DE1087828B

DE1087828B - Neutralgraues Lichtfilter

Info

Publication number: DE1087828B
Application number: DEV10450A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Herbert Koch
Original assignee: FREIBERGER PRAEZ SMECHANIK VEB
Current assignee: FREIBERGER PRAEZ SMECHANIK VEB
Priority date: 1956-04-07
Filing date: 1956-04-07
Publication date: 1960-08-25

Description

Neutralgraues Lichtfilter Neutralgraue Lichtfilter mit auf durchsichtigen Trägern aufgebrachten Einfachmetallschichten sind bekannt. Meist wird für diesen Zweck eine Schicht aus Platin, Rhodium oder Chrom verwendet. Die Neutralität und die Haftfestigket oder Wischfestigkeit dieser Filter lassen jedoch zu wünschen übrig. Die in bezug auf mechanische Beanspruchung und optische Neutralität bestehenden Neutralfilter sollen sich durch das Aufdampfen von Chromel A, einer Legierung von 20°/oi Cr und 80% Ni, herstellen lassen. jedoch ist dieser Vorgang äußerst schwierig zu steuern, da je nach dem Dampfdruck in der Vakuumkammer und der Temperatur der Dampfquelle sich' das Verhältnis der verdampfenden Menge der einen Komponente (etwa Cr) zu der der anderen Komponente (Ni) verschiebt. Da während des Aufdampfens sich bekanntlich die Verhältnisse in der Vakuumkammer in einem nicht erfaßbaren Maße von Versuch zu Versuch ändern, sind Neutralfilter aus Chromel A schlecht zu reproduzieren und für eine .Fertigung unrentabel.
Die genannten Schwierigkeiten, die nicht nur für das Aufdampfen von Chromel A, sondern auch für das Verdampfen anderer Legierungen gelten, werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß bei einem Filter mit mehreren metallischen Schichten die optischen Konstanten und Dicken der einzelnen Schichten so bemessen sind, daß sich für die Summe der aufgebrachten Schichten Farbneutralität ergibt.
# Die bereits bekannten Filtersysteme mit nicht absorbierenden Schichten haben zwar den Vorteil, daß die nicht durchgelassene Lichtintensität vollständig reflektiert wird. Es ist aber allgemein bekannt, daß das Durchlässigkeitsvermögen bzw. das Reflexionsvermögen derartiger nicht absorbierender Schichtsysteme eine periodische Funktion der reziproken Wellenlänge ist. Dabei wechseln im allgemeinen Bereiche hoher Durchlässigkeit bzw. niedriger Reflexion und niedriger Durchlässigkeit bzw. hoher Reflexion miteinander ab. Um eine lichtschwächende Wirkung zu erzielen, werden in der Praxis die Schichtdicken und die Brechzahlen der Einzelschichten so dimensioniert, daß ein Band hohen Reflexionsvermögens bzw. niedrigen Durchlässigkeitsvermögens in den gewünschten Spektralbereich zu liegen kommt. Höhe, Breite und Achromasie der Reflexionsbande werden durch Brechzahl- und Schichtdickenkombination bestimmt. Bei Abstimmung auf den sichtbaren Spektralbereich kann sich z. B. die Breite des Reflexionsbandes höchstens von etwa 400 bis 700 mw erstrecken, selbst wenn die bekannten nicht absorbierenden Schichtsubstanzen bestmöglich eingesetzt werden. Die Herstellung von Filtern unterschiedlichen Durchlässigkeitsvermögens bzw. Reflexionsvermögens erfordert jeweils andere Brechzahlen und Schichtdickenkombinationen. Im Gegensatz dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Lichtfilter eine achromatische Lichtschwächung unter Verwendung von absorbierenden Schichten erzielt. Der erreichbare neutrale Durchlässigkeitsbereich erstreckt sich dabei über einen weitaus größeren Spektralbereich als im Falle der Verwendung nicht absorbierender Schichtsysteme. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtfilters besteht darin, daß schon zwei absorbierende, vorzugsweise metallische Schichten genügen, um eine neutrale Lichtschwächung über einen weiteren Spektralbereich zu erhalten.
Ein Lichtfilter gemäß der Erfindung kann etwa in der Weise hergestellt werden, daß zunächst Chrom bis zu einer bestimmten Durchlässigkeit Dc,. (polychromatisches oder monochromatisches Licht) und dann darüber Nickel bis zur endgültigen Durchlässigkeit Dcr+Ni auf den Träger aufgedampft wird. Die Durchlässigkeit kann während des Aufdampfens leicht nach den üblichen Methoden messend verfolgt werden. Es zeigt sich, daß man zu jeder gewünschten Durchlässigkeit DC,Ni des Neutralfilters jeweils einen eindeutigen Wert DC,. finden kann, für den die Durchlässigkeit des Zweischichtenfilters aus Chrom und Nickel über den Spektralbereich von 300 ml, bis 1 #L konstant bleibt bzw. die Durchlässigkeitsänderungen in diesem Bereich kleiner als 100/a des mittleren Durchlässigkeitswertes sind. Die Wischfestigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Filter ist sehr gut. Ihre Neutralität erreicht die der Filter aus Chromel A. Sie haben diesen gegenüber jedoch den Vorteil der entschieden besseren Reproduzierbarkeit. Dieselben Erfolge lassen sich erzielen, wenn zuerst Nickel und dann Chrom aufgedampft wird. Auch hier läßt sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen DNi und DNi f c, finden, so daß in diesem Falle ebenfalls neutrale Schwächungsfilter mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden können. Wird zuviel Cr aufgedampft, so zeigen die Filter eine nach Rot hin ansteigende Durchlässigkeit, wenn auch nicht so stark. wie sie Chromschichten allein zeigen. Wird zuviel Nickel aufgedampft, so nimmt die Durchlässigkeit nach Rot hin ab, wenn die Abnahme auch nicht so stark ist, wie man sie bei Nickelmaschinen allein findet.
Es ist klar, daß bei geeigneter Wahl der Schichtdicken, die durch Durchlässigkeitsmessungen kontrolliert werden können, ein neutrales Schwächungsfilter auch aus mehr als zwei Schichten aus Chrom und Nickel aufgedampft werden kann, wobei eine genügend feine Unterteilung einer einzigen Schicht aus Chromel A äquivalent wäre. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Filter besteht jedoch gerade darin, daß schon mit einer Chrom- und einer Nickelschicht neutrale Schwächungsfilter hergestellt werden können.
Ferner ist es möglich, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mehrschichtige Neutralfilter oder solche mit gewünschtem Durchlässigkeitsverlauf aus anderen Metallkomponenten aufzubauen. Um in einem bestimmten Spektralgebiet Neutralität zu erreichen, sind mindenstens zwei Metallkomponenten erforderlich, die für sich allein als aufgedampfte Metallschichten in diesem Wellenlängenbereich entgegengesetzte Änderung der Durchlässigkeit zeigen, was so zu verstehen ist, daß die Durchlässigkeit einer Metallschicht der einen Komponente mit wachsender Wellenlänge zunimmt, während die einer Metallschicht der anderen Komponente mit wachsender Wellenlänge abnimmt.
Dies trifft für Chrom und Nickel zu. Das gewünschte Ergebnis läßt sich auch. durch eine Kombination von Chrom und Kobalt erzielen, wobei allerdings der Chromanteil kleiner gewählt werden muß.
Die Schichtkombinationen können dahingehend erweitert werden, daß sehr dünne oder sehr dicke (d>9) durchsichtige Schichten dazwischengeschaltet werden bzw. - falls erforderlich - eine sehr dünne dielektrische Schutzschicht aufgebracht wird. Natürlich kann auch ein mit Chrom belegtes Glas bestimmter Durchlässigkeit (polychromatisches oder monochromatisches Licht) mit einem mit Nickel belegtes Glas bestimmter Durchlässigkeit verkittet werden.
Für die Erzielung geringerer Durchlässigkeiten (D<10"19) ist es vorteilhafter, mehrere Filter größerer Durchlässigkeit hintereinanderzuschalten (verkittete Filter), da die Herstellung von Filtern großer Dichte (D < 10°/o) während des Aufdampfens durch laufende Durchlässigkeitsmessungen schlechter gesteuert werden kann.
Da die Winkelabhängigkeit der Durchlässigkeit der erfindungsgemäßen Neutralfilter praktisch zu vernachlässigen ist, können diese auch als farbneutrale, absorbierende Teilungsspiegel verwendet werden.-Es versteht sich von selbst, daß mit einer geeigneten Aufdampftechnik auch verlaufende Filter (Graukeile) auf Grund solcher Schichtsysteme hergestellt werden können, was bei dem Zweischichtsystem aus Chrom und Nickel noch leicht zu realisieren ist. Ebenso kann bei der Schichtherstellung an Stelle des Aufdampfens im Hochvakuum jedes andere der bekannten Verfahren angewendet werden. In den Abbildungen sind für verschiedene auf einem Träger aus Glas aufgebrachte Schichten die Durchlässigkeitskurven über einen Spektralbereich von 9=400 bis 750 m#t als Beispiel für den durch die Anwendung der Erfindung erzielbaren technischen Fortschritt dargestellt.
In Abb. 1 zeigt die Kurve 1 den Verlauf der Durchlässigkeit einer durch Kathodenzerstäubung aufgebrachten Platinschicht, während die Kurve 2 die Durchlässigkeit einer im Hochvakuum aufgedampften Rhodiumschicht über den gleichen Wellenlängenbereich zeigt.
Aus Abb.2 geht hervor, daß sich der Verlauf der Durchlässigkeitskurve für eine im Hochvakuum aufgedampfte Chromschicht (Kurve 3) ungefähr entgegengesetzt zu dem einer auf gleiche Weise aufgebrachten Nickelschicht (Kurve 4) verhält.
In Abb. 3 sind die Durchlässigkeitskurven dargestellt, die sich beim nacheinander erfolgenden Aufdampfen von Chrom und Nickel (Kurve 5) bzw. Nickel und Chrom (Kurve 6) ergeben. Wie aus dieser Abbildung hervorgeht, haben die Kurven 5 und 6 über den gesamten angegebenen Wellenlängenbereich einen Verlauf, der nur wenig von einer bestimmten mittleren Durchlässigkeit von 40 bzw. 39°/u abweicht.

Claims

PATENTANSPROCHE: 1. Neutralgraues Lichtfilter aus einem oder mehreren in der Lichtrichtung hintereinandergeschalteten, lichtdurchlässigen Trägern mit auf diesen aufgebrachten nicht absorbierenden und absorbierenden Schichten, dadurch gekennzeidmet, daß mindestens zwei der Schichten absorbierende, vorzugsweise metallische sind und daß die Schichtsubstanzen in bezug auf ihre optischen Konstanten so ausgewählt und die Dicken der einzelnen Schichten so bemessen sind, daß die gesamte Anordnung in einem weiten Wellenlängenbereich das durch sie hindurchgehende Licht gleichmäßig schwächt.
2. Neutralgraues Lichtfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem lichtdurch; lässigen Träger mindestens eine Chromschicht und mindestens eine Nickelschicht mit entsprechenden Dicken, vorzugsweise durch Aufdampfen im-Hochvakuum, übereinander aufgebracht sind.
3. Neutralgraues Lichtfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem lichtdurchlässigen Träger mindestens eine Chromschicht und mindestens eine Kobaltschicht mit entsprechenden Dicken, vorzugsweise durch Aufdampfen im Hochvakuum, übereinander aufgebracht sind.
4. Neutralgraues Lichtfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den metallischen Schichten eine oder mehrere dielektrische Schichten aufgebracht sind.
5. Neutralgraues Lichtfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß zwei oder mehrere beschichtete, lichtdurchlässige Träger miteinander verkittet sind, wobei die Beschichtung der einzelnen Träger so gewählt ist, daß nach dem Verkitten der Träger die gesamte Anordnung in einem weiten Wellenlängenbereich das durch sie hindurchgehende Licht gleichmäßig schwächt.
6. Neutralgraues Lichtfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein lichtdurchlässiger Träger mit einer Chromschicht bestimmter Dicke mit mindestens einem lichtdurchlässigen Träger mit einer Nickelschicht bestimmter Dicke verkittet ist.
7. Neutralgraues Lichtfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein lichtdurchlässiger Träger mit einer Chromschicht bestimmter Dicke mit mindestens einem lichtdurchlässigen Träger mit einer Kobaltschicht bestimmter Dicke verkittet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 900 489; USA.-Patentschrift Nr. 2 420168.