CN108605101A - 用于参数的光学检测的*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种参数检测***、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。本发明的***、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***、家庭自动化***、汽车安全***、3D成像***、手势控制***、触控感测器、指纹感测器、诊断***、交互式显示器、3D感测***、家用电器、显示装置、虹膜识别***。本发明的***、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。

Description

用于参数的光学检测的***
技术领域
本发明涉及一种参数检测***、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***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。
就本发明而言，“参数检测***”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***。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。
背景技术
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-Noise Ratio)。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”(Passband Region)。
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-flight camera)。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。
WO 2013/010127 A2教导了生物统计成像装置及方法。其所述***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。
US 8,750,577 B2公开了一种使用液态透镜的眼球扫描认证方法及仪器。US2013/02276678 A1涉及一种对移动设备的使用者进行认证的方法和***。用于生物统计数据和其他参数的检测***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***。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***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***中这并不是问题，但在涂层***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***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***的示例中，人类虹膜结构被检测。为了确保正常工作，必须对***进行校正。***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***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。
发明内容
本发明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***。
已经发现在用于参数检测***的涂覆的滤波器中的基板的折射率的温度依赖性(Temperature Dependence of Refractive Index)应尽可能的低。本发明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***的***、带通滤波器以及用于带通滤波器的基板。
本发明提供了一种参数检测***，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***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***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。对于本发明的基板，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(Temperature Dependent Center Wavelength Drift)也会同时降低。优选地，在-40℃至60℃的温度范围内，本发明的参数检测***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℃)的中央波长的偏移不应超过上述值。
进一步发现当环境温度显著不同于***已经最优化时的温度时，更高的折射率的温度依赖性会导致滤波器的不合乎要求的透射损耗。
本发明的参数检测***中所用的光源可为被动光源，例如环境光。一般来说，光源可为发出在所需波长区域中的光的任何光源。被动光源的一个示例为太阳光。在优选实施例中，光源为主动光源，如发光二极管(LED)。
优选地，图像传感器为适用于测量780至1,000纳米，优选800至900纳米的波长范围内的入射光的感测器。在优选实施例中，感测器可选自飞行时间(time-of-flight)相机、CCD或CMOS感测器或其组合。
优选地，可选的透镜可以是由玻璃制造的透镜。其可用于收集从物体或人体所反射的光。带通滤波器、光感测器与可选的透镜可放置在壳体内。光源可设置在相同的壳体内或不同壳体内。***的元件可设置在一装置内，例如为便携式装置，包括智能手机、便携式计算机、计算机手表或平板电脑。然而，该***也可安装于固定装置，如游戏装置、电视、个人计算机、内部通信***、家庭自动化***及车辆安全***。该***也可用于具有手势控制的3D成像***。
特别是本发明的***、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***、家庭自动化***、汽车安全***、3D成像***、手势控制***、触控感测器、指纹感测器、诊断***、游戏装置、交互式显示器、3D感测***、家用电器、显示装置、虹膜识别***及其他。本发明的***、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、游戏和指纹检测。此类装置的部件可包括但不限于：光学或电学***器、薄膜电池、照明装置(特别是有机发光二极管(OLED)或背光单元)、印刷电路板(PCB)或其他电子布线装置、被动式电子部件(特别是电容器)、覆盖透镜、保护层和/或微机电***(MEMS)与微光机电***(MOEMS)。
本发明的参数检测***可用于检测一般为无限制数目的参数。而一先决条件是该参数必须能够使用红外光通过光学方法来检测。在优选实施例中，待检测参数为人体有关参数。待检测参数可选自人类或动物的虹膜结构、人类或动物的姿势或运动以及人类或动物的生物统计数据(如虹膜结构)。能够检测的生物统计数据，即利用本发明的***所测量到的数据，包括关于目标的面部、手部、视网膜、虹膜、签名、静脉或声音的参数。本发明的***可用于分析目标的面部特征、指纹、手部几何特征(即，手部形状和手指长度)、视网膜(眼睛后方毛细血管分析)、虹膜、静脉(如手部或手腕背部的静脉图案)。
本发明还涉及适用于根据本发明的参数检测***的红外带通滤波器。所述滤波器包括玻璃基板和至少一个涂层，所述滤波器在780至1000纳米，优选800至900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毫米的平均厚度，其中所述涂层的厚度不超过0.5毫米，其中基板在-40℃至60℃的温度范围内在850nm的波长处的折射率的温度依赖性不超过10×10-6/K。一般来说，滤波器的涂层的折射率的温度依赖性也应有所限制。滤波器的涂层的各个值限制在不超过0.001/K，优选地不超过12×10-6/K，更优选地不超过10×10-6/K的值。
已经发现当基板的折射率的温度依赖性类似于涂层的折射率的温度依赖性时为有益的。一般来说，涂层的折射率的温度依赖性高于基板的折射率的温度依赖性。在优选的实施例中，涂层的折射率的温度依赖性与基板的折射率的温度依赖性的比值不超过1000，优选地不超过800，更优选地不超过500，最优选地不超过100。如果观测到这些值，那么装置的耐温性将会提升。
涂层可包括多个层。在优选实施例中，涂层包括10至1000层，优选20至200层，更优选30至80层。
涂层可通过大量的不同的方法涂覆，包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、液相沉积、离子束溅射沉积、磁控溅射、等离子溅射沉积、热蒸镀沉积、离子辅助沉积、电子束枪蒸镀、激光沉积、分子束外延(epitaxial)、射频(RF)加热或溶胶-凝胶法。优选地，使用热蒸镀、离子束溅射或等离子体溅射作为涂覆方法。涂层的目的在于反射入射光的不应进入滤波器的部分。通过利用涂层使滤波器具有所需的通带特性，具有较少的关于玻璃的光学特性的限制，只要在通带区域内具有足够的透射性。
适合的涂层材料可从无机和有机涂层中选择。无机涂层为优选的，因为无机涂层通常具有较佳的长期稳定性。优选的无机涂层材料选自氧化物和氟化物。优选的涂层材料选自Nb2O5、TiO2、Ta2O5、SiO2、MgF2、Al2O3、HfO2和ZnO2。所有这些涂层材料均具有小于0.001/K的折射率的温度依赖性。具有小于10×10-6/K的折射率的温度依赖性的优选涂层材料选自SiO2、MgF2、Al2O3和HfO2。
本发明还涉及适用于根据本发明的红外带通滤波器的玻璃基板，其中所述玻璃基板在780至1000纳米，优选800至900纳米的波长区域内、厚度为10毫米的情况下的透射率超过90％，并且其中，所述玻璃基板在-40℃至60℃的温度范围内、波长为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。
本发明的玻璃基板在780至1000纳米，优选800至900纳米的波长范围内、厚度为10毫米的条件下的透射率大于90％，优选地大于95％。滤波器基板的良好的透射性是重要的，因为透射的任何损耗都必须通过使用更高的初始光强度补偿，这会影响信噪比并导致所使用的***的能量消耗更高，甚至在某些应用上会导致有害的光强度。
优选地，在本发明中用作基板的玻璃的努普硬度HK0.1/20大于450。足够的基板硬度是重要的，因为其可延长产品总体寿命并避免滤波器表面刮痕的形成。刮痕会造成不期望的反射进而降低检测效率。通常，在过滤器基板中并不希望非常高的硬度，因为高硬度使得抛光很昂贵。但由于本发明的玻璃能够以无需抛光的方式制造并具有优异的表面特性，因此高硬度值对该些玻璃并不具有缺点。
在努普硬度测试中，对以限定的力和时间的方式压靠在材料上的菱形钻石的压痕深度进行测量。钻石表面具有172.5度和130.0度的限定的夹角。将钻石压靠于玻璃平板时发生弹性和塑性变形。该永久性压痕的尺寸取决于由化学组成给定的材料硬度。努普硬度是通过测量压痕的对角尺寸d并依下列算式而计算：
HK＝1.4233×F/d2。
标准ISO9385：1990描述了玻璃的测量程序。依据该标准，测试力为0.9807牛顿(相当于0.1kp)、有效测试时间为20秒的情况下的努普硬度HK的值在数据表中列出。该测试在室温下在已抛光的玻璃表面进行。硬度值数据四舍五入至10HK 0.1/20。该微硬度为测试力大小的函数，并随着测试力的增强而降低。
优选地，本发明所使用的基板的玻璃的平均厚度为0.01至1.2毫米，优选为0.1至0.7毫米，且最优选为高达0.5毫米。本发明所使用的玻璃能够制成极薄形状。尤其该玻璃能够极其经济地以拉伸法(DrawingMethod)，如再拉伸(Redraw)、下拉法(Down Draw)、或溢流熔融法(Overflow)制造。浮法工艺(Float Process)也可替代使用。
本发明还包括一种检测至少一个参数的方法，包括下列步骤：
a.以780至1000纳米，优选800至900纳米的波长范围的光的照射目标或感兴趣的对象；和
b.测量目标或感兴趣的对象所反射的波长范围为780至1000纳米，优选800至900纳米的光的至少一个特性，
其中在所述光的至少一个特性被测量之前，所述光通过至少一个红外带通滤波器，带通滤波器包括玻璃基板和至少一个涂层，滤波器在780至1000纳米，优选为800至900纳米的波长范围内具有通带，其中所述基板由玻璃制成以及厚度为0.01至2毫米，其中涂层厚度不超过0.5毫米，以及其中基板在-40℃至60℃的温度范围内、波长850纳米的条件下的折射率的温度依赖性不超过10×10-6/K。
已发现当以玻璃作为本发明的***中的滤波器的基板时，高浸滤倾向(leachingtendency)会导致产品寿命降低和测量结果不一致。因此，用作基板的玻璃的浸滤特性的降低是期望的。优选地，玻璃具有符合ISO719标准的HGB1。
如果基板玻璃具有非常平整的表面，则能够实现均一的结果。在优选实施例中，玻璃基板的均方根粗糙度(RMS Roughness)小于5纳米，优选地小于1纳米RMS。
玻璃的热膨胀系数(CTE)不应与涂层的层的各热膨胀系数有过大差异。已证实，玻璃的热膨胀系数至少2×10-6/K并且不超过11×10-6/K是有利的。优选地，该热膨胀系数为至少5×10-6/K并且小于8.5×10-6/K。优选地，在本发明中所优选使用的玻璃组成如下所述。
本发明所使用的玻璃的特征在于特定的成分范围。在本说明书中，申请人指的是玻璃的阳离子成分。这些成分中如无特别注明，则“硅”是指Si4+、“硼”是指B3+、“铝”是指Al3 +、“锂”是指“Li+”、“钠”是指Na+、“钾”是指K+、“镁”是指Mg2+、“钙”是指Ca2+、“钡”是指Ba2+、“锌”是指Zn2+、“钛”是指Ti4+、“锆”是指Zr4+、“砷”是指As3+和As5+的总和、“锑”是指Sb3+和Sb5+的总和、“铁”是指Fe3+和Fe4+的总和、“铈”是指Ce3+和Ce4+的总和、“锡”是指Sn2+和Sn4+的总和、而硫则涉及所有价态和氧化水平的硫的总量。
适用于本发明的滤波器基板的玻璃具有如下所述的某些优选成分。该玻璃一般包括阴离子与阳离子组分。玻璃中的阳离子成分以阳离子百分比(cat.-％)表示，即，表示各阳离子相对于该组成中阳离子的总摩尔量的摩尔比例。优选地，玻璃包含以下组分，以cat.-％计，基于玻璃中阳离子的总摩尔量，：硅40至75cat.-％、硼0至23cat.-％、铝0至20cat.-％、锂0至18cat.-％、钠0至25cat.-％、钾0至15cat.-％、镁0至10cat.-％、钙0至9cat.-％、钡0至4cat.-％、锌0至7cat.-％、钛0至5cat.-％、以及锆0至3cat.-％。在优选实施例中，玻璃中的阳离子的至少95％、优选至少97％以及最优选至少99％由上述列举中所提及的阳离子组成。在最优选的实施例中，玻璃的阳离子组分应基本上由上述阳离子所组成。
优选地，玻璃的阴离子组分包括至少一种选自氟(F-)、氧(O2-)、氯(Cl-)的阴离子。最优选地，存在于玻璃中的阴离子的至少95％，更优选至少97％以及最优选至少99％由氧组成。在最优选实施例中，玻璃的阴离子组分基本上由氧组成。
特别优选的玻璃组成包含以下组分，以cat.-％计，基于玻璃中阳离子的总摩尔量：硅48至60cat.-％、硼10.5至15.5cat.-％、铝2至8.5cat.-％、钠8至14cat.-％、钾5.5至13.5cat.-％、锌2至6cat.-％、以及钛1至5％cat.-％。在优选实施例中，玻璃中的阳离子的至少95％，更优选至少97％以及最优选至少99％由上述列举中提到的阳离子组成。在最优选的实施例中，玻璃的阳离子组分基本上由上述阳离子组成。
另一特别优选的玻璃组成包含以下组分，以cat.-％计，基于玻璃中阳离子的总摩尔量：硅45至60cat.-％、铝14至20cat.-％、钠15至25cat.-％、钾1.5至8.5cat.-％、镁2至9cat.-％、锆0.1至1.3cat.-％、以及铈0.01-0.3cat.-％。在优选实施例中，玻璃中的阳离子的至少95％，更优选至少97％以及最优选为至少99％由上述列举中提到的阳离子组成。在最优选实施例中，玻璃的阳离子组分基本上由上述阳离子组成。
本文中使用的术语“不含X”或“不含组分X”分别优选是指基本上不含所述组分X的玻璃，即，此类组分最多作为杂质或污染物而出现在玻璃内，而并非作为单独组分而加入玻璃组合物中。这意味着组分X并非以必不可少的量(Essential Amounts)加入。根据本发明的非必不可少的量(Non-essential Amounts)为低于100ppm，优选低于50ppm，且更优选低于10ppm的量。因此，X可指任何组分，例如铅阳离子或砷阳离子。优选地，本文所述的玻璃基本上不包含任何非本说明书所述的组分。
玻璃的基质(Matrix)包括比例为40至70cat.-％的硅。硅为玻璃的基质中重要的网络形成体，其对玻璃特性非常重要。尤其硅阳离子对玻璃的耐化学性、硬度和耐擦伤性都是重要的。在优选实施例中，玻璃包含至少43cat.-％，更优选地为至少45cat.-％，还更优选地为至少47.5cat.-％，最优选地为至少48cat.-％的硅。但是，过高的硅阳离子含量可能造成玻璃转化温度升高而导致玻璃制造不经济。因此，特别优选的是，硅阳离子的含量为最多75cat.-％，还优选为最多70cat.-％，还更优选为最多65cat.-％，且最优选为最多60cat.-％。
除了硅阳离子之外，玻璃还包括至少一种第二网络形成体。玻璃含有0至23cat.-％的硼阳离子作为另外的网络形成体。经由其本身的网络形成特性，硼阳离子可基本上支持玻璃的稳定性。在硼阳离子含量太低的情况下，玻璃体系中所需的稳定性不能得到保证。在优选实施例中，玻璃包括至少0cat.-％，更优选为至少5cat.-％，还更优选为至少7.5cat.-％，且最优选为至少10.5cat.-％的硼。然而，在玻璃中硼含量过高的情况下，粘度可能会大大降低，使得必须接受结晶稳定性的降低。因此，特别优选的是，硼阳离子的含量为最多23cat.-％，还优选为最多20cat.-％，还更优选为最多18cat.-％，且最优选为最多15.5cat.-％。
优选地，玻璃中的硅阳离子和硼阳离子的含量总和为40至95cat.-％。在优选实施例中，玻璃中的硅阳离子和硼阳离子的含量总和为至少45cat.-％，更优选为至少48cat.-％，还更优选为至少50cat.-％，且最优选为至少60cat.-％。特别优选的是，玻璃中硅阳离子和硼阳离子的含量总和为最多95cat.-％，还优选为最多85cat.-％，还更优选为最多75.0cat.-％，且最优选为最多72cat.-％。
已经发现折射率的温度依赖性受玻璃中的网络形成体铝、硅和硼所影响。因此，玻璃中的铝和硼的总和相对于硅的量的以阳离子百分比计比例为0至1。优选地，该比例为大于0至0.8，更优选大于0.25至0.6，且最优选0.3至0.4。
优选地，在玻璃中铝阳离子的含量按比例为0至20cat.-％。添加铝阳离子改善了玻璃形成特性并通常支持了耐化学性的改善。在优选实施例中，玻璃包括至少0cat.-％，更优选为至少1cat.-％，还更优选为至少2cat.-％，且最优选为至少3cat.-％的铝。但铝阳离子含量过高会增加结晶倾向。因此，特别优选的是，铝阳离子的含量为最多20cat.-％，还优选为最多15cat.-％，还更优选为最多10cat.-％，且最优选为最多8cat.-％。
优选地，玻璃含有助熔剂以改善熔融特性，尤其包含碱金属阳离子和/或碱土金属阳离子。助熔剂的总量∑{∑R2+(R＝Mg,Ca,Sr,Ba)+∑R+(R’＝Li,Na,K)}优选为5至40cat.-％。在优选实施例中，玻璃中的助熔剂的总量为至少5cat.-％，更优选为至少7cat.-％，还更优选为至少12cat.-％，且最优选为至少15cat.-％。如果玻璃中助熔剂的含量过高，会降低耐化学性。特别优选的是，玻璃中助熔剂的总量为最多35cat.-％，还优选为最多30cat.-％，还更优选为最多25cat.-％，且最优选为最多23cat.-％。
碱金属阳离子可改善玻璃的可熔性并因此实现经济生产，而且，它们在通过离子交换处理来进行玻璃的化学钢化过程中可以是所必需的。碱金属阳离子在玻璃制造过程中作为助熔剂。优选地，玻璃中碱金属阳离子锂、钠和钾的含量的总和为0至35cat.-％。在优选实施例中，所述碱金属阳离子的总和为至少5cat.-％，更优选为至少7cat.-％，还更优选为至少10cat.-％，且最优选为至少15cat.-％。然而，如果碱金属阳离子的含量过高，会降低玻璃的耐候性，因此其应用范围会被大大地限制。因此，特别优选的是，碱金属阳离子的总含量为最多35cat.-％，还优选为最多30cat.-％，还更优选为最多25cat.-％，且最优选为最多23cat.-％。
优选地，玻璃中的锂阳离子的含量为0至18cat.-％。锂作为助熔剂并具有优良的离子交换强化特性。但锂会很大程度上影响玻璃的化学稳定性，因此对其含量应有所限制。特别优选的是，锂阳离子的含量为最多18cat.-％，还优选为最多10cat.-％，还更优选为最多3cat.-％，且最优选为最多1cat.-％。在优选实施例中，玻璃不含锂阳离子。
优选地，玻璃中钠阳离子的含量按比例为0至25cat.-％。钠为用于离子交换处理的良好组分。但如同其他碱金属离子一样，该组分含量不可过高，否则会降低化学稳定性。在优选实施例中，玻璃包括至少3cat.-％，更优选为至少5cat.-％，还更优选为至少8cat.-％，且最优选为至少9cat.-％的钠。特别优选的是，钠阳离子的含量为最多23cat.-％，还优选为最多22cat.-％，还更优选为最多20cat.-％，且最优选为最多15cat.-％。
优选地，玻璃中的钾阳离子按比例为0至15cat.-％。钾对化学稳定性的负面影响较其他碱金属离子低，但钾并不适合用于离子交换处理。另外，优选地，钾因含有会发出贝塔射线的同位素，所以钾的含量也应有所限制。在优选实施例中，玻璃中包含至少1cat.-％，更优选为至少2cat.-％，还更优选为至少3cat.-％，且最优选为至少5.5cat.-％的钾。特别优选的是，钾阳离子的含量为最多15cat.-％，还优选为最多13cat.-％，且还更优选为最多12cat.-％。
已经发现在玻璃中使用钠和钾二者可降低基板玻璃的浸滤倾向，且将钠和钾的比值按cat.-％计保持在最高达5，更优选为最高达4.5，更优选为最高达3.5，优选为最高达2.0，且最优选为小于1.6的范围内。通过保持该低比值，即钠不超过相对于钾含量的特定量，可为玻璃提供良好的可熔性以及优良的抗化学性和抗水解性。特别地，此类玻璃具有符合ISO 719：1989的HGB1。但为了使得熔体的粘性达到期望值，钠和钾的比值应大于0.5，有优选为大于0.7，且最优选为至少0.8。
碱土金属阳离子可改善玻璃的可熔性并因此实现经济生产。在玻璃制造过程中，碱土金属阳离子作为助熔剂。优选地，玻璃中碱土金属阳离子镁、钡和钙的总和为0至15cat.-％。碱土金属离子对玻璃在离子交换处理中的抗化学性少有正面影响。因此，优选地，本发明的玻璃不含任何碱土金属离子。特别优选的是，玻璃中碱土金属阳离子的总和为最多13cat.-％，还优选为最多10cat.-％，还更优选为最多5cat.-％，并且最优选为最多1cat.-％。在优选实施例中，玻璃不含任何碱土金属。此外，碱土金属阳离子和锌阳离子可用于调节玻璃的粘度，特别是粘度-温度曲线的微调。此外，碱土金属阳离子和锌阳离子如同碱金属阳离子一样可用做助熔剂。优选地，玻璃优选不含选自镁阳离子、钙阳离子、锶阳离子、钡阳离子和锌阳离子组成的组中的至少一种阳离子。优选地，玻璃不含镁阳离子、钙阳离子、锶阳离子和钡阳离子。
优选地，玻璃中的镁阳离子的含量按比例为0至10cat.-％。特别优选的是，镁阳离子的含量为最多8cat.-％，更优选为最多6cat.-％。在优选实施例中，玻璃不含镁。优选地，玻璃中的钙阳离子的含量按比例为0至9cat.-％。特别优选的是，钙阳离子的含量为最多8cat.-％，还优选为最多3cat.-％。在较佳实施例中，玻璃不含钙。优选地，玻璃中的钡阳离子的含量按比例为0至4cat.-％。特别优选的是，钡阳离子的含量为最多4cat.-％，还优选为至少3cat.-％，还更优选为最多2cat.-％，且最优选为最多1cat.-％。在较佳实施例中，玻璃不含钡。在较佳实施例中，玻璃不含锶。
优选地，在玻璃中的锌阳离子含量按比例为0至7cat.-％。锌阳离子可以作为附加的助熔剂包含在玻璃中并用于以有针对性的方式调节熔点。通过加入锌作为网络改性剂，可降低玻璃的熔点。在较佳实施例中，玻璃包含至少1cat.-％，更优选为至少2cat.-％，还更优选为至少3cat.-％的锌。然而，锌阳离子的含量过高可导致玻璃熔点的降低。特别优选的是，锌阳离子的含量为最多6cat.-％，还优选为最多5cat.-％。
优选地，玻璃中的钛阳离子含量按比例为0至5cat.-％。钛阳离子加入玻璃中以改进其光学特性。尤其是钛加入后能够有针对性地调节玻璃的折射率。所以折射率随着玻璃的钛阳离子含量的增加而提升。加入钛阳离子的另一优点在于：通过该措施，玻璃的透射光谱的UV边缘被移动到更高的波长。钛加入的越多，该移动也越明显。在较佳实施例中，玻璃包含至少0.1cat.-％的钛，更优选为至少0.5cat.-％的钛，还更优选为至少1cat.-％的钛，且最优选为至少2cat.-％的钛。但过高的钛阳离子含量会造成玻璃的不期望的结晶。钛阳离子会增加玻璃的折射率。尤其是与锆阳离子一起，钛阳离子可导致蓝光光谱范围的透射的恶化，因而导致UV边缘移动至较高的波长。因此，特别优选的是，钛的含量为最多5cat.-％，还优选为最多4cat.-％。
优选地，玻璃中的锆阳离子含量按比例为0至3cat.-％。锆阳离子可用于调整玻璃的折射率。然而，过高的锆阳离子含量可降低玻璃的可熔性，并且特别地可导致玻璃的更强烈的结晶。特别优选的是，锆含量为最多2cat.-％，还优选为最多1cat.-％，还更优选为最多0.5cat.-％。在较佳实施例中，玻璃不含锆。
附图说明
图1示出了本发明的基板玻璃的透射光谱。
具体实施方式
制造示例玻璃基板和示例滤波器并对一些特性进行测量。受测试的玻璃组成可以参见下表1。
组成示例
下表1示出了用于作为本发明的基板玻璃的组成的示例性玻璃组成(以cat.-％计)。表1所示的玻璃中仅包含氧化物作为阴离子组分，即玻璃是氧化物的。
表1
以上的组成为所测量的玻璃的最终组成。本领域技术人员知道如何通过熔化必要的原材料来获得这些玻璃。
制造玻璃基板
使用合适的原料制造玻璃以获得表1中所示的最终组成。原材料在熔融坩埚中熔化。熔化后，玻璃形成为厚度约0.3毫米的薄玻璃制品。
上述公开的所有玻璃皆可用下拉法制造。下拉法对于本领域技术人员而言是已知的。该方法是制造薄玻璃制品的非常经济的方法。不是所有的玻璃都能用下拉法制成薄玻璃制品。本发明所使用的玻璃的一个优点在于：玻璃组成能够通过下拉法处理。另一种替代方法是为技术人员所熟知的溢流熔融法。
此外，所述玻璃还可通过再拉法制成，如US 2015/0274573 A1或US 2014/0357467A1所述。
测量了表1中的玻璃的折射率的温度依赖性。进行测量时采取下列步骤。首先，测量-40℃时的折射率。其次，测量60℃时的折射率。接着，利用下列公式计算折射率的温度依赖性：
(n850nm/60℃–n850nm/-40℃)/100K＝10×10-6/K或更低(n为折射率)。
在制造玻璃和形成薄基板之后，基板上再涂覆上涂层以制成红外带通滤波器。共计镀有40层涂层。红外带通滤波器具有有益特性包括：在通带波长区域内具有良好的透射性，以及优良的耐温性。

Claims (19)

1.一种参数检测***，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***，其中所述***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***，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***，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***，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***，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***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***、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***、根据权利要求7所述的红外带通滤光器或根据权利要求8所述的玻璃基板，其中所述玻璃基板在780至1000纳米的波长中的透射率为大于95％。
11.根据权利要求1所述的参数检测***、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，其中所述玻璃的努普硬度HK0.1/20大于450。
12.根据权利要求1所述的参数检测***、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，其中所述玻璃基板的平均厚度为0.01至1.2毫米。
13.根据权利要求1所述的参数检测***、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，其中所述玻璃基板的平均厚度为0.1至0.7毫米。
14.根据权利要求1所述的参数检测***、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，其中所述玻璃具有通过物理气相沉积形成的多个涂覆层。
15.根据权利要求1所述的参数检测***、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，其中所述玻璃具有通过溶胶-凝胶工艺形成的涂覆层。
16.根据权利要求1所述的参数检测***、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，其中所述玻璃通过拉伸工艺，如再拉法、下拉法，或溢流熔融法制造。
17.根据权利要求1所述的参数检测***、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，其中所述玻璃通过浮法工艺制造。
18.根据权利要求1所述的参数检测***、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所述的玻璃基板在下述设备中的用途：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***、家庭自动化***、汽车安全***、3D成像***、手势控制***、触控感测器、指纹感测器、诊断***、游戏装置、交互式显示器、3D感测***、家用电器、显示装置、虹膜识别***。
19.一种检测至少一个参数的方法，包括下列步骤：
a)使用在780至1000纳米的波长范围内的光照射目标或感兴趣的对象；
b)测量由所述目标或所述感兴趣的对象反射的在780至1000纳米的波长范围内的光的至少一个特性，
其中在所述光的所述至少一个特性被测量之前，所述光经过至少一个红外带通滤波器，所述带通滤波器包括玻璃基板和至少一个涂层，所述滤波器在780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0.2毫米的厚度，其中所述涂层的厚度为不大于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。
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