TWI703354B

TWI703354B - 鏡頭模組及其近紅外線濾光片

Info

Publication number: TWI703354B
Application number: TW108116271A
Authority: TW
Inventors: 李宥叡
Original assignee: 金居開發股份有限公司
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-09-01
Also published as: TW202041896A

Abstract

本發明公開一種鏡頭模組及其近紅外線濾光片。近紅外線濾光片是由一原料組成物以低於1120°C的溫度熔融而成，其中原料組成物包含：10~25 mol%的偏磷酸鋁、30~45 mol%的五氧化二磷、15~25 mol%的氧化銅、7~15 mol%的氧化鋁以及小於9 mol%的鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物中的至少一種。

Description

鏡頭模組及其近紅外線濾光片

本創作涉及一種鏡頭模組及其濾光片，係指一種鏡頭模組及其近紅外線濾光片。

近年來，用於數位攝影機、智慧型手機的CCD、CMOS等半導體攝錄元件，從可見光領域擴及到波長1100nm附近的近紅外光領域，使用吸收近紅外光領域的濾光器可以得到近似於人的視感度。一般，以模造用的玻璃材料有三個重要的基本指標，分別是高穿透率、高折射率和低的玻璃轉換溫度。高穿透率可以降低色差所帶來的影響，以確保影像更為貼近真實呈現。高折射率所可以達到的效果在於，只需要使用較少的鏡片即可達到相同的光學品質，進而可以縮減體積與減少重量而達到輕薄短小的目的。低的玻璃轉換溫度則主要是針對在模造製程時，不僅可以延長模具的壽命，更可減少能源的消耗和縮短製程，進一步降低製造成本。

再者，市面上對於色差調靈敏度修正用的濾光器需求量增加，因此，對於具有近紅外線濾光功能的玻璃要求也越趨嚴苛，即追求其能夠被大量生產、價格低廉又具備穩定性能。

目前智慧型手機與攝錄鏡頭的訴求為輕薄短小，此改良方向卻會造成影像進入CCD或CMOS感應器的光線入射角度變大，也使得中心波長偏移變大，而產生色偏之缺失。

在現有技術中，通常是在氟磷酸鹽玻璃或磷酸鹽玻璃中添加氧化銅用以製造近紅外線吸收玻璃。

儘管氟磷酸鹽玻璃具有耐候性高以及其燒結溫度低於1000°C的特性而可以因為低溫而獲得優異的透射率；然而其楊式彈性係數不佳，容易造成不易加工，玻璃過脆且易損傷，造成成品率低且成本大為增加。

磷酸鹽玻璃相較於矽酸鹽玻璃具有較低的熔融溫度、低玻璃轉換溫度、高熱膨脹係數及優異的光學性質，在可見光和近紅外光區域具有高透射率，非常適合運用在光學材料上，但是在耐候性不足及燒結溫度依舊偏高(1250°C)而影響到透射率的表現的缺點，限制了其應用的領域。

值得注意的是，現代智慧型手機越趨輕薄，因此各元件亦要求輕薄化。以現有技術TW I562970為例，其公開一種改良式近紅外線濾光玻璃，雖然其具有優越的高穿透性以及可吸收過濾近紅外線的良好優點，然而其玻璃的厚度為0.19~0.4 mm，已不適用於現代智慧型手機與數位攝像鏡頭所追求的玻璃厚度應減薄到可以為0.1 mm的薄度。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種高穿透率、低燒結溫度、化學穩定性高又可以耐高溫高濕環境的近紅外線濾光片。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種近紅外線濾光片，其是由一原料組成物以低於1120°C的溫度熔融而成，其中所述原料組成物包含：10~25 mol%的偏磷酸鋁、30~45 mol%的五氧化二磷、15~25 mol%的氧化銅、7~15 mol%的氧化鋁以及小於9 mol%的鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物中的至少一種。

在本發明其中一實施例中，所述近紅外線濾光片的厚度小於0.19 mm。

在本發明其中一實施例中，所述近紅外線濾光片的中心波長(T50%)為640 nm~644 nm。

在本發明其中一實施例中，當光源入射角為30度時，所述近紅外線濾光片的中心波長的偏移量小於5 nm。

在本發明其中一實施例中，當光源入射角為45度時，所述近紅外線濾光片的中心波長的偏移量小於7 nm。

在本發明其中一實施例中，所述近紅外線濾光片在100~350°C範圍內的線熱膨脹係數為(7±1)×10 ^-6/°C，玻璃轉化溫度為465±10°C。

在本發明其中一實施例中，所述近紅外線濾光片還進一步包括一鍍膜層，其形成於所述近紅外線濾光片的其中一表面。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種鏡頭模組。所述鏡頭模組包括一鏡筒、一光學鏡片組以及一影像感測器。所述鏡筒具有一像側、一相對於所述像側的物側以及一位於所述像側與所述物側之間的容置空間；所述光學鏡片組設置於所述容置空間中並靠近物側，所述光學鏡片組包括至少一透鏡以及一所述之近紅外線濾光片；以及，所述影像感測器設置於所述像側。

在本發明其中一實施例中，所述近紅外線濾光片為非球面的濾光鏡片。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的鏡頭模組及其近紅外線濾光片，其能通過“原料組成物包含：10~25 mol%的偏磷酸鋁、30~45 mol%的五氧化二磷、15~25 mol%的氧化銅、7~15 mol%的氧化鋁以及小於9 mol%的鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物中的至少一種”以及“以低於1120°C的溫度熔融而成”的技術方案，以得到具有高穿透性、吸收過濾近紅外線良好、化學穩定性高、加工性好且厚度可以小於0.19 mm的近紅外線濾光片。需要說明的是，由於本發明的近紅外線濾光片是以低於1120°C的溫度熔融而成，因此在模造製程時可以幫助模具的壽命延長，更可以減少耗能與縮短製程，進而降低製造成本。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“鏡頭模組及其近紅外線濾光片”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

本發明提供一種近紅外線濾光片，其是將原料組成物以低於1120°C的溫度熔融而成，原料組成物的組成成分至少包含：10~25 mol%的偏磷酸鋁[Al(PO ₃) ₃]、30~45 mol%的五氧化二磷(P ₂O ₅)、15~25 mol%的氧化銅(CuO)、7~15 mol%的氧化鋁(Al ₂O ₃)以及小於9 mol%的鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物中的至少一種。

進一步而言，本發明的近紅外線濾光片是在溫度介於1100°C至1120°C之間將原料組成物熔融後，再進行冷卻所形成的。詳細而言，鹼金屬氧化物可以包含但不限於氧化鋰(Li ₂O)、氧化鈉(Na ₂O)、氧化鉀(K ₂O)；鹼土金屬氧化物可以包含但不限於氧化鎂(MgO)、氧化鍶(SrO)、氧化鋇(BaO)。於其中一實施例中，較佳為使用氧化鋰與氧化鈉的組合。

需要說明的是，偏磷酸鋁可以使本發明的近紅外線濾光片具有較好的耐水性能；氧化鋁可以增加近紅外線濾光片的耐候性、降低其失透性及降低其熱膨脹係數；而五氧化二磷是紅外光區域中產生吸收作用的一種重要成分；鹼金屬氧化物可以提高近紅外線濾光片的可熔性、玻璃結成性和可見光區的透射率，較佳的是，選用添加氧化鋰對於近紅外線濾光片的化學穩定性效果更好；鹼土氧化物則是可以有效提高近紅外線濾光片的玻璃結成性、耐失透性和可加工性；以及，氧化銅具有良好的阻隔近紅外線的效果，經過本發明一系列的研究後，當近紅外線濾光片的厚度介於0.1 mm至小於0.19 mm時，氧化銅含量介於15~25 mol%，可以讓近紅外線濾光片獲得良好的透射率與近紅外線吸收率。

本發明的近紅外線濾光片是將原料組成物依照比例經過秤重、混和後，再移至鉑坩堝中，以1120°C的溫度下加熱熔融，熔融後的原料組成物經澄清均化後，使熔融原料組成物由控溫管道中以恆定流速連續流出、成型、退火後，得到本發明的近紅外線濾光片。再經減薄、研拋、鍍膜等製程後，近紅外線濾光片則可成為可運用之光學元件。

請參閱圖1所示，當本發明的近紅外線濾光片為0.1 mm時，在400 nm至1100 nm波長範圍內的光譜透射率顯示的特性分別為：在430 nm波長的光譜透射率大於或等於80%。在500 nm波長的光譜透射率大於或等於86%。在500 nm至700 nm波長範圍內的光譜透射率中，透射率為50％時對應的波長(即T50%對應的波長值)範圍為642 nm±2 nm。

請參閱圖2所示，當本發明的近紅外線濾光片為0.175 mm時，在400 nm至1100 nm波長範圍內的光譜透射率顯示的特性分別為：在430 nm波長的光譜透射率大於或等於80%。在500 nm波長的光譜透射率大於或等於87%。在500 nm至700 nm波長範圍內的光譜透射率中，透射率為50％時對應的波長(即T50%對應的波長值)範圍為642 nm±2 nm。

請參閱圖3所示，當本發明的近紅外線濾光片為0.145 mm時，在400 nm至1100 nm波長範圍內的光譜透射率顯示的特性分別為：在430 nm波長的光譜透射率大於或等於80%。在500 nm波長的光譜透射率大於或等於86%。在500 nm至700 nm波長範圍內的光譜透射率中，透射率為50％時對應的波長(即T50%對應的波長值)範圍為642 nm±2 nm。

進一步而言，在本發明的近紅外線濾光片的厚度介於0.1 mm至小於0.19 mm的條件下，當光源入射角為30度時，近紅外線濾光片的中心波長的偏移量小於5 nm；且當光源入射角為45度時，近紅外線濾光片的中心波長的偏移量小於7 nm。

本發明的近紅外線濾光片還可以增加鍍膜層在近紅外線濾光片的表面上，例如鍍膜層可以是抗反射膜層或其他功能之膜層，以增加其可見光範圍(400 nm~700 nm)之透射率及降低其反射率。需要注意的是，以鍍膜方式阻絕700 nm~1100 nm之紅外線，平均透射率需低於0.5%，需控制在鍍膜後，光源入射角度達30°時，本發明的近紅外線濾光片的中心波長偏移量小於5 nm，在應用上才可確保得到最自然的色彩。

於其中一具體實施例中，本發明的近紅外線濾光片的厚度為0.11 mm，且尺寸為8 mm×8 mm，以三點彎曲試驗法(Three-point Bending Test)所得到的機械強度大於3牛頓。此外，近紅外線濾光片的熱性質表現則是在100~350°C範圍內的線熱膨脹係數為(7±1)×10 ^-6/°C，玻璃轉化溫度為465±10°C。

請參閱圖4所示，本發明另提供一種鏡頭模組1，其包括一鏡筒10、一光學鏡片組20以及一影像感測器30。鏡筒10具有一像側11、一相對於像側11的物側12以及一位於像側11與物側12之間的容置空間13；所述光學鏡片組20設置於容置空間13中並靠近物側12，光學鏡片組20包括至少一透鏡21以及一近紅外線濾光片22；以及，影像感測器設置30於像側11。舉例而言，近紅外線濾光片22可以是非球面的濾光鏡片，但不以此為限。

詳細而言，一般傳統的鏡頭模組會在其成像鏡片與感測器之間放置一藍玻璃片，用以消除紅外光以及修整光線；然而，由於需要多設置一塊藍玻璃片以及調整對焦，因此會造成鏡頭的長度較長以及重量較重的問題。而本發明的鏡頭模組的光學鏡片組中，近紅外線濾光片可以作為透鏡並可直接消除近紅外線，因此可以不用放置藍玻璃片，進而達到減短鏡頭長度以及減輕鏡頭重量的效果。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

1:鏡頭模組

10:鏡筒

11:像側

12:物側

13:容置空間

20:光學鏡片組

21:透鏡

22:近紅外線濾光片

30:影像感測器設置

圖1為厚度為0.1 mm的本發明實施例的近紅外線濾光片的光譜圖。

圖2為厚度為0.175 mm的本發明實施例的近紅外線濾光片的光譜圖。

圖3為厚度為0.145 mm的本發明實施例的近紅外線濾光片的光譜圖。

圖4為本發明實施例的鏡頭模組的剖面示意圖。

Claims

一種近紅外線濾光片，其是由一原料組成物以低於1120℃的溫度熔融而成，其中所述原料組成物包含：10~25mol%的偏磷酸鋁、30~45mol%的五氧化二磷、15~25mol%的氧化銅、7~15mol%的氧化鋁以及0~9mol%的鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物中的至少一種；其中，所述近紅外線濾光片還進一步包括：一鍍膜層，其形成於所述近紅外線濾光片的其中一表面。
如申請專利範圍第1項所述之近紅外線濾光片，其中，所述近紅外線濾光片的厚度小於0.19mm。
如申請專利範圍第2項所述之近紅外線濾光片，其中，所述近紅外線濾光片的中心波長(T50%)為640nm~644nm。
如申請專利範圍第3項所述之近紅外線濾光片，其中，當光源入射角為30度時，所述近紅外線濾光片的中心波長的偏移量小於5nm。
如申請專利範圍第3項所述之近紅外線濾光片，其中，當光源入射角為45度時，所述近紅外線濾光片的中心波長的偏移量小於7nm。
如申請專利範圍第1項所述之近紅外線濾光片，其中，所述近紅外線濾光片在100~350℃範圍內的線熱膨脹係數為(7±1)×10^-6/℃，玻璃轉化溫度為465±10℃。
一種鏡頭模組，其包括：一鏡筒，其具有一像側、一相對於所述像側的物側以及一位於所述像側與所述物側之間的容置空間；一光學鏡片組，其設置於所述容置空間中並靠近物側，所述光學鏡片組包括至少一透鏡以及一如申請專利範圍第1至7項任一項所述之近紅外線濾光片；以及一影像感測器，其設置於所述像側。
如申請專利範圍第7項所述之鏡頭模組，其中，所述近紅外線濾光片為非球面的濾光鏡片。