[发明专利]滤光器和传感器系统

说明书

本发明提供了一种滤光器，其具有至少与800nm至1100nm波长范围部分重叠的通带。该滤光器包括由氢化硅层和低折射率层交替堆叠而成的滤光叠层。每个氢化硅层在800nm至1100nm波长范围内的折射率均大于3，在800nm至1100nm波长范围内的消光系数均小于0.0005。

技术领域

本发明涉及滤光器和包括滤光器的传感器系统。更具体而言，本发明涉及包括氢化硅层的滤光器和包括该滤光器的传感器系统。

背景技术

在典型的手势识别系统中，光源向使用者发射近红外光。三维(3D)图像传感器检测所发射的被使用者反射的光，以提供使用者的三维图像。随后处理系统对三维图像进行分析，以识别使用者作出的手势。

采用滤光器，更具体而言即带通滤波器，来将发射的光传送至三维图像传感器，同时基本阻挡住环境光。换言之，滤光器用于屏蔽环境光。由此，需要有在近红外波长范围、即800nm至1100nm范围内的窄通带的滤光器。此外，滤光器必须具备在通带内的高透光度水平和在通带外的高阻光度水平。

常规情况下，滤光器包括涂覆在基底的相对表面上的滤光叠层和阻光叠层。每个叠层均由交替堆叠的高折射率层和低折射率层形成。高折射率层和低折射率层通常采用不同的氧化物形成，例如TiO2、Nb2O5、Ta2O5、SiO2及它们的混合物。例如，一些常规滤光器包括TiO2/SiO2滤光叠层和Ta2O5/SiO2阻光叠层，其中高折射率层分别由TiO2或Ta2O5组成，而低折射率层则由SiO2组成。

在被设计成用以让829nm至859nm波长范围内的光在入射角范围为0°至30°的条件下透射的第一种常规滤光器中，滤光叠层包括71层，阻光叠层包括140层，总涂层厚度约为24μm。此滤光器在0°入射角下的透射谱100和在30°入射角下的透射谱101在图1中分别绘出。在被设计成用以让波长为825nm的光在入射角范围为0°至20°的条件下透射的第二种常规滤光器中，滤光叠层包括43层，阻光叠层包括82层，总涂层厚度约为14μm。此滤光器在0°入射角下的透射谱200和在20°入射角下的透射谱201在图2中分别绘出。在被设计成用以让845nm至865nm波长范围内的光在入射角范围为0°至24°的条件下透射的第三种常规滤光器中，滤光叠层包括77层，阻光叠层包括148层，总涂层厚度约为26μm。此滤光器在0°入射角下的透射谱300和在24°入射角下的透射谱301在图3中分别绘出。

参考图1-3，第一、第二和第三种常规滤光器通常具有通带内的高透光度水平和通带外的高阻光度水平。然而，通带的中心波长会随着入射角的变化而发生较大的偏移。由此，通带必须相对较宽，以便在所需的入射角范围内接纳光线，使被透射的环境光的量增加，并使采用这些常规滤光器的系统的信噪比降低。此外，滤光叠层和阻光叠层内大量的层数会增加生产这些常规滤光器的成本和涂覆时间。较大的总涂层厚度也会使这些常规滤光器难以通过例如光刻等技术进行图案化。

为提高滤光器在手势识别系统中的性能，理想的措施是减少层数、减小总涂层厚度以及中心波长随入射角变化的偏移。一种方式是，对于高折射率层，采用在800nm至1100nm波长范围上折射率高于常规氧化物的材料。除具备较高的折射率之外，该材料还必须在800nm至1100nm的波长范围上具备低的消光系数，以在通带内提供高透光度水平。