專利名稱：白晝探測器系統(tǒng)及其所使用的濾色片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有產生一種所需的光譜響應的濾色片的探測器系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及具有基本上與人類眼睛的光譜響應度匹配的探測器系統(tǒng)及其所用的濾色片。
背景技術：
在攝影及有關的領域中已經長期使用電子探測器來提供場景或客體的亮度測量。為了這種測量能至少粗略地代表象由人類眼睛所覺察到的亮度，已經使用了諸如硫化鎘的光電池。這些探測器具有的光譜響應度使其峰值處于可見光范圍，且至少粗略地近似于人類眼睛的響應度，不過，這種探測器具有的特性，在許多應用中使它們比理想的特性要少。
近來，已經利用與其它探測器組合起來的光學濾色片以提供與人類眼睛較為接近的響應。
在美國專利3,996,461(sulzbach等人)的一種方法中，把多層薄膜光學濾色片直接沉積在硅光電二極管的探測表面上。每一次沉積一層多層濾色片的個別電介質層(到至少50片硅片上，每片包括約300個探測器)直到建立一干涉堆疊為止。這多層濾色片被設計成減少到達光電二極管的作為波長函數的光，使得這探測器系統(tǒng)(帶有多層濾色片的光電二極管)具有接近于人類眼睛響應的光譜響應。因為硅光電二極管它本身在可見光區(qū)域中具有偏重于向紅光的光頻響應，但它又很好地進入紅外區(qū)域繼續(xù)增加，這多層濾色片在紅外區(qū)和可見光區(qū)中都減少了光的透射以給出所要的系統(tǒng)響應。
在另一方法中，含銅離子的以磷酸鹽玻璃為基的濾色片作為用于探測器的濾色片。這些系統(tǒng)的一個缺點是磷酸鹽玻璃抗潮性不良。另一缺點是不僅這玻璃有相對大的比重，而且在玻璃的制模，切割，和拋光操作的工藝中是不方便的和/或困難的。玻璃濾色片也往往是十分厚且重，而這對許多應用是不希望的。
在其它方法中，使用以合成樹脂為基的濾色片來替代以玻璃為基的濾色片。例如，日本專利公告JP06-118,228和JP06-345,877揭示了一種由從含有特殊結構的磷酸族的單聚物和能與它被共聚合的單聚物的混合物共聚合的共聚體構成的合成樹脂制成的光學濾色片，這濾色片也包含主要由銅鹽組成的金屬鹽。包含單聚物的磷化物具有磷酸酯的鍵。這磷酸族造成多聚體具有差的耐老化性。結果是，如果把這種光學濾色片曝露于高溫和高濕度下，有關變白(混濁度)和損失透明度(蔽光性)的問題開始擴大。
也曾經提出過其它以樹脂為基的濾色片。日本專利公告2000-98130和2000-252482揭示了一種濾色片，它通過用具有特殊設計的化學結構的多聚體來改性耐用性。遺憾的是，這種濾色片在近紅外區(qū)和紫外區(qū)具有差的光吸收。所以采用這種濾色片的探測器系統(tǒng)，對人類眼睛覺察不到的光是靈敏的。
所以對能模擬人類眼睛響應的另外可替換的探測器系統(tǒng)存在著連續(xù)不斷的需要，尤其是，對具有良好的帶外抑制(即，在近紅外和紫外波長中的可忽略的響應)，對在可見光中所要響應的良好匹配，以及良好的耐老化性能的系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明申請揭示一種在探測器前面設置濾色片的探測器系統(tǒng)，它以濾色片/探測器組合系統(tǒng)的方式，有選擇地透射光，幾乎相等地與人類眼睛響應相匹配。該濾色片包括干涉元件和吸收元件。較佳的是，該吸收元件是具有一種或多種特制的顏料或其它染料分布于其中的多聚體薄膜。這干涉元件較佳的也是多聚體的，在某些實施中是共擠壓的多聚體多層薄膜。這干涉元件在正常入射時，在可見光范圍中提供高的平均透射(至少約50％，更佳的是至少約70％)，而在延伸進近紅外范圍中的整個反射帶時則是低透射(少于約5％，更佳的是少于約2％或1％)。該干涉元件的反射帶延伸到紅外的足夠遠處的保證探測器系統(tǒng)對近紅外光的靈敏度可以忽略。該吸收元件具有一種或多種在可見光中提供非均勻透射的選擇過的染料，較佳的是，當與干涉元件組合時，在光譜的可見光部分中具有適于為探測器系統(tǒng)提供具有接近人類眼睛響應的探測器系統(tǒng)的鈴形特性。
該濾色片被制作成可供諸如哇光電二極管的半導體光電二極管之用。揭示了各種濾色片結構，包括涂敷于多聚物的干涉元件，或涂敷于探測器表面的吸收薄膜。也可用合適的粘合層把吸收元件粘合到干涉元件，或結合到干涉元件的一層或多層個別的薄層上。在某些實施例中，濾色片可跨越濾色組件的第一小孔延伸，而濾色片組件可包括于安裝探測器組件的第二小孔。這個積木化設計相對于系統(tǒng)具有某些優(yōu)點，在這系統(tǒng)中濾色片元件全被涂敷在探測器的表面。這系統(tǒng)可包括附加的諸如光的散射層的光學元件以減少對角度的相關性。
附圖簡述對附圖進行說明書的參考，在附圖中相同的參考數字表示相同的元件，其中

圖1是探測器系統(tǒng)的透視圖；圖2是用于控測器系統(tǒng)的濾色片組件的橫截面圖，在該圖中示出該探測器全部被嚙合，且在局部的剖面圖中；圖2a和2b是類似于圖2的橫截面結構，但是屬于另一替換的濾色片組件；圖3是相對光譜透射圖，即探測器系統(tǒng)各種部件的響應圖；以及圖4和圖5是透射百分數對波長的關系曲線圖。
具體實施例方式
下面描述的諸部分是關于可把探測器系統(tǒng)制作到接近所需的光譜響應到怎樣的程度。為了這個應用的目的，下面的品質因數“FM”(表示為百分比)是用來定量探測器系統(tǒng)的歸一化光譜響應D(λ)接近所需的即目標光譜響應T(λ)到怎樣的程度FM=Σλ=380780|D(λ)-T(λ)|ΔλΣλ=380780T(λ)Δλ]]>(方程1)其中加號是在波長增量Δλ＝5nm的81個間隔上進行的。這與日本工業(yè)標準JIS-C-1609(1993)是一致的。為了這個應用的目的，如果品質因數FM小于25％就認為探測器系統(tǒng)響應D(λ)接近于目標函數T(λ)，更佳的是小于約20％。除非另有指出，品質因數是對光垂直入射到探測器系統(tǒng)上時計算的。
在重要的感興趣的情況中，目標響應度T(λ)是人類眼睛的標準白晝響應V(λ)。也稱為光譜發(fā)光效率函數的白晝響應V(λ)是在360-830nm范圍內定義的一個鈴形函數，且在555nm處有為1.0的極大值。在其它的情況中，這目標響應度可以是人類眼睛在低亮度水準時的響應，稱之為微光響應V1(λ)。這V1(λ)函數是在507nm處有為1.0的最大值的鈴形函數。V(λ)和V1(λ)這兩個函數都可在題為物理光測學基礎，CIE公告第18.2號(1983)的Commission International de L’Eclairage(CIE)公告中找到。
為了這個應用的目的，除非另有指出，術語“紫外”指的是波長約小于400nm的電磁輻射，術語“可見光”指的是波長范圍從約400到約700nm的電磁輻射，而術語“近紅外”指的是波長范圍從約700nm到約2500nm的電磁輻射。術語“探測器”指的是一種把電磁能量轉換成電信號的結構，不管是在最后的組裝形式或在構造的早期，包括半導體探測器的情況它具有在其內形成一個或多個有源結區(qū)的半導體晶片。合適的探測器示例包括，但并不限于，光電二極管和光電二極管陣列，和諸如CCD圖象傳感器和MOS圖象傳感器的固態(tài)相機元件。
圖1示出探測器系統(tǒng)100的實施例。該探測器系統(tǒng)包括濾色片組件110和探測器組件112。濾色片組件110包括具有至少兩個小孔116、118的濾色片外殼114。小孔116適于安裝濾色片元件120。在一種結構中，外殼114是用不透明的熱塑材料制成的，它是在濾色片材料的預先存在的狹條周圍被注入模鑄的。圖2以剖面視圖示出濾色片組件110，在圖中濾色片外殼114的下面部分標以114a，而濾色片外殼114的上面部分標以114b。把濾色片元件120夾在部分114a、114b之間。較佳的是，二、三、四或更多的濾色片外殼114被同時形成在沿濾色片材料狹條的直線上。在注入模鑄材料冷卻之后，可在相鄰外殼114的位置處，如在120a、120b的端部外切割這狹條，以得出各別的濾色片組件110?；蛘?，可把個別的濾色片材料預先切割好的片加到在事前已制作好的濾色片外殼114上。
小孔116可以是一種在濾色片外殼114上的實際開口，如在該圖中所示，或者它可以是一種光學孔徑，它把被探測器件112可探測到的光傳輸到探測器的有源區(qū)。這光學孔徑可以是在不透明的濾色片外殼上的一個窗口，或者濾色片外殼可完全用一種把透光率到探測器有源區(qū)的材料構筑成。
小孔118適用于安裝探測器組件112。在所示的實施例中，小孔118以濾色片外殼部分114a、114b這兩個部分為界。把小孔118定好尺寸和做好形狀以安裝探測器組件112，在圖1中示出是已被脫離開的。當把探測器組件全部插入由小孔118限定的空腔中時，探測器的有源區(qū)122基本上與小孔116對準，并位于濾色片元件120的后面。因此，沿垂直于那里的軸向小孔116傳播的光，在入射到探測器有源區(qū)122之前，經濾色片120而通過。探測器組件112可任選地包括一常規(guī)的窗口或覆蓋有源區(qū)122的透鏡元件。把一種諸如環(huán)氧樹脂的傳輸光的澆灌材料可在探測器組件的插入之前放進由小孔118限定的空腔內，使得當探測器組件112被全部插入時，這澆灌材料完全圍著探測器組件112并固定在濾色片組件110內的適當位置上。金屬線即導線124a、124b，響應照射到有源區(qū)122的光提供電信號。在半導體光電二極管的情況下，這信號是電流。對其它類型的探測器，該信號可以取諸如電阻變化或電位的其它格式，可在探測器組件112之內任意選擇安裝前置放大器電路系統(tǒng)。
如圖2所示，較佳的是，濾色片元件120是由兩個主要元件組成的相對薄的以多聚物為基的膜，這兩個元件是(1)反射干涉元件121a和(2)吸收元件121b。為了設計靈活和為了與重量輕尺寸小的一致性，較佳的是，這兩個元件的形式是薄膜的，或薄膜層壓制品，這在某些探測器應用中是重要的考慮事項。在這一點上，“薄膜”指的是其厚度一般不超過約0.25mm(千分之十英寸，即“密爾”)的延伸光學體。在某些例子中，可把薄膜附接到或涂敷到另一光學體，諸如具有適宜的反射或透射性質的堅實基底或另一種薄膜，不管薄膜是獨立式的或附著在其它的柔性薄層上，它在物理上也可以是柔性形式的。在此使用的術語“薄膜體”，不管由它本射或與其它部件組合，應指的是一層薄膜。
元件121a、121b都全部占著小孔116，并覆蓋或在探測器有源區(qū)122上延伸。也有可能不使用小孔或使用比探測器有源區(qū)小的小孔。在某些實施例中，元件121a、121b彼此可在空間共同延伸。在其它實施例中，可把吸收元件121b直接鍍覆在探測器122的有源區(qū)上，或混合到固定在探測器中應有位置的透射光的澆灌材料中，而干涉元件121a則覆蓋著小孔116。無論是否使用小孔，要把部件設置成使得基本上所有照射到探測器有源區(qū)的光經干涉元件和吸收元件而通過。
較佳的是，干涉元件121a一般是由幾十或幾百層交替的多聚物共擠壓而制成的多層多聚物薄膜(即薄膜體)，接著是經一個或多個多位模(multiplicationdie)而可任選地通過多層擠壓制品，然后拉伸或調整擠壓制品以形成最后的薄膜，最后得到的薄膜一般是由幾十或幾百層個別的微層(microlayer)所組成，把微層的厚度和折射率制作成能提供主要對付在光譜近紅外區(qū)的反射帶。較佳的是，相鄰的微層對沿X-軸偏振的光顯示出至少為0.05的折射率差(Δnx)，同樣，對沿Y-軸偏振的光也顯示出至少為0.05的折射率差(Δny)，而X-和Y-軸是相互垂直的并限定了薄膜121a的平面。較佳的是，鄰近的微層也對沿垂直于X-和Y-軸的Z-軸偏振的光顯示出折射率差(Δnz)，這微層被制作來獲得對斜入射光的P-偏振分量所需的反射性質。
為易于解釋下文，并于干涉薄膜任何感興趣的點，將把X-軸看成是在該薄膜的平面內，使得Δnx的大小是最大的。因此Δny的大小可以是等于或小于(但不大于)Δnx的大小。而且，在計算差值Δnx、Δny、Δnz中選擇哪個材料薄層開始是由要求Δnx是非負來決定的。換句話說，在形成交界面的兩薄層之間的折射率差是Δnj＝n1j-n2j，此處j＝x.y，或z，且此處薄層指標1，2是這樣來選擇的，使得n1x≥n2x，即Δnx≥0。
為維持在斜角時P-偏振光的高反射率，可控制在微層間Z-折射率的失配Δnz基本上小于最大的在平面上折射率Δnx，使得Δnz≤0.5*Δnx。更佳的是，Δnz≤0.25*Δnx。零或接近于零數值的Z-折射率可使我們在微層之間得到其對P-偏振光的折射率是常數或作為入射角的函數的接近常數的交界面。而且，可控制Z-折射率失配Δnz以與在平面上的折射率差Δnx相比具有相反的極性，即Δnz＜0。這個條件使我們得到其對P-偏振光的折射率隨入射角的增加而增加的交界面，好象是對S-偏振光的情形一樣。合適的多聚物干涉薄膜更多的詳情可在第5,882,774號美國專利(jonza等人)，和PCT公告WO 95/17303(Ouderkirk等人)和WO 99/39224(Ouderkirk等人)中找到。在一簡單的實施例中，微層可以有相當于1/4一波堆的厚度，即，安排在光學重復單元即單元組織中的各個主要由相同光學厚度(f-比＝50％)的兩層相鄰的微層構成，這種光學重復單元對通過其波長λ是光學重復單元的總厚度的兩倍的相長干涉光的反射是有效的。使用沿薄膜厚度軸(例如，Z-軸)的厚度梯度加寬反射帶來擴展在所需的短波長和長波長之間的帶邊緣，將在下面作描述。也可使用已制作的厚度梯度來使這種帶邊緣明顯，如在第6,157,490號美國專利(wheatley等人)所討論的。
也設想過其它的配置，諸如具有其f-比不同于50％的2層微層的光學重復單元的多層薄膜，或其光學重復單元主要由多于2層微層組成的薄膜。這些可供選擇的光學重復單元設計可減少或消除某些較高階的反射，即，在設計波長λ的一部分波長的反射。例如，采用由以高和低交錯的折射率、按相對的光學厚度為7∶1∶1∶7∶1∶1配置的六層微層主要構成的光學重復單元可消除二、三和四階的反射(分別為λ/2、λ/3、和λ/4)，如在第5,360,659號美國專利(Arends等人)中所討論的。采用主要由三種折射率分別為高、中和低的不同光學材料、H，M，L，按相對的光學厚度為2∶1∶2∶1依HMLM的次序來配置而構成的光學重復單元，也能消除二、三和四階反射，如在第5,103,337號美國專利(Schreuk等人)中所討論的。
在前面提到的簡單的1/4-波堆產生顯著的三階反射。因此，包括在λ＝1200nm或較大處具有一階反射的1/4波堆的干涉元件將在約λ/3＝400nm或較大處具有顯著的反射。
對某些應用，不論是為了增加總的反射率，還是增加在其上光被反射的帶寬希望把兩層或更多的多層薄膜組合起來。這種組合，例如，可通過用適宜的光學凈粘合劑把兩層或更多的多層光學薄膜層壓在一起而制成。
或者干涉元件121a可包括更多常規(guī)真空沉積的無機多層薄膜，它的微層(例如，TiO2用于高折射率微層，而SiO2則用于低折射率微層)的折射率是各向同性的。因為通?？色@得比用共擠壓多聚較大的層到層的在平面上的折射率差Δnx和Δny，所以，需要較少的微層來給出對垂直入射光(入射角＝0)的給定的折射率值。不過，通常不采用這種無機的多層薄膜，這是因為需要相當麻煩地真空沉積工藝(在這工藝中，各層必須分開敷設)，需要用堅實的高溫基底(通常是厚玻璃)，以及隨著入射角的增加，p-偏振光的折射率下降(且陪隨透射的增加)。
或者，干涉元件121a可包括一層膽甾相的(向列相的)液晶薄膜。這些薄膜由具有膽甾相序的多聚物材料層構成，此處膽甾相材料的分子螺旋線結構軸橫向地延伸到該薄層?？蛇@樣來制造這薄膜，使得螺旋線結構的間距沿薄膜的厚度有變化以提供薄膜在所需的波長范圍上有寬的反射帶?？砂延倚妥笮哪戠尴啾咏M合起來以反射入射光的兩個垂直偏振態(tài)—左旋和右旋圓偏振態(tài)。參考由第5,793,456號(Broer等人)和第6,181,395(Li等人)美國專利作出?；蛘撸缮嬖?21a可包括用金屬/無機氧化物堆疊支持的多聚物，諸如在第4,799,745號美國專利中(Meyer等人)所描述的，或由在第5,440,446號(shaw等人)，第5,725,909號(shaw等人)，第6,010,751號(shaw等人)，和第6,045,864號(lyons等人)美國專利中所描述的方法制備的交錯的多聚物無機氧化物堆疊。
不管選擇何種技術，要把干涉元件121a制作得在主要位于近紅外區(qū)中基本反射垂直入射光，并在大部分或基本上全部可見光波長范圍上透射垂直入射光。該干涉元件較佳的是，在可見光范圍內提供至少約50％的平均透射，更佳的是，至少約70％，而對通過延伸到近紅外區(qū)中的反射帶提供小于約5％的透射，更佳的是小于約2％或1％。對采用硅光電二極管的探測器系統(tǒng)，這5％，2％，和1％的透射較佳地限于覆蓋從約800nm到約1100nm或從約700nm到約1200nm的一個范圍。在許多情況下，干涉元件具有可忽略的吸收，使得在一給定的波長上，透射百分數加上反射百分數約為100％。
濾色片元件120的另一主要部件是吸收元件121b。為易于制造和設計靈活性，這較佳的也是一種以多聚物為基的薄膜即薄膜體。吸收元件121b包含一種或多種染料劑，它可包括在可見光波長上非均勻地吸收的顏料和染料。而且，已經發(fā)現合適的染料劑可為探測系統(tǒng)至少在可見光波長范圍上，提供與人類眼睛的感光性緊密匹配的有效響應度(例如，標準白晝可見響應V(λ))。例如，如果探測器組件112的光譜響應度是函數DET(λ)，和在垂直入射時的吸收元件121b的光譜透射是函數AF(λ)，然后，定義為DET(λ)的函數乘以AF(λ)乘以合適選定的歸一化常數將給出相對于白晝函數V(λ)，約為20％或更少的品質因數、FM(參見方程1)，更佳的是約為10％或更少。這樣來選定這歸一化常數，使得函數DET(λ)*AF(λ)的最大值等于1。
較佳的是，吸收元件121b包括分布在其內的綠色顏料。這顏料分布在形成薄膜的基質中，這基質材料對所設想的典型薄膜厚度在可見光波長上基本上是透明的。由于綠色在人類視覺中是占優(yōu)勢的，所以，綠色顏料對人類眼睛的光譜響應提供了第一近似。不過，注意到探測器系統(tǒng)的光譜響應在整個可見光范圍改變到這種程度，即吸收元件112b的理想透射特性將被扭曲來作補償以便產生與人類響匹配的探測器系統(tǒng)。有用的綠色顏料的例子包括綠色顏料(可從諸如Toyo Ganryon Kogyou，Japan的許多公司買到的一種氧化鉻(III)粉末)(在本文稱之為“PG-18”)，孔雀石湖綠(一種以銅基材料，可從Sansui ShiksoLtd；Japan購到) (在本文稱之為“PG-4”)，酞菁綠(一種可從BASF Ltd.買到的有機材料)(在本文稱之為“PG-7”)，以及酞菁綠6Y(一種可從ClariantInternational Ltd，Switzerland買到的有機材料) (在本文稱之為“PG-36”)。在這些顏料中間，酞菁綠和酞菁綠6Y是較佳的，因為它們能夠保證一個高的峰值透光率，并也能獲得接近人類眼睛響應的匹配。一種類型的酞菁綠6Y是以商業(yè)名稱Hostaperm綠色8G由Clariant International Ltd銷售?？砂堰@綠色顏料揉捏到基質材料或樹脂先質中，并澆鑄，擠壓，或形成薄膜或其它薄層。應控制綠色顏料在基質中的濃度和薄膜的厚度以獲得所需的光譜吸收特性?；蛘?，可把這綠色顏料分布在含有粘合劑成分的溶劑中，并涂在預先形成的基底上來形成吸收元件121b，或可把這吸收元件121b直接鍍在干涉元件121a上鍍在源區(qū)122中的探測器表面上，或涂在覆蓋有源區(qū)122的窗口或透鏡元件上。對某些應用，可把這綠色顏料分布到諸如圍繞在探測器組件112的環(huán)氧樹脂的透射光的澆灌材料中，或者如果采用透明的熱塑材料來形成濾色片外殼114的話，則可把這綠色顏料在注入澆鑄之前分布到濾色片外殼材料中。
這綠色顏料在使探測器系統(tǒng)匹配目標響應能接近到何種程度方面，單一的綠色顏料是受到限制的。申請人已發(fā)現，在探測器系統(tǒng)的光路中包括黃色顏料對改善探測器系統(tǒng)使能愈加緊密地匹配目標響應也是較佳的。較佳的是，把這黃色顏色在吸收元件121b中和綠色顏料混和起來。有機和無機顏料都可采用，但是，由于有機顏料高的峰值透光率和可獲得對目標響應的緊密匹配，所以它們是較佳的。這黃色顏料可包括至少兩類黃色的混合物，一類是波長相對長(“帶紅色的”)的黃色，和一類是波長相對矩(“帶蘭色的”)的黃色，將在下面作較為詳細的描述。
適宜的有機黃色顏料的例子包括乙酰醋酸苯胺單偶氮顏料，諸如，Hansa黃色G(C.I.NO.顏料黃-1，在本文縮寫為PY-1)，Hans黃色10G(C.I.No.PY-3)，Hansa黃色RN(C.I.NO.PY-65)，Hansa艷黃5GX(C.I.NO.PY-74)，Hansa艷黃10GX(C.I.NO.PY-98)，不變色黃FGL(PY-97)，Simura Lake不褪色黃6G(PY-133)，Lionol黃K-2R(PY-169)；乙酰醋酸苯胺二偶氮顏料，諸如二偶氮黃G(PY-12)，二偶氮黃GR(PY-13)，二偶氮黃5G(PY-14)，二偶氮黃8G(PY-17)，二偶氮黃R(PY-55)，不變色黃HR(PY-83)；偶氮濃縮顏料，諸如，彩色酞(Chromophthal)黃3G(PY-93)，彩色酞黃6G(PY-94)，苯并咪唑酮單偶氮顏料；諸如Hostaperm黃H3G(PY-154)，Hostaperm黃H4G(PY-151)，Hostaperm黃H2G(PY-120)，Hostaperm黃H6G(PY-175)，Hostaperm黃HLR(PY-156)；異吲哚酮(isoindolinone)顏料，諸如Irgazin黃3RLTN(PY-110)，Irgazin黃2RLT，Irgazin黃2GLT(PY-109)，Fostogen超級黃GROH(PY-137)，Fastogen超級黃GRO(PY-110)，Sandrin黃6GL(PY-173)；以及其它顏料，例如，靛蒽醌顏料，諸如，Flavantrone(PY-24)，蒽亞胺(Anthramyrimidine)(PY-106)，鄰苯二甲酰酰胺型蒽醌(PY-123)，Heliofast黃E3R(PY-99)，金屬絡合物顏料，諸如，偶氮鎳絡合物顏料(PY-150)，亞硝基鎳絡合物顏料(PY-153)，偶氮次甲基銅絡合物顏料(PY-117)；喹啉并酞酮(phthalone)顏料，諸如，苯鄰二甲酰亞胺喹啉并酞酮(PY-138)，Palitol黃D1819(PY-139)；異二氫吲哚顏料，例如，Paliotol黃D1155(PY-185)；以及苯并咪唑酮顏料，例如，Toner黃HGTRAN(PY-180)。在這些顏料之間，較佳的是PY-150，PY-138，PY-139，PY-185，PY-180和PY-110，這是由于采用這些顏料以獲得與光譜發(fā)光效率較接近的一致性是可能的，且另外，這些顏具有高的耐老化性。為了添加的柔性，不論把不同的染料劑在單層中混合起來，或把們設置在光路中任何地方的各別層可把多種不同的染料劑組合起來以形成這吸收元件更緊密地與目標函數匹配。例如，至少可把兩種不同的黃色顏料組合起來。黃色顏料通常對在約400-450nm之間的蘭光具有高的吸收(透射百分數小于約10％)，對在約550-700nm之間的波長具有低的吸收(透射百分數大于約90％)。一個速變的渡越區(qū)把這兩個區(qū)域分開，而這渡越區(qū)在波長上，各種黃色顏色是不同的。例如，黃色顏色PY-139是一種帶紅色的黃色，且在約520nm處具有速變的渡越區(qū)，而PY-180則在約490nm處具有速變的渡越區(qū)。
適用于形成元件121b的基質材料包括，例如，聚酯，諸如聚對苯二酸乙二酯(PET)，以及具有良好的熱穩(wěn)定性的塑料，諸如，聚丙烯，玻璃紙，聚碳酸酯，乙酸纖維素，三乙酰纖維素，聚乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯醇，含氟樹脂，氯化橡膠，和離聚物。基底的厚度取決于材料，以能獲得適宜的強度和透光率，但一般是在，例如，10到200μm。
為了形成元件121b，可采用能交叉連接的樹脂合成劑，具體地說，包括用電子束可固化的產品或用UV(紫外)可固化具有不飽和鍵的單聚物和劑聚物的產品，以及用反應可固化的在帶有聚異氰酸酯或縮水甘油基化合物的樹脂中具有可反應固化的熱塑產品。當在樹脂中含有反應基的上述熱塑樹脂時，可采用在本技術領域熟知的樹脂，例如，包括聚酯樹脂，聚丙烯酸酯，聚丙烯酸，苯乙烯樹脂，聚酯酸乙烯酯樹脂，聚氨酯樹脂，苯乙烯-丙烯酸酯樹脂，聚丙烯酸酯樹脂，聚丙烯酰胺樹脂，聚酰胺樹脂，聚醚樹脂，聚苯乙烯樹脂，聚乙烯樹脂，聚烯烴樹脂；乙烯基樹脂，諸如，聚氯乙烯樹脂和聚乙烯醇樹脂；纖維素樹脂，諸如，纖維素樹脂，羥基乙基纖維素樹脂和乙酸纖維素樹脂；聚乙烯乙酰樹脂，諸如，聚乙烯乙?；铱s醛樹脂和聚乙烯丁縮醛樹脂，用硅酮改性的樹脂和長鏈用烷基改性的樹脂。特別推薦的是聚丙烯酸酯樹脂和聚丙烯酸苯乙烯樹脂。
用于這種粘結劑樹脂的固定(即，固化)方法并不受到特別的限制，可包括加熱和用離子輻照來照射。已經按常規(guī)已知的各種異氰酸酯固定試劑，在它們之間，采用芳香族異氰酸酯的加合物形式是較佳的，包括，在市場中能買到的產品中的TAKENATE(由Takeka Chemical Industries，Ltd制造)，BURNOCK(由Dainippon Ink and Chemical，Inc.制造)，Koronate(由Nippon PolyureThane Industry Co.，制造)，以及Dismodule(由Bayer Co.，制造)。正如異氰酸酯固定試劑的情況一樣，已經按常規(guī)已知的各種環(huán)氧樹脂固定試劑，包括，作為在市場上能買到的產品，雙榍A型環(huán)氧樹脂，諸如，EPIKOTE828(由YUKA ShellEpoxy，Co.，制造)；和酚醛清漆樹脂，諸如，EPIKOTE 180S80(由YUKA ShellEpoxy，Co.，制造)，和索氏體樹脂，諸如，Denacol EX-614(由Nagase Chem Tex，Co.，制造)。在相對于上面所用的粘結劑樹脂按重量100份來說，聚異氰酸酯和環(huán)氧樹脂所添加的量，較佳的是，按重量的5到100份的范圍內，更佳的是，按重量的20到80份的范圍內。當添加劑的量太小時，交叉連接的密度變低，導致不充分的抗熱性和抗化學性。當添加劑的量太大時，鍍膜液體的澆灌有效時間變矩，而鍍膜表面變得太粘性，導致諸如在制造過程期間難以處理的不方便。
因為這樹脂復合物能夠交叉連接，所以可采用電子束固定的產品或具有不飽和鍵的單聚物和齊聚物用UV固定的產品?？梢圆捎镁哂兄辽僖粋€可聚合的碳-碳不飽和鍵的化合物作為固定粘結劑。具體地說，在本文可采有的化全物包括丙烯酸芳基酯，丙烯酸苯甲基酯，丙烯酸丁氧基乙酯，丁氧基二甘醇丙烯酸酯，丙烯酸環(huán)已基酯，丙烯酸二環(huán)戊酯，丙烯酸2-乙基己酯，丙烯酸甘油酯，丙烯酸縮水甘油酯，丙烯酸2-羥基乙酯，丙烯酸2-羥基丙酯，丙烯酸異冰片基酯，丙烯酸異癸(isodexyl)酯，丙烯酸異辛酯，丙烯酸月桂酯，丙烯酸2-甲氧乙酯，甲氧基二甘醇丙烯酸酯，丙烯酸苯氧基乙酯，丙烯酸硬脂基酯，乙二醇二丙烯酸酯，二甘醇二丙烯酸酯，1，4-丁二醇二丙烯酸酯，1，5-戊二醇二丙烯酸酯，1，6-己二醇二丙烯酸酯，1，3-丙二醇二丙烯酸酯，1，4-環(huán)乙二醇二丙烯酸酯，二丙烯酸2，2-二羥甲基丙酯，二丙烯酸甘油酯，三丙二醇二丙烯酸酯，三丙烯酸甘油酯，三丙烯酸三羥甲基丙酯，聚氧乙基-三羥甲基丙基三丙烯酸酯，季戊四醇三丙烯酸酯，季戊四醇四丙烯酸酯，三乙二醇二丙烯酸酯，聚氧丙基三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，丁二醇二丙烯酸酯，1，2，4-丁三醇三丙烯酸酯，2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二丙烯酸酯，1，10-癸二醇二甲基丙烯酸酯，二季戊四醇六丙烯酸酯，以及由甲基丙烯酸酯基，1-甲基酰氧基丙基三乙氧基硅烷，1-乙烯基-2-吡咯烷酮，2-羥基乙烷基丙烯?；姿狨ィ┧狨尉垠w，諸如，丙烯酸四氫呋喃酯，丙烯酸二環(huán)戊烯基酯，丙烯酸二環(huán)戊烯基氧雜乙酯，3-丁二醇二丙烯酸酯，新戊基乙二醇二丙烯酸酯，聚乙二醇二丙烯酸酯，羥基新戊酸酯、新戊基乙二醇二丙烯酸酯，經苯酚-環(huán)氧乙烷改性的丙烯酸酯，經苯酚-環(huán)氧丙烷改性的丙烯酸酯，N-壬基(ninyl)-2-吡咯烷酮，經雙酚A-環(huán)氧乙烷改性的二丙烯酸酯，季戊四醇二丙烯酸酯單硬脂酸酯，四乙二醇二丙烯酸酯，聚丙二醇二丙烯酸酯，經三羥甲基丙烷-環(huán)氧丙烷改性的三丙烯酸酯，經異氰酸環(huán)氧乙烷改性的三丙烯酸酯，經三羥甲基丙烷-環(huán)氧乙烷改性的三丙烯酸酯，季戊四醇五丙烯酸酯、季戊四醇六丙烯酸酯，季戊四醇四丙烯酸酯替代帶有丙烯酸酯的上面的化合物，以及由甲基丙烯酸酯基，尿烷丙烯酸酯齊聚體，在其中丙烯酸酯基與具有聚氨酯結構的齊聚體結合，聚酯丙烯酸酯齊聚體，在其中丙烯酸酯簇與具有聚酯結構的齊聚體結合，環(huán)氧樹脂丙烯酸酯齊聚體，在其中丙烯酸酯基與具有環(huán)氧樹脂族的齊聚體結合，尿烷甲基丙烯酸酯齊聚體，在其中甲基丙烯酸酯與具有聚氨酯結構的齊聚體結合，聚酯甲基丙烯酸酯齊聚體，在其中甲基丙烯酸酯基與具有聚酯結構的齊聚體結合，環(huán)氧樹脂甲基丙烯酸酯，在其中甲基丙烯酸酯基與具有環(huán)氧樹脂族的齊聚體結合，具有丙烯酸酯基的尿烷丙烯酸酯，具有丙烯酸酯基的聚酯丙烯酸酯，具有丙烯酸酯基的環(huán)氧樹脂丙烯酸酯樹脂，具有甲基丙烯酸酯基的聚甲基丙烯酸氨基甲酸酯，具有甲基丙烯酸酯基的環(huán)氧樹脂甲基丙烯酸酯替代帶有丙烯酸酯的上面的化合物。
這僅僅是采用的固定粘合劑的例子，而可采用的固定粘合劑并不限于這些例子。這種固定粘合劑的含量，較佳的是在總的固體組分的按重量為10到40％的范圍中。
較佳的是，吸收元件121b是在可見光范圍內為探測器系統(tǒng)提供與目標函數緊密匹配的性能的首要系統(tǒng)部件。而干涉元件121a正相反，它在可見光范圍內對探測器系統(tǒng)性能具有較小的影響，這是因為在整個可見光范圍內，它的透射率是相對地不變的。但是，干涉元件121a在近紅外區(qū)中最好具有能提供阻礙功能(低透射，高反射)的主要影響，以在那個波長區(qū)中抵消探測器組件112的這高的靈敏度。這個配置的優(yōu)點在于干涉元件121a可以具有比為與人類眼睛響應匹配提供所需的在近紅外區(qū)的阻礙和在可見光區(qū)的精密可變性(鈴形函數)這兩者的干涉元件有愈加簡單的和愈加耐用的設計。這簡單、耐用的設計為干涉元件產生較高的產量，并降低消耗量。這較佳配置的另一優(yōu)點是較好的軸外性能。這吸收元件的透射光譜對作為入射角函數的波長位移不比干涉元件的透射光譜靈敏。在光學系統(tǒng)中用充分張開的圓錐入射光，來照射探測器系統(tǒng)100，日益成為重要。干涉元件的近紅外反射帶進入可見光譜紅色部分的波長位移在性能上比用來提供在整個可見光區(qū)所需響應的鈴形函數的相同波長位移具有較小的作用。因此，在可見光區(qū)把呈鈴形的函數主要與吸收部件結合起來，并在可見光區(qū)之外(近紅外和可選擇紫外)把抑制光主要與干涉反射器結合起來是有利的。
圖3以理想化的形式示出各種系統(tǒng)部件對探測器系統(tǒng)100綜合的光譜響應的貢獻。曲線200代表典型硅光電二極管探測器的光譜響應度(例如，單位為安倍/瓦)。這種探測器在可見光區(qū)具有斜向光譜長波長(紅色)端的響應，并在它迅速下落之前，繼續(xù)增加進入近紅外區(qū)，在約1100-1200nm之間變得可以忽略，該探測器還在紫外區(qū)(約400nm以下)具有不可忽略的響應度。曲線202代表吸收元件121b的透射率百分數。較佳的是，這種薄層在其內包括分布的綠色和黃色顏料。曲線202在可見光區(qū)中提供近似的呈鈴形的響應，但在其它波長處也(不希望有的)顯示出相當大的光泄漏，在這些波長處，該探測器響應度200是顯著的。正如所示出的，在近紅外區(qū)中，大量的光泄漏并不是罕見的，如在紫外中的某些匯漏那樣。代表在垂直入射時干涉元件的透射百分數的曲線204，具有由短波長帶邊緣204a和長度長邊緣204b界定的強反射帶。反射帶的高反射率提供了低的透射百分數，在該帶的大部分帶上，較佳的是小于約5％，或更佳的是小于約2％，或甚至1％。作為半最大的透射點的是半最高反射點測量的帶邊緣204a，因為在上面所解釋的理由，所以較佳的是靠近可見光區(qū)，較佳的是位于約630和770nm之間，可從約600到850nm之間任選。在700nm以外基本上配置帶邊緣204a的地方，可把如在第6,049,419號美國專利(wheatley等人)(通過引用結合于本文)描述的附加吸收器或反射器包括在吸收元件，干涉元件，或它們的任意組合之中，以在約700nm和帶邊緣204a之間的間隙中阻礙在垂直角時的近紅外光。
作為半最大的透射點或半最大的反射點測量的長波長帶邊緣204b，較佳的是接近于為削弱探測器響應的長波長區(qū)，并取決于進入探測器響應度延伸到紅外區(qū)如何遠的程度，較佳的是配置在探測器響應度變得可忽略處的波長以外至少約50nm處，可為斜入射光和制造公差作好角位移的準備。在硅光電二極管的情況下，較佳的是，可把帶邊緣204b配置在約1150-1200nm之間，并從約1200nm到1350nm可任選。不過，注意到如果干涉元件包括產生顯著的三階反射的1/4-波堆或其它結構，則在紫外區(qū)中將存在較高階的反射帶(部分示于圖3)，并且如果長波長帶邊緣240b位于約1200nm或較大處，則可部分地延伸進可見光譜的芝端中。如果吸收元件在那個紫外區(qū)中具有顯著的透射，則三階或更高階反射帶可在這紫外區(qū)中幫助保持這探測器系統(tǒng)的響應到可接受的低水準。當把長波長帶邊緣240b配置在一個波長處，而這波長長到不足以阻礙到達的并激活探測器的長波長光的情況下，尤其是當如果光以斜角入射直到(一個特殊的應用)最大設計角，要考慮到帶邊緣204b到較短波長的移動時，可把如在第6,049,419號美國專利(wheatly等人)中描述的附加吸收器或反射器包括進吸收元件，干涉元件，或它們的任意組合中，以阻礙其波長被配置在探測器響應的長波長端和斜角位移帶邊緣204b之間的間隙中的這種長波長。如果把垂直入射帶邊緣204b設置在(例如)1150和1200nm之間，這種帶邊緣對在合理的設計角之內的斜入射光可移動到基本上小于1150nm。
曲線204還在大部分可見光區(qū)上呈現出相當高的透射百分數，較佳的是，從400-700nm平均至少50％，更佳的是，至少70％或甚至至少80％。
探測器系統(tǒng)響應(在上面即D(λ))由曲線206代表。那根曲線是在入射光直到它照射到探測器表面時為止的光路上所有系統(tǒng)部件的光譜響應之積，在本例中這些系統(tǒng)部件的光譜響應就是曲線200，202和204。較佳的是，也把曲線206(和系統(tǒng)響應D(λ))歸一化，就是乘以一個換算常數，使其最大值為1。結果，曲線206是較佳地接近匹配于人類白晝響應，即相似的目標響應。
某些系統(tǒng)部件比其它部件更易于控制以保證所需的綜合性能。例如，雖然用于改性半導體光電二極管光譜響應度的諸技術很可能是存在著的，但是為了本描述的目的，該系統(tǒng)響應的探測器部件(曲線200)被認為是不可控制的易變部件。另一方面，可把干涉元件121a設計成具有所需額定透射或反射率的功能，正如已知的那樣，但調節(jié)它的透射功能來對，例如，在其它系統(tǒng)部件中逐批的變化作補償并不是較佳的，這是由于制造工工和困難的復雜性質和/或與改變這種工藝有關的高的重復成本之故。相比較，吸收元件121b的制造及其調節(jié)，相對來說是較簡單的，涉及(在適宜的基質材料和顏料的選定之后)顏料濃度和元件厚度的控制。所以，較佳的是，吸收元件121b在探測器組件112，干涉元件121a，和任何其它系統(tǒng)部件的光譜特性被測量，和/或除非已知之后，再制造，通過計算和/或試湊法，可把顏料濃度和元件121b的厚度控制得使離目標響應的平均偏離減到最小。光學濾色片的光譜透射率的設計如下所述。
首先，至少在可見光區(qū)和近紅外區(qū)測量探測器的光譜靈敏度，而且，至少在相同的波長區(qū)上測量干涉元件121a的光譜靈敏度(光譜傳輸)。此外，要在預定的波長區(qū)域測量在吸收元件121b中要用到的顏料消光系數。把該消光系數代入朗伯-皮爾(lambert-Bear)定律的通用公式中，以獲得在計算吸收元件121b的光譜透射率所需的方程(但是該系數用作顏料濃度和薄膜或其它主體的厚度的獨立變量)。如果要用兩種或更多種的顏料，則假設它們獨立地起作用，且是均勻地包含在元件121b中。
利用探測器靈敏度，干涉元件靈敏度，朗伯-皮爾方程，以及變換系統(tǒng)計算了歸一化的系統(tǒng)響應函數D(λ)，并且以作為獨立變量(顏料濃度和吸收元件的厚度)函數的數學形式，從上面的方程(1)獲得了品質因數FM。然后，例如，采用單純形法(一種在線性編程中使用的有限遞推算法，以通過不斷近似獲得最佳近似)執(zhí)行計算機模擬來確定對這些變量的最佳值，從而制作了諸如薄膜的這個元件。替代這計算的方法，也可利用諸如實驗之類的試湊法來確定可見光校正構件的厚度，以及綠色顏料與黃色顏料濃度和比率的最佳值。
正如上面所描述的，在吸收元件121b中綠色和黃色顏料的濃度取決于該元件的厚度。因此，這濃度不是唯一限定的，而一般是在按它們所分布的薄層重量的10到50％的范圍內，較佳的是20到40％。
在探測器系統(tǒng)中，還可采用附加的薄層和元件，諸如EMI屏蔽層，抗靜電層，截止UV層，防污染層，以及類似的薄層，這些薄層都在PCT公告第WO99/39224號(Ouderkirk等人)中描述，附加薄層的另一例子是抗反射鍍膜層。可采用一種漫射蓋片來增加探測器系統(tǒng)的接受角，而使探測器系統(tǒng)對在入射光的空間和/或角度的易變性有較小的靈敏度。較佳的是，漫射片在整個可見光譜上具有高的透射百分數(至少約90％，更佳的是至少約95％)，但是也有高的混濁值(至少約80％，更佳的是至少約85％)，以致即使幾乎所有的入射光經漫射片通過，但光卻傳播到寬大的圓錐角中，一種合適的漫射片可在100LSE型的商品標號下從kimoto ltd買到，它有95.4％的可見透光率和83.9％的混濁度。100LSE型漫射片包括在100μm厚的PMMA的膜上的PMMA粒子層(平均粒子大小為30μm)。另一合適的漫射片可在TRX-110型的商品標號下從Reyco Ltd.買到，它有97.7％的可見透光率和89.8％的混濁度。對某些應用來說，希望能把漫射元素混入吸收元件基質中，以便這兩者能在單一的操作中被鍍膜。
對濾色片組件110，探測器組件112，及它們的部件有很多種結構是可能的?？煞珠_地制作元件121a，121b，然后用透明的粘合層粘合在一起。它們也可以簡單地把一層堆疊在另一層的上面，具有或不具有插入的空間，窗口，或其它諸如在上面提及的那些其它的光學元件。在某些結構中，可把吸收元件121b作為已加入顏料的樹脂涂敷到現成的干涉薄膜上，緊接著的是一次固化步驟，在這種情況下，可采用諸如旋轉鍍膜的間歇加工，或采用諸如刀具鍍膜，模切鍍膜等的連續(xù)加工。
或者，可把元件121a、121b制作成單一的主體即薄膜，諸如通過把顏料或其它染料結合進干涉薄膜的一層或多層薄膜中，包括進入這干涉薄膜可能包括的任意表面層(光學厚的薄層)中。當干涉元件121a是由二層或更多的多層光學薄膜通過光學凈的粘合層連結起來的層壓制品時，也可把某些或全部吸收的染料結合進這層壓制品的粘合層中。
此外，在另一方法中，可把吸收元件作為的添加顏料的樹脂涂敷到另一表面上，包括直接涂到探測器的有源表面122上，然后進行固化。參閱圖2a，在這種情況下，可把這已添加顏料的樹脂旋轉鍍膜到半導體晶片上，從這晶片通過把它切成小片可獲得大量的單個探測器。在切成小片之前，通過施加適當的熱或輻照來固化這樹脂。也可用標準的光刻技術進行做成這已固化樹脂的圖形，例如，暴露出用于電接觸的基底的范圍。吸收元件還可包括性能不同的薄層即薄膜，這些薄膜中的各層，部分地對所需的吸收功能產生影響。例如，吸收元件121b可包括一層添加有綠色顏料的薄膜和一層分開的添加有黃色的薄膜?？刹捎弥T如噴墨印刷，絲網印刷諸如此類的其它方法，把已添加顏料的樹脂涂敷到探測器或其它基底。
如果元件121a，121b作為性能不同的部件來層壓，則在光路上可把吸收元件放在干涉元件的前面(即，朝著探測器有源區(qū)傳播的光，在經干涉元件通過之前，先經吸收元件通過)或反過來亦行。如果吸收元件是在干涉元件的前面，被探測器系統(tǒng)反射的光較少，因此減少了雜散光。如果干涉元件是在吸收元件的前面，被光學濾色片吸收的總的光較少，這樣有利于長的使用時間。
可把整個或部分的吸收元件結合在濾色片外殼114中。如圖2b所示，濾色片外殼不需要具有濾色片小孔，而可用包括部分透明的上部114c來代替，在其中包括分布著的一種或多種染料。在這種情況下，這濾色片外殼可只有一個小孔118，用來探測器組件的插入。此外，可在前面提到的澆灌材料中分布一種或多種染料。這種澆灌材料可用來達到把探測器組件112固定在濾色片外殼中的合適部位，以及至少部分地濾色可見光的這雙重目的。
為了使制造自動化，可從諸如成張的或成卷的這種薄膜的較大件中切出干涉元件121a的分主長條。如果這干涉薄膜由如上所述的多聚物微層的堆疊組成的活，則無接觸激光切割技術還是比機械切割技術好，因為已發(fā)現前者對長條產生的邊界即邊緣裂為薄層的感受性較小。較佳的是，在激光切割操作期間，用可除去的襯墊覆蓋干涉元件121a，然后用粘合帶從對應的元件121a的長條上除去由于切割的結果而形成的分立的襯墊長條?？砂阎T如圖1和2所示的多個半個濾色片外殼114a、114b同時粘結在一起來形成基本與濾色片外殼114一樣的，沿元件121a的長條均勻地隔開的線性陣列。如果希望是單個的濾色片外殼，則元件121a的長條可在外殼之間起作用。參閱于2002年10月10日申請的，題為“用于清潔和迅速地細分多層光學薄膜的方法”的第10/268,118號美國專利申請。也可采用激光切割第系統(tǒng)以提供給干涉元件用溶融區(qū)來控制裂為薄層，如也于2002年10月10日申請的，題為“用熔融區(qū)法來控制多層光學薄膜裂為薄層”的第10/268,354號美國專利申請。
示例在下面的諸示例中，用以下的方法來制作即獲得各種系統(tǒng)部件。
綠色油墨(G1)使用混砂機，把100份按重量的PG-36型綠色顏料(由Clariant GmbH以Hostaperm綠8G的商品名稱銷售)和35份按重量的顏料分散劑(由BYK Chemie以Disperbyk商品名稱銷售)在丙烯乙二醇單甲基酯醋酸酯和丁基熔纖劑的85∶15的溶劑混合物中分散，為了分析的目的，把該油墨在玻璃基底上涂敷到厚約0.5μm，并使用的80℃的對流爐固化。這樣制備的綠色顏料的透射百分數在Hitachi型號為U-4000的光譜分析儀上從200到1300nm作測量，并作為曲線PG-36示于圖4。
第一黃色油墨(Y1)
使用混砂機，把100份按重量的PY-139型黃色顏料(由BASF制造，Paliotol黃D1819)和15份按重量的顏料分散劑(由BYK以商品名稱Disperbyk2000銷售)在丙烯乙二醇單甲基酯醋酸酯和丁基溶纖劑的85∶15的溶劑混合物中分散。固體組分的含量為25％，為分析的目的，把該油墨在玻璃基底上涂敷到厚約0.5μm，并使用約80℃的對流爐固化。這樣制備的共同色顏料的透射百分數在Hitachi型號為U-4000的光譜分析儀上從200到13000nm作測量，并作為曲線PY-139示于圖4。
第二黃色油墨(Y2)使用混砂機，把100份按重量的PY-180型黃色顏料(由Clariant GmbH作為HGTRAN黃調色劑銷售)和50份按重量的顏料分散劑(由BYK Chemie以商品名稱Disperbyk 2000光銷售)在丙烯乙二醇單甲基酯醋酸酯和丁基溶纖劑的85∶15的溶劑混合物中分散。固體組分的含量為25％，為了分析的目的，把該油墨在玻璃基底上涂敷到厚約0.5μm，并使用約80℃的對流爐固化。在此制備的黃色顏料的透射百分數在Hitachi型號為U-4000的光譜分析儀上從200到1300nm作測量，并作為曲線PY-180示于圖4。
第一混合油墨的合成物(GY1)如上述制備的G1、Y1和Y2以PG-36∶PY-139∶PY-180＝54∶35∶11的最后顏料比混合起來。苯乙烯丙烯酸樹脂(由Johnson Polymer以商品名稱JohncryL 690銷售)和環(huán)氧樹脂(型號為Denachor EX614，由Nagase Chem Tex制造)以比率為3∶1作為粘結劑被加入，而諸顏料的最后比例被調節(jié)到按重量25％，最后油墨合成物的溶劑成分是丙烯乙二醇單甲基酯醋酸酯∶甲苯∶丁基溶纖劑＝75∶15∶10，而固體組分的含量為17％。為了分析的目的，這油墨合成物在玻璃基底上涂敷到厚約1.7μm，并使用約80℃的對流爐固化。這樣制備的第一混合顏料的透射百分數在Hitachi型號為U-4000的光譜分析儀上從200到1300nm作測量，并作為曲線GY1示于圖5。
第二混合油墨合成物(GY2)如上述制備的G1和Y1以PG-36∶PY-139＝50∶50混合起來。苯乙烯丙酸樹脂(由Johnson Polymer以商品名稱Johncryl 690銷售)和環(huán)氧樹脂(型號為Denachor EX614，由Nagase Chem Tex制造)以比率為3∶1作為粘結劑被加入，顏料的最后成分被調節(jié)到按重量25％。最后油墨合成物的溶劑成分是丙烯乙二醇單甲基酯醋酸酯∶甲苯∶丁基溶纖劑＝75∶15∶10，而固體組分的含量為17％，為了分析的目的，這油墨合物在玻璃基底上涂敷到厚約1.7μm，并使用約80℃的對流爐固化。這樣制備的第二混合顏料的透射百分數在Hitachi型號為U-4000的光譜分析儀從200到1300nm作測量，并作為曲線GY2示于圖5。
第一干涉元件(IF1)多聚物的多層干涉薄膜是在約277℃，由通過共擠壓低熔體的COPEN制成的，這COPEN由聚乙烯萘二甲酸(PEN)/聚乙烯對酞酸酯(PET)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的90/10共聚物制成，以形成具有夾在兩層由低熔體COPEN構成的外部表面層之間的224層各別薄層的擠壓制品。這些薄層確定了一個光學包，它包括具有沿垂直于該堆疊的一根軸的近似線性的厚度梯度的112個單元光電元件。位于該包一側最厚的單元光電元件約比位于該包另一側最薄的單元光電元件約厚1.3倍。該光學包被反對稱地接比例增加以給出具有在兩個包之間帶有外部表面層和內部多聚物邊界層(PBL)的448層各別層的多層光學薄膜結構。是這樣來執(zhí)行層的按比例增加，使得光學包中的一個具有總厚度約為其它包的1.3倍。把這擠壓制品放在急冷的滾筒上粹火以形成澆鑄的多層薄膜。分別采用伸展比3.4∶1和3.4∶1使這澆鑄薄膜連續(xù)地在機器方向(MD)和橫向(TD)伸展，在COPEN層中，產生具有在平面內的折射率(n1x，n1y)和在平面外的折射率(n1z)分別約為1.744，1.720，和1.508以及在PMMA層中，具有在平面內的折射率(n2x，n2y)和在平面外的折射率(n2z)分別為1.495，1.495和1.495的已制成的薄膜。所有的折射率都用Metricon表面波特性裝置在550nm作測試的。這已制成的薄膜包括各為1/4波設計的兩個光學包，且每個都有沿垂直于薄膜平面的軸的近似于線性的厚度梯度，以給出在各光學包之內的被反射波長的范圍。在這已制成的薄膜中最厚的單元光電元件具有的厚度比在這已制成的薄膜中最薄的單元光電元件的厚度約厚1.8倍，相當于約從665nm到1220nm的反射波長的范圍。在這光學結構外側上的表面層是具有厚度約為11μm(0.43密爾)的低溶體CoPEN 。總的薄膜厚度約為90μm(3.7密爾)。
如上述制作的兩個基本相同的多層薄膜卷是在它們的光學性質基礎上來選擇的，且已處理過電暈以改善粘合。已處理過電暈的薄膜中的一層薄膜是在約122μm(5密爾)處用UV觸發(fā)的粘合劑鍍膜的，并用UV光輻照來激發(fā)粘合劑的固化過程。由采用熱熔擠壓成形工藝制作的這種粘合劑是熱塑組分(乙烯乙烯基醋酸酯)可固化樹脂組分(環(huán)氧樹脂和多元醇的混合物)，和光觸發(fā)組分(三芳基磺化hexafluoroantimonate鹽)的均質混合物。然后把這兩層多層薄膜層壓在一起，并用25℃(80°F)熱浸加速該層壓制品粘合劑的固化。最后得到的薄膜體即干涉元件(IF1)由兩層具有在它們之間清潔粘合層的多層光學薄膜構成。這元件是呈卷筒的形式，其厚度約為300μm(12.4密爾)。
這樣構成的干涉元件IF1，對垂直入射光，在近紅外波長區(qū)呈現出一個反射帶，而在可見光區(qū)則呈現出一個通帶。從約450-640nm的透射百分數約70％或更多，從約700-1140nm是小于1％，以及從680-700nm和從1140-1160nm小于5％。該透射百分數在Hitachi型號為U-4000的光譜分析儀采用從200到1300nm的非偏振的垂直入射光作測量，并作為曲線IF1示于圖5和作為曲線204示于圖3。
第二干涉元件(IF2)沉積在吸收玻璃濾色片基底的一層有機電介多層薄膜取自型號為03-146的Yahoo數字攝像機。原來就把這IF2結合到探測器，但是為了這些示例的目的，從那里剝離下來。這IF2薄膜-玻璃基底組合物即薄膜體具有實際的厚度約1mm，和大小約為10mm×10mm的方形小孔。在垂直入射時的透射光譜在Hitachi型號為U-4000光譜分析儀從200到1300nm作測量，其結果作為曲線IF2示于圖5。
探測器從Hamamatsu Photonics Co.，得到了型號為S7329的硅PIN光電二極管探測器。該探測器包括清潔的塑料盒和2mm×2mm的有源區(qū)。采用Hitachi型號為U-4000的光譜分析儀從200nm到1300nm測量了這探測器的光譜響應度，其結果作為曲線200示于圖3。
一般生產過程在示例1-6的每一示例中，把油墨合成物鍍膜到基礎層的第一主表面上，并固化以形成吸收薄膜。在某些情況下，該基礎層是干涉元件IF1；在其它情況下，它是具有厚為約50μm的平坦的聚乙烯對酞酸酯(PET)薄膜(型號OX薄膜，由Teijin Co.，制造)。如果該基礎層是這PET薄膜，則把丙烯酸的粘合劑鍍膜到該基礎層的第二主表面(在第一主表面的對面)，并把這已鍍膜過粘合劑的表面粘合到一片干涉元件上(示例1，4)或到探測器的有源表面(示例5)。在各個情況中，吸收元件它本身的CIE三色激勵值(X，Y，Z)使用OhtsukaDenshi型號為MCPD2000的光譜分析儀采用C光源作測量。根據三色激勵值，對CIE1931標準色品度值(x，y，z)作了如下的計算和記錄X=XX+Y+Z]]>Y=YX+Y+Z]]>Z=ZX+Y+Z]]>此外在各個情況中，把干涉元件和吸收元件都放在硅光電二極管上的規(guī)定位置上以產生探測器系統(tǒng)。這探測器系統(tǒng)的光譜靈敏度，使用Hitachi的單色儀，在380到1200nm的波長范圍中作測量。對各個波長，使用電流到電壓放大器把由光電二極管產生的電流轉換成電壓，并作為電壓被測量。在各個波長上測量上這些值之后，通過把這測量值除以所得到的最大電壓值，使得相對光譜靈敏度的最大值為1.0，就可獲得探測器系統(tǒng)的相對光譜靈敏度。然后采用上面的方程1來計算這相對光譜靈敏度與標準的白晝人類眼睛響應的偏差(也是一個具有最大值為1.0的歸一化函數)。由于方程1不考慮780nm以外的性能，所以，對在800，900，1000和1100nm處的相對光譜靈敏度分別作出說明。然后把這探測器系統(tǒng)放在85℃和相對濕度明。然后把這探測器系統(tǒng)放在85℃和相對濕度為85％的環(huán)境中250小時，在此之后用目測檢查光學濾色片存在或不存在透明度的降低或損失。其結果示于表1。注意到，六個示例中的各個示例都顯示出探測器系統(tǒng)的相對譜靈敏度，在近紅外波長處不大于約1％，且每個示例都獲得相對于白晝函數V(λ)的品質因數FM為小于20％，而在某些情況下則小于15％。
然后，按下列描述構作了比較示例，且然后對(1)與白晝人類眼睛響應的偏差，(2)在800，900，1000和1100nm處的相對光譜靈敏度，以及(3)以與示例相同的方式，在85℃和相對濕度為85％的環(huán)境下放置250小時之后，存在或不存在透明度的下降或損失作了測量。其結果也示于表1
示例1采用一橫條(mayerbar)把混合的油墨合成物GY1鍍覆到以PET為基的薄膜(Teijin Co.，)上，在80℃的爐子中使有機溶劑蒸發(fā)掉。在干燥之后，就獲得一層具有1.7μm厚的綠/黃色顏料層的PET薄膜。這薄膜還要進一步在70℃的爐子中保留24小時以促使交叉連接反應。這綠/黃色吸收薄膜具有色品度值X＝0.368，y＝0.532。在用丙烯酸的粘合劑把吸收薄膜粘合到干涉薄膜IF1之后，把這已組合的薄膜放在探測器上面，使得入射光首先照射到吸收元件然后照射到干涉元件上。
示例2采用上面描述的在題為“適用于清潔地和迅速地細分多層光學薄膜的方法”的美國專利中描述的工藝過程用激光來切割干涉元件IF1以形成長條。在從底部襯墊除去這長條之前，采用旋轉的鍍膜機把混合的油墨合成物GY2鍍覆到干涉元件IF1上，并在85℃的爐子中使有機溶劑蒸發(fā)掉，在干燥之后，就可獲得在其上的具有1.7μm厚的綠/黃色吸收薄膜的多聚物多層干涉元件。這合成物還要在70℃的爐子中保留24小時以促使交叉連接反應。這綠/黃色吸收薄膜具有色品度值X＝0.391，y＝0.551。從放在注射澆鑄機中的底部襯墊除去這合成物的長條，并且在這長條周圍形成盒形的濾色片外殼(參見圖1)。把最后得到的濾色片組件放在探測器上面，使得入射光首先照射到吸收元件上，然后照射到干涉元件上。
示例3采用上面描述的題為“適用于清潔地和迅速地細分多層光學薄膜的方法”的美國專利中描述的工藝過程用激光來切割干涉元件IF1以形成長條。在從底部襯墊除去這長條之前，采用旋轉的鍍膜機把混合的油墨合成物GY2鍍覆在干涉元件IF1上，并在80℃的爐子中使有機溶劑蒸發(fā)掉。在干燥之后，就可獲得在其上的具有1.7μm厚的綠/黃色吸收薄膜的多聚物多層干涉元件。這合成物還要在70℃的爐子中保留24小時以促使交叉連接反應。這綠/黃色吸收薄膜具有色品度值x＝0.391，y＝0.551。從放在注射澆鑄機中的底部襯墊除去這合成物的長條，并且在這長條周圍形成盒形的濾色片外殼(參見圖1)。把最后得到的濾色片組件放在探測器上面，使得入射光首行照射到干涉元件上，然后照射到吸收元件上。
示例4采用一橫條把混合的油墨合成物GY1鍍覆到以PET為基的薄膜(TeijinCo.，)上，在80℃的爐子中使有機溶劑蒸發(fā)掉。在干燥后，就可獲得一層具有1.7μm厚的綠/黃色層的PET薄膜。這薄膜還要進一步在70℃的爐子中保留24小時以促使交叉連接反應。這綠/黃色吸收薄膜具有色品度值x＝0.368，y＝0.532。在用丙烯酸的粘合劑把吸收薄膜粘合到干涉元件IF2之后，把這合成物放在探測器上，使得入射光首先照射到吸收元件，然后照射到干涉元件上。
示例5采用一橫條把混合的油墨合成物GY1鍍覆到以PET為基的薄膜(TeijinCO.，)上，在80℃的爐子中使有機溶劑蒸發(fā)掉。在干燥后，就可獲得一層具有1.7μm厚的綠/黃色層的PET薄膜。這薄膜還要進一步在70℃的爐子中保留24小時以促使交叉連接反應。這綠/黃色吸收膜具有色品度值x＝0.368，y＝0.532。把丙烯酸的粘合劑鍍覆到在已添加顏料的薄層對面的PET的第二主表面上，而這薄膜通過丙烯酸粘合劑被直接粘合到探測器的有源區(qū)。然后，把干涉元件IF1放在已添加顏料的薄層上面以產生探測器系統(tǒng)。
示例6采用旋轉鍍膜機，把混合的油墨合成物GY2鍍覆在干涉元件EF1上，并在80℃的爐子中使有機溶劑蒸發(fā)掉。在干燥后，就可獲得具有在其上形成的1.7μm厚的綠/黃色吸收薄膜的多聚物多層干涉薄膜。這合成物還要進一步在70℃的爐子保留24小時以促使交叉連接反應。這綠/黃色吸收薄膜具有色品度值x＝0.391，y＝0.551。用簡單的剪刀來切開一片合成物。氫丙烯酸粘合劑涂敷到在已添加顏料薄膜對面的合成物表面，這最后得到的結構通過丙烯酸粘合劑被直接粘到擦器的有源區(qū)。
比較示例1從由I-O Data Device，Inc.制造的USB CCD相機獲得了由KurehaChemical Industry Co.，制造的塑料光學濾色片，這濾色片被連接到探測器，而用與前面示例一樣的方法來測量和評估最后得到的探測器系統(tǒng)。
比較示例2獲得了由Hoya Co.，Ltd.制造的，型號為CM500的商品吸收玻璃濾色片。這濾色片被連接接到探測器，而用與前面示例一樣的方法來測量和評估最后得到的探測器系統(tǒng)。
比較示例3把干涉元件IF2連接到探測器，用與前面示例一樣的方法來測量和評估最后得到的探測器系統(tǒng)。
比較示例4獲得了具有人類眼睛響應校正的濾色片的以硅光電極管為基的探測器系統(tǒng)。這探測器系統(tǒng)由Hamamatsu Photonics Co.以型號為S7160-01在市場上銷售。這校正的濾色片具有與吸收玻璃結合的無機的氣相鍍膜電介質多層薄膜。這校正的濾色片與其余的商品探測器系統(tǒng)是分開的，并連接到在前面諸示例中所用的探測器。
表1


在不背離本發(fā)明的范圍和精神實質的情況下，本發(fā)明的各種改性和變化，對本領域的技術人員來說是顯然的，并且應知道，本發(fā)明并不局限于在本文中公布的用圖來說明的諸實施例。
權利要求
1.一種適用于探測器的濾色片，該濾色片包括干涉元件，在近紅外波長的頻帶上反射垂直入射光，并在可見光波長上透射垂直入射的光；以及吸收元件，非均勻地吸收可見光波長上的光，該吸收元件包括一種分布在聚合物基質中的染料劑；其中當該濾色片與探測器結合時產生探測系統(tǒng)，它的相對響應接近于人類眼睛的視覺響應。
2.根據權利要求1所述濾色片，其特征在于，其中按在約400-700nm之間的平均數來說，該干涉元件透射至少約70％的垂直入射光。
3.根據權利要求2所述濾色片，其特征在于，其中在約700-1100nm之間，該透射元件透射小于約5％的垂直入射光。
4.根據權利要求3所述濾色片，其特征在于，其中在約700-1100nm之間，該透射元件透射小于約2％的垂直入射光。
5.根據權利要求1所述濾色片，其特征在于，其中該近紅外波長帶具有處于約600-850nm之間的短波長帶邊緣。
6.根據權利要求1所述濾色片，其特征在于，其中干涉元件和吸收元件中的至少一個被配置在適于安裝這探測器的框架上。
7.根據權利要求1所述濾色片，其特征在于，其中該染料劑包括至少一種顏料。
8.根據權利要求7所述濾色片，其特征在于，其中該至少一種顏料包括綠色顏料。
9.根據權利要求8所述濾色片，其特征在于，其中該至少一種顏料還包括至少一種黃色顏料。
10.根據權利要求1所述濾色片，其特征在于，還包括一種分布劑。
11.根據權利要求1所述濾色片，其特征在于，其中該探測器包括硅光電二極管。
12.根據權利要求1所述濾色片，其特征在于，其中相對響應與人類眼睛的白晝響應的平均比值小于約20％。
13.根據權利要求1所述濾色片，其特征在于，其中干涉元件包括一種層壓制品結構，且該吸收元件至少被部分地配置在該層壓制品結構中的至少一層薄層中。
14.根據權利要求13所述濾色片，其特征在于，其中該層壓制品結構包括一層粘合層，且其中該吸收元件被配置在該粘合層中。
15.一種探測器系統(tǒng)，包括在權利要求1中的所述濾色片與探測器結合。
16.根據權利要求15所述探測器系統(tǒng)，其特征在于，其中該吸收元件的至少一部分被配置在該探測器上。
17.根據權利要求15所述探測器系統(tǒng)，其特征在于，其中該干涉元件與該探測器被分開。
18.根據權利要求15所述探測器系統(tǒng)，還包括濾色片框架，其中該干涉元件被連接到該濾色片框架。
19.根據權利要求18所述探測器系統(tǒng)，還包括在該探測器和該干涉元件之間的一種澆灌材料，其中該澆灌材料包括該吸收元件的至少一部分。
20.根據權利要求15所述探測器系統(tǒng)，還包括濾色片框架，其特征在于，其中該濾色片框架的至少一部分包括該吸收元件的至少一部分。
21.一種適用于制造供探測器之用的濾色片方法，該方法包括提供干涉元件，它在近紅外波長帶上反射垂直入射的光，并在可見光波長上透射垂直入射的光；摻入一種吸收的染料到樹脂中，它非均勻地吸收在可見光波長上的光；把該樹脂做成某種形狀以形成吸收元件；以及把該干涉元件與該吸收元件組合起來以制成濾色片；其中該濾色片當與該探測器組合起來時得出探測器系統(tǒng)，它對垂直入射光的相對響應近似于人類眼睛的視覺響應。
22.根據權利要求21所述方法，其特征在于，其中該相對響應與人類眼睛的白晝響應的偏離的平均比值小于約20％。
23.根據權利要求21所述方法，其特征在于，其中該方法包括在基底上形成樹脂的薄膜。
24.根據權利要求23所述方法，其特征在于，其中該基底包括該干涉元件。
25.根據權利要求23所述方法，其特征在于，其中該基底包括該探測器。
26.根據權利要求21所述方法，其特征在于，其中該方法包括把該干涉元件連接到濾色片框架。
27.根據權利要求26所述方法，其特征在于，其中該濾色片框架至少部分透明，并包括摻入染料的樹脂。
28.根據權利要求26所述方法，其特征在于，其中該濾色片框架具有空腔，以安裝該探測器，且其中該方法包括把包括摻入染料的樹脂的澆灌材料放入該空腔中，并把該探測器嵌入這空腔中。
29.根據權利要求21所述方法，其特征在于，其中提供的步驟包括形成一種層壓制品結構，且該層壓制品結構中的至少一層包括該摻入染料的樹脂。
全文摘要
揭示了一種探測器系統(tǒng)，為其所用的濾色片，以及制作上述之物的方法。該濾色片包括具有主要配置在近紅外中的反射帶，并具有在大部分可見光區(qū)上高透射率的干涉元件。這濾色片還包括在可見光區(qū)上非均勻吸收光的吸收元件。該濾色片當與半導體光電二極管或其它合適的探測器組合時使我們得出一探測器系統(tǒng)，該系統(tǒng)的光譜響應度與人類眼睛的視覺響應幾乎相等地匹配。
文檔編號G01J3/50GK1672020SQ03817368
公開日2005年9月21日 申請日期2003年5月21日 優(yōu)先權日2002年5月21日
發(fā)明者原田孝, 水野一彥, J·A·維特利, T·J·內維特, A·J·歐德科克 申請人:3M創(chuàng)新有限公司