CN105589123A - 大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构及制作方法，大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构，包括大曲率透镜，所述大曲率透镜上设置有红外紫外截止滤光膜，该红外紫外截止滤光膜包括依次交替堆叠在大曲率透镜上的低折射率膜层和高折射率膜层；低折射率膜层的层数≥10，高折射率膜层的层数≥10。所述红外紫外截止滤光膜为45层的多膜层结构。所述低折射率膜层的材料采用SiO2，高折射率膜层的材料采用Ti3O5或Ta2O5。本发明具有结构简单合理、膜层均匀性一致、膜层牢固度强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及光学薄膜设计及工艺制造领域，特别是涉及一种大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构及制作方法。
背景技术
红外光抑制是图像传感器必需的功能之一，这是因为CCD、CMOS对光的感应和人眼不同。人眼只能看到380～780nm的可见光，而CCD、CMOS则可以感应红外光和紫外光，尤其对红外光十分敏感。因此，必须将红外光及紫外光加以抑制，并保持可见光的高透过率，使CCD和/或COMS对光的感应接近于人的眼睛，从而使拍摄的图像也符合人眼的感应。
一般说来，可通过在成像系统中加入红外紫外截止滤光片，阻挡干扰成像质量的红外光及紫外光，从而使所成影的图像更加符合人眼的最佳感觉。红外紫外截止滤光片是利用精密光学镀膜技术在光学基片上交替镀上高低折射率的光学薄膜，从而实现可见光区420～660nm高透，近红外700～1100nm及近紫外350～410nm截止的功能。红外紫外截止滤光片主要应用于可拍照手机摄像头、电脑内置摄像头及汽车摄像头等数码成像领域。
现有结构一般是在CCD和/或CMOS前面单独放置红外紫外截止滤光片，允许可见光透过，而截止红外紫外波段光入射。
在运动摄像机SDV的光学模组中，直接把红外紫外截止滤光膜镀到7枚镜片中的一枚大曲率透镜上，这样可以减少使用一枚镜片，并达到最佳成像效果。因此，在大曲率成像透镜上直接镀上红外紫外截止滤光膜可以达到简化结构、节约成本的效果。
但是，在大曲率透镜表面上沉积光学薄膜，对于具有中心回转方式镀膜机来说，具有难以克服的难点，难以保证大曲率透镜片边缘的膜层与中心膜层厚度一致性，并且边缘膜层的牢固度很弱等问题。其主要原因是大曲率透镜表面边缘的镀膜沉积角度较中心大，基于沉积原子或分子在基板表面的有限迁移率形成柱状薄膜结构的认识，导致边缘膜层较薄，膜层致密性较差。
中国专利文献号CN1766677A于2006年05月03日公开了一种滤光片，其包括:一基体层及第一膜层，该基体层内混合有纳米材料，第一膜层形成于基体层的任一表面，该第一膜层为抗反射膜。该基体层内含有的纳米材料可为二氧化硅SiO2或氧化锌ZnO。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、膜层均匀性一致、膜层牢固度强的大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构及制作方法，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构，包括大曲率透镜，其特征是所述大曲率透镜上设置有红外紫外截止滤光膜，该红外紫外截止滤光膜包括依次交替堆叠在大曲率透镜上的低折射率膜层和高折射率膜层；低折射率膜层的层数≥10，高折射率膜层的层数≥10。
进一步，所述红外紫外截止滤光膜为45层的多膜层结构。
进一步，所述低折射率膜层的材料采用SiO2，高折射率膜层的材料采用Ti3O5或Ta2O5。
进一步，所述红外紫外截止滤光膜中的各膜层厚度见膜层厚度表：
膜层厚度表
| 膜层数 | 材料 | 膜厚(nm) | 膜层数 | 材料 | 膜厚(nm) |
| 1 | 低折射率膜层 | 81.6±1 | 24 | 高折射率膜层 | 94.3±1 |
| 2 | 高折射率膜层 | 7.6±1 | 25 | 低折射率膜层 | 174.8±1 |
| 3 | 低折射率膜层 | 44.3±1 | 26 | 高折射率膜层 | 104.4±1 |
| 4 | 高折射率膜层 | 94.3±1 | 27 | 低折射率膜层 | 147.7±1 |
| 5 | 低折射率膜层 | 132.8±1 | 28 | 高折射率膜层 | 86.8±1 |
| 6 | 高折射率膜层 | 79.6±1 | 29 | 低折射率膜层 | 157.7±1 |
| 7 | 低折射率膜层 | 122.4±1 | 30 | 高折射率膜层 | 100.9±1 |
| 8 | 高折射率膜层 | 79±1 | 31 | 低折射率膜层 | 152.5±1 |
| 9 | 低折射率膜层 | 116.6±1 | 32 | 高折射率膜层 | 88±1 |
| 10 | 高折射率膜层 | 80.4±1 | 33 | 低折射率膜层 | 143.5±1 |
| 11 | 低折射率膜层 | 112.2±1 | 34 | 高折射率膜层 | 93±1 |
| 12 | 高折射率膜层 | 82±1 | 35 | 低折射率膜层 | 163.6±1 |
| 13 | 低折射率膜层 | 108.6±1 | 36 | 高折射率膜层 | 105.9±1 |
| 14 | 高折射率膜层 | 83.4±1 | 37 | 低折射率膜层 | 168.7±1 |
| 15 | 低折射率膜层 | 106.6±1 | 38 | 高折射率膜层 | 105.6±1 |
| 16 | 高折射率膜层 | 83.8±1 | 39 | 低折射率膜层 | 166.5±1 |
| 17 | 低折射率膜层 | 106.2±1 | 40 | 高折射率膜层 | 102.8±1 |
| 18 | 高折射率膜层 | 83.9±1 | 41 | 低折射率膜层 | 164.7±1 |
| 19 | 低折射率膜层 | 108.2±1 | 42 | 高折射率膜层 | 101.8±1 |
| 20 | 高折射率膜层 | 83.1±1 | 43 | 低折射率膜层 | 158.2±1 |
| 21 | 低折射率膜层 | 113.1±1 | 44 | 高折射率膜层 | 89.4±1 |
| 22 | 高折射率膜层 | 82.8±1 | 45 | 低折射率膜层 | 70.9±1 |
| 23 | 低折射率膜层 | 123.3±1 |
进一步，一种大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构的制作方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一，镀膜前，以大曲率透镜为基片，将基片加温，加热温度为150±20℃；
步骤二，将经过步骤一加热处理后的基片进行离子轰击处理：在真空压力为8.0±2×10-4Pa下，启动RF离子源，所述RF离子源的参数为：beamvoltage：800V，beamcurrent：800mA，离子轰击时间为60s；
步骤三，在基片上镀第一层膜，该第一层膜为低折射率膜层，镀膜时使用的材料为SiO2，镀膜的膜层厚度为81.6±1nm，镀膜时的真空压力为8.0±2×10-4Pa，蒸发速率为
步骤四，在第一层膜上镀第二层膜，该第二层膜为高折射率膜层，镀膜时使用的材料为Ti3O5或Ta2O5，镀膜的膜层厚度为7.6±1nm，镀膜时的真空压力为1.6±0.3×10-2Pa，蒸发速率为
步骤五，接下来，在第二层膜上依次交替蒸发并形成第三层膜和第四层膜，也就是在第二层膜上依次交替蒸发并形成低折射率膜层和高折射率膜层，膜层厚度如膜层厚度表所示，镀膜时的真空压力和蒸发速率分别与步骤三和步骤四相同；
步骤六，按照步骤五依次镀完45层膜。
在步骤一中，在加热温度为150±20℃时，恒温20～25分钟。
本发明在大曲率透镜上设置有红外紫外截止滤光膜，该红外紫外截止滤光膜包括依次交替堆叠在大曲率透镜上的低折射率膜层和高折射率膜层；整个红外紫外截止滤光膜为45层的多膜层结构；于是，红外紫外截止滤光膜在430～650nm波段可见光透过率大于90％，而对700～1100nm波段红外光及380～410nm波段紫外光的透过率均小于1％。并且，采用本发明提供的上述制作方法获得的镀制在大曲率透镜表面上的红外紫外截止滤光膜的膜层均匀性一致，膜层牢固度强。因而，本发明提供的红外紫外截止滤光膜能够使得360度运动相机SDV的光学结构得以简化，制作成本大大的降低。
本发明在镀膜前，对基片进行离子轰击处理：在真空压力为8.0±2×10-4Pa下，启动RF离子源，所述RF离子源的参数为：beamvoltage：800V，beamcurrent：800mA，离子轰击时间为60s，镀膜前增加离子源轰击的好处是可以清除基片表面的有机污染物，使基片表面更鲜活，增强基片表面与膜层的附着力。
综上所述，本发明具有结构简单合理、膜层均匀性一致、膜层牢固度强的特点。
附图说明
图1为本发明一实施例的红外紫外截止滤光膜设计曲线图。
图2为本发明中的6511G4镜片的示意图。
图3为本发明中的红外紫外截止滤光膜实测曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图3，本大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构，包括大曲率透镜，所述大曲率透镜上设置有红外紫外截止滤光膜，该红外紫外截止滤光膜包括依次交替堆叠在大曲率透镜上的低折射率膜层和高折射率膜层；低折射率膜层的层数≥10，高折射率膜层的层数≥10。
在本实施例中，所述红外紫外截止滤光膜为45层的多膜层结构。
所述低折射率膜层的材料采用SiO2，高折射率膜层的材料采用Ti3O5或Ta2O5。
一种大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构的制作方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一，镀膜前，以大曲率透镜为基片，将基片加温，加热温度为150±20℃；
步骤二，将经过步骤一加热处理后的基片进行离子轰击处理：在真空压力为8.0±2×10-4Pa下，启动RF离子源，所述RF离子源的参数为：beamvoltage：800V，beamcurrent：800mA，离子轰击时间为60s；
步骤三，在基片上镀第一层膜，该第一层膜为低折射率膜层，镀膜时使用的材料为SiO2，镀膜的膜层厚度为81.6±1nm，镀膜时的真空压力为8.0±2×10-4Pa，蒸发速率为
步骤四，在第一层膜上镀第二层膜，该第二层膜为高折射率膜层，镀膜时使用的材料为Ti3O5或Ta2O5，镀膜的膜层厚度为7.6±1nm，镀膜时的真空压力为1.6±0.3×10-2Pa，蒸发速率为
步骤五，接下来，在第二层膜上依次交替蒸发并形成第三层膜和第四层膜，也就是在第二层膜上依次交替蒸发并形成低折射率膜层和高折射率膜层，膜层厚度如膜层厚度表所示，镀膜时的真空压力和蒸发速率分别与步骤三和步骤四相同；
步骤六，按照步骤五依次镀完45层膜。
在步骤一中，在加热温度为150±20℃时，恒温20～25分钟。
SY6511G4镜片属于大曲率镜片，见图2，其主要应用于360度全景运动相机SDV。制作时，可以采用光驰OTFC1550型镀膜机在SY6511G4镜片上镀制红外紫外截止滤光膜。
所述红外紫外截止滤光膜中的各膜层厚度见下面的膜层厚度表。
膜层厚度表
| 膜层数 | 材料 | 膜厚(nm) | 膜层数 | 材料 | 膜厚(nm) |
| 1 | 低折射率膜层 | 81.6±1 | 24 | 高折射率膜层 | 94.3±1 |
| 2 | 高折射率膜层 | 7.6±1 | 25 | 低折射率膜层 | 174.8±1 |
| 3 | 低折射率膜层 | 44.3±1 | 26 | 高折射率膜层 | 104.4±1 |
| 4 | 高折射率膜层 | 94.3±1 | 27 | 低折射率膜层 | 147.7±1 |
| 5 | 低折射率膜层 | 132.8±1 | 28 | 高折射率膜层 | 86.8±1 |
| 6 | 高折射率膜层 | 79.6±1 | 29 | 低折射率膜层 | 157.7±1 |
| 7 | 低折射率膜层 | 122.4±1 | 30 | 高折射率膜层 | 100.9±1 |
| 8 | 高折射率膜层 | 79±1 | 31 | 低折射率膜层 | 152.5±1 |
| 9 | 低折射率膜层 | 116.6±1 | 32 | 高折射率膜层 | 88±1 |
| 10 | 高折射率膜层 | 80.4±1 | 33 | 低折射率膜层 | 143.5±1 |
| 11 | 低折射率膜层 | 112.2±1 | 34 | 高折射率膜层 | 93±1 |
| 12 | 高折射率膜层 | 82±1 | 35 | 低折射率膜层 | 163.6±1 |
| 13 | 低折射率膜层 | 108.6±1 | 36 | 高折射率膜层 | 105.9±1 |
| 14 | 高折射率膜层 | 83.4±1 | 37 | 低折射率膜层 | 168.7±1 |
| 15 | 低折射率膜层 | 106.6±1 | 38 | 高折射率膜层 | 105.6±1 |
| 16 | 高折射率膜层 | 83.8±1 | 39 | 低折射率膜层 | 166.5±1 |
| 17 | 低折射率膜层 | 106.2±1 | 40 | 高折射率膜层 | 102.8±1 |
| 18 | 高折射率膜层 | 83.9±1 | 41 | 低折射率膜层 | 164.7±1 |
| 19 | 低折射率膜层 | 108.2±1 | 42 | 高折射率膜层 | 101.8±1 |
| 20 | 高折射率膜层 | 83.1±1 | 43 | 低折射率膜层 | 158.2±1 |
| 21 | 低折射率膜层 | 113.1±1 | 44 | 高折射率膜层 | 89.4±1 |
| 22 | 高折射率膜层 | 82.8±1 | 45 | 低折射率膜层 | 70.9±1 |
| 23 | 低折射率膜层 | 123.3±1 |
镀制时的镀膜参数见下表1：
表1红外紫外截止滤光膜的镀膜参数
| 镀膜参数 | 起始真空镀(Pa) | 机台温度(℃) | 恒温时间 |
| 参数值 | 8.0±2×10-4 | 150±20 | 25分钟 |
另外，由于在镀膜过程中，使用了离子源辅助镀膜。当镀膜真空室的真空度到达8.0×10-4Pa开始镀膜后，开启RF离子源镀膜前轰击基片60秒～5分钟。离子源轰击辅助镀膜的参数见下表2。
表2镀制红外紫外截止滤光膜的离子源参数
采用表1及表2的镀膜工艺参数镀制红外紫外截止滤光膜，其分光透过率测试曲线见图3，测试结果表明采用上述的技术方案镀制的红外紫外截止滤光膜的透射光谱符合规格要求。
另外，对镀制的红外紫外截止滤光膜进行膜强度测试，采用高温高湿实验检测：实验条件为温度90℃，湿度80％相对湿度下，时间48小时，实验测试结果：膜层无任何龟裂。高粘性胶带拉扯测试5次，无任何脱膜现象。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构，包括大曲率透镜，其特征是所述大曲率透镜上设置有红外紫外截止滤光膜，该红外紫外截止滤光膜包括依次交替堆叠在大曲率透镜上的低折射率膜层和高折射率膜层；低折射率膜层的层数≥10，高折射率膜层的层数≥10。
2.根据权利要求1所述的大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构，其特征是所述红外紫外截止滤光膜为45层的多膜层结构。
3.根据权利要求1所述的大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构，其特征是所述低折射率膜层的材料采用SiO2，高折射率膜层的材料采用Ti3O5或Ta2O5。
4.根据权利要求1所述的大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构，其特征是所述红外紫外截止滤光膜中的各膜层厚度见膜层厚度表：
5.一种根据权利要求1所述的大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构的制作方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一，镀膜前，以大曲率透镜为基片，将基片加温，加热温度为150±20℃；
步骤二，将经过步骤一加热处理后的基片进行离子轰击处理：在真空压力为8.0±2×10-4Pa下，启动RF离子源，所述RF离子源的参数为：beamvoltage：800V，beamcurrent：800mA，离子轰击时间为60s；
步骤三，在基片上镀第一层膜，该第一层膜为低折射率膜层，镀膜时使用的材料为SiO2，镀膜的膜层厚度为81.6±1nm，镀膜时的真空压力为8.0±2×10-4Pa，蒸发速率为
步骤四，在第一层膜上镀第二层膜，该第二层膜为高折射率膜层，镀膜时使用的材料为Ti3O5或Ta2O5，镀膜的膜层厚度为7.6±1nm，镀膜时的真空压力为1.6±0.3×10-2Pa，蒸发速率为
步骤五，接下来，在第二层膜上依次交替蒸发并形成第三层膜和第四层膜，也就是在第二层膜上依次交替蒸发并形成低折射率膜层和高折射率膜层，膜层厚度如膜层厚度表所示，镀膜时的真空压力和蒸发速率分别与步骤三和步骤四相同；
步骤六，按照步骤五依次镀完45层膜。
6.根据权利要求5所述的大曲率透镜表面用的红外紫外截止滤光膜结构的制作方法，其特征是在步骤一中，在加热温度为150±20℃时，恒温20～25分钟。
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