[发明专利]用于图像芯片的光学滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于数码摄像图像芯片的光学滤波器，属于光学器件领域，主要应用于数码相机、手机摄像头和监控摄像等影像采集系统。

背景技术

用于数码影像技术的图像芯片CCD、CMOS是一种离散像素的光电探测器，根据奈奎斯特定理，一个图像芯片能够分辨的最高空间频率等于它的空间采样频率的一半，这个频率称为奈奎斯特极限频率。用CCD、CMOS摄像获取目标图像时，当抽样图像超过系统的奈奎斯特极限频率时，图像芯片中的高频谐波会和基频造成叠栅效应，产生莫尔条纹，影响图像质量，因此必须釆取措施消除这种空间高频谐波引起的图像干扰，光学滤波器就这样应运而生。光学滤波器常被置于图像芯片前面，以提高成像质量。

现用光学滤波器常采用一种特殊的蓝玻璃(型号为QB51)或蓝塑料(型号为FLXL100AA）作为基板，这种蓝玻璃或蓝塑料的特点是：透射-截止过渡区中透射率为50％的波长约为650nm，由于这个透射-截止过渡区是材料吸收产生的，所以这个650nm的波长不会因目标图像的光线入射角的变化而产生任何移动，因而能对以不同入射角进入摄像摄影镜头的图像获得均匀的彩色效果。在这种蓝玻璃或蓝塑料基板的两个表面上分别镀上隔红外滤光膜和隔紫外滤光膜而构成光学滤波器，使可见光高透射，红外光和紫外光截止。从上可知，透射可见光、截止红外光和紫外光的功能是由光学滤波多层膜完成的，而稳定透射-截止过渡区的波长是靠吸收型的蓝玻璃基板或蓝塑料基板实现的。那么，光学滤波多层膜为什么不能稳定透射-截止过渡区的波长呢？这是因为光学滤波多层膜是基于光的干涉产生透射-截止过渡区的，而干涉与光线入射角有关，或者说光学多层膜的厚度随着入射角的余弦而变化的，所以，摄像摄影镜头正前方的图像进入图像芯片的入射角最小，波长最长；镜头正前方两侧边缘视场的图像进入图像芯片的入射角最大，波长最短，这样，同样颜色的物体因为入射角变化而形成了不同颜色的图像，这就是现有光学滤波器必须采用一种特殊的蓝玻璃或蓝塑料作为基板的道理。

但是，无论是使用蓝玻璃基板还是蓝塑料基板，都有一些缺陷。对蓝玻璃基板而言：（1）为保证透射-截止过渡区具有足够的陡度，要求蓝玻璃基板较厚，但这会引起球差、色差等像差；（2）这种蓝玻璃目前只有日本独家供应，由于供不应求，价格很贵；（3）蓝玻璃的某些性能较差，如膨胀系数大、化学稳定性差、机械应力大、脆性，所以镀膜后切割成小片时极易破碎，也易腐蚀，降低了制造成品率；（4）重量重、体积大，在智能手机上的应用受到一些限制。对蓝塑料基板而言，（1）虽然所用的蓝塑料基板的厚度较薄，但在缓解像差的同时，却由于蓝塑料的柔性而带来了薄膜应力造成的基板变形的难题；（2）蓝塑料基板是一种有机材料，而薄膜都是无机材料，两者附着极易失败，或者说，膜层很难镀到蓝塑料基板上去；（3）蓝塑料基板的刚性差，在单反相机等大面积的图像芯片中的应用尚有困难。

事实上，一直以来，人们试图使用其他玻璃或塑料来替换光学滤波器目前所用的蓝玻璃或蓝塑料基板，但始终无法实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的用于图像芯片的光学滤波器，从而克服现有技术的部分或全部缺陷。

由于现有光学滤波器所用的蓝玻璃基板或蓝塑料基板存在上述各种问题，由此诱发思考的问题是：能否用普通光学玻璃或光学塑料作为基板，从而取代目前所用的特殊蓝玻璃或蓝塑料基板？这个问题的回答取决于：在摄影摄像应用中，当入射到图像芯片上的光线入射角为-14°~14°范围时，能否设计出透射-截止过渡波长区中透射率为50％的波长650nm处的漂移小于要求值3nm的光学滤波多层膜？

基于此，为降低薄膜系统对入射角的敏感性，减少波长漂移，发明人提出了以下构思：1.选用尽可能高的电介质薄膜折射率，因为根据折射定律，薄膜折射率越高，折射角越小，角敏感性越小；2.选用金属薄膜，因为一方面金属薄膜的行为相当于高折射率材料（金属薄膜为复折射率，无法直接与电介质薄膜比较折射率，其折射角亦为复角）；另一方面，光在金属薄膜中传播时吸收较大，干涉效应减弱(足够厚度时就不再干涉)，而且由于光在金属薄膜中传播时等幅面和等相面互不重合，所以传播波是非均匀波，这些特性对抑制或减小干涉、降低入射角的敏感性是非常有益的；3.金属薄膜的吸收较大、反射率高，尤其是常用的金属薄膜银(Ag)超过一定厚度时，基本上紫外、可见、红外区均因反射、吸收而不透光，这种特性又称其截止。而滤波器要求可见光区透射、红外和紫外光区截止。