CN207114812U

CN207114812U - 一种双通道滤波器

Info

Publication number: CN207114812U
Application number: CN201720682451.7U
Authority: CN
Inventors: 李冰霞; 吴江波; 金波; 艾曼灵; 顾培夫; 刘俊鹏
Original assignee: Keting Optical Tech Co Ltd Hangzhou
Current assignee: Keting Optical Tech Co Ltd Hangzhou
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2018-03-16
Anticipated expiration: 2027-06-13

Abstract

本实用新型公开了一种采用旋涂蓝色染料层的玻璃作为基底的双通道滤波器，双通道滤波器包括：玻璃基底；设置在所述玻璃基底一侧表面上的蓝色染料层；设置在所述蓝色染料层上的粘附层；设置在所述粘附层上的超宽带减反射膜；以及，设置在所述玻璃基底另一侧表面上的双通道滤光片。该旋涂染料层的玻璃基底及其双通道滤波器在手机拍摄系统、安防电视系统等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种双通道滤波器

技术领域

本实用新型涉及用于拍摄系统的双通道滤波器，具体涉及一种采用旋涂蓝色染料层的玻璃作为基底的双通道滤波器。

背景技术

现有技术的单通道滤波器一般要求如下光学特性：透射420～650nm的可见光，截止350～400nm的紫外光和700～1100nm的红外光。迄今为止，实现这一特性的唯一办法是依靠光学薄膜，但光学薄膜从干涉原理讲势必存在角度效应，这会造成相同的物体由于进入拍摄系统的入射光角度不同而产生明显的色彩渐变和亮度渐变，为此，必须使用一块吸收型的蓝玻璃或蓝塑料来稳定波长650nm处的透射-截止过渡波长，以消除角度效应引起的波长漂移，从而消除图像色差和亮度不匀。

而在安防电视监控等系统中，需要昼夜连续工作的可见-红外拍摄系统，这种监控拍摄系统不仅在银行、金库、博物馆、档案馆、文献库、监狱等部门得到了重要应用，而且在道路交通和居民区等一般场合也得到了广泛应用，因此得到了全社会的青睐。这种系统由于存在可见和红外两个拍摄通道，故为区别单通道滤波器，人们常称可见-红外拍摄系统为双通道滤波器。双通道滤波器仅是在单通道滤波器的红外截止区再构筑一个窄的透射带，以 940nm透射带为例，其透射带宽约为40nm，而除940nm透射带外，从700nm 直至1200nm的整个传感器响应的红外光区仍被充分截止，这种做法的实质是：“关红外光大门，开940nm小窗”。于是，在日光条件下，由于双通道滤波器隔离了除940nm窄通带外的所有红外光，仍可免受宽波段红外线的干扰而拍摄出清晰的可见光彩色图像；而在夜间条件下，双通道滤波器能透射 940nm的红外光，借助于940nm的LED照明补光，获得清晰的红外黑白图像。

由于蓝玻璃在红外区具有一定的截止度，故不能用于双通道滤波器，唯剩下蓝塑料的光学特性可作为双通道滤波器的基底使用，但是蓝塑料基底具有明显的缺点：(1)典型蓝塑料基底的厚度仅0.1mm，虽可忽略平板像差，但却带来了双通道滤光片应力造成的基底变形；(2)蓝塑料基底的刚性差，在图像传感器面积较大时应用受到限制；(3)蓝塑料是一种有机材料，而光学薄膜是无机材料，两者很难附着，或者说，滤光片薄膜很难镀到蓝塑料基底上去。为此，工程技术人员一直期待着能找到一种性能优良、价格便宜的其他新材料或新技术来替换现用双通道滤波器的蓝塑料基底。

本实用新型提出用旋涂二胺类有机染料的玻璃作为基底来替换现用双通道滤波器的蓝塑料，由于二胺类有机染料价格便宜，加上旋涂法涂制成本低廉，而且能克服上述蓝塑料存在的主要问题，因而受到了市场的青睐。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供了一种采用旋涂蓝色染料层的玻璃作为基底的双通道滤波器，以用于安防电视监控系统。

蓝塑料基底的功效是提供一个不随光线入射角变化的稳定的透射-截止过渡区，该过渡区中透射率为50％的波长约为650nm。因为这个透射-截止过渡区是由蓝塑料基底的特征吸收形成的，所以这个透射率为50％处的波长 650nm不会因目标图像的光线入射角变化而产生漂移，因而能使以不同入射角进入监控拍摄镜头的图像获得均匀的彩色和相同的亮度。

为了保持蓝塑料滤波器稳定透射-截止过渡区的功效，而又能避免其存在的缺陷，实用新型人提出了以下构思：在玻璃基底一侧用旋涂法涂上一层类似于蓝塑料的有机染料来得到蓝塑料滤波器稳定过渡区的功能，控制玻璃基底的厚度使滤波器仍能忽略其平板像差，借助于玻璃基底的刚性克服滤波器的应变和提高整个滤波器的刚性；为增强有机染料与无机超宽带减反射膜之间的附着力，先在染料层上用真空镀膜法镀上一层粘附层，紧接着在粘附层上镀制超宽带减反射膜；然后在玻璃基底另一侧用真空镀膜法镀制双通道滤光片。

基于以上构思，第一步，首先需要寻找在650nm附近产生吸收过渡区而在红外940nm透明的有机染料。由于蓝塑料刚好在650nm产生了吸收过渡区而在红外是透明的，我们知道，色坐标与过渡波长具有对应关系，所以可以用蓝塑料的色坐标或颜色作为参照来寻找新的材料。用这种方法，实用新型人找到了二胺水蓝染料、二胺哈瓦苏蓝玉染料、PR那不勒斯蓝染料、百利金4001绿松石染料等有机染料。其次是这些染料能否涂制成薄膜。本实用新型采用最简单的旋涂法制备染料薄膜，旋涂法的原理是由高速旋转产生的离心力使染料溶胶由玻璃基底中央向周围扩散而形成一层均匀的染料薄膜。其主要设备为匀胶机，通过控制匀胶时间、转速、滴液量以及所用溶液的浓度、粘度、温度等来控制染料薄膜的厚度。但是决定能否成膜的关键：一是玻璃基底与溶胶之间能否互相表面湿润；二是玻璃基底与凝胶染料薄膜的膨胀系数是否接近，否则极易产生染料薄膜龟裂。实验表明上述染料中以二胺水蓝染料和二胺哈瓦苏蓝玉染料的成膜为更佳。

第二步，为了增加有机染料与无机超宽带减反射膜之间的附着力，在染料层上需要镀制一层Al_0.6Si_0.7O_2.3粘附层。粘附层采用真空蒸发镀膜，为了尽可能地增加附着力，但又不致破坏染料分子的结构，选用低能离子辅助淀积Al_0.6Si_0.7O_2.3粘附层。

第三步，在粘附层上镀制超宽带减反射膜。由于本实用新型双通道滤波器的工作波段为可见光通道和940nm通道，因此减反射带宽应为400nm直到950nm，相对于现有技术410～680nm的宽带减反射膜，本实用新型的减反射膜可称为超宽带减反射膜。显然，此种超宽带减反射膜的设计制造是极具挑战性的。

第四步，在玻璃基底另一侧表面设计制造双通道滤光片。本实用新型的双通道滤波器能透过400～650nm的可见光和940nm的红外光，为了尽可能地增加信号光的亮度和减少背景光，抑制逆光条件下的鬼影和迷光，获得高对比的优质画面，本实用新型选用光谱带宽尽可能窄、光强度尽可能高的 940nmLED灯，然后设计与LED灯光谱带宽完全匹配的940nm透射带。对本实用新型的滤波器，940nm透射带的带宽约为40nm，除940nm透射带外，从700nm直至1200nm的整个图像传感器光谱响应区域均被截止。

具体地说，为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下：

一种双通道滤波器，包括：

玻璃基底；

设置在所述玻璃基底一侧表面上的蓝色染料层；

设置在所述蓝色染料层上的粘附层；

设置在所述粘附层上的超宽带减反射膜；

以及，设置在所述玻璃基底另一侧表面上的双通道滤光片。

以下作为本实用新型的优选技术方案：

本实用新型的玻璃基底包括K系列冕玻璃、B270玻璃、Borofloat玻璃或D263T玻璃，玻璃基底任一侧表面上的蓝色染料层可采用二胺水蓝染料或二胺哈瓦苏蓝玉染料，蓝色染料层上的粘附层由氧化铝和氧化硅的混合单层膜组成，粘附层上的超宽带减反射膜由高折射率膜和低折射率膜两种材料交替组成，以及，玻璃基底另一侧表面上的双通道滤光片由玻璃基底向外依次设置的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系组成。

所述的蓝色染料层的的厚度为500nm～2000nm；进一步优选，所述的蓝色染料层的的厚度为800nm～1200nm。

所述的粘附层为由氧化铝和氧化硅摩尔混合比为3：7构成的Al_0.6Si_0.7O_2.3混合单层膜，即所述的粘附层为Al_0.6Si_0.7O_2.3混合单层膜。

所述的超宽带减反射膜由高折射率膜和低折射率膜交替组成，所述的高折射率膜为Ti₃O₅膜，所述的低折射率膜为MgF₂。

所述的超宽带减反射膜总层数共为10层，靠近粘附层的第一层为Ti₃O₅高折射率膜层，第二层为MgF₂低折射率膜层，依次交替，厚度依次为5.6， 52.6，19.6，33.2，39.5，7.3，79.1，21.5，22.8，108.3，单位为nm。

所述的双通道滤光片包括：由玻璃基底向外依次设置的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系；

所述的匹配膜系和第一主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成，所述的第二主膜系由高折射率膜、中间折射率膜和低折射率膜组成；所述的高折射率膜为Ti₃O₅膜，中间折射率膜为HfO₂膜，低折射率膜为SiO₂膜。

所述的双通道滤光片的总层数为52层，其中，所述的匹配膜系层数为8层，从玻璃基底向外各膜层的厚度依次为：24.9，15.6，51.1，173， 42.4，36.1，12.6，96.8,单位为nm，奇数层为高折射率膜Ti₃O₅，偶数层为低折射率膜SiO₂；

第一主膜系为12层，从匹配膜系向外各膜层的厚度依次为：86.2，136， 78.8，135.6，77.7，136.4，78.2，136.3，79.5，139.9，88.2，184.5，单位为nm，奇数层为高折射率膜Ti₃O₅，偶数层为低折射率膜SiO₂；

第二主膜系层数为32层，从第一主膜系向外各膜层的厚度依次为： 15.1，49.2，56.4，72.1，64.2，73.6，51.5，85.4，193.3，15.1，103.9，185.1， 39.7，88.4，171.4，89.9，35.3，174，116.8，3.8，167.4，66.9，32.5，74.3，173.6，49.3，68.5，50.6，157.6，35.6，82.6，82.5，单位为nm，在第二主膜系中，第1、3、7、10、14、16、20、23、27、31层为高折射率膜Ti₃O₅，第5、9、12、15、18、21、25、29、32层为低折射率膜SiO₂，其余为中间折射率膜HfO₂。

进一步地，高折射率膜Ti₃O₅在波长550nm的折射率为2.426，中间折射率膜HfO₂在波长550nm的折射率为1.994，低折射率膜MgF₂在波长550nm 的折射率为1.38，低折射率膜SiO₂在波长550nm的折射率为1.460。

一种采用旋涂蓝色染料制备双通道滤波器的方法，包括以下步骤：

1)在玻璃基底采用旋涂法涂制蓝色染料层；

2)采用真空镀膜法并结合低能离子辅助淀积粘附层；

所述的低能离子辅助淀积的条件为束压350V～500V，束流 300mA～500mA；

3)采用真空镀膜法并结合高能离子辅助淀积超宽带减反射膜和双通道滤光片；

所述的高能离子辅助淀积的条件为：束压700V～900V，束流 700mA～900mA。

步骤1)中，旋涂法采用二胺水蓝染料或二胺哈瓦苏蓝玉染料。

步骤2)中，所述的低能离子辅助淀积的条件为：束压350V～450V，束流350mA～450mA。进一步优选，所述的低能离子辅助淀积的条件为：束压 400V，束流400mA。

步骤3)中，所述的高能离子辅助淀积的条件为：束压750V～850V，束流750mA～850mA。进一步优选，所述的高能离子辅助淀积的条件为：束压 800V，束流800mA。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.现有技术所用的蓝塑料基底能为双通道滤波器提供一个不随光线入射角而变化的波长650nm附近的透射-截止过渡区，但是，如前所述，蓝塑料基底易导致镀膜应变，且由于刚性差，不能用于面积较大的图像传感器。本实用新型提出的一种用旋涂有机染料薄膜的玻璃基底由于同样具备蓝塑料稳定透射-截止过渡区的功能，因而能够在双通道滤波器中取代现有技术的蓝塑料，除了蓝塑料基底的有机-无机材料的附着性差的缺点在本实用新型的旋涂有机染料层上依然存在外，蓝塑料其余的应变大和刚性差等缺陷都可借助于玻璃的优良刚性得到解决。而有机-无机材料的附着性缺陷可借助于低能离子辅助淀积的具有高锚泊能的Al_0.6Si_0.7O_2.3粘附层得到缓解。本实用新型具有旋涂有机染料薄膜的玻璃基底由于染料和玻璃都很廉价，成本比蓝塑料更低；同时可以克服蓝塑料应变和刚性方面的缺陷，因此性能比蓝塑料更佳。本实用新型的这一技术为双通道低通滤波器提供了一个颠覆性的进展。

2.现有技术的减反射膜带宽最常见的是可见光区410nm～680nm，若用 B表示减反射膜带宽，则B＝λ_max/λ_min，其中λ_max是减反射波长区的最大波长，λ_min是最小波长，于是，得到现有技术的减反射膜带宽B＝1.66。本实用新型的双通道滤波器要求减反射波长从400nm直到950nm，得到超宽带减反射膜带宽B＝2.38。对这种超宽带减反射膜的设计是非常困难的，本实用新型发现，首先，增加两种薄膜材料的折射率差和选择尽可能低的最外层折射率是至关重要的，所以在本实用新型中选择最高折射率的Ti₃O₅作为高折射率膜 H，选择最低折射率的MgF₂作为第一低折射率膜L₁。其次，选择适当的初始结构，对获得优良的超宽带减反射性能也十分重要，与现有技术的宽带减反射膜不同，增加中间折射率的第三种材料，甚至第四种材料对超宽带减反射膜达到最大带宽和最低反射率并无作用，采用多种材料并不比两种材料更具优越性，基板折射率与达到的最大带宽和最低反射率也没有直接的关系，因此，本实用新型构建了10层膜G|(0.3H0.3L₁)⁴0.3HL₁|A作为初始结构，其中G为基底，A为空气。这为创建超宽带减反射膜提供了新的设计思想。

3.现有技术的双通道滤光片常为透过420～650nm的可见光和850nm的红外光，截止除上述双通道外的从350-1100nm的其余辐射光。为了尽可能地增加光亮度和减少背景光，抑制逆光条件下的鬼影和迷光，获得高对比的优质画面，本实用新型的双通道滤光片设计为透过400～650nm的可见光和 940nm的红外光，截止除上述双通道外的从350-1200nm的其余辐射光。这样的改进可获得如下效果：1).选用波长940nm的LED灯代替波长850nm 的LED灯，以消除850nmLED灯的红暴问题，从而使监控系统更隐蔽。2).把可见光的透射带从420～650nm扩展为400～650nm，红外区截止波长从 1100nm扩展到1200nm，以进一步改善图像质量。理由是：第一，充分利用图像传感器的光谱响应波段400～420nm的光参与可见光成像；第二，完全截止图像传感器具有光谱响应的1100～1200nm的红外光对可见光彩色图像和红外940nm黑白图像的干扰。现有技术尚做不到这一点，原因是波长 1200nm的高级次干涉截止带恰好位于385～420nm，故设计人员无奈只能让可见区透射带向长波移到420nm，同时让红外区截止波长缩短到1100nm。本实用新型的双通道滤波器可以增加图像拍摄亮度、减少背景光，抑制逆光条件下的鬼影和迷光，因而为获得高对比的优质画面创造了条件。

附图说明

图1是单通道滤波器和双通道滤波器的光学特性对比示意图；其中，(a) 为单通道滤波器的光学特性，(b)为双通道滤波器的光学特性；

图2是现有技术的蓝塑料基底的透射光谱曲线图；

图3是本实用新型具有旋涂染料层的玻璃基底的透射光谱曲线图；

图4是旋涂匀胶机的工作原理图；

图5是本实用新型的双通道滤波器的结构示意图；

图6是本实用新型超宽减反射膜的反射光谱曲线图；

图7是本实用新型双通道滤光片每层膜的膜厚和折射率的对应关系图；

图8是本实用新型双通道滤光片的分光透射特性曲线；

图9是本实用新型的双通道滤波器的最终分光透射特性曲线。

具体实施方式

图1是单通道滤波器和双通道滤波器的光学特性对比示意图，其中，(a) 为单通道滤波器的光学特性，(b)为双通道滤波器的光学特性。单通道滤波器一般要求特性如下：透射420～650nm的可见光，截止700～1100nm的近红外光。双通道滤波器一般要求特性如下：透射400～650nm的可见光和940nm (或850nm)的红外光，截止除940nm(或850nm)通带以外的700～1200nm的其他红外光。两种滤波器的重要区别在于：(1)由透射420～650nm的单通道变为透射400～650nm和940nm(或850nm)的双通道，940nm的透射带宽约为40nm，使其实现日夜兼用的目的，其中可见光通道获取彩色图像，红外光通道获取黑白图像；(2)可见光透射带由420～650nm扩展为400～650nm，不仅可减小彩色图像的偏色，而且可增加光能利用率、提高图像对比度和清晰度；(3)长波截止区从1100nm扩展到1200nm，以减小红外光干扰，提高图像对比度和清晰度。

图2是现有双通道滤波器的蓝塑料基底(型号为FLXL100AA，日本JSR 生产)的透射光谱曲线图。蓝塑料基底的厚度虽只有0.1～0.2mm，但其650nm 附近具有一个较好陡度的透射-截止过渡区，而且该过渡区不会随入射角变化而漂移，所以可以克服因不同入射角引起的色彩渐变和亮度渐变；此外，蓝塑料基底在红外区的透射率很高，这为用于双通道滤波器创造了基本条件。不足的是，蓝塑料基底应变太大、刚性太差，限制其广泛应用。为此，本实用新型提出在刚性很好的玻璃基底表面用旋涂法涂上一层类似于蓝塑料的有机染料，以取代蓝塑料。图3是本实用新型具有旋涂染料层的玻璃基底的透射光谱曲线图。从图3可以看出，旋涂染料层的透射光谱曲线类似于图2 的蓝塑料的透射光谱曲线，这是因为它们都属于有机塑料，产生特征吸收的机理基本相同，所以吸收带的形状也颇为相似。于是，一方面，借助于旋涂在玻璃基底上的有机染料层仍能保持蓝塑料滤波器具有稳定的过渡区功能；另一方面，借助于玻璃基底的优良刚性，若控制其厚度为0.1mm左右，由于染料层的厚度大约为1000nm左右，相对于玻璃基底几乎可以忽略，则可以像蓝塑料基底一样仍能忽略平板像差，但却可以克服蓝塑料应变太大和刚性太差的缺陷。当然，与蓝塑料基底类似，为了克服有机-无机材料表面附着力差的问题，增强有机染料与无机超宽带减反射膜之间的附着力，有必要先在染料层上用真空镀膜法镀上一层粘附层，紧接着在粘附层上镀制超宽带减反射膜。

用旋涂法涂制染料层的原理可简单地描述为：由高速旋转产生的离心力使染料溶胶液膜由玻璃基底中央向周围扩散而形成一层均匀的染料薄膜。旋涂法的主要设备为匀胶机，图4是旋涂匀胶机的工作原理图，从图4可见，染料溶胶喷嘴1向玻璃基底2中央喷出溶胶，借助于真空泵5的吸力而被紧紧固定在托盘3上的玻璃基底2通过转轴4进行高速旋转，溶胶在离心力和伴随离心力产生的剪切力的作用下在玻璃基底上径向铺展，薄膜厚度在30nm～2000nm之间精确可控，设备简单、易于操作，具备优良的性价比。旋涂工艺涉及许多物化过程，主要性能参数包括涂膜面积和薄膜厚度，随着薄膜的铺展和厚度的减薄，液膜中的溶剂挥发成为染料层变薄的一个重要因素，所以高速旋转的转速、溶剂的粘度和挥发速率等操作参数都是控制染料层厚度的关键。此外，多步旋涂可以提升旋涂法工艺控制的灵活性和控制精度；匀胶后在大气中自然干燥可确保染料层没有裂纹。

图5是本实用新型的双通道滤波器的结构示意图，包括玻璃基底6和设置在玻璃基底一侧表面上的染料层7、粘附层8以及超宽带减反射膜9。玻璃基底包括K系列冕玻璃、B270玻璃、Borofloat玻璃或D263T玻璃等。染料层包括二胺水蓝染料或二胺哈瓦苏蓝玉染料(本实施例中具体采用日本触媒公司的AE-7)，并采用旋涂法涂制。为了增强有机染料层与无机超宽带减反射膜之间的附着力，需在有机染料层上用真空镀膜法先镀置一层氧化铝和氧化硅的混合单层膜，即Al_0.6Si_0.7O_2.3粘附层8，由于Al_0.6Si_0.7O_2.3混合膜的折射率约为1.50，与玻璃和染料的折射率极其接近，所以其厚度对光学特性的影响几乎可以忽略，为确保附着功能，本实用新型取Al_0.6Si_0.7O_2.3膜的厚度为100nm；另外，虽说Al_0.6Si_0.7O_2.3的附着能比较大，但因它毕竟是镀在有机染料上，故蒸镀时需要离子辅助，以增强Al_0.6Si_0.7O_2.3膜的锚泊能，又因染料层比较娇嫩，故采用束压400V、束流400mA的低能离子辅助。镀了这层粘附层后，紧接着就可在粘附层上镀制超宽带减反射膜9，超宽带减反射膜由高折射率膜Ti₃O₅和第一低折射率膜MgF₂两种材料交替组成，具体各层膜的厚度和折射率见下面阐述。然后再在玻璃基底另一侧表面上镀制双通道滤光片10，双通道滤光片由玻璃基底向外依次设置的匹配膜系11、第一主膜系12和第二主膜系13组成，其中匹配膜系和第一主膜系由高折射率膜Ti₃O₅和第二低折射率膜SiO₂交替组成，第二主膜系由高折射率膜Ti₃O₅、中间折射率膜HfO₂和第二低折射率膜SiO₂组成，双通道滤光片各层膜的厚度和折射率亦见下面阐述。采用真空镀膜法并结合高能离子辅助淀积超宽带减反射膜和双通道滤光片，高能离子辅助淀积的条件为：束压800V，束流 800mA

减反射膜是工程技术领域应用最广泛的一种薄膜，现有技术的减反射膜带宽最常见的是可见光区410nm～680nm，典型的标准膜系由3～4种薄膜材料组成的四分之一波长膜厚和二分之一波长膜厚的多层膜，其减反射带宽和最低反射率显著地取决于玻璃基底的折射率。若用B表示其减反射膜带宽，则B＝λ_max/λ_min，其中λ_max是减反射波长区的最大波长，λ_min为最小波长，于是，得到现有技术的减反射膜带宽B＝1.66，这基本上是现有减反射膜能达到的最宽带宽。本实用新型的双通道滤波器要求减反射波长从400nm直到950nm，超宽带减反射膜带宽要求B＝2.38。对这种超宽带减反射膜的设计是非常困难的，本实用新型发现：1).增加两种薄膜材料的折射率差和选择尽可能低的最外层折射率是最重要的设计参数，所以在本实用新型中选择最高折射率的 Ti₃O₅作为高折射率膜H，选择最低折射率的MgF₂作为第一低折射率膜L₁。2).选择适当的初始结构，对获得优良的超宽带减反射性能十分重要，与现有技术的宽带减反射膜不同，增加中间折射率的第三种材料，甚至第四种材料对超宽带减反射膜达到最宽带宽和最低反射率并无作用，采用多种材料并不比两种材料更具优越性。3).基板的折射率与达到的减反射带宽和最低反射率也没有直接的关系。可见，现有宽带减反射膜设计理论已不适用于超宽带减反射膜设计，因此，本实用新型提出了10层膜G|(0.3H0.3L₁)⁴0.3HL₁|A作为初始结构，其中G为玻璃基底，A为空气，H和L₁分别为Ti₃O₅和MgF₂，其折射率分别为2.426和1.38。经商用程序TFCal优化，最终得到：靠近粘附层的第一层为Ti₃O₅高折射率膜，第二层为MgF₂第一低折射率膜，依次交替，厚度依次为5.6，52.6，19.6，33.2，39.5，7.3，79.1，21.5，22.8，108.3，单位为nm。图6是本实用新型超宽减反射膜的反射光谱曲线图，由图6可知，在第一通道400～650nm的波长范围内平均反射率为0.27％，而考虑同时用于850nm或940nm的第二通道830～960nm的波长范围内平均反射率为0.21％，而未镀减反射膜时的反射率约为4.2％，减反射效果显著。这为创建超宽带减反射膜提供了一种新的设计思想。

至此，设置在玻璃基底一侧表面上的染料层、染料层上的粘附层以及粘附层上的超宽带减反射膜已全部完成。

最后是设计制造设置在玻璃基底另一侧表面上的双通道滤光片。据前所述，本实用新型的双通道滤光片设计分为三步：第一步先设计透射400～ 650nm、截止700～900nm的短波通膜，第二步再设计透射400～650nm和 940nm、截止1000～1200nm的短波通膜，进而，第三步把第一步和第二步的两个设计合并起来得到透射400～650nm和940nm的雏形双通道滤光片，最后用TFCal商用薄膜设计软件作厚度优化，直至获得满足要求的双通道滤光片。

图7是本实用新型经优化的双通道滤光片每层膜的膜厚和折射率的对应关系图。从图7可以看出，双通道滤光片由匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系三部分组成，其中匹配膜系和第一主膜系由高折射率膜Ti₃O₅和第二低折射率膜SiO₂交替组成，第二主膜系由高折射率膜Ti₃O₅、中间折射率膜HfO₂和第二低折射率膜SiO₂三种材料组成。高折射率膜Ti₃O₅在波长550nm的折射率为2.426，中间折射率膜HfO₂的折射率为1.994，第二低折射率膜SiO₂的折射率为1.460。匹配膜系共8层，用于匹配玻璃基底和二个主膜系之间的光学导纳。第一主膜系共12层，主要构成400～650nm的可见光透射带和 700～900nm的截止带，并提供940nm透射带的短波侧过渡区。第二主膜系共32层，主要提供940nm透射带的长波侧过渡区，从而构成940nm透射带，并形成1000～1200nm的截止带。双通道滤光片各层膜的设计参数列于表1。

表1

续表1

12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
													SiO₂	Ti₃O₅	SiO₂	Ti₃O₅	SiO₂	Ti₃O₅	SiO₂	Ti₃O₅	SiO₂	Ti₃O₅	HfO₂	Ti₃O₅	HfO₂
1.46	2.426	1.46	2.426	1.46	2.426	1.46	2.426	1.46	2.426	1.994	2.426	1.994
													135.6	77.7	136.4	78.2	136.3	79.5	139.9	88.2	184.5	15.1	49.2	56.4	72.1

续表1

25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37
													SiO₂	HfO₂	Ti₃O₅	HfO₂	SiO₂	Ti₃O₅	HfO₂	SiO₂	HfO₂	Ti₃O₅	SiO₂	Ti₃O₅	HfO₂
1.46	1.994	2.426	1.994	1.46	2.426	1.994	1.46	1.994	2.426	1.46	2.426	1.994
													64.2	73.6	51.5	85.4	193.3	15.1	103.9	185.1	39.7	88.4	171.4	89.9	35.3

续表1

38	39	40	41	42	43	44	45	46	47	48	49	50
													SiO₂	HfO₂	Ti₃O₅	SiO₂	HfO₂	Ti₃O₅	HfO₂	SiO₂	HfO₂	Ti₃O₅	HfO₂	SiO₂	HfO₂
1.46	1.994	2.426	1.46	1.994	2.426	1.994	1.46	1.994	2.426	1.994	1.46	1.994
													174	116.8	3.8	167.4	66.9	32.5	74.3	173.6	49.3	68.5	50.6	157.6	35.6

续表1

51	52
			Ti₃O₅	SiO₂	空气
2.426	1.46	1.0
			82.6	82.5

图8是本实用新型双通道滤光片的分光透射特性曲线。该曲线是按表1 例示的结构计算的，作为本实用新型的优选实施方式，达到的性能为：紫外区300～380nm的平均透射率为1.5％，可见光区400～650nm的平均透射率为 98.7％，近红外区700～900nm的平均透射率为0.76％，920～955nm的平均透射率为98.5％，1000～1200nm的平均透射率为0.54％。

图9是本实用新型的整个双通道滤波器的最终分光透射特性曲线图，该特性曲线是由图3旋涂染料层的玻璃基底、图6的超宽减反射膜和图8的双通道滤光片合成得到的，由于本实用新型不仅具有优良的超宽带减反射特性，而且具有诱导染料层透射的功能，所以最终滤波器可见光通道和红外通道的透射率都非常高，特别是可见光通道，明显高于图3旋涂染料层的透射率。结果表明：在第一通道波长区400～650nm，Tave＝88.4％，而中心波长区 430～600nm，Tave＝95.2％；在第二通道波长区920～960nm，Tave＝96.6％；在紫外截止区350～390nm,Tave＝1.61％；在红外第一截止区670～890nm， Tave＝0.37％；在红外第二截止区980～1200nm，Tave＝0.65％。以上光学特性已优于现有技术的蓝塑料基底滤波器，特别在波长450nm附近，透射率从蓝塑料基底滤波器的88％上升到本实用新型的94.3％。实际使用表明，该特性完全满足日夜兼用的摄像要求，色彩渐变和亮度渐变基本消除，由于拍摄亮度进一步改善，杂光得到进一步抑制，因而可获得更加清晰的可见光彩色图像和红外黑白图像。

本实用新型的具有旋涂染料层的玻璃基底及其双通道滤波器在安防电视系统和手机拍摄系统等领域具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种双通道滤波器，其特征在于，包括：

玻璃基底；

设置在所述玻璃基底一侧表面上的蓝色染料层；

设置在所述蓝色染料层上的粘附层；

设置在所述粘附层上的超宽带减反射膜；

以及，设置在所述玻璃基底另一侧表面上的双通道滤光片。

2.根据权利要求1所述的双通道滤波器，其特征在于，所述的粘附层为Al_0.6Si_0.7O_2.3混合单层膜。

3.根据权利要求1所述的双通道滤波器，其特征在于，所述的超宽带减反射膜由高折射率膜和低折射率膜交替组成，所述的高折射率膜为Ti₃O₅膜，所述的低折射率膜为MgF₂。

4.根据权利要求3所述的双通道滤波器，其特征在于，所述的超宽带减反射膜总层数共为10层，靠近粘附层的第一层为Ti₃O₅高折射率膜层，第二层为MgF₂低折射率膜层，依次交替，厚度依次为5.6，52.6，19.6，33.2，39.5，7.3，79.1，21.5，22.8，108.3，单位为nm。

5.根据权利要求1所述的双通道滤波器，其特征在于，所述的双通道滤光片包括：由玻璃基底向外依次设置的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系；

6.根据权利要求5所述的双通道滤波器，其特征在于，所述的双通道滤光片的总层数为52层。

7.根据权利要求6所述的双通道滤波器，其特征在于，所述的匹配膜系层数为8层，从玻璃基底向外各膜层的厚度依次为：24.9，15.6，51.1，173，42.4，36.1，12.6，96.8,单位为nm，奇数层为高折射率膜Ti₃O₅，偶数层为低折射率膜SiO₂；

第一主膜系为12层，从匹配膜系向外各膜层的厚度依次为：86.2，136，78.8，135.6，77.7，136.4，78.2，136.3，79.5，139.9，88.2，184.5，单位为nm，奇数层为高折射率膜Ti₃O₅，偶数层为低折射率膜SiO₂；

第二主膜系层数为32层，从第一主膜系向外各膜层的厚度依次为：15.1，49.2，56.4，72.1，64.2，73.6，51.5，85.4，193.3，15.1，103.9，185.1，39.7，88.4，171.4，89.9，35.3，174，116.8，3.8，167.4，66.9，32.5，74.3，173.6，49.3，68.5，50.6，157.6，35.6，82.6，82.5，单位为nm，在第二主膜系中，第1、3、7、10、14、16、20、23、27、31层为高折射率膜Ti₃O₅，第5、9、12、15、18、21、25、29、32层为低折射率膜SiO₂，其余为中间折射率膜HfO₂。