專利名稱：用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾光片，尤其涉及一種用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片。
背景技術(shù)：
體感識別技術(shù)隨著微軟Xbox360 Kinect體感系統(tǒng)的熱賣,引起廣泛關(guān)注。隨著體感識別系統(tǒng)不斷深入的開發(fā)，未來體感識別將在工業(yè)制造、人機交互、娛樂、多媒體、游戲應(yīng)用、購物等各個領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。目前體感識別系統(tǒng)一般是采用光學(xué)成像方式，由紅外光源、3D景深探測器、RGB圖像探測器組成，其中最為關(guān)鍵的就是3D景深探測器部分，該部分是用來提取紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光線照射的動作體，其反射光被3D景深探測器通過景深攝像頭來來獲取，以此來捕捉人身體各部分骨骼動作的深度信息，轉(zhuǎn)化為信息指令，實現(xiàn)人與軟體、設(shè)備的實時互動。體感互動令人機交互跳脫了手柄、遙桿，鼠標(biāo)或者遙控器的限制，令用戶本身成為遙控器，實現(xiàn)真正的個性化人機互動。為了保證對人體動作的準(zhǔn)確識另O，要求對信號光的探測要非常精確，3D景深探測器要具有很強的抗干擾能力。窄帶濾光片主要是用來隔離干擾光，透過信號光，充分突顯有用信息，減小干擾信息，為后續(xù)的圖像處理和識別奠定基礎(chǔ)。在體感識別系統(tǒng)中，紅外發(fā)射器發(fā)生一般采用激光二極管發(fā)射808nm、828nm或紅外LED發(fā)射830nm、850nm、870nm或940nm或位于該波段內(nèi)的紅外光線。目前常見的為體感系統(tǒng)使用的828nm LD (即激光二極管)和850nmLED作為紅外發(fā)射器。景深探測器有效工作波段一般在400nm-lIOOnm區(qū)間，這樣就要通過窄帶濾光片將位于400nm_lIOOnm區(qū)間內(nèi)除信號光以外的其他波段光譜全部抑制掉。與體感系統(tǒng)采用的紅外窄帶濾光片具有相似功能的是目前用于人臉識別或指紋、生物識別方面的紅外濾光片，其主要功能都是用來提取信號光，有效抑制可見光和信號光之外的近紅外光。專利號為“ZL200710304305. 1”，發(fā)明名稱為“用于人臉識別的紅外濾光片及其制作方法”的中國發(fā)明專利中所列出的采用紅外玻璃結(jié)合鍍膜方法制作的紅外濾光片具有窄帶和高截止深度，但該專利采用紅外透射玻璃的厚度達到3-9毫米，對于當(dāng)前體感識別系統(tǒng)微小鏡頭來說，這種方法制作的濾光片太厚，無法滿足要求。專利號為“ZL201020248861.9”，名稱為“一種用于人臉識別的紅外濾光片”的實用新型專利所列出的采用在透明玻璃基板鍍制規(guī)整的主帶通濾光片膜系，再膠合紅外透過玻璃或膠合紅外通過的長波通濾光片的方法，雖然也實現(xiàn)了通帶矩形化程度好，截止深度高的特點，但采用膠合的方法，濾光片整體厚度很難做到小于1_的量級，而且玻璃基板膠合時會產(chǎn)生多個內(nèi)界面，從而產(chǎn)生多次反射，對成像系統(tǒng)影響較大，同時使用膠粘劑，其抗環(huán)境穩(wěn)定性會較差，特別是在溫度變化較大的場所?，F(xiàn)代的攝像頭產(chǎn)品，對體積要求越來越小，對成像質(zhì)量，色彩還原要求越來越高，而內(nèi)嵌于CMOS景深探測器前的紅外窄帶濾光片，一般厚度要求只有
O.3mm-0. 75_，如此薄的基板厚度空間，如果采用紅外玻璃結(jié)合鍍膜的方法或是采用白玻璃鍍膜后再膠合紅外玻璃的方法，都無法實現(xiàn)在超薄基板厚度條件下達到很高的窄帶濾光的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種在單一薄基板上實現(xiàn)寬截止范圍的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，包括基板和分別位于所述基板兩相背表面的窄帶濾光片主膜系和截止膜系，所述窄帶濾光片主膜系和截止膜系均分別由高折射率膜層和低折射率膜層交替堆疊而成，所述高折射率膜層和低折射率膜層通過真空鍍膜方法沉積形成；所述窄帶濾光片主膜系的通帶中心波長與體感識別系統(tǒng)紅外發(fā)射光源中心波長一致。其中，所述窄帶濾光片主膜系為長波通膜堆和短波通膜堆疊加的結(jié)構(gòu)，所述窄帶濾光片主膜系的通帶中心波長為850nm,通帶寬度為20nnT50nm。其中，所述長波通膜堆由多個結(jié)構(gòu)形式為O. 5HL0. 5H的基本膜堆疊加而成，所述短波通膜堆由多個結(jié)構(gòu)形式為O. 5LH0. 5L的基本膜堆疊加而成，其中，H代表高折射率膜層，L代表低折射率膜層。其中，所述窄帶濾光片主膜系的總膜層數(shù)為40層 55層。其中，所述截止膜系為長波通膜堆結(jié)構(gòu)，所述截止膜系的截止范圍為400nm 630nm,通帶范圍為 750nm lOOOnm。其中，所述長波通膜堆由多個結(jié)構(gòu)形式為O. 5HL0. 5H的基本膜堆疊加而成，其中，H代表高折射率膜層，L代表低折射率膜層。其中，所述截止膜系的總膜層數(shù)為30層 45層。其中，所述基板為透明玻璃基板，厚度為O. 3mnT0. 75_。其中，所述高折射率膜層的材料為Ti02、Ta2O5, Nb2O5中的一種或幾種的混合，所述低折射率膜層的材料為SiO2或MgF2。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所提供的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片采用單一基板，通過雙面疊加窄帶濾光片主膜系和截止膜系的方案，實現(xiàn)了體感識別系統(tǒng)窄帶濾光片截止寬度大、中心波長透過率高和矩形化程度好的特性。采用單一基板，避免使用較厚的紅外光學(xué)玻璃，降低了濾光片厚度?；宀捎秒p面真空鍍膜的辦法形成基板兩個表面的膜系，由于選用同種薄膜材料和生產(chǎn)工藝，兩個膜堆所應(yīng)起的應(yīng)力也相接近，這樣在基板兩面實現(xiàn)應(yīng)力相互平衡，最大程度減小由于應(yīng)力而引起的形變，有效防止超薄玻璃基板由于膜層應(yīng)力而引起翹曲、變形。濾光片中無需使用光學(xué)膠粘劑，避免多次反射，且無需擔(dān)心由于溫度引起光學(xué)膠粘劑性能變化，使得該近紅外窄帶濾光片能夠適用不同溫度環(huán)境。


圖1是本發(fā)明用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明近紅外窄帶濾光片一實施例中窄帶濾光片主膜系的光譜示意圖；圖3是本發(fā)明近紅外窄帶濾光片一實施例中截止膜系的光譜示意圖；圖4是本發(fā)明近紅外窄帶濾光片一實施例的光譜示意圖。標(biāo)號說明10、基板；20、窄帶濾光片主膜系；21、高折射率膜層；22、低折射率膜層；30、截止膜系；31、高折射率膜層；32、低折射率膜層。
具體實施例方式為詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。請參閱圖1，本實施方式提供一種用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，包括基板10和分別位于基板10兩相背表面的窄帶濾光片主膜系20和截止膜系30。基板10構(gòu)成濾光片的主體結(jié)構(gòu)，采用超薄的透明玻璃基板，材料為普通光學(xué)透明玻璃，厚度在
O.3mnT0. 75mm之間，常用規(guī)格為O. 3mm、O. 55mm和O. 7mm，具體根據(jù)實際的需要選用。窄帶濾光片主膜系20由高折射率膜層21和低折射率膜層22交替堆疊而成，截止膜系30同樣由高折射率膜層31和低折射率膜層32交替堆疊而成，各膜層通過真空鍍膜方法依次沉積而形成。其中，高折射率膜層21、31的材料為TiO2、Ta2O5、Nb2O5中的一種或幾種的混合，所述低折射率膜層22、32的材料為SiO2或MgF2。對于同一濾光片，窄帶濾光片主膜系20和截止膜系30中高折射率膜層21、31的材料相同，低折射率膜層22、32的材料相同。對于本發(fā)明中的近紅外窄帶濾光片，窄帶濾光片主膜系20的通帶中心波長與體感識別系統(tǒng)紅外發(fā)射光源中心波長一致。窄帶濾光片主膜系20主要是使體感識別系統(tǒng)紅外發(fā)射光源中心波長的光通過，但是受其本身結(jié)構(gòu)影響，在可見光部分波長范圍會出現(xiàn)旁漏區(qū)域，即部分可見光可透過窄帶濾光片主膜系20 ;截止膜系30則主要是使可見光截止而紅外波段透過。本發(fā)明的近紅外窄帶濾光片的截止范圍由窄帶濾光片主膜系20的截止波長區(qū)間和截止膜系30截止波長區(qū)間共同實現(xiàn)，通帶范圍由窄帶濾光片主膜系20的通帶和截止膜系30的通帶共同實現(xiàn)，因此可以得到較寬的截止范圍。本發(fā)明所提供的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片采用單一基板，通過雙面疊加窄帶濾光片主膜系和截止膜系的方案，實現(xiàn)了體感識別系統(tǒng)窄帶濾光片截止寬度大、中心波長透過率高和矩形化程度好的特性。采用單一基板，避免使用較厚的紅外光學(xué)玻璃，降低了濾光片厚度?；宀捎秒p面真空鍍膜的辦法形成基板兩個表面的膜系，由于選用同種薄膜材料和生產(chǎn)工藝，兩個膜堆所應(yīng)起的應(yīng)力也相接近，這樣在基板兩面實現(xiàn)應(yīng)力相互平衡，最大程度減小由于應(yīng)力而引起的形變，有效防止超薄玻璃基板由于膜層應(yīng)力而引起翹曲、變形。濾光片中無需使用光學(xué)膠粘劑，避免多次反射，且無需擔(dān)心由于溫度引起光學(xué)膠粘劑性能變化，使得該近紅外窄帶濾光片能夠適用不同溫度環(huán)境。所述窄帶濾光片主膜系20為中心波長為紅外光發(fā)生器中心波長的窄帶濾光片結(jié)構(gòu)，典型波長為位于800nnT950nm范圍內(nèi)的LD或LED發(fā)生波長，常見為850mm。所述窄帶濾光片主膜系20采用長波通膜堆和短波通膜堆疊加的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)通帶中心波長為850nm，通帶寬度為20nnT50nm的窄帶濾光片。總膜層數(shù)根據(jù)通帶帶寬的不同，典型設(shè)計在40層飛5層之間。其中，長波通膜堆結(jié)構(gòu)為(O. 5HL0. 5H) ~S，即由多個結(jié)構(gòu)形式為O. 5HL0. 5H的基本膜堆疊加而成；短波通膜堆結(jié)構(gòu)為(O. 5LH0. 5L)~S，即由多個結(jié)構(gòu)形式為O. 5LH0. 5L的基本膜堆疊加而成；其中，H代表高折射率膜層，L代表低折射率膜層，S代表基本膜堆的周期數(shù)。所述截止膜系30為截止范圍在400nnT630nm、通帶范圍在750nnTl000nm的長波通膜堆結(jié)構(gòu)，以保證該截止膜系30在近紅外部分不會影響窄帶濾光片主膜系20的近紅外850nm或相應(yīng)波長的透過率要求，根據(jù)截止深度要求，截止膜系30的總膜層數(shù)在30層到45層之間。其中，長波通膜堆結(jié)構(gòu)為(O. 5HL0. 5H) ~S，即由多個結(jié)構(gòu)形式為O. 5HL0. 5H的基本膜堆疊加而成，H代表高折射率膜層，L代表低折射率膜層，S代表基本膜堆的周期數(shù)。參閱圖2，在一實施例中，窄帶濾光片主膜系20采用長波通膜堆和短波通膜堆疊加的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)在850nm中心波長、20nm通帶寬度的窄帶濾光片，基本膜堆結(jié)構(gòu)為長波通(O. 5HL0. 5ΗΓ12和短波通(O. 5LH0. 5L)~ 12疊加形成，其中H代表高折射率膜層，采用TiO2,L代表低折射率膜層，采用SiO2 ;對于通帶波紋，通過通帶光學(xué)導(dǎo)納匹配做進一步優(yōu)化后，獲得通帶波紋小，矩形化程度高的窄帶濾光片。由圖2中可以看到，該主膜系雖然實現(xiàn)了850nm中心透過，其他光譜范圍截止，但有效截止區(qū)間只覆蓋在850nm相近區(qū)域，在該例中，由圖2可知，其截止區(qū)間為640nm 80 0nm和900nnTll00nm,在400nm 640nm出現(xiàn)旁漏區(qū)域，而對于體感識別系統(tǒng)CMOS景深探測器，其響應(yīng)區(qū)間在400nnTll00nm，所以單獨依靠該主膜系是無法滿足寬截止區(qū)抑制要求的。參閱圖3，本實施例提供一種截止膜系，該截止膜系實現(xiàn)了 400nnT640nm范圍截止，750nnTl000nm透過的光譜要求，可以保證該截止膜系在近紅外部分不會影響主膜系在近紅外850nm或相應(yīng)波長的透過率要求，基本膜堆結(jié)構(gòu)為長波通(O. 5HL0. 5H) ~ 18，根據(jù)截止深度要求，該膜系總的膜層數(shù)為37層，總物理厚度為2. 7微米。如將圖2中窄帶濾光片主膜系和圖3中截止膜系分別形成于基板兩相背表面以構(gòu)成本發(fā)明所述的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其光譜透過率曲線如圖4所示，由圖可知，所述近紅外窄帶濾光片的短波截止范圍是由主膜系的短波截止波長區(qū)間和截止膜系的截止波長區(qū)間共同實現(xiàn)，通帶范圍是由主膜系的窄帶通帶和截止膜系的長波通帶共同實現(xiàn)，長波截止范圍是由主膜系的長波截止區(qū)間和截止膜系的通帶構(gòu)成。疊加后的光譜，在400nnT825nm區(qū)間實現(xiàn)了全部截止,在875nnTl IOOnm則由主膜系的截止區(qū)間所覆蓋仍然實現(xiàn)截止，很明顯，通過主膜系和截止膜系的疊加，除了中心波長相鄰的通帶范圍內(nèi)，其他區(qū)間的光可被全部截止，用于體感識別系統(tǒng)時，可有效去除其他波長的光對信號光檢測的影響，提高體感識別系統(tǒng)的識別準(zhǔn)確性。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其特征在于，包括基板和分別位于所述基板兩相背表面的窄帶濾光片主膜系和截止膜系，所述窄帶濾光片主膜系和截止膜系均分別由高折射率膜層和低折射率膜層交替堆疊而成，所述高折射率膜層和低折射率膜層通過真空鍍膜方法沉積形成；所述窄帶濾光片主膜系的通帶中心波長與體感識別系統(tǒng)紅外發(fā)射光源中心波長一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其特征在于所述窄帶濾光片主膜系為長波通膜堆和短波通膜堆疊加的結(jié)構(gòu)，所述窄帶濾光片主膜系的通帶中心波長為850nm,通帶寬度為20nnT50nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其特征在于所述長波通膜堆由多個結(jié)構(gòu)形式為O. 5HL0. 5H的基本膜堆疊加而成，所述短波通膜堆由多個結(jié)構(gòu)形式為O. 5LH0. 5L的基本膜堆疊加而成，其中，H代表高折射率膜層，L代表低折射率膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其特征在于所述窄帶濾光片主膜系的總膜層數(shù)為40層 55層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其特征在于所述截止膜系為長波通膜堆結(jié)構(gòu)，所述截止膜系的截止范圍為400nnT630nm，通帶范圍為 750nnTl OOOnm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其特征在于所述長波通膜堆由多個結(jié)構(gòu)形式為O. 5HL0. 5Η的基本膜堆疊加而成，其中，H代表高折射率膜層，L代表低折射率膜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其特征在于所述截止膜系的總膜層數(shù)為30層 45層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其特征在于所述基板為透明玻璃基板，厚度為O. 3mnT0. 75mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，其特征在于所述高折射率膜層的材料為Ti02、Ta205、Nb2O5中的一種或幾種的混合，所述低折射率膜層的材料為SiO2或MgF2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于體感識別系統(tǒng)的近紅外窄帶濾光片，包括基板和分別位于基板兩相背表面的窄帶濾光片主膜系和截止膜系，窄帶濾光片主膜系和截止膜系均分別由高折射率膜層和低折射率膜層交替堆疊而成，所述高折射率膜層和低折射率膜層通過真空鍍膜方法沉積形成；窄帶濾光片主膜系的通帶中心波長與體感識別系統(tǒng)紅外發(fā)射光源中心波長一致。本發(fā)明采用單一基板，通過雙面真空鍍膜疊加主膜系和截止膜系的方案，實現(xiàn)了體感識別系統(tǒng)窄帶濾光片截止寬度大、中心波長透過率高和矩形化程度好的特性；降低了濾光片厚度；有效防止由于膜層應(yīng)力而引起基板翹曲、變形；無需使用光學(xué)膠粘劑，避免多次反射，能夠適用不同溫度環(huán)境。
文檔編號G02B5/20GK103018812SQ20121054865
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者卜軼坤, 吳冠偉, 關(guān)振奮, 張慎興, 李延凱 申請人:晉譜(福建)光電科技有限公司