專利名稱：光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜層結(jié)構(gòu)，尤指一種應(yīng)用于濾光片、鏡頭等光學(xué)元件上的膜層結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，光學(xué)鍍膜已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于投影機(jī)、傳統(tǒng)相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、天文望遠(yuǎn)鏡用的鏡頭組、濾光片等，用來使得這些光學(xué)元件能夠?qū)崿F(xiàn)不同的光學(xué)功能，例如吸收紫外線、減反射、彩色濾光、紅外光截止等?，F(xiàn)以濾光片為例，對光學(xué)鍍膜的膜層結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的光學(xué)性能作一詳細(xì)介紹，所謂的濾光片是使用光的吸收或干涉原理從復(fù)色光中得到有限波長范圍的光學(xué)元件，常用的濾光片有吸收濾光片和干涉濾光片兩種。吸收濾光片是利用有色物質(zhì)對某些波長的光吸收，而使得只有一定波長范圍內(nèi)的光通過的原理制成的。但是吸收濾光片的單色性能差、具有較強(qiáng)的光損失，尤其是將其吸收特性應(yīng)用于截止濾光片上時，所形成的吸收型截止濾光片(又稱非干涉型截止濾光片)還具有二項大缺點(diǎn)，一是截止波長λC不能調(diào)，另一是截止斜率S的陡度不夠，因此該非干涉型截止濾光片在實際中不是很實用。
另一種干涉型濾光片則是利用其上的多層膜會使得光線在入射和反射之間產(chǎn)生相位差的原理而發(fā)生干涉現(xiàn)象，并且可以產(chǎn)生特定波長范圍內(nèi)的單色光，將該干涉濾光片的多層膜的干涉特性應(yīng)用于截止濾光片上可形成干涉型截止濾光片，該干涉型截止濾光片可以克服前述非干涉型截止濾光片的兩大缺點(diǎn)。但是干涉多層膜的共同缺點(diǎn)是截止波長λC對角度很敏感。當(dāng)入射光為斜向入射時，具有干涉多層膜的濾光片(例如干涉型截止濾光片)的截止波長或中心波長的位置會往短波方向漂移，該濾光片的峰值透過率會隨之發(fā)生變化，甚至其截止斜率也會產(chǎn)生變形。這是因為在光線斜向入射時的光行差比垂直入射短，也就是說等效膜層厚度變薄了，而光學(xué)厚度由Nd變成了Ndcosθ，由此時膜層的相厚度δ＝2πndcosθ/λ可知，其中心波位會往短波方向偏移。
請參圖1所示，現(xiàn)有干涉型截止濾光片80的膜層結(jié)構(gòu)81是采用了高、低折射率材料交替堆疊而成，且在玻璃基板82(BK7)上形成的高折射率膜層83(二氧化鈦，TiO2)與低折射率膜層84(二氧化硅，SiO2)的光學(xué)厚度相同，當(dāng)入射光線的中心波長為744nm時，兩種不同折射率的每一膜層83或84的光學(xué)厚度均為0.25，所述光學(xué)厚度等于對應(yīng)材料的折射率n乘以其物理厚度d。這種現(xiàn)有的膜層結(jié)構(gòu)81的具體設(shè)計值如下表所示
當(dāng)入射光線的入射角為0度時，采用上述設(shè)計值的現(xiàn)有膜層81可以得到如圖2中所示的光譜曲線a，圖中光譜曲線a的穿透率為50％的波長位置是650.3nm；但若入射光線的入射角為25度時，由該現(xiàn)有膜層81得到的光譜曲線如圖2中所示的光譜曲線b，此時穿透率為50％的波長位置是632.7nm。由此可知，由于角度變化而引起的光譜變化量為17.6nm。具有此光學(xué)薄膜的濾光片將會因該光譜變化而產(chǎn)生色彩變化，導(dǎo)致其光學(xué)性能變差，甚至有可能會對采用該濾光片的光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
為使得具有多層膜的濾光片的光學(xué)性能穩(wěn)定，通常要調(diào)節(jié)每一膜層的薄膜厚度，如中國大陸發(fā)明專利公告第CN 1146734C號所揭示的一種超窄帶通光學(xué)薄膜濾光片及其膜層厚度產(chǎn)生方法，發(fā)明人主要是利用了無序性的膜層厚度及無序性的膜層厚度產(chǎn)生方法，也就是說所鍍的膜層厚度允許有一個隨機(jī)的漲落，這樣可以大大降低由于膜層厚度的微小變化而導(dǎo)致的濾光片性能下降的幅度，并可進(jìn)一步緩解制備超窄帶通光學(xué)薄膜濾光片的制備難度。但是，因該專利所揭示的無序性膜系設(shè)計比較復(fù)雜，需要三種不同介質(zhì)、總共要鍍六十幾層膜，而且與傳統(tǒng)的濾光片一樣，膜系的無序性依然會引起透射峰位的偏移，而且膜層厚度的隨機(jī)漲落越大，透射峰偏離設(shè)計位置就越大。另一中國大陸發(fā)明專利公開第CN 1424593A號則揭示了一種雙層無序型超窄帶通光學(xué)薄膜濾光片，該濾光片包括有兩片相同的基底，二片基底的其中一表面各鍍有完全相同的無序型膜系，在兩個無序型膜系四周邊緣黏有特種微米小球膠，使其真空密封固定成一體，中間形成一真空層，真空層的厚度為微米小球膠的直徑，通過對微米小球加壓使得小球產(chǎn)生變形來調(diào)節(jié)該真空層的厚度，從而使得濾光片的穿透峰位調(diào)節(jié)到設(shè)計所需的位置。
在上述資料中所公開的調(diào)整濾光片的光學(xué)性能的方法均不能解決由現(xiàn)有膜層結(jié)構(gòu)的光譜隨著光線入射角度的變化而變化的問題，更不適合應(yīng)用于干涉型截止濾光片的膜層結(jié)構(gòu)設(shè)計中。因此，有必要對現(xiàn)有膜層結(jié)構(gòu)及設(shè)計參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)，其可以使光譜隨著入射光線的入射角度的不同而變化較小，從而使得不同入射角的光源產(chǎn)生的色彩變化差異減小。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有多層膜結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，其膜層設(shè)計可以減少因入射角差異而造成的光譜飄移的變化量，從而保證該光學(xué)元件的光學(xué)性能穩(wěn)定。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種膜層結(jié)構(gòu)，該膜層是由高、低折射率材料交替堆疊而成，且形成的每一高折射率膜層的光學(xué)厚度都比較大，而形成的每一低折射率膜層的光學(xué)厚度則都比較小，將該膜層鍍制于光學(xué)元件上，可以使得入射于該光學(xué)元件上的不同入射角的光線產(chǎn)生的光譜飄移的變化量減少。
上述膜層可以鍍制于干涉型截止濾光片上。
上述高折射率材料可采用二氧化鈦，低折射率材料可采用二氧化硅，若入射光線的中心波長為744nm，則該膜層中的每一高折射率膜層的光學(xué)厚度均為0.35，而該膜層中的每一低折射率膜層的光學(xué)厚度均為0.138，且高低折射率膜層總數(shù)為24層。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明膜層結(jié)構(gòu)是采用了厚薄方式進(jìn)行設(shè)計，即每一高折射率膜層的光學(xué)厚度均比低折射率膜層的光學(xué)厚度大，通過對該膜層厚度的優(yōu)化設(shè)計，本發(fā)明可以顯著提高光譜對角度變化的穩(wěn)定性及色彩分布的一致性，并通過這種方式提高采用該膜層結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的光學(xué)性能。

圖1是具有現(xiàn)有膜層結(jié)構(gòu)的干涉型截止濾光片及該現(xiàn)有膜層結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是現(xiàn)有膜層結(jié)構(gòu)與本發(fā)明膜層結(jié)構(gòu)在不同入射角下所生成的光譜曲線示意圖。
圖3是采用了本發(fā)明膜層結(jié)構(gòu)的干涉型截止濾光片及本發(fā)明膜層結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施方式
本實施例是以干涉型截止濾光片為例對本發(fā)明的膜層結(jié)構(gòu)及其光學(xué)性能作詳細(xì)介紹，當(dāng)然該膜層結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用于其它光學(xué)元件上。
請參圖3所示，本發(fā)明干涉型截止濾光片10的膜層結(jié)構(gòu)11是采用了非等厚的設(shè)計方式，也就是說，將高、低折射率材料交替堆疊于玻璃基板12(BK7)上，所形成的高折射率膜層13(二氧化鈦，TiO2)與低折射率膜層14(二氧化硅，SiO2)的光學(xué)厚度不同，其中每一高折射率膜層13的光學(xué)厚度均比低折射率膜層14的光學(xué)厚度要大。當(dāng)入射光線的中心波長為744nm時，每一高折射率膜層13的光學(xué)厚度均為0.35，而每一低折射率膜層14的光學(xué)厚度均為0.138，所述光學(xué)厚度等于對應(yīng)材料的折射率n乘以其物理厚度d，該膜層結(jié)構(gòu)11的具體設(shè)計值如下表所示
當(dāng)入射光線的入射角為0度時，采用上述設(shè)計值的本發(fā)明膜層結(jié)構(gòu)11可以得到如圖2中所示的光譜曲線c，圖中光譜曲線c的穿透率為50％的波長位置是649.5nm；但若入射光線的入射角為25度時，由該膜層結(jié)構(gòu)11得到的光譜曲線如圖2中所示的光譜曲線d，此時穿透率為50％的波長位置是635.6nm。由此可知，由于角度變化而引起的光譜變化量為13.9nm，該變化量明顯低于現(xiàn)有膜層81的因角度變化而引起的光譜變化量，而且本發(fā)明高、低折射率膜層13、14的厚薄差異越大，光譜隨入射角差異而引起的變化量將會越小。
由于本發(fā)明光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)的高、低折射率膜層13、14是采用了厚薄設(shè)計方式，可以減少因入射角差異造成的光譜飄移的變化量，這樣可以使得色彩分布呈現(xiàn)較一致的狀態(tài)。將這種設(shè)計方式應(yīng)用在其它光學(xué)元件上，如投影機(jī)、傳統(tǒng)相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)用的鏡頭等，都可以讓色彩變化的差異降到最低的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)，該膜層是由高、低折射率材料交替堆疊而成，其特征在于該膜層中的每一高折射率膜層均具有第一光學(xué)厚度，而形成的每一低折射率膜層均具有第二光學(xué)厚度，而且所述的第一光學(xué)厚度是大于第二光學(xué)厚度，當(dāng)將這些膜層鍍制于光學(xué)元件上時，可以使得入射在該光學(xué)元件上的不同入射角的光線產(chǎn)生的光譜飄移的變化量減少。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于這些膜層可以鍍制于干涉型截止濾光片上。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于高折射率材料可采用二氧化鈦，低折射率材料可采用二氧化硅。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于若入射光線的中心波長為744nm，則該膜層中的每一高折射率膜層的光學(xué)厚度均為0.35，而該膜層中的每一低折射率膜層的光學(xué)厚度均為0.138，且高低折射率膜層總數(shù)為24層。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于該膜層可以鍍制于其它光學(xué)元件上。
6.一種具有多層膜結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，其具有一基板及設(shè)置于基板上的膜層，其中膜層是由高、低折射率材料交替堆疊而成，其特征在于該膜層中的每一高折射率膜層的光學(xué)厚度均比低折射率膜層的光學(xué)厚度大。
7.如權(quán)利要求6所述的具有多層膜結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，其特征在于該光學(xué)元件可以是干涉型截止濾光片，其上形成有采用厚薄方式堆疊的高低折射率膜層結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的具有多層膜結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，其特征在于高折射率材料可采用二氧化鈦，低折射率材料可采用二氧化硅。
9.如權(quán)利要求8所述的具有多層膜結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，其特征在于若入射光線的中心波長為744nm，則該膜層中的每一高折射率膜層的光學(xué)厚度均為0.35，而該膜層中的每一低折射率膜層的光學(xué)厚度均為0.138，且高低折射率膜層總數(shù)為24層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)，該膜層是由高、低折射率材料交替堆疊而成，且形成的每一高折射率膜層的光學(xué)厚度都比較大，而形成的每一低折射率膜層的光學(xué)厚度則都比較小。該膜層可鍍制在干涉型截止濾光片上，高折射率材料可采用二氧化鈦，低折射率材料可采用二氧化硅。若入射光線的中心波長為744nm，則該膜層中的每一高折射率膜層的光學(xué)厚度均為0.35，而該膜層中的每一低折射率膜層的光學(xué)厚度均為0.138。當(dāng)光線入射在該干涉型截止濾光片上時，因光線入射角度不同而引起的光譜飄移的變化量減少，這樣可以提高該干涉型截止濾光片的光學(xué)性能。
文檔編號G02B5/20GK1885065SQ20051007848
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者黃玟豪 申請人:亞洲光學(xué)股份有限公司