CN217007741U - 一种具有高反射率的银反射镜及高精度成像装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有高反射率的银反射镜及高精度成像装置，包括基底、粘结膜层、银层、隔离膜层与介质膜层，所述银层设置于所述基底上，所述银层的厚度为180～200nm；所述介质膜层设置于所述银层上背离所述基底的一面，所述介质膜层由多层SiO2膜层与多层Ta2O5膜层循环堆叠而成，所述介质膜层的总厚度为415～510nm；所述粘结膜层位于所述基底与所述银层之间，所述隔离膜层位于所述银层与所述介质膜层之间。本实用新型采用一定厚度的银层作为主反射层，通过在银层上真空蒸镀得到由多层SiO2膜层与Ta2O5膜层循环堆叠而成的、具有特定厚度的介质膜层，能够支持多角度光线入射，大大提高反射率，同时抑制偏振；此外，整体结构的可靠性高，使用寿命长。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种具有高反射率的银反射镜及高精度成像装置。
背景技术
反射镜是广泛应用于高精度光学成像系统中的元器件，由于处理的入射光线并非平行光，为了保证成像质量，需要光学成像系统中的反射镜在支持多角度光线入射的前提下，还能够具有较高的反射率以及较小的偏振；但是，现有技术中的反射镜无法满足小角度入射光线的反射率需求，并且在对应的工作波段下偏振明显。
因此，需要一种具有高反射率的银反射镜及高精度成像装置，能够在支持多角度光线入射的前提下，提高反射镜在工作波段的反射率，同时减小偏振。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种具有高反射率的银反射镜及高精度成像装置，能够在支持多角度光线入射的前提下，提高反射镜在工作波段的反射率，同时减小偏振。
本实用新型提供的一种具有高反射率的银反射镜，包括基底、银层与介质膜层，所述银层设置于所述基底上，所述银层的厚度为180～200nm；所述介质膜层设置于所述银层上背离所述基底的一面，所述介质膜层由多层SiO2膜层与多层Ta2O5膜层循环堆叠而成，所述介质膜层的总厚度为415～510nm；所述具有高反射率的银反射镜还包括粘结膜层与隔离膜层，所述粘结膜层位于所述基底与所述银层之间，所述隔离膜层位于所述银层与所述介质膜层之间。
进一步地，所述具有高反射率的银反射镜通过真空蒸发镀膜制备而成。
进一步地，所述具有高反射率的银反射镜的工作波段为350～750nm。
进一步地，所述基底为微晶玻璃。
进一步地，所述基底的表面粗糙度小于1nm，所述基底的PV值不大于0.2λ，并且所述基底的RMS值不大于0.025λ。
进一步地，所述粘结膜层的材质为铬，所述粘结膜层的厚度为25～35nm。
进一步地，所述隔离膜层的材质为Al2O3晶体，所述隔离膜层的厚度为15～25nm。
进一步地，所述介质膜层的第一层为致密膜层，所述致密膜层镀膜于所述隔离膜层的上表面。
进一步地，所述介质膜层的层数为奇数层，所述介质膜层的第一层与所述介质膜层的最后一层均为SiO2膜层。
本实用新型还提供一种高精度成像装置，包括以上所述的具有高反射率的银反射镜。
实施本实用新型，具有如下有益效果：
1、本实用新型采用一定厚度的银层作为主反射层，通过在银层上真空蒸镀得到由多层SiO2膜层与Ta2O5膜层循环堆叠而成的介质膜层，能够在支持多角度光线入射的前提下，大大提高该具有高反射率的银反射镜在工作波段的反射率，尤其是在短波波段内的反射率，同时极大地抑制偏振现象的出现；此外，在银层两侧分别设置粘结膜层与隔离膜层，有利于提升整体结构的强度与可靠性，使用寿命长。
2、本实用新型采用低粗糙度和高面型精度的基底，避免该具有高反射率的银反射镜出现成像误差而影响产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所使用的附图作简单的介绍，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它附图。
图1为本实用新型的一种可能的实施方式中具有高反射率的银反射镜的剖面示意图；
图2为入射光线的入射角度为0°时常规银反射镜的反射率曲线图；
图3为本实用新型所提供的一种具有高反射率的银反射镜在入射光线的入射角度为0°时的反射率曲线图；
图4为入射光线的入射角度为50°时常规银反射镜的反射率曲线图；
图5本实用新型所提供的一种具有高反射率的银反射镜在入射光线的入射角度为50°时的反射率曲线图。
其中，图中附图标记对应为：1-基底，2-粘结膜层，3-银层，4-隔离膜层，5-介质膜层，51-SiO2膜层，52-Ta2O5膜层。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；并且，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
本实施例提供一种高精度成像装置，在该高精度成像装置中设置一种具有高反射率的银反射镜，如说明书附图1所示，该具有高反射率的银反射镜整体通过真空蒸发镀膜制备而成，包括基底1、粘结膜层2、银层3、隔离膜层4与介质膜层5，以图1中所示方向为基准，基底1位于最下方，由此向上，粘结膜层2设置于基底1上表面，以便于后续银层3能够可靠地固定与基底1上，则银层3设置于粘结膜层2上表面，并且，银层3的厚度设置为180～200nm，而银材料的反射性能优秀，在该厚度下，能够显著提升整体结构的反射率；而介质膜层5设置于银层3上背离基底1的一面，并且，银层3与介质膜层5之间还具有隔离膜层4，以隔离介质膜层5，保证该介质膜层5在制备时不会影响到已经形成的银层3，从而保证得到高质量的具有高反射率的银反射镜；此外，介质膜层5由多层SiO2膜层51与多层Ta2O5膜层52循环堆叠而成，能够显著降低偏振，并且，在本实施例中，介质膜层5的总厚度设置为415～510nm，在该厚度范围内，能够进一步提升反射率，同时能够有效抑制偏振。
具体地，在本实施例中，基底1为微晶玻璃，并且该微晶玻璃的表面粗糙度较低，而表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度，表面粗糙度的值越小，说明表面越光滑，以表面粗糙度的一个高度特征参数Ra来表示，则Ra<1nm；而选择低表面粗糙度的基底1表面，能够减小该具有高反射率的银反射镜在近紫外光波段(350～400nm)的散射；同时，低表面粗糙度还有利于降低在基底1表面镀膜的难度，提升真空蒸镀所得膜层的厚度均匀性和平整性，从而全面地提升最终产品的成像质量。
此外，在本说明书的一个可能的实施方式中，该基底1的PV值不大于0.2λ，并且基底1的RMS值不大于0.025λ，保证基底1具有较高的面型精度，从而防止最终产品由于面型精度不足造成成像误差；而PV值与RMS值均为表征面型精度的参数，面型精度又采用精密抛光表面与理想平面的偏差量来表征，也称为反射面精度，一般采用可以测量波面的干涉仪进行测量；其中，PV值为Peak to Valley，即表面形貌的峰值与谷值的差值，而RMS值为RootMean Square，即表面形貌的均方根值；需要说明的是，此处的λ代表的是单位，表示面型精度的干涉条纹数的单位，λ具体为干涉仪所用的氦氖激光器的波长632.8nm，即1λ＝632.8nm，则基底1的PV值不大于0.2λ，表示理想平面的最大偏差值不大于126.56nm，面型精度较高。
具体地，粘结膜层2的材质为铬，并且铬材料纯度为99.95％以上，通过蒸发镀膜将铬材料镀膜于基底1表面，其厚度设为第一厚度，则第一厚度为25～35nm，以增加基底1与后续蒸发镀膜的银层3之间的附着力，提升银层3的结构可靠性；在本说明书的一个可能的实施方式中，该粘结膜层2的厚度选择为25～30nm，既能增加银层3与微晶玻璃之间的粘合力，又能够节省铬材料，节约成本。
具体地，选择材料纯度为99.95％以上的银材料，通过蒸发镀膜将银材料镀膜于粘结膜层2上，形成银层3，则银层3作为主要的反射金属层，能够反射的波长范围广，且反射率高，吸收率低；在本说明书的一个可能的实施方式中，银层3的厚度设为第二厚度，该第二厚度可以选择为180～190nm，保证银层3具有足够的结构强度的同时还能够具有优良的反射性能，还能够有效控制生产成本。
具体地，在银层3上表面以及介质膜层5的底面之间，隔离层4的材质选择Al2O3晶体材料，同样通过蒸发镀膜将Al2O3晶体材料镀膜于银层3表面，并且，隔离层4完全覆盖银层3，以防止银层3氧化或者扩散从而引起产品整体反射性能下降以及偏振增大，即Al2O3材质的隔离层4能够保证成像质量，延长该具有高反射率的银反射镜的使用寿命；同时，Al2O3材质与银的结合力好，则隔离层4能够增加银层3与介质膜层5之间的粘附力，提升结构稳定性；在本说明书的一个可能的实施方式中，该隔离膜层4的厚度设为第三厚度，则第三厚度可以选择为15～25nm，以保证隔离膜层4具有足够的厚度隔绝空气，避免银层3氧化。
需要说明的是，Al2O3晶体材料除了能够防止银氧化或者扩散，还能够与银层3保持良好的粘附性，并且在较低温度下的镀膜可靠性好，而银材料需要在较低温度下镀膜，介质膜层5在镀制时又需要增加镀膜温度才能够达到高可靠性，则在银层3与介质膜层5之间镀制一层Al2O3晶体作为隔离层4能够将两者分割开，在镀制时互不影响，从而保证最终产品的质量，成像精度高。
具体地，如图1所示，介质膜层5由多层SiO2膜层51与多层Ta2O5膜层52循环堆叠而成，SiO2与Ta2O5两种材料在短波段的吸收小，利用不同膜层界面反射光的相长干涉对不同波长的入射光进行增强反射，尤其能够提升近紫外光波段的反射率，减小偏振；其中，SiO2膜层51为低折射率材料镀制而成的膜层，Ta2O5膜层52为高折射率材料镀制而成的膜层，则通过设置不同层的折射率差异与厚度差异，能够选择性调节对不同波长范围内不同角度的入射光进行增强反射，并调节偏振状态；此外，在本实施例中，SiO2膜层51与多层Ta2O5膜层52的总层数大于五层，且介质膜层5的总厚度为415～510nm，层数较多且相邻膜层之间的反射波长变化很小时，就能够对一段连续波长范围都具有较强的反射效果；同时，采用SiO2和Ta2O5两种折射率不同的材料相互配合，辅以特定厚度的多层循环结构，能够大大消减偏振，优化高精度成像装置的成像精度。
具体地，在本说明书的一个可能的实施方式中，介质膜层5的第一层为致密膜层，该致密膜层与隔离膜层4相接触，在蒸发镀膜时升高温度，将致密膜层镀制于隔离膜层4的上表面；而该致密膜层可以选择为SiO2膜层51，升高温度使得SiO2的致密性和附着力均增加，从而提升整体结构的稳定可靠。
具体地，在本说明书的一个可能的实施方式中，介质膜层5的层数为奇数层，则介质膜层5的第一层与最后一层均为SiO2膜层51；而在本实施例中，该介质膜层5的层数为九层，则介质膜层5可以看作是由三组三层结构构成的，每组三层结构均包括两个外层与一个内层，每组内部的两个外层材质相同，每组内的外层与内层材质不同，且在同一组三层结构的内部，内层的厚度大于靠近基底1一侧的一层外层的厚度，同时内层的厚度小于远离基底1一侧的一层外层的厚度，这样的膜系结构能够进一步提升反射率并降低偏振；但需要说明的是，本实用新型并不限于这一种循环结构，只要能够提升反射率并降低偏振的SiO2膜层51与多层Ta2O5膜层52循环堆叠结构都可以在本实用新型的保护范围之内。
可选地，在本说明书的一个可能的实施方式中，也可以将Ta2O5膜层52作为第一层蒸发镀膜于隔离层4的上表面；而在本说明书的其他可能的实施方式中，还可以将介质膜层5的层数设置为偶数层，设置方式灵活多变，适用范围广泛。
在通过真空蒸发镀膜制备该具有高反射率的银反射镜时，以介质膜层5的层数为九层为例，首先使用真空镀膜机，放置基底1到公自转样品盘上，并保持基底1和真空室环境洁净，然后根据以下步骤开始真空蒸镀：
S1、将烘烤温度设定为40℃，镀膜本底真空抽到2×10-3Pa；
S2、充入氩气，开启离子源轰击，设置离子源电压150V、4A，轰击时间3分钟，开始鸿基基底1，从而对基底1进行清洗与表面活化，增加基底1与后续镀制的膜层之间的附着力，直至轰击结束后关闭离子源，准备开始镀膜；
S3、通过蒸发镀膜镀制第一层铬，镀膜速率控制在2A/s，直至厚度达到预设的第一厚度；
S4、通过蒸发镀膜镀制第二层银，速率控制在80A/s，直至厚度达到预设的第二厚度；
S5、通过蒸发镀膜镀制第三层AL2O3隔离膜层，在低温高真空条件下，速率控制在2A/S，直至镀制厚度达到第三厚度；
S6、开启烘烤，温度设为90～110℃，保持10分钟后，镀制第四层SiO2膜层，通过升高温度增加SiO2膜层的致密性及附着力；
S7、充入氧气，开启离子源200V、4A，并且全程采用离子源辅助镀膜，依次镀制余下的SiO2膜层和Ta2O5膜层，即依次镀制第5～12层至预设的各层厚度。
通过上述制备方法制得的具有高反射率的银反射镜在近紫外光波段、可见光波段、近红外光波段、中波红外光波段以及远红外光波段都具有优良的光学性能，覆盖光谱范围350～12000nm；在本说明书的一个可能的实施方式中，该具有高反射率的银反射镜的工作波段为350～750nm，在这一工作波段范围内，其折射率显著提升，且相比于传统银反射镜，本实施例所提供的具有高反射率的银反射镜产生的偏振明显降低。
具体地，按照上述S1-S7步骤，制备一种具有高反射率的银反射镜，粘结膜层2的厚度为25～30nm，银层3的厚度为180～190nm，隔离膜层4的厚度为15～25nm，其介质膜层5的膜系从下至上为：30～35nm厚度的SiO2膜层、40～50nm厚度的Ta2O5膜层、70～80nm厚度的SiO2膜层、30～40nm厚度的Ta2O5膜层、40～50nm厚度的SiO2膜层、50～60nm厚度的Ta2O5膜层、20～30nm厚度的SiO2膜层、35～45nm厚度的Ta2O5膜层、100～120nm厚度的SiO2膜层；则针对该具有高反射率的银反射镜和常规银反射镜进行测试，分别测试在入射角度为0°(小角度)和入射角度为50°(大角度)时的反射率和偏振；其中，常规银反射镜为行业内通用的反射镜，即在基底上仅镀粘接层与银反射层，在银反射层上镀保护层的反射镜。
反射率测试结果如说明书附图2～5所示，其中，如说明书附图2～3所示，在入射角度为0°时，常规银反射镜在350～400nm波段的反射率较低，并且变化较大，在350nm处的反射率小于75％，而本实施例中的具有高反射率的银反射镜在350～400nm波段已经能够达到90％以上的反射率，最高达到了97％左右，而在400～1000nm波段，其反射率也能够稳定在94％以上；同样地，如说明书附图4～5所示，在入射角度为50°时，常规银反射镜在350～400nm波段的反射率变化趋势与入射角度为0°时的反射率变化趋势相同，并且在350nm处的最大反射率均未达到85％，而本实施例中的具有高反射率的银反射镜在350～400nm波段已经能够达到90％以上的反射率；可见，本实施例中的具有高反射率的银反射镜能够支持多角度入射，包括0～50°入射角度范围，并且能够显著提升350～400nm波段内的反射率，大大提升反射性能。
同时，根据说明书附图4～5以及偏振计算公式计算，得到表1中的数据，而偏振计算公式为：
偏振＝|(Rp-Rs)×100/(2Ravg)|
其中，Rp为偏振方向平行于入射面的p光的反射率，Rs为偏振方向垂直于入射面的s光的反射率，而Ravg为平均反射率。
可见，在50°入射角度时，在每一个测试波段范围内，该具有高反射率的银反射镜的偏振小于对应测试波段内传统纯银反射镜的偏振，尤其在350～400nm波段，偏振降低到传统银反射镜的一半以下，即该具有高反射率的银反射镜能够显著降低350～750nm波段范围内的偏振，提升产品成像精度。
表1常规银反射镜与本实施例中具有高反射率的银反射镜的偏振测试数据
相比于传统银反射镜，本实施例中的具有高反射率的银反射镜具有更加优秀的反射性能，尤其是能够提升银反射镜在350～400nm近紫外光波段范围内的反射率，并且在提升反射率的同时，能够大大降低偏振程度，保证成像质量，解决了传统反射镜仅设置一层反射膜层，导致在短波范围内反射率低而偏振高的问题。
通过本实施例可知，本实用新型具有如下有益效果：
1、本实用新型采用一定厚度的银层作为主反射层，通过在银层上真空蒸镀得到由多层SiO2膜层与Ta2O5膜层循环堆叠而成的介质膜层，能够在支持多角度光线入射的前提下，大大提高该具有高反射率的银反射镜在工作波段的反射率，尤其是在短波波段内的反射率，同时极大地抑制偏振现象的出现；此外，在银层两侧分别设置粘结膜层与隔离膜层，有利于提升整体结构的强度与可靠性，使用寿命长。
2、本实用新型采用低粗糙度和高面型精度的基底，避免该具有高反射率的银反射镜出现成像误差而影响产品质量。
3、本实用新型的结构之间采用粘结膜层、隔离膜层以及致密膜层，有利于提升整体结构的稳定性与可靠性，同时整体的结构强度较高，耐用防潮，使用寿命得到大大提升。
以上所描述的仅为本实用新型的一些实施例而已，并不用于限制本实用新型，本行业的技术人员应当了解，本实用新型还会有各种变化和改进，任何依照本实用新型所做的修改、等同替换和改进都落入本实用新型所要求的保护的范围内。
Claims (10)
1.一种具有高反射率的银反射镜，其特征在于，包括基底(1)、银层(3)与介质膜层(5)，所述银层(3)设置于所述基底(1)上，所述银层(3)的厚度为180～200nm；所述介质膜层(5)设置于所述银层(3)上背离所述基底(1)的一面，所述介质膜层(5)由多层SiO2膜层(51)与多层Ta2O5膜层(52)循环堆叠而成，所述介质膜层(5)的总厚度为415～510nm；所述具有高反射率的银反射镜还包括粘结膜层(2)与隔离膜层(4)，所述粘结膜层(2)位于所述基底(1)与所述银层(3)之间，所述隔离膜层(4)位于所述银层(3)与所述介质膜层(5)之间。
2.根据权利要求1所述的一种具有高反射率的银反射镜，其特征在于，所述具有高反射率的银反射镜通过真空蒸发镀膜制备而成。
3.根据权利要求1所述的一种具有高反射率的银反射镜，其特征在于，所述具有高反射率的银反射镜的工作波段为350～750nm。
4.根据权利要求1所述的一种具有高反射率的银反射镜，其特征在于，所述基底(1)为微晶玻璃。
5.根据权利要求1所述的一种具有高反射率的银反射镜，其特征在于，所述基底(1)的表面粗糙度小于1nm，所述基底(1)的PV值不大于0.2λ，并且所述基底(1)的RMS值不大于0.025λ。
6.根据权利要求1所述的一种具有高反射率的银反射镜，其特征在于，所述粘结膜层(2)的材质为铬，所述粘结膜层(2)的厚度为25～35nm。
7.根据权利要求1所述的一种具有高反射率的银反射镜，其特征在于，所述隔离膜层(4)的材质为Al2O3晶体，所述隔离膜层(4)的厚度为15～25nm。
8.根据权利要求1所述的一种具有高反射率的银反射镜，其特征在于，所述介质膜层(5)的第一层为致密膜层，所述致密膜层镀膜于所述隔离膜层(4)的上表面。
9.根据权利要求1所述的一种具有高反射率的银反射镜，其特征在于，所述介质膜层(5)的层数为奇数层，所述介质膜层(5)的第一层与所述介质膜层(5)的最后一层均为SiO2膜层(51)。
10.一种高精度成像装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的具有高反射率的银反射镜。
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| CN202220498011.7U CN217007741U (zh) | 2022-03-09 | 2022-03-09 | 一种具有高反射率的银反射镜及高精度成像装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111694081A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-09-22 | 奥普镀膜技术（广州）有限公司 | 一种高精度反射片及其制备方法 |
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2022
- 2022-03-09 CN CN202220498011.7U patent/CN217007741U/zh active Active
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| CN111694081B (zh) * | 2020-07-24 | 2024-02-13 | 奥普镀膜技术（广州）有限公司 | 一种高精度反射片及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |