TWI282434B - Film layer structure of optical lens - Google Patents

Description

1282434 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種膜層結構，尤指一種應用於濾光片、鏡頭等光學元 件上的膜層結構。 【先前技術】 目前，光學鍍膜已經被廣泛應用於投影機、傳統相機、數位相機、 _ 手機、天文望遠鏡用之鏡頭組、濾光片等，用來使得該等光學元件能 夠實現不同的光學功能，例如：吸收紫外線、減反射、彩色濾光、紅 外光截止等。現以濾光片爲例，對光學鍍膜之膜層結構及對應之光學 性能作一詳細介紹，所謂之濾光片係使用光的吸收或干涉原理從複色 光中得到有限波長範圍的光學元件，常用之濾光片有吸收濾光片和干 涉濾光片兩種。吸收濾光片係利用有色物質對某些波長的光吸收，而 使传/、有一疋波長範圍内的光通過之原理製成的。惟，該吸收遽光片 .之單色性能差、具有較強的光損失，尤其是將其吸收特性應用於截止 縣>!上時，所形賴舰麵止濾光#(又稱非干涉魏止滤光片） 遷具有二項大缺點，一是截止波長入。不能調，另一是截止斜率s之陡 度不夠，因此該非干涉型截止遽光片在實際中不是很實用。 3種干涉型濾光片則係利用其上的多層膜會使得光線在入射和 反射之間赴她錢顧崎生干涉縣，並朋^産生特定波長 範_的單色光，將針涉濾光片之多輕的干涉躺於截止濾 光片上了域干涉型截止濾、光片，該干涉型截止濾光片可以克服前述 i截止;級片之兩大缺點。惟，干涉多層膜的共同缺點是截止 1282434 光:⑴如 光爲斜向入射時，具有干涉多層膜之遽 先片（Γ干涉鐵讀之截錢長射心《的位置會往短 波方向4，該就片之峰值透過率會隨之發生變化，甚至其截止斜 率也會產生變形。這是_在雜斜“料之光行纽垂直入射 短，也就是說等效膜層厚度變薄了，而光學厚度由Nd變成了 Ndcos Θ， 由此時膜層之概恤nde_/A可知，其中心波位會往短波方 向偏移。 ^請參第一圖所示，習知干涉型截止據光片80之膜層結構81是採用 W、低折射率材料交替堆疊而成，林_基板犯（B⑺ 上形成的 门折射率膜層83 (二氧化鈦，Ti⑹與低折射率膜層％ (二氧化石夕，

Si〇2)之光學厚度相同，當入射光線之中心波長爲⑽奈米時，兩種不 同折射率之每—媒層83或84的光學厚度均紅25微米，所述光學厚 度等於對應材料之折_ n乘以其物理厚度d。該習知膜層結構81之 具體設計值如下表所示：

基板 BK7 度（微 弟1層 Ti〇2 ~~^25 ^ 弟2層 S1O2 第3層 Ti〇2 ~~~〇T25 ^ 弟4層 Si〇2 ~~T25 ^ —-—__ 一 一 — 一 弟24層 Si〇2 0.25 — AIR 當入射光線之入射角爲0度時，採用上述設計值之習知膜層81可 1282434 以得到如第二圖中所示之光譜曲線a，圖中光譜曲線8之穿射率爲5〇% 的波長位置是650. 3奈米·，但若入射光線之入射角爲四度時，由該習 知膜層81侧的光譜曲線如第二圖巾所示之光譜曲線^，此時穿射率 爲_的波長位置是632·7奈米。由此可知，由於角度變化而引起的光 譜變化量爲Π. 6奈米。具有此光學薄膜的遽光片將會因該光賴化而 産生色彩變化，導致其光學性能變差，甚至有可能會對採用該遽光片 _ 的光學糸統産生嚴重影響。 爲使得具有多層膜之遽光片的光學性能穩定，通常要調節每一媒層 的薄膜厚度，如中國大陸發明專利公告第CN U46734c號所揭示的一 種超窄帶通光學薄膜滤光片及其膜層厚度産生方法，發明人主要是利 用了無序性賴層厚度及無雜_層厚度赶方法，也就是說所鍍 的膜層厚度允許有-鑛機舰落，藉此可狀娜低由於膜層厚度 的微小變化而導致的遽光片性能下降的幅度，並可進一步緩解製傷超 窄帶通光學薄麟光片的製備難度。惟，因該專利所揭示的無序性膜 系設計比較複雜，需要三種不同介質、總共要鍍六十幾層膜，而且與 傳統的濾光片一樣，膜系的無序性依然會引起透射峰位的偏移，而且 膜層厚度的隨機漲落越大，透射峰偏離設計位置就越大。另一中國大 陸發明專利公開第CN 1424593A號則揭示了一種雙層無序型超窄帶通 光學薄膜濾光片，該濾光片包括有兩片相同的基底，二片基底的其中 -表面各财完全相_無序型織，在兩健序型職四周邊緣黏 有特種微米小球膠’使其真空密封固定成一體，中間形成一真空声， 7 1282434 、 真轉的厚度鎌米小_的直徑，Μ對跡】、球加壓使得小球産 / 生卩銷空層轉度，從而使得濾光#的透射峰位調節到設 ' 計所需的位置。 在上述資料情公開的調鶴光片之光學性能的方法均不能解決 由習知膜層結構之光譜隨著絲人射角度之變化而變化的問題，更不 適合應用於干涉型截止滤光片的膜層結構設計中。故，有必要對習知 ^ 膜層結構及設計參數進行優化處理。 【發明内容】 本發明之线目的在供—麵縣構，其可贿光觀著入射 光線之入射角度料同_化較小，從而使料同人射角的光源產生 的色彩變化差異減小。 本發明之另—目的在於提供-種具有多制賴之絲元件，其膜 層設計可以減少因人㈣差異而造成的光譜飄移之變化量，從而保證 # 該光學元件之光學性能穩定。 依據本發明之上述目的，本伽提供—種膜層結構，該膜層係由 高、低折射率材料交替堆疊喊，且形成的每—高折射率騎之光學 厚度都比較大，而形成的每-低折射率膜層之光學厚度則都比較小， 其中由每-高折神膚與每—低折射補層所形叙光學厚度之差 值係大於G. 1 «，將層難於光學元件上，可以使得入射於該 光學元件上的不同入射角的可見光及紅外光光線產生的光譜飄移之變 化量減少。 * 1282434 上述膜層可以鑛製於干涉型截止濾光片上。 上述高折射特料可_二氧化鈦，低折射特料可細二氧化 石夕’若入射光線之中心波長爲744奈米，則該膜層中的每—高折射率 膜層之光學厚度均爲〇.35微米，而該顯中的每—低折射率膜層之光 學厚度均狀138絲，且高崎神顯總數爲24層。 與本發明之先前技術相比較，本發明膜層結構係採用了厚薄方式進 行設計、’即每—騎㈣陳綱概靖侧之絲厚 度大通過對該膜層厚度的優化設計，本發明可以顯著提高光错對角 度k:化的毅性及色彩分佈的—致性，此提高採職膜層結構之 光學元件的光學性能。 【實施方式】 ，、彳11係以干'步賴讀、光#爲例對本發明之膜層結構及其光 學性能作詳細介紹，t_麟麟亦可以應將無絲元件（例 如鏡片）上，而其入射光線亦可以爲可見光或紅外光，例如紅外截止 遽光片。 請參第三圖所示’本發明干涉型截止渡光片10之臈層結構u是採 了非等厚u方式’也就是說，將高、低折射特料交替堆疊於 玻璃基板12 (BK7)上，所形成的高折射率膜層13 (二氧化鈦，则 與低折射率膜層14 (二氧鮮，)之光學厚度不同，其中每一高 折射率膜層13之光學厚度驰低折射麵層14之光學厚大。* 所入射之可見光騎雜之巾碰長爲744奈料，每—高折射率^ •1282434 >予厚度均爲Q. 35微米’而每—低折射補層14之光學声产 均爲0.138機半…、t ’、斤述光學厚度等於對應材料之折射率n乘以其物理 厚度d，麵聽構11之具體設計值如下表聯：

BK7 Ti〇2 微米) 0. 35 第2層 Si〇2 0.^38 一 第3層 Ti〇2 0.35 層 Si〇2 0.138 ~-—— - 一 ~ - 一 第 Si〇2 0.138 空氣 AIR

…VW又μ 1不rq工処§又叶值之本發明膜層結構 Η可以得到如第二圖中所示之光譜曲線c，圖中光譜曲線c之穿射率 爲50%的波長位置是649. 5奈米；但若人射光線之人射歧25度時， 由該膜層結構u得_光譜曲線如第二圖中所示之光譜曲線d，此時 穿射率爲_波長峨635.6奈米。由此可知，由於角度變化㈣ 起的光譜變化量爲13.9奈米，該變化量明顯低於f知膜層81之因角 度變化而做的絲變婦，本㈣高、崎鱗騎Μ、Μ之 厚薄差異越大，光譜隨人勒差異㈣起的變化量將會越小。 進一步而舌’若本發明由每—高、低折射率膜層13、_形成之 ^學厚度之差值係大於U微米，則光譜隨人射肖差異㈣起的變化 里減小之效果會開賴著’該差鋪大，變化量會顯著變小；而若兩 者之間的光學厚度之差值小於u微米，麟絲隨人㈣差異而引 起的變化量不會有顯著改善。例如，在該實施例中之上述數值表中第工 層（即高折射率膜層皿）之光學厚度係〇.35微米，而第2層（即低 10 *1282434 折射率膜層_之光學厚度係G. 138微米，兩者之差值等於〇.⑴ 微米，其大於〇. 1微米。本發明之光譜變化量爲13.9奈米相較於習知 之光譜變化量（即17. 6奈米）減少了 3· 7奈米。 由於本發明膜層結構之高、低折射率膜層13、14係採用了厚薄設 計方式，可以減少狀糊差異造成的光譜飄移的變化量，藉此使得 色彩分佈呈現較-致的狀態。將該設計方式翻於其他光學元件上， 如投影機、傳統相機、數位相機、手_的鏡轉，均可讓色彩變化 的差異降到最低的狀態。

综上所述’本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專利申 請。惟’以上所述者僅爲本發明之較佳實施方式，舉凡熟習本案技術 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆涵蓋於後附^ 請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 • 帛—圖係具有習知膜層結構之干涉型截止渡光片及該習知膜層結構的 示意圖。 第二圖係習知顯結構與本發觸層轉林同人射肖下所生成的光 瑨曲線示意圖。 截止濾光片及本發明膜層結 11 ^81 第三圖係採用了本發明膜層結構的干涉型 構之示意圖。 【主要元件符號說明】 干涉型截止濾光片10、80膜層結構 41282434 玻璃基板 12 低折射率膜層 14 、82 高折射率膜層13、83 、84

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Claims (1)

1. I正替换頁 1282434 拾、申請專利範圍： 1 ·一種膜層結構，該膜層係由高、低折射率材料交替堆疊而成， 其中的每一高折射率膜層均具第一光學厚度，而形成的每一低 折射率膜層均具第二光學厚度，而且所述的第一光學厚度大於 第二光學厚度，其中第一光學厚度與第二光學厚度之差值係大 於0· 1微米，當將該等膜層鍍製於光學元件上時，可以使得入 射於該光學元件上的不同入射角的可見光及紅外光光線産生 的光譜飄移之變化量減少。 2·如申請專利範圍第1項所述之膜層結構，其中該等膜層可以鍍 製於干涉型截止濾光片上。 3·如申請專利範圍第2項所述之膜層結構，其中高折射率材料可 採用二氧化鈦，低折射率材料可採用二氧化矽。 4·如申請專利範圍第3項所述之膜層結構，其中若入射光線之中 心波長爲744奈米，則該膜層中的每一高折射率膜層之光學厚 度均爲0· 35微米，而該膜層中的每一低折射率膜層之光學厚 度均爲0· 138微米，且高低折射率膜層總數爲24層。 5·如申請專利範圍第丨項所述之膜層結構，其中該膜層可以鍍製 於鏡片上。 6·種有夕層臈結構之光學元件，其具有一基板及設置於基板 上的膜層，其中膜層係由高、低折射率材料交替堆疊而成，且 形成的每一高折射率膜層之光學厚度均比低折射率膜層之光 13 !282434 __ ( ^ 丨 ’土丄____」 予厚度大，其㈣—光學厚度與第二光學厚度之差值大於 微米。 如申凊專利細第6項所述之具有多層麟構之光學元件，其 中該光學元件可以是干涉麵止齡#，其上碱有採用厚薄 方式堆疊的高低折射率膜層結構。 申明專利範圍第7項所述之具有多層膜結構之光學元件，其 中南折射率材料可_二氧姐，低折醉㈣可採用二氧化 申叫專利範圍弟8項所述之具有多層膜結構之光學元件，其 中若入射光線之中心波長爲744奈米，則該膜層中的每一高折 射率膜層之光學厚度均爲〇.35微米，而該膜層中的每一低折 射率膜層之光學厚度均爲0· 138微米，且高低折射率膜層總數 爲24層。 Ί282434 w 柒、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為··第（三）圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： 干涉型截止濾光片10 膜層結構 11 玻璃基板 12 高折射率膜層13 低折射率膜層 14 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：