航空宇宙および防衛光学における要件は変化してきた—より薄い部品、より広い帯域、より過酷な環境—そしてその変化はコーティング済みカラーフィルタガラスサプライヤーに求められる品質を変えている。本稿では、需要の方向性、それが仕様に意味する内容、および設計が単一の工程に縛られないよう調達を構成する方法を検討する。
航空宇宙および防衛光学におけるコーティング済みカラーフィルタ
航空宇宙および防衛光学において、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。航空宇宙光学は熱真空、振動、衝撃、および放射環境に対して認定され、一度認定されると変更が困難であり、これが文書化と再現性を支配的な要件とする。重量は重要であり、コーティングは水分吸収なしで生存しなければならず、すべての部品は認定の足跡を担う。
コーティング済みカラーフィルタガラスが実際にどのように機能するか
コーティング済みカラーフィルタは、染料を吸収するのではなく干渉によってその色を生み出し、その違いが部品の他のすべてを決定する。通常数十層の高屈折率層と低屈折率層が交互になるスタックは、抑制すべき波長を反射し、設計が求める帯域を透過する。漂白や焼き切れがないため、色はランプ稼働時間とともに褪せない。これが、フィルタが高強度光源の前に置かれる航空宇宙および防衛光学において、コーティングカラープレートが主流となる理由である。同じ物理法則により、1回のコーティング工程で1枚のプレートの異なるゾーンに異なる色を配置したり、定義された色でロゴを印刷したり、あるいは一方の帯域を反射しながら他方を通す二色性エッジを作ったりできる。限界要因は角度感度である：入射角が増大するにつれて通過帯域はより短い波長へシフトするため、設計の良さはそれが指定された許容角度に依存する。
コストを下げる設計ルール
コーティング済みカラーフィルタを用いた設計は、主として角度、熱、および取付けに関するものである。まず許容コーンを決定する：狭いコーンはより急なエッジとより純粋な色を得、広いコーンは色の飽和を犠牲にして光束効率を得る。次に、部品がどのように保持されるかを決定する—リング、クリップ、接着剤、または枠—そして保持部が光学面に触れないよう、コーティングのない少なくとも1 mmのマージンを残す。同じ理由で、パターン領域をエッジから少なくとも0.3 mm離す。部品がコンデンサまたはレンズの後ろにある場合、平行光を想定するのではなく角度広がりをモデル化する。なぜなら実効スペクトルはその広がりにわたる重み付き平均となるからである。航空宇宙および防衛光学については、許容角度、取付方法、および最大フラックスを記した図面上の短い注記が、そうでなければ初回納品時に表面化する議論の大部分を防ぐ。
規格・文書・トレーサビリティ
カラーフィルタは、光学的、安全、および環境要件の混合によって統制される。図面は表面形状と欠陥についてISO 10110に従う；透過率は、顧客がスペクトルではなく色ターゲットを指定した場合、CIE色座標に対して報告される。環境コンプライアンスはRoHSおよびREACH宣言を意味し、舞台およびエンターテインメント製品については、光源自体の火災挙動と光生物学的安全性に関する追加の考慮事項がある。航空宇宙および防衛光学において、出荷を支える文書は通常、測光報告書、材料宣言、およびますます、制限染料の不在を確認する物質報告書である。コーティングフィルタは有機色素を含まないため、これは単純である—しかし書類は物品が通関する前に存在していなければならない。
コストと納期を左右する要因
コーティング済みカラーフィルタの価格は、主として層数、基板のサイズ、およびコーティング工程の歩留まりの関数である。20層のカラーコーティングは日常的なものである；2 nmの遷移をもつ60層のエッジフィルタは、チャンバー時間と厚み誤差に対する感度の両方が急増するため、数倍のコストとなる。パターン部品はリソグラフィまたはスクリーン印刷の工程を追加し、そのコストはマスクまたはスクリーンに支配されるため、最初の1個は高価で100個目はそうではない。基板のグレードと厚みは、ほとんどの購入者が予想するよりも少ない寄与しかしない；実際のコスト跳躍は、厳しい分光公差、チャンバーの均一ゾーンより大きい部品、および数枚のプレートのためにチャンバーを稼働せざるを得ない低量から生じる。1回の工程で共有できる色を統合することは、航空宇宙および防衛光学における最も効果的な単一のコスト削減である。
検査と測定
すべてのカラーフィルタは、公称値ではなく測定された曲線とともに出荷されるべきである。指定された入射角での350〜1050 nmの分光光度法がベースラインである；レーザーまたは高フラックスシステムで使用される部品については、レーザー損傷閾値データと有効口径全体の透過マップの要求が価値がある。顧客が指定する色座標は、定義された光源と観測者を必要とし、設計から予測されるのではなく実際の部品上で測定されなければならない。航空宇宙および防衛光学において、最も多くの見逃しを捕捉する入荷検査は、パターン領域とエッジ品質の物理的確認である。なぜならコーティングは分光学的に完璧であっても、ベンチ測定では決して見えない欠けや位置合わせ誤差によって却下され得るからである。
航空宇宙および防衛光学に特有の要件
航空宇宙および防衛光学において、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。航空宇宙光学は熱真空、振動、衝撃、および放射環境に対して認定され、一度認定されると変更が困難であり、これが文書化と再現性を支配的な要件とする。重量は重要であり、コーティングは水分吸収なしで生存しなければならず、すべての部品は認定の足跡を担う。
- 熱真空および振動の生存
- 高い比剛性をもつ軽量
- 水分シフトのないコーティング安定性
- 完全な初回納品およびプロセス文書
AS9100品質システム、コーティングおよび表面品質のMIL仕様、および顧客固有の環境認定プロトコル。
選定データ一覧
| パラメータ | 標準値 | 備考 |
|---|---|---|
| 主波長 | 450 - 660 nm、カスタムは±5 nm | カラーチップごと |
| 帯域内透過率 | >= 85 %（チューニング設計ではT>= 90 %） | 垂直入射時 |
| 帯域外遮断 | OD2 - OD4 | 可視からNIR |
| コーティング種 | IAD多層硬質酸化物 | 干渉による発色 |
| 基板 | B270、ホウケイ酸ガラス、超透明、石英 | 高フラックス用耐熱グレード |
| 厚み | 0.3 - 3 mm | ゴボでは1.1 mmが標準 |
| サイズ公差 | ±0.1 mm、要望で±0.05 mm | 円、角、カスタム外形 |
| パターン公差 | ±0.05 mmの位置合わせ | スクリーン印刷、リソグラフィ、またはマスク |
| 動作温度 | 基板に依存し最大400°C | 熱衝撃が実際の限界 |
よくある質問
コーティングカラーフィルタは角度によってどの程度シフトしますか？
典型的な可視帯域スタックは、入射が10度増えるごとに波長の約1%だけ短い波長へシフトする。したがって0度用に指定され30度コーンで使用される設計は、公称曲線よりも顕著に青みがかって読まれる。これが許容角度が図面に記載されるべき理由である。
特定の色でロゴやパターンを印刷できますか？
はい。パターンは、コーティング前のマスキングまたはリソグラフィ、あるいはパターン層のスクリーン印刷によって生成され、位置合わせは通常±0.05 mmに保持される。特徴をエッジから少なくとも0.3 mm離し、アートワークをベクタデータとして提供する。
色は時間とともに褪せますか？
いいえ。干渉コーティングは無機の硬質酸化物層であり、漂白する染料はない。現場での色変化は、ほぼ常にイオンアシストなしで成膜された湿潤したコーティング、またはアプリケーションが到達したよりも低い動作温度用に指定された設計から生じる。