[發(fā)明專利]適合處理入射可變輻射的光學(xué)濾波器、包括濾波器的檢測器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110111618.1
• 申請日: 2011-04-27
• 公開（公告）號: CN102262253A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薩利姆·布塔米;約翰·德西埃;洛朗·弗里;吉勒斯·格蘭德
• 申請（專利權(quán)）人: 原子能與替代能源委員會
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B5/28;H01L27/146
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李春暉;李德山

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于法布里-伯羅腔并且以大濾波表面為特征的光學(xué)濾波器領(lǐng)域。它具體地使用于光學(xué)濾波器陣列領(lǐng)域中并且尤其用于在可見光成像系統(tǒng)中使用的RGB濾波器。

背景技術(shù)

可見光成像系統(tǒng)普遍包括在較寬的可見輻射范圍內(nèi)靈敏、并且尤其是同時對紅光、藍光和綠光波長靈敏的像點陣列(例如CCD或者CMOS)。如本身已知的那樣，然后，通過重疊分布成拜爾陣列的紅光、綠光和藍光濾波器使每個像點專門用于檢測這些波長之一。

最常見的濾波器陣列由沉積在像點陣列上的有色樹脂組成。然而這一類基于有色樹脂的濾波器陣列對光的入射角敏感，從而寬入射角度造成樹脂中的更大傳播長度。

另外，利用有色樹脂難以實現(xiàn)非常小的像素尺寸、即小于一微米的尺寸，一方面，因為可能由于樹脂的有限色素密度而難以減少它們的厚度，這引起像素之間串?dāng)_，另一方面，因為相鄰像素之間過渡區(qū)域由于與不同顏色關(guān)聯(lián)的樹脂的不完全準確的連續(xù)沉積，因而并非為不用考慮的尺度(由于產(chǎn)生這些沉積而未保留邊坡(side?slope))。

另外，如本身已知的那樣，可見光成像系統(tǒng)普遍具有放置在像點陣列前面的紅外濾波器。實際上，CCD技術(shù)的像點，甚至更多種基于CMOS技術(shù)的這些像點對于紅外線具有很高的靈敏度，如果不采取措施，則這會對可見光的檢測質(zhì)量有害。

事實上，紅外濾波器對輻射的入射角敏感。具體而言，其濾波器截止隨著入射角的增加(即從法線入射偏離)而偏移，致使向藍光偏移。因此對于寬入射角度，可見光光譜的有用部分(尤其是在紅光部分)被截止。因此紅外樹脂-濾波器關(guān)聯(lián)性對入射角相當(dāng)敏感。

已經(jīng)設(shè)計了基于法布里-伯羅腔的濾波器陣列以同時提供有色和紅外濾波。這些陣列通常包括由一個或者多個如下電介質(zhì)層分開的多個金屬層，選擇該電介質(zhì)層的折射率和厚度以設(shè)置法布里-伯羅腔的波長。電介質(zhì)層通常由單一材料組成，從而其折射率在整個陣列上恒定。因此，為了例如在拜爾陣列中獲得設(shè)置成不同波長、但是相對于彼此并列的法布里-伯羅腔，用厚度可變的一個或者多個電介質(zhì)層產(chǎn)生陣列，該厚度用來設(shè)置腔的波長。可以參照例如文獻US?6031653獲得關(guān)于這一類法布里-伯羅腔陣列的更多細節(jié)。利用這些金屬-電介質(zhì)濾波器，不再需要紅外濾波器，因為紅外線被金屬截止。

這一解決方案解決了濾波器厚度的問題(大約按照因子2來減少的濾波器厚度)，但是沒有明顯改善光譜響應(yīng)對入射角的依賴性，也沒有明顯改善濾波器的不平坦性所固有的像素之間的過渡區(qū)域的問題。

另外，制造厚度可變的法布里-伯羅腔陣列在工業(yè)工藝上相當(dāng)受限，因為它需要大量掩蔽和雕刻步驟，這些步驟大幅延長制造時間并且減少通過消除紅外線濾波器來實現(xiàn)的陣列最終成本收益。另外，一般需要使陣列平坦化，因為它的表面隨后被用來形成微透鏡。因此向法布里-伯羅腔堆疊物添加額外厚度，其結(jié)果是增加了與為了達到像點而穿過的材料厚度直接相關(guān)的串?dāng)_效應(yīng)，即使這一效應(yīng)保持在樹脂濾波器能承受的水平以下。

在文獻EP?1592067的圖13A至13E中所示實施例中提出一種厚度恒定的法布里-伯羅腔陣列。這一文獻提出使用電介質(zhì)層的折射率而不是它們的厚度以設(shè)置腔的波長。

對該文獻中的圖13D進行再利用的圖1是法布里-伯羅腔陣列10的橫截面圖，該圖示出了分別形成藍光透射濾波器12、紅光透射濾波器14和綠光透射濾波器16的三個并列法布里-伯羅腔。

陣列10包括：

·絕緣襯底20；

·SiO₂和TiO₂電介質(zhì)層的第一交替22，沉積在襯底20上并且形成半反射表面；

·折射率可變的電介質(zhì)層24；

·SiO₂和TiO₂電介質(zhì)層的第二交替26，沉積在電介質(zhì)層24上并且形成半反射表面。

電介質(zhì)層24由平均折射率不同的三個相異區(qū)域(即由TiO₂組成的第一區(qū)域28、由SiO₂組成的第二區(qū)域30和形成在第一區(qū)域與第二區(qū)域28、30之間并且由在SiO₂層中實施的TiO₂帶的周期性網(wǎng)絡(luò)組成的第三區(qū)域32)形成。TiO₂代表第三區(qū)域32的體積的1/5，因此SiO₂代表這一體積的4/5，從而區(qū)域32的平均折射率等于

該結(jié)構(gòu)因此形成被分別設(shè)置成藍光、紅光和綠光波長的三個并列法布里-伯羅腔。