一种球面镜窄带滤光片及其制备方法与流程

1.本发明属于镀膜技术领域，涉及一种滤光片及其制备方法， 特别是一种球面镜窄带滤光片及其制备方法。


背景技术：

2.目前手机等电子产品的摄像头接收器模组中，亟需一种满足 以下要求的滤光片：
3.(1)入射角为0
°
时，在900
‑
930nm谱段具有高透过率；
4.(2)入射角为0
°
时，在200nm
‑
870nm谱段、965
‑
1050nm谱 段具有抑制光信号通过的作用，
5.(3)在入射角为0
°
时，887nm&950nm处的透过率小于10％， 890nm&940nm处的透过率小于50％；
6.(4)入射角为0
°
和22
°
时，曲线偏移小于8nm
7.(5)产品外形为球面镜，实现滤光膜特性与球面镜特性的完 美结合，增大了滤光片的实用性；
8.(6)在低温(
‑
40℃)、高温( 85℃)、高湿(90％)及冷热 循环变化的环境长时间放置后仍然可以使用。
9.(7)基底厚度小(≤0.3mm)，以满足模组整体结构的微型化 要求。
10.(8)在轻微外力反复摩擦(压力<5n)下，膜层无损伤。
11.(9)在酒精乙醚混合液(酒精:乙醚＝1:2)轻微反复擦拭下， 膜层无损伤。
12.(10)在高温纯水(>95℃)里浸泡2小时以上，拉膜(使 用ct
‑
18胶带)后膜层无脱落。
13.在先发明申请cn201910165758.3公开了滤光片及其制备方 法，并具体公开了滤光片包括透明基底以及分别设置在所述透明 基底两侧的第一长波通膜系和第二长波通膜系；所述第一长波通 膜系和所述第二长波通膜系均包括交替叠加的高折射率膜层和低 折射率膜层。该发明仅得到830
‑
950nm透过近红外滤光片，且基 底外形为平行平板，而无法得到满足上述要求的滤光片。


技术实现要素：

14.本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种球面镜 窄带滤光片及其制备方法，在入射角为0
°
时，900
‑
930nm光谱波 段具有高透过率,887nm&950nm处的透过率小于10％， 890nm&940nm处的透过率小于50％，在200nm
‑
870nm、 965
‑
1050nm光谱波段截止,入射角为0
°
和22
°
是曲线偏移小于 8nm。
15.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
16.一种球面镜窄带滤光片，包括球面镜基底、设于球面镜基底 一侧的窄带通膜系、设于球面镜基底另一侧的长波通膜系；所述 长波通膜系包括从内往外逐层交替沉积的低折射率膜层和高折射 率膜层，以及作为低折射率膜层的最外层；所述窄带通膜系包括 从
内往外逐层交替沉积的高折射率膜层和低折射率膜层。
17.进一步地，所述窄带通膜系的结构为(hl2hlhl)^5，中心波 长为915nm；h为一个基本厚度的高折射率膜层，l为一个基本厚 度的低折射率膜层；(hl2hlhl)^5中的5为基本膜堆(hl2hlhl) 的周期数。
18.进一步地，所述长波通膜系的结构为(0.5hl0.5h)^17，过渡 带中心波长为835nm；h为一个基本厚度的高折射率膜层，l为一 个基本厚度的低折射率膜层；0.5h表示高折射率膜层厚度为0.5 个基本厚度；(0.5hl0.5h)^17中的17为基本膜堆(0.5hl0.5h)的 周期数。
19.进一步地，所述窄带通膜系中的高折射率膜层或低折射率膜 层的基本厚度为所述窄带通膜系的光学厚度的中心波长的四分之 一；所述长波通膜系中的高折射率膜层或低折射率膜层的基本厚 度为所述长波通膜系的光学厚度的中心波长的四分之一。
20.进一步地，所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率 膜层为氢氧化硅/氮氢化硅膜层。
21.进一步地，所述长波通膜系和所述窄带通膜系均通过磁控溅 射方法镀膜完成。
22.一种球面镜窄带滤光片制备方法，在真空溅射镀膜机中实现， 方法包括：
23.步骤s01，将球面镜基底放入低真空腔室中并抽真空5.0e
‑
0pa 以下；
24.步骤s02，将球面镜基底放入高真空腔室中并抽真空至 1.0e
‑
03pa以下；
25.步骤s03，用射频源发出的等离子体轰击球面镜基底表面；
26.步骤s04，采用磁控溅射方法在球面镜基底一侧沉积长波通 膜系，所述长波通膜系包括从内往外逐层交替沉积的低折射率膜 层和高折射率膜层，以及作为低折射率膜层的最外层；
27.步骤s05，采用磁控溅射方法在球面镜基底另一侧沉积窄带 通膜系，所述窄带通膜系包括从内往外逐层交替沉积的高折射率 膜层和低折射率膜层；
28.步骤s06，将球面镜基底自然冷却至室温，得到球面镜窄带 滤光片。
29.进一步地，所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率 膜层为氢氧化硅/氮氢化硅膜层；所述步骤s04包括：
30.步骤s41，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，第 二射频氧化源的工作气体ar流量为50
‑
500sccm，o2流量为 100
‑
500sccm,第二靶材的溅射源功率为5kw
‑
12kw，第二射频氧化 源的功率为2kw
‑
4kw，第二靶材的工作气体ar流量为30
‑
300sccm；
31.步骤s42，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化 源工作，第一射频氧化源的工作气体ar流量为50
‑
500sccm，h2流量为10
‑
100sccm,o2流量为0
‑
50sccm/n2流量为0
‑
50sccm，第 一靶材的溅射源功率为5kw
‑
12kw，第一射频氧化源的功率为 2kw
‑
4kw，第一靶材的工作气体ar流量为30
‑
300sccm；
32.步骤s43，按此方式循环步骤s41
‑
s42直到最后第二层；
33.步骤s44，最后一层进行氧化硅膜层沉积。
34.进一步地，所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率 膜层为氢氧化硅/氮氢化硅膜层，
35.所述步骤s05包括：
36.步骤s51，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化 源工作,第一射频氧化源的工作气体ar流量为50
‑
500sccm，h2流量为10
‑
100sccm,o2流量为0
‑
50sccm/n2流量为
0
‑
50sccm，第 一靶材的溅射源功率为5kw
‑
12kw，第一射频氧化源的功率为 2kw
‑
4kw，氢氧化硅/氮氢化硅膜层的膜层沉积速率为 0.3
‑
0.7nm/s；
37.步骤s52，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，第 二射频氧化源的工作气体ar流量为50
‑
500sccm，o2流量为 100
‑
500sccm,第二靶材的溅射源功率为5kw
‑
12kw,第二射频氧化 源的功率为2kw
‑
4kw，氧化硅膜层的膜层沉积速率为 0.5
‑
1.2nm/s；
38.步骤s53，按此方式循环步骤s51
‑
s52直到最后一层。
39.进一步地，所述制备的球面镜窄带滤光片在入射角为0
°
时， 900
‑
930nm光谱波段具有高透过率,887nm&950nm处的透过率小于 10％，890nm&940nm处的透过率小于50％，在200nm
‑
870nm、 965
‑
1050nm光谱波段截止，入射角为0
°
和22
°
是曲线偏移小于 8nm。
40.本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
41.1.提供了一种947nm透过球面镜窄带滤光片，所述滤光片达 到优良技术指标：在入射角为0
°
时，900
‑
930nm光谱波段具有高 透过率，887nm&950nm处的透过率小于10％，890nm&940nm 处的透过率小于50％，在200nm
‑
870nm、965
‑
1050nm光谱波段 截止,截止区域内最大透过率＜1％，入射角为0
°
和22
°
是曲线偏 移小于8nm的球面镜窄带滤光片。
42.2.可大大改进该谱段滤光片的通带及截止带的特性，满足摄 像头模组的使用要求。
43.3.所述滤光片采用高折射率的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和低 折射率的氧化硅膜层交替叠加组成，膜层数较少，膜层厚度能够 满足在超薄基底(厚度为0.3mm以下)两个表面上的镀制要求， 所述滤光片满足低温(
‑
40℃)、高温( 85℃)、高湿(90％)环 境下工作等使用要求。
附图说明
44.图1为本发明一种球面镜窄带滤光片制备方法的流程图。
45.图2为本发明一种球面镜窄带滤光片的窄带通膜系的理论透 射光谱图。
46.图3为本发明一种球面镜窄带滤光片的长波通膜系的理论透 射光谱图。
47.图4为本发明一种球面镜窄带滤光片的双面镀完膜层后滤光 片的透射理论光谱图。
48.图5为对本发明一种球面镜窄带滤光片性能测试后的透射光 谱图。
具体实施方式
49.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方 案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
50.如图1
‑
5所示，一种球面镜窄带滤光片包括球面镜基底、设 于球面镜基底一侧的窄带通膜系、设于球面镜基底另一侧的长波 通膜系；所述长波通膜系包括从内往外逐层交替沉积的低折射率 膜层和高折射率膜层，以及作为低折射率膜层的最外层；所述窄 带通膜系包括从内往外逐层交替沉积的高折射率膜层和低折射率 膜层。所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率膜层为氢 氧化硅/氮氢化硅膜层。
51.所述基底为一面半径为110mm的凹球面，一面半径为10mm 的凸球面的球面镜。所述球面镜基底的材质包括玻璃、石英、蓝 宝石或硅酸盐光学玻璃。
52.所述窄带通膜系可通过磁控溅射方法镀膜完成，利用现有的 真空溅射镀膜机实现。所述窄带通膜系的结构为(hl2hlhl)^5， 中心波长为915nm，h层为氢氧化硅/氮氢化硅层，h表示氢氧 化硅/氮氢化硅厚度为1个基本厚度，l为氧化硅层，表示氧化硅 厚度为1个基本厚度，(hl2hlhl)^5中的5为基本膜堆(hl2hlhl) 的周期数。所述窄带通膜系的基本膜堆不局限于此结构，也可为 hl2hl或hl2hlhlhl等基本结构。
53.所述长波通膜系可通过磁控溅射方法镀膜完成，利用现有的 真空溅射镀膜机实现。也可以通过真空蒸发和离子辅助镀膜方式 实现。所述长波通膜系的结构为(0.5hl0.5h)^17，过渡带中心波 长为835nm，h层为氢氧化硅/氮氢化硅层，0.5h表示氢氧化硅/ 氮氢化硅厚度为0.5个基本厚度，l为氧化硅层，表示氧化硅厚 度为1个基本厚度，17为基本膜堆(0.5hl0.5h)的周期数。
54.所述窄带通膜系中的高折射率膜层或低折射率膜层的基本厚 度为所述窄带通膜系的光学厚度的中心波长的四分之一；所述长 波通膜系中的高折射率膜层或低折射率膜层的基本厚度为所述长 波通膜系的光学厚度的中心波长的四分之一。
55.优选的，采用macleod/tfc/opticlayer等光学设计软件对所 述长波通膜系的结构进行优化，得到的窄带通膜系，如表一所示； 其中层数为1的膜层沉积在球面镜基底上，为窄带通膜系的最内 层；层数为34的膜层为窄带通膜系的最外层。
56.表一 窄带通膜系的参数表
[0057][0058]
优选的，采用macleod/tfc/opticlayer等光学设计软件对所 述长波通膜系的结构进行优化，得到的长波通膜系，如表二所示； 其中层数为1的膜层沉积在球面镜基底上，为长波通膜系的最内 层；层数为35的膜层为长波通膜系的最外层。
[0059]
表二 长波通膜系的参数表
[0060][0061]
如图1，本发明提出一种球面镜窄带滤光片制备方法，可用 于制备上述球面镜窄带滤光片。该方法在真空溅射镀膜机中实现。 方法包括：
[0062]
步骤s01，将球面镜基底放入低真空腔室中并抽真空；
[0063]
步骤s02，将球面镜基底放入高真空腔室中并抽真空；
[0064]
步骤s03，用射频源发出的等离子体轰击球面镜基底表面；
[0065]
步骤s04，采用磁控溅射方法在球面镜基底一侧沉积长波通 膜系，所述长波通膜系包括从内往外逐层交替沉积的低折射率膜 层和高折射率膜层，以及作为低折射率膜层的最外层；
[0066]
步骤s05，采用磁控溅射方法在球面镜基底另一侧沉积窄带 通膜系，所述窄带通
膜系包括从内往外逐层交替沉积的高折射率 膜层和低折射率膜层；
[0067]
步骤s06，将球面镜基底自然冷却至室温，得到球面镜窄带 滤光片。
[0068]
上述步骤中所述低折射率膜层为氧化硅膜层，所述高折射率 膜层为氢氧化硅/氮氢化硅膜层。
[0069]
所述步骤s01具体包括：将清洗干净的球面镜基底放入清洁 的低真空腔室中并抽真空至5.0e
‑
0pa以下。
[0070]
所述步骤s02具体包括：将球面镜基底搬入高真空腔室中并 抽真空至1.0e
‑
03pa以下。
[0071]
所述步骤s03具体包括：用射频氧化源发出的等离子体轰击 球面镜基片表面0.5
‑
10min，射频氧化源的功率为2
‑
4kw，射频氧 化源的工作气体为ar，上述ar的气体流量为50
‑
500sccm。靶材 的工作气体为ar，上述ar的气体流量为每对靶材30
‑
300sccm。
[0072]
所述步骤s04包括：
[0073]
步骤s41，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，第 二射频氧化源的工作气体ar流量为50
‑
500sccm，o2流量为 100
‑
500sccm,第二靶材的溅射源功率为5kw
‑
12kw，第二射频氧化 源的功率为2kw
‑
4kw，第二靶材的工作气体ar流量为30
‑
300sccm；
[0074]
步骤s42，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化 源工作，第一射频氧化源的工作气体ar流量为50
‑
500sccm，h2流量为10
‑
100sccm,o2流量为0
‑
50sccm/n2流量为0
‑
50sccm，第 一靶材的溅射源功率为5kw
‑
12kw，第一射频氧化源的功率为 2kw
‑
4kw，第一靶材的工作气体ar流量为30
‑
300sccm。
[0075]
步骤s43，按此方式循环步骤s41
‑
s42直到最后第二层；
[0076]
步骤s44，最后一层进行氧化硅膜层沉积。
[0077]
具体地，氢氧化硅/氮氢化硅的溅射速率为0.3
‑
0.7nm/s，氧化 硅的溅射速率为0.5
‑
1.2nm/s；第一靶材和第二靶材均采用 99.999％纯度的硅靶。
[0078]
所述步骤s05包括：
[0079]
步骤s51，进行氢氧化硅/氮氢化硅膜层沉积，第一射频氧化 源工作,第一射频氧化源的工作气体ar流量为50
‑
500sccm，h2流量为10
‑
100sccm,o2流量为0
‑
50sccm/n2流量为0
‑
50sccm，第 一靶材的溅射源功率为5kw
‑
12kw，第一射频氧化源的功率为 2kw
‑
4kw，氢氧化硅/氮氢化硅膜层的膜层沉积速率为 0.3
‑
0.7nm/s；
[0080]
步骤s52，进行氧化硅膜层沉积，第二射频氧化源工作，第 二射频氧化源的工作气体ar流量为50
‑
500sccm，o2流量为 100
‑
500sccm,第二靶材的溅射源功率为5kw
‑
12kw,第二射频氧化 源的功率为2kw
‑
4kw，氧化硅膜层的膜层沉积速率为 0.5
‑
1.2nm/s；步骤s53，按此方式循环步骤s51
‑
s52直到最后一 层。
[0081]
具体地，氢氧化硅/氮氢化硅的溅射速率为0.3
‑
0.7nm/s，氧化 硅的溅射速率为0.5
‑
1.2nm/s；第一靶材和第二靶材均采用 99.999％纯度的硅靶，在此条件下，真空溅射镀膜机按照步骤 s51
‑
s53进行逐层沉积镀膜。
[0082]
其中步骤中不限于充入氧气，还可充入氮气，氮气量为 0
‑
50sccm；或者也可以不充入气体。是否掺杂其他气体还是不掺 杂气体，旨在于能够获得制备的滤光片能够满足本发明折射率的 要求。
[0083]
所述步骤s06具体包括：球面镜基底自然冷却至室温得到一 种本实施例所述的
947nm高透的球面镜窄带滤光片。
[0084]
采用macleod/tfc/opticlayer等光学设计软件对表二中数据 分析可得长波通膜系的理论透射光谱图，如图2所示，结果表明 入射角为0
°
时，长波通膜系在350
‑
825nm谱段宽截止，在 910
‑
1100nm谱段具有高透过率。
[0085]
采用macleod/tfc/opticlayer等光学设计软件对表二中数据 分析可得带通膜系的理论透射光谱图结果表明窄带通膜系，在入 射角为0
°
时，900
‑
930nm光谱波段具有高透过率,887nm&950nm 处的透过率小于10％，890nm&940nm处的透过率小于50％，在 200nm
‑
870nm、965
‑
1050nm光谱波段截止,入射角为0
°
和22
°
是曲 线偏移小于8nm(如图5所示)。
[0086]
双面镀完膜层后滤光片的透射理论光谱图(如图4所示)。
[0087]
本实施例所述滤光片采用日本光驰公司的nsp
‑
1650真空溅 射镀膜机进行制备，具体步骤如下：
[0088]
(1)用吸尘器清除镀膜机ll真空室内的杂质，将经过超声 清洗的干净的球面镜基底安装到镀膜夹具上并快速装入干净的真 空室，抽真空至5.0epa；将镀膜夹具交换到pr成膜室，真空抽 至1.0e
‑
3pa以下的一定值，开始成膜。
[0089]
(2)用射频氧化源发出的等离子体轰击球磨机基片表面 0.5
‑
10min，射频氧化源的功率为2
‑
4kw，射频氧化源的工作气体 为ar，上述ar气体流量为50
‑
500sccm。靶材气体为ar，上述 ar的气体流量为每对靶材30
‑
300sccm。
[0090]
(3)采用磁控溅射方法，在球面镜基底的一侧逐层交替沉积 长波通膜系中的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成 长波通膜系的沉积；在球面镜基底的另一测逐层交替沉积另一侧 窄带通膜系中的氢氧化硅/氮氢化硅膜层和氧化硅膜层，直至完成 窄波通膜系的沉积。
[0091]
(4)球面镜基底自然冷却至室温，得到一种本实施例所述的 947nm高透的球面镜窄带滤光片。
[0092]
(5)对所述滤光片进行如下性能测试：
[0093]
(6)采用美国agilent公司的cary 7000通用型分光光度计， 测得所述滤光片的透射光谱(如图5所示)。所述滤光片在入射角 为0
°
时，900
‑
930nm谱段内的平均透过率为95％以 上,887nm&950nm处的透过率小于10％，890nm&940nm处的透过 率小于50％，在200nm
‑
870nm、965
‑
1050nm谱段内的最大透过 率为1％以下，入射角为0
°
和22
°
时曲线偏移小于8nm。
[0094]
在上述光谱规格中，中心波长可以进行移动，透过带宽宽度 可以加宽或缩窄，截止波长可以变化等进行优化设计更改。上述 所述光谱规格，不局限于此规格，透过带宽和截止带波长变化 /
‑
10nm,皆可以实现。
[0095]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说 明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例 做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离 本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。