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Interferenzfilteranordnung mit nichtmetallischen und abwechselnd aufeinanderfolgenden
hoch- und tiefbrechenden Schichten für schrägen Einfall des Lichtes Es sind Imerferenzfilter
bekannt. wclche aus nichtmetallischen, abwechselnd hoch- und tiefbrechenden Schichten
bestehen und die Eigenschaft haben, ein gewisses Wellenlängengebiet zurückzuwerfen
und (las dazu komplemertäre hindurchzulassen. Diese Filter haben bei senkrechtem
Einfall des Lichtes ihre beste \Virksatnkeit, indem bei schrägem Einfall dadurch
eine Verschlechterung eintritt, dafj die leiden verschieden Ix)larisierteit Lichtanteile
verschiedene Reflexions- und Durch-Lissigkeitskurven haben.
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Diesem Nachteil läßt sich nach der Erfindung dadurch begegnen, dali
man eine Interferenzfilteranordnung verwendet, bestehend aus -zwei Ittterferenzfiltern
der angegebenen Art. zwischen denen eine doppelbrechende Schicht liegt, die mit
der Richtung ihrer Doppelbrechung unter einem Winkel von .I5 ° gegen die Einfallsebene
des Lichtes geneigt ist und für den gewünschten Einfallswinkel einen Gangunterschied
von ungefähr einer hallen Wellenlänge hervorruft. Die Wellenlänge, die dabei zugrunde
zu legen ist, ist diejenige, bei der die kennzeichnende Eigenschaft des Filters,
z. 13. eine steile Flanke seiner Durchlässigkeitskurve, liegt.
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'Man kann die erlittdungsgemäBe Filteranordnung so gestalten, (laß
die zwischen den Filtern befindliche Schicht gleichzeitig den Träger der beiden
Filter bildet. indem man die beiden Filter unmittelbar auf die Schicht aufbringt,
z. 13. indem man sie auf die Schicht aufdampft.
Die doppelbrechende
Zwischenschicht kann auf bekannte Weise hergestellt werden, z. B. mittels eines
Blättchens aus Gips, Glimmer u. dgl. Da es nicht auf große Genauigkeit ankommt,
sind Folien aus gestrecktem Kunststoff, z. B. Cellulose, besonders zweckmäßig, insbesondere
auch, weil man sie sehr dünn halten kann. Dies ist dann nützlich, wenn man es vermeiden
will, daß sich bei gespiegelten Bildern Doppelbilder ergeben. Man kann jedoch auch
bei stärkeren Schichten die Entstehung von Doppelbildern dadurch vermeiden, daß
man die Zwischenschicht nicht planparallel ausführt, sondern so, daß die beiden
Filter unter einem kleinen Winkel (wenige Bogenminuten) gegeneinander geneigt sind.
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Fig. i der Zeichnung ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung
der Wirkung der bekannten Filter; Fig. 2 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen
Filteranordnung.
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Bei Fig. i ist vorausgesetzt ein Interferenzfilter aus nichtmetallischen,
abwechselnd hoch- und tiefbrechenden Schichten, das mit seiner dem eintretenden
Licht zugekehrten Seite auf einer planparallelen Glasplatte angebracht ist. Dann
zeigt die Kurve i unter Voraussetzung eines Lichteinfalls unter 45 ° die Durchlässigkeit
D für den senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Anteil des Lichtes in Abhängigkeit
von der Wellenlänge, während die Kurve 2 die Durchlässigkeit für den parallel zur
Einfallsebene polarisierten Anteil zeigt. Wie ersichtlich, ist das Durchlässigkeitsminimum
für den senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Strahl (Kurve i) wesentlich breiter
und tiefer als das für den parallel zur Einfallsebene polarisierten Strahl (Kurve
2). Da die beiden Kurven einander überlagern, so ist die Gesamtwirkung wesentlich
ungiinstiger. Außerdem ist das Licht in den Wellenlängenbereichen, in denen die
beiden Kurven voneinander abweichen, weitgehend polarisiert. Da an der Grenze zwischen
der Luft und der planparallelen Glasplatte eine Brechung stattfindet, so trifft
das Licht auf die Filterschichten mit einem wesentlich kleineren und daher günstigeren
Winkel als 45 ° auf. Verwendet man dagegen, wie dies bei Farbfiltern oft zweckmäßig
ist, ein rechtwinkliges Prisma, auf dessen Hypotenusenfläche das Filter angebracht
ist, so wird die Kurve für den Anteil des Lichtes, der parallel zur Einfallsebene
polarisiert ist, so flach und der Unterschied in den Durchlässigkeitskurven so stark,
daß das Filter sehr stark als Polarisator wirkt und als eigentliches Lichtfilter
unbrauchbar wird.
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Die in Fig.2 dargestellte Filteranordnung ist auf der Hypotenusenfläche
eines Glasprismas a (Brechungszahl np - 1,515) angebracht, dessen Kathetenflächen
als Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche dienen, so daß die Filteranordnung
unter einem Einfallswinkel von 45' getroffen wird. Die auf die Hypotenusenfläche
gekittete Filteranordnung besteht zunächst aus einem Interferenzfilter, das von
vier Schichten b aus Zinksulfid (Zn S, Brechungszahl n = 2,4) und drei diese Schichten
voneinander trennenden Schichten c aus Lithiumfluorid (Li F, n = 1,4) gebildet wird.
An dieses Filter schließt sich an eine Folie d aus Cellulosehydrat. Auf diese Folie
folgt ein zweites Interferenzfilter, das mit dem oben beschriebenen übereinstimmt.
In der Zeichnung sind alle Schichten sowie die Folie d mit stark übertriebener Dicke
wiedergegeben, um sie überhaupt darstellen zu können. Die nichtreflektierten Strahlen
treten durch ein Prisma a1 aus.
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Als maßgebliche Wellenlänge im obenerwähnten Sinne ist bei diesem
Beispiel diejenige Wellenlänge von 0,502 Mikron gewählt, bei der die Durchlässigkeit
nach Kurve i der Fig. i nach der Seite der kurzen Wellenlängen hin den Betrag D
= 5o % erreicht. Bezeichnet s die wahre Dicke einer Schicht und ns ihre optische
Dicke, so bestimmt sich unter Berücksichtigung des Umstandes, daß das Licht unter
einem Winkel von a = 45° in die Filter einfällt, die optische Länge des \1'eges
der durch die Schichten hindurchgehenden Strahlen zu ns cos ß, wo sin ß = (np/n)
sin a. Wählt man z. B. die Länge des genannten Weges zu einem Viertel der Wellenlänge
von o,625 Mikron, dann bestimmt sich die optische Dicke der Schichten b und c zu
ns = o,625/4 cos ß = 0,172 bzW. 0,240 Mikron. Hieraus folgt für die Schichten b
eine wahre Dicke s = 0,072 Mikron und für die Schichten c eine wahre Dicke s = 0,173
Mikron. Die Cellulosehydratfolie d hat ungefähr eine Dicke von 20 Mikron. Sie ist
so stark gedehnt, daß sie einen Gangunterschied von der Hälfte der Wellenlänge von
0,502 Mikron, also einen Gangunterschied von 0,2.51 Mikron hervorruft und ist mit
der Richtung ihrer Doppelbrechung unter .45 ° gegen die Einfallsebene des Lichtes,
also gegen die Zeichenebene geneigt. Hat man Bedenken, claß sich durch diese Folie
Doppelbilder ergeben könnten, so kann man zwischen sie und das obere Filter eine
Kittschicht legen, die einen Keil mit einem Keilwinkel von wenigen Bogenminuten
bildet.
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Die zwischen die beiden Filter geschaltete Schicht d hat zur Folge.
claß der durch das erste Filter hindurchgetretene, parallel zur Einfallsebene polarisierte
Lichtanteil mit seiner Polarisationsrichtung um 9o ° gedreht wird, senkrecht zur
Einfallsebene polarisiert auf das zweite Filter fällt und von diesem ebenso zurückgeworfen
wird wie der senkrecht zur Einfallsebene polarisierte Anteil des ursprünglichen
Lichtes vom ersten Filter. Da der erstgenannte Anteil beim Rückweg seine Polarisationsrichtung
wiederum um 9o° ändert, so kann er das erste Filter wieder im wesentlichen ungestört
durchlaufen. Das durch das Gesamtsystem hindurchgehende Licht ist also jetzt ebensowenig
polarisiert wie das reflektierte, und die Filterwirkung ist vorzüglich.
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Die erfindungsgemäße Filteranordnung hat noch einen weiteren Vorteil.
Es steigt nämlich nach den
Vresnelschen Gesetzen bei einem Sprung
der Brechung die Reflexionsamplitude für den parallel zur Einfallsebene polarisierten
Strahl bei schrägen Einfallswinkeln stark an. Man kommt daher für annähernd gleiche
Durchlässigkeitskurven mit weniger Filterschichten als bei senkrechtem Einfall aus,
oder es wird bei gleicher Schichtzahl die Durchlässigkeitskurve der Filter steiler,
was in der Regel erw,iinsclit ist.