CN113009601B - 减反膜系、光学元件和制备膜系的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减反膜系、光学元件和制备膜系的方法。减反膜系包括：基底层；过渡层，过渡层与基底层连接，过渡层包括至少一个第一膜层和至少一个第二膜层，第一膜层和第二膜层为多个时，多个第一膜层和多个第二膜层交替叠置，第一膜层的折射率大于第二膜层的折射率；微结构层，微结构层设置在过渡层的一侧表面且微结构层与第二膜层连接；其中，减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的最大反射率小于等于1％。本发明解决了现有技术中光学元件存在反射率高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学镀膜设备技术领域，具体而言，涉及一种减反膜系、光学元件和制备膜系的方法。
背景技术
随着手机市场不断更迭，对手机摄像头的要求也越来越高，其中鬼像问题也日渐成为市场关注的焦点问题。针对某些特殊鬼像强度难以减弱的问题，改善非球面镜片上中心边缘光谱一致性和降低其反射率光谱成为解决该问题的关键。
也就是说，现有技术中光学元件存在反射率高的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种减反膜系、光学元件和制备膜系的方法，以解决现有技术中光学元件存在反射率高的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种减反膜系，包括：基底层；过渡层，过渡层与基底层连接，过渡层包括至少一个第一膜层和至少一个第二膜层，第一膜层和第二膜层为多个时，多个第一膜层和多个第二膜层交替叠置，第一膜层的折射率大于第二膜层的折射率；微结构层，微结构层设置在过渡层的一侧表面且微结构层与第二膜层连接；其中，减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的最大反射率小于等于1％。
进一步地，第一膜层的折射率大于等于2且小于等于4。
进一步地，第二膜层的折射率大于等于1.35且小于等于1.7。
进一步地，微结构层的折射率大于等于1且小于等于1.25。
进一步地，基底层的折射率大于等于1.5且小于等于1.7。
进一步地，第一膜层的材料包括Ti的氧化物、Nb2O5和Ta2O5中的至少一种。
进一步地，第二膜层的材料包括SiO2、MgF2、Al2O3中的至少一种。
进一步地，基底层的材料包括EP、APEL、Zeonex、PMMA中的至少一种。
进一步地，微结构层的材料为氧化铝。
进一步地，微结构层的表面具有柱状的微结构。
进一步地，减反膜系对波长在420nm至780nm范围内的光的最大反射率小于等于0.2％。
进一步地，减反膜系对波长在420nm至780nm范围内的光的平均反射率小于等于0.1％。
进一步地，减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的平均反射率小于等于0.3％。
进一步地，过渡层仅包括一个高折射率层和一个低折射率层，第一膜层、第二膜层和微结构层的厚度的比值为4:110:130。
根据本发明的另一方面，提供了一种光学元件，包括：上述的减反膜系；本体，减反膜系至少设置在本体的至少一侧表面上。
根据本发明的另一方面，提供了一种制备膜系的方法，上述的减反膜系，制备膜系的方法包括：步骤S1：镀膜机内达到3*10-3Pa的镀膜环境后减反膜系的基底层放置在镀膜机内；步骤S2：基底层的表面交替形成减反膜系的第一膜层和减反膜系的第二膜层，形成减反膜系的过渡层；步骤S3：以三甲基铝和纯水为原料通过原子气相沉积镀制减反膜系的微结构层；步骤S4：采用去离子水对微结构层进行水浴处理刻蚀化形成微结构层的表面的微结构；步骤S5：烘干微结构层得到减反膜系。
进一步地，在步骤S2中还包括：第一膜层的厚度大于5纳米且小于等于20纳米；第二膜层的厚度80纳米且小于等于150纳米。
进一步地，在步骤S3中还包括：镀膜机内的镀膜温度为110℃、镀膜机的镀膜时间为2.5h构成微结构层的镀膜环境。
进一步地，在步骤S4中还包括：微结构层在85℃的刻蚀环境下刻蚀8min形成微结构。
进一步地，在步骤S5中还包括：微结构层在85℃的温度下烘干0.5h后得到减反膜系。
一种制备膜系的方法，应用上述的减反膜系，制备膜系的方法包括：减反膜系的基底层的至少一侧表面上由电子束热蒸发制备减反膜系的过渡层；过渡层远离基底层的一侧表面上由原子层沉积技术制备减反膜系的微结构层。
应用本发明的技术方案，减反膜系包括基底层、过渡层和微结构层，过渡层与基底层连接，过渡层包括至少一个第一膜层和至少一个第二膜层，第一膜层和第二膜层为多个时，多个第一膜层和多个第二膜层交替叠置，第一膜层的折射率大于第二膜层的折射率；微结构层设置在过渡层的一侧表面且微结构层与第二膜层连接；其中，减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的最大反射率小于等于1％。
通过设置过渡层，能够有效减少光线的反射，使得光线射入到减反膜系后的透过率大大增加，进而增加了成像质量。将过渡层设置成多个不同的折射率第一膜层和第二膜层交替叠置的形式，可以减小减反膜系的边缘对光线的反射率，以增加光线的透过率，进而增加相对照度，减少渐晕的现象，进而增加了光学元件工作的稳定性。微结构层的设置大大降低了减反膜系表面的光滑度，进而增加了微结构层对光线的吸收作用，大大降低了减反膜系对光线的反射作用。减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的最大反射率小于等于1％，大大增加了减反膜系的透光率，保证了光学元件的成像质量。由于微结构层的折射率与第二膜层更接近，将微结构层与第二膜层连接，能够保证光线顺利入射到过渡层中，减少反射光的反射。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的一个可选实施例的减反膜系的结构示意图；以及
图2示出了本发明的一个可选实施例减反膜系的波长与反射率的关系图；
图3示出了本发明的一个可选实施例的减反膜系的各个位置的反射率与常规膜系的各个位置的反射率的对比示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、基底层；20、过渡层；21、第一膜层；22、第二膜层；30、微结构层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中光学元件存在反射率高的问题，本发明提供了一种减反膜系、光学元件和制备膜系的方法。
如图1至图3所示，减反膜系包括基底层10、过渡层20和微结构层30，过渡层20与基底层10连接，过渡层20包括至少一个第一膜层21和至少一个第二膜层22，第一膜层21和第二膜层22为多个时，多个第一膜层21和多个第二膜层22交替叠置，第一膜层21的折射率大于第二膜层22的折射率；微结构层30设置在过渡层20的一侧表面且微结构层30与第二膜层22连接；其中，减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的最大反射率小于等于1％。
通过设置过渡层20，能够有效减少光线的反射，使得光线射入到减反膜系后的透过率大大增加，进而增加了成像质量。将过渡层20设置成多个不同的折射率第一膜层21和第二膜层22交替叠置的形式，可以减小减反膜系的边缘对光线的反射率，以增加光线的透过率，进而增加相对照度，减少渐晕的现象，进而增加了光学元件工作的稳定性。微结构层30的设置大大降低了减反膜系表面的光滑度，进而增加了微结构层30对光线的吸收作用，大大降低了减反膜系对光线的反射作用。减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的最大反射率小于等于1％，大大增加了减反膜系的透光率，保证了光学元件的成像质量。由于微结构层30的折射率与第二膜层22更接近，将微结构层30与第二膜层22连接，能够保证光线顺利入射到过渡层20中，减少反射光的反射。
可选地，第一膜层21的折射率大于等于2且小于等于4。这样设置使得第一膜层21具有较高的折射率，以使得进入到第一膜层21的光线能够发生较大的偏折，进而使得到达基底层10的光分布的更加均匀。
具体的，第一膜层21的折射率可以是2、2.5、3、3.5、3.8、4等。
可选地，第二膜层22的折射率大于等于1.35且小于等于1.7。这样设置使得第二膜层22与第一膜层21之间具有一定的折射率差值，使得光线在第二膜层22的偏折与在第一膜层21内的偏折方向和偏折角度不同，进而大大增加了光线在减反膜系内偏折的多样性，大大减少了光线的反射，使得到达基底层10的光分布的更加均匀。
具体的，第二膜层22的折射率可以是1.35、1.4、1.5、1.6、1.65、1.7。
可选地，微结构层30的折射率大于等于1且小于等于1.25。微结构层30的折射率较小，保证空气中的光线能顺利射入到微结构层30内，大大降低光的反射，增加了空气中的光射入到减反膜系内效率。
具体的，微结构层30的折射率可以是1、1.1、1.15、1.2、1.25。
可选地，基底层10的折射率大于等于1.5且小于等于1.7。这样设置使得基底层10的折射率与第一膜层21和第二膜层22都较为接近，这样在光线射入到基底层10时，产生的反射光偏少，保证了基底层10的透光率。
具体的，基底层10的折射率可以是1.5、1.55、1.6、1.65、1.7。
具体的，第一膜层21的材料包括Ti的氧化物、Nb2O5和Ta2O5中的至少一种。第一膜层21可以是由Ti的氧化物、Nb2O5和Ta2O5中的一种材料构成的，当然也可以是Ti的氧化物、Nb2O5和Ta2O5中的几种物质混合在一起形成的。需要说明的是，此处的混合是指物理混合而不是发生化学反应生成新的物质。
具体的，第二膜层22的材料包括SiO2、MgF2、Al2O3中的至少一种。第二膜层22可以是由SiO2、MgF2、Al2O3中的一种材料构成的，当然也可以是SiO2、MgF2、Al2O3中的几种物质混合在一起形成的。需要说明的是，此处的混合是指物理混合而不是发生化学反应生成新的物质。
具体的，基底层10的材料包括EP、APEL、Zeonex、PMMA中的至少一种。基底层10可以是由EP、APEL、Zeonex、PMMA中的一种材料构成的，当然也可以是EP、APEL、Zeonex、PMMA中的几种物质混合在一起形成的。需要说明的是，此处的混合是指物理混合而不是发生化学反应生成新的物质。
具体的，微结构层30的材料为氧化铝。
具体的，微结构层30的表面具有柱状的微结构。将微结构设置成柱状的能够减少微结构层30的表面反射率，大大增加微结构层30的透过率。微结构的折射率大于1.1且小于等于1.25。
如图2所示，减反膜系对波长在420nm至780nm范围内的光的最大反射率小于等于0.2％。这样使得射入到减反膜系上的大部分光都能够被吸收，使得减反膜系具有极低的反射率，可有效减少成像光反射至成像镜头的成像面，削弱杂散光的强度，进而使得降低了鬼像，提升了成像品质。
可选地，减反膜系对波长在420nm至780nm范围内的光的平均反射率小于等于0.1％。这样使得射入到减反膜系上的大部分光都能够被吸收，使得减反膜系具有极低的反射率，可有效减少成像光反射至成像镜头的成像面，削弱杂散光的强度，进而使得降低了鬼像，提升了成像品质。
可选地，减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的平均反射率小于等于0.3％。本申请中的减反膜系能够对大范围内的光的反射率小于等于0.3％，大大减少了成像光线的损失。
具体的，过渡层20仅包括一个第一膜层21和一个第二膜层22，第一膜层21、第二膜层22和微结构层30的厚度的比值为4:110:130。这样设置能够有效保证减反膜系对光线的反射率的一致性较好，减反膜系的中心边缘光谱偏移差异较大，同时由于减反膜系的反射率较低，可有效减少成像光反射至成像镜头的成像面，削弱杂散光的强度，呈现的鬼像强度较低，有效提升成像品质。
光学元件包括上述的减反膜系和本体，减反膜系至少设置在本体的至少一侧表面上。这样能够有效保证光学元件对光线的透过率，大大降低了光学元件的反射率，有利于光学元件的成像。
可选地，光学元件是透镜。
应用上述的减反膜系，制备膜系的方法包括：步骤S1：镀膜机内达到3*10-3Pa的镀膜环境后减反膜系的基底层10放置在镀膜机内；步骤S2：基底层10的表面交替形成减反膜系的第一膜层21和减反膜系的第二膜层22，形成减反膜系的过渡层20；步骤S3：以三甲基铝和纯水为原料通过原子气相沉积镀制减反膜系的微结构层30；步骤S4：采用去离子水对微结构层30进行水浴处理刻蚀化形成微结构层30的表面的微结构；步骤S5：烘干微结构层30得到减反膜系。电子束蒸发方式制备过渡层20能够保证过渡层20制备的均匀性。采用原子层沉积技术能够形成较多的微结构，进而大大增加了微结构层30对光线的吸收效率。对微结构层30的表面进行刻蚀以形成微结构，微结构的形成能增加光线的吸收率。
具体的，在步骤S2中还包括：第一膜层21的厚度大于5纳米且小于等于20纳米；第二膜层22的厚度80纳米且小于等于150纳米。这样设置使得第一膜层21和第二膜层22之间能够良好配合，同时便于对光线的吸收。
具体的，在步骤S3中还包括：镀膜机内的镀膜温度为110℃、镀膜机的镀膜时间为2.5h构成微结构层30的镀膜环境。这样就在过渡层20的表面形成了微结构层30。
具体的，在步骤S4中还包括：微结构层30在85℃的刻蚀环境下刻蚀8min形成微结构。通过刻蚀能够在微结构层30的表面形成微结构。
具体的，在步骤S5中还包括：微结构层30在85℃的温度下烘干0.5h后得到减反膜系。将微结构层30表面的水分烘干就得到了减反膜系。
以一个具体的例子为例，在镜片注塑成型之后使用排料机装入专用的镀膜治具，之后先装入电子束热蒸发镀膜机(PVD)，设定特定的背景真空度，镀膜温度，充氧流量等参数后，利用电子束热蒸发先镀制3～5nm五氧化三钛层，然后再镀90-120nm二氧化硅层；然后取出树脂镜片放入原子层沉积设备的腔体内，设定特定的反应源，温度，速率等镀膜参数后，最后镀第三层氧化铝。
从图3中可以看出，本申请的减反膜系的边缘的反射率也较低，且对各个波段的光线的反射率也比较稳定。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (19)
1.一种减反膜系，其特征在于，包括：
基底层(10)；
过渡层(20)，所述过渡层(20)与所述基底层(10)连接，所述过渡层(20)包括至少一个第一膜层(21)和至少一个第二膜层(22)，所述第一膜层(21)和所述第二膜层(22)为多个时，多个所述第一膜层(21)和多个所述第二膜层(22)交替叠置，所述第一膜层(21)的折射率大于所述第二膜层(22)的折射率，所述第一膜层(21)的厚度大于5纳米且小于等于20纳米，所述第二膜层(22)的厚度80纳米且小于等于150纳米；
微结构层(30)，所述微结构层(30)设置在所述过渡层(20)的一侧表面且所述微结构层(30)与所述第二膜层(22)连接；
所述微结构层(30)各处的折射率相同，所述微结构层(30)的折射率大于等于1且小于等于1.25；
其中，所述减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的最大反射率小于等于1％。
2.根据权利要求1所述的减反膜系，其特征在于，所述第一膜层(21)的折射率大于等于2且小于等于4。
3.根据权利要求1所述的减反膜系，其特征在于，所述第二膜层(22)的折射率大于等于1.35且小于等于1.7。
4.根据权利要求1所述的减反膜系，其特征在于，所述基底层(10)的折射率大于等于1.5且小于等于1.7。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的减反膜系，其特征在于，所述第一膜层(21)的材料包括Ti的氧化物、Nb2O5和Ta2O5中的至少一种。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的减反膜系，其特征在于，所述第二膜层(22)的材料包括SiO2、MgF2、Al2O3中的至少一种。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的减反膜系，其特征在于，所述基底层(10)的材料包括EP、APEL、Zeonex、PMMA中的至少一种。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的减反膜系，其特征在于，所述微结构层(30)的材料为氧化铝。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的减反膜系，其特征在于，所述微结构层(30)的表面具有柱状的微结构。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的减反膜系，其特征在于，所述减反膜系对波长在420nm至780nm范围内的光的最大反射率小于等于0.2％。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的减反膜系，其特征在于，所述减反膜系对波长在420nm至780nm范围内的光的平均反射率小于等于0.1％。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的减反膜系，其特征在于，所述减反膜系对波长在400nm至1050nm范围内的光的平均反射率小于等于0.3％。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的减反膜系，其特征在于，所述过渡层(20)仅包括一个所述第一膜层(21)和一个所述第二膜层(22)，所述第一膜层(21)、所述第二膜层(22)和所述微结构层(30)的厚度的比值为4:110:130。
14.一种光学元件，其特征在于，包括：
权利要求1至13中任一项所述的减反膜系；
本体，所述减反膜系至少设置在所述本体的至少一侧表面上。
15.一种制备膜系的方法，其特征在于，应用所述制备膜系的方法制备权利要求1至13中任一项所述的减反膜系，所述制备膜系的方法包括：
步骤S1：镀膜机内达到3*10-3Pa的镀膜环境后所述减反膜系的基底层(10)放置在所述镀膜机内；
步骤S2：所述基底层(10)的表面交替形成所述减反膜系的第一膜层(21)和所述减反膜系的第二膜层(22)，形成所述减反膜系的过渡层(20)；
步骤S3：以三甲基铝和纯水为原料通过原子气相沉积镀制所述减反膜系的微结构层(30)；
步骤S4：采用去离子水对所述微结构层(30)进行水浴处理刻蚀化形成所述微结构层(30)的表面的微结构；
步骤S5：烘干所述微结构层(30)得到所述减反膜系。
16.根据权利要求15所述的制备膜系的方法，其特征在于，在所述步骤S2中还包括：
所述第一膜层的厚度大于5纳米且小于等于20纳米；
所述第二膜层的厚度80纳米且小于等于150纳米。
17.根据权利要求15所述的制备膜系的方法，其特征在于，在所述步骤S3中还包括：所述镀膜机内的镀膜温度为110℃、所述镀膜机的镀膜时间为2.5h构成所述微结构层(30)的镀膜环境。
18.根据权利要求15所述的制备膜系的方法，其特征在于，在所述步骤S4中还包括：所述微结构层(30)在85℃的刻蚀环境下刻蚀8min形成所述微结构。
19.根据权利要求15所述的制备膜系的方法，其特征在于，在所述步骤S5中还包括：所述微结构层(30)在85℃的温度下烘干0.5h后得到所述减反膜系。
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