CN115166886A - 一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器，属于滤光器技术领域。它解决了现有的近红外窄带滤光片其偏移程度较长的问题。本超低角度偏移效应的红外截止滤光器，包括红外窄带滤光片，其具有NBP膜和LP膜；NBP膜的结构为L(HM)^n L，LP膜的结构为L(HL)^n；H代表1个基本厚度的高折射率膜层，M代表1个基本厚度中折射率膜层，L代表1个基本厚度的低折射率膜层；1个H或1个M或1个L代表该膜层在参考波长处具有1/4光学厚度，n代表H膜层和M膜层叠加后的重复次数，m代表H膜层和L膜层叠加后的重复次数。NBP膜采用了H、M、L三种材料，LP膜采用了H、L两种材料，实现了红外截止滤光器的超低大角度偏移效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤光器，特别是一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器。
背景技术
随着科技的发展，红外窄带滤光片和红外窄带器件在智能手机人脸设备、手势识别、远程测距、车载激光雷达、安防门禁、智能家居、虚拟现实/增强现实/混合现实、3D体感游戏、3D摄像与显示等终端中应用越来越多。因此对红外窄带滤光片和器件的要求也越来越严格。在保留其红外波段有较高的透过性，环境可见光较好的截止特性外，角度偏移越小越有利于其杂散光的截止性能的优化。
中国发明专利申请[CN108873135A]公开了一种近红外窄带滤光片及红外成像系统。由其说明书及其附图可知，该申请文件公开的技术方案，使得镀制的第一高折射率膜层具有良好的膜层特性，使得第一高折射率膜层达到较高的折射率。但是美中不足的是，该申请文件所述的近红外窄带滤光片在0°-30°入射光下，光谱波长蓝移在8-12nm之间，不能进一步的减少光谱波长的偏移程度。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器，包括红外窄带滤光片，红外窄带滤光片具有基板一侧的NBP膜和基板另一侧的LP膜；所述NBP膜的结构为L(HM)^n L，所述LP膜的结构为L(HL)^n；H代表1个基本厚度的高折射率膜层，M代表1个基本厚度中折射率膜层，L代表1个基本厚度的低折射率膜层；1个H或1个M或1个L代表该膜层在参考波长处具有1/4光学厚度，n代表H膜层和M膜层叠加后的重复次数，m代表H膜层和L膜层叠加后的重复次数。
优选地，在所述NBP膜的结构中，所述L所代表的膜层由低折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率在1.4—1.8之间；所述M所代表的膜层由中折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率在1.6—3.0之间；所述H所代表的膜层由高折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率大于3.0。
优选地，在所述LP膜的结构中，所述L所代表的膜层由低折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率在1.4—1.8之间；所述H所代表的膜层由高折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率大于2.8。
优选地，所述低折射率材料包括SiO2、SiO，所述L所代表的膜层由SiO2和/或SiO制成；
所述高折射率材料包括SiOH、SiN:H、SiH，所述H所代表的膜层由SiOH、SiN:H、SiH中的任一项制成或者由该三种材料任意组合制成。
优选地，所述中折射率材料包括SiOH、SiN:H、SiH、Nb2O5、Al2O3；所述M所代表的膜层由SiOH、SiN:H、SiH、Nb2O5、Al2O3的任一项制成或者由该五种材料任意组合制成。
优选地，
步骤S01，将基片通过超声清洗取出表面污渍，并烘干；
步骤S02，在精选强光灯下挑选干净的基片装入镀膜夹具中，不同规格的基片分别有相对应的特制装片夹具；
步骤S03，将装好夹具的基片，送入镀膜腔室中，镀膜腔室处于高真空环境，真空压力高于2.0E-03Pa；
步骤S04，镀膜真空到达后，在腔室内冲入Ar、O2、H2、N2中的一种或这4种气体中任意组合的混合气体，打开辅助RF射频等离子源轰击基片表面，打开TG靶材电源开始交替成膜；
步骤S05，基片的第一面镀膜完成后，将基片取出，再次超声清洗；
步骤S06，重复步骤S02至S04，镀膜基片的第二面；
步骤S07，检查镀完的基片的光谱、表面质量和膜层牢固度；
步骤S08，经过检验，将合格的基片进行包装，出货给下一工序。
优选地，步骤SO4包括
步骤S041,打开TG靶材电源后开始成膜，溅射镀膜第一层L，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为100～500sccm；N2的总流量为0～500sccm；H2的总流量为0-200sccm；TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S042,溅射镀膜第二层M，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为0～400sccm；N2的总流量为0～400sccm,H2的总流量0-200sccm,TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S043，溅射镀膜第三层，第三层重复步骤S041；
步骤S044，溅射镀膜第四层H，其中Ar的总流量为100～1000sccm,O2的总流量为0～200sccm,N2的总流量为0～200sccm,H2的总流量为0-200sccm,TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S045，重复步骤S041至步骤S044，直至镀膜完成最后一层。
优选地，步骤SO6包括
步骤S061,打开TG靶材电源后开始成膜，溅射镀膜第一层L，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为100～500sccm；N2的总流量为0～500sccm；H2的总流量为0-200sccm；TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S062,溅射镀膜第二层H，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为0～200sccm；N2的总流量为0～200sccm,H2的总流量为0-200sccm,TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S063，重复步骤S061至步骤S062，直至镀膜完成最后一层。
优选地，所述红外窄带滤光片的光谱特性为：透过带的带宽(T50％)在20-80nm之间，透过带的透过率大于93％,截止带的截止深度大于OD4；T10-T90陡度在6nm～30nm,T90-T10陡度在6nm～30nm；
入射光的入射角度0°-10°范围内，波长蓝移<2nm；入射光的入射角度0°-20°范围内，波长蓝移小于4nm；入射光的入射角度0°-30°范围内，波长蓝移小于6nm；入射光的入射角度0°-35°范围内，波长蓝移小于8nm。
与现有技术相比，NBP膜采用了H、M、L三种材料，并在H膜层和M膜层叠加后进行多次重复，LP膜采用了H、L两种材料，并在H膜层和L膜层叠加后进行多次重复，实现了红外截止滤光器的超低大角度偏移效果。最后可通过Opt i layer设计软件的强大计算功能，优化的膜系设计，改善红外窄带滤光片的杂散光。
附图说明
图1：实施例2的红外窄带滤光片制作流程图。
图2：实施例2的双面透过光谱。
图3：实施例2的双面透过光谱-放大图。
图4：实施例3的双面透过光谱。
图5：实施例4的双面透过光谱-放大图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一：
一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器，包括红外窄带滤光片，红外窄带滤光片具有基板一侧的NBP膜和基板另一侧的LP膜；所述NBP膜的结构为L(HM)^n L，所述LP膜的结构为L(HL)^n；H代表1个基本厚度的高折射率膜层，M代表1个基本厚度中折射率膜层，L代表1个基本厚度的低折射率膜层；1个H或1个M或1个L代表该膜层在参考波长处具有1/4光学厚度，n代表H膜层和M膜层叠加后的重复次数，m代表H膜层和L膜层叠加后的重复次数。
优选地，在所述NBP膜的结构中，所述L所代表的膜层由低折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率在1.4—1.8之间；所述M所代表的膜层由中折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率在1.6—3.0之间；所述H所代表的膜层由高折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率大于3.0。
优选地，在所述LP膜的结构中，所述L所代表的膜层由低折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率在1.4—1.8之间；所述H所代表的膜层由高折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率大于2.8。
优选地，所述低折射率材料包括SiO2、SiO，所述L所代表的膜层由SiO2和/或SiO制成；
所述高折射率材料包括SiOH、SiN:H、SiH，所述H所代表的膜层由SiOH、SiN:H、SiH中的任一项制成或者由该三种材料任意组合制成。
优选地，所述中折射率材料包括SiOH、SiN:H、SiH、Nb2O5、Al2O3；所述M所代表的膜层由SiOH、SiN:H、SiH、Nb2O5、Al2O3的任一项制成或者由该五种材料任意组合制成。
实施例二：
本实施例的NBP膜以及LP膜的每一层物理厚度均采用不用的数据，其每一层的物理厚度如表一和表二所示，通过Opti layer设计软件的强大计算功能，优化的膜系设计，得出不同层的折射率，然后开始制作红外窄带滤光片。
制作实施例一所述的红外窄带滤光片的方法如下：
步骤S01：将基片通过超声清洗取出表面污渍，并烘干。
步骤S02：在精选强光等下挑选干净的基片装入镀膜夹具中，不同规格的基片分别有相对应的特制装片夹具。
步骤S03：将装好夹具的基片，送入镀膜腔室中，镀膜腔室处于高真空环境，真空压力高于2.0E-03Pa。
步骤S04：镀膜真空到达后，在腔室内冲入Ar,O2,H2,N2中的一种或这4种气体中任意组合的混合气体，在实际应用中并不局限于上述四种气体。采用现有认知的气体下，达到本实施例的效果的，均应当在本申请的保护范围内。打开辅助RF射频等离子源轰击基片表面。
进一步的，步骤S04还包括：
步骤S041,打开TG靶材电源后开始成膜，溅射镀膜第一层L，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为100～500sccm；N2的总流量为0～500sccm；H2的总流量为0-200sccm；TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S042,溅射镀膜第二层M，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为0～400sccm；N2的总流量为0～400sccm,H2的总流量0-200sccm,TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S043，溅射镀膜第三层，第三层重复步骤S041；
步骤S044，溅射镀膜第四层H，其中Ar的总流量为100～1000sccm,O2的总流量为0～200sccm,N2的总流量为0～200sccm,H2的总流量为0-200sccm,TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S045，重复步骤S041至步骤S044，直至镀膜完成最后一层。
完成步骤S04后，进入下一步骤S05。
步骤S05：第一面镀膜完成后，将基片取出，再次超声清洗。
步骤S06：重复步骤S02-S04，镀膜真空到达后，在腔室内冲入Ar,O2,H2,N2等一种或几种混合气体，打开辅助RF射频等离子源轰击基片表面，打开TG靶材电源开始成膜，溅射镀膜第一层L。
进一步的，步骤S06还包括：
步骤S061,打开TG靶材电源后开始成膜，溅射镀膜第一层L，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为100～500sccm；N2的总流量为0～500sccm；H2的总流量为0-200sccm；TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S062,溅射镀膜第二层H，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为0～200sccm；N2的总流量为0～200sccm,H2的总流量为0-200sccm,TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S063，重复步骤S061至步骤S062，直至镀膜完成最后一层。
完成步骤S06后，进入下一步骤S07。
步骤S07：检查镀完基片的光谱，表面质量和膜层牢固度。
步骤S08：经过检验合格的基片进行包装，出货给下一工序。
制作红外窄带滤光片过程中，其基片的第一面镀膜设计，如表一所示。基片的第二面镀膜设计，如表二所示。
通过上述步骤制作的红外窄带滤光片，移动带通中心波长后，角度偏移特性，带宽特性和都度特性不会因波长变化而发生较大变化。
表一：实施例二-当n＝32时，第一面镀膜设计
表二 实施例二-当m＝31时第二面镀膜设计
实施例三
本实施例与实施例二大致相同，其不同点在于，本实施例的NBP膜以及LP膜的每一层物理厚度均采用不用的数据，其每一层的物理厚度如表三和表四所示，通过Opti layer设计软件的强大计算功能，优化的膜系设计，得出不同层的折射率，然后重复实施例二所述的制作红外窄带滤光片步骤，得出一种具有超低角度偏移效应的红外截止滤光器。
表三：实施例三-当n＝32时，第一面镀膜设计
表四：实施例三-当m＝31时，第二面镀膜设计
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (9)
1.一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器，其特征在于，包括红外窄带滤光片，红外窄带滤光片具有基板一侧的NBP膜和基板另一侧的LP膜；所述NBP膜的结构为L(HM)^n L，所述LP膜的结构为L(HL)^m；H代表1个基本厚度的高折射率膜层，M代表1个基本厚度中折射率膜层，L代表1个基本厚度的低折射率膜层；1个H或1个M或1个L代表该膜层在参考波长处具有1/4光学厚度，n代表H膜层和M膜层叠加后的重复次数，m代表H膜层和L膜层叠加后的重复次数。
2.根据权利要求1所述的一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器，其特征在于，在所述NBP膜的结构中，所述L所代表的膜层由低折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率在1.4—1.8之间；所述M所代表的膜层由中折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率在1.6—3.0之间；所述H所代表的膜层由高折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率大于3.0。
3.根据权利要求1所述的一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器，其特征在于，在所述LP膜的结构中，所述L所代表的膜层由低折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率在1.4—1.8之间；所述H所代表的膜层由高折射率材料制成，上述膜层在800-3000nm波段范围内的材料折射率大于2.8。
4.根据权利要求2或3所述的一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器，所述低折射率材料包括SiO2、SiO，所述L所代表的膜层由SiO2和/或SiO制成；
所述高折射率材料包括SiOH、SiN:H、SiH，所述H所代表的膜层由SiOH、SiN:H、SiH中的任一项制成或者由该三种材料任意组合制成。
5.根据权利要求2所述的一种超低角度偏移效应的红外截止滤光器，其特征在于，所述中折射率材料包括SiOH、SiN:H、SiH、Nb2O5、Al2O3；所述M所代表的膜层由SiOH、SiN:H、SiH、Nb2O5、Al2O3的任一项制成或者由该五种材料任意组合制成。
6.制作所述权利要求1-5任一项所述的红外窄带滤光片的方法，其特征在于，
步骤S01，将基片通过超声清洗取出表面污渍，并烘干；
步骤S02，在精选强光灯下挑选干净的基片装入镀膜夹具中，不同规格的基片分别有相对应的特制装片夹具；
步骤S03，将装好夹具的基片，送入镀膜腔室中，镀膜腔室处于高真空环境，真空压力高于2.0E-03Pa；
步骤S04，镀膜真空到达后，在腔室内冲入Ar、O2、H2、N2中的一种或这4种气体中任意组合的混合气体，打开辅助RF射频等离子源轰击基片表面，打开TG靶材电源开始交替成膜；
步骤S05，基片的第一面镀膜完成后，将基片取出，再次超声清洗；
步骤S06，重复步骤S02至S04，镀膜基片的第二面；
步骤S07，检查镀完的基片的光谱、表面质量和膜层牢固度；
步骤S08，经过检验，将合格的基片进行包装，出货给下一工序。
7.根据权利要求6所述的红外窄带滤光片，其特征在于，步骤SO4包括
步骤S041,打开TG靶材电源后开始成膜，溅射镀膜第一层L，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为100～500sccm；N2的总流量为0～500sccm；H2的总流量为0-200sccm；TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S042,溅射镀膜第二层M，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为0～400sccm；N2的总流量为0～400sccm,H2的总流量0-200sccm,TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S043，溅射镀膜第三层，第三层重复步骤S041；
步骤S044，溅射镀膜第四层H，其中Ar的总流量为100～1000sccm,O2的总流量为0～200sccm,N2的总流量为0～200sccm,H2的总流量为0-200sccm,TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S045，重复步骤S041至步骤S044，直至镀膜完成最后一层。
8.根据权利要求6所述的红外窄带滤光片，其特征在于，步骤SO6包括
步骤S061,打开TG靶材电源后开始成膜，溅射镀膜第一层L，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为100～500sccm；N2的总流量为0～500sccm；H2的总流量为0-200sccm；TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S062,溅射镀膜第二层H，其中Ar的总流量为100～1000sccm；O2的总流量为0～200sccm；N2的总流量为0～200sccm,H2的总流量为0-200sccm,TG功率为6～10kw，RF功率为0-4kw；
步骤S063，重复步骤S061至步骤S062，直至镀膜完成最后一层。
9.根据权利要求6所述的红外窄带滤光片，其特征在于，所述红外窄带滤光片的光谱特性为：透过带的带宽(T50％)在20-80nm之间，透过带的透过率大于93％,截止带的截止深度大于OD4；T10-T90陡度在6nm～30nm,T90-T10陡度在6nm～30nm；
入射光的入射角度0°-10°范围内，波长蓝移<2nm；入射光的入射角度0°-20°范围内，波长蓝移小于4nm；入射光的入射角度0°-30°范围内，波长蓝移小于6nm；入射光的入射角度0°-35°范围内，波长蓝移小于8nm。
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