CN106999299A - 视觉防护滤光镜 - Google Patents

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乔伊·L·曼斯科
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Abstract

本发明公开了一种视觉防护滤光镜，该视觉防护滤光镜包括多层光学膜和中性密度光学滤光器。

Description

视觉防护滤光镜
背景技术
由于可能存在不期望的可见光辐射、紫外线辐射和/或红外线辐射水平，许多活动可以受益于视觉防护。此类活动的一个示例是焊接。对于焊接和其他活动，工业上用于眼睛和面部防护的安全标准由美国国家标准协会(ANSI)在ANSI Z87.1-2010中公布，该文献以引用方式并入本文。该ANSI标准基于发光的远紫外光、近紫外光、红外光和蓝光的加权透射率而定义一组遮光系数(等级)。
发明内容
概括地说，本文公开一种视觉防护滤光镜，其包括多层光学膜和中性密度光学滤光器。在以下具体实施方式中，这些方面和其他方面将显而易见。然而，在任何情况下，都不应当将此广泛的发明内容理解为是对可受权利要求书保护的主题的限制，不论此类主题是在最初提交的专利申请的权利要求书中给出还是在修订的专利申请的权利要求书中呈现，或者另外是在申请过程中呈现。
附图说明
图1为本文所公开的示例性视觉防护滤光镜的示意性剖面侧视图。
图2包含用于现有技术的视觉防护滤光镜的透射光谱。
图3包含用于本文所公开的示例性中性密度光学滤光器的透射光谱。
图4包含图3的中性密度光学滤光器的透射光谱的可见范围部分的放大图。
图5包含用于本文所公开的示例性多层光学膜的反射光谱。
图6包含用于本文所公开的另一个示例性多层光学膜的反射光谱。
图7包含用于示例性视觉防护滤光镜的透射光谱，该示例性视觉防护滤光镜包括与示例性多层光学膜组合的示例性中性密度光学滤光器。
图8示出可以与本文公开的视觉防护滤光镜一起使用的示例性个人防护设备。
在各图中，类似参考标号指示类似元件。一些元件可能以相同或等同形式的倍数呈现；在此类情况下，参考标号可能仅标出一个或多个代表性元件，但应当理解，此类参考标号适用于所有此类相同的元件。除非另外指明，否则本文档中的所有图形和绘图均未按比例绘制，并且被选择用于示出本发明的不同实施方案的目的。特别地，除非另外指明，否则仅用例示性术语描绘各种部件的尺寸，并且不应从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管本公开中可以使用诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“正面”、“背面”、“向上”和“向下”以及“第一”和“第二”的术语，但应当理解，除非另外指出，否则那些术语仅以它们的相对意义使用。术语诸如向外、最外等是指当个人防护设备适配到使用者时朝向辐射源的方向，期望使用者的眼睛从所述辐射源被遮蔽。因此，例如，图8为头盔的向外侧的视图。术语诸如向内、最内等是指通常远离向外方向的方向(即朝向使用者眼睛的方向)。本文中对数值参数(尺寸、比率等)的所有参考被理解为可通过使用从参数的多个测量值得出的平均值来计算(除非另有说明)，特别是对于参数可变的情况。
具体实施方式
术语表
滤光镜意指至少一个多层光学膜以及中性密度光学滤光器，它们不可分开地接合在一起作为可按单个单元处理(例如，可以安装到个人防护设备的可见光透光窗格)的片状组件。
视觉防护滤光镜意指被配置为用于由使用者佩戴的个人防护设备(例如，头套诸如头盔或遮阳板，眼镜诸如护目镜等)的滤光镜。根据定义，视觉防护滤光镜不涵盖汽车玻璃或建筑窗口、电子显示器(诸如智能手机、平板计算机、电视机和监视器等的电子显示器)及其部件。
多层光学膜意指由第一双折射有机聚合物和第二其他有机聚合物的多个共挤出、不可分开的交替层制成的膜，并且其被设计为优先反射在预定波长范围中延伸的初级反射频带中的辐射。(术语“不可分开”代表在通常使用部件为零件的实体时彼此不分开的部件)。
中性密度光学滤光器意指多个层，它们共同表现出在300nm至1500nm的波长范围中小于30的透光百分比，以及绝对值小于约7透光百分比/100nm的可见光透射斜率。
遮光系数意指根据ANSI Z87.1-2010测量和计算的参数。
左频带边缘意指这样的波长，在该波长下由多层光学膜的主反射频带的左(较短波长)边缘表现出的反射率百分比跨越50。
如在图1中的示例性实施方案中所示，本文所公开为滤光镜1，该滤光镜包括与中性密度光学滤光器40组合的至少一个多层光学膜20。多层光学膜20和中性密度光学滤光器40处于相同光路中；通常，中性密度光学滤光器40的层的主表面(例如，图1的主表面41)将粘结到多层光学膜20的主表面(例如，图1的主表面21)。(如本文后面详细论述的，如果在此类粘结中使用了粘合剂，则此类粘合剂被认为是中性密度滤光器40的一部分，因此在这种情况下，粘合剂的主表面可以提供中性密度光学滤光器40的主表面41。)如图8中的示例性实施方案所示，滤光镜1被构造成与个人防护设备100(例如，呼吸器)一起使用。因此，如本文稍后详细论述的，滤光镜1表现出至少为3的遮光系数。
如本文所公开的滤光镜1解决例如对于在个人防护设备中使用的视觉防护滤光器的长期问题。这在图2中示出，该图2呈现用于作为波长函数的辐射的透光百分比的公开数据，该数据用于商购获得的遮光系数为3的视觉防护透镜(具体地，可从伊利诺伊州斯密斯菲尔德的斯博瑞安防护美洲公司(Sperian Protection Americas,Inc.,Smithfield,IR)得到的UVEX INFRA-DURA 3.0透镜)。从图2可以看出，该透镜在绿光范围(约500nm-570nm纳米(nm))中允许的透光百分比显著高于该透镜在红光范围(约620nm-740nm)中允许的透光百分比。(如本文所提及的所有此类波长范围(例如，绿色、红色、红外和近红外)为标称范围，因为在由不同来源报告的此类范围之间的边界中存在一些差值)。此类现象有时可以导致穿过视觉防护透镜的可见光具有由透镜的使用者观察到的明显绿色。这可以由一些使用者感知为不期望的，并且是例如在焊接操作中使用的视觉防护设备长期存在的问题(如PCT专利申请公布WO 2008/074176所述)。这种现象显示出至少部分原因在于这样的事实：为了满足ANSI Z87.1-2010的要求，红外(IR)范围中的辐射透射必须显著受限(例如，在遮光系数为3的产品的情况下，受限于小于约9％的(加权)最大红外平均透射率)。虽然不希望受理论或机制限制，但本发明人已经发现，使用常规红外线阻挡(例如，红外吸收)材料来实现这一点(特别是使用此类材料来阻挡近红外线)可以引起透射的红光的显著减少(除了期望的红外线减少之外)，从而引起上述现象。
发明人已经发现光学元件的新颖且独特的组合可以使上述问题最小化。具体地，如稍后详细论述的，本文使用的滤光镜1依赖于在300nm至1500nm波长范围(因而覆盖紫外(UV)范围到红外范围)内表现出小于30的透光百分比并且特别地在可见光范围内表现出相对平坦透光百分比的中性密度滤光器40。对于示例性中性密度滤光器，用实验方法得到的300nm-2500nm范围内的透光百分比在图3中呈现，并且在400nm-1000nm范围内的透光百分比的放大视图呈现在图4中。
中性密度滤光器40与至少一个多层光学膜(MOF)20组合地使用，该多层光学膜优先地反射主反射频带中的辐射，该主反射频带中的辐射至少包括近红外范围(约740nm-1400nm)的显著部分。对于示例性多层光学膜，用实验方法得到的400nm-2000nm范围内的反射百分比呈现在图5中。
发明人已经发现，将中性密度滤光器40与至少一个适当配置的多层光学膜20组合可以显著地减少近红外辐射的透射，同时透射在可见范围内的适量光(例如，不会不当地去除来自可见光范围的红光)。这在图7中展示，图7示出将示例性多层光学膜(具有图6中呈现的反射光谱类型)与示例性中性密度滤光器(具有图3和图4中呈现的透射光谱类型)组合的结果。通过图7显而易见的是，近红外范围的透光百分比减少至非常低的水平，同时允许在大部分可见光谱中的相对较高和相对平坦的透光百分比。
因此，本文所呈现的布置可以实现例如为3、4、5、6或7的遮光系数，同时有利地最小化所透射可见光偏向绿色的任何趋势。如稍后论述的，可以通过将多层光学膜的主反射频带的左频带边缘(BEL)定位在红色范围和红外范围之间的边界处或附近并且如果需要，通过增强左频带边缘的急剧程度(陡度)，可以增强这些布置。需注意，据发现，即使具有图6所示特性的多层光学膜(即，具有位于约650nm处的左频带边缘(BEL))也不会不当地减少红光的透射。即，即使具有落在约650nm的左频带边缘的多层光学膜可以期望不利地减少红光范围内的透光百分比，使用此类多层光学膜的滤光镜也被证实表现出由CIE a*参数的测量值定量表征的以及还通过人类受试者的定性评估表征的透射光的优异红-绿平衡。(此类滤光镜也能够满足ANSI Z87.1-2010的要求(特别是用于遮光系数为3的那些))。在另外的研究中，图5所表征类型的多层光学膜(其中左频带边缘为约860nm)也可以用于形成可接受的滤光镜。因此，显而易见的是，具有落在例如600nm-900nm范围内的左频带边缘的多层光学膜可以用于如本文所公开的视觉防护滤光镜。在各种实施方案中，在滤光镜1中使用的多层光学膜20将表现出位于至少约600nm、650nm、700nm或750nm波长的左频带边缘。在另外的实施方案中，多层光学膜20将表现出位于至多约900nm、850nm、750nm或700nm波长的左频带边缘。(然而，应该强调的是，以这种方式构造的多层光学膜可以不必实现本文所述的结果，除非与如本文所述构造的中性密度滤光器一致地使用)。
主反射频带的左频带边缘在本文被定义在反射跨越50％值的波长处(在主反射频带的左边较短波长侧上)。(图5和图6上表示左频带边缘BEL)。需注意，顺带地说，本领域普通技术人员将理解多层光学膜的初级(一阶)反射频带和高阶反射频带的概念(在图6中，高阶反射频带明显是在约440nm处)。可以通过确定与70透光百分比和30透光百分比(间隔因此以50透光百分比为中心)对应的波长并且截取透光百分比增量与波长增量的比率(使用30透光百分比和对应波长作为参考点)来便利地计算左频带边缘的斜率。通过具体示例，图6的左频带边缘的斜率约为(70-30)/(657-628)，或约1.4透光百分比/nm.在各种实施方案中，滤光镜1的多层光学膜20表现出的左频带边缘斜率可为至少约1.0、1.4、2.0、4.0或8.0。在另外的实施方案中，左频带边缘斜率可为至多约40、20或10透光百分比/nm。例如在美国专利6157490中公开了增大(陡峭化)频带边缘的斜率的方法，该专利为此目的通过引用全文并入本文。
通过定义，中性密度滤光器40在300nm至1500nm的波长范围内表现出小于30的透光百分比。这意指在该范围内的任何地方不存在这样的波长，在该波长范围内，滤光器40表现出30或更大的透光百分比。在另外的实施方案中，中性密度滤光器40可以(如在图3中表征的示例性中性密度滤光器中)在200nm至2500nm范围内表现出小于30的透光百分比。在另外的实施方案中，中性密度滤光器40在300nm至1500nm波长范围内表现出小于约25、20、15或10的透光百分比。在具体实施方案中，中性密度滤光器40表现出小于约30、25、20、15或10的平均透光百分比(在300nm至1500nm范围内取平均)。
同样如上所指出，通过定义，中性密度滤光器40表现出绝对值小于约7透光百分比/100nm的可见光透射斜率。可以通过注意在500nm和700nm下的透光百分比并且截取透光百分比增量与波长增量的比率(使用30透光百分比和对应波长作为基准)而便利地计算可见光透射斜率。通过具体示例，图4的可见光透射斜率为约(14.0-15.3)/(700-500)，或约-0.65透光百分比/100nm。为了方便可以使用斜率的绝对值。在各种实施方案中，中性密度滤光器的可见光透射斜率的绝对值可为至多约6、4、2、1.0或0.50透光百分比/100nm。
如在术语表中指出的，多层光学膜意指第一双折射有机聚合物和第二其他有机聚合物的多个共挤出的交替层，该层被设计为共同地反射延伸超过预定波长范围的初级反射带中的辐射。本领域普通技术人员将会理解，许多此类光学膜作为四分之一波长堆叠进行工作，其中来自交替的光学活性层的相长干涉与相消干涉共同提供反射光谱。如众所周知的，可以组合地选择各个层的厚度、层的总数、层的折射率等以提供预定反射光谱。
一个或多个多层光学膜20(每个具有至少一种双折射聚合物和一种第二聚合物的交替层)可以用于产生滤光镜1。适于制备多层光学膜的至少一个双折射层的材料包括有机聚合物(例如，聚酯、共聚酯和改性的共聚酯)。在本文中，术语“聚合物”将理解为包括均聚物和共聚物，以及可通过例如共挤出法或通过包括酯交换反应在内的反应而在可混溶共混物中形成的聚合物或共聚物。术语“聚合物”和“共聚物”同时包括无规共聚物和嵌段共聚物。适用于根据本公开构造的一些示例性多层光学膜中的聚酯通常包括羧酸酯亚单元和二醇亚单元，并且可通过羧酸酯单体分子与二醇单体分子的反应来生成。每个羧酸酯单体分子具有两个或更多个羧酸官能团或酯官能团，并且每个二醇单体分子具有两个或更多个羟基官能团。羧酸酯单体分子可以全部相同，或也可以为两种或更多种不同种类的分子。这同样适用于二醇单体分子。术语“聚酯”还包括由二醇单体分子与碳酸的酯的反应衍生而得的聚碳酸酯。
适用于形成聚酯层的羧酸酯亚单元的羧酸酯单体分子包括例如：2,6-萘二甲酸及其异构体；对苯二甲酸；间苯二甲酸；邻苯二甲酸；壬二酸；己二酸；癸二酸；降冰片烯二羧酸；二环辛烷二羧酸；1,4-环己烷二羧酸及其异构体；叔丁基间苯二甲酸、偏苯三酸、间苯二甲酸磺酸钠；4,4'-联苯二羧酸及其异构体；以及这些酸的低级烷基酯(例如，甲基酯或乙基酯)。在本文中，术语“低级烷基”指C1-C10直链或支链烷基。
适用于形成聚酯层的二醇亚单元的二醇单体分子包括：乙二醇；丙二醇；1,4-丁二醇及其异构体；1,6-己二醇；新戊二醇；聚乙二醇；二甘醇；三环癸二醇；1,4-环己烷二甲醇及其异构体；降莰烷二醇；二环辛二醇；三羟甲基丙烷；季戊四醇；1,4-苯二甲醇及其异构体；双酚A；1,8-二羟基联苯及其异构体；以及1,3-二(2-羟基乙氧基)苯。
可用作本发明的多层光学膜中的双折射层的一种示例性聚合物是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，其可由例如萘二甲酸与乙二醇的反应制得。聚2,6萘二甲酸乙二醇酯(PEN)很多情况下被选作双折射聚合物。PEN具有较大的正应力光学系数，其在拉伸后有效地保持双折射性，并且在可见光范围内光吸收度很小或没有光吸收度。PEN在各向同性状态下还有较高的折射率。其对550nm波长的偏振入射光的折射率在偏振平面平行于拉伸方向时从约1.64增加至高达约1.9。增强分子取向将增大PEN的双折射率。通过将材料拉伸至更大的拉伸比并保持其他拉伸条件不变，可以增强分子取向。PEN共聚物(CoPEN)(诸如美国专利号6352761和美国专利号6449093中描述的那些)尤其可用，因为其低温加工能力使其与热稳定性较弱的第二聚合物共挤相容性更好。适合用作双折射聚合物的其他半结晶聚酯包括(例如)聚2,6-萘二甲酸丁二醇酯(PBN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及其共聚物，诸如美国专利号6,449,093和美国专利申请公布20060084780中描述的那些。另选地，间规立构聚苯乙烯(sPS)是另一种可用的双折射聚合物。
多层光学膜的第二聚合物可以由例如玻璃化转变温度与第一双折射聚合物的玻璃化转变温度相容并且折射率类似于双折射聚合物的各向同性折射率的各种聚合物制成。适用于光学膜(特别是第二聚合物)的其他聚合物的示例包括由诸如乙烯基萘、苯乙烯、马来酸酐、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯之类的单体制得的烯类聚合物和共聚物。此类聚合物的示例包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯(诸如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA))以及全同立构或间规立构聚苯乙烯。其他聚合物包括缩聚物，诸如聚砜、聚酰胺、聚氨酯、聚酰胺酸和聚酰亚胺。另外，第二聚合物可由聚酯、聚碳酸酯、含氟聚合物和聚二甲基硅氧烷的均聚物和共聚物及它们的共混物形成。
其他示例性的合适聚合物(尤其用作第二聚合物)包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(诸如，以商品名CP71和CP80可购自特拉华州威明顿市的Ineos Acrylics公司的那些(Ineos Acrylics,Inc.,Wilmington,DE)，或聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)的均聚物，其中PEMA具有比PMMA低的玻璃化转变温度。另外的第二聚合物包括PMMA共聚物(coPMMA)，诸如由75重量％甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体和25重量％丙烯酸乙酯(EA)单体(以商品名PerspexCP63得自英力士丙烯酸公司(Ineos Acrylics,Inc.))制得的coPMMA、由MMA共聚单体单元和甲基丙烯酸正丁酯(nBMA)共聚单体单元形成的coPMMA，或PMMA和聚(偏二氟乙烯)(PVDF)的共混物。
其他合适的聚合物(尤其用作第二聚合物)包括聚烯烃共聚物，诸如以商品名Engage 8200得自杜邦高性能弹性体有限公司(Dupont Performance Elastomers)的乙烯-辛烯共聚物(PE-PO)、以商品名Z9470得自德克萨斯州达拉斯市的菲纳石油化学公司(FinaOil and Chemical(Dallas,TX))的丙烯-乙烯共聚物(PPPE)以及无规立构聚丙烯(aPP)和全同立构聚丙烯(iPP)的共聚物。多层光学膜还可以(例如)在第二聚合物层中包括官能化聚烯烃，诸如直链低密度马来酸酐接枝聚乙烯(LLDPE-g-MA)，诸如以商品名Bynel 4105得自特拉华州威明顿市的杜邦化学品公司(E.I.duPont de Nemours&Co.,Inc.(Wilmington,DE))的那些。
适于用作具有至少一种双折射聚合物的交替层中的第二聚合物的优选聚合物组合物包括PMMA、CoPMMA、聚二甲基硅氧烷草酰胺基链段共聚物(SPOX)、含氟聚合物(包括诸如PVDF之类的均聚物以及诸如衍生自四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯(THV)的那些之类的共聚物)、PVDF/PMMA的共混物、丙烯酸酯共聚物、苯乙烯、苯乙烯共聚物、硅氧烷共聚物、聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物、聚碳酸酯共混物、聚碳酸酯和苯乙烯马来酸酐的共混物以及环烯烃共聚物。双折射层和第二聚合物层的优选组合可包括(例如)以下这些：PET/THV、PET/SPOX、PEN/THV、PEN/SPOX、PEN/PMMA、PET/CoPMMA、PEN/CoPMMA、CoPEN/PMMA、CoPEN/SPOX、sPS/SPOX、sPS/THV、CoPEN/THV、PET/含氟弹性体、sPS/含氟弹性体以及CoPEN/含氟弹性体。
一般来讲，在产生多层光学膜中使用的聚合物组合物的选择可以考虑主要反射频带的期望属性(例如，中心点、宽度、左频带边缘和左频带边缘急剧程度)来做出。双折射聚合物和第二聚合物之间的折射率差值越大，引起的光学功率越大，从而允许更大的反射带宽。或者，可采用额外层来提供更大的光学功率。
例如根据处理技术诸如美国专利6783349中描述的那些，可以制备多层光学膜。除了选择第一聚合物组合物和第二聚合物组合物之外，可以根据需要选择制备多层光学膜的方法以提供受控的光谱。例如，如果需要，则可以控制层厚度值，使得膜的第一(最薄)光学层具有与期望的左频带边缘大致对应的四分之一波长光学厚度(折射率乘以物理厚度)，从而进展到可以具有与期望的右频带边缘大致对应的四分之一波长光学厚度的最厚层。如果需要，则这两个端点之间的轮廓可为大致线性的。
通过控制层厚度轮廓提供具有预定主反射频带的多层光学膜的便利技术包括基于目标层厚度轮廓和测量的层轮廓的差值来调节轴杆区域功率设定。如在美国专利6783349中所论述的，调节给定馈送阻塞区域中的层厚度值所需的轴杆功率的增加首先会以该加热器区域中生成的层的所得厚度变化的每纳米的热输入的瓦特数来校准。
在一些实施方案中，可以在滤光镜1中使用两个或更多个多层光学膜(无论彼此相似或相同，还是显著不同)。在一些实施方案中，两个或更多个多层光学膜可以(例如，经由压敏粘合剂)层合在一起以形成单个组件，然后将该单个组件配合到期望的中性密度滤光器。在另选的实施方案中，两个或更多个多层光学膜可以单独地与中性密度滤光器的层聚集在一起(因此，所得的滤光镜1可以包括散布在两个多层光学膜之间的至少一层或多层中性密度滤光器)。制成的多层光学膜可以具有附接到其一个或两个主表面的防护性边界层(诸如在美国专利6783349中公开的那些)。此类防护性边界层通常不是光学活性的(即，它对主反射频带的属性没有任何显著影响)；因此，严格地说，此类防护性边界层(即使连同多层光学膜一起应用至滤光镜1)变成中性密度滤光器40的一部分，因为本文定义的多层光学膜仅包括多层光学膜的实际光学活性交替层。
多层光学膜在美国专利申请公布20090283144，美国临时专利申请序列号61/841565和美国临时专利申请序列号61/947238中更详细地描述，所有这些申请以引用方式全文并入本文。
如在术语表中指出的，中性密度光学滤光器意指多个层(即，至少两个层)，它们共同表现出在300nm至1500nm的波长范围中小于20的透光百分比，以及绝对值小于约7透光百分比/100nm的可见光透射斜率。根据定义，中性密度光学滤光器将表现出至少0.10(根据ANSI Z87.1-2010计算)的标称透射率，因此对应于为8或更低的遮光系数。此外，中性密度光学滤光器必须允许以足够清晰度穿过其来透射图像，从而满足ANSI Z87.1-2010的分辨率要求。因此应当理解，本文所定义的中性密度光学滤光器将不包括例如不透明的层或一组层，也不包括足够半透明或模糊的层或一组层(例如光学扩散器等)，图像不能通过该层或该组层被感知。
可以通过任何合适组合物的任何合适层提供中性密度光学滤光器，只要这些层共同表现出上述辐射透射即可。层可以通过任何合适机制或其组合来操作，例如，通过吸收、反射、散射等；当然，不同层可以通过一种或多种相同机制操作，或通过不同机制或机制的组合来操作。各个层可以各自由任何合适材料组成并且每个层可以包括任何组合中的任何期望添加剂或多种添加剂。层不必为有机聚合物材料，而是可以包含无机材料(例如填料、遮光剂、颜料等)、金属或金属氧化物等或由无机材料(例如填料、遮光剂、颜料等)、金属或金属氧化物等组成。也可以使用染料、紫外线阻滞剂、红外线阻滞剂等。下面论述各种类别的组分、其通用属性和落入那些类别的材料的示例。然而，本文呈现的类别及其中材料的描述是用于描述方便的非限制性表征。普通技术人员将容易理解，一些材料可以用于多于一种功能(例如，可以吸收一些辐射以及反射一些辐射)并且因此可以落入本文公开的类别中的多于一个中。
在一些实施方案中，中性密度滤光器的至少一层是有机聚合物层。此类层可以固有地执行辐射过滤功能(例如，其可以由于其化学结构而吸收至少一些量的紫外线)。例如，已知某些聚对苯二甲酸乙二醇酯吸收在约360nm开始的紫外线辐射，显著增加吸收低于320nm的紫外线辐射并且以非常强的方式吸收低于300nm的紫外线辐射。代替聚合物本身执行辐射过滤功能或除了聚合物本身执行辐射过滤功能之外，聚合物还可以具有添加到其中的一种或多种添加剂，其执行如下论述的辐射过滤功能。在一些实施方案中，有机聚合物层可以纯粹地或部分地用作支撑层(例如，在其上沉积至少半反射性金属或金属氧化物层的层，层合另一个膜或膜的层，等)。有机聚合物层当然可以以上述作用的任何组合来起作用。无论有机聚合物层功能如何，有机聚合物层可以由任何合适的材料组成。可能适用于用作中性密度滤光器的有机聚合物层的材料包括丙烯酸类聚合物，诸如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及其共聚物；聚乙烯及其共聚物；聚丙烯及其共聚物；聚氯乙烯及其共聚物；尼龙；聚碳酸酯；和聚酯，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯，以及本领域技术人员已知的其他聚合物。
在一些实施方案中，中性密度滤光器的至少一层包含一种或多种无机材料。此类材料可以包含任何所期望的颜料、填料等。此类材料可以提供在辐射光谱的大段上的阻挡；或者此类材料可以阻挡目标波长范围。在追求中性密度滤光器上，两种或更多种此类材料(例如每种阻挡特定波长范围的材料)可以组合地使用。可能合适材料的非限制性列表包括碳酸钙、硫酸钡、二氧化钛、碳酸钙、炭黑(对于本文的目的，炭黑将被分类为无机材料)、滑石、二氧化硅、云母、高岭土和其他粘土等。此类材料可以作为层(例如，作为涂层)存在；或者此类材料可以存在于层内。例如，一种或多种材料可以分散(例如配混)到有机聚合物层中。(许多此类材料通常例如作为熔体添加剂配混到有机聚合物中，并且通常被称为颜料、填料等)。也存在松散地落在这些一般类别之间或松散地落到两者中的中间构造(例如，层可以包含由粘结剂保持在一起的炭黑颗粒)。
在一些实施方案中，中性密度滤光器的至少一层包含一种或多种金属、金属氧化物或其组合。术语“金属和金属氧化物”广义用于涵盖多金属组合物，例如合金、混合物、固溶体等，以及单组合物层)。此类材料的非限制性列表包括银、铝、金、镍、铜、钛、氧化铟锡、氧化锡、氧化铁、二氧化钛、氧化铈、氧化锆、氧化钽、二氧化硅、氧化锌、氧化铝、铌酸盐和铪。此类材料可以例如作为涂层和/或作为添加剂在例如有机聚合物层中存在；此外，此类材料可以执行辐射的反射、散射和/或吸收。通常，此类材料可以执行这些功能中的多于一种。
在一些实施方案中，一种或多种此类材料可以气相沉积(例如通过物理气相沉积(例如溅镀)、化学气相沉积等)例如到支撑有机聚合物层上。此类材料可以以任何期望厚度沉积，并且在各种实施方案中，所沉积的材料可以存在为例如离散岛状物，或存在为期望平均厚度的连续涂层。在一些实施方案中，可以通过溶胶-凝胶法等沉积金属或金属氧化物层。
可以使用任何一个或多个此类层(例如，一个、两个、三个、四个或更多层)，其中例如金属或金属氧化物层的厚度，层数等与材料的属性组合地选择，以提供期望的光学性能。如果使用多个层，则每个层中的金属和/或金属氧化物可以相同或者可以不同。
在一些实施方案中，中性密度滤光器的至少一层包含一种或多种染料。术语“染料”用于广义地涵盖吸收辐射并且作为溶液或作为液体存在(例如，配混)于载体材料诸如有机聚合物中的任何分子物质。染料和颜料之间的分界线通常被认为是颜料至少为半固体材料，其例如分散(而不是溶解)在载体材料中。然而，强调的是，染料和颜料之间可以不存在分界线差异并且本文中的分类仅是为了方便描述。可以使用任何合适的染料。可能合适染料的非限制性列表包括从包括例如偶氮染料、蒽醌染料、酞菁染料、噻嗪染料、靛酚染料等的广泛组中选出的那些染料。此类染料可为合成的，或者可为天然产物(例如虽经纯化的天然产物)。当然，层(例如有机聚合物层)可以包括一种或多种染料和一种或多种颜料。
在一些实施方案中，中性密度滤光器的至少一层包含一种或多种紫外线(UV)阻滞剂。该术语用于广义地表示优先地阻挡(即，吸收)紫外线辐射的材料。当然，应当理解一些紫外线阻滞剂通常可被认为是染料或颜料(并且反之亦然)。即，为了本公开的完整性，在本节中描述特定紫外线吸收剂；这并不意味着本文档的一些其他节中列出的任何材料不能执行至少一些阻挡例如吸收紫外线。可适合用作紫外线阻滞剂的材料的非限制性列表包括受阻胺光稳定剂(HALS)、苯并三唑、二苯甲酮、草酰苯胺、苯并恶嗪酮等材料(这些材料通常被称为紫外线吸收剂或紫外线稳定剂)。
在一些实施方案中，中性密度滤光器的至少一层包含一种或多种红外线(IR)阻滞剂。该术语用于广义地表示优先地阻挡(即，吸收)红外线辐射的材料。(以与以上关于紫外线阻滞剂的论述相似的方式，应当理解，本节中具体描述的许多材料可以落入本文的其他节中，并且反之亦然)。可适合用作红外线阻滞剂的材料的非限制性列表包括锡、锑、铟、氧化锡、氧化锑、氧化铟、掺杂铟的氧化锡及其混合物。在一些实施方案中，可以在中性密度滤光器中组合地使用至少一种红外线阻滞剂和至少一种紫外线阻滞剂(无论是在相同层中还是在不同层中)。
在一些实施方案中，为了任何期望目的，中性密度滤光器可以包括(除上述层中的任一层之外)任何其他一个层或多个层(无论此类层是否提供任何额外辐射过滤功能)。例如，如果使用压敏粘合剂(PSA)将中性密度滤光器附接到多层光学膜以形成视觉防护滤光镜1，则PSA根据定义为中性密度滤光器的一部分(而非多层光学膜的一部分)。做出该区别是为了强调本文公开的多层光学膜仅包括多层光学膜的光学活性交替层；所有其他层都被认为是中性密度滤光器的一部分。强调的是，中性密度滤光器的任何此类层可以或可以不提供任何辐射过滤功能。例如，视觉防护滤光镜1借助PSA附接到个人防护设备的窗格上，该PSA为中性密度滤光器的一部分，即使PSA为例如执行很少或不执行辐射过滤的光学透明PSA。
然而，还强调的是，在一些实施方案中，中性密度滤光器的任何层(例如，粘结剂、PSA、硬涂层、接合层等)可以例如除了执行一些其他功能之外，至少提供一些辐射过滤。例如，将两层中性密度滤光器彼此粘结的粘合剂或粘结剂、将中性密度滤光器的层粘结到多层光学膜的粘合剂或粘结剂或将滤光镜粘结到个人防护设备的窗格的粘合剂或粘结剂可以包含例如紫外线阻滞剂。(包含紫外线阻滞剂的粘合剂在美国专利5991072中有所描述)。因此，应当理解，在特定实施方案中，使得滤光镜1能够附接到个人防护设备的窗格上的粘合剂(例如PSA)可以包含辐射过滤属性，使得位于窗格上的合适位置的滤光镜1满足ANSIZ87.1-2010的光学要求)。
根据特定结构，中性密度滤光器可以包括多于一层(例如两层、三层、四层或更多层)压敏粘合剂层。术语“压敏粘合剂”将被本领域普通技术人员理解成意指这样的粘合剂，该粘合剂满足D.Sasas所著的“压敏粘合剂技术手册(Handbook of Pressure-SensitiveAdhesive Technology)”，第二版，第172页(1989年)中描述的公知的Dahlquist准则。该准则将压敏粘合剂定义为在其使用温度下(例如，在15℃至35℃范围内的温度下)一秒蠕变柔量大于1×10-6cm2/达因的粘合剂。当然，中性密度滤光器可以包括在例如PSA上的可移除剥离衬件，该PSA用于将滤光镜1附接到个人防护设备的窗格；通常在使用滤光镜1之前将此类衬件去除。
中性密度滤光器的其他层可以包括至少一个防护层，例如在使用时设置在视觉防护滤光镜1的外表面上的至少一个防护层。防护层意指保护一些其他层免受机械损坏和/或化学侵蚀(例如氧化)的任何层。在具体实施方案中，此类防护层可以采取硬涂层(该术语将被本领域普通技术人员很好地理解)的形式。可能合适的硬涂层的非限制性列表包括丙烯酸硬涂层、基于二氧化硅的硬涂层、硅氧烷硬涂层、三聚氰胺硬涂层等。在一些实施方案中，硬涂层可以用于纯防护功能(例如，贡献很少或无辐射过滤)；在其他实施方案中，任何此类硬涂层可以包括提供辐射过滤属性的一种或多种任何期望组分(包括例如上述聚合物、有机材料或无机材料中的任一种)。
在一些实施方案中，中性密度滤光器40可以包括至少一层防护层，该防护层目的在于至少部分地保护中性密度滤光器40的另一层(例如，金属层)免受腐蚀。此类腐蚀防护层可为例如有机聚合物层、牺牲材料(牺牲阳极)诸如铜或相对惰性金属合金诸如铁-镍(例如铬镍铁合金)合金。
如先前所指出的，在一些实施方案中，可以通过在多层光学膜的外部面上的边界层制成多层光学膜。此类外边界层可以例如用作防护层或用作用于将另一层附接到该外边界层的相容(例如接合)层。为了本文的目的，此类边界层(如果不显著影响多层光学膜的交替层的光学堆叠的性能)将被认为是中性密度滤光器40的一部分(即使通过与多层光学膜的交替层共挤出制成的)。
以上描述经提供以便说明可用于提供中性密度滤光器的材料的宽度。材料的表征并不意指将其限制在一个特定类别。还应当理解，在各种类别材料之间可以不总是存在分界线。此外，一个特定描述性节的存在并不意指在其他节中提及的材料不能执行在该特定描述节中描述的功能。例如，如果在本文档的某些节中提及了材料，但在描述紫外线阻滞剂的节中没有具体提及，则并不意味材料不会或不能执行至少一些紫外线阻挡。因此，概括地说，以上表征并不意指以任何方式进行限制。此外，应当强调的是，根据需要，本文提及的任何一般类别的材料和/或特定材料可以与本文列出的任何其他一般类别和/或特定材料组合地使用。
提供中性密度滤光器40以及至少一个多层光学膜20以提供视觉防护滤光镜1可以以任何合适方式实现。在一些实施方案中，中性密度滤光器40可以被提供为组件。组件意指单个膜(尽管此类膜当然可以具有通过层合或任何其他合适方法实现的多个层)，其可以处理为单元，并且其中根据定义，单个膜的层不具有分散其间的多层光学膜。此类组件可以例如粘附于多层光学膜以形成滤光镜1。此类方法可以提供图1所示的一般类型的滤光镜1。图1包括可选的PSA 22，其可以用于例如将滤光镜1附接到个人防护设备的窗格；此类PSA(如果存在的话)被认为是中性密度滤光器40的一部分。(此外，用于将中性密度滤光器40粘结到多层光学膜20的任何PSA也将被认为是中性密度滤光器40的一部分。)
然而，在其他实施方案中，中性密度滤光器40不需要以上述组件的形式存在。相反，在成品滤光镜1中，中性密度滤光器40可以由两层或更多个层共同地供应，这些层不为单个组件的形式。换句话讲，被设置在多层光学膜20的一个主侧面上的一个或多个层以及被设置在多层光学膜20的另一个主侧面上的一个或多个层可以组合地起作用，以提供中性密度滤光器40。通过具体示例，可以将包含有机染料或颜料的有机聚合物膜附接到多层光学膜20的一个主侧面上，并且金属或金属氧化物蒸气涂层可以沉积在多层光学膜20的另一个主侧面上。因此，聚合物膜和金属或金属氧化物涂层(以及例如用于将膜附接到多层光学膜的PSA)可以提供中性密度滤光器，即使这些层不处在且从不处于本文所定义的组件的形式。应当理解，这存在许多可能的变型；所有此类变型都涵盖于本文公开的中性密度滤光器40的概念中。换句话讲，中性密度滤光器可仅以“潜在”形式存在，直到视觉防护滤光镜1实际装配的时间为止，在该时间各种层组合地提供中性密度滤光器40。
在一些实施方案中，除了多层光学膜的光学活性交替层之外，多层光学膜可以以包括(例如由制造商供应的)至少一个辅助层的多层光学膜产品的形式可用。(此类辅助层可以包括任何先前论述的材料，例如金属或金属氧化物、颜料、染料、紫外线阻滞剂或红外线阻滞剂等中的一种或多种)。然后可以将一个或多个附加层添加到多层光学膜产品(无论任何此类附加层是例如层合到多层光学膜产品上的预先存在的层的形式，还是以施涂于其上的表面涂层的形式等)。此类附加层或多个此类附加层可以与多层光学膜产品的至少一个辅助层组合以提供中性密度滤光器40(并且因此提供所得组件为视觉防护滤光镜1)。在这种一般类型的特定实施方案中，多层光学膜产品可以包括多层光学膜以及一个或多个辅助层，该辅助层具有这样的属性，使得如果多层光学膜产品的多个(例如两个、三个或四个)层堆叠(例如，层合在一起)，则辅助层以组合形式形成中性密度滤光器40，而无需添加任何其他层(除了可能例如PSA以提供滤光镜可以层合到个人防护设备的窗格)。
已经提及，滤光镜1的任何层可以用于多于一个目的。在这种类型的特定实施方案中，例如在用于执行附接的PSA还提供满足ANSI Z87.1-2010要求的增加的辐射过滤属性的情况下，中性密度层40的最终实现可以仅在滤光镜1实际上安装在个人防护设备的窗格上的适当位置时发生。
可以根据需要通过制备任何多层有机膜20、制备例如具有添加剂的一个或多个有机聚合物层和/或足以提供中性密度滤光器40的表面涂层以及将它们组合(例如粘结)在一起以形成滤光镜1而制成视觉防护滤光镜1。然而，可以便利地以任何合适的可商购获得的产品开始。一些商业产品(可购自制造商)可以采取多层光学膜的形式，或者可以采取中性密度滤光器的形式。然而，其他商业产品可以采取膜(无论是单层还是多层)的形式，该膜在不满足本文公开的中性密度滤光器的属性时可以与一种或多种其他膜组合以形成中性密度滤光器。例如，一些商业产品可以采取多层光学膜产品的形式，该产品包括多层光学膜以及一个或多个辅助层，其中该多层光学膜产品可以与至少一个其他膜组合(需注意，至少一个其他膜本身可为包括一个或多个辅助层的多层光学膜产品)以提供中性密度滤光器。在具体实施方案中，可以组合两个或多个多层光学膜产品，其中每个多层光学膜产品包括至少一个辅助层(其不为多层光学膜本身的交替层堆叠的一部分)，以形成滤光镜，其中多层光学膜产品的辅助层组合形成中性密度滤光器。在该类型的一些实施方案中，除了多层膜产品(以及有利于将滤光镜粘结到窗格的可选PSA)之外没有其他层包括在滤光镜中。
可能用于制备视觉防护滤光镜的商业产品的非限制性列表包括以商品名NIGHTVISION(例如NIGHT VISION 15、25或35；图3和图4呈现用于名称为NIGHT VISION 15的特定产品的透光数据)可购得的类型的产品；以商品名CM875可购得的产品(图5呈现该产品的反射数据)；以商品名CM(COOL MIRROR)330可购得的产品(图6呈现该产品的反射数据)；以商品名CRYSTALLINE AUTOMOTIVE WINDOW FILMS(例如CR40、CR50、CR60、CR70和CR90)可购得的产品；以商品名BLACK CHROME AUTOMOTIVE WINDOW FILMS(例如，BC10、BC20、BC35和BC40)可购得的产品；以商品名FX HP AUTOMOTIVE WINDOW FILMS(例如FX HP 5、FX HP 15、FX HP 20、FX HP 30、FX HP 35和FX HP 50)可购得的产品；和以商品名FX ST AUTOMOTIVEWINDOW FILMS(例如，FX ST 5、FX ST 20、FX ST 35、FX HP 40和FX ST 50)可购得的产品。所有以上列出的产品均可购自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul，MN)。
可以以任何合适方式确定据称的滤光镜是否包括本文所定义和描述的中性密度滤光器。例如，如果已知据称的滤光镜包括特定多层光学膜，则该多层光学膜的透射光谱百分比可以从针对据称的滤光镜以实验方式获得的透射光谱百分比在数学上去除。可以评估因此保留的光谱以确定保留的层是否共同地适合作为中性密度滤光器，该光谱可以被认为是所据称的滤光镜的保留层所表现出的光谱。本领域普通技术人员将理解，因为本文所定义的多层光学膜仅包括第一(双折射)聚合物和第二聚合物的特定一组交替层，所以此类多层光学膜的光谱将充分良好表现，使得其可以按照这种方式从所据称的滤光镜的整组层贡献的总体光谱中在数学上减去。如果所据称的滤光镜包括什么特定多层光学膜并非已知的，则可以使用所据称的滤光镜的透射光谱和反射光谱来推断多层光学膜对透射光谱的贡献，然后可以以上述方式在数学上去除该贡献。因此，在至少一些实施方案中，如果据称的滤光镜显示了示出其包括如本文所要求保护的多层光学膜的反射光谱，并且如果所据称的滤光镜的透射光谱满足本文公开的用于中性密度光学滤光器的准则，可以得出结论：所据称的滤光镜实际上确实包括如本文所要求保护的中性密度滤光器。在一些情况下，可以将多层光学膜与所据称的滤光镜的其他层以物理方式分开，以执行所据称的中性密度滤光镜和/或多层光学膜的直接分析(需注意，虽然此类操作可以为了表征的目的而执行，但是本文所要求保护的视觉防护滤光镜在普通操作和使用滤光镜中将不会以这种方式分开)。
可以根据熟知的CIE 1976(L*、a*、b*)色彩空间表征通过a*测量来表征视觉防护滤光镜1的光学性能(具体地说，例如在不优先地通过绿光同时不当地阻挡红光的情况下，可见光的相对平坦的透射的获得)。本领域普通技术人员将会理解，a*值通常与-127(在标度的绿色端)至+127(在红色端)的标称标度相关。在各种实施方案中，本文公开的滤光镜1将表现出大于至少约-50、-40、-30、-20、-10或0的a*值。在另一个实施方案中，其将表现出小于约+100、+80、+60、+40或+10的a*值。
本文所公开的滤光镜1可以与任何个人防护设备一起使用，例如作为头套或眼镜佩戴的设备。此类设备的非限制性列表包括例如头盔、遮阳板、面罩(例如全部和部分)、护目镜、呼吸器和安全眼镜。(在该组中，术语“呼吸器”在功能意义上用于意指将经过滤空气供应至使用者的设备；将理解的是，呼吸器可以以许多形式和实施方案得到，其可以涵盖以上列出的物理设计(例如头盔、遮阳板、面罩等)的多种。如在图8中的示例性实施方案中所示，在特定实施方案中，个人防护设备为动力空气净化呼吸器。
在一些实施方案中，如图8中的示例性实施方案所示，视觉防护滤光镜1可以附接到个人防护设备100的可见光透射窗格102的主表面。将会认识到，窗格102通常将是眼睛防护窗格，该窗格意指光学透明的材料，其主要目的是保护使用者的眼睛免受颗粒物、飞溅液体等的影响。眼睛防护实体(例如窗格)将与本文所公开的视觉防护实体区别开，该视觉防护实体意指保护使用者免于例如来自高强度可见光的辐射的实体。个人防护设备的窗格102可以包括满足适用于特定个人防护设备的标准的任何合适材料。需注意，以上论述主要涉及组装满足ANSI Z87.1-2010的光学要求的滤光镜1。该标准也可以需要某些机械或物理属性；通常由与滤光镜1一起使用的个人防护装备(包括窗格102)满足此类属性。然而，还需注意，在一些具体实施方案中(例如其中视觉防护滤光镜1包括如下所述的刚性片材)，滤光镜1本身可以例如供应、增强或扩大此类机械性能。
在一些实施方案中，个人防护设备100的窗格102可以包括至少一层透明有机聚合物材料，例如聚碳酸酯。在一些实施方案中，窗格102可以包括至少一层透明玻璃，例如硼硅酸盐玻璃。在一些实施方案中，窗格102可为多层结构，例如经层合的安全玻璃、丝网安全玻璃、主表面上具有耐刮擦层的有机聚合物层等。通常使用术语“窗格”并且需强调的是，将滤光镜1附接到窗格102的概念涵盖将滤光镜1附接到任何种类的最外层(例如，耐刮擦层、硬涂层等)，该最外层可以存在于(个人防护设备的)任何透明片材上，期望为该透明片材提供或扩大视力防护。
在一些实施方案中，滤光镜1可以附接到窗格102的主要向外表面，在该位置滤光镜1可以例如用于防护窗格102(特别是如果窗格102为容易划伤的材料，例如一些聚碳酸酯)。在其他实施方案中，滤光镜1可以附接到窗格102的主要向内表面。在其中滤光镜1表现出不对称反射率的实施方案中，可以便利地将滤光镜1定位成使得表现出最高反射率的侧面面向外。
在一些实施方案中，滤光镜1可以粘附(这意指通过压敏粘合剂附接，该概念将被本领域普通技术人员很好地理解)于窗格102的主表面。在特定实施方案中，滤光镜1可以可移除地粘附于窗格102(例如通过适当地选择压敏粘合剂)，使得当需要时滤光镜1可以例如移除和循环/设置。(在这种情况下，滤光镜1是否可能在此类移除中损坏可为不重要的，因为其使用寿命可以在此时结束)。此类可移除的粘附与可以用于组装滤光镜1的粘合剂粘结(例如，在将多层光学膜20粘结到中性密度滤光器组件40的粘合剂粘结)对比。在后一种情况下，附接件/组件意指不可分开的，使得制成的滤光镜1为在通常使用滤光器1时不能分解成其组成零件的一体(例如片状)结构。如果将滤光镜1粘附于窗格102，则可以在将滤光镜1供应至使用者时呈现可选的压敏粘合剂(如图8中作为项22的示例性实施方案所示)。然而，在其他实施方案中，压敏粘合剂可以单独地提供(例如，作为独立片材)，该压敏粘合剂可以由使用者施加至滤光镜1(或施加至窗格102)以执行粘合剂粘结。虽然上面已经论述了粘合剂粘结，但是可以使用任何其他粘结方法，该方法要么取代粘合剂粘结或作为粘合剂粘结的助剂。此类方法可以依赖于一个或多个夹具、夹钳等。在特定实施方案中，边缘密封件(其可以被密封以防止辐射进入，使得到达使用者眼睛的任何辐射只能通过穿过滤光镜1来实现进入)可以围绕滤光镜1的周边施加。
在一些实施方案中，中性密度滤光器40和多层光学膜20可以由相对柔韧的层制成，使得视觉防护滤光镜1为顺应性的且可适形的。在此类实施方案中，视觉防护滤光镜1可以适形于(并且例如粘附于)个人防护设备的弯曲窗格。在一些实施方案中，滤光镜1可为充分地可适形的，从而弯曲成小至约4cm、2cm、1cm或0.5cm的曲率半径(不会令人无法接受地损坏滤光镜1的任何层)。包括刚性片材(例如刚性玻璃片材)的任何装置根据该准则为非适形滤光镜1。
在其他实施方案中，中性密度滤光器40可以包括至少一个刚性片材(术语“刚性的”并不意指表示完全不存在抗弯刚度，而是表示由厚度至少1.0mm的聚碳酸酯片材表现出的类似最小抗弯刚度)。在一些实施方案中，此类片材可以表现出与至少约1.5nm、2.0nm、3.0nm或4.0mm厚度的聚碳酸酯片材相当的抗弯刚度。中性密度滤光器的其他层可以粘附于此类刚性片材以形成滤光镜窗格。因此，在这种一般类型的实施方案中，不是视觉防护滤光镜1可附接到个人防护设备的现有窗格，而是滤光镜1本身可以采取可以插入(永久地或可移除地)到个人防护设备的窗口(例如，面向外的通孔)中的滤光镜窗格的形式。(在此类情况下，其他层附接到的刚性片材被认为是中性密度滤光器的一部分。)
上面的论述主要涉及使用滤光镜1提供在个人防护设备诸如呼吸器中的被动视觉防护。例如，上面概述的方法可以允许将为3的遮光系数赋予到动力空气净化呼吸器的眼睛防护窗格。在这种类型的实施方案中，多个滤光镜可以被封装在一起(无论所有滤光镜具有相同遮光系数例如3，还是具有各种遮光系数(例如3、4、5和/或6)的各种滤镜)，以由使用者根据需要选择。因此，此类滤光镜可以例如连同使用说明封装为套件。在这种一般类型的实施方案中，滤光镜1可为个人防护装备的主要(例如仅有的)辐射过滤设备。因此，在此类实施方案中，滤光镜1不为任何种类的自动变暗滤光器的部件，且也不与任何种类的自动变暗滤光器相关联地使用。然而，在其他实施方案中，滤光镜1可以用作与自动变暗滤光器组合地使用的被动视觉防护部件。本领域普通技术人员将认识到，自动变暗滤光器为响应于检测到高强度辐射(例如可见光)而可以从相对亮状态切换到相对暗状态的主动设备。在一些实施方案中，滤光镜1可以被设置在自动变暗滤光器的光路中以例如提供恒定、被动水平的视觉防护(例如，在遮光系数为3时)。自动变暗滤光器可以在由滤光镜1供应的被动防护上叠加较暗色调水平(例如，至9、11或甚至更高的遮光系数)。
在将滤光镜1与自动变暗滤光器组合地使用的实施方案中，自动变暗滤光器的部件(层)不会在滤光镜1的层(具体地，滤光镜1的中性密度滤光器40的层)中计数。在涉及自动变暗滤光器的一些实施方案中，滤光镜1可以附接到自动变暗滤光器(例如，粘附于其主面)。在一些实施方案中，例如通过将滤光镜1夹置在刚性覆盖片材和自动变暗滤光器之间的刚性覆盖片材的压力，滤光镜1可以保持贴靠自动变暗滤光器的主面(例如，向外的面)。在一些实施方案中，可以使用框架将此类组件保持在一起，以提供例如具有结合到筒中的滤光镜1的(例如在美国专利申请公布2014/0215673中有所描述的一般类型的)自动变暗滤光器筒。在一些实施方案中，处于滤光镜窗格形式的滤光镜可为自动变暗滤光器筒的不可移除部件。在其他实施方案中，滤光镜窗格可以适配到个人防护设备的窗口中，其中自动变暗滤光器邻近贴靠滤光镜窗格的主要(例如，向内)表面。在此类实施方案中，此类滤光镜窗格因此可以用作可移除/可更换覆盖件，该覆盖件为自动变暗滤光器提供物理防护以及用于提供被动视觉防护。
示例性实施方案的列表
实施方案1为一种视觉防护滤光镜，包括：表现出约600nm至约900nm范围内的左频带边缘的多层光学膜，以及中性密度光学滤光器，其中所述视觉防护滤光镜表现出为3到7的遮光系数。
实施方案2为根据实施方案1所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜附接到个人防护设备的可见光透射窗格的主表面，所述个人防护设备选自由护目镜、头盔、面罩、呼吸器和安全眼镜组成的组。实施方案3为根据实施方案2所述的视觉防护滤光镜，其中所述个人防护设备为动力空气净化呼吸器，并且其中所述视觉防护滤光镜附接到所述动力空气净化呼吸器的可见光透射窗格的主要向外表面。实施方案4为根据实施方案2至3中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜通过压敏粘合剂可移除地粘附于所述可见光透射窗格的所述主要向外表面。实施方案5为根据实施方案1所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜为存在于个人防护设备的自动变暗滤光器的光路中的被动视觉防护部件。
实施方案6为根据实施方案1至5中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜表现出为3的遮光系数。实施方案7为根据实施方案1至5中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜表现出为5的遮光系数。
实施方案8为根据实施方案1至7中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器的至少一层的主表面附接到所述多层光学膜的主表面。实施方案9为根据实施方案8所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器的至少一层的主表面粘附于所述多层光学膜的主表面。实施方案10为根据实施方案8所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器呈组件的形式。实施方案11为根据实施方案10所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器组件粘附于所述多层光学膜的主表面。
实施方案12为根据实施方案1至11中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器表现出绝对值不大于约6透光百分比/100nm的可见光透射斜率。实施方案13为根据实施方案1至11中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度光学滤光器表现出绝对值不大于约4透光百分比/100nm的可见光透射斜率。实施方案14为根据实施方案1至11中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度光学滤光器表现出绝对值不大于约2透光百分比/100nm的可见光透射斜率。实施方案15为根据实施方案1至11中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度光学滤光器表现出绝对值不大于约1透光百分比/100nm的可见光透射斜率。
实施方案16为根据实施方案1至15中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器在300nm至1500nm波长范围内表现出小于20的透光百分比。实施方案17为根据实施方案1至16中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述多层光学膜表现出在约650nm至850nm范围内的左频带边缘。实施方案18为根据实施方案1至17中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述左频带边缘表现出至少约1透光百分比/nm的斜率。实施方案19为根据实施方案1至17中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述左频带边缘表现出至少约2透光百分比/nm的斜率。实施方案20为根据实施方案1至17中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述左频带边缘表现出至少约4透光百分比/nm的斜率。
实施方案21为根据实施方案1至20中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器包括选自如下组的至少一个层：所述组由金属涂层、金属氧化物涂层及它们的混合物和组合组成。实施方案22为根据实施方案1至21中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器包括选自如下组的至少一个层：所述组由铝、银、氧化锑锡、氧化铟锡及它们的混合物和组合组成。实施方案23为根据实施方案1至22中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器包括为有机聚合物材料的至少一个层，所述有机聚合物材料包含选自如下组的添加剂，所述组由染料、颜料及它们的混合物和组合组成。实施方案24为根据实施方案1至23中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器包括为有机聚合物材料的至少一个层，所述有机聚合物材料包含选自如下组的添加剂，所述组由碳酸钙、二氧化钛、炭黑及它们的混合物和组合组成。实施方案25为根据实施方案1至24中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器包括为有机聚合物材料的至少一个层，所述有机聚合物材料包含紫外线阻滞剂。
实施方案26为根据实施方案1至25中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜包括单个多层光学膜。实施方案27为根据实施方案1至25中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜包括至少两个多层光学膜，其中不是多层光学膜中的非光学活性层的至少一个层被置于所述至少两个多层光学膜中的两个多层光学膜之间。实施方案28为根据实施方案1至27中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器的至少一个层通过至少一个多层光学膜与所述中性密度滤光器的至少另一个层分开。实施方案29为根据实施方案1至26中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器没有任何层通过多层光学膜与所述中性密度滤光器的任何其他层分开。实施方案30为根据实施方案1至29中任一项所述的视觉防护滤光镜，其中所述多层光学膜包括聚酯和聚(丙烯酸类树脂)的交替层。
实施方式31为一种包括眼睛防护窗格的个人防护设备，其中根据实施方案1至30中任一项所述的视觉防护滤光镜附接到所述眼睛防护窗格的主表面。实施方式32为根据实施方案31所述的个人防护设备，其中所述个人防护设备为动力空气净化呼吸器并且其中所述视觉防护滤光镜可移除地粘附于所述动力空气净化呼吸器的所述眼睛防护窗格的向外主表面。
实施方案33为一种防护人视觉的方法，所述方法包括：将根据实施方案1至30中任一项所述的视觉防护滤光镜放置到光源和人眼之间的光路中，以及允许来自所述光源的可见辐射和不可见辐射投射在所述视觉防护滤光镜上并且由此滤光。实施方案34为根据实施方案32所述的方法，其中所述光源为人造光源。
实施例
程序
通过使用分光光度计和积分球，以与2012年规定的ASTM测试方法E903(不执行日光加权)中所述方式大体类似的方式，可以以实验方式获得光谱(透光百分比和反射百分比)。还可以通过本领域普通技术人员熟知及理解的数学建模技术来获得用于例如多层光学膜的光谱。
代表性的工作实施例
多层光学膜可按商品名CM330得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)。膜产品可按商品名NIGHT VISION(NV)15购自3M公司(3M Company)。用于CM330多层光学膜的反射数据呈现在图6中(应当指出的是，这是建模数据；然而，其与对于本产品可用的实验数据紧密对应。)用于NV15膜产品的透射数据呈现在图3和图4中。使用作为供应的NV15产品的一部分的PSA将两个膜手动层合在一起。用于因此形成的滤光镜的透射数据(用面向辐射源的CM330测试)呈现在图7中。根据ANSI Z87.1-2010测试因此形成的滤光镜且该滤光镜被发现满足该标准的所有光学要求。测量了a*参数且发现其为约-8.8.(为了比较，测试两种可商购获得的现有技术的遮光系数为3的透镜且发现分别表现出约-29和约-59的a*参数。)这显示出透镜滤光器不会优先通过绿光同时不当地去除红光，该发现与由人类志愿者进行的定性测试一致，志愿者发现通过滤光镜观察的图像表现出相对平衡的光谱外观(而非例如当使用例如现有技术的遮光系数为3的防护镜片时经常发现的明显绿色调)。
将上述滤光镜的样品经激光切割成适当形状以适配到以商品名VERSAFLO M-105和M-305得自3M公司(3M Company)的个人防护设备(呼吸器)的弯曲窗格上。滤光镜样本通过以商品名Y920XL可得自3M公司(3M Company)的转印胶带层合到弯曲窗格的向外表面。人类志愿者使用这些呼吸防护设备进行测试焊接操作并且报告通过滤光镜观察的图像表现出相对平衡的光谱外观。还据观察，用于保护个人防护设备的窗格的滤光镜免受焊在接操作中经常发生的金属溅射物损坏。
变型工作实施例
通过将各种可商购获得的膜产品层合在一起制备各种其他示例性滤光镜。例如，制备三层CR40的层合体，两层CR40加上一层CR50的层合体以及两层CR40加上一层CR60的层合体(所有膜均得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))。这些示例性滤光镜均被发现满足ANSI Z87.1-2010的光学要求。
提供上述实施例只是为了清楚地理解本发明，而不应被理解为不必要的限制。在实施例中所描述的测试和测试结果为例示性而非预测性的，且测试工序的变化可预计得到不同的结果。实施例中所有定量值均应理解为根据所使用工序中所涉及的通常所知公差的近似值。
对于本领域的技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性元件、结构、特征、细节、构造等在许多实施方案中可修改和/或组合。本发明人预期所有此类变型和组合均在所构思发明的范围内，而不仅仅是被选择充当示例性图示的那些代表性设计。因此，本发明的范围不应当限于本文所述的特定例示性结构，而应当至少延伸至权利要求的语言所描述的结构以及那些结构的等同形式。本说明书中正面引用的作为替代方案的任何元件可以根据需要以任何组合明确地包括于权利要求书中或从权利要求书中排除。以开放式语言(例如，包括和由其衍生)引用到本说明书中的任何元件或元件的组合被认为是以封闭式语言(例如，由……组成和由其衍生)并且以部分封闭式语言(例如，基本上由……组成和由其衍生)另外地引用。虽然本文可能已经论述了各种理论和可能的机理，但在任何情况下都不应将此类论述用于限制可受权利要求书保护的主题。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文档中的公开内容之间存在任何冲突或矛盾之处，则以所写的本说明书为准。

Claims (25)

1.一种视觉防护滤光镜，包括：
多层光学膜，所述多层光学膜表现出约600nm至约900nm范围内的左频带边缘；和
中性密度光学滤光器，
其中所述视觉防护滤光镜表现出为3至7的遮光系数。
2.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜附接到个人防护设备的可见光透射窗格的主表面，所述个人防护设备选自由护目镜、头盔、面罩、呼吸器和安全眼镜组成的组。
3.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜为存在于个人防护设备的自动变暗滤光器的光路中的被动视觉防护部件。
4.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜表现出为3的遮光系数。
5.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器的至少一层的主表面附接到所述多层光学膜的主表面。
6.根据权利要求5所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器的至少一层的主表面粘附于所述多层光学膜的主表面。
7.根据权利要求5所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器呈组件的形式。
8.根据权利要求7所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器组件粘附于所述多层光学膜的主表面。
9.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度光学滤光器表现出绝对值不大于约4透光百分比/100nm的可见光透射斜率。
10.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度光学滤光器表现出绝对值不大于约2透光百分比/100nm的可见光透射斜率。
11.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器在300nm至1500nm的波长范围内表现出小于20的透光百分比。
12.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述多层光学膜表现出约650nm至约850nm范围内的左频带边缘。
13.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述左频带边缘表现出至少约1透光百分比/nm的斜率。
14.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述左频带边缘表现出至少约4透光百分比/nm的斜率。
15.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器包括选自如下组的至少一个层：所述组由金属涂层、金属氧化物涂层及它们的混合物和组合组成。
16.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器包括为有机聚合物材料的至少一个层，所述有机聚合物材料包含选自如下组的添加剂，所述组由染料、颜料及它们的混合物和组合组成。
17.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器包括为有机聚合物材料的至少一个层，所述有机聚合物材料包含紫外线阻滞剂。
18.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜包括单个多层光学膜。
19.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述视觉防护滤光镜包括至少两个多层光学膜，不是多层光学膜的光学活性层的至少一个层被置于所述至少两个多层光学膜中的两个多层光学膜之间。
20.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器的至少一个层通过至少一个多层光学膜与所述中性密度滤光器的至少另一个层分开。
21.根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜，其中所述中性密度滤光器没有任何层通过多层光学膜与所述中性密度滤光器的任何其他层分开。
22.一种包括眼睛防护窗格的个人防护设备，其中根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜附接到所述眼睛防护窗格的主表面。
23.根据权利要求22所述的个人防护设备，其中所述个人防护设备为动力空气净化呼吸器，并且所述视觉防护滤光镜能够移除地粘附于所述动力空气净化呼吸器的所述眼睛防护窗格的向外主表面。
24.一种防护人视觉的方法，所述方法包括：
将根据权利要求1所述的视觉防护滤光镜放置到光源和人眼之间的光路中；以及
允许来自所述光源的可见辐射和不可见辐射投射在所述视觉防护滤光镜上并且由此滤光。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述光源为人造光源。
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