CN112526645A - 一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种法布里‑珀罗技术可见光变色的镜片及其制备方法，该光学镀膜膜层由法布里‑珀罗技术共振谐振腔技术制备而成。该镜片包括光学镀膜膜层和基片。该镜片的膜系基本结构为：Sub{(HL)ΛS H XL H(LH)ΛS}Air。随着不同角度的不同入射波长的变化而发生色散位移在通过膜堆时产生群延迟不一样，形成空间色散导致反射波的位移不同，从而产生镜片颜色变化。通过改变中间介质层的厚度及反射层的周期数，可实现对反射波颜色色相及饱和度的灵活调控，其颜色范围可覆盖可见光宽色域广、分辨率高、且易于大面积批量化制备。
Description
技术领域
本发明涉及镜片技术领域,尤其涉及一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片及其制备方法。
背景技术
在生物界，颜色的形成主要有两种来源，色素色与结构色。其中色素色产生原因是某些化学物质对某些波段的可见光的吸收和反射，所以色素色也叫化学色。而所谓结构色，又称为物理色，是指光和与光波长量级相当的结构相互作用，包括干涉、衍射、散射等，从而产生不同颜色。
现有技术中，使镜片变色常用两种方法：
1、添加变色因子混合于注塑塑料中再进行混合共同注塑射出成型，属于基变方式。
2、使用高分子材料：螺吡喃、螺噁嗪、偶氮苯类、六苯基双咪唑、二苯乙烯类、稠环芳香化合物、俘精酸酐等变色色素添加溶剂之后进行浸泡浸涂/旋涂方式形成化学变色膜层，属于膜变方式。
但是，添加变色因子混合于注塑塑料中再进行混合共同注塑射出成型，此种方式注塑时混合搭配比例不易管控、变色因子注塑过程中容易焦化、变色速度效率差、变色不均匀、变色颜色单一色、无法变色多色。
使用高分子材料：螺吡喃、螺噁嗪、偶氮苯类、六苯基双咪唑、二苯乙烯类、稠环芳香化合物、俘精酸酐等变色色素添加溶剂进行浸泡浸涂/旋涂方式形成化学变色膜层，变色均匀性不佳、使用寿命不常、变色速度效率不易达到标准、容易掉膜等问题。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明实施例的目的是提供一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
镜片，该镜片包括光学镀膜膜层和基片；光学镀膜膜层，该光学镀膜膜层的颜色随入射光线的波长和角度的变化而改变；该光学镀膜膜层由法布里-珀罗技术共振谐振腔技术制备而成。由下层反射膜堆、共振谐振腔间隔层和上层反射膜堆组成。
该法布里-珀罗技术可见光变色的镜片的膜系基本结构为：
Sub{(HL)ΛS H XL H(LH)ΛS}Air；
其中，Sub表示基片；
L表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜；
H表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜；
S表示为膜堆周期数；
X表示为中间间隔层共振谐振腔低折射率膜层层数；
Air是介质空气。
其中，所述膜堆周期数的范围区间为：3～10周期；所述中间间隔层共振谐振腔低折射率膜层层数为：二层～六层。
其中，膜系的中心波长为380nm～780nm。
其中，所述低折射率膜为二氧化硅镀膜；高折射率膜为五氧化三钛镀膜。
其中，所述镜片基片的厚度为1.2mm～2.6mm，下层反射膜堆厚度为100nm～680nm，共振谐振腔间隔层厚度为120nm～900nm，上层反射膜堆厚度为100nm～680nm。
其中，镜片基片为光学镜片及太阳镜镜片的玻璃基材、聚碳酸酯PC基材、尼龙PA基材、CR-39基材、PMMA基材、AC亚克力基材、MR-8基材、MR-7基材和TAC偏光片基材中的任意一种。
镜片，由上述法布里-珀罗技术可见光变色的镜片制造而成。
本发明公开一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片及其制备方法，随着不同角度的不同入射波长的变化而发生色散位移在通过膜堆时产生群延迟不一样，形成空间色散导致反射波的位移不同，从而产生镜片颜色变化。通过改变中间介质层的厚度及反射层的周期数，可实现对反射波颜色色相及饱和度的灵活调控，其颜色范围可覆盖可见光宽色域广、分辨率高、且易于大面积批量化制备的结构色，意义重大。
通过形成上下两个反射膜层及中间的共振谐振腔干涉间隔膜层，运用多光束干涉原理，兼具上下两个反射膜层搭配中间的干涉间隔膜层形成与期望波长谐振的连续系列的反射腔，由于不同倾斜入射的不同波长的光束在通过膜堆时产生的群延迟/光程差不一样,因而空间色散导致的位移不同,亦即随不同波长的光束产生不同位移现象,通称“超棱镜效应”。倾斜入射的不同波长的反射色精确颜色范围通过镀膜膜层的厚度和顺序进行控制，以将倾斜入射的不同波长光束分离成不同波长颜色的成分，在当部分反射光波随外界视野角度不同时，镜片产生颜色变化。
使用上下独立的周期性交替叠加高低折射率膜料的两膜堆层来建立中间层的共振谐振腔膜层，中间膜层亦即为共振谐振腔体，透射通过的波长是腔谐振频率的偶倍数，而反射波长是腔谐振频率的奇倍数，由于反常色散的作用,不同入射波长的不同光波在周期性介质膜层里经历的群延迟不同,最后反射出射的不同波长在横截面方向发生位移分离而使得镜片颜色产生变化。本专利所设计的镀膜膜系随外界不同入射角的不同光波波段因整体膜层具有超棱镜效应形成不同光波群延迟引起的空间色散位移而实现反射光波时呈现出不同颜色，形成不同角度时展现出不同色彩。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是镜片光路结构示意图；
图2为镜片膜堆整体结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1-2所示，作为实施例，针对膜层测试标准采用QB/T2506-2017。采用仪器为：光致变色分光光谱测试仪器：品牌为Micro Light Optics(Taiwan)，型号为MT-330；
光学镀膜膜层，该光学镀膜膜层的颜色随入射光线的波长和角度的变化而改变；其特征在于：该光学镀膜膜层由法布里-珀罗技术共振谐振腔技术制备而成。由下层反射膜堆、共振谐振腔间隔层和上层反射膜堆组成。
镜片，该镜片包括上述的光学镀膜膜层和基片；
该镜片的膜系基本结构为：
Sub{(HL)ΛS H XL H(LH)ΛS}Air；
其中，Sub表示基片；
L表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜；
H表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜；
S表示为膜堆周期数；
X表示为中间间隔层共振谐振腔低折射率膜层层数。
Air是介质空气。
所述膜堆周期数的范围区间为：3～10周期；所述中间间隔层共振谐振腔低折射率膜层层数为：二层～六层。
膜系的中心波长为380nm～780nm。
所述低折射率膜为二氧化硅镀膜；高折射率膜为五氧化三钛镀膜。
所述镜片基片的厚度为1.2mm～2.6mm，下层反射膜堆厚度为100nm～680nm，共振谐振腔间隔层厚度为120nm～900nm，上层反射膜堆厚度为100nm～680nm。
镜片基片为光学镜片及太阳镜镜片的玻璃基材、聚碳酸酯PC基材、尼龙PA基材、CR-39基材、PMMA基材、AC亚克力基材、MR-8基材、MR-7基材和TAC偏光片基材中的任意一种。
本发明公开一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片，由上述镜片制造而成。制备方法为：导入光学等效导纳值的调节，优化出可见光全带宽及消光比大于1000：1的膜系，首先在基片上进行离子辅助轰击沉积电子束蒸镀沉积二氧化硅打底层，离子轰击时间为1min～6min，接着依所设计的该镜片的膜系依次进行采用高低折射率膜料互相交替叠加的蒸镀方法，在镜片基片上交替蒸镀高低折射率材料,背景真空度为1×10-3Pa～9×10-3Pa,氧压为1×10-2Pa～8×10-2Pa；镀制过程中采用光学监控以及石英晶体监控方法对膜厚进行监控。本制备优点是所制备的镀膜膜层附着牢固、结构致密、环境稳定性好，完全满足相关的环境试验要求。
入射光历经上层反射膜堆、共振谐振腔间隔层和下层反射膜堆时累积的时间色散进而产生空间色散，实现光波的时间色散与空间色散而产生光波空间色散分离位移，即含有多个波长，例如正常白光的入射光束随不同的波长以不同角度入射上层反射膜堆后，经过折射进入共振谐振腔间隔层再历经下层反射膜堆，不同波长的光在入射整体光学镀膜膜层过程中，经历的光程差不同，由于反常色散的作用，相位产生急剧变化，不同波长的群延迟不同，在反射出射时产生不同的空间色散位移分离形成出射/反射的光束在最上层横截面方向上发生位移分离而产生颜色变化。
τg为群延迟，φ为光波的相位，ω为光波的角频率，由公式中可知，相位的变化使得不同频率的光波在通过膜堆时的群延迟也不同，这是一种时间上的色散，接着，光波群传播角随着不同光波频率发生变化而产生了空间上的色散，在进行共振谐振腔间隔层之外，更利用所设计的峰值波长处具有最大的群延迟的原理,在其峰值波长附近具有超棱镜效应进而实现不同波长光束实际两次穿过光学镀膜膜层后反射位置形成更大的位移分离，亦即空间色散，被反射而透射出来的光程差主要与视角度有关而呈现不同颜色的光带：波长与光程差相同或相近或成倍数关系的光将得到加强，其它波长的光将变弱，反射回来的透射光合并后进入人眼或照相机后就会因不同视角度的光程差不同而呈现出不同的颜色，随视角度不同形成不同颜色的光带，不同入射角的不同入射光束随着不同光波频率发生变化而产生传播角不同，在最上层出射/反射时形成空间上的色散分离位移，实现对光波的空间解复，镜片从而形成不同角度呈现不同颜色。
超棱镜效应产生的光束空间色散与不同入射角度的不同波长在通过膜堆时产生的时间上的延迟，也就是群延迟之间存在正比关系；基于这种关系,实现超棱镜效应的方法,完全可以看作是由不同入射角度的波长光束在入射本专利所设计的光学镀膜膜层时产生超棱镜效应，累积的时间色散进而实现了空间色散位移，而反射/出射的光束随视角不同而呈现出五颜六色不同的颜色，相比较于传统的光栅和棱镜器件具有更大的空间色分辨力。
随着不同角度的不同入射波长的变化而发生色散位移在通过膜堆时产生群延迟不一样，形成空间色散导致反射波的位移不同，从而产生镜片颜色变化。通过改变共振谐振腔间隔层的厚度及反射层的周期数，可实现对反射波颜色色相及饱和度的灵活调控，其颜色范围可覆盖可见光宽色域广、分辨率高、且易于大面积批量化制备的结构色，意义重大。
本发明还公开了法布里-珀罗技术共振谐振腔技术在镜片的变色上的应用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片，该镜片包括光学镀膜膜层和基片；该光学镀膜膜层的颜色随入射光线的波长和角度的变化而改变；该光学镀膜膜层由法布里-珀罗技术共振谐振腔技术制备而成。
2.如权利要求1所述镜片，其特征在于，该光学镀膜膜层由下层反射膜堆、共振谐振腔间隔层和上层反射膜堆组成。
3.如权利要求2所述的法布里-珀罗技术可见光变色的镜片，其特征在于，
该镜片的膜系基本结构为：
Sub{(HL)ΛS H XL H(LH)ΛS}Air；
其中，Sub表示基片；
L表示中心波长四分之一光学膜厚的低折射率膜；
H表示中心波长四分之一光学膜厚的高折射率膜；
S表示为膜堆周期数；
X表示为中间间隔层共振谐振腔低折射率膜层层数；
Air是介质空气。
4.根据权利要求3所述的一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片，其特征在于：所述膜堆周期数的范围区间为：3～10周期；所述中间间隔层共振谐振腔低折射率膜层层数为：二层～六层。
5.根据权利要求4所述的一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片，其特征在于：膜系的中心波长为380nm～780nm。
6.根据权利要求5所述的一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片，其特征在于：所述低折射率膜为二氧化硅镀膜；高折射率膜为五氧化三钛镀膜。
7.根据权利要求6所述的一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片，其特征在于：所述镜片基片的厚度为1.2mm～2.6mm，下层反射膜堆厚度为100nm～680nm，共振谐振腔间隔层厚度为120nm～900nm，上层反射膜堆厚度为100nm～680nm。
8.根据权利要求6所述的一种法布里-珀罗技术可见光变色的镜片，其特征在于：镜片基片为光学镜片及太阳镜镜片的玻璃基材、聚碳酸酯PC基材、尼龙PA基材、CR-39基材、PMMA基材、AC亚克力基材、MR-8基材、MR-7基材和TAC偏光片基材中的任意一种。
9.镜片，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的法布里-珀罗技术可见光变色的镜片制造而成。
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