RU2321035C1 - Device for transforming images in visible and adjacent infrared parts of spectrum - Google Patents
Device for transforming images in visible and adjacent infrared parts of spectrum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2321035C1 RU2321035C1 RU2006124292/28A RU2006124292A RU2321035C1 RU 2321035 C1 RU2321035 C1 RU 2321035C1 RU 2006124292/28 A RU2006124292/28 A RU 2006124292/28A RU 2006124292 A RU2006124292 A RU 2006124292A RU 2321035 C1 RU2321035 C1 RU 2321035C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- layers
- thickness
- film
- spectrum
- Prior art date
Links
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 title 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 72
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 4
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910021542 Vanadium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N vanadium dioxide Chemical compound O=[V]=O GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 2
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical group [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Filters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптоэлектронике, индикаторной технике и теплометрии.The invention relates to optoelectronics, indicator technology and heat metering.
Известно устройство для отображения информации, содержащее подложку с расположенным на ней рабочим слоем, выполненным из термохромного материала с гистерезисной характеристикой зависимости оптических свойств, например прозрачности или коэффициента отражения, от температуры [А.с. SU N 290277, МПК G06F 3/14. Устройство для отображения информации / B.C.Кузенко, А.С.Ситников, Л.Л.Утяков].A device for displaying information containing a substrate with a working layer located on it made of a thermochromic material with a hysteretic characteristic of the dependence of optical properties, such as transparency or reflection coefficient, on temperature [A.S. SU N 290277, IPC G06F 3/14. A device for displaying information / B.C. Kuzenko, A.S. Sitnikov, L.L. Utyakov].
Рабочий слой из Cu2HgJ4 при нагревании и охлаждении в температурном диапазоне 70...87°С обратимо переходит из одной кристаллической модификации в другую (фазовый переход первого рода), что сопровождается резким изменением цвета от ярко-красного до черного. Наличие гистерезисной характеристики изменения цвета от температуры, с шириной петли 15°С, позволяет создавать проекционные запоминающие экраны произвольных размеров с записью оптическим лучом. Для этого необходимо внешнее термостатирование экрана в середине петли гистерезиса, например, с помощью терморегулятора.The working layer of Cu 2 HgJ 4, when heated and cooled in the temperature range of 70 ... 87 ° C, reversibly passes from one crystalline modification to another (phase transition of the first kind), which is accompanied by a sharp color change from bright red to black. The presence of a hysteretic characteristic of color change with temperature, with a loop width of 15 ° C, allows you to create projection storage screens of arbitrary sizes with recording by an optical beam. For this, external temperature control of the screen is necessary in the middle of the hysteresis loop, for example, using a temperature controller.
Недостатком вышеназванного устройства является малая величина отношения отражательной способности материала в середине петли гистерезиса, которая не превышает 6:1, что не позволяет его эффективно использовать для голографической записи информации.The disadvantage of the above device is the small value of the ratio of the reflectivity of the material in the middle of the hysteresis loop, which does not exceed 6: 1, which does not allow it to be effectively used for holographic recording of information.
Кроме того, недостатком является отсутствие защитного слоя, что исключает использование устройства в условиях воздействия внешней среды. Время восстановления цвета при охлаждении рабочего слоя экрана воздухом комнатной температуры составляет доли секунды, что затягивает время появления новой информации.In addition, the disadvantage is the lack of a protective layer, which excludes the use of the device under environmental conditions. The color recovery time when the working layer of the screen is cooled by room temperature air is a split second, which delays the time for new information to appear.
Известно также устройство оптической индикации, содержащее диэлектрическую подложку, покрытую пленочными резистивными элементами с электродами, которые формируют рисунок отображаемой информации, далее последовательно расположены следующие пленочные слои: изоляционный слой, отражающий металлический слой, рабочий слой с гистерезисной зависимостью коэффициента отражения от температуры, например из диоксида ванадия, внешний защитный прозрачный слой, образующий светофильтр [Патент Франции N 2140892, МКИ G08F 13/00 // G02F 1/00. Устройство оптической индикации /J.Duchene, I.Melnick. Опубл. 19.01.73].An optical indication device is also known, comprising a dielectric substrate coated with film resistive elements with electrodes that form a pattern of the displayed information, the following film layers are subsequently arranged: an insulating layer, a reflecting metal layer, a working layer with a hysteretic dependence of the reflection coefficient on temperature, for example, dioxide vanadium, an external protective transparent layer forming a light filter [French Patent N 2140892, MKI G08F 13/00 // G02F 1/00. Optical Indication Unit /J.Duchene, I. Melnick. Publ. 01/19/73].
В рабочем слое из нестехиометричной фазы VO2 в температурном интервале 50...76°С происходит обратимый фазовый переход первого рода из моноклинной в тетрагональную структуру, сопровождаемый скачкообразным изменением оптических и электрических свойств. Указанный фазовый переход первого рода получил название фазовый переход полупроводник-металл (ФППМ), так как до и после ФППМ электропроводность слоя фазы VO2 соответствует полупроводниковому или металлическому состояниям.In the working layer from the non-stoichiometric VO 2 phase in the temperature range of 50 ... 76 ° С, a first-order reversible phase transition from monoclinic to tetragonal structure occurs, accompanied by a jump-like change in optical and electrical properties. The indicated first-order phase transition is called the semiconductor-metal phase transition (FPPM), since before and after the FPPM, the electrical conductivity of the VO 2 phase layer corresponds to a semiconductor or metal state.
Данное устройство предназначено для отображения буквенно-цифровой информации путем изменения цветовой окраски индикаторных элементов рабочего слоя. Кроме того, устройство позволяет осуществлять проекционную запись информации с помощью оптического или лазерного луча, при этом резистивные элементы с электродами осуществляют термостатирование рабочего слоя в середине петли гистерезиса.This device is designed to display alphanumeric information by changing the color of the indicator elements of the working layer. In addition, the device allows projection recording of information using an optical or laser beam, while resistive elements with electrodes perform thermostating of the working layer in the middle of the hysteresis loop.
Недостатком указанного устройства является наличие промежуточного пленочного изоляционного слоя, который достаточно сложно выполнить однородным, без пор на большой площади, например более 9 см2. Поэтому в месте пор возникает перегрев слоя VO2, что вызывает его разрушение.The disadvantage of this device is the presence of an intermediate film insulating layer, which is difficult to perform homogeneous, without pores over a large area, for example more than 9 cm 2 . Therefore, overheating of the VO 2 layer occurs at the pore site, which causes its destruction.
Наиболее близким к заявляемому является голографический транспарант, выбранный в качестве прототипа, содержащий диэлектрическую подложку, покрытую алюминиевым зеркалом толщиной 100 нм, на котором расположен рабочий слой из VO2 толщиной 0,1...0,12 мкм, который покрыт прозрачным диэлектрическим слоем толщиной λ/2n, где λ - рабочая длина волны, n - показатель преломления, на обратной стороне подложки расположены резистивный нагреватель из NiCr с электродами из Ni и термопара Cu-Ni [Олейник А.С. Оптические параметры пленочных реверсивных сред Al-VO2-AK-113Ф и Al-VO2-Al2О3 // ЖТФ. 1993. Т.63. Вып.1. С.97-103].Closest to the claimed is a holographic banner, selected as a prototype, containing a dielectric substrate coated with an aluminum mirror 100 nm thick, on which is located a working layer of VO 2 with a thickness of 0.1 ... 0.12 μm, which is covered with a transparent dielectric layer with a thickness of λ / 2n, where λ is the working wavelength, n is the refractive index, on the reverse side of the substrate are a NiCr resistive heater with Ni electrodes and a Cu-Ni thermocouple [Oleinik A.S. Optical parameters of film reverse media Al-VO 2 -AK-113Ф and Al-VO 2 -Al 2 О 3 // ZhTF. 1993. V. 63.
Голографический транспарант на основе окислов ванадия эффективен для записи и считывания оптической информации на длинах волн 1,06...1,15 мкм, где величина отношения R1/R2=40, где R1 и R2 - коэффициенты отражения до и после ФППМ, что обеспечивает дифракционную эффективность 2,4%.A holographic banner based on vanadium oxides is effective for recording and reading optical information at wavelengths of 1.06 ... 1.15 μm, where the ratio R 1 / R 2 = 40, where R 1 and R 2 are the reflection coefficients before and after FPPM, which provides a diffraction efficiency of 2.4%.
Недостатком конструкции преобразователя изображения на основе окислов ванадия является: наличие только двух градаций яркости изображения в видимом диапазоне спектра; ограничение, связанное с использованием однослойного защитного покрытия, так как его отражение быстро возрастает при отклонении длины волны от рабочей.The disadvantage of the design of the image converter based on vanadium oxides is: the presence of only two gradations of image brightness in the visible range of the spectrum; the limitation associated with the use of a single-layer protective coating, since its reflection increases rapidly when the wavelength deviates from the working one.
Существует проблема увеличения контраста изображения в видимой области спектра, а также достижения максимальной дифракционной эффективности на длинах волн 1,06...1,2 мкм, где наиболее целесообразна запись оптической информации.There is a problem of increasing the image contrast in the visible region of the spectrum, as well as achieving maximum diffraction efficiency at wavelengths of 1.06 ... 1.2 μm, where the recording of optical information is most appropriate.
Задачей настоящего изобретения является повышение яркостного контраста изображения при сохранении цветового контраста изображения в видимом диапазоне спектра и сохранении дифракционной эффективности на длинах волн 1,06...1,15 мкм, а также обеспечение возможности эксплуатации в условиях воздействия внешних факторов окружающей среды.The objective of the present invention is to increase the luminance contrast of the image while maintaining the color contrast of the image in the visible range of the spectrum and maintaining diffraction efficiency at wavelengths of 1.06 ... 1.15 μm, as well as providing the possibility of operation under conditions of exposure to external environmental factors.
Сущность изобретения достигается тем, что в известном преобразователе изображения в видимом и ближнем инфракрасном (ИК) диапазонах спектра, содержащем диэлектрическую подложку, с обратной стороны которой расположены пленочные резистивный нагреватель и термопара, а с лицевой стороны подложка покрыта алюминиевым зеркалом, на котором последовательно расположены рабочий слой из VO2 и наружный защитный диэлектрический слой, рабочий слой из VO2 содержит окисные слои, при следующем их расположении: поверхностный слой из V2O5, затем слой из VO2 и нижний слой из V3O5, V2О3, VO, при этом в процентном отношении толщины указанных слоев имеют от их общей суммы следующие значения V2O5 - 5%, VO2 - 75%, V3О5, V2O3, VO - 20%, а оптические толщины слоев пленочной структуры с соответствующими названным слоям показателями преломления подчинены соотношениям: n1d1=n2d2=0,27 и n3d3=0,115, где n1=1,38...1,69, n2=2,35, n3=1,15 - показатели преломления защитного слоя, рабочего слоя на основе окислов ванадия, алюминиевого зеркала соответственно, a d1, d2, d3 - толщины пленочных слоев структуры, в мкм.The invention is achieved by the fact that in the known image converter in the visible and near infrared (IR) spectral ranges containing a dielectric substrate, on the back side of which there are film resistive heater and a thermocouple, and on the front side of the substrate is covered with an aluminum mirror on which the working mirror is arranged VO 2 layer and an outer protective dielectric layer of the working layer VO 2 comprises oxide layers at their next location in the surface layer of V 2 O 5, then a layer of VO 2 a lower layer of V 3 O 5, V 2 O 3, VO, while the percentage of the thickness of said layers are of the total amount the following values V 2 O 5 - 5%, VO 2 - 75%, V 3 O 5, V 2 O 3 , VO - 20%, and the optical thicknesses of the layers of the film structure with the refractive indices corresponding to these layers are subject to the relations: n 1 d 1 = n 2 d 2 = 0.27 and n 3 d 3 = 0.115, where n 1 = 1 , 38 ... 1.69, n 2 = 2.35, n 3 = 1.15 - the refractive indices of the protective layer, the working layer based on vanadium oxides, aluminum mirrors, respectively, ad 1 , d 2 , d 3 - film thickness layers of the structure, in microns.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в установлении в процессе изготовления оптимального процентного соотношения между объемов рабочего слоя VO2 и окисных слоев V2O5, V3O5, V2О3, VO к их общей сумме.The technical result of the claimed invention is to establish in the manufacturing process the optimal percentage ratio between the volumes of the working layer VO 2 and the oxide layers V 2 O 5 , V 3 O 5 , V 2 O 3 , VO to their total amount.
Экспериментально установлено, что стимулы, характеризующие цветовой тон, насыщенность цвета и яркость пленочной структуры Al-VO2 имеют выражение экстремальные значения в зависимости от толщины оксидного слоя на основе фазы VO2. Оптимизация технологического процесса изготовления структуры показала, что при установке толщины d слоя ванадия и при дальнейшем окислении его на воздухе при 480°С до формирования оксидного слоя ванадия толщиной 2d, последний состоит из поверхностного слоя V2O5 - 5% всей толщины, рабочего слоя VO2 - 75% всей толщины и нижележащего слоя из V3O5, V2О3, VO - 20% всей толщины. Это справедливо для оксидного слоя ванадия толщиной 0,1...0,12 мкм [Олейник А.С. Оптические параметры пленочных реверсивных сред Al-VO2-AK-113Ф и Al-VO2-Al2О3 // ЖТФ. 1993. Т.63. Вып.1. С.97-103].It was experimentally established that stimuli characterizing the color tone, color saturation, and brightness of the Al-VO 2 film structure have extreme values depending on the thickness of the oxide layer based on the VO 2 phase. Optimization of the structure manufacturing process has shown that during installation the thickness d vanadium layer and upon further oxidation in air at 480 ° C to form an oxide layer of vanadium thickness 2d, the latter consists of a surface layer of V 2 O 5 - 5% of the total thickness of the working layer VO 2 - 75% of the entire thickness and the underlying layer of V 3 O 5 , V 2 O 3 , VO - 20% of the entire thickness. This is true for the vanadium oxide layer with a thickness of 0.1 ... 0.12 microns [Oleinik A.S. Optical parameters of film reverse media Al-VO 2 -AK-113Ф and Al-VO 2 -Al 2 О 3 // ZhTF. 1993. V. 63.
Исходный цвет пленочной структуры Al - V2О5, VO2, V3О5, V2О3, VO определяется оптической толщиной оксидного слоя ванадия. Изменение цвета при нагреве до температуры фазового перехода полупроводник-металл (ФППМ) фазы VO2 обусловлено перераспределением спектральной зависимости коэффициента отражения структуры в видимой области спектра.The original color of the film structure Al - V 2 O 5, VO 2, V 3 O 5, V 2 O 3, VO determined by the optical thickness of the vanadium oxide layer. The color change upon heating to the semiconductor-metal phase transition temperature (FPPM) of the VO 2 phase is due to the redistribution of the spectral dependence of the reflection coefficient of the structure in the visible region of the spectrum.
Путем выбора толщины оксидного слоя ванадия, при оптимальном соотношении его фазового состава, устанавливается компромисс между максимальным контрастом изображения и подборкой благоприятных пар цветов в видимом диапазоне спектра до и после ФППМ.By choosing the thickness of the oxide layer of vanadium, with an optimal ratio of its phase composition, a compromise is established between the maximum image contrast and the selection of favorable color pairs in the visible spectrum before and after the FPPM.
Выбором соотношения оптических толщин прозрачного диэлектрического слоя и оксидного слоя ванадия обеспечивается максимальная величина отношения между отражениями в полупроводниковом и металлическом состояниях на длинах волн 0,4...1,15 мкм и возможность эксплуатации в условиях воздействия внешних факторов окружающей среды.The choice of the ratio of the optical thicknesses of the transparent dielectric layer and the vanadium oxide layer ensures the maximum value of the ratio between reflections in the semiconductor and metal states at wavelengths of 0.4 ... 1.15 μm and the possibility of operation under the influence of external environmental factors.
Пленки Al и V необходимой толщины получаются путем контроля скорости напыления при величине подводимой мощности к испарителю, веса навески и времени процесса напыления, при заданной степени вакуума. Кроме того, в процессе напыления используется резистивный метод контроля по свидетелю необходимой толщины покрытия, что обеспечивает разброс не более пяти процентов от заданной толщины.Al and V films of the required thickness are obtained by controlling the deposition rate at the amount of input power to the evaporator, the weight of the sample and the time of the deposition process, at a given degree of vacuum. In addition, in the spraying process, a resistive witness control method of the required coating thickness is used, which ensures a spread of not more than five percent of the specified thickness.
Процесс окисления пленки ванадия на воздухе производят при заданных температуре 480°С и времени окисления, за которое оксидный слой приобретает цвет, необходимый для визуализации оптических сигналов. Так как вариации порога яркостной и цветовой контрастной чувствительности зрения совпадают, то при визуальном контроле цвет оксидного слоя уверенно устанавливается относительно цвета эталона.The process of oxidizing a vanadium film in air is carried out at a given temperature of 480 ° C and the oxidation time, during which the oxide layer acquires the color necessary for visualizing optical signals. Since the variations in the threshold of brightness and color contrast sensitivity of vision coincide, during visual inspection the color of the oxide layer is confidently set relative to the color of the standard.
Защитное диэлектрическое покрытие требуемой толщины наносилось методами: центрифуги с использованием бутилметакрилового лака АК-113Ф, при контроле скорости и времени вращения центрифуги, вязкости лака и его количества; термического напыления в вакууме с использованием фотометрического контроля коэффициента отражения покрытий MgF2; электронно-лучевого испарения в вакууме с фиксацией толщины покрытий SiO2, Al2О3, кратной четверти длины волны интерференционного фильтра на рабочей длине волны.The protective dielectric coating of the required thickness was applied by the following methods: centrifuges using AK-113F butyl methacrylic varnish, while controlling the speed and time of rotation of the centrifuge, the viscosity of the varnish and its quantity; thermal spraying in vacuum using photometric control of the reflectance of MgF 2 coatings; electron beam evaporation in vacuum with fixing the thickness of the coatings SiO 2 , Al 2 About 3 , a multiple of a quarter of the wavelength of the interference filter at the working wavelength.
Таким образом, на основании приведенных соотношений: n1d1=n2d2=0,27, n3d3=0,115, зная показатели преломления n1, n2, n3, используемых пленочных слоев структуры, добиваются заданной их толщины d1, d2, d3.Thus, based on the above ratios: n 1 d 1 = n 2 d 2 = 0.27, n 3 d 3 = 0.115, knowing the refractive indices n 1 , n 2 , n 3 of the used film layers of the structure, they achieve their specified thickness d 1 , d 2 , d 3 .
На фиг.1 и фиг.2 схематически изображена конструкция преобразователя изображения; на фиг.3 показано соотношение фаз по толщине оксидного слоя ванадия; на фиг.4 приведен коэффициент отражения структуры Al - V2О5, VO2, V3О5, V2О3, VO на длинах волн 0,4...1,2 мкм до и после ФППМ; на фиг.5 приведен спектральный коэффициент отражения структуры Al - V2O5, VO2, V3О5, V2О3, VO - Д (диэлектрик) на длинах волн 0,4...1,2 мкм до и после ФППМ.Figure 1 and figure 2 schematically shows the design of the image Converter; figure 3 shows the ratio of phases through the thickness of the oxide layer of vanadium; figure 4 shows the reflection coefficient of the structure Al - V 2 About 5 , VO 2 , V 3 About 5 , V 2 About 3 , VO at wavelengths of 0.4 ... 1.2 μm before and after the FPPM; figure 5 shows the spectral reflection coefficient of the structure Al - V 2 O 5 , VO 2 , V 3 O 5 , V 2 O 3 , VO - D (dielectric) at wavelengths of 0.4 ... 1.2 μm to and after FPPM.
На фиг.1 и фиг.2 показан преобразователь изображения, который содержит жесткую или гибкую диэлектрическую подложку 1, покрытую алюминиевым зеркалом 2. На зеркале 2 расположен оксидный слой ванадия 3, состоящий из фаз V2О5, VO2, V3О5, V2О3, VO, который покрыт внешним прозрачным диэлектрическим слоем 4. С обратной стороны подложки 1 расположены пленочные резистивный нагреватель 5 и термопара 6.Figure 1 and figure 2 shows the image Converter, which contains a rigid or flexible
На фиг.3 показано соотношение фаз V2O5, VO2, V3O5, V2О3, VO в процентном отношении по толщине оксидного слоя ванадия 2.3 shows the phase relationship V 2 O 5, VO 2, V 3 O 5, V 2 O 3, VO as a percentage of the thickness of the oxide layer 2 of vanadium.
На фиг.4 приведен спектральный коэффициент отражения структуры Al - V2O5, VO2, V3О5, V2О3, VO (0,1...0,115) мкм до и после ФППМ на длинах волн 0,4...1,2 мкм. Структура обладает яркостным контрастом изображения 0,63, что при ширине петли гистерезиса 13°С обеспечивает три градации яркости изображения.Figure 4 shows the spectral reflection coefficient of the Al - V 2 O 5 , VO 2 , V 3 O 5 , V 2 O 3 , VO (0.1 ... 0.115) μm structure before and after the FPPM at wavelengths 0.4 ... 1.2 microns. The structure has a brightness contrast of 0.63 image, which with a hysteresis loop width of 13 ° C provides three gradations of image brightness.
На фиг.5 приведен спектральный коэффициент отражения структуры Al - V2O5, VO2, V3О5, V2O3, VO - АК-1130 (0,1...0,115...0,19) мкм до и после ФППМ на длинах волн 0,4...1,2 мкм.Figure 5 shows the spectral reflection coefficient of the structure Al - V 2 O 5 , VO 2 , V 3 O 5 , V 2 O 3 , VO - AK-1130 (0.1 ... 0.115 ... 0.19) μm before and after the FPPM at wavelengths of 0.4 ... 1.2 μm.
Пленки двуокиси ванадия, содержащие незначительное количество пятиокиси, трехокиси и окиси ванадия обладают большим скачком показателя преломления при ФППМ в голубой, синей, фиолетовой областях спектра по сравнению с чистой двуокисью ванадия.Films of vanadium dioxide containing an insignificant amount of pentoxide, trioxide and vanadium oxide have a large jump in the refractive index during the FPPM in the blue, blue, and violet spectral regions compared to pure vanadium dioxide.
При выполнении соотношений n1d1=n2d2=0,27 имеет место случай двойного слоя между средами с близкими по значению показателями преломления (для воздуха n0=1, для алюминия n3=1,15). В этом случае происходит небольшой сдвиг интерференционных максимума и минимума отражения структуры в сторону коротких длин волн. В видимой области спектра в структуре Al - V2O5, VO2, V3О5, V2O3, VO - Д (диэлектрик) происходит изменение величины отражений до и после ФППМ, что и обуславливает повышение яркостного контраста изображения. В ближней ИК области спектра из-за широкого интерференционного минимума отражения в полупроводниковом состоянии сохраняется величина отношения коэффициентов отражения до и после ФППМ.When the ratios n 1 d 1 = n 2 d 2 = 0.27 are fulfilled, a double layer occurs between media with similar refractive indices (for air n 0 = 1, for aluminum n 3 = 1.15). In this case, a slight shift of the interference maximum and minimum reflection of the structure toward short wavelengths occurs. In the visible region of the spectrum, the structure of Al - V 2 O 5 , VO 2 , V 3 O 5 , V 2 O 3 , VO - D (dielectric) changes the reflection value before and after the FPPM, which leads to an increase in the brightness contrast of the image. In the near IR region of the spectrum, due to the wide interference minimum of reflection in the semiconductor state, the ratio of reflection coefficients before and after the FPPM is preserved.
На основании измерений спектрального коэффициента отражения пленочных структур Al - VO2 и Al - VO2 - Д (диэлектрик) на длинах волн 0,4...0,77 мкм до и после ФППМ (фиг.3 и фиг.4) рассчитывались цветности каждой структуры в системе XYZ с помощью метода взвешенных координат, при стандартных значениях удельных координат цветов однородных излучений х(λ), y(λ), z(λ) и спектрального распределения энергии Ic(λ) источника света С. Для объективной оценки величины цветовой контрастности Кц использовался равноконтрастный график в системе UVW, где единой мерой различия цветов, выражаемого различиями трехцветных коэффициентов, является расстояние между точками двух цветов, пропорциональное числу порогов цветоразличения [Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. Пер. с англ. / Под ред. Л.Ф.Артюшина М.: Мир, 1978. 598 с.].Based on measurements of the spectral reflection coefficient of the film structures Al - VO 2 and Al - VO 2 - D (dielectric) at wavelengths of 0.4 ... 0.77 μm before and after the FPPM (Fig. 3 and Fig. 4), the colors were calculated each structure in the XYZ system using the method of weighted coordinates, for standard values of the specific coordinates of the colors of homogeneous radiation x (λ), y (λ), z (λ) and the spectral distribution of energy I c (λ) of light C. For an objective assessment of color contrast to the n used ravnokontrastny schedule UVW system where a single measure of the difference Councils, expressed differences trichromatic coefficients, is the distance between two colors, proportional to the number of color discrimination thresholds [Judd D., G. Vyshetski in color science and technology. Per. from English / Ed. LF Artyushina M .: Mir, 1978. 598 p.].
В таблице приведены светотехнические параметры преобразователей изображения, выполненных без защитного слоя - п.(1) и с защитным слоем разной толщины п.(2-4).The table shows the lighting parameters of image converters made without a protective layer - item (1) and with a protective layer of different thickness items (2-4).
Как видно из результатов экспериментов оптимальные светотехнические параметры соответствуют структуре Al - V2О5, VO2, V3O5, V2O3, VO - п.(1) при толщине оксидного слоя ванадия 0,115 мкм. В трехслойных структурах Al - V2O5, VO2, V3О5, V2О3, VO - Д - п.(2) при выполнении соотношений: n1d1=n2d2=0,27 и n3d3=0,115 происходит увеличение яркостного контраста на 3,7% при уменьшении цветового контраста на 6,7%. При визуальном наблюдении двух картин изображения с тремя градациями яркостного контраста изображения и достаточно высоким цветовым контрастом, увеличение на 3,7% яркостного контраста предпочтительнее, чем уменьшение на 6,7% цветового контраста. Увеличение толщины защитного покрытия на 15% - п.(3) приводит к уменьшению контраста изображения Кя на 19,1%, а соответственно уменьшение толщины защитного покрытия на 15% - п.(4) приводит к уменьшению Кя на 11,2%. Главной задачей было увеличить яркостный контраст Кя изображения в видимом диапазоне спектра и, при этом, сохранить дифракционную эффективность на длинах волн 1,06...1,15 мкм, а также получить возможность использовать трехслойную структуру Al -V2O5, VO2, V3О5, V2O3, VO - Д в условиях воздействия влаги окружающей среды и ионизирующих излучений.As can be seen from the experimental results, the optimal lighting parameters correspond to the structure Al - V 2 O 5 , VO 2 , V 3 O 5 , V 2 O 3 , VO - item (1) with a vanadium oxide layer thickness of 0.115 μm. In the three-layer structures Al - V 2 O 5 , VO 2 , V 3 O 5 , V 2 O 3 , VO - D - item (2) under the relations: n 1 d 1 = n 2 d 2 = 0.27 and n 3 d 3 = 0.115 luminance contrast is increased by 3.7% with a decrease of color contrast of 6.7%. When visually observing two pictures of an image with three gradations of the brightness contrast of the image and a sufficiently high color contrast, an increase of 3.7% in brightness contrast is preferable to a decrease of 6.7% in color contrast. An increase in the thickness of the protective coating by 15% - item (3) leads to a decrease in the contrast of the image K i by 19.1%, and accordingly, a decrease in the thickness of the protective coating by 15% - item (4) leads to a decrease in K i by 11.2 % The main task was to increase the luminance contrast K i of the image in the visible spectrum and, at the same time, maintain diffraction efficiency at wavelengths of 1.06 ... 1.15 μm, and also get the opportunity to use the three-layer structure Al-V 2 O 5 , VO 2 , V 3 O 5 , V 2 O 3 , VO - D under the influence of environmental moisture and ionizing radiation.
Пленочные нагреватель и термопара подключены к терморегулятору, который обеспечивает термостатирование оксидного слоя ванадия в середине петли гистерезиса, что обеспечивает режим внутренней памяти преобразователя изображения. Стирание изображения осуществляется путем отключения напряжения питания нагревателя.The film heater and thermocouple are connected to a temperature regulator, which provides thermostating of the vanadium oxide layer in the middle of the hysteresis loop, which ensures the internal memory mode of the image converter. Erasing an image is done by turning off the supply voltage of the heater.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124292/28A RU2321035C1 (en) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | Device for transforming images in visible and adjacent infrared parts of spectrum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124292/28A RU2321035C1 (en) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | Device for transforming images in visible and adjacent infrared parts of spectrum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2321035C1 true RU2321035C1 (en) | 2008-03-27 |
Family
ID=39366409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006124292/28A RU2321035C1 (en) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | Device for transforming images in visible and adjacent infrared parts of spectrum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2321035C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2638381C1 (en) * | 2016-07-20 | 2017-12-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Device for visualization of infrared and terahetz radiations |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2091845C1 (en) * | 1995-01-11 | 1997-09-27 | Курский государственный технический университет | Image converter |
-
2006
- 2006-07-06 RU RU2006124292/28A patent/RU2321035C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2091845C1 (en) * | 1995-01-11 | 1997-09-27 | Курский государственный технический университет | Image converter |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ОЛЕЙНИК А.С. Оптические параметры пленочных реверсивных сред Al-VO 2 -AK-113Ф и Al-VO 2 -Al 2 O 3 , ЖТФ, 1993, т.63, в.1, с.97-103. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2638381C1 (en) * | 2016-07-20 | 2017-12-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Device for visualization of infrared and terahetz radiations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107942540B (en) | Phase-change-material-based optical modulation device with dynamic color display and preparation method thereof | |
| US9482798B2 (en) | Plasmonic nano-color coating layer and method for fabricating the same | |
| JP6437817B2 (en) | Red omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers | |
| CN110568692B (en) | A display device based on phase change material and quantum dots | |
| CN114801403B (en) | Radiation refrigeration composite flexible membrane with structural color | |
| JP2017502351A (en) | Display devices based on phase change materials | |
| CN108139618A (en) | optical device | |
| KR102014399B1 (en) | The structural color filter using multicavity resonances | |
| US20240210779A1 (en) | Inorganic multi-color transmission electrochromic films, electrochromic coated glass electrodes and the design method | |
| US11567389B2 (en) | Display | |
| JP6416714B2 (en) | Red omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers | |
| TWI254151B (en) | Transflective liquid crystal display device color filter | |
| CN112984857A (en) | Radiation refrigeration multilayer film structure with structural color | |
| US8218108B2 (en) | Liquid crystal display panel and liquid crystal display device | |
| JP2016049777A5 (en) | ||
| Gao et al. | Low‐emissivity patterned camouflage for visible and infrared stealth | |
| US11919574B2 (en) | Apparatuses and methods involving thermally tuned composite material | |
| Seo et al. | Spatially-segmented colored radiative cooler with angle-robustness | |
| RU2321035C1 (en) | Device for transforming images in visible and adjacent infrared parts of spectrum | |
| JP6643192B2 (en) | Omnidirectional high chroma red structural color with semiconductor absorber layer | |
| US6452652B1 (en) | Light absorbing thin film stack in a light valve structure | |
| Landry et al. | Color switching by polarization effects in phase change materials | |
| Hu et al. | Full-color, multi-level transmittance modulators: From reflectivity/gradient absorption coupling mechanism to materials map | |
| JP2020519952A (en) | Optical device having switchable layer and at least one optical layer | |
| WO2018135983A1 (en) | Switchable plasmonic display device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160707 |