日夜切換之濾光片相關介紹

濾光片作爲一種光學元器件,是用來選取所需輻射波段的工具,是塑料或玻璃片再加入特種染料做成的,其主要特點是尺寸可做得相當大。薄膜濾光片,一般通過長波較長的光,常用作紅外高透濾光片。後者是由高折射率或低折射率的金屬介質金屬膜或一定厚度的全介質膜通過真空鍍膜在一定的襯底上形成的一種低階、多級串聯固體干涉儀。

濾光片分類

紅外截止濾光片

英文名叫IR-cut filter,它放在於LENS與Sensor之間。因人眼與CMOS傳感器對各波長的光響應不一樣,人的肉眼看不到紅外光,但傳感器可以感受近紅外光,這樣會造成sensor對紅光感受過強,形成色偏。因此需要紅外截止濾光片阻隔近紅外光。主要在超薄光學玻璃上鍍制IR-cut膜,使之能與鏡頭產品進行疊裝組合。

IR-cut濾光片分爲反射式吸收式兩種。反射式IR-cut濾光片在可見光波段有較高透過率,同時有較低的反射率,而在紅外區域正好相反,反射較高。因此,當相機以一定角度拍攝時,紅外光會對膠片產生較大的反射。當光線被透鏡組反射多次後,就會在照片上形成光暈。

吸收式IR-cut濾光片是採用藍玻璃,它本身是一種吸收玻璃,玻璃中的銅離子對紅外線有吸收作用,不存在很大反射,當相機在成角度拍攝照片時,光線通過藍玻璃的主要吸收,經鏡頭組多次反射的紅外光很弱,不會在照片上形成光暈現象。

IR-cut濾光片主要應用於手機攝像頭、數碼相機、數碼攝像機、電腦攝像頭、安防監控器(CCTV)攝像頭、可視電話、可視門鈴等CCD/CMOS數碼成像系統,能有效改善紅外線對CCD/CMOS成像的影響,防止圖像傳感器產生的僞色和波紋,提高彩色CCD、CMOS圖像傳感器有效分辨率和彩色還原性。

日夜兩用雙通濾光片

紅外光在白天等可見光條件下對彩色監視攝像機來說是一種雜散光,會降低彩色監視攝像機的清晰度和色彩恢復性。目前有兩種方法可以讓彩色監控攝像頭在夜晚的條件下感應到紅外光。

首先,打開濾光片,用可見光覆蓋紅外線。在沒有可見光的情況下,取下濾光片,讓紅外線進入。該方案獲得了良好的圖像質量,但需要使用一種稱爲切換器的硬件。不僅會增加成本,而且開關的故障率也很高。

第二,在濾光片上打開一個特定的紅外線通道,允許與紅外燈波長相同的紅外光線進來,這就是日夜兩用雙通道濾光片,該濾光片由光學玻璃基體以及沉積在光學玻璃基體上的濾光膜組成,可阻斷混合光源中的紫外線和紅外線,有助於數碼相機CCD或CMOS不再受紫外線和紅外線的信號影響,得到更加鮮明清晰的影像;同時該濾光片還能根據紅外燈的不同特性有選擇性地通過部分紅外光譜,起到增強數碼相機的夜視功能的效果。

日夜兩用濾光片能通過可見光420nm-620nm和850nm的紅外光,阻止近紅外線920nm-1100nm的紅外光,白天可以獲得真彩色圖像,晚上可以獲得清晰的黑白圖像。主要用於CCD芯片彩色攝像機和CMOS成像系統,安防監控器攝像頭,數碼相機,網絡攝像機,可視電話,門鈴,數字望遠鏡,車牌識別攝像機等,抗強光和雜光干擾能力強,色彩失真少。

攝像用濾光片的主要作用有:

濾除紅外線

彩色CCD也能感應紅外線,因爲它能感應紅外線,這將導致無法計算出正確的顏色,所以你必須添加一個過濾器來分離紅外線部分的光線,所以只有彩色CCD需要安裝的過濾器,而不是黑白。

修整進來的光線

由於CCD由許多光感受器(細胞)組成,光直接進入,但爲了避免干擾相鄰的光感受器,需要對光進行修剪。因此,過濾器不是玻璃,而是石英。它利用石英的物理偏振特性來保持入射光的直射部分,反射斜射部分,避免影響附近的敏感點。

安防監控用的濾光片有什麼功能?

現在的攝像機都有夜視功能,這個夜視靠的是什麼能在完全黑暗的狀態下看到物體,靠得是紅外燈LED發出紅外光,反射後進入CCD成像的,這樣就出現一個矛盾。爲了濾除白天太陽產生的紅外光,我們將藍色玻璃粘貼在CCD前面,將紅外光切斷,LED夜間發出的紅外光被藍色玻璃濾除,無法成像。如何解決這一矛盾?在白天截止紅外光使圖像清晰、真實,晚上又能使LED發出的紅外光完全進入CCD完成夜視功能這就是雙濾光片的功能了,它是靠一個機械裝置來完成白天在CCD前面放截止紅外光的濾光片,到了夜晚自動切換成全通透的濾光片,這樣就滿足了紅外夜視攝像機的要求。這種機械裝置稱爲雙濾波器切換器。

彩色濾光片分類

吸收型彩色濾光片

吸收型彩色濾光片是藉助材料對可見光的吸收作用實現濾光的,常見的照相機/攝像機濾色片實際上是一種混有顏料的有色玻璃,利用了顏料對光的選擇性吸收,它可以幫助實現白平衡或者破壞白平衡,使畫面色彩正常或者偏向某一色彩。這種濾光片也可以用於顯微鏡,幫助校正色差或提高分辨率,也有均勻減弱光強,不改變光譜成分的中性濾光片,它依靠吸收率高的金屬層工作,一般用來衰減入射光強。由於一些顏料經過長時問的紫外線照射會分解,對光的吸收能力降低,所以某些吸收型彩色濾光片並不耐久,平板顯示中使用的吸收型彩色濾光片有60%的光損耗,降低了它的光能利用效率。

光學薄膜彩色濾光片

光學薄膜濾光片通過多層薄膜結構對在其中傳播的光的相位或振幅進行調整,使一定波段內光的偏振態被改變或者強度重新分佈。光學薄膜濾光片一般包括帶通濾光片、截止濾光片和特殊用途的其他濾光片,常用於光譜儀器、光譜修正、光通訊、激光系統等領城。光學薄膜彩色濾光片其有以下優點:

1、性質穩定,不易褪色
2、反射或透射率高,色彩鮮豔
3、材料環保,生產過程污染小

鍍膜工藝

蒸發沉積鍍膜技術

在蒸發沉積鍍膜技術中,真空室中源材料被電子束加熱或蒸發,蒸氣在光學表面凝結。在蒸發過程中,通過精確控制加熱、真空壓力、基片定位和旋轉,可以獲得比厚度均勻的光學塗層。蒸發這種技術性質比較溫和,就會導致塗層變得鬆散或多孔。這種疏鬆塗層具有吸水性,改變了薄膜的有效折射率,導致性能下降。離子束輔助沉積可以增強蒸發塗層,其中離子束將對準基片表面。這增加了源材料與光學表面的附着力,產生更大的應力,並使塗層更緻密、更耐用。

離子束濺射(IBS)鍍膜技術

當離子束濺射時,高能電場會加速離子束的產生,這個加速度給離子很大的動能。當與源材料碰撞時,離子束濺射出目標的原子。這些濺射靶離子(由於電離區的影響原子轉變爲離子)也具有動能,在與光學表面接觸時會產生緻密的薄膜。

等離子體濺射鍍膜技術

等離子體濺射是一系列技術的總稱,如先進的磁控濺射和等離子體濺射,不管該技術如何,包括等離子體的產生,等離子體中的離子被加速進入源材料,與鬆散的能量源離子碰撞,然後濺射到目標光學元件上。雖然不同類型的等離子濺射具有其獨特的特性和優點和缺點,但是這種塗覆技術比本文所涉及的其它塗覆技術要小得多。

原子層沉積鍍膜技術

與蒸發沉積不同,原子層沉積的源材料不需要從固體中蒸發,而是直接以氣體的形式存在,儘管該技術使用氣體,但是在真空室中仍然需要高溫。在ALD過程中,氣體前驅體通過非重疊脈衝傳輸,脈衝是自限幅的,該工藝具有獨特的化學設計,每個脈衝僅粘附一層,並且對於光學部件的表面幾何形狀沒有特殊要求,因此,這一工藝可以使我們控制塗層厚度和設計,但它會降低沉積速率。


參考文章


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