專利名稱：一種高透過率光學鏡片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高透過率光學鏡片。
背景技術(shù)：
由菲涅爾定理可知道，光在介質(zhì)的分界面上都會發(fā)生反射。在大多數(shù)的光學系統(tǒng)中光學透鏡都是不可缺少的組成部分，光路中透鏡數(shù)目越多光由于反射而引起的損耗就越大。因此光學透鏡表面經(jīng)常要鍍增透膜。在增透膜的設(shè)計中人們一直在尋找折射率低，而且可以在一定范圍內(nèi)可調(diào)的一系列低折射率薄膜材料。理論上100％單層增透膜的折射率必須滿足nf=n0·ns,]]>其中n0為空氣的折射率，ns為基片的折射率。使用最多的基片是玻璃材料或透明的有機材料，它們的折射率一般在1.5左右，因此理論上就要求增透膜的折射率為1.22左右，而且對于寬帶增透膜而言就更加要求有一組n0到ns之間可以變化的低折射率薄膜。而現(xiàn)在最小的一種介質(zhì)材料是氟化鎂(MgF2)，它的折射率只有1.35，所以傳統(tǒng)的增透膜采取大規(guī)模的膜系設(shè)計技術(shù)來達到這些條件，通常一個性能好的高透過率光學鏡片其增透膜系會達到幾十層甚至上百層，所以傳統(tǒng)的高透過率光學鏡片制備工藝相當復(fù)雜，成本相對較高。例如，申請?zhí)?1139082.4，名稱為“超窄帶通光學薄膜濾光片及膜層厚度產(chǎn)生方法”的專利申請。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種高透過率光學鏡片，該光學鏡片是在玻璃基片表面上有一層多孔隙結(jié)構(gòu)的光學薄膜，這種多孔隙結(jié)構(gòu)的光學薄膜可以達到較低的折射率值。該高透過率光學鏡片不僅在可見光范圍具有較高的透過率，而且制備方法簡單，成本較低。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種高透過率光學鏡片，包括玻璃基片，在玻璃基片表面上有一層光學薄膜，該薄膜為多孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙直徑為10～100納米。
一種制備上述高透過率光學鏡片的方法，包括(1)將玻璃基片經(jīng)過150℃～200℃高溫、時間20～60分鐘的加熱處理；(2)將重均分子量在10kg/mol～100kg/mol聚苯乙稀和聚甲基丙稀酸甲脂混合，其質(zhì)量比為50∶50～5∶95；(3)將上述混合物溶于芳香烴類溶劑或者四氫呋喃中，溶質(zhì)與溶劑的質(zhì)量比為1∶20～1∶40，充分攪拌；(4)將上述溶液旋涂在處理過的基片上，旋涂速度1500～4000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時間20～60秒；(5)將上述旋涂好的基片烘干，干燥溫度70℃～200℃，干燥時間2～8小時；(6)將上述干燥好的基片放入溫度為40℃～70℃的環(huán)己烷溶液或者環(huán)己酮溶液中浸泡，浸泡時間1～10分鐘；(7)將上述浸泡好的基片烘干，干燥溫度70℃～200℃，干燥時間2～8小時，得到高透過率光學鏡片。
本實用新型的優(yōu)點在于1.本實用新型的高透過率光學鏡片具有較高的透過率，在可見光范圍內(nèi)可以達到96％以上。
2.本實用新型的制備方法簡單，成本較低。
3.本實用新型的制備方法可以制備出折射率低于1.35的多孔隙結(jié)構(gòu)光學薄膜。所以其方法可以應(yīng)用在增透、增反、窄帶濾波等光學薄膜器件的設(shè)計與制作中，它將大大簡化設(shè)計和制作的過程，降低成本。
圖1是本實用新型高透過率光學鏡片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是多孔隙薄膜的等放折射率與孔隙率之間的關(guān)系圖。
圖3(a)～圖3(e)是高透過率光學鏡片制備方法的流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，2為玻璃基片，在玻璃基片2上有一層光學薄膜1，該薄膜為多孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙直徑為10～100納米。薄膜1厚度可在100～200納米。這種多孔隙結(jié)構(gòu)的薄膜可以保證薄膜有較小的損耗，達到一般常規(guī)薄膜無法達到的低折射率，從而得到較高的透過率。已知多孔隙結(jié)構(gòu)薄膜的孔隙率，利用時域有限差分(FDTD)算法可以計算出薄膜等效折射率值，計算結(jié)果如圖2所示。從圖中可看出，多孔隙結(jié)構(gòu)薄膜的等效折射率是與孔隙率的大小密切相關(guān)的，只要精確控制孔隙率的大小就可以達到對折射率的精確調(diào)整。孔隙率的大小又是通過改變聚苯乙稀和聚甲基丙稀酸甲脂混合時的質(zhì)量比來實現(xiàn)的一種制備上述高透過率光學鏡片的方法實施例1玻璃基片2經(jīng)過180℃高溫、時間30分鐘的加熱處理。選取聚苯乙烯(PS)重均分子量為10.3kg/mol和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)重均分子量為10.6kg/mol。將這兩種高分子材料按3∶7的質(zhì)量比混合。然后再以1∶20的質(zhì)量比溶于四氫呋喃(THF)，充分攪拌。將充分攪拌后的混合溶劑倒在處理好的基片2上，如圖3(a)所示。將基片放在均膠機的載物臺上旋涂，轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時間40秒，如圖3(b)所示。旋涂完的基片放入真空烘箱中干燥，溫度100℃，時間6小時，如圖3(c)所示，圖中3為聚苯乙稀，4為聚甲基丙烯酸甲脂。這一步完成時聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯兩相已經(jīng)發(fā)生相分離，由于聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯的質(zhì)量比為7∶3，所以這時聚甲基丙烯酸甲酯形成的是連續(xù)相，而聚苯乙烯形成的是形態(tài)上較小的離散相，這也是形成孔徑很小的多孔隙薄膜的前提條件。干燥完的玻璃基片再浸泡到溫度為45℃的環(huán)己烷溶液中，浸泡時間為5分鐘，如圖3(d)所示。這一步是用環(huán)己烷溶液對聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的選擇性吸收的作用，來達到去除聚苯乙烯相的目的。最后將基片放入真空烘箱加熱到100℃高溫，時間6個小時進行干燥。得到高透過率光學鏡片，如圖3(e)所示，該光學鏡片可見光范圍的平均透過率為95.3％，該玻璃基片表面多孔隙薄膜的厚度為150納米，孔隙直徑約為80納米，折射率為1.32。
實施例2聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂的質(zhì)量比為5∶95，其余同實施例1，最后得到高透過率光學鏡片，該光學鏡片可見光范圍的平均透過率為94.5％，該玻璃基片表面多孔隙薄膜的孔隙直徑約為20納米，折射率為1.44。
實施例3聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂的質(zhì)量比為40∶60，其余同實施例1，最后得到高透過率光學鏡片，該光學鏡片可見光范圍的平均透過率為96.5％，該玻璃基片表面多孔隙薄膜的孔隙直徑約為90納米，折射率為1.30。
實施例4選取聚苯乙烯(PS)重均分子量為96.3kg/mol和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)重均分子量為98.5kg/mol。將這兩種高分子材料按4∶6的質(zhì)量比混合。然后再以1∶40的質(zhì)量比溶于芳香烴溶劑中，比如氯苯、苯、甲苯，充分攪拌。旋涂前的玻璃基片2要經(jīng)過150℃高溫、時間50分鐘的加熱處理。將充分攪拌后的混合溶劑到在處理好的基片上，開始旋涂，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時間60秒。旋涂完的基片放入烘箱中干燥，溫度180℃，時間8小時。這一步完成時聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯兩相已經(jīng)發(fā)生相分離。干燥完的基片再浸泡到溫度為60℃的環(huán)己酮溶液中，浸泡時間為8分鐘，達到去除聚苯乙烯相的目的。最后將基片放入烘箱加熱到180℃高溫，時間8個小時進行干燥。最后得到高透過率光學鏡片，該光學鏡片可見光范圍的平均透過率為94.3％，該玻璃基片表面多孔隙薄膜的厚度為110納米，孔隙直徑約為100納米，折射率為1.33。
實施例5聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂的質(zhì)量比為20∶80，其余同實施例4，最后得到高透過率光學鏡片，該光學鏡片可見光范圍的平均透過率為94.0％，該玻璃基片表面多孔隙薄膜的孔隙直徑約為90納米，折射率為1.38。
實施例6聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂的質(zhì)量比為5∶95，其余同實施例4，最后得到高透過率光學鏡片，該光學鏡片可見光范圍的平均透過率為93.5％，該玻璃基片表面多孔隙薄膜的孔隙直徑約為50納米，折射率為1.43。
權(quán)利要求1.一種高透過率光學鏡片，包括玻璃基片，在玻璃基片表面上有一層光學薄膜，其特征在于該光學薄膜(1)為多孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙直徑為10～100納米。
專利摘要本實用新型公開了一種高透過率光學鏡片。本實用新型所述的光學鏡片是在玻璃基片表面上有一層多孔隙結(jié)構(gòu)的光學薄膜，其孔隙直徑為10～100納米。該光學鏡片的制備方法是將聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯按質(zhì)量比50∶50～5∶95混合，然后溶于芳香烴類溶劑或者四氫呋喃中，將該溶液涂在處理好的玻璃基片上，旋涂該基片，將旋涂好的基片烘干，再浸泡到環(huán)己烷溶液或者環(huán)己酮溶液中，將浸泡好的基片烘干后，就得到高透過率光學鏡片，其可見光范圍內(nèi)的透過率可以達到96％。該制備方法簡單，而且可以制備出較低折射率的光學薄膜，該制備方法也可以應(yīng)用在增透、增反、窄帶濾波等光學薄膜器件的設(shè)計與制作中，它將大大簡化設(shè)計和制作的過程，降低成本。
文檔編號G02B1/11GK2657020SQ0323753
公開日2004年11月17日 申請日期2003年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月28日
發(fā)明者楊振宇, 朱大慶, 許振鄂 申請人:華中科技大學