DE1797221B2 - Mehrschichtfilter zur erhoehung der farbtemperatur einer hochtemperaturlampe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrschichtfilter zur Erhöhung der Farbtemperatur einer Hochtemperaturlampe, bei dem auf die Oberfläche einer transparenten Unterlage eine ungerade Anzahl von übereinanderliegenden Schichten gleicher Dicke aufgebracht sind, die von den äußeren Schichten beginnend abwechselnd aus einem Stoff mit höherer bzw. mit niedrigerer Brechungszahl bestehen.

Derartige Mehrschichtfilter sind bereits bekannt. Für die Verbesserung der Farbcharakteristik künstlicher Lichtquellen und die scheinbare Farbtemperaturerhöhung wird bei einem bekannten Mehrschichtfilter (US-PS 35 27 974) von einem transparenten Substrat und einer Vielzahl von selektiv reflektierenden Schichten ausgegangen, die im wesentlichen den Anteil des sichtbaren Lichtes, der für die Erzeugung der gewünschten Farbtemperatur nötig ist, reflektieren und die unsichtbare Lichtstrahlung, zusammen mit dem nichtreflektierten Anteil der sichtbaren Strahlung, durchlassen.

Ein weiteres bekanntes Kantenfilter für Beleuchtungsquellen hoher Leuchtdichte und Wärmestrahlung (DT-Patentanmeldung V3183IXa/4b) bedient sich einer Anordnung mindestens zweier nichtmetallischer und für den sichtbaren Spektralbereich praktisch absorptionsfreier dünner Schichten auf einem Filterträger mit einer Brechungszahl einer der Schichten, die größer ist als die Brechungszahl der an diese dünne Schicht angrenzenden Medien, wobei die Dicken der Schichten gleich sind rlem Quotienten aus einer dem Schwerpunkt des durchzulassenden Spektralbereiches entsprechenden Wellenlänge und dem Doppelten der Brechzahlen der dünnen Schichten, so daß das sichtbare Spektrum bis auf die unvermeidlichen Verluste durchgelassen und angrenzende schädliche Spektralbereiche stark reflektiert werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das bekannte Wärmefilter aus einem Filterträger mit einem bestimmten Brechungsindex, auf dem sich insgesamt sieben weitere dünne Schichten mit jeweils wechselnden anderen Brechungsindizes aufbauen. Dieses Wärmefilter findet vorteilhaft

als Scheinwerferabschlußglas Verwendung.

Bei fotografischem Farbfilmmaterial, welches für den Gebrauch bei Tageslicht bestimmt ist, wird die beste Farbwiedergabe bei Verwendung von Tageslichtbeleuchtung während dei Aufnahmen erzielt Das Wellenlängenspektrum der Tageslichtbeleuchtung kennzeichnet sich durch eine Farbtemperatur von ungefähr 5500 K.. Wenn die für Tageslichtaufnahraen bestimmten Farbfilme für Aufnahmen bei Kunstlicht verwendet werden, etwa bei der Ausleuchtung mit einer Wolframfadenlampe, so kann keine gute Farbwiedergabe erzielt werden. Aus verschiedenen Gründen kann es jedoch auch erforderlich sein, Tageslichtfilme bei Kunstlicht zu verwenden, etwa wenn man nur künstliche Lichtquellen zur Verfügung hat oder wenn das Tageslicht allein nicht ausreicht Im letztgenannten Falle müssen zusätzliche künstliche Lichtquellen aufgestellt werden, deren Farbcharakteristik mit dem Tageslicht vergleichbar ist deren Farbtemperatur also ungefähr bei oder über 5500 K liegt.

Beispielsweise ist eine für fotografische Beleuchtungszwecke übliche Wolfram-Jod-Lampe durch eine Farbtemperatur gekennzeichnet, die etwa bei 3200 K liegt Bei der Verwendung von Tageslicht-Farbfilmen für fotografische Aufnahmen ist es erforderlich, diese Farbtemperatur auf einen Betrag vcn etwa 5500 K zu bringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wärmebeständiges, farbverbesserndes Filter zu schaffen, welches die Farbtemperatur einer Hochtemperaturlampe derart erhöht, daß die Verwendung von Tageslichtfarbfilmen bei Aufnahmen mit einer derartigen Lichtquelle ermöglicht wird.
Die Lösung der Aufgabe wild erfindungsgemäß für ein Mehrschichtfilter der eingangs genannten Art dadurch e^rreicht, daß die Dicke jeder Schicht einem Viertel einer Wellenlänge von 600 bis 650 nm entspricht und daß auf die äußerste Schicht mit höherer Brechungszahl eine zusätzliche Schicht aus einem Stoff mit niedrigerer Brechungszahl aufgebracht ist, deren Dicke einem Viertel einer Lichtwellenlänge von etwa 450 nm entspricht.

Dieses Mehrschichtfilter kann überall dort vorteilhaft Verwendung finden, wo eine mit dem Tageslicht vergleichbare künstliche Beleuchtung, beispielsweise bei Filmaufnahmen, Fernsehübertragungen und dergleichen mehr, wünschenswert und erforderlich ist. Das Filter ermöglicht es, die Farbtemperatur einer Wolfram-Jod-Lampe auf einen Betrag von etwa 5500 K zu bringen, die etwa der Farbtemperatur des Tageslichts entspricht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Mehrschichtfilters sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungsformen für das Mehrschichtfilter und deren Kennlinien:

F i g. 1 und 2 vergrößerte Teilquerschnitte durch zwei Mehrschichtfilter mit sechs bzw. mit zehn Schichten, und

F i g. 3 und 4 Lichtdui chlässigkeitskennlinien der beiden Mehrschichtfilter gemäß F i g. 1 und 2.

Das Mehrschichtfilter besteht aus einer transparenten Trägerschicht, z. B. aus wärmebeständigem Glas, und einer bestimmten Anzahl von Überzügen aus einem beliebigen, die erforderlichen, vorzugsweise dichroitischen Eigenschaften aufweisenden Material.

Als beispielsweise Ausführungsformen für Mehrschichtfilter zeigen die F i g. 1 und 2 solche mit sechs und

mit zehn Überzügen. In einem vergrößerten Teilquerschnitt zeigt F i g. 1 ein Mehrschichtfilter, bei dem auf einer transparenten Unterlage 25 sechs farbverbesserte Schichten 26 aufgetragen sind, nämlich fünf Schichten 27,28, die in ihrer Dicke einem Viertel der Wellenlänge des Lichts von 600 bis 650 nm entsprechen, und eine weitere Schicht 29, deren Dicke einem Viertel der Wellenlänge von 450 nm entspricht Die fünf einer Viertel-Wellenlänge von 600 bis 650 nm entsprechenden Schichten 27, 28 bestehen aus sich abwechselnden Materialien von hoher und niedriger Brechungszahl. Die sechste Schicht 29 besitzt eine niedrige Brechungszahl. Folgende Materialien haben sich als günstig für die Herstellung der Schicht mit einer hohen Brechungszahl erwiesen: ,_s

Titan-Oxid (TiO₂)
Zircon-Oxid (ZrO₂)
Zink-Sulfid (ZnS)
Antimon-drei-Sulfid (SbS3).

Für die Hersteilung einer Schicht mit niedriger Brechungszahl können demgegenüber Mangan-Fluorid (MgF₂), Quarz (SiO₂) und Cryolit verwendet werden.

Im einzelnen bestehen die sechs Schichten gemäß F i g. 1 aus den drei Schichten 27 mit hoher Brechungszahl aus Titan-Oxid (TiO₂) und den zwei zwischen diesen angeordneten Schichten 28 mit niedriger Brechungszahl aus Magnesium-FIuorid (MgF₂). Die fünf Schichten 27 und 28 sind auf der Unterlage jeweils in einer Dicke aufgebracht, die einem Viertel der Wellenlänge von 600 bis 650 nm entspricht. Auf diesen fünf Schichten befindet sich schließlich noch eine weitere Schicht 29 aus Mangan-Fluorid (MgF₂), die direkt auf die Titan-Oxid(TiO₂)-Schicht aufgetragen ist und eine Dicke von einem Viertel der Wellenlänge von 450 nm hat. Die abschließende Schicht ist von größter Wichtigkeit bezüglich des Zusammenwirkens mit den anderen fünf Schichten Diese Schicht ermöglicht Durchlässigkeit des Blau-Grün-Anteils des Lichts unter gleichzeitiger Dämpfung des Gelb-Rot-Anteils. Das Mehrschichtfilter hat ein Reflexionsvermögen von etwa 80% im Geib-Rot-Bereich und eine Durchlässigkeit von 90% im Blau-Grün-Bereich mit einer maximalen Durchlässigkeit bei 450 nm.

Die Durchlässigkeitscharakteristik des Mehrschichtfilters nach F i g. 1 ist in F i g. 3 wiedergegeben. Während die Ordinate die Durchlässigkeit D des Filters zeigt, ist auf der Abzisse die jeweilige Wellenlänge in nm angegeben. Die gestrichelt dargestellte Kurve a zeigt die Durchlässigkeitskennlinie des Mehrschichtfilters, welches aus den fünf sich abwechselnden Schichten aus Titan-Oxid (TiO₂) und Mangan-Fluorid (MgF₂) besteht, wobei zu ersehen ist, daß die Durch'ässigkeit dieser Anordnung bei 450 nm etwa 82% beträgt. Demgegenüber zeigt die in voller Linie dargestellte Kurve d die Durchlässigkeit des Mehrschichtfilters, bei der zusätzlich auf die aus MgF₂ bestehende oberste Schicht noch eine Schicht aus Titan-Dioxid (T1O2) in einer Dicke von einem Viertel der Wellenlänge von 450 nm aufgebracht worden ist Die Hinzufügung dieser abschließenden Schicht eines Materials mit niedriger Brechungszahl bewirkt, wie aus Fig.3 hervorgeht, eine Vergrößerung der Lichtdurchlässigkeit des Filters von etwa 82% auf ungefähr S2%, d. h. also einen Zuwachs von etwa 10%. Diese Vergrößerung der Lichtdurchlässigkeit erhöht die Ausgangsleistung des Tageslicht-Spektrums einer Hochtemperaturlampe. Darüber hinaus wird das Verhältnis des Rot- und des Blau-Anteils der Lichtquelle dem des Tageslichts angenähert.

F i g. 2 zeigt ein Mehrschichtfilter mit zehn Überzügen, welche auf eine Unterlage 30 aufgebracht sind. Das Filter besteht aus neun Schichten 31, 32, und zwar auf fünf Schichten 31 mit hoher Brechungszahl, die beispielsweise aus Aluminium-Oxid (AI2O3) bestehen, und vier jeweils dazwischen gelagerten Schichten 32 aus einem Material mit niedriger Brechungszahl, etwa Magnesium-FIuorid (\igF2). Die neun Schichten haben jeweils eine Dicke von einem Viertel des Wellenlängenbereichs von 600 bis 650 nm. Auf der letzten, oberen Schicht 31, die aus AI2O3 besteht, befindet sich eine abschließende zehnte Schicht 33 aus MgF₂ in einer Dicke von einem Viertel von 450 nm.

Die Durchlässigkeitscharakteristik des Mehrschichtfilters nach Fig.2 ist in der Spektralkurve in Fig.4 wiedergegeben. Die gestrichelt dargestellte Kurve a zeigt die Durchlässigkeit eines Filters, das nur aus den ersten neun Schichten aus AI2O3 und MgF₂ besteht, wobei die Lichtdurchlässigkeit annähernd 85% bei einer Wellenlänge von 450 nm ist. Demgegenüber ist die Lichtdurchlässigkeit des Mehrschichtfilters bei der zusätzlichen Verwendung einer abschließenden Schicht 33, die aus MgF₂ besteht, auf einen Wert von ca. 95% vergrößert, wie es aus der Darstellung der Kurve d hervorgeht, was einer Erhöhung von etwa 10% entspricht.

Die Zahl der Schichten des Mehrschichtfilters hängt von der Brechungszahl des Materials ab, welches die Farbveränderung hervorruft.

Die Schichten aus Titan-Oxid haben die Brechungszahl 2,3, die aus Magnesium-FIuorid hingegen die Brechungszahl 1,38. Damit ergibt sich eine Differenz von 0,92. Demgegenüber ist die Differenz zwischen der Brechungszahl 1,77 von Aluminium-Oxid und Magnesium-FIuorid mit 138 ca. gleich 0,4. Um also bei der Verwendung von alternierenden Schichten aus Aluminium-Oxid und Magnesium-FIuorid eine optische Wirkung zu erzielen, welche mit den sechs Schichten gemäß F i g. 1 vergleichbar ist, ist es notwendig, die Zahl der Schichten gemäß F i g. 2 zu vergrößern. Beide oben beschriebenen Mehrschichtfilter besitzen eine Dämpfung von etwa 80% für Licht mit einer Wellenlänge zwischen 600 bis 650 nm. Demgegenüber beträgt die Durchlässigkeit in dem betrachteten Bereich, wie F i g. 3 und 4 zeigen, etwa 20%.

Hierzu 2 Biatt zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mehrschichtfilter zur Erhöhung der Farbtemperatur einer Hochtemperaturlampe, bei dem auf die Oberfläche einer transparenten Unterlage eine ungerade Anzahl von übereinanderliegenden Schichten gleicher Dicke aufgebracht sind, die von den äußeren Schichten beginnend abwechselnd aus einem Stoff mit höherer bzw. mit niedrigerer Brechungszahl bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder Schicht einem Viertel einer Lichtwellenlänge von 600 bis 650 nm entspricht undybll daß auf die äußerste Schicht höherer Brechungszahl eine zusätzliche Schicht aus einem Stoff mit niedrigerer Brechungszahl aufgebracht ist, deren Dicke einem Viertel einer Uchtwellenlänge von etwa 450 nm entspricht

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten abwechselnd aus Aluminiumoxid und aus Magnesiumfluorid bestehen.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten abwechselnd aus Titanoxid und aus Quarz bestehen.