CN106168692A - 一种多层膜层的中性灰度减光滤镜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多层膜层的中性灰度减光滤镜及其制造方法，其包括基片，所述基片上镀有若干层膜层，所述膜层包括层叠的减反射膜和金属膜，相邻的两个所述金属膜间设有至少一层所述减反射膜，所述减反射膜的构成材料的折射率大于1.30。多层膜层的中性灰度减光滤镜的制造方法，其包括的步骤有：(1)将镀膜伞安装到真空室的腔体顶部，所述镀膜伞的旋转轴安装有动力源，所述真空室的腔体底部设有两个镀膜材源，修正板固定在所述真空室内，一端位于两个所述镀膜材源同一侧，采用真空泵将所述真空室抽至预定真空度；(2)所述动力源驱动所述镀膜伞旋转，采用两个所述镀膜材源交替蒸镀所述膜层，所述膜层以预定的光学厚度和预定的次序依次层叠。
Description
本申请是申请日为2014年6月23日，申请号为201410283093.3，发明名称为“一种多层膜层的中性灰度减光滤镜及其制造方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种中性灰度减光滤镜，具体地说，涉及多层膜层的中灰定值减光滤镜和中灰渐变减光滤镜及其制造方法。
背景技术
中性灰度滤镜是对光线进行平衡衰减的能量分光元件，其主要用于摄影摄像时过滤光线，具有结构简单，使用波长范围广等优点。中性灰度滤镜包括中灰定值减光滤镜(Neutral Density Filter，简称ND镜)和中灰渐变减光滤镜(Graduated Neutral DensityFilter，简称GND镜)。
ND镜主要是用来降低相机曝光量，当被摄物体光线较亮时，需要用ND镜来降低曝光量。ND镜滤对光作用是非选择性的，ND镜对各种不同波长的光线的减少能力是同等的、均匀的，只起到减弱光线的作用，而对原物体的颜色不会产生任何影响，其光密度不随位置变化，整体零件是均匀一致的。GND镜的光密度随着位置发生变化，有着不同的暗度变化，即不同的光密度。GND镜不会改变画面的色彩平衡，但可以改变感光的反差。例如，遇到光线差很大的情况时，如果光线强一侧曝光准确，光线弱一侧则曝光不足；如果光线弱一侧曝光准确，则光线强一侧曝光过度。在镜头前加上GND镜就可以解决该问题。
在生产ND镜或GND镜时，由于树脂片或胶层的变形会影响成像质量，或是因高反射率导致使用过程中产生鬼影等现象。以制作GND镜为例，包括以下四种制作方式。图1是现有技术中采用树脂染色、玻璃夹胶和中灰玻璃胶合方法制造的GND镜的透光率光谱曲线的示意图。如图1所示，曲线1代表树脂染色方法制造的GND镜的透光率光谱曲线，树脂染色由于染色过程中需要在高温液体中泡煮和树脂镜片本身容易变形，导致树脂片产生形变，从而影响摄影摄像的成像质量难以达到高清效果。同时因为染料的色散问题，导致不能对光线进行平衡衰减。从图谱可以看出，从波长650nm开始，透过率发生了明显升高，这也是摄影中产生偏红的主要原因。曲线2代表玻璃夹胶方法制造的GND镜的透光率光谱曲线，玻璃夹胶片是由2片玻璃中间夹一片染色片组成，在具有树脂染色的上述缺点外，还增加一个厚度大的缺点。曲线3代表中灰玻璃胶合方法制造的GND镜的透光率光谱曲线，中灰玻璃和无色透明玻璃胶合后，斜着研磨，使中灰玻璃产生厚薄变化来实现平衡衰减作用。由于胶层导致产生形变，影响摄影摄像的成像质量且不能实现高透过区域的真正高透过率和不能对光线真正平衡衰减。图2a是现有技术中采用真空中性金属膜方法制造的GND镜的透光率光谱曲线的示意图。图2b是现有技术中采用真空中性金属膜方法制造的GND镜的反射率光谱曲线的示意图。如图2a所示，曲线1代表透过率光谱曲线，如图2b所示，曲线1代表反射率光谱曲线，真空中性金属膜工艺虽然较好的解决了影响成像质量的问题且有较理想的对光线平衡衰减功能。但是却因为有较高的反射率，导致使用过程中易产生鬼影等现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多层膜层的中性灰度减光滤镜及其制造方法，可以制造出对光线平衡衰减效果好且具有低反射率的ND镜和GND镜，同时制作过程不会影响成像质量。
一种多层膜层的中性灰度减光滤镜，其包括基片，其特征在于，所述基片上镀有若干层膜层，所述膜层包括层叠的减反射膜和金属膜，相邻的两个所述金属膜之间设有至少一层所述减反射膜，所述减反射膜的构成材料的折射率大于1.30；所述减反射膜的膜层光学厚度的范围是1～300nm，所述金属膜的膜层光学厚度的范围是1～320nm。
可选的，所述减反射膜的构成材料包括至少一种选自Al2O3、AlF3、BeO、CaF2、CeF3、CeO3、Cr2O3、Dy2O3、Gd2O3、HfO2、Ho2O3、In2O3、LaF3、MgF2、MgO、NiO、Nd2O3、Pb6O11、SnO3、SiO、SiO2、Sm2O3、TiO2、Ta2O5、ThiO2、ZrO2的化合物或由上述化合物构成的混合物。
可选的，所述金属膜的构成材料包括至少一种选自Al、Ag、Cr、Ni、Au、Cu、Fe、Zn、Sn、Mo的金属单质或由上述金属单质构成的合金。
可选的，所述基片上镀有至少两层所述膜层。
可选的，所述滤镜在波长420～680nm的区间内，反射率的范围是1.50％～2.30％，透过率的范围是47.8％～51.3％。
可选的，所述滤镜在波长420～680nm的区间内，衰减最大端的反射率的范围是2.5％～3.1％，透过率的范围是11.45％～12.06％，衰减最小端的反射率的范围是1.5％～2.3％，透过率的范围是47.8％～96.3％。
可选的，所述滤镜为ND镜，在波长420nm-680nm的区间内，在波长580nm处，透过率最大，最大透过率为51.3％，在波长440nm处，透过率最小，最小透过率为47.8％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率50.5％；在波长420nm-680nm的区间内，在波长420nm处反射率最大，最大反射率为2.3％，在波长493nm处反射率最小，最小反射率为1.5％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率1.8％。
可选的，所述滤镜为GND镜，在波长420nm-680nm的区间内的衰减最大端的透过率，在波长580nm处透过率最大，最大透过率为12.06％，在波长440nm处透过率最小，最小透过率为11.45％，而在波长420nm-680nm的可视区域内，平均透过率11.95％。
可选的，在波长420nm-680nm的区间内的衰减最大端的反射率，在波长420nm处反射率最大，最大反射率为3.1％，在波长493nm处反射率最小，最小反射率为2.5％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率1.8％。
可选的，在波长420nm-680nm的区间内，衰减最小端的透过率在波长580nm处最大，最大透过率为96.3％，衰减最小端的透过率在波长440nm处最小，最小透过率为47.8％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率50.5％，在波长420nm-680nm的区间内，衰减最小端的反射率在波长420nm处最大，最大反射率为2.3％，衰减最小端的反射率在波长493nm处最小，最小反射率为1.5％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率1.8％。
一种多层膜层的中性灰度减光滤镜的制造方法，其包括的步骤有：(1)将镀膜伞安装到真空室的腔体顶部，所述镀膜伞的旋转轴安装有动力源，所述真空室的腔体底部设有两个镀膜材源，修正板固定在所述真空室内，一端位于两个所述镀膜材源同一侧，采用真空泵将所述真空室抽至预定真空度；(2)所述动力源驱动所述镀膜伞旋转，采用两个所述镀膜材源交替蒸镀所述膜层，所述膜层以预定的光学厚度和预定的次序依次层叠。
可选的，将步骤(1)中的所述修正板取下，在步骤(1)和步骤(2)之间还包括如下步骤，在所述镀膜伞下方安装挡板，所述挡板上设有多个对称分布的渐变孔，所述渐变孔的截面为叶片形。
从上述的描述和实践可知，本发明提供的多层膜层的中性灰度减光滤镜及其制造方法，其一，多层膜层的中性灰度减光滤镜设有减反射膜，采用折射率高于1.30的化合物层将金属单质层分隔开，多层减反射膜与多层金属膜层叠，则ND镜和GND镜的反射率低，可以对光线平衡衰减；其二，由多层膜层的中性灰度减光滤镜的制造方法制造的ND镜和GND镜的反射率低，对光线平衡衰减效果好，而且制作过程不会影响成像质量；其三，采用同一镀制装置配合修正板或挡板使用，可以分别制造ND镜和GND镜；其四，挡板可以使所镀的中性金属在基片上呈现薄厚的变化，从而达到渐变的效果。
附图说明
通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。在附图中，
图1是现有技术中采用树脂染色、玻璃夹胶和中灰玻璃胶合方法制造的GND镜的透光率光谱曲线的示意图；
图2a是现有技术中采用真空中性金属膜方法制造的GND镜的透光率光谱曲线的示意图；
图2b是现有技术中采用真空中性金属膜方法制造的GND镜的反射率光谱曲线的示意图；
图3a是本发明一个实施例所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜的ND镜的示意图；
图3b是图3a所示的多层膜层的中性灰度减光滤镜的ND镜的镀制装置示意图；
图4是本发明又一实施例所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜的GND镜的镀制装置的挡板的示意图；
图5a是图4的多层膜层的中性灰度减光滤镜的GND镜的透射率的光谱曲线的示意图；
图5b是图4的多层膜层的中性灰度减光滤镜的GND镜的反射率的光谱曲线的示意图。
附图标记：基片：1000；镀制装置100；10：真空室；11：镀膜伞；12：动力源；13：修正板；14：镀膜材源；15：镀膜材源；16：挡板；161：渐变孔。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
多层膜层的中性灰度减光滤镜包括基片，基片上镀有若干层膜层，膜层包括层叠的减反射膜和金属膜，相邻的两个金属膜之间设有至少一层减反射膜，相邻的两个金属膜之间也可以设有多层减反射膜，减反射膜的构成材料的折射率大于1.30。
优选地，减反射膜的构成材料包括至少一种选自Al2O3、AlF3、BeO、CaF2、CeF3、CeO3、Cr2O3、Dy2O3、Gd2O3、HfO2、Ho2O3、In2O3、LaF3、MgF2、MgO、NiO、Nd2O3、Pb6O11、SnO3、SiO、SiO2、Sm2O3、TiO2、Ta2O5、ThiO2、ZrO2的化合物或由上述化合物构成的混合物。减反射膜可以是一种折射率大于1.30的化合物，也可以是多种化合物构成的折射率大于1.30的混合物。
优选地，金属膜的构成材料包括至少一种选自Al、Ag、Cr、Ni、Au、Cu、Fe、Zn、Sn、Mo的金属单质或由上述金属单质构成的合金。金属膜可以是一种金属单质，也可以是多种金属单质构成的合金。
优选地，基片上镀有至少两层膜层。优选地，减反射膜的膜层光学厚度的范围是1～300nm，金属膜的膜层光学厚度的范围是1～320nm。
在本实施例中，以衰减88％的ND镜为例，图3a是本发明一个实施例所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜的ND镜的示意图。如图3a所示，基片1000上有十层膜层，第一膜层至第八膜层中的单数膜层为减反射膜，双数膜层为金属膜，第九膜层和第十膜层为减反射膜。基片1000上膜层的构成、光学厚度和分布如表1所示。表1是基片上方蒸镀的十层膜层构成表。
表1基片上方蒸镀的十层膜层构成表
| 膜层 | 材料名称 | 光学厚度(nm) |
| 第1层 | Al2O3 | 2.30 |
| 第2层 | Cu | 3.39 |
| 第3层 | ZrO2 | 6.79 |
| 第4层 | Cr | 7.55 |
| 第5层 | SiO2 | 91.24 |
| 第6层 | Ni | 5.29 |
| 第7层 | Al2O3 | 83.22 |
| 第8层 | Au | 11.82 |
| 第9层 | Al2O3 | 46.80 |
| 第10层 | SiO2 | 5.68 |
下面介绍多层膜层的中性灰度减光滤镜的制造方法。中性灰度减光滤镜包括ND镜和GND镜。
首先，介绍ND镜的制造方法。图3b是图3a所示的多层膜层的中性灰度减光滤镜的ND镜的镀制装置示意图。
如图3b所示，第一步，将镀膜伞11安装到真空室10的腔体顶部，镀膜伞11的旋转轴安装有动力源12，动力源12位于真空室10的外部，真空室10的腔体底部设有两个镀膜材源，分别是镀膜材源14和镀膜材源15，镀膜材源14和镀膜材源15均位于镀膜伞11下方，修正板13固定在真空室10内，修正板13一端位于镀膜材源14和镀膜材源15的同一侧，可以修正镀膜材源14和镀膜材源15的均匀性，采用真空泵将真空室10抽至预定真空度，这里，真空室的预定真空度为9.0×10-3Pa至5.0×10-4Pa。
第二步，动力源12驱动镀膜伞11旋转，采用镀膜材源14和镀膜材源15交替蒸镀到基片，以在基片上形成膜层，膜层以预定的光学厚度和预定的次序依次层叠，在本实施例中，膜层以表1所示光学厚度和次序层叠。
下面，介绍GND镜的制造方法。图4是本发明又一实施例所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜的GND镜的镀制装置的挡板示意图。
如图4所示，制造GND镜与制造ND镜的主要区别在于，将步骤(1)中的修正板13取下，在步骤(1)和步骤(2)之间增加如下步骤，在镀膜伞11下方安装挡板16，在距镀膜伞11约0.1～50cm处设置挡板16，挡板16与镀膜伞11的距离将影响膜层的衰减率，挡板16上设有多个对称分布的渐变孔161，渐变孔161的截面为叶片形，挡板16的截面为圆形，也可以是60°或120°或0～360°任意角度的扇形。挡板16可以使所镀的中性金属在基片上呈现薄厚的变化，从而达到渐变的效果。也可以通过电机拖动平行于基片的挡板移动的方式或其他遮挡方式使所镀的中性金属膜呈现薄厚变化。
下面介绍由多层膜层的中性灰度减光滤镜的制造方法制造的ND镜和GND镜的透射率和反射率。
优选地，在波长420～680nm的区间内，反射率的范围是1.50％～2.30％，透过率的范围是47.8％～51.3％。
优选地，在波长420～680nm的区间内，衰减最大端的反射率的范围是2.5％～3.1％，透过率的范围是11.45％～12.06％，衰减最小端的反射率的范围是1.5％～2.3％，透过率的范围是47.8％～96.3％。
通过光谱仪测试镀制的ND镜得出结论如下：在波长420nm-680nm的区间内，在波长580nm处，透过率最大，最大透过率为51.3％，在波长440nm处，透过率最小，最小透过率为47.8％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率50.5％。在波长420nm-680nm的区间内，在波长420nm处反射率最大，最大反射率为2.3％，在波长493nm处反射率最小，最小反射率为1.5％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率1.8％。
图5a是图4的多层膜层的中性灰度减光滤镜的GND镜的透射率的光谱曲线的示意图。图5b是图4的多层膜层的中性灰度减光滤镜的GND镜的反射率的光谱曲线的示意图。
如图5a所示，通过光谱仪测试镀制的GND镜得出结论如下：曲线1代表在波长420nm-680nm的区间内的衰减最大端的透过率，在波长580nm处透过率最大，最大透过率为12.06％，在波长440nm处透过率最小，最小透过率为11.45％，而在波长420nm-680nm的可视区域内，平均透过率11.95％；
如图5b所示，曲线1代表在波长420nm-680nm的区间内的衰减最大端的反射率，在波长420nm处反射率最大，最大反射率为3.1％，在波长493nm处反射率最小，最小反射率为2.5％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率1.8％。
在波长420nm-680nm的区间内，衰减最小端的透过率在波长580nm处最大，最大透过率为96.3％，衰减最小端的透过率在波长440nm处最小，最小透过率为47.8％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率50.5％。在波长420nm-680nm的区间内，衰减最小端的反射率在波长420nm处最大，最大反射率为2.3％，衰减最小端的反射率在波长493nm处最小，最小反射率为1.5％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率1.8％。
通过上述本发明提供的实施例提供的多层膜层的中性灰度减光滤镜及其制造方法，其一，多层膜层的中性灰度减光滤镜设有减反射膜，采用折射率高于1.30的化合物层将金属单质层分隔开，多层减反射膜与多层金属膜层叠，则ND镜和GND镜的反射率低，可以对光线平衡衰减；其二，由多层膜层的中性灰度减光滤镜的制造方法制造的ND镜和GND镜的反射率低，对光线平衡衰减效果好，而且制作过程不会影响成像质量；其三，采用同一镀制装置配合修正板或挡板使用，可以分别制造ND镜和GND镜；其四，挡板可以使所镀的中性金属在基片上呈现薄厚的变化，从而达到渐变的效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种多层膜层的中性灰度减光滤镜，其包括基片，其特征在于，所述基片上镀有若干层膜层，所述膜层包括层叠的减反射膜和金属膜，相邻的两个所述金属膜之间设有至少一层所述减反射膜，所述减反射膜的构成材料的折射率大于1.30；所述减反射膜的膜层光学厚度的范围是1～300nm，所述金属膜的膜层光学厚度的范围是1～320nm。
2.如权利要求1所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜，其特征在于，所述减反射膜的构成材料包括至少一种选自Al2O3、AlF3、BeO、CaF2、CeF3、CeO3、Cr2O3、Dy2O3、Gd2O3、HfO2、Ho2O3、In2O3、LaF3、MgF2、MgO、NiO、Nd2O3、Pb6O11、SnO3、SiO、SiO2、Sm2O3、TiO2、Ta2O5、ThiO2、ZrO2的化合物或由上述化合物构成的混合物。
3.如权利要求1所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜，其特征在于，所述金属膜的构成材料包括至少一种选自Al、Ag、Cr、Ni、Au、Cu、Fe、Zn、Sn、Mo的金属单质或由上述金属单质构成的合金。
4.如权利要求1所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜，其特征在于，所述基片上镀有至少两层所述膜层。
5.如权利要求1所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜，其特征在于，所述滤镜在波长420～680nm的区间内，反射率的范围是1.50％～2.30％，透过率的范围是47.8％～51.3％。
6.如权利要求1所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜，其特征在于，所述滤镜在波长420～680nm的区间内，衰减最大端的反射率的范围是2.5％～3.1％，透过率的范围是11.45％～12.06％，衰减最小端的反射率的范围是1.5％～2.3％，透过率的范围是47.8％～96.3％。
7.如权利要求1所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜，其特征在于，所述滤镜为ND镜，在波长420nm-680nm的区间内，在波长580nm处，透过率最大，最大透过率为51.3％，在波长440nm处，透过率最小，最小透过率为47.8％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率50.5％；在波长420nm-680nm的区间内，在波长420nm处反射率最大，最大反射率为2.3％，在波长493nm处反射率最小，最小反射率为1.5％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率1.8％。
8.如权利要求1所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜，其特征在于，所述滤镜为GND镜，在波长420nm-680nm的区间内的衰减最大端的透过率，在波长580nm处透过率最大，最大透过率为12.06％，在波长440nm处透过率最小，最小透过率为11.45％，而在波长420nm-680nm的可视区域内，平均透过率11.95％；或者在波长420nm-680nm的区间内的衰减最大端的反射率，在波长420nm处反射率最大，最大反射率为3.1％，在波长493nm处反射率最小，最小反射率为2.5％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率1.8％；或者在波长420nm-680nm的区间内，衰减最小端的透过率在波长580nm处最大，最大透过率为96.3％，衰减最小端的透过率在波长440nm处最小，最小透过率为47.8％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率50.5％，在波长420nm-680nm的区间内，衰减最小端的反射率在波长420nm处最大，最大反射率为2.3％，衰减最小端的反射率在波长493nm处最小，最小反射率为1.5％，而在波长420nm-680nm的区间内，平均透过率1.8％。
9.如权利要求1所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜的制造方法，其包括的步骤有：
(1)将镀膜伞安装到真空室的腔体顶部，所述镀膜伞的旋转轴安装有动力源，所述真空室的腔体底部设有两个镀膜材源，修正板固定在所述真空室内，一端位于两个所述镀膜材源同一侧，采用真空泵将所述真空室抽至预定真空度；
(2)所述动力源驱动所述镀膜伞旋转，采用两个所述镀膜材源交替蒸镀所述膜层，所述膜层以预定的光学厚度和预定的次序依次层叠。
10.如权利要求9所述的多层膜层的中性灰度减光滤镜的制造方法，其中，将步骤(1)中的所述修正板取下，在步骤(1)和步骤(2)之间还包括如下步骤，在所述镀膜伞下方安装挡板，所述挡板上设有多个对称分布的渐变孔，所述渐变孔的截面为叶片形。
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