DE2927856A1

DE2927856A1 - Nichtreflektierender mehrschichtenbelag

Info

Publication number: DE2927856A1
Application number: DE19792927856
Authority: DE
Inventors: Tokujiro Kozawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-07-11
Filing date: 1979-07-10
Publication date: 1980-01-24
Also published as: US4260222A; JPS5522704A; GB2025654A; GB2025654B; DE2927856C2; SU1258323A3

Description

Olympus Optical Co. Limited oot 7725

Tokyo/Japan ^1o' ^{Juli 1979}

L/Kdg

Nichtreflektierender Mehrschichtenbelag

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anitreflex-Mehrschichtenvergütung und insbesondere auf einen nichtreflektierenden Mohrschichtenbelag, der gute optische Eigenschaften und verbesserte Festigkeit besitzt.

Es ist schwierig, einen nichtreflektierenden Belag durch Aufdampfen so herzustellen, daß er die berechneten optischen Eigenschaften besitzt, da es schwierig ist, jede Schicht durch Aufdampfen so herzustellen, daß sie die berechne Dicke und den berechneten Brechungsindex besitzt. Insbesondere, wenn ein vakuum-aufgedampfter Belag Zirkoniumoxid (ZrO₂) enthält, ist diese Schwierigkeit besonders gegeben, da ZrO „ den Brechungsindex des Belages ungleichmäßig in der Richtung der Filmdicke macht, was von der Temperatur abhängt, wenn die Belagdicke ansteigt. Mit anderen Worten wird der Brechungsindex des Belages ungleichmäßig, wenn die Basistemperatur ansteigt. Um einen vakuumaufgedampfen Belag mit hoher Festigkeit unter Verwendung

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von beispielsweise Magnesiumfluorid (MgFj) herzustellen, ist es andererseits nötig, das Aufdampfen mit hoher Basistemperatur durchzuführen, da es unmöglich ist, einen harten Belag bei einer Basistemperatur von unter 25 C herzustellen. Wenn ein Mehrschichten-Antireflexbelag unter Verwendung von MgF_? und ZrO₂ in den betreffenden Schichten bei einer für die Vakuumaufdampfung von MgF„ geeigneten Basistemperatur gebildet wird, ist es unmöglich, einen Belag von ZrO₂ zu bilden, der den gewünschten gleichmäßigen Brechungsindex in Richtung der Dicke besitzt, wodurch die optischen Eigenschaften der entstandenen Mehrschichtenvergütung von den theoretischen Werten stark abweichen. Weiter ist es erforderlich, eine Basistemperatur unter 22o°C zu wählen, um eine ZrO--Schicht zu erzielen, die einen gleichmäßigen Brechungsindex in Richtung der Dicke hat und nahezu gleich dem theoretischen Ausgangswert ist. Wenn MgF_ bei solch niedriger Basistemperatur im Vakuum aufgedampft wird, ist jedoch die Festigkeit der MgF--Schicht beträchtlich verringert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrschichten-Antireflexbelag anzugeben, bei dem jede Schicht gleichmäßig im Berechungsindex ist, hohe Festigkeit besitzt und keine Temperaturabhängigkeit aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale.

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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines zweischichtigen Antireflexbelages nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines dreischichtigen Antireflexbelages nach der Erfindung,

Fig. 3 Kurven, die die optische Charakteristik des zweischichtigen Antireflexbelages nach der Erfindung veranschaulichen,

Fig. 4 Kurven, die die optischen Eigenschaften eines üblichen Zweischichten-Antireflexbelages veranschaulichen,

Fig. 5 eine Kurve, die die optischen Eigenschaften auf der Basis der theoretisch errechneten Werte für den nichtreflektlerenden Zweischichtenbelag veranschaulichen,

Fig. 6 Kurven, die die optischen Eigenschaften des dreischichtigen Antireflex-Belages nach der vorliegenden Erfindung veranschaulichen,

Fig. 7 Kurven,die die optischen Eigenschaften eines üblichen Dreischichten-Äntireflexbelages veranschaulichen,

Fig. 8 Kurven, die die optischen Eigenschaften eines dreischichtigen Antireflexbelages auf der Basis der theoretisch berechneten Werte veranschaulichen und

Fig. 9 eine schematische Schnittansicht des Aufbaus eines zweischichtigen Antireflex-Belages, der eine Xquivalentschicht

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enthält ( ein Mehrschichtenaufbau mit homogenen Schichten, die einen Brechungsindex besitzen, der äquivalent dem Brechungsindex eines homogenen oder inhomogenen Belages ist ) als erste Schicht nach der Erfindung.

Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Antireflexbelag, in dem ein Mischungsmaterial (Ta₃O₅ + ZrO₂) aus Ta₂Oe (^Brechungsindex 2,13) und ZrO₂ ( Brechungsindex 1,96 bis 1,98) verwendet ist anstelle von ZrO_ in zumindest einer Schicht der MehrSchichtenstruktur. Die Schicht aus Ta₃O₅ + ZrO₂ sollte vozugsweise Ta₂O₅ und ZrO₂ in einem Verhältnis von 1:19 bis 1:3, z.B. 5 bis25 Gew. % an Ta₃O₅ enthalten. Was das Mischungsverhältnis zwischen Ta₃O₅ und ZrO₂ anbetrifft, so hat ein Gehalt an Ta₃O₁. von unter 5% praktisch keinen Effekt bezüglich der Verhinderung eines ungleichmäßigen Brechungsindex im entstehenden Belag, wenn z.B. die Basistemperatur erhöht wird. Mit anderen Worten, ein Belag aus Ta₃O₅ + ZrO₂ entspricht im wesentlichen einem nur aus ZrO- bestehenden Belag, wenn der Gehalt an Ta₀O₁. kleiner als 5% ist. Wenn der Gehalt an Ta₀O-andererseits 25% überschreitet, ist es ziemlich schwierig, einen Belag durch Vakuumaufdampfen zu erzielen und Licht wird durch die Schicht aus Ta₃O₅ + ZrO₃ absorbiert.

Von den Mehrschichten-Antireflexbelägen, die entsprechend der Erfindung Ta₃O,- + ZrO₂ verwenden, seien zunächst die optischen Eigenschaften des in Fig. 1 gezeigten zweischichtigen Belags mit denen H üblichen zweischichtigen Antireflex-Belages verglichen.

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In Fig. 1 ist auf einem Basisglas aus SFS-5 ein Belag aus Ta₂O₅ + ZrO₂ mit einer Dicke von ^/2 als erste Schicht R₁ aufgedampft, auf die ein Belag aus MgF- mit einer Dicke von Ά /4 als zweite Schicht R₂ vakuumaufgedampft ist. Die optischen Eigenschaften des Antireflexbelages mit diesem Aufbau sind in Fig. 3 veranschaulicht. In dieser Figur zeigen die Kurven a,b und c die optischen Eigenschaften nicht-reflektierender Beläge, die bei Basistemperaturen von 26o°C, 3oo°C und 33o°C hergestellt sind. Fig. 4 zeigt die optischen Eigenschaften eines üblichen zweischichtigen Antireflexbelages, der denselben Aufbau,wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt, bei dem auf ein Basisglas G aus SFS-5 ein Belag aus ZrO₂ mit einer Dicke von Λ /2 als erste Schicht R₁ und ein Belag aus MgF₂ mit einer Dicke von A /4 als zweite Schicht R₂ aufgebracht sind. In Fig. 4 veranschaulichen die Kurven a, b und c die optischen Eigenschaften von Mehrschichten-Antireflexbelägen bei Basistemperaturen von 26o°C, 3oo°C bzw. 33o°C.

Wie ein Vergleich der in Fig. 3 gezeigten Kurven mit denen von Fig. 4 zeigt, sind die Antireflexionsbeläge, die erfindungsgemäß Schichten aus Ta-Oj. + ZrO- verwenden^ bezüglich der optischen Eigenschaften bedeutend besser als die üblichen Antireflexbeläge, die Schichten aus ZrO₂ enthalten. Fig. 5 zeigt die rechnerischen Werte für einen nichtreflektierenden Belag, der die gleiche Zusammensetzung wie der obenerwähnte erfindungsgemäße Belag und der übliche Belag besitzt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die optischen Eigenschaften der zweischichtigen Antireflexions-

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beläge nach der Erfindung sehr nahe an die rechnerisch ermittelten Werte herankommen. Dabei hat natürlich die Schicht aus MgF₂ im zweischichtigen Antireflexbelag nach der Erfindung hohe Festigkeit, da sie bei einer Basistemperatur von mehr als 25o C hergestellt ist.

Es seien nun die optischen Eigenschaften von dreischichtigen Antiref lexbelägen nach der Erfindung mit denen üblicher Beläge verglichen. Auf ein Basisglas G, das aus weißem Glas (n^=1,523o) besteht, ist ein Belag aus CeF₃ mit einer Dicke von A /4 als erste Schicht R₁ , ein Belag aus Ta₂Oj. + ZrO₂ mit einer Dicke von A/2 als zweite Schicht R₀ und ein Belag aus MgF₀ mit einer

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Dicke von 71/4 als dritte Schicht aufgebracht. Fig. 6 veranschaulicht die optischen Eigenschaften dieses erfindungsgemäßen Antiroflexbelages. Die Kurven a, b, c und d in Fig. 6 veranschaulichen die optischen Eigenschaften von mehrschichtigen Antireflexbelägen, die bei Basistemperaturen von 14o°C, 2oo°C, 26o°C bzw. 32o°C hergestellt sind. Fig. 7 veranschaulicht die optischen Eigenschaften üblicher dreischichtiger Antireflexbeläge auf weißem Glas als Basisglas G mit einem Belag aus CeF₃ in einer Dicke von'λ /4 als erster Schicht R₁, einem Belag aus ZrO₂ mit einer Dicke von A /2 als zweiter Schicht R₂ und einem Belag aus MgF₂ mit einer Dicke von A/4 als dritter Schicht R_. Die Kurven a,b,c, und d in Fig. 7 zeigen die optischen Eigenschaften der nichtreflektierenden Mehrschichtenbeläge, die bei Basistemperaturen von 14o C, 2oo°C, 26o°C und 32o°C hergestellt sind. Wenn man die in Fig.

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gezeigten Daten mit denen von Fig. 7 vergleicht, ergibt sich klar, daß die dreischichtigen Antireflexbeläge nach der Erfindung optische Eigenschaften besitzen, die bedeutend besser sind als die von üblichen dreischichtigen Antireflexbelägen. Fig. 8 veranschaulicht die rechnerisch ermittelten optischen Charakteristiken für einen dreischichtigen Antireflexbelag, der den gleichen Aufbau wie die obenerwähnten dreischichtigen Antireflexbeläge besitzt. Wie ersichtlich, sind die optischen Eigenschaften des dreischichtigen Antireflexbelages nach der Erfindung, wie sie in Fig. 6 veranschaulicht sind, außerordentlich ähnlich den in Fig. 8 gezeigten. In der vorstehenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel 1 erwähnt, das einen Belag aus Ta₃O₅+"ZrO, als erste Schicht in Kontakt mit dem Basisglas verwendet und als Ausführungsbeispiel 2 ein Beispiel, bei dem als erste Schicht eine 7^/4-Schicht,als zweite Schicht eine %/2-Schicht und als dritte Schicht eine "Λ./4-Schicht verwendet, wobei Ta₂O₅+ZrO, für die zweite Schicht verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsbeispxele beschränkt, sondern auch auf mehrschichtige Antireflexbeläge mit guten Eigenschaften anwendbar, wenn Beläge aus Ta₂O₅+ZrO„ in verschiedenen Schichten verwendet werden. Beispielsweise sind mehrschichtige Antireflexbeläge mit guten optischen Eigenschaften erreichbar, wenn ein Belag aus Ta₂O₅+ZrO₂ als erste Schicht in einem zweiten Zweischichtenbelag verwendet wird, bei dem die erste Schicht eine Dicke von Λ/4 und die zweite Schicht eine Dicke von Tv/4 besitzt oder bei Verwen^ dung eines Belages aus Ta₂O₅+Zr0₂ als zweite Schicht in einem

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dreischichtigen Belag, der aus einer ersten Schicht mit einer Dicke von 3/4fl, einer zweiten Schicht mit einer Dicke von Ά/2 und einer dritten Schicht mit einer Dicke von 7Y/4 besteht. Weiterhin können die obenerwähnten dreischichtigen Beläge eine erste Schicht mit"X./4, eine zweite Schicht mit Λ/2 und eine dritte Schicht mit X /4 oder eine erste Schicht mit 3/4 Ά. , eine zweite Schicht mit

mit

Λ/2 und eine dritte Schicht^Λ /4 Dicke aufweisen, wobei es möglich ist, die erste Schicht durch Aufbringen dünner Beläge mit hohem Brechungsindex abwechselnd mit Belägen, die niedrigen Brechungsindex haben, so aufzubringen, daß sie äquivalent ist zu der ersten Schicht, die den gewünschten mittleren Brechungsindex ( Schichtdicke A /4) besitzt, wobei ein Belag aus Ta₃O₅ + ZrO- mit einer Dicke von A/2 als zweite Schicht verwendet wird. Weiter kann ein Zueischichtenbelag durch Verwendung einer Schicht äquivalent der ersten Schicht R₁ mit einer Dicke von λ/2, wie in Fig. 9 gezeigt, durch Aufdampfen eines sehr dünnen Belages R..¹ aus MgF₂ oder Al₃O, und einet relativ dicken Belages R.." aus Ta-Oc+ZrO- in Kombination mit einem Belag aus MgF₂ oder ähnlichem Material mit einer Dicke 7v. /4 hergestellt werden. In diesem Fall ist es möglich, einen Mehrschichtenanti-Reflexbelag mit optischen Eigenschaften zu erhalten, die sehr nahe denen der theoretischen Werte sind, da die spektrale Reflexionscharakteristik des mehrschichtigen Antireflex-Belages noch besser korrigiert werden kann durch Verwendung eines dünnen Belages R₁' aus MgF₂ oder ähnlichem Material in der Äquivalentschicht, wenn deren andere, relativ dicke Schicht R.." so ausgebildet wird, daß sie lurch Verwendung

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von Ta₂O₅ + ZrO₂ gleichförmigen Brechungsindex besitzt.

Darüber hinaus ist es möglich, mehrschichtige Antireflexbeläge mit hoher Festigkeit und guten optischen Eigenschaften unter Verwendung von Ta O₅ ⁺ZrO₃ in Schichten verschiedenster Mehrschichtenanordnungen herzustellen. Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, mehrschichtige Antireflexbeläge herzustellen, die frei von der Temperatürabhängigkeit bei der Bildung dünner Schichten durch Vakuumaufdampf ungen sind, indem eine Mischung aus Ta₃O₁. und ZrO₃ verwendet wird. Da es notwendig ist, eine hohe Basistemperatur zu nehmen,

^wichtig, daß

um einen festen Belag durch Aufdampfen von MgF₃ zu wählen , ist e auch Beläge aus Ta₃O₅ ⁺ZrO₂ bei derartig hohen Basistemperaturen gut gebildet werden. Da Beläge aus Ta₂O₅ ⁺ZrO₃ bei Aufdampfen mit so hoher Basistemperatur hohe Festigkeit besitzen, ist es möglich, jeder Schicht des mehrschichtigen Antlreflexbeläges hohe Festigkeit zu verleihen. Daher haben mehrschichtige Antireflexbeläge nach der vorliegenden Erfindung hohe Festigkeit und optische Eigenschaften, die nahe an die theoretisch errechneten Werte herankommen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1/ Mehrschichten-Antireflexbelag, dadurch gekennzeichnet, daß dieser bei einem Aufbau aus zwei Schichten zumindest eine Schicht enthält, die aus einer Mischung von
Tantaloxid (Ta₂O₅) und Zirkoniumoxid (ZrO₃), die 5 bis 25 Gew. % Tantaloxid (Ta₂O₅) enthält, hergestellt ist.
2. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 1, bei dem die erste Schicht eine Dicke νοηΛ,/2 und die zweite Schicht eine Dicke von V /4 besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus
der Mischung aus Tantaloxid (Ta₃O₅) und Zirkoniumoxid (ZrO₃)
besteht.
3. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 1, bestehend aus zwei Schichten, wobei die erste Schicht, die eine Dicke vonTu/2 besitzt, eine Äquivalentschicht ist, die aus einem sehr dünnen Belag und
einem verhältnismäßig dicken Belag besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der verhältnismäßig dicke Belag in der ersten Schicht

aus einer Mischung aus Tantaloxid (Ta₃O₅) und Zirkoniumoxid (UrO₂) gebildet ist.

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4· Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 1 mit einer ersten y\./4 starken und einer zweiten Λ/4 starken Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus der Mischung aus Tantaloxid (Ta₃O₅) und Zirkoniumoxid (ZrO₂) gebildet ist.
5. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 1 mit einer ersten Λ. /4starken Schicht und einer zweiten Tv^./2 starken Schicht sowie einer dritten λ/4 starken Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht aus der Mischung Tantaloxid (Ta2Ü₅) und Zirkoniumoxid (ZrO„) hergestellt ist.
6. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht als eine Äquivalentschicht ausgebildet ist.
7. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 1 mit einer ersten Schicht in Stärke von 3Λ./4, einer zweiten Schicht in einer Stärke von Λ/2 und einer dritten Schicht in Stärke von A. /4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht aus der Mischung aus Tantaloxid (Ta₂Oc) und Zirkoniumoxid (ZrO₂) hergestellt ist.
8. Mehrschichten-Antireflexbelag nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht als Äquivalentschicht ausgebildet

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