用于参数的光学检测的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种参数检测系统、红外带通滤波器、用于红外带通滤波器的玻璃基板以及参数检测方法。本发明专利技术的系统、滤波器和基板可用于多种设备，包括但不限于：智能手机、便携式计算机，计算机手表、平板电脑、游戏装置、电视、个人计算机、内部通信系统、家庭自动化系统、汽车安全系统、3D成像系统、手势控制系统、触控感测器、指纹感测器、诊断系统、交互式显示器、3D感测系统、家用电器、显示装置、虹膜识别系统。本发明专利技术的系统、滤波器和基板可用于许多用途，包括但不限于：虹膜识别、3D扫描、交互式显示、生物统计数据的生物统计检测或测量、手势控制、游戏、指纹检测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于参数的光学检测的系统
本专利技术涉及一种参数检测系统、一种红外带通滤波器、一种用于红外带通滤波器的玻璃基板、以及一种参数检测方法。所述系统可用于，例如，检测个体参数，如虹膜识别、3D扫描、触控感测器、生物统计、交互式显示器、游戏与手势控制。就本专利技术而言，“参数检测系统”通常为一种能够测量至少一个个体或对象的至少一个参数的电子系统。所测量的参数可选自任何可利用光学方法所测量的参数。“检测”包括各个参数的判别和/或量化。
技术介绍
手势控制装置、虹膜扫描器及其他相关的参数检测装置其本身为先前技术。这些装置一般具有用于照射待检测区域的红外线光源(照明单位)。光源所发出的波长通常介于800至900纳米之间。为了捕获由待检测区域所返回的红外光，例如该装置使用者，希望仅承载有用信息的特定波长的光被测量到。通过仅测量预期波长及过滤其他波长光谱的范围，增加了信噪比(Signal-to-NoiseRatio)。借此。照明光的强度可以降低。因此，红外带通滤波器的作用在于在预期波长范围内具有良好的透射性。通过该滤波器的波段称为“通带区域”(PassbandRegion)。使用红外光作为照射场景的光源的原因在于能够增强其信噪比，尤其在具有高亮度的可见光波长范围的环境下。此类装置的其他可使用部件为收集由场景反射的光的透镜以及图像感测器(例如飞时测距相机，time-of-flightcamera)。图像感测器测量光由照明单元发出抵达被检测物后反射回到照明单元的时间。因此，这类装置一般包括照明装置、带通滤波器以及图像感测器。WO2013/010127A2教导了生物统计成像装置及方法。其所述系统包括光源及成像装置。红外线透明媒介可用于将成像装置与个体隔绝。所述红外线透明媒介可由玻璃或塑料制成并且可包括涂层。该文件着重强调成像装置中使用的半导体器件。该成像装置可包括红外线滤波器。在此文件中没有进一步的细节讨论。US8,750,577B2公开了一种使用液态透镜的眼球扫描认证方法及仪器。US2013/02276678A1涉及一种对移动设备的使用者进行认证的方法和系统。用于生物统计数据和其他参数的检测系统的许多不同配置已被提出。但其中少有强调在此类装置中使用的带通滤波器的最佳化。红外带通滤波器可使用不同的基板。每个基板都具有一定的特性，一个特性的优点可伴随着关于该基板的其他特性的缺点。多数带通滤波器包括基板及一个至多个涂层。此类滤波器应有的一些特性列举如下：-通带区域内高透射性；-阻隔区域内极低透射性；-耐擦伤性；-即使在低厚度下的抗断裂性；-高化学稳定性(如水解稳定性)；-热膨胀相容度；-最佳化的光学特性；-光学特性的低角度依赖性；-有毒或环境有害物质的低含量；-低比重；-低放射性(荧光、磷光、辐射)；-低制造成本；-低厚度及低厚度变化的可得性；-耐热震性。由于光的强度不能增强至过高，所以在预期波长处的高透射性尤为重要。高强度光会损坏使用者的组织，特别是虹膜识别系统。另外，使用高强度的光源照明场景也需要大量的能量。许多参数检测系统在便捷式装置上，例如手机、平板电脑及笔记本计算机上有所应用。而便携式装置会受到环境温度的变化的影响。例如便携式装置不应只限于室内使用也应可在室外使用。在户外活动中(例如滑雪)，极低的气温可对该装置造成影响。同理，高温的情况可能在太阳直射该装置的情况下发生。一般来说，便携式电子装置或一般户外使用的装置应正常工作的温度范围大约是-40℃至60℃，即意味着约100℃的温度范围内。已知在许多材料中这并不是不证自明的特性。已知光学特性不应只满足其预期应用，也应在指定温度范围内尽量维持一致。虽然透射性很少会随着温度变化而大幅改变，但是折射率却随着温度不同而有相当程度的变化。即使在某些光学系统中这并不是问题，但在涂层系统中，折射率的改变会造成透射性的改变。当考虑到许多参数检测系统进行非常精细的测量时，这些改变会造成较大的影响。在虹膜识别系统的示例中，人类虹膜结构被检测。为了确保正常工作，必须对系统进行校正。系统可在室温下完成校正后继续在极高温或极低温的室外使用。对折射率有高度温度依赖性的系统将会受到不良的参数检测特性的影响，例如当装置在室温下校正，然后在实际上不同的温度下使用。一个合乎要求的装置还应具有良好的透射特性、耐擦伤性、滤波器特性、即使在低厚度下也具有机械稳定性、光学特性的低角度依赖性、低制造成本及优良的水解和化学稳定性。所有这些合乎要求的先决条件均由本文所述的主题来满足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供甚至可在显著不同的温度下可靠地工作的参数检测系统。已经发现在用于参数检测系统的涂覆的滤波器中的基板的折射率的温度依赖性(TemperatureDependenceofRefractiveIndex)应尽可能的低。本专利技术提供了允许在显著不同的温度下非常可靠地工作的参数检测系统的系统、带通滤波器以及用于带通滤波器的基板。本专利技术提供了一种参数检测系统，包括：a.至少一个能在物体或人体的方向上发射光的光源；b.包括基板和至少一个涂层的至少一个带通滤波器；c.可选地，至少一个能够收集已发射波长的光的光学透镜；以及d.至少一个图像感测器，其被定位以便接收反射自物体或人体的光，其中，滤波器被定位为使得入射至透镜和/或图像感测器的光在被透镜收集和/或被图像感测器接收前必须先通过该滤波器，其中，光源所发出的光为波长为780至1000纳米，优选为800至900纳米范围内的红外光，其中，滤波器在780nm至1000纳米，优选为800至900纳米的波长区域中具有通带，其中，基板由玻璃制成并具有0.01至2毫米的厚度，其中，涂层厚度不超过0.5毫米，其中，基板在-40℃至60℃的温度范围内、波长850纳米的情况下的折射率的温度依赖性为不超过10×10-6/K。已发现上述类型的参数检测系统在耐温性方面具有优良的性能，即在显著的不同的温度下仍以基本同等效率工作的能力。基板在-40℃至60℃的温度范围内、波长850纳米的情况下的折射率的温度依赖性不超过10×10-6/K的特性，使得该系统中所使用的滤波器具有良好的耐温性。在优选实施例中，在-40℃至+60℃的温度范围内，基板的折射率的温度依赖性应低于8×10-6/K，优选低于6×10-6/K，更优选低于4×10-6/K，且最优选低于2.5×10-6/K。折射率的温度依赖性能够通过在不同温度下测量基板的绝对折射率而轻易地测得。针对上述所给定的温度值，可通过测量基板在-40℃至60℃，即在100K范围内的折射率而很容易地确定。对于本专利技术的基板，以下是成立的：(n850nm/60℃–n850nm/-40℃)/100K＝10×10-6/K或以下(n为折射率)。已发现当基板中的折射率的温度依赖性降低时，滤波器的温度依赖性中央波长漂移(TemperatureDependentCenterWavelengthDrift)也会同时降低。优选地，在-40℃至60℃的温度范围内，本专利技术的参数检测系统的滤波器的温度依赖性中央波长漂移低于15纳米，更优选地低于10纳米，且最优选地低于5纳米。温度依赖性中央波长漂移通过在不同温度下对带通滤波器的通带的中央波长进行比较而测得。该中央波长与在室温下(即20℃)的中央波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种参数检测系统，包括：a)至少一个能在物体或人体的方向上发射光的光源；b)至少一个包括基板和至少一个涂层的带通滤波器；c)至少一个图像感测器，其被定位以便接收反射自所述物体或所述人体的光,其中，所述滤波器被定位为使得入射至所述图像感测器的光在被所述图像感测器接收前必须通过所述滤波器；其中，所述光源所发出的所述光为波长区域为780纳米至1000纳米的红外光；其中，所述滤波器在780纳米至1000纳米的波长区域中具有通带；其中，所述基板由玻璃制成并具有0.01至2毫米的厚度；其中，所述涂层的厚度不大于0.5毫米；以及其中，所述基板在‑40℃至60℃的温度范围内、波长850纳米的情况下的折射率的温度依赖性为不大于10×10‑6/K。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种参数检测系统，包括：a)至少一个能在物体或人体的方向上发射光的光源；b)至少一个包括基板和至少一个涂层的带通滤波器；c)至少一个图像感测器，其被定位以便接收反射自所述物体或所述人体的光,其中，所述滤波器被定位为使得入射至所述图像感测器的光在被所述图像感测器接收前必须通过所述滤波器；其中，所述光源所发出的所述光为波长区域为780纳米至1000纳米的红外光；其中，所述滤波器在780纳米至1000纳米的波长区域中具有通带；其中，所述基板由玻璃制成并具有0.01至2毫米的厚度；其中，所述涂层的厚度不大于0.5毫米；以及其中，所述基板在-40℃至60℃的温度范围内、波长850纳米的情况下的折射率的温度依赖性为不大于10×10-6/K。2.根据权利要求1所述的参数检测系统，其中所述系统还包括至少一个能收集已发射波长的光的光学透镜，其中所述滤波器被定位为使得入射至所述透镜和/或所述图像感测器的光在被所述透镜收集和/或被所述图像感测器接收前必须通过所述滤波器。3.根据权利要求1或2所述的参数检测系统，其中所述光源为被动光源，例如环境光。4.根据权利要求1或2所述的参数检测系统，其中所述光源为主动光源，例如LED。5.根据权利要求1至4中任一项所述的参数检测系统，其中，所述待检测参数为与人有关的参数。6.根据权利要求1至5中任一项所述的参数检测系统，其中，所述待检测参数为人类或动物的虹膜结构、物体的姿势或运动、或人类或动物的生物统计数据。7.一种用于在根据权利要求1所述的参数检测系统中使用的红外带通滤波器，其包括玻璃基板和至少一个涂层，所述滤波器在780纳米至1000纳米的波长区域内具有通带，其中所述基板由玻璃制成并具有0.01至2毫米的厚度，其中所述涂层的厚度不大于0.5毫米，以及其中所述基板在-40℃至60℃的温度范围内、波长850纳米的情况下的折射率的温度依赖性为不大于10×10-6/K。8.一种适用于在根据权利要求7所述的红外带通滤波器中使用的玻璃基板，其中所述玻璃基板在780至1000纳米的波长区域内的透射率为大于90％，以及其中在涂覆有厚度不大于0.5毫米的涂层后，所述玻璃基板在-40℃至60℃的温度范围内、波长850纳米的情况下的折射率的温度依赖性为不大于10×10-6/K。9.根据权利要求1所述的参数检测系统、根据权利要求7所述的红外带通滤波器或根据权利要求8所述的玻璃基板，其中所述玻璃基板在780至1000纳米的波长区域中的透射率为大于90％。10.根据权利要求1所述的参数检测系统、根据权利要求7所述的红外带通滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：井口一行，
申请(专利权)人：肖特玻璃科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32