日夜两用型的光学低通滤波器及其制造方法与流程

本发明涉及一种光学滤波片及其制造方法，具体涉及一种能够不使用切换装置，并使影像呈现的色彩复合人眼感受，从而实现摄像机日夜两用的光学低通滤波器的制造方法。

背景技术：

近几十年来，摄影、安防监视系统技术在日常生活中的应用日益广泛，无论是数码相机(DSC)、数码摄像机(DVC)还是摄像监视头，这些与数码摄影相关的产品都需要采用阵列式光电成像器件CCD和CMOS。而CCD和CMOS这些固体图像传感器读取影像均采用非连续性取像方式，当它们获取目标图像信息时，当抽样图像超过系统的奈奎斯特极限频率时，图像将产生周期频谱交叠混淆或称为拍频现象，这些混叠的信号将影响图像清晰度，甚至出现彩色条纹干扰。因此必须采用预处理前置滤波技术即采用光学低通滤波器(Optical Low Pass Filter OLPF)来降低CCD或CMOS光敏面上光学图像的频带宽度，从以减少频谱混淆。

光学低通滤波器通常是采用双折射片，将栅格状的一束透射光分成两束光，这两束光叠加后微量改变透射光的空间分布，从而改变入射光书的偏振状态，形成差频的目标频率，达到减弱或者消除低频干扰条纹的目的。然而数位取像时由于CCD和CMOS传感器通常是由紫外光至近红外光波段感应，成像颜色与人眼所见不同，所以必须透过红外滤光片来剔除人眼无法检测的红外光部分，并调整人眼对可见光范围内对颜色的反应，蓝玻璃因为不能穿透800-1000nm波段的红外光，能够让人看到适合于人眼的饱和色彩，所以被摄像机行业使用者所喜爱。

但由于蓝玻璃不能穿透波长在800-1000nm的近红外光，使得摄像机在夜间的成像效果很差，所以无法用于在夜间的监视使用。目前照相机、安防业大多采用白天使用不能透过红外蓝玻璃如CM500S系列，夜间使用白玻璃，并通过切换装置在昼夜交替时对滤光片进行来回切换，但是由于使用环境的恶劣和切换装置的寿命损耗，常常会导致整个监视系统出故障。专利CN203164462U公开了一种通过低折射率的二氧化硅膜与高折射率的二氧化钛膜多次交替叠加组成的日夜两用型的滤光片，专利CN201133963公布了一种使用四片聚焦透镜的具红外夜视功能的日夜两用型定焦镜头。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种日夜两用型的光学低通滤波器及其制造方法，该光学低通滤波器同时具有可见和红外两个透射带，无需切换装置就能实现摄像机的日夜两用。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种日夜两用型的光学低通滤波器，在无碱光学玻璃Ⅰ的上表面依次涂布金属离子着色聚合膜和增透硬化膜，在无碱光学玻璃Ⅱ的下表面涂布电介质多层膜，无碱光学玻璃Ⅰ的下表面和无碱光学玻璃Ⅱ的上表面通过光学胶合膜相连，从而形成日夜两用型的光学低通滤波器。

本发明还同时提供了上述日夜两用型的光学低通滤波器的制造方法：

所述金属离子着色膜由含有钴离子的硼酸溶液涂布而得，金属离子着色膜的厚度为0.7～0.8μm；

含有钴离子的硼酸溶液由0.3～0.6mol/L硫酸钴、0.8～1.2mol/L的硼酸以及作为余量的水组成。

作为本发明的日夜两用型的光学低通滤波器的制造方法的改进：在无碱光学玻璃Ⅰ的上表面旋涂含有钴离子的硼酸溶液，然后于90℃～110℃烘干60±5min，旋涂的转速为300～1000r/min。

该金属离子着色聚合膜对620nm附近光具有吸收特性。

作为本发明的日夜两用型的光学低通滤波器的制造方法的进一步改进：所述电介质多层膜的成分为Ta₂O₅或Ti₃O₅，其厚度为0.7～0.8μm。

作为本发明的日夜两用型的光学低通滤波器的制造方法的进一步改进：采用真空镀膜机，在真空条件下以电子枪产生的电子束加热Ta₂O₅或Ti₃O₅镀材，从而在无碱光学玻璃Ⅱ的下表面形成电介质多层膜。

说明：该电介质多层膜是一种对可见光透过率达到90％以上，并且能够在能够在波长为940nm或850nm的范围具有高选择性透过率的薄膜。

作为本发明的日夜两用型的光学低通滤波器的制造方法的进一步改进：所述无碱光学玻璃Ⅰ、无碱光学玻璃Ⅱ均为不含有碱金属元素的浮式玻璃，厚度为0.2～0.3mm。例如为SCHOTT公司生产的D263T型浮式玻璃，不含有碱金属元素。

作为本发明的日夜两用型的光学低通滤波器的制造方法的进一步改进：所述增透硬化膜的厚度为1～2μm；其为二氧化硅(SiO₂)为基材的树酯在金属离子着色聚合膜(3)的表面旋涂(旋涂转速为300～1000r/min)后，于90℃～110℃温度下烘干60～90min得到。该二氧化硅(SiO₂)为基材的树酯例如可选用艾约塔硅油公司生产的KL-2树酯。

作为本发明的日夜两用型的光学低通滤波器的制造方法的进一步改进：光学胶合膜为在无碱光学玻璃Ⅰ的下表面和无碱光学玻璃Ⅱ的上表面之间设置的环氧树酯胶经紫外光硬化工艺后而得，光学胶合膜的厚度为5～10μm。

说明：按照基板清洁-涂布光胶-贴合定位-紫外光硬化的工艺方法设置光学胶合膜，此属于常规技术。

环氧树酯胶可选用协力化学公司生产的XVL-14L环氧树酯胶，这是一种折射率与光学玻璃相近的环氧树酯胶。

针对监视系统昼夜交替时需要来回切换滤光片，使监视系统寿命减少甚至导致整个监视系统崩溃这一问题，本发明设计了一种无需切换装置的光学低通滤波器，该光学低通滤波器同时具有可见和红外两个透射带，无需切换装置就能实现摄像机的日夜两用。

本发明的光学低通滤波器在420-620nm波段具有90％以上的透过率，在近红外波段850nm或者940nm同时具有接近90％的透过率。

本发明的光学低通滤波器通过在两片无碱光学玻璃表面镀膜并使用光学贴合膜进行贴合的复合结构。

在本发明中，金属离子着色膜对620nm附近光具有吸收特性。电介质多层膜是一种对可见光透过率达到90％以上，并且能够在波长为940nm或850nm的范围具有高选择性透过率的薄膜。

本发明首次采用金属离子着色膜中金属离子的吸光特性产生红外穿透特性，并通过控制电介质多层膜的厚度与介质种类发明出无红暴现象的光学低通滤波器。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明的日夜两用型的光学低通滤波器的剖面结构示意图；

图2为实施例1所得的日夜两用型的光学低通滤波器940nm波段的透过率-波长曲线图；

图3为实施例2所得的日夜两用型的光学低通滤波器850nm波段的透过率-波长曲线图；

图4为普通白日型滤光片的透过率-波长曲线图；

图中的5条曲线为设置的5个重复。

图5为不同镀AR增透膜层数的普通滤光片的透过率-波长曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1、一种日夜两用型的光学低通滤波器，在无碱光学玻璃Ⅰ1的上表面依次涂布金属离子着色聚合膜3和增透硬化膜4，在无碱光学玻璃Ⅱ2的下表面涂布电介质多层膜5，无碱光学玻璃Ⅰ1的下表面和无碱光学玻璃Ⅱ2的上表面通过光学胶合膜6相连，从而形成日夜两用型的光学低通滤波器。

无碱光学玻璃Ⅰ1、无碱光学玻璃Ⅱ2可选用SCHOTT公司生产的D263T型号的浮式玻璃，厚度为0.2mm。

其制备方法具体如下：

1)、配制含有钴离子的硼酸溶液：

含有钴离子的硼酸溶液由0.5mol/L硫酸钴、1.1mol/L的硼酸以及作为余量的水组成。

金属离子着色膜3由上述含有钴离子的硼酸溶液制备而得，即，在无碱光学玻璃Ⅰ1的上表面旋涂(旋涂转速为800r/min)上述含有钴离子的硼酸溶液，然后于90℃烘干60min；从而形成附着于无碱光学玻璃Ⅰ1的上表面的金属离子着色膜3，金属离子着色膜3的厚度为0.7μm。

2)、将二氧化硅(SiO₂)为基材的树酯在金属离子着色聚合膜3的表面旋涂(旋涂转速为800r/min)，于90℃温度下烘干60min，从而形成附着于金属离子着色聚合膜3上表面的增透硬化膜4，该增透硬化膜4的厚度为1μm。

该二氧化硅(SiO₂)为基材的树酯溶液为KL-2树酯。

3)、采用真空镀膜机，在真空条件下以电子枪产生的电子束加热Ta₂O₅镀材，从而在无碱光学玻璃Ⅱ2的下表面形成电介质多层膜5。该电介质多层膜5的厚度为0.7μm。

4)、按照基板清洁-涂布光胶-贴合定位-紫外光硬化的工艺方法(此为常规技术)，在无碱光学玻璃Ⅰ1的下表面和无碱光学玻璃Ⅱ2的上表面之间设置环氧树酯胶，具体为：将无碱光学玻璃Ⅰ1的下表面、无碱光学玻璃Ⅱ2的上表面按照常规的基本清洁方式进行清洗，然后在无碱光学玻璃Ⅰ1的下表面涂上环氧树脂胶，将无碱光学玻璃Ⅱ2的上表面贴合到环氧树脂胶，接着在紫外光下固化3h。从而在无碱光学玻璃Ⅰ1的下表面和无碱光学玻璃Ⅱ2的上表面之间形成光学胶合膜6，光学胶合膜6的厚度为6μm。

环氧树酯胶可选用协力化学公司生产的XVL-14L环氧树酯胶，这是一种折射率与光学玻璃相近的环氧树酯胶。

图2是实施例1所得的光学低通滤波器的透过率-波长曲线，它在420nm～600nm的波段范围具有接近90％的透过率，并且在940nm附近的波段有一个近红外窄通带，透过率大于80％。由于采用940nm的LED补光，不会出现红暴现象(即，940nm有光线透过，这个波段的光是无色的，因此不会出现红暴现象)，适合于夜间监视使用，同时日夜兼用的效果。

上述透过率-波长曲线的检测方法为依据GB/T2828。

实施例2、改变实施例1中的电解质多层膜5，将其换成适和850光源照明系统的开放波段为850nm的电解质多层膜5，其余同实施例1。

该850nm的电解质多层膜由Ti₃O₅在真空下通过电子束加热蒸镀而成，其厚度为0.7μm。

图3是实施例2所得的光学低通滤波器的透过率-波长曲线。它在420nm～600nm透过率高于90％，在850nm附近有一个近红外窄通带，透过率高达90％适用于850nm光源照明系统。该光学低通滤波器采用850nm的LED补光，会出现明显的红暴现象，夜间使用易让被监视着察觉，故效果不如实施例1。

对比例1：按照常规技术设置电解质多层膜5，且将厚度由0.7μm改为4μm；图4为改变电介质多层膜厚度以后的光学低通滤波器的透过率-波长曲线，仅有420-650nm的可见光透过，仅适用于白日可见光源，图4中的5条曲线为5次重复试验的结果。

对比例2：去除对比例1中的增透硬化膜4(AR增透膜)；在对比例1的电介质多层膜5的下表面镀一层增透硬化膜4；与对比例1作对比。对比三者对可见光的透过率得到图5。

从图5看可以看出，去除AR增透膜后透过率明显下降，表明AR增透膜能起到增加透过，提高成像亮度的作用。但是单面镀AR增透膜的滤波器透过率也已经达到要求，因此为了简化结构节约成本，不进行双面镀膜。

对比例3-1、将金属离子着色膜3的配方改成：硼酸溶液中不加入任何钴离子，其余等同于实施例1。所得结果为800nm以上波长的红外光不能透过，无法用于夜间成像。

对比例3-2、将金属离子着色膜3的配方中硫酸钴的浓度由0.5mol/L改成1mol/L，其余等同于实施例1。所得结果红外光透过率较低，透过率远达不到90％。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。