CN117602848A - 观察窗及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种观察窗以及观察窗的应用，该观察窗包括板状的玻璃基底和布置在基底的至少一个表面上的涂层，其中，在400至700nm的波长范围中，所述观察窗具有低于15％、优选低于10％的平均透射率τavg,400nm‑700nm，其中，τavg,400nm‑700nm定义为和/或所述观察窗在每种波长的情况下具有小于15％、优选小于10％、特别优选小于5％、十分特别优选小于1％的光谱透射率，并且其中，在875nm至1600nm的波长范围中在至少一个波长处，所述观察窗的透射率为至少75％、优选至少80％。

Description

观察窗及其应用
技术领域
本发明一般地涉及一种观察窗及其应用，所述观察窗包括至少一个板状的玻璃基底，该基底具有涂层。
背景技术
观察窗理解为包括至少一个由基底材料构成的板的板状结构，其中该材料至少对于选择的波长范围是透明的或者具有最小透射度。该材料大多是无定形材料、尤其是玻璃。在板状的基底的一侧或两侧上可施加涂层，涂层根据其特性可影响观察窗的光学特性和机械特性。尤其在玻璃的情况下可通过施加一个或多个合适的涂层获得对于相应应用期望的有利的、甚至必要的特性。因此可通过施加合适的涂层显著地提高玻璃的机械耐久性。因此经相应涂层的玻璃板可具有更高的耐刮擦性，使得该玻璃板也可在必须考虑更高的机械载荷的应用中用作观察窗。
原则上这种观察窗一般也可用作保护部件的覆盖玻璃。例如这种覆盖玻璃也可用于保护包括例如在车辆中测量间距的激光器的系统。
在安全方面可为有利的是，用于包括激光器的系统的这种覆盖玻璃仅具有在可见的光谱范围中的小的透射率。
还已知滤光玻璃，滤光玻璃具有在激光波长范围中的足够高的透射率并且同时具有很低的光透射率，即在可见的光谱范围中的很低的光透射率。在多种情况下，该滤光玻璃没有在汽车领域中覆盖玻璃所需的足够的机械稳定性和/或化学稳定性。这种覆盖玻璃的环境是恶劣的并且例如除了如碎石的机械负载之外还包括洗车、湿气负载、温度波动、盐雾、太阳辐射，尤其是在汽车领域应用时。
合适的所谓的“技术玻璃”、即在观察窗中无附加涂层的情况下可使用的玻璃材料通常没有足够的过滤特性。
因此需要用于电子部件、尤其包括激光器这种电子部件的覆盖玻璃，该覆盖玻璃对于在汽车应用中的使用具有良好的光学过滤作用以及足够的机械和化学的耐受性。
发明内容
本发明的目的是提供用作覆盖玻璃的观察窗，该观察窗至少部分地减少现有技术中的前述不足。另一方面涉及这种观察窗的应用。
本发明的目的通过独立权利要求的对象实现。优选的以及特殊的实施方式在从属权利要求、说明书、附图以及其他公开中得出。
因此本公开涉及一种观察窗，该观察窗包括板状的玻璃基底和布置在基底的至少一个表面上的涂层。观察窗在400至700nm的波长范围中具有低于15％、优选低于10％的平均透射率τavg,400nm-700nm，其中，τavg,400nm-700nm定义为：
替代地或附加地，观察窗在每种波长的情况下具有小于15％、优选小于10％、特别优选小于5％、十分特别优选小于1％的光谱透射率。
在875nm至1600nm的波长范围中在至少一个波长处观察窗的透射率为至少75％、优选至少80％、优选至少85％、优选至少90％、优选至少95％、更优选至少97％。
观察窗的板状基底包括有色玻璃。其尤其包括板状基底由一种有色玻璃制成或由一种有色玻璃构成的情况。
通过使用在可见光谱范围中具有前述透射特性的有色玻璃，得到的观察窗对于人眼来说不是足够透明的。因此不注意的观察者不能识别出位于组合体之后是什么。由此出现更均匀的颜色印象。此外可以防止对观察者的可能的眼睛损伤。
将观察窗优选设计成，有色玻璃在可处于875nm至1600nm的激光波长范围中在至少一个波长处具有非常高的至少75％、优选至少80％、优选至少85％、优选至少90％、优选至少95％、更加优选至少97％的纯透射。换句话说，由此实现有色玻璃对于激光束是足够透明的。
一种实施方式是使用具有以下通过阳离子百分比(Cat.-％)表示的玻璃组成的有色玻璃：
硅30-80、优选35-75、特别优选40-70；
硼0-20；
铝0-2；
钠5-35、优选7.5-30、特别优选12-20、十分特别优选14 -18；
钾2-25、优选5-20、特别优选6-15；
镍0-0.5；
铬0-0.5；
钴0.03-0.5；
其中，∑钠+钾15-50、优选20-45、特别优选25-30。
其中，∑镍+铬0.1-0.5。
并且其中，钠和钾的和与镍和钴的和的比例如下：
∑钠+钾/∑镍+钴＝70:1至200:1。
优选地，玻璃具有钾阳离子与钠阳离子的摩尔比在0.3:1至0.9:1的范围中、优选在0.4:1至0.8:1的范围中、十分特别优选在0.6:1至0.7:1的范围中。
术语“阳离子百分比”在此理解为总阳离子含量(以mol计)中的相应阳离子的相对摩尔比例。除了阳离子以外，玻璃也包含阴离子。阴离子含量相应地以阴离子百分比(anion％)表示。具有上述组成的玻璃优选包含O2--、F--、Br--、Cl—和/或SO4 2-作为阴离子。优选地，O2-离子的份额为至少50anion％、优选至少70anion％、特别优选至少90anion％。一种特别优选的实施方式在于，O2-离子的份额为至少98anion％、甚至至少99anion％。根据一种实施方式整个玻璃是氧化的，即O2-离子的份额为100anion％。
根据另一实施方式，玻璃仅包含很少份额的卤化物(Cl-、F-和/或I-)。优选地，卤化物的份额为最高3anion％、优选最高1anion％。优选地，玻璃没有卤化物。其他的实施方式提供至少0.1anion％、优选至少0.2anion％、特别优选至少0.5anion％、至少1anion％、至少2anion％或至少3anion％的氯化物含量。根据一种实施方式，该玻璃具有的氯化物含量在0.5至10anion％的范围中、优选在1至5anion％的范围中。
一种替代的实施方式是使用具有以下通过Cat.-％表示的玻璃组成的玻璃作为基底：
硅40-80、优选50-70、特别优选60-70；
硼0-20、优选1-19、特别优选5至15；
铝0-25、优选2-20、特别优选5-12；
钠2-22、优选3-20、特别优选4-18；
钾0.1-10、优选1-8、特别优选2-5；
铬0.05-0.5、优选0.1-0.4、特别优选0.15-0.3；
钴0.03-0.5、优选0.04-0.3、特别优选0.05-0.2；
其中，∑钠+钾10-25、优选12-20、特别优选15-20。
其中，∑铬+钴0.15-0.55、优选0.17-0.5、特别优选0.19-0.4。
并且其中，钠和钾的和与镍和钴的和的比例如下：
∑钠+钾/∑镍+钴＝25:1-150:1、优选30:1-125:1、特别优选40:1至90:1。
除了阳离子以外，玻璃也包含阴离子。阴离子含量相应地以阴离子百分比(anion％)表示。具有上述组成的玻璃优选包含O2--、F--、Br--、Cl—和/或SO4 2-作为阴离子。优选地，O2-离子的份额为至少50anion％、优选至少70anion％、特别优选至少90anion％。一种特别优选的实施方式在于，O2-离子的份额为至少98anion％、甚至至少99anion％。根据一种实施方式整个玻璃是氧化的，即O2-离子的份额为100anion％。
根据另一实施方式，玻璃仅包含很少份额的卤化物(Cl-、F-和/或I-)。优选地，卤化物的份额为最高3anion％、优选最高1anion％。优选地，玻璃没有卤化物。其他的实施方式提供至少0.1anion％、优选至少0.2anion％、特别优选至少0.5anion％、至少1anion％、至少2anion％或至少3anion％的氯化物含量。根据一种实施方式，该玻璃具有的氯化物含量在0.5至10anion％的范围中、优选在1至5anion％的范围中。
根据另一实施方式，该有色玻璃具有以下通过重量％表示的组成：
SiO2 50-80、优选55-75、特别优选60-73；
Al2O3 0-10、优选1-8、特别优选2-6；
B2O3 0-15、优选2-10、特别优选3-8；
Li2O 0-20、优选3-18、特别优选6-12；
Na2O 0-20、优选3-18、特别优选6-12；
K2O 0-25、优选1-20、特别优选5-13；
BaO 0-10、优选1-8、特别优选3-5；
CaO 0-10、优选2-6、特别优选3-5；
MgO 0-10、优选2-6、特别优选3-5；
ZnO 0-10、优选1-8、特别优选3-5；
La2O3 0-20、优选1-15、特别优选2-12、十分特别优选5-10；
TiO2 0-5、优选1-15、特别优选2-12；
Cl 0-3、优选0.1-2、特别优选0.3-0.50；
MnO2 1.0-5.0、优选1.5-4.5、特别优选2-4、十分特别优选2.5-3；
Cr2O3 0.2-3、优选0.5-2.5、特别优选0.7-2、十分特别优选1-1.5；
其中，∑Na2O+K2O+Li2O＝5-30、优选10-25、特别优选15-20。优选地，该玻璃组成满足以下条件中的至少一个：∑MnO2+Cr2O3＝2.7-8、优选3-7、特别优选3.5-5.5和/或MnO2/CrO3＝1.5:1至12.5:1、优选1.6:1至10:1、特别优选1.7:1至7.5:1、十分特别优选1.9:1至4:1。
基底具有至少0.5mm以及最高12mm的厚度。根据有利的实施方式，基底的厚度在0.5至6mm的范围中、优选在2mm至6mm的范围中、优选在2至4mm的范围中。相应的基底厚度确保足够高的强度。
基底是板状的并且具有两侧、以下也称为上侧和下侧。在此上侧理解为基底的在基底用作观察窗的一部分时形成观察窗的操作前侧的一侧。因此上侧是基底的在用作观察窗时形成面对观察者那侧的一侧。下侧理解为基底的在经涂层的基底用作遮盖电子部件的观察窗时形成操作后侧的一侧并且是基底的指向电子部件的一侧。观察窗在两侧的至少一侧上包括至少一个层，该层包括金属和/或半金属的氧化物、氮化物和/或氧氮化物。该层优选地构造成涂层或涂层的一部分。优选地，观察窗至少在操作前侧或有色玻璃的上侧具有涂层。根据本发明在若干实施方式中优选除了在操作前侧上的涂层以外，观察窗在所谓的操作后侧上具有另外的涂层，其中尤其是抗反射涂层和/或疏水的和/或疏油的涂层和/或防冻涂层和/或防雾涂层和/或可加热的涂层，尤其是满足防反射涂层和/或可加热涂层的功能的涂层。
该涂层一般可具有另外的功能，例如设计成抗反射涂层、防刮擦涂层、例如具有颜色反射的光学涂层、气候保护涂层、易清洁涂层、疏水性涂层、疏油性涂层、防冻涂层、防雾涂层和/或可加热涂层。涂层可实施成多层涂层，即包括多个层。涂层可同时满足不同功能，例如用于产生抗反射作用的光学涂层还具有例如实施成防雾或疏水涂层的最上层。
优选地，涂层是多层抗反射涂层，其由具有不同折射率的多个层构成。在此，具有较高折射系数的层与具有低的折射系数的层交替。低折射系数的层例如包括氧化硅。根据另一实施方式，具有低折射系数的层构造在具有铝份额的氧化硅上。根据有利的实施方式，低折射的层具有根据以下关系的硅与铝的物质量比：
n(Al)/(n(Si)+n(Al))>0.02，
其中，n(Al)表示铝的物质量并且(n(Si)表示硅的物质量。令人惊奇地发现，掺加铝或氧化铝为相比于高折射的氮化硅层柔软、低折射的氧化硅层赋予了明显更高的耐刮擦和耐磨性能。根据一种实施方式比例n(Al)/(n(Si)+n(Al))大于0.05、优选大于0.1。在此发现有利的是，比例n(Al)/(n(Si)+n(Al))小于0.8、优选小于0.5、特别优选小于0.25。
具有较高折射系数的层优选包含硅化物、氧化物或氮化物。氮化物特别适用于高折射层。
作为抗反射涂层的层的优选沉积方法使用溅射、尤其磁控溅射。在此反应溅射也是特别有利的，因为在这种情况下可用相同的靶材制造低折射层的氧化硅和高折射层的氮化硅。可简单地通过改变工艺参数、尤其工艺气体的组分转换到不同的层材料。
涂层优选地具有至少125nm以及最高2500nm、优选最高1500nm的厚度。令人惊奇地发现，具有相对薄的层厚度的相应抗反射层提供长期的防刮擦。因此在优选的实施方式中抗反射涂层具有总共在200nm至400nm范围中的层厚度。特别优选地，层厚度在250nm至300nm的范围中。为了比较，典型的防刮擦涂层或硬质涂层一般大于1μm。
通过选择基底的特性、例如玻璃组成或玻璃厚度，以及通过选择涂层可使观察窗灵活地匹配相应的应用领域和其要求。
根据一种实施方式，观察窗在875nm至1600nm范围的至少一个波长处具有最高14％、优选最高12％、特别优选甚至最高10％的光谱反射率波长λ的反射率在此如下定义：
其中，Pr表示反射功率并且P0表示入射功率。
替代地或额外地，观察窗在875至1600nm范围中具有最高14％、优选最高12％、特别优选最高10％的平均光谱反射率其中平均光谱反射率/>表示单个的光谱反射率在研究的波长范围中的算术平均值。
在此优选地，针对0°和60°之间的测量角、特别优选地针对0°和70°之间的测量角确定反射率。因此，根据有利的设计方案观察窗在宽的角范围中具有低的反射性。
替代地或额外地，在875nm至1600nm的波长范围中至少一个波长的光谱反射率比未经涂层的基底的相应反射率小至少2个百分点、优选至少4个百分点、特别优选至少6个百分点。
替代地或额外地，在1530nm和1570nm、优选1540nm和1560nm之间的波长范围中对于0°至45°范围中的测量角，观察窗的表面的平均光谱反射率最高为4％、优选最高2％、特别优选最高1％。根据一种实施方式，在该波长范围中对于60°的测量角，平均光谱反射率最高为7％、优选最高5％、特别优选最高4％、十分特别优选最高3％。
在一种实施方式中，在880nm和930nm、优选890nm和920nm之间的波长范围中对于0°至45°范围中的测量角，观察窗的表面的平均光谱反射率最高为4％、优选最高3％、特别优选最高2％、十分特别优选最高1％。根据一种实施方式，在该波长范围中对于60°的测量角，平均光谱反射率/>最高为7％、优选最高5％、特别优选最高4％、十分特别优选最高3％。
根据另一实施方式，在1300nm和1340nm、优选1310nm和1330nm之间的波长范围中对于0°至45°范围中的测量角，观察窗的表面的平均光谱反射率最高为4％、优选最高2％、特别优选最高1％。根据一种实施方式，在该波长范围中对于60°的测量角，平均光谱反射率/>最高为7％、优选最高5％、特别优选最高4％、十分特别优选最高3％。
观察窗具有平均透射率Tavg，其中平均透射率Tavg表示在给定的波长范围内的各个波长的透射率的算术平均值。根据一种实施方式，在1530nm和1570nm、优选1540至1560nm之间的波长范围中对于0°的测量角平均透射率Tavg为至少90％、至少91％、优选至少93％、特别优选至少96％。替代地或额外地，在该波长范围中在45°的测量角下平均透射率Tavg为至少89％、优选至少90％、特别优选至少95％。根据一种实施方式，在所述波长范围中在60°的测量角下观察窗具有的平均透射率Tavg为至少87％、优选至少88％、特别优选至少90％、特别优选至少93％。在70°的测量角，该观察窗在上述波长范围中甚至可具有平均透射率Tavg为至少84％、优选至少85％、特别优选至少87％、十分特别优选至少90％。
通过在1530nm至1570nm范围中高的透射率，观察窗特别适用于与在所述波长范围中、尤其在1550nm处具有中央波长的激光器组合。在此尽管施加了光学干涉涂层，透射率基本上与角度无关。
替代地或额外地，在890nm和930nm、优选890至920nm之间的波长范围中对于0°的测量角观察窗的平均透射率Tavg为至少91％、优选至少93％、特别优选至少96％。替代地或额外地，在该波长范围中在45°的测量角下透射率Tavg为至少89％、优选至少90％、特别优选至少95％。根据一种实施方式，在所述波长范围中在60°的测量角下观察窗具有的平均透射率Tavg为至少87％、优选至少88％、特别优选至少90％、十分特别优选至少93％。该观察窗在上述波长范围中甚至可具有的平均透射率Tavg在70°的测量角下为至少84％、优选至少85％、特别优选至少87％、十分特别优选至少90％。
通过在890nm至930nm范围中高的透射率，观察窗特别适用于与在所述波长范围中、尤其在905nm下具有中央波长的激光器组合。在此透射率基本上与角度无关。
替代地或额外地，在1300nm和1340nm、优选1310至1330nm之间的波长范围中对于0°的测量角，观察窗的平均透射率Tavg为至少91％、优选至少93％、特别优选至少96％。替代地或额外地，在该波长范围中在45°的测量角下透射率Tavg为至少89％、优选至少90％、特别优选至少95％。根据一种实施方式，在所述波长范围中在60°的测量角下观察窗具有的平均透射率Tavg为至少87％、优选至少88％、特别优选至少90％、十分特别优选至少93％。该观察窗在上述波长范围中甚至可具有的平均透射率Tavg在70°的测量角下为至少84％、优选至少85％、特别优选至少87％、十分特别优选至少90％。
通过在1300nm至1340nm范围中高的透射率，观察窗特别适用于与在所述波长范围中、尤其在1310nm和/或1320nm下具有中央波长的激光器组合。在此透射率基本上与角度无关。
已经发现有利的是，观察窗或光学干涉涂层构造成，其没有或仅有很低的偏振分裂。因此一种实施方式是，在875nm和1600nm之间、优选880nm和1600nm之间的范围中的至少一个波长处并且在30至60°的至少一个测量角下，观察窗的s偏振光和p偏振光之间的光谱透射率的差ΔTs-p,pol小于3百分点、优选小于2百分点、特别优选小于1百分点。一种实施方式是，在30至60°的至少一个测量角下并且在890nm至910nm、1310nm至1330nm和/或1540nm至1560nm的至少一个波长处，观察窗的s偏振光和p偏振光之间的光谱透射率的差ΔTs-p,pol小于3百分点、优选小于2百分点、特别优选小于1百分点。
有利地，对于-30℃至70℃范围中的温度，玻璃基底包括热膨胀系数在3*10-6/K和14*10-6/K之间范围中的玻璃。优选地，热膨胀系数在5*10-6/K和12*10-6/K的范围中、特别优选在7*10-6/K和11*10-6/K的范围中。给定的值是根据ISO 7991的标称平均纵向热膨胀系数，该值在静态测量中确定。基于该热膨胀系数，玻璃具有高的耐温度变化的性能。
如前所述，这种设计尤其在受到观察窗保护的电子部件运行中出现大的温度波动时可为是有利的。因为在这种情况下基底和涂层的热膨胀系数彼此协调，并且由此不会引起足够大以致于在涂层和基底之间和/或在涂层内产生分层的机械应力。因此涂层具有在基底上的良好附着性，这有利地作用到观察窗的机械耐久性方面。
尤其层结合体、即在基底和涂层之间的结合体以及层结合体、即涂层内的各个子层的良好的机械耐久性也可根据拜耳测试来证实。因此观察窗在进行拜耳测试之后，根据修订后的检测标准ASTM F735-11(修订后的拜耳测试具有8000次循环和2kg融合的氧化铝(Al2O3)而不是SiO2的负载；填充高度为2cm)具有雾度值，该雾度值相比于拜耳测试之前测量的观察窗的雾度值提高了最大4％、优选最大2％、特别优选最大1％。根据ASTM D1003-95测得雾度值并且表示浊度的量度。在此表面缺陷、如划痕引起雾度值的提高。
对于0°至30°的角范围，观察窗具有明视反射颜色，即根据CIE 1931用眼睛敏感曲线加权的反射率，色坐标x在0.20至0.4的范围中并且y在0.20至0.4的范围中、优选x在0.25至0.33并且y在0.23至0.33。由此观察窗对于观察者来说看起来是黑色的。根据优选的实施方式，观察窗对于0°至45°、甚至0°至60°范围中的角度具有上述色坐标。
根据实施方式的观察窗可尤其用作覆盖玻璃、尤其是激光器、例如作为LIDAR系统的一部分的激光器的覆盖玻璃或用于成像系统、尤其用于3D测量环境或测量速度的仪器的成像系统。
附图说明
下面根据实施例以及根据图1至图14详细地阐述本发明。其中示出：
图1示出了第一实施方式的横截面的示意图，
图2示出了第二实施方式的横截面的示意图，
图3示出了第三实施方式的横截面的示意图，第三实施方式在操作后侧具有另一涂层，
图4示出了第一实施例在不同拍摄角下的反射光谱，
图5示出了第二实施例的反射光谱，
图6和图7示出了第三实施例在不同拍摄角下的反射光谱，
图8示出了第四实施例在不同拍摄角下的反射光谱，
图9示出了第五实施例分别在进行拜耳测试之前和之后在不同拍摄角下的反射光谱，
图10和图11示出了具有第五实施例的不同偏振角的电磁辐射的反射光谱，
图12和图13示出了具有第六实施例的不同测量角的电磁辐射的反射光谱，
图14依据CIE 1931x-y图表示出了第六实施例的反射颜色的与角度相关的偏移。
具体实施方式
图1示出了根据一种实施方式的观察窗1的示意性横截面。观察窗1具有作为玻璃的板状基底2的有色玻璃以及沉积在基底2的表面4上的涂层30。在图1示出的示例中涂层30被构造成四层的。涂层包括金属和/或半金属的至少一种氧化物、氮化物和/或氧氮化物。
涂层30包括低折射率的层34、32以及具有较高折射率的层31、33。在此，层33包含材料SiN、SixOyNz、SixAlOyNz、SiXN:H、SixNyOz:H和/或AlxOyNz中的至少一种。
图1中示出的实施方式用于遮盖电子发光构件。发出的电磁辐射由箭头7象征性地表示并且穿过观察窗1。基底2的面对构件的侧面称为下侧或操作后侧(在图1中为附图标记5)。基底的另一侧面4相应地称为上侧或操作前侧。在图1示出的实施方式中涂层30施加在基底2的上侧4。
涂层30的层厚度在125nm至2500nm的范围中、优选在125nm至1500nm的范围中。在此，倒数第二层33具有尽可能大的层厚度，优选至少100nm、优选至少150nm、特别优选至少200nm的层厚度。在此，硬质层33的相对大的层厚度特别有助于涂层30以及观察窗1的耐刮擦性和机械耐久性。最上层34优选地具有尽可能小的层厚度。根据一种实施方式，层34的层厚度小于300nm、甚至小于100nm。
观察窗1在400至700nm的波长范围中具有的平均透射率τavg,400nm-700nm小于15％、优选小于10％，其中τavg,400nm-700nm定义为
替代地或附加地，观察窗1在每种波长的情况下具有小于10％、优选小于5％、特别优选小于1％的光谱透射率。
图2示出了根据另一实施方式的观察窗的示意图。在此，除了具有四个单个层31、32、33、34的涂层30以外，观察窗具有另外的层8。在这种情况下，层8不是光学干涉涂层的层8，而是在其组成以及其功能方面与涂层30不同。在图2示出的实施例中是所谓的“易清洁”层，该层对于水具有＞105°的接触角。
图3示出了观察窗1的另一实施方式。在此，除了具有单个层31、32、33、34的光学干涉涂层30以外，基底2在操作前侧4上具有另外的涂层40。涂层40包括光学干涉层41、42、43以及可选地包括导电层50。层41、42、43形成抗反射涂层并且由此降低发出的光7的反向散射。层50是具有氧化铟锡或由氧化铟锡(ITO)构成的层。层50具有的薄层电阻在10至15Ω/sq的范围中并且具有其可与电源连接的触点(未示出)。因此层50可满足加热层的功能。
涂层40施加在有色玻璃2的下侧5上。该涂层例如可满足发出的光7在通过有色玻璃2之前降低反射的功能。
图4示出了一种实施例在不同反射角下的反射光谱，该实施例具有包括7个层(SiO2和Ta2O5交替)的一涂层，总层厚度大约为530nm。该实施例对于使用发射波长在905nm范围中的激光器是最佳的。相应地，反射光谱在该波长范围中呈现特别低的反射。在这种情况下在该波长范围内即使在高的60°的反射角下反射也仅为4％。
在图5中示出了第二实施例的反射光谱。在该实施例中观察窗在操作后侧上具有另外的涂层。该涂层包括光学干涉的抗反射涂层以及ITO层。因此第二实施例具有图3中示出的构造。在此反射光谱在大约905nm的波长范围中呈现特别低的反射。在这种情况下在该波长范围内即使在高的60°的反射角下反射也小于4％。
图6和图7示出了第二实施例在不同反射角下的反射光谱。在此曲线10相应于在6°反射角下的反射走势，曲线11相应于在30°反射角下的反射走势，曲线12相应于在40°反射角下的反射走势，曲线13相应于在60°反射角下的反射走势。
在观察窗的操作前侧上，观察窗具有四层的抗反射涂层(SixAlyNz、SixAlyOz、SixAlyNz、SixAlyOz)，其总层厚度大约为1050nm。该观察窗在其透射和反射方面对于使用发射波长1310nm的激光器是最佳的。因此该观察窗对于在1290至1330nm范围内的波长在所有研究的反射角下具有特别低的反射值。下面的表1提供针对不同的反射角r-pol在1290nm至1300nm的波长范围中求平均的平均反射。
r-pol 6° r-pol 30° r-pol 45° r-pol 60°
Ravg(1290-1330nm) 0.3％ 0.2％ 0.3％ 2.7％
表1：第二实施例中的反射值
由表1可清楚看出，在直至45°的角度下反射基本与角度不相关。在大的60°的角度下可实现非常低的反射值。
在可见的光谱范围中，在图6中示出的所有反射光谱10、11、12、13具有多个反射最大值。与涂层的相应设计相关，该反射最大值以不同的强度和/或不同的波长范围出现，因此影响观察者获得的观察窗颜色印象。
图8示出了第三实施例在不同反射角下的反射光谱。在第三实施例中使用具有以下通过阳离子百分比表示的组成的有色玻璃作为基底玻璃：
抗反射涂层具有总层厚度大约620nm的4个层(Si3N4、SiAlNxOy、Si3N4、SiAlNxOy)并且相应于根据图1的实施例。
第三实施例特别适合作为用于波长在890nm至920nm范围中的光源的观察窗。由图8可清楚看出，在此处相关的890nm至920nm的波长范围中在0°、30°和45°的测量角下反射基本相同。因此在该角范围中反射基本上与角度无关。在大的60.5°的测量角下在相应的波长范围中反射低于5％。
图9示出了第三实施例在进行拜耳测试之前和之后的反射光谱。拜耳测试能够判断表面的机械耐久性、尤其是其耐刮擦性。根据图9可清楚看出，在进行拜耳测试之后的反射相比于拜耳测试之前的反射仅最小地提高。因此在拜耳测试之后的反射光谱在60°的测量角下反射提高小于1％，在0°和45°的测量角下，反射提高甚至小于0.5％。因此观察窗呈现格外高的耐刮擦性。
在图10和图11中示出了第四实施例的反射光谱。在此在0°(曲线9)、30°(曲线11)、45°(曲线14)和60°(曲线13)的测量角下测量反射。第四实施例具有包括6个层的光学干涉涂层，其中单个层具有以下组成：SixAlyNz、SixAlyOz、SixAlyNz、SixAlyOz、SixAlyNz、SixAlyOz。总层厚度大约为570nm。该涂层在此在1290nm至1330nm的波长范围中在尽可能低的反射方面被优化以及在380nm至780nm的可见波长范围中在减小的反射率方面被优化。如实施例1至3也显示出基本上与角度无关的反射。在表2中列出对于波长范围1290nm至1330nm的平均反射值。
r-pol 0° r-pol 30° r-pol 45° r-pol 60°
Ravg(1290-1330nm) 0.8％ 0.3％ 0.5％ 3.4％
表2
第六实施例在1530nm和1570nm范围中在最佳的光学特性以及在蓝色反射颜色方面进行设计。
图12和图13示出了在不同测量角下的反射光谱。该实施例设有总层厚度大约1124nm的6个层的光学干涉涂层，其包括单个层Si3N4、SixAlyOz、Si3N4、SixAlyOz、Si3N4、SixAlyOz，在直至45°角度的相关波长范围内呈现基本不变的反射性能。即使在60°的角度，在1530至1570nm的相关波长范围中平均反射低于3％。表3显示在不同角度下的平均反射值Ravg。
r-pol 0° r-pol 30° r-pol 45° r-pol 60°
Ravg 1530-1570nm 0.7％ 0.5％ 0.8％ 2.9％
表3
图14根据CIE 1931x-y图表示出了在0°至60°范围的角度下反射颜色的偏移15以及在0°和60°之间的透射颜色的偏移16。由图14可清楚看出，该实施例的观察窗具有蓝色的反射颜色。
附图标记列表
1 观察窗
2 有色玻璃
4 操作前侧
5 操作后侧
7 激光束
8 涂层
9 0°下的反射光谱
10 6°下的反射光谱
11 30°下的反射光谱
12 40°下的反射光谱
13 60°下的反射光谱
14 45°下的反射光谱
15 0°和60°之间反射颜色的偏移
16 0°和60°之间透射颜色的偏移
30 光学干涉涂层
31、32、33、34 涂层30的单个层
40 第二光学干涉涂层
41、42、43 涂层40的单个层
50 ITO涂层。

Claims (11)

1.一种观察窗，所述观察窗包括板状的玻璃基底和布置在所述基底的至少一个表面上的涂层，
其中，所述观察窗在400至700nm的波长范围中具有低于15％、优选低于10％的平均透射率τavg,400nm-700nm，其中，τavg,400nm-700nm定义为
和/或
所述观察窗在每种波长的情况下具有小于15％、优选小于10％、特别优选小于5％、特别优选小于1％的光谱透射率，
并且其中，在875nm至1600nm的波长范围中在至少一个波长处，所述观察窗的透射率为至少75％、优选至少80％。
2.根据权利要求1所述的观察窗，其中，所述观察窗具有至少0.5mm以及最高12mm、优选至少0.5mm至最高6mm、特别优选至少2mm和最高6mm的厚度。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的观察窗，其中，所述涂层包括至少一个层，所述至少一个层包括金属和/或半金属的氧化物和/或氮化物和/或氧氮化物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的观察窗，其中，所述涂层具有至少125nm以及优选最高2500nm、优选最高1500nm的厚度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的观察窗，其中，在875nm至1600nm的波长范围中在至少一个波长处，所述观察窗的透射率为至少85％、优选至少90％、特别优选至少95％、十分特别优选至少97％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的观察窗，其中，在875nm至1600nm范围中的至少一个波长处，优选地针对0°和60°之间的测量角、特别优选地针对0°和70°之间的测量角确定的光谱反射率ρλ为最高14％、优选最高12％、特别优选甚至最高10％，
和/或
其中，在875nm至1600nm的波长范围中的至少一个波长处，所述观察窗的优选地针对0°和60°之间的测量角、优选0°和70°之间的测量角确定的光谱反射率ρλ比所述玻璃基底的(未经涂层的)表面的光谱反射率小至少2个百分点、优选至少4个百分点、优选至少6个百分点，
和/或
其中，在1530nm和1570nm、优选1540nm和1560nm、和/或880nm和930nm、优选890nm和920nm、和/或1300nm至1340nm、优选1310nm至1330nm之间的波长范围中，对于0°至45°范围中的测量角，所述观察窗的表面的平均光谱反射率ρave最高为4％、优选最高2％、特别优选最高1％；和/或对于60°的测量角，所述观察窗的表面的平均光谱反射率ρave最高为7％、优选最高5％、以及最高4％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的观察窗，其中，在1530nm和1570nm、优选1540至1560nm、和/或880nm和930nm、优选890nm和920nm、和/或1300nm至1340nm、优选1310nm至1330nm之间的波长范围中，平均透射率Tavg对于0°的测量角为至少90％、优选至少91％、特别优选至少93％、还优选至少96％，和/或对于45°的测量角为至少89％、优选至少90％、特别优选至少92％、还优选至少95％，和/或对于60°的测量角为至少87％、优选至少88％、优选至少90％、特别优选至少93％，和/或对于70°的测量角为至少84％、优选至少85％、优选至少87％、还优选90％，
和/或
其中，在875nm和1600nm之间、优选880nm和1600nm之间的范围中的至少一个波长处并且在30至60°的至少一个测量角下在所述观察窗的s偏振光和p偏振光之间的光谱透射率的差ΔTs-p,pol小于3百分点、优选小于2百分点、特别优选小于1百分点。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的观察窗，其中，所述玻璃基底包括热膨胀系数(-30℃至70℃)在3*10-6/K和14*10-6/K之间、优选在5*10-6/K和12*10-6/K之间、特别优选在7*10-6/K和11*10-6/K之间的玻璃。
9.根据前述权利要求中任一项所述的观察窗，其中，在拜耳测试之后的雾度值提高了最大4％、优选最大2％、特别优选最大1％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的观察窗，根据CIE 1931对于0°至30°、优选0°至45°、特别优选0°至60°的角范围，所述观察窗的明视反射颜色为x 0.20-0.4、y 0.20-0.4、优选x 0.25-0.33、y 0.23-0.33。
11.根据前述权利要求中任一项所述的观察窗的应用，所述观察窗用作覆盖玻璃、尤其是激光器的覆盖玻璃、尤其作为LIDAR系统的一部分的激光器的覆盖玻璃、或者用于成像系统、尤其用于3D测量环境或测量速度的设备的成像系统。
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