光学元件及光学镜头的制作方法

本申请涉及光学元件领域，更具体的，涉及一种镀有黑膜的光学元件及包括该光学元件的光学镜头。

背景技术：

光学镜头用于将被摄物成像至成像面，如手机的成像于传感器的光学镜头，如可以使用肉眼观察成像的望远镜等。镜头决定成像性能的优劣，因而镜头性能成为设计相机等设备的重要考虑因素，而且近年来移动电话等便携式电子装置对镜头的要求越来越高。

光学镜头通常包括塑胶镜筒、光学镜片组、遮光片及间隔环等光学元件，光学镜片组设置于塑胶镜筒中，光学镜片组包括透镜，透镜之间以嵌合结构彼此嵌合或以间隔环控制透镜间的间隔距离，借以提供适当的光学距离或避免相邻的透镜之间发生摩擦或碰撞而受损，并于透镜间设置遮光片，用以遮蔽塑胶镜筒内部不必要的光线。光线照射进光学镜头后，会在塑胶镜筒的内壁处以及其它各元件表面处发生反射，继而形成了成像面处的杂散光，降低了成像质量。

现有技术通常是在塑胶镜筒的内壁处及透镜的非有效区涂覆黑色涂料以降低杂散光，而业内期望光学元件能更有效的吸收光线。

技术实现要素：

为解决或部分解决现有技术中的上述缺陷，本申请的实施例提出了镀有黑膜的光学元件。

根据本申请的实施方式，提供了一种光学元件，其包括：本体；以及镀制在本体上的黑膜。黑膜可以由吸收膜层、间隔膜层和折射膜层按照一定顺序堆叠而成，其中，间隔膜层的折射率小于或等于折射膜层的折射率。最靠近本体的膜层可以为吸收膜层，最远离本体的膜层可以为间隔膜层，并且吸收膜层和折射膜层彼此不相邻。

黑膜沿远离本体的方向依序包括：第一膜层、第二膜层和至少两个后续膜层，其中，至少两个后续膜层的层数为偶数；第一膜层为吸收膜层，第二膜层和至少两个后续膜层中的偶数层为间隔膜层。

在一个实施方式中，在至少两个后续膜层的层数为大于4的偶数时，至少两个后续膜层中与第二膜层相邻设置的第三膜层可以为吸收膜层。

在一个实施方式中，吸收膜层的材料可包括铬、钛、铜、银、铝和氧化硅中的至少一种；间隔膜层的材料可包括铝、钛、硅、锡、铪、钽和钇的氧化物、氮化物和氮氧化物中的至少一种；折射膜层的材料可包括钛的氧化物、五氧化二铌、五氧化二钽、氢化硅、氢化硅锗和碳化硅中的至少一种。

在一个实施方式中，间隔膜层的材料可包括三氧化二铝和二氧化硅；折射膜层的材料可包括五氧化三钛。

在一个实施方式中，第一膜层的厚度在80nm至100nm的范围内，并且第一膜层的材料包括铬；第二膜层的厚度在30nm至50nm的范围内，并且第二膜层的材料包括三氧化二铝和二氧化硅；第三膜层的厚度在10nm至20nm的范围内，并且第三膜层的材料包括铬；以及至少两个后续膜层沿远离本体的方向依序包括：第四膜层，其为间隔膜层，第四膜层的厚度在20nm至40nm的范围内，并且第四膜层的材料包括三氧化二铝和二氧化硅；第五膜层，其为折射膜层，第五膜层的厚度在100nm至120nm的范围内，并且折射膜层的材料包括五氧化三钛；第六膜层，其为间隔膜层，第六膜层的厚度在80nm至100nm的范围内，并且第六膜层的材料包括三氧化二铝和二氧化硅。

在一个实施方式中，第一膜层的厚度、第二膜层的厚度、第三膜层的厚度、第四膜层的厚度、第五膜层的厚度及第六膜层的厚度的厚度比为9:4:1:2:10:8。

在一个实施方式中，吸收膜层的折射率n1可满足：2.0≤n1≤4.0；间隔膜层的折射率n2可满足：1.4≤n2≤2.0；折射膜层的折射率n3可满足：2.0≤n3≤4.0。

在一个实施方式中，对应400nm至780nm波长范围的光，黑膜的吸收率abs可大于95％。

在一个实施方式中，对应400nm至780nm波长范围的光，黑膜的反射率r可小于1％。

在一个实施方式中，对应400nm至780nm波长范围的光，黑膜的透过率t可小于3％。

在一个实施方式中，本体为镜筒，黑膜可镀制在镜筒的物侧端。

在一个实施方式中，本体为光学镜片，光学镜片具有有效径区域和非有效径区域，黑膜镀制在非有效径区域。

在一个实施方式中，光学镜片的任一个表面或两个表面镀制有黑膜。

在一个实施方式中，吸收膜层是通过化学涂覆形成的。

在一个实施方式中，黑膜是通过局部镀膜方式形成的。

在一个实施方式中，本体为环形隔片，环形隔片的任一个表面或两个表面镀制有黑膜。

另一方面，根据本申请的实施方式，提供一种光学镜头，光学镜头包括前述的光学元件。

本申请的实施例提供的光学元件，其本体上镀制的黑膜可用于吸收光线，间隔膜层设置于偶数层，其余膜层可以穿插设置于奇数层，最外层设置为间隔膜层可以减少照射于黑膜的光的反射，间隔膜层及折射膜层可以降低光线的透过量并且进一步降低反射率，吸收膜层使得照射入黑膜的光线大部分被吸收。本申请的实施例提供的光学元件的本体为透明基底时，该透明基底涂覆有黑膜的区域的透光量远小于无黑膜的区域。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了根据本申请实施例的光学元件示意性结构图；

图2示出了根据本申请实施例的黑膜的反射率波长曲线；

图3示出了根据本申请实施例的黑膜的吸收率波长曲线图；

图4示出了根据本申请实施例的镀有黑膜的光学镜片示意性结构图；以及

图5示出了根据本申请实施例的光学镜头示意性结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一间隔膜层也可被称作第二间隔膜层。反之亦然。

在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。例如，光学镜片的厚度与黑膜的厚度并非按照实际生产中的比例。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

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。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

根据本申请实施方式的光学元件包括：本体和镀制在本体上的黑膜。黑膜可以由吸收膜层、间隔膜层和折射膜层按照一定顺序堆叠而成，其中，间隔膜层的折射率可以小于或等于折射膜层的折射率，间隔膜层的折射率还可以小于或等于吸收膜层的折射率。在远离本体的方向上，最靠近本体的第一膜层为吸收膜层，最远离本体的膜层为间隔膜层，并且吸收膜层和折射膜层互不相邻，即，除作为最外层的间隔膜层之外，其余间隔膜层的两侧分别为吸收膜层和折射膜层中的任一种，而作为最外层的间隔膜层，其一侧为吸收膜层和折射膜层中的任一种。

在示例性实施方式中，黑膜中的膜层的总数为大于或等于4的偶数，且各偶数层为间隔膜层，以c代表吸收膜层，以l代表间隔膜层，以x代表不特殊限定的膜层，x可以是吸收膜层也可以是折射膜层，则黑膜的膜层可预设为如下的堆叠结构：c-l-[x-l]m，其中，按括号内的结构堆叠的膜层即后续膜层，其包括至少两个膜层且总层数为偶数，m为括号内结构的重复次数，1≤m，因此该预设堆叠结构的膜层的总数为2m+2。吸收膜层为第一层，通常贴合在基底，最外层为间隔膜层，通常作为迎光的膜层，黑膜的预设堆叠结构中偶数层为间隔膜层，折射膜层的折射率不小于间隔膜层的折射率。

本申请实施例提供的镀有黑膜的光学元件，将黑膜中偶数层(包括最外层)设置为间隔膜层，在奇数层穿插为折射膜层或者吸收层，减少了照射于其上的光线的反射，并且吸收照射于其上的光线，当黑膜设置于不透明的本体时，可以减小光学元件的表面漫反射造成的杂散光，当黑膜设置于透明的本体时，还可以降低透过率。

在示例性实施方式中，预设堆叠结构中的膜层的总数大于4且预设堆叠结构中的第三层也为吸收膜层。示例性的，预设堆叠结构为c-l-c-l-[h-l]m，其中，m为括号内的结构的重复次数，例如m＝3，例如m＝5。将背光方向的第一层设置为吸收膜层并且镀制于基底，再将第三层设置为吸收层，可以提高黑膜对光线的吸收率，并且具有较低的透过率，且吸收膜层与本体之间的结合强度高，可以提升黑膜的附着能力，且内应力比较均衡。将折射膜层更集中于预设堆叠结构中迎向光源的位置，便于镀制黑膜，可以降低黑膜的总厚度，且交错的间隔膜层和折射膜层可以更好的减少光线的反射。

在示例性实施方式中，吸收膜层的材料包括铬(cr)、钛(ti)、铜(cu)、银(ag)、铝(al)和氧化硅中的一种或多种的混合物；间隔膜层的材料包括铝(al)、钛(ti)、硅(si)、锡(sn)、铪(hf)、钽(ta)和钇(y)中的一种元素的或多种元素的氧化物、氮化物或氮氧化物；折射膜层的材料包括钛的氧化物、五氧化二铌(nb2o5)、五氧化二钽(ta2o5)、氢化硅(sih)、氢化硅锗(sixge1-x:h)和碳化硅(sic)中的一种或多种的混合物，其中x满足0＜x＜1。吸收膜层的材料可以吸收光线，尤其是可见光对应的波段。间隔膜层的折射率通常低于折射膜层的折射率，间隔膜层和折射膜层配合可以降低反射率和透过率；当间隔膜层的两侧都是吸收膜层时，可以使该间隔膜层的折射率等于其它位置的折射膜层的折射率。一个黑膜中，通常各个折射膜层的材料相同，以方便制造，当然不同位置的折射膜层的材料可以不同；吸收膜层和间隔膜层也是如此。

在示例性实施方式中，间隔膜层的材料包括三氧化二铝(al2o3)和二氧化硅(sio2)；折射膜层的材料包括五氧化三钛(ti3o5)。示例性的，吸收膜层的材料包括钛和铝的混合物。

由背光侧向迎光侧方向上，黑膜包括：第一膜层，其厚度在80nm至100nm范围内，第一膜层为吸收膜层，其材料包括铬；第二膜层，其厚度在30nm至50nm范围内，第二膜层为间隔膜层，其材料包括三氧化二铝和二氧化硅；第三膜层，其厚度在10nm至20nm范围内，第三膜层为吸收膜层，其材料包括铬；第四膜层，其厚度在20nm至40nm范围内，第四膜层为间隔层，其材料包括三氧化二铝和二氧化硅；第五膜层，其厚度在100nm至120nm范围内，第五膜层为折射膜层，其材料包括五氧化三钛；以及第六膜层，其厚度在80nm至100nm范围内，第六膜层为间隔膜层，其材料包括三氧化二铝和二氧化硅。示例性的，第一膜层至第六膜层的厚度依次为85nm、35nm、15nm、25nm、105nm及85nm。第六膜层、第五膜层，第四膜层可以降低黑膜的反射率，第三膜层可以吸收部分光线，且其与间隔膜层及折射膜层配合使黑膜的反射率及透过率降低，第一膜层较厚而具有较强的吸收光线的能力，使黑膜具有高透过、高吸收的特性。

在示例性实施方式中，设置为吸收膜层的第一膜层的厚度、设置为间隔膜层的第二膜层的厚度、设置为吸收膜层的第三膜层的厚度、设置为间隔膜层的第四膜层的厚度、设置为折射膜层的第五膜层的厚度及设置为间隔膜层的第六膜层的厚度的厚度比为9:4:1:2:10:8。示例性的，第一膜层至第六膜层各膜层的厚度依次为99nm、44nm、11nm、22nm、110nm及88nm。限定各膜层的厚度的比值，可以更好的提高黑膜对光线的减反射及吸收能力。

在示例性实施方式中，吸收膜层的折射率n1满足：2.0≤n1≤4.0；间隔膜层的折射率n2满足：1.4≤n2≤2.0；折射膜层的折射率n3满足：2.0≤n3≤4.0。示例性的，吸收膜层的折射率n1为3；间隔膜层的折射率n2为1.6；折射膜层的折射率n3为3.5。示例性的，预设堆叠结构为c-l-c-l-h-l-h-l，吸收膜层的折射率n1为2.7；折射膜层的折射率n3为2.0；两个吸收膜层之间的间隔膜层的折射率n2为2.0，两个折射膜层之间的间隔膜层的折射率n2为1.5，吸收膜层和折射膜层之间的间隔膜层的折射率n2为1.9。控制各个膜层的折射率，可以控制光线的偏折。各膜层对应550nm波长的光线满足前述折射率，可以使黑膜更好的吸收可见光线。

在示例性实施方式中，对应400nm至780nm波长范围的光，黑膜的吸收率abs大于95％。示例性的，对应400nm至780nm波长范围的光，黑膜的吸收率abs大于99％。通过吸收95％以上的光线，使黑膜呈现为黑色，黑膜吸收了照射于其上的光线中的大部分。

在示例性实施方式中，对应400nm至780nm波长范围的光，黑膜的反射率r小于1％。示例性的，对应400nm至750nm波长范围的光，黑膜的反射率r小于0.5％。黑膜具有较小的反射率，当光线照射其上时，其反射较少的光线，黑膜应用在光学元件以减少杂散光。

在示例性实施方式中，对应400nm至780nm波长范围的光，黑膜的透过率t小于3％。示例性的，对应400nm至750nm波长范围的光，黑膜的透过率t小于0.5％。黑膜具有较低的透过率，当光线照射其上时，其透过较少的光线。当黑膜镀制于透明基底时，该透明基底镀制黑膜的区域相对其他区域透过较少的光线，可以控制该透明基底的透光区或不透光区。

实施例一

图1示出了根据本申请实施例的镀有黑膜的光学元件示意性结构图。黑膜可以镀制于光学镜片100，从光学镜片100起，黑膜包括第一吸收膜层201、第一间隔膜层202、第二吸收膜层203、第二间隔膜层204、折射膜层205和第三间隔膜层206。

其中，第一吸收膜层201的厚度为90nm，第一间隔膜层202的厚度为40nm，第二吸收膜层203的厚度为10nm，第二间隔膜层204的厚度为20nm，折射膜层205的厚度为100nm，第三间隔膜层206的厚度为80nm。

本实施例中，吸收膜层的材料为铬(cr)，间隔膜层的材料为三氧化二铝(al2o3)和二氧化硅(sio2)的混合物，折射膜层205的材料为五氧化三钛(ti3o5)。

参照图2，本实施例提供的黑膜，相对400nm至750nm波长范围的光线的反射率r小于0.5％，平均反射率小于0.4％，相对400nm至680nm波长范围的光线的反射率r小于0.3％。参照图3，本实施例提供的黑膜，相对380nm至780nm波长范围的光线的吸收率abs大于95％，相对400nm至600nm波长范围的光线的吸收率abs大于98％。

实施例二

黑膜可以镀制于光学镜片100，从光学镜片100起，黑膜包括第一吸收膜层201、第一间隔膜层202、第二吸收膜层203、第二间隔膜层204、折射膜层205和第三间隔膜层206。第三间隔膜层206为迎向光线的膜层，第一吸收膜层201为背向光线的膜层，由第一吸收膜层201向第三间隔膜层206，各膜层的厚度的比值为9:4:1:2:10:8，其中第一吸收膜层21的厚度位于80nm至100nm以内。

本实施例中，吸收膜层的材料为银(ag)和铜(cu)的混合物，间隔膜层的材料为二氧化铪(hfo2)、三氧化二铝(al2o3)和三氧化二钇(y2o3)的混合物，折射膜层的材料为五氧化二铌(nb2o5)和五氧化二钽(ta2o5)的混合物。

实施例三

黑膜按c-l-c-l-h-l-h-l-c-l的结构堆叠各个膜层，最左侧的膜层镀制于光学镜片100，最右侧的膜层迎向光线。其中，第一膜层、第三膜层和第九膜层为吸收膜层，第一膜层的材料和第三膜层的材料为钛(ti)，第九膜层的材料为二氧化硅(sio2)；折射膜层的材料为氢化硅(si:h)；偶数层为间隔膜层，第二膜层的材料为氮化钛(ti3n4)，第六膜层的材料为二氧化硅(sio2)，其余间隔膜层的材料为氮化硅(si3n4)。

本申请实施例还提供一种设置有前述黑膜的镜筒，镜筒的物侧端设置有黑膜。当镜筒用于组装镜头时，物侧端设置黑膜的镜筒使镜头的入射光线内含有更少的杂散光，此外近景拍摄时可防止镜头的反光影响被摄物。

在示例性实施方式中，镜筒的内壁面设置有黑膜。照射入镜筒的光线如果有照射到镜筒的内壁面的部分，该部分光线会被黑膜吸收，几乎不反射，使得其他用于成像的部分光线中具有较少的杂散光，成像质量更好。

本申请实施例还提供一种环形隔片，包括环形的主体和镀制在主体的迎光面外侧的黑膜，环形隔片的内孔用于通过光线，环形隔片用于遮挡主体对应区域的光线。主体可以是不透明的，但是通常主体的表面会反射光线，因此设置黑膜后，照射在环形隔片上的光线大部分被吸收，以消除通过环形隔片内孔的光线中的杂散光。

本申请实施例还提供一种设置有前述黑膜的光学镜片，光学镜片具有有效径区域和非有效径区域，非有效径区域设置有黑膜。光学镜片的有效径区域用于通过形成图像的光线，非有效径区域主要用于装夹等用处，因此在非有效径区域设置黑膜，可以吸收照射到非有效径区域的光线，使得成像时光线中所需的光线占比更高，图像更清晰。

参照图4，在示例性实施方式中，光学镜片100具有有效半径区域101和非有效半径区域，非有效半径区域包括黑膜区域102和承靠区域103。当该光学镜片100安装到镜头中时，通过装夹承靠区域103来固定光学镜片100，而有效半径区域101用于通过成像光线，设置有黑膜的黑膜区域102可以吸收照射于其上的光线，防止了成像光线中混杂入杂散光，成像质量好。

在示例性实施方式中，光学镜片100的任一个表面或者两个表面镀制有黑膜。黑膜可以镀制在光学镜片100的物侧面或像侧面，也可以镀制在外周面。黑膜可以防护光学镜片100的各个方向，防止杂散光生成。

在示例性实施方式中，吸收膜层是通过化学涂覆形成的。

在示例性实施方式中，黑膜是通过局部镀膜方式形成的。局部镀制的方式可以控制黑膜所在的区域，避免如光学镜片的有效区域被镀制黑膜。

本申请实施例还提供一种在光学镜片上镀制黑膜的方法，该方法包括如下步骤：采用非扣合治具遮挡有效径区域101；对黑膜区域102镀制黑膜。

本申请实施例还提供一种光学镜头，包括以上描述的光学元件。光学镜头具有有效光通道；黑膜设置于光学镜头的位于有效光通道之外的区域处。

参照图5，光学镜头包括镜筒300、若干光学镜片100及若干环形隔片400，自镜筒30的物侧端至光学镜头的成像面之间，光学镜头具有有效光通道，光学镜头外依设定角度入射有效光通道的光线用于成像。光学镜头的位于有效光通道之外的表面具体的有镜筒300的物侧端和内筒壁，镜片100的非有效半径区域以及环形隔片400的表面等。

通过在光学镜头的位于有效光通道之外的表面处设置黑膜。可防止光学镜头内、有效光通道外的光线在反射、漫反射之后形成杂散光进入有效光通道，防止杂散光可提高成像质量。

在示例性实施方式中，光学镜头包括前述的镜筒300或前述的光学镜片100。镜筒300、环形隔片400的黑膜可以一次镀制成膜，光学镜片100可以包括局部镀膜生成的黑膜。

然而，本领域技术人员可理解，以上实施例仅仅是示例，黑膜也可以具有其它预设堆叠结构，也可以同时镀制多种黑膜。且黑膜与光学元件的本体之间也可设置有其它膜系。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。