CN112817074A - 光学准直器、其制备方法及具有其的成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学准直器、其制备方法及具有其的光学指纹识别设备。该光学准直器包括：若干组层叠设置的准直单元；所述准直单元包括形成准直的透光通道的透明导光层和含有吸光材料的吸光层；相邻吸光层之间形成准直的透光通道，所述吸光层在300‑1200nm波长范围内具有宽度至少为50nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带的波长范围内光透过率小于等于1%。其中吸光层能够吸收杂散光只允许和准直的透光通道平行方向的光通过，实现光学准直和防窥的效果；另外本发明通过吸光层的吸收截止带选择可以通过光学准直器特定波长范围的光线，可以根据允许特定光谱波长范围的特种光源通过；进一步的吸光材层里有硬质间隔体其作用是控制吸光层厚度分布均匀性在5%以内。

Description

光学准直器、其制备方法及具有其的成像设备

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种光学准直器、其制备方法及具有其的成像设备。

背景技术

随着电子设备的高速发展，指纹识别技术越来越受到人们重视。对于目前市面上常见的电容式指纹识别技术，不仅受穿透厚度和湿手指的影响，还对指纹识别装置在电子设备上放置的位置都有较大限制，并且影响电子设备的屏占比。

光学指纹识别技术是通过光学指纹传感器采集光源发出的光线在手指发生反射形成的反射光，反射光中携带手指的指纹信息，从而实现指纹识别。相比于电容式指纹识别装置，光学指纹识别装置对电子设备的屏幕厚度的要求较低，并且在电子设备上放置的位置可以更加灵活，而且可以提高电子设备的屏占比。为了实现这些优势，光学指纹识别装置中需要包括光学指纹传感器和光学准直器等光学部件。对于光学式指纹识别模组，通常设置有准直器，用于将从手指表面反射回来的反射光导引至下方的图像传感器进行光学检测。

准直器可以是一个单独的光学组件(分立式)，也可以是集成在图像传感器之中(集成式)。分立式准直器的优点是可获得高深宽比，例如通过硅通孔(Through SiliconVia，TSV)工艺制作的硅通孔，但是其缺点是成本较高。而集成式准直器则是基于互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)后道工艺中的金属层实现，优点是没有额外的工艺成本，但由于金属层的厚度和开口尺寸均受工艺所限制，因而透光通道的深宽比难以进一步提高。对于增强现实（Augmented Reality，AR)技术、指纹识别及其他生物识别技术因为使用的是特种光源；所以要对光源的传输进行准直带通选通以防止泄漏和传输错误引起；信号的误差以及对***器件的损害和负面影响，而且光学准直器的透光通道的精度难以控制。现有的光学准直器难以满足这些要求，本发明因此而来。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光学准直器、其制备方法及具有其的生物识别设备，以解决现有技术中光学准直器要不制造成本过高、要不难以提高深宽比，难以满足对光源的传输进行准直带通选通的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光学准直器，所述光学准直器包括：

若干组层叠设置的准直单元；

所述准直单元包括形成准直的透光通道的透明导光层和含有吸光材料的吸光层；相邻吸光层之间形成准直的透光通道，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为50nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带的波长范围内光透过率小于等于1%。

优选的技术方案中，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为100nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为150nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为200nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为250nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为300nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸收截止带的波长范围为350~700nm，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；所述吸收截止带的波长范围为300~400nm，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；所述吸收截止带的波长范围为400~700nm，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；所述吸收截止带的波长范围为350~600nm，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

所述吸收层在800-1200nm波长范围的光透过率大于等于80%；优选的，在850-1100nm波长范围内的光透过率大于等于80%；优选的，在850-1100nm波长范围内的光透过率大于等于85%；优选的，在850-1100nm波长范围内的光透过率大于等于90%。

优选的技术方案中，所述吸光材料选自方酸类有机染料、酞菁类有机染料、硝基二苯胺类染料、氨基酮类染料、蒽醌类染料、喹啉类染料、三嗪类染料、苯并噻唑类染料和香豆素类染料、铁铬类无机染料、钴铜类无机染料、铬类无机染料中的多种。

优选的技术方案中，所述吸光材料在所述吸光层（20）中的重量含量为0.1%~70%，优选为10%~50%。

优选的技术方案中，所述透明导光层（10）选自光学玻璃、高分子光学膜；所述高分子光学膜的材料包括丙烯酸酯、环氧树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、三醋酸纤维素或聚酰亚胺；优选的，所述透明导光层在350-1000nm波长范围的光透过率在90%以上；优选的，所述有机透明材料选自环状聚烯烃层或透明的聚酰亚胺层；优选的，所述透明导光层（10）的厚度为1~300μm；所述透明导光层厚度精度控制在±5%。优选的，所述光学准直器的截面形状为S形、C形、直线形；优选的，所述光学准直器整体呈硬质刚性件或者挠性件。

优选的技术方案中，所述吸光层以其组分的重量分数计算包括树脂材料60~90份、吸光材料0.0001~5份和硬质间隔体0~20份；优选的，所述吸光层采用的树脂材料选自环氧树脂、有机硅树脂、亚克力树脂、PI树脂、聚氨酯和PU树脂、丙烯酸酯、环氧树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、三醋酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯或聚酰亚胺的任意一种；优选的，所述吸光层的厚度在1-30μm；所述吸光层厚度精度控制在±5%；优选的，所述硬质间隔体的形状选自球形、柱状、棒状、网状；优选的，所述硬质间隔体的厚度在1μm-30μm。

优选的技术方案中，所述准直单元中透明导光层的厚度与吸光层的厚度之比为1：1～10：1；所述准直的透光通道的通道宽度（W）与通道深度（L）的比值在1：30~1：5。

本发明的另一目的在于提供一种光学准直器的制备方法，包括以下步骤：

S1，提供透明导光层材料形成预设厚度的透明导光层；

S2，将包括树脂材料和吸光材料的原料搅拌混合，得到涂布液；将所述涂布液涂布在透明导光层上，即在透明导光层上形成由所述涂布液形成的吸光层（20）的准直单元；

S3，将若干层准直单元层叠后进行挤压固化形成所述光学准直器。

优选的技术方案中，所述方法还在步骤S2中加入预定量的硬质间隔体，并混匀的步骤。

本发明的又一目的在于提供一种光学成像设备，所述光学成像设备包括光学传感器和所述的光学准直器，所述光学准直器设置于所述光学传感器的感光侧。

应用本发明的技术方案，提供了一种光学准直器，包括：若干组层叠设置的准直单元；所述准直单元包括形成准直的透光通道的透明导光层和含有吸光材料的吸光层；相邻吸光层之间形成准直的透光通道，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为50nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带的波长范围内光透过率小于等于1%。其中吸光层能够吸收杂散光只允许和准直的透光通道平行方向的光通过，实现光学准直的效果；另外本发明通过吸光层的吸收截止带选择可以通过光学准直器特定波长范围的光线，可以根据允许特定光谱波长范围的特种光源通过，可以实现使得设置在准直器下方的光学传感器可以捕获到特定光谱波长范围的光线。这些特定光谱波长的的光线例如允许波长范围在红外波段，这样在指纹识别的同时可以探测浅表皮肤的异常等等。另外，由于吸光层可以仅允许透光通道平行的可见光线穿过，也可以实现防窥的效果。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施方式所提供的一种光学准直器的剖面结构示意图；

图2示出了本发明实施方式所提供的另一种光学准直器的剖面结构示意图；

图3示出了本发明实施方式所提供的另一种光学准直器的剖面结构示意图；

图4示出了本发明实施方式所提供的另一种光学准直器的剖面结构示意图；

图5示出了本发明实施方式所提供的另一种光学准直器的剖面结构示意图；

图6示出了本发明实施方式所提供的另一种光学准直器的剖面结构示意图；

图7示出了本发明实施方式所提供的另一种光学准直器的剖面结构示意图；

以及，

图8为本发明制得的光学准直器吸光层在不同入射光角度下的光学曲线后的透过率-波长关系曲线图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、透明导光层；20、吸光层；30、硬质间隔体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中的光学准直器为了允许准直的平行光透过，其制造成本高昂，深宽比难以提升，而且准直的透光通道和非透光通道的厚度精度难以控制，当用于特种光源的传输，容易产生泄漏和传输错误；另外目前的光学准直器没有带通选通功能，无法实现特殊信号的传输，特殊信号存在较大的误差，对***器件产生损害和负面影响等问题。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种光学准直器，包括若干组层叠设置的准直单元；所述准直单元包括形成准直的透光通道的透明导光层和含有吸光材料的吸光层；相邻吸光层之间形成准直的透光通道，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为50nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带的波长范围内光透过率小于等于1%。

上述光学准直器中吸光层中具有吸光材料，吸光层可以作为一般的遮光材料使用，这样形成透明导光层、吸光层间隔设置的传统光学准直器，可以实现传统的准直光效果。另外的，本发明的吸光层中使用的吸光材料通过选配，吸光材料的吸收光谱叠加后，吸光材料的吸收光谱叠加能够形成在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为50nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带的波长范围内光透过率小于等于1%。更优异的效果是，吸光层并不随光线入射大角度而曲线漂移，进而使上述光学准直器在不同角度的入射光照射下，曲线漂移非常小，能够满足光学传感器对光学准直器大角度漂移值的要求。在实际测量过程，从垂直于吸光层时测定的光透过率为50％的波长值相对于吸光层的垂直方向为35°的角度时测定光透过率为50％的波长值的差的绝对值小于10nm。更好的，从垂直于吸光层时测定的光透过率为50％的波长值相对于吸光层的垂直方向为35°的角度时测定光透过率为50％的波长值的差的绝对值小于8nm。甚至，从垂直于吸光层时测定的光透过率为50％的波长值相对于吸光层的垂直方向为35°的角度时测定光透过率为50％的波长值的差的绝对值小于5nm。

本发明的另一实施例中，吸光层中使用的吸光材料能够吸收可见光，将可见光部分的透过率降至1%以下，而且在波长560～800nm的范围中存在光透过率为50％的波长值，从垂直于吸光层时测定的光透过率为50％的波长值相对于吸光层的垂直方向为35°的角度时测定光透过率为50％的波长值的差的绝对值小于10nm，这样的光学准直器具有优异的紫外和可见光截止效果，而且近红外波段保持良好的光透过率。

在本发明的上述光学准直器中，吸光层的吸光材料能够吸收300-1200nm范围内的任意波段光线，可以是300-1200nm范围内全波段的光线，也可以是300-1200nm范围内选择波段的光线，如400-700nm的自然光、300-380nm范围的紫外光、700nm以上的红外光（近红外、中红外以及远红外光线）。由于吸光层采用吸光材料，可以固定曲线，防止因大角度入射光导致的截止曲线漂移的现象。为了有效地防止因大角度入射光导致的截止曲线漂移的现象，优选地，上述吸光材料在吸光层20中的重量含量为0.1%~70%，优选为10%~50%。

优选地，上述吸光材料选自方酸类有机染料、酞菁类有机染料、硝基二苯胺类染料、氨基酮类染料、蒽醌类染料、喹啉类染料、三嗪类染料、苯并噻唑类染料和香豆素类染料、铁铬类无机染料、钴铜类无机染料、铬类无机染料中的多种。上述吸光材料不仅仅可以叠加吸收光谱截止可见光，而是能够起到防止透光率曲线在大视角情况下的向左漂移，防止大角度照射的曲线漂移的作用。

本发明的另一具体实施方式中，透明导光层10为光学玻璃、有机玻璃或者透明有机材料，所述透明有机材料如环状聚烯烃层（COP）或透明聚酰亚胺层（PI）。光学玻璃可以作为优选的基材材料，其具有较高的光透过率。环状聚烯烃层（COP）或透明聚酰亚胺层（PI）不仅具有较高的韧性和机械性能，而且无论是COP还是PI材料均与上述优选种类的吸光材料具有优异的相容性，不易析出。当使用硬质的光学玻璃时，其厚度误差可以控制在10微米以内，光学玻璃通过线切割的方式获得，然后进行精磨和抛光，将透明导光层的厚度控制在100微米~3mm范围内。当采用高分子光学膜时，光学膜可以是丙烯酸酯薄膜、环氧树脂薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚酰亚胺薄膜、三醋酸纤维素（Triacetyl Cellulose,TAC)薄膜；这些光学薄膜可以通过挤出或者流延，然后双向拉伸完成。高分子材料可以是亚克力，PET，TAC，PI等材料，挤出和流延工艺可以控制光学薄膜的厚度在2~100μm，甚至可以达到1微米，厚度精度可以控制在±5%范围内。

在本发明的上述光学准直器中，为了保证光学准直器透明导光层和吸光层的精度可控，优先制备透明导光层。透明导光层的材料优选选用预设硬度和挺性的透明材料，将透明导光层预先制备成所需的透明导光层厚度。即将所述透明导光层（10）的厚度控制在1~300μm；所述透明导光层厚度精度控制在±5%。然后制备吸光层。在形成未固化的准直单元后，将准直单元进行层叠，通过挤压准直单元，使准直单元面部整体受压，通过控制压力的大小和吸光层的涂布液粘度可以控制吸光层的厚度，这样控制得到的吸光层厚度均匀，所述吸光层的厚度在1-30μm；所述吸光层厚度精度控制在±5%。

本发明的另一具体实施方式中，将透明导光层预先制备成所需的透明导光层厚度，即将所述透明导光层（10）的厚度控制在1~300μm；所述透明导光层厚度精度控制在±5%。然后制备吸光层。与上述不同的是，吸光层使用的涂布液中含有硬质间隔体，这些硬质间隔体的形状选自球形、柱状、棒状、网状；优选的，所述硬质间隔体的厚度在1μm-30μm。所述硬质间隔体可以具有预设的硬度，防止后续工艺中碎裂。所述硬质间隔体可以具有预设的透光性，如硬质间隔体的透过率大于等于70%，优选的，硬质间隔体的透过率大于等于75%，优选的，硬质间隔体的透过率大于等于80%，优选的，硬质间隔体的透过率大于等于85%，优选的，硬质间隔体的透过率大于等于90%。在形成未固化的准直单元后，将准直单元进行层叠，通过挤压准直单元，使准直单元面部整体受压，通过控制压力的大小、硬质间隔体的形状和吸光层的涂布液粘度可以控制吸光层的厚度，这样控制得到的吸光层厚度更为均匀，所述吸光层的厚度在1-30μm；所述吸光层厚度精度控制在±5%。更为精确地，所述吸光层的厚度在1-30μm；所述吸光层厚度精度控制在±4%。甚至所述吸光层厚度精度控制在±3%范围之内、甚至所述吸光层厚度精度控制在±2%范围之内、甚至所述吸光层厚度精度控制在±1%范围之内。

本发明人发现，对于硬质间隔体的形状和大小控制更为优异。硬质间隔体可以是市场上可以购买的间隔粒子、间隔粉末（SPACER），这些间隔粒子的粒径控制更为均匀，因此，其均匀分散到吸光层后，可以起到控制吸光层厚度的作用。间隔粒子可以采用玻璃微珠、PMMA粒子，密胺粒子，陶瓷材料微珠等等。间隔粒子的选择除了粒径方面的要求，对间隔粒子与涂布液的混合性能需要考量。本发明人研究发现，间隔粒子在涂布液的分散性能以及与涂布液的粘合力等等均是间隔粒子的重要指标。本发明间隔粒子优选的采用玻璃微珠，其在涂布液中流动性强，均匀分散性能好，又具有较好的硬度。为了硬质间隔体的整体挺性，也可以采用网状的间隔体、棒状的间隔柱，例如采用厚度均匀的网孔板。

本发明的另一具体实施方式中，制备吸光层使用的涂布液可以包括树脂材料、吸光材料和上述的用于控制吸光层厚度的硬质间隔体。树脂材料根据透明导光层的材料可以选用不同的树脂。树脂材料可以选用有机硅类，亚克力类，聚氨酯，PU类，环氧类树脂；例如丙烯酸树脂和/或甲基异丁基酮等等。优选的树脂材料可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸衍生物、改性环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和芳香族聚氨酯丙烯酸酯的一种或者几种。优选的树脂材料可以是聚氨酯和丙烯酸辛酯的混合物、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、甲酚酚醛环氧丙烯酸酯、双酚A二丙烯酸酯树脂和聚氨酯类芳胺中的一种或多种。当透明导光层是透明玻璃时，可以添加硅烷偶联剂，例如典型的硅烷偶联剂有KH550，KH570，KH560，A151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A171(乙烯基三甲氧基硅烷)、A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)等。

吸光材料根据吸收截止带的选择进行适配，300-1200波长全波段吸收材料可以选用碳粉，铁，钴，铜类无机染料，对于部分波段吸收可以选取酞菁，方酸类无重金属材料。优选的，所述吸光材料选自方酸类有机染料、酞菁类有机染料、硝基二苯胺类染料、氨基酮类染料、蒽醌类染料、喹啉类染料、三嗪类染料、苯并噻唑类染料和香豆素类染料、铁铬类无机染料、钴铜类无机染料、铬类无机染料中的多种。这些吸光材料的选配后，吸收光谱进行叠加可以形成特殊的吸收截止带，可以适配特种光源的需要。

本发明透明导光层与吸光层的准直单元叠层可以达500到1000层以上，而且透明导光层的厚度均匀，精度可控；吸光层的厚度均匀，精度可控，实现叠层的均匀分布。多层叠合后透光通道整体均匀，作为光阻隔或者部分波段截止的吸光层的厚度分布可控并均匀，透明导光层的厚度如果是100微米，多层叠合到1000层以上厚度在95和105微米之间，吸光层如果是10微米经过多层叠合后，其统计厚度范围在9.5到10.5微米之间。

另外，透明导光层与吸光层的厚度比例可以调节，根据硬质间隔体、吸光层涂布液的粘度和挤出延伸的压力控制，可以精确的控制吸光层厚度；对透明导光层预先加工成预定厚度，这样控制遮光和透明导光层的厚度和几何尺寸可以得到透明导光层与吸光层的厚度比例，这样可以改变光学准直器的透光截面积和遮光截面积比，得到可控的透光率。

在本发明的上述制备方法中，可以将树脂材料、吸光材料、硬质间隔体一同搅拌得到涂布液，涂布液涂布在透明导光层上得到湿膜，涂布液湿膜厚度为5~250μm，得到未固化的准直单元；制备若干个（500-1000个）这样的未固化的准直单元叠合成堆。然后进行挤压延伸作业。挤压延伸到预定厚度后再固化烘干即可。最后可以切割精雕成所需的形状。采用此种方式，吸光材料可以与透明导光层10材料的附着力更好，吸光材料不析出。另一方面，采用热固化的方式可以均匀分散吸光材料，成膜均匀，产品经过高温高湿和紫外照射的信赖性更好。吸光材料设置于吸光层20，从而使光学准直器的透光率曲线的带通并不随入射大角度光线漂移，进而使上述光学准直器在不同角度的入射光照射下，曲线漂移非常小，能够满足传感器对光学准直器大角度漂移值的要求。

将涂布液涂布于透明导光层的方法可以用：辊涂，刮涂，狭缝涂布，旋涂，丝网印刷，柔性版印刷等方式，更优的方式是旋涂能达到更好的表面效果。对涂布后的材料进行固化，优选采用热固化。上述吸光材料在吸光层中的重量含量为0.1%~70%，优选为10%~50%。上述吸光材料的作用可以使300-1200nm波长范围内的预设波段的光线截止，使光学准直器在预设波段内光透过率曲线固定，不再随入射光角度的变化而发生漂移。

在本发明的上述光学准直器中，光学准直器的透明导光层采用光学玻璃和高分子光学膜，不仅能够提高光学准直器的机械性能，还能够有效提高光学准直器的准直效果。光学玻璃和高分子光学膜可以具有预设的挺性，当数个准直单元叠合成光学准直器后，根据根据光学准直器的使用场景对光学准直器进行切割、雕刻等工艺形成预定的形状，满足手提式、穿戴式、投射式等多种应用场景。

根据本发明的另一方面，提供了一种光学指纹识别***，其特征在于，所述光学指纹识别***包括光学传感器和所述的光学准直器，所述光学准直器设置于所述光学传感器的感光侧。光学指纹识别***利用光的折射和反射原理，光源射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗不同，光学传感器相应会收集到不同明暗程度的图片信息，从而完成指纹的采集。通过相邻准直单元的吸光层的错位堆叠，以缩小形成的准直器内的透光通道的宽度，从而保证所述准直器的准直效果。由于吸光层的材料为树脂柔性材料，因此各层吸光层的厚度能做到很薄且轻，这样使光准直器总厚度降低，且更轻薄。基于该特性的光准直器容易实现大面积的需求。由于采用多层层叠的柔性吸光层，因此各层的吸光层能够采用厚度较薄，这样使得透光通道的侧壁形貌较好，具有优异的准直效果。

另外，上述光学准直器中由于设置于吸光层的吸光材料，可以实现杂散光的滤除，平行准直光的透过，而吸光层的吸光材料形成吸光截止带，从而使光学准直器可以传输特种光源信号，增加特种光源的响应信息，可以减少光学准直器下方的传感器泄漏和传输错误以及减少信号的误差以及对***器件的损害和负面影响。更为优异的是，由于设置于吸光层的吸光材料，这些特种光源并不随入射大角度光线漂移，进而使上述光学准直器在不同角度的入射光照射下，曲线漂移非常小，能够满足传感器对光学准直器大角度漂移值的要求。

下面将结合实施例进一步说明本发明提供的光学准直器及其制备方法。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供的光学准直器包括：100组层叠设置的准直单元（未全示出）；所述准直单元包括形成准直的透光通道的透明导光层10和含有吸光材料的吸光层20；相邻吸光层20之间形成准直的透光通道。

其中透明导光层10为透明玻璃，透明基底的材料可选地为水晶、高硼硅玻璃等，具体地可以为D263T、AF32、EagleXG、H-ZPK5、H-ZPK7等。示例性的，透明导光层10可为透明片体，图1中的左右方向为透明片体的厚度方向，透明片体的左侧和右侧相对，透明导光层的厚度在200μm。

吸光层采用含有吸光材料的涂布液，为流动性材料。由于透明导光层是光线传递的部分需要高的透过率，以及更为均匀的材质。上述光学准直器的制备方法以透过层为主层：先完成透明导光层并控制好厚度和尺寸，然后完成透明导光层基础上完成吸光层的添加并控制厚度，然后进行往复堆叠完成材料。

首先将购买的D263T玻璃进行切割研磨抛光，得到200μm的透明导光层。

然后三元丙烯酸树脂100g与800g环己酮，以及10克粒径为100nm的炭黑加到一起混合搅拌2000RPM 一小时，加入热固化引发剂，搅拌1h至完全溶解后得到吸光层涂布液，将该涂布液经静置或真空脱泡6h。

使用刮刀涂布工艺将涂布液涂布在透明导光层上，形成准直单元，然后进行贴合直到达到预期层数。

使用挤压模具设备进行挤压延伸加工到需要的光准直器厚度，然后放入烘箱烘干固化，得到光学准直器。对光学准直器进行切割精雕得到可以使用的硬质的光学准直器产品。

得到的光学准直器可以实现平面光源的准直，以及角度控制消除了其他角度的光噪音的进入，同时可以根据需求设计各种透光率大小的平行光传导器件。如图1所示，W为光学准直器透光通道的通道宽度，L为光学准直器透光通道的通道深度。通过对光学准直器（实际就是叠层的平面边长）进行精准的切割可以调节透光通道深度，这样可以调节透光通道的宽长比。

实施例2

如图3所示，本实施例提供的光学准直器包括：100组层叠设置的准直单元（未全示出）；所述准直单元包括形成准直的透光通道的透明导光层10和含有吸光材料的吸光层20；相邻吸光层20之间形成准直的透光通道。

其中透明导光层10为PMMA有机玻璃，示例性的，透明导光层10可为透明片体，图1中的左右方向为透明片体的厚度方向，透明片体的左侧和右侧相对，透明导光层的厚度在200μm。

吸光层采用含有吸光材料的涂布液，为流动性材料。由于透明导光层是光线传递的部分需要高的透过率，以及更为均匀的材质。上述光学准直器的制备方法以透过层为主层：先完成透明导光层并控制好厚度和尺寸，然后完成透明导光层基础上完成吸光层的添加并控制厚度，然后进行往复堆叠完成材料。

首先将购买的PMMA有机玻璃厚度0.4mm（可乐丽）准备好，。

然后亚力克树脂（三菱树脂）与800g MIBK，10克100纳米炭黑、以及玻璃微珠适量，混合搅拌2000RPM 1h至完全均匀后得到吸光层涂布液，将该涂布液经静置或真空脱泡6h。

使用丝印工艺将涂布液涂布在透明导光层上，形成准直单元并对准直单元进行层叠到预期的层数；

使用挤压模具设备进行挤压延伸加工到需要的光准直器厚度，然后放入烘箱烘干固化，得到光学准直器。对光学准直器进行切割精雕得到可以使用的产品，如图3所示。

实施例3

如图4、5所示，本实施例提供的光学准直器包括：100组层叠设置的准直单元（未全示出）；所述准直单元包括形成准直的透光通道的透明导光层10和含有吸光材料的吸光层20；相邻吸光层20之间形成准直的透光通道。

其中透明导光层10为PET膜。示例性的，透明导光层10可为透明片体，图1中的左右方向为透明片体的厚度方向，透明片体的左侧和右侧相对，透明导光层的厚度在50μm。

吸光层采用含有吸光材料的涂布液，为流动性材料。由于透明导光层是光线传递的部分需要高的透过率，以及更为均匀的材质。上述光学准直器的制备方法以透过层为主层：先完成透明导光层并控制好厚度和尺寸，然后完成透明导光层基础上完成吸光层的添加并控制厚度，然后进行往复堆叠完成材料。

首先采购光学级PET膜 100微米（KIMOTO）。

然后透明丙烯酸树脂100克与800g MIBK，100纳米炭黑，搅拌1h至完全溶解后得到吸光层涂布液，将该涂布液经静置或真空脱泡6h。

使用刮刀涂布工艺将涂布液涂布在透明导光层上，形成准直单元，再对准直单元进行层叠达到预期层数；

最后将200片准直单元叠合，使用挤压模具设备进行挤压延伸加工到需要的光准直器厚度，然后放入烘箱烘干固化，得到柔性的光学准直器。

实施例4（带光学阻隔以UV为例）

如图6、7所示，本实施例提供的光学准直器包括：100组层叠设置的准直单元（未全示出）；所述准直单元包括形成准直的透光通道的透明导光层10和含有吸光材料的吸光层20；相邻吸光层20之间形成准直的透光通道。

其中透明导光层10为透明玻璃，透明基底的材料可选地为水晶、高硼硅玻璃等，具体地可以为D263T、AF32、EagleXG、H-ZPK5、H-ZPK7等。示例性的，透明导光层10可为透明片体，图1中的左右方向为透明片体的厚度方向，透明片体的左侧和右侧相对，透明导光层的厚度在200μm。

吸光层采用含有吸光材料的涂布液，为流动性材料。由于透明导光层是光线传递的部分需要高的透过率，以及更为均匀的材质。上述光学准直器的制备方法以透过层为主层：先完成透明导光层并控制好厚度和尺寸，然后完成透明导光层基础上完成吸光层的添加并控制厚度，然后进行往复堆叠完成材料。

首先将购买的D263T玻璃进行切割研磨抛光，得到200μm的透明导光层。

然后将三元丙烯酸树脂 100g与800g MIBK、50克 UV328 （巴斯夫）加到一起混合均匀，以及硬质间隔体30玻璃微珠适量，搅拌1h至完全溶解后得到吸光层涂布液，将该涂布液经静置或真空脱泡6h。

使用刮刀涂布工艺将涂布液涂布在透明导光层上，形成UV段吸收层附着在透明层上，对以上进行层叠到预期厚度。

使用挤压模具设备进行挤压延伸加工到需要的光准直器厚度，然后放入烘箱烘干固化，得到UV波段的光学准直器。

由于采用了间隔材料30可以挤压流动的间隔层来实现间隔层精确控制，通过挤压完成各间隔层的厚度控制；通过预制透明导光层，携同可流动或者部分流动并含有间隔材料的吸光层可以实现层叠光学器件的厚度控制，并实现厚度均匀分布；得到的光学准直器可以实现平面光源的准直，以及角度控制消除了其他角度的光噪音的进入，同时可以根据需求设计各种透光率大小的平行光传导器件。

上述制得吸光层，采用lambda1050型分光光度计，分别测试样品在0°、35°的条件下的透过率-波长关系曲线，尤其以实施例2制得的基材样品为例，测试结果如图8所示，在不同入射角度的入射光照射下，测出的光学透过率曲线保持一致。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：由于光学准直器包括设置于吸光层中吸光材料，从而使光学准直器的吸收截止带曲线并不随入射大角度光线漂移，进而使上述光学准直器在不同角度的入射光照射下，吸收截止带曲线漂移非常小，能够满足传感器对光学准直器大角度漂移值的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学准直器，其特征在于，所述光学准直器包括：

若干组层叠设置的准直单元；

所述准直单元包括形成准直的透光通道的透明导光层和含有吸光材料的吸光层；相邻吸光层之间形成准直的透光通道，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为50nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带的波长范围内光透过率小于等于1%。

2.根据权利要求1所述的光学准直器，其特征在于，

所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为100nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为150nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为200nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为250nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸光层在300-1200nm波长范围内具有宽度至少为300nm波长范围的吸收截止带，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

优选的，所述吸收截止带的波长范围为350~700nm，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；所述吸收截止带的波长范围为300~400nm，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；所述吸收截止带的波长范围为400~700nm，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；所述吸收截止带的波长范围为350~600nm，在所述吸收截止带波长范围内的光透过率小于等于1%；

所述吸收层在800-1200nm波长范围的光透过率大于等于80%；优选的，在850-1100nm波长范围内的光透过率大于等于80%；优选的，在850-1100nm波长范围内的光透过率大于等于85%；优选的，在850-1100nm波长范围内的光透过率大于等于90%。

3.根据权利要求2所述的光学准直器，其特征在于，优选的，所述吸光材料选自方酸类有机染料、酞菁类有机染料、硝基二苯胺类染料、氨基酮类染料、蒽醌类染料、喹啉类染料、三嗪类染料、苯并噻唑类染料和香豆素类染料、铁铬类无机染料、钴铜类无机染料、铬类无机染料中的多种。

4.根据权利要求1所述的光学准直器，其特征在于，所述吸光材料在所述吸光层（20）中的重量含量为0.1%~70%，优选为10%~50%。

5.根据权利要求1所述的光学准直器，其特征在于，所述透明导光层（10）选自光学玻璃、高分子光学膜；所述高分子光学膜的材料包括丙烯酸酯、环氧树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、三醋酸纤维素或聚酰亚胺；优选的，所述透明导光层在350-1000nm波长范围的光透过率在90%以上；优选的，所述有机透明材料选自环状聚烯烃层或透明的聚酰亚胺层；优选的，所述透明导光层（10）的厚度为1~300μm；所述透明导光层厚度精度控制在±5%；优选的，所述光学准直器的截面形状为S形、C形、直线形。

6.根据权利要求1所述的光学准直器，其特征在于，所述吸光层以其组分的重量分数计算包括树脂材料30~90份、吸光材料0.1~70份和硬质间隔体0.5~20份；优选的，所述吸光层采用的树脂材料选自环氧树脂、有机硅树脂、亚克力树脂、PI树脂、聚氨酯和PU树脂、丙烯酸酯、环氧树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯或聚酰亚胺的任意一种；优选的，所述吸光层的厚度在1-30μm；所述吸光层厚度精度控制在±5%；优选的，所述硬质间隔体的形状选自球形、柱状、棒状、网状；优选的，所述硬质间隔体的厚度在1μm-30μm。

7.根据权利要求6所述的光学准直器，其特征在于，所述准直单元中透明导光层的厚度与吸光层的厚度之比为1：1～10：1；所述准直的透光通道的通道宽度（W）与通道深度（L）的比值在1：30~1：5。

8.一种光学准直器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，提供透明导光层材料形成预设厚度的透明导光层；

S2，将包括树脂材料和吸光材料的原料搅拌混合，得到涂布液；将所述涂布液涂布在透明导光层上，即在透明导光层上形成由所述涂布液形成的吸光层（20）的准直单元；

S3，将若干层准直单元层叠后进行挤压固化形成所述光学准直器。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述方法还在步骤S2中涂布液中加入预定量的硬质间隔体，并混匀的步骤。

10.一种光学成像设备，其特征在于，所述光学成像设备包括光学传感器和权利要求1-7中的任一项所述的光学准直器，所述光学准直器设置于所述光学传感器的感光侧。

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