CN101398496A - 滤光片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种滤光片，该滤光片包括一透光基板，一滤光镀膜层，一抗反射结构。滤光镀膜层结构形成于透光基板的第一表面上，抗反射结构形成于透光基板与其第一表面相对的第二表面上。该抗反射结构具有周期性内凹光栅结构，具有抗反射波长范围广，穿透率高等优点，十分适用于精密光学的应用中。

Description

滤光片
技术领域
本发明是关于一种滤光片，特别涉及一种具有抗反射结构的滤光片，适用于应用该滤光片的光学系统中。
背景技术
滤光片作为一种光学滤波器，可通过特定波长的光线，其主要结构为透光基板的一个表面镀上多层不同反射率材料相间的介质层，来达到滤光的作用，传统上称之为滤光镀膜层；然为让需通过滤光镀膜层的光线提高穿透率，通常会在透光基板与滤光镀膜层相对的另一个表面镀上抗反射膜。
请参阅图1，是一种现有的滤光片结构示意图。该滤光片100包括一个透光基板110，以及分别涂镀在所述透光基板110相对两侧的滤光镀膜层120和抗反射镀膜层130。一般可见光的波长范围为400~700nm，当光源10发射出的可见光经过滤光片100的滤光镀膜层120后，便阻挡掉其他波长的光通过，抗反射镀膜层130用以提高穿透光的穿透率，最终得到预期颜色的光。
然而，抗反射镀膜层为多层不同反射率材料相间的介质层，在透光基板上沉积而制成，所以存在薄膜的折射率取值范围受到限制等问题，即抗反射膜的折射率受到限制。另外，在高温，抗反射膜厚度、均匀性不理想等条件下，皆会影响抗反射膜的抗反射性能。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种抗反射性能高、抗反射波长范围广的滤光片。
一种滤光片，其包括：一透光基板，一滤光镀膜层，一抗反射结构。所述透光基板包括第一表面及与第一表面相对的第二表面；所述滤光镀膜层形成于透光基板的第一表面上；所述抗反射结构形成于透光基板的第二表面上，且该抗反射结构具有周期性内凹光栅结构。
相较现有滤光片结构，所述滤光片以结构方式的变更，采用抗反射周期性内凹光栅结构，有效的克服了传统的光学薄膜折射率受材料限制的问题。并且，该种抗反射周期性内凹光栅结构可在较宽光谱范围达到抗反射功效，抗反射波长范围广，穿透率高。
附图说明
图1为现有滤光片的平面结构示意图；
图2为本发明滤光片第一实施例的立体结构示意图；
图3为图2滤光片的平面结构示意图；
图4为图3中IV部分的放大结构平面图；
图5为亚波长光栅结构折射率等效结构示意图；
图6为本发明滤光片第二实施例的立体结构示意图；
图7为图6滤光片的平面结构示意图。
具体实施方式
请参阅图2至图5，是本发明滤光片的第一较佳实施例，该滤光片200包括一透光基板210，一滤光镀膜层220，一抗反射结构230。
所述透光基板210为由透明树脂材料或玻璃材料等透光材料制成，具有第一表面2101及与第一表面2101相对的第二表面2102。
所述滤光镀膜层220为多层不同反射率材料相间的介质层，沉积在透光基板210的第一表面2101上。所述沉积过程采用物理气相沉积，如热蒸镀、等离子溅镀法及离子束溅镀法或采用化学气相沉积及其它薄膜生长的方法等。
所述抗反射结构230为周期性内凹光栅。本实施例采用将周期性内凹光栅230直接刻蚀于透光基板210的第二表面2102上，即抗反射周期性内凹光栅230与透光基板210同为一体。周期性内凹光栅230可以是一维或二维光栅，内凹光栅的形状可以是单台阶或多台阶的立方体状、柱状、锥状或半球状。
如图2和图3所示，本实施例采用二维单台阶圆锥状周期性内凹光栅230。该二维单台阶圆锥状内凹光栅230，是由第一部分2301及第二部分2302相互交替构成周期性结构，其中第一部分2301是内凹的单台阶圆锥形槽。如图4所示，二维单台阶圆锥状内凹光栅230的周期，即两两相邻的第一部分2301之间的距离是依据入射光波长λ而定，设置为小于λ/2；第一部分2301的内凹深度小于一个入射光波长λ，即所述二维单台阶圆锥状内凹光栅230是二维单台阶圆锥状亚波长内凹光栅。因为所述光栅的工作周期随结构变化递减而产生折射率递减的等效效果，所以该光栅结构可等同于梯度折射率的光学抗反射薄膜层，具有抗反射功能。如图5所示，其中Nx至Ny依次代表不同层次不同的折射率。
光线穿透滤光片200的滤光镀膜层220进入透光基板210，经二维单台阶圆锥状亚波长内凹光栅230产生衍射，形成前向衍射(透射)波及后向衍射(反射)波，由于亚波长光栅的周期小于穿透光波长，光栅仅传输零级衍射光。根据等效介质理论及严格耦合波理论，本发明通过控制光栅的周期、深度及形状，可使后向衍射波接近零，即该二维单台阶圆锥状亚波长内凹光栅230的可见光部分穿透率可高达99％以上。该二维单台阶圆锥状亚波长内凹光栅230与透光基板210为一体结构，可解决薄膜材料短缺的局限。同时由于光栅的衍射特点具有一定扩散功效，故可减轻滤出的光分布不均而产生的暗带。
所述抗反射周期性亚波长内凹光栅230可通过以下方法得到：利用电子束或激光对模仁进行直接加工，在透光基板210模具的模仁上形成所需的抗反射周期性亚波长内凹光栅结构230，通过射出成型与透光基板210一同压出，实现了制作成本低，制程时间短，可用于大规模生产等优点。
所述抗反射周期性亚波长内凹光栅230也可以采用电子束平板印刷制得，在抗反射结构表面溅镀电子敏感阻膜，利用精度为纳米量级的电子束对阻膜进行曝光，在阻膜上形成所需的光栅结构，通过刻蚀、离子交换等方法在抗反射结构表面形成所需的亚波长内凹光栅结构。其他形状的周期性内凹光栅结构具有相同的性质。
请参阅图6和图7，是本发明滤光片的第二较佳实施例，该滤光片300包括一透光基板310，一滤光镀膜层320，一抗反射结构330。所述透光基板310具有第一表面3101及与第一表面3101相对的第二表面3102。所述滤光镀膜层320沉积在透光基板310的第一表面3101上。所述抗反射结构330是由沉积在透光基板310第二表面3102上的开设有二维多台阶圆柱状内凹亚光栅结构332的抗反射镀膜层而构成的独立抗反射结构层。该抗反射镀膜层为多层不同反射率材料相间的介质层，采用物理气相沉积，如热蒸镀、等离子溅镀法及离子束溅镀法或采用化学气相沉积及其它薄膜生长的方法等过程制成。
所述二维多台阶圆柱状内凹亚光栅332是由第一部分3321及第二部分3322相互交替构成周期性结构，其中第一部分3321是内凹的多台阶圆柱形槽。该抗反射结构层330与透光基板310具有相同的折射率。
所述具有二维多台阶圆柱状内凹亚光栅332的抗反射结构层330，其作用、功效与第一较佳实施例的二维单台阶圆锥状亚波长内凹光栅230相同，可减少通过抗反射结构层330的光线发生菲涅尔发射，提高光线的穿透率，并具有一定的扩散功效。该光栅结构的制程可效仿前述，其他类型、形状的光栅亦相同功效，至此不再赘述。
另外，在上述两个实施例中，当光栅的周期小于2λ/5时，λ是入射光波长，内凹光栅的形状对反射率没有影响，即内凹光栅的形状可为任意形状。
当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

  1. 【权利要求1】一种滤光片，其包括：一透光基板，一滤光镀膜层，以及一抗反射结构，所述透光基板包括第一表面及与第一表面相对的第二表面；所述滤光镀膜层形成于透光基板的第一表面上，所述抗反射结构形成于透光基板的第二表面上，其特征在于：该抗反射结构具有周期性内凹光栅结构。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的滤光片，其特征在于：所述抗反射结构为抗反射镀膜层，该抗反射镀膜层表面开设有周期性内凹光栅。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的滤光片，其特征在于：所述周期性内凹光栅结构开设于透光基板的第二表面上。
  4. 【权利要求4】如权利要求2或3所述的滤光片，其特征在于：所述周期性内凹光栅的形状是内凹的立方体状、柱状、锥状或半球状。
  5. 【权利要求5】如权利要求2或3所述的滤光片，其特征在于：所述周期性内凹光栅是单台阶或多台阶周期性内凹光栅结构。
  6. 【权利要求6】如权利要求2或3所述的滤光片，其特征在于：所述周期性内凹光栅的周期小于λ/2，λ为入射光波长。
  7. 【权利要求7】如权利要求2或3所述的滤光片，其特征在于：所述周期性内凹光栅的周期小于2λ/5，λ为入射光波长，内凹光栅的形状为任意形状。
  8. 【权利要求8】如权利要求2或3所述的滤光片，其特征在于：所述周期性内凹光栅的内凹深度小于一个入射光波长λ。
  9. 【权利要求9】如权利要求2或3所述的滤光片，其特征在于：所述周期性内凹光栅结构与透光基板具有相同的折射率。
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