光学滤波器及其生产方法以及用于检查电磁辐射的装置制造方法

光学滤波器及其生产方法以及用于检查电磁辐射的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种光学滤波器及其制造方法，以及涉及一种用于检查从物体发出的电磁辐射的光谱分布和位置分布的装置。本发明要解决的技术问题是，提出可以成本低廉地制造的上述种类的光学滤波器，用该滤波器可以探测多个波长，其中不需要通过DBR镜的移动来调谐。此外，提出了一种用于制造这样的滤波器的方法。按照本发明的第一方面，通过用于制造具有两个DBR镜和在它们之间存在的空腔的光学滤波器阵列的方法来解决上述技术问题，该空腔包含具有多个不同高度的、分别形成Fabry-Perot滤波器元件的空腔段，其特征在于如下步骤：将第一DBR镜涂覆到衬底上，在DBR镜上形成由空腔材料构成的层，其中，该层通过应用纳米刻印方法被设置为具有多个形成滤波器元件的空腔段，以及利用通过空腔段的不同高度预定的结构化将第二DBR镜涂覆到空腔材料上。
【专利说明】光学滤波器及其生产方法以及用于检查电磁辐射的装置
[0001] 本案是申请日为2007年8月9日、申请号为200780036943. 8、题为"光学滤波器 及其生产方法以及用于检查电磁辐射的装置"的专利申请的分案申请。

【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种光学滤波器及其生产方法，以及用于检查从物体发出的电磁辐射 的光谱分布和空间分布的装置。

【背景技术】
[0003] 对于测量技术、分析学、数据存储、图像存储和图像处理以及一般地对于光学 的电信和数据通信来说，需要多种多样的光电子组件、特别是被构造为光学滤波器的组 件，其可以被调谐为与多个相邻的波长中的一个一致。这种类型的滤波器例如由所谓的 Fabry-Perot滤波器构成，该Fabry-Perot滤波器具有至少两个由一个空腔分开的DBR镜 (DBR=DistributedBraggReflector,分布布拉格反射镜）。这样的滤波器，在通过其结 构预选的、被称为阻带的波长范围中反射，而在位于该阻带内部的、窄的通带（ =Dip)中透 射。为此目的，DBR镜包含至少一个层周期（Schichtenperiode),该层周期由两个或多个具 有不同厚度和/或折射率的层组成。层周期的数量大多数情况下是整数，但是也可以是半 整数（halbzahlig)，例如当不是所涉及的周期的所有的层都位于由层周期形成的堆的末端 时。通过层周期的数量和折射率对比，可以选择或者确定阻带的宽度和在阻带中的反射特 征，并且通过空腔的光学长度可以选择或者确定透射带的位置或者其中心波长或主波长的 位置。最后，在Fabry-Perot滤波器中，在通过阻带规定的连续调谐范围内部的透射带的主 波长可以如下地来改变：通过两个DBR镜相对彼此的移动改变空腔的几何长度以及由此的 光学长度。按照这种方式可以将组件调谐到多个波长λ1、λ2......λη中的一个。
[0004] 所描述种类的光学组件是一般公知的（例如DE10318767A1)。公知的还有，在其应 用中产生如下缺陷，在整个阻带中滤波器的连续调谐在大多数情况下由于结构的原因是不 可能的或者与高的技术花费相关联的。为了避免该缺陷，尽管可以设置具有不同连续调谐 范围的多个滤波器，但是这同样是花费大的。除此之外，通常不期望通过DBR镜的相对移动 来连续调谐滤波器，特别是当其用于如下目的时：在由辐射源发出的辐射（例如光线）中来 确定在定义的波长情况下的强度，利用多个可能的波长中的该波长瞬时地由辐射源发射该 辐射。


【发明内容】

[0005] 由此出发，本发明要解决的技术问题是，提供一种上面所描述的种类的可以低成 本制造的光学滤波器，利用该滤波器可以探测多个波长，但是在该滤波器中不需要通过DBR 镜的移动来连续调谐。此外，还提出一种用于制造这样的滤波器的方法。
[0006] 根据本发明，上述技术问题通过权利要求1和6的特征部分解决。
[0007] 通过本发明以优选方式实现了一种光学滤波器，该滤波器包含至少两个分别具有 特有的透射带的滤波器元件。此外，滤波器以特别的优势具有对应的光电子探测器装置并 且与其连接成一个一体的或两件式的光电子组件。由此，不仅滤波器的不同滤波器元件、而 且对于识别或区别透射带或者对于所接收的辐射的光谱分析来说是必要的光敏元件，被集 成在同一个组件中。在此，特有的透射带和/或所接收的辐射的光谱分布，可以通过简单地 测试光敏元件、也就是说无需机械地调谐所述滤波器就可以被识别。由此，以特别的优势提 出具有不只是两个、而是大量带有相应的许多不同的透射带的滤波器元件的组件。在应用 按照本发明的方法情况下，可以利用相对简单的方法制造这样的组件，特别是如果滤波器 元件仅仅通过其空腔层的厚度互相区别并且滤波器直接被安装在例如具有以CMOS技术制 造的探测器装置的衬底上。
[0008] 本发明的其它具有优势的特征由从属权利要求中给出。
[0009] 如开头部分所提到的，本发明此外还涉及在权利要求25的前序部分所给出的种 类的装置及其应用。
[0010] 在医学中越来越多地将所谓的反射光谱仪用于非介入诊断和治疗控制。因为由组 织、皮肤等发出的反射辐射的强度在此通常既取决于位置也取决于光谱的分布，所以需要 既具有位置的也具有光谱的分辨率的传感器以及探测器装置。迄今为止可用的探测器装置 对于该目的来说还不是最佳的。
[0011] 在电视技术中，例如公知的的是，由大量图像传感器或者说传感器元件和在其上 设置的彩色滤波器组成的CCD传感器阵列。彩色滤波器例如由聚合体薄膜和在其中安装的 对于色彩红、蓝和绿敏感的滤波器元件制造。由于只有三个可采集的光谱范围，这样的组件 不适合于反射光谱仪或者只是受限地适合于反射光谱仪。
[0012] 此外，特别是在远程和数据通信中使用具有以Fabry-Perot滤波器形式的彩色滤 波器的光电子组件，分别为其配备一个光敏元件等（例如DE10318767A1)。这样的滤波器 具有至少两个、通过一个空腔分开的DBR镜（DBR=分布布拉格反射镜）并且在通过其结 构预选的被称为阻带的波长范围中反射，而在至少一个位于该阻带中的窄的透射带（= Dip)中透射。这种滤波器具有如下优点：例如通过两个DBR镜相对彼此的移动而改变空 腔的几何长度的以及由此还改变光学长度，可以改变在通过阻带规定的连续调谐范围内部 的透射带。按照这种方式，组件在应用唯一的传感器元件的条件下被调谐到多个波长入1、 入2......λη中的一个。然而，产生如下缺陷：不具有位置分辨率，并且由于结构的原因在 整个阻带中滤波器的连续调谐大多数情况下是不可能的或者与高的技术花费相关联的。这 样的组件同样对于反射光谱仪来说也是不太合适的。
[0013] 因此，对于在医学中反射光谱仪来说，直到现在主要使用本文开头部分提到的种 类的装置，其作为接收辐射的元件包含细的光导纤维，该光导纤维一个末端被置于待检查 的组织上或者例如被置于人的皮肤上，并且另一个末端被引导至光谱仪，为了检查反射的 光线的光谱强度分布，该光谱仪被设置为例如具有棱镜、光栅等以及在其后连接的CCD照 相机（例如AppliedOptics,I.Junil998,Vol. 37，Νο· 16,第 3586 至 3593 页，或者Applied Optics,I.Januar2002,Vol. 41，No. 1，第182至192页）。在此，除光谱分辨率之外的位置 分辨率要求大量这样的光导纤维和对应的光谱仪，或者一个被设置为用于先后扫描大量光 导纤维的光谱仪。二者都与多的花费相关联并且由此是不期望的。相应地费事的是，设置 唯一的光导纤维并且使其在待扫描的范围上运动。
[0014] 从该现有技术出发本发明要解决的技术问题是，如下构造本文开头提到种类的装 置：使得其同时具有位置分辨率和光谱分辨率，而为此无需运动的组件、大量光谱仪或可调 谐的滤波器。
[0015] 权利要求25的特征部分用于解决该技术问题。
[0016] 通过本发明实现了如下的装置：其在共同的传感器中联合了光电传感器元件和至 少四个、但是优选远多于四个具有不同光谱透射特性的滤波器元件。由此，不再需要特殊的 光谱仪等和/或可运动的部件。而是将传感器置于待检查的物体、例如人的皮肤或组织上， 并且利用电气装置测试现有的光电传感器元件就足够了。滤波器的连续调谐为此不是必须 的。在此，通过每个滤波器元件既可以获得光谱信息也可以获得位置信息。在存在分别对 于其它光谱范围是透光的大量滤波器元件的情况下，由此还可以将或多或少的滤波器元件 综合为提供位置信息的宏像素，选择性地放大或缩小位置分辨率或光谱分辨率。
[0017] 此外，根据权利要求60和61的装置的应用也是本发明的内容。
[0018] 本发明的其它具有优势的特征在从属权利要求中给出。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 下面对照附图结合实施例对本发明作进一步说明。附图中：
[0020] 图1示意性示出了按照本发明的具有两个DBR镜和对应的探测器装置的光学滤波 器的结构；
[0021] 图2示意性示出了通过按照图1的滤波器的两个滤波器元件的纵剖面图，其中上 面的DBR镜的镜曲率没有示出；
[0022] 图3示意性示出对于空腔的预选的几何长度Fabry-Filter的可能的透射带；
[0023] 图4示意性和示例性示出了四个用根据图1的滤波器获得的透射带；以及
[0024] 图5a至5c和6a至6c示意性示出了用于制造按照图1的具有探测器装置的组件 的两个实施例的不同步骤；
[0025] 图7示出了通过按照本发明的用于检查电磁辐射的光谱分布和位置分布的装置 的粗略示意截面图；
[0026] 图8示出了按照本发明的装置的用于传感器和滤波器元件的可能排列的第一实 施例的不意俯视图；
[0027] 图9示出了按照本发明的装置的用于传感器和滤波器元件的可能排列的第二实 施例的不意俯视图；
[0028] 图10示出了通过按照本发明的装置在其用于检查反射光谱时的另一个实施例的 示意截面图；
[0029] 图11示出了按照图10的装置的俯视图；
[0030] 图12示出了通过按照本发明的装置在其用于检查透射光谱时的另一个实施例的 示意截面图；
[0031] 图13示意性示出了按照本发明的装置的用于断层成像的应用；
[0032] 图14示出了优选的按照本发明的具有两个DBR镜和对应的传感器装置的装置的 实施例的结构；
[0033] 图15示意性和示例性示出了四个用按照图14的装置的滤波器元件获得的透射 带；
[0034] 图16a和16b示意性示出了在分离的衬底上的传感器和滤波器元件的可能排列的 实施例；
[0035] 图17示出了按照本发明的装置的示意性截面图，在该装置中滤波器装置的衬底 同时形成光电子组件的外壳的窗口；
[0036] 图18示意性示出了用于在窗口中或在窗口上完全地或部分地实施或者安装其它 光学功能的实施例；
[0037] 图19示意性示出了按照本发明的装置用于透射或者吸收测量的应用；
[0038] 图20示意性示出了代替按照本发明的装置的装置；
[0039] 图21示意性示出了代替按照本发明的装置的另一个装置；
[0040] 图22示出了通过具有集成的光源的按照本发明的装置的另一个实施例的示意性 截面图。

【具体实施方式】
[0041] 按照图1，根据本发明的组件例如包含由硅组成的衬底1和在该衬底上设置的作 为整体用附图标记2表不的光学滤波器2。滤波器2包含位于衬底1上的第一DBR镜3、被 设置在DBR镜3离基体1较远侧并且与之具有间隔的第二DBR镜4、以及在两个DBR镜3和 4之间设置的在图1中作为整体用附图标记5表示的空腔。由此全部的组件基本上表示由 四个相叠的层组成的多层体。所有这些层基本上经过组件的整个例如在虚拟的笛卡尔坐标 系的X方向上经过的长度和整个例如在虚拟的坐标系的y方向上经过的宽度延伸。在此， 每个构成衬底1的层和形成第一DBR镜3的区域在垂直于虚拟的坐标系的xy平面，也就是 在z方向上，连续具有基本上相同的厚度。
[0042] 如图1中还示出的，在第一DBR镜3上设置了由形成空腔5的材料构成的层。该层 平行于z方向具有不同的厚度。特别地，由该层构成的空腔5在5a段具有相对小的厚度， 在5b段具有稍大的厚度并且在5c和5d段具有更大的厚度。由此，空腔5在这些段5a至 5d的几何长度11至14具有全部不同的值。分离区域6位于段5a至5d之间，在该分离区 域6中空腔材料例如具有预先选择的恒定的厚度并且将空腔5的段5a至5d在空间上互相 分离。
[0043] 构成第二DBR镜4的区域位于由空腔材料构成的层之上。该区域具有在图1中在 z方向上处处相同的厚度。由此，该区域的底侧和上侧具有与图1中空腔的上侧的轮廓或者 说结构相应的轮廓或者说结构。在z方向上所测量的DBR镜4的下侧和上侧的距离在图1 中基本上处处相同。
[0044] 由于空腔5的所描述的结构，在该实施例中滤波器2包含四个滤波器元件2a至 2d，如图1中用虚线表示的，其中每个滤波器元件2a至2d由空腔5的一段5a至5d和DBR 镜3和4的对应的一段构成。在俯视图中，也就是在xy平面中，这些滤波器元件2a至2d 优选为圆形，尽管其原则上还可以具有其它周围轮廓。
[0045] 作为对上面的描述的替换，组件还可以具有与所描述的滤波器元件2a至2d相同 的其它滤波器元件。例如出于冗余原因可以两次地将每个滤波器元件2a至2d设置在组件 中。
[0046] 衬底1优选地是透光的或者可以透过待检测的电磁辐射的薄片、薄的玻璃板、硅 片等，其中"透光的"被理解为，为了将通过滤波器2的光线不受影响地透过，片不一定需要 是透明的，而是例如还可以具有散射功能并且由此或者总体被构造为散射片或者被设置为 具有散射光线的装置。
[0047] 在一种特别优选的并且迄今为止作为最推荐的实施例中，组件按照图1被设置为 具有集成在衬底1中的阵列形式构造的光电探测装置。其优选地对每个滤波器元件2a至 2d分别包含一个例如以光电二极管形式的光敏元件7a至7d。在图1中将光敏元件7a至 7d如下地设置在衬底1中，使得其直接设置在那些配备有相关滤波器元件2a至2d的段DBR 镜3的下侧。由此例如光敏元件7a与滤波器元件2a这样对应，使得其仅仅可以接收由滤 波器元件2a所透光的辐射。相应地对于滤波器元件2b至2d和对应的光敏元件7b至7d 也是这样。由于冗余和其它原因，合适的是，在每个滤波器元件2a至2d下侧分别如下设置 至少两个相同的光敏元件7a至7d，使得在两个光敏元件中的一个发生故障时另一个可以 保持有效，和/或将所选择的光敏元件7a至7d同时设置在至少两个不同的滤波器元件2a 至2d的下侧，从而当一个和/或另一个滤波器元件透过辐射时，这些光敏元件动作。如何 将光敏元件7a至7d与单个滤波器元件2a至2d对应，其本身是任意的并且基本上取决于 要如何进行识别/或分析由滤波器元件2a至2d透过的、位于透射带中的辐射或者说其波 长。
[0048] 衬底包含选择性地在紧靠与滤波器元件2a至2d的交界面上、在空间或者在其远 离滤波器2的交界面的辐射敏感的光敏元件7a至7d。在此，光敏元件7a至7d由光电晶体 管、光电二极管、光敏电阻和CCD元件等组成，也就是说由适合于探测在这里所描述的范围 中的辐射的任意元件组成。
[0049]最后，衬底1优选地还包含多个以晶体管或二极管等形式的电气组件，借助它们 可以处理由光敏元件7a至7d输出的电信号。为此，作为衬底1合适地使用以CMOS技术等 制造的、还包含光敏元件7a至7d的板或薄片。
[0050] 因此，根据图1组件总共由一个具有四个有相同的DBR镜段但是不同的空腔段5a 至5d的滤波器元件2a至2d的光学滤波器2,以及一个具有光电子探测装置的、装载了滤波 器2的衬底1组成，从而在图1中形成一体制造的滤波器和传感器阵列。在使用具有连续 相同并且由此处处相等的折射率η的、用于空腔5的材料的情况下，空腔段5a至5d在此具 有光学长度LI=I1 ·n，L2 =I2 ·n，L3 =I3 ·η和L4 =I4 ·η,这些长度通过其几何长度 I1至I4互相区别。
[0051] 替代在图1中示出的四个滤波器元件2a至2d，组件还可以只具有两个或三个或远 多于四个滤波器元件2a至2d和对应的光敏元件7a至7d。在此，例如圆形的滤波器元件 2a至2d和对应的光敏元件7a至7d被设置为二维的并且选择性地按行和列设置，其形成 相应的虚拟的坐标系的笛卡尔的或极坐标的行和列（例如与X轴平行的行和与y轴平行的 列）。作为替换，还可以是按照直的或曲折的行的一维排列或者随便一种其它排列。此外， 滤波器和光敏元件2a至2d和7a至7d可以不依赖于其是否按行和/或列方式排列而以规 则的或不规则的分布被设置。
[0052] 图2示例性示出两个参与形成滤波器元件2a和2d的DBR镜3和4的段的细节。 在该实施例中，DBR镜3的两个段具有三个半层周期8,其中每个周期8包含层8a和层8b。 因为在衬底1上和在空腔段5a以及5d上分别合并一个层8a，所以在实施例中存在三个半 层对8。按照相应的方式，两个在图2中示出的DBR镜4的段具有三个半具有合适地相应于 层8a和8b、不过也可以与之不同构造的层9a和9b的层周期9。此外，层8a、9a和8b、9b 以公知的方式（参见例如DE10318767A1和那里给出的其它出版物）通过其层厚和/或其 折射率，也就是通过其光学厚度而区别。在此，所有层8a、9a可以被相同地或不同地构造。 对层8b和9b也同样适用。此外，如下合适地选择例如在层8a和8b(以及层9a和9b)的 折射率、也就是折射率对比之间的差别，使得产生期望宽度的阻带。应用技术可用的总光谱 范围、也就是滤波器阵列的阻带的期望宽度越大，则一方面提到的折射率差别也越大。另一 方面存在的层周期8和/或9的数量应该足够大，由此可以获得高的反射比和尽可能矩形 构成的阻带。
[0053] 除此之外，清楚的是，层8a、9a和8b、9b以及空腔段5a至5d的吸收在所考虑的光 谱范围中应该足够小，特别是当层周期的数量选得大时，以便获得透射带的尽可能小的吸 收。
[0054] 在某些情况下有意义的是，为靠近衬底1的层8a分配一个与DBR镜3的其它层不 同的厚度。同样，一个或多个其它层可以层厚不同。
[0055] 所描述的滤波器和传感器阵列的功能基本上由图1至4给出。在图2中示意性示 出，滤波器元件2a例如反射波长λ4,而透过波长λ1，使得其可以到达光敏元件7a。相反， 滤波器元件2d让波长λ4通过，使得其可以到达光敏元件7d，而同时不让波长λ1通过。 图1类似地示出具有总共四个滤波器元件2a至2d的滤波器阵列的透射光谱。相应地光敏 元件7a仅可以接收波长λ1的辐射、光敏元件7b仅接收波长λ2的辐射、光敏元件7c仅 接收波长λ3的福射、光敏兀件7d仅接收波长λ4的福射，其中波长λ1至λ4例如表不 各个透射带的主波长（中心波长）。由此滤波器阵列可以选择性地采集所有四个波长λ1 至λ4。
[0056] 图3示意性示出，按照哪种方式通过几何的空腔长度1、也就是空腔材料的垂直厚 度确定透射光谱范围的主波长。根据在空腔5中存在的波的数量定义模式a、b或c中的 一个。在此，示例性选择的模式b例如通过示出的阻带表示和选择。通过空腔长度1的描 述的厚度变化而改变所选择的模式b的波长。通过镜特征和由此确定的反射光谱（图3右 下）的选择，使得所选择的透射带、此处仅仅是透射带b位于阻带中。
[0057] 最后，图4在一个阻带内部示出在主波长λ1至λ4情况下的透射带（Dips)，该 阻带从约高于500nm至约低于800nm延伸。在所有四个光谱中在纵坐标上分别记录反射 (Rcflcktivtiitλ.在此，为清楚起见将零点分别沿着纵坐标移动。
[0058] 空腔材料的不同的层厚在滤波器元件2a至2d中会导致台型结构，特别是如图1 所示，该台型结构抬高经过形成分离段6的基层。不过，特别具有优势的是，如在图5中的 空腔段5e、5f和5g所示，空腔段给出透镜形的结构。这些空腔段5e至5g优选地被如下构 造：对于辐射的不同入射角至少在有限的角度范围10内部产生相同的光学长度，如在图5b 中对于空腔段5g的范围10所表示的。由此可能的是，在不同的角度下耦合待探测的光线， 而不会由此产生测量误差。
[0059] 代替通过空腔段5a至5g的厚度变化，通过折射率η的变化也可以引起光学长度 L的变化。在这种情况下，所有的空腔段5a至5g可以具有相同的几何厚度。
[0060] 利用微电子、光电子、纳米技术和微系统技术的装置来进行所描述的光电组件的 制造，但是也可以用不同的方式来进行。以下结合图5a至5c借助一个迄今被认为最好的 实施例详细解释该制造方法。在此假定，首先确定滤波器2的设计、包括对应的滤波器元件 2a至2d和空腔段5a至5g的设计。如果元件要被设置为具有集成的探测器装置，根据以 上确定包含该探测器装置的、与滤波器2匹配的或匹配到滤波器2的衬底1的设计，该衬底 1例如是CMOS光电二极管阵列，其例如呈现为约0. 5mm厚的硅片或硅晶片并且按照与光敏 元件7的期望的间隔和按照期望的分布设置。随后，制造的衬底1用作制造滤波器阵列的 出发点。根据需要可以在其应用之前磨光衬底1朝着滤波器阵列的一侧，例如通过合适的 层的沉淀或通过抛光剂。作为替换，还可以反过来，首先确定具有探测器装置的衬底1的设 计，或者如果在市场上可以提供的话，由现存的、例如购买的衬底1出发并且然后对于滤波 器2确定与之匹配的设计。
[0061] 在下一步骤中，进行在衬底1上的DBR镜3的沉积（图5a)。为此，例如交替地 将由二氧化硅（SiO2)组成的层8a和由氮化硅（Si3N4)组成的层8b以PECVD方法（Plasma EnhancedChemicalVapourDeposition,等离子体增强化学气相淀积）在衬底1上离析。 层8a的厚度在最简单的情况下是处处相同的，并且对层8b来说也同样适用，从而在衬底1 上产生层对8a、8b，其形成在整个衬底1上具有连续相同的厚度的DBR镜3。
[0062] 此时，在DBR镜3的最上面的层上涂覆由空腔材料组成的层11 (图5a)。因为空 腔材料的随后的结构化优选要通过纳米印刷方法（纳微刻印方法）来进行，所以作为空腔 材料使用坚固的、但是可热变形的材料例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMM=树脂玻璃）。空腔 材料例如通过类似于涂覆光刻胶（Photolack)的离心涂镀、通过离析或通过喷射技术被涂 覆，其中层11得到连续恒定的厚度。
[0063] 接着借助于相应的结构化的冲头12 (图5a)进行层11的结构化，该冲头12的面 向层11的、压铸的表面14被构造为在层5中待制造的结构化的负片形状（Negativform)。 然后通过如下进行结构化，例如将层11加热到140°C至160°C，以使得空腔材料是可塑的， 并且接着对冲头12施压，以便在层11的表面形成在图5b中示出的空腔段5e、5f和5g。此 处，取消按照图1的分离段6,而通过在其中空腔材料厚度几乎为零的区域15替代。如果在 此期望厚度为零，则例如可以通过附加的、整平面应用的等离子体腐蚀过程来产生这一点。 随后通过让空腔材料冷却和必要时通过光照、优选通过UV光线来硬化，在层11的成型模 (Abformung)上固定空腔段5e、5f和5g。
[0064] 在最后一个步骤中，进行第二DBR镜4(图5c)的形成。该镜4以如上面对第一 DBR镜所描述的相同的方式被涂覆和形成，其中，该DBR镜4虽然处处具有相同的厚度但是 包含由空腔段5d至5g预先给出的结构化。在此要注意，在该步骤中处理温度保持低于形 成空腔5的层11的再软化温度。
[0065]如图5c所示，得到具有集成的、以传感器阵列形式的光电探测器装置的选择性的 滤波器阵列，其在该实施例中具有三个光敏元件7e、7f和7g，它们分别与具有空腔段5e至 5g的滤波器元件2e至2g中的一个对应。
[0066] 借助所描述的技术可以用数百个、透射不同的波长的滤波器元件制造滤波器阵 列。因为滤波器dips的宽度在举例示出的波长λ1至λ4情况下仅仅约为lnm，并且在图 4中阻带的宽度约为280nm，在该实施例中通过空腔材料的厚度的变化可以用约250至300 个滤波器元件制造阵列。在此假定，对各个滤波器元件的空腔材料的厚度变化仅需几个纳 米。如果对DBR镜3、4使用其折射率对比远大于在系统二氧化硅/氮化硅情况下的材料， 则可以制造具有例如700nm的宽度的阻带和由此具有远超过500个滤波器元件的阵列。平 行于虚拟的xy平面的滤波器元件的截面在此例如为几个微米。
[0067] 滤波器元件的透射带可以互相无缝地串联。在这种情况下可以使用直到整个光谱 范围被覆盖这么多的滤波器。作为替换，滤波器元件的透射带也可以重叠地设置或者具有 位于其间的缺口光谱上分布地设置。还可以组合这三种情况。
[0068] 在上面描述的、按照图5a借助冲头12对空腔段的成型方法中，也可以采用大量 其它空腔材料。特别是可以采用液体的、优选粘稠的空腔材料，其在进行压铸之后用光或 其它方式硬化。在此，冲头12可以分别由娃，例如由MIGA方法(Mikrostrukturiertes Silizium,Qalvanik,Abformung，微结构化的娃、电镀、制模）公知的、或者由金属，例如由 LIGA方法(Lithographie,felvanik,Abformung，平板印刷、电镀、制模）中公知的、或者由 玻璃组成。结构化还可以通过如下进行，将空腔材料以具有不同厚度的单个空腔段沉淀在 DBR镜3上。为此有大量方法。例如在借助电子、离子和/或微粒辐射或者借助电磁波或利 用等离子体支持的条件下至少可以部分地应用沉淀作用。还可以具有相应变化的喷墨打印 方法来涂覆不同厚度的层。
[0069] 代替利用制模或沉淀方法，空腔材料的结构化还可以借助剥蚀的方法来进 行，如在图6a至6c中表示的那样，例如通过局部降低（图6b)首先预先选定的厚 度的涂覆的层16 (图6a),例如通过腐蚀或借助扫描探针（Rastersonden)或者悬臂 尖（Cantileverspitzen)。此外，至少在使用以聚合体形式的空腔材料时应该注意，例 如用PECVD方法从气态随后分离第二DBR镜4的层在低于对聚合体的玻璃临界温度 (GlasUberganstemperatur)的温度下进行。由此保证，避免事后聚合体转换为例如胶粘的、 粘稠状态并且由此避免损坏组件以及降低空腔段的光学特性。
[0070] 除此之外，按照图6a至6c的方法相应于按照图5a至5c的方法，因此对相同的部 件使用相同的附图标记并且可以舍弃进一步的解释。
[0071] 最后，在相同的几何厚度情况下可以通过改变其折射率来设置空腔段具有不同的 光学长度。这样的结构化例如可以在使用通常的植入方法或者位置分辨的照射方法来进 行。在这种情况下还可以考虑应用液态的或气态的、导致恒定厚度的层的空腔材料。在所 有描述的用于空腔材料的结构化方法中，自然与用哪种方法进行结构化无关，始终要注意 之前确定的不同的光敏元件7在衬底1中的位置，如果其具有探测器装置的话。
[0072] 本发明不限于所描述的实施例，这些实施例可以按照多种方式变化。特别是，每滤 波器阵列存在的滤波器元件的数量可以很大程度上自由选择并且与可以从UV波段至微波 波段延伸的期望的波段匹配。此外，给出的用于制造光电子组件的方法仅仅表示示例。特 别是，例如可以分开地制造传感器阵列或者衬底1和滤波器阵列并且然后通过粘贴或以其 它任何方式将光敏元件7a至7g用精确的定中心到滤波器元件2a至2g而连接成一体的 组件。此外，还可以使用没有衬底1的滤波器阵列并且结合其它的处理光线的阵列（光学 处理元件）。在此可以考虑基于波导的光电子的集成电路、多路复用器、多路分配器、波长 转换器、光学放大器和类似的组件。此外，优选地还可以使用光敏电阻阵列、C⑶阵列、光电 二极管阵列、光电晶体管阵列等等。特别是，还可以使用塑料材料作为衬底（例如薄膜、特 别是可弯曲的薄膜、由有机材料组成的薄膜），其中可以集成所有类型的电子和光电子的组 件。同样可以基于有机材料考虑迄今基于无机材料实现的所有组件。在此，可以分别组合 元件2和1，但是也可以单独使用并且构造为分别被弯曲、成型或与存在的表面形状匹配的 薄膜。给出的阻带的大小和/或透射带的位置也仅仅是示例性给出的并且很大程度上取决 于DBR镜3、4和空腔段的几何形状和材料。此外，按照本发明的组件以及滤波器和传感器 阵列的应用不限于给出的例子。其它的应用可能性存在于用于数字和光谱照相机的传感器 芯片中，作为用于分析目的的滤波器和传感器阵列，特别是在定性的和定量的分析气体、液 体和固体（或者其表面）的组成中以及存在于生物技术或者在医学技术中。在此，每个光 敏元件（或者每个像素）探测一个可预先选择的波长。最后可以理解的是，可以不同于所 描述的示出的组合应用不同的特征。
[0073] 图7示出了按照本发明的用于检查通过箭头1表示的电磁辐射的光谱分布和位置 分布的装置。在此，例如可以是从未示出的物体、例如人的皮肤反射的辐射，当用自然的光 线、灯或其它任何方式照射该物体时。
[0074] 该装置例如包含例如由硅制造的片形、板形或薄膜形的衬底2,在该衬底上设置有 多个光电传感器元件3,其例如由光电二极管、光电晶体管、CCD元件、光敏电阻等等组成并 且以没有详细示出的方式设置具有以印制导线、接头触点、总线等等形式的导电线4。导线 4例如被设置在衬底2的前面2a上，特别是被汽化渗镀到其上。相反，多个接收辐射1的以 小型化制造方法制造的滤波器元件5位于衬底2的背面2b上，其至少对一个窄的光谱范围 来说是可透过的并且同样被分布地设置在衬底2的背面上。在此，每个滤波器元件5优选 地这样对应于一个相应的传感器元件3,使得其透过的辐射仅仅出现在相应的传感器元件 3上。
[0075] 传感器和滤波器元件3、5被优选地利用微电子、光电子、纳米技术和/或微系统 的方法制造并且由此相应小地构造，也就是小型化。优选地，其在侧边方向上具有不大于 100μm、优选例如10至20μm的尺寸，从而在其宽边以及表面2a、2b具有几个平方厘米的 大小的衬底2上，可以容易地安置一百万以及更多的像素或者说传感器和滤波器元件对3、 5。在此，从滤波器元件5通过的光谱范围的宽度例如可以是小于一个纳米（例如0. 5nm)， 但是也可以是几个纳米。
[0076] 图8示出按照图7的传感器的示意性俯视图，其中圆分别表示一个滤波器元件5。 在这种情况下滤波器元件5和位于其下的、在图8中不可见的传感器元件3形成一个传感 器和滤波器阵列，在该阵列中传感器和滤波器元件5按照笛卡尔的行和列设置。
[0077]按照图8的传感器的主要优点在于，可以根据个别情况不同地选择位置分辨率和 光谱分辨率。例如如果图8中所有可见的滤波器元件5被构造为具有不同的光谱透射带， 则可以作为光谱的高分辨率的组件使用整个传感器。然后，每个像素提供关于在其上设置 了传感器的位置的其它光谱信息，但是作为替换也可以将传感器划分成在图8中示例性示 出的并且通过轮廓线表示的多个范围或者说宏像素6a、6b和6c。每个这样的宏像素包含九 个滤波器和传感器元件5、3或者说子像素。在这种情况下，允许相对于最先描述的情况降 低的相应于仅仅每九个可用的光谱范围的光谱分辨率，而同时可以获得高的位置分辨率， 因为每个单个宏像素6a、6b和6c提供关于宏像素设置在其上的特殊位置的信息。
[0078]在按照图8的例子中，每个宏像素6a、6b和6c可以配备具有相同的九个光谱范围 的滤波器元件。由此，既可以确定可能的光谱分辨率也可以确定可能的位置分辨率。多个宏 像素的综合则不提供附加的光谱信息。由此根据特别优选的实施例，所有存在的滤波器元 件5(子像素）设置具有不同的光谱通带并且该光谱范围在传感器中统计学地或者伪统计 学（Prn=pseudorandomnoise,伪随机噪声）地分布。这意味着，例如从位于图8的左上 角的、具有最小中心波长的传感器元件5逐行地和逐列地直到位于图8的传感器的右下角 的、具有最大中心波长的传感器元件5,主波长或者说中心波长不是始终一致，而是完全随 机地分布。通过任意数量的相邻传感器元件5(子像素）定义的宏像素的综合，可以用相同 的传感器或者通过定义由许多滤波器元件5形成的大的宏像素，来选择小的位置分辨率和 高的光谱分辨率，或者反过来通过定义由几个子像素形成的相对小的宏像素来选择高的位 置分辨率和小的光谱分辨率。因此，滤波器和传感器元件5、3到宏像素的综合，也就是说， 选择在个别情况下应用哪个位置分辨率和哪个光谱分辨率，合适地不是在最初设计传感器 和滤波器阵列时进行，而是以后例如以纯电子方式借助相应的分析电路或分析逻辑或者分 析程序来进行。作为替换，自然还可以在制造传感器时确定具有不同的光谱范围的一定数 量（例如100个）滤波器元件并且（在传感器上分布）设置分别具有100个这样的子像素 的宏像素。在此，子像素优选也是统计学地或者伪统计学地在每个宏像素内部分布，而不是 有序地分布，从而通过该宏像素的划分可以设置具有类似的光谱分辨率的改变的位置分辨 率。在此清楚的是，当所有存在的滤波器元件的通带不同时，通过由若干统计学分布的子像 素形成宏像素不能获得其滤波器元件具有相同的光谱通带的宏像素。但是，总可以获得具 有非常类似的滤波器特性的宏元件，这对许多应用目的来说也是足够的。例如，如果只由两 个子像素形成宏像素，则可以达到非常高的位置分辨率，其中每个宏像素至少还允许短波 和长波辐射的区别。
[0079]利用PRN或者有针对性地不规则排列的滤波器阵列具有如下优点。
[0080]在1?的光谱分辨率和小的位置分辨率模式和小的光谱分辨率和1?的位置分辨率 模式之间的一致只有通过改变分析才可以无级实现，方法是将宏像素可变地综合。
[0081] 同时给出的位置分辨率使得在光谱应用中可以控制光程或者说非理想的光程。在 由仅一个宏像素组成的滤波器情况下或者在过程滤波器（Verlaufsfilter)情况下，同样的 和几何形状上不变的亮度是必要的。如果具有位置分辨率则变形或者非均匀的测量对象可 以被识别并且必要时被补偿。
[0082]在皮肤上或者平面上的应用中位置分辨率使得可以控制到皮肤上或者到平面上 的正确的涂层（Auflage)，因为通过位置分辨率可以确定耦合或者照明的轮廓。
[0083]通过位置分辨率可以提供关于皮肤部位的"均匀性"（斑点、创伤、疤痕、纹身等等 的游离（Freiheit))的信息。在实际的分析之前可以判定测量位置的质量。
[0084] 为了使用提到的优点，要服从如下的要求。
[0085]在透射光光谱仪中，服从来自附加地期望的位置分辨率的要求，该位置分辨率被 使用以便确定并且必要时补偿不稳定的光程（移位）或者非均匀的样本。为了达到该位置 分辨率，需要作为具有有针对性无序分布的阵列的排列，其中阵列和光谱范围被划分为相 同数量的部分并且阵列的每个部分包含每个光谱范围的滤波器元件。在此，每个通带总共 以相同的数量（例如1、2、3)在滤波器阵列上存在。
[0086] 在反射光谱仪中，附加地使用位置分辨率以便确定并且必要时补偿非均匀的表面 以及检查测量仪器的及样本的表面的正确定位。
[0087] 在透射反射光谱仪（Transreflektionsspektrometer)中，服从来自附加地期望 的位置分辨率的要求，该位置分辨率被使用以便确定并且必要时补偿不稳定的光程（移 位）或者非均匀的表面或测量仪器的错误耦合以及检查测量仪器的正确定位。为了达到该 位置分辨率，需要作为具有有针对性无序分布的阵列的排列。在此，光线的期望的光谱分布 作为在入射位置和从介质（例如皮肤）出来位置之间的距离的函数对滤波器元件在阵列的 特定的范围中的频度具有影响。根据应用场合的不同，在具有光谱范围的非常小的和不可 分析的强度的范围中设置非常少或者不设置具有相应通带的滤波器元件。在特定的光谱范 围的小的但是还可分析的强度的范围中，正是那些通带的提高的数量的滤波器元件可以通 过较大数量的、为取平均值可用的滤波器元件而提高测量仪器的灵敏度。如果光源被设置 在阵列或者多个阵列的中心，这导致光谱分布范围围绕光源呈圆形排列。
[0088] 在图9至11中示出了按照本发明的装置的其它可能的实施例。图9示出一种其 中存在四行13a至13d滤波器元件5的装置。在每行13a至13d中从预先选择的点8 (此 处是传感器的中点）出发设置具有相同的光谱分级（Abstufung)的相同数量的滤波器元件 5。在此，行13a、13c和13b、13d与点8中央对称地设置。以这种方式可以快速和可靠地确 定在待检查的物体中位置的和/或光谱的不对称，例如通过在检查的皮肤上的色斑会引起 该不对称。同样的是，行13a至13b附加地或者选择性地镜像对称地设置（例如13a、13d 镜像对称于线9和/或7a、7b镜像对称于线10)，其中区域2c至2f还可以完全地被滤波器 元件占用。
[0089] 按照图9的传感器的制造例如可以通过如下地进行：或者以所描述的方式将相关 的衬底设置为具有传感器和滤波器元件3、5,或者使用四个单个的沿着线9和10互相交界 的衬底段2a至2d，这些衬底段在中央和镜像对称的情况下可以被构造为全部相同。
[0090] 在按照图10和11的实施例中考虑如下公知事实：在特定的情况下，例如在检查特 定的物体11、如由设置在传感器12的中央的辐射源14照射的人的皮肤的情况下，短波分量 (箭头15)由于通常的散射而被反射到位于靠近中央的传感器和滤波器元件3、5,而同一光 源14的长波分量（箭头16)被反射到远离中央的传感器和滤波器元件3、5。在这样的情况 下，在位于内部的其它滤波器元件5a(图11)被设置为具有完全或者主要是短波通带并且 位于外部的其它滤波器元件5b被设置为具有完全或者主要是长波通带，而不会由此发生 显著的信息丢失。传感器和滤波器元件在此例如被设置为与中心旋转对称，也就是说，如图 11所示，其优选位于以中心和辐射源14作为中点的圆形上。此外，按照图10和11的装置 的特别的优点在于，用一个测量过程可以获得大量深度信息。公知的是，离光源较远反射的 光线也会射入到组织等的较大深度并且因此由位于深处的层吸收。因此，通过减影成像可 以按照简单的方式对每层确定特殊的吸收比以及由此例如位于深处的皮肤层的缺陷部位。 由于存在大量传感器元件，可以实用地同时获得这些信息。
[0091] 在图10和11中示出的传感器12被构造为用于以反射形式采样物体11，相应的在 图12中示出的传感器17则用于确定物体18的透射光谱。与图10和5的唯一区别在于传 感器17和光源19被设置在物体18的相反的面。以相应的方式所描述的传感器自然也可 以被构造为用于检查荧光或磷光光谱以及散射。
[0092] 图13示出了根据计算机断层成像方式的应用实例。在此，多个传感器20a至20d 被设置为围绕物体21，该物体在此例如是人的手臂。在此，传感器20a至20d可以如根据图 10的传感器12那样被构造并且被设置为具有中央辐射源22a至22d。不过，作为替换地或 者附加地，还可以将辐射源23设置为从位于传感器20a至20d外部的位置向物体21对齐。
[0093] 代替从图8中可以看出的传感器和滤波器元件3、5的笛卡尔排列，传感器和滤波 器元件3、5的极坐标式的行和列方式的排列或者仅仅以直的或弯曲的行进行的排列也是 可能的，没有单独示出这点。
[0094] 传感器和滤波器元件3、5的构造本身是任意的。根据一个特别优选的实施例，按 照图14的衬底2 (在图14中相同部分用如图7中的相同的附图标记表示），由平行平面的、 平的板构成，在其背面2b上设置有作为整体用附图标记25表示的光学滤波器。滤波器25 包含：在衬底2的背面2b上涂覆的第一DBR镜26 ;在第一DBR镜26的远离衬底2的一侧 并且与之间隔开设置的第二DBR镜27 ;以及在两个DBR镜26和27之间设置的空腔，其在 图14中作为整体用附图标记28表示。由此，整个传感器表示基本上由四个互相层叠的层 组成的多层体。
[0095] 如图14进一步示出的，在第一DBR镜26上设置了由构成空腔28的材料组成的层。 该层在平行于z方向上具有不同的厚度。特别是，由该层构成的空腔28在段28a中具有相 对小的厚度，在段28b中具有稍大些的厚度并且在段28c和28d中具有更大些的厚度。因 此，空腔28的几何长度I1至I4在这些段28a至28d中具有全部不同的值。分离区域29优 选位于段28a至28d之间，在该分离区域中空腔材料具有例如预先选择的恒定的或变化的 厚度并且该分离区域将段28a至28d在空间上互相分离。
[0096] 构成第二DBR镜27的区域位于由空腔材料构成的层上。在图14中该区域具有在 z方向上处处相同的厚度。因此，该区域的底侧和上侧具有相应于在图14上侧的空腔28的 轮廓或者说结构化的轮廓或者说结构化。在z方向上测量的DBR镜27的底侧和上侧的距 离在图14中基本上处处相同。
[0097] 由于所描述的空腔28的结构，滤波器25在该实施例中包含四个相应于图7中的 滤波器元件5的滤波器元件5a至5d，如在图14中通过虚线表示的那样，其中每个滤波器元 件5a至5d由空腔28的段28a至28d中之一和DBR镜26和27的每个对应的段构成。在 俯视图中，也就是在xy平面中，这些滤波器元件5a至5d优选具有圆形形状，尽管其原则上 还可以具有其它周边轮廓。
[0098] 衬底2优选地是透光的以及可以透过待探测的电磁辐射的薄膜、薄的玻璃板、硅 片等，其中"透光的"被理解为，为了将通过滤波器25的光线不受影响地透过，片不一定需 要是透明的，而是例如还可以具有散射功能并且由此或者总体被构造为散射片或者被设置 为具有散射光线的装置。
[0099] 类似于图7,根据图14的传感器还包含集成在衬底2中的以阵列形式构造的光电 探测器或者传感器装置。它们对每个滤波器元件5a至5d优选地包含各一个光敏元件或者 传感器元件3a至3d，例如以光电二极管形式。光敏元件3a至3d根据图14在衬底2中如 下被设置，使得其被设置在紧邻那些对应于相关滤波器元件5a至5d的段DBR镜26的底侧。 由此，光敏元件3a如下对应于滤波器元件5a，使得该光敏元件3a仅仅可以接收由滤波器 元件5a通过的辐射。相应地对滤波器元件5b至5d和对应的光敏元件3b至3d也是这样。 由于冗余和其它原因，合适的是，在每个滤波器元件5a至5d下侧分别如下设置至少两个相 同的光敏元件3a至3d，使得在两个光敏元件中的一个发生故障时另一个可以保持有效，和 /或将所选择的光敏元件3a至3d同时设置在至少两个不同的滤波器元件5a至5d的下侧， 从而当一个和/或另一个滤波器元件透过辐射时，这些光敏元件动作。
[0100] 辐射敏感的光敏元件3a至3d位于衬底2中紧靠正面2a或者与正面2a交界，因 为其目前由于通常的制造技术，例如C⑶或者CMOS制造方式，不能被任意深地植入衬底2 中。但是，在应用其它技术时还可以将光敏元件7a至7d与背面2b交界，例如其被构造为 热敏元件时。在此，传感器或者光敏元件3a至3d可以由适合于探测在这里所描述的环境 中的辐射的任意元件组成。
[0101] 最后，例如以C⑶或CMOS制造方式制造的衬底2优选地还包含大量未示出的以晶 体管和二极管等形式的电气以及电子组件，借助它们可以处理由光敏元件7a至7d输出的 电信号，以及还包含由图7可以看出的导线4。该导线4通常位于衬底2的正面2a上，因为 其例如被汽化蒸镀到衬底2上，而电子组件则被设置在衬底2中。作为替换，自然还可以仅 仅将光敏元件7a至7d设置在衬底2中，而相反将电子组件设置在与之分离的芯片上或芯 片中并且根据需要用同一个或另一个外壳来包围。
[0102] 如图14所示，滤波器25及其滤波器元件5a至5d优选地被构造在衬底2的背面 2b上，该衬底2由此既可以形成用于传感器装置的衬底也可以形成用于滤波器25的衬底。 同时设置为，从远离导线4的背面2b照射传感器，如在图14中通过对应于波长λ1至λ4 的箭头和在图10中通过箭头15、16所表示的。由此实现了，导线4不会阻碍辐射入射到位 于其下的光敏元件3a至3d上，和/或可以任意在正面2a上并且无需考虑光敏元件3a至 3d的位置或者待探测的辐射来敷设导线4。
[0103] 因为衬底2从其背面2b，也就是远离导线4的一侧被照射并且辐射大多仅仅具有 关于通常使用的衬底材料相对小的入射深度，按照本发明进一步设置为，至少在滤波器和 光敏元件5a至5d和3a至3d所设置的位置处以例如10μ至20μ的厚度足够薄地制造衬 底2。
[0104] 根据图14,传感器总共由一体制造的、具有空间上非常小的伸展的滤波器和传感 器阵列组成。由此，可以将其利用其作为采样平面起作用的背面2b和位于该背面上的滤波 器元件5 -起置于待检查的物体上的任意位置上。在应用具有连续相等并且由此处处相同 的折射率η的、用于空腔28的材料的情况下，空腔段28a至28d在此具有光学长度Ll= I1 ·n，L2 =I2 ·n，L3 =I3 ·η和L4 =I4 ·η,这些长度通过其几何长度I1至I4互相区别。
[0105] 与图14不同的是，所描述的传感器以特别的优势不只是包含四个而是相应于上 面的描述包含远远大的数量，例如至少十个，具有特别的优势地包含一百或更多个滤波器 元件和对应的光敏元件。
[0106] 此外，DBR镜26、27还可以以本身公知的方式被构造（例如DE10318767A1)。
[0107] 所描述的滤波器和传感器阵列的功能基本上由图14和15给出。在图14中示意 性表示，滤波器元件5a例如透射波长λ1，而反射波长λ2至λ4,从而只有波长11可以到 达光敏元件3a。而滤波器元件5d例如透射波长λ4,从而波长λ4可以到达光敏元件3d， 而同时不透射波长λ1至λ3。
[0108]图15在一个阻带内部示出在主波长λ1至λ4情况下的属于图14的透射带 (Dips)，该阻带从约高于500nm至约低于SOOnm延伸。在所有四个光谱中在纵坐标上分别 记录反射（Refleku\.tiit)。在此，为清楚起见将零点分别沿着纵坐标移动。
[0109] 代替通过空腔段28a至28d的厚度变化，还可以通过折射率η的变化来导致光学 长度L的变化。在这种情况下，所有的空腔段28a至28d具有相同的几何厚度。
[0110] 可以以不同的方式来进行所描述的光电子传感器的制造。在此例如假定，首先确 定滤波器25的设计、包括对应的滤波器元件5a至5d和空腔段28a至28d的设计，其中具有 特定通带的滤波器元件位于其上的位置例如由事先建立的几率列表（Zufallslist)给出。 根据以上确定包含该探测器装置的、与滤波器25匹配的或匹配到滤波器25的衬底2的设 计，该衬底2例如是C⑶或CMOS光电二极管阵列，其例如呈现为约0. 5mm厚的硅片或硅晶 片并且按照与光敏元件3的期望的间隔和按照期望的分布设置。随后制造的衬底2用作制 造滤波器阵列的起点。
[0111] 如果衬底2还不够薄，则可以通过蚀刻或其它任何方式将衬底2连续变薄到例如 10μ至20μ，或者在光敏元件3位于其上的位置处设置具有变薄的中间段。
[0112] 在下一步骤中，现在例如通过交替地将由二氧化硅（SiO2)组成的层8a和由氮化 娃（Si3N4)组成的层 8b以PECVD方法（PlasmaEnhancedChemicalVapourDeposition， 等离子体增强化学气相淀积）在衬底2上离析，进行衬底2的背面2b上的DBR镜26的沉 积。
[0113] 在DBR镜26的最上面的层上，此时涂覆由空腔材料组成的层。如果空腔材料的后 面的结构化优选通过纳米印刷方法来进行，则作为空腔材料使用牢固地但是可热变形的材 料例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMM=树脂玻璃）。空腔材料例如通过类似于涂覆光刻胶的离 心涂镀、通过离析或通过喷射技术被涂覆。
[0114] 接着，例如借助相应的结构化的冲头进行由空腔材料组成的层的结构化，该冲头 的面向该层的、压铸的表面被构造为在层28中待制造的结构化的负片形状。然后通过如下 进行结构化，例如将层11加热到140°C至160°C，以使得空腔材料是可塑的，并且接着对冲 头施压，以便在该层的表面形成在图14中示出的空腔段28a至28d。接着通过让空腔材料 冷却和必要时通过光照、优选通过UV光线来硬化，在该层上固定空腔段28a至28d。然后在 最后的步骤中以如上面对第一DBR镜26所描述的那样相同的方式进行第二DBR镜27的形 成。
[0115] 借助所描述的技术，传感器可以被构造为具有数百个可以通过不同波长的滤波器 元件。因为滤波器dips的宽度在举例示出的波长λ1至λ4情况下仅约Inm并且阻带的宽 度在图15中约为280nm，所以在该实施例中通过空腔材料的厚度变化可以制造具有约250 至300个滤波器元件的阵列。在此的出发点是，对不同的滤波器元件，空腔材料的厚度变化 仅仅需要几个纳米。如果对DBR镜26、27使用其折射率对比远大于在系统二氧化硅/氮化 硅情况下的材料，则制造具有例如700nm的宽度的阻带和由此具有远超过500个滤波器元 件的阵列。平行于虚拟的xy平面的滤波器元件的截面在此例如为几个微米。
[0116] 滤波器元件的透射带可以互相无缝地串联。在这种情况下可以使用直到整个光谱 范围被覆盖这么多的滤波器。作为替换，滤波器元件的透射带也可以重叠地设置或者具有 其间的缺口光谱上分布地设置。还可以组合这三种情况。
[0117] 本发明不限于所描述的可以按照多种方式变化的实施例。特别是每滤波器阵列存 在的滤波器元件的数量可以很大程度上自由选择并且与可以从UV波段至微波波段延伸的 期望的波段匹配。还可以将相应于图8的传感器如下设置为具有多个宏像素6a、6b，使得 一个宏像素的滤波器元件具有与其它宏像素的中心波长例如以Inm的特定值相区别的中 心波长。此外，给出的用于制造光电子组件的方法仅仅表示示例。特别是例如可以如在图 10和11中表示的那样，将衬底设置为具有孔洞，该孔洞一起用于容纳以发光二极管、白炽 灯或与辐射源连接的纤维束等等形式的光源。作为替换，这样的孔洞还可以例如用于通过 日光，因为日光也可以适合于作为光源。此外，还可以使用塑料材料作为衬底（例如薄膜， 特别是由有机材料组成的可弯曲的薄膜），其中可以集成所有种类的电子和光电子的组件。 同样可以基于有机材料考虑迄今基于无机材料实现的所有组件。此外，还可以分开制造衬 底和滤波器元件并且然后通过粘贴或以其它任何方式将光敏元件用到滤波器元件的精确 定中心而连接成一体的组件。此外，与所示出的平面的形状不同，衬底2还可以被弯曲地成 型或与存在的表面形状匹配。给出的阻带的大小和/或透射带的位置也仅仅是示例性给出 的并且很大程度上取决于DBR镜26、27和空腔段5a至5d的几何形状、大小和材料。此外， 按照本发明的传感器的应用不限于给出的例子。其它的应用可能性存在于用于数字和光谱 照相机的传感器芯片中，作为用于分析目的的滤波器和传感器阵列，特别是在定性的和定 量的分析气体、液体和固体（或者其表面）的关系时，以及存在于生物技术或者在医学技术 中。此外，在传感器的其以该侧面被置于待检查的物体上的侧面上、也就是说特别是在DBR 镜27的自由的表面上，可以设置保护层。该保护层优选地是透明的并且可以容易地冲洗以 及可以容易地消毒并且满足规定的医疗卫生的要求。如果该层影响滤波器的滤波特性或吸 收特性，则可以在制造滤波器时或在电子设置传感器的灵敏度时相应地考虑这一点。最后 可以理解的是，可以不同于所描述的示出的组合来应用不同的特征。
[0118] 通过本发明还可以实现根据权利要求49所述的组件，该组件在通常的例如用于 插入管座的安装或借助焊接的安装的外壳中，将光敏元件或者说具有光敏元件的衬底以及 滤波器元件或者说滤波器元件的衬底统一在其中。由此不仅滤波器的不同的滤波器元件， 而且对于透射带的识别或者区别以及对于所接收的辐射的光谱分析来说是必要的光敏元 件都被集成在同一个组件中。在这种装置中还可以的是，通过对从光源的方向直接在滤波 器元件后面设置的光敏元件的简单的测试或者通过对应于其它光学组件的光敏元件，也就 是说无需滤波器的机械的调谐，就可以识别所接收的辐射的特有的透射带和/或光谱分布 以及在其上输出特定的辐射的位置。
[0119] 在应用按照本发明的方法时根据权利要求58用相对简单的方法可以制造该组 件，因为滤波器直接被构造在衬底上，该衬底例如在通常的以CMOS或者CXD技术制造的探 测器装置的外壳中被用作窗口。因为滤波器元件还可以被设置在该衬底的背面，也就是在 组件的受保护的内部，其正面可以用于组合地安装例如其它光学组件例如微透镜装置、光 导管或遮光板，此外同样作为窗口使用的用于滤波器元件的衬底的整体或部分的厚度可以 如下选择，使得其对于其它光学组件的功能是特别具有优势的。此外，滤波器元件的衬底本 身可以具有不同于窗口的其它光学功能，例如带通滤波器的功能，其对应于滤波器元件的 所有或者空间上相邻的部分。由于滤波器元件作为Fabry-Perot滤波器的构造，此外还可 以在狭窄的空间上（例如IcmXlcm)安置大量（例如数百个）滤波器元件，其透射带可选 是不同的或者对应相同的波长范围。按照这种方式同样可以实现既具有高的位置分辨率也 具有高的光谱分辨率的传感器。
[0120] 用本发明的装置可以制造非常平的光谱敏感的传感器。根据现有技术的光谱仪相 对于本发明的装置需要由光谱所要求的扩展（Aufspreizung)所引起的在光入射点和光敏 元件之间的大的距离。如果将这样的平的光谱敏感的传感器与电线或者无接触的能量供应 和同样的数据传输在密封的紧密的外壳中进行组合（图19,1)，则获得具有按照现有技术 是不可能的应用范围的测量仪器。
[0121] 例如可以将这样的传感器单元1植入皮肤2下面。在另一个单元3中（该单元为 植入的单元承担能量供应4和数据交换5)集成了光源6。如果该单元与光源一起被置于皮 肤上在传感器单元1上，则产生光源、吸收路线和用于测量透射或者说吸收光谱的光谱敏 感的传感器的必要的排列。该排列与图20的装置类似，其中提取相应的组织块7并且将其 安装到由光源8、单色器9和探测器10组成的吸收光谱仪的光程中。在光源单元（图19) 和传感器单元1之间的体积对应于比色计（KUvette) 11 (图20)的体积。
[0122] 测量可以被随时重复而不必重新将传感器安装到皮肤下，也就是没有重新的创 伤。这样的透射测量相对于透射反射测量或者仪器（图21) 12 (其中光源13和光接收器或 者说光谱仪14通过间隔或者说光屏障（Lichtsperre) 15互相分离地被置于皮肤2)的主要 优点是，垂直的平均吸收路径。此外不需要在光源和光接收器之间的附加的屏蔽16。根据 图19的装置保证了，只有穿过样本（此处是皮肤和位于皮肤下的组织层）的光线到达接收 器。通过传感器单元的位置，在所考虑的比色计中在每次测量中组织是相同的，在重新安装 光源单元的情况下，比在用于透射反射测量的仪器中达到更高的可重复性。
[0123] 如果单元17(图22)的光谱敏感范围完全或者仅仅部分地（这使得可以参考测 量）被设置为具有指示器18(该指示器例如对血糖含量可逆地作出反应）的层，则可以借 助这样的植入的传感器和由能量供应、数据传输和照明组成的单元作为手持式设备随时无 创伤地确定血糖含量。
[0124] 原则上利用本发明的单元取消了取样的必要性，因为不必分离或者提取透射的体 积或者影响指示器的体积。
[0125] 如果所描述的传感器被设置为具有光源19,则形成完整的吸收或反射光谱仪，其 在密封的紧密的外壳20中可以被应用于腐蚀性的介质中。该光谱仪例如可以被引入胃中 并且在通过胃肠跟踪的路径上连续进行测量。可以结合相应的指示器例如确定在胃肠跟踪 过程中的PH值。利用用于能量供应和数据传输的单元来确定这样的光谱仪的位置。在该 单元中例如还可以集成数据处理和显示。
[0126] 相应的传感器单元同样被设置为具有数据存储器，该数据存储器使得可以进行明 确的识别并且可以被用于存储例如患者历史。
[0127] 相应的传感器单元可以提供用于控制给药设备的测量数据并且与之结合来保持 胰岛素镜恒定。
[0128] 用于能量供应和数据传输和数据处理的单元可以提供给药方针。
【权利要求】
1. 一种制造具有两个DBR镜（3,4)和在它们之间存在的空腔的光学滤波器阵列的方 法，该空腔包含具有多个不同高度的、分别形成Fabry-Perot滤波器元件（2a至2g)的空腔 段（5a至5g)，其特征在于如下步骤：将第一 DBR镜（3)涂覆到衬底（1)上，在所述DBR镜 (3)上形成由空腔材料构成的层（5)，其中该层（5)通过应用纳米刻印方法被设置为具有多 个形成滤波器元件（2a至2g)的空腔段（5a至5g)，以及利用通过所述空腔段（5a至5g)的 不同高度预定的结构化将第二DBR镜（4)涂覆到所述空腔材料上，其中，所述层（5)以预选 的厚度被涂覆并且其厚度借助于剥蚀方法被局部地降低，并且其中，互相分开地制造所述 衬底（1)、DBR镜（3,4)和由空腔材料构成的层（5)并且然后正好地彼此重叠。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有光电探测装置的衬底作为衬底 ⑴。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助植入的方法局部地改变所述层 (5)的折射率。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用电线或无接触的能量供应和同样 的数据传输组合相应的平的光谱敏感的传感器，使得该组合例如适合于植入人的身体。
5. -种具有用于透过待探测的电磁辐射的衬底（1)的光学滤波器阵列，在该衬底上设 置了第一 DBR镜（3)、第二DBR镜（4)和多个在该两个DBR镜（3,4)之间空间分开设置的分 别由空腔材料形成的空腔段（5a至5g)，这些空腔段具有不同的光学长度（LI, L2)并且与 该两个DBR镜（3,4)分别形成一个滤波器元件（2a至2g)，其中所述滤波器（2)在通过DBR 镜（3,4)确定的阻带中反射，并且其中每个滤波器元件（2a至2g)至少具有一个通过其空 腔段（5a至5g)的所述光学长度确定的位于阻带内部的窄的透射带，其特征在于，所述空腔 段（5a至5g)的不同的厚度是通过应用纳米刻印方法来制造的，所述空腔段（5a至5g)被 构造为台形。。
6. -种用于检查从物体发出的电磁福射的光谱分布和位置分布的光学滤波器阵列，包 含：具有不同的窄的光谱通带的多个微型化的滤波器元件（5, 5a至5d)以及与所述光敏元 件（5,5a至5d)对应的光电传感器元件（3)，其中所述滤波器元件（5,5a至5d)被并列设置 并且与所述传感器元件（3) -起形成传感器和滤波器阵列，其特征在于，所述光谱通带用 统计的或伪统计的分布在传感器和滤波器阵列中被分布地设置。
7. 根据权利要求6所述的光学滤波器阵列，其特征在于，所述传感器和滤波器阵列具 有由相邻的传感器和滤波器元件（3,5,5a至5d)形成的范围（6a，6b，6c)，并且所述滤波器 元件（5, 5a至5d)基于统计的或伪统计的分布在所有范围^a，6b，6c)中具有类似的通带。
8. 根据权利要求7所述的光学滤波器阵列，其特征在于，该装置具有借助其能够在分 析检查的福射时选择性地确定所述范围（6a，6b，6c)的装置。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的光学滤波器阵列，其特征在于，所述通带与所述 滤波器元件（5)如下地对应：相对所述传感器和滤波器阵列的预选的点产生通带的旋转对 称的分布。
10. 根据权利要求6至8中任一项所述的光学滤波器阵列，其特征在于，如下地在所述 统计的分布上重叠线性的分布：所述滤波器元件（5a，5b)在靠近传感器和滤波器阵列的预 选的点（14)的区域对应着平均短波的通带，并且随着与该点（14)间隔的增加对应着平均 增加的长波通带。
11. 根据权利要求6至8中任一项所述的光学滤波器阵列，其特征在于，所述衬底（2) 具有用于容纳光源（14, 22a至22d)的特定的孔洞。
12. 根据权利要求6至8中任一项所述的光学滤波器阵列，其特征在于，所述滤波器元 件（5, 5a至5d)和与其对应的传感器元件（3)被综合成一个一体的、可铺设在物体（11，18， 21)例如组织或身体部位上或从深度反向散射的材料上的传感器（12,17, 20a至20d)。
13. 根据权利要求5至8中任一项所述的光学滤波器阵列，其特征在于，利用电线或无 接触的能量供应和同样的数据传输组合相应的平的光谱敏感的传感器，使得该组合例如适 合于植入人的身体。
【文档编号】G02B5/20GK104316987SQ201410394812
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2007年8月9日 优先权日:2006年8月9日
【发明者】哈特马特.希尔默, 沃尔夫冈.科克, 于尔根.克里格, 卡尔.桑德哈根, 哈迪.霍海塞尔, 温弗里德.威尔默 申请人:光学解决方案纳米光子学有限责任公司, 光学解决方案有限责任公司