Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von optischen Linsen gemäss Patentanspruch 1.
Durch die DE-OS 4 128 547 ist es bekannt, Schutzschichten aus SiO2 und nachfolgend optische Schichten aus abwechselnd hoch- und niedrigbrechenden Schichtmaterialien chargenweise, d.h. nacheinander, in einer einzigen Vakuumkammer auf Substraten aufzubringen. Die Schutzschichten sind dabei verhältnismässig dick und sollen das Substrat gegen mechanische und chemische Einflüsse schützen. Bei Substraten aus Kunststoffen, die gegenüber Substraten aus mineralischen Stoffen verhältnismässig weich sind, haben die Schutzschichten die zusätzliche Aufgabe, ein "Eindrücken" der optischen Schichten in das Kunststoffsubstrat unter der Einwirkung örtlicher Kräfte zu verhindern, eine Eigenschaft, die besonders bei Brillengläsern von ausschlaggebender Bedeutung ist, da diese durch häufige Reinigungsvorgänge einer besonders starken Belastung ausgesetzt sind.
Bei dem bekannten Verfahren wird die Schutzschicht durch Elektronenstrahlverdampfung von SiO2 bei gleichzeitigem Betrieb einer Plasmaquelle aufgebracht, der Argon zugeführt wird. Auch die Herstellung der optischen Schichten erfolgt mittels eines Elektronenstrahlverdampfers, wobei der Vakuumkammer zusätzlich ein reaktives Gas wie Sauerstoff und/oder Stickstoff zugeführt werden kann.
Die bekannte Vorrichtung und das darin ausgeübte Verfahren lassen sich jedoch nicht in einen kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich durchgeführten Produktionsprozess integrieren, da stets eine relativ grosse Menge an endgültig beschichteten Substraten gleichzeitig fertiggestellt wird. Sämtliche Substrate werden dabei gleichzeitig von einem kalottenförmigen Substrathalter getragen, der wegen der Notwendigkeit einer gleichmässigen Schichtdikkenverteilung nicht nur auf den einzelnen Substraten, sondern auf der Gesamtheit aller Substrate einen erheblichen Abstand sowohl von dem Elektronenstrahlverdampfer als auch von der Plasmaquelle haben muss. Für einen taktweisen Betrieb unter Freigabe von ein oder zwei Substraten in Übereinstimmung mit vor- und nachgeschalteten Produktionsprozessen sind weder das bekannte Verfahren noch die Vorrichtung geeignet.
Durch die DE-OS 2 900 724 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Substrate, über deren Beschaffenheit und/oder Geometrie nichts ausgesagt ist, abwechselnd mit Schichten aus Glimmpolymerisaten und Metallschichten versehen werden. Eine Metallbeschichtung scheidet zunächst bei optischen Linsen aus, insbesondere dann, wenn die Metallschichten eine entsprechende Dicke aufweisen. Über die Schichtdickenverhältnisse werden keinerlei Aussagen gemacht, auch nicht über die Beschichtungsraten in den einzelnen Beschichtungsstationen. Ganz offensichtlich sollen auch dickere Schichten durch mehrmaliges Umlaufen der Substrate erzeugt werden, bevor diese der Vorrichtung entnommen werden. Es entstehen also abwechselnd Schichten aus Glimmpolymerisaten und Metallen auf Substraten, die ganz offensichtlich keine Linsen, insbesondere keine Brillengläser sind.
Durch die DE-OS 3 623 970 ist es bekannt, zweidimensionale Substrathalter in senkrechter Lage mittels eines Rollensystems durch eine Beschichtungsanlage zu führen, in der auch eine beidseitige Beschichtung stattfinden kann. Optische Linsen sind nicht erwähnt, und die betreffende Schrift enthält auch keinerlei Angaben über Schichtdickenverhältnisse, und gegebenenfalls unterschiedliche Transportgeschwindigkeiten oder Taktfrequenzen, wenn es darum gehen könnte, Schichten mit stark voneinander verschiedenen Schichtdicken nacheinander im gleichen Durchlauf aufzubringen.
Die DE-OS 4 203 631 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behandlung einer Oxidschicht, die sich bereits vorher auf einer Folie befunden haben kann, oder die in einer Art Vorkammer vor einer Behandlungsstation auf die Folie aufgebracht wird. Es geht also nicht um die Herstellung von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Schichten, sondern lediglich um die Nachbehandlung einer Schicht, beispielsweise um diese aufzuhellen. Hiermit stellt sich die Problematik einer Kontrolle der Schichtdickenverteilung überhaupt nicht.
Es ist auch bekannt, Schutzschichten der beschriebenen Art durch ein sogenanntes PCVD-Verfahren (Plasma-Chemical-Vapour-Deposition) herzustellen, bei denen die Substrate gleichfalls chargenweise beschichtet werden. Es ist weiterhin bekannt, die Substrate bei einem derartigen Verfahren auf der Aussenseite einer drehbaren Trommel anzuordnen und die Substrate durch Drehung der Trommel durch eine oder mehrere Beschichtungszonen hindurchzuführen. Auch hierbei werden sämtliche Substrate gleichzeitig fertiggestellt, d.h. ein taktweiser Betrieb und eine Integration in einen weitgehend automatischen Produktionsprozess mit vor- und nachgeschalteten Bearbeitungsstufen sind nicht möglich.
Um die Problematik bei der Herstellung "dicker" Schutzschichten aufzuzeigen, sei auf folgendes verwiesen:
Beim sogenannten thermischen Verdampfen (Beheizung des Verdampfungsmaterials durch Elektronenstrahlbeschuss, Lichtbogen, oder durch Stromwärme, die durch ein Verdampferschiffchen geleitet wird) entstehen auf einem ungeheizten Substrat relativ locker gepackte Schichten. Typisch ist eine "Stengelstruktur" die mit zunehmender Schichtdikke immer ausgeprägter wird. Diesem Effekt kann durch eine Temperaturerhöhung der Substrate entgegengewirkt werden, wodurch aber die Anwendbarkeit eines solchen Verfahrens für zahlreiche Substratwerkstoffe ausscheidet. Ausserdem ist bei derartigen Verfahren der bereits weiter oben beschriebene grosse Abstand zwischen den Beschichtungsquellen und den Substraten erforderlich. In jedem Falle aber ist die Beschichtungsrate relativ klein, sie liegt je nach Material zwischen 0,1 und 5 nm/s.
Für die Beschichtung von Kunststoff-Linsen, insbesondere für die Beschichtung von Brillengläsern aus Kunststoffen, wurden daher sogenannte Lakkierverfahren entwickelt, durch die in einem nass-chemischen Prozess auf die fertig geschliffene Linsenoberfläche Hartlacke aufgebracht werden. Nach dem Trocknen und Aushärten dieser Hartlacke können dann die transparenten reflexmindernden Ein- oder Mehrfachschichten im Vakuum aufgebracht werden. Auch ein solches Verfahren lässt sich nicht in ein taktweise betriebenes Produktionsverfahren integrieren. Zudem ist die nasschemische Lackiertechnik relativ aufwendig, zumal die Lacke erst kurz vor der Verarbeitung aufbereitet werden dürfen.
Die nass-chemische Vorlackierung der Substrate wird zwar bei einem Verfahren nach der bereits genannten DE-OS 4 128 547, das auch als "ionenunterstütztes Verdampfen" bezeichnet wird, überflüssig, jedoch kann auch dieses Verfahren - wie bereits gesagt - nicht in einen kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen bzw. taktweisen Produktionsprozess integriert werden.
Beim PCVD-Verfahren wird die Schicht nicht von einem festen Beschichtungsmaterial wie bei der Katodenzerstäubung oder beim Verdampfen aufgebaut, sondern aus der Gasphase abgeschieden. Mittels eines Plasmas wird ein entsprechendes Gas "aktiviert". An der Substratoberfläche laufen alsdann chemische Reaktionen ab, die zum Schichtaufbau führen. Der Leistungsbedarf zur Erzeugung des Plasmas liegt bei gleichen Abscheideraten ungefähr bei 10% der beim Sputtern oder Aufdampfen notwendigen Leistungen. Die mittels PCVD erzeugten dielektrischen Schichten sind in der Regel elastischer und dichter als vergleichbare aufgedampfte oder aufgesputterte Schichten. Von einem solchen PCVD-Verfahren geht die Erfindung aus.
Bei den PCVD-Verfahren werden als schichtbildende Stoffe gasförmige bzw. leicht verdampfbare Flüssigkeiten eingesetzt. So kann z.B. eine quarzähnliche Schicht aus den Ausgangsstoffen TMDS oder HMDSO oder aus einem Gasgemisch aus Silan einerseits und Sauerstoff oder Lachgas andererseits abgeschieden werden, wobei häufig ein merklicher Wasserstoffanteil eine starke Vernetzung der Schicht bewirkt. Die Anregung des Niederdruck-Plasmas kann dabei mittels Gleichstrom-Elektroden oder mittels Wechselstrom auf induktivem Wege (mit bestimmten Frequenzen gespeiste Spulen) und /oder auf kapazitivem Wege (an entsprechende Energiequellen angeschlossene Elektroden) oder durch Einspeisen von Mikrowellen-Energie erfolgen. Man erhält hierdurch äusserst einfach aufgebaute Apparaturen, die in einem grossen Druckbereich. z.B. zwischen 10<-><3> und 10 mbar sehr zuverlässig arbeiten.
Die Beschichtung einer geringen Anzahl von kalottenförmigen Substraten bis hin zur Beschichtung eines einzigen Substrats nach dem PCVD-Verfahren ist zur Herstellung sogenannter Kaltlichtspiegel bereits durch die DE-PS 4 008 405 bekannt, jedoch sind auch hierbei Massnahmen oder Mittel zum taktweisen Betrieb einer solchen Anlage zwecks Integration in einen komplexen Produktionsprozess nicht angegeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, das taktweise betrieben und in einen komplexen Produktionsprozess mit Vor- und Nachbehandlungsstufen integriert werden kann. Insbesondere soll hierdurch die Möglichkeit einer "just-in-time-Versorgung" nachgeschalteter Produktionsprozesse bzw. Produktionsstufen ermöglicht werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäss dadurch, dass
a) der Beschichtungszone des ersten Verfahrensschritts mittels eines Durchlaufverfahrens laufend eine Teilmenge neuer Linsen zugeführt und nach Beschichtung eine Teilmenge entnommen wird,
b) im zweiten Verfahrensschritt die dem ersten Verfahrensschritt entnommene Teilmenge mittels eines weiteren Durchlaufverfahrens mit der optischen, transparenten, reflexmindernden Ein- oder Mehrfachschicht versehen wird, und dass
c) die Transportgeschwindigkeiten bzw. Taktfrequenzen der Linsen in beiden Verfahrensschritten so eingestellt werden, dass pro Zeiteinheit im Mittel durch jeden Verfahrensschritt gleiche Mengen an beschichteten Linsen hergestellt werden.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird es möglich, die Linsen mit kurzer Taktzeit sowohl mit einer sehr dicken kratzfesten und chemisch resistenten sowie farblosen transparenten Schutzschicht zu versehen, als auch nachfolgend reflexmindernde Ein- oder Mehrfachschichten mit gleicher Taktfolge herzustellen, so dass die Bereitstellung einer entsprechenden Anzahl von Linsen bis hin zu einer einzigen Linse "just-in-time" ermöglicht wird.
Die Kombination des "just-in-time" Anlagenprinzips unter Einbeziehung der PCVD-Beschichtungstechnik schafft das Potential für eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit bei der industriellen Beschichtung von Linsen bei gleichzeitiger Erhöhung der Schichtqualität und der Funktionalität.
Die Anwendung des Verfahrens ist dabei mit besonderem Vorteil bei Linsen aus Kunststoffen möglich, hierauf aber keineswegs beschränkt, sondern auch bei transparenten Linsen aus mineralischen Werkstoffen anwendbar, da aufgrund der relativ geringen Temperaturbelastung der Linsen der Einfluss unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten auf die Schichtqualität reduziert wird. Als Kunststoffe kommen hierbei in Frage:
CR 39 = Diallyldiethylenglykolkarbonat
PMMA = Polymethylmethacrylat
PS = Polystyrol
PC = Polycarbonat,
jedoch ist das erfindungsgemässe Verfahren nicht auf den Einsatz dieser Werkstoffe beschränkt. CR 39 hat beispielsweise einen Brechungsindex von 1,5; es wurden jedoch zwischenzeitlich Kunststoffe entwickelt, deren Brechungsindex oberhalb von 1,6 liegt. Optische Linsen, insbesondere Brillengläser, mit vorgegebener Dioptrienzahl können um so leichter gehalten werden, je höher der Brechungsindex ist.
Für den zweiten Verfahrensschritt kommen auch andere Verfahren als das PCVD-Verfahren in Frage, beispielsweise eine Beschichtung durch thermische Verdampfung, Katodenzerstäubung und/oder die ionenunterstützte Verdampfung, beispielsweise nach der DE-OS 4 128 547. Es ist allerdings besonders vorteilhaft, auch den zweiten Verfahrensschritt, bei dem Ein- oder Mehrfachschichten mit sehr viel geringerer Schichtdicke erzeugt werden, nach dem PCVD-Verfahren durchzuführen, wobei hierbei ein ganz besonders kleines Kammervolumen eingehalten werden kann, weil hierbei die Notwendigkeit einer Dampfstreuung wie beim thermischen Verdampfen nicht vorliegt. Durch entsprechend kleine Kammervolumina bzw. eine Begrenzung des vom Plasma erfüllten Raumes ist es möglich, sehr kurzfristig einen Gaswechsel bzw.
Gasaustausch vorzunehmen, um hier durch abwechselnd unterschiedliche Schichtmaterialien aufbringen zu können. Derartige Schichtsysteme bestehen beispielsweise abwechselnd aus hoch- und niedrigbrechenden Schichtmaterialien.
Der Kern der Erfindung besteht darin, Verfahrensschritte, bei denen Schichten äusserst unterschiedlicher Dicke aufgebracht werden, so aufeinander abzustimmen, dass eine taktweise Anlieferung fertig beschichteter Linsen, z.B. einzeln oder paarweise ermöglicht wird, ohne dass hierdurch die Produktivität des Gesamtverfahrens leidet. Es ist insbesondere nicht mehr erforderlich, eine Zwischenlagerung von teilbeschichteten Linsen vorzunehmen. Bei einer solchen Zwischenlagerung hat die unvermeidliche Aufnahme von Wasserdampf seitens der Linsen einen besonders störenden Einfluss.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, die aus dem ersten Verfahrensschritt hervorgegangenen Linsen ohne Berührung durch die Atmosphäre dem zweiten Verfahrensschritt zuzuführen.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann mit einer Zykluszeit zwischen beispielsweise 30 und 60 Sekunden in jeweils einer Beschichtungszone ein komplettes Mehrschichtsystem auf eine Linse aufgebracht werden.
Wichtig ist bei manchen Linsen, insbesondere bei solchen aus Kunststoffen, insbesondere bei Brillengläsern aus Kunststoffen, die beidseitige Beschichtung der Linsen. Die beidseitige Beschichtung kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen:
Im ersten Falle verfährt man in besonders vorteilhafter Weise so, dass man die von einem zwischen einer Eintragsschleuse und einer Austragsschleuse bewegten Substratträger gehaltenen Linsen zunächst einseitig beschichtet, die einseitig beschichteten Linsen um 180 Grad wendet und wieder in Richtung auf die Eintragsschleuse zurückfördert, an den Substrathalter übergibt und in gewendetem Zustand die zweite Seite beschichtet und danach die Linsen über die Austragsschleuse austrägt.
Im zweiten Fall verwendet man Substratträger, die mit entsprechenden Durchbrechungen versehen sind, in Verbindung mit Anregungsquellen, die auf beiden Seiten des Transportweges der Linsen angeordnet sind.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn man die Anregungsenergie für das Plasma mittels mindestens einer im Vakuum angeordneten rechteckigen Elektrode an das Plasma ankoppelt, wobei die Hauptebene und die längste Achse der Elektrode parallel zu dem mindestens einen Transportweg der Linsen verlaufen.
Unter rechteckigen Elektroden werden auch solche langgestreckten Elektroden verstanden, die abgerundete Enden aufweisen, sowie solche mit nicht-planarer Oberfläche, beispielsweise mit einer strukturierten Oberfläche, wobei die Strukturierung durch Vorsprünge wie Rippen oder Rücksprünge erzielt werden kann.
Die Leistungsfähigkeit des PCVD-Beschichtungsverfahrens kann in besonders vorteilhafter Weise dadurch gesteigert werden, dass man das Plasma durch einen dem Umfang der Elektrode geometrisch ähnlichen geschlossenen magnetischen Tunnel mit Schmalseiten und Langseiten auf die den Linsen zugekehrte Seite der Elektrode konzentriert.
Auf diese Weise erhält die Elektrode die Wirkung einer Magnetron-Katode, ohne dass bei einem PCVD-Verfahren jedoch ein zerstäubungsfähiges Target verwendet würde. Vielmehr wird zweckmässigerweise durch Werkstoffauswahl und/oder Verfahrensparameter dafür gesorgt, dass das Elektrodenmaterial während des PCVD-Prozesses selbst nicht zerstäubt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des ersten Verfahrensschritts des obengenannten erfindungsgemässen Verfahrens mit einer Vakuumkammer, einer Eintragsschleuse, einer Austragsschleuse und einer die beiden Schleusen miteinander verbindenden Transporteinrichtung mit mindestens einem Transportweg für die Linsen sowie mit mindestens einer in der Vakuumkammer angeordneten Elektrode für die Eintragung einer Anregungsenergie in ein Plasma.
Zur Lösung der gleichen Aufgabe hat die mindestens eine Elektrode eine solche Länge, dass sie sich mindestens über den mindestens einen Transportweg der Linsen erstreckt, beim Vorhandensein von mehreren Transportwegen über sämtliche Transportwege der Linsen.
Der Transportweg muss nicht notwendigerweise geradlinig verlaufen; für das PCVD-Verfahren des ersten und des zweiten Verfahrensschritts können auch sogenannte Karussell-Anlagen mit rotierenden Substrathaltern verwendet werden, denen die Linsen über mindestens eine Schleuse kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich zugeführt und wieder entnommen werden. Es ist jedoch besonders zweckmässig, den mindestens einen Transportweg geradlinig zu gestalten und die Elektrode rechteckig auszubilden und deren längste Achse parallel zu dem mindestens einen Transportweg der Linsen auszurichten.
Mit dem Ausdruck "Durchlaufverfahren" werden sowohl kontinuierliche Transportverfahren für die Linsen von Schleuse zu Schleuse bezeichnet als auch quasi-kontinuierliche Transportverfahren, bei denen die Linsen schrittweise von Schleuse zu Schleuse bewegt werden und auf ihrem Transportweg auch vorübergehend angehalten werden. Eine schrittweise Transportbewegung kann sich dadurch ergeben, dass der Schleusenbetrieb durch \ffnen und Schliessen der Schleusenventile einen absatzweisen Transport der Linsen mit sich bringt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Patentansprüchen.
Ein Verfahrensprodukt sowie zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch eine Linse bzw. ein Brillenglas im Endzustand,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur einseitigen Beschichtung mehrerer Linsen in einem ersten Verfahrensschritt und zur beidseitigen Beschichtung einer einzelnen Linse während des zweiten Verfahrensschritts,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine bandförmige Transporteinrichtung für die Vorrichtung nach Fig. 2 mit mehreren Linsen während des ersten Verfahrensschritts unter besonderer Hervorhebung des zweispurigen Transportweges,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung analog Fig. 2, jedoch mit einer Transporteinrichtung für die Linsen mit Durchbrechungen für die gleichzeitige beidseitige Beschichtung der Linsen im ersten Verfahrensschritt und für die beidseitige Beschichtung zweier Linsen im zweiten Verfahrensschritt und
Fig.
5 eine Draufsicht auf die Transporteinrichtung nach Fig. 4 mit zwei parallelen Transportwegen.
In Fig. 1 ist eine Linse S dargestellt, die durch ein Brillenglas aus CR 39 mit einem Brechungsindex n = 1,5 repräsentiert wird. Alternative transparente Werkstoffe mit gleichen oder höheren Brechungsindices sind in der allgemeinen Beschreibung erwähnt. Auf diese Linse wurde in einem ersten Verfahrensschritt eine Schutzschicht P mit einer Dicke von 3 mu m aus SiO2 mit einem Brechungsindex n = 1,5 aufgebracht. Der Brechungsindex der Schutzschicht P sollte möglichst weit dem Brechungsindex der Linse S angenähert werden. Bei Verwendung eines Substratwerkstoffs mit einem Brechungsindex oberhalb von n = 1,5 empfiehlt es sich, die Schutzschicht P aus einem Schichtwerkstoff mit der Formel SiOxNy aufzubauen. Zur Anpassung des Brechungsindex können die Werte für x und y variiert werden. Hierbei können die Werte für x und y alternativ auch Null sein.
Soll der Brechungsindex sich dem Wert n = 1,7 nähern, so wird zweckmässigerweise Siliziumnitrid mit der Formel Si3N4 erzeugt. Das optische Schichtsystem besteht im vorliegenden Fall aus vier Einzelschichten, die abwechseln hochbrechend (H) und niedrigbrechend (L) sind. Für die hochbrechenden Schichten kann beispielsweise TiO2 oder Ta2O5 mit einem Brechungsindex von bis über 2,2 verwendet werden, für die niedrigbrechenden Schichten SiO2. Die Schichtdicken der Einzelschichten des optischen Systems O liegen hierbei im Bereich einer Viertel-Wellenlänge des verwendeten Messlichts. Die Summe der einzelnen Schichtdicken innerhalb der optischen Schicht O ist also eindeutig geringer als die Dicke der Schutzschicht P.
Fig. 2 zeigt eine langgestreckte Vakuumkammer 1, die in ihren Stirnwänden 2 und 3 je eine Eintragsschleuse 4 und eine Austragsschleuse 5 besitzt. Die beiden Schleusen sind von bekannter Bauart und besitzen jeweils zwei Schleusenventile, zwischen denen sich eine mechanische Übergabeeinrichtung für die Linsen befindet. Es ist infolgedessen nicht erforderlich, die Einzelheiten dieser Schleusen darzustellen. Gleichfalls nicht dargestellt sind der Saugstutzen für die Erzeugung des Vakuums sowie Gaszuleitungen für die benötigten Reaktionsgase.
Zwischen den Schleusen befindet sich eine Transporteinrichtung 6, die aus einem Endlos-Förderband besteht, und auf der die Linsen S aus der Eintragsschleuse 4 heraus abgelegt werden. Am Ende der Transporteinrichtung 6 werden die Linsen S dann wieder von der Austragsschleuse 5 übernommen.
Oberhalb der Transporteinrichtung 6 befindet sich eine rechteckige Elektrode 7, die mittels einer Isolierdurchführung 8 an der Decke der Vakuumkammer 1 aufgehängt ist. Die Elektrode 7 dient zur Eintragung der Anregungsenergie für das Plasma und hat eine rechteckige Form, deren längste Achse parallel zum Transportweg (Pfeil 9) der Linsen S verläuft. Die Elektrode 7 besteht aus einer Hülle aus amagnetischem, nicht zerstäubbarem Material und ist auf der den Linsen abgekehrten Seite mit einem Magnetsystem 10 versehen, das im Schnitt dargestellt ist. Dieses Magnetsystem erzeugt auf der den Linsen zugekehrten Seite der Elektrode einen magnetischen Tunnel 10a, der durch gestrichelte Feldlinien angedeutet ist. Sowohl das Magnetsystem 10 als auch der magnetische Tunnel 10a erstrecken sich über den gesamten Umfang der Elektrode 7, sind also in sich räumlich geschlossen.
Infolge der Rechteckform der Elektrode 7, die sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckt, hat auch der magnetische Tunnel 10a einen rechteckigen Verlauf und besitzt zwei Schmalseiten und zwei Langseiten. Fig. 2 zeigt den Schnitt durch die beiden Schmalseiten. Die beiden Langseiten verlaufen parallel zur Transportrichtung der Linsen (Pfeil 9).
In der Vakuumkammer 1 nach Fig. 2 erfolgt zunächst nur eine einseitige Beschichtung der Linsen S. Das Zustandekommen der beidseitigen Beschichtung wird anhand von Fig. 3 näher erläutert.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, bildet die Transporteinrichtung 6 zwei parallele Transportwege 11 und 12 für die Linsen S. Zunächst werden die Linsen S am linken Ende des Transportweges 11 in einer Lage aufgelegt, wie sie in Fig. 2, oben, links, dargestellt ist. Im Einflussbereich der Elektrode 7 befindet sich gleichzeitig eine Vielzahl von Linsen S, die auf dem Transportweg 11 einseitig, d.h. mit ihrer Oberseite, beschichtet werden. Nach dem Verlassen des Transportweges 11 werden die Linsen von der Transporteinrichtung 6 abgenommen und entlang des strichpunktierten Weges 13 an den Anfang der Transporteinrichtung 6 zurückgeführt, hierbei jedoch durch eine Wendeeinrichtung 14, die nur symbolisch dargestellt ist, um 180 Grad gewendet und danach wieder auf den Anfang der Transporteinrichtung 6 aufgelegt, und zwar in einer Position, die in Fig. 2, oben, rechts, dargestellt ist.
Das Auflegen geschieht am Anfang eines zweiten Transportweges 12, der zum ersten Transportweg 11 parallel verläuft, so dass sich auf der Transporteinrichtung 6 zwei parallele Reihen von Linsen S befinden. Am Ende des zweiten Transportweges 12 werden die Linsen auf eine hier nicht gezeigte Weise von der Austragsschleuse 5 übernommen und ausgeschleust. Die beiden Transportwege 11 und 12 befinden sich unterhalb der beiden Langseiten des Magnetsystems 10 bzw. des magnetischen Tunnels 10a, da hier die Beschichtungsrate den grösstmöglichen Wert hat.
Wie sich weiterhin aus Fig. 2 ergibt, werden die aus der Austragsschleuse 5 ausgetragenen Linsen auf einem äusseren Transportweg 15 zu einer weiteren Vakuumkammer 16 transportiert, deren beide Stirnwände 17 und 18 gleichfalls mit je einer Eintragsschleuse 19 und einer Austragsschleuse 20 ausgerüstet sind. Auch die Vakuumkammer 16 besitzt eine Transporteinrichtung 21, die die beiden Schleusen miteinander verbindet. Im vorliegenden Fall besteht diese Transporteinrichtung 21 jedoch aus einzelnen Paletten 22, die in der Mitte jeweils eine Durchbrechung 22a besitzen, auf deren Rand der Rand einer Linse S aufgelegt ist. In diesem Falle befinden sich oberhalb und unterhalb der Transporteinrichtung 21 zwei Elektroden 23 und 24, die gleichfalls ein hier nicht näher dargestelltes Magnetsystem aufweisen können.
Durch diese Anordnung wird in Verbindung mit der Durchbrechung 22a eine beidseitige Beschichtung der Linse ermöglicht. Die Paletten 22 werden durch die Eintragsschleuse 19 eingeschleust und durch die Austragsschleuse 20 wieder ausgeschleust und in Richtung eines weiteren äusseren Transportweges 25 einer hier nicht gezeigten Weiterbearbeitungsstation zugeführt. Es ist aus Fig. 2 ersichtlich, dass die Vakuumkammer 1 jeweils mit einer einzelnen Linse beschickt wird und dass die Vakuumkammer 16 über den Transportweg 25 jeweils eine einzelne Linse zur Weiterbearbeitung zur Verfügung stellt. Die sogenannte "Teilmenge" ist also in diesem Falle 1. Es geht aus Fig. 1 ebenso hervor, dass zwischen den Vakuumkammern 1 und 16 eine Taktabstimmung vorliegt, d.h. die einzelnen Vakuumkammern versorgen sich gegenseitig "just-in-time".
Es versteht sich, dass die beiden Vakuumkammern 1 und 16 nicht räumlich voneinander getrennt sein müssen. Vielmehr ist es möglich, die Austragsschleuse 5 und die Eintragsschleuse 19 unmittelbar miteinander zu verbinden oder durch eine einzige gemeinsame Schleuse zu ersetzen. Weiterhin ist es möglich, an Stelle einer Verbindungsschleuse eine ohne Absperrorgane ausgestattete Druckstufenstrecke vorzusehen, in der durch Zwischenabsaugungen dafür Sorge getragen wird, dass zwischen den Vakuumkammern 1 und 16 keine sogenannte "Querkontamination" stattfindet.
Bezüglich des Zahlenverhältnisses der gleichzeitig den einzelnen Beschichtungsverfahren ausgesetzten Beschichtungsoberflächen ergibt sich folgende Überlegung: Massgebend hierfür sind die Anzahl und die Beschichtungsdauer der Beschichtungsoberflächen in der Vakuumkammer 16. Es sei angenommen, dass die vollständige Beschichtung mit einem vierlagigen optischen Schichtsystem nach Fig. 1 30 Sekunden in Anspruch nimmt. Innerhalb dieser Zeit wird eine beidseitig beschichtete Linse S zur Verfügung gestellt. Die Vakuumkammer 1 muss also gleichfalls alle 30 Sekunden eine beidseitig beschichtete Linse zur Verfügung stellen.
Da infolge der sehr viel grösseren in der Vakuumkammer 1 zu erzeugenden Schichtdicke der Beschichtungsprozess dort etwa 600 Sekunden, also 10 Minuten dauert, müssten sich in der Vakuumkammer 1 bei beidseitiger Beschichtung 20 Linsen in der durch die Elektrode 7 definierten Beschichtungszone befinden. Da bei dem Verfahren nach den Fig. 3 und 3 aber jeweils nur die nach oben gerichtete Seite der Linsen beschichtet wird, muss die Beschichtungszone insgesamt 40 Linsen aufnehmen, was gemäss Fig. 3 in zwei parallelen Reihen zu je 20 Linsen geschieht. In Fig. 3 ist nur ein Ausschnitt aus dieser Anordnung dargestellt.
Fig. 4 zeigt nun im oberen Teil eine analoge Vakuumkammer 1, die jedoch mit zwei planparallel zueinander ausgerichteten rechteckigen Elektroden 7 und 7a ausgestattet ist, die mit der Elektrode 7 in Fig. 2 übereinstimmen.
Die Transporteinrichtung 26, die die Eintragsschleuse 4 mit der Austragsschleuse 5 verbindet, besitzt jedoch im vorliegenden Fall aneinander gereihte Paletten 27, die jeweils mit zwei nebeneinander liegenden Durchbrechungen 27a versehen sind, so dass eine gleichzeitige beidseitige Beschichtung möglich ist. Dadurch entstehen gleichfalls zwei parallele Transportwege 28 und 29. Die Eintragsschleuse 4 liefert also gleichzeitig zwei Linsen an, und die Austragsschleuse 5 führt gleichzeitig zwei beidseitig beschichtete Linsen ab. Die Teilmenge ist in diesem Fall also 2. Ein Zurückführen und ein Wenden der Linsen ist auf diese Weise entbehrlich.
Auch in diesem Falle ist der Vakuumkammer 1 eine zweite Vakuumkammer 16 nachgeschaltet, die mit einer Ausnahme mit derjenigen nach Fig. 2 übereinstimmt: Die Paletten 27 mit zwei nebeneinander angeordneten Durchbrechungen 27a werden auch für die Vakuumkammer 16 verwendet, so dass pro Arbeitstakt über den Transportweg 25 zwei beidseitig beschichtete Linsen S angeliefert werden. Bei gleichem Verhältnis der Beschichtungsdauern in den Vakuumkammer 1 und 16 müssen also in der Vakuumkammer 1 gleichzeitig 40 Linsen beidseitig beschichtet werden. Da dies in Doppelreihen erfolgt, besteht jede Linsenreihe innerhalb der Beschichtungszone gleichfalls nur aus 20 Linsen. Der Liefergrad der gesamten Anlage ist aber bei dem Beispiel nach Fig. 4 verdoppelt.
Geht man von der Überlegung aus, dass in der Vakuumkammer 16 nach Fig. 4 jeweils nur eine einzelne Linse S beidseitig beschichtet wird, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 bereits erläutert wurde, dann kann die Anzahl der gleichzeitig in der Vakuumkammer 1 der beidseitigen Beschichtung ausgesetzten Linsen auf 20 Linsen verringert werden. Da auch hier die Beschichtungsdauer in der Vakuumkammer 16 die Taktfolge bestimmt, kann die Länge der Elektroden 7 und 7a in der Vakuumkammer 1 und damit die Beschichtungszone auf etwa die Hälfte der Länge verkürzt werden, und auch die Transportgeschwindigkeit der Transportvorrichtung 26 kann auf die Hälfte reduziert werden, so dass die Verweildauer der Linsen in der Beschichtungszone wieder übereinstimmt.
Da in diesem Falle pro Arbeitstakt am Ausgang der Austragsschleuse 5 jeweils zwei Linsen zur Verfügung gestellt werden, ist es für den zuletzt beschriebenen Fall lediglich erforderlich, diese Linsen einzeln in die Vakuumkammer 16 einzuschleusen, wodurch aber für die jeweils zweite Linse lediglich eine kurze Zeitverzögerung von 30 Sekunden entsteht.
In jedem Falle sind die Prozesse in den einzelnen Vakuumkammern 1 und 16 sehr unterschiedlich zu steuern bzw. zu regeln, so dass eine breite Palette an Schichtsystemen taktweise bzw. "just-in-time" zur Verfügung gestellt werden kann.
Die anhand der Fig. 4 und 5 beschriebene paarweise Beschichtung von Linsen ist jedoch besonders für die Beschichtung von Brillengläsern geeignet, da Brillengläser in der Regel paarweise bestellt werden. In diesem Fall werden in der Vakuumkammer 16 gleichzeitig vier Beschichtungsoberflächen beschichtet, und aufgrund des Verhältnisses der Beschichtungsdauer der beiden Verfahrensschritte müssen in diesem Falle in der ersten Vakuumkammer 1 gleichzeitig 80 Beschichtungsoberflächen dem Beschichtungsverfahren ausgesetzt sein, d.h. bei gleichzeitiger beidseitiger Beschichtung 40 Linsen mit jeweils zwei Beschichtungsoberflächen. Dies wird durch die Anordnung von jeweils 20 Linsen hintereinander auf den beiden Transportwegen 28 und 29 erreicht.
Anstelle der durchgehenden Elektroden 7 und 7a in den Fig. 2 und 4 kann auch jeweils eine Reihenanordnung einzelner Elektroden vorgesehen werden, die im Zusammenwirken Beschichtungszonen gleicher Länge erzeugen. Hierbei ist es möglich, durch getrennte Regelung der einzelnen Elektroden eine Optimierung des Schichtwachstums durchzuführen.
Es ist weiterhin möglich, das Verfahren in der zweiten Vakuumkammer 16 dadurch zeitlich zu dehnen, dass man die Elektroden in der zweiten Vakuumkammer im Impulsbetrieb betreibt. Hierdurch kann die Länge der Beschich tungszone in der ersten Vakuumkammer entsprechend verkürzt werden, allerdings bei proportionaler Verringerung der Transportgeschwindigkeit. In jedem Falle aber entscheidet die Beschichtungsdauer in der zweiten Vakuumkammer über die Verfahrensparameter in der ersten Vakuumkammer.
Es ist weiterhin möglich, am Anfang der ersten Vakuumkammer oder in einer vorgeschalteten weiteren Vakuumkammer zusätzliche Behandlungsverfahren für die Linsenoberflächen vorzusehen, beispielsweise zum Zwecke einer Oberflächenveränderung durch Plasmabehandlung einschliesslich des Abscheidens von haftvermittelnden Schichten zur Verbesserung der Haftung zwischen dem Linsenwerkstoff und der Schutzschicht.
The invention relates to a method for coating optical lenses.
From DE-OS 4 128 547 it is known to batch protective layers of SiO2 and subsequently optical layers of alternating high and low refractive index layer materials, i.e. sequentially, in a single vacuum chamber on substrates. The protective layers are relatively thick and are intended to protect the substrate against mechanical and chemical influences. In the case of substrates made of plastics, which are relatively soft compared to substrates made of mineral substances, the protective layers have the additional task of preventing the optical layers from being “pressed into” under the action of local forces, a property which is of crucial importance particularly in the case of spectacle lenses because they are exposed to particularly heavy loads due to frequent cleaning processes.
In the known method, the protective layer is applied by electron beam evaporation of SiO2 while simultaneously operating a plasma source to which argon is fed. The optical layers are also produced using an electron beam evaporator, and a reactive gas such as oxygen and / or nitrogen can also be fed to the vacuum chamber.
However, the known device and the method practiced therein cannot be integrated into a continuous or quasi-continuous production process, since a relatively large amount of finally coated substrates is always finished at the same time. All substrates are carried at the same time by a dome-shaped substrate holder which, because of the need for a uniform layer thickness distribution, not only on the individual substrates, but on the whole of all substrates, must be at a considerable distance from both the electron beam evaporator and the plasma source. Neither the known method nor the device are suitable for intermittent operation with the release of one or two substrates in accordance with upstream and downstream production processes.
From DE-OS 2 900 724 a method is known in which substrates, the nature and / or geometry of which is not stated, are alternately provided with layers of glow polymers and metal layers. A metal coating is initially ruled out in the case of optical lenses, in particular when the metal layers have a corresponding thickness. No statements are made about the layer thickness ratios, not even about the coating rates in the individual coating stations. Obviously, thicker layers should also be created by circulating the substrates several times before they are removed from the device. So layers of glow polymers and metals alternate on substrates, which are obviously not lenses, especially not glasses.
From DE-OS 3 623 970 it is known to guide two-dimensional substrate holders in a vertical position by means of a roller system through a coating system, in which coating on both sides can also take place. Optical lenses are not mentioned, and the document in question does not contain any information about layer thickness ratios, and possibly different transport speeds or clock frequencies when it comes to applying layers with very different layer thicknesses in succession in the same pass.
DE-OS 4 203 631 discloses a method and a device for the treatment of an oxide layer, which may have previously been on a film, or which is applied to the film in a kind of antechamber in front of a treatment station. It is therefore not a question of producing two or more successive layers, but merely of post-treatment of one layer, for example to lighten it. This does not pose the problem of controlling the layer thickness distribution at all.
It is also known to produce protective layers of the type described by a so-called PCVD process (plasma chemical vapor deposition), in which the substrates are also coated in batches. It is also known to arrange the substrates on the outside of a rotatable drum in such a method and to guide the substrates through one or more coating zones by rotating the drum. Here too, all substrates are finished at the same time, i.e. Intermittent operation and integration into a largely automatic production process with upstream and downstream processing stages are not possible.
In order to show the problems in the production of "thick" protective layers, reference is made to the following:
In so-called thermal evaporation (heating of the evaporation material by means of electron beam bombardment, electric arc, or by means of current heat which is conducted through an evaporator boat), layers which are relatively loosely packed are formed on an unheated substrate. A "stem structure" is typical, which becomes more and more pronounced with increasing layer thickness. This effect can be counteracted by increasing the temperature of the substrates, but this eliminates the applicability of such a method for numerous substrate materials. In addition, the large distance between the coating sources and the substrates already described above is required in such methods. In any case, the coating rate is relatively small, depending on the material, between 0.1 and 5 nm / s.
For the coating of plastic lenses, in particular for the coating of spectacle lenses made of plastics, so-called painting processes were therefore developed, through which hard lacquers are applied to the finished lens surface in a wet-chemical process. After these hard lacquers have dried and hardened, the transparent anti-reflective single or multiple layers can then be applied in vacuo. Even such a process cannot be integrated into a cyclical production process. In addition, the wet chemical painting technology is relatively complex, especially since the paints may only be processed shortly before processing.
The wet-chemical pre-coating of the substrates is indeed superfluous in a process according to the aforementioned DE-OS 4 128 547, which is also referred to as "ion-assisted evaporation", but this process, as already mentioned, cannot be carried out in a continuous or quasi-continuous or intermittent production process can be integrated.
In the PCVD process, the layer is not built up from a solid coating material like in the case of sputtering or evaporation, but is deposited from the gas phase. A corresponding gas is "activated" by means of a plasma. Chemical reactions then take place on the substrate surface, leading to the build-up of layers. With the same deposition rates, the power required to generate the plasma is approximately 10% of the power required for sputtering or vapor deposition. The dielectric layers produced using PCVD are generally more elastic and denser than comparable vapor-deposited or sputtered layers. The invention is based on such a PCVD method.
In the PCVD process, gaseous or easily evaporable liquids are used as layer-forming substances. For example, a quartz-like layer of the starting materials TMDS or HMDSO or a gas mixture of silane on the one hand and oxygen or laughing gas on the other hand is deposited, with a noticeable hydrogen content often causing a strong crosslinking of the layer. The excitation of the low-pressure plasma can take place by means of direct current electrodes or by means of alternating current by inductive means (coils fed with certain frequencies) and / or by capacitive means (electrodes connected to corresponding energy sources) or by feeding in microwave energy. In this way, extremely simple apparatuses are obtained which operate in a large pressure range. e.g. between 10 <-> <3> and 10 mbar work very reliably.
The coating of a small number of dome-shaped substrates up to the coating of a single substrate by the PCVD process is already known from DE-PS 4 008 405 for the production of so-called cold light mirrors, but measures or means for the cyclical operation of such a system are also intended for this purpose Integration into a complex production process not specified.
The invention is therefore based on the object of specifying a method of the type described at the outset which can be operated in cycles and integrated into a complex production process with pre-treatment and post-treatment stages. In particular, this should enable the possibility of a "just-in-time supply" for downstream production processes or production stages.
In the method described at the outset, the object is achieved according to the invention in that
a) a partial quantity of new lenses is continuously supplied to the coating zone of the first process step by means of a continuous process and a partial quantity is removed after coating,
b) in the second process step, the partial quantity removed from the first process step is provided with the optical, transparent, reflection-reducing single or multiple layer by means of a further continuous process, and that
c) the transport speeds or cycle frequencies of the lenses are set in both process steps in such a way that the same quantities of coated lenses are produced on average per time unit by each process step.
With the method according to the invention, it is possible to provide the lenses with a short cycle time both with a very thick scratch-resistant and chemically resistant and colorless transparent protective layer, and also subsequently to produce reflection-reducing single or multiple layers with the same cycle sequence, so that the provision of a corresponding number of Lenses up to a single lens "just-in-time" is made possible.
The combination of the "just-in-time" system principle, including the PCVD coating technology, creates the potential for an improvement in the cost-effectiveness of industrial lens coating while increasing the layer quality and functionality.
The method can be used with particular advantage in the case of lenses made of plastics, but is by no means limited to this, but can also be used in the case of transparent lenses made of mineral materials, since the influence of different thermal expansion coefficients on the layer quality is reduced due to the relatively low thermal load on the lenses. The following are suitable as plastics:
CR 39 = diallyl diethylene glycol carbonate
PMMA = polymethyl methacrylate
PS = polystyrene
PC = polycarbonate,
however, the method according to the invention is not limited to the use of these materials. For example, CR 39 has a refractive index of 1.5; However, plastics have been developed in the meantime whose refractive index is above 1.6. Optical lenses, in particular spectacle lenses, with a predetermined number of diopters can be held more easily the higher the refractive index.
Other processes than the PCVD process are also suitable for the second process step, for example a coating by thermal evaporation, cathode sputtering and / or ion-assisted evaporation, for example according to DE-OS 4 128 547. However, it is particularly advantageous, also the second Process step, in which single or multiple layers with a much smaller layer thickness are produced, to be carried out according to the PCVD method, whereby a very particularly small chamber volume can be maintained here, because there is no need for steam scattering as in thermal evaporation. Correspondingly small chamber volumes or a limitation of the space filled by the plasma make it possible to change the gas or
Gas exchange to be able to apply here by alternating different layer materials. Layer systems of this type consist, for example, of high and low refractive index layer materials.
The essence of the invention consists in coordinating process steps in which layers of extremely different thicknesses are applied in such a way that a pulsed delivery of finished coated lenses, e.g. individually or in pairs, without the productivity of the overall process suffering as a result. In particular, it is no longer necessary to temporarily store partially coated lenses. With such intermediate storage, the inevitable absorption of water vapor by the lenses has a particularly disruptive influence.
The method according to the invention makes it possible to feed the lenses resulting from the first method step to the second method step without touching the atmosphere.
With the method according to the invention, a complete multilayer system can be applied to a lens with a cycle time between, for example, 30 and 60 seconds in each coating zone.
It is important for some lenses, especially those made of plastics, in particular glasses made of plastics, that the lenses be coated on both sides. The coating on both sides can be carried out simultaneously or in succession:
In the first case, the procedure is particularly advantageous in that the lenses held by a substrate carrier moved between an entry lock and a discharge lock are first coated on one side, the lenses coated on one side are turned by 180 degrees and conveyed back towards the entry lock to the substrate holder passes and coated in the reversed state, the second side and then discharges the lenses over the discharge lock.
In the second case, substrate carriers are used, which are provided with corresponding openings, in connection with excitation sources, which are arranged on both sides of the transport path of the lenses.
It is particularly advantageous if the excitation energy for the plasma is coupled to the plasma by means of at least one rectangular electrode arranged in a vacuum, the main plane and the longest axis of the electrode running parallel to the at least one transport path of the lenses.
Rectangular electrodes are also understood to mean those elongate electrodes which have rounded ends, and those with a non-planar surface, for example with a structured surface, the structuring being able to be achieved by projections such as ribs or recesses.
The performance of the PCVD coating process can be increased in a particularly advantageous manner by concentrating the plasma through a closed magnetic tunnel with narrow sides and long sides geometrically similar to the circumference of the electrode on the side of the electrode facing the lenses.
In this way, the electrode receives the effect of a magnetron cathode without, however, using an atomizable target in a PCVD process. Rather, the selection of materials and / or process parameters expediently ensures that the electrode material itself is not atomized during the PCVD process.
The invention also relates to a device for carrying out the first method step of the above-mentioned method according to the invention with a vacuum chamber, an entry lock, an discharge lock and a transport device connecting the two locks with at least one transport path for the lenses and with at least one electrode arranged in the vacuum chamber for the Entry of an excitation energy in a plasma.
To achieve the same task, the at least one electrode has a length such that it extends at least over the at least one transport path of the lenses, in the presence of several transport paths over all transport paths of the lenses.
The route of transport does not necessarily have to be straight; So-called carousel systems with rotating substrate holders can also be used for the PCVD method of the first and second method steps, to which the lenses are fed continuously or quasi-continuously via at least one lock and removed again. However, it is particularly expedient to design the at least one transport path in a straight line and to make the electrode rectangular and to align its longest axis parallel to the at least one transport path of the lenses.
The term "continuous process" denotes both continuous transport processes for the lenses from lock to lock as well as quasi-continuous transport processes in which the lenses are moved step by step from lock to lock and are also temporarily stopped during their transport. A step-by-step transport movement can result from the fact that the lock operation involves opening and closing the lock valves to transport the lenses in batches.
Further advantageous refinements of the method according to the invention and the device according to the invention result from the other dependent patent claims.
A process product and two exemplary embodiments of a device for carrying out the method according to the invention are explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 5.
Show it:
1 shows a partial section through a lens or spectacle lens in the final state,
2 shows a vertical section through a device for coating a plurality of lenses on one side in a first method step and for coating a single lens on both sides during the second method step,
3 shows a plan view of a belt-shaped transport device for the device according to FIG. 2 with a plurality of lenses during the first method step with special emphasis on the two-lane transport path,
4 shows a vertical section through a device analogous to FIG. 2, but with a transport device for the lenses with openings for the simultaneous coating of the lenses on both sides in the first method step and for the coating of two lenses on both sides in the second method step and
Fig.
5 shows a plan view of the transport device according to FIG. 4 with two parallel transport routes.
In Fig. 1, a lens S is shown, which is represented by a lens made of CR 39 with a refractive index n = 1.5. Alternative transparent materials with the same or higher refractive indices are mentioned in the general description. In a first method step, a protective layer P with a thickness of 3 μm made of SiO2 with a refractive index n = 1.5 was applied to this lens. The refractive index of the protective layer P should be as close as possible to the refractive index of the lens S. When using a substrate material with a refractive index above n = 1.5, it is advisable to build up the protective layer P from a layer material with the formula SiOxNy. The values for x and y can be varied to adjust the refractive index. The values for x and y can alternatively also be zero.
If the refractive index is to approach the value n = 1.7, then silicon nitride with the formula Si3N4 is expediently produced. In the present case, the optical layer system consists of four individual layers which are alternately high refractive index (H) and low refractive index (L). For the high-index layers, for example, TiO2 or Ta2O5 with a refractive index of up to over 2.2 can be used, for the low-index layers SiO2. The layer thicknesses of the individual layers of the optical system O are in the region of a quarter wavelength of the measurement light used. The sum of the individual layer thicknesses within the optical layer O is therefore clearly less than the thickness of the protective layer P.
Fig. 2 shows an elongated vacuum chamber 1, each having an entry lock 4 and a discharge lock 5 in its end walls 2 and 3. The two locks are of a known type and each have two lock valves, between which there is a mechanical transfer device for the lenses. As a result, it is not necessary to present the details of these locks. The suction nozzle for generating the vacuum and gas supply lines for the required reaction gases are also not shown.
Between the locks is a transport device 6, which consists of an endless conveyor belt and on which the lenses S are placed out of the entry lock 4. At the end of the transport device 6, the lenses S are then taken over again by the discharge lock 5.
Above the transport device 6 there is a rectangular electrode 7 which is suspended from the ceiling of the vacuum chamber 1 by means of an insulating bushing 8. The electrode 7 serves to enter the excitation energy for the plasma and has a rectangular shape, the longest axis of which runs parallel to the transport path (arrow 9) of the lenses S. The electrode 7 consists of a sleeve made of non-magnetic, non-atomizable material and is provided on the side facing away from the lenses with a magnet system 10, which is shown in section. This magnet system creates a magnetic tunnel 10a on the side of the electrode facing the lenses, which is indicated by dashed field lines. Both the magnet system 10 and the magnetic tunnel 10a extend over the entire circumference of the electrode 7, so they are spatially closed.
As a result of the rectangular shape of the electrode 7, which extends perpendicular to the plane of the drawing, the magnetic tunnel 10a also has a rectangular course and has two narrow sides and two long sides. Fig. 2 shows the section through the two narrow sides. The two long sides run parallel to the transport direction of the lenses (arrow 9).
In the vacuum chamber 1 according to FIG. 2, the lenses S are initially only coated on one side. The formation of the coating on both sides is explained in more detail with reference to FIG. 3.
As can be seen from FIG. 3, the transport device 6 forms two parallel transport paths 11 and 12 for the lenses S. First, the lenses S are placed on the left end of the transport path 11 in a position as shown in FIG. 2, top, left, is shown. In the area of influence of the electrode 7 there is at the same time a large number of lenses S which are unilateral on the transport path 11, i.e. with their top, be coated. After leaving the transport path 11, the lenses are removed from the transport device 6 and returned along the dash-dotted path 13 to the beginning of the transport device 6, but here by a turning device 14, which is only shown symbolically, turned through 180 degrees and then again on the The beginning of the transport device 6 is placed, in a position that is shown in Fig. 2, top, right.
The application takes place at the beginning of a second transport path 12, which runs parallel to the first transport path 11, so that there are two parallel rows of lenses S on the transport device 6. At the end of the second transport path 12, the lenses are taken over by the discharge lock 5 and discharged in a manner not shown here. The two transport routes 11 and 12 are located below the two long sides of the magnet system 10 and the magnetic tunnel 10a, since here the coating rate has the greatest possible value.
As can further be seen from FIG. 2, the lenses discharged from the discharge lock 5 are transported on an outer transport path 15 to a further vacuum chamber 16, the two end walls 17 and 18 of which are also each equipped with an entry lock 19 and a discharge lock 20. The vacuum chamber 16 also has a transport device 21 which connects the two locks to one another. In the present case, however, this transport device 21 consists of individual pallets 22, each of which has an opening 22a in the middle, on the edge of which the edge of a lens S is placed. In this case there are two electrodes 23 and 24 above and below the transport device 21, which may also have a magnet system, not shown here.
This arrangement enables the lens to be coated on both sides in conjunction with the opening 22a. The pallets 22 are introduced through the entry lock 19 and discharged again through the discharge lock 20 and fed in the direction of a further outer transport path 25 to a further processing station, not shown here. It can be seen from FIG. 2 that the vacuum chamber 1 is charged with a single lens and that the vacuum chamber 16 provides a single lens for further processing via the transport path 25. In this case, the so-called "subset" is 1. It is also apparent from FIG. 1 that there is a clock synchronization between the vacuum chambers 1 and 16, i.e. the individual vacuum chambers supply each other "just-in-time".
It goes without saying that the two vacuum chambers 1 and 16 do not have to be spatially separated from one another. Rather, it is possible to connect the discharge lock 5 and the entry lock 19 directly to one another or to replace them with a single common lock. Furthermore, it is possible to provide, instead of a connecting lock, a pressure stage section equipped without shut-off devices, in which intermediate suction ensures that no so-called "cross-contamination" takes place between the vacuum chambers 1 and 16.
With regard to the numerical ratio of the coating surfaces simultaneously exposed to the individual coating processes, the following consideration arises: The number and the coating duration of the coating surfaces in the vacuum chamber 16 are decisive for this. It is assumed that the complete coating with a four-layer optical layer system according to FIG. 1 takes 30 seconds Takes up. A lens S coated on both sides is made available within this time. The vacuum chamber 1 must therefore also provide a lens coated on both sides every 30 seconds.
Since the coating process there takes about 600 seconds, ie 10 minutes, due to the much greater layer thickness to be produced in the vacuum chamber 1, 20 lenses would have to be in the coating zone defined by the electrode 7 in the vacuum chamber 1 with coating on both sides. Since only the upward-facing side of the lenses is coated in the method according to FIGS. 3 and 3, the coating zone must accommodate a total of 40 lenses, which is done in accordance with FIG. 3 in two parallel rows of 20 lenses each. In Fig. 3 only a section of this arrangement is shown.
FIG. 4 now shows in the upper part an analog vacuum chamber 1, which, however, is equipped with two rectangular electrodes 7 and 7a aligned plane-parallel to one another, which correspond to the electrode 7 in FIG. 2.
However, in the present case, the transport device 26, which connects the entry lock 4 to the discharge lock 5, has pallets 27 lined up with one another, which are each provided with two openings 27 a lying next to one another, so that simultaneous coating on both sides is possible. This also creates two parallel transport paths 28 and 29. The entry lock 4 thus delivers two lenses simultaneously, and the discharge lock 5 simultaneously removes two lenses coated on both sides. In this case, the subset is 2. Returning and turning the lenses is unnecessary in this way.
In this case, too, the vacuum chamber 1 is followed by a second vacuum chamber 16, which, with one exception, corresponds to that according to FIG. 2: The pallets 27 with two openings 27a arranged next to one another are also used for the vacuum chamber 16, so that each working cycle involves the transport route 25 two lenses S coated on both sides are delivered. With the same ratio of the coating times in the vacuum chamber 1 and 16, 40 lenses must be coated on both sides in the vacuum chamber 1 at the same time. Since this is done in double rows, each row of lenses within the coating zone also consists of only 20 lenses. The degree of delivery of the entire system is doubled in the example of FIG. 4.
If one starts from the consideration that only a single lens S is coated on both sides in the vacuum chamber 16 according to FIG. 4, as has already been explained in connection with FIG. 2, then the number of simultaneously in the vacuum chamber 1 of the two sides Coating exposed lenses can be reduced to 20 lenses. Since the coating duration in the vacuum chamber 16 also determines the cycle sequence here, the length of the electrodes 7 and 7a in the vacuum chamber 1 and thus the coating zone can be shortened to approximately half the length, and the transport speed of the transport device 26 can also be reduced to half so that the dwell time of the lenses in the coating zone matches again.
Since in this case two lenses are provided per work cycle at the exit of the discharge lock 5, it is only necessary for the last-described case to insert these lenses individually into the vacuum chamber 16, but this only results in a short time delay for the second lens 30 seconds arises.
In any case, the processes in the individual vacuum chambers 1 and 16 are to be controlled or regulated very differently, so that a wide range of layer systems can be made available in cycles or "just-in-time".
The paired coating of lenses described with reference to FIGS. 4 and 5 is, however, particularly suitable for the coating of spectacle lenses, since spectacle lenses are generally ordered in pairs. In this case, four coating surfaces are coated in the vacuum chamber 16 at the same time, and due to the ratio of the coating duration of the two process steps, in this case 80 coating surfaces in the first vacuum chamber 1 must be exposed to the coating process simultaneously, i.e. with simultaneous coating on both sides, 40 lenses with two coating surfaces each. This is achieved by arranging 20 lenses in a row on the two transport paths 28 and 29.
Instead of the continuous electrodes 7 and 7a in FIGS. 2 and 4, it is also possible to provide a row arrangement of individual electrodes which, in cooperation, produce coating zones of the same length. It is possible to optimize the layer growth by separately controlling the individual electrodes.
It is also possible to extend the process in the second vacuum chamber 16 in time by operating the electrodes in the second vacuum chamber in pulse mode. As a result, the length of the coating zone in the first vacuum chamber can be shortened accordingly, but with a proportional reduction in the transport speed. In any case, however, the coating duration in the second vacuum chamber determines the process parameters in the first vacuum chamber.
It is also possible to provide additional treatment methods for the lens surfaces at the beginning of the first vacuum chamber or in an upstream further vacuum chamber, for example for the purpose of changing the surface by plasma treatment, including the deposition of adhesion-promoting layers to improve the adhesion between the lens material and the protective layer.