滤光片及包含该滤光片的红外图像传感系统的制作方法

本实用新型属于光学传感
技术领域：
，尤其涉及一种滤光片和包含该滤光片的外红图像传感系统。
背景技术：
：随着科技的发展，在智能手机、车载激光雷达、安防门禁、智能家居、虚拟现实/增强现实/混合现实、3D体感游戏、3D摄像与显示等终端中逐步嵌入了人脸设备、手势识别等功能。在人脸识别、手势识别时需要用到近红外窄带滤光片，其能起到增透通带中近红外光线，截止环境中可见光的作用。通常近红外窄带滤光片包括两个膜系，分别为IR带通膜系和长波通AR膜系。然而现有技术中的滤光片对近红外光线的增透效果以及截止可见光的效果较差，并且膜系通带中心随角度的漂移量较大，同时存在膜系膜层耐磨性差的问题，从而导致将滤光片组装到人脸识别、手势识别等装置后，成像效果较差、识别精度不高。技术实现要素：本实用新型的目的在于提供一种高耐磨性的滤光片及包含该滤光片的红外图像传感系统，解决现有滤光片通带中心波长随角度漂移量大的问题。为实现上述目的，本实用新型提供一种滤光片，包括玻璃基板和镀制在所述玻璃基板相对两个表面上的第一IR膜层和第二IR膜层，沿着远离所述玻璃基板的方向，所述第一IR膜层包括交替镀制的第一低折射率材料层和第一高折射率材料层，所述第二IR膜层包括交替镀制的第二低折射率材料层和第二高折射率材料层；所述第一IR膜层的最外层为第一低折射率材料层，所述第二IR膜层的最外层为第二低折射率材料层。根据本实用新型的一个方面，在800-1200nm范围内，所述第一IR膜层和所述第二IR膜层均具有一个通带波段、两个过渡波段和两个截止波段，所述通带波段位于两个所述截止波段之间，所述过渡波段位于所述通带波段与所述截止波段之间；所述通带波段具有中心波长，且在入射角度从0°改变至30°的范围内，所述通带波段的中心波长漂移量介于7nm至13nm之间。根据本实用新型的一个方面，在入射角度从20°改变至30°的范围内，入射角度每变化1°，所述通带波段的中心波长的漂移量小于5nm。根据本实用新型的一个方面，所述通带波段的透过率大于90％，所述截止波段的透过率小于0.1％。根据本实用新型的一个方面，相邻的所述第一低折射率材料层与第一高折射率材料层的物理厚度的比值在0.01至100范围内；相邻的所述第二低折射率材料层与所述第二高折射率材料层的物理厚度的比值在0.01至100范围内。根据本实用新型的一个方面，在800nm至1200nm范围内，所述第一低折射率材料层和所述第二低折射率材料层的折射率均小于3，所述第一高折射率材料层和所述第二高折射率材料层的折射率均大于3。根据本实用新型的一个方面，所述第一低折射率材料层和所述第二低折射率材料层的材料选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4中的一种或多种。根据本实用新型的一个方面，所述第一高折射率材料层和所述第二高折射率材料层均为氢化硅层，在800nm至1200nm波长范围内的消光系数小于0.002，在85nm处的折射率大于3.6，在940nm处的折射率大于3.55。根据本实用新型的一个方面，所述氢化硅为溅射反应镀制材料层，溅射温度范围为80-300摄氏度、氢气流量为10-50sccm、溅射速率为0.1nm/s-1nm/s。根据本实用新型的一个方面，所述第一IR膜层与所述第二IR膜层的总厚度小于8微米。根据本实用新型的一个方面，所述滤光片的半高全宽值小于114nm。本实用新型还提供一种包含上述滤光片的外红外图像传感系统，包括光源单元和接收单元，所述光源单元包括IR发射光源和第一镜头组件；所述接收单元包括第二镜头组件、滤光片和红外图像传感器。根据本实用新型的一种方案，在保证本实用新型的滤光片对近红外光具有高透过率的前提下，能极大地降低滤光片通带中心波长随入射角度改变的漂移量，提升了滤光片过渡区的陡度，从而提高了成像质量，进一步提高人脸识别、手势识别系统中信噪比，降低了膜层总厚度和镀膜总时间，降低了生产成本，为终端客户节约了使用成本。根据本实用新型的一种方案，将第一IR膜层靠近玻璃基板的一侧和最外层设置为第一低折射率材料层、将第二IR膜层靠近玻璃基板的一侧和最外侧设置为第二低折射率膜层，有利于第一IR膜层和第二IR膜层的附着力，保证第一IR膜层和第二IR膜层与玻璃基板的牢固性，并且其硬度高，耐磨性好，抗腐蚀性强，从而有利于保证本实用新型的第一IR膜层和第二IR膜层的结构稳定，以及提高第一IR膜层和第二IR膜层的使用寿命，进一步提高了本实用新型的滤光片的使用寿命。同时，本实用新型的滤光片的厚度小，有利于节约本实用新型的生产成本。附图说明图1是示意表示根据本实用新型一种实施方式的第一IR膜层的结构示图；图2是示意性表示根据实用新型一种实施方式的第二IR膜层的结构示图；图3是示意性表示实施例1中第一IR膜层的光线波长透过率曲线图；图4是示意性表示实施例1中第二IR膜层的光线波长透过率曲线图；图5是示意性表示实施例1中滤光片的光线波长透过率曲线图；图6是示意性表示实施例2中第一IR膜层的光线波长透过率曲线图；图7是示意性表示实施例2中第二IR膜层的光线波长透过率曲线图；图8是示意性表示实施例2中滤光片的光线波长透过率曲线图；图9是示意性表示实施例3中第一IR膜层的光线波长透过率曲线图；图10是示意性表示实施例3中第二IR膜层的光线波长透过率曲线图；图11是示意性表示实施例3中滤光片的光线波长透过率曲线图；图12是示意性表示包含本实用新型滤光片的红外图像传感系统的结构示图。附图中各标号所代表的含义如下：1、玻璃基板；2、第一IR膜层；3、第二IR膜层；21、第一低折射率材料层；22、第一高折射率材料层；31第二低折射率材料层；32、第二高折射率材料层；4、光源单元；41、IR光源；42、第一镜头组件；5、接收单元；51、第二镜筒组件；52、滤光片；53、红外图像传感器；6、人脸/手。具体实施方式为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在针对本实用新型的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施方式。图1是示意性表示根据本实用新型一种实施方式的第一IR膜层的结构示图。图2是示意性表示根据本实用新型的一种实施方式中的第二IR膜层的结构示图。结合图1和图2所示，本实用新型的滤光片包括玻璃基板1、第一IR膜层2和第二IR膜层3。本实用新型的玻璃基板1可以采用D263T或者AF32，第一IR膜层2和第二IR膜层3分别镀制在玻璃基板1相对的两个表面上，在本实施方式中，第一IR膜层2镀制在玻璃基板1的上表面，第二IR膜层3镀制在玻璃基板1的下表面。如图1所示，本实用新型的滤光片的第一IR膜层2包括第一低折射率材料层21和第一高折射率材料层22。在本实施方式中，第一IR膜层2共包含三层材料层，沿着远离玻璃基板1上表面的方向，分别为第一低折射率材料层21、第一高折射率材料层22和第一低折射率材料层21。即在本实用新型的第一IR膜层2中，需要保证靠近玻璃基板1的材料层和最外层的材料层为第一低折射率材料层21，如此能够保证本实用新型的第一IR膜层2具有较好的耐磨性和耐刮擦性。根据本实用新型的构思，只要保证第一IR膜层2的最内层和最外层为第一低折射率材料层21即可，也就是说，沿着远离玻璃基板1上表面的方向，本实用新型的第一IR膜层2包括交替镀制的第一低折射率材料层21和第一高折射率材料层22，第一IR膜层2的最外层为第一低折射率材料层21。即本实用新型的第一IR膜层2的结构可以表示为(LH)*N、L，其中L表示第一低折射率材料层21，H表示第一高折射率材料层22，(LH)*N表示第一低折射率材料层21和第一高折射率材料层22交替镀制N次，N为大于等于1的整数。如图2所示，本实用新型的第二IR膜层3镀制在玻璃基板1的下表面，在本实施方式中，第二IR膜层3包括第二低折射率材料层31和第二高折射率材料层32。在本实施方式中，沿着远离玻璃基板1下表面的方向，第二IR膜层依次包括第二低折射率材料层31、第二高折射率材料层32和第二低折射率材料层31。本实用新型的第二IR膜层3中靠近玻璃基板1下表面和最外层的材料层均为第二低折射率材料层31，如此能够保证本实用新型的第二IR膜层3具有较好的耐磨性能。根据本实用新型的构思，沿着远离玻璃基板1下表面的方向，本实用新型的第二IR膜层3包括交替镀制的第二低折射率材料层31和第二高折射率材料层32，第二IR膜层3的最外层为第二低折射率材料31。即本实用新型的第二IR膜层3的结构可以表示为(L2H2)*n、L2，其中L2表示第二低折射率材料层31，H2表示第二高折射率材料层32，(L2H2)*n表示第二低折射率材料层31和第二高折射率材料层32交替镀制n次，n为大于等于1的整数。根据本实用新型的滤光片，第一IR膜层2结构中第一低折射率材料层21和第一高折射率材料层22交替镀制的次数N，与第二IR膜层3结构中第二低折射率材料层31和第二高折射率材料层32交替镀制的参数n可以相同也可以不同，即本实用新型的滤光片的第一IR膜层2和第二IR膜层3中包含的材料层数可以相同可以不同。此外，根据本实用新型的滤光片，第一IR膜层2中相邻的第一低折射率材料层21与第一高折射率材料层22的物理厚度的比值在0.01至100范围内。第二IR膜层3中相邻的第二低折射率材料层31与第二高折射率材料层32的物理厚度的比值在0.01至100范围内。在本实施方式中，第一IR膜层2的第一高折射率材料层22和第二IR膜层3中的第二高折射率材料层32为氢化硅层，氢化硅层在镀制时采用溅射反应的方式镀制，镀制时控制温度在80℃-300℃范围内，控制氢气流量为10-50sccm，控制溅射速度为0.1nm/s-1nm/s，从而使得本实用新型第一高折射率材料层22和第二高折射率材料层32在800-1200nm波长范围内的折射率大于3，消光系数小于0.002，在850nm处折射率大于3.6，在960nm处的折射率大于3.55，进而有利于调节本实用新型滤光片通带中心波长的偏移量。根据本实用新型的滤光片，第一IR膜层2中的第一低折射率材料层21和第二IR膜层3中第二低折射率材料层31的折射率均小于3。第一低折射率材料层21的材料可以选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4中的一种或多种，即第一低折射率材料层21可以为某一种材料，也可以是混合材料。第二低折射率材料层31的材料也可以选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4中的一种或多种，也就是说，第二低折射率材料层31的材质可以为某一种材料，也可以是混合物。因此，在本实用新型中，第一IR膜层2中的第一低折射率材料层21和第二低折射率材料层31的材料可以是相同的，也可以是不同的。依照上述实施方式设置的滤光片，可以保证在800-1200nm波长范围内，第一IR膜层2和第二IR膜层3均具有一个通带波段、两个过渡波段和两个截止波段，通带波段位于两个截止波段之间，过渡波段位于通带波段与截止波段之间。如此能够保证本实用新型的滤光片能够实现对近红外光的高透过性，截止其他波段的光通过。此外，本实用新型滤光片通带波段的中心波长，在入射角度从0°改变至30°的范围内，通带波段的中心波长漂移量介于7nm至13nm之间。以下通过具体的实施例对本实用新型的滤光片进行详细说明。实施例1：在本实施例中，沿着远离玻璃基板1的方向，滤光片的第一IR膜层2的结构为(LH)*N、L，N＝17。在本实施例中，第一高折射率材料层22采用氢化硅层，第一低折射率材料层21采用SiO2，第一IR膜层2的总厚度为2.44μm。沿着远离玻璃基板1的方向，滤光片的第二IR膜层3的结构为(L2H2)*n、L2，n＝16。第二IR膜层3的第二高折射率材料层32采用氢化硅层，第二低折射率材料层采用SiN，第二IR膜层3的厚度为5.5μm。表1示出了第一IR膜层2各个材料层的参数：表1表2示出了第二IR膜层3各个材料层的参数：12345材料SiNSi:HSiNSi:HSiN厚度(nm)234.38117.1473.25265.97108.87678910材料Si:HSiNSi:HSiNSi:H厚度(nm)101.5166.42532.95100.88100.091112131415材料SiNSi:HSiNSi:HSiN厚度(nm)76.74333.2592.5497.9390.681617181920材料Si:HSiNSi:HSiNSi:H厚度(nm)534.7368.59101.8393.7244.392122232425材料SiNSi:HSiNSi:HSiN厚度(nm)22.75281.3998.79209.72120.262627282930材料Si:HSiNSi:HSiNSi:H厚度(nm)273.9575.6689.02139.33128.66313233材料SiNSi:HSiN厚度(nm)428.84113.1787.69表2如图3和图4所示，参照实施例1中各条件参数设置本实用新型的滤光片，在800-1200nm波长范围内，本实用新型的第一IR膜层2和第二IR膜层3均具有一个通带波段、两个截止波段和两个过渡波段，即沿着从800nm-1200nm的方向，第一IR膜层2和第二IR膜层3分别依次具有截止波段、过渡波段、通带波段、过渡波段和截止波段。通带波段是指光线能够通过的波段，截止波段是指光线不能通过的波段，过渡波段位于截止波段和通带波段之间。如图5所示，本实用新型的滤光片在入射角度从0°改变至30°范围内，通带波段中心波长的漂移量在7nm至13nm之间，并且在入射角度从20°改变至30°范围内，入射角度每变化1°，中心波长的漂移量均小于5nm。依照实施例1的各参数设置本实用新型的滤光片，能够保证本实用新型的滤光片的半高全宽值小于114nm，第一IR膜层2和第二IR膜层3的总厚度小于8微米。实施例2：在本实施例中，沿着远离玻璃基板1的方向，滤光片的第一IR膜层2的结构为(LH)*N、L，N＝11。在本实施例中，第一高折射率材料层22采用氢化硅层，第一低折射率材料层21采用Si3N4，第一IR膜层2的总厚度为2.3μm。沿着远离玻璃基板1的方向，滤光片的第二IR膜层3的结构为(L2H2)*n、L2，n＝17。第二IR膜层3的第二高折射率材料层32采用氢化硅层，第二低折射率材料层采用Si3N4，第二IR膜层3的厚度为4.62μm。表3示出了第一IR膜层2各个材料层的参数：表3表4示出了第二IR膜层3各个材料层的参数：12345材料Si3N4Si:HSi3N4Si:HSi3N4厚度(nm)234.0573.12193.4179.58113.2678910材料Si:HSi3N4Si:HSi3N4Si:H厚度(nm)196.33111.74100.6286115.421112131415材料Si3N4Si:HSi3N4Si:HSi3N4厚度(nm)10764.44112.5664.98107.611617181920材料Si:HSi3N4Si:HSi3N4Si:H厚度(nm)128.7764.3187.54111.36199.792122232425材料Si3N4Si:HSi3N4Si:HSi3N4厚度(nm)114.06151.5663.51277.82109.722627282930材料Si:HSi3N4Si:HSi3N4Si:H厚度(nm)66.15106.45365340.1278.773132333435材料Si3N4Si:HSi3N4Si:HSi3N4厚度(nm)110.3226.9110.5695.1945.38表4如图6和图7所示，参照实施例2中各条件参数设置本实用新型的滤光片，在800-1200nm波长范围内，本实用新型的第一IR膜层2和第二IR膜层3均具有一个通带波段、两个截止波段和两个过渡波段，即沿着从800nm-1200nm的方向，第一IR膜层2和第二IR膜层3分别依次具有截止波段、过渡波段、通带波段、过渡波段和截止波段。通带波段是指光线能够通过的波段，截止波段是指光线不能通过的波段，过渡波段位于截止波段和通带波段之间。如图8所示，本实用新型的滤光片在入射角度从0°改变至30°范围内，通带波段中心波长的漂移量在7nm至13nm之间，并且在入射角度从20°改变至30°范围内，入射角度每变化1°，中心波长的漂移量均小于5nm。依照实施例2的各参数设置本实用新型的滤光片，能够保证本实用新型的滤光片的半高全宽值小于114nm，第一IR膜层2和第二IR膜层3的总厚度小于8微米。实施例3：在本实施例中，沿着远离玻璃基板1的方向，滤光片的第一IR膜层2的结构为(LH)*N、L，N＝11。在本实施例中，第一高折射率材料层22采用氢化硅层，第一低折射率材料层21采用Si3N4，第一IR膜层2的总厚度为2.3μm。沿着远离玻璃基板1的方向，滤光片的第二IR膜层3的结构为(L2H2)*n、L2，n＝15。第二IR膜层3的第二高折射率材料层32采用氢化硅层，第二低折射率材料层采用混合材料，在本实施方式中，混合材料为Si3N4和SiO2的混合物，第二IR膜层3的厚度为5.56μm。表5示出了第一IR膜层2各个材料层的参数：表5表6示出了第二IR膜层3各个材料层的参数，其中Mixture表示Si3N4和SiO2的混合物：表6如图9和图10所示，参照实施例3中各条件参数设置本实用新型的滤光片，在800-1200nm波长范围内，本实用新型的第一IR膜层2和第二IR膜层3均具有一个通带波段、两个截止波段和两个过渡波段，即沿着从800nm-1200nm的方向，第一IR膜层2和第二IR膜层3分别依次具有截止波段、过渡波段、通带波段、过渡波段和截止波段。通带波段是指光线能够通过的波段，截止波段是指光线不能通过的波段，过渡波段位于截止波段和通带波段之间。如图11所示，本实用新型的滤光片在入射角度从0°改变至30°范围内，通带波段中心波长的漂移量在7nm至13nm之间，并且在入射角度从20°改变至30°范围内，入射角度每变化1°，中心波长的漂移量均小于5nm。依照实施例3的各参数设置本实用新型的滤光片，能够保证本实用新型的滤光片的半高全宽值小于114nm，第一IR膜层2和第二IR膜层3的总厚度小于8微米。本实用新型还提供一种包含本实用新型滤光片的红外图像传感系统。图12是示意性表示包含本实用新型滤光片的红外传感系统的结构示图。如图12所示，本实用新型的红外图像传感系统包括光源单元4和接收单元5。在本实施方式中，光源单元4包括IR发射光源41和第一镜头组件42。接收单元5包括第二镜头组件51、本实用新型的滤光片和红外图像传感器53。在本实施方式中，IR光源41可以为VCSEL(垂直腔面发射激光器)、LD或LED，第一镜头组件42包括近红外光准直镜头和光学衍射元件。第二镜头组件51可以采用普通光学镜头。本实用新型的红外图像传感系统的工作流程如下：打开IR光源41，经第一镜头组件42准直后向人脸/手6投射光线，第二镜头组件51拍摄图像，由红外图像传感器53经过算法计算生成3D图像，进行人脸识别或手势识别。由于本实用新型滤光片52的存在，在拍摄时可以增透近红外光、截止其他波段的光，从而能够提高最终人脸识别、手势识别的精度。以上所述仅为本实用新型的一个方案而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3