專利名稱：中性密度濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中性密度濾光片(Neutral Density Filter，ND Filter)，尤指一種其光譜透射率的平坦度極佳的高濃度的中性密度濾光片。
背景技術(shù)：
目前，濾光片已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于投影機(jī)、傳統(tǒng)相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、天文望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)器材中，用來使得這些光學(xué)器材能夠?qū)崿F(xiàn)不同的光學(xué)功能。按照濾光片的光譜特性來分，主要有帶通濾光片、截止濾光片、二向分光濾光片、反射濾光片及中性密度濾光片。中性密度濾光片具有一定的光學(xué)密度，其可以減少入射到光學(xué)器材的感光膠片或CCD等固態(tài)感光元件上的光通量，根據(jù)其光學(xué)密度的不同，其對光線的阻減作用也各不相同，但無論其密度大小均不會改變光線的色彩分布。例如在陽光強(qiáng)烈的環(huán)境下進(jìn)行拍照時(shí)，要想用大光圈但快門的速度有限而不夠快時(shí)，可以在鏡頭前加裝中性密度濾光片來提供減光作用。
具有固定密度的中性密度濾光片會把所有波長的光線一律減弱，即在可見光范圍內(nèi)的所有光譜具有一致的光透射率。有關(guān)固定密度的中性密度濾光片可參閱由美國專利第5,715,103號、第6,842,302B2號及第6,842,301B2號所揭示的內(nèi)容。
由美國專利第5,715,103號所揭示的中性密度濾光片是在基板上形成一個(gè)由多層防反射膜層構(gòu)成的絕緣膜層，該多層防反射膜層的材料是從Al2O3、MgF2和SiO2中進(jìn)行選擇的，并且濾光片與空氣接觸的一側(cè)是一MgF2膜層。
由美國專利第6,842,302B2號及第6,842,301B2號所揭示的中性密度濾光片是在一個(gè)透明的塑料基板上設(shè)置一個(gè)鎳鉻合金膜層和一個(gè)SiO2膜層，并在頂部設(shè)置一個(gè)MgF2膜層，其中該鎳鉻合金膜層含有90％的金屬鎳和10％的金屬鉻，而SiO2膜層則充當(dāng)防反射膜層。然而，鎳鉻合金膜層和SiO2膜層相結(jié)合共同構(gòu)成的中性密度濾光片不太穩(wěn)定，而且使得相應(yīng)的制程比較復(fù)雜。
上述現(xiàn)有中性密度濾光片的制鍍大都采用TiO2不充足夠的氧氣產(chǎn)生吸收效應(yīng)后，和Al2O3、MgF2相互搭配來完成。但上述現(xiàn)有技術(shù)中并未提及薄膜排列結(jié)構(gòu)是否為對稱。此外，這種制鍍方法不僅制程復(fù)雜，而且必須仔細(xì)考慮并計(jì)算由于充氧量不足而可能造成TiO2吸收量的不穩(wěn)定，而容易對成品的分光效果造成不良影響。
近來，隨著攝影器材的靈敏度的提高，可以通過加重中性密度濾光片的濃度來進(jìn)一步降低光的透射率，從而使得光圈開口可以增大。但是，若以現(xiàn)行的中性密度濾光片對于透射率平坦度的要求是以最大透射率值(Tmax)與最小透射率值(Tmin)的差值小于平均透射率值(Tavg)乘以百分之八，即(Tmax-Tmin)＜Tavg*8％，且入射光的波長范圍為400～700nm來計(jì)算時(shí)，因高濃度的中性密度濾光片的平均透射率值(Tavg)相對于低濃度的平均透射率值(Tavg)是比較低，從而使得高濃度的(Tmax-Tmin)的差距值相對于低濃度的(Tmax-Tmin)的差距值要更小。例如，當(dāng)中性密度濾光片的密度等于0.8，其平均透射率值(Tavg)為15.8時(shí)，其平坦度(Tmax-Tmin)的值是小于1.25％；當(dāng)中性密度濾光片的密度等于1.6，其平均透射率值(Tavg)為2.5時(shí)，其平坦度(Tmax-Tmin)的值是小于0.2％。
從上述分析可知，高濃度的中性密度濾光片對于光譜透射率的平坦度要求相較于低濃度的中性密度濾光片對于光譜透射率的平坦度要求是更為嚴(yán)格，而現(xiàn)有膜層結(jié)構(gòu)是很難滿足對高濃度的中性密度濾光片的平坦度要求。因此，有必要對現(xiàn)有中性密度濾光片的膜層結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以提高目前高濃度的中性密度濾光片的平坦度。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種中性密度濾光片，其具有平坦度特性佳及分光特性佳的特點(diǎn)。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種中性密度濾光片，其具有一基板及設(shè)置于基板一側(cè)的若干個(gè)膜層，該膜層結(jié)構(gòu)為0.4M3LmH1.25L0.25H1.25L，其中H表示高折射率膜層，其采用了鐵鎳鉻合金作為膜材；L表示低折射率膜層，該膜層材質(zhì)為SiO2；M表示一折射率界于高折射率膜層與基板之間的中間膜層，該中間膜層是作為一首層直接鍍制于基板一側(cè)的表面上；及mH是該中性密度濾光片的濃度調(diào)整層，m表示一個(gè)可以根據(jù)該中性密度濾光片的濃度與光譜透射率來確定的數(shù)值。
在上述基板的另一側(cè)表面上也設(shè)置有一結(jié)構(gòu)為0.4M3LmH1.25L0.25H1.25L的膜層。
上述膜層結(jié)構(gòu)中的m值與中性密度濾光片的光譜透射率是成等比例關(guān)系，且濃度越大，所述m值就越大，而光譜透射率就越低。光譜透射率每降低2.5％，m值便需在原數(shù)值上乘以1.4。
上述中間膜層的材料折射率是位于1.8～2.2之間。
上述高折射率膜層中的鐵、鎳、鉻的含量分別為鐵≤1％、鎳≥75％及鉻≤19.2％。
上述基板可以是PET基板、PC或其它塑料材料、玻璃材料及其它透明材料。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中性密度濾光片主要是利用一材料折射率位于1.8～2.2之間的中間膜層作為一首層直接鍍制于基板表面上，再搭配鐵鎳鉻合金與SiO2進(jìn)行堆疊，同時(shí)還要對基板實(shí)施雙面鍍膜，通過這種方式得到的膜層結(jié)構(gòu)可以使得本發(fā)明中性密度濾光片的平坦度特性及分光特性均為極佳。

圖1是本發(fā)明中性密度濾光片及其膜層結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是依照光譜透射率為10％來設(shè)計(jì)中性密度濾光片的膜層結(jié)構(gòu)所得的在波長范圍為400～700nm之間的光譜透射率的特性曲線示意圖。
圖3是依照光譜透射率為10％來設(shè)計(jì)中性密度濾光片的膜層結(jié)構(gòu)所得的在波長范圍為400～700nm之間的光譜反射率的特性曲線示意圖。
圖4是當(dāng)光譜透射率的理論設(shè)計(jì)值為10％，并且僅對中性密度濾光片的第一面進(jìn)行制鍍后，所得的優(yōu)化后的光譜實(shí)際透射率的平坦度特性示意圖。
圖5是當(dāng)光譜透射率的理論設(shè)計(jì)值為10％，并且對中性密度濾光片進(jìn)行雙面制鍍后，所得的優(yōu)化后的光譜實(shí)際透射率的平坦度特性示意圖。
圖6是當(dāng)光譜透射率的理論設(shè)計(jì)值為10％，并且對中性密度濾光片進(jìn)行雙面制鍍后，所得的優(yōu)化后的實(shí)際反射率的特性示意圖。
具體實(shí)施方式
請參照圖1所示，本發(fā)明中性密度濾光片1是一高濃度的中性密度濾光片，其包括有一基板10及鍍制于基板10上的若干個(gè)膜層20，實(shí)際的實(shí)施例中，膜層可以是分別被鍍制在基板的一側(cè)或兩側(cè)，而為了說明上的簡便，在圖1中只顯示了基板及其一側(cè)的鍍膜。
該中性濾光片1所使用的基板10可以是玻璃基板、透明塑料基板、壓克力基板或其它透明基板，在本實(shí)施例中，基板10采用的是PET塑料基板，基板10厚度約為100μm。也可采用PC或其它塑料材料、玻璃材料及其它透明材料。
上述膜層20是以0.4M3LmH1.25L0.25H1.25L的堆疊方式鍍制在基板10上，其中H表示高折射率膜層，其采用了鐵鎳鉻合金作為膜材，該H膜層中鐵、鎳、鉻的含量分別為鐵≤1％、鎳≥75％及鉻≤19.2％，且1H的光學(xué)厚度為0.20，其物理厚度為40nm，中心波長是440nm；L表示低折射率膜層，該膜層材質(zhì)為SiO2，且1L的光學(xué)厚度為0.20，其物理厚度為60nm，中心波長是440nm；及M表示一折射率界于H膜層與PET基板10之間的中間膜層M，其折射率n等于1.8～2.2。
在本實(shí)施例中，首先是要將一中間膜層M作為首層直接鍍制于基板10上，再以低折射率膜層L與高折射率膜層H相互交替層疊于該中間膜層M上。通過這種方式形成的膜層20的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是第一膜層為中間膜層M，第二膜層為低折射率L膜層，第三膜層為高折射率膜層H，第四膜層為低折射率膜層L，第五膜層為高折射率膜層H，第六膜層為低折射率膜層L。其中第一膜層(0.4M)的中間膜層M是以1H的光學(xué)厚度乘上0.4倍的膜厚鍍制于基板上；第二膜層(3L)的低折射率膜層L是以1L的光學(xué)厚度乘上3倍的膜厚鍍制于第一膜層上；第三膜層(mH)的高折射率膜層H是以1H的光學(xué)厚度乘上m倍的膜厚鍍制于第二膜層上，該膜層(mH)為濾光片的濃度調(diào)整層，m值可根據(jù)濃度需要及光譜透射率的要求而定(容后詳述)；第四膜層(1.25L)的低折射率膜層L是以1L的光學(xué)厚度乘上1.25倍的膜厚鍍制于第三膜層上；第五膜層(0.25H)的高折射率膜層H是以1H的光學(xué)厚度乘上0.25倍的膜厚鍍制于第四膜層上；第六膜層(1.25L)的低折射率膜層L是以1L的光學(xué)厚度乘上1.25倍的膜厚鍍制于第五膜層上。按照此方式進(jìn)行膜層堆疊可以得到光譜特性極佳的中性密度濾光片。
上述膜層20中的各膜層的膜厚的具體值還可以根據(jù)具體要求和應(yīng)用環(huán)境來確定。
上述膜層20中的第三膜層(mH)是濃度調(diào)整層，濃度越濃m值越大，而濃度越濃光譜透射率T(％)就越低。T(％)與m值是成等比例關(guān)系，T(％)每降低2.5％，m值便需在原數(shù)值上乘以1.4。較佳地，可再輸入膜層設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化，使得中性濾光片得到更佳的透射率平坦度。下面以T＝10％為基準(zhǔn)來舉例說明兩者間的等比例關(guān)系T＝10％→m＝0.4
T＝7.5％ →m＝0.55T＝5％→m＝0.75T＝2.5％ →m＝1.05T＝1％→m＝1.5按照光譜透射率為T＝10％來設(shè)計(jì)中性密度濾光片1的膜層20，在波長范圍為400～700nm之間所能夠得到的光譜透射率特性曲線請參照圖2所示，而其光譜反射率特性曲線請參照圖3所示。當(dāng)然，若光譜透射率為其它值時(shí)，如7.5％、5％、2.5％、1％或其它，也可以得到光譜透射率的平坦度特性極佳的曲線，在此就不將其相應(yīng)曲線一一呈現(xiàn)。
上述鍍膜的過程可采用一般蒸鍍方法制鍍而成，但在制鍍時(shí)可根據(jù)制程條件，以調(diào)整本發(fā)明中性密度濾光片的分光平坦度。例如，當(dāng)對中性密度濾光片的第一面進(jìn)行制鍍后，可以得到(Tmax-Tmin)＜1％及R＜2％，其中Tmax表示入射光通過中性濾光片的最大透射率值，Tmin表示入射光通過中性濾光片的最小透射率值，R表示反射率，波長范圍為400～700nm的實(shí)際透射率的平坦度特性曲線示意圖，如圖4所示。
為能進(jìn)一步得到比設(shè)計(jì)值更佳的平坦度特性曲線，在本實(shí)施例中還可以對中性密度濾光片1進(jìn)行雙面制鍍，便可以得到(Tmax-Tmin)＜0.5％的平坦度特性(如圖5所示)及R＜2％的反射率特性(如圖6所示)，即在基板10的另一面也鍍一個(gè)與上述膜層20結(jié)構(gòu)相同的膜層，通過這種雙面設(shè)計(jì)形成互補(bǔ)性的分光光譜，可以得到更佳的透射光平坦度特性。
另可依所需之規(guī)格及適合之濃度進(jìn)行單面ND或雙面ND制鍍；如上述，使用雙面制鍍會有雙面迭加互補(bǔ)效應(yīng)，獲得優(yōu)于原先設(shè)計(jì)值之透射光平坦度極佳之特性。
權(quán)利要求
1.一種中性密度濾光片，其具有一基板及設(shè)置于基板一側(cè)的若干個(gè)膜層，其特征在于膜層結(jié)構(gòu)為0.4M3LmH1.25L0.25H1.25L，其中H表示高折射率膜層，其采用了鐵鎳鉻合金作為膜材；L表示低折射率膜層，該膜層材質(zhì)為SiO2；M表示一折射率界于高折射率膜層與基板之間的中間膜層，該中間膜層是作為一首層直接鍍制于基板一側(cè)的表面上；及mH是該中性密度濾光片的濃度調(diào)整層，m表示一個(gè)可以根據(jù)該中性密度濾光片的濃度與光譜透射率來確定的數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鏡片的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于在基板另一側(cè)的表面上也設(shè)置有一結(jié)構(gòu)為0.4M3LmH1.25L0.25H1.25L的膜層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的中性密度濾光片，其特征在于膜層結(jié)構(gòu)中的m值與中性密度濾光片的光譜透射率是成等比例關(guān)系，且濃度越大，所述m值就越大，而光譜透射率就越低。
4.如權(quán)利要求3所述的中性密度濾光片，其特征在于中性密度濾光片的光譜透射率以10％為上限值，每降低2.5％，m值便需在原數(shù)值上乘以1.4。
5.如權(quán)利要求1或2所述的中性密度濾光片，其特征在于中間膜層的材料折射率是位于1.8～2.2之間。
6.如權(quán)利要求5所述的中性密度濾光片，其特征在于高折射率膜層中的鐵、鎳、鉻的含量分別為鐵≤1％、鎳≥75％及鉻≤19.2％。
7.如權(quán)利要求6所述的中性密度濾光片，其特征在于基板是透明塑料基板。
8.如權(quán)利要求6所述的中性密度濾光片，其特征在于基板可以是PET基板。
9.一種高濃度的中性密度濾光片，其具有一基板及設(shè)置于基板兩側(cè)的若干個(gè)膜層，其特征在于位于基板兩側(cè)的膜層結(jié)構(gòu)相同，且都是以一其材料折射率位于1.8～2.2之間的中間膜層作為一首層直接鍍制于基板表面上，再以低折射率膜層、高折射率膜層相互交替層疊于對應(yīng)的中間膜層上。
10.如權(quán)利要求9所述的高濃度的中性密度濾光片，其特征在于位于基板兩側(cè)的膜層結(jié)構(gòu)均為0.4M3LmH1.25L0.25H1.25L，其中M表示中間膜層，H表示高折射率膜層，L表示低折射率膜層，m表示一個(gè)可以根據(jù)中性密度濾光片的濃度與光譜透射率來確定的數(shù)值。
11.如權(quán)利要求10所述的高濃度的中性密度濾光片，其特征在于，高折射率膜層是采用了鐵鎳鉻合金作為膜材。
12.如權(quán)利要求11所述的高濃度的中性密度濾光片，其特征在于高折射率膜層中的鐵、鎳、鉻的含量分別為鐵≤1％、鎳≥75％及鉻≤19.2％。
13.如權(quán)利要求10所述的高濃度的中性密度濾光片，其特征在于低折射率膜層的材質(zhì)為SiO2。
14.如權(quán)利要求10所述的高濃度的中性密度濾光片，其特征在于基板是PET基板、PC或其它塑料材料、玻璃材料及其它透明材料的其中一者。
15.如權(quán)利要求10所述的高濃度的中性密度濾光片，其特征在于膜層結(jié)構(gòu)中的mH層是該中性密度濾光片的濃度調(diào)整層，濃度越大，所述m值就越大，而光譜透射率就越低。
16.如權(quán)利要求15所述的高濃度的中性密度濾光片，其特征在于m值與光譜透射率是成等比例關(guān)系。
17.如權(quán)利要求16所述的高濃度的中性密度濾光片，其特征在于中性密度濾光片的光譜透射率以10％為上限值，每降低2.5％，m值便需在原數(shù)值上乘以1.4。
全文摘要
本發(fā)明公開一種中性密度濾光片，其具有一基板及設(shè)置于基板一側(cè)的若干個(gè)膜層，該膜層結(jié)構(gòu)為0.4M3LmH1.25L0.25H1.25L，其中H表示高折射率膜層，其采用了鐵鎳鉻合金作為膜材；L表示低折射率膜層，該膜層材質(zhì)為SiO
文檔編號G02B5/20GK1971319SQ20051012529
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者林信裕 申請人:亞洲光學(xué)股份有限公司