CN110109208A - 近红外带通滤光片及光学传感系统 - Google Patents

近红外带通滤光片及光学传感系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种近红外带通滤光片及光学传感系统。近红外带通滤光片包括：基底、主膜系和辅膜系，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；主膜系包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率膜层和第一低折射率膜层；辅膜系包括按第二预设堆叠结构设置的第二低折射率膜层和第三低折射率膜层，或者，高折射率膜层与第二低折射率膜层；在780nm至3000nm波长范围内，近红外带通滤光片具有至少一个通带，在温度从‑150℃改变至300℃时，至少一个通带的中心波长的漂移量小于0.15nm/℃。本申请提供的近红外带通滤光片可以用于在温度变化的工作环境下滤光，滤后的光线稳定，以提高光学传感系统的成像质量。

Description

近红外带通滤光片及光学传感系统
技术领域
本申请涉及滤光片领域，更具体的，涉及一种近红外带通滤光片及光学传感系统。
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
红外传感系统的性能受温度的影响称为温度稳定性。例如车载激光雷达，太空探测器或光通信设备等设备经常在极端温度下工作；这些设备实际使用时的温度和制造、调试时的温度相差大，这些设备上的红外传感系统的温度稳定性要求高。为了保证设备的温度稳定性，现有技术通常对镜头的结构、材质等进行改进，以保证红外传感系统的成像质量；或关注图像传感器的电性能的温漂，以保证红外传感系统的图像数据的质量。
然而，依然需要光学特性受温度变化影响小的滤光片，比如通带的中心波长偏移量受温度变化的影响小的遮光片。遮光片的通带变化也会影响红外传感系统的成像质量，而且现有技术通常只关注光线的入射角度对通带中心波长偏移量的影响，因此，期望提供一种通带中心波长偏移量受温度变化影响小的滤光片。
发明内容
为解决或部分解决现有技术中的上述缺陷，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，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；主膜系包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率膜层和第一低折射率膜层；辅膜系包括按第二预设堆叠结构设置的第二低折射率膜层和第三低折射率膜层，第二低折射率膜层的折射率与第三低折射率膜层的折射率不同，或者，辅膜系包括按第二预设堆叠结构设置的高折射率膜层与第二低折射率膜层；在780nm至3000nm波长范围内，近红外带通滤光片具有至少一个通带，在温度从-150℃改变至300℃时，至少一个通带的中心波长的漂移量小于0.15nm/℃。
在一个实施方式中，在温度从-30℃改变至85℃时，近红外带通滤光片的通带中心波长的漂移量小于0.09nm/℃。
在一个实施方式中，对应780nm至3000nm波长范围内的任一波长，高折射率膜层的折射率均大于3。
在一个实施方式中，高折射率膜层的消光系数小于0.01。
在一个实施方式中，对应850nm波长处，高折射率膜层的折射率大于3.6，消光系数小于0.005。
在一个实施方式中，主膜系的厚度df1满足：df1＜7μm；辅膜系的厚度df2满足：df2＜8μm。
在一个实施方式中，高折射率膜层的一部分的晶体结构为晶态，另一部分的晶体结构为非晶态；晶体结构为晶态的部分的体积与高折射率膜层的体积之间的比率处于10％至20％以内。
在一个实施方式中，高折射率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。
在一个实施方式中，第一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、SiOpNq、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Al2O3、SiCN、SiC的一种或多种的混合物，其中，q＝(4-2p)/3,0＜p＜1。
在一个实施方式中，基底的材料包括玻璃。
在一个实施方式中，沿背离所述基底的方向，第一预设堆叠结构的形式为：(L1-H)s-L1，或者，(H-L1)s；H代表高折射率膜层，L1代表第一低折射率膜层，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。
在一个实施方式中，主膜系还包括第四低折射率膜层，第一低折射率膜层的折射率不等于第四低折射率膜层的折射率。
在一个实施方式中，沿背离基底的方向，第一预设堆叠结构的形式为：(L1-L4-L1-H)s-L1；(L1-L4-L1-H)s-L4；H-(L1-L4-L1-H)s-L1；或者H-(L1-L4-L1-H)s-L4；H代表高折射率膜层，L1代表第一低折射率膜层，L4代表第四低折射率膜层，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。
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，对应700nm至1200nm的波长范围，窄带通膜系具有至少一个通带。
在一个实施方式中，辅膜系为长波通膜系；对应350nm至3000nm的波长范围，长波通膜系具有至少一个通带和一个截止带，长波通膜系的通带覆盖窄带通膜系的通带。
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；在小于宽带通膜系通带的最小波长的波长区域内，宽带通膜系的平均截止度大于窄带通膜系的截止度。
在一个实施方式中，基底的材料的线膨胀系数在3*10-6/℃至17*10-6/℃之间。
在一个实施方式中，主膜系和辅膜系通过溅射反应设备或蒸发设备来生成。
第二方面，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的近红外带通滤光片，近红外带通滤光片设置于图像传感器的感光侧。
本申请提供的近红外带通滤光片，基底的两面分别设置有主膜系和辅膜系，辅膜系的膜层的折射率小于或等于主膜系的高折射率膜层的折射率，使得辅膜系的等效折射率不大于主膜系的等效折射率，同时近红外带通滤光片的结构设置为：主膜系包括按第一堆叠结构设置的膜层以配合基底，辅膜系包括按第二堆叠结构设置的膜层，使得辅膜系的通带中心波长温漂不大于主膜系的通带中心波长的温漂；继而在780nm至3000nm波长范围内、温度从-150℃改变至300℃时，近红外带通滤光片的通带的中心波长的温漂，漂移量小于0.15nm/℃，保证近红外的波长范围内的具有可以穿透本申请提供的近红外带通滤光片的光线，在不同温度下，穿透后的光线之间的差异小。设置有本申请提供的近红外带通滤光片的光学传感系统，在温度变化的环境下工作时，成像质量受到的影响较小。
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的光学传感系统的使用状态示意图；
图3示出了根据本申请实施例的表1的带通膜系的透光率曲线；
图4示出了根据本申请实施例的表2的带通膜系的透光率曲线；
图5示出了根据本申请实施例的表3的长波通膜系的透光率曲线；
图6示出了根据本申请实施例的表4的长波通膜系的透光率曲线；
图7示出了根据本申请实施例的近红外带通滤光片对应不同角度入射光线的透过率曲线；
图8示出了根据图7对应的近红外带通滤光片在不同温度时的透过率曲线；
图9示出了根据本申请另一实施例的近红外带通滤光片对应不同角度入射光线的透过率曲线；
图10示出了根据图9对应的近红外带通滤光片在不同温度时的透过率曲线；
图11示出了根据本申请另一实施例的近红外带通滤光片在不同温度时的透过率曲线；
图12示出了根据本申请再一实施例的近红外带通滤光片对应不同角度入射光线的透过率曲线；
图13示出了根据图12对应的近红外带通滤光片在不同温度时的透过率曲线；
图14示出了根据本申请再一实施例的近红外带通滤光片对应不同角度入射光线的透过率曲线；
图15示出了根据图14对应的近红外带通滤光片在不同温度时的透过率曲线。
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，下文中讨论的第一低折射率膜层也可被称作第二低折射率膜层。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5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。基底51为透明基底，透明基底的材料可选地为水晶、高硼硅玻璃等，具体地可以为D263T、AF32、EagleXG、H-ZPK5、H-ZPK7等。示例性的，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包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率膜层和第一低折射率膜层，对应同一波长时，高折射率膜层的折射率n1大于第一低折射率膜层的折射率n21。可选地，沿背离基底51的方向，第一预设堆叠结构的形式为：(L1-H)s-L1或(H-L1)s等形式，H代表高折射率膜层，L1代表第一低折射率膜层，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为：L1HL1HL1HL1HL1HL1。
在实施方式中，主膜系52按第一预设堆叠结构设置膜层后，膜层聚集密度P0满足：0.9＜P0＜1.6。
辅膜系53包括按第二预设堆叠结构设置的第二低折射率膜层和第三低折射率膜层，或者，高折射率膜层和第二低折射率膜层。当辅膜系53包括按第二预设堆叠结构设置的第二低折射率层和第三低折射率膜层时，第二低折射率层的折射率不等于第三低折射率膜层的折射率，且第三低折射率膜层的折射率小于主膜系52的高折射率膜层的折射率。第二预设堆叠结构可以参照第一预设堆叠结构，以L2代指第二低折射率膜层，L3代指第三低折射率膜层第二预设堆叠结构可以是：(L2-L3)z-L2或(L2-L3)z，z为大于等于1的整数。
由于主膜系52包括按第一预设堆叠结构设置的高折射率膜层和第一低折射率膜层，辅膜系53包括按第二预设堆叠结构设置的第二低折射率层和第三低折射率膜层，因此本申请公开的近红外带通滤光片5可以为干涉型滤光片。第三低折射率膜层的折射率不大于高折射率膜层的折射率，使得主膜系52的特性对近红外带通滤光片5的特性有更大的影响。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至3000nm波长范围内，本申请实施例公开的近红外带通滤光片5具有至少一个通带，在温度从-150℃改变至300℃时，近红外带通滤光片5的该通带的中心波长的漂移量小于0.15nm/℃。在实施方式中，在温度从-150℃改变至300℃时，该通带的中心波长的漂移量小于0.12nm/℃。在实施方式中，该通带的中心波长的漂移量小于0.09nm/℃。在实施方式中，在温度从-30℃改变至85℃时，该近红外带通滤光片的通带中心波长的漂移量小于0.09nm/℃，在实施方式中，该近红外带通滤光片的通带中心波长的漂移量小于0.05nm/℃。
780nm至3000nm波长范围位于近红外的位置，在该波长范围形成通带，使得透过近红外带通滤光片5的光线至少包括一部分近红外光。通过主膜系52的结构与基底51匹配，满足在温度从-150℃改变至300℃时，近红外带通滤光片5的该通带的中心波长的漂移量小于0.15nm/℃。
本申请公开的近红外带通滤光片5，至少可以应用在大约-150℃的温度环境及大约300℃的温度环境。通带的中心波长在780nm至3000nm波长范围内具有小于0.15nm/℃的漂移量，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5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。
在示例性实施方式中，对应780nm至3000nm波长范围内的任一波长，高折射率膜层的折射率均大于3。在实施方式中，对应800nm至1100nm范围内的任意波长，高折射率膜层的折射率均大于3.2。在实施方式中，对应800nm至900nm范围内的任意波长，高折射率膜层的折射率均大于3.5。在靠近可见光的波长区域中，高折射率膜层具有更高的折射率，可以提高该波长范围内的红外光线携带的信号的温度稳定性，而且，当高折射率膜层的折射率大于3.5时，可以进一步提高主膜系52的结构对本申请公开的近红外带通滤光片5的光学特性的影响，这样主膜系52采用更简单形式的第一预设堆叠结构与基底51配合，就可以达到预期效果。
在示例性实施方式中，高折射率膜层的消光系数小于0.01。
在示例性实施方式中，对应850nm波长处，高折射率膜层的折射率大于3.6，消光系数小于0.005。通过设定消光系数可以增加高折射率膜层的透光性，减少高折射率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5的光线的强度，提高信号的清晰度。
在示例性实施方式中，高折射率膜层的材料一部分为晶态，另一部分为非晶态；晶体结构为晶态的部分的体积与高折射率膜层的体积之间的比率处于10％至20％以内。本申请公开的近红外带通滤光片5含有如此晶体结构的高折射率膜层时，其通带的温漂更小。在实施方式中，晶体结构为晶态的部分的体积占比为15％。
在示例性实施方式中，高折射率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，第一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、SiOpNq、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Al2O3、SiCN、SiC的一种或多种的混合物，其中q＝(4-2p)/3,0＜p＜1。示例性的，SiOpNq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。示例性的，第二低折射率膜层的材料包括SiO2和TiO2按2:1比例形成的混合物，第三低折射率膜层的材料包括SiO2和TiO2按1:3比例形成的混合物。
在示例性实施方式中，主膜系还包括第四折射率膜层，所述第一低折射率膜层的折射率不等于所述第四低折射率膜层的折射率。在主膜系52分别设置第一低折射率膜层和第四低折射率膜层，可以使主膜系52的设置形式更灵活，与不同特性的基底51可以恰当的配合。可选地，第一预设堆叠结构的形式为：(L-H)s-L或(H-L)s，低折射率膜层L可以依次交替的为第一低折射率膜层和第四低折射率膜层。
在示例性实施方式中，沿背离基底的方向，第一预设堆叠结构的形式为：(L1-L4-L1-H)s-L1；(L1-L4-L1-H)s-L4；H-(L1-L4-L1-H)s-L1；或者H-(L1-L4-L1-H)s-L4；H代表高折射率膜层，L1代表第一低折射率膜层，L4代表第四低折射率膜层，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。
在示例性实施方式中，主膜系52为带通膜系，在示例性实施方式中，主膜系52为窄带通膜系，辅膜系53为宽带通膜系或长波通膜系。
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。
在示例性实施方式中，对应700nm至1200nm的波长范围，窄带通膜系具有至少一个通带。该窄带通膜系的膜层可为溅射反应镀层。
在一种具体的实施方式中公开了一种主膜系52，如表1所示：
表1：一种主膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
该主膜系52为单通道的窄带通膜系，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29层为最远离基底51的膜层，表格中同一列的膜层的材料相同。该主膜系52的膜层中，奇数层为第一低折射率膜层，偶数层为高折射率膜层，偶数层的材料为非晶态氢化硅即a-Si:H。该主膜系52的透过率曲线如图3所示，对应700nm至1200nm的波长范围，包括一个通带，该主膜系52的通带中心波长大约950nm。
一种镀制该主膜系52的方法：将溅射反应设备内抽真空至真空度小于5×10- 5Torr，将基底51和硅靶材放置在对应位置；设置氩气流量10sccm至80sccm，溅射功率大于3000kw，氧气流量10sccm至80sccm，加工温度80℃至300℃，以镀制低折射率膜层。在示例性实施方式中，设置氩气流量45sccm，氧气流量45sccm。
此外，镀制高折射率膜层时，设置氩气流量10sccm至80sccm，溅射功率大于3000kw，设置氢气流量在10sccm至80sccm。在示例性实施方式中，设置氢气流量45sccm。
在一种具体的实施方式中公开了一种主膜系52，如表2所示：
表2：一种主膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
该主膜系52为两个通带的窄带通膜系，第1层为最贴近基底51的膜层，该主膜系52的透过率曲线如图4所示，对应700nm至1200nm的波长范围，包括中心波长大约960nm的通带和中心波长大约1130nm的通带。
在示例性实施方式中，辅膜系53为长波通膜系；对应350nm至1200nm的波长范围，长波通膜系具有至少一个通带和一个截止带，长波通膜系的通带覆盖窄带通膜系的通带。
在一种具体的实施方式中公开了一种长波通膜系，如表3所示：
表3：一种长波通膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
对应350nm至1200nm的波长范围，该辅膜系53的透过率曲线如图5所示，该长波通膜系包括一个通带和一个截止带，该长波通膜系的通带的范围大约是900nm至1000nm。示例性的，一种近红外带通滤光片包括该长波通膜系与表1公开的窄带通膜系，该长波通膜系的通带覆盖该窄带通膜系的通带。截止带至少覆盖了350nm至850nm波段，可以将可见光截止。
一种镀制该长波通膜系的方法：将真空蒸发反应设备内抽真空至真空度小于9×10-4Torr，将基底51和镀层原材料放置在对应位置；设置氩气流量10sccm至20sccm，电压900V至1300V，电流900mA至1300mA，氧气流量30sccm至90sccm，工作温度80℃至300℃。以镀制各膜层层，在示例性实施方式中，设置氩气流量13sccm至16sccm，氧气流量40sccm至70sccm，加工温度80℃至150℃。在示例性实施方式中，设置氩气流量15sccm，氧气流量60sccm，加工温度120℃。
在一种具体的实施方式中公开了一种长波通膜系，如表4所示：
表4：一种长波通膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
材料 Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> SiO<sub>2</sub> Si:H SiO<sub>2</sub> Si:H SiO<sub>2</sub>
层 1 2 3 4 5 6
厚度 91.91 46.65 171.57 84.57 60 41.2
层 7 8 9 10 11 12
厚度 71.23 77.52 56.51 82.7 20 20
层 13 14 15 16 17 18
厚度 20 87.39 204.08 72.16 22.45 20
层 19 20 21 22 23 24
厚度 20 71.46 60.69 121.32 48.2 28.68
层 25 26 27 28 29 30
厚度 77.34 134.21 46.61 72.18 24.95 25.79
对应350nm至1200nm的波长范围，该辅膜系53的透过率曲线如图6所示，该长波通膜系包括一个通带和一个截止带，该长波通膜系的通带的范围大约是900nm至1000nm。示例性的，一种近红外带通滤光片包括该长波通膜系与表1公开的窄带通膜系，该长波通膜系的通带覆盖该窄带通膜系的通带。
在示例性实施方式中，辅膜系53为宽带通膜系，宽带通膜系的通带覆盖窄带通膜系的通带；在小于宽带通膜系通带的最小波长的波长区域内，宽带通膜系的平均截止度大于窄带通膜系的截止度。
在示例性实施方式中，主膜系52的厚度df1满足：df1＜7μm；所述辅膜系的厚度df2满足：df2＜8μm。
在示例性实施方式中，基底51的线膨胀系数α满足：3×10-6/℃＜α＜17×10-6/℃，基底51的泊松比μs满足：0.2＜μs＜0.32，基底51的折射率温度系数为δs＝(dns/dt)/ns，其中dns/dt满足-10*10-6/℃<dns/dt<10*10-6/℃；
高折射率膜层的折射率n1满足：3＜n1，高折射率膜层的折射率温度系数为δ1＝(dn1/dt)/n1，其中dn1/dt满足-15*10-6/℃<dn1/dt<15*10-6/℃；高折射率膜层的线膨胀系数β1满足：1×10-6/℃＜β1＜15×10-6/℃，高折射率膜层的泊松比μ1满足：0.1＜μ1＜0.5；
第一低折射率膜层的线膨胀系数β2满足：β2＜13×10-7/℃，第一低折射率膜层的泊松比μ2满足：0.1＜μ2＜0.5，第一低折射率膜层的折射率温度系数为：δ2＝(dn2/dt)/n2，其中dn2/dt满足-5*10-6/℃<dn2/dt<5*10-6/℃；
如此设置后，主膜系52的线膨胀系数β为：β＝z1β1+z2β2，其中，0＜z1＜1，0＜z2＜1。z1为高折射率膜层的权重系数，z2为第一低折射率膜层的权重系数。示例性的，z1等于全部高折射率膜层的厚度之和与主膜系52的厚度的比值，且z1+z2＝1。
δ是等效相位，其满足关系式：δ＝(vδ1+(1-v)δ2)，μ是等效泊松比满足关系式：μ＝(vμ1+(1-v)μ2)。
主膜系52的等效折射率n为：m为滤光片干涉级次，0＜m。由于n2＜n1，可知：0＜n＜n1。具体地，1＜m＜15。
主膜系52的膜层聚集密度Po满足：0.9＜P0＜1.6。
本申请实施例提供的近红外带通滤光片的通带的中心波长λc随温度T的变化而变化，λc的温漂Δλc/ΔT满足：
其中，A＝2(α-β)(1-3μ)/(1-μ)，B＝2μ(α-β)/(1-μ)，nc为该主膜系52在初始温度T0下的等效折射率，dc为该主膜系52在初始温度T0下的物理厚度。nT为该主膜系52在待测温度Tt下的等效折射率，dT为该主膜系52在待测温度Tt下的物理厚度。
可以计算得到Δλc/ΔT满足：Δλc/ΔT＜0.15nm/℃。
在一种具体地实施方式中公开了一种近红外带通滤光片5，该近红外带通滤光片5的基底51的材料为玻璃，更具体地，可以采用肖特(shott)的D263T，-30℃至70℃范围内，基底51的线膨胀系数α为7.2×10-6/℃，泊松比μs为0.208。该近红外带通滤光片5的主膜系52如表5所示：
表5：一种主膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
该主膜系52中的第一层为最靠近基底51的膜层，其它膜层按堆叠方向堆叠；奇数层为第一低折射率膜层，其折射率小于3，泊松比μ2为0.17；偶数层为高折射率膜层，泊松比μ1为0.28。该主膜系52的膜层为溅射反应镀层，膜层聚集密度P0为1.01，线膨胀系数β为3×10-6/℃。
该近红外带通滤光片5的辅膜系53如表6所示：
表6：一种辅膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
该辅膜系53的膜层为溅射反应膜层，第二低折射率膜层的材料为二氧化硅，第三低折射率膜层的材料为二氧化钛。
该近红外带通滤光片5的透过率曲线如图7和图8所示，图7示出了该近红外带通滤光片5对应0度角入射的光线时，通带的中心波长为865nm，对应30度角入射的光线时，通带的中心波长为858nm。图8示出了该近红外带通滤光片5在基准温度为0℃时，多个工作温度下的透过率曲线，通带的漂移量为：Δλc/ΔT＝0.055nm/℃。
在一种具体地实施方式中公开了一种近红外带通滤光片5，该近红外带通滤光片5的基底51的材料为玻璃，具体地，可以采用成都光明光电(CDGM)的H-ZPK5，-30℃至70℃范围内，基底51的线膨胀系数α为12.4×10-6/℃，100℃至300℃范围内，基底51的线膨胀系数α为14.5×10-6/℃，泊松比μs为0.3。该近红外带通滤光片5的主膜系52如表7所示：
表7：一种主膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
该主膜系52的膜层为溅射反应镀层，第一层最贴近基底51。该主膜系52的高折射率膜层的材料为Si:H，泊松比μ1为0.28；第一低折射率膜层的材料为SiO2，第四低折射率膜层的材料为Si3N4，泊松比μ2为0.17；该主膜系52的结构形式为：H-(L1-L4-L1-H)s-L4，膜层聚集密度P0为1.01，线膨胀系数β为3.5×10-6/℃。
该近红外带通滤光片5的辅膜系53采用表6所示的预设堆叠结构，该辅膜系53的膜层为蒸发镀层。
当高折射率膜层的晶态结构为非晶态时，该近红外带通滤光片5的透过率曲线如图9和图10所示。图9示出了该近红外带通滤光片5对应0度角入射的光线时，通带的中心波长为950.5nm，对应30度角入射的光线时，通带的中心波长为941.9nm。图10示出了该近红外带通滤光片5在基准温度为0℃时，多个工作温度下的透过率曲线，通带的漂移量为：Δλc/ΔT＜0.055nm/℃。通带贴近短波的一侧(UV侧)透过率10％和90％陡度分别为6nm和10nm，漂移为8nm；通带贴近长波的一侧(IR侧)透过率10％和90％陡度为7nm和7nm，漂移为9.5nm。
示例性的，该近红外带通滤光片5的高折射率膜层的一部分的晶体结构为晶态，具体地可以是单晶、多晶或者微晶，这部分的体积占该高折射率膜层的体积的15％。该近红外带通滤光片5的透过率曲线如图11所示。图11示出了该近红外带通滤光片5在基准温度为0℃时，多个工作温度下的透过率曲线，通带的漂移量为：Δλc/ΔT≤0.03nm/℃(大约为0.025nm/℃)，可见高折射率膜层中晶态结构的部分体积占比15％时，通带的漂移量更小。
在一种具体地实施方式中公开了一种近红外带通滤光片5，该近红外带通滤光片5的基底51的材料为玻璃。具体地，可以采用成都光明光电(CDGM)的H-ZPK7，-30℃至70℃范围内，基底51的线膨胀系数α为13.4×10-6/℃，100℃至300℃范围内，基底51的线膨胀系数α为15.9×10-6/℃，泊松比μs为0.306。该近红外带通滤光片5的主膜系52如表8所示：
表8：一种主膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
该主膜系52的膜层为溅射反应镀层，第一层最贴近基底51。该主膜系52的高折射率膜层的材料为Ge:H，泊松比μ1为0.22；第二低折射率膜层的材料为SiO2，泊松比μ2为0.17；该主膜系52的膜层聚集密度P0为1.08，线膨胀系数β为2.7×10-6/℃。
该近红外带通滤光片5的辅膜系53如表9所示：
表9：一种辅膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
该辅膜系53的膜层为蒸发镀层。
该近红外带通滤光片5的透过率曲线如图12和图13所示。图12示出了该近红外带通滤光片5对应0度角入射的光线时，通带的中心波长为946nm，对应30度角入射的光线时，通带的中心波长为937nm。图13示出了该近红外带通滤光片5在基准温度为0℃时，多个工作温度下的透过率曲线，通带的漂移量为：Δλc/ΔT＜0.015nm/℃。
在一种具体地实施方式中公开了一种近红外带通滤光片5，该近红外带通滤光片5的基底51的材料为玻璃。具体地，可以采用成都光明光电(CDGM)的H-ZPK7，-30℃至70℃范围内，基底51的线膨胀系数α为13.4×10-6/℃，100℃至300℃范围内，基底51的线膨胀系数α为15.9×10-6/℃，泊松比μs为0.306。该近红外带通滤光片5的主膜系52如表10所示：
表10：一种主膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
该主膜系52中的第一层为最靠近基底51的膜层；奇数层为第一低折射率膜层，泊松比μ2为0.17；偶数层为高折射率膜层，泊松比μ1为0.26。该主膜系52的膜层为溅射反应镀层，膜层聚集密度P0为1.02，线膨胀系数β为2×10-6/℃。
该近红外带通滤光片5的辅膜系53如表11所示：
表11：一种辅膜系的预设堆叠结构(厚度单位：nm)
该辅膜系53的膜层为溅射反应镀层，奇数层为第二低折射率膜层，偶数层为高折射率膜层。
该近红外带通滤光片5的透过率曲线如图14和图15所示。图14示出了该近红外带通滤光片5对应0度角入射的光线时，通带的中心波长为950nm，对应30度角入射的光线时，通带的中心波长为942nm。图15示出了该近红外带通滤光片5在基准温度为0℃时，多个工作温度下的透过率曲线，通带的漂移量为：Δλc/ΔT＜0.015nm/℃。
图2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、图2，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为三维传感器。
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膜层和第一低折射率膜层；
所述辅膜系包括按第二预设堆叠结构设置的第二低折射率膜层和第三低折射率膜层，所述第三低折射率膜层的折射率与所述第二低折射率膜层的折射率不同，或者，所述辅膜系包括按第二预设堆叠结构设置的所述高折射率膜层与所述第二低折射率膜层；
在780nm至3000nm波长范围内，所述近红外带通滤光片具有至少一个通带，在温度从-150℃改变至300℃时，所述至少一个通带的中心波长的漂移量小于0.15nm/℃。
2.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，在温度从-30℃改变至85℃时，所述近红外带通滤光片的通带中心波长的漂移量小于0.09nm/℃。
3.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，对应780nm至3000nm波长范围内的任一波长，所述高折射率膜层的折射率均大于3。
4.根据权利要求3所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述高折射率膜层的消光系数小于0.01。
5.根据权利要求4所述的近红外带通滤光片，其特征在于，对应850nm波长处，所述高折射率膜层的折射率大于3.6，消光系数小于0.005。
6.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述主膜系的厚度df1满足：df1＜7μm；所述辅膜系的厚度df2满足：df2＜8μm。
7.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述高折射率膜层的一部分的晶体结构为晶态，另一部分的晶体结构为非晶态；
所述晶体结构为晶态的部分的体积与所述高折射率膜层的体积之间的比率处于10％至20％以内。
8.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。
9.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述第一低折射率膜层的材料、所述第二低折射率膜层的材料及所述第三低折射率膜层的材料各自包括SiO2、Si3N4、SiOpNq、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Al2O3、SiCN、SiC的一种或多种的混合物，其中，
q＝(4-2p)/3,0＜p＜1。
10.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，沿背离所述基底的方向，所述第一预设堆叠结构的形式为：(L1-H)s-L1，或者，(H-L1)s；
所述H代表所述高折射率膜层，所述L1代表所述第一低折射率膜层，所述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。
11.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述主膜系还包括第四低折射率膜层，所述第一低折射率膜层的折射率不等于所述第四低折射率膜层的折射率。
12.根据权利要求11所述的近红外带通滤光片，其特征在于，沿背离所述基底的方向，所述第一预设堆叠结构的形式为：(L1-L4-L1-H)s-L1；(L1-L4-L1-H)s-L4；H-(L1-L4-L1-H)s-L1；或者H-(L1-L4-L1-H)s-L4；
所述H代表所述高折射率膜层，所述L1代表所述第一低折射率膜层，所述L4代表所述第四低折射率膜层，所述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。
13.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。
14.根据权利要求13所述的近红外带通滤光片，其特征在于，对应780nm至3000nm的波长范围，所述窄带通膜系具有至少一个通带。
15.根据权利要求14所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述辅膜系为长波通膜系；
对应350nm至3000nm的波长范围，所述长波通膜系具有至少一个通带和一个截止带，所述长波通膜系的通带覆盖所述窄带通膜系的通带。
16.根据权利要求14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，所述宽带通膜系的通带覆盖所述窄带通膜系的通带；
在小于所述宽带通膜系通带的最小波长的波长区域内，所述宽带通膜系的平均截止度大于所述窄带通膜系的截止度。
17.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述基底的材料的线膨胀系数在3*10-6/℃至17*10-6/℃之间。
18.根据权利要求1所述的近红外带通滤光片，其特征在于，所述主膜系和所述辅膜系通过溅射反应设备或蒸发设备来生成。
19.一种光学传感系统，其特征在于，所述光学传感系统包括图像传感器和如权利要求1-18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。
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