DE2528814A1

DE2528814A1 - Bandfilter und anwendung derartiger filter zur herstellung von schutzbrillen

Info

Publication number: DE2528814A1
Application number: DE19752528814
Authority: DE
Inventors: Guy Farges
Original assignee: Etat Francais
Current assignee: Etat Francais
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1976-01-15
Also published as: FR2276601B1; FR2276601A1; GB1497467A; DE2528814C2; US4045125A

Description

represente par Ie Delegue Ministeriel

pour l'Armement

14, rue Saint-Dominique

75997 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen; E 835

Bandfilter und Anwendung derartiger Filter zur Herstellung von Schutzbrillen

Die Erfindung betrifft Bandfilter, die zum Absondern eines Teils des elektromagnetischen Spektrums unabhängig von seiner Stellung in dem Spektrum dienen, und insbesondere Filter, deren Band zwischen 400 und 700 nm liegt und die insbesondere zum Schutz der Augen gegen die ultravioletten und Infrarotstrahlen des elektromagnetischen Spektrums dienen.

Bekanntlich beruht die Sehwahrnehmung nur auf den Strahlen des sichtbaren Spektrums, d.h. auf den elektromagnetischen Strahlen,deren Wellenlängen zwischen etwa 400 und 700 nm liegen. Diese Strahlen sind für das Auge ungefährlich, wenn ihre

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Stärke nicht zu hoch. ist. Dagegen können ultraviolette Strahlen und Infrarotstrahlen schon in relativ geringen Dosen schwere Verletzungen verursachen. Ein ideales Schutzfilter für das Auge muß somit in dem Bereich der höchsten Empfindlichkeit des Auges einen maximalen Durchlässigkeitsfaktor besitzen, muß bei einem starken Lichtfluß zur Vermeidung von Verbrennungen oder Blendungen das sichtbare Licht abschwächen und muß die ultravioletten Strahlen und die Infrarotstrahlen durch Absorption oder Reflexion vollständig ausschalten.

Zum Schutz der Augen gegen die schädlichen Strahlen des elektromagnetischen Spektrums werden meistens mineralische oder organische, halbtransparente Gläser, Sonnenbrillen genannt, benutzt. Die partielle Durchlässigkeit in dem Bereich des sichtbaren Lichts erhält man meistens durch Einführung eines Farbstoffs in die Masse des Glases oder des Kunststoffes. Manche Zusammensetzungen gewährleisten hierbei einen guten Schutz der Augen, erfordern jedoch die Verwendung von kostspieligen Spezialwerkstoffen. Die billigen, im Handel befindlichen Brillengläser, die im allgemeinen derartige Werkstoffe nicht enthalten, bieten einen schlechten Schutz, da sie die sichtbaren Strahlen abschwächen, indem sie einen zu großen Anteil an ultravioletten Strahlen und Infrarotstrahlen durchlassen. Da das Auge die Abschwächung des sichtbaren Lichts durch eine größere öffnung der Iris ausgleicht, kann es hierbei mehr schädliche Energie als ohne Schutzbrille aufnehmen.

Neben der Vielzahl von verschiedenen mineralischen

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und organischen Gläsern, die in der Masse gefärbt sind, wurden für den Schutz der Augen auch noch andere Lösungen vorgeschlagen, insbesondere die Verwendung von Filtern, die aus einem Träger aus Glas oder Kunststoff bestehen, der mit einer oder mehreren dünnen Metallschichten insbesondere aus Gold oder Kupfer bedeckt ist. Derartige Filter werden in den US-Patentschriften Nr. 3.118.781, 1.222.049, 2.087.802 und 2.854.34-9 beschrieben. Diese Filter sind zwar in vielen Anwendungsbereichen, beispielsweise für den Schutz der Augen von Schweißern, sehr geeignet, eignen sich aber nicht für eine allgemeine Verwendung und können nicht für Sonnenbrillen benutzt werden, und zwar insbesondere deshalb, weil die Innenfläche derartiger Filter sehr reflektierend ist und das Auge den größten Teil des von hinten kommenden und auf dem Filter reflektierten Lichts ohne Filtrierung aufnimmt .

Eine andere Lösung besteht in der Verwendung von Verbundfiltern, die aus einem Träger bestehen, der mit einer Metallschicht bedeckt ist, die durch zwei transparente Schichten isoliert ist. Abgesehen von den Schwierigkeiten, die bei der praktischen Ausführung derartiger Filter auftreten, insbesondere die Steuerung der Stärken der Schichten, ist das hierbei erhaltene Spektrum von dem eines idealen Filters noch entfernt.

Dieser Filtertyp wurde insbesondere zum Zweck der Herstellung von Sonnenbrillen durch die französische Patentschrift Nr.2.003.177 dadurch verbessert, daß die Innenfläche des Filters mit einer Metallschicht bedeckt wurde, die eine geringere Stärke als die filternde Metallschicht hat. Diese Metallschicht

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dient zur Reflexminderung und eleminiert zum Teil die Reflexionen des Lichtes an der hinteren Fläche des Filters. Dieses Filter besitzt jedoch ebenfalls den Nachteil der Filter mit Metallschichten, der darin besteht, daß der sichtbare Bereich beträchtlich geschwächt wird, ohne daß ein wirksamer Schutz im UV-und Infrarotbereich gewährleistet wird. Außerdem kann dieses Filter keinen ausreichenden Schutz im Fall einer starken Strahlung im UV- und Infrarotbereich bieten.

In Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung wird ein Vergleich zwischen den Durchlässigkeitskurven in Abhängigkeit von der Wellenlänge eines idealen Filters (Kurve 1), von üblichen Sonnenbrillen (Kurve 2) und eines Verbundfilters gemäß der französischen Patentschrift Nr.2.003.177 (Kurve 3) angestellt. · Man erkennt sofort, daß keines der getesteten Filter einen wirksamen Schutz in Infrarotbereich bietet und daß bei dem Verbundfilter gemäß der französischen Patentschrift der Prozentsatz an übertragenem Licht im sichtbaren Bereich ziemlich gering ist.

Ziel der Erfindung ist es deshalb, ein Bandfilter für den sichtbaren Bereich zu schaffen, dessen Merkmale den Merkmalen des idealen Filters gemäß Kurve 1 von Fig. 1 möglichst nahe kommen. Die Erfindung betrifft jedoch auch allgemeiner ein Bandfilter, das die Absonderung eines beliebigen Teils des elektromagnetischen Spektrums gestattet.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ein Bandfilter vor, das nur ein bestimmtes Wellenlängenband

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des elektromagnetischen Spektrums durchlassen soll und einen Träger besitzt, der in dem betreffenden Band mindestens teilweise transparent ist und auf mindestens einer seiner Flächen mit einem Filterelement bedeckt ist, das aus drei Metallschichten besteht, die durch zwei Schichten aus einem transparenten Werkstoff voneinander getrennt sind. Insbesondere wird erfindungsgemäß ein Bandfilter für ein Band im sichtbaren Bereich vorgeschlagen, dessen Band etwa zwischen 350 und 750 nm liegt und das einen Träger besitzt, der in dem betreffenden Band mindestens teilweise transparent ist und mindestens auf einer seiner Flächen mit einem Filterelement bedeckt ist, das aus drei Metallschichten besteht, die durch zwei transparente Schichten voneinander getrennt sind, deren Brechungsindex größer als 1,5 ist. Die optische Stärke (d.h. das Produkt aus der tatsächlichen Stärke und dem Brechungsindex) der transparenten Schichten ist vorzugsweise gleich etwa einem Viertel der mittleren Wellenlänge des betreffenden Bandes.

Die für die Bildung der erfindungsgemäßen Bandfilter benutzten Metallschichten können aus irgendeinem der gewöhnlich in der Interferenzoptik benutzten Metalle bestehen, d.h. insbesondere aus Aluminium, Silber,Rhodium, Platin. Zweckmäßigerweise wird jedoch Kupfer oder Gold benutzt.

Ebenso können für die transparenten Schichten der erfindungsgemäßen Bandfilter die transparenten Werkstoffe benutzt werden, die gewöhnlich in der Interferenzoptik und zur Herstellung von Sonnenbrillen benutzt werden, d.h. insbesondere die dielektrischen Werkstoffe wie Wismuthoxyd, Bleioxyd, Zinnoxyd, Indiumoxyd, Titandioxyd, Zirkoniumoxyd,

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Niobiumoxyd, Tantalpentoxyd, Aluminiumoxyde, Siliziumoxyde und Zinksulfid. Ganz allgemein kann jeder transparente Werkstoff, dessen Brechungsindex größer als 1,5 ist, zur Herstellung der transparenten Schichten der erfindungsgemäßen Bandfilter im sichtbaren Bereich benutzt werden. Zweckmäßigerweise werden jedoch die Werkstoffe mit sehr hohem Brechungsindex, wie Titandioxyd und Zinksulfid benutzt. Durch die Verwendung derartiger Werkstoffe wird nämlich die Transparenz des Filters im sichtbaren Bereich beträchtlich erhöht und wird eine größere Dichte im UV-Bereich und im Infrarotbereich erzielt. Mit anderen Worten, bei einem gegebenen Metall, beispielsweise Gold oder Kupfer, wird der Kontrastfaktor des im sichtbaren Bereich filternden optischen Elements umso größer, je größer der Brechungsindex des transparenten Werkstoffs selbst ist.

Der Höchstwert des Übertragungsfaktors und die Form des sichtbaren Spektrums hängen stark von der Stärke der Metallschichten ab. Diese müssen deshalb mit hoher Präzision bemessen werden. Die Stärke und der Brechungsindex der transparenten Schichten bestimmen die Bandbreite des Filters und dessen Stellung im elektromagnetischen Spektrum.

Wenn die transparente Schicht einen geringeren Brechungsindex als Zinksulfid besitzt, ist es notwendig, eine größere Stärke zu benutzen, damit man in Nähe der obengenannten Bedingung bleibt: Optische Stärke etwa A,_mA (λ = mittlere Wellenlänge des betreffenden Bandes).

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Der transparente oder teilweise transparente Träger, der in den erfindungsgemäßen Bandfiltern verwendbar ist, kann aus einem beliebigen Werkstoff bestehen, der die erforderlichen Transparenzmerkmale sowie eine gute mechanische Festigkeit besitzt. Für das Bandfilter für ein Band im sichtbaren Bereich kann dieser Träger beispielsweise aus Glas oder einem beliebigen Kunststoff bestehen, kann vollständig transparent oder teilweise in der Masse gefärbt sein oder kann einer beliebigen Vorbehandlung unterzogen worden sein.

Durch genaue Wahl der optischen Konstanten der transparenten Schichten und der Metallschichten ist es möglich, die unerwünschten optischen Wirkungen an den verschiedenen Grenzflächen zwischen Metall und Dielektrikum zu verringern und eine maximale Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich zu erreichen. Die Spektralcharakteristik des optischen Filterelements besitzt im allgemeinen eine mehr oder weniger starke Vertiefung im Mittelpunkt des Spektrums oder eine leichte Asymmetrie. Wenn jedoch die Stärken und die Brechungsindizes der Metallschichten und der dielektrischen Schichten entsprechend gewählt werden, kann die Spektralcharakteristik des optischen Filterelements auf etwa 100 nm im wesentlichen konstant sein. Dieses Ergebnis erreicht man ohne Schwierigkeiten beispielsweise im sichtbaren Bereich mit einem Gold-Zinksulfid-Paar, wenn die Stärken der drei Metallschichten gleich groß sind und zwischen 40 und 60 nm liegen, wobei die Stärke der transparenten Schichten zwischen 50 und 70 nm beträgt. Die Stärke der

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transparenten Schichten ist nämlich nicht entscheidend. Ihre Schwankung muß jedoch in vernünftigen Grenzen von etwa Λ0% bleiben. Eine derartige Ungenauigkeit verschiebt die Zentrierwellenlänge des Spektrums merklich und verringert die Transparenz im sichtbaren Bereich, beeinträchtigt aber nicht wesentlich die Spektralcharakteristik des Filterelements.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bandfilters für ein Band im sichtbaren Bereich wird das Filterelement einer reflexmindernden Behandlung unterzogen, durch die die Reflexion des auf die Rückseite des Filters fallenden Lichtes reduziert werden soll. Zu diesem Zweck werden auf dem Filterelement eine metallische oder halbmetallische Schicht und eine transparente Schicht aufgebracht, so daß das auf die Rückseite des Filters fallende Licht auf die transparente Schicht vor der metallischen oder halbmetallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung auffällt.

Die Werkstoffe, die für die reflexmindernde metallische Schicht benutzt werden können, werden vorzugsweise aus folgenden Metallen gewählt: Eisen, Titan, Wolfram, Nickel, Tantal, Molybdän, Niobium, Zink, Kadmium, Vanadium, Chrom, Zinn, Indium, Lanthan, Blei, Aluminium, Zirkonium, Iridium, Yttrium, Hafnium, Rhenium, Kobalt, Thallium, Platin. Es können,auch halbmetallische Elemente wie Germanium, Silizium, Antimon, Tellur und Arsen benutzt werden. Diese halbmetallischen Werkstoffe, insbesondere Germanium, können auch für die Herstellung der

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transparenten Schicht des Filterlements benutzt werden, wenn ein Bandfilter für den Infrarotbereich hergestellt werden soll. Für die reflexmindernde Einrichtung ist es besonders zweckmäßig, neutrale optische Werkstoffe zu benutzen, beispielsweise gewisse Legierungen wie Inconel oder andere Nickel-und Chrom-Legierungen.

Die transparente Schicht der reflexmindernden Einrichtung besteht aus einer Schicht aus einem der Werkstoffe, die oben für die Herstellung des Filterelements erwähnt wurden. Ebenso wie bei dem Filterelement ist die reflexmindernde Einrichtung umso wirksamer, je höher der Brechungsindex der transparenten Schicht ist.

V/enn eine Ausführungsform gewählt wird, bei der sich das optische Filterelement zwischen dem Träger und dem Auge befindet, wird die metallische oder halbmetallische Schicht der reflexmindernden Einrichtung auf die letzte Metallschicht des Filterelements aufgebracht und anschließend wird die transparente Schicht gebildet. Wählt man die umgekehrte Ausführungsform, so grenzt die transparente Schicht an den Träger an und anschließend wird die Metallschicht und dann das optische Filterelement aufgebracht. Die Transparenz des optischen Elements kann noch dadurch erhöht werden, daß zu beiden Seiten dieses Elements eine reflexmindernde Einrichtung vorgesehen wird.

Die Hauptaufgabe der metallischen Schicht besteht darin, das über die Rückseite des Filters zutretende Licht zu absorbieren, bevor es auf die

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erste metallische Schicht des optischen Filterelements fällt. Sie muß jedoch eine ausreichende Teildurchlassigkeit besitzen, um das Licht durchzulassen, das in der normalen Richtung nach Durchquerung des Filterelements zum Auge gelangt. Das in der anderen Richtung über die Rückseite zutretende Licht (im Fall von Sonnenbrillen) wird ein erstes Mal durch die Durchquerung der metallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung abgeschwächt. Ein Teil des Restlichtes durchquert das Filterelement und der andere Teil wird an diesem reflektiert und wird nach neuerlicher Durchquerung der metallischen Schicht, die es noch einmal abschwächt, zum Auge zurücksuworfon. Das in der direkten Richtung zutretende Licht durchquert die metallische Schicht nur.· einmal, während das auf der Rückseite einfallende Licht diese Schicht zweimal durchquert und infolgedessen so stark abgeschwächt wird, daß es für das Auge selbst dann ungefährlich wird, wenn die metallische Schicht eine beträchtliche Transparenz besitzt.

Die transparente Schicht der reflexmindernden Einrichtung, die einen hohen Brechungsindex hat, hat die Hauptaufgabe, die durch die vorhergehende metallische Schicht eingeführte Reflexion zu beseitigen. Die metallische Schicht der reflexmindernden Einrichtung wirkt somit nach Aufbringen der transparenten Schicht hauptsächlich wie eine absorbierende Schicht. Es ist zweckmäßig, daß diese eine ziemlich geringe Stärke hat und ein neutrales Absorptionsspektrum besitzt, damit durch

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sie die Spektralcharakteristik des Filterelements nicht zu sehr geändert wird. Eine wirksame reflexmindernde Einrichtung erhält man mit einer metallischen Schicht mit einer Stärke, die vorzugsweise zwischen 5 und 20 nm liegt. Die Stärke der entsprechenden transparenten Schicht muß vorzugsweise zwischen 35 und 45 nm liegen. Wenn die Stärken und die optischen Konstanten der metallischen Schicht und der transparenten Schicht abgestimmt sind, kann die Sestreflexion sehr gering sein und kann eine erhöhte Transparenz des optischen Filterelements erreicht werden, und zwar insbesondere im Bereich der kurzen Wellenlängen.

Das Filterelement kann im allgemeinen unabhängig von der Beschaffenheit des Trägers direkt auf diesen aufgebracht werden. Bei Verwendung gewisser Metallschichten und insbesondere bei Gold kann es jedoch zum Erreichen einer guten Haftung erforderlich sein, zwischen den Träger und die erste metallische Schicht des Filterelements eine Verankerungsschicht dazwischenzu legen. Je nach der Beschaffenheit des Trägers wird für diese Verankerungsschicht eines der Elemente oder Legierungen benutzt, die zur Bildung der metallischen oder halbmetallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung verwendbar sind. Genauere Angaben hierzu finden sich in dem Werk von L.Holland: "Vacuum deposition of thinfilms". Wenn der metallische Bestandteil des optischen Filterelements Gold ist, empfiehlt es sich, zur Bildung der Verankerungsschicht auf Trägern aus Glas oder Kunststoff einen oxydierbaren Werkstoff wie Chrom oder Nickel- und Chrom-Legierungen.zu benutzen. Schichten, die die Hafttests gemäß den geltenden Normen erfüllen,

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erhält man mit diesen Werkstoffen bei Stärken von vorzugsweise 10 bis 15 nm. Wenn diese Stärke angehalten wird, wird die Süektralcharakteristik des optischen Filterelements nicht wesentlich beeinträchtigt .

Die Haftung der transparenten dielektrischen Schichten auf den metallischen Schichten reicht im allgemeinen aus, um die Hafttests zu bestehen. Dagegen stellt man bei manchen Metall-Dielektrikum-Paaren einen Haftungsfehler des Metalls auf dem Dielektrikum fest. Dies ist beispielsweise bei dem Gold-Zinksulfid-Paar der Fall, wenn diese Werkstoffe unter bestimmten Umständen auf Kunststoffträger aufgebracht werden. Dies wird dadurch vermieden, daß zwischen jede transparente und metallische Schicht des Filterelements eine Haftschicht von derselben Beschaffenheit wie die Verankerungsschicht eingelegt wird. Wenn die Stärke der zwischengelegten Haftschichten etwa 5 bis 7 nm beträgt, besteht das optische Filterelement die Hafttests, wird seine Transparenz im Bereich des sichtbaren Lichts nicht merklich verringert und wird die Breite des durchgelassenen Bereichs verbessert.

Die erfindungsgemäßen Bandfilter, die aus mehreren dünnen metallischen oder halbmetallischen und transparenten Schichten bestehen, sind unter normalen Betriebsbedingungen und -atmosphären stabil. Ihre Abriebfestigkeit, die von den benutzten Werkstoffen abhängt, ist jedoch häufig gering. Selbst wenn sie mehreren Reinigungen unterzogen werden können, ohne beschädigt zu werden, empfiehlt es sich, sie durch eine starke Schicht aus einem Werkstoff

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zu schützen, der abriebfest ist und manchen korrodierenden Einwirkungen widersteht. Die Schutzschicht kann aus einem Polymer wie Polyäthylen, Polypropylen,Glykol-Äthylen-Polyterephtalat oder aus jedem anderen ausreichend abriebfesten Kunststoff bestehen. Sie kann auch aus Silizium, Magnesiumfluorid, Chromoxyd und Glas bestehen. Ganz allgemein kann jeder beliebige transparente V/erkstoff benutzt werden, der eine gute Abriebfestigkeit und eine Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung chemischer Stoffe besitzt.

Je nach der gewählten Ausfuhrungsform ist die Schutzschicht entweder die erste oder die letzte Schicht, auf die das Licht bei der Durchquerung des Verbundfilters auftrifft.

Die metallischen Schichten und die transparenten Schichten können je nach ihrer Beschaffenheit und nach der Beschaffenheit des Trägers in verschiedenen Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Elektrolyse, chemische Verfahren unter Dampfphase, Kathodenzerstäubung, thermische Bedämpfung unter Vakuum oder durch ein beliebiges anderes Verfahren, das zum Aufbringen von dünnen Schichten benutzt wird. Von all diesen Verfahren ist die Bedampfung unter Vakuum für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bandfilters besonders zweckmäßig. Dieses Verfahren gestattet die Aufbringung sehr vieler verschiedener metallischer, dielektrischer oder halbmetallischer Schichten auf einen beliebigen Trägertyp. Es liefert die optisch perfektesten und gleichmäßigsten Schichten. Es bietet die Möglichkeit, die Stärke der einzelnen Schichten während

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der Aufbringung mit hoher Genauigkeit zu kontrollieren und eine große Anzahl von Trägern gleichzeitig zu behandeln. Die Fachliteratur hat dieser Technik zahlreiche Artikel gewidmet. Das Werk von L.Holland: "Vacuum deposition of thinfilms" enthält zahlreiche Angaben sowohl über die Herstellungstechnik als auch über die Eigenschaften der Schichten in Abhängigkeit von den Parametern der Ablagerungen der meisten für die Erfindung verwendbaren Werkstoffe und insbesondere der empfohlenen Werkstoffe Gold oder Kupfer und Zinksulfid. Die Gold- oder Kupferschich~ ten können durch Verdampfung des Metalls unter Vakuum in einer Wolframkapsel hergestellt werden, die durch Stromwärme auf eine Temperatur von 1200 bis 1400 ⁰C erhitzt wird. Dieses Verfahren gestattet auch die Herstellung von Zinksulfidschichten durch Erhitzung des Werkstoffs in einer Molybdän-oder Tantalkapsel auf eine Temperatur von 1100 bis 1300 ⁰O. Zur Herstellung von harten und in Wasser und basischen Losungen praktisch unlösbaren Schichten empfiehlt es sich, einen sehr reinen Werkstoff zu benutzen und den Träger auf 300⁰C zu erhitzen. Wenn diese Temperatur mit der Beschaffenheit des Trägers, beispielsweise Kunststoffen, nicht verträglich ist, kann die Festigkeit der Zinksulfidschichten durch ein längeres Nacherhitzen auf eine Temperatur von etwa 8O⁰C verbessert werden.

Das Aufbringen der Schutzschicht braucht keine Verformung des Trägers mit sich zu bringen. Sie kann in sehr verschiedenen Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Aufbringen in Dampfphase, im Tauchbad, durch Aufwalzen, durch thermische Verdampfung unter Vakuum,Kathodenzerstäubung usw.. Tn dem US-Patent 3.322.565 wird ein Ver-

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fahren zum Aufbringen von Polymeren beschrieben, bei dem eine Erhitzung durch Elektronenbeschuß vorgenommen wird. Dieses Verfahren empfiehlt sich auch für die Aufbringung von Silizium oder Glas, das unter der Bezeichnung 8329 von der Firma Schott vertrieben wird.

Erforderlichenfalls wird zwischen das Filter und die Schutzschicht eine Haftschicht, wie sie oben beschrieben wurde, eingelegt, die eine Stärke von etwa 4 bis 7 nm hat.

Im folgenden werden Ausführungsbeist>iele der Erfindung beschrieben, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung, die die Kurven der Durchlässigkeit eines idealen Filters (Kurve 1), gewöhnlicher Sonnenbrillen (Kurve 2) und eines Verbundfilters gemäß der französischen Patentschrift 2.003.177 (Kurve 3) in Abhängigkeit von der V/ellenlänge zeigen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter mit Verankerungs- und Haftschichten,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Filter gemäß Fig.3 mit einer Schutzschicht,

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Fig. 5 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter, bei dem das normale einfallende Licht zunächst auf das Filterelement auftrifft, und

Fig. 6 die Darstellung von zwei Durchlässigkeitskurven.

In allen Figuren sind Schichten mit derselben

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Funktion mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. So sind die metallischen Schichten des Filterelemente bei jeder Ausführungsform mit 22, 24· und 26 bezeichnet.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter für ein Band im Bereich des sichtbaren Lichts. Dieses Bandfilter besteht aus einem Träger 10, auf den ein Filterelement aufgebracht ist, das aus drei metallischen Schichten 22, 24 und 26 besteht, die durch die transparenten Schichten 23 und 25 voneinander getrennt sind. Das Filterelement ist mit einer reflexmindernden Einrichtung bedeckt, die aus einer metallischen Schicht 32, die auf die letzte metallische Schicht 26 des Filterelements aufgebracht ist, und einer transparenten Schicht 33 besteht. Bei diesem Bandfilter trifft das einfallende Licht als erstes auf den Träger auf.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter, bei dem Verankerungs- und Haftschichten benutzt werden müssen. Der Träger 10 ist zur Verbesserung der Haftung dez* ersten metallischen Schicht 22 des Filterelements mit einer Verankerungsschicht 21 versehen. Die transpa-

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rente Schicht 23 ist direkt auf der darunterliegendenSchicht 22 ohne Zwischenlegung einer Haftschicht angeordnet, da bei der Beschichtung einer metallischen Schicht mit einer transparenten Schicht im allgemeinen eine gute Haftung festgestellt wird. Dagegen ist es erforderlich, für die gute Verbindung zwischen der transparenten Schicht 23 und der metallischen Schicht 24 bzw. zwischen der transparenten Schicht 25 und der metallischen Schicht 26 Haftschichten 27 und 29 vorzusehen. Die reflexmindernde Einrichtung ist hierbei auf dieselbe Weise wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgebildet.

Fig. 4- zeigt in einem Schnitt ein Filter von der in Fig. 3 gezeigten Art, das jedoch eine Schutz schicht 4-3 besitzt, die die reflexmindernde Einrichtung und das Filterelement vor Beschädigungen schützen soll.

Bei diesen beiden zuletztgenannten Ausführungsformen trifft das normale einfallende Licht als erstes den Träger.

Fig. 5 zeigt in einem Schnitt ein erfindungsgemäßes Bandfilter, bei dem das normale einfallende Licht im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen als erstes das Filterelement trifft.

Dieses Bandfilter besitzt folgende Schichten: Einen Träger 10, auf den die reflexmindernde Einrichtung aufgebracht wird, indem dieser Träger mit der transparenten Schicht 33 beschichtet wird, die ihrerseits mit der metallischen Schicht 32 bedeckt

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ist. Einer der Vorteile dieser Art der Schichtung besteht darin, daß es nicht erforderlich ist, für die erste metallische Schicht 22 des Filterelements eine Verankerungssehicht vorzusehen. Wie im Vorhergehenden bereits gesagt wurde, sind die für die Bildung der metallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung verwendbaren Elemente nämlich auch für die Bildung der Verankerungsschicht verwendbar. Aus diesem Grund wird die metallische Schicht 22 des Filterelements direkt auf die metallische Schicht 32 der reflexmindernden Einrichtung aufgebracht. Mit diesem Vorteil ist jedoch im allgemeinen der Nachteil verbunden, daß es, wie im vorliegenden Fall, erforderlich ist, für das Filterelement eine Schutzschicht 43 vorzusehen, und daß zur Verbesserung der Haftung dieser Schutzschicht an der letzten Schicht 26 des Filterelements eine Verankerungsschicht 41 vorgesehen werden muß. Das eigentliche Filterelement ist auf dieselbe Weise wie in Fig.4 beschichtet. Wie bereits gesagt wurde, trifft das normale einfallende Licht bei dieser Schichtung zunächst die Schutzschicht 43 und das Filterelement.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung ausführlicher beschrieben.

Beispiel 1

Das in Fig. 4 gezeigte Bandfilter wird durch Verdampfung unter Vakuum in einem Verdampfer vom Typ BAK 550 der Firma Balzers, Fürstentum Lichtenstein, hergestellt. Die zu behandelnden Träger, die aus quadratischen Glasplättchen mit einer Seitenlänge von 50 mm und einer Stärke von 1mm oder aus gewölbten Scheiben aus CR 39 mit einem Durchmesser von

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65mm bestehen, werden auf einer sich um die Achse der Maschine drehenden Kuppel angeordnet, deren Scheitel 600mm von ihrer Basis entfernt ist. Die Verdampfungsquellen sind auf einem Kreisbogen mit einem Durchmesser von 200mm in einer Höhe von 150mm über der Basis des Verdampfers angeordnet und bestehen aus zwei Wolframkapseln und einer Molybdänkapsel. Eine der Wolframkapseln enthält Gold oder Kupfer, welches das das optische Filterelement bildende Metall ist, und die andere enthält Chrom oder eine Nickel-Chrom-Legierung, die zur Bildung der zwischengelegten Haftschichten und der metallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung benutzt wird. In der Molybdänkapsel befindet sich Zinksulfid, das die transparenten Schichten des Filterelements und der reflexmindernden Einrichtung bildet. Im Mittelpunkt des Verdampfers in der Ebene des Scheitels der Kuppel ist eine Vorrichtung zur Messung der Stärke der aufgebrachten Schichten angeordnet, die eine Quarzwaage oder ein optisches System sein kann, das ständig den Durchlässigkeitsfaktor oder den Reflexionsfaktor der Schichten mißt (Vorrichtungen, die von der Firma Balzers, Fürstentum Lichtenstein, hergestellt werden). Nach Herstellung eines Vakuums in dem Verdampfer bis zu

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einem Druck von 1 χ 10 Torr bis 5 x 10 Torr wird 10 Minuten lang eine Glimmentladung vorgenommen, die zur vollständigen Reinigung der Träger durch Ionenbeschuß dient. Dann wird das Vakuum bis zu einem Druck von 1 χ 10 Torr erhöht. Dann werden die einzelnen Schichten ohne Unterbrechung des Vakuums aufgebracht, indem die Kapseln abwechselnd und nacheinander auf die Verdampfungstemperaturen der Produkte, die sie enthalten, gebracht werden.

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Wenn die gewünschte Stärke erreicht ist, unterbricht ein Schirm für jede Schicht die Verdampfung.

Die Durchlässigkeitskurve 1 von Fig.6 erhält man bei einem Bandfilter von der in Fig. 3 gezeigten Ausführung, indem nacheinander auf den Träger folgende Schichten aufgebracht werden: Eine Verankerungsschicht aus Chrom mit einer Stärke von 120 nm, eine Schicht aus Gold mit einer Stärke von 45 nm, eine Schicht aus Zinksulfid mit einer Stärke von 60 nm, eine Schicht aus Chrom mit einer Stärke von 4 nm, eine Schicht aus Gold mit einer Stärke von 45 nm, eine Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 60 nm, eine Chromschicht mit einer Stärke von 6 nm und eine Goldschicht mit einer Stärke von 4-5 nm. Dieser Stapel bildet das optische Filterelement, das die ultravioletten Strahlen und die Infrarotstrahlen filtert und auf das die reflexmindei'nde Einrichtung aufgebracht wird, die aus einer Chromschicht mit einer Stärke von 10 nm und einer Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 40 nm besteht, man erhält somit das vollständige Filter. Anschließend wird in der Verdampfungskammer wieder der atmosphärische Druck hergestellt.

Beispiel 2

Auf dieselbe Weise erhält man die Durchlässigkeitskurve 2 von Fig.6, indem nacheinander auf einen Träger folgende Schichten aufgebracht werden: Einer Chromschicht mit einer Stärke von 120 nm, eine Goldschicht mit einer Stärke von 55 nm, eine Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 60 nm, eine Chromschicht mit einer Stärke von 6 nm, eine GoId-

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schicht rait einer Stärke von 55 nm, eine Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 60 nm, eine Chromschicht mit einer Stärke von 6 nm, eine Goldschicht mit einer Stärke von ^ nm, eine Chromschicht mit einer Stärke von 10 nm und eine Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 40 nm.

Wenn die von der Vorderseite des Bandfilters kommenden Reflexionen verringert werden sollen, wird vor der Aufbringung des Filterelements eine reflexmindernde Einrichtung von der oben beschriebenen Art hergestellt.

Die erfindungsgemäß hergestellten Bandfilter können einen Bestandteil von Sonnenbrillen gewöhnlicher Ausbildung oder von beliebigen optischen Systemen bilden, die zur Ausschaltung der schädlichen Strahlen des elektromagnetischen Spektrums dienen. Sie können diese optischen Systeme vollständig bilden oder nur einen Teil von diesen. Die zweckmäßigsten Ausführungsformen sind die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen. Die Bandfilter sind hierbei so ausgerichtet, daß die reflexmindernde Schicht zwischen dem transparenten Träger und den Augen des Benutzers angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft somit auch die Anwendung der oben beschriebenen Bandfilter zur Herstellung von Brillen zum Schutz des menschlichen Auges gegen Infrarotstrahlen und ultraviolette Strahlen. Bereits durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß derartige Brillen - abgesehen von einem bemerkenswerten Schutz im Bereich des sichtbaren Lichts - unter wesentlich größeren Toleranzen als alle bisher bekannten Brillen derselben Art hergestellt werden

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können, was einen beträchtlichen Vorteil für die Industrie und den Handel darstellt.

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Claims

Patentanst>r ü ehe

1. Bandfilter, das nur ein Band des elektromagnetischen Spektrums mit einer bestimmten Wellenlänge durchläßt, gekennzeichnet durch einen in dem betreffenden Band mindestens teilweise transparenten Träger, der mindestens auf einer seiner Flächen mit einem Filterelement bedeckt ist, das aus drei durch zwei Schichten aus einem transparenten Werkstoff voneinander getrennten metallischen Schichten besteht.

2. Bandfilter nach Anspruch 1, dessen Band etwa zwischen 350 und 750 nm liegt, dadurch gekennzeichnet , daß die Schichten aus transparentem V/erkstoff einen Brechungsindex von über 1,5 haben.

3. Bandfilter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Stärke der Schichten aus transparentem V/erkstoff gleich etwa einem Viertel der mittleren Wellenlänge des betreffenden Bandes ist.

4. Bandfilter nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekenn ze ichnet, daß das Filterelement auf einer seiner Flächen mit einer reflexmindernden Einrichtung bedeckt ist, die aus einer Schicht aus einem metallischen oder halbmetallischen Element und aus einer Schicht aus einem transparentem Werkstoff besteht, die so angeordnet sind, daß die an der Rückseite des Filters zutretenden elektromagnetischen Strahlen die reflex-

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mindernde Einrichtung von der Schicht aus transparentem Werkstoff zur Schicht aus einem metallischen oder halbmetallischen Element durchqueren.

5. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten des Filterelements aus Aluminium-, Silber-, Rhodium-, Platin-, Kupfer- oder Goldschichten bestehen.

6. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten des Filterelements Goldschichten sind.

7. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der benutzte transparente Werkstoff Wismuthoxyd, Bleioxyd, Zinnoxyd, Indiumoxyd, Titandioxyd, Zirkoniumoxyd, Niobiumoxyd, Tantalpentoxyd, Aluminiumoxyde, Siliziumoxyde oder Zinksulfid ist.

8. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Werkstoff Titanoxyd oder Zinksulfid ist.

9. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen dem Träger und der angrenzenden metallischen Schicht des Filterelements eine Verankerungsschicht und/oder zwischen mindestens einer transparenten Schicht und der angrenzenden metalli-

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sehen Schicht eine Haftschicht vorgesehen ist, wobei die Haft- und Verankerungsschichten Schichten aus einem metallischen oder halbmetallischen Element sind.

10. Bandfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 9j dadurch gekennzeichnet, daß das metallische oder halbmetallische Element der reflexmindernden Einrichtung, der Verankerungsschichten und der Haftschichten aus Eisen, Titan, Wolfram, Nickel, Tantal, Molybdän, Niobium, Zink, Tatmium, Vanadium, Zinn, Indium, Lanthan, Blei, Aluminium, Zirkonium, Iridium, Yttrium, Hafnium, Ehenium, Kobalt, Thallium, Platin, Chrom oder Nickel-Chrom-Legierungen, Germanium, Silizium, Antimon, Tellur oder Arsen besteht.

11. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der transparenten Schichten des Filterelements etwa 50 bis 70 nm beträgt.

12. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der metallischen Schichten des Filterelements etwa 40 bis 60 nm beträgt.

13· Bandfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Schicht der reflexmindernden Einrichtung eine Stärke von etwa 35 bis 45 nm und die Schicht aus einem metallischen oder halbmetallischen Element eine Stärke von etwa 5 bis 20 nm besitzt.

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14. Bandfilter nach einem der Ansprüche 9 "bis .13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsschicht eine Stärke von 10 bis 15 nm und/oder die Haftschichten eine Stärke von 5 bis 7 nm haben.

15· Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus behandeltem oder nicht behandeltem Glas oder Kunststoff besteht.

16. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Träger entgegengesetzte Fläche des Filters mit einer Schutzschicht bedeckt ist.

17· Bandfilter nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten des Filterelements Goldschichten, die transparenten Schichten Zinksulfidschichten und die Schichten aus einem metallischen Element Chromschichten sind.

18. Anwendung des Bandfilters nach einem der Ansprüche 2 bis 17 auf die Herstellung von Brillen für den Schutz der menschlichen Augen.

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Lee