Технология помогает системам датчиков и камер работать оптимально, сохраняя прозрачность оптики.
Исследователи разработали систему оптического покрытия, которая сочетает в себе противотуманные и антибликовые свойства. Новая технология может помочь повысить производительность лидарных систем и камер.
Вход в теплую комнату с холода снаружи может привести к запотеванию очков и ослеплению пользователя. То же самое может случиться с датчиками, такими как лидарные системы, используемые в автономных автомобилях. Важно, чтобы поверхности оставались очень прозрачными, даже если происходит запотевание, чтобы сохранялась функциональность,сказала руководитель исследовательской группы Энн Гертнер из Института прикладной оптики и точного машиностроения им. Фраунгофера и Университета Фридриха Шиллера в Йене, Германия.
В журнале Applied Optics издательства Optica Publishing Group Гартнер и его коллеги описывают, как они объединили полимерное покрытие, предотвращающее запотевание, с пористыми наноструктурами диоксида кремния, которые уменьшают отражения. Хотя покрытия, описанные в документе, были разработаны специально для лидарных систем, технология может быть адаптирована для многих различных приложений.
В нашей системе покрытий превосходно сочетаются свойства защиты от запотевания и антибликового покрытия, что ранее было невозможно. Образцы, изготовленные с использованием этой новой технологии покрытия, уже год успешно используются в нескольких прототипах бортовых лидаров, работающих в различных климатических условиях по всему миру,сказал Гертнер.
Система покрытия, описанная в документе, была разработана в ответ на потребность, выявленную Leica Geosystems в Хербругге, Швейцария. Leica Geosystems разрабатывает бортовые лидарные измерительные системы, которые используются для картографирования местности и городов. При сильной разнице температур между окружающей средой и измерительной системой иногда происходит запотевание оптических поверхностей, ухудшающее функциональность. Команда Гертнера в сотрудничестве с Leica Geosystems разработала решение, которое справилось бы с запотеванием, а также с нежелательными отражениями света.
Мы использовали полимер, который предотвращает запотевание оптической поверхности, действуя как резервуар для воды. Однако различия в показателях преломления полимерного материала и окружающего воздуха приводят к нежелательным отражениям и паразитному свету,сказал Гартнер.
Чтобы предотвратить эти отражения, ученые объединили противотуманную пленку с очень маленькими структурами — до 320 нм высотой — для создания антибликовый эффект вместе с водопроницаемостью. Чтобы создать многофункциональную систему покрытия, исследователи применили технологию AR-plas2, разработанную в Институте прикладной оптики и точного машиностроения им. Фраунгофера. Она позволяет создавать несколько наноструктур друг над другом. Процесс включал в себя вытравливание наноструктуры в покрытии, препятствующем запотеванию, а затем изготовление второй наноструктуры сверху. С помощью этой технологии можно регулировать показатели преломления наноструктур, чтобы адаптировать дизайн двойной наноструктуры для достижения очень низкого отражения в широком спектральном диапазоне.
Исследователи проверили антибликовый и антизапотевающий эффекты своей системы покрытия, используя измерения коэффициента отражения, полученные с помощью спектрофотометра, и измерения запотевания, полученные после удерживания антиотражающей/незапотевающей стороны оптики над нагретой водой. Эти лабораторные испытания показали, что многослойная система демонстрирует очень низкое отражение в широком спектральном диапазоне, что было бы невозможно при использовании одиночной наноструктуры. Кроме того, наноструктуры не повлияли на противотуманные свойства покрытия.
Поскольку структуры создаются в стандартной машине для нанесения покрытий с помощью плазменных ионов, новый подход можно легко внедрить в коммерческие производственные процессы. Помимо применения в нескольких прототипах лидаров, технология покрытия уже используется в передовых камерах смартфонов.
В настоящее время исследователи изучают, как система покрытия может быть перенесена в другие области, такие как системы адаптивного освещения в автомобильном секторе или разработка квантовых компьютеров.
Оптические системы становятся все более и более сложными, и поэтому требования к качеству изображения также возрастают. С наноструктурами можно достичь антибликовых свойств с впечатляющими результатами, которые часто недостижимы с обычными покрытиями. Благодаря фундаментальному пониманию, которое мы получили за последние годы, мы уверены, что сможем использовать наноструктурированные покрытия во многих реальных приложениях,сказал Гартнер.
