ИК-фильтры охватывает более широкий набор вариантов, чем подразумевает большинство чертежей, и именно различия между ними определяют и характеристики, и цену. В этой статье сравниваются практические варианты, доступные для биометрия и распознавание отпечатков пальцев, — подложка, процесс нанесения покрытия, толщина и допуск, — и показано, где каждый компромисс оправдан, а где нет.
ИК-фильтры в Биометрия и распознавание отпечатков пальцев
Для биометрия и распознавание отпечатков пальцев это означает конкретный набор требований, а не общее предпочтение качества. Биометрические системы должны отделить живой сигнал от всего остального в сцене, что делает спектральную фильтрацию основной функцией оптики. Системы распознавания отпечатков пальцев и радужной оболочки работают на заданных длинах волн, часто при подсветке в ближнем инфракрасном диапазоне, и фильтр, пропускающий не ту полосу, подорвёт распознавание так же надёжно, как грязный сенсор.
Особенности покрытия и осаждения
Дихроичные конструкции ИК-отсечки содержат примерно от двадцати до шестидесяти слоёв чередующихся оксидов с высоким и низким показателем преломления, причём толщины слоёв управляют и положением, и крутизной границы. Стандартный процесс — осаждение с ионной ассистенцией, потому что оно даёт плотные слои, не смещающиеся от влажности; покрытие без ионной ассистенции может уйти на несколько нанометров после недели во влажном помещении. Остаточным отражением в видимой области нужно управлять, поскольку сильное отражение даёт тот зелёный или пурпурный блик, знакомый по плохо покрытым окнам камер; обычно поверх дихроичного стека добавляют широкополосные просветляющие слои. Для Биометрия и распознавание отпечатков пальцев решите также, нужен ли твёрдый гидрофобный наружный слой, потому что он меняет и долговечность, и цену детали.
Что определяет стоимость и срок поставки
Число слоёв — главный рычаг стоимости. Простой стек ИК-отсечки — рутинный цикл в камере; добавление широкополосного просветления на второй поверхности, гидрофобного верхнего слоя или ужесточение перехода с 30 nm до 10 nm каждое добавляет время в камере, повышает чувствительность к ошибке толщины слоя и снижает выход годных, поэтому цены растут быстрее, чем следует из числа слоёв. Марка и толщина подложки значат меньше, чем ожидается, кроме сапфира, который существенно дороже во всех отношениях. Размер — второй рычаг: детали, которые удобно помещаются внутри равномерной зоны камеры, стоят за единицу куда меньше тех, что приходится ставить у края, где равномерность толщины хуже. В Биометрия и распознавание отпечатков пальцев самая дешёвая реальная экономия обычно приходит от ослабления требований по углу, а не от смены материала.
Выбор подложки и материала
Подложка определяет пропускание, толщину и долговечность. B270 и боросиликат D263T — стандартные носители для окон камер и сенсоров: прозрачные, размерно стабильные и достаточно тонкие, чтобы ламинироваться или встать за объективом. Поглощающее синее стекло применяют там, где ближний ИК нужно убрать без зависящего от угла покрытия, и его также можно сочетать с дихроичным слоем, чтобы сделать границу резче. Сапфир входит в игру, когда окно должно сопротивляться истиранию — портативные устройства и приборы для работы на улице, — а его твёрдость даёт ещё и более широкую полосу пропускания, примерно до 4.5 микрометра. В Биометрия и распознавание отпечатков пальцев подложку обычно задают вместе с длиной волны отсечки, потому что они взаимодействуют: дихроичная граница, нанесённая на подложку с собственной полосой поглощения в ближнем ИК, покажет более синее смещение, чем тот же стек на прозрачном стекле.
Сравнение с альтернативами
Прямые альтернативы ИК-фильтру с покрытием — поглощающее синее стекло, поглощающий краситель на полимерной плёнке и удаление полосы программно. Поглощающее стекло выигрывает в независимости от угла и прочности, но добавляет толщину, вес и цветовой оттенок. Плёночные решения дешевы и тонки, что подходит потребительским модулям, но они деградируют под УФ и теплом, и их нельзя использовать при повышенном потоке. Программная коррекция снижает утечку ближнего ИК без какого-либо компонента, но не может восстановить информацию, которую сенсор не разделил по каналам, и полностью не работает в одноканальных или монохромных системах. Для приборов, машинного зрения и наружной съёмки в Биометрия и распознавание отпечатков пальцев дихроичный фильтр на тонкой стеклянной подложке по-прежнему даёт лучшее сочетание резкости границы, пропускания и срока службы.
Как ИК-фильтры работает на практике
ИК-фильтр убирает спектральную полосу, которую сенсор иначе зафиксировал бы, и делает это одним из двух способов. Дихроичный фильтр отражает ближний инфракрасный свет многослойным интерференционным стеком, поэтому ничего не поглощается и деталь остаётся холодной; фильтр из синего или поглощающего стекла убирает ту же полосу, поглощая её в объёме материала. Дихроичные конструкции дают более резкие границы, более высокое пропускание в видимой области и точно настраиваемую длину волны отсечки, но их граница смещается с углом. Поглощающее стекло нечувствительно к углу и дешево, но оно толще, тяжелее, и его отсечка задана химией. В Биометрия и распознавание отпечатков пальцев выбор обычно сводится к тому, какая часть поля зрения приходит внеосевыми лучами: узкий апертурный конус благоприятствует дихроичной конструкции, тогда как широкоугольному объективу часто нужен поглощающий или гибридный вариант, чтобы избежать цветового оттенка по кадру.
Требования, специфичные для Биометрия и распознавание отпечатков пальцев
Для биометрия и распознавание отпечатков пальцев это означает конкретный набор требований, а не общее предпочтение качества. Биометрические системы должны отделить живой сигнал от всего остального в сцене, что делает спектральную фильтрацию основной функцией оптики. Системы распознавания отпечатков пальцев и радужной оболочки работают на заданных длинах волн, часто при подсветке в ближнем инфракрасном диапазоне, и фильтр, пропускающий не ту полосу, подорвёт распознавание так же надёжно, как грязный сенсор.
- Жёсткое определение полосового пропускания или ИК-отсечки на рабочей длине волны
- Царапиностойкая поверхность, обращённая к пользователю
- Стабильное поведение в широком диапазоне углов падения
- Высокое пропускание для подсветки малой мощности
Контекст ISO/IEC 19794 по качеству биометрических данных, чертежи по ISO 10110, плюс декларации RoHS и REACH.
Данные для выбора одним взглядом
| Параметр | Типичное значение | Примечания |
|---|---|---|
| Граница отсечки ИК-фильтра | 630 - 700 nm | Настроена под чувствительность сенсора |
| Пропускание в видимой области | T ≥ 90 %, R ≤ 1 % | Среднее по 420 - 620 nm |
| Блокировка ближнего ИК | OD2 - OD4 (1 % - 0.01 %) | 700 - 1100 nm |
| Крутизна границы | Переход 10 - 30 nm | Дихроичные конструкции |
| Угол падения | 0 - 30° задаётся | Полоса пропускания смещается в синюю область с ростом угла |
| Допуск на длину волны | ± 5 nm стандартно, ± 2 nm прецизионно | Измеряется при заданном угле падения |
| Подложка | B270, D263T, синее стекло, сапфир | Поглощающий вариант убирает ближний ИК без углового сдвига |
| Толщина | 0.3 - 3 mm | 0.55 - 1.1 mm типично для окон камер |
| Внешние воздействия | Испытания на влажность, соляной туман, истирание | MIL-C-48497 / MIL-PRF-13830B |
Часто задаваемые вопросы
Какую длину волны отсечки задавать?
Большинству кремниевых сенсоров нужна отсечка между 650 и 680 nm, до того как начнёт расти их чувствительность в ближнем ИК. Если рядом в применении есть подсветка на 850 nm, ужесточьте блокировку до OD3 и сверьте положение границы с длиной волны источника.
Почему изображение выглядит зелёным по углам?
Это угловой сдвиг. Дихроичная граница смещается в сторону коротких волн с ростом угла падения, поэтому внеосевые лучи теряют синий свет и края кадра меняют цвет. Решения — более широкий переход, поглощающий элемент или перенос фильтра ближе к диафрагме.
Поглощающее синее стекло лучше дихроичного покрытия?
Зависит от апертурного угла и бюджета. Синее стекло не зависит от угла, прочнее и дешевле, но толще и хуже управляется по отсечке. Дихроичное покрытие даёт более резкую, настраиваемую границу в более тонкой детали ценой чувствительности к углу.
Нужно коммерческое предложение на ик-фильтры?
Пришлите чертёж, целевую спецификацию или требования к покрытию — оптический инженер ответит в течение 24 часов, указав цену и срок поставки.
Запросить предложение Написать инженеру