ISO 9211 Optik und Photonik – Optische Beschichtungen

Die optischen Eigenschaften einer beschichteten Oberfläche werden durch spektrophotometrische Werte charakterisiert. Diese Werte beziehen sich auf die von elektromagnetischen Wellen (Licht- oder Leuchtwellen) transportierte Energie und variieren je nach Wellenlänge, Einfallswinkel und Polarisationszustand. Zusätzliche Effekte durch Streuung können ebenfalls auftreten.

Die spektrale funktionale Abhängigkeit wird üblicherweise durch die Angabe der Wellenlänge in Klammern als Teil des Symbols angegeben. Die Wellenlänge kann durch die Wellenzahl oder die Photonenenergie ersetzt werden.

Wenn eine Beschichtung bei einem Einfallswinkel ungleich Null verwendet wird, hängen ihre Eigenschaften vom Polarisationszustand der einfallenden Strahlung ab und können den resultierenden Polarisationszustand beeinflussen. In diesem Fall kann es notwendig sein, die Ausrichtung des elektrischen Feldvektors relativ zur Einfallsebene anzugeben.

Beschichtungen werden durch ihre Funktion definiert, d. h. durch die Art der grundlegenden Veränderung der Oberflächeneigenschaften, die sie bewirken. Eine Beschichtung, die eine primäre Funktion erfüllen soll, kann auch eine oder mehrere sekundäre Funktionen beinhalten. Ihre relative Bedeutung im Vergleich zur primären Funktion sollte angegeben werden. Für visuelle Anwendungen kann eine Oberfläche durch kolorimetrische Parameter charakterisiert werden. Diese hängen von der Referenzbeleuchtungsquelle, dem Referenzbeobachter und den optischen Eigenschaften der Oberfläche ab.

Farbmetrische Parameter sind nicht Bestandteil dieser Norm. Beispiele für Beschichtungsfehler sind in Anhang A aufgeführt. Prüfverfahren für Oberflächenfehler sind in ISO 14997 beschrieben.

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Norm „ISO 9211 Optik und Photonik – Optische Beschichtungen“ besteht aus den folgenden, unter dem gleichen Titel entwickelten Unterabschnitten:

• Die Norm „ISO 9211-1 Teil 1: Begriffe“ definiert Begriffe im Zusammenhang mit optischen Beschichtungen. Diese Begriffe sind in vier Klassen unterteilt:
  • Allgemeine Geschäftsbedingungen
  • Begriffe im Zusammenhang mit den optischen Eigenschaften einer beschichteten Oberfläche
  • Polarisationsbegriffe
  • Weitere verwandte Begriffe

Diese Norm definiert die Oberflächenbehandlung von Bauteilen und Substraten (ausgenommen Brillengläser) durch Aufbringen optischer Beschichtungen und bietet ein Standardformular für deren Spezifikation. Sie definiert allgemeine Eigenschaften und gegebenenfalls Prüf- und Messverfahren, soll jedoch nicht das Bearbeitungsverfahren festlegen.

• ISO 9211-2 Teil 2: Optische Eigenschaften: Die Normenreihe ISO 9211 definiert Spezifikationen für optische Beschichtungen, ausgenommen Brillengläser. Sie legt fest, wie die optischen Eigenschaften von Beschichtungen bestimmt und ihre spektrale Charakterisierung grafisch dargestellt werden. Sie definiert allgemeine Eigenschaften sowie gegebenenfalls Prüf- und Messverfahren, ist jedoch nicht dazu gedacht, die Verarbeitungsmethode zu definieren.

Bei der Spezifikation optischer Eigenschaften sind die Brechungsindizes des einfallenden Mediums und des emittierenden Mediums anzugeben. Der Polarisationszustand der einfallenden Strahlung ist ebenfalls anzugeben, wenn der Einfallswinkel ungleich Null ist oder ein Einfallswinkelbereich angegeben ist. Ist keine Polarisation angegeben, wird unpolarisierte Strahlung angenommen. Die optischen Eigenschaften einer Beschichtung sind anhand der in dieser Norm angegebenen und erläuterten Formulierung zu bestimmen, wodurch eine umfassende Beschreibung der Beschichtung hinsichtlich eines Mindestsatzes optischer Eigenschaften entsteht. Streu- oder kolorimetrische Parameter und ähnliche optische Eigenschaften unterliegen gegebenenfalls der Vereinbarung zwischen Hersteller und Kunde. Müssen die optischen Eigenschaften der Beschichtung bei einer bestimmten Temperatur oder in einem bestimmten Temperaturbereich erreicht werden, ist dies durch einen Hinweis kenntlich zu machen.

Die Messbedingungen für die spektrophotometrische Charakterisierung müssen den Normen ISO 15368 und ISO 19962 oder einer gleichwertigen Methode entsprechen. Diese Bedingungen hängen vom Prinzip der Messmethode und den verwendeten Instrumenten ab (wie Einfallswinkel, Polarisationszustand, Spektralbereich und Bandbreite des Messstrahls) und müssen ausreichend detailliert dokumentiert werden, um eine Überprüfung der Messung zu ermöglichen.

• Die Norm „ISO 9211-3 Teil 3: Umweltbeständigkeit“ legt die allgemeinen und Standardverwendungskategorien für optische Beschichtungen fest und spezifiziert die erforderlichen Umweltprüfungen, um nachzuweisen, dass die Beschichtungen die geforderten Spezifikationen erfüllen. Die mechanischen und chemischen Eigenschaften beschichteter optischer Elemente und allgemeiner ihre Umweltbeständigkeit können mit verschiedenen Methoden beurteilt werden.

Die Prüfmethoden sind im Allgemeinen in verschiedenen Abschnitten der ISO 9022 und in ISO 9211-4 beschrieben. Diese Prüfmethoden wurden ausgewählt, um aussagekräftige Ergebnisse zu liefern, die die tatsächliche Belastung optischer Elemente in ihrer Betriebsumgebung repräsentieren. Sie stellen eine Alternative zu den in ISO 9211-5 bis ISO 9211-8 beschriebenen Mindestanforderungen dar, die sich auf den Beschichtungstyp beziehen.

• ISO 9211-4 Teil 4: „Spezifische Prüfverfahren“ beschreibt spezielle Prüfverfahren für Umweltbeständigkeitstests von Beschichtungen, die in ISO 9211-3 definiert, aber nicht in anderen normativen Referenzen beschrieben sind. Diese werden typischerweise nacheinander mit anderen Umweltbeständigkeitstests durchgeführt, wie in Anhang A von ISO 9211-3 gezeigt.

Vor und nach jeder Prüfung einer beschichteten Probe (Bauteil oder Kontrollprobe) sollte diese gründlich gereinigt werden, um Schmutz, Fingerabdrücke, Schmierflecken und ähnliche Rückstände zu entfernen. Die empfohlene Lagerdauer beträgt nach der Beschichtung mindestens 12 Stunden unter Umgebungsbedingungen oder wie zwischen Hersteller und Käufer vereinbart.

Diese Norm beschreibt die folgenden Prüfverfahren:

• Abriebfestigkeitsprüfungen (Konditionierungsmethode 01: Abrieb)
• Haftungsprüfungen (Konditionierungsmethode 02: Haftung)
• Gitterschnittprüfung (Konditionierungsmethode 03: Gitterschnitt)
• Löslichkeitstests (Konditionierungsmethode 04: Löslichkeit)

• Die Norm „ISO 9211-6 Teil 6: Mindestanforderungen an reflektierende Beschichtungen“ beschreibt die Mindestanforderungen an die optischen Effekte sowie die mechanischen, chemischen und umweltbezogenen Eigenschaften reflektierender Metallbeschichtungen. Diese Norm gilt für aluminium- oder silberbasierte reflektierende Metallbeschichtungen für optische Anwendungen. Dadurch kann sich der Anwender auf definierte Zahlenwerte verlassen, während der Dünnschichthersteller die Wahl zwischen Materialien und Herstellungsverfahren hat.
• Die Norm „ISO 9211-7 Teil 7: Mindestanforderungen an neutrale Strahlteilerschichten“ beschreibt die Mindestanforderungen an die optischen Eigenschaften sowie die mechanischen, chemischen und umweltbezogenen Eigenschaften von neutralen Strahlteilerschichten. Diese Norm gilt für neutrale Strahlteilerschichten für optische Anwendungen. Dadurch können sich Anwender auf definierte numerische Daten verlassen, während Dünnschichthersteller die Möglichkeit haben, Materialien und Herstellungsverfahren frei zu wählen.

Die Mindestanforderungen gelten für neutrale Strahlteilerbeschichtungen. Die Mindestanforderungen für alle Beschichtungstypen sind in den folgenden Tabellen aufgeführt:

• Mindestanforderungen für alle Arten von nicht belasteten Balkenabstandshaltern
• Mindestanforderungen für spannungsfreie Beschichtungstypen D1 bis D4
• Mindestanforderungen für spannungsfreie Beschichtungen M1 und M2
• Reflexionsgrad und Transmissionsgrad neutraler Strahlteilerbeschichtungen

Diese Norm gilt für Laserkomponenten mit Oberflächenbehandlungen und Substraten, die gemäß den Definitionen der Norm ISO 9211-1 definiert sind.

Die Normenreihe ISO 9211 ist wichtig, da sie optische Beschichtungen für optische Elemente wie Linsen, Spiegel und Fenster definiert und klare Spezifikationen und Terminologien dafür festlegt. Diese Norm gewährleistet Konsistenz, Qualität und Leistung in Branchen, die auf optische Systeme angewiesen sind, wie z. B. Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Medizintechnik und Bildgebungstechnologien.

Diese Standards werden aus folgenden Gründen als wichtig erachtet:

• Standardisierung der Terminologie: Diese Standards schaffen eine gemeinsame Sprache zur Beschreibung optischer Beschichtungen wie Antireflex-, Hochreflex-, Strahlteiler- und Filterbeschichtungen und gestalten die Kommunikation zwischen Herstellern, Lieferanten und Kunden klarer und effizienter.
• Bestimmung der Leistung optischer Beschichtungen: Ermöglicht Benutzern die Bestimmung wichtiger Eigenschaften wie:
  • Reflexion und Transmission
  • Stärke
  • Umweltbeständigkeit (z. B. gegen Feuchtigkeit, Abrieb oder Strahlung)

Dadurch wird sichergestellt, dass die Beschichtungen unter den erwarteten Bedingungen zuverlässig funktionieren.

• Interoperabilität und Kompatibilität: Durch die Einhaltung des ISO 9211-Standards ist die Kompatibilität optischer Komponenten verschiedener Hersteller wahrscheinlicher, was die Integration in größere Systeme ohne spezielle Anpassungen unterstützt.
• Qualitätskontrolle und Prüfung: Diese Normen beschreiben Prüfverfahren und Leistungsanforderungen, die Herstellern helfen, eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten und Kundenspezifikationen zu erfüllen. Dies ist besonders wichtig bei risikoreichen Anwendungen wie der militärischen Optik, Satelliten und der medizinischen Bildgebung.
• Produktsicherheit und -zuverlässigkeit: In Bereichen, in denen Präzision und Zuverlässigkeit entscheidend sind (z. B. Laser in der Chirurgie oder Teleskope im Weltraum), stellen diese Standards sicher, dass Beschichtungen nicht unerwartet versagen oder sich verschlechtern.
• Globaler Handel und Compliance: ISO-Standards sind international anerkannt, daher hilft die Verwendung von ISO 9211-Standards Unternehmen:
  • Einhaltung der Vorschriften in verschiedenen Ländern
  • Erleichterter Eintritt in internationale Märkte
  • Vermeiden Sie kostspielige Rezertifizierungen

Daher sind die ISO 9211-Normen unerlässlich, um die hohe Leistung, Zuverlässigkeit und Konsistenz optischer Beschichtungen in einem breiten Anwendungsspektrum sicherzustellen. Sie unterstützen eine effiziente Kommunikation, verbessern die Produktqualität und erleichtern den globalen Handel und die Einhaltung von Vorschriften.

Unsere Organisation unterstützt seit Jahren Unternehmen aller Branchen mit einem breiten Spektrum an Test-, Mess-, Analyse- und Evaluierungsaktivitäten. Sie verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm ISO 9211 Optik und Photonik – Optische Beschichtungen an.