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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.
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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.
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# 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.