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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.