隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机，隔红外滤光片包括基底以及设置在基底上的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜，消光锥角效应多层膜由高折射率、中间折射率和低折射率三种膜层组成，截止带扩展多层膜由高折射率和低折射率两种膜层组成，高折射率膜层为氧化钛或氧化铌，中间折射率膜层为氧化钽，低折射率膜层为氧化硅，基底为光学玻璃或光学塑料，实现了40°半光锥角的波长漂移从现有技术的23nm减小到5.8nm以下，光锥角引起的图像色差已可忽略，因而可用光学玻璃或光学塑料代替蓝玻璃，这对手机拍摄系统具有重要应用价值。

Infrared filter and wide angle and long focal length double camera mobile phone with infrared filter

The utility model discloses a wide-angle and telephoto isolation infrared filter and isolating infrared filter double camera mobile phone, by infrared filter including extinction cone substrate and disposed on the substrate angle effect of multilayer film and multilayer film with extended cut-off, extinction cone angle effect of multilayer film with a high refractive index, middle and low refractive index the rate of three kinds of film composition, as with the expansion of multilayer film with a high refractive index and low refractive index two film layer, a high refractive index film for titanium oxide or niobium oxide, tantalum oxide film for intermediate refractive index, low refractive index film, silicon oxide, substrate for optical glass or optical plastics, to achieve the 40 degree half light cone angle and wavelength drift from existing technology of 23nm is reduced to below 5.8nm, the image aberration caused by light cone angle has been neglected, and it can be used as optical glass or optical plastic instead of blue glass, the mobile phone camera The perturbation system has important application value.

【技术实现步骤摘要】
隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机
本技术涉及一种隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机，可用于手机拍摄、安防和交通监控等领域获得高质量的图像。
技术介绍
手机拍摄的图像传感器常用CCD(电荷耦合元件)，其光敏感波长约为400nm到1100nm。在此波长区中，人眼能看到的波长400～700nm的光称为可见光；而700～1100nm的光人眼是看不见的，称为近红外光(简称红外光)。由于CCD的光敏感波长为400～1100nm，故手机能同时对可见光和红外光成像，但这两幅图像人眼看起来是不一样的，如果不把红外光隔离掉，两幅图像叠加后会使可见光图像变模糊了。而我们人眼本来就只看到可见光图像，没有必要看到CCD感受到的红外光图像，这就是必须使用隔红外光滤光片的理由之一。其次，红外光是一种热光，会导致CCD温度升高，产生的热噪声使信噪比大大降低，最终使图像的分辨率和对比度退化，这是使用隔红外光滤光片的理由之二。以上两点说明隔红外光滤光片在手机拍摄系统中是绝对不可缺失的。此外，波长小于400nm的紫外光虽然不会使CCD感受出图像，但由于紫外光的光子能量高，长期照射会降低CCD的使用寿命，故隔红外光滤光片还必须具有隔紫外光的功能。目前隔红外光和隔紫外光都是采用光学薄膜，但光学薄膜从干涉原理上讲势必存在角效应，即相同颜色的物体由于进入相机的角度不同会产生明显的色差，故隔红外光滤光片迄今还须用一块吸收型的蓝玻璃作为基底来稳定透射-截止过渡波长，消除角效应引起的波长短移，从而消除图像色差。问题是，蓝玻璃不仅价格贵，而且化学稳定性差，机械性能脆，不易切割，还会带来较大的光能损失，为此，人们一直在期待寻求新的技术来取代蓝玻璃。另一方面，随着人们对手机拍摄质量的要求越来越高，试图获得与单反相机媲美的成像能力，但受制于手机单摄像头体积的限制，至今仍存在差距，包括像素数量、暗光拍摄效果以及快速对焦等问题。在当前13M像素成为主摄标配的情况下，如何进一步提高成像质量，一直是人们关注的市场发展方向，最近，其中的一个主流方向是苹果公司主导的广角+长焦的iphone双摄系统，采用大光圈的广角镜头，视场角74.6°，实现暗光增强，再加一枚长焦镜头，最小视场角45.1°，实现无损变焦，增强拍摄功能。问题是，广角拍摄时大视场角的入射光不仅使隔红外滤光片过渡特性变平坦，而且过渡波长向短波漂移，同时产生较大的偏振分离，从而影响拍摄亮度和彩色还原，因此，如何设计用于广角和长焦双摄手机的隔红外滤光片受到了普遍关注。为此，本技术提出一种用于广角和长焦双摄手机的隔红外滤光片，解决上述广角拍摄时大视场角入射光产生的隔红外滤光片过渡特性变平坦、过渡波长向短波漂移和偏振分离增大等问题。由于在大视场角下过渡波长向短波漂移的影响几乎可以忽略，从而可在满足隔红外滤光片性能要求的前提下，用普通光学玻璃或光学塑料取代蓝玻璃，这对手机拍摄系统是一个突破性的进展！
技术实现思路
本技术的目的是提供了一种隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机，以实现在不使用蓝玻璃的情况下，仍能使广角和长焦双摄手机获得很高的图像质量。为此本技术的构思如下：广角镜头的视场角74.6°，加一枚镜头后实现变焦，长焦的最小视场角45.1°。由于变焦时主光线入射角不变，变化的是边缘光的角度，因此可以把入射光视为光锥角。对上述广角+长焦的双摄系统，光锥角的半角为37.3°～22.5°。因设计需留有适当余量，特别是广角时，故本技术取半光锥角为40°～22°。光锥角与平行光倾斜入射时的入射角意义不同，光锥角表示从主光线向边缘光线的入射角逐渐增大的锥光束入射到薄膜，迄今并无商用软件可进行优化设计；而平行光倾斜入射表示所有光线以某一角度倾斜入射到薄膜，可借助于现有商用软件进行优化设计。光锥角越大，隔红外滤光片的过渡特性越平坦，过渡波长向短波漂移越大，偏振分离也越大，因而对拍摄亮度和彩色还原的影响也越大，这就是光锥角效应，它使广角拍摄和长焦拍摄产生了不可调和的矛盾，因此如何消除光锥角效应就成了本技术的核心。要消除光锥角效应，可入手的途径非常少，本技术按如下思路进行了尝试：1.寻找并获得最高折射率薄膜，依据是光在高折射率薄膜中的折射角最小，所以角效应最小。在可见光区，已知氧化钛的折射率最高，但氧化钛从薄膜结构说，有锐钛矿和金红石之分，而且金红石的折射率比锐钛矿高很多；从蒸发材料成分说，又有TiO2、Ti4O7、Ti3O5、Ti2O3、TiO等等，虽然薄膜形态的成分主要是TiO2，但用Ti3O5蒸发不仅薄膜折射率稳定，而且折射率很高。为此，本技术优选蒸发材料为Ti3O5，优化工艺条件为：在1.5*10-2Pa氧气氛中以0.5nm/s的速率蒸发，并采用离子辅助淀积：束压为1000V，束流为100mA，以增加薄膜中金红石的比例。这样，可在低吸收的条件下获得最高折射率的氧化钛薄膜。2.增加高折射率层厚度而减薄低折射率层厚度，但仍然保持每一堆高、低折射率膜层的厚度之和为二分之一波长。这样的设计，证明确实可以抑制隔红外滤光片过渡特性变平坦、过渡波长短移和偏振分离增大等问题，即具有消光锥角效应，但问题是可见光透射区的次峰增大。3.可见光透射区的次峰是因为滤光片与基底和空气都严重失匹配引起的，故在主膜系两侧分别加上基底匹配膜系和空气匹配膜系，以改善通带的透射特性。4.在加匹配膜系时，基底匹配膜系、主膜系和空气匹配膜系是互相制约的，所以需用商用薄膜软件TFCal整体优化。现有技术优化的评价函数是通带透射率、止带反射率等，但在本技术中，更重要的是消光锥角效应，所以必须对过渡特性陡度、过渡波长短移和偏振分离进行评价和优化。至此，一般可以获得满意的消光锥角效应的多层膜，倘若还不够满意，就需从上述第2步开始进行修改，直到满意为止。5.上述消光锥角效应多层膜的红外截止区比较窄，不足以截止到波长1100nm，故需再加上一个截止带扩展多层膜。为实现上述目的，本技术所采取的具体技术方案是：一种隔红外滤光片，包括基底以及设置在所述基底上的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜；所述的基底为光学玻璃或光学塑料；所述的消光锥角效应多层膜由高折射率膜层、中间折射率膜层和低折射率膜层三种膜层组成或者由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层组成，所述的截止带扩展多层膜由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层组成；所述的高折射率膜层为氧化钛(Ti3O5)或氧化铌(Nb2O5)，中间折射率膜层为氧化钽(Ta2O5)，低折射率膜层为氧化硅(SiO2)。基底上的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜可设置在基底的两侧或同侧，进一步地，所述的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜设置在所述基底的两侧。进一步地，所述的消光锥角效应多层膜由高折射率膜层、中间折射率膜层和低折射率膜层三种膜层组成，所述的截止带扩展多层膜由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层交替组成；所述的高折射率膜层为氧化钛(Ti3O5)，中间折射率膜层为氧化钽(Ta2O5)，低折射率膜层为氧化硅(SiO2)。进一步地，所述消光锥角效应多层膜由基底匹配膜系、主膜系和空气匹配膜系三部分组成，所述消光锥角效应多层膜的总膜层数为46层，总膜层厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔红外滤光片，其特征在于，包括基底以及设置在所述基底上的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜；所述的基底为光学玻璃或光学塑料；所述的消光锥角效应多层膜由高折射率膜层、中间折射率膜层和低折射率膜层三种膜层组成或者由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层组成，所述的截止带扩展多层膜由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层组成；所述的高折射率膜层为Ti3O5或Nb2O5，中间折射率膜层为Ta2O5，低折射率膜层为SiO2。

【技术特征摘要】
1.一种隔红外滤光片，其特征在于，包括基底以及设置在所述基底上的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜；所述的基底为光学玻璃或光学塑料；所述的消光锥角效应多层膜由高折射率膜层、中间折射率膜层和低折射率膜层三种膜层组成或者由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层组成，所述的截止带扩展多层膜由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层组成；所述的高折射率膜层为Ti3O5或Nb2O5，中间折射率膜层为Ta2O5，低折射率膜层为SiO2。2.根据权利要求1所述的隔红外滤光片，其特征在于，所述的消光锥角效应多层膜和截止带扩展多层膜设置在所述基底的两侧。3.根据权利要求2所述的隔红外滤光片，其特征在于，所述的消光锥角效应多层膜由高折射率膜层、中间折射率膜层和低折射率膜层三种膜层组成，所述的截止带扩展多层膜由高折射率膜层和低折射率膜层两种膜层交替组成；所述的高折射率膜层为Ti3O5，中间折射率膜层为Ta2O5，低折射率膜层为SiO2。4.根据权利要求3所述的隔红外滤光片，其特征在于，所述消光锥角效应多层膜由基底匹配膜系、主膜系和空气匹配膜系三部分组成。5.根据权利要求4所述的隔红外滤光片，其特征在于，所述消光锥角效应多层膜的总膜层数为46层，总膜层厚度为3566nm；由基底向外，第1至18层为基底匹配膜系，各膜层的厚度依次为：112.3，13.4，11.1，86.9，135.8，8.6，38.7，31.4，210.2，19.0，223.2，17.5，219.3，20.7，194.0，57.6，28.3，16.9，单位为nm，基底匹配膜系的奇数层为低折射率膜层SiO2，偶数层除第二层为中间折射率膜层Ta2O5外，其余均为高折射率膜层Ti3O5；第19至40层为主膜系，各膜层的厚度依次为：90.1，111.2，39.5，123.3，37.1，125.0，3...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾曼灵，金波，吴江波，陈建国，陶奎，顾培夫，
申请(专利权)人：杭州科汀光学技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33