CN104422978A - 红外线滤除元件 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种红外线滤除元件，其包含一透明基底以及一红外线滤除复层膜。红外线滤除复层膜设置于透明基底上，且红外线滤除复层膜包含多个第一种膜层、多个第二种膜层、多个第三种膜层以及多个第四种膜层，其中，所述膜层以梯度折射率的方式排列，且至少两种膜层以混合材质制作。当满足特定条件时，可有效改善色偏的问题。

Description

红外线滤除元件

技术领域

本发明是有关于一种滤光元件，且特别是有关于一种滤除红外线的滤光元件。

背景技术

一般光学影像系统是由物侧端的镜片组与像侧端的电子感光元件所构成，由于电子感光元件会对红外光产生响应，因此容易造成色彩失真，而目前大多通过红外线滤除元件的配置滤除红外线，以避免颜色失真。习用的红外线滤除元件仅由高折射率(TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅等)与低折射率(SiO₂、MgF₂等)的薄膜所交互堆叠而成，其利用光波的干涉达到过滤特定波长的光线。

近年来应用于电子产品的光学影像系统不断地朝轻薄及广视角等方向发展，光学影像系统的总光程（Total track）因此必须缩短，并使主光线角（Chiefray angle）变大。然而，红外线滤除元件在主光线角变大时，易于影像周边产生光线耗损而导致色偏（Color shift）的问题，若干涉型红外线滤除元件的膜层堆叠层数较多，将使应力分布不均而导致元件翘曲（Warpage）。

发明内容

本发明的一目的是在提供一种红外线滤除元件，可有效改善色偏的问题、减少透明基底翘曲发生的机率及降低各膜层间的内应力，更可减低镀膜表面的粗糙度、简化制程，以提升生产合格率及效率。

依据本发明的一实施方式，提供一种红外线滤除元件，其包含一透明基底以及一红外线滤除复层膜。红外线滤除复层膜设置于透明基底上，且红外线滤除复层膜包含多个第一种膜层、多个第二种膜层、多个第三种膜层以及多个第四种膜层，其中，所述膜层以梯度折射率的方式排列，且至少两种膜层以混合材质制作。第一种膜层的折射率为NA，第二种膜层的折射率为NB，第三种膜层的折射率为NC，第四种膜层的折射率为ND，红外线滤除复层膜的总膜层数为TL，其满足下列条件：

2.2≤NA<2.4；

1.9≤NB<2.2；

1.6≤NC<1.9；

1.4≤ND<1.6；以及

80≤TL。

通过上述红外线滤除元件可知，红外线滤除复层膜中设置有至少四种折射率的膜层，且各膜层的折射率依序以梯度方式配置(即满足上述条件式)，可有效改善色偏的问题，且所述膜层中至少有两种膜层以混合材质制作，再配合膜层数量的配置，可减少透明基底翘曲发生的机率及降低各膜层间的内应力，更可减低镀膜表面的粗糙度、简化制程，以提升生产合格率及效率。

附图说明

图1其绘示依照本发明第一实施例的一种红外线滤除元件的示意图；

图2其绘示依照本发明第二实施例的一种红外线滤除元件的示意图；

图3为图1红外线滤除元件的穿透响应光谱；

图4为图2红外线滤除元件的穿透响应光谱；以及

图5为上述比较例红外线滤除元件的穿透响应光谱。

【符号说明】

红外线滤除元件：100、200

透明基底：110、210

红外线滤除复层膜：120、220

第一种膜层：121、221

第二种膜层：122、222

第三种膜层：123、223

第四种膜层：124、224

NA：第一种膜层的折射率

NB：第二种膜层的折射率

NC：第三种膜层的折射率

ND：第四种膜层的折射率

TL：红外线滤除复层膜的总膜层数

D：红外线滤除元件在554nm至700nm的波段，其穿透响应值的衰减率

具体实施方式

本发明提供一种红外线滤除元件，包含一透明基底以及一红外线滤除复层膜。红外线滤除复层膜设置于透明基底上，且红外线滤除复层膜包含多个第一种膜层、多个第二种膜层、多个第三种膜层以及多个第四种膜层，其中，所述膜层以梯度折射率的方式排列，且至少两种膜层以混合材质制作。第一种膜层的折射率为NA，第二种膜层的折射率为NB，第三种膜层的折射率为NC，第四种膜层的折射率为ND，且红外线滤除复层膜的总膜层数为TL，并满足下列条件：2.2≤NA<2.4；1.9≤NB<2.2；1.6≤NC<1.9；1.4≤ND<1.6；以及80≤TL。

通过上述红外线滤除元件可知，红外线滤除复层膜中包含至少四种具有不同折射率的膜层，且各膜层依照其折射率大小以梯度方式(由大至小及由小至大)配置，可有效改善色偏的问题。再者，至少有两种膜层以混合材质制作，再配合膜层的总数可减少透明基底翘曲发生的机率及降低各膜层间的内应力，更可减低镀膜表面的粗糙度、简化制程，以提升生产合格率及效率。

上述的混合材质可以金属氧化物及二氧化硅混合而成。借此，可有效减少透明基底翘曲发生的机率及降低各膜层间的内应力，提升生产合格率及效率。

第一种膜层的折射率为NA，第二种膜层的折射率为NB，第三种膜层的折射率为NC，第四种膜层的折射率为ND，其可满足下列条件：NA-NB≥0.1；NB-NC≥0.1；以及NC-ND≥0.1。通过不同膜层间较大的折射率差异，可加强红外线滤除的效果。较佳地，可满足下列条件：NA-NB≥0.15；NB-NC≥0.15；以及NC-ND≥0.15。

红外线滤除元件在554nm至700nm的波段，其穿透响应值的衰减率为D，其可满足下列条件：1%≤D≤30%。借此，可有效改善入射光在红光波段的衰减幅度，减缓色偏的问题。较佳地，可满足下列条件：1%≤D≤20%。

本发明所述的红外线滤除元件可为红外线滤光片，而所述的穿透响应值系指特定波段的光线通过红外线滤除元件的穿透率与感光元件相对响应值相乘后的总和，且所述的衰减率系指特定波段的光线因主光线角的角度不同而在穿透响应值上产生的变化。

穿透响应值的算式如下：

$\mathrm{TR}=\underset{i=m}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_i{Y}_i$

其中，TR为穿透响应值（Transmittance Response Value），m为起始波长，n为结束波长，且m、n皆为整数，X为穿透率（Transmittance），Y为感光元件相对响应值（Relative Response）。

衰减率的算式如下：

$D=(1-\frac{{\mathrm{TR}}_2}{{\mathrm{TR}}_1})\&times;100$

其中，D为衰减率（Decrement），TR₁为主光线角为0度时的穿透响应值，TR₂为主光线角为30度时的穿透响应值。本技术领域的通常知识者应当理解，前述的衰减率，可视同是红外线滤除元件的穿透响应值的衰减率。

透明基底的材质可为塑胶或玻璃，当透明基底的材质为塑胶时，不仅可有效降低制作成本，且红外线滤除复层膜更可制镀于具屈折力的塑胶光学镜片上，以加强红外光滤除与色偏修正的效果。另外，红外线滤除复层膜可通过任何适用的已知镀膜技术完成，例如是蒸镀、溅镀等。

根据上述实施方式，以下提出具体实施例并配合图式予以详细说明。

<第一实施例>

请参照图1，其绘示依照本发明第一实施例的一种红外线滤除元件100的示意图。由图1可知，红外线滤除元件100包含一透明基底110以及一红外线滤除复层膜120，其中红外线滤除复层膜120设置于透明基底110上，并包含四种具有不同折射率的膜层(121-124)，且所述膜层(121-124)的排列以梯度折射率的方式配置。

详细来说，透明基底110的材质为玻璃(B270-1)，折射率为1.5081。

红外线滤除复层膜120中，四种具有不同折射率的膜层(121-124)分别为第一种膜层121、第二种膜层122、第三种膜层123以及第四种膜层124，且各膜层的数量分别为多个。第一种膜层121的折射率为NA，第二种膜层122的折射率为NB，第三种膜层123的折射率为NC，第四种膜层124的折射率为ND。

就材质而言，本实施例中，红外线滤除复层膜120中包含两种膜层(第二种膜层122以及第三种膜层123)以金属氧化物Nb₂O₅及二氧化硅SiO₂混合而成的混合材质制成，而第一种膜层121及第四种膜层124则以单一材质制成。详细材质及其混合比例请参照下列表一。

再配合参照下列表二。

由上述表二可知，第一实施例中，红外线滤除复层膜120的总膜层数(也就是第一种膜层121、第二种膜层122、第三种膜层123以及第四种膜层124的总数)为TL，而TL总共为118层。各种膜层的排列方式则由具有最高折射率膜层的第一种膜层121开始，依据折射率由大至小，再由小至大的顺序向上堆叠。

再根据上述表二可知，第一种膜层121的折射率为NA，第二种膜层122的折射率为NB，第三种膜层123的折射率为NC，第四种膜层124的折射率为ND，其满足下列条件：

NA-NB=0.2886；

NB-NC=0.2885；以及

NC-ND=0.2885。

继续参照下列表三。

配合参照图3，为图1红外线滤除元件100的穿透响应光谱，其中图3中的斜线区块即示意不同主光线角(由表三可知，主光线角分别为0度及30度)在红光波段的衰减幅度。

<第二实施例>

请参照图2，其绘示依照本发明第二实施例的一种红外线滤除元件200的示意图。由图2可知，红外线滤除元件200包含一透明基底210以及一红外线滤除复层膜220，其中红外线滤除复层膜220设置于透明基底210上，并包含四种具有不同折射率的膜层(221-224)，且所述膜层(221-224)的排列以梯度折射率的方式配置。

详细来说，透明基底210的材质为玻璃(B270-1)，折射率为1.5081。

红外线滤除复层膜220中，四种具有不同折射率的膜层(221-224)分别为第一种膜层221、第二种膜层222、第三种膜层223以及第四种膜层224，且各膜层的数量分别为多个。第一种膜层221的折射率为NA，第二种膜层222的折射率为NB，第三种膜层223的折射率为NC，第四种膜层224的折射率为ND。

就材质而言，本实施例中，红外线滤除复层膜220中包含两种膜层(第二种膜层222以及第三种膜层223)以金属氧化物Nb2O5及二氧化硅SiO2混合而成的混合材质制成，而第一种膜层221及第四种膜层224则以单一材质制成。详细材质及其混合比例请参照下列表四。

配合参照下列表五。

由上述表五可知，第二实施例中，红外线滤除复层膜220的总膜层数(也就是第一种膜层221、第二种膜层222、第三种膜层223以及第四种膜层224的总数)为TL，而TL总共为82层。各种膜层的排列方式则由具有最高折射率膜层的第一种膜层221开始，依据折射率由大至小，再由小至大的顺序向上堆叠。

再根据上述表五可知，第一种膜层221的折射率为NA，第二种膜层222的折射率为NB，第三种膜层223的折射率为NC，第四种膜层224的折射率为ND，其满足下列条件：

NA-NB=0.2884；

NB-NC=0.2883；以及

NC-ND=0.2884。

继续参照下列表六。

配合参照图4，为图2红外线滤除元件200的穿透响应光谱，其中图4中的斜线区块即示意不同主光线角(由表六可知，主光线角分别为0度及30度)在红光波段的衰减幅度。

<比较例>

用以作为比较例的红外线滤除元件，为透明基底上设有两种介电层交互堆叠的复层膜结构，其中透明基底为玻璃材质(B270-1)，而交互堆叠的复层膜结构总计共44层，且自透明基底向上分别以编号1至44排序，各层详细的材质、折射率及厚度数据请参照下列表七。

另外，比较例的红外线滤除元件于不同主光线角的穿透响应值及衰减率如下表八所示。

配合参照图5，为上述比较例红外线滤除元件的穿透响应光谱，其中图5中的斜线区块即示意不同主光线角(由表八可知，主光线角分别为0度及30度)在红光波段的衰减幅度。

由表八以及图5可知，比较例的红外线滤除元件于0度与30度的主光线角，在蓝光与绿光的穿透响应值的衰减率分别约0.56%与2.95%，而红光（尤指554nm至700nm的波段范围）的穿透响应值的衰减率更是高达约33.02%。反观本发明第一实施例及第二实施例的红外线滤除元件，在相同测试条件下，蓝光的穿透响应值的衰减率分别仅-5.22%及-3.53%，绿光的穿透响应值的衰减率分别仅0.29%及0.41%，而红光的穿透响应值的衰减率更是分别仅有18.82%及18.77%，因此可有效改善影像周边产生色偏的问题。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种红外线滤除元件，其特征在于，其包含：

一透明基底；以及

一红外线滤除复层膜，设置于该透明基底上，该红外线滤除复层膜包含：多个第一种膜层；多个第二种膜层；多个第三种膜层；及多个第四种膜层；

其中，所述膜层以梯度折射率的方式排列，且至少两种膜层以混合材质制作；

其中，所述第一种膜层的折射率为NA，所述第二种膜层的折射率为NB，所述第三种膜层的折射率为NC，所述第四种膜层的折射率为ND，该红外线滤除复层膜的总膜层数为TL，并满足下列条件：

2.2≤NA<2.4；

1.9≤NB<2.2；

1.6≤NC<1.9；

1.4≤ND<1.6；以及

80≤TL。

2.根据权利要求1所述的红外线滤除元件，其特征在于，该混合材质为金属氧化物及二氧化硅混合而成。

3.根据权利要求2所述的红外线滤除元件，其特征在于，所述第一种膜层的折射率为NA，所述第二种膜层的折射率为NB，所述第三种膜层的折射率为NC，所述第四种膜层的折射率为ND，其满足下列条件：

NA-NB≥0.1；

NB-NC≥0.1；以及

NC-ND≥0.1。

4.根据权利要求3所述的红外线滤除元件，其特征在于，所述第一种膜层的折射率为NA，所述第二种膜层的折射率为NB，所述第三种膜层的折射率为NC，所述第四种膜层的折射率为ND，其满足下列条件：

NA-NB≥0.15；

NB-NC≥0.15；以及

NC-ND≥0.15。

5.根据权利要求3所述的红外线滤除元件，其特征在于，该红外线滤除元件在554nm至700nm的波段，其穿透响应值的衰减率为D，其满足下列条件：

1%≤D≤30%。

6.根据权利要求5所述的红外线滤除元件，其特征在于，该红外线滤除元件在554nm至700nm的波段，其穿透响应值的衰减率为D，其满足下列条件：

1%≤D≤20%。