滤光器和传感器系统技术方案

本发明专利技术提供了一种滤光器，其具有至少与800nm至1100nm波长范围部分重叠的通带。该滤光器包括由氢化硅层和低折射率层交替堆叠而成的滤光叠层。每个氢化硅层在800nm至1100nm波长范围内的折射率均大于3，在800nm至1100nm波长范围内的消光系数均小于0.0005。波长范围内的消光系数均小于0.0005。波长范围内的消光系数均小于0.0005。

【技术实现步骤摘要】
滤光器和传感器系统
[0001]本申请是申请日为2013年7月16日、申请号为201810358341.4、专利技术名称为“滤光器和传感器系统”的分案申请的分案申请；分案申请201810358341.4是申请日为2013年7月16日、申请号为201380036656.2、专利技术名称为“滤光器和传感器系统”的中国专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及滤光器和包括滤光器的传感器系统。更具体而言，本专利技术涉及包括氢化硅层的滤光器和包括该滤光器的传感器系统。

技术介绍

[0003]在典型的手势识别系统中，光源向使用者发射近红外光。三维(3D)图像传感器检测所发射的被使用者反射的光，以提供使用者的三维图像。随后处理系统对三维图像进行分析，以识别使用者作出的手势。
[0004]采用滤光器，更具体而言即带通滤波器，来将发射的光传送至三维图像传感器，同时基本阻挡住环境光。换言之，滤光器用于屏蔽环境光。由此，需要有在近红外波长范围、即800nm至1100nm范围内的窄通带的滤光器。此外，滤光器必须具备在通带内的高透光度水平和在通带外的高阻光度水平。
[0005]常规情况下，滤光器包括涂覆在基底的相对表面上的滤光叠层和阻光叠层。每个叠层均由交替堆叠的高折射率层和低折射率层形成。高折射率层和低折射率层通常采用不同的氧化物形成，例如TiO2、Nb2O5、Ta2O5、SiO2及它们的混合物。例如，一些常规滤光器包括TiO2/SiO2滤光叠层和Ta2O5/SiO2阻光叠层，其中高折射率层分别由TiO2或Ta2O5组成，而低折射率层则由SiO2组成。
[0006]在被设计成用以让829nm至859nm波长范围内的光在入射角范围为0
°
至30
°
的条件下透射的第一种常规滤光器中，滤光叠层包括71层，阻光叠层包括140层，总涂层厚度约为24μm。此滤光器在0
°
入射角下的透射谱100和在30
°
入射角下的透射谱101在图1中分别绘出。在被设计成用以让波长为825nm的光在入射角范围为0
°
至20
°
的条件下透射的第二种常规滤光器中，滤光叠层包括43层，阻光叠层包括82层，总涂层厚度约为14μm。此滤光器在0
°
入射角下的透射谱200和在20
°
入射角下的透射谱201在图2中分别绘出。在被设计成用以让845nm至865nm波长范围内的光在入射角范围为0
°
至24
°
的条件下透射的第三种常规滤光器中，滤光叠层包括77层，阻光叠层包括148层，总涂层厚度约为26μm。此滤光器在0
°
入射角下的透射谱300和在24
°
入射角下的透射谱301在图3中分别绘出。
[0007]参考图1
‑
3，第一、第二和第三种常规滤光器通常具有通带内的高透光度水平和通带外的高阻光度水平。然而，通带的中心波长会随着入射角的变化而发生较大的偏移。由此，通带必须相对较宽，以便在所需的入射角范围内接纳光线，使被透射的环境光的量增加，并使采用这些常规滤光器的系统的信噪比降低。此外，滤光叠层和阻光叠层内大量的层数会增加生产这些常规滤光器的成本和涂覆时间。较大的总涂层厚度也会使这些常规滤光
器难以通过例如光刻等技术进行图案化。
[0008]为提高滤光器在手势识别系统中的性能，理想的措施是减少层数、减小总涂层厚度以及中心波长随入射角变化的偏移。一种方式是，对于高折射率层，采用在800nm至1100nm波长范围上折射率高于常规氧化物的材料。除具备较高的折射率之外，该材料还必须在800nm至1100nm的波长范围上具备低的消光系数，以在通带内提供高透光度水平。
[0009]氢化硅(Si:H)在滤光器内的高折射率层中的应用由Lairson等人在题为“角偏移减小的红外带通滤波器涂层(Reduced Angle
‑
Shift Infrared Bandpass Filter Coatings)”的文章(SPIE会议文集，2007年，第6545卷，65451C
‑
1至65451C
‑
5页)和Gibbons等人在题为“氢化a
‑
Si反应溅射沉积工艺的开发和实施(Development and Implementation of a Hydrogenated a
‑
Si Reactive Sputter Deposition Process)”的文章(年度技术会议文集，真空涂布机协会，2007年，第50卷，327
‑
330页)中披露。Lairson等人披露了一种在1500nm波长下折射率为3.2，并且在大于1000nm的波长下消光系数小于0.001的氢化硅材料。Gibbons等人披露了一种由交流(AC)溅射生成的氢化硅材料，其在830nm波长下折射率为3.2，在830nm波长下消光系数为0.0005。然而，这些氢化硅材料在800nm至1100nm波长范围内并不具备合适的低的消光系数。
[0010]专利技术概述
[0011]因此，本专利技术涉及一种滤光器，其具有至少与800nm至1100nm波长范围部分重叠的通带，所述滤光器包括：滤光叠层，所述滤光叠层包括：多个氢化硅层和多个低折射率层，所述多个氢化硅层中的每个层在800nm至1100nm波长范围内的折射率均大于3，在800nm至1100nm波长范围内的消光系数均小于0.0005；所述多个低折射率层中的每个层在800nm至1100nm波长范围内的折射率均小于3，所述多个低折射率层与所述多个氢化硅层交替堆叠。
[0012]本专利技术还涉及一种传感器系统，其包括：光源，滤光器和传感器，其中所述光源在800nm至1100nm的波长范围内的发射波长处发射光；所述滤光器具有包括该发射波长且至少与800nm至1100nm的波长范围部分重叠的通带，所述滤光器被设置为接收所发射的光，用于透射所发射的光，同时基本阻挡环境光，所述滤光器包括：滤光叠层，所述滤光叠层包括：多个氢化硅层和多个低折射率层，所述多个氢化硅层中的每个层在800nm至1100nm的波长范围内的折射率均大于3，在800nm至1100nm的波长范围内的消光系数均小于0.0005；所述多个低折射率层中的每个层在800nm至1100nm波长范围内的折射率均小于3，所述多个低折射率层与所述多个氢化硅层交替堆叠；以及所述传感器被设置为接收经过滤光器透射后的发射光，用于检测所发射的光。
[0013]附图简要说明
[0014]下文将参照附图对本专利技术进行更为详细的说明，其中：
[0015]图1为第一种常规滤光器在0
°
和30
°
的入射角下的透射谱图；
[0016]图2为第二种常规滤光器在0
°
和20
°
的入射角下的透射谱图；
[0017本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滤光器，其具有至少部分地与800nm至1100nm的波长范围重叠的通带，包括：多个氢化硅层，其中所述多个氢化硅层在800nm至1100nm的的波长范围内具有大于3的折射率；多个低折射率层，其中所述多个低折射率层中的每个层在800nm至1100nm的波长范围内具有小于3的折射率，其中所述多个低折射率层与所述多个氢化硅(Si：H)层交替堆叠，并且所述多个氢化硅层在800nm至1100nm波长范围内具有小于0.0005的消光系数。2.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光器在通带内具有大于90％的透光度。3.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述多个低折射率层包括至少一种氧化物。4.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述多个低折射率层包括二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二铌(Nb2O5)、五氧化二钽(Ta2O5)中的至少一种或其混合物。5.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光器的总涂层厚度小于10μm。6.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光器具有通带，所述通带的中心波长随着入射角度从0
°
到30
°
的变化在幅度上偏移小于20nm。7.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述通带的中心波长随着入射角度从0
°
到30
°
的变化在幅度上偏移约12.2nm。8.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述多个氢化硅层在830nm的波长下具有大于3.6的折射率。9.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光器的顶层是所述多个低折射率层之一。10.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光器是一种窄带通滤波器，和所述通带的中心波长在800nm至1100nm的波长范围内。11.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述通带具有小于50nm的半高宽(FWHM)。12.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述通带的中心波长随着入射角度从0
°
到30
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯伦，
申请(专利权)人：VIAVI科技有限公司，
类型：发明
国别省市：