DE2528814C2

DE2528814C2 - Optisches Bandfilter und Anwendung desselben zur Herstellung von Schutzbrillen

Info

Publication number: DE2528814C2
Application number: DE2528814A
Authority: DE
Inventors: Guy Paris Farges
Original assignee: Direction General pour lArmement DGA
Current assignee: Direction General pour lArmement DGA
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1985-12-19
Also published as: US4045125A; FR2276601B1; DE2528814A1; GB1497467A; FR2276601A1

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Bandfilter nach

dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches optisches Bandfilter, das aus der FR-PS 20 03 177 bekannt ist, dient zum Absondern eines Teils des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere im optischen Bereich zwischen 400 und 700 nm, und wird zum Schutz der Augen gegen die ultravioletten und Infrarotstrahlen des elektromagnetischen Spektrums verwendet

Bekanntlich beruht die Sehwahrnehmung nur auf den Strahlen des sichtbaren Spektrums, d. h. auf den elektro magnetischen Strahlen, deren Wellenlängen zwischen etwa 400 und 700 nm liegen. Diese Strahlen sind für das Auge ungefährlich, wenn ihre Stärke nicht zu hoch ist. Dagegen können ultraviolette Strahlen und Infrarotstrahlen schon in relativ geringen Dosen schwere Ver- letzungen verursachen. Ein ideales Schutzfilter für das Auge muß somit in dem Bereich der höchsten Empfindlichkeit des Auges einen maximalen Durchiässigkeitsfaktor besitzen, muß bei einem starken Lichtfluß zur Vermeidung von Verbrennungen oder Blendungen das sichtbare Licht abschwächen und muU die ultravioletten Strahlen und die Infrarotstrahlen durch Absorption oder Reflexion möglichst vollständig unterdrücken.

Zum Schutz der Augen gegen die schädlichen Strahlen des elektromagnetischen Spektrums werden mei- stens mineralische oder organische, halbtransparente Gläser, Sonnenbrillen genannt, benutzt Die partielle Durchlässigkeit in dem Bereich des sichtbaren Lichts erhält man meistens durch Einführung eines Farbstoffs in die Masse des Gkises oder des Kunststoffes. Manche

si/ Zusammensetzungen gewährleisten hierbei einen guten Schutz der Augen, erfordern jedoch die Verwendung von kostspieligen Spezialwerkstoffen. Die billigen, im Handel befindlichen Brillengläser, die im allgemeinen derartige Werkstoffe nicht enthalten, bieten einen schlechten Schutz, da sie zwar die sichtbaren Strahlen abschwächen, aber einen zu großen Anteil an ultravioletten Strahlen und Infrarotstrahlen durchlassen. Da das Auge die Abschwächung des sichtbaren Lichts durch eine größere Öffnung der Iris ausgleicht, kann es hierbei mehr schädliche Energie als ohne Schutzbrille aufnehmen.

Neben der Vielzahl von verschiedenen mineralischen und organischen Gläsern, die in der Masse gefärbt sind, wurden für den Schutz der Augen auch noch andere Lösungen vorgeschlagen, insbesondere die Verwendung von Filtern, die aus einem Träger aus Glas oder Kunststoff bestehen, der mit einer oder mehreren dünnen Metallschichten insbesondere aus Gold oder Kup-

fer bedeckt ist Derartige Filter sind in den US-Patentschriften Nr. 31 18 781, 12 22 049, 20 87 802 und 28 54 349 beschrieben. Diese Filter sind zwar in vielen Anwendungsbereichen, beispielsweise für den Schutz der Augen von Schweißern, sehr geeignet, eignen sich aber nicht für eine allgemeine Verwendung und können nicht für Sonnenbrillen benutzt werden, und zwar insbesondere deshalb, weil die Innenfläche derartiger Filter sehr reflektiere-.id ist und das Auge den größten Teil des von hinten kommenden und auf dem Filter reflektierten Lichts ohne Filtrierung aufnimmt

Eine andere Lösung besteht in der Verwendung von Verbundfiltern, die aus einem Träger bestehen, der mit einer Metallschicht bedeckt ist, die durch zwei transparente Schichten isoliert ist Abgesehen von den Schwierigkeiten, die bei der praktischen Ausführung derartiger Filter auftreten, insbesondere die Steuerung der Stärken der Schichten, ist das hierbei erhaltene Spektrum von dem eines idealen Filters noch entfernt

Dieser Filtertyp wurde insbesondere zum Zweck der Herstellung von Sonnenbrillen durch die französische Patentschrift Nr. 20 03 177 dadurch verbessere daß die Innenfläche des Filters mit einer Metallschicht bedeckt wurde, die eine geringere Stärke als die filternde Metallschicht hat Diese Metallschicht dient zur Reflexminderung und eleminiert zum Teil die Reflexionen des Lichtes an der hinteren Fläche des Filters. Dieses Filter besitzt jedoch ebenfalls den Nachteil der Filter mit Metallschichten, der darin besteht, daß der sichtbare Bereich beträchtlich geschwächt wird, ohne daß ein wirksamer Schutz im UV- und Infrarotbereich gewährleistet wird. Außerdem kann dieses Filter keinen ausreichenden Schutz im Fall einer starken Strahlung im UV- und Infrarotbereich bieten.

In F i g. 1 der Zeichnung wird ein Vergleich zwischen den Durchlääsägkeitskürven in Abhängigkeit vor. der Wellenlänge eines idealen Augenschutz-Filters (Kurve 1), von üblichen Sonnenbrillen (Kurve 2) und eines Verbundfilters gemäß der französischen Patentschrift Nr. 20 03 17'/ (Kurve 3) angestellt Man erkennt sofort, daß keines der getesteten Filter einen wirksamen Schutz in Infrarotbereich bietet und daß be: dem Verbundfilter gemäß der FR-PS 20 03 177 der Prozentsatz an durchgelassenem Licht im sichtbaren Bereich ziemlich gering ist

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Bandfilter zu schaffen, das eine hohe Flankensteilheit und im Durchlaßband eine möglichst geringe Variation des Transmissionskoeffizienten aufweist

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst

Die für die Bildung der erfindungsgemäßen Bandfilter benutzten Metallschichten können aus irgendeinem der gewöhnlich in der interferenzoptik benutzten Metalle bestehen, d. h. insbesondere aus Aluminium, Silber, Rhndium, Platin. Zweckmäßigerweise wird jedoch Kupfer oder Gold benutzt

Ebenso können für die transparenten Schichten der erfindungsgemäßen Bandfilter die transparenten Werkstoffe benutzt werden, die gewöhnlich in der Interfe- ω renzoptik und zur Herstellung von Sonnenbrillen benutzt werden, d. h. insbesondere die dielektrischen Werkstoffe wie Wismuthoxyd, Bleioxyd, Zinnoxyd, Indiumoxyd, Titandioxyd, Zirkoniumoxyd, Niobiumoxyd, Tantalpentoxyd, Alaminiumoxyde, Siliziumoxyde und Zinksulfid. Ganz allgemein kann jeder transparente Werkstoff, dessen Brechungsindex größer als 1,5 ist, zur Herstellung der transparenten Schichten der erfindungsgemäßen Bandfilter im sichtbaren Bereich benutzt werden. Zweckmäßigerweise werden jedoch die Werkstoffe mit sehr hohem Brechungsindex, wie Titandioxyd und Zinksulfid benutzt Durch die Verwendung derartiger Werkstoffe wird nämlich die Transparenz des Filters im sichtbaren Bereich beträchtlich erhöht und wird eine größere Dichte im UV-Bereich und im Infrarotbereich erzielt Mit anderen Worten, bei einem gegebenen Metall, beispielsweise Gold oder Kupfer, wird der Kontrastfaktor des im sichtbaren Bereich filternden optischen Elements umso größer, je größer der Brechungsindex des transparenten Werkstoffs selbst ist

Der Höchstwert des Durchlaßfaktors und die Form der Filterkurve hängen stark von der Stärke der Metailschichten ab. Diese müssen deshalb mit hoher Präzision bemessen werden. Die Stärke und der Brechungsindex der transparenten Schichten bestimnrin die Bandbreite des Filters und dessen Lage im elektromagnetischen Spektrum.

Wenn die transparente Schicht einf," geringeren Brechungsindex als Zinksulfid besitzt, ist es notwendig, eine größere Stärke zu benutzen, damit man in Nähe der obengenannten Bedingung bleibt: Optische Stärke etwa Am/4 (A_n, — mittlere Wellenlänge des betreffenden Bandes).

Der transparente oder teilweise transparente Träger, der in den erfindungsgemäßen Bandfiltern verwendbar ist, kann aus einem beliebigen Werkstoff bestehen, der die erforderlichen Transparenzmerkmak: sowie eine gute mechanische Festigkeit besitzt Für das Bandfilter für ein Band im sichtbaren Bereich kann dieser Träger beispielsweise aus Glas oder einem beliebigen Kunststoff bestehen, kann vollständig transparent oder teilweise in der Masse gefärbt sein oder kann einer beliebigen Vorbehandlung unterzogen worden sein.

Durch genaue Wahl der optischen Konstanten der transparenten Schichten und der Metallschichten ist es möglich, die unerwünschten optischen Wirkungen an den verschiedenen Grenzflächen zwischen Metall und Dielektrikum zu verringern und eine maximale Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich zu erreichen. Die Spektralcharakteristik des optischen Filterelements besitzt im allgemeinen eine mehr oder weniger -starke Vertiefung im Mittelpunkt des Spektrums oder eine leichte Asymmetrie. Wenn jedoch die Stärken und die Brechungsindizes der Metallschichten und der dielektrischen Schichten entsprechend gewählt werden, kann die Spektralcharakteristik des optischen Filterelements über eine Breite von etwa 100 nm im wesentlichen konstant sein. Dieses Ergebnis erreicht man ohne Schwierigkeiten beispielsweise im sichtbaren Bereich mit einem Gold-Zinksulfid-Paar, wenn die Stärken der drei Meta%chichten gleich groß sind und zwischen 40 und 60 nm liegen, wobei die Stärke der transparenten Schichten zwischen 50 und 70 nm beträgt Die Starke der transparenten Schichten ist nämlich nicht entscheidend. Ihre Schwankung muß jedoch in vernünftigen Grenzen von etwa 10% bleiben. Eine derartige Ungenauigkeit verschiebt die Zentrierwellenlänge des Spektrums merkiich und verringert die Transparenz im sichtbaren Bereich, beeinträchtigt aber nicht wesentlich die Spektralcharakteristik des Filterelement.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bandfilters für ein Band im sichtbaren Bereich wird das Filterelement einer reflexmindernden Behandlung unterzogen, durch die die Reflexion des auf die Rückseite des Filters fallenden Lichtes reduziert werden soll. Zu diesem Zweck werden auf dem Filter-

element eine metallische oder halbmetallische Schicht und eine transparente Schicht aufgebracht, so daß das auf die Rückseite des Filters fallende Licht auf die transparente Schicht vor der metallischen oder halbmetallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung auffällt

Die Werkstoffe, die für die reflexmindernde metallische Schicht benutzt wexden können, werden vorzugsweise aus folgenden Metallen gewählt: Eisen, Titan, Wolfram, Nickel Tantal, Molybdän, Niobium, Zink, Kadmium, Vanadium, Chrom, Zinn, Indium, Lanthan, Blei, Aluminium, Zirkonium, Iridium, Yttrium, Hafnium, Thenium, Kobalt, Thallium, Platin. Es können auch halbmetaiiische Elemente wie Germanium, Silizium, Antimon, Tellur und Arsen benutzt werden. Diese halbmetallischen Werkstoffe, insbesondere Germanium, können auch für die Herstellung der transparenten Schicht des Filterelements benutzt werden, wenn ein Bandfilter für den Infrarotbereich hergestellt werden soll. Für die reflexmindernde Einrichtung ist es besonders iwcckniaßig, neutrale optische Werkstoffe zu benutzen, beispielsweise gewisse Legierungen wie Inconel oder andere Nickel- und Chrom-Legierungen.

Die transparente Schicht der reflexmindernden Einrichtung besteht aus einer Schicht aus einem der Werkstoffe, die oben für die Herstellung des Filterelcments erwähnt wurden. Ebenso wie bei dem Filterelement ist die reflexmindernde Einrichtung umso wirksamer, je höher der Brechungsindex der transparenten Schicht ist

Wenn eine Ausführungsform gewählt wird, bei der sich das optische Filterelement zwischen dem Träger und dem Auge befindet, wird die metallische oder halbmetallische Schicht der reflexmindernden Einrichtung auf die letzte Metallschicht des Filterelements aufgebracht und anschließend wird die transparente Schicht gebildet Wählt man die umgekehrte Ausführungsform, so grenzt die transparente Schicht an den Träger an und anschuiSirPrd wird die Metallschicht und dann ¹^" ^c optische Filterelement aufgebracht Die Transparenz des optischen Elements kann noch dadurch erhöht werden, daß zu beiden Seiten dieses Elements eine reflexmindernde Einrichtung vorgesehen wird.

Die Hauptaufgabe der metallischen Schicht besteht darin, das über die Rückseite des Filters zutretende Licht zu absorbieren, bevor es auf die erste metallische Schicht des optischen Filterelements fällt Sie muß jedoch eine ausreichende Teildurchlässigkeit besitzen, um das Licht durchzulassen, das in der normalen Richtung nach Durchquerung des Filterelements zum Auge gelangt Das in der anderen Richtung über die Rückseite zutretende Licht (im Fall von Sonnenbrillen) wird ein erstes Mal durch die Durchquerung der metallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung abgeschwächt Ein Teil des Restlichtes durchquert das Filterelement und der andere Teil wird an diesem reflektiert und wird nach neuerlicher Durchquerung der metallischen Schicht, die es noch einmal abschwächt, zum Auge zurückgeworfen. Das in der direkten Richtung zutretende Licht durchquert die metallische Schicht nur einmal, während das auf der Rückseite einfallende Licht diese Schicht zweimal durchquert und infolgedessen so stark abgeschwächt wird, daß es für das Auge selbst dann ungefährlich wird, wenn die metallische Schicht eine beträchtliche Transparenz besitzt

Die transparente Schicht der reflexmindernden Einrichtung, die einen hohen Brechungsindex hat, hat die Hauptaufgabe, die durch die vorhergehende metallische Schicht eingeführte Reflexion zu beseitigen. Die metallische Schicht der reflexmindernden Einrichtung wirkt somit nach Aufbringen der transparenten Schicht hauptsächlich wie eine absorbierende Schicht. Es ist zweckmäßig, daß diese eine ziemlich geringe Stärke hat und ein neutrales Absorptionsspektrum besitzt, damit durch sie die Spektralcharakteristik des Filterelements nicht zu sehr geändert wird. Eine wirksame reflexmindernde Einrichtung erhält man mit einer metallischen Schicht mit einer Stärke, die vorzugsweise zwischen 5 und 20 nm liegt. Die Stärke der entsprechenden trans parenten Schicht muß vorzugsweise zwischen 35 und 45 nm liegen. Wenn die Stärken und die optischen Konstanten der metallischen Schicht und der transparenten Schicht abgestimmt sind, kann die Restreflexion sehr gering sein und kann eine erhöhte Transparenz des opti sehen Filterelements erreicht werden, und zwar insbe sondere im Bereich der kurzen Wellenlängen.

Das Filterelement kann im allgemeinen unabhängig von der Beschaffenheit des Trägers direkt auf diesen aufgebracht werden. Bei Verwendung gewisser Metall schichten und insbesondere bei Gold kann es jedoch zum Erreichen einer guten Haftung erforderlich sein, zwischen den Träger und die erste metallische Schicht des Filterelements eine Verankerungsschicht dazwischenzulegen. Je nach der Beschaffenheit des Trägers wird für diese Verankerungsschicht eines der Elemente oder Legierungen benutzt, die zur Bildung der metallischen oder halbmetallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung verwendbar sind. Genauere Angaben hierzu finden sich in dem Werk von L Holland: »Vacu um deposition of thinfilms«. Wenn der metallische Be standteil des optischen Filterelements Gold ist, empfiehlt es sich, zur Bildung der Veronkerungsschicht auf Trägern aus Glas oder Kunststoff einen oxydierbaren Werkstoff wie Chrom oder Nickel- und Chrom-Legie rungen zu benutzen. Schichten, die die Hafttests gemäß den geltenden Normen erfüllen, erhält man mit diesen Werkstoffen bei Stärken von vorzugsweise 10 bis 15 nm. Wenn diese Stärke angehalten wird, wird die Spektralcharakteristik des optischen Filterelements nicht wesentlich beeinträchtigt

Die Haftung der transparenten dielektrischen Schichten auf den metallischen Schichten reicht im allgemeinen aus, um die Hafttests zu bestehen. Dagegen stellt man bei manchen Metall-Dielektrikum-Paaren einen Haftungsfehler des Metalls auf dem Dielektrikum fest Dies ist beispielsweise bei dem Fold-Zinksulfid-Paar der Fall, wenn diese Werkstoffe unter bestimmten Umständen auf Kunststoffträger aufgebracht werden. Dies wird dadurch vermieden, daß zwischen jede transparente und metallische Schicht des Filterelements eine Haftschicht von derselben Beschaffenheit wie die Veraijkerungsschicht eingelegt wird. Wenn die Stärke der zwischengelegten Haftschichten etwa 5 bis 7 nm beträgt, besteht das optische Filterelement die Hafttests, wird seine Transparenz im Bereich des sichtbaren Lichts nicht merklich verringert und wird die Breite des durchgelassenen Bereichs verbessert.

Die erfindungsgemäßen Bandfilter, die aus mehreren dünnen metallischen oder halbmetallischen und trans parenten Schichten bestehen, sind unter normalen Be triebsbedingungen und -atmosphären stabil. Ihre Abriebfestigkeit, die von den benutzten Werkstoffen abhängt, ist jedoch äufig gering. Selbst wenn sie mehreren Reinigungen unterzogen werden können, ohne beschä-

Ä5 digt zu werden, empfiehlt es sich, sie durch eine starke Schicht aus einem Werkstoff zu schützen, der abriebfest ist und manchen korrodierenden Einwirkungen widersteht Die Schutzschicht kann aus einem Polymer wie

Polyäthylen, Polypropylen, Glykol-Äthylen-polyterephthalat oder aus jedem arderen ausreichend abriebfesten Kunststoff bestehen. Sie kann auch aus Silizium, Magnesiumfluorid, Chromoxyd und Glas bestehen. Ganz allgemein kann jeder beliebige transparente Werkstoff benutzt werden, der eine gute Abriebfestigkeit und eine Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung c;-.;.mischer Stoffe besitzt.

Je nach der gewählten Ausführungsform ist die Schutzschicht entweder die erste oder die letzte Schicht, auf die das Licht bei der Durchquerung des Verbundfilters auftrifft.

Die metallischen Schichten und die transparenten Schichten können je nach ihrer Beschaffenheit und nach der Beschaffenheit des Trägers in verschiedenen Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Elektrolyse, chemische Verfahren unter Dampfphase, Kathodenzerstäubung, thermische Bedampfung unter Vakuum oder durch ein beiiebiges anderes Verfahren, das zum Aufbringen von dünnen Schichten benutzt wird. Von all diesen Verfahren ist die Bedampfung unter Vakuum für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bandfilters besonders zweckmäßig. Dieses Verfahren gestattet die Aufbringung sehr vieler verschiedener metallischer, dielektrischer oder halbmetallischer Schichten auf einen beliebigen Trägertyp. Es liefert die optisch perfektesten und gleichmäßigsten Schichten. Es bietet die Möglichkeit, die Stärke der einzelnen Schichten während der Aufbringung mit hoher Genauigkeit zu kontrollieren und eine große Anzahl von Trägern gleichzeitig zu behandeln. Die Fachliteratur hat dieser Technik zahlreiche Artikel gewidmet. Das Werk von L Holland: »Vacuum deposition of thinfilms« enthält zahlreiche Angaben sowohl über die Herstellungstechnik als auch über die Eigenschaften der Schichten in Abhängigkeit von den Parametern der Ablagerungen der meisten für die Erfindung verwendbaren Werkstoffe und insbesondere der empfohlenen Werkstoffe Gold oder Kupfer und Zinksulfid. Die Gold- oder Kupferschichten können durch Verdampfung des Metalls unter Vakuum in einer Wolframkapsel hergestellt werden, die durch Stromwärme auf eine Temperatur von 1200 bis 1400° C erhitzt wird. Dieses Verfahren gestattet auch die Herstellung von Zinksulfidschichten durch Erhitzung des Werkstoffs in einer Molybdän- oder Tantalkapsel auf eine Temperatur von 1100 bis 1300° C. Zur Herstellung von harten und in Wasser und basischen Lösungen praktisch unlösbaren Schichten empfiehlt es sich, einen sehr reinen Werkstoff zu benutzen und den Träger auf 300⁰C zu erhitzen. Wenn diese Temperatur mit der Beschaffenheit des Trägers, beispielsweise Kunststoffen, nicht verträglich ist, kann die Festigkeit der Zinksulfidschichten durch ein längeres Nacherhitzen auf eine Temperatur von etwa 80° C verbessert werden.

Das Aufbringen der Schutzschicht braucht keine Verformung des Trägers mit sich zu bringea Sie kann in sehr verschiedenen Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Aufbringen in Dampfphase, im Tauchbad, durch Aufwalzen, durch thermische Verdampfung unter Vakuum, Kathodenzerstäubung usw. In dem US-Patent 33 22 565 wird ein Verfahren zum Aufbringen von Polymeren beschrieben, bei dem eine Erhitzung durch Elektronenbeschuß vorgenommen wird. Dieses Verfahren empfiehlt sich auch für die Aufbringung von Silizium oder Glas, das unter der Bezeichnung 8329 von der Firma Schott vertrieben wird.

Erforderlichenfalls wird zwischen das Filter und die Schutzschicht eine Haftschicht, wie sie oben beschrieben wurde, eingelegt, die eine Stärke von etwa 4 bis 7 nm hat.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, wobei auf die Zeichnung bezug genommen wird. In dieser Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung, die die Kurven der Durchlässigkeit eines idealen Filters (Kurve 1), gewöhnlicher Sonnenbrillen (Kurve 2) und eines Verbundfilters gemäß der französischen Patentschrift 20 03 177 (Kurve 3) in Abhängigkeit von der Wellenlänge zeigen,

Fig.2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter,

Fig.3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter mit Verankerungs- und Haftschichten,

Fig.4 einen Schnitt durch ein Filter gemäß Fig.3 mit einer Schutzschicht,

F i g. 5 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter, bei den, das normale einfallende Licht zunächst auf das Filierelement auftrifft, und

F i g. 6 die Darstellung von zwei Durchlässigkeitskurven.

In allen Figuren sind Schichten mit derselben Funktion mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. So sind die metallischen Schichten des Filterelemente bei jeder Ausführungsform mit 22,24 und 26 bezeichnet.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter für ein Band im Bereich des sichtbaren Lichts. Dieses Bandfilter besteht aus einem Träger 10, auf den ein Filterelement aufgebracht ist, das aus drei metallischen Schichten 22, 24 und 26 besteht, die durch die transparenten Schichten 23 und 25 voneinander getrennt sind. Das Filterelement ist mit einer reflexmindernden Einrichtung bedeckt, die aus einer metallisehen Schicht 32, die auf die letzte metallische Schicht 26 des Filterelements aufgebracht ist, und einer transparenten Schicht 33 besteht Bei diesem Bandfilter trifft das einfallende Licht als erstes auf den Träger auf.

F i g. 3 zeigt eir.en Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bandfilter, bei dem Verankerungs- und Haftschichten benutzt werden müssen. Der Träger 10 ist zur Verbesserung der Haftung der ersten metallischen Schicht 22 des Filterelements mit einer Verankerungsschicht 21 versehen. Die transparente Schicht 23 ist direkt auf der darunterliegenden Schicht 22 ohne Zwischenlegung einer Haftschicht angeordnet, da bei der Beschichtung einer metallischen Schicht mit einer transparenten Schicht im allgemeinen eine gute Haftung festgestellt wird. Dagegen ist es erforderlich, für die gute Verbindung zwischen der transparenten Schicht 23 und der metallischen Schicht 24 bzw. zwischen der transparenten Schicht 25 und der metallischen Schicht 26 Haftschichten 27 und 29 vorzusehen. Die reflexmindernde Einrichtung ist hierbei auf dieselbe Weise wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgebildet

Fig.4 zeigt in einem Schnitt ein Filter von der in F i g. 3 gezeigten Art, das jedoch eine Schutzschicht 43 besitzt, die die reflexmindernde Einrichtung und das Filterelement vor Beschädigungen schützen solL
Bei diesen beiden zuletztgenannten Ausführungsformen trifft das normale einfallende Licht als erstes den Träger.

F i g. 5 zeigt in einem Schnitt ein erfindungsgemäßes Bandfilter, bei dem das normale einfallende Licht im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen als erstes das Filterelement trifft

Dieses Bandfilter besitzt folgende Schichten:

Einen Träger 10, auf den die reflexmindernde Einrich-

tung aufgebracht wird, indem dieser Träger mit der transparenten Schicht 33 beschichtet wird, die ihrerseits mit der metallischen Schicht 32 bedeckt ist Einer der Vorteile dieser Art der Schichtung besteht darin, daß es nicht erforderlich ist, für die erste metallische Schicht 22 des Filterelemente eine Verankerungsschicht vorzusehen. Wie im Vorhergehenden bereits gesagt wurde, sind die für die Bildung der metallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung verwendbaren Elemente nämlich auch für die Bildung der Verankerungsschicht ver- ι ο wendbar. Aus diesem Grund wird die metallische Schicht 22 des Filterelements direkt auf die metallische Schicht 32 der reflexmindernden Einrichtung aufgebracht. Mit diesem Vorteil ist jedoch im allgemeinen der Nachteil verbunden, daß es, wie im vorliegenden Fall, erforderlich ist, für das Filterelement eine Schutzschicht 43 vorzusehen, und daß zur Verbesserung der Haftung der Schutzschicht 43 an der letzten Schicht 26 des Filterelements eins Versnkerun^SEchichi 41 vorgesehen wsr~ den muß. Das eigentliche Filterelement ist auf dieselbe Weise wie in F i g. 4 beschichtet Wie bereits gesagt wurde, trifft das normale einfallende Licht bei dieser Schicht zunächst die Schutzschicht 43 und das Filterelement.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung ausführlicher beschrieben.

Beispiel 1

Das in Fig.4 gezeigte Bandfilter wird durch Verdampfung unter Vakuum in einem Verdampfer vom Typ BAK 550 der Firma Balzers, Fürstentum Lichtenstein, hergestellt Die zu behandelnden Träger, die aus quadratischen Glasplättchen mit einer Seitenlänge von 50 mm und einer Stärke von 1 mm oder aus gewölbten Scheiben aus CR 39 mit einem Durchmesser von 65 mm bestehen, werden auf einer sich um die Achse der Maschine drehenden Kuppel angeordnet, deren Scheitel 600 mm von ihrer Basis entfernt ist Die Verdampfungsquellen sind auf einem Kreisbogen mit einem Durchmesser von 200 mm in einer Höhe von 150 mm über der Basis des Verdampfers angeordnet und bestehen aus zwei Wolframkapseln ur>d einer Molybdänkapsel. Eine der Wolframkapseln enthält Gold oder Kupfer, welches das das optische Filterelement bildende Metall ist, und die andere enthält Chrom oder eine Nickel-Chrom-Legierung, die zur Bildung der zwischengelegten Haftschichten und der metallischen Schicht der reflexmindernden Einrichtung benutzt wird. In der Molybdänkapsel befindet sich Zinksulfid, das die transparenten Schichten des Filterelements und der reflexmindernden Einrichtung bildet Im Mittelpunkt des Verdampfers in der Ebene des Scheitels der Kuppel ist eine Vorrichtung zur Messung der Stärke der aufgebrachten Schichten angeordnet, die eine Quarzwaage oder ein optisches System sein kann, das ständig den Durchlässigkeitsfaktor oder den Reflexionsfaktor der Schichten mißt (Vorrichtungen, die von der Firma Balzers, Fürstentum Lichtenstein, hergestellt werden). Nach Herstellung eines Vakuums in dem Verdampfer bis zu einem Druck von 1 · ΙΟ-² Torr bis 5 · 10~² Torr wird 10 Minuten lang eine Glimmentladung vorgenommen, die zur vollständigen Reinigung der Träger durch Ionenbeschuß dient Dann wird das Vakuum bis zu einem Druck von 1 · 10-⁶Torr erhöht Dann werden die einzelnen Schichten ohne Unterbrechung des Vakuums aufge- es bracht, indem die Kapseln abwechselnd und pacheinander auf die Verdampfungstemperaturen der Produkte, die sie enthalten, gebracht werden.

Wenn die gewünschte Stärke erreicht ist, unterbricht ein Schirm für jeqj Schicht die Verdampfung.

Die Durchlässigkeitskurve 1 von Fig.6 erhält man bei einem Bandfilter von der in Fig.3 gezeigten Ausführung, indem nacheinander auf den Träger folgende Schichten aufgebracht werden: Eine Verankerungsschicht aus Chrom mit einer Stärke von 120 nm, eine Schicht aus Gold mit einer Stärke von 45 nm, eine Schicht aus Zinksulfid mit einer Stärke von 60 nm, eine Schicht aus Chrom mit einer Stärke von 4 nm, eine Schicht aus Gold mit einer Stärke von 45 nm, eine Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 60 nm, eine Chromschicht mit einer Stärke von 6 nm und eine Goldschicht mit einer Stärke von 45 nm. Dieser Stapel bildet das optische Filterelement, das die ultravioletten Strahlen und die Infrarotstrahlen filtert und auf das die reflexmindernde Einrichtung aufgebracht wird, die aus einer Chromschicht mit einer Stärke von 10 nm und einer Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 40 nm besteht, man erhält somit das vollständige Filter. Anschließend wird in der Verdampfungskammer wieder der atmosphärische Druck hergestellt

Beispiel 2

Auf dieselbe Weise erhält man die Durchlässigkeitskurve 2 von F i g. 6, indem nacheinander auf einen Träger folgende Schichten aufgebracht werden:

Eine Chromschicht mit einer Stärke von 120 nm, eine Goldschicht mit einer Stärke von 55 nm, eine Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 60 nm, eine Chromschicht mit einer Stärke von 6 nm, eine Goldschicht mit einer Stärke von 55 nm, eine Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 60 nm, eine Chromschicht mit einer Stärke von 6 nm, eine Goldschicht mit einer Stärke von 55 nm, eine Chromschicht mit einer Stärke von 10 nm und eine Zinksulfidschicht mit einer Stärke von 40 nm.

Wenn die von der Vorderseite des Bandfilters kommenden Reflexionen verringert werden sollen, wird vor der Aufbringung des Filterelements eine reflexmindernde Einrichtung von der oben beschriebener Art hergestellt

Die erfindungsgemäß hergestellten Bandfilter können einen Bestandteil von Sonnenbrillen gewöhnlicher Ausbildung oder von beliebigen optischen Systemen bilden, die zur Ausschaltung der schädlichen Strahlen des elektromagnetischen Spektrums dienen. Sie können diese optischen Systeme vollständig bilden oder nur einen Teil von diesen. Die zweckmäßigsten Ausführungsformen sind die in den Fig.3 und 4 gezeigten Ausführungsformen. Die Bandfilter sind hierbei so ausgerichtet, daß die reflexmindernde Schicht zwischen dem transparenten Träger und den Augen des Benutzers angeordnet ist

Die Erfindung betrifft somit auch die Anwendung der oben beschriebenen Bandfilter zur Herstellung von Brillen zum Schutz des menschlichen Auges gegen Infrarotstrahlen und ultraviolette Strahlen. Bereits durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß derartige Brillen — abgesehen von einem bemerkenswerten Schutz im Bereich des sichtbaren Lichts — unter wesentlich größeren Toleranzen als alle bisher bekannten Brillen derselben Art hergestellt werden können, was einen beträchtlichen Vorteil für die Industrie und den Handel darstellt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches Bandfilter mit metallischer Schicht zwischen zwei Schichten aus transparentem Werkstoff auf einem wenigstens im Durchlaßband transparenten Träger, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus transparentem Werkstoff einen Brechungsindex von über 1,5 haben, daß die optische Stärke der Schichten aus transparentem Werkstoff gleich etwa einem Viertel der mittleren Wellenlänge des Durchlaßbandes ist und daß das Filterelement drei metallische Schichten aufweist, die jeweils durch eine der zwischengefügten Schichten aus transparentem Werkstoff voneinander getrennt sind.

2. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der benutzte transparente Werkstoff Wismuthoxyd, Bleioxyd, Zinnoxyd, Iftcflumoxyd, Titandioxyd, Zirkoniumoxyd, Niobiumoxyd, Tantalpenioxyd, Aluininhsnexyd, Siliziumoxyd oder Zinksulfid ist

3. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Werkstoff Titanoxyd oder Zinksulfid ist und daß die metallischen Schichten- des Filterelements Goldschichten sind.

4. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger und der angrenzenden metallischen Schicht des Filtereler.ents eine Verankerungsschicht und/ oder zwischen mindestens einer transparenten Schicht und der angrenzenden metallischen Schicht eine Haftschicht vorgesehen ist, wobei die Haft- und Verankerungsschichten Schichten aus einem metallischen oder halbir.etalüschen Element sind.

5. Bandfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische c :<er halbmetallische Element der reflexmindernden Einrichtung, der Verankerungsschichten und der Haftschichten aus Eisen, Titan, Wolfram, Nickel, Tantal, Molybdän, Niobium, Zink, Tatmium, Vanadium. Zinn, Indium, Lanthan, Blei, Aluminium, Zirkonium, Iridium, Yttrium, Hafnium, Rhenium, Kobalt, Thallium, Platin, Chrom oder Nickel-Chrom-Legierungen, Germanium, Silizium, Antimon, Tellur oder Arsen besteht.

6. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der transparenten Schichten des Filterelements etwa 50 bis 70 nm beträgt

7. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der metallischen Schichten des Filterelements etwa 40 bis 60 nm beträgt.

8. Bandfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Schicht der reflexmindernden Einrichtung eine Stärke von etwa 35 bis 45 nm und die Schicht aus einem metallischen oder halbmetallischen Element eine Stärke von etwa 5 bis 20 nm besitzt.

9. Bandfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsschicht eine Stärke von 10 bis 15 nm und/oder die Haftschichten eine Stärke von 5 bis 7 nm haben.

10. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus behandeltem oder nicht behandeltem Glas oder

Kunststoff besteht

11. Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Träger entgegengesetzte Fläche des Filters mit einer Schutzschicht bedeckt ist.

12. Bandfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten des Filterelements Goldschichten, die transparenten Schichten Zinksulfidschichten und die Schichten aus einem metallischen Element Chromschichten sind.

13. Anwendung des Bandfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auf die Herstellung von Briilen für den Schutz der menschlichen Augen.