DE2154030B2 - Dreischichtiger Antireflexbelag mit unterschiedlichen Brechungsindices der einzelnen Schichten auf einem optischen - insbesondere hochbrechenden - Element - Google Patents

Description

erfüllen, wobei die Indices 1, 2 und 3 die Reihenfolge der Schichten vom optischen Element aus und g das optische Element bedeuten, und daß die optischen Schichtdicken für die erste und

zweite Schicht je etwa -~- und für die dritte Schicht 2 beträgt, wobei mit A_n die mittlere

Wellenlänge bezeichnet ist.

2. Antireflexbelag nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Cerfluorid und Ceroxid oder eine Mischung aus Cerfluorid und Zinksulfid als die erste oder die zweite Schicht aufgedampft ist und daß die dritte Schicht aus Magnesiumfluorid besteht.

Die Erfindung betrifft einen dreischichtigen Antireflexbelag mit unterschiedlichen Brechungsindices der einzelnen Schichten auf einem optischen, insbesondere hochbrechenden Element.

In der US-PS 2478 385 ist beispielsweise ein dreischichtiger Antireflexbelag beschrieben, der aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Schicht, von einer gläsernen Grundplatte aus gerechnet, besteht,

wobei die Dicke der ersten Schicht -~, die Dicke der zweiten Schicht -γ und die Dicke der dritten

Schicht -~ beträgt, wenn mit A₀ die Konstruktionswellenlänge bezeichnet ist.

Bei einem derartigen dreischichtigen Antireflexbelag dienen die Schichten mit der Dicke von ~-,

d. h. die erste und die dritte Schicht, dazu, Reflexe im Bereich der Konstruküonswellenlänge zu vermeiden,

während die zweite Schicht mit der Dicke ~ eine Erweiterung des Spektralbereiches bezweckt, in dem eine wirksame Verminderung der Reflexionen möglich ist.

Wenn jedoch optische Systeme, beispielsweise in der Farbphotographie, verwendet werden sollen, möchte man, daß diese ein hervorragendes Antireflexverhalten über einen weiteren Bereich des sichtbaren Spektrums aufweisen,, als dies mit den bekannten Antireflexbelägen möglich war.

Der vorliegenden Jirfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen dreischichtigen Antireflexbelag zu schaffen, der über einen weiteren Bereich des sichtbaren Spektrums ein verbessertes Antireflexverhalten erfüllen, wobei die Indices 1, 2 und 3 die Reihenfolge der Schichten vom optischen Element aus und die das optische Element bedeuten und daß die optischen

Schichtdicken für die erste und zweite Schicht je -γ und für die dritte Schicht -^- beträgt, wobei mit ?._o die

mittiere Wellenlänge bezeichnet ist

Da erfindungsgemäß zwei Schichten mit einer

Dicke von ~- vorgesehen sind, gelingt es, den Bereich

des sichtbaren Spektrums, in dem Reflexionen verhindert werden können, wirksam zu vergrößern.

Im folgenden sollen der dreischichtige Antireflexbelag und seine Unterschiede gegenüber dem Stand der Technik an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigt

F i g. 1 den Aufbau und das Reflexionsvermögen von herkömmlichen Antireflexbelägen sowie des eras findungsgemäßen dreischichtigen Antireflexbelages, Fig. 2 den Aufbau und das Reflexionsvermögen des erfindungsgemäßen dreischichtigen Antirefkxbelages, der in einem Falle auf einer Glasplatte mit einem Brechungsindex von 1,75, im anderen Falle auf einer solchen von 1,85 aufgebracht ist, und

F i g. 3 den Aufbau und das Reflexionsvermögen von weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen dreischichtigen Antireflexbelages.

In F i g. 1 sind mit (α) ein einschichtiger Antireflexbelag, mit (b) ein zweischichtiger Antireflexbelag und mit (c) ein Beispiel des erfindungsgemäßen dreischichtigen Antireflexbelages da/gestellt. In diesem Falle sind alle Antireflexbelage auf einer Glasplatte aufgebracht, die einen Brechungsindex n_e = 1,80 aufweist. Im Falle des einschichtigen Antireflexbelages

ist eine Schicht mit einer Dicke von ~ auf die Glasplatte aufgebracht. Im Falle des dargestellten Beispiels wurde als mittlere oder Konstruktionswellenlänge ein Wert von 500 nm gewählt, so daß die Dicke der Schicht n_g 500/4 nm beträgt. Der Brechungsindex der Schicht selbst beträgt hierbei 1,38.

Bei den in F i g. 1 dargestellten Antireflexbelägen (α), (b) und (c) gilt als Bedingungen für das Verschwinden einer Lichtreflexion für die mittlere Wellenlänge /₀ falls der Brechungsindex der letzten Schicht /i = /I₂ = /ι', beträgt:

η = \ln_g.

wobei n_% der Brechungsindex des Trägermaterials ist. Für verschiedene Werte von n_g gibt es jedoch keine Substanz, welche die obige Bedingung exakt erfüllt. Es wird daher im allgemeinen Magnesiumfluorid verwendet, das einen Brechungsindex von 1,38 hat. Der Spektralverlauf des Reflexionsvermogens von einer Antireflexschicht, die den obenerwähnten Brechungsindex aufweist, ist in Fig. 1 mit der ausgezogenen Linie A dargestellt. Auf der Abszisse ist die Wellenlänge aufgetragen, während die Ordinate den Anteil des reflektierten Lichts in Prozent wiedergibt. Man erkennt aus der Zeichnung, daß ein einschichtiger Antireflexbelag in der Nachbarschaft der Konstruktionswellenlänge ein vergleichsweise aus-

reichendes Antireflexverhalten aufweist, daß jedoch in anderen Wellenlängenbereichen noch erhebliche Reflexionen bestehen, beispielsweise für eine Wellenlänge von 400 nm 15%, Die Wirkungsweise dieses einschichtigen Antireflexbelages ist somit über einen weiten Wellenlängenbereich gesehen nicht befriedigend.

Es war bereits bekannt, daß ein Zweischichten-Antireflexbelag ein vergleichsweise befriedigendes Antireflexverhalten über einen weiten Wellenlängen bereich aufweist, (δ) in F i g. 2 zeigt einen derartigen zweischichtigen Antireflexbelag.

Dieser zweischichtige Antireflexbelag besteht aus

einer ersten Schicht der Dicke -* und einer zweiten Schicht der Dicke ■-, wobei der Brechungsindex der

ersten Schicht 2,05 beträgt.

Die spektrale Verteilung des Reflexionsvermögens für den Antireflexbelag (b) ist durch die Kurve B wiedergegeben. Man ersieht aus dieser Zeichnung, daß der Antireflexbelag (b) ein gegenüber dem Antireflexbelag (α) besseres Antireflexverhalten über einen weiten Wellenlängenbereich aufweist.

Eine Verbesserung gegenüber diesem zweischichtigen Antireflexbelag wurde durch den eingangs erwähnten Dreischichten-Antireflexbelag erzielt, bei

dem die Dicke der ersten Schicht ," . die Dicke tier

/

zweiten Schicht ^¹ und die Dicke der dritten Schicht -~ beträgt.

Dieser Dreischichten-Antireflexbelag ist so aufgebaut, daß der Brechungsindex für das Strahlenbündel der Kons'ruktionswellenlänge herabgesetzt wird. Es würde, mit anderen Worten ausgedrückt, der Brechungsindex der zweiten Schicht (deren Dicke ."- beträgt) von dem Antireflexbelag (b) auf Null vermin- -w dert. wenn die Gleichung 1 erfüllt wäre. Eine Substanz, welche einen derartigen Wert des Brechungsindex aufweist und die sich dazu eignet, in Form einer Schicht aufgebracht zu werden, wurde jedoch bisher noc') nicht aufgefunden. Unter diesen Umständen versuchte man, eine äquivalente Wirkung zu der des der Gleichung 1 genügenden Brechungsindex zu

erhalten, indem man zwei Schichten der Dicke ■■'"-

vorsah. Die spektrale Verteilung des Reflcxionsvermögens dieses dreischichtigen Antireflcxbelags ist annähernd die gleiche wie diejenigen des in Fig. 1 gezeigten Antireflexbelages (b), wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß im Falle dieses dreischichtigen Antireflexbelages das Reflexionsvermögen für das Strahlenbündel mit der Konstruktionswellenlänge näher bei O°/o liegt, so daß der Wellenlängenbereich, für den ein gutes Antireflexverhalten erzielt werden kann, etwas vergrößert ist.

Die Kurve C zeigt die spektrale Abhängigkeit des fio Reflexionsvermögens von dem erfindungsgemäßen dreischichtigen Antireflexbelag, bei dem die optische

Dicke der ersten Schicht '". diejenige der zweiten Schicht -" und diejenige der dritten Schicht ₄" be- n₅

trägt.

Man ersieht, daß durch die Kurve C der Wellenlängenbereich, für den ein besseres Antireflexverhalten ermöglicht wird, gegenüber dem des zweischichtigen Antireflexbelages (£>) vergrößert werden kann. Für die Brechungsindices in den einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Antireflexbelages und des als Substrat dienenden optischen Elements gilt hierbei folgende Beziehung:

wobei /I₁ der Brechungsindex der ersten, n₀ der Brechungsindex der zweiten, n., der Brechungsindex der dritten Schicht, vom Substrat aus gerechnet, ist und wobei rig den Brechungsindex des Substrats bedeutet.

Als Material für die erste Schicht können Cerfluorid (CeF₁), Aluminiumoxid (Al₂O₁), Ceroxid (CeO.,) und Zinksulfid (ZnS) oder \fischungen aus diesen Substanzen Verwendung finden. So kann beispielsweise eine Schicht mit dem Brechungsindex von 1,68 aus Cerfluorid (CeF.,) und Ceroxid (CeO.,) in einem Mischungsverhältnis von 80:20 Gewichtsprozent hergestellt werden, die als erste aufgedampfte Schicht gemäß der Erfindung verwendbar ist.

Als Material für die zweite Schicht kann Zirkonoxid (ZrO.,) oder eine Mischung aus Zirkoniumoxid oder Cerfluorid (CeF_:i) und Ceroxid (CeO.,) oder eine Mischung aus Cerfluorid und Zinksu'fid Verwendung finden.

Als Substanz für die dritte Schicht kann Magnesiumfluorid (MgF.,) Verwendung finden.

Die Beispiele (d) und (e) in Fi g. 2 für einen erfindungsgemäßen Antireflexbelag zeigen die Anwendung desselben auf Substrate mit unterschiedlichem Brechungsindex. Der Antireflexbelag (d) in F i g. 2 in hierbei auf einen Träger mit n., — j .75 aufgetragen, wobei die einzelnen Schichten, beginnend von der Oberfläche des Trägers, die Brechungsindices

H₁ = 1.63. /I₂ = 2.05 und h_:) = 1,38

aufweisen und die Schichten in optischen Schichtdicken von '" , _," und ^:°- aufgetragen sind, wobei für

/.„ = 500 mii zugrunde gelegt wurde. Das Reflexionsvermögen ist in der Kurve D dargestellt.

Der Belag (t>) hat eine ähnliche Struktur wie der Belag (d), wobei jedoch in diesem Falle /i, = 1.72 und /I₁,--1,85 beträgt. Das Reflexionsvermögen ist in c'er Kurve E dargestellt.

Fig. 3 zeigt weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die .uif den Träger aufgebrachten Schichten entsprechen denen des Belages (rf), d. h., die erste Schicht hai einen Brechungsindex π, = 1,63, die zweite /f., = 2,05 und die dritte /1., = 1.38. wobei optische Schichtdicken von ''* , ''" und ',"· bei einer Zu-2 2 4

grundelegung von /.„ = 500 nm eingenommen sind. in dem Beispiel (/) hat jedoch der Träger einen Brechungsindex von 1.70 in dem Beispiel (g) einen solchen von 1,75, in dem Beispiel (/1) einen solchen von 1,80 und in dem Beispiel (/) einen solchen von 1,85. Das Reflexionsvermögen ist durch die Kurven F, G, H und / wiedergegeben.

Man ersieht aus Fig. 3, daß die Schichten des erfindungsgemüßen Antireflexbelages in Verbindung mit Trägermatcrialien Verwendung finden können, deren Brechungsindices innerhalb eines großen Bereiches variieren.

Die Substanzen für die Beläge (d) bis (/) der dargestellten Ausführungsbeispiele sind Aluminiumoxid (Al₂O₃) in der ersten Schicht, Zirkonoxid (ZrO₂) in der zweiten Schicht und Magnesiumfluorid (MgF₂) in der dritten Schicht. Im Vergleich zu üblichen mehrschichtigen Antireflexbelägen ergibt die Erfindung den Vorteil, daß der reflexmindernde Bereich beträchtlich vergrößert werden kann, wobei das Reflexionsvermögen in diesem Bereich des sichtbaren Spektrums sehr klein gehalten wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Dreischichtiger Antireflexbelag mit unterschiedlichen Brechungsindices der einzelnen Schichten auf einem optischen — insbesondere hochbrechenden — Element, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungsindices die Bedingung

   aufweist. Diese Aufgabe wurde erfwdungsgemfiß dadurch gelöst, daß die Brechungsindices die Bedingung