專利名稱：一種用于圖像芯片的光學(xué)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于數(shù)碼攝像圖像芯片的光學(xué)濾波器，屬于光學(xué)器件領(lǐng)域，主要應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)攝像頭和監(jiān)控?cái)z像等影像采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于數(shù)碼影像技術(shù)的圖像芯片(XD、CMOS是一種離散像素的光電探測(cè)器，根據(jù)奈奎斯特定理，一個(gè)圖像芯片能夠分辨的最高空間頻率等于它的空間采樣頻率的一半，這個(gè)頻率稱為奈奎斯特極限頻率。用CCD、CM0S攝像獲取目標(biāo)圖像時(shí)，當(dāng)抽樣圖像超過系統(tǒng)的奈奎斯特極限頻率時(shí)，圖像芯片中的高頻諧波會(huì)和基頻造成疊柵效應(yīng)，產(chǎn)生莫爾條紋，影響圖像質(zhì)量，因此必須釆取措施消除這種空間高頻諧波引起的圖像干擾，光學(xué)濾波器就這樣應(yīng)運(yùn)而生。光學(xué)濾波器常被置于圖像芯片前面，以提高成像質(zhì)量。 現(xiàn)用光學(xué)濾波器常采用一種特殊的藍(lán)玻璃(型號(hào)為QB51)或藍(lán)塑料(型號(hào)為FLXLIOOAA)作為基板，這種藍(lán)玻璃或藍(lán)塑料的特點(diǎn)是透射-截止過渡區(qū)中透射率為50%的波長約為650nm，由于這個(gè)透射-截止過渡區(qū)是材料吸收產(chǎn)生的，所以這個(gè)650nm的波長不會(huì)因目標(biāo)圖像的光線入射角的變化而產(chǎn)生任何移動(dòng)，因而能對(duì)以不同入射角進(jìn)入攝像攝影鏡頭的圖像獲得均勻的彩色效果。在這種藍(lán)玻璃或藍(lán)塑料基板的兩個(gè)表面上分別鍍上隔紅外濾光膜和隔紫外濾光膜而構(gòu)成光學(xué)濾波器，使可見光高透射，紅外光和紫外光截止。從上可知，透射可見光、截止紅外光和紫外光的功能是由光學(xué)濾波多層膜完成的，而穩(wěn)定透射-截止過渡區(qū)的波長是靠吸收型的藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料基板實(shí)現(xiàn)的。那么，光學(xué)濾波多層膜為什么不能穩(wěn)定透射-截止過渡區(qū)的波長呢？這是因?yàn)楣鈱W(xué)濾波多層膜是基于光的干涉產(chǎn)生透射-截止過渡區(qū)的，而干涉與光線入射角有關(guān)，或者說光學(xué)多層膜的厚度隨著入射角的余弦而變化的，所以，攝像攝影鏡頭正前方的圖像進(jìn)入圖像芯片的入射角最小，波長最長；鏡頭正前方兩側(cè)邊緣視場的圖像進(jìn)入圖像芯片的入射角最大，波長最短，這樣，同樣顏色的物體因?yàn)槿肷浣亲兓纬闪瞬煌伾膱D像，這就是現(xiàn)有光學(xué)濾波器必須采用一種特殊的藍(lán)玻璃或藍(lán)塑料作為基板的道理。但是，無論是使用藍(lán)玻璃基板還是藍(lán)塑料基板，都有一些缺陷。對(duì)藍(lán)玻璃基板而言(I)為保證透射-截止過渡區(qū)具有足夠的陡度，要求藍(lán)玻璃基板較厚，但這會(huì)引起球差、色差等像差；(2 )這種藍(lán)玻璃目前只有日本獨(dú)家供應(yīng)，由于供不應(yīng)求，價(jià)格很貴；(3 )藍(lán)玻璃的某些性能較差，如膨脹系數(shù)大、化學(xué)穩(wěn)定性差、機(jī)械應(yīng)力大、脆性，所以鍍膜后切割成小片時(shí)極易破碎，也易腐蝕，降低了制造成品率；(4)重量重、體積大,在智能手機(jī)上的應(yīng)用受到一些限制。對(duì)藍(lán)塑料基板而言，(I)雖然所用的藍(lán)塑料基板的厚度較薄，但在緩解像差的同時(shí)，卻由于藍(lán)塑料的柔性而帶來了薄膜應(yīng)力造成的基板變形的難題；(2)藍(lán)塑料基板是一種有機(jī)材料，而薄膜都是無機(jī)材料，兩者附著極易失敗，或者說，膜層很難鍍到藍(lán)塑料基板上去；(3)藍(lán)塑料基板的剛性差，在單反相機(jī)等大面積的圖像芯片中的應(yīng)用尚有困難。事實(shí)上，一直以來，人們?cè)噲D使用其他玻璃或塑料來替換光學(xué)濾波器目前所用的藍(lán)玻璃或藍(lán)塑料基板，但始終無法實(shí)現(xiàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種新的用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的部分或全部缺陷。由于現(xiàn)有光學(xué)濾波器所用的藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料基板存在上述各種問題，由此誘發(fā)思考的問題是能否用普通光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料作為基板，從而取代目前所用的特殊藍(lán)玻璃或藍(lán)塑料基板？這個(gè)問題的回答取決于在攝影攝像應(yīng)用中，當(dāng)入射到圖像芯片上的光線入射角為-14° ^14°范圍時(shí)，能否設(shè)計(jì)出透射-截止過渡波長區(qū)中透射率為50%的波長650nm處的漂移小于要求值3nm的光學(xué)濾波多層膜？基于此，為降低薄膜系統(tǒng)對(duì)入射角的敏感性，減少波長漂移，實(shí)用新型人提出了以下構(gòu)思1.選用盡可能高的電介質(zhì)薄膜折射率，因?yàn)楦鶕?jù)折射定律，薄膜折射率越高，折射角越小，角敏感性越??；2.選用金屬薄膜，因?yàn)橐环矫娼饘俦∧さ男袨橄喈?dāng)于高折射率材料(金屬薄膜為復(fù)折射率，無法直接與電介質(zhì)薄膜比較折射率，其折射角亦為復(fù)角)；另一方面，光在金屬薄膜中傳播時(shí)吸收較大，干涉效應(yīng)減弱(足夠厚度時(shí)就不再干涉)，而且由于·光在金屬薄膜中傳播時(shí)等幅面和等相面互不重合，所以傳播波是非均勻波，這些特性對(duì)抑制或減小干涉、降低入射角的敏感性是非常有益的；3.金屬薄膜的吸收較大、反射率高，尤其是常用的金屬薄膜銀(Ag)超過一定厚度時(shí)，基本上紫外、可見、紅外區(qū)均因反射、吸收而不透光，這種特性又稱其截止。而濾波器要求可見光區(qū)透射、紅外和紫外光區(qū)截止。為此，本實(shí)用新型改變?cè)泄鈱W(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)，利用高折射率的電介質(zhì)薄膜誘導(dǎo)金屬薄膜在可見光區(qū)的透射率，由此減少金屬薄膜在可見光區(qū)的吸收和反射。因?yàn)楸∧さ母缮嫒Q于波長，使可見光區(qū)在干涉加強(qiáng)、增加透射的同時(shí)，使紅外區(qū)和紫外區(qū)通過干涉減弱、保持金屬薄膜的截止性能是可能的。進(jìn)一步，本實(shí)用新型將濾波多層膜設(shè)計(jì)成電介質(zhì)薄膜和金屬薄膜不斷交替組成的奇數(shù)層多層膜結(jié)構(gòu)，且濾波多層膜兩端的最外層膜均為電介質(zhì)薄膜。由于每層金屬薄膜的兩側(cè)都有電介質(zhì)薄膜誘導(dǎo)，因此，當(dāng)可見光經(jīng)過多次誘導(dǎo)的濾波多層膜后，可大幅減小濾波多層膜對(duì)可見光的反射率和吸收率，而對(duì)紅外光和紫外光具有優(yōu)良的截止效果。具體地說，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案如下作為本實(shí)用新型的技術(shù)方案之一，本實(shí)用新型用于圖像芯片的光學(xué)濾波器包括基板和鍍?cè)谠摶迳系臑V波多層膜，所述濾波多層膜為5層以上的奇數(shù)層膜，所述濾波多層膜由在可見光區(qū)的中心波長的折射率大于2. 3的電介質(zhì)薄膜和在可見光區(qū)的中心波長的實(shí)部折射率小于O. I、虛部折射率大于3. O的金屬薄膜交替組成，且濾波多層膜兩端的最外層膜均為所述電介質(zhì)薄膜。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型可僅由所述基板和鍍?cè)谠摶迳系乃鰹V波多層膜組成。本實(shí)用新型所述濾波多層膜優(yōu)選為5 13層。作為本實(shí)用新型的技術(shù)方案之一，本實(shí)用新型用于圖像芯片的光學(xué)濾波器包括由透明光學(xué)玻璃或透明光學(xué)塑料制成的基板以及鍍?cè)谠摶迳系臑V波多層膜，所述濾波多層膜為5層以上的奇數(shù)層膜，所述濾波多層膜由在可見光區(qū)的中心波長的折射率大于2. 3的電介質(zhì)薄膜和在可見光區(qū)的中心波長的實(shí)部折射率小于O. I、虛部折射率大于3. O的金屬薄膜交替組成，且濾波多層膜兩端的最外層膜均為所述電介質(zhì)薄膜。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型可僅由所述基板和鍍?cè)谠摶迳系乃鰹V波多層膜組成。本實(shí)用新型所述濾波多層膜優(yōu)選為5 13層。作為本實(shí)用新型的技術(shù)方案之一，本實(shí)用新型包括由透明光學(xué)玻璃或透明光學(xué)塑料制成的基板以及鍍?cè)谠摶迳系臑V波多層膜，所述濾波多層膜為5層以上的奇數(shù)層膜，所述濾波多層膜為由Ti02、Nb2O5或ZnS制成的電介質(zhì)薄膜和銀薄膜交替組成，且濾波多層膜兩端的最外層膜均為所述電介質(zhì)薄膜。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型可僅由所述基板和鍍?cè)谠摶迳系乃鰹V波多層膜組成。本實(shí)用新型所述濾波多層膜優(yōu)選為5 13層。綜上可知，現(xiàn) 有技術(shù)的藍(lán)玻璃濾波器和藍(lán)塑料濾波器所用的藍(lán)玻璃基板和藍(lán)塑料基板都有一些難以跨越的瓶頸對(duì)藍(lán)玻璃基板來說，為了保證透射-截止過渡區(qū)具有足夠的陡度，藍(lán)玻璃基板的厚度較厚，從而引起不可忽略的像差；這種藍(lán)玻璃不僅價(jià)格貴，而且機(jī)械、化學(xué)性能差，制造成品率低；由于厚度厚、重量重，在智能手機(jī)中的應(yīng)用受到一定限制。對(duì)藍(lán)塑料基板來說，由于藍(lán)塑料基板薄，在緩解像差的同時(shí)，卻由于塑料的柔性而帶來了薄膜應(yīng)力造成的基板變形的難題；而且，無機(jī)的薄膜材料難以附著到有機(jī)的藍(lán)塑料基板上去；由于藍(lán)塑料基板的剛性差、厚度薄，在單反相機(jī)等大面積的圖像芯片中的應(yīng)用尚有困難。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型改變了現(xiàn)有光學(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)，由于其基板上的濾波多層膜是由電介質(zhì)薄膜和金屬薄膜交替組成的奇數(shù)層膜，且每層金屬薄膜的兩側(cè)都有電介質(zhì)薄膜誘導(dǎo)，所以透射-截止過渡區(qū)的波長隨入射角的漂移小于3nm。這樣，本實(shí)用新型通過改變現(xiàn)有光學(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)，可不必再采用現(xiàn)有技術(shù)所用的藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料基板來穩(wěn)定透射-截止過渡區(qū)的波長，而直接可用普通的光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料取代作為濾波器的基板。而且，本實(shí)用新型的基板均能夠做得比較薄，通常為O. 1-0. 2mm ;并且，本實(shí)用新型的濾波多層膜的層數(shù)比現(xiàn)有技術(shù)的全介質(zhì)濾波多層膜要少得多。這就是說，本實(shí)用新型的濾波多層膜結(jié)構(gòu)同時(shí)具備可見光高透射、紅外光和紫外光截止以及穩(wěn)定透射-截止過渡區(qū)波長這兩種性能，解決了本領(lǐng)域一直以來未能解決的技術(shù)難題，取得了預(yù)料不到的技術(shù)效果。
圖I是現(xiàn)有光學(xué)濾波器的藍(lán)玻璃基板(QB51)的透射光譜曲線圖；圖2是現(xiàn)有光學(xué)濾波器的藍(lán)塑料基板(FLXL100AA)的透射光譜曲線圖；圖3是本實(shí)用新型光學(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的濾波多層膜所用銀膜的透射和反射光譜曲線圖；圖5是由電介質(zhì)薄膜-金屬薄膜-電介質(zhì)薄膜組成的三層濾波多層膜的透射光譜曲線圖；圖6是本實(shí)用新型的一種5層結(jié)構(gòu)濾波多層膜的透射光譜曲線圖；圖7是本實(shí)用新型的一種9層結(jié)構(gòu)濾波多層膜時(shí)在光線入射角為0°和14°時(shí)的透射光譜曲線圖；圖8是一種38層全介質(zhì)濾波多層膜在光線入射角為0°和14°時(shí)的透射光譜曲線圖。
具體實(shí)施方式
圖I是現(xiàn)有光學(xué)濾波器的藍(lán)玻璃基板(型號(hào)為QB51)的透射光譜曲線圖。如圖I所示，由于藍(lán)玻璃基板的透射-截止過渡區(qū)陡度欠佳，故需把其厚度增加到O. 5mm。然而即便如比，其陡度依然較差(如圖I所示)。圖2是現(xiàn)有光學(xué)濾波器的藍(lán)塑料基板(型號(hào)為FLXL100AA)的透射光譜曲線圖。圖2所示的藍(lán)塑料基板雖然厚度只有O. 1mm，但其過渡波長區(qū)的陡度相對(duì)于圖I所示的藍(lán)玻璃基板有了明顯的改進(jìn)。然而不足的是，相比于藍(lán)玻璃基板，藍(lán)塑料基板僅提供了透射-截止過渡區(qū)，由于紅外光區(qū)的透射率高，截止紅外光所需的膜層數(shù)會(huì)比藍(lán)玻璃基板更多。由此可見，圖I和圖2所示的藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料基板的共同功能是提供了一個(gè)不隨光線入射角變化的穩(wěn)定的透射-截止過渡區(qū)(透射率為50%的波長約為650nm)。因?yàn)檫@個(gè)透射-截止過渡區(qū)是由藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料基板的特征吸收形成的，所以這個(gè)透射率為50%的波長650nm不會(huì)因目標(biāo)圖像的光線入射角變化而產(chǎn)生漂移，因而能使以不同入射角進(jìn)入攝影攝像鏡頭的圖像獲得均勻的彩色效果。但是，由于藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料基板存在著各種各樣的缺陷，所以本實(shí)用新型試圖用透明的普通光學(xué)玻璃基板或光學(xué)塑料基板取代現(xiàn)有技術(shù)的特殊藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料 基板，以解決本領(lǐng)域技術(shù)人員一直以來期待解決的技術(shù)難題。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，基板可使用常用的價(jià)格低廉且性能優(yōu)良的普通透明光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料。例如，K系列冕玻璃、D263T玻璃、B270玻璃、Borofloat玻璃、Gorilla玻璃或EagleXG玻璃等常用的透明光學(xué)玻璃，這些玻璃具有以下共性折射率低，透光性好，重量輕，機(jī)械、化學(xué)、熱性能優(yōu)良，再加工容易，價(jià)格便宜。特別是，D263T玻璃、B270玻璃、Borofloat玻璃、Gorilla玻璃和EagleXG玻璃都是采用批量生產(chǎn)新工藝——引上法、平拉法和浮法——制造的，所以價(jià)格很低。而本實(shí)用新型采用透明的光學(xué)塑料作為基板時(shí)，亦可選用常見的聚碳酸脂或聚甲基丙烯酸甲脂等。在攝影攝像應(yīng)用中，入射到圖像芯片上的光線入射角范圍約為-14° ^14°，本實(shí)用新型的光學(xué)濾波器可以獲得此入射角范圍下，透射-截止過渡區(qū)在透射率為50%的波長650nm處的漂移小于3nm的光學(xué)濾波多層膜。如圖3所示，本實(shí)用新型光學(xué)濾波器主要由基板I以及基板I上的濾波多層膜4構(gòu)成。其中，濾波多層膜4是由高折射率的電介質(zhì)薄膜2和金屬薄膜3交替組成的奇數(shù)層膜，且作為濾波多層膜組成的兩端最外層膜均為電介質(zhì)薄膜，由此，每一層金屬薄膜的兩側(cè)均有電介質(zhì)薄膜作誘導(dǎo)，把可見光區(qū)的透射率盡可能多地誘導(dǎo)出來。電介質(zhì)薄膜在可見光區(qū)的中心波長550nm處的折射率應(yīng)大于2. 3,金屬薄膜在可見光區(qū)的中心波長550nm處的實(shí)部折射率小于O. I、虛部折射率大于3. O。當(dāng)不同入射角的入射光入射到本實(shí)用新型由電介質(zhì)薄膜和金屬薄膜交替構(gòu)成的濾波多層膜4時(shí)，不僅能透過可見光、截止紫外光和紅外光，而且能達(dá)到穩(wěn)定的透射-截止過渡區(qū)。本實(shí)用新型的光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)使得釆用透明的普通光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料作為基板I成為可能。例如，選用常用的K系列冕玻璃、D263T玻璃、B270玻璃、Borofloat玻璃、Gorilla玻璃、EagleXG玻璃等光學(xué)玻璃和常用的聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂等光學(xué)塑料。電介質(zhì)薄膜2的材料可使用Ti02、Nb205或ZnS等。作為優(yōu)選方案，金屬薄膜3的材料可選用銀(Ag)。以下以一種具有9層膜的濾波多層膜4為例進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)用新型。具體地說，在基底I上按以下順序鍍上濾波多層膜4 電介質(zhì)薄膜2-Ag薄膜3-電介質(zhì)薄膜2-Ag薄膜3-電介質(zhì)薄膜2-Ag薄膜3-電介質(zhì)薄膜2-Ag薄膜3-電介質(zhì)薄膜2。作為本實(shí)用新型的一種實(shí)施例，濾波多層膜4的9層結(jié)構(gòu)的組成可詳見表I。其中，基板I采用B270玻璃。如圖3所示，入射光從空氣一側(cè)(即圖3的右側(cè))入射到濾波器的濾波多層膜4，透射的可見光從基板I 一側(cè)(即圖3的左側(cè))出射,而反射的紅外和紫外光則返回空氣一側(cè)。表I所例示的濾波多層膜是經(jīng)過商用薄膜設(shè)計(jì)軟件TFCal優(yōu)化的，其中Ag膜有4層。表I
序號(hào)基板123456789
材料 B270 TiO2TiO2TiO2TiO2TiO2 空氣
祈射率L5 1420.0552Λ20.0552Α20.0552Α20.055142LO~
-13.32-13.32- 332-13.32
膜厚 d36JBi 6L91X6 5019^ 59^6206 304·
(nm)圖4是本實(shí)用新型的濾波多層膜所用銀膜的透射和反射光譜曲線圖。在表I所示的實(shí)施例中，4層Ag膜的總厚度為70. 7nm，按此Ag膜厚度計(jì)算得到的透射(T)光譜曲線(如圖4的曲線5所示)表明，可見光區(qū)(450-600nm)的平均透射率僅為I. 1%，紅外區(qū)(750-1200nm)的平均透射率為O. 18% ;按此Ag膜厚度計(jì)算得到的反射(R)光譜曲線(如圖4的曲線6所示)表明，可見光區(qū)(450-600nm)的平均反射率為96. 8%，紅外區(qū)(750_1200nm)的平均反射率為98. 7%。所以，此時(shí)金屬薄膜實(shí)際上已構(gòu)成一個(gè)典型的紫外光、可見光和紅外光的反射鏡。為了在可見光區(qū)形成一個(gè)高透射率的透射區(qū)，本實(shí)用新型提出了誘導(dǎo)設(shè)計(jì)的概念及其方案在濾波多層膜中設(shè)置多層金屬薄膜，且在每層金屬薄膜的兩側(cè)鍍上高折射率的電介質(zhì)薄膜。由于電介質(zhì)薄膜的干涉作用，把每層金屬薄膜在可見光區(qū)的透射率誘導(dǎo)出來?；蛘哒f，金屬薄膜在可見光區(qū)的吸收和反射可大大降低，透射率增加，干涉最強(qiáng)；而此時(shí)紅外區(qū)和紫外區(qū)的吸收和反射保持與圖4的曲線基本不變，干涉最弱。事實(shí)上，本實(shí)用新型的濾波多層膜的組成除了如表I所示外，根據(jù)光學(xué)濾波器的具體應(yīng)用要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在預(yù)先知曉濾波多層膜具備以下結(jié)構(gòu)特征的情形下濾波多層膜是由電介質(zhì)薄膜2和金屬薄膜3交替組成的5層以上的奇數(shù)層膜，且濾波多層膜兩端的最外層膜均為電介質(zhì)薄膜(其中，電介質(zhì)薄膜在可見光區(qū)的中心波長的折射率大于
2.3，金屬薄膜在可見光區(qū)的中心波長的實(shí)部折射率小于O. I、虛部折射率大于3. O),借助其熟悉的薄膜設(shè)計(jì)軟件(如TFCal)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，即可確定本實(shí)用新型的濾波多層膜所需的具體層數(shù)，以及每層金屬薄膜和電介質(zhì)薄膜的厚度，從而使獲得的濾波多層膜能在有效截止紅外光和紫外光的同時(shí)，提高可見光區(qū)的透射率。需要說明的是，三層結(jié)構(gòu)的濾波多層膜不能制作出具有實(shí)用價(jià)值的光學(xué)濾波器。圖5是一種由電介質(zhì)薄膜-金屬薄膜-電介質(zhì)薄膜組成的三層濾波多層膜的透射光譜曲線圖，其中，金屬薄膜為Ag膜。在此濾波三層膜結(jié)構(gòu)中，由于僅有一層金屬薄膜，為使該Ag膜對(duì)紅外光和紫外光具有良好的截止作用，需使該層Ag膜的厚度較厚(如70. 7nm)，但這卻導(dǎo)致可見光區(qū)的平均透射率不管怎么誘導(dǎo)也始終不足10% (如圖5的曲線7所示)，顯然無法成為一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的光學(xué)濾波器。因此，為了提高可見光區(qū)的透射率，唯有減小Ag膜的厚度。然而，當(dāng)Ag膜的厚度減薄(如29nm)時(shí)，雖然得到了如圖5的曲線8所示的可見光區(qū)的最高透射率，但此時(shí)由于Ag膜減薄，卻使紅外光和紫外光失去了截止作用，所以，即使采用誘導(dǎo)技術(shù)，三層結(jié)構(gòu)的濾波多層膜是不可能具有實(shí)用價(jià)值的。而本實(shí)用新型在濾波多層膜結(jié)構(gòu)中設(shè)置兩層以上的金屬薄膜，且在每層金屬薄膜的兩側(cè)均有電介質(zhì)薄膜進(jìn)行誘導(dǎo)，則使可見光區(qū)的平均透射率經(jīng)歷至少兩次以上的誘導(dǎo)，從而提高可見光區(qū)的透射率。圖6是本實(shí)用新型的鍍?cè)贐270玻璃基板上的由電介質(zhì)薄膜和金屬薄膜交替組成的5層濾波多層膜的透射光譜曲線圖。由圖6可以看出，可見光區(qū)(450-600nm)的平均透射率為88. 9%，紅外區(qū)(750_1200nm)的平均透射率為2. 74%，紫外區(qū)(350-380nm)的平均透射率為33%，長波650nm附近的透射-截止過渡區(qū)中透射率為50%的波長漂移為2. Onm0由圖6所示曲線顯示，該結(jié)構(gòu)的濾波多層膜能夠滿足光學(xué)濾波器的基本要求。圖7是本實(shí)用新型的鍍?cè)贐270玻璃上的由電介質(zhì)薄膜和金屬薄膜交替構(gòu)成的9層濾波多層膜在光線入射角為0°和14°時(shí)的透射光譜曲線圖。圖7所示曲線是根據(jù)表I所示的濾波多層膜的結(jié)構(gòu)計(jì)算的，其中，B270玻璃基板的厚度取O. 15mm，這已不僅具有足 夠的機(jī)械強(qiáng)度以滿足光學(xué)濾波器的剛性要求，又可避免引入像差。表I所示的9層濾波多層膜的總厚度為317nm，其中4層Ag膜的總厚度為70. 7nm，每層Ag膜的兩側(cè)都有高折射率的Ti02膜進(jìn)行誘導(dǎo)。作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，在表I所示的實(shí)施例中，每層Ag膜的厚度在13 21nm之間，且自基板I向遠(yuǎn)離基板的方向上，各層Ag膜的厚度逐漸遞增，這將有利于進(jìn)一步降低可見光的吸收。此9層膜結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到優(yōu)良的性能可見光區(qū)(450-600nm)的平均透射率為90%，紅外區(qū)(750-1200nm)的平均透射率為O. 34%，紫外區(qū)(350_380nm)的平均透射率為2. 29%。同時(shí)對(duì)不同入射角的計(jì)算還得到，當(dāng)光線入射到濾波器的入射角為0°和14°時(shí)(在入射角-14° ^14°范圍內(nèi)，最小入射角為0°，最大入射角為14° )，短波415nm附近的透射-截止過渡區(qū)中透射率為50%的波長漂移為O. 3nm,長波650nm附近的透射-截止過渡區(qū)中透射率為50%的波長漂移為1.9nm。從圖7可以看出，用入射角0°和14°計(jì)算的兩條透射光譜曲線幾乎是重合在一起的，這說明本實(shí)用新型的電介質(zhì)薄膜和金屬薄膜交替構(gòu)成的奇數(shù)層濾波多層膜隨入射角變化的波長漂移已完全能滿足實(shí)用要求(而實(shí)用要求為波長漂移小于3nm)。而對(duì)于圖8所示的B270玻璃上的38層全介質(zhì)濾波多層膜而言，同樣當(dāng)光線入射角為0°和14°時(shí)，短波420nm附近的透射-截止過渡區(qū)中透射率為50%的波長漂移為
3.Inm,長波650nm附近的透射-截止過渡區(qū)中透射率為50%的波長漂移為6. 8nm。從圖8也可以看出，用入射角0°和14°計(jì)算的兩條透射光譜曲線分離較大，過渡波長區(qū)漂移明顯，所以全介質(zhì)濾波多層膜必須使用特殊藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料基板才能滿足光學(xué)濾波器對(duì)波長漂移的實(shí)用要求。綜上可見，本實(shí)用新型的光學(xué)濾波器與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于其濾波多層膜只需很少的層數(shù)就能達(dá)到使用要求，其薄膜總厚度通常不及全介質(zhì)濾波多層膜的1/10，這大大抑制了薄膜應(yīng)力引起的基板變形，因此基板變形引起的像差可以忽略，基板變形帶來的切割困難也可以避免。此外，本實(shí)用新型的由電介質(zhì)薄膜和金屬薄膜交替構(gòu)成的濾波多層膜對(duì)入射角引起的波長漂移比現(xiàn)有技術(shù)的全介質(zhì)濾波多層膜大大降低，因此用普通的光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料取代現(xiàn)用的特殊藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料基板后，同樣可獲得具有實(shí)用價(jià)值的濾波器。
權(quán)利要求1.一種用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，其特征在于它包括基板(I)和鍍?cè)谠摶迳系臑V波多層膜(4)，所述濾波多層膜為5層以上的奇數(shù)層膜，所述濾波多層膜由在可見光區(qū)的中心波長的折射率大于2. 3的電介質(zhì)薄膜和在可見光區(qū)的中心波長的實(shí)部折射率小于O.I、虛部折射率大于3. O的金屬薄膜交替組成，且濾波多層膜兩端的最外層膜均為所述電介質(zhì)薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，其特征在于它由所述基板(I)和鍍?cè)谠摶迳系乃鰹V波多層膜(4)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，其特征在于所述濾波多層膜為5 13層。
4.一種用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，其特征在于它包括由透明光學(xué)玻璃或透明光學(xué)塑料制成的基板(I)以及鍍?cè)谠摶迳系臑V波多層膜(4)，所述濾波多層膜為5層以上的奇數(shù)層膜，所述濾波多層膜由在可見光區(qū)的中心波長的折射率大于2. 3的電介質(zhì)薄膜和在可見光區(qū)的中心波長的實(shí)部折射率小于O. I、虛部折射率大于3. O的金屬薄膜交替組成，且濾波多層膜兩端的最外層膜均為所述電介質(zhì)薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，其特征在于它由所述基板(I)和鍍?cè)谠摶迳系乃鰹V波多層膜(4)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，其特征在于所述濾波多層膜為5 13層。
7.一種用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，其特征在于它包括由透明光學(xué)玻璃或透明光學(xué)塑料制成的基板(I)以及鍍?cè)谠摶迳系臑V波多層膜(4)，所述濾波多層膜為5層以上的奇數(shù)層膜，所述濾波多層膜為由Ti02、Nb205或ZnS制成的電介質(zhì)薄膜和銀薄膜交替組成，且濾波多層膜兩端的最外層膜均為所述電介質(zhì)薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，其特征在于它由所述基板(I)和鍍?cè)谠摶迳系乃鰹V波多層膜(4)組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于圖像芯片的光學(xué)濾波器，其特征在于所述濾波多層膜為5 13層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于圖像芯片的光學(xué)濾波器。它包括基板和鍍?cè)谠摶迳系臑V波多層膜，所述濾波多層膜為5層以上的奇數(shù)層膜，所述濾波多層膜由在可見光區(qū)的中心波長的折射率大于2.3的電介質(zhì)薄膜和在可見光區(qū)的中心波長的實(shí)部折射率小于0.1、虛部折射率大于3.0的金屬薄膜交替組成，且濾波多層膜兩端的最外層膜均為所述電介質(zhì)薄膜。由于這種電介質(zhì)薄膜和金屬薄膜交替組成的濾波多層膜可使光線入射角引起的透射-截止過渡區(qū)的波長漂移減小，因此可以不必使用特殊的藍(lán)玻璃基板或藍(lán)塑料基板來制造圖像芯片的濾波器。
文檔編號(hào)B32B15/04GK202693835SQ20122037007
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月28日
發(fā)明者顧培夫, 艾曼靈, 金波, 陶占輝, 李冰霞 申請(qǐng)人:杭州科汀光學(xué)技術(shù)有限公司