DE2658365B2

DE2658365B2 - Schutzvorrichtung zum Schütze der Augen gegen schädliche Strahlung

Info

Publication number: DE2658365B2
Application number: DE19762658365
Authority: DE
Inventors: Roland Taeby Jacobsson; Ove Dipl.-Ing. Balsta Lindblom
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1978-08-10
Also published as: DE2658365A1; BR7608671A; JPS5292844A; NL7614347A; DE2658365C3; GB1544114A

Description

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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 schädlichen 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 dazu 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 Wellenlängenbereiche im sichtbaren Teil des Lichtbogenspektrums Paßbänder aufweisen, wogegen die 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, und eine auf eine solche zusätzliche Lichtquelle abgestimmte Schutzvorrichtung ist in der DE-OS 23 44 283 beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung enthält in einem Schutzglas ein Interferenzfilter, das nur den Durchgang bestimmter Anteile des Strahlungsspektrums gestattet, wobei die entsprechenden Paßbänder an solchen Stellen des Spektrums und insbesondere im Bereich des gelben Natriumlichtes liegen, wo auch bei höherer Lichtstärke nur geringe schädigende Auswirkungen auf das menschliche Auge zu befürchten sind. Auf diese Weise läßt sich dann eine hinreichende Durchsichtigkeit des Schutzglases auch bei noch nicht gezündetem Schweiß-Lichtbogen erhalten.

Indessen weisen so gestaltete 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 aus der DE-OS 24 12 302 auch schon ein Schutzglas mit einem Interferenzfilter bekannt, das einerseits den Wellenlängen des von der zusätzlichen Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes zugeordnete Paßbänder aufweist und die durch diese Paßbänder durchgelassene Strahlung auf für das menschliche Auge unschädliche Werte dämpft und das andererseits die vom Schutzglas ausgehende starke störende Reflexion vermeidet.

Das in der DE-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 DE-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 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 Strahlung erzielt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprächen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

F i g. 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 dem ersten Ausführungsbeispiel wiedergebendes Diagramm,

F i g. 4 ein F i g. 2 entsprechendes Diagramm für ein Filter gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,

F i g. 5 ein entsprechendes, die Durchlässigkeit des Filters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wiedergebendes Diagramm,

F i g. 6 ein der F i g. 2 entsprechendes Diagramm für ein Filter gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,

F i g. 7 ein entsprechendes, die Durchlässigkeit des Filters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wiedergebendes Diagramm,

F i g. 8 ein der F i g. 2 entsprechendes Diagramm für ein Filter gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig.9 ein entsprechendes, die Durchlässigkeit des Filters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wiedergebendes Diagramm,

F i g. 10 ein die Brechungszahl η und den Absorptionskoeffizienten k des dem fünften Ausführungsbeispiel entsprechenden Filters über der von der Filteroberfläehe aus gemessenen Dicke zweier Mehrfachschichten des Filters wiedergebendes Diagramm,

F i g. 11 ein der F i g. 2 entsprechendes Diagramm für ein Filter gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,

Fig. 12 ein entsprechendes, die Durchlässigkeit des Filters gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel wiedergebendes Diagramm,

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

Gemäß dem in F i g. 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 3 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 Hauptstrahlungsbereich aufweist. Beiderseits der Mehrfachschicht 3 weist die Filteranordnung weiterhin je eine Mehrfachschicht 2 und 4 eines absorbierenden und neihtabsorbierenden Materials auf. Die Mehrfachschichten 2 und 4 sind so b5 beschaffen, daß an deren Außenflächen gegenüber einer auftreffenden Strahlung niedrige Reflexionswerte Rn und Ä54 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 Ausführungsbeispiele für die Zusammensetzung und die Dicke der verschiedenen Teilschichten der vorgenannten Mehrfachschichten 2,3 und 4 wiedergegeben:

Beispiel 1 für eine durch die Filteranordnung durchzulassende Wellenlänge von λ = 589 nm

Mehrfach- Teüschicht	2 -	2	4 ■	11	Material	Schichtdicke
schicht Nr.		3		12
		4		13		nm
1		5		14	SiO₂	270
	6	15	Cr	6
	I 7	16	SiO₂	270
I ⁸	17	Cr	6
3 9	SiO₂	270
1 10	Cr	6
	SiO₂	270
	Ag	50
	MgF₂	850
Ag	50
SiO₂	270
Cr	6
SiO₂	270
Cr	6
SiO₂	270
Cr	6
SiO₂	270

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 F i g. 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 Dickevon 270 nm, 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 drei Teilschichten, von denen die erste und dritte jeweils aus einem Silberfilm einer Dicke von 50 nm bestehen, während die mittlere Teilschicht aus einem Magnesiun.-fluoridfilm einer Dicke von 850 nm besteht.

F i g. 2 veranschaulicht die Reflexion und F i g. 3 die

Durchlässigkeit der im Beispiel 1 wiedergegebenen Filteranordnung.

Beispiel 2 für eine durch die Filteranordnung durchzulassene Wellenlänge von λ = 589 nm

Mehrfachschicht

Teilschicht
Nr.

Material

1
2
3
4
5
6
7

10

11

12

13
14
15
16
17
18
19

Al₂O₃

Cr

Al₂O₃

Cr

Al₂O₃

Cr

Al₂O₃

Ag

Al₂O₃

Ag

AI₂O₃

Ag

Al₂O₃

Cr

Al₂O₃

Cr

Al₂O₃

Cr

Al₂O₃

Schichtdicke

227 6

76

14

76

227

33 306

77 841

33

227 6

76

14

76

227 Beispiel 3 für eine durch die Filteranordnung durchzulassende Wellenlänge von λ - 589 nm

Mehrfachschicht

Teilschicht

Nr.

Material

10
11
12
13
14

15
16
17
18
19
20
21
22
23

Schichtdicke nm

Al₂O₃	227
Cr	6
Al₂O₃	76
Cr	7
Al₂O₃	76
Cr	7
Al₂O₃	76
Cr	6
Al₂O₃	in
Ag	33
Al₂O₃	306
Ag	77
Al₂O₃	841
Ag	33
Al₂O₃	227
Cr	6
Al₂O₃	76
Cr	7
Al₂O₃	76
Cr	7
Al₂O₃	76
Cr	6
Al₂O₃	227

Beispiel 2 gibt ebenfalls die Werte eines Interferenzfilters für eine Lichtquelle mit einer Hauptstrahlung im Bereich der Wellenlänge λ = 590 nm wieder, das gemäß F i g. 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 einerDicke 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 Al₂O₃-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 AIjO₃-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 Wellenlange wieder.

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 F i g. 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 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 Al₂O₃-FiIm einer Dicke von 76 nm besteht.

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

Beispiel 4 für eine durch die Filteranordnung durchzulassende Wellenlänge von λ = 589 nm

Mehrfach-	2	Teilschicht	Material	Schichtdicke
⁶⁰ schicht		Nr.
				nm
		1	η = 1,35	277
65		2	Cr	7
	3	/ι = 1,35	93
	4	Cr	15
	5	/ι = 1,35	93

Fortsetzung

Mehrfachschicht

Teilschicht
Nr.

Material

Schichtdicke nni

6
7
8
9
10

11
12
13
14
15

Ag

η = 1,35

Ag

/ι = 1,35

Ag

η = 1,35

Cr

η = 1,35

Cr

η = 1,35

33
385

77
604

33

93

15
93

7
277

10

15

Auch in Beispiel 4 betrifft ein Interferenzfilter für eine zusätzliche Lichtquelle mit einer Hauptstrahlung bei der Wellenlänge A = 590nm, das gemäß Fig. 1 aus den Mehrfachschichten 2,3 und 4 zusammengesetzt ist. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, bestehen die beiden äußeren Mehrfachschichten 2 und 4 aus jeweils fünf Teilschichten, die in diesem Falle spiegelsymmetrisch zur Filtermitte gleich ausgebildet sind. Dabei bestehen d'e dielektrischen Teilschichten jeweils aus einem Material mit der Brechungszahl η =1,35, wofür beispielsweise das Material MgF2 und NasAlFe 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 aius 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 /7= 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 F i g. 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 Ausführungsbeispiel. Das in Fig. 10 wiedergegebene Diagramm zeigt die Brechungszahl η und den Absorptionskoeffizienten eo k in Abhängigkeit von der Dicke ζ der Mehrfachschichten 2 und 4 gemäß F i g. 1, und zwar jeweils von deren einer Außenfläche aus gemessen. Dabei haben beide Mehrfachschichten 2 und 4 gemäß F i g. 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 Ar=O bis zu einem Wert von etwa Ar=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 F i g. 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 Natriumlampe ausgebildete zusätzliche Lichtquelle mit einer Hauptstrahlung im Bereich von A = 590nm 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 = 546nm. Sofern die Filteranordnung einer anderen als der bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen berücksichtigten Wellenlänge A'=589nm zugeordnet werden soll, dann muß sie entsprechend üblichen optischen Regeln nach der Formel

h = h ■ —

geändert werden, worin Λ die gesuchte Dicke der Teilschicht in der abgewandelten Filteranordnung, A'die Dicke der entsprechenden Teilschicht bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, n' die Brechungszahl des dielektrischen Materials bei einer Wellenlänge von 589 nm, η die Brechungszahl des gewünschten dielektrischen Materials, Λ die gewünschte Wellenlänge und λ' 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, 6, 8 und 11 hervorgeht, in denen der Reflexionsfaktor durchschnittlich unter 5% beträgt und der Reflexionsfaktor im ganzen für das Auge empfindlichen Wellenlängenbereich an keiner Stelle 15% 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 Auge 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 den Wellenlängenbereich 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 Toleranzabweichungen 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 Ausführungsbeispielen 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 F i g. 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 Mangel 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 lichtempfindlichen 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 F i g. 13 dargestellte, zur Verwendung in einer Schutzbrille gekrümmte Schutzglas besteht aus eines äußeren Platte Γ eines photochemischen Substrates, wie es beispielsweise als Verbindung 224 durch die Firma Applied Photophysics Ltd. hergestellt wird. Hinter der Platte Γ folgt das eigentliche Filter 2', das aus

ίο 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 Γ kann bei einer besonders starken Anstrahlung eine zusätzliche Dämpfung erreicht werden. Infolgedessen kann die Durchlässigkeit des Filters 2' 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 Durchlässigkeit ist von großer Bedeutung, weil sie das Schutzglas bei seiner normalen Verwendung durchsichtiger macht und deshalb auch dort, beispielsweise bei Bewegungen und Handlangungen, getragen werden kann, wo herkömmliche Schutzbrillen oder Schutzschilde mangels ausreichender Durchsichtigkeit abgenommen werden mußten.

In einer Abwandlung des in F i g. 13 dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles 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 Γ eine absorbierende oder nichtabsorbierende Glasplatte oder Verbindung 224 bzw. vergleichbare Verbindung vorgesehen sein kann. Selbstverständlich kann das in Fi g. 13 dargestellte Schutzglas bei gleichbleibender Zusammensetzung

so statt gekrümmt auch eben ausgebildet sein, wenn es beispielsweise an einem Schutzschild vorgesehen wird. Je nachdem, ob das photochromatische Material der durch die Platte Γ 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.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzvorrichtung zum Schütze der Augen gegen schädliche, beispielsweise beim Schweißen auftretende Strahlung mit einer in deren Umgebung vorgesehenen, vor allem im 3ereich einer gewissen Wellenlänge λ 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 Wellenlänge (λ) der Lichtquelle aufweist und jede der die erste Mehrfachschicht (3) umgebenden weiteren Mehrfachschichten (2 und 4) entweder aus
abwechselnden Schichten von SiO₂ und Cr₁ wobei beide äußersten Schichten aus SiO₂ bestehen, oder aus

abwechselnden Schichten von AI2O3 und Cr, wobei beide äußersten Schichten aus AI2O3 bestehen, oder aus abwechselnden Schichten eines Materials mit der Brechungszahl n= 1,35, wie MgF₂ oder Na3AlF6 und Cr, oder aus

einem Belag einer durch λ bestimmten integrierten optischen Dicke gebildet sind, dessen Brechungszahl π und Absorptionskoeffizient A: stufenlos wechseln, wobei sich von jeder Endfläche zur Mitte des Belages hin η von im wesentlichen 1,46 bis im wesentlichen 0,95 und Ar von irn wesentlichen 0 bis im wesentlichen 0,2 verändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren Mehrfachschichten (2 und 4) jeweils aus einer SiO₂-Schicht einer Dicke von im wesentlichen

270 (λ/589) · (πι(589)/η(λ)) nm

und (a-i) Cr-Schichten mit einer im wesentlichen 6 nm beitragenden Dicke bestehen, wobei jede Cr-Schicht zwischen zwei SiO₂-Schichten angeordnet ist, worin /ii(589) die Brechungszahl für SiO₂ bei λ = 589ηηι und /Ji (λ) 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) ■ fa(589)//J2 (X)) nm

besteht, worin /J₂ (589) die Brechungszahl für MgF₂ bei λ = 589 nm und n₂ (A) die Brechungszahl bei der Wellenlänge λ ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren Mehrfachschichten (2 und 4) jeweils aus zwei äußeren AI₂O₃-Schichten einer im wesentlichen

227 (λ/589) · (m (58S)//J₃ (λ)) 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 Al₂O₃-Schicht eine Dicke von im wesentlichen

76 (λ/589) · /73(589Vn₃(Ii;; 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 T nm mit einer dazwischen eingeschlossenen A1₂O3-Schicht einer Dicke von im wesentlichen

76 (λ/589) · (n₃ (589)//i3 (λ)) nm

tiesteht, worin /J₃ (589) die Brechungszahl für Al₂O₃ bei λ=589 nm und π₂(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 /7= 1,35 bei einer Wellenlänge λ=589ηπι und einer Dicke von im wesentlichen

277(λ/589)·(1,35//7₄(λ))ηπι,

aus einer zweiten Schicht aus Cr einer Dicke von im wesentlichen 7 nm, aus zwei weiteren Cr-Schichten eiiner Dicke von im wesentlichen

93(λ/589)·(1,35/π₄(λ))ηπι

und aus einer zwischen den beiden letztgenannten Schichten eingeschlossenen weiteren Cr-Schicht einer Dicke von im wesentlichen 15 nm besteht, worin π₄(λ) die Brechungszahl für das genannte Materia' bei der Wellenlänge λ ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spektralselektive Mehrfachschicht (3) aus einer im wesentlichen 33 nm dicken Ag-Schicht, einer im wesentlichen

306 (λ/589) · (n₃ (589)//7₃ (λ)) nm

dicken Al₂O3-Schicht, einer im wesentlichen 77 nm dicken Ag-Schicht, einer im wesentlichen

841 (λ/589) · fa (589)//73 (λ)) nm

dicken Al₂O₃-Schicht und aus einer im wesentlichen 33 nm 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 35 nm dicken Ag-Schicht, einer im wesentlichen

385 (λ/589)-(1,35//J₄ (λ)) nm

dicken Schicht eines Materials mit einer Brechungszahl /7= 1,35 bei der Wellenlänge λ = 589ηπι, einer im wesentlichen 77 nm dicken Ag-Schicht, einer im wesentlichen

604 (λ/589) · (1,35//J₄ (λ)) nm

dicken Schicht des genannten Materials und einer im wesentlichen 33 nm dicken Ag-Schicht besteht, worin π₄(λ) die Brechungszahl des genannten Materials bei der Wellenlänge λ ist.

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, wobei die Dicke dielektrischer Teilschichten der Mehrfachschichten (2 und 4) der Wellenlänge λ=589 angepaßt ist.

9. Vorrichtung nach einem der 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 A = 546nm 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 (2') eine zusätzliche Schicht (Platte V) eines lichtempfindlichen Substrates vorgesehen ist, dessen Lichtdurchlässigkeit mit zunehmender Anstrahlung abnimmt (F ig. 13).

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer freien Außenfläche des durch die Mehrfachschichten (2 bis 4) gebildeten Filters (2') eine Tragschicht aus einer durchsichtigen oder dunklen, beispielsweise aus Glas bestehenden Tragplatte (3') vorgesehen ist.