日夜切换之滤光片相关介绍

滤光片作为一种光学元器件,是用来选取所需辐射波段的工具,是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的,其主要特点是尺寸可做得相当大。薄膜滤光片,一般通过长波较长的光,常用作红外高透滤光片。后者是由高折射率或低折射率的金属介质金属膜或一定厚度的全介质膜通过真空镀膜在一定的衬底上形成的一种低阶、多级串联固体干涉仪。

滤光片分类

红外截止滤光片

英文名叫IR-cut filter,它放在于LENS与Sensor之间。因人眼与CMOS传感器对各波长的光响应不一样,人的肉眼看不到红外光,但传感器可以感受近红外光,这样会造成sensor对红光感受过强,形成色偏。因此需要红外截止滤光片阻隔近红外光。主要在超薄光学玻璃上镀制IR-cut膜,使之能与镜头产品进行叠装组合。

IR-cut滤光片分为反射式吸收式两种。反射式IR-cut滤光片在可见光波段有较高透过率,同时有较低的反射率,而在红外区域正好相反,反射较高。因此,当相机以一定角度拍摄时,红外光会对胶片产生较大的反射。当光线被透镜组反射多次后,就会在照片上形成光晕。

吸收式IR-cut滤光片是采用蓝玻璃,它本身是一种吸收玻璃,玻璃中的铜离子对红外线有吸收作用,不存在很大反射,当相机在成角度拍摄照片时,光线通过蓝玻璃的主要吸收,经镜头组多次反射的红外光很弱,不会在照片上形成光晕现象。

IR-cut滤光片主要应用于手机摄像头、数码相机、数码摄像机、电脑摄像头、安防监控器(CCTV)摄像头、可视电话、可视门铃等CCD/CMOS数码成像系统,能有效改善红外线对CCD/CMOS成像的影响,防止图像传感器产生的伪色和波纹,提高彩色CCD、CMOS图像传感器有效分辨率和彩色还原性。

日夜两用双通滤光片

红外光在白天等可见光条件下对彩色监视摄像机来说是一种杂散光,会降低彩色监视摄像机的清晰度和色彩恢复性。目前有两种方法可以让彩色监控摄像头在夜晚的条件下感应到红外光。

首先,打开滤光片,用可见光覆盖红外线。在没有可见光的情况下,取下滤光片,让红外线进入。该方案获得了良好的图像质量,但需要使用一种称为切换器的硬件。不仅会增加成本,而且开关的故障率也很高。

第二,在滤光片上打开一个特定的红外线通道,允许与红外灯波长相同的红外光线进来,这就是日夜两用双通道滤光片,该滤光片由光学玻璃基体以及沉积在光学玻璃基体上的滤光膜组成,可阻断混合光源中的紫外线和红外线,有助于数码相机CCD或CMOS不再受紫外线和红外线的信号影响,得到更加鲜明清晰的影像;同时该滤光片还能根据红外灯的不同特性有选择性地通过部分红外光谱,起到增强数码相机的夜视功能的效果。

日夜两用滤光片能通过可见光420nm-620nm和850nm的红外光,阻止近红外线920nm-1100nm的红外光,白天可以获得真彩色图像,晚上可以获得清晰的黑白图像。主要用于CCD芯片彩色摄像机和CMOS成像系统,安防监控器摄像头,数码相机,网络摄像机,可视电话,门铃,数字望远镜,车牌识别摄像机等,抗强光和杂光干扰能力强,色彩失真少。

摄像用滤光片的主要作用有:

滤除红外线

彩色CCD也能感应红外线,因为它能感应红外线,这将导致无法计算出正确的颜色,所以你必须添加一个过滤器来分离红外线部分的光线,所以只有彩色CCD需要安装的过滤器,而不是黑白。

修整进来的光线

由于CCD由许多光感受器(细胞)组成,光直接进入,但为了避免干扰相邻的光感受器,需要对光进行修剪。因此,过滤器不是玻璃,而是石英。它利用石英的物理偏振特性来保持入射光的直射部分,反射斜射部分,避免影响附近的敏感点。

安防监控用的滤光片有什么功能?

现在的摄像机都有夜视功能,这个夜视靠的是什么能在完全黑暗的状态下看到物体,靠得是红外灯LED发出红外光,反射后进入CCD成像的,这样就出现一个矛盾。为了滤除白天太阳产生的红外光,我们将蓝色玻璃粘贴在CCD前面,将红外光切断,LED夜间发出的红外光被蓝色玻璃滤除,无法成像。如何解决这一矛盾?在白天截止红外光使图像清晰、真实,晚上又能使LED发出的红外光完全进入CCD完成夜视功能这就是双滤光片的功能了,它是靠一个机械装置来完成白天在CCD前面放截止红外光的滤光片,到了夜晚自动切换成全通透的滤光片,这样就满足了红外夜视摄像机的要求。这种机械装置称为双滤波器切换器。

彩色滤光片分类

吸收型彩色滤光片

吸收型彩色滤光片是借助材料对可见光的吸收作用实现滤光的,常见的照相机/摄像机滤色片实际上是一种混有颜料的有色玻璃,利用了颜料对光的选择性吸收,它可以帮助实现白平衡或者破坏白平衡,使画面色彩正常或者偏向某一色彩。这种滤光片也可以用于显微镜,帮助校正色差或提高分辨率,也有均匀减弱光强,不改变光谱成分的中性滤光片,它依靠吸收率高的金属层工作,一般用来衰减入射光强。由于一些颜料经过长时问的紫外线照射会分解,对光的吸收能力降低,所以某些吸收型彩色滤光片并不耐久,平板显示中使用的吸收型彩色滤光片有60%的光损耗,降低了它的光能利用效率。

光学薄膜彩色滤光片

光学薄膜滤光片通过多层薄膜结构对在其中传播的光的相位或振幅进行调整,使一定波段内光的偏振态被改变或者强度重新分布。光学薄膜滤光片一般包括带通滤光片、截止滤光片和特殊用途的其他滤光片,常用于光谱仪器、光谱修正、光通讯、激光系统等领城。光学薄膜彩色滤光片其有以下优点:

1、性质稳定,不易褪色
2、反射或透射率高,色彩鲜艳
3、材料环保,生产过程污染小

镀膜工艺

蒸发沉积镀膜技术

在蒸发沉积镀膜技术中,真空室中源材料被电子束加热或蒸发,蒸气在光学表面凝结。在蒸发过程中,通过精确控制加热、真空压力、基片定位和旋转,可以获得比厚度均匀的光学涂层。蒸发这种技术性质比较温和,就会导致涂层变得松散或多孔。这种疏松涂层具有吸水性,改变了薄膜的有效折射率,导致性能下降。离子束辅助沉积可以增强蒸发涂层,其中离子束将对准基片表面。这增加了源材料与光学表面的附着力,产生更大的应力,并使涂层更致密、更耐用。

离子束溅射(IBS)镀膜技术

当离子束溅射时,高能电场会加速离子束的产生,这个加速度给离子很大的动能。当与源材料碰撞时,离子束溅射出目标的原子。这些溅射靶离子(由于电离区的影响原子转变为离子)也具有动能,在与光学表面接触时会产生致密的薄膜。

等离子体溅射镀膜技术

等离子体溅射是一系列技术的总称,如先进的磁控溅射和等离子体溅射,不管该技术如何,包括等离子体的产生,等离子体中的离子被加速进入源材料,与松散的能量源离子碰撞,然后溅射到目标光学元件上。虽然不同类型的等离子溅射具有其独特的特性和优点和缺点,但是这种涂覆技术比本文所涉及的其它涂覆技术要小得多。

原子层沉积镀膜技术

与蒸发沉积不同,原子层沉积的源材料不需要从固体中蒸发,而是直接以气体的形式存在,尽管该技术使用气体,但是在真空室中仍然需要高温。在ALD过程中,气体前驱体通过非重叠脉冲传输,脉冲是自限幅的,该工艺具有独特的化学设计,每个脉冲仅粘附一层,并且对于光学部件的表面几何形状没有特殊要求,因此,这一工艺可以使我们控制涂层厚度和设计,但它会降低沉积速率。


参考文章


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