1
Изобретение относится к oптичecкo v приборостроению, а точнее к оптическим элементам приборов, и может быть использовано при создагага устройств, предназначенных для регулирования интенсивности светового потока по заданному закону
Известны устройства, с помощью которьрс по изменению интенсивности лучистого истока судят о параметрах исследуемого объекта (концентрация, температура, положение отдельныхэлемш1товит.п.).Однимиз основных узлов таких устройств является поглощающий фильтр, пропускание которого меняется вдоль его поверхности по заданному закону. От точности воспроизведения требуемого распределения коэффициента пропускания зависит погрешность измерения всего прибора.
Обычно оптические поглощаюшие фильтры изготовляют путем нанесения на прозрачную подложку, чаще всего из стекла, пленки поглощающего 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 и 2,
При работе с масками достигнутый результат искажается краевыми эффектами, связанными с залетом вещества за подвижные экраны, которые Q устанавливают на достаточно большом расстоянии от подложки для того, чтобы обеспечить возможность независимого одновременного перемещения нескольких масок. Кроме того, результат, полученный с помощью масок, сильно искажается непостоянством коэффициента конденсации осаждаемого материала вдоль поверхности.
Это связано с неравномерным нагревом различных участков подложки. В тех местах которые в процессе напьшения 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 коэффид11ент падает, а с уменьшением - растет.
Эти недостатки оказьшают меньшее влияние, когда в процессе напыления контролируют пропускание подложки с наносимым слоем поглошающего материала.
Известны способы изготовления оптического 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 3j . Зондирующий луч в этом случае направляют на контрольный образецсвидетель, толщина осаждаемой пленки на котором равна суммарной толщине, соответствующей нанесению покрытия за все врбмя изготовления фильтра.
Работа с образцом-свидетелем предполагает наличие неизменной во времени плотности потока осаждаемого вешества и постоянного коэффициента конденсации в различных точках поверхности подложки. Однако обычно эти условия не вьшолняются, поэтому распределение толщины пленки отличается от заданного. Кроме того, на точность получения фильтра с требуемыми параметрами при .изготовлении его известным способом существенное влияние оказывают как указывалось выше, залет вещества и непостоянство коэффициента конденсации.
Другим недостатком известного способа изготовления фильтра с переменным по поверхности коэффициентом пропускания является большая сложность перестройки всей еистемы с одного вида продукции на друРОй. Особенно это сложно делать, когда приходится переходить с изготовления фильтра имеющего один закон изменения пропускания, например линейный, на другой, например, экспоненциальный. В этом случае необходимо рассчитьтать 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 компенсировать, существенно зависят от условий нанесения пленки (темп нанесения количества вещества на испарителях 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 филра просвечивают зондирующим лучом установленные наЛ 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, соотве твующей 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 линейного поглощаюшего оптического фильтра и оптического элемента - технологического поглощающего фильтра.
Фильтр изготовляют путем нанесения 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 определяется заданным коэффициентом пропускания Тф ( К ) Вещество, образук щее пленку, можно наносить различньп 1и методами, например термическим испарением либо катодным распьшением.
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 перемещают по прямой,при изготовлении кругового оправу с подложкой поворачивают вокруг оси фильтра.
В процессе напьшения фильтр перемещают так, чтобы та его часть, в которой достигается требуемое значения коэффициента пропускания, заходила за край экрана, защищающеп) 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. как и изготавливаемый фильтр. Оптический элемент закрепляют в той же оправе, что и фильтр. О достижении требуемой толщины пленки Судят по показаниям регистрирующего прибора фотометра. Осветительная система фотометра формирует узкий зондирующий луч, с помощью которого просвечивают подложку с наносимой пленкой вблизи края экрана Вместе с данной точкой изготавливаемого фильтра просвечивают расположенную над ней точку оптического элемента. Поэтому в каждый момент нанесения пленки показание Ф регистрирующего прибора пропорционально произведению коэффициентов пропуекания изготавливаемого фильтра Тф и оптического элемента TOJ в точках, которые одновременно просвечивают зондирующим лучом. Оптический элемент выполнен так, что величина Т () для каждой его точки связана с заданным значением Т, ( f ) соответствующей точки фильтра, имеющей координату S , соотношением .тф(e)т„(e)coт,st Напыление начинают, когда вся рабочая часть подложки не экранирована от залета вещества, а точка оптического элемента, расположенная вблизи края экрана, имеет наименьшее пропускание. Вещество образующее поглощающую пленку, наносят непрерывно. При этом оправу вместе в зак репленными в ней фильтром и оптическим элементом перемещают так, чтобы величина отсчета Ф все время, пока происходит напы ление, оставалась постоянной. Выбирая вел чину Ф, регулируют, не нарушая закона изменения пропускания фильтра, отношение между максимальным и минимальным значениями коэффициента пропускания в пределах изготавливаемого образца. Оптический элемент можно вьшолнить по разному, например в виде диафрагмы, световой размер конторой меняется вдоль направления изменения 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 вьшолнять оптический элемент в виде технологического поглощающего фильтра.коэффидиент пропускания ( которого в каждой точке обратно пропорционален коэффициенту пропускания Т ( ) изготовляемого фильтра. Технологический фильтр можно изготовить как нанося 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 ияи полимерной смолы. Предлагаемый способ изготовления был испытан при получении линейных фильтров, из платины и палладия. Размеры подложки 25x11 мм. Пропускание фильтра меняется вдоль длинной стороны: i l-723 мм. Изготавливались фильтры, пропускание которых должно было меняться 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, 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 испаретния. 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 производится в вакууме 10 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 2ОО 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. По мере 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 поглощаюшего фильтра по сравнению с известным имеет следующие преимущества. Повьпиается 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
не более трех дней. При применении известного способа на это требовалось до двух месяцев.
Существенно упрощается процесс производства и понижаются требования к стабиль ности 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 загружать испаритель новым наносимым веществом.
Появляется возможность автоматизации процесса.
Формула изобретения
Способ изготовления оптического поглощаюшего фильтра путем нанесения в вакууме на подложку пленки, имеющей переменную по поверхности подложки толщину и выполненной из по1лощающего материала например металла, с одновременным определением по показаниям регистрирующего прибора фотометра с помощью зон,цирующего луча пропускания подложки, с наносимым
покрытием, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения точности получения заданного распределения коэффициента пропускания 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 пропускания соответствующей точки фильтра, последовательно экранируют от попадания наносимого материала участки фильтра, в которых пленка достигает толщдны, 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:
l.Appe.,Opt.l965, 4, № 8, с. 977 (прототип).
2.Патент США № 3617Э31, класс 117/33-3, 1968 г.
3.Патент Франции № 1371342, класс Q- 02 В 5/28, 1964-.
