Brevet FR2543696A1 — publié le 19841005

La présente invention est relative à un filtre d'interférence muni d'une bande transparente d'une lar- geur de bande de 3 à 30 % de la longueur d'onde centrale de la bande transparente. De tels filtres servent à sélectionner des domaines spectraux limités; ils sont donc utilisés dans des dispositifs optiques ou des appareils du domaine des UV, VIS et proches des IR. Des filtres d'interférence uniis d'une bande transparente sont constitués généralement par un système de couches métalliques et non métalliques ou seulement non métalliques qui sont appliquées les unes sur les autres sur un support transparent à la lumière et protégées contre toute influence extérieure par un verre de couverture relié par un liant et présentant éventuellement une fonction filtrante en formant un bloc supplémentaire. Des filtres d'interférence munis de couches métalliques et non métalliques transparentes à la lumière sont connus par le brevet allemand 716 153 L'inconvénient de ces filtres réside dans le fait que la transmission est fortement diminuée dans le domaine de transparence en raison de la haute absorption lumineuse par les couches métalliques. Dans le document DE-PS 913 005, des filtres d'interférence sont décrits comportant des systèmes de couches transpa- rentes à la lumière non métalliques, à réfraction élevée ais faible en alternance De tels filtres disposent d'une transmission maximale très élevée dans le domaine de trans- parence en raison de la faible absorption des couches non métalliques Le fait que le domaine de transmission élevée ne reste limité qu'à une bande de longueur d'onde étroite constitue un inconvénient pour de nombreuses utilisations. Un élargissent constructif du domaine de transparence de ce type de filtre en diminuant le nombre de couches entraîne une transparence élevée à la lumière, inadmissible pour l'utilisation dans le domaine d'arrêt, et une détérioration de la raideur de la pente des bordures spectrales déli- mitant la bande transparente. En disposant des filtres identiques de ce type les uns à la suite des autres munis d'uni nombre réduit de couches et présentant par conséquent un domaine de transparence élargi, on obtient des filtres à cavités multiples présentant une faible transparence à la lumière dans le domaine d'arrêt et un domaine de transparence élargi à limite spectrale raide (Knittel 1 'Optics of Thin Films" John Wile & Sons, London-New York 1976). Cependant un inconvénient se présente pour de tels filtres, lors de la disposition nécessaire, les uns à la suite des autrese de plus de 3 éléments filtrants, par le fait qu'une structure de bandes d'absorption apparaît dans la bande transparente du filtre, structure qui entraîne une diminution de la transmission De plus cette structure de bandes réagit très sensiblement aux erreurs d'épaisseur de couche dues à la fabrication. Par ailleurs, il est connu de fabriquer un filtre d'interférence avec une bande transparente en combinant un filtre présentant un domaine de transpa- rence élargi à onde courte avec un deuxième filtre pré- sentant un domaine de transparence élargi à onde longue de sorte que les domaines de transparence des filtres se superposant délimitent une bande de longueur d'onde (H.A Macleod "Thin Fims Optical Filters" Adam Hilger LTD, London, 1969, p 154 ff)' Une telle disposition est aussi présentée dans le document DD-PS 6369. Des filtres d'interférence de ce type pour filtrer un domaine de transparence spectral présentent l'inconvénient que pour leur réalisation, il y a néces- sité de deux filtres différents présentant des systèmes de couches différents ce qui fait appel à plus de moyens techniques De plus, le respect de cotes spectrales n'est pas satisfaisant du fait de la superposition d'erreurs dues à la fabrication des deux filtres. L'objet de l'invention consiste à améliorer la qualité des filtres d'interférence optiques munis d'une bande transparente Les inconvénients des solutions techniques connues doivent être écartés. L'objet selon l'invention consiste à créer des filtres d'interférence optique munis d'une bande trans- parente qui permet une transmission élevée en éliminant au maximum la structure de bandes dans la bande trans- parente du filtre, sans pour autant détériorer les qualités filtrantes avantageuses, telles que la largeur de bande correspondante de la bande transparente-et le bon effet d'arrêt dans le domaine de l'arrêt latéral. La solution à ce problème est obtenue confor- mément à l'invention grâce à un filtre d'interférence muni d'une bande transparente constituée par un système de couches d'interférence appliqué que un support trans- parent à la lumière et fermé par un verre de couverture fixé par un liant, système qui peut se composer de plusieurs groupes de couches filtrantes superposées et construites symétriquement, par exemple en présentant la structure de couches g 2 H, Ig 2 NH,-H Ng 2 HNH ou HN Hg 2 NHNH, etc, couches qui, à chaque fois, sont reliées par une couche intermédiaire N, les couches non métalliques individuelles et transparentes à la lumière, H, N ou g 2 H, g 2 N des groupes de couches filtrantes présentant des indices de réfraction différents n H et n et une épaisseur de couche optique égale à 1/4 de la longueur d'onde L O du filtre ou un g multiple à nombre entier avec g = 1,2,3 du double de la valeur 1/4 A O, par le fait que le nombre des couches individuelles, dans un ou plusieurs groupes externes de couches filtrantes du système de couches d'interférence>est diminué du nombre des couches individuelles externes H ou N par rapport au nombre des couches individuelles dans un ou plusieurs groupes internes des couches filtrantes, et/ou par le fait que, dans un ou plusieurs groupes externes de couches filtrantes du système de couches d'interférence, l'épais- seur optique de la couche individuelle centrale concer- née g 2 H ou g 2 N est inférieure à l'épaisseur optique de la couche individuelle centrale concernée dans un ou plu- sieurs groupes internes de couches filtrantes. Il est alors avantageux que les couches indi- viduelles N ou g 2 N disposent d'un indice de réfraction inférieur par rapport aux couches individuelles H ou g 2 H. Mais il est aussi possible que les couches individuelles N ou g 2 H présentent par rapport aux couches individuelles H ou g 2 H un indice de réfraction ou supérieur. Par ailleurs, il est avantageux que l'indice de réfraction N N de la couche intermédiaire N coïncide avec l'indice de réfraction n T du support et; dans le cas d'un verre de couverture fixé par un liant, avec l'indice de réfraction n K du liant de fixation du verre de couver- ture. Sinon en présence d'indices de réfraction dif- férents pour la couche intermédiaire N du support et du verre de couverture, une couche intermédiaire supplémen- taire peut être prévue entre le support et le système de couches d'interférence et/ou entre le système de couches d'interférence et le verre de couverture fixé par un liant, s'il existe. L'essentiel de l'invention consiste en ce que dans le système de couches d'interférenceselon le filtre d'interférence conforme à l'invention, au moins un groupe externe de couches filtrantes se distingue d'un ou plusieurs groupes internes des couches filtrantes de même structure par le nombre des couches individuelles H ou N ou par l'épaisseur optique des couches indivi- duelles centrales ou par les deux caractéristiques En effet, le nombre des couches individuelles H ou N ou l'épaisseur optique des couches individuelles centrales g 2 H ou g 2 N doit être inférieur dans au moins un groupe externe de couches filtrantes à un ou plusieurs groupes internes des couches filtrantes. On désigne,par groupes externes de couches filtrantes, le groupe de couches inférieures appliquées sur le support et le groupe de couches supérieures appli- quées contre la couverture extérieure, par exemple un verre de couverture, mais aussi le deuxième groupe de couches inférieures ou supérieures et ainsi de suite. Il est avantageux que les groupes de couches filtrantes extérieurs soient seulement diminués des deux couches individuelles extérieures 0/4 H ou N de ces groupes de couches filtrantes par rapport aux groupes de couches filtrantes intérieures à structure identique, ou que seulement la couche individuelle centrale g 2 H ou g 2 N du groupe de couches filtrantes extérieures soit diminuée de 2 H ou 2 N couches, donc de O /2 dans l'épaisseur optique par rapport au groupe intérieur de couches filtrantes. L'avantage du système de couches d'interférence selon l'invention réside dans le fait que les structures gênantes des bandes dans le domaine de transparence du filtre ont été éliminées ou fortement limitées et on obtient de ce fait une transr mission plus élevée Les autres qualités de filtrage restent largement maintenues telles que la largeur de bande et l'effet d'arrêt dans le domaine d'arrêt latéral. Des plaques de verre usuelles ou des filtres en verre connus avec lesquels ob obtient des effets de fil- trage supplémentaires connus peuvent être utilisées en tant que support des couches ou verre de couverture. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent-&'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'in- vention sont représentées, à titre d'exemples non limi- tatifs, aux dessins annexés. Les fig 1 et 3 représentent la transmission spectrale T pour un filtre d'interférence présentant un système de couches conforme à l'état de la techni- que. Les fig 2, 4, 5 et 6 représentent la trans- mission spectrale T pour les formes de réalisation 1, 2, 3 et 4 décrites selon l'invention. Les représentations spectrales ont été con- sidérées dans le nombre d'onde 3 A 0/_ et se rapportent chacune à la longueur d'onde de filtre central o du domaine de transparence du filtre, -longueur qui peut être choisie délibérément et qui sert en même temps de mesure de longueur d'onde pour les couches individuelles car H et N sont des couches d'une épaisseur optique de A/4 A En déterminant pour chaque cas d'utilisation o la longueur d'onde _o pour la longueur d'onde centrale du filtre, le spectre de longueur d'onde ainsi que l'épaisseur optique de chaque couche individuelle sont généralement fixés Aux fig 2, 4 et 6, l'échelle des longueurs d'onde est inscrite dans le cas oj o = 550 nm Dans ce cas particulier, toutes les couches individuelles H et N présentent une épaisseur optique de 1/4 o = 137,5 nm et les couches individuelles cen- trales g 2 H et g 2 N une épaisseur optique grossie du facteur 2 g, la valeur 2 g (g= nombre entier) étant donnée dans les exemples correspondants. Exemple de réalisation 1 L'exemple de réalisation 1 se base sur un sys- tème de couches d'un filtre d'interférences présentant ces défauts, système qui est modifié selon l'invention. L système conu de couches se crose d 7 oups Lê système connu de couches se caroose de 7 groupes identiques de couches filtrantes de structure G H 2 NH, disposées sur un support en verre les unes sr les autres, elles sont reliées par des couches N et protégées par un verre de couverture relié par un liant Le système de couches peut être caractérisé symboliquement comme suit: verre NG 2 NG 2 NG 2 NG 2 NG 2 NG 2 NG 2 N/ verre relié par un liant. N désigne des couches individuelles ou inter- médiaires en cryolite présentant un indice de réfraction n N = 1,30 et H désigne des couches individuelles en sulfure de zinc présentant un indice de réfraction n H = 2,36 L'épaisseur optique des couches individuelles H et N est pour chacune de 1/4; , celle des couches o centrales individuelles 2 N (g = 1) est de 1/2 O dans les groupes G 2 pour les groupes de couches filtrantes constituée de 3 couches individuelles, il en résulte une épaisseur optique de; Opour chacun des groupes. La transmission spectrale de ces systèmes à couches d'interférence connus est représentée à la fig 1 et montre le défaut de la structure de bandes dans la bande transparente qui ombe jusqu'en dessous de T = 0,5. Ce dispositif connu est modifié selon l'inven- tion par le fait que les deux groupes extérieurs des sept groupes de couches filtrantes G 2 du système de couches sont échangés chacun par le groupe de couches G 1 = 2 H, le plus simple groupe qui en principe représente une couche individuelle présentant une épaisseur optique de 1/2 a 0. Par conséquent, le système de couches d'inter- férence est caractérisé symboliquement par verre/NG 1 NG 2 NG 2 NG 2 NG 2 NG 2 NG 1 N/verre relié par un liant La transmission spectrale de ce système à couches d'interfé- rence est représentée à la fig 2. Il apparaît que pour le système à couches d'inter- férence conforme à l'invention, la structure de bandes gênante a été largement éliminée alors que les autres qua- lités de filtrage sont maintenues telles que la largeur de bande et l'effet d'arrêt ainsi que d'autres. Exemple de réalisation 2 En se basant sur les conditions fixées à l'exemple de réalisation 1, l'exemple de réalisation 2 se fonde sur le système à couches d'interférence connu muni d'une structure à bandes, caractérisé symbolique- ment par verre/NG 3 NG 3 NG 3 NG 3 NG 3 N/verre relié par un liant constitué par 5 groupes identiques de couches filtrantes G = HN 2 HNH avec chacun 5 couches individẻlles. Les mêmes matières ont été utilisées que pour les couches de l'exemple 1. La fig 3 montre la transmission spectrale et la structure de bandes désavantageuse dans le domaine de la bande transparente du filtre Les deux groupes extérieurs sont chacun remplacés par le groupe G 2 = H 2 NH de 3 couches individuelles selon l'invention de ce système de couches, groupe dans lequel le nombre des couches individuelles est diminué par la suppression des deux couches (H) individuelles par rapport à G 3. Le nouveau système à couches d'interférence peut selon l'invention être symboliquement caractérisé par verre/NG 2 NG 3 NG 3 NG 3 NG 2 N/verre relié par un liant. La transmission spectrale plus élevée dans le domaine de transparence du filtre est due à l'absence des bandes d'absorption génantes ainsi que cela ressort de la courbe de filtrage (fig 5). Exemple de réalisation 3 De 'Façon analogue aux exemples de réalisation 1 et 2, un autre filtre d'interférence conforme à l'in- vention est considéré selon la caractéristique symbolique: verre/G 3 NG 4 NG 4 G 3/verre relié par un liant, dont le sys- tème de couches d'interférence est constitué par deux groupes intérieurs de couches filtrantes Ga = HN 4 HNH et par les deux groupes extérieurs de couches filtrantes G 3 = HN 2 HN 1 EI et par une couche individuelle N intermédiaire en une matière mentionnée à l'exemple 1. Ici, la couche individuelle 2 H centrale (g = 1) dans les deux groupes extérieurs de couches filtrantes G 3, selon l'invention,présente une épaisseur optique diminuée de 1/2 o par rapport à la couche individuelle 4 H inter- médiaire (g = 2) des deux groupes intérieurs G 4. La courbe de filtrage représentée à la fig 5 ne présente pas de structure de bandes défavorable dans le domaine de transparence du filtre. Exemp_lle de réalisation 4 En utilisant la même matière de couche que dans les exemples précédentsg on se base sur un filtre d inter- férences présentant la caractéristique verre/G 3 NG 3 NG 5 NG 3 NG 3/verre relié par un liant. Les quatre groupes extérieurs de couches fil- trantes G 3 avec G 3 = HN 2 HNH sont composés chacun de 5 couches individuelles alors que le groupe de couches fil- trantes intérieur G 5 avec G 5 HNH 2 NHNH est composé de 7 couches individuelles. La courbe de filtrage représentée à la fig 6 de ce filtre d'interférence ne montre pas de structure défa- vorable de bandes dans le domaine de transparence du filtre. EVENDICATIONS 1 Filtre d'interférence muni d'une bande trans- parente, constitué par un système de couches d'interfé- rence appliqué sur un support transparent à la lumière et qui peut être fermé par un verre de couverture relié par un liant et qui se compose de plusieurs groupes de couches filtrantes superposées et symétriques, par exemple d'une structure de couches g 2 H, Hg 2 N Hp H Ng 2 HNH ou HN Hg 2 NHNH,etc, qui sont à chaque fois reliés par une couche intermédiaire N, les couches non métalliques individuelles et transparentes à la lumière, H, N ou g 2 H, 92 N des groupes de couches filtrantes présentant des indices de réfraction différents n E et N ainsi qu'une épaisseur de couche optique de 1/4 de la longueur d'onde du filtre central ou un g multiple d'un nombre en- tier avec g = 1, 2, 3 du double de la valeur 1/4, caractérisé en ce que le nombre des couches individuelles, dans un ou plusieurs groupes externes de couches filtrantes du système de couches d'interférence est diminué du nombre des couches individuelles externes H ou N par rapport au nombre des couches individuelles dans un ou plusieurs groupes internes des couches filtrantes, et/ou par le fait que, dans un ou plusieurs groupes externes de couches filtrantes du système de couches d'interférence, l'épaisseur optique de la couche indi- viduelle centrale concernée g 2 H ou g 2 N est inférieure à l'épaisseur optique de la couche individuelle centrale concernée dans un ou plusieurs groupes internes de couches filtrantes. 2 Filtre d'interférence selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches individuelles N ou g 2 N disposent d'un indice de réfraction inférieur par rapport aux couches individuelles H ou g 2 H. 3 Filtre d'interférence selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches individuelles N ou g 2 N présentent par rapport aux couches individuelles H ou g 2 H un indice de réfraction supérieur. 4 Filtre d'interférence selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indice de réfraction N de la couche intermédiaire N coincide avec l'indice de réfrac- tion n T du support et, dans le cas d'un verre de couverture fixé par un liant, avec l'indice de réfraction n K du liant de fixation du verre de couverture. Filtre d'interférence selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en présence d'indices de réfrac- tion différents pour la couche intermédiaire N du support et du verre de couverture, une couche intermédiaire supplémentaire peut être prévue entre le support et le système de couches d'interférence et/ou entre le système de couches d'interférence et le verre de couverture fixé par un liant, s'il existe.