DE2309732A1 - Zur verwendung als sonnenbrillenglaeser geeignetes optisches filter - Google Patents

Description

Eastman Kodak Company, Rochester, N.Y., U.S.A.

Zur Verwendung als Sbnnenbrillengläser geeignetes optisches
Filter.

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Filterelement zur Verwendung in einem Sonnenbrillenglas, welches zwischen einem Auge eines Trägers und seinem Gesichtsfeld angeordnet ist und eine Gold- oder Kupferschicht sandwichartig zwischen Zinksulfidschichten aufweist, und wobei eine zusätzliche Schicht aus einem reflexionsvermindernden Material auf der dem Auge des
Trägers zugewandten Seite des Sandwichs angeordnet ist.

Aus der US Patentschrift 3 516 720 ist bereits ein Reflexionsfilter bekannt, welches eine Gold- oder Kupferschicht zwischen Zinksulfidfilmschichten aufweist; dieses Filter kann für Sonnenbrillengläser verwendet werden. Ein solches Filter hat die äußerst erwünschte Eigenschaft, daß es fast die ganzen
Ultraviolett- und Infrarot-Anteile der an der Erdoberfläche
auftretenden Sonnenstrahlung reflektiert, wobei der sichtbare Anteil in gewünschter Weise um 30% bis 85% gedämpft wird.
Die an der Erdoberfläche auftretende Sonnenstrahlung ist da-

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bei diejenige Sonnenlichtmenge, die an der Erdoberfläche an einem klaren Tag auf Meereshöhe ankommt, und zwar einschließlich der spektralen Intensitätsverteilung. Wenn jedoch dieses Filter alleine in Sonnenbrillengläsern ohne weitere Filterschichten verwendet wird, tritt die unerwünschte "Rück"-Reflexion auf; diese Rück-Reflexion entsteht durch die Reflexion von seitlich und von rückwärts auf die Rückseite der Gläser auftreffende Strahlung in das Auge des Trägers. Zur Vermeidung dieses Nachteils werden gemäß dem genannten US Patent dünne Nickelfilme mit genau gesteuerter Dicke auf den Gläsern abgeschieden, so daß der Nickel zwischen dem Reflexionsfilter und den Augen des Trägers liegt, wobei- die im Vakuum abgeschiedene Nickelschicht die Rück-Reflexion auf ein annehmbares Niveau absenkt.

Die gemäß dem US Patent 3 516 720 aufgebauten Sonnengläser haben jedoch insbesondere den Nachteil, daß sie grelle Lichtreflexionen nicht vermindern.

Es ist zwar bereits bekannt, daß man grelle Lichtreflexionen durch die Verwendung eines Polarisators vermindern kann. Ein Polarisator hat jedoch eine Dichte von 0,4, so daß bei Verwendung eines Polarisators zusammen mit dem Sonnenglasmaterial nach dem US Patent 3 516 720 die Dichte des Sonnenglases zu groß sein würde, so daß das Sonnenglas unbrauchbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man durch Ersetzen des Nickelüberzugs gemäß US Patent 3 516 720 durch eine Polarisationsschicht das Problem der Verminderung der grellen Lichtreflexion im wesentlichen lösen kann, überraschenderweise ist dabei die Verminderung der Rückreflexion in die Augen des Trägers genauso gut wie bei dem Sonnenglasmaterial gemäß der US Patentschrift 3 516 720. Darüber hinaus ist aber auch die Gesamtdichte des gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Sonnenglasmaterials nahe der Gesamtdichte des Sonnenglasmaterials gemäß der genannten US Patentschrift.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht man also neben einer

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Absenkung der Rück-Reflexion zugleich auch eine Verminderung der grellen Lichtreflexionen, d.h. die spiegelnd reflektierte Komponente der Szenenbeleuchtung wird stark abgeschwächt (gedämpft) bezüglich der diffusen Komponente der Szenenbeleuchtung. Die Polarisationsfilterschicht ist dabei zur Verminderung der RückReflexion iii Kombination mit dem Reflexionsfilter wirksamer als eine neutrales Absorptionsfilter mit demgleichen Durchlässigkeitsgrad.

Durch das erfindungsgemäße Filterelement erreicht man bei Sonnenbrillengläsern ein nahezu vollständiges Herausfiltern der schädlichen Ultraviolett- und Infrarotstrahlung durch Reflexion, wobei eine Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich von ungefähr 15 bis ungefähr 70% erreicht wird, während zugleich die RückReflexion klein gehalten wird, ohne daß dabei die Gesamtdurchlässigkeit auf ein unannehmbares Niveau abgesenkt wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das geschichtete Sandwich aus Zinksulfid-Gold oder Kupfer-Zinksulfid und dem Polarisationsfilmfilter nicht direkt aufeinanderhaften oder in Berührung sein muß; dies ermöglicht die Herstellung wirkungsvoller, fester und abriebbeständiger Sonnenbrillen bzw. Sonnenbrillengläser.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere auch aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

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Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung^

Fig. 6a ein gemäß der Erfindung hergestelltes Element (Beisp. 1);

Fig. 6b ein gemäß der Erfindung hergestelltes Element ohne eine Polarisationsfilterschicht (Beisp. 1);

Fig. 7 eine graphische Darstellung der prozentualen Durchlässigkeit abhängig von der Wellenlänge für die Elemente von Beispiel 1;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der prozentualen Rück-Reflexion abhängig von der Wellenlänge für die Elemente von Beispiel 1.

In Fig. 1 ist ein geschichtetes optisches zur Verwendung in einer Sonnenbrillenlinse 10 geeignetes Filter dargestellt, welches eine erste Trägerschicht (Lage) 12, eine Schicht aus einem Polarisationsfilm 14, eine Zinksulfidschicht 16, eine Schicht aus Gold oder Kupfer 18, eine weitere Zinksulfidschicht 20 und eine letzte Trägerschicht 22 aufweist. Die Trägerschichten oder Lagen 12 und 22 bestehen vorzugsweise aus Zelluloseazetatbutyrat, Zellulosenitrat, Zelluloseazetatpropionat, Zelluloseazetat, Äthylzellulose, Zellulosetriazetat oder einem anderen ähnlichen, vorzugsweise durchsichtigen Kunststoffträgermaterial. Die Aussenoberflachen der Lagen 12 und 22 sind vorzugsweise mit abriebfesten Überzügen bzw. 23 überzogen, die vorzugsweise folgende Stoffe beispielsweise enthalten: Ein vollständig polymerisiertes Melaminformaldehydharz, ein wärmehärtbares yernetztes Polymer, wie beispielsweise diäthylenisch-substituierten Polyalkylenglycol, Polymerüberzüge, die durch in situ Polymerisation auf dem Kunststoffolienmaterial gebildet wurden, und zwar durch Polymerisation von Polyalkylenglycoldiestern von -^,/> -ungesättigten Karbonsäuren, usw. Kunststof fbeschichtungen einschließlich der hier beschriebenen sind beispielsweise in den folgenden US Patenten beschriebene 237 567, 2 527 400, 2 554 850, 3 081 192, 3 09 7 106. Der Polarisationsfilm kann irgendeines der bekannten Polarisationsmaterialien aufweisen; beispielsweise kann der Polarisationsfilm eine molekularorientierte Polyvinylalkoholfolie sein, die mit Jod gefärbt ist,

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um sie lichtpolarisierend zu machen, und die auch in der Weise boriert sein kann, wie dies in einem der US Patente 2 445 570, RE 23,297 oder 2 554 850 beschrieben ist.

Dem Fachmann ist bekannt, daß zusätzlich zu den in Fig. 1 und auch den anderen Figuren gezeigten Lagen oder Schichten die Elemente weitere Lagen aufweisen können, die zur Erzeugung geeigneter Verbindungsoberflächen dienen, um einen festen Schichtaufbau zu gewährleisten.

In Fig. 2 ist ein Element 24 dargestellt, welches eine erste Trägerschicht 26, eine Polarisationsfilmschicht 28, eine zweite Trägerschicht 30, eine Zinksulfidschicht 32, eine Gold- oder Kupferschicht 34, eine zweite Zinksulfidschicht 36 und einen Schutzüberzug 38 aufweist. Das geschichtete Element der Fig. 2 gleicht demjenigen der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß an Stelle von zwei Trägerschichten eine Trägerschicht 26 vorgesehen ist, und daß die äußere Schicht aus Zinksulfid 36 mit einem Schutzüberzug 38 überzogen ist, beispielsweise einem solchen der oben beschriebenen Art. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist das Sandwich aus ZnS-Au-ZnS oder ZnS-Cu-ZnS in direkter Berührung mit dem Polarisationsfilm, wohingegen in Fig. 2 der Polarisationsfilm 28 von dem ZnS-Au-ZnS oder ZnS-Cu-ZnS-Sandwich durch eine Trägerschicht 30 getrennt ist. Die beiden, in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele arbeiten in Sonnenbrillengläsern dann gut, wenn die Polarisationsfilmfilterschicht zwischen dem Auge des Trägers und dem geschichteten Sandwich der Reflexionsfilterschicht aus ZnS-Au-ZnS oder ZnS-Cu-ZnS liegt.

In Fig. 3 ist ein Element 40 gezeigt, welches einen Träger 42 mit einer Polarisationsfilmschicht 44 und einem Schutzüberzug auf der einen Seite aufweist, während auf der anderen Seite des Trägers 42 eine Zinksulfidschicht 48, eine Gold- oder Kupferschicht 50, eine Zinksulfidschicht 52 und eine zweite Schutzüberzugschicht 54 vorgesehen ist.

In Fig. 4 ist ein, eine Trägerschicht aufweisendes Element 58 dargestellt, welches eine Trägerschicht 60, eine erste ZnS-Schicht

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62, eine Gold- oder Kupferschicht 64, eine zweite ZnS-Schicht 66, eine Polarisationsfilmschicht 68 und einen Schutzüberzug 70 aufweist. Die Aussenoberfläche der Trägerschicht 60 weist vorzugsweise einen abriebfesten überzug auf.

In Fig. 5 ist ein weiteres, eine Trägerschicht aufweisendes Element 74 gezeigt, welches einen Träger 76, eine Polarisationsfilterschicht 78, eine erste ZnS-Schicht 80, eine Gold- oder Kupferschicht 82, eine zweite ZnS-Schicht 84 und einen Schutzüberzug 86 aufweist. Die Aussenoberfläche des Trägers 76 ist vorzugsweise mit einer abriebfesten Schicht versehen.

Es können auch zusätzliche Schichten zur Erzeugung einer zusätzlichen Tragwirkung, zur kosmetischen oder funktioneilen Einfärbung oder zur Erzielung anderer gewünschter Eigenschaften gemäß der Erfindung zu den Elementen der Figuren 1 bis 5 hinzugefügt werden. Wenn die in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Elemente in andere Schichtaufbauten eingebaut werden, so würden sie nicht die gezeigten abriebfesten Überzüge aufweisen. Vielmehr würden die abriebfesten überzüge dann auf den jeweils aussen liegenden Oberflächen vorgesehen sein, wenn diese keine hinreichende Härte aufweisen, um entsprechend abriebfest zu sein. Gemäß der Erfindung kann auch ein Färbemittel dafür geeigneten Schichten zugeführt werden.

Beispielhafte Verfahren zur Ausbildung der Schichtaufbauten gemäß den Figuren 1 und 2 und auch der Aufbauten gemäß den Figuren 3, 4, 5, 6a und 6b sind die folgenden:

1) Abscheidung des ZnS-Au-ZnS oder ZnS-Cu-ZnS-Sandwich auf einen ersten Träger; Beschichten (Laminieren) eines zweiten Trägers mit dem Polarisationsfilm; Zusammenlaminxeren der beiden Schichtkörper zur Bildung eines fertigen Gebildes, welches in einer Linse (Brillenglas) in der Weise verwendbar ist, daß der Polarisationsfilm zwischen dem Auge des Trägers und dem reflektierenden Filtersandwich liegt. Dieses Verfahren kann auch zur Ausbildung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Elemente verwendet werden.

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2) Abscheidung des ZnS-Au-ZnS oder ZnS-Cu-ZnS-Sandwich direkt auf einem Polarisationsfilm, worauf dieses Gebilde zwischen zwei Trägerschichten einlaminiert wird. Auf diese Weise wird ein Element ausgebildet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

3) Abscheidung oder Ablagerung des ZnS-Au-ZnS oder ZnS-Cu-ZnS-Sandwich auf einer Seite eines Trägers; Aufschichten eines Polarisationsfilms auf die andere Seite des gleichen Trägers, worauf beide Seiten dieses Schichtkörpers mit einer Schutzschicht aus einem Polymer oder einem anderen Schutzüberzugsmaterial der oben beschriebenen Art überzogen werden. Ein Beispiel für ein derart hergestelltes Element ist in Fig. 3 gezeigt. Die in den Figuren 1 - 5 gezeigten Elemente können auch durch Verwendung anderer Verfahren ausgebildet werden.

Die oben genannten Verfahren und die gemäß der Erfindung ausgebildeten Elemente sind nur als Beispiele zu betrachten, wobei dem Fachmann auch noch andere Kombinationen gegeben sind. Ein Kriterium in allen Fällen besteht darin, daß die Polarisationsfilmschicht derart in den Sonnenbrillengläsern angeordnet sein muß, daß sie zwischen dem Auge des Trägers und der reflektierenden Filterschicht aus ZnS-Au-ZnS oder ZnS-Cu-ZnS liegt.

Im folgenden sei ein spezielles Beispiel von zwei Elementen betrachtet; das eine Element weist einen Polarisationsfilter auf, während das andere Element keinen solchen Filter besitz. Die Rück-Reflexion und die Durchlässigkeit der beiden Elemente wird in den Figuren 7 und 8 verglichen.

Beispiel 1

Zur Herstellung der Überzüge gemäß dem folgenden Verfahren wurde ein VEM-775 Glockenbehälter-Vakuumsystem der Firma Veeco Instruments, Inc. verwendet. Eine 4x6 Zoll (1 Zoll = 2,54 cm) Folie aus Polarisationsmaterial (hergestellt von der Fa.American Polarizers, Inc.) war auf einem geeigneten Substrathalter befestigt, der mit einem Abstand von 13 Zoll (33 cm) gegenüber den Dampfquellen angeordnet war. Das Polarisationsmaterial bestand- - wie in Fig. 6a gezeigt - aus einem dünnen Polarisationsfilm 90,

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der zwischen zwei Schichten aus einem Zelluloseazetatbutyrat-Kunststoff 92 und 94 geschichtet war, um einen Schichtkörper 96 von 0,030 Zoll (0,762 nun) Dicke zu bilden. Die Quellen waren nebeneinander angeordnet und waren wie folgt aufgebaut:

1) Eine elektronenstrahlbeheizte Dampfquelle Modell FIH-180, hergestellt von der Airco Temescal Division der Air Reduction Company, Inc.;

2) ein Wolframschiffchen, welches durch Hindurchleiten eines elektrischen Stromes erhitzt wurde. Im Schmelztiegel der elektronenstrahlbeheizten Quelle war Zinksulfid und im Wolframschiffchen war Gold vorgesehen. Benachbart zu dem Substrat war in der gleichen Ebene ein Schwingquarzkristall-Dickenmesser angeordnet, der von der Fa. Sloan Instruments, Inc. hergestellt ist. Bei geschlossenem System wurde der Druck auf 1,8 χ 10 Torr herabgepumpt. Ein vollständiger Mehrfachlagenüberzug wurde ohne Unterbrechung des Vakuums durch aufeinanderfolgendes Erhitzen jeder Dampfquelle hergestellt. Zinksulfid wurde zunächst mit einer Ge-

o
schwindigkeit von 250 Angström (A) pro Sekunde abgeschieden, um einen Film 98 von ungefähr 3500 Angström Dicke auszubilden. Sodann wurde schnell Gold mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 80 Angström pro Sekunde zur Bildung eines Filmes 100 von ungefähr 3200 Angström Stärke abgeschieden. Eine Endschicht 102 aus Zinksulfid wurde zur Bildung eines Filmes von ungefähr 3500 Angström Stärke abgeschieden, worauf die Vakuumkammer auf atmosphärischen Druck zurückgebracht wurde.

Das Element 6b wurde im wesentlichen in der gleichen Weise hergestellt. Ein klares Stück aus Zelluloseazetatbutyrat 106 wurde mit einem ZnS-Au-ZnS Mehrfachschicht-Sandwich von im wesentlichen der gleichen Dicke und Struktur überzogen und wies die Schichten 108 bzw. 110 bzw. 112 auf.

Die optischen Eigenschaften der Elemente gemäß den Fig. 6a,und 6b wurden gemessen und die Ergebnisse sind in den Fig. 7 und 8 wiedergegeben. Die graphische Darstellung zeigt die Wirksamkeit des Polarisationsfilters bei der Abschwächung der Rück-Reflexion des Goldfilters. Gleichzeitig erkennt man auch die Wirksamkeit des Goldfilters bei der Beschränkung der Durchlässigkeit auf nur

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die sichtbaren. Bereiche der einfallenden Strahlung. Die maximale Durchlässigkeit des Elements ist weniger als 1% für sichtbares Licht, welches in einer Ebene von 9O° gegenüber der Polarisationsebene des Polarisationsfilters polarisiert ist.

Die Dicken der verschiedenen Lagen - mit Ausnahme der Dicken für das Reflexionsfiltersandwich aus ZnS-Au-ZnS oder ZnS-Cu-ZnS in den oben erwähnten optischen Elementen sind nicht kritisch und können sich über große Bereiche hinweg ändern. Es sei jedoch bemerkt, daß die Schichten vorzugsweise so dünn wie möglich sind, und zwar aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und aus Gewichtsgründen, und um schließlich die Verzerrung oder Brechung des durchgelassenen Lichtes klein zu halten. Nur als Beispiel sei angegeben, daß jede der abriebbeständigen Überzugsschichten eine Stärke in der Größenordnung von 1/1000 Zoll (0,0254 mm) aufweisen kann; die transparenten Kunststofftragschichten können eine Stärke in der Größenordnung von 0,0120 Zoll (0,305 mm) bis 0,0140 Zoll (0,355 mm) aufweisen; die Dicke der Polarisationsschicht 14 liegt in der Größenordnung von 0,001 Zoll (0,0254 mm). Die Stärke der Goldschicht oder Kupferschicht ändert sich abhängig von der optischen Dichte des Polarisationsfilters. Für Polarisationsfilter größerer optischer Dichte ist die Gold- oder Kupferschicht dünner ausgebildet, so daß die gewählten 30% bis 85% der sichtbaren Sonnenstrahlung an der Erdoberfläche durch ein Element gedämpft werden, welches sowohl reflektive als auch polarisierende Filterschichten aufweist. Vorzugsweise hat die Goldschicht eine Dicke im Bereich zwischen ungefähr 60 Angström bis ungefähr 400 Angström, während Kupfer eine Dicke im Bereich von ungefähr 100 Angström bis ungefähr 400 Angström aufweist. Die ZnS-Schichten sind Viertelwellenlängenschichten - bis zu ungefähr 20%. Das t bis/ungefähr 20% kompensiert jegliche Variation zwischen der tatsächlichen optimalen Überzugsdicke und der theoretisch optimalen Überzugsdicke. Die Abweichung beruht wahrscheinlich auf den Differenzen zwischen der tatsächlichen und der theoretischen optischen Dichte des ZnS. In der Praxis ist die bevorzugte Dicke des ZnS-Überzugs derart gewählt, daß das Verhältnis aus

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sichtbarem Licht

infrarot *φ- ultraviolett

max.i niiert wird.

Obwohl das ZnS-GoId oder Kupfer-ZnG-Sandwich bevorzugt wird, können doch auch andere refltStierende Filter benutzt werden,

eingegangen

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Claims (8)

1. AT

   ί1./Optisches Filterelement zur Verwendung in einem Sonnenbrillenglas, welches zwischen dem Auge eines Trägers und seinem Gesichtsfeld angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das reflexionsvermindernde Material ein Polarisator ist.
2. 2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerschichten und/oder Schutzschichten vorgesehen sind.
3. 3. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Goldschichtstärke im Bereich von ungefähr 60 A bis ungefähr 400 A liegt, während die Kupferschichtstärke im Bereich

   ο ο

   von ungefähr 100 A bis ungefähr 400 A liegt.
4. 4. Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinks
   20% sind.

   die Zinksulfidschichten Viertelwellenlängenschichten - bis zu
5. 5. Filterelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator direkt auf das Sandwich aufgeschichtet ist.
6. 6. Filterelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ZnS-Au-ZnS oder ZnS-Cu-ZnS-Sandwich oder Filter hinreichend dünn ist, so daß es ungefähr 15 bis ungefähr 70% der sichtbaren Sonnenstrahlung durchläßt.
7. 7. Filterelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Aussenoberflachen des Filterelements abriebbeständige Überzüge vorgesehen sind.
8. 8. Filterelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schutzschicht mit einem ZnS-Au-ZnS-Sandwich sowie einem Polarisationsfilter zur Verminderung der RückReflexion auf weniger als 20% vorgesehen ist, wobei an den

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   Aussenoberflachen abriebbeständige Überzüge vorgesehen sind,

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