DE3837008A1 - Lichtschutzfilter - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Lichtschutzfilter zum Schutz gegen Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs, wobei der Schutzfilter aus mindestens zwei Schalen besteht.

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.

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.

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.

Die Brille besitzt jedoch keine spektral selektiven Filter und ist deshalb nicht als Laserschutzbrille geeignet.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in beispielhafter Weise anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 zwei Linsenschalen für eine Laserschutzbrille im getrennten und verklebten Zustand;

Fig. 2 den mit II bezeichneten Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 die Transmissionskurve mit einem Schichtaufbau gemäß Anlage 1;

Fig. 4 eine weitere Transmissionskurve für eine Laserschutz­ brille gemäß Fig. 1 für zwei verschiedene Auftreff­ winkel.

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.

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.

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.

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. 4 zeigt in beispielhafter Weise, daß die Filter­ charakteristik der Brillenlinse nur eine geringe Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel besitzt.

Tabelle 1

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Claims (10)

1. Lichtschutzfilter zum Schutz gegen Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches, wobei das Schutzfilter aus mindestens zwei Schalen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schalen (1, 2) miteinander verklebt sind daß sich auf beiden Klebeflächen (1 b, 2 a) der Schalen (1, 2) ein Interferenzfilter (4 a, 4 b) befindet.

2. Lichtschutzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zu schützenden Gegenstand zugewandte Schale (1) als Korrektionsteil ausgeführt ist.

3. Lichtschutzfilter nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalen (1, 2) durch eine Klebefolie (3) miteinander verklebt sind.

4. Lichtschutzfilter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zu schützenden Gegenstand abge­ wandte Schale (1) aus Vollfiltermaterial besteht.

5. Lichtschutzfilter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzschicht (4 a, 4 b) als Breitbandfilter für mehrere Spektralbereiche wirkt.

6. Lichtschutzfilter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtschutzfilter in die Fassung (4) einer Laserschutzbrille eingebaut ist.

7. Lichtschutzfilter nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter bei einer Wellenlänge von z.B. 694 nm einen Transmissionskoeffizienten kleiner als 10-5 hat.

8. Lichtschutzfilter nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Minimum des Transmissionskoeffizienten in den Bereichen 480-560 nm und 960-1160 nm hat.

9. Lichtschutzfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Interferenzfilter Mehrfachschichten sind, die jeweils aufeinanderfolgend aus Zinksulfid und einem Fluorid bestehen.

10. Lichtschutzfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Interferenzfilter einen Schichtaufbau gemäß Tabelle 1 haben.