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滤光片技术详解和应用参数

日期:2020-09-20 15:21
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摘要:滤光片技术详解和应用参数

滤光片技术详解和应用参数


OLPF光学低通滤光片

OLPF全名是 Optical lowpass filter,即光学低通滤光片,主要工作用来过滤输入光线中不同频率波长光讯号,以传送至CCD,并且避免不同频率讯号干扰到CCD对色彩的判读。OLPF对于假色(false colors)的控制上有显著的影响,假色的产生主要来自于密接条纹、栅栏或是同心圆等主体影像,色彩相近却不相同,当光线穿过镜头抵达CCD时,由于分色马赛克滤光片仅能分辨25%的红与蓝色以及50%的绿色,再经由色彩处理引擎运用数据差值运算整合为完整的影像。

因为先天上色彩资料短缺,CCD根本无法判断密接条纹相邻色彩的参数,终于导致引擎判断错误输出错误的颜色。由于细条纹的方向不同,需用相对应角度的光学低通滤波晶片加以消除,又因为不同型号的CCD摄像机与 CMOS图象传感器在规格上有些差异,为针对不同的型号及同时兼顾不同方向所产生的干扰杂音,需用不同厚度、片数、角度组合的OLPF的设计,以提高取象品质。

IR-CUT双滤光片切换的作用

IR-CUT双滤光片的使用可以有效解决双峰滤光片产生问题。IR-CUT双滤光片由一个红外截止滤光片和一个全光谱光学玻璃构成,当白天的光线充分时红外截止滤光片工作,CCD还原出真实彩色,当夜间光线不足时,红外截止滤光片自动移开,全光谱光学玻璃开始工作,使CCD充分利用到所有光线,从而大大提高了低照性能。

IR CUT双滤光片专为 CCD摄影机修正偏色、失焦的问题,促使撷取影像画面不失焦、不偏色,红外夜视更通透,解决红外一体机,日夜图像偏色影响,能够过滤强光让画面色彩纯美更柔和、达到人眼视觉色彩一致。

普通日夜型摄象机使用能透过一定比例红外光线的双峰滤片,其优点是成本低廉,但由于自然光线中含有较多的红外成份,当其进入CCD后会干扰色彩还原,比如绿色植物变得灰白,红色衣服变成灰绿色等等(有阳光室外环境尤其明显)。深圳纳宏光电技术有限公司是一家专业生产精密光学滤光片的厂家。在夜间由于双峰滤光片的过滤作用,使CCD不能充分利用所有光线,其低照性能难以令人满意。

使用和不使用OLPF滤光片的不同效果比较

CCD摄相头与红外光

用光学低通滤波器OLPF应注意的问题

提请注意的是,OLPF使用不当时会发生下列问题:

(1)当镜头的解析度高于CCD图象传感器的解析度时,在看到较高频(超过CCD解析度的部分)的影象时,画面上将会产生杂讯,使用适当的 OLPF就能将高频所产生的杂讯消除;若使用不适当的 OLPF,则会造成解析度降低或是杂讯太多。

(2)当镜头的解析度不够,则CCD图象传感器的解象力就完全无法发挥,此时OLPF的功能将会大减,解析度有可能会降低。一般,客户重视解析度,则采用较薄的OLPF晶片;若客户重视消除杂讯的效果,则采用较厚的 OLPF晶片。对高阶影像产品,可采用四片式;中阶产品则可采用二片(或三片)式;低阶产品则为单片式。




使用了透红外滤光片的拍摄效果

使用了红外截止滤光片的拍摄效果

红外光及其用途

红外辐射IR light,IR radiation是波长大于红色光波长的一定范围的电磁辐射,波长为780~106nm,分为近红外(代号IR-A,波长780~1500nm,NIR)、中红外(IR-B,1500~6000nm,MIR)、远红外(IR-C,6000~14000nm,FIR)3个波段。相应的红外光源分别称之为近红外、中红外和远红外光源。红外光源常用于加热、理疗、夜视、通讯、导航、植物栽培和禽畜饲养等。红外光是英国科学家赫歇尔1800年在实验室中发现的.它是波长比红外长的电磁波,具有明显的热效应,使人能感觉到而看不见.科学家发现,一定波长的光(可见光或不可见光)照射到某些金属等材料表面时,金属等材料会发射电子流,称为光电效应.

滤光片术语

入射角度:入射光线和滤光片表面法线之间的夹角。当光线正入射时,入射角为0°。

光谱特性:滤光片光谱参数(透过率T,反射率R,光密度OD,位相,偏振状态s,p等相对于波长变化的特性)。

中心波长:

带通滤光片

的中心称为中心波长(CWL)。通带宽度用*大透过率一半处的宽度表示(FWHM),通常称为半宽。

有效孔径:光学系统中有效利用的物理区域。通常于滤光片的外观尺寸相似,同心,尺寸略小些。

截止位置/前-后:cut-on对应光谱特性从衰减到透过的 50%点,cut-off对应光谱特性从透过到衰减的50%点。有时也可定义为峰值透过率的5%或者10%点。

公差Tolerance::任何产品都有制造公差。以带通滤光片为例,中心波长要有公差,半宽要有公差,因此定购产品时一定要标明公差范围。滤光片实际使用过程中并非公差越小越好,公差越小,制造难度越大,成本越高。用户可以根据实际需要,提出合理公差范围。

长波通滤光片

:干涉截止滤光片要求某一波长范围的光束高透过,而偏离这一波长区域的光束骤然变成高反射(或称抑制).它有着广泛的应用,通常我们把抑制短波区透射长波区的滤光片称长波通滤光片,相反为

短波通滤光片通过成核剂以及结晶剂和玻璃纤维增强的改进,PET除了具有 PBT的性质外,还有以下的特点:

1.热变形温度和长期使用温度是热塑性通用工程塑料中*高的;

2.因为耐热高,增强 PET在 250℃的焊锡浴中浸渍10s,几乎不变形也不变色,特别适合制备锡焊的电子、电器零件;

3.弯曲强度 200MPa,弹性模量达4000MPa,耐蠕变及疲劳性也很好,表面硬度高,机械性能与热固性塑料相近;

4.由于生产 PET所用乙二醇比生产 PBT所用丁二醇的价格几乎便宜一半,所以PET树脂和增强 PET是工程塑料中价格是*低的,具有很高的性价比。抗反射滤光片的功能用来减少光的反射及增加穿透强度。只要希望增强光线穿透强度的地方,都有它的存在。由于各种片材广泛用于显示系统的屏幕前做表面防护,表面存在着10%左右的反射率,形成环境反射现象,使整个系统的显示水平下降。本公司提供各种规格的减反光塑胶片材,反射率由原来的10%下降到1%,是显示屏保护窗口的理想选择。

减反射膜(增透膜)工作原理

光具有波粒二相性,即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把他理解成一束高速运动的粒子(注意,这里可千万别把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。它们都是微观上来讲的。红光波的波长=0.750微米紫光波长=0.400微米。而一个光子的质量是 6.63E-34千克.如此看来他们都远远不是我们所想想的那种宏观波和粒子.)增透膜的原理是把光当成一种波来考虑的,因为光波和机械波一样也具有干涉的性质。在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",微溶于水),如果膜的厚度等于红光(注意:这里说的是红光)在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了.为什么我从来没有看到没有反光的镜头?原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色,而膜的厚度是唯壹的,所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头,一般情况下都是让绿光全部进入的,这种情况下,你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色,因为这反射光中已经没有了绿光。膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。

定义及其设计:

二十世纪三十年代发现的增透膜促进了薄膜光学的早期发展.对于技术光学的推动来说,在所有的光学薄膜中,增透膜也起着*重要的作用.直至今天,就其生产的总量来说,它仍然超过所有其他的薄膜因此,研究增透膜的设计和制备教术,对于生产实践有着重要的意义.

我们都知道,当光线从折射率n0的介质射入折射率为 n1的另一介质时,在两介质的分界面上就会产生光的反射.如果介质没有吸收,分界面是一光学表面,光线又是垂直入射,则反射率R为透射率为

例如,折射率为1。52的冕牌玻璃,每个表面的反射约为 4.2%左右。折射率较高的火石玻璃,则表面反射更为显著.这种表面反射造成了两个严重的后果:光能量损失,使象的亮度降低;表面反射光经过多次反射或漫射,有一部分成为杂散光,*后也到达象平面,使象的衬度降低,从而影响系统的成象质量,特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统,都包台了很多个与空气相邻的表面,如不敷上增透膜将完全不能应用。目前已有很多不同类型的增透膜可供利用.以满足技术光学领域的极大部分需要.可是复杂的光学系统和激光光学,对减反射性能往往有特殊严格的要求.例如.大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射,以避免敏感元件受到不需要的反射的破坏.此外,宽带增透膜提高了象质量、色平衡和作用距离,而使系统的全部性能增强.因此,生产实际的需要促使了减反射膜的不断发展.

在比较复杂的光学系统中,入射光的能量往往因多次反射而损失。例如,上等照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射损失的光能约占入射光能的一半,同时反射的杂散光还要影响成像的质量。为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时所引起的损失,常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜(常用氟化镁MgF2,其折射率为1.38,介于玻璃与空气之间),利用薄膜的干涉使反射光能减到*小,这样的薄膜称为增透膜。

现在我们来看一下简单的单层增透膜。设膜的厚度为e,当光垂直入射时,薄膜两表面反射光的光程差为 2ne,由于在膜的上、下表面反射时都有相位突变,结果没有附加的相位差,两反射光干涉相消时应满足:

单层增透膜

膜的*小厚度应为(相应于k=0)

由于反射光相消,因而透射光加强。

单层增透膜只能使某个特定波长λ的光尽量减少反射,对于相近波长的其他反射光也有不同程度的减弱,但不是减到*弱,对于一般的照相机和目视光学仪器,常选人眼*敏感的波长λ=550nm作为“控制波长”,在白光下观看此薄膜的反射光,黄绿色光*弱,红光蓝光相对强一些,因此镜面呈篮紫色。有些光学器件需要减少其透射率,以增加反射光的强度。如氦氖激光器中的谐振腔反射镜,要求对波长λ=632.8nm的单色光的反射率达 99%以上。如果把低折射率的膜改成同样厚度的高折射率的膜,则薄膜上下表面的两反射光使干涉加强,这就使反射光增强了,而透射光就减弱,这样的薄膜就是增反膜或高反射膜。一般的单层增反膜可使反射率提高到30%以上,而多层增反膜可以提高的更多。由于这种介质膜对光的吸收很少,所以比镀银、镀铝的反射镜效果更佳。

上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件 的高科技企业,公司成立2005年,专业的光电镀膜公司,公司产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工;光学透镜、反射镜、棱镜等光学镀膜产品的开发和生产,为全球客户提供上等的产品和服务。

采用德国薄膜制备工艺,形成了一套具有严格工艺标准的闭环式流程技术制备体系,能够制备各种超高性能光学薄膜,包括红外薄膜、增透膜,ARcoating, 激光薄膜、特种薄膜、紫外薄膜、x射线薄膜,应用领域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、医用激光器、红外制导、面部识别、VR/AR应用,博物馆,低反射橱窗玻璃,画框等。