CN206671598U

CN206671598U - 隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机

Info

Publication number: CN206671598U
Application number: CN201720319482.6U
Authority: CN
Inventors: 艾曼灵; 金波; 吴江波; 陈建国; 陶奎; 顾培夫
Original assignee: Keting Optical Tech Co Ltd Hangzhou
Current assignee: Keting Optical Tech Co Ltd Hangzhou
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2027-03-29

Abstract

本实用新型公开了一种隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机，隔红外滤光片包括基底以及设置在基底上的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜，消光锥角效应多层膜由高折射率、中间折射率和低折射率三种膜层组成，截止带扩展多层膜由高折射率和低折射率两种膜层组成，高折射率膜层为氧化钛或氧化铌，中间折射率膜层为氧化钽，低折射率膜层为氧化硅，基底为光学玻璃或光学塑料，实现了40°半光锥角的波长漂移从现有技术的23nm减小到5.8nm以下，光锥角引起的图像色差已可忽略，因而可用光学玻璃或光学塑料代替蓝玻璃，这对手机拍摄系统具有重要应用价值。

Description

隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机

技术领域

本实用新型涉及一种隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机，可用于手机拍摄、安防和交通监控等领域获得高质量的图像。

背景技术

手机拍摄的图像传感器常用CCD(电荷耦合元件)，其光敏感波长约为400nm到1100nm。在此波长区中，人眼能看到的波长400～700nm的光称为可见光；而700～1100nm的光人眼是看不见的，称为近红外光(简称红外光)。由于CCD的光敏感波长为400～1100nm，故手机能同时对可见光和红外光成像，但这两幅图像人眼看起来是不一样的，如果不把红外光隔离掉，两幅图像叠加后会使可见光图像变模糊了。而我们人眼本来就只看到可见光图像，没有必要看到CCD感受到的红外光图像，这就是必须使用隔红外光滤光片的理由之一。其次，红外光是一种热光，会导致CCD温度升高，产生的热噪声使信噪比大大降低，最终使图像的分辨率和对比度退化，这是使用隔红外光滤光片的理由之二。以上两点说明隔红外光滤光片在手机拍摄系统中是绝对不可缺失的。此外，波长小于400nm的紫外光虽然不会使CCD感受出图像，但由于紫外光的光子能量高，长期照射会降低CCD的使用寿命，故隔红外光滤光片还必须具有隔紫外光的功能。目前隔红外光和隔紫外光都是采用光学薄膜，但光学薄膜从干涉原理上讲势必存在角效应，即相同颜色的物体由于进入相机的角度不同会产生明显的色差，故隔红外光滤光片迄今还须用一块吸收型的蓝玻璃作为基底来稳定透射-截止过渡波长，消除角效应引起的波长短移，从而消除图像色差。问题是，蓝玻璃不仅价格贵，而且化学稳定性差，机械性能脆，不易切割，还会带来较大的光能损失，为此，人们一直在期待寻求新的技术来取代蓝玻璃。

另一方面，随着人们对手机拍摄质量的要求越来越高，试图获得与单反相机媲美的成像能力，但受制于手机单摄像头体积的限制，至今仍存在差距，包括像素数量、暗光拍摄效果以及快速对焦等问题。在当前13M像素成为主摄标配的情况下，如何进一步提高成像质量，一直是人们关注的市场发展方向，最近，其中的一个主流方向是苹果公司主导的广角+长焦的iphone双摄系统，采用大光圈的广角镜头，视场角74.6°，实现暗光增强，再加一枚长焦镜头，最小视场角45.1°，实现无损变焦，增强拍摄功能。问题是，广角拍摄时大视场角的入射光不仅使隔红外滤光片过渡特性变平坦，而且过渡波长向短波漂移，同时产生较大的偏振分离，从而影响拍摄亮度和彩色还原，因此，如何设计用于广角和长焦双摄手机的隔红外滤光片受到了普遍关注。

为此，本实用新型提出一种用于广角和长焦双摄手机的隔红外滤光片，解决上述广角拍摄时大视场角入射光产生的隔红外滤光片过渡特性变平坦、过渡波长向短波漂移和偏振分离增大等问题。由于在大视场角下过渡波长向短波漂移的影响几乎可以忽略，从而可在满足隔红外滤光片性能要求的前提下，用普通光学玻璃或光学塑料取代蓝玻璃，这对手机拍摄系统是一个突破性的进展！

实用新型内容

本实用新型的目的是提供了一种隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机，以实现在不使用蓝玻璃的情况下，仍能使广角和长焦双摄手机获得很高的图像质量。

为此本实用新型的构思如下：广角镜头的视场角74.6°，加一枚镜头后实现变焦，长焦的最小视场角45.1°。由于变焦时主光线入射角不变，变化的是边缘光的角度，因此可以把入射光视为光锥角。对上述广角+长焦的双摄系统，光锥角的半角为37.3°～22.5°。因设计需留有适当余量，特别是广角时，故本实用新型取半光锥角为40°～22°。光锥角与平行光倾斜入射时的入射角意义不同，光锥角表示从主光线向边缘光线的入射角逐渐增大的锥光束入射到薄膜，迄今并无商用软件可进行优化设计；而平行光倾斜入射表示所有光线以某一角度倾斜入射到薄膜，可借助于现有商用软件进行优化设计。光锥角越大，隔红外滤光片的过渡特性越平坦，过渡波长向短波漂移越大，偏振分离也越大，因而对拍摄亮度和彩色还原的影响也越大，这就是光锥角效应，它使广角拍摄和长焦拍摄产生了不可调和的矛盾，因此如何消除光锥角效应就成了本实用新型的核心。

要消除光锥角效应，可入手的途径非常少，本实用新型按如下思路进行了尝试：1.寻找并获得最高折射率薄膜，依据是光在高折射率薄膜中的折射角最小，所以角效应最小。在可见光区，已知氧化钛的折射率最高，但氧化钛从薄膜结构说，有锐钛矿和金红石之分，而且金红石的折射率比锐钛矿高很多；从蒸发材料成分说，又有TiO₂、Ti₄O₇、Ti₃O₅、Ti₂O₃、TiO等等，虽然薄膜形态的成分主要是TiO₂，但用Ti₃O₅蒸发不仅薄膜折射率稳定，而且折射率很高。为此，本实用新型优选蒸发材料为Ti₃O₅，优化工艺条件为：在1.5*10^-2Pa氧气氛中以0.5nm/s的速率蒸发，并采用离子辅助淀积：束压为1000V，束流为100mA，以增加薄膜中金红石的比例。这样，可在低吸收的条件下获得最高折射率的氧化钛薄膜。2.增加高折射率层厚度而减薄低折射率层厚度，但仍然保持每一堆高、低折射率膜层的厚度之和为二分之一波长。这样的设计，证明确实可以抑制隔红外滤光片过渡特性变平坦、过渡波长短移和偏振分离增大等问题，即具有消光锥角效应，但问题是可见光透射区的次峰增大。3.可见光透射区的次峰是因为滤光片与基底和空气都严重失匹配引起的，故在主膜系两侧分别加上基底匹配膜系和空气匹配膜系，以改善通带的透射特性。4.在加匹配膜系时，基底匹配膜系、主膜系和空气匹配膜系是互相制约的，所以需用商用薄膜软件TFCal整体优化。现有技术优化的评价函数是通带透射率、止带反射率等，但在本实用新型中，更重要的是消光锥角效应，所以必须对过渡特性陡度、过渡波长短移和偏振分离进行评价和优化。至此，一般可以获得满意的消光锥角效应的多层膜，倘若还不够满意，就需从上述第2步开始进行修改，直到满意为止。5.上述消光锥角效应多层膜的红外截止区比较窄，不足以截止到波长1100nm，故需再加上一个截止带扩展多层膜。

为实现上述目的，本实用新型所采取的具体技术方案是：

一种隔红外滤光片，包括基底以及设置在所述基底上的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜；

所述的基底为光学玻璃或光学塑料；

所述的消光锥角效应多层膜由高折射率膜层、中间折射率膜层和低折射率膜层三种膜层组成或者由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层组成，所述的截止带扩展多层膜由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层组成；

所述的高折射率膜层为氧化钛(Ti₃O₅)或氧化铌(Nb₂O₅)，中间折射率膜层为氧化钽(Ta₂O₅)，低折射率膜层为氧化硅(SiO₂)。

基底上的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜可设置在基底的两侧或同侧，进一步地，所述的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜设置在所述基底的两侧。

进一步地，所述的消光锥角效应多层膜由高折射率膜层、中间折射率膜层和低折射率膜层三种膜层组成，所述的截止带扩展多层膜由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层交替组成；所述的高折射率膜层为氧化钛(Ti₃O₅)，中间折射率膜层为氧化钽(Ta₂O₅)，低折射率膜层为氧化硅(SiO₂)。

进一步地，所述消光锥角效应多层膜由基底匹配膜系、主膜系和空气匹配膜系三部分组成，所述消光锥角效应多层膜的总膜层数为46层，总膜层厚度为3566nm；由基底向外，第1至18层为基底匹配膜系，各膜层的厚度依次为：112.3，13.4，11.1，86.9，135.8，8.6，38.7，31.4，210.2，19.0，223.2，17.5，219.3，20.7，194.0，57.6，28.3，16.9，单位为nm，基底匹配膜系的奇数层为低折射率膜层SiO₂，偶数层除第二层为中间折射率膜层Ta₂O₅外，其余均为高折射率膜层Ti₃O₅；第19至40层为主膜系，各膜层的厚度依次为：90.1，111.2，39.5，123.3，37.1，125.0，37.2，125.2，37.4，125.7，37.4，126.0，36.8，126.7，35.4，127.5，34.4，127.8，34.3，126.5，36.0，121.1，单位为nm，主膜系的奇数层为低折射率膜层SiO₂，偶数层为高折射率膜层Ti₃O₅；第41至46层为空气匹配膜系，各膜层的厚度依次为：134.7，12.4，21.0，18.0，35.4，87.2，单位为nm，在空气匹配膜系中，第41、43、46层为低折射率膜层SiO₂，第42、45层为高折射率膜层Ti₃O₅，第44层为中间折射率膜层Ta₂O₅。

进一步地，所述截止带扩展多层膜总膜层数为40层，膜层总厚度为4956nm，由基底向外，第1至40层的厚度依次为：11.3，38.0，110.5，176.5，99.2，168.7，102.3，183.6，110.7，189.6，111.9，191.1，113.4，191.9，112.5，190.3，110.6，180.2，97.1，160.4，89.4，154.4，86.0，152.3，84.6，150.6，83.7，150.1，83.5，150.1，83.4，150.4，83.8，151.1，84.9，152.8，87.4，158.4，89.7，79.3，单位为nm，其中奇数层为高折射率膜层Ti₃O₅，偶数层为低折射率膜层SiO₂。

所述的高折射率膜层Ti₃O₅的制备在1.5*10^-2Pa氧气氛中以0.5nm/s的速率进行离子辅助淀积，离子辅助淀积的束压为1000V，束流为100mA，可在低吸收的前提下获得最高折射率的氧化钛薄膜。

进一步地，所述的光学玻璃包括K系列冕玻璃、B270玻璃、Borofloat玻璃、D263T玻璃、Gorilla玻璃或EagleXG玻璃；所述光学塑料为聚碳酸脂或聚甲基丙烯酸甲脂。

更进一步地，所述的高折射率膜层Ti₃O₅在波长550nm的折射率为2.426，高折射率膜层Nb₂O₅的折射率为2.342，所述的中间折射率膜层Ta₂O₅在波长550nm的折射率为2.11，所述的低折射率膜层SiO₂在波长550nm的折射率为1.46。

更进一步地，入射光在隔红外滤光片上的入射光锥角的半角为22°～40°。

更进一步地，所述的消光锥角效应多层膜也可由高折射率和低折射率两种膜层组成。

更进一步地，所述的消光锥角效应多层膜和所述的截止带扩展多层膜也可设计在基底的同一侧。

更进一步地，当入射光在隔红外滤光片上的入射光锥角半角从22°增加到40°时，过渡区陡度从现有技术的5.3％变为本实用新型的4.0％(越小陡度越好)，波长短移从现有技术的23nm减小到本实用新型的5.8nm，偏振分离从现有技术的17.2nm减小到本实用新型的5.9nm。

一种广角和长焦双摄手机，采用隔红外滤光片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.现有技术的手机拍摄视场角比较小，因此光锥角效应并不明显。随着双摄手机冲击市场，特别是广角和长焦双摄会使手机拍摄的各项技术登上前所未有的高度，取得颠覆性的进展。对隔红外滤光片，就是要消除变焦时大视场角带来的光锥角效应。本实用新型提出的消光锥角效应多层膜为手机大视场广角拍摄提供了一种有效的设计方法。

2.大光锥角会使隔红外滤光片的过渡特性趋于平坦化、过渡波长向短波漂移、偏振分离增大，针对这三个问题，通常的思路是逐一进行解决。本实用新型提出了从光锥角出发同时解决这三个问题的思路，防止了逐一解决时的互相制约，收到了很好的效果，整体上解决了广角拍摄和长焦拍摄产生的矛盾。在入射光锥半角从22°增加到40°时，过渡区陡度从现有技术的5.3％变为本实用新型的4.0％，波长短移从现有技术的23nm减小到本实用新型的5.8nm，偏振分离从现有技术的17.2nm减小到本实用新型的5.9nm。特别需要指出的是，波长短移比现有技术的隔红外滤光片减小了约4倍，下面将会看到，这是在平均透射率80％处的计算值，若按平均透射率90％处的计算，则波长短移从现有技术的23nm减小到本实用新型的0.6nm，几乎为零，这为替代隔红外滤光片的蓝玻璃打下了基础。

3.现用技术的隔红外滤光片需采用一种特殊的蓝玻璃作为基底，这种蓝玻璃的特点是：透射-反射过渡区(T＝50％)的波长为650±10nm，且这个波长不会因目标图像的光线入射角变化而产生任何移动，因而能获得彩色均匀的图像。但是，它的缺点很明显：1).价格昂贵；2).由于总厚度必须为0.5mm以上，且直接贴在CCD前，不仅会引入像差，降低图像质量，而且重量重、体积大；3).化学稳定性差，易腐蚀发雾，机械性能脆，镀膜后切割成小片时极易破碎，制造成品率低；4).蓝玻璃的过渡曲线陡度差，牺牲了一部分光亮度。本实用新型由于实现了40°半光锥角的波长漂移从现有技术的23nm减小到5.8nm以下，可以忽略光锥角引起的图像色差，因而可用厚度仅0.1～0.2mm的普通光学玻璃或光学塑料代替蓝玻璃，这是手机拍摄系统的一个突破性进展。

附图说明

图1是以氧化钛和氧化硅构成的短波通膜系的关于技术评价参数的示意图；

图2是现有技术隔红外滤光片的透射分光特性，其中，图2中(a)为半光锥角22°时的分光特性，图2中(b)为半光锥角40°时的分光特性；

图3是现有技术蓝玻璃基底及其隔红外滤光片的透射分光特性，其中，图3中(a)为蓝玻璃基底的分光特性，图3中(b)为蓝玻璃隔红外滤光片的分光特性；

图4是本实用新型消光锥角效应多层膜的透射分光特性，其中，图4中(a)为半光锥角22°时的分光特性，图4中(b)为半光锥角40°时的分光特性；

图5是本实用新型图4所示的消光锥角效应多层膜每层膜的膜厚和折射率的对应关系图；

图6是本实用新型截止带扩展多层膜的透射分光特性，其中，图6中(a)为半光锥角22°时的分光特性，图6中(b)为半光锥角40°时的分光特性；

图7是本实用新型图6所示的截止带扩展多层膜每层膜的膜厚和折射率的对应关系图；

图8是本实用新型消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜合并后的透射分光特性，其中，图8中(a)为半光锥角22°时的分光特性，图8中(b)为半光锥角40°时的分光特性；

图9是本实用新型另一个消光锥角效应多层膜的透射分光特性，其中，图9中(a)为半光锥角22°时的分光特性，图9中(b)为半光锥角40°时的分光特性；

图10是本实用新型图9所示的另一个消光锥角效应多层膜每层膜的膜厚和折射率的对应关系图；

图11是本实用新型把消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜设置在基底同一侧时的透射分光特性，其中，图11中(a)为半光锥角22°时的分光特性，图11中(b)为半光锥角40°时的分光特性；

图12是本实用新型图11所示的隔红外滤光片每层膜的膜厚和折射率的对应关系图；

图13是本实用新型用于广角和长焦双摄手机隔红外滤光片的典型结构。

具体实施方式

隔红外滤光片是以0.5LH0.5L为基本周期的短波通膜系构成的。图1是以氧化钛和氧化硅构成的短波通膜系的透射分光特性，以说明与本实用新型相关的技术评价参数。要注意的是，图1的波长区仅500～800nm，目的是放大横坐标，使评价参数更清楚。对现有技术的短波通膜系，通常只评价通带的透射率和截止带的反射率，而本实用新型重点关注的是光锥角对通带与止带之间过渡区的影响。图1表示出过渡区的三组曲线，其中T(0)表示光锥角为0°时的分光特性，Ts(22)，Tav(22)，Tp(22)为半光锥角22°时的分光特性，Ts(40)，Tav(40)，Tp(40)为半光锥角40°时的分光特性。从图1可以看出，随着光锥角增大，过渡特性陡度下降，过渡波长短移和偏振分离增大，这就是本实用新型指出的光锥角效应。由于在手机拍摄中T(0)是没有意义的，所以本实用新型只关注从广角40°到长焦22°的情况，其中陡度S定义为：S＝{[|λ(Tav(40)＝80％)－λ(Tav(40)＝10％)|]÷λ(Tav(40)＝50％)}×100％，式中，λ(Tav(40)＝80％)表示Tav(40)曲线上透射率80％处的波长，λ(Tav(40)＝10％)表示Tav(40)曲线上透射率10％处的波长，λ(Tav(40)＝50％)表示Tav(40)曲线上透射率50％处的波长；过渡波长短移表示为：λ(Tav(40)＝80％)－λ(Tav(22)＝80％)；偏振分离表示为：λ(Ts(40)＝80％)－λ(Tp(40)＝80％)，因22°时的偏振分离较小，故被忽略评价。图1所示短波通膜系的透射分光特性在波长大于800nm时尚有许多透射次峰，故需用一个截止膜消除后才能得到隔红外滤光片。图2是现有技术隔红外滤光片的透射分光特性，其中，图2中(a)为半光锥角22°时的分光特性，(b)为半光锥角40°时的分光特性。由图2得到半光锥角40°时的陡度S＝5.3％，波长短移为23nm，偏振分离为17.2nm。比较发现，图2的这些评价参数值与图1短波通膜系的数值基本相同，这说明隔红外滤光片的过渡特性主要取决于短波通膜系。

图3是现有技术的蓝玻璃基底及其隔红外滤光片的透射分光特性，其中，图3中(a)为蓝玻璃基底的分光特性，(b)为蓝玻璃隔红外滤光片的分光特性。从图3可以看出，由于0.5mm厚的蓝玻璃过渡波长非常平坦，故蓝玻璃上镀上隔红外滤光片后，在波长550nm～650nm处的透射率被截去了一部分，直接造成光能损失，这对暗光拍摄是很不利的。

下面对本实用新型的实施例子加以说明。

实施例一：

如前所述，光锥角表示从主光线向边缘光线的入射角逐渐增大的锥光束入射，而且迄今并无商用软件可进行优化设计。光锥角越大，隔红外滤光片的过渡特性越平坦，过渡波长向短波漂移越大，偏振分离也越大，对拍摄亮度和彩色还原的影响也就越大，因此消除这种光锥角效应是本实用新型的核心所在。按照本实用新型的思路，首先是寻找并获得最高折射率的薄膜，经过实验，选用蒸发材料Ti₃O₅，并优化工艺条件：在1.5*10^-2Pa氧气氛中以0.5nm/s的速率进行离子辅助淀积，离子辅助淀积的束压为1000V，束流为100mA，这样，可在低吸收的前提下获得最高折射率的氧化钛薄膜。其次是提供具有大的高折射率层厚度与低折射率层厚度之比的初始结构，设计证明，这样的初始结构具有很好的消光锥角效应。接着是消除通带次峰，由于通带次峰是滤光片膜系与基底和空气导纳失匹造成的，故在主膜系两侧分别加上基底匹配膜系和空气匹配膜系，以改善通带的透射特性。最后是匹配膜系优化，由于基底匹配膜系、主膜系和空气匹配膜系是互相制约的，所以需用商用薄膜设计软件TFCal整体优化，优化的评价函数主要是对过渡特性陡度、过渡波长短移和偏振分离加大权重因子。这样，可望获得比较满意的消光锥角效应的多层膜，图4是本实用新型消光锥角效应多层膜的透射分光特性，其中，图4中(a)为半光锥角22°时的分光特性，(b)为半光锥角40°时的分光特性。由计算可知，当入射光在该短波通滤光片上的光锥角半角从22°增加到40°时，与现有技术相比，过渡区陡度从现有技术的5.3％变为本实用新型的4.1％，波长短移从现有技术的23nm减小到本实用新型的5.8nm，偏振分离从现有技术的17.2nm减小到本实用新型的5.9nm。图5是本实用新型图4所示的消光锥角效应多层膜每层膜的膜厚和折射率的对应关系图。前面已指出，该消光锥角效应多层膜由基底匹配膜系、主膜系和空气匹配膜系三部分组成，总膜层数为46层，总膜层厚度为3566nm。由基底向外，第1至18层为基底匹配膜系，各膜层的厚度依次为：112.3，13.4，11.1，86.9，135.8，8.6，38.7，31.4，210.2，19.0，223.2，17.5，219.3，20.7，194.0，57.6，28.3，16.9，单位为nm，基底匹配膜系的奇数层为低折射率膜层氧化硅，偶数层除第二层为中间折射率膜层氧化钽外，其余均为高折射率膜层氧化钛。第19至40层为主膜系系，各膜层的厚度依次为：90.1，111.2，39.5，123.3，37.1，125.0，37.2，125.2，37.4，125.7，37.4，126.0，36.8，126.7，35.4，127.5，34.4，127.8，34.3，126.5，36.0，121.1，单位为nm，主膜系的奇数层为低折射率膜层氧化硅，偶数层为高折射率膜层氧化钛。第41至46层为空气匹配膜系，各膜层的厚度依次为：134.7，12.4，21.0，18.0，35.4，87.2，单位为nm，在空气匹配膜系中，第41、43、46层为低折射率膜层氧化硅，第42、45层为高折射率膜层氧化钛，第44层为中间折射率膜层氧化钽。从图5可以看出，主膜系具有很大的高折射率膜层厚与低折射率膜层厚之比，这是获得消光锥角效应的基础，而对其两侧的匹配膜，实际上是以牺牲高折射率膜层厚度与低折射率膜层厚度之比为代价来提高通带透射率的。

为了消除图4分光特性在长波区的透射次峰，在基底背面再镀一个截止带扩展多层膜。图6是本实用新型截止带扩展多层膜的透射分光特性，其中，图6中(a)为半光锥角22°时的分光特性，(b)为半光锥角40°时的分光特性；图7是本实用新型图6所示的截止带扩展多层膜每层膜的膜厚和折射率的对应关系图。如前所述，截止带扩展多层膜总膜层数为40层，膜层总厚度为4956nm，由基底向外，第1至40层的厚度依次为：11.3，38.0，110.5，176.5，99.2，168.7，102.3，183.6，110.7，189.6，111.9，191.1，113.4，191.9，112.5，190.3，110.6，180.2，97.1，160.4，89.4，154.4，86.0，152.3，84.6，150.6，83.7，150.1，83.5，150.1，83.4，150.4，83.8，151.1，84.9，152.8，87.4，158.4，89.7，79.3，单位为nm，奇数层为高折射率膜层氧化钛，偶数层为低折射率膜层氧化硅。对比图4(b)和图6(b)可以看出，由于图6(b)的过渡区落在图4(b)的截止区内，故图6的截止带扩展多层膜不需要进行消锥角效应设计。

图8是本实用新型消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜合并后的透射分光特性，其中，图8中(a)为半光锥角22°时的分光特性，(b)为半光锥角40°时的分光特性。与图4对比发现，在光锥角半角从22°增加到40°时，过渡区陡度、波长短移和偏振分离基本保持不变。与现有技术的隔红外滤光片相比，过渡区陡度从现有技术的5.3％变为4.0％，波长短移从现有技术的23nm减小到5.8nm，偏振分离从现有技术的17.2nm减小到5.9nm。这些数据说明光锥角对色差的影响可以忽略不计，故可采用厚度0.1～0.2mm的普通光学玻璃或光学塑料代替厚度0.5mm以上的蓝玻璃，从而彻底解决了蓝玻璃存在的各种问题的困扰，无疑，这对手机拍摄系统是一个突破性的进展。

图13是本实用新型用于广角和长焦双摄手机隔红外滤光片的典型结构，其中1为基底，2为消光锥角效应多层膜，3为截止带扩展多层膜。这里，消光锥角效应多层膜2又包含着4基底匹配膜系，5主膜系，6空气匹配膜系。隔红外滤光片，包括基底1以及设置在基底1两侧的消光锥角效应多层膜2和截止带扩展多层膜3。

实施例二：

在实施例一中，本实用新型对应图4所示的消光锥角效应多层膜需要釆用高折射率、中间折射率和低折射率三种膜层，为了制造简单，本实用新型也尝试了仅用高折射率、低折射率两种材料构成的另一种消光锥角效应多层膜。图9是本实用新型另一个消光锥角效应多层膜的透射分光特性，其中，图9中(a)为半光锥角22°时的分光特性，(b)为半光锥角40°时的分光特性。图10是本实用新型图9所示的另一个消光锥角效应多层膜每层膜的膜厚和折射率的对应关系图，该消光锥角效应多层膜总膜层数为49层，膜层总厚度为4200nm。从图9和图10可以看出，它们非常类似于图4和图5，所以用两种材料设计消光锥角效应多层膜的构想也是可行的。

实施例三：

在实施例一和实施例二中，消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜分别镀在基底的两侧，那么是否可以镀在基底的同一侧呢？为此本实用新型也作了尝试。图11是本实用新型把消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜设置在基底同一侧时的透射分光特性，其中，图11中(a)为半光锥角22°时的分光特性，(b)为半光锥角40°时的分光特性。图12是本实用新型图11所示的隔红外滤光片每层膜的膜厚和折射率的对应关系图，该膜系总膜层数为89层，膜层总厚度为8819nm。显然，由于消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜设置于基底同一侧时，两个膜系互相干涉的结果会使特性稍微变化。与现有技术的隔红外滤光片相比，过渡区陡度从现有技术的5.3％变为3.9％，波长短移从现有技术的23nm减小到8.1nm(比实施例一和二增大)，偏振分离从现有技术的17.2nm减小到3.5nm(比实施例一和二减小)，这些结果依然是很吸引人的。

Claims

1.一种隔红外滤光片，其特征在于，包括基底以及设置在所述基底上的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜；

所述的基底为光学玻璃或光学塑料；

所述的高折射率膜层为Ti₃O₅或Nb₂O₅，中间折射率膜层为Ta₂O₅，低折射率膜层为SiO₂。

2.根据权利要求1所述的隔红外滤光片，其特征在于，所述的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜设置在所述基底的两侧。

3.根据权利要求2所述的隔红外滤光片，其特征在于，所述的消光锥角效应多层膜由高折射率膜层、中间折射率膜层和低折射率膜层三种膜层组成，所述的截止带扩展多层膜由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层交替组成；

所述的高折射率膜层为Ti₃O₅，中间折射率膜层为Ta₂O₅，低折射率膜层为SiO₂。

4.根据权利要求3所述的隔红外滤光片，其特征在于，所述消光锥角效应多层膜由基底匹配膜系、主膜系和空气匹配膜系三部分组成。

5.根据权利要求4所述的隔红外滤光片，其特征在于，所述消光锥角效应多层膜的总膜层数为46层，总膜层厚度为3566nm；

由基底向外，第1至18层为基底匹配膜系，各膜层的厚度依次为：112.3，13.4，11.1，86.9，135.8，8.6，38.7，31.4，210.2，19.0，223.2，17.5，219.3，20.7，194.0，57.6，28.3，16.9，单位为nm，基底匹配膜系的奇数层为低折射率膜层SiO₂，偶数层除第二层为中间折射率膜层Ta₂O₅外，其余均为高折射率膜层Ti₃O₅；

第19至40层为主膜系，各膜层的厚度依次为：90.1，111.2，39.5，123.3，37.1，125.0，37.2，125.2，37.4，125.7，37.4，126.0，36.8，126.7，35.4，127.5，34.4，127.8，34.3，126.5，36.0，121.1，单位为nm，主膜系的奇数层为低折射率膜SiO₂，偶数层为高折射率膜层Ti₃O₅；

第41至46层为空气匹配膜系，各膜层的厚度依次为：134.7，12.4，21.0，18.0，35.4，87.2，单位为nm，在空气匹配膜系中，第41、43、46层为低折射率膜层SiO₂，第42、45层为高折射率膜层Ti₃O₅，第44层为中间折射率膜层Ta₂O₅。

6.根据权利要求3所述的隔红外滤光片，其特征在于，所述截止带扩展多层膜总膜层数为40层，膜层总厚度为4956nm，由基底向外，第1至40层的厚度依次为：11.3，38.0，110.5，176.5，99.2，168.7，102.3，183.6，110.7，189.6，111.9，191.1，113.4，191.9，112.5，190.3，110.6，180.2，97.1，160.4，89.4，154.4，86.0，152.3，84.6，150.6，83.7，150.1，83.5，150.1，83.4，150.4，83.8，151.1，84.9，152.8，87.4，158.4，89.7，79.3，单位为nm，其中奇数层为高折射率膜层Ti₃O₅，偶数层为低折射率膜层SiO₂。

7.根据权利要求1所述的隔红外滤光片，其特征在于，高折射率膜层Ti₃O₅在波长550nm的折射率为2.426，高折射率膜层Nb₂O₅的折射率为2.342，中间折射率膜层Ta₂O₅在波长550nm的折射率为2.11，低折射率膜层SiO₂在波长550nm的折射率为1.46。

8.一种广角和长焦双摄手机，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的隔红外滤光片。