光学滤波器及其生产方法以及用于检查电磁辐射的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光学滤波器及其制造方法，以及涉及一种用于检查从物体发出的电磁辐射的光谱分布和位置分布的装置。本发明专利技术要解决的技术问题是，提出可以成本低廉地制造的上述种类的光学滤波器，用该滤波器可以探测多个波长，其中不需要通过ＤＢＲ镜的移动来调谐。此外，提出了一种用于制造这样的滤波器的方法。按照本发明专利技术的第一方面，通过用于制造具有两个ＤＢＲ镜和在它们之间存在的空腔的光学滤波器阵列的方法来解决上述技术问题，该空腔包含具有多个不同高度的、分别形成Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ滤波器元件的空腔段，其特征在于如下步骤：将第一ＤＢＲ镜涂覆到衬底上，在ＤＢＲ镜上形成由空腔材料构成的层，其中，该层通过应用纳米刻印方法被设置为具有多个形成滤波器元件的空腔段，以及利用通过空腔段的不同高度预定的结构化将第二ＤＢＲ镜涂覆到空腔材料上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学滤波器及其生产方法，以及用于检查从物体发出的电 磁辐射的光谱分布和空间分布的装置。
技术介绍
对于测量技术、分析学、数据存储、图像存储和图像处理以及一般地对于 光学的电信和数据通信来说，需要多种多样的光电子组件、特别是被构造为光 学滤波器的组件，其可以被调谐为与多个相邻的波长中的一个一致。这种类型的滤波器例如由所谓的Fabry-Perot滤波器构成，该Fabry-Perot滤波器具有至少 两个由 一个空腔分开的DBR镜(DBR=Distributed Bragg Reflector,分布布拉格 反射镜)。这样的滤波器，在通过其结构预选的、被称为阻带的波长范围中反射， 而在位于该阻带内部的、窄的通带(=Dip)中透射。为此目的，DBR镜包含至 少一个层周期(Schichte叩eriode),该层周期由两个或多个具有不同厚度和/或 折射率的层组成。层周期的数量大多数情况下是整数，但是也可以是半整数 (halbzahlig )，例如当不是所涉及的周期的所有的层都位于由层周期形成的堆 的末端时。通过层周期的数量和折射率对比，可以选择或者确定阻带的宽度和 在阻带中的反射特征，并且通过空腔的光学长度可以选择或者确定透射带的位 置或者其中心波长或主波长的位置。最后，在Fabry-Perot滤波器中，在通过阻 带规定的连续调谐范围内部的透射带的主波长可以如下地来改变通过两个 DBR镜相对彼此的移动改变空腔的几何长度以及由此的光学长度。按照这种方 式可以将组件调谐到多个波长人l、 ......Xn中的一个。所描述种类的光学组件是一般公知的(例如DE10318767A1 )。公知的还有， 在其应用中产生如下缺陷，在整个阻带中滤波器的连续调谐在大多数情况下由 于结构的原因是不可能的或者与高的技术花费相关联的。为了避免该缺陷，尽 管可以设置具有不同连续调谐范围的多个滤波器，但是这同样是花费大的。除 此之外，通常不期望通过DBR镜的相对移动来连续调谐滤波器，特别是当其用于如下目的时在由辐射源发出的辐射(例如光线)中来确定在定义的波长情 况下的强度，利用多个可能的波长中的该波长瞬时地由辐射源发射该辐射。
技术实现思路
由此出发，本专利技术要解决的技术问题是，提供-一种上面所描述的种类的可 以低成本制造的光学滤波器，利用该滤波器可以探测多个波长，但是在该滤波器中不需要通过DBR镜的移动来连续调谐。此外，还提出一种用于制造这样的滤;皮器的方法。根据本专利技术，上述技术问题通过权利要求1和19的特征部分解决。通过本专利技术以优选方式实现了一种光学滤波器，该滤波器包含至少两个分 别具有特有的透射带的滤波器元件。此外，滤波器以特别的优势具有对应的光 电子探测器装置并且与其连接成一个一体的或两件式的光电子组件。由此，不 仅滤波器的不同滤波器元件、而且对于识别或区别透射带或者对于所接收的辐 射的光错分析来说是必要的光敏元件，被集成在同一个组件中。在此，特有的 透射带和/或所接收的辐射的光谱分布，可以通过简单地测试光敏元件、也就是 说无需机械地调谐所述滤波器就可以被识别。由此，以特别的优势提出具有不 只是两个、而是大量带有相应的许多不同的透射带的滤波器元件的组件。在应 用按照本专利技术的方法情况下，可以利用相对简单的方法制造这样的组件，特别 是如果滤波器元件仅仅通过其空腔层的厚度互相区别并且滤波器直接被安装在 例如具有以CMOS技术制造的探测器装置的衬底上。本专利技术的其它具有优势的特征由从属权利要求中给出。如开头部分所提到的，本专利技术此外还涉及在权利要求25的前序部分所给 出的种类的装置及其应用。在医学中越来越多地将所谓的反射光谱仪用于非介入诊断和治疗控制。因 为由组织、皮肤等发出的反射辐射的强度在此通常既取决于位置也取决于光i普 的分布，所以需要既具有位置的也具有光谱的分辨率的传感器以及探测器装置。 迄今为止可用的探测器装置对于该目的来说还不是最佳的。在电视技术中，例如公知的的是，由大量图像传感器或者说传感器元件和 在其上设置的彩色滤波器组成的CCD传感器阵列。彩色滤波器例如由聚合体薄 膜和在其中安装的对于色彩红、蓝和绿敏感的滤波器元件制造。由于只有三个可采集的光谱范围，这样的组件不适合于反射光谱仪或者只是受限地适合于反射光谱仪。此外，特别是在远程和数据通信中使用具有以Fabry-Perot滤波器形式的彩 色滤波器的光电子组件，分别为其配备一个光敏元件等(例如DE10318767A1 )。 这样的滤波器具有至少两个、通过一个空腔分开的DBR镜(DBI^分布布拉格 反射镜)并且在通过其结构预选的被称为阻带的波长范围中反射，而在至少一 个位于该阻带中的窄的透射带(=Dip)中透射。这种滤波器具有如下优点例 如通过两个DBR镜相对彼此的移动而改变空腔的几何长度的以及由此还改变 光学长度，可以改变在通过阻带规定的连续调谐范围内部的透射带。按照这种 方式，组件在应用唯一的传感器元件的条件下被调谐到多个波长；U、人2......Xn中的一个。然而，产生如下缺陷不具有位置分辨率，并且由于结构的原因在 整个阻带中滤波器的连续调谐大多数情况下是不可能的或者与高的技术花费相 关联的。这样的组件同样对于反射光谱仪来说也是不太合适的。因此，对于在医学中反射光谱仪来说，直到现在主要使用本文开头部分提 到的种类的装置，其作为接收辐射的元件包含细的光导纤维，该光导纤维一个 末端被置于待检查的组织上或者例如被置于人的皮肤上，并且另一个末端被引 导至光谱仪，为了检查反射的光线的光谱强度分布，该光谱仪被设置为例如具 有棱镜、光栅等以及在其后连接的CCD照相机(例如Applied Optics, 1. Juni 1998: Vol. 37， No. 16,第3—586至3593页，或者Applied Optics, 1. Januar 2002, Vol. 41， No. 1,第182至192页)。在此，除光谱分辨率之外的位置分辨率要求大量这样 的光导纤维和对应的光谱仪，或者一个被设置为用于先后扫描大量光导纤维的 光谱仪。二者都与多的花费相关联并且由此是不期望的。相应地费事的是，设 置唯一 的光导纤维并且使其在待扫描的范围上运动。从该现有技术出发本专利技术要解决的技术问题是，如下构造本文开头提到种 类的装置使得其同时具有位置分辨率和光谱分辨率，而为此无需运动的组件、 大量光谱仪或可调谐的滤波器。权利要求25的特征部分用于解决该技术问题。通过本专利技术实现了如下的装置其在共同的传感器中联合了光电传感器元 件和至少四个、但是优选远多于四个具有不同光谱透射特性的滤波器元件。由此，不再需要特殊的光谱仪等和/或可运动的部件。而是将传感器置于待检查的 物体、例如人的皮肤或组织上，并且利用电气装置测试现有的光电传感器元件 就足够了。滤波器的连续调谐为此不是必须的。在此，通过每个滤波器元件既可以获得光语信息也可以获得位置信息。在存在分别对于其它光谱范围是透光 的大量滤波器元件的情况下，由此还可以将或多或少的滤波器元件综合为提供 位置信息的宏像素，选择性地放大或缩小位置分辨率或光谱分辨率。此外，根据权利要求60和61的装置的应用也是本专利技术的内容。 本专利技术的其它具有优势的特征在从属权利要求中给出。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造具有两个ＤＢＲ镜（３，４）和在它们之间存在的空腔的光学滤波器阵列的方法，该空腔包含具有多个不同高度的、分别形成Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ滤波器元件（２ａ至２ｇ）的空腔段（５ａ至５ｇ），其特征在于如下步骤：将第一ＤＢＲ镜（３）涂覆到衬底（１）上，在所述ＤＢＲ镜（３）上形成由空腔材料构成的层（５），其中该层（５）通过应用纳米刻印方法被设置为具有多个形成滤波器元件（２ａ至２ｇ）的空腔段（５ａ至５ｇ），以及利用通过所述空腔段（５ａ至５ｇ）的不同高度预定的结构化将第二ＤＢＲ镜（４）涂覆到所述空腔材料上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2006-8-9 102006039071.7;DE 2006-8-9 102006039071.一种制造具有两个DBR镜(3，4)和在它们之间存在的空腔的光学滤波器阵列的方法，该空腔包含具有多个不同高度的、分别形成Fabry-Perot滤波器元件(2a至2g)的空腔段(5a至5g)，其特征在于如下步骤将第一DBR镜(3)涂覆到衬底(1)上，在所述DBR镜(3)上形成由空腔材料构成的层(5)，其中该层(5)通过应用纳米刻印方法被设置为具有多个形成滤波器元件(2a至2g)的空腔段(5a至5g)，以及利用通过所述空腔段(5a至5g)的不同高度预定的结构化将第二DBR镜(4)涂覆到所述空腔材料上。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有光电探测装置的衬 底作为衬底(1 )。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述衬底(1)的面向所述 滤波器元件(2a至2g)的表面在被涂覆所述第一DBR镜(3)之前被磨光。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在应用可热变 形的空腔材料的条件下进行所述结构化。5. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在应用液体的 或粘稠的、通过光可硬化的空腔材料的条件下进行所述结构化，并且在成型之 后利用光硬化所述空腔材料。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，借助植入的方 法局部地改变所述层(5)的折射率。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述层(5) 以预选的厚度被涂覆并且其厚度借助于剥蚀方法被局部地降低。8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过腐蚀进行所述层(5) 的厚度的降低。9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过在所述第 一DBR镜(3)上沉积不同的厚度来结构化所述层(5)。10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，使用聚合体 作为空腔材料并且通过用等离子体支持(PECVD )从气态分离来进行所述DBR 镜(3， 4)的沉积，其中，在低于聚合体的玻璃临界温度的温度下进行至少在 空腔材料上待离析的DBR镜(4)的沉积。11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，互相分开地制造所述衬底(1 )、 DBR镜(3, 4)和由空腔材料构成的层(5)并且然后正 好i也;波此重叠。12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，按照晶片大小进行所述衬 底(1 )和其余部分的制造。13. 根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，借助于冲头 (12)进行所述纳米刻印技术的进行，该沖头借助如下技术之一被制造LIGA技术、MIGA技术、电子沉积、离子沉积或粒子射线沉积、借助电磁波的沉积 或具有等离子体支持的沉积。14. 根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，在进行所述 纳米刻印方法之前用修改的喷墨打印方法进行所述层(5)的沉积。15. —种具有用于透过待探测的电磁辐射的衬底(1)的光学滤波器阵列， 在该衬底上设置了第一DBR镜(3)、第二DBR镜(4)和多个在该两个DBR 镜(3, 4)之间空间分开设置的分别由空腔材料形成的空腔段(5a至5g)，这 些空腔段具有不同的光学长度(Ll， L2)并且与该两个DBR镜(3, 4)分别 形成一个滤波器元件(2a至2g)，其中所述滤波器(2)在通过DBR镜(3, 4) 确定的阻带中反射，并且其中每个滤波器元件(2a至^)至少具有一个通过其 空腔段(5a至5g)的所述光学长度确定的位于阻带内部的窄的透射带，其特征 在于，所述空腔段(5a至5g )的不同的厚度是通过应用纳米刻印方法来制造的。16. 根据权利要求15所述的滤波器阵列，其特征在于，所述探测装置被作 为CCD或CMOS电路实现，并且所述滤波器元件(2a至2g)直接地被涂覆在 所述CCD或CMOS电路上。17. 根据权利要求15至16中任一项所述的滤波器阵列，其特征在于，所 述空腔段(5a至5g)被构造为台形。18. 根据权利要求15至17中任一项所述的滤波器阵列，其特征在于，所 述空腔段(5a至5g)被构造为透镜形。19. 根据权利要求18所述的滤波器阵列，其特征在于，所述空腔段(5a 至5g)被构造为如下的透镜形其对于不同的入射角具有相同的光学长度(L)。20. 根据权利要求15至19中任一项所述的滤波器阵列，其特征在于，所 述空腔,殳(5a至5g)由可热变形的材料组成。21. 根据权利要求15至20中任一项所述的滤波器阵列，其特征在于，所 述滤波器元件(2a至2g )和与其对应的光敏元件(7a至7g )被按照极坐标方 式逐行和逐列地设置。22. 根据权利要求15至21中任一项所述的滤波器阵列，其特征在于，所 述滤波器元件(2a至2g)和与其对应的光敏元件(7a至7g)被按照直线的或 弯曲的行设置。23. 根据权利要求15至22中任一项所述的滤波器阵列，其特征在于，所 述滤波器元件(2a至2g)和光敏元件(7a至7g)被按照无规则的但是预选的 分布而设置。24. 根据权利要求15至23中任一项所述的滤波器阵列，其特征在于，所 述衬底(1 )和/或所述滤波器(2)被基于有机或无机材料而制造。25. —种用于检查从物体发出的电磁辐射的光谱分布和位置分布的装置， 包含具有不同的窄的光谱通带的多个微型化的滤波器元件(5， 5a至5d)以 及与所述光敏元件(5, 5a至5d)对应的光电传感器元件(3)，其中所述滤波 器元件(5， 5a至5d)被并列设置并且与所述传感器元件(3) —起形成传感器 和滤波器阵列，其特征在于，所述光语通带用统计的或伪统计的分布在传感器 和滤波器阵列中被分布地设置。26. 根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述传感器和滤波器阵列 具有由相邻的传感器和滤波器元件(3， 5, 5a至5d)形成的范围(6a， 6b， 6c ), 并且所述滤波器元件(5， 5a至5d)基于统计的或伪统计的分布在所有范围(6a， 6b， 6c)中具有类似的通带。27. 根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所有的范围(6a， 6b, 6c) 具有相同数量的滤波器元件(5, 5a至5d)。28. 根据权利要求26或27所述的装置，其特征在于，该装置具有借助其 能够在分析检查的辐射时选择性地确定所述范围(6a， 6b， 6c)的装置。29. 根据权利要求25至28中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感 器和滤波器阵列具有至少一个第一和第二段(7a， 7c)，其中，在所述第一段(7a) 中的通带具有统计的或伪统计的分布，并且在所述第二段(7c)中的通带关于 所述第一段相对传感器和滤波器阵列的预选的点具有中央对称的排列。30. 根据权利要求25至29中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感 器和滤波器阵列具有至少一个第一和一个第二段，其中，在所述第一段中的通 带具有统计或伪统计的分布，并且在所述第二段中的通带关于所述第一段相传感器和滤波器阵列的预选的线具有镜像对称的排列。31. 根据权利要求25至30中任一项所述的装置，其特征在于，所述通带 与所述滤波器元件(5)如下地对应相对所述传感器和滤波器阵列的预选的点 产生通带的旋转对称的分布。32. 根据权利要求25至31中任一项所述的装置，其特征在于，如下地在 所述统计的分布上重叠线性的分布所述滤波器元件(5a， 5b)在靠近传感器 和滤波器阵列的预选的点(14)的区域对应着平均短波的通带，并且随着与该 点(14)间隔的增加对应着平均增加的长波通带。33. 根据权利要求25至32中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感 器和滤波器阵列包含至少四个具有不同光谱通带的滤波器元件(5, 5a至5d)。34. 根...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈特马特希尔默，沃尔夫冈科克，于尔根克里格，卡尔桑德哈根，哈迪霍海塞尔，温弗里德威尔默，
申请(专利权)人：光学解决方案纳米光子学有限责任公司，光学解决方案有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]