DE3025040A1

DE3025040A1 - Lichtabsorbierender belag mit reflexionsverminderung

Info

Publication number: DE3025040A1
Application number: DE19803025040
Authority: DE
Inventors: Takaharu Koike; Kimiaki Yamamoto
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1980-07-02
Publication date: 1981-01-08
Also published as: US4381883A; JPS568107A

Description

PATENTANWALT Dipl-Phys. RICHARD LUYKEN

Olympus Optical Co. Limited ^{oot 7756}

2. Juli 198o Tokyo/Japan

L/Kdg

Lichtabsorbierender Belag mit Reflexionsverminderung

Die Erfindung bezieht sich auf einen lichtabsorbierenden Belag mit Reflexionsverminderung.

Optische Elemente, wie Filter, bei denen die Lichtabsorption durch Metalle zur Abdeckung oder Schwächung von Licht verwendet wird , finden in verschiedenen optischen Systemen Verwendung. Lichtabsorbierende Beläge, die auf der Lichtabsorption von Metallen beruhen, zeigen im allgemeinen hohe Reflexion. Aus diesem Grund entstehen in optischen Systemen,die optische Elemente mit solchen lichtabsorbierenden Belägen verwenden. Unscharfe und Geisterbilder, die von diesen optischen Elementen hervorgerufen werden und Beobachtung behindern. Die in Phasenkontrast-Mikroskopen verwendete Phasenplatte beispielsweise ist so ausgelegt, daß sie einen Phasensprung ( oder Phasenverzögerung )

vor von >-/4 in dem rinaförmigen Teil hej/ruft, auf den die gebeugten

Strahlen nullter-Ordnung fokussiert werden und die gleichzeitig

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eine entsprechende Absorption besitzt, wie dem Fachmann bekannt Aus diesem Grund ist die Phasenplatte normalerweise mit Metall bedampft, um die Absorption zu erzeugen. Infolge der Tatsache, daß Metall einen hohen Absorptionskoeffizienten und einen hohen Reflexionskoeffizienten besitzt, wird durch die Reflexion Unscharfe verursacht, die die Abbildung in Phasenkontrast-Mikroskopen verschlechtert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen lichtabsorbierenden überzug anzugeben, der so ausgebildet ist, daß er Reflexion auf einer metallischen Schicht vermeidet, die einen hohen Absorptionskoeffizienten besitzt.

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

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips des lichtabsorbierenden Belags nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus des lichtabsorbierenden Belags nach der vorliegenden Erfindung zur Verwendung als Phasenplatte,

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Fig. 3 eine grafische Darstellung der Reflexion eines lichtabsorbierenden Belags nach der vorliegenden Erfindung und

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Reflexion eines üblichen lichtabsorbierenden Belags.

Der erfindungsgemäße lichtabsorbierende Belag ist so ausgebildet, daß er die Reflexion auf einer metallischen Schicht verhindert, die in diesem hohes Reflexionsvermögen besitzt, das so groß ist, daß intensive Reflexion bei Verwendung der metallischen

alleiniger
Schicht als Schicht des Belages auftreten würde.

Demgemäß besteht der lichtabsorbierende Belag aus einer Schicht eines dielektrischen Materials 1 und einer metallischen Schicht 2, wobei, wie in Fig. 1 gezeigt, die intensive Reflexion von Licht _r^ , die an der Kontaktfläche 1a zwischen der Schicht aus dielektrischem Material und der metallischen Schicht hervorgerufen Wird, unterdrückt wird durch zusammengesetzte Strahlung aus Reflexionslicht r₂ an der Rückseite 2a der metallischen Schicht 2 und der Reflexionswelle, die auf der Oberfläche der Schicht des dielektrischen Materials hervorgerufen wird. Wenn man in Fig. 1 annimmt, daß der Brechungsindex der Schicht aus dielektrischem Material 1, die als erste Schicht angeordnet ist, mit ni ^unc* deren Dicke mit d. bezeichnet wird und daß der komplexe Brechungsindex der metallischen Schicht, die als zweite Schicht angeordnet ist, mit n₂ (= n₂' - ik ) und deren Dicke mit d₂ bezeichnet wird, kann die Reflexion an den einzelnen Grenzflächen durch r_o» ^ri ^bzw· ^r2 bezeichnet werden.

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Die Schicht über der Oberfläche Ib und die unter der Oberfläche 2a kann aus Luft oder Glas bestehen. Die Schicht über die Oberfläche 1b kann eine Schicht aus dielektrischem Material und die Schicht unter der Oberfläche 2a kann wahlweise aus einer MehrSchichtenanordnung verschiedener Materialien einschließlich Metallen bestehen.

Im Fall einer Mehrschichtenanordnung wird :&£&ReÜexioiv der Grenzflächen der ganzen Mehrschichtenanordnung als äquivalent der Reflexion r_Q bz.w r₂ angesehen. - S

Wenn Licht vertikal auf die Oberfläche 1b des Films,4nit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau in Richtung dort von oben auftritt, kann die ._t zusammengesetzte,.Reflexion^ :£._■ durch ^^l-g.ende, G|.eiehuivj angegeben werden __ _Uii._jJi3 __r _.._;tjV? ,^_{vb :}^._{? i;s} ,Μ^ν··. ;·_;-;ογ

worin r_o= |r_Q| e^iöo , r.,= Jr₁Je¹⁰I
1 + IrJ Ir.

e 0 e -^o i = I a j e

, Cf₂H

bedeuten.

030062/0928, .

Daher ist es möglich, Reflexion zu verhindern, wenn n., , n- und d ^und d₂ so gewählt werden, daß die durch die folgende Formel (2) gegebene Amplitudenbedingung und die durch die folgenden Formeln (3) und (4) gegebenen Phasenbedingungen erfüllt sind

4 T η d,

Die Formeln (2) bis (4) brauchen in der Praxis nicht ganz genau erfüllt zu werden. Wenn zum Beispiel die Bedingung (2) genau erfüllt ist, ist es möglich, einen recht zufriedenstellenden reflexionsverhütenden Effekt zu erhalten, wenn

fcj in der Bedingung (4) um + 0,4^VOn dem definierten Wert und Χ*- ^{in der} Bedingung (3) um + o,3^ von dem definierten Wert abweicht.

Das bedeutet, daß ein ausreichender Reflexionsverhinderungseffekt erreichbar ist, wenn n-jd., und n₂ d₂ Werte innerhalb der durch die folgenden Bedingungsgleichungen gegebenen Bereiche besitzen

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t fe1^d1 ^ ^(ΘΓ⁶<Γ°

Weiterhin wurde durch eingehende Untersuchung festgestellt, daß die Formel (3) genau erfüllbar ist, wenn der Brechungsindex n-| unterschiedlich zum Brechungsindex n^ der Schicht unter der Grenzfläche 2a ist und die Formeln (2) bis (4) können leicht erfüllt werden, wenn ein dielektrisches Material mit hohem Brechungsindex in der ersten Schicht verwendet wird, so daß ein guter reflexionsverhindernder Effekt erzielt wird^Es sei nun ein Ausführungsbeispiel eines lichtabsorbierenden Belags mit Reflexionsverhinderung auf der Basis der vorstehend beschriebenen Theorie erläutert. In dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau ist eine Glasplatte mit einem Brechungsindex η =1,52 über der Schicht 1 angeordnet, die eine Schicht aus dielektrischem Material mit dem Brechungsindex n^=2,33 und einer Dicke d-=38,6 m/U ist, der als erster Schicht 1 eine metallische Schicht 2 folgt mit einem Brechungsindex n₂=1,97-2,n und einer Dicke d₂=2o,3 m/U, wobei die darunterliegende Schicht aus Luft besteht. Dieser lichtabsorbierende Belag mit dem angegebenen Aufbau zeigt ein spektrales Reflexionsvermögen, wie es durch die Kurve a in Fig. 3 veranschaulicht wird.

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·" ι- e\

Es ist möglich, sp; einen lichtabsorbierenden Belag zu erhalten, der ein Reflexionsvermögen besitzt^ das beträchtlich kleiner als das der üblichen BpIH-^e ist,' i~ac"n; ?er -Brechungsindex η der dielektrischen Schilt·.. der-2n Dirke d, der komplexe Brechungsindex n'-ik der.metalliscnen Schicht and deren Dicke d¹ innerhalb der durch die folgenden iiedincrur.gen gegebener Bereiche gewählt werden: : ■

1f6^. η ^ 2,7 1o / d Λ ^Λο 1_r4^n'^28 2o ^ d'^Bo 1,2^k ^ 3,5

Das zuvor angegebene Ausführungsbeispiei hat innerhalb dieser Bereiche gewählte Werte.

Es sei nun als zweites Ausführungsbeispiel eine Phasenplatte für ein Phasenkontrastmikroskop beschrieben, die mit einem lichtabsorbierenden Belag mit Reflexminderung nach der Erfindung versehen ist.

Fig. 2 zeigt eine solche Phasenplatte mit lichtabsorbierendem Film nach der Erfindung. Diese Phasenplatte besteht aus sechs Schichten, die zwischen Glasplatten angeordnet sind, wobei die erste und zweite Schicht als Schichten mit reflexionsverhindernder Eigenschaft nach dem der Erfindung zugrundeliegenden Prinzip ausgebildet sind. Die zweite Schicht ist eine Schicht mit licht-

BAO OR'GINÄL

absorbierender Funktion der Phasenplatte und die erste Schicht aus dielektrischem Material ist auf der Einfallsseite der zweiten Schicht angeordnet. Die fünfte Schicht dient zur Einstellung des für eine Phasenplatte erforderlichen Lichtabsorntionsverhältnis, während die sechste Schicht eine Phasendifferenz hervorrufende Schicht ist. Die Daten sind bei diesem Ausführungsbeispiel wie folgt

Glasplatte n_o=1»52

Erste Schicht n₁=2_f33 d.j=3o m,u

Zweite Schicht n₂=1 »97-2,1 i d₂=2o,3 m,u

Dritte Schicht n₃=1,33 d₃=9o,2 m,u

Vierte Schicht n₄=2,33 d₄=21,5 nyu

Fünfte Schicht n₅=1,97-2,1i d₅=1o nya

Sechste Schicht ng=1»33 dg=624 rti/U

Glasplatte ^=1,52

Die in Fig. 2 gezeigte Phasenplatte hat das durch die Kurve b in Fig. 3 veranschaulichte Reflexionsvermögen. Das Reflexionsvermögen einer üblichen Phasenplatte (bestehend aus einer ersten Schicht eines dielektrischen Materials und einer zweiten Schicht aus Metall zwischen Glasplatten angeordnet) ist in Fig. 4 dargestellt. Ein Vergleich zwischen diesen Kurven zeigt, daß die erfindungsgemäße Phasenplatte einen hohe reflexionsverhindernden Effekt liefern kann. Daher macht es die erfindungsgemäße Phasenplatte möglich, hervorragend mit Phasenkontrast-Mikroskop-en zu mikroskopieren, ohne durch Unscharfe oder

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Geisterbilder gestört zu werden.

Die vorliegende Erfindung ist natürlich nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, eine dritte Schicht oder eine Mehrschichtenanordnung aus dielektrischem Material an der austrittsseitigen Oberfläche der zweiten Schicht (metallische Schicht 2) in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel anzuordnen. In diesem Fall ist es wirkungsvoll für die an der Einfallsseite der metallischen Schicht gelegene erste Schicht, einen Brechungsindex zu wählen, der höher ist als der Brechungsindex der dritten Schicht oder der Schicht, die mit der Metallschicht im Falle einer Mehrschichten-anordnung in Kontakt steht. Mit anderen Worten wird eine Schicht aus dielektrischem Material mit hohem Brechungsindex als erste Schicht verwendet, eine metallische Schicht als zweite Schicht und eine Schicht aus dielektrischem Material mit niedrigem Brechungsindex als dritte Schicht (oder die Schicht, die bei Mehrschichtenanordnung mit der metallischen Schicht in Verbindung stehtl. Um die Schichten aus dielektrischem Material und die Metallschicht sowie die

Mehrschichtenanordnung zu bilden, ist es möglich,verschiedene Materialien, die dem Fachmann bekannt sind, zu verwenden.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, gelingt es mit dem erfindungsgemäßen lichtabsorbierenden Belag, die auf Metall zurückzuführende Reflexion beträchtlich zu verringern, wodurch es möglich ist, optische Systeme damit auszurüsten,

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die eine von Unscharfe oder Geisterbildern nicht beeinträchtigte Betrachtung ermöglichen. Beispielsweise kann der lichtabsorbierende Belag nach der Erfindung bei einer Phasenplatte verwendet werden, die vorzügliche Phasenkontrastmikroskopie ermöglicht.

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'AS-

Leerseite

Claims

PATENTANWALT Dipl.-Phys. RICHARD LUYKEN

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Patentansprüche

1J Lichtabsorbierender Belag mit Reflexionsverminderung, enthaltend eine lichtabsorbierende metallische Schicht und zumindest eine auf der Einfallsseite der lichtabsorbierenden Schicht angeordnete Schicht aus dielektrischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungsindizes und die Dicken der metallischen Schicht und der Schicht aus dielektrischem Material derart gewählt sind, daß die an der Grenzfläche zwischen der metallischen und der Schicht aus dielektrischem Material erzeugte Reflexionswelle durch die Reflexionswelle, die auf der anderen Oberfläche der metallischen Schicht erzeugt wird, ausgelöscht wird.

2. Lichtabsorbierender Belag mit Reflexionsverminderung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Erfüllung der folgenden Bedingung

wobei r_o = jr_o| e ο das Reflexionsvermögen auf der an der Einfallsseite de» dielektrischen Materials liegenden Oberfläche

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und r-|⁼ I r.|| e 1 das Reflexionsvermögen an der Grenzfläche zwischen der Schicht aus dielektrischem Material und der metallischen Schicht und r₂= |r₂| e 2 das Reflexionsvermögen aus der austrittsseitigen Oberfläche der metallischen Schicht bezeichnen, zusammen mit folgenden Bedingungen

-G₂ + ο,δίη^έηια-, £ (^θι"^Θ _ο ⁺ ^λ>

(O₂-G₁ - 1,3^)^ρΔι₂ ^α2έ^(Θ2'^β1 -°'^7ιί^ oder

(G₂ -O₁ + o,7t)^<n₂d₂< (G₂-G₁ + 1,31t) worin O₁ - Θ_ο <. 0 und G₂ - G₁ > 0 bedeuten.
3. Lichtabsorbierender Belag nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Erfüllung der folgenden Bedingungen

1,6 ^ η έ- 2,7 1o C d ^ 4o 1,4^η·ζ.2,8 2o<£ d¹ ^.5o
1,2 ^ k ^3,5

worin η den Brechungsindex der Schicht aus dielektrischem Material, d die Dicke der Schicht aus dielektrischem Material, n¹ - ik den komplexen Brechungsindex der metallischen Schicht und d¹ die Dicke der metallischen Schicht bezeichnen.

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4. Lichtabsorbierender Belag mit Reflexionsverhinderung nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus dielektrischem Material einen Brechungsindex von 2,33 und eine Dicke von 38,6 m/U, daß die metallische Schicht einen Brechungsindex von 1,97-2,11 und eine Dicke von 2o,3 iri/U besitzt und eine Glasplatte mit einem Brechungsindex von 1,52 auf der Einfallsseite der Schicht aus dielektrischem Material angeordnet ist.
5. Lichtabsorbierender Belag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus dielektrischem Material an der äustrittsseitigen Oberfläche der metallischen Schicht angeordnet ist.
6. Lichtabsorbierender Belag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrschichtanordnung aus dielektrischem Material an der Austrittsseite der metallischen Schicht angeordnet ist.
7. Lichtabsorbierender Belag mit reflexionsverhindernden Eigenschaften, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau Glasplatte n_Q=1,52

Erste Schicht η^=2,33 d.,=3o m/U

Zweite Schicht n₂=1,97-2,11 d₂=2o,3 m,u

Dritte Schicht n₃=1,33 d₃=9o,2 m/U

Vierte Schicht n₄-2,33 d₄-21,5 m^u

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Fünfte Schicht n₅=1,97 - 2,1i d₅=1o nyu Sechste Schicht n_g=1,33 dg=624 rri/U

Glasplatte n7⁼1f52

worin n_o bis n^ die Brechungsindizes der Glasplatte bzw.

der einzelnen Schichten und
d-j bis dg die Dicken der einzelnen Schichten bezeichnen.

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