[发明专利]3D识别滤光片

说明书

本发明公开了3D识别滤光片，具有与800nm到1800nm波长范围部分重叠的通带，并且具有包含380到750nm范围的截止带，包括基片及在基片两个表面镀制的滤光膜层，其中一个表面的滤光膜层由高折射率层、中折射率层和低折射率层堆叠而成，另一个表面的滤光膜层由至少两种材料层堆叠而成。该3D识别滤光片在实现大的光线入射角度时较小的波长偏移量的同时，保持了高截止度和较窄的过渡带宽度。

技术领域

本发明涉及滤光片领域，尤其涉及3D识别滤光片。

背景技术

三维(3D)识别技术在机器视觉、虚拟现实、身份识别、自动驾驶等领域获得了广泛的应用。相对于二维的成像，3D识别可以获得被探测物的立体信息。3D识别的基本原理是发射某波段的红外光，并利用传感器接收被探测物返回的该波段的光线，利用信号处理获得距离信息，从而建立被探测物的三维模型。典型的3D识别模组发射端包含红外光源、调制器件、透镜，接收端包含红外探测器、镜头、红外滤光片等。

对3D识别而言，其接收端的红外滤光片与传统的可见光摄像头中的滤光片存在较大差异。传统的可见光摄像头中的滤光片往往是红外截止式，而3D识别滤光片：a)只允许特定波段的光(与发射端红外光源相对应)透过，对其他波段特别是可见光需要高度截止，以实现过滤噪声、提高系统信噪比的目的；b)3D识别需要探测到一定角度内的立体信息，因此滤光片需要容纳足够的光线入射角(如20到40度)。由于通带带宽和截止带深度决定了滤光片过滤噪声的能力，因此希望3D识别滤光片的通带位置对光线入射角度尽量不敏感，同时对其他波段特别是可见光有较高的截止度。

3D识别模组使用的滤光片主要基于干涉原理，通过真空镀膜技术将数十至上百层薄膜沉积到透明基板(如玻璃)上，其薄膜材料一般至少为两种，影响最终滤光片性能的主要因素是每一层材料的折射率和沉积厚度。根据光学干涉多层膜理论，如果基于带通膜系在入射角为0时的中心波长为λ₀，那么在入射角为θ时该膜系的中心波长λ_θ与λ₀存在以下关系：

其中n为膜系的等效折射率，由膜系中的腔层阶数、材料折射率决定。假设选用二阶腔，则膜系的等效折射率为(参见H.Angus Macloed著《薄膜光学》(Thin-Film OpticalFilters,fourth edition)，第八章)：

膜系由高、低折射率两种材料层构成，其中n_H为高折射率层的折射率，n_L为低折射率层的折射率。基于这两个公式，可以容易的估算实现低角度漂移所需要的材料折射率。例如，如果某个入射角为0度时中心波长为850nm的滤光片希望在入射角为30度时的中心波长不小于830nm，则需要膜系的等效折射率n不小于2.3；假设低折射率层为折射率为1.48的SiO₂，则高折射率层的折射率只要满足不小于3.1即可以实现。制备折射率大于3的材料的一种常规方法是利用Si:H材料，Hidenhiko Yoda等人在2004年公开了题为“利用射频磁控溅射制备a-Si:H/SiO₂多层膜光学滤光片(a-Si:H/SiO₂multilayer films fabricated byradio-frequency magnetron sputtering for optical filters)”的方法(美国光学学会，Applied Optics，2004年，第43卷，第17期)，可以制备在800-1800nm波段折射率均大于3.5的Si:H，并且Si:H材料在800-1800nm波段透明。