DE2154030A1 - Antireflexbelag - Google Patents

Description

Anmelder: Canon Kabushiki KaXSlIa₇ No. 30-2, 3-chome, Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo, Japan

Antireflexbelag

Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Antireflexbelag für Linsen, Prismen oder dergleichen optische Elemente und Systeme.

Die Entwicklung optischer Geräte hat in den letzten Jahren zur Entwicklung verhältnismäßig komplizierter optischer Systeme geführt. Bei hochwertigen optischen Systemen ist die Anzahl der Grenzflächen von Linsen, Prismen usw. verhältnismäßig groß, in welchem Zusammenhang auch der größere Brechungsindex neuerer optischerGläser von Bedeutung ist. Bei der Anwendung derartiger Präzisionssysteme ist es bei Berücksichtigung der reflexmindernden Eigenschaften, des Farbausgleichs und dergleichen nicht zufriedenstellend, nur übliche einschichtige Antireflexbeläge aus Magnesiumfluorid zu verwenden. Es ist vielmehr wünschenswert, achromatische Antireflexbeläge mit großem Wirkungsgrad zu verwenden, durch welche das Reflexionsvermögen der Oberflächen von Linsen oder Prismen innerhalb eines verhältnismäßig großen Wellenlängenbereichs (gewöhnlich im sichtbaren

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Bereich möglichst gering wird.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen dreischichtigen Antireflexbelag anzugeben, welcher das Reflexionsvermögen innerhalb eines großen Wellenlängenbereichs des sichtbaren Lichts verringert.

Diese Aufgabe wird bei einem dreischichtigen Antireflexbelag durch den Gegenstand der Erfindung dadurch gelöst, daß die zweite Schicht auf der Oberfläche des Trägers, auf dem die drei Schichten im Hochvakuum aufgedampft werden, in ihrer optischen Schichtdicke etwa der Hälfte der mittleren Wellenlänge entspricht, und daß der Brechungsindex größer als der Brechungsindex des Trägers ist.

Gemäß der Erfindung wird deshalb ein dreischichtiger Antireflexbelag auf einen Träger wie Glas oder dergleichen Material aufgetragen, wobei der Brechungsindex größer als 1,65 ist und wobei eine solche optische Schichtdicke beginnend von der Oberfläche des Trägers gewählt wird, welcher der Beziehung λθ/2-λΟ/2-λθ/4 entspricht.Λ O ist dabei eine mittlere Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich, in dem eine Lichtreflexion verhindert werden soll. Der Wert des Brechungsindex in der ersten

Schicht ist unterschiedlich entsprechend dem Wert des Brechungsindex des Trägersmaterials. Die erste Schicht hat jedoch einen mittleren Brechungsindex zwischen einem niedrigen Brechungsindex und einem hohen Brechungsindex. Die zweite Schicht hat einen hohen Brechungsindex (ungefähr 2,05), während die dritte Schicht einen niedrigen Brechungsindex (1,38) hat, was beispielsweise bei Magnesiumfluorid der Fall ist.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 graphische Darstellungen der Lichtreflexion (in %) in Abhängigkeit von der Wellenlänge (ταμ) bei verschiedenen Zusammensetzungen von Antireflexbelägen.

In Fig. 1 ist a) ein einschichtiger Antireflexbelag üblicher Art, b) ein ähnlicher zweischichtiger Antireflexbelag, und c) ein dreischichtiger Antireflexbelag gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kurven A, B und C zeigen

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das entsprechende Reflexionsvermögen dieser Schichten. In Fig. 2 sind d) und e) dreischichtige Antireflexbeläge gemäß der Erfindung, denen die Kurven D und E entsprechen. Fig. 3 betrifft den Antireflexbelag d) in Fig. 2, bei Verwendung in Verbindung mit vier Trägermaterialien, die einen unterschiedlichen Brechungsindex haben.

Bei den in Fig. 1 dargestellten Antireflexbelägen a), b) und c) gilt als Bedingung für das Verschwinden einer Lichtreflexion für die mittlere Wellenlänge λθ, falls der Brechungsindex der letzten Schicht n=n„=n', beträgt:

n=Jng (D

wobei ng der Brechungsindex des Trägermaterials ist.

Es gibt jedoch keine dünne Schicht, welche einen solchen Brechungsindex hat, daß diese Beziehung exakt erfüllt ist, wenn der Brechungsindex ng unterschiedliche Werte hat. Deshalb findet im allgemeinen Magnesiumfluorid Verwendung, welches einen Brechungsindex n=l,38 hat. Wenn η (=η₂=η'₃) 1,38 beträgt, und wenn der Brechungsindex ng für die Antireflexbeläge a), b) und c) in Fig. 1 unterschiedlich ist, kann das Reflexionsvermögen berechnet werden durch:

R(AO) = (l,38²-ng)²/(l,38²+ng)² (2)

Entsprechende Werte zeigt die folgende Tabelle:

ng R(AO) in Γ%1

1,45 1,835

1,50 1,411

1,62 0,651

1,70 0,322

1,75 0,179

1,80 0,079

1,85 0,021

1,90 0,000

Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, nähert sich R(AO)

dem Wert Null, wenn sich ng dem Wert 1,38 =1,90 nähert. Deshalb wurde es bisher als ausreichend betrachtet, einen Anti-

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reflexbelag vorzusehen, der aus einer einzigen Schicht aus Magnesiumfluorid oder aus zwei Schichten besteht, beispielsweise wie der Antireflexbelag b). Wenn jedoch der gesamte sichtbare Bereich berücksichtigt wird, sind die erzielten Ergebnisse entsprechend den Kurven A und B in Fig. 1 nicht zufriedenstellend. Durch die Erfindung wird dagegen ein dreischichtiger Antireflexbelag geschaffen, welcher erheblich bessere Ergebnisse gewährleistet. Gemäß dem wesentlichen Merkmal der Erfindung wird vor dem Auftragen eines zweischichtigen Antireflexbelags (b in der Fig. 1) die Oberfläche des Trägers mit einer Schicht mit eineroptisehen Schichtdicke von gerade Ao/2 versehen, die Λ einen mittleren Brechundsindex (1,38 - 2,05) zwischen einem hohen Brechungsindex (etwa 2,05) und einem niedrigen Brechungsindex (etwa 1,38) hat, welcher Brechungsindex niedriger als der Brechungsindex ng des Trägers ist, auf welche Weise der reflexmindernde Bereich vergrößert werden kann.

Für eine bekannte dreischichtige Antireflexschxcht (mit Λ.0/4 oder 3 Λ0/4 - Λθ/2 - λ.θ/4 der optischen Schichtdicke, beginnend von der Oberfläche des Trägers) lautet die Bedingung für eine verschwindende Lichtreflexion für die Wellenlänge

ⁿl ^{= n}3

Jng (3)

dabei ist n, der Brechungsindex der ersten Schicht, während n₃ der Brechungsindex der letzten Schicht ist. Gewöhnlich findet Magnesiumfluorid Verwendung, das einen Brechungsindex 1,38 hat. Wenn deshalb bei den bekannten dreischichtigen Antireflexbelägen das Trägermaterial einen Brechungsindex ng = 1,70 bis 1,90 hat, muß n, entsprechend Gleichung (3) einen Brechungsindex zwischen 1,80 und l,9O haben. Es ist jedoch praktisch nicht möglich, eine stabile Substanz herzustellen, die einen Brechungsindex zwischen 1,80 und 1,90 hat und als optische Schicht verwendbar ist. Deshalb fanden bisher dreischichtige Antireflexbeläge nicht für Trägermaterialien Verwendung, die einen Brechungsindex von mehr als 1,70 haben.

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Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Ein dreischichtiger Antireflexbelag mit hohem Wirkungsgrad kann mit einer praktisch verfügbaren Substanz hergestellt werden, weil gute Ergebnisse erzielt werden können, wenn der Brechungsindex der ersten Schicht ein Brechungsindex ist, der zwischen dem Brechungsindex des Trägers und dem Brechungsindex (1,38) der letzten Schicht liegt, um eine optische Schichtdicke von Λ 0/2-^0/2-^0/4, ausgehend von der Oberfläche des Trägers, zu erhalten.

Als Material für die erste Schicht können beispielsweise CeF₃₁ CeO₂/ CeF₃ und ZnS Verwendung finden, die in geeigne- Λ ten Mengen gemischt und in einer Kugelmühle während etwa 3 bis 4 Stunden zermahlen werden. Die so erhaltene Mischung wird im Hochvakuum mit an sich bekannten Verfahren aufgedampft, so daß eine Schicht mit einem gewünschten Brechungsindex hergestellt werden kann. Beispielsweise kann eine Schicht mit dem Brechungsindex 1,68 aus CeF₃ und CeO₂ in einem Mischungsverhältnis von 80 : 20 Gewichtsprozenten hergestellt werden, welche als aufgedampfte erste Schicht gemäß der Erfindung verwendbar ist.

Als zweite Schicht kann eine Mischung aus ZrO₂ oder CeF₃ und CeO₂ Verwendung finden.

Als Substanz für die dritte Schicht kann MgF₂ Verwendung finden. Bei den bekannten Antireflexbelägen a) und b), die Ie- | diglich eine oder zwei Schichten haben, erfolgte eine Aufdampfung auf ein Trägermaterial mit einem Brechungsindex ng von 1,8. Das Reflexionsvermögen ist durch die Kurven A und B gegeben. Der dreischichtige Antireflexxonsbelag c) gemäß der Erfindung, wurde wie die beiden anderen Beläge auf einen Träger mit einem Brechungsindex ng = 1,8 aufgedampft. Die Kurve C zeigt das entsprechende Reflexionsvermögen. Der Antireflexbelag d) in Fig. 2 ist auf einen Träger mit ng = 1,75 aufgetragen, wobei die einzelnen Schichten beginnend von der Oberfläche des Trägers den Brechungsindex n¹^= 1,63, n'₂ = 2,05 und n'₃=l,38 haben, also gerade die optische Schichtdicke ^θ/2-λ.θ/2-λθ/4 (λ.0=500 ΐημ) . Das Reflexionsvermögen isb in der Kurve D dargestellt.

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Der Belag e) hat eine ähnliche Struktur der Schichtdicke wie der Belag d) , wobei jedoch Ji₁ = 1,72 und ng = 1,85. Die entsprechenden Eigenschaften sind in der Kurve E dargestellt.

In Fig. 3 findet eine Struktur der Schichtdicke wie bei dem Belag d) Verwendung. Die erste Schicht hat einen Brechungsindex n' = 1,63, die zweite n' = 2,05 und die dritte η' =1,38, so daß sich eine optische Schichtdicke ΛΟ/2-ΑΟ/2-ΛΟ/4 (AO = 500 mu) ergibt. Das Reflexionsvermögen ist durch die Kurven F, G, H und I gegeben, wenn der Brechungsindex des Trägers 1,70, 175, 180 bzw. 1,85 beträgt.

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß es zur Erzielung einer idealen Charakteristik zwischen dem Brechungsindex ng des Trägers und dem Brechungsindex n¹, der ersten Schicht bei einem dreischichtigen Antireflexbelag gemäß der Erfindung erforderlich ist, n¹, entsprechend dem Wert von ng zu ändern. Wenn jedoch die Schicht ein Dickenverhältnis wie in Fig. 3 hat, kann sie in Verbindung mit einem Trägermaterial Verwendung finden, dessen Brechungsindex innerhalb eines sehr großen Bereichs liegen kann, ohne daß die erzielten Vorteile dadurch wesentlich beeinträchtigt würden. Dieses große Anpassungsvermögen ist das wesentliche Merkmal der Erfindung.

Die Substanzen für die Beläge d) bis i) der dargestellten Ausführungsbeispiele sind Aluminiumoxyd (Al-O.,) in der ersten Schicht, Zirkonoxyd (ZrO₃) in der zweiten Schicht, und Magnesiumfluorid (MgF„) in der dritten Schicht. Im Vergleich zu üblichen mehrschichtigen Antireflexbelägen ergibt die Erfindung den Vorteil, daß der reflexmindernde Bereich beträchtlich vergrößert werden kann, indem eine optische Schichtdicke von Λθ/2 in Verbindung mit zwei weitejm Schichten Verwendung findet.

Wie aus den Kurven C, D, E, G, H und I ersichtlich ist, kann das Reflexionsvermögen entlang eines großen Bereichs des sichtbaren Lichts sehr klein gehalten werden.

Patentansprüche

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Dreischichtiger Antireflexbelag, dadurch gekennzeichnet_/ daß die zweite Schicht über der Oberfläche des im vakuumbedampften Trägers eine optische Schichtdicke von etwa der Hälfte der mittleren Wellenlänge hat, und daß deren Brechungsindex größer als der Brechungsindex des Trägermaterials ist.

2. Antireflexbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag beginnend von der Oberfläche

des zu bedampfenden Trägers eine optische Schichtdicke ä

ΛΟ/2-ΑΟ/2-ΛΟ/4 hat, wobei ΛΟ die mittlere Wellenlänge ist.

3. Antireflexbelag nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Brechungsindex ng des Trägersmaterials unä die Brechungsindices n',, n¹, und n'₃ der Schichten über der Oberfläche des Trägers die Beziehung gilt, daß η' <n', <ng<n'2 ist.

4. Antireflexschicht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Cerfluorid und Ceroxyd oder eine Mischung aus Cerfluorid und Zinksulfid als die erste oder die zweite Schicht aufgedampft ist, daß die dritte Schicht aus Magnesiumfluorid besteht, und daß die optische Schichtdicke " ΛΟ/2-ΑΟ/2-ΛΟ/4 beträgt, wobeiΛθ die mittlere Wellenlänge ist.

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