DE2237822A1

DE2237822A1 - Neutraldichtefilterelement und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2237822A1
Application number: DE2237822A
Authority: DE
Inventors: John Robert Cicotta; Robert James Fay
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1971-08-02
Filing date: 1972-08-01
Publication date: 1973-03-01
Also published as: US3781089A; JPS4825543A; FR2148017A1; FR2148017B1; GB1383119A

Description

- Λ Heutraldiehtefilterelement und Verfahren zu dessen

Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Neutraldichtefilterelement aus einem transparenten Schichtträger und mindestens einer darauf aufgebrachten lichtschwächenden und/oder lichtreflektierenden Schicht, und sie betrifft ferner ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Die Wirksamkeit photographischer Kameras wird bekanntlich durch Erweiterung des für die Bildaufnahme zur Verfügung gestellten Blendenbereichs dauernd erhöht, was. jedoch in nachteiliger Weise dazu führt, daß unerwünschte Lichtbrechungsuiid -beugungseffekte auftreten, insbesondere, wenn die Blendenöffnung eng und länglich ist. Es ist bereits bekannt, derartige unerwünschte Beugungseffekte dadurch zu vermindern, daß in die optische Achse der Kamera ein Neutraldichtefilterelement eingesetzt wird. Filterelemente, die durch Ablagerung einer Metall- oder Metallegierungsschicht auf einem Schicht- " träger gebildet werden, haben sich für diesen Zweck als recht brauchbar erwiesen, da die durch sie bewirkte Lichtabschwächung durch Absorption und Reflexion, und nicht durch Absorption und LichtZerstreuung erzielt wird. Derartige bekannte Filterelemente zerstören daher nicht die Bilderzeugungscharakteristika optischer Systeme in Kameras.

Nachteilig an den bekannten Filterelementen, die aus einer auf einem Schichtträger aufgebrachten Metall- oder Metall-Iegierungsschicht bestehen, ist jedoch deren hohes Reflexionsvermögen, das in der Filmebene der Kamera zu unerwünschten Geisterbildern führen kann. Bei Verwendung höherempfindlicher Filme mit dem Ziele, die heutige Lichtphotographie unter Lichtbedingungen eines möglichst breiten Bereichs durchführen zu können, wird das aufgezeigte Problem noch verschärft, da derartige Filme die Verwendung noch engerer Blendenöffnungen bei gegebener, für die Belichtung zur Verfügung stehender Lichbmenge erforderlich machen und darüber hinaus auch noch empfindlicher gegenüber dem Auftreten unerwünschter Geisterbilder sind.

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Es sind bereits Schichtelemente bekannt, die aus Schichtträgern und darauf aufgebrachten Schichten des verschiedensten Typs aufgebaut sind. So wird z. B. in der USA-Reissue-Patentschrift 26 390 eine mit mehreren Metallegierungsschichten versehene Linse beschrieben. Bei der verwendeten Metallegierung handelt es sich um eine unter dem geschützten Handelsnamen " Inconel" bekannte Nickellegierung, die etwa 79,5 % Nickel, 13 % Chrom und 6,5 % Eisen enthält. Durch diese bekannten Schichten kann daher nur eine lichtabschwächende, nicht jedoch eine Antireflexionswirkung erzielt werden.

Schichtelemente mit metallhaltigen Schichten, die sich im Kontakt mit Schichten aus siliciumhaltigen Materialien befinden, sind z. B. aus der USA-Patentschrift 3 4-32 225 bekannt, in der derartige, auf einer synthetischen Kunststoffoberfläche aufgebrachte Schichten mit abwechselnd höherem und niedrigerem Refraktionsindex beschrieben werden. Ferner ist aus der USA-Patentschrift 2 366 687 ein transparenter Formkörper bekannt, der im Vakuum aufgedampfte Schichten aus Metall und keramischen Stoffen aufweist. Aus der USA-Patentschrift 2 799 600 ist es bekannt, auf siliciumhaltige Oberflächen die angegebene Nickellegierung in Form von Schichten im Vakuum aufzutragen. Aus der USA-Patentschrift 2 907 672 ist Plexiglas bekannt, das aufeinanderfolgende Schichten aus Germanium, Siliciumoxyd und Gold aufweist. In der USA-Patentschrift 3 1OQ 723 wird ein Verfahren zur abwechselnden Ablagerung von Schichten aus leitfähigen und isolierenden Stoffen auf einen Schichtträger beschrieben. Aus der USA-Patentschrift 3 113 889 sind sandwichartige Überzüge aus Siliciumoxyd und einem supraleitfähigen Metall, die im Vakuum auf einen Schichtträger abgelagert werden, bekannt. Aus der USA-Paten b schrift 3 505 092 sind ferner vakuum-beschichtete transparente Kunststoffe mit einer Metall- oder Metallegierungsschicht und Siliciumoxydschicht bekannt.

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Die "bekannten Schichtelemente sind jedoch als Neutraldichtefilterelemente für Aperturblenden wenn überhaupt, nur "bedingt geeignet, da sie die aufgezeigten Probleme in bezug auf Licht— beugung und Erzeugung von Geisterbildern nicht in völlig zufriedenstellender* Weise zu lösen vermögen.

Aufgabe der Erfindung ist es ein in einfacher und wirtschaftlicher Weise herzustellendes Neutraldichtefilterelement für photographische Kameras anzugeben, das sich durch eine verbesserte Antireflexionswirkung auszeichnet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die angegebene Aufgabe dadurch lösbar ist, daß auf einen Schichtträger abwechselnd Schichten aus einem Metall oder einer Metalllegierung genau definierten Typs und Schichten aus einem- dielektrischen Stoff genau definierten Typs in bestimmter Reihenfolge aufgebracht werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Neutraldichtefilterelement aus einem transparenten Schichtträger und mindestens einer darauf aufgebrachten lichtschwächenden und/oder lichtreflektierenden Schicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf dem Schichtträger mindestens 5 Schichten aufgebracht sind, von denen die dem Schichtträger am nächsten befindliche 1. Schicht sowie die 3. und 5· Schicht aus einem Metall oder einer Metallegierung mit hohem Refraktionsindex, und die 2. und 4. Schicht aus einem dielektrischen Stoff mit einem niedrigeren Eefraktionsindex als demjenigen des Metalls oder der Metallegierung bestehen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Neutraldichtefilterelementen mit vorbestimmter optischer Dichte, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

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a) auf das anfänglich nur aus dem Schichtträger .bestehende Element, während des gesamten Herstellungsvorganges einen Lichtstrahl richtet und das hindurch tretende sowie reflektierte Licht mit Hilfe von optischen MeBvorriehtuugen regi striert,

I)) auf de in Schichtträger eine erste Schicht aus einem Metall oder einer Hetallegierung ablagert, bis das Gebildete Element eine ν or be stimm te optische Dichte auf weißt, die; geringer i st air. diejenige des herr.ustell enden Filtcreleinents,

c) auf der erhalteneji ernten IletaJl- oder j

Hchiclit eine erste Schicht aus einem dielektrischen ütoif abla{ioj'i_t ti s dan vom gebildeten Element reflelitiei't e Licht auf einen Hinimalwert vermindert ist,

d) aui doi (ii'haltenen (-raten dielektrischen Schicht eine zweite ilchioht aus dem lletall odei¹ dei* lletallef;] trunß abl u{_;ei't, bis dat. gebildete L'lf.'iucnt tine optische Lichte aui weist, die praliti scli {deich der vorbestimmten optischen Dielite d( ;■ herzustellenden Filtea-elements ist,

e) auf doi' ei'iialtcne?) r.v.'eiten Hrtall- oder IletallcRierunfjB-schicht eine zweite Schicht aus dem dielektrischen ßtoff ablagert:, bis das von vom fccibildeten Element reflektierte Lieh MUi' einen Minimal wert vermindert ist, und

Ij auf der erlialtenen zweiten dielektrischen Schicht eine dritte 'Schicht aus dem Metall oder der Metallegierung ablagert, lx^;; das gebildete Element eine optische Dichte aufweist, die gleich der vorbestimmten optischen Dichte des herzustellenden Filterelements ist.

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Durch, die Erfindung wird erreicht, daß äußerst effektive, in photοgraphischen Kameras verwendbare Neutraldichtefilterelemente zur Verfugung stehen, deren optische Dichte vorbestinunbar ist und die einfach herzustellen sind.

Gemäß einer besonders vorteilhaften" Ausführungsform werden erfindungsgemäß als Metallegierung die angegebene, unter dem Handelsnamen "Inconel" bekannte nickellegierung mit einem ungefähren Gehalt an 79»5 % Nickel, 13 % Chrom und 6,5 % Eisen, und als dielektrischer Stoff beispielsweise Siliciummonoxyd verwendet. Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung näher veranschaulicht, worin darstellen:

Figur 1 eine zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignete Beschichtungsvorrichtung im Schema und

Figur 2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Neutraldichtefilterelement im Schema.

Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung sind,Beschichtungsvorrichtungen üblichen bekannten Typs verwendbar, so daß es sich erübrigt, in Fig. 1 auf Einzelteile, die auch anders als in der angegebenen Weise ausgestaltet sein können, gesondert hinzuweisen.

Das in Fig. 1 dargestellte Glockengefäß 10 ist auf der Grundplatte 12 in solcher Weise angeordnet, daß eine luftdichte Verbindung geschaffen wird. Im Glockengefäß 10 kann mit Hilfe einer nicht gezeigten Vakuumpumpe, deren Absaugkanal an eine in der Grundplatte 12 befindliche Vakuumleitung 14- angeschlossen werden kann, ein Vakuum erzeugt werden. Der erfindungsgemäß zu beschichtende Schichtträger 16 kann innerhalb des Glockengefäßes 10 durch ein Paar Schichtträgerarme 18 gehalten werden. Der Schichtträger 16 isb in solcher Weise ange-

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ordnet, daß er beschichtet werden kann mit Stoffen, die v/ahlweise einem der beiden Tiegel 20 bzw. 21 entstammen. Im Tiegel 20 ist ein spektral neutrales Metall oder eine spektral neutrale Metallegierung mit einem vergleichsweise hohen Refraktionsindex, z. B. die angegebene Nickellegierung, untergebracht. Im Tiegel 21 ist ein dielektrischer Stoff mit einem niedrigeren Refraktionsindex als demjenigen des Metalls oder der Metallegierung, ζ. B. SiIiciummonoxyd, untergebracht;.

Die Menge des aus den Tiegeln 20 und 21 stammenden, in Form einer Schicht aufgebrachten Materials wird mit Hilfe einer üblichen bekannten Dichteregistriervorrichtung gesteuert. Eine Lichtquelle 22 ist in solcher Weise angeordnet, daß ein Lichtstrahl gegen den Schichtträger 16 gerichtet wird. Wird auf dem Schichtträger 16 eine Schicht erzeugt, so wird ein Teil des Lichtstrahls in der in Pig. 1 dargestellten Weise zur Grundplatte 12 zurückreflektiert, und der geschwächte Lichtstrahl tritt durch den Schichtträger 16 hindurch. Eine erste optische Meßvorrichtung 24-, bestehend aus einem auf Licht ansprechenden Gerät 26 und einem Anzeigegerät 28, ist oberhalb des Schichtträgers 16 in solcher Weise angeordnet, daß der durch den Schichtträger 16 hindurchtretende abgeschwächte Lichtstrahl überwacht wird. Eine zweite optische Meßvorrichtung 30, bestehend aus einem auf Licht ansprechbaren Gerät 32 und einem Anzeigegerät 34-, ist benachbart zur Grundplatte 12 in solcher Weise angeordnet, daß der liückreflektrierte Lichtstrahl überwacht wird. Ein lichtundurchlässiger Schirm 36 ist zwischen der Lichtquelle 22 und der optischen Heßvorrichtung 30 angeordnet, so daß die Empfindlichkeit der Moßvorrichtung 30 gegenüber Licht, das direkt von der LichtquelLe 22 kommt, auf ein Minimum herabgesetzt ist.

Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird ein Schichtträger 16 auf die innerhalb des GLockengefäßes 10 befiiullictiou HaLter 18 gelegt. Danach wird im Glockengefäß 10 ein Vakuum erzeugt .ciifc Hilfe einer du die Vakuumleitung 1'J- angeschlotv; o-·

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neu Vakuuiipuj-π e, wobei vorzugsweise ein Druck von unter 1 :: 10 Torr -erzeugt wird. Danach wird der "Tiegel 20 aktiviert, ι ο daß das darin befindliche Iletallmaterial, z. l·:. die anrrgebcne¹ IUekel legierung, zu verdampf en beginnt. Bein Verdampfen des Iletalls, oder, um beim Beispiel der abgegebenen Nickellegierung au bleiben, diesez* Nickellegierung, wird auf dem Schichtträger 16 eine dünne Schicht au π IiicLellf ricrmifj gebildet. Das Verdampfen-wird solange fortgesetzt·, bis eine optische Dichte von etwa'-0,25' erzielt ir-.t, wie ci.ch mit Hilfe der optischen Ileßvorrichtung 24 leicht festntcilea läßt. Zu diesem Zcitpiinkt wird das Verdi^;n;".fen aus 'dar. Tiegel 20 abgebrochen. ITunmehr wird der Tio[;t:l 21 in Gang gesetzt, so daß die Verdampfung des darin ( nlhalte.-ncn ßiliciuiainonoxyds beginnt. Während "der Ablagerung einer dünnen Schicht aus 'Siliciummonoxyd auf der auf dem iiü laicht träger 16 bereits befindlichen nickel legierungsschicht wird das reflektierte Licht von der Ileßvorrichtung JO überv/üclit, und Eouald die Reflexion dei¹- sich bildenden Schicht auf ein riiniinuii vermindert ist, wird die Verdampfung des Siliciummoiiox^-ds beendet. Danach wird erneut der Tiegel 20 aktiviert und eine neue Schicht aus nickellegierung auf der ίΆϊϊ den ,So]ii ein träger "16 gc-bildeteu ßiliciummonoxydschicht ab ge lagert, b.-i « die optische Dichte des gebildeten Elements den gewüriEchten Wert, z. B. cine^ optische Dichte von 0,90, erreichυ hat, was mit Hilfe der Ileßvorrichtung 24 überwacht; wii'd. Die Verdampfung der nickellegierung wird sodann beendet, Danach \;±x-·: erneut der Tiegel 21 alc.tiviert, so daß die Vor- ■ damofung vy. ,Jüiciununonoxyd erneut beginnt und die Sein entabla£er-a::j;: vira so lange fortgesetzt,- bis das r.eflekti(_;."te Licht ur^iu-- auf einen llinimalwert vermindert \rurde, was mit Hilfe der optischen ileßvorrichtung 50 festgestellt v/erden kann. Die abschließende Verfahrensstufe besteht aus einer Realitivierüiig des Tiegels 20, so daß auf dem Schichtträger 16 eine dritlr Schicht aus der angegebenen Nickellegierung aufgedampft wird, wobei die Schichtablagerung so lange fort-

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gesetzt wird, bis die gewünschte optische Dichte, die im vorliegenden Beispiel mit 0,90 angenommen wurde, wiederum erreicht ist, was mit Hilfe der Meßvorrichtung 24 festgestellt werden kann.

In Fig. 2 wird ein nach dem angegebenen Verfahren hergestelltes Neutraldichtefilterelement nach der Erfindung dargestellt, wobei mit A die Schichten aus der angegebenen Nickellegierung, und mit B die Schichten aus Siliciummonoxyd bezeichnet werden. Wie ersichtlich, sind die angegebenen Schichten auf dem Schicht· träger 16 aufgebracht, wobei sich eine der Nickellegierungsschichten benachbart zum Schichtträger befindet und auch die zuoberst angeordnete Schicht aus einer Nickellegierungsschicht besteht.

Neben den in besonders vorteilhafter Weise verwendbaren Materialien, nämlich der angegebenen Nickellegierung und Siliciummonoxyd, sind zur Herstellung der Lichtabschwächungsschichten und Antireflexionsschichten auch Stoffe anderen Typs geeignet. Insbesondere sind zur Herstellung der lichtabschwächenden Schichten übliche bekannte spektral neutrale Metalle oder Metallegierungen verwendbar. Ferner sind zur Herstellung der Antitfeflexionsschichten übliche bekannte dielektrische Stoffe verwendbar, die einen niedrigeren Refraktionsindex als die zur Herstellung der Lichtabschwächungsschichten verwendeten Metalle oder Metallegierungen haben.

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Claims

Patentansprüche

Neutraldichtefilterelement aus einem transparenten Schichtträger und mindestens einer darauf aufgebrachten lichtschwächenden und/oder lichtreflektierenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schichtträger mindestens 5 Schichten aufgebracht sind, von denen die dem Schichtträger am nächsten befindliche 1. Schicht sowie die 3· und 5· Schicht aus einem Metall oder einer Metallegierung mit hohem Refraktionsindex, und die 2. und 4·.. Schicht aus einem dielektrischen Stoff mit einem niedrigeren Refraktionsindex als demjenigen des Metalls oder der Metallegierung bestehen.
2. Neutraldichtefilterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallegierung aus einer im Handel befindlichen Nickellegierung besteht, die etwa 79»5 % Nickel, 13 % Chrom und 6,5 % Eisen enthält.
3. Neutraldichtefilterelement nach Ansprüchen 1 und'2, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Stoff aus Siliciummonoxyd besteht.
4. Verfahren zur Herstellung von Neutraldichtefilterelementen

vorbestimmter optischer Dichte nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) auf das anfänglich nur aus dem Schichtträger bestehende Element während des gesamten Herstellungsvorganges einen Lichtstrahl richtet und das hindurchtretende sowie reflektierte Licht mit Hilfe von optischen Meßvorrichtungen registriert,

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b) auf dem Schichtträger eine erste Schicht aus einem Metall oder einer Metallegierung ablagert, bis das gebildete Element eine vorbestimmte optische Dichte aufweist, die geringer ist als diejenige des herzustellenden Filterelements,

c) auf der erhaltenen ersten Metall- oder Metallegierungsschicht eine erste Schicht aus einem dielektrischen Stoff ablagert, bis das vom gebildeten Element reflektierte Licht auf einen Minimalwert vermindert ist,

d) auf der erhaltenen ersten dielektrischen Schicht eine zweite Schicht aus dem Metall oder der Metallegierung ablagert, bis das gebildete Element eine optische Dichte aufweist, die praktisch gleich der vorbestimmten optischen Dichte des herzustellenden Filterelements ist,

e) auf der erhaltenen zweiten Metall- oder Metallegierungsschicht eine zweite Schicht aus dem dielektrischen Stoff ablagert, bis das von vom gebildeten Element reflektierte Licht auf einen Minimalwert vermindert ist, und

f) auf der erhaltenen zweiten dielektrischen Schicht eine dritte Schicht aus dem Metall oder der Metallegierung ablagert, bis das gebildete Element eine optische Dichte aufweist, die gleich der vorbestimmten optischen Dichte des herzustellenden Filterelements ist.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Verfahrensstufen (b), (d) und (f) eine dünne Schicht aus einer im Handel befindlichen Nickellegierung, die etwa 79,5 % Nickel, 1J % Chrom und 6,5 % Eisen enthält, ablagert.

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Verfahren nach Ansprüchen 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß man in den Verfahrensstufen (c) und (e) eine dünne Schicht aus Siliciummonoxyd ablagert.

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