KR20210042109A - 광각 적용 고반사 미러 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 800 내지 4000 nm의 파장 범위와 부분적으로 겹치는 반사 대역을 갖는 광각 적용 고반사 미러를 제공한다. 상기 미러는 복수의 고굴절률 박막층과 복수의 저굴절률 박막층이 교대로 적층된 박막 시스템을 포함하고, 상기 고굴절률 박막층의 재료는 SiH, 또는 SiOxHy, 또는 SiOxNy 중 하나 또는 이들의 혼합물이다. 고반사 미러는 상기 반사 대역은 큰 각도 범위에 걸쳐 입사각이 0 내지 60 도에 이르며 99 % 이상의 반사를 달성할 수 있다.
Description
본 발명은 광학 렌즈 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광각 적용 고반사 미러에 관한 것이다.
반사 미러는 광통신, 이미징, 계측 및 감지 분야에서 가장 널리 사용되는 장치 중 하나이다. 이러한 반사 미러의 경우, 종종 진공 코팅 기술을 사용하여 특정 기판에 하나 또는 여러 층의 재료를 코팅함으로써 반사광 증가 목적이 달성된다.
일반적으로, 광각 응용 분야의 요구를 충족시키기 위해, 반사 미러는 금속 박막층으로 코팅되어야 한다. 그러나, 금속 필름은 "소프트 필름"에 속하며 내마모성이 낮고 환경 신뢰성이 낮으며 수명이 짧다는 단점이 있다. 신뢰성을 향상시키기 위해 단일 또는 다중 하드 유전체 박막이 강화된 보호층(예를 들어, Nb2O5, Ta2O5, Al2O3 또는 SiO2와 같은 경질 유전체 산화물층)으로 추가 되어도, 종래의 모든 유전체 박막 사이에 여전히 큰 신뢰성 격차가 있다. 반면에, TiO2, Nb2O5, Ta2O5, SiO2 및 이들의 혼합물과 같은 기존의 산화물 또는 불소 전유전체 물질을 사용하면, 미러는 우수한 환경 신뢰성과 수명을 갖지만, 입사각이 증가하는 동안 반사 대역의 중심 파장이 단파장으로 크게 이동하는 단점이 있어, 결국 광범위한 입사각에 사용할 수 없다.
상기 문제점을 고려하여, 본 발명은 종래 반사 미러의 입사각 범위를 개선함과 동시에 우수한 신뢰성과 수명을 보장하는 몇 가지 기술적 개선을 개시한다.
본 발명의 목적은 광각 적용을 위한 고반사 미러를 제공하는 것이다. 본 발명은 기존 미러의 입사각 범위를 개선하는 동시에 우수한 신뢰성과 수명을 보장한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 기술적 방안을 채택한다:
800 내지 4000nm의 파장 범위와 부분적으로 중첩되는 반사 대역을 갖는 광각 적용 고반사 미러로서, 상기 반사 미러는: 교대로 적층된 복수의 고굴절률 박막층 및 복수의 저굴절률 박막층을 포함하며, 고굴절률 박막층의 재료는 SiH, 또는 SiOxHy, 또는 SiOxNy, 또는 이들의 혼합물이고, 고굴절률 박막층의 각 층은 800 내지 4000nm의 파장 범위에서 3보다 큰 굴절률을 갖고, 상기 반사 대역은 상기 반사 대역은 입사각이 큰 각도 범위에 걸쳐 0 내지 60 도에 이르며 반사율이 99 % 이상이다.
바람직하게는, 고굴절률 박막층은 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 3.5보다 큰 굴절률을 갖는다.
바람직하게는, 저굴절률 박막층의 재료는 TiO2, Nb2O5, Ta2O5, SiO2, SixNy 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물이다.
바람직하게는, 박막 시스템의 가장 안쪽면에 위치한 금속 박막층을 더 포함하고 상기 금속 박막층은 Cr, Ta, Ti, Nb, Ni, Au, Ag, Cu, Al 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물이다.
박막 시스템을 운반하기 위한 기판을 더 포함하고, 상기 기판 재료는 실리콘 재료, 실리카 기반 유리, 플라스틱, 사파이어, 실리콘 카바이드 및 강화 유리의 하나 또는 둘 이상의 혼합물이다.
본 발명은 800 내지 4000nm의 파장 범위와 부분적으로 중첩되는 반사 대역을 구현하기 위해, 상기 반사 대역은 0 내지 60 도의 입사각 범위에서 99 % 이상의 반사율을 갖는 유익한 효과를 갖도록 상기 기술적 해결 방안을 채택한다. 바람직하게는, 반사 대역은 0 내지 80 도의 입사각 범위에서 99 % 이상의 반사율을 갖는다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명은 첨부 도면 및 특정 실시예를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명 될 것이다.
도 1은 본 발명의 구조의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 반사율과 파장 간의 관계를 나타내는 도표이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 대역의 평균 반사율과 입사각 간의 관계를 나타내는 도표이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따른 반사율과 파장 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에 따른 반사 대역의 평균 반사율과 입사각의 관계를 나타내는 도표이다.
도 6은 본 발명의 비교예 2에 따른 반사율과 파장 간의 관계를 나타내는 도표이다.
도 7은 본 발명의 비교예 2에 따른 반사 대역의 평균 반사율과 입사각의 관계를 나타내는 도표이다.
도 1은 본 발명의 구조의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 반사율과 파장 간의 관계를 나타내는 도표이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 대역의 평균 반사율과 입사각 간의 관계를 나타내는 도표이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따른 반사율과 파장 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에 따른 반사 대역의 평균 반사율과 입사각의 관계를 나타내는 도표이다.
도 6은 본 발명의 비교예 2에 따른 반사율과 파장 간의 관계를 나타내는 도표이다.
도 7은 본 발명의 비교예 2에 따른 반사 대역의 평균 반사율과 입사각의 관계를 나타내는 도표이다.
본 발명은 예시적인 실시예 및 비교예와 관련하여 아래에서 더 설명될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 800 내지 4000nm의 파장 범위와 부분적으로 중첩되는 반사 대역을 갖는 본 발명의 광각 적용 고반사 미러로서, 상기 반사 미러는: 교대로 적층된 복수의 고굴절률 박막층(1) 및 복수의 저굴절률 박막층(2)을 포함하고; 고굴절률 박막층 재료는 SiH, 또는 SiOxHy, 또는 SiOxNy, 또는 이들의 혼합물이고, 고굴절률 박막층의 각 층은 800 내지 4000nm의 파장 범위에서 3보다 큰 굴절률을 가지며, 반사 대역은 큰 각도 범위에 걸쳐 0 내지 60 도의 입사각 범위에서 반사율이 99 % 이상인 광각 적용 고반사 미러가 제공된다.
고굴절률 박막층(2)은 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 3.5 이상의 굴절률을 갖는다.
저굴절률 박막층(1)의 재료는 TiO2, Nb2O5, Ta2O5, SiO2, SixNy 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물이다.
박막층은 박막 시스템의 가장 안쪽면에 위치한 금속 박막층을 더 포함하고, 상기 금속 박막층은 Cr, Ta, Ti, Nb, Ni, Au, Ag, Cu, Al 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물이다.
반사 미러는 박막 시스템을 운반하기 위한 기판을 더 포함하고, 상기 기판 재료는 실리콘 재료, 실리카 기반 유리, 플라스틱, 사파이어, 실리콘 카바이드 및 강화 유리의 하나 또는 둘 이상의 혼합물이다.
실시예 1
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 광각 적용 고반사 미러는 850 nm 내지 950 nm 범위의 고반사 대역을 가지며, 그 구조는 교대로 적증된 복수의 고굴절률 박막층(1) 및 복수의 저굴절률 박막층(2)으로 형성된다.
고굴절률 박막층의 재료는 SiH이고 900nm 부근의 굴절률은 3.6이다.
저굴절률 박막층의 재료는 SiO2이고 900nm 부근의 굴절률은 1.48이다.
기판의 재료는 일반적인 K9 광학 유리이다.
본 발명의 반사 대역은 입사각이 0 내지 80 도에 이르며 반사율이 99 % 이상이다. 또한, 광통신 및 자동차 제품의 내마모성 및 고온 및 고습 내성의 신뢰성 요건을 충족시킬 수 있다. 도 2는 실시예 1의 반사율과 파장 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
비교예 1
광각 적용 고반사 미러는 850 nm 내지 950 nm 범위의 높은 반사 대역을 가지며 상기 반사 대역은 금막을 포함한다.
기판의 재료는 일반적인 K9 광학 유리이다.
예시적인 실시예 1 및 비교예 1의 미러 간의 성능 비교:
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 비교예 1의 타겟 반사 대역은 대략 0 내지 85 도의 입사각의 애플리케이션을 만족시킬 수 있다. 비교예 1의 고반사 대역은입사각이 0 내지 80 도에 이르며 반사율이 96 % 이상이다.
낮은 반사율로 인해 광경로의 손실이 증가되고 광학 시스템의 신호 대 잡음비가 감소된다. 더욱이, 금막 재료를 공기에 노출시키면 반사 미러가 습기, 습도 및 마모에 대한 내성이 떨어지고 열악한 환경의 요구 사항을 충족하지 못하게 된다.
비교예 2
광각 적용 고반사 미러는 850nm 내지 950nm 범위의 고반사 대역을 가지며, 그 구조는 교대로 적층된 복수의 고굴절률 박막층과 복수의 저굴절률 박막층을 포함한다.
고굴절률 박막층의 재료는 TiO2이고 900nm 부근의 굴절률은 2.25이다.
저굴절률 박막층의 재료는 SiO2이고 900nm 부근의 굴절률은 1.48이다.
기판의 재료는 일반적인 K9 광학 유리이다.
예시적인 실시예 1 및 비교예 2의 미러 간의 성능 비교:
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 비교예 2에서, 타켓 반사 대역에서 99 % 보다 큰 반사율을 달성할 수 있지만, 이 반사율을 충족하면 입사각이 0 도에서 약 50 도까지로 적용 각도가 제한될 수 있다. 입사각이 증가함에 따라, 박막 시스템의 전체적인 형태는 단파장 방향으로 이동하고, 50 내지 80 도의 적용 범위에서 반사율이 크게 저하된다.
입사각의 범위가 작기 때문에 시야가 큰 광학 시스템에 적용하기에 한계가 있다. 이 반사 미러를 기반으로 한 시스템은 큰 각도 입사의 경우에 사용될 수 없다.
Claims (6)
- 800 내지 4000nm의 파장 범위와 부분적으로 중첩되는 반사 대역을 갖는 광각 적용 고반사 미러로서, 상기 고반사 미러는:
교대로 적층된 복수의 고굴절률 박막층 및 복수의 저굴절률 박막층을 포함하고,
상기 고굴절률 박막층의 재료는 SiH, 또는 SiOxHy, 또는 SiOxNy, 또는 이들의 혼합물이며, 상기 고굴절률 박막층의 각 층은 800 내지 4000nm의 파장 범위에서 3보다 큰 굴절률을 갖고, 상기 반사 대역은 큰 각도 범위에 걸쳐 입사각이 0 내지 60 도에 이르며 반사율이 99 % 이상인 광각 적용 고반사 미러. - 제 1 항에 있어서,
고굴절률 박막층은 800 내지 1100nm의 파장 범위에서 3.5보다 큰 굴절률을 갖는 광각 적용 고반사 미러. - 제 1 항에 있어서,
저굴절률 박막층의 재료는 TiO2, Nb2O5, Ta2O5, SiO2, SixNy 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 광각 적용 고반사 미러. - 제 1 항에 있어서,
800 내지 4000nm의 파장 범위와 부분적으로 중첩되는 반사 대역이 제공되며, 상기 반사 대역은 0 내지 80 도의 입사각 범위에서 반사율이 99 % 이상인 광각 적용 고반사 미러. - 제 1 항에 있어서,
박막 시스템은 상기 박막 시스템의 가장 안쪽면에 위치한 금속 박막층을 더 포함하고, 상기 금속 박막층은 Cr, Ta, Ti, Nb, Ni, Au, Ag, Cu, Al 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 광각 적용 고반사 미러. - 제 1 항에 있어서,
기판의 재료는 실리콘 재료, 실리카 기반 유리, 플라스틱, 사파이어, 실리콘 카바이드 및 강화 유리의 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 광각 적용 고반사 미러.
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