一种三通滤光片及其生物识别系统的制作方法

1.本发明涉及光学镀膜滤光片领域，特别是涉及一种三通滤光片及其生物识别系统。


背景技术：

2.脸部识别以及其它先进生物识别技术在移动设备和笔记本电脑中变得越来越流行，正逐渐取代数字密码和指纹认证。随着rgb ir传感器的出现，其可综合支持彩色和红外成像应用并可降低总体系统成本，也可为一系列设备(包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑等)的脸部识别和手势接口提供基于ir的生物识别能力。同时一体化设计的成像装置也可降低对设备空间的需求，符合审美的工业设计。双通滤光片既可以截止红外光，高透过可见光，提高摄像头组件的拍照性能。又可以透过一部分红外传感器需要的红外光，从而实现生物识别的功能。
3.为了提高采用rgb ir传感器方案的生物辨识准确性，可以采用多个光源，发射不同波段的光线，分别提取被识别对象不同器官的特征。典型的例子是身份识别上，用850nm波段来进行虹膜特征识别，用960nm波段来进行脸部特征识别，然而，现有技术中并没有可以同时透过这两种红外波段的光的滤光片。因此，本领域亟需一种可以同时透过这两种红外波段的光同时透过可见光的具有三个通带的技术方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种三通滤光片及其生物识别系统，解决目前并没有可以同时透过虹膜特征识别和脸部特征识别所需的光以及可见光的滤光片的弊端。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种三通滤光片，所述滤光片包括：
7.透明基层；
8.分别镀制于所述透明基层两侧的三通滤光膜层和紫外光截止膜层；
9.所述三通滤光膜层和所述紫外光截止膜层均是由高折射率材料层和低折射率材料层交替堆叠沉积镀制而成。
10.一种三通滤光片，所述滤光片包括：
11.透明基层；
12.镀制于所述透明基层一侧的紫外光截止三通滤光膜层；
13.镀制于所述透明基层另一侧的抗反射膜层；
14.所述紫外光截止三通滤光膜层和所述抗反射膜层均是由高折射率材料层和低折射率材料层交替堆叠沉积镀制而成。
15.可选的，所述透明基层的材料为玻璃、亚克力板和薄膜中的一种，厚度为0.2～0.5mm。
16.可选的，所述高折射率材料层是由五氧化三钛、二氧化钛、二氧化锆、五氧化二钽、
五氧化二铌和钛酸镧中的至少一种构成；
17.所述低折射率材料层是由二氧化硅、氟化镁和三氧化二铝中的至少一种构成。
18.可选的，所述三通滤光膜层由二氧化硅层和五氧化三钛层交替堆叠构成；所述二氧化硅层和所述五氧化三钛层的总层数为50～200层；
19.所述三通滤光膜层中，每个所述五氧化三钛层的单层厚度为1～400nm，每个所述二氧化硅层的单层厚度为1～1000nm。
20.可选的，所述紫外光截止膜层由五氧化三钛层和二氧化硅层交替堆叠构成；所述五氧化三钛层和所述二氧化硅层的总层数为10～50层；
21.所述紫外光截止膜层中，每个所述五氧化三钛层的单层厚度为1～200nm，每个所述二氧化硅层的单层厚度为1～300nm。
22.可选的，所述三通滤光片抑制入射光中第一波长至第二波长之间的光，以及第三波长至第四波长之间的光，以及第五波长至第六波长之间的光，以及大于第七波长的光；其中，第一波长小于第二波长，第二波长小于第三波长，第三波长小于第四波长，第四波长小于第五波长，第五波长小于第六波长，第六波长小于第七波长；
23.所述第一波长属于紫外光波段，所述第二波长属于紫外光或可见光波段，所述第三波长属于可见光波段，所述第四波长、所述第五波长、所述第六波长和所述第七波长属于近红外光波段；
24.所述三通滤光片的第一通带在所述第二波长和所述第三波长之间，第二通带在所述第四波长和所述第五波长之间，第三通带在所述第六波长和所述第七波长之间。
25.一种生物识别成像装置，所述装置包括：光学镜头、三通滤光片、图像传感器和影像信号处理器；
26.光信号依次通过所述光学镜头和所述三通滤光片后，被所述图像传感器读取，然后传输至所述影像信号处理器进行处理；
27.所述三通滤光片用于滤波，仅允许透过可见光长段和设定的红外波长段的光；
28.所述图像传感器为rgb ir图像传感器，所述图像传感器用于获取所述三通滤光片透过的光，得到光图像数组；
29.所述影像信号处理器用于在不需要红外信号时，将所述光图像数组中的红外信号滤除；当需要特定红外信号时，保留所述光图像数组中的特定红外信号。
30.一种生物识别系统，所述系统包括：
31.三通滤光片，用于滤波，仅允许透过可见光长段和设定的红外波长段的光；
32.rgb ir图像传感器，用于获取所述三通滤光片透过的光，得到光图像数组；
33.数据分离单元，用于分离所述光图像数组中的黑白图像数据流和rgb图像数据流；
34.识别单元，用于利用所述黑白图像数据流进行生物识别；
35.显示单元，用于处理所述rgb图像数据流供显示器显示。
36.一种生物识别方法，所述方法包括：
37.利用三通滤光片滤波，仅允许透过可见光长段和设定的红外波长段的光；
38.利用rgb ir图像传感器获取所述三通滤光片透过的光，得到光图像数组；
39.分离所述光图像数组中的黑白图像数据流和rgb图像数据流；
40.利用所述黑白图像数据流进行生物识别；
41.处理所述rgb图像数据流供显示器显示。
42.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
43.通过采用二氧化硅层和五氧化三钛层交替堆叠构成三通滤光膜层，采用五氧化三钛层和二氧化硅层交替堆叠构成紫外光截止膜层后，从下到上由三通滤光膜层、透明基层和紫外光截止膜层依次构成三通滤光片，从而通过波长440-630nm的可见光和850nm与960nm附近的指定波长范围红外光，且平均透射率大于95％；对波长为350-410nm的紫外光以及670-810nm和890-920nm和1000-1100nm的红外光截止，且平均透射率小于3％。
44.采用该发明三通滤光片设计的生物识别系统可以同时应用于两个红外波长，实现人脸及虹膜识别方式的并用，大大提升识别的准确率。另外，由于采用rgb ir传感器技术，可以将摄像头组件及红外传感组件集成在一起，能有效节省电子设备内部空间并大大降低生产成本。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
46.图1为本发明实施例一提供的三通滤光片的结构示意图。
47.图2为本发明实施例一提供的三通滤光片的紫外光截止膜层的透射率光谱图。
48.图3为本发明实施例一提供的三通滤光片的三通滤光膜层的透射率光谱图。
49.图4为本发明实施例一提供的三通滤光片的透射率光谱图。
50.图5为本发明实施例二提供的三通滤光片的结构示意图。
51.图6为本发明实施例二提供的三通滤光片的抗反射膜层的反射率光谱图。
52.图7为本发明实施例二提供的三通滤光片的透射率光谱图。
53.图8为本发明实施例三提供的生物识别成像装置的结构示意图。
54.图9为本发明实施例三提供的生物识别成像装置的三通滤光片抑制入射光波段示意图。
55.图10为本发明实施例四提供的生物识别系统的结构示意图。
56.图11为本发明实施例四提供的生物识别系统的基本工作模式图。
57.图12为本发明实施例四提供的生物识别系统的控制方法示意图。
58.符号说明：
59.10、11-透明基层；20-三通滤光膜层；30-紫外光截止膜层；21-紫外光截止三通滤光膜层；31-抗反射膜层；301-光学镜头；302-三通滤波片；303-图像传感器；304-影像信号处理器；m1-三通滤光片；m2-rgb ir图像传感器；m3-数据分离单元；m4-识别单元；m5-显示单元。
具体实施方式
60.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
61.本发明的目的是提供一种三通滤光片及其生物识别系统，解决目前并没有可以同时透过虹膜特征识别和脸部特征识别所需的光以及可见光的滤光片的弊端。
62.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
63.实施例一：
64.如图1所示，本发明实施例提供了一种三通滤光片，该滤光片包括：
65.透明基层10；
66.分别镀制于所述透明基层10两侧的三通滤光膜层20和紫外光截止膜层30；所示紫外光截止膜层30的透射率光谱图如图2所示，所示三通滤光膜层20的透射率光谱图如图3所示。
67.透明基层10的材料为玻璃、亚克力板和薄膜中的一种，厚度为0.2～0.5mm；其优选材料型号为肖特白玻璃(型号：d263t eco)，厚度包含但不限于0.03～2mm，优选厚度为0.2～0.5mm。
68.所述三通滤光膜层20和所述紫外光截止膜层30均是由高折射率材料层和低折射率材料层交替堆叠沉积镀制而成。
69.其中，高折射率材料层是由五氧化三钛、二氧化钛、二氧化锆、五氧化二钽、五氧化二铌、h4(钛酸镧)中的至少一种构成；低折射率材料层是由二氧化硅、氟化镁、三氧化二铝中的至少一种构成。
70.作为一种可选的实施方式，本发明实施例中的三通滤光膜层20由二氧化硅层和五氧化三钛层交替堆叠构成；二氧化硅层和五氧化三钛层的总层数为50～200层；三通滤光膜层中，每个五氧化三钛层的单层厚度为1～400nm，每个二氧化硅层的单层厚度为1～1000nm。
71.紫外光截止膜层30由五氧化三钛层和二氧化硅层交替堆叠构成；五氧化三钛层和二氧化硅层的总层数为10～50层；紫外光截止膜层中，每个五氧化三钛层的单层厚度为1～200nm，每个二氧化硅层的单层厚度为1～300nm。
72.本发明实施例提供的三通滤光片抑制入射光中第一波长至第二波长之间的光，以及第三波长至第四波长之间的光，以及第五波长至第六波长之间的光，以及大于第七波长的光；其中，第一波长小于第二波长，第二波长小于第三波长，第三波长小于第四波长，第四波长小于第五波长，第五波长小于第六波长，第六波长小于第七波长；
73.所述第一波长属于紫外光波段，所述第二波长属于紫外光或可见光波段，所述第三波长属于可见光波段，所述第四波长、所述第五波长、所述第六波长和所述第七波长属于近红外光波段；
74.所述三通滤光片的第一通带在所述第二波长和所述第三波长之间，第二通带在所述第四波长和所述第五波长之间，第三通带在所述第六波长和所述第七波长之间。
75.该三通滤光片通带的平均透射率大于95％，截止带的平均透射率小于3％；该三通滤光片应用于成像装置及生物识别系统。
76.作为一种具体的实施方式，本发明实施例中的三通滤光膜层20由二氧化硅层和五
氧化三钛层交替堆叠构成；第一层为二氧化硅层，第二层为五氧化三钛层，第三层为二氧化硅层，第四层为五氧化三钛层
……
，依次交替堆叠，最后一层为二氧化硅层。其中，二氧化硅层和五氧化三钛层的总层数为129层。二氧化硅总层数为65层，五氧化三钛总层数为64层，参见表1。
77.表1：三通滤光膜层20的各层材料与膜厚表
78.79.[0080][0081]
紫外光截止膜层30由五氧化三钛层和二氧化硅层交替堆叠构成；第一层为五氧化三钛层，第二层为二氧化硅层，第三层为五氧化三钛层，第四层为二氧化硅层
……
，依次交替堆叠，最后一层为二氧化硅层。其中，五氧化三钛层和二氧化硅层的总层数为20层，五氧化三钛和二氧化硅总层数各10层，参见表2。
[0082]
表2：紫外光截止膜层30的各层材料与膜厚表
[0083][0084]
其中五氧化三钛层和二氧化硅的沉积采用电子束蒸发加以离子辅助沉积，厚度的控制方法采用极值法控制，并优化镀制参数。其中五氧化三钛层的沉积速率小于4a/s，离子源电流900～1500ma；二氧化硅的沉积速率小于12a/s，离子源电流600～1500ma；沉积时的真空度均为1.0x10-2
～1.6x10-2
pa。
[0085]
此外，本发明实施例提供的三通滤光片，其透明基层10与紫外光截止膜30层之间还可以包括一层吸收涂层。
[0086]
本发明实施例提供的三通滤光片通过采用二氧化硅层和五氧化三钛层交替堆叠构成三通滤光膜层20，采用五氧化三钛层和二氧化硅层交替堆叠构成紫外光截止膜层30后，从上到下由三通滤光膜层20、透明基层10和紫外光截止膜层30依次构成三通滤光片，从而通过波长440-630nm的可见光和850nm与960nm附近的指定波长范围红外光，且平均透射率大于95％；对波长为350-410nm的紫外光以及670-810nm和890-920nm和1000-1100nm的红外光截止，且平均透射率小于3％，其透射率光谱图(入射角为0
°
)如图4所示，其滤光特性数据如下表3和表4所示。
[0087]
表3：本发明实施例一提供的三通滤光片通带滤光特性数据
[0088][0089]
表4：本发明实施例一提供的三通滤光片截止带滤光特性数据
[0090][0091]
其中第一通带为可见光通带，波长为430nm到640nm，fwhm(fullwidth at half maximum)为210nm；第二通带为近红外通带，波长为825nm到875nm，fwhm为50nm；第三通带为近红外通带，波长为935nm到985nm，fwhm为50nm；三者没有交叠。在通带以内，滤光片的平均透射率均大于97％；在通带以外(截止带)，滤光片的透射率平均小于2％。因此，本发明实施例提供的三通滤光片可以应用于多个波长同时运用的生物识别系统，具有高峰值透射率和较深的截止，抑制了光晕和温漂，进而有效地提高识别的准确率。
[0092]
实施例二：
[0093]
如图5所示，本发明实施例提供了一种三通滤光片，与其余实施例不同的是，该滤光片包括透明基层11、设置在透明基层11上表面的紫外光截止三通滤光膜层21，以及设置在透明基层11下表面的抗反射膜层31。抗反射膜层31的反射率光谱图如图6所示。
[0094]
紫外光截止三通滤光膜层21由二氧化硅层和五氧化三钛层交替堆叠构成；第一层为二氧化硅层，第二层为五氧化三钛层，第三层为二氧化硅层，第四层为五氧化三钛层
……
，依次交替堆叠，最后一层为二氧化硅层。其中，二氧化硅层和五氧化三钛层的总层数为143层，二氧化硅总层数为72层，五氧化三钛总层数为71层，参见表5。
[0095]
表5：三通滤光膜层21的各层材料与膜厚表
[0096]
[0097]
[0098]
[0099][0100]
抗反射膜层31为宽带抗反射膜层，其由五氧化三钛层和二氧化硅层交替堆叠构成；第一层为五氧化三钛层，第二层为二氧化硅层，第三层为五氧化三钛层，第四层为二氧化硅层
……
，依次交替堆叠，最后一层为二氧化硅层。其中，五氧化三钛层和二氧化硅层的总层数为8层，五氧化三钛和二氧化硅总层数各为4层，参见表6。
[0101]
表6：抗反射膜层31的各层材料与膜厚表
[0102][0103]
本发明实施例提供的三通滤光片通过采用二氧化硅层和五氧化三钛层交替堆叠构成紫外光截止三通滤光膜层21，采用五氧化三钛层和二氧化硅层交替堆叠构成抗反射膜层31后，从上到下由紫外光截止三通滤光膜层21、透明基层11和抗反射膜层31依次构成三通滤光片，从而通过波长440-630nm的可见光和850nm与960nm附近的指定波长范围红外光，且平均透射率大于95％；对波长为350-410nm的紫外光以及670-810nm和890-920nm和1000-1100nm的红外光截止，且平均透射率小于3％，其透射率光谱图(入射角为0
°
)如图7所示，其滤光特性数据如下表7和表8所示。
[0104]
表7：本发明实施例二提供的三通滤光片通带滤光特性数据
[0105][0106][0107]
表8：本发明实施例二提供的三通滤光片截止带滤光特性数据
[0108][0109]
其中第一通带为可见光通带，波长为430nm到640nm，fwhm(fullwidth at half maximum)为210nm；第二通带为近红外通带，波长为825nm到875nm，fwhm为50nm；第三通带为近红外通带，波长为935nm到985nm，fwhm为50nm；三者没有交叠。在通带以内，滤光片的平均透射率均大于96.4％；在通带以外(截止带)，滤光片的透射率平均小于2％。因此，本发明三通滤光片可以应用于多个波长同时运用的生物识别系统，具有高峰值透射率和较深的截止，抑制了光晕和温漂，进而有效地提高识别的准确率。
[0110]
实施例三：
[0111]
请参阅图8，本发明实施例提供了一种生物识别成像装置，与其余实施例不同的是，所述装置包括：光学镜头301、三通滤波片302、图像传感器303和影像信号处理器304；三通滤波片302为实施例一或者实施例二提供的三通滤光片。
[0112]
光信号依次通过所述光学镜头301和所述三通滤光片302后，被所述图像传感器303读取，然后传输至所述影像信号处理器304进行处理；
[0113]
所述三通滤光片302用于滤波，仅允许透过可见光长段和设定的红外波长段的光，如图9所示；
[0114]
三通滤光片302设置在光学镜头301和图像传感器303之间，该三通滤光片302用于抑制入射光中的波长在第一波长至第二波长之间的光，以及第三波长至第四波长之间的光，以及第五波长至第六波长之间的光，以及大于第七波长的光；其中，第一波长小于第二波长，第二波长小于第三波长，第三波长小于第四波长，第四波长小于第五波长，第五波长小于第六波长，第六波长小于第七波长。第一波长属于紫外光波段，第二波长属于紫外光或可见光波段，第三波长属于可见光波段，第四波长和第五波长和第六波长和第七波长属于近红外光波段。
[0115]
其中，可以理解的是第二波长和第三波长之间的波段包含了可见光波段，该可见光波段属于成像设备需要采集的波段，而对于第一波长到第二波长间的波段，属于需要过滤掉的紫外波段。第三波长到第四波长间的波段，以及第五波长到第六波长间的波段，以及大于第七波长的波段属于需要过滤掉的近红外波段，第四波长和第七波长之间的波段属于选择性过滤的近红外波段。
[0116]
作为一种具体的实施方式，上述第一波长为300至350nm，第二波长为390至430nm，第三波长为640至700nm，所述第四波长为800至840nm，所述第五波长为850至900nm，所述第六波长为910至950nm，所述第七波长为960至1050nm。
[0117]
图像传感器303为rgb ir图像传感器，其可以在单个cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补型金属氧化物半导体)图像传感器中同时实现白光rgb捕捉和特定红外光捕捉，该图像传感器用于获取所述三通滤光片透过的光，得到光图像数组；
[0118]
所述影像信号处理器304用于在不需要红外信号时，将所述光图像数组中的红外
信号滤除；当需要特定红外信号时，保留所述光图像数组中的特定红外信号。
[0119]
本发明实施例提供的生物识别成像装置利用了三通滤光片，因其可以通过三个通带的光，并且其中有两个通带的红外光，从而使得该装置可以应用于多个波长同时运用的生物识别系统，具有高峰值透射率和较深的截止，抑制了光晕和温漂，进而有效地提高识别的准确率。另外，由于采用rgb ir传感器技术，可以将摄像头组件及红外传感组件集成在一起，能有效节省电子设备内部空间并大大降低生产成本。
[0120]
实施例四：
[0121]
请参阅图10，本发明实施例提供了一种生物识别系统，其具体工作模式如图11所示，与其余实施例不同的是，所述系统包括：
[0122]
三通滤光片m1，用于滤波，仅允许透过可见光长段和设定的红外波长段的光；采用三通滤光片m1滤波，只允许透过彩色波长段和设定的红外波长段的光；其中，对rgb光线具有高穿透率，且对波长为730至1100nm中特定波长的近红外光线也具有高穿透率，其他近红外波长光线不能透过。目前常用的图像传感器一般对近红外光成像效果比较好，此处使用波长730至1100nm的近红外光，如850nm或者960nm、1000nm等红外线波长。
[0123]
rgb ir图像传感器m2，用于获取所述三通滤光片透过的光，得到光图像数组；光图像数组被图像处理器读取后储存于图像原始数据缓存区。
[0124]
数据分离单元m3，用于分离所述光图像数组中的黑白图像数据流和rgb图像数据流；在图像信号处理器中分离黑白图像数据流和rgb图像数据流，由软件分离ir和rgb数据获得红外黑白图像数据流和rgb图像数据流。
[0125]
识别单元m4，用于利用所述黑白图像数据流进行生物识别；
[0126]
显示单元m5，用于处理所述rgb图像数据流供显示器显示。
[0127]
本发明实施例还提供了一种生物识别方法，请参阅图12，所述方法包括：
[0128]
s1、利用三通滤光片m1滤波，仅允许透过可见光长段和设定的红外波长段的光；
[0129]
s2、利用rgb ir图像传感器m2获取所述三通滤光片透过的光，得到光图像数组；
[0130]
s3、分离所述光图像数组中的黑白图像数据流和rgb图像数据流；
[0131]
s4、利用所述黑白图像数据流进行生物识别；
[0132]
s5、处理所述rgb图像数据流供显示器显示。
[0133]
本发明实施例提供的生物识别系统利用了三通滤光片，因其可以通过三个通带的光，并且其中有两个通带的红外光，从而使得该装置可以应用于多个波长同时运用的生物识别系统，具有高峰值透射率和较深的截止，抑制了光晕和温漂，进而有效地提高识别的准确率，能够同时应用于两个红外波长，实现人脸及虹膜识别方式的并用，大大提升识别的准确率。另外，由于采用rgb ir传感器技术，可以将摄像头组件及红外传感组件集成在一起，能有效节省电子设备内部空间并大大降低生产成本
[0134]
本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0135]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。