DE2113966A1

DE2113966A1 - Partially reflective mirror and process for its manufacture

Info

Publication number: DE2113966A1
Application number: DE19712113966
Authority: DE
Inventors: Loughlin Bernard D
Original assignee: Hazeltine Corp
Current assignee: BAE Systems Aerospace Inc
Priority date: 1970-03-23
Filing date: 1971-03-23
Publication date: 1971-10-07
Also published as: FR2083504A3; FR2083504B3; NL7103684A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. RügerPatent attorneys Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Rüger

73 Esslingen (Neckar), Fabrikstraße 9, Postfach 348 22. März 1971 Telefon73 Esslingen (Neckar), Fabrikstrasse 9, Postfach 348 March 22, 1971 Telephone

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Hazeltine Corporation/ 59-25 Little Neck Parkway, Little Neck, New York 11362 - U S A Hazeltine Corporation / 59-25 Little Neck Parkway, Little Neck, New York 11362 - USA

Teilreflektierender Spiegel und Verfahren zu seiner Herstellung. Partially reflective mirror and its method of manufacture .

Die Erfindung betrifft einen teilreflektierender Spiegel mit einem Nutzstrahlung einer vorbestimmten Wellenlänge reflektierenden planaren Element, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Spiegels.The invention relates to a partially reflecting mirror with a useful radiation of a predetermined wavelength reflecting planar element, as well as a method for making such a mirror.

Unter teilreflektierenden Spiegeln sind im Gegensatz zu voll- oder ganzreflektierenden Spiegeln Spiegel verstanden, bei denen ein Teil der auf die Spiegeloberfläche auftreffenden Strahlung unter Ausbildung eines eigenen Strahlungsweges durch den Spiegel durchgelassen wird. Das Verhältnis zwischen der durchgelassenen und der reflektierten Strahlungsmenge ist als das Durchlae/Reflexionsverhältnis definiert und für jeden Spiegel durch den beabsichtigten Verwendungszweck gegeben. In contrast to fully or fully reflecting mirrors, partially reflecting mirrors are understood to mean mirrors, in which part of the radiation striking the mirror surface forms its own radiation path is transmitted through the mirror. The ratio between the amount of transmitted and reflected radiation is defined as the transmission / reflection ratio and is given for each mirror by the intended use.

Teilreflektierende Spiegel wurden bisher in der Weise hergestellt, daß eine durchsichtige Glasplatte mit einer reflektierenden Metallauflage versehen wurde, die so dünn ist, daß sie selbst teilweise durchsichtig ist. Ein typisches Verfahren hierzu besteht darin, daß eine bestimmte Aluminium-Partially reflective mirrors have so far been manufactured in such a way that that a clear glass plate was provided with a reflective metal layer that is so thin that it is partly transparent itself. A typical procedure this consists in the fact that a certain aluminum

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menge im Vakuum in Gegenwart einer transparenten Glasplatte verdampft wird. Das verdampfte Aluminium kondensiert auf einer Oberfläche der Glasplatte, wo es eine sehr dünne, teilweise reflektierende und teilweise durchsichtige Auflage bildet. Dieser Vorgang wird zu einem geeigneten Zeitpunkt unterbrochen, worauf der sich ergebende teilreflektierende Spiegel auf sein Durchlaß/Refüecionsverhältnis untersucht wird. Ist dieses Verhältnis kleiner als erwünscht, so wird der Spiegel abgeschabt, weil zuviel Aluminium abgelagert worden war. Ist das Verhältnis größer als gewünscht, so wird das Verfahren fortgesetzt, worauf der Spiegel wiederum geprüft wird.amount is evaporated in vacuo in the presence of a transparent glass plate. The evaporated aluminum condenses on a surface of the glass plate, where it forms a very thin, partly reflective and partly transparent layer. This process is interrupted at a suitable point in time, whereupon the resulting partially reflecting mirror is examined for its transmission / reflection ratio. If this ratio is less than desired, the mirror will be scraped off because too much aluminum was deposited. If the ratio is greater than desired, the process is continued, whereupon the mirror is checked again.

Sowohl das erwähnte Herstellungsverfahren als auch die damit erzeugten Spiegel leiden unter einer Anzahl von Nachteilen. Zunächst ist die Verdampfung/Kondensation nicht leicht steuerbar; gewöhnlich ergibt sich eine nicht gleichförmige Metallauflage.auf der Glasoberfläche. Dies hat zur Folge, daß das Durchlaß/Reflexionsverhältnis in unerwünschter und unvorhersehbarer Weise über die Oberfläche des Spiegels veränderlich ist. Außerdem ist das Herstellungsverfahren wegen der erforderlichen Zwischenprüfungen und Fehlerausmerzung zeitraubend, teuer und ungenau. Schließlich hängt das Durchlaß/Reflexionsverhältnis eines auf diese Weise hergestellten Spiegels von der Wellenlänge der auftreffenden Strahlung ab. Der durchgelassene Strahlengang kann unerwünschte Farbverschiebungen erleiden, die davon herrühren, daß der Spiegel einzelne Wellenlängender Strahlung in unterschiedlichem Maße dämpft. Both the aforementioned manufacturing method and the mirrors produced therewith suffer from a number of disadvantages. First of all, the evaporation / condensation is not easily controllable; there is usually a non-uniform metal deposition on the glass surface. As a result, the transmission / reflection ratio is variable in an undesirable and unpredictable manner across the surface of the mirror. In addition, the manufacturing process is time consuming, expensive, and inaccurate because of the interim checks and fault clearance required. Finally, the transmission / reflection ratio of a mirror manufactured in this way depends on the wavelength of the incident radiation. The beam path that is passed through can suffer undesirable color shifts, which result from the fact that the mirror attenuates individual wavelengths of the radiation to different degrees.

Ziel der Erfindung ist es deshalb, einen teilreflektierenden Spiegel zu schaffen, der ein genau vorbestimmtes Durchlaß-Reflexionsverhältnis aufweist, das entweder gleichförmig oder in vorbestimmter Weise selektiv ungleichförmig über die Spiegeloberfläche ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe It is therefore an object of the invention to provide a partially reflective mirror which has a precisely predetermined transmission to reflection ratio which is either uniform or selectively non-uniform in a predetermined manner over the mirror surface. In addition, the invention is based on the object of specifying a method with the help of which

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sich solche Spiegel in einfacher Weise herstellen lassen.such mirrors can be produced in a simple manner.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der teilreflektierende Spiegel gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende planare Element eine Anzahl entsprechend einem vorbestimmten Muster angeordneter, für Strahlung der vorbestimmten Wellenlänge durchlässiger Gebiete oder Bereiche aufweist, und daß auf ein reflektierendes Muster bildende reflektierende Gebiete oder Bereiche auftreffende Nutzstrahlung reflektierbar und auf strahlungsdurchlässige Bereiche auftreffende Nutzstrahlung durchlassbar ist.To achieve this object, the partially reflective mirror according to the invention is characterized in that the reflective planar element has a number of areas or areas which are arranged according to a predetermined pattern and which are transparent to radiation of the predetermined wavelength, and in that reflective areas or areas impinging on a reflective pattern Usable radiation is reflectable and usable radiation impinging on radiation-permeable areas is permeable.

Zur Herstellung eines solchen Spiegels kann erfindungsgemäß derart vorgegangen werden, daß eine reflektierende Oberfläche eines ganzreflektxerenden Spiegels mit einer gleichförmigen Schicht eines fotochemischen Materiales abgedeckt, das fotochemische Material einem vorläufigen Strahlungsmuster ausgesetzt wird und schließlich das reflektierende Material entsprechend dem Bestrahlungsmuster des fotochemischen Materiales unter Ausbildung einer Anzahl strahlungsdurchlässiger Gebiete, die durch ein endliches Muster reflektierenden Materiales begrenzt sind, entfernt wird.To produce such a mirror, the procedure according to the invention can be such that a reflective surface a completely reflective mirror covered with a uniform layer of a photochemical material, the photochemical material is exposed to a preliminary radiation pattern and finally the reflective one Material corresponding to the irradiation pattern of the photochemical material with the formation of a number of radiation-permeable Areas bounded by a finite pattern of reflective material is removed.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Spiegels und des neuen Herstellungsverfahrens für einen solchen Spiegel ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, sowie aus den anschließenden Unteransprüchen. Further advantageous features and properties of the mirror according to the invention and of the new manufacturing method for such a mirror emerge from the following description of exemplary embodiments and from the subsequent subclaims.

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown. Show it:

Fig. 1 einen teilreflektierenden Spiegel gemäß der Erfindung, in perspektivischer Darstellung, im Ausschnitt,1 shows a partially reflecting mirror according to the invention, in a perspective view, in the cutout,

Fig. 2a, teilreflektierende Spiegel gemäß der Erfindung im Querschnitt, jeweils in einer Seitenansicht und im Ausschnitt unter Veranschaulichung unterschiedlicher Einstrahlverhältnisse,2a, partially reflecting mirrors according to the invention in cross-section, each in a side view and in detail, illustrating different Irradiation conditions,

Fig. 3 einen teilreflektierenden Spiegel gemäß der Erfindung mit einem selektiv ungleichmäßigen Durchlaß/Reflexionsverhältnis in der Draufsicht, im Ausschnitt und3 shows a partially reflecting mirror according to the invention with a selectively non-uniform transmission / reflection ratio in the top view, in the cutout and

Fig. 4 die Veranschaulichung eines Verfahrensschrittes bei der Herstellung eines teilreflektierenden Spiegels gemäß der Erfindung.4 shows a method step in the manufacture of a partially reflective mirror according to the invention.

Erfindungsgemäß kann ein neuartiger teilreflektierender Spiegel hergestellt werden, ohne daß es notwendig wäre, zur Erzielung der teilweisen Reflexion zu unerwünscht dünnen Metallüberzügen oder -auflagen Zuflucht zu nehmen. Der neue'Spiegel ist im Prinzip digital aufgebaut, d. h. ausgewählte Gebiete auf der Oberfläche eine transparenten Materialcs werden vollständig reflektierend gemacht, während die verbleibenden Flächen durchsichtig gelassen werden. Das Verhältnis zwischen der von einem solchen neuen Spiegel durchgelassenen und der von diesem Spiegel reflektierten Strahlungsmenge ist durch den prozentualen Flächenanteil der transparenten Oberfläche, welcher mit dem total reflektierenden Material abgedeckt ist, bestimmt. Der prozentuale Flächenanteil des reflektierenden Materiales ist eine Größe, die, wie im weiteren noch erläutert werden wird,According to the invention, a new type of partially reflecting mirror can be produced without it being necessary to to resort to undesirably thin metal coatings or layers to achieve partial reflection. In principle, the new mirror is digitally structured, i. H. selected areas on the surface of a transparent materialcs are made fully reflective while the remaining areas are left transparent. The relationship between that of such a new mirror The amount of radiation transmitted and reflected by this mirror is determined by the percentage of the area the transparent surface, which is covered with the totally reflective material, determined. The percentage The area proportion of the reflective material is a quantity that, as will be explained below,

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einfach und genau eingestellt werden kann. Die Ungenauigkeiten und Unregelmäßigkeiten, die bei bekannten teilreftektierenden Spiegeln deshalb auftraten, weil es nicht möglich war, die Stärke der dünnen reflektierenden Metallauflage exakt einzustellen, entfallen damit.can be adjusted easily and precisely. The inaccuracies and irregularities that are known in the case of partially reflecting Mirroring occurred because it was not possible to reduce the strength of the thin reflective metal coating setting exactly is not necessary.

In den Fig. 1,2 und 3 sind Ausschnitte aus erfindungsgemäßen teilreflektierenden Spiegeln vergrößert dargestellt. Jeder Spiegel verfügt über ein Basismaterial, das bei 5 in Fig. 1 angedeutet ist, und die Gestalt einer Platte mit zwei parallelen Primäroberflächen aufweist, welche in den Fig. 1 bis 3 bei 6 und 7 angedeutet sind, und eben, glatt sowie mit Bezug auf die Plattendicke verhältnismäßig großflächig sind. Das Basismaterial ist derart gewählt, daß es für die bei der vorgesehenen Verwendung des Spiegels auftretende Strahlung durchlässig ist. Soll der Spiegel z. B. zur Aufteilung des Strahlenganges von sichtbarem Licht in einen reflektierten und einen durchgelassenen Strahlenweg verwendet werden, so wird als Basismaterial Glas, Quarz oder Kunststoff verwendet werden. Falls der Spiegel auf der anderen Seite aber zur Aufteilung des Strahlenganges einer Infrarotstrahlung verwendet werden soll, kann eine Saphirplatte verwendet werden. Die bei der beabsichtigten Verwendung des Spiegels auftretende Primärstrahlung wird zur Unterscheidung von anderer Umgebungsstrahlung (wie Raumbeleuchtung, kosmische Strahlung etc.), die in der Umgebung des Spiegels vorhanden sein kann, im weiteren als "Nutzstrahlung¹¹ bezeichnet.In FIGS. 1, 2 and 3, excerpts from partially reflecting mirrors according to the invention are shown enlarged. Each mirror has a base material, which is indicated at 5 in Fig. 1, and has the shape of a plate with two parallel primary surfaces, which are indicated in Figs. 1 to 3 at 6 and 7, and flat, smooth and with reference are relatively large on the plate thickness. The base material is selected in such a way that it is transparent to the radiation that occurs when the mirror is used for the intended purpose. Should the mirror z. B. be used to split the beam path of visible light into a reflected and a transmitted beam path, glass, quartz or plastic is used as the base material. If, on the other hand, the mirror is to be used to split the beam path of infrared radiation, a sapphire plate can be used. ^{The primary radiation occurring during the intended use of the mirror is referred to below as "useful radiation 11} " to distinguish it from other ambient radiation (such as room lighting, cosmic radiation, etc.) that may be present in the vicinity of the mirror.

Der in Fig. 1 dargestellte teilreflektierende Spiegel weist ein vorbestimmtes Muster von reflektierendem Material auf, welches bei der vorbestimmten Wellenlänge der Nutzstrahlung reflektierend ist. Dieses bei 10 angedeutete reflektierende Material ist auf der Oberfläche 6 des Basismateriales 5 angeordnet/ so dad auf die mustergemäß von dem reflektieren-The partially reflective mirror shown in FIG. 1 has a predetermined pattern of reflective material which is reflective at the predetermined wavelength of the useful radiation. This reflective material indicated at 10 is arranged on the surface 6 of the base material 5 / so dad on the pattern of the reflective

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den Material 10 abgedeckten Teile der Oberfläche 6 auftreffende Nutzstrahlung reflektiert werden kann, während auf nicht abgedeckte Teile der Oberfläche 6 auftreffende Nutzstrahlung durch das Basismaterial 5 durchgelassen wird. Das Verhältnis der durchgelassenen Menge der Nutzstrahlung zur reflektierten NutzStrahlungsmenge ist fest und durch den prozentualen Flächenanteil der Oberfläche 6 bestimmt, welcher durch das mustergemäß angeordnete reflektierende Material 10 abgedeckt ist. Soll z. B. ein Lichtstrahlenweg in zwei gleiche Strahlenwege aufgeteilt werden, so braucht lediglich ein Muster für die Anordnung des reflektierenden Materiales 10 gewählt werden, das 50 % der Oberfläche 6 abdeckt und 50 % unabgedeckt und damit durchlässig läßt.the material 10 covered parts of the surface 6 incident useful radiation can be reflected, while Usable radiation impinging on uncovered parts of the surface 6 is transmitted through the base material 5. The ratio of the transmitted amount of useful radiation to the reflected amount of useful radiation is fixed and thorough determines the percentage area of the surface 6, which is determined by the pattern according to the reflective Material 10 is covered. Should z. B. split a light beam path into two equal beam paths, so needs only one pattern can be selected for the arrangement of the reflective material 10 which covers 50% of the surface 6 and leaves 50% uncovered and therefore permeable.

Die Wirkungsweise eines solchen Spiegels ist aus Fig. 2a zu verstehen, wo ein erfindungsgemäßer teilreflektierender Spiegel im Querschnitt dargestellt ist. Eine Glasplatte 5' mit zwei Primäroberflächen 6, 7, die auf der Oberfläche 6 durch Elemente 10' angedeutetes, mustergemäß angeordnetes reflektierendes Material trägt, ist einer Nutzstrahlung ausgesetzt, welche durch Lichtstrahlen P , P„ und P₃ veranschaulicht ist. Die Lichtstrahlen P₁ und P_ treffen auf die Primäroberfläche 7 auf, erleiden die nicht dargestellte normale Brechung an der Luft/Glasgrenzfläche, werden durch die Glasplatte 5' durchgelassen und treffen auf Teile der Oberfläche 6 auf, welche durch reflektierende Elemente 10' abgedeckt sind. Die Strahlen P₁ und P₃ werden sodann von den Elementen 10· reflektiert; sie treten aus der Glasplatte 5¹ aus und bilden die mit P._R und P,_ bezeichneten reflektierten Lichtstrahlen. Der Lichtstrahl P₂ trifft auf einen Teil der Oberfläche 6, der nicht mit Elementen des reflektierenden Musters abgedeckt ist. Dieser Lichtstrahl verläßt die Glasplatte auf dem dargestellten Wege als durchgelassener Lichtstrahl P_2T· Das Verhältnis der durchgelassenen zur reflektierten Strahlungsmenge über die gesamte Fläche der Primäroberfläche 6 ist als da3 Durchlaß/Reflexionsverhältnis des teilreflektierenden Spiegels nach Fig. 2a definiert, undThe mode of operation of such a mirror can be understood from FIG. 2a, where a partially reflecting mirror according to the invention is shown in cross section. A glass plate 5 'with two primary surfaces 6, 7, which carries reflective material indicated on the surface 6 by elements 10' and arranged in a pattern, is exposed to useful radiation, which is illustrated _{by light beams P, P "and P 3.} The light rays P ₁ and P_ impinge on the primary surface 7, suffer normal refraction (not shown) at the air / glass interface, are transmitted through the glass plate 5 'and impinge on parts of the surface 6 which are covered by reflective elements 10'. The rays P ₁ and P ₃ are then reflected by the elements 10 ·; they emerge from the glass plate 5 ¹ and form the _{reflected light rays designated by P. R} and P, _. The light beam P ₂ strikes a part of the surface 6 which is not covered with elements of the reflective pattern. This light beam leaves the glass plate on the path shown as a transmitted light beam P _2T . The ratio of the transmitted to the reflected amount of radiation over the entire area of the primary surface 6 is defined as the transmission / reflection ratio of the partially reflecting mirror according to FIG. 2a, and

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durch das Verhältnis des nicht abgedeckten Oberflächenteiles zu dem abgedeckten Oberflächenteil bestimmt. Dieses Verhältnis kann bei der Herstellung eines solchen Spiegels durch entsprechende Bemessung der Größe und Gestalt der reflektierenden Elemente oder des Abstandes zwischen den einzelnen Elementen des reflektierenden Musters genau eingestellt werden. Tatsächlich wird lediglich der prozentuale Flächenanteil der Oberfläche 6, der mit reflektierendem Material abgedeckt ist, verändert. Gleichwertige Ergebnisse können durch Verwendung eines Musters erzielt werden, welches nicht aus einzelnen Punkten, sondern aus einer Reihe von Linien oder anderen geeigneten Musterelementen oder Musterungen des reflektierenden Materiales besteht, welche das jeweils gewünschte Durchlaß/Reflexionsverhältnis erzeugen. Das Muster kann gleichmäßig sein, wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist, wo eine Anzahl gleich großer Punkte 10 in gleichen Abständen in Zeilen und Spalten angeordnet ist, um damit einen teilreflektierenden Spiegel zu ergeben, der über seine gesamte Fläche ein gleichmäßges Durchlaß/Reflexionsverhältnis aufweist. Das Muster kann auch ungleichförmig sein, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist, wo drei Spalten kleiner Punkte 11 neben zwei Spalten größerer Punkte 12 angeordnet sind, welche ihrerseits neben einer Spalte quadratischer Elemente 13 liegen. Damit ergibt sich ein teilreflektierender Spiegel, dessen gesamtes Durchlaß/Reflexionsverhältnis ungleichförmig ist, weil das Muster der reflektierenden Elemente 11, 12 und 13 selbst ungleichförmig ist. Das Durchlaß/Reflexionsverhältnis erfindungsgemäßer Spiegel kann somit selektiv ungleichförmig gemacht werden, indem lediglich bei der Spiegelherstellung jeweils ein geeignetes, in entsprechender Weise nichtlineares Muster für die Anordnung des reflektierenden Materiales gewählt wird.determined by the ratio of the uncovered surface part to the covered surface part. This Ratio can be used in the manufacture of such a mirror by appropriately dimensioning the size and shape of the reflective elements or the distance between the individual elements of the reflective pattern precisely adjusted will. In fact, only the percentage of surface area 6 that is reflective Material is covered, changed. Equivalent results can be achieved by using a pattern which not from individual points, but from a series of lines or other suitable pattern elements or patterns of the reflective material, which produce the respectively desired transmission / reflection ratio. The pattern can be uniform, as illustrated in Fig. 1, where a number of equal dots 10 in is arranged equally spaced in rows and columns, so as to result in a partially reflecting mirror that has a uniform transmission / reflection ratio over its entire surface. The pattern can also be irregular be as illustrated in Fig. 3, where three columns of small dots 11 next to two columns of larger Points 12 are arranged, which in turn lie next to a column of square elements 13. So that results a partially reflecting mirror, its total transmission / reflection ratio is non-uniform because of the pattern of the reflective elements 11, 12 and 13 themselves is non-uniform. The transmission / reflection ratio of mirrors according to the invention can thus be selectively non-uniform are made by merely creating a suitable, in a corresponding manner non-linear pattern for the arrangement of the reflective Material is chosen.

Ein erfindungsgemäßer teilreflektierender Spiegel kann naturgemäß auch in der Weise hergestellt werden, daßA partially reflecting mirror according to the invention can of course also be produced in such a way that

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eine vorbestimmte raustergemäße Anordnung von durchlässigen Bereichen in einem reflektierenden planaren Element vorgesehen wird. Dies kann anhand der Fig. 3 veranschaulicht werden, wenn angenommen wird, daß die Platte 6 einen Teil eines reflektierenden planaren Elementes bildet. In diesem Falle ist in der Platte 6 ein Muster durchlässiger Bereiche durch die Ausbildung von Löchern (beispielsweise durch Bohren) erzeugt, welche durch die Elemente 11, 12, 13 dargestellt sind. Dieser Spiegel wirkt in der bereits beschriebenen Weise, d. h. er reflektiert Nutzstrahlung, welche auf reflektierende Bereiche seiner Oberfläche auftrifft und läßt Nutzstrahlung durch, die zu den durchlässigen Löchern gelangt. Diese Ausführungsform benötigt nicht das früher erwähnte durchlässige Basismaterial, weil das planare Element mit einer solchen Dicke ausgebildet werden kann, daß es selbsttragend ist. Falls erforderlich kann das planare reflektierende Element jedoch an einem planaren undurchlässigen Element befestigt werden, welches ein Muster von entsprechenden, jedoch etwas größeren Löchern aufweist, und einen mechanischen Träger für das reflektierenden Element bildet.a predetermined arrangement of permeable Areas in a reflective planar element is provided. This can be illustrated with reference to FIG. 3 assuming that the plate 6 forms part of a reflective planar element. In this case, in the plate 6 is a pattern of permeable areas through the formation of holes (for example by drilling), which are represented by the elements 11, 12, 13. This mirror works in the manner already described, d. H. it reflects useful radiation, which on reflective areas of its Surface impinges and lets through useful radiation that gets to the permeable holes. This embodiment does not need the previously mentioned permeable Base material because the planar member can be formed with such a thickness that it is self-supporting. However, if necessary, the planar reflective element can be attached to a planar opaque element which has a pattern of corresponding but slightly larger holes, and a mechanical carrier forms for the reflective element.

In Fig. 2b ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spiegels dargestellt, bei der Lichtstrahlen vor dem Eintritt in die Glasplatte 5¹ auf ein reflektierendes Muster auftreffet, das auf der Oberfläche 7 angeordnet ist. Wie aus der Zeichnung zu ersehen, weisen die sich ergebenden reflektierenden und durchgelassenen Lichtstrahlen die gleiche Verteilung wie in Fig. 2a auf. Die Oberfläche, auf der das teilweise reflektierende Material bei dem teilreflektierenden Spiegel angeordnet ist, wird somit im allgemeinen entsprechend den Bedürfnissen des jeweiligen Anwendungsfalles gewählt. Das Haupterfordernis besteht darin, daß das reflektierende Material bei der Wellenlänge oder den Wellenlängen der Nutzstrahlung reflektierend ist. Bei sichtbaremFIG. 2b shows a further embodiment of a mirror according to the invention, in which light rays impinge on a reflective pattern which is arranged on the surface 7 ^{before entering the glass plate 5 1.} As can be seen from the drawing, the resulting reflected and transmitted light rays have the same distribution as in Fig. 2a. The surface on which the partially reflective material is arranged in the partially reflective mirror is thus generally selected in accordance with the requirements of the particular application. The main requirement is that the reflective material be reflective at the wavelength or wavelengths of the useful radiation. With visible

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Licht haben sich z. B. Aluminium, Silber und Chrom als gut reflektierende Materialien erwiesen.Light have z. B. aluminum, silver and chromium as proven to be good reflective materials.

Ein typischer erfindungsgemäßer Spiegel weist ein gleichmäßiges Lochmuster (Lochdurchmesser 0,075 mm, Lochabstand 0,16 mm) auf, das in eine total reflektierende Aluminiumschicht eingeätzt ist, die auf einer Oberfläche einer viereckigen polierten Glasplatte sitzt. Dies ergibt einen teilreflektierenden Spiegel mit einem Durchlaß/Reflexionsverhältnis von 3/17 für einen sichtbaren Lichtweg oder 15 % des auftreffenden Lichtes werden durchgelassen, während 85 % des auftreffenden Lichtes gleichmäßig über die ganze Fläche der Platte reflektiert werden.A typical mirror according to the invention has a uniform hole pattern (hole diameter 0.075 mm, hole spacing 0.16 mm), which is etched into a totally reflective aluminum layer on one surface a square polished glass plate. This results in a partially reflective mirror with a transmission / reflection ratio 3/17 for a visible light path or 15% of the incident light is transmitted, while 85% of the incident light is reflected evenly over the entire surface of the plate.

Bei einigen Anwendungsfällen von erfindungsgemäßen teilreflektierenden Spiegeln ist es zweckmäßig, die Größe und den Abstand der das reflektierende Muster bildenden Elemente derart zu wählen, daß sie in der Spiegelebene außerhalb des Brennpunktes liegen, d. h. unscharf sind. Dies ist notwendig, wenn der Betrachter (der auch ein optisches System sein kann) weder in dem durchgelassenen noch in dem reflektierten Strahlengang das reflektierende Muster auflösen können soll und demgemäß die digitale Natur des Spiegels nicht erkennen soll.In some applications of partially reflective according to the invention It is useful to mirror the size and the spacing of the reflective pattern forming To choose elements such that they are out of focus in the mirror plane, i. H. are out of focus. This is necessary when the viewer (which can also be an optical system) is neither in the let through should still be able to resolve the reflective pattern in the reflected beam path and accordingly the digital nature of the mirror should not recognize.

production method

Zur billigen und exakten Herstellung teilreflektierender Spiegel der oben beschriebenen Art kann ein neues Verfahren verwendet werden:For the cheap and exact production of partially reflecting mirrors of the type described above, a new method be used:

Der ernte Verfahrensschritt besteht darin, die reflektierende Oberfläche eines vollreflektierenden Spiegels mit einer gleichmäßigen Schicht eines fotochemischen Materials abzudecken. Ein fotochemisches Material ist in diesem Sinne ein Material, welches bei der Belichtung eine chemische Veränderung erfährt. Ein -übliches .f^Dtqphemisches Material, das beiThe harvest process step is to cover the reflective surface of a fully reflective mirror with a uniform layer of a photochemical material. In this sense, a photochemical material is a material that undergoes a chemical change during exposure. A -common .f ^ Dtqphemisches material, which with

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diesem Verfahren verwendet werden kann, wird als Fotoresist-bezeichnet. Fotoresiste sind allgemein chemische Substanzen, die ihre Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung bestimmter ätzender Lösungen bei Belichtung verändern. Mittels einer bekannten Technik, wie Aufrollen, Aufsprühen, Wirbeln oder Tauchen, wird eine gleichmäßige Lage des Fotoresists aufgetragen (Schutzschicht). Dem Auftragen der Schutzschicht kann ein Verfahrensschritt vorhergehen, in dem die reflektierende Oberfläche auf einer transparenten Glasplatte aufgebracht wird, um zunächst den voll reflektierenden Spiegel herzustellen. Dies kann durch Aufdampfung oder in anderer an sich bekannter Weise geschehen, wie durch Zerstäubung, Elektronenstrahlverdampfung oder durch chemische Reduktion. Wesentlich ist lediglich, daß die Dicke der Unterlage groß genug ist, um einen Durchtritt der Nutzstrahlung zu verhindern.This process can be used is referred to as photoresist. Photoresists are generally chemical Substances that change their resistance to the effects of certain caustic solutions when exposed to light. By means of a known technique, such as rolling up, spraying on, whirling or dipping, a uniform Position of the photoresist applied (protective layer). The application of the protective layer can be a process step precede, in which the reflective surface is applied to a transparent glass plate in order to start with the manufacture fully reflective mirror. This can be done by vapor deposition or in another known manner, such as by sputtering, electron beam evaporation or by chemical reduction. It is only essential that the The thickness of the pad is large enough to prevent the useful radiation from passing through.

Der zweite Verfahrensschritt besteht darin, das fotochemische Material einem vorübergehenden Strahlungsmuster auszusetzen. Dieses vorübergehende Strahlungsmuster wird später in ein endgültiges Muster reflektierenden Materiales übergeführt, doch brauchen diese Muster nicht äquivalent zu sein, sie können vielmehr auch komplementär zueinander sein. So kann z. B. das vorläufige Muster dem endgültigen Muster entgegengesetzt (im fotografischen positiv/ Negativ-Sinn) ausgebildet sein. Dieser Verfahrensschritt kann einfacherweise in der Weise durchgeführt werden, daß das fotochemische Material durch eine fotografische Maske, welche das vorläufige Muster wiedergibt, der Strahlung ausgesetzt wird. Eine solche Maske weist im allgemeinen abwechselnd durchlässige und undurchlässige Bereiche auf, so daß die auf undurchlässige Bereiche auftreffende Strahlung von der Maske absorbiert wird, während die auf durchsichtige Bereiche auftreffende Strahlung das fotochemischc Material belichtet. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, istThe second step is to apply a temporary radiation pattern to the photochemical material suspend. This transient radiation pattern is later turned into a final pattern of reflective material transferred, but these patterns do not need to be equivalent, they can also be complementary to one another be. So z. B. the preliminary pattern opposed to the final pattern (in photographic positive / Negative sense). This process step can be carried out simply in such a way that exposing the photochemical material to radiation through a photographic mask which reproduces the preliminary pattern will. Such a mask generally has alternating permeable and impermeable areas, so that the radiation incident on opaque areas is absorbed by the mask, while that on transparent Areas of incident radiation will expose the photochemical material. For best results, is

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es zweckmäßig, die Maske mit der Schicht des fotochemischen Materialcs in Berührung zu halten, um damit eine gleichmäßige und genaue Belichtung über die ganze Oberfläche zu gewährleisten. In Fig. 4 ist eine Anordnung zur Herstellung erfindungsgemäßer Spiegel schematisch dargestellt:it is appropriate to the mask with the layer of photochemical Materialcs to keep in contact so as to ensure a uniform and to ensure accurate exposure over the entire surface. In Fig. 4 is an arrangement for manufacture inventive mirror shown schematically:

Eine durchsichtige Glasplatte 14 ist mit einer total reflektierenden Auflage 15 überzogen, auf der eine gleichmäßige Schicht 16 eines Fotoresists (Schutzschicht) angeordnet ist.(in der Zeichnung sind die Schichtdicken der Klarheit wegen übertrieben vergrößert dargestellt). ^jA clear glass plate 14 is totally reflective Support 15 coated on which a uniform layer 16 of a photoresist (protective layer) is arranged (in the drawing the layer thicknesses are exaggerated for the sake of clarity). ^ j

Mit der Schutzschicht 16 wird eine fotografische Maske in Berührung gehalten, wobei eine Lichtquelle 18 zur Belichtung des Fotoresists durch die Maske 17 verwendet wird.A photographic mask is kept in contact with the protective layer 16, with a light source 18 for exposure of the photoresist through the mask 17 is used.

Der nächste Schritt in dem den Fotoresist als fotochemisches Material verwendenden Verfahren besteht in der Entfernung des reflektierenden Materiales mittels eines chemischen Ätzverfahrens entweder von den belichteten oder den unbelichteten Bereichen der reflektierenden Oberfläche. Abhängig davon, ob das verwendete vorläufige Muster ein Negativ- oder Positiv des endgültigen Musters ist und ob der Fotoresist ein positiver oder negativer Typ ist, wird « Material entweder von den belichteten oder den unbelichteten Bereichen entfernt. Im Falle eines positiven Fotoresists wird der Fotoresist selbst von den belichteten Gebieten bei der Entwicklung entfernt, die durch Untertauchen der Platte in einer geeigneten Entwicklerlösung vorgenommen wird, deren Zusammensetzung normalerweise vom Hersteller des Fotoresists angegeben wird. Die unbelichteten Bereiche des Fotoresists bleiben auf der Platte und schützen die von ihnen abgedeckten Teile der reflektierenden Auflage gegen die Einwirkung der verwendeten Ätzlösung. Bei Verwendung eines negativen Fotoresists wird der Fotoresist bei der Entwicklung durch Untertauchen der Platte in der Entwicklerlösung inThe next step in the process using the photoresist as a photochemical material is removal of the reflective material by means of a chemical Etching process of either the exposed or the unexposed areas of the reflective surface. Addicted of whether the preliminary pattern used is a negative or positive of the final pattern and whether If the photoresist is a positive or negative type, material will come from either the exposed or the unexposed areas removed. In the case of a positive photoresist, the photoresist itself will be from the exposed areas removed during development, which is done by immersing the plate in a suitable developer solution, the composition of which is usually specified by the manufacturer of the photoresist. The unexposed areas of the Photoresists remain on the plate and protect the parts of the reflective layer they cover against the effects the etching solution used. If a negative photoresist is used, the photoresist will develop by immersing the plate in the developing solution in

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nicht belichteten Bereichen entfernt, so daß die reflektierende Auflage in den Gebieten, in denen sie durch belichtete Bereiche des Fotoresists abgedeckt ist, von der Einwirkung der Ätzlösung geschützt ist.unexposed areas removed so that the reflective Edition in the areas in which it is covered by exposed areas of the photoresist from the The effect of the etching solution is protected.

Nach der Entwicklung des Fotoresists wird die Ätzlösung zur Einwirkung gebracht, um das reflektierende Material in den ungeschützten Bereichen zu entfernen. Es kann jedes bekannte Ätzmittel verwendet werden, das nicht mit dem Fotoresist in geschützten Bereichen reagiert und das das reflektierende Material in den ungeschützten Bereichen entfernt. Wirkungsvolle Ätzmittel sind:After developing the photoresist, the etching solution becomes brought into action to remove the reflective material in the unprotected areas. Anyone can do it known etchants are used, which does not react with the photoresist in protected areas and which reflective material removed in the unprotected areas. Effective etchants are:

Salzsäure, Natronlauge und Eisenchloride.Hydrochloric acid, caustic soda and iron chlorides.

Ein in der Praxis zur Herstellung eines Spiegel· verwendetes Ätzmittel bestand einfach in-der nochmaligen Anwendung der Entwicklerlösung, welche zur Entwicklung des verwendeten positiven Fotoresists benutzt worden war. Dies ergab einen besonders wirksamen, langsamen und leicht beeinflussbaren Ätzvorgang.One used in practice to manufacture a mirror The etchant simply consisted of re-applying the developer solution that was used for development of the positive photoresist used had been used. This resulted in a particularly effective, slow and easy one influenceable etching process.

Das Endprodukt ist wiederum aus Fig. 1 zu ersehen, in der das durchlässige Basismaterial 5 mit einem Muster reflektierender Elemente JLO bedeckt ist. Die durchlässigen Bereiche zwischen den Elementen 10 waren anfangs mit reflektierendem Material bedeckt, welches dann mit dem erläuterten Verfahren weggeätzt worden war. Die Elemente 10 entsprechen den Gebieten der reflektierenden Auflage, welche durch den entwickelten Fotoresist gegen die Ätzung geschützt waren.The end product can again be seen from Fig. 1, in which the permeable base material 5 with a pattern of reflective Elements JLO is covered. The transmissive areas between the elements 10 were initially reflective Covered material, which had then been etched away with the method explained. The elements 10 correspond to the areas of the reflective layer which are protected against etching by the developed photoresist was.

Im Falle eines positiven Fotoresists kann eine Abziehlösung, wie Azeton, verwendet worden, um den verbleibenden Fotoresist von den geschützten Gebieten zu entfernen, so daß lediglich das endgültige Muster des auf der durch-In the case of a positive photoresist, a stripping solution, such as acetone, may have been used to remove the remaining Remove photoresist from the protected areas so that only the final pattern of the

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lässigen Glasoberfläche abgelagerten reflektierenden Materials verbleibt.Reflective material deposited on the glass surface remains.

Us gibt eine Reihe zweckmäßiger Alternativen und/oder Abwandlungen des beschriebenen Verfahrens zur Herstellung erfindungsgemäßer Spiegel. Eines davon wird als Rasterverfahren bezeichnet; es besteht in der kombinierten Anwendung des Fotoresists, der Belichtung und der Ent-Us are a number of expedient alternatives and / or Modifications of the described method for producing mirrors according to the invention. One of them is called Raster process denotes; it consists of the combined application of the photoresist, exposure and de-

..■j uCu Fotoresists. Der Fotoresist (oder ein anderes Schutzmaterial, wie Wachs) wird auf die reflektierende Oberfläche eines Spiegels durch ein Sieb oder Raster mit einem vorbestimmten Öffnungsmuster aufgebracht. Der Fotoresist wird lediglich in Bereichen der reflektierenden Oberfläche abgelagert, welche den öffnungen des Gitters oder Rasters entsprechen, so daß die Oberfläche In einem Verfahrensschritt zum Ätzen vorbereitet ist. Das Rasterverfahren ist insbesondere in den Fällen zweckmäßig, in denen die Abstände und die Größenerstreckung des reflektierenden Materials verhältnismäßig groß sind,so daß ein gutes und genaues Raster erzeugt werden kann. .. ■ j uCu photoresists. The photoresist (or other protective material such as wax) is applied to the reflective surface of a mirror through a screen or grid with a predetermined aperture pattern. The photoresist is only deposited in areas of the reflective surface which correspond to the openings of the grating or grid, so that the surface is prepared for etching in one process step. The raster method is particularly useful in those cases in which the distances and the dimensions of the reflective material are relatively large, so that a good and precise raster can be produced.

Wenn auch im Vorstehenden ein spezielles Abnahmeverfahren (chemisches Ätzen) beschrieben worden ist, so versteht sich doch, daß zur Abnahme oder Entfernung des reflektierenden Materiales von entweder den belichteten oder unbelichteten Gebieten der reflektierenden Oberfläche jedes beliebige, hierfür geeignete Verfahren verwendet werden kann, um erfindungsgemäße teilreflektierende Spiegel zu erzeugen. So könnten z. B. ein Laserstrahl- oder ein mechanisches Schneidsystem vorgesehen werden, um die ungeschützten Bereiche wegzuschneiden, falls die Größenabmessungen des Musters ein solches System technisch zweckmäßig machen. Selbstverständlich ist die Erfindung einer ganzen Reihe von Abwandlungen und Ergänzungen fähig.Even if a special removal process (chemical etching) has been described above, understand it that for the removal or removal of the reflective material from either the exposed ones or unexposed areas of the reflective surface using any suitable method can be to produce partially reflective mirrors according to the invention. So could z. B. a laser beam or a Mechanical cutting system can be provided to cut away the unprotected areas in case the size dimensions of the pattern make such a system technically expedient. Of course, the invention is a whole series of Modifications and additions possible.

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Claims

2Ή3966

ftft

Claims

/ Iy Partly reflecting mirror with a useful radiation planar element reflecting a predetermined wavelength, characterized in that the reflective planar element (10) a number arranged according to a predetermined pattern, for radiation of the

- .; "..-. ;; Wavelength of transparent areas or areas (5), and that reflective areas or areas (10, 10 ') forming a reflective pattern reflecting useful radiation (P ₁ , P ₃ , P ₃ ) (P ₁₁ ,, P _ori ) and on radiation-permeable areas

XK JK

effective radiation is permeable ( ^ρ ₂ τ ^ *

2. Mirror according to claim 1, characterized in that the radiation-permeable areas arranged according to the pattern or regions are formed by holes (11, 12, 13) in the reflective planar element.

3. Mirror according to claim 1, characterized in that the predetermined pattern is uniform across the surface of the mirror is distributed, and that the mirror is uniform, by the percentage by the reflective Pattern covered surface portion has a certain transmission / reflection ratio.

4. Mirror according to claim 1, characterized in that

which the predetermined pattern unevenly across / surface ■ of the mirror is distributed, and that the mirror has a selectively non-uniform transmission / reflection ratio over the Has mirror surface.

5. Mirror according to claim 1, characterized in that

it has a base material which is permeable to useful radiation of the predetermined wavelength and which is on a surface

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reflective material forming the reflective pattern carries, and that covered by the reflective pattern areas of the base material reflectable and on Uncovered areas incident useful radiation is permeable.

6. Mirror according to claim 5, characterized in that the base material is glass, quartz or plastic material.

7. Mirror according to claim 1, characterized in that the reflective material is aluminum, silver or chromium is.

8. Mirror according to claim 5, characterized in that the base material forms a plate with two primary surfaces, and that is distributed according to the predetermined pattern reflective material on a primary surface is arranged.

9. Mirror according to claim 5, characterized in that the predetermined uniform pattern of a number is the same consists of large and equally spaced pattern elements.

10. A method for producing a partially reflecting mirror according to any one of the preceding claims, characterized in that characterized in that a reflective surface of a fully reflective mirror * with a uniform layer a photochemical material is covered, the photochemical material is exposed to a preliminary radiation pattern and finally the reflective material according to the irradiation pattern of the photochemical material Formation of a number of radiation-permeable areas through a finite pattern of reflective material are limited, is removed.

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11. The method according to claim 10, characterized in that that when the reflective material is removed, the photochemical material is first developed to be non-irradiated Protect areas against a selective removal process and then the reflective material, that by irradiated unprotected areas of the photochemical Material is covered using the selective removal process Will get removed.

12. The method according to claim 11, characterized in that the photochemical material is a positive photoresist material is, through the areas not irradiated during development, can be protected against a selectively acting etching process and that the selective removal process is the chemical etching of the reflective surface removing the reflective material exposed by the developed positive photoresist material consists.

13. The method according to claim 10, characterized in that to remove the reflective material first The photochemical material is designed to remove irradiated areas as opposed to a selective removal process to protect, and that then covered by non-irradiated unprotected areas of the photochemical material reflective material producing a number of radiation transmissive, reflective through a finite pattern Material from limited areas is removed using the selective removal process.

14. The method according to claim 13, characterized in that that the photochemical material is a negative photoresist material through which exposed during development Areas are protectable against a selective etching process, and that the selective removal process in the chemical etching of the reflective surface with

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4*4 *

removal of the unprotected reflective material from the developed negative photoresist material.

15. The method according to claim 10, 11 or 12, characterized in that that the photochemical material through a photographic mask corresponding to the preliminary pattern, which is held in contact with the layer of photochemical material to which radiation is exposed.

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