用于成像的二向色截止滤光器的制作方法

专利名称：用于成像的二向色截止滤光器的制作方法
技术领域：
本发明的实施例主要涉及影像领域。更加具体地，本发明的实施例涉及在图像 装置中阻断非期望波长的光到达图像传感器和最小化回射。本发明的实施例还涉及减小 包含二向色截止滤光器的光学系统中的耀斑。
背景技术：
在图像装置的光学系统中使用了二向色截止滤光器以选择性地通过具有规定范 围的波长的光而反射其它波长。在图像应用中，通常使用的二向色截止滤光器是紫外/ 红外(UV/IR)截止滤光器。UV/IR截止滤光器被用于阻断UV和IR波长的光并且透射 可见光。传统的UV/IR截止滤光器是具有变化的折射率的薄膜被堆叠在透明表面上以实 现特定的波长频率响应。UVAR截止滤光器的通带可以根据撞击在其上的光的入射角而改变。因为滤 光器的透射曲线的通带特性随着变化的入射角而改变，所以当在最佳角度范围外接收光 时，UV/IR截止滤光器可能泄漏并且向检测器透射不需要的光。然后图像的颜色逼真度 成为更大的问题。数字照相机传感器，例如CMOS和CCD传感器，对于从大致380nm到至少 IOOOnm的波长是灵敏的。人眼，在另一方面，可以仅仅处理位于大约400_700nm范围中 的颜色。这样，为了处理仅仅具有人眼可见的颜色的图像，应该从图像中过滤短的(例 如，< 380nm)和长的(例如，> 700nm)波长的光。过滤这些非期望波长的光的一种 技术是采用UV截止滤光器来过滤较短波长的光和采用IR截止滤光器来过滤较长波长的 光。这些截止滤光器衰减较短和较长的波长的光而透射人眼可见的波长的光。存在两种截止滤光器吸收截止滤光器和反射截止滤光器。吸收截止滤光器是 利用置于光学玻璃上的特殊染料制成的，而反射截止滤光器由置于光学表面上的几层亚 波长材料构成。反射截止滤光器还可以被称作二向色截止滤光器。

图1示意UV/IR截止 滤光器的透射曲线，这里该滤光器透射在通带120内的光并且衰减在截止带110和130外 侧的光。吸收和反射截止滤光器透射在通带120内的大多数光(例如，> 90%透光率) 并且阻断在截止带110和130内的大多数的波长的光(例如，<10%的透光率)，这里截 止带110和130的跨度可以从例如20到50nm。
所期望的是，以锐利的截止带设计UV/IR截止滤光器从而滤光器不仅透射在通 带120内的波长的光而且还在图像传感器上减轻“耀斑”的效果。将关于在图2中示意 的图像装置200讨论耀斑。图2示意包含UV/IR截止滤光器205的带有光学系统202的 图像装置200。数字单透镜反射式照相机是带有位于图像传感器201和光学系统202之 间的UV/IR截止滤光器205的图像装置的一个实例。耀斑涉及在从光学系统202中的两 个或者更多个表面反射离开之后到达图像传感器201的光207。例如，如在图2中所示意 地，图像光203可以通过孔206进入光学系统202，穿过光学系统202，并且作为反射光 207从UV/IR截止滤光器205的表面反射离开。在到达图像传感器201之前，反射光207 被透镜表面204反射回去通过UV/IR截止滤光器205。反射光207然后引起重像在图像 传感器201上出现。反射光207可以被光学系统202中的多个表面反射离开。例如，反 射光207可以从光学系统202的组件中的壁、光学系统202中的尘粒、光学系统202中的 光学表面上的瑕疵或者光学系统202中的空气/玻璃界面反射离开。由反射光207引起 的每一个重像可以具有小于来自原像的光(例如，主光射线)的亮度数量级。然而，在 于视场中利用明亮源(例如，背景中的太阳)的图像应用中，由于耀斑而使得亮度数量级 高得多。图像装置200中的耀斑效果可以通过进入光学系统202并且到达图像传感器201 的、在UV/IR截止滤光器通带外的光提高。例如，在截止带110和130内，UV/IR截 止滤光器205在截止带110和130的中间处反射大致50%的光并且透射50%的光。这 样，UVAR截止滤光器205的耀斑可以包括一个0.5%的光反射和一个50%的光反射，连 同50%的光透射(注大多数耀斑包括两个0.5%的光反射)。结果，如与在通带120中 来自耀斑的能量相比，在截止带110和130中，UVAR截止滤光器205通过更多的、来 自耀斑的能量。当截止带110和130的宽度增加时，来自耀斑的能量增加。例如，对于 给定通带，当截止带110和130从例如20增加到40nm时，来自耀斑的能量可以增加大 致50%。由图像传感器201接收的另外的光因此降低了由图像装置200处理的图像的信 /噪比并且还向所得图像添加了引起困惑的假象。鉴于以上，需要这样一种UV/IR截止滤光器，该UVAR截止滤光器减小了在图 像装置内的、不需要的波长的光的透射和/或耀斑。

发明内容
为了获得具有高的颜色逼真度的图像，应该增加在UV/IR截止滤光器通带外的 波长的光的衰减。在本发明的一个实施例中，一种图像装置中的用于广角成像的设备可 以包括带有广角二向色截止滤光器的集成光学系统。在该光学系统内，该二向色截止滤 光器可以邻近于光学系统中的透镜的表面定位并且具有一定曲率从而滤光器的表面大致 垂直于全部主光射线。例如，该二向色截止滤光器可以位于透镜的、靠近图像装置的孔 的表面上，其中该透镜沿着它的表面以垂直入射角接收主光射线。在这个位置处，该二 向色截止滤光器还可以最小化在图像传感器上的光回射并且引导光的回射远离图像传感器。在另一实施例中，一种图像装置中的用于广角成像的方法可以包括以下步骤 从被成像的对象接收主光射线；和，通过带有广角二向色截止滤光器的集成光学系统将主光射线引导到图像传感器。此外，用于以最小回射产生广角图像的方法还可以包括引 导回射光远离图像传感器。在将光引导到图像传感器的过程中，UV/IR截止滤光器可以 邻近于光学系统中的透镜的表面定位从而为由图像装置接收的全部主光射线保持基本一 致的透射曲线。这个透镜可以沿着它的表面以基本一致的入射角接收主光射线。为了获得具有高的颜色逼真度的图像，在于视场中带有明亮源的环境中，耀斑 必须被最小化。在本发明的一个实施例中，一种图像装置中的用于减小耀斑的设备可以 包括位于集成光学系统中的吸收UV截止滤光器和置于光学系统中的透镜上的二向色IR 截止滤光器。该二向色IR截止滤光器以比进入二向色IR截止滤光器的图像光(例如， 主射线)的入射角大的入射角接收从光学系统中的一个或者多个表面反射的光。该吸收 UV截止滤光器可以被用于减少反射UV波长光到达图像装置的图像传感器。此外，该二 向色IR截止滤光器可以被用于减少IR波长光的反射，因为撞击二向色IR截止滤光器的 IR波长光的反射的入射角相对于撞击二向色截止滤光器的图像光的入射角增加。在另一实施例中，该图像装置可以包括二向色UV截止滤光器和吸收IR截止滤 光器，从而二向色UV截止滤光器以比进入二向色UV截止滤光器的图像光的入射角小的 入射角接收从光学系统中的一个或者多个表面反射的光。在另一实施例中，一种图像装置中的用于减小耀斑的方法可以包括以下步骤 通过带有吸收UV截止滤光器和二向色IR截止滤光器的集成光学系统，接收反射光并且 引导反射光远离图像传感器。该二向色IR截止滤光器可以被置于光学系统中的透镜上， 这里该二向色IR截止滤光器可以以比进入二向色IR截止滤光器的图像光的入射角大的入 射角接收反射光。在另一实施例中，一种图像装置中的用于减小耀斑的方法可以包括以下步骤 通过带有吸收IR截止滤光器和二向色UV截止滤光器的集成光学系统，接收反射光并且 引导反射光远离图像传感器。该二向色UV截止滤光器可以被置于光学系统中的透镜上， 这里该二向色UV截止滤光器可以以比进入二向色IR截止滤光器的图像光的入射角小的 入射角接收反射光。在下面参考附图详细描述了本发明的进一步的实施例、特征和优点，以及各种 实施例的结构和操作。附图简要说明在附图中通过实例而非通过限制示意出本发明，其中图1示意UV/IR截止滤光器的透射曲线的通带和截止带区域。图2示意来自图像装置的光学系统中的反射光的耀斑。图3示意带有光学系统的传统图像装置。图4示意紫外/红外截止滤光器的透射曲线的一个实例。图5示意紫外/红外截止滤光器的透射曲线由于光回射到图像传感器的检测器平 面上而扩展的一个实例。图6示意来自被成像的对象的光朝向传统图像装置的孔行进的回射。图7示意来自被成像的对象的光朝向传统图像装置中的图像传感器的检测器平 面行进的回射。图8示意带有外部二向色截止滤光器的传统图像装置。
图9示意用于图像装置中的广角成像的集成光学系统的一个实施例。图10示意在二向色截止滤光器的透射曲线上迭加的、宽带防反射涂层的信号特 性的一个实例。图11示意在图像装置中的用于广角成像的集成光学系统的一个实施例中来自被 成像的对象的光的回射。图12示意图像装置中的用于广角成像的方法的一个实施例。图13示意图像装置中的用于减小耀斑的、带有吸收UV截止滤光器和二向色IR 截止滤光器的集成光学系统的一个实施例。图14示意在图像装置中的用于减小耀斑的、带有吸收UV截止滤光器和二向色 IR截止滤光器的集成光学系统的一个实施例中耀斑的减小。图15示意二向色UV/IR截止滤光器的透射曲线。图16示意在二向色UV/IR截止滤光器的透射曲线中的IR截止带的加宽。图17示意在图像装置中的用于减小耀斑的、带有吸收UV截止滤光器和二向色 IR截止滤光器的集成光学系统的另一个实施例中耀斑的减小。图18示意图像装置中的用于减小耀斑的、带有吸收IR截止滤光器和二向色UV 截止滤光器的集成光学系统的一个实施例。图19示意在二向色UV/IR截止滤光器的透射曲线中UV截止带的加宽。图20示意图像装置中的用于减小耀斑的方法的一个实施例。
具体实施例方式在图像装置的光学系统中使用二向色截止滤光器以选择性地通过具有规定范围 的颜色的光而反射其它的颜色。在图像应用(例如，高分辨率图像应用)中，通常使用 的二向色截止滤光器是紫外/红外(UV/IR)截止滤光器。一种实例二向色UV/IR截止滤 光器是可以被用于阻断紫外(UV)和红外(IR)波长的光的B+W 486干涉滤光器。UV/lR 截止滤光器被用于阻断UV和IR波长的光并且透射可见光。传统的UV/IR截止滤光器 是在透明表面上堆叠的、具有变化的折射率的薄膜以实现特定的波长频率响应。图3示 意传统的图像装置300，其中UVAR截止滤光器303沿着透明板304的表面定位。在图 3的这个透镜配置中，来自被成像的对象的光306的主射线进入图像装置300的孔305。 光306被光学系统302朝向图像传感器301引导，并且然后在由图像传感器301接收以由 图像装置300进一步处理之前被UV/IR截止滤光器303过滤。图4示意UVAR截止滤光器303的实例透射曲线。在图3中的透射曲线通过具 有可见光光谱(例如，400nm与紫色相关联并且700nm与红色相关联)的颜色并且衰减落 在截止滤光器的通带外的波长的光。虽然被衰减的波长不是人眼可见的，但是阻断这些 波长是理想的，因为图像装置300对于这些波长是灵敏的并且可以仍然处理信号信息。UV/IR截止滤光器303的透射曲线随着光撞击滤光器的入射角而改变。例如， 如果图像装置300被用于捕捉广角图像，则来自图像的一些光射线可以以大于最佳角度 的角度进入截止滤光器303。对于这些广角图像，截止滤光器的透射曲线的通带特性可以 扩展并且将非期望波长的光传送到图像传感器301上。在图5中示意出实例结果透射曲 线，其中广角射线引起滤光器允许大于700nm的波长的光穿过并且被图像传感器301处理。在图5的实例中，由于在可见光谱外侧的波长的处理，来自UV/IR截止滤光器303 的光可以在由图像装置300产生的经处理的图像中作为微红颜色出现。另外地，进入光的一部分可以从图像传感器301的检测器平面反射离开。这个 效果被称作回射，这指的是与光的入射角无关地将光反射回它的来源。在图像装置300 中，回射光可以沿着两个路径之一行进。首先，如在图6中所示意地，进入光可以进入 孔305，通过光学系统302和UVAR截止滤光器303行进，并且撞击图像传感器301的 检测器平面。进入光可以从图像传感器301的检测器平面反射离开，返回通过光学系统 302，并且通过例如孔305离开图像装置300。从图像传感器301反射离开的光可以被称 作回射。第二，如在图7中所示意地，回射可以引起光被以与撞击UV/IR截止滤光器303 的进入光的初始入射角不同的入射角反射回UV/IR截止滤光器303。如果入射角充分地 改变，则UVAR截止滤光器303可能不能使回射光返回通过光学系统302，但是可以将回 射光反射回检测器上。这可以产生对象的非理想的图像。图8示意另一个传统图像装置800，外部二向色UV/IR截止滤光器801被耦接到 该传统图像装置800的孔305。外部二向色截止滤光器801的一个实例是B+W 486干涉 滤光器，这可以被用于阻断紫外(UV)和红外(ER)波长的光。B+W 486干涉滤光器可 以被安装到图像装置800的孔305。还可以使用本领域技术人员已知的其它外部二向色截 止滤光器。图像装置800的缺陷在于，由于滤光器的表面，由外部二向色截止滤光器801接 收的光具有宽的入射角范围。图8示意以变化的入射角由外部二向色滤光器801接收的 进入光射线810。由于光810的、宽的入射角范围，对于每一个光射线的每一个入射角， 外部二向色截止滤光器801的透射曲线改变。如关于图5描述地，透射曲线的改变可以 将非期望波长的光传送到图像传感器301上，并且因此，图像装置800可能产生具有不准 确的颜色的图像。外部二向色滤光器801对于一些成像应用而言可能是适当的，但是它将并不适 合于涉及广角图像的应用。在图像装置的光学系统中使用透镜时，可以在阻断非期望波 长的光到达图像传感器、最小化回射和保持图像中的高的颜色逼真度的同时实现广角二 向色截止滤光器。在以下说明中，为了解释的目的，阐述了多个具体细节从而提供对于本发明的 彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言将清楚的是，可以不带这些具体细节地实 践本发明。在其它情形中，未详细地而是实际上在框图中示出众所周知的电路、结构和 技术，从而避免不必要地模糊对于本说明的理解。在说明中对于“一个实施例”或者“实施例”的提及意味着结合该实施例描述 的一个具体的特征、结构或者特性被包括于本发明的至少一个实施例中。在本说明中的 各种位置中出现的短语“在一个实施例中”并非必要地指的是相同实施例。在一个实施例中，在这里描述的设备和方法可以由各种图像装置例如数字单透 镜反射式照相机和数字扫描仪使用。可替代地，这里的设备和方法可以由其它类型的图 像装置使用。图9示意带有光学系统901和广角二向色截止滤光器902的图像装置900的一个 实施例。光学系统901在图像装置900中集成，其中光学系统901将从孔305接收的主光射线传递到图像传感器301。光学系统901可以包括一个或者多个透镜903-907以从被 成像的对象接收主光射线并且将主光射线透射到图像传感器301的检测器平面上。光学 系统是本领域技术人员已知的。二向色截止滤光器902可以被用于选择性地通过规定范围的波长而反射其它的 波长。二向色截止滤光器902的一个实例是被用于阻断UV和IR波长的光并且透射可见 光的UV/IR截止滤光器。可替代地，可以使用其它的二向色截止滤光器。在图像装置 900和光学系统901的说明中和在该申请全文中述及的光的具体波长是仅仅为了实例的目 的给出的而非旨在进行限制。本领域技术人员可以基于这里的讨论认识到用于图像装置 900和光学系统901的、其它的波长应用。这些其它的波长应用是在本发明的范围和精神 内的。如在图9中所示意地，二向色截止滤光器902可以邻近于光学系统901中的透镜 903的表面定位，从而二向色截止滤光器902沿着它的表面以基本一致的入射角接收每一 个主光射线。例如，二向色截止滤光器902可以以与二向色截止滤光器902的表面垂直 的角度接收每一个主光射线。在一个实施例中，二向色截止滤光器902可以包括置于透 镜例如透镜903的表面上的、具有变化的折射率的薄膜的层。本领域技术人员可以认识 到，二向色截止滤光器902可以被置于光学系统901中的、具有如下的表面的任何透镜 上，即，沿着该表面以基本一致的入射角接收每一个主光射线。二向色截止滤光器902 的通带特性可以依赖于层的数目和每一个层膜的折射率。沿着透镜或者透明板的表面制 造二向色截止滤光器是本领域技术人员已知的。在一个实施例中，二向色截止滤光器902可以包括宽带防反射(BBAR)涂层。 图10示意在二向色截止滤光器的透射曲线1020上迭加的、BBAR涂层1010的信号特性 的一个实例。BBAR涂层可以被用于减少处于在透射曲线1020的通带内的波长的光的反 射。特别地，BBAR涂层1010的信号特性透射在透射曲线1020的通带内的光。虽然 BBAR涂层信号特性1010可能在透射曲线1020的通带内具有“激振(ringing) ”效应， 但是这个激振效应可以被如此设计，使得在通带内反射的光量是可以忽略的。同时，BBAR涂层可以被用于通过将在透射曲线1020的通带外的波长反射远离 图像传感器301而衰减在透射曲线1020的通带外的波长的光的透射。例如，如在图10 中所示意地，二向色截止滤光器的透射曲线1020可在超出它的通带的波长处具有激振效 应。该激振效应可以将非期望波长的光传递到图像传感器301上。BBAR涂层可以限制 这些波长的光到达图像传感器，因为，在这些波长处，BBAR涂层1010的信号特性将光 反射远离图像传感器301。回到图9，透镜903可以沿着它的表面以基本一致的入射角接收来自被成像的对 象的主光射线910。在邻近于透镜903的表面定位二向色截止滤光器902时，二向色截止 滤光器902也沿着它的表面以基本一致的角度接收主光射线910。结果，二向色截止滤光 器902的特性对于全部主光射线而言具有类似的通带性质，因为二向色截止滤光器902的 透射曲线依赖于撞击滤光器的表面的光的入射角。例如，当主光射线910进入孔305以由图像传感器301接收时，光910进入透镜 904。透镜904的曲率特性可以调节光910的角度从而沿着滤光器的表面以基本一致的入 射角撞击二向色截止滤光器902。结果，二向色截止滤光器902的透射曲线并不如在以前的系统中，由于来自光910的不同的入射角，沿着滤光器的表面在变化的点改变。此外，二向色截止滤光器902可以接近图像装置900的孔305而非靠近图像传感 器301定位。在将二向色截止滤光器902定位于这个位置处时，二向色截止滤光器902 可以以两种方式最小化图像装置900中的光回射。首先，因为二向色截止滤光器902从 图像传感器301离开相当的距离(如与在图3的传统系统中它距图像传感器301的距离相 比)，所以光回到图像传感器301上的回射被最小化，因为回射光将需要行进通过光学系 统901从而从二向色截止滤光器902反射离开。第二，如在图11中所示意地，如果回射 光行进通过光学系统901并且从二向色截止滤光器902反射离开，则当撞击光学系统901 中的透镜时，从二向色截止滤光器902反射的光很可能反射远离图像传感器301。本领域技术人员可以理解，参考图9，二向色截止滤光器902可以被置于光学系 统901中的任何透镜上，只要该透镜沿着它的表面以基本一致的入射角接收主光射线。图像传感器301从被成像的对象捕捉主光射线910以进一步由图像装置900处 理。图像传感器301可以通过被称为感光点的光敏二极管捕捉光910，每一个感光点代表 由图像装置900产生的图像中的单个像素。由感光点接收的光越多，则它记录的光子越 多。在另一方面，从较暗对象(例如，阴影或者黑路)捕捉信息的感光点将记录较少的 光子。来自每一个感光点的光子可以被计数并且被转换成代表单个像素的颜色的数字。 使用由图像传感器301上的感光点捕捉的像素信息，图像装置900可以利用由每一个像素 设定的颜色和亮度构造图像。图像传感器301的一个实例是电荷耦合装置(CCD)图像传 感器或者互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。可替代地，可以使用其它的图像 传感器。图12示意图像装置中的用于广角成像的方法1200的一个实施例。方法1200可 以使用例如图像装置900进行。在步骤1210中，被成像的对象的主光射线以基本一致的 入射角由图像装置接收。主光射线可以通过图像装置的孔而由集成光学系统接收，其中 该集成光学系统包括广角二向色截止滤光器。该集成光学系统可以包括一个或者多个透 镜以将光投射到图像传感器的检测器平面上。此外，该广角二向色截止滤光器可以邻近 于光学系统中的透镜而定位，从而该滤光器沿着它的表面以基本一致的入射角接收主光 射线。该二向色截止滤光器可以沿着透镜的表面定位，从而该二向色截止滤光器对于由 图像装置接收的全部主光射线保持基本一致的透射曲线。在步骤1220中，被成像的对象的主光射线被引导到图像传感器。该图像传感器 可以被用于处理光，其中可以使用光敏二极管捕捉来自被成像的对象的主光射线。每一 个光敏二极管可以代表由图像装置产生的图像中的单个像素。在步骤1230中，回射光被引导远离图像传感器。二向色截止滤光器可以靠近 图像装置的孔而被定位以最小化光在图像传感器上的回射。在将二向色截止滤光器定位 于这个位置时，回射光不可能由于二向色截止滤光器接近于图像传感器而冲击图像传感 器。另外地，在回射光从二向色截止滤光器反射离开的情形中，当撞击图像装置的光学 系统中的透镜时，回射光很可能反射远离图像传感器。图13示意带有被配置为最小化耀斑的光学系统1301的图像装置1300的一个实 施例。光学系统1301被集成到图像装置1300中，其中光学系统1301将由孔206接收的 光透射到图像传感器201。光学系统1301可以包括一个或者多个透镜1304-1308以接收光并且将光投射到图像传感器201的检测器平面上。除了透镜1304-1308，光学系统1301 包括二向色红外(IR)截止滤光器1302和吸收紫外(UV)截止滤光器1303。二向色Hl截止滤光器1302和吸收UV截止滤光器1303可以被用于选择性地通过 规定范围的波长而反射其它的波长。例如，二向色IR截止滤光器1302可以阻断IR波长 的光而透射较短波长的光。吸收UV截止滤光器1303，相反，可以阻断UV波长的光， 而透射较长波长的光。一起地，二向色IR截止滤光器1302和吸收UV截止滤光器1303 分别地阻断在IR和UV光谱中的光而透射可见光。在图像装置1300和光学系统1301的 说明中和在该申请全文中述及的光的具体波长是仅仅为了实例的目的给出的而非旨在进 行限制。本领域技术人员将认识到，可以基于这里的讨论使用用于图像装置1300和光学 系统1301的、其它的波长应用。这些其它的波长应用是在本发明的范围和精神内的。在光学系统1301中，吸收UV截止滤光器1303吸收相当部分的UV波长光而 透射位于可见和IR光谱中的光。然而，二向色截止滤光器，例如二向色IR截止滤光器 1302，并不具有如吸收截止滤光器那么锐利的截止带。因此，一些IR光仍然可以透射通 过二向色IR截止滤光器1302。这种透射依赖于光撞击二向色IR截止滤光器1302的入射 角。二向色IR截止滤光器1302的这个特性可以被用于减小来自截止滤光器的透射曲线 的:[R截止带区域中的非图像光的耀斑。在图像装置1300中，可以通过沿着光学系统1301中的透镜1305的表面置放二 向色:[R截止滤光器1302而减小耀斑，其中二向色:[R截止滤光器1302以比进入二向色Hl 截止滤光器1302的图像光的入射角(例如，主图像射线的入射角)大的入射角接收从光 学系统1301中的其它表面反射的光。图14示意图像光1410进入孔206、行进通过透镜 1304、以第一入射角1415撞击二向色IR截止滤光器1302，并且作为反射光1420从透镜 1306的表面反射离开。反射光1420以大于第一入射角1415的第二入射角1417撞击二 向色IR截止滤光器1302。因为反射光1420的入射角增加，所以二向色IR截止滤光器 1302的透射曲线朝向更长的波长改变。例如，参考图15，二向色Hl截止滤光器1302可以具有具体的透射曲线，其中 对于撞击滤光器的光的具体入射角，IR截止带在700nm处开始衰减。如在图16中所示 意地，如果撞击截止滤光器的光的入射角增加，则IR截止带的衰减可以改变到更长的波 长。在图16中，二向色Hl截止滤光器1302可以透射处于比可见光谱更长的波长(例 如，> 700nm)的光。结果，二向色IR截止滤光器1302通过透射反射光1420而降低了 耀斑的效果，因为滤光器的透射曲线的通带变宽并且因此能够透射反射光1420，包括反 射光1420的位于IR光谱中的分量。本领域技术人员可以理解，可以沿着光学系统1301中的很多光学表面之一置放 二向色Hl截止滤光器1302，只要光学表面以比撞击二向色IR截止滤光器1302的图像光 1410的入射角大的入射角接收反射光1420。例如，如在图17中所示意地，可以沿着吸 收UV截止滤光器1703的表面置放二向色IR截止滤光器1702。在这种配置中，反射光 1710(位于IR光谱中的)可以透射通过二向色IR截止滤光器1702，因为撞击二向色:[R截 止滤光器1702的反射光1710的入射角大于进入二向色IR截止滤光器1702的图像光1410 的入射角。图18示意带有被配置为最小化耀斑的光学系统1801的图像装置1800的另一实施例。类似于在图13中的光学系统1301，光学系统1801被集成到图像装置1800中， 其中光学系统1801将由孔206接收的光透射到图像传感器201。另外地，光学系统1801 可以包括一个或者多个透镜1804-1808以接收光并且将光投射到图像传感器201的检测器 平面上。在透镜1804-1808当中，光学系统1801包括二向色UV截止滤光器1802和吸 收IR截止滤光器1803。一起地，二向色UV截止滤光器1802和吸收IR截止滤光器1803 分别地阻断在UV和IR光谱中的光而透射可见光。在光学系统1801中，吸收IR截止滤光器1803有效地吸收IR波长光而透射位于 可见和UV光谱中的光。因为二向色滤光器并不具有如吸收滤光器那么锐利的截止带， 所以二向色UV截止滤光器1802可以根据光撞击二向色UV截止滤光器1802的入射角而 反射或者透射光。二向色UV截止滤光器1802的这个特性可以被用于减小来自截止滤光 器的透射曲线的UV截止带区域中的光的耀斑。类似于在图13中的二向色:[R截止滤光器1302的透射曲线，二向色UV滤光器 1802的透射曲线根据撞击截止滤光器的光的入射角而改变。例如，参考图15，二向色 UV截止滤光器1802可以具有具体的透射曲线，其中对于撞击滤光器的光的具体角度， UV截止带区域在400nm处开始衰减。如在图19中所示意地，如果撞击截止滤光器的光 的入射角减小，则UV截止带的衰减可以改变到更短的波长。在图19中，二向色UV截 止滤光器1802透射处于比可见光谱更短的波长(例如，< 400nm)的光。结果，二向色 UV截止滤光器1802能够通过将反射UV波长光透射回去通过二向色UV截止滤光器而减 小由反射光引起的耀斑的效果，这是因为滤光器的透射曲线的通带变宽并且因此能够透 射反射光，包括反射光的位于UV光谱中的分量。类似于在图17中的二向色IR截止滤光器1702，本领域技术人员可以理解，可以 沿着光学系统1801中的很多光学表面之一置放二向色UV截止滤光器1802，只要光学表 面以比撞击二向色UV截止滤光器1802的图像光的入射角小的入射角接收反射光。图20示意图像装置中的用于减小耀斑的方法2000的一个实施例。方法2000可 以使用例如图像装置1300进行。在步骤2010中，图像光由图像装置接收。图像光指的 是与被成像的对象相关联的光(例如，主光射线)。图像光可以由图像装置的孔接收。在步骤2020中，从图像装置中的一个或者多个表面离反射离开的光(例如，非 图像光)由二向色:[R截止滤光器以比进入二向色Dl截止滤光器的图像光的入射角大的入 射角接收，从而在步骤2030中反射光透射回去通过二向色IR截止滤光器。以此方式， 反射光被引导远离图像装置的图像传感器并且在图像传感器上的重像得以减轻。反射光 可以从图像装置的集成光学系统中的一个或者多个表面反射离开。在另一实施例中，从图像装置中的一个或者多个表面反射离开的光(例如，非 图像光)由二向色UV截止滤光器以比进入二向色UV截止滤光器的图像光的入射角大的 入射角接收，从而在步骤2030中反射光透射回去通过二向色UV截止滤光器。虽然已经在上面描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，它们是以实例而 非限制的方式提出的。本领域(一种或者多种)技术人员将清楚，在不偏离本发明的范 围的前提下能够在其中作出各种改变。进而，应该理解，在这里提供的本发明的详细说 明，而非发明内容和摘要部分，旨在被用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可能阐 述了一个或者多个示例性实施例，但是并非本发明人考虑到的、本发明的全部示例性实施例。 具体实施例的、前面的说明将充分地揭示本发明的一般特征，使得其他人能够 在不偏离本发明的一般概念的前提下，通过应用本技术领域内的知识而容易地对于各种 具体应用修改和/或调整这种具体实施例而不用进行过度的试验。因此，基于这里提出 的教导和指导，期望这种调整和修改是在所公开的实施例的等效的意义和范围内的。应 该理解，措辞或者术语在这里是为了说明而非限制的目的，从而本说明书的术语或者措 辞将由技术人员根据所述教导和指导进行解释。据此，本发明的广度和范围不应该由任 何的上述示例性实施例限制，而是应该仅仅根据所附权利要求和它们的等效而被限定。
权利要求
1.一种图像装置中的用于广角成像的设备，包括被集成到所述图像装置中的光学系统；和邻近于所述光学系统中的透镜的表面而定位的广角二向色截止滤光器，其中所述透 镜沿着它的表面以基本一致的入射角接收主光射线。
2.根据权利要求1的设备，其中所述光学系统包括一个或者多个透镜以接收来自被成 像的对象的主光射线并且将所述主光射线投射到图像传感器的检测器平面上。
3.根据权利要求1的设备，其中所述二向色截止滤光器包括紫外/红外(UV/IR)截 止滤光器以阻断UV和IR波长的光并且透射可见光。
4.根据权利要求3的设备，其中所述UV/IR截止滤光器包括宽带防反射涂层以减小 处于在所述UV/IR截止滤光器的透射曲线的通带内的波长的光的反射并且衰减处于所述 通带外的波长的光。
5.根据权利要求1的设备，其中所述二向色截止滤光器靠近所述图像装置的孔而定 位，以最小化在图像传感器上的光回射并且引导所述光回射远离所述图像传感器。
6.根据权利要求1的设备，其中所述图像装置包括电荷耦合装置图像传感器或者互补 金属氧化物半导体图像传感器中的至少一个。
7.—种图像装置中的用于广角成像的方法，包括接收来自被成像的对象的主光射线；和通过集成光学系统将所述主光射线引导到图像传感器，所述光学系统带有邻近于所 述光学系统中的透镜而定位的广角二向色截止滤光器，其中所述透镜沿着它的表面以基 本一致的入射角接收主光射线。
8.根据权利要求7的方法，进一步包括引导回射光远离所述图像传感器。
9.根据权利要求7的方法，其中接收来自所述被成像的对象的主光射线包括通过所述 图像装置的孔接收主光射线。
10.根据权利要求7的方法，其中接收来自所述被成像的对象的主光射线包括将光敏 二极管配置成捕捉来自所述被成像的对象的主光射线，每一个所述光敏二极管代表由所 述图像装置产生的图像中的单个像素。
11.根据权利要求7的方法，其中将所述主光射线引导到所述图像传感器包括使用 带有多个透镜的所述光学系统，以将所述主光射线投射到所述图像传感器的检测器平面 上。
12.根据权利要求7的方法，其中将所述主光射线引导到所述图像传感器包括邻近于 所述透镜的表面而定位UV/IR截止滤光器以对于由所述图像装置接收的全部主光射线保 持基本一致的透射曲线。
13.根据权利要求8的方法，其中引导回射光远离所述图像传感器包括靠近所述图像 装置的孔而定位二向色截止滤光器以最小化在所述图像传感器上的光回射。
14.一种图像装置中的用于减小耀斑的设备，包括位于集成光学系统中的吸收紫外(UV)截止滤光器；和置于所述光学系统中的透镜上的二向色红外(IR)截止滤光器，其中所述二向色IR截 止滤光器以比进入所述二向色IR截止滤光器的图像光的入射角大的入射角接收来自所述 光学系统中的一个或者多个表面的反射光。
15.根据权利要求14的设备，其中所述光学系统包括一个或者多个透镜以接收来自被 成像的对象的主光射线并且将所述主光射线投射到图像传感器的检测器平面上。
16.根据权利要求15的设备，其中所述二向色IR截止滤光器被置于所述光学系统中 的透镜上，以当撞击所述二向色IR截止滤光器的反射光的入射角增加时减小IR波长光的 反射。
17.根据权利要求16的设备，其中所述二向色IR截止滤光器被置于包含所述吸收UV 截止滤光器的透镜上。
18.根据权利要求14的设备，其中所述一个或者多个表面包括所述光学系统的组件中 的壁、所述光学系统中的尘粒、所述光学系统中的光学表面上的瑕疵或者所述光学系统 中的空气/玻璃表面界面中的至少一个。
19.一种图像装置中的用于减小耀斑的设备，包括位于集成光学系统中的吸收红外(IR)截止滤光器；和置于所述光学系统中的透镜上的二向色紫外(UV)截止滤光器，其中所述二向色UV 截止滤光器以比进入所述二向色UV截止滤光器的图像光的入射角小的入射角接收来自所 述光学系统中的一个或者多个表面的反射光。
20.根据权利要求19的设备，其中所述光学系统包括一个或者多个透镜以接收来自被 成像的对象的主光射线并且将所述主光射线投射到图像传感器的检测器平面上。
21.根据权利要求20的设备，其中所述二向色UV截止滤光器被置于所述光学系统中 的透镜上，以当撞击所述二向色UV截止滤光器的反射光的入射角减小时减小UV波长光 的反射。
22.根据权利要求21的设备，其中所述二向色UV截止滤光器被置于包含所述吸收IR 截止滤光器的透镜上。
23.根据权利要求19的设备，其中所述一个或者多个表面包括所述光学系统的组件中 的壁、所述光学系统中的尘粒、所述光学系统中的光学表面上的瑕疵，或者所述光学系 统中的空气/玻璃表面界面中的至少一个。
全文摘要
一种用于广角成像的图像装置可以包括带有广角二向色截止滤光器的集成光学系统。该二向色截止滤光器可以是紫外/红外(UV/IR)截止滤光器以阻断UV和IR波长光并且透射可见光。该二向色截止滤光器邻近于光学系统中的如下的透镜的表面而定位，即，该透镜沿着它的表面以基本一致的入射角接收光射线。例如，具有二向色截止滤光器的透镜可以以垂直于透镜表面的入射角接收全部光射线。二向色截止滤光器的通带特性因此对于全部光射线保持一致。二向色截止滤光器还可以靠近图像装置的孔而定位，从而引导回射光远离图像传感器。
文档编号G02B5/26GK102017602SQ200980110735
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月9日 优先权日2008年2月8日
发明者伊恩·理查德·蒂龙·麦克克莱奇 申请人:谷歌公司