红外截止滤光片（IR-CUT）的原理、关键参数、应用与选型分析

同一颗 CMOS 图像传感器，为什么拆掉镜头前的一片滤光片之后，画面的黑色织物可能泛红、植物颜色发生变化，整体色彩也不再接近人眼看到的效果？

问题并不一定出在图像算法。

硅基光电探测器的响应范围并不局限于人眼可见光。公开的硅光电探测器资料中，可以看到从约 320 nm 延伸至 1100 nm 的响应范围；机器视觉系统中使用的硅传感器通常也会对接近 1 μm 的近红外光产生响应。也就是说，对人眼已经“不可见”的近红外光，CMOS 或 CCD 仍可能把它记录下来。

对于需要正常彩色还原的成像系统，这部分红外响应反而可能成为干扰。这正是红外截止滤光片（IR-CUT Filter）存在的重要原因。

一、红外截止滤光片到底“截止”什么？

红外截止滤光片的核心任务，可以概括为：

让系统需要的可见光进入传感器，同时抑制不需要的近红外光。

因此，从典型的光谱曲线来看，IR-CUT 往往表现为可见波段具有较高透射，而进入近红外区域后透过率迅速下降。

从光谱功能上看，许多用于彩色成像的 IR-CUT 与**短波通滤光片（Shortpass Filter）**具有相似特征：短波侧透过，长波侧截止。激埃特当前公开的 IR-Cut650 产品也是按这种光谱功能描述的。

但工程上不能简单理解成“超过某个波长以后什么光都没有了”。真正需要定义的是透过区域、过渡区域、截止区域，以及这些指标是在什么测试条件下获得的。

另外还需要区分两个容易混淆的概念：

红外滤光片通常指用于选择、透过或控制某个红外波段的滤光元件；而红外截止滤光片则是抑制红外进入后端探测系统。两者的光谱目标甚至可能完全相反。

二、为什么 CMOS / CCD 彩色成像常需要 IR-CUT？

人眼的视觉响应与硅基图像传感器的光谱响应并不一致。

当近红外光进入彩色传感器后，它仍可能被像素记录。由于 Bayer 彩色滤色阵列并不能像理想光谱滤光器一样把所有近红外能量完全排除，最终可能对 RGB 通道产生额外信号，使颜色计算偏离预期。

在机器视觉领域，红外进入彩色相机可能造成错误的颜色响应；在黑白相机中，额外红外也可能降低某些场景中的有效对比度。

因此，彩色成像系统中的 IR-CUT 更准确的作用不是“让图片更亮”，而是让进入传感器的光谱范围更接近系统设计所需要的可见光响应范围。

这也是为什么手机摄像头、工业彩色相机、安防摄像机、视觉检测设备等系统中经常能够看到这类滤光元件。

三、IR-CUT 是怎样实现红外截止的？

常见实现方式包括吸收型材料、干涉镀膜以及组合式结构。

吸收型方案依靠材料自身对不同波长光的选择性吸收形成光谱特性；干涉型 IR-CUT 则主要利用多层介质薄膜产生的光学干涉，通过膜层折射率和光学厚度设计控制不同波长的透射与反射。

对于要求边缘较陡、可见光透过较高、红外截止范围明确的成像系统，干涉型光谱设计非常常见。

但干涉滤光片同时带来了一个重要工程问题：光谱会受到入射角影响。

因此，IR-CUT 的选型不能只拿一条“0°测试曲线”判断实际镜头中的表现。

四、红外截止滤光片最重要的参数有哪些？

真正决定 IR-CUT 是否适合一个成像系统的，通常不是单一的“650 nm、680 nm 或 700 nm”，而是一组相互关联的光谱和机械参数。

其中，截止深度经常使用 Optical Density，OD 表示：

$$OD=-\log_{10}(T)$$

这里的 T 是透射率的小数形式。

例如 OD2 对应约 1% 的透射，OD3 对应约 0.1%，OD4 对应约 0.01%。但是实际应该要求多高的 OD，需要根据红外光源强度、传感器响应、曝光条件和允许背景信号共同确定，而不是简单追求越高越好。

五、为什么 AOI 对 IR-CUT 特别重要？

这是红外截止滤光片选型中最容易被忽略的问题之一。

对于干涉型滤光片，入射角偏离设计角度后，光谱通常会向短波方向移动，也就是常说的蓝移（blue shift）。在汇聚或发散光束中，不同光线又会以不同角度照射滤光片，因此还可能出现光谱边缘展宽。

这意味着：

实验室在近似垂直入射条件下看到的 IR-CUT 曲线，并不一定等于它装入广角镜头后的实际光谱表现。

特别是在广角镜头、大孔径镜头或者滤光片位于明显汇聚光束中的情况下，不同视场对应的光线入射角可能明显不同。如果截止边缘正好位于红光与近红外交界区域，就可能进一步表现为画面中心和边缘存在不同程度的颜色变化。

因此，对于成像系统，询价时仅写“IR-CUT 650 nm”往往是不够的。

六、截止波长应该选 650 nm、680 nm，还是 700 nm？

没有一个适用于所有相机的固定答案。

截止位置过短，可能会压缩深红色可见光的有效响应，对色彩还原和光通量产生影响；截止位置过长，则可能让更多近红外进入传感器。

正确的决定依据应该是：

传感器光谱响应 + Bayer/颜色响应 + 光源光谱 + 镜头系统 + 最终颜色目标。

例如，一个主要依赖可见光颜色识别的工业检测系统，与一个需要兼顾低照度性能的监控系统，对 IR-CUT 边缘位置的要求就不一定相同。

如果系统同时需要白天彩色成像和夜间 850 nm 或 940 nm 红外补光，那么固定安装的 IR-CUT 又会阻碍夜间近红外成像。这类系统通常会采用 IR-CUT 切换结构：白天使用红外截止滤光片，夜间切换至允许近红外进入传感器的光路。激埃特现有技术资料中也公开介绍了此类 IR-CUT 双滤光片切换方式。

七、IR-CUT 常见在哪些应用中？

最典型的是彩色摄像系统，包括手机及消费电子摄像头、工业机器视觉、安防监控、无人机成像以及其他采用硅基图像传感器的视觉设备。

在机器视觉领域，如果任务依赖 PCB 颜色、印刷色差、材料颜色或产品表面颜色进行识别，红外杂光进入传感器可能改变不同材料的灰度或颜色响应，此时 IR-CUT 的意义不是简单“挡红外”，而是帮助建立更稳定的光谱成像条件。

对于安防摄像头，则需要进一步判断系统究竟要求纯彩色日间成像，还是要求日夜两用。后者通常不能只选择一片永久固定的 IR-CUT，而要考虑滤光片切换、夜间补光波长和传感器近红外响应之间的配合。

八、选 IR-CUT 时，最常见的几个误区

最典型的误区是只给出一句“我要 650 nm 红外截止片”。

650 nm 到底代表 T=50% 的边缘位置，还是开始截止的位置？650 nm 后需要截止到 850 nm、1000 nm，还是 1100 nm？截止要求是 T＜1%、T＜0.1%，还是以 OD 表示？测试 AOI 是 0°，还是实际镜头中的斜入射？

这些都会产生不同的滤光片设计。

另一个常见误区，是只比较“最高透过率”。对于彩色成像而言，比单一峰值更重要的往往是可见区域整体的光谱形状，以及它与传感器 RGB 响应共同形成的颜色效果。

第三个误区则是忽略镜头结构。尤其是广角、大孔径或小尺寸摄像头模组，实际光线并不是全部垂直进入滤光片。IR-CUT 的测试条件如果与最终应用条件相差很大，即使单片光谱检测合格，装入系统后仍可能出现颜色差异。

九、一个完整的 IR-CUT 规格应该怎样定义？

相比只写一个截止波长，更合理的方法是把滤光片作为整个成像系统的一部分来定义。

建议同时明确传感器型号或光谱响应范围、需要透过的可见波段、截止边缘定义、红外截止范围和深度、实际 AOI、镜头 F/# 或光锥条件，以及尺寸、厚度、有效口径和安装方式。

如果对颜色一致性要求较高，还应结合整机状态进行光谱和成像验证，而不能只依赖滤光片单体的外观或一条没有测试条件的光谱曲线。

对于滤光片等波长选择性元件，GIAI 项目资料也明确要求：透过、反射、截止、CWL、OD、AOI 等光谱指标应围绕具体项目规格和实际测试条件进行验证，尤其不能脱离入射角单独理解干涉滤光片的曲线。

十、红外截止滤光片如何进行项目选型？

IR-CUT 的选型本质上并不是“找一个波长最接近的现成滤光片”，而是确定整个系统允许哪些光进入探测器、哪些光必须被抑制。

如果已经有传感器、镜头或整机设计，比较有效的方式是提供目标透过范围、截止范围、截止深度、AOI、光束条件、基材、尺寸、厚度、有效口径和检测要求，再根据实际系统确定滤光片结构。

激埃特光电当前公开产品方向包括光学滤光片、红外光学元件及光学镀膜，并支持根据图纸、规格或样品进行项目级技术评估；具体光谱性能仍应以对应产品规格和双方确认的测试条件为准。