特許 5763626 ミニスペクトロメータ用の高透過率及び広阻止帯域を有する干渉フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5763626

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】ミニスペクトロメータ用の高透過率及び広阻止帯域を有する干渉フィルタ

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/28 20060101AFI20150723BHJP

   G02B 5/26 20060101ALI20150723BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/28

   G02B5/26

【請求項の数】14

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-515597(P2012-515597)

(86)(22)【出願日】2010年6月11日

(65)【公表番号】特表2012-530271(P2012-530271A)

(43)【公表日】2012年11月29日

(86)【国際出願番号】IB2010052602

(87)【国際公開番号】WO2010146510

(87)【国際公開日】20101223

【審査請求日】2013年6月7日

(31)【優先権主張番号】09162972.5

(32)【優先日】2009年6月17日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(72)【発明者】

【氏名】メイエル，エドゥアルト ヨハネス

(72)【発明者】

【氏名】ティンメリンフ，コルネリス ユースタティウス

【審査官】 素川 慎司

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−１４４８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７７３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７１１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６８５９４８３（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／２８

Ｇ０２Ｂ ５／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光を受ける干渉フィルタであって、当該干渉フィルタは前記入射光の光成分を選択して、フィルタリングされた光として当該干渉フィルタを透過させ、当該干渉フィルタは：
− 金属ミラー；
− 誘電体ミラー；及び
− 前記金属ミラーと前記誘電体ミラーとの間に配置されたスペーサ；
を有し、
前記金属ミラー及び前記誘電体ミラーは、前記スペーサ内での光学干渉を可能にして、前記入射光の前記光成分を選択して透過させるように構成されており、
前記金属ミラーは、基板上に配置され、且つ、該基板に面する面を除く全ての面で前記スペーサによって覆われている、
干渉フィルタ。

【請求項2】

前記スペーサの厚さ及び組成のうちの少なくとも一方が、前記入射光の前記光成分を選択して透過させるように定められる、請求項１に記載の干渉フィルタ。

【請求項3】

前記入射光のうち１４０ｎｍの範囲内の中心波長を有する前記光成分を選択して透過させるために、前記スペーサの厚さは６０ｎｍの範囲内で定められ、前記金属ミラーの厚さ及び前記誘電体ミラーの厚さは一定のままにされる、請求項１に記載の干渉フィルタ。

【請求項4】

前記金属ミラーは基板上に配置され、当該干渉フィルタは更に、前記基板と金属層との間に配置された薄膜スペーサ層を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の干渉フィルタ。

【請求項5】

入射光を受け、且つ前記入射光の光成分のうちの１つ以上を検出するミニスペクトロメータであって：
− 請求項１乃至４の何れか一項に記載の干渉フィルタである第１の干渉フィルタであり、前記入射光を受け、且つ前記入射光の第１の光成分を選択して、フィルタリングされた光として当該第１の干渉フィルタを透過させるように構成された、第１の干渉フィルタ；及び
− 前記第１の干渉フィルタによって透過された前記第１の光成分を検出するように構成された第１の光検出器；
を有し、
前記第１の干渉フィルタは、第１の金属ミラー、第１の誘電体ミラー、及び前記第１の金属ミラーと前記第１の誘電体ミラーとの間に配置された第１のスペーサを有し、且つ
前記第１の金属ミラー及び前記第１の誘電体ミラーは、前記第１のスペーサ内での光学干渉を可能にして、前記入射光の前記第１の光成分を選択して透過させるように構成されている、
ミニスペクトロメータ。

【請求項6】

前記第１のスペーサの厚さ及び組成のうちの少なくとも一方が、前記入射光の前記第１の光成分を選択して透過させるように定められる、請求項５に記載のミニスペクトロメータ。

【請求項7】

前記入射光のうち１４０ｎｍの範囲内の第１の中心波長を有する前記第１の光成分を選択して透過させるために、前記第１のスペーサの厚さは６０ｎｍの範囲内で定められ、前記第１の金属ミラーの厚さ及び前記第１の誘電体ミラーの厚さは一定のままにされる、請求項６に記載のミニスペクトロメータ。

【請求項8】

− 前記入射光を受ける第２の干渉フィルタであり、且つ前記入射光の第２の光成分を選択して、フィルタリングされた光として当該第２の干渉フィルタを透過させるように構成された第２の干渉フィルタ；及び
− 前記第２の干渉フィルタによって透過された前記第２の光成分を検出するように構成された第２の光検出器；
を更に有し、
前記第２の干渉フィルタは、第２の金属ミラー、第２の誘電体ミラー、及び前記第２の金属ミラーと前記第２の誘電体ミラーとの間に配置された第２のスペーサを有し、且つ
前記第２の金属ミラー及び前記第２の誘電体ミラーは、前記第２のスペーサ内での光学干渉を可能にして、前記入射光の前記第２の光成分を選択して透過させるように構成され、前記第２の光成分は、透過される波長において、前記第１の光成分とは異なる、
請求項５乃至７の何れか一項に記載のミニスペクトロメータ。

【請求項9】

前記第１のスペーサは第１の厚さを有し；
前記第２のスペーサは第２の厚さを有し；
前記第１の金属ミラー及び前記第２の金属ミラーは第３の厚さを有し；且つ
前記第１の誘電体ミラー及び前記第２の誘電体ミラーは第４の厚さを有する；
請求項８に記載のミニスペクトロメータ。

【請求項10】

請求項１乃至４の何れか一項に記載の干渉フィルタである少なくとも第１の干渉フィルタを製造する方法であって、前記第１の干渉フィルタは、入射光を受け、且つ前記入射光の第１の光成分を選択して、フィルタリングされた光として前記第１の干渉フィルタを透過させ、当該方法は：
− 第１の金属ミラーを設ける工程；
− 前記第１の金属ミラー上にスペーサを設ける工程；及び
− 前記スペーサ上に誘電体ミラーを設ける工程；
を有し、
前記第１の金属ミラーと、前記第１の金属ミラーの実質的に上に設けられた前記スペーサの部分と、前記第１の金属ミラーの実質的に上に設けられた前記スペーサの前記部分の実質的に上に設けられた前記誘電体ミラーの部分とが、前記入射光を受け且つ前記入射光の前記第１の光成分を選択して透過させる前記第１の干渉フィルタを形成する、
方法。

【請求項11】

第２の金属ミラーを設ける工程を更に有する請求項１０に記載の方法であって：
− 前記スペーサは更に前記第２の金属ミラー上に設けられ、前記第１の金属ミラーの実質的に上に設けられる前記スペーサの部分が第１の厚さを有し、且つ前記第２の金属ミラーの実質的に上に設けられる前記スペーサの部分が第２の厚さを有するようにされ；
− 前記誘電体ミラーは更に前記スペーサ上に設けられ；
− 前記第２の金属ミラーと、前記第２の金属ミラーの実質的に上に設けられた前記スペーサの部分と、前記第２の金属ミラーの実質的に上に設けられた前記スペーサの該部分の実質的に上に設けられた前記誘電体ミラーの部分とが、前記入射光を受け且つ前記入射光の第２の光成分を選択して透過させる第２の干渉フィルタを形成し、前記第２の光成分は、透過される波長において、前記第１の光成分とは異なる；
方法。

【請求項12】

− 前記第１の金属ミラーは、第１の光検出器を有する基板上に、当該第１の金属ミラーが該第１の光検出器の実質的に上に配置されるように設けられ；且つ
− 前記第１の光検出器は、前記第１の光成分を検出するように構成される；
請求項１０又は１１に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の金属ミラーは、前記基板に面する面を除く全ての面で前記スペーサによって完全に覆われる、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

− 前記第１の金属ミラー及び前記第２の金属ミラーは第３の厚さを有し；且つ
− 前記第１の干渉フィルタを形成する前記誘電体ミラーの前記部分、及び前記第２の干渉フィルタを形成する前記誘電体ミラーの前記部分は、第４の厚さを有する；
請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光フィルタに関し、より具体的には干渉フィルタ及び該干渉フィルタを有するミニスペクトロメータに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、複数の光源を含んだ照明システムが開発されている。そのような照明システムの一例は、構造物（例えば、部屋、ロビー又は車両）内に数組の光源を配置し、消費者がその構造物に所望の雰囲気を得ることを可能にするものである。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源は、電気的に駆動されて、特定のスペクトルの光を生成する。個々の光源のスペクトルは、光源ごとに異なることがあり、経時的に変化することがあり、また、駆動レベルに依存することがある。故に、照明システムの適切な制御を実現するためには、光スペクトルの正確な測定が必要である。

【0003】

照明システムの光スペクトルを測定する１つの手法は、光検出器に結合された狭帯域カラーフィルタ群のアレイを含んだスペクトロメータ（分光計）を用いるものである。全ての光検出器が、対応するカラーフィルタによってフィルタリングされた、光の小さい部分を測定する。複数の光検出器からの個々の結果を用いて、スペクトル全体を再構築することができる。

【0004】

狭帯域カラーフィルタの１つのタイプは、スペーサ層によって離隔された２つの誘電体ミラーを含んだ干渉フィルタである。このようなフィルタは、所望の波長での比較的高い透過率と非常に狭い応答とを実現するが、この種のフィルタは、所望の波長に加えて、当該フィルタの阻止帯域外のその他の波長（すなわち、サイドバンド）が当該フィルタを透過するという特有の欠点を有する。サイドバンドを除去するため、該フィルタはハイパスフィルタ及びローパスフィルタと組み合わされなければならない。これは、複雑性を増すとともに、このようなフィルタを含んだ装置のコストを上昇させる。また、サイドバンドは、入射光のうちの透過されるべき光成分を選択するためにスペーサ層の厚さだけでなく誘電体ミラーの厚さをも変える必要があるという状況をもたらす。これは、スペクトロメータ用途にとって問題である。これらの用途では、スペクトルの可視部分内で必要な限りの多くの異なるフィルタ応答を、可能な限り小さいバラつきで得ることが望まれる。

【0005】

別の１つのタイプの狭帯域カラーフィルタは、スペーサ層によって離隔された２つの金属ミラーを含んだ干渉フィルタである。このようなフィルタは典型的に、誘電体ミラーに関して述べたサイドバンドの問題を有しない。また、金属ミラーの厚さを増大させることで応答を狭くすることができる。しかしながら、金属ミラーを厚くすることは所望の波長での透過率の低下をも生じさせるので、このようなフィルタの透過率は、誘電体ミラーを用いたときのものと同じほど高くはない。また、光学的な観点から最適な金属である銀は、環境条件において乏しい安定性を有する。故に、銀を保護するために、典型的に、更なるパッケージングが必要とされ、やはり、そのようなミラーを含む装置の複雑性及びコストを増大させてしまう。

【0006】

以上にて示されるように、所望の波長での高い透過率、狭い応答帯域、広い阻止帯域、及び環境条件内での良好な安定性、を有する干渉フィルタを提供することが技術的に望まれる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の１つの目的は、改善された、コスト効率の良好な干渉フィルタ、及びそのような干渉フィルタを組み込んだミニスペクトロメータを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の１つの目的は、金属ミラー、誘電体ミラー、及び金属ミラーと誘電体ミラーとの間に配置されたスペーサを含む干渉フィルタによって達成される。金属ミラー及び誘電体ミラーは、スペーサ内での光学干渉を可能にして、入射光の光成分を選択し、フィルタリングされた光として干渉フィルタを透過させるように構成される。金属ミラーは銀を有し得る。誘電体ミラーは、低屈折率材料が高屈折率材料上に配置された繰り返し単位を少なくとも１つ含む１／４波長スタックを有し得る。スペーサは、好ましくは不活性ガスであるガスで充填されたキャビティを有していてもよいし、あるいは、透過されるべき入射光の光成分に対して光学的に透明な非気体材料を有していてもよい。

【0009】

１つの誘電体ミラーと１つの金属ミラーとを組み合わせることは、これらミラーの厚さを一定に維持しながらスペーサの厚さのみを変化させることによって、背景技術の節で説明した金属ミラーベースのフィルタ及び誘電体ミラーベースのフィルタに対して、選択された光成分の一層高い透過率値を有することと、より広い波長範囲内で干渉フィルタの選択を調整することとを可能にする。

【0010】

このような干渉フィルタを含むミニスペクトロメータも開示される。ミニスペクトロメータは更に、干渉フィルタによって透過された光成分を検出するように構成された光検出器を含む。

【0011】

さらに、少なくとも、入射光を受け且つ入射光の第１の光成分を選択してフィルタリングされた光として当該干渉フィルタを透過させる第１の干渉フィルタ、を製造する方法が提供される。この方法は、第１の金属ミラーを設ける工程と、第１の金属ミラー上にスペーサを設ける工程と、スペーサ上に誘電体ミラーを設ける工程とを含む。第１の金属ミラーと、第１の金属ミラーの実質的に上に設けられたスペーサ部分と、第１の金属ミラーの実質的に上に設けられたスペーサ部分の実質的に上に設けられた誘電体ミラー部分とが、入射光を受け且つ入射光の第１の光成分を選択してフィルタリングされた光として当該干渉フィルタを透過させる第１の干渉フィルタを形成する。

【0012】

本発明の骨子は、スペーサによって離隔された金属ミラーと誘電体ミラーとを含めることによって、ハイブリッド光学干渉フィルタを提供することにある。金属ミラー及び誘電体ミラーの固定された厚さに対し、スペーサ厚を選択あるいは制御することによって、フィルタの所望のスペクトル応答が得られる。このように１つの金属ミラーと１つの誘電体ミラーとを用いることは、従来技術に係る手法に対して、フィルタ内の層の総数を削減し且つ透過されるサイドバンドを除去するのに必要な更なるフィルタの数を削減しながら、高いフィネス及び広い阻止帯域を有するスペクトル応答を達成することを可能にする。また、本発明の一実施形態によれば、金属ミラーをボトムミラーとして設け、金属ミラーをスペーサ及び誘電体ミラーで覆うことは、金属ミラーを劣化から保護することを可能にするとともに、金属ミラーの保護を保ちながら構造体のダイシングあるいはソーイングすることを容易にする。

【0013】

ここでは、用語“光”は、可視スペクトルの内側及び外側双方の光学的放射線を表す。

【0014】

請求項２及び７に係る実施形態は有利なことに、入射光のうちの透過させる光成分を、スペーサの厚さ又は組成の何れかを変更することによって選択することを可能にする。例えば、組成を変化させて屈折率を制御することにより、実効的な光学厚さが変化される。故に、こうすることは、透過させる入射光の光成分の選択を調整することを可能にする。

【0015】

請求項１０及び１５に係る実施形態は、透過される光成分を選択するために、金属ミラー及び誘電体ミラーの厚さを一定に保ちながら、スペーサの厚さが変更され得ることを特定している。請求項３及び８に係る実施形態は、金属ミラー及び誘電体ミラーの厚さが一定に維持されるときの、スペーサの厚さを変化させる範囲と、透過される入射光の光成分に関する範囲とを開示している。

【0016】

請求項４及び１４に係る実施形態は、環境条件からの金属ミラーの保護を可能にする。

【0017】

請求項５に係る実施形態は、金属ミラーの下にスペーサを組み入れることを可能にする。

【0018】

請求項９に係る実施形態は、透過波長においてそれぞれ異なる２セット以上の、干渉フィルタ及び光成分を検出する光検出器をミニスペクトロメータに組み入れることを可能にする。

【0019】

請求項１２に係る実施形態は有利なことに、２つの干渉フィルタを製造することを可能にする。特定の一実施形態において、スペーサ及び誘電体ミラーのうちの少なくとも一方は、双方のフィルタ上に同時に配設され得る。

【0020】

請求項１３に係る実施形態は、少なくとも１つの干渉フィルタが、光検出器を含む基板上に製造され得ることを開示している。

【0021】

以下、本発明の実施形態を更に詳細に説明する。しかしながら、認識されるように、これらの実施形態は、本発明の保護範囲を限定するものとして解釈されるものではない。
Applied Optics、2002年6月、Vol.41(16)、pp.3312-3318の科学文献に、２つのミラーを含み、それらの間に有機発光材料（トリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム、略称Ａｌｑ_３）の膜が堆積された、ファブリーペロー型マイクロキャビティ構造が記載されている。これらのミラーは共に、Ａｇ（タイプＡ構造）、及び誘電性ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２多層材料（タイプＢ構造）からなることができる。タイプＣのマイクロキャビティ構造は、Ａｇからなる一方のミラーと、誘電性ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２多層材料からなる他方のミラーとを有する。これら３つの構造における有機発光層の光学特性が、相互に比較されるとともに、ベア（むき出し）のＡｌｑ_３膜と比較されている。この文献は、ベア膜におけるフォトルミネッセンス・ピーク（ＰＬ）の半値全幅（ＦＷＨＭ）が、その膜がマイクロキャビティ構造内に堆積される場合に低減されることを例証している。この低減はタイプＢ構造において最大である。また、Ａｌｑ_３膜内で生成される放射光のフォトルミネッセンス・ピーク（ＰＬ）は、スペーサ厚さを変化させることによって制御され得る。これらの有機マイクロキャビティ構造の光源としての使用は将来のディスプレイに有用であると期待されることが記載されている。
この文献は、入射光を受け、且つ前記入射光の第１の光成分を選択して、フィルタリングされた光として当該干渉フィルタを透過させる干渉フィルタを教示あるいは示唆していない。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態に従ったハイブリッドフィルタを例示する模式図である。

【図2A】長波長域の７層ハイブリッドフィルタのスペクトル応答を例示する図である。

【図2B】様々なスペーサ厚の長波長域の７層ハイブリッドフィルタのスペクトル応答を例示する図である。

【図3A】短波長域の７層ハイブリッドフィルタのスペクトル応答を例示する図である。

【図3B】様々なスペーサ厚の短波長域の７層ハイブリッドフィルタのスペクトル応答を例示する図である。

【図4A】本発明の一実施形態に従った２つのハイブリッドフィルタを有する装置を例示する模式図である。

【図4B】本発明の他の一実施形態に従った２つのハイブリッドフィルタを有する装置を例示する模式図である。

【図5】本発明の一実施形態に従ったミニスペクトロメータを例示する模式図である。

【図6】本発明の一実施形態に従ったミニスペクトロメータの用途を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、本発明の一実施形態に従ったハイブリッド（複合型）金属−誘電体カラーフィルタ１００の模式図である。図示のように、ハイブリッドフィルタ１００は金属ミラー１１０及び誘電体ミラー１３０を含んでいる。金属ミラー１１０と誘電体ミラー１３０との間にスペーサ１２０が挟まれている。

【0024】

金属ミラー１１０は、例えば銀（Ａｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）など薄い金属層を有し得る。誘電体ミラー１３０は、低屈折率材料が高屈折率材料上に配置された繰り返し単位を１つ以上含んだ誘電体１／４波長リフレクタ（反射体）スタック（積層体）を有し得る。金属ミラー１１０及び誘電体ミラー１３０は、具体的用途の関心波長を有する光に対して半反射性である。

【0025】

スペーサ１２０は、関心波長を有する光に対して実質的に透明であれば、如何なる材料を有していてもよい。可視波長域において、スペーサ１２０は例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５又はＺｎＳを有し得る。スペーサ１２０はまた、液体、空気又はガス、好ましくは不活性ガス、で充填されたキャビティ（空洞）を有していてもよい。

【0026】

以下の説明においては、基板上に金属ミラー１１０が配置され、スペーサ１２０は金属ミラー１１０上に配置された固体材料を有し、且つ該スペーサ上に誘電体ミラー１３０が配置されると仮定する。しかしながら、他の実施形態においては、誘電体ミラー１３０が基板上に配置され、金属ミラー１１０が、誘電体ミラー１３０及びスペーサ１２０を覆う頂部のミラーとして配置され、スペーサ１２０（ガス又は固体の何れか）が誘電体ミラー１３０と金属ミラー１１０との間に配置されてもよい。

【0027】

動作時、“入射光１３５”として図１に示すように、様々な波長の光がハイブリッドフィルタ１００、具体的には、ハイブリッドフィルタ１００の誘電体ミラー１３０に入射し得る。２つの半反射面（金属ミラー１１０及び誘電体ミラー１３０）によってスペーサ１２０内に生じる光学干渉により、特定の波長域の光成分のみがハイブリッドフィルタ１００を通過することになる（すなわち、“フィルタリングされた光１１５”として図１に示すように、金属ミラー１１０から出て行くことになる）。ここでは、この特定の波長域を“透過帯域”と呼び、最大の透過率を有する透過帯域内の光の波長を、フィルタのスペクトル応答の“中心波長”と呼ぶ。ハイブリッドフィルタ１００を通過しない光の波長のことは、ここでは、“阻止帯域”に属するものとして参照する。

【0028】

金属ミラー１１０は典型的に、フィルタリングされた光１１５を受けるように構成された、基板（図１に図示せず）及び／又は光検出器若しくはその他のデバイス（図１に図示せず）の上に配置される。そのような実施形態において、金属ミラー１１０は、スペーサ１２０によって完全に覆われていてもよく、すなわち、当該金属ミラー１１０が載置された基板、光検出器又はその他のデバイスに面する面を除く全ての面で、スペーサ１２０によって覆われていてもよい。このような構成は、金属ミラー１１０を劣化から防ぎ得る。

【0029】

ハイブリッドフィルタ１００は、特定のスペクトル応答を提供する。スペクトル応答は、例えば、特定の透過率及び阻止帯域、応答の特定の中心波長、中心波長の光の特定の透過率値、及び／又は、フィルタリングされる光成分の特定の半値全幅（ＦＷＨＭ）の観点で記述され得る。特定の入射光に対して、ハイブリッドフィルタのスペクトル応答は、とりわけ、金属ミラー１１０、スペーサ１２０及び誘電体ミラー１３０の組成及び厚さに依存する。以下の各説明においては、金属ミラー１１０、スペーサ１２０及び誘電体ミラー１３０の組成は選択されて一定にされると仮定する。

【0030】

図２Ａ、２Ｂ、３Ａ及び３Ｂに示すように、金属ミラー１１０及び誘電体ミラー１３０の厚さを固定した場合、ハイブリッドフィルタ１００の所望のスペクトル応答は、スペーサ１２０の適切な厚さを選定することによって得られる。

【0031】

図２Ａは、スペーサ１２０の厚さが１６２ｎｍであるときの、長波長域の７層ハイブリッドフィルタのスペクトル応答を例示している。本発明の一実施形態によれば、７層ハイブリッドフィルタは以下の７つの層を含み得る。金属ミラー１１０は３０ｎｍ厚のＡｇの（ボトム）層を有し得る。スペーサ１２０はＳｉＮの層を有し得る。誘電体ミラー１３０は、６５０ｎｍのリファレンス波長に対して、ＴｉＯ_２（高屈折率材料）及びＳｉＯ_２（低屈折率材料）の５つの１／４波長厚の層を有し得る。当業者に認識されるように、用語“リファレンス（参照）波長”は、誘電体ミラー１３０の反射性の中心がその波長付近に置かれる波長を意味する。

【0032】

図２Ａのｘ軸は、ｎｍ単位で測定される波長を指し示すために用いられている。図２Ａのｙ軸は、百分率（％）で表現される、フィルタリングされた光１１５の強度と入射光１３５の強度との比に比例する透過率を指し示すために用いられている。図２Ａに示されるように、スペクトル応答は、比較的広い阻止帯域、（約７００ｎｍの）中心波長での高い透過率、及び狭いＦＷＨＭ（すなわち、高いフィネス）によって特徴付けられる。

【0033】

図２Ｂは、スペーサ１２０の厚さを９８ｎｍと１６２ｎｍとの間で変化させたときの、図２Ａにて説明した７層ハイブリッドフィルタのスペクトル応答を例示している。図２Ｂに示されるように、スペーサ１２０の厚さを変化させることは、応答の中心波長をシフトさせる。５５０ｎｍと９００ｎｍとの間の波長に関して、図示した応答の全てが、それらの中心波長における高い透過率と、狭いＦＷＨＭとを有している。５５０ｎｍ未満の波長における付加的な透過は、単一のハイパスガラスフィルタ又はハイパス誘電体フィルタを含めることによってフィルタリング除去され得る。このような透過帯域外での付加的な透過のことを、ここでは、“透過サイドローブ”と呼ぶ。

【0034】

本発明の他の一実施形態によれば、ハイブリッドフィルタ１００は以下の７層を含み得る。金属ミラー１１０は３０ｎｍ厚のＡｇの（ボトム）層を有し得る。スペーサ１２０はＳｉＮの層を有し得る。誘電体ミラー１３０は、４６０ｎｍのリファレンス波長に対して、ＴｉＯ_２（高屈折率材料）及びＳｉＯ_２（低屈折率材料）の５つの１／４波長厚の層を有し得る。図３Ａは、スペーサ１２０の厚さが１３３ｎｍであるときの、このような短波長域の７層ハイブリッドフィルタのスペクトル応答を例示している。

【0035】

図３Ａに示されるように、スペクトル応答は、この場合も、比較的広い阻止帯域、（約５４０ｎｍの）中心波長での高い透過率、及び高いフィネスによって特徴付けられる。図３Ｂは、スペーサ１２０の厚さを５８ｎｍと１３３ｎｍとの間で変化させたときの、図３Ａにて説明した７層ハイブリッドフィルタのスペクトル応答を例示している。図３Ｂに示されるように、スペーサ１２０の厚さを変化させることは、スペクトル応答の中心波長をシフトさせる。４００ｎｍと５５０ｎｍとの間の波長に関して、図３Ｂに示した応答の全てが、中心波長における高い透過率と、狭いＦＷＨＭとを有している。約５５０ｎｍより長い波長における透過サイドローブは、１つ以上の更なるフィルタを含めることによってフィルタリング除去され得る。

【0036】

以上にて示したように、“ボトム（底部）”ミラーとしての金属ミラー１１０と、“トップ（頂部）”ミラーとしての誘電体ミラー１３０とを有するハイブリッドフィルタ１００は、従来技術に係る手法に対して、透過サイドローブを除去するために必要な追加のフィルタの数を削減しながら、フィルタリングされる光の広い阻止帯域及び高いフィネスを達成することを可能にする。

【0037】

さらに、ハイブリッドフィルタ１００は、スペーサ１２０の厚さを変化させるだけで（すなわち、金属ミラー１１０及び誘電体ミラー１３０の厚さを変化させることなく）スペクトル応答の中心波長をシフトさせることを可能にする。これは、背景技術の節で説明したオール（全）誘電体フィルタでは不可能である。当業者に認識されるように、広い阻止帯域を保ちながらオール誘電体フィルタの中心波長をシフトさせるためには、誘電体ミラーの厚さも変化させなければならない。スペーサ１２０の厚さを変化させるのみで中心波長をシフトさせることが可能であるという特徴は、後述のように、異なるスペクトル応答を有する２つ以上のフィルタを含む装置（例えば、スペクトロメータ、光センサ）の製造を単純化する。何故なら、さもなければ、フィルタごとに新たなスタックを堆積する必要があり、より多くの堆積の実行及びリソグラフィが生じるからである。

【0038】

図４Ａは、本発明の一実施形態に従った、ハイブリッドフィルタ４０１とハイブリッドフィルタ４０２とを有する装置４００Ａを例示する模式図である。図示のように、ハイブリッドフィルタ４０１及び４０２は、例えばガラス又はサファイアなどの透明基板４４０上に配設されている。

【0039】

必要に応じて、ハイブリッドフィルタ４０１及び４０２と基板４４０との間に、薄膜スペーサ層４５０が配置され得る。スペーサ層４５０は、関心波長において実質的に透明であれば、如何なる材料を有していてもよい。可視波長域において、スペーサ層４５０は例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５又はＺｎＳを有し得る。スペーサ層４５０の厚さは、ハイブリッドフィルタ４０１及び４０２の応答に影響を及ぼさないよう、関心波長のサブ波長レンジにあるように選定され得る。例えば、可視波長域において、スペーサ層４５０の厚さは５ｎｍと５０ｎｍとの間にされ得る。スペーサ層４５０の厚さはまた、関心ある波長域にわたってスペーサ層４５０がフラットな透過を生み出すように選定されてもよい。この場合、可視波長域では、スペーサ層４５０の厚さはおよそ５０ｎｍとし得る。

【0040】

図４Ａに更に示すように、ハイブリッドフィルタ４０１及び４０２の“ボトム”ミラーとして、構造化された金属ミラー４１０が使用され得る。このような構造化された金属ミラー４１０は、図１にて説明した金属ミラー１１０と類似であり、例えば、シャドウマスクを介して堆積され得る。他の例では、金属層がスパッタされた後に光リソグラフィによってパターニングされて、構造化された金属ミラー４１０が作り出されてもよい。故に、単一の一体化された金属ミラーも可能であるが、有利には、金属ミラーはパターニングされる。図１にて説明したスペーサ１２０に類似のスペーサ４２０の連続層が金属ミラー４１０上に堆積されるとき、金属ミラーをパターニングしておくことは、それらミラー部分の、スペーサによる完全な封止をもたらす。これは、例えば塩化物及び硫化物を含む空気／水分への露出の影響下での酸化などの劣化に対する保護を高める。また、パターニングされた金属ミラーを適用することは、金属層を切断する（やはり、金属層を環境に露出させることになる）必要なく製造物をダイシングすることを可能にする。スペーサ４２０の堆積中又は堆積後、ハイブリッドフィルタ４０１のスペーサ４２０とハイブリッドフィルタ４０２のスペーサ４２０とに、相異なる層厚が画成され得る。これは、例えば、階段状の構造を形成するように相異なる領域を相異なる時間だけエッチングすることによって達成され得る。他の例では、楔型構造を形成するように、連続的に傾斜された厚さのスペーサを得ることができる。製造の最後の工程として、スペーサ４２０上に誘電体ミラー４３０が堆積される。誘電体ミラー４３０は、図１にて説明した誘電体ミラー１３０と類似である。

【0041】

スペーサ４２０及び／又は誘電体ミラー４３０は、金属ミラー４１０の側面を含めて、金属ミラー４１０を完全に覆うことができ、故に、金属ミラー４１０の自動パッケージングを提供し得る。このような手法を用いるとき、その光学特性によりハイブリッドフィルタでの使用に好適であるが、環境条件で乏しい安定性を有する金属が、ハイブリッドフィルタ４０１及び４０２に使用されてもよい。また、金属ミラー４１０の完全な被覆は、金属ミラー４１０の保護を保ちながら装置４００Ａをダイシングあるいはソーイングする（例えば、ハイブリッドフィルタ４０１と４０２とを分離する）ことも可能にする。

【0042】

スペーサ４２０は、ハイブリッドフィルタ４０１及び４０２において相異なる厚さを有するので、これらのフィルタは相異なるスペクトル応答を提供する（すなわち、これらのフィルタは相異なる光成分を透過させる）。より具体的には、ハイブリッドフィルタ４０１のスペクトル応答の中心波長は、ハイブリッドフィルタ４０２のそれと異なる。同時に、金属ミラー４１０及び誘電体ミラー４３０の組成及び厚さは、双方のハイブリッドフィルタ４０１及び４０２で同じとし得る。１つの誘電体ミラー及び１つの金属ミラーを用いることは、選択された光成分に対して一層高い透過率値を有すること、及びスペーサ４２０の厚さのみを選択することによって（すなわち、ミラーの組成及び厚さを一定に維持しながら）、背景技術の節で説明したオール誘電体ミラーに基づく干渉フィルタを用いて可能なものより広い波長範囲内で、また、背景技術の節で説明したオール金属ミラーに基づく干渉フィルタより高い透過率で、スペクトル応答（すなわち、フィルタによって透過される光の成分）を選択することを可能にする。

【0043】

スペーサ４２０の厚さを変化させることのみによってスペクトル応答を選択する範囲は、フィルタの短波長側のサイドバンドのスペクトル位置に依存する。例えば、３０ｎｍ厚の銀ミラーと、ＳｉＮスペーサと、ＳｉＯ_２層及びＴｉＯ_２層を交互にした５つの層を含む誘電体ミラーとを含む干渉フィルタの場合、誘電体ミラー及び金属ミラーの組成及び厚さを一定に維持しながら、スペクトル応答の中心波長を５６０ｎｍと７００ｎｍとの間で選択するために、スペーサ４２０の厚さは１００ｎｍから１６０ｎｍまで変化され得る。故に、入射光のうち１４０ｎｍの範囲内の中心波長を有する光成分を透過させるべく選択するために、金属ミラー４１０の厚さ及び誘電体ミラー４３０の厚さは一定にされたまま、スペーサ４２０の厚さが６０ｎｍの範囲内で定められ得る。このような場合、装置４００は、３０ｎｍ厚の銀層を有する金属ミラー４１０と、ＳｉＯ_２及びＴｉＯ_２を交互にした５つの層を有する誘電体ミラー４３０と、干渉フィルタ４０１を形成するスペーサ４２０の第１部分で例えば１００ｎｍの厚さを有し、干渉フィルタ４０２を形成するスペーサ４２０の第２部分で例えば１６０ｎｍの厚さを有するＳｉＮ層を有するスペーサ４２０とを含むように製造され得る。この構成では、干渉フィルタ４０１によって透過される光成分の中心波長は５６０ｎｍとなり、干渉フィルタ４０２によって透過される光成分の中心波長は７００ｎｍとなり得る。故に、装置４００は、可能な限り少ない労力及びレイヤ群の変更でスペクトルの可視部分に複数の異なるフィルタ応答を得ることが望まれる用途、例えばミニスペクトロメータ用途、で有利に使用され得る。上述のように装置４００を製造することは、装置４００が含められ得るシステムのコスト及び複雑性を低減することを可能にする。

【0044】

図４Ｂは、本発明の他の一実施形態に従った２つのハイブリッドフィルタ４０１及び４０２を有する装置を例示する模式図である。装置４００Ｂは、金属ミラー４１０が、透明基板４４０に代わるシリコン基板４６０の上に配設されている点でのみ、装置４００Ａと異なっている。スペーサ層４５０は、この場合、シリコン基板内の光検出器から金属電極を電気的に絶縁する目的を果たし得る。図４Ｂに示すように、シリコン基板４６０は光検出器４７１及び４７２を含み得る。ハイブリッドフィルタ４０１及び４０２は光検出器４７１及び４７２の上に配置され、それにより、光検出器４７１は、ハイブリッドフィルタ４０１によってフィルタリングされた光を受けるように構成され、光検出器４７２は、ハイブリッドフィルタ４０２によってフィルタリングされた光を受けるように構成されている。上述のように、ハイブリッドフィルタ４０１及び４０２の各々は、特定の波長域の光のみを選択して透過させ、それにより、対応する光検出器４７１及び４７２による、２つのかなり狭い波長域での光強度の正確な測定がもたらされる。ハイブリッドフィルタ４０１及び４０２によって透過された光の検出から得られる電気信号が、制御電子装置によって処理され得る。これらもまた、シリコン基板４６０内に配設され得る（図４Ｂに図示せず）。

【0045】

図５は、本発明の一実施形態に従ったミニスペクトロメータ５００を例示する模式図である。図示のように、ミニスペクトロメータ５００は、少なくともハイブリッドフィルタ５０１及び５０２を含み、必要に応じてハイブリッドフィルタ５０３−５０９を含む。ハイブリッドフィルタ５０１−５０９は、図４Ａ及び４Ｂにて説明したハイブリッドフィルタ４０１及び４０２と同様に、堆積されて構造化され得る。ハイブリッドフィルタ５０１−５０９においてスペーサ４２０の厚さが変化され、ハイブリッドフィルタ５０１−５０９の各々からの様々なスペクトル応答が得られる。換言すれば、ミニスペクトロメータ５００に入射する複数の波長の光から、ハイブリッドフィルタ５０１−５０９のうちの少なくとも２つが、異なる波長域を有する光成分を透過させるべく選択する。要するに、ハイブリッドフィルタ５０１−５０９からのスペクトル応答群が、入射光のスペクトル全体を構成し得る。例えば、ハイブリッドフィルタ５０１−５０９からのスペクトル応答群の和は、可視スペクトル全体をカバーし得る。

【0046】

ハイブリッドフィルタ５０１−５０９は、少なくとも光検出器５７１及び５７２を含み、必要に応じて光検出器５７３−５７９を含む基板上に置かれ得る。これらの光検出器は、ハイブリッドフィルタ５０１−５０９の各々によって透過される光の経路内（すなわち、図４Ｂに示したように、ハイブリッドフィルタ５０１−５０９の実質的に下）に配置されている。光検出器５７１−５７９の各々による、フィルタリングされた光の検出から得られる電気信号は、図５には示していない電気コンタクトを介して引き出され得る。

【0047】

図６は、本発明の一実施形態に従ったシステム６００におけるミニスペクトロメータ５００の適用を例示している。システム６００は、遠隔制御（リモートコントロール）装置６３０と複数の照明器具６２０とを有する構造物内の、無線遠隔制御式の装置制御システム、すなわち、ターゲット装置が遠隔制御装置によって無線制御されるシステムである。人物Ｐは、遠隔制御装置６３０の使用を介して、照明器具６２０の動作を制御し得る。この制御は、例えば、照明器具６２０によって放射される光の色を制御することに関する。照明器具６２０の適切な制御を実現するため、ミニスペクトロメータ５００が遠隔制御装置６３０内に含められ得る。図５にて説明したように、ミニスペクトロメータ５００は、光検出器５７１−５７９に結合された狭帯域ハイブリッドフィルタ５０１−５０９のアレイを含んでいる。何れの光検出器５７１−５７９も、ハイブリッドフィルタ５０１−５０９のうちの対応する１つを介して透過された小さいスペクトル部分を測定する。複数の光検出器５７１−５７９からの個々の結果を用いて、遠隔制御装置６３０内の処理装置（図６に図示せず）が、遠隔制御装置６３０に入射した光のスペクトル全体を再構築し得る。

【0048】

以上は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明のその他の更なる実施形態が、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく考案され得る。例えば、本発明の態様は、ハードウェア若しくはソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにて実現され得る。故に、本発明の範囲は、以下の請求項によって決定されるものである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】