ITCZ20000007A1 - Specchio con banda di riflessione altamente selettiva. - Google Patents
Specchio con banda di riflessione altamente selettiva. Download PDFInfo
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Description
SPECCHIO CON BANDA DI RIFLESSIONE ALTAMENTE SELETTIVA
Dom in io dell’ in venzione
L’invenzione consiste di specchi “multistrato”, particolarmente adatti a svolgere la funzione di specchi retrovisori per airto veicoli. Con la dizione “specchio multistrato” si definiscono dispositivi in grado di riflettere la luce visibile che possono in genere essere composti: a) di un supporto trasparente, b) di una serie di strati dielettrici (il multistrato), c) di uno strato metallico altamente riflettente, d) eventuali strati assorbenti.
Arte pregressa e natura dell’innovazione prodotta dal brevetto
In questo contesto gli specchi più semplici sono quelli tradizionali di alluminio i quali riflettono le radiazioni del visibile senza alterare lo spettro Gli Specchi che contengono oltre allo strato metallico anche una serie di strati dielettrici, e che per tale ragione vengono detti multistrato, hanno la proprietà di riflettere spettri luminosi modificati nelle loro componenti cromatiche in modo tale da assicurare un minore abbagliamento al guidatore da parte dei moderni fari alogeni dei veicoli che marciano nella stessa direzione. In altri termini gli specchi multistrato sono stati introdotti per eliminare dallo spettro luminoso le componenti cromatiche che maggiormente disturbano l’occhio del guidatore [1]. Tuttavia su tale punto esistono prescrizioni severe sulle caratteristiche dei sistemi impiegati in quanto Teliminazione di componenti monocromatiche può portare a distorsioni che modificano la natura dell’informazione ottica tale da indurre il guidatore ad errori di identificazione degli oggetti e del loro movimento. Ad esempio, uno specchietto retrovisore deve avere una riflessione integrale dello spettro luminoso superiore a 0.4 e deve avere proprietà cromatiche tali da non indurre errori d'identificazione. Gli specchi multistrato sono caratterizzati dalla deposizione su un supporto vetroso di diversi strati di materiale metallico e di ma teriali dielettrici. Lo strato più esterno rispetto alla base vetrosa può essere o una superficie metallica altamente riflettente (costituito generalmente da alluminio o cromo) oppure uno strato semiconduttore (generalmente a base di germanio) anch’esso ad alta riflessione. Tra questo strato altamente riflettente e la superficie vetrosa vengono intercalati vari strati di materiali dielettrici (generalmente ossidi, fluoruri e solfuri) a diverso indice di rifrazione e spessore. Secondo le leggi della fisica ottica [2] lo spettro di riflessione di uno specchio multistrato del tipo sopra descritto, dipende criticamente dalla disposizione dei vari strati dielettrici intercalati tra il supporto vetroso e la superficie riflettente, dal loro spessore e dal loro indice di rifrazione.
Descrìviamo di seguito una serie di specchi con mulistrati dielettrici intermedi (tra la superficie vetrosa e la superficie metallica esterna) già noti, prima della presente invenzione.
E’ noto ad esempio uno specchio [3] nel quale viene utilizzato un multistrato intermedio costituito da tre strati aventi le seguenti caratteristiche. Il primo strato (Al) è un materiale ad alto indice di rifrazione avente spessore ottico pari a λο/4 (essendo λο la lunghezza d’onda della luce scelta per il controllo della formazione del rivestimento). Il secondo strato con basso indice di rifrazione (B) ha uno spessore anche pari a λο/4. Il terzo strato (2A2) dallo spessore λο/2 è di nuovo ad alto indice di rifrazione. La formula del rivestimento multistrato intermedio è in questo caso A1 B 2A2. Lo stesso brevetto presenta una ulteriore soluzione secondo la quale il multistrato intermedio è formato da quattro strati A1 B1 A2B2 ciascuno dei quali avente spessore λ/4. Questo tipo di specchio multistrato ha un alto coefficiente di riflessione nell’intervallo spettrale compreso tra 430 e S30 nra, mentre presenta ima bassa riflessione tra 550 e 700 nm. Esso mostra pertanto un colore celeste. Un inconveniente notevole di questo specchio è l’alterazione notevole dell’equilibrio cromatico degli oggetti. Ad esempio gli oggetti di colore rosso sono poco visibili in luce riflessa. Un secondo gravissimo inconveniente presentato da un tale specchio è costituito dal fatto che il massimo della luce da esso riflessa corrisponde proprio alla banda, centrata intorno ad una lunghezza d’onda λ-510 nm ,alla quale l’occhio ha la massima sensibilità notturna [4]. Il guidatore, di un veicolo portatore di un tale specchio, è fortemente abbagliato dai Atri dei veicoli in coda, anche se lo specchio taglia una notevole visibilità nella banda cromatica del rosso.
Altri specchi con multistrato riflettente, di recente invenzione, Sono riportati nel riferimento [5]. Questi specchi, per la natura, disposizione e spessore degli strati impiegati, presentano l’inconveniente di non abbassare selettivamente la riflessione della banda verde dello spettro, ed in alcuni casi di tagliare fortemente la banda del rosso. Mentre da una parte non viene diminuita la componente spettrale alla quale ha la massima sensibilità nella visione notturna, d’altra parte viene abbassata la luminosità e viene distorta la cromaticità degli oggetti ( gli oggetti di colore rosso diventano meno visibili )
Ulteriori specchi noti del tipo multistrato [6,7] sono sicuramente validi sul piano della qualità della luce riflessa, in quanto il minimo di tale luce cade nella banda di lunghezze d’onda compresa tra 480 e 550 nm. In questo caso però il multistrato dielettrico compreso tra la superficie vetrosa e la superficie metallica esterna è composto da molteplici strati che sono tra dì loro diversi non solo per i materiali utilizzati ma anche per le metodologie di deposizioni impiegate. Ciò rende questi specchi poco adatti alla produzione industriale e quindi costosi. Un altro inconveniente ad essi ascrivibile è la bassa luminosità globale che li rende poco adatti alla guida notturna.
Lo specchio descritto nel riferimento [8] ha un multistrato dielettrico il cui numero di strati (da 3 a 6) è più basso rispetto a quelli presenti negli specchi rivendicati nei riferimenti [6] e [7]. In questo caso l’invenzione può essere industrializzata con costi inferiori, ma permane l’inconveniente di una relativamente bassa luminosità notturna dello specchio.
Nel brevetto [9] e’ inoltre descritto uno specchio nel quale i parametri ottici sono analoghi a quelli dello specchio descritto nel riferimento [8], sebbene sia meno protetto dal punto di vista meccanico.
Uno specchio multistrato, nel quale viene depressa la riflessione delle componenti spettrali centrate intorno a 550 nm, è quello riportato nel riferimento [10]. Questo specchio, di seguito descritto in dettaglio, sarà utilizzato come termine di paragone per illustrare la qualità superiore degli specchi oggetto della presente invenzione. Esso contiene, tra il supporto di vetro ed uno strato metallico o semiconduttore esterno ad alta riflessione, un multistrato dielettrico costituito almeno da uno strato ad alto indice di rifrazione spesso λο/2 (depositato sul supporto vetroso ) ed almeno uno strato a basso indice di rifrazione con uno spessore ottico compreso tra 0.05 e 0.4 volte λο. In questa invenzione lo strato dielettrico ad alto indice di rifrazione (1.9-2.4 ) è costituito da almeno imo dei seguenti composti: SiO, TiO2, Ta2O5, ZrO2, HfO2, ZnS. Lo strato dielettrico a basso indice di rifrazione (1.3-1.8 ) è invece costituito da almeno uno dei seguenti composti: SiO2, Al2O3, MgF2, CeF3. Alternativamente, lo strato ad alto indice di rifrazione può essere costituito da Al2O3 e/o CeF3, quando si scelgono opportunamente i materiali per lo strato a più basso indice di rifrazione. Lo strato esterno riflettente viene realizzato con metalli e semiconduttori quali: Cr, Ni, Al, Ag, Co, Fe, Si e Ge, oppure con leghe contenenti almeno uno di questi componenti
La fig.l mostra la efficienza luminosa spettrale dell’occhio umano in condizioni notturna V’(X)(curva 1). Nella stessa figura è riportata la curva 2 chi rappresentata l’energia spettrale emessa da una lampada alogena di automobile Ρ(λ), mentre la curva 3 è invece il prodotto ν'(λ)*Ρ(λ) e illustra pertanto lo spettro della sensibilità che l’occhio umano riesce ad avere di notte rispetto alla luminosità di una lampada alogena di automobile. La figura 1 mostra inequivocabilmente che la massima sensibilità dell’occhio umano nella visione notturna cade nel range di frequenze compreso tra 510 e 530 nm. Quindi il massimo potere di abbagliamento notturno è dato proprio da questa banda luminosa. Partendo da questa considerazione, gli autori del brevetto del riferimento [10] hanno proposto di correggere l’abbagliamento dei fari alogeni per mezzo di specchi retrovisori aventi una riflessione minima nella banda di frequenza 510-530 nm.
In fig.2 sono riportati gli spettri di riflessione degli specchi multistrati proposti nel riferimento [10]. Le curve 1 - 5 (fig.2) corrispondono alle caratteristiche spettrali del coefficiente riflessione di vari specchi, secondo il seguente schema:
curva 1 - S 2A1 B1 M1 λ0 = 540 mn,
curva 2 - S 2A1 1/2 B1 M1 λ0 = 600 nm,
curva 3 - S B2 2A1 B1 M2 λ0 = 540 nm,
curva 4- S A1 A2 B2 M1 λ0 = 540 nm,
curva 5 - S B2 A1 A2 1/2B1 M1 λ0 = 600 nm,
dove S è ilsupporto;
A è il materiale dielettrico ad alta rifrazione;
B è il materiale dielettrico a bassa rifrazione;
M è Io strato metallico o semiconduttore ad alta riflessione;
In particolare:
AI — TiO2; B2 — SiO2;
A2 - ZrO2; M1 - Cr;
B1 - MgF2; M2 - Ge;
lo spessore ottico degli strati rivestimento è tale che gli strati A e B corrispondono a λ0/4; 2A corrisponde a λ0/2; 1/2B corrisponde a λ0/8.
Le curve di fig.2 mostrano che lo specchio retrovisivo del riferimento [10} sopprime efficacemente P abbagliamento. In particolare la massima efficacia si raggiunge con lo specchio nel quale il dielettrico è composto da quattro strati (curva 5, fig.2). Bi ogna tuttavia sottolineare il fatto che lo specchio in questione non assicura al guidatore la massima luminosità che può essere raggiunta con le tecnologie impiegate. Nel caso dello specchio oggetto della presente invenzione la luminosità è stata invece ottimizzata.
Secondo i riferimenti [1,4,13] la luminosità relativa ν(λ.) avvertita di notte dal guidatore quando guarda uno specchietto retrovisivo è data dalla seguente equazione:
dove
V'(λ) è la luminosità relativa media dell’occhio umano di notte in un sistema ottico «sorgente monocromatica - occhio umano» [4];
Ρ(λ ) è la potenza spettrale del fero alogeno dell’automobile; R(λ) è il coefficiente di riflessione dello specchio retrovisivo multistrato.
Usando i dati di Ρ(λ), Υ(λ) e Κ(λ) del riferimento [10] riportati nelle figg .1 e 2 e’ fàcile ottenere la luminosità relativa degli specchi I risultati di tale pro cedura di calcolo di ν(λ) sono riportati nella fig.3.
Tra i parametri principali che caratterizzano gli spettri (quello ottico incluso) vi sono la larghezza dello spettro a metà altezza, e la loro forma.
Questi parametri sono estremamente importanti in riferimento alla capacità di non distoreere oltre certi limiti le caratteristiche cromatiche degli oggetti (si veda ad esempio la figura 3, nella quale sono definiti λ1 (limite blu) e λ2 (limite rosso) che definiscono la larghezza spettrale Δλ=λ2-λ. Per i cinque specchi multistrati 1-5 riportati nel riferimento [10] Δλ risulta uguale rispettivamente a 84, 87, 95, 90 e 100 nm. Riteniamo che questo parametro sia molto importante ai fini del confort del guidatore notturno. Infetti più grande risulta Δλ più il guidatore riesce a percepire i colori degli oggetti senza distorsioni cromatiche che possano alterare la sua comprensione della natura degli stessi oggetti.
L’obiettivo dell’invenzione è stato la realizzazione di uno specchio retrovisivo multistrato per veicoli che abbinasse
a) un più forte effetto antiabbagliante, rispetto agli specchi noti, attraverso una riduzione efficace delle componenti cromatiche comprese tra510 e 530 nm; b) una piu’ alta luminosità’ relativa per il guidatore, rispetto agli specchi multistrato già noti;
c) una distorsione cromatica inferiore a quella degli altri specchi già noti (Δλ più grande );
d) una maggiore facilità di costruzione, per garantire l’abbattimento dei costi di produzione ed una facile adattabilità, obiettivo questo perseguito attraverso l’ impiego di nuovi materiali e la riduzione al minimo del numero degli strati componenti il multistrato dielettrico interfacciato tra il supporto e Io strato metallico esterno.
ln altre parole l’invenzione qui presentata, pur ricollegandosi a concetti noti nel campo della tecnologia degli specchi retrovisori, concerne l’utilizzazione di materiali non ancora utilizzati in questo contesto e la disposizione ottimale degli stessi, per l’ottenimento di specchietti retrovisori che pur avendo alta luminosità, abbassano selettivamente la componente luminosa che abbaglia l’occhio umano nella visione notturna senza eliminare componenti cromatiche essenziali a mantenere la cromaticità il più possibile naturale degli oggetti. Dimostreremo con dati quantitativi che la nuova soluzione tecnica qui presentata soddisfa questi requisiti in maggiore misura rispetto ad altri trovati analoghi fabbricati con materiali e disposizioni alternative. Oltre agli aspetti che riguardano la qualità dello specchio da noi prodotto, l’invenzione fa riferimento anche alla sua facilità di fabbricazione. Da questo punto di vista bisogna considerare che il passaggio più complesso dal punto di vista della fabbricazione industriale di specchi multistrato è proprio la deposizione dei vari strati dielettrici e metallico. Il rivestimento multistrato si realizza con diversi metodi fisico-chimici quali ad esempio l’evaporazione sotto vuoto, la spruzzatura ionica a plasma o quella di magnetrone, la deposizione plasmochimica dagli idruri e dai composti metallorganici. Uno dei problemi che in passato ha complicato la industrializzazione di specchi antiabbaglianti è stata la necessità di dover utilizzare processi differenti per la deposizione degli strati metallici altamente riflettenti e per la deposizione degli strati dielettrici a diverso indice di rifrazione. Per la natura dei materiali impiegati negli specchi che rappresentano l’oggetto della presente invenzione, la pellicola metallica ad alta riflessione viene depositata con lo stesso metodo utilizzato per la deposizione del rivestimento dielettrico multistrato, all’interno dello stesso ciclo di processo. Questo assicura una notevole semplificazione del processo di fabbricazione.
Nel nostro caso il multistrato dielettrico intermedio contiene almeno uno' strato di materiale semiconduttore ad alto indice di rifrazione e almeno uno strato di materiale dielettrico con basso indice di rifrazione. Lo strato ad alto indice di rifrazione, nel range 3, 4-3, 8, può essere costituito da a) silicio amorfo (α-Si); b) silicio amorfo idrogenato (α- Si:H), c) una lega amorfa di silicio e germanio (α-SiGe)„ d) una lega amorfa idrogenata di silicio e germanio (α-SiGe:H). Lo strato di materiale dielettrico a basso indice di rifrazione, nel range 1,3-2, 3, è preferibilmente costituito da ossidi come SiO2, Al2O3, oppure da fluoruri come MgF2, CeF3 o anche da loro miscele o altri materiali dielettrici con di rifrazione nel range indicato.
Lo strato metallico ad aha riflessione formato sul rivestimento multistrato ha preferibilmente un coefficiente di riflessione uguale a 0,6 o più grande di 0.6, nel range del visibile. Esso può essere costituito da un metallo singolo come Cr, Ni, Al, Ag o altri simili, oppure da una lega metallica con coefficiente di riflessione analoghi a quelli sopra indicati.
Si sottolinea che un elemento di innovazione introdotto dal presente brevetto è costituito dall’impiego di materiali amorfi quali α- Si, α- Si:H, α-SiGe, α-- SiGe:H, in almeno imo degli strati del multistrato riflettente. Tali materiali semiconduttori amorfi presentano almeno tre vantaggi rispetto ad altri amorfi:
-sono depositabili a bassa temperatura,
-sono perfettamente trasparenti,
-il loro indice di rifrazione può essere variato.
In questo brevetto presenteremo le seguenti tre differenti formule di specchi:
1. Specchi di formula S A 2B M, nel quale :
S è il il supporto di vetro o altro materiale trasparente;
A è uno strato semiconduttore ad alto indice di rifrazione (nel range 3, 4-3, 8);
B è uno strato di materiale dielettrico a bassa rifrazione (indice di rifrazione 1,3-2, 3) avente spessore ottico pari a λ0/2;
M è uno strato metallico ad alta riflessione.
2. Specchi di formula S 1/2A1 1/2 A22B M, oppure S 1/4Αι 3/4A22B M,
nel quale :
1/2 A1, 1/4 A1 sono strati dielettrici ad alto indice di rifrazione, compreso nel range 3, 4-4.8, aventi spessore ottico λ0/8 e λ0/16; 1/2A2, 3/4 A2 sono strati dielettrici con alto indice di rifrazione dello spessore ottico λ0/8 e 3λ0/16, che sono realizzati con materiali aventi indice di rifrazione più alto rispetto a quelli con i quali si realizza lo strato B.
B è uno strato di materiale dielettrico a bassa rifrazione (indice di rifrazione 1,3-2, 3) avente spessore ottico pari a λ0/2;
M è uno strato metallico ad alta riflessione.
3. Specchi nei quali viene eliminato lo strato riflettente metallico e nei quali la funzione riflettente è generata dall’eflètto interferenziale di strati di semiconduttori separati da strati dielettrici.
Come si potrà vedere, osservando gli spettri di riflessione degli specchi descritti negli esempi di seguito riportati, detti specchi, pur avendo un coefficiente di riflessione integrato analogo, ed in molti casi superiore, in confronto agli specchi già noti, riducono di più di tre volte l’abbagliamento, in visione notturna, rispetto allo specchio di alluminio. Mentre i migliori specchi già noti riducono l’abbagliamento, rispetto allo specchio di alluminio, di un fattore inferiore a due. Inoltre, mentre i migliori specchi antiabbaglianti già noti sono specchi blu [14], gli specchi qui presentati riflettono il blu quanto il rosso. Essi hanno un coefficiente di riflessione che rispetta lo standard imposto( superiore al 35% ) per tutte le regioni spettrali, ma riducono fino al del 20% la riflettività soltanto nella zona spettrale dove è massima la sensibilità dell’occhio umano. Secondo gli standard intemazionali (si veda in particolare [11,12]), il coefficiente integrale di riflessione degli specchi retrovisori non deve essere inferiore a 0.38-0.40. I nostri specchi in tutti i casi hanno un coefficiente integrale di riflessione nel range visivo superiore a 0.47.
In definitiva i nostri specchi hanno un coefficiente di riflessione effettivo notevolmente più alto rispetto a quello di altri specchi. Essi, quando vengono utilizzati come specchietti retrovisori nelle autovetture, forniscono una informazione più completa e cromaticamente precisa delle vetture retrostanti, rispetto a quella fornita dagli specchi blu. Inoltre, essi presentano il vantaggio di un migliore contrasto visivo e pertanto aumentano la sicurezza soprattutto nelle ore crepuscolari e nelle giornate con cielo coperto.
Esempio 1.
Un primo esempio dell’invenzione è costituito da specchio retrovisivo multistrato per i veicoli, contenente un supporto trasparente, un film dielettrico multistrato depositato sul supporto trasparente ed uno strato metallico ad alta riflessione depositato sul film dielettrico multistrato. Il film dielettrico multistrato, intermedio tra il supporto e lo strato metallico, comprende uno strato di materiale con alto indice di rifrazione e uno strato di materiale con basso indice di rifrazione.
Il supporto che si usa nella soluzione tecnica presentata e’ trasparente. Esso deve essere prevalentemente piatto da entrambi i lati, ma può essere anche convesso o concavo, in conformità alle norme tecniche vigenti [13].
Lo spessore ottico dello strato semiconduttore ad alto indice di rifrazione e’ uguale a λ0/4 (dove λ0 è la lunghezza d’onda usata per il controllo nella formazione del rivestimento) e lo spessore ottico dello strato con basso indice di rifrazione è λ0/2. Lo spessore ottico dello strato semiconduttore ad alto indice di rifrazione non deve superare il valore di λο/4 anche per escludere gli effetti dell’assorbimento di luce nello strato , che ridurrebbero la luminosità dello specchio.
Quindi lo specchio multistrato trattato in questo esempio ha un rivestimento multistrato a due strati e la sua formula e’:
S A 2B M,
dove S è il il supporto di vetro;
A è lo strato semiconduttore ad alto indice di rifrazione nel range 3,4-
2B è lo strato di materiale dielettrico a bassa rifrazione (indice di rifrazione 1,3-2, 3) avente spessore ottico pari a λ0/2; M è lo strato metallico ad alta riflessione.
La disposizione degli strati ad alta e a bassa rifrazione del rivestimento multistrato dielettrico intermedio non può essere variata e deve necessariamente rispettare il seguente ordine. Lo strato semiconduttore ad alto coefficiente di rifrazione deve essere depositato sulla superficie del supporto trasparente. Sullo strato ad alto indice di rifrazione si deposita lo strato a basso indice di rifrazione. Sullo strato a basso indice di rifrazione si deposita quello metallico ad alta riflessione. La disposizione degli strati indicata è importante per la realizzazione di caratteristiche spettrali caratterizzate da buona luminosità e basso abbagliamento.
. In fig.4a e’ presentata in scala maggiorata la sezione dello specchio nel quale il multistrato dielettrico contiene due strati. Nella figura sono evidenziati;
1. è il supporto di vetro;
2. è uno strato semiconduttore (A) in silicio amorfo (α-Si), avente Pindice di rifrazione 3,5; di spessore ottico λ0/4 (in questo esempio λ0 e’ la lunghezza d’onda di controllo per la formazione del rivestimento : uguale a 520 nm e quindi λ0/4 e’ uguale a 130 nm), 3. è uno strato di materiale in SiO2 con basso indice di rifrazione (n=1,46) (2B) di spessore ottico λ0/2 (260 nm);
4. è una pellicola metallica in Al.
Lo strato A può essere costituito anche da, α-SiH, α-SiGe, α-SiGeH
La caratteristica spettrale del coefficiente riflessione dello specchio multistrato dato e’ riportata in fig.5. Osservando fig.5 si vede bene che lo specchio sopprime efficacemente l’ abbagliamento avendo un basso coefficiente di riflessione nel range lunghezze d’onde compreso tra 480 e S30 nm in cui il prodotto della sensibilità dell’occhio umano nella visione notturna per la potenza spettrale di un fòro alogeno di automobile raggiunge i valori più grandi Si vede anche che lo specchio ha alto coefficiente di riflessione nella zona blu (430-480 nm) e nella zona rossa (540-700 nm) dello spettro dove la sensibilità dell’occhio umano alla luminosità e’ bassa La selettività di riflessione dello specchio non abbassa il valore integrale della riflessione nella banda del visibile che risulta uguale a 0,51. In fig.6 e’ paragonato il prodotto Ρ(λ)* V(L)* R(L) nella banda visibile calcolato per lo specchio descritto in questo esempio (curva 1) rispetto a quello calcolato per uno degli specchi più efficaci descritti nel riferimento [10] (curva 2). Dalla fig.6 si evince che per lo specchio descritto nell’esempio la semilarghezza della sensibilità relativa Δλ e’ uguale a 110 nm ed e’ più larga di 10 nm rispetto a quella dello specchio descritto nel riferimento [10] il quale tra l’altro contiene un maggior numero di strati dielettrici nel multistrato dielettrico( quattro) . In definitiva lo specchio descritto nell’esempio si caratterizza per avere una più alta capacita’ antiabbagliante, una più alta luminosità, una minore distorsione cromatica , una maggiore semplicità di fabbricazione, rispetto a specchi già noti di tipo analogo.
Esempio 2.
Questo esempio riporta imo specchio multistrato nel quale lo strato dielettrico intermedio tra la superficie del supporto e lo strato metallico ad alta riflessione , è costituita da tre strati.
La formula dello specchio è pertanto:
S 1/2A1 1/2A22B M oppure S 1/4A1 3/4A22B M,
Dove 1/2A1, 1/4A1 sono strati con indice di rifrazione compreso tra 3.4 e 3.8, di spessore ottico pari a λ0/8 e λ0/16, mentre
1/2A2, 3/4A2 sono strati dielettrici di spessore ottico λ0/8 e 3λ0/16, realizzati con, materiali aventi indice di rifrazione piu' alto rispetto a quelli con i quali si realizza lo strato B. Se lo strato B si realizza in SiO2 (n=1 ,46) o MgF2 (n=1,38) con spessore ottico λ0/2 allora per lo strato A2 si usano TiO2 (n=2,30), ZrO2 (n=2,02), ΗfO (n-1,98) et al. B è imo strato di materiale dielettrico a bassa rifrazione (indice di rifrazione 1,3-2, 3) avente spessore ottico pari a λ0/2; M è uno strato metallico ad alta riflessione.
In fig.4b e’ illustrata, in scala maggiorata, una sezione dello specchio multistrato presentato in questo esempio. 11 è il supporto di vetro. 12 è lo strato semiconduttore (1/2A1) di spessore ottico λ0/8 (in questo esempio λ0 e’ uguale a 520 nm e quindi λ0/8 e’ uguale a 65 nm), costituito da silicio amorfo (o-Si), avente l’indice di rifrazione 3,5. 13 è lo strato di materiale dielettrico con alto indice di rifrazione (I/2A2) di spessore ottico λ0/8 (65 nm), costituito da ZrO2 (n=2,02). 14 è lo strato di materiale dielettrico con basso indice di rifrazione (2B), di spessore ottico λ0/2 (260 nm), costituito da SiO2 (n=1,46). 15 è la pellicola in AL Lo strato A1 può essere costituito anche da α-SiH, α-SiGe, α-SiGeH
La disposizione degli strati ad alta e a bassa rifrazione e’ definita. Lo strato semiconduttore (A1) e' depositato sulla superficie del supporto; sullo strato (Al) è depositato lo strato dielettrico ad alta rifrazione (A2 ) sul quale e’ depositato lo strato dielettrico a bassa rifrazione (B) che a sua volta è ricoperto dallo strato metallico ad alta riflessione (M). Tale disposizione degli strati deve essere rispettata se si vuole impartire caratteristiche spettrali, al coefficiente di riflessione dello specchio, tali da garantire alta luminosità e aho potere aptiabbagliante.
Scegliendo lo spessore ottico ottimale dello strato semiconduttore ad alta rifrazione ( non piu’ di λ0/4) l’assorbimento di luce nello strato semiconduttore risulta trascurabile e non influisce negativamente sulla qualità’ dello strato riflettente. D’altra parte, la grande differenza (dovuta all’impiego di un materiale semiconduttore) tra i valori degli indici di rifrazione degli strati alternanti del rivestimento multistrato consente di ottenere un antiabbagliamento più efficace rispetto a quello fornito da specchi già noti contenenti 2 o 3 strati negli strati dielettrici intermedi. Questa soluzione consente inoltre di allargare il parametro Δλ di 10-30 nm, ovvero di migliorare la luminosità relativa, e di eliminare distorsioni cromatiche.
La caratteristica spettrale del coefficiente di riflessione dello specchio descritto e’ riportata in fig.7 nella quale si può constatare che lo specchio ha un alto coefficiente riflessione sia nella zona blu (430-480 nm), sia nella zona rossa (540-700 nm) dello spettro dove la sensibilità dell’occhio umano all’irraggiamento e’ bassa. La selettività di riflessione dello specchio non abbassa il valore integrale (della banda visibile) del coefficiente riflessione, che e’ uguale a 0,38.
In fig.8 e’ riportato il prodotto Ρ(λ)* ν(λ)* R(λ) nella banda visibile calcolato per Io specchio di questo esempio (curva 1) rispetto a quello calcolato per lo specchio del riferimento [10] (curva 2). Dalla fig.8 si evince che per Io specchio di questo esempio la semilarghezza della sensibilità relativa Δλ e’ uguale a 128 nm, e risulta più larga di 30 nm rispetto a quella dello specchio con 4 strati dielettrici presentato nel riferimento [10].
Esempio 3.
Lo specchio presentato in questo esempio è illustrato nella figura 9. Esso è composto da una base di vetro standard 1, da un multistrato dielettrico/semiconduttore a più strati 2, e da uno strato protettivo di assorbimento 3. In questo specchio non esiste lo strato di metallo che nei precedenti esempi era necessario per ottenere una riflessione sufficientemente alta. In questo caso, l’alto coefficiente di riflessione nel range spettrale si raggiunge tramite la riflessione interferenziale a livello del multistrato dielettrico/semiconduttore.
La superficie a più strati è composta da una successione di strati alternati di semiconduttori e dielettrici di spessore diverso. Come strato con il massimo coefficiente di refrazione (n>3.5) viene utilizzato il cremnio amorfo. Tutti gli strati di tale superficie sono stati depositati tramite evaporazione elettronica sotto vuoto.
La formula dello specchio è:
S A1 B, 2A1 B, A2 C,
dove S - supporto trasparente;
A1- ZrO2 con lo spessore ottico pari a λ0/4;
A2- α-Si con lo spessore ottico pari a λ0/4;
B1- SiO2 con lo spessore ottico pari a λ0/4;
C - strato assorbente.
Lo strato A2 può essere costituito anche da α-SiH, α-SiGe, α-SiGeH
Per ottenere tale superficie in qualità dell’onda di sostegno si usava l’onda λ0 =510 nm.
Lo strato protettivo di assorbimento 3 deve assorbire la luce nell’intero range del visibile. Tale strato si può realizzare in resina nera epoxida (black epoxy spray paint) oppure in vernice nera (lacquer), depositabili sul retro dello specchio tramite metodi di spraying, curtain-coating oppure roller-coating.
La caratteristica spettrale del coefficiente di riflessione dello specchio è riportata nella figura 10. Il coefficiente di riflessione integrale supera il 47%( Secondo le norme esistenti non deve essere inferiore al 38%).
Per analogia con gli esempi 1 e 2, nella figura 11 e' riportato il prodotto ν(λ)Κ(λ)Ρ(λ) nel range visibile ottenuto per lo specchio di questo esempio (curva 1), in comparazione con gli analoghi prodotti ottenuti per gli specchi del riferimento [10] (curve 2 e 3) si noti che per lo specchio rivendicato in questo brevetto la larghezza spettrale di visibilità' e' piu' grande di 20 nm, ciò' testimonia la maggiore fedeltà nella trasmissione dei colori.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI I . Specchio con banda di riflessione altamente selettiva adatto a svolgere la funzione di specchi retrovisori per autoveicoli costituito da: -un supporto trasparente jn vetro o in materiali plastici, -un multistrato depositato sul supporto trasparente che contiene: • Uno strato con indice di rifrazione non inferiore a 3.4. • Uno o più strati di materiali aventi indice di rifrazione compreso tra 1.3 ed 1.5 • Un terzo strato Caratterizzato dal fatto che lo strato con il più alto indice di rifrazione è costituito da materiali amorfi, non piro litici, e che lo strato o gli strati con indice di rifrazione compreso tra 1.3 ed 1.5 hanno uno spessore pari λ/2.
- 2. Specchio con banda di riflessione altamente selettiva adatto a svolgere la funzione di specchi retrovisori per autoveicoli del tipo rivendicato nella rivendicazione 1 , nel quale il multistrato sia composto dai seguenti strati: 1- uno strato semiconduttore, di spessore λ/4, scelto tra :a) silicio amorfo (α-Si); b) silicio amorfo idrogenato (α- Si:H); c) una lega amorfa di silicio e germanio (α-SiGe), d) una lega amorfa idrogenata di silicio e germanio (α-SiGe:H); 2- uno strato di materiale dielettrico, di spessore λ/2, a più basso indice di rifrazione, nel range 1,3- 1.5, costituito da ossidi come SiO2, Αl2O3. oppure da fluoruri come MgF2, CeF3 o anche da loro miscele con indice di rifrazione nel range indicato.
- 3 -uno strato metallico ad alta riflessione. Gli strati 1,2,3 sono depositati in ordine progressivo sul supporto. Specchio con banda di riflessione altamente selettiva adatto a svolgere la funzione di specchi retrovisori per autoveicoli del tipo rivendicato nella rivendicazione 1 , nel quale il multistrato sia composto dai seguenti strati: 1- uno strato semiconduttore, di spessore λ/8 o λ/16, scelto tra :a) silicio amorfo (α- Si); b) silicio amorfo idrogenato (α- Si:H); c) una lega amorfa di silicio e germanio (n-SiGe), d) una lega amorfa idrogenata di silicio e germanio (α-SiGe:H ); 2- uno strato ad indice di rifrazione intermedio, di spessore λ/8 o λ 3/16 costituito preferibilmente da Ti O2(n=2,30) o da ZrO2 (n=2,02) o da HfO2 (n=1,98) o da altri dielettrici con indice di rifrazione analoghi; 3 -uno strato con basso indice di rifrazione, di spessore 7J2 , preferibilmente costituito da SiO2 (n=1,46) o MgF2 (n=1,38) o da altri dielettrici con indici di rifrazione analoghi. 4-uno strato metallico riflettente. Gli strati 1,2, 3, 4 sono depositati in ordine progressivo sul supporto vetroso.
- 4. Specchio con banda di riflessione altamente selettiva adatto a svolgere la funzione di specchi retrovisori per autoveicoli del tipo rivendicato nella rivendicazione 1 , nel quale il multistrato sia composto dai seguenti strati: -due strati (A2) di materiali ad indice di rifrazione intermedio ( 1.9-2.4 ) quali Ti O2(n=2,30) o ZrO2 (n=2,02) o HfO2 (n=1,98) o altri dielettrici con indice di rifrazione analoghi;ti a basso indice di rifrazione -due strati (B) di materiali a basso indice di rifrazione (1.3- 1.5 ) quali SiO2 (n=1,46) o MgF2 (n=1,38) o altri dielettrici con indici di rifrazione analoghi. -uno strato (A1) di materiale ad alto indice di rifrazione ( 3.4-3.8 ) , scelto tra :a) silicio amorfo (α-Si); b) silicio amorfo idrogenato (α-Si:H); c) silicio amorfo bi-coordìnato, d) una lega amorfa di silicio e germanio (α-SiGe)„ e) una lega amorfa idrogenata di silicio e germanio (n-SiGe:H ); -uno strato ( C ) otticamente assorbente costituito da una resina epossidica nera o altri materiali analoghi. Gli strati sono depositati sul supporto nell’ordine A2B2A2BA1C. A1, A2, B corrispondono ad uno spessore pari a λ/4.
- 5. Un processo per la produzione degli specchi di cui alle rivendicazioni 1-4, nel quale tutti gli strati dielettrici, semiconduttori e metallici vengono depositati sul supporto in unico step di lavorazione, ovvero con un unico procedimento di deposizione nel quale vengono progressivamente cambiati Ì materiali che danno origine ai vari strati.
- 6. Un processo del tipo rivendicato nella rivendicazione 5 nel quale la temperatura di processo rimane inferiore a 100 °C
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