TW201738548A - 參數光學偵測之系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一參數偵測系統、一紅外線帶通濾波器、前述紅外線帶通濾波器使用之一玻璃基板以及一參數偵測方法。本發明之系統、濾波器與基板可用於多種裝置，例如智慧型手機、行動電腦、電腦手錶、平板電腦、遊戲裝置、電視、個人電腦、內部通訊系統、家庭自動化系統、車輛安全系統、立體影像系統、手勢控制系統、觸控感測器、指紋感測器、診斷系統、遊戲裝置、互動顯示器、立體感測系統、家電、顯示裝置、虹膜辨識系統與其他系統之運用。本發明之系統、濾波器與基板可用於多種用途，包括但不限於虹膜辨識、立體掃描、互動展示、生物統計資料之偵測或測量、手勢控制、遊戲與指紋偵測。

Description

參數光學偵測之系統
本發明係有關於一參數偵測系統、一紅外線帶通濾波器、一紅外線帶通濾波器使用之玻璃基板以及一參數偵測方法。該系統可用於，例如，辨識一人體之參數，如虹膜辨識、立體掃描、觸控感測器、生物統計、互動顯示器、遊戲與手勢控制。
以本發明之意義而言，一“參數偵測系統”通常為一可測量至少一人體或物體上至少一參數之電子系統。被測量之參數可為任何可用光學方法測量之參數選擇。“偵測”包括各別參數之判別及/或量化。
手勢控制裝置、虹膜掃描器及其他相關的參數偵測裝置其本身為先前技術。這些裝置一般具有一用以照射要偵測區域的紅外線光源(照明單位)。光源所發出的波長通常介於800至900奈米之間。為了接收由偵測區域所返回的紅外線，例如該裝置使用者，我們希望僅有乘載資訊的特定波長光波被測量到。藉由僅測量需要的波長及過濾其他不需要的波長光譜範圍以增加訊雜比(Signal-to-Noise Ratio)，藉此照明光波的強度可以降低。因此紅外線帶通濾波器之作用為在預期波 段內提供良好的透射。通過此濾波器的波段稱為通帶區間(Passband Region)。
使用紅外線做為照射場景光源的原因在於其訊雜比可被增強，尤其是在具有高亮度的可見光波長範圍的環境下。
該裝置其他可能使用部件為一收集由場景反射光波之透鏡及一影像感測器(例如飛時測距相機，time-of-flight camera)。此影像感測器測量光波由照明單元出發抵達偵測物體後反射回到照明單元之時間。因此，這類裝置一般包括一照明裝置、一帶通濾波器以及一影像感測器。
WO 2013/010127 A2講述生物統計裝置與方法。其講述之系統包括一光源及一影像裝置。一可用於將影像裝置與人體隔絕之紅外線透明媒體。此紅外線透明媒體可由玻璃或塑膠製成並且可包含鍍膜。此專利文件著重於影像裝置中使用的半導體元件。此影像裝置可包含紅外線濾波器。此專利文件無進一步的細部討論。
US 8750577 B2揭露一使用液態透鏡之眼球掃描認證之方法與儀器。US 2013/02276678 A1敘述一認證行動裝置使用者之方法與系統。許多不同用於生物統計與參數之偵測系統設計已被提出，但其中少有強調裝置中帶通濾波器之最佳化。
紅外線帶通濾波器可使用不同的基板。每一基板皆有其特性，一特性的優點可能伴隨著關於該基板的其他特性的缺點。多數帶通濾波器包括一基板及一至多層的鍍膜。此類濾波器應有的一些特性列舉如下：
-於通帶區間高透射。
-於阻隔區間極低透射。
-刮痕容忍度。
-即使在低厚度時之抗裂度。
-高化學穩定度(如水解穩定度)。
-熱膨脹相容度。
-最佳化之光學特性。
-光學特性之低角度相依性。
-低有毒或環境危害物質之含量。
-低比重量。
-低放射性(螢光、磷光與輻射)。
-低製造成本。
-低厚度及低厚度變動的可得性。
-熱衝擊容忍度。
由於光的強度不能放大至過高，在預期波長之高透射性特別重要。高強度光會損壞使用者的組織，特別是虹膜辨識系統。另外使用高強度的光源照明場景也需要大量的能量。
許多參數偵測系統在行動裝置上，如手機、平板電腦及行動電腦上有所應用。而攜帶式裝置會受環境溫度的影響。例如行動裝置不應只限於室內使用也應可在室外使用。在戶外活動中(如滑雪)極低的氣溫可能會影響裝置。同理，高溫之情況可能在太陽直射裝置的狀況下發生。一般而言，攜帶式電子裝置或一般戶外使用裝置應正常工作之溫度範圍大約 是-40℃至60℃，即意味著其中約有100℃之溫度差距。已知在許多材料中這並不是自明的特性。
已知光學特性不應只滿足其應用之要求，也應在指定之溫度範圍內盡量維持一致。雖然透射較少隨著溫度變化而大幅改變，但折射率隨著溫度不同而有相當程度之變化。即使在某些光學系統中這並不構成問題，但在鍍膜系統中折射系數之改變亦會造成透射的改變。當考量到許多參數偵測系統進行精細的量測時，這些改變會造成較大的影響。在虹膜判別系統的例子中，人類虹膜結構是被偵測的對象，為了確保系統工作正常，系統必須進行校正。系統可能在室溫下完成校正後繼續在極高溫或極低溫的室外使用。此情況下，折射率有高度溫度相依性之系統可能會受到不良的參數偵測所影響，當例如裝置在室溫下校正，然後在實質上不同的溫度下使用。一符合預期之裝置應該即使在低厚度下具有良好的透射特性、刮痕容忍度、濾波器特性、機械穩定度、具低角度相依性的光學特性、低製造成本以及優良的水解與化學穩定度。以上描述之合意特性皆為下述之標的所達成。
第1圖係本發明之一玻璃基板之一透射頻譜。
本發明之目的係為提供可在極端溫差下正常工作之參數偵測系統。
已知使用於參數偵測系統中的一鍍膜濾波器的基板之折射率溫度相依性(Temperature Dependence of Refractive Index)應儘可能的低。本發明提供允許在極端溫差下可正常工作參數偵測系統之系統、帶通濾波器以及用於帶通濾波器的基板。
本發明提供一參數參數偵測系統包括：a.至少一可朝一物體或人體發射光波之光源，b.至少一具有基板與至少一鍍膜之帶通通濾波器，c.可選擇地，至少一可收集已發射光波長之光波的光學透鏡，以及d.至少一影像感測器，置於接收反射自物體或人體之光波之位置，其中，該濾波器被設置為使入射至該透鏡及/或該影像感測器的光線在被該透鏡收集及/或被該影像感測器接收前須先通過該濾波器。
其中，光源所發出的光波為波長780至1000奈米之紅外線，以800至900奈米為佳。
其中，基板為玻璃製並具有0.01至2毫米之厚度。
其中，鍍膜厚度不超過0.5毫米。
其中，基板在-40℃至60℃間之折射率溫度相依度在光波 長850奈米下不超過10×10-6/K。
已發現上述之參數偵測系統具有優異之溫度容忍度，意即在極大的溫差下仍能持續同等效率工作之能力。其中基板在-40℃至60℃間的折射率溫度相依度在光波長850奈米下不超過10×10-6/K之特性，賦予應用於此系統的濾波器具有良好的溫度容忍度。在較佳實施例中，在溫度範圍-40℃至60℃間，基板的折射率溫度相依度應低於8×10-6/K，以低於6×10-6/K為佳，以低於4×10-6/K為更佳，又以低於2.5×10-6/K為最佳。
折射率溫度相依度可藉由在不同溫度下測量基板的絕對折射率而得。就上述所給之溫度值，可藉由量測基板於-40℃與60℃的折射率而決定此值，意即在100K的範圍。本發明之基板下述為真：(n850nm/60℃-n850nm/-40℃)/100K=10×10-6/K或更低 (n為折射率)
已發現當基板的折射率溫度相依度降低，濾波器的溫度相依中央波長漂移(Temperature Dependent Center Wavelength Drift)也會同時降低。在-40℃至60℃的溫度範圍間，本發明的參數偵測系統的濾波器的溫度相依中央波長漂移低於15奈米為佳，以低於10奈米為更佳，以低於5奈米為最佳。溫度相依中央波長漂移係藉由在不同溫度下比較帶通濾波器通帶之中央波長而得。所測得之中央波長與室溫度20℃所測得之中央波長之偏移不應超過上述值之限制。
進一步發現當環境溫度與系統最佳化的溫度有高度差異時，濾波器高折射率溫度相依度會導致不合要求的透射 衰減。
本發明參數偵測系統之光源可為被動光源，例如環境光。一般而言，光源可為任何可發出預期波長之光源。被動光源之範例之一即為太陽光。較佳實施例中的光源為主動光源，如發光二極體(LED)。
影像感測器以能測量波長780至1000奈米之入射光波為佳，以能量測800至900奈米更佳。較佳實施例中，感測器的選擇為飛時測距相機、感光耦合元件(CCD)、互補式金屬氧化物半導體(CMOS)感測器或以上之結合。
可選擇的透鏡以玻璃製造者為佳。其可用於接收由人體或物體所反射的光波。帶通濾波器、光波感測器與可選擇的透鏡可放置在同一罩箱內，光源可設置於同一罩箱或不同的罩箱。系統中的元件可設置在一裝置內，例如為一攜帶式裝置，包括智慧型手機、攜帶式電腦、電腦手錶或平板電腦。然而，此系統也可安裝於固定裝置，如遊戲裝置、電視、個人電腦、內部通訊系統、家庭自動化系統與車輛安全系統。此系統亦可用於具手勢控制之立體影像系統。
特別是本發明之系統、濾波器與基板可用於許多裝置，包括但不限於：智慧型手機、攜帶式電腦、電腦手錶、平板電腦、遊戲裝置、電視、個人電腦、內部通訊系統、家庭自動化系統、車輛安全系統、立體影像系統、手勢控制系統、觸控感測器、指紋感測器、診斷系統、遊戲裝置、互動顯示器、立體感測系統、家電、顯示裝置、虹膜辨識系統與其他。本發明之系統、濾波器與基板可用於許多用途，包括但不限於：虹 膜辨識、立體掃描、互動展示、生物統計資料之探測或測量、手勢控制、遊戲、指紋偵測。此類裝置的零組件可包括但不限於：光學或電子插入物、薄膜電池、照明裝置(特為有機發光二極體或背光裝置)，印刷電路板或其他電子配線裝置、被動式電子元件(特為電容)、覆蓋透鏡、保護層以及/或微機電系統(MEMS)與微光機電系統(MOEMS)。
本發明之參數偵測系統可用於偵測一般為無限制數目之參數。而一先決條件是該參數必須能使用紅外線以光學方法偵測之。較佳實施例中被偵測之參數為人體有關之參數。欲偵測之參數可從人類或動物的虹膜結構、人類或動物的姿態或行動以及人類或動物的生物統計資料(如虹膜結構)中選出。可為偵測的生物統計資料，意即使用本發明系統測量到之生物統計資料，包括附屬於一目標之臉部、手部、視網膜、虹膜、特徵、靜脈或聲音的參數。本發明之系統可用於分析一目標之臉部特徵、指紋、手部幾何(即手部形狀和手指長度)、視網膜(眼球後方微血管分析)，虹膜、靜脈(如手部或手腕背部的靜脈圖樣)。
本發明亦係關於一適用於依據本發明的參數偵測系統之紅外線帶通濾波器。此濾波器包括一玻璃基板與至少一層鍍膜。此濾波器具有波長範圍780至1000奈米之通帶，較佳實施例為800至900奈米。該基板為玻璃所製且具有0.01至2毫米的平均厚度。其鍍膜厚度不得超過0.5毫米。該基板在-40℃至60℃間光波長850奈米下的折射率溫度相依度不超過10×10-6/K。一般而言，濾波器鍍膜之折射率溫度相依度也應有 所限制。濾波器鍍膜之折射率溫度相依度以不超過0.001/K為佳，以小於12×10-6/K為較佳，又以小於10×10-6/K為更佳。
已知當基板的折射率溫度相依度與鍍膜的之折射率溫度相依度相近時為有益的。一般而言，鍍膜的之折射率溫度相依度會高於基板的折射率溫度相依度。較佳實施例中，鍍膜與基板的折射率溫度相依度比例不超過1000，以不超過800為更佳，又以不超過500為更佳，以不超過100為最佳。如果以上條件達成，則裝置溫度容忍度即可提升。
鍍膜可包含複數層。較佳實施例中鍍膜包括10到1000層，以20到200層為更佳，又以30到80層為更佳。
鍍膜可用不同的方法完成，包括物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition)、化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition)、液相沉積(Liquid Phase Depsoition)、離子束濺鍍(Ion Beam Sputtering Decomposition)、磁控濺射(Magnetron Sputtering)、電漿濺射鍍(Plasma Sputtering Decomposition)、熱蒸著鍍(Thermal Evaporation Decomposition)、離子輔助沈積(Ion-Assisted Decomposition)、電子束槍蒸著(Electron Beam Gun Evaporation)、雷射沉積(Laser Deposition)、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxial)、高週波加熱(RF-Heating)或溶膠凝膠(Sol-Gel)。以熱蒸著鍍、離子束濺鍍、或電漿濺射鍍作為鍍膜之方式較佳。鍍膜之目的為反射不應進入濾波器之部分入射光。利用鍍膜達成預期之濾波器通帶特性，玻璃的光學特性條件限制即可降低而只須在通帶區間內具有足夠的透射性。
適合的鍍膜材料係從無機物與有機物鍍膜中選 擇，無機物鍍膜為較佳之選擇，因其通常具有較佳之長期穩定度。較佳的無機物鍍膜材料係從氧化物與氟化物中選出。較佳的鍍膜材料為五氧化二鈮、二氧化鈦、五氧化二鉭、二氧化矽、二氟化鎂，三氧化二鋁，二氧化鉿和二氧化鋅。上述鍍膜材料皆具有小於0.001/K之折射率溫度相依度之特性。具有折射率溫度相依度以小於10×10-6/K的較佳鍍膜材料是選擇自二氧化矽、二氟化鎂、三氧化二鋁和二氧化鉿。
本發明亦係關於一適用於紅外線帶通濾波器之玻璃基板，其中該玻璃基板在波長範圍780到1000奈米與厚度10毫米下具有超過90%之透射率。較佳波長範圍為800到900奈米，其中該基板在-40℃至60℃間光波長850奈米下之折射率溫度相依度不超過10×10-6/K。本發明之玻璃基板具有超過90%的透射率，較佳範例為在波長範圍780到1000奈米超過95%，更佳的波長範圍在基板厚度10毫米下為800至900奈米。高透射的濾波器基板之重要性在於任何光波透射的衰減都需要用高初始光波強度補回，會影響到訊雜比並增高系統的能源消耗，甚至在某些應用上會導致有害的光波強度。
本發明中基板使用之玻璃以具有超過HK0.1/20 450之羅普硬度為佳。足夠之基板硬度為重要的，因其可增長產品總體壽命與避免濾波器表面刮痕之形成。刮痕會造成非預想的反射進而降低偵測效率。一般而言高硬度在濾波器基板中因高硬度使拋光成本貴而非為期望的，但在本發明中使用之玻璃以可以不須拋光之方式製造並擁有優異的表面特性，因此高硬度對該些玻璃並不具有缺點。
在羅普硬度測試中，一菱形鑽石以定時定力施壓於測試材料之表面，之後測量其造成之凹槽深度。鑽石表面具有172.5與130.0度之夾角。鑽石施壓於玻璃平板時造成彈性與塑性變形。此永久性凹槽之尺寸取決於由化學組成決定之材料硬度。羅普硬度係藉由測量凹槽之對角尺寸d並依下列算式而得：HK=1.4233×F/d2。
標準ISO 9385：1990記述了玻璃之標準測量程序。依據此標準，使用測試力0.9807牛頓(等同0.1千克力(kp))測試20秒之羅普硬度測試的結果值HK已列出成表。該測試是在室溫下於已拋光之玻璃表面進行。資料結果四捨五入至10 HK0.1/20。此微硬度為測試力大小之函數，並隨著測試力量的增強而降低。
本發明基板玻璃之平均厚度以0.01至1.2毫米為佳，以0.1至0.7毫米為較佳，以0.5毫米為最佳。本發明使用之玻璃可製成極薄形狀。尤其此玻璃可以極經濟的曳引法(Drawing Medhod)製造，如再曳引(Redraw)、向下曳引(Down Draw)和溢流熔融(Overflow)。浮法製程(Float Process)製程也可為替代使用。
本發明亦包含一偵測至少一參數之方法，包括下列步驟：
a.以780至1000奈米波長之光波照亮一目標或一候選物體，以800至900奈米波長為佳。
b.測量由物體或目標物反射之波長範圍780至1000奈米的光波之至少一特性，以800至900奈米波長為佳。
其中該光波的至少一特性被測量之前，該光波經過至少一紅外線帶通濾波器。此帶通濾波器包括一玻璃基板與至少一層 鍍膜。該濾波器通帶波長範圍為780至1000奈米，以800自900奈米為佳，其中該基板為玻璃所製且厚度為0.01至2毫米，其中該鍍膜厚度不超過0.5毫米。其中該基板在負40℃至60℃間光波長850奈米下的折射率溫度相依度不超過10×10-6/K。
已發現當以玻璃作為本發明系統中濾波器的基板時，高浸濾傾向(leaching Tendency)會導致產品壽命降低與不一致之測量結果。因此，基板使用之理想玻璃應具有低浸濾傾向，以具有ISO719標準HGB1為佳。
如果基板玻璃擁有平整的表面，一致性之結果即可達成。在較佳實施例，基板玻璃之均方根粗糙度(RMS Roughness)應不超過5奈米，以不超過1奈米為更佳。
玻璃之熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion)不應與鍍膜層之熱膨脹係數有過多之差距。已知玻璃具有至少2×10-6/K，不超過11×10-6/K熱膨脹係數為佳，以5×10-6/K，少於8.5×10-6/K為更佳。運用於本發明之較佳玻璃成分如下敘述。
本發明使用之玻璃具有特定成分範圍之特性，在此敘述說明中詳列了玻璃的陽離子成分。這些成分中如無特別註明，則矽代表Si4+、硼代表B3+、鋁代表Al3+、鋰代表Li+、鈉代表Na+、鉀代表K+、鎂代表Mg2+、鈣代表Ca2+、鋇代表Ba2+、鋅代表Zn2+、鈦代表Ti4+、鋯代表Zr4+、砷代表As3+和As5+之集合、銻代表Sb3+和Sb5+之集合，鐵代表Fe3+和Fe4+之集合、鈰代表Ce3+和Ce4+之集合、錫代表Sn2+和Sn4+之集合而硫則代表所有不同價態與氧化數的硫。
適合本發明濾波器基板之玻璃具有某些較佳成 分，如下所敘。該玻璃一般包括陰離子與陽離子成分。玻璃中的陽離子成分以陽離子百分比(cat.-%)表示，亦即，表示該各別陽離子相對於該組成中陽離子的總莫耳量的莫爾比例。玻璃的較佳組成成分，以cat.-%表示，個別陽離子在玻璃陽離子總莫耳含量包括如下：矽40至75cat.-%、硼0至23cat.-%、鋁0至20cat.-%、鋰0至18cat.-%、鈉0至25cat.-%，鉀0至15cat.-%、鎂0至10cat.-%、鈣0至9cat.-%、鋇0至4cat.-%，鋅0至7cat.-%、鈦0至5cat.-%、鋯0至3cat.-%。在較佳實施例中，上述之陽離子應佔玻璃陽離子成分比例95%以上、以97%以上為更佳、以99%為最佳。在最佳實施例中、玻璃陽離子成分應基本只為上述陽離子所組成。
玻璃的陰離子成分以包括至少一選擇自氟(F-)、氧(O2-)或氯(Cl-)的陰離子為佳。玻璃中陰離子成分中氧佔比例以至少95%為最佳、以至少97%為更佳、以至少99%為最佳。在最佳實施例中、玻璃的陰離子成分基本上由氧組成。
一特佳玻璃組成包括下列成分，以cat.-%表示，個別陽離子在玻璃陽離子總莫爾含量中為：矽48至60cat.-%、硼10.5至15.5cat.-%、鋁2至8.5cat.-%、鈉8至14cat.-%，鉀5.5至13.5cat.-%、鋅2至6cat.-%、鈦1至5cat.-%。在較佳實施例中，上述之陽離子應佔玻璃陽離子成分比例至少95%以上、以至少97%為更佳、以至少99%為最佳。在最佳實施例中、玻璃陽離子成分基本由上述陽離子組成。
另一特佳玻璃組成具有下列成分，以cat.-%表示。個別陽離子在玻璃陽離子總莫爾含量中為：矽45至60 cat.-%、鋁14至20cat.-%、鈉15至25cat.-%，鉀1.5至8.5cat.-%、鎂2至9、鋯0.1至1.3cat.-%、鈰0.01至0.3cat.-%。在較佳實施例中，上述之陽離子應佔玻璃陽離子成分比例至少95%以上、以至少97%以上為更佳、以99%以上為最佳。在最佳實施例中、玻璃陽離子成分基本由上述陽離子組成。
在此使用的“無X”或”無內容物X”，特別指玻璃，意指成分基本上不包含該X，亦即該內容物最多係作為雜質或污染而出現在玻璃內，但是並非作為單獨成分而加入玻璃中。此表示成分X並非以基本量(Essential Amounts)加入。本發明之非基本量(Non-essential Amounts)為低於百萬分之一百(100ppm)之量，以低於百萬分之五十(50ppm)為佳、以低於百萬分之十(10ppm)為更佳。因此X可意指為任何成分，例如鉛陽離子或砷陽離子。本發明描述之玻璃以基本上不包含任何非以上所述成分為佳。
玻璃的基質(Matrix)之矽比例為40至75cat.-%。矽為玻璃的基質中重要的網路形成體(Network Former)，因此對玻璃特性相當重要。尤其矽陽離子對玻璃的化學抗蝕性、硬度與抗刮性都是重要的。在較佳實施例中玻璃應至少含有43cat.-%的矽，以至少45cat.-%為更佳，又以至少47.5cat.-%為更佳、以至少48cat.-%為最佳。但是，過高的矽陽離子含量可能造成玻璃轉移溫度升高而導致不經濟的製造成本。因此，在特別較佳實施例中矽陽離子含量的比例最高為75cat.-%，以不超過70cat.-%為更佳，以不超過60cat.-%為最佳。
除矽陽離子之外，玻璃也包含至少一種第二網路形成體。玻璃含有0至23cat.-%硼陽離子作為額外的形成體。 經由硼陽離子本身的網路形成體特性可支撐玻璃的穩定度，但過低的硼陽離子含量可能造成玻璃無法達到要求的穩定度。在較佳實施例中玻璃應至少含有0cat.-%的硼，以至少5cat.-%為更佳，又以至少7.5cat.-%為更佳，以至少10.5cat.-%為最佳。然而硼陽離子的含量太高會導致黏滯性的大量降低，因此降低結晶穩定度是必須被接受的。因此硼陽離子的含量以不超過23cat.-%為佳，以不超過20cat.-%為更佳，又以不超過18cat.-%為更佳，以不超過15.5cat.-%為最佳。
玻璃中矽和硼陽離子的含量總和以40至95cat.-%為佳。在較佳實施例中玻璃矽和硼陽離子的含量總和以至少45cat.-%為佳，以至少48cat.-%為更佳，又以至少50cat.-%為更佳，以至少60cat.-%為更佳。玻璃中矽和硼陽離子的含量總和不超過95cat.-%為佳，以不超過85cat.-%為更佳，又以不超過75cat.-%為更佳，以不超過72cat.-%為最佳。
已知折射率溫度相依度受玻璃中的網路形成體鋁、矽與硼所影響。因此，玻璃中鋁硼總和相對於矽陽離子的比例為0至1。此比例以從大於0至0.8為佳、以從大於0.25至0.6為更佳，以從大於0.3至0.4為最佳。
玻璃中鋁陽離子的含量以0至20cat.-%為佳。添加鋁陽離子造成玻璃形成特性之改良並普遍可改善化學抗蝕性。在較佳實施例中玻璃應至少含有0cat.-%的鋁，以至少含有1cat.-%為較佳，又以至少含有2cat.-%為更佳，以至少含有3cat.-%為最佳。但鋁陽離子含量過高會增加結晶的傾向，因此鋁陽離子的含量以不超過20cat.-%為佳，以不超過15cat.-%為 更佳，又以不超過10cat.-%為更佳，以不超過8cat.-%為最佳。
玻璃以含有助熔劑(Fluxing Agent)以改善熔化特性，尤以包含鹼金屬陽離子以及/或鹼土金屬陽離子為佳。助熔劑之總量Σ{ΣR2+(R=Mg,Ca,Sr,Ba)+ΣR+(R’=Li,Na,K)}以介於5至40cat.-%為佳。在較佳實施例中玻璃應至少含有5cat.-%總量的助熔劑，以至少含有7cat.-%為更佳，又以至少含有12cat.-%為更佳，以至少含有15cat.-%為最佳。如助熔劑含量過高會降低化學抗蝕性，因此助熔劑的總含量以不超過35cat.-%為佳，以不超過30cat.-%為更佳，又以不超過25cat.-%為更佳，以不超過23cat.-%為最佳。
鹼金屬陽離子可增加玻璃之可熔性並允許經濟之生產方式，並在以離子交換處理(ion exchange treatment)進行玻璃化學強化之過程中可能為必須的。鹼金屬陽離子在玻璃製造過程中作為助熔劑。玻璃中鹼金屬陽離子鋰、納與鉀的含量總和以0至35cat.-%為佳。在較佳實施例中玻璃應至少含有5cat.-%總含量的鹼金屬陽離子，以至少含有7cat.-%為更佳，又以至少含有10cat.-%為更佳，以至少含有15cat.-%為最佳。然而，如助熔劑含量過高會降低玻璃耐候性(Weathering Resistance)，因此應用範圍可能會強烈地被限縮，因此鹼金屬陽離子的總含量以不超過35cat.-%為佳，以不超過30cat.-%為更佳，又以不超過25cat.-%為更佳，以不超過23cat.-%為最佳。
玻璃中鋰陽離子的含量以0至18cat.-%為佳。鋰作為助熔劑並具有優良的離子交換強化特性。但鋰會大幅度影響玻璃化學穩定度，因此含量必須有所限制。鋰陽離子含量以不超過 18cat.-%為佳，以不超過10cat.-%為更佳、又以不超過3cat.-%為更佳，以不超過1cat.-%為最佳。在較佳實施例中玻璃不含鋰。
玻璃中鈉陽離子含量為0至25cat.-%。鈉為離子交換處理之優良成分，但如同其他鹼金屬離子會降低化學穩定性，故含量不可過多。在較佳實施例中玻璃包含鈉成分至少3cat.-%，以至少5cat.-%為更佳，又以至少8cat.-%為更佳，以至少9cat.-%為最佳。玻璃內鈉陽離子含量不超過23cat.-%為佳，以不超過22cat.-%為更佳，又以不超過20cat.-%為更佳，以不超過15cat.-%為最佳。
玻璃中鉀陽離子按比例以0至15cat.-%為佳。鉀對化學穩定度的負面影響較其他鹼金屬離子低，但鉀並不適合用於離子交換處理。另外，鉀因含有會發出貝塔射線之同位素，故鉀的含量也應設限為佳。在較佳實施例中，玻璃包含鉀成分至少1cat.-%，以至少2cat.-%為更佳，又以至少3cat.-%為更佳，以至少5.5cat.-%為最佳。玻璃內鉀陽離子含量不超過15cat.-%為佳，以不超過13cat.-%為更佳，又以不超過12cat.-%為更佳。
已知在玻璃中同時使用鈉與鉀可降低玻璃基板的浸濾傾向，且將鈉與鉀的cat.-%按比例保持為至5為佳，以小於4.5為更佳，又以小於3.5為更佳，又以小於2.0為更佳，以小於1.6為最佳。藉由保持低比例，意即鈉不超出鉀含量的特定倍數，可提供玻璃良好的熔度以及優良的抗化學性與抗水解性。特為此玻璃符合ISO 719：1989中HGB1標準。但為了使熔化粘性能到達期望值，鈉與鉀的比例以超過0.5為佳，以超過0.7為更佳，以超過0.8為最佳。
鹼土金屬陽離子可改善玻璃的可熔度並允許較經濟的製造。在玻璃製造過程鹼土金屬陽離子作為助熔劑。鹼土金屬陽離子鎂、鋇與鈣總和在玻璃中以0至15cat.-%為佳。鹼土金屬陽離子對玻璃在離子交換處理中之抗化學性少有正面影響，因此本發明之玻璃以不包含任何鹼土金屬陽離子為佳。玻璃中鹼土金屬陽離子總和以不超過13cat.-%為佳，以不超過10cat.-%為更佳，又以不超過5cat.-%為更佳，以不超過1cat.-%為最佳。在較佳實施例中，玻璃不含任何鹼土金屬。此外鹼土金屬陽離子與鋅陽離子可用於調整玻璃之熔度，尤其是微調熔度-溫度特徵(Viscosity-Temperature Profile)。此外，鹼土金屬陽離子與鋅陽離子如同鹼金屬陽離子可用為助熔劑。玻璃以至少不含下列成分之一為佳：鎂陽離子、鈣陽離子、鍶陽離子、鋇陽離子與鋅陽離子。玻璃以不含下列成分為佳：鎂陽離子、鈣陽離子、鍶陽離子、鋇陽離子。
玻璃中含鎂陽離子按比例以0至10cat.-%為佳，鎂陽離子的含量以不超過8cat.-%為佳，以不超過6cat.-%為更佳。在較佳實施例中玻璃不含鎂。玻璃中鈣陽離子的含量以0至9cat.-%為佳，鈣陽離子的含量以不超過8cat.-%為佳，以不超過3cat.-%為更佳。在較佳實施例中玻璃應不含鈣。玻璃中鋇陽離子的含量以0至4cat.-%為佳，鋇陽離子的含量以不超過4cat.-%為佳，又以不超過3cat.-%為更佳，又以不超過2cat.-%為更佳，以不超過1cat.-%為最佳。在較佳實施例中玻璃不含鋇。在較佳實施例中玻璃不含鍶。
在玻璃中所含鋅陽離子按比例以0至7cat.-%為 佳。鋅陽離子可能參雜在玻璃中作為額外的助熔劑並同時調整目標熔點。藉由加入鋅作為網路改質劑(Network Modifier)可降低玻璃的熔點。在較佳實施例中玻璃包含有至少1cat.-%的鋅，以至少2cat.-%為更佳，又以至少3cat.-%為更佳。但鋅陽離子含量過高可能導致玻璃熔點的降低，因此鋅含量以不超過6cat.-%為佳，以不超過5cat.-%為更佳。
玻璃中所含鈦陽離子按比例以0至5cat.-%為佳。鈦陽離子加入玻璃中以增進光學特性。尤其是鈦加入後可調整玻璃折射率至目標值。折射率係隨著玻璃中鈦陽離子含量一起提升。加入鈦陽離子有另一優點，即玻璃透射光譜(Transmittance Spectrum)的紫外線邊界移動至較高波長。鈦加入的越多，此邊界移動也越高。在較佳實施例中，玻璃有包括至少0.1cat.-%的鈦。以至少0.5cat.-%為佳，又以至少1cat.-%為更佳，以至少2cat.-%為最佳。但過高的鈦陽離子含量可能會造成玻璃非預期之玻璃結晶。鈦陽離子可能會增加玻璃之折射率。尤其是與鋯陽離子同時存在時，鈦陽離子可能惡化藍光光譜範圍的透射，而導致紫外線邊界移動至較高波長。因此鈦含量以不超過5cat.-%為佳，以不超過4cat.-%為更佳。
玻璃中所含鋯陽離子按比例以0至3cat.-%為佳。鋯陽離子可用於調整玻璃的折射率。但過高的鋯陽離子含量可能降低玻璃的可熔度並特為可導致更強的結晶。鋯含量以不超過2cat.-%為佳，以不超過1cat.-%為較佳，以不超過0.5cat.-%為更佳。在較佳實施例中，玻璃不含鋯。
範例範例玻璃基板與與範例濾波器已製造且一些 特性完成測量。受測試的玻璃組成已列在表一中。
組成範例：
表一列出適於用於本發明玻璃基板之玻璃組成範例，表中使用之單位為cat.-%。表一所示的玻璃中陰離子成分僅含氧化物，即玻璃為氧化的。
以上之組成為玻璃的所量測之最終組成。熟知此技藝之人員皆可藉由熔解必須之素材而獲得此些玻璃。
基板玻璃製造
玻璃係由適宜的素材製造，以獲得表一所示之最終組成。素材在熔融坩堝(Melting Crucible)中熔解，熔解後，玻璃進 而被製成厚度約0.3毫米的玻璃體。
上述之玻璃皆可用下拉法所製成。下拉法為熟知此類技藝之人員所知。此法為製造薄型玻璃體之極經濟方式。並非所有的玻璃皆可以下拉法製成薄型玻璃體，本發明所使用玻璃的一優點為其玻璃組成皆可以下拉法處理。另一替代方法為熟知此類技藝之人員所知的溢流熔融法。
此外本玻璃亦可用再曳引法製成，如US 2015/0274573 A1或US 2014/0357467 A1所描述
表一中玻璃的折射率溫度相依度皆經過測量。測量時採取下列步驟。首先，測量-40℃時的折射率。第二，測量60℃時的折射率。接著，以下列方程式得到此玻璃之折射率溫度相依度。
(n850nm/60℃-n850nm/-40℃)/100K=10×10-6/K或更低 (n為折射率)
在製造玻璃和形成薄型基板之後，基板上再鍍上鍍膜以製成紅外線帶通濾波器。共計鍍有40層的鍍膜。紅外線帶通濾波器具有許多好處包括：於通道波段內良好的透射率以及優良的溫度容忍性。

Claims (19)

  1. 一種參數偵測系統，包括：a.至少一光源，可朝一物體或人體發射光波，b.至少一帶通濾波器，具有一基板與至少一鍍膜，及c.至少一影像感測器，被設置用以接收從該物體或該人體反射的光線，其中，該濾波器被設置於影像感測器之入射光波在被影像感測器接收前須先通過濾波器之位置；其中，該光源所發出的光波為波長780至1000奈米之紅外線；其中，該濾波器有一通帶，波長範圍780至1000奈米；其中，該基板為玻璃製並具有0.01至2毫米的厚度；其中，該鍍膜厚度不超過0.5毫米；其中，該基板在溫度範圍-40℃至60℃，在光波長850奈米下的折射率溫度相依度不超過10×10-6/K。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統，其中，該系統更包含至少一光學透鏡，可收集被發射波長之光波；其中，該濾波器被設置為使入射至該透鏡及/或該影像感測器的光線在被該透鏡收集及/或被該影像感測器接收前須先通過該濾波器。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之參數偵測系統，其中，該光源為被動式光源，如環境光。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之參數偵測系統，其中該光源為主動式光源，如發光二極體。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項其中之一所述之參數偵測系統，其中，被偵測之參數為人體有關之參數。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項其中之一所述之參數偵測系統，其中，被偵測之參數為人體或動物之虹膜結構、一物體的姿態或行動或一動物或人體之生物統計資料。
  7. 一種紅外線帶通濾波器，用於如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統，包括一玻璃製基板及至少一鍍膜，該濾波器具有通帶區間為780至1000奈米；其中，該基板為玻璃製並具有0.01至2毫米之厚度；其中，該鍍膜的厚度不超過0.5毫米；其中，該基板的折射率溫度相依度在波長850奈米與溫度-40至60℃間不超過10×10-6/K。
  8. 一種玻璃基板，用於如申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器，其中，該玻璃基板在波長範圍780至1000奈米間具有超過90%之透射率；其中，該玻璃基板在鍍上厚度不超過0.5毫米之鍍膜後，折射率溫度相依度在波長850奈米與溫度-40至60℃間不超過10×10-6/K。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板，其中，該玻璃基板在波長範圍780至1000奈米間具有超過90%之透射率。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板，其中，該玻璃基板在波長範圍780至1000奈米間具有超過95%之透射率。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板，其中，該玻璃基板具有超過450 HK0.1/20之羅普(Knoop)硬度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板，其中，該玻璃基板之平均厚度為0.01至1.2毫米。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板，其中，該玻璃之平均厚度為0.1至0.7毫米。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板，其中，該玻璃具有以物理氣相沉積而得之複數層鍍膜。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板，其中，該玻璃具有以溶膠凝膠(sol-gel)製程而得之複數層鍍膜。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板，其中，該玻璃以拉曳(Drawing)製程而得，如再曳引法、下拉法或溢流熔融法。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板，其中，該玻璃以浮法製程而得。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之參數偵測系統、申請專利範圍第7項所述之紅外線帶通濾波器或申請專利範圍第8項所述之玻璃基板之用途，其係用於智慧型手機、攜帶式電腦、電腦手錶、平板電腦、遊戲裝置、電視、個人電腦、內部通訊系統、家庭自動化系統、車輛安全系統、立體影像系統、手勢控制系統、觸控感測器、指紋感測器、診斷系統、遊戲裝置、互動顯示器、立體感測系統、家電、顯示裝置與虹膜辨識系統。
  19. 一種偵測至少一參數之方法，包括以下步驟a.以波長範圍780至1000奈米之光波照射一物體或目標物，b.測量由物體或目標物反射之波長範圍780至1000奈米的光波之至少一特性，其中，在該光波的該至少一特性被測量前，該光波經過至少一紅外線帶通濾波器，該紅外線帶通濾波器包括一玻璃基板與至少一層鍍膜，該濾波器的通帶波長範圍為780至1000奈米；其中，該基板為玻璃製，且厚度0.01至2毫米；其中，該鍍膜厚度不超過0.5毫米；其中，該基板的折射率溫度相依度，在波長850毫米與溫度負40至60℃間不超過10×10-6/K。
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