本發(fā)明涉及用于拍攝系統(tǒng)的雙通道濾波器，具體涉及一種雙通道濾波器及采用旋涂藍色染料制備雙通道濾波器的方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)的單通道濾波器一般要求如下光學(xué)特性：透射420～650nm的可見光，截止350～400nm的紫外光和700～1100nm的紅外光。迄今為止，實現(xiàn)這一特性的唯一辦法是依靠光學(xué)薄膜，但光學(xué)薄膜從干涉原理講勢必存在角度效應(yīng)，這會造成相同的物體由于進入拍攝系統(tǒng)的入射光角度不同而產(chǎn)生明顯的色彩漸變和亮度漸變，為此，必須使用一塊吸收型的藍玻璃或藍塑料來穩(wěn)定波長650nm處的透射-截止過渡波長，以消除角度效應(yīng)引起的波長漂移，從而消除圖像色差和亮度不勻。而在安防電視監(jiān)控等系統(tǒng)中，需要晝夜連續(xù)工作的可見-紅外拍攝系統(tǒng)，這種監(jiān)控拍攝系統(tǒng)不僅在銀行、金庫、博物館、檔案館、文獻庫、監(jiān)獄等部門得到了重要應(yīng)用，而且在道路交通和居民區(qū)等一般場合也得到了廣泛應(yīng)用，因此得到了全社會的青睞。這種系統(tǒng)由于存在可見和紅外兩個拍攝通道，故為區(qū)別單通道濾波器，人們常稱可見-紅外拍攝系統(tǒng)為雙通道濾波器。雙通道濾波器僅是在單通道濾波器的紅外截止區(qū)再構(gòu)筑一個窄的透射帶，以940nm透射帶為例，其透射帶寬約為40nm，而除940nm透射帶外，從700nm直至1200nm的整個傳感器響應(yīng)的紅外光區(qū)仍被充分截止，這種做法的實質(zhì)是：“關(guān)紅外光大門，開940nm小窗”。于是，在日光條件下，由于雙通道濾波器隔離了除940nm窄通帶外的所有紅外光，仍可免受寬波段紅外線的干擾而拍攝出清晰的可見光彩色圖像；而在夜間條件下，雙通道濾波器能透射940nm的紅外光，借助于940nm的led照明補光，獲得清晰的紅外黑白圖像。由于藍玻璃在紅外區(qū)具有一定的截止度，故不能用于雙通道濾波器，唯剩下藍塑料的光學(xué)特性可作為雙通道濾波器的基底使用，但是藍塑料基底具有明顯的缺點：(1)典型藍塑料基底的厚度僅0.1mm，雖可忽略平板像差，但卻帶來了雙通道濾光片應(yīng)力造成的基底變形；(2)藍塑料基底的剛性差，在圖像傳感器面積較大時應(yīng)用受到限制；(3)藍塑料是一種有機材料，而光學(xué)薄膜是無機材料，兩者很難附著，或者說，濾光片薄膜很難鍍到藍塑料基底上去。為此，工程技術(shù)人員一直期待著能找到一種性能優(yōu)良、價格便宜的其他新材料或新技術(shù)來替換現(xiàn)用雙通道濾波器的藍塑料基底。本發(fā)明提出用旋涂二胺類有機染料的玻璃作為基底來替換現(xiàn)用雙通道濾波器的藍塑料，由于二胺類有機染料價格便宜，加上旋涂法涂制成本低廉，而且能克服上述藍塑料存在的主要問題，因而受到了市場的青睞。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供了一種雙通道濾波器及采用旋涂藍色染料制備雙通道濾波器的方法，以用于安防電視監(jiān)控系統(tǒng)。由于這種旋涂藍色顏料(即二胺水藍染料或二胺哈瓦蘇藍玉染料)的玻璃基底能夠使濾波器的透射-截止過渡區(qū)的波長漂移減小到接近于零，而且機械、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因而可以替代現(xiàn)有雙通道濾波器中的藍塑料基底。藍塑料基底的功效是提供一個不隨光線入射角變化的穩(wěn)定的透射-截止過渡區(qū)，該過渡區(qū)中透射率為50％的波長約為650nm。因為這個透射-截止過渡區(qū)是由藍塑料基底的特征吸收形成的，所以這個透射率為50％處的波長650nm不會因目標(biāo)圖像的光線入射角變化而產(chǎn)生漂移，因而能使以不同入射角進入監(jiān)控拍攝鏡頭的圖像獲得均勻的彩色和相同的亮度。為了保持藍塑料濾波器穩(wěn)定透射-截止過渡區(qū)的功效，而又能避免其存在的缺陷，發(fā)明人提出了以下構(gòu)思：在玻璃基底一側(cè)用旋涂法涂上一層類似于藍塑料的有機染料來得到藍塑料濾波器穩(wěn)定過渡區(qū)的功能，控制玻璃基底的厚度使濾波器仍能忽略其平板像差，借助于玻璃基底的剛性克服濾波器的應(yīng)變和提高整個濾波器的剛性；為增強有機染料與無機超寬帶減反射膜之間的附著力，先在染料層上用真空鍍膜法鍍上一層粘附層，緊接著在粘附層上鍍制超寬帶減反射膜；然后在玻璃基底另一側(cè)用真空鍍膜法鍍制雙通道濾光片。基于以上構(gòu)思，第一步，首先需要尋找在650nm附近產(chǎn)生吸收過渡區(qū)而在紅外940nm透明的有機染料。由于藍塑料剛好在650nm產(chǎn)生了吸收過渡區(qū)而在紅外是透明的，我們知道，色坐標(biāo)與過渡波長具有對應(yīng)關(guān)系，所以可以用藍塑料的色坐標(biāo)或顏色作為參照來尋找新的材料。用這種方法，發(fā)明人找到了二胺水藍染料、二胺哈瓦蘇藍玉染料、pr那不勒斯藍染料、百利金4001綠松石染料等有機染料。其次是這些染料能否涂制成薄膜？本發(fā)明釆用最簡單的旋涂法制備染料薄膜，旋涂法的原理是由高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使染料溶膠由玻璃基底中央向周圍擴散而形成一層均勻的染料薄膜。其主要設(shè)備為勻膠機，通過控制勻膠時間、轉(zhuǎn)速、滴液量以及所用溶液的濃度、粘度、溫度等來控制染料薄膜的厚度。但是決定能否成膜的關(guān)鍵：一是玻璃基底與溶膠之間能否互相表面濕潤；二是玻璃基底與凝膠染料薄膜的膨脹系數(shù)是否接近，否則極易產(chǎn)生染料薄膜龜裂。實驗表明上述染料中以二胺水藍染料和二胺哈瓦蘇藍玉染料的成膜為更佳。第二步，為了增加有機染料與無機超寬帶減反射膜之間的附著力，在染料層上需要鍍制一層al0.6si0.7o2.3粘附層。粘附層釆用真空蒸發(fā)鍍膜，為了盡可能地增加附著力，但又不致破壞染料分子的結(jié)構(gòu)，選用低能離子輔助淀積al0.6si0.7o2.3粘附層。第三步，在粘附層上鍍制超寬帶減反射膜。由于本發(fā)明雙通道濾波器的工作波段為可見光通道和940nm通道，因此減反射帶寬應(yīng)為400nm直到950nm，相對于現(xiàn)有技術(shù)410～680nm的寬帶減反射膜，本發(fā)明的減反射膜可稱為超寬帶減反射膜。顯然，此種超寬帶減反射膜的設(shè)計制造是極具挑戰(zhàn)性的。第四步，在玻璃基底另一側(cè)表面設(shè)計制造雙通道濾光片。本發(fā)明的雙通道濾波器能透過400～650nm的可見光和940nm的紅外光，為了盡可能地增加信號光的亮度和減少背景光，抑制逆光條件下的鬼影和迷光，獲得高對比的優(yōu)質(zhì)畫面，本發(fā)明選用光譜帶寬盡可能窄、光強度盡可能高的940nmled燈，然后設(shè)計與led燈光譜帶寬完全匹配的940nm透射帶。對本發(fā)明的濾波器，940nm透射帶的帶寬約為40nm，除940nm透射帶外，從700nm直至1200nm的整個圖像傳感器光譜響應(yīng)區(qū)域均被截止。具體地說，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：一種雙通道濾波器，包括：玻璃基底；設(shè)置在所述玻璃基底一側(cè)表面上的藍色染料層；設(shè)置在所述藍色染料層上的粘附層；設(shè)置在所述粘附層上的超寬帶減反射膜；以及，設(shè)置在所述玻璃基底另一側(cè)表面上的雙通道濾光片。以下作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：本發(fā)明的玻璃基底包括k系列冕玻璃、b270玻璃、borofloat玻璃或d263t玻璃，玻璃基底任一側(cè)表面上的藍色染料層可采用二胺水藍染料或二胺哈瓦蘇藍玉染料，藍色染料層上的粘附層由氧化鋁和氧化硅的混合單層膜組成，粘附層上的超寬帶減反射膜由高折射率膜和低折射率膜兩種材料交替組成，以及，玻璃基底另一側(cè)表面上的雙通道濾光片由玻璃基底向外依次設(shè)置的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系組成。所述的藍色染料層的的厚度為500nm～2000nm；進一步優(yōu)選，所述的藍色染料層的的厚度為800nm～1200nm。所述的粘附層為由氧化鋁和氧化硅摩爾混合比為3：7構(gòu)成的al0.6si0.7o2.3混合單層膜，即所述的粘附層為al0.6si0.7o2.3混合單層膜。所述的超寬帶減反射膜由高折射率膜和低折射率膜交替組成，所述的高折射率膜為ti3o5膜，所述的低折射率膜為mgf2。所述的超寬帶減反射膜總層數(shù)共為10層，靠近粘附層的第一層為ti3o5高折射率膜層，第二層為mgf2低折射率膜層，依次交替，厚度依次為5.6，52.6，19.6，33.2，39.5，7.3，79.1，21.5，22.8，108.3，單位為nm。所述的雙通道濾光片包括：由玻璃基底向外依次設(shè)置的匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系；所述的匹配膜系和第一主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替組成，所述的第二主膜系由高折射率膜、中間折射率膜和低折射率膜組成；所述的高折射率膜為ti3o5膜，中間折射率膜為hfo2膜，低折射率膜為sio2膜。所述的雙通道濾光片的總層數(shù)為52層，其中，所述的匹配膜系層數(shù)為8層，從玻璃基底向外各膜層的厚度依次為：24.9，15.6，51.1，173，42.4，36.1，12.6，96.8,單位為nm，奇數(shù)層為高折射率膜ti3o5，偶數(shù)層為低折射率膜sio2；第一主膜系為12層，從匹配膜系向外各膜層的厚度依次為：86.2，136，78.8，135.6，77.7，136.4，78.2，136.3，79.5，139.9，88.2，184.5，單位為nm，奇數(shù)層為高折射率膜ti3o5，偶數(shù)層為低折射率膜sio2；第二主膜系層數(shù)為32層，從第一主膜系向外各膜層的厚度依次為：15.1，49.2，56.4，72.1，64.2，73.6，51.5，85.4，193.3，15.1，103.9，185.1，39.7，88.4，171.4，89.9，35.3，174，116.8，3.8，167.4，66.9，32.5，74.3，173.6，49.3，68.5，50.6，157.6，35.6，82.6，82.5，單位為nm，在第二主膜系中，第1、3、7、10、14、16、20、23、27、31層為高折射率膜ti3o5，第5、9、12、15、18、21、25、29、32層為低折射率膜sio2，其余為中間折射率膜hfo2。進一步地，高折射率膜ti3o5在波長550nm的折射率為2.426，中間折射率膜hfo2在波長550nm的折射率為1.994，低折射率膜mgf2在波長550nm的折射率為1.38，低折射率膜sio2在波長550nm的折射率為1.460。一種采用旋涂藍色染料制備雙通道濾波器的方法，包括以下步驟：1)在玻璃基底采用旋涂法涂制藍色染料層；2)釆用真空鍍膜法并結(jié)合低能離子輔助淀積粘附層；所述的低能離子輔助淀積的條件為束壓350v～500v，束流300ma～500ma；3)釆用真空鍍膜法并結(jié)合高能離子輔助淀積超寬帶減反射膜和雙通道濾光片；所述的高能離子輔助淀積的條件為：束壓700v～900v，束流700ma～900ma。步驟1)中，旋涂法采用二胺水藍染料或二胺哈瓦蘇藍玉染料。步驟2)中，所述的低能離子輔助淀積的條件為：束壓350v～450v，束流350ma～450ma。進一步優(yōu)選，所述的低能離子輔助淀積的條件為：束壓400v，束流400ma。步驟3)中，所述的高能離子輔助淀積的條件為：束壓750v～850v，束流750ma～850ma。進一步優(yōu)選，所述的高能離子輔助淀積的條件為：束壓800v，束流800ma。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1.現(xiàn)有技術(shù)所用的藍塑料基底能為雙通道濾波器提供一個不隨光線入射角而變化的波長650nm附近的透射-截止過渡區(qū)，但是，如前所述，藍塑料基底易導(dǎo)致鍍膜應(yīng)變，且由于剛性差，不能用于面積較大的圖像傳感器。本發(fā)明提出的一種用旋涂有機染料薄膜的玻璃基底由于同樣具備藍塑料穩(wěn)定透射-截止過渡區(qū)的功能，因而能夠在雙通道濾波器中取代現(xiàn)有技術(shù)的藍塑料，除了藍塑料基底的有機-無機材料的附著性差的缺點在本發(fā)明的旋涂有機染料層上依然存在外，藍塑料其余的應(yīng)變大和剛性差等缺陷都可借助于玻璃的優(yōu)良剛性得到解決。而有機-無機材料的附著性缺陷可借助于低能離子輔助淀積的具有高錨泊能的al0.6si0.7o2.3粘附層得到緩解。本發(fā)明具有旋涂有機染料薄膜的玻璃基底由于染料和玻璃都很廉價，成本比藍塑料更低；同時可以克服藍塑料應(yīng)變和剛性方面的缺陷，因此性能比藍塑料更佳。本發(fā)明的這一技術(shù)為雙通道低通濾波器提供了一個顛覆性的進展。2.現(xiàn)有技術(shù)的減反射膜帶寬最常見的是可見光區(qū)410nm～680nm，若用b表示減反射膜帶寬，則b＝λmax/λmin，其中λmax是減反射波長區(qū)的最大波長，λmin是最小波長，于是，得到現(xiàn)有技術(shù)的減反射膜帶寬b＝1.66。本發(fā)明的雙通道濾波器要求減反射波長從400nm直到950nm，得到超寬帶減反射膜帶寬b＝2.38。對這種超寬帶減反射膜的設(shè)計是非常困難的，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，首先，增加兩種薄膜材料的折射率差和選擇盡可能低的最外層折射率是至關(guān)重要的，所以在本發(fā)明中選擇最高折射率的ti3o5作為高折射率膜h，選擇最低折射率的mgf2作為第一低折射率膜l1。其次，選擇適當(dāng)?shù)某跏冀Y(jié)構(gòu)，對獲得優(yōu)良的超寬帶減反射性能也十分重要，與現(xiàn)有技術(shù)的寬帶減反射膜不同，增加中間折射率的第三種材料，甚至第四種材料對超寬帶減反射膜達到最大帶寬和最低反射率并無作用，釆用多種材料并不比兩種材料更具優(yōu)越性，基板折射率與達到的最大帶寬和最低反射率也沒有直接的關(guān)系，因此，本發(fā)明構(gòu)建了10層膜g|(0.3h0.3l1)40.3hl1|a作為初始結(jié)構(gòu)，其中g(shù)為基底，a為空氣。這為創(chuàng)建超寬帶減反射膜提供了新的設(shè)計思想。3.現(xiàn)有技術(shù)的雙通道濾光片常為透過420～650nm的可見光和850nm的紅外光，截止除上述雙通道外的從350-1100nm的其余輻射光。為了盡可能地增加光亮度和減少背景光，抑制逆光條件下的鬼影和迷光，獲得高對比的優(yōu)質(zhì)畫面，本發(fā)明的雙通道濾光片設(shè)計為透過400～650nm的可見光和940nm的紅外光，截止除上述雙通道外的從350-1200nm的其余輻射光。這樣的改進可獲得如下效果：1).選用波長940nm的led燈代替波長850nm的led燈，以消除850nmled燈的紅暴問題，從而使監(jiān)控系統(tǒng)更隱蔽。2).把可見光的透射帶從420～650nm擴展為400～650nm，紅外區(qū)截止波長從1100nm擴展到1200nm，以進一步改善圖像質(zhì)量。理由是：第一，充分利用圖像傳感器的光譜響應(yīng)波段400～420nm的光參與可見光成像；第二，完全截止圖像傳感器具有光譜響應(yīng)的1100～1200nm的紅外光對可見光彩色圖像和紅外940nm黑白圖像的干擾?，F(xiàn)有技術(shù)尚做不到這一點，原因是波長1200nm的高級次干涉截止帶恰好位于385～420nm，故設(shè)計人員無奈只能讓可見區(qū)透射帶向長波移到420nm，同時讓紅外區(qū)截止波長縮短到1100nm。本發(fā)明的雙通道濾波器可以增加圖像拍攝亮度、減少背景光，抑制逆光條件下的鬼影和迷光，因而為獲得高對比的優(yōu)質(zhì)畫面創(chuàng)造了條件。附圖說明圖1是單通道濾波器和雙通道濾波器的光學(xué)特性對比示意圖；其中，(a)為單通道濾波器的光學(xué)特性，(b)為雙通道濾波器的光學(xué)特性；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的藍塑料基底的透射光譜曲線圖；圖3是本發(fā)明具有旋涂染料層的玻璃基底的透射光譜曲線圖；圖4是旋涂勻膠機的工作原理圖；圖5是本發(fā)明的雙通道濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明超寬減反射膜的反射光譜曲線圖；圖7是本發(fā)明雙通道濾光片每層膜的膜厚和折射率的對應(yīng)關(guān)系圖；圖8是本發(fā)明雙通道濾光片的分光透射特性曲線；圖9是本發(fā)明的雙通道濾波器的最終分光透射特性曲線。具體實施方式圖1是單通道濾波器和雙通道濾波器的光學(xué)特性對比示意圖，其中，(a)為單通道濾波器的光學(xué)特性，(b)為雙通道濾波器的光學(xué)特性。單通道濾波器一般要求特性如下：透射420～650nm的可見光，截止700～1100nm的近紅外光。雙通道濾波器一般要求特性如下：透射400～650nm的可見光和940nm(或850nm)的紅外光，截止除940nm(或850nm)通帶以外的700～1200nm的其他紅外光。兩種濾波器的重要區(qū)別在于：(1)由透射420～650nm的單通道變?yōu)橥干?00～650nm和940nm(或850nm)的雙通道，940nm的透射帶寬約為40nm，使其實現(xiàn)日夜兼用的目的，其中可見光通道獲取彩色圖像，紅外光通道獲取黑白圖像；(2)可見光透射帶由420～650nm擴展為400～650nm，不僅可減小彩色圖像的偏色，而且可增加光能利用率、提高圖像對比度和清晰度；(3)長波截止區(qū)從1100nm擴展到1200nm，以減小紅外光干擾，提高圖像對比度和清晰度。圖2是現(xiàn)有雙通道濾波器的藍塑料基底(型號為flxl100aa，日本jsr生產(chǎn))的透射光譜曲線圖。藍塑料基底的厚度雖只有0.1～0.2mm，但其650nm附近具有一個較好陡度的透射-截止過渡區(qū)，而且該過渡區(qū)不會隨入射角變化而漂移，所以可以克服因不同入射角引起的色彩漸變和亮度漸變；此外，藍塑料基底在紅外區(qū)的透射率很高，這為用于雙通道濾波器創(chuàng)造了基本條件。不足的是，藍塑料基底應(yīng)變太大、剛性太差，限制其廣泛應(yīng)用。為此，本發(fā)明提出在剛性很好的玻璃基底表面用旋涂法涂上一層類似于藍塑料的有機染料，以取代藍塑料。圖3是本發(fā)明具有旋涂染料層的玻璃基底的透射光譜曲線圖。從圖3可以看出，旋涂染料層的透射光譜曲線類似于圖2的藍塑料的透射光譜曲線，這是因為它們都屬于有機塑料，產(chǎn)生特征吸收的機理基本相同，所以吸收帶的形狀也頗為相似。于是，一方面，借助于旋涂在玻璃基底上的有機染料層仍能保持藍塑料濾波器具有穩(wěn)定的過渡區(qū)功能；另一方面，借助于玻璃基底的優(yōu)良剛性，若控制其厚度為0.1mm左右，由于染料層的厚度大約為1000nm左右，相對于玻璃基底幾乎可以忽略，則可以像藍塑料基底一樣仍能忽略平板像差，但卻可以克服藍塑料應(yīng)變太大和剛性太差的缺陷。當(dāng)然，與藍塑料基底類似，為了克服有機-無機材料表面附著力差的問題，增強有機染料與無機超寬帶減反射膜之間的附著力，有必要先在染料層上用真空鍍膜法鍍上一層粘附層，緊接著在粘附層上鍍制超寬帶減反射膜。用旋涂法涂制染料層的原理可簡單地描述為：由高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使染料溶膠液膜由玻璃基底中央向周圍擴散而形成一層均勻的染料薄膜。旋涂法的主要設(shè)備為勻膠機，圖4是旋涂勻膠機的工作原理圖，從圖4可見，染料溶膠噴嘴1向玻璃基底2中央噴出溶膠，借助于真空泵5的吸力而被緊緊固定在托盤3上的玻璃基底2通過轉(zhuǎn)軸4進行高速旋轉(zhuǎn)，溶膠在離心力和伴隨離心力產(chǎn)生的剪切力的作用下在玻璃基底上徑向鋪展，薄膜厚度在30nm～2000nm之間精確可控，設(shè)備簡單、易于操作，具備優(yōu)良的性價比。旋涂工藝涉及許多物化過程，主要性能參數(shù)包括涂膜面積和薄膜厚度，隨著薄膜的鋪展和厚度的減薄，液膜中的溶劑揮發(fā)成為染料層變薄的一個重要因素，所以高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速、溶劑的粘度和揮發(fā)速率等操作參數(shù)都是控制染料層厚度的關(guān)鍵。此外，多步旋涂可以提升旋涂法工藝控制的靈活性和控制精度；勻膠后在大氣中自然干燥可確保染料層沒有裂紋。圖5是本發(fā)明的雙通道濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括玻璃基底6和設(shè)置在玻璃基底一側(cè)表面上的染料層7、粘附層8以及超寬帶減反射膜9。玻璃基底包括k系列冕玻璃、b270玻璃、borofloat玻璃或d263t玻璃等。染料層包括二胺水藍染料或二胺哈瓦蘇藍玉染料(本實施例中具體采用日本觸媒公司的ae-7)，并釆用旋涂法涂制。為了增強有機染料層與無機超寬帶減反射膜之間的附著力，需在有機染料層上用真空鍍膜法先鍍置一層氧化鋁和氧化硅的混合單層膜，即al0.6si0.7o2.3粘附層8，由于al0.6si0.7o2.3混合膜的折射率約為1.50，與玻璃和染料的折射率極其接近，所以其厚度對光學(xué)特性的影響幾乎可以忽略，為確保附著功能，本發(fā)明取al0.6si0.7o2.3膜的厚度為100nm；另外，雖說al0.6si0.7o2.3的附著能比較大，但因它畢竟是鍍在有機染料上，故蒸鍍時需要離子輔助，以增強al0.6si0.7o2.3膜的錨泊能，又因染料層比較嬌嫩，故釆用束壓400v、束流400ma的低能離子輔助。鍍了這層粘附層后，緊接著就可在粘附層上鍍制超寬帶減反射膜9，超寬帶減反射膜由高折射率膜ti3o5和第一低折射率膜mgf2兩種材料交替組成，具體各層膜的厚度和折射率見下面闡述。然后再在玻璃基底另一側(cè)表面上鍍制雙通道濾光片10，雙通道濾光片由玻璃基底向外依次設(shè)置的匹配膜系11、第一主膜系12和第二主膜系13組成，其中匹配膜系和第一主膜系由高折射率膜ti3o5和第二低折射率膜sio2交替組成，第二主膜系由高折射率膜ti3o5、中間折射率膜hfo2和第二低折射率膜sio2組成，雙通道濾光片各層膜的厚度和折射率亦見下面闡述。釆用真空鍍膜法并結(jié)合高能離子輔助淀積超寬帶減反射膜和雙通道濾光片，高能離子輔助淀積的條件為：束壓800v，束流800ma減反射膜是工程
技術(shù)領(lǐng)域：
應(yīng)用最廣泛的一種薄膜，現(xiàn)有技術(shù)的減反射膜帶寬最常見的是可見光區(qū)410nm～680nm，典型的標(biāo)準(zhǔn)膜系由3～4種薄膜材料組成的四分之一波長膜厚和二分之一波長膜厚的多層膜，其減反射帶寬和最低反射率顯著地取決于玻璃基底的折射率。若用b表示其減反射膜帶寬，則b＝λmax/λmin，其中λmax是減反射波長區(qū)的最大波長，λmin為最小波長，于是，得到現(xiàn)有技術(shù)的減反射膜帶寬b＝1.66，這基本上是現(xiàn)有減反射膜能達到的最寬帶寬。本發(fā)明的雙通道濾波器要求減反射波長從400nm直到950nm，超寬帶減反射膜帶寬要求b＝2.38。對這種超寬帶減反射膜的設(shè)計是非常困難的，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)：1).增加兩種薄膜材料的折射率差和選擇盡可能低的最外層折射率是最重要的設(shè)計參數(shù)，所以在本發(fā)明中選擇最高折射率的ti3o5作為高折射率膜h，選擇最低折射率的mgf2作為第一低折射率膜l1。2).選擇適當(dāng)?shù)某跏冀Y(jié)構(gòu)，對獲得優(yōu)良的超寬帶減反射性能十分重要，與現(xiàn)有技術(shù)的寬帶減反射膜不同，增加中間折射率的第三種材料，甚至第四種材料對超寬帶減反射膜達到最寬帶寬和最低反射率并無作用，釆用多種材料并不比兩種材料更具優(yōu)越性。3).基板的折射率與達到的減反射帶寬和最低反射率也沒有直接的關(guān)系。可見，現(xiàn)有寬帶減反射膜設(shè)計理論已不適用于超寬帶減反射膜設(shè)計，因此，本發(fā)明提出了10層膜g|(0.3h0.3l1)40.3hl1|a作為初始結(jié)構(gòu)，其中g(shù)為玻璃基底，a為空氣，h和l1分別為ti3o5和mgf2，其折射率分別為2.426和1.38。經(jīng)商用程序tfcal優(yōu)化，最終得到：靠近粘附層的第一層為ti3o5高折射率膜，第二層為mgf2第一低折射率膜，依次交替，厚度依次為5.6，52.6，19.6，33.2，39.5，7.3，79.1，21.5，22.8，108.3，單位為nm。圖6是本發(fā)明超寬減反射膜的反射光譜曲線圖，由圖6可知，在第一通道400～650nm的波長范圍內(nèi)平均反射率為0.27％，而考慮同時用于850nm或940nm的第二通道830～960nm的波長范圍內(nèi)平均反射率為0.21％，而未鍍減反射膜時的反射率約為4.2％，減反射效果顯著。這為創(chuàng)建超寬帶減反射膜提供了一種新的設(shè)計思想。至此，設(shè)置在玻璃基底一側(cè)表面上的染料層、染料層上的粘附層以及粘附層上的超寬帶減反射膜已全部完成。最后是設(shè)計制造設(shè)置在玻璃基底另一側(cè)表面上的雙通道濾光片。據(jù)前所述，本發(fā)明的雙通道濾光片設(shè)計分為三步：第一步先設(shè)計透射400～650nm、截止700～900nm的短波通膜，第二步再設(shè)計透射400～650nm和940nm、截止1000～1200nm的短波通膜，進而，第三步把第一步和第二步的兩個設(shè)計合并起來得到透射400～650nm和940nm的雛形雙通道濾光片，最后用tfcal商用薄膜設(shè)計軟件作厚度優(yōu)化，直至獲得滿足要求的雙通道濾光片。圖7是本發(fā)明經(jīng)優(yōu)化的雙通道濾光片每層膜的膜厚和折射率的對應(yīng)關(guān)系圖。從圖7可以看出，雙通道濾光片由匹配膜系、第一主膜系和第二主膜系三部分組成，其中匹配膜系和第一主膜系由高折射率膜ti3o5和第二低折射率膜sio2交替組成，第二主膜系由高折射率膜ti3o5、中間折射率膜hfo2和第二低折射率膜sio2三種材料組成。高折射率膜ti3o5在波長550nm的折射率為2.426，中間折射率膜hfo2的折射率為1.994，第二低折射率膜sio2的折射率為1.460。匹配膜系共8層，用于匹配玻璃基底和二個主膜系之間的光學(xué)導(dǎo)納。第一主膜系共12層，主要構(gòu)成400～650nm的可見光透射帶和700～900nm的截止帶，并提供940nm透射帶的短波側(cè)過渡區(qū)。第二主膜系共32層，主要提供940nm透射帶的長波側(cè)過渡區(qū)，從而構(gòu)成940nm透射帶，并形成1000～1200nm的截止帶。雙通道濾光片各層膜的設(shè)計參數(shù)列于表1。表1續(xù)表112131415161718192021222324sio2ti3o5sio2ti3o5sio2ti3o5sio2ti3o5sio2ti3o5hfo2ti3o5hfo21.462.4261.462.4261.462.4261.462.4261.462.4261.9942.4261.994135.677.7136.478.2136.379.5139.988.2184.515.149.256.472.1續(xù)表125262728293031323334353637sio2hfo2ti3o5hfo2sio2ti3o5hfo2sio2hfo2ti3o5sio2ti3o5hfo21.461.9942.4261.9941.462.4261.9941.461.9942.4261.462.4261.99464.273.651.585.4193.315.1103.9185.139.788.4171.489.935.3續(xù)表138394041424344454647484950sio2hfo2ti3o5sio2hfo2ti3o5hfo2sio2hfo2ti3o5hfo2sio2hfo21.461.9942.4261.461.9942.4261.9941.461.9942.4261.9941.461.994174116.83.8167.466.932.574.3173.649.368.550.6157.635.6續(xù)表15152ti3o5sio2空氣2.4261.461.082.682.5圖8是本發(fā)明雙通道濾光片的分光透射特性曲線。該曲線是按表1例示的結(jié)構(gòu)計算的，作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，達到的性能為：紫外區(qū)300～380nm的平均透射率為1.5％，可見光區(qū)400～650nm的平均透射率為98.7％，近紅外區(qū)700～900nm的平均透射率為0.76％，920～955nm的平均透射率為98.5％，1000～1200nm的平均透射率為0.54％。圖9是本發(fā)明的整個雙通道濾波器的最終分光透射特性曲線圖，該特性曲線是由圖3旋涂染料層的玻璃基底、圖6的超寬減反射膜和圖8的雙通道濾光片合成得到的，由于本發(fā)明不僅具有優(yōu)良的超寬帶減反射特性，而且具有誘導(dǎo)染料層透射的功能，所以最終濾波器可見光通道和紅外通道的透射率都非常高，特別是可見光通道，明顯高于圖3旋涂染料層的透射率。結(jié)果表明：在第一通道波長區(qū)400～650nm，tave＝88.4％，而中心波長區(qū)430～600nm，tave＝95.2％；在第二通道波長區(qū)920～960nm，tave＝96.6％；在紫外截止區(qū)350～390nm,tave＝1.61％；在紅外第一截止區(qū)670～890nm，tave＝0.37％；在紅外第二截止區(qū)980～1200nm，tave＝0.65％。以上光學(xué)特性已優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的藍塑料基底濾波器，特別在波長450nm附近，透射率從藍塑料基底濾波器的88％上升到本發(fā)明的94.3％。實際使用表明，該特性完全滿足日夜兼用的攝像要求，色彩漸變和亮度漸變基本消除，由于拍攝亮度進一步改善，雜光得到進一步抑制，因而可獲得更加清晰的可見光彩色圖像和紅外黑白圖像。本發(fā)明的具有旋涂染料層的玻璃基底及其雙通道濾波器在安防電視系統(tǒng)和手機拍攝系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前第1頁12