[发明专利]重钡火石位置的光学玻璃

说明书

技术领域

本发明涉及光学玻璃，涉及此类光学玻璃、光学元件(optical  element)或此类光学元件的预成型件的用途，涉及所述光学元件的制造 方法和由此类光学元件制成的光学部件(optical part)或光学组件(optical  component)的制造方法。

背景技术

应用于以下领域：成像、传感器技术、显微镜、医学技术、数字 投影、光刻术、激光技术、晶片/芯片技术以及电信、光学通讯工程和 汽车工业中的光学/照明的本文所要求保护的光学位置的常规光学玻璃 (优选重钡火石位置以及更宽范围的火石、重火石、轻火石和钡火石位 置)通常包含氧化铅(PbO)以得到所需的光学性质，亦即折射率nd为 1.60≤nd≤1.72和/或阿贝数vd为32≤vd≤45。通常也使用氧化铅用以 调整明显的短火石特性。这使得玻璃的耐化学性差。此外，该组分氧 化铅对环境有危害。

另外通常使用As₂O₃作为澄清剂。在近些年，仅次于PbO，As₂O₃也被认为对环境有危害，因此大部分光学设备和产品的供应商倾向于 使用不含铅和砷氧化物的玻璃。为了用于高价值的产品中，具有增大 的耐化学性的玻璃的重要性逐渐增加。

已知该光学位置的无铅玻璃通常基于在含硅基质中使用大量的 TiO₂，另一方面这导致玻璃具有高的结晶倾向性，因此其不能经受二次 热模铸步骤，并且由于它们的硬度增加，另一方面导致玻璃在进一步 的机械加工步骤中难以处理。

在高质量的光学系统中，在系统设计过程中色差的校正已经是一 个重要的问题。为了优异的校正色差，需要具有显著的短火石特性的 玻璃。其为那些具有显著偏离法线的相对部分色散的玻璃，因此，它 们特别适合用于色差校正。然而，此性质通常通过使用PbO而得到， 其根据上述生态学的考虑来说是不应该使用的。

不同于常规方法的从模块或铸块中分离光学组件的玻璃制备方法 变得越来越重要，其中通过精密压制(precise pressing)得到光学组件， 亦即在熔融玻璃后，在二次模铸加工中直接压制光学组件和/或近终形 预成型件-所谓的精密玻璃坯(precision gob)。这对消费者市场以及高品 质市场来说是确实需要的。“精密模型熔化成型”“精确的玻璃坯”通 常且优选理解为通过不同制造方法可得到的火焰抛光的、非或半模铸 玻璃部分。

上面所述的为在加工构造、熔融和热模铸中为什么强烈需要“短 性”玻璃的原因。如果它们的粘度随着温度强烈地变化，则称为玻璃 “短性”。该性质提供了在热模铸加工期间的再加工的优点，因此， 降低了在近终形精密模铸中的模铸持续时间。因此，在一方面提高了 产量和效率，从另一方面保护了模铸工具的材料。这对于总的制造成 本来说具有强的正面作用。此外，短性玻璃的快速固化使得可以用于 加工具有强析晶倾向和晶种形成的玻璃，这两种性质导致在二次模铸 步骤中存在的问题可被避免或至少显著地降低。

基于相同的考虑，需要这样一种玻璃，在热模铸期间其粘温曲线 显示绝对的低温的玻璃。另外这有助于降低加工温度，并因此使得设 备寿命改善，以及通过更快的没有张力的冷却有助于减少种晶的形成。 另外，这些玻璃提供了可能的重要的较宽范围，可能更加节省成本的 模铸工具材料，其在近终形精密压制中非常重要。

在现代高性能光学领域中，必须满足更高的要求以达到成像的精 确性和分辨率。这意味着在一方面必须得到在不断增大的成像和投影 面积，并且另一方面待成像的结构变得越来越小，且必须甚至更加精 确且详细地成像。因此，需要其辐射较短波长的光，即较高能量的光， 其增加了光学元件的能量基础负载。另外，为了增加制造速度，在大 量的工艺应用如微光刻技术中目的在于较短的曝光时间，因此致使较 高的辐射能量和密度被传送通过该光学系统，从而必然增加了单位时 间的辐射负载。在光学系统，特别是在电信和通讯工程中，仍然需要 高光效即高的透射。

这不仅对光学系统设计为一挑战，也是对用于此类光学应用的光 学玻璃的发展的挑战。例如，已知应用较高的照射密度会造成光学元 件的一种称为负感作用(solarization)的现象，亦即照射间接改变了玻 璃内的结构，从而导致透射明显降低，投射即光穿越玻璃透过。因此， 需要显示强抗负感作用现象的玻璃。