Procédé de traitement d'un objet transparent en vue de réduire la quantité de lumière réfléchie par une surface au moins de cet objet et objet transparent. traité suivant ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé de traitement d'un objet transparent en vue de réduire la quantité de lumière réflé chie par une surface au moins de cet objet.
Ce procédé est applicable à toutes sortes de matières transparentes: minérales, telles que le verre, le quartz ou le mica, ou organi ques comme les feuilles de cellulose transpa rentes, le celluloïd, les résines artificielles ou autres matières plastiques.
Appliqué à des éléments optiques tels que des lentilles ou prismes pour longues-vues, jumelles à prismes, télescopes, microscopes, appareils photographiques, appareils de visée pour le lancement des bombes, périscopes et analogues, le procédé procure une améliora tion de ces instruments optiques, en les ren dant éminemment propres à servir la nuit ou quand l'objet à observer est mal éclairé.
Avec des éléments optiques traités suivant le procédé que comprend l'invention, on peut réaliser des ,systèmes optiques complexes dans lesquels il ne se produit pas d'images parasites. Le procédé que comprend l'invention est également applicable avec avantage aux vi trages, verres à vitres, vitrages de cadres pour tableaux, gravures et analogues, glaces d'étalage ou de vitrines et analogues. Il sup prime dans ce cas les reflets gênants.
Dans le brevet suisse no 220789, on a dé crit un procédé de traitement d'un objet transparent en vue de réduire la quantité de lumière réfléchie par une surface au moins de cet objet, qui consiste en ce qu'on recouvre cette surface d'une couche transparente (ob tenue par exemple par évaporation) dont l'épaisseur optique est sensiblement égale à un multiple entier et impair du quart de la longueur d'onde de la lumière dont on veut éviter la réflexion. Dans une forme d'exécu tion de ce procédé, pour annuler la réflexion, on choisit une matière telle que l'indice de réfraction de la couche recouvrant la surface de l'objet traité soit égal à la racine carrée de l'indice de réfraction de l'objet.
L'indice de réfraction de la couche transparente peut être réduite en agissant sur les conditions (le l'éva poration. Dans certains cas, cette réduction de l'indice de réfraction peut amener à utiliser des matières déterminées pour la. constitution de cette couche, si l'on désire que celle-ci soit suffisamment résistante.
Le procédé de traitement que comprend la, présente invention est caractérisé en ce qu'on recouvre la surface dont on veut ré duire la quantité de lumière réfléchie par plusieurs pellicules transparentes telle, que la somme vectorielle des amplitudes des onde lumineuses réfléchies par cette surface de l'objet transparent et par les surfaces des- dites pellicules tende vers zéro.
On peut, par exemple, appliquer sur la surface à traiter deux pellicules formées (1(# matières différente. Les indices de ces pelli cules peuvent "être supérieurs à celui (le la matière qui constitue l'objet traité. La pelli cule qui est située le plus près de la surface à traiter a. de préférence un indice de réfrac tion plus élevé que celui de l'autre pellicule.
On donne avantageusement. aux diverses pel licules des épaisseurs optiques correspondant au déphasage voulu entre les ondes lumi neuses réfléchies respectivement par chacune d'elles et par la surface de l'objet traité.
Pour constituer deux pellicules superpo sée, on peut avoir recours. par exemple, ait sulfure de zinc, à. l'alumine, à l'oxyde de titane, au corindon, au carborundum, l'oxyde d'étain, pour la pellicule la, plus voi sine de la surface traitée. et au quartz oit aux fluorures ou fluosilicates métalliques pour l'autre pellicule.
Dans le cas de pellicules multiples. on n'a pas à réduire artificiellement l'indice de ré fraction des pellicules, en les rendant po reuses. Toutes les pellicules sont alors cons tituées avec la. plus forte densité possible, pour accroître leur robustesse.
La ou les pellicules transparentes peuvent être obtenues par évaporation en atmosphère raréfiée. Elles peuvent aussi être créées ait moyen de vapeurs de dérivés minéraux, tels que les chlorures métalliques, susceptibles d'être facilement transformés en oxydes éven- tuellement par un traitement thermique ulté rieur, comme par exemple: le chlorure de titane, le chlorure d'étain, le tétrachlorure de silicium.
Des pellicules transparentes peuvent aussi être obtenues en projetant à l'état divisé, sur la surface à traiter, des solutions de sels qui, après séchage, sont transformables en oxydes par un traitement thermique.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple et schématiquement, une forme d'exécution d'un objet transparent traité sui vant le procédé que comprend l'invention.
La fib. 1 est une coupe transversale, très agrandie, d'un objet transparent revêtu de deux pellicules.
Les fi,,. \? et; 3 montrent comment peuvent s'additionner vectoriellement les amplitudes des ondes lumineuse, réfléchies respective ment par la. surface de l'objet et par les deux pellicules.
On sait, depuis Fresnel, (lue, lorsque la lumière passe de l'air dans une matière trans parente d'indice de réfraction jr, ou inverse ment, une fraction de la lumière incidente
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est réfléchie par la surface. Cette fraction (le lumière réfléchie s'élève ordinai rement à 4 % ou plus de la lumière incidente, par surface.
Elle crée dans beaucoup de cas des images parasites, qui sont gênantes dans un système optique, et qui représentent tou jours une quantité (le lumière qui, autrement, serait transmise. Si l'on dépose une pellicule sur une matière, il y a réflexion à la surface séparant l'air de la pellicule et à la surface de contact entre la pellicule et la matière.
Suivant une forme d'exécution particu lière du procédé que comprend l'invention, on utilise plusieurs pellicules optiquement acti ves, dont les épaisseurs optiques et les indices de réfraction sont choisis de manière à ce que les ondes lumineuses réfléchies respective ment par la surface traitée et par les surfaces extérieures des diverses couches s'annulent par interférence.
Avec deux pellicules superposées, dont les indices de réfraction peuvent être supérieurs à celui du verre, on peut annuler pratique ment la réflexion pour une région limitée du spectre. La réduction de la réflexion s'étend sur une région plus large du spectre si l'on utilise une pellicule à indice de réfraction relativement très élevé contre la surface du verre et, au-dessus, une pellicule à indice relativement bas.
Comme matière constituant la pellicule à indice élevé située contre le verre (dans cer tains cas sur une mince couche intermédiaire d'un oxyde métallique tel que l'oxyde de chrome), on a essayé notamment le sulfure de zinc, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de titane, le corindon, le carborundum et l'oxyde d'étain. On a obtenu, par évaporation de ces matières, des pellicules ayant un indice de réfraction d'environ 2 ou plus.
Les pellicules à bas indice de réfraction consistaient en quartz et en fluorures métal liques. Il est à remarquer ici que, dans le cas des fluorures, on n'obtient pas l'annulation de la réflexion par une réduction artificielle de l'indice de réfraction des pellicules, en les rendant poreuses. Toutes les pellicules sont de préférence rendues aussi denses que possi ble, afin d'accroître leur robustesse.
Il existe bien des moyens d'obtenir que les ondes lumineuses réfléchies par les di verses surfaces intéressées aient une somme géométrique nulle. Voici un exemple relatif à une pellicule qui comporte une couche à indice élevé, près du verre, suivie d'une pel licule à indice plus faible.
La condition à satisfaire pour annuler la réflexion est que les indices et les épaisseurs des pellicules soient choisies de sorte que: <B><I>AI-,</I></B> + A2_1 + Al_g = 0 où les A sont les vecteurs qui représentent les ondes lumineuses réfléchies par les di verses surfaces intéressées (fig. 1).
A titre d'exemple numérique, posons N,. = 1,50, Nl = 2,00 et NZ - 1,40. II vient alors Aa_2 - 0:167, A2_1 = 0,176 et A1_b - 0,143. Ces vecteurs peuvent avoir une somme géométrique nulle pour n'importe quelle longueur d'onde voulue .1o, comme le montre la fig. 2.
Pour cet exemple particulier, en supposant do 3500 Â, l'épaisseur optique Nl <I>dl</I> de la première pellicule, telle qu'elle est donnée par e1 = 2 n 2 Nl dl/ 4, est d'environ 2800 A, et l'épaisseur optique N2 d2 de la seconde pel licule est d'environ 1000 A.
Pour les lon gueurs d'ondes plus grandes et plus petites que ),o, la réflexion augmente quelque peu, mais elle est largement réduite dans un champ de longueurs d'ondes suffisamment large pour convenir à de nombreux usages photographiques et visuels.
La lumière réfléchie est donnée par la formule: R - (Aa_2 -I- A2_l -f- Al_g)2 où les A sont additionnés géométriquement.
Les angles 01 et 0,2 que font ces vecteurs entre eux sont en général<B>0,</B><I>= 2</I> n <I>. 2 N ,</I> d, /.1 et OZ = 2 n .
2 NZ d2/.1. (OZ est l'angle entre le vecteur Aa_2 et le vecteur <B>A,-,, 19,</B> est l'angle entre le vecteur A2_1 et le vecteur Al_g. Il est intéressant de noter que, dans cet exemple, R augmente jusqu'à une valeur maximum d'environ 2 % dans l'ultraviolet, aux environs de 4000 A et diminue ensuite de nouveau, pratiquement jusqu'à zéro, plus loin dans l'ultraviolet, aux environs de 3000 A.
Ce comportement est différent de celui d'une pellicule simple.
La dispersion de la pellicule (car N est une fonction de .1) a été négligée pour sim plifier. Son effet est relativement faible et peut quelquefois être utilisé avec avantage.
Dans cet exemple numérique, les trois vecteurs peuvent aussi être additionnés pour donner zéro, comme le montre la fig. 3. D'après la fig. 2, l'épaisseur optique de la première pellicule était la plus grande. D'après la fig. 3, c'est le contraire.
D'après les fig. 2 et 3, il est clair que<B>0,</B> ou O2, ou bien l'un et l'autre, peuvent être augmentés de multiples de 2 n (360 degrés) en augmentant l'épaisseur optique d'une pel licule de multiples de .10/2. Cela a toutefois pour effet de rétrécir la région du spectre dans laquelle la réflexion est pratiquement éliminée.
De ce qui précède et des fig. 2 et 3, il ressort que la réflexion est pratiquement éli minée dans un plus grand champ du spectre, si l'on choisit, pour constituer les pellicules. des matières telles que N, soit plus. grand et <B><I><U>N.</U></I></B> plus petit que dans l'exemple.
On a supposé dans ce qui précède que les pellicules sont transparentes, de sorte que la diminution dans la réflexion s'ajoute complè tement à la lumière transmise. Il est égale ment possible d'éliminer la réflexion par les méthodes décrites, en utilisant des pellicules qui sont partiellement absorbantes. Dans ce cas, les vecteurs d'amplitudes sont légèrement. modifiés, en grandeur et en direction. quand on tient compte, dans le calcul, de l'absorp tion, au moyen des lois optiques connues. Des pellicules qui absorbent dans le violet et l'ultraviolet sont ou peuvent être utiles pour les lunettes.
Pour plus de simplicité, on s'est limité, dans l'exemple ci-dessus, :à l'utilisation de deux pellicules, mais on peut prévoir des formes d'exécution dans lesquelles on utilise un nombre quelconque de pellicules pour les quelles les vecteurs de réflexion ont une somme géométrique qui, ajoutée au vecteur de réflexion de la surface de l'objet transpa rent, tende vers zéro.
On peut aussi utiliser plus d'une pellicule dans d'autres buts que la réduction de la. ré flexion ou l'augmentation de la transmission ou les deux. Par exemple, on peut utiliser une couche pour protéger les pellicules sous- jacentes ou bien pour lier d'autres pellicules ensemble ou au verre.
Le tableau qui suit montre les résultat: obtenus avec quelques combinaisons détermi nées. Il comprend l'indication des matières employées (dans l'ordre de leur dépôt. sur le verre), la 'valeur de<I>R</I> (réflectivité) et de<I>T</I> (transmission), pour les extrémités du spec tre visible, ainsi que la longueur d'onde pour laquelle R est à son minimum:
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Expérience <SEP> Matières <SEP> employées <SEP> à <SEP> 400 <SEP> m#t <SEP> Point <SEP> de <SEP> rèflectivité <SEP> à <SEP> 700 <SEP> m#t
<tb> minimum
<tb> 1 <SEP> Cryolite <SEP> -f- <SEP> A# <SEP> CI <SEP> R-4,0 <SEP> % <SEP> R-1,0 <SEP> % <SEP> à <SEP> 430 <SEP> m,u <SEP> R-27,0,%
<tb> 11IgF-' <SEP> -E- <SEP> NaF= <SEP> -I- <SEP> M,-;
F- <SEP> R-1,0 <SEP> % <SEP> R-3,0
<tb> 3 <SEP> Cryolite <SEP> -I- <SEP> Sb=S'\ <SEP> R-18,0 <SEP> % <SEP> R-5,0% <SEP> à <SEP> 510 <SEP> mlc <SEP> R-36.0
<tb> 4 <SEP> ZnS <SEP> -f- <SEP> DIgF\ <SEP> _?-1l,0 <SEP> % <SEP> R-3,0 <SEP> % <SEP> à <SEP> 500 <SEP> m,u <SEP> R-7,0%
<tb> <B>T-70,0</B> <SEP> % <SEP> T-81,0 <SEP> % <SEP> T-80,0 <SEP> %
<tb> 5 <SEP> As2S' <SEP> -I- <SEP> M <SEP> -F\ <SEP> R-2,5 <SEP> % <SEP> R-0,2 <SEP> % <SEP> à <SEP> 500 <SEP> m,u <SEP> R-1,0 <SEP> %
<tb> T-87,5 <SEP> % <SEP> T-95,5 <SEP> % <SEP> T-95,0
<tb> 6 <SEP> ZnS <SEP> -I- <SEP> Si02 <SEP> R-5,0 <SEP> % <SEP> R-1,5 <SEP> % <SEP> à <SEP> 480 <SEP> m,u <SEP> R-5,5
<tb> T-86,0 <SEP> % <SEP> T-92,0 <SEP> % <SEP> T-89,0
<tb> 7 <SEP> ZnS <SEP> -f- <SEP> Si0= <SEP> R--8,0 <SEP> % <SEP> R-0,2 <SEP> % <SEP> à <SEP> 500 <SEP> m,u <SEP> R-5,0
<tb> T-80,0 <SEP> % <SEP> T-92,0 <SEP> % <SEP> T-90,
0
<tb> 8 <SEP> Sb\S3 <SEP> + <SEP> M#gF= <SEP> _R-15,0% <SEP> R-0,6 <SEP> % <SEP> à <SEP> 500 <SEP> m,u <SEP> R-2,0
<tb> T-50,0 <SEP> % <SEP> <I>T-91,0%</I> <SEP> T-92,0 <SEP> %
<tb> 9 <SEP> Sn0\ <SEP> -I- <SEP> Cryolite <SEP> R-2,0 <SEP> % <SEP> R-0,1 <SEP> % <SEP> à <SEP> 520 <SEP> my <SEP> R-0,5
<tb> T-9<U>3,</U>0 <SEP> % <SEP> T-95,5 <SEP> % <SEP> T-94,0
<tb> ZnS <SEP> -I- <SEP> NaF <SEP> -f- <SEP> ZnS <SEP> -+- <SEP> NaF <SEP> R-26,5 <SEP> % <SEP> R <SEP> max. <SEP> 85 <SEP> % <SEP> à <SEP> 500 <SEP> mu <SEP> R-8,0
<tb> <B>T-57,0%</B> <SEP> <I>T-10 <SEP> 7o</I> <SEP> T-89,0 Le dernier exemple montre l'application du procédé pour l'augmentation de la ré flexion sélective maximum d'une surface.
Parmi les pellicules doubles, celles qui sont constituées par ZnS -f- Si0\ et Sb2S3 + MgF= sont les plus dures et plus robustes. L'une et l'autre peuvent être cuites avec avantage, pour leur conférer une plus grande résistance à l'eau et à l'abrasion. Toutes les combinai sons indiquées ci-dessus avaient, sans cuisson ni autre traitement ultérieur, une robustesse suffisante pour résister à un vigoureux bros sage avec une brosse douce.
En ce qui concerne les valeurs de T don nées dans le tableau ci-dessus, il est à noter que les plaques de verre utilisées dans les divers essais étaient revêtues de pellicules sur une face seulement. En conséquence, la va leur maximum de la transmission ne pouvait, dans ces essais, dépasser 96%o. Deux des essais ci-dessus ont donné des transmissions égales .à 95,5 % ou 99,5 % du maximum théo rique.
Dans une mise en oeuvre du procédé, une pellicule multiple particulièrement robuste consiste en 1o une couche de chrome, ayant l'épaisseur de quelques atomes et qui est en suite oxydée par exposition à l'air; 20 une pellicule d'alumine (saphir) d'une épaisseur un peu supérieure à Ào/4, et<B>30</B> une pellicule de quartz d'une épaisseur un peu supérieure à .10/4. Cette pellicule multiple ne peut être égratignée à l'ongle et résiste au lavage avec de l'eau et du savon.
La réflectivité dans la région du spectre pour laquelle l'ceil est le plus sensible -est d'environ<B>0,670.</B> Elle s'élève à environ 4 % dans le violet et à environ 2 dans le rouge.
Il ressort des données du tableau ci-dessus que, lorsque la pellicule située le plus près du verre a un indice de réfraction inférieur à celui de la pellicule située au-dessus, les réflectances sont élevées, dans l'étendue du spectre visible. Il est également à noter qu'une pellicule multiple ne donnant une réflectance minimum faible que dans un champ très limité du spectre, avec une réflectance géné rale élevée, est produite en appliquant sur une plaque de verre une multiplicité de pelli cules (par exemple une de sulfure de zinc et une de fluorure de sodium, alternativement).
On peut obtenir de bien des façons une épaisseur donnée pour chacune des pellicules constituant une pellicule multiple. Ainsi, lors qu'on utilise le procédé par évaporation pour appliquer la pellicule, on peut procéder comme suit: Lorsqu'on crée une pellicule simple en employant une matière donnée, et des condi tions choisies d'évaporation, la seule variable est l'épaisseur de la pellicule.
On peut déterminer la distance correcte de l'appareil de chauffage (c'est-à-dire l'évapo rateur) (à la plaque en traitement, pour don ner l'épaisseur optique correcte, en faisant un essai d'évaporation en forme de coin sur une plaque de verre, inclinée d'un certain angle sur la direction évaporateur-plaque. Comme un bord de la plaque est plus près de l'évapo rateur, il reçoit un dépôt pelliculaire plus épais que l'autre, et la variation est graduelle en allant du plus épais sur le bord le plus rapproché de l'évaporateur au plus mince sur le bord le plus éloigné (d'où le nom de "coin").
En faisant cette étude préliminaire, il est bon que l'angle du coin soit aussi petit que possible, afin que l'on puisse appliquer les résultats trouvés au revêtement uniforme d'une plaque attaquée par les vapeurs sous un angle d'incidence sensiblement nul. L'indice de réfraction d'une pellicule est en effet fonc tion de l'angle d'impact des vapeurs (l'indice diminuant lorsque l'angle d'incidence aug mente).
Sur le "coin", par examen ou par mesure, on peut repérer la position particulière ou l'épaisseur de couche qui donne la réflectance désirée pour une longueur donnée d'onde lu mineuse.
Connaissant la position du "coin" par rapport à l'évaporateur, on peut déter miner à quelle distance on doit placer l'objet pour un revêtement correct, dans les condi tions choisies, en employant une quantité don née de matière. L'épaisseur des couches dans une pellicule double peut être déterminée par une exten sion de l'essai au "coin" ci-dessus, à savoir: un essai aux ,coins croisés". Ainsi, on peut. effectuer l'évaporation d'essai sur une plaque de verre rectangulaire.
On prend comme axe des x un bord de cette plaque et un bord adjacent comme axe des ;y. La substance qui doit être au contact du verre est évaporée en forme de coin, avec par exemple l'extrémité épaisse du coin le long de l'axe des x. On fait ensuite tourner la. plaque d'essai de 90 degrés dans son propre plan et l'on évapore la se conde substance, sur la même, face de la pla que, sous la. forme d'un "coin" dont l'extré mité épaisse est le long de l'axe des g. Le résultat est un échantillon à ,coins croisés", sur lequel on peut trouver toutes les combi naisons d'épaisseur des deux pellicules, dans les limites imposées par les maxima et les minima des coins composants.
Exactement comme dans le cas de l'essai à coin simple pour une pellicule unique, on peut donc. dé terminer la quantité correcte de matière qui doit être évaporée, pour une certaine distance entre l'échantillon et l'évaporateur, pour cha que pellicule, ou inversement, la distance cor recte pour une quantité choisie de matière.
En définitif, les épaisseurs convenables pour les composantes d'une pellicule double peuvent être déterminées comme suit: On calcule d'abord les épaisseurs approxi matives, en partant des indices connus des deux substances sous la forme massive, et en tenant compte du fait que les indices pelli culaires seront en général plus bas que les indices massifs.
On effectue ensuite un essai à ,coins croi sés" en se plaçant dans les conditions choisies. On note les quantités de matières évaporées.
La position, sur les coins croisés, du point (ou de la zone) de réflexion minimum. indi que la, quantité de matière qui doit être éva porée pour la distance d'évaporation choisie.
Il est clair que l'on peut, si on le désire, modifier le mode d'essai défini ci-dessus, pour déterminer la durée correcte d'évaporation de chaque substance à évaporer. L'essai aux ,coins croisés" peut aussi être utilisé de la manière suivante: On peut mesurer le pouvoir réfléchissant du premier coin, avant que la. pellicule supérieure ne soit appliquée.
Lorsque le second coin est ajouté et qu'on a localisé sur les coins croisés la po sition de la réflectivité minimum, la réflec- tivité correspondante de la pellicule de des sous est connue par elle-même, et les plaques à revêtir uniformément (comme en fabrica tion régulière) peuvent recevoir leur première pellicule en conséquence. Elles sont donc éta blies jusqu'à ce qu'elles atteignent le pouvoir réfléchissant préalablement choisi, sous con trôle photométrique.
On établit ensuite les pellicules de deus, dans les secondes évapo rations, jusqu'à ce que la réflectivité de la pellicule double obtenue devienne minimum (ou, plus généralement, jusqu'à ce que les pou voirs réfléchissants finaux voulus soient atteints).
Les pellicules anti-réflectrices peuvent être créées par des procédés autres que le pro cédé d'évaporation dans le vide profond. Ainsi, on peut, le cas échéant, traiter le verre, à. l'état chaud, par une vapeur d'un chlorure métallique, dans le but de former sur le verre une pellicule adhérente d'oxyde du mé tal, et recouvrir cette pellicule d'oxyde métal lique d'une couche superficielle d'une matière appropriée. Par exemple, on peut traiter le verre à la température de 200 à 400 C, par des vapeurs do tétrachlorure de titane, pen dant un temps déterminé. On forme ainsi sur le verre une pellicule d'oxyde de titane d'épaisseur déterminée.
On peut ensuite faire un nouveau traitement par le tétrachlorure de silicium, et réduire le dépôt de ce dernier en silice, par un traitement thermique conve nable. On peut déposer d'une manière analo gue sur le verre de l'oxyde d'étain et/ou de l'oxyde de fer.
Il est également possible de pulvériser une solution aqueuse d'un sel métallique à la surface du verre, de sécher le dépôt et de sou mettre ensuite l'objet de verre ainsi enduit à un traitement thermique propre à convertir le sel en oxyde métallique. Dans ce cas égale- ment, les matières constituant les pellicules appliquées successivement sont choisies de manière à réaliser entre les réflectances les relations indiquées ci-dessus.