本发明涉及可变式滤光件领域，具体是涉及一种可变式滤光件的制作方法，应用这种制作方法所制成的可变式滤光件可以应用在诸如高光谱成像、超光谱成像或者多光谱成像的传感器上，或者应用在诸如光谱分析仪等光学器件上。
背景技术：
随着图像传感器技术的发展，多光谱成像、超光谱成像以及高光谱成像技术应用在多种领域，例如对太空星体的探测、对地壳内部结构的探测等。其中，高光谱成像技术是从电磁波谱中收集和处理信息的成像技术，传统的成像技术只能够收集有限的频段的光谱数据并进行分析，因而，多光谱、超光谱、高光谱成像技术可以收集更密集的频段的光谱数据，通过对光谱数据的分析，可以了解诸如星体、地壳内部物质的构成。
多光谱、超光谱、高光谱成像技术需要在图像传感器的表面上设置滤光件，其中，滤光件通常包括一块基板以及形成在基板上的滤光膜，基板通常是对相关波长的光束透明的材料，滤光膜是通过溅射、蒸镀等方式沉积形成在基板上的薄膜。为了实现对多种频率的电磁波的采集，形成在基板上的滤光膜的厚度是不一样的，因此，如何在基板上形成厚度不同的滤光膜是滤光件的重要生产工艺。
参见图1，制作滤光件时，需要使用一块具有开口3的掩膜2，在掩膜2的一侧设置基板1，掩膜2的另一侧设置滤光材料发射源4，滤光材料从滤光材料发射源4发出，例如从滤光材料发射源4蒸发或者以气相溅出，一部分滤光材料将穿过掩膜2的开口3沉积在基板1的表面上，从而形成滤光膜。
例如，美国专利us10260945公开了一种应用在高光谱成像设备上的滤光件的制作工艺方法，该方法是多次将多种不同开口形状的掩膜(mask)形成在基板上，每次只使用一种掩膜。在基板上形成一种形状的掩膜后，将制作滤光膜的材料(例如滤光材料)穿过掩膜的开口并使滤光材料沉积在基板的表面上，从而在基板上形成一层薄膜。通过多次在基板上形成不同开口形状的掩膜并多次进行沉积工艺，最终在基板的表面上形成的薄膜具有不同的厚度。
但是，这种滤光件的制作工艺需要使用多种不同的掩膜，并且每次只能使用一种掩膜进行沉积工艺，且进行一次沉积工艺后，形成的滤光膜的厚度仅仅与沉积的时间相关，且滤光膜的厚度往往是均匀的。因而，这种制作工艺非常繁琐，如果形成在基板上的滤光膜的厚度有四种不同的尺寸，通常需要经过三次甚至四次的沉积工艺才能完成，一方面导致滤光件的制作效率低下，另一方面，需要使用的掩膜较多，也导致滤光件的制作成本较高。
美国专利us9804310则公开了另一种制作滤光件的方法，该方法是将基板固定在一个可旋转的支架上，将具有开口的掩膜设置在基板与滤光材料发射源之间，掩膜可以相对于基板平移。掩膜上的开口的延伸方向与掩膜的运动方向垂直，一种方案是，掩膜的开口不是矩形的，掩膜需要不断的往复运动来确保形成在基板上的滤光膜的厚度在掩膜运动方向上是均匀的，滤光膜的厚度通过对掩膜开口的形状调节实现。另一种方案是，将掩膜的开口设计成矩形，为了在基板上形成具有不同厚度的滤光膜，沿着掩膜相对于基板的运动方向设置有多组矩形的开口，一组矩形的开口中的多个开口长度不相同。当滤光材料经过不同长度的开口后，沿着垂直于掩膜的运动方向，滤光膜具有不同的厚度。
但是，这种工艺的一种掩膜只能够生产一种具有特定厚度比例要求的滤光膜，例如，一种滤光件的滤光膜的四个部分的厚度比是1：2：3：4，则制作这种滤光件所使用的掩膜的一组矩形的开口的四个矩形开口的长度比就需要设计成是1：2：3：4。如果另一种滤光件的滤光膜的四个部分的厚度比是2：3：4：5，则需要使用另一种掩膜才能制作这种滤光件。
这种方法虽然能够一次性在基板上形成具有不同厚度的滤光膜，但是掩膜依然不具备通用性，如果滤光件的生产厂家需要生产多种不同型号的滤光件，则需要制作大量具有不同开口形状的掩膜，导致滤光件的生产成本较高。
此外，这种方法只能制作具有一维厚度变化的滤光膜的滤光件，并不能制作具有二维厚度变化的滤光膜的滤光件，即不能制作在基板的表面上具有二维方向的厚度变化的滤光膜的滤光件。但是，在实际应用中，具有二维厚度变化的滤光膜的滤光件具有广泛的应用前景，上述的滤光件制作方法显然不能够满足高光谱成像技术对图像传感器日益精细的要求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能够降低滤光件的制作成本且滤光件的制作效率高的可变式滤光件制作方法。
为了实现上述目的，本发明提供的可变式滤光件制作方法包括提供一块具有矩形开口的掩膜；在掩膜的相对两侧分别设置基板以及滤光材料发射源；并且，驱动掩膜与基板中的至少一个，使掩膜与基板发生相对运动；在掩膜与基板发生相对运动的过程中，源自于滤光材料发射源的滤光材料穿过矩形开口并沉积基板的表面并形成滤光膜，沿掩膜与基板相对运动的方向，滤光膜具有多种厚度。
一个优选的方案是，掩膜相对于基板的运动至少包括以下的一种：匀速运动、变速运动以及步进运动。
进一步的方案是，滤光材料为两种以上，对于同一频段的电磁波，多种滤光材料具有不同的折射率；该方法包括：在基板的表面上使用第一种滤光材料形成具有多种厚度的第一滤光膜后，在第一滤光膜上，使用第二种滤光材料形成具有多种厚度的第二滤光膜。
更进一步的方案是，掩膜与基板的相对运动为平移运动，该平移运动为匀速平移运动或者变速平移运动，以使滤光膜的厚度为线性增减变化或曲线式的增减变化或台阶式的增减变化。
更进一步的方案是，平移运动为往复平移运动，在掩膜与基板的相对往复运动过程中，滤光材料以均匀的速率从滤光材料发射源发出，或者滤光材料变速、乃至间歇的从滤光材料发射源发出。
一个可选的方案是，掩膜与基板的相对运动包括二段以上的平移运动以及旋转运动，旋转运动发生在二段平移运动之间；其中一段平移运动的方向不同于另一段平移运动的方向，以使在基板表面上，滤光膜在二维方向上具有多种厚度。
进一步的方案是，掩膜相对于基板的每一段平移运动过程中，掩膜与基板的相对运动速率有二种以上；在基板表面上，滤光膜在二维方向上具有多种厚度。
更进一步的方案是，旋转运动的次数为二次以上；多次旋转运动的旋转角度相同；或者至少一次旋转运动的旋转角度不同于另一次旋转运动的旋转角度。
更进一步的方案是，掩膜旋转运动后，对掩膜进行位置校准，使掩膜旋转后位于预设的位置。
可选的方案是，旋转运动的次数为二次以上；多次旋转运动的旋转方向相同；或者至少一次旋转运动的旋转方向不同于另一次旋转运动的旋转方向。
进一步的方案是，在掩膜与基板的相对旋转运动过程中，滤光材料从滤光材料发射源发出的速率小于预设速率阈值或完全停止。
可选的方案是，驱动掩膜与基板中的至少一个，使掩膜与基板沿第一方向发生相对运动后，更换一块掩膜，驱动新的掩膜与基板中的至少一个，使所述新的掩膜与基板沿第二方向发生相对运动；其中，第一方向不同于第二方向。
更进一步的方案是，更换新的掩膜后，对新的掩膜进行位置校准，使新的掩膜位于预设的位置。
应用本发明的方法制作滤光件时，只需要使用驱动组件带动掩膜或者基板中的一个运动，并且确保掩膜相对于基板运动过程中掩膜与基板之间的距离基本保持不变，由于掩膜上的矩形开口也会相对于基板运动，在掩膜运动过程中，滤光材料可以穿过矩形的开口并且沉积基板的表面上。
掩膜相对于基板的运动可以是匀速的、变速的或者步进的，当掩膜匀速运动时，由于开口具有一定的长度，掩膜在运动过程中开口在基板上的投影是逐渐移动的，因此形成在基板上的掩膜的厚度是逐级变化的，从而形成不同厚度的滤光膜。
当掩膜变速运动时，例如掩膜运动过程中某一段时间的运动速率较慢，而另一段时间的运动速率较快，这样，在运动速率较慢甚至掩膜相对于基板静止的一段时间内，穿过矩形开口的滤光材料的量较多，形成在基板上的滤光膜厚度较大，相反的，在掩膜速率较快的一段时间内，穿过矩形开口的滤光材料的量较少，形成在基板上的滤光膜厚度较小。
如果掩膜是步进运动，则在不同时刻下，开口在基板上的投影是不相同的，这样穿过开口的滤光材料达到在基板上的位置也不相同，如果有一部分滤光材料是叠合在另一部分滤光材料上，这样将形成厚度较大的滤光膜，如果滤光材料直接形成在基板上，且该层滤光材料上没有叠合的其他滤光材料，则滤光膜的厚度较小，在基板上将形成具有不同厚度的滤光膜。
可见，通过控制掩膜相对于基板的相对运动的速率，可以在基板上形成具有不同厚度的滤光膜。
如果制作不同型号的滤光件，例如多种不同型号的滤光件的多段滤光膜厚度不尽相同，仍可以仅使用同一套掩膜进行制作，只需要控制掩膜相对于基板的运动速率即可，当掩膜相对于基板的运动速率越快，在基板上形成的滤光膜的厚度越小，当掩膜相对于基板的运动速率越慢，在基板上形成的滤光膜的厚度越大。或者，驱动掩膜相对于基板做步进运动，也会在基板上形成具有不同厚度的滤光膜。因此，使用本发明的方法可以使用一套或者少量的掩膜制作具有任意厚度比例的滤光膜，滤光件的生产厂家不需要准备大量的掩膜，能够降低滤光件的生产成本。
另外，在基板上形成的滤光膜可以由多种不同的滤光材料制成，制成的滤光件可以对多种不同频段的电磁波进行滤光，这样，高光谱成像设备所使用的图像传感器不需要使用大量的滤光件，只需要使用少量的滤光件即可以对多种不同频段的电磁波进行滤光，图像传感器的体积可以做得更小。
此外，多种滤光材料制成的滤光膜也可以分别具有不同的厚度，从而对更多不同频率的电磁波进行滤光，进一步增加滤光件滤光的频段，更有利于图像传感器的小型化。
掩膜相对于基板平移运动过程中确保滤光材料发出的速率均匀，结合掩膜的运动速率的变化，可以确保在基板上形成的滤光膜具有多种不同的厚度，且滤光膜的厚度的控制可以更加精准，确保所形成的滤光膜的厚度是期望的厚度。
为了制作在基板表面的二维方向上具有不同厚度的滤光膜，本发明的方法可以是在掩膜沿一个方向运动一段距离后更换一块掩膜，并且驱动新的掩膜沿另一个方向运动。或者，驱动掩膜相对于基板旋转一定的角度，例如掩膜相对于基板平移一段距离后，旋转90°后，需要对掩膜的位置进行校准，再平移一段距离，这样可以制作在二维方向上具有不同厚度的滤光膜。这种滤光件具有更加广泛的应用前景，并且有利于高光谱成像设备所使用的图像传感器的小型化。
为了满足不用类型的滤光件的制作需要，每一次旋转运动的旋转角度、旋转方向可以是相同的，也可以是不同的，使得制作的滤光件更加多样化，可以满足不同高光谱成像设备的图像传感器的应用需求。
而在掩膜相对于基板旋转运动过程中，可以将滤光材料发出的速率降到最低，甚至可以在掩膜相对于基板旋转过程中停止滤光材料的发出，可以避免滤光材料的堆积，从而确保所形成的滤光膜的厚度是期望的厚度，而不会在旋转对应的地方由于滤光材料的堆积而导致滤光膜厚度过大而影响滤光件的品质。
并且，可以在基板上先制作一层具有二维方向上厚度变化的滤光膜后，在该层滤光膜上形成第二层具有二维方向上厚度变化的滤光膜，这样，两层滤光膜均在是在二维方向上均具有厚度变化。此外，两层滤光膜可以是由不同的滤光材料沉积而成，且两种滤光材料同一频段的电磁波具有不同的折射率。更优选的，基板上形成的滤光膜有多层，多层滤光膜是分别用两种不同的滤光材料重复的沉积而成，形成两种滤光材料形成的滤光膜反复层叠在基板上的效果。
附图说明
图1是现有的滤光件制作时基板、掩膜与滤光材料发射源的结构示意图。
图2是应用本发明的可变式滤光件制作方法实施例的基板、多个开口的掩膜与滤光材料发射源的结构示意图。
图3是应用本发明的可变式滤光件制作方法实施例的基板、掩膜与滤光材料发射源的剖视图。
图4是应用本发明的可变式滤光件制作方法第一实施例第一种制作方式的基板、掩膜与滤光材料发射源的结构示意图。
图5是应用本发明的可变式滤光件制作方法第一实施例第一种制作方式制作的滤光件的结构示意图。
图6是应用本发明的可变式滤光件制作方法第一实施例第二种制作方式掩膜移动过程中的基板、掩膜与滤光材料发射源的结构示意图。
图7是应用本发明的可变式滤光件制作方法第一实施例第二种制作方式的基板、掩膜与滤光材料发射源的结构示意图。
图8是应用本发明的可变式滤光件制作方法第一实施例第四种制作方式的基板与掩膜开口的结构示意图。
图9是应用本发明的可变式滤光件制作方法第一实施例第四种制作方式制作的滤光件的结构示意图。
图10是应用本发明的可变式滤光件制作方法第一实施例第四种制作方式制作的另一种滤光件的结构示意图。
图11是应用本发明的可变式滤光件制作方法第二实施例的基板与掩膜第一状态的结构示意图。
图12是应用本发明的可变式滤光件制作方法第二实施例的基板与掩膜第二状态的结构示意图。
图13是应用本发明的可变式滤光件制作方法第二实施例的基板与掩膜第三状态的结构示意图。
图14是应用本发明的可变式滤光件制作方法第二实施例的基板与掩膜第四状态的结构示意图。
图15是应用本发明的可变式滤光件制作方法第二实施例制作的一种滤光件的结构示意图。
图16是应用本发明的可变式滤光件制作方法第二实施例制作的另一种滤光件半成品的结构示意图。
图17是应用本发明的可变式滤光件制作方法第二实施例制作的另一种滤光件的结构示意图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本发明的可变式滤光件的制作方法用于制作可变式滤光件，这种滤光件可以应用在多种场景中，包括但不限于多光谱成像、超光谱成像以及高光谱成像技术所使用的图像传感器中，还可以应用在诸如光谱分析的光学器件。优选的，这种滤光件包括一块基板，基板的一个表面上形成有滤光膜，且滤光膜是具有厚度变化的滤光膜，例如在一维方向上具有厚度变化，或者在基板表面的二维方向上，滤光膜具有厚度变化。
由于滤光件包括基板以及形成在基板上的滤光膜，因此，本实施例需要在基板上设置掩膜。通常，滤光件的体积很小，但为了方便滤光件的批量加工，将在一块面积较大的基板上沉积形成多个滤光膜后，再对基板进行裁剪，形成所需要的滤光件成品。
参见图2，基板11是一块扁平状板体，掩膜21位于基板11的上方，且掩膜21上形成有多个横截面呈矩形的开口22，每一个开口22贯穿掩膜21的上下表面。从图2可见，多个开口22排列成多行多列布置。需要说明的是，图2以方形的基板作为例子说明，实际应用中，基板11的形状可以是正方形、长方形或者其他形状。
在掩膜21的正上方具有一个滤光材料发射源30，源自于滤光材料发射源的滤光材料可以穿过开口22并且沉积在基板11的表面上，从而在基板11的表面上形成滤光膜。滤光材料发射源30的面积可以设置成较大的面积，也可以是较小的面积，只要滤光材料发射源30最终投射的面积可均匀覆盖掩膜21上所有的开口22即可，这样在滤光件的制作过程中，每一个开口22都会有滤光材料穿过。需要说明的是，实际应用时，掩膜21与基板11之间的距离非常小，远小于掩膜21与滤光材料发射源30之间的距离。本实施例为了更加清楚展示掩膜21、基板11以及滤光膜的结构，将掩膜21与基板11之间的距离示意性的画得较大。
从图3可见，基板11以及滤光材料发射源30分别位于掩膜21的上下两侧，在滤光件的制作过程中，掩膜21是可以相对于基板11运动的，但滤光材料发射源30并不会相对于基板11运动。另一种实现方法是滤光材料发射源和掩膜相对不动，而是驱动基板运动，也能够实现掩膜和基板之间发生相对运动的目的。需要说明的是，图3所示的状态是滤光材料由上往下的沉积在基板11上，实际应用时，可以是基板11位于掩膜21的上方，而滤光材料发射源30位于掩膜21的下方，滤光材料由下往上的沉积在基板11上。其他的实施方案可以是掩膜和基板保持平行，滤光材料发射源相对于掩膜是存在夹角的，即滤光材料发射源与基板不完全平行。此外滤光材料的发出方向也不局限于向上或向下，只要掩膜和基板两者之间平行，掩膜和基板也可以是直立的或相对于水平方向以其他的角度放置。
本实施例中，基板11与掩膜21均为扁平状的板体，掩膜21相对于基板11的运动过程中，掩膜21与基板11的距离保持恒定，即在图2所示的坐标系下，掩膜21只是在xoy平面内运动，而不会沿z轴方向运动。并且，在掩膜21运动过程中，滤光材料发射源30与掩膜21之间的距离也保持恒定。
应用本发明制作的滤光件上，滤光膜可以是在一维方向上具有厚度变化，也可以是在二维方向上具有厚度变化，下面分别对这两种滤光件的制作方法进行详细说明。滤光膜的厚度是滤光膜在z轴方向上的高度。
滤光件制作方法第一实施例：
如果滤光件的滤光膜仅仅在一维方向上具有厚度变化，则掩膜21只需要相对于基板11做平移运动，即掩膜21运动过程中并不会相对于基板11进行转动，也就是掩膜21不会沿着自身的法线转动。掩膜21相对于基板11的运动可以是匀速的、变速的或者步进的，这三种方式都可以制作形成具有不同厚度的滤光膜。
制作滤光件的第一种方式是掩膜21相对于基板11做匀速运动。具体的，首先将基板11固定在一个固定设备上，例如固定在支架上，然后使用驱动装置驱动掩膜21相对于基板11运动，参见图4，掩膜21沿着x轴方向运动，并且在掩膜21运动过程中，源自于滤光材料发射源30的滤光材料穿过开口22并沉积在基板11的表面上。
如果掩膜21相对于基板11匀速运动的过程中，滤光材料也是以均匀的速率从滤光材料发射源30发出，则由于掩膜21上的开口22在基板11上的投影是匀速移动的，且在掩膜21运动方向上，开口22具有一定的宽度，因而在不同时刻下开口22在基板11上的投影是部分重叠的，这样，在掩膜21移动过程中，穿过开口22的滤光材料会随着开口22的移动而沉积在基板11不同的区域上，且在开口22在基板11上的投影的重叠区域将沉积较多的滤光材料，而没有重叠的区域沉积较少的滤光材料。因而，沉积在基板11上的滤光材料沿z轴方向并不是均匀的，这样，形成的滤光膜31的厚度也就是不均匀的。由于掩膜21相对于基板11做匀速运动，因此滤光膜31的厚度是逐渐变化的，不会形成台阶状。需要说明的是，图4是为了清楚显示滤光膜31才会将滤光膜31的厚度显示较大，实际应用时，滤光膜31的厚度非常小。
从图4可见，如果掩膜21沿x轴方向移动的距离是一个开口22的宽度，则形成的滤光膜31的横截面呈等腰三角形，滤光膜31的第一部分32的上表面斜率与第二部分33的上表面的斜率是相等的，但倾斜方向相反。由于掩膜21上有多个开口22，因此在基板11上形成多个滤光膜31，如图5所示，多个滤光膜31将呈多行多列布置。当然，掩膜掩膜21沿x轴方向移动的距离可以根据实际需要制作的滤光膜的形状决定，可以大于一个开口22的宽度，也可以小于一个开口22的宽度。
由于实际应用的滤光件面积较小，因此需要对基板11进行裁剪，图5的虚线是裁剪线，按照图5的虚线进行裁剪后，形成一块面积较小的滤光件成品15。由于裁剪线经过每一个滤光膜31的中线，因此每一个滤光件成品15上滤光膜的厚度都是逐渐变化的，如逐渐增加或者逐渐减少，滤光膜的横截面为直角三角形。
当然，图5所示的仅仅是一种裁剪的情况，实际应用时，每一个滤光件成品15可以包括一个完整横截面呈等腰三角形的滤光膜31，这个时候只需要沿着基板11上没有沉积滤光膜的区域进行裁剪即可。裁剪的方式还可以有很多种，例如可另外沿平行x轴方向再裁剪成多条长条状滤光件，裁剪出来的每一长条滤光件的滤光膜的横截面沿着x轴方向的厚度变化都是相同的，这样每一个掩膜的开口最终都会产生多个滤光件，而非仅只一个滤光件。
第一种方式制作的滤光件上只有一层滤光膜，但是在实际应用过时，一些滤光件需要在基板11上形成两层甚至更多层滤光膜，例如其中一层滤光膜由第一种滤光材料沉积而成，另一层滤光膜由第二种滤光材料沉积而成，并且，两种滤光材料对于同一频段的电磁波具有不同的折射率，这样，滤光件能够更好的对特定频段的电磁波进行滤光。
为了生产具有多层滤光膜的滤光件，滤光件制作的第二种方式是控制掩膜21在基板11的上方进行往复的平移运动。如图6与图7所示，掩膜21沿x轴正方向移动一段距离后，将沿着x轴的负方向运动，如图6中的箭头方向所示。这样，在掩膜21沿x轴正方向运动的过程中，在基板11的表面上形成第一层滤光膜31，在掩膜21沿x轴负方向运动的过程中，将会在第一层滤光膜31的表面上形成第二层滤光膜38。图6所示的状态是第二层滤光膜38沉积过程中的示意图。图7所示的滤光膜是掩膜21以均匀的速率运动所形成的滤光膜，因此滤光膜38两个部分的上表面的斜率相等，但倾斜方向相反。
此外，在第一层滤光膜上沉积形成第二层滤光膜并不限于通过掩膜21反向运动的方式实现，另一种方式是，在第一层滤光膜沉积完毕后，掩膜退回至初始位置，对掩膜的位置进行校准后，驱动掩膜沿着x轴正方向运动相同的距离，在掩膜沿x轴正方向运动的过程中，第二种滤光材料将穿过掩膜的开口沉积在第一层滤光膜上，从而形成第二层滤光膜。
当然，如果需要在基板11上形成更多层的滤光膜，可以不断重复上述操作，掩膜21不断的在基板11上往复运动，且两种滤光材料可以交替使用，这样，所形成的多层滤光膜将由两种滤光材料交替沉积而成。
制作滤光膜的第三种方式是掩膜21相对于基板11的运动是变速运动，例如掩膜21移动一段距离后，其运动速率突然增加，这样移动速度的骤变会改变滤光膜横截面上边缘的斜率。实际应用时，掩膜21相对于基板11的运动的速率可以是持续变化的，例如以恒定的加速度不断加速运动，从而形成的滤光膜的厚度是非线性的变化，例如滤光膜的厚度是以曲线的方式变化，即滤光膜的横截面的上轮廓是曲线，而不是直线。
滤光膜的制作方法第四种方式是掩膜21相对于基板11的步进运动。在这种方式下，制作一个掩膜的过程中，掩膜21相对于基板11移动预设的距离后，停止运动一段时间，并再进行移动，然后停止运动一段时间，如此反复进行。在这种方式下，掩膜21相对于基板11移动时，滤光材料不会发出，而只是在掩膜21相对于基板11静止的状态下才会发出。
参见图8，在第一时刻t1下，开口22位于第一位置，此时滤光材料从滤光材料发射源30发出并穿过开口22后沉积在基板11上。当滤光材料发出一段时间，例如10秒后，停止发出，掩膜21将沿着x轴方向运动预设的距离，例如运动的距离为开口22宽度的1/4。在掩膜21运动的过程中，滤光材料并不会从滤光材料发射源30发出。可选的方案是，在掩膜相对于基板运动的过程中，不停止滤光材料从滤光材料发射源发出，而用遮板阻挡在滤光材料发射源与掩膜之间，以防止滤光材料抵达掩膜，或凭借掩膜与基板之间很快的运动速度使掩膜相对于基板移动中相对的沉积量最小化。
在第二时刻t2下，掩膜21运动至预设的位置，此时掩膜21将停止运动，时滤光材料再次从滤光材料发射源30发出并穿过开口22后沉积在基板11上，发出的时间与第一次发出的时间相同，例如也是10秒。
如此类推，掩膜21每次沿x轴方向移动开口22宽度的1/4，并且在每次移动到位后停止移动，滤光材料均发出一段时间，然后掩膜21再次运动。图8显示了开口22在第三时刻t3、第四时刻t4以及第五时刻t5下的位置示意图。
由于在第二时刻t2下，掩膜21在基板11上的投影与第一时刻t1下掩膜21在基板11的投影部分重叠，因此在重叠的区域上将沉积形成较多的滤光材料，而没有重叠的区域上将沉积形成较少的滤光材料。同理，第三时刻t3、第四时刻t4下，掩膜21在基板11上的投影均与第一时刻t1下掩膜21在基板11的投影部分重叠。可以理解，对于基板11上的某一个区域，如果多个时刻下开口22的投影重叠次数越多，则在该区域上所沉积的滤光材料越多，形成的滤光膜的厚度越大，而如果多个时刻下开口22的投影重叠次数越少，则在该区域上所沉积的滤光材料越少，形成的滤光膜的厚度越小。
从图8可见，形成在基板11上的滤光膜40具有多种厚度，如第一部分41的厚度最小，第二部分42的厚度大于第一部分41的厚度，第三部分43的厚度大于第二部分42的厚度，横截面上位于最中间的第四部分44厚度最大。相比起掩膜21匀速运动的方式，第四种方式所制作的滤光件上，滤光膜40的厚度变化是不连续的，即滤光膜40的横截面呈现台阶式的变化。
上述例子中，掩膜停止在各个位置下，滤光材料发出的时间都是相同的，例如都是10秒，这样形成的滤光膜40的各个部分的高度差是相同的，实际应用时，在不同位置下，滤光材料发出的时间是可以不相同的，这样形成的滤光膜各个部分的高度差将不相同。
可以看出，由于掩膜21是沿着x轴方向运动的，因此滤光膜40的厚度变化是沿着x轴方向变化的，而在y轴方向上，滤光膜40的厚度是均匀的，这种滤光膜就是在一维方向上具有厚度变化的滤光膜。
在实际应用时，一维方向上具有厚度变化的滤光膜可以是具有四种不同尺寸的厚度，甚至是具有八种或更多不同尺寸的厚度。如图9所示，在基板11上形成的滤光膜60为具有四种不同尺寸的厚度的滤光膜，其中第一部分61的厚度最小，第二部分62的厚度大于第一部分61的厚度，而第三部分63的厚度大于第二部分62的厚度，第四部分64的厚度最大。需要说明的是，图9所示的滤光件是将图8所制作的滤光件沿中线切割后获得的产品。
由于掩膜21的运动速率、停止时间长度是由驱动装置控制的，与掩膜21的形状、开口22的形状没有关系，且驱动装置可以通过编程来实现对掩膜21的运动速率调整，因此，不需要对滤光件的生产设备的硬件设备进行任何的调整即可以实现掩膜21的运动速率调整。在生产具有不同厚度要求的滤光膜时，只需要对驱动装置的计算机程序进行适当的调整，而不需要对驱动装置的硬件设备或者对掩膜的形状、结构进行任何调整，即可以满足生产的要求。对于滤光件的生产厂家来说，这可以大大降低生产滤光件的成本并增加功效，只需要一种掩膜即可以生产多种具有不同厚度要求的滤光膜的滤光件，且滤光件上的滤光膜厚度不受限制，滤光膜中各段滤光膜的厚度比例也不受限制，因而可以生产出满足不同图像传感器使用需求的滤光件。
图9所示的滤光件上只有一层滤光膜，但是在实际应用过程中，一些滤光件需要在基板11上形成两层甚至更多层滤光膜，例如其中一层滤光膜由第一种滤光材料沉积而成，另一层滤光膜由第二种滤光材料沉积而成，并且，两种滤光材料对于同一频段的电磁波具有不同的折射率，这样，滤光件能够更好的对特定频段的电磁波进行滤光。
如果掩膜21沿x轴往复运动过程中，掩膜21也是采用上述描述的第四种方式运动，即采用步进的方式运动，则可以每一层滤光膜均包括四个不同厚度的部分，如图10所示。掩膜21沿x轴的往复运动可以是掩膜21沿x轴正方向运动时沉积形成第一层滤光膜，沿x轴负方向运动时形成第二层滤光膜，也可以是形成第一层滤光膜后，掩膜21回到初始位置并校准后，再次沿x轴正方向运动，利用第二种滤光材料沉积形成第二层滤光膜。
由第一种滤光材料形成的滤光膜60包括四段不同厚度的滤光膜，而形成在第一层滤光膜60上的第二层滤光膜65也具有四个部分，第一部分66的厚度较小，第二部分67的厚度大于第一部分66的厚度，第三部分68的厚度大于第二部分67的厚度，而第四部分69的厚度最大。第二层滤光膜65的制作过程也是可以由掩膜21相对于基板11以步进的方式进行运动实现的。
当然，如果需要在基板11上形成更多层的滤光膜，可以不断重复上述操作，掩膜21不断的在基板11上往复运动，且两种滤光材料可以交替使用，这样，所形成的多层滤光膜将由两种滤光材料交替沉积而成。
本实施例中，不管滤光膜的层数是多少层，滤光膜的厚度都是沿着x轴方向变化的，在y轴方向上，滤光膜的厚度是不变的，因此这种滤光件是具有一维方向上厚度变化的滤光膜。
滤光件制作方法第二实施例：
如果滤光件的滤光膜是在二维方向上具有厚度变化，即沿着基板的x轴方向以及y轴方向，滤光膜的厚度都是有变化的。制作这种滤光件有两种方式，第一种方式是应用一块掩膜沿x轴方向运动，然后更换一块掩膜，更换后的掩膜的开口延伸方向与更换前的掩膜的开口延伸方向相互垂直，带动更换后的掩膜沿y轴方向运动；第二种方式是掩膜沿x轴方向后，驱动掩膜旋转90°，然后进行位置校准后再驱动掩膜沿y轴方向运动。
参见图11，应用第一种方式制作滤光件时，在初始位置，掩膜72位于基板71的上方，在x轴方向上，掩膜72位于基板71靠近x轴负方向的一侧。并且，滤光材料发射源(图中未示)位于掩膜72的上方，掩膜72设置有矩形的开口73，开口73沿y轴方向延伸，源自于滤光材料发射源的滤光材料可以穿过开口73沉积在基板71的表面上形成滤光膜。需要说明的是，图11至图14所示的掩膜、基板仅仅是整块掩膜、整块基板的一部分，实际上，一整块掩膜上可以设置有多个矩形的开口，滤光材料穿过这些开口后，可以在基板上形成大量滤光膜。
滤光膜沉积的第一阶段，掩膜72将沿着x轴方向相对于基板71平移一段距离，即沿着图11的箭头方向平移一段距离。在掩膜72平移的过程中，掩膜72并不会沿自身的法线转动。在掩膜72平移的过程中，滤光材料将以均匀的速率从滤光材料发射源发出。掩膜72可以以均匀的速率或变速相对于基板71运动，或者，掩膜72相对于基板71的运动是步进运动，即第一实施例中的第四种运动方式，这种运动方式下，掩膜72相对于基板71移动一段距离后停止移动，并且在掩膜72停止移动时，滤光材料发出并沉积在基板71上。
当掩膜72平移预设的距离后，如图12所示，掩膜72将停止在x轴方向的平移，此时，可以更换一块掩膜，更换新的掩膜76后的状态如图13所示。从图13可见，更换后的掩膜76也具有矩形的开口77，但开口77沿x轴方向延伸，即开口77的延伸方向与掩膜72的开口73的延伸方向相互垂直。优选的，更换前的掩膜72与更换后的掩膜76形状完全相同，只是两者的开口的延伸方向不同，因此，可以使用同一种结构的掩膜来制作滤光件。
更换新的掩膜76后，需要对掩膜76的位置进行校准，使掩膜76位于预先设定的位置，例如位于图13所示的位置，此时，需要执行第二阶段的平移运动，即掩膜76将沿着y轴方向相对于基板71平移一段距离，即沿着图13中的箭头方向平移，平移后掩膜76的位置如图14所示。在掩膜76平移的过程中，掩膜76是不会沿自身的法线转动的。并且，在第二阶段的平移过程中，掩膜76可以是匀速运动，变速运动，也可以是步进运动，以便于形成在基板71的滤光膜在y轴方向上也具有不同的厚度。需要指出的是，滤光膜的厚度沿着y轴方向变化比率并不需要和沿着x轴方向变化比率相同，这样在整个二维方向上可以有更多的厚度组合，这可以经由掩膜相对于基板在沿y轴方向运动时，采取和在沿x轴方向运动时不同的速度、加速度或者停留时间来实现。
应用这一方法制作的一种滤光件如图15所示，图15所示的滤光件是掩膜相对于基板进行步进运动所形成的滤光件经过切割后的结构，可以理解，图15所示的滤光膜80仅仅是完整的滤光膜的1/4。从图15可见，在基板71上形成的滤光膜80具有四种不同的厚度，例如，沿x轴方向，滤光膜的第一部分81的厚度小于第二部分82的厚度，第三部分83的厚度小于第四部分84的厚度，这可以通过调节掩膜72沿x轴方向的运动速率实现。沿y轴方向，第一部分81的厚度小于第三部分83的厚度，第二部分82的厚度小于第四部分84的厚度，这可以通过调节掩膜72沿y轴方向的运动速率实现。由于滤光膜80在x轴方向以及y轴方向都具有厚度的变化，因此，滤光膜80是一种具有二维方向上的厚度变化的滤光膜。
图15所示的滤光件中，滤光膜80只有四种厚度，实际应用时，滤光膜80可以有更多种的厚度变化，例如滤光膜可以具有八种、十六种、或更多种不同的厚度。
如果掩膜相对于基板做匀速运动，例如掩膜72相对于基板71沿x方向匀速运动一段距离，在基板71上形成的第一层滤光膜92的形状是横截面为等腰三角形的柱状体，如图16所示。在更换掩膜后，使更换后的掩膜76沿y轴方向相对于基板71做匀速运动，将在第一层滤光膜92上形成第二层滤光膜93，第二层滤光膜93的厚度是沿着y轴方向发生变化，因此，形成的滤光膜的厚度是在二维方向上具有厚度变化的滤光膜。
图15与图17所示的滤光件中，滤光膜是由同一种滤光材料沉积形成的一层滤光膜，但本实施例并不限于沉淀形成一层滤光膜，可以在形成第一层滤光膜后，应用第二种滤光材料在第一层滤光膜上沉积形成第二层滤光膜，第二层滤光膜也可以是在二维方向上具有多种厚度。并且，对于同一频段的电磁波，第一种滤光材料与第二种滤光材料是具有不同的折射率的。
在制作具有多层滤光膜的滤光件时，可以先在基板上使用第一种滤光材料形成在二维方向上具有多种厚度的第一层滤光膜，然后再使用第二种滤光材料在第一层滤光膜上形成第二层滤光膜，且第二层滤光膜也是在二维方向上具有多种厚度。在基板上形成完整的第一层滤光膜后再沉积形成第二层滤光膜，可以确保基板的每一个位置上第一层滤光膜的厚度都是所期望的厚度。
应用第二种方式制作滤光膜在二维方向上具有厚度变化的滤光件时，需要驱动掩膜沿x方向移动一段距离后，驱动掩膜沿自身的法线旋转，例如逆时针旋转90°，并且在掩膜沿自身法线旋转过程中，并不会改变掩膜与基板之间的距离，即掩膜始终在xoy平面上运动。当掩膜旋转后，需要对掩膜的位置进行校准，使掩膜旋转后位于预设的位置，例如掩膜旋转前后的中心点保持不变的位置，然后，再驱动掩膜沿y轴方向移动，也能够制作在二维方向上具有厚度变化的滤光膜。
优选的，在掩膜相对于基板平移的过程中，不管是沿着x轴方向平移还是沿着y轴方向平移，掩膜与基板的相对运动可以是匀速或增减速运动，也可以是步进运动。在掩膜沿x轴或者y轴运动过程中，滤光材料可以匀速发出，但在掩膜相对于基板旋转的过程中，应该避免滤光材料从滤光材料发射源中发出，从而避免在滤光膜的转角处形成不期望的厚度。为此，在掩膜相对于基板旋转的过程中，可以停止滤光材料从滤光材料发射源中发出，或者将滤光材料从滤光材料发射源中发出的速率控制至最小值，或者将滤光材料从滤光材料发射源中发出的速率控制在预设的速率阈值以下。
此外，掩膜的旋转运动是在两次平移运动之间发生的，并且掩膜每一次都是以相同的角度、相同的方向旋转。但本发明并不限于这种实施方式，例如，掩膜多次的旋转运动中，旋转方向可以是不相同的，或者，掩膜多次的旋转运动中，旋转角度也可以是不相同的。这样，可以制作出更多种不同形状的滤光膜，以满足不同图像传感器的需求。
掩膜的平移运动还可以是往复的平移运动，即沿x轴方向往复运动多次后，掩膜才会沿自身的法线旋转，然后，掩膜再沿y轴方向往复的进行平移运动。这种工艺可以在基板上形成厚度较大的滤光膜。
此外，本发明并不限于将基板固定并驱动掩膜运动的方式，可以是将掩膜固定而驱动基板运动，或者同时带动掩膜以及基板运动，并且确保掩膜与基板发生相对运动。
本发明的基板并不限于对相关波长的光束透明的材料，还可以是半导体晶圆，即滤光膜是直接沉积在半导体晶圆的表面上，因此，滤光件的制作流程可以作为半导体器件的工艺流程的一部分。这样，可以将本发明制作的滤光片直接构建在已经内置在半导体晶圆中的检测器(例如cmos传感器或ccd检测器)上。
以上实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
本发明的滤光件可以应用在多光谱成像、超光谱成像以及高光谱成像设备的图像传感器中，用于对不同频段的电磁波进行滤光。由于滤光件上可以形成不同厚度的滤光膜，因此，一个滤光件可以多个不同频段的电磁波进行滤光。在滤光件上形成的滤光膜厚度变化越多，穿过滤光件的电磁波的频段越多，尤其是在二维方向上具有多种不同厚度的滤光膜，能够对大量不同频段的电磁波进行滤光，这样有利于图像传感器的小型化，也有利于多光谱成像、超光谱成像以及高光谱成像设备的小型化。
由于本发明的滤光件制作工艺是通过调节掩膜相对于基板的运动速率是沉淀形成具有多种厚度的滤光膜，通过调节掩膜相对于基板的运动速率，可以制作出各种厚度滤光膜，且滤光膜各个部分的厚度比例也是可以调整的。不管滤光膜的形状、厚度如何变化，也不管滤光膜各个部分的厚度比例如何变化，都可以使用同一套掩膜制作，滤光件的生产厂家不需要制备大量不同形状、不同结构的掩膜以适应各种滤光件的制作要求，从而降低滤光件的制作成本。
此外，由于本发明制作滤光件的时候，可以仅使用一块掩膜，或者更换一次掩膜即可以实现二维方向上具有厚度变化的掩膜的制作，相比起传统的滤光件制作方法，本发明的滤光件的制作方法具有更高的制作效率，滤光件的制作时间更短。
1.可变式滤光件的制作方法，包括：
提供一块具有矩形开口的掩膜；
在所述掩膜的相对两侧分别设置基板以及滤光材料发射源；
其特征在于：
驱动所述掩膜与所述基板中的至少一个，使所述掩膜与所述基板发生相对运动；
在所述掩膜与所述基板发生相对运动的过程中，源自于所述滤光材料发射源的滤光材料穿过所述矩形开口并沉积所述基板的表面形成滤光膜，沿所述掩膜与所述基板相对运动的方向，所述滤光膜具有多种厚度。
2.根据权利要求1所述的可变式滤光件的制作方法，其特征在于：
所述掩膜相对于所述基板的运动至少包括以下的一种：匀速运动、变速运动以及步进运动。
3.根据权利要求1所述的可变式滤光件的制作方法，其特征在于：
所述滤光材料为两种以上，对于同一频段的电磁波，多种滤光材料具有不同的折射率；
该方法包括：
在所述基板的表面上使用第一种滤光材料形成具有多种厚度的第一滤光膜后，在所述第一滤光膜上，使用第二种滤光材料形成具有多种厚度的第二滤光膜。
4.根据权利要求1至3任一项所述的可变式滤光件的制作方法，其特征在于：
所述掩膜与所述基板的相对运动为平移运动，所述平移运动为匀速平移运动或者变速平移运动，以使所述滤光膜的厚度为线性增减变化或曲线式的增减变化或台阶式的增减变化。
5.根据权利要求4所述的可变式滤光件的制作方法，其特征在于：
所述平移运动为往复平移运动，在所述掩膜与所述基板的相对往复运动过程中，所述滤光材料以均匀的速率从所述滤光材料发射源发出，或者所述滤光材料间歇的从所述滤光材料发射源发出。
6.根据权利要求1至3任一项所述的可变式滤光件的制作方法，其特征在于：
所述掩膜与所述基板的相对运动包括二段以上的平移运动以及旋转运动，所述旋转运动发生在二段所述平移运动之间；
其中一段平移运动的方向不同于另一段平移运动的方向，以使在所述基板表面上，所述滤光膜在二维方向上具有多种厚度。
7.根据权利要求6所述的可变式滤光件的制作方法，其特征在于：
所述掩膜旋转运动后，对所述掩膜进行位置校准，使所述掩膜旋转后位于预设的位置。
8.根据权利要求6所述的可变式滤光件的制作方法，其特征在于：
在所述掩膜与所述基板的相对旋转运动过程中，所述滤光材料从所述滤光材料发射源发出的速率小于预设速率阈值或完全停止。
9.根据权利要求1至3任一项所述的可变式滤光件的制作方法，其特征在于：
驱动所述掩膜与所述基板中的至少一个，使所述掩膜与所述基板沿第一方向发生相对运动后，更换一块掩膜，驱动新的掩膜与所述基板中的至少一个，使所述新的掩膜与所述基板沿第二方向发生相对运动；
其中，所述第一方向不同于所述第二方向。
10.根据权利要求9所述的可变式滤光件的制作方法，其特征在于：
更换新的掩膜后，对新的掩膜进行位置校准，使新的掩膜位于预设的位置。
技术总结