Auf einem optischen Träger aufgebrachte lichtundurchlässige und reflexionsfreie Beschichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf einem optischen Träger aufgebrachte lichtundurchlässige und reflexionsfreie Beschichtung, insbesondere in Form von Marken oder Skalenteilungen.
Es gibt zwei, ihrem Wesen nach unterschiedliche Arten von Markierungen in optischen Instrumenten. Die einen sind lichtundurchlässig und erscheinen als schwarze Markierung im hellen Bild und die anderen wirken als Spiegel einer Hilfslichtquelle und sind als leuchtende Marken in einem lichtschwachen Bild sicht bar.
Die lichtundurchlässigen Marken werden zum über wiegenden Teil nach dem gleichen Verfahren hergestellt. Dazu wird das Trägermaterial, meistens eine planpar allele Platte, zuerst mit einer Schutzschicht, beispiels weise aus Wachs, überzogen. Danach wird mit einer mechanischen Vorrichtung die gewünschte Marke in diese Schutzschicht eingraviert. Die durch die Gravie rung freigelegten Stellen des Trägermaterials werden dann mit Flusssäuredämpfen behandelt, bis sich das in die Schutzschicht eingravierte Muster ausreichend tief in das Glas eingeätzt hat. Schliesslich werden die in die Unterlage geätzten Marken, nachdem die Schutzschicht sorgfältig entfernt worden ist, mit einem schwarzen Lack ausgefüllt.
Bisher unternommene Versuche, optische Marken im Vakuum auf einen Träger aufzudampfen, haben zu keinen praktisch brauchbaren Ergebnissen geführt, weil die aufgedampften Metallmarken immer Schichten mit hoher Reflexion (Metallspiegel) bilden.
Das oben beschriebene Verfahren ist sehr alt und obwohl die einzelnen Arbeitsgänge immer wieder ver bessert wurden, ist es doch mit einigen grundsätzlichen Mängel behaftet, die den gesteigerten Anforderungen moderner optischer Instrumente nicht mehr genügen.
Die vor dem Gravieren aufgetragene Schutzschicht und das zum Ausfüllen der geätzten Marken verwendete Material enthalten organische Komponenten, die bei Zimmertemperatur einen relativ hohen Dampfdruck be- sitzen. Sie sind deshalb für abgeschlossene Vakuum systeme nur bedingt brauchbar. Das mechanische Gra vieren der Marken in die Schutzschicht begrenzt die kleinstmöglichen Abmessungen und die Form der Mar ken. Das chemische Ätzen führt unvermeidlich zu Mar ken mit unscharfen Begrenzungen (die bei vergrössern den Systemen sichtbar sind) und insbesondere zu Mar ken mit unterschiedlicher Tiefe, indem der Rand jeder Marke weniger tief als deren mittlerer Teil ist.
Beim Ausfüllen der Ätzgrube mit einem Farbstoff entsteht dann eine lichtabsorbierende Schicht, die an den Rän dern dünner als in der Mitte ist, was zu unscharfen Rändern führen kann. Schliesslich besitzt der Farbstoff, der in flüssigem Zustand in die Ätzgruben eingefüllt wird, nie eine reflexionsfreie Oberfläche, weshalb die Marken, die einen möglichst vollkommenen Kontrast zu dem Bild geben sollen, aufgehellt sind. Schliesslich erfordert dieses Verfahren einen grossen Teil qualifizier ter Handarbeit und konnte bisher nur ungenügend auto matisiert werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beheben.
Die Beschichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schicht aufweist, in der ein für eine Wellenlänge von 550 nm und eine Schicht dicke von weniger als 1000 nm eine Transparenz von höchstens 3 % aufweisender Werkstoff in einem für eine Wellenlänge von 550 nm und eine Schichtdicke von mehr als 30 000 nm eine Transparenz von mindestens 3 % aufweisenden Werkstoff dispergiert ist.
Die Beschichtung nach der vorliegenden Erfindung und das für deren Herstellung verwendete Verfahren besitzen gegenüber den bisher bekannten Schichten und deren Herstellverfahren eine ganze Reihe von wichtigen Vorteilen. Die Beschichtung besteht nur aus Materialien, die auch bei erhöhten Temperaturen einen sehr niedri gen Dampfdruck besitzen, weshalb Träger mit solchen Beschichtungen auch in abgeschlossenen Vakuumsyste men verwendbar sind. Die Beschichtungen besitzen über ihre gesamte Flächenausdehnung eine konstante Dicke und sauber begrenzte Ränder. Die Oberflächen der Be schichtungen sind reflexionsfrei, weshalb sie im opti schen System keine Spiegelwirkung aufweisen, die die Messung, für die das System vorgesehen ist, erschwert oder gar verunmöglicht.
Das erfindungsgemässe Her stellverfahren erlaubt die Verwendung photographischer Methoden, weshalb die Formen der Marken praktisch unbegrenzt und deren minimale Abmessungen weit un ter denen liegen, die durch Gravieren erreichbar ist. Schliesslich ist das Vakuumverdampfen ein weitgehend automatisiertes Verfahren und ermöglicht die Herstel lung grosser Stückzahlen in kurzer Zeit und bei genau kontrolliertem Arbeitsablauf.
Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Figuren an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Beschichtung nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen vergrösserten schematischen Schnitt durch die mittlere der in Fig. 1 gezeigten Schichten zur Erklärung des Lichtweges in der Schicht.
Fig. 3 zeigt eine stark vereinfachte Vakuumverdamp- fereinrichtung zur Herstellung der Beschichtung.
In Fig. 1 ist eine Glasplatte 10 gezeigt, auf der drei Schichten 11, 12 und 13 übereinander aufgedampft sind. Die unterste Schicht 11 hat eine Dicke von 0,15,u und besteht aus Siliciumoxyd. Die darüber liegende Schicht 12 besitzt eine Dicke von 1,2 ,u und besteht ebenfalls aus Siliciumoxyd, in dem (als schwarze Punkte gezeich nete) Chromteilchen eingeschlossen sind. Diese Schicht wird durch gleichzeitiges Verdampfen von Siliciumoxyd und Chrom hergestellt.
Die dritte oder Deckschicht 13 hat eine Dicke von 0,15 ,u und besteht wieder aus Siliciumoxyd. Die drei übereinander liegenden Schichten werden in drei direkt aufeinander folgenden Verdamp fungen hergestellt, haften sehr gut an der Glasunterlage und besitzen, weil sie alle durch die gleiche Verdampfer masse hergestellt wurden, eine scharfe seitliche Begren zung.
Die Wirkungsweise dieser Beschichtung soll nun an dem in Fig. 2 gezeigten Modell erläutert werden. Die Schicht 22 besteht aus Siliciumoxyd 23 und darin ein geschlossenen kleinsten Chromteilchen 24-34. Das Sili- ciumoxyd ist lichtdurchlässig, während Chrom das Licht stark absorbiert und den nichtabsorbierten Rest reflek tiert. Der Anteil der Chromteilchen in der Schicht ist so gewählt, dass genügend vorhanden ist, um zu ver hindern, dass das Licht die Schicht geradlinig durch läuft.
Zugleich sind aber zu wenig Chromteilchen vor handen, um einen metallischen Spiegel für das einfal lende Licht zu bilden. Ein einfallender Lichtstrahl 40 durchdringt zunächst eine Oberflächenschicht des licht durchlässigen Siliciumoxyds, bis er auf ein erstes Chrom teilchen 31 trifft. Das Teilchen 31 absorbiert einen Teil der Energie des Lichtstrahles 40 und reflektiert den Rest als Lichtstrahl 41 durch das transparente Silicium- oxyd auf das Chromteilchen 28. Das Teilchen 28 ab sorbiert wieder den grössten Teil der Energie des auftref fenden Lichtstrahles 41 und reflektiert den Rest als Lichtstrahl 42 durch das Siliciumoxyd auf das Chrom teilchen 32 usw.
Wenn angenommen wird, dass jedes Chromteilchen nur 30 % des auftreffenden Lichts ab sorbiert, so führt der Strahl 41 nur noch 70 % der Energie des ursprünglich einfallenden Strahles 40, der Strahl 42 nur noch 49 %, der Strahl 43 noch 34 %, der Strahl 44 noch 24 % und nach zwölf Reflexionen ist die Energie des ursprünglich einfallenden Lichtstrahles auf weniger als 1 % absorbiert. Im Gegensatz zu dem be schriebenen Strahlengang wird der Lichtstrahl 45, der auf das nahe der Oberfläche befindliche Chromteilchen 24 auftritt, nachdem ein Teil der ursprünglichen Ener gie in dem Chromteilchen absorbiert ist, als Strahl 46 wieder zur Oberfläche reflektiert. Der Anteil dieses wiederaustretenden Lichtes ist in der Praxis sehr gering.
Beim Vakuumverdampfen werden, wenn das Verdamp fen entsprechend ausgeführt wird, die verdampften Ma terialien in Form von Atomen oder Molekülen auf der Auffangfläche abgelagert. Es lässt sich dann leicht er reichen, dass in einer Schicht 22 von nur 1 ,u Dicke, bei einem Verhältnis von Durchmesser zu Abstand der Chromteilchen wie 1:10, immer noch etwa 1000 Chromteilchen in der Dicke der Schicht gestaffelt an geordnet sind, die praktisch eine vollkommene Absorp tion des einfallenden Lichtes bewirken.
Zur Herstellung der Beschichtung wird eine Va kuumverdampferapparatur verwendet, wie sie schema tisch und stark vereinfacht in Fig. 3 gezeigt ist. Die Apparatur besitzt eine Grundplatte 50, in der sich eine grosse Öffnung 51 befindet, die mit einer (nicht gezeib ten) Vakuumpumpe in Verbindung steht. Die Grund platte besitzt mehrere elektrischleitende und voneinander isolierte Durchführungen 52-55, an d,nen oberhalb der Grundplatte Drähte 56, 57 zur Zuleitung von elektri schem Strom zu aus Molybden gefertigten Verdampfer tiegeln 58, 59 angeschlossen sind.
Die unterhalb der Grundplatte vorstehenden Enden dieser Durchführun gen sind mit (nicht gezeigten) Regeltransformatoren ver bunden. Zwischen den beiden Verdampfertiegeln ist ein Spiegel 60 angeordnet. Oberhalb der Tiegel befindet sich eine Kugelschale 61, deren Radius so gewählt ist, dass er etwa dem Abstand der Schale von den beiden ver hältnismässig eng nebeneinander stehenden Verdampfer tiegeln entspricht, so dass die Tiegel praktisch im Mittel punkt der Kugelschale stehen. Bei einer Versuchsanlage betrug dieser Abstand 28 cm.
Die Kugelschale steht auf vier auf der Grundplatte ruhenden Stützen, von denen zwei (62, 63) gezeigt sind. Die Kugelschale ist mit Löchern und auf ihrer Innenseite mit Haltevorrichtun gen versehen, in denen die zu bedampfenden Plättchen (64, 65, 66 usw.) befestigt sind. Auf mittlerer Höhe zwi schen den Tiegeln 58, 59 und der Kugelschale 61 und ausserhalb des von den Stützen 62, 63 begrenzten Rau mes sind zwei Metallplatten 75, 76 angeordnet, die mit den Durchführungen 77, 78 in der Grundplatte 50 verbunden sind. Die äusseren Enden dieser Durchführun gen sind mit einer Gleichspannungsquelle verbunden.
Über die ganze Anordnung ist eine Glocke 67 gestellt, deren Flansch 68 vakuumdicht mit der Grundplatte 50 abschliesst. Die Glocke ist mit einem seitlichen Fenster 70 und einem oberen Fenster 71 versehen. Neben dem seitlichen Fenster 70 befindet sich eine regulierbare Lichtquelle 72, enthaltend eine Glühbirne, deren Licht von einem (nicht gezeigten) Regeltransformator einstell bar ist und eine Kondensorlinse. Über dem oberen Fen ster 71 ist eine lichtempfindliche Zelle 73 angeordnet, die mit einem (nicht gezeigten) Messinstrument verbun den ist.
<I>Beispiel 1</I> Zur Herstellung von Strichplatten mit einer einfa chen Beschichtung wurden die zu beschichtenden Glas platten zuerst nach bekannten Methoden gereinigt und danach auf der Kugelschale 61 befestigt und mit nach dem Photographierverfahren hergestellten Verdampfer masken abgedeckt. Danach wurden der Verdampfer- tiegel 58 mit Siliciummonoxyd und der Tiegel 59 mit Chrom gefüllt. Beide Materialien sind in geeigneter Qualität handelsüblich. Anschliessend wurde die Glocke 67 über die Anordnung gestellt und der von der Glocke und der Grundplatte 50 umschlossene Raum durch die Öffnung 51 evakuiert.
Nachdem ein Druck von etwa 3 - 10-5 Torr erreicht war, wurde die Pumpe abgestellt und durch die Pumpenleitung Sauerstoff in die Anlage eingelassen, bis der Druck auf 10-2 Torrangestiegen war und dann zwischen den beiden Glimmelektroden 75 und 76 eine Gleichspannungsglimmentladung mit einer Spannung von etwa 3000 Volt und einem Strom von 10 mA gezündet und während 10 Minuten aufrecht erhalten.
Nach dem Abschalten der Glimmentladung wurde die Anlage wieder bis auf einen Druck von 3 - 10 - 5 Torr evakuiert und Spannung an die elektrischen Durchführungen 52, 53 und 54, 55 gelegt. Der Strom, der dann durch die Tiegel 58 bzw. 59 fliesst, erwärmt diese und das darin befindliche Material, wobei beide angelagerte und absorbierte Gase abgeben. Als am (in Fig. 3 nicht gezeigten) Vakuumdruckmessgerät zu sehen war, dass das zu verdampfende Material kein Gas mehr abgab, wurde der Heizstrom für die beiden Tiegel auf etwa 1750 C gesteigert, bei welcher Tempe ratur sowohl das Siliciumoxyd als auch das Chrom lang sam verdampfen.
Gleichzeitig wurde die Lichtquelle 72 eingeschaltet und an dem mit der lichtempfindlichen Zelle 73 verbundenen Messinstrument beobachtet, wie die Lichtdurchlässigkeit der im Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle 72 und der Zelle 73 angeordneten Platte 66 infolge der sich ablagernden Schicht zurückging. Nachdem die Transmission auf Null abgesunken war, wurde der Heizstrom für die beiden Verdampfer abge stellt. Nach dem Erkalten der Verdampfer wurde dann auch die Pumpe abgestellt und der Verdampferraum belüftet, die Glocke 67 abgehoben und die fertig be dampften Glasplatten von der Kugelschale 61 abgeho ben.
Nach dem Entfernen der Verdampfermasken wa ren die mit der aufgedampften Beschichtung versehenen Glasplatten fertig zur weiteren Verarbeitung.
<I>Beispiel 2</I> Zur Herstellung von Kreisteilungen aus zusammen gesetzten Beschichtungen wurden die als Träger verwen deten Glasplättchen wieder nach bekannten Methoden von grossem Schmutz gesäubert. Die Kreisteilung wurde sodann mit handelsüblichem Photokopierlack auf jedes dieser Plättchen kopiert und beidseitig mit Decklack ab gedeckt. Die so vorbereiteten Glasplättchen werden dann wie in Beispiel 1 auf einer Kugelschale befestigt und in eine Verdampferanordnung gebracht.
Im Gegensatz zu der in Fig. 3 gezeigten Anordnung besass die hier ver wendete noch zwei über den Verdampfertiegeln ange ordnete und von aussen her bewegbare Blenden, die, wenn sie über die Tiegel geschwenkt waren, alles aus diesen verdampfte Material auffingen.
Der Rezipient wurde nach der Einbringung der mit dem Glasplättchen belegten Kugelschale und dem Füllen der Verdampfertiegel mit Siliciummonoxyd und Chrom zuerst evakuiert. Danach wurden die Glasplättchen be- glimmt und die zu verdampfenden Substanzen und die Tiegel entgast. Vor dem Heizen der Tiegel wurden die erwähnten Blenden über die Tiegel geschwenkt und das Entgasen wurde bei der Verdampfungs-Temperatur aus geführt.
Dabei verhinderten die Blenden wirksam, dass während der Entgasungsperiode Material aus den Tie geln auf die Glasplättchen gelangte. Nachdem am Va- kuummessgerät festgestellt worden war, dass das Ent gasen beendet war, wurde die Lichtquelle 72 eingeschal tet und am Messinstrument der Photozelle 73 der Wert für die maximale Lichtdurchlässigkeit abgelesen. Danach wurde, ohne den Heizstrom und damit die Temperatur der Tiegel zu verändern, die Verdampferblende vor dem das Siliciumoxyd enthaltenden Tiegel abge schwenkt, so dass das abdampfende Siliciumoxyd auf den Glasplättchen kondensieren konnte.
Nachdem eine erste dünne Siliciumoxydschicht aufgebracht war, wurde auch die Verdampferblende vor dem Chromtiegel abge schwenkt, so dass nun gleichzeitig Siliciumoxyd und Chrom auf den Glasplättchen über der Schicht aus reinem Siliciumoxyd kondensierten. Nachdem die opti sche Durchlässigkeit der beschichteten Plättchen auf jede 50 % des Anfangswertes abgesunken war, wurde Sauerstoff, bis zu einem Partialdruck von 7 - 10-5 Torr durch ein Nadelventil in der Pumpenleitung eingelassen.
Das dampfförmige Siliciummonoxyd reagierte mit die sem Sauerstoff, um ein Siliciumoxyd unbestimmter Zu sammensetzung (Si., 0y) zu bilden. Die Verdampfung von Siliciumoxyd und Chrom wurde so lange weiter geführt, bis die Lichtdurchlässigkeit der Schicht auf Null abgesunken war. Danach wurde die Chromver dampfung unterbrochen und nur noch Siliciummonoxyd verdampft, bis eine genügend dicke Schutzschicht von Si. 0v über der gemischten Schicht abgelagert war.
Die auf die beschriebene Art hergestellten Beschich tungen wurden mit aufgedampften reinen Chromschich ten verglichen. Beim Reibtest zeigten die neuen Be schichtungen eine grössere mechanische Widerstands fähigkeit als Chromschichten. Bei Tropentests waren die neuen Beschichtungen und die Chromschichten etwa gleich. Beim Fungizidtest waren die neuen Beschichtun gen den reinen Chromschichten überlegen und bei Cass- Tests waren die Beschichtungen und die Chromschich ten wieder etwa gleich. Der wichtigste Unterschied wurde bei Vergleichsmessungen der Lichtreflexion fest gestellt.
Während die Reflexion von Chromschichten im Wellenlängenbereich von 300 bis 700 m,y von etwa 40 auf 50 % ansteigt, zeigten die neuen Beschichtungen im gleichen Wellenlängenbereich eine Reflexion, die von etwa 10 auf etwa 8 % absinkt und es konnte sogar für Wellenlängen von mehr als 530 m,u eine Reflexion Null gemessen werden.
Es versteht sich, dass bei dem beschriebenen Ver fahren viele Änderungen möglich sind. Zum Beispiel kann vorteilhafterweise neben der Einrichtung zum Mes sen der Transmission auch eine Einrichtung zum Messen der Reflexion während des Aufdampfens der Schichten verwendet und das Aufdampfen dann so geführt werden, dass Schichten minimaler Reflexionen entstehen. Bei Mehrfachschichten kann die Dicke sowohl der ersten als auch der dritten Schicht nach Bruchteilen einer bevor zugten Lichtwellenlänge bestimmt werden
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Schich ten), um die Reflexion beim Übergang des Lichtes zwi schen Medien verschiedener optischer Dichte auf ein Minimum zu verringern.
Als dritte Schicht kann aus dem gleichen Grund vorteilhafterweise Kryolith (ein Na- triumaluminiumfluorid) anstelle des Siliciumoxydes ver wendet werden.
Natürlich ist die erfindungsgemässe Beschichtung nicht auf die in den Beispielen angegebenen Materialien beschränkt, sondern es können je nach dem besonderen Verwendungszweck irgendwelche lichtundurchlässige Materialien in irgendeinem lichtdurchlässigen Material dispergiert werden.
Als lichtundurchlässig werden für die vorliegende Erfindung beispielsweise die Metalle Chrom, Vandium, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel und als lichtdurchlässig insbesondere die Oxyde des Siliciums, Aluminiumoxyds, Kryoliths, Magnesium- fluorids, Titanoxyds und Cerocyds und ganz all gemein die Oxyde,
Fluoride und Chloride der Metalle der Gruppe II und III B des periodischen Systems an gesehen. In der folgenden Tabelle sind für einige bevor zugte Werkstoffe die experimentell bestimmten Schicht dicken angegeben, bei denen diese für Licht mit 550 nm Wellenlänge eine Transmission von 3 % aufweisen.
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Material <SEP> Schichtdicke
<tb> Cr <SEP> 40 <SEP> nm
<tb> Fe203 <SEP> 133 <SEP> nm
<tb> Cr203 <SEP> 326 <SEP> nm
<tb> Si.Oy <SEP> 4560 <SEP> nm Die Erfindung ist auch nicht auf eine aus einer oder aus drei Teilen zusammengesetzten Beschichtung be schränkt, sondern es können den jeweiligen Anordnun gen entsprechend auch noch mehr einzelne Schichten übereinander angeordnet werden. In bestimmten Fällen kann es auch vorteilhaft sein, wenn mehrere unterschied liche lichtabsorbierende Materialien in einem oder meh reren lichtdurchlässigen Materialien dispergiert sind.
Opaque and reflection-free coating applied to an optical carrier. The present invention relates to an opaque and reflection-free coating applied to an optical carrier, in particular in the form of marks or graduations.
There are two essentially distinct types of markings in optical instruments. Some are opaque and appear as black markings in the bright image and the others act as a mirror for an auxiliary light source and are visible as luminous marks in a faint image.
Most of the opaque brands are manufactured using the same process. For this purpose, the carrier material, usually a plane-parallel allelic plate, is first coated with a protective layer, for example made of wax. Then the desired mark is engraved into this protective layer with a mechanical device. The areas of the substrate exposed by the engraving are then treated with hydrofluoric acid vapors until the pattern engraved in the protective layer has etched itself deep enough into the glass. Finally, after the protective layer has been carefully removed, the marks etched into the base are filled in with a black lacquer.
Attempts made to date to vaporize optical marks on a carrier in a vacuum have not led to any practical results because the vapor-deposited metal marks always form layers with high reflection (metal mirror).
The method described above is very old and although the individual work steps have been improved again and again, it is nevertheless fraught with some fundamental defects that no longer meet the increased requirements of modern optical instruments.
The protective layer applied before engraving and the material used to fill in the etched marks contain organic components that have a relatively high vapor pressure at room temperature. They are therefore only of limited use in closed vacuum systems. The mechanical engraving of the marks in the protective layer limits the smallest possible dimensions and the shape of the marks. Chemical etching inevitably leads to marks with fuzzy borders (which are visible when systems are enlarged) and in particular to marks with different depths in that the edge of each mark is less deep than its central part.
When the etch pit is filled with a dye, a light-absorbing layer is created that is thinner at the edges than in the middle, which can lead to blurred edges. After all, the dye, which is poured into the etching pits in a liquid state, never has a reflection-free surface, which is why the marks, which are supposed to provide as perfect a contrast to the image as possible, are lightened. After all, this process requires a large part of skilled manual labor and has so far only been insufficiently automated.
It is an object of the present invention to remedy these drawbacks.
The coating according to the invention is characterized in that it has a layer in which a material having a transparency of at most 3% for a wavelength of 550 nm and a layer thickness of less than 1000 nm in one for a wavelength of 550 nm and a layer thickness of more than 30,000 nm is dispersed with a transparency of at least 3% material.
The coating according to the present invention and the method used for its production have a number of important advantages over the previously known layers and their production processes. The coating consists only of materials that have a very niedri conditions vapor pressure even at elevated temperatures, which is why carriers with such coatings can also be used in closed vacuum systems. The coatings have a constant thickness and neatly delimited edges over their entire surface area. The surfaces of the coatings are reflection-free, which is why they do not have a mirror effect in the optical system that would make the measurement for which the system is intended difficult or even impossible.
The inventive Her alternate method allows the use of photographic methods, which is why the shapes of the marks are practically unlimited and their minimal dimensions are far below those that can be achieved by engraving. After all, vacuum evaporation is a largely automated process and enables the production of large quantities in a short time and with a precisely controlled workflow.
The invention will now be explained in more detail with the aid of the figures using a few exemplary embodiments. Fig. 1 shows a schematic section through a coating according to the invention.
FIG. 2 shows an enlarged schematic section through the middle of the layers shown in FIG. 1 to explain the light path in the layer.
3 shows a greatly simplified vacuum evaporator device for producing the coating.
1 shows a glass plate 10 on which three layers 11, 12 and 13 are vapor-deposited one above the other. The lowermost layer 11 has a thickness of 0.15 µ and consists of silicon oxide. The overlying layer 12 has a thickness of 1.2, u and also consists of silicon oxide in which (drawn as black dots designated) chromium particles are included. This layer is produced by simultaneous evaporation of silicon oxide and chromium.
The third or top layer 13 has a thickness of 0.15 µ and is again made of silicon oxide. The three superimposed layers are produced in three consecutive evaporations, adhere very well to the glass substrate and, because they were all produced by the same evaporator mass, have a sharp lateral limit.
The mode of action of this coating will now be explained using the model shown in FIG. The layer 22 consists of silicon oxide 23 and therein a closed smallest chromium particles 24-34. The silicon oxide is translucent, while chromium strongly absorbs the light and reflects the unabsorbed rest. The proportion of chromium particles in the layer is selected so that there is enough to prevent the light from passing through the layer in a straight line.
At the same time, however, there are not enough chrome particles to form a metallic mirror for the incident light. An incident light beam 40 first penetrates a surface layer of the light-permeable silicon oxide until it hits a first chromium particle 31. The particle 31 absorbs part of the energy of the light beam 40 and reflects the rest as a light beam 41 through the transparent silicon oxide onto the chromium particle 28. The particle 28 again absorbs most of the energy of the incident light beam 41 and reflects the rest as Light beam 42 through the silicon oxide onto the chromium particle 32 etc.
If it is assumed that each chromium particle absorbs only 30% of the incident light, the beam 41 carries only 70% of the energy of the originally incident beam 40, the beam 42 only 49%, the beam 43 still 34%, the beam 44 still 24% and after twelve reflections the energy of the originally incident light beam is absorbed to less than 1%. In contrast to the beam path described, the light beam 45 which occurs on the chromium particles 24 located near the surface, after part of the original energy is absorbed in the chromium particles, is reflected back to the surface as beam 46. The proportion of this emerging light is very low in practice.
With vacuum evaporation, if the evaporation is carried out accordingly, the evaporated materials are deposited in the form of atoms or molecules on the collecting surface. It can then easily be achieved that in a layer 22 of only 1 .mu.m thickness, with a ratio of diameter to distance between the chromium particles of 1:10, there are still about 1000 chromium particles staggered in the thickness of the layer practically cause a complete absorption of the incident light.
To produce the coating, a vacuum evaporator apparatus is used, as shown schematically and greatly simplified in FIG. 3. The apparatus has a base plate 50 in which there is a large opening 51 which is in communication with a vacuum pump (not shown). The base plate has several electrically conductive and mutually insulated bushings 52-55, to which wires 56, 57 for supplying electrical current to evaporator crucibles 58, 59 made of molybdenum are connected above the base plate.
The ends of these implementations protruding below the base plate are connected to regulating transformers (not shown). A mirror 60 is arranged between the two evaporator crucibles. Above the crucible there is a spherical shell 61, the radius of which is selected so that it corresponds approximately to the distance between the shell and the two relatively closely spaced evaporator crucibles, so that the crucibles are practically in the center of the spherical shell. In a test facility, this distance was 28 cm.
The ball socket rests on four supports resting on the base plate, two of which (62, 63) are shown. The spherical shell is provided with holes and on its inside with holding devices in which the plates to be steamed (64, 65, 66, etc.) are attached. At mid-height between the crucibles 58, 59 and the spherical shell 61 and outside the space bounded by the supports 62, 63 two metal plates 75, 76 are arranged, which are connected to the passages 77, 78 in the base plate 50. The outer ends of these bushings are connected to a DC voltage source.
A bell 67 is placed over the entire arrangement, the flange 68 of which ends in a vacuum-tight manner with the base plate 50. The bell is provided with a side window 70 and an upper window 71. Next to the side window 70 is a controllable light source 72 containing a light bulb, the light of which is adjustable from a regulating transformer (not shown), and a condenser lens. A light-sensitive cell 73, which is connected to a measuring instrument (not shown), is arranged above the upper window 71.
<I> Example 1 </I> To produce reticle plates with a simple coating, the glass plates to be coated were first cleaned by known methods and then attached to the spherical shell 61 and covered with evaporator masks produced by the photographing process. Then the evaporator crucible 58 was filled with silicon monoxide and the crucible 59 with chromium. Both materials are commercially available in a suitable quality. The bell 67 was then placed over the arrangement and the space enclosed by the bell and the base plate 50 was evacuated through the opening 51.
After a pressure of about 3 - 10-5 Torr had been reached, the pump was switched off and oxygen was let into the system through the pump line until the pressure had risen to 10-2 Torr and then a direct voltage glow discharge with a between the two glow electrodes 75 and 76 Ignited voltage of about 3000 volts and a current of 10 mA and maintained for 10 minutes.
After the glow discharge had been switched off, the system was again evacuated to a pressure of 3-10-5 Torr and voltage was applied to the electrical feed-throughs 52, 53 and 54, 55. The current, which then flows through the crucibles 58 and 59, heats them and the material located therein, both of which give off accumulated and absorbed gases. When the vacuum pressure gauge (not shown in Fig. 3) showed that the material to be evaporated was no longer emitting any gas, the heating current for the two crucibles was increased to around 1750 C, at which temperature both the silicon oxide and the chromium were long evaporate sam.
At the same time, the light source 72 was switched on and the measuring instrument connected to the light-sensitive cell 73 was used to observe how the light transmittance of the plate 66 arranged in the light beam between the light source 72 and the cell 73 decreased as a result of the deposited layer. After the transmission had dropped to zero, the heating current for the two evaporators was turned off. After the evaporator had cooled down, the pump was also switched off and the evaporator chamber ventilated, the bell 67 lifted off and the finished be steamed glass plates lifted from the spherical shell 61.
After removing the evaporator masks, the glass plates provided with the vapor-deposited coating were ready for further processing.
<I> Example 2 </I> To produce circular graduations from composite coatings, the small glass plates used as carriers were again cleaned of large amounts of dirt by known methods. The circle division was then copied with commercially available photocopying lacquer on each of these platelets and covered on both sides with top lacquer. The glass plates prepared in this way are then attached to a spherical shell as in Example 1 and placed in an evaporator arrangement.
In contrast to the arrangement shown in Fig. 3, the one used here had two more than the evaporation crucibles arranged and movable from the outside diaphragms, which, when they were swiveled over the crucible, caught all of this evaporated material.
The recipient was first evacuated after the spherical shell covered with the glass plate had been introduced and the vaporizer crucible had been filled with silicon monoxide and chromium. Then the glass plates were glowed and the substances to be evaporated and the crucibles were degassed. Before the crucibles were heated, the mentioned screens were swiveled over the crucibles and the degassing was carried out at the evaporation temperature.
The diaphragms effectively prevented material from reaching the glass plates from the rods during the degassing period. After it had been determined on the vacuum measuring device that the degassing had ended, the light source 72 was switched on and the value for the maximum light transmission was read off on the measuring instrument of the photocell 73. Then, without changing the heating current and thus the temperature of the crucibles, the evaporator screen was pivoted in front of the crucible containing the silicon oxide, so that the evaporating silicon oxide could condense on the glass plate.
After a first thin layer of silicon oxide had been applied, the evaporator screen in front of the chrome crucible was also swiveled so that silicon oxide and chrome now condensed simultaneously on the small glass plate over the layer of pure silicon oxide. After the optical permeability of the coated platelets had dropped to 50% of the initial value, oxygen was admitted through a needle valve in the pump line up to a partial pressure of 7-10-5 Torr.
The vaporous silicon monoxide reacted with this oxygen to form a silicon oxide of indefinite composition (Si., 0y). The evaporation of silicon oxide and chromium was continued until the light transmission of the layer had sunk to zero. Then the Chromver evaporation was interrupted and only silicon monoxide evaporated until a sufficiently thick protective layer of Si. 0v was deposited over the mixed layer.
The coatings produced in the manner described were compared with evaporated pure chrome layers. In the rub test, the new coatings showed greater mechanical resistance than chrome coatings. In tropical tests, the new coatings and the chrome layers were about the same. In the fungicide test the new coatings were superior to the pure chrome layers and in the Cass tests the coatings and the chrome layers were again about the same. The most important difference was found in comparative measurements of the light reflection.
While the reflection of chrome layers in the wavelength range from 300 to 700 m, y increases from about 40 to 50%, the new coatings in the same wavelength range showed a reflection that drops from about 10 to about 8% and it was even possible for wavelengths of more than 530 m, u a reflection zero can be measured.
It will be understood that many changes are possible in the process described. For example, in addition to the device for measuring the transmission, a device for measuring the reflection during the vapor deposition of the layers can advantageously also be used and the vapor deposition can then be carried out in such a way that layers with minimal reflections arise. In the case of multiple layers, the thickness of both the first and the third layer can be determined according to fractions of a preferred light wavelength
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Layers) in order to reduce the reflection to a minimum when the light passes between media of different optical density.
Cryolite (a sodium aluminum fluoride) instead of silicon oxide can advantageously be used as the third layer for the same reason.
Of course, the coating according to the invention is not limited to the materials given in the examples, but any opaque materials can be dispersed in any translucent material depending on the particular application.
For the present invention, for example, the metals chromium, vanadium, manganese, iron, cobalt and nickel are considered to be opaque and the oxides of silicon, aluminum oxide, cryolite, magnesium fluoride, titanium oxide and ceria and quite generally the oxides,
Fluorides and chlorides of metals of group II and III B of the periodic table. In the following table, the experimentally determined layer thicknesses are given for some preferred materials, in which these have a transmission of 3% for light with 550 nm wavelength.
EMI0004.0021
Material <SEP> layer thickness
<tb> Cr <SEP> 40 <SEP> nm
<tb> Fe203 <SEP> 133 <SEP> nm
<tb> Cr203 <SEP> 326 <SEP> nm
<tb> Si.Oy <SEP> 4560 <SEP> nm The invention is not limited to a coating composed of one or three parts, but more individual layers can be arranged one above the other according to the respective arrangements. In certain cases it can also be advantageous if several different light-absorbing materials are dispersed in one or more light-permeable materials.