СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПРОСВЕТЛЯЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2013 года по МПК C03C17/22 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при изготовлении оптических элементов, состоящих из двух и более склеенных компонентов, для получения просветляющих покрытий.

Известен способ нанесения просветляющего покрытия с целью межоперационной защиты путем нанесения на химически неустойчивые стекла пленки оксида алюминия электронно-лучевым методом оптической толщиной 120-140 нм для стекол с показателем преломления n=1,61-1,85, оптической толщиной 40-55 нм для стекол с n=1,61-1,75. Нанесенное просветляющее покрытие устойчиво, обеспечивает защиту от влаги и пятнающих агентов при центрировке и до склейки, а также предотвращает уменьшение коэффициента пропускания оптических элементов, изготовленных из стекла с показателем преломления n=1,53-1,85 и склеенных клеем с показателем преломления n=1,52-1,54, после склейки (авторское свидетельство SU 1565818 МПК C03C 17/245).

Недостаток известного способа заключается в том, что не учитываются потери световой энергии на границе раздела оптический элемент - оптический клей.

Известно, что на границе раздела двух оптические часть световой энергии отражается от преломляющей поверхности. В результате потерь на отражение в системах с большим числом преломляющих поверхностей наблюдается значительное уменьшение светопропускания системы. Лучи, многократно отраженные от преломляющих поверхностей оптической системы, помимо уменьшения интенсивности проходящего света, служат причиной появления рассеянного света, дающего побочные блики, что приводит к уменьшению контрастности изображения.

Отражение и рассеяние значительно возрастают с увеличением показателя преломления стекла. Одним из способов увеличения светопропускания оптических систем является нанесение просветляющего покрытия, которое наносится на поверхность стекла из материала с более низким показателем преломления, чем у последнего. Используются одно-, двух- или многослойные просветляющие покрытия, получаемые испарением в вакууме или нанесением из растворов легкогидролизующихся соединений, далее с этой же целью используют склейку поверхностей (Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. Л. Машиностроение 1973 г. стр. 37-55).

Недостаток наиболее близкого технического решения заключается в том, что не учитываются потери на отражение на границе раздела стекло - оптический клей.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение светопропускания склеенных оптических компонентов при условии изготовления одной или более линз из стекла с высоким показателем преломления (n_s>l,75) путем уменьшения отражения на границе раздела стекло - оптический клей.

Поставленная задача решается тем, что при нанесении просветляющего покрытия известным способом, включающем расчет толщины и показателя преломления просветляющего слоя, выбор пленкообразующих материалов, нанесение их на поверхность стекла, подлежащего склейке, к примеру, вакуумным испарением, показатель преломления просветляющего слоя определяется из выражения

n_f=√n_sn_g, где (1)

n_f - показатель преломления просветляющего слоя;

n_s - показатель преломления стекла;

n_g - показатель преломления оптического клея.

Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения. Способ нанесения просветляющего покрытия с заявляемой совокупностью существенных признаков в известных источниках информации также не обнаружен.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

Фиг.1 - график зависимости интенсивности отраженного света от показателя преломления стекла на границе раздела стекло - оптический клей;

Фиг.2 - изображение склеенной клиновидной пластины с «просветленной» и «непросветленной» зонами.

Интенсивность отраженного света на границе раздела стекло - оптический клей определяют по формуле Френеля:

R_sg=[(n_s-n_g)/(n_s+n_g)]², где для нашего способа

R_sg - интенсивность света, отраженного от границы раздела стекло - оптический клей;

n_s - показатель преломления высокопреломляющего стекла;

n_g - показатель преломления оптического клея.

Зависимость значений интенсивности отраженного света от значений показателя преломления высокопреломляющего стекла приведена на графике (фиг.1). Значения показателя преломления высокопреломляющего стекла n_s изменяются в пределах от 1,50 до 2,00 и откладываются по оси абсцисс, а по оси ординат откладываются значения коэффициентов отражения от границы раздела стекло - оптический клей R_sg, причем значение показателя преломления оптического клея принято равным 1,49 (клей Бальзамин-М). Из графика видно, что, в том случае, когда величина показателя преломления высокопреломляющего стекла превышает 1,80, интенсивность отраженного света становится более 1%. При этом следует учитывать, когда в оптическом тракте содержится большое количество склеенных компонентов, изготовленных из стекла с показателем преломления n_s>1,75, потери светопропускания τ могут стать существенными за счет увеличения интенсивности отражения света на границах раздела высокопреломляющее стекло - оптический клей, на основании зависимости:

τ=100%-R

Для современных оптических систем это недопустимо.

С целью уменьшения интенсивности отраженного света на границе раздела стекло - оптический клей, предлагается наносить на поверхность стекла просветляющее покрытие из материалов с показателем преломления, определяемым из выражения

n_f=√n_sn_g,

где n_f - показатель преломления просветляющего слоя;

n_s - показатель преломления стекла;

n_g - показатель преломления оптического клея.

Пример 1. Оптический компонент визуального наблюдательного прибора (спектральный интервал λ=430-650 нм) содержит линзы из стекла марки N-SF56HT с показателем преломления n_s1=1,85 и стекла марки N-PSK3 с n_s2=1,55, склеиваемые клеем бальзамин-М. Из графика, фиг.1, видно, что на поверхности раздела стекло марки N-SF56HT - клей интенсивность отраженного света составит R=1,2%, а на границе раздела стекло марки N-PSK3 - клей составит ≥0.01% (данным значением можно пренебречь). Для уменьшения отражения от границы раздела стекло марки N-SF56HT - клей бальзамин-М, согласно формулы (1), получаем n_f=1,66. Наиболее близким показателем преломления обладает фторид церия (n_f=1,65). Для данного вида просветляющего покрытия характерно полное подавление отражения в узком спектральном интервале λp×0.1 (где λp -центр рабочего спектрального интервала) с последующим увеличением отражения к краям рабочего диапазона.

Для оценки эффективности просветления на клиновидную пластину (с углом клина 7°) из стекла марки N-SF56HT методом испарения в вакууме была нанесена четверть волновая пленка λp/4 (для длины волны 520 нм, середина видимого диапазона спектра) фторида церия, причем одна половина поверхности была экранирована от напыления. После нанесения просветляющей пленки к данной поверхности с помощью клея бальзамин-М была приклеена другая клиновидная пластина из стекла марки N-PSK3. На фиг.2 представлено изображение склеенной клиновидной пластины с «просветленной» и «непросветленной» зонами. С левой стороны расположена зона с нанесенным просветляющим слоем, с правой стороны - зона без просветления. С правой стороны виден блик от границы раздела стекло - клей, в то время, как с левой стороны блик от границы раздела стекло - просветляющее покрытие - клей отсутствует.

Пример 2. Оптический компонент объектива для работы в видимом и ближнем ИК-диапазоне (рабочий спектральный диапазон λ=550-900 нм) содержит линзы из стекла марки N-SF66 с показателем преломления n_s1=1,92 и стекла марки N-SK11 с показателем преломления n_s2=1,56, склеиваемые клеем бальзамин-М. Из графика, рис.1, видно, что на границе раздела клей - стекло N-SF66 интенсивность отраженного света составит R=1,55%, потерями на интенсивность отраженного света на границе раздела клей - стекло марки N-SK11 можно пренебречь. Для увеличения светопропускания склеенного оптического компонента объектива согласно формулы (1) необходимо нанести четверть волновую пленку λp/4 (λ=680 нм) с показателем преломления n_f=1,7. Вещества с таким показателем преломления не существует, поэтому предлагается для данного случая использовать двухслойное просветляющее покрытие, стоящее из двух четверть волновых слоев λ/4 (λ=680 нм), показатели преломления которых отвечают условию:

n_sn_g=n_f1n_f2, (2)

где n_s - показатель преломления стекла;

n_g - показатель преломления оптического клея;

n_f1 n_f2 - показатели преломления просветляющих пленок.

(Физика тонких пленок, под ред Г. Хааса З.Э. Туна том 2 Издательство Мир. М. 1967. 396 стр.)

Применение двухслойной системы позволяет, во-первых, снять ограничение по использованию материалов и, во-вторых, расширить область подавления интенсивности отраженного света до значений λp/4×0,6. Из выражения (2) находим значения n_f1=1,65 (фторид церия), n_f2=1,75 (оксид иттрия).

Предлагаемый способ получения просветляющих покрытий уменьшает интенсивность отраженного света, при этом увеличивает светопропускание склеенных оптических компонентов.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при изготовлении оптических компонентов, состоящих из двух и более склеенных оптических элементов. Технический результат изобретения - увеличение светопропускания склеенных оптических систем. Для снижения интенсивности отраженного света на границе раздела стекло-оптический клей предлагается наносить на оптический элемент, подлежащий склейке, просветляющие покрытия из материала с показателем преломления, определяемым из выражения n_f=√n_sn_g, где n_f - показатель преломления просветляющего слоя, n_s - показатель преломления стекла, n_g - показатель преломления оптического клея 2 ил., 2 пр.

Способ нанесения просветляющего покрытия, включающий расчет толщины и показателя преломления просветляющего покрытия, выбор пленкообразующего материала, нанесение его на поверхность оптического стекла, подлежащего склейке, отличающийся тем, что показатель преломления просветляющего покрытия определяется из выражения $$n_f=\sqrt{n_s{n}_g},$$ где n_f - показатель преломления просветляющего слоя, n_s - показатель преломления стекла, n_g - показатель преломления оптического клея.