CN116097133A - 红外截止滤光片、红外截止透镜和相机模块 - Google Patents
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Abstract
提供了一种红外截止滤光片(10)、红外截止透镜(20)以及相机模块(100)。所述相机模块(100)包括所述红外截止滤光片和所述红外截止透镜，所述红外截止滤光片和所述红外截止透镜可以抑制单色滤光片中高波长区域可见光的透射率下降并获得高光量。所述红外截止膜(10)或所述红外截止透镜(20)透射波长为400nm至750nm的光，其中，透射率为50％的波长在700nm至750nm的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外截止滤光片和红外截止透镜，更具体地说，涉及一种用于相机模块的红外截止滤光片和红外截止透镜。
背景技术
使用成像元件的光学成像系统使用收集光的光学透镜和光学构件，例如透射在预定波长范围内的光且不透射其它波长范围内的光的光学膜。例如，互补型金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)传感器用作成像元件。例如，互补型金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)传感器用作成像元件。CMOS传感器主要分为彩色传感器和单色传感器。彩色传感器主要是RGB传感器，单色传感器表示灰度。彩色滤光片设置在彩色传感器上。通过使用彩色滤光片，可以选择性地透射具有适合成像元件的红、绿和蓝(red,green,and blue，RGB)波长区域的波长的可见光，并吸收其它波长区域中的可见光。但是，存在光量减少的问题。例如，在RGGB拜耳阵列的情况下，光量变为四分之一。另一方面，由于单色传感器具有大量的入射光，它比彩色传感器具有更高的分辨率和更多的信息。
此外，将入射到成像元件上的光限制在人眼可以感知的波长范围(可见波长范围)的红外截止滤光片设置在光学透镜与图像传感器之间。这种红外截止滤光片用于阻止波长长于可见波长范围的红外光透射。在红外截止滤光片中，透射率曲线根据入射角而变化。当红外截止滤光片的宽度加宽时，彩色传感器存在色彩偏差问题，捕获图像的颜色劣化。另一方面，由于单色传感器最初不以彩色表示图像，因此不存在色彩偏差问题。但是，通常用于截止红外线的单色滤光片存在降低高波长区域的可见光的透射率的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种红外截止滤光片、红外截止透镜以及包括所述红外截止滤光片和所述红外截止透镜的相机模块，所述红外截止滤光片和所述红外截止透镜可以减少单色滤光片中高波长区域可见光的透射率下降并可以获得高光量。
本发明的红外截止滤光片透射波长为400nm至750nm的光，其中，透射率为50％的波长在700nm至750nm的范围内。
优选地，根据本发明的红外截止滤光片包括滤光膜和在滤光膜上形成的红外截止膜。优选地，红外截止膜包括Ta2O5和SiO2或TiO2和SiO2。
此外，滤光膜包括具有特定光谱吸收特性的有机材料，以便实现所需的波长截止。
本发明的红外截止透镜透射波长为400nm至750nm的光，其中，透射率为50％的波长在700nm至750nm的范围内。
优选地，根据本发明的红外截止透镜包括透镜和在透镜上形成的红外截止膜。
根据本发明的相机模块包括红外截止滤光片或红外截止透镜。
本发明将通过以下描述和附图进一步详细地呈现，附图示出了根据本发明的优选实施例，仅用于说明目的。
附图说明
通过以下对本发明的非限制性实施例的详细描述，并查看附图，可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了使用本发明的实施例提供的红外截止滤光片的成像设备的图；
图2示出了传统的红外截止滤光片和本发明的实施例提供的红外截止滤光片的透射特性的图；
图3示出了本发明的第一实施例提供的红外截止滤光片的透射特性的图；
图4示出了本发明的第二实施例提供的红外截止透镜的透射特性的图；
图5示出了本发明的第二实施例的变型提供的红外截止透镜的透射特性的图；
图6是本发明的第三实施例提供的红外截止滤光片的透射特性的图；
图7是本发明的第三实施例提供的红外截止滤光片的反射特性的图；
图8是使用传统红外截止滤光片的相机模块和使用本发明的第二实施例提供的红外截止透镜的相机模块的透射特性的图；
图9是使用本发明的第三实施例提供的红外截止滤光片的相机模块中的透射特性的图。
具体实施方式
在本文中，除非另有说明，否则当定义一个组件与另一个组件之间的位置关系时，术语“在……上方”和“在……下方”包括另一个组件位于组件之间的情况，以及一个组件直接位于另一个组件上方或直接位于另一个组件下方的情况。
为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下文结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例的技术方案进行描述。
(第一实施例)图1示出了用于解释使用本发明的第一实施例提供的红外截止滤光片10的成像设备100的图。如图1所示，成像设备100包括成像透镜20、红外截止滤光片10和成像元件30。虽然成像透镜20在图1中被描述为单个透镜，但它通常包括多个透镜。成像元件30可以是半导体固态成像元件，例如CCD或CMOS。红外截止滤光片10包括透明基板12、在透明基板12的表面上形成的红外反射层14和在透明基板12的另一个表面上形成的红外吸收层16。红外截止膜10设置成使得红外反射层14面对成像透镜20，红外吸收层16面对成像元件30。
例如，透明基板12可以是厚度为约0.1mm至0.3mm的板状主体。形成透明基板12的材料没有特别限制，只要能透射可见光即可，例如可以是玻璃。由于由玻璃形成的玻璃基板便宜，因此就成本而言是优选的。此外，蓝玻璃可以用作透明基板12。或者，合成树脂膜或合成树脂基材，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)可以用作透明基材12。
如上所述，红外反射层(IR涂层)14在透明基板12的表面上形成，并用作光入射表面。红外反射层14用于透射可见光并反射红外光。红外反射层14可以由层叠具有不同折射率的介电膜的介电多层膜形成。通过控制每个层的折射率和厚度，可以自由设计介电多层膜的光学特性，例如光谱透射率特性。例如，红外反射层14可以是交替沉积在透明基板12上的具有不同折射率的氧化钛(TiO2)层和氧化硅(SiO2)层。作为气相沉积方法，优选支持在相对较低的温度下形成膜的离子束辅助沉积(ion-beam assisted deposition，IAD)。作为介电多层膜的材料，除了TiO2和SiO2之外，还可以使用MgF2、Al2O3、MgO、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5等介电体。
如上所述，红外吸收层(AR涂层)16在透明基板12的另一表面上形成，并用作光吸收表面。红外吸收层16用于透射可见光并吸收红外光。红外吸收层16具有抑制反射、增加透射光和抑制重影的功能。进入红外截止滤光片10的光通过红外反射层14和透明基板12，然后进入红外吸收层16，因此，红外吸收层16吸收未被红外反射层14和透明基板12阻挡的红外层。
例如，红外吸收层16通过施加含有粘合剂树脂的溶液，并干燥和固化涂膜而形成，在所述溶液中分散了在特定范围内波长具有吸收峰的物质(吸收物质)。例如，用于形成红外吸收层16的粘合剂树脂是丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂、聚氨酯树脂、氟树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚烯烃树脂、硅树脂或环氧树脂。这些树脂可以由一种单体、一种低聚物或一种聚合物形成，或者可以通过组合两种或两种以上单体、两种或两种以上低聚物或两种或两种以上聚合物形成。例如，红外吸收层16的厚度为1μm至200μm。
图2示出了传统的红外截止滤光片和本发明的实施例提供的红外截止滤光片的透射特性的图。从图2可以清楚地看出，传统的红外截止滤光片可以截止红外线，但在可见光的高波长区域(大约550nm至780nm)中，出现透射率大幅下降。另一方面，本发明的实施例提供的红外截止滤光片的透射率曲线示出了基本上矩形的透射区域。本发明的实施例提供的红外截止滤光片透射在可见光的宽波长范围内的可见光，因此可以获得比传统的红外截止滤光片更高的光量。例如，当使用本发明的实施例提供的红外截止膜时，光量是使用传统红外截止膜时的约1.28倍。
(第二实施例)本发明的第二实施例提供的红外截止透镜的特征在于，红外反射层14设置在形成成像透镜20的多个透镜中的任何一个透镜的表面上。作为成像透镜20，可以使用石英玻璃、聚碳酸酯(PC)、环烯烃共聚物(COC)等。聚碳酸酯(PC)优于环烯烃共聚物(COC)，因为它具有良好的耐热性。为了在透镜上沉积红外反射层的材料，透镜的表面优选是平坦的。利用这种配置，可以获得图2所示的透射特性。
(第三实施例)本发明的第三实施例提供的红外截止膜的特征在于，透明基板12包含具有特定光谱吸收特性的有机材料，以便实现所需的波长截止。即使利用这种配置，也可以获得比传统的红外截止滤光片更好的透射特性。
下文将描述本发明的实施例。
(第一示例)通过离子束辅助沉积(ion-beam assisted deposition，IAD)在由厚度为0.21mm的硼硅酸盐玻璃制成的透明玻璃基板(由肖特公司(SCHOTT)制造，产品名称：D263)的主表面上形成TiO2膜和SiO2膜交替层叠的红外反射膜。这样一来，产生了第一示例的红外反射层14。第一示例的红外反射层14的厚度为5μm。
其次，将有机染料(选自花青基、方酸基、酞青基和二铵基有机染料的一种或多种有机染料)与作为溶剂的甲基乙基酮(MEK)混合，加入聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，使固体含量比为99重量％，然后搅拌2小时，得到涂层液体，所述有机染料在700nm至750nm波长处具有吸收峰，在可见区域中吸收很少，并可溶于甲基乙基酮(MEK)。通过旋涂将涂层液体施加到透明玻璃基板的另一个主表面上，以形成涂膜。将该涂膜暴露在140℃的环境中0.5小时，以干燥和固化涂膜以形成吸收膜。这样一来，产生了第一示例的红外吸收层16。第一示例的红外吸收层14的厚度为3μm。
图3示出了本发明的示例1提供的红外截止滤光片的透射特性的图。在图3中，实线表示光在红外截止滤光片上的入射角为0°时的透射率曲线，虚线表示入射角为30°时的透射率曲线。可以看出，在任何情况下，在可见光的宽波长范围(约400nm至750nm)中获得高透射率。此外，可以看出，透射率为50％的波长在约700nm至750nm的范围内。
(第二示例)通过离子束辅助沉积(ion-beam assisted deposition，IAD)在由厚度为0.21mm的石英玻璃制成的透镜(由肖特公司(SCHOTT)制造)的主表面上形成TiO2膜和SiO2膜交替层叠的红外反射膜。这样一来，产生了第二示例提供的红外反射层14。第二示例提供的红外反射层14的厚度为5μm。
图4是本发明的第二示例提供的红外截止透镜的透射特性的图。在图4中，实线表示光在红外截止透镜上的入射角为0°时的透射率曲线，虚线表示入射角为30°时的透射率曲线。可以看出，在任何情况下，在可见光的宽波长范围(约400nm至750nm)中获得高透射率。此外，可以看出，透射率为50％的波长在约700nm至750nm的范围内。
接下来，示出第二示例的两个修改示例。修改示例1是通过与第二示例相同的方法制备的红外截止透镜，不同之处在于使用Ta2O5和SiO2代替TiO2和SiO2。此外，修改示例2是通过与修改示例1相同的方法制备的红外截止透镜，不同之处在于改变了红外反射层14的厚度。
图5是修改示例1和2提供的红外截止透镜的透射特性的图。图5中的“示例1”示出了修改示例1提供的红外截止透镜的透射特性，图5中的“示例2”示出了修改示例2提供的红外截止透镜的透射特性。为了比较，示出了第二示例(图5中的“示例3”)提供的红外截止透镜的透射特性和用于传统智能手机(图5中的“传统智能手机”)的红外截止透镜的透射特性。特别是，可以看到，在修改示例1(“示例1”)中，在可见光的宽波长范围内获得高透射率。此外，可以看出，透射率为50％的波长在约700nm至750nm的范围内。
(第三示例)通过含有具有特定光谱吸收特性的有机材料来制备红外截止膜，以实现截止到由厚度为0.21mm的硼硅酸盐玻璃制成的透明玻璃基板(由肖特公司制造，产品名称：D263)中的所需波长。这种有机材料是具有优异的耐热性、透明度和成型加工性的环状烯烃树脂。
其次，将有机染料(选自花青基、方酸基、酞青基和二铵基有机染料的一种或多种有机染料)与作为溶剂的甲基乙基酮(MEK)混合，加入聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，使固体含量比为99重量％，然后搅拌2小时，得到涂层液体，所述有机染料在700nm至750nm波长处具有吸收峰，在可见区域中吸收很少，并可溶于甲基乙基酮(MEK)。通过旋涂将涂层液体施加到透明玻璃基板的另一个主表面上，以形成涂膜。将该涂膜暴露在140℃的环境中0.5小时，以干燥和固化涂膜以形成吸收膜。这样一来，产生了第三示例的红外吸收层16。第三示例的红外吸收层14的厚度为3μm。
图6示出了第三示例提供的红外截止滤光片的透射特性的图，图7示出了第三示例提供的红外截止膜的反射特性的图。在图6中，实线表示光在红外截止滤光片上的入射角为0°时的透射率曲线，虚线表示入射角为30°时的透射率曲线。此外，在图7中，实线表示光在红外截止滤光片上的入射角为0°时的反射率曲线，虚线表示入射角为30°时的反射率曲线。从图6可以看出，在任何情况下，在可见光的宽波长范围(约400nm至750nm)中获得高透射率。此外，可以看出，透射率为50％的波长在约700nm至750nm的范围内。
(第四示例)图8示出了使用传统红外截止滤光片的相机模块和使用本发明的第二示例提供的红外截止透镜的相机模块的透射特性的图。从图8可以看出，在使用传统红外截止滤光片的相机模块中，透射特性从大约550nm的波长开始急剧下降。另一方面，在使用第二示例的红外截止透镜的相机模块中，可以看到，与使用传统红外截止滤光片的相机模块相比，可以在更宽的可见光范围内获得更高的透射率。
(第五示例)图9示出了使用本发明的第三示例提供的红外截止滤光片的相机模块中的透射特性的图。在图9中，实线表示光在红外截止滤光片上的入射角为0°时的透射率曲线，虚线表示入射角为30°时的透射率曲线。从图9可以看出，与使用传统单色滤光片的相机模块相比，使用第三示例提供的红外截止滤光片的相机模块在可见光的更宽波长范围内具有更高的透射率。
本发明可用于相机模块，特别是用于智能手机的相机模块。
Claims (8)
1.一种红外截止滤光片，其特征在于，透射波长为400nm至750nm的光，其中，透射率为50％的波长在700nm至750nm的范围内。
2.根据权利要求1所述的红外截止滤光片，其特征在于，包括滤光膜和在所述滤光膜上形成的红外反射膜。
3.根据权利要求2所述的红外截止滤光片，其特征在于，所述红外反射膜包括Ta2O5和SiO2或TiO2和SiO2。
4.根据权利要求2所述的红外截止滤光片，其特征在于，所述滤光膜包括具有特定光谱吸收特性的有机材料，以便实现所需的波长截止。
5.一种相机模块，其特征在于，包括根据权利要求1所述的红外截止滤光片。
6.一种红外截止透镜，其特征在于，透射波长为400nm至750nm的光，其中，透射率为50％的波长在700nm至750nm的范围内。
7.根据权利要求6所述的红外截止透镜，其特征在于，包括透镜和在所述透镜上形成的红外反射膜。
8.一种相机模块，其特征在于，包括根据权利要求6所述的红外截止透镜。
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