一种超低反射率的光学薄膜设计与制造方法与流程

本发明涉及光学薄膜的生产制造技术领域，更具体地说，本发明涉及一种超低反射率的光学薄膜设计与制造方法。

背景技术：

现在市面的光学镜头以及光学元器件的增透膜(简称ar膜)，一般镀上5-9层膜，对波长为420-700nm范围内的可见光，ar膜的反射率最大值为0.5％，平均值低于0.4％。测定反射率的仪器通常用奥林巴斯uspm-ru-w等反射式光谱仪。

在常用的光学镜头中，往往由多片镜片组合，有些镜头甚至超过20片镜片，光线在面与面之间会产生多次反射，最后汇聚在成像面产生鬼影(ghost)，给用户带来不好的体验。普通的ar膜对可见光的反射率在0.4％左右，不能避免鬼影的产生，其反射光影响镜头的成像质量。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种超低反射率的光学薄膜设计与制造方法，通过由多个m层与h层交替堆叠设置的中层膜以及外层膜来组成光学薄膜，在可见光波长范围内，其反射率比普通增透膜低一个级别，不仅能极大限度减少可见光在介质表面的反射率，减轻鬼影的影响，还能使可见光在介质表面的透过率高达99.7％，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超低反射率的光学薄膜，包括有玻璃基板，所述玻璃基板一侧设置有中层膜，所述中层膜包括有m层和h层，且二者数量各设置有六层，所述中层膜上的m层与h层交替堆叠设置，所述中层膜远离玻璃基板的一端设置有外层膜。

在一个优选地实施方式中，所述h层由tio2，ti2o5，ta2o5，oh-5以及nb2o5一种或多种高折射率材料混合制成，所述m层由sio2材料制成，所述外层膜由低折射率的mgf2材料制成。

在一个优选地实施方式中，所述中层膜与外层膜组合形成薄膜，且由中层膜与外层膜所形成的薄膜适用于波长为420-700nm的可见光。

在一个优选地实施方式中，所述中层膜与外层膜组合形成薄膜的第二层为敏感层，且其物理厚度大于20nm，由mgf2材料制成的所述外层膜的物理厚度大于90nm。

在一个优选地实施方式中，本发明还提供了一种超低反射率的光学薄膜设计与制造方法，其具体包括如下制作步骤：

s1：将玻璃基板经过多槽的超声波清洗，烘干以后，放入镀膜机专用的伞架上，并且搬运进镀膜机；

s2：利用机械泵和扩散泵对镀膜机的真空腔进行快速抽气，使镀膜机内真空腔的真空度达到10^-5pa；

s3：采用apc控制的方法来辅助气体流量稳定；

s4：使用高压电子枪，离子源辅助的方法，使高折射率物质tio2，ti2o5，ta2o5，oh-5以及nb2o5的折射率变得更高，稳定性更好；

s5：控制电子枪的电流，使高折射率材料tio2，ti2o5，ta2o5，oh-5以及nb2o5的蒸发速度控制在0.3nm/s左右，这样可获得较稳定的折射率，以及表面均匀的折射率；

s6：控制电子枪的电流，使中低折射率材料sio2的蒸发速度控制在1.2nm/s左右，使中低折射率材料亦获得良好的稳定性和致密性；

s7：将基板的温度设定在220-250℃之间，以获得较高的膜强度；

s8：利用离子源使电离的ar气体，在大电场作用下，以超高速度往玻璃基板撞击，即镀膜材料迅速到达玻璃基板进行镀膜，以提高镀膜层的致密性；

s9：控制放置待镀膜玻璃或者镜片的镀膜机专用伞架在镀膜过程中镀膜伞匀速自转，使玻璃或者镜片的镀膜材料分布均匀；

s10：分别使用3张不同的专用挡板来对应中层膜上的m层和h层以及外层膜的3种镀膜材料，以获得全伞的均匀性与一致性，使镀膜折射率更均匀和更精确。

s11：镀膜完成后，玻璃或镜片继续留在镀膜机内，20分钟后取出，能得到低应力稳定性高的薄膜。

在一个优选地实施方式中，所述s1中多槽的超声清洗用清洗液依次为dc-8、ipa、工业酒精以及纯水中。

在一个优选地实施方式中，所述s8中的离子源的辅助电压控制在500-1000v范围内，以获得膜层的稳定性与致密性。

在一个优选地实施方式中，所述s9中放置待镀膜玻璃或者镜片的镀膜机专用伞架自转速度大于15rps，获得表面分布均匀的折射率。

本发明的技术效果和优点：

本发明通过由6个m层与6个h层交替堆叠设置的中层膜以及外层膜来组成光学薄膜，而m层选用的是sio2镀膜材料，h层采用的是tio2，ti2o5，ta2o5，oh-5，nb2o5等高折射率镀膜材料，且外层膜采用的是mgf2镀膜材料，利用镜片表面镀制超低反射膜来进一步降低反射率，从而减轻鬼影影响，较普通光学薄膜而言，本发明的光学薄膜能把多重反射的强度降低50％以上，能最大限度地抑制鬼影的产生，即便是正对着太阳光或者高亮度的点光源，亦能有效抑制镜头内部面与面之间的多重反射，并且本发明中用到的玻璃基板是由普通的光学玻璃材料组成，不需要特殊玻璃或者特殊处理过的玻璃，可大大节约生产成本。

附图说明

图1为本发明的光学镜头内部多次反射示意图。

图2为本发明的光线入射介质表面的光路图。

图3为本发明的实施案例1的光学薄膜设计光谱结果图。

图4为本发明的实施案例1制备结果实测光谱图。

图5为本发明的实施案例2的光学薄膜设计光谱结果图。

图6为本发明的实施案例2制备结果实测光谱图。

附图标记为：1玻璃基板、2中层膜、3外层膜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参照说明书附图1-2，本发明提供了一种超低反射率的光学薄膜，包括有玻璃基板1，所述玻璃基板1一侧设置有中层膜2，所述中层膜2包括有m层和h层，且二者数量各设置有六层，所述中层膜2上的m层与h层交替堆叠设置，所述中层膜2远离玻璃基板1的一端设置有外层膜3。

进一步的，所述h层由tio2，ti2o5，ta2o5，oh-5以及nb2o5一种或多种高折射率材料混合制成，所述m层由sio2材料制成，所述外层膜3由低折射率的mgf2材料制成。

进一步的，所述中层膜2与外层膜3组合形成薄膜，且由中层膜2与外层膜3所形成的薄膜适用于波长为420-700nm的可见光。

进一步的，所述中层膜2与外层膜3组合形成薄膜的第二层为敏感层，且其物理厚度大于20nm，由mgf2材料制成的所述外层膜3的物理厚度大于90nm。

本发明还提供了一种超低反射率的光学薄膜设计与制造方法，其具体包括如下制作步骤：

s1：将玻璃基板1经过多槽清洗液依次为dc-8、ipa、工业酒精以及纯水的超声波清洗，烘干以后，放入镀膜机专用的伞架上，并且搬运进镀膜机；

s2：利用机械泵和扩散泵对镀膜机的真空腔进行快速抽气，使镀膜机内真空腔的真空度达到10^-5pa；

s3：采用apc控制的方法来辅助气体流量稳定；

s4：使用高压电子枪，离子源辅助的方法，使高折射率物质tio2，ti2o5，ta2o5，oh-5以及nb2o5的折射率变得更高，稳定性更好；

s5：控制电子枪的电流，使高折射率材料tio2，ti2o5，ta2o5，oh-5以及nb2o5的蒸发速度控制在0.3nm/s左右，这样可获得较稳定的折射率，以及表面均匀的折射率；

s6：控制电子枪的电流，使中低折射率材料sio2的蒸发速度控制在1.2nm/s左右，使中低折射率材料亦获得良好的稳定性和致密性；

s7：将基板的温度设定在220-250℃之间，以获得较高的膜强度；

s8：利用离子源使电离的ar气体，在大电场作用下，以超高速度往玻璃基板1撞击，即镀膜材料迅速到达玻璃基板1进行镀膜，以提高镀膜层的致密性，其中，离子源的辅助电压控制在500-1000v范围内，以获得膜层的稳定性与致密性；

s9：控制放置待镀膜玻璃或者镜片的镀膜机专用伞架在镀膜过程中镀膜伞以大于15rps的转速匀速自转，使玻璃或者镜片的镀膜材料分布均匀，从而获得表面分布均匀的折射率；

s10：分别使用3张不同的专用挡板来对应中层膜2上的m层和h层以及外层膜3的3种镀膜材料，以获得全伞的均匀性与一致性，使镀膜折射率更均匀和更精确。

s11：镀膜完成后，玻璃或镜片继续留在镀膜机内，20分钟后取出，能得到低应力稳定性高的薄膜。

基于上述技术方案，可通过以下两个实施案例来对该技术方案进行进一步的说明：

实施案例1：(单位：nm)

由上表可知，超低反射率的光学薄膜，第一层至第十二层是由m和h交替堆叠而成的，h可选用tio2，ti2o5，ta2o5，oh-5，nb2o5等高折射率材料，m选用sio2，但最外层选用mgf2，因为mgf2既是低折射率材料，本身比较坚固，又是保护材料。

设计的光谱如说明书附图3所示，横坐标是波长，单位是nm，纵坐标是反射率的百分比，对波长420-680nm范围内的可见光，本发明的超低反射率薄膜其反射率在0.1％以下，对波长为420-720nm范围内的可见光，其反射率均低于0.3％的规格线。具体的折射率数据见下表。

结合上表的折射率数据，可绘制出如说明书附图4所示的实施案例1光学薄膜设计的实测光谱图。

通过实验，可得如说明书附图4的结论，横坐标是波长，单位是nm，纵坐标是反射率的百分比，对波长420-680nm范围内的可见光，折射率为1.5168的玻璃基板，本发明的超低反射率薄膜的反射率在0.1％以下，对波长为420-720nm范围内的可见光，其反射率均低于0.3％的规格线。实测光谱图跟设计光谱图相符合，证明本发明设计的超低反射率的光学薄膜是可行的。

实施案例2

实施案例2的薄膜设计的光谱图如说明书附图5所示，横坐标是波长，单位是nm，纵坐标是反射率的百分比，对波长420-680nm范围内的可见光，本发明的超低反射率薄膜其反射率在0.1％以下，对波长为420-720nm范围内的可见光，其反射率均低于0.3％的规格线。具体的折射率数据见下表。

结合上表的折射率数据，可绘制出如说明书附图6所示的实施案例2光学薄膜设计的实测光谱图。

通过实验，可得如说明书附图6的结论，横坐标是波长，单位是nm，纵坐标是反射率的百分比，对波长420-680nm范围内的可见光，折射率为1.59的玻璃基板，本发明的超低反射率薄膜的反射率在0.1％以下，对波长为420-720nm范围内的可见光，其反射率均低于0.3％的规格线，实测光谱图跟设计光谱图相符合，证明本发明设计的超低反射率的光学薄膜是可行的。

最后应说明的几点是：首先，本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：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，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。