[发明专利]一种低通滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高像素图像传感器用的低通滤波器，属于光学领域，主要应用于高像素的单反相机、微单相机、智能手机和平板电脑等数码产品。

背景技术

随着数码影像技术的迅速发展，图像传感器CCD或CMOS的像元数不断增加，像元尺寸越来越小，图像分辨率越来越高。目前市场主流图像传感器的像元尺寸为3～10微米，分辨率达到千万级像素。随着像元尺寸的变小，分辨率的提高，对高像素图像传感器用的低通滤波器要求也越来越苛刻。

高像素图像传感器用的低通滤波器主要功能可描述如下：作为数码影像系统的图像传感器CCD或CMOS是一种Si基的离散像素光电探测器，其光敏感波长区约为400nm到1100nm。在此波长区中，人眼能看到的主要是波长420～650nm的可见光；而从700～1100nm的光人眼是看不见的，称为近红外光。由于CCD和CMOS的光敏感波长区为400～1100nm，这就是说，图像传感器能同时对可见光和近红外光成像，但这两幅图像人眼看起来是不一样的，如果不把近红外光滤掉，那么可见光图像和近红外光图像就会叠在一起，图像就变模糊了。而我们人眼本来就只能看到可见光图像，没有必要看到传感器感受到的近红外光图像，这就是滤波器要截止近红外光的理由之一；其次，近红外光是一种热光，会致传感器产生热噪声，最终使图像分辨率和对比度变差，这是滤波器要截止近红外光的理由之二。此外，波长小于400nm的紫外光虽然不会使传感器感受出图像，但由于紫外光的光子能量高，长期照射会降低传感器的使用寿命，故滤波器还必须具有截止紫外光的功能。目前截止近红外光和紫外光的办法都是采用光学干涉薄膜，但光学干涉薄膜从原理上讲势必会存在角度效应，即相同颜色的物体由于进入图像传感器的角度不同会产生明显的色差，故滤波器必须用蓝玻璃来稳定透射-截止过渡波长，以消除图像色差。更为甚者，在用影像系统获取目标图像时，图像传感器的高频成分会反射到基频成分中，造成所谓莫尔条纹，这时，图像将产生周期性的频谱交叠混淆，甚至出现伪彩色条纹，严重影响图像清晰度和对比度，这在高像素图像传感器中是绝对不容许的。目前，消除这种莫尔条纹的方法主要是采用双折射晶体。从上可知，高像素图像传感器用的低通滤波器的功能主要有三个方面：截止近红外光和紫外光、稳定透射-截止过渡波长和消除莫尔条纹。在高像素图像传感器中，低通滤波器是一个不可愈越的极其重要的关键器件。

现用高像素图像传感器的低通滤波器主要采用以下结构：三片石英晶体片加上一块蓝玻璃，再在石英晶体片或蓝玻璃上镀上红外截止膜、紫外截止膜和减反射膜。三片石英晶体片可消除x,y两个方向上的莫尔条纹；蓝玻璃可把滤波器的透射-截止过渡波长(在透射率T=50%处)稳定在650nm附近，由于这个波长不会因目标图像的光线入射角变化而变化，因而能获得彩色均匀的图像。但是这种结构有两个问题：首先是所用的蓝玻璃迄今只有日本独家供应，价格昂贵，而且由于机械性能脆，切割成小片时易破碎，化学稳定性也较差，在空气中易腐蚀；其次是低通滤波器的总厚度较厚，而该低通滤波器需要直接贴在传感器前面，较大的滤波器厚度会造成较大的图像像差，这在高像素图像传感器中是必须避免的。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供了一种高像素图像传感器用的低通滤波器，该低通滤波器厚度薄，图像质量好，生产成本低，可广泛应用于高像素的单反相机、微单相机、智能手机和平板电脑等数码产品。

本发明的构思是：首先，针对蓝玻璃的缺陷，探索能否借助于薄膜设计实现透射-截止过渡区的波长漂移随入射角的变化减小到满足使用要求的范围以内，从而实现取代蓝玻璃的稳定透射-截止过渡波长的功能。其次，探索能否进一步减小滤波器的总厚度，若受抑波长漂移膜能取代掉蓝玻璃，则蓝玻璃的厚度就没有了，进而，若能再减小石英晶体的片数或厚度，则可进一步减小滤波器的总厚度，最终减小平板滤波器在成像光路中引起的像差。

为了实现上述目的，本发明提出一种新的滤波器结构，用受抑波长漂移薄膜滤光片代替现用蓝玻璃，用一片厚度很薄的四分之一波片取代现用三石英晶体片中位置处于中间的那一石英晶体片，这样，不仅克服了蓝玻璃存在的问题，而且大大减小了滤波器的总厚度。因此，本发明的结构不仅可提高图像质量，而且可大大降低生产成本。

一种低通滤波器，包括沿光路方向依次设置的第一石英晶体片、四分之一波片、第二石英晶体片，其中，在所述第一石英晶体片的光线入射侧表面上镀有红外截止膜，在所述第二石英晶体片的光线出射侧表面上镀有受抑波长漂移膜。