该图示出了当AOI从0°改变到90°时，透射率T[％]的百分比减小，并且光谱峰值移位到较低的波长。通过该图的红色/红外部分中的透射示出了红外泄漏。对于较高的入射角，泄漏也增加。在漫射光条件下的透射将是所有角度上的组合图的结果，从而导致峰变宽，称为光谱拖尾或光谱展宽。图7A示出了另一种现有技术的滤波器组件。该滤波器组件基于以上图6A所示的滤波器组件，但还包括漫射体作为入射介质10。入射介质10在N＝1、5处具有较高的折射率，这可以对应于聚合物、闪烁体或任何其他光学介质。图7B示出了与图6B类似的模拟光谱透射曲线。所得到的透射曲线是在从0°到90°的所有入射角上的模拟的结果。该图指示，随着入射介质的折射率增大，透射特性可能变得较差。图8A示出了另一种现有技术的滤波器组件。该组件与图6A所示的组件相似。在这种情况下，结合了多于一个的滤波器50。入射介质10与滤波器(例如短通滤波器51和长通滤波器52)直接接触。出射介质可以是硅光电二极管检测器或另一类型的检测器。这是双滤波器的示例，但是相同的示例可以扩展为包括更多的滤波器。图8B示出了图8A的实施例的理想光谱透射曲线。作为示例，短通滤波器51可以被优化以透射高达450nm的波长，并且反射较长的波长，而长通滤波器可以被优化以透射从670nm以上的波长，并且反射较短的波长。理想地，450nm至670nm不应有透射，例如，入射的绿光在540nm处被尽可能多地反射。图8C示出了图8A的实施例的模拟光谱透射曲线。所得到的透射曲线是在从0°到90°的所有入射角上的模拟的结果。光学模拟指示，在这种情况下，透射图看起来与图8B不同。在漫射光条件下电介质滤波器的非最佳性能导致相当大的光谱拖尾，从而允许在540nm处透射绿光。目的是提供一种允许例如在漫射光条件下增强光谱分辨率并减小光谱展宽的滤波器组件，以及一种允许减小对滤波器光谱移位的限制的滤波器组件的制造方法。通过独立权利要求的主题来实现该目的。在从属权利要求中描述了另外的发展和实施例。应当理解，除非明确地描述为替代，否则下文描述的关于任何一个实施例的任何特征可以单独使用，或者与下文描述的其他特征组合使用，并且还可以与任何其他实施例或任何其他实施例的任何组合的一个或更多个特征组合使用。此外，在不脱离如所附权利要求中限定的滤波器组件和滤波器组件的制造方法的范围的情况下，也可以采用下面未描述的等同物和修改。一种滤波器组件，包括入射介质、电介质滤波器和出射介质。一方面涉及设计入射介质与电介质滤波器之间的间隔件，例如入射介质与一个或多个滤波器之间的气隙。已经发现，设计间隔件(例如气隙)允许减小滤波器组件的有效折射率。例如通过模拟能够示出能够减少光谱拖尾并且能够增强透射光分辨率。在至少一个实施例中，滤波器组件包括入射介质、间隔件、至少一个电介质滤波器和出射介质。间隔件被设置在入射介质与至少一个电介质滤波器之间，使得入射介质和至少一个电介质滤波器被间隔开工作距离。此外，间隔件、入射介质和至少一个电介质滤波器包围折射率低于入射介质的介质。至少一个电介质滤波器设置在出射介质上。术语“滤波器组件”指示包括入射介质、间隔件、至少一个电介质滤波器和出射介质的叠层。换句话说，滤波器组件的部件相对于彼此沿着公共光轴堆叠。在叠层或滤波器组件中，可以在入射介质、间隔件、至少一个电介质滤波器和出射介质中的一个或更多个之间提供另外的层。然而，滤波器组件的一些或所有部件也可以彼此直接接触。“电介质滤波器”具有由其滤波器设计确定的透射特性。透射特性是入射角的函数。在这个意义上，电介质滤波器的透射是方向相关的。电介质滤波器的示例包括等离子体激元滤波器和干涉滤波器，例如截止滤波器、明视滤波器、滤色器、带通滤波器及其任何组合。来自外部辐射源的入射光可以从各种入射角撞击入射介质。光以取决于入射介质的材料特性的角度分布离开入射介质。在入射介质与较低折射率的介质之间的第一边界处，入射光被折射并且朝向位于较低折射率的介质下游的电介质滤波器穿过。在较低折射率的介质与电介质滤波器之间的第二边界处，入射光被折射并被耦合到电介质滤波器中。入射介质、较低折射率的介质和电介质滤波器能够被认为是具有平均折射率的混合叠层。平均或有效折射率取决于间隔件，并且尤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滤波器组件，包括入射介质(10)、间隔件(30)、至少一个电介质滤波器(50)和出射介质(70)，其中：/n-所述间隔件(30)被设置在所述入射介质(10)与所述至少一个电介质滤波器(50)之间，使得所述入射介质(10)和所述至少一个电介质滤波器(50)被间隔开工作距离(32)，并由此包围折射率低于所述入射介质(10)的介质，并且/n-所述至少一个电介质滤波器(50)被设置在所述出射介质(70)上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180730 EP 18186348.11.一种滤波器组件，包括入射介质(10)、间隔件(30)、至少一个电介质滤波器(50)和出射介质(70)，其中：
-所述间隔件(30)被设置在所述入射介质(10)与所述至少一个电介质滤波器(50)之间，使得所述入射介质(10)和所述至少一个电介质滤波器(50)被间隔开工作距离(32)，并由此包围折射率低于所述入射介质(10)的介质，并且
-所述至少一个电介质滤波器(50)被设置在所述出射介质(70)上。


2.根据权利要求1所述的滤波器组件，其中，所述间隔件(30)被设置为限制在改变入射角的情况下入射的光的光谱移位。


3.根据权利要求1或2所述的滤波器组件，其中，
-放置在与所述入射介质相距所述工作距离(32)内的电介质滤波器(50)具有透射特性，
-所述工作距离(32)被设置为使得在改变入射角的情况下，所述电介质滤波器(50)的透射特性的光谱移位保持在给定的限度内。


4.根据权利要求2或3所述的滤波器组件，其中，在小于±30°、±20°、±10°等的间隔的入射角下，所述光谱移位保持恒定或者在±1nm、±2nm、±5nm等内。


5.根据权利要求1至4之一所述的滤波器组件，其中，
-所述入射介质(10)、较低折射率的介质和所述电介质滤波器(50)形成具有平均折射率的混合叠层，
-所述平均折射率取决于所述间隔件(30)和所述工作距离(32)，并且
-所述电介质滤波器(50)的光谱特性取决于所述平均折射率。


6.根据权利要求1至5之一所述的滤波器组件，其中，所述入射介质(10)被设置为改变入射辐射，使得经改变的辐射以漫射辐射分布离开所述入射介质。


7.根据权利要求1至6之一所述的滤波器组件，其中，
-所述入射介质(10)、所述间隔件(30)和所述至少一个电介质滤波器(50)包围腔(31)，并且
-所述腔(31)包括折射率低于所述入射介质的介质。


8.根据权利要求1至7之一所述的滤波器组件，其中，所述入射介质(10)的折射率大于1。


9.根据权利要求1至8之一所述的滤波器组件，其中，
-所述工作距离(32)的值为0.25μm至10μm，以及/或者
-所述工作距离(32)的值为至少2μm。


10.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：格哈德·艾尔姆施泰纳，德西斯拉娃·奥佩尔，黛博拉·莫尔克罗夫特，延斯·霍弗里希特，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT