CN111198411A - 一种具有金属网格结构的衍射光学镜片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有金属网格结构的衍射光学镜片及其制作方法，包括：石英材料层，其接收来自外部设备的光束，所述石英材料层具有衍射光栅；非导电有机物层，其包括非导电有机物，所述非导电有机物涂覆于所述石英材料层外表面，形成非导电有机物薄膜；金属电阻，其附着在所述石英材料层的外表面上，且所述金属电阻嵌入所述非导电有机物薄膜；所述外部光束自衍射光栅的一侧依次穿透所述石英材料层和非导电有机物层照射在被测物体表面，当所述石英材料层破损时，所述外部设备通过金属电阻监测到阻值变化，所述外部设备停止发射光束。本发明可以监测石英材质的衍射光学镜片是否破损可有效保证人眼安全。

Description

一种具有金属网格结构的衍射光学镜片及其制作方法

技术领域

本发明涉及光学元件技术领域，尤其涉及一种具有金属网格结构的衍射光学镜片及其制作方法。

背景技术

目前，人脸识别技术主要采用3D结构光方案，该方案的主要工作原理是通过红外投射装置向被识别物体1投射出经过编码或者随机的红外散斑或光点，这些编码或散斑图像照射在被识别物体1上再经过被识别物体1的反射，进入红外摄像机2，红外摄像机2接收到图像后，将图像信息转换成深度信息，实现3D视觉重建。

而红外投射装置在投射出经过编码或者随机的红外散斑或光点时，光源3需要先经过准直系统4的调整，再经过安装在红外投射光源3前部的衍射光学元件(DOE)5的衍射后才照射在被识别物体1上，如图1结构光设备原理示意图所示。

在3D结构光方案中，必须采用特定图形的光学图案实现深度信息的测量，通过DOE镜片将激光的高斯光束整形为平顶光束输出，从而获得比较理想的输出光斑和能量密度，得到一定光斑范围内的一致能量输出。其中，衍射光学元件(DOE)5是实现激光散斑的关键。

DOE一般使用石英材料制成(石英是各类光学元件普遍使用的材料)，基于光的衍射原理，利用计算机辅助设计，通过半导体芯片制造工艺，在石英基片上刻蚀产生台阶型光栅结构，形成同轴再现、且具有极高衍射效率的一类光学元件，如图2衍射光学元件(DOE)的三维立体放大图所示。其通过不同的设计来控制光束的发散角和形成光斑的形貌，可以将光束整形成为特定图案。

在人脸识别系统内部，由于空间结构紧凑，各模组之间热应力分布不均匀以及安装和使用过程中的碰撞，很容易造成石英DOE镜片表面破损，而石英表面的损伤形貌可以引起0级光强度增大，影响光学系统的各项性能指标和稳定运行，限制了人脸识别的精度；更严重的是，会给人眼的安全问题埋下隐患，试想一下，若因其损坏而造成光束光强度增强，其又直接照射人眼，这就会给人眼带来永久性损伤，如图3流程框图所示。

因此，亟需提出一种新的技术方案来解决这一问题，使得激光源在工作时可以监测DOE镜片表面的完整情况。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种具有金属网格结构的衍射光学镜片，其采用的技术方案是：

一种具有金属网格结构的衍射光学镜片，包括：

石英材料层，其被设置的接收来自外部设备的光束，所述石英材料层具有衍射光栅；

非导电有机物层，其包括非导电有机物，所述非导电有机物涂覆于所述石英材料层外表面，形成非导电有机物薄膜；

金属电阻，其附着在所述石英材料层的外表面上，且所述金属电阻嵌入所述非导电有机物薄膜；

所述外部光束自衍射光栅的一侧依次穿透所述石英材料层和非导电有机物层照射在被测物体表面，当所述石英材料层破损时，所述外部设备通过金属电阻监测到阻值变化，所述外部设备停止发射光束。

进一步的，所述石英材料层具有上表面以及与所述上表面相对且平行设置的下表面；

进一步的，所述上表面具有若干阵列设置的沟槽，所述沟槽形成衍射光栅；

进一步的，所述下表面上采用涂覆工艺涂覆有所述非导电有机物。

进一步的，所述涂覆工艺包括印刷、旋涂、喷涂和打印。

进一步的，所述非导电有机物层为透明膜状，所述非导电有机物层上具有若干凹槽，所述若干凹槽均匀分布在所述非导电有机物层靠近所述石英材料层下表面的表面上；

进一步的，所述若干凹槽在所述非导电有机物层的表面呈点状分布。

进一步的，所述金属电阻嵌入所述凹槽内，所述金属电阻与所述凹槽一一对应，所述金属电阻的形状与所述凹槽的形状一致；

进一步的，所述若干凹槽在所述非导电有机物层的表面阵列分布，所述阵列分布包括网格分布；

进一步的，所述金属电阻在所述非导电有机物薄膜的表面形成连续的金属电阻网络回路。

进一步的，所述非导电有机物层开设有通光孔；

进一步的，所述外部光束自衍射光栅的一侧穿透所述石英材料层的区域为透光区域，所述通光孔与所述透光区域对应设置，且所述透光区域的总面积小于所述通光孔的开孔面积；

进一步的，所述通光孔通过喷墨打印方式形成。

进一步的，所述若干凹槽分布在所述通光孔的周围；

进一步的，所述凹槽的形状包括圆形、椭圆形、矩形、三角形和贝壳形。

本发明还提供一种具有金属网格结构的衍射光学镜片的制作方法，包括如下步骤：

S1：清洗带有完整衍射光栅的石英材料层，在所述石英材料层刻有衍射光栅的一面的相对面，用涂覆工艺涂覆一层非导电有机物；

S2：对步骤S1制得的涂覆有非导电有机物的石英材料层进行热压处理，获得具有若干成型凹槽的非导电有机物薄膜；

S3：对步骤S2制得的非导电有机物薄膜进行蒸发处理，在所述非导电有机物薄膜具有凹槽的表面上得到一层金属层；

S4：对步骤S3获得的金属层进行光刻，获得金属电阻。

进一步的，对于步骤S2所述的热压处理，是对所述涂覆有非导电有机物的石英材料层进行加热和压印处理，所述加热处理使得所述非导电有机物干燥成型，从而获得非导电有机物薄膜，所述压印处理是在所述非导电有机物薄膜上压印出若干容纳金属电阻的凹槽。

进一步的，对于步骤S4，所述光刻是刻蚀掉所述非导电有机物薄膜上的金属层，使得所述凹槽内形成金属电阻。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明所述的具有金属网格结构的衍射光学镜片具有检测功能，当石英材质的衍射光学镜片发生破损时，金属电阻的阻值发生变化，依据电阻变化情况，激光控制器切断激光光源开关，有效保证人眼安全；

2.本发明所述的非导电有机物材料包括任意透明的非导电有机物，易于获得，制作成本低，且安全性佳、柔性好、重量轻、易加工；

3.本发明所述的在非导电有机物层热压印制容纳金属电阻的凹槽的结构易加工，低成本且易于图形化，非导电有机物薄膜制备工艺简单，易于表面涂覆，可采取印刷、喷墨、打印等加工法，成本低；

4.本发明所述的具有金属网格结构的衍射光学镜片的结构原理简单明确，且金属电阻网络密集，检测精度高，有针对性，可以精准定位破损位置，为后续结构设计改进提供检测依据；

5.本发明所述的金属电阻网络回路位于石英材料层和非导电有机物层之间，减少意外刮伤虚警。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述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它附图。

图1是背景技术中结构光设备原理示意图；

图2是背景技术所述衍射光学元件(DOE)的三维立体放大图；

图3是背景技术所述衍射光学元件(DOE)损坏后带来不利影响的流程框图；

图4是本发明提出的衍射光学镜片在应用场合下的功能原理图；

图5是本发明提出的衍射光学镜片在应用时与激光器连接的示意图；

图6是本发明提出的衍射光学镜片的结构示意图，其中，(a)为以石英材料层的下表面为主视的结构示意图，(b)为(a)中金属电阻网络的单元组成图；

图7是在图6的横截面示意图；

图8是本发明提出的衍射光学镜片的制作方法的工艺流程图。

其中，1-被识别物体，2-红外摄像机，3-光源，4-准直系统，5-衍射光学元件(DOE)，6-激光器，7-石英材料层,71-上表面，711-衍射光栅，72-下表面，8-非导电有机物层，81-通光孔，9-金属电阻。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清查、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。

实施例：

下面结合附图与实施例进一步说明本发明要旨。

图3是背景技术所述衍射光学元件(DOE)损坏后带来不利影响的流程框图；图4是本发明提出的衍射光学镜片在应用场合下的功能原理图；图5是本发明提出的衍射光学镜片在应用时与激光器连接的示意图；图6是本发明提出的衍射光学镜片的结构示意图，其中，(a)为以石英材料层的下表面为主视的结构示意图，(b)为(a)中金属电阻网络的单元组成图；图7是在图6的横截面示意图；图8是本发明提出的衍射光学镜片的制作方法的工艺流程图。

请参见图3，由于现有技术中人脸识别系统内部容易致使石英DOE镜片表面破损，从而使得激光光束畸变，降低光斑质量，入射光散射会对人眼的安全问题埋下隐患，因此本发明提出了一种新的技术方案以解决上述问题。

请参见图4-7，一种具有金属网格结构的衍射光学镜片，包括：

石英材料层7，其被设置的接收来自外部设备的光束，所述石英材料层7具有衍射光栅711；

非导电有机物层8，其包括非导电有机物，所述非导电有机物涂覆于所述石英材料层7外表面，形成非导电有机物薄膜；

金属电阻9，其附着在所述石英材料层7的外表面上，且所述金属电阻9嵌入所述非导电有机物薄膜；

所述外部光束自衍射光栅711的一侧依次穿透所述石英材料层7和非导电有机物8层照射在被测物体表面，当所述石英材料层7破损时，所述外部设备通过金属电阻9监测到阻值变化，所述外部设备停止发射光束。

进一步的，所述石英材料层7具有上表面71以及与所述上表面71相对且平行设置的下表面72；

进一步的，所述上表面71具有若干阵列设置的沟槽，所述沟槽形成衍射光栅711；

进一步的，所述下表面72上采用涂覆工艺涂覆有所述非导电有机物。

进一步的，所述涂覆工艺包括印刷、旋涂、喷涂和打印。

进一步的，所述非导电有机物层8为透明膜状，所述非导电有机物层8上具有若干凹槽，所述若干凹槽均匀分布在所述非导电有机物层8靠近所述石英材料层7下表面72的表面上；

进一步的，所述若干凹槽在所述非导电有机物层8的表面呈点状分布。

进一步的，所述金属电阻9嵌入所述凹槽内，所述金属电阻9与所述凹槽一一对应，所述金属电阻9的形状与所述凹槽的形状一致；

进一步的，所述若干凹槽在所述非导电有机物层8的表面阵列分布，所述阵列分布包括网格分布；

进一步的，所述金属电阻9在所述非导电有机物薄膜的表面形成连续的金属电阻网络回路。

进一步的，所述非导电有机物层8开设有通光孔81；

进一步的，所述外部光束自衍射光栅711的一侧穿透所述石英材料层7的区域为透光区域，所述通光孔81与所述透光区域对应设置，且所述透光区域的总面积小于所述通光孔81的开孔面积；所述通光孔13是为了防止长期激光照射引起有机物黄化，影响衍射效果；

进一步的，所述通光孔81通过喷墨打印方式形成。

进一步的，所述若干凹槽分布在所述通光孔81的周围；

进一步的，所述凹槽的形状包括圆形、椭圆形、矩形、三角形和贝壳形。

请参见图4、5，本发明所述的衍射光学镜片与激光器6配合使用可以有效监测衍射光学元件(DOE)是否破损，当衍射光学元件(DOE)破损，非导电有机物层8内嵌的金属电阻9的阻值发生变化，激光器6监测到其阻值变化后，控制激光器6的开关关闭，有效切断光源输出，从源头解决了隐患。

本发明所述的衍射光学镜片在石英材料层7的表面涂覆一层非导电有机物制成的透明薄膜，在所述透明薄膜内压印出若干凹槽，所述凹槽内嵌入金属电阻9，所述若干金属电阻9在所述非导电有机物层8内形成金属电阻网络回路，所述网络回路再与所述激光器7电路相连，所述金属电阻网络回路再接一路接地线，其保护作用，如此设计即是将衍射光学元件(DOE)的破损情况量化，通过电阻变化将其破损程度、破损位置反应出来。

请继续参见图6、7，如图(a)所示，所述金属电阻9在所述石英材料层7上呈井字格状均匀分布，形成金属电阻网络回路，将横行和纵列的金属电阻放入二维坐标系中，如此每个金属电阻的位置都可定点定位的描述；

如图6中(a)所示，当衍射光学镜片正常工作时，非导电有机物薄膜上凹槽内的金属电阻网络的行电阻(Ry1，Ry2，Ry3，…，RyM-2，RyM-1，RyM)和列电阻(Rx1，Rx2，Rx3，…，RxN-2，RxN-1，RxN)一直保持稳定。图(a)中黑色区域所示处石英材料层破损，对应图6(b)，则行电阻Rym和列电阻Rxn发生变化，该处电阻变化被检测到并触发激光控制器关闭激光源，阻止了石英DOE的破损增长，避免了激光对人眼的直接照射。

本发明所述的具有金属网格结构的衍射光学镜片具有检测功能，可以监测所述石英材料层是否完好。

本发明所述的非导电有机物材料易于获得，制作成本低，且安全性佳、柔性好、重量轻、易加工；进一步的，本发明所述的衍射光学镜片低成本且易于图形化，非导电有机物薄膜制备工艺简单，易于表面涂覆，可采取印刷、喷墨、打印等加工法，成本低。

请继续参见图8，本发明还提供一种具有金属网格结构的衍射光学镜片的制作方法，包括如下步骤：

S1：清洗带有完整衍射光栅711的石英材料层7，在所述石英材料层7刻有衍射光栅711的一面的相对面，用涂覆工艺涂覆一层非导电有机物；

S2：对步骤S1制得的涂覆有非导电有机物的石英材料层7进行热压处理，获得具有若干成型凹槽的非导电有机物薄膜；

S3：对步骤S2制得的非导电有机物薄膜进行蒸发处理，在所述非导电有机物薄膜具有凹槽的表面上得到一层金属层；

S4：对步骤S3获得的金属层进行光刻，获得金属电阻9。

进一步的，对于步骤S2所述的热压处理，是对所述涂覆有非导电有机物的石英材料层7进行加热和压印处理，所述加热处理使得所述非导电有机物干燥成型，从而获得非导电有机物薄膜，所述压印处理是在所述非导电有机物薄膜上压印出若干容纳金属电阻9的凹槽；进一步的，在实际加工时的次序是先采用热压印方式制作凹槽，并在凹槽中制备金属互连膜形成导电膜，再将导电膜贴在DOE背面，成本低，制造容易。

进一步的，对于步骤S4，所述光刻是刻蚀掉所述非导电有机物薄膜上的金属层，使得所述凹槽内形成金属电阻9。

本发明所述的在非导电有机物层热压印制容纳金属电阻的凹槽的结构易加工，低成本且易于图形化，非导电有机物薄膜制备工艺简单，易于表面涂覆，可采取印刷、喷墨、打印等加工法，成本低；

本发明所述的具有金属网格结构的衍射光学镜片的结构原理简单明确，且金属电阻网络密集，检测精度高，有针对性，可以精准定位破损位置，为后续结构设计改进提供检测依据；

本发明所述的具有金属网格结构的衍射光学镜片具有检测功能，当石英材质的衍射光学镜片发生破损时，金属电阻的阻值发生变化，依据电阻变化情况，激光控制器切断激光光源开关，有效保证人眼安全；

综上所述，本发明提供的一种具有金属网格结构的衍射光学镜片，有效解决了现有技术中石英DOE镜片表面破损问题不能及时发现，从而给人眼安全问题埋下隐患的问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。

Claims (10)

1.一种具有金属网格结构的衍射光学镜片，其特征在于，包括：

石英材料层(7)，其被设置的接收来自外部设备的光束，所述石英材料层(7)具有衍射光栅(711)；

非导电有机物层(8)，其包括非导电有机物，所述非导电有机物涂覆于所述石英材料层(7)外表面，形成非导电有机物薄膜；

金属电阻(9)，其附着在所述石英材料层(7)的外表面上，且所述金属电阻(9)嵌入所述非导电有机物薄膜；

所述外部光束自衍射光栅(711)的一侧依次穿透所述石英材料层(7)和非导电有机物(8)层照射在被测物体表面，当所述石英材料层(7)破损时，所述外部设备通过金属电阻(9)监测到阻值变化，所述外部设备停止发射光束。

2.根据权利要求1所述的衍射光学镜片，其特征在于，所述石英材料层(7)具有上表面(71)以及与所述上表面(71)相对且平行设置的下表面(72)；

所述上表面(71)具有若干阵列设置的沟槽，所述沟槽形成衍射光栅(711)；

所述下表面(72)上采用涂覆工艺涂覆有所述非导电有机物。

3.根据权利要求2所述的衍射光学镜片，其特征在于，所述涂覆工艺包括印刷、旋涂、喷涂和打印。

4.根据权利要求1所述的衍射光学镜片，其特征在于，所述非导电有机物层(8)为透明膜状，所述非导电有机物层(8)上具有若干凹槽，所述若干凹槽均匀分布在所述非导电有机物层(8)靠近所述石英材料层(7)下表面(72)的表面上；

所述若干凹槽在所述非导电有机物层(8)的表面呈点状分布。

5.根据权利要求1所述的衍射光学镜片，其特征在于，所述金属电阻(9)嵌入所述凹槽内，所述金属电阻(9)与所述凹槽一一对应，所述金属电阻(9)的形状与所述凹槽的形状一致；

所述若干凹槽在所述非导电有机物层(8)的表面阵列分布，所述阵列分布包括网格分布；

所述金属电阻(9)在所述非导电有机物薄膜的表面形成连续的金属电阻网络回路。

6.根据权利要求1所述的衍射光学镜片，其特征在于，所述非导电有机物层(8)开设有通光孔(81)；

所述外部光束自衍射光栅(711)的一侧穿透所述石英材料层(7)的区域为透光区域，所述通光孔(81)与所述透光区域对应设置，且所述透光区域的总面积小于所述通光孔(81)的开孔面积；

所述通光孔(81)通过喷墨打印方式形成。

7.根据权利要求4所述的衍射光学镜片，其特征在于，所述若干凹槽分布在所述通光孔(81)的周围；

所述凹槽的形状包括圆形、椭圆形、矩形、三角形和贝壳形。

8.一种具有金属网格结构的衍射光学镜片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：清洗带有完整衍射光栅(711)的石英材料层(7)，在所述石英材料层(7)刻有衍射光栅(711)的一面的相对面，用涂覆工艺涂覆一层非导电有机物；

S2：对步骤S1制得的涂覆有非导电有机物的石英材料层(7)进行热压处理，获得具有若干成型凹槽的非导电有机物薄膜；

S3：对步骤S2制得的非导电有机物薄膜进行蒸发处理，在所述非导电有机物薄膜具有凹槽的表面上得到一层金属层；

S4：对步骤S3获得的金属层进行光刻，获得金属电阻(9)。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，对于步骤S2所述的热压处理，是对所述涂覆有非导电有机物的石英材料层(7)进行加热和压印处理，所述加热处理使得所述非导电有机物干燥成型，从而获得非导电有机物薄膜，所述压印处理是在所述非导电有机物薄膜上压印出若干容纳金属电阻(9)的凹槽。

10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，对于步骤S4，所述光刻是刻蚀掉所述非导电有机物薄膜上的金属层，使得所述凹槽内形成金属电阻(9)。

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