SU525906A1

SU525906A1 - A method of manufacturing an optical absorbing filter

Info

Publication number: SU525906A1
Application number: SU2104110A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Алексеевич Метельников; Леонид Борисович Кацнельсон; Алексей Иванович Герасимов
Original assignee: Предприятие П/Я А-1705
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1975-02-10
Publication date: 1976-08-25

Description

1one

Изобретение относитс к oптичecкo v приборостроению, а точнее к оптическим элементам приборов, и может быть использовано при создагага устройств, предназначенных дл регулировани интенсивности светового потока по заданному законуThe invention relates to optical instrument making, and more specifically to optical elements of devices, and can be used to create devices designed to control the intensity of the light flux according to a given law.

Известны устройства, с помощью которьрс по изменению интенсивности лучистого истока суд т о параметрах исследуемого объекта (концентраци , температура, положение отдельныхэлемш1товит.п.).Однимиз основных узлов таких устройств вл етс поглощающий фильтр, пропускание которого мен етс вдоль его поверхности по заданному закону. От точности воспроизведени требуемого распределени коэффициента пропускани зависит погрешность измерени всего прибора.Devices are known by which the parameters of the object under study (concentration, temperature, position of individual elements) are judged by changing the intensity of the radiant source. One of the main components of such devices is an absorbing filter whose transmission varies along its surface according to a given law. The accuracy of the measurement of the entire instrument depends on the reproduction accuracy of the required distribution of the transmittance.

Обычно оптические поглощаюшие фильтры изготовл ют путем нанесени на прозрачную подложку, чаще всего из стекла, пленки поглощающего вещества, например, металла. Пропускание фильтра в каждойTypically, optical absorbing filters are made by depositing a film of an absorbent, for example metal, on a transparent substrate, most often of glass. Filter pass in each

точке его поверхности определ етс толщиной пленки. Вещество, образующее пленку, осаждают на подложку в вакууме. Толщину пленки в отдельных точках регулируют либо изменением плотности потока вещества , осаждаемого на различные участки подложки , либо мен длительность осаждени .the point of its surface is determined by the film thickness. The substance forming the film is deposited on the substrate in a vacuum. The thickness of the film at individual points is controlled either by changing the flux density of the substance deposited on different areas of the substrate, or by varying the duration of the deposition.

Дл получени заданного распределени пропускани по поверхности детали используют экранирующие маски, вращающиес относительно подложки и 2,To obtain a predetermined distribution of the transmission over the surface of the part, screening masks rotating relative to the substrate and 2 are used,

При работе с масками достигнутый результат искажаетс краевыми эффектами, св занными с залетом вещества за подвижные экраны, которые Q устанавливают на достаточно большом рассто нии от подложки дл того, чтобы обеспечить возможность независимого одновременного перемещени нескольких масок. Кроме того, результат , полученный с помощью масок, сильно искажаетс непосто нством коэффициента конденсации осаждаемого материала вдоль поверхности.When working with masks, the achieved result is distorted by edge effects associated with the ingress of matter on mobile screens, which Q is set at a sufficiently large distance from the substrate in order to allow independent simultaneous movement of several masks. In addition, the result obtained with masks is greatly distorted by the inadequacy of the condensation coefficient of the deposited material along the surface.

Это св зано с неравномерным нагревом различных участков подложки. В тех местах которые в процессе напьшени большее врем экранированы от осаждени , нагрев меньше, и, наоборот, в открытых длительное врем участках нагрев более значительный . Коэффициент конденсации сильно зависит от температуры подложки. С увеличением температуры коэффид11ент падает, а с уменьшением - растет.This is due to the uneven heating of different areas of the substrate. In those places that are shielded from precipitation in the process of coating, the heating is less, and, conversely, in the areas that are open for a long time, the heating is more significant. The condensation coefficient strongly depends on the substrate temperature. With increasing temperature the coefficient decreases, and with decreasing it increases.

Эти недостатки оказьшают меньшее вли ние , когда в процессе напылени контролируют пропускание подложки с наносимым слоем поглошающего материала.These drawbacks have a lesser effect when, during the spraying process, the transmission of the substrate with the applied layer of absorbing material is controlled.

Известны способы изготовлени оптического фильтра путем нанесени в вакууме с помощью подвижных масок на подложку пленки, имеющей переменную по поверхности подложки толщину, с одновременным определением по показани м регистрирующего прибора (фотометра) с помощью зондирующего луча пропускани подложки с наносимым покрытием 3j . Зондирующий луч в этом случае направл ют на контрольный образецсвидетель , толщина осаждаемой пленки на котором равна суммарной толщине, соответствующей нанесению покрыти за все врбм изготовлени фильтра.Methods are known for fabricating an optical filter by depositing in vacuum using movable masks on a substrate a film having a variable thickness across the substrate surface, while simultaneously detecting a recording instrument (photometer) using a probing transmission beam of the substrate with the applied coating 3j. In this case, the probing beam is directed to a control sample of a witness, the thickness of the deposited film on which is equal to the total thickness corresponding to the coating application for all the fabrication of the filter.

Работа с образцом-свидетелем предполагает наличие неизменной во времени плотности потока осаждаемого вешества и посто нного коэффициента конденсации в различных точках поверхности подложки. Однако обычно эти услови не вьшолн ютс , поэтому распределение толщины пленки отличаетс от заданного. Кроме того, на точность получени фильтра с требуемыми параметрами при .изготовлении его известным способом существенное вли ние оказывают как указывалось выше, залет вещества и непосто нство коэффициента конденсации.Working with a sample-witness assumes that the flux density of the precipitated material is constant over time and a constant condensation coefficient at various points of the substrate surface. However, usually these conditions are not fulfilled, therefore the distribution of the film thickness is different from the specified one. In addition, the accuracy of obtaining a filter with the required parameters when it is manufactured in a known manner is significantly affected, as mentioned above, by the entry of a substance and the inconsistency of the condensation coefficient.

Другим недостатком известного способа изготовлени фильтра с переменным по поверхности коэффициентом пропускани вл етс больша сложность перестройки всей еистемы с одного вида продукции на друРОй . Особенно это сложно делать, когда приходитс переходить с изготовлени фильтра имеющего один закон изменени пропускани , например линейный, на другой, например, экспоненциальный. В этом случае необходимо рассчитьтать новые услови перемещени масок, мен ть их конфигурацию. Затем экспериментально корректировать и то и другое, чтобы, хот бы частично учесть снижающие точность факторы, о которых гс ворилось выше. Однако достигнуть достаточно высокой степени компенсации погрешностей практически не удаетс , так как факторы, которые приходитс компенсировать , существенно завис т от условий нанесени пленки (темп нанесени количества вещества на испарител х и т.п.).Another disadvantage of the known method of producing a filter with a variable transmittance over the surface is the great difficulty of restructuring the entire system from one type of product to another. This is especially difficult to do when it is necessary to switch from the production of a filter having one law of change of transmission, for example, linear, to another, for example, exponential. In this case, it is necessary to calculate the new conditions for moving the masks, to change their configuration. Then experimentally correct both, in order to, at least partially, take into account the precision-reducing factors about which the fc fumbled above. However, to achieve a sufficiently high degree of compensation of errors is practically not possible, since the factors that have to be compensated depend substantially on the conditions of film application (rate of application of the amount of the substance on the evaporators, etc.).

Цель изобретени - повышение точности получени заданного распределени коэффициента пропускани по поверхности оптического поглощающего фильтра.The purpose of the invention is to improve the accuracy of obtaining a given distribution of the transmittance over the surface of the optical absorbing filter.

Дл этого по предлагаемому способу одновременно С точкой изготавливаемого филра просвечивают зондирующим лучом установленные наЛ подложкой со стороны, противоположной пленке,оптический элемент с пропусканием в каждой точке,обратно пропорциональным заданному коэффициенту пропускани соответствующей точки фильтра, последовательно экранируют от попадани наносимого материала участки фильтра, в которых пленка достигает толщины, соотве твующей посто нному значению показани регистрирующего прибора фотометра, при этом операцию просвечивани начинают с кра оптического элемента, имеющего наименьшее пропускание.For this, according to the proposed method, at the same time, with a point of the filler being produced, a probe beam mounted on an L substrate on the side opposite to the film, the optical element with transmission at each point inversely proportional to the specified transmittance of the corresponding point of the filter, is successively shielded from the film reaches a thickness corresponding to a constant reading value of a photometer recorder, while the operation Translucency begins at the edge of the optical element having the least transmission.

На чертеже изображена зависимость коэффициентов пропускани Т от координаты линейного поглощаюшего оптического фильтра и оптического элемента - технологического поглощающего фильтра.The drawing shows the dependence of the transmission coefficients T on the coordinates of the linear absorbing optical filter and the optical element - technological absorption filter.

Фильтр изготовл ют путем нанесени в вакууме на подложку пленки из поглощающего материала. Чаще всего в качестве такого мтериала используют металлы, например платину , никель, хром и т.д.. Пленка имеет переменную по поверхности подложки толщину, величина которой в каждой точке с координатой 6 определ етс заданным коэффициентом пропускани Тф ( К ) Вещество, образук щее пленку, можно наносить различньп 1и методами , например термическим испарением либо катодным распьшением.The filter is made by depositing a film of absorbing material in a vacuum on a substrate. Most often, metals such as platinum, nickel, chromium, etc. are used as such material. The film has a thickness varying on the substrate surface, the value of which at each point with coordinate 6 is determined by the specified transmittance TF (K). film can be applied by various methods, for example, thermal evaporation or cathode disintegration.

Подложку закрепл ют в оправе, котора может перемещатьс от привода, расположенного вне камеры. Перемещение производитс по направлению изменени величины коэффициента пропускани фильтра, т.е. при изготовлении линейного фильтра его перемещают по пр мой,при изготовлении кругового оправу с подложкой поворачивают вокруг оси фильтра.The substrate is fixed in a frame that can move from a drive located outside the chamber. The movement is carried out in the direction of the change in the value of the filter transmittance, i.e. in the manufacture of a linear filter, it is moved along a straight line; in the manufacture of a circular frame with a substrate, it is rotated around the axis of the filter.

В процессе напьшени фильтр перемещают так, чтобы та его часть, в которой достигаетс требуемое значени коэффициента пропускани , заходила за край экрана, защищающеп ) от дальнейшего попадани материала , образующего пленку. Экран располагают на Минимально возможном рассто нии от подложки. Над подложкой со стороны, противоположной наносимой пленке, устанавливают оптический элемент, имеющий вдоль йаправлени перемещени такой же размер. как и изготавливаемый фильтр. Оптический элемент закрепл ют в той же оправе, что и фильтр. О достижении требуемой толщины пленки Суд т по показани м регистрирующего прибора фотометра. Осветительна система фотометра формирует узкий зондирующий луч, с помощью которого просвечивают подложку с наносимой пленкой вблизи кра экрана Вместе с данной точкой изготавливаемого фильтра просвечивают расположенную над ней точку оптического элемента. Поэтому в каждый момент нанесени пленки показание Ф регистрирующего прибора пропорционально произведению коэффициентов пропуекани изготавливаемого фильтра Тф и оптического элемента TOJ в точках, которые одновременно просвечивают зондирующим лучом. Оптический элемент выполнен так, что величина Т () дл каждой его точки св зана с заданным значением Т, ( f ) соответствующей точки фильтра, имеющей координату S , соотношением . тф(e)т„(e)coт,st Напыление начинают, когда вс рабоча часть подложки не экранирована от залета вещества, а точка оптического элемента , расположенна вблизи кра экрана, имеет наименьшее пропускание. Вещество образующее поглощающую пленку, нанос т непрерывно. При этом оправу вместе в зак репленными в ней фильтром и оптическим элементом перемещают так, чтобы величина отсчета Ф все врем , пока происходит напы ление, оставалась посто нной. Выбира вел чину Ф, регулируют, не наруша закона изменени пропускани фильтра, отношение между максимальным и минимальным значени ми коэффициента пропускани в пределах изготавливаемого образца. Оптический элемент можно вьшолнить по разному, например в виде диафрагмы, световой размер конторой мен етс вдоль направлени изменени коэффициента пропуска- н ч. В этом случае максимальный световой размер диафрагм должен быть меньше диаметра луча, а распределение светового потока в сечении пучка должно быть равномерным . Наиболее удобно вьшолн ть оптический элемент в виде технологического поглощающего фильтра.коэффидиент пропускани ( которого в каждой точке обратно пропорционален коэффициенту пропускани Т ( ) изготовл емого фильтра. Технологический фильтр можно изготовить как нанос на под ложку пленку металла, так и вырезав его из массивного пр-дощающего материала, на пример нейтрального стекла, либо сформировав из затвердевающего со временем окрашенного вещества, например желатины и и полимерной смолы. Предлагаемый способ изготовлени был испытан при получении линейных фильтров, из платины и паллади . Размеры подложки 25x11 мм. Пропускание фильтра мен етс вдоль длинной стороны: i l-723 мм. Изготавливались фильтры, пропускание которых должно было мен тьс по законам Тф Ке k8 0,015 и К 0,04: . X 0,05 и X 0.25. В качестве примера на чертеже приведены оптические параметры фильтра, заданна характеристика которого Тф 0,04 показана пр мой 1. Измеренные значени коэффициентов пропускани представлены точками. Крива 2 относитс к технологическому поглощающему фильтру - оптическому элементу, с помощью которого производилось изготовление. Фильтр получают путем нанесени пленки паллади методом термического испаретни . Палладий в виде полоски металла шириной 2,5 мм и толщиной 0,5 мм наматывают на семивитковую вольфрамовую спираль , свитую из четырех проволок, диаметром 0,6 мм кажда . Испарение производитс в вакууме 10 мм рт.ст., ток накала испарителей пор дка 90 А. Зондирующий луч имеет круглое сечение диаметром 0,25 мм. Рассто ние от центра испарител до подложки в месте зондировани 2ОО мм а рассто ние от испарителей до плоскости расположени подложек 180 мм. Одновременно в подвижную оправу устанавливают три подложки. Средн подложка просвечиваетс зондирующим, лучом. Зазор между подложкой и краем экрана О, 1 мм. По мере нанесени пленки все подложки одновременно экранируютс . Напыление занимает около 5 мин.У полученных фильтров отклонение значени коэффициента пропускани от заданного в любой точке менее 1%. Предлагаемый способ изготавлени оптического поглощаюшего фильтра по сравнению с известным имеет следующие преимущества . Повьпиаетс точность получени фильтра с заданным распределением пропускани оптической плотности по поверхности, так как контроль в данном случае производитс непосредственно по изготавливаемому образцу и тем самым исключаетс вли ние нестабильности режимов напылени . Врем переналадки оборудовани с производства одного вида фильтра на другой и отработки условий нанесени занимаетIn the process of painting, the filter is moved so that that part of it, in which the desired value of the transmittance is reached, goes beyond the edge of the screen, protecting it from further penetration of the material forming the film. The screen is positioned at the minimum possible distance from the substrate. An optical element is installed above the substrate on the side opposite to the applied film, which has the same size along the direction of movement. as well as the manufactured filter. The optical element is fixed in the same frame as the filter. The achievement of the required film thickness is judged by the readings of the photometer recording device. The lighting system of the photometer forms a narrow probing beam, with which the substrate with the applied film shines near the edge of the screen. The point of the optical element located above it shines through this point of the produced filter. Therefore, at each instant of film deposition, the reading F of the recording device is proportional to the product of the transmittance coefficients of the produced filter Tf and the optical element TOJ at points that simultaneously illuminate the probe beam. The optical element is designed so that the value T () for each of its points is associated with a given value T, (f) of the corresponding filter point, which has the S coordinate, by the relation. tf (e) t „(e) cot, st Spraying begins when the entire working part of the substrate is not shielded from the ground of the substance, and the point of the optical element located near the edge of the screen has the least transmission. The substance forming the absorbing film is applied continuously. In this case, the frame, together with the filter and the optical element fixed in it, is moved so that the value of the reference F, while the evaporation takes place, remains constant. When choosing the order F, adjust, without violating the law of change in filter pass, the ratio between the maximum and minimum values of the transmittance within the range of the sample being manufactured. The optical element can be implemented in different ways, for example, in the form of a diaphragm, the office light size changes along the direction of change of the transmission coefficient. In this case, the maximum light size of the diaphragms should be less than the beam diameter, and the light flux distribution in the beam section should be uniform. The most convenient way is to perform an optical element in the form of a technological absorbing filter. Transmission efficiency (which at each point is inversely proportional to the transmittance T () of the filter being manufactured. The technological filter can be made either by depositing a metal film on the substrate). for example, a neutral glass, or formed from a colored substance that hardens with time, for example gelatin and a polymer resin. Tested on linear filters, from platinum and palladium. The dimensions of the substrate are 25x11 mm. The filter transmission varies along the long side: i l-723 mm. Filters were produced, the transmission of which was to change according to the laws of Tf Ke k8 0.015 and K 0.04 : .X0.05 and X0.25. As an example, the drawing shows the optical parameters of the filter, the given characteristic of which TF0.04 shows direct 1. The measured transmittance values are represented by dots. Curve 2 refers to a process absorbing filter — the optical element with which the fabrication was made. The filter is obtained by applying a palladium film by thermal evaporation. Palladium in the form of a strip of metal 2.5 mm wide and 0.5 mm thick is wound on a seven-tungsten spiral of twisted four wire with a diameter of 0.6 mm each. Evaporation is carried out in a vacuum of 10 mm Hg, the current of the heat of the evaporators is about 90 A. The probe beam has a circular cross section of 0.25 mm in diameter. The distance from the center of the evaporator to the substrate at the probe location of 2OO mm and the distance from the evaporators to the plane of location of the substrates is 180 mm. At the same time, three substrates are installed in the movable frame. The middle substrate is illuminated by a probe ray. The gap between the substrate and the edge of the screen O, 1 mm. As the film is applied, all the substrates are screened simultaneously. Spraying takes about 5 minutes. The resultant filters have a deviation of the transmittance value from the preset at any point less than 1%. The proposed method of manufacturing an optical absorbing filter in comparison with the known one has the following advantages. Accuracy of obtaining a filter with a given distribution of optical density over the surface is achieved, since the control in this case is carried out directly on the sample being made and thereby eliminates the effect of sputtering instability. The time of equipment changeover from the production of one type of filter to another and working out the conditions of application takes

не более трех дней. При применении известного способа на это требовалось до двух мес цев.no more than three days. When applying the known method, it took up to two months.

Существенно упрощаетс процесс производства и понижаютс требовани к стабиль ности технологических режимов. Это позвол ет снизить разр д работ с 5-6 до 3-4, а также повысть производительность установки и коэффициент использовани материалов , потому что стало возможным реже загружать испаритель новым наносимым веществом .The manufacturing process is greatly simplified and the requirements for the stability of technological regimes are reduced. This makes it possible to reduce the discharge of work from 5-6 to 3-4, as well as to increase the productivity of the installation and the utilization rate of materials, because it became possible to rarely load the evaporator with a new applied substance.

По вл етс возможность автоматизации процесса.It is possible to automate the process.

Claims

Invention Formula

A method of manufacturing an optical absorbing filter by applying in vacuum to a substrate a film having a variable thickness over the surface of the substrate and made of absorbent material such as metal, while being determined by the indications of the recording instrument of the photometer using the zones that scatter the transmittance of the substrate

a coating, characterized in that, in order to increase the accuracy of obtaining a given distribution of the transmittance over the surface, simultaneously with the point of the manufactured filter, the optical element with a transmittance at each point inversely proportional to the specified transmittance of the corresponding point is transmitted by the calling beam filter, consistently shielded from the deposited material filter areas in which the film reaches a thickness of The values correspond to the constant value of the reading of the photometer's recording instrument; in this case, x-ray scanning starts from the edge of the optical element with the least transmission.

Sources of information taken into account in the examination:

l.Appe., Opt.l965, 4, No. 8, p. 977 (prototype).

2. US patent number 3617E31, class 117 / 33-3, 1968

3.Patent of France No. 1371342, class Q 02 B 5/28, 1964-.