走進3D視覺：“小身材大作用”的窄帶濾光片
走進3D視覺：“小身材大作用”的窄帶濾光片
一片小小的窄帶濾光片，全球主流廠商主要有兩家，一家是美國的ViaviSolution Inc.（NASDAQ：VIAV），一家則是中國的水晶光電（股票代碼：002273.SZ），此處應有掌聲?。ㄗⅲ浩渌瓗V光片廠商還有布勒萊寶光學（Buhler）、美題隆精密光學（Materion）、波長科技（Wavelength）等）。作為3D視覺信息接收端不可或缺的元件，隨著3D視覺產業(yè)的爆發(fā)，我們也看到水晶光電已經在設備引進和資金方面加大了投入。水晶光電在*近披露的年報中**將窄帶濾光片加入光學業(yè)務中，再次驗證水晶光電的窄帶濾光片鍍膜技術的成熟。
所謂窄帶濾光片，是從帶通濾光片中細分出來的光學產品，其定義與帶通濾光近似，也就是這種濾光片在特定的波段允許光信號通過，而偏離這個波段以外的兩側光信號被阻止，窄帶濾光片的通帶相對來說比較窄，一般為中心波長值的5%以下。
3D視覺系統(tǒng)的紅外光接收模組用于對被拍攝物體反射的紅外光進行接收和處理，獲取被拍攝物體的空間信息。紅外光接收模組主要由三部分組成：近紅外圖像傳感器、窄帶濾光片、鏡頭。窄帶濾光片置于3D攝像頭的鏡頭和近紅外圖像傳感器之間，允許近紅外光通過的同時過濾環(huán)境光。總體而言，鏡頭屬于非常成熟的光學產品。而窄帶濾光片主要采用干涉原理，需要幾十層光學鍍膜構成，相比普通的RGB吸收型濾光片具有更高的技術難度和產品價格，這也是目前造成市場上兩家廠商獨大的原因。
攝像頭的硬件構成
窄帶濾光片的應用不乏高大上的領域：天文物理、空間探測、等離子體檢測、激光探測、化學分析、間接溫度測量、有害氣體分析、顏色測量、光通信系統(tǒng)等領域。而3D視覺系統(tǒng)“借助”智能手機、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實/混合現(xiàn)實、3D體感游戲、3D攝像與顯示等應用 “走入尋常百姓家”。
全球首款Tango智能手機——聯(lián)想Phab 2 Pro的3D攝像頭采用了水晶光電的窄帶濾波片
基于3D視覺系統(tǒng)的各種體感游戲設備
濾光片家族“點兵點將”
光學濾光片，簡單來說就是用來選擇性過濾所需要輻射波段的光學器件?；酁榘撞Ａ?、石英、有色玻璃或塑料樹脂等光學材料。首先來介紹下與濾光片相關的專業(yè)術語：
中心波長（CWL）：濾光片在實際應用中所使用的波長，如光源主峰值是850nm的LED燈，那需求的中心波長就是850nm。
峰值透過率（TP）：假設光初始值為100%，通過濾光片后有部分損耗了，通過光譜測量得出只有85%了，那就可以把這個濾光片的光學透過率定為（Tp）>80%。
半帶寬（FWHM）：簡單說就是*高透過率的1/2處所對應的波長，左右波長值相減，截止率（Blocking）：截止區(qū)所對應的透過率。由于要想透過率達到零，那是非常難的事情，只能選擇它透過率接近于零，但通常透過率達到10的負5次方以上就可以滿足大部分使用要求，通常轉換為光學密度值，用OD>5表示。
截止范圍：可接受的不需要的波長*小區(qū)間范圍。對于窄帶濾光片來說，有一段是前截止，就是截止波長小于中心波長的一段，還有一段長截止，截止波長高于中心波長的那一段。
濾光片按通過光譜的分布長短（即光譜所處區(qū)域），可以分為：紫外濾光片（180~400nm），可見光濾光片（400~700nm），近紅外濾光片（700~3000nm），紅外濾光片（3000nm~10um以上）。
按光譜特性可分為帶通濾光片、短波截止濾光片、長波截止濾光片。帶通型濾光片指選定特定波段的光通過，通帶以外的光截止。其光學指標主要是中心波長，半帶寬，中心波長峰值透過率，截止率及截止范圍。按帶寬分為窄帶和寬帶，通常按帶寬比中心波長的值來區(qū)分，小于5%為窄帶，大于5%則為寬帶。
濾光片的參數(shù)示意圖
解讀窄帶濾光片
紅外光源是3D視覺系統(tǒng)中工作的“源頭”，是實現(xiàn)深度測量的主要“功臣”之一。3D視覺系統(tǒng)的紅外光源主要有紅外LED和激光器（主要是VCSEL）。如VCSEL發(fā)射的是940nm波長的近紅外光，因此在3D攝像頭接收端需要將940nm以外的環(huán)境光“剔除”，讓接收端的紅外圖像傳感器只接收到940nm的近紅外光。為達到這一目的，就需要用到窄帶濾光片了。
3D視覺系統(tǒng)中的窄帶濾光片原理
設計一款窄帶濾光片需要考慮的參數(shù)有中心波長、帶寬、峰值透過率、截止范圍、截止率、入射角度、波紋指標、前后沿陡度及寬度比。確定這些參數(shù)后，則進行光學基片、鍍膜材料、鍍膜方式的選擇。按照結構的不同可將其分為法布里-珀羅型（F-P）濾光片、多腔濾光片和誘增透濾光片。因為由它獲得的透過光譜帶都比較窄，所以又叫窄帶干涉濾光片。
窄帶濾光片的薄膜一般由低折射率和高折射率的兩種膜組成，疊加后層數(shù)達幾十層，每一層薄膜的參數(shù)漂移都可能影響*終性能。而且窄帶濾光片透過率對薄膜的損耗非常敏感，所以制備峰值透過率很高、半帶寬又很窄的濾光片非常困難。制備薄膜的方法有很多種，包括化學氣相沉積、熱氧化法、陽極氧化法、溶膠凝膠法、原子層沉積（ALD）、原子層外延（ALE）、磁控濺射等，而不同方法制備的薄膜性能差異很大。麥姆斯咨詢有幸邀請到布勒萊寶光學的中國區(qū)副總裁鄔江帆參加9月11日在上海舉辦的『“微言大義”研討會：3D攝像頭技術及應用』，作為光學鍍膜設備廠商的***，鄔總將為大家分享濾光片制備方面的心得！歡迎大家蒞臨交流。
