CN110333561B - 减反射膜及其制备方法、微型投影系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减反射膜及其制备方法、微型投影系统，所述减反射膜包括基板、位于基板上的间接过渡层、及位于间接过渡层上的高低折射率膜层，所述高低折射率膜层包括若干交替设置的低折射率膜层和高折射率膜层，所述高折射率膜层的折射率大于或等于1.8，低折射率膜层的折射率小于或等于1.5，间接过渡层的折射率大于低折射率膜层的折射率且小于基板的折射率。本发明的减反射膜通过间接过渡层和高低折射率膜层的设计，能够大大降低减反射膜的反射率，在450nm～630nm范围内的反射率能够0.1％以下，有效控制了由反射率过高引起的杂光、鬼影、成像昏暗等问题，提高了光透过效率。
Description
技术领域
本发明涉及光学薄膜技术领域，特别是涉及一种减反射膜及其制备方法、微型投影系统。
背景技术
真空蒸镀法是一种物理气相沉积的真空镀膜技术，真空镀膜是真空应用领域的一个重要方面，它是以真空技术为基础，利用物理或化学方法，并吸收电子束、分子束、离子束、等离子束、射频和磁控等一系列新技术，为科学研究和实际生产提供薄膜制备的一种新工艺。简单地说，在真空中把金属、合金或化合物进行蒸发或溅射，使其在被涂覆的物体(基板、基片或基体)上凝固并沉积的方法，称为真空镀膜。它是将蒸镀的材料置于一个坩埚之中，通过对坩埚的加热，使坩埚内材料从固态转化为气态的原子、原子团或分子，然后凝聚到待镀膜的基板表面形成薄膜，该技术广泛应用于光学镜片镀膜、光通讯、太阳能电池及液晶显示等领域。
减反射膜属于常见光学镀膜的一种，但一般减反射膜在可见光段的反射率为0.5％～2％，像一般眼镜的薄膜其可见光段反射率为2％左右，成像镜头组的反射率在1％左右。1％左右的反射率会产生杂光、鬼影、成像昏暗等问题。
微型投影镜头组内部空间狭小，光路结构复杂，对于杂光、鬼影等现象更加敏感，镜片反射率偏高后更加影响视觉效果。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种减反射膜及其制备方法、微型投影系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种减反射膜及其制备方法、微型投影系统。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种减反射膜，所述减反射膜包括基板、位于基板上的间接过渡层、及位于间接过渡层上的高低折射率膜层，所述高低折射率膜层包括若干交替设置的低折射率膜层和高折射率膜层，所述高折射率膜层的折射率大于或等于1.8，低折射率膜层的折射率小于或等于1.5，间接过渡层的折射率大于低折射率膜层的折射率且小于基板的折射率。
第五低折射率膜层的厚度为100.97nm。
作为本发明的进一步改进，所述间接过渡层的材料为三氧化二铝，低折射率膜层的材料为二氟化镁或二氧化硅，高折射率膜层的材料为五氧化二钽、二氧化钛或二氧化锆。
第五低折射率膜层的厚度为100.97nm。
作为本发明的进一步改进，所述高低折射率膜层包括交替设置的第一低折射率膜层、第一高折射率膜层、第二低折射率膜层、第二高折射率膜层、第三低折射率膜层、第三高折射率膜层、第四低折射率膜层、第四高折射率膜层、第五低折射率膜层。
作为本发明的进一步改进，所述减反射膜中：
间接过渡层的厚度为9nm～11nm；
第一低折射率膜层的厚度为27nm～31nm；
第一高折射率膜层的厚度为13nm～15nm；
第二低折射率膜层的厚度为97nm～107nm；
第二高折射率膜层的厚度为6nm～8nm；
第三低折射率膜层的厚度为83nm～93nm；
第三高折射率膜层的厚度为37nm～41nm；
第四低折射率膜层的厚度为14nm～15nm；
第四高折射率膜层的厚度为68nm～76nm；
第五低折射率膜层的厚度为96nm～106nm。
作为本发明的进一步改进，所述减反射膜中：
间接过渡层的厚度为10nm；
第一低折射率膜层的厚度为29nm；
第一高折射率膜层的厚度为13.99nm；
第二低折射率膜层的厚度为102nm；
第二高折射率膜层的厚度为7.3nm；
第三低折射率膜层的厚度为88.89nm；
第三高折射率膜层的厚度为39.51nm；
第四低折射率膜层的厚度为14.46nm；
第四高折射率膜层的厚度为72.37nm；
第五低折射率膜层的厚度为100.97nm。
本发明另一实施例提供的技术方案如下：
一种减反射膜的制备方法，所述制备方法包括：
S1、提供一基板；
S2、通过离子源辅助蒸镀法在基板上沉积间接过渡层；
S3、通过离子源辅助蒸镀法在间接过渡层上沉积若干交替设置的低折射率膜层和高折射率膜层。
作为本发明的进一步改进，所述间接过渡层的沉积速率小于或等于0.4nm/s，低折射率膜层的沉积速率小于或等于0.6nm/s，高折射率膜层的沉积速率小于或等于0.2nm/s。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中沉积开始的真空度为0.00002Torr，步骤S2和步骤S3中沉积温度为295℃～305℃。
作为本发明的进一步改进，所述间接过渡层、低折射率膜层及高折射率膜层的沉积厚度通过晶体振荡的方式进行监控。
本发明再一实施例提供的技术方案如下：
一种微型投影系统，所述微型投影系统包括若干光学镜头，所述光学镜头包括相对设置的第一曲面和第二曲面，所述第一曲面和第二曲面上全部或部分设置有上述的减反射膜。
本发明的有益效果是：
减反射膜通过间接过渡层和高低折射率膜层的设计，能够大大降低减反射膜的反射率，在450nm～630nm范围内的反射率能够0.1％以下，有效控制了由反射率过高引起的杂光、鬼影、成像昏暗等问题，提高了光透过效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中减反射膜的结构示意图；
图2为本发明中减反射膜制备方法的流程示意图；
图3a为光学镜片在可见光范围内400nm～700nm的反射率对比图；
图3b为光学镜片在可见光范围内450nm～630nm的反射率对比图；
图4为本发明一具体实施例中微型投影系统的结构示意图；
图5a、5b为本发明一具体实施例中第一光学镜头的平面图和侧视图；
图6a、6b为本发明一具体实施例中第一光学镜头的平面图和侧视图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参图1所示，本发明公开了一种减反射膜100，包括基板10、位于基板上的间接过渡层20、及位于间接过渡层上的高低折射率膜层30，其中，高低折射率膜层30包括若干交替设置的低折射率膜层和高折射率膜层。其中，高折射率膜层的折射率大于或等于1.8，低折射率膜层的折射率小于或等于1.5，间接过渡层的折射率大于低折射率膜层的折射率且小于基板的折射率。
本发明中间接过渡层20的材料可以为三氧化二铝等，基板为光学玻璃或光学塑料等，间接过渡层20用于提高使基板10与高低折射率膜层30的结合力。
低折射率膜层的材料为二氟化镁或二氧化硅等，高折射率膜层的材料为五氧化二钽、二氧化钛或二氧化锆等。通过适当的材料匹配可以达到抗反射的效果。
本发明中减反射膜的总层数为2～10层，通过适量的膜层数量，可有效控制镀膜成本，并且光学镜片有减反射的效果，借此可大幅降低反射光泽。
优选地，本发明中高低折射率膜层包括交替设置的5层低折射率膜层和4层高折射率膜层，分别为第一低折射率膜层311、第一高折射率膜层321、第二低折射率膜层312、第二高折射率膜层322、第三低折射率膜层313、第三高折射率膜层323、第四低折射率膜层314、第四高折射率膜层324、第五低折射率膜层315。
减反射膜中：
间接过渡层的厚度为9nm～11nm；
第一低折射率膜层的厚度为27nm～31nm；
第一高折射率膜层的厚度为13nm～15nm；
第二低折射率膜层的厚度为97nm～107nm；
第二高折射率膜层的厚度为6nm～8nm；
第三低折射率膜层的厚度为83nm～93nm；
第三高折射率膜层的厚度为37nm～41nm；
第四低折射率膜层的厚度为14nm～15nm；
第四高折射率膜层的厚度为68nm～76nm；
第五低折射率膜层的厚度为96nm～106nm。
在本发明的一具体实施例中，减反射膜依次包括：
基板10，该基板为光学玻璃，折射率为1.77；
间接过渡层，材料为三氧化二铝，厚度为10nm，折射率为1.66；
第一低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为29nm，折射率为1.38；
第一高折射率膜层，材料为五氧化二钽，厚度为13.99nm，折射率为2.14；
第二低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为102nm，折射率为1.38；
第二高折射率膜层，材料为五氧化二钽，厚度为7.3nm，折射率为2.14；
第三低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为88.89nm，折射率为1.38；
第三高折射率膜层，材料为五氧化二钽，厚度为39.51nm，折射率为2.14；
第四低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为14.46nm，折射率为1.38；
第四高折射率膜层，材料为五氧化二钽，厚度为72.37nm，折射率为2.14；
第五低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为100.97nm，折射率为1.38。
本实施例中各层的厚度公差为±5％。
减反射膜的材料选择上非常重要，膜层厚度也需要精确的匹配，膜层厚度基准是光的1/4波长，为了使反射光线最小化减弱，要求各膜层的厚度使各层的反射光线相互抵消，需要使用等效法、矩阵法计算初始膜系，采用高低折射率相互交错堆叠进行设计，并以计算机软件辅助优化达到最佳层别厚度。本发明中优化后的各膜层厚度参上述具体厚度值。
参图3a、3b所示为光学镜片在可见光范围内的反射率对比图，可见，未镀膜的光学镜片(Non-coating)的反射率在7％～8％，一般的减反射膜可以达到可见光范围反射率约为2％左右，较好的减反射膜(s-ar-coating)能做到可见光范围反射率1％，最好的减反射膜能做到可见光范围反射率0.5％以下已接近最大限度，本发明中的减反射膜(ar-coating)在450nm～630nm范围内的反射率能够0.1％以下。
可见，本实施例中的减反射膜能够将反射率控制在0.1％以下，最大程度控制了鬼影及杂光，可大大提高微型投影系统中镜头组件的光透过效率。
参图2所示，本发明还公开了一种减反射膜的制备方法，包括：
S1、提供一基板；
S2、通过离子源辅助蒸镀法在基板上沉积间接过渡层；
S3、通过离子源辅助蒸镀法在间接过渡层上沉积若干交替设置的低折射率膜层和高折射率膜层。
优选地，光学镜片在镀膜前必须进行预清洗，这种清洗要求很高，达到分子级。在清洗槽中分别放置各种清洗液，并采用超声波加强清洗效果，当光学镜片清洗完后，放进真空腔内，在此过程中要特别注意避免空气中的灰尘和垃圾再黏附在光学镜片表面。最后的清洗是在真空腔内进行的，放置在真空腔内的离子枪将轰击光学镜片的表面(例如用氩离子)，完成此道清洗工序后即进行减反射膜的镀膜。
本发明中的间接过渡层和高低折射率膜层通过离子源辅助蒸镀法进行沉积，使用双电子枪系统，避免了材料之间的挥发影响。蒸镀法(真空蒸发工艺)能够保证将纯质的镀膜材料镀于镜片的表面，同时在蒸发过程中，对镀膜材料的化学成分能严密控制。真空蒸发工艺能够对于膜层的厚度精确控制，精度达到1/100nm。
优选地，间接过渡层的沉积速率小于或等于0.4nm/s，低折射率膜层的沉积速率小于或等于0.6nm/s，高折射率膜层的沉积速率小于或等于0.2nm/s。各层的沉积厚度采用晶体振荡的方式直接监控，沉积开始的真空度为0.00002Torr，步骤S2和步骤S3中沉积温度为295℃～305℃。
另外，本发明还公开了一种微型投影系统，该微型投影系统包括若干光学镜头，光学镜头包括相对设置的第一曲面和第二曲面，第一曲面和第二曲面上全部或部分设置有减反射膜。
参图4所示为本发明一具体实施例中微型投影系统200的示意图，其内部至少包括图5a、5b所示的第一光学镜头201和图6a、6b所示的第二光学镜头202。
其中，第一光学镜头201包括相对设置的第一曲面2011和第二曲面2012，第一曲面2011的曲率大于第二曲面2012的曲率，减反射膜100位于第一曲面2011和第二曲面2012的中部偏下位置。第二光学镜头202包括相对设置的第一曲面2021和第二曲面2022，第一曲面2021的曲率小于第二曲面2022的曲率，减反射膜100位于第一曲面2011和第二曲面2012的中下部位置。
应当理解的是，在其他实施例中微型投影系统内光学镜头的数量、光学镜头的形状及减反射膜的位置可以根据需要进行设计，此处不再进行赘述。
由以上技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
减反射膜通过间接过渡层和高低折射率膜层的设计，能够大大降低减反射膜的反射率，在450nm～630nm范围内的反射率能够0.1％以下，有效控制了由反射率过高引起的杂光、鬼影、成像昏暗等问题，提高了光透过效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种减反射膜，其特征在于，所述减反射膜包括基板、位于基板上的间接过渡层、及位于间接过渡层上的高低折射率膜层，所述高低折射率膜层包括若干交替设置的低折射率膜层和高折射率膜层，所述高折射率膜层的折射率大于或等于1.8，低折射率膜层的折射率小于或等于1.5，间接过渡层的折射率大于低折射率膜层的折射率且小于基板的折射率；
所述间接过渡层的材料为三氧化二铝，低折射率膜层的材料为二氟化镁或二氧化硅，高折射率膜层的材料为五氧化二钽、二氧化钛或二氧化锆；
所述高低折射率膜层包括交替设置的第一低折射率膜层、第一高折射率膜层、第二低折射率膜层、第二高折射率膜层、第三低折射率膜层、第三高折射率膜层、第四低折射率膜层、第四高折射率膜层、第五低折射率膜层；
所述减反射膜中：
基板为光学玻璃，折射率为1.77；
间接过渡层，材料为三氧化二铝，厚度为10nm，折射率为1.66；
第一低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为29nm，折射率为1.38；
第一高折射率膜层，材料为五氧化二钽，厚度为13.99nm，折射率为2.14；
第二低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为102nm，折射率为1.38；
第二高折射率膜层，材料为五氧化二钽，厚度为7.3nm，折射率为2.14；
第三低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为88.89nm，折射率为1.38；
第三高折射率膜层，材料为五氧化二钽，厚度为39.51nm，折射率为2.14；
第四低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为14.46nm，折射率为1.38；
第四高折射率膜层，材料为五氧化二钽，厚度为72.37nm，折射率为2.14；
第五低折射率膜层，材料为二氟化镁，厚度为100.97nm，折射率为1.38；
各层的厚度公差为±5％。
2.一种权利要求1中所述的减反射膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1、提供一基板；
S2、通过离子源辅助蒸镀法在基板上沉积间接过渡层；
S3、通过离子源辅助蒸镀法在间接过渡层上沉积若干交替设置的低折射率膜层和高折射率膜层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述间接过渡层的沉积速率小于或等于0.4nm/s，低折射率膜层的沉积速率小于或等于0.6nm/s，高折射率膜层的沉积速率小于或等于0.2nm/s。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中沉积开始的真空度为0.00002Torr，步骤S2和步骤S3中沉积温度为295℃～305℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述间接过渡层、低折射率膜层及高折射率膜层的沉积厚度通过晶体振荡的方式进行监控。
6.一种微型投影系统，所述微型投影系统包括若干光学镜头，所述光学镜头包括相对设置的第一曲面和第二曲面，所述第一曲面和第二曲面上全部或部分设置有权利要求1中所述的减反射膜。
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