JP7145086B2 - 光学フィルタ用の入射角制限 - Google Patents

Description

コーティングシステムを用いて、基板を特定の材料でコーティングすることができる。例えば、パルス直流（ＤＣ：direct current）マグネトロン・スパッタリングシステムは、薄膜層、厚膜層、等の堆積用に用いることができる。一組の層を堆積させることに基づいて光学素子を形成することができる。例えば、薄膜を用いて、光学干渉フィルタ、低角度シフトフィルタ、コリメータ、等のようなフィルタを形成することができる。一部の場合には、光学素子が、特定の光波長における特定機能を提供することに関連することができる。例えば、バンドパス（帯域通過）フィルタを用いて、近赤外領域の光、可視領域の光、紫外領域の光、等をフィルタ処理（フィルタリング）することができる。

一例では、光トランスミッタ（光送信機）が、対象物に向けて指向される近赤外光を発光することができる。この場合、ジェスチャー認識システムについては、光トランスミッタが近赤外光をユーザに向けて伝送することができ、この近赤外光はユーザで反射して光レシーバ（光受信機、受光器）に向かうことができる。光レシーバは、この近赤外光に関する情報を捕捉することができ、この情報を用いて、ユーザが実行しているジェスチャーを識別することができる。例えば、ある装置が、この情報を用いてユーザの三次元表現を生成して、この三次元表現に基づいてユーザが実行しているジェスチャーを識別することができる。

他の例では、近赤外光に関する情報を用いて、ユーザの身元、ユーザの特徴（例えば、身長または体重）、対象物の他の種類の特徴（例えば、対象物までの距離、対象物のサイズ、対象物の形状、対象物の分光学的特徴、または対象物の蛍光）等を認識することができる。しかし、ユーザに向けた近赤外光の伝送中、及び／またはユーザから光レシーバに向かう反射中に、周辺光がこの近赤外光と干渉することがある。従って、光レシーバを、バンドパスフィルタ、コリメータ、低角度シフトフィルタ、等に光学的に結合して、近赤外光がこれらを通過して光レシーバに向かうことを可能にすることができる。同様に、光レシーバを開口部に光学的に結合して、迷光が光レシーバに送られることを制限することができる。

一部の可能な好適例によれば、複合光学フィルタが基板を含むことができる。この複合光フィルタは、この基板上に配置された第１光学フィルタ構成要素を含むことができ、この第１光学フィルタ構成要素は第１の角度シフトを有する。この複合光学フィルタは、第１光学フィルタ構成要素上に配置された第２光学フィルタ構成要素を含むことができ、この第２光学フィルタ構成要素は、第１の角度シフトとは異なる第２の角度シフトを有し、この複合光学フィルタは、第１範囲の入射角の光を透過させるように構成され、かつ第１範囲の入射角とは異なる第２範囲の入射角の光を阻止するように構成されている。

一部の可能な実現によれば、光学系が、複数の光学フィルタ構成要素を含む光学系を含むことができ、これら複数の光学フィルタ構成要素は、入力光信号をフィルタ処理して、フィルタ処理した入力光信号を提供するように構成され、これら複数の光学フィルタ構成要素は、入力光信号のうち入射角の閾値を満足しない第１部分を阻止し、かつ入力光信号のうち入射角の閾値を満足する第２部分を通過させるように構成されている。この光学系は、上記フィルタ処理された入力光信号を受光して出力電気信号を提供するように構成された光センサを含むことができる。

一部の可能な実現によれば、フィルタが、第１の角度シフト及び第１通過帯域を有する第１フィルタ構成要素を含むことができる。このフィルタは、第２の角度シフト及び第２通過帯域を有する第２フィルタ構成要素を含むことができ、第１の角度シフト、第１通過帯域、第２の角度シフト、及び第２通過帯域は、このフィルタが、あるスペクトル範囲を有する第１入射角の光を透過させ、このスペクトル範囲を有する第２入射角の光を反射するような値に設定されている。

本明細書中に記載する実現の例の概要を示す図である。 図２Ａ及び２Ｂは、本明細書中に記載する実現の例を示す図である。 図３Ａ～３Ｅは、本明細書中に記載する光学フィルタに関する特性の例を示す図である。

以下の実現の例の詳細な説明は、添付した図面を参照する。異なる図面中の同じ参照番号は、同一または同様の要素を識別することができる。

光センサデバイスはセンサ素子のセンサ素子アレイを含んで、光トランスミッタ、電球、周辺光源、等のような光源から出る光を受光することができる。例えば、分光計では、光センサデバイスがセンサ素子のアレイを含んで、対象物で反射した光を受光し、これにより対象物の識別を可能にすることができる。センサ素子は光学フィルタを有することができ、この光学フィルタは、センサ素子に向かう光をフィルタ処理して、センサ素子が特定スペクトル範囲の電磁周波数に関係する情報を得ることを可能にする。例えば、この光センサ素子は、近赤外（ＮＩＲ：near-infrared）光のスペクトル範囲内、可視光のスペクトル範囲内、紫外光のスペクトル範囲内、等に通過帯域を有する光学フィルタと位置合わせすることができる。光学フィルタは、光の一部分をフィルタ処理するための１つ以上の層を含むことができる。

しかし、光学フィルタに向けて指向される光の入射角（ＡＯＩ：angle of incidence）が設定入射角（例えば、０度、４５度、９０度、等）から閾値の入射角（例えば、設定入射角から約３０度よりも大きく外れた入射角）に変化する際に、光学フィルタのフィルタ性能が劣化することがある。この場合、帯域のエッジに、より短い波長に向かうブルーシフト（青色偏移）が生じることがある。さらに、入射角が設定入射角（例えば、垂直（法線）入射、垂直でない選択した入射角、等）から閾値の入射角（例えば、効果の閾値レベルよりも大きい入射角）に変化する際には、光学フィルタにおける偏光効果が顕著になる。開口部を光学フィルタに位置合わせして配置して、入射角を設定入射角と、設定入射角から閾値未満だけ外れた入射角との間に制限することができる。このようにして、光が光学フィルタまたは他の種類の光学素子へ閾値よりも大きい入射角で指向されることにより生じる影響を回避することができる。

しかし、開口部を含めることは、光学フィルタを含む光学パッケージを製造するための過剰なコスト、及び／またはこの光学パッケージにおける過剰なパッケージサイズを生じさせ得る。さらに、一部の場合には、閾値よりも大きい入射角を有する光が光学フィルタに向けて指向されることを可能にし、閾値以下の入射角を有する光が光フィルタに向けて指向されることを阻止して、視野平坦化を実行することが望ましいことがある。この場合、視野平坦化器を光学フィルタまたは他の種類の光学素子に光学的に結合することができる。しかし、視野平坦化レンズを含めることは、光学パッケージにおける過剰なサイズ、コスト、及び／または複雑性を生じさせ得る。

本明細書中に記載する一部の実現は、共通の基板表面位置上に堆積した２つの光学フィルタを有して光の入射角を制限する光学フィルタ、光学装置、光学素子、光学モジュール、光学系、等を提供する。例えば、複合光学フィルタが第１光学フィルタ構成要素及び第２光学フィルタ構成要素を含むことができ、第１光学フィルタ構成要素は、第１通過帯域を有する低角度シフト（例えば、閾値未満の角度シフト）の光学フィルタであり、第２光学フィルタ構成要素は、第２通過帯域を有する高角度シフト（例えば、閾値以上の角度シフト）の光学フィルタである。このようにして、この複合光学フィルタは、設定入射角の光を透過させ、閾値よりも大きい入射角の光を反射または阻止することができる。このようにして、閾値よりも大きい入射角の影響を、開口部を含めることなしに回避し、これにより、複合光学フィルタを含む光学パッケージのコスト、製造の複雑性、サイズ、等を低減することができる。その代わりに、光学フィルタ構成要素の通過帯域を設定することに基づいて、閾値以下の入射角の光を阻止し、閾値よりも大きい入射角の光を通過させるように、複合光学フィルタを構成することができる。このようにして、複合光学フィルタは、視野平坦化レンズに比べてサイズ、複雑性、及び／またはコストを低減して視野平坦化を実行することができる。

図１は、本明細書中に記載する実現の例１００の概要を示す図である。図１に示すように、実現の例１００はセンサシステム１１０を含む。センサシステム１１０は光学系の一部分とすることができ、センサの測定値に対応する電気的出力を提供することができる。例えば、センサシステム１１０は、分光システム、ジェスチャー認識システム、物体認識システム、動き追跡システム、通信システム、等の一部分とすることができる。

一部の実現では、センサシステム１１０が光学フィルタ構造１２０を含むことができ、光学フィルタ構造１２０は複合光学フィルタ１３０及び光センサ１４０を含むことができる。一部の実現では、複合光学フィルタ１３０が一組の光学フィルタ構成要素１３０－１及び１３０－２を含むことができる。例えば、複合光学フィルタ１３０は、高角度シフトの光学フィルタ（例えば、閾値よりも大きい角度シフトを有する光学フィルタ）である第１光学フィルタ構成要素１３０－１、及び低角度シフトの光学フィルタ（例えば、閾値以下の角度シフトを有する光学フィルタ）である第２光学フィルタ構成要素１３０－２を含むことができる。このようにして、複合光学フィルタ１３０は、複合光学フィルタ１３０を通過することができる入射光の入射角を制限するように構成することができる。

本明細書中に記載する一部の実現は、センサシステム内の光学フィルタに関して記載しているが、本明細書中に記載する一部の実現は、他の種類のシステム内、センサシステムの外部にある光学素子内、光学パッケージの光学素子内、等で用いることができる。

図１に参照番号１５０でさらに示すように、入力光信号は一組の入射角で光学フィルタ構造１２０に向けて指向される。例えば、入力光信号１５０－１～１５０－４は、一組の入射角で光学フィルタ構造に向けて指向させることができる。この場合、入力光信号１５０－１は設定入射角（Ｎ）で光学フィルタ構造１２０に指向させることができる。同様に、入力光信号１５０－２及び１５０－３は閾値未満（例えば、θ₀未満）の入射角で光学フィルタ構造１２０に指向させることができる。これとは対照的に、入力光信号１５０－４は閾値以上（例えば、θ₀以上）の入射角で光学フィルタ構造１２０に指向させることができる。閾値の入射角は透過率の閾値に関連付けることができる。例えば、閾値の入射角は、その角度及び／またはそれより大きい角度で入力光信号が阻止または反射される角度を規定することができ、閾値未満の割合の入力光信号が複合光学フィルタ１３０を通過する際に、入力光信号が阻止または反射されると称することができる。

図１に参照番号１６０でさらに示すように、入力光信号の第１部分が光学フィルタ構造１２０によって反射される。例えば、入力光信号１５０－４が光学フィルタ構造１２０における閾値以上の入射角で指向されることに基づいて、複合フィルタ１３０は入力光信号１５０－４を反射する。例えば、本明細書中に寄り詳細に説明するように、光学フィルタ構成要素１３０－１のある１つの通過帯域の角度シフトが、光学フィルタ構成要素１３０－１のそれぞれの通過帯域を生じさせることができ、光学フィルタ構成要素１３０－２はこれと異なり、入力光信号１５０－４が複合光フィルタ１３０を通過することを阻止する。

参照番号１７０で示すように、光信号の一部分は複合光学フィルタ１３０及び光学フィルタ構造１２０を通過する。例えば、入力光信号１５０－１～１５０－３が光学フィルタ構造１２０に向けて閾値未満の入射角で指向されることに基づいて、複合光学フィルタ１３０は入力光信号１５０－１～１５０－３を光センサ１４０に向けて通過させる。一部の実現では、複合光学フィルタ１３０を、閾値未満の入射角を有する入力光信号を阻止するように構成することができる。例えば、本明細書中により詳細に説明するように、光学フィルタ構成要素１３０－１及び１３０－２の通過帯域を設定することに基づいて、光学フィルタ構成要素１３０は、入力光信号１５０－１～１５０－３を阻止し、入力光信号１５０－４を通過させるように構成することができる。

参照番号１８０で示すように、光信号の一部分が光センサ１４０に送られることに基づいて、光センサ１４０はセンサシステム１１０の出力電気信号を提供することができる。例えば、光センサ１４０は、光の強度、光の特性（例えば、分光学的特徴）、光の波長、等を識別する出力電気信号を提供することができる。このようにして、複合光学フィルタ１３０は高角度シフトのフィルタ及び低角度シフトのフィルタを利用して、複合光学フィルタ１３０を通過することができる光の入射角を、開口部を用いずに制限することができる。このようにして、光学フィルタ構造１２０及び／またはセンサシステム１１０のコスト、複雑性、及び／またはサイズを、開口部を用いることに比べて低減して、光センサ１４０に送られる光の入射角を制限することができる。

以上に示したように、図１は一例として提供するに過ぎない。他の例が可能であり、図１に関して説明したものと異なることができる。

図２Ａ及び２Ｂは、光学フィルタ２００／２００’の例の図である。図２Ａに示すように、光学フィルタ２００は基板２１０を含み。基板２１０上に第１光学フィルタ構成要素２２０及び第２光学フィルタ構成要素２３０が配置されている。

一部の実現では、第１光学フィルタ構成要素２２０を低角度シフトフィルタとすることができる。例えば、第１光学フィルタ構成要素２２０は、銀（Ag）系の光学コーティングを用いて製造された低角度シフトの帯域通過フィルタとすることができる。それに加えて、あるいはその代わりに、第１フィルタ構成要素２２０は、水素化シリコン（Si:H）を用いて製造された低角度シフトの帯域通過フィルタとすることができる。一部の実現では、本明細書中により詳細に説明するように、第１光学フィルタ構成要素２２０は、閾値よりも大きい入射角において閾値未満の角度シフトを有することができる。例えば、第１光学フィルタ構成要素２２０は、特定範囲の入射角で、２０％未満の角度シフト、１０％未満の角度シフト、５％未満の角度シフト、１％未満の角度シフト、等を有することができる。この場合、特定範囲の入射角は、約０度～約６０度、約０度～約４５度、約０度～約３０度、等の範囲とすることができる。

一部の実現では、第１光学フィルタ構成要素２２０が閾値未満の厚さを有することができる。例えば、第１光学フィルタ構成要素２２０は、約６００ナノメートル（nm）未満、約２０００nm未満、約５０００nm未満、等の厚さを有することができる。一部の実現では、第１光学フィルタ構成要素２２０が複数の層を有することができる。例えば、フォトリソグラフィーの手順を用いて複数の層を堆積させ、及び／またはパターン化して、第１光学フィルタ構成要素２２０を形成することができる。一部の実現では、光学フィルタ２００が特定のサイズを有することができる。例えば、光学フィルタは、約１０nm～５０００nmの厚さ、０．００１ミリメートル（mm）～１００mmの長さ、及び／または０．０１mm～１００mmの幅を有することができる。

一部の実現では、第２光学フィルタ構成要素２３０を高角度シフトフィルタとすることができる。例えば、第２光学フィルタ構成要素２３０は、短波長通過の高角度シフトフィルタとすることができる。一部の実現では、第２光学フィルタ構成要素２３０を、閾値未満の屈折率を有する材料で製造することができる。例えば、第２光学フィルタ構成要素２３０は、二酸化シリコン（SiO₂）系フィルタ、五酸化タンタル（Ta₂O₅）系フィルタ、等とすることができる。一部の実現では、第２光学フィルタ構成要素２３０が閾値の角度シフトを有することができる。例えば、第２光学フィルタ構成要素２３０は、特定範囲の入射角において、１％より大きい、５％より大きい、１０％より大きい、２０％より大きい、３０％より大きい、等の角度シフトを有することができる。この場合、特定範囲の入射角は、約０度～約９０度、約１０度～約６０度、約３０度～約４５度、等とすることができる。一部の実現では、特定範囲の入射角は、約３０度よりも大きく、約４５度よりも大きく、等とすることができる。

一部の実現では、第２光学フィルタ構成要素２３０が閾値未満の厚さを有することができる。例えば、第２光学フィルタ構成要素２３０は、約２５００ナノメートル（nm）未満、約３６００nm未満、約４０００nm未満、等の厚さを有することができる。一部の実現では、第２光学フィルタ構成要素２３０が複数の層を有することができる。例えば、フォトリソグラフィー手順等を用いて複数の層を堆積させ、及び／またはパターン化して、第２光学フィルタ構成要素２３０を形成することができる。

一部の実現では、第２光学フィルタ構成要素２３０が第１光学フィルタ構成要素とオーバーラップ（重複）することができる。例えば、第２光学フィルタ構成要素２３０と第１光学フィルタ構成要素２２０とが、およそ設定された入射の所でオーバーラップし、これにより光２４０の一部分が基板２１０を通過することを可能にすることができる。この場合、閾値未満の入射角を有する光（例えば、光線２４０－１～２４０－３）については、光が第１光学フィルタ構成要素２２０及び第２光学フィルタ構成要素２３０を通過することができる。一部の実現では、第２光学フィルタ構成要素２３０と第１光学フィルタ構成要素２２０とが部分的にオーバーラップすることができる。例えば、第２光学フィルタ構成要素２３０は、センサ素子アレイ内のセンサ素子の１つの部分集合と位置合わせされた第１光学フィルタ構成要素２２０の一部分をカバーすることができ、センサ素子アレイ内のセンサ素子の他の部分集合と位置合わせされた第１光学フィルタ構成要素の他の部分はカバーしないことができる。このようにして、光学フィルタ２００は、センサ素子アレイの一部分のみに指向された光の入射角を制限することができる。

一部の実現では、閾値よりも大きい割合の光が、第１光学フィルタ構成要素２２０及び第２光学フィルタ構成要素２３０を、閾値未満の入射角で通過することができる。例えば、第１光学フィルタ構成要素２２０及び第２光学フィルタ構成要素２３０は、約６０度未満、約４５度未満、約３０度未満、等の入射角を有する光に対して、約７５％よりも大きい透過率、約９０％よりも大きい透過率、約９５％よりも大きい透過率、約９９％よりも大きい透過率、約９９．９％よりも大きい透過率、約９９．９９％よりも大きい透過率、約９９．９９９％よりも大きい透過率、等を可能にすることができる。

これとは対照的に、閾値以上の入射角を有する光（例えば、光線２４０－５及び２４０－６）については、光が第１光学フィルタ構成要素２２０及び第２光学フィルタ構成要素２３０を通過することを阻止することができる。この場合、光は第１光学フィルタ構成要素２２０及び第２光学フィルタ構成要素によって反射することができる。一部の実現では、閾値以上の入射角において、閾値以下の割合の光を第１光学フィルタ構成要素２２０及び第２光学フィルタ構成要素２３０によって阻止することができる。例えば、第１光学フィルタ構成要素２２０及び第２光学フィルタ構成要素２３０は、約３０度以上、約４５度以上、約６０度以上、等の入射角を有する光に対して、約５０％以下の透過率、約２５％以下の透過率、約１０％以下の透過率、約５％以下の透過率、約１％以下の透過率、等を有することができる。この場合、光学フィルタ２００は、例えば約７５％、約９０％、約９５％、約９９％、約９９．９％、約９９．９９％、約９９．９９９％、等のような閾値の割合の光を阻止することができる。このようにして、高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素を含む複合光学フィルタの使用は、開口部の必要性をなくし、これにより光学装置における製造の複雑性の低減、コストの低減、パッケージサイズの低減、等を可能にすることができる。

一部の実現では、光学フィルタ２００が特定のスペクトル範囲を有することができ、この特定のスペクトル範囲では、光学フィルタ２００が、入射角の閾値を満足する第１範囲の入射角では透過性であり、入射角の閾値を満足しない第２範囲の入射角では透過性でない。例えば、光学フィルタ２００は、約６００ナノメートル（nm）～約１２００nm、約７００nm～約１１００nm、約８００nm～約１０００nmのスペクトル範囲を有することができる。それに加えて、あるいはその代わりに、光学フィルタ２００は、約１２００nm～約２０００nm、約１４００nm～約１８００nm、約１５００nm～約１７００nm、等のスペクトル範囲を有することができる。それに加えて、あるいはその代わりに、光学フィルタ２００は、約２００nm～約４０００nm、約１０００nm～約３０００nm、約１５００nm～約２５００nm、等のスペクトル範囲を有することができる。それに加えて、あるいはその代わりに、光学フィルタ２００は、可視光のスペクトル範囲、近赤外光のスペクトル範囲、紫外光のスペクトル範囲、それらの組合せ、等を有することができる。

一部の実現では、光学フィルタ２００が、ブロッカー（阻止フィルタ）、エッジフィルタ、バンドパスフィルタ、等のような１つ以上の他のフィルタを含むことができる。一部の実現では、光学フィルタ２００が、（例えば、第１フィルタ構成要素２２０及び／または第２フィルタ構成要素２３０を環境悪化から保護するための）保護カバーを含むことができる。一部の実現では、光学フィルタ２００が他の材料の１つ以上の層を含むことができる。例えば、光学フィルタ２００は、例えば第１光学フィルタ構成要素２２０または第２光学フィルタ構成要素２３０用に、シリコン（Si）系材料、水素化シリコン（Si:H）系材料、ゲルマニウム（Ge）系材料、水素化ゲルマニウム（Ge:H）系材料、シリコンゲルマニウム（SiGe）系材料、アルミニウム（Al）系材料、銀（Ag）系材料、二酸化シリコン（SiO₂）材料、酸化アルミニウム（Al₂O₃）材料、二酸化タンタル（TiO₂）材料、五酸化ニオビウム（Nb₂O₅）材料、五酸化タンタル（Ta₂O₅）材料、フッ化マグネシウム（MgF₂）材料、ニオビウム含有酸化チタニウム（NbTiOx）材料、ニオビウム含有五酸化タンタル（NbTa₂O₅）材料、酸化亜鉛（ZnO）材料、白金（Pt）材料、金（Au）材料、等を含むことができる。一部の実現では、光学フィルタ２００がコリメータを形成することができる。

図２Ｂに示すように、光学フィルタ２００’は、閾値以上の入射角を有する光が通過することを可能にすることができ、そして閾値未満の入射角を有する光を阻止することができる。例えば、光学フィルタ２００’は、基板２１０’上に堆積した第１光学フィルタ構成要素２２０’及び第２光学フィルタ構成要素２３０’を含むことができる。第１光学フィルタ構成要素２２０’は低角度シフトのフィルタとすることができ、第２光学フィルタ構成要素２３０’は高角度シフトのフィルタとすることができる。この場合、第１光学フィルタ構成要素２２０’及び第２光学フィルタ構成要素２３０’は、光学フィルタ２００’に指向される光の波長が、高角度の入射角（例えば、閾値以上の入射角）では光学フィルタ２００’を透過し、低角度の入射角（例えば、閾値未満の入射角）では反射するように構成することができる。このようにして、光学フィルタ２００’は、視野平坦化を可能にして、光学フィルタ２００’の法線方向に指向される光の強度を低減することができる。

以上に示したように、図２Ａ及び２Ｂは例として提供するに過ぎない。他の例が可能であり、図２Ａ及び２Ｂに関して説明したものと異なることができる。

図３Ａ～３Ｅは、本明細書中に記載する光学フィルタの特性の線図３００～３６０である。

図３Ａに線図３００及び３１０で示すように、波長に対する透過率は、高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素について、それぞれ０度の入射角及びｎ度の入射角において測定している。一部の実現では、低角度シフトの光学フィルタ構成要素を、図２Ａの第１光学フィルタ構成要素２２０に相当する長波長通過（ＬＷＰ：long wave pass）の光学フィルタ構成要素とすることができる。一部の実現では、高角度シフトの光学フィルタ構成要素を、図２Ａの第２光学フィルタ構成要素２３０に相当する短波長通過（ＳＷＰ：short wave pass）の光学フィルタ構成要素とすることができる。

一部の実現では、高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素を、設定された層の厚さ、設定された材料の種類、等に基づいて構成することができる。高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素を含む複合光学フィルタの透過率は、高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素のそれぞれの透過率の積である。例えば、図３Ａに関して説明する複合光学フィルタは、図２Ａの光学フィルタ２００に相当し得る。一部の実現では、入射角の変化が複合光学フィルタの透過率の変化を生じさせることができる。例えば、図に示すように、複合光学フィルタは、ｎ度の入射角（例えば、ｎは閾値の角度よりも大きい）において、０度の入射角に比べて低減された透過率を有することができる。

図３Ｂに線図３２０及び３３０で示すように、波長に対する透過率は、高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素について、それぞれ０度の入射角及びｎ度の入射角において測定している。図に示すように、異なる通過帯域を用いて複合光学フィルタを製造して、異なる入射角における光の阻止（ブロッキング）を行う。例えば、この場合、低角度シフトの光学フィルタ構成要素は、図３Ａの低角度シフトの光学フィルタ構成要素の通過帯域とは異なる通過帯域を有する。

図３Ｃに線図３４０で示すように、図３Ａの複合光学フィルタ及び／または図３Ｂの複合光学フィルタ３Ｂを通過する光の強度を、入射角（θ_AoI）に対して測定している。例えば、線図３００及び３２０中に示す設定入射角では、それぞれの複合光学フィルタを通過する光の強度を最大に（例えば、最大透過率に）することができ、そして線図３１０及び３３０に示すように、閾値よりも大きい入射角では、光の強度を閾値未満にすることができる。このようにして、複合光学フィルタは、閾値よりも大きい入射角を有する光を阻止する。

図３Ｄに線図３５０及び３６０で示すように、波長に対する透過率は、高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素について、それぞれ０度の入射角及びｎ度の入射角（例えば、ｎは閾値の角度よりも大きい）で測定している。一部の実現では、低角度シフトの光学フィルタ構成要素を、図２Ｂの第１光学フィルタ構成要素２２０’に相当する長波長通過の光学フィルタ構成要素とすることができる。一部の実現では、高角度シフトの光学フィルタ構成要素を、図２Ｂの第２光学フィルタ構成要素２３０’に相当する短波長通過の光学フィルタ構成要素とすることができる。一部の実現では、高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素を、設定されたフィルタの厚さ、設定された材料の種類、等に基づいて構成することができる。高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素を含む複合光学フィルタの透過率は、高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素のそれぞれの透過率の積とすることができる。例えば、図３Ｄに関して説明する複合光学フィルタは、図２Ｂの光学フィルタ２００’に相当し得る。この場合、０度からｎ度までの角度シフトは、それぞれの光学フィルタ構成要素の設定に基づく複合光学フィルタの透過率の増加を生じさせる。

図３Ｅに線図３７０で示すように、波長に対する透過率は、高角度シフトの光学フィルタ構成要素及び低角度シフトの光学フィルタ構成要素について、異なる入射角で測定している。この場合、複合光学フィルタは、入射角ｎにおいて、高角度シフトの光学フィルタ構成要素の透過率がシフトして低角度シフトの光学フィルタ構成要素の透過率とオーバーラップすることに基づき、閾値よりも大きい透過率を有する。これとは対照的に、設定入射角では、複合光学フィルタを通過する光の強度を最小（例えば、最小の透過率）にすることができる。このようにして、複合光学フィルタは閾値以下の入射角を有する光を阻止する。

以上に示したように、図３Ａ～３Ｅは一例として提供するに過ぎない。他の例が可能であり、図３Ａ～３Ｅに関して説明したものと異なることができる。

このようにして、低角度シフトの光学フィルタ（構成要素）及び高角度シフトの光学フィルタ（構成要素）を含む（複合）光学フィルタは入射角制限を可能にする。例えば、光学フィルタは、設定入射角では閾値割合の光が光学フィルタを通過することを可能にすることができ、閾値の入射角では閾値割合の光を阻止することができる。このようにして、この光学フィルタは、開口部を光学装置に光学的に結合する必要性をなくし、これにより光学装置のコスト、複雑性、及び／またはサイズを低減する。

以上の開示は図示及び説明を提供するが、網羅的であること、あるいは実現を開示した形態そのものに限定することは意図していない。以上の開示を考慮すれば、変更及び変形が可能であり、あるいは実現の実施により獲得することができる。

本明細書中では、一部の実現を閾値に関連して記載している。本明細書中で用いる、閾値を満足するとは、閾値よりも大きい値、閾値よりも多数の値、閾値よりも高い値、閾値以上の値、閾値よりも小さい値、閾値よりも少数の値、閾値よりも低い値、閾値以下の値、閾値に等しい値、等を参照することができる。

特徴の特定の組合せを、特許請求の範囲に記載し、及び／または明細書中に開示しているが、これらの組合せは可能な実現の開示を限定することは意図していない。実際に、これらの特徴の多数は、特許請求の範囲に具体的に記載していない、及び／または明細書中に具体的に開示していない方法で組み合わせることができる。以下に挙げる各従属請求項は１つの請求項にしか従属しないことがあるが、可能な実現の開示は、各従属請求項を特許請求の範囲中の他のあらゆる請求項と組み合わせたものを含む。

本明細書中に用いるどの要素、動作、または命令も、そのように明示的に記載しない限り、重要または不可欠なものとして考えるべきでない。また、本明細書中に用いる「ある（１つの）」等は、１つ以上のアイテムを含むことを意図し、「１つ以上の」と互換的に用いることができる。さらに、本明細書中に用いる「集合」は、１つ以上のアイテム（例えば、関係するアイテム、無関係なアイテム、及び関係するアイテムと無関係なアイテムとの組合せ）を含むことを意図しており、そして「１つ以上の」と互換的に用いることができる。１つだけのアイテムを意図している場合、「１つの」または同様な文言を用いている。また、本明細書中に用いる「有する」、「有している」、等は、上限のない用語であることを意図している。さらに、「基づく」は、明示的断りのない限り「少なくとも部分的に基づく」ことを意味することを意図している。

本発明の態様は次の通りである。
態様１．
基板と、
この基板上に配置された第１光学フィルタ構成要素であって、第１の角度シフトを有する第１光学フィルタ構成要素と、
第１光学フィルタ構成要素上に配置された第２光学フィルタ構成要素であって、第１の角度シフトとは異なる第２の角度シフトを有する第２光学フィルタ構成要素とを具えた複合光学フィルタにおいて、
第１範囲の入射角の光を透過させるように構成され、かつ第１範囲の入射角とは異なる第２範囲の入射角の光を阻止するように構成されている複合光学フィルタ。

態様２．
第１範囲の入射角が約０度～約３０度である、態様１の複合光学フィルタ。

態様３．
第１範囲の入射角が約０度～約４５度である、態様１の光学フィルタ。

態様４．
第２範囲の入射角が約３０度よりも大きい、態様１の複合光学フィルタ。

態様５．
第２範囲の入射角が約４５度よりも大きい、態様１の複合光学フィルタ。

態様６．
第２範囲の入射角が約０度～約３０度であり、第１範囲の入射角が約３０度よりも大きい、態様１の複合光学フィルタ。

態様７．
上記複合光学フィルタが、第１範囲の入射角の光のうち閾値の割合よりも大きい割合の光を透過させ、
この閾値の割合は：
約７５％、
約９０％、
約９５％、
約９９％、
約９９．９％、
約９９．９９％、または
約９９．９９９％、
のうちの少なくとも１つである、態様１の複合光学フィルタ。

態様８．
上記複合光学フィルタが、第２範囲の入射角の光のうち閾値の割合の光を阻止するように構成され、
この閾値の割合は：
約７５％、
約９０％、
約９５％、
約９９％、
約９９．９％、
約９９．９９％、または
約９９．９９９％、
のうちの少なくとも１つである、態様１の複合光学フィルタ。

態様９．
上記複合光学フィルタが、特定のスペクトル範囲を有する第１範囲の入射角の光を透過させるように構成され、かつこの特定のスペクトル範囲を有する第２範囲の入射角の光を阻止するように構成されている、態様１の複合光学フィルタ。

態様１０．
上記特定のスペクトル範囲が：
約６００ナノメートル（nm）～約１２００nm、
約７００nm～約１１００nm、または
約８００nm～約１０００nm、
のうちの少なくとも１つである、態様９の複合光学フィルタ。

態様１１．
上記特定のスペクトル範囲が：
約１２００ナノメートル（nm）～約２０００nm、
約１４００nm～約１８００nm、または
約１５００nm～約１７００nm、
のうちの少なくとも１つである、態様９の複合光学フィルタ。

態様１２．
上記特定のスペクトル範囲が：
約２００ナノメートル（nm）～約４０００nm、
約１０００nm～約３０００nm、または
約１５００nm～約２５００nm
のうちの少なくとも１つである、態様９の複合光学フィルタ。

態様１３．
入力光信号をフィルタ処理して、フィルタ処理した入力光信号を提供するように構成された複数の光学フィルタ構成要素を含む光学フィルタと、
上記フィルタ処理した入力光信号を受光して出力電気信号を提供するように構成された光センサと
を具えた光学系であって、
これら複数の光学フィルタ構成要素は、入力光信号のうち入射角の閾値を満足しない第１部分を阻止し、かつ入力光信号のうち入射角の閾値を満足する第２部分を通過させるように構成されている光学系。

態様１４．
上記光学フィルタの最大透過率が、上記光学フィルタの最小透過率を与える入射角よりも小さい入射角で生じる、態様１３の光学系。

態様１５．
上記複数の光学フィルタ構成要素のうちのある光学フィルタ構成要素が長波長通過（ＬＷＰ）光学フィルタである、態様１３の光学系。

態様１６．
上記複数の光学フィルタ構成要素のうちのある光学フィルタ構成要素が短波長通過（ＳＷＰ）光学フィルタである、態様１３の光学系。

態様１７．
第１の角度シフト及び第１通過帯域を有する第１フィルタ構成要素と、
第２の角度シフト及び第２通過帯域を有する第２フィルタ構成要素とを具えたフィルタであって、
第１の角度シフト、第１通過帯域、第２の角度シフト、及び第２通過帯域は、このフィルタが、あるスペクトル範囲を有する第１入射角の光を透過させ、このスペクトル範囲を有する第２入射角の光を反射するような値に設定されているフィルタ。

態様１８．
上記第１入射角は約３０度未満であり、上記第２入射角は約３０度以上である、態様１７のフィルタ。

態様１９．
上記第１フィルタ構成要素または上記第２フィルタ構成要素の少なくとも１つの層が：
シリコン（Si）系材料、
水素化シリコン系材料、
ゲルマニウム（Ge）系材料、
水素化ゲルマニウム系材料、
アルミニウム（Al）系材料、
銀（Ag）系材料、
二酸化シリコン（SiO₂）材料、
酸化アルミニウム（Al₂O₃）材料、
二酸化チタニウム（TiO₂）材料、
ニオニウム含有酸化チタニウム（NbTiOx）材料、
ニオビウム含有五酸化タンタル（NbTa₂O₅）材料、
酸化亜鉛（ZnO）材料、
白金（Pt）系材料、
金（Au）系材料、
シリコンゲルマニウム（SiGe）材料、
五酸化ニオビウム（Nb₂O₅）材料、
五酸化タンタル（Ta₂O₅）材料、または
フッ化マグネシウム（MgF₂）材料
のうちの１つである、態様１７のフィルタ。

態様２０．
上記フィルタがコリメータである、態様１７のフィルタ。

Claims (20)

1. 基板と、
   前記基板上に配置された第１光学フィルタ構成要素と、
   前記第１光学フィルタ構成要素上に配置された第２光学フィルタ構成要素とを具えた複合光学フィルタであって、
   前記第１光学フィルタ構成要素は、水素化シリコン（Si:H）を用いて製造された低角度シフトの帯域通過フィルタであり、第１の角度シフトを有し、該第１の角度シフトは、前記低角度シフトの帯域通過フィルタの通過帯域が、前記低角度シフトの帯域通過フィルタに入射する光の入射角と設定入射角との差に応じて、当該光の波長に対してシフトするシフト量であり、
   前記第２光学フィルタ構成要素は、前記第１の角度シフトとは異なる第２の角度シフトを有し、該第２の角度シフトは、前記第２光学フィルタ構成要素の通過帯域が、前記第２光学フィルタ構成要素に入射する光の入射角と前記設定入射角との差に応じて、当該光の波長に対してシフトするシフト量であり、
   前記低角度シフトの帯域通過フィルタは、特定範囲の入射角で２０％未満の前記第１の角度シフトを有し、
   前記特定範囲の入射角は、０度～６０度の範囲である複合光学フィルタにおいて、
   第１範囲の入射角の光を透過させるように構成され、かつ該第１範囲の入射角とは異なる第２範囲の入射角の光を阻止するように構成されている複合光学フィルタ。
2. 前記第１範囲の入射角が０度～３０度である、請求項１に記載の複合光学フィルタ。
3. 前記第１範囲の入射角が０度～４５度である、請求項１に記載の複合光学フィルタ。
4. 前記第２範囲の入射角が３０度よりも大きい、請求項１に記載の複合光学フィルタ。
5. 前記第２範囲の入射角が４５度よりも大きい、請求項１に記載の複合光学フィルタ。
6. 前記第２範囲の入射角が０度～３０度であり、前記第１範囲の入射角が３０度よりも大きい、請求項１に記載の複合光学フィルタ。
7. 前記複合光学フィルタが、前記第１範囲の入射角の光のうち閾値の割合よりも大きい割合の光を透過させ、
   前記閾値の割合は、
   ７５％、
   ９０％、
   ９５％、
   ９９％、
   ９９．９％、
   ９９．９９％、または
   ９９．９９９％
   である、請求項１に記載の複合光学フィルタ。
8. 前記複合光学フィルタが、前記第２範囲の入射角の光のうち閾値の割合の光を阻止するように構成され、
   前記閾値の割合は、
   ７５％、
   ９０％、
   ９５％、
   ９９％、
   ９９．９％、
   ９９．９９％、または
   ９９．９９９％
   である、請求項１に記載の複合光学フィルタ。
9. 前記複合光学フィルタが、特定のスペクトル範囲を有する前記第１範囲の入射角の光を透過させるように構成され、かつ該特定のスペクトル範囲を有する前記第２範囲の入射角の光を阻止するように構成されている、請求項１に記載の複合光学フィルタ。
10. 前記特定のスペクトル範囲が、
    ６００ナノメートル（nm）～１２００nm、
    ７００nm～１１００nm、または
    ８００nm～１０００nm、
    である、請求項９に記載の複合光学フィルタ。
11. 前記特定のスペクトル範囲が、
    １２００ナノメートル（nm）～２０００nm、
    １４００nm～１８００nm、または
    １５００nm～１７００nm、
    である、請求項９に記載の複合光学フィルタ。
12. 前記特定のスペクトル範囲が、
    ２００ナノメートル（nm）～４０００nm、
    １０００nm～３０００nm、または
    １５００nm～２５００nm、
    である、請求項９に記載の複合光学フィルタ。
13. 入力光信号をフィルタ処理して、フィルタ処理した入力光信号を提供するように構成された複数の光学フィルタ構成要素を含む光学フィルタと、
    前記フィルタ処理した入力光信号を受光して出力電気信号を提供するように構成された光センサと
    を具えた光学系であって、
    前記複数の光学フィルタ構成要素は、前記入力光信号のうち入射角の閾値を満足しない第１部分を阻止し、かつ前記入力光信号のうち前記入射角の閾値を満足する第２部分を通過させるように構成され、
    前記複数の光学フィルタ構成要素は、水素化シリコン（Si:H）を用いて製造された低角度シフトのフィルタを含み、
    前記低角度シフトのフィルタは、特定範囲の入射角で２０％未満の角度シフトを有し、該角度シフトは、前記低角度シフトのフィルタの通過帯域が、前記低角度シフトのフィルタに入射する光の入射角と設定入射角との差に応じて、当該光の波長に対してシフトするシフト量であり、
    前記特定範囲の入射角は、０度～６０度の範囲である光学系。
14. 前記光学フィルタの最大透過率が、前記光学フィルタの最小透過率を与える入射角よりも小さい入射角で生じる、請求項１３に記載の光学系。
15. 前記低角度シフトのフィルタが長波長通過（ＬＷＰ）光学フィルタである、請求項１３に記載の光学系。
16. 前記複数の光学フィルタ構成要素が短波長通過（ＳＷＰ）光学フィルタをさらに含む、請求項１３に記載の光学系。
17. 第１フィルタ構成要素と、
    第２フィルタ構成要素とを具えたフィルタであって、
    前記第１フィルタ構成要素は、水素化シリコン（Si:H）を用いて製造された低角度シフトのフィルタであり、第１の角度シフト及び第１通過帯域を有し、該第１の角度シフトは、前記第１通過帯域が、前記低角度シフトのフィルタに入射する光の入射角と設定入射角との差に応じて、当該光の波長に対してシフトするシフト量であり、
    前記第２フィルタ構成要素は、第２の角度シフト及び第２通過帯域を有し、該第２の角度シフトは、前記第２通過帯域が、前記第２フィルタ構成要素に入射する光の入射角と前記設定入射角との差に応じて、当該光の波長に対してシフトするシフト量であり、
    前記低角度シフトのフィルタは、特定範囲の入射角で２０％未満の角度シフトを有し、
    前記特定範囲の入射角は、０度～６０度の範囲であり、
    前記第１の角度シフト、前記第１通過帯域、前記第２の角度シフト、及び前記第２通過帯域は、前記フィルタが、特定のスペクトル範囲を有する第１入射角の光を透過させ、該特定のスペクトル範囲を有する第２入射角の光を反射するような値に設定されているフィルタ。
18. 前記第１入射角は３０度未満であり、前記第２入射角は３０度以上である、請求項１７に記載のフィルタ。
19. 前記第２フィルタ構成要素の少なくとも１つの層が、五酸化タンタル（Ta₂O₅）材料である、請求項１７に記載のフィルタ。
20. 前記フィルタがコリメータである、請求項１７に記載のフィルタ。

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