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濾光片技術(shù)詳解和應(yīng)用參數(shù)

日期:2025-01-09 14:11
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摘要:濾光片技術(shù)詳解和應(yīng)用參數(shù)

濾光片技術(shù)詳解和應(yīng)用參數(shù)


OLPF光學(xué)低通濾光片

OLPF全名是 Optical lowpass filter,即光學(xué)低通濾光片,主要工作用來過濾輸入光線中不同頻率波長(zhǎng)光訊號(hào),以傳送至CCD,并且避免不同頻率訊號(hào)干擾到CCD對(duì)色彩的判讀。OLPF對(duì)于假色(false colors)的控制上有顯著的影響,假色的產(chǎn)生主要來自于密接條紋、柵欄或是同心圓等主體影像,色彩相近卻不相同,當(dāng)光線穿過鏡頭抵達(dá)CCD時(shí),由于分色馬賽克濾光片僅能分辨25%的紅與藍(lán)色以及50%的綠色,再經(jīng)由色彩處理引擎運(yùn)用數(shù)據(jù)差值運(yùn)算整合為完整的影像。

因?yàn)橄忍焐仙寿Y料短缺,CCD根本無法判斷密接條紋相鄰色彩的參數(shù),終于導(dǎo)致引擎判斷錯(cuò)誤輸出錯(cuò)誤的顏色。由于細(xì)條紋的方向不同,需用相對(duì)應(yīng)角度的光學(xué)低通濾波晶片加以消除,又因?yàn)椴煌吞?hào)的CCD攝像機(jī)與 CMOS圖象傳感器在規(guī)格上有些差異,為針對(duì)不同的型號(hào)及同時(shí)兼顧不同方向所產(chǎn)生的干擾雜音,需用不同厚度、片數(shù)、角度組合的OLPF的設(shè)計(jì),以提高取象品質(zhì)。

IR-CUT雙濾光片切換的作用

IR-CUT雙濾光片的使用可以有效解決雙峰濾光片產(chǎn)生問題。IR-CUT雙濾光片由一個(gè)紅外截止濾光片和一個(gè)全光譜光學(xué)玻璃構(gòu)成,當(dāng)白天的光線充分時(shí)紅外截止濾光片工作,CCD還原出真實(shí)彩色,當(dāng)夜間光線不足時(shí),紅外截止濾光片自動(dòng)移開,全光譜光學(xué)玻璃開始工作,使CCD充分利用到所有光線,從而大大提高了低照性能。

IR CUT雙濾光片專為 CCD攝影機(jī)修正偏色、失焦的問題,促使擷取影像畫面不失焦、不偏色,紅外夜視更通透,解決紅外一體機(jī),日夜圖像偏色影響,能夠過濾強(qiáng)光讓畫面色彩純美更柔和、達(dá)到人眼視覺色彩一致。

普通日夜型攝象機(jī)使用能透過一定比例紅外光線的雙峰濾片,其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉,但由于自然光線中含有較多的紅外成份,當(dāng)其進(jìn)入CCD后會(huì)干擾色彩還原,比如綠色植物變得灰白,紅色衣服變成灰綠色等等(有陽光室外環(huán)境尤其明顯)。深圳納宏光電技術(shù)有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)精密光學(xué)濾光片的廠家。在夜間由于雙峰濾光片的過濾作用,使CCD不能充分利用所有光線,其低照性能難以令人滿意。

使用和不使用OLPF濾光片的不同效果比較

CCD攝相頭與紅外光

用光學(xué)低通濾波器OLPF應(yīng)注意的問題

提請(qǐng)注意的是,OLPF使用不當(dāng)時(shí)會(huì)發(fā)生下列問題:

(1)當(dāng)鏡頭的解析度高于CCD圖象傳感器的解析度時(shí),在看到較高頻(超過CCD解析度的部分)的影象時(shí),畫面上將會(huì)產(chǎn)生雜訊,使用適當(dāng)?shù)?OLPF就能將高頻所產(chǎn)生的雜訊消除;若使用不適當(dāng)?shù)?OLPF,則會(huì)造成解析度降低或是雜訊太多。

(2)當(dāng)鏡頭的解析度不夠,則CCD圖象傳感器的解象力就完全無法發(fā)揮,此時(shí)OLPF的功能將會(huì)大減,解析度有可能會(huì)降低。一般,客戶重視解析度,則采用較薄的OLPF晶片;若客戶重視消除雜訊的效果,則采用較厚的 OLPF晶片。對(duì)高階影像產(chǎn)品,可采用四片式;中階產(chǎn)品則可采用二片(或三片)式;低階產(chǎn)品則為單片式。




使用了透紅外濾光片的拍攝效果

使用了紅外截止濾光片的拍攝效果

紅外光及其用途

紅外輻射IR light,IR radiation是波長(zhǎng)大于紅色光波長(zhǎng)的一定范圍的電磁輻射,波長(zhǎng)為780~106nm,分為近紅外(代號(hào)IR-A,波長(zhǎng)780~1500nm,NIR)、中紅外(IR-B,1500~6000nm,MIR)、遠(yuǎn)紅外(IR-C,6000~14000nm,FIR)3個(gè)波段。相應(yīng)的紅外光源分別稱之為近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外光源。紅外光源常用于加熱、理療、夜視、通訊、導(dǎo)航、植物栽培和禽畜飼養(yǎng)等。紅外光是英國科學(xué)家赫歇爾1800年在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的.它是波長(zhǎng)比紅外長(zhǎng)的電磁波,具有明顯的熱效應(yīng),使人能感覺到而看不見.科學(xué)家發(fā)現(xiàn),一定波長(zhǎng)的光(可見光或不可見光)照射到某些金屬等材料表面時(shí),金屬等材料會(huì)發(fā)射電子流,稱為光電效應(yīng).

濾光片術(shù)語

入射角度:入射光線和濾光片表面法線之間的夾角。當(dāng)光線正入射時(shí),入射角為0°。

光譜特性:濾光片光譜參數(shù)(透過率T,反射率R,光密度OD,位相,偏振狀態(tài)s,p等相對(duì)于波長(zhǎng)變化的特性)。

中心波長(zhǎng):

帶通濾光片

的中心稱為中心波長(zhǎng)(CWL)。通帶寬度用*大透過率一半處的寬度表示(FWHM),通常稱為半寬。

有效孔徑:光學(xué)系統(tǒng)中有效利用的物理區(qū)域。通常于濾光片的外觀尺寸相似,同心,尺寸略小些。

截止位置/前-后:cut-on對(duì)應(yīng)光譜特性從衰減到透過的 50%點(diǎn),cut-off對(duì)應(yīng)光譜特性從透過到衰減的50%點(diǎn)。有時(shí)也可定義為峰值透過率的5%或者10%點(diǎn)。

公差Tolerance::任何產(chǎn)品都有制造公差。以帶通濾光片為例,中心波長(zhǎng)要有公差,半寬要有公差,因此定購產(chǎn)品時(shí)一定要標(biāo)明公差范圍。濾光片實(shí)際使用過程中并非公差越小越好,公差越小,制造難度越大,成本越高。用戶可以根據(jù)實(shí)際需要,提出合理公差范圍。

長(zhǎng)波通濾光片

:干涉截止濾光片要求某一波長(zhǎng)范圍的光束高透過,而偏離這一波長(zhǎng)區(qū)域的光束驟然變成高反射(或稱抑制).它有著廣泛的應(yīng)用,通常我們把抑制短波區(qū)透射長(zhǎng)波區(qū)的濾光片稱長(zhǎng)波通濾光片,相反為

短波通濾光片通過成核劑以及結(jié)晶劑和玻璃纖維增強(qiáng)的改進(jìn),PET除了具有 PBT的性質(zhì)外,還有以下的特點(diǎn):

1.熱變形溫度和長(zhǎng)期使用溫度是熱塑性通用工程塑料中*高的;

2.因?yàn)槟蜔岣撸鰪?qiáng) PET在 250℃的焊錫浴中浸漬10s,幾乎不變形也不變色,特別適合制備錫焊的電子、電器零件;

3.彎曲強(qiáng)度 200MPa,彈性模量達(dá)4000MPa,耐蠕變及疲勞性也很好,表面硬度高,機(jī)械性能與熱固性塑料相近;

4.由于生產(chǎn) PET所用乙二醇比生產(chǎn) PBT所用丁二醇的價(jià)格幾乎便宜一半,所以PET樹脂和增強(qiáng) PET是工程塑料中價(jià)格是*低的,具有很高的性價(jià)比。抗反射濾光片的功能用來減少光的反射及增加穿透強(qiáng)度。只要希望增強(qiáng)光線穿透強(qiáng)度的地方,都有它的存在。由于各種片材廣泛用于顯示系統(tǒng)的屏幕前做表面防護(hù),表面存在著10%左右的反射率,形成環(huán)境反射現(xiàn)象,使整個(gè)系統(tǒng)的顯示水平下降。本公司提供各種規(guī)格的減反光塑膠片材,反射率由原來的10%下降到1%,是顯示屏保護(hù)窗口的理想選擇。

減反射膜(增透膜)工作原理

光具有波粒二相性,即從微觀上既可以把它理解成一種波、又可以把他理解成一束高速運(yùn)動(dòng)的粒子(注意,這里可千萬別把它理解成一種簡(jiǎn)單的波和一種簡(jiǎn)單的粒子。它們都是微觀上來講的。紅光波的波長(zhǎng)=0.750微米紫光波長(zhǎng)=0.400微米。而一個(gè)光子的質(zhì)量是 6.63E-34千克.如此看來他們都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是我們所想想的那種宏觀波和粒子.)增透膜的原理是把光當(dāng)成一種波來考慮的,因?yàn)楣獠ê蜋C(jī)械波一樣也具有干涉的性質(zhì)。在鏡頭前面涂上一層增透膜(一般是"氟化鈣",微溶于水),如果膜的厚度等于紅光(注意:這里說的是紅光)在增透膜中波長(zhǎng)的四分之一時(shí),那么在這層膜的兩側(cè)反射回去的紅光就會(huì)發(fā)生干涉,從而相互抵消,你在鏡頭前將看不到一點(diǎn)反光,因?yàn)檫@束紅光已經(jīng)全部穿過鏡頭了.為什么我從來沒有看到?jīng)]有反光的鏡頭?原因很簡(jiǎn)單,因?yàn)榭梢姽庥小凹t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫”七種顏色,而膜的厚度是唯壹的,所以只能照顧到一種顏色的光讓它完全進(jìn)入鏡頭,一般情況下都是讓綠光全部進(jìn)入的,這種情況下,你在可見光中看到的鏡頭反光其顏色就是藍(lán)紫色,因?yàn)檫@反射光中已經(jīng)沒有了綠光。膜的厚度也可以根據(jù)鏡頭的色彩特性來決定。

定義及其設(shè)計(jì):

二十世紀(jì)三十年代發(fā)現(xiàn)的增透膜促進(jìn)了薄膜光學(xué)的早期發(fā)展.對(duì)于技術(shù)光學(xué)的推動(dòng)來說,在所有的光學(xué)薄膜中,增透膜也起著*重要的作用.直至今天,就其生產(chǎn)的總量來說,它仍然超過所有其他的薄膜因此,研究增透膜的設(shè)計(jì)和制備教術(shù),對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐有著重要的意義.

我們都知道,當(dāng)光線從折射率n0的介質(zhì)射入折射率為 n1的另一介質(zhì)時(shí),在兩介質(zhì)的分界面上就會(huì)產(chǎn)生光的反射.如果介質(zhì)沒有吸收,分界面是一光學(xué)表面,光線又是垂直入射,則反射率R為透射率為

例如,折射率為1。52的冕牌玻璃,每個(gè)表面的反射約為 4.2%左右。折射率較高的火石玻璃,則表面反射更為顯著.這種表面反射造成了兩個(gè)嚴(yán)重的后果:光能量損失,使象的亮度降低;表面反射光經(jīng)過多次反射或漫射,有一部分成為雜散光,*后也到達(dá)象平面,使象的襯度降低,從而影響系統(tǒng)的成象質(zhì)量,特別是電視、電影攝影鏡頭等復(fù)雜系統(tǒng),都包臺(tái)了很多個(gè)與空氣相鄰的表面,如不敷上增透膜將完全不能應(yīng)用。目前已有很多不同類型的增透膜可供利用.以滿足技術(shù)光學(xué)領(lǐng)域的極大部分需要.可是復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和激光光學(xué),對(duì)減反射性能往往有特殊嚴(yán)格的要求.例如.大功率激光系統(tǒng)要求某些元件有極低的表面反射,以避免敏感元件受到不需要的反射的破壞.此外,寬帶增透膜提高了象質(zhì)量、色平衡和作用距離,而使系統(tǒng)的全部性能增強(qiáng).因此,生產(chǎn)實(shí)際的需要促使了減反射膜的不斷發(fā)展.

在比較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)中,入射光的能量往往因多次反射而損失。例如,上等照相機(jī)的鏡頭有六、七個(gè)透鏡組成。反射損失的光能約占入射光能的一半,同時(shí)反射的雜散光還要影響成像的質(zhì)量。為了減少入射光能在透鏡玻璃表面上反射時(shí)所引起的損失,常在鏡面上鍍一層厚度均勻的透明薄膜(常用氟化鎂MgF2,其折射率為1.38,介于玻璃與空氣之間),利用薄膜的干涉使反射光能減到*小,這樣的薄膜稱為增透膜。

現(xiàn)在我們來看一下簡(jiǎn)單的單層增透膜。設(shè)膜的厚度為e,當(dāng)光垂直入射時(shí),薄膜兩表面反射光的光程差為 2ne,由于在膜的上、下表面反射時(shí)都有相位突變,結(jié)果沒有附加的相位差,兩反射光干涉相消時(shí)應(yīng)滿足:

單層增透膜

膜的*小厚度應(yīng)為(相應(yīng)于k=0)

由于反射光相消,因而透射光加強(qiáng)。

單層增透膜只能使某個(gè)特定波長(zhǎng)λ的光盡量減少反射,對(duì)于相近波長(zhǎng)的其他反射光也有不同程度的減弱,但不是減到*弱,對(duì)于一般的照相機(jī)和目視光學(xué)儀器,常選人眼*敏感的波長(zhǎng)λ=550nm作為“控制波長(zhǎng)”,在白光下觀看此薄膜的反射光,黃綠色光*弱,紅光藍(lán)光相對(duì)強(qiáng)一些,因此鏡面呈籃紫色。有些光學(xué)器件需要減少其透射率,以增加反射光的強(qiáng)度。如氦氖激光器中的諧振腔反射鏡,要求對(duì)波長(zhǎng)λ=632.8nm的單色光的反射率達(dá) 99%以上。如果把低折射率的膜改成同樣厚度的高折射率的膜,則薄膜上下表面的兩反射光使干涉加強(qiáng),這就使反射光增強(qiáng)了,而透射光就減弱,這樣的薄膜就是增反膜或高反射膜。一般的單層增反膜可使反射率提高到30%以上,而多層增反膜可以提高的更多。由于這種介質(zhì)膜對(duì)光的吸收很少,所以比鍍銀、鍍鋁的反射鏡效果更佳。

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件?的高科技企業(yè),公司成立2005年,專業(yè)的光電鍍膜公司,公司產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工;光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn),為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

采用德國薄膜制備工藝,形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系,能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜,包括紅外薄膜、增透膜,ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜,應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、紅外制導(dǎo)、面部識(shí)別、VR/AR應(yīng)用,博物館,低反射櫥窗玻璃,畫框等。