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(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】6985991
(24)【登録日】2021年11月30日
(45)【発行日】2021年12月22日
(54)【発明の名称】光学フィルタ
(51)【国際特許分類】
G02B 5/28 20060101AFI20211213BHJP
【ＦＩ】
G02B5/28
【請求項の数】16
【外国語出願】
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2018-129246(P2018-129246)
(22)【出願日】2018年7月6日
(65)【公開番号】特開2019-23722(P2019-23722A)
(43)【公開日】2019年2月14日
【審査請求日】2021年1月25日
(31)【優先権主張番号】15/657,515
(32)【優先日】2017年7月24日
(33)【優先権主張国】US
【早期審査対象出願】
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】502151820
【氏名又は名称】ヴァイアヴィ・ソリューションズ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｖｉａｖｉ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100179903
【弁理士】
【氏名又は名称】福井 敏夫
(72)【発明者】
【氏名】ジェームズ スウィツァー ザ サード
(72)【発明者】
【氏名】ゲオルク ジェイ オケンファス
【審査官】
渡邊 吉喜
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１７−１２６７４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０４７４０４４２（ＵＳ，Ａ）
【文献】
英国特許出願公開第２２０１１６４（ＧＢ，Ａ）
【文献】
特開平１−２４６３６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平７−１２０７７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００４−５３０９２８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｂ ５／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
帯域通過フィルタにおいて、
１組の層のセットを備え、
前記１組の層のセットは、
第１屈折率を有する水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）を含む層の第１サブセットと、及び
前記第１屈折率よりも小さい第２屈折率を有する材料を含む層の第２サブセットと、
を含み、
前記材料は、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料、
二酸化チタン（ＴｉＯ２）材料、
五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）材料、
五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）材料、又は
フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）材料
のうちの少なくとも１つを含み、
前記第１屈折率は約１５５０ナノメートルの波長で約４.２よりも大きい、帯域通過フィルタ。
１組の層のセットを備え、
前記１組の層のセットは、
第１屈折率を有する水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）を含む層の第１サブセットと、及び
前記第１屈折率よりも小さい第２屈折率を有する材料を含む層の第２サブセットと、
を含み、
前記材料は、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料、
二酸化チタン（ＴｉＯ２）材料、
五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）材料、
五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）材料、又は
フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）材料
のうちの少なくとも１つを含み、
前記第１屈折率は約１５５０ナノメートルの波長で約４.２よりも大きい、帯域通過フィルタ。
【請求項2】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、
前記層の第１サブセットは高屈折率層（Ｈ）であり、及び前記層の第２サブセットは低屈折率層（Ｌ）であり、また、
前記１組の層のセットは、
（Ｈ-Ｌ）ｍの順序、
（Ｈ-Ｌ）ｍ-Ｈの順序、
（Ｌ-Ｈ）ｍの順序、又は
Ｌ-（Ｈ-Ｌ）ｍの順序
のうち少なくとも１つの順序で配列し、ｍは交互配置するＨ及びＬの層数である、帯域通過フィルタ。
前記層の第１サブセットは高屈折率層（Ｈ）であり、及び前記層の第２サブセットは低屈折率層（Ｌ）であり、また、
前記１組の層のセットは、
（Ｈ-Ｌ）ｍの順序、
（Ｈ-Ｌ）ｍ-Ｈの順序、
（Ｌ-Ｈ）ｍの順序、又は
Ｌ-（Ｈ-Ｌ）ｍの順序
のうち少なくとも１つの順序で配列し、ｍは交互配置するＨ及びＬの層数である、帯域通過フィルタ。
【請求項3】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、前記１組の層のセットは、約１１００ナノメートル（ｎｍ）〜２０００ｎｍの間におけるスペクトル範囲に関連する光の閾値部分を通過させるよう構成されている、帯域通過フィルタ。
【請求項4】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、前記１組の層のセットは、約１４００ナノメートル（ｎｍ）〜２０００ｎｍの間におけるスペクトル範囲に関連する光の閾値部分を通過させるよう構成されている、帯域通過フィルタ。
【請求項5】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、前記１組の層のセットは、約１５５０ナノメートルの中心波長を有するスペクトル範囲に関連する光の閾値部分を通過させるよう構成されている、帯域通過フィルタ。
【請求項6】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、前記層の第１サブセットは、中心波長が約１５５０ナノメートルのスペクトル範囲で約０.０１未満の吸光係数を有する、帯域通過フィルタ。
【請求項7】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、前記第２屈折率は、約１１００ナノメートル（ｎｍ）〜２０００ｎｍのスペクトル範囲で３未満である、帯域通過フィルタ。
【請求項8】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、スペクトル範囲の中心波長に対する変化は、０゜〜４０゜の入射角に関して４０ナノメートル未満である、帯域通過フィルタ。
【請求項9】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、スペクトル範囲の中心波長に対する変化は、０゜〜４０゜の入射角に関して３０ナノメートル未満である、帯域通過フィルタ。
【請求項10】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、スペクトル範囲の中心波長に対する変化は、０゜〜３０゜の入射角に関して２０ナノメートル未満である、帯域通過フィルタ。
【請求項11】
請求項１記載の帯域通過フィルタにおいて、スペクトル範囲の中心波長に対する変化は、０゜〜２０゜の入射角に関して１０ナノメートル未満である、帯域通過フィルタ。
【請求項12】
基板と、
入射光をフィルタ処理するよう前記基板上に交互配置する高屈折率層及び低屈折率層のセットと、
を備える、光学フィルタであって、
該光学フィルタは、約１５５０ナノメートル（ｎｍ）の中心波長を有するスペクトル範囲内における入射光の第１部分を通過させ、また該スペクトル範囲内ではない入射光の第２部分を反射するよう構成されており、
前記高屈折率層は水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）であり、
前記低屈折率層は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であり、
前記水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）の屈折率は約１５５０ナノメートルの波長で約４.２よりも大きい、光学フィルタ。
入射光をフィルタ処理するよう前記基板上に交互配置する高屈折率層及び低屈折率層のセットと、
を備える、光学フィルタであって、
該光学フィルタは、約１５５０ナノメートル（ｎｍ）の中心波長を有するスペクトル範囲内における入射光の第１部分を通過させ、また該スペクトル範囲内ではない入射光の第２部分を反射するよう構成されており、
前記高屈折率層は水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）であり、
前記低屈折率層は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であり、
前記水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）の屈折率は約１５５０ナノメートルの波長で約４.２よりも大きい、光学フィルタ。
【請求項13】
光学系において、
入力光信号をフィルタ処理し、フィルタ処理済み入力光信号を供給するよう構成された光学フィルタであって、
前記入力光信号は第１光源からの光及び第２光源からの光を含み、
前記光学フィルタは誘電体薄膜層の１組のセットを含み、
前記誘電体薄膜層の１組のセットは、
第１屈折率を有する水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）の層の第１サブセット、及び
前記第１屈折率よりも小さい第２屈折率を有する材料の層の第２サブセット
を含み、
前記第１屈折率は約１５５０ナノメートルの波長で約４.２よりも大きく、
前記材料は、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料、
二酸化チタン（ＴｉＯ２）材料、
五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）材料、
五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）材料、又は
フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）材料
のうちの少なくとも１つを含み、
前記フィルタ処理済み入力光信号は、前記入力光信号に比べて前記第２光源からの減少した強度の光を含むようにした、
該光学フィルタと、
前記フィルタ処理済み入力光信号を受光し、かつ出力電気信号を供給するよう構成されている光センサと、
を備える、光学系。
入力光信号をフィルタ処理し、フィルタ処理済み入力光信号を供給するよう構成された光学フィルタであって、
前記入力光信号は第１光源からの光及び第２光源からの光を含み、
前記光学フィルタは誘電体薄膜層の１組のセットを含み、
前記誘電体薄膜層の１組のセットは、
第１屈折率を有する水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）の層の第１サブセット、及び
前記第１屈折率よりも小さい第２屈折率を有する材料の層の第２サブセット
を含み、
前記第１屈折率は約１５５０ナノメートルの波長で約４.２よりも大きく、
前記材料は、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料、
二酸化チタン（ＴｉＯ２）材料、
五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）材料、
五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）材料、又は
フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）材料
のうちの少なくとも１つを含み、
前記フィルタ処理済み入力光信号は、前記入力光信号に比べて前記第２光源からの減少した強度の光を含むようにした、
該光学フィルタと、
前記フィルタ処理済み入力光信号を受光し、かつ出力電気信号を供給するよう構成されている光センサと、
を備える、光学系。
【請求項14】
請求項１３記載の光学系において、前記光学フィルタは前記光センサのセンサ素子アレイ上に配置されている、光学系。
【請求項15】
請求項１３記載の光学系において、前記光学フィルタはセンサ素子から自由空間によって離されている、光学系。
【請求項16】
請求項１３記載の光学系において、前記光学フィルタは約５．６μｍの厚みを有する、光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は光学フィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
光センサデバイスは情報を捕捉するのに利用することができる。例えば、光センサデバイスは、１組の電磁的周波数のセットに関連する情報を捕捉することができる。光センサデバイスは、情報を捕捉する１組のセンサ素子（例えば、光センサ、分光（スペクトル）センサ、及び／又は画像センサ）のセットを有することができる。例えば、センサ素子のアレイは、複数の多重周波数に関連する情報を捕捉するのに利用することができる。１つの例において、センサ素子アレイは、特定スペクトル範囲、例えば、約１１００ナノメートル（ｎｍ）〜約２０００（ｎｍ）のスペクトル（分光）範囲、約１５５０ｎｍの中心波長を有する他のスペクトル範囲等に関連する情報を捕捉するのに利用することができる。センサ素子アレイにおけるセンサ素子はフィルタに関連付けることができる。フィルタは、センサ素子を通過する光の第１スペクトル範囲に関連する通過帯域を有することができる。フィルタは、光の第２スペクトル範囲がセンサ素子を通過するのをブロックすることに関連付けることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
あり得る幾つかの実施形態によれば、帯域通過フィルタは、１組の層のセットを備えることができる。前記層のセットは、層の第１サブセットを含むことができる。前記層の第１サブセットは、第１屈折率を有する水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）を含むことができる。前記層のセットは、層の第２サブセットを含むことができる。層の第２サブセットは、第２屈折率を有する材料を含むことができる。前記第２屈折率は前記第１屈折率よりも小さいものとし得る。
【0004】
あり得る幾つかの実施形態によれば、光学フィルタは基板を備えることができる。該光学フィルタは、入射光をフィルタ処理するよう前記基板上に交互配置する高屈折率層及び低屈折率層のセットを備えることができる。該光学フィルタは、約１５５０ナノメートル（ｎｍ）の中心波長を有するスペクトル範囲内における入射光の第１部分を通過させ、また該スペクトル範囲内ではない入射光の第２部分を反射するよう構成し得る。前記高屈折率層は水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）とすることができる。前記低屈折率層は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）とすることができる。
【0005】
あり得る幾つかの実施形態によれば、光学系は、入力光信号をフィルタ処理し、フィルタ処理済み入力光信号を供給するよう構成された光学フィルタを備えることができる。前記入力光信号は第１光源からの光及び第２光源からの光を含むことができる。前記光学フィルタは誘電体薄膜層のセットを含むことができる。前記誘電体薄膜層のセットは、第１屈折率を有する水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）を含む層の第１サブセットを有することができる。前記誘電体薄膜層のセットは、前記第１屈折率よりも小さい第２屈折率を有する材料による層の第２サブセットを有することができる。前記フィルタ処理済み入力光信号は、前記入力光信号に比べて前記第２光源からの減少した強度の光を含むことができる。該光学系は、前記フィルタ処理済み入力光信号を受光し、かつ出力電気信号を供給するよう構成されている光センサを備える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1A】本明細書に記載の本発明実施形態の概略図である。
【図1B】本明細書に記載の本発明実施形態の概略図である。
【図1C】本明細書に記載の本発明実施形態の概略図である。
【図2】本明細書に記載の水素化ゲルマニウムをベースとする光学フィルタ
【図3】本明細書に記載の水素化ゲルマニウムをベースとする光学フィルタを製造するシステムの概略図である。
【図4A】本明細書に記載の水素化ゲルマニウムをベースとする光学フィルタに関する特性を示すグラフである。
【図4B】本明細書に記載の水素化ゲルマニウムをベースとする光学フィルタに関する特性を示すグラフである。
【図4C】本明細書に記載の水素化ゲルマニウムをベースとする光学フィルタに関する特性を示すグラフである。
【図4D】本明細書に記載の水素化ゲルマニウムをベースとする光学フィルタに関する特性を示すグラフである。
【図5A】本明細書に記載の水素化ゲルマニウムをベースとする光学フィルタに関する特性を示すグラフである。
【図5B】本明細書に記載の水素化ゲルマニウムをベースとする光学フィルタに関する特性を示すグラフである。
【図5C】本明細書に記載の水素化ゲルマニウムをベースとする光学フィルタに関する特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0007】
例示的実施形態の詳細を以下に添付図面につき説明する。異なる図面における同一参照符号は、同一又は類似の素子を特定することができる。
【0008】
光センサデバイスは、光トランスミッタ、電球、外光源等のような光源から発生する光を受光するセンサ素子のセンサ素子アレイを有することができる。光センサデバイスは、１つ又はそれ以上のセンサ技術を利用することができ、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術、電荷結合素子（ＣＣＤ）技術等を利用することができる。光センサデバイスのセンサ素子（例えば、光センサ）は、１組の電磁的周波数のセットに関する情報（例えば、スペクトルデータ）を捕捉することができる。センサ素子は、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）をベースとするセンサ素子、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）をベースとするセンサ素子、等々とすることができる。
【0009】
センサ素子は、センサ素子への光をフィルタ処理するフィルタに関連付けして、センサ素子が電磁的周波数の特定スペクトル範囲に関する情報を捕捉できるようにする。例えば、センサ素子は、約１１００ナノメートル（ｎｍ）〜約２０００（ｎｍ）のスペクトル範囲、約１５００ナノメートル（ｎｍ）〜約１６００（ｎｍ）のスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの中心波長があるスペクトル範囲等における通過帯域を有するフィルタに整列させ、センサ素子に指向する光の一部をフィルタ処理させる。フィルタは、光の一部をフィルタ処理する誘電体層のセットを有することができる。例えば、フィルタは、高屈折率層及び低屈折率層を交互配置する誘電体フィルタのスタックを有することができ、例えば、高屈折率材料として水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ若しくはＳｉＨ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）及び低屈折率材料として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を交互配置する。しかし、約１５５０ｎｍの中心波長を有するスペクトル範囲に関連するフィルタのために高屈折率材料として水素化シリコンを使用することは、過剰な角度シフト（例えば、閾値よりも大きい角度シフト）を生ずる結果となるおそれがある。さらに、高屈折率材料としてゲルマニウムを使用することは、約１５５０ｎｍに中心がある通過帯域用の閾値透過率よりも低い、例えば、約１５５０ｎｍの波長で約２０％より低い透過率となる結果を生じ得る。
【0010】
本明細書に記載の幾つかの実施形態は、高屈折率材料として水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ若しくはＧｅＨ）を使用し、これにより閾値よりも小さい角度シフトを生ずる結果となる光学フィルタを提供する。例えば、光学フィルタは、水素化ゲルマニウム若しくはアニール処理（焼鈍）した水素化ゲルマニウムによる１つ又はそれ以上の層と、及び二酸化ケイ素による１つ又はそれ以上の層とを備え、約１５５０ｎｍの波長に中心がある通過帯域に対して、４５゜の入射角で約１００ｎｍより少ない角度シフト、３０゜の入射角で約３０ｎｍより少ない角度シフト、１５゜の入射角で約１０ｎｍより少ない角度シフト、等々をもたらすことができる。さらに、水素化ゲルマニウム及び／又はアニール処理した水素化ゲルマニウムを使用する光学フィルタは、約１５５０ｎｍの波長に中心がある通過帯域に対して、閾値レベルよりも高い透過率、例えば、約４０％より高い、約８０％より高い、約８５％より高い、等の高い透過率をもたらすことができる。このようにして、本明細書に記載の幾つかの実施形態において、閾値より少ない角度シフトかつ閾値レベルより大きい透過率で光をフィルタ処理する。
【0011】
図１Ａ〜１Ｃは、本明細書に記載の例示的実施形態１００／１００′／１００″の概略図である。図１Ａに示すように、例示的実施形態１００は、センサシステム１１０を備える。センサシステム１１０は、光学系の一部分であり、またセンサ決定に対応する電気出力を供給することができる。センサシステム１１０は、光学フィルタ１３０を含む光学フィルタ構体１２０と、及び光センサ１４０とを有する。例えば、光学フィルタ構体１２０は、通過帯域フィルタ処理する機能を実施する光学フィルタ１３０を含むことができる。他の実施例において、光学フィルタ１３０は、光センサ１４０におけるセンサ素子のアレイに整列することができる。
【0012】
本明細書に記載の幾つかの実施形態は、センサシステムにおける光学フィルタに関して説明するが、本明細書に記載の実施形態は他タイプのシステムに使用することができ、センサシステム等の外部で使用することができる。
【0013】
図１Ａにさらに示すように、参照符号１５０は、光学フィルタ構体１２０に向かって指向する入力光信号である。入力光信号は、限定しないが、１５００ｎｍ〜１６００ｎｍのスペクトル範囲、１１００ｎｍ〜２０００ｎｍのスペクトル範囲、等々のような、特定スペクトル範囲（約１５５０ｎｍに中心があるスペクトル範囲）に関連する光を含むことができる。例えば、光トランスミッタ（光送信機）は、光を光センサ１４０に向かうよう指向させ、光センサ１４０が光の測定を実施できるようにすることができる。他の実施例において、光トランスミッタは、検査機能性、感知機能性、通信機能性、等々のような他の機能向けに光の他のスペクトル範囲を指向させることができる。
【0014】
さらに図１Ａに参照符号１６０で示すように、光信号の第１スペクトル範囲を有する第１部分は、光学フィルタ１３０及び光学フィルタ構体１２０によって通過することができない。例えば、光学フィルタ１３０の高屈折率材料層及び低屈折率材料を含むことができる誘電体薄膜層における誘電体フィルタのスタックによれば、光の第１部分を第１方向に反射させる、吸収させる等々を行わせることができる。このケースにおいて、光の第１部分は、光学フィルタ１３０に入射する光学フィルタ１３０の通過帯域には含まれず、約１５５０ｎｍに中心がある特定スペクトル範囲内ではない光の９５％より多い光の閾値部分であり得る。参照符号１７０で示すように、光信号の第２部分は光学フィルタ１３０及び光学フィルタ構体１２０によって通過する。例えば、光学フィルタ１３０は、第２スペクトル範囲を有する光の第２部分を第２方向に光センサ１４０に向けて通過することができる。この場合、光の第２部分は、光学フィルタ１３０に入射する光学フィルタ１３０の通過帯域内であり、例えば、約１５５０ｎｍに中心がある特定スペクトル範囲内における入射光の５０％より多い光の閾値部分であり得る。
【0015】
さらに図１Ａに示すように、光センサ１４０まで通過している光信号の第２部分に基づいて、光センサ１４０は、例えば、画像化、外光感知、物体存在検出、測定実施、通信円滑化、等々に使用するための電気出力信号をセンサシステム１１０に供給することができる。幾つかの実施形態において、光学フィルタ１３０及び光センサ１４０の他の構成を利用することができる。例えば、入力光信号と共線的に光信号の第２部分を通過させるのではなく、光学フィルタ１３０は光信号の第２部分を異なる位置に配置した光センサ１４０に向けて他の方向に指向させることができる。
【0016】
図１Ｂに示すように、他の例示的実施形態１００′は、光センサ１４０を形成し、また光学フィルタ構体１２０の基板に一体化したセンサ素子アレイにおける１組のセンサ素子のセットを備える。この場合、光学フィルタ１３０は基板上に直接配置される。入力光信号１５０-１及び１５０-２は、複数の異なる角度で受光され、また入力光信号１５０-１及び１５０-２の第１部分１６０-１及び１６０-２は複数の異なる角度に反射する。入力光信号１５０-１及び１５０-２の第２部分は、光学フィルタ１３０から光センサ１４０を形成するセンサ素子アレイまで通過し、これにより出力電気信号１８０を供給する。
【0017】
図１Ｃに示すように、他の例示的実施形態１００″は、光センサ１４０を形成し、また光学フィルタ構体１２０から（例えば、光学系の自由空間光通信タイプにおける自由空間によって）離されているセンサ素子アレイにおける１組のセンサ素子のセットを備える。この場合、光学フィルタ１３０は光学フィルタ構体１２０上に配置される。入力光信号１５０-１及び１５０-２は、光学フィルタ１３０で複数の異なる角度で受光される。入力光信号１５０-１及び１５０-２の第１部分１６０-１及び１６０-２は複数の異なる角度に反射し、また入力光信号１５０-１及び１５０-２の第２部分１７０-１及び１７０-２は光学フィルタ１３０及び光学フィルタ構体１２０によって通過する。この第２部分１７０-１及び１７０-２を受光することに基づいて、センサ素子アレイは出力電気信号１８０を供給する。
【0019】
図２は例示的な光学フィルタ２００の概略図である。図２は、高屈折率材料として水素化ゲルマニウムを使用する光学フィルタの例示的積層体を示す。さらに図２に示すように、光学フィルタ２００は、光学フィルタのコーティング部分２１０と、及び基板２２０とを備える。
【0020】
光学フィルタのコーティング部分２１０は１組の光学フィルタ層のセットを有する。例えば、光学フィルタのコーティング部分２１０は、層２３０-１〜２３０-Ｎ（Ｎ≧１）の第１セット（例えば、高屈折率層（Ｈ層））と、層２４０-１〜２４０-（Ｎ+１）の第２セット（例えば、低屈折率層（Ｌ層））とを有する。幾つかの実施形態において、層２３０及び２４０は、特別な順序、例えば（Ｈ-Ｌ）ｍ（ｍ≧１）順序、（Ｌ-Ｈ）ｍ順序、Ｌ-（Ｈ-Ｌ）ｍ等々の順序で配列することができる。例えば、図示のように、層２３０及び２４０は、Ｈ層を光学フィルタ２００の表面上に配置し、またＨ層が基板２２０の表面に隣接する状態で（Ｈ-Ｌ）ｍ-Ｈの順序で位置決めする。幾つかの実施形態において、１つ又はそれ以上の他の層を光学フィルタ２００に設けることができ、例えば、１つ又はそれ以上の保護層、１つ又はそれ以上のフィルタ処理機能（例えば、ブロッカー、反射防止コーティング等）を提供する１つ又はそれ以上の層を設けることができる。
【0021】
層２３０は、１組の水素化ゲルマニウム層のセットを含むことができる。幾つかの実施形態において、Ｈ層用に他の材料を使用することができ、例えば、特定スペクトル範囲（例えば、約１１００ｎｍ〜２０００ｎｍのスペクトル範囲、約１４００ｎｍ〜１６００ｎｍのスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの波長、等々）にわたり、Ｌ層の屈折率よりも大きい屈折率、２.０より大きい屈折率、３.０より大きい屈折率、４.０より大きい屈折率、４.５より大きい屈折率、４.６より大きい等の屈折率、を有する他の材料を利用することができる。他の実施例において、層２３０は、約１５５０ｎｍの波長で約４.２の屈折率を有するものを選択することができる。
【0022】
幾つかの実施形態において、Ｈ層２３０用に特別な水素化ゲルマニウムをベースとする材料、例えば、水素化ゲルマニウム、アニール処理した水素化ゲルマニウム等々を選択することができる。幾つかの実施形態において、層２３０及び／又は２４０は特定吸光係数に関連することができ、例えば、約１５５０ｎｍで、約０.１未満、約０.０５未満、約０.０１未満、約０.００５未満の吸光係数、特定スペクトル範囲にわたり（例えば、約８００ｎｍ〜約２３００ｎｍのスペクトル範囲、約１１００ｎｍ〜約２０００ｎｍのスペクトル範囲、又は約１５５０ｎｍの波長、等々）、約０.００１未満の吸光係数、約０.０００８未満の吸光係数、等々の吸光係数に関連することができる。
【0023】
層２４０は、１組の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層のセットを含むことができる。幾つかの実施形態において、Ｌ層用に他の材料を利用することができる。幾つかの実施形態において、Ｌ層２４０のために特定材料を選択することができる。例えば、層２４０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層のセット、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層のセット、二酸化チタン（ＴｉＯ２）層のセット、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）層のセット、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）層のセット、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）層のセット、等々のセットを含むことができる。この場合、層２４０は、例えば、特定スペクトル範囲（例えば、約１１００ｎｍ〜約２０００ｎｍのスペクトル範囲、約１４００ｎｍ〜約１６００ｎｍのスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの波長、等々）にわたり、層２３０の屈折率よりも小さい屈折率を有するよう選択することができる。例えば、層２４０は、特定スペクトル範囲（例えば、約１１００ｎｍ〜約２０００ｎｍのスペクトル範囲、約１４００ｎｍ〜約１６００ｎｍのスペクトル範囲、約８００ｎｍのスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの波長、等々）にわたり、３未満の屈折率に関連するよう選択することができる。
【0024】
他の実施例において、層２４０は、特定スペクトル範囲（例えば、約１１００ｎｍ〜約２０００ｎｍのスペクトル範囲、約１４００ｎｍ〜約１６００ｎｍのスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの波長、等々）にわたり、２.５よりも小さい屈折率に関連するよう選択することができる。他の実施例において、層２４０は、特定スペクトル範囲（例えば、約１１００ｎｍ〜約２０００ｎｍのスペクトル範囲、約１４００ｎｍ〜約１６００ｎｍのスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの波長、等々）にわたり、２よりも小さい屈折率に関連するよう選択することができる。他の実施例において、層２４０は、特定スペクトル範囲（例えば、約１１００ｎｍ〜約２０００ｎｍのスペクトル範囲、約１４００ｎｍ〜約１６００ｎｍのスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの波長、等々）にわたり、１.５よりも小さい屈折率に関連するよう選択することができる。幾つかの実施形態において、層２４０のための特定材料は、帯域外遮蔽スペクトル範囲の所望幅、入射角変化に関連する所望中心波長シフト、等々に基づいて選択することができる。
【0025】
幾つかの実施形態において、光学フィルタのコーティング部分２１０は、層の特定数、ｍに関連させることができる。例えば、水素化ゲルマニウムに基づく光学フィルタは、Ｈ層及びＬ層による約２０の層を含むことができる。他の実施例において、光学フィルタ２００は、他の層数、例えば２層〜１０００層の範囲、４層〜５０層の範囲、等々に関連することができる。幾つかの実施形態において、光学フィルタのコーティング部分２１０の各層は、特定厚さに関連することができる。例えば、層２３０及び２４０それぞれは、約５ｎｍ〜２０００ｎｍの間における厚さに関連することができ、この結果、光学フィルタのコーティング部分２１０は、約０.２μｍ〜１００μｍの間における厚さ、約０.５μｍ〜２０μｍの間における厚さ、等々の厚さに関連する。
【0026】
幾つかの実施形態において、層２３０及び２４０は複数の厚さに関連することができ、例えば、層２３０に対する第１厚さ、層２４０に対する第２厚さ、層２３０の第１サブセットに対する第１厚さ、層２３０の第２サブセットに対する第２厚さ、層２４０の第１サブセットに対する第１厚さ、層２４０の第２サブセットに対する第２厚さ、等々に関連することができる。この場合、層の厚さ及び／又は層の個数は、光学フィルタ２００を、約１１００ｎｍ〜約２０００ｎｍのスペクトル範囲、約１５５０ｎｍの中心波長、等々に対して利用できるよう選択することができる。
【0027】
幾つかの実施形態において、光学フィルタのコーティング部分２１０は、スパッタリング手順を使用して作製することができる。例えば、光学フィルタのコーティング部分２１０は、パルス状マグネトロンに基づくスパッタリング手順を使用し、ガラス基板上に層２３０及び２４０を交互にスパッタリングして作製することができる。幾つかの実施形態において、光学フィルタのコーティング部分２１０は、入射角変化での比較的低い中心波長シフトに関連することができる。例えば、光学フィルタのコーティング部分２１０は、０゜から１５゜に至る入射角変化で大きさとして約２０ｎｍ未満の中心波長シフト、約１５ｎｍ未満の中心波長シフト、約１０ｎｍ未満、等々の中心波長シフト；０゜から３０゜に至る入射角変化で約１００ｎｍ未満の中心波長シフト、約５０ｎｍ未満の中心波長シフト、約３０ｎｍ未満、等々の中心波長シフト；０゜から４５゜に至る入射角変化で約２００ｎｍ未満の中心波長シフト、約１５０ｎｍ未満の中心波長シフト、約１２５ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、等々の中心波長シフト；等々を引き起こすことができる。
【0028】
幾つかの実施形態において、光学フィルタのコーティング部分２１０は、基板２２０のような基板に付着させる。例えば、光学フィルタのコーティング部分２１０は、ガラス板に付着させる。幾つかの実施形態において、光学フィルタのコーティング部分２１０は、空気媒体又はガラス媒体のような入射媒体に関連することができる。幾つかの実施形態において、光学フィルタ２００は１組のプリズムのセット間に配置することができる。
【0029】
幾つかの実施形態において、アニーリング手順を利用して光学フィルタのコーティング部分２１０を作製することができる。例えば、基板上に層２３０及び２４０をスパッタ堆積後に光学フィルタ２００をアニール処理して光学フィルタ２００の１つ又はそれ以上の光学的特性を向上させることができ、例えば、アニーリング手順を実施しない他の光学フィルタに対して光学フィルタ２００の吸収係数を減少することができる。
【0031】
図３は、本明細書に記載の水素化ゲルマニウムに基づく光学フィルタを製造するためのスパッタ堆積装置の実施例３００の概略図である。
【0032】
図３に示すように、実施例３００は、真空チャンバ３１０、基板３２０、カソード３３０、標的３３１、カソード電源３４０、アノード３５０、プラズマ活性化源（ＰＡＳ）３６０、及びＰＡＳ電源３７０を備える。標的３３１はゲルマニウム材料を含むことができる。ＰＡＳ電源３７０は、ＰＡＳ３６０に給電するのに利用し、また高周波（ＲＦ）電源を有することができる。カソード電源３４０は、カソード３３０に給電するのに利用し、またパルス状直流（ＤＣ）電源を有することができる。
【0033】
図３につき説明すると、標的３３１は、水素（Ｈ２）並びにアルゴンのような不活性ガスの存在の下にスパッタリングして、基板３２０上に水素化ゲルマニウム材料を層として堆積させる。不活性ガスは、アノード３５０及び／又はＰＡＳ３６０を介してチャンバ内に供給することができる。水素は、水素を活性化するよう作用するＰＡＳ３６０から真空チャンバ３１０内に導入する。付加的又は代替的に、カソード３３０が水素活性化を引き起こすことができ（例えば、この場合、水素は真空チャンバ３１０の他の部分から導入することができる）、又はアノード３５０が水素活性化を引き起こすことができ（例えば、この場合、水素はアノード３５０によって真空チャンバ３１０内に導入することができる）。幾つかの実施形態において、水素は、水素ガス、水素ガスと希ガス（例えば、アルゴンガス）の混合気、等々の形式をとることができる。ＰＡＳ３６０は、カソード３３０の閾値近傍内に配置して、ＰＡＳ３６０からのプラズマ及びカソード３３０からのプラズマがオーバーラップできるようにする。ＰＡＳ３６０を使用することによって、水素化ゲルマニウム層を比較的高い堆積速度で堆積させることができる。幾つかの実施形態において、水素化ゲルマニウム層は、約０.０５ｎｍ／ｓ〜約２.０ｎｍ／ｓの堆積速度、約０.５ｎｍ／ｓ〜約１.２ｎｍ／ｓの堆積速度、約０.８ｎｍ／ｓの堆積速度、等々の速度で堆積される。
【0034】
本明細書でスパッタリング手順について、特定ジオメトリ及び特定実施形態の観点から説明したが、他のジオメトリ及び他の実施形態も可能である。例えば、水素は、他の方向から、カソード３３０に対する閾値近傍のガスマニホルドから、等々で注入することができる。本明細書で異なる成分形態の観点から説明したが、異なる材料、異なる製造プロセス、等々を用いて異なるゲルマニウム相対濃度も達成することができる。
【0037】
図４Ａにおいて、またグラフ４００によって示すように、膜４１０-１〜４１０-５のセットに関する透過性を示すフィルタ応答を提示する。各膜４１０は、約２.５マイクロメートルの単層膜とすることができる。膜４１０-１は、０立方センチメートル毎分（ＳＣＣＭ）の流量の水素濃度に関連する。換言すれば、膜４１０-１は非水素化ゲルマニウムを使用する。膜４１０-２、４１０-３、４１０-４、及び４１０-５は、それぞれ２０ＳＣＣＭ、１００ＳＣＣＭ、１６０ＳＣＣＭ、及び２００ＳＣＣＭの流量の水素濃度に関連する。換言すれば、膜４１０-２〜４１０-５は、水素濃度が増加していく水素化ゲルマニウムを使用する。この場合、膜４１０-２〜４１０-５のような水素化ゲルマニウム膜は、非水素化ゲルマニウム膜４１０-１に比べて増加した透過率に関連する。このようにして、光学フィルタに水素化ゲルマニウムを利用することにより、向上した透過率をもたらすことができる。例えば、水素化ゲルマニウム膜における水素濃度に基づいて、水素化ゲルマニウム膜は、１１００ｎｍ〜２０００ｎｍのスペクトル範囲、１４００ｎｍ〜１６００ｎｍのスペクトル範囲、１５５０ｎｍの波長を有するスペクトル範囲、等々に対して、２０％より高い、４０％より高い、６０％より高い、８０％より高い、８５％より高い、９０％より高い、等々の透過率に関連することができる。
【0038】
図４Ｂにおいて、またグラフ４２０によって示すように、膜４１０の屈折率及び吸光係数を提示する。１４００ｎｍの波長では、非水素化ゲルマニウム膜４１０-１は約０.１の吸光係数に関連し、この吸光係数は、それぞれ約０.０５、約０.００５、及び約０.００２である、水素化ゲルマニウム膜４１０-２、４１０-３、及び４１０-５の吸光係数よりも大きい。同様に、１４００ｎｍの波長では、非水素化ゲルマニウム膜４１０-１は、それぞれ４.６、４.４及び４.３の屈折率に関連する水素化ゲルマニウム膜４１０-２、４１０-３、及び４１０-５と比べると、４.７の屈折率に関連する。この場合、水素化ゲルマニウム膜４１０-２、４１０-３、及び４１０-５は減少した吸光係数に関連するとともに、閾値屈折率（例えば、４.０より大きい、４.２より大きい、４.４より大きい、４.５より大きい、等々）を維持する。
【0039】
１５５０ｎｍの波長では、非水素化ゲルマニウム膜４１０-１は約０.０７の吸光係数に関連し、この吸光係数は、それぞれ約０.０３、約０.００３、及び約０.００１である、水素化ゲルマニウム膜４１０-２、４１０-３、及び４１０-５の吸光係数よりも大きい。同様に、１５５０ｎｍの波長では、非水素化ゲルマニウム膜４１０-１は、それぞれ４.４、４.３及び４.２の屈折率に関連する水素化ゲルマニウム膜４１０-２、４１０-３、及び４１０-５と比べると、４.６の屈折率に関連する。この場合、水素化ゲルマニウム膜４１０-２、４１０-３、及び４１０-５は減少した吸光係数に関連するとともに、閾値屈折率（例えば、４.０より大きい、４.２より大きい、４.４より大きい、等々）を維持する。
【0040】
２０００ｎｍの波長では、非水素化ゲルマニウム膜４１０-１は約０.０５の吸光係数に関連し、この吸光係数は、それぞれ約０.００５、約０.０００５、及び約０.０００００１である、水素化ゲルマニウム膜４１０-２、４１０-３、及び４１０-５の吸光係数よりも大きい。同様に、１５５０ｎｍの波長では、非水素化ゲルマニウム膜４１０-１は、それぞれ４.４、４.２及び４.１の屈折率に関連する水素化ゲルマニウム膜４１０-２、４１０-３、及び４１０-５と比べると、４.５の屈折率に関連する。この場合、水素化ゲルマニウム膜４１０-２、４１０-３、及び４１０-５は減少した吸光係数に関連するとともに、閾値屈折率（例えば、３.５より大きい、３.７５より大きい、４.０より大きい、等々）を維持する。
【0041】
図４Ｃにおいて、またグラフ４３０によって示すように、水素化ゲルマニウム膜４１０-５及び水素化ケイ素膜４１０-６の屈折率を提示する。この場合、水素化ゲルマニウム膜４１０-５の屈折率は、それぞれ水素化ケイ素膜４１０-６の屈折率よりも大きい。
【0042】
図４Ｄにおいて、またグラフ４４０によって示すように、水素化ゲルマニウム膜４１０-５及びアニール処理した水素化ゲルマニウム膜４１０-５′の屈折率及び吸光係数を提示する。この場合、例えば、約３００℃で６０分間にわたるアニーリング手順を適用することによって、アニール済み水素化ゲルマニウム膜４１０-５′を形成する結果となり、上昇した屈折率（例えば、約４.３まで上昇する）を生ずる結果となり、約１５５０ｎｍの中心波長を有するスペクトル範囲で、水素化ゲルマニウム膜４１０-５に比べて減少した吸光係数を生ずる結果となり、これにより角度シフトを減少し、また透過率を向上させる。
【0045】
図５Ａにおいて、またグラフ５００によって示すように、水素化ゲルマニウム光学フィルタ５１０のフィルタ応答を提示する。光学フィルタ５１０は、水素化ゲルマニウム及び二酸化ケイ素の交互層を備えることができる。幾つかの実施形態において、光学フィルタ５１０は、５.６μｍの厚さに関連することができ、また０゜の入射角に対して約１５５０ｎｍに中心がある帯域通過に関連することができる。さらに、光学フィルタ５１０は、０゜〜４０゜の入射角に対して閾値量よりも大きい透過率（例えば、約９０％より大きい）に関連する。
【0046】
図５Ｂにおいて、またグラフ５２０によって示すように、水素化ケイ素に基づく光学フィルタ５３０のフィルタ応答を提示する。光学フィルタ５３０は、水素化ケイ素及び二酸化ケイ素の交互層を備えることができる。幾つかの実施形態において、光学フィルタ５３０は、５.９マイクロメートル（μｍ）の厚さに関連することができ、また０゜の入射角に対して約１５５０ｎｍに中心がある帯域通過に関連することができる。
【0047】
図５Ｃにおいて、またグラフ５４０によって示すように、光学フィルタ５１０（Ｓｉ：Ｇ）と比較して、光学フィルタ５３０（Ｓｉ：Ｈ）は、０゜〜約４０゜の入射角に対して減少した角度シフトに関連する。例えば、光学フィルタ５１０は、例えば、ほぼ０〜１０゜の入射角で約５ｎｍ未満、ほぼ０〜１０゜の入射角で約４ｎｍ未満、ほぼ０〜１０゜の入射角で約３ｎｍ未満、ほぼ０〜１０゜の入射角で約２ｎｍ未満、等々における中心波長の変化に関連する。同様に、光学フィルタ５１０は、例えば、ほぼ１０〜２０゜の入射角で約１５ｎｍ未満、ほぼ１０〜２０゜の入射角で約１０ｎｍ未満、ほぼ１０〜２０゜の入射角で約９ｎｍ未満、ほぼ１０〜２０゜の入射角で約８ｎｍ未満、等々における中心波長の変化に関連する。
【0048】
同様に、光学フィルタ５１０は、例えば、２０゜の入射角で約８ｎｍ未満、２０゜の入射角で約９ｎｍ未満、２０〜３０゜の入射角で約３０ｎｍ未満、２０〜３０゜の入射角で約２０ｎｍ未満、２０〜３０゜の入射角で約１５ｎｍ未満、２０〜３０゜の入射角で約１０ｎｍ未満、等々における中心波長の変化に関連する。同様に、光学フィルタ５１０は、例えば、３０゜〜４０゜の入射角で約４０ｎｍ未満、３０゜〜４０゜の入射角で約３５ｎｍ未満、３０゜〜４０゜の入射角で約３０ｎｍ未満、３０゜〜４０゜の入射角で約２５ｎｍ未満、３０゜〜４０゜の入射角で約２０ｎｍ未満、等々における中心波長の変化に関連する。
【0050】
このようにして、高屈折率層としての水素化ゲルマニウム及び低屈折率層としての他の材料を有する光学フィルタのような、水素化ゲルマニウム光学フィルタは、約１５５０ｎｍに中心波長があるスペクトル範囲に関連する光学フィルタ用に他の材料を使用するものに対して改善された角度シフト、改善された透過率、及び減少した物理的厚さをもたらすことができる。
【0051】
上述の開示は図示及び説明を与えるものであり、排他的なものであることを、又は実施形態を開示したそのものに限定することを意図しない。変更及び改変することは、上述の開示を考慮して可能であり、又は上述の実施形態そのものから知得することができる。
【0052】
幾つかの実施形態を本明細書で閾値に関連して説明した。ここで使用されるように、閾値を満たすことは、閾値より大きい、閾値よりも多い、閾値よりも高い、閾値以上の、閾値未満、閾値よりも少ない、閾値よりも低い、閾値以下、閾値に等しい、等々の値に言及し得る。
【0053】
特徴の特別な組合せが特許請求の範囲における請求項で詳述される及び／又は本明細書で開示されたが、これら組合せは、あり得る実施形態の開示に限定することを意図していない。実際、これら特徴の多くは、特許請求の範囲における請求項で詳述されない及び／又は本明細書で開示されないやり方で組み合わせることができる。特許請求の範囲で列挙される各従属項は、１つの請求項のみに直接従属できるが、あり得る実施形態の開示は、請求項セットにおけるすべての他の請求項と組み合せた各従属項を包含する。
【0054】
本明細書で使用される素子、行為、又は指示命令のいずれも、明確にそうであると記載されない限りは、厳密又は必須なものと解すべきではない。さらに、不定冠詞「a」及び「an」は、１つ又はそれ以上の事物（item）を包含することを意図しており、また「１つ又はそれ以上の（one or more）」と互換的に使用することができる。さらに、本明細書で使用されるように、用語「セット」は、１つ又はそれ以上の事物（例えば、関連事物、非関連事物、関連事物及び非関連事物の組合せ、等々）を包含することを意図しており、また「１つ又はそれ以上の（one or more）」と互換的に使用することができる。単に１つの事物を意図する場合、用語「１つ（個）」又は同様の言葉遣いを使用する。さらに、本明細書で使用されるように、用語「has」、「have」、「having」等々は、制約がないものであることを意図している。さらに、語句「〜に基づく／〜をベースとする（based on）」は、それ以外を明示されない限り、「少なくとも部分的に、〜に基づく／〜をベースとする（based, at least in part, on）」を意味することを意図している。
【符号の説明】
【0055】
１００ 例示的実施形態１００′ 例示的実施形態
１００″ 例示的実施形態
１１０ センサシステム
１２０ 光学フィルタ構体
１３０ 光学フィルタ
１４０ 光センサ
１５０ 入力光信号
１６０ 光信号の第１スペクトル範囲を有する第１部分
１７０ 光信号の第２スペクトル範囲を有する第２部分
１８０ 出力電気信号
２００ 光学フィルタ
２１０ （光学フィルタの）コーティング部分
２２０ 基板
２３０ 層
２４０ 層
３００ 実施例
３１０ 真空チャンバ
３２０ 基板
３３０ カソード
３３１ 標的
３４０ カソード電源
３５０ アノード
３６０ プラズマ活性化源（ＰＡＳ）
３７０ ＰＡＳ電源
４００ グラフ
４１０-１ 非水素化ゲルマニウム膜
４１０-２ 水素化ゲルマニウム膜
４１０-３ 水素化ゲルマニウム膜
４１０-５ 水素化ゲルマニウム膜
４１０-６ 水素化ケイ素膜
４２０ グラフ
４３０ グラフ
４４０ グラフ
５００ グラフ
５１０ 水素化ゲルマニウム光学フィルタ
５２０ グラフ
５３０ 水素化ケイ素に基づく光学フィルタ
５４０ グラフ