DE2033339A1

DE2033339A1 - Optisches Filter fur Wellenlangen im Infrarot und infrarotnahen Bereich

Info

Publication number: DE2033339A1
Application number: DE19702033339
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: American Optical Corp
Priority date: 1969-08-28
Filing date: 1970-07-06
Publication date: 1971-03-04
Also published as: CH551631A; FR2063145A7; FR2063145B3; IL34589A0; NL7009319A; IL34589A

Description

Laserstrahlung, insbesondere im Infrarot- und infrarotnahen Bereich ist sehr energiereich und bedingt einen Strahlungsschutz für das damit umgehende Personal· Zum Schutz gegen eine so energiereiche Strahlung sind bereits Filter in Form von Schutzbrillen und G-esiehtsblenden und dergleichen vorgeschlagen worden. Die bekannten Filter bestehen aus dünnen Filmen aus einem Kunststoff, der elementares Kupfer enthält oder an dessen Oberfläche adsorbiertes Kupferkation vorhanden ist. Beispielsweise ist in der tJSA-Patentschrift 2 861 896 ein Interferenzfilter beschrieben, das elementares Kupfer enthält. Das Filter besteht aus einem dünnen Film, in dem feinverteilte Kupferteilchen dispergiert sind, auf welche die Wirkung des •Filters zurückzuführen ist. Die Filterwirkung bedingt daher eine Zerstreuung des liehtea.

109810/1437 _BADoriginal

Bayeriiche Vereinibank München 820933

Die USA-Patentschrift 2 816 047 beschreibt einen Film, zu dessen Herstellung auf der Oberfläche eines vorgeformten Ulms ein organischer Farbstoff adsorbiert wird₀ Dieser PiIm wird zu seiner Verwendung auf einer Glaslinse oder dergleichen angeordnete Beispielsweise kann man einen vorgeformten dünnen PiIm aus Polyvinylalkohol in eine wässerige Anilinlösung tauchen» Uach dem Trocknen wird der Film in eine wässerige Lösung eines Oxidationsmittels, ζ, Β. eines löslichen Kupfersalzes₉ getauchte Das Salz reagiert mit dem Anilin unter Bildung eines die Infrarotstrahlung absorbierenden Farbstoffes» Bei der Reaktion entsteht ein Gemisch von Oxidationsprodukten des Anilins oder von Anilinderivaten, die einander überlappende Äbsorptionsbanden besitzen O

Die USA-Patentschrift 3 104 176 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines dünnen Films aus Kunststoff» Der vorgeformte Kunststoffilm wird in eine Lösung eines Kupferaalzes getaucht«, Das Kupfersalz wird auf der Oberfläche des Films und den Wandungen der Poren das Films verteilt und bildet eine strahlungsabsorbierende Oberfläche«

Die vorstehend besproehensn Patentschriften betreffen dünne Filme aus Kunststoff· Da diese Filme sehr dünn sindj müssen sie auf einem iPräg©r angebracht« a® B₀ auf Linsen aus Glas oder einaa anderen Material aufgeklebt werden» Der Absorptionsgrad dies®r FiitüE¹ uird dadurch, begrenzt, daß die Film© dünn sind und dag Kupfer nur in· eintr niedrigen Konzentration enthaltene Da sieh, di@ Kupferkationen nur an der Oberfläche "befinden ₉ sind sie nur ia ©im©r sata· begrenzten Menge Torhaaden und ist &i© ©©■©amtabsorption a@iir kleine Bei Filmen mit auf &©^ QibsrfliÄ© &Tbg®lagtrt®n Kupferkationan absorbieren diese lbetaftoiiiiXAelfaB Saergiiaeagen^ θ© daß sich die Oberfläohe des Films sitok ο^Μ,ΐζ^ us,® ms -thormiachen ScJhÄdiguag und sogar Eo^st^^asag des Silas kann·

1 0 S 9 1 0 / U 3 7

Ein für diesen bestimmten Zweck geeignetes optisches Filter soll einen hohen Lichtdurchlässigkeitsgrad haben» Als Lichtdurchlässigkeitsgrad wird der Durchlässigkeitsgrad für Wellenlängen bezeichnet, die für das menschliche Auge sichtbar sind« d_e h_o für optische Wellenlängenβ Einerseits soll das !Filter die durch Wellenlängen in dem gefährlichen Laserbereich durch die Linse übertragene Energiemenge stark herabsetzen« Andererseits soll der Benutzer des Filters aber deutlich durch dieses hindurchsehen können« | Die bekannten Filter haben nur einen geringen Lichtdurchlässigkeitsgradj so daß man nur schlecht durch das Filter hindurchsehen kanne

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Filters mit vorherbestimmten Absorptionseigenschaften für Wellenlängen im infrarotnahen und Infrarotbereiche

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, für Infrarotstrahlung ein Filter zu schaffen, in dessen Masse Kupferkationen gleichmäßig verteilt sindο -

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines infrarotabsorbierenden Filters, das einen hohen Absorptionsgrad für Wellenlängen im infrarotnahen Be- f reich und eine hohe Lichtdurehlässigkeit hat«

Eine Aufgabe der Erfindung besteht ferner in der Schaffung eines Filters für Infrarotstrahlung»

Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Filtern für Wellenlängen im Infrarotbereich zu schaffen.

Ein optisches Filter für Wellenlängen im infrarotnahen und Infrarotbereich, insbesondere zum Abschirmen gegen Laserstrahlung, besteht erfindungsgemäß aus einer G-rundmasse aus Kunststoff, in der ein lösliches Kupfer(II)-salz gleichmäßig dispergiert ist. Die Lage der Bande mit maximaler Absorption wird durch die Wahl des dem Kupfer zugeordneten Anions und/oder durch die Wahl der Kunststoff-Grundmasse bestimmte 10 98 10/1 /,3 7

Nachstellend wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, in der in einem Diagramm die optische Dichte eines erfindungsgemäßen Filters in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt ist.

Die Erfindung schafft ein für Brillen, Augenblenden und Schutzbrillenlinsen geeignetes Filter für Wellenlängen im infrarotnahen und Infrarotbereich_o Das erfindungsgemäße !Filter besitzt eine G-rundmasse, die aus Kunststoff besteht und eine Dicke von etwa 1-5 mm hat und in der Kupferkationen in einer vorherbestimmten Konzentration einheitlich verteilt sind, wobei ein Filter erhalten wird, das einen maximalen Absorptionsgrad im Bereich von 680-950 nm und eine hohe Lichtdurchlässigkeit besitzt» Die Absorption der Infrarotstrahlung führt zur Anregung der Kupfersalze.

Das Pilter besteht aus einem für optische Zwecke geeigneten Kunststoffe Man kann für die Zwecke der Erfindung allgemein durchsichtige Kunststoffe verwenden, insbesondere die bekannten, durchsichtigen Kunststoffe für optische Zwecke, beispielsweise Vinylpolymerisate, wie Polyvinylacetat, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylbutyral usw.. Man kann auch andere durchsichtige Kunstharze verwenden, die für optische Zwecke geeignet sind. Die G-rundmasse des Filters besteht aus dem Kunststoff, der mit einem löslichen Kupfersalz dotiert ist. Der Kupfersalzgehalt bestimmt den Absorptionsgrad für Infrarotstrahlung. Durch die Wahl des dem Kupfer(II)»kation zugeordneten Anions kann die Lage der Bande mit dem höchsten Absorptionsgrad für Infrarotstrahlung bestimmt werden«. Ge eignete Kupfer(II)-salze sind beispielsweise Kupfer(II)-. Chlorid, Kupfer(II)-nitrat, Kupfer(II)-sulfat, Kupfer(II)- perchlorat usw®

Das verwendete Kupfersalζ muß mit dem Kunststoff verträglioh sein, d. h», es muß in dem Kunststoff in. der zur Erzielung der gewünschten Filterwirkung erforderlichen

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Menge lösbar sein. Ferner darf es aus dem Kunststoff nicht ausfallen und nicht in ihm kristallisieren_o Daher kann ein und dasselbe Salz nur in einer begrenzten Menge verwendet

werden« ·

In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse von Versuchen angegeben, durch welche die Wirkungen verschiedener Grundmassen und verschiedener Kupfer(II)-salze ermittelt wurden. Die Prüflinge sind natürlich nur als Ausführungsbeispiele'der Erfindung anzusehen«,

Man kann das erfindungsgemäße Filter auch als eine | feste Lösung ansehen, die aus einer Grundmasse aus Kunststoff und aus ausgewählten Kupfer(II)-ionen besteht.

Eupfer(II)-galz

lAÖ^Eü,

■ry^s-pji

@ t at

GhJL orid

Chlorid

Iitrat

Hitrat

Iitrat Acetat

"'•Ifclas·}!.

Sulfat

Anteil des Kupfer(II)-salzes Gew.#

Anteil des Weichmachers (Glycerin)

Farbe

Films

Dicke

des

Films

2_f4

20,6 7,8

17,9

1f3 2,2

12,0

2,5

9,8 18,5

19,8 17.6 23,0

hellgelb 0,8

Absorptionsmaximum

Langwellenbereicl nm

950

hellgelb	0,1	880
hellblau	^o	820
hellblau	0,8	815
hellgrün	0,2	800
hellgrün	0,8	680
hellgrün	1,1	745
hellgrün	0,8	800
hellgrün	0,8	820

CJ

Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums kann durch Verwendung eines anderen Kupfersalzes in der G-rundmasse leioht abgeändert werden, wie aus den Versuchen 1, 3» 7> 8 und 9 hervorgeht.

Die erfindungsgemäß verwendete Kunststoffplatte oder -folie hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa 1-5 miQe Das Absorptionsmaximum liegt in einem Bereich zwischen 680 und 950 nm· Wenn die Platte oder Folie dünner ist als 1 mm, hat sie im allgemeinen nicht die für die Bildung einer freitragenden Linse erforderliche Festigkeit« Brillen- | glaser haben im allgemeinen eine Dicke von 2—5 m«

In der einzigen Figur der Zeichnung sind die Absorptionseigenschaften einer 4 mm dicken Kunststoffplatte in der für den Versuch Nr. 4 in der Tabelle I angegebenen Zusammensetzung dargestellt, und zwar ist die optische Dichte in Abhängigkeit von der Wellenlänge (in nm) angegebene

Man kann handelsübliche Kunststoffe auf Polyvinylbasis in einem Lösungsmittel auflösen, der Lösung das Kupfersalz in der gewünschten Menge (in Gewichtsprozent) beimischen und dann das Lösungsmittel verdampfen. Das Kupfer(XI)-salz und das Material für die Grundmasse müssen daher in einem gemeinsamen Lösungsmittel löslich sein. Für den Versuch Nr. 4 wur- _Λ den 17,9 g Kupfer(II)-nitrat und 82,1 g Polyvinylacetat in "

etwa 400 ml Methanol gelöst. Diese Lösung wurde in einer solchen Menge in eine flache Abdampfschale gegossen, daß nach dem Verdampfen des Methanols eine 4 mm dicke Kunststoffplatte erhalten wurde. Die vollständige Verdampfung des Lösungsmittels kann durch leichte Erwärmung im Vakuum beschleunigt werden. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels erhält man eine hellblaue Kunststoffplatte, die etwa 4 mm dick und in deren Grundmasse das Kupfer(II)-kation des Salzes gleichmäßig verteilt ist. Die Zeichnung zeigt den Absorptionsverlauf

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INSPECTED

für diese 4 mm dicke Platte, wobei die optische Dichte in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlung dargestellt ist. Das Absorptionsmaximum liegt bei etwa 815 nm.

Die erfindungsgemäßen Filter eignen sich besonders für die Verwendung bei Lasern aus neodymdotiertem Glas, das eine Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 1,06 Mikrometer erzeugt, oder bei Bubinlasern, die eine Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 0,694 Mikrometern erzeugen· Die Gesamtabsorption kann durch Veränderung der Konzentration des Kupfer(II)-salzes verändert und das Absorptionsmaximum kann durch die Verwendung eines anderen Kupfer(II)-salzes oder einer anderen Kunststoff-Grundmasse verlagert werden. Man kann die Absorptionsbande auch durch Veränderung der Dicke der Kunststoffplatte oder -folie verändern ·

Zur Herabsetzung der Sprödigkeit der Kunststoffplatte oder -folie kann diese in bekannter Weise verschiedene Weichmacher enthalten. Die Festigkeit und Härte der erzeugten Platten oder Folien kann erhöht werden, indem der Vernetzungsgrad und/oder die Länge der Makromolekulketten erhöht bzw. vergrößert wird.

In dem vorstehend angegebenen Ausfuhrungsbeispiel wird ein anorganisches Kupfer(II)-salz verwendet. Man kann aber auch organische Kupfer(II)-salze verwenden, z. B. das Kupfer(II)-acetat gemäß den Versuchen 6 und 7 der Tabelle.

1 0 9 8 1 Π / 1 /, 3 7

Claims

Patentansprüche ι

Filter für Wellenlängen im infrarotnahen und Infrarotbereioh, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Platte oder Folie aus einem für optische Zwecke geeigneten, makromolekularen Kunststoff ein lösliches Kupfer(II)-salz in der ' ganzen Kunststoffmasse gleichmäßig verteilt ist, wobei das Filter ein Absorptionsmaximum im Bereich von 680-950 nm und eine hohe licht durchlässigkeit hat*

2 β Filter nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Vinylharz ist. "

3. Filter naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte oder Folie eine Dicke im Bereich von 1-5 mm hat.

4« Filter nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß das Salz Kupf er (II)-Chlorid, Kupf er (II)-ni trat, Kupfer(II)-sulfat, Kupfer(II)-perohiorat oder Kupfer(II)-acetat ist.

5. Filter naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyvinylacetat ist.

6. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyvinylpyrrolidon ist.

7. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kunststoff ein Polyvinylbutyral ist. |

8. Verfahren zum Herstellen von Filtern für Wellenlängen la infrarotnahen und Infrarotbereioh, daduroh gekennzeichnet, daß ein für optische Zwecke geeigneter Kunststoff und ein· vorherbestimmt· Menge eines löslichen Kupf*r(II)-salsee in eine* gemeinsamen !lösungsmittel gemischt wer der, der Kunst et off, das Kupfer(II)-ealz und das lösungsmittel

la einer eolohen Menge in eine Pom gegoeeen werden, da0 de» Verdampfen dee Löeungemittel« sin Ittoketamä Biolce von etwa 1-5 m sr&altsa. wird, «ad dee Löeuniimittele «i»·

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