Optisches Element mit Antireflexbelag
Die Oberflächen sämtlicher optischer Elemente reflektieren einen geringen Prozentsatz des einfallenden Lichtes und zwar im typischen Fall 4 0/o an jeder Oberfläche. Diese Reflexionen haben einen nachteiligen Einfluss auf die Wirkungsweise eines aus solchen Elementen zusammengesetzten optischen Systems, und zwar in zweifacher Hinsicht. Erstens wird die Gesamtmenge des das Bild erzeugenden Lichtes, die durch das optische System hindurchtritt, beträchtlich vermindert, wenn mehrere optische Elemente in diesem System Anwendung finden. Zweitens bewirken diese Reflexionen häufig fehlerhafte Bilder auf der lichtempfindlichen Oberfläche des optischen Systems und dadurch wird die Qualität des erzeugten Bildes verschlechtert.
Das übliche Verfahren zur Verminderung oder Vermeidung dieser unerwünschten Reflexionen besteht darin, einen dünnen Belag aus speziellen Materialien direkt auf jede Oberfläche des optischen Elementes aufzubringen, die eine Grenzfläche zwischen Luft und dem optischen Element bildet. Bei einem aus Glas oder ähnlichem Werkstoff hergestellten optischen Element besteht ein typischer Überzug aus einem Film aus Magnesium-Fluorid mit einer optischen Dicke von 1/4 der Lichtwellenlänge.
Andere Filme oder Kombinationen hiervon sind bei anderen Anwendungsfällen üblich.
Heutzutage werden optische Elemente häufig nicht mehr aus Glas oder ähnlichem Werkstoff hergestellt sondern aus Kunststoff, um die Wirtschaftlichkeit der Herstellung zu verbessern. Beim Giessen von optischen Elementen aus Kunststoff finden verschiedene Materialien Anwendung, damit dem Konstrukteur eine Mehrzahl von Werkstoffen zur Verfügung steht, deren Brechungsindizes aufeinander abgestimmt werden können.
Solche Kunststoffe sind beispielsweise Polymethyl Methacrylat, Polystyrol, Polycarbonate und Acrilonitril Kunststoffe und deren Mischpolymerisate. Optische Elemente aus Kunststoff weisen die gleichen unerwünschten Reflexionen an der Luft-Kunststoff-Grenzfläche wie die optischen Elemente aus Glas auf. Die Verfahren, die zur Erzeugung eines dünnen Belages auf Glas zur Verminderung unerwünschter Reflexionen benutzt werden, haben sich in Verbindung mit optischen Kunststoffmaterialien nicht als wirksam erwiesen, weil die Filme auf Kunststoffmaterial nicht leicht haften, so dass schon bei normaler Handhabung der optischen Elemente eine Beschädigung des Belages möglich ist. Es sind spezielle Beläge für Kunststoffmaterialien entwickelt worden, aber diese leiden unter dem Nachteil, dass sie nach einer gewissen Zeit blind werden bzw. Rissbildungen zeigen.
Bei einem bekannten Verfahren wird eine Zwischenschicht aus reinem Aluminium zwischen der Kunststofflinsenoberfläche und dem Antireflexbelag verwendet. Versuche haben jedoch gezeigt, dass hierdurch die Lichtdurchlässigkeit der Oberfläche beträchtlich vermindert wird und unter gewissen Umständen werden die Reflexionen vergrössert statt verkleinert.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Haftung eines Antireflexbelages auf der Oberfläche eines optischen Elementes aus Kunststoff zu verbessern.
Das erfindungsgemässe optische Element aus transparentem Kunststoff mit Antireflexbelag ist gekennzeichnet durch eine Metalloxydschicht, die eine Verbindung zwischen dem optischen Element und dem Antireflexbelag bildet, um die Haftung des Antireflexbelages am optischen Element zu verbessern.
Die Zwischenschicht kann als metallisches Aluminium abgelagert und dann sofort zu Aluminium-Oxyd oxydiert werden. Anschliessend wird dann der Antireflexbelag aufgebracht. Typische Antireflexüberzüge sind z. B. Magnesium-Fluorid mit einer optischen Dikke von ein Viertel Wellenlänge, aufgebracht auf die Oberflächen eines transparenten optischen Kunststoffelementes, auf dem vorher Aluminium-Oxyd gebildet wurde. Ein solcher Überzug widersteht einer rauhen Behandlung, während gleiche Antireflexbeläge, die direkt auf die Kunststoffoberfläche aufgebracht werden, mechanisch leicht abgerieben werden können.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt eines rnit einem Antireflexbelag ausgestatteten optischen Linsenelementes. Hierbei ist die Dicke der Schichten massstäblich übertrieben dargestellt.
Die aus transparentem Material bestehende Kunststofflinse ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Der Antireflexbelag trägt das Bezugszeichen 2. Dazwischen ist eine Schicht aus transparentem Metalloxyd 3 eingefügt, das in Wasser unlöslich ist, z. B. Aluminium-Oxyd.
Die Benutzung von Aluminium als Zwischenschicht wurde bereits vorgeschlagen. Das Aluminium führt zu einer zufriedenstellenden Verbindung zwischen Antireflexbelag und transparentem Kunststoffelement. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass Aluminium selbst eine beträchtliche Lichtabsorption bedingt, was einen sehr schädlichen Effekt wenigstens dann darstellt, wenn die Gesamtlichtdurchlässigkeit des transparenten Kunststoffelementes wichtig ist, z. B. bei der Verwendung als photographisches Objektiv. Eine aus reinem Aluminium bestehende Zwischenschicht absorbiert das einfallende Licht in einer Menge, die proportional zur Dicke des Aluminiums ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird Aluminium-Oxyd als Zwischenschicht benutzt, weil sich herausgestellt hat, dass Aluminium-Oxyd diese schädliche Absorptionswirkung nicht besitzt und eine gute Durchlässigkeit besitzt.
Die Zwischenschicht aus Aluminium-Oxyd wird auf die folgende Art und Weise hergestellt: Das optische Element aus Kunststoff, welches mit dem Antireflexbelag versehen werden soll, wird in eine Vakuumkammer eingebracht, dann wird die Kammer evakuiert, bis der Druck soweit reduziert ist, dass die mittlere freie Weglänge der restlichen Gasmoleküle grösser als der Abstand zwischen dem optischen Element, das überzogen werden soll, und den Dampfquellen für die verschiedenen Überzüge ist. Nachdem die Kammer ordnungsgemäss evakuiert ist, wird das optische Element, z. B. eine Linse, mit einer sehr dünnen Schicht aus Aluminium überzogen, indem metallisches Aluminium von einer sehr heissen Quelle her aufgedampft wird und zwar im typischen Fall mittels eines Wolframfadens, der mit metallischem Aluminium überzogen ist.
Die Verdampfung wird dadurch bewirkt, dass der Faden durch einen elektrischen Strom erhitzt wird, bis er eine Temperatur erreicht, die ausreicht, um das Aluminium zu schmelzen und zu verdampfen. Da die Kammer vollständig evakuiert ist, können die Aluminiumatome leicht die Oberfläche des aus Kunststoff bestehenden optischen Elementes erreichen. Das Aufdampfen von Aluminium auf das optische Element oder die Linse wird fortgesetzt, bis die Dicke der Metallschicht auf der Linse etwa 7 Angström erreicht hat. Die bevorzugte Dicke liegt bei etwa 7 Angström, jedoch erweist sich jeder Überzug aus Aluminium gleichmässiger Dicke als geeignet, wenn dieser etwa 20 Angström nicht überschreitet. Eine Aluminiumschicht von 20 Angström ergibt eine Aluminium-Oxydschicht von etwa 30 Angström Dicke.
Die Dicke der Aluminiumschicht kann auf irgendeine Weise gesteuert bzw. überwacht werden, jedoch besteht das bevorzugte Verfahren darin, das Quarzkristall eines Quarzkristalloszillators in der Kammer in der Nähe des optischen Elementes derart anzuordnen, dass der Kristall mit einer Schicht gleicher Dicke wie die Linse überzogen wird. Durch eine elektronische Anordnung kann die Resonanzfrequenz des Quarzkristalloszillators überwacht werden. Diese Resonanzfrequenz sinkt ab, wenn Aluminium auf den Quarzkristall aufgedampft wird. Die Frequenzänderung kann zur Bestimmung der Dicke des Aluminiums benutzt werden, das auf den Quarzkristall aufgedampft wurde.
Die Dicke des Aluminiums auf dem optischen Element wird in gleicher Stärke angenommen wie die Schicht auf dem Quarzkristall. Unmittelbar nachdem der Aluminiumüberzug in der erwünschten Dicke aufgebracht wurde, wird Luft in die Vakuumkammer eingelassen, um die Aluminiumschicht vollständig zu Aluminiumoxyd zu oxydieren. Diese Oxydation kann stattdessen auch dadurch erreicht werden, dass die frische Aluminiumschicht reinem Sauerstoff ausgesetzt wird. Während der Oxydation zeigt die Aluminiumschicht eine messbare Zunahme der Dicke. Die vollständig oxydierte Aluminiumschicht ist etwa 1,5mal dicker als die metallische Aluminiumschicht vor der Oxydation. Diese Vergrösserung der Dicke muss in Betracht gezogen werden, wenn die Dicke der Aluminiumschicht bestimmt wird.
Eine Aluminiumschicht von 7 Angström Dicke ist zu bevorzugen, weil hierbei eine sehr schnelle Oxydation in einer kurzen Zeit über die gesamte Dicke bewirkt wird und eine Schicht aus Aluminiumoxyd entsteht, deren Dicke etwa 10 Angström ist. Aluminiumschichten von weniger als 20 Angström Dicke sind zu bevorzogen, weil dickere Schichten aus Aluminium nicht leicht durchoxydieren. Eine unvollständige Oxydation einer dickeren Aluminiumschicht würde in unerwünschter Weise eine Lage reinen metallischen Aluminiums auf der Oberfläche der Linse belassen, was wiederum zu einer Absorption eines Teils des einfallenden Lichtes führen würde, wobei möglicherweise ein anderer Teil noch reflektiert wurde. Diese beiden Wirkungen wurden bereits oben als unerwünscht bezeichnet.
Die Umwandlung von Aluminium in Aluminiumoxyd kann auch durch änderung der Resonanzfrequenz des Quarzkristalloszillators überwacht werden, weil die Masse des Überzugs auf dem Oszillator sich ändert, wenn das Aluminium zu Aluminiumoxyd oxydiert wird. Die Frequenz des Kristalls ändert sich weiter, bis das Aluminium vollständig oxydiert ist. Wenn sich die Frequenz des Kristalles nicht mehr ändert, bedeutet das, dass der Oxydationsvorgang vollendet ist. Nachdem die Oxydation abgeschlossen ist, wird ein Antireflexbelag aus Magnesium-Fluorid oder anderem geeigneten Material direkt auf das Aluminiumoxyd aufgedampft.
Die optische Dicke des Antireflexbelages, der unter Zwischenfügung der Aluminiumoxydschicht aufgebracht wird, kann in bekannter Weise gesteuert werden, wodurch die Durchlässigkeit und die Antireflexionseigenschaften des optischen Elementes aus Kunststoff für verschiedene Bereiche des Lichtspektrums verbessert werden können, je nach Zweck und Anwendung des optischen Elementes. Antireflexbeläge, die nach der Erfindung hergestellt werden, widerstehen einer mechanischen Abnutzung im Gegensatz zu Belägen, die ohne Aluminiumoxyd-Zwischenschicht auf das optische Element aus Kunststoff aufgebracht wurden. Die Güte der Verbindung zwischen dem Belag und dem optischen Element wird durch eine Standardprüfung für Belagsadhäsion bestimmt und diese Prüfung besteht darin, ein Zellophanband auf den Belag der Oberfläche aufzubringen, wonach das Band abgezogen wird.
Wenn der An tireflexbelag beim Abziehen des Bandes von der Oberfläche entfernt wird, so ist er unbrauchbar. Es hat sich gezeigt, dass Beläge, die gemäss der Erfindung hergestellt werden, diesem Abstreiftest besser widerstehen als jene Beläge, die keine Zwischenschicht aus Metalloxyd besitzen.
Die Versuche, die durchgeführt wurden, um zu beweisen, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine verbesserte Haftung von Antireflexbelägen auf optischen Elementen aus Kunststoff erhalten werden kann, wurden in Verbindung mit Linsen durchgeführt, die aus unterschiedlichen Kunststoffen bestanden, einschliesslich solchen aus Methachrylat, Polystyrol und Acrylonitril. Bei diesen Versuchen wurde eine Zwischenschicht aus Aluminium mit einer Dicke von 10 Angström bevorzugt, weil es einerseits leicht war, die Dicke der Aluminiumausgangsschicht zu bestimmen und anderseits eine vollständige Oxydation über die gesamte Dicke leicht durchgeführt werden konnte. Es würden dann Antireflexschichten mit t/4 Wellenlänge optischer Dicke sowohl aus Magnesium-Fluorid als auch aus Kalzium-Fluorid auf die Zwischenschicht bei verschiedenen Versuchen aufgedampft.
Eine beträchtliche Verbesserung der Verbindung zwischen Magnesium-Fluorid und Kunststofflinse durch Benutzung der Aluminium Oxydzwischenschicht zeigte sich, aber die Verbesserung der Haftung von Kalzium-Fluorid auf der Kunststofflinse durch Benutzung einer Aluminiumoxyd-Zwischenschicht war noch wesentlich markanter. Die Verbesserung ist insbesondere deshalb wichtig, weil Kalzium Fluorid ein Material ist, das besonders schwierig auf optischen Elementen aus Kunststoff aufgebracht werden kann.
Gemäss vorstehender Beschreibung wird der Aluminiumoxydüberzug durch Verdampfung von Aluminium aufgebracht und dann wird dieses Aluminium sogleich oxydiert, indem Luft oder Sauerstoff eingeführt werden, jedoch ist dies nicht zwingend und es können andere Verfahren zur Aufbringung einer dünnen Aluminiumoxydschicht auf das transparente, aus Kunststoff bestehende optische Element Anwendung finden, worauf dann der Antireflexbelag aufgebracht wird.
Die Verwendung von Aluminiumoxyd als Zwischenschicht ist zu bevorzugen, weil dieses Material verschiedene, für diesen Zweck gewünschte Eigenschaften besitzt. Die als metallische Schicht aufgebrachte Zwischenschicht kann auf einfachste Weise an Ort und Stelle oxydiert werden. Nach der Oxydation ist diese Zwischenschicht transparent und absorbiert daher nur wenig oder gar kein Licht, das auf das Element trifft.
Aluminiumoxyd ist ausserdem sehr hart und kann deshalb einer mechanischen Beanspruchung hohen Widerstand entgegensetzen. Ausserdem ist Aluminiumoxyd in Wasser unlöslich. Dies ist eine sehr wichtige Eigenschaft für Material, welches als optischer Überzug benutzt wird, weil nur dann der Überzug dem Wasserdampf der Atmosphäre ausgesetzt werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich der Überzug durch die Wirkung von Wasserdampf auf das Material der Zwischenschicht ablöst.
PATENTANSPRUCH 1
Optisches Element aus transparentem Kunststoff mit Antireflexbelag, gekennzeichnet durch eine Metalloxydschicht, die eine Verbindung zwischen dem optischen Element und dem Antireflexbelag bildet, um die Haftung des Antireflexbelages am optischen Element zu verbessern.
UNTERANSPRÜCHE
1. Optisches Element nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxyd transparent und in Wasser unlöslich ist.
2. Optisches Element nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die die Verbindung zwischen dem optischen Element aus transparentem Kunststoff und dem Antireflexbelag bildende Metalloxydschicht aus Aluminiumoxyd besteht.
3. Optisches Element nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Aluminiumoxydschicht nicht mehr als 30 Angström beträgt.
4. Optisches Element nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Aluminiumoxydschicht zumindest angenähert 10 Anström beträgt.
5. Optisches Element nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element aus transparentem Polymethylacrylat, Polystyrol, Polyacrylnitril, Polycarbonat oder transparenten Copolymeren von Methylmethacrylat und/oder Styrol und/oder Acrylnitril und/oder Carbonaten besteht.
6. Optisches Element nach Patentanspruch oder einem der vorangehenden Unteransprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antireflexbelag aus Magnesiumfluorid oder Calciumfluorid besteht.
PATENTANSPRUCH II
Verfahren zur Herstellung des optischen Elementes nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man das optische Element aus transparentem Kunststoff mit einer Metalloxydschicht überzieht, die transparent und in Wasser unlöslich ist, und direkt auf die Metalloxydschicht, die die Oberfläche des optischen Elementes bedeckt, einen Antireflexionsbelag aufbringt.
UNTERANSPRÜCHE
7. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man das optische Element aus transparentem Kunststoff in eine Vakuumkammer einbringt, die Vakuumkammer evakuiert, auf dem optischen Element eine Schicht aus einem verdampften Metall abscheidet, dessen Oxyd transparent und in Wasser unlöslich ist, die Metallschicht in situ oxydiert und direkt auf diese Metalloxydschicht, einen Antireflexbelag aufbringt.
8. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Metall Aluminium verwendet.
9. Verfahren nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man Aluminium auf das transparente optische Element aus Kunststoff aufdampft, bis die Dicke der Aluminiumschicht etwa 20 Angström beträgt, so dass die Gesamtdicke des Aluminiumoxyds nach der Oxydation nicht mehr als 30 Angström beträgt.
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Optical element with anti-reflective coating
The surfaces of all optical elements reflect a small percentage of the incident light, typically 40 / o on each surface. These reflections have a detrimental effect on the operation of an optical system composed of such elements in two respects. First, the total amount of image forming light which passes through the optical system is significantly reduced when multiple optical elements are used in that system. Second, these reflections often cause defective images on the photosensitive surface of the optical system and thereby degrade the quality of the image produced.
The usual method of reducing or avoiding these undesirable reflections is to apply a thin coating of special materials directly to each surface of the optical element which forms an interface between air and the optical element. In the case of an optical element made of glass or similar material, a typical coating consists of a film of magnesium fluoride with an optical thickness of 1/4 the light wavelength.
Other films or combinations thereof are common in other applications.
Nowadays, optical elements are often no longer made from glass or a similar material, but from plastic in order to improve the cost-effectiveness of production. When casting optical elements made of plastic, various materials are used so that the designer has a number of materials available whose refractive indices can be matched to one another.
Such plastics are, for example, polymethyl methacrylate, polystyrene, polycarbonates and acrilonitrile plastics and their copolymers. Optical elements made of plastic have the same undesirable reflections at the air-plastic interface as the optical elements made of glass. The methods used to create a thin film on glass to reduce unwanted reflections have not proven to be effective in connection with optical plastic materials because the films do not adhere easily to plastic material, so that even normal handling of the optical elements can damage them of the covering is possible. Special coverings for plastic materials have been developed, but these suffer from the disadvantage that they become blind or show cracks after a certain time.
In one known method, an intermediate layer of pure aluminum is used between the plastic lens surface and the anti-reflective coating. Tests have shown, however, that this considerably reduces the light transmission of the surface and, under certain circumstances, the reflections are enlarged instead of reduced.
The object of the invention is to improve the adhesion of an anti-reflective coating on the surface of an optical element made of plastic.
The inventive optical element made of transparent plastic with an anti-reflective coating is characterized by a metal oxide layer which forms a connection between the optical element and the anti-reflective coating in order to improve the adhesion of the anti-reflective coating to the optical element.
The intermediate layer can be deposited as metallic aluminum and then immediately oxidized to aluminum oxide. The anti-reflective coating is then applied. Typical anti-reflective coatings are e.g. B. Magnesium fluoride with an optical thickness of a quarter wavelength, applied to the surfaces of a transparent plastic optical element on which aluminum oxide was previously formed. Such a coating withstands rough treatment, while the same anti-reflective coatings that are applied directly to the plastic surface can easily be mechanically rubbed off.
An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. The single figure of the drawing shows a section through an optical lens element equipped with an anti-reflective coating. The thickness of the layers is shown exaggerated to scale.
The plastic lens made of transparent material is provided with the reference number 1. The anti-reflective coating has the reference number 2. In between a layer of transparent metal oxide 3 is inserted, which is insoluble in water, z. B. aluminum oxide.
The use of aluminum as an intermediate layer has already been proposed. The aluminum leads to a satisfactory connection between the anti-reflective coating and the transparent plastic element. However, it has been found that aluminum itself causes considerable light absorption, which is a very harmful effect at least when the overall light transmission of the transparent plastic element is important, e.g. B. when used as a photographic lens. An intermediate layer made of pure aluminum absorbs the incident light in an amount proportional to the thickness of the aluminum.
According to a preferred embodiment of the invention, aluminum oxide is used as the intermediate layer because it has been found that aluminum oxide does not have this harmful absorption effect and has good permeability.
The intermediate layer of aluminum oxide is produced in the following way: The optical element made of plastic, which is to be provided with the anti-reflective coating, is placed in a vacuum chamber, then the chamber is evacuated until the pressure is reduced to such an extent that the mean free path of the remaining gas molecules is greater than the distance between the optical element that is to be coated and the vapor sources for the various coatings. After the chamber is properly evacuated, the optical element, e.g. B. a lens, coated with a very thin layer of aluminum by evaporating metallic aluminum from a very hot source, typically by means of a tungsten filament that is coated with metallic aluminum.
Evaporation is caused by heating the filament with an electric current until it reaches a temperature sufficient to melt and vaporize the aluminum. Since the chamber is completely evacuated, the aluminum atoms can easily reach the surface of the plastic optical element. The vapor deposition of aluminum on the optical element or lens is continued until the thickness of the metal layer on the lens is approximately 7 angstroms. The preferred thickness is about 7 angstroms, but any aluminum coating of uniform thickness proves to be suitable if it does not exceed about 20 angstroms. An aluminum layer of 20 Angstroms produces an aluminum oxide layer approximately 30 Angstroms thick.
The thickness of the aluminum layer can be controlled in some way, but the preferred method is to place the quartz crystal of a quartz crystal oscillator in the chamber near the optical element so that the crystal is coated with a layer of the same thickness as the lens . The resonance frequency of the quartz crystal oscillator can be monitored by an electronic arrangement. This resonance frequency drops when aluminum is evaporated onto the quartz crystal. The change in frequency can be used to determine the thickness of the aluminum that has been evaporated onto the quartz crystal.
The thickness of the aluminum on the optical element is assumed to be the same as the layer on the quartz crystal. Immediately after the aluminum coating has been applied to the desired thickness, air is admitted into the vacuum chamber in order to completely oxidize the aluminum layer to aluminum oxide. This oxidation can instead also be achieved by exposing the fresh aluminum layer to pure oxygen. During the oxidation the aluminum layer shows a measurable increase in thickness. The completely oxidized aluminum layer is about 1.5 times thicker than the metallic aluminum layer before oxidation. This increase in thickness must be taken into account when determining the thickness of the aluminum layer.
An aluminum layer 7 Angstroms thick is preferred because it causes very rapid oxidation in a short time over the entire thickness and a layer of aluminum oxide is formed, the thickness of which is about 10 Angstroms. Aluminum layers less than 20 Angstroms thick are preferred because thicker layers of aluminum do not readily oxidize through. An incomplete oxidation of a thick aluminum layer would undesirably leave a layer of pure metallic aluminum on the surface of the lens, which in turn would lead to an absorption of part of the incident light, with another part possibly still being reflected. Both of these effects have already been described as undesirable above.
The conversion of aluminum to aluminum oxide can also be monitored by changing the resonance frequency of the quartz crystal oscillator, because the mass of the coating on the oscillator changes when the aluminum is oxidized to aluminum oxide. The frequency of the crystal continues to change until the aluminum is completely oxidized. When the frequency of the crystal stops changing, it means that the oxidation process is complete. After the oxidation is complete, an anti-reflective coating made of magnesium fluoride or other suitable material is vapor-deposited directly onto the aluminum oxide.
The optical thickness of the anti-reflective coating, which is applied with the interposition of the aluminum oxide layer, can be controlled in a known manner, whereby the permeability and the anti-reflective properties of the optical element made of plastic can be improved for different areas of the light spectrum, depending on the purpose and application of the optical element. Anti-reflective coverings which are produced according to the invention withstand mechanical wear and tear in contrast to coverings which were applied to the optical element made of plastic without an aluminum oxide intermediate layer. The quality of the bond between the covering and the optical element is determined by a standard test for covering adhesion and this test consists of applying a cellophane tape to the covering of the surface, after which the tape is peeled off.
If the anti-reflective coating is removed from the surface when the tape is pulled off, it is unusable. It has been shown that coverings which are produced according to the invention withstand this stripping test better than those coverings which do not have an intermediate layer of metal oxide.
The tests that were carried out to prove that the inventive method improved adhesion of anti-reflective coatings to plastic optical elements were carried out in conjunction with lenses made of different plastics, including those made of methachrylate, polystyrene and Acrylonitrile. In these tests, an intermediate layer of aluminum with a thickness of 10 angstroms was preferred because it was easy to determine the thickness of the aluminum starting layer and because complete oxidation could easily be carried out over the entire thickness. Antireflection layers with t / 4 wavelength optical thickness, made of both magnesium fluoride and calcium fluoride, would then be vapor-deposited on the intermediate layer in various tests.
There was a considerable improvement in the bond between magnesium fluoride and plastic lens through the use of the aluminum oxide interlayer, but the improvement in the adhesion of calcium fluoride to the plastic lens through the use of an aluminum oxide interlayer was even more marked. The improvement is particularly important because calcium fluoride is a material which is particularly difficult to apply to plastic optical elements.
According to the above description, the aluminum oxide coating is applied by evaporation of aluminum and then this aluminum is immediately oxidized by introducing air or oxygen, but this is not mandatory and other methods for applying a thin aluminum oxide layer to the transparent plastic optical element can be used Find application, on which the anti-reflective coating is then applied.
The use of aluminum oxide as the intermediate layer is preferred because this material has various properties desired for this purpose. The intermediate layer applied as a metallic layer can be oxidized on site in the simplest possible way. After oxidation, this intermediate layer is transparent and therefore absorbs little or no light that hits the element.
In addition, aluminum oxide is very hard and can therefore offer high resistance to mechanical stress. In addition, aluminum oxide is insoluble in water. This is a very important property for material which is used as an optical coating, because only then can the coating be exposed to the water vapor of the atmosphere without the risk of the coating being peeled off by the action of water vapor on the material of the intermediate layer .
PATENT CLAIM 1
Optical element made of transparent plastic with an anti-reflective coating, characterized by a metal oxide layer which forms a connection between the optical element and the anti-reflective coating in order to improve the adhesion of the anti-reflective coating to the optical element.
SUBCLAIMS
1. Optical element according to claim I, characterized in that the metal oxide is transparent and insoluble in water.
2. Optical element according to patent claim I, characterized in that the metal oxide layer forming the connection between the optical element made of transparent plastic and the anti-reflective coating consists of aluminum oxide.
3. Optical element according to dependent claim 2, characterized in that the thickness of the aluminum oxide layer is not more than 30 Angstroms.
4. Optical element according to dependent claim 3, characterized in that the thickness of the aluminum oxide layer is at least approximately 10 incident flow.
5. Optical element according to dependent claim 2, characterized in that the optical element consists of transparent polymethyl acrylate, polystyrene, polyacrylonitrile, polycarbonate or transparent copolymers of methyl methacrylate and / or styrene and / or acrylonitrile and / or carbonates.
6. Optical element according to claim or one of the preceding dependent claims, characterized in that the anti-reflective coating consists of magnesium fluoride or calcium fluoride.
PATENT CLAIM II
Process for producing the optical element according to claim 1, characterized in that the optical element made of transparent plastic is coated with a metal oxide layer that is transparent and insoluble in water, and an anti-reflective coating is applied directly to the metal oxide layer that covers the surface of the optical element brings up.
SUBCLAIMS
7. The method according to claim II, characterized in that the optical element made of transparent plastic is introduced into a vacuum chamber, the vacuum chamber is evacuated, a layer of a vaporized metal is deposited on the optical element, the oxide of which is transparent and insoluble in water, the metal layer oxidized in situ and applied an anti-reflective coating directly to this metal oxide layer.
8. The method according to dependent claim 7, characterized in that the metal used is aluminum.
9. The method according to dependent claim 8, characterized in that aluminum is vapor-deposited onto the transparent optical element made of plastic until the thickness of the aluminum layer is about 20 angstroms, so that the total thickness of the aluminum oxide after oxidation is not more than 30 angstroms.
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