CN105607173A - 圆形径向渐变中性密度滤光片及其制备方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光能量衰减光学元件制造领域，具体涉及一种圆形径向渐变中性密度滤光片及其制备方法和装置。解决了目前圆形渐变密度滤光片透射率只能在0-270°扇形区域内沿极坐标角度方向线性变化，而不能在径向渐变的问题，实现了光通量在圆形滤光片径向上的线性递增和线性递减变化，基片上透射率沿半径方向线性渐变的功能。本发明滤光片依次包括基片和镀制在其上的膜层，膜层为金属铬(Cr)或Ni-Cr，制备方法采用电子束热蒸发技术或磁控溅射技术制备金属Cr或Ni-Cr薄膜，其中的关键是实现圆形基片上透射率在径向上的线性渐变需要一种专用的装置，所述装置包括，真空室，可旋转的基片架，与基片旋转轴同轴且固定不动的圆形遮挡板，以及蒸发源。

Description

圆形径向渐变中性密度滤光片及其制备方法和装置
技术领域
本发明涉及光能量衰减光学元件制造领域，具体涉及一种圆形径向渐变中性密度滤光片及其制备方法和装置。
背景技术
中性密度滤光片(衰减片)即中性密度滤光器(neutraldensityfilter)、中性密度滤光镜、中性密度衰减片，是在较宽的光谱范围内对光能量进行同比例的均匀衰减的分光光学元件，是利用物质对光的吸收特性，制成片状，放在光路上，可以对光信号起到衰减调节作用。广泛应用于各类对光能量衰减有特殊要求的仪器和实验中。这种片状的光学元件也称为光学衰减片或中性密度滤光片。
中性密度滤光片一般分为固定中性密度滤光片和渐变中性密度滤光片两大类。固定中性密度滤光片的光密度不随入射点的位置发生变化，整个零件的光密度是均匀一致的，且为固定的一个值。渐变中性密度滤光片其光密度是随着入射点的位置发生变化的。渐变中性密度滤光片按照光密度随入射点位置的变化形式来分，通常可分为：圆形线性渐变中性密度滤光片、圆形阶梯中性密度滤光片、条形线性渐变中性密度滤光片、条形阶梯中性密度滤光片。
透射率(T)和光密度(D)的换算关系为T＝10-D，根据光密度曲线就可以计算出透射率曲线。通过薄膜理论，就可以计算出不同透射率位置点的薄膜厚度，只要采用某种技术或方法能够很好地控制基片上不同位置点的薄膜厚度分布，就能实现透射率或光密度的渐变。一般情况下，线性渐变中性密度滤光片要实现透过率的线性渐变，其膜层厚度分布一般也会呈现出度线性变化的规律。
目前，市场上常用的圆形渐变密度滤光片多为在0°～270°扇形区域内沿极坐标角度方向线性变化，无法满足圆形渐变中性密度滤光片透射率沿径向方向线性渐变的目的，从而极大地制约了渐变中性密度滤光片的发展与应用。
发明内容
本发明为了克服现有渐变中性密度滤光片在径向上很难实现透射率线性渐变的不足，提供一种圆形径向渐变中性密度滤光片及其制备方法和装置，其该滤光片的透射率在径向方向上能够实现线性递增或线性递减。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种圆形径向渐变中性密度滤光片的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的步骤为：
(1)根据圆形径向渐变中性密度滤光片圆心处的透射率和边缘呈处的透射率，计算出透射率变化量ΔT；
(2)根据圆形径向渐变中性密度滤光片从圆心到边缘透射率线性增加或线性减小的要求，以及圆形径向渐变中性密度滤光片的半径R要求，制作遮挡板；
(3)当透射率从圆心处的某一个值α向边缘线性递增时，遮挡板在不同径向上的开孔角为当透射率从圆心处的某一个值α向边缘线性递减时，遮挡板在不同径向上的开孔角为
(4)依据真空室的高度安装遮挡板，安装时遮挡板与圆形基片之间的距离为2～4mm，遮挡板与旋转基片为同轴；
(5)当基片和遮挡板安装好后，采用电子束热蒸发或磁控溅射技术制备Cr或Ni-Cr衰减膜层，从而完成圆形径向透射率线性渐变中性密度滤光片的制备。
所述装置包括真空镀膜室，所述的真空镀膜室内设置有可旋转的基片架、蒸发源和圆形遮挡板，基片架上装夹有基片，所述的圆形遮挡板设置于基片和蒸发源之间，与基片平行设置，且距离基片的距离为2～4mm，圆形遮挡板的圆心位于基片架的旋转轴的轴心线上并固定设置，所述的真空镀膜室的底部设置有抽气孔。
所述的制备方法制得的一种圆形径向渐变中性密度滤光片，其特征在于：所述的滤光片依次包括基片G和镀制在基片上的膜层M，所述的膜层M为金属Cr或Ni-Cr，其透射率在径向方向上不同线性度变化。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明所提供的圆形径向透射率线性渐变中性密度滤光片只有一层金属衰减膜Cr或Ni-Cr，结构简单，在可见光范围内中性好，线性好，膜层牢固度好；
2)本发明所提供的圆形径向透射率线性渐变中性密度滤光片制备方法，遮挡板制作简单，制备时只需控制透过率最小值点的膜层厚度，操作简便，生产效率高、成品率高；
3)本发明所提供的圆形径向透射率线性渐变中性密度滤光片的制备方法，可以通过遮挡板的设计实现透射率在径向方向上不同线性度变化的中性密度滤光片的制备，提高了加工的灵活性和效率。
附图说明
图1为圆形径向透射率线性渐变中性密度滤光片制备装置示意图；
图2为圆形径向透射率线性递增中性密度滤光片所用的遮挡板结构图；
图3为圆形径向透射率线性递减中性密度滤光片所用的遮挡板结构图；
图4为圆形径向透射率线性渐变中性密度滤光片透射率光谱曲线；
图5为直径200mm,圆心透射率0.3，边缘透射率为1.0的线性递增中性密度滤光片在不同半径上的透射率和光密度曲线；
图6为直径200mm,圆心透射率0.9，边缘透射率为0的线性递减中性密度滤光片在不同半径上的透射率和光密度曲线。
附图说明：1—真空镀膜室；2—基片架；3—圆形遮挡板；4—蒸发源；5—抽气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
本发明所选用的基片为光学玻璃，所述衰减膜层为金属Cr或Ni-Cr合金衰减膜层，主要是利用金属对光的吸收原理来获得所需的透射率(光密度值)。
本发明圆形径向渐变中性密度滤光片的结构依次包括圆形基片G和镀制在基片上的膜层M和空气介质A，所述的膜层M为金属Cr或Ni-Cr。
本发明圆形径向渐变中性密度滤光片的制备方法的步骤为：
(1)根据圆形径向渐变中性密度滤光片圆心处的透射率和边缘呈处的透射率，计算出透射率变化量ΔT；
(2)根据圆形径向渐变中性密度滤光片从圆心到边缘透射率线性增加或线性减小的要求，以及圆形径向渐变中性密度滤光片的半径R要求，制作遮挡板；
(3)当透射率从圆心处的某一个值α向边缘线性递增时，遮挡板在不同径向上的开孔角为当透射率从圆心处的某一个值α向边缘线性递减时，遮挡板在不同径向上的开孔角为
(4)依据真空室的高度安装遮挡板，安装时遮挡板与圆形基片之间的距离为2～4mm，安装遮挡板时一定要保证遮挡板与旋转基片同轴性，以确保圆形透射率线性渐变滤光片的制备精度；
(5)当基片和遮挡板安装好后，采用电子束热蒸发或磁控溅射技术制备Cr或Ni-Cr衰减膜层，从而完成圆形径向透射率线性渐变中性密度滤光片的制备，图4所示为400～700nm范围内透射率约为30％的金属Cr膜层的透射率光谱曲线。
本发明制备圆形径向渐变中性密度滤光片的装置(参见图1)包括真空镀膜室1，所述的真空镀膜室1内设置有可旋转的基片架2、蒸发源4和圆形遮挡板3，基片架2上装夹有基片，所述的圆形遮挡板3设置于基片和蒸发源4之间，与基片架2上下平行设置，且距离基片的距离为2～4mm，圆形遮挡板3的圆心位于基片架2的旋转轴的轴心线上并固定设置，所述的真空镀膜室1的底部设置有抽气孔5。
以口径为200mm(R＝100mm)，透射率从圆心处的30％线性递增到边缘处100％以及透射率从圆心处的90％线性递减到边缘处0分别为例对本发明进行详细描述。
实施例1：口径为200mm(R＝100mm)，透射率从圆心处的30％线性递增到边缘处100％的线性渐变滤光片的制备
首先依据圆心和边缘处的透射率，计算出透射率变化量△T＝70％，由于α＝30％，R＝100，r为从0到100的因变量，利用上面的公式即可计算出遮挡板的开孔角，计算结果如图2所示，图中阴影部分表示遮挡的面积，空白部分表示遮挡板圆被挖去的部分。然后按照如图1所示的安装位置，将遮挡板3安装在基片下面3mm处；再依据圆心的透射率值计算出所需金属Cr膜层的厚度；最后，采用电子束热蒸发技术进行金属Cr膜层的制备，最终得到的口径为200mm，透射率从圆心处的30％线性递增到边缘处100％的线性渐变滤光片在径向上不同位置处的透射率及光密度如图5所示。
实施例2：口径为200mm(R＝100mm)，透射率从圆心处的90％线性递减到边缘处0的线性渐变滤光片的制备
依据圆心和边缘处的透射率，计算出透射率变化量△T＝90％，由于α＝90％，R＝100，r为从0到100的因变量，利用上面的公式即可计算出遮挡板的遮挡角，计算结果如图3所示，图中阴影部分表示遮挡的面积，空白部分表示遮挡板圆被挖去的部分。然后按照如图1所示的安装位置，将遮挡板3安装在基片下面3mm处；再依据基片边缘处的透射率值计算出所需金属Cr膜层的厚度；最后，采用电子束热蒸发技术进行金属Cr膜层的制备，最终得到的口径为200mm，透射率从圆心处的90％线性递减到边缘处0的线性渐变滤光片在径向上不同位置处的透射率及光密度如图6所示。

Claims (3)

1.一种圆形径向渐变中性密度滤光片的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的步骤为：
(1)根据圆形径向渐变中性密度滤光片圆心处的透射率和边缘呈处的透射率，计算出透射率变化量ΔT；
(2)根据圆形径向渐变中性密度滤光片从圆心到边缘透射率线性增加或线性减小的要求，以及圆形径向渐变中性密度滤光片的半径R要求，制作遮挡板；
(3)当透射率从圆心处的某一个值α向边缘线性递增时，遮挡板在不同径向上的开孔角为当透射率从圆心处的某一个值α向边缘线性递减时，遮挡板在不同径向上的开孔角为
(4)依据真空室的高度安装遮挡板，安装时遮挡板与圆形基片之间的距离为2～4mm，遮挡板与旋转基片为同轴；
(5)当基片和遮挡板安装好后，采用电子束热蒸发或磁控溅射技术制备Cr或Ni-Cr衰减膜层，从而完成圆形径向透射率线性渐变中性密度滤光片的制备。
2.如权利要求1所述的一种制备圆形径向渐变中性密度滤光片的装置，其特征在于：所述装置包括真空镀膜室(1)，所述的真空镀膜室(1)内设置有可旋转的基片架(2)、蒸发源(4)和圆形遮挡板(3)，基片架(2)上装夹有基片，所述的圆形遮挡板(3)设置于基片和蒸发源(4)之间，与基片平行设置，且距离基片的距离为2～4mm，圆形遮挡板(3)的圆心位于基片架(2)的旋转轴的轴心线上并固定设置，所述的真空镀膜室(1)的底部设置有抽气孔(5)。
3.如权利要求1所述的制备方法制得的一种圆形径向渐变中性密度滤光片，其特征在于：所述的滤光片依次包括基片G和镀制在基片上的膜层M，所述的膜层M为金属Cr或Ni-Cr，其透射率在径向方向上不同线性度变化。
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