CH304082A - Wärmeschutzfilter und Verfahren zur Herstellung desselben. - Google Patents

Description

  Wärmeschutzfilter und Verfahren zur Herstellung desselben.    Die Erzeugung einer intensiven Licht  strahlung, wie sie beispielsweise bei der opti  schen Projektion gebraucht wird, ist bei den  meisten üblichen Lichtquellen mit der Ent  wicklung einer starken Wärmestrahlung ver  knüpft, die gewöhnlich sogar den grössten  Teil der ausgesandten Energie ausmacht. Sie  kann etwa bei elektrischen Lampen selbst  niedriger Wattzahl schon so hoch sein, dass  es unerlässlich ist, im     Strahlengang    oder in  der Nähe der Lampe befindliche, wärme  emnpfindliche Teile vor unzulässiger     Erbit-          zung    durch diese Strahlung zu schützen. Auch  bei U ltraviolettstrahlern, wie sie als Queck  silberlampen bekannt sind, tritt häufig die  gleiche Aufgabe des Wärmeschutzes auf.  



  Eine Kühlung der zu schützenden Gegen  stände durch strömende Luft oder Wasser  ist in vielen Fällen nicht nur wegen des dazu  nötigen Aufwandes undurchführbar, sondern  sie ist insbesondere bei stark absorbierenden  Objekten, wie zum Beispiel photographischen  Filmen, auch zu wenig wirksam.  



  Man sucht daher bekanntlich die schädliche  Strahlung meist schon vorher durch geeig  nete Absorber aufzufangen und verwendet  zu diesem Zweck gewöhnlich Lösungen oder  Spezialgläser, die im Ultraroten möglichst  stark     absorbieren,    wobei sieh ihre längs des  S trahleng a ii ge s gemessene Dicke nach der  Höhe der einfallenden und dem zulässigen Be-    trag der austretenden Wärmestrahlung rich  tet. Diese Wärmestrahlenabsorber haben in  dessen mehrfache Nachteile: Bei stärkerer  Strahlung, die eine entsprechende Dicke er  fordert, sind die Gläser infolge der entwickel  ten Hitze leicht der Gefahr des Springens aus  gesetzt, weshalb man sie meistens in Streifen  unterteilt verwendet. Weiter verlangt die Ab  führung der Wärme oft besondere zusätz  liche Vorrichtungen.

   Der Hauptnachteil aller       derartigen        Wärmeschutzfilter    liegt aber in  der unvollständigen Durchlässigkeit, die sie  auch im sichtbaren     Spektriun    aufweisen, so       da.ss    man zum Beispiel schon bei wenigen  Millimetern Glasdicken     56    vom Hundert und  mehr Helligkeitsverlust in Kauf nehmen  muss. Dieser ist. ausserdem nicht, gleichmässig  über das .Spektrum verteilt und verursacht  daher oft eine unangenehme Verfärbung des  Lichtes. Auf diese     M    eise bringt beispielsweise  bei der Projektion der Übergang zu Lampen  höherer Leistung meist verhältnismässig ge  ringen     Gewinn    Für das optische Gebiet.  



  Demgegenüber kennzeichnet sieh das erfin  dungsgemäss ausgebildete     Wärmeschutzfilter          dadurch,    dass ein System aus mindestens zwei       nichtmetallischenSchichten        interferenzfähiger     Dicken auf einer Unterlage angeordnet ist.  wobei mindestens zwei Schichten des :Systems  sich der Brechzahl nach unterscheiden und  die     Einzelschichtdicken    im wesentlichen ein  Viertel oder ein ungerades Vielfaches von      einem Viertel der Wellenlänge der maximal  einfallenden Wärmestrahlung, dividiert durch  die Brechzahl des Stoffes der jeweiligen  Schicht, sind.

   Sind aufeinanderfolgende  Schichtpaare der Dicke nach unterschiedlich,  so betragen die Dickenunterschiede aufeinan  derfolgender Schichtpaare vorteilhaft     höelh-          stens    20 vom Hundert. Es kann auch     zweck-          mnässig    sein, dass sich die Schichten eines  Schichtpaares der optischen Schichtdicke nach  unterscheiden; vorzugsweise ist dann die  niedrigbrechende Schicht eines Schichtpaares  höchstens um 20 vom Hundert optisch dünner  als die hochbrechende Schicht des Schicht  paares.  



  Die zu wählenden Dicken richten sich  zweckmässigerweise nach der spektralen Ver  teilung der in Betracht kommenden Strah  lungsquelle; sie werden also im allgemeinen  so zu bemessen sein, dass sie den erfindungs  gemässen Bedingungen genügen, anderseits  aber auch auf den durchzulassenden, sicht  baren Teil des Spektrums abgestimmt sind,  indem sie etwa gleich sind der Wellenlänge  der Mitte des sichtbaren Spektralbereiehes,  also etwa 5500 AE, dividiert durch das Dop  pelte der     Brechzahl    des Stoffes der jeweili  gen Schicht. Die benötigte Sehichtenzahl ist  um so niedriger, je grösser der     Breehungs-          unterschied    zwischen zwei aufeinanderfolgen  den Schichten ist. Es genügen daher in den  meisten Fällen vier bis sechs Schichten.

   Zur  Verminderung von Verfärbungen im sicht  baren Teil der durchgelassenen Strahlung ist  es vorteilhaft, nicht sämtliche optischen  Schichtdicken gleich zu wählen, sondern ge  wisse Abweichungen zu verwirklichen, die  von den verwendeten Stoffen abhängig sind.  Zweckmässigerweise werden diese Abweichun  gen aber auf höchstens 20 vom Hundert be  messen, soweit Dicken und Brechzahlen in  Betracht kommen. In Einzelfällen wird man  auf Abweichungen in der Grössenordnung  von 10 vom Hundert zurückgehen können.

      Zur Erzielung einer hohen Durchlässig  keit im sichtbaren eventuell auch Ultraviolett  gebiet ist es empfehlenswert, dass mindestens    eine der beiden Aussenschichten des     Sehieh-          tensystems    eine Brechzahl aufweist, die zwi  schen der Brechzahl der nächstinnern Schicht  und der Brechzahl des angrenzenden Me  diums liegt, wobei ihre optische Dicke etwa  ein Viertel der mittleren Wellenlänge des     er-          wünsehten    Durchlässigkeitsbereiches beträgt.  



  Da die Reflexion der U ltraviolettstrahlung  am Wärmeschutzfilter nach einer Glocken  kurve verläuft, kann man die erstrebten Wir  kungen noch verstärken, wenn man statt eines  einzigen derartigen Filters zwei oder mehr  Filter hintereinander anordnet. Man bekommt  dann die günstigste Wirkung, wenn nman  die Filter nicht parallel zueinander,     sondern     bei entsprechendem Abstand unter einem  Winkel gegeneinander geneigt anordnet, um  Mehrfachreflexionen aus dem Strahlengang  zu beseitigen.

   Ausserdem ist es zweekmässig,  die einzelnen Filtersysteme nicht in genauer  Übereinstimmung zu wählen, sondern bei  spielsweise mittels geringer     Dickenunter-          sehiede    so aufeinander abzustimmen, dass sieh  geringe     Durchlässigkeitsunterschiede    in den  einzelnen Farben     gegenseitig    ausgleichen.  



  Beim Verfahren zur Hersstellung eines  erfindungsgemäss ausgebildeten Wärmeschutz  filters werden auf einer Unterlage mindestens  zwei nichtmetallische Schichten     interferenz-          fähiger    Dicken mit     abweichender        Brechzahl     der     Schichtensubstanz    erzeugt, wobei die     Ein-          zelschiehtdieken    im wesentlichen ein Viertel  oder ein ungerades     Vielfaches    von einem  Viertel. der Wellenlänge der maximal einfal  lenden     Wärmestrahlung    dividiert durch die       Brechzahl    des Stoffes der jeweiligen Schicht  sind.  



  Als     ;Stoffe    zur     Heisstellung    der Schichten  eignen sieh beliebige, nicht- oder schwach  absorbierende Substanzen, wobei die Auswahl  von dem     Beschichtungsverfahren    abhängt. Bei  Herstellung der Schichten mittels     Aufdampf-          verfahren    werden     niedrigbreehende        Schieliten     vorteilhaft mittels     Verdampfens    von     Erd-          alkalifluoriden    erzeugt; günstige Resultate  können mit.     Hrvolitli        erbalten    werden.

   In Be  tracht kommen bei der Herstellung hoclibre-      ehender Schichten Zinksulfid oder     Schwer-          metallehloride    (PbC12, TlCl, AgCl). Auch Me  talle wie Titan, Wismut, Tellur, welche nach  träglich in Oxyde umgewandelt werden, sind  brauchbar. Sehlägt man dagegen die Schich  ten aus flüssiger oder gasförmiger Phase nie  der, so verwendet man mit Erfolg Verfahren,  die zu Schichten aus Kieselsäure und Titan  dioxyd führen, wie sie aus der optischen Ver  gütungstechnik her bekannt sind. Soll die  Aussenschicht an Luft grenzen, so richtet sich  die Auswahl vorwiegend nach dem Gesichts  punkt der Erzielung genügender mechani  scher und chemischer Beständigkeit.  



  Werden Wärmeschutzfilter dieser Art auf  mindestens einer lichtbrechenden Fläche eines  Kondensors angeordnet, so entsteht der Vor  teil, dass entweder überhaut kein oder nur  ein geringer Lichtverlust entsteht. Ähnliche  Vorteile entstehen bei Verwendung der  Wärmeschützfilter als Reflektor bzw. als  Ultrarotreflektor oder als sogenannter kalter  Spiegel, der sich deshalb nicht erwärmt, weil  er die zu seiner Erwärmung führenden  Wärmestrahlen reflektiert, bevor die Energie  abgabe an das Filtermaterial erfolgt.  



  Die Zeichnung gibt in schematischer     Dar-          stellung    beispielsweise Ausführungen der Er  findung wieder.    Fig.l gibt ein Wärmeschutzfilter in der  Anordnung auf einem Kondensator wieder.  



  Fig. 2 zeigt eine abweichende Ausfüh  rungsform des     Wärmeschutzfilters    in Form  eines Doppelfilters.  



  Fig.1 zeigt einen beispielsweise aus zwei  Linsen 1 bestehenden Kondensor, der auf  den beiden gekrümmten Innenfläehen mit je  einem Wärmeschutzfilter 2 beschichtet ist.    Eine Ausführung eines Doppelfilters ist  in Fig.2 dargestellt. Das Doppelfilter be  stellt ans zvei leicht gegeneinandergeneigten  Glasplatten 3, die mit den Wärmestrahlen re  flektierenden Schichten 4 belegt und in der       I'assung    5 gehaltert sind. Man gelangt so zu  einer wirksamen Zerstreuung auch der mehr  fach reflektierten Wärmestrahlen.

      Es sind bereits     Interferenzfilter    bekannt,  deren Wirkung darauf beruht, dass durch  mindestens zwei durchscheinende, metallisch  reflektierende Schichten, die eine nichtmetal  lische Zwischenschicht einschliessen, mehr oder  minder schmale     Durchlassgebiete    bei gleich  zeitigem Auftreten breiter Gebiete hoher Re  flexion erzeugt werden. Mit solchen Anord  nungen können erfahrungsgemäss maximale       Durchlässigkeiten        bis        zu        höchstens        etwa        60        %     erreicht werden.

   Auch lässt sich dabei eine  Durchlässigkeit nur für einen spektral ver  hältnismässig stark begrenzten Teil erzielen.  



  Auch im übrigen ist die     Verwendung    mehr  facher, auch absorptionsfreier Interferenz  schichten für die Zwecke der     Selektiv-          r        eflexion    bekanntgeworden. Diese bekannten  Anordnungen weisen jedoch gegenüber der  neuen Filteranordnung Nachteile auf. So lässt  sich beispielsweise bei einer bekanntgewor  denen Verwendung von     Interferenzschiehten     zum Zwecke der     Ultrarotreflexion    von Licht  quellen keine volle und     farbstichfreie    Durch  lässigkeit erreichen.

   Anderseits ergeben eben  falls bekanntgewordene Vorschläge, A/4  Schichten (oder deren Vielfache) für Zwecke  der     Ultrarotreflexion    zu verwenden, nicht die  Möglichkeit, die Reflexionsverluste im Durch  lässigkeitsbereich niedrig zu halten, nämlich  Reflexionswerte zu erzielen, die höchstens  etwa der Reflexion der unbelegten Glasfläche  gleichkommen.  



  Es ist ferner bekanntgeworden, zum  Zwecke selektiver Farbreflexion Schichten  systeme abwechselnd hoher und niedriger       Brechzahlen    zu verwenden, deren Dicken  sich wie 2: 1 verhalten. Damit lässt sich eine  Verbesserung der Filterwirkung im Durch  lassgebiet erreichen; jedoch wird der Durch  lassbereich derart in der spektralen Ausdeh  nung beschränkt, dass eine Verwendung sol  cher Systeme für     Wärmeschutzfilter    prak  tisch nicht in Frage kommt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Wärmeschutzfilter, dadurch gekenn zeichnet, dass ein System aus mindestens zwei nichtmetallischen Schichten interferenzfähi ger Dicken auf einer Unterlage angeordnet ist, wobei mindestens zwei Schichten des Sy stems sich der Brechzahl nach unterscheiden und die Einzelschichtdicken im wesentlichen ein Viertel oder ein ungerades Vielfaches von einem Viertel der Wellenlänge der maximal einfallenden Wärmestrahlung, dividiert durch die Brechzahl des Stoffes der jeweiligen Schicht, sind. II.

   Verfahren zur Herstellung eines Wärmeschutzfilters nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Un terlage mindestens zwei nichtmetallische Schichten interferenzfähiger Dicken mit ab weichender Brechzahl ihrer Schichtsubstanz erzeugt werden, wobei die Einzelschichtdicken im wesentlichen ein Viertel oder ein unge rades Vielfaches von einem Viertel der Wel lenlänge der maximal einfallenden Wärme strahlung dividiert durch die Brechzahl des Stoffes der jeweiligen Schicht sind. UNTERANSPRÜCHE: 1. Wärmeschutzfilter nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinander folgende Schichtpaare der Dicke nach unter schiedlich sind. 2.

   Wärmeschutzfilter nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicken unterschiede aufeinanderfolgender Schicht paare höchstens zwanzig vom Hundert betra gen. 3. Wärmeschutzfilter nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schichten eines Schichtpaares der optischen Schichtdicke nach unterscheiden. 4. Wärmeschutzfilter nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrig brechende Schicht eines Schichtpaares höch stens um zwanzig vom Hundert optisch dün ner als die hochbrechende Schicht des Schicht paares ist. 5.

   Wärmeschutzfilter nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzel- sebichtdieken etwa gleich sind der Wellen- länge der 'Mitte des sichtbaren Spektralberei ches, also etwa 5500 AE, dividiert durch das Doppelte der Brechzahl des Stoffes der je weiligen Schicht. 6. Wärmeschutzfilter nach Patentanspruclh I, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Aussenschichten des Schich tensystems eine Brechzahl aufweist, die zwi schen der Breehzahl der nächstinnern Schicht und der Brechzahl des angrenzenden Mediums liegt, wobei ihre optische Dicke etwa ein Viertel der mittleren W ellenlänge des er wünschten Durchlässigkeitsbereiches beträgt. 7.

   Wärmeschutzfilter nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es aus min destens zwei, nicht parallel zueinander lie genden Schichtensystemen besteht. B. Wärmeschutzfilter nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Fil tersysteme hinsichtlich der Dicke mindestens je einer Schicht eines solchen Systems von einander abweichen. 9. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass bei Herstellung der Schichten mittels Aufdampfverfahren niedrigbrechende Sclhichten mittels Verdamp fens von Erdalkalifluoriden erzeugt werden. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass bei Herstellung der Schichten mittels Aufdampfv erfahren niedrigbrechende Schichten durch Verdamp fen von Kryolith erzeugt werden. 11. Verfahren nach Patentansprueh 1I, da durch gekennzeichnet, dass bei Herstellung der Schichten mittels Aufdampfverfahren hochbrechende Schichten durch Verdampfen von Zinksulfid erzeugt werden. 12.

   Verfahren nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass bei Herstellung der Schichten mittels Aufdainpfverfahren hochbrechende Schichten durch Verdampfen von Schwermetallchloriden erzeugt werden. 13. Verfahren nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass bei Herstelhmg der Schichten mittels Aufdampfverfahren hochbrechende Schichten durch Verdampfen von nachträglich zu oxydierenden Metallen erzeugt werden. 14.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass bei Herstellung s der Schichten mittels Niederschlagsverfahren ans einer Phase abweichenden Zustandes zu Schichten aus Kieselsäuue umd Titandioxyd führende Ausgangsstoffe verwendet werden.