專利名稱：光學增透膜及其鍍膜方法
技術領域：
本發明涉及一種用于光學系統的增透膜，及其制膜方法。
背景技術：
為了減少由于反射而造成的光通量等損失，一般會將增透膜使用在包含用于讀取存儲于光盤(CD)上的信息內容的光學透鏡或物鏡的光學系統上。至今，玻璃仍被大量用作基片材料，以在其上制備這種增透膜。但是，近來合成樹脂的使用越來越多，因其重量輕、適宜于通過注模來批量生產，特別是，具有極好的透光度的丙烯酸樹脂(聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)等)。
典型的增透膜包括一種通常稱為的“高低高低型(HLHL型)”和一種通常稱為的“中高低型(MHL型)”的結構。高低高低型(HLHL型)結構的增透膜由層疊在基片上的多層膜組成，其中該多層膜的相鄰層之間具有互不相同的折射率，而且具有交替地、相對地高/低折射率值。這種多層膜由四或五層或更多層組成，其中最外層(即位于離基片最遠的那層)由具有相對低折射率的膜組成。中高低型(MHL型)結構的增透膜則由層疊在基片上的三層組成，其中位于離基片最近的層，則由具有相對中等折射率的膜組成；中間層，則由具有相對高折射率的膜組成；和位于離基片最遠的層，則由具有相對低折射率的膜組成。
各種各樣的制備在合成樹脂基片上的增透膜結構早已被公開(例如，見專利文獻1日本專利公告號3221764(表1至6)，和專利文獻2日本專利公開號2002-202401(表1和5))。通常，合成樹脂具有柔性，且易受化學物質腐蝕。由于這個原因，在合成樹脂基片上制備增透膜時，采用先在該基片上制備一層硅氧化物膜，而后再在該硅氧化物膜上制備前面所說的高低高低型(HLHL型)或中高低型(MHL型)多層膜的方法來制備增透膜。
如果這樣的硅氧化物膜太薄(例如，200納米或更薄)，則該硅氧化物膜難以確保其具有令人滿意的附著基片的強度、耐環境性(耐熱性、耐潮性等)、耐磨性、耐化學腐蝕性等性質。圖11為一照片，其展示了具有相對較薄的硅氧化物膜的增透膜在經環境測試的表面狀況的一個例子。該增透膜通過先在一合成樹脂基片上制備一層相對較薄的硅氧化物膜，而后再在該硅氧化物膜上制備一具有增透特性的高低高低型(HLHL型)多層膜的方法制得。如可在圖11中所見，當該硅氧化物膜相對較薄時，大量的破裂出現在該增透膜的表面，這意味著具有相對薄的硅氧化物膜的增透膜具有差的耐環境性。由于這個原因，這樣的硅氧化物膜通常以單層的形式制備的相對較厚，如300納米或更厚。在前面提到的專利文獻1和2中已公開的增透膜均具有這樣的相對較厚的硅氧化物膜。
在許多情況下，構成這樣的增透膜的各層膜是通過包括使用從配置在真空室中的電子槍中發出的電子束來加熱和汽化膜材，以使該汽化后的膜材沉積在基片上的方法制得的。這是因為這種方法在鍍膜過程中具有優良的可控制性和可操作性，因此容易確保有穩定的鍍膜環境。
從該增透膜的光學特性方面來看，較好的是，前述的硅氧化物膜的折射率值能在1.48至1.62之間的范圍內，最好是在1.5至1.6之間，而其厚度大約在200納米。但是，由于前面所述的原因，至今將這樣的硅氧化物膜的厚度減小到大約200納米是不可能的。
通常，制備在由丙烯酸樹脂做成的基片上的增透膜，尤其是在其制備時使用電子槍的，展現出很差的附著強度。這是因為，一部分從上述電子槍發射出的電子在照射膜材時從該膜材處彈回，而后作為二次電子撞擊基片表面，結果導致基片表面改變質。雖然現有技術使用將磁鐵放置在真空室中以俘獲二次電子的方法，但是這樣的適用于這種方法的真空室的尺寸是有限的，更為嚴重的是，這樣的俘獲效果在該真空室中隨著位置的不同而不同，這會導致在該增透膜和基片之間作用的附著力不均勻。
比較起來，使用濕處理方法，例如涂布或浸漬，在丙烯酸樹脂上制備一硬涂層，從而得到的增透膜展現出較好的附著強度和耐磨性。但是，這樣的增透膜具有厚度變厚的問題，還有一個問題就是，具有和丙烯酸樹脂基片折射率基本相等的折射率的硬涂層液是不存在的，因此由于在丙烯酸樹脂基片和硬涂層之間產生光干涉，增透特性就變差了。有一種制備增透膜的方法，其在制備構成該增透膜的所有膜時均使用電阻加熱來汽化。使用這種方法得到的增透膜在附著強度方面是令人滿意的。但是，這種方法涉及到的問題是，批量生產時的質量穩定性和生產時的可操作性差，且高熔點材料不能被用作膜材。
就前面提到的高低高低型(HLHL型)增透膜來說，從最外層起算的第二層膜最好具有盡可能高的折射率。如果基片由玻璃組成，則可以通過將基片加熱至300攝氏度左右來提高所考慮的要制備的膜的折射率。但是，由于丙烯酸樹脂基片的耐熱性最高在80攝氏度左右，所以至今不可能達到足夠高的折射率。就前面提到的專利出版物中所公開的增透膜來說，從最外層起算的第二層膜所具有的折射率不高于大約2.15。由于這個原因，實現更高的折射率是人們所希望的。
在可用于光學薄膜的材料中，氟化鎂(MgF2)具有最低的折射率(折射率n＝1.38)，因此將氟化鎂(MgF2)用作增透膜的最外層可以改善該增透膜的增透特性。由于如果在其制備時基片得到加熱，這種氟化鎂(MgF2)膜可達到足夠的硬度，所以氟化鎂(MgF2)在以玻璃為基片的增透膜中得到廣泛地使用。但是，如果在沒有加熱的丙烯酸樹脂基片上制備氟化鎂(MgF2)膜，則這樣得到的膜非常脆且耐磨性差。由于這個原因，至今在使用丙烯酸樹脂基片的增透膜中使用氟化鎂(MgF2)是不可能的。
如果用通常使用的所謂等離子法在不加熱基片的情況下來制備氟化鎂(MgF2)膜，則這樣得到的氟化鎂(MgF2)膜可展現出足夠的硬度。但是，這種方法產生了得到的氟化鎂(MgF2)膜中缺少氟的問題。結果，這樣的膜變得帶有褐色，因此具有高吸收率以致絕對不可能將其用作光學薄膜。

發明內容
本發明完成的目的在于解決上述問題。本發明的第一個目的在于提供一種光學增透膜，其具有令人滿意的與由合成樹脂做成的作底基片之間的附著強度、耐環境性、耐磨性和耐化學腐蝕性，并具有優越的光學特性，還提供了制備這種膜的方法。本發明的第二個目的在于提供一種光學增透膜，其使用的基片由合成樹脂做成，并包含有通常稱為的高低高低型(HLHL型)多層膜，其中從最外層起算的第二層膜所具有的折射率遠高于現有技術所能達到的水平，并提供了制備這種膜的方法。本發明的第三個目的在于提供一種光學增透膜，其使用的基片由合成樹脂做成，并包含有通常稱為的中高低型(MHL型)多層膜，其中包括適宜于用作光學薄膜的具有足夠硬度和足夠低折射率的氟化鎂(MgF2)膜，并提供了制備這種膜的方法。
為了達到上述目的，本發明提供了一種制備在由合成樹脂做成的基片上的光學增透膜，其包括制備在該基片表面的一層第一膜，該第一膜具有預先設定的厚度和與該基片折射率基本相等的折射率；制備在該第一膜表面上的一層第二膜，該第二膜具有預先設定的厚度且其折射率值在1.48至1.62的范圍內，并可由與制備該第一膜的材料相同或不同的材料組成；和制備在該第二膜表面上的一多層膜，該多層膜具有增透特性。較好的是，該第一和第二膜特別由硅氧化物組成。
在這種結構中，可以首先制備該第一膜，使其具有比如說大約100至200納米的厚度以使得該第一和第二膜的總厚度能夠確保足夠的附著強度、耐環境性、耐磨性和耐化學腐蝕性等，而后該折射率值在1.48至1.62之間的范圍內，最好在1.5至1.6之間的范圍內的該第二膜被制備為具有較好的厚度(例如大約200納米)以使得該增透膜具有良好的光學特性。由于該第一膜的折射率與該合成樹脂基片的折射率基本相等，所以該第一膜的存在幾乎不會使該增透膜的光學特性變差。如果該第一和第二膜由同種材料制備得到，則該第一和第二膜之間的附著強度可進一步得到提高。尤其是，當該第一和第二膜都由硅氧化物制備得到時，則該增透膜可在保持其令人滿意的光學特性的同時確保其具有足夠的附著強度、耐環境性、耐磨性和耐化學腐蝕性等。
該前面提到的基片可由丙烯酸樹脂做成。如前所述，借助于該第一和第二膜的存在，即便該基片是由具有差的附著強度的丙烯酸樹脂做成，但該增透膜仍能確保對該基片有足夠的附著強度，從而使該增透膜可免于破裂。
上述該第一膜可以是通過使用電阻加熱的真空沉積法而得到的產物。這一特點使得可以在制備由硅氧化物作為其主要成分的該第一膜時，不對該基片表面造成任何變質等損害。更進一步，由于在該基片表面鍍上了該第一膜，則該基片表面可以受到保護而免受由于二次電子所造成的損害。因此，可以在制備該第一膜表面上或其上面的任何膜時使用電子槍。
上述該多層膜可以由數層膜以這樣的方式層疊組成，即相鄰層的膜之間的折射率互不相同，并交替地、相對地具有高/低值。具有這種特點的該增透膜，如果具備這種通常稱為的高低高低型(HLHL型)多層膜，則可具有前面所述的優點。
更好的是，上述多層膜中具有一層第三膜，其為從最外層(即離該第二膜最遠的那層)起算的第二層，該第三膜的折射率處于2.2至2.4之間的范圍內。這一特點使得可以得到具有該第三膜的高低高低型(HLHL型)增透膜，該第三膜具有現有技術的增透膜所無法達到的高折射率，因此，可以實現具有更好的光學特性的增透膜。
該上述第三膜可在由二氧化鈦(TiO2)、三氧化二鈦(Ti2O3)、五氧化三鈦(Ti3O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)和二氧化鋯(ZrO2)的混合物組成的鍍膜材料組中選擇一種材料作為其主要成分。具有這種特點的該增透膜可具有前面所述的優點。
該上述第三膜可以通過這樣的方法得到，其所使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該方法包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；在該真空室內汽化膜材；給該供給偏壓的電極加上高頻電壓使得其成為在該真空室中產生等離子體的一個電極；并給該供給偏壓的電極加上頻率不低于20千赫但不高于2.45千兆赫的波形變化的偏壓。該偏壓可具有負的平均值和正的最大值。
用另一種方法的話，該上述第三膜可以通過這樣的方法得到，其所使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一用于在鍍膜時產生離子束的離子束產生構造，該方法包括以下步驟將該基片放置在該真空室內；使該離子束產生構造產生離子束；利用該真空室中的離子束使得膜材沉積在該基片的表面上。該離子束產生構造可以為一離子槍，此時該膜材沉積的步驟包含以下步驟用該離子槍產生的離子束照射該膜材以使該膜材汽化；這種汽化后的膜材沉積在該基片的表面。應當注意的是，“利用離子束汽化”的概念包括利用離子束濺射的汽化。
再用另外一種方法的話，該上述第三膜可以通過這樣的方法得到，其所使用的鍍膜裝置包含有一真空室、一用于產生供給該真空室等離子體的等離子體產生構造(例如一等離子體槍)和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該方法包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；使得該等離子體產生構造產生等離子體，從而產生由存在于該等離子體中的電子組成的電子束，并將該電子束引導進入該真空室；用該電子束照射膜材以使得該膜材汽化；通過該電子束在該真空室中產生等離子體；并給該供給偏壓的電極加上偏壓以使得該汽化后的膜材沉積在該基片的表面上。
這一特點使得可以在不加熱該基片的情況下，制備具有高折射率的該第三膜，該折射率基本可達到在制備時加熱該基片所得到的膜的折射率。這樣，即便在該基片由低耐熱性的材料，如用丙烯酸樹脂做成時，還是可以得到具有優越的光學特性的增透膜。
該上述多層膜可由三層膜層疊而成，其中包括一位于離該第二膜最遠的外層膜、一位于離該第二膜最近的內層膜和一位于該外層膜和該內層膜中間的中層膜，該外層膜的折射率是該三層膜的折射率中最低的，該中層膜的折射率是該三層膜的折射率中最高的，該內層膜的折射率處于該外層膜的折射率和該中層膜的折射率的中間。
具有這種特點的該增透膜，如果具備這種通常稱為的中高低型(MHL型)多層膜，則可具有前面所述的優點。
較好的是，該上述外層膜由氟化鎂(MgF2)作為其主要成分。這一特點使得可以借助于使用在可用的光學材料中具有特別低折射率的氟化鎂(MgF2)，來實現具有更為優越的光學特性的增透膜。
該上述外層膜可以通過這樣的方法得到，其所使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該方法包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；在該真空室內汽化膜材；給該供給偏壓的電極加上高頻電壓使得其在該真空室中產生等離子體；并給該供給偏壓的電極加上頻率不低于20千赫但不高于2.45千兆赫的波形變化的偏壓。
用另外一種方法的話，該上述外層膜可以通過這樣的方法得到，其所使用的鍍膜裝置包含有一真空室、一用于產生供給該真空室等離子體的等離子體產生構造(例如一等離子體槍)和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該方法包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；使得該等離子體產生構造產生等離子體，從而產生由存在于該等離子體中的電子組成的電子束，并將該電子束引導進入該真空室；用該電子束照射膜材以使得該膜材汽化；通過該電子束在該真空室中產生等離子體；并給該供給偏壓的電極加上一具有負的平均值和正的最大值的偏壓。
這一特點使得可以在不加熱該基片的情況下制備該最外層膜。當氟化鎂(MgF2)膜被作成該最外層膜時，得到的氟化鎂(MgF2)膜可具有足夠高的硬度和低折射率，且沒有氟缺少，因此可以提供出具有優越的光學特性的增透膜。
根據本發明，還提供了一種在由合成樹脂做成的基片上制備光學增透膜的方法，其包括以下步驟在該基片表面上通過利用電阻加熱的真空沉積法制備厚度預先設定的一層第一膜，該第一膜的折射率與該基片的折射率基本相等；在該第一膜的表面上通過利用電阻加熱的真空沉積法制備厚度預先設定的一層第二膜，該第二膜的折射率值在1.48至1.62之間的范圍內，且由與制備該第一膜相同或不同的材料組成；并在該第二膜的表面上制備一具有增透特性的多層膜。更可取的是，該第一和第二膜均特別由硅氧化物作為其主要成分。
在這種結構中，可以首先制備該第一膜，使其具有例如說大約100至大約200納米的厚度以使得該第一和第二膜的總厚度能夠確保足夠的附著強度、耐環境性、耐磨性和耐化學腐蝕性等，而后該折射率值在1.48至1.62之間的范圍內，最好在1.5至1.6之間的范圍內的該第二膜被制備為具有較好的厚度(例如大約200納米)以使得該增透膜具有良好的光學特性。由于該第一膜的折射率與該由合成樹脂做成的基片的折射率基本相等，所以該第一膜的存在幾乎不會使該增透膜的光學特性變差。
該制備上述該多層膜的步驟可以由在該第二膜的表面層疊數層膜的步驟組成，該層疊的方式為相鄰層的膜之間具有互不相同的折射率，且交替地、相對地具有高/低折射率值，該層疊數層膜的步驟中包括一個制備一層第三膜作為從最外層膜(即位于離基片最遠的那層)起算的第二層的步驟，該第三膜可在由二氧化鈦(TiO2)、三氧化二鈦(Ti2O3)、五氧化三鈦(Ti3O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)、五氧化二鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)和二氧化鋯(ZrO2)的混合物組成的鍍膜材料組中選擇一種材料作為其主要成分。
通過這樣制備該多層膜，即便該基片是由例如丙烯酸樹脂做成的，仍然可以實現具有極好的附著強度、耐環境性、耐化學腐蝕性及光學增透特性的通常稱為的高低高低型(HLHL型)光學增透膜。
在制備該上述第三膜的步驟中，可以使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該制備該上述第三膜的步驟包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；在該真空室內汽化在前面所述的組中選出的一種膜材；給該供給偏壓的電極加上高頻電壓使得其成為在該真空室中產生等離子體的一個電極；并給該供給偏壓的電極加上頻率不低于20千赫但不高于2.45千兆赫的波形變化的偏壓。該偏壓可具有負的平均值和正的最大值。
用另一種方法的話，在制備該上述該第三膜的步驟中，可以使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一用于產生照射該真空室中的膜材的離子束的離子槍，該制備該上述第三膜的步驟包括以下步驟將該基片放置在該真空室內；使該離子槍產生離子束并用該離子束照射從在前面所述的組中選出的一種膜材并使該膜材汽化；這樣汽化后的膜材沉積在該基片的表面。
再用另一種方法的話，在制備上述該第三膜的步驟中，可以使用的鍍膜裝置包含有一真空室、一用于產生供給該真空室等離子體的等離子體槍和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該制備該上述第三膜的步驟包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；使得該等離子體槍產生等離子體，從而產生由存在于該等離子體中的電子組成的電子束，并將該電子束引導進入該真空室；用該電子束照射從在前面所述的組中選出的一種膜材以使得該膜材汽化；通過該電子束在該真空室中產生等離子體；并給該供給偏壓的電極加上偏壓以使得該汽化后的膜材沉積在該基片的表面。
這一特點使得可在不加熱該基片的情況下，制備具有高折射率的該第三膜，其折射率基本可達到在制備時加熱基片所得到的膜的折射率。這樣，即便在基片由低耐熱性的材料，如丙烯酸樹脂做成時，還是可以得到具有優越的光學特性的增透膜。
更可取的是，制備該前述多層膜的步驟包含有以下步驟制備一內層膜，其位置離該第二膜最為靠近；在該內層膜上制備一中層膜；再制備一外層膜，其位置離該第二膜最遠，該外層膜的折射率是上述三層膜的折射率中最低的，該中層膜的折射率是上述三層膜的折射率中最高的，該內層膜的折射率的值處于該外層膜的折射率與該中層膜的折射率的中間，制備該外層膜的步驟為一制備由氟化鎂(MgF2)作為其主要成分的膜的步驟。
通過這樣制備該多層膜，也可以實現一種具有上述優越特性的通常稱為的中高低型(MHL型)增透膜。
在制備該上述由氟化鎂(MgF2)作為其主要成分的外層膜的步驟中，可以使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該制備該上述由氟化鎂(MgF2)作為其主要成分的外層膜的步驟包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；在該真空室內汽化作為膜材的氟化鎂(MgF2)；給該供給偏壓的電極加上高頻電壓使得其成為在該真空室中產生等離子體的一個電極；并給該供給偏壓的電極加上頻率不低于20千赫但不高于2.45千兆赫的波形變化的偏壓，且該偏壓具有負的平均值和正的最大值。
用另外一種方法的話，在制備該上述由氟化鎂(MgF2)作為其主要成分的外層膜的步驟中，可以使用的鍍膜裝置包含有一真空室、一用于產生供給該真空室等離子體的等離子體槍和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該制備該上述由氟化鎂(MgF2)作為其主要成分的外層膜的步驟包括以下步驟將該基片放置在該偏壓電極上；使得該等離子體槍產生等離子體，從而產生由存在于該等離子體中的電子組成的電子束，并將該電子束引導進入該真空室；用該電子束照射作為膜材的氟化鎂(MgF2)以使得氟化鎂(MgF2)在該真空室中汽化；通過該電子束在該真空室中產生等離子體；并給該供給偏壓的電極加上具有負的平均值和正的最大值的偏壓以使得該汽化后的膜材沉積在該基片的表面。
這一特點使得可以在不加熱該基片的情況下制備該最外層膜。當氟化鎂(MgF2)膜被做成該最外層膜時，得到的氟化鎂(MgF2)膜可具有足夠高的硬度和低折射率，且沒有氟缺少，因此可以提供出具有優越的光學特性的增透膜。
在結合附圖閱讀以下對本發明的詳細說明后，本發明的這些目的和其他目的、特點和附帶的優點將變得更加清楚。


圖1為一截面圖，其說明了按照本發明一個實施例的一種增透膜結構；圖2為一表格，其中列出了組成按照本發明實施例中的每種增透膜的各個膜層各自的主要成分、相應的物理厚度和光學厚度和對各個膜層設計的波長；圖3為一截面圖，其說明了按照本發明實施例的另一種增透膜的結構；圖4為一截面圖，其說明了一作為與本發明實施例的增透膜相對照的例子的增透膜的結構；圖5為一示意圖，其給出了一個可用于制備如圖1所示的增透膜的第五層的二氧化鈦(TiO2)膜和如圖3所示的增透膜的第五層的氟化鎂(MgF2)膜那樣的光學薄膜的鍍膜裝置的例子；圖6為如圖5所示的鍍膜裝置中所包含的偏壓電源裝置輸出的偏壓波形圖的一個例子；圖7為如圖5所示的鍍膜裝置中所包含的基片架的電勢圖；圖8為如圖1、3和4所示的每種增透膜的反射率隨光波長變化的特性圖；圖9為顯示如圖1和3所示的增透膜在經過了耐磨性測試后得到的結果的照片；圖10為顯示如圖4所示的增透膜在經過了耐磨性測試后得到的結果的照片；圖11為顯示一在基片上具有相對較薄的硅氧化物膜的增透膜在經過了環境測試后的表面狀況的照片；圖12為一示意圖，其給出了另一個可用于制備如圖1所示的增透膜的第五層二氧化鈦(TiO2)膜那樣的光學薄膜的鍍膜裝置的例子；圖13為一示意圖，其給出了還有的另一個可用于制備如圖1所示的增透膜的第五層二氧化鈦(TiO2)膜那樣的光學薄膜的鍍膜裝置的例子；圖14為一示意圖，其給出了再有的另一個可用于制備如圖1所示的增透膜的第五層的二氧化鈦(TiO2)膜那樣的光學薄膜的鍍膜裝置的例子。
具體實施例方式
以下將參考上述附圖對本發明的實施例做詳細說明。圖1為一截面圖，其說明了按照本發明實施例的一種增透膜的結構。如圖1所示的增透膜A為一種具有通常稱為的高低高低型(HLHL型)多層膜的增透膜。該增透膜A被構造為具有六層結構的多層膜，該六層結構由制備在基片100上的第一至六層膜組成，該基片100由丙烯酸樹脂(聚甲基丙烯酸甲脂PMMA)做成，該第一至六層膜從該基片100上開始向上順序排列。
圖2為一表格，其中列出了組成按照本發明實施例中的每種增透膜的各個膜層的主要成分、物理厚度和光學厚度和對各個膜層設計的波長。如圖1和2所示，該增透膜A包含有，作為第一層的一氧化硅(SiO)膜101、作為第二層的一氧化硅(SiO)膜102、作為第三層的由二氧化鋯(ZrO2)和二氧化鈦(TiO2)混合組成的膜(二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜)103、作為第四層的二氧化硅(SiO2)膜104、作為第五層的二氧化鈦(TiO2)膜105和作為第六層的二氧化硅(SiO2)膜106。
在這里希望的是，作為第一層的一氧化硅(SiO)膜101的折射率與基片100的材料的折射率基本相等。在本實施例中，制備得到的一氧化硅(SiO)膜101的折射率為1.502，與所用的丙烯酸樹脂的折射率基本相等。更進一步，制備得到的一氧化硅(SiO)膜101具有預先設定的厚度，以使得第一層一氧化硅(SiO)膜101和第二層一氧化硅(SiO)膜102的總厚度能夠確保有足夠的附著強度、耐環境性、耐磨性和耐化學腐蝕性。在本實施例中，該一氧化硅(SiO)膜101的厚度為200納米。該一氧化硅(SiO)膜101在一真空室中通過利用電阻加熱的真空沉積法在基片100上制備得到。
一氧化硅(SiO)膜的折射率隨著該膜中硅原子含量和氧原子含量之間的比例的變化而變化。因此，可以在真空沉積的過程中，在真空室內沖入適量的氧氣，以使得制備得到的一氧化硅(SiO)膜具有希望得到的折射率。當基片100是由丙烯酸樹脂做成時，該第一層一氧化硅(SiO)膜101所希望的折射率值在1.48至1.51之間的范圍內。
第二層一氧化硅(SiO)膜102所希望的折射率值在1.48至1.62的范圍之內，以確保優越的光學特性。在本實施例中，制備得到的一氧化硅(SiO)膜102的折射率為1.6021。一氧化硅(SiO)膜102的厚度為200納米，因此，第一層一氧化硅(SiO)膜101和第二層一氧化硅(SiO)膜102結合起來在基片100形成總厚度為400納米的一氧化硅(SiO)膜。由于這個原因，增透膜A在與由丙烯酸樹脂做成的基片100的附著強度、耐環境性、耐磨性和耐化學腐蝕性方面都是極好的。如同第一層一氧化硅(SiO)膜101，第二層一氧化硅(SiO)膜102通過利用電阻加熱的真空沉積法，并配以適量氧氣制備得到。
作為第三層，制備得到的由二氧化鋯(ZrO2)和二氧化鈦(TiO2)混合材料組成的二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜103具有相對高的折射率(在本實施例中，折射率n＝1.9899)。該二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜103在前面所述的第二層膜上通過真空沉積法制備得到，其中由二氧化鋯(ZrO2)和二氧化鈦(TiO2)組成的混合材料被一電子槍加熱。如前所述，在制備該二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜103之前，已經在基片100上制備了總厚度為400納米的第一層一氧化硅(SiO)膜101和第二層一氧化硅(SiO)膜102。這樣，即便在進行真空沉積時使用電子槍，基片100的表面也已受到保護，因此不會因為二次電子的沖擊而發生變質。因此，影響到增透膜A和基片100之間的附著強度是不可能的。
作為第四層，制備得到的二氧化硅(SiO2)膜104具有與第三層二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜103的折射率相比相對較低的折射率(在本實施例中n＝1.4471)。該二氧化硅(SiO2)膜104在第三層上通過使用電子槍的真空沉積法制備得到。
作為第五層，制備得到的二氧化鈦(TiO2)膜105相對于第四層二氧化硅(SiO2)膜104的折射率具有足夠高的折射率(在本實施例中n＝2.3483)。二氧化鈦(TiO2)膜105通過一種使用特別的離子鍍裝置的方法制備得到。這種方法使得可以該第五層具有現有技術所不能達到的高折射率。這種特殊的離子鍍裝置和使用這種裝置的鍍膜方法將在后面予以說明。
作為第六層，制備得到的二氧化硅(SiO2)膜106相對于第五層二氧化鈦(TiO2)膜105的折射率具有足夠低的折射率(在本實施例中折射率n＝1.4471)。二氧化硅(SiO2)膜106在第五層上通過使用電子槍的真空沉積法制備得到。
圖3為一截面圖，其說明了按照本發明實施例的另一種增透膜的結構。如圖3所示的增透膜B為一具有通常稱為的中高低型(MHL型)多層膜的增透膜。該增透膜B被設計為具有五層結構的多層膜，該五層結構由制備在基片200上的第一至五層膜組成，該基片200由丙烯酸樹脂做成，該第一至五層膜從該基片200上開始向上順序排列。
如圖2和3所示，該增透膜B包含有，作為第一層的一氧化硅(SiO)膜201、作為第二層的一氧化硅(SiO)膜202、作為第三層的三氧化二鋁(Al2O3)膜203、作為第四層的由二氧化鋯(ZrO2)和二氧化鈦(TiO2)混合組成的膜(二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜)204和作為第五層的氟化鎂(MgF2)膜205。
在這里，第一層一氧化硅(SiO)膜201和第二層一氧化硅(SiO)膜202均以和如圖1所示的增透膜A中相應的第一層一氧化硅(SiO)膜101和第二層一氧化硅(SiO)膜102相同的制備方法制備得到，因此具有與相應的膜101和102相同的特點(折射率、厚度等)。這樣，增透膜B在與由丙烯酸樹脂做成的基片200的附著強度、耐環境性、耐磨性、耐化學腐蝕性和光學特性方面都是極好的。
作為第三層，制備得到的三氧化二鋁(Al2O3)膜203的折射率值(在本實施例中折射率n＝1.631)介于將在下面說明的第四層二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜204的折射率和第五層氟化鎂(MgF2)膜205的折射率的中間。三氧化二鋁(Al2O3)膜203在第二層上通過使用電子槍的真空沉積法制備得到。
作為第四層，制備得到的二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜204具有與第三層三氧化二鋁(Al2O3)膜203的折射率相比相對較高的折射率(在本實施例中折射率n＝1.9899)。二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜204在第三層上通過使用電子槍的真空沉積法制備得到。
作為第五層，制備得到的氟化鎂(MgF2)膜205具有與第三層三氧化二鋁(Al2O3)膜203的折射率相比相對較低的折射率(在本實施例中折射率n＝1.3733)。該氟化鎂(MgF2)膜205通過一種使用特別的離子鍍裝置的方法制備得到，該方法與用于制備增透膜A的第五層二氧化鈦(TiO2)膜105的方法相類似。該方法使得可在不加熱基片200的情況下，實現具有高耐磨性和優越光學性質的氟化鎂(MgF2)膜205。在這種情況下就無需再另外制備一層具有好的耐磨性的膜(例如二氧化硅(SiO2)膜)來作為最外層。
如已經說明過的一樣，因為在增透膜A、B的基片100、200上制備了第一層一氧化硅(SiO)膜101、201和第二層一氧化硅(SiO)膜201、202，所以在制備第三層膜或更高層膜時就可以使用電子槍來加熱和汽化膜材。這樣，這種方法使得批量生產時的質量穩定性提高、生產的可操作性提高、并使得可以使用更高熔點的膜材。
圖4為表示增透膜C的結構的截面圖，其在制備過程中沒有使用前面所述的特別的離子鍍裝置，并以其作為與按照本發明實施例的增透膜A和B的對照比較。如圖2和4所示，增透膜C是一種通常稱為的高低高低型(HLHL型)增透膜，其包含有與如圖1所示的增透膜A相同的基片和材料。就是說，該增透膜C包含有，作為第一層的一氧化硅(SiO)膜301、作為第二層的一氧化硅(SiO)膜302、作為第三層的由二氧化鋯(ZrO2)和二氧化鈦(TiO2)混合組成的膜(二氧化鋯加二氧化鈦(ZrO2+TiO2)膜)303、作為第四層的二氧化硅(SiO2)膜304、作為第五層的二氧化鈦(TiO2)膜305和作為第六層的二氧化硅(SiO2)膜306。與增透膜A所不同的是，第五層二氧化鈦(TiO2)膜305是通過熟知的真空沉積法制備的，而沒有使用前面所述的特別的離子鍍裝置。
以下將要說明的是前面所述的特別的離子鍍裝置及使用該裝置的鍍膜方法。圖5為一示意圖，其給出了一個可用于制備如圖1所示的增透膜A中包含的第五層二氧化鈦(TiO2)膜和如圖3所示的增透膜B中包含的第五層氟化鎂(MgF2)膜那樣的光學薄膜的鍍膜裝置的例子。所示的該鍍膜裝置10被構造為能夠以離子鍍為鍍膜方法來制備薄膜。
該鍍膜裝置10包括一真空室1和一電源供應裝置8作為其主要組成部分。該真空室1由電導材料制成，并接地。一個用于固定需要鍍膜的基片(例如基片200)的基片架2放置在真空室1內的上側。該基片架2由電導材料制成。該基片架2可受電動機(圖中未表示出)的驅動而旋轉，因此，可在靠基片架2來旋轉的基片200上制備薄膜。在真空室1內的下側，放置有一用于放置膜材的坩堝3和一用于產生照射放置于坩堝3內的膜材的電子束的電子槍4。
鍍膜裝置10配備有真空裝置(圖中未特別表示出)，例如真空泵，和氣體供給裝置，因此能夠給真空室1內的空間提供希望得到的真空壓或例如希望得到的氧氣壓(或氬氣壓等)。
電源供應裝置8包括一高頻電源部分11和一偏壓電源裝置12。該高頻電源部分11的一個輸出端通過一高通濾波器(HPF)15與基片架2相連接，另一個輸出端接地。該偏壓電源裝置12的一個輸出端通過一低通濾波器(LPF)16與基片架2相連接，另一個輸出端接地。
這樣，基片架2又可作為真空室1內既可提供高頻電又可提供偏壓電的電極。當在基片架2上加上高頻電時，在真空室1內會產生等離子體以電離(激發)從坩堝3中汽化的膜材。
從高頻電源部分11輸出的功率和頻率的確定，特別取決于將要制備的膜的材料、鍍膜條件和類似因素。
在高頻電源部分11和高通濾波器15中間配置了一個匹配盒(圖中未特別表示出)。該匹配盒，包含有熟知的由電容、電感等組成的匹配電路，其能夠通過調節該匹配電路來使高頻電源部分11一側的阻抗與真空室1一側的阻抗之間相互匹配。
另一方面，偏壓電源裝置12包括一波形發生器13和一偏壓電源14。該波形發生器13產生的波形用于從偏壓電源裝置12輸出的偏壓，該波形被輸入到偏壓電源14。該波形發生器13能夠產生各種各樣的波形，諸如穩定的具有恒定值的直流波形、不同頻率的交流波形、方波和三角波，作為基本波形。該波形發生器13還能夠在數個基本波形的基礎上組合出別的基本波形。基于這種由該波形發生器13產生的基本波形，偏壓電源14輸出已被放大至預先設定的大小的偏壓。
該高通濾波器15具有在允許從高頻電源部分11輸出的功率通過至基片架2一側的同時，阻擋住從偏壓電源裝置12輸出的功率輸入至高頻電源部分11的功能。該低通濾波器16具有在允許從偏壓電源裝置12輸出的功率通過至基片架2一側的同時，阻擋住從高頻電源部分11輸出的功率輸入至偏壓電源裝置12。
以下針對從偏壓電源裝置12輸出的偏壓進行說明。圖6為從偏壓電源裝置12輸出的偏壓波形的一個例子。在圖6中，橫坐標代表時間(秒)而縱坐標代表電壓值的大小(伏)。
如圖6所示，偏壓的值在正的一側和負的一側做周期性的變化。更具體的說，該偏壓具有方波脈沖的波形，并由在一個周期(TW1+T1)里的持續時間TW1內具有恒定的正電壓值VF1的正偏壓和在一個周期(TW1+T1)里的另一段持續時間T1內具有恒定的負電壓值(-VB1)的負偏壓組成。
在使用上述的鍍膜裝置10時，可以以下方法來制備光學薄膜。雖然以下說明的鍍膜步驟是制備前面所述的增透膜B的第五層氟化鎂(MgF2)膜205的，增透膜A的第五層二氧化鈦(TiO2)膜105也可以類似的步驟制備得到。
首先，在坩堝3中放入由氟化鎂(MgF2)組成的膜材，并將基片200放置在基片架2上。在基片架2上放置基片2時，使其將要鍍膜的正面對著坩堝3。然后使電子槍4發射出電子束并以該電子束照射膜材從而使該膜材汽化。
另一方面，啟動電源供應裝置8以通過基片架2供給真空室1內高頻電，并啟動偏壓電源裝置12以給基片架2加上一個偏壓。
通過這樣做，真空室1中就產生了等離子體。從坩堝3中汽化的膜材在經過這樣產生的等離子體時被電離(激發)。這樣得到的電離后的氟化鎂(MgF2)撞擊并沉積在基片200上，這樣就在基片200上鍍上了一層氟化鎂(MgF2)膜。
在使用鍍膜裝置10在基片200上鍍膜的過程中，當高頻電壓被加在基片架2上并在真空室1內產生等離子體時，由于通常稱為的“自偏壓”，所以會在基片200的正面附近區域存在負電勢。
這種由于自偏壓而產生的負電勢和由前面所述的偏壓引起的負偏壓可以使得電離后帶正電的氟化鎂(MgF2)朝基片200加速運動。這樣，由該偏壓引起的負偏壓可進一步加速這種電離后的氟化鎂(MgF2)的運動，這樣在基片200上所鍍上的該膜具有更為致密的結構。
雖然松散束縛的氟在使用鍍膜裝置10的鍍膜過程中容易從電離后的氟化鎂(MgF2)中脫離出來，但是在持續期間TW1內的該偏壓所產生的正偏壓使得帶負電的氟離子能結合進正被制備在基片200上的膜中。這樣，在基片200上制備得到的膜可避免發生氟缺少，因此，可以避免該氟化鎂(MgF2)膜的任何光學特性的變差，而這種光學特性的變差在其他情況下可由于氟缺少而產生。
這里，簡要說明一下自偏壓。該高通濾波器15中具有一個阻塞電容器(圖中未表示出)，其與高頻電源部分11串聯連接。該阻塞電容具有允許一個電流的高頻成分通過而阻止該電流的直流成分通過的功能。相應的，當高頻電被供給至真空室1內時，由于該高頻電的供給而產生的等離子體中的電荷流入基片架2并積累在該阻塞電容上。一個由該阻塞電容的電容量和在該電容上的電量所決定的補償電壓在該阻塞電容的不同極性的兩端產生并被輸至基片架2。因為存在于等離子體中的電子向基片架2的行進速度要高于存在于等離子體中的離子行進的速度，所以該補償電壓在基片架2一側具有恒定的負值。這種按照本機理在與等離子體接觸的電極(在這種情況中為基片架2)上產生的電壓被稱為“自偏壓”。
以下將說明該自偏壓和從偏壓電源裝置12中輸出的偏壓之間的關系。包含在高通濾波器15中的該阻塞電容和偏壓電源裝置12對應于基片架2并聯連接。在這種情況下，該自偏壓和從偏壓電源裝置12中輸出的偏壓中的一個(無論哪個為主)被主要地供給基片架2。在本實施例中，從偏壓電源裝置12輸出的偏壓與自偏壓相比占有優勢，因此，被主要地供給基片架2。圖7為基片架2的電勢圖。如圖7所示，基片架2的電勢(VH)與從偏壓電源裝置12產生的偏壓(參看圖6)基本保持一致，且其變化也與該偏壓的變化一樣。
在本發明中使用的該偏壓并不局限于具有如圖6所示的波形的偏壓。例如，該偏壓可以是正弦波形的。較好的是，該偏壓能具有負的平均值和正的最大值，且其頻率不低于20千赫但并不高于2.45千兆赫，且波形可變。雖然具有更高頻率的偏壓是更希望得到的，但是具有過高頻率的偏壓會導致在真空室1中產生的等離子體不穩定。由于這個原因，在實踐中希望得到的偏壓的頻率要不高于2.45千兆赫。
以下將對按照本實施例的增透膜A和B與作為比較的例子的增透膜C作比較說明。圖8為增透膜A、B和C對應不同波長(大約350至大約800納米)光的反射率。
如圖8所示，增透膜A和B中的任一種均對于波長范圍在大約400至大約650納米的光展現出大約0.2％的平均反射率，而作為對比對于同樣波長范圍的光增透膜C展現出的平均反射率大約在0.5％。從這可以看出，按照本實施例的增透膜A和B均具有比在制備時不使用鍍膜裝置10的增透膜C更好的增透特性。
可以推測，對于在上述波長范圍內的光，上述增透膜A的透射率為99.8％，如果該光在通過該膜時沒有發生光通量的損失的話。類似的可以推測，增透膜B和增透膜C的透射率分別為99.8％和99.5％。
相應的，例如，當有一塊透鏡在其兩邊均鍍上增透膜A，則鍍在該透鏡(以下稱為“透鏡A”)上的增透膜A的透射率為99.6％。同樣地，當有一塊透鏡在其兩邊均鍍上增透膜B，則鍍在該透鏡(以下成為“透鏡B”)上的增透膜B的透射率為99.6％。另一方面，當有一塊透鏡在其兩邊均鍍上增透膜C，則鍍在該透鏡(以下稱為“透鏡C”)上的增透膜C的透射率為99.0％。這樣，在透鏡A或B和透鏡C之間，增透膜的透射率的差異有0.6％那么大。
通常，許多用于遠距攝影的鏡頭透鏡列陣由不少于10塊的透鏡組合而成。當這樣的鏡頭透鏡列陣被設計為使用透鏡A、B或C時，由透鏡A或B組成的鏡頭透鏡列陣的透射率為0.99610＝0.961(96.1％)，而由透鏡C組成的鏡頭透鏡列陣的透射率為0.99010＝0.904(90.4％)。這樣，在使用增透膜A或B的鏡頭透鏡列陣和使用增透膜C的鏡頭透鏡列陣之間，透射率的差異有大約5.7％那么大。從這可以看出，上述兩組鏡頭透鏡列陣之間在光學特性上存在巨大的差異。這意味著增透膜A和B具有非常好的光學特性。
圖9和10分別為顯示增透膜A和B在經過了耐磨性測試和增透膜C在經過了耐磨性測試后的結果的照片。如圖9和10所示，增透膜A和B展示出沒有脫落且很少的裂痕，因此，具有比增透膜C更強的耐磨性。
如已經詳細描述的那樣，本發明能夠實現一種光學增透膜，其具有極好的與由合成樹脂做成的作底基片之間的附著強度、耐環境性、耐磨性和耐化學腐蝕性，并包含有具有良好光學特性的一氧化硅(SiO)膜，且還能實現一種制備這種光學增透膜的方法。
更進一步，本發明能夠實現一種具有優良增透特性的光學增透膜，其使用由合成樹脂做成的基片，并包含有通常稱為的高低高低型(HLHL型)多層膜，其中從最外層起算的第二層膜具有的折射率遠高于現有技術所能達到的水平。
還有，本發明能夠實現一種具有優良增透特性的光學增透膜，其使用由合成樹脂做成的基片，并包含有通常稱為的中高低型(MHL型)多層膜，其中包括一層具有足夠硬度和足夠低折射率的適宜于用作光學薄膜的氟化鎂(MgF2)膜。
雖然如圖1所示，按照本實施例的增透膜A所具有的高低高低型(HLHL型)多層膜由四層組成，這種高低高低型(HLHL型)多層膜也可由五層或更多層組成。
構成如圖1和3所示的增透膜A和B的各層的材料并不局限于前面所提到的那些材料，而是任何其他材料均可被用于制備增透膜A和B的各個層。例如，對于如圖1所示的高低高低型(HLHL型)增透膜A，雖然具有高折射率、位于從最外層起算的第二層位置的第五層105由二氧化鈦(TiO2)作為其主要成分，具有這種特性的該第五層105也可由除二氧化鈦(TiO2)以外的一種具有高折射率(折射率范圍在2.2至2.4)的透明材料組成。具體的說，增透膜A的該第五層105可在由二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)、五氧化二鈦(Ti2O5)、三氧化二鈦(Ti2O3)、五氧化三鈦(Ti3O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)、五氧化二鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)和二氧化鋯(ZrO2)的混合物組成的鍍膜材料組中選擇一種材料作為其主要成分。作為如圖1所示的增透膜A的具有低折射率的最外層第六層106可由通過前面所述的離子鍍方法制備得到的氟化鎂(MgF2)膜組成。如果該第六層106由這樣的氟化鎂(MgF2)膜組成，則該第六層106可足夠的硬度和足夠低的折射率，因此可提供出一種優良的增透膜。
制備在基片100和200上的該第一層和第二層可由除一氧化硅(SiO)外的任何其他硅氧化物或任何其他材料組成。還有，該第一層和第二層可各由互不相同的材料組成。當該第一層和第二層由相同的材料組成時，它們之間的附著強度是良好的。更進一步，如在本實施例中一樣當該第一層和第二層均由一氧化硅(SiO)組成時，本發明在光學特性等方面的優點就能有效地獲得。
雖然在本實施例中使用前面所述的離子鍍方法(即，利用加上高頻電壓產生的等離子體的特別的離子鍍方法)來制備如圖1所示的高低高低型(HLHL型)增透膜A的第五層105，也可以使用利用離子槍或等離子體槍的離子束沉積法來制備這樣的二氧化鈦(TiO2)膜。這些方法將在下面詳細予以說明。
圖12A、12B、13A、13B均為可用于制備如構成如圖1所示的增透膜A的第五層105的二氧化鈦(TiO2)膜那樣的光學薄膜的鍍膜裝置的其他例子的示意圖。在本實施形態中，每種所示的鍍膜裝置均被構造為能基于離子束沉積法來制備薄膜，而不是前面所述的離子鍍法。
如圖12A所示的鍍膜裝置包含有一真空室1，用于固定基片100的基片架2放置在該真空室1內的上側。該基片架2受一電動機M的驅動而旋轉。以膜材為其主要成分的靶20放置在真空室1內的下側，且對著放在基片架2上的基片100的鍍膜面。這里，靶20以鈦(Ti)作為其主要成分。在該真空室1內側的側面，放置一離子槍22，其用于用離子束21從上面來照射靶20的大部分表面。該離子槍22配備有一用于給該離子槍22供應氣體以作為離子源的離子源供應部分22a。在所示的鍍膜裝置中，該離子源供給部分22a供給該離子槍22氬氣，這將在后面予以說明。一普通的離子槍可被用作離子槍22。雖然未在圖中表示出，該離子槍22中包含有一用于產生等離子體的放電電極和一用于通過選擇性地從產生的等離子體中取出離子的方法來產生離子束的構造等。
雖然也未在圖中表示出，和在前面的實施例中一樣，該鍍膜裝置配備有一諸如真空泵的真空裝置和一反應氣體供給裝置。這樣，該鍍膜裝置能給該真空室1的內部空間提供希望得到的真空壓或，例如說，希望得到的反應氣體氣壓(在這里為氧氣)。
下面針對制備作為如圖1所示的增透膜A的第五層的二氧化鈦(TiO2)膜的方法進行說明。
首先，如圖1所示，已在其表面制備好第一至四層101至104的基片100被放置在基片架2上。這里，基片100上已經制備好第一至四層101至104的那面就是將要鍍上二氧化鈦(TiO2)膜的鍍膜面，因此，基片100被放置在基片架2上使其鍍膜面朝真空室1的中間。另一方面，靶20被放置在真空室1內的下側以使其面對著基片100的鍍膜面。然后，對真空室1抽真空以為其內部提供希望得到的真空壓，同時氧氣作為反應氣體被輸入至真空室1內，以為在真空室1內提供希望得到的氧氣壓。
接下來，離子源供應部分22a將氬氣供給離子槍22，該離子槍22又在其內引起放電以產生等離子體并選擇性地將氬離子從該等離子體中取出。而后該離子槍22發出一束這樣取出的氬離子(以下稱為“離子束”)，并以離子束21照射靶20。這樣的照射使得組成靶20的膜材(即鈦(Ti))被這種離子所濺射和汽化。這樣汽化后的鈦(Ti)在該真空室中與氧氣反應生成二氧化鈦(TiO2)，接著該二氧化鈦(TiO2)附著和沉積在基片100上，這樣就形成了一層二氧化鈦(TiO2)膜。在進行這樣的鍍膜時，基片100隨著基片架2一起旋轉。
這樣，就如同前面的離子鍍方法一樣，在不將基片200加熱至高溫的情況下，也可以制備得到具有高折射率的二氧化鈦(TiO2)膜。
如圖12B所示的鍍膜裝置在結構上與如圖12A所示的鍍膜裝置是相似的，但是它們之間的不同之處在于下面的特點。這就是，除與如圖12A所示的鍍膜裝置一樣在裝置的較高處的側面放置有離子槍22外，這個例子的鍍膜裝置在裝置的較低處的側面放置有離子槍23。這里，該較高的離子槍22被稱為第一離子槍，而該較低的離子槍23被稱為第二離子槍。該第一和第二離子槍22和23均具有與普通離子槍同樣的結構，且均如圖12A所示那樣配備有氬氣作為離子源。
在該具有兩個這樣的離子槍22和23的裝置中，第一離子槍22用離子束21照射靶20以使得作為膜材的鈦(Ti)汽化，這就如同圖12A中的電子槍所做的一樣。如同圖12A中的情況，這樣汽化后的鈦(Ti)被用于制備二氧化鈦(TiO2)膜。另一方面，第二離子槍23輔助第一離子槍22以使得膜更為致密。具體地說，第二離子槍23從該裝置的下側用離子束21照射沉積在基片100的鍍膜面上的二氧化鈦(TiO2)膜，以使該二氧化鈦(TiO2)膜致密(這種方法被稱為“輻照”)。這個例子的鍍膜裝置能夠通過利用第二離子槍23來使沉積的二氧化鈦(TiO2)膜變得致密，因此，其能夠制備更為致密的二氧化鈦(TiO2)膜，這是除前面與圖12A有關的優點之外的一個優點。
如圖13A所示的鍍膜裝置在結構上與如圖12B所示的鍍膜裝置是相似的，但是它們之間的不同之處在于下面的特點。這就是，這個例子的鍍膜裝置被構造為用電子槍27發出的電子束28來照射放在坩堝24中的膜材25以使該膜材25汽化，而不是利用第一離子槍22來濺射靶20以汽化膜材(鈦)。具體地說，該裝置包括面對著固定在基片架2上的基片100放置的坩堝24、向放在坩堝24中的膜材(鈦)發射電子束28的電子槍27和一個用于使電子束28偏轉以將其引導至膜材25的電子束引導結構(未在圖中表示出)。
電子槍27具有一種普通的結構。就是說，電子槍27包括一在其內的燈絲，其在被加熱時產生熱電子(雖然在這里沒有圖示)。一束這樣的熱電子(以下稱為“電子束”)28從電子槍27發射出。而后，該電子束28被例如使用一磁鐵的電子束引導結構引導至坩堝24，以用該電子束28照射膜材25，從而使膜材25汽化。該汽化后的膜材25a在該真空室中與氧氣反應生成二氧化鈦(TiO2)，接著該二氧化鈦(TiO2)附著和沉積在基片100的鍍膜面上。如同圖12B中的情況，該鍍膜裝置使用離子槍23來輔助鍍膜，即通過用離子束21照射這樣沉積的二氧化鈦(TiO2)膜來使其更為致密，這就如同前面說明的一樣。
如圖13B所示的鍍膜裝置包含有一真空室1、一放置在該真空室1內的基片架2，該基片架2由電導材料做成、一面對著固定在基片架2上的基片100的鍍膜面放置的坩堝24，在該坩堝24中放滿了膜材(Ti)25。由電導材料做成的坩堝24和基片架2與一電源串聯連接。在真空室1中的坩堝24和基片架2之間的空間里，放置有一能被加熱的燈絲28和一電離電極29，它們在連接坩堝24和基片架2的虛線的橫斷方向上彼此相對放置。還有，一對在上述橫斷方向上相對的加速電極31位于比由燈絲28和電離電極29組成的一對離基片架2更近的地方。
雖然未在圖中表示出，這個例子的鍍膜裝置配備有用于給真空室1抽真空的真空裝置和用于給真空室1內供給反應氣體的反應氣體供給裝置。在這種情況下，氧氣被用作反應氣體。
在這裝置中，在基片架2和坩堝24之間加上電壓，以使得膜材(鈦)25從坩堝24中如波濤般洶涌般地汽化，從而形成材料25的中性團簇30。在這里所使用的“團簇”，意思是指500至1000個原子彼此松散地束縛的狀態。接下來，燈絲28被加熱以產生熱電子，通過引起這些熱電子與電離電極29之間的放電，團簇30被電離。以下，這種電離后的團簇被稱為離化團簇32。該離化團簇32在真空室1中與氧氣反應，該反應的產物被加速電極31加速向基片100行進，并附著和沉積在基片100的鍍膜面上。這樣，一層二氧化鈦(TiO2)膜制備得到了。這個例子的裝置，適合于以上面所述的方式將膜材本身變為離子束，也能夠體會到與使用前面所述的使用離子槍的裝置得到的膜相同的優點。此外，這裝置使膜材形成離化團簇，因此能夠獲得更好薄膜質量的膜。
應當注意到的是，如圖12A、12B和13A中所示的鍍膜裝置均未被設計為在鍍膜期間在基片架一側加上偏壓，因此不能夠如同在前面的離子鍍中一樣在基片一側加上正的偏壓和負的偏壓。由于這個原因，如果這些裝置被用于制備如圖3所示的增透膜B中的氟化鎂(MgF2)膜，這些裝置就不能獲得前面離子鍍法的優點，即在基片一側加上適當的正偏壓可避免氟分離。另一方面，由于如圖13B所示的鍍膜裝置被設計為在基片一側加上電壓，所以該裝置能夠在基片一側加上合適的正偏壓。因此，使用該裝置來制備如圖3所示的增透膜中的氟化鎂(MgF2)膜，可以獲得避免氟分離的效果，就如同前面的離子鍍法一樣。
圖14為再另外一個能夠制備構成如圖1所示的增透膜A中的第五層105的二氧化鈦(TiO2)膜和構成如圖3所示的增透膜B中的第五層205的氟化鎂(MgF2)膜的鍍膜裝置的例子的示意圖。在本實施例中，該鍍膜裝置被構造為能夠基于一種使用等離子體槍的方法來制備薄膜，而不是如圖12和13所示的實施例中均使用的離子槍。
如圖14所示，這個例子的鍍膜裝置包含有一真空室1和一用于在該真空室1內產生等離子體的等離子體槍40。雖然未在圖上表示出，這個鍍膜裝置配備有用于給真空室1抽真空的諸如真空泵的真空裝置和用于給真空室1內供給反應氣體的諸如沖氣泵的反應氣體供給裝置。在這種情況下，氧氣被用作反應氣體。
該真空室1具有一反應氣體供給口41、一抽氣孔42和一等離子體導入口43。該反應氣體供給口41與反應氣體供給裝置(未在圖上表示出)相連接，該抽氣孔42與真空裝置(未在圖上表示出)相連接，而該等離子體導入口43與等離子體槍40相連接。在該真空室1內的上側放置一用于固定基片100的基片架2。該由電導材料做成的基片架2與位于真空室1外的一離子聚集電源44相電連接。該離子聚集電源44接地。該基片架2受一電動機(未在圖中表示出)的驅動而旋轉。
一蒸發源60放置在真空室1內的下側。該蒸發源60由一個放滿膜材61的坩堝62和一支撐部分64組成，該支撐部分64中放置有一電子束聚集磁鐵63，其用于使從等離子體槍40中發射出的電子束45的前進方向偏轉，以使該電子束45照射膜材61，這將在后面予以說明。該由導電材料做成的蒸發源60與一放電電源相連，并接地。這樣布置的該蒸發源60在為了產生等離子體的放電過程中起到了陽極的作用，這將在后面予以說明。
該等離子體槍40位于真空室1的側面，且其所限定的內部空間與真空室1的內部空間互通以使得在該等離子體槍40中產生的電子束45能經過電子束導入口43而被導入真空室1。在這裝置中使用的等離子體槍40為一普通的等離子體槍。
具體地說，一對相對的等離子體發生陰極46配置在等離子體槍40內，第一和第二中間電極47和48依次放置在從等離子體槍40與真空室1的連接部分到該陰極46之間的電子束行進路徑上。再有，該等離子體槍40配備有一對靠近該連接部分的線圈49，以用于使等離子體束匯聚。這些電極46、47和48通過配有適當電阻的導線與放電電源50相連，該放電電源50與蒸發源60相連。該等離子體槍40具有一輸運氣體入口51，其處于每個陰極46的上游并與輸運氣體供給裝置(未在圖中表示出)相連接。在這鍍膜裝置中，該輸運氣體供給裝置給該等離子體槍40供給氬氣作為等離子體源。
以下針對使用這樣構造的裝置來制備作為如圖1所示的增透膜A的第五層105的二氧化鈦(TiO2)膜的方法進行說明。
首先，如圖1所示，在基片架2上固定已在其表面制備好第一至四層101至104的基片100。在這里，基片100已經制備好第一至四層101至104的那面將被鍍上二氧化鈦(TiO2)膜。該基片以其鍍膜面朝真空室1的中間的方式放置。而后，在坩堝62中放滿膜材61。雖然在這里將鈦(Ti)用作膜材，但是也可將任何鈦氧化物諸如二氧化鈦(TiO2)用作膜材。接下來，真空裝置(未在圖中表示出)通過抽氣孔42對真空室1抽真空以使得真空室1內氣壓達到預先設定的真空條件，同時反應氣體供給裝置(未在圖中表示出)通過反應氣體供給口41供給真空室1內預先設定量的氧氣以作為反應氣體。
另一方面，輸運氣體供給裝置(未在圖中表示出)通過輸運氣體入口51供給在等離子體槍40中產生等離子體時用作輸運氣體的氬氣。由于在陰極46和作為陽極的蒸發源60之間的放電，這樣輸入的氬氣被轉換至等離子態。而后，通過第一和第二中間電極47和48各自的作用，電子被從等離子體中選擇性地取出。這樣從等離子體中取出的一束電子(即電子束45)被等離子體匯聚線圈49匯聚。接下來，這樣匯聚后的電子束受到蒸發源60中電子束匯聚磁鐵63產生的磁場作用。這樣電子束45通過等離子體導入口43被導入至真空室1內，以使得電子束45照射在坩堝62中的膜材61。膜材61被電子束45這樣照射后汽化。還有，電子束45中的電子與真空室1中的氧氣發生碰撞，從而在真空室1中產生等離子體。
在經過該等離子體時，這樣汽化的膜材61被真空室1中產生的等離子體所激發并因此而電離。因為這個例子的鍍膜裝置特別能夠通過該等離子體來電離被電子束45照射后從膜材61中汽化出來的高濃度部分蒸汽，所以這裝置可以提供更高的電離效率。
這樣電離后的膜材在真空室1中與氧氣發生反應，該反應的生成物被通過離子聚集電源44加在基片一側的偏壓所加速而向基片100運動。最后，該反應生成物撞擊并沉積在基片100的鍍膜面上，這樣就在基片100的鍍膜面上鍍上了二氧化鈦(TiO2)膜。
在本實施例中使用了等離子體槍40，因此能夠制備更為致密的膜。還有，本實施例確保了更高的電離效率，因此能夠提高膜材的反應率并提高膜的質量。
上面的說明是針對按照本實施例使用具有等離子體槍的鍍膜裝置來制備二氧化鈦(TiO2)膜的情況進行的。但是，該裝置也可用于制備作為如圖3所示的增透膜B的第五層的氟化鎂(MgF2)膜。在這種情況下，當離子聚集電源44把如圖6所示的合適的偏壓加在基片一側時，可以獲得阻止氟分離的效應。
如前所述，本發明能夠提供一種光學增透膜，其具有令人滿意的與由合成樹脂做成的做底基片之間的附著強度、耐環境性、耐磨性、耐化學腐蝕性，并具有優良的光學特性，還提供一種制備這種膜的方法。
更進一步，本發明能夠提供一種光學增透膜，其使用的基片由合成樹脂做成，并包含有一通常稱為的高低高低型(HLHL型)多層膜，其中構成從最外層起算的第二層膜具有的折射率遠高于現有技術所能提供的水平，還提供了一種制備這種膜的方法。
還有，本發明能夠提供一種光學增透膜，其使用的基片由合成樹脂做成，并包含有一通常稱為的中高低型(MHL型)多層膜，其中包括一層具有足夠硬度和足夠低折射率并適合用作光學薄膜的氟化鎂(MgF2)膜，還提供了一種制備這種膜的方法。
由于本發明可在不脫離其實質特征的精神的前提下，以多種方式實施，所以這些實施例是舉例說明性質的，而不具有限定性。因為本發明的范圍是由權利要求書而不是說明書限定的，所以所有落入這些權利要求范圍或與該范圍等同的范圍內的變化，均為這些權利要求所包含。
權利要求
1.一種制備在由合成樹脂做成的基片上的光學增透膜，其包含有一層制備在該基片表面上的第一膜，該第一膜具有預先設定的厚度和與該基片折射率基本相等的折射率；一層制備在該第一膜表面的第二膜，該第二膜具有預先設定的厚度和在1.48至1.62之間范圍內的折射率值，且由與制備該第一膜相同或不同的材料組成；和一制備在該第二膜表面的多層膜，該多層膜具有增透特性。
2.按照權利要求1所述的光學增透膜，其特征在于該第一膜和第二膜均由一種硅氧化物組成。
3.按照權利要求1所述的光學增透膜，其特征在于該基片由丙烯酸樹脂做成。
4.按照權利要求1所述的光學增透膜，其特征在于該第一膜為通過利用電阻加熱的真空沉積法而得到膜的形成。
5.按照權利要求1所述的光學增透膜，其特征在于該多層膜由層疊的數層膜組成，該層疊的方式為該數層膜的相鄰層之間具有各自互不相同的折射率，且該數層膜由各自的折射率形成交替地、而且相對地具有高/低值。
6.按照權利要求5所述的光學增透膜，其特征在于該多層膜中有一層第三膜，該第三膜為從離該第二膜最遠的最外層起算的第二層，該第三膜具有的折射率值在2.2至2.4之間的范圍內。
7.按照權利要求6所述的光學增透膜，其特征在于該第三膜為由二氧化鈦、三氧化二鈦、五氧化三鈦、五氧化二鉭、二氧化鋯、五氧化二鈮、二氧化鈦與二氧化鋯的混合物組成的組中選出的一種材料作為主要成分組成。
8.按照權利要求6所述的光學增透膜，其特征在于該第三膜通過這樣的方法制備得到，其所使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該方法包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；在該真空室內汽化膜材；給該供給偏壓的電極加高頻電壓使得其成為在該真空室中產生等離子體的一個電極；并給該供給偏壓的電極加上頻率不低于20千赫但不高于2.45千兆赫的波形變化的偏壓。
9.按照權利要求8所述的光學增透膜，其特征在于該偏壓具有負的平均值和正的最大值。
10.按照權利要求6所述的光學增透膜，其特征在于該第三膜通過這樣的方法制備得到，其所使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一用于在鍍膜時產生離子束的離子束產生構造，該方法包括以下步驟將該基片放置在該真空室內；使該離子束產生構造產生離子束；利用該真空室中的該離子束使得膜材沉積在該基片的表面上。
11.按照權利要求10所述的光學增透膜，其特征在于該離子束產生構造為一離子槍，此時該膜材沉積的步驟包含以下步驟用該離子槍產生的離子束照射該膜材以使該膜材汽化；這種汽化后的膜材沉積在該基片的表面。
12.按照權利要求6所述的光學增透膜，其特征在于該第三膜通過這樣的方法制備得到，其所使用的鍍膜裝置包含有一真空室、一用于產生供給該真空室等離子體的等離子體產生構造和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該方法包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；使得該等離子體產生構造產生等離子體，從而產生由存在于該等離子體中的電子組成的電子束，并將該電子束引導進入該真空室；用該電子束照射膜材以使得該膜材汽化；通過該電子束在該真空室中產生等離子體；并給該供給偏壓的電極加上偏壓以使得該汽化后的膜材沉積在該基片的表面上。
13.按照權利要求12所述的光學增透膜，其特征在于該等離子體產生構造為一等離子體槍。
14.按照權利要求1所述的光學增透膜，其特征在于該多層膜由層疊的三層膜組成，該三層包括一位于離該第二膜最遠的外層膜、一位于離該第二膜最近的內層膜、和一位于該外層膜和該內層膜中間的中層膜，該外層膜具有的折射率為組成該三層的膜中最低的，該中層膜具有的折射率為組成該三層的膜中最高的，該內層膜具有的折射率值在該外層膜的折射率值和該中層膜的折射率值的中間。
15.按照權利要求14所述的光學增透膜，其特征在于該外層膜由氟化鎂(MgF2)作為主要成分組成。
16.按照權利要求14所述的光學增透膜，其特征在于該外層膜通過這樣的方法制備得到，其所使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該方法包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；在該真空室內汽化膜材；給該供給偏壓的電極加高頻電壓使得其成為在該真空室中產生等離子體的一個電極；并給該供給偏壓的電極加上具有負的平均值和正的最大值、頻率不低于20千赫但不高于2.45千兆赫的波形變化的偏壓。
17.按照權利要求14所述的光學增透膜，其特征在于該外層膜通過這樣的方法制備得到，其中使用的鍍膜裝置包含有一真空室、一用于產生供給該真空室等離子體的等離子體產生構造和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該方法包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；使得該等離子體產生構造產生等離子體，從而產生由存在于該等離子體中的電子組成的電子束并將該電子束引導進入該真空室；用該電子束照射膜材以使得該膜材汽化；通過該電子束在該真空室中產生等離子體；并給該供給偏壓的電極加上具有負的平均值和正的最大值的偏壓以使得該汽化后的膜材沉積在該基片的表面上。
18.一種在由合成樹脂做成的基片上制備光學增透膜的鍍膜方法，其包括以下步驟在該基片的表面上通過利用電阻加熱的真空沉積法制備一層具有預先設定的厚度的第一膜，該第一膜具有與該基片的折射率基本相等的折射率；在該第一膜的表面上通過利用電阻加熱的真空沉積法制備一層具有預先設定的厚度的第二膜，該第二膜的折射率值在1.48至1.62之間的范圍內，且由與該第一膜相同或不同的材料組成；在該第二膜的表面上制備一具有增透特性的多層膜。
19.按照權利要求18所述的方法，其特征在于該第一膜和第二膜均包含有硅氧化物作為其主要成分。
20.按照權利要求18所述的方法，其特征在于該制備多層膜的步驟由在該第二膜的表面層疊數層膜的步驟組成，該層疊的方式為該數層膜的相鄰層之間具有各自互不相同的折射率，且具有交替地、相對地高/低折射率值，該層疊數層膜的步驟包含有制備一層第三膜的步驟，該第三膜為從離該基片最遠的最外層起算的第二層，該第三膜為由二氧化鈦、三氧化二鈦、五氧化三鈦、五氧化二鉭、二氧化鋯、五氧化二鈮、二氧化鈦與二氧化鋯的混合物組成的鍍膜材料組中選出的一種材料作為主要成分組成。
21.按照權利要求20所述的方法，其特征在于在制備該第三膜的步驟中，使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該制備第三膜的步驟包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；在該真空室內汽化在上述鍍膜材料組中選出的一種膜材；給該供給偏壓的電極加上高頻電壓使得其成為在該真空室中產生等離子體的一個電極；并給該供給偏壓的電極加上頻率不低于20千赫但不高于2.45千兆赫的波形變化的偏壓。
22.按照權利要求21所述的方法，其特征在于在給該偏壓供給電極加上偏壓的步驟中，該偏壓具有負的平均值和正的最大值。
23.按照權利要求20所述的方法，其特征在于在制備該第三膜的步驟中，使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一用于產生照射該真空室中的膜材的離子束的離子槍，該制備該第三膜的步驟包括以下步驟將該基片放置在該真空室內；使該離子槍產生離子束并用該離子束照射在從上述組中選出的一種膜材并使該膜材汽化；這樣汽化后的膜材沉積在該基片的表面。
24.按照權利要求20所述的方法，其特征在于在制備該第三膜的步驟中，使用的鍍膜裝置包含有一真空室、一用于產生供給該真空室等離子體的等離子體槍和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，該制備該第三膜的步驟包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；使得該等離子體槍產生等離子體，從而產生由存在于該等離子體中的電子組成的電子束，并將該電子束引導進入該真空室；用該電子束照射從上述組中選出的一種膜材以使得該膜材汽化；通過該電子束在該真空室中產生等離子體；并給該供給偏壓的電極加上偏壓以使得該汽化后的膜材沉積在該基片的表面。
25.按照權利要求18所述的方法，其特征在于該制備該多層膜的步驟包含有以下步驟制備一內層膜，其位置離該第二膜最為靠近；在該內層膜上制備一中層膜；再制備一外層膜，其位置離該第二膜最遠，該外層膜的折射率是組成該三層的膜的折射率中最低的，該中層膜的折射率是組成該三層的膜的折射率中最高的，該內層膜的折射率的值處于該外層膜的折射率與該中層膜的折射率的中間，制備該外層膜的步驟為一制備由氟化鎂作為其主要成分的膜的步驟。
26.按照權利要求25所述的方法，其特征在于在制備由氟化鎂作為其主要成分的該外層膜的步驟中，使用的鍍膜裝置包含有一真空室和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，并包括以下步驟將該基片放置在該供給偏壓的電極上；在該真空室內汽化作為膜材的氟化鎂；給該供給偏壓的電極加上高頻電壓使得其成為在該真空室中產生等離子體的一個電極；并給該供給偏壓的電板加上具有負的平均值和正的最大值、頻率不低于20千赫但不高于2.45千兆赫的波形變化的偏壓。
27.按照權利要求25所述的方法，其特征在于在制備由氟化鎂作為其主要成分的該外層膜的步驟中，使用的鍍膜裝置包含有一真空室、一用于產生供給該真空室等離子體的等離子體槍和一放置于該真空室內的供給偏壓的電極，并包括以下步驟將該基片放置在該偏壓電極上；使得該等離子體槍產生等離子體，從而產生由存在于該等離子體中的電子組成的電子束，并將該電子束引導進入該真空室；用該電子束照射作為膜材的氟化鎂以使得氟化鎂在該真空室中汽化；通過該電子束在該真空室中產生等離子體；并給該供給偏壓的電極加上具有負的平均值和正的最大值的偏壓以使得該汽化后的膜材沉積在該基片的表面。
全文摘要
本發明公開了一種光學增透膜(反射防止膜)及其鍍膜方法。一層具有與丙烯酸樹脂基片的折射率基本相等的折射率的第一一氧化硅膜制備在該基片上至大約200鈉米厚度，在該第一一氧化硅膜上制備一層折射率值在1.48至1.62之間范圍內的第二一氧化硅膜至大約200鈉米厚度。還有，例如在高低型增透膜的情況中，使用一特殊的離子鍍裝置制備一層折射率值在2.2至2.4之間范圍的二氧化鈦膜，以作為從最外層起算的第二層。
文檔編號C23C14/26GK1532563SQ0315671
公開日2004年9月29日 申請日期2003年9月8日 優先權日2002年9月9日
發明者生水出淳史, 床本勛, 堀崇展, 古塚毅士, 士 申請人:新明和工業株式會社