Способ изготовления оптического поглощающего фильтра

Способ изготовления оптического поглощающего фильтра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 525906 (61) Дополнительное к авт. свид-ву е— (22) Заявлено 10.02.75(21) 2104110/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (51) М. Кл.е 02 B 5/22

Гасударственный камитет

Савета Минпетрав СССР па делам изабретений и аткрытий (43) Опубликовано25.08.76.Бюллетень № 31 (53) удК 621.372..852 5(088.8) (45) Дата опубликования описания17.06,77 (72) Авторы изобретения

А. A. Метельников, Л. Б. Кацнельсон и А. И. Герасимов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО

ПОГЛОЩАЮШЕГО ИЛЬТ А

Изобретение относится к оптическом приборостроению, а точнее к оптическим элементам приборов, и может быть использовано при создании устройств, предназначенных для регулирования интенсивности светового потока по заданному закону.

Известны устройства, с помощью которара по изменению интенсивности лучистого йотока судят о параметрах исследуемого объ- 10 екта (концентрация, температура, положение отдельных элементов н т.п. ) . Одним из основных узлов таких устройств является по| лошающий фильтр, пропускание которого меняется вдоль его поверхности по заданному закону. От точности воспроизведения требуемого распределения коэффициента пропускания зависит погрешность измерения всего прибора.

Обычно оптические поглощающие фильтры изготовляют путем нанесения на прозрачную подложку, чаще всего из стекла, пленки поглошающего вещества, например, металла. Пропускание фильтра в каждой точке его поверхности определяется 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 меняя длительность осаждения.

Для получения заданного распределения пропускания по поверхности детали используют экранирующие маски, вращающиеся относительно подложки Pl) и 2 .

При работе с масками достигнутый результат искажается краевыми эффектами, связанными с залетом вещества за подвижные экраны, которые устанавливают на достаточно большом расстоянии от подложки для того, чтобы обеспечить воэможность независимого одновременного перемещения нескольких масок. Кроме того, результат, полученный с помощью масок, сильно искажается непостоянством коэффициента конденсации осаждаемого материала вдоль поверхности.

525906

Это связано с неравномерным нагревом различных участков подложки. В тех местах, которые в процессе напыления большее время экранированы от осаждения, нагрев меньше, и, наоборот, в открытых длительное время участках нагрев более значительный. Коэффициент конденсации сильно зависит от температуры подложки. С увеличением температуры коэффициент падает, а с уменьшением — растет. !О

Эти недостатки оказывают меньшее влияние, когда в процессе напыления контролируют пропускание подложки с наьосимым слоем поглощающего материала.

Известны способы изготовления оптичес- дь кого фильтра путем нанесения в вакууме с помощью подвижных масок на подложку пленки, имеющей переменную по поверхности подложки толщину, с одновременным определением по показаниям регистрирующего прибора (фотометра) с помощью зондирующего луча пропускания подложки с наносимым покрытием (3) . Зондируюший луч в этом случае направляют на контрольный образецсвидетель, толщина осаждаемой пленки на 25 котором равна суммарной толщине, соответствующей нанесению покрытия за все время изготовления фильтра.

Работа с образцом-свидетелем предполагает наличие неизменной во времени плот- 30 ности потока осаждаемого вещества и постоянного коэффициента конденсации в различных точках поверхности подложки. Однако обычно эти условия не выполняются, поэтому распределение толщины пленки отли- Зб чается от заданного. Кроме того, на точность получения фильтра с требуемыми параметрами при .изготовлении его известным способом существенное влияние оказывают г как указывалось выше, залет вещества и 40

Непостоянство коэффициента конденсации.

Другим недостатком известного способа изготовления фильтра с переменным по поверхности коэффициентом пропускания является большая сложность перестройки всей Ф системы с одного вида продукции на друГой. Особенно это сложно делать, когда йриходится переходить с изготовления фильтра, ЯМеюшего один закон изменения пропускания, Например линейный, на другой, например, акспоненциальный. В этом случае необходимо рассчитывать новые условия перемещения масок, менять их конфигурацию. Затем экспериментально корректировать и то и другое, чтобы, хотя бы частично учесть снижающие точность факторы, о которых гс ворилось выше. Однако достигнуть достаточно высокой степени компенсации погрешностей практически не удается, так как факторы, которые приходится компенсиро- 60 вать, существенно зависят от условий нанесения пленки (темп нанесения количества вещества на испарятелях и т.п.).

Цель изобретения — повышение точности получения заданного распределения коэффициента пропускания по поверхности оптического поглощающего фильтра.

Для этого по предлагаемому способу одновременно с точкой изготавливаемого фильтра просвечивают зондирующим лучом установленные наД подложкой со стороны, противоположной пленке, оптический элемент с пропусканием в каждой точке, обратно пропорциональным заданному коэффициенту пропускания соответствующей точки фильтра, последовательно экранируют от попадания наносимого материала участки фильтра, в которых пленка достигает толщины, соответствующей постоянному значению показания регистрирующего прибора фотометра, при этом операцию просвечивания начинают с края оптического элемента, имеющего наименьшее пропускание.

На чертеже изображена зависимость коэффициентов пропускания Т от координаты 8 линейного поглощаюшего оптического фильтра и оптического элемента — технологического поглощающего фильтра.

Фильтр .изготовляют путем нанесения в вакууме на подложку пленки .из поглощающего материала. Чаше всего в качестве такого материала используют металлы, например платину, никель, хром и т.д.. Пленка имеет переменную по поверхности подложки толщину, величина которой в каждой точке с координатой (определяется заданным коэффициентом пропускания Т (8 ). Вещество, образук щее пленку, можно наносить различными методами, например термическим испарением либо катодным распылением.

Подложку закрепляют в оправе, которая может перемещаться от привода, расположенного вне камеры. Перемещение производится по направлению изменения величины коэффициента пропускания фильтра, т.е. при изготовлении линейного фильтра его перемешают по прямой,при изготовлении кругового оправу с подложкой поворачивают вокруг оси фильтра.

В процессе напыления фильтр перемещают так, чтобы та его часть, в которой достигается требуемое значения коэффициента пропускания, заходила за край экрана, зашя,шающего от дальнейшего попадания материала, образующего пленку. Экран располагают на минимально возможном расстоянии от подложки. Над подложкой со стороны, противоположной наносимой пленке, устанавливают оптический элемент, имеющий вдоль йаправления перемещения такой же размер, 525906 как и изготавливаемый фильтр. Оптический элемент закрепляют в той же оправе, что и фильтр.

О достижении требуемой толщины пленки судят по показаниям регистрирующего при- 5 бора фотометра. Осветительная система фотометра формирует узкий зондирующий луч, с помощью которого просвечивают подложку с наносимой пленкой вблизи края экрана.

Вместе с данной точкой изготавливаемого 10 фильтра просвечивают расположенную над ней точку оптического элемента. Поэтому в каждый момент нанесения пленки показание Ф регистрирующего прибора пропорционально произведению коэффициентов пропу- И скания изготавливаемого фильтра Тф и оптического элемента Т;, в точках, которые одновременно просвечивают зондирующим лучом.

Оптический элемент выполнен так, что 20 величина Т (f ) для каждой его точки связана с заданным значением Т, (Г ) соответствующей точки фильтра, имеющей координату, соотношением

Т (6) Т (8) = Сот1 5Ф (()

И

Напыление наччнают, когда вся рабочая часть подложки не экранирована от залета вещества, а точка оптического эле мента, расположенная вблизи края экрана, 30 имеет наименьшее пропускание. Вещество образующее поглощающую пленку, наносят непрерывно. При этом оправу вместе в закрепленными в ней фильтром и оптическим элементом перемещают так, чтобы величина 85 отсчета Ф все время, пока происходит напыление, оставалась постоянной. Выбирая величину Ф, регулируют, не нарушая закона изменения пропускания фильтра, отношение между максимальным и минимальным зна- 40 чениями коэффициента пропускания в пределах изготавливаемого образца.

Оптический элемент можно выполнить поразному, например в виде диафрагмы, световой размер которой меняется вдоль нап- 45 равления изменения коэффициента пропускан я. В этом случае максимальный световой размер диафрагм должен быть меньше диаметра луча, а распределение светового потока в сечении пучка должно быть рав- ® номерным.

Наиболее удобно выполнять оптическии элемент в виде технологического поглощающего фильтра, коэффициент пропускания То () которого в каждой точке обратно пропорционален коэффициенту пропускания Т, (Я ) изготовляемого фильтра. Технологический фильтр можно изготовить как нанося на подложку пленку металла, так и вырезав его из массивного пр>-пощающего материала, на- 60 пример нейтрального стекла, либо сформировав из затвердевающего со временем окрашенного вещества, например желатины или полимерной смолы.

Предпагаемый способ изготовления был испытан при получении линейных фильтров, из платины и палладия. Размеры подложки 25хll мм. Пропускание фильтра меняется вдоль длинной стороны: 8=1-;23 мм.

Изготавливались фильтры, пропускание которых должно было меняться по законам

Т =МР И=0,015 и К =0,04: Т,„=2

Х =0,05 и Х =*0.25.

В качестве примера на чертеже приведены оптические параметры фильтра, заданная характеристика которого Тф = 0,04(; показана прямой 1. Измеренные значения коэффициентов пропускания представлены точками. Кривая 2 относится к технологическому поглощающему фильтру — оптическому элементу, с помощью которого производилось изготовление.

Фильтр получают путем нанесения пленки палладия методом термического испаре ния. 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 каждая Испарение произво-5 дится в вакууме10 мм рт.ст., ток накала испарителей порядка 90 А. Зондирующий луч имеет круглое сечение диаметром

0,25 мм. Расстояние от центра испарителя до подложки в месте зондирования 200 мм а расстояние от испарителей до плоскости расположения подложек 180 мм. Одновременно в подвижную оправу устанавливают три подложки. Средняя подложка просвечивается зондирующим. лучом. Зазор между подложкой и краем экрана О, 1 мм. Помере нанесения пленки все подложки одновременно экранируются. Напыление занимает около 5 мин. У полученных фильтров отклонение значения коэффициента пропускания от заданного в любой точке менее 1%.

Предлагаемый способ изготавления оптического поглошающего фильтра по сравнению с известным имеет следующие преимушества.

Повышается точность получения фильтра с заданным распределением пропускания оптической плотности по поверхности, так как контроль в данном случае производится непосредственно по изготавливаемому образцу и тем самым исключается влияние нестабильности режимов напыления.

Время переналадки оборудования с производства одного вида фильтра на другой и отработки условий нанесения занимает

525906 не более трех дней. При применении известного способа на это требовалось до двух месяцев.

Существенно упрощается процесс производства и понижаются требования к стабильности технологических режимов. Это позволяет снизить разряд работ с 5-6 до 3-4, а также повысть производительность установки и коэффициент использования материалов, потому что стало возможным реже 10 загружать испаритель новым наносимым веществом.

Появляется возможность автоматизации процесса.

1б

Формула изобретения

Способ изготовления оптического mrлощаюшего фильтра путем нанесения в вакууме на подложку пленки, имеющей переменную по поверхности подложки толщину и выполненной из поглощающего материала например металла, с одновременным определением по показаниям регистрируюшего прибора фотометра с помощью зондирующего луча пропускания подложки, с наносимым покрытием, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности получения заданного распределения коэффициента пропускания по поверхности, одновременно с точкой изготавливаемого фильтра просвечивают зондирующим лучом установленный над подложкой со стороны, противоположной пленке, оптический элемент с пропусканием в каждой точке обратно пропорциональным заданному коэффициенту пропускания соответствующей точки фильтра, последовательно экранируют от попадания наносимого материала участки фильтра, в которых пленка достигает толщины, соответствующей постоянному значению показания регистрирующего прибора фотометра, при этом просвечивание начинают с края оптического элемента, имеющего наименьшее пропускание.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Арр0,Opt.1965, 4, ¹ 8, с. 977 (прототип) .

2. Патент США № 3617331, класс

117/33-3, 1968 r.

3. Патент Франции № 1371342, класс 02 В 5/28, 1964-.

525906

О 2 Е Е 8 10 12 И 1Б И Л7 гг г,мм

Составитель В. Ванторин

Редактор Т. Иванова Техред N. Левицкая Корректор С-. ВолдижаР

Заказ 860/21 Тираж 654 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4