[發明專利]一種低通濾波器

有效

• 申請號: 201310471073.4
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103513314A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 顧培夫;艾曼靈;金波;張梅驕
• 申請（專利權）人: 杭州科汀光學技術有限公司
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B5/30;G02B1/10;B32B9/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及一種高像素圖像傳感器用的低通濾波器，屬于光學領域，主要應用于高像素的單反相機、微單相機、智能手機和平板電腦等數碼產品。

背景技術

隨著數碼影像技術的迅速發展，圖像傳感器CCD或CMOS的像元數不斷增加，像元尺寸越來越小，圖像分辨率越來越高。目前市場主流圖像傳感器的像元尺寸為3～10微米，分辨率達到千萬級像素。隨著像元尺寸的變小，分辨率的提高，對高像素圖像傳感器用的低通濾波器要求也越來越苛刻。

高像素圖像傳感器用的低通濾波器主要功能可描述如下：作為數碼影像系統的圖像傳感器CCD或CMOS是一種Si基的離散像素光電探測器，其光敏感波長區約為400nm到1100nm。在此波長區中，人眼能看到的主要是波長420～650nm的可見光；而從700～1100nm的光人眼是看不見的，稱為近紅外光。由于CCD和CMOS的光敏感波長區為400～1100nm，這就是說，圖像傳感器能同時對可見光和近紅外光成像，但這兩幅圖像人眼看起來是不一樣的，如果不把近紅外光濾掉，那么可見光圖像和近紅外光圖像就會疊在一起，圖像就變模糊了。而我們人眼本來就只能看到可見光圖像，沒有必要看到傳感器感受到的近紅外光圖像，這就是濾波器要截止近紅外光的理由之一；其次，近紅外光是一種熱光，會致傳感器產生熱噪聲，最終使圖像分辨率和對比度變差，這是濾波器要截止近紅外光的理由之二。此外，波長小于400nm的紫外光雖然不會使傳感器感受出圖像，但由于紫外光的光子能量高，長期照射會降低傳感器的使用壽命，故濾波器還必須具有截止紫外光的功能。目前截止近紅外光和紫外光的辦法都是采用光學干涉薄膜，但光學干涉薄膜從原理上講勢必會存在角度效應，即相同顏色的物體由于進入圖像傳感器的角度不同會產生明顯的色差，故濾波器必須用藍玻璃來穩定透射-截止過渡波長，以消除圖像色差。更為甚者，在用影像系統獲取目標圖像時，圖像傳感器的高頻成分會反射到基頻成分中，造成所謂莫爾條紋，這時，圖像將產生周期性的頻譜交疊混淆，甚至出現偽彩色條紋，嚴重影響圖像清晰度和對比度，這在高像素圖像傳感器中是絕對不容許的。目前，消除這種莫爾條紋的方法主要是采用雙折射晶體。從上可知，高像素圖像傳感器用的低通濾波器的功能主要有三個方面：截止近紅外光和紫外光、穩定透射-截止過渡波長和消除莫爾條紋。在高像素圖像傳感器中，低通濾波器是一個不可愈越的極其重要的關鍵器件。

現用高像素圖像傳感器的低通濾波器主要采用以下結構：三片石英晶體片加上一塊藍玻璃，再在石英晶體片或藍玻璃上鍍上紅外截止膜、紫外截止膜和減反射膜。三片石英晶體片可消除x,y兩個方向上的莫爾條紋；藍玻璃可把濾波器的透射-截止過渡波長(在透射率T=50%處)穩定在650nm附近，由于這個波長不會因目標圖像的光線入射角變化而變化，因而能獲得彩色均勻的圖像。但是這種結構有兩個問題：首先是所用的藍玻璃迄今只有日本獨家供應，價格昂貴，而且由于機械性能脆，切割成小片時易破碎，化學穩定性也較差，在空氣中易腐蝕；其次是低通濾波器的總厚度較厚，而該低通濾波器需要直接貼在傳感器前面，較大的濾波器厚度會造成較大的圖像像差，這在高像素圖像傳感器中是必須避免的。

發明內容

為克服上述問題，本發明提供了一種高像素圖像傳感器用的低通濾波器，該低通濾波器厚度薄，圖像質量好，生產成本低，可廣泛應用于高像素的單反相機、微單相機、智能手機和平板電腦等數碼產品。

本發明的構思是：首先，針對藍玻璃的缺陷，探索能否借助于薄膜設計實現透射-截止過渡區的波長漂移隨入射角的變化減小到滿足使用要求的范圍以內，從而實現取代藍玻璃的穩定透射-截止過渡波長的功能。其次，探索能否進一步減小濾波器的總厚度，若受抑波長漂移膜能取代掉藍玻璃，則藍玻璃的厚度就沒有了，進而，若能再減小石英晶體的片數或厚度，則可進一步減小濾波器的總厚度，最終減小平板濾波器在成像光路中引起的像差。

為了實現上述目的，本發明提出一種新的濾波器結構，用受抑波長漂移薄膜濾光片代替現用藍玻璃，用一片厚度很薄的四分之一波片取代現用三石英晶體片中位置處于中間的那一石英晶體片，這樣，不僅克服了藍玻璃存在的問題，而且大大減小了濾波器的總厚度。因此，本發明的結構不僅可提高圖像質量，而且可大大降低生產成本。

一種低通濾波器，包括沿光路方向依次設置的第一石英晶體片、四分之一波片、第二石英晶體片，其中，在所述第一石英晶體片的光線入射側表面上鍍有紅外截止膜，在所述第二石英晶體片的光線出射側表面上鍍有受抑波長漂移膜。