CN112444898A - 一种宽角度应用的滤光片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽角度应用的滤光片，其具有与800nm到1800nm波长范围部分重叠的通带，其包括基板，以及镀制在基板表面的滤光膜层；所述滤光片的滤光膜层包含多个高折射率层和多个低折射率层，其中，高折射率层的材料包含Si:H，低折射率层的材料包含SiO2；另外，所述滤光片的通带具有中心波长，当入射光的角度由0度变为30度时，其中心波长的偏移量小于12 nm；滤光片在波长为380nm到750nm范围的截止度大于OD4；且滤光片通带的峰值透过率大于95%。本发明方案可以在有效的截止可见光、透过红外光的同时，实现滤光片更轻薄、膜层结合力高、承压能力强的技术效果，也使得其应用可靠性更好。
Description
技术领域
本发明涉及滤光片领域，尤其涉及生物识别、激光雷达、环境监测、红外成像或其他成像领域应用的宽角度应用的滤光片。
背景技术
滤光片是光学检测系统不可缺少的部件之一。在可见光摄像头中，需要红外截止滤光片（IR-CUT）来实现阻隔红外光、透过可见光的目的。而3D识别摄像头则相反，3D识别摄像头通过激光器发射红外光，红外光在被探测物反射后，经过成像系统被探测器接收，获得成像效果。在3D识别摄像头中，红外光为有用信号，可见光为噪声信号，因此需要滤光片实现阻隔可见光、透过红外光的目的。
近年来，手机摄像头呈现了两种发展趋势：1）模组越来越薄，要求器件的尺寸、体积越来越小；2）镜头光学设计的光学入射角范围越来越大，要求器件在大的入射角范围内保持光学性能一致。两种趋势对滤光片也提出了更高的要求：即滤光片保证性能和可靠性的前提下厚度越来越薄，且透射光光谱在宽角度内的漂移量越来越小。
目前市面上在售的手机摄像头，其滤光片大都使用有色玻璃方案。典型的有色玻璃为蓝玻璃（Blue Glass）。有色玻璃中的金属离子可以对特定波长的光进行吸收，通过在有色玻璃上镀膜，还可以实现大入射角时较低的光谱偏移。但有色玻璃有易脆、化学性质不稳定的特点，当有色玻璃厚度小于200μm时，材料非常难以加工、抛光，且易损坏、难以通过跌落等可靠性测试。这阻碍了摄像模组的小型化。
另一种方案采用柔性材料为基材，可以制备小于150μm的滤光片。典型的基板材料是聚碳酸酯（PC）等。专利申请CN107430226A详细公开了这种方法，该方法通过在树脂基材中设置光吸收物质，达到和有色玻璃类似的吸收效果。但是，该方案由于要在柔性材料上镀膜，膜层的牢固度不如玻璃方案，在恶劣环境使用时容易发生脱膜现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以有效截止可见光的滤光片，其可应用于3D识别摄像头。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
宽角度应用的滤光片，其具有与800 nm到1800 nm波长范围部分重叠的通带，其包括基板，以及镀制在基板表面的滤光膜层；所述滤光片的滤光膜层包含多个高折射率层和多个低折射率层，其中，高折射率层的材料包含Si:H，低折射率层的材料包含SiO2；另外，所述滤光片的通带具有中心波长，当入射光的角度由0度变为30度时，其中心波长的偏移量小于12nm；滤光片在波长为380 nm 到750 nm 范围的截止度大于OD4；且滤光片通带的峰值透过率大于95%。
进一步，所述滤光片的基板厚度不大于150 μm。
进一步，所述滤光片的基板为钢化玻璃材料。
进一步，所述滤光膜层的总厚度不大于20 μm。
进一步，所述基板的两个表面上均镀有滤光膜层。
进一步，所述滤光片为干涉滤光片。
优选的，所述的干涉滤光片为多腔式带通滤光片，且其腔的数目大于或等于3。
进一步，所述的滤光膜层与基板之间还设有结合层。
优选的，所述的结合层为单层SiO2材料。
一种3D识别摄像头，其包括上述所述的宽角度应用的滤光片。
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本发明方案可以在有效的截止可见光、透过红外光的同时，实现滤光片更轻薄、膜层结合力高、承压能力强的技术效果，也使得其应用可靠性更好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明方案做进一步的阐述：
图1为本发明方案的实施例之一的简要层次结构示意图；
图2为Si:H材料的吸收特性示意图，其中横坐标为波长（nm），纵坐标为消光系数（无量纲）；
图3为本示例滤光片在0度和30度入射角时的透射光谱图，其中横坐标为波长（nm），纵坐标为透过率（%）。
具体实施方式
如图1所示，本发明滤光片101包括基板102，以及镀制在基板102表面的滤光膜层104、106；即，滤光膜层104、106镀设在基板102的两表面上，其光谱性能为两个表面滤光膜层的综合效果。所述滤光片101的基板102厚度不大于150 μm，且为钢化玻璃材料，为了提高滤光膜层和钢化玻璃的结合力，在滤光膜层和钢化玻璃之间还各镀制了结合层103、105。结合层103、105一般选用单层的SiO2。
其中，滤光膜层104、106由多层材料堆叠而成，滤光膜层104、106包含多个高折射率层和多个低折射率层，其中，高折射率层的材料包含Si:H，低折射率层的材料包含SiO2；滤光片基于光学干涉原理，通过多层膜的堆叠，实现对特定波长选择性透过、其他波长抑制的目的。
虽然钢化玻璃相对于有色玻璃或者柔性材料，具有稳定性好、承压能力强的特点，但在具体实现上，仍需要对膜系进行合理设计，在基板表面上分配两个面的镀膜厚度，从而实现两端的应力平衡。因此，本发明的滤光片101，滤光膜层104、106的总厚度不大于20μm。
另外，高折射率材料Si:H对可见光具有吸收属性，进一步有利于可见光截止度的提高。
一般认为，当镀膜材料的消光系数小于1×10-4时，材料是透明的，对应用不存在可觉察的吸收；当消光系数大于1×10-4、小于1×10-3时，材料有一定吸收，但多数情况下可以使用。常规的高折射材料如Ta2O5、TiO2、Nb2O5等，在可见光均满足消光系数小于1×10-4。因此，当这些材料用于阻隔可见光的滤光片时，需要大量的材料堆积，通过镀制多个反射膜堆实现。
图2为Si:H材料的吸收特性示意图，其中,横坐标为波长（nm），纵坐标为消光系数（无量纲）。Si:H材料在850nm以上时的消光系数小于1×10-3，可以用于红外高透膜系的镀制；在800nm以下消光系数迅速增加，在对可见光波段几乎完全吸收，即通过Si:H本身的吸收性能就可以实现可见光的阻隔，大大减小了膜系的厚度。本方案实施例滤光片101使用Si:H作为高折射率材料，在可见光范围（380nm 到 750nm）的截止度大于OD4，滤光片通带的峰值透过率大于95%。
Si:H材料的折射率一般大于3.5，远高于常规的镀膜材料。根据薄膜光学理论，膜层材料的折射率越高，膜层光学特性对入射角度越不敏感。图3为示例滤光片在0度和30度入射角时的透射光谱图，其中横坐标为波长（nm），纵坐标为透过率（%）。本发明的滤光片，通过膜系材料和基板材料的合理设计，可以实现当入射光的角度由0度变为30度时，其中心波长的偏移量小于12nm，满足宽角度时的红外成像应用。
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.宽角度应用的滤光片，其具有与800 nm到1800 nm波长范围部分重叠的通带，其包括基板，以及镀制在基板表面的滤光膜层；其特征在于：所述滤光片的滤光膜层包含多个高折射率层和多个低折射率层，其中，高折射率层的材料包含Si:H，低折射率层的材料包含SiO2；另外，所述滤光片的通带具有中心波长，当入射光的角度由0度变为30度时，其中心波长的偏移量小于12 nm；滤光片在波长为380 nm 到750 nm 范围的截止度大于OD4；且滤光片通带的峰值透过率大于95%。
2.根据权利要求1所述的宽角度应用的滤光片，其特征在于：所述滤光片的基板厚度不大于150 μm。
3.根据权利要求1所述的宽角度应用的滤光片，其特征在于：所述滤光片的基板为钢化玻璃材料。
4.根据权利要求1所述的宽角度应用的滤光片，其特征在于：所述滤光膜层的总厚度不大于20 μm。
5.根据权利要求1所述的宽角度应用的滤光片，其特征在于：所述基板的两个表面上均镀有滤光膜层。
6.根据权利要求1所述的宽角度应用的滤光片，其特征在于：所述滤光片为干涉滤光片。
7.根据权利要求6所述的宽角度应用的滤光片，其特征在于：所述的干涉滤光片为多腔式带通滤光片，且其腔的数目大于或等于3。
8.根据权利要求1所述的宽角度应用的滤光片，其特征在于：所述的滤光膜层与基板之间还设有结合层。
9.根据权利要求8所述的宽角度应用的滤光片，其特征在于：所述的结合层为单层SiO2材料。
10.一种3D识别摄像头，其特征在于：其包括权利要求1至9之一所述的宽角度应用的滤光片。
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