コーティング済みカラーフィルタがカバーする選択肢は、多くの図面が想定するよりも広範囲に及び、その違いが性能と価格の双方を決める。本稿では、科学および実験室機器で利用可能な実用的な選択肢—基板、コーティング工程、厚み、公差—を比較し、各トレードオフが奏功する場合とそうでない場合を示す。
科学および実験室機器におけるコーティング済みカラーフィルタ
科学および実験室機器において、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。実験室機器は再現性で評価されるため、その光学は文書化され、性能は測定キャンペーンの間ドリフトしてはならない。多くの機器は参照光路に対して較正され、これは窓またはフィルタの小さな変化が明らかな故障を生じるのではなくすべての読み取りをシフトすることを意味する。
代替手段との比較
コーティング干渉プレートは、染色または吸収ガラス、印刷ゲル、および一部の設計では単なる未コーティングの有色基板と競合する。吸収ガラスはより安価で角度に完全に鈍感であり、広錐システムに魅力的であるが、鋭いエッジに到達できず、高フラックス下で褪せ、任意の色を生成できない。ゲルは最も安価な選択肢であり使用中に消費されるため、10年設計の器具ではなく一時的な設置に適している。コーティングされた硬質酸化物プレートは前払いでより高価であるが、器具の寿命まで色を保持し、他の2つでは一致できない方法でパターン化または多ゾーン化できる。科学および実験室機器において、決定は通常フラックスと耐用寿命にかかる：平方センチメートルあたり数百ミリワット未満ではより安価な選択肢が実行可能であり、それ以上ではコーティングガラスが生き残る唯一の答えである。
コーティングと成膜の検討事項
コーティング設計こそが、実際に色が作られる場所である。干渉スタックは、SiO2に対してNb2O5、Ta2O5、またはTiO2などの材料の層を交互に重ねて構成され、層数と厚み比が反射帯域、遷移の急峻さ、および通過帯域のリップルを調整する。IADまたは他のイオンアシストプロセスが好まれる。なぜなら湿気によるシフトが少ない緻密な硬質酸化物層を生成するため、湿度が変化しても色が移動しないからである。角度によるシフトは本質的なものであるため、多ゾーンフィルタは各ゾーンが独自のスタックと独自の角度窓をもつように設計される。科学および実験室機器については、部品が両面の硬質コート（耐擦傷性と裏面反射制御）を必要とするか、片面のコーティング面のみか、およびセンサーや接合線のために未コーティングの領域を残す必要があるかを早期に決定する。
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、科学および実験室機器における最も効果的な単一のコスト削減である。
基板と材料の選定
基板は、コーティングが耐え得る上限を設定する。B270と超透明フロートガラスは中程度のフラックスの主力であり、価格対透明度の比が最良である。部品がランプに近接して置かれる場合、熱勾配を割れずに許容するため、ホウケイ酸ガラスまたは特定の耐熱ガラスが使用される；溶融石英やEagle XGなどの低膨張基板はさらに進み、繰り返す熱サイクルを通じて形状を保持する。厚みはグレードと同様に重要である：0.5 mmのプレートは3 mmのプレートよりも速く加熱・冷却されるため、ストロボやシャッター条件下では薄い方が安全であるが、組立時にはより脆い。科学および実験室機器について、通常の故障は弱すぎる材料ではなく、指定されたことのない材料である。そのため工場はソーダ石灰ガラスにデフォルトし、最初の高フラックス試験でプレートが割れる。
科学および実験室機器に特有の要件
科学および実験室機器において、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。実験室機器は再現性で評価されるため、その光学は文書化され、性能は測定キャンペーンの間ドリフトしてはならない。多くの機器は参照光路に対して較正され、これは窓またはフィルタの小さな変化が明らかな故障を生じるのではなくすべての読み取りをシフトすることを意味する。
- 文書化され安定した透過曲線
- 較正妥当性のためのバッチ間一貫性
- 実験室溶剤への化学耐性
- 干渉計光路用の精密表面品質
試験所のISO/IEC 17025コンテキスト、ISO 10110図面、および完全な材料およびコーティング文書。
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
高出力照明器具にはどの基板を使用すべきですか？
ほとんどの器具にはホウケイ酸ガラスまたは専用の耐熱ガラスを、部品が急速な熱サイクルを経験する場合には溶融石英または低膨張基板を。薄い基板は厚いものよりも熱衝撃に耐える。なぜならプレート全体の勾配が小さいためである。
フィルタには測定された透過曲線が付属しますか？
はい、すべての出荷には、指定された入射角で測定された分光光度トレースを含めることができ、色ターゲットが与えられた場合はCIE座標も追加される。レーザーおよび高フラックス部品には、さらに損傷閾値データを添付できる。
1枚のプレートに複数の色を組み合わせられますか？
それは染色ではなくコーティングの利点の1つである：1枚のプレートは、別々のコーティングゾーン、パターン化されたロゴ、および取付け用の未コーティングマージンを、1回のコーティング工程ですべて担える。各ゾーンは独自のスタックで設計される。