光学元件及其制造方法、光学装置及其制造方法与流程

本公开涉及光学元件领域，更具体地，涉及光学元件、光学装置、制造光学元件的方法以及制造光学装置的方法。

背景技术：

1、随着智能驾驶领域的快速发展，激光雷达、抬头显示（hud）等技术在汽车上的应用越来越广泛。通常情况下，需要使用透光元件如光学视窗来阻隔激光雷达和hud等装置与外界环境的直接接触，以避免激光雷达和hud等装置受到外界环境的污染，进而影响正常工作。然而，当光学视窗的内、外部温差较大且湿度较高时，视窗的内外面会产生雾气或冰霜。雾气或冰霜附着在视窗面会造成光线的折射和反射，进而容易影响如激光雷达通过视窗进行的光信号的传输。

2、目前，为了去除视窗表面的雾气或冰霜，多采用在视窗表面贴附一层透明导电膜并对该透明导电膜通电以将电能转化为热能，加热该视窗表面，实现除雾除冰的效果。但是，激光雷达和hud等装置对外界可见光和/或近红外光的透过率和反射率要求较高如需要具备高透过率和低反射率，因此对贴附于视窗表面上的透明导电膜的结构和/或加工工艺等的要求较高。

3、然而，目前市场上大部分透明导电膜无法同时具备高导电性能和低反射率（反射率可指大角度如50°光线入射的反射率）。例如，常见的透明导电膜在200nm~2000nm±100nm波段范围内的光线入射时，其对光线的反射率在3%左右。

技术实现思路

1、本公开一方面提供了一种光学元件。该光学元件包括基板、第一增透膜层、功能膜层和第二增透膜层。第一增透膜层位于基板的一侧。功能膜层位于第一增透膜层背离基板的一侧，用于产生热量。第二增透膜层位于功能膜层背离第一增透膜层的一侧。第一增透膜层和第二增透膜层均包括具有不同折射率的多层膜层，以使光学元件对光线的透过率大于或等于预设值。

2、在一个实施方式中，预设值大于或等于92%。光学元件对光线的反射率小于或等于1%。

3、在一个实施方式中，第一增透膜层的厚度在50 nm~2000 nm范围内。第一增透膜层包括交替堆叠的第一膜层和第二膜层。第一增透膜层靠近基板的一侧为第一膜层。第一增透膜层远离基板的一侧为第一膜层或第二膜层。第一膜层的折射率在1.3~1.7范围内。第二膜层的折射率在1.8~4.0范围内。

4、在一个实施方式中，第一膜层包括氧化硅、氧化铝和氟化镁中的一种或多种。第二膜层包括钛、钽、铌、锆、铪、硅的氧化物、氮化物或氢化物中的一种或多种。第一膜层和第二膜层的数量均在1~7范围内。

5、在一个实施方式中，第二增透膜层的厚度在30 nm~400 nm范围内。第二增透膜层包括交替堆叠的第三膜层和第四膜层。第二增透膜层靠近功能膜层的一侧为第三膜层。第二增透膜层远离功能膜层的一侧为第三膜层或第四膜层。第三膜层的折射率在1.3~1.7范围内，第四膜层的折射率在1.8~4.0范围内。

6、在一个实施方式中，第三膜层包括氧化硅、氧化铝和氟化镁中的一种或多种。第四膜层包括钛、钽、铌、锆、铪、硅的氧化物、氮化物或氢化物中的一种或多种。第三膜层和第四膜层的数量均在1~7范围内。

7、在一个实施方式中，功能膜层的厚度在20 nm~600 nm范围内。功能膜层的方阻在2ω/sq~200ω/sq范围内。功能膜层对光线的折射率在2.0~2.3范围内。

8、在一个实施方式中，功能膜层包括金属材料、半导体材料和合金材料中的一种或多种。金属材料包括金、银、铜和铝中的一种或多种。半导体材料包括氧化铟锡和铝锌氧化物中的一种或多种。

9、在一个实施方式中，功能膜层包括氧元素，其中氧元素在功能膜层包含的全部元素中的占比在40%~75%范围内。

10、在一个实施方式中，功能膜层对光线的吸收率小于或等于2.5%。

11、在一个实施方式中，采用蒸发镀膜工艺、溅射镀膜工艺或气相沉积镀膜工艺形成第一增透膜层、功能膜层和第二增透膜层中的至少之一。

12、在一个实施方式中，光学元件还包括位于基板和第一增透膜层之间的结合层。结合层的厚度在5 nm~100 nm范围内。结合层包括半导体材料，其中半导体材料包括钛、钽、铌、锆、铪、硅及其氧化物中的一种或多种。

13、在一个实施方式中，光学元件还包括位于基板背离第一增透膜层的一侧的保护层，其中保护层包括防水膜层和硬质膜层中的至少之一。

14、在一个实施方式中，光学元件还包括第三增透膜层。第三增透膜层位于基板与保护层之间。第三增透膜层的厚度在100 nm~500 nm范围内。第三增透膜层包括交替堆叠的第五膜层和第六膜层。第五膜层和第六膜层的数量均在1~7范围内。第五膜层的折射率在1.3~1.7范围内。第六膜层的折射率在1.8~4.0范围内。第五膜层包括氧化硅、氧化铝和氟化镁中的一种或多种。第六膜层包括钛、钽、铌、锆、铪、硅的氧化物、氮化物或氢化物中的一种或多种。

15、在一个实施方式中，保护层的厚度在5 nm~50 nm范围内。保护层包括含氟有机物。

16、在一个实施方式中，第一增透膜层、功能膜层和第二增透膜层的等效光程为1/4λ的奇数倍，其中λ为光线的波长。1/4λ的奇数倍=n1×d1+n2×d2+n3×d3，其中，n1为第一增透膜层的折射率，d1为第一增透膜层的厚度，n2为第二增透膜层的折射率，d2为第二增透膜层的厚度，n3为功能膜层的折射率，d3为功能膜层的厚度。

17、在一个实施方式中，基板包括玻璃材料、塑料材料和陶瓷材料中的一种或多种。

18、在一个实施方式中，功能膜层对光线的吸收率a与氧元素的占比q满足：10≤q/a≤28。

19、本公开另一方面提供了一种光学装置。该光学装置包括光源和上文描述的光学元件。光源发射的光线射入光学元件的第二增透膜层。

20、本公开另一方面提供了一种光学元件的制造方法。该方法包括：在基板的一侧设置第一增透膜层；在第一增透膜层背离基板的一侧设置功能膜层，功能膜层用于产生热量；以及在功能膜层背离第一增透膜层的一侧设置第二增透膜层。第一增透膜层和第二增透膜层均包括具有不同折射率的多层膜层，以使光学元件对光线的透过率大于或等于预设值。

21、在一个实施方式中，采用蒸发镀膜工艺、溅射镀膜工艺或气相沉积镀膜工艺形成第一增透膜层、功能膜层和第二增透膜层中的至少之一。

22、在一个实施方式中，功能膜层包括金、银、铜、铝、氧化铟锡、铝锌氧化物中的一种或多种。在第一增透膜层背离基板的一侧设置功能膜层，包括：设置镀膜腔体内的温度t在50℃~250℃范围内、真空度p在0.0001 pa~0.1 pa范围内以及充氧量f在1 sccm~500 sccm范围内，以使功能膜层中的氧元素在功能膜层的全部元素中的占比在40%~75%范围内。

23、在一个实施方式中，镀膜腔体内的温度t、真空度p和充氧量f满足：0.1≤-log(p)×t/f≤750。

24、在一个实施方式中，镀膜腔体内的氧气分压x、真空度p和充氧量f满足：x=kf/p，其中k在0.005~0.02范围内。

25、在一个实施方式中，功能膜层的方阻r、镀膜腔体内的氧气分压x和镀膜腔体内的温度t满足：r=-0.0005x3+0.15084x2-11.405x+275.61+0.031t。

26、在一个实施方式中，在基板的一侧设置第一增透膜层包括：在基板的一侧交替堆叠第一膜层和第二膜层形成第一增透膜层。第一增透膜层的厚度在50 nm~2000 nm范围内；第一膜层和第二膜层的数量均在1~7范围内；第一膜层包括氧化硅、氧化铝和氟化镁中的一种或多种，第一膜层的折射率在1.3~1.7范围内；以及第二膜层包括钛、钽、铌、锆、铪、硅的氧化物、氮化物或氢化物中的一种或多种，第二膜层的折射率在1.8~4.0范围内。

27、在一个实施方式中，在功能膜层背离第一增透膜层的一侧设置第二增透膜层包括：在功能膜层背离第一增透膜层的一侧交替堆叠第三膜层和第四膜层形成第二增透膜层。第二增透膜层的厚度在30 nm~400 nm范围内；第三膜层和第四膜层的数量均在1~7范围内；第三膜层包括氧化硅、氧化铝和氟化镁中的一种或多种，第三膜层的折射率在1.3~1.7范围内；以及第四膜层包括钛、钽、铌、锆、铪、硅的氧化物、氮化物或氢化物中的一种或多种，第四膜层的折射率在1.8~4.0范围内。

28、在一个实施方式中，上述方法还包括：在基板的一侧设置结合层，其中结合层包括半导体材料。在基板的一侧设置第一增透膜层包括：在结合层的一侧设置第一增透膜层。

29、在一个实施方式中，上述方法还包括：在基板背离第一增透膜层的一侧设置保护层，其中保护层包括防水膜层和硬质膜层中的至少之一。

30、在一个实施方式中，上述方法还包括：在基板背离第一增透膜层的一侧设置第三增透膜层；在基板背离第一增透膜层的一侧设置保护层，包括：在第三增透膜层背离基板的一侧设置保护层。

31、在一个实施方式中，在基板背离第一增透膜层的一侧设置第三增透膜层包括：在基板背离第一增透膜层的一侧交替堆叠第五膜层和第六膜层形成第三增透膜层。第五膜层和第六膜层的数量均在1~7范围内；第五膜层的折射率在1.3~1.7范围内，第六膜层的折射率在1.8~4.0范围内；以及第五膜层包括氧化硅、氧化铝和氟化镁中的一种或多种，第六膜层包括钛、钽、铌、锆、铪、硅的氧化物、氮化物或氢化物中的一种或多种。

32、本公开另一方面提供了一种光学装置的制造方法。该方法包括：设置光源；以及根据上文描述的方法在光源的一侧设置光学元件。光源发射的光线射入至光学元件的第二增透膜层。