一种日夜兼用的双通道滤波器以及广角拍摄装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种日夜兼用的双通道滤波器以及广角拍摄装置，滤波器包括塑料基底及设置在塑料基底上的双通道薄膜滤光片。双通道薄膜滤光片由基底粘附层、基底导纳匹配膜系和主膜系组成。基底粘附层由氧化铝和氧化硅摩尔混合比为3：7的单层膜Al0.6Si0.7O2.3组成；基底导纳匹配膜系和主膜系由高折射率Ti3O5膜和低折射率SiO2膜交替多层膜组成。所述的双通道为可见光410～650nm和近红外光820～880nm或910～980nm两个波段。这种日夜兼用的双通道滤波器以及广角拍摄装置在安防电视监控系统、道路交通监控、车载控制系统、人脸识别系统和虹膜识别系统等场合具有重要的应用前景。

A dual channel filter and wide angle shooting device for both day and night

The utility model discloses a dual channel filter for day and night use and a wide-angle shooting device. The filter comprises a plastic substrate and a two channel thin film filter on the plastic substrate. The double channel thin film filter is composed of the base adhesion layer, the base admittance matching film system and the main membrane system. The substrate adhesion layer is composed of monolayer Al0.6Si0.7O2.3 composed of alumina and silica molar mixing ratio of 3:7. The substrate admittance matching film system and main membrane system consist of high refractive index Ti3O5 film and low refractive index SiO2 film alternating multilayer film. The two channels described are 410 to 650nm visible light and two wavelengths of 820 to 880nm or 910 to 980nm of near infrared light. The dual channel filter and wide angle shooting device, which are used for both day and night, have important application prospects in the field of security TV monitoring system, road traffic monitoring, vehicle control system, face recognition system and iris recognition system.

【技术实现步骤摘要】
一种日夜兼用的双通道滤波器以及广角拍摄装置
本技术涉及光学滤波器领域，具体涉及一种日夜兼用的双通道滤波器以及广角拍摄装置。
技术介绍
在安防电视等监控系统中，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，不仅在商场、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，而且在道路交通监控和车载控制系统中，乃至居民区等场合也得到了广泛的应用。所谓24小时连续电视监控就是可以同时获取可见光图像和近红外光图像的日夜兼用的拍摄系统，白天拍摄彩色的可见光图像，晚间拍摄黑白的近红外光图像。由于近红外光摄像可以在夜间进行拍摄，弥补了可见光摄像之不足，而且由于近红外光波长更长，穿透性更好，所以拍摄距离更远，更重要的是，近红外光拍摄隐蔽性强、性能稳定，这就是日夜兼用的拍摄系统受到安防市场青睐的根本原因。对典型的日夜兼用的拍摄系统，其滤波器必须透过410～650nm的可见光和850nm附近的近红外光，而从紫外直至近红外1100nm的其他光均被截止。为区别于目前使用的可见光单通道滤波器，这种日夜兼用的滤波器又称为双通道滤波器。这种主动式的近红外拍摄技术利用850nm附近的近红外LED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图像。但是，波长850nm附近的近红外LED夜间使用时会产生暗红色的光，这种现象称为“红暴”。显然，这会导致监控系统自身的暴露，故在隐蔽性要求较高的场合，宁可使用光效率较低的940nmLED来代替850nmLED进行补光。迄今，这些监控系统主要是采用标准镜头进行拍摄，其典型的水平视场角为30°左右，与人类肉眼的视场角基本相同，非常适用于长廊、走道和小区周界的监控，但对宽场景拍摄需要多个摄像头。随着人们对监控要求的不断提高和监控技术的进步，近年来安防监控市场提出了采用广角定焦镜头进行监控拍摄的要求，尤其是最近提出了采用广角定焦镜头进行日夜兼用监控拍摄的要求。广角镜头的视场角取决于焦距和CCD的尺寸，焦距越短，视场角越大，CCD尺寸越大，视场角亦越大，广角镜头典型的水平视场角为60°～85°，适用于监控宽场景的场、馆、厅、室。相比标准镜头，广角镜头具有以下优势：(1)亮度提高，有利于暗光拍摄，焦距越短，口径越大，亮度越好；(2)涵盖面积大，拍摄范围广，宽广视场范围内的景物都能得到清晰的图像；(3)不需要对焦就能极快抓拍到从近到远的整个景像，从而成为机动性很强的快拍镜头；(4)广角镜头更能体现近大远小的对比，在纵深方向上产生强烈的透视效果，得到很好的空间纵深感。这些优点无疑将使安防监控拍摄系统更新换代，拍摄图像质量大大提升。但是，广角镜头拍摄也带来一些问题：首先是易产生影像畸变，焦距越短，或拍摄距离越近，变形越严重，这种变形主要产生在视场边缘，鉴于此，应根据实际需要选取广角镜头，并非视场角越大越好，更不是盲目选用视场角大于90°的超广角镜头；其次是由于视场角增大，导致日夜兼用的双通道薄膜滤光片性能恶化，特别是近红外透射通道，由于通带较窄，通带透射率的降低使其根本无法使用。本技术通过分析大视场角造成双通道薄膜滤光片性能恶化的机理，从机理着手，对日夜兼用的双通道薄膜滤光片进行了重新构思，终于获得了具有实用价值的双通道滤波器。
技术实现思路
本技术的目的是提供了一种日夜兼用的双通道滤波器以及广角拍摄装置，以用于构建安防电视监控系统、道路交通监控和车载控制系统等。本技术的广角定焦镜头视场角定为74°，半视场角37°。相比于标准镜头的视场角30°或半视场角15°，广角镜头的视场角显著增大。但是这会诱发如下的问题：(1)大视场角的入射光使双通道薄膜滤光片的过渡特性平坦化，这对通带较窄的近红外通道由于透射率大幅降低而成为一个致命性的问题；(2)通带过渡波长向短波漂移；(3)过渡区产生较大的偏振分离。这些问题将会严重影响拍摄亮度和彩色还原，因此，如何设计用于广角镜头的双通道滤波器受到了普遍的关注。本技术的构思如下：由于拍摄时广角定焦镜头的主光线入射角不变，变化的只是边缘光的角度，因此，本技术把这种入射光束视为光锥角。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滤波器，由于入射光含有各种不同的入射角，而入射角越大，薄膜滤光片过渡特性向短波移动越大，所以过渡特性平坦化是光锥角入射的固有特性，迄今没有软件可对光锥角入射时的过渡特性进行优化设计；而平行光倾斜入射表示所有光线以某一角度倾斜入射到滤波器，即使入射角大至45°，仍可设计出特性优良的透射通道，倘若碰到问题，还可借助于现有商用软件进行进一步优化。从上可见，对双透射通道设计，特别是近红外窄透射通道设计，光锥角照明要比平行光倾斜入射照明困难得多。光锥角越大，滤光片的过渡特性越平坦，过渡波长越向短波漂移，偏振分离也越大，这就是我们常说的光锥角效应。为了尽可能地减小光锥角效应，本技术的构思如下：1.根据两个通道的各自特点，分别采取不同的措施。对可见光通道，直接利用太阳的连续光谱照明，由于通道的透射带很宽，过渡特性平坦化并非其主要矛盾，更重要的问题是通带过渡波长向短波漂移和过渡区较大的偏振分离，为此，本技术试图用一种特殊的吸收型光学塑料基底来限制其过渡特性，也就是说，把薄膜滤光片的波长短波漂移和偏振分离都限制在基底吸收过渡区的长波方向，从而使其不再影响可见光通道的光学特性。对近红外光通道，利用窄光谱LED补光照明，由于通道的透射带很窄，过渡特性平坦化或波长短移会使该通道的透射率大大下降，因而使其无法使用。前面已经指出，过渡特性平坦化是光锥角入射时的固有特性，这种特性是无法改变的，因此只能适当增加该通道的半宽，以确保850nm附近具有很高的透射率。这样一来，考虑到半导体固体光源LED的发光光谱都比较窄，若能把LED发光光谱全部置于近红外通道的通带里面，则薄膜滤光片产生的波长短移和偏振分离也就不再影响近红外通道的光学特性。2.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，角效应最小。为此选用现有材料中折射率最高的氧化钛作为高折射率薄膜，但氧化钛从薄膜结构说，金红石的折射率比锐钛矿高得多，所以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，并采用高能离子辅助淀积：束压为1000V，束流为100mA，以增加薄膜中金红石的比例。3.可见光通道透射区的次峰主要是因为薄膜滤光片与基底导纳失匹配引起的，故在基底和主膜系之间引入一个基底导纳匹配膜系；由于主膜系和空气之间的导纳接近匹配，故只对主膜系的个别膜层用高折射率薄层稍作调节，不另增空气导纳匹配膜系。由于导纳匹配膜系与主膜系是互相制约的，所以需用商用薄膜软件TFCal整体优化。在本技术优化时，除了通带透射率和截止带反射率外，还须重点对过渡特性的陡度、过渡波长短移和偏振分离进行评价和优化。4.本技术提出的一种特殊的吸收型光学塑料基底属于有机材料，其表面能S基底较小，由于基底-薄膜界面的附着能为E＝S基底+S薄膜–S界面能，为提高薄膜附着性，选择高表面能S薄膜的氧化铝和氧化硅的混合无机单层膜作为基底粘附层，同时提出釆用束压为500V、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种日夜兼用的双通道滤波器，其特征在于，包括基底以及设置在基底上的双通道薄膜滤光片；所述的双通道薄膜滤光片由基底粘附层、基底导纳匹配膜系和主膜系组成；所述的基底粘附层为单层膜；所述的基底导纳匹配膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的高折射率膜为Ti3O5，低折射率膜为SiO2；所述的基底为光学塑料。

【技术特征摘要】
1.一种日夜兼用的双通道滤波器，其特征在于，包括基底以及设置在基底上的双通道薄膜滤光片；所述的双通道薄膜滤光片由基底粘附层、基底导纳匹配膜系和主膜系组成；所述的基底粘附层为单层膜；所述的基底导纳匹配膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替组成；所述的高折射率膜为Ti3O5，低折射率膜为SiO2；所述的基底为光学塑料。2.根据权利要求1所述的日夜兼用的双通道滤波器，其特征在于，所述的双通道薄膜滤光片的基底粘附层、基底导纳匹配膜系和主膜系的总膜层数为41层，总膜层厚度为3827nm。3.根据权利要求2所述的日夜兼用的双通道滤波器，其特征在于，所述的双通道薄膜滤光片由基底向外，第一层为基底粘附层，膜层厚度为80nm。4.根据权利要求2所述的日夜兼用的双通道滤波器，其特征在于，所述的双通道薄膜滤光片由基底向外，第二至十七层为基底导纳匹配膜系，各膜层的厚度依次为：8.4，60.5，38.7，13.8，53.4，193.5，52.8，17.0，43.1，56.9，20.4，223.4，55.1，10.0，36.9，358.3，单位为nm，第二至十七层中，偶数层均为高折射率的氧化钛膜，奇数层均为低折射率的氧化硅膜。5.根据权利要求2所述的日夜兼用的双通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：金波，顾培夫，艾曼灵，李冰霞，吴江波，王蕾，
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