DE2218317A1

DE2218317A1 - Dichroisches Streifenfilter und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE2218317A1
Application number: DE19722218317
Authority: DE
Inventors: David Glenn; Crosher Frederick Kenneth; Temple Michael David; Bartolmei Leroy Albert; Seddon Richard lan; Santa Rosa Calif. Thomasson (V.St.A.). P
Original assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Current assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-15
Publication date: 1972-11-02
Also published as: DE2218317B2; GB1392502A; GB1392501A; US3771857A; CA964912A

Description

Dichroisches Streifenfilter und Verfahren zur
Herstellung desselben.

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Patentanmeldung Serial Number 135 131 vom
19. April 1971 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf dichroische Streifenfilter, die insbesondere in Verbindung mit Farbfernseheinrichtungen bei Verwendung einer einzelnen Vidiconröhre zur Abtastung eines Aufnahmegegenstands die Erzeugung eines
Farbbildes gestatten, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger dichroischer Filter.

Die bis jetzt bekannten dichroischen Filter liefern keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Bekannte Filter
dieser Art weisen eine einzige Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen auf. Diese Filter genügen jedoch den an sie gestellten Anforderungen nicht, und außerdem bestehen die Streifen aus verhältnismäßig
weichen Stoffen. Es besteht daher ein Bedarf für ein neuartiges und verbessertes dichroisches Streifenfilter.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein dichroisches Streifenfilter zu schaffen, das mehr als eine Streifengruppe aufweist, bei dem die Streifengruppen unter einem Winkel zueinander versetzt auf ein und derselben

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Oberfläche der Unterlage angeordnet sind und die Streifen verhältnismäßig widerstandsfähig sind, d.h. aus Werkstoffen bestehen, welche die Reinigung des Filters ohne Beschädigung der Streifen gestatten. Dabei sollen die Streifen gute spektrale Eigenschaften aufweisen, jede Streifengruppe soll wenigstens eine Farbe reflektieren, die sich von den durch die anderen Streifengruppen reflektierten Farben unterscheidet, und es sollen hohe Streifendichten erzielbar sein. Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Filters soll wiederholbar sein, eine hohe Ausbeute ergeben und vermittels Abhebetechniken durchführbar sein.

Das zu diesem Zweck vorgeschlagene dichroische Streifenfilter auf einer im wesentlichen transparenten Glasunterlage mit einer im wesentlichen ebenen Oberfläche ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine erste Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler und wenigstens eine Farbe reflektierender Streifen, eine zweite Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler und wenigstens eine sich von der durch die erste Gruppe von Streifen reflektierten Farbe unterscheidende zweite Farbe reflektierender Streifen, wobei die erste und die zweite Streifengruppe unter einem gegenseitigen Winkel auf der Oberfläche der Unterlage ausgerichtet sind und sich in bestimmten Oberflächenbereichen gegenseitig überlagern und jeder Streifen aus mehreren Schichten aus dielektrischen Stoffen hoher und niedriger Brechzahl besteht.

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Gemäß einer Weiterbildung des Filters kann auf der Oberfläche der Unterlage unter jeweils einem Winkel in bezug auf die erste und die zweite Streifengruppe eine dritte Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler und für wenigstens eine sich von den durch die erste und die zweite Gruppe reflektierten Farben unterscheidende Farbe durchlässiger Streifen angeordnet sein.

Entsprechend dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren für die dichroischen Streifenfilter werden verhältnismäßig dicke, in gegenseitigen Abständen zueinander parallele Streifen aus einem Werkstoff auf der Unterlage ausgebildet. Auf die Streifen und auf die Oberfläche werden dann dielektrische Beschichtungen in einer Tiefe aufgebracht, bei der die Streifenseitenwände nicht bedeckt sind. Zum Abheben der auf den Streifen befindlichen Beschichtung wird dann der Werkstoff durch Ätzen entfernt, so daß auf der Unterlage eine erste Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen aus den Beschichtungsstoffen zurückbleibt. Außerdem werden auf der Unterlage und auf der ersten Streifengruppe verhältnismäßig dicke, in gegenseitigen Abständen zueinander parallele Streifen aus einem Werkstoff ausgebildet. Dann werden dielektrische Beschichtungen auf diese zusätzlichen Streifen, die erste Streifengruppe und die Oberfläche in einer Tiefe aufgebracht, die so bemessen ist, daß die Seitenwände der zusätzlichen Streifen unbedeckt bleiben. Zum Abheben des auf den zusätzlichen Streifen befindlichen Beschichtungswerkstoffs werden

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die zusätzlichen Streifen durch Ätzen entfernt, so daß die zweite Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen aus Beschichtungsstoffen, die in bezug auf die erste Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen unter einem Winkel versetzt ausgerichtet ist, auf der Unterlagenoberfläche zurückbleibt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auf der Unterlage eine zusätzliche Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen ausgebildet werden, wobei die Streifen jeder Gruppe wenigstens eine Farbe reflektieren, die sich von den durch die anderen Streifengruppen reflektierten Farben unterscheidet.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der ausführlichen Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläut-ert. Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein dichroisches

Streifenfilter nach der Erfindung. Fig. 2 ist ein Aufriß entsprechend der Linie 2-2

der Fig. 1.

Figuren 3-11 sind in einem größeren Maßstab gehaltene Querschnitte zur Darstellung des Verfahrensganges bei der Herstellung eines dichroischen Streifenfilters mit Streifen für zwei Farben.

Figuren 12 - 15 sind Querschnitte, welche die zusätzlichen Schritte bei der Herstellung eines Filters mit Streifen für drei Farben zeigen.

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Figuren 16 - 18 sind grafische Darstellungen der

spektralen Durchlässigkeit eines dichroischen Streifenfilters.

In den Figuren 1 und 2 ist. ein erfindungsgemäß ausgebildetes dichroisches Streifenfilter dargestellt, das eine im wesentlichen transparente Unterlage (Substrat) 21 aufweist, die vorzugsweise aus einem Glas mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten wie z.B. dem Pyrex-Glas Typ 7052 (Kovar-Dichtglas) besteht, das die Brechzahl 1,52 aufweist (und von der Firma Corning Glass Works geliefert wird). Die Unterlage 21 weist zwei in einem gegenseitigen Abstand zueinander parallele Oberflächen 22 und 23 auf, die hochpoliert (60-40 über die ganze Oberfläche) und sehr eben (drei oder weniger Interferenzstreifen über einen bestimmten Durchmesser der Unterlage) sind. Die Unterlage 21 kann jede gewünschte Größe aufweisen, so beispielsweise einen Durchmesser von etwa 25,4 mm (1 Zoll) und eine Dicke von etwa 2,54 mm (1/10 Zoll).

Eine auf der Oberfläche 22 befindliche Kreuzstreifenbeschichtung 2 6 bildet den dichroischen Teil des nachstehend beschriebenen Streifenfilters. Wie aus der Figur ersichtlich, bedeckt die Beschichtung 26 nicht die ganze Oberfläche 22, sondern ein äußerer Ringbereich 22a der Oberfläche 2 2 ist unbeschichtet belassen. Die Unterlage 21 trägt auf der Oberfläche 23, welche der Oberfläche 2 2 gegenüberliegt, auf welche die Beschichtung 26 aufgebracht wird, eine Markierung 28, die durch den klaren Oberflächenbereich

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— ο —

2 2a hindurch sichtbar ist. Die Markierung 28 kann auf beliebige Weise wie z.B. mit Tinte, Farbe, durch Ätzen, Sägen usw. aufgebracht werden.

Im nachstehenden wird ein Verfahren zum Aufbringen der Beschichtung 26 auf die Unterlage 21 zwecks Ausbildung des dichroischen Streifenfilters kurz näher erläutert. Zunächst wird eine Unterlage 21 mit der vorstehend beschriebenen Beschaffenheit hergestellt und die Markierung 28 an der gewünschten Stelle auf der Unterlage 21 aufgebracht. Dann wird die Unterlage 21 gründlich gereinigt. Im Anschluß an die Reinigung wird eine Beschichtung 31 aus einem bekannten Photoresist wie z.B. Eastman Kodak KTFR in einer Dicke von 4 bis 6 pm auf die Oberfläche 22 aufgebracht. Das Aufbringen des Photoresist kann in beliebiger Weise wie beispielsweise durch Auftropfen des flüssigen Photoresist auf die Oberfläche 22 bei gleichzeitig schnellem Drehen der Unterlage 21 erfolgen. Die aufgebrachte Photoresistbeschichtung 31 wird dann trocknen gelassen. Die Trocknung kann beispielsweise dadurch beschleunigt werden, daß die Unterlage 21 in eine Brennkammer oder eine andere entsprechende Erwärmungseinrichtung eingebracht wird, in welcher die Schicht während einer geeigneten Zeitspanne wie z.B. während 10 Minuten bei 75 ⁰C unter atmosphärischem Druck (d.h. nicht im Vakuum) vor der Belichtung "eingebrannt" wird.

Sobald der Photoresist getrocknet ist, wird eine rote Lichthofschutzschicht 32 (siehe Fig. Ό auf der die Markierung 28 aufweisenden Oberfläche 23 der Unterlage 21

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durch Auftragen mit einem Pinsel oder Aufsprühen aufgebracht und an der Luft trocknen gelassen. Ein zu diesem Zweck geeigneter Werkstoff wird von der Firma Norland vertrieben. Die rote Lichthofschutzschicht dient dazu, zweite· Oberflächenreflexionen an der Oberfläche 23 der Unterlage zu verhindern. Ohne eine solche Lichthofschutzschicht würde ein Teil der im Ultraviolettbereich liegenden Strahlungsenergie an der zweiten Oberfläche 23 zurück reflektiert werden, so daß zusätzliche Abschnitte des Photoresist belichtet werden würden, was natürlich unerwünscht ist. Mit anderen Worten, ein Geister- oder Nebenbild würde auf dem Photoresist erscheinen. Aufgrund der auf die Oberfläche 23 aufgebrachten Lichthofschutzschicht erweckt diese den Eindruck, als ob keine Diskontinuität vorhanden wäre, und außerdem absorbiert die Lichthofschutzschicht die ultraviolette Strahlungsenergie, so daß die Glasunterlage 21 eine scheinbar unendliche Tiefe aufweist und keine zweite Oberflächenreflexion bewirkt.

Der Photoresist wird dann durch eine Kopiermaske z.B. aus Chrom unter Zuhilfenahme von kollimiertem Licht einer aus einer Xenon-Bogenlampe bestehenden Lichtquelle belichtet. Dadurch ist gewährleistet, daß die Kopiermaske von einem kollimierten Lichtbündel getroffen ward und das Licht die Photoresistbeschichtung 31 geradlinig durchsetzt. Die Markierung 28 dient dabei dazu, die Unterlage 21 zu der Kopiermaske 33 auszurichten. Das von der Xenon-Bogenlampe emittierte ultraviolette Licht polymerisiert die

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belichteten Stellen des Photoresist.

Nach Belichtung der Photoresistbeschichtung 31 wird die Lichthofschutzschicht 32 beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Klebebandes wieder entfernt.

Anschließend wird die Photoresistbeschichtung 31 vermittels eines entsprechenden Entwicklers wie z.B. Eastman Kodak KTFR-Entwickler entwickelt, durch den der Photoresist an den nicht durch das ultraviolette Licht polymerisierten Stellen entfernt wird. Im Anschluß an die Entwicklung wird die Unterlage mit KTFR-Spülmittel abgespült und dann durch Blasen getrocknet. Diese Schritte werden so oft wie erforderlich und so lange wiederholt, bis die Entwicklung abgeschlosssen ist, was sich durch visuelle Betrachtung der Photoresistbeschichtung 31 unter einem Mikroskop feststellen läßt. Nach abgeschlossener Entwicklung des Photoresist befindet sich eine Vielzahl in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen 31a aus Photoresistmaterial mit in gegenseitigen Abständen zueinander parallelen Ausnehmungen 3 6 in dem Photoresistmaterial, welche die Oberfläche 2 2 freilegen, wie in Fig. 5 dargestellt ist.

Nach Ausbildung der Ausnehmungen 3 6 in dem Photoresist wird die Unterlage mit dem auf dieser verbleibenden Photoresist unter einem Vakuum von angenähert 10~ bis 10 Torr bei einer Temperatur von angenähert 200 c während mindestens etwa 8 Stunden eingebrannt. Dadurch wird die Photoresistbeschichtung ausgehärtet, wobei außer-

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dem einige der in dem Photoresist eingeschlossenen verschiedenen Lösungsmittel entgast werden.

Bei dem als. Photoresist verwendeten KTFR handelt es sich um einen positiven Photoresist, der unter der Einwirkung von Hitze oder mehr Licht härter wird. Es ist gleichfalls möglich, einen sogenannten negativen Photoresist wie z.B. KEMR zu verwenden. Die Verwendung eines derartigen Photoresist ist jedoch weniger vorteilhaft, da ein derartiges Mittel unter Lichteinwirkung oder bei hohen Temperaturen nicht härter, sondern weicher wird.

Nach Ausbildung der streifenförmigen Ausnehmungen 36 wird die Unterlage 21 mit einem Reinigungsmittel gereinigt, in entionisiertem Wasser gespült und durch Luftbeblasung getrocknet. Der Resist hat die Form zueinander paralleler erhabener Streifen 31a, welche quer über die Unterlage 21 verlaufen. Es ist wünschenswert, daß die Streifen 31a etwa die zwei- bis dreifache Dicke des Mehrschichtenbelages aufweisen, der in den Ausnehmungen aufgebracht wird. Zur Vermeidung einer zu starken Abschattung beim Aufbringen des Mehrschichtenbelages beträgt das Verhältnis von Breite zu Höhe der Streifen 31a wenigstens fünf.

Im Anschluß an die Ausbildung der in Fig. 5 dargestellten Photoresiststreifen 31a wird die Unterlage 21 in eine Vakuumbedampfungskammer eingebracht ₃ und ein geeigneter dielektrischer Mehrschichtenbelag 38, der beispielsweise wenigstens eine Farbe wie z.B. Rot reflektiert, wird

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auf der den Photoresist 31 tragenden Oberfläche der Unterlage 21 aufgedampft. Die Aufdampfung des Belages erfolgt auf die Streifen 31a und in den Ausnehmungen 36 auf die Oberfläche 2 2 und weist eine Dicke auf, die wesentlich geringer ist als die Tiefe der Ausnehmungen 36, so daß die oberen Abschnitte der Seitenwände der Photoresiststreifen 31a freiliegen, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. Der Belag 38 kann beispielsweise eine Dicke von angenähert 2 um aufweisen, während die Photoresistbeschichtung 31 eine Dicke zwischen U bis 6 pm aufweist. Es ist wünschenswert, daß die Dicke der Photoresistbeschichtung im allgemeinen wesentlich größer ist als die Dicke des aufzubringenden Belages, da die Dicke der Photoresistbeschichtung über die ganze Oberfläche der Unterlage 21 schwanken kann und erforderlich ist, daß die Photoresiststreifen 31a eine wesentlich über den innerhalb der Ausnehmungen 3 6 befindlichen Belag 3 8 vorstehende Höhe aufweisen, damit die Seitenwände der Photoresiststreifen freiliegen.

Der Rot reflektierende Belag 38 ist so ausgelegt, daß er einerseits an die Brechzahl der Glasunterlage 21, welche beispielsweise den Wert 1,52 aufweist, und andererseits an eine Brechzahl von etwa 2,0 angepaßt ist, welche der Brechzahl der Photokathode einer Vidiconröhre entspricht, mit der zusammen das dichroische Filter verwendet werden soll. Ein geeigneter Aufbau für einen Rot reflektierenden Belag ist wie folgt:

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η - 1,0 1,52

H	L	L (I	H	L "2)	7	L
792	420		715			500

Wie aus vorstehendem ersichtlich, besteht der Rot reflektierende oder für Cyan durchlässige Belag aus einem Rot reflektierenden Stapel (stack), dessen Mitte bei 715 nm liegt und der von angenähert 590 bis 750 nm reflektiert (siehe Fig. 16). Auf beiden Seiten des Stapels befinden sich Antireflexschichten. Bei dem Stoff niedriger Brechzahl (L) kann es sich um einen geeigneten quarzähnlichen Werkstoff wie z.B. einem Quarz (SiO₁.) mit einer Brechzahl 1,46 handeln, der aus Siliziummonoxidgas (SiO) hergestellt wird, das zur Erzeugung von Siliziumdioxid (SiO«) mit Sauerstoff zur Reaktion gebracht wird. Bei dem Werkstoff mit hoher Brechzahl (H) handelt es sich um Titandioxid, das eine Brechzahl von 2,3 aufweist. Die Antireflexschichten bestehen jeweils aus zwei Schichten. Die an der Oberfläche 2 2 befindliche Schicht weist bei 7 92 nm eine optische Viertelwellenlängendicke auf, und die andere Schicht niedriger Brechzahl weist bei 420 nm eine optische Viertelwellenlängendicke auf. Beide Schichten dienen zur Anpassung an die Brechzahl 1,52 der Glasunterlage 21. Der andere Antireflexbelag besteht aus einem Stoff niedriger Brechzahl (L) und weist bei 500 nm eine optische Viertelwellenlängendicke auf und paßt den Rot reflektierenden Belag an die Brechzahl 2,0 der Photokathode an. Der Mehr-

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Schichtenbelag besteht daher aus 16 Schichten und reflektiert zwischen 590 bis 750 nm.

Nach Beendigung des Aufdampfungsvorgangs wird die Unterlage 21 in einem geeigneten Lösungsmittel wie z.B. Xylol eingetaucht, das vorzugsweise eine erhöhte Temperatur von z.B. 100 ⁰C aufweist. Es wurde gefunden, daß das heiße Xylol im Verlaufe einer ausreichend langen Weichzeit, die vorzugsweise langer als eine Stunde beträgt, zunächst die freiliegenden Seitenwände der Photoresiststreifen 31a angreift und dann den Photoresist lockert, zum Schwellen bringt und auflöst. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit können daher die Unterlagen 21 aus dem heißen Xylol herausgenommen werden, wonach sich durch leichtes Reiben mit einem Baumwollbällchen sämtlicher noch auf der Unterlage zurückbleibende Photoresist leicht entfernen läßt, so daß von dem Belag 38 lediglich eine erste Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen 38a zurückbleibt.

Die durch den Belag 38 gebildeten Streifen können beispielsweise eine Dicke von angenähert 1,7 pm und eine Breite von angenähert 25 μπι aufweisen.

Die Unterlage wird dann während angenähert zwei Stunden bei 2 88 °C gebrannt, anschließend mit einem Reinigungsmittel gereinigt, mit entionisiertem Wasser abgespült und durch Luftbeblasung getrocknet.

Im Anschluß an die Reinigung der Unterlage wird eine weitere Beschichtung 41 wie z.B. aus KTFR, einem

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positiven Photoresist, unter Drehen auf die Oberfläche 22 und über die Streifen 38a entsprechend der Darstellung in Fig. 8 aufgebracht, so daß der Photoresist eine zwischen 4 und 6 μπι betragende Tiefe aufweist. Die Photoresistbeschichtung Ul wird dann bei einer atmosphärischen Temperatur von angenähert 75 ⁰C während etwa 10 Minuten eingebrannt. Anschließend wird eine rote Lichthofschutzschicht 42 auf die Oberfläche 23 der Unterlage 21, d.h. die die Markierung 28 tragende Oberfläche der Unterlage 21 aufgebracht .

Die Kopiermaske 33 wird dann der Unterlage 21 in der Weise überlagert, daß die Streifen der Kopiermaske einen vorbestimmten Winkel mit den Streifen 38 einschliessen, der beispielsweise 41° beträgt. Die Photoresistbeschichtung 41 wird dem kollimierten Licht einer Xenon-Bogenlampe ausgesetzt, wobei der Photoresist in gleicher Weise wie zuvor die Photoresistbeschichtung 31 belichtet wird. Die Lichthofschutzschicht 42 wird vermittels eines Klebebandes entfernt. Dann wird die Photoresistbeschichtung 41 durch Sprühentwicklung mit KTFR-Entwickler entwickelt und mit KTFR-Spülmittel gespült. Die Unterlage 21 wird dann durch Luftbeblasung getrocknet. Nach Entfernen des nicht entwickelten Photoresist bleiben zueinander parallele Ausnehmungen 43 und eine Vielzahl in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen 41a aus Photoresist zurück, welche auf der Oberfläche 22 die Rot reflektierenden Streifen 38a überlagern und kreuzen.

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Die Unterlage 21 wird dann in eine Vakuumwärmekammer eingebracht und in dieser bei einer Temperatur von etwa 200 ⁰C während mindestens 8 Stunden unter einem

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Vakuum von 10 bis 10 Torr eingebrannt. Genau wie bei dem entsprechenden vorhergehenden Verfahrensschritt werden durch dieses Backen oder Einbrennen die in dem Photoresist gefangenen Lösungsmittel entgast, und außerdem wird der Photoresist gehärtet. Die Unterlage 21 wird dann mit einem Reinigungsmittel gereinigt, in entionisiertem Wasser abgespült und durch Luftbeblasung getrocknet. Ein dielektrischer Mehrschichtenbelag 46, der wenigstens eine sich von der durch die erste Streifengruppe reflektierten Farbe unterscheidende Farbe reflektiert, wird dann über die Photoresiststrexfen 41a, die Rot reflektierenden Streifen 38a und die Oberfläche 2 2 aufgebracht, wie Fig. 10 zeigt. Der eine Farbe wie z.B. Blau reflektierende Belag 46 wird in einer geeigneten Tiefe wie z.B. angenähert 2 um aufgedampft. Dabei ist erforderlich, daß die Photoresiststreifen 41a eine wesentlich größere Höhe als der Belag 46 aufweisen, damit die Seitenwände des Photoresist aus den in bezug auf die Streifen 31a genannten Gründen entsprechend der Darstellung der Fig. 10 freiliegen.

Der Aufbau eines geeigneten Blaureflektors ist

wie folgt:

η - 0,9 ·* 1,5

1,52

L	8	(	394	8	7	7	H	L
600		5/0		82	318
209	U		0	279

Wie aus vorstehendem ersichtlich, weist der Blau reflektierende oder Gelb durchlassende Belag einen bei 3 94 nm zentrierten reflektierenden Stapel auf, der von angenähert 350 bis 485 nm reflektiert (siehe Fig. 17). Auf beiden Seiten des Blau reflektierenden Stapels befinden sich Antireflexbeläge. Der eine Belag hat eine niedrige Brechzahl (L) und bei 600 nm eine optische Viertelwellenlängendicke, welche an den Rot reflektierenden Belag angepaßt ist. Auf der anderen Seite des Blau reflektierenden Stapels befindet sich ein Belag mit einer hohen Brechzahl (H) mit einer optischen Viertelwellenlängendicke bei 8 2 nm und ein Belag niedriger Brechzahl (L) mit einer optischen Viertelwellenlängendicke bei 318 nm, so daß sich für den Blau reflektierenden Belag insgesamt 17 Schichten ergeben. Die letzte Schicht des Blau reflektierenden Stapels bildet zusammen mit der eine optische Viertelwellenlängendicke von 72 nm aufweisenden Schicht eine kombinierte Schicht mit einer optischen Viertelwellenlängendicke bei 27 9 nm. Die für die Schichten verwendeten Stoffe niedriger und hoher Brechzahlen können den vorstehend in Verbindung mit dem Rot reflektierenden Belag beschriebenen Stoffen entsprechen.

Nach Aufdampfung des Blau reflektierenden Belages auf die Unterlage wird diese während einer geeigneten Zeitspanne, die z.B. vorzugsweise langer als 1 Stunde beträgt, in 100 ⁰C heißem Xylol eingetaucht. Wie oben beschrieben, greift das heiße Xylol die freiliegenden Seitenwände der

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Photoresiststreifen HIa an, so daß sich die Abschnitte des die Photoresiststreifen überlagernden Belages 46 abheben lassen und nur zwei Streifengruppen zurückbleiben, nämlich die Rot reflektierenden Streifen 38a und die Blau reflektierenden Streifen 46a, wobei sich die beiden Streifengruppen unter einem Winkel von angenähert 41 gegenseitig kreuzen. Die eine Streifengruppe 38a reflektiert Rotstrahlung und läßt Strahlung im blauen und grünen Bereich durch. Die zweite Streifengruppe 46a reflektiert Blaustrahlung und läßt Strahlung im grünen und roten Bereich durch. In den Bereichen, in denen sich die Streifen gegenseitig kreuzen, läßt der Belag grüne Strahlung durch und reflektiert Strahlung im roten und im blauen Bereich. In den belagfreien Bereichen der Oberfläche 2 2 wird im wesentlichen 100 % des Lichtes durchgelassen. Diese unterschiedlichen Bereiche sind in Fig. 11 durch Buchstaben wie folgt gekennzeichnet:

C = Klarer Bereich

-R = Rot reflektierend (oder für Cyan durchlässig) -B = Blau reflektierend (oder für Gelb durchlässig) G = Für Grün durchlässig (Oberlagerung von -R und -B)

Der Aufbau an den Oberlagerungs- oder Schnittstellen der Rot bzw. Blau reflektierenden Beläge 38a und 46a ist wie folgt:

1,52

	L	nil	,0	η - 1,	0 ·♦ 1,4	L
H	420		_τ 7 ?^{} L}	I« TJ ⁽2 ^L2	7 ) H	318
792		715	1100	394	82
				279

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Die Rot bzw. Blau reflektierenden Stapel lassen sich sofort erkennen. Die letzte reflektierende Schicht des roten Stapels und die erste Antireflexschicht des blauen Stapels sind zu einer Schicht niedriger Brechzahl (L) kombiniert, die eine optische Viertelwellenlängendicke von 1100 nm aufweist. Figur 18 zeigt das Ergebnis von .Cyan plus Gelb, wodurch Magenta einhalten wird.

Nachdem die Unterlage während ausreichend langer Zeit in Xylol eingeweicht worden ist, wird der Photoresist durch leichtes Abreiben von den zwischen den Streifen 46a befindlichen Stellen entfernt. Dann wird die Unterlage gereinigt, mit entionisiertem Wasser abgespült, mit Luft trocken geblasen und dann bei einer geeigneten Temperatur wie z.B. 288 C während angenähert 2 Stunden gebrannt.

Für den bei 715 Rot reflektierenden Stapel beträgt der Herpin-Index im interessierenden Bereich 1,0. Für den bei 3 94 nm Blau reflektierenden Stapel beträgt der Herpin-Index etwa 0,9 bis 1,5. Der Herpin-Index ist eine für den dielektrischen Stapel erzeugte Zahl, die auf den Brechzahlen der in dem Stapel verwendeten Stoffe beruht.

Damit ist die Herstellung des dichroischen Filters beendet, und dieses kann nunmehr in der nachstehend beschriebenen Weise in Verbindung mit einer Vidiconröhre verwendet werden.

Für manche Anwendungen wird eine zusätzliche Streifengruppe auf dem dichroischen Filter benötigt, die als Reflektor für eine andere Farbe wie z.B. Grün dient. Diese

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Streifen müssen aus einem Belag bestehen, der im Bereich von angenähert 505 bis 585 nm reflektiert und ein verhältnismäßig enges Reflexionsband für Grün liefert. Eine solche zusätzliche Streifengruppe wird im wesentlichen in gleicher Weise wie die vorstehend beschriebenen Streifengruppen des dichroischen Filters hergestellt. Nachdem daher das in Fig. 11 dargestellte dichroische Filter fertiggestellt ist, wird dieses gereinigt, und dann wird eine Schicht 51 aus einem positiven KTFR-Photoresist unter raschem Drehen der Unterlage 21 auf diese aufgebracht, so daß sie die Rot reflektierenden Streifen 38a und die Blau reflektierenden Streifen 46a in einer geeigneten Tiefe wie z.B. 4 bis 6 pm überlagert. Dann wird die Unterlage vor der Belichtung einem Brennvorgang während 10 Minuten bei 75 C ausgesetzt. Eine rote Lichthofschutzschicht 52 wird auf die Rückseite der Unterlage 21, d.h. die die Markierung 2 8 tragende Oberfläche 23 derselben aus den vorstehend beschriebenen Gründen aufgebracht. Die Photoresistbeschichtung 51 wird dann durch die Kopiermaske 3 3 hindurch belichtet, wobei die Streifen der Kopiermaske unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Rot reflektierenden und die Blau reflektierenden Streifen wie beispielsweise unter einem Winkel von 45 in bezug auf die Rot reflektierenden Streifen und unter einem Winkel von ebenfalls 45° in bezug auf die Blau reflektierenden Streifen ausgerichtet werden. Der Photoresist wird wiederum vermittels einer kollimierteh Lichtquelle unter Verwendung einer Xenon-Bogenlampe belichtet.

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Nach der Belichtung wird die Lichthofschutzschicht 52 entfernt und der Photoresist mit KTFR-Entwickler durch Sprühentwicklung entwickelt. Die Unterlage wird anschließend mit KTFR-Spülmittel gespült, um unentwickelten Photoresist zu entfernen, wodurch zwischen den Streifen 51a des Photoresist Ausnehmungen 53 entstehen. Der Photoresist wird dann im Vakuum bei angenähert 200 °C während wenigstens 8 Stunden in der vorstehend beschriebenen Weise eingebrannt, anschließend gereinigt, in entionisiertem Wasser gespült und mit Luft trocken geblasen. Dann wird ein dielektrischer MehrSchichtenbelag 56 auf die Photoresiststreifen, die Rot reflektierenden Streifen 3 8a und die Blau reflektierenden Streifen 46a auf der Unterlage aufgedampft, wie insbesondere aus Fig. 14 ersichtlich ist. Die Grün reflektierende Beschichtung kann dabei den folgenden Aufbau aufweisen:

12 1,52 \/ H L (0,14 L H 0,14 L) L

844 1880

Zur Erzielung eines engen Reflexionsbandes wird ein falsch angepaßter Stapel verwendet. In einem "normalen" Stapel hat das Verhältnis der Schichten hoher Brechzahl zu denen niedriger Brechzahl den Wert 1:1. Der hier ver wendete Grün reflektierende Stapel ist ein falsch angepaßter Stapel, bei dem das Verhältnis von Stoffen hoher Brech zahl zu denen niedriger Brechzahl 3,5 beträgt, so daß sich ein enges Bandpaßfilter ergibt. Der Grün reflektierende

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Stapel ist bei 844 zentriert (d.h. die Bandbereichsmitte liegt bei diesem Wert) und reflektiert von 508 bis 585 nm. Antireflexbeläge befinden sich auf beiden Seiten des Grün reflektierenden Stapels. Die Schicht hoher Brechzahl (H) weist eine optische Viertelwellenlängendicke von 1810 nm auf, während die Schicht niedriger Brechzahl (L) eine optische Viertelwellenlängendicke bei 63 aufweist. Dieser Antireflexbelag dient zur Anpassung des Grün reflektierenden Belages an die Rot reflektierenden und an die Blau reflektierenden Streifen. Der äußere Antireflexbelag weist eine optische Viertelwellenlängendicke bei 18 80 nm auf und dient zur Anpassung der Grün reflektierenden Streifen an die Luft.

Als Stoff hoher Brechzahl wurde Zirkonoxid (ZrO-) mit einer Brechzahl von angenähert 2,0 verwendet, während als Stoff niedriger Brechzahl Vycor verwendet wurde. Als Stoff hoher Brechzahl wurde Zirkonoxid und nicht Titandioxid verwendet, da die Schichten hoher Brechzahl verhältnismäßig dick sind. Zur Herstellung von Titandioxidschichten dieser Dicke würde sehr viel Zeit benötigt, und außerdem würde der Glühvorgang verkürzt, welcher bei Titanoxid zur Verringerung der Absorption auf annehmbare Werte angewandt werden muß. Die Verwendung von Zirkonoxid erbringt außerdem den Vorteil, daß sie im Vergleich zu Siliziumoxid und einem quarzähnlichen Stoff wie z.B. Vycor oder Quarz selbst ein engeres Sperrband liefert.

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Nach Aufdampfung des Belages 56 wird die Unterlage 21 während angenähert 2 Stunden bei einer Temperatur von 288 ⁰C eingebrannt und dann während einer geeigneten Zeitspanne wie z.B. während einer halben bis zu einer Stunde in 100 ⁰C heißem Xylol eingetaucht und dann leicht abgerieben, um die Photoresiststreifen und die auf diesen befindlichen Abschnitte des Belages zu entfernen, so daß lediglich in gegenseitigen Abständen zueinander parallele Grün reflektierende Streifen 56a zurückbleiben, welche die Rot reflektierenden Streifen 38a und die Blau reflektierenden Streifen 46a in der in Fig. 15 dargestellten Weise, kreuzen. Die verschiedenen Bereiche des aus den drei Streifentypen gebildeten dichroischen Filters lassen sich wie folgt kennzeichnen:
C = Klar

-R = Rot reflektierend (oder Cyan) -B s Blau reflektierend (oder Gelb) G = Für Grün durchlässig (oder Oberlagerung von

-R und -B)

-G = Grün reflektierend

Nach dem Abheben des Photoresist wird die Unterlage gereinigt, mit entionisiertem Wasser gespült, dann getrocknet und schließlich während angenähert 2 Stunden bei 288 ⁰C gebrannt. Das dichroische Filter ist somit fertiggestellt und verwendungsbereit. Entsprechend der Erfindung hergestellte dichroische Filter hatten beispielsweise die folgenden Eigenschaften» Die Rot reflektierenden (Cyan)

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und die Blau reflektierenden (Gelb) Streifen befanden sich beide auf ein und derselben Oberfläche der Unterlage. Es ließ sich ohne weiteres eine Streifendichte von 20,5 Streifen pro mm (500 Streifen/Zoll) erzielen. Die Rot reflektierenden und die Blau reflektierenden Streifen waren unter einem Winkel von kl° _+ 1° zueinander ausgerichtet.

Der Rot reflektierende (Cyan) Filterteil hatte einen absoluten Durchlässigkeitswert von 50 % bei 595 nm _+ 7 nm. In Medien mit der Brechzahl N = 2,0 betrug die Durchlässigkeit im Mittel 80 % oder mehr im Bereich von UOO bis 535 nm. Die Durchlässigkeit in Medien von N = 2,0 betrug 5 % oder weniger zwischen 600 und 700 nm. Der Blau reflektierende (Gelb) Filterteil hatte einen absoluten Durchlässigkeitswert von 50 % bei 480 nm + 7 nm. Die Durchlässigkeit betrug für Medien von N = 2,0 im Mittel 80 % oder mehr zwischen 512 und 700 nm. In Medien von N = 2,0 betrug die Durchlässigkeit 5 % oder weniger zwischen HOO bis 418 nm.

Die Streifenbreitenschwankungen lagen von einem dichroischen Filter zu einem anderen Filter, bezogen auf die mittlere Breite der Cyanstreifen und der gelben Streifen über einer klaren Unterlage innerhalb 20 % des Sollwerts. Auf jeweils ein und demselben dichroischen Filter lagen die mittleren Abmessungen aller Beschichtungsberexche einer

gegebenen Farbe innerhalb 10 % des größten ermittelten Werts.

Ganz allgemein läßt sich daher feststellen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Abhebetechnik zur

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Herstellung dichroischer Streifenfilter von ausgezeichneter Qualität mit großer Härte und ViiderStandsfähigkeit angewandt wird. Das Filter wird durch Abreiben mit einem Radiergummi oder unter dem Einfluß von Feuchtigkeit nicht beschädigt, so daß es sich ohne weiteres reinigen läßt. Außerdem hält es ohne weiteres die nachstehend beschriebenen Verfahrensschritte beim Zusammenbau des Filters mit einer Vidiconröhre aus. Das Filter hat ausgezeichnete spektrale Eigenschaften mit einem hohen Reflexionsgrad in den gewünschten Bereichen und einem hohen Durchlässigkeitsgrad außerhalb des Sperrbereichs.

Das dichroische Filter muß bei seiner Verwendung in der Bildebene angeordnet werden. Das kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß das dichroische Streifenfilter innerhalb einer Vidikonröhre und als fester Bestandteil der Stirnplatte der Vidikonröhre angebracht wird, so daß es sich in der Bildebene der Vidikonröhre befindet. Andererseits kann die Vidikonröhre auch mit einer Faseroptik-Stirnplatte versehen werden, durch welche die Bildebene von der Innenseite der Vidikonröhre zu einer außerhalb befindlichen Oberfläche verlagert wird, an der das dichroische Streifenfilter befestigt werden kann. Auf diese Weise können die Streifen unmittelbar mit der Stirnseite der Faseroptik-Stirnplatte verkittet werden. Das dichroische Filter kann auch in Verbindung mit einem Zwischenobjektiv verwendet werden, durch welches die Bildebene ebenfalls von der Stirnplatteninnenseite der Vidicon-

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röhre nach außen verlagert wird. Bei Verwendung derartiger Zwischenobjektive können die Streifen ggf. auch getrennt voneinander auf verschiedenen Unterlagen angeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dichroischer Streifenfilter kann nach Wunsch anstelle der hier beschriebenen Abhebetechnik mit Photoresist auch vermittels einer Metall-Abhebetechnik ausgeführt werden. Bei Verwendung einer Metall-Abhebetechnik wird anstelle der Photoresistbeschichtung 31 eine Metallschicht auf die Oberfläche 22 in einer vergleichbaren Dicke wie z.B. von 5 bis 6 pm aufgebracht. Zu diesem Zweck geeignete Metalle sind Nickel oder Chrom. Anschließend wird eine Photoresistbeschichtung auf die Metallschicht aufgebracht und in der üblichen Weise belichtet, wonach der nicht entwickelte Photoresist entfernt wird, so daß ein metallisches Streifenmuster zurückbleibt. Das Metall wird dann vermittels eines geeigneten Ätzmittels entfernt, um die Oberfläche 2 2 freizulegen. Dann kann eine die erste Streifengruppe des dichroischen Filters bildende Beschichtung in die Ausnehmungen des Metalls und auch auf das Metall auf- gedampft werden. Die Beschichtung erfolgt dabei in einer Dicke, die wesentlich geringer ist als die Dicke der Metallstreifen, so daß Seitenwandabschnitte der Metallstreifen freiliegen und sich anschließend durch Ätzen entfernen lassen, um die unerwünschte Beschichtung und das Metall zu entfernen, so daß lediglich eine Gruppe dielektrischer

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Mehrschichtenbelagstreifen des vorstehend beschriebenen Typs zurückbleibt. Zur Ausbildung der nächsten Streifengruppe wird wiederum in gleicher Weise wie die Photoresistschicht eine Metallschicht auf die Streifen in einer Tiefe von 5 bis 6 μπι aufgebracht, wonach zur Ausbildung der nächstfolgenden Streifengruppe die gleichen Verfahrensschritte wiederum wiederholt werden. Wie somit ersichtlich, läßt sich ein dichroisches Streifenfilter unter Verwendung einer Metall-Abhebetechnik genau so gut wie vermittels der beschriebenen Abhebetechnik mit Photoresist herstellen. Die Photoresist-Abhebetechnik ist jedoch bevorzugt, da für diese weniger Verfahrensschritte erforderlich sind und weil außerdem die Aufdampfung von metallischem Nickel oder Chrom in der geeigneten Dicke längere Zeit wie z.B. zwei Stunden in einer Bedampfungskammer benötigt.

Wenngleich das hier beschriebene dichroische Streifenfilter insbesondere in Verbindung mit Farbferaseheinrichtungen geeignet ist, können selbstverständlich anstelle der hier vorgeschlagenen Farbstreifen auch solche anderer Farben oder mit anderen Eigenschaften vorgesehen werden.

Das dichroische Streifenfilter, welches vermittels des vorgeschlagenen Verfahrens herstellbar ist, weist ausgezeichnete Eigenschaften auf und ist insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einer eine einzige Vidiconröhre aufweisenden Kamera zur Herleitung der Farbinformation (Farbauszüge) aus dem von der Vidiconröhre "gesehenen" Aufnahmegegenstand geeignet. Aus der so ge-

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wonnen Färbinformation wird eine Matrix gebildet, um vermittels eines der beiden hier beschriebenen dichroischen Filtertypen die rote, blaue und grüne Farbinformation zu gewinnen.

-Patentansprüche: -

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Claims

Patentansprüche :

\\ß Dichroisches Streifenfilter auf einer im wesentlichen transparenten Glasunterlage mit einer im wesentlichen ebenen Oberfläche, gekennzeichnet durch eine erste Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler und wenigstens eine Farbe reflektierender Streifen (38a), eine zweite Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler und wenigstens eine sich von der durch die erste Gruppe von Streifen reflektierten Farbe unterscheidende zweite Farbe reflektierender Streifen (46a), wobei die erste und die zweite Streifengruppe unter einem gegenseitigen Winkel auf der Oberfläche (22) der Unterlage (21) ausgerichtet sind und sich in bestimmten Oberflächenbereichen (G) gegenseitig überlagern und jeder Streifen aus mehreren Schichten aus dielektrischen Stoffen hoher und niedriger Brechzahl besteht.
2. Filter nach Anpsruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (38a, U6a) aus verhältnismäßig haltbaren und einer Reinigung des Filters gegenüber widerstandsfähigen Stoffen bestehen.
3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Streifengruppe (38a) Rot, und die zweite Streife ngruppe (U6a) Blau reflektiert.

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4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen der ersten Streifengruppe (3 8a) aus einem angenähert im Bereich von 590 bis 750 nm Rot reflektierenden Mehrschichtenbelag (38) in Verbindung mit auf entgegengesetzten Seiten dieses Rot reflektierenden Belages befindlichen Antireflexbelägen bestehen.
5. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (46a) der zweiten Streifengruppe aus einem angenähert im Bereich von 380 bis 485 nm Blau reflektierenden Mehrschichtenbelag (46) bestehen und auf beiden Seiten des Blau reflektierenden Belages jeweils ein Antireflexbelag vorgesehen ist.
6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche (22) der Unterlage (21) unter jeweils einem Winkel in bezug auf die erste und die zweite Streifengruppe (38a, 46a) eine dritte Gruppe in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler und für wenigstens eine sich von den durch die erste und die zweite Gruppe reflektierten Farben unterscheidende Farbe durchlässiger Streifen (56a) angeordnet ist.
7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen (56a) der dritten Streifengruppe aus einem im Bereich von angenähert 505 bis 585 nm Grün durchlässigen Mehrschichtenbelag (56) und auf beiden Seiten des Grün durchlässigen MehrSchichtenbelages befindlichen Antireflex-

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belägen besteht.
8. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff hoher Brechzahl aus Titanoxid und der Stoff niedriger Brechzahl aus einemquarzähnlichen Stoff besteht.
9. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff hoher Brechzahl aus Zirkonoxid und der Stoff niedriger Brechzahl aus einem quarzähnlichen Stoff besteht.
10. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen der einzelnen Streifengruppen jeweils eine Dicke größer als 1 μΐη aufweisen.
11. Verfahren zur Herstellung eines dichroischen Streifenfilters nach einem der Ansprüche 1-10 auf einer im wesentlichen transparenten Glasunterlage mit einer im wesentlichen ebenen Oberfläche unter Verwendung einer eine Vielzahl in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen aufweisenden Maske, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche (22) der Unterlage (21) eine Beschichtung aus einem Werkstoff (31) aufgebracht wird, bestimmte Abschnitte des Werkstoffs in der Weise entfernt werden, daß auf der Oberfläche eine Vielzahl in gegenseitigen Abständen zueinander paralleler Streifen (31a) aus diesem Werkstoff zurückbleibt, auf die Streifen und die Oberfläche (22) eine Vielzahl dielektrischer Beläge (38) bis zu einer die Höhe der Streifen wesentlich unterschreitenden Tiefe in der Weise aufgebracht werden, daß die Streifenseiten-

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wände freiliegen, und der freiliegende Werkstoff durch Ätzen entfernt wird, um ein Abheben der von dem Werkstoff getragenen Beschichtungsabschnitte zu gestatten, so daß auf der Oberfläche eine wenigstens eine Farbe reflektierende Streifengruppe (38a) zurückbleibt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Beschichtung (41) auf die erste Streifengruppe (38a) und die Oberfläche (22) aufgebracht und ein Teil der zusätzlichen Beschichtung in der Weise wieder entfernt wird, daß Streifen (11a) aus der zusätzlichen Beschichtung zurückbleiben, dann ein weiterer Belag (46) auf die Streifen der zusätzlichen Beschichtung, die Oberfläche (22) und die erste Streifengruppe (38a) in einer die Höhe der zusätzlichen Beschichtung (41) unterschreitenden Tiefe aufgebracht, die freiliegende zusätzliche Beschichtung durch Ätzen entfernt und dadurch der weitere Belag (46) so weit abgehoben wird, daß eine wenigstens eine sich von der durch die erste Streifengruppe (3 8a) reflektierten Farbe unterscheidende Farbe reflektierende zweite Streifengruppe (46a) zurückbleibt.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (41) aus einem positiven Photoresist besteht.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (41) aus einem Metall besteht.

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15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Beschichtung (51) auf die erste und die zweite Streifengruppe (38a, 46a) und die Oberfläche (22) aufgebracht und diese weitere Beschichtung abschnittsweise wieder entfernt wird, so daß eine Vielzahl von Streifen (51a) aus dieser weiteren Beschichtung zurückbleibt, dann ein dielektrischer Belag (56) auf die Streifen (51a) und die Oberfläche (22) bis zu einer die Höhe der weiteren Beschichtung (51) wesentlich unterschreitenden Tiefe in der Weise aufgebracht wird, daß die Seitenwände dir weiteren Beschichtung freiliegen, dann die freiliegende weitere Beschichtung durch Ätzen entfernt und dadurch der dielektrische Belag (56) abschnittsweise abgehoben wird, so daß eine dritte Streifengruppe (56a) zurückbleibt, die für wenigstens eine sich von den durch die erste und die zweite Streifengruppe (38a, 46a) reflektierten Farben unterscheidende Farbe durchlässig ist.

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