DE3837008A1 - Protective light filter - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Lichtschutzfilter zum Schutz gegen Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs, wobei der Schutzfilter aus mindestens zwei Schalen besteht.The invention relates to a light protection filter for protection against light of a certain wavelength range, the Protection filter consists of at least two shells.
Lichtschutzfilter dieser speziellen Bauart werden insbesondere für Laserschutzbrillen benötigt, wenn sie aus Glas sind und der DIN 58215 entsprechen sollen. Diese in Sandwichbauweise hergestellten Filterlinsen bestehen dann aus Filterschalen, die mittels Klebefolie oder Kleber auf eine farblose Grundschale geklebt werden. In diese farblose Grundschale kann dann eine optische Wirkung eingearbeitet werden, um eine Korrektionsbrille zu erhalten. Der Nachteil dieser Lichtschutzbrille zur Absorption von Laserstrahlung ist die notwendige Dicke des Filtermaterials, die zu schweren Brillen führt.Light protection filters of this special design are particularly popular required for laser safety glasses if they are made of glass and the Should comply with DIN 58215. This in sandwich construction Filter lenses produced then consist of filter bowls that on a colorless base shell using adhesive film or glue be glued. A color can then be placed in this colorless base shell to be incorporated into an optical effect Get prescription glasses. The disadvantage of this Sun glasses for the absorption of laser radiation is the necessary thickness of the filter material leading to heavy glasses leads.
Es sind außerdem Lichtschutzfilter für Laserschutzbrillen in Form von Interferenzschichten bekannt, die außen auf die konvexe Fläche der Brillenlinse aufgebracht sind. Da Interferenzschichten jedoch sehr empfindlich sind, können beispielsweise durch Verkratzen oder Unsauberkeiten bereits wahrend des Herstellprozesses "Löcher" in der Interferenzschicht entstehen. Durch diese Löcher kann dann die Strahlung ungestört durchtreten.There are also light protection filters for laser safety glasses in Form of interference layers known to the outside on the convex surface of the lens are applied. There Interference layers, however, can be very sensitive for example, by scratching or messiness during the manufacturing process "holes" in the Interference layer arise. Through these holes the Radiate through undisturbed.
Aus der US-PS 40 99 858 ist eine Brille mit einstellbarem Transmissionsgrad bekannt. Diese Brille besteht aus zwei gegeneinander verdrehbaren Gläsern mit polarisierender Wirkung, deren innere Flächen außerdem einen wasserabweichenden Belag tragen. From US-PS 40 99 858 glasses with adjustable Transmittance known. These glasses consist of two lenses that can be turned against each other and have a polarizing effect, their inner surfaces also have a water-diverting surface wear.
Die Brille besitzt jedoch keine spektral selektiven Filter und ist deshalb nicht als Laserschutzbrille geeignet.However, the glasses have no spectrally selective filters and is therefore not suitable as laser safety glasses.
Aus der DE-OS 34 30 781 ist ein Lichtschutz für eine Laser schutzbrille bekannt, der diesen spektral-selektiven Licht schutz bietet. Die selektive Empfindlichkeit erhalten die Brillenlinsen durch einen zwischen zwei Brillenschalen einge schlossenen holographischen Kerbfilterspiegel. Die Brillen linsen zeichnen sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit für Hell- und Dunkelanpassung und gute Farbunterscheidung bei Durchsicht aus. Dabei ist aber die Transmission stark vom Einfallswinkel der Strahlung abhängig, so daß lediglich ein Schutz aus einer Richtung schmalbandig oder ein Schutz aus einem engeren Winkelbereich breitbandig möglich ist.DE-OS 34 30 781 is a light protection for a laser Safety glasses known to use this spectrally selective light offers protection. The selective sensitivity get the Glasses lenses inserted through between two glasses shells closed holographic notch filter mirror. The glasses lenses are characterized by a high degree of adaptability for Light and dark matching and good color differentiation Review from. However, the transmission is very different The angle of incidence of the radiation depends, so that only one Protection from one direction narrow band or protection from a narrower angular range is possible over a broad band.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lichtschutzfilter zum Schutz gegen Licht mindestens eines bestimmten Wellenlängenbereiches zu erhalten, welche sich durch ein vom Einstrahlwinkel des Lichtes nur relativ gering abhängiges spektrales Transmissionsverhalten und eine hohe mechanische Belastbarkeit auszeichnen und sich insbesondere zum Einsatz in Laserschutzbrillen eignet.The object of the invention is to provide a light protection filter for protection against light of at least a certain wavelength range to get, which is characterized by the angle of incidence of the Light only relatively slightly dependent spectral Transmission behavior and high mechanical resilience distinguish themselves and are particularly suitable for use in Laser safety glasses are suitable.
Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen dadurch gelöst, daß mindestens zwei Schalen miteinander verklebt sind und daß sich auf beiden Klebeflächen der Schalen ein Interferenzfilter befindet.This object is in accordance with the characterizing part of claim 1 specified measures solved in that at least two Shells are glued together and that on both An interference filter is located on the adhesive surfaces of the shells.
Mit dem erfindungsgemäßen Lichtschutzfilter läßt sich eine hohe, scharfe, spektral selektive Filterung eines oder mehrerer Spektralbereiche erreichen, ohne daß eine wesentliche Farbverzerrung eintritt. Durch die klebende Verbindung der gemäß DIN 58215 geforderten Linsenschalen wird die mechanische Festigkeit des Lichtschutzfilters schon mit relativ dünnen Linsen erreicht, ohne daß man in der Formgebung der Linsen eingeschränkt ist. Auch eine Einschränkung hinsichtlich des Materials der Linsenschalen besteht nicht. Sie können aus Glas oder Kunststoff sein, wobei jede Kombination möglich ist. Dabei muß aber der Kleber oder die Klebefolie so ausgewählt werden, daß keine Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung der Linsen entstehen, die die mechanische Belastbarkeit des Filters als Einheit herabsetzt. Der Kleber sollte deshalb um so elastischer sein, je stärker der thermische Ausdehnungskoeffizient der Linsenschalen vonein ander abweicht. Der Zusammenhalt der Linsenschalenkombination kann dabei durch eine entsprechende Ausgestaltung der Fassung sichergestellt werden. Da sich die Interferenzschichten zwischen den Schalen befinden, ist ein optimaler Schutz dieser Schichten vor mechanischen Einflüssen sichergestellt.With the light protection filter according to the invention, a high, sharp, spectrally selective filtering of one or more Reach spectral ranges without being essential Color distortion occurs. Through the adhesive connection of the lens shells required according to DIN 58215 becomes the mechanical strength of the light protection filter already with relative thin lenses achieved without the shape of the Lenses is restricted. Also a limitation regarding the material of the lens shell does not exist. You can out Be glass or plastic, any combination is possible. However, the glue or adhesive film must be selected in this way be that no tensions due to different thermal expansion of the lenses arise which the mechanical resistance of the filter as a unit. The adhesive should therefore be the more elastic the stronger the thermal expansion coefficient of the lens shells of one other deviates. The cohesion of the lens shell combination can by a corresponding design of the version be ensured. Since the interference layers between the shells is an optimal protection of these layers secured against mechanical influences.
Die Klebeschicht kann sich gleichmäßig über die gesamten Kontaktflächen der Linsenschalen erstrecken oder sich nur im Randbereich außerhalb der Interferenzschichten befinden. Auf jeden Fall muß man dafür sorgen, daß die Linsenschalen ohne eine nachteilige Wirkung miteinander verbunden werden (z.B. ungleichmäßige Klebstoffverteilung, falsche Zentrierung der Grundlinse usw.). Insbesondere kann für eine Verklebung anstelle eines flüssigen Klebers auch eine Klebefolie (Schichtdicke etwa 1/10 mm) verwendet werden.The adhesive layer can spread evenly over the entire Contact areas of the lens shells extend or only in Border area located outside of the interference layers. On in any case you have to make sure that the lens shells without an adverse effect is combined (e.g. uneven adhesive distribution, wrong centering of the Base lens etc.). In particular, can be used for gluing instead of a liquid adhesive, also an adhesive film (Layer thickness about 1/10 mm) can be used.
Da die Interferenzschichten normalerweise aus sehr harten Materialien aufgebaut sind (z.B. TiO₂, SiO₂ usw.), muß man gegebenenfalls eine Zwischenschicht zwischen das Schalen material und die erste Interferenzschicht aufbringen. Diese Zwischenschicht sorgt dann dafür, daß elastische Verformungen der Linsenschalen nicht zu einer Zerstörung der Interferenz schichten führen.Because the interference layers are usually made of very hard Materials are built up (e.g. TiO₂, SiO₂ etc.), you have to if necessary, an intermediate layer between the shells Apply material and the first interference layer. These Intermediate layer then ensures that elastic deformations the lens cups do not destroy the interference lead layers.
Da auf beiden zu verklebenden Linsenschalen eine Interferenz schicht aufgebracht ist, wirken sich Störstellen in den Inter ferenzschichten kaum aus, denn die Wahrscheinlichkeit, daß beim Verkleben zwei Störstellen aufeinandertreffen ist minimal. Dies ist insbesondere bei einer automatisierten Fertigung wesent lich, um die Ausschlußrate bei der Endkontrolle zu minimieren.There is interference on both lens shells to be glued layer is applied, impurities affect the inter reference layers hardly because the probability that the Sticking two impurities together is minimal. This is particularly important in automated production Lich to minimize the final inspection exclusion rate.
Durch die Sandwich-Bauweise des Lichtschutzfilters aus mehreren verklebten Linsenschalen besteht die Möglichkeit, einer der Schalen eine optische Wirkung zu geben und sie als Korrektions teil zu verwenden. Für diesen Zweck bietet sich insbesondere die hintere Linsenschale an. Die vordere Linsenschale vor der oder den Interferenzschichten kann dann aus strahlungsabsor bierendem Material (Vollfiltermaterial) bestehen. Auf diese Weise entsteht eine Lichtschutzfilterlinse mit einer, falls notwendig, optischen Korrektur, deren Schutzfilterwirkung durch eine Kombination von Interferenz und Strahlungsabsorption gegeben ist, d.h. ein Teil der unerwünschten Strahlung wird vor und nach der Reflexion an der Interferenzschicht vom strahlungsabsorbierenden Material absorbiert. Die unerwünschte Strahlung muß das absorbierende Material zweimal durchlaufen und wird dabei so stark geschwächt, daß der Anteil der reflektierten Strahlung sehr gering ist. Man kann auf diese Weise die benötigte Dicke des absorbierenden Materials halbieren, wenn man die gleiche Wirkung wie bei reinem Voll filtermaterial erzielen will. Solche Lichtschutzfilterlinsen können deshalb sehr viel leichter sein.Due to the sandwich construction of the light protection filter from several glued lens shells there is the possibility of one of the To give bowls an optical effect and use them as a correction to use part. This is particularly useful for this purpose the rear lens shell. The front lens shell in front of the or the interference layers can then be made of radiation absorbers material (full filter material). To this In this way, a light protection filter lens with one, if necessary, optical correction, whose protective filter effect through a combination of interference and radiation absorption is given, i.e. some of the unwanted radiation is pre and after reflection on the interference layer from absorbs radiation absorbing material. The unwanted Radiation has to pass through the absorbent material twice and is weakened so much that the proportion of reflected radiation is very low. You can count on this Way the required thickness of the absorbent material cut in half if you get the same effect as a pure full wants to achieve filter material. Such light protection filter lenses can therefore be much easier.
Die Interferenzschicht kann so ausgestaltet werden, daß sie selektiv nur eine bestimmte Frequenz (z.B. 694 nm für Rubin- Laser) oder als Breitbandschicht einen größeren Spektralbereich reflektiert. Dabei lassen sich Transmissionskoeffizienten von T = 10-5 und höher verwirklichen. Entsprechende Angaben über die Theorie und Herstellung von Interferenzschichten findet man in dem Buch von H. Anders "Dünne Schichten für die Optik", Stuttgart 1965 (siehe auch EP-PS 01 93 717 und EP-PS 01 80 129). Mit diesen Interferenzschichten läßt sich unabhängig vom Schalenmaterial und dessen Dicke jede gewünschte Filterwirkung erzielen. Die dadurch realisierbaren Gewichtseinsparungen ins besondere bei Brillenlinsen für Laserschutzbrillen können sehr hoch sein. Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung von Laserschutzbrillen, in denen die Brillenlinsen das Gewicht von normalen Brillenlinsen aus Kunststoff haben und bei denen eine Erhöhung des Absorptionsgrades keinen Einfluß auf das Gewicht hat.The interference layer can be designed so that it selectively only a certain frequency (e.g. 694 nm for ruby Laser) or as a broadband layer a larger spectral range reflected. Transmission coefficients of Realize T = 10-5 and higher. Corresponding information about the theory and production of interference layers can be found in the book by H. Anders "Thin layers for optics", Stuttgart 1965 (see also EP-PS 01 93 717 and EP-PS 01 80 129). These interference layers can be used regardless of Shell material and its thickness any desired filter effect achieve. The realizable weight savings ins Especially with glasses for laser safety glasses can be very be high. The invention thus enables the production of Laser safety glasses in which the glasses lenses hold the weight of have normal plastic eyeglass lenses and one of them Increasing the degree of absorption has no influence on the weight Has.
Durch das Aufbringen von mehreren unterschiedlichen Interferenzschichten auf gegebenenfalls mehr als zwei Linsenschalen in der vorab beschriebenen Art, kann die selektierende Wirkung der Brillenlinse auf die unterschiedlichsten Spektralbereiche spektral engbandig sehr leicht durchgeführt werden.By applying several different ones Interference layers on possibly more than two Lenticular shells in the manner described above can selective effect of the spectacle lens on the very different spectral ranges very narrow band be done easily.
Die Schalen zum Bau des Lichtschutzfilters können jede beliebige Form haben. Insbesondere können sie plan, sphärisch oder elliptisch gestaltet sein, ohne daß es zu einer unterschiedlichen Wirkung des Lichtschutzfilters kommt.The shells for building the light protection filter can be used by anyone have any shape. In particular, they can be flat, spherical or be elliptical without it becoming one different effect of the light protection filter comes.
Insbesondere eignet sich der Lichtschutzfilter zum Einsatz in Laserschutzbrillen für die Filterung des auftreffenden des Lichtes in einem diskreten oder breitbandigen Spektralbereich. Er ist aber ebenso für Visiere und als Schutzfilter für optische Instrumente in deren optischen Strahlengang geeignet.The light protection filter is particularly suitable for use in Laser safety glasses for filtering the incident Light in a discrete or broadband spectral range. But it is also for visors and as a protective filter for suitable optical instruments in their optical beam path.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in beispielhafter Weise anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown below in exemplified with reference to the drawings. It shows
Fig. 1 zwei Linsenschalen für eine Laserschutzbrille im getrennten und verklebten Zustand; Figure 1 shows two lens shells for laser safety glasses in the separated and glued state.
Fig. 2 den mit II bezeichneten Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab; FIG. 2 shows the section from FIG. 1 labeled II on an enlarged scale;
Fig. 3 die Transmissionskurve mit einem Schichtaufbau gemäß Anlage 1; FIG. 3 shows the transmission curve with a layer structure according to Appendix 1;
Fig. 4 eine weitere Transmissionskurve für eine Laserschutz brille gemäß Fig. 1 für zwei verschiedene Auftreff winkel. Fig. 4 shows a further transmission curve for laser protection glasses according to FIG. 1 for two different impingement angles.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Linsenschalen (1,2) des Lichtschutzfilters besitzen eine sphärische Grundform und tragen jeweils eine Interferenzschicht (4 a und 4 b) auf einer ihrer Oberflächen. Die dem Auge als zu schützenden Gegenstand abgewandte Schale (1) besteht aus einem Vollfiltermaterial. Auf die konkave Oberfläche (1 b) der Schale (1) aus Kunststoff ist eine Interferenzschicht (4 a) aufgebracht, welche wie üblich selbst aus mehreren aufeinanderfolgenden Einzelschichten aufge baut ist. Die konkave Oberfläche (1 b) der Interferenzschicht (4 a) dient außerdem als Klebefläche bei der Herstellung einer Linse (5), welche in der Fassung (4) einer Laserschutzbrille eingebaut wird. Die dem zu schützenden Auge zugewandte Schale (2) besitzt eine optische Wirkung und dient als Korrektionsteil des zusammengeklebten Lichtschutzfilters. Auf der konvexen Ober fläche (2 a) dieser Schale (2) befindet sich eine Interferenz schicht (4 b), welche mit der Interferenzschicht (4 a) der anderen Schale (1) identisch ist. Die konvexe Oberfläche (2 a) mit aufgebrachter Interferenzschicht (4 b) stellt die Klebe fläche für die Schale (2) dar.The lens-shells shown in Fig. 1 and 2 (1,2) of the light protection filter have a spherical basic shape and each carry an interference layer (4 a and 4 b) on one of its surfaces. The shell ( 1 ) facing away from the eye as an object to be protected consists of a full filter material. On the concave surface ( 1 b ) of the shell ( 1 ) made of plastic, an interference layer ( 4 a ) is applied, which is built up as usual even from several successive individual layers. The concave surface ( 1 b ) of the interference layer ( 4 a ) also serves as an adhesive surface in the manufacture of a lens ( 5 ), which is installed in the frame ( 4 ) of laser safety glasses. The shell ( 2 ) facing the eye to be protected has an optical effect and serves as a correction part of the light protection filter glued together. On the convex surface ( 2 a ) of this shell ( 2 ) there is an interference layer ( 4 b ) which is identical to the interference layer ( 4 a ) of the other shell ( 1 ). The convex surface ( 2 a ) with an applied interference layer ( 4 b ) represents the adhesive surface for the shell ( 2 ).
Zur Herstellung der kompletten Brillenlinse (5) werden die beiden Linsenschalen (1, 2) mit einer Klebefolie (3) miteinander verklebt. Nach dem Verkleben befinden sich die beiden aufge dampften Interferenzschichten (4 a, 4 b) im Inneren der Brillen linse (5) und sind nur durch die an allen Stellen gleich dicke Klebefolie (3) voneinander getrennt. Damit diese Klebefolie (3) verwendet werden kann, müssen die konkaven (1 b) und die konvexen (2 a) Oberflächen der Schalen (1, 2) korrespondierende (d.h. aufeinander abgestimmte) Radien besitzen.To produce the complete spectacle lens ( 5 ), the two lens shells ( 1 , 2 ) are glued together with an adhesive film ( 3 ). After gluing, the two vaporized interference layers ( 4 a , 4 b ) are inside the glasses lens ( 5 ) and are separated from each other only by the adhesive film ( 3 ), which is the same thickness at all points. So that this adhesive film ( 3 ) can be used, the concave ( 1 b ) and the convex ( 2 a ) surfaces of the shells ( 1 , 2 ) must have corresponding (ie coordinated) radii.
Die Klebefolie (3) zwischen den Schalen (1, 2) sorgt für eine großflächige, feste Verbindung und damit für eine hohe mechanische Belastbarkeit der Linse (5). Die Interferenz schichten (4 a, 4 b) sind bei dieser Art der Verklebung optimal vor mechanischen Einflüssen geschützt. Obwohl eine Interferenz schicht (4 a, 4 b) ausreichen würde, um den benötigten Schutz zu realisieren, wurden zwei Interferenzschichten (4 a, 4 b) ver wendet. Dies hat den Vorteil, daß teilweise nicht sichtbare Fertigungsfehler bei dem Aufbau einer Interferenzschicht (4 a) durch die andere Interferenzschicht (4 b) aufgefangen werden können. All dies ermöglicht eine automatische Fertigung mit großen Fertigungstoleranzen, ohne daß eine wesentliche Aus schußquote bei der Endkontrolle anfällt. Bei der Berechnung der optischen Wirkung der als Korrekturteil verwendeten Schale (2) muß die optische Wirkung der Interferenzschichten (4 a, 4 b) und der Klebefolie (3) mit einfließen, um optimale Ergebnisse auch hinsichtlich der Minimierung der Farbverzerrung zu erhalten. Außerdem muß die Klebefolie (3) hinsichtlich des thermischen Verhaltens ausgewählt werden. Die so als Lichtschutzfilter entstandenen Linsen (5) können dann in eine Fassung einer Laserschutzbrille eingesetzt werden.The adhesive film ( 3 ) between the shells ( 1 , 2 ) ensures a large-area, firm connection and thus a high mechanical strength of the lens ( 5 ). The interference layers ( 4 a , 4 b ) are optimally protected against mechanical influences with this type of bonding. Although one interference layer ( 4 a , 4 b ) would be sufficient to implement the required protection, two interference layers ( 4 a , 4 b ) were used. This has the advantage that manufacturing defects, which are sometimes not visible, can be compensated by the other interference layer ( 4 b ) during the construction of an interference layer ( 4 a ). All of this enables automatic production with large manufacturing tolerances without a significant waste rate from the final inspection. When calculating the optical effect of the shell ( 2 ) used as a correction part, the optical effect of the interference layers ( 4 a , 4 b ) and the adhesive film ( 3 ) must also be included in order to obtain optimal results with regard to minimizing the color distortion. In addition, the adhesive film ( 3 ) must be selected with regard to the thermal behavior. The lenses ( 5 ) thus created as light protection filters can then be inserted into a frame of laser safety glasses.
In Fig. 3 ist eine Transmissionskurve für einen Laserschutzfilter gezeigt, welcher Schutz bietet vor der Strahlung eines Rubin-Lasers. Der dabei verwendete Schichtaufbau ist in Tabelle 1 angegeben. Die dort verwendeten Materialien sind nur als Beispiel anzusehen, da man einen Laserschutzfilter für einen Rubin-Laser auch aus anderen Materialien aufbauen kann. Dabei erhält man dann allerdings auch eine andere Transmissionskurve. FIG. 3 shows a transmission curve for a laser protection filter, which offers protection from the radiation of a ruby laser. The layer structure used is given in Table 1. The materials used there are only to be seen as an example, since a laser protection filter for a ruby laser can also be constructed from other materials. But then you get a different transmission curve.
Fig. 4 zeigt in beispielhafter Weise, daß die Filter charakteristik der Brillenlinse nur eine geringe Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel besitzt. Fig. 4 shows in an exemplary manner that the filter characteristic of the spectacle lens has only a slight dependence on the angle of incidence.
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