TWI500978B - 紅外線濾除元件 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種濾光元件，且特別是有關於一種濾除紅外線的濾光元件。
一般光學影像系統是由物側端的鏡片組與像側端的電子感光元件所構成，由於電子感光元件會對紅外光產生響應，因此容易造成色彩失真，而目前大多藉由紅外線濾除元件的配置濾除紅外線，以避免顏色失真。習用的紅外線濾除元件僅由高折射率(TiO2
、Ta2
O5
、Nb2
O5
等)與低折射率(SiO2
、MgF2
等)的薄膜所交互堆疊而成，其利用光波的干涉達到過濾特定波長的光線。
近年來應用於電子產品的光學影像系統不斷地朝輕薄及廣視角等方向發展，光學影像系統的總光程(Total track)因此必須縮短，並使主光線角(Chief ray angle)變大。然而，紅外線濾除元件在主光線角變大時，易於影像周邊產生光線耗損而導致色偏(Color shift)的問題，若干涉型紅外線濾除元件的膜層堆疊層數較多，將使應力分布不均而導致元件翹曲(Warpage)。
本發明之一態樣是在提供一種紅外線濾除元件，可有效改善色偏的問題、減少透明基底翹曲發生的機率及降低各膜層間的內應力，更可減低鍍膜表面的粗糙度、簡化製程，以提升生產良率及效率。
依據本發明之一實施方式，提供一種紅外線濾除元件，其包含一透明基底以及一紅外線濾除複層膜。紅外線濾除複層膜設置於透明基底上，且紅外線濾除複層膜包含複數個第一種膜層、複數個第二種膜層、複數個第三種膜層以及複數個第四種膜層，其中，所述膜層以梯度折射率的方式排列，且至少兩種膜層以混合材質製作。第一種膜層的折射率為NA，第二種膜層的折射率為NB，第三種膜層的折射率為NC，第四種膜層的折射率為ND，紅外線濾除複層膜的總膜層數為TL，其滿足下列條件：2.2NA<2.4；1.9NB<2.2；1.6NC<1.9；1.4ND<1.6；以及80TL。
藉由上述紅外線濾除元件可知，紅外線濾除複層膜中設置有至少四種折射率的膜層，且各膜層的折射率依序以梯度方式配置(即滿足上述條件式)，可有效改善色偏的問題，且所述膜層中至少有兩種膜層以混合材質製作，再配
合膜層數量的配置，可減少透明基底翹曲發生的機率及降低各膜層間的內應力，更可減低鍍膜表面的粗糙度、簡化製程，以提升生產良率及效率。
100、200‧‧‧紅外線濾除元件
110、210‧‧‧透明基底
120、220‧‧‧紅外線濾除複層膜
121、221‧‧‧第一種膜層
122、222‧‧‧第二種膜層
123、223‧‧‧第三種膜層
124、224‧‧‧第四種膜層
NA‧‧‧第一種膜層的折射率
NB‧‧‧第二種膜層的折射率
NC‧‧‧第三種膜層的折射率
ND‧‧‧第四種膜層的折射率
TL‧‧‧紅外線濾除複層膜的總膜層數
D‧‧‧紅外線濾除元件在554nm至700nm之波段，其穿透響應值的衰減率
第1圖其繪示依照本發明第一實施例的一種紅外線濾除元件的示意圖；第2圖其繪示依照本發明第二實施例的一種紅外線濾除元件的示意圖；第3圖為第1圖紅外線濾除元件的穿透響應光譜；第4圖為第2圖紅外線濾除元件的穿透響應光譜；以及第5圖為上述比較例紅外線濾除元件的穿透響應光譜。
本發明提供一種紅外線濾除元件，包含一透明基底以及一紅外線濾除複層膜。紅外線濾除複層膜設置於透明基底上，且紅外線濾除複層膜包含複數個第一種膜層、複數個第二種膜層、複數個第三種膜層以及複數個第四種膜層，其中，所述膜層以梯度折射率的方式排列，且至少兩種膜層以混合材質製作。第一種膜層的折射率為NA，第二種膜層的折射率為NB，第三種膜層的折射率為NC，第四種膜層的折射率為ND，且紅外線濾除複層膜的總膜層數為TL，並滿足下列條件：2.2NA<2.4；1.9NB<2.2；1.6NC<1.9；1.4ND<1.6；以及80TL。
藉由上述紅外線濾除元件可知，紅外線濾除複層膜中包含至少四種具有不同折射率的膜層，且各膜層依照其折射率大小以梯度方式(由大至小及由小至大)配置，可有效改善色偏的問題。再者，至少有兩種膜層以混合材質製作，再配合膜層的總數可減少透明基底翹曲發生的機率及降低各膜層間的內應力，更可減低鍍膜表面的粗糙度、簡化製程，以提升生產良率及效率。
上述的混合材質可以金屬氧化物及二氧化矽混合而成。藉此，可有效減少透明基底翹曲發生的機率及降低各膜層間的內應力，提升生產良率及效率。
第一種膜層的折射率為NA，第二種膜層的折射率為NB，第三種膜層的折射率為NC，第四種膜層的折射率為ND，其可滿足下列條件：NA-NB0.1；NB-NC0.1；以及NC-ND0.1。藉由不同膜層間較大的折射率差異，可加強紅外線濾除的效果。較佳地，可滿足下列條件：NA-NB0.15；NB-NC0.15；以及NC-ND0.15。
紅外線濾除元件在554nm至700nm之波段，其穿透響應值的衰減率為D，其可滿足下列條件：1%D30%。藉此，可有效改善入射光在紅光波段的衰減幅度，減緩色偏的問題。較佳地，可滿足下列條件：1%D20%。
本發明所述的紅外線濾除元件可為紅外線濾光片，而所述的穿透響應值係指特定波段的光線通過紅外線濾除元件的穿透率與感光元件相對響應值相乘後的總和，
且所述的衰減率係指特定波段的光線因主光線角的角度不同而在穿透響應值上產生的變化。
穿透響應值的算式如下：
其中，TR為穿透響應值(Transmittance Response Value)，m為起始波長，n為結束波長，且m、n皆為整數，X為穿透率(Transmittance)，Y為感光元件相對響應值(Relative Response)。
衰減率的算式如下：
其中，D為衰減率(Decrement)，TR1
為主光線角為0度時的穿透響應值，TR2
為主光線角為30度時的穿透響應值。本技術領域的通常知識者應當理解，前述的衰減率，可視同是紅外線濾除元件的穿透響應值的衰減率。
透明基底的材質可為塑膠或玻璃，當透明基底的材質為塑膠時，不僅可有效降低製作成本，且紅外線濾除複層膜更可製鍍於具屈折力的塑膠光學鏡片上，以加強紅外光濾除與色偏修正的效果。另外，紅外線濾除複層膜可通過任何適用的已知鍍膜技術完成，例如是蒸鍍、濺鍍等。
根據上述實施方式，以下提出具體實施例並配合圖式予以詳細說明。
請參照第1圖，其繪示依照本發明第一實施例的一種紅外線濾除元件100的示意圖。由第1圖可知，紅外線濾除元件100包含一透明基底110以及一紅外線濾除複層膜120，其中紅外線濾除複層膜120設置於透明基底110上，並包含四種具有不同折射率的膜層(121-124)，且所述膜層(121-124)的之排列以梯度折射率的方式配置。
詳細來說，透明基底110的材質為玻璃(B270-1)，折射率為1.5081。
紅外線濾除複層膜120中，四種具有不同折射率的膜層(121-124)分別為第一種膜層121、第二種膜層122、第三種膜層123以及第四種膜層124，且各膜層的數量分別為複數個。第一種膜層121的折射率為NA，第二種膜層122的折射率為NB，第三種膜層123的折射率為NC，第四種膜層124的折射率為ND。
就材質而言，本實施例中，紅外線濾除複層膜120中包含兩種膜層(第二種膜層122以及第三種膜層123)以金屬氧化物Nb2
O5
及二氧化矽SiO2
混合而成的混合材質製成，而第一種膜層121及第四種膜層124則以單一材質製成。詳細材質及其混合比例請參照下列表一。
再配合參照下列表二。
由上述表二可知，第一實施例中，紅外線濾除複層膜120的總膜層數(也就是第一種膜層121、第二種膜層122、第三種膜層123以及第四種膜層124的總數)為TL，而TL總共為118層。各種膜層的排列方式則由具有最高折射率膜層的第一種膜層121開始，依據折射率由大至小，再由小至大的順序向上堆疊。
再根據上述表二可知，第一種膜層121的折射率為NA，第二種膜層122的折射率為NB，第三種膜層123的折射率為NC，第四種膜層124的折射率為ND，其滿足下列條件：NA-NB=0.2886；NB-NC=0.2885；以及NC-ND=0.2885。
繼續參照下列表三。
配合參照第3圖，係為第1圖紅外線濾除元件100的穿透響應光譜，其中第3圖中的斜線區塊即示意不同主光線角(由表三可知，主光線角分別為0度及30度)在紅光
波段的衰減幅度。
請參照第2圖，其繪示依照本發明第二實施例的一種紅外線濾除元件200的示意圖。由第2圖可知，紅外線濾除元件200包含一透明基底210以及一紅外線濾除複層膜220，其中紅外線濾除複層膜220設置於透明基底210上，並包含四種具有不同折射率的膜層(221-224)，且所述膜層(221-224)的之排列以梯度折射率的方式配置。
詳細來說，透明基底210的材質為玻璃(B270-1)，折射率為1.5081。
紅外線濾除複層膜220中，四種具有不同折射率的膜層(221-224)分別為第一種膜層221、第二種膜層222、第三種膜層223以及第四種膜層224，且各膜層的數量分別為複數個。第一種膜層221的折射率為NA，第二種膜層222的折射率為NB，第三種膜層223的折射率為NC，第四種膜層224的折射率為ND。
就材質而言，本實施例中，紅外線濾除複層膜220中包含兩種膜層(第二種膜層222以及第三種膜層223)以金屬氧化物Nb2
O5
及二氧化矽SiO2
混合而成的混合材質製成，而第一種膜層221及第四種膜層224則以單一材質製成。詳細材質及其混合比例請參照下列表四。
配合參照下列表五。
由上述表五可知，第二實施例中，紅外線濾除複層膜220的總膜層數(也就是第一種膜層221、第二種膜層222、第三種膜層223以及第四種膜層224的總數)為TL，而TL總共為82層。各種膜層的排列方式則由具有最高折射率膜層的第一種膜層221開始，依據折射率由大至小，再由小至大的順序向上堆疊。
再根據上述表五可知，第一種膜層221的折射率為NA，第二種膜層222的折射率為NB，第三種膜層223的折射率為NC，第四種膜層224的折射率為ND，其滿足下列條件：NA-NB=0.2884；NB-NC=0.2883；以及NC-ND=0.2884。
繼續參照下列表六。
配合參照第4圖，係為第2圖紅外線濾除元件200的穿透響應光譜，其中第4圖中的斜線區塊即示意不同主光線角(由表六可知，主光線角分別為0度及30度)在紅光波段的衰減幅度。
用以作為比較例的紅外線濾除元件，為透明基底上設有兩種介電層交互堆疊的複層膜結構，其中透明基底為玻璃材質(B270-1)，而交互堆疊的複層膜結構總計共44層，且自透明基底向上分別以編號1至44排序，各層詳細的材質、折射率及厚度數據請參照下列表七。
另外，比較例之紅外線濾除元件於不同主光線角的穿透響應值及衰減率如下表八所示。
配合參照第5圖，係為上述比較例紅外線濾除元件的穿透響應光譜，其中第5圖中的斜線區塊即示意不同主光線角(由表八可知，主光線角分別為0度及30度)在紅光波段的衰減幅度。
由表八以及第5圖可知，比較例的紅外線濾除元件於0度與30度之主光線角，在藍光與綠光的穿透響應值的衰減率分別約0.56%與2.95%，而紅光(尤指554nm至700nm之波段範圍)的穿透響應值的衰減率更是高達約33.02%。反觀本發明第一實施例及第二實施例之紅外線濾除元件，在相同測試條件下，藍光的穿透響應值的衰減率分別僅-5.22%及-3.53%，綠光的穿透響應值的衰減率分別僅0.29%及0.41%，而紅光的穿透響應值的衰減率更是分別僅有18.82%及18.77%，因此可有效改善影像周邊產生色偏的問題。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧紅外線濾除元件
110‧‧‧透明基底
120‧‧‧紅外線濾除複層膜
121‧‧‧第一種膜層
122‧‧‧第二種膜層
123‧‧‧第三種膜層
124‧‧‧第四種膜層
Claims (6)
- 一種紅外線濾除元件，其包含：一透明基底；以及一紅外線濾除複層膜，設置於該透明基底上，該紅外線濾除複層膜包含：複數個第一種膜層；複數個第二種膜層；複數個第三種膜層；及複數個第四種膜層；其中，該些膜層以梯度折射率的方式排列，且至少兩種膜層以混合材質製作；其中，該些第一種膜層的折射率為NA，該些第二種膜層的折射率為NB，該些第三種膜層的折射率為NC，該些第四種膜層的折射率為ND，該紅外線濾除複層膜的總膜層數為TL，並滿足下列條件：2.2NA<2.4；1.9NB<2.2；1.6NC<1.9；1.4ND<1.6；以及80TL。
- 如請求項1所述之紅外線濾除元件，其中該混合材質為金屬氧化物及二氧化矽混合而成。
- 如請求項2所述之紅外線濾除元件，其中該些第一種膜層的折射率為NA，該些第二種膜層的折射率為NB，該些第三種膜層的折射率為NC，該些第四種膜層的折射率為ND，其滿足下列條件：NA-NB0.1；NB-NC0.1；以及NC-ND0.1。
- 如請求項3所述之紅外線濾除元件，其中該些第一種膜層的折射率為NA，該些第二種膜層的折射率為NB，該些第三種膜層的折射率為NC，該些第四種膜層的折射率為ND，其滿足下列條件：NA-NB0.15；NB-NC0.15；以及NC-ND0.15。
- 如請求項3所述之紅外線濾除元件，其中該紅外線濾除元件在554nm至700nm之波段，其穿透響應值的衰減率為D，其滿足下列條件：1%D30%。
- 如請求項5所述之紅外線濾除元件，其中該紅外線濾除元件在554nm至700nm之波段，其穿透響應值的衰減率為D，其滿足下列條件： 1%D20%。
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