一种日夜兼用的摄像滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种完全隐蔽的日夜兼用的摄像滤波器，包括基底以及依次设置在所述基底上的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系；所述的匹配膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的第一主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的第二主膜系由高折射率膜、中间折射率膜和低折射率膜组成。本发明专利技术中，所述的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系构成400～650nm和920nm～960nm的双通膜。本发明专利技术日夜兼用的摄像滤波器，不仅隐蔽性高，而且光穿透力强，拍摄距离远，成像质量高，可广泛应用于安防电视监控系统和车载影像系统等数码产品中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学滤波器领域，具体涉及一种日夜兼用的摄像滤波器。
技术介绍
在安防电视监控系统中，随着人们安全防范意识的提高，24小时连续电视监控的可见-近红外成像技术得到了全社会的青睐，不仅在银行、金库、博物馆、档案馆、文献库、监狱等部门得到了重要应用，而且在居民区等一般场合也得到了广泛应用。作为数码摄像系统的图像传感器CCD或CMOS是一种离散像素的光电探测器，其光敏感波长区约为400nm到1200nm。在此波长区中，人的肉眼能看到的波长为400～650nm的可见光，可用于生成可见光彩色图像，而波长700～1200nm的近红外光人眼是看不见的，但CCD或CMOS却可生成近红外黑白图像。这就是说，图像传感器能同时对可见光和近红外光成像，但这两幅图像人眼看起来是不一样的，所以现用的数码相机和手机摄像头都要把近红外光滤掉，而仅保留可见光彩色图像，避免两幅图像叠在一起变模糊了。但是，近红外光摄像具有重要的优越性，首先是可以在黑暗的夜间进行拍摄；其次是因为光波长越长，穿透性越好，这不但使拍摄距离增加，而且适合于透过某些固体和液体发现其他监视监测物；更重要的是，近红外光拍摄隐蔽性强、性能稳定。正因为这样，人们一直期望研发一种日夜兼用的图像摄像系统。此前，人们为了同时获取可见光图像和近红外光图像，釆用更换滤光片的办法，即白天换上隔红外滤光片拍摄彩色的可见光图像，晚间换上隔可见光滤光片拍摄黑白的近红外图像，这种方法的缺点是极其不方便；或者同时装上这两套拍摄系统分别获取两种图像，显然这种方法的缺点会导致成本成倍增加。所以，这两种方法都是不可取的。至今，已有新的CCD和CMOS器件，每个像素都含有RGB可见光和近红外的通光窗；而且解决了波长差 异导致的焦面位置不同而出现的虚焦和图像模糊的问题；当然还有作为照明补光的近红外LED固体光源在光强度和带宽等方面的重要进步。这些技术进步使得近年来产生了日夜兼用的摄像系统，对典型的摄像系统，其摄像滤波器能通过420～650nm的可见光和850nm的近红外光，而直至1000nm或1100nm的其他近红外波长均被截止。这种主动式的近红外摄像技术是利用850nm的近红外LED灯照明补光，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的近红外光图像。遗憾的是，对波长850nm的近红外LED灯，夜间使用可以发现其暗红色的光，这种现象称为“红暴”。显然，这会导致监控目标暴露，在隐蔽性要求较高的场合，用850nm的近红外LED灯补光是不合适的。为此，最近提出了采用940nm的LED灯作为补光，相对于850nm的LED灯，940nm的LED灯不仅完全无红暴，而且由于发光波长更长，穿透力更强，因而拍摄距离更远。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种完全隐蔽的日夜兼用的摄像滤波器，可广泛应用于安防电视监控系统和车载影像系统等数码产品中。本专利技术的摄像滤波器能透过400～650nm的可见光和940nm的近红外光，为了尽可能地减少背景光，抑制逆光条件下的鬼影和迷光，获得相对高对比度的优质画面，本专利技术设想：1).选用光谱带宽尽可能窄、光强度尽可能高的波长为940nm的LED灯，然后设计与LED灯光谱带宽完全匹配的940nm透射带。对本专利技术，滤波器在940nm透射带的带宽约为40nm(920nm～960nm)；而对截止带，除940nm透射带外，从700nm直至1200nm的整个传感器响应的近红外光区均被截止。这种做法的实质是：“关近红外光大门，开940nm小窗”。于是，在日光条件下，由于摄像滤波器隔离了除940nm窄通带外的所有近红外光，所以仍可免受红外线的干扰，获得不偏色的清晰的彩色图像；而在夜间条件下，摄像滤波器能透射940nm的近红外光，借助于940nm的LED照明补光，获得清晰的近红外黑白图像。2).把可见光的透射带从420～650nm扩展为400～650nm，近红外区截止波长从1000nm或1100nm扩展到1200nm，以进一步改善图像质量。理由是：第一，充分利用了CCD或CMOS具有光谱响应的400～420nm波段的光参与可见 光成像；第二，完全截止了CCD或CMOS具有光谱响应的1000～1200nm或1100～1200nm的近红外光对可见光彩色图像和近红外940nm黑色图像的干扰。现有技术尚做不到这一点，原因是波长1200nm的高级次干涉截止带恰好在400nm，且由于400nm的截止带具有一定带宽，故设计人员只能让可见区透射带向长波移到420nm～650nm，同时让近红外区截止波长缩短到1100nm，甚至1000nm。如果我们把现用的透射420～650nm可见光和截止700～1100nm近红外光的滤波器称为单通道滤波器的话，则本专利技术的透射400～650nm可见光和940nm的近红外光、截止除940nm通带以外的700～1200nm的其他近红外光的滤波器也可称为双通道滤波器。本专利技术的构思是：(1).首先，在摄像应用中，由于来自拍摄物体的光线入射到图像传感器上的入射角是不同的，但是薄膜的厚度与入射角的余弦成正比，所以图像的色彩会因入射角不同而变化，即图像产生色渐变，解决此难题的办法是在波长650nm附近设置一不随入射角而变化的吸收型蓝塑料基板或受抑波长漂移滤光片基板。现有单通道滤波器中广泛使用的蓝玻璃由于其在波长940nm的透射率非常低而不能用于本专利技术的双通道滤波器中。当然，在拍摄视场角不大的情况下，也可用光学玻璃作为基板，而在需要消除莫尔条纹的情况下，可用水晶板作为基板。(2).其次是薄膜滤光片的构思。第一步先构造700～900nm的截止膜，由于要求400～650nm高透射，通常选用(0.5LH0.5L)m标准短波通膜系，但是这种短波通膜系会在主截止带附近630nm处出现一个大次峰，且在400nm附近出现了一个半波孔，此半波孔对现有技术的420～650nm透射带不会产生任何影响，但对本专利技术滤波器必须消除，为此对标准膜系内外各2层膜进行膜厚修正，使其成为630nm和400nm的减反射膜，从而抑制630nm大次峰和400nm半波孔生成。第二步再构造1000～1200nm的截止膜，并试图用该截止膜与700～900nm截止膜一起来构成940nm通带的轮廓，而仍保持400～650nm高透射。但是由于本专利技术长波截止区扩展至1200nm，使400nm附近出现一个高级次截止带。要消除这个截止带不是一件容易的事，因为用高(H)、低(L)折射率二种材料交替不可能构成波长400nm附近的减反射膜，故本专利技术设想，用高(H)、中(M)、低(L)折射率三种材料来构成基本周期：LMHML，并把H两侧的ML设计成波长400nm的减反射膜，于是，基本周期LMHML在400nm附近就会高透 射，而在1000～1200nm却是增反的。然后把多个LMHML叠加起来，最终在400nm附近仍保持高透射，而在1000～1200nm形成高反射的截止膜。第三步是把前面二步设计的膜系合起来，并适当优化每层膜的厚度，就可望获得预期的双通道滤波器的目的。为实现上述目的，本专利技术所采取的具体技术方案是：一种日夜兼用的摄像滤波器，包括基底以及依次设置在所述基底上的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系；所述的匹配膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的第一主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种日夜兼用的摄像滤波器，其特征在于，包括基底以及依次设置在所述基底上的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系；所述的匹配膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的第一主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的第二主膜系由高折射率膜、中间折射率膜和低折射率膜组成。

【技术特征摘要】
1.一种日夜兼用的摄像滤波器，其特征在于，包括基底以及依次设置在所述基底上的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系；所述的匹配膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的第一主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的第二主膜系由高折射率膜、中间折射率膜和低折射率膜组成。2.根据权利要求1所述的日夜兼用的摄像滤波器，其特征在于，所述的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系构成400～650nm和920nm～960nm的双通膜。3.根据权利要求1所述的日夜兼用的摄像滤波器，其特征在于，所述的基底为光学玻璃、水晶板或者蓝塑料板。4.根据权利要求1所述的日夜兼用的摄像滤波器，其特征在于，所述的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系从所述的基底向外依次设置。5.根据权利要求4所述的日夜兼用的摄像滤波器，其特征在于，所述的匹配膜系中紧贴在所述基底上的第一层为高折射率膜。6.根据权利要求1所述的日夜兼用的摄像滤波器，其特征在于，所述的高折射率膜为TiO2膜，所述的中间折射率膜为HfO2膜，所述的低折射率膜为SiO2膜。7.根据权利要求1所述的日夜兼用的摄像滤波器，其特征在于，所述的匹配膜系的层数为8层，从所述基底向外各膜层的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：金波，艾曼灵，顾培夫，吴江波，寇立选，陶占辉，杨晓华，
申请(专利权)人：杭州科汀光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33