CN103592709B - 一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片及其制备工艺 - Google Patents

一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种渐变折射率的高显色性窄带负滤光片及其制备工艺，滤光片的膜系结构采用傅立叶变换方法来设计，可用于眼底激光治疗装置。滤光片膜系包括了匹配层、褶皱膜层和减反膜层三部分，其中，匹配层的折射率由基板开始递增并过渡到褶皱膜层的中间折射率，褶皱膜层为主体膜系，折射率呈正弦形变化，并采用切趾函数，减反膜层由两层高低折射率薄膜组成。本发明的负滤光片包含多个反射带，可在眼底激光治疗装置中对照明光源的光谱进行调节，提高照明系统的显色性能。该滤光片具有显色效果好、性能稳定、易于制备等优点。

Description

一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片及其制备工艺
技术领域
本发明涉及光学滤光片的设计与制备领域，具体涉及一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片及其制备工艺。
背景技术
在眼底激光治疗仪中，照明光源的光路与治疗激光的光路部分重叠，照明光源经过一部分激光滤光片之后，缺少了部分光谱成分，导致在眼底照明时显色指数下降，医生的观察视野出现色偏差，不易区分病人的眼底组织，严重影响病灶区域的准确判断与定位。为提高照明系统的显色性能，必须在观察光路中增设滤光片，对眼底反射的照明光源的光谱进行选择性滤波。这种滤光片称为显色性窄带负滤光片，是眼底激光治疗设备中的关键器件，其核心技术涉及光学薄膜的优化设计与精密制备。
负滤光片的设计有阶跃折射率和渐变折射率两种方式。阶跃折射率设计的膜厚相对较小，但反射带带宽难以达到30nm以内，且通带透过率不高，制备的可重复性低。渐变折射率设计虽然膜厚较大，但是反射带带宽可以达到20nm以内，容易实现多反射带设计，且通带波纹小，透过率较高，加工重复性较好，所以，具有多个反射带的高显色性窄带负滤光片一般采用渐变折射率进行设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片及其制备工艺，包括基板和膜系结构，其特征性在于：所述的膜系结构依次设有匹配层、褶皱膜层和减反膜层，所述匹配层与基板相贴合。
所述的基板可以是B270、K9、BK7等透明介质材料。
所述的用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片，其特征性在于：所述的匹配层和褶皱膜层都是渐变折射率膜层，所述的匹配层连接基片与褶皱膜层，折射率由基板逐渐递增并过渡到褶皱膜层的中间折射率，所述的褶皱膜层折射率呈正弦形变化，所述的减反膜层由两层高低折射率薄膜组成，位于整体膜系的最外层。
所述高显色性窄带负滤光片的匹配层厚度大于400nm，褶皱膜层厚度大于10μm，减反膜层膜厚约为180nm。
所述的用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片，其特征性在于：所述膜层的材料为SiOxNy。
所述的用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片，其特征在于：所述的滤光片的透过率在可见光范围内包含若干个反射带，通带的平均透过率超过90%。
所述的用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片，其特征性在于反射带数量可以是2个，且反射带中心波长分别为532nm和590nm。
所述高显色性窄带负滤光片膜系的显色性能是以一般显色指数Ra和特殊显色指数Re作为评价指标。
一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片的制备工艺，其特征在于：所述的高显色性窄带负滤光片的制备工艺包括：
1)根据已知照明光源的发光光谱和眼底激光的工作波长，构建滤光片的初始透过率曲线模型；
2)以显色指数作为评价函数，对初始透过率曲线进行优化；
3)对优化后的透过率曲线进行傅立叶变换，得到高显色性窄带负滤光片的折射率分布；
4)选用550nm作为参考波长，根据该波长下SiOxNy材料折射率与反应气体比例的对应关系确定滤光片膜系制备时气体流量的变化曲线，以0.01为间隔对折射率进行等间距线性插值采样，得到所需的折射率、反应气体比例、流量对应关系；
5)采用脉冲磁控反应溅射进行膜系制备，靶材为硅，薄膜材料为SiOxNy，溅射功率为2.0kW，输入氧气和氮气的混合气体参与反应，气体流量采用主/从配置方式进行控制，即在沉积过程中对氮气流量进行主动控制，氧气流量进行相应的随从变化，得到所需比例的混合反应气体后施加闭环控制；
6)薄膜的连续溅射沉积需要历时215-220分钟，然后在300℃下退火10分钟即得到所需的高显色性窄带负滤光片。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片及其制备工艺，具有多项功能，包括对532nm治疗激光的高反射，阻止眼底反射或散射的治疗激光进入医生的眼睛，同时对眼底反射光谱进行滤波调节，真实反映出眼底组织的颜色特征，以利于医生对病灶的准确定位和激光治疗，此外，滤光片还要保证能够透过足够多的照明光能量，使医生能看到明亮清晰的眼底结构。
附图说明
图1为本发明设计的高显色性窄带负滤光片膜系结构示意图，图中标号：1是基板，2是匹配层，3是褶皱层，4是减反膜层。
图2为本发明设计的高显色性窄带负滤光片的初始透过率曲线。
图3为本发明设计的双反射带高显色性窄带负滤光片的最优化透过率曲线。
图4为本发明设计的双反射带高显色性窄带负滤光片的折射率分布。
图5为本发明设计的三反射带高显色性窄带负滤光片的最优化透过率曲线。
图6为本发明设计的三反射带高显色性窄带负滤光片的折射率分布。
具体实施方式
本发明提供了一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片及其制备工艺，包括基板和膜系结构，基板为玻璃材料，膜系结构依次设有匹配层、褶皱膜层和减反膜层，匹配层与基板相贴合。匹配层上设有褶皱膜层，匹配层和褶皱膜层都是渐变折射率膜层，匹配层连接基片与褶皱膜层，折射率由基板逐渐递增并过渡到褶皱膜层的中间折射率，褶皱膜层折射率呈正弦形变化，减反膜层由两层高低折射率薄膜组成，位于整体膜系的最外层。
用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片，其透过率在可见光范围内包含若干个反射带，反射带数量可以是2个，且反射带中心波长分别为532nm和590nm；反射带数量也可以是3个，且反射带中心波长分别为475nm、532nm和590nm。
实例1
双反射带高显色性窄带负滤光片的设计与制备步骤：
（1）已知照明光源的发光光谱和眼底激光的工作波长532nm，构建滤光片的初始透过率曲线模型（见图2），在可见光范围内只有中心波长为532nm的一个反射带，其余均为通带；
（2）以显色指数作为评价函数，对初始透过率曲线进行优化，出现中心波长为590nm的第二个反射带（见图3），反射率峰值达到70%时，一般显色指数Ra达到86，特殊显色指数Re达到98；
（3）对优化后的透过率曲线进行傅立叶变换，得到双反射带高显色性窄带负滤光片的折射率分布（见图4）；
（4）选用550nm作为参考波长，根据该波长下SiOxNy材料折射率与反应气体比例的对应关系确定滤光片膜系制备时气体流量的变化曲线，以0.01为间隔对折射率进行等间距线性插值采样，得到所需的折射率、反应气体比例、流量对应关系；
（5）采用脉冲磁控反应溅射进行膜系制备，靶材为硅，薄膜材料为SiOxNy，溅射功率为2.0kW，输入氧气和氮气的混合气体参与反应，气体流量采用主/从配置方式进行控制，即在沉积过程中对氮气流量进行主动控制，氧气流量进行相应的随从变化，得到所需比例的混合反应气体后施加闭环控制；
（6）薄膜的连续溅射沉积需要历时220分钟左右，然后在300℃下退火10分钟即得到所需的双反射带高显色性窄带负滤光片。
实例2
三反射带高显色性窄带负滤光片的设计与制备步骤：
（1）已知照明光源的发光光谱和眼底激光的工作波长532nm，构建滤光片的初始透过率曲线模型（见图2），在可见光范围内只有中心波长为532nm的一个反射带，其余均为通带；
（2）以显色指数作为评价函数，对初始透过率曲线进行优化，首先出现中心波长为590nm的第二个反射带，反射率峰值为75%，然后出现中心波长为475nm的第三个反射带，反射率峰值为45%（见图5），此时，一般显色指数Ra达到90，特殊显色指数Re达到99；
（3）对优化后的透过率曲线进行傅立叶变换，得到三反射带高显色性窄带负滤光片的折射率分布（见图6）；
（4）选用550nm作为参考波长，根据该波长下SiOxNy材料折射率与反应气体比例的对应关系确定滤光片膜系制备时气体流量的变化曲线，以0.01为间隔对折射率进行等间距线性插值采样，得到所需的折射率、反应气体比例、流量对应关系；
（5）采用脉冲磁控反应溅射进行膜系制备，靶材为硅，薄膜材料为SiOxNy，溅射功率为2.0kW，输入氧气和氮气的混合气体参与反应，气体流量采用主/从配置方式进行控制，即在沉积过程中对氮气流量进行主动控制，氧气流量进行相应的随从变化，得到所需比例的混合反应气体后施加闭环控制；
（6）薄膜的连续溅射沉积需要历时215分钟左右，然后在300℃下退火10分钟即得到所需的三反射带高显色性窄带负滤光片。
实例1、实例2设计与制备的两种窄带负滤光片在可见光范围内包含多个反射带，通带的平均透过率超过90%，在眼底激光治疗仪中使用，可以提高照明系统的显色性能，同时对532nm的治疗激光有很高的反射，能够有效保护医生的眼睛不受激光伤害。

Claims (5)

1.一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片，包括基板和膜系结构，其特征性在于：所述的基板为玻璃材料，所述的膜系结构依次设有匹配层、褶皱膜层和减反膜层，所述匹配层与基板相贴合，所述的滤光片的透过率在可见光范围内包含2个反射带，反射带中心波长分别为532nm和590nm，590nm反射带的峰值反射率在70%。
2.一种用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片，包括基板和膜系结构，其特征性在于：所述的基板为玻璃材料，所述的膜系结构依次设有匹配层、褶皱膜层和减反膜层，所述匹配层与基板相贴合，所述的滤光片的透过率在可见光范围内包含3个反射带，反射带中心波长分别为475nm、532nm和590nm，475nm反射带的峰值反射率在45%，590nm反射带的峰值反射率在75%。
3.根据权利要求1所述的用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片，其特征性在于：所述的匹配层和褶皱膜层都是渐变折射率膜层，所述的匹配层连接基片与褶皱膜层，折射率由基板逐渐递增并过渡到褶皱膜层的中间折射率，所述的褶皱膜层折射率呈正弦形变化，所述的减反膜层由两层高低折射率薄膜组成，位于整体膜系的最外层。
4.根据权利要求1所述的用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片，其特征性在于：所述膜层的材料为SiOxNy。
5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的用于眼底激光治疗的高显色性窄带负滤光片的制备工艺，其特征在于：所述的高显色性窄带负滤光片的制备工艺包括：
（1）根据已知照明光源的发光光谱和眼底激光的工作波长，构建滤光片的初始透过率曲线模型；
（2）以显色指数作为评价函数，对初始透过率曲线进行优化；
（3）对优化后的透过率曲线进行傅立叶变换，得到高显色性窄带负滤光片的折射率分布；
（4）选用550nm作为参考波长，根据该波长下SiOxNy材料折射率与反应气体比例的对应关系确定滤光片膜系制备时气体流量的变化曲线，以0.01为间隔对折射率进行等间距线性插值采样，得到所需的折射率、反应气体比例、流量对应关系；
（5）采用脉冲磁控反应溅射进行膜系制备，靶材为硅，薄膜材料为SiOxNy，溅射功率为2.0kW，输入氧气和氮气的混合气体参与反应，气体流量采用主/从配置方式进行控制，即在沉积过程中对氮气流量进行主动控制，氧气流量进行相应的随从变化，得到所需比例的混合反应气体后施加闭环控制；
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