DE1621385A1

DE1621385A1 - Anordnung zum Aufdampfen von Interferenzschichten

Info

Publication number: DE1621385A1
Application number: DE19671621385
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Schwomma
Original assignee: Hauser raimund drdr
Current assignee: Hauser raimund drdr
Priority date: 1966-08-10
Filing date: 1967-08-05
Publication date: 1971-05-13
Also published as: NL6710981A; AT264746B; GB1199006A; CH483497A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufdampfen von Int'erferenzschichten auf konkav gekrümmte Drehflächen,- mit einem Rezipienten_s in welchem ein zur Aufnahme der zu bedampfenden Flächen bestimmter Träger angeordnet ist, der um eine Achse umläuft und einer außerhalb dieser Achse angeordneten Bedampfungsquelle.'

Das Aufdampfen solcher Interferenzschichten hat bekanntlich den.Zweck, den Flächen ein bestimmtes spektrales Transmissions- und Reflexionsvermögen zu erteilen. Neben den bekannten Antireflexbelägen von Linsen optischer Systeme haben in der jüngsten Vergangenheit infrarotdurchlässige Spiegel für Be- *

leuchtungssysteme zunehmend an Bedeutung gewonnen« :

Bei bekannten Anordnungen der eingangs beschriebenen Art ist der Träger kartenförmig ausgebildet und weist eine Reihe von öffnungen auf,

109 820/1608

BAD

in. welche die zu bedampfenden Linsen oder Spiegel eingelegt werden. Da der Dampfstrom im Scheitel der zu bedampfenden Flächen ungefähr normal, an den Rändern jedoch streifend auftrifft, erreicht nach dem Kosinusgesetz die Schichtdicke im Bereich des Scheitels ihren maximalen Wert und fällt zum Rand ab.

Bei den als Kaltlichtspiegel bekannten infrarotdurchlässigen Spiegeln von Beleuchtung,^systemen ist die Lichtquelle in der unmittelbaren Nähe des Spiegelscheitels angeordnet. Dies hat zur Folge, daß die Lichtstrahlen in der Nähe des Scheitels praktisch senkrecht auf den Spiegel auftreffen, ™ während der Einfallswinkel in den Randzonen relativ große Werte annimmt

(50 - 60 ). Um einen möglichst hohen mittleren Reflexionsfaktor im Bereich des sichtbaren Lichtes und eine möglichst hohe mittlere Transmission im Infrarot zu erzielen, ist es notwendig, daß die Schichtdicken in den einzelnen ' ' Spiegelzonen mit ihrem optimalen Wert ausgeführt werden. Wie weiter unten näher erläutert wird, ist es hierzu notwendig, die Schichtdicken mit zunehmenden Einfallswinkel zu vergrößern. Ein in der Weise ausgeführter Spiegel muß daher im Bereich des Scheitels die geringste Schichtdicke und am Spiegelrand die größte Schichtdicke aufweisen.

w Mit den bisherigen Bedampfungseinrichtungen kann,ein solcher optimaler

Belag nicht erreicht werden, da bei diesen der Schichtdickenverlauf die ent- · gegengesetzte Tendenz aufweist, d. h. am Scheitel seinen maximalen und am Hand seinen minimalen Wert annimmt.

Ea ist bereits vorgeschlagen worden, zur Erzielung eines bestimmten Schichtdickenverlaufes Vignettierungsblenden vor der zu bedampfenden Fläche in den Dampfstrom einzubringen. Mit dieser Methode ist es bei industrieller Fertigung jedoch nicht möglich, eine genügend gleichmäßige und stetig verlaufende Sohioht zu erreichen.
BAD ORIGiNAL

109820/1608

Die Nachteile der bekannten Anordnungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Achse der zu bedampfenden Fläche zur Bedampfungsrichtung geneigt ist und der der Bedampfungsquelle benachbarte Rand der Fläche dieselbe, zumindest längs eines Teilbereiches ihrer durch die Trägerbewegung bestimmten Bahn teilweise . '

abschattet, wobei die Fläche um ihre eigene Achse angetrieben ist.

Ein besonders gleichmäßiger Schichtdickenverlauf längs der Querschnitte kann erzielt werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Verhältnis der Eigendrehzahl der zu bedampfenden Fläche zu der Drehzahl des Trägers mindestens 5, vorzugsweise jedoch *

etwa 20 beträgt. Zweckmäßig wird das Verhältnis der genannten Dreh-■ zahlen unganzzahlig gewählt.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Fig. 1 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch eine auf die Fläche aufgedampfte optisch dünne Schicht. Fig. 2 ist ein Meridianschnitt durch einen ellipsoidförmigen Spiegel, wobei die aufgedampfte Schicht im Interesse einer deutlichen Darstellung dicker dargestellt ist. Fig. 3 zeigt schematisch eine der bisher üblichen Aufdampfanordnungen. Fig. 4 veranschaulicht ebenfalls schematisch eine Aufdampfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm gibt den Schichtdickenverlauf am Spiegel für bestimmte Parameter wieder.

Gemäß Fig. 1 trifft in einem Medium mit einem Brechungskoeffizienten ni eine Wellenfront 6 auf die Grenzschichte 7 einer Schicht 8 mit dem Brechungskoeffizienten n£. In dieser Wellenfront ist ein StraM 1 hervorgehoben, der einen Winkel "ύ j mit der Flächennormalen einschließt. Ein Teil dieses Strahles wird reflektiert (I¹), der andere Teil wird gebrochen und tritt unter

BAD ORiG¹NAL 108820/1608

einem Winkel "V 2 in die Schicht 8 ein. Der Strahl 1" wird an der zweiten Grenzfläche 9 der Schicht 8 und einer Schicht 5 mit einem Brechungskoeffizienten n3 reflelctiert und tritt bei 3 wieder aus der Schicht 8 aus (I¹"). Bei 3 trifft ein Strahl 4 der Wellenfront 6 auf die Grenzschichte 7 und wird teilweise reflektiert. Infolge der durch die Strahlen I¹¹¹ und 4¹ zurückgelegten unterschiedlichen optischen Weglängen und infolge des Phasensprunges um den Wert 3Γ an der Grenzfläche 7 des optisch dichteren Mediums 8 weisen.diese beiden Strahlen eine Phasendifferenz

Die geometrische Weglänge χ des Strahles 4 beträgt: _x _m 2d₂

ri₂ sin²-3

Die Weglänge 2 y des Strahles 1" ist: ·

Für den in Fig. 1 dargestellten Fall - n^ < n£> ergibt sich unter Zugrundelegung der Gleichung

Δ «J « ■—- . (2 y . n₂ - x . Xi₁) + JT

4L

Sollen sich die beiden Strahlen 1™ und 4» verstärken, so ist es notwendig, daß zwischen diesen beiden Strahlen eine Phasendifferenz von Δ Vj* = 2-JT* besteht. Für diesen Fall ergibt sich eine Schichtdicke von

d A J * - A_ J_ _k

Der Faktor k nimmt für Ij 1 = 0 den Wert 1 an und nimmt mit zunehmendem Ό χ zu.

109820/160 8

Zur Erzielung eines infrarotdurchlässigen Spiegels ist es notwendig, -· ■ den Wert Λ aus dem sichtbaren Bereich des Spektrums auszuwählen. Um einen optimalen Effekt zu erzielen, ist es notwendig, den Spiegel mit einer größeren Zahl von Schichten mit alternierenden Brechungskoeffizienten und unterschiedlichen IJicken aufzudampfen. Üblicherweise werden für solche Zwecke 15 bis 20 Schichten verwendet.

Fig. 2 zeigt schematisch einen elliptischen Glasspiegel 10, der an seiner Innenseite einen Interferenzbelag 11 aufweist dessen Schichtdicke vomScheitel nach außen zunimmt. Mit 12 ist die im Brennpunkt des Spiegels angeordnete Lichtquelle bezeichnet. 13 ist der zweite Brennpunkt des Spiegels, in welchem f

die sichtbare Strahlung konzentriert wird (Strahlen 14 und 15). Die Infrarotstrahlung der Lichtquelle 12 wird durch den Belag 11 nicht reflektiert und tritt an der Rückseite des Spiegels 10 aus (Strahlen 16 und 17). Die Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine Aufdampfanordnung der bisher bekannten Art. In einem Rezipienten 18, der durch einen Stutzen 19 evakuiert wird_s ist ein Schiffchen 20 angeordnet, das die aufzudampfende Substanz 23 enthält. Dem Schiffchen 20 liegt der Spiegel 21 gegenüber. Nach Erreichen eines ausreichenden Vakuums wird das Schiffchen 20 erhitzt und die Substanz 23 verdampft. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, trifft der Dampfstrom normal λ auf den Spiegelscheitel und streifend auf die Ränder. Nach dem Kosinusgesetz ergibt sich daher im Bereich des Scheitels die maximale Schichtdicke, am Spiegelrand dagegen die geringste Schichtdicke.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Innerhalb des Rezipienten 18 ist ein auf Säulen 24 angeordneter Träger 25 vorgesehen, in welchem Spiegelhalter 26 gelagert sind. Die Säulen tragen an ihrem unteren Ende Rollen 27. Der gesamte Träger 24 - 27 wird _v

während des Aufdampfvorganges durch eine nicht.dargestellte Antriebsein-

109820/1608

richtung in Drehung um die Achse 28 versetzt. Die Spiegelhalter 26 sind so zur Achse 28 geneigt, daß der von der Bedampfungsquelle vertikal nach oben gerichtete Dampf strom ungefähr senkrecht auf die dem Schiffchen 20 gegenüberliegende Spiegelinnenseite auffrifft und der dem Schiffchen 20 benachbarte Spiegelrand einen Teil der Spiegelinnenseite abschattet. Die Größe des abgeschatteten Spiegelteiles hängt von der jeweiligen Position des Trägers 25 ab. Der rechts im Bild gezeigte Spiegel ist vollständig abgeschattet und wird daher in dieser Position nicht bedampft. Um eine gleichmäßige Bedampfung der einzelnen Spiegelmeridiane zu erzielen, werden die Spiegelhalter 26 mit einer relativ großen· Drehzahl angetrieben. Die Spiegelhalter 26 weisen zu diesem Zweck je ein Kegelrad 29 auf, das mit einem ortsfesten auf der Säule 30 befestigten Kegelrad 31 kämmt. Bei Drehung des Trägers 24 - 27 rollen die Kegelräder 29 am Kegelrad 31 ab und versetzen die Spiegelhalter 26 und damit die Spiegel 21 in Rotation um ihre Achsen 32. Als besonders zweckmäßig hat sich eine Drehzahl der Spiegel 21 erwiesen, die etwa den 20-fachen Wert der Drehzahl des Trägers 24 - 27 aufweist, wobei vorteilhaft das Verhältnis der beiden Drehzahlen mit einem nicht ganzzahligen Wert gewählt wird.

Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Antriebsart beschränkt ist. Mit gleichen Vorteilen ist es möglich, die Spiegelhalter über ein Reibradgetriebe anzutreiben. Es ist ferner möglich, einen Elektroantrieb für die Spiegel vorzusehen, wobei sowohl ein gemeinsamer, als auch ein Einzelantrieb der Spiegel in Betracht kommt.

Für den Schichtdickenverlauf am Spiegel sind folgende Parameter maßgebend:

1. Der Neigungswinkel (L, der durch die Spiegelachse 32 und die Achse 28 des Trägers eingeschlossen wird.

2. Der Abstand a des Schiffchens 20 von der Achse 28.

3. Der Abstand d des Spiegels von der Achse 28 und

4. der Abstand c zwischen Schiffchen 20 und Spiegel 21.

109820/1608 bad orig.nal

Li Fig. 5 ist der Schichtdickenverlauf in Abhängigkeit vom Winkel Chj dargestellt, wobei die übrigen Parameter a - c unverändert geblieben sind. Die Kurve 33 in Fig. 5 veranschaulicht den Spiegelmeridian₃ mit 34 ist die Kurve des idealen Schichtdickenverlaufes bezeichnet. Mit Q sind die Meßpunkte für CA- - 35O, mit O sind die Meßpunkte ilxv(k = 39° und mit Δ sind die Meßpunkte für Ob — 41.5° angegeben.

Wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, kann für die gegebenen Parameter a - c mit einem Winkel (K — 39° die ideale Schichtdickenverteilung mit hoher Genauigkeit angenähert werden. Mit X ist in Fig. 5 der mit einer bisher üblichen Aufdampfanlage erzielbare Schichtdickenverlauf bezeichnet.

10982071608

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zum Aufdampfen von Interferenz schichten auf konkav gekrümmte Drehflächen, mit einem Rezipienten, in welchem ein zur Aufnahme der zu bedampfenden Flächen bestimmter Träger angeordnet ist, der um eine Achse umläuft und einer außerhalb dieser Achse angeordneten Bedampfungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der zu bedampfenden Fläche zur Bedampfungsrichtung geneigt ist und der der Bedampfungsquelle benachbarte Rand der Fläche dieselbe zumindest längs eines Teilbereiches ihrer durch die Trägerhewegung bestimmten Bahn, die zu bedampfende Fläche teilweise abschattet, wobei die Fläche um ihre eigene Achse angetrieben ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver-_ hältnis der Eigendrehzahl der zu bedampfenden Fläche zu der Drehzahl des Trägers mindestens 5, vorzugsweise etwa 20 beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Eigendrehzahl der zu bedampfenden Fläche zu der Drehzahl des Trägers unganzzahlig ist.

109820/1608