CN107450119A - 红外滤光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红外滤光器。所述红外滤光器可以包括玻璃陶瓷层、在所述玻璃陶瓷层的第一表面上形成的多层氧化物薄膜、和在所述玻璃陶瓷层的第二表面上形成的低反射性涂层。
Description
技术领域
本发明涉及红外滤光器。更具体地，涉及具有高可见光阻挡率和高红外光透射率的红外滤光器。
背景技术
近来，正积极进行先进的驾驶员辅助系统(Advanced Driver AssistanceSystems，ADAS)的研究和开发。
具体地，在该研究内，驾驶员状态监测系统(Driver State Monitoring System，DSM)对于保证驾驶员安全起到重要作用。
DSM主要以下面的方式运行(其中感知驾驶员的眼睛状态，基于感知的驾驶员的眼睛状态判断昏昏欲睡的开车、酒后开车等，然后激活警报)。
即，DSM的运行开始于识别驾驶员的眼睛。为此，DSM包括发光的灯。从灯发出的光通过透镜，到达驾驶员来识别该驾驶员的眼睛或脸，然后返回至透镜以便分析获取的图像。
在此，如果从灯发出的光包括可见光，则可见光可能妨碍驾驶员驱动车辆，以及如果从灯发出的光包括紫外光，则紫外光可能引起驾驶员的眼睛或皮肤的疾病。
因此，将可以选择性地仅透射红外光的滤光器(下文中称为“红外滤光器(infrared optical filter)”)应用于DSM的透镜。从而，在从灯发出的光中，仅红外光到达驾驶员的眼睛或脸，因此可以防止上述的问题。
传统地，将具有深色、通过混合着色剂和/或脱色剂与玻璃前体以及然后陶瓷化混合物获取的玻璃陶瓷用作红外滤光器。例如，相关技术公开了通过添加吸收可见光的着色剂(氧化钒)和脱色剂(氧化铁或氧化铯)至玻璃陶瓷制造的仅透射红外光的玻璃陶瓷产品。
然而，由于添加剂如着色剂、脱色剂等使玻璃组合物的颜色人工地变暗，所以传统的红外滤光器具有低红外光透射率以及低可见光透射率。
在本发明的该背景部分中公开的信息仅用于增强对本发明的一般性背景的理解并且不得视为承认或任何形式地暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的多个方面涉及提供完全阻挡可见光和紫外光但是不影响红外光透射率的红外滤光器。
根据本发明的多个方面，红外滤光器可以包括玻璃陶瓷层、在玻璃陶瓷层的第一表面上形成的多层氧化物薄膜、和在玻璃陶瓷层的第二表面上形成的低反射性涂层。
玻璃陶瓷层可以包含按重量计60至70％的氧化硅(SiO2)、按重量计0.1至1％的氧化铝(Al2O3)、按重量计10至20％的氧化钠(Na2O)、按重量计10至20％的氧化钾(K2O)、按重量计0.01至0.1％的二氧化钛(TiO2)、和按重量计0.1至1％的硒(Se)。
该玻璃陶瓷层可以在不含着色剂和脱色剂的情况下包含按重量计10至20％的氧化钾(K2O)。
通过交替堆叠包含硅(Si)的第一薄膜和包含钛(Ti)的第二薄膜可以形成多层氧化物薄膜。
该多层氧化物薄膜可以包括总计10至50层并具有1至100μm范围内的厚度。
第一薄膜可以具有10至500nm范围内的厚度，以及第二薄膜可以具有10至500nm范围内的厚度。
第一薄膜可以由氧化硅(SiO2)形成，以及第二薄膜可以由二氧化钛(TiO2)形成。
第一薄膜可以具有1.45至1.55范围内的折射率，以及第二薄膜可以具有2.40至2.60范围内的折射率。
第一薄膜的折射率和第二薄膜的折射率之间的差异可以在0.95至1.15的范围内。
通过堆叠包含硅(Si)的第一涂层和包含锆(Zr)的第二涂层可以形成低反射性涂层。
低反射性涂层可以具有总计2至10层和100nm至1μm范围内的厚度。
第一涂层可以具有10至200nm范围内的厚度，以及第二涂层可以具有10至200nm范围内的厚度。
第一涂层可以由氧化硅(SiO2)形成，以及第二涂层可以由氧化锆(ZrO2)形成。
应理解的是，如在本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括广义的机动车辆，如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客汽车(passenger automobile)；包括各种艇和船的水运工具(watercraft)；航空器等，并且包括混合动力车辆(hybrid vehicle)、电动车辆、插入式混合动力电动车辆(plug-in hybridelectric vehicle)、氢动力车辆和其他可替代燃料车辆(例如，源自除了石油之外的资源的燃料)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动力车辆。
本发明的方法和装置具有从附图和以下详细描述中将显而易见或在附图和以下详细描述中更详细地提出的其他特征和优点，附图被结合在此，并且以下详细描述一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1是示出了根据本发明的多个实施方式的红外滤光器的图。
图2是示出了根据本发明的多个实施方式的玻璃陶瓷层的透射率的测量结果的曲线图。
图3是根据本发明的多个实施方式在玻璃陶瓷层的一个表面上形成的多层氧化物薄膜的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图4是根据本发明的多个实施方式在玻璃陶瓷层的另一表面上形成的低反射性涂层的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图5是示出了根据本发明的多个实施方式的红外滤光器的透射率测量结果的曲线图。
应当理解的是，附图无需按比例绘制，附图从某种程度上呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的简化表示。在本文中公开的本发明的具体设计特征包括例如，将部分地由特定的预期应用和使用环境确定的具体的尺寸、方向、位置和形状。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的各个实施方式，其实例在附图中示出并且在下文中进行描述。尽管将结合示例性实施方式来描述本发明，但是应当理解的是，本说明书不旨在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖可包括在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同物以及其他实施方式。
图1是示出了根据本发明的多个实施方式的红外滤光器的图。更具体地，图1示出了将应用本发明的红外滤光器10的透镜20设置在光源30前面的情况。
红外滤光器10可以包括玻璃陶瓷层11、在玻璃陶瓷层11的一个表面上形成的多层氧化物薄膜12、和在玻璃陶瓷层11的另一表面上形成的低反射性涂层13。可以在朝向光源30的方向上将多层氧化物薄膜12形成在玻璃陶瓷层11的一个表面上。
玻璃陶瓷层11吸收通过红外滤光器10的光中的可见光和紫外光，并仅透射红外光。
传统地，通过向玻璃前体中添加着色剂、脱色剂等，获取的玻璃陶瓷层具有深色以便吸收可见光和紫外光。然而，玻璃陶瓷层具有低红外光透射率且可能不能用于要求80％或更高的红外光透射率的驾驶员状态监测系统(DSM)。
本发明的多个实施方式中的一个技术特征是提供代替添加着色剂和脱色剂的包含升高含量的氧化钾(K2O)的玻璃陶瓷层11从而仅吸收可见光和紫外光而不吸收红外光。
玻璃陶瓷层11可以包含按重量计1至20％的氧化钾(K2O)、优选地按重量计10至20％的氧化钾(K2O)、更优选地按重量计15至20％的氧化钾(K2O)、以及更加优选地按重量计19至20％的氧化钾(K2O)。
如果氧化钾(K2O)的含量低于按重量计10％，则玻璃陶瓷层11可能不能充分吸收可见光和紫外光，以及如果氧化钾(K2O)的含量超过按重量计20％，则玻璃陶瓷层11的红外光透射率可能降低。
除了氧化钾(K2O)之外，玻璃陶瓷层11可以进一步包含按重量计60至70％的氧化硅(SiO2)、按重量计0.1至1％的氧化铝(Al2O3)、按重量计10至20％的氧化钠(Na2O)、按重量计0.01至0.1％的二氧化钛(TiO2)、和按重量计0.1至1％的硒(Se)。
形成具有以下表1陈述的组成的玻璃陶瓷层，然后测量玻璃陶瓷层的透射率。图2示出了透射率的测量结果。
[表1]
通常的透明玻璃具有85％或更高的可见光透射率，以及添加了着色剂和脱色剂的传统的暗玻璃(称为防窥玻璃(隐私玻璃，privacy glass))具有20至25％的可见光透射率。另一方面，由图2可以理解根据本发明的多个实施方式的玻璃陶瓷层完全阻挡具有800nm或更低波长的可见光和紫外光。
进一步地，可以理解本发明的多个实施方式的玻璃陶瓷层在主要用于DSM的LED灯的中心波长(860nm)处80％或更高的非常高的红外光透射率。
多层氧化物薄膜12具有其中包含硅(Si)的第一薄膜和包含钛(Ti)的第二薄膜交替堆叠的构造(configuration)，并且当光入射到多层氧化物薄膜12上时，光的干涉(interference)发生以及红外波长范围的透射率改善。
为了产生光的干涉，可以如下形成多层氧化物薄膜12。
通过交替堆叠具有10至500nm厚度的第一薄膜和具有10至500nm厚度的第二薄膜以产生总计10至50层可以形成多层氧化物薄膜12。进一步地，多层氧化物薄膜12可以具有1至100μm的厚度。
第一薄膜可以由具有1.45至1.55的折射率的氧化硅(SiO2)形成，以及第二薄膜可以由具有2.40至2.60的折射率的二氧化钛(TiO2)形成。因此，第一薄膜的折射率和第二薄膜的折射率之间的差异可以是0.95至1.15。
优选地，通过真空沉积氧化硅(SiO2)可以形成第一薄膜从而具有60至70nm的厚度，通过真空沉积二氧化钛(TiO2)可以形成第二薄膜从而具有110至120nm的厚度，以及通过交替堆叠第一薄膜和第二薄膜以产生总计30至40层可以形成多层氧化物薄膜12。
低反射性涂层13具有其中包含硅(Si)的第一涂层和包含锆(Zr)的第二涂层堆叠的构造，因此能够改善入射到红外滤光器10上的光的透射率。
在玻璃陶瓷层11的两个表面上形成多层氧化物薄膜12和低反射性涂层13，从而能够改善红外滤光器10的红外光透射率。尽管可见光透射率和紫外光透射率随着红外光透射率升高稍微升高，但是在本发明的多个实施方式中，通过增加玻璃陶瓷的氧化钾(K2O)的含量几乎完全阻挡了可见光和紫外光，因此可以实现与传统的滤光器相比具有低可见光透射率(20％或更低)和高红外光透射率(90％或更高)的红外滤光器。
为了如以上所描述升高红外光透射率，可以如下形成低反射性涂层13。
通过交替地或以任何顺序堆叠具有10至200nm厚度的第一涂层和具有10至200nm厚度的第二涂层以产生总计2至10层来形成低反射性涂层13。进一步地，低反射性涂层13可以具有100nm至1μm的厚度。
第一涂层可以由氧化硅(SiO2)形成，以及第二涂层可以由氧化锆(ZrO2)形成。
优选地，通过堆叠由氧化硅(SiO2)形成并具有160至170nm厚度的第一涂层和由氧化锆(ZrO2)形成并具有60至70nm厚度的第二涂层以产生总计2层来形成低反射性涂层13。
图3是在玻璃陶瓷层11的一个表面上(在朝向光源的方向上)形成的多层氧化物薄膜12的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。通过真空沉积氧化硅(SiO2)形成第一薄膜121从而具有60至70nm的厚度。通过真空沉积二氧化钛(TiO2)形成第二薄膜122从而具有110至120nm的厚度。将第一薄膜121和第二薄膜122交替堆叠17次以产生总计34层，从而形成多层氧化物薄膜。
图4是根据本发明的多个实施方式在玻璃陶瓷层11的另一表面上形成的低反射性涂层13的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。通过用氧化锆(ZrO2)涂覆玻璃陶瓷层11的另一表面至约60nm的厚度形成第二涂层132，以及通过用氧化硅(SiO2)涂覆第二涂层132至约161nm的厚度形成第一涂层131。
测量用作测试实施例的图3和4所示的红外滤光器10的透射率。图5是示出了红外滤光器10的透射率的测量结果的曲线图。
此处，为了确认通过低反射性涂层13的透射率的改善，测量用作比较实施例的红外滤光器的透射率，其仅包含玻璃陶瓷层和多层氧化物薄膜而不包含低反射性涂层。
由图2和5所示的测试实施例的红外滤光器和比较实施例的红外滤光器之间的比较，可以理解通过在玻璃陶瓷层上形成多层氧化物薄膜和低反射性涂层，测试实施例的红外滤光器的可见光透射率稍微升高但是仍然是20％或更低，因此与上述防窥玻璃(具有约20至25％的可见光透射率)相比，测试实施例的红外滤光器仍具有改善的可见光阻挡能力。
进一步地，由图5所示的测试实施例的红外滤光器和比较实施例的红外滤光器之间的比较，与比较实施例的红外滤光器相比，进一步包含低反射性涂层的测试实施例的红外滤光器的红外光透射率在红外范围内，特别是在LED灯的中心波长(860nm)处改善了约3％(即89％→92％)。
由以上描述清楚的是，根据本发明的多个实施方式具有以上构造的红外滤光器具有以下效果。
根据本发明的多个实施方式的红外滤光器可以完全阻挡可见光和紫外光并具有高红外光透射率，因此适合应用于驾驶员状态监测系统(DSM)、虹膜识别系统等。
出于示出和描述的目的已提供了本发明的具体示例性实施方式的以上描述。以上描述并非旨在是详尽的或者将本发明限于公开的精确形式，并且显而易见，在上述教导的启发下，许多修改和变型是可能的。为了解释本发明的某些原理及其实际应用，选择并且描述了示例性实施方式，由此使得本领域技术人员能够做出并且利用本发明的各种示例性实施方式及其各种替换和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。
Claims (13)
1.一种红外滤光器，包括：
玻璃陶瓷层；
在所述玻璃陶瓷层的第一表面上形成的多层氧化物薄膜；和
在所述玻璃陶瓷层的第二表面上形成的低反射性涂层。
2.根据权利要求1所述的红外滤光器，其中，所述玻璃陶瓷层包含：
按重量计60至70％的氧化硅SiO2；
按重量计0.1至1％的氧化铝Al2O3；
按重量计10至20％的氧化钠Na2O；
按重量计10至20％的氧化钾K2O；
按重量计0.01至0.1％的二氧化钛TiO2；和
按重量计0.1至1％的硒Se。
3.根据权利要求1所述的红外滤光器，其中，所述玻璃陶瓷层在不含着色剂和脱色剂的情况下包含按重量计10至20％的氧化钾K2O。
4.根据权利要求1所述的红外滤光器，其中，通过交替堆叠包含硅Si的第一薄膜和包含钛Ti的第二薄膜形成所述多层氧化物薄膜。
5.根据权利要求1所述的红外滤光器，其中，所述多层氧化物薄膜包括总计10至50层和1至100μm范围内的厚度。
6.根据权利要求4所述的红外滤光器，其中，
所述第一薄膜具有10至500nm范围内的厚度；以及
所述第二薄膜具有10至500nm范围内的厚度。
7.根据权利要求4所述的红外滤光器，其中，
所述第一薄膜由氧化硅SiO2形成；以及
所述第二薄膜由二氧化钛TiO2形成。
8.根据权利要求4所述的红外滤光器，其中，
所述第一薄膜具有1.45至1.55范围内的折射率；以及
所述第二薄膜具有2.40至2.60范围内的折射率。
9.根据权利要求4所述的红外滤光器，其中，所述第一薄膜的折射率和所述第二薄膜的折射率之间的差异在0.95至1.15的范围内。
10.根据权利要求1所述的红外滤光器，其中，通过堆叠包含硅Si的第一涂层和包含锆Zr的第二涂层形成所述低反射性涂层。
11.根据权利要求1所述的红外滤光器，其中，所述低反射性涂层具有总计2至10层和100nm至1μm范围内的厚度。
12.根据权利要求10所述的红外滤光器，其中，
所述第一涂层具有10至200nm范围内的厚度；以及
所述第二涂层具有10至200nm范围内的厚度。
13.根据权利要求10所述的红外滤光器，其中，
所述第一涂层由氧化硅SiO2形成；以及
所述第二涂层由氧化锆ZrO2形成。
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