DEP0049100DA - Verfahren zur Oberflächenbehandlung optischer Elemente, insbesondere aus Glas. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung optischer Elemente, insbesondere aus Glas, zur Verminderung der Reflexion vorzugsweise unter gleichzeitiger Erhöhung der Durchlässigkeit.

In optischen Systemen muss man mit einem Reflexionsverlust an allen Grenzflächen, an denen der Brechungsindex variiert, rechnen. Schon bei gewöhnlichen photographischen Objektiven kann der Verlust an durchgelassenem Licht sehr bedeutend sein, und bei komplizierten optischen Systemen, wie man sie beispielsweise in Unterseebootperiskopen findet, kann der Verlust sich bis auf 70% belaufen.

Zur Erhöhung des Durchlässigkeitsfaktors wurde schon vorgeschlagen, die einzelnen, optischen Elemente mit Oberflächenschichten zu versehen, die auf verschiedene Weise aufgebracht werden können. In Deutschland und den Vereinigten Staaten von Nordamerika bezeichnet man die nach solchen Verfahren behandelte Optik als "T-Optik" bzw. "coated optics".

Die reflexionsvermindernden Schichten, die auf die Oberfläche optischer Elemente aufgebracht werden, sind empfindlich und können daher leicht beschädigt werden. Die vorliegende Erfindung hat u. a. den Zweck, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem die reflexionsvermindernde Schicht nicht diesen Nachteil aufweist. Ausserdem soll die Aufbringung einer besonderen Schicht auf die Oberfläche des optischen Elements vermieden werden.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Oberfläche des optischen Elements oder die ganze Oberfläche mit einem Strahl energiereicher Partikel, wie Ionen von Atomen oder Molekülen, bestrahlt wird, von denen wenigstens ein Teil in die Oberfläche eindringt. Nach der Erfindung hat es sich gezeigt, dass in der eigentlichen Oberfläche des Elements, infolge des Eindringens der Ionen, anhaltende Veränderungen eintreten können, die bewirken, dass der Reflexionsverlust herabgesetzt wird unter gleichzeitiger Erhöhung der Durchlässigkeit durch das Element. Messungen haben gezeigt, dass die hierdurch in den Eigenschaften des optischen Elements erreichte Verbesserung von der gleichen Grössenordnung ist wie diejenige, welche durch die vorerwähnten bekannten Verfahren zur Herabsetzung der Reflexion bewirkt werden.

Bei nach dem Verfahren gemäss der Erfindung behandelten optischen Elementen, insbesondere aus Glas, ist die reflexionsvermindernde Schicht widerstandsfähiger als die entsprechenen Schiehten bei optischen Elementen, die in bekannter Weise behandelt und also mit einer besonderen, aufgebrachten Oberflächenschicht en wird. Beispielsweise kann erwähnt werden, dass ein nach der Erfindung behandeltes, optisches Element sich in konzentrierter Säure, z. B.

Chromschwefelsäure oder Salpetersäure, als beständig erwiesen hat.

Wenn auch durch das Verfahren nach der Erfindung eine Herabsetzung der Reflexion unter gleichzeitiger Erhöhung der Durchlässigkeit erreicht wird, ist die Erfindung auch von Bedeutung in den Fällen, wo nur auf die Ausnutzung einer dieser Eigenschaften Wert gelegt wird.

Reflexion, doppelte Reflexion oder vielfache Reflexion kann beispielsweise beim Photographieren zu Verschleierung und somit zur Verminderung der Bildschärfe Anlass geben.

Ein Teil der Bildunschärfe uf dem Schirm einer Kathodenstrahlenröhre ist auf Doppelreflexion an den Oberflächen der Glaswände zurückzuführen. In diesem Falle dient das optische Element nicht zur Herstellung eines Bildes, sondern wird nur als durchsichtiger Träger des Leuchtstoffes benutzt. Das optische Element braucht indessen weder Linse noch Träger eines Leuchtstoffes zu sein, sondern kann einfach eine Abgrenzungswand, z. B. in Form eines Fensters, zwischen zwei Räumen bilden.

Die erwähnten Fälle können gleichzeitig als Beispiele für Anwendungsgebiete, bei denen die bekannten Verfahren nicht zweckmässig sein würden, in denen jedoch das Verfahren nach der Erfindung verwendet werden kann, betrachtet werden. Die grosse Stabilität der reflexionsvermindernden Schicht bewirkt, dass optische Elemente mit geringer Reflexion dort angewendet werden können, wo sie bis- her infolge schädlicher Einwirkung, entweder seitens anderer Objekte auf die Schicht oder umgekehrt, nicht benutzt werden konnten. Beispielsweise können reflexionsvermindernde Oberflächenschichten, die gewöhnlich Fluorverindungen alten, kaum für medizinische Instrumente oder z. ö. für die sogenannten Haftgläser, d. h. für unsichtbare Brillen, die unmittelbar auf dem Augapfel unter dem Augenlid angebracht werden sollen, verwendet werden.

Da bei dem Verfahren elektrisch geladene Partikel verwendet werden, bieten sich bei der Herstellung der optischen Elemente mit geringer Reflexion, gemäss der Erfindung, besondere Vorteile. Beispielsweise kann erwähnt werden, dass die Dosierung der Bestrahlung durch einfache Messungen von Stromstärke und Spannung bestimmt werden kann; ebenso ist es möglich, den Strahl gegen bestimmte Stellen des Behandlungsobjektes, gegebenenfalls unter Anwendung elektrischer oder magnetischer Ablenkung, zu richten.

Die Erfindung betrifft ferner ein optisches Element, dessen Oberfläche einen widerstandsfähigen, integrierenden Teil des Elementes bildet und wenigstens stellenweise, dem beanspruchten Verfahren entsprechend, mit Strahlen schneller Partikel zur Reflexionsverminderung behandelt ist. Ein solches optisches Element zeichnet sich u. a. dadurch aus, dass es, im Verhältnis zu den auf bekannte Weise behandelten Elementen, eine Oberfläche von grosser Härte hat.

Bei einem praktisch ausgeführten Versuch wurden Kronglas uf jeder Seite während einiger Stunden mit Krypton-Ionen bestrahlt. Die Beschleunigungsspannung r etwa 60 kV und die Stromdichte 10 my A/cm(exp)2. Messungen mit einem Spektrophotometer zeigten, dass die Reflexion vermindert und die Durchlässigkeit in gleichem Masse erhöht waren, wie dies bei den bereits erwähnten, bekannten Verfahren erreicht werden kann. Die Ionen wurden durch eine elektrische Bogenentladung in Krypton erzeugt und mittels eines elektrischen Linsensystems beschleunigt. Die Reinheit des Strahls hinsichtlich der Ionenart wurde durch magnetische Aufspaltung gewährleistet. Es kann indessen eine bedeutend einfachere Apparatur verwendet werden, da man die Reinheit des Strahls auch auf andere Weise gewährleisten kann. Die energiereichen Ionen können ganz einfach in eine Gasentladungsröhre mit zwei Elektroden mit einem geeigneten Spannungsunterschied erzeugt werden, und die durch Stösse erzeugten Ionen können gegen das optische Element gerichtet werden.

Bei Behandlung von Kronglas können beispielsweise Ionen der Edelgase, wie Argon und Krypton, verwendet werden. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, Flintglas mit Krypton zu behandeln.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern kann unter Anwendung verschiedener Arten energiereicher Partikel, verschiedener Beschleunigungsspannungen, verschiedener Bestrahlungszeiten und Stromdichten und verschiedener Behandlungsobjekte durchgeführt werden, je nach dem Grad und der Art der gewünschten Oberflächenänderung. In den Fällen, in denen nur ein Teil der Oberfläche eines optischen Elements behandelt werden soll, kann man von dem Element eine Blende mit geeigneten Oeffnungen anbringen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung optischer Elemente, insbesondere aus Glas, zur Verminderung der Reflexion, vorzugsweise unter gleichzeitiger Erhöhung der Durchlässigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Oberfläche des optischen Elements oder die ganze Oberfläche mit einem oder mehreren Strahlen energiereicher Partikel, wie Ionen von Atomen oder Molekülen, bestrahlt wird, von denen wenigstens ein Teil in die Oberfläche des optischen Elements eindringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionenstrahl von nicht gewünschten Ionenarten durch Aufspaltung in einem Massenspektrographen gereinigt wird, bevor er gegen das optische Element gerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem optischen Element eine Blende mit Oeffnungen angebracht wird, die denjenigen Teilen der Oberfläche, deren Reflexion vermindert werden soll, entsprechen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus atomare Partikel Ionen eines Edelgases verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Edelgas Xenon verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Edelgas Krypton verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Edelgas Argon verwendet wird.

8. Optisches Element, dessen Oberfläche einen widerstandfähigen, integrierenden Teil des Elements bildet und wenigstens teilweise nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7 derart mit Strahlen schneller Partikel behandelt ist, dass die Reflexion herabgesetzt ist.