Вісник НАН України. 2018. № 4. С.45-52
https://doi.org/10.15407/visn2018.04.045
КРЮЧИН Андрій Андрійович —
член-кореспондент HAH України, доктор технічних наук, професор, заступник директора Інституту проблем реєстрації інформації НАН України
ВИСОКОПРЕЦИЗІЙНІ МІКРОПРИЗМОВІ СТРУКТУРИ І ПЕРСПЕКТИВИ ЇХ ШИРОКОМАСШТАБНОГО ЗАСТОСУВАННЯ
За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 28 лютого 2018 року
У доповіді наведено результати досліджень з розроблення мікропризмових структур та проаналізовано можливості їх використання у сучасних лазерних і світлодіодних системах і офтальмології. В Інституті проблем реєстрації інформації НАН України розробляють штучно сформовані і особливим чином структуровані середовища — метаматеріали, використання яких дозволяє створювати оптичні елементи та пристрої з унікальними властивостями. Метаматеріали синтезують введенням у природний матеріал різних періодичних структур з найрізноманітнішими геометричними формами. Сьогодні в прецизійному приладобудуванні, машинобудуванні та медицині дедалі більше застосовують високоточні деталі з мікроструктурованими поверхнями, наприклад лінзи і призми Френеля, світлоповертальні елементи.
Ключові слова: метаматеріали, мікропризми, світлоповертальні елементи, лікування косоокості, лінзи Френеля, оптичні дифузори.
Досвід, накопичений в Інституті проблем реєстрації інформації НАН України при створенні технології виготовлення оптичних носіїв інформації, технологічного комплексу виготовлення штампів для тиражування компакт дисків, при проектуванні високоточних аеростатичних систем позиціювання та розробленні інтерферометричних систем контролю лінійних переміщень з нанометровою точністю, заклав технологічний базис для створення низки мікропризмових технологій [1]. Теоретичні основи розроблення мікропризмових технологій полягають у методах:
- розрахунку та проектування високоточних аеростатичних систем обертання дисків-оригіналів, позиціювання оптичних головок і різальних інструментів, інтерференційних і муарових оптичних датчиків лінійних переміщень;
- визначення впливу на роздільну здатність зображень величини призматичної дії мікропризм;
- розрахунку розподілу енергії ультразвукових коливань при зварюванні тонких листових полімерних матеріалів;
- врахування деформацій полімерних матеріалів у процесі термопресування та інжекційного лиття мікропризмових структур.
Створення цих технологій стало можливим завдяки тому, що Інститут має технологічну базу, яка була закладена ще під час будівництва інженерно-лабораторного корпусу і тепер постійно розширюється та оновлюється. До неї входять верстати з числовим програмним забезпеченням, розміщені на спеціальних фундаментах, шліфувальне обладнання, машини для інжекційного лиття пластмас, оптичне обладнання. Усе це сприяло вирішенню актуальної науково-технічної проблеми створення новітніх мікропризмових оптичних елементів для офтальмології, лазерних та світлодіодних систем.
Технології виготовлення та використання світлоповертальних елементів. Світлоповертальні елементи були запропоновані понад 50 років тому і виявилися досить ефективним засобом підвищення безпеки руху. Ці елементи, призначені для відбиття світлового променя в бік джерела світла з мінімальним розсіюванням, відомі сьогодні під різними назвами — катафоти, світлоповертальні елементи, ретрорефлектори. Загалом світлоповертання — це процес зміни напрямку променя строго на 180° в бік джерела освітлення. Перші світлоповертальні елементи було виготовлено зі скляних сфер, імплантованих до полімерної матриці. Катафоти, які використовують сьогодні, бувають найрізноманітніших типів: від плівки з мікропризматичними фракціями до структур, сформованих за допомогою спеціальних твердотільних інденторів, які моделюють кутові світлоповертачі. Однак найефективнішими серед них є мікропризмові світловідбивачі. Такі світлоповертачі працюють за рахунок відбивання світла від трьох взаємно перпендикулярних граней, сформованих у той чи інший спосіб на поверхні світлоповертача. Головними критеріями якості призматичного відбивача є структура та якість призм, з яких він складається. Високоякісна призма має гострі, рівні краї та не пропускає світло, а повертає його назад до джерела світла [2].