红外线的抗反射透镜制造技术

本发明专利技术涉及一种红外线的抗反射透镜。公开了一种红外线的抗反射透镜及其制造方法，该红外线的抗反射透镜消除了红外波段的波长，从而提高了抗反射效果。红外线的抗反射透镜可以是用在红外波段的抗反射透镜。抗反射透镜包括：透镜基体部和抗反射涂层部，所述透镜基体部包括基体折射材料，所述基体折射材料的折射率约为3.0或更高；所述抗反射涂层部形成于透镜基体部的前表面。体部的前表面。体部的前表面。

【技术实现步骤摘要】
红外线的抗反射透镜


[0001]本专利技术涉及一种红外线的抗反射透镜。具体地，涉及这样一种红外线的抗反射透镜，其可以消除红外波段的波长，从而提高抗反射效果。

技术介绍

[0002]抗反射涂层被用于提高诸如透镜和光学滤波器的各种光学元件的透射率。
[0003]当光入射至空气中的具有高折射率的材料(玻璃、锗等，以下称为“介质”)时，有百分之几到百分之几十的光在空气与介质的界面处被反射。具体地，随着介质的折射率增加，反射的发生会随之增加。此外，反射和透射率根据入射至介质的光的波长和角度而变化。这种现象降低了使用具有高折射率的介质的光学元件的信噪比，并且导致像差(其中焦点根据入射波长和入射角度而改变)，从而损害了光学设备的性能。因此，为了解决这些问题，大多数光学元件应用了称为抗反射涂层的技术。
[0004]为此目的所应用的抗反射涂层的原理将参考附图进行描述。
[0005]图1显示了现有技术的抗反射的示例性原理。例如，抗反射涂层的基本原理是使到达透镜然后在透镜上反射的波长发生相消干涉。在透镜1的前表面形成涂层2的情况下，如图1所示，当光L从外部入射至透镜1时，在涂层2的顶部和底部发生反射。反射光束R1和R2相对于入射光表现出180
°
的相位差。通常，从涂层2的顶部反射的光R1与穿过涂层后从涂层2的底部的边界表面反射的光R2彼此干涉。当涂层被设计为使得从涂层2的顶部反射的光R1的波长与从涂层2的底部的边界表面反射的光R2的波长之间具有半波长的相位差，从而从涂层2的顶部反射的光R1的波长与从涂层2的底部的边界表面反射的光R2的波长彼此相消干涉时，将导致反射光的消失。
[0006]如上所述的通过应用抗反射涂层的原理来形成涂层的技术可以显著提高透镜的透射性能。然而，根据抗反射涂层的原理，涂层设计是针对一个波长进行的，因此在宽带光谱中的适用性受到限制。
[0007]因此，目前大多数抗反射涂层中使用包括2至3层或更多层的多层结构，以克服该限制。例如，为了拓宽抗反射波长的范围，重复地形成具有高折射率的材料和具有低折射率的材料，以制造具有多层结构的抗反射涂层，或者将中间层替换为具有折射率梯度的梯度折射率薄膜(其折射率在厚度方向上连续变化)，从而实现抗反射涂层。
[0008]然而，常规的抗反射涂层技术具有这样的缺点，即抗反射性能根据入射波的入射角度而显著降低。此外，尽管近年来在基于纳米技术的蛾眼抗反射
中已经取得了技术进步，但是这些技术仍然不能实现完美的抗反射技术。
[0009]同时，上述常规的抗反射涂层技术必然需要低折射率层和高折射率层中的至少一层，在对具有不同折射率的沉积层中的材料进行选择的方面存在限制。此外，由于在所有常规的抗反射涂层技术中都是基于真空沉积过程形成涂层，难以在较宽的波段在沉积过程中实现多层涂层或具有折射率逐渐变化的折射率梯度的抗反射涂层。
[0010]同时，在单层的情况下，可以利用斜入射沉积法来实现在较宽的波长范围中都有
效的抗反射涂层。然而，即使在这种情况下，也存在这样的问题：必须在改变基底的角度的同时对涂层进行沉积，并且在过程中需要精确的厚度控制。
[0011]被描述为
技术介绍
的内容仅用于理解本专利技术的背景，而不应被视为与本领域技术人员已知的现有技术相对应。

技术实现思路

[0012]在优选的方面，提供了一种红外线的抗反射透镜，即使当透镜相对较薄时，该红外线的抗反射透镜也可以基本或完全阻挡约8μm至12μm的较宽波段的以大角度入射的反射光，从而提高透镜的透射率。
[0013]在一个方面，提供了一种红外线的抗反射透镜。例如，抗反射透镜可以包括：具有超常的超高折射率(4.5或更大)的涂层。基于锗(Ge)制造的光学透镜的基本或完全抗反射涂层可能需要具有超常的超高折射率的涂层，锗是用于检测远红外线(long-wavelength infrared，LWIR，长波红外)的热成像光学系统中使用的代表性材料，并且是利用基于金纳米颗粒的超材料获得的。
[0014]在一个方面，提供了一种红外线的抗反射透镜，其可以利用溶液法来生产。
[0015]在一个方面，提供了一种抗反射透镜，其可以用在红外波段。
[0016]在一个优选的方面，提供了一种抗反射透镜，其可以包括：透镜基体部和抗反射涂层部，所述透镜基体部包括基体折射材料，所述基体折射材料的折射率约为3.0或更高；所述抗反射涂层部形成于透镜基体部的前表面。
[0017]抗反射涂层部可以优选地包括：i)第一层，其应用于透镜基体部的表面并且包括第一折射材料，所述第一折射材料的折射率小于基体折射材料的折射率；第二层，其应用于第一层的表面并且包括第二折射材料，所述第二折射材料的折射率大于基体折射材料的折射率；第三层，其应用于第二层的表面并且包括第三折射材料，所述第三折射材料的折射率与第一折射材料的折射率相对应；以及第四层，其应用于第三层的表面并且包括第四折射材料，所述第四折射材料的折射率小于基体折射材料的折射率且大于第三折射材料的折射率。
[0018]第一折射材料和第三折射材料的折射率可以分别约为1.3至1.7，第二折射材料的折射率可以约为4.5至4.7，第四折射材料的折射率可以约为2.2至2.5。
[0019]具体地，基体折射材料的折射率可以约为4.0，第一折射材料的折射率和第三折射材料的折射率可以约为1.3，第二折射材料的折射率可以约为4.6，第四折射材料的折射率可以约为2.3。
[0020]基体折射材料可以适当地包括锗(Ge)或硅(Si)，第一折射材料和第三折射材料可以适当地包括选自BaF2、CaF2、Al2O3、LiF、MgF2、MgO和Y3Al5O
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的群组中的一种或更多种，第二折射材料(超材料)可以适当地包括金纳米颗粒，第四折射材料可以适当地包括选自ZnS、ZnSe、LiNbO3、TiO2、YVO4和ZrO2:Y(氧化钇稳定氧化锆)的群组中的一种或更多种。
[0021]第二折射材料可以包括以立方体形式合成的金纳米颗粒，所述立方体一边的长度约为50nm至100nm。
[0022]透镜基体部的厚度可以适当地约为3.5mm至4mm，第一层的厚度可以适当地约为0.405μm至0.495μm，第二层的厚度可以适当地约为0.144μm至0.176μm，第三层的厚度可以
适当地约为1.35μm至1.65μm，第四层的厚度可以适当地约为0.198μm至0.242μm。
[0023]第一层的厚度可以适当地约为0.45μm，第二层的厚度可以适当地约为0.16μm，第三层的厚度可以适当地约为1.5μm，第四层的厚度可以适当地约为0.22μm。
[0024]第四层可以具有从中心点倾斜的前倾斜表面，使得截面面积可以越靠近前侧越小。
[0025]抗反射涂层部的第一层至第四层可以利用溶胶-凝胶法、Langmuir-Blodgett法、对流自组装法和纳米压印法中的任意一种溶液法或两种以上的溶液法形成。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其包括：透镜基体部，其包括基体折射材料，所述基体折射材料的折射率为3.0或更高；以及抗反射涂层部，其形成于所述透镜基体部的前表面；其中，所述抗反射涂层部包括：第一层，其应用于所述透镜基体部的表面并且包括第一折射材料，所述第一折射材料的折射率小于基体折射材料的折射率；第二层，其应用于所述第一层的表面并且包括第二折射材料，所述第二折射材料的折射率大于基体折射材料的折射率；第三层，其应用于所述第二层的表面并且包括第三折射材料，所述第三折射材料的折射率与第一折射材料的折射率相对应；以及第四层，其应用于所述第三层的表面并且包括第四折射材料，所述第四折射材料的折射率小于基体折射材料的折射率且大于第三折射材料的折射率。2.根据权利要求1所述的用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其中，所述第一折射材料和所述第三折射材料的折射率为1.3至1.7，所述第二折射材料的折射率为4.5至4.7，所述第四折射材料的折射率为2.2至2.5。3.根据权利要求2所述的用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其中，所述基体折射材料的折射率为4.0，所述第一折射材料的折射率和所述第三折射材料的折射率为1.3，所述第二折射材料的折射率为4.6，所述第四折射材料的折射率为2.3。4.根据权利要求2所述的用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其中，所述基体折射材料包括锗或硅，所述第一折射材料和所述第三折射材料包括选自BaF2、CaF2、Al2O3、LiF、MgF2、MgO和Y3Al5O
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的群组中的一种或更多种，所述第二折射材料包括金纳米颗粒，所述第四折射材料包括选自ZnS、ZnSe、LiNbO3、TiO2、YVO4和ZrO2:Y的群组中的一种或更多种。5.根据权利要求4所述的用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其中，所述第二折射材料包括以立方体形式合成的金纳米颗粒，所述立方体一边的长度为50nm至100nm。6.根据权利要求2所述的用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其中，所述透镜基体部的厚度为3.5mm至4mm，所述第一层的厚度为0.405μm至0.495μm，所述第二层的厚度为0.144μm至0.176μm，所述第三层的厚度为1.35μm至1.65μm，所述第四层的厚度为0.198μm至0.242μm。7.根据权利要求6所述的用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其中，所述第一层的厚度为0.45μm，所述第二层的厚度为0.16μm，所述第三层的厚度为1.5μm，所述第四层的厚度为0.22μm。8.根据权利要求1所述的用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其中，所述第四层具有从中心点倾斜的前倾斜表面，使得截面面积越靠近前侧越小。9.根据权利要求1所述的用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其中，所述抗反射涂层部的第一层至第四层是利用溶胶-凝胶法、Langmuir-Blodgett法、对流自组装法和纳米压印法中的任意一种溶液法或两种以上的溶液法形成的。10.根据权利要求9所述的用在红外波段中的红外线的抗反射透镜，其中，所述抗反射涂层部的第一层和第三层是利用溶胶-凝胶法形成的，所述抗反射涂层部的第二层是利...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪承赞，李一洲，李承祐，许智赫，
申请(专利权)人：起亚自动车株式会社高丽大学教产学协力团，
类型：发明
国别省市：