RGB（红、绿、蓝）滤光片是一种专用光学元件，旨在选择性地传输与人类视觉三原色（红、绿、蓝）相对应的特定波长范围内的光线，同时阻挡、吸收或反射带外波长。
工作原理
RGB滤光片主要根据其结构，通过两种不同的物理机制工作：- 干涉（分色）：这些滤光片利用薄膜干涉原理。通过堆叠多层具有交替高低折射率的介电材料，滤光片为所需的透射带（例如，蓝色：~450 nm，绿色：~530 nm，红色：~630 nm）产生相长干涉，并为不需要的波长产生相消干涉，这些波长被反射而不是吸收。
- 吸收：这些滤光片使用悬浮在玻璃或聚合物基板中的特殊染料或掺杂剂。掺杂剂的分子结构吸收不需要波长的光子，将其光能转化为热能，同时允许所需的RGB波长通过。
物理结构
RGB滤光片的物理构成由其工作原理决定：
- 分色镀膜：在光学透明基板（如熔融石英或BK7玻璃）上构建。介电层采用离子束溅射（IBS）或等离子辅助沉积等技术进行沉积，以确保精确的厚度控制和耐用性。
- 吸收性玻璃：通过将光学玻璃与特定着色剂（如金属氧化物）均匀分布在整个材料中熔融制成。
- 微滤阵列：在数字成像中，RGB滤光片通过光刻技术在微观尺度上制造，将染料有机树脂或有色聚合物直接沉积到半导体基板的像素阱上。
关键光学指标
在指定RGB滤光片时，必须评估几个关键参数：
- 中心波长 (CWL, λc): 各个颜色通道透射带的精确中点。
- 半高全宽 (FWHM): 在峰值透射率的50%处测量的透射曲线带宽。这决定了色彩纯度；FWHM越窄，色彩越纯，但总光通量越低。
- 峰值透射率 (Tmax): 通带内光线透射的最大百分比。高质量的分色RGB滤光片通常可实现 Tmax > 95%。
- 光密度 (OD): 衡量滤光片阻挡带外光的有效性，计算公式为OD = -log10(T)，其中T是透射率。高OD（例如，OD > 4）对于防止通道间的光谱串扰至关重要。
- 截止波长 / 截止波长: 滤光片从阻挡到透射（截止波长）以及从透射到阻挡（截止波长）的特定波长。
分类和类型
- 拜耳滤光片阵列：一种特殊的微观RGB滤光片（通常为50%绿色，25%红色，25%蓝色）马赛克排列，用于图像传感器上以捕获全彩色图像。
- 分色色轮/合束器：用于投影系统中快速循环或组合原色。
- 三色棱镜：由带分色镀膜的棱镜组成，可将一束白光分成三条不同的R、G、B光路，或反之，将它们组合成一条。
应用
- 数字成像：对于数码相机、智能手机和机器视觉系统中的CMOS和CCD传感器至关重要，用于捕获颜色数据。
- 显示器和投影：用于LCD面板（每个像素由RGB子像素组成）和数字投影仪以生成全彩色图像。
- 荧光显微镜：用于分离荧光团的特定激发和发射波长。
- 工业检测：用于增强对比度，根据色度特性对材料进行分类。
实际示例：数码相机中的拜耳滤光片阵列
背景：标准的数码相机CMOS传感器本质上是单色的；其光电二极管只能测量入射光的强度（光子计数），而不能测量其波长（颜色）。
滤光片的使用：为了捕获彩色图像，一个RGB微滤光片阵列——最常见的是拜耳阵列——直接粘合在CMOS传感器的像素网格上。
功能：滤光片充当空间复用器。每个微观RGB滤光片覆盖一个光电二极管。
- 红色滤光片传输约600 nm – 700 nm波长。
- 绿色滤光片传输约500 nm – 600 nm波长。
- 蓝色滤光片传输约400 nm – 500 nm波长。
- （带外光被滤光片有色树脂吸收）。
结果：由于每个像素只接收一种原色，原始输出是红色、绿色和蓝色强度值的马赛克。相机的图像信号处理器随后使用一种称为“去马赛克”的数学过程，根据相邻像素，为每个像素插值缺失的两种颜色值，从而成功重建高保真的全彩色图像。
