CN110058342A - 近红外带通滤光片及其制备方法以及光学传感系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种近红外带通滤光片及其制备方法以及光学传感系统。近红外带通滤光片包括：基底、主膜系和辅膜系，所述主膜系位于所述基底的第一侧上，所述辅膜系位于所述基底的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对；所述主膜系包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层；所述辅膜系包括按第二预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层，所述主膜系和所述辅膜系与所述基底的附着力大于等于15Mpa，并且在ISO2409‑1992标准下满足ISO等级小于或等于1级。
Description
技术领域
本申请涉及光学元件领域，更具体的，涉及一种近红外带通滤光片及其制备方法以及光学传感系统。
背景技术
红外传感系统通过接收目标反射的红外线形成图像，进而通过处理图像来得到目标的信息，通常应用在人脸识别、手势识别、智能家居等领域。红外传感系统包括镜头、滤光片及图像传感器等部件。在该领域中，需要具有优良性能的滤光片以实现高的成像质量。
例如，在车载激光雷达等产品中涉及的近红外带通滤光片需要在较广的工作温度下和较高的湿度下正常稳定地工作。因此，这样的滤光片对膜层牢固度等要求较高。
发明内容
本申请提供了一种近红外带通滤光片及光学传感系统。
第一方面，本申请的实施例提供了一种近红外带通滤光片，包括：基底、主膜系和辅膜系，所述主膜系位于所述基底的第一侧上，所述辅膜系位于所述基底的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对；所述主膜系包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层；所述辅膜系包括按第二预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层，所述主膜系和所述辅膜系与所述基底的附着力大于等于15Mpa，并且在ISO2409-1992标准下满足ISO等级小于或等于1级。
在一个实施方式中，高折射率硅锗基膜层包括氢化硅、氢化锗、掺硼氢化硅、掺硼氢化锗、掺氮氢化硅、掺氮氢化锗、掺磷氢化硅、掺磷氢化锗、SiXGe1-X和SiXGe1-X：H中的一种或它们的混合物。
在一个实施方式中，在780nm-1200nm的波长范围内，高折射率硅锗基膜层的消光系数小于0.01。
在一个实施方式中，低折射率膜层包括SiO2、Si3N4、SiOXNY、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Al2O3、SiCN和SiC中的一种或它们的混合物。
在一个实施方式中，基底由热膨胀系数为3×10-6～17×10-6/K的玻璃制成。
在一个实施方式中，玻璃包括D263T、AF32、Eagle XG、H-ZPK5和H-ZPK7中的一种或多种。
在一个实施方式中，在-30℃～85℃的温度范围内，近红外带通滤光片的通带的中心波长的温漂小于0.09nm/℃。
在一个实施方式中，主膜系为窄带通膜系，辅膜系为宽带通膜系或长波通膜系。
在一个实施方式中，在780nm-1200nm的波长范围内，辅膜系具有至少一个截止带和至少一个通带。
在一个实施方式中，辅膜系为宽带通膜系，宽带通膜系的通带覆盖窄带通膜系的通带。
第二方面，本申请的实施例提供了一种近红外带通滤光片，包括：基底、主膜系和辅膜系，主膜系位于基底的第一侧上，辅膜系位于基底的第二侧上，第二侧与第一侧相对。近红外带通滤光片在沸水上方蒸煮6-10小时后主膜系和辅膜系不与基底脱离。
在一个实施方式中，近红外带通滤光片在其两面上平均长度小于或等于40微米的外观点子缺陷小于10个。
在一个实施方式中，近红外带通滤光片在350nm-1100nm波段内截止带的截止度大于5。
第三方面，本申请的实施例还提供了一种光学传感系统，包括图像传感器和前述近红外带通滤光片，近红外带通滤光片设置于图像传感器的感光侧。
第四方面，本申请的实施例还提供了一种近红外带通滤光片制备方法，所述方法包括：对装填有基底、主膜系靶材和辅膜系靶材的镀膜腔室抽真空；利用氩气作为溅射气体通过溅射法在所述基底的第一侧上溅镀主膜系；以及通过蒸镀法或所述溅射法在所述基底的与所述第一侧相对的第二侧上镀辅膜系，其中，所述氩气的流量在45sccm以上并且所述溅射法中的溅射功率在10000kW以下。
在一个实施方式中，溅镀主膜系包括：以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击SiN靶材以形成SiNC膜；以及以40sccm以上的流量充入所述氩气，以60sccm以下的流量充入氢气并且以4000kW-10000kW的溅射功率进行溅射以形成Si：H膜。
在一个实施方式中，溅镀主膜系包括：以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气，以80sccm以下的流量充入氧气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材以形成SiO2膜；以及以40sccm以上的流量充入所述氩气并且以4000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材和Ge靶材以形成SiXGe1-X膜。
在一个实施方式中，溅镀主膜系包括：以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气，以80sccm以下的流量充入氧气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材以形成SiO2膜；以及以40sccm以上的流量充入所述氩气，以60sccm以下的流量充入氢气并且以4000kW-10000kW的溅射功率轰击Ge靶材以形成Ge：H膜。
在一个实施方式中，镀辅膜系包括：以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击SiN靶材以形成SiNC膜；以及以40sccm以上的流量充入所述氩气，以60sccm以下的流量充入氢气并且以4000kW-10000kW的溅射功率进行溅射以形成Si：H膜。
在一个实施方式中，镀辅膜系包括：以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气，以80sccm以下的流量充入氧气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材以形成SiO2膜；以及以40sccm以上的流量充入所述氩气并且以4000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材和Ge靶材以形成SiXGe1-X膜。
在一个实施方式中，镀辅膜系包括：在小于1×10-4Pa的真空度下，以130sccm以下的流量充入氧气，以30sccm以下的流量充入氩气，并利用离子束辅助沉积蒸发膜料硅环和氧化钛。
本申请提供的近红外带通滤光片具有优良的滤色性能和结构稳定性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了根据本申请实施例的近红外带通滤光片的结构示意图；
图2示出了根据本申请实施例1的近红外带通滤光片的透光率曲线；
图3示出了根据本申请实施例2的近红外带通滤光片的透光率曲线；
图4示出了根据本申请实施例3的近红外带通滤光片的透光率曲线；以及
图5示出了根据本申请实施例的光学传感系统的使用状态示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一预设堆叠结构也可被称作第二预设堆叠结构。反之亦然。
在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。例如，第一膜系的厚度与长度之间的比例并非按照实际生产中的比例。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
在本文中，膜层的厚度指是指背离基底的方向的厚度。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了根据本申请实施例的一种近红外带通滤光片的结构示意图。参考图1，本申请实施例提供的近红外带通滤光片包括：基底51、主膜系52和辅膜系53，主膜系52位于所述基底51的第一侧上，辅膜系53位于基底的第二侧上，第一侧和第二侧相对。所述主膜系和所述辅膜系与所述基底的附着力大于等于15Mpa，并且在ISO2409-1992标准下满足ISO等级小于或等于1级(等同于ASTM等级大于或等于4B)。
主膜系52可包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。第一预设堆叠结构可表示为L(HL)^s。辅膜系53可包括按第二预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。第二预设堆叠结构可表示为L(HL)^p。在以上表示中，L表示低折射率膜层，H表示高折射率硅锗基膜层，s和p表示HL堆叠重复的次数，并且可满足s≠p。
基底51为透明基底。例如，透明基底的材料可选地为水晶、高硼硅玻璃等。基底51可由热膨胀系数为3×10-6～17×10-6/K的玻璃制成。具体地，基底51可由D263T、AF32、Eagle XG、H-ZPK5、H-ZPK7等中的一种或多种制成。示例性地，基底51可为透明片体，图1中的上下方向为透明片体的厚度方向，透明片体的上侧和下侧相对。主膜系52设置于基底51上面的外侧，辅膜系53设置于基底51下面的外侧。
主膜系52可包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。对应同一波长时，高折射率硅锗基膜层的折射率n1可大于低折射率膜层的折射率n2。沿背离基底51的方向，第一预设堆叠结构的形式可以是：L(HL)^s。H代表高折射率硅锗基膜层，L代表低折射率膜层，s代表括号内的结构形式重复的次数，s为大于等于1的整数。示例性的，当s取5时，第一预设堆叠结构的形式可以是：LHLHLHLHLHL。
辅膜系53可包括按第二预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。对应同一波长时，高折射率硅锗基膜层的折射率n1可大于低折射率膜层的折射率n2。类似地，沿背离基底51的方向，第二预设堆叠结构的形式可以是：L(HL)^p。H代表高折射率硅锗基膜层，L代表低折射率膜层，p代表括号内的结构形式重复的次数，p为大于等于1的整数。示例性的，当p取4时，第二预设堆叠结构的形式可以是：LHLHLHLHL。
主膜系52的各个膜层可以是溅射反应方式生成的膜层，辅膜系53的各个膜层可以是溅射反应方式或者蒸发方式生成的膜层，这样的制造方式使基底51、主膜系52和辅膜系53结合为一体。
在780nm-1200nm的波长范围内，本申请实施例公开的近红外带通滤光片的高折射率硅锗基膜层的折射率可大于3，并且低折射率膜层的折射率可小于3。
在780nm-1200nm的波长范围内，高折射率硅锗基膜层的折射率可大于3，并且低折射率膜层的折射率可小于3。
在780nm-1200nm的波长范围内，高折射率硅锗基膜层的消光系数可小于0.01。通过设定消光系数可以增加高折射率硅锗基膜层的透光性，减少高折射率硅锗基膜层的通带范围内光线的损耗，可以提高经过近红外带通滤光片的光线的强度，提高信号的清晰度。
在-30℃～85℃的温度范围内，近红外带通滤光片的通带的中心波长的温漂可小于0.09nm/℃。在温度变化较大的工作环境中，经过本申请公开的近红外带通滤光片的光线中，含有稳定地区间内的近红外光线。利用该稳定地区间内的近红外光线携带的信号稳定。
主膜系52可以是窄带通膜系，辅膜系53可以是宽带通膜系或长波通膜系。例如，辅膜系53为宽带通膜系，并且该宽带通膜系的通带覆盖作为窄带通膜系的主膜系52的通带。
在示例性实施方式中，高折射率硅锗基膜层的材料包括氢化硅、氢化锗、掺硼氢化硅、掺硼氢化锗、掺氮氢化硅、掺氮氢化锗、掺磷氢化硅、掺磷氢化锗或SiXGe1-X中的一种或多种的混合物，其中，0＜X＜1。示例性的，SiXGe1-X为Si0.4Ge0.6。示例性的，混合物可以为氢化硅锗，硅和锗的比例可以是任意比例；混合物可以为掺氮氢化硅锗，还可以为掺硼掺磷氢化锗。
在示例性实施方式中，低折射率膜层的材料、第二低折射率膜层的材料及第三低折射率膜层的材料各自包括SiO2、Si3N4、SiOXNY、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Al2O3、SiCN和SiC的一种或多种的混合物，其中Y＝(4-2X)/3,0＜X＜1。示例性的，SiOXNY可以为SiON2/3。示例性的，混合物为TiO2与Al2O3，或Ta2O5与Nb2O5，或SiO2、SiCN与SiC。
在示例性实施方式中，主膜系52和辅膜系53通过溅射反应设备或蒸发设备生成。
在780nm-1200nm的波长范围内，辅膜系53可具有至少一个截止带和至少一个通带。辅膜系53的膜层可为溅射反应镀层。
制备上述近红外带通滤光片的方法包括：对装填有基底、主膜系靶材和辅膜系靶材的镀膜腔室抽真空；利用氩气作为溅射气体通过溅射法在所述基底的第一侧上溅镀主膜系；以及通过蒸镀法或所述溅射法在所述基底的与所述第一侧相对的第二侧上镀辅膜系，其中，所述氩气的流量在45sccm以上并且所述溅射法中的溅射功率在10000kW以下。
以下参照实施例1-3具体描述本申请提出的近红外带通滤光片的结构。
实施例1
在实施例1中公开了一种主膜系52，其所包含的膜层的堆叠顺序及结构如表1所示。表1中的层指沿堆叠方向的第几层，其中第1层为最贴近基底51的膜层，第35层为最远离基底51的膜层。该主膜系52的膜层中，奇数层为低折射率膜层，偶数层为高折射率硅锗基膜层。
主膜系52包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。第一预设堆叠结构可表示为L(HL)^s。在以上表示中，L表示低折射率膜层，H表示高折射率硅锗基膜层，s表示HL堆叠重复的次数。例如，在实施例1中，S＝17。
表1：一种主膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
一种镀制该主膜系52的方法包括以下步骤。
首先，对装填有靶材和基底的镀膜腔室抽真空。优选地，真空度可小于5×10- 5Torr。可对抽真空后的镀膜腔室进行加热。优选地，温度可加热至130℃以上。
然后，可充入溅射气体以利用辉光放电产生的等离子体对SiN靶材进行轰击。可以以20sccm-50sccm的流量充入氩气作为溅射气体。溅射功率可设置在2000kW-10000kW以溅射镀膜形成SiNC。
然后，可以以流量在40sccm以上的氩气作为溅射气体，以流量在60sccm以下的氢气作为反应气体在4000kW-10000kW的溅射功率下溅射镀膜以形成诸如Si：H膜。如上所述，依序交替镀膜以最终形成高致密度高牢固度的交替排列的膜层。
在实施例1中公开了一种辅膜系53，其所包含的膜层的堆叠顺序及结构如表2所示。表2中的层指沿堆叠方向的第几层，其中第1层为最贴近基底51的膜层，第29层为最远离基底51的膜层。该辅膜系53的膜层中，奇数层为低折射率膜层，偶数层为高折射率硅锗基膜层。
辅膜系53包括按第二预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。第二预设堆叠结构可表示为L(HL)^p。在以上表示中，L表示低折射率膜层，H表示高折射率硅锗基膜层，p表示HL堆叠重复的次数，并且s≠p。例如，在实施例1中，p＝14。
表2：一种辅膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
一种镀制该辅膜系53的方法可包括以下步骤。
首先，对装填有靶材和基底的镀膜腔室抽真空。优选地，真空度可小于5×10- 5Torr。可对抽真空后的镀膜腔室进行加热。优选地，温度可加热至130℃以上。
然后，可充入溅射气体以利用辉光放电产生的等离子体对SiN靶材进行轰击。可以以20sccm-50sccm的流量充入氩气作为溅射气体。溅射功率可设置在2000kW-10000kW以溅射镀膜形成SiNC。
然后，可以以流量在40sccm以上的氩气作为溅射气体，以流量在60sccm以下的氢气作为反应气体在4000kW-10000kW的溅射功率下溅射镀膜以形成诸如Si：H膜。如上所述，依序交替镀膜以最终形成高致密度高牢固度的交替排列的膜层。
实施例1的近红外带通滤光片的透过率曲线如图2所示，其中用实线标注了入射角为0°的光线并且用虚线标注了入射角为30°的光线。
该近红外带通滤光片在780nm-1200nm的波长范围内具有至少一个通带，并且在350nm～1100nm波段内截止带的截止度OD>5。此处，截止度即OD(Optical Density)＝log10(T0/T1)，其中T0是入射光强度，T1是透过光强度。通过分光光度计或光谱仪等可测得T0和T1。
根据实施例1制备的近红外带通滤光片具有优良的膜粘附性，在高温潮湿环境下不易脱膜或崩膜。
为测试这样的近红外带通滤光片的膜粘附性，可将制备好的滤光片通过冶具夹持而放置于沸水上方停留10小时以内，例如停留6小时。具体地，该滤光片可放置于沸水上方不超过5cm的位置处，并且在此距离停留不超过10小时。然后，可将滤光片静置于干燥环境中直至滤光片表面干燥。所述近红外带通滤光片在沸水上方蒸煮6-10小时后所述主膜系和所述辅膜系不与所述基底脱离。之后，可将待测试膜面朝向上方放置并使用测试胶带粘接该膜面。测试胶带的粘力可满足：4N/mm<粘力<小于100N/mm。测试胶带可与拉膜面中间部分粘接，然后迅速拉开测试胶带。之后通过肉眼或者显微镜观察是否有脱膜或者崩膜现象。
此外，根据实施例1的工艺条件制备的近红外带通滤光片，一般在其两面上平均长度小于或等于40微米的外观点子缺陷小于10个。
实施例2
在实施例2中公开了一种主膜系52，其所包含的膜层的堆叠顺序及结构如表3所示。表3中的层指沿堆叠方向的第几层，其中第1层为最贴近基底51的膜层，第29层为最远离基底51的膜层。该主膜系52的膜层中，奇数层为低折射率膜层，偶数层为高折射率硅锗基膜层。
主膜系52包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。第一预设堆叠结构可表示为L(HL)^s。在以上表示中，L表示低折射率膜层，H表示高折射率硅锗基膜层，s表示HL堆叠重复的次数。例如，在实施例2中，S＝16。
表3：一种主膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
一种镀制该主膜系52的方法可包括以下步骤。
首先，对装填有Si靶材、Ge靶材和基底的镀膜腔室抽真空。优选地，真空度可小于5×10-5Torr。可对抽真空后的镀膜腔室进行加热。优选地，温度可加热至130℃以上。
然后，可充入溅射气体以利用辉光放电产生的等离子体对靶材进行轰击。可以以流量在20sccm-50sccm的氩气作为溅射气体，以流量在80sccm以下的氧气作为反应气体在2000kW-10000kW的溅射功率下溅射镀膜以形成诸如SiO2膜。沉积到基底上时，采用离子源轰击补氧，PBS中流量不超过80sccm。
然后，可充入溅射气体以利用辉光放电产生的等离子体对靶材进行轰击。可以以40sccm以上的流量充入氩气作为溅射气体。溅射功率可设置在4000kW-10000kW以溅射镀膜形成SiXGe1-X膜。如上所述，依序交替镀膜以最终形成高致密度高牢固度的交替排列的膜层。
在实施例2中公开了一种辅膜系53，其所包含的膜层的堆叠顺序及结构如表2所示。表2中的层指沿堆叠方向的第几层，其中第1层为最贴近基底51的膜层，第29层为最远离基底51的膜层。该辅膜系53的膜层中，奇数层为低折射率膜层，偶数层为高折射率硅锗基膜层。
辅膜系53包括按第二预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。第二预设堆叠结构可表示为L(HL)^p。在以上表示中，L表示低折射率膜层，H表示高折射率硅锗基膜层，p表示HL堆叠重复的次数，并且s≠p。例如，在实施例2中，p＝14。
表4：一种辅膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
| 层 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> |
| 厚度 | 72 | 134.4 | 109.2 | 26 | 45.1 |
| 层 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 膜料 | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> |
| 厚度 | 138.13 | 67 | 230 | 92 | 29 |
| 层 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> |
| 厚度 | 32.9 | 159 | 112.9 | 136.65 | 94.1 |
| 层 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 膜料 | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> |
| 厚度 | 219 | 41 | 132 | 55.8 | 54 |
| 层 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO2 |
| 厚度 | 119 | 65 | 64.5 | 59.3 | 139.6 |
| 层 | 26 | 27 | 28 | 29 | |
| 膜料 | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> | Si<sub>X</sub>Ge<sub>1-X</sub> | SiO<sub>2</sub> | |
| 厚度 | 44.68 | 89 | 137.07 | 262.25 |
一种镀制该辅膜系53的方法可包括以下步骤。
首先，对装填有Si靶材、Ge靶材和基底的镀膜腔室抽真空。优选地，真空度可小于5×10-5Torr。可对抽真空后的镀膜腔室进行加热。优选地，温度可加热至130℃以上。
然后，可充入溅射气体以利用辉光放电产生的等离子体对靶材进行轰击。可以以流量在20sccm-50sccm的氩气作为溅射气体，以流量在80sccm以下的氧气作为反应气体在2000kW-10000kW的溅射功率下溅射镀膜以形成诸如SiO2膜。沉积到基底上时，采用离子源轰击补氧，PBS中流量不超过80sccm。
然后，可充入溅射气体以利用辉光放电产生的等离子体对靶材进行轰击。可以以40sccm以上的流量充入氩气作为溅射气体。溅射功率可设置在4000kW-10000kW以溅射镀膜形成SiXGe1-X膜。如上所述，依序交替镀膜以最终形成高致密度高牢固度的交替排列的膜层。
实施例2的近红外带通滤光片的透过率曲线如图3所示，其中用实线标注了入射角为0°的光线并且用虚线标注了入射角为30°的光线。
该近红外带通滤光片在780nm-1200nm的波长范围内具有至少一个通带，并且在350nm～1100nm波段内截止带的截止度OD>5。
根据实施例2制备的近红外带通滤光片具有优良的膜粘附性，在高温潮湿环境下不易脱膜或崩膜。
为测试这样的近红外带通滤光片的膜粘附性，可将制备好的滤光片通过冶具夹持而放置于沸水上方停留10小时以内，例如停留6小时。具体地，该滤光片可放置于沸水上方不超过5cm的位置处，并且在此距离停留不超过10小时。然后，可将滤光片静置于干燥环境中直至滤光片表面干燥。所述近红外带通滤光片在沸水上方蒸煮6-10小时后所述主膜系和所述辅膜系不与所述基底脱离。之后，可将待测试膜面朝向上方放置并使用测试胶带粘接该膜面。测试胶带的粘力可满足：4N/mm<粘力<小于100N/mm。测试胶带可与拉膜面中间部分粘接，然后迅速拉开测试胶带。之后通过肉眼或者显微镜观察是否有脱膜或者崩膜现象。
此外，根据实施例2的工艺条件制备的近红外带通滤光片，一般在其两面上平均长度小于或等于40微米的外观点子缺陷小于10个。
实施例3
在实施例3中公开了一种主膜系52，其所包含的膜层的堆叠顺序及结构如表5所示。表5中的层指沿堆叠方向的第几层，其中第1层为最贴近基底51的膜层，第35层为最远离基底51的膜层。该主膜系52的膜层中，奇数层为低折射率膜层，偶数层为高折射率硅锗基膜层。
主膜系52包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。第一预设堆叠结构可表示为L(HL)^s。在以上表示中，L表示低折射率膜层，H表示高折射率硅锗基膜层，s表示HL堆叠重复的次数。例如，在实施例3中，S＝17。
表5：一种主膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
| 层 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> |
| 厚度 | 204.1 | 73.1 | 193 | 379.6 | 115 |
| 层 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 膜料 | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H |
| 厚度 | 196.3 | 111.7 | 202.6 | 86 | 119 |
| 层 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> |
| 厚度 | 107 | 64.44 | 112.6 | 65 | 107.6 |
| 层 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 膜料 | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H |
| 厚度 | 128 | 64.3 | 87.5 | 111.4 | 103 |
| 层 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> |
| 厚度 | 112 | 152 | 63.5 | 278 | 109.9 |
| 层 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| 膜料 | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H |
| 厚度 | 66.2 | 106.4 | 269 | 140 | 278.8 |
| 层 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> | Ge：H | SiO<sub>2</sub> |
| 厚度 | 110.3 | 226.9 | 190.6 | 105.2 | 35.38 |
一种镀制该主膜系52的方法可包括以下步骤。
首先，对装填有Si靶材、Ge靶材和基底的镀膜腔室抽真空。优选地，真空度可小于5×10-5Torr。可对抽真空后的镀膜腔室进行加热。优选地，温度可加热至130℃以上。
然后，可充入溅射气体以利用辉光放电产生的等离子体对靶材进行轰击。可以以流量在20sccm-50sccm的氩气作为溅射气体，以流量在80sccm以下的氧气作为反应气体在2000kW-10000kW的溅射功率下溅射镀膜以形成诸如SiO2膜。沉积到基底上时，采用离子源轰击补氧，PBS中流量不超过80sccm。
然后，可充入溅射气体以利用辉光放电产生的等离子体对靶材进行轰击。可以以40sccm以上的流量充入氩气作为溅射气体，以60sccm以下的流量充入氢气作为反应气体。溅射功率可设置在4000kW-10000kW以溅射镀膜形成Ge：H膜。如上所述，依序交替镀膜以最终形成高致密度高牢固度的交替排列的膜层。
在实施例3中公开了一种辅膜系53，其所包含的膜层的堆叠顺序及结构如表6所示。表6中的层指沿堆叠方向的第几层，其中第1层为最贴近基底51的膜层，第29层为最远离基底51的膜层。该辅膜系53的膜层中，奇数层为低折射率膜层，偶数层为高折射率硅锗基膜层。
辅膜系53包括按第二预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层。第二预设堆叠结构可表示为L(HL)^p。在以上表示中，L表示低折射率膜层，H表示高折射率硅锗基膜层，p表示HL堆叠重复的次数，并且s≠p。例如，在实施例3中，p＝15。
表6：一种辅膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
| 层 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 膜料 | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 65 | 130 | 49 | 172 | 82 |
| 层 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 129 | 90 | 131 | 79.4 | 126 |
| 层 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 膜料 | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 79.8 | 128.9 | 80 | 127 | 77 |
| 层 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 125.8 | 77.8 | 124.7 | 79.2 | 128.9 |
| 层 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 膜料 | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 80.1 | 129.2 | 79.6 | 128 | 78 |
| 层 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> | TiO<sub>2</sub> | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 127.3 | 81 | 132 | 80 | 120 |
| 层 | 31 | ||||
| 膜料 | TiO<sub>2</sub> | ||||
| 膜厚 | 29.98 |
一种镀制该辅膜系53的方法可包括以下步骤。
可采用蒸发式镀膜。例如，可采用蒸发机进行镀膜。镀膜前，可对腔体进行加热。优选地，加热温度不超过150℃。
在真空度小于1×10-4Pa的腔体中，通入流量不超过于130sccm的氧气，流量不超过30sccm的氩气为工作气体，并辅以离子束辅助沉积(IAD)进行蒸发膜料硅环和氧化钛，以最终形成高致密度、高牢固度交替排列的氧化硅和氧化钛膜层。沉积氧化硅层时，需要PBS补氧，PBS中流量不超过130sccm。
实施例3的近红外带通滤光片的透过率曲线如图4所示，其中用实线标注了入射角为0°的光线并且用虚线标注了入射角为30°的光线。
该近红外带通滤光片在780nm-1200nm的波长范围内具有至少一个通带，并且在350nm～1100nm波段内截止带的截止度OD>5。
根据实施例3制备的近红外带通滤光片具有优良的膜粘附性，在高温潮湿环境下不易脱膜或崩膜。
为测试这样的近红外带通滤光片的膜粘附性，可将制备好的滤光片通过冶具夹持而放置于沸水上方停留10小时以内，例如停留6小时。具体地，该滤光片可放置于沸水上方不超过5cm的位置处，并且在此距离停留不超过10小时。然后，可将滤光片静置于干燥环境中直至滤光片表面干燥。所述近红外带通滤光片在沸水上方蒸煮6-10小时后所述主膜系和所述辅膜系不与所述基底脱离。之后，可将待测试膜面朝向上方放置并使用测试胶带粘接该膜面。测试胶带的粘力可满足：4N/mm<粘力<小于100N/mm。测试胶带可与拉膜面中间部分粘接，然后迅速拉开测试胶带。之后通过肉眼或者显微镜观察是否有脱膜或者崩膜现象。
此外，根据实施例3的工艺条件制备的近红外带通滤光片，一般在其两面上平均长度小于或等于40微米的外观点子缺陷小于10个。
图5示出了根据本申请实施例的一种光学传感系统的使用状态示意图；参照图1和图5，光学传感系统包括近红外带通滤光片5和图像传感器6。在近红外窄带滤光片5的物侧还设置有第一镜头组件4，待测目标1发出或反射的光经过第一镜头组件4后到达近红外带通滤光片5，光线经过近红外带通滤光片5后形成的滤后光线到达图像传感器6，滤后光线触发图像传感器6形成图像信号。设置有本申请公开的红外带通滤光片5的光学传感系统，可以适用于至少-150℃至300℃，形成的图像质量稳定。
光学传感系统也可以为一种红外识别系统，包括红外线光源2(InfraredRadiation，IR光源)、第二镜头组件3、第一镜头组件4、近红外带通滤光片5和图像传感器6，其中图像传感器6为3维传感器。
以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (19)
1.一种近红外带通滤光片，其特征在于，包括：基底、主膜系和辅膜系，所述主膜系位于所述基底的第一侧上，所述辅膜系位于所述基底的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对；
所述主膜系包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层；
所述辅膜系包括按第二预设堆叠结构设置的高折射率硅锗基膜层和低折射率膜层，
所述主膜系和所述辅膜系与所述基底的附着力大于等于15Mpa，并且在ISO2409-1992标准下满足ISO等级小于或等于1级。
2.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述高折射率硅锗基膜层包括氢化硅、氢化锗、掺硼氢化硅、掺硼氢化锗、掺氮氢化硅、掺氮氢化锗、掺磷氢化硅、掺磷氢化锗、SiXGe1-X和SiXGe1-X：H中的一种或它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，在780nm-1200nm的波长范围内，所述高折射率硅锗基膜层的消光系数小于0.01。
4.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述基底由热膨胀系数为3×10-6～17×10-6/K的玻璃制成。
5.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，在-30℃～85℃的温度范围内，所述近红外带通滤光片的通带的中心波长的温漂小于0.09nm/℃。
6.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述主膜系为窄带通膜系，所述辅膜系为宽带通膜系或长波通膜系。
7.根据权利要求6所述的近红外带通滤光片，其特征在于，在780nm-1200nm的波长范围内，所述辅膜系具有至少一个截止带和至少一个通带。
8.根据权利要求7所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述辅膜系为宽带通膜系，并且所述宽带通膜系的通带覆盖所述窄带通膜系的通带。
9.一种近红外带通滤光片，其特征在于，包括：基底、主膜系和辅膜系，所述主膜系位于所述基底的第一侧上，所述辅膜系位于所述基底的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对，
其中，所述近红外带通滤光片在沸水上方蒸煮6-10小时后所述主膜系和所述辅膜系不与所述基底脱离。
10.根据权利要求9所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述近红外带通滤光片在其两面上平均长度小于或等于40微米的外观点子缺陷小于10个。
11.根据权利要求9所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述近红外带通滤光片在350nm-1100nm波段内截止带的截止度大于5。
12.一种光学传感系统，其特征在于，所述光学传感系统包括图像传感器和根据权利要求1-11中的任一项所述的近红外带通滤光片，所述近红外带通滤光片设置于所述图像传感器的感光侧。
13.一种近红外带通滤光片制备方法，其特征在于，所述方法包括：
对装填有基底、主膜系靶材和辅膜系靶材的镀膜腔室抽真空；
利用氩气作为溅射气体通过溅射法在所述基底的第一侧上溅镀主膜系；以及
通过蒸镀法或所述溅射法在所述基底的与所述第一侧相对的第二侧上镀辅膜系，
其中，所述氩气的流量在45sccm以上并且所述溅射法中的溅射功率在10000kW以下。
14.根据权利要求13所述的近红外带通滤光片制备方法，其特征在于，溅镀主膜系包括：
以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击SiN靶材以形成SiNC膜；以及
以40sccm以上的流量充入所述氩气，以60sccm以下的流量充入氢气并且以4000kW-10000kW的溅射功率进行溅射以形成Si：H膜。
15.根据权利要求13所述的近红外带通滤光片制备方法，其特征在于，溅镀主膜系包括：
以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气，以80sccm以下的流量充入氧气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材以形成SiO2膜；以及
以40sccm以上的流量充入所述氩气并且以4000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材和Ge靶材以形成SiXGe1-X膜。
16.根据权利要求13所述的近红外带通滤光片制备方法，其特征在于，溅镀主膜系包括：
以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气，以80sccm以下的流量充入氧气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材以形成SiO2膜；以及
以40sccm以上的流量充入所述氩气，以60sccm以下的流量充入氢气并且以4000kW-10000kW的溅射功率轰击Ge靶材以形成Ge：H膜。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的近红外带通滤光片制备方法，其特征在于，镀辅膜系包括：
以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击SiN靶材以形成SiNC膜；以及
以40sccm以上的流量充入所述氩气，以60sccm以下的流量充入氢气并且以4000kW-10000kW的溅射功率进行溅射以形成Si：H膜。
18.根据权利要求13-16中任一项所述的近红外带通滤光片制备方法，其特征在于，镀辅膜系包括：
以20sccm-50sccm的流量充入所述氩气，以80sccm以下的流量充入氧气并且以2000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材以形成SiO2膜；以及
以40sccm以上的流量充入所述氩气并且以4000kW-10000kW的溅射功率轰击Si靶材和Ge靶材以形成SiXGe1-X膜。
19.根据权利要求13-16中任一项所述的近红外带通滤光片制备方法，其特征在于，镀辅膜系包括：
在小于1×10-4Pa的真空度下，以130sccm以下的流量充入氧气，以30sccm以下的流量充入氩气，并利用离子束辅助沉积蒸发膜料硅环和氧化钛。
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