DE2422298A1 - Verfahren zur herstellung einer oberflaeche mit vermindertem reflexionsvermoegen fuer elektromagnetische strahlen eines bestimmten wellenlaengenbereiches - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer oberflaeche mit vermindertem reflexionsvermoegen fuer elektromagnetische strahlen eines bestimmten wellenlaengenbereiches

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DE2422298A1
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Description

PATt)
DIΓΪ.. ING.
AFGSBUKO
M.546
Augsburg, den 8. Mai 1971*
The Secretary of State for Industry in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, 1, Victoria Street, London S,W,1, England
Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche mit vermindertem Reflexionsvermögen für elektromagnetische Strahlen eines bestimmten Wellenlängenbereiches
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche mit vermindertem Reflexionsvermögen für elektromagnetische Strahlen eines bestimmten Wellenlängenbereiches,
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Dabei handelt es sich um die Herstellung von Oberflächen, deren Reflexionsvermögen mindestens für einen bestimmten Wellenlängenbereich in bestimmter Weise kleiner als das Reflexionsvermögen von aus dem gleichen Werkstoff hergestellten normalen Oberflächen ist. Das verminderte Reflexionsvermögen kann bei der Herstellung der Oberfläche oder bei der nachfolgenden Behandlung einer vorhandenen Oberfläche erzeugt werden.
Beim übergang einer Strahlung aus einem Medium in ein anderes Medium wird an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien ein Teil der einfallenden Strahlung reflektiert. Wenn die Strahlung weiter verarbeitet werden soll, was in den meisten optischen Geräten der Fall ist, stellt diese Teilreflexion einen Energieverlust dar, der den Wirkungsgrad bei der nachfolgenden Strahlungsweiterverarbeitung vermindert. Dieser Verlust ist beim übergang von Licht zwischen Luft und einem transparenten festen Medium wie beispielsweise Glas oder Kunststoff bei optischen Instrumenten aller Arten fast immer von Bedeutung,
üblicherweise wird die Reflexion an einer Grenzfläche zwischen solchen Medien dadurch vermindert, daß ein sehr dünner durchsichtiger überzug aus einer oder mehreren Substanzen, gewöhnlich Metallhaloiden, mit einem zwischen
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den Brechungsindizes von Luft und dem festen Medium liegenden Brechungsindex auf die Oberfläche des festen Mediums aufgebracht wird. Dieses oft als Vergütung bezeichnete Verfahren ist bei optischen Elementen teuer, da es eine sehr sorgfältige Steuerung und überwachung der Gleichförmigkeit und Dicke des Überzugs erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Alternativverfahren zur Reflexionsverminderung an einer Grenzfläche zu finden, wobei das verminderte Reflexionsvermögen über einen gewählten größeren Wellenlängenbereich wirksam ist, als es bisher möglich war, und bei welchem keine so strengen Anforderungen an die Steuerung und überwachung gestellt werden.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs dargelegten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß auf der betreffenden Oberfläche eine regelmäßige Anordnung von Erhebungen gebildet wird, deren Höhe nicht kleiner als ein Drittel der größten Wellenlänge des Wellenlängenbereiches ist und deren gegenseitige Abstände kleiner als die durch den Brechungsindex des Materials der Erhebungen dividierte kürzeste Wellenlänge des Wellenlängenbereiches sind.
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Insbesondere wird ein optisches lichtdurchlässiges Element, beispielsweise eine Linse in einem oder für ein optisches Instrument, mit einer Oberfläche versehen, die ein vermindertes Reflexionsvermögen für elektromagnetische Strahlen im Bereich des sichtbaren Lichts versehen, in dem die oben beschriebene regelmäßige Anordnung von Erhebungen gebildet wird.
. Gegebenenfalls enthält ein Verfahren zur Herstellung der gewünschten Oberfläche folgende Verfahrensschritte: Aufbringen einer Schicht aus lichtempfindlichem Material auf die Oberfläche eines Trägers, Belichten dieser Schicht mit einem regelmäßigen Strahlungsbild einer elektromagnetischen Strahlung, gegen welche die Schicht empfindlich ist, und Entwickeln der lichtempfindlichen Schicht, Die Oberflächenform der entwickelten Schicht entspricht dem Strahlungsbild, so daß die Reflexion sichtbaren Lichts durch diese Oberfläche vermindert ist.
Das Verfahren kann nach dem Belichten und Entwickeln der lichtempfindlichen Schicht ferner einen Erosionsvorgang enthalten, welchem die entwickelte Schicht und die darunter liegende Oberfläche ausgesetzt werden, wodurch die Oberflächenform der darunterliegenden Oberfläche dem Strahlungsbild entsprechend geformt wird.
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Der Erosionsvorgang kann beispielsweise ein Ätzvorgang oder eine Ionenstrahlerosion sein.
Das regelmäßige Strahlenmuster kann eine Anzahl geradliniger Interferenzstreifen auf dem lichtempfindlichen Material bilden oder kann ggfs. zwei Gruppen geradliniger Interferenzstreifen enthalten, die vorzugsweise unter einem Winkel im Bereich von 20° und 90 auf der lichtempfindlichen Schicht angeordnet sind» Die Interferenzstreifen können ggfs, durch die Überschneidung zweier kohärenter Laserstrahlen erzeugt werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das lichtempfindliche Material so ausgebildet, daß es nach dem Entwickeln anschwillt und die Anordnung von Erhebungen bildet. Gemäß einem alternativen Merkmal ist das lichtempfindliche Material eine lichtempfindliche Deckmasse, die beim Entwickeln teilweise weggelöst wird, so daß die Anordnung von Erhebungen zurückbleibt.
Die Erfindung umfaßt auch die Gegenstände, bei welchen das Reflexionsvermögen irgendeiner Oberfläche gemäß dem oben beschriebenen Verfahren vermindert worden ist. Der Brechungsindex des Materials der Erhebungen kann gleich dem Brechungsindex des Materials dieser Oberfläche
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sein. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Oberfläche vorteilhafterweise auf ein absorbierendes Element aufgebracht werden, welches für Strahlen in dem genannten bestimmten Wellenlängenbereich undurchlässig ist. Der Gegenstand kann auch, wie oben erwähnt, eine optische Linse sein. Nach einem noch weiteren Merkmal der Erfindung können die Oberfläche und die Anordnung von Erhebungen mit einem dünnen Metallfilm, vorzugsweise Gold, überzogen sein, wodurch das Reflexionsvermögen der Oberfläche für sichtbares Licht gegenüber dem Reflexionsvermögen für infrarotes Licht vermindert ist»
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:
die Fig. la und Ib jeweils einen Schnitt durch eine
Oberfläche vor und nach der Entwicklung,
Pig, 2 perspektivisch eine Oberfläche
welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden ist,
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Fig, 3 eine grafische Darstellung der
berechneten Abhängigkeit des Reflexionsvermögens für bestimmte Wellenlängen von der Höhe der Erhebungen,
Fig. 4 eine Oberfläche nach einer Ionen-
strahlerosion, und
Fig. 5 schematisch eine andere Oberflächen
art nach der Entwicklung,
Gemäß Fig. la ist eine lichtempfindliche Deckmasse mittels irgendeiner Technik in Form einer gleichmäßigen Schicht IO der Dicke t auf die Oberfläche 12 eines gläsernen Substrats 14 aufgebracht. Zwei gebündelte, von einem nicht dargestellten Krypton-Laser kommende Lichtstrahlen l6 und 18 mit der Wellenlänge 351 nm werden auf die Schicht 10 gerichtet, auf welcher gerade Interferenzstreifen mit Maxima an den mit den Bezugszeichen 20', 21, 22 und 23 bezeichneten Stellen auftreten. Der zwischen den beiden Strahlen 16 und 18 eingeschlossene Winkel beträgt 120°, so daß der Abstand zwischen den Stellen 20, 21, 22 und 23 jeweils 210 nm beträgt. Die lichtempfindliche Deckmasse wird in normaler Weise entwickelt und das Material 24 an den
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Stellen 20, 21, 22 und 23 wird, wie in Pig, Ib dargestellt, weggelöst, so daß die verbleibende Oberfläche der Deckschicht ein im wesentlichen sinusartiges Profil, d.h, eine gewellte Oberfläche mit der Wellentiefe d aufweist.
Gegebenenfalls wird vor dem Entwickeln das Substrat mit der Schicht 10 um 90° gedreht, so daß auf der Schicht weitere gerade Interferenzstrexfen erzeugt werden, die rechtwinklig zu den zuerst erzeugten Interferenzstreifen verlaufen. Die Dauer der zweiten Belichtung ist gleich lang wie die Dauer der ersten Belichtung. Nach der Entwicklung sind dann zwei Wellengruppen in der Schicht 10 vorhanden und die verbleibende Deckmasse enthält eine regelmäßige Anordnung von Erhebungen 26, wie sie in Fig, 2 dargestellt ist.
In Fig, 3 ist die typische Reflexion in Prozent über der durch die Wellenlänge f. dividierten Höhe d der Erhebungen 26 aufgetragen. Es ist ersichtlich, daß, wenn d sehr klein gegen (\ ist, die Grenzfläche auf der Oberfläche verhältnismäßig scharf erscheint und das Reflexionsvermögen im wesentlichen dasjenige einer unterbrochenen Grenzfläche, d,h, sehr hoch ist. Wenn das Verhältnis d//V zunimmt, fällt das Reflexionsvermögen etwa bei d/j\ =0,4
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auf ein Minimum ab und zeigt dann eine Folge von Maxima und Minima, wobei die Maxima beträchtlich kleiner sind als das Reflexionsvermögen einer scharfen Grenzfläche.
Für eine optimale Wirkung bei sichtbarem Licht beträgt d vorzugsweise 25O nm oder mehr. Der Abstand zwischen den einzelnen Erhebungen muß ausreichend klein sein, damit Verluste durch Beugung vermieden werden, d.h. der Abstand muß kleiner als die durch den Brechungsindex des Glassubstrats 14 geteilte kürzeste Wellenlänge sein, nämlich etwa 200 bis 25O nm.
Fig. 4 zeigt eine Oberfläche nach der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer nachfolgenden Ionenstrahlerosion. Der Ionenstrahl erodiert die lichtempfindliche Deckmasse und erreicht die Oberfläche des Substrats, die ebenfalls erodiert wird, so daß zwischen den verbleibenden Flächen 30 der Deckmasse Vertiefungen 28 gebildet werden. Die Vertiefungen im Substrat können tiefer als die entsprechenden Vertiefungen in der Deckmasse vor der Anwendung des Ionenstrahls sein. Bei Anwendung dieses Verfahrens entsteht eine Oberfläche mit einer regelmäßigen Anordnung von Erhebungen, die verschleißfester als nur eine Schicht aus lichtempfindlicher Deckmasse ist.
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Die Erhebungen können, wie in Pig· 4 dargestellt ist, im wesentlichen die Form von Kegelstümpfen besitzen, sie können aber auch als Brücken 48 ausgebildet sein, wie in Fig# 5 dargestellt ist. Im letzeren Fall weisen die Erhebungen die gleiche Höhe d und jeweils Abstände für einen bestimmten Wellenlängenbereich auf, wie oben erläutert, jedoch erfordert das Herstellungsverfahren nur eine einzige Belichtung mit einer Anordnung gerader Interferenzstreifen zur Erzeugung der gewünschten Oberflächenform ,
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    iJ Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche mit vermindertem Reflexionsvermögen für elektromagnetische Strahlen eines bestimmten Wellenlängenbereiches, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche eine regelmäßige Anordnung von Erhebungen gebildet wird, deren Höhe nicht kleiner als ein Drittel der größten Wellenlänge des Wellenlängenbereiches ist und deren gegenseitige Abstände kleiner als die durch den Brechungsindex des Materials der Erhebungen dividierte kürzeste Wellenlänge des Wellenlängenbereiches sind.
    2« Verfahren nach Anspruch 1 zur Verminderung des ReflexionsVermögens der Oberfläche einer optischen Komponente für sichtbares Licht, dadμrch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche eine Schicht aus lichtempfindlichem Werkstoff aufgebracht wird, und daß diese Schicht mit einem regelmäßigen Lichtmuster belichtet und danach entwickelt wird, so daß die Oberflächenform der entwickelten Schicht dem Lichtmuster entspricht,
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entwickelte Schicht und die darunterliegende
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    Oberfläche der optischen Komponente einem Erosionsvorgang unterzogen ist,
    4, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erosionsvorgang ein Ätzvorgang ist,
    5, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erosionsvorgang eine Ionenstrahlerosion ist.
    6, Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das regelmäßige Lichtmuster auf der lichtempfindlichen Schicht zwei Gruppen gerader Interferenzstreifen erzeugt,
    7..Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzstreifen der beiden Gruppen miteinander einen Winkel im Bereich von 20° bis 90° bilden,
    8, Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzstrexfen durch die Überschneidung zweier kohärenter Laserstrahlen erzeugt werden,
    9, Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Material eine fotografische Emulsion ist, die nach dem Entwickeln
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    anschwillt und dadurch die Anordnung von Erhebungen bildet,
    10, Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Material eine Deckmasse ist, die beim Entwickeln teilweise herausgelöst wird, so daß dadurch die Anordnung von Erhebungen zurückbleibt,
    11, Gegenstand mit vermindertem Reflexionsvermögen dadurch gekennzeichnet, daß das verminderte Reflexionsvermögen nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10. hergestellt ist,
    12, Gegenstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Materials der Erhebungen gleich dem Brechungsindex des Materials der Trägerfläche ist,
    13» Gegenstand nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche für Strahlen in dem genannten bestimmten Wellenlängenbereich undurchlässig ist,
    14, Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine optische Linse ist,
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    15· Gegenstand nach, einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche und die Anordnung von Erhebungen mit einem dünnen Metallfilm überzogen sind, derart, daß das Reflexionsvermögen der Oberfläche für sichtbares Lieht gegenüber dem Reflexionsvermögen für infrarotes Licht verringert ist,
    16, Gegenstand nach Anspruch 15, dadurch gekenn-
    ; zeichnet, daß der dünne Metallfilm aus Gold besteht.
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DE2422298A 1973-05-10 1974-05-08 Verfahren zur herstellung einer oberflaeche mit vermindertem reflexionsvermoegen fuer elektromagnetische strahlen eines bestimmten wellenlaengenbereiches Withdrawn DE2422298A1 (de)

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