Brevet FR2208855A1 — publié le 19740628

La présente invention concerne des revetements antireflets et, plus particulièrement, un revêtement anti-reflets à plusieurs couches destiné à être utilisé sur des substrats transparents ayant un faible indice de réfraction, le revêtement comprenant au moins une couche pseudo-inhomogène dont l'indice de réfraction est distribué de façon non proportionnelle dans la direction de son épaisseur. Divers types de revêtement anti-reflets sont maintenant bien connus et sont utilisés sur les surfaces des lentilles, des prismes et d'autres éléments transparents constituant des parties d'instruments d'optique pour réduire la réflexion de lumière indésirée à partir de ces surfaces et pour augmenter la transmission. Un type de revêtement anti-reflets est tel que trois couches de matériaux différents ayant un indice de réfraction élevé et un indice de réfraction bas sont déposées sur un substrat transparent ltune sur l'autre par toute technique bien connue telle qu' une technique d'évaporation sous vide.Le revebtement anti-reflets est tel que pour une région spectrale autour d'une longueur d'on de choisie > X, la réflexion n'excède pas une valeur donnée, et com- prend une première couche ayant une épaisseur optique du quart de la longueur d'onde choisie, une seconde couche ayant une épaisseur optique d'une demi-longueur d'onde et une troisième couche ayant une épaisseur optique d'un quart de longueur d'onde dans l'ordre dans 1 e q ue 1 elles sont déposées sur le substrat. Chacune de ces couches est une couche homogène dont l'indice de réfraction est uniformément distribué au travers de la couche. Pour qu'un revêtement anti-reflets à trois couches du type décrit sous cette forme fondamentale de revêtement diminue la réflexion de surface à une valeur plus faible sur une région spectrale plus grande, en maintenant un équilibre de couleur convenable que celle qui était précédemment possible avec les trois couches homogènes, une solution a été proposée pour la seconde couche. Selon cette proposition, la seconde couche homogène est remplacée par une couche inhomogène de matériau ayant une distribution légèrement variable d'indice de réfraction dans la direction de l'épaisseur, fournissant par là une qualité améliorée de revêtement anti-reflets à trois couches.Mais, plusieurs difficultés se rencontrent pour former une telle couche inhomogène en raison de la limitation des matériaux disponibles pour la couche, de la relation étroite des indices de réfraction des trois couches par rapport à celui du substrat, et de la nécessité de beaucoup de temps et de travail pour effectuer l'évaporation sous vide. La présente invention prévoit un nouveau revêtement antireflets fait au moyen d'un matériau à haut indice et d'un matériau à bas indice en couches superposées l'une sur l'autre, dans lequel au moins une couche parmi les couches superposées est construite en superposant des sous-couches d'un matériau de haut indice et des sous-couches d'un matériau de bas indice l'une sur l'autre de sorte que les indices de réfraction soient distribués comme changeant continuellement dans leur effet selon la direction de l'épaisseur. L'épaisseur résultante des sous-couches superposées est presque égale à l'épaisseur de la couche inhomogène à remplacer, et le gradient de distribution d'indice de réfraction peut Etre commandé en faisant varier les épaisseurs des sous-couches les unes par rapport aux autres. La caractéristique de l'approximation de couches inhomogènes de la réalisation fondamentale est que, la couche pseudo-inhomogène est un film de trois sous-couches asymétriques dont les trois sous-couches superposées sont faites d'au moins deux matériaux d'indices différents et dont les deux sous-couches embrassant la sous-couche centrale ont des épaisseurs différentes l'une de l'autre. En conséquence, un premier objet de la présente invention est de prévoir un revêtement anti-reflets à performance améliorée comprenant des couches inhomogènes sur le revêtement anti-reflets dont toutes les couches sont homogènes. Un second objet de la présente invention est de prévoir un revêtement anti-reflets qui présente des possibilités accrues de prévision de revêtement anti-reflets car la couche pseudo-inhomogène peut être formée en utilisant deux matériaux de revêtement au moins. Un troisième objet de la présente invention est de prévoir un revêtement anti-reflets d'une grande gamme de matériaux. Un quatrième objet de la présente invention est de prévoir un revêtement anti-reflets qui diminue la réflexion super il cielle à une valeur plus faible sur une gamme spectrale plus gran de de façon à obtenir un plus grand rendement comme on le verra ciaprès. Un cinquième objet de la présente invention est de prévoir un revêtement anti-reflets destiné à être utilisé sur une gamme plus étendue dtindice de réfraction de substrat transparent. Ces objets ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante faite en relation avec les dessins joints, dans lesquels La figure 1 est un graphique représentant la réflexion d'un revêtement anti-reflets typique construit selon la présente invention par rapport à la réflexion d'un revêtement anti-reflets classique. La Augure 2 est un graphique représentant la distribution d'indice de réfraction d'une couche inhomogène et la distribution d'indice de réfraction équivalente d'un film de sous-couches triples pseudo-inhomogène selon la présente invention. La figure 3 est un graphique représentant la distribution d'indice de réfraction d'un revêtement anti-reflets à sept couches qui constitue un mode de réalisation de la présente invention par rapport è une modification d'un revêtement anti-reflets connu comprenant deux couches inhomogènes. La figure 4 est un graphique représentant la réflexion d'un revêtement anti-reflets à sept couches selon la présente invention par rapport à la réflexion d'un revêtement anti-reflets à trois couches de construction classique pour le mode de réalisation ci-dessus. Les figures 5 et 6 sont des graphiques représentant les variations d'épaisseur des sept couches du revêtement anti-reflets des types A et B respectivement selon la variation de l'indice de réfraction pour le'substrat. La présente invention s'appuie sur le fait que, pour autant que lés caractéristiques fondamentales sont concernées, une couche inhomogène peut être obtenue de façon approximative au moyen d'un film à trois sous-couches, pourvu que les épaisseurs des deux sous-couches entourant la sous-couche intermédiaire soient inégales. Selon un mode de réalisation de la présente invention, représenté en figure 2, un film unique inhomogène, dont l'indice de réfraction est continûment distribué comme diminuant graduellement avec une augmentation de la distance à partir du substrat vers l'air comme cela est représenté par les lignes en trait plein, peut être remplacé par un film à trois sous-couches inégales dont la sous-couche adjacente au substrat a une épaisseur plus grande que la sous-couche exposée à l'air comme représenté par les traits pointillés. De même, une- approximation de film à plus de trois souscouches peut être utilisée au lieu de la couche inhomogène unique, pourvu que plus de trois sous-couches de matériau de haut indice et de matériau de bas indice superposées l'une sur l'autre aient des épaisseurs différentes l'une de l'autre.Dans les dessins, nG représente l'indice de réfraction du substrat de verre, nO l'indice de réfraction de l'air, nH un indice de réfraction élevé de matériau de revêtement et nL un indice de réfraction bas d'un matériau de revêtement. En outre, comme cela est représentée dans la figure 3, la caractéristique de la présente invention s'applique également à un revêtement anti-reflets à trois couches à haute performance comprenant deux couches inhomogènes et.on notera que chacune de ces couches inhomogènes peut être remplacée par approximation par le film à trois sous-couches selon la présente invention. Selon le second mode de réalisation susmentionné, représenté par les traits en pointillés de la figure 3, 1e première couche du revêtement anti-reflets à trois couches comprend un film'à triple sous-couches asymétriques dont la sous-couche intermédiaire ayant un indice de réfraction élevé est comprise entre deux souscouches externes ayant un indice de réfraction bas, et la seconde couche comprend un film à triple sous-couches asymétriques dont la sous-couche intermédiaire ayant un indice de réfraction bas est comprise entre les deux sous-couches externes ayant un indice de réfraction élevé.Dans le revêtement anti-reflets de construction fondámentale, la troisième couche extrême ayant un indice de réfraction bas et ayant une épaisseur optique d'un quart de la longueur d'onde d'utilisation est utilisée sans modification comme couche extrême du mode de réalisation de la présente invention. La figure 4 représente la réflexion du revêtement de construction classique par la courbe en trait plein et la réflexion d'un mode de réalisation de la présente invention par la courbe en trait pointillé. Les ordonnées représentent le pouvoir de réflexion en pourcent et les abscisses la longueur d'onde en millimicrons (m ).Dans le mode de réalisation, tout matériau ayant un indIce de réfraction compris entre 1,80 et 2,C0 est utilisable comme matériau à haut indice pour les sous-couches avec une légère modification d'épaisseur, tandis que tout matériau ayant un indice de réfraction compris entre 1,35 et 1,80 est utilisable comme matériau à bas indice pour les autres sous-couches et les couches autres que la couche extrême ( /4) avec une modification des épaisseurs. Comme matériau de couche ex trezme, on peut utiliser tout matériau ayant un indice de réfraction compris entre 1,35 et 1,50. Mais, il faut noter que pour réduire le pouvoir de réflexion du revêtement autant que possible, une plus grande différence d'indice de réfraction entre le matériau à haut indice et le matériau à bas indice est préférée. Quand des matériaux ayant des indices de réfraction dans les gammes spécifiées ci-dessus sont utilisés pour le dépôt sur un substrat, la modification d'épaisseur de chaque sous-couche dépend de l'indice de réfraction du matériau utilisé pour la sous-couche, mais, pour un substrat ayant un indice de réfraction bas, les modifications de l'épaisseur classique de chaque sous-couche ou couche sauf de certaines sous-couches peuvent être de façon suffisante dans la gamme de - 0,15 x X/4. D'autre part, des combinaisons d'épaisseur standard pour les sous-couches et les couches peuvent être classées en deux groupes principaux que l'on appellera ici de façon temporaire le type A et le type B. Les gammes de modification des épaisseurs standard selon les gammes d'indice de réfraction utilisable des matériaux utilisés pour les sous-couches et les couches correspondantes sont tabulées dans le tableau 1, dans lequel le substrat a un indice de réfraction de 1,52, et dans lequel l'épaisseur est une épaisseur optique réduite en utilisant le quart de la longueur d'nnde d'utilisation Xcomme unité. TABLEAU 1 Type A Type B Substrat Epaisseur Vérification Epaisseur Vérification 1ère couche 0,04 + 0,04 0,04 + 0,04 + 0,27 - 0,15 2ème couche 0,2) - 0,15 + 3ème couche 0,37 0,15 0,35 0,15 0,15 4ème couche 0,69 0,15 2,00 0,15 ?Cme couche 0,22 t 0,1) 0,08 - O, o8 6ème couche C,59 f 0,15 0,25 + 0,15 7Cme couche 1,00 1,00 Air Comme c'est clair à partir du tableau 1, l'épaisseur de la première couche est très mince. Quand elle est suffisamment mince, la première couche peut être omise.En ce cas, le revêtement anti-reflets comprend six couches, la couche adjacente au substrat est en fait un matériau à haut indice. Les figures 5 et 6 représentent la dépendance de l'épaisseur standard à l'indice de réfraction du substrat. Les caractères numériques représentent les couches en les comptant à partir du substrat. On note que, dans le cas du type A, quand l'indice de réfraction n du substrat augmente, les valeurs requises de l'indice de réfraction des première, troisième et quatrième couches augmentent et que les valeurs requises de l'indice de réfraction des seconde et cinquième couches diminuent. Tandis que dans le cas du type B, les valeurs requises de l'indice de réfraction des première, quatrième et cinquième couches augmentent et que la valeur requise de la seconde couche diminue. Le tableau suivant représente des valeurs particulières d'indice de réfraction et d'épaisseur de chaque couche pour six combinaisons différentes. Dans ce tableau, nG représente l'indice de réfraction du substrat de verre, nH l'indice de réfraction de la couche à haut indice, nL l'indice de réfraction de la couche à bas indice autre que la couche extrême, nLO l'indice de réfraction de la couche extrême et nO l'indice de réfraction de l'air. TABLEAU 2 1 2 3 4 5 6 7 nG nL nH nL nH nL nH nLO n Indice de réfraction ... 1,52 1,38 2,20 1,38 2,20 1,38 2,20 1,38 1,00 Epaisseur A1 . 32 50 98 32 82 140 Epaisseur B1 . 5 34 38 240 9 29 120 Indice de réfraction ... 1,52 1,54 2,20 1,45 2,20 1,45 2,20 1,38 1,00 Epaisseur A2 31 55 99 32 83 139 Epaisseur B2 . 2 33 45 237 8 32 123 Indice de réfraction ... 1,70 1,38 2,20 1,38 2,20 1,38 2,20 1,38 1,00 Epaisseur A3 . 35 37 100 34 74 143 Epaisseur B3. - -39 27 243 13 38 122 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Revêtement anti-reflets pour réduire la réflexion lumineuse à partir d'une surface d'un substrat transparent, comprenant une pluralité de couches fondamentales, caractérisé en ce qu' au moins l'une de ces couches fondamentales est remplacée par un laminé comprenant un matériau ayant un haut indice de réfraction et un matériau ayant un bas indice de réfraction en sous-couches superposées l'une sur l'autre par évaporation sous vide, en ce que les épaisseurs des sous-couches embrassant une sous-couche de ce laminé sont différentes l'une de 1-' autre et en ce que l'épaisseur du laminé est presque égale à celle de la couche fondamentale remplacée, d'où il résulte que le laminé placé au lieu de la couche fondamentale du revêtement agit comme une couche inhomogene dont l-'indice de réfraction est distribué selon une variation lente dans la direction de l'épaisseur. 2 - Revêtement anti-reflets selon la revendication-l, caractérisé en ce que les première et seconde couches fondamentales, en comptant à partir de la couche adJacente au substrat sont inhomogènes, et en ce que la troisième couche est homogène, chacune des première et seconde couches fondamentales comprenant trois souscouches de matériau à haut indice et de matériau à bas indice superposées l'une sur l'autre, les épaisseurs des sous-couches sur les deux côtés du film à trois sous-couches étant différentes l'une de l'autre. 3 - Revêtement'anti-reflets selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sous-couche la plus proche du substrat est supprimée. 4 - Revêtement anti-reflets selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche proche du substrat a une paisseur optique d'environ > /4, la seconde couche ayant une épaisseur optique d'environ : /2 et la troisième couche ayant une épaisseur optique d'environ X/4, X étant uné longueur d'onde choisie dans une région spectrale pour laquelle la réflexion ne doit pas dépasser une valeur donnée. 5 - Revêtement anti-reflets selon la revendication 4, ca ractérisé: en ce que la première couche est faite. de trois souscouches d'un matériau à bas indice, d'un matériau à haut indice et du matériau à bas indice dans cet ordre, dans lequel elles sont déposées par évaporation sous vide sur le substrat, les épaisseurs des deux sous-couches ayant le bas indice de réfraction étant différentes l'une de l'autre. 6 - Revêtement anti-reflets selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde couche est faite de trois souscouches d'un matériau à haut indice, d'un matériau à bas indice et du matériau à haut indice dans cet ordre, dans lequel elles sont déposées par évaporation sous vide sur le substrat, les épaisseurs des deux sous-couches ayant un indice de réfraction élevé étant différentes l'une de l'autre. 7 - Revêtement anti-reflets selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches fondamentales sont la première, la seconde et la troisième couche en comptant à partir de la couche adjacente au substrat, et ont des épaisseurs optiques d'environ X /4, d'environ > /2 et d'environ )r k/4 respectivement, la première couche comprenant trois sous-couches, c'est-à-dire une première sous-couche de matériau à bas indice, une seconde sous-couche d'un matériau à haut indice et une troisième sous-couche de matériau à bas indice en comptant à partir de la sous-couche adjacente au substrat, la première sous-couche étant plus mince que la troisième sous-couche, la seconde couche fondamentale comprenant trois sous-couches, c'est-à-dire une quatrième sous-couche de matériau à haut indice > une cinquième sous-couche de matériau à bas indice et une sixième sous-couche de matériau à haut indice en comptant à partir de la sous-couche adjacente au substrat, la quatrième souscouche étant plus épaisse que la sixième sous-couche, et la troisième couche fondamentale étant faite du matériau à bas indice, > étant une longueur d'onde choisie dans la région spectrale dans laquelle la réflexion ne doit pas dépasser une valeur donnée. 8 - Revêtement anti-reflets selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première sous-couche la plus proche du substrat est omise.