CN202886635U - 蓝玻璃红外截止滤光片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种蓝玻璃红外截止滤光片，包括基板，基板材料为蓝玻璃，在基板的前表面有红外短波截止膜堆，在基板的后表面有红外长波截止膜堆，所述红外短波截止膜堆和红外长波截止膜堆分别由高折射率材料和低折射率材料的薄膜交替堆叠而成。通过采用较少膜层数的两组红外截止膜堆与蓝玻璃相组合，在蓝玻璃基板厚度处于超薄条件下，利用蓝玻璃的红外吸收特性和截止膜堆的红外反射特性来共同实现对红外光谱区间700nm-1100nm的高截止特性要求。

Description

蓝玻璃红外截止滤光片

技术领域

本实用新型涉及一种滤光片,特别涉及一种高像素摄像头用复合薄膜型蓝玻璃红外截止滤光片。

背景技术

随着高端智能手机的发展，尤其是苹果手机的热卖，对手机摄像头的要求越来越高，已经从初期的130万像素发展到500万像素甚至800万像素，未来800万像素及以上的手机摄像头将成为智能手机的标准配置。在手机摄像头中，位于影像感测器CCD或CMOS前的红外截止滤光片，有效滤除红外线通过可见光线，从而产生正常色彩的影像，是摄像头中的一个关键元器件。随着成像像素的不断提高，从成像清晰，色彩还原真实，感测器工作稳定可靠等方面对红外截止滤光片提出了越来越高的要求。尤其是一般摄像头体积非常小，红外截止滤光片尺寸规格只有几个毫米量级，而所摄取的景物几何尺寸要远大于手机镜头，这样拍摄对象的反射光很大一部分将以一定的入射角度进入镜头，而不完全是垂直入射。如果不对这类斜入射光进行有效的处理，将极大影响可见光谱透过率，从而影响成像质量。

现有的红外截止滤光片一般由多层高低折射率材料的薄膜在透明光学玻璃表面堆叠而成，采用物理光学的多光束干涉原理对红外光进行截止，红外线通过多层薄膜时会发生光学干涉相消现象，可见光通过多层薄膜会发生干涉相长现象，以实现截止红外光透过可见光的功能，而当光线以不同角度入射到多层膜时，由于等效光学厚度和等效折射率发生变化，使得整个光谱向短波方向偏移，一般在27nm左右，造成部分可见光被过滤，从而通过镜头模组所成画面，在中心和边缘部分的色彩表面出较大的差异，虽然专利200710202316.9提出采用叠加多个膜堆组合的方法，但这样的结果虽然实现了一定角度条件下的较少的波长偏移（16nm)，但所付出的代价的膜层总数非常多达到38层-50层，膜层厚度大，设计和制备难度大，成本高，不利于产品化。

另一种手段是采用蓝玻璃基板，其红外截止是利用了玻璃材质本身对入射光选择吸收的特性，实现对近红外700-1200nm波段光吸收达到红外截止，所以不存在大入射角条件下的波长偏移现象，但截止效果强烈依赖于蓝玻璃基板的厚度，目前常用的蓝玻璃厚度在1.2mm，能够实现很好的红外截止，但过厚的厚度也会导致可见光部分的透过率降低，同时也不利于成像器件的小型化发展。现代的摄像头产品，对体积要求越来越小，对成像质量，色彩还原要求越来越高，而内嵌于CCD/CMOS影像传感器前的红外截止滤光片，一般厚度要求只有0.1mm-0.3mm，通常的规格为0.1mm，0.145mm，0.21mm和0.3mm，如此薄的基板厚度空间，如果采用同样厚度的蓝玻璃作为红外截止滤光片，由于厚度减薄，其对红外波段700-1200nm的吸收降低，截止效果减弱，导致当采用0.3mm厚蓝玻璃时，红外波段截止特性只能达到透过率20%左右，远低于高像素摄像头红外截止透过率小于0.5%的要求。

在越来越高的手机摄像头像素要求下，现有红外截止滤光片存在的问题必然会影响正常的成像效果，降低成像质量。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种能够实现大角度入射和超薄玻璃基板条件下光谱偏移小，并具有良好红外截止特性的高像素摄像头用蓝玻璃红外截止滤光片。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：提供一种蓝玻璃红外截止滤光片，包括基板，其特征在于，基板材料为蓝玻璃，在基板的前表面有红外短波截止膜堆，在基板的后表面有红外长波截止膜堆，所述红外短波截止膜堆和红外长波截止膜堆分别由高折射率材料和低折射率材料的薄膜交替堆叠而成。

其中，所述红外短波截止膜堆的层数为20-25层，红外短波截止膜堆截止中心波长位于800nm附近；红外长波截止膜堆的层数控制在15-20层，红外长波截止膜堆截止中心波长位于1000nm附近。

其中，所述基板厚度在0.1mm-0.55mm之间。

其中，所述基板厚度为0.1mm、0.145mm、0.21mm、0.3mm、0.45mm或0.55mm。

其中，所述高折射率材料为TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅中的一种或几种的混合物。

其中，所述低折射材料为SiO₂或MgF₂。

本实用新型的蓝玻璃红外截止滤光片，通过采用较少膜层数的两组红外截止膜堆与蓝玻璃相组合，在蓝玻璃基板厚度处于超薄条件下，利用蓝玻璃的红外吸收特性和截止膜堆的红外反射特性来共同实现对红外光谱区间700nm-1100nm的高截止特性要求；膜层数的降低不但利于实际制备，同时也降低了传统红外截止滤光片在镀制膜层数较多条件下极易形成白雾现象的几率。

采用前后膜堆双面镀膜的办法，利用两个膜堆中心波长不同、膜层数不同来实现总光学厚度相当，引入的应力相接近，从而有效防止了超薄蓝玻璃基板由于膜层应力而引起翘曲，变形。

通过优选红外截止膜堆的中心波长，使得在大角度入射条件下红外截止膜堆的短波偏移不影响蓝玻璃本身的可见光透过率，这样从总体上实现了大角度入射条件下很小的光谱偏移，使其在实际成像时克服现有技术影像色彩偏差，得到色彩均匀清晰的成像。

附图说明

图1是本实用新型复合薄膜蓝玻璃红外截止滤光片膜层结构示意图；

图2是0.45mm常规未镀膜蓝玻璃基片不同入射角度透射光谱示意图；

图3是传统白玻璃多层干涉薄膜红外截止滤光片不同入射角度透射光谱示意图；

图4是本实用新型复合薄膜蓝玻璃红外截止滤光片与未镀膜蓝玻璃透射光谱对比示意图；

图5是本实用新型复合薄膜蓝玻璃红外截止滤光片不同入射角度透射光谱示意图。

主要元件符号说明

1、蓝玻璃基板；2、红外短波截止膜堆；3、红外长波截止膜堆。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本实用新型的复合薄膜蓝玻璃红外截止滤光片包括基板，在基板的前表面有红外短波截止膜堆2，在基板的后表面有红外长波截止膜堆3，其中基板材料为蓝玻璃，厚度在0.1mm-0.55mm之间，常用规格为0.1mm，0.145mm，0.21mm，0.3mm，0.45mm和0.55mm。红外短波截止膜堆和红外长波截止膜堆分别由高低折射率材料的薄膜交替堆叠而成，其中，高折射率材料为TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅中的一种或几种的混合物，低折射材料为SiO₂或MgF₂中的一种。

由于蓝玻璃本身对红外光线存在吸收效应，加镀多层红外截止膜的作用是为了进一步改善蓝玻璃的红外截止特性，所以在蓝玻璃前后通过优选截止波长和膜层数，满足组合后的红外截止特性达到要求指标，同时保证红外截止膜堆在大角度入射条件下的短波偏移尽量不影响蓝玻璃本身的可见光谱透过区域。这样确保了复合薄膜型的蓝玻璃红外截止滤光片在大角度入射条件下整体的光谱偏移对可见光区透过率影响较小。

基于超薄蓝玻璃，为防止薄基片由于膜层应力发生形变，在基板的两个表面分别镀制截止波长不同的两组红外截止膜堆，红外截止膜堆的膜层数决定于所采用的蓝玻璃基板厚度所引起的红外光透过率高低。其中红外短波截止膜堆2的层数通常控制在20层-25层，截止中心波长位于800nm附近；红外长波截止膜堆层数控制在15-20层，红外长波截止膜堆截止中心波长位于1000nm附件，这样既保证蓝玻璃两个表面膜堆的膜层总厚度相接近，由于选用同种薄膜材料和生产工艺，两个膜堆所应起的应力也相接近，这样在蓝玻璃两面实现应力抵消，同时两个膜堆组合实现了要求的700-1100nm红外波段的截止特性。

请参阅图1，本实用新型复合薄膜的蓝玻璃红外截止滤光片的主体结构为超薄的基板1，该蓝玻璃基板1厚度一般在0.1mm-0.3mm，在基板1的两个表面，分别有短波红外截止膜堆2和长波红外截止膜堆3，通过真空镀膜的方法分别沉积若干层高折射率材料及低折射率材料交替叠加形成的氧化物膜层，其中，高折射率材料选用TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅中的一种或几种的混合物，低折射率材料选用SiO₂或MgF₂。

其中，根据红外截止波长区间700-1100nm，短波红外截止膜堆2截止中心波长位于800nm附近，膜层数在20-25层左右，截止波长范围在700nm-900nm区域，总物理厚度控制在2微米左右；长波红外截止膜堆3截止中心波长位于1000nm附近，膜层数在15-20层左右，截止波长范围在900nm-1100nm区域，总物理厚度也控制在2微米左右。

虽然两个膜堆中心波长不同，但短波红外截止膜堆2在膜层数略高于长波红外截止膜堆3，根据膜堆总的厚度是由截止中心波长和膜层数的乘积来决定，通过优选红外截止膜堆的中心波长，使得两个膜堆总体上膜层厚度相接近，应力相当。

为了确保在大角度入射条件下，短波红外截止膜堆2固有的光谱偏移不影响蓝玻璃基板1本身在波长580nm-670nm过渡区间的光谱特性，要根据蓝玻璃基板1在50%光学透过率对应波长值来确定短波红外截止膜堆在50%光学透过率对应的波长值，较好的波长差值控制在40nm左右。也就是如果蓝玻璃基板50%透过率对应波长在630nm，那么短波红外截止膜堆2的50%透过率波长值应位于670nm左右，根据此再来确定短波红外截止膜堆截止带中心波长应位于805nm左右。这样实现了大角度入射条件下(入射角从0度增加到30度）虽然短波红外截止膜堆会出现25-30nm的短波偏移，但由于在控制中心波长上已将这种短波偏移考虑进去，所以总整体上看这种偏移并不会影响蓝玻璃红外滤光片在过渡区域的光谱性能，使其在实际成像时克服现有技术影像色彩偏差，得到色彩均匀清晰的成像。

图2是0.45mm厚度常规蓝玻璃基板不同入射角度透射光谱示意图，图中实线为0度入射角度透射光谱示意图，虚线为30度入射角度透射光谱示意图，横轴表示工作的光谱波段，纵轴表示光谱透过率，可以看出，由于其对光谱截止采用的是吸收原理，所以在超薄厚度条件下，红外波段的截止效果较差，在700nm-1100nm工作波段内，最低透过率也在1%左右，最高透过率达到12%，远远不能满足百万级像素摄像头对红外光谱透过率<0.5%的截止要求，但在变化角度的情况下，从0度垂直入射到增加到30度角入射时，蓝玻璃基板并未出现光谱漂移现象，说明采用蓝玻璃基板可以很好的实现大角度入射条件下的成像效果。

请参阅图3，是传统白玻璃多层干涉薄膜红外截止滤光片不同入射角度透射光谱示意图，横轴表示工作的光谱波段，纵轴表示光谱透过率，以光线50%透过率作为参照，当入射角度为零度时，50%透过率波长在650nm，当入射角度为30度时，50%透过率波长向短波漂移到623nm，这种漂移是由于多层干涉薄膜在入射角度增大时等效光学厚度和等效折射率变化所致，是干涉薄膜的一种固有效应，同时这种漂移会导致有用的可见光谱由于短波漂移而被截止掉，从而通过镜头模组所成画面，在中心和边缘部分的色彩表面出较大的差异。

请参阅图4，是本实用新型复合薄膜蓝玻璃红外截止滤光片与未镀膜蓝玻璃透射光谱对比示意图，图中实线为本实用新型滤光片光谱透过率曲线，虚线为未镀膜蓝玻璃透射光谱透过率曲线，可以看出，本实用新型通过设计特殊的红外截止膜堆并组合蓝玻璃本身的光谱特性，很好的弥补了蓝玻璃在红外波段较差的截止特性，实现了700nm-1100nm极好的红外截止特性，同时相比于图3传统干涉薄膜红外截止滤光片，在可见光过渡区域变化更加平缓，这种平缓的光谱变化与人眼视见函数变化规律相匹配，而不像传统红外截止滤光片在可见光区急剧的光谱变化，这种特性，可以保证高像素摄像头在大角度光线条件下获得更真实、更柔和的色彩还原，提升了成像质量，同时也降低了整体滤光片的厚度和膜系镀制的难度。

请参阅图5，是采用本实用新型构造的蓝玻璃红外截止滤光片在0度和30度入射角透射光谱对比图。蓝玻璃基板厚度为0.21mm，双面构造了红外截止膜堆，可以看到，组合后的滤光片具有优良的红外波段截止特性，700nm-1100nm波段平均透过率均小于0.5%；而且测试0度和30度入射角下的光谱漂移，由于很好的控制了短波红外截止膜堆的中心波长，使得在30度入射角条件下红外截止膜的短波漂移并未覆盖到蓝玻璃基板本身的可见光到红外光的过渡区，这样保证了在30度入射角条件下滤光片整体上基本没有光谱漂移现象。

本实用新型的有益效果是：

1.通过采用较少膜层数的两组红外截止膜堆与蓝玻璃相组合，在蓝玻璃基板厚度处于超薄条件下，利用蓝玻璃的红外吸收特性和截止膜堆的红外反射特性来共同实现对红外光谱区间700nm-1100nm的高截止特性要求；膜层数的降低不但利于实际制备，同时也降低了传统红外截止滤光片在镀制膜层数较多条件下极易形成白雾现象的几率。

2.采用前后膜堆双面镀膜的办法，利用两个膜堆中心波长不同、膜层数不同来实现总光学厚度相当，引入的应力相接近，从而有效防止了超薄蓝玻璃基板由于膜层应力而引起翘曲，变形。

3.通过优选红外截止膜堆的中心波长，使得在大角度入射条件下红外截止膜堆的短波偏移不影响蓝玻璃本身的可见光透过率，这样从总体上实现了大角度入射条件下很小的光谱偏移，使其在实际成像时克服现有技术影像色彩偏差，得到色彩均匀清晰的成像。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种蓝玻璃红外截止滤光片，包括基板，其特征在于，基板材料为蓝玻璃，在基板的前表面有红外短波截止膜堆，在基板的后表面有红外长波截止膜堆，所述红外短波截止膜堆和红外长波截止膜堆分别由高折射率材料和低折射率材料的薄膜交替堆叠而成。 

2.根据权利要求1所述的蓝玻璃红外截止滤光片，其特征在于， 

所述红外短波截止膜堆的层数为20-25层，红外短波截止膜堆截止中心波长位于800nm附近；红外长波截止膜堆的层数控制在15-20层，红外长波截止膜堆截止中心波长位于1000nm附近。 

3.根据权利要求1所述的蓝玻璃红外截止滤光片，其特征在于， 

所述基板厚度在0.1mm-0.55mm之间。 

4.根据权利要求1所述的蓝玻璃红外截止滤光片，其特征在于， 

所述基板厚度为0.1mm、0.145mm、0.21mm、0.3mm、0.45mm或0.55mm。 

5.根据权利要求1所述的蓝玻璃红外截止滤光片，其特征在于， 

所述高折射率材料为TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅中的一种。 

6.根据权利要求1所述的蓝玻璃红外截止滤光片，其特征在于， 

所述低折射材料为SiO₂或MgF₂。 

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