SU525906A1 - Способ изготовлени оптического поглощающего фильтра - Google Patents

Description

1

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 закону

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.

Обычно оптические поглощаюшие фильтры изготовл ют путем нанесени  на прозрачную подложку, чаще всего из стекла, пленки поглощающего вещества, например, металла. Пропускание фильтра в каждой

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 .

Дл  получени  заданного распределени  пропускани  по поверхности детали используют экранирующие маски, вращающиес  относительно подложки и 2,

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.

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.

Эти недостатки оказьшают меньшее вли ние , когда в процессе напылени  контролируют пропускание подложки с наносимым слоем поглошающего материала.

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.

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.

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.).

Цель изобретени  - повышение точности получени  заданного распределени  коэффициента пропускани  по поверхности оптического поглощающего фильтра.

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.

На чертеже изображена зависимость коэффициентов пропускани  Т от координаты линейного поглощаюшего оптического фильтра и оптического элемента - технологического поглощающего фильтра.

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.

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.

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  занимает

не более трех дней. При применении известного способа на это требовалось до двух мес цев.

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 .

По вл етс  возможность автоматизации процесса.

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   Способ изготовлени  оптического поглощаюшего фильтра путем нанесени  в вакууме на подложку пленки, имеющей переменную по поверхности подложки толщину и выполненной из по1лощающего материала например металла, с одновременным определением по показани м регистрирующего прибора фотометра с помощью зон,цирующего луча пропускани  подложки, с наносимым

   покрытием, отличающийс  тем, что, с целью повьщ1ени  точности получени  заданного распределени  коэффициента пропускани  по поверхности, одновременно с точкой изготавливаемого фильтра просвечивают зовдирующим лучом установленный над 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 толщдны, соответствующей посто нному значению показани  регистрирующего прибора фотометра, при этом просвечивание начинают с кра  оптического элемента, имеющего наименьшее пропускание.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:

   l.Appe.,Opt.l965, 4, № 8, с. 977 (прототип).
2. 2.Патент США № 3617Э31, класс 117/33-3, 1968 г.
3. 3.Патент Франции № 1371342, класс Q- 02 В 5/28, 1964-.