具有光阑的单件式光学元件制造技术

本发明专利技术涉及一种由对光透明的材料构成的单件式光学元件(1)，包括形成在一块透明材料中的光阑(5)，所述光阑(5)包括：由所述透明材料组成的孔，适用于使光通过所述孔；由围绕所述孔(6)的所述透明材料组成的遮光件，所述遮光件阻碍光的通过并且由一系列改性层形成，所述改性层由透明材料形成、彼此间隔开并且具有与光学元件的其余部分中的透明材料的折射率不同的修正折射率。

Single-piece optical element with aperture

【技术实现步骤摘要】
具有光阑的单件式光学元件
本专利技术涉及光学领域，更具体地涉及一种包括光阑的、优选地包含在指纹传感器中的单件式光学元件。
技术介绍
生物测定学领域通常使用光学系统来获取需要处理的生物特征数据。对于指纹传感器尤其如此，指纹传感器必须照亮手指并从手指上回收光以进行处理。图1描绘了在指纹传感器中使用的光学系统100的示例。这种光学系统包括多个不同的元件。棱镜101用于在其表面接收需要获取指纹的手指。由于手指和棱镜101之间的相互作用而产生的光穿入第一透镜103，然后被反射镜104反射。该光在到达成像器107之前穿过两个透镜105a和105b，然后穿过光阑106的光瞳。可以看出，该光通过光学系统100的多个元件。然而，光学系统100的每个元件不仅根据元件的结构而且还根据元件在光路中的布置而作用于光。元件的特性的任何偏差不可逆地降低了光束的质量。例如，透镜105a和透镜105b之间的简单不匹配可使传感器的性能降低近40％。因此，必须确保每个元件满足严格的制造要求，并且在系统组装期间精确地布置这些元件。这些限制使得这种传感器的制造复杂且昂贵。迄今为止，创建满足多个上述这些元件的功能的光学元件遇到了多重障碍，使得继续使用不同的光学元件更优选。特别地，在这种光学元件中存在光阑使得在实施方面存在困难，阻碍了本领域技术人员对这种设计的考虑。
技术实现思路
本专利技术旨在至少部分地克服上述缺点，优选地克服上述所有缺点，并且特别地旨在提供一种单件式光学元件，该单件式光学元件包括在一块材料中形成的、可以控制穿过自身的光的角度而不改变所述光的孔径光阑，该单件式光学元件易于制造且成本较低。为此，提供了一种由对光透明的材料构成的单件式光学元件，所述光学元件包括形成在一块透明材料中的光阑，所述光阑包括：由所述透明材料组成的孔，适用于使光穿过所述孔；以及由围绕所述孔的所述透明材料组成的遮光件，所述遮光件阻碍光的通过并且由一系列改性层形成，所述一系列改性层由透明材料形成、彼此间隔开并且具有与光学元件的其余部分中的透明材料的折射率不同的修正折射率。有利地，所述光学元件通过以下特征单独地或以其任何技术上可能的组合来完成：所述一系列改性层包括至少四个改性层，优选地包括至少十个改性层；所述改性层以10nm至200nm之间的距离隔开；彼此间隔开的所述改性层构成布拉格反射镜；所述孔限定直径介于0.5mm至2mm之间的入射光瞳；所述改性层从所述孔延伸；所述改性层延伸到所述光学元件的表面；所述光学元件还包括至少一个反射面。本专利技术还涉及一种指纹传感器，包括：适用于发射光的光源；配置成接收手指的获取表面；以及配置成获取图像的成像器；所述指纹传感器包括根据本专利技术的光学元件，所述光学元件布置在所述获取表面和所述成像器之间，使得源自于所述获取表面并到达所述成像器的光通过所述光学元件的光阑。本专利技术还涉及一种用于制造根据本专利技术的光学元件的方法，包括：提供对光透明的一块材料；以及通过飞秒激光束在改性层的位置处扫描所述透明材料来制造光阑，以将所述透明材料的折射率修改为修正折射率。附图说明通过以下涉及通过非限制性示例给出并参考所附示意图解释的根据本专利技术的优选实施例和变型的描述将更好地理解本专利技术，在附图中：如上所述的图1示意性地示出了表示现有技术的具有在指纹传感器中使用的多个不同元件的光学系统；图2示意性地示出了根据本专利技术的可能实施例的单件式光学元件的截面图；图3示意性地示出了根据本专利技术的可能实施例的单件式光学元件的光阑的截面放大图；以及图4示意性地示出了图3中的光阑的制造瞬间。具体实施方式参考图2，单件式光学元件1由使得光能够通过的透明材料构成。该透明材料可以是能够通过非常短持续时间、通常介于1飞秒(10-15秒)到5×10-13秒之间的激光脉冲(即通过飞秒激光)局部地改变其折射率的任何透明材料。例如，该透明材料可以由诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之类塑料制成。该透明材料也可以由玻璃、晶体或甚至透明陶瓷制成。该透明材料特别是在为塑料的情况下，还可以包含添加剂以改变其光学性质，特别是其对飞秒激光脉冲的响应。单件式光学元件1由一块透明材料构成，在与外部环境的界面处具有不同的表面。这些表面可以被配置或形成为实现不同的功能。因此，在指纹传感器中的单件式光学元件1的情况下，可以设置被配置成接收希望获取其图像的手指的获取表面2。例如，可以设置第一反射表面3用于反射光，特别是用于反射源自于获取表面的光。该第一反射表面3可以形成为使得这些光线向第二反射表面4反射，第二反射表面4形成为使得这些光线向光阑5反射。在反射表面3、4上发生的反射可能是全内反射(totalinternalreflection)，这是由于光在这些反射表面3、4上的入射角大于由透明材料的折射率和这些表面的外侧面的折射率限定的临界角，外侧面通常是空气或沉积在该外表面上的材料并且被选择成使其折射率引起这些全内反射。在反射表面3、4上发生的反射也可能是由于沉积在反射表面上的外侧面上的反射材料(例如金属层)的存在而产生的。在所示示例中，第一反射表面3在其外侧面上设置有反射材料，而在第二反射表面4上的反射由全内反射产生。因此，第一反射表面3为具备实现以下操作的形状：使得向第二反射表面4反射的光具有能够通过考虑到该第二反射表面4的平坦特性而使所述光被反射到光阑5的反射。通过光学模拟软件很容易确定该第一反射表面3的适当形状。众所周知，根据各种形式，光学元件1可以具有完全不同的有更多或更少个反射表面或者甚至没有反射表面的形状。然而，出于传感器中的紧凑性和布置的原因，光学元件1优选地具有至少一个反射表面，该至少一个反射表面被配置成在预期的光路上将在光学元件1中传播的光反射到光学元件1中。在所有情况下，光学元件1包括在构成单件式光学元件1的一块透明材料中形成的光阑5。如图3中可见，光阑5包括孔6，孔6适于使光沿传播方向10通过所述孔6。光阑5还包括阻碍光沿传播方向10通过的遮光件(screen)7。遮光件7围绕孔6。孔6和遮光件7都由构成光学元件1的透明材料构成。然而，遮光件7由该透明材料的一系列改性层8形成。这些改性层8具有与光学元件1的其余部分中的透明材料的折射率不同的修正折射率。孔6限定入射光瞳并且具有垂直于传播方向10的直径OF，即较大的尺寸，例如，介于0.5mm至2mm之间，通常为0.8mm。孔6的直径OF根据以下几何因素来选择，该几何因素包括光学元件1的形状、在孔6和接收光的成像器9之间所设置的距离和/或考虑光的波长。孔6优选地具有圆形横截面，但是其横截面可以具有其他形状。改性层8从孔6延伸，并且优选地延伸到光学元件1的表面。因此，光阑5优选地阻挡通过光阑5所在的光学元件1的整个光路，从而防止光在传播方向10上的传播。改性层8与未改性或以不同方式改性的透明材料的间插空间(intercalaryspaces)11交替设置，这些间插空间11将改性层8彼此隔开。改性层8以距离Δ彼此隔开。由于改性层8具有与构成间插空间11的透明材料的折射率n1不同的修正折射率n2，所以距离Δ被选择成使得在光的入射方向上(即在与传播方向相反的方向上)产生相长干涉。由此获得布拉格反射镜(Braggmirror)。因此，距离Δ被选择成使得接近、优选具有小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由对光透明的材料构成的单件式光学元件(1)，其特征在于，所述单件式光学元件包括形成在一块透明材料中的光阑(5)，所述光阑(5)包括：由所述透明材料组成的孔(6)，适用于使光通过所述孔(6)；以及由围绕所述孔(6)的所述透明材料组成的遮光件(7)，所述遮光件(7)阻碍光的通过并且由一系列改性层(8)形成，所述一系列改性层由透明材料形成、彼此间隔开并且具有与所述单件式光学元件的其余部分中的透明材料的折射率不同的修正折射率。

【技术特征摘要】
2018.02.07 FR 18510101.一种由对光透明的材料构成的单件式光学元件(1)，其特征在于，所述单件式光学元件包括形成在一块透明材料中的光阑(5)，所述光阑(5)包括：由所述透明材料组成的孔(6)，适用于使光通过所述孔(6)；以及由围绕所述孔(6)的所述透明材料组成的遮光件(7)，所述遮光件(7)阻碍光的通过并且由一系列改性层(8)形成，所述一系列改性层由透明材料形成、彼此间隔开并且具有与所述单件式光学元件的其余部分中的透明材料的折射率不同的修正折射率。2.根据权利要求1所述的单件式光学元件(1)，其中，所述一系列改性层(8)包括至少四个改性层，优选地包括至少十个改性层。3.根据权利要求1所述的单件式光学元件(1)，其中，所述改性层(8)以介于10nm至200nm之间的距离间隔开。4.根据权利要求1所述的单件式光学元件(1)，其中，彼此间隔开的所述改性层(8)构成布拉格反射镜。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦特·特鲁勃，
申请(专利权)人：法国伊第米亚身份与安全公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR