(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
・  基材（１）
・  前記基材（１）上に配置された光学被覆（２）
を含む被覆された物体（１００）であって、前記光学被覆（２）が反射を低減する積層構造（３）を有し、前記反射を低減する積層構造（３）は、屈折率ｎAを有するカバー層（４）と、屈折率ｎD1＞ｎAを有する少なくとも１層のダイヤモンド層（５）とを含み、前記ダイヤモンド層（５）は前記カバー層（４）と前記基材（１）との間に配置されており且つダイヤモンド結晶を有するか、またはダイヤモンド結晶からなり、前記ダイヤモンド層（５）は５００ｎｍ未満の層厚を有し、前記カバー層（４）が、酸化アルミニウム、結晶性酸化アルミニウム、またはＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2との混合物を有する、前記被覆された物体（１００）。
【請求項２】
前記反射を低減する積層構造（３）は、波長範囲４２０ｎｍ〜６８０ｎｍにおいて１％未満の反射率を有し、前記ダイヤモンド層（５）は、カバー層（４）と屈折率ｎ2＜ｎD1を有する第２の層（７）との間に配置されており、前記カバー層（４）と前記ダイヤモンド層（５）とは直接機械的に接触しており、または前記ダイヤモンド層（５）と前記カバー層（４）との間に、屈折率ｎ1を有する第１の層（６）が配置されており、ここでｎD1＞ｎ2＞ｎ1が該当する、請求項１に記載の被覆された物体（１００）。
【請求項３】
前記積層構造（３）がさらに、１つまたはそれより多くの層の組を有し、前記層の組は前記基材に直接的に後続して配置されており、且つそれぞれ屈折率ｎ1を有する第１の層（６）と屈折率ｎ2＞ｎ1を有する第２の層（７）とを有し、
前記ダイヤモンド層（５）は、層の組の第１の層（６）と第２の層（７）との間に配置されているか、または
前記１つまたはそれより多くの層の組に前記ダイヤモンド層（５）が直接的に後続して配置されており、前記ダイヤモンド層（５）上に前記カバー層（４）が配置されており、
ここでｎD1＞ｎ2＞ｎ1、且つｎ1≦ｎA≦ｎ2、且つｎD1＞ｎ2＋ｘ＊０．６が該当し、ここで０．１≦ｘ≦１である、または
ここでｎD1≦ｎ2＞ｎ1、且つｎ1≦ｎA≦ｎ2が該当する、
請求項１または２に記載の被覆された物体（１００）。
【請求項４】
前記積層構造（３）が、少なくとも５層および／または最高で１２層を有し、且つ、前記ダイヤモンド層（５）が、３００ｎｍ以下の層厚を有する均質な層厚を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の被覆された物体（１００）。
【請求項５】
前記カバー層（４）がナノインデンターで測定される層の硬度が２０ＧＰａより高く、且つ／または前記ダイヤモンド層（５）が６０ＧＰａより高い層の硬度を有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の被覆された物体（１００）。
。
【請求項６】
前記積層構造（３）が主波長λを有する光線の透過に適しており、前記ダイヤモンド層（５）の厚さについて０．３λ／４≦ｎD1＊ｄD1≦０．８λ／４が該当し、且つ前記カバー層（４）の厚さについて０．７λ／４≦ｎA＊ｄA≦１．３λ／４が該当し、且つ前記第１の層（６）の厚さについて０．７λ／４≦ｎ1＊ｄ1≦１．３λ／４が該当し、且つ前記第２の層（７）の厚さについて０．７λ／４≦ｎ2＊ｄ2≦１．３λ／４が該当する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の被覆された物体（１００）。
【請求項７】
前記積層構造（３）が屈折率ｎD2を有する少なくとも１層の追加的なダイヤモンド層（８）を含み、
前記少なくとも１層の追加的なダイヤモンド層（８）はカバー層（４）と基材（２）との間に配置されており、
前記積層構造の少なくとも２層のダイヤモンド層（５、８）は、それぞれ屈折率ｎ1を有する第１の層（６）および／または屈折率ｎ2を有する第２の層（７）によって互いに分離されており、
前記カバー層（４）は前記ダイヤモンド層（５、８）の１つに直接的に後続して配置されており、
ここで、ｎD1＞ｎ1＋０．８、且つｎD2＞ｎ1＋０．８、且つ／またはｎD1＞ｎ2＋０．４、且つｎD2＞ｎ2＋０．４、且つ／またはｎD1＝ｎD2が該当する、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の被覆された物体（１００）。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の被覆された物体（１００）の製造方法であって、以下の工程段階：
Ａ）  基材（１）を準備する段階、および
Ｂ）  反射を低減する積層構造（３）を施与する段階
を有し、前記少なくとも１層のダイヤモンド層（５）が気相堆積によって生成され、引き続き、前記カバー層（４）がマグネトロンスパッタによって生成される、前記方法。
【請求項９】
前記気相堆積および前記マグネトロンスパッタが、１つの装置内で実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記気相堆積がプラズマＣＶＤである、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被覆された物体に関する。さらに、本発明は被覆された物体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被覆、殊に可視範囲についての反射防止被覆を有する物体は、産業上、広く用いられている。従って、この被覆された物体について高い要求があり、なぜなら、それらは部分的に強い機械的負荷に晒されるからである。しかしながら現在の被覆は、一見、比較的控えめな試験、例えば落砂試験の際、短時間後に曇りにより、または摩耗により、強い摩損を示す。従って、部分的に極端な条件下での持続的な研削の負荷に耐え、且つ衝撃に対する耐性がある被覆が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
解決されるべき課題は、安定であり且つ反射を低減するまたは反射が低減された被覆された物体を提供することである。殊に、その被覆された物体の被覆は、わずかな反射に加え、高い硬度および／または引掻耐性を有するべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、独立請求項１に記載される被覆された物体によって解決される。本発明の有利な態様およびさらなる構成は、従属請求項の対象である。さらに、この課題は、請求項９に記載の被覆された物体の製造方法によって解決される。前記方法の有利な態様およびさらなる構成は、従属請求項１０の対象である。
【０００５】
少なくとも１つの実施態様において、被覆された物体は基材を含む。前記基材上に、光学被覆が配置されている。前記光学被覆は、反射を低減する積層構造を有する。前記の反射を低減する積層構造は、屈折率ｎAを有するカバー層、および屈折率ｎD1＞ｎAを有する少なくとも１層のダイヤモンド層を有する、または含む。前記ダイヤモンド層は、カバー層と基材との間に配置されている。前記ダイヤモンド層は、ダイヤモンド結晶を有する。殊に、前記ダイヤモンド層は、ダイヤモンド結晶またはダイヤモンドナノ結晶からなる。前記ダイヤモンド層は、層厚＜５００ｎｍを有する。
【０００６】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記反射を低減する積層構造は、反射率３％以下、殊に１％未満を有する。選択的または追加的に、前記ダイヤモンド層は、少なくとも波長範囲４２０ｎｍ〜６８０ｎｍにおいて、つまり可視波長範囲で、８０％超、殊に９０％超、例えば９５％を上回る透過を有する。
【０００７】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記の反射を低減する積層構造は、波長範囲４２０ｎｍ〜６８０ｎｍにおいて１％未満の反射率を有する。さらに、前記ダイヤモンド層は、前記カバー層と、屈折率ｎ2＜ｎD1を有する第２の層との間に配置されることができ、その際、前記カバー層と前記ダイヤモンド層とは直接機械的に接触しており、且つ／または前記ダイヤモンド層と前記カバー層との間に、屈折率ｎ1を有する第１の層が配置されており、ここでｎD1＞ｎ2＞ｎ1が該当する。
【０００８】
少なくとも１つの実施態様によれば、被覆された物体は基材を含む。前記基材は、被覆のために適したあらゆる物体であってよい。殊に、前記基材はガラス、たとえば石英ガラス、またはサファイヤから形成されている。殊に、前記基材は透明な原料、例えばガラス、石英ガラスまたはサファイヤからなる。前記基材は、光学部品であってよい。光学部品とは、例えばレンズ、殊に双眼鏡、内視鏡、または光学センサである。前記基材は例えば、消費財、例えば時計、スマートホン、スマートウォッチまたは指紋センサ、または携帯電話または時計のディスプレイであってもよい。殊に、前記基材は時計用のガラスである。前記基材は、光起電装置、太陽熱装置、例えば太陽電池、建築物および／または自動車分野の領域からの物体であってよい。例えば、前記基材は自動車のサンルーフである。前記基材は、市販の種々の製品の構成要素であってよい。
【０００９】
前記基材は、医療技術分野からの物体であってよい。例えば、前記基材は内視鏡の末端のガラス（Ａｂｓｃｈｌｕｓｓｇｌａｓ）である。
【００１０】
殊に、前記の被覆された物体について、従来の被覆された物体においてはこれまでまだ用いられていなかった新たな用途を見出すことができる。例えば、本発明による被覆された物体について光学被覆を、例えば砂漠気候での過酷な環境において、または油井掘削システムにおいて使用できる。前記被覆を、装置が殺菌される分野において使用することもでき、前記殺菌は、高圧、例えば５ｂａｒおよび／または高温、例えば１３５℃で行われる。この圧力または温度は、オートクレーブ内の蒸気殺菌の際に存在し得る。
【００１１】
本発明者らは、本発明による被覆された物体における光学被覆を使用することによって、研削性の負荷、摩損、摩耗、衝撃、引掻および／または環境の影響、例えば腐食に対して耐性のある物体または製品を提供できることを見出した。さらに、前記光学被覆は、反射防止、つまり殊に可視範囲において１％未満の反射を有する。殊に、本発明による請求項１に記載される物体は、既存の他の技術の解決策と比較して、極度の引掻耐性を有する。
【００１２】
これまで、可視範囲について反射を低減する光学被覆が公知であり、それは十分な硬度を有さない。例えばこの被覆は、材料の最高硬度約１０ＧＰａを有する。本発明者らはこの度、請求項１に記載される被覆された物体における光学被覆を使用することによって、非常に硬く、且つ６０〜１００ＧＰａの層の硬度を有する、被覆された物体をもたらすことができることを見出した。従って、物体上に超硬質の反射防止被覆をもたらすことができる。
【００１３】
少なくとも１つの実施態様によれば、被覆された物体は光学被覆を有する。前記光学被覆は、積層構造、殊に反射を低減する積層構造を有する。ここで、および以下において、反射を低減するとは、積層構造が可視範囲、つまり少なくとも４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長範囲において３％以下、殊に１％未満の反射または反射率を有することを意味する。前記積層構造は、カバー層を含む。ここで、および以下において、カバー層とは、積層構造のその層が基板から最も遠く離れていることを意味する。換言すれば、前記カバー層とは光学被覆の最外層である。前記カバー層は屈折率ｎAを有する。
【００１４】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記カバー層は、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、結晶性酸化アルミニウムおよびＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4またはＡｌＮとの混合物を含む群から選択される材料を有する。
【００１５】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記カバー層は、結晶性酸化アルミニウムから形成されており、且つ／または層の硬度＞１５ＧＰａ、殊に＞２０ＧＰａ、例えば２５ＧＰａまたは３０ＧＰａを有する。前記硬度は、ナノインデンテーションまたはナノインデンターを用いて測定できる。選択的または追加的に、前記ダイヤモンド層は層の硬度＞６０ＧＰａを有する。
【００１６】
硬度だけでなく、光学被覆における層の適性についても重要である。従って、硬度の測定のために、確立されたナノインデンテーションの他に実用的な試験、例えばＴＡＢＥＲ−ＡＢＲＡＳＥＲおよび／または落砂試験が使用されることもある。加えて、さらなる検査を、例えばオートクレーブ性を介して実施することができる。
【００１７】
結晶性酸化アルミニウムは、例えばα−酸化アルミニウム（コランダム）であってよい。α−酸化アルミニウムは波長５５０ｎｍで屈折率１．７７を有する。α−酸化アルミニウムは非常に硬く、且つ硬度２０〜３５ＧＰａを有する。選択的または追加的に、α−酸化アルミニウムの代わりに、γ−またはβ−酸化アルミニウムを使用してもよい。
【００１８】
酸化アルミニウムは、結晶性酸化アルミニウム相において、高いイオン衝撃を用い且つ高温でのみ実現可能である。それは殊にα−酸化アルミニウム相（サファイヤ）について該当する。α−酸化アルミニウムは、１０００℃になるまで熱力学的に生じない。酸化アルミニウム層を結晶化させるために、イオン衝撃はできるだけ高くなければならない。従って、殊に基材におけるバイアス並びに高イオン化プラズマ（ＨｉＰＩＭＳ）を用いて作業されることがある。前記バイアスは、殊に絶縁基材の場合には高周波数でなければならない。この場合、基材の厚さに応じて、約３００ｋＨｚまでの中心周波数に達する。選択的に、無線周波数のバイアス電圧を使用できる。
【００１９】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記カバー層は最高で１．７６の屈折率ｎAを有する。それによって、１％以下の反射を達成できる。
【００２０】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記カバー層は酸化アルミニウムと二酸化ケイ素との混合物、つまり、結晶性Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2混合層、殊に結晶性α−Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2混合層を有する。従って、前記カバー層の屈折率を、混合比に応じて、酸化アルミニウムの屈折率（１．７）と二酸化ケイ素の屈折率（１．５）との間で個々に調節することができる。しかし二酸化ケイ素の混合により、結晶化が困難になり、且つ硬度が低下する。殊に、酸化アルミニウムと二酸化ケイ素との混合層は、実験式ａＳｉＯ2・ｂＡｌ2Ｏ3を有する。混合比ａ：ｂおよび層厚はＥＰ２６２８８１８号Ａ１内に記載されている。この出願の開示内容は、参照をもって本願に取り込まれるものとする。
【００２１】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記カバー層は層厚１０ｎｍ〜３００ｎｍ、殊に５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、特に好ましくは６０ｎｍ〜９０ｎｍを有する。殊に、個々の層厚は、非常に特に、使用される積み重ねの設計、または積層構造に依存する。
【００２２】
少なくとも１つの実施態様によれば、被覆された物体は少なくとも１層のダイヤモンド層を有する。前記ダイヤモンド層は、屈折率ｎD1を有する。前記屈折率は殊に、カバー層の屈折率ｎAよりも大きい。前記ダイヤモンド層は、カバー層と基材との間に配置されている。
【００２３】
２つの他の層の間に配置されている層とは、ここで、および以下において、前記層が、前記２つの他の層の一つに対して直接的に、直接の機械的接触をしているかまたは間接的接触をし、且つ、前記２つの他の層の他方に対して直接の機械的接触をしているかまたは間接的接触をして配置されていることを意味し得る。その際、間接的な接触の場合は、さらなる層が前記２つの他の層の一つおよび少なくとも一つの間に配置されることができる。
【００２４】
前記ダイヤモンド層は、ダイヤモンド結晶を有することができる。殊に、ダイヤモンド結晶は、多結晶性および／またはナノ結晶性の層構造を有することができる。殊に、前記ダイヤモンド層はダイヤモンド結晶からなる。
【００２５】
前記ダイヤモンド層は、化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）を用いて得ることができる。殊に、前記ダイヤモンド層は、ＨＦＣＶＤ（ホットフィラメントＣＶＤ、ホットワイヤ気相堆積）を用いて生成される。ダイヤモンドのためのＨＦＣＶＤの際、または他の製造方法の際にも、高温および極端な条件が支配的であり、なぜなら、原子状水素が存在するからである。
【００２６】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記気相堆積はプラズマＣＶＤである。
【００２７】
その際、ガス状の炭化水素、例えばメタンを反応チャンバー内で水素中に導入することができ、その際、プロセスガスの水素およびガス状の炭化水素、多くの場合はメタン、並びに場合により酸素の混入物は、例えばタングステン、モリブデンまたはタンタル製のホットワイヤ上で、温度８００〜２５００℃、例えば２０００〜２５００℃で分解される。分解されたプロセスガスは、基材上へのダイヤモンドの堆積をもたらす。
【００２８】
選択的に、プラズマＣＶＤを用いたダイヤモンド層の製造も可能である。この場合、無線周波数の波、好ましくはマイクロ波を使用できる。この場合、遊離ラジカルは、ＨＦＣＶＤの場合のようにホットワイヤによって触媒的に生成されるのではなく、プラズマによって生成される。
【００２９】
少なくとも１層のダイヤモンド層における光学散乱を回避するために、生じる結晶構造の寸法は、可視光の波長の充分下でなければならない。これは、非常に無欠陥且つできるだけ微細な結晶の多結晶および／またはナノ結晶層を必要とする。粗大な結晶層を有するダイヤモンド層と比較して、前記少なくとも１層のダイヤモンド層はより高い粒界密度を有する。これは、ダイヤモンド層の硬度を低下させ、且つ吸収損失をもたらしかねない。少なくとも１層のダイヤモンド層を製造するための前提条件は、先行する被覆に適合された前処理段階において、＞１０12ｃｍ-2の非常に高く且つ均質な核生成（Ｋｅｉｍ）密度を達成することである。
【００３０】
特に少なくとも１層のダイヤモンド層の施与前に製造された積層構造の層は、ホットワイヤ気相プロセスにおいて支配的な高温、例えば６００〜９００℃に対して安定でなければならない。選択的に、５００℃までの比較的低い基材温度を用いるプロセスにおいて作業することもできる。さらに、積層構造の前記層は、原子状水素の作用に対して安定でなければならない。水素ラジカルは、先行する酸化物層、例えば第１の層および／または第２の層を化学的に還元し、そのことにより、光学特性が変化した化学量論組成比を下回る境界層がもたらされることがある。殊に、積層構造の少なくとも１層のダイヤモンド層の前に堆積される層は、少なくとも５００℃〜９００℃、殊に６００℃〜９００℃の高温に対して適合性および／または安定性がある。
【００３１】
殊に、前記ダイヤモンド層は、わずかな散乱、高い透過および／または良好な化学量論組成比を有し、なぜなら、殊に核生成層のわずかな影響しか存在しないからである。殊に、前記核生成層は非常に薄く形成される。
【００３２】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記ダイヤモンド層は＜５００ｎｍの層厚を有する。殊に、前記ダイヤモンド層は、層厚５０〜２００ｎｍ、殊に６０〜１５０ｎｍ、例えば１３０ｎｍを有する。
【００３３】
殊にホットワイヤ気相堆積によって生成されるダイヤモンド層は、光学的透明性が高い。ここで、および以下において、透明とは、可視光に関して透過性である層を意味する。その際、透明な層は、澄明に透き通っているか、または少なくとも部分的に光散乱性であり且つ／または部分的に光吸収性であってよく、従って透明な層は、例えば拡散性または乳白色に透き通っていてもよい。特に好ましくは、ここで透明として示される層はできるだけ透光性であり、殊に可視光の吸収および散乱ができるだけ少ない。
【００３４】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記ダイヤモンド層は均質および／または均一に形成されている。これは、ここで、および以下において、ダイヤモンド層がほぼ一様の層厚、例えば公差１０％、５％または１％以下を有する画一的な層厚を有することを意味する。この均質な層厚は、殊にホットワイヤ気相堆積を用いて生成することができる。殊に、層の均一性に関し、ダイヤモンド層が他の方法で用いられている他の技術分野からのものを遙かに上回る仕様が満たされなければならない。際立って高い厚さの均一性は、被覆プロセスの特別な適合によって達成され、ＨＦＣＶＤプロセスにおいては例えば、活性化ワイヤの基板表面に対する距離およびワイヤ同士の配置の極めて正確な制御によって、できるだけ一様な気相の活性化が達成される。特に均質な層厚を実現するためのさらなる対策は、被覆の間に基材を並進または回転して動かすことであってよく、その際、残りの残留均一性が平均化される。特にＨＦＣＶＤ法は、ダイヤモンド層について考慮に入れられる他の方法に比して特に良好な前提条件を提供し、なぜならここで、基材または基材付近の（高周波）電界は必要とされないからである。特に均一なダイヤモンド堆積を達成するために、特に被覆されるべき基材の周辺部で特別な調節体（Ｕｍｓｔｅｌｌｕｎｇｓｋｏｅｒｐｅｒ）およびマスクを用いて、角部のオーバーシュートを低減できる。層厚分布を制御するための検証済みのさらなる対策は、基板表面にプロセスガスを、狙いを定めて流すことであってもよい。
【００３５】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記積層構造は少なくとも４層、殊に少なくとも５層または６層または７層を有する。このうち、１つまたはそれより多くの層がダイヤモンド層であってよい。選択的または追加的に、前記積層構造は最高で１２層、例えば合計で５層または７層を有する。原則的に、層数は高い方には限定されない。殊に、少なくとも１層のダイヤモンド層およびカバー層が、積層構造の構成要素である。経済上の理由から、光学被覆は層数１２を超えるべきではない。殊に、前記ダイヤモンド層は、層厚３００ｎｍ以下を有する。
【００３６】
前記積層構造は結合体であり、従って完全な積み重ねが検査される。その際、ダイヤモンド層の製造が最も煩雑である。従って、できるだけ積層構造内部で１層のダイヤモンド層だけが使用されることが有利である。しかしながら、この実務的な理由を除けば、該方法は１層より多くのダイヤモンド層を有する層積層物にも適用可能である。
【００３７】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記ダイヤモンド層は、カバー層と、屈折率ｎ2＜ｎD1を有する第２の層との間に配置されている。前記カバー層および前記ダイヤモンド層は殊に、互いに直接、機械的に接触している。選択的に、前記ダイヤモンド層と前記カバー層との間に、屈折率ｎ1を有する第１の層が配置されている。その際、ｎD1＞ｎ2＞ｎ1が該当する。「直接配置された」とは、ここで、および以下において、層が他の層の上に直接的に、直接機械的に接触して配置されていることを意味する。
【００３８】
換言すれば、ここでは殊に、少なくとも光学被覆の上から二番目または上から三番目の層としてダイヤモンド層を有する、被覆された物体がもたらされる。その際、前記カバー層は光学被覆の最も上の層を構成する。殊に可視スペクトル範囲（４２０〜６８０ｎｍ）のための光学被覆へのダイヤモンド層の組み込みによって、硬く且つ安定な光学被覆をもたらすことができ、なぜなら、ダイヤモンドは他のいかなる材料も上回ることができない硬度＞６０ＧＰａを有するからである。
【００３９】
さらに、前記カバー層は硬度＞２０ＧＰａを有する結晶性酸化アルミニウムから形成され得る。このことにより、各々の用途のために超硬質の広帯域反射防止被覆をもたらす光学被覆を物体にもたらすことができる。殊に、結晶性ダイヤモンドと結晶性酸化アルミニウム（サファイヤ）との組み合わせは、殊に層厚を正しく調整した際の層の高い硬度、および高い反射防止性を有する光学被覆を示す。
【００４０】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記ダイヤモンド層は５５０ｎｍで屈折率２．４を有する。ダイヤモンドと酸化アルミニウムとの材料の組み合わせによって、殊に、さらにその下にある光学的に必須の層の使用下で、物体のための超硬質の新たな反射防止被覆を実現することができ、それは安定性において既知の被覆をさらに上回る。
【００４１】
さらに、各々の用途のために耐性のある光学被覆をもたらすことができる。
【００４２】
少なくとも１つの実施態様によれば、第２の層は、ＴｉＯ2（屈折率  ２．４５〜２．６５）、Ｎｂ2Ｏ5（屈折率  ２．３）、Ａｌ2Ｏ3（屈折率  １．６０〜１．７７）、Ｓｉ3Ｎ4（屈折率  １．９〜２．１）、ＨｆＯ2（屈折率  ２．０８）およびＺｒＯ2（屈折率  ２．１５）を含む群から選択される材料を有する。殊に、前記括弧内に記載される屈折率は５５０ｎｍについてのものである。
【００４３】
殊にＡｌ2Ｏ3が第２の層として使用され、なぜなら二酸化チタンは高い屈折率２．４５を有するが、非常に柔らかいからである。酸化ニオブは屈折率２．３を有するが、二酸化チタンよりも柔らかい。
【００４４】
高い屈折率および高い硬度を有するダイヤモンド層を使用することによって、積層構造全体を安定化させ且つ支持することができる。そのことによって、前記カバー層も安定化され且つ支持され、光学被覆が高い全体的な安定性を有する。そのことによって、前記光学被覆は、殊に非常に強い引掻耐性を有する。
【００４５】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記第１の層は二酸化ケイ素を有するか、または二酸化ケイ素からなる。二酸化ケイ素は屈折率１．４５を有する。
【００４６】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記積層構造は追加的に１つまたはそれより多くの層の組を有する。前記層の組は、基材に直接的に、つまり直接機械的に接触して、後続して配置されている。前記層の組は、各々、屈折率ｎ１を有する少なくとも１層の第１の層、殊に１層の第１の層と、屈折率ｎ2＞ｎ1を有する少なくとも１層の第２の層、殊に１層の第２の層を有する。前記ダイヤモンド層は、前記層の組の第１の層と第２の層との間に配置されている。選択的または追加的に、前記ダイヤモンド層は、１つまたはそれより多くの層の組に直接的に、つまり、直接機械的に接触して、後続して配置されている。前記ダイヤモンド層の上に、前記カバー層が配置されている。「上に」とは、ここで、および以下において、層が他の層の上に直接的に、直接機械的におよび／または電気的に接触して配置されていることを意味する。さらに、それは層が他の層を介して間接的に配置されていることを意味することもある。その際、さらなる層が一方の層と他方の層との間に配置され得る。殊に、前記カバー層および前記ダイヤモンド層は、互いに直接機械的に接触して配置されている。殊に、ｎD1＞ｎ2＞ｎ1、且つｎ1≦ｎA≦ｎ2、且つｎD1＞ｎ2＋ｘ＊０．６、ここで０．１≦ｘ≦１が該当し得る。殊にｘについて０．７≦ｘ≦１が該当し得る。選択的に、ｎD1≦ｎ2＞ｎ1、且つｎ1≦ｎA≦ｎ2が該当し得る。
【００４７】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記積層構造は主波長λを有する光線の透過のために適している。その際、ダイヤモンド層の厚さについて０．１λ／４≦ｎD1＊ｄD1≦１．３λ／４が該当し、且つ／またはカバー層の厚さについて０．１λ／４≦ｎA＊ｄA≦１．３λ／４が該当し、且つ／または第１の層の厚さについて０．１λ／４≦ｎ1＊ｄ1≦１．３λ／４が該当し、且つ／または第２の層の厚さについて０．１λ／４≦ｎ2＊ｄ2≦１．３λ／４が該当する。殊に、ダイヤモンド層の厚さについて０．３λ／４≦ｎD1＊ｄD1≦０．８λ／４が該当し、且つ／またはカバー層の厚さについて０．７λ／４≦ｎA＊ｄA≦１．３λ／４が該当し、且つ／または第１の層の厚さについて０．７λ／４≦ｎ1＊ｄ1≦１．３λ／４が該当し、且つ／または第２の層の厚さについて０．７λ／４≦ｎ2＊ｄ2≦１．３λ／４が該当する。
【００４８】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記積層構造は、屈折率ｎD2を有する少なくとも１層の追加的なダイヤモンド層（以下で第２のダイヤモンド層と称する）を有する。前記第２のダイヤモンド層は、カバー層と基材との間に配置されている。殊に、前記第２のダイヤモンド層は、第１のダイヤモンド層と基材との間に配置されている。その２層のダイヤモンド層は、それぞれ屈折率ｎ1を有する第１の層によって、および／または屈折率ｎ2を有する第２の層によって互いに分離されている。カバー層は殊に、前記ダイヤモンド層の１つ、殊に第１のダイヤモンド層と直接的に後続して配置されている。その際、ｎD1＞ｎ１＋０．４、且つ／またはｎD2＞ｎ1＋０．４、且つ／またはｎ1＞ｎ2＋０．２、且つ／またはｎD2＞ｎ2＋０．２、且つ／またはｎD1＝ｎD2が該当する。殊に、ｎD1＞ｎ１＋０．８、且つ／またはｎD2＞ｎ1＋０．８、且つ／またはｎ1＞ｎ2＋０．４、且つ／またはｎD2＞ｎ2＋０．４、且つ／またはｎD1＝ｎD2が該当する。
【００４９】
殊に、前記第１の層が二酸化ケイ素から形成され、且つ／または第２の層が酸化アルミニウムから形成されることができる。これによって、硬く且つ引掻耐性であり且つ環境の影響に対して安定な光学被覆を有する被覆された物体をもたらすことができる。
【００５０】
本発明はさらに、被覆された物体の製造方法に関する。その際、上記で物体について記載されたものと同じ説明および定義が方法にも該当し、その逆も然りである。少なくとも１つの実施態様によれば、前記方法は以下の段階を有する：
Ａ）  基材を準備する段階、および
Ｂ）  反射を低減する積層構造を施与する段階、ここで、少なくとも１層のダイヤモンド層は気相堆積、殊に化学気相堆積、例えばホットワイヤ気相堆積、またはマイクロ波ＣＶＤによって生成され、引き続き、カバー層がマグネトロンスパッタを用いて生成される。
【００５１】
前処理および気相堆積、殊にホットワイヤ気相堆積は、できるだけ一様且つ吸収のないダイヤモンド層が成長し、且つダイヤモンド層と、隣接する層もしくは基材との間の安定な界面が生じるように構成される。吸収のないダイヤモンド層は、低濃度の炭化水素、殊に９９％までの水素中で希釈された１％以上の濃度でメタンを使用すること、且つ／またはＨＦＣＶＤ法の際の高いワイヤ温度によって気相を活性化すること、且つ／または例えばマイクロ波活性化ＣＶＤの際の高い出力密度によって達成できる。
【００５２】
少なくとも１つの実施態様によれば、前記ダイヤモンド層は、窒化ケイ素層に直接的に後続して配置されている。窒化ケイ素層は殊に、数ナノメートルまたは数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ、例えば２０ｎｍ〜３００ｎｍの層厚を有する。このことによって、ダイヤモンド表面を、後続の被覆による例えばマグネトロンスパッタを用いたイオン衝撃に対して保護することができ、且つ、ダイヤモンド層の隣接する酸化物層上での付着性を改善できる。窒化ケイ素層を殊に、ホットワイヤ気相堆積および／またはマグネトロンスパッタを用いて生成することができる。
【００５３】
選択的に、ダイヤモンド層の付着性を改善するために、且つ／または原子状水素によって酸化物層が還元されることを防ぐために、前記ダイヤモンド層が窒化ケイ素層に直接的に後続して配置されていてよい。
【００５４】
マグネトロンスパッタとは、殊にパルス反応性マグネトロンスパッタを意味する。殊に、マグネトロンスパッタは、高出力インパルスマグネトロンスパッタ（ＨｉＰＩＭＳ）を含む。殊に、酸化物含有および／または窒化物含有層は、マグネトロンスパッタを用いて生成される。
【００５５】
さらにここで、気相堆積、殊にホットワイヤ気相堆積が、少なくとも１層のダイヤモンド層の施与のために使用される。ホットワイヤ気相堆積を使用することにより、均一な層厚を有するダイヤモンド層を生成できる。殊に、５００×１０００ｍｍ2の面積上にダイヤモンド層を生成できる。殊に、そのダイヤモンド層は、薄く且つ欠陥がない。これは殊に、高い能力のある核生成プロセスを実施することによって達成できる。
【００５６】
少なくとも１つの実施態様によれば、気相堆積、殊にホットワイヤ気相堆積およびマグネトロンスパッタは、１つの装置内で行われる。このことによって、マグネトロンスパッタを用いた酸化物層および／または窒化物層の施与も、少なくとも１層のダイヤモンド層の堆積も、１つの装置内で行うことを可能にすることができる。これは、費用、材料、時間および場所の節約になる。さらに、個々の成膜の間に真空が破られることを回避でき、そのことによって個々の層の間の付着性を潜在的に改善することができる。さらに、２つの堆積方法を互いに組み合わせた成膜装置は、１層より多くのダイヤモンド層を有する積層構造を経済的に製造する可能性をもたらすことができる。ダイヤモンド層のためのホットワイヤ気相堆積と、酸化物層および／または窒化物層のためのマグネトロンスパッタとを組み合わせることによって、安定で、引掻耐性があり、且つ硬い光学被覆を有する被覆された物体が提供されることが確実になる。選択的に、マグネトロンスパッタの代わりに、電子ビーム蒸着を行うこともでき、且つ、ホットワイヤ気相堆積の代わりに、他の方法、例えばマイクロ波励起気相堆積をダイヤモンド堆積のために用いることもできる。
【００５７】
殊に、少なくとも１層のダイヤモンド層を備えた誘電体積層構造を有する光学被覆を有する被覆された物体が殊にもたらされる。前記ダイヤモンド層は、高屈折率層の位置付けであってよい。ダイヤモンド層を、スパッタされた酸化物層上に施与でき、且つ、前記ダイヤモンド層上に再度酸化物層を施与することができる。
【００５８】
既知の被覆、例えば二酸化ケイ素および二酸化チタンからの被覆と比較して、本発明による物体のための光学被覆は高い硬度、引掻耐性、環境の影響に対しても高い安定性、さらには非常に低い残留反射を有する。
【００５９】
利点、有利な実施態様およびさらなる構成は、以下において図面と関連付けて記載される実施例からもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】１つの実施態様による被覆された物体の模式図。
【図２】１つの実施態様による被覆された物体の模式図。
【図３】比較例および２つの実施例の、反射率［％］の波長λ［ｎｍ］依存性を示す図。
【図４】１つの実施態様による被覆された物体の模式図。
【実施例】
【００６１】
実施例および図面において、同じ、同種のまたは同じ作用の要素は、それぞれ同一の符号で示されることができる。描かれる要素およびその大きさの比は、互いに正確な縮尺ではないとみなされるべきである。むしろ、個々の要素、例えば層は、見やすくするために、および／または理解しやすくするために、過度に大きく描かれることがある。殊に、層または描かれる層厚は、正確な縮尺ではない。
【００６２】
図１は、被覆された物体１００の模式的な側面図を示す。前記被覆された物体１００は、基材１を有する。前記基材１は、例えばガラスまたはサファイヤ製であってよい。前記基材の上に、屈折率ｎ1を有する第１の層６が後続して配置されている。前記第１の層６は、例えば酸化ケイ素または二酸化ケイ素を含むか、またはそれらからなることができる。前記第１の層６に、屈折率ｎ2を有する第２の層７が後続して配置されている。前記第２の層７は、例えば酸化アルミニウムからなるか、または酸化アルミニウムを含むことができる。前記第２の層７にさらなる第１の層６が後続して配置されており、それはここでもまた、殊に酸化ケイ素または二酸化ケイ素を有することができる。このさらなる第１の層６に、ここでもまた、さらなる第１の層７が後続して配置されており、これは例えば酸化アルミニウムを有することができる。従って、被覆された物体１００は光学被覆２として反射を低減する積層構造３を有し、それは層の組を２つ有し、前記の層の組は基板１に後続して配置されており、且つそれぞれ第１の層６と第２の層７とを有する。この２組の層の組に、ダイヤモンド層５が直接的に、つまり直接機械的に接触して、後続して配置されている。殊に、前記ダイヤモンド層５は、層厚５０〜１５０ｎｍ、例えば１３０ｎｍを有する。前記ダイヤモンド層５に、直接的にさらなる第１の層６が後続して配置されており、それは例えば酸化ケイ素または二酸化ケイ素を有する。このさらなる第１の層６に、カバー層４が最も上の層として後続して配置されている。前記カバー層４は、例えば結晶性酸化アルミニウムを有するか、または酸化アルミニウムと二酸化ケイ素との混合物を、屈折率の低減のために有することができる。従って、図１による被覆された物体１００は、７層からなる積層構造３を有する。前記積層構造３は、殊に合計５４０ｎｍの層厚を有することができる。これによって、引掻耐性であり且つ硬い、少なくとも可視光のスペクトル範囲に対する反射防止被覆２を有する被覆された物体１００をもたらすことができる。
【００６３】
図２は、１つの実施態様による被覆された物体１００を示す。前記被覆された物体１００は、基材１を有する。前記基材１に、光学被覆２の積層構造３が後続して配置されている。前記積層構造３は、それぞれｎ2の屈折率を有する２層の第２の層７を含む。前記２層の第２の層７の１層は、基材１の上に直接的に配置されている。前記第２の層７に、屈折率ｎ1を有する第１の層６が後続して配置されている。前記第１の層６に、さらなる第２の層７が後続して配置されている。前記さらなる第２の層７に、ダイヤモンド層５が後続して配置されている。前記ダイヤモンド層５に、カバー層４が後続して配置されている。前記カバー層４は光学被覆２の最も上の層である。従って、前記ダイヤモンド層５は、カバー層４の直後に続く光学被覆２の最後から二番目の層５である。従って、図２による被覆された物体１００は、５層からなる積層構造３を有する。前記光学被覆２の合計の厚さは約５４０ｎｍであってよい。前記カバー層４は、殊に結晶性酸化アルミニウムおよび二酸化ケイ素を有する。二酸化ケイ素は殊に、酸化アルミニウムの屈折率（１．７）を低減するために混合される。
【００６４】
図３は、反射または反射率Ｒ［％］の周波数［ｎｍ］依存性のグラフを示す。
【００６５】
グラフＡは、図１の実施例の反射率［％］を示す。殊に、図１による被覆された物体１００は、可視範囲、つまり４２０ｎｍ〜６８０ｎｍにおいて＜１％、殊に０．８％未満の反射率Ｒを有する。
【００６６】
グラフＢは、図２の実施例の反射率または反射［％］を示す。図２による被覆された物体１００は、４２０ｎｍ〜５２０ｎｍの可視スペクトル範囲において１．８％〜３％の反射率Ｒを示す。５２０ｎｍ〜５８０ｎｍでは、Ｒは０．８％〜１．８％である。波長範囲５８０〜６４０ｎｍにおいて、図２の実施例は、１％未満の反射率Ｒを有する。６４０ｎｍ〜６８０ｎｍでは、反射率は２％未満である。
【００６７】
グラフＣは、波長範囲３６０ｎｍ〜８００ｎｍにおけるサファイヤの反射率［％］を示す。サファイヤは、８％程度の反射率を示す。全ての反射率の値は１つの側に関する、つまり後方反射は含まない。ここで、および以下において、反射または反射率は、反射強度と入射強度との間の比を意味する。
【００６８】
図４は、１つの実施態様による被覆された物体１００の模式図を示す。前記被覆された物体１００は、基材１を示す。前記基材１上に、反射を低減する積層構造３を有する光学被覆２が配置されている。前記積層構造３は、２層のダイヤモンド層５、８を有する。前記第１のダイヤモンド層５は、前記カバー層４の下方に直接的に配置されている。その２層のダイヤモンド層５、８は、それぞれ、屈折率ｎ1を有する第１の層６、および／または屈折率ｎ2を有する第２の層７によって互いに分離されている。その際、殊にｎD1＞ｎ１＋０．８、且つｎD2＞ｎ1＋０．８、且つ／またはｎD1＞ｎ2＋０．４、且つｎD2＞ｎ2＋０．４、且つ／またはｎD1＝ｎD2が該当する。
【００６９】
殊に、前記第１の層６は二酸化ケイ素から形成されている。殊に、前記第２の層７は酸化アルミニウムから形成されている。前記カバー層４は、殊に結晶性酸化アルミニウムから形成されている。選択的に、２層より多いダイヤモンド層５、８が被覆物体１００内に組み込まれてもよい。例えば、３、４、５または６層のダイヤモンド層が被覆物体内に組み込まれることができる。その際、殊に、ホットワイヤ気相成長を用いたダイヤモンド層の製造は特に煩雑である。従って、できるだけ少ないダイヤモンド層が被覆された物体１００に組み込まれることが好ましい。
【００７０】
図面と関連付けて記載される実施例およびその特徴は、さらなる実施例に従って、組み合わせが図面に明示的に示されていなくても、互いに組み合わせることができる。さらには、図面と関連付けて記載される実施例は、記載に従い一般的な部分において追加的または代替的な特徴を有することができる。
【００７１】
本発明は実施例による記載によって、これに限定されるものではない。さらに、本発明は各々の新規の特徴並びに特徴の各々の組み合わせを含み、この特徴またはその組み合わせ自体が明示的に特許請求の範囲または実施例に明示的に記載されていなくても、それは殊に特許請求の範囲における特徴の各々の組み合わせを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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