DE2049738B2

DE2049738B2 - Mehrschichtiger antireflexbelag fuer sichtbares licht

Info

Publication number: DE2049738B2
Application number: DE19702049738
Authority: DE
Inventors: Hideo Kamakura Kanagawa Ikeda (Japan)
Original assignee: Nippon Kogaku KJC., Tokio
Priority date: 1969-10-09
Filing date: 1970-10-09
Publication date: 1977-02-10
Also published as: DE2049738A1

Description

n_g- As/4 - A_s/2 - As/4 - Luft

(n_g=iu entspiegelndes Glas oder Substrat). Weiterhin hat A. F. T u r η e r vorgeschlagen, statt der Dicke von As/4 für die dem Substrat benachbarte Schicht ei^i-es solchen dreischichtigen Antireflexbelages eine Dicke von 3/4 A₅ zu wählen.

Mit den bekannten dreischichtigen Antireflexbelägen ist aber eine Reflexunterdrückung noch nicht für den gesamten sichtbaren Bereich möglich, und die Entspiegelung wird besonders schlecht für Gläser eines Brechungsindexes von mehr als 1,7. Hinzu kommt noch, daß wegen der geforderten Brechungsindizes der einzelnen Zwischenschichten häufig mit chemisch oder physikalisch nicht sonderlich beständigen Schichtmaterialien gearbeitet werden muß.

Es sind auch vierschichtige Antireflexbeläge bekannt, die jedoch gleichfalls in der einen oder anderen Richtung nicht sonderlich befriedigen. So hat Hass einen vierschichtigen Antireflexbelag des Aufbaues

n_g- A₅M - Aj/4 - Α₅/2Α$/4 - Luft

in Vorschlag gebracht, während die GB-PS 9 91 635 und die CH-PS 4 75 566 vierschichtige Antireflexbeläge beschreiben, bei denen sämtliche Zwischenschichten weit dünner als A₅M sind. Hierher gehört auch die DT-PS 7 42 463, die einen Antirefiexionsbelag aus einer Vielzahl ultradünner Schichten aus nur zwei Materialien in alternierender Reihenfolge beschreibt. Die Verwendung sehr dünner Schichten (d. h. Schichten, die wesentlich dünner als A/4 sind) impliziert aber Schwierigkeiten bei der Messung solch geringer

Schichtdicken rad bei der Einhaltung der im Einzelfall genau gewünschten Dicken-Werte. W"je dem auch sei, diese bekannten vielschichtigen Aatireflexbeläge gestatten aber aacfa gleichfalls nicht eme Entspiegelung im gesamten ädnbarai Bereich (4000 bis 7000 X) und S nehmen häafig auch Zuflucht zu nicht sonderlich stabilen Scindranateriaiien.

Antire'IeMorasbdäge werden im allgemeinen nach folgenden Methoden entworfen:

1. Beobac&äjngsverfahren auf Grund der Analysebe-

dinguDgeo.

2. grafisches Annäherungsverfahren, wie im Falle der Doppel- and Dreifachschichten-Anlireflexbeläge von A.F. Turner oder unter Verwendung des Vektorsystems oder eines Smithschen Diagramm« und

3. numerische Berechnung unter Verwendung der Entwurfeparameter wie Brechungsindex, optische Dirke der Schicht usw.

Diese Verfahren sind jedoch zur Reflexionsunter drückung mm dann voll wirksam, wenn dieses in vergleichsweise engen Spektralbereichen einer jeweils gewünschten Zentralwellenlänge X_s geschehen soll. Sie versagen aber, wenn die Reflexion im ganzen sichtbaren Bereich unterdrückt werden solL

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Abwandlung der vorstehend beschriebenen Methoden einen drei- bzw. vielschichtigen Antireflexbelag mit einer MgFrSchicht ab oberster Schicht zu schaffen, der im ganzen sichtbaren Bereich das Reflexionsvermögen auf kleinere Werte xh 02 bis 03% zu unterdrücken vermag. nicht mit ultradtenen Schichten arbeitet, chemisch und physikalisch stabil ist end auch Gläser eines Brechungsindexes von mehr ah U zu entspiegeln gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist für den dreischichtigen und vierschichtigen Antireflexbelag der einleitend beschrt-ebenen Art im kennzeichnenden Tei! der Ansprüche t bzw. 2 angegeben.

Durch die erfmdungsgemäß getroffene Auswahl von Dicke und Materialien der einzelnen Schichten des Antireflexionsbeüages. wird erreicht, daß bei guter chemischer und physikalischer Beständigkeit eine ReflexunterdtückiBig im gesamten sichtbaren Bereich auf Werte Heiner ah. 02 bis 0.3% möglich wird, und zwar im Falle des. drebchichtigen Antireflexbelages für optische Gläser eines Brechungsindexes größer als 1,7 und im Falle dies Vierschichten-Antireflexbelages nicht nur für Gläser eines. Brechungsindexes von 1.7 und darüber, sondere auch für Gläser eines Brechungsindexes kleiner als t.fe. Im Prinzip ist der erfimdungsgemäße Vierschichtbefag aus dem erfindungsgemäßen Dreischichtbelag dadurch entstanden.daß zwischen Substrat und dem Dreisdfttchtbelag noch eine vierte Schicht der im Anspruch 2 angegebenen Art eingefügt worden ist.

Nachstehend sind die beiden Ausfühiniingsformen Her Erfindung an Hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. t das spektrale Reflexionsvermögen der ersten Ausführungsfornil der Erfindung im Vergleich zum bekannten zweischichtigen Belag, F i g. 2 den Aufbau der ersten Ausführungsform,

F i g. 3 eirr Vektordiagramm zur Darstellung des Reflexionsvermögens bei 400 μιη und 700 pm der zweiten Ausführuntgsform der Erfindung sowie deren Aufbau, '5

F i g. 4 das spektraJe Reflexionsvermögen der zweiten Ausführungsform,

F ϊ g. 5 den Aufbau der zweiten Ausfühningsform.

Erste Ausführungsforra

Um das Reflexionsvermögen in neben dem Bereich von 400 bis etwa 630 μίτι liegenden Bereichen bei dem bekannten Doppelschichtbelag (siehe gestrichelte Kurve in F i g. \) zu verbessern, wird gemäß der Erfindung

n_g-XJ2 -XJ2 -XJA - Luft

gewählt. Hierbei ist für die erste Schicht (benachbart zur Luft) eine MgF^Schicht einer optischen Dicke von XJA vorgesehen, femer für die zweite Schicht eine TiOr oder ZrOrSchicht einer Dicke von XJ2 und eines Brechungsindexes von 2,0 bis 2,1. weiter für die dritte Schicht eine Al₂Or oder CeFj-Schicht einer optischen Dicke von XJ2 und eines Brechungsindexes von 1.6 und schließlich für den Brechungsindex des Glases die Bedingung

.15,

\(n_t-

d.h. n_g ist größer als 1.7 (/^= Brechungsindex des Glases, m — Brechungsindex der zweiten Schicht).

Das deutlich bessere Reflexionsvermögen R(X) ist durch die ausgezogene Kurve in F i g. 1 dargestellt, während die gestrichelte Kurve das Reflexionsvermögen des bekannten Zweischichtenbelages darstellt. F i g. 2 zeigt den Aufbau.

Zweite Ausführungsform

Die zweite Ausführungsform ist ein Antireflexionsbelag folgenden Aufbaus:

n_g - Ä/2 -X/2-X12- /JA - Luft

der zur noch weiteren Verbesserung der ersten Ausführungsform erhalten wird, um das Reflexionsvermögen R im ganzen sichtbaren Bereich kleiner als 03% und dieses auch für Substratgläser eines Brechungsindexes kleiner als 1,6 zu halten. Die Reflexionsvermögen bei 400 und 700 (im sind in F i g. 3 an Hand eines Vektordiagrammes wiedergegeben. In diesem Fall sind. wie aus F i g. 3 hervorgeht, eine Schicht einer optischen Dicke von XJl und eines Brechungsindexes von 2,0 bis 2,1 und eine Schicht einer optischen Dicke von 3/2 λ» und eines Brechungsindexes von 1.5 zur Kompensation der Schicht einer optischen Dicke von XJ2 erforderlich, um das Reflexionsvermögen in den Bereichen benachbart zu 400 und 700 μπι kleiner als 03% zu halter·. Im einzelnen ist erfindungsgemäß die erste zur Luft benachbarte Schicht eine optische XjA dicke MgF:- Schicht; bei der zweiten Schicht handelt es sich um eine Schicht einer optischen Dicke von λ,/2 aus TiO₂, ZrO?. ThO3,CeO3USw;die dritte Schicht ist eine Schicht einer optischen Dicke von A,/2eines Brechungsindexes von 1.6 und ist aus AI₂O₃, MgO, CeFj usw. hergestellt: und schließlich ist die vierte Schicht eine l.ajOrSchicht einer optischen Dicke von A/2. die in Kontakt mit dem Glas steht, wobei

(mit m = Brechungsindex der dritten Schicht) und n_g< 1,6 oder > 1.7 gelten, so daß d;is ReIlo\ions\ ermögen R im ganzen sichtbaren Bereich klener als 0.3% gehalten werden kann. Das Reflexionsvermögen der Ausführungsform ist in F i g. 4 und deren Aufbau in F i g. 5 dargestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antireflexbelag für sichtbares Licht für optische Gläser mit einem Brechungsindex von mindestens 1,7, bestehend aus drei Schichten, von denen die erste, zum Medium (Luft) benachbarte Schicht einen Brechungsindex von etwa 1,39 und eine optische Dicke von einem Viertel der Zentralwellenlänge des reflexionsfreien Bereichs aufweist und aus Magnesiumfluorid (MgF₂) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, zur ersten Schicht benachbarte Schicht und die dritte, zum Substrat benachbarte Schicht des Antireflexionsüberzuges je eine optische Dicke von der halben Zentralwellenlänge aufweisen, daß die zweite Schicht einen Brechungsindex von etwa 2,0 bis 2,1 besitzt und aus einer Substanz aufgebaut ist, die aus der aus Titanoxid (TiO₂), Zirconoxid (ZrO₂), Thoriumoxid (ThO₂) und Ceroxid (CeO₂) bestehenden Gruppe ausgewählt ist, daß die dritte Schicht einen Brechungsindex von etwa 1,6 besitzt und aus einer Substanz aufgebaut ist, die aus der aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Magnesiumoxid (MgO) und Cerfluorid (CeF₃) bestehenden Gruppe ausgewählt ist. und daß die Brechungsindizes von Substrat und zweiter Schicht voneinander verschieden sind und folgende Bedingungen erfüllen:

0,85

n₂

worin n_g den Brechungsindex des Substrates und n₂ den der zweiten Schicht bedeuten.

2. Antireflexbelag für sichtbares Licht für optische Gläser mit einem Brechungsindex kleiner 1.6 oder größer 1,7 bestehend aus vier Schichten, von denen die erste, zum Medium (Luft) benachbarte Schicht einen Brechungsindex von etwa 1,39 und eine optische Dick'; von einem Viertel der Zentralwellenlänge des reflexionsfreien Bereiches aufweist und aus Magnesi jmfluorid (MgF₂) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, dritte und vierte Schicht je eine optische Dicke gleich der halben Zentralwellenlänge besitzen, daß die zweite, zur ersten Schicht benachbarte Schicht einen Brechungsindex von etwa 2,0 bis etwa 2,1 besitzt und aus einer Substanz aufgebaut ist, die aus der aus Titanoxid (T1O2), Zirkonoxid (ZrO₂), Thoriumoxid (ThO₂) und Ceroxid (CeO₂) bestehenden Gruppe ausgewählt ist. daß die vierte, zum Substrat benachbarte Schicht einen Brechungsindex von etwa 1.8 besitzt und aus Lanthanoxid (La₂O₃) aufgebaut ist, daß die dritte, zwischen zweiter und vierter Schicht gelegene Schicht einen Brechungsindex von etwa 1,6 besit.'.t und aus einer Substanz aufgebaut ist, die aus der aus Aluminiumoxid (AI₂O)), Magnesiumoxid (MgO) und Cerfluorid (CeFe₃) bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und daß die Brechungsindizes von Substrat und dritter Schicht voneinander verschieden sind und die folgende Beziehung erfüllen:

0,85

1,15

worin n_g und n₃ den Brechungsindex von Substrat bzw. dritter Schicht bedeuten.

65 Die Erfindung bezieht sich auf einen Antireflexbelag für sichtbares Licht für optische Gläser mit einem Brechungsindex von mindestens 1,7, bestehend aus drei Schichten, von denen die erste, zum Medium (Luft) benachbarte Schicht einen Brechungsindex von etwa 139 und eine optische Dicke von einem Viertel der Zeatralwellenlänge des reflexionsfreien Bereichs aufweist und aus Magnesiumfluorid (MgF₂) besteht.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf einen Antireflexbelag für sichtbares Licht für optische Gläser mit einem Brechungsindex kleiner oder größer 1,7, bestehend aus vier Schichten., von denen die erste, zum Medium (Luft) benachbarte Schicht gleichfalls einen Brechungsindex von etwa 139 und eine optische Dicke von einem Viertel der Zentralwellenlänge des reflexionsfreien Breiches aufweist und aus Magnesiumfluorid (MgF₂) besteht.

Der einfachste bekannte Antireflexionsbe!ag ist ein Einzelschicht-Belag aus MgF₂ einer optischen Dicke von einem Viertel der Zentralwellenlänge (As) des zu entspiegelnden Bereiches. Weiterhin ist es für zu entspiegelnde Gläser hohen Brechungsindexes bekannt, einen Doppelschichtbelag vorzusehen, dessen oberste Schicht gleichfalls eine As/4 dicke MgF₂-Schicht ist und dessen untere Schicht eine Dicke von As/2 besitzt, so daß der Wellenlängenbereich, für den Entspiegelung erreicht werden kann, breiter wird Ein solcher zweischichtiger Antireflexbelag ist jedoch für eine Entspiegelung im gesamten sichtbaren Bereich noch nicht zufriedenstellend (vgl. F i g. 1, gestrichelte Kurve).

Zur weiteren Verbesserung der Reflexionsunterdrükkung ist es bekannt, für den Antirefiexionsbelag drei oder noch mehr Einzelschichten zu verwenden. So sind aus den US-PS 2 47 385 und 31 85 020 (GB-PS 9 78 471) und JOSA 52 (1962) 968 dreischichtige Antireflexbeläge des allgemeinen Aufbaues