CN208596240U

CN208596240U - 一种近红外窄带滤光片及红外成像系统

Info

Publication number: CN208596240U
Application number: CN201821255215.8U
Authority: CN
Inventors: 陈策; 丁维红; 肖念恭; 陈吉利
Original assignee: Xinyang Sunny Optics Co Ltd
Current assignee: Xinyang Sunny Optics Co Ltd
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2019-03-12
Anticipated expiration: 2028-08-06

Abstract

本实用新型涉及一种近红外窄带滤光片及红外成像系统，其中近红外窄带滤光片包括：基板，设置在所述基板一侧的IR膜系；所述IR膜系包括交替镀制的第一高折射率膜层和第一低折射率膜层，所述IR膜系的最外层均为第一低折射率膜层；在800～1200nm的波长范围内，所述IR膜系具有一个通带波段、两个过渡波段和两个截止波段，所述通带波段位于两个所述两个截止波段之间，所述过渡波段位于所述通带波段与所述截止波段之间；所述通带波段具有中心波长，且在入射角从0°改变至30°的范围内，所述通带波段的中心波长漂移幅度介于7nm～13nm之间。在保证高透过率的前提下，降低窄带滤光片通带中心波长随角度漂移量，提高成像质量。

Description

一种近红外窄带滤光片及红外成像系统

技术领域

本实用新型涉及一种滤光片及红外成像系统，尤其涉及一种近红外窄带滤光片及红外成像系统。

背景技术

随着科技的发展，在智能手机、车载激光雷达、安防门禁、智能家居、虚拟现实/增强现实/混合现实、3D体感游戏、3D摄像与显示等终端中逐步嵌入了人脸设备、手势识别等功能。

在人脸识别、手势识别时需要用到近红外窄带滤光片，其能起到增透铜带中近红外光线，截止环境中可见光的作用。通常近红外窄带滤光片包括两个膜系，分别为IR带通膜系和长波通AR膜系。然而现有技术中的滤光片对近红外光线的增透效果以及截止可见光的效果较差，同时存在膜系膜层厚度较厚的问题，从而导致将滤光片组装到人脸识别、手势识别等装置后，成像效果较差、识别精度不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种近红外窄带滤光片及红外成像系统，解决近红外滤光片成像效果差的问题。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种近红外窄带滤光片，包括：基板，设置在所述基板一侧的IR膜系；

所述IR膜系包括交替镀制的第一高折射率膜层和第一低折射率膜层，所述IR膜系的最外层均为第一低折射率膜层；在800～1200nm的波长范围内，所述IR膜系具有一个通带波段、两个过渡波段和两个截止波段，所述通带波段位于两个所述两个截止波段之间，所述过渡波段位于所述通带波段与所述截止波段之间；

所述通带波段具有中心波长，且在入射角从0°改变至30°的范围内，所述通带波段的中心波长漂移幅度介于7nm～13nm之间。

根据本实用新型的一个方面，在入射角从20°改变至30°的范围内，入射角每变化1°，所述通带波段的中心波长漂移幅度小于5nm。

根据本实用新型的一个方面，所述通带波段带宽小于400nm。

根据本实用新型的一个方面，在800～1200nm的波长范围内，所述通带波段透过率大于90％，所述截止波段透过率小于0.1％。

根据本实用新型的一个方面，所述通带波段UV侧和IR侧曲线陡度介于7nm～13nm之间。

根据本实用新型的一个方面，所述第一高折射率膜层为氢化硅层；

在800～1200nm的波长范围内，所述第一高折射率膜层的折射率大于3.5，且消光系数小于0.002。

根据本实用新型的一个方面，在850nm波长处，所述第一高折射率膜层折射率大于3.6；

在940nm波长处，所述第一高折射率膜层折射率大于3.55。

根据本实用新型的一个方面，所述第一高折射率膜层为溅射反应膜层，在氢气存在的条件下，其溅射反应温度为80℃～300℃，溅射速率为0.1nm/s≤v≤1nm/s。

根据本实用新型的一个方面，所述氢气以可调整的流量引入，且其流量满足10sccm≤v1≤50sccm。

根据本实用新型的一个方面，所述第一高折射率膜层和所述第一低折射率膜层的物理厚度关系满足：0.01≤D_L/D_H≤100，其中，D_L、D_H分别表示第一低折射率膜层和第一高折射率膜层的物理厚度。

根据本实用新型的一个方面，在入射角从0°改变至10°的范围内，所述通带波段的中心波长漂移幅度介于0.5nm～1.5nm之间，入射角每变化1°，所述通带波段的中心波长漂移幅度小于1.5nm；

在入射角从0°改变至20°的范围内，所述通带波段的中心波长漂移幅度介于2.5nm～8nm之间，从10°改变至20°的范围内，入射角每变化1°，所述通带波段的中心波长漂移幅度小于6nm；

在入射角从0°改变至40°的范围内，所述通带波段的中心波长漂移幅度介于12nm～20nm之间，从0°改变至10°的范围内，入射角每变化1°，所述通带波段的中心波长漂移幅度小于8nm。

根据本实用新型的一个方面，还包括AR膜系；

所述IR膜系和所述AR膜系相对的位于所述所述基板的两侧；

所述AR膜系包括交替镀制的第二高折射率膜层和第二低折射率膜层，所述AR膜系的最外层均为第二低折射率膜层。

根据本实用新型的一个方面，在350～1200nm的波长范围内，所述AR膜系具有一个通带区域，且其透过率大于90％，一个截止区域，且其透过率小于0.1％；

在800～1200nm的波长范围内，所述AR膜系还具有一个过渡区域，且其透过率介于0.1％～90％之间。

根据本实用新型的一个方面，所述IR膜系和所述AR膜系的膜层总厚度小于9.8μm。

根据本实用新型的一个方面，所述近红外窄带滤光片的半高全宽值小于120nm。

根据本实用新型的一个方面，所述第一低折射率膜层的折射率小于3，且其材料为SiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Pr₆O₁₁、La₂O₃、Si₂N、SiN、Si₂N₃、Si₃N₄中的一种或多种的组合；

所述第二低折射率膜层的折射率小于3，且其材料为SiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Pr₆O₁₁、La₂O₃、Si₂N、SiN、Si₂N₃、Si₃N₄中的一种或多种的组合。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种红外成像系统，其特征在于，包括IR发射系统和IR接收系统；

所述IR发射系统包括IR发射光源和用于投射所述IR发射光源发出的光的第一镜头组件；

所述IR接收系统包括近红外窄带滤光片、第二镜头组件和红外图像传感器；

所述红外窄带滤光片位于所述第二镜头组件和所述红外图像传感器之间。

根据本实用新型的一个方面，所述第一镜头组件包括红外光源准直镜头和设置在所述红外光源准直镜头上的衍射组件。

根据本实用新型的一种方案，在保证本实用新型的近红外滤光片高透过率的前提下，能极大地降低窄带滤光片通带中心波长随角度漂移量，提升了窄带滤光片过渡区的陡度，从而提高了成像质量，进一步提高人脸识别、手势识别系统中信噪比，降低了膜层总厚度和镀膜总时间，降低了生产成本，为终端客户节约了使用成本。

根据本实用新型的一种方案，通过将IR膜系和AR膜系的外侧分别设置成第一低折射率膜层和第二低折射率膜层，有利于IR膜系和AR膜系附着在基板上，并且其硬度高，耐磨性好，抗腐蚀性强，从而有利于保证本实用新型的IR膜系和AR膜系的结构稳定，以及提高IR膜系和AR膜系的使用寿命，进一步提高了本实用新型的红外窄带滤光片的使用寿命。同时，本实用新型的近红外窄带滤光片的厚度小，节约了本实用新型的生产成本。

根据本实用新型的一种方案，通过上述条件设置，使得镀制的第一高折射率膜层具有良好的膜层特性，使得第一高折射率膜层达到较高的折射率，进一步使得本实用新型的近红外窄带滤光片的成像效果更好。

附图说明

图1示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的近红外滤光片的结构图；

图2示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的近红外滤光片的IR膜系的波长与透过曲线关系图；

图3示意性表示根据本实用新型的另一种实施方式的近红外滤光片的结构图；

图4示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的红外成像系统的结构图。

图5示意性表示根据本实用新型的实施例1的IR膜层透过率与波长的曲线关系图；

图6示意性表示根据本实用新型的实施例2的IR膜层透过率与波长的曲线关系图；

图7示意性表示根据本实用新型的实施例3的IR膜层透过率与波长的曲线关系图；

图8示意性表示根据本实用新型的实施例4的IR膜层透过率与波长的曲线关系图；

图9示意性表示根据本实用新型的实施例4的AR膜层透过率与波长的曲线关系图；

图10示意性表示根据本实用新型的实施例5的IR膜层透过率与波长的曲线关系图；

图11示意性表示根据本实用新型的实施例5的AR膜层透过率与波长的曲线关系图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本实用新型的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，根据本实用新型的一种实施方式，本实用新型的一种近红外窄带滤光片，包括基板11和IR膜系12。在本实施方式中，IR膜系12设置在基板11的一侧面上。IR膜系12为多层膜构成的结构。在本实施方式中，IR膜系12包括交替镀制的第一高折射率膜层121和第一低折射率膜层122。在本实施方式中，第一高折射率膜层121的折射率大于3，第一低折射率膜层122的折射率小于3。在IR膜系12中，处于IR膜系12最外层(即IR膜系12与基板11和入射介质相接触的位置)均为第一低折射率膜层122。在本实施方式中，近红外窄带滤光片的IR膜系12膜层总厚度小于9.8μm。在本实施方式中，近红外窄带滤光片的半高全宽值小于120nm。进一步的，近红外窄带滤光片的IR膜系12膜层总厚度小于8μm。在本实施方式中，近红外窄带滤光片的半高全宽值小于114nm。通过将IR膜系12的外侧设置成第一低折射率膜层122有利于IR膜系12附着在基板11上，并且其硬度高，耐磨性好，抗腐蚀性强，从而有利于保证本实用新型的IR膜系12的结构稳定，以及提高IR膜系12的使用寿命，进一步提高了本实用新型的红外窄带滤光片的使用寿命。同时，本实用新型的近红外窄带滤光片的厚度小，节约了本实用新型的生产成本。

根据本实用新型的一种实施方式，第一低折射率膜层122的折射率小于3。在本实施方式中，第一低折射率膜层122的材料为SiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Pr₆O₁₁、La₂O₃、Si₂N、SiN、Si₂N₃、Si₃N₄中的一种或多种的组合。

根据本实用新型的一种实施方式，在800～1200nm的波长范围内，由于IR膜系12通过交替镀制第一高折射率膜层121和第一低折射率膜层122，因此通过入射光的干涉效应从而产生通带波段、过渡波段和截止波段。在本实施方式中，在800～1200nm的波长范围内，IR膜系12具有一个通带波段两个过渡波段和两个截止波段，通带波段位于两个两个截止波段之间，即两个截止波段位于所述通带波段的两侧，过渡波段位于通带波段与截止波段之间。在本实施方式中，通带波段具有中心波长，且在入射角从0°改变至30°的范围内，通带波段的中心波长漂移幅度介于7nm～13nm之间，即通带波段的中心波长漂移幅度大于7nm，并且小于13nm。同时，在入射角从20°改变至30°的范围内，入射角每变化1°，通带波段的中心波长漂移幅度小于5nm。

根据本实用新型的一种实施方式，第一高折射率膜层121和第一低折射率膜层122的物理关系满足：0.01≤D_L/D_H≤100，其中，D_L、D_H分别表示第一低折射率膜层和第一高折射率膜层的物理厚度。通过将第一高折射率膜层121和第一低折射率膜层122的物理厚度设置在上述范围内，从而有利于减小IR膜系12通带波段中心波长的漂移幅度，提高了本实用新型的成像质量。本实用新型的在本实施方式中，第一低折射率膜层122为氮化硅层。第一低折射率膜层122采用氮化硅材料其具有附着力优秀、硬度高、耐磨性好、抗腐蚀能力强，因此保证了IR膜系12与基板11的连接强度与结构强度，并且提高了IR膜系12的使用寿命。

需要指出的是，IR膜系为红外截止膜。

进一步的，在本实施方式中，在800～1200nm的波长范围内，IR膜系12具有一个通带波段两个过渡波段和两个截止波段，通带波段位于两个两个截止波段之间，即两个截止波段位于所述通带波段的两侧，过渡波段位于通带波段与截止波段之间。在本实施方式中，通带波段具有中心波长，且在入射角从0°改变至30°的范围内，通带波段的中心波长漂移幅度介于8nm～12nm之间，即通带波段的中心波长漂移幅度大于8nm，并且小于12nm。同时，在入射角从20°改变至30°的范围内，入射角每变化1°，通带波段的中心波长漂移幅度小于5nm。

在本实施方式中，在入射角从0°改变至10°的范围内，通带波段的中心波长漂移幅度介于0.5nm～1.5nm之间，入射角每变化1°，通带波段的中心波长漂移幅度小于1.5nm。

在本实施方式中，在入射角从0°改变至20°的范围内，通带波段的中心波长漂移幅度介于2.5nm～8nm之间，从10°改变至20°的范围内，入射角每变化1°，通带波段的中心波长漂移幅度小于6nm。

在本实施方式中，在入射角从0°改变至40°的范围内，通带波段的中心波长漂移幅度介于12nm～20nm之间，从0°改变至10°的范围内，入射角每变化1°，通带波段的中心波长漂移幅度小于8nm。

根据本实用新型的一种实施方式，通带波段带宽小于400nm。在本实施方式中，在800～1200nm的波长范围内，通带波段透过率大于90％，所述截止波段透过率小于0.1％。参见图2所示，在本实施方式中，通带波段UV侧(靠近短波长的一侧)和IR侧(靠近长波长的一侧)曲线陡度介于7nm～13nm之间。

根据本实用新型的一种实施方式，第一高折射率膜层121为氢化硅(Si:H)层。在本实施方式中，在800～1200nm的波长范围内，第一高折射率膜层121的折射率大于3.5，且消光系数小于0.002。其中，在850nm波长处，第一高折射率膜层121折射率大于3.6。在940nm波长处，第一高折射率膜层121折射率大于3.55。

根据本实用新型的一种实施方式，第一高折射率膜层121为溅射反应膜层。在本实施方式中，第一高折射率膜层121通过溅射反应设备镀制。第一高折射率膜层121采用的材料为硅化氢。将表面洁净的基板11放置在溅射反应设备中，在存在硅靶和氢气的条件下在基板11上镀制第一高折射率膜层121。在本实施方式中，通过可调整的流量引入反应设备中，其溅射反应温度为80℃～300℃，硅化氢的溅射速率为0.1nm/s≤v≤1nm/s。在本实施方式中，氢气引入的流量满足10sccm≤v1≤50sccm。通过上述条件设置，使得镀制的第一高折射率膜层121具有良好的膜层特性，使得第一高折射率膜层121达到较高的折射率，进一步使得本实用新型的近红外窄带滤光片的成像效果更好。

如图3所示，根据本实用新型的另一种实施方式，本实用新型的一种近红外窄带滤光片，包括基板11、IR膜系12和AR膜系13。在本实施方式中，IR膜系12和AR膜系13分别设置在基板11相对的两侧。IR膜系12和AR膜系13分别为多层膜构成的结构。在本实施方式中，IR膜系12包括交替镀制的第一高折射率膜层121和第一低折射率膜层122。在本实施方式中，第一高折射率膜层121的折射率大于3，第一低折射率膜层122的折射率小于3。在IR膜系12中，处于IR膜系12最外层的均为第一低折射率膜层122。AR膜系13包括交替镀制的第二高折射率膜层131和第二低折射率膜层132，第二高折射率膜层131的折射率可以大于3，也可以小于3，第二低折射率膜层132的折射率小于3，需要指出的是，第二高折射率膜层131的折射率小于3时，第二高折射率膜层131所用的材料与第二低折射率膜层132的材料不同，且第二高折射率膜层131的折射率要高于第二低折射率膜层132。在AR膜系13中，处于AR膜系13最外层(AR膜系13分别与基板11和入射介质相接触的位置)均为第二低折射率膜层132。在本实施方式中，近红外窄带滤光片的IR膜系12和AR膜系13的膜层总厚度小于9.8μm。在本实施方式中，近红外窄带滤光片的半高全宽值小于120nm。进一步的，在本实施方式中，近红外窄带滤光片的IR膜系12和AR膜系13的膜层总厚度小于8μm。在本实施方式中，近红外窄带滤光片的半高全宽值小于114nm。通过将IR膜系12和AR膜系13的外侧分别设置成第一低折射率膜层122和第二低折射率膜层132，有利于IR膜系12和AR膜系13附着在基板11上，并且其硬度高，耐磨性好，抗腐蚀性强，从而有利于保证本实用新型的IR膜系12和AR膜系13的结构稳定，以及提高IR膜系12和AR膜系13的使用寿命，进一步提高了本实用新型的红外窄带滤光片的使用寿命。同时，本实用新型的近红外窄带滤光片的厚度小，节约了本实用新型的生产成本。在本实施方式中，IR膜系12的设置结构与前述实施方式保持一致，在此不再赘述。

需要指出的是，IR膜系为红外截止膜，AR膜系为减反膜，即增透膜。

根据本实用新型的一种实施方式，第二低折射率膜层132的折射率小于3。在本实施方式中，第二低折射率膜层132的材料为SiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Pr₆O₁₁、La₂O₃、Si₂N、SiN、Si₂N₃、Si₃N₄中的一种或多种的组合。

根据本实用新型的一种实施方式，在350～1200nm的波长范围内，由于AR膜系13通过交替镀制第二高折射率膜层131和第二低折射率膜层132，因此通过入射光的干涉效应从而产生通带区域和截止区域。在本实施方式中，AR膜系13具有一个通带区域，且其透过率大于90％，一个截止区域，且其透过率小于0.1％。在本实施方式中，在800～1200nm的波长范围内，AR膜系13中的过渡区域透过率介于0.1％～90％之间。

如图4所示，根据本实用新型的一种实施方式，本实用新型的红外成像系统，包括IR发射系统和IR接收系统。在本实施方式中，IR发射系统包括IR发射光源2和第一镜头组件3。第一镜头组件3与IR发射光源2相对设设置，第一镜头组件3用于传输IR发射光源2发出的光并将所传输的光投射到物体A(例如人脸、手等)上。在本实施方式中，IR发射光源2为VCSEL、LD、LED中的一种。在本实施方式中，第一镜头组件3包括红外光源准直镜头31和衍射组件32。在本实施方式中，衍射组件32设置在红外光源准直镜头31上。IR发射光源2发出的光通过红外光源准直镜头31进行校正准直，并且经过准直的光通过衍射组件32投射到物体上。

根据本实用新型的一种实施方式，IR接收系统包括近红外窄带滤光片1、第二镜头组件4和红外图像传感器5。在本实施方式中，红外窄带滤光片1位于第二镜头组件4和红外图像传感器5之间。第二镜头组件4可以为普通镜头。物体上的光线被传输到第二镜头组件4中，第二镜头组件4镜接收的光线传输到红外窄带滤光片1，经过红外窄带滤光片1的作用使光线投射到红外图像传感器5上进行成像。在本实施方式中，红外图像传感器5为3D红外图像传感器。在本实施方式中，红外图像传感器5通过复杂的算法，包括但不限于结构光(Structured light)、TOF和双目测距法等3D成像算法模式，将第二镜头组件4采集的空间信息和镜头成像端采集的色彩信息相结合，生成具备空间信息的3D图像，进行人脸识别、手势识别等。

为进一步说明本实用新型，对本实用新型的近红外窄带滤光片进行举例说明。

实施例1：

第一高折射率膜层121和第一低折射率膜层122交替镀制形成近红外窄带滤光片的IR膜系。在本实施方式中，第一高折射率膜层121采用氢化硅(Si:H)材料，第一低折射率膜层122采用氮化硅(即SiN)材料，以L(HL)^m形式交替排列组成滤光片IR带通膜系；其中，L表示第一低折射率膜层122以1/4参考波长厚度的高，H表示第一高折射率膜层121以1/4参考波长厚度的高，m表示交替镀制的次数。

在本实施方式中，在入射角从0°改变至30°的范围内，通带波段的中心波长漂移幅度介于8nm～12nm之间，从20°改变至30°的范围内，入射角每变化1°，通带波段的中心波长漂移幅度小于5nm。

通过采用以下计算公式：

OT_i＝OT₀(1+Acos(2×pi×f×i)sin(2×pi×f×i))，

其中，OT_i表示第i层膜层的光学厚度，OT₀表示四分之一设计波长大小的光学厚度，pi表示圆周率，f表示调制因子，大小介于0到1之间。

代入一下方程:

获得膜层参数如下：

	1	2	3	4	5
						膜料	SiN	Si:H	SiN	Si:H	SiN
厚度/nm	30	232.89	152.83	118.43	73.61
							6	7	8	9	10
膜料	Si:H	SiN	Si:H	SiN	Si:H
						厚度/nm	82.67	110.81	125.06	143.63	241.24
	11	12	13	14	15
						膜料	SiN	Si:H	SiN	Si:H	SiN
厚度/nm	79.48	150.7	56.18	232.67	103.84
							16	17	18	19	20
膜料	Si:H	SiN	Si:H	SiN	Si:H
						厚度/nm	244.31	313.36	272.26	76.29	73.39
	21	22	23	24	25
						膜料	SiN	Si:H	SiN	Si:H	SiN
厚度/nm	371.49	84.72	26.21	288.09	122.32
							26	27	28	29	30
膜料	Si:H	SiN	Si:H	SiN	Si:H
						厚度/nm	66.8	382.21	142.68	191.9	262.73
	31	32	33	34	35
						膜料	SiN	Si:H	SiN	Si:H	SiN
厚度/nm	118.05	64.98	376.7	167.58	27.7

表1

如图5所示，以及通过上述计算结果(即表1中代表的IR膜系厚度即IR膜系镀制的物理厚度，单位：nm)，在本实施方式中，在满足IR膜层透过率的条件下，取m＝17，IR膜系的总厚度为5.61μm，从而使本实用新型的IR膜系厚度满足设计要求，同时还保证了在不同入射角的条件下，IR膜系通带波段上中心波长漂移幅度也满足上述设计要求，并且IR膜系在800～1200nm范围内有一个通带波段，透过率大于90％；通带波段带宽小于120nm；通带两侧各有1个截止波段，其透过率小于0.1％，更低的透过率可小于0.001％，保证了本实用新型的近红外滤光片的成像质量。

实施例2：

第一高折射率膜层121和第一低折射率膜层122交替镀制形成近红外窄带滤光片的IR膜系。在本实施方式中，第一高折射率膜层121采用氢化硅(Si:H)材料，第一低折射率膜层122采用氮化硅(即Si₃N₄)材料，以L(HL)^m形式交替排列组成滤光片IR带通膜系；其中，L表示第一低折射率膜层122以1/4参考波长厚度的高，H表示第一高折射率膜层121以1/4参考波长厚度的高，m表示交替镀制的次数。

通过采用以下计算公式：

OT_i＝OT₀(1+Acos(2×pi×f×i)sin(2×pi×f×i))，

代入一下方程：

获得膜层参数如下：

	1	2	3	4	5
						膜料	Si3N4	Si:H	Si3N4	Si:H	Si3N4
膜厚	234.05	73.12	193.41	79.58	113.2
							6	7	8	9	10
膜料	Si:H	Si3N4	Si:H	Si3N4	Si:H
						膜厚	196.33	111.74	100.62	86	115.42
	11	12	13	14	15
						膜料	Si3N4	Si:H	Si3N4	Si:H	Si3N4
膜厚	107	64.44	112.56	64.98	107.61
							16	17	18	19	20
膜料	Si:H	Si3N4	Si:H	Si3N4	Si:H
						膜厚	128.77	64.31	87.54	111.36	199.79
	21	22	23	24	25
						膜料	Si3N4	Si:H	Si3N4	Si:H	Si3N4
膜厚	114.06	151.56	63.51	277.82	109.72
							26	27	28	29	30
膜料	Si:H	Si3N4	Si:H	Si3N4	Si:H
						膜厚	66.15	106.45	365	340.12	78.77
	31	32	33	34	35
						膜料	Si3N4	Si:H	Si3N4	Si:H	Si3N4
膜厚	110.3	226.9	110.56	95.19	45.38

表2

如图6所示，以及通过上述计算结果(即表2中代表的IR膜系厚度即IR膜系镀制的物理厚度，单位：nm)，在本实施方式中，在满足IR膜层透过率的条件下，取m＝17，IR膜系的总厚度为4.62μm，从而使本实用新型的IR膜系厚度满足设计要求，同时还保证了在不同入射角的条件下，IR膜系通带波段上中心波长漂移幅度也满足上述设计要求，并且IR膜系在800～1200nm范围内有一个通带波段，透过率大于90％；通带波段带宽小于120nm；通带两侧各有1个截止波段，其透过率小于0.1％，更低的透过率可小于0.001％，保证了本实用新型的近红外滤光片的成像质量。

实施例3：

第一高折射率膜层121和第一低折射率膜层122交替镀制形成近红外窄带滤光片的IR膜系。在本实施方式中，第一高折射率膜层121采用氢化硅(Si:H)材料，第一低折射率膜层122采用混合材料，如氮化硅(即SiN)和二氧化硅(SiO₂)混合材料，或者氮化硅(即SiN和Si₃N₄)混合材料，以L(HL)^m形式交替排列组成滤光片IR带通膜系；其中，L表示第一低折射率膜层122以1/4参考波长厚度的高，H表示第一高折射率膜层121以1/4参考波长厚度的高，m表示交替镀制的次数。

通过采用以下计算公式：

OT_i＝OT₀(1+Acos(2×pi×f×i)sin(2×pi×f×i))，

代入一下方程:

获得膜层参数如下：

表3

如图7所示，以及通过上述计算结果(即表3中代表的IR膜系厚度即IR膜系镀制的物理厚度，单位：nm，并且Mixture表示混合材料)，在本实施方式中，在满足IR膜层透过率的条件下，取m＝16，IR膜系的总厚度为5.11μm，从而使本实用新型的IR膜系厚度满足设计要求，同时还保证了在不同入射角的条件下，IR膜系通带波段上中心波长漂移幅度也满足上述设计要求，并且IR膜系在800～1200nm范围内有一个通带波段，透过率大于90％；通带波段带宽小于120nm；通带两侧各有1个截止波段，其透过率小于0.1％，更低的透过率可小于0.001％，保证了本实用新型的近红外滤光片的成像质量。

实施例4：

第一高折射率膜层121和第一低折射率膜层122交替镀制形成近红外窄带滤光片的IR膜系。在本实施方式中，第一高折射率膜层121采用氢化硅(Si:H)材料，第一低折射率膜层122采用二氧化硅(SiO₂)材料，以(LH)^mL形式交替排列组成滤光片IR带通膜系；其中，L表示第一低折射率膜层122以1/4参考波长厚度的高，H表示第一高折射率膜层121以1/4参考波长厚度的高，m表示交替镀制的次数。

第二高折射率膜层131和第二低折射率膜层132交替镀制形成近红外窄带滤光片的AR膜系。在本实施方式中，第二高折射率膜层131采用五氧化二铌(Nb₂O₅)材料，第二低折射率膜层132采用二氧化硅(SiO₂)材料(需要指出的是，由于五氧化二铌(Nb₂O₅)的折射率高于二氧化硅(SiO₂)的折射率，因此五氧化二铌(Nb₂O₅)也可作为第二高折射率膜层131的材料。)，以(LH)^sL形式交替排列组成滤光片AR带通膜系；其中，L表示第二低折射率膜层132以1/4参考波长厚度的高，H表示第二高折射率膜层131以1/4参考波长厚度的高，s表示交替镀制的次数。

通过采用以下计算公式：

OT_i＝OT₀(1+Acos(2×pi×f×i)sin(2×pi×f×i))，

代入一下方程:

获得膜层参数如下：

表4

	1	2	3	4	5
						材料	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>
厚度(nm)	177.36	29.01	86.24	34.26	137.61
							6	7	8	9	10
材料	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
						厚度(nm)	42.57	105.57	32.63	124.57	39.38
	11	12	13	14	15
						材料	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>
厚度(nm)	127.56	36.38	121.12	36.38	123.16
							16	17	18	19	20
材料	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
						厚度(nm)	31.7	132.74	44.2	128.03	27.69
	21	22	23	24	25
						材料	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>	Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	SiO<sub>2</sub>
厚度(nm)	110.12	44.01	131.96	36.76	76.98

表5

结合图8和图9所示，以及通过上述计算结果(即表4中代表的IR膜层厚度即IR膜系镀制的物理厚度(单位：nm)和表5中代表的AR膜层厚度即AR膜系镀制的物理厚度(单位：nm))，在本实施方式中，在满足IR膜层透过率和AR膜层透过率的条件下，取m＝15，s＝12，IR膜系和AR膜系的总厚度分别为5.19μm和2.02μm，从而使本实用新型的IR膜系和AR膜系厚度均满足设计要求，同时还保证了在不同入射角的条件下，IR膜系通带波段上中心波长漂移幅度也满足上述设计要求，并且IR膜系在800～1200nm范围内有一个通带波段，透过率大于90％；通带波段带宽小于400nm；有2个截止波段，分别在通带两侧，其透过率小于0.1％，AR膜系在350～1200nm范围内有一个通带区域，一个截至区域，透过率分别大于90％和小于0.1％；在800～1200存在一个过渡区域，透过率介于0.1％～90％之间，保证了本实用新型的近红外滤光片的成像质量。

实施例5：

第二高折射率膜层131和第二低折射率膜层132交替镀制形成近红外窄带滤光片的AR膜系。在本实施方式中，第二高折射率膜层131采用氢化硅(Si:H)材料，第二低折射率膜层132采用二氧化硅(SiO₂)材料，以(LH)^sL形式交替排列组成滤光片AR带通膜系；其中，L表示第二低折射率膜层132以1/4参考波长厚度的高，H表示第二高折射率膜层131以1/4参考波长厚度的高，s表示交替镀制的次数。

通过采用以下计算公式：

OT_i＝OT₀(1+Acos(2×pi×f×i)sin(2×pi×f×i))，

代入一下方程：

获得膜层参数如下：

表6

	1	2	3	4	5
						膜料	SiO2	Si:H	SiO2	Si:H	SiO2
膜厚	118.99	144.41	121.91	40.98	99.76
							6	7	8	9	10
膜料	Si:H	SiO2	Si:H	SiO2	Si:H
						膜厚	38.13	108.77	46.76	96.72	40
	11	12	13	14	15
						膜料	SiO2	Si:H	SiO2	Si:H	SiO2
膜厚	21	105	114.2	162.36	134.9
							16	17	18	19	20
膜料	Si:H	SiO2	Si:H	SiO2	Si:H
						膜厚	20	20	20	86.73	41.24
	21	22	23	24	25
						膜料	SiO2	Si:H	SiO2	Si:H	SiO2
膜厚	117.94	60.05	45.65	53.89	139.6

表7

结合图10和图11所示，以及通过上述计算结果(即表6中代表的IR膜层厚度即IR膜系镀制的物理厚度(单位：nm)和表7中代表的AR膜层厚度即AR膜系镀制的物理厚度(单位：nm))，在本实施方式中，在满足IR膜层透过率和AR膜层透过率的条件下，取m＝10，s＝12，IR膜系和AR膜系的总厚度分别为3.16μm和2μm，从而使本实用新型的IR膜系和AR膜系厚度均满足设计要求，并且IR膜系在800～1200nm范围内有一个通带波段，透过率大于90％；通带波段带宽小于400nm；有2个截止波段，分别在通带两侧，其透过率小于0.1％，AR膜系在350～1200nm范围内有一个通带区域，一个截至区域，透过率分别大于90％和小于0.1％；在800～1200存在一个过渡区域，透过率介于0.1％～90％之间，同时还保证了在不同入射角的条件下，IR膜系通带波段上中心波长漂移幅度也满足上述设计要求，保证了本实用新型的近红外滤光片的成像质量。

上述内容仅为本实用新型的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本实用新型的一个方案而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种近红外窄带滤光片，其特征在于，包括：基板(11)，设置在所述基板(11)一侧的IR膜系(12)；

所述IR膜系(12)包括交替镀制的第一高折射率膜层(121)和第一低折射率膜层(122)，所述IR膜系(12)的最外层均为第一低折射率膜层(122)；在800～1200nm的波长范围内，所述IR膜系(12)具有一个通带波段、两个过渡波段和两个截止波段，所述通带波段位于两个所述两个截止波段之间，所述过渡波段位于所述通带波段与所述截止波段之间；

2.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，在入射角从20°改变至30°的范围内，入射角每变化1°，所述通带波段的中心波长漂移幅度小于5nm。

3.根据权利要求2所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述通带波段带宽小于400nm。

4.根据权利要求3所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，在800～1200nm的波长范围内，所述通带波段透过率大于90％，所述截止波段透过率小于0.1％。

5.根据权利要求4所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述通带波段UV侧和IR侧曲线陡度介于7nm～13nm之间。

6.根据权利要求1至5任一所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述第一高折射率膜层(121)为氢化硅层；

在800～1200nm的波长范围内，所述第一高折射率膜层(121)的折射率大于3.5，且消光系数小于0.002。

7.根据权利要求6所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，在850nm波长处，所述第一高折射率膜层(121)折射率大于3.6；

在940nm波长处，所述第一高折射率膜层(121)折射率大于3.55。

8.根据权利要求6所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述第一高折射率膜层(121)为溅射反应膜层，在氢气存在的条件下，其溅射反应温度为80℃～300℃，溅射速率为0.1nm/s≤v≤1nm/s。

9.根据权利要求8所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述氢气以可调整的流量引入，且其流量满足10sccm≤v1≤50sccm。

10.根据权利要求1或9所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述第一高折射率膜层(121)和所述第一低折射率膜层(122)的物理厚度关系满足：0.01≤D_L/D_H≤100，其中，D_L、D_H分别表示第一低折射率膜层和第一高折射率膜层的物理厚度。

11.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，在入射角从0°改变至10°的范围内，所述通带波段的中心波长漂移幅度介于0.5nm～1.5nm之间，入射角每变化1°，所述通带波段的中心波长漂移幅度小于1.5nm；

12.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，还包括AR膜系(13)；

所述IR膜系(12)和所述AR膜系(13)相对的位于所述基板(11)的两侧；

所述AR膜系(13)包括交替镀制的第二高折射率膜层(131)和第二低折射率膜层(132)，所述AR膜系(13)的最外层均为第二低折射率膜层(132)。

13.根据权利要求12所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，在350～1200nm的波长范围内，所述AR膜系(13)具有一个通带区域，且其透过率大于90％，一个截止区域，且其透过率小于0.1％；

在800～1200nm的波长范围内，所述AR膜系(13)还具有一个过渡区域，且其透过率介于0.1％～90％之间。

14.根据权利要求12或13所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述IR膜系(12)和所述AR膜系(13)的膜层总厚度小于9.8μm。

15.根据权利要求14所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述近红外窄带滤光片的半高全宽值小于120nm。

16.根据权利要求12或13所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述第一低折射率膜层(122)的折射率小于3，且其材料为SiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Pr₆O₁₁、La₂O₃、Si₂N、SiN、Si₂N₃、Si₃N₄中的一种或多种的组合；

所述第二低折射率膜层(132)的折射率小于3，且其材料为SiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Pr₆O₁₁、La₂O₃、Si₂N、SiN、Si₂N₃、Si₃N₄中的一种或多种的组合。

17.一种采用权利要求1至16任一所述的近红外窄带滤光片的红外成像系统，其特征在于，包括IR发射系统和IR接收系统；

所述IR发射系统包括IR发射光源(2)和用于投射所述IR发射光源(2)发出的光的第一镜头组件(3)；

所述IR接收系统包括近红外窄带滤光片(1)、第二镜头组件(4)和红外图像传感器(5)；

所述红外窄带滤光片(1)位于所述第二镜头组件(4)和所述红外图像传感器(5)之间。

18.根据权利要求17所述的红外成像系统，其特征在于，所述第一镜头组件(3)包括红外光源准直镜头(31)和设置在所述红外光源准直镜头(31)上的衍射组件(32)。