DE69838706T2 - Umgebungbeständige und infrarotdurchlässige fensterschicht - Google Patents

Umgebungbeständige und infrarotdurchlässige fensterschicht Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fensterstruktur mit:
    einer ersten Fensterschicht, die ein erstes Fenstersubstrat aufweist, das aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zinksulfid und Zinkselenid besteht;
    einer zweiten Fensterschicht, die ein zweites Fenstersubstrat aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Spinell, Siliciumcarbid, Zirkondioxid und Aluminiumnitrid besteht; und
    einer infrarottransparenten Klebeschicht, die die erste Klebeschicht mit der zweiten Fensterschicht in einer einander zugewandten, jedoch voneinander beabstandeten Weise miteinander bondet.
  • Solch eine Fensterstruktur ist aus der EP-A-0 317 264 bekannt.
  • Die bekannte Fensterstruktur weist eine dicke stoßbeständige Antireflektionsbeschichtung für ein infrarottransparentes optisches Element auf. Die Fensterstruktur weist ein infrarottransparentes Basiselement auf, das aus Silicium, Germanium, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Quersilbercadmiumtellurid, Cadmiumtellurid, Zinksulfid, Zinkselenid oder einem der ternären Sulfide, wie etwa Calciumlanthansulfid besteht. Typischerweise hat die Basis eine Dicke von wenigstens 1,3 mm und im Allgemeinen von wenigstens 1,3 bis ungefähr 13 mm oder dicker. Auf der Basis ist eine anhaftende Schicht aus Yttriumoxid abgeschieden, die eine harte Karbonschicht mit der Basis verbindet. Die harte Karbonschicht ist eine Schutzschicht, um einen Tropfenaufprallschutz zu bewirken. Die Schutzschicht aus hartem Karbon oder Diamant hat eine optische Dicke, die ein ungerades Vielfaches von λ/2 ist. Die anhaftende Schicht besteht aus Yttriumoxid und hat eine Dicke, die deutlich geringer als ein Viertel einer Wellenlänge ist und vorzugsweise eine Dicke in der Größenordnung von 0,001 bis 0,01 Mikrometer bis zu ungefähr 0,1 Mikrometer hat.
  • Aus der WO-A-97 13 169 ist eine andere Fensterstruktur zum Übertragen von Wellenlängen im infrarotnahen Bereich bekannt. Die bekannte Struktur weist eine 5 bis 20 Mikrometer dicke harte Saphirbeschichtung auf einem multispektralen Zinksulfidsubstrat auf.
  • Ferner sei Bezug genommen auf die US-A-5 242 709 , die eine infrarottransparente Fensterstruktur offenbart, die eine erste Fensterschicht aufweist, die ein erstes Fenstersubstrat besitzt, das aus ZnS oder ZnSe besteht, eine zweite Fensterschicht, die ein zweites Fenstersubstrat aufweist, und eine infrarottransparente Klebeschicht, die die erste Fensterschicht mit der zweiten Fensterschicht in einer zueinander weisenden Lage miteinander bindet. Die zweite Fensterschicht kann aus irgendeinem herkömmlichen transparenten oder transluzenten Flugzeugabschirmmaterial hergestellt sein. Sowohl die Klebeschicht als auch die Schutzschicht sind auf dem Substrat durch aufeinander folgendes Aussetzen des Substrates gegenüber einem Dampf abgeschieden, wodurch die Klebeschicht und die Schutzschicht gebildet werden.
  • Die Schutzschicht hat eine Dicke, die typischerweise zwischen 1 Mikrometer und 27 Mikrometer liegt.
  • Sensoren, die in den Infrarotwellenlängenbändern arbeiten, werden bei zivilen und militärischen Anwendungen verwendet. Solche Sensoren sind normalerweise relativ.pfindlich in der Konstruktion und gegenüber externer Beschädigung anfällig. Sie werden deshalb normalerweise hinter einem Schutzfenster platziert, das gegenüber der Strahlung, die ausgewertet wird, transparent ist, jedoch dem Sensor gegenüber Schaden infolge von unwirtlicher physikalischer und chemischer Umgebungsbedingungen, Einschlägen und dergleichen abschirmt.
  • Das Fenstermaterial muss transparent gegenüber Infrarotstrahlung sein, und es muss von ausreichender Festigkeit sein, um sich selbst zu stützen und um solche Lasten, wie etwa die von aerodynamischen Kräften bewirkten oder durch Stöße bewirkten, auszuhalten. Saphir, eine Form von Aluminiumoxid, ist sehr beständig gegenüber äußerer Beschädigung und ist transparent gegenüber Infrarotstrahlung in dem mittleren Wellenlängeninfrarotband, wenn der Saphir dünn ist, hat jedoch eine reduzierte Durchlässigkeit bei vergrößerter Dicke. Saphir wird für infrarottransparente Fenster kleiner Größe verwendet, es kann jedoch nicht für größere Fenster verwendet werden, da das größere Fenster größere Dicken für das Fenstermaterial für die strukturelle Festigkeit erfordert, und die größere Dicke zum Verlust bei der Transmittanz in dem mittleren Wellenlängenbereich des Infrarotbandes führt. Z. B. kann ein Fenster von 6,4 mm (1/4 Inch) Durchmesser aus dünnem Saphir hergestellt sein, jedoch kann ein Infrarotfenster von 203 mm (8 Inch) Durchmesser nicht aus dünnem Saphir hergestellt sein, da solch ein großes Fenster nicht ausreichend fest ist, um die von außen aufgebrachten Lasten zu ertragen.
  • Andere Fenstermaterialien, wie etwa Zinksulfid behalten ihre gute Transmittanz im mittleren Infrarotwellenlängenband selbst bei relativ großen Dicken, die bei großen Fenstern erforderlich sind. Jedoch sind diese Materialien nicht ausreichend beständig gegenüber äußerer Beschädigung, um bei vielen Anwendungen als Fenster verwendet zu werden, wie etwa bei Hochgeschwindigkeitsluftfahrzeugen, da selbst Staub und Regentropfen in der Luft, die auf das Fenster auftreffen, während des Fluges schnell zu einer Erosion führen.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte infrarottransparente Fensterstruktur anzugeben, die eine hohe Stabilität aufweist und die eine einfache und kostengünstige Herstellung erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Fensterstruktur gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Weitere Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die gegenwärtige Erfindung betrifft eine infrarottransparentes Fenster, das hochbeständig gegenüber äußerer umweltmäßiger Beschädigung ist. Die Transmission der Infrarotenergie ist gut, selbst bei hohen Einfallswinkeln der Infrarotstrahlung. Das Fenster gemäß der Erfindung kann in großen Dimensionen hergestellt werden, wie es erforderlich ist.
  • Gemäß der Erfindung weist eine Fensterstruktur eine erste infrarottransparente Fensterschicht auf, eine zweite infrarottransparente umweltmäßig beständige Fensterschicht und einen infrarottransparenten Kleber, der die erste Fensterschicht mit der zweiten Fensterschicht in einander zugewandter Lage verbindet. Die erste Fensterschicht weist ein erstes Fenstersubstrat auf, das vorzugsweise Zinksulfid ist, jedoch auch Zinkselenid sein könnte. Die zweite Fensterschicht weist ein zweites Fenstersubstrat auf, das vorzugsweise Saphir ist, jedoch auch anders aus Aluminiumoxid, Spinell, Siliciumcarbid, Zirkondioxid oder Aluminiumnitrid ausgebildet sein könnte. Bevorzugt ist eine Antireflexbeschichtung auf einer ersten Seite des ersten Fenstersubstrates, eine zweite Antireflexbeschichtung auf einer zweiten Seite des ersten Fenstersubstrates, eine dritte Antireflexbeschichtung auf einer ersten Seite des zweiten Fenstersubstrates und eine vierte Antireflexbeschichtung auf einer zweiten Seite des zweiten Fenstersubstrates.
  • Das zweite Fenstersubstrat ist relativ dünn, zwischen ungefähr 0,13 und 1,02 mm (0,005 Inch bis ungefähr 0,040 Inch) Dicke und ist vorzugsweise aus Aluminiumoxid und besonders bevorzugt aus Saphir hergestellt. Das erste Fenstersubstrat besteht vorzugsweise aus durchsichtigem Zinksulfid, das manchmal als multispektrales Zinksulfid oder Cleartran bezeichnet wird. Das erste Fenstersubstrat ist typischerweise viel dicker als das zweite Fenstersubstrat und vorzugsweise zwischen ungefähr 0,2 Inch und ungefähr 1,0 Inch dick. Das erste Fenstersubstrat liefert die strukturelle Festigkeit, die bei einem Fenster notwendig ist, das aerodynamischen und anderen Lasten ausgesetzt wird, und das zweite Fenstersubstrat liefert den Umweltwiderstand, der notwendig ist, um das erste Fenstersubstrat zu schützen.
  • Der Klebstoff, der die erste Fensterschicht mit der zweiten Fensterschicht verbindet, muss gegenüber Infrarotstrahlung durchlässig sein und muss eine strukturelle Festigkeit bereitstellen. Der bevorzugte Klebstoff ist ein Silikongummiklebstoff. Die Klebstoffschicht ist vorzugsweise so dünn wie zulässig möglich. Die Klebstoffschicht ist typischerweise zwischen ungefähr 0,001 Inch und ungefähr 0,004 Inch dick, wobei eine Dicke von ungefähr 0,002 Inch besonders bevorzugt ist. Der Klebstoff kann über die gesamten zugewandten Flächen der ersten und der zweiten Fensterschicht angewandt werden, mit einer relativ geringen Abschwächung und Verzerrung der übertragenen Infrarotenergie. Alternativ kann der Klebstoff nur an einem Umfang der Fensterschicht angewandt werden, so dass ein Luftspalt die beiden Fensterschichten voneinander trennt.
  • Die beiden Fenstersubstrate sind vorzugsweise jeweils auf beiden Seiten mit einer Antireflexbeschichtung beschichtet. Vorzugsweise werden vielschichtige Antireflexbeschichtungen, die für andere Anwendungen bekannt sind, in Formen verwendet, die für das angrenzende Medium optimiert sind. Die Möglichkeit, solche Antireflexbeschichtungen zu haben, ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, was sie von einem Fensterdesign unterscheidet, bei der das zweite Fenstersubstratmaterial direkt auf das erste Fenstersubstratmaterial abgeschieden wird. Bei der gegenwärtigen Ausführung sind die Antireflexbeschichtungen an den Grenzflächen mit dem Klebstoff für die interessierende Infrarotwellenlänge optimiert, um eine gute Transmission selbst bei hohen Einfallswinkeln von einfallender Infrarotenergie zu erhalten. Im Vergleich dazu stellt in dem Fall, in dem das zweite Fenstersubstrat in direktem Kontakt mit dem ersten Fenstersubstrat ist, die Grenzfläche zwischen den beiden eine reflektierende Oberfläche dar, die eine optimale Leistungsfähigkeit nachteilig beeinflusst, insbesondere bei hohen Einfallswinkeln der Infrarotenergie. Während es somit erwartet werden kann, dass das Vorhanden sein des Klebstoffes die optimale Leistungsfähigkeit des Fensters nachteilig beeinflusst, wurde festgestellt, dass die Abschwächung und Verzerrung der übertragenen Infrarotenergie relativ gering ist. Die Vorteile, die sich aus der Bereitstellung der Antireflexbeschichtungen zwischen dem ersten Fenstersubstrat und dem zweiten Fenstersubstrat ergeben, überwiegen die geringen Nachteile, die aus dem Vorhandensein des Klebstoffes herrühren, bei weitem.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der gegenwärtigen Erfindung werden aus der folgenden detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführung unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung deutlich, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung zeigt. Der Rahmen der Erfindung ist jedoch nicht durch diese bevorzugte Ausführung begrenzt.
  • 1A ist eine Teilansicht eines Luftfahrzeugs mit einem Infrarotsensor;
  • 1B ist eine schematische Innenansicht einer Sensoranordnung;
  • 2 ist eine geschnittene Darstellung einer infrarottransparenten Fensterstruktur;
  • 3 ist eine Schnittdarstellung einer Antireflexbeschichtung, die bei der Fensterstruktur gemäß 2 verwendet wird;
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Ausführen der Erfindung; und
  • 5 ist eine geschnittene Darstellung einer Fensterkonstruktion, die nicht im Rahmen der Erfindung liegt.
  • 1A zeigt eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Fensters in einem Luftfahrzeug 20 mit einem Luftrahmen 22 und einem an dem Luftrahmen befestigten Sensorsystem 24. Das Sensorsystem 24 weist eine Sensorkugel 26 auf, die in einer Fensterstruktur 28 befestigt ist. Die Sensorkugel 26 weist einen Infrarotsensor 30 auf, der darin befestigt ist. Die Sensorkugel 26 kann gedreht werden, um den Sensor 30 wie gewünscht auszurichten. Der Sensor 30 betrachtet eine Szene durch die Fensterstruktur 28 und demnach muss die Fensterstruktur 28 gegenüber Strahlung der interessierenden Wellenlänge für den Sensor 30 durchlässig sein. Das Luftfahrzeug 20, das Sensorsystem 24 und die zugehörigen Elemente mit Ausnahme der nachfolgend zu beschreibenden Fensterstruktur sind im Stand der Technik bekannt.
  • 1B stellt die Komponenten des Sensorsystems 24 schematisch in größerem Detail dar. Das Sensorsystem 24 weist ein Gehäuse 32 auf, durch das sich die Fensterstruktur 28 erstreckt. Innerhalb des Gehäuses 32 ist ein Sensor 34 und eine geeignete Optik 36, hier schematisch als eine einzige Linse dargestellt. Infrarotenergie tritt in das Gehäuse durch die Fensterstruktur 28 ein und wird durch die Optik 36 auf dem Sensor 34 abgebildet. Der Sensor konvertiert die einfallende Infrarotenergie in ein elektrisches Signal, das zur Abbildungselektronik 38 übertragen wird, die allgemein außerhalb des Gehäuses 32 angeordnet ist. Die Abbildung kann digital oder analog sein, und das resultierende Bild kann von einer menschlichen Bedienungsperson beobachtet werden oder automatisch verarbeitet werden. Das Sensorsystem 24 wurde im Hinblick auf eine Luftfahrzeuganwendung erläutert, wobei es sich um die am meisten bevorzugte Anwendung der Erfindung handelt. Jedoch kann das Sensorsystem 24 mit jeder anderen geeigneten Anwendung verwendet werden, z. B. in einem Raumschiff, einem Landfahrzeug, einer stationären Anlage, einer handgehaltenen Einheit oder einen Waffenzieleinrichtung.
  • 2 ist ein Schnitt durch die Fensterstruktur 28. Die Fensterstruktur 28 weist eine erste Fensterschicht 40, eine zweite Fensterschicht 42 und eine Klebeschicht 44 auf, die die erste Fensterschicht 40 mit der zweiten Fensterschicht 42 in einer einander zugewandten, jedoch von einander beabstandeten Anordnung miteinander verbindet. 2 ist nicht maßstäblich gezeichnet. Wie nachfolgend erläutert wird, ist die erste Fensterschicht 40 typischerweise viel dicker als die zweite Fensterschicht 42, und die Antireflexbeschichtungen sind sehr dünn.
  • Die erste Fensterschicht 40 weist ein erstes Fenstersubstrat 46 auf. Das erste Fenstersubstrat 46 besteht aus Zinksulfid oder Zinkselenid, jedoch ist Zinksulfid bevorzugt. Das erste Fenstersubstrat 46 ist das primäre lasttragende Element der Fensterstruktur 28. Es ist mit einer Dicke hergestellt, die ausreichend ist, um die aerodynamischen und andere Lasten auszuhalten, die auf das Fenster ausgeübt werden. Die Dicke des ersten Fenstersubstrates 46 wird vergrößert, wenn die Quergröße der Fensterstruktur 28 vergrößert wird. In einem typischen Fall weist das Zinksulfidfenster jedoch eine Dicke zwischen ungefähr 5,1 und 25,4 mm (0,2 Inch bis ungefähr 1,0 Inch) auf. Vorzugsweise ist eine erste Antireflexbeschichtung 48 auf einer ersten Seite des ersten Fenstersubstrates 46 abgeschieden und überdeckt diese, und eine zweite Antireflexbeschichtung 50 ist auf einer zweiten Seite des ersten Fenstersubstrates 46 abgeschieden und überdeckt diese.
  • Die zweite Fensterschicht 42 schließt ein zweites Fenstersubstrat 52 ein. Das zweite Fenstersubstrat 52 ist ausreichend dick, um Erosion, Stößen, chemischer Beschädigung und anderen Arten von extern veranlasster Beschädigung zu widerstehen, die bei der interessierenden Anwendung zu erwarten ist. Das zweite Fenstersubstrat 52 besteht aus Aluminiumoxid, Spinell, Siliciumcarbid, Zirkondioxid oder Aluminiumnitrid. Der Ausdruck „Aluminiumoxid" umfasst, wie hier benutzt, Aluminiumoxid oder verschiedene Arten und schließt insbesondere Saphir ein, das am meisten bevorzugte Material für das zweite Fenstersubstrat 52. Das zweite Fenstersubstrat 52 ist vorzugsweise nicht dicker als notwendig, um als ein separates, dem ersten Fenstersubstrat 46 unabhängig freistehendes Element gehandhabt zu werden. Vorzugsweise ist das zweite Fenstersubstrat zwischen ungefähr 0,13 und 1,02 mm (0,005 bis ungefähr 0,040 Inch) dick. Dünnere Substrate haben eine nicht ausreichende strukturelle Festigkeit, um gehandhabt zu werden, und dickere Substrate vergrößern unnötig die Abschwächung der Infrarotenergie, die hierdurch am hohen Ende des mittleren Infrarotwellenlängenbandes gelangt. Genauer gesagt ist das Aluminiumoxid nicht dicker als ungefähr 1 mm (0,040 Inch), infolge von erheblichem Verlust der Transmittanz oberhalb von 4 Mikrometern Wellenlänge. Vorzugsweise wird eine dritte Antireflexbeschichtung 54 darauf abgeschieden und überdeckt eine erste Seite des zweiten Fenstersubstrates 52, und eine vierte Antireflexbeschichtung 56 ist darauf abgeschieden und überdeckt eine zweite Seite des zweiten Fenstersubstrates 52.
  • Die erste Fensterschicht 40 ist mit der zweiten Fensterschicht 42 durch die Klebeschicht 44 verbunden. Die Klebeschicht 44 besteht aus einem Material, das als ein Klebstoff dient und auch gegenüber Infrarotstrahlung transparent ist. Ein bevorzugtes Klebematerial ist ein Silikonelastomer oder Gummi, besonders bevorzugt Polydimethylsiloxan. Die Dicke der Klebeschicht 44 ist nicht dicker als notwendig, um die Verklebung zu erhalten, soweit sie in dem optischen Weg der Infrarotenergie liegt. Die Klebstoffschicht 44 ist vorzugsweise zwischen ungefähr 0,025 mm und ungefähr 0,1 mm (0,001 Inch bis ungefähr 0,04 Inch) dick, am meisten bevorzugt ungefähr 0,05 mm (0,002 Inch) dick. Dünnere Schichten können nicht verlässlich appliziert werden, und dickere Schichten führen zu vergrößerter Absorption der Infrarotenergie ohne einen dazugehörigen Vorteil.
  • Die Klebeschicht 44 kann die gesamten einander zugewandten Bereiche der Fensterschichten 40 und 42 überdecken, wie dargestellt, oder kann nur Teile davon bedecken. Z. B. könnte die Klebeschicht 44 nur um den Umfang des Fensters positioniert sein, so dass es einen Luftspalt zwischen den Schichten 40 und 42 in dem mittleren Bereich der Fensterstruktur gibt. Auf jeden Fall sind die Schichten 40 und 42 voneinander beabstandet, jedoch einander zugewandt.
  • 3 zeigt in allgemeiner Form eine Antireflexbeschichtung 60 der Art, wie sie für die Antireflexbeschichtungen 48, 50, 54 und 56 verwendet wird, in Kontakt mit einem Substrat 62. Solche Antireflexbeschichtungen sind im Stand der Technik für andere Anwendungen bekannt, vergleiche z. B. US-Patent 4,778,731 . Die Antireflexbeschichtung 60 weist vielfach Unterschichten auf, normalerweise 3 bis 10 Unterschichten, die in 3 schematisch als vier Unterschichten 60a, 60b, 60c und 60d dargestellt sind. Die Unterschichten bestehen typischerweise aus Dicken von weniger als einem Mikrometer aus Yttriumoxid, Siliciumoxid, Magnesiumfluorid, Zinksulfid oder Hafniumoxid. Die Arten und Dicken der Unterschichten werden ausgewählt, um die Leistungsfähigkeit der Antireflexbeschichtung 60 in Bezug auf die Brechungsindices der beiden Medien auf jeder Seite der Beschichtung gemäß den im Stand der Technik wohlbekannten Prinzipien zu optimieren. Z. B. ist die erste Antireflexbeschichtung 48 bei der bevorzugten Ausführung für Luft auf einer Seite und Zinksulfid auf der anderen Seite optimiert. Die zweite Antireflexbeschichtung 50 wird für Zinksulfid auf einer Seite optimiert, mit dem Klebematerial auf der anderen Seite. Die dritte Antireflexbeschichtung 54 wird für Klebstoffmaterial auf einer Seite und Aluminiumoxid auf der anderen Seite optimiert. Die vierte Antireflexbeschichtung 56 wird für Aluminiumoxid auf einer Seite und Luft auf der anderen Seite optimiert.
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Fensterstruktur 28. Das erste Fenstersubstrat 46 wird in einer Dicke bereitgestellt, die dadurch bestimmt ist, dass es aerodynamischen und anderen Belastungen widerstehen kann (Ziffer 70). Zinksulfat wird als das bevorzugte hauptlasttragende Material für die Fensterstruktur infolge seiner Festigkeit, hohen Infrarottransmission im Wellenlängenband von 1 bis 5 Mikrometer, das die Hauptanwendung für Infrarotsensoren ist und auch die Betriebsbereiche von Ziellasern und augensicheren Lasern umfasst, verwendet, ferner infolge seiner kommerziellen Erhältlichkeit in Größen, die für einen großen Bereich von Fensteranwendungen geeignet sind. Je größer das Fenster und je höher die Belastungen, desto dicker ist das Fenster. Das erste Fenstersubstrat 46 wird auf einer Seite mit der ersten Antireflexbeschichtung 48 beschichtet und auf der anderen Seite mit der zweiten Antireflexbeschichtung 50 (Ziffer 72).
  • Das zweite Fenstersubstrat 52 wird in einer Dicke bereitgestellt, die zur Vorbereitung und Handhabung in der gewünschten Größe für die Fensterstruktur 28 geeignet ist, jedoch nicht dicker als notwendig (Ziffer 74). Das zweite Fenstersubstrat ist vorzugsweise zwischen ungefähr 0,13 und ungefähr 1,01 mm (0,005 bis ungefähr 0,040 Inch) dick. Aluminiumoxid, am meisten bevorzugt Saphir, wird als das Substrat für die zweite Fensterschicht 42 ausgewählt, infolge seiner Beständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlag, Erosion und chemischer Beschädigung. Aluminiumoxid ist in Größen erhältlich für zahlreiche Fensterstrukturen 28. Falls eine größere Größe als kommerziell erhältlich erforderlich ist, können verschiedene Aluminiumoxidstücke quer nebeneinander zusammengepasst werden, um eine volle Abdeckung der Fläche der Fensterstruktur zu erhalten. Das zweite Fenstersubstrat 52 wird auf einer Seite mit der dritten Antireflexbeschichtung 54 und auf der anderen Seite mit der vierten Antireflexbeschichtung 56 beschichtet (Ziffer 76).
  • Der bei der Klebstoffschicht 44 verwendete Klebstoff wird bereitgestellt (Ziffer 78). Der Klebstoff muss eine gute Infrarottransmission aufweisen und ferner auch die Funktion eines Klebstoffes. Elastomere Silikone sind als Klebstoffe bevorzugt.
  • Die erste Fensterschicht 40 wird auf die zweite Fensterschicht 42 gebondet, indem der Klebstoff auf eine oder auf beide der einander zugewandten Oberflächen appliziert wird und sie dann in einander zugewandter, jedoch voneinander beabstandeter Weise platziert werden (Ziffer 80). Die Menge des Klebstoffes wird so gewählt, dass die Klebstoffschicht 44 zwischen ungefähr 0,025 mm und ungefähr 0,1 mm dick ist (0,001 Inch bis ungefähr 0,004 Inch).
  • Gemäß diesem Verfahren und der in 2 gezeigten Fensterstruktur werden die erste Fensterschicht 40 und die zweite Fensterschicht 42 als freistehende Elemente vorbereitet und dann mittels des Klebstoffes miteinander verbunden. Dieses Verfahren steht im Gegensatz zu einem Verfahren, das eine solche Struktur wie in 5 gezeigt, erzeugt, das jedoch nicht im Rahmen der Erfindung liegt. Bei diesem Ansatz wird eine Aluminiumoxidschicht 90 direkt auf und in Kontakt mit einer Zinksulfidschicht 92 abgeschieden (nicht mittels Klebstoff verbunden). Antireflexbeschichtungen 94 und 96 werden danach auf die nach außen stehenden einander zugewandten Oberflächen appliziert. Diese Struktur, die nicht im Rahmen der Erfindung liegt, unterscheidet sich von der Erfindung in zwei bedeutenden Aspekten. Erstens wird die Schicht 90 abgeschieden, anstelle separat erzeugt zu werden, was zu schlechteren optischen Eigenschaften führt. Zweitens gibt es eine direkte Verbindungslinie 98 zwischen dem Aluminiumoxid und dem Zinksulfid. Diese Verbindungslinie 98 stellt eine reflektierende Oberfläche dar, die die Infrarottransmission durch die Struktur behindert, insbesondere, wenn die Infrarotenergie auf die Struktur mit einem hohen Einfallswinkel (d. h. ungefähr 60° oder mehr von der Vertikalen einfällt). Da die Aluminiumoxidschicht 90 direkt auf die Zinksulfidschicht 92 abgeschieden wird, ist es nicht möglich, eine separat applizierte Antireflexbeschichtung oder Beschichtungen an dieser Klebstofflinie 98 vorzusehen, was dazu dienen würde, den nachteiligen Einfluss der Klebelinie abzuschwächen. Schichten, die Antireflexbeschichtungen simulieren, können auf die Schicht 92 vor dem Abscheiden der Schicht 90 abgeschieden werden, jedoch sind diese Schichten nicht so wirksam, wie diejenigen, die auf freistehende Teile abgeschieden werden, die anschließend miteinander gebondet werden, wie bei der gegenwärtigen Erfindung.
  • Obwohl eine besondere Ausführung der Erfindung im Detail zum Zwecke der Erläuterung beschrieben wurde, können zahlreiche Modifikationen und Verbesserungen gemacht werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Demnach ist die Erfindung nicht beschränkt, außer durch die zugehörigen Ansprüche.

Claims (8)

  1. Fensterstruktur mit: einer ersten Fensterschicht (40), die ein erstes Fenstersubstrat (46) aufweist, das aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zinksulfid und Zinkselenid besteht; einer zweiten Fensterschicht (42), die ein zweites Fenstersubstrat (52) aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Spinell, Siliziumcarbid, Zirkondioxid und Aluminiumnitrid besteht und einer infrarottransparenten Klebeschicht (44), die die erste Fensterschicht (40) mit der zweiten Fensterschicht (42) in einer einander zugewandten, jedoch voneinander beabstandeten Weise miteinander bondet; dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fenstersubstrat (52) zwischen ungefähr 0,13 mm und ungefähr 1,02 mm dick ist; die zweite infrarottransparente Klebeschicht (44) zwischen ungefähr 0,025 mm und ungefähr 0,1 mm dick ist und die erste Fensterschicht (40) und die zweite Fensterschicht (42) als freistehende Elemente hergestellt sind und dann durch die infrarottransparente Klebeschicht (44) miteinander verbunden sind.
  2. Fensterstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fenstersubstrat (46) zwischen ungefähr 5,08 mm und ungefähr 25,4 mm dick ist.
  3. Fensterstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fenstersubstrat (52) aus Saphir besteht.
  4. Fensterstruktur nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht (44) ein Silicongummi ist.
  5. Fensterstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste antireflektierende Beschichtung (48) auf einer ersten Seite des ersten Fenstersubstrates (46) und eine zweite antireflektierende Beschichtung (50) auf einer zweiten Seite des ersten Fenstersubstrates (46).
  6. Fensterstruktur nach Anspruch 1 oder 5, gekennzeichnet durch eine antireflektierende Beschichtung (54) auf einer ersten Seite des zweiten Fenstersubstrates (52) und eine antireflektierende Beschichtung (56) auf einer zweiten Seite des zweiten Fenstersubstrates (52).
  7. Fensterstruktur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Klebeschicht (44) im Wesentlichen vollständig über eine von der ersten antireflektierenden Beschichtung (48) und der zweiten antireflektierenden Beschichtung (50) erstreckt.
  8. Sensorsystem mit: einem Sensorgehäuse (32); einem Infrarotsensor (30), der innerhalb des Gehäuses (32) angeordnet ist und einer Fensterstruktur (28) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, die in dem Sensorgehäuse (32) angeordnet ist, durch das der Infrarotsensor (30) eine Szene sieht.
DE69838706T 1997-06-06 1998-06-04 Umgebungbeständige und infrarotdurchlässige fensterschicht Expired - Lifetime DE69838706T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US870343 1997-06-06
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