DE1923645A1

DE1923645A1 - Beschichtungsverfahren fuer optische Linsen u.dgl.

Info

Publication number: DE1923645A1
Application number: DE19691923645
Authority: DE
Inventors: John Ward
Original assignee: Commonwealth of Australia
Current assignee: Commonwealth of Australia
Priority date: 1968-05-10
Filing date: 1969-05-09
Publication date: 1970-08-27
Also published as: GB1258096A; US3645771A; DE1923645B2; FR2009873A1; DE1923645C3; FR2009873B1

Description

"Beschichtungsverfahren für optische Linsen und dergl."

Die Erfindung betrifft eine Methode und Mittel zur Herstellung einer Mehrfachbeschichtung von Linsen oder dergl. und enthält ein neues Verfahren zum vorherigen Überziehen der Unterlage, die zur Überwachung vor dem Aufbringen der Beschichtung benutzt wird, wodurch die Prüfung der Dicke der abgelagerten Schicht durch Erhöhung der Empfindlichkeit für Änderungen des Lichtdurchlasses oder der Reflexion zwischen einer Lichtquelle und einem Photometer erleichtert wird, wenn die Schicht eine Höhe hat, wo genaue Messungen ohne weiteres erreicht werden können.

Ein Problem bei der Beschichtung von Linsen oder dergl. in einer Vakuumkammer ist die Messung der genauen Dicke einer abgelagerten Schicht, und die Aufgabe dieser Erfindung ist daher,

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Mittel zu schaffen, durch welche die Überprüfung der Ablagerung in einer besseren und genaueren Weise sowie mit einer einfachen Apparatur ausgeführt werden kann. Dies wird, wie gezeigt, durch Anordnung eines Prüfstückes erreicht, das ebenfalls die Beschichtung (blooming layers) erhält, so daß das Prüfstück die Durchlässigkeits- oder Reflexionsdifferenzen infolge der Beschichtung steigert, wodurch die Meßgenauigkeit verbessert wird.

Es ist bereits in der Technik bekannt, Glas mit aufeinanderfolgenden Schichten, die verschiedene Brechungsindizes haben, zu überziehen und dies auf einem solchen Weg zu tun, daß die Reflexion von der Oberfläche wesentlich reduziert wird. Ferner ist bekannt, daß ein hoch rellektierender Schichtaufbau (stack) durch Ablagerung einer ersten Schicht aus einer Substanz wie Bleifluorid, das einen relativ hohen Brechungsindex hat, dann eine Schicht aus Magnesiumfluorid, das einen niedrigen Brechungsindex hat, und dann eine andere Schicht aus Bleifluorid, das wieder einen höheren Brechungsindex hat als die vorherige Schicht, hergestellt werden kann. Es ist auch bekannt, daß, wenn aufeinanderfolgende Schichten aus bestimmten Materialien auf diesen Schichtaufbau abgelagert werden, die Änderungen der Lichtdurchlässigkeit oder Reflexion, die durch die Anwesenheit dieser Schichten verursacht wird, von den Änderungen verschieden sein kann, die bei Abwesenheit des hoch reflektierenden Schichtaufbaues (stack) auftreten.

Die vorliegende Erfindung macht Gebrauch von einem hoch reflektierenden Schichtaufbau auf einer Oberfläche, die in einer Kammer angeordnet ist, in der eine Vakuumablagerung durchgeführt wird, so daß dieser Schicht aufbau eine Ablagerung erhält, die gleich der Ablagerung auf den Linsen oder dergl. in der Kammer ist. Eine solche Ablagerung auf dem Schicht auf bau änd-ert, wenn der Schichtaufbau genau abgestimmt ist, die Lichtdurch^ lässigkeits- oder Reflexionscharakteristik des Schicht auf baues mit der Beschichtung (blooming), so daß ein sehr viel größeres Differential vorhanden ist, als dies der Fall wäre, wenn Licht

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einfach von den Linsen und den aufgebrachten Schichten zu einem Photometer oder zu einer ähnlichen Aufzeichnungsvorrichtung durchgelassen oder reflektiert wird.

Deshalb wird auf dem Prüfstück ein viel größeres Differential erhalten, als es sonst vorhanden wäre. Durch passende Auswahl des Schichtaufbaues können die Bedingungen so eingerichtet werden, daß mit jeder folgenden Beschichtungsstufe, die weitere Schicht auf dem Schichtaufbau eine Durchlässigkeitsänderung zur Folge hat,, die das Photometer ausreichend intensiviert, um eine schnelle Ablesung der Dicke der abgelagerten Schicht zu ermöglichen.

Es soll an dieser Stelle festgestellt werden, daß aus drei Schichten aufgebauteAntiref lexionsbeläge auf Glas für sichtbares, fast infrarotes Licht bereits bekannt sind. Hierzu kann beispielsweise auf einen Aufsatz von. J.T. Cox und G.Hass im "Journal of the Optical Society of America" Volume 52 No* 9 vom September 1962 hingewiesen werden, wo eine relativ vollständige Abhandlung über dreifache Beschichtung existiert. Wenn jedoch die Schichten in Übereinstimmung mit diesem Aufsatz abgelagert werden, so ergibt sich deutlich (aus Fig. 3> auf die später Bezug genommen wird), daß dreifache Beschichtung nur derart geringe Änderungen in der Reflexion oder Durchlässigkeit bei kritischen Stufen im BeSchichtungsprozeß hervorruft, daß die Auffindung mit Ablesung dieser Änderungen sehr schwierig wird, insbesondere wenn ein einfaches Gleichstromphotometersystem verwendet wird, was zu hohen Uligenauigkeiten in der Schichtdicke und zu niedrigem Wirkungsgrad der Beschichtung führt. Erfolgt jedoch die Ablagerung auf einen speziell ausgewählten Schichtaufbau, wie dies die Erfindung lehrt, dann werden die Änderungen in einem Umfang verstärkt, durch den es möglich ist, die Unterschiede in der Dicke der Abigerung deutlich wegen des dann vorhandenen Verstärkungseffektes abzulesen. Aus den graphischen Darstellungen, die einen Teil der Beschreibung bilden und die sich auf konkrete Beispiele des Verfahrens beziehen, läßt sich dieser Verstärkungseffekt ohne weiteres erkennen.

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 ein Glasstück, das einer Behandlung gemäß der

Erfindung unterworfen wurde, Fig. 2 eine charakteristische Anordnung und Fig. 5 bis 6 graphische Darstellungen der fortlaufenden Verfahrensschritte nach dem Stand der Technik und nach der vorliegenden Erfindung.

Die Anordnung enthält im allgemeinen eine Unterlage 10, die zwar mit einer Anzahl abwechselnd hohen und niedrigen Brechungsindex aufweisenden Materialschichten 11, 12, 13, 14-, 15j 16 überzogen ist, wobei die Schichten eine optische Dicke von einem Viertel einer Wellenlänge oder eines Hehrfachen davon bei einer ausgewählten Wellenlänge haben. Geeignete Materialien sind ZnS, Kryolith, Mgi^j ^^2 ^un<i dergleichen.

Das Glasstück 10 nach Fig. 1 hat einen Brechungsindex von 1,51 und wurde zunächst mit einem Schichtenaufbau versehen, der zwei Viertel Wellenlänge Schichten 11, 13 aus Zinksulfid aufweist, die durch eine Viertel Wellenlänge Schicht 12 aus Kryolith getrennt sind. Die gleiche geeignet ausgewählte . Wellenlänge wird in allen Fällen in Betracht gezogen. Zur Bestimmung der Dicke der Schichten im einzelnen Fall wurde hierbei nur ein einfaches Photometer benutzt. Das Glasstück 10 wurde alsdann zwischen einem Lichtsystem 18 und dem Photo meter 17 aufgestellt, wie dies Fig. 2 zeigt. Der Schichtenaufbau 11, 12, 13 wird so angeordnet, daß er ähnlich wie die Linse 19 den nun aufzudampfenden überzug annimmt. Die Linsen 19 können auf einem rotierenden Träger 20 angeordnet und in einer besonderen Weise abgedeckt sein, um die Verteilung des Materials aus der Verdampfungsquelle 21 zu modifizieren.

In der graphischen Darstellung nach Fig. 3 ist die Wellen-

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länge in Angströmeinheiten gegenüber der Reflexion in Prozenten bei einer charakteristisch beschichteten Linsenoberfläche bekannter Art aufgetragen.

Die durch 1 gekennzeichnete Kurve setzt sich zusammen aus einer Viertel-Wellenlänge Schicht aus Oa SiO,, während die Kurve 2 diese zusammen mit einer ähnlichen Schicht aus ZrO₂ zeigt.

In Kurve 3 ist eine weitere Viertel-Wellenlänge Schicht aus ZrO₂ hinzugefügt und die Kurve 4 zeigt die Abschlußschicht, so daß ein System mit den Schichten /) /4- aus Ga SiO, +/)/2 aus ZrO₂ + A A aus MgF₂ vorhanden ist.

Tabelle zeigt die folgenden angenäherten Differenzen in der Reflexinnskraft zwischen aufeinanderfolgenden Schichten von ungefähr 5000 Angström.

Tabellei

1.) zwischen Glas 10 und Kurve 1 = 6%

2.) zwischen Kurve 1 und-2 = 5,8%

3.) zwischen Kurve 2 und 3 = 5j8%

4.) zwischen Kurve 4- und 5 =10%

Die Bedeutung dieser Werte wird später gewürdigt.

In der graphischen Darstellung nach Fig. 4- ist wiederum die Wellenlänge in Angströmeinheiten gegenüber der Rellexion in Prozenten aufgetragen, wobei sich Kurven für einen charakteristisch hoch reflektierenden Schichtaufbau ergeben, in welchem die Kurve 1 die erste Schicht, nämlich eine Viertel-Wellenlängen Schicht aus ZnS darstellt. Die Kurve 2 gibt die Kurve wieder, wenn eine Viertel-Wellenlänge Schicht aus Kryolith überlagert ist. Die Kurve 3 zeigt die Charakteristik

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des gesamten Schichtenaufbaues, wenn eine weitere ähnliche Schicht aus ZnS hinzugefügt worden ist. Diese bilden dann den Schichtaufbau 11, 12, 13, der auf der Unterlage 10 von Fig. 1 gezeigt ist, auf welchen die Schichten des Überzugs gleichzeitig mit der Aufdampfung auf die Linsen 18 aufgedampft werden.

Die graphischen Darstellungen nach Pig. 5 und 6 zeigen die Differenzen in der Reflexionskraft für ein typisches Beispiel gemäß der Erfindung, in welcher der Schichtaufbau 10, 11, 12 von Fig. 4- erst auf das Probeglas 10 und dann vier Schichten des Überzugs ähnlich den Schichten 14-, 15, 16 bzw. denen nach Fig. 3 als Überzugsmaterial aufgebracht werden. Die Prozentsatzzahlen für jede Schicht ändern sich sehr beträchtlich, so daß sich nunmehr folgende Tabelle ergibt_s die auf denselben Bedingungen wie Tabelle 1 beruht.

Tabelle 2:

1. ) zwischen vorher aufgebrachter Beschichtung

11, 12, 13 und Kurve 4- = 40%

2.) zwischen Kurve 4- und 5 = 4-2%

3.) zwischen Kurve 5 und 6 = 4-2%

4-.) zwischen Kurve 6 uafl. 7 = 23%

Wenn dies auf Tabelle 1 bezogen wird, so ist es sogleich offensichtlich, daß die Reflexionsunterschiede gemäß der Erfindung bedeutend größer sind, wodurch eine viel größere Genauigkeit erreicht wird.

Die obige Beschreibung berücksichtigt zum besseren Verständnis die Reflexionsdifferenzen (während Fig. 2 und die vorhergehende Beschreibung die Durchlässigkeit berücksichtigen). Mit einem derartigen System dünner Filme sind jedoch die Reflexions- und Durchlässigkeitsdifferenzen gleich, unddie Ab-. sorption ist tatsächlich Null.

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Claims

Patentansprüche:

1. Beschichtungsverfahren gekennzeichnet durch die Anordnung des zu beschichtenden Gegenstandes in einer Vakuumkammer, wobei sich in der Kammer eine Unterlage mit einem vorher aufgebrachten Überzug befindet, der wenigstens eine Schicht zur Steigerung der Lichtdurchlässigkeit- oder Reflexionsdifferenzen infolge der Beschichtung bei einer ausgewählten Wellenlänge aufweist, durch eine nacheinander erfolgende Aufdampfung der Beschichtung, sowohl auf den zu beschichtenden Gegenstand als aucfi^ie Unterlage mit dem vorher aufgebrachten Überzug und durch Messung der Durchlässigkeitsoder Reflexionsänderungen, die während der Ablagerung jeder Schicht auftreten, wodurch die Meßgenauigkeit und damit die Exaktheit der Kontrolle der Ablagerungsdicke und damit die Qualität der Aufschichtung verbessert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige oder reflektierende Element aine Unterlage aufweist, die einen vorher aufgebrachten Überzug aus mehreren Materialien mit abwechselnd hohem und niedrige» Brechungsindex besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht eine optische Dicke von einem Viertel Wellenlänge oder einem Vielfachen davon bei einer ausgewählten Wellenlänge hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

z eichnet, daß das lichtdurchlässige oder reflektierende Element eine Unterlage aufweist, die einen vorher aufgebrachten Überzug aus mehreren Materialien mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex besitzt, wobei die Materialien eine

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optische Dicke von einem Viertel-Wellenlänge oder einem Vielfachen davon bei einer ausgewählten Wellenlänge haben.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige oder reflektierende Element eine Unterlage aufweist, die einen vorher aufgebrachten Überzug aus mehreren Materialien mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex besitzt, wobei die Materialien e.ine optische Dicke von einem Viertel-Wellenlänge oder einem Vielfachen davon bei einer ausgewählten Wellenlänge haben und das Material mit dem hohen Index ZnS und das Material mit dem niedrigen Index Kryolith ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige oder reflektierende Element eine Unterlage aufweist, die einen vorher aufgebrachten Überzug aus mehreren Materialien mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex besitzt, wobei die Materialien eine optische Dicke von einem Viertel-Wellenlänge oder einem Vielfachen davon bei einer ausgewählten Wellenlänge haben und das Material mit dem hohen Index ZnS und das Material mit dem niedrigen Index MgP₂ ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige oder reflektierende Element eine Unterlage aufweist, die einen vorher aufgebrachten Überzug aus mehreren Materialien mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex besitat, wobei die Materialien eine optische Dicke von einem Viertel-Wellenlänge oder einem Vielfachen davon bei einer ausgewählten Wellenlänge haben und das Material mit dem hohen Index PbF₂ und das Material mit dem nied rigen Index MgF₂ ist.

8: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß das Element eine lichtdurchlässige Basis mit zwei vorher aufgebrachten Viertel-Wellenlängen Schichten besitzt, die durch eine Viertel"Wellenlänge Schicht eines weiteren ausgewählten Materials getrennt sind, so daß die zweite Schicht die Kurve der Beflexionskraft der ersten Schicht reduziert und die dritte Schicht die Endkurve der Reflexionskraft erhöht.

9. Verfahren nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine lichtdurchlässige Basis mit zwei Viertel-Wellenlängen Schichten aus ZnS besitzt, die durch eine Viertel-Wellenlänge Schicht aus Kryolith getrennt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht durch oder reflektiert durch die vorher mit einem Überzug versehene Unterlage zu einem einfache Photometer läuft.

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