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LUNETTES DE PROTECTION CONTRE LES RAYONS LUMINEUX. GENANTS., NOTAMMENT
LUNETTES SOLAIRES.
Pour la fabrication de lunettes solaires, on utilisait jusqu'à présent surtout des verres colorés dans la masse.
La présente invention vise notamment à éviter l'emploi de verres spéciaux dans la fabrication de.lunettes solaires.
Ce but est réalisé par le fait que des couches dures et résis- tantes sont appliquées sur une ou les deux faces de verres à lunettes du commerce non colorés, soit par vaporisation sous vide poussé, soit par atomisation cathodique, couches dont la caractéristique du spectre d'absorp- tion est telle que le rayonnement gênant se trouve arrêté.
On utilise de préférence des couches d'une'épaisseur de 0,1 à 10 (microns).
Dans l'atomisation cathodique, on applique particulièrement un procédé dans lequel les éléments atomisés depuis la cathode sont transformés en combinaisons, en oxyde par exemple, par réaction avec les résidus gazeux présents dans la chambre d'atomisation.
Ainsi, par exemple, en vaporisant l'oxyde siliceux (protoxyde de silicium) on peut appliquer des couches d'une épaisseur de 1-10 sur le verre à lunettes, couches qui, à côté des caractéristiques optiques requi- ses, offre une bonne résistance au rayage, ainsi qu'une dureté extraordi- naire, laquelle est même supérieure à celle du verre non recouvert.
En outre, et à titre d'exemple, les verres à lunettes du com- merce, non colorés, peuvent recevoir de fines couches d'oxyde de fer par vaporisation sous vide poussé ou par atomisation cathodique, cette dernière étant réalisée de telle façon que le fer atomisé depuis la cathode se trans- forme en oxyde de fer par réaction avec l'oxygène présent dans la chambre d?atomisation.
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Les autres exemples de réalisation de l'invention consistent à appliquer par vaporisation ou par atomisation cathodique avec oxydation simultanée, des couches en oxydes du molybdène ou du tungstène.
On a trouvé notamment que des couches de métaux ou d'éléments dits demi-métalliques,.réalisées par vaporisation sous vide poussé ou par atomisation cathodique, conviennent parfaitement pour la fabrication des lunettes solaires.
Selon l'invention, on applique sur les verres à lunettes de préférence le titane, le manganèse, le cobalt et le nickel, ainsi que le silicium, cela en couches minces, par vaporisation sous vide poussé ou par atomisation cathodique. Ces matières ont donné des résultats encore meilleurs que le fer; plus spécialement, une mince couche de titane se distingue par une dureté plus grande et de meilleures caractéristiques d'absorption.
La stabilité, déjà bonne par elle-même de ces couches, peut en- core être améliorée par le procédé suivant : En appliquant un traitement thermique à 150-200 C ou plus, avec exclusion d'oxygène poussée au maximum, on incorpore les couches dans le verre par cuisson, que l'on munit à la surface seulement, avec admission de quantités minimes d'oxygène, d'une couche d'oxyde dure et mince, et qui n'exerce encore aucun effet optique.
On obtient une adhérence remarquable des couches métalliques au support de verre en soumettant les verres à un nettoyage préalable par- fait. Dans ce procédé, on a obtenu des résultats particulièrement favorables avec une atomisation cathodique intense, dans laquelle le métal de la catho- de consistait avantageusement en magnésium, aluminium, silicium, titane, torium, tantale ou chrome, par exemple.
L'effet optique et physiologique de ces couches métalliques sur les lunettes solaires peut encore être amélioré dans de nombreux cas si on les recouvre d'une couche d'un oxyde de silicium inférieur.
Ainsi, les couches de fer produites par vaporisation sous vide ou par atomisation cathodique et qui possèdent une transparence entre 75 et 10%, offrent de très fortes absorptions dans la région ultra-violette du spectre. De telles couches présentent une transparence approximativement gris-neutre pour la lumière visible. D'autre part, et précisément pour cette raison, l'observation d'objets à travers des verres ainsi recouverts donne dans une certaine mesure une impression sombre.
Selon l'invention, on évite cette impression par le fait que l'on recouvre la couche métallique de titane, de manganèse, de fer, de cobalt ou de nickel, par exemple d'une fine couche extérieure d'un oxyde de silicium intérieur, par vaporisation sous vide par exemple. Il s'agit ici d'oxydes de silicium d'un degré d'oxydation inférieur à celui du bioxy- de de silicium. De tels oxydes sont décrits par exemple dans l'étude de E.
Zintl parue dans la revue "Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie", n 245 (1940), sous le titre "Siliciummonoxyd", pages 1-7.
En raison du bord net d'absorption de ces combinaisons, une couche des oxydes inférieurs du silicium absorbe complètement la partie ultra-violette du spectre avec une longueur d'onde d'environ 400 . Dans ce cas, l'oeil reçoit une image atténuée, il est vrai, mais plus ensoleil- lée que si l'on applique un revêtement métallique sans cette couche exté- rieure. Finalement, les revêtements en oxyde de silicium améliorent encore notablement la stabilité de la couche formant protection anti-soleil.
Lorsque l'épaisseur des couches protectrices en oxydes infé- rieurs du silicium est choisie entre 0,1 et 2 , on a encore en outre la possibilité d'influencer à volonté, par les effets d'interférence qui se présentent das ce cas, la composition chromatique de la lumière réfléchie, de même que la transparance. Ainsi, par exemple, les revêtements peuvent réfléchir une lumière rouge-pourpre foncé, alors que les couches combinées présentent une coloration légèrement verte à la transparence.
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On a en outre constaté que l'on pouvait notablement améliorer les résultats si l'on reproduit la succession des couches d'un métal, notam- ment de fer, et de protoxyde de silicium. Dans le cas le plus simple, on obtient trois couches, mais on réalise un progrès particulièrement impor- tant en répétant plusieurs fois cette succession de couches. Dans ce pro- cédé, l'épaisseur des couches d'oxyde siliceux se situe généralement en- tre 0,5 et 5 , tandis que les couches translucides de métal, de préfé- rence le fer, 'peuvent présenter une épaisseur encore plus réduite. En choisissant convenablement l'épaisseur des couches de fer et des couches d'o- xyde siliceux, on peut varier la coloration due à l'absorption, ainsi que la transparence totale des verres de lunettes.
On réussit ainsi à réaliser une caractéristique d'absorption qui correspond presque parfaitement à celle des meilleurs verres du commerce qui ont été colorés dans la masse à cet effet.
Comme indiqué plus haut, le revêtement est avantageusement réparti en un très grand nombre de couches, ce qui oblige naturellement à donner à ces couches, notamment aux couches de fer, une très faible épaisseur, afin de garder la transparence requise. En subdivisant le revê- tement en de nombreuses couches, on obtient une réduction très notable de la réflexion à partir de ces couches, laquelle se traduit surtout par des reflets gênants dans le cas de la lumière à incidence latérale. Il convient de considérer qu'une surface de verre non habillée ne réfléchit que 4% de la lumière incidente et que les lunettes solaires doivent présenter autant que possible une réflexion tout aussi réduite.
Au lieu d'appliquer un grand nombre de couches séparées de métal et d'oxydes siliceux, il est particulièrement avantageux de prévoir une disposition de couches dans laquelle le métal, notamment le fer, est incorporé d'une manière continue dans l'oxyde siliceux. Ceic permet d'a- bord de réaliser d'une manière particulièrement'simple la caractéristique d'absorption voulue. Ensuite, il en résulte une élimination plus efficace des reflets gênants. On peut ainsi réaliser facilement des verres à lu- nettes qui ne donnent pas des reflets plus prononcés que la surface du verre seul.
Le fer peut être remplacé par d'autres métaux, tels que le nickel, le cobalt, le manganèse ou le vanadium, par exemple, qui ne déter- minent que de légers écarts de la caractéristique d'absorption, ou encore, pour des applications particulières, le cuivre, les métaux nobles et d'au- tres métaux, qui possèdent une certaine absorption sélective sous couche extrêmement mince.
Bien que l'on n'ait mentionné plus haut que l'oxyde sili- ceux, il convient de remarquer que l'on peut utiliser en général des oxy- des du silicium qui présentent un degré d'oxydation inférieur à celui du bioxyde de silicium. Finalement, les couches d'oxydes précitées peuvent être remplacées par d'autres couches d'oxydes non absorbantes, ainsi que par d'autres couches offrant l'adhérence et la résistance requises.
Afin de réaliser des couches continues, dans lesquelles le métal est incorporé dans la couche d'oxyde, on a établi quelques pro- cédés d'exécution de grand intérêt, que l'on exposera en prenant comme exemple une couche oxyde siliceux-fer.
L'oxyde siliceux et le fer métallique sont appliqués simul- tanément par vaporisation, à partir de sources distinctes, sur les verres de lunettes, sous vide poussé, ou bien, à partir d'une seule source de va- porisation, avec un régime approprié de la température. Ce dernier procédé peut être exécuté très avantageusement, car sous vide poussé, les tempé- ratures de vaporisation des deux substances ne s'écartent pas notablement.
Il est vrai que la température de vaporisation de l'oxyde siliceux est moins élevée que celle du fer :par contre, les quantités de fer que l'on doit vaporiser pour réaliser le but visé sont sensiblement inférieures aux quantités d'oxyde siliceux.
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Dans ce procédé, les atomes de fer provenant de la condensa- tion s'incorporent à la couche d'oxyde siliceux. On n'a pas encore éclair- ci complètement si les particules de fer incorporées donnent lieu à une structure pouvant être constatée d'une manière supra-microscopique, ou si l'incorporation équivaut à la formation d'une combinaison particulière.
Quoiqu'il en soit, et tout comme dans les verres colorés, le fer incor- poré perd ses propriétés métàlliques en ce sens que les couches composi- tes ainsi établies ne présentent plus de réflexion métallique ni aucun ferro magnétisme.
Il importe donc, dans ce mode d'exécution de l'invention, que les métaux incorporés aux couches d'oxyde se présentent sous une forme finement divisée, sans qu'une importance quelconque doive être attribuée à l'aspect de cette division ou.au fait qu'il pourrait même s'agir ici de la formation d'une combinaison.
La réalisation des couches composites peut encore être simpli- fiée davantage dans de nombreux cas, comme il sera démontré dans l'exemple des couches oxyde siliceux-fer. On prépare, par sublimation sous vide pous- sé, une substance composite -éventuellement une combinaison- d'oxyde siliceux et de fer, laquelle peut être vaporisée sans que ses proportions subissent une modification. Ceci simplifie notablement l'exécution des revêtements pour lunettes solaires.
Un autre exemple d'une telle substance est représentée par le condensat que l'on obtient par la vaporisation sous vide d'un mélange de trois parties de poids de silicium, de deux parties de poids de bioxyde de silicium sous la forme d'une poudre de quartz et de deux parties de poids de manganèse. Les fines couches réalisées avec ce condensat possèdent égale- ment une très bonne adhérence aux verres de lunettes et sont extrêmement du- res. L'importance de l'absorption de la lumière peut varier entre des li- mites étendues suivant l'épaisseur des couches. Ces dernières absorbent très fortement la région ultra-violette du spectre; dans la région visible, la courbe d'absorption présente une allure unie, et se relève légèrement à me- sure qu'elle s'approche de l'extrémité rouge du spectre.
Les verres de lu- nettes vaporisés avec ce condensat produisent une atténuation bienfaisante d'un rayonnement incident trop intense, sans altérer les couleurs vérita- bles des objets observés. La couleur propre du revêtement absorbant ressem- ble à celle du quartz fumé; ce revêtement ne présente pas de réflexion métallique.
En outre,au lieu du fer et du manganèse, on peut chauffer et sublimer par exemple, le cuivre, l'argent et l'or, avec le silicium et le bioxyde de silicium.
Lorsque dans l'exemple précédent, on remplace le manganèse par le cuivre, on obtient des condensats qui permettent surtout une transmission particulièrement aisée de la région verte du spectre.
Lorsque le métal utilisé est de l'or, on obtient des conden- sats qui déterminent une coloration rouge-rubis à la transparance, comme c'est le cas dans le vert rubis.
Comme déjà indiqué plus haut, le chauffage du bioxyde de sili- cium, du silicium et du métal détermine très probablement la formation d'une combinaison, ce qui est rendu plausible par la modification des di- verses propriétés par rapport à celles des produits de départ. L'analogie connue entre la chimie du carbone et celle du silicium, suggère l'idée de combinaisons analogues à celles des carbonyles. Les cas qui suggèrent la formation d'une combinaison se présentent non seulement avec les métaux précités, mais aussi avec le béryllium, le magnésium, le zinc, le cadmium, l'aluminium, l'indium, le germanium, l'étain, le plomb, le titane,l'anti- moine, le molybdène et le tungstène, par exemple.
Comme mentionné plus haut, les mélanges sont chauffés et subli- més sous vide poussé. Lorsque le chauffage et la sublimation des mélanges
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sont réalisés dans un creuset ou une nacelle de carbone, chauffés par le passage direct du courant, il est naturellement nécessaire de choisir la proportion en poids du silicium dans le mélange légèrement plus élevée que si la sublimation se faisait dans un creuset de quartz ou de grès quartzeux, vu que le carbone absorbe le silicium dans une certaine me- sure, probablement avec formation de carbure de silicium.
Ainsi, la réflexion gênante des revêtements protecteurs an- ti-soleil est réduite sans difficulté à 4%, et ses couches ne présentent généralement plus de coloration sélective, c'est-à-dire que le pouvoir.ré- fléchissant est presque constant dans toute l'étendue-du spectre visible, à savoir de 4% environ. Au point de vue pratique, la plus haute importance revient au fait que les couches ainsi réalisées par vaporisation sur les verres de lunettes possèdent une dureté et un pouvoir adhérent extrêmement élevés ; ils ne peuvent être rayés qu'avec des objets très durs, par exem- ple, la pointe d'une lime, et encore en appliquant une très forte pression.
D'autres possibilités de réalisations de ces couches avanta- geuses sont offertes par l'emploi de l'atomisation cathodique, en appliquant notamment le procédé déjà mentionné, dans lequel les éléments arrachés de la cathode par atomisation sont transformés en combinaison, notamment en oxyde par réaction avec les résidus gazeux présents dans la chambre d'ato- misation.
En atomisant des métaux tels que le silicium, le thorium, le tantale, l'aluminium, le béryllium, etc.., dans un résidu gazeux contenant de l'oxygène, on obtient les oxydes les plus élevés des métaux respectifs.
Avec la plupart de ces métaux, par exemple le silicium et le thorium, on a même constaté que la teneur en oxygène de l'atmosphère de gaz résiduel ne présente pas une grande importance. Même dans une atmosphère réductrice, on obtient encore toujours des couches de S:O2 ou de ThO2, vu que l'affini- té du silicium, du thorium, etc.., pour l'oxygène est si élevée que ce der- nier est absorbé même à partir des combinaisons présentes dans l'installa- tion d'atomisation, par exemple à partir de la surface même du verre.
Cette propriété des éléments mentionnés peut être mise en valeur 'en vue d'un procédé particulièrement avantageux pour l'exécution de revê- tements selon l'invention, destinés aux lunettes solaires. Conformément à cette invention, on procède, dans une installation d'atomisation cathodique, depuis une cathode, d'éléments tels que le silicium, lesquels constituent les couches d'oxyde non absorbantes, tandis que les éléments tels que le fer, qui se déposent sur le verre sans être transformés en oxydes, sont atomisés depuis une deuxième cathode.
De préférence, les deux cathodes présentent la forme de sec- teurs. Les deux verres qu'il s'agit de munir d'un revêtement tournent, au cours du processus d'atomisation, sous les deux secteurs cathodiques, de manière à passer devant chacun d'eux, de sorte que l'on obtient les couches composites voulues. L'atomisation s'opère utilement dans l'hydrogène ou l'azote, de sorte que le fer ou un autre métal correspondant ne donne encore lieu à une formation d'oxyde importante, alors que le silicium, le thorium, etc., se condensent sous la forme d'oxydes. On a même constaté qu'une cou- che de Fe2O3 sur du verre subit une réduction marquée en fer métallique lorsque l'on condense sur cette couche une couche de bioxyde de silicium par atomisation de silicium dans un résidu gazeux pauvre en oxygène.
Il importe que le métal et la couche d'oxyde se déposent sur la surface du verre suivant un rapport correct. Ceci peut être réalisé'si les deux cathodes, ou éventuellement un plus grand nombre de cathodes sont alimentées à partir de génératrices de haute tension distinctes ou sont accordées entre elles par des résistances en série appropriées. Un procédé très simple consiste à accorder mutuellement les vitesses d'atomisation.par un choix approprié de la grandeur de l'angle au centre 'des secteurs catho- diques employés. On obtient ainsi également des revêtements protecteurs excellents, qui présentent la caractéristique d'absorption prescrite et ne provoquent pas de reflets gênants.
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Lorsqu'on applique deux ou plusieurs couches, celles-ci, au lieu d'être toutes superposées par exemple sur le. côté du verre tourné vers l'oeil, peuvent être réparties sur les deux faces de ce verre.
Comparativement aux verres colorés dans la masse, les nou- veaux revêtements anti-soleil offrent l'avantage d'une exécution nota- blement plus simple. Tout verre à lunettes ordinaire de n'importe quelle puissance, ou un verre plan parallèle ordinaire, peut' être muni aisément et à peu de frais d'un mince revêtement présentant les caractéristiques optiques voulues. En outre, et comme il a été constaté, l'effet du revê- tement en ce qui concerne l'épaisseur optique et la répartition de l'in- tensité spectrale, peut être adapté, dans des limites étendues, aux con- ditions favorables à l'oeil. On peut ainsi établir des verres de lunettes qui produisent le même effet optique que les meilleurs verres colorés dans la masse qui figurent parmi les diverses dénominations connues dans le commerce.
Un autre avantage important des lunettes solaires selon l'in- vention, réside dans le fait que l'on peut très aisément établir le revê- tement de telle façon que la densité optique de l'absorption présente une allure en coin le long du diamètre vertical du verre. Comme on le sait, il est désirable que l'élimination de l'éblouissement soit plus marquée dans la partie supérieure du verre que dans la partie inférieure de celui- ci, où l'on préfère une plus grande transparence.
Les procédés décrits ci-dessus à propos des lunettes solaires gênantes sont également applicables aux lunettes de protection contre les rayonnements rencontrés dans la technique.
Une importance particulière revient ici aux lunettes anti- éblouissement pour conducteurs de véhicules, notamment d'automobiles. Pour exécuter de telles lunettes on fait usage des couches et procédés selon l'invention, décrits ci-dessus. Il est cependant utile de ne pas recouvrir toute la lunette d'un revêtement selon l'invention, mais une partie seule- ment des verres,cela de la manière décrite ci-après :
La partie du verre recouverte par une couche absorbante selon l'invention est réduite à de telles proportions que, en regardant à travers le champ d'absorption, le conducteur puisse tout juste apercevoir, atténuée jusqu'à une mesure tolérable, la lumière des phares d'un véhicule venant en sens inverse.
La surface de la partie absorbante du verre sera avantageuse- ment réduite de telle façon que seul l'angle d'image, sous lequel les pha- res de véhicule se croisant mutuellement sont visibles, soit couvert par la couche absorbante. Les règlements de police de chaque pays prescrivent si le roulage se fait à droite ou à gauche. Ainsi, en Belgique, de même que dans la plupart des autres pays, un véhicule venant en sens inverse ne peut appa- raître que sur la gauche. Par conséquent, le revêtement absorbant ne se trouvera que sur un côté de chacun des deux verres des lunettes, à savoir, pour la Belgique, sur le côté gauche, considéré par rapport à l'oeil de l'usager.
Il n'est nullement nécessaire de prévoir un champ d'absorption continu de haut en bas sur le côté gauche des verres de lunettes. Il suffit de prévoir un petit champ au bord, ou de préférence à proximité du bord du verre, vu que, en croisant un autre véhicule, le conducteur peut, moyennant un déplacement approprié de la tête, faire en sorte que les rayons des pha- res du véhicule venant en sens inverse frappent la surface d'absorption.
Par exemple, lorsque cette surface est située dans le coin supérieur gauche ou inférieur gauche, il suffit d'abaisser ou de relever la tête légèrement pour interposer la surface d'absorption dans le trajet des rayons entre les phares et la pupille. Un calcul géométrique démontre qu'il suffit de donner à cette surface un diamètre de 4. mm à 8 mm par exemple; généralement on.ne' dépassera pas 8 mm, jusqu'à un maximum de 12 mm. Aucune forme déterminée n'est prescrite pour le contour extérieur des revêtements absorbants : cette forme peut être par exemple circulaire, ovale ou angulaire.
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Il va de soi que le conducteur ressentira agréablement le fait que les taches des deux verres coïncident au point de vue physiologique et donnent l'impression subjective d'une petite ombre unique située dans l'es- pace. Ceci peut être aisément réalisé par un opticien, non seulement pour un oeil normal, pour lequel on utilise un verre plan parallèle dans les lunettes protectrices, mais aussi pour des yeux qui nécessitent des verres correcteurs, même là où la puissance des verres diffère pour les deux yeux.
L'application de revêtements absorbants de diamètre relative- ment réduit sur des lunettes de forme normale procure un usage plus commode' " et plus sûr que dans le cas de lunettes spécialement établies à cet effet et qui comportent des pièces spéciales d'un verre absorbant. En premier lieu, l'effet des nouvelles lunettes ne se distingue pas, à la transparence norma- le, de celui des lunettes ordinaires ; tache au bord des verres est sensi- blement plus petite que le champ d'absorption d'un verre supplémentaire et n'est pas assez grande pour produire une gêne quelconque.
Lorsque, en croi- sant un autre véhicule, le conducteur amène les garnitures absorbantes, par un léger mouvement de la tête, dans le trajet des phares de ce véhicule, il se protège contre l'éblouissement gênant des phares en question, et d'autre part il peut continuer à observer tout à fait librement non seulement le ,00- té droit de la route mais aussi, et grâce à l'emplacement limité occupé par le revêtement, le trottoir situé au-delà du véhicule considéré, c'est-à-dire du côté gauche de la route. Les revêtements à faible superficie nécessaires à cet effet peuvent précisément être aisément réalisés, de manière à donner le résultat requis, à l'aide des procédés utilisant la vaporisation sous un vide poussé et l'atomisation cathodique.
Il est surprenant de constater la facilité avec laquelle des moyens aussi simples permettent de résoudre le problème de la protection contre l'éblouissement. Il s'agit ici d'une solution facile à réaliser dans la pratique, contrairement à la proposition connue d'utiliser une lumière polarisée pour les phares de véhicules, proportion qui n'a pas encore pu être réalisée pratiquement à ce jour.
REVENDICATIONS.
1.- Lunettes de protection contre les rayons lumineux gênants, notamment lunettes solaires, caractérisées en ce que leurs verres -plan parallèles ou correcteurs quelconques- portent, sur une ou les deux faces, des couches dures et résistantes de faible épaisseur, notamment de 0,1 à 10 appliquées par vaporisation sous vide poussé ou par atomisation catho- dique et dont la caractéristique d'absorption spectrale assure l'arrêt du rayonnement gênant.
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GLASSES FOR PROTECTION AGAINST LIGHT RAYS. GENANTS., ESPECIALLY
SUNGLASSES.
For the manufacture of sunglasses, until now, one mainly used colored glasses in the mass.
The present invention aims in particular to avoid the use of special glasses in the manufacture of solar glasses.
This object is achieved by the fact that hard and resistant layers are applied to one or both sides of non-colored commercial spectacle lenses, either by vaporization under high vacuum or by cathodic atomization, layers whose spectrum characteristic is absorption is such that the disturbing radiation is stopped.
Preferably, layers 0.1-10 (microns) thick are used.
In cathodic atomization, a process is particularly applied in which the elements atomized from the cathode are transformed into combinations, into oxide for example, by reaction with the gaseous residues present in the atomization chamber.
Thus, for example, by vaporizing the siliceous oxide (silicon protoxide) it is possible to apply layers of a thickness of 1-10 to the spectacle lens, which layers, besides the optical characteristics required, offer a good scratch resistance as well as an extraordinary hardness which is even superior to that of uncoated glass.
In addition, and by way of example, commercial spectacle lenses, not colored, can receive thin layers of iron oxide by vaporization under high vacuum or by cathodic atomization, the latter being produced in such a way that iron atomized from the cathode is converted into iron oxide by reaction with oxygen present in the atomization chamber.
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The other embodiments of the invention consist in applying by vaporization or by cathodic atomization with simultaneous oxidation, layers of oxides of molybdenum or of tungsten.
It has been found in particular that layers of metals or of so-called semi-metallic elements, produced by vaporization under high vacuum or by cathodic atomization, are perfectly suitable for the manufacture of sunglasses.
According to the invention, titanium, manganese, cobalt and nickel are preferably applied to spectacle lenses, as well as silicon, in thin layers, by high vacuum vaporization or by cathodic atomization. These materials have given even better results than iron; more especially, a thin layer of titanium is distinguished by greater hardness and better absorption characteristics.
The stability, already good in itself of these layers, can be further improved by the following process: By applying a heat treatment at 150-200 C or more, with exclusion of oxygen pushed to the maximum, the layers are incorporated. in glass by firing, which is provided at the surface only, with admission of minimal quantities of oxygen, with a hard and thin oxide layer, and which does not yet exert any optical effect.
A remarkable adhesion of the metal layers to the glass support is obtained by subjecting the glasses to a thorough preliminary cleaning. In this process, particularly favorable results have been obtained with intense cathodic atomization, in which the metal of the cathode advantageously consists of magnesium, aluminum, silicon, titanium, torium, tantalum or chromium, for example.
The optical and physiological effect of these metallic layers on sunglasses can be further improved in many cases if they are covered with a layer of a lower silicon oxide.
Thus, the iron layers produced by vacuum vaporization or by cathodic atomization and which have a transparency between 75 and 10%, offer very strong absorptions in the ultra-violet region of the spectrum. Such layers exhibit approximately gray-neutral transparency to visible light. On the other hand, and precisely for this reason, the observation of objects through glasses thus covered gives a certain dark impression.
According to the invention, this impression is avoided by the fact that the metallic layer of titanium, manganese, iron, cobalt or nickel is covered, for example with a thin outer layer of an inner silicon oxide. , by vacuum vaporization for example. These are silicon oxides with a lower degree of oxidation than silicon dioxide. Such oxides are described, for example, in the study by E.
Zintl published in the review "Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie", No. 245 (1940), under the title "Siliciummonoxyd", pages 1-7.
Due to the sharp absorption edge of these combinations, a layer of the lower oxides of silicon completely absorbs the ultra-violet part of the spectrum with a wavelength of about 400. In this case, the eye receives an attenuated image, it is true, but more sunny than if a metallic coating is applied without this outer layer. Finally, the silicon oxide coatings further significantly improve the stability of the sun protection layer.
When the thickness of the protective layers of lower silicon oxides is chosen between 0.1 and 2, there is also the possibility of influencing at will, by the interference effects which present themselves in this case, the chromatic composition of reflected light, as well as transparency. So, for example, the coatings can reflect a dark red-purple light, while the combined layers show a slightly green coloration to transparency.
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It has also been observed that the results could be significantly improved if the succession of layers of a metal, in particular iron, and silicon protoxide is reproduced. In the simplest case, three layers are obtained, but particularly significant progress is made by repeating this succession of layers several times. In this process, the thickness of the siliceous oxide layers is generally between 0.5 and 5, while the translucent layers of metal, preferably iron, may have an even smaller thickness. . By suitably choosing the thickness of the iron layers and of the siliceous oxide layers, the coloration due to absorption can be varied, as well as the total transparency of the spectacle lenses.
It is thus possible to achieve an absorption characteristic which corresponds almost perfectly to that of the best commercially available glasses which have been colored in the mass for this purpose.
As indicated above, the coating is advantageously distributed in a very large number of layers, which naturally makes it necessary to give these layers, in particular the iron layers, a very low thickness, in order to keep the required transparency. By subdividing the coating into many layers, a very noticeable reduction in the reflection from these layers is achieved, which is reflected above all in troublesome reflections in the case of side-incident light. It should be borne in mind that an unclad glass surface reflects only 4% of the incident light and that sunglasses should have as little reflection as possible as much as possible.
Instead of applying a large number of separate layers of metal and siliceous oxides, it is particularly advantageous to provide an arrangement of layers in which the metal, especially iron, is continuously incorporated into the siliceous oxide. . Ceic first of all makes it possible to achieve the desired absorption characteristic in a particularly simple way. Then, the result is more effective removal of bothersome reflections. It is thus easily possible to produce glasses with louvres which do not give more pronounced reflections than the surface of the glass alone.
The iron can be replaced by other metals, such as nickel, cobalt, manganese or vanadium, for example, which determine only slight deviations in the absorption characteristic, or alternatively, for applications. particular, copper, noble metals and other metals, which have a certain selective absorption under an extremely thin layer.
Although only silicon oxide has been mentioned above, it should be noted that silicon oxides can in general be used which exhibit a lower degree of oxidation than that of silicon dioxide. silicon. Finally, the aforementioned oxide layers can be replaced by other non-absorbent oxide layers, as well as by other layers providing the required adhesion and strength.
In order to produce continuous layers, in which the metal is incorporated in the oxide layer, a few methods of execution of great interest have been established, which will be explained by taking as an example a siliceous oxide-iron layer.
The siliceous oxide and the metallic iron are applied simultaneously by vaporization, from separate sources, to the spectacle lenses, under high vacuum, or else, from a single vaporization source, with a regime appropriate temperature. The latter process can be carried out very advantageously, since under high vacuum the vaporization temperatures of the two substances do not differ appreciably.
It is true that the vaporization temperature of siliceous oxide is lower than that of iron: on the other hand, the quantities of iron which must be vaporized to achieve the intended goal are appreciably lower than the quantities of siliceous oxide.
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In this process, the iron atoms from the condensation are incorporated into the siliceous oxide layer. It is not yet fully clear whether the incorporated iron particles give rise to a structure which can be seen supra-microscopically, or whether the incorporation equates to the formation of a particular combination.
However, and just like in colored glasses, the incorporated iron loses its metallic properties in the sense that the composite layers thus established no longer exhibit any metallic reflection or any ferro magnetism.
It is therefore important, in this embodiment of the invention, that the metals incorporated into the oxide layers are in a finely divided form, without any importance having to be attributed to the appearance of this division or. to the fact that it could even be a question here of the formation of a combination.
The production of the composite layers can be further simplified in many cases, as will be demonstrated in the example of the siliceous oxide-iron layers. A composite substance - possibly a combination - of siliceous oxide and iron is prepared by high vacuum sublimation, which can be vaporized without changing its proportions. This considerably simplifies the execution of coatings for sunglasses.
Another example of such a substance is represented by the condensate which is obtained by the vacuum vaporization of a mixture of three parts by weight of silicon, two parts by weight of silicon dioxide in the form of a quartz powder and two parts by weight of manganese. The thin layers made with this condensate also have very good adhesion to spectacle lenses and are extremely tough. The amount of light absorption can vary between wide limits depending on the thickness of the layers. The latter very strongly absorb the ultra-violet region of the spectrum; in the visible region, the absorption curve shows a smooth appearance, and rises slightly as it approaches the red end of the spectrum.
The spectacle lenses vaporized with this condensate produce a beneficial attenuation of too intense incident radiation, without altering the true colors of the objects observed. The inherent color of the absorbent coating resembles that of smoky quartz; this coating has no metallic reflection.
In addition, instead of iron and manganese, we can heat and sublimate, for example, copper, silver and gold, with silicon and silicon dioxide.
When, in the previous example, manganese is replaced by copper, condensates are obtained which above all allow particularly easy transmission of the green region of the spectrum.
When the metal used is gold, condensates are obtained which determine a ruby-red color with transparency, as is the case in ruby green.
As already indicated above, the heating of silicon dioxide, silicon and metal very probably determines the formation of a combination, which is made plausible by the modification of the various properties compared to those of the products of departure. The known analogy between the chemistry of carbon and that of silicon suggests the idea of combinations analogous to those of carbonyls. Cases which suggest the formation of a combination arise not only with the aforementioned metals, but also with beryllium, magnesium, zinc, cadmium, aluminum, indium, germanium, tin, lead, titanium, antimony, molybdenum and tungsten, for example.
As mentioned above, the mixtures are heated and sublimated under high vacuum. When heating and sublimation of mixtures
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are made in a crucible or a carbon nacelle, heated by the direct passage of the current, it is naturally necessary to choose the proportion by weight of silicon in the mixture slightly higher than if the sublimation was done in a crucible of quartz or Quartz sandstone, since carbon absorbs silicon to a certain extent, probably with the formation of silicon carbide.
Thus, the annoying reflection of anti-sun protective coatings is reduced without difficulty to 4%, and its layers generally no longer exhibit selective coloring, that is, the reflectivity is almost constant throughout. the full extent of the visible spectrum, namely about 4%. From a practical point of view, the greatest importance is due to the fact that the layers thus produced by vaporization on spectacle lenses have extremely high hardness and adhesion power; they can only be scratched with very hard objects, for example, the point of a file, and again by applying very strong pressure.
Other possibilities for producing these advantageous layers are offered by the use of cathodic atomization, in particular by applying the process already mentioned, in which the elements torn from the cathode by atomization are transformed into a combination, in particular into oxide. by reaction with the gaseous residues present in the atomization chamber.
By atomizing metals such as silicon, thorium, tantalum, aluminum, beryllium, etc., in a gaseous residue containing oxygen, the highest oxides of the respective metals are obtained.
With most of these metals, for example silicon and thorium, it has even been found that the oxygen content of the residual gas atmosphere is not of great importance. Even in a reducing atmosphere, layers of S: O2 or ThO2 are still obtained, since the affinity of silicon, thorium, etc., for oxygen is so high that the latter is absorbed even from the combinations present in the atomizing plant, for example from the surface of the glass itself.
This property of the elements mentioned can be emphasized with a view to a particularly advantageous process for the production of coatings according to the invention intended for sunglasses. According to this invention, in a cathodic atomization installation, elements such as silicon, which constitute the non-absorbent oxide layers, are carried out from a cathode, while elements such as iron, which are deposited on the glass without being transformed into oxides, are atomized from a second cathode.
Preferably, the two cathodes are in the form of sectors. The two glasses that are to be provided with a coating rotate, during the atomization process, under the two cathode sectors, so as to pass in front of each of them, so that the layers are obtained. desired composites. Atomization takes place usefully in hydrogen or nitrogen, so that iron or another corresponding metal does not yet give rise to significant oxide formation, whereas silicon, thorium, etc. condense in the form of oxides. It has even been observed that a layer of Fe2O3 on glass undergoes a marked reduction to metallic iron when a layer of silicon dioxide is condensed on this layer by atomization of silicon in a gaseous residue poor in oxygen.
It is important that the metal and the oxide layer settle on the surface of the glass in the correct ratio. This can be achieved if both cathodes, or possibly a greater number of cathodes, are fed from separate high voltage generators or are tuned to each other by appropriate series resistors. A very simple method is to tune the atomization rates to each other by an appropriate choice of the magnitude of the angle at the center of the cathodic sectors employed. In this way, excellent protective coatings are also obtained which exhibit the prescribed absorption characteristic and do not cause disturbing reflections.
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When applying two or more coats, these, instead of being all superimposed for example on the. side of the lens facing the eye, may be distributed over both sides of this lens.
Compared to colored glass in the mass, the new anti-sun coatings offer the advantage of a noticeably simpler execution. Any ordinary spectacle lens of any wattage, or ordinary parallel plane lens, can easily and inexpensively be provided with a thin coating having the desired optical characteristics. In addition, and as it has been found, the effect of the coating with regard to the optical thickness and the distribution of the spectral intensity, can be adapted, within wide limits, to the favorable conditions. at the eye. It is thus possible to establish spectacle lenses which produce the same optical effect as the best colored glasses in the mass which appear among the various names known in the trade.
Another important advantage of the sunglasses according to the invention lies in the fact that the coating can very easily be established such that the optical density of the absorption presents a wedge shape along the diameter. vertical glass. As is known, it is desirable that the elimination of glare be more marked in the upper part of the glass than in the lower part thereof, where greater transparency is preferred.
The methods described above in connection with annoying sunglasses are also applicable to the radiation shielding glasses encountered in the art.
Particular importance here returns to anti-glare glasses for drivers of vehicles, in particular of automobiles. To produce such glasses, use is made of the layers and methods according to the invention, described above. It is however useful not to cover the entire bezel with a coating according to the invention, but only part of the lenses, in the manner described below:
The part of the glass covered by an absorbent layer according to the invention is reduced to such proportions that, looking through the absorption field, the driver can barely see, attenuated to a tolerable extent, the light from the headlights. from an oncoming vehicle.
The area of the absorbent part of the glass will advantageously be reduced such that only the image angle, at which the vehicle headlights crossing each other are visible, is covered by the absorbent layer. The police regulations of each country prescribe whether taxiing is to the right or to the left. Thus, in Belgium, as in most other countries, an oncoming vehicle can only appear on the left. Consequently, the absorbent coating will be found only on one side of each of the two glasses of the glasses, namely, for Belgium, on the left side, considered in relation to the eye of the user.
It is not necessary to provide a continuous absorption field from top to bottom on the left side of the spectacle lenses. It suffices to provide a small field at the edge, or preferably near the edge of the glass, since, by crossing another vehicle, the driver can, by means of an appropriate displacement of the head, ensure that the rays of the phas- res from the oncoming vehicle hit the absorption surface.
For example, when this surface is located in the upper left or lower left corner, it suffices to lower or raise the head slightly to interpose the absorption surface in the path of the rays between the headlights and the pupil. A geometric calculation shows that it suffices to give this surface a diameter of 4 mm to 8 mm for example; generally it will not exceed 8 mm, up to a maximum of 12 mm. No specific shape is prescribed for the outer contour of absorbent coverings: this shape can be for example circular, oval or angular.
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It goes without saying that the driver will have a pleasant feeling that the spots on the two glasses coincide physiologically and give the subjective impression of a single small shadow in space. This can be easily achieved by an optician, not only for a normal eye, for which a parallel plane lens is used in protective glasses, but also for eyes which require corrective lenses, even where the strength of the lenses differs for them. two eyes.
The application of absorbent coatings of relatively reduced diameter to spectacles of normal shape provides more convenient and safer use than in the case of spectacles specially designed for this purpose and which have special pieces of absorbent lens. In the first place, the effect of the new glasses is indistinguishable, at normal transparency, from that of ordinary glasses; the spot on the edge of the glasses is appreciably smaller than the absorption field of a glass. extra and is not large enough to cause any discomfort.
When, on passing another vehicle, the driver brings the absorbent pads, by a slight movement of the head, into the path of the headlights of this vehicle, he protects himself against the annoying glare of the headlights in question, and of on the other hand he can continue to observe quite freely not only the, 00- right side of the road but also, and thanks to the limited location occupied by the pavement, the sidewalk located beyond the vehicle in question, it is ie on the left side of the road. The small area coatings required for this purpose can precisely be easily produced, so as to give the required result, by the methods using high vacuum vaporization and cathodic atomization.
It is surprising how easy it is with such simple means to solve the problem of glare protection. This is a solution that is easy to achieve in practice, unlike the known proposal to use polarized light for vehicle headlights, a proportion which has not yet been possible to achieve practically to date.
CLAIMS.
1.- Glasses for protection against disturbing light rays, in particular sunglasses, characterized in that their lenses - parallel planes or any corrective lenses - bear, on one or both sides, hard and resistant layers of small thickness, in particular of 0 , 1 to 10 applied by vaporization under high vacuum or by cathodic atomization and the spectral absorption characteristic of which ensures that the disturbing radiation is stopped.