Die Erfindung betrifft eine DLC-Beschichtung sowie optische IR-Bauelemente mit einer DLC-Beschichtung, wie dies gattungsgemäß aus der US 4,995,684 A bekannt ist.

Optische IR-Bauelemente in Systemen, die für eine Nutzung von Infrarotstrahlung ausgelegt sind, müssen insbesondere dann langzeitstabil Bilder und Signale hoher und gleichbleibender Qualität übertragen können, wenn diese in Mess-, Prüf- oder Überwachungsanlagen eingesetzt werden. Unter optischen IR-Bauelementen sind nachfolgend alle Elemente zu verstehen, die für Anwendungen in Wellenlängenbereichen der Infrarotstrahlung vorgesehen sind. Optische IR- Bauelemente können beispielsweise optische Linsen, Spiegel, Filter, Strahlteiler oder sonstige Substrate mit Beschichtungen sein.

Dabei können sowohl widrige Umwelteinflüsse als auch betriebsbedingte Einflüsse auf die optischen IR-Bauelemente einwirken. Ein besonderes mechanisches Problem tritt dann auf, wenn das optische IR-Bauelement Stoßbeanspruchungen ausgesetzt ist, wie diese beispielsweise bei einer Bewegung mit hoher Geschwindigkeit des optischen IR-Bauelements durch Regen, Schnee oder Wolken auftreten. Das Auftreffen eines Regentropfens auf die Oberfläche eines optischen IR-Bauelements verursacht punktuelle Stöße an wechselnden Orten der Oberfläche. Die Stöße weisen zudem eine wechselnde Intensität und Frequenz auf. Diese Form der mechanischen Beanspruchung tritt insbesondere bei optischen IR-Bauelementen auf, die am Vorderende von Fahrzeugen und Flugkörpern angebracht sind.

Um die optischen IR-Bauelemente vor eine Beeinträchtigung oder gar Zerstörung (sog. „Regenerosion") zu bewahren, kann das optische IR-Bauelement mit einer widerstandsfähigen Schutzschicht versehen sein.

Solche Schutzschichten können beispielsweise aus Kohlenstoff bestehen, der in einer diamantartigen Struktur auf dem optischen IR-Bauelement aufgebracht wird. Solche Schutzschichten werden auch als „hard carbon layer" oder „diamond-like carbon layer" bezeichnet. Nachfolgend wird daher von DLC-Beschichtung gesprochen.

DLC-Beschichtungen wurden für IR-Bauelemente in optischen Systemen thermosensorischer Überwachungsanlagen industrieller, ziviler und militärischer Anwendungen entwickelt. Sie können auf Materialien wie beispielsweise Silizium und Germanium aufgebracht sein. Das Aufbringen erfolgt mittels dem Fachmann bekannter Verfahren wie dem PECVD („plasma enhanced chemical vapour deposition"). Im einfachsten Fall werden die Brechzahlen von Einfachschichten entsprechend an die Brechzahlen der Materialien eines Trägers angeglichen. Als Träger von DLC-Beschichtungen kann ein Substrat oder eine Schicht einer Antireflexionsbeschichtung dienen.

DLC-Beschichtungen werden im IR-Bereich als Einfachschichten mit hoher Beständigkeit (z. B. Scheibenwischertest) für die Spektralbereiche mit Wellenlängen von 3 - 5 μιτι oder 7 - 12 μιη eingesetzt. DLC-Beschichtungen sind bezüglich der spektralen Bandbreite nur beschränkt einsetzbar, nämlich entweder im Bereich mittelwelliger IR-Strahlung (MWIR, 3 - 5 μιτι) oder langwelliger IR-Strahlung (LWIR, 7,5 - 12 μιη). Für Systeme, die in einem breiten Spektralbereich arbeiten oder in Dual-Band-Systemen ist eine DLC-Beschichtung als Einfachschicht ungeeignet.

Bekannt sind DLC-Beschichtungen beispielsweise aus der US 5,502,442 A, bei der mehrere DLC-Schichten über einer Antireflexionsbeschichtung aufgebracht ist. Als Substrat ist Germaniumarsenid gewählt. Wird eine Schicht eines Materials geringer Elastizität (hohes Elastizitätsmodul) über elastischeren Schichten aufgebracht kann es leicht zu einem so genannten Eierschaleneffekt kommen. Dabei trennen sich bei schlagartigen Beanspruchungen die Schichten geringer Elastizität von denen hoher Elastizität. Damit wäre ein optisches IR-Bauelement zerstört oder zumindest massiv und in unvorhersehbarem Ausmaß in seiner Verwendbarkeit beeinträchtigt. Um diese nachteiligen Effekte zu vermeiden, wird in der US 5,502,442 A vorgeschlagen, zwischen die Schichten einer DLC-Beschichtung Verbindungsschichten aus Silizium aufzubringen. Diese sind mit bis zu 30 μιτι teils sehr dick. Mit einer solchen Lösung lassen sich zwar recht homogene Transmissionswerte über einen Wellenlängenbereich von 3 bis 12 μιη erreichen, allerdings sind die Reflexionswerte mit bis zu 78% für eine Hochleistungsoptik im IR-Bereich viel zu hoch.

Durch die Lehre der GB 2280201 A ist bekannt, dass DLC-Beschichtungen zum Schutz eines für IR-Strahlung transparenten Fensters aus Zinksulfid verwendet werden können. Da DLC-Beschichtungen zwar für IR-Strahlung transparent sind, aber dicke DLC-Beschichtungen bei Belastung leicht abplatzen („Eierschaleneffekt"), wird in der GB 2280201 A vorgeschlagen, eine bis zu 30 μιτι Schicht aus Germaniumkarbid als transparente Vermittlerschicht zu verwenden, die ihrerseits von einer dünnen Schicht (bis 1 ,5 μιη) einer DLC-Beschichtung überdeckt ist. Durch eine solche Lösung werden die optischen Eigenschaften eines derart gestalteten optischen IR-Bauelements nicht wesentlich verschlechtert. In der Einleitung der GB 2280201 A sind treffend die sich stellenden Probleme bei der Auswahl der Materialien optischer IR-Bauelemente in Hinblick auf deren mechanischer und optischer Eigenschaften bei den auftretenden Betriebstemperaturen und mechanischen Beanspruchungen ausgeführt.

Um ein nachteiliges Abplatzen der DLC-Beschichtung von den elastischeren Schichten des Substrats bzw. einer Antireflexionsbeschichtung zu vermeiden, wird in der US 4,995,684 A vorgeschlagen, einen Gradienten abnehmender Elastizitätsmoduln von einer DLC-Beschichtung über eine Antireflexionsbeschichtung hin zu dem Substrat zu erzeugen. Dabei wird die Materialauswahl des optischen IR- Bauelements so getroffen, dass DLC-Beschichtung ein sehr hohes Elastizitätsmodul aufweist, eine darunter befindliche Schicht der Antireflexionsbeschichtung ein niedrigeres Elastizitätsmodul hat und das Material des Substrats das geringste Elastizitätsmodul besitzt. Es können aber auch Schichten mit sehr hohen und niedrigeren Elastizitätsmoduln alternierend angeordnet sein.

Werden viele solcher Schichten übereinander aufgebracht, stellt dies einen hohen technologischen Aufwand dar. Bei einer Verwendung weniger Schichten ist der technologische Aufwand zwar begrenzt, aber die Freiheit in der Materialauswahl ist stark eingeschränkt, da der Gradient abnehmender Elastizitätsmoduln bewirkt werden muss. Außerdem ist eine bessere Performance, d. h. die Einsetzbarkeit von optischen Bauelementen mit DLC-Beschichtungen für breitbandige Anwendungen und mit geringen Restreflexen bzw. Reflexionen, angestrebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Möglichkeit zur breitbandigen Transmission von IR-Strahlung durch ein optisches Bauelement vorzuschlagen, wobei das optische Bauelement eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Belastungen aufweist.

Die Aufgabe wird durch eine DLC-Beschichtung für ein optisches IR-Bauelement, dadurch gelöst, dass die DLC-Beschichtung mindestens aus einer inneren Schicht mit einem ersten Elastizitätsmodul und einer äußeren Schicht mit einem zweiten Elastizitätsmodul besteht, die übereinander auf einer Trägeroberfläche eines Trägers aufgebracht sind, wobei die innere Schicht eine innere Oberfläche aufweist, über die die innere Schicht unmittelbar mit der Trägeroberfläche des Trägers in Kontakt steht und die äußere Schicht eine äußere Oberfläche aufweist, die der Trägeroberfläche abgewandt ist. Der Wert des ersten Elastizitätsmoduls ist größer als der Wert des zweiten Elastizitätsmoduls.

Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die mindestens eine Schicht der gegen mechanische Einwirkungen widerstandsfähige DLC-Beschichtung so gestaltet ist, dass eine mechanische Einwirkung auf die äußere Oberfläche abgehalten wird, jedoch eine ungedämpfte Übertragung auf die darunter liegende mindestens eine Schicht der Antireflexionsbeschichtung vermieden ist. Diese vorteilhafte Wirkung wird dadurch erreicht, dass die äußere Oberfläche einen höheren Elastizitätsmodul aufweist als die darunter liegenden Schichten bzw. die darunter liegenden Bereiche der mindestens einen Schicht. Die DLC-Beschichtung ist daher an ihrer äußeren Oberfläche, die unmittelbar den Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, weniger elastisch als an ihrer inneren Oberfläche.

Ein Träger kann durch jedes Material gebildet sein, auf dem eine DLC-Beschichtung aufgebracht werden kann. Vorzugsweise ist der Träger aber ein für IR-Strahlung transmissives Material. Der Träger kann in weiteren Ausführungen auch aus einem Material bestehen, das für IR-Strahlung nur wenig oder nicht transmissiv ist (z. B. Filter oder Spiegel).

Eine äußere Oberfläche der DLC-Beschichtung bildet den Abschluss gegenüber einer Umgebung der DLC-Beschichtung während die innere Oberfläche eine Kontaktfläche zu einem Träger bildet. Die Stirnflächen der DLC-Beschichtung bleiben in dieser Beschreibung unberücksichtigt. Ist die DLC-Beschichtung gemäß dem Stand der Technik als Einfachschicht ausgebildet, weist die Einfachschicht eine äußere und eine innere Oberfläche auf. Bei einer erfindungsgemäßen DLC- Beschichtung, weist die äußere Schicht die äußere Oberfläche und die innere Schicht die innere Oberfläche der DLC-Beschichtung auf.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen DLC-Beschichtung sind zwischen der inneren Schicht und der äußeren Schicht weitere Schichten vorhanden, deren jeweiliges Material je ein Elastizitätsmodul aufweist. Die weiteren Schichten sind DLC-Schichten. Dabei sind die Werte der Elastizitätsmoduln der weiteren Schichten höchstens so groß wie der Wert des ersten Elastizitätsmoduls. Die Werte der Elastizitätsmoduln der weiteren Schichten der DLC-Beschichtung können beispielsweise über mehrere Schichten gleich bleiben.

In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen DLC-Beschichtung nehmen die Werte der Elastizitätsmoduln der weiteren Schichten von der äußeren Schicht hin zur inneren Schicht mit jeder Schicht ab.

Es ist eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Bauelements die DLC-Beschichtung von ihrer äußeren Oberfläche hin zu ihrer inneren Oberfläche einen Gradienten abnehmender Werte der Elastizitätsmoduln aufweist und der Gradient mindestens ein drittes Elastizitätsmodul beinhaltet, dessen Wert zwischen dem Wert des ersten und dem Wert des zweiten Elastizitätsmoduls liegt.

In einer erfindungsgemäßen DLC-Beschichtung ist also immer ein Gradient abnehmender Werte der Elastizitätsmoduln ausgebildet. Der Gradient kann durch eine stetige Abnahme der Werte der Elastizitätsmoduln über die Dicke der DLC- Beschichtung gegeben sein. Er kann aber auch durch sich sprunghaft verändernde Werte der Elastizitätsmodule gebildet sein, wie dies üblicherweise bei einem mehrschichtigen Aufbau der DLC-Beschichtung aus DLC-Schichten mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen der Fall ist. Kombinationen von stetiger und sprunghafter Abnahme sind in weiteren Ausführungen ebenso möglich.

Dabei kann jeder der Schichten der DLC-Beschichtung während des Aufbringens, z. B. mittels PECVD, durch Veränderung der Betriebsparameter ein anderer Elastizitätsmodul gegeben werden, so dass über die Dicke der DLC-Beschichtung der Gradient erzeugt ist.

Durch eine erfindungsgemäße Gestaltung der DLC-Beschichtung ist äußerst vorteilhaft das Auftreten plötzlicher Übergänge mit stark voneinander abweichenden elastischem Verhalten der Schichten (dargestellt durch die Elastizitätsmoduln) vermieden. Ein Auftreten des nachteiligen „Eierschaleneffekts" ist stark reduziert oder ganz vermieden.

Die Aufgabe ist ferner in einem optischen IR-Bauelement mit einer erfindungsgemäßen DLC-Beschichtung gelöst, bei dem ein für IR-Strahlung transmissives Substrat als Träger fungiert. Die DLC-Beschichtung ist auf einer Außenfläche des Substrats aufgebracht. Die Außenfläche fungiert als Trägeroberfläche. Es ist in einer weiteren Ausgestaltung des optischen IR- Bauelements möglich, dass auf einer Innenfläche des Substrats eine Antireflexionsbeschichtung vorhanden ist.

In einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen optischen IR- Bauelements fungiert eine Antireflexionsbeschichtung als Träger, die aus mindestens einer Schicht besteht. Die DLC-Beschichtung ist mit ihrer inneren Oberfläche auf einer Oberfläche einer Schicht der Antireflexionsbeschichtung aufgebracht, die als Trägeroberfläche fungiert. Die Antireflexionsbeschichtung kann in weiteren Ausführungen bis zu 30 Schichten aufweisen, deren Materialien, Reihenfolge und jeweilige Schichtdicke entsprechend der Anforderungen an das optische IR- Bauelement gestaltet sind. Die mindestens eine Schicht der Antireflexionsbeschichtung ist entweder eine dielektrische Schicht oder eine Halbleiterschicht. Die Antireflexionsbeschichtung kann aus mehreren Schichten aufgebaut sein, die wiederum aus verschiedenen Materialien bestehen.

Für die Antireflexionsbeschichtung ist mindestens eines der folgenden Materialien Germanium, Silizium, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Zinksulfid, Zinkselenid, Palladiumtellurid oder ein Material aus einer der Materialgruppen, Metallfluoride und Telluride gewählt. Die Antireflexionsbeschichtung kann darüber hinaus weitere Materialien beinhalten.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn diejenige Schicht der Antireflexionsbeschichtung, die in unmittelbarem Kontakt mit der inneren Oberfläche der DLC-Beschichtung steht, aus Germanium besteht. Durch Germanium ist eine gute Anbindung der DLC-Beschichtung an die Antireflexionsbeschichtung erreicht. Die Schicht kann auch aus dotiertem Germanium bestehen oder dieses enthalten.

Die als Träger fungierende Antireflexionsbeschichtung kann auf einer Außenfläche eines für IR-Strahlung transmissiven Substrats aufgebracht sein, wodurch ein weiteres erfindungsgemäßes optisches IR-Bauelement gegeben ist. Diese Ausführung des erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements kann weiterhin dadurch ausgestaltet sein, dass auf einer Innenfläche des Substrats eine zusätzliche Antireflexionsbeschichtung vorhanden ist.

In bevorzugten Ausführungen der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelemente ist als Material für das Substrat Germanium, Silizium, Zinksulfid, Zinkselenid, Chalgonides Glas oder Saphir gewählt. Als Material des Substrats können auch andere Materialien gewählt sein, die sich für Anwendungen im IR-Bereich eignen.

Um gewünschte optische und/oder mechanische Eigenschaften des erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements zu erreichen, ist es bevorzugt, dass ein Aufbau der DLC-Beschichtung, ein Aufbau einer vorhandenen Antireflexionsbeschichtung, ein Aufbau einer vorhandenen zusätzlichen Antireflexionsbeschichtung und ein Aufbau des Substrats anhand eines Optimierungsverfahrens gewählt ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn der jeweilige Aufbau der genannten Beschichtungen und des Substrats so erfolgt und aufeinander abgestimmt ist, dass über mindestens einen bestimmten Wellenlängenbereich eine Transmissivität der IR-Strahlung von wenigstens 70% vorliegt. Der mindestens eine bestimmte Wellenlängenbereich reicht vorzugsweise von 2,7 bis 1 1 ,6 μιτι. Es können auch andere bestimmte Wellenlängenbereiche, z. B. 3 - 8 μιτι und / oder >8 - 15 μιτι ausgewählt sein. Über diese Wellenlängenbereiche beträgt die Transmissivität vorzugsweise mindestens 80%.

Ein Verfahren zur Konstruktion und Optimierung von Antireflexionsbeschichtungen unter Berücksichtigung von gewünschten optischen Eigenschaften und Spannungskompensationen zwischen Schichten unterschiedlicher Spannungsverhältnisse (Zug- bzw. Schubspannungen) ist aus der WO 2013/041089 A1 bekannt, die hiermit durch Bezugnahme vollständig in die Beschreibung aufgenommen wird.

Sehr günstig ist es, wenn ein erster bestimmter Wellenlängenbereich und ein zweiter bestimmter Wellenlängenbereich gegeben sind und der erste bestimmte Wellenlängenbereich im Bereich mittelwelliger IR-Strahlung (3 - 8 μιη) und der zweite bestimmte Wellenlängenbereich im Bereich langwelliger IR-Strahlung (>8 - 15 μιτι) liegt.

Durch die Ausführung eines optischen IR-Bauelements mit Antireflexionsbeschichtung und einer erfindungsgemäßen DLC-Beschichtung ist eine Vereinigung der sehr hohen Resistenz eine Diamantbeschichtung (DLC- Beschichtung) mit einer deutlich verbesserten Transmission einer dielektrischen Beschichtung bzw. einer Beschichtung mit Halbleitermaterialien realisiert.

Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, sehr günstige spektrale Eigenschaften wie hohe Transmission (z. B. mindestens 80%) und geringe Reflexion (z. B. höchstens 2%), in mindestens zwei separaten bestimmten Wellenlängenbereichen zu erzielen. Die bestimmten Wellenlängenbereiche können beispielsweise ganz oder teilweise die Wellenlängenbereiche der mittelwelligen IR- Strahlung und der langwelligen IR-Strahlung sein. Es sind daher multispektrale einsetzbare optische IR-Bauelemente vorgeschlagen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Aufbau eines optischen IR-Bauelements gemäß dem Stand der

Technik,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements mit einer DLC- Beschichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements mit einer DLC- Beschichtung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements mit einer DLC- Beschichtung,

Fig. 5 schematische Gegenüberstellung von Reflexionswerten (Reflexion in

Prozent) eines optischen IR-Bauelements gemäß dem Stand der Technik und einem erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements mit einer zusätzlichen Antireflexionsbeschichtung auf der Innenfläche des Substrats über der Wellenlänge (in Mikrometer), schematische Gegenüberstellung von Transmissionswerten (Transmission in Prozent) eines optischen IR-Bauelements gemäß dem Stand der Technik und einem erfindungsgemäßen optischen IR- Bauelements mit einer zusätzlichen Antireflexionsbeschichtung auf der Innenfläche des Substrats über der Wellenlänge,

Fig. 7 schematische Gegenüberstellung von Transmissionswerten eines weiteren optischen IR-Bauelements gemäß dem Stand der Technik und einem erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements mit einer zusätzlichen Antireflexionsbeschichtung auf der Innenfläche des Substrats über der Wellenlänge,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements mit einer erfindungsgemäßen DLC-Beschichtung, einer

Antireflexionsbeschichtung, einem Substrat und einer zusätzlichem Antireflexionsbeschichtung auf einer Innenfläche des Substrats.

Optische IR-Bauelemente 1 nach dem Stand der Technik als auch erfindungsgemäße optische Bauelemente 1 weisen als wesentliche Komponenten ein Substrat 2 und eine DLC-Beschichtung 4 auf. In weiteren Ausführungen können sie auch eine Antireflexionsbeschichtung 3 (auch kurz: AR-Beschichtung 3) aufweisen.

In der in Fig. 1 vereinfacht gezeigten Ausführung eines optischen IR-Bauelements 1 gemäß dem Stand der Technik ist auf einer Außenfläche 2.1 des Substrats 2 eine DLC-Beschichtung 4 als eine Einzelschicht aufgebracht. Eine innere Oberfläche 4.6 der DLC-Beschichtung 4 steht mit der Außenfläche 2.1 des Substrats 2 in unmittelbaren Kontakt. Eine äußere Oberfläche 4.5 der DLC-Beschichtung 4 bildet den Abschluss des optischen IR-Bauelements 1 gegenüber einer Umgebung. Die äußere Oberfläche 4.5 ist unmittelbar wirkenden Umwelteinflüssen wie Regen, Wind oder Strahlung ausgesetzt. Auf einer Innenfläche 2.2 des Substrats 2 ist eine AR- Beschichtung 3 aufgebracht, die hier beispielhaft aus einer Abfolge einer ersten Schicht 3.1 bis zu einer fünften Schicht 3.5 der AR-Beschichtung 3 ausgebildet ist. Die Schichten 3.1 bis 3.5 können unterschiedliche Dicken aufweisen und aus unterschiedlichen Materialien bestehen, um gewünschte optische und mechanische Eigenschaften zu erreichen, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die Schichten 3.1 bis 3.5 und unterschiedlichen Materialien sind durch verschiedene Schraffuren symbolisiert. Die AR-Beschichtung 3 ist durch die DLC-Beschichtung 4 und durch das Substrat 2 vor unmittelbaren Einwirkungen von Umwelteinflüssen geschützt.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen IR- Bauelements 1 mit einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen DLC- Beschichtung 4 gezeigt. Die DLC-Beschichtung 4 besteht aus einer äußeren Schicht 4.1 und einer inneren Schicht 4.2. Die äußere Schicht 4.1 weist ein erstes Elastizitätsmodul E1 , die innere Schicht 4.2 weist ein zweites Elastizitätsmodul E2 auf. Der Wert des ersten Elastizitätsmoduls E1 ist größer als der Wert des zweiten Elastizitätsmoduls E2. Die DLC-Beschichtung 4 ist auf einer Trägeroberfläche eines Substrats 2 aus Germanium aufgebracht. Die äußere Oberfläche 4.5 der DLC- Beschichtung 4 bildet den Abschluss des optischen IR-Bauelements 1 gegenüber einer Umgebung. Das Substrat 2 fungiert als Träger, eine Außenfläche 2.1 des Substrats 2 wirkt als Trägeroberfläche. Das Substrat 2 ist für IR-Strahlung transmissiv.

In weiteren Ausführungen kann das Substrat 2 aus Silizium, Zinksulfid, Zinkselenid, Chalgonidem Glas, Saphir oder anderen für IR-Strahlung transmissiven Materialien bestehen. Das Substrat 2 kann auch aus Materialien bestehen, die für IR-Strahlung nicht transmissiv sind.

Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen IR- Bauelements 1 mit der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen DLC- Beschichtung 4 ist in Fig. 3 gezeigt. Die DLC-Beschichtung 4 und das Substrat 2 sind wie zu Fig. 2 erläutert ausgeführt. Auf einer Innenfläche 2.2 des Substrats 2 ist eine AR-Beschichtung 3 aufgebracht, die aus einer ersten Schicht 3.1 , einer zweiten Schicht 3.2 und einer dritten Schicht 3.3 besteht.

In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen IR- Bauelements 1 dargestellt. Die AR-Beschichtung 3 ist durch eine Folge von zehn Schichten mit einer ersten Schicht 3.1 , einer zweiten Schicht 3.2, ... bis zu einer zehnten Schicht 3.10 ausgebildet. Die AR-Beschichtung 3 kann Schichten 3.1 bis 3.10 zur Spannungskompensation enthalten. Über der AR-Beschichtung 3 ist die DLC-Beschichtung 4 vorhanden, die als eine Folge von vier Schichten mit einer ersten Schicht 4.1 (äußere Schicht), einer zweiten Schicht 4.2 (innere Schicht), einer dritten Schicht 4.3 und einer vierten Schicht 4.4 gebildet ist. Auf einer Innenfläche 2.2 des Substrats 2 ist eine zusätzliche AR-Beschichtung 8 vorhanden, die aus einer ersten Schicht 8.1 , einer zweiten Schicht 8.2 und einer dritten Schicht 8.3 besteht.

Die äußere Oberfläche 4.5 schließt das optische IR-Bauelement 1 gegenüber der Umgebung ab. Die erste Schicht 4.1 der DLC-Beschichtung 4 weist das erste Elastizitätsmodul E1 auf. Die innere Schicht 4.2 steht über die innere Oberfläche 4.6 unmittelbar mit der ersten Schicht 3.1 der AR-Beschichtung 3 in Kontakt. Die innere Schicht 4.2 weist das zweite Elastizitätsmodul E2 auf. Die dritte Schicht 4.3 und die vierte Schicht 4.4 der DLC-Beschichtung 4 weisen beide je ein drittes Elastizitätsmodul E3 auf. Der Wert des dritten Elastizitätsmoduls E3 liegt zwischen den Werten des ersten Elastizitätsmoduls E1 und dem Wert des zweiten Elastizitätsmoduls E2. Durch diese Anordnung der Schichten 4.1 bis 4.2 und der zugehörigen Werte der Elastizitätsmoduln E1 bis E3 ist ein Gradient 5 (durch einen Pfeil symbolisiert) abnehmender Werte der Elastizitätsmoduln E1 bis E3 von der äußeren Schicht 4.1 hin zur inneren Schicht 4.2 erzielt. Die Werte der Elastizitätsmoduln der AR-Beschichtung 3 (zusammengefasst als Elastizitätsmoduln E _A R bezeichnet) sind alle geringer als der Wert des zweiten Elastizitätsmoduls E2. Durch die AR-Beschichtung 3 und die DLC-Beschichtung 4 auf dem Substrat 2 ist eine hybride Beschichtung 9 gegeben.

Ein erfindungsgemäßer Aufbau eines optischen IR-Bauelements 1 erlaubt es, höchste Dauerhaftigkeiten des optischen IR-Bauelements 1 mit sehr geringer spektraler Restreflexion zu erreichen. In Fig. 5 ist beispielhaft in einem ersten Kurvenverlauf 6 gezeigt, welche Reflexionswerte (Angabe in Prozent) eines erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements 1 mit hybrider Beschichtung 9 (siehe Fig. 4) über einen Wellenlängenbereich von 7 bis 13 μιτι ermittelt wurden. Dem ersten Kurvenverlauf 6 ist ein zweiter Kurvenverlauf 7 gegenüber gestellt, durch den der Zusammenhang von Reflexionswerten und Wellenlänge einer herkömmlichen DLC-Beschichtung 4 auf einem Substrat 2 im Wellenlängenbereich von 7 bis 13 μιτι dargestellt ist. Eine herkömmliche DLC-Beschichtung 4 ist als eine Einfachschicht auf dem Substrat 2 aufgebracht. Es ist gut zu sehen, dass der erste Kurvenverlauf 6 über einen Wellenlängenbereich von etwa 7,5 bis 1 1 ,75 μιτι die Grenze von zwei Prozent Reflexion nicht übersteigt, während der zweite Kurvenverlauf 7 Reflexionswerte von zwei Prozent und weniger lediglich über einen Wellenlängenbereich von etwa 9 bis 10,5 μιτι zeigt.

Der Zusammenhang von erzielbarer Transmission (Transmissivität) (in Prozent) und der Wellenlänge über einen Wellenlängenbereich von 2 bis 12 μιη ist in Fig. 6 gezeigt. Wieder sind durch den ersten Kurvenverlauf 6 ermittelte Werte eines erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements 1 mit hybrider Beschichtung 9 und durch den zweiten Kurvenverlauf 7 die Werte einer herkömmlichen DLC- Beschichtung 4 auf einem Substrat gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Der erste Kurvenverlauf 6 zeigt über einen Wellenlängenbereich von etwa 2,75 μιτι bis etwa 5,75 μιτι (MWIR) sowie über einen Wellenlängenbereich von etwa 6,75 μιτι und 10,9 μιτι (LWIR) Transmissionswerte von mindestens 80 Prozent. Der zweite Kurvenverlauf 7 weist Transmissionswerte von mindestens 80 Prozent lediglich über einen Wellenlängebereich von etwa 6,75 bis 12 μιη, und damit ausschließlich im Bereich langwelliger IR-Strahlung, auf.

Die durch den ersten Kurvenverlauf 6 gezeigten Transmissionswerte eines erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements 1 wurden unter Nutzung eines Optimierungsverfahrens erreicht, indem die Materialien der Schichten, die Dicken der Schichten sowie die Abfolge der Schichten der AR-Beschichtung 3 und der DLC- Beschichtung 4 angepasst wurden.

In weiteren Ausführungsformen der beschriebenen erfindungsgemäßen optischen Bauelemente 1 kann die AR-Beschichtung 3 und / oder die zusätzliche AR- Beschichtung 8 aus bis zu 30 Schichten aufgebaut sein.

Aus der Fig. 7 sind die ersten und zweiten Kurvenverläufe 6, 7 eines weiteren erfindungsgemäßen optischen IR-Bauelements 1 (erster Kurvenverlauf 6) und eines herkömmlichen optischen IR-Bauelements 1 (zweiter Kurvenverlauf 7) zu entnehmen. Ein herkömmliches optisches IR-Bauelement 1 weist einen Aufbau gemäß Fig. 1 auf. Das weitere erfindungsgemäße optische IR-Bauelement 1 weist den grundsätzlichen Aufbau gemäß Fig. 4 auf.

Der erste Kurvenverlauf 6 zeigt über einen Wellenlängenbereich von etwa 2,9 μιτι bis etwa 3,6 μιτι Fluktuationen der Transmissionswerte um 80%. Ab etwa 3,6 μιτι (MWIR) bis etwa 1 1 μιτι (LWIR) liegen die Transmissionswerte über 80 Prozent. Der zweite Kurvenverlauf 7 weist Transmissionswerte von mindestens 80 Prozent lediglich über einen Wellenlängebereich von etwa 6,9 bis 12 μιη, und damit ausschließlich im Bereich langwelliger IR-Strahlung, auf.

Ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Bauelements 1 zeigt Fig. 8. Über dem Substrat 2 aus Silizium ist die AR-Beschichtung 3 vorhanden, die aus insgesamt neun Schichten 3.1 bis 3.9 gebildet ist. Über der AR-Beschichtung 3 ist die DLC-Beschichtung 4 mit der äußeren Schicht 4.1 und der inneren Schicht 4.2 vorhanden. In weiteren Ausgestaltungen kann die DLC-Beschichtung 4 auch aus mehreren Schichten 4.1 bis 4.n gebildet sein. Durch die AR-Beschichtung 3 und die DLC-Beschichtung 4 ist eine hybride Beschichtung 9 gebildet.

In weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen optischen Bauelements 1 können die Anzahlen der Schichten der AR-Beschichtung 3, der DLC-Beschichtung 4 und/oder der zusätzlichen AR-Beschichtung 8 anders gewählt sein.

Bezugszeichen

1 optisches IR-Bauelement

2 Substrat

2.1 Außenfläche (des Substrats 2)

2.2 Innenfläche (des Substrats 2)

3 Antireflexionsbeschichtung

3.1 erste Schicht (der Antireflexionsbeschichtung 3)

3.2 zweite Schicht (der Antireflexionsbeschichtung 3)

3.10 nzehnte Schicht (der Antireflexionsbeschichtung 3)

4 DLC-Beschichtung

4.1 äußere Schicht (der DLC-Beschichtung 4)

4.2 innere Schicht (der DLC-Beschichtung 4)

4.3 weitere Schicht (der DLC-Beschichtung 4)

4.4 weitere Schicht (der DLC-Beschichtung 4)

4.5 äußere Oberfläche

4.6 innere Oberfläche

5 Gradient

6 erster Kurvenverlauf

7 zweiter Kurvenverlauf

8 zusätzliche Antireflexionsbeschichtung

8.1 erste Schicht (der zusätzlichen Antireflexionsbeschichtung 8)

8.2 zweite Schicht (der zusätzlichen Antireflexionsbeschichtung 8)

8.3 dritte Schicht (der zusätzlichen Antireflexionsbeschichtung 8)

9 hybride Beschichtung

E1 erstes Elastizitätsmodul

E2 zweites Elastizitätsmodul

E3 drittes Elastizitätsmodul

EAR Elastizitätsmodul der Antireflexionsbeschichtung 3