Противоослепляющий зеркальный элемент для зеркала заднего вида транспортного средства
Владельцы патента RU 2333420:
Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственный Центр "АЛВАК" (RU)
Изобретение относится к деталям и комплектующим, используемым при производстве транспортных средств, и предназначено для использования в зеркалах заднего вида, преимущественно для легковых автомобилей. Противоослепляющий зеркальный элемент для зеркала заднего вида транспортного средства состоит из прозрачной в видимом диапазоне длин волн подложки, на которую нанесено отражающее металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие, имеющее коэффициент отражения менее 30% в диапазоне длин волн 600-700 нм. Отражающее металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие выполнено четырехслойным, состоящим из слоев - диэлектрик, металл, диэлектрик, металл, с коэффициентом отражения не менее 70% в диапазоне длин волн 450-500 нм, не имеет максимума коэффициента отражения в диапазоне длин волн 450-700 нм, с интегральным коэффициентом отражения, равным 40-45% в области длин волн 450-700 нм. Технический результат - обеспечение оптических характеристик зеркального элемента, учитывающих особенности восприятия света сетчаткой человеческого глаза, обеспечивающих противоослепляющие свойства зеркального элемента, а также повышения точности цветопередачи объектов, наблюдаемых посредством противоослепляющего зеркального элемента. 6 ил.
Рассматриваемый противоослепляющий зеркальный элемент относится к деталям и комплектующим, используемым при производстве транспортных средств, предназначен для использования в зеркалах заднего вида, преимущественно для легковых автомобилей.
Зеркальные элементы в зеркалах заднего вида с отражающим слоем, выполненным в виде алюминиевого или серебряного покрытия, имеют высокий коэффициент отражения в видимом диапазоне длин волн и в ночное время обладают ослепляющим эффектом от фар сзади идущего транспорта.
Известно неслепящее зеркало заднего вида для автомобиля, установленное внутри салона с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси в положение «день», «ночь» и содержащее две стеклянные пластины, на поверхности одной из которых нанесено зеркальное покрытие, а стеклянная пластина без покрытия установлена под углом к стеклу с покрытием, клиновое пространство между стеклами заполнено отвержденным прозрачным мономером с показателем преломления, равным показателю преломления стекла. Зеркало установлено с возможностью поворота вокруг вертикальной оси на 180°, при этом на поверхность стекла, обращенную к прозрачному отвержденному мономеру, нанесено зеркальное интерференционное покрытие с полосой поглощения в коротковолновой части спектра. Зеркальное интерференционное покрытие выполнено из металла или окислов (см. патент РФ N2049692 по кл. 6 B60R 1/04, 1/08 1995 г. Бюл. №34). Пониженное ослепление от солнечного света достигается за счет нанесения интерференционного металлодиэлектрического поглощающего в коротковолновой части спектра покрытия, противоослепляющие свойства такого зеркала в ночное время обеспечиваются переключением зеркального элемента в положение "ночь", когда на отражение работает передняя поверхность зеркального элемента, на которой нет высокоотражающего слоя. Такие зеркальные элементы, состоящие из трех частей, сложны в изготовлении, зеркало имеет механизм переключения в положение "день", "ночь", а в случае зеркального элемента с интерференционным покрытием, дополнительный механизм поворота на 180°, что также усложняет конструкцию и создает неудобства для водителя.
Известно также зеркало заднего вида для транспортного средства и способ его изготовления (см. патент РФ №2043222 по кл. 6 В60R 1/06 за 10.09.95 г. Бюл. №25), содержащее прозрачную подложку с наслоением на ее обратной стороне, состоящим из высокоотражающего зеркального слоя и интерференционных слоев диэлектрика, нанесенных между подложкой и зеркальным слоем, при этом высокотражающий зеркальный слой выполнен из композиции, содержащей металл и диэлектрик, а слои диэлектриков выполнены в виде набора пленок с высоким и низким показателем преломления, селективно отражающих волны в диапазоне 600-700 нм. Селективно отражающий фильтр, выполненный на основе диэлектрических пленок и высокоотражающего слоя, имеет слабо выраженный максимум в области длин волн 450-550 нм и слабо выраженный минимум в области длин волн 600-700 нм, если количество слоев менее 5, что не обеспечивает эффективных противоослепляющих свойств. Изготовление зеркала с селективно отражающим фильтром, содержащим более 5 слоев, технологически сложно и дорого.
Известен зеркальный элемент с противоослепляющими свойствами для зеркал заднего вида транспортных средств, в котором с целью улучшения характеристик с учетом особенностей восприятия света сетчаткой человеческого глаза и повышения технологичности изготовления, интерференционное противоослепляющее покрытие выполнено в виде четырехслойной металлодиэлектрической конструкции, состоящей из чередующихся слоев диэлектрика и металла, селективно отражающей волны в диапазоне 450-550 нм с коэффициентом отражения 80%, при этом максимум отражения соответствует максимуму чувствительности сумеречных приемников человеческого глаза, а в диапазоне волн 600-700 нм - с коэффициентом отражения менее 10% (Свидетельство на полезную модель РФ №6760 от 16.06.98. Бюл. №6). При установке на транспортное средство такое зеркало не обеспечивает требуемых оптических характеристик, так как не учитывает угол установки зеркала относительно водителя, что для интерференционных покрытий является определяющим, потому что за счет смещения максимума отражения в коротковолновую область характеристики зеркала существенно ухудшаются по коэффициенту отражения, по цветопередаче и не учитывают особенностей восприятия человеческого глаза в сумеречное время. Угол установки зеркала относительно водителя определяется международными правилами №46 («Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов, оборудования и частей механических транспортных средств», заключенное в Женеве 20 марта 1958 года. Правило №46 ООН).
Известен зеркальный элемент с противоослепляющими свойствами для зеркал заднего вида транспортных средств, выбранный в качестве прототипа, который состоит из прозрачной в видимом диапазоне длин волн подложки, на которую нанесено металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие, состоящее из чередующихся слоев, имеющее коэффициент отражения менее 10% в диапазоне длин волн 600-700 нм, при этом металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие выполнено трехслойным, состоящим из чередующихся слоев металла и диэлектрика, с коэффициентом отражения не менее 70% в диапазоне длин волн 450-500 нм, с максимумом отражения, находящимся в диапазоне длин волн 510-530 нм («Противоослепляющий зеркальный элемент для зеркал заднего вида транспортного средства», свидетельство на полезную модель РФ №27366 от 27.01.2003 г. Бюл. №3).
Ввиду того что спектральная кривая отражения трехслойного зеркального элемента имеет ярковыраженный максимум на длине волны 510-530 нм, при установке на транспортное средство зеркал с такими противоослепляющими зеркальными элементами, объекты, наблюдаемые сзади, будут наблюдаться с искажением цвета. Например, объект белого цвета будет наблюдаться сине-зеленым, красный объект будет наблюдаться темно-коричневым, желтый объект будет наблюдаться зелено-желтым.
Также будут искажены все другие цвета, что противоречит международным правилам №46 («Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов, оборудования и частей механических транспортных средств», заключенное в Женеве 20 марта 1958 года. Правило №46 ООН. Добавление 45: Правила 46) . В большинстве автомобилей, для обзора объектов, находящихся сзади, применяются три зеркала заднего вида. Все три зеркала заднего вида, установленные на автомобиле, расположены под разными углами по отношению к водителю, что вследствие зависимости смещения максимума спектральной кривой отражения металлодиэлектрического отражающего покрытия от угла падения луча, будут наблюдаться как зеленые зеркала разных оттенков.
Решаемой технической задачей является обеспечение оптических характеристик зеркального элемента, учитывающих особенности восприятия света сетчаткой человеческого глаза, обеспечивающих противоослепляющие свойства зеркального элемента, а также повышения точности цветопередачи объектов, наблюдаемых посредством противоослепляющего зеркального элемента.
Решение технической задачи в противоослепляющем зеркальном элементе для зеркала заднего вида транспортного средства, состоящем из прозрачной в видимом диапазоне длин волн подложки, на которую нанесено отражающее металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие, имеющее коэффициент отражения менее 30% в диапазоне длин волн 600-700 нм, достигается тем, что отражающее металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие выполнено четырехслойным, состоящим из слоев - диэлектрик, металл, диэлектрик, металл, с коэффициентом отражения не менее 70% в диапазоне длин волн 450-500 нм, не имеет максимума коэффициента отражения в диапазоне длин волн 450-700 нм, с интегральным коэффициентом отражения, равным 40-45% в области длин волн 450-700 нм.
Выбор диапазонов длин волн обусловлен восприятием света сетчаткой человеческого глаза. Диапазон 450-700 нм является видимым диапазоном, где относительная спектральная чувствительность человеческого глаза К(λ) для длины волны 450 нм равна 0.038, а для длины волны 700 нм равна 0.0041. Диапазон 450-500 нм является диапазоном, где находится максимум чувствительности сумеречных приемников сетчатки человеческого глаза. Диапазон 600-700 нм является диапазоном, где относительное спектральное излучение стандартного источника типа А (соответствует осветительному средству МКС А1) имеет максимальное значение (129.04, 198.26 соответственно) в видимом диапазоне.
На Фиг.1 представлена конструкция противоослепляющего зеркального элемента с четырехслойным металлодиэлектрическим отражающим покрытием.
На Фиг.2 представлена кривая зависимости коэффициента отражения противоослепляющего зеркального элемента с четырехслойным металлодиэлектрическим отражающим покрытием от длины волны.
На Фиг.3 представлены кривые спектральной чувствительности приемников человеческого глаза и кривая зависимости коэффициента отражения противоослепляющего трехслойного зеркального элемента, от длины волны, взятого за прототип.
На Фиг.4 представлена кривая зависимости смещения максимума отражения металлодиэлектрического покрытия в зависимости от угла отражения.
На Фиг.5 представлены: кривая зависимости коэффициента отражения противоослепляющего зеркального элемента с четырехслойным металлодиэлектрическим отражающим покрытием от длины волны, кривые спектральной чувствительности приемников человеческого глаза.
На Фиг.6 представлены: кривая зависимости коэффициента отражения противоослепляющего зеркального элемента с четырехслойным металлодиэлектрическим отражающим покрытием от длины волны, кривые чувствительности приемников сетчатки человеческого глаза, кривая относительного спектрального распределения излучения лампы накаливания автомобильной фары.
На Фиг.1 представлена конструкция противоослепляющего зеркального элемента для зеркала заднего вида транспортного средства, состоящего из прозрачной в видимом диапазоне длин волн подложки - 1 , на которую нанесено отражающее металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие, имеющее коэффициент отражения менее 30% в диапазоне длин волн 600-700 нм, в котором отражающее металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие выполнено четырехслойным, состоит из слоев - диэлектрик - 2, металл - 3, диэлектрик - 4, металл - 5, с коэффициентом отражения не менее 70% в диапазоне длин волн 450-500 нм, не имеет максимума коэффициента отражения в диапазоне длин волн 450-700 нм, с интегральным коэффициентом отражения, равным 40-45% в области длин волн 450-700 нм, где 6 - защитное лакокрасочное покрытие.
На Фиг.2 представлена кривая зависимости коэффициента отражения противоослепляющего зеркального элемента с четырехслойным металлодиэлектрическим отражающим покрытием от длины волны - 7, где R,%, - замеренный под углом 30 градусов коэффициент отражения, λ, нм, - длина волны.
На Фиг.3 представлены кривая зависимости коэффициента отражения противоослепляющего трехслойного зеркального элемента, взятого за прототип, от длины волны - 8, кривые спектральной чувствительности приемников сетчатки человеческого глаза, где 9 - кривая спектральной чувствительности палочкового (сумеречного) приемника человеческого глаза, 10 - кривая спектральной чувствительности красноощущающих приемников колбочек сетчатки человеческого глаза, 11 - кривая спектральной чувствительности зеленоощущающих приемников колбочек сетчатки человеческого глаза, 12 - кривая спектральной чувствительности синеощущающих приемников колбочек сетчатки человеческого глаза, ϕ,%, - относительная спектральная чувствительность приемников сетчатки человеческого глаза (Физический энциклопедический словарь. Т.2, С.95, M., 1962), R,%, - замеренный под углом 30 градусов коэффициент отражения, λ, нм, - длина волны. Из анализа кривых 9, 11, 12 следует, что для правильного восприятия цвета необходимо иметь максимально равномерное распределение коэффициента отражения зеркального элемента в области сине-зелено-красно ощущающих приемников человеческого глаза, т.е. на длинах волн 450-650 нм. Кривая зависимости коэффициента отражения противоослепляющего трехслойного зеркального элемента, взятого за прототип, имеет на длинах волн 450-650 нм большой перепад коэффициента отражения с 90% до 10%, что составляет 80%, вследствие этого сильно искажаются цвета наблюдаемых в зеркальный элемент объектов, что противоречит требованиям безопасности и Правилам 46 «Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов, оборудования и частей механических транспортных средств», заключенное в Женеве 20 марта 1958 года. Правило №46 ООН. Добавление 45: Правила 46. Так, например объект белого цвета будет наблюдаться сине-зеленым, красный объект будет наблюдаться темно-коричневым, желтый объект будет наблюдаться зелено-желтым.
Из кривой зависимости коэффициента отражения противоослепляющего зеркального элемента с четырехслойным металлодиэлектрическим отражающим покрытием от длины волны - 7, видно, что коэффициент отражения на динах волн 450-650 нм имеет перепад с 70% до 30%, что составляет 40%, так же оптический фильтр, реализованный в четырехслойном металлодиэлектрическом покрытии, имеет в два раза большую полуширину по сравнению с прототипом, что приводит к меньшим искажениям цвета, наблюдаемым посредством этого отражающего покрытия объектов.
На Фиг.4 представлена кривая зависимости положения максимума отражения металлодиэлектрического интерференционного покрытия в зависимости от угла отражения 13, человеческий глаз воспринимает смещение максимума отражения металлодиэлектрического интерференционного покрытия как изменение цвета покрытия. Все три зеркала заднего вида, устанавливаемые на автомобиль, наблюдаются водителем под разными углами, левое зеркало - 32° , правое - 38°, салонное - 12°. Вследствие этого покрытия зеркал с трехслойным металлодиэлектрическим покрытием, взятые за прототип, будут наблюдаться водителем как покрытия разного оттенка сине-зеленого цвета, что приведет к разным оттенкам цвета наблюдаемого объекта в разные зеркала автомобиля. Зеркала заднего вида автомобиля, оборудованные зеркальными элементами с четырехслойным металлодиэлектрическим отражающим покрытием, не имеющим максимума отражения в диапазоне длин волн 450-700 нм, имеющие перепад коэффициента отражения 40% с 70% до 30% на динах волн 450-650 нм и имеющие большую полуширину оптического фильтра, будут наблюдаться водителем как зеркала серо-голубого оттенка.
На Фиг.5 представлены: кривая зависимости коэффициента отражения противоослепляющего зеркального элемента с четырехслойным металлодиэлектрическим отражающим покрытием от длины волны - 14, кривые спектральной чувствительности приемников человеческого глаза, где 15 - кривая спектральной чувствительности палочкового (сумеречного) приемника человеческого глаза, 16 - кривая спектральной чувствительности красноощущающих приемников колбочек сетчатки человеческого глаза, 17 - кривая спектральной чувствительности зеленоощущающих приемников колбочек сетчатки человеческого глаза, 18 - кривая спектральной чувствительности синеощущающих приемников колбочек сетчатки человеческого глаза. Из кривых, представленных на Фиг.5 и Фиг.4, видно, что противоослепляющий четырехслойный металлодиэлектрический зеркальный элемент сочетает в себе возможность правильной цветопередачи и меньшую зависимость оттенка покрытия от угла наблюдения.
На Фиг.6 представлены кривые сине-зелено-красноощущающих приемников сетчатки человеческого глаза, позиция 19 - кривая спектральной чувствительности красноощущающщего приемника колбочек сетчатки человеческого глаза, 20 - кривая спектральной чувствительности зеленоощущающего приемника колбочек сетчатки человеческого глаза, 21 - кривая спектральной чувствительности синеощущающего приемника колбочек сетчатки человеческого глаза, спектр отражения противоослепляющего зеркального элемента (измеренного с учетом угла установки зеркала на транспортное средство, составляющего 35°) позиция 23, спектр излучения лампы автомобильной фары - позиция 24.
Рассмотрим противоослепляющий зеркальный элемент для зеркала заднего вида транспортного средства в действии. Луч света попадает на противоослепляющий зеркальный элемент, проходит через прозрачную подложку Фиг.1 позиция 1, через слой диэлектрика - 2, через полупрозрачный слой металла - 3, через слой диэлектрика - 4 и отражается от непрозрачного металлического слоя - 5. Отраженный луч интерферирует с лучами, отраженными на границах слоев оптической конструкции, и наблюдается водителем. В дневное время человеческий глаз получает информацию с помощью сине-зелено-красноощущающих приемников сетчатки Фиг.6 (позиция 19 - кривая спектральной чувствительности красноощущающего приемника колбочек сетчатки человеческого глаза, 20 - кривая спектральной чувствительности зеленоощущающего приемника колбочек сетчатки человеческого глаза, 21 - кривая спектральной чувствительности синеощущающего приемника колбочек сетчатки человеческого глаза). Коэффициент отражения противоослепляющего зеркального элемента (позиция 22 спектр отражения противоослепляющего зеркального элемента, замеренный с учетом угла отражения 35°) в диапазоне длин волн 450-650 нм имеет перепад с 70% до 30% и составляет 40-45%, что обеспечивает правильное восприятие цвета сине-зелено-красноощущающими приемниками сетчатки человеческого глаза, а интегральный коэффициент отражения составляет более 40%, что соответствует международным правилам №46 («Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов, оборудования и частей механических транспортных средств», заключенное в Женеве 20 марта 1958 года. Правило №46 ООН).
В сумеречное время противоослепляющий зеркальный элемент для зеркала заднего вида транспортного средства обеспечивает хорошую видимость вследствие высокого коэффициента отражения (измеренного с учетом угла установки зеркала на транспортное средство, составляющего 35°) в области длин волн 450-550 нм (не менее 70%), где находится максимум чувствительности сумеречных приемников сетчатки человеческого глаза (кривая спектральной чувствительности сумеречных приемников сетчатки человеческого глаза - 23, Фиг.6).
В ночное время ослепление фарами сзади идущего транспорта исключается за счет пониженного коэффициента отражения (измеренного с учетом угла установки зеркала на транспортное средство, составляющего 35°) менее 30% в области длин волн 600-700 нм (позиция 22 - спектр отражения противоослепляющего зеркального элемента, замеренный с учетом угла отражения 35°, Фиг.6), так как максимальное излучение лампы накаливания автомобильной фары приходится на длины волн более 600 нм (спектр излучения лампы автомобильной фары - 24, Фиг.6), а также ослепление водителя фарами сзади идущего транспорта уменьшается за счет снижения интегрального коэффициента отражения зеркального элемента до минимально допустимого по международным правилам №46 («Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов, оборудования и частей механических транспортных средств», заключенное в Женеве 20 марта 1958 года. Правило №46 ООН).
Видимость в ночное время обеспечивается вследствие высокого коэффициента отражения (измеренного с учетом угла установки зеркала на транспортное средство, составляющего 35°) в области длин волн 450-550 нм (не менее 70%), где находится максимум чувствительности сумеречных приемников человеческого глаза - позиция 23.
Заявляемое техническое решение реализовано в зеркальных элементах для зеркал заднего вида транспортных средств следующим образом.
Перед нанесением покрытия прозрачная подложка - 1 подвергается механической очистке с использованием полировальных паст с последующей протиркой этиловым спиртом.
После очистки подложка помещается в вакуумную камеру, оснащенную нагревателями, электродами ионной очистки и магнетронами с мишенями из используемых материалов титана, алюминия.
Камера герметизируется и откачивается до давления 1,3×10-3 Па (1×10-5 мм рт.ст.). Затем производится напуск аргона до давления 2,63 Па (2×10-3 мм рт.ст) и осуществляется ионная очистка подложек в течение 5-6 мин с плотностью тока на электродах, равной 1×10-4 А/мм3. Затем прекращается напуск аргона и производится откачка камеры до давления 1,3×10-3 Па (1×10-5 мм рт.ст). Во время откачки камеры подложки прогреваются в течение 25 минут до температуры 150°С. По окончании процесса нагрева в камеру напускается аргонокислородная смесь и производится напыление пленки диэлектрика - 2, оптическая толщина которого составляет 0,120 λ, далее в камеру напускается аргон и наносится второй металлический слой - 3 с пропусканием 25-30%. Далее в камеру напускается аргонокислородная смесь и производится напыление пленки диэлектрика - 4, оптическая толщина которого составляет 0,390 λ, замеренного на длине волны 370 нм. Далее наносится слой алюминия - 5 толщиной более 0,2 мкм. После выгрузки подложек из камеры на них наносится защитное лакокрасочное покрытие - 6 толщиной 60 мкм.
Противоослепляющий зеркальный элемент для зеркала заднего вида транспортного средства, состоящий из прозрачной в видимом диапазоне длин волн подложки, на которую нанесено отражающее металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие, имеющее коэффициент отражения менее 30% в диапазоне длин волн 600-700 нм, отличающийся тем, что отражающее металлодиэлектрическое интерференционное противоослепляющее покрытие выполнено четырехслойным, состоящим из слоев - диэлектрик, металл, диэлектрик, металл, с коэффициентом отражения не менее 70% в диапазоне длин волн 450-500 нм, не имеет максимума коэффициента отражения в диапазоне длин волн 450-700 нм, с интегральным коэффициентом отражения, равным 40-45% в области длин волн 450-700 нм.
