光學(xué)真空鍍膜機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展

孫海新

（歌爾股份有限公司，山東濰坊 261000）

0 引言

光學(xué)鍍膜是指在真空條件下，用物理的方法在元件表面鍍上一層或多層膜的過程。光學(xué)鍍膜可以改變元件的光學(xué)性能，以滿足不同場景的需求。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，用戶對鍍膜質(zhì)量以及生產(chǎn)成本提出了更高的要求，不斷提高的用戶需求使得必須不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝。介紹光學(xué)鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)以及鍍膜工藝在部件選擇和真空室配置等方面的決定性作用，針對Lens（鏡頭）的膜系生產(chǎn)提出了鍍膜工藝的改進(jìn)方法，以達(dá)到提高生產(chǎn)精度、降低生產(chǎn)和維護(hù)成本、減少污染的目的。

1 光學(xué)鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理

1.1 光學(xué)鍍膜機(jī)結(jié)構(gòu)

光學(xué)鍍膜機(jī)由真空系統(tǒng)、蒸鍍系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成，其中真空系統(tǒng)由真空罐和排氣系統(tǒng)組成。真空罐是鍍膜機(jī)的主體，鍍膜過程就是在真空罐中完成的，通過連接閥將真空罐和排氣系統(tǒng)相連。為了防止空氣分子對濺射離子的影響、提高膜層的質(zhì)量，在工作時，必須將光學(xué)元件和離子源置于真空環(huán)境中。排氣系統(tǒng)主要由機(jī)械泵、羅茨泵和真空泵組成，負(fù)責(zé)排出真空罐內(nèi)的氣體、使罐內(nèi)形成真空環(huán)境。

蒸鍍系統(tǒng)主要指成膜裝置部分，鍍膜機(jī)器的成膜裝置有很多種，如電阻加熱、電子槍蒸發(fā)、磁控濺射、射頻濺射、離子鍍等。

1.2 光學(xué)鍍膜機(jī)工作原理

光學(xué)鍍膜機(jī)通過真空濺射的方式在光學(xué)元件上涂鍍薄膜，以此改變元件對入射光線的反射率和透過率。同時，為了盡可能地減少元件表面的反射損失、提高成像質(zhì)量，往往涂鍍多層薄膜。光學(xué)元件鍍膜后，光在多層膜層的表面進(jìn)行多次反射和透射，形成多光束干涉，通過控制膜層的厚度和折射率，可以得到不同的強(qiáng)度分布。利用這一原理可以制造偏振反光膜、彩色分光膜、冷光膜和干涉濾光片等，以滿足更加復(fù)雜的需求。

2 光學(xué)鍍膜機(jī)的特點及應(yīng)用

相比于傳統(tǒng)的真空鍍膜機(jī)，光學(xué)鍍膜機(jī)有以下3 個特點。

（1）光學(xué)薄膜表面光滑，膜層間的折射率在表面上可以躍變但在膜層內(nèi)折射率是穩(wěn)定不變的。

（2）光學(xué)鍍膜機(jī)鍍膜過程中基件的溫升更低，所以光學(xué)鍍膜機(jī)可以在對溫度較敏感元件的表面鍍膜。

（3）對于光學(xué)元件的鍍膜，光學(xué)鍍膜機(jī)具有更高的精度，膜層更加均勻、光學(xué)性能更加穩(wěn)定。

目前，光學(xué)鍍膜機(jī)已經(jīng)在光通信、光顯示、激光加工、航空航天和AR（Augmented Reality，增強(qiáng)現(xiàn)實）、VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實）等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

3 光學(xué)鍍膜機(jī)改進(jìn)方法

光學(xué)鍍膜機(jī)在實際生產(chǎn)應(yīng)用中涉及到成本、效率和性能等內(nèi)容。設(shè)備尺寸和蒸發(fā)源配置取決于公司的發(fā)展定位，這基本上已固定，所以離子源配置和真空系統(tǒng)效率是主要考慮內(nèi)容。

3.1 離子源配置

光學(xué)鍍膜機(jī)所配置的離子源如表1 所示。

表1 離子源的工作原理及特點

從成本、性能和污染量3 個方面綜合考慮，選取射頻源作為離子源，以此保證1.8M 鍍膜機(jī)尺寸下樹脂Lens（鏡頭）膜的離子束密度和功率。

3.2 高真空泵的選擇

高真空泵配合機(jī)械泵進(jìn)一步降低真空罐內(nèi)的真空度，較高的真空度有利于提高膜層質(zhì)量。從購置及維護(hù)成本、真空效率、啟停時間和污染量等方面綜合考慮，選擇用分子泵取代傳統(tǒng)的擴(kuò)散泵（表2）。

表2 擴(kuò)散泵與分子泵對比表

由表2 可以看出，相同抽速流量下，分子泵相比于擴(kuò)散泵不僅保養(yǎng)費用低，而且功耗更低、啟動時間更短。由于分子泵不使用油液，因此其不存在油污染的問題。相比于傳統(tǒng)的擴(kuò)散泵，分子泵具有抽速大、啟動快、無油污染、維護(hù)簡單等優(yōu)勢，但也存在購置成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。