DE60130777T2

DE60130777T2 - Reflektierende optische filter mit verlustoptimierung

Info

Publication number: DE60130777T2
Application number: DE60130777T
Authority: DE
Inventors: Michael F. Saint Paul WEBER; Roger J. Saint Paul STRHARSKY; Timothy J. Saint Paul NEVITT; Andrew J. Saint Paul OUDERKIRK
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: ATE374953T1; WO2002016976A2; WO2002016976A3; JP2004507781A; US20020186474A1; CN1327253C; EP1311880B1; US6697195B2; EP1311880A2; AU3486401A; DE60130777D1; CN1518671A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft optische Filter und Verfahren zum Herstellen und Verwenden der optischen Filter. Außerdem befaßt sich die vorliegende Erfindung mit optischen Filtern, die sowohl reflektierende als verlustbehaftete Elemente umfassen, und Verfahren zum Herstellen und Verwenden solcher optischer Filter.
STAND DER TECHNIK
Optische Filter, einschließlich zum Beispiel optischer Spiegel und Polarisatoren, können in einer Reihe von Vorrichtungen zum Ausführen einer Reihe von Funktionen verwendet werden. In vielen dieser optischen Filter wird ein Teil des Lichtes, das auf die Vorrichtung fällt, reflektiert oder absorbiert, und ein anderer Teil des Lichts wird durchgelassen. Ein IR-Filter zum Beispiel reflektiert oder absorbiert IR-Licht, während es sichtbares Licht durchgehen läßt. Als weiteres Beispiel reflektiert ein Polarisator Licht, das eine Polarisation über ein bestimmtes Wellenlängenband aufweist, und läßt Licht durch, das orthogonal dazu polarisiert ist.
Es kann eine Reihe von Parametern zum Beschreiben der optischen Eigenschaften von optischen Filtern verwendet werden. Transmission, T (oder Absorption oder Reflexion) einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs, der absorbiert oder reflektiert werden soll, kann die Menge an Licht beschreiben, die durch ein optisches Filter geht. Die optische Dichte ist als – log₁₀ T definiert und ist zum Vergleich von optischen Filtern mit geringer Transmission besonders nützlich. In einigen Anwendungen können optische Dichten von 4 (einer Transmission von 0,01% entsprechend) oder mehr erwünscht oder erforderlich sein.
Ein weiterer Parameter ist die Schärfe der Bandkante (z. B. der Übergang von einem Wellenlängenbereich mit hoher Transmission zu einem Wellenlängenbereich mit geringer Transmission). Für zumindest einige Anwendungen kann es wünschenswert oder erforderlich sein, eine Änderung von 2,5 oder mehr in der optischen Dichte über einen Wellenlängenbereich von 5, 10 oder 20 nm oder darunter zu haben.
Absorbierende optische Körper sind für viele dieser Anwendungen verwendet worden. Die optischen Körper umfassen normalerweise ein absorbierendes Material, das auf oder in einem Substrat (z. B. einem Glas- oder Polymersubstrat) angeordnet ist. Solche absorbierenden optischen Körper werden oft durch ihr prozentuales Absorptionsvermögen charakterisiert, das sich auf den Prozentsatz des Lichtes bezieht, welches in einem einzelnen Durchgang durch den optischen Körper absorbiert wird. Leider haben absorbierende Materialien normalerweise keine scharfen, breitbandigen Absorptionsspektren. Absorbierende Materialien absorbieren im allgemeinen zumindest teilweise Licht innerhalb des gewünschten Transmissionswellenlängenbereichs oder der Polarisation und sind nicht sehr wellenlängenselektiv. Ein absorbierendes IR- oder UV-Filter absorbiert zum Beispiel normalerweise auch einen Teil des sichtbaren Lichtes. Das Erhöhen der IR- oder UV-Absorption führt zu mehr Absorption von sichtbarem Licht. Für Anwendungen, wie zum Beispiel Brillenglas- oder Fensterbehandlungen, kann durch dieses Phänomen eingeschränkt werden, wie viel IR- oder UV-Schutz auf der Basis der Anforderungen an die Sicht zu erhalten ist. Die sichtbare Absorption ist außerdem im Normalfall ungleichförmig, was zu einem farbigen Aussehen führen kann.
Breitbandige reflektierende optische Körper können unter Verwendung zum Beispiel von Mehrschichtdünnfilmverfahren hergestellt werden. Der Wellenlängenbereich dieser optischen Körper hängt normalerweise vom Bereich der Dicken der Schichten ab. Das Reflexionsvermögen dieser optischen Körper wird durch die Verwendung von mehr Schichten jeder Dicke verbessert. Um stark reflektierende, breitbandige optische Körper zu erhalten, ist im allgemeinen die kontrollierte Bildung einer großen Zahl von dünnen Filmen erforderlich. Wenn mehr Schichten benötigt werden, um die gewünschten optischen Parameter zu erhalten, steigen die Kosten und die Schwierigkeiten bei der Herstellung des optischen Körpers.
Optische Filter mit einem absorbierenden Element, das zwischen zwei reflektierenden Elementen angeordnet ist, werden in US 6,021,001 , EP 0609 593 , GB 1305700 und FR 2626981 offenbart.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft optische Filter nach Definition in Anspruch 1.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann umfassender unter Berücksichtigung der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden.
1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines optischen Filters gemäß der Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines mehrschichtigen optischen Films gemäß der Erfindung.
3 ist eine graphische Darstellung fraktionierten Absorption (y-Achse) von einfallendem Licht über dem imaginären Teil des Brechungsindex (x-Achse) eines absorbierenden Materials gemäß dem Beerschen Gesetz, wo die Dicke des absorbierenden Elementes 2,1 mm und die Wellenlänge des Lichtes 900 nm beträgt, n'' variiert von 0 bis 8 × 10^–5.
4 ist eine graphische Darstellung der fraktionierten Absorption (Sternchen) und normalisierten Absorption (Quadrate) über dem Reflexionsvermögen (x-Achse) für ein absorbierendes Element eines optischen Körpers, der ein reflektierendes Element hat, welches vor dem absorbierenden Element angeordnet ist, wobei die Dicke des absorbierenden Elementes 2,1 mm, die Wellenlänge des Lichts 900 nm beträgt und der imaginäre Teil des Brechungsindex des absorbierenden Elementes 2,4 × 10^–5 ist.
5 ist eine graphische Darstellung der optischen Dichte (linke y-Achse, Quadrate) und der normalisierten Absorption (rechte y-Achse, Sternchen) über dem Reflexionsvermögen (x-Achse) eines zweiten reflektierenden Elementes eines optischen Körpers, der ein erstes reflektierendes Element mit einem Reflexionsvermögen von 0,95 und kein absorbierendes Element zwischen dem ersten und zweiten reflektierenden Element hat.
6 ist eine graphische Darstellung der optischen Dichte (linke y-Achse, Quadrate) und der normalisierten Absorption (rechte y-Achse, Sternchen) über dem Reflexionsvermögen (x-Achse) des zweiten reflektierenden Elementes 104 des optischen Filters von 1, wobei das erste reflektierende Element 102 ein Reflexionsvermögen von 0,95 hat und das absorbierende Element 106 ein Absorptionsvermögen von 0,50 hat.
7 ist eine graphische Darstellung der optischen Dichte (y-Achse) über dem Reflexionsvermögen (x-Achse) der reflektierenden Elemente 102, 104 des optischen Filters von 1 für unterschiedliche Werte des Absorptionsvermögens des absorbierenden Elementes 106 (Quadrate = 0% Absorptionsvermögen, X-Zeichen = 15% Absorptionsvermögen, Kreise = 30% Absorptionsvermögen, Sternchen = 45% Absorptionsvermögen, Dreiecke = 60% Absorptionsvermögen).
8 ist eine graphische Darstellung der normalisierten Absorption (y-Achse) über dem Reflexionsvermögen (x-Achse) der reflektierenden Elemente 102, 104 des optischen Filters von 1 für unterschiedliche Absorptionswerte des absorbierenden Elementes 106 (Quadrate = 0% Absorptionsvermögen, X-Zeichen = 15% Absorptionsvermögen, Kreise = 30% Absorptionsvermögen, Sternchen = 45% Absorptionsvermögen, Dreiecke = 60% Absorptionsvermögen).
9 ist eine graphische Darstellung der optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für drei kommerzielle UV-Absorber: Corning 8510-Filter (Corning, Inc., Corning, NY) (durchgehende Linie); UF-5-Acrylfilter 1/8" (ELF-Atochem, Philadelphia, PA) (gestrichelte Linie) und UVNUL 3050 (BASF, Portsmouth, VA) (gepunktete Linie).
10 ist eine graphische Darstellung der modellierten Transmission (durchgehende Linie) und Reflexion (gepunktete Linie) über der Wellenlänge (x-Achse) für einen 10,6 μm starken mehrschichtigen optischen Film mit 180 abwechselnden Schichten aus Polyethylenterephthalat und Poly(ethylen-co-vinyl(acetat)) mit einem Dickegradienten von 103,5 bis 125,7 nm.
11 ist eine graphische Darstellung der optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für a) ein UF-5 Acrylfilter 1/8" (ELF-Atochem, Philadelphia, PA) (durchgehende Linie); b) eine Kombination von zwei mehrschichtigen optischen Filmen von 10 (gestrichelte/gepunktete Linie) und c) eine Kombination des UF-5 Acrylfilters zwischen zwei mehrschichtigen optischen Filmen von 10 (gepunktete Linie), wobei die Linien b) und c) beide auf der Basis eines Modells berechnet sind.
12 ist eine graphische Darstellung der optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für a) ein UF-5 Acrylfilter 1/8" (ELF-Atochem, Philadelphia, PA) (durchgehende Linie); b) eine Kombination aus UF-5 Acrylfilter und mehrschichtigem dielektrischen UV-Kantenfilter (420 nm Kante, Spezialbestellung, Unaxis Optics Deutschland GmbH, Deutschland) (gestrichelte Linie) und c) eine Kombination des UF-5 Acrylfilters zwischen zwei mehrschichtigen dielektrischen UV-Kantenfiltern (gepunktete Linie).
13 ist eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer Linsenbaugruppe gemäß der Erfindung.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Linsenbaugruppe gemäß der Erfindung.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer Linsenbaugruppe gemäß der Erfindung.
16 ist eine schematische Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform einer Linsenbaugruppe gemäß der Erfindung.
17 ist eine schematische Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform einer Linsenbaugruppe gemäß der Erfindung.
18 ist eine schematische Querschnittsansicht einer sechsten Ausführungsform einer Linsenbaugruppe gemäß der Erfindung.
19 ist eine schematische Querschnittsansicht einer siebenten Ausführungsform einer Linsenbaugruppe gemäß der Erfindung.
20 ist eine schematische Querschnittsansicht einer achten Ausführungsform einer Linsenbaugruppe gemäß der Erfindung.
21 ist eine graphische Darstellung der gemessenen optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) eines mehrschichtigen optischen Polymerfilms, der aus 448 abwechselnden Schichten von Copolyethylennaphthalen (einem Copolymer, das 90 Gew.-% Naphthalateinheiten und 10 Gew.-% Terephthalateinheiten für den Carboxylatanteil des Polyesters umfaßt) und Poly(methylmethacrylat) (PMMA) mit einem ungefähr linearen Dickegradienten, der von etwa 0,2 bis 0,35 μm pro Schichtenpaar reicht.
22 ist eine graphische Darstellung des imaginären Teils des Brechungsindex (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für drei absorbierende Elemente: a) Optifloat^TM Blue 21, b) Optifloat^TM Green 58 und c) Optifloat^TM Green 90, von Pilkington, plc (St. Helens, Großbritannien) erhältlich, bei 2,1 mm Dicke.
23 ist eine graphische Darstellung der optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für die drei absorbierenden Elemente von 22.
24 ist eine graphische Darstellung der gemessenen optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für ein optisches Filter mit zwei der mehrschichtigen optischen Polymerfilme von 21, die zu einem einzigen optischen Körper laminiert wurden.
25 ist eine graphische Darstellung der gemessenen (dunkle Linie) und berechneten (Kreise) optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für ein optisches Filter mit dem absorbierenden Element Optifloat^TM Blue 21 von 22 zwischen zwei der mehr schichtigen optischen Polymerfilme von 21.
26 ist eine graphische Darstellung der gemessenen (dunkle Linie) und berechneten (Kreise) optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für ein optisches Filter mit dem absorbierenden Element Optifloat^TM Green 58 von 22 zwischen zwei der mehrschichtigen optischen Polymerfilme von 21.
27 ist eine graphische Darstellung der gemessenen (dunkle Linie) und berechneten (Kreise) optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für ein optisches Filter mit dem absorbierenden Element Optifloat^TM Green 90 von 22 zwischen zwei der mehrschichtigen optischen Polymerfilme von 21, und
28 ist eine graphische Darstellung der berechneten optischen Dichte (y-Achse) über der Wellenlänge (x-Achse) für ein optisches Filter mit dem absorbierenden Element Optifloat^TM Green 90 von 22 vor (Kreise) oder hinter (durchgehende Linie) zwei der mehrschichtigen optischen Polymerfilme von 21.
Obwohl die Erfindung verschiedenen Modifizierungen und alternativen Formen zugänglich ist, sind spezifische Merkmale derselben in Form von Beispielen in den Zeichnungen gezeigt worden und werden im Detail beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß nicht die Absicht besteht, die Erfindung auf die speziellen Ausführungsformen, die beschrieben werden, zu beschränken. Im Gegenteil soll die vorliegende Erfindung alle Modifizierungen, Äquivalente und Alternativen als innerhalb des Geistes und Geltungsbereichs der Erfindung liegend umfassen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ILLUSTRIERENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Brechungsindizes, n_x, n_y, n_z, für Schichten in einem mehrschichtigen Film, wie zum Beispiel den in 2 illustrierten, entsprechen den rechtwinklig zueinander liegenden Achsen, die so ausgewählt werden, daß die x← und x-Achse in der Ebene der Schicht liegen und die z-Achse senkrecht zu dieser Ebene liegt.
Ein Material, das denselben Brechungsindex unabhängig vom Polarisationszustand des Lichtes hat (z. B. linear polarisiert entlang der x-, y- oder z-Achse, rechts- oder links zirkular polarisiert oder elliptisch polarisiert in verschiedenen Richtungen), wird als "isotrop" bezeichnet. Anderenfalls wird das Material als "doppelbrechend" bezeichnet. Wenn ein Material Brechungsindizes, n_x, n_y und n_z, hat und genau diese zwei Indizes gleich sind, so wird das Material als "einachsig doppelbrechend" bezeichnet. Wenn die drei Brechungsindizes alle unterschiedlich sind, wird das Material als "zweiachsig doppelbrechend" bezeichnet.
Der Begriff "planare Doppelbrechung" ist als der absolute Wert des Unterschieds zwischen den planaren Brechungsindizes, n_x und n_y, zu verstehen.
Der Begriff "Polymer" wird als sowohl Polymere und Copolymere (die unter Verwendung von zwei oder mehr Monomeren gebildet werden) wie auch Polymere und Copolymere umfassend verstanden, die in einem mischbaren Gemisch zum Beispiel durch Coextrusion oder Reaktion, einschließlich der Umesterung, gebildet werden können. Wenn nicht anders angegeben, sind auch Block- und statistische Copolymere einbezogen.
Wenn nicht anders angegeben, bezieht sich der Begriff "Bandkante" auf einen Abschnitt des optischen Dichtespektrums des optischen Filters, wo es einen im wesentlichen stetigen Anstieg der optischen Dichte von einer hohen zu einer niedrigen Transmission oder eine im wesentlichen stetige Verringerung in der optischen Dichte von einer niedrigen zu einer hohen Transmission gibt. Es versteht sich, daß eine Welligkeit bei der Erhöhung oder Verringerung der optischen Dichte auftreten kann, die mit der Bandkante verbunden ist.
Der Transmissionsbereich für die Bandkante wird normalerweise je nach Anwendung und den Materialien variieren, die für die Elemente des optischen Filters verwendet werden. Für viele reflektierende Elemente zum Beispiel kann der niedrige Transmissionswert (in Einheiten der optischen Dichte) 0,1, 0,3, 0,5, 0,7 oder 1 sein. Der hohe Transmissionswert (in Einheiten der optischen Dichte) kann zum Beispiel 1, 2 oder 4 sein. Beispiele von Bandkantenbereichen sind 0,1 bis 1, 0,3 bis 2 oder 0,3 bis 4. Für absorbierende und andere verlustbehaftete Elemente können zum Beispiel die niedrigen Transmissionswerte (in Einheiten der optischen Dichte) 0, 0,05, 0,1 oder 0,3 sein. Die hohen Transmissionswerte (in Einheiten der optischen Dichte) können zum Beispiel 0,5, 1, 1,5, 2 oder 4 sein. Beispiele von Bandkantenbereichen für absorbierende und andere verlustbehaftete Elemente sind 0 bis 0,5, 0 bis 1, 0,05 bis 1, 0,1 bis 1, 0,3 bis 1 und 0,3 bis 2.
Alle Doppelbrechungs- und Brechungsindexwerte werden für Licht von 632,8 nm angeführt, wenn nicht anders angegeben.
Die optischen Filter, die hierin beschrieben werden, sind zum Beispiel als Spiegel und Polarisatoren nützlich, die zumindest teilweise von den Materialien, welche für das optische Filter ausgesucht werden, und der Anordnung der Elemente im optischen Filter abhängen. Das optische Filter umfaßt im allgemeinen ein verlustbehaftetes Element, das zwischen zwei reflektierenden Elementen angeordnet ist. 1 zeigt eine Ausführungsform eines optischen Filters 100, die die Grundelemente illustriert. Zusätzliche Elemente können hinzugefügt oder die Grundelemente modifiziert werden. Das optische Filter 100 umfaßt ein erstes reflektierendes Element 102, ein zweites reflektierendes Element 104 und ein absorbierendes Element 106. Die ersten und zweiten reflektierenden Elemente 102, 104 können identisch oder unterschiedlich sein.
Das absorbierende Element 106 ist eine Art von verlustbehaftetem Element. Das absorbierende Element kann ersetzt oder mit anderen verlustbehafteten Elementen verwendet werden, einschließlich zum Beispiel verlustbehafteter Elemente, die Mechanismen, wie zum Beispiel Streuung, zum Erhöhen der Lichtextinktion einsetzen. Es versteht sich, daß die Entwurfsüberlegungen, die hierin bezüglich der Verwendung eines absorbierenden Elementes diskutiert werden, von Fachleuten auf dem Gebiet für andere verlustbehaftete Elemente angepaßt werden können.
Die ersten und zweiten reflektierenden Elemente und das absorbierende Element können als einheitliche Struktur gebildet werden, wie in 1 illustriert. Die drei Elemente (oder zwei der Elemente) können zum Beispiel befestigt, unter Verwendung eines optischen Klebstoffs miteinander verbunden, coextrudiert, gleichzeitig oder nacheinander auf ein Substrat (nicht dargestellt) als Schicht aufgebracht oder anderweitig mit einander verbunden werden. Alternativ kann ein oder können mehrere der Elemente mit Abstand von den anderen angeordnet werden.
Wenn Licht 110 auf das optische Filter 100 gelenkt wird, so wird normalerweise ein Teil 112 des Lichts reflektiert und der Rest 114 des Lichts wird vom ersten reflektierenden Element 102 durchgelassen. Das durchgelassene Licht 114 läuft durch das absorbierende Element 106, in dem ein Teil des Lichts absorbiert wird. Das nicht absorbierte Licht trifft dann auf das zweite reflektierende Element 104, wo ein Teil 116 des Lichts reflektiert und der Rest 118 des Lichts durchgelassen wird. Das reflektierte Licht 116 läuft durch das absorbierende Element 106 zurück, wo wieder ein Teil des Lichts absorbiert wird. Das Licht 116 trifft dann auf das erste reflektierende Element 102, wo ein Teil 120 des Lichts reflektiert und der Rest 122 des Lichts durchgelassen wird, und so weiter.
Die ersten und zweiten reflektierenden Elemente 102, 104 werden im allgemeinen so ausgewählt, daß sie Licht über eine spezielle Reflexionsbandbreite oder Licht, das eine bestimmte Reflexionspolarisation aufweist, reflektieren. Diese reflektierenden Elemente ermöglichen es jedoch dem Licht innerhalb der Reflexionsbandbreite oder Licht, das eine Reflexionspolarisation hat, durch die Elemente durchgelassen zu werden. Das absorbierende Element wird normalerweise so ausgewählt, daß es zumindest einen Teil des Lichts, das durch diese Elemente sickert, absorbiert.
Die Konfiguration von 1 führt im allgemeinen zu einer höheren optischen Dichte (OD) als unter Verwendung der reflektierenden Elemente oder absorbierenden Elemente allein oder in einer Kombination von zwei Elementen (z. B. zwei reflektierende Elemente oder ein reflektierendes Element und ein absorbierendes Element) oder in einer Kombination von drei anderen Elementen als einem absorbierendem Element zwischen zwei reflektierenden Elementen erreicht werden kann.
Die optische Dichte ist definiert als OD = –log10 It/I0 wobei I_t die Intensität des Lichts ist, das durch das optische Filter durchgelassen wird, und I₀ die Intensität des Lichts ist, das auf das optische Filter für eine gewünschte Bandbreite oder bei einer speziellen Wellenlänge fällt. Die Konfiguration von 1 führt wegen des verlängerten Strahlengangs (z. B. Weg 116, 120) auf Grund der Rückstrahlung des Lichts in das absorbierende Element durch die reflektierenden Ele mente zu einer stärkeren Absorption von Licht durch das absorbierende Element.
Unter Verwendung eines einfachen Modells, das die mehrfachen Reflexionen berücksichtigt, wobei Phasenbeziehungen ignoriert oder ausgemittelt werden und die reflektierenden Elemente als nicht absorbierend angenommen werden, ist die Transmission, T, durch das optische Filter für eine spezielle Wellenlänge, λ, durch den folgenden Ausdruck gegeben:
wobei R₁ das Reflexionsvermögen des ersten reflektierenden Elementes für λ ist, R₂ das Reflexionsvermögen des zweiten reflektierenden Elementes für λ ist, h die Dicke des absorbierenden Elementes und α das Absorptionsvermögen des absorbierenden Elementes ist und durch das Beersche Gesetz gegeben ist: I = I0e–αh wobei I₀ die Intensität des Lichts ist, das auf das absorbierende Element fällt, I die Intensität des Lichts nach dem Lauf über eine Strecke h durch das absorbierende Element ist,
und n'' der imaginäre Teil des komplexen Brechungsindex des absorbierenden Elementes für die Wellenlänge, λ, ist. Ein ähnlicher Ausdruck kann für das Reflexionsvermögen, R, des optischen Filters entwickelt werden:
Und die Absorption des optischen Filters, A, wird durch den folgenden Ausdruck gegeben: A = 1 – R – T
Unter Verwendung dieses einfachen Modells können Transmission, Reflexion und Absorption verschiedener optischer Filter abgeschätzt werden. Zum Beispiel hat für eine bestimmte Wellenlänge bei reflektierenden Elementen, die ein Reflexionsvermögen von 98% haben, und einem absorbierenden Element, das ein 50%iges Absorptionsvermögen hat (d. h. exp(–αh) = 0,5), die Kombination von zwei reflektierenden Elementen eine Transmission von 1,01% und die Kombination eines reflektierenden Elementes und eines absorbierenden Elementes eine Transmission von 1%. In beiden Fällen beträgt die optische Dichte etwa 2. Im Gegensatz dazu hat das optische Filter von 1 nach diesem Modell eine Transmission von etwa 0,02%, was einer optischen Dichte von etwa 3,7 entspricht.
Diese synergistische Kombination eines absorbierenden Elementes zwischen zwei reflektierenden Elementen führt zu einem Anstieg der optischen Dichte und Absorptionsleistung, die mit keiner Art von Element allein oder mit Elementen erreicht werden kann, die in anderen Kombinationen angeordnet sind. Es wird bemerkt, daß eine zusätzliche Verstärkung durch Hinzufügen zusätzlicher absorbierender und reflektierender Elemente erreicht werden kann, vorzugsweise in einer alternierenden Weise (z. B. Hinzufügen eines zweiten absorbierenden Elementes zwischen dem zweiten reflektierenden Element und einem dritten reflektierenden Element).
Das Beersche Gesetz sagt die Effekte der Absorption in einer Schicht voraus. Wenn die reflektierenden Elemente 102, 104 aus der Struktur entfernt werden, die in 1 gezeigt wird, bleibt nur ein einfaches absorbierendes Element 106 übrig. Ein Beispiel dafür, wie das Erhöhen des imaginären Teils des Brechungsindex n'' den Prozent satz von Licht beeinflußt, der in einem einzigen Durchlauf durch die Schicht absorbiert wird, wird in 3 angeführt.
Um die Höhe der verstärkten Absorption in einem optischen Filter quantitativ zu beschreiben, das sowohl absorbierende als auch reflektierende Elemente enthält, ist es nützlich, zuerst ein Maß für die Absorptionseffizienz in solch einem System zu entwickeln. Wenn ein optisches Filter ein reflektierendes Element 102 und ein absorbierendes Element 106, ohne das zusätzliche reflektierende Element 104, umfaßt, wird die Menge von einfallendem Licht, die zur Absorption verfügbar ist, um die Menge an Licht verringert, die durch das reflektierende Element 102 reflektiert wird. Ein gutes Maß für die Absorptionseffizienz des absorbierenden Elementes ist also, eine normalisierte Absorption, A_norm, als die Absorption des optischen Filters A, normalisiert durch den Transmissionswert des reflektierenden Elementes, T, zu definieren (d. h. A_norm = A/T), das vor das absorbierende Element gebracht wird. Dabei wird angenommen, daß es keinen Absorptionsverlust im reflektierenden Element gibt. Mit dieser Definition wird die Wirkung des reflektierenden Elementes, das Licht daran zu hindern, das absorbierende Element zu erreichen, für die Bestimmung der Absorptionseffizienz des absorbierenden Elementes normalisiert. Dies wird in 4 unten demonstriert, wo das absorbierende Element eine Dicke von 2,1 mm bei n'' = 2,4 × 10^–5 hat und das reflektierende Element 102 ein Reflexionsvermögen hat, das in der x-Achse von 4 angezeigt wird.
Die 5 und 6 demonstrieren, wie die effektive Absorption und die optische Dichte für das optische Filter in 1 vom Reflexionsvermögen der reflektierenden Elemente 102 und 104 und von den Eigenschaften des absorbierenden Elementes 106 abhängen. 5 demonstriert, daß bei Fehlen eines absorbierenden Elementes die zwei reflektierenden Elemente sich so verstärken, daß sie nur geringfügig die optische Dichte erhöhen, wenn das zweite reflektierende Element an Stärke gewinnt. In diesem Fall ist natürlich die normalisierte Absorption null. Wenn, wie in 6 gezeigt, das absorbierende Element Licht zum Beispiel bei 50% Absorptionsvermögen absorbiert, hat der Anstieg im Reflexionsvermögen des zweiten reflektierenden Elementes 104 einen dramatischen Effekt auf die optische Dichte und die normalisierte Absorption. Die optische Dichte erhöht sich auf einen Wert von 4 bei nahezu 90% normalisierte Absorption für eine reflektierende Elementekombination mit 0,95 Reflexionsvermögen (reflektierendes Element 102) und 0,99 Reflexionsvermögen (reflektierendes Element 104).
Die 7 und 8 zeigen eine Gruppe von geschätzten Leistungskurven für das optische Filter von 1, wo die reflektierenden Elemente 102, 104 einen Bereich des Reflexionsvermögens für unterschiedliche Grade des Absorptionsvermögens im absorbierenden Element 106 haben. 7 zeigt das Verhalten der optischen Dichte, während 8 die normalisierte Absorption des absorbierenden Elementes zeigt, das sandwichartig zwischen den reflektierenden Elementen liegt.
Die optischen Filter sind für eine Reihe von Anwendungen nützlich, insbesondere zum Ausfiltern von unerwünschtem Licht. Die optischen Filter können zum Beispiel als IR-, UV-Filter oder Filter für sichtbares Licht oder als Polarisatoren verwendet werden. Beispiele für Produkte, die von der Verwendung dieser optischen Filter profitieren könnten, sind u. a. UV- oder IR-empfindliche Filme oder andere Objekte, polarisierende Brillengläser und Fenster, Laserschutzbrillen und Polarisatoren mit hoher Extinktion für elektronische Informationstafeln.
REFLEKTIERENDE ELEMENTE
Obwohl im allgemeinen jedes reflektierende Element funktioniert, sind die bevorzugten reflektierenden Elemente für eine Reihe von Anwendungen die mehrschichtigen optischen Filme. Beispiele für geeignete mehrschichtige optische Filme umfassen anorganische mehrschichtige optische Filme, mehrschichtige optische Polymerfilme und cholesterinische Flüssigkristallfilme mit mehreren Zwischenräumen. Diese mehrschichtigen optischen Filme können eine oder mehrere der folgenden Charakteristika haben, die sie besonders geeignet für eine Reihe von Anwendungen machen: leichtgewichtig, flexibel, formbar, gute Farbanzeige bei Betrachtung unter einem Winkel, geringe Trübung und hohe Transmission außerhalb des reflektierten Wellenlängenbereichs.
2 illustriert einen mehrschichtigen optischen Film 10, wie zum Beispiel einen mehrschichtigen optischen anorganischen oder Polymerfilm, der zum Beispiel als optischer Polarisator oder Spiegel verwendet werden kann. Der Film 10 umfaßt eine oder mehrere erste optische Schichten 12, eine oder mehrere zweite optische Schichten 14 und optional eine oder mehrere nichtoptische Schichten 18. Die nichtoptischen Schichten 18 können auf einer Fläche des optischen Films angeordnet sein, zum Beispiel als Außenhautschicht, oder zwischen optischen Schichten angeordnet, um zum Beispiel während oder nach der Herstellung für Halt zu sorgen.
Die ersten und zweiten optischen Schichten 12, 14 werden so ausgewählt, daß zumindest ein planarer Brechungsindex der ersten optischen Schichten 12 sich vom Brechungsindex (in derselben Richtung) der zweiten optischen Schichten 14 unterscheidet. Die optischen Schichten 12, 14 und optional eine oder mehrere der nichtoptischen Schichten 18 werden normalerweise ineinander verschachtelt, so daß sie einen Stapel 16 von Schichten bilden. Die optischen Schichten 12, 14 sind normalerweise als abwechselnde Paare angeordnet, wie in 2 gezeigt, so daß sie eine Reihe von Grenzflächen zwischen den Schichten mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften bilden. Die optischen Schichten 12, 14 sind normalerweise nicht mehr als 2 μm dick und sind in einigen Ausführungsformen nicht mehr als 1 μm dick.
Obwohl 2 nur sechs optische Schichten 12, 14 zeigt, können mehrschichtige optische Filme 10 eine große Zahl von optischen Schichten haben. Beispiele für geeignete mehrschichtige optische Filme umfassen die mit etwa 2 bis 5000 optischen Schichten. Mehrschichtige optische Filme haben im allgemeinen etwa 25 bis 2000 optische Schichten und normalerweise etwa 50 bis 1500 optische Schichten oder etwa 75 bis 1000 optische Schichten. Es ist zu erkennen, daß der mehrschichtige optische Film 10 aus mehreren Stapeln hergestellt werden kann, die nacheinander kombiniert werden und so den Film 10 bilden, obwohl nur ein einziger Stapel 16 in 2 illustriert wird. Zusätzliche Sätze von optischen Schichten, die den ersten und zweiten optischen Schichten 12, 14 ähnlich sind, können im mehrschichtigen optischen Film 10 ebenfalls verwendet werden. Die Entwurfsprinzipien, die hierin für die Sätze von ersten und zweiten optischen Schichten offenbart werden, können auf beliebige zusätzliche Sätze von optischen Schichten angewendet werden.
Das höchste Reflexionsvermögen für eine bestimmte Grenzfläche tritt normalerweise bei einer Wellenlänge auf, die der doppelten kombinierten optischen Dicke des Paars von optischen Schichten 12, 14, die die Grenzfläche bilden, entspricht. Die optische Dicke beschreibt den Unterschied in der Länge des Strahlengangs zwischen Lichtstrahlen, die von der unteren und oberen Fläche des Paars von optischen Schichten reflektiert werden. Für Licht, das unter 90 Grad auf die Ebene des optischen Films einfällt (normal einfallendes Licht), ist die optische Dicke der zwei Schichten n₁d₁ + n₂d₂, wo n₁, n₂ die planaren Brechungsindizes der zwei Schichten sind und d_l, d₂ die Dicken der entsprechenden Schichten sind. Diese Gleichung kann zum Abstimmen der optischen Schichten für normal einfallendes Licht unter Verwendung der planaren Brechungsindizes für jede Schicht verwendet werden. Bei anderen Winkeln hängt die optische Distanz von der Strecke, die durch die Schichten zurückgelegt wurden (welche größer als die Dicke der Schichten ist), und den Brechungsindizes für mindestens zwei der drei optischen Achsen der Schicht ab. Details in Bezug auf schräg einfallendes Licht sind bei Weber et al., Science, 287, 5462 (2000) zu finden. Die Schichten 12, 14 können jeweils eine viertel Wellenlänge dick sein, oder die Schichten 12, 14 können unterschiedliche optische Dicken haben, solange die Summe der optischen Dicken eine halbe Wellenlänge (oder ein ungerades Vielfaches derselben) ist. Ein Film, der mehr als zwei optische Schichten hat, kann optische Schichten mit unterschiedlichen optischen Dicken umfassen, um das Reflexionsvermögen des Films über einen Bereich von Wellenlängen zu erhöhen. Ein Film kann zum Beispiel Paare oder Sätze von Schichten aufweisen, die individuell abgestimmt werden, um die optimale Reflexion von normal einfallendem Licht, das bestimmte Wellenlängen hat, zu erreichen. In einigen Ausführungsformen haben die Schichten des mehrschichtigen reflektierenden Elementes einen Dickegradienten. Der Dickegradient kann monoton wachsend oder fallend sein, oder der Gradient kann wachsende oder fallende Dickenbereiche haben.
Der reflektierende Wellenlängenbereich des reflektierenden Elementes kann für die Anwendung ausgewählt werden. Der reflektierende Wellenlängenbereich kann als der Bereich von Wellenlängen charakterisiert werden, für den die optische Dichte (des reflektierenden Elementes allein) bei der Mehrzahl der Wellenlängen einen Schwellwert übersteigt. Vorzugsweise übersteigt die optische Dichte von mindestens 80%, besser von mindes tens 90% und am besten von mindestens 95% der Wellenlängen im reflektierenden Wellenlängenbereich den Schwellwert. In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel in mindestens einigen Laserschutzanwendungen, übersteigt die optische Dichte von 100% der Wellenlängen im reflektierenden Wellenlängenbereich den Schwellwert. Der Schwellwert der optischen Dichte hängt normalerweise, zumindest teilweise, von der Anwendung und den anderen Komponenten (z. B. dem absorbierenden Element) des optischen Filters ab. Der Schwellwert der optischen Dichte könnte zum Beispiel so gewählt werden, daß er mindestens 1, 1,5, 2, 2,5, 3 oder mehr beträgt. Die Größe des Wellenlängenbereichs hängt von den Materialien, die zum Herstellen der reflektierenden und absorbierenden Elemente verwendet werden, sowie von ihrer Dicke und der Anordnung der Schichten ab. Optische Filter können mit reflektierenden Wellenlängenbereichen von mindestens 50, 100, 200 und 400 nm hergestellt werden.
Reflektierende Filme, die in IR-Filtern verwendet werden, haben normalerweise einen reflektierenden Wellenlängenbereich, der einen Teil des Bereichs von 700 bis 5000 nm und vorzugsweise einen Teil des Bereichs von 780 bis 1200 nm umfaßt. Für UV-Filter umfaßt der reflektierende Wellenlängenbereich normalerweise zumindest einen Teil des Bereichs von 200 bis 410 nm.
Wenn ein optisches Filter so entworfen wird, daß es beide Polarisationen von Licht reflektiert, unterscheiden sich die planaren Brechungsindizes der ersten optischen Schichten normalerweise von den entsprechenden planaren Brechungsindizes der zweiten optischen Schichten. In einem Beispiel haben die ersten und zweiten optischen Schichten unterschiedliche isotrope Brechungsindizes. In einem weiteren Beispiel sind die ersten optischen Schichten, zweiten optischen Schichten oder beide doppelbrechend, und die planaren Brechungsindizes der ersten optischen Schichten unterscheiden sich von den jeweiligen planaren Brechungsindizes der zweiten optischen Schichten.
Andererseits kann ein optisches Filter so entworfen werden, daß es vorzugsweise eine Polarisation von Licht reflektiert (z. B. ein optisches Filter, das im wesentlichen Licht, das eine Polarisation hat, reflektiert und Licht, das eine dazu orthogonale Polarisation hat, im wesentlichen durchläßt). In dieser Ausführungsform sind die ersten optischen Schichten, die zweiten optischen Schichten oder beide doppelbrechend. Für diese optischen Filter ist normalerweise ein planarer Brechungsindex der ersten optischen Schichten im wesentlichen identisch mit einem entsprechenden planaren Brechungsindex der zweiten optischen Schichten.
Anorganische mehrschichtige optische Filme werden zum Beispiel in H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, 2nd Ed., Macmillan Publishing Co. (1986) und A. Thelan, Design of Optical Interference Filters, McGraw-Rill, Inc. (1989) beschrieben.
Mehrschichtige optische Polymerfilme zur Verwendung in optischen Filtern werden zum Beispiel in den PCT Publikationen Nr. WO 95/17303 ; WO 95/17691 ; WO 95/17692 ; WO 95/17699 ; WO 96/19347 ; and WO 99/36262 beschrieben. Eine handelsübliche Form eines mehrschichtigen reflektierenden Polarisators ist unter der Bezeichnung Dual Brightness Enhanced Film (DBEF) von 3M, St. Paul, Minnesota, erhältlich. Mehrschichtige optische Polymerfilme werden im allgemeinen unter Verwendung alternierender Schichten von Polymermaterialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet. Es kann normalerweise ein beliebiges Polymer verwendet werden, solange das Polymer über den Wellenlängenbereich der Transmission relativ transparent ist. Für Polarisationsanwendungen werden die ersten optischen Schichten, die zweiten optischen Schichten oder beide unter Verwendung von Polymeren gebildet, die doppelbre chend sind oder gemacht werden können. Doppelbrechende Polymere können auch in nicht polarisierenden Anwendungen verwendet werden.
Einige Polymere, einschließlich vieler Polyester, wie zum Beispiel in den PCT-Publikationen Nr. WO 95/17303 ; WO 95/17691 ; WO 95/17692 ; WO 95/17699 ; WO 96/19347 und WO 99/36262 beschrieben, können zum Beispiel durch Strecken einer Schicht (oder häufiger des ganzen optischen Films), die unter Verwendung des Polymers hergestellt wurde, in einer gewünschten Richtung oder Richtungen doppelbrechend gemacht werden. Die Polymerschichten können zum Beispiel durch Strecken der Schicht oder des Films in einer einzigen Richtung einachsig orientiert sein. Ein doppelbrechender, einachsig orientierter Film weist normalerweise einen Unterschied zwischen Transmission und/oder Reflexion von einfallenden Lichtstrahlen auf, die eine Polarisationsebene parallel zur Orientierungsrichtung (d. h. Streckrichtung) haben, und Lichtstrahlen, die eine Polarisationsebene parallel zu einer Querrichtung (d. h. eine Richtung orthogonal zur Streckrichtung) haben. Wenn zum Beispiel ein Polyesterfilm, der sich orientieren läßt, in Richtung der x-Achse gestreckt wird, ist das typische Ergebnis, daß n_x ≠ n_y, wobei n_x und n_y die Brechungsindizes für Licht sind, das in einer Ebene parallel zur "x"- bzw. "y"-Achse ist. Der Grad der Änderung im Brechungsindex in der Streckrichtung hängt von solchen Faktoren, wie zum Beispiel dem Grad der Streckung, Streckrate, Temperatur des Films beim Strecken, Dicke des Films, Änderung in der Filmdicke und Zusammensetzung des Films, ab. In anderen Ausführungsformen können die ersten optischen Schichten 12 durch Strecken des Films in zwei verschiedenen Richtungen zweiachsig orientiert sein. Das Strecken der optischen Schichten 12 in zwei Richtungen kann per saldo zu einer symmetrischen oder asymmetrischen Streckung in den zwei gewählten orthogonalen Achsen führen.
Ein polarisierender optischer Film kann durch Kombinieren einer einachsig orientierten ersten optischen Schicht 12 mit einer zweiten optischen Schicht 14 hergestellt werden, die einen isotropen Brechungsindex hat, der ungefähr gleich einem der planaren Indizes der orientierten Schicht ist. Alternativ werden beide optischen Schichten 12, 14 aus doppelbrechenden Polymeren gebildet und werden in einem mehrfachen Ziehprozeß so orientiert, daß die Brechungsindizes in einer einzelnen planaren Richtung ungefähr gleich sind. Das Reflexionsvermögen kann durch Erhöhen der Zahl der Schichten oder durch Vergrößern der Differenz in den Brechungsindizes zwischen den ersten und zweiten optischen Schichten 12, 14 vergrößert werden.
Ein Beispiel für die Bildung eines nicht polarisierenden optischen Films ist die Kombination einer zweiachsig orientierten optischen Schicht 12 mit einer zweiten optischen Schicht 14, die Brechungsindizes hat, welche sich von beiden planaren Indizes der zweiachsig orientierten Schicht unterscheiden. Der optische Film wirkt durch Reflektieren von Licht, das eine von zwei Polarisationen hat, wegen der Nichtübereinstimmung der Brechungsindizes zwischen den zwei optischen Schichten 12, 14. Solche optischen Filme können auch unter Verwendung einer Kombination von einachsig orientierten Schichten mit planaren Brechungsindizes, die sich beträchtlich unterscheiden, hergestellt werden. Es gibt andere Verfahren und Kombinationen von Schichten, die bekanntermaßen zum Herstellen sowohl von Spiegeln als auch von Polarisatoren verwendet werden können. Die speziellen Kombinationen, die oben diskutiert werden, sind Beispiele.
Cholesterinische optische Flüssigkristallfilme werden zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,793,456 , US-Patent Nr. 5,506,704 , US-Patent Nr. 5,691,789 und Europäischen Patent Nr. EP 940 705 beschrieben. Ein cholesterinischer reflektierender Polarisator wird unter dem Waren zeichen TRANSMAX^TM von der Merck Co. vermarktet. Cholesterinische optische Flüssigkristallfilme reflektieren über eine bestimmte Bandbreite der Lichtwellenlängen im wesentlichen Licht, das eine Zirkularpolarisation hat (z. B. links oder rechts zirkular polarisiertes Licht), und lassen im wesentlichen Licht durch, das die andere Zirkularpolarisation hat (z. B. rechts oder links zirkular polarisiertes Licht). Diese Charakterisierung beschreibt die Reflexion oder Transmission von Licht, das bei normalem Lichteinfall auf den Direktor des cholesterinischen Flüssigkristallmaterials gerichtet ist. Licht, das in andere Winkel gelenkt wird, wird normalerweise von dem cholesterinischen Flüssigkristallmaterial elliptisch polarisiert.
Die Periode eines cholesterinischen optischen Flüssigkristallfilms ist ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Mittelwellenlänge und der spektralen Bandbreite des Lichtes, das von dem cholesterinischen Flüssigkristall reflektiert wird. Die Periode für diese optischen Filme ist analog zur Schichtdicke in den mehrschichtigen optischen anorganischen und Polymerfilmen. Durch die Verwendung von mehreren Periodenwerten über einen Bereich wird normalerweise die Bandbreite des optischen Films vergrößert. Cholesterinische optische Flüssigkristallfilme mit mehreren Periodenwerten (um zum Beispiel die Bandbreite zu vergrößern) können zum Beispiel durch Stapeln von cholesterinischen optischen Flüssigkristallfilmen gebildet werden, die unter Verwendung unterschiedlicher Materialien oder unterschiedlicher Kombinationen derselben Materialien hergestellt werden. Eine Alternative besteht darin, den optischen Film durch Variieren der Periode durch eine oder mehrere Schichten zu bilden. Die unterschiedlichen Werte der Periode wirken wie unterschiedliche optische Schichten, die unterschiedliche Wellenlängen von Licht reflektieren, was die cholesterinischen optischen Flüssigkristallfilme mit mehreren Perioden analog zu einem mehrschichtigen optischen Film macht.
Außerdem ist die Dicke der cholesterinischen Flüssigkristallschicht bei einer größeren Periode analog zur Zahl der Schichten in mehrschichtigen optischen anorganischen und Polymerfilmen. Dickere cholesterinische Flüssigkristallschichten führen normalerweise zu einem höheren Reflexionsvermögen.
ABSORBIERENDE ELEMENTE
Jede optische absorbierende Struktur kann im allgemeinen als absorbierendes Element verwendet werden, das zumindest teilweise von den gewünschten Wellenlängen der Absorption und Transmission abhängt. Ein Beispiel für ein absorbierendes Element umfaßt ein lichtabsorbierendes Material, wie zum Beispiel Farbstoff, Pigment oder Tinte, das in einer Stützmatrix oder auf einem Stützsubstrat angeordnet ist. Das lichtabsorbierende Material kann zum Beispiel in einer Polymer- oder Glasmatrix oder auf einem Polymer- oder Glassubstrat angeordnet sein.
Geeignete absorbierende Elemente umfassen Glasfilter, wie zum Beispiel die von Schott Glass Technologies, Inc., Duryea, PA, erhältlichen, einschließlich der KG-Serie von Wärmeschutzfiltern, die eine starke Absorption im nahen Infrarot aufweisen, aber im sichtbaren Bereich relativ transparent sind. Die Gentex Corporation (Carbondale, PA) stellt optische Kunststofffilter unter dem Markennamen Filtron^TM her. Außerdem absorbieren Polycarbonat- oder Acrylfolien, die mit Farbstoffen gefüllt sind, bei verschiedenen Wellenlängen über den sichtbaren und IR-Bereich. Eine Reihe von IR- und sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffen steht von Epolin Inc. (Newark, NJ) zur Verfügung. Die Epolite^TM-Reihe umfaßt Farbstoffe mit guter thermischer Stabilität, die zum Beispiel mit Polycarbonat spritzgeformt werden kann. Andere Farbstoffe besitzen eine ausgeprägte Löslichkeit und werden für die Lö sungsbeschichtung empfohlen. Alternative absorbierende Materialien umfassen Pigmente, wie zum Beispiel Rußschwarz und Eisenoxide. Diese können in eine Glas- oder Polymerwirtsmatrix eingebracht werden. Beispiele umfassen eisenoxidgefülltes Glas, wie zum Beispiel Optifloat^TM Blue 21, Optifloat^TM Green 58 und Optifloat^TM Green 90-Glas, das von Pilkington, plc (St. Helens, Großbritannien) erhältlich ist.
Die Auswahl des lichtabsorbierenden Materials kann auf Faktoren beruhen, wie zum Beispiel dem Extinktionsspektrum des lichtabsorbierenden Materials, Kosten, Verarbeitbarkeit, Stabilität und Verträglichkeit mit anderen Elementen im optischen Filter. Ein lichtabsorbierendes Material wird zum Beispiel vorzugsweise mit einer durchschnittlichen Extinktion von mindestens ca. 5%, 10%, 20%, 30% oder 50% über den Wellenlängenbereich ausgewählt, der reflektiert/absorbiert werden soll. Günstiger ist es, wenn das lichtabsorbierende Material eine relativ niedrige durchschnittliche Extinktion (z. B. nicht mehr als 40%, 20%, 10%, 5% oder 1%) über den Wellenlängenbereich hat, wo Transmission erwünscht ist. Es ist jedoch zu erkennen, daß viele lichtabsorbierende Materialien, die für breitbandige absorbierende Elemente geeignet sind, eine beträchtliche Extinktion über einen relativ weiten Bereich von Wellenlängen oder einen relativ konstanten Extinktionswert über Teile des Transmissions- und Reflexionswellenlängenbereichs haben. Die Verwendung der Anordnung eines absorbierenden Elementes zwischen zwei reflektierenden Elementen kann die Verwendung von einer geringeren Befüllung des lichtabsorbierenden Materials ermöglichen, als wenn das absorbierende Element allein oder mit einem einzigen reflektierenden Element verwendet wird. Die Kombination, die in 1 illustriert wird, führt normalerweise zu einer geringeren Absorption bei Wellenlängen, bei denen Transmission erwünscht ist.
Für Polarisationsanwendungen sind polarisierende Elemente nützlich. Polarisierende absorbierende Elemente lassen vorzugsweise eine Polarisation von Licht durch. Ein besonders nützliches polarisierendes Element ist ein orientierter, farbstoffhaltiger Polyvinylalkohol(PVA)-Film. Beispiele für solche Filme und ihre Verwendung als polarisierende absorbierende Elemente werden zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 4,895,769 , und 4,659,523 und in der PCT-Publikation Nr. WO 95/17691 beschrieben. Für die Funktion als absorbierender Polarisator wird der Polyvinylalkoholfilm normalerweise gestreckt, um den Film zu orientieren. Bei Färbung mit einem polarisierenden Farbstoff oder Pigment bestimmt die Orientierung des Films die optischen Eigenschaften (z. B. die Achse der Extinktion) des Films.
ANDERE VERLUSTBEHAFTETE ELEMENTE
Andere verlustbehaftete Elemente können verwendet werden, einschließlich zum Beispiel verlustbehafteter Elemente, die Streuung oder eine Kombination von Streuung und Absorption verwenden. Je nach Teilchengröße, können Pigmente oder andere Teilchen, die in den optischen Filtern verwendet werden, Lichtstrahlen streuen. Obwohl dies eine zusätzliche Trübung mit sich bringen kann, ist ein Streuungsverlust normalerweise äquivalent zu einem Absorptionsverlust. Streuung ist im allgemeinen nur wenig wellenlängenabhängig und ist normalerweise für kürzere Wellenlängen ausgeprägter. Streuung kann auf der Basis der Form der streuenden Teilchen polarisationsabhängig sein.
ANDERE ELEMENTE UND BESCHICHTUNGEN
Verschiedene funktionelle Schichten oder Beschichtungen können den optischen Filtern der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden, um ihre physikalischen oder chemischen Eigenschaften zu ändern oder zu verbessern, insbesondere entlang der Oberfläche des optischen Filters. Solche Schichten oder Beschichtungen können zum Beispiel Gleitmittel, Rückseitenmaterialien mit geringer Adhäsion, leitfähige Schichten, antistatische Beschichtungen oder Filme, Sperrschichten, Flammenhemmmittel, UV-Stabilisatoren, abriebfeste Materialien, optische Beschichtungen und/oder Substrate, die zum Verbessern der mechanischen Intaktheit oder Festigkeit des Films oder der Vorrichtung bestimmt sind, wie in WO 97/01440 beschrieben, umfassen. Andere Beschichtungen und Schichten umfassen Antischleierbeschichtungen (z. B. UV-gehärtetes Siliziumpolymer, wie zum Beispiel Photogard^TM von der Firma 3M, St. Paul, MN) und holographische Reflektoren, wie zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 4,830,441 und 5,198,911 beschrieben.
FILTER
Die optischen Filter können zum Absorbieren/Reflektieren von Licht über einen bestimmten Wellenlängenbereich oder von Licht, das eine bestimmte Polarisation hat, verwendet werden. Solche Filter können zum Beispiel verwendet werden, um schädliches IR- oder UV-Licht zu entfernen, während sichtbares Licht durchgelassen wird. Für die Anwendung kann der Wellenlängenbereich des optischen Filters mit niedriger Transmission ausgewählt werden. Der Wellenlängenbereich mit niedriger Transmission kann als der Bereich von Wellenlängen charakterisiert werden, für den die optische Dichte (des reflektierenden Elementes allein) bei der Mehrzahl der Wellenlängen einen Schwellwert übersteigt. Vorzugsweise übersteigt die optische Dichte von mindestens 80%, besser von mindestens 90% und am besten von mindestens 95% der Wellenlängen im reflektierenden Wellenlängenbereich den Schwellwert. In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel in mindestens einigen Laserschutzanwendungen, übersteigt die optische Dichte von 100% der Wellenlängen im Wellenlängenbereich mit niedriger Transmission den Schwellwert. Der Schwellwert der optischen Dichte könnte zum Beispiel so gewählt werden, daß er mindestens 1, 1,5, 2, 2,5, 3 oder mehr beträgt. Die Größe des Wellenlängenbereichs mit niedriger Transmission hängt von den Materialien, die zum Herstellen der reflektierenden und absorbierenden Elemente verwendet werden, sowie von ihrer Dicke und der Anordnung der Schichten ab. Optische Filter können mit Wellenlängenbereichen niedriger Transmission von mindestens 50, 100, 200 und 400 nm hergestellt werden.
Um hierbei die verstärkten Filtereffekte zu erhalten, gibt es zumindest eine gewisse Überlappung der reflektierenden Wellenlängenbereiche der ersten und zweiten reflektierenden Elemente 102, 104. Diese Überlappung ist normalerweise mindestens 50 nm breit. In einigen Ausführungsformen beträgt die Überlappung 100 nm, 300 nm, 500 nm oder 1000 nm oder mehr. Das absorbierende Element 106 absorbiert im allgemeinen Licht über zumindest einen Teil der Überlappung der reflektierenden Wellenlängenbereiche und zumindest in einigen Ausführungsformen über die gesamte Überlappung. Innerhalb des Überlappungsbereichs der reflektierenden Wellenlängenbereiche haben die reflektierenden Elemente über diesen Überlappungsbereich normalerweise optische Dichten von zum Beispiel 1, 1,5, 2 oder mehr. Das absorbierende Element kann innerhalb des Überlappungsbereichs eine optische Dichte von 0,1, 0,3, 0,5, 1 oder mehr haben. Die optischen Dichten dieser Elemente hängen normalerweise von der Anwendung und den Materialien ab, die in dem speziellen Element verwendet werden. Es folgen einige Beispiele, die einige Verwendungen der optischen Filter illustrieren.
FILTER MIT SCHARFER BANDKANTE
Einige Anwendungen von optischen Filmen, wie zum Beispiel Filteranwendungen, können eine scharfe Reflexions- oder Absorptionsbandkante (z. B. eine scharfe Änderung von hoher Reflexion oder Absorption zu hoher Transmission über einen schmalen Wellenlängenbereich, wie zum Beispiel 10, 20 oder 30 nm) erfordern oder davon profitieren. Als illustrierendes Beispiel können faseroptische Infrarotvorrichtungen erfordern, daß ein Filter selektiv Licht reflektieren und durchlassen kann, das Wellenlängen hat, welche zum Beispiel durch 5, 10 oder 20 nm getrennt sind. Dadurch wird eine hohe Anforderung an das Filter gestellt, indem eine hohe Extinktion oder Reflexion bei einer Wellenlänge und eine hohe Transmission bei einer in geringem Abstand liegenden Wellenlänge gefordert werden.
Als weiteres illustrierendes Beispiel können Ultraviolett-(UV)-Filter zum Blockieren von UV-Licht verwendet werden, um zum Beispiel die Qualitätsverschlechterung der darunter liegenden Materialien zu verhüten. Das UV-Filter blockiert vorzugsweise mindestens 99% (und besser mindestens 99,99%) des Lichts bei 410 nm und darunter. Eine Reihe von herkömmlichen Filtern, die dieses Ziel erreichen, haben Absorptions-/Reflexionsausläufer, die sich über mindestens 10 bis 40 nm in die Wellenlängen des sichtbaren Lichts hinein erstrecken. 9 illustriert das Absorptionsspektrum mehrerer kommerzieller UV-absorbierender Filter, die den Absorptionsausläufer illustrieren. Obwohl die Absorption/Reflexion in den blauen Wellenlängen gering sein kann, kann selbst dieser Betrag dem Filter ein gelbes Aussehen verleihen, das ästhetisch unattraktiv und in einigen Fällen funktionell schädlich sein kann.
Filter mit scharfer Bandkante können durch Auswählen der ersten und zweiten reflektierenden Elemente gebildet werden, die eine Bandkante haben, welche nahe beieinander liegen (z. B. mit einem Abstand von 50, 20 oder 10 nm). Das absorbierende Element hat normalerweise mindestens 5%, 10%, 30%, 50% oder 60% Absorptionsvermögen in der Nähe (d. h. innerhalb von 50, 25 oder 10 nm) der gewünschten Bandkante. Der Begriff "Bandkante" bezieht sich auf einen Abschnitt des opti schen Dichtespektrums des optischen Filters, in dem es einen im wesentlichen stetigen Anstieg der optischen Dichte von einer niedrigen zu einer hohen Transmission oder eine im wesentlichen stetige Verringerung in der optischen Dichte von einer hohen zu einer niedrigen Transmission gibt. Es versteht sich, daß eine Welligkeit bei der Erhöhung oder Verringerung der optischen Dichte auftreten kann, die mit der Bandkante verbunden ist.
Der Transmissionsbereich für die Bandkante wird je nach der Anwendung und den Materialien variieren, die für die Elemente verwendet werden. Für viele reflektierende Elemente zum Beispiel kann der niedrige Transmissionswert im allgemeinen 0,1, 0,3, 0,5, 0,7 oder 1 sein. Der hohe Transmissionswert wird zum Beispiel 1, 2 oder 4 sein. Beispiele von Bereichen sind 0,1 bis 1, 0,3 bis 2 oder 0,3 bis 4. Für absorbierende und andere verlustbehaftete Elemente sind die niedrigen Transmissionswerte im allgemeinen 0, 0,05, 0,1 oder 0,3. Die hohen Transmissionswerte sind zum Beispiel 0,5, 1, 1,5, 2 oder 4. Beispiele für Bereiche sind 0 bis 0,5, 0 bis 1, 0,05 bis 1, 0,1 bis 1, 0,3 bis 1 und 0,3 bis 2.
In einigen Ausführungsformen weist die optische Dichte an der Bandkante eine durchschnittliche Änderung von 1 Einheit über einen Bereich von 20, 10, 5 oder 1 nm auf. Als Alternative kann die Bandkante als die Wellenlänge definiert werden, bei der die Transmission zum Beispiel 50% oder 10% beträgt.
Der Abstand zwischen Bandkanten (in nm) von verschiedenen Elementen entspricht der kleinsten Differenz zwischen Wellenlängen der zwei Bandkanten. Um eine scharfe Bandkante zu erhalten, liegen die Bandkanten der zwei reflektierenden Elemente 102, 104 im allgemeinen im Abstand von 10, 25 oder 50 nm voneinander. In einigen Fällen können sich zwei Bandkanten überlappen, wo sich die Wellenlängenbereiche der zwei Bandkanten überlap pen. Die Bandkante von mindestens einem der reflektierenden Elemente (und, besser, beider reflektierenden Elemente) ist vorzugsweise von der Bandkante des absorbierenden Elementes nicht mehr als 10, 25 oder 50 nm getrennt, oder die Bandkanten überlappen sich.
10 illustriert die modellierten Transmissions- und Reflexionsspektren für einen mehrschichtigen optischen Polymerfilm mit abwechselnden Schichten, die aus Polyethylenterephthalat (PET) und Poly(ethylen-covinylacetat) (EVA) hergestellt sind. 11 illustriert die modellierten Extinktionsspektren für a) einen kommerziellen Absorber, b) zwei der modellierten mehrschichtigen optischen Polymerfilme von 10, die durch Laminieren zusammengefügt sind, und c) die Anordnung des kommerziellen Absorbers zwischen den zwei mehrschichtigen optischen Polymerfilmen. Wie illustriert, weist die Kombination aus Absorber und mehrschichtigem optischem Polymerfilm eine wesentlich schärfere Bandkante auf (z. B. Übergang von der optischen Dichte von 2 zur optischen Dichte von 0,3).
Als weiteres Beispiel illustriert 12 Absorptionsspektren für a) einen kommerziellen Absorber, b) eine Kombination eines kommerziellen Absorbers und eines kommerziellen reflektierenden Films und c) die Anordnung eines kommerziellen Absorbers zwischen zwei kommerziellen reflektierenden Filmen. Wieder ist die Bandkante für die Anordnung eines Absorbers zwischen zwei reflektierenden Filmen wesentlich schmaler (z. B. Übergang von einer optischen Dichte von 2 zu einer optischen Dichte von 0,1).
LASERLICHTFILTERANWENDUNGEN
Die Verwendung von Laservorrichtungen hoher Leistung in Industrie, Forschung, Transport, Zielverfolgung, Identifizierung, Handel und anderen Bereichen verbreitet sich zunehmend. Diese Laser können für die Augen von Personen in der Nähe der Laser eine ernste Gefahr darstellen. Es ist eine Reihe von Ansätzen verwendet worden, um schädliche Laserstrahlung vom menschlichen Auge fernzuhalten. Ein solcher Ansatz ist die Verwendung eines klaren Polymers, das mit einem Farbstoff oder einem anderen Material gefüllt ist, welches die Laserstrahlung absorbiert. Obwohl Laserlichtfilter so ausgelegt werden können, daß sie spezielle schmale Wellenlängenbereiche blockieren, kann die Verwendung von durchstimmbaren Lasern oder verschiedenen Arten von Lasern einen Breitbandschutz erfordern. Die Verwendung eines breitbandigen absorbierenden Filters reduziert jedoch normalerweise die Transmission von sichtbarem Licht. Breitbandige IR-absorbierende Filme mit einer optischen Dichte von mehr als 4 könnten zum Beispiel eine sichtbare Transmission, T_vis, von weniger als 40% haben.
T_vis ist hierin als die photopische Transmission definiert, die für einen 2 Grad-Normalbetrachter nach CIE-Norm 1931 berechnet wird. Das Transmissionsspektrum T(λ) wird mit der photopischen Gewichtsfunktion V(λ) (die von der CIE in 1931 für einen Betrachter mit einem Gesichtsfeld von 2 Grad definiert ist) und auch mit der Spektraldichte der CIE-definierten D65-Lichtquelle, S(λ), multipliziert und über alle sichtbaren Wellenlängen (380–780 nm) integriert: T_vis = Σ T(λ)V(λ)S(λ). Das Ergebnis wird dann durch Teilen durch die photopische Transmission normalisiert, die ohne vorhandenes Filter berechnet wird, d. h. mit T(λ) = 1. Andere Definitionen von T_vis sind verfügbar und werden für spezielle Anwendungen verwendet.
Die mehrschichtigen reflektierenden Elemente, die oben beschrieben werden, einschließlich der mehrschichtigen optischen Polymerfilme und der cholesterinischen optischen Flüssigkristallfilme, können für Laserschutzgläser und andere Anwendungen eingesetzt werden, wie zum Beispiel Fenster und Flugzeugkanzelhauben. Die 13–20 illustrieren eine Reihe von möglichen Linsenbaugruppen für Laserschutzgläser und andere Anwendungen. Die Gläser weisen normalerweise ein mehrschichtiges reflektierendes Element 301 auf, das auf einem Substrat 302 angeordnet ist. Das Substrat 302 kann unter Verwendung eines Linsenmaterials oder einer anderen transparenten Oberfläche gebildet werden, einschließlich stoßfester Materialien, wie zum Beispiel Polycarbonat, die für einen Schutz vor Geschossen sorgen können. Das mehrschichtige reflektierende Element 301 ist auf der Linse oder den Linsen oder einer anderen transparenten Oberfläche angeordnet, wobei zum Beispiel ein optischer Klebstoff verwendet wird. Ein Vorteil der Verwendung von mehrschichtigen optischen Polymerfilmen für die reflektierenden Elemente ist, daß diese Filme normalerweise auf gekrümmten Linsen gebildet und angeordnet werden können.
Andere optionale Schichten, Filme und Beschichtungen, wie zum Beispiel eine Antibeschlagschicht 303 (13–20), eine kratzfeste Schicht 304 (13–20), eine absorbierende Schicht 305 (14 und 19), ein anorganischer mehrschichtiger optischer Film 306 (15), ein holographischer reflektierender Film 307 (16) und andere Schichten, Filme und Beschichtungen, können auf die Linse oder Linsen oder eine andere transparente Oberfläche aufgetragen werden.
In einigen Fällen kann das mehrschichtige reflektierende Element 301 ohne ein Substrat verwendet werden, wie in 18 illustriert. In anderen Ausführungsformen, wie in den 17, 19 und 20 illustriert, wird ein zweites mehrschichtiges reflektierendes Element 311 über dem ersten mehrschichtigen reflektierenden Element 301 angeordnet, optional mit einem absorbierenden Element 305 oder einem nichtabsorbierenden Hohlraum (nicht dargestellt) zwischen den zwei reflektierenden Elementen 301, 311. Ein zweites Substrat 312 kann optional dazu verwendet werden, um für mehr Halt oder zusätzlichen Schutz vor Geschossen zu sorgen, wie in 20 illustriert. Zusätzlich zu Augengläsern, wie zum Beispiel Brillen, Schutzbrillen, Sonnenblenden und Masken, können die Baugruppen, die in den 13 bis 20 illustriert werden, zur Verwendung bei Fenstern, Flugzeugkanzelhauben und andern ähnlichen Gegenständen angepaßt werden.
Die Anordnung von einem absorbierenden Element zwischen zwei reflektierenden Elementen, wie oben beschrieben, kann dazu verwendet werden, eine hohe optische Dichte bei guter Transmission des sichtbaren Lichts zu erhalten. Die 21 bis 28 illustrieren gemessene und berechnete Spektren der optischen Dichte und andere Eigenschaften für mehrere optische Filter. Die reflektierenden Elemente sind mehrschichtige optische Polymerfilme mit 448 abwechselnden Schichten von Copolyethylennaphthalen (einem Copolymer, das 90 Gew.-% Naphthalateinheiten und 10 Gew.-% Terephthalateinheiten für den Carboxylatanteil des Polyesters) und Poly(methylmethacrylat) (PMMA). Die Schichten wurden in zwei Pakete von jeweils 224 Schichten gruppiert. Das zweite Paket war etwa 1,3 mal dicker als das erste. Beide Pakete hatten einen linearen Dickengradienten, wobei die letzte Copolyethylennaphthalenschicht 1,4 mal so dick war wie die erste und die Schichtenpaare eine Dicke haben, die von 0,2 bis 0,35 μm reicht. Dieser mehrschichtige optische Polymerfilm hat eine optische Dichte, die von etwa 750 bis 1200 nm größer als etwa 1,5 ist. Die gemessenen optischen Dichtespektren dieser reflektierenden Elemente werden in 21 illustriert.
Es wurden drei verschiedene absorbierende Elemente in diesen Beispielen verwendet; Optifloat^TM Blue 21, Optifloat^TM Green 58 und Optifloat^TM Green 90-Glas, die von Pilkington, plc (St. Helens, Großbritannien) erhältlich sind. Die Dispersionswerte von n'' (dem imaginären Teil des Brechungsindex) und die optischen Dich tespektren für jedes absorbierende Element werden in den 22 bzw. 23 gezeigt.
24 zeigt ein gemessenes optisches Dichtespektrum für eine Kombination von zwei reflektierenden Elementen von 21, die zu einem einzigen optischen Filter laminiert wurden. In diesem Fall wird die optische Dichte für die zwei reflektierenden Elemente in Kombination nur mäßig gegenüber einem einzelnen reflektierenden Element verbessert (siehe 21).
25 zeigt einen Vergleich von gemessenen und berechneten Spektren der optischen Dichte für die Konfiguration von 1, wobei das absorbierende Element 106 Optifloat^TM Blue 21 ist. In diesem Fall sorgt die mäßige Absorption des absorbierenden Elementes Optifloat^TM Blue 21 im Wellenlängenbereich von 900 bis 1500 nm für eine erkennbare Erhöhung der optischen Dichte über diesen Wellenlängenbereich, während die Transmission im sichtbaren Bereich recht hoch bleibt (T_vis = 70%).
26 zeigt einen Vergleich von gemessenen und berechneten Spektren der optischen Dichte für die Konfiguration von 1, wobei das absorbierende Element 106 Optifloat^TM Green 58 ist. Hier führt der erhöhte Verlust im absorbierenden Element Optifloat^TM Green 58 (im Vergleich zum absorbierenden Element Optifloat^TM Blue 21) zu einer beträchtlich höheren optischen Dichte im Bereich hoher Reflexion der reflektierenden Elemente. Die sichtbare Transmission bleibt recht hoch (T_vis = 66%).
27 zeigt einen Vergleich von gemessenen und berechneten Spektren der optischen Dichte für die Konfiguration von 1, wobei das absorbierende Element 106 Optifloat^TM Green 90 ist. Hier beträgt die optische Dichte durchschnittlich etwa 4 im Bereich hoher Reflexion, was einen Anstieg von etwa 1,5 bis 2 in der optischen Dichte im Vergleich zu den zwei laminierten Reflektoren ohne absorbierende Schicht demonstriert. Die gemessene optische Dichte ist über einen Wellenlängenbereich, der sich von 750 bis 1180 nm erstreckt, größer als 3,5. Wieder bleibt die sichtbare Transmission (T_vis = 64%) bei nur einer geringen Reduzierung hoch, die zusammen mit dem Vorteil einer sehr wesentlichen Reduzierung der IR-Transmission auftritt. Solche breit absorbierenden Pigmente, wie die in den 25, 26 und 27 illustrierten, können kostengünstiger als IR-spezifische Farbstoffe sein, und das Bilden einer Kombination mit den reflektierenden Elementen, die die gewünschte optische Dichte aufweisen, erfordert weniger Pigment.
Die Einzigartigkeit der optischen Filterkonfiguration von 1 ist aus 28 zu ersehen. Hier sind die drei Elemente in zwei weiteren Konfigurationen angeordnet worden, absorbierend/reflektierend/reflektierend (Kreise) und reflektierend/reflektierend/absorbierend (Linie). Die berechneten Spektren für die optische Dichte für diese zwei Konfigurationen weisen weniger Unterschied auf als für den Fall von zwei reflektierenden Elementen ohne absorbierendes Element.

Claims

Optischer Filter, welcher Folgendes aufweist: ein erstes reflektierendes Element, welches so ausgewählt ist, dass es Licht in einer bestimmten Reflektionsbandbreite reflektiert; ein zweites reflektierendes Element, welches so ausgewählt ist, dass es Licht in einer bestimmten Reflektionsbandbreite reflektiert, wobei das zweite reflektierende Element eine Bandkante innerhalb von ungefähr 50 nm einer Bandkante des ersten reflektierenden Elements aufweist, wobei eine Bandkante als die Wellenlänge definiert ist, bei welcher die Durchlässigkeit 10% beträgt; und ein verlustbehaftetes Element, welches zwischen dem ersten und dem zweiten reflektierenden Element angeordnet ist, wobei das verlustbehaftete Element den Verlust von mindestens etwas Licht innerhalb der Bandkante von mindestens einem der ersten und zweiten reflektierenden Elemente verursacht, und eine Bandkante des verlustbehafteten Elements innerhalb von 50 nm der Bandkante von mindestens einem der ersten und zweiten reflektierenden Elemente liegt; wobei das erste und das zweite Element in einem Wellenlängenbereich im Wesentlichen Licht reflektieren, welches eine erste Polarisation aufweist, und im Wesentlichen Licht durchlassen, welches eine zweite Polarisation aufweist.
Gegenstand, welcher Folgendes aufweist: mindestens ein transparentes Substrat; und den optischen Filter nach Anspruch 1, welcher über einer Hauptfläche des mindestens einen transparenten Substrats angeordnet ist.
Gegenstand nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine transparente Substrat mindestens eine Linse aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 2, wobei das erste und das zweite reflektierende Element mindestens einen Abschnitt infraroten Lichts reflektieren.
Gegenstand nach Anspruch 4, wobei das verlustbehaftete Element den Verlust mindestens eines Abschnitts infraroten Lichts verursacht.
Gegenstand nach Anspruch 2, wobei der Gegenstand in einem Wellenlängenbereich von 700 bis 1180 nm eine optische Dichte von mindestens 3 aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 3, wobei die Linse einen stoßfesten Kunststoff aufweist.