DE2658365A1

DE2658365A1 - Schutzvorrichtung zum schutze der augen gegen schaedliche strahlung

Info

Publication number: DE2658365A1
Application number: DE19762658365
Authority: DE
Inventors: Roland Jacobsson; Ove Dipl Ing Lindblom
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1977-07-21
Also published as: NL7614347A; DE2658365B2; JPS5292844A; GB1544114A; BR7608671A; DE2658365C3

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. STMOHSCHÄNK 8000 MÜNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 · TELEFON (08Q) 881608 O β ζ Q Q ß C

23.12.1976-SS(5) 190-1459P

Schutzvorrichtung zum Schütze der Augen gegen schädliche Strahlung

Es ist bekannt, daß beim Durchführen von Schweißarbeiten sowohl von der Schweißflamme bzw. vom elektrischen Schweiß-Lichtbogen als auch von der Schmelzzone des bearbeiteten Materials eine intensive, für das menschliche Auge schädliche Strahlung ausgeht. Zum Schütze des Schweißers vor dieser schädlichen Strahlung sind deshalb Schutzbrillen und Schutzschilde üblich, die in ihrem Mittelbereich ein Strahlungsabsorbierendes Glas aufweisen, durch welches ein großer Teil der schädlicher Strahlung ausgefiltert wird. Die Dämpfungswirkung solcher Gläser ist so groß, daß die Intensität der Strahlung auf Werte gedämpft wird, die für das Auge unschädlich sind. Nachteilig ist jedoch, daß diese Gläser für den Schweißer vor dem Schweißbeginn bzw. vor dem Zünden des Lichtbogens nahezu undurchsichtig sind«. Er ist deshalb vor dem Schweißbeginn beispielsweise zum Ausrichten der Schweißelektrode in ihre SchweißStellung dasu gezwungen, die Schutzbrille abzunehmen bzw. den Schutzschild von seinen Augen abzuwenden, was nicht nur umständlich ist, sondern auch den weiteren Nachteil mit sich bringt, daß die Augen beim Schweißbeginn kaum vor den schädlichen Strahlen bewahrt werden können.

Zur Verbesserung des Schutzes des Schweißers sind statt der vorgenannten strahlungsabsorbierenden Gläser auch schon Interferenzfilter bekanntgeworden, die für einen oder mehrere, für das menschliche Auge unschädliche Wellenlängenbsreiche im sichtbaren Teil des Lichtbogenspektrums Paßbänder aufweisen, wogegen die

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übrigen Wellenlängen des Lichtbogenspektrums durch das Filter ausgefiltert werden. Aber auch diesen Filtern haftet noch der Mangel an, daß ihre Durchsichtigkeit bei noch nicht gezündetem Schweiß-Lichtbogen unbefriedigend ist.

Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Sichtmöglichkeit durch die vorgenannten Schutzvorrichtungen bei noch nicht gezündetem Schweiß-Lichtbogen besteht darin, in der Umgebung der Schweißstelle eine zusätzliche spezielle Lichtquelle anzuordnen, deren Spektrum auf eine oder mehrere engbegrenzte Wellenlängen beschränkt ist. Ein Beispiel für solche Lichtquellen sind Natriumlampen. Das im Schutzglas verwendete Interferenzfilter wird dann mit Paßbändern für denjenigen Wellenbereich bzw. für diejenigen Wellenbereiche versehen, in denen das Licht der zusätzlichen Lichtquelle ausgestrahlt wird. Mit Hilfe solcher Lichtquellen in der Nähe der Schweißstelle erhält man eine hinreichende Durchsichtigkeit des Schutzglases auch schon bei noch nicht gezündetem Schweiß-Lichtbogen.

Indessen weisen die letztgenannten Schutzvorrichtungen den neuen wesentlichen Mangel auf, daß diejenigen Teile des Spektrums des Schweiß-Lichtbogens, die außerhalb des Paßbandes bzw. der Paßbänder des Filters liegen, von der Oberfläche des Interferenzfilters stark reflektiert werden und damit in der Umgebung störend wirken und den Schweißer irritieren. Bei noch nicht gezündetem Schweiß-Lichtbogen bringt diese spiegelartig starke Reflexion des Filters aber auch noch den weiteren Nachteil mit sich, daß der Schweißer statt der durch das Schutzglas zu betrachtenden Gegenstände auf dem Schutzglas sein eigenes Spiegelbild sieht.

Schließlich ist durch die DT-OS 24 12 302 auch schon ein solches Schutzglas mit einem Interferenzfilter bekanntgeworden, das einerseits den Wellenlängen des von der zusätzlichen Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes zugeordnete Paßbänder aufweist und die durch diese Paßbänder durchgelassene Strahlung auf für das mensch-

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liehe Auge unschädliche Werte dämpft, und das anderseits die vom Schutzglas ausgehende starke störende Reflexion vermeidet.

Das in der DT-OS 24 12 302 beschriebene Schutzglas enthält ein Filter mit einem spektralselektiven Teil, der ein völlig dielektrisches oder ein metallisches Interferenzfilter mit Paßbändern für einen oder für mehrere Wellenbereiche aufweist, die im StrahlungsSpektrum der zusätzlichen Lichtquelle vorkommen. Das Filter weist außerdem einfache oder mehrfache Schichten mit einem absorbierenden und/oder nichtabsorbierenden Material auf, die den spektralselektiven Teil beiderseits umgeben. Zusätzlich wird das Filter des Schutzglases durch optisch dicke Beläge umgeben. Die einfachen oder mehrfachen Schichten des Filters sind so ausgebildet, daß der Reflexionsfaktor zwischen dem Filter und den dieses einschließenden Belägen niedrige neutrale Werte annimmt und die spektrale Funktion des selektiven Teiles des Filters durch diese Beläge praktisch unbeeinträchtigt bleibt. Wenigstens einer dieser äußeren Beläge oder Medien besteht aus einem festen absorbierenden oder nichtabsorbierenden Material, wie beispielsweise Glas, das die Form einer ebenen oder gekrümmten Platte aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt, ausgehend von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angeführten und in der DT-OS 24 12 302 beschriebenen Schutzvorrichtung die Aufgabe zugrunde, die letztere so zu vervollkommnen, daß in Verbindung mit der zusätzlichen speziellen Lichtquelle ein besonders wirksamer Schutz erzielt wird.

Die gestellte Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 wiedergegebene Lehre gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schutzvorrichtung wird trotz einer guten Durchsichtigkeit des Schutzglases gegenüber der zusätzlichen Lichtquelle und der Vermeidung jeglicher störenden Reflexion bei noch nicht gezündetem Schweiß-Lichtbogen ein äußerst zuverlässiger Schutz des Auges vor schädlicher Strah-

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lung erzielt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den UnteranSprüchen gekennz eichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der gesamten Filteranordnung in einem schematisch gehaltenen Teilschnitt;

Fig. 2 ein den Reflexionsfaktor eines dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Filters über der Wellenlänge der Strahlung wiedergebendes Diagramm;

Fig. 3 ein entsprechendes, die Durchlässigkeit des Filters gemäß Fig. 2 wiedergebendes Diagramm;

Fig. 4 ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm für ein Filter gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 ein entsprechendes, die Durchlässigkeit des Filters gemäß Fig. 4 wiedergebendes Diagramm;

Fig. 6 ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm für ein Filter gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 ein entsprechendes, die Durchlässigkeit des Filters gemäß Fig. 6 wiedergebendes Diagramm;

Fig. 8 ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm für ein Filter gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 ein entsprechendes, die Durchlässigkeit des Filters gemäß Fig. 8 wiedergebendes Diagramm;

Fig. 10 ein die Brechungszahl η und den Absorptionskoeffizienten k des dem fünften Ausführungsbeispiel entsprechenden Filters über der von der Filteroberfläche aus gemessenen Dicke zweier Mehrfachschichten des Filters wiedergebendes Diagramm;

Fig. 11 ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm für ein Filter gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;

Fig. 12 ein entsprechendes, die Durchlässigkeit des Filters gemäß Fig. 11 wiedergebendes Diagramm;

Fig. 13 eine bevorzugte Ausführungsform der als Schutzglas für eine Schweiß-Schutzbrille ausgebildeten Filteranordnung in einer vergrößert dargestellten Seitenansicht.

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Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten grundsätzlichen Aufbau der Filteranordnung zum Schütze der Augen gegen beispielsweise beim Schweißen auftretende schädliche Strahlung ist eine spektralselektive Mehrfachschicht 3 vorgesehen, die als metallisches Interferenzfilter ausgebildet ist. Die Mehrfachschicht bildet ein Paßband in einem Wellenbereich der Lichtstrahlung, in dem eine in der Nähe einer (nicht dargestellten) Schweißstelle vorgesehene zusätzliche (ebenfalls nicht dargestellte) Lichtquelle ihren Hauptstrahlungsberexch aufweist. Beiderseits der Mehrfachschicht 3 weist die Filteranordnung weiterhin je eine Mehrfachschicht 2 und 4 eines absorbierenden und nichtabsorbierenden Materials auf. Die Mehrfachschichten 2 und 4 sind so beschaffen, daß an deren Außenflächen gegenüber einer auftreffenden Strahlung niedrige Reflexionswerte R₁₂ und R₅₄ auftreten, deren Werte zwischen 0 und 10% liegen können. Die spektralselektive Wirkung der Mehrfachschicht 3 bleibt durch die weiteren Mehrfachschichten 2 und 4 nahezu unverändert. Durch die Mehrfachschichten 2 und 4 wird aber die Intensität des innerhalb des Paßbandes bzw. innerhalb etwa vorgesehener mehrerer Paßbänder in der spektralselektiven Mehrfachschicht 3 durchgelassenen Lichtes gedämpft.

Von den beiderseits der so gegebenen Filteranordnung außen anschließenden Medien kann zumindest eines aus einem festen absorbierenden oder nichtabsorbierenden Material, beispielsweise aus einer ebenen oder gekrümmten Glasplatte bestehen, die zugleich eine Tragplatte für die Filteranordnung bilden kann.

Nachstehend werden einige Ausführungsbexspiele für die Zusammensetzung und die Dicke der verschiedenen Teilschichten der vorgenannten Mehrfachschichten 2,3 und 4 wiedergegeben:

Beispiel 1 für eine durch die Filteranordnung durchzulassendeWSiie£i§22eY°iliLZ58? nm

Mehrfach- Teilschicht Material Schichtdicke

schicht Nr. *■ . nm

f 1 SiO₂ 270

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Mehrfach schicht	Teilschicht Nr.	Material	Schichtdicke nm
	2	Cr	6
	3	SiO₂	270
2<	4	Cr	6
	5	SiO₂	270
	6	Cr	6
	7	SiO₂	270
	8	Ag	50
	9	MgF₂	850
	10	Ag	50
	11	SiO₂	270
	12	Cr	6
	13	SiO₂	270
J	14	Cr	6
	15	SiO₂	270
L	16	Cr	6
	17	SiO	270


4<

Beispiel 1 gibt die Werte eines Interferenzfilters für eine Lichtquelle starker Strahlung wieder, deren Hauptstrahlung im Bereich der Wellenlänge Λ = 590 nm liegt, wie es beispielsweise bei Natriumlampen oder Hochdruck-Quecksilberlampen der Fall ist. Das Filter weist in Übereinstimmung mit Fig. 1 die Mehrfachschichten 2, 3 und 4 auf, von denen die Mehrfachschichten 2 und 4 aus jeweils sieben Teilschichten zusammengesetzt sind. Die erste Teilschicht besteht aus einem Quarzfilm einer Dicke von 270 nra, während die zweite Teilschicht aus einem Chromfilm einer Dicke von 6 nm besteht. Die dritte, fünfte und siebente Teilschicht besteht jeweils wiederum aus einem Quarzfilm einer Dicke von 270 nm, während die vierte und sechste Teilschicht erneut aus einem Chromfilm einer Dicke von 6 nm bestehen. Die Mehrfachschicht 3 besteht aus

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- r-AA

drei Teilschichten, von denen die erste und dritte jeweils aus einem Silberfilm einer Dicke von 50 nm bestehen, während die mittlere Teilschicht aus einem Magnesiumfluoridfilm einer Dicke von 850 nm besteht.

Fig. 2 veranschaulicht die Reflexion und Fig. 3 die Durchlässigkeit der im Beispiel 1 wiedergegebenen Filteranordnung.

Beispiel 2 für eine durch die Filteranordnung durchzulassende_Wellenlänge_von_^_=_589_nm

Mehrfachschicht

Texlschxcht	1
Nr.	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	0
	1
1	2
1	3
1	4
1	5
1	6
1	7
1	8
1	9
1
1

Material

Schichtdicke nm

2< 3< 4<

Al₂O₃	227
Cr	6
Al₂O₃	76
Cr	14
Al₂O₃	76
Cr	6
Al₂O₃	227
Ag	33
Al₂O₃	306
Ag	77
Al₂O₃	841
Ag	33
Al₂O₃	227
Cr	6
Al₂O₃	76
Cr	14
Al₂O₃	76
Cr	6
Al₂O₃	227

Beispiel 2 gibt ebenfalls die Werte eines Interferenzfxlters für eine Lichtquelle mit einer Hauptstrahlung im Bereich der WeI-

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lenlänge /\ = 590 nm wieder, das gemäß Fig. 1 die Mehrfachschichten 2, 3 und 4 aufweist. Während die Mehrfachschichten 2 und 4 wiederum jeweils aus sieben Teilschichten zusammengesetzt sind, ist die spektralselektive Mehrfachschicht 3 in diesem Falle aus fünf Teilschichten zusammengesetzt. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, bestehen die beiden äußersten Schichten jeder Mehrfachschicht 2 bzw. 4 aus einem Al₂O₃-FiIm einer Dicke von 227 nm, während die jeweils nach innen anschließenden beiden Teilschichten aus einem Chromfilm einer Dicke von 6 nm bestehen. Während die mittelste Teilschicht der beiden Mehrfachschichten 2 und 4 ebenfalls jeweils aus einem Chromfilm besteht/ der jedoch eine Dicke von 14 nm aufweist, bestehen die beiderseits der mittleren·Teilschicht anschließenden letzten beiden Teilschichten der beiden Mehrfachschichten 2 und 4 wiederum aus einem Al₃O₃-FiIm, der jedoch eine Dicke von 76 nm aufweist.

Die Mehrfachschicht 3 besteht beim Beispiel 2 aus fünf Teilschichten, von denen die beiden äußersten aus Silber mit einer Dicke von 33 nm und die mittlere Teilschicht ebenfalls aus Silber mit einer Dicke von 77 nm bestehen. Die zwischen den vorgenannten Teilschichten befindlichen restlichen beiden Teilschichten bestehen wiederum jeweils aus einem Al₃O₃-FiIm, von denen der eine, in der Tabelle mit 9 bezeichnete eine Dicke von 306 nm und der andere, in der Tabelle mit 11 bezeichnete eine Dicke von 841 nm aufweist.

Das in Fig. 4 wiedergegebene Diagramm veranschaulicht die Reflexionswerte und das in Fig. 5 wiedergegebene Diagramm die Durchlässigkeit der dem Beispiel 2 entsprechenden Filteranordnung über der Wellenlänge wieder.

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Beispiel 3 für eine durch die Filteranordnung durch-

Mehrfachschicht

Teilschicht

Nr.

Material

Schichtdicke nm

2 <

3 <

4 <

1 2 3

4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14

15 16 17 18 19 20 21 22 23

Al₂O₃	227
Cr	6
Al₂O₃	76
Cr	7
Al₂O₃	76
Cr	7
Al₂O₃	76
Cr	6
Al₂O₃	227
Ag	33
Al₂O₃	306
Ag	77
Al₂O₃	841
Ag	33
Al₂O₃	227
Cr	6
Al₂O₃	76
Cr	7
Al₀O.,	76
Cr	7
Al₂O₃	76
Cr	6
Al₂O₃	227

Beispiel 3 gibt ebenfalls die Werte eines Interferenzfilters für eine Lichtquelle starker Strahlung mit einer Hauptstrahlung im Bereich der Wellenlänge λ. = 590 nm wieder, wobei das Filter gemäß Fig. 1 die Mehrfachschichten 2, 3 und 4 aufweist.. Gemäß der Tabelle bestehen die beiden Mehrfachschichten 2 und 4 aus jeweils neun Teilschichten und die Mehrfachschicht 3 aus fünf Teilschichten. Dabei unterscheidet sich das Beispiel 3 vom Beispiel 2

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dadurch, daß in den Mehrfachschichten 2 und 4 die mittlere Teilschicht jeweils durch drei Teilschichten ersetzt wurde, von denen die beiden äußeren Chromfilme einer Dicke von 7 nm sind, während die neue mittlere Teilschicht aus einem Al„O-.-Film einer Dicke von 76 nm besteht.

Das in Fig. 6 wiedergegebene Diagramm veranschaulicht die Reflexion und das in Fig. 7 wiedergegebene Diagramm die Durchlässigkeit des dem Beispiel 3 entsprechenden Filters über der Wellenlänge.

Beispiel 4 für eine durch die Filteranordnung durchzulassende_Wellenlän2e_von_/l r

Mehrfach- Teilschicht .» . . , Schichtdicke schicht Nr. Material

1	η =	1,35	277
2	Cr		7
3	η =	1,35	93
4	Cr		15
5	η =	1,35	93
6	Ag		33
7	η =	1,35	385
8	Ag·		77
9	η =	1,35	604
10	Ag		33
11	η =	1,35	93
12	Cr		15
13	η =	1,35	93
14	Cr		7
15	η =	1,35	277

Auch Beispiel 4 betrifft ein Interferenzfilter für eine zusätzliche Lichtquelle mit einer Hauptstrahlung bei der Wellenlänge Λ = 590 nm, das gemäß Fig. 1 aus den Mehrfachschichten 2, 3 und 4 zusammengesetzt ist. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist,

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bestehen die beiden äußeren Mehrfachschichten 2 und 4 aus jeweils fünf Teilschichten, die in diesem Falle spiegelsymmetrisch zur Filtermitte gleich ausgebildet sind. Dabei bestehen die dielektrischen Teilschichten jeweils aus einem Material mit der Brechungszahl η = 1,35, wofür beispielsweise das Material MgF₂ und Na₃AlFg in Frage kommt. Die jeweils äußerste Teilschicht der beiden Mehrfachschichten 2 und 4 besteht aus einem dielektrischen Film einer Dicke von 277 nm, während die jeweils nach innen anschließende Teilschicht ein Chromfilm einer Dicke von 7 nm ist. Die mittlere und die jeweils nach der Mitte der ganzen Filteranordnung zu gelegene äußere Teilschicht der beiden Mehrfachschichten 2 und 4 bestehen jeweils aus einem dielektrischen Film einer Dicke von 93 nm, während die restliche Teilschicht jeweils aus einem Chromfilm einer Dicke von 15 nm besteht.

Die mittlere Mehrfachschicht 3 des Beispiels 4 besteht wiederum aus fünf Teilschichten, von denen die beiden äußersten Silberschichten einer Dicke von 33 nm sind. Auch die mittlere Teilschicht besteht aus einem Silberfilm, der hier jedoch eine Dicke von 77 nm aufweist. Die beiden restlichen Teilschichten bestehen wiederum aus einem dielektrischen Material mit einer Brechungszahl η = 1,35, von denen die gemäß der Tabelle zweite, mit 7 bezeichnete eine Dicke von 385 nm und die in der Tabelle mit 9 bezeichnete Teilschicht eine Dicke von 604 nm aufweist.

Das in Fig. 8 wiedergegebene Diagramm zeigt die Reflexion und das in Fig. 9 wiedergegebene Diagramm die Durchlässigkeit der dem Beispiel 4 entsprechenden Filteranordnung über der Wellenlänge an.

Fig. 10 bis 12 veranschaulichen die Werte einer Filteranordnung gemäß einem fünften Äusführungsbexspiel. Das in Fig. wiedergegebene Diagramm zeigt die Brechungszahl η und den Absorp-, txonskoeffxzxenten k in Abhängigkeit von der Dicke ζ der Mehrfachschichten 2 und 4 gemäß Fig. 1, und zwar jeweils von deren

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einer Außenfläche aus geraessen. Dabei haben beide liehrfachschichten 2 und 4 gemäß Fig. 10 eine gleiche Dicke von jeweils 1 μ und die Werte der Brechungszahl η und des Absorptionskoeffizienten k verlaufen jeweils spiegelbildlich zur Mitte der Mehrfachschicht. Dabei fällt die Brechungszahl η von den beiden Außenflächen jeder Mehrfachschicht 2 und 4 mit einem Wert von etwa 1,46 bis zu einem Wert von etwa 0,95 in der Mitte der Mehrfachschicht ab, während der Absorptionskoeffizient von einem äußeren Wert k = 0 bis zu einem Wert von etwa k = 0,2 in der Mitte der jeweiligen Mehrfachschicht ansteigt.

Bei dem Beispiel 5 besteht die mittlere Mehrfachschicht 3 aus drei Teilschichten, von denen die beiden äußeren jeweils aus einem dünnen Silberfilm einer Dicke von 50 nm und die mittlere aus einem dünnen Magnesiumfluoridfilm einer Dicke von 690 nm besteht. Die beiden weiteren Mehrfachschichten 2 und 4 bestehen jeweils aus einer Mischung von Aluminium und Quarz. Die in den Fig. 11 und 12 wiedergegebenen Diagramme veranschaulichen die Reflexion und die Durchlässigkeit der dem Beispiel 5 entsprechenden Filteranordnung über der Wellenlänge in nm.

Bei allen vorgenannten Beispielen können die verschiedenen Teilschichten durch Vakuumaufdampfung erzeugt werden. Alle von den Beispielen betroffenen Filteranordnungen sind vor allem für eine als Natriumlarape ausgebildete zusätzliche Lichtquelle mit einer Hauptstrahlung im Bereich von Λ = 590 nm vorgesehen. Der Filteraufbau kann aber auch so abgewandelt werden, daß die Filteranordnung einer anderen durchzulassenden Wellenlänge zugeordnet ist, beispielsweise einer von Niederdruck-Quecksilberlampen erzeugten Hauptstrahlung mit einer Wellenlänge von A = 546 nm. Sofern die Filteranordnung einer anderen als der bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen berücksichtigten Wellenlänge λ = 589 nm zugeordnet werden soll, dann muß sie entsprechend üblichen optischen Regeln nach der Formel

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■η

geändert werden, worin h die gesuchte Dicke der Teilschicht in der abgewandelten Filteranordnung, h* die Dicke der entsprechenden Teilschicht bei den vorstellend beschriebenen Ausführungsbeispielen, n¹ die Brechungszahl des dielektrischen Materials bei einer Wellenlänge von 598 nm, η die Brechungszahl des gewünschten dielektrischen Materials, 71 die gewünschte Wellenlänge und Λ¹ die Wellenlänge 589 nm ist. Die optische Weglänge der einzelnen Teilschichten bleibt bei dieser Umwandlung unverändert.

Beim Dimensionieren der den vorgenannten'Ausführungsbeispielen entsprechenden Filteranordnungen wurde angestrebt, den Reflexionsfaktor über den ganzen vorkommenden Wellenlängenbereich so niedrig und gleichmäßig wie möglich zu erhalten, was auch aus den Fig. 2, 4, &, 8 und TT hervorgeht, in denen der Reflexionsfaktor durchschnittlich unter 5% beträgt und der Reflexionsfaktor im ganzen für das Auge empfindlichen Wellenlängenbereich an keiner Stelle T5% übersteigt.

Mit den vorgenannten Ausführungsbeispielen hat man somit ein Filter geschaffen, welches Licht nur in den Wellenlängenbereichen der zusätzlichen Lichtquelle durchläßt und zugleich die Intensität des durchgelassenen Lichtes auf einen Wert dämpft, der für das menschliche Äuge unschädlich ist, wobei vom Filter auch keine unerwünschten (störenden) Reflexionen ausgehen können. Die Herstellung der Filter kann vorzugsweise durch ein an sich bekanntes Aufdampfen der verschiedenen Teilschichten erfolgen. Eine solche Herstellung ist wirtschaftlich sehr vorteilhaft und führt auch zu einem mechanisch sehr haltbaren Erzeugnis.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ist nicht an Schweißen gebunden, sondern kann auch sonst überall dort erfolgen, wo eine für das menschliche Auge schädliche Strahlung auftreten kann.

Bei allen vorstehend in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Filtern übersteigt der Durchlässigkeitsbereich dem l/ellenlängenbe-

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Λ?

reich der von der zusätzlichen Lichtquelle ausgehenden Strahlung beiderseits um einen gewissen Wert. Würde der Durchlässigkeitsbereich zu eng gemacht werden, dann, könnte er mit Rücksicht auf die bei der Filterherstellung unvermeidlichen Töleranzabweichungen bei der Dicke der einzelnen Schichten aus dem Strahlungsbereich der zusätzlichen Lichtquelle herausfallen. Würde man jedoch im Interesse der Einhaltung eines engeren Durchlässigkeitsbereiches die vorgenannten Herstellungstoleranzen entsprechend verringern, dann würde dies bei den hergestellten Filtern zu einem, erheblichen Ausschuß führen.

Es ist im übrigen kaum, möglich, für die in den vorstehenden Äusführungsbeispxelen erläuterten Filterkonstruktionen Angaben über die bei den einzelnen Teilschichten einzuhaltenden Dickentoleranzen zu machen, weil die Toleranzen der verschiedenen Teilschichten alle voneinander abhängen.

Sofern zu erwarten ist, daß die von einem Lichtbogen ausgehende Strahlung besonders intensiv ist oder die Strahlungsintensität starken plötzlichen Schwankungen ausgesetzt ist, dann kann es eintreten, daß die Durchlässigkeit der vorstehend beschriebenen Filter zu groß ausfällt und doch noch die Gefahr einer Augenschädigung besteht. In solchen Fällen, kann als Medium 1 des in Fig. 1 dargestellten Filters ein farbiges Glas der Type OG 560 verwendet werden, welches vom Jenaer Glaswerk, Schott & Genossen, in Mainz hergestellt wird. Allerdings ist dann wieder zu befürchten, daß dadurch auch bei den vorgenannten Filtern die Dämpfung so stark ausfällt, daß das Schutzglas gegenüber der zusätzlichen Lichtquelle zu undurchsichtig für eine Benutzung bei noch nicht gezündetem Schweiß-Lichtbogen ausfällt.

Eine auch den letztgenannten Elangel vermeidende weitere Ausführungsform des Schutzglases ist in Fig. 13 dargestellt. Dort enthält das Schutzglas eine Kombination eines Filters gemäß den vorgenannten Ausführungsbeispielen mit einer zusätzlichen licht-

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empfindlichen Substratschicht/ deren Durchlässigkeit bei zunehmender Anstrahlung abnimmt. Auf diese Weise kann das Filter innerhalb seines Durchlässigkeitsbereiches durchlässiger gestaltet werden, als es ohne die photochromatische Substratschicht der
Fall wäre, und der Schweißer kann vor dem eigentlichen Schweißbeginn gegenüber der zusätzlichen Lichtquelle stets ausreichend durch das Schutzglas auf seinen Arbeitsbereich blicken, während seine Augen während des Schweißvorganges auch beim Auftreten
einer zu starken Strahlung oder sehr starker Schwankungen der
ausgestrahlten Lichtstärke trotzdem geschützt bleiben.

Das in Fig. 13 dargestellte, zur Verwendung in einer Schutzbrille gekrümmte Schutzglas besteh't aus einer äußeren Platte 1 ' eines phptochemisehen Substrates, wie es beispielsweise als Verbindung 224 durch die Firma Applied Photophysics Ltd hergestellt wird. Hinter der Platte 1· folgt das eigentliche Filter 2', das aus den in den vorgenannten Ausführungsbeispielen genannten unterschiedlichen Mehrfachschichten zusammengesetzt ist. Dahinter folgt schließlich als Tragschicht und zugleich zum Schutz des
Filters vor Beschädigungen eine beispielsweise aus Glas bestehende Tragplatte 3.'.. Das Glas kann spektral absorbierend oder transparent sein. Es kann beispielsweise ein beim Jenaer Glaswerk,
Schott & Genossen, in Mainz hergestelltes Glas der Type OG 560
verwendet werden. Durch die photochromatische Substratschicht der Platte 1' kann bei einer besonders starken Anstrahlung eine zusätzliche Dämpfung erreicht werden. Infolgedessen kann die Durchlässigkeit des Filters 2¹ trotz Wahrung eines ausreichenden Schutzes der Augen größer gewählt werden, als es ohne Vorhandensein der Substratschicht notwendig wäre. Dabei sind die Substratschicht und das Filter 2' so aufeinander abgestimmt, daß das Schutzglas für die beim Schweißen auftretende Strahlung nur derart schwach lichtdurchlässig ist, daß das menschliche Auge dadurch nicht gefährdet werden kann. Selbst eine vom Lichtbogen bei verstärkter Emission ausgehende störende Blendung bleibt unschädlich, weil sie im wesentlichen nur psychologischer Natur ist. Die vergrößerte Durch-

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lässigkeit ist von großer Bedeutung, weil sie das Schutzglas bei seiner normalen Verwendung durchsichtiger macht und deshalb auch dort, beispielsweise bei Bewegungen und Hand1angungen, getragen werden kann, wo herkömmliche Schutzbrillen oder Schutzschilde mangels ausreichender Durchsichtigkeit abgenommen werden mußten.

In einer Abwandlung des in Fig. 13 dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbexspxeles kann die Tragplatte 3' als Schutzglas ebenfalls die vorgenannte Verbindung 224 oder eine vergleichbare Verbindung enthalten, während an Stelle der dargestellten, durch die Substratschicht gebildeten Platte 1' eine absorbierende oder nichtabsorbxerende Glasplatte oder Verbindung 224 bzw. vergleichbare Verbindung vorgesehen sein kann. Selbstverständlxch kann das in Fig. 13 dargestellte Schutzglas bei gleichbleibender Zusammensetzung statt gekrümmt auch eben ausgebildet sein, wenn es beispielsweise an einem Schutzschild vorgesehen wird. Je nachdem, ob das photochromatische Material der durch die Platte 1' gebildeten Substratschicht mehr oder weniger empfindlich ist, kann es entweder auf der dem Schweiß-Lichtbogen zugewandten oder auf der dem Schweiß-Lichtbogen abgelegenen Seite des Filters 2' angeordnet werden.

COPY

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Claims

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23.12.1976-SS(5) 190-1459P

IVSchutzvorricLtxjng zura Schütze der Äugen gegen schädliche, beispielsweise beim Schweißen auftretende Strahlung mit einer in deren Umgebung vorgesehenen, vor allem im Bereich einer gewissen Wellenlänge A eine starke Emission aufweisenden Lichtquelle, mit einer spektralselektiven ersten Mehrfachschicht in Form eines metallischen Interferenzfilters und mit beiderseits des letzteren befindlichen weiteren Mehrfachschichten, die so ausgebildet sind, daß der Reflexionsfaktor an den Grenzflächen zwischen dem Interferenzfilter und den umgebenden Medien spektral neutrale Werte annimmt und die Spektralfunktion der spektralselektiven ersten Mehrfachschicht durch die sie umgebenden weiteren Mehrfachschichten im wesentlichen unbeeinträchtigt bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die spektralselektive erste Mehrfachschicht (3) ein Paßband für hauptsächlich die aus den Fig. 3, 5, 7, 9 und 12 ersichtliche Wellenlänge (λθ aufweist und jede der die erste Mehrfachschicht (3) umgebenden weiteren Mehrfachschichten (2 und 4) entweder aus

abwechselnden Schichten von SiO₂ und Cr, wobei beide äußersten Schichten aus SiO- bestehen,

oder aus

abwechselnden Schichten von Al₃O₃ und Cr, wobei beide äußersten Schichten aus Al₂O₃ bestehen,

oder aus

abwechselnden Schichten eines Materials mit der Brechungszahl n=1,35, wie M F₄ oder Na₃AlF₆ und Cr,

oder aus

einem Belag einer durch/V bestimmten integrierten optischen

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Dicke gebildet sind, dessen Brechungszahl η und Äbsorptionskoeffizient k stufenlos wechseln, wobei sich von jeder Endfläche zur Mitte des Belages hin η von int wesentlichen 1,46 bis im wesentlichen 0,95 und k von ira wesentlichen 0 bis im wesentlichen 0,2 verändert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren f-Iehrf achschichten (2 und 4) jeweils aus einer SiCXv-Schicht einer Dicke von ira wesentlichen 270 ( λ./509) . (n., (589) /n, (/I ) )nru und (a-1) Cr-Schichten mit einer im wesentlichen 6 nm betragenden Dicke bestehen, wobei jede Cr-Schicht zwischen zwei SiO₂-Schichten angeordnet ist, worin n-(589) die Brechungszahl für GiO- bei Λ = 539 nm und n- ( Ti ) die Brechungszahl bei der Wellenlänge λ. ist, und worin 2^a ^6 sowie vorzugsweise a = 4 ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spektralselektive Mehrfachschicht (3) aus zwei Ag-Schichten einer Dicke von im wesentlichen 50 nm und aus einer zwischen diesen befindlichen MgF₂-Schicht einer Dicke von im wesentlichen 850 (λ/589).(n₂(589)/n₂(^)) ma besteht, worin n₂(589) die Brechungszahl für MgF₉ beiA= 589 nm und η, (λ) die Brechungszahl bei der Wellenlänge Ά. ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1_r dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren Mehrfachschichten (2 und 4) jeweils aus zwei äußeren Al₂03-Schichten einer im. wesentlichen 227 (Λ/589). (n^ (589)/n₃(A)) nm betragenden Dicke bestehen, an die nach innen jeweils eine Cr-Schicht einer Dicke von im wesentlichen 6 nm anschließt, während eine an jede Cr-Schicht nach innen anschließende Äl₂O₃-Schicht eine Dicke von im wesentlichen 76 (Λ/589).(n₃ (589)/η₃(Λ)) nm aufweist und daß eine mittlere Schicht entweder aus

Cr einer Dicke von im wesentlichen 14 nm

oder aus

zwei Cr-Schichten einer Dicke von im wesentlichen 7 nm mit einer

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dazwischen eingeschlossenen Äl₂O_-Schicht einer Dicke von im wesentlichen 76 (Λ/589). On₃(589)/n₃(Λ )) besteht, worin n₃(589) die Brechungszahl für Al₃O₃ bei Λ = 589nm und n₂(Λ) die Brechungszahl bei der Wellenlänge.Λ ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden weiteren Mehrfachschichten (2 und 4) aus einer ersten Schicht aus einem Material mit einer Brechungszahl η = 1,35 bei einer Wellenlänge λ = 589nm und einer Dicke von im wesentlichen 277 (Λ /589).(1,35/n.(Λ ))nm, aus einer zweiten Schicht aus Cr einer Dicke von im wesentlichen 7nm, aus zwei weiteren Cr-Schichten einer Dicke von im wesentlichen 93 (Λ /589).(1,35/n. (Λ))nm und aus einer zwischen den beiden letztgenannten Schichten eingeschlossenen weiteren Cr-Schicht einer Dicke von im wesentlichen 15nm besteht, worin η.(Λ) die Brechungszahl für das genannte Material bei der Wellenlänge Λ ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spektralselektive Mehrfachschicht (3) aus einer im wesentlichen 33nm dicken Ag-Schicht, einer im wesentlichen 306 (Λ /589) . (n₃ (589)/1I₃ (A ))nm dicken Al₂O₃-ScMcIIt, einer im wesentlichen 77nm dicken Ag-Schicht, einer im wesentlichen 841 (X /589) . (1I₃ (589)/η₃(Λ) )nm dicken Al₂O₃-Schicht und aus einer im wesentlichen 33nm dicken Ag-Schicht besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spektralselektive Mehrfachschicht (3) aus einer im wesentlichen 35nm dicken Ag-Schicht, einer im wesentlichen 385 (Λ/589). (1 _f35/n₄(/t ))nm dicken Schicht eines Materials mit einer Brechungszahl η = 1,35 bei der Wellenlänge A = 589nm, einer im wesentlichen 77nm dicken Ag-Schicht, einer im wesentlichen 604 (/\/589). (1,35/n« (Λ ) )nm dicken Schicht des genannten Iiaterials und einer im wesentlichen 33nm dicken Ag-Schicht besteht, worin n₄(Λ.) die Brechungszahl des genannten Materials bei der Wellenlänge A ist.

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8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Natrium- oder eine Hochdruck-Quecksilberlampe mit einer im Bereich der Wellenlänge Λ = 589 liegenden Emission ist, wobei die Dicke dielektrischer Teilschichten der Mehrfachschichten (2 und 4) der Wellenlänge A =589 angepaßt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Niederdruck-Quecksilberlampe mit einer Emission im Bereich der Wellenlänge Λ = 546 nm ist, wobei die Dicke dielektrischer Teilschichten der Mehrfachschichten (2 und 4) der Wellenlänge λ. = 546 nm angepaßt ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der beiden Außenflächen des durch die Mehrfachschichten (2 bis 4) gebildeten Filters (2¹) eine zusätzliche Schicht (Platte 1¹) eines lichtempfindlichen Substrates vorgesehen ist, dessen Lichtdurchlässigkeit mit zunehmender Anstrahlung abnimmt (Fig. 13).
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer freien Außenfläche des durch die Mehrfachschichten (2 bis 4) gebildeten Filters (2¹) eine Tragschicht aus einer durchsichtigen oder dunklen, beispielsweise aus Glas bestehenden Tragplatte (3¹) vorgesehen ist.

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