在生物识别系统中,光学镀膜的主要使命是:
提升信噪比:最大化信号光(如人脸反射光、指纹谷脊反射光)的透过率,最小化杂散光、环境光等噪声的干扰。
实现精准光谱控制:确保光学元件只对特定波段(如红外、可见光)工作,过滤无用或有害光线。
保护脆弱传感器:防止水汽、氧气、灰尘、刮擦等对核心光学和传感元件的损害。
实现微型化与集成化:通过薄膜光学替代部分体积庞大的光学元件,使设备更轻薄。
1. 红外带通滤光片
挑战:人脸识别系统通常使用近红外光源(如850nm, 940nm)进行补光和成像,需要有效隔绝强烈的可见光(尤其是日光)干扰。
解决方案:在镜头上或传感器前沉积红外带通滤光膜。
PVD技术与膜系:采用磁控溅射或离子束溅射,沉积数十至上百层的交替介质膜(如SiO₂/Nb₂O₅),构成一个精确的干涉滤光片。它只允许特定窄波段的红外光(如940nm±10nm)高透过(>90%),而对可见光及其他波段的红外光则予以深度截止(阻挡率>OD4)。
价值:极大提升红外图像信噪比,确保在强光下也能精准识别。
2. 增透膜
应用位置:识别系统的镜头组、保护窗口、红外光源的出光窗口。
解决方案:在上述每个空气-玻璃界面沉积宽带增透膜。
PVD技术与膜系:采用电子束蒸发或磁控溅射,沉积多层(如MgF₂/SiO₂/TiO₂)介质膜,将单个界面的反射率从4%降至0.2%以下。
价值:减少鬼影和眩光,增加透光量,使图像更清晰,并降低对补光灯功率的要求。
1. 微透镜阵列光学膜
挑战:屏下光学指纹识别中,光线需要穿透屏幕多层结构,信号强度大幅衰减。
解决方案:在微透镜阵列和传感器表面沉积增透膜,并在特定界面可能使用增反膜以引导光路。
PVD技术:晶圆级磁控溅射,确保在微小的透镜表面实现纳米级精度的均匀镀膜。
价值:最大化每一颗微透镜的集光效率,捕捉最微弱的指纹信号。
2. 超声波指纹传感器保护膜
挑战:对于超声波指纹识别,其传感器压电材料需要一层既超薄又能有效防护水汽和物理刮擦的封装层。
解决方案:沉积类金刚石碳膜 或氮化铝等复合薄膜。
PVD技术:低温磁控溅射或PECVD。
价值:DLC膜兼具高硬度、高致密性、声波高透过率和生物相容性,是理想的保护层。
1. 传感器窗口功能膜
应用:用于血氧、心率等光学生物传感器。
解决方案:在传感器的LED发射器和光电探测器窗口上,分别沉积精准的带通滤光膜。
功能:确保发射的特定波长光线(如绿光用于测心率,红光/红外光用于测血氧)纯净射出,并只允许该波长的反射光被探测器接收,严格屏蔽环境光和其他电子元件发出的杂散光。
2. 疏水抗指纹膜
应用:所有生物识别设备的外表面保护玻璃(如手机屏幕、传感器窗口)。
解决方案:通过PVD蒸发技术在表面沉积一层含氟硅烷的AF膜。
价值:形成低表面能涂层,实现疏水疏油,防止指纹和污渍残留,保持光学窗口持久清洁,确保识别不受影响。同时,AF膜通常与抗眩光膜结合,通过沉积一层微粗糙的SiO₂膜,将镜面反射变为漫反射,削弱环境光干扰。