JP7721578B2 - 青色スペクトル領域に高いソラリゼーション耐性を有するビームガイドエレメントを含む撮像システム - Google Patents

青色スペクトル領域に高いソラリゼーション耐性を有するビームガイドエレメントを含む撮像システム

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Description

本発明は、青色スペクトル領域に波長を有する少なくとも1つのレーザー光源と、高いビーム電力密度での高いソラリゼーション耐性を有するビームガイドエレメントと、を含む撮像システムに関する。本発明はまた、特にプロジェクタおよび材料加工における撮像システムの使用にも関する。
現在、プロジェクタ用光源は、光束および電力密度が絶えず増大しつつあり、キセノンからレーザー蛍光物質へ、また純RGBレーザー光源へと移行している。レーザー光源を備えた今日のシネマプロジェクタは、75000ルーメンまでの光束および50W/cm以上までの表面電力密度を達成している。光束および電力密度の増大につれて光学部品への熱負荷が増大し、これにより投影の品質および長期安定性が損なわれる。シネマプロジェクタの光学システムは、通常、大ボリュームのプリズム装置と投影対物レンズとから成る。特に、プリズム装置は高い熱負荷にさらされる。このため、小さい吸収損失すなわち最大透過率と低いソラリゼーション傾向すなわち使用時の低い誘起吸収損失との観点における光学ガラスへの要求が高まり続けている。
従来のキセノンベースのシネマプロジェクタは、45000ルーメンまでの最大光束を有する。しかし、現在のレーザーをベースとしたプロジェクタでは、75000ルーメンまでの光束および50W/cm以上までの表面電力密度が得られる。強力な青色レーザーは、変換器内での黄色光の放出を励起する。緑色チャネルおよび黄色チャネルはダイクロイックフィルタにより黄色光から抽出される。青色光の一部が青色チャネルとして使用される。この場合、3つのチャネル全てが投影に使用される。
投影システムは、個々の色チャネルをDLPチップへガイドし、画像生成のために信号を混合する複雑なプリズム装置から成っていることが多い。光路長は100mmから200mm超となりうる。プリズム装置内部でのそのつどの光吸収により、温度勾配および熱レンズ効果が生じる。したがって、プリズムガラスは、可視波長領域において可能な限り高い透過率を有するべきである。プロジェクタの光束の増大につれて重大性が増大する別の効果として、ガラスにおけるソラリゼーション効果が挙げられる。吸収により誘起されるプリズムガラス内の欠陥中心の生成は透過率の低下につながりうるものであり、これによりさらなる熱レンズ効果が生じる。
しかし、このようなソラリゼーション効果は、現在のプロジェクタの光学システムにのみ関連するものではない。材料加工での用途の文脈においても、このような現象の重大性は増大している。
したがって、本発明の課題は、青色スペクトル領域において高いソラリゼーション耐性を有し、したがってプロジェクタでの使用において傑出しているだけでなく材料加工の用途においても使用可能なビームガイドエレメントを備えた撮像システムを提供することである。
撮像システムは、特に、少なくとも1つの光源と、少なくとも1つのビームガイドエレメント、特にレンズ、プリズム、非球面、平行プレート、フリーフォーム、高速軸コリメータおよび/または導光ロッドと、を備えたシステムである。ここでの導光ロッドは、ガラスと空気との境界における全反射を利用しており、典型的には300mmを超えない長さを有する。こうした撮像システムは、例えばプロジェクタ、特にシネマプロジェクタにおいて使用される。これに関連して、撮像システムは、光源からの光を所期の通りにビームガイドすることによって、観察者が認識することのできる画像を例えばスクリーン上に生成する。最大電力密度は、通常、プリズム、特に色チャネルの混合を行うプリズムにおいて生じる。したがって、こうしたプリズム型ビームガイドエレメントは、重大なソラリゼーション効果を生じさせることなく、このような電力密度に耐えることのできる材料から形成されることが特に重要である。撮像システムは、材料加工においても使用される。例えば高速軸コリメータによる所期の通りのビームガイドによって、光放射のエネルギ入力が材料加工に利用可能となるよう、光源からの光を加工すべき材料に集束させることができる。
課題は、特許請求の範囲の対象によって解決される。課題は特に、撮像システムであって、
a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源B、および
b)ビームガイドエレメント
を備え、
レーザー光源Bは、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、ビームガイドエレメントは、品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/kを有し、ここでF(436nm)<15ppm/Wであるガラスから成る、
撮像システムによって解決される。
課題はまた、撮像システムであって、
a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源B、490nm超から585nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源G、585nm超から750nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源R、および
b)ビームガイドエレメント
を備え、
レーザー光源B、レーザー光源Gおよびレーザー光源Rは、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、ビームガイドエレメントは、品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/kを有し、F(RGB)<40ppm/Wであるガラスから成る、
撮像システムによっても解決される。
課題はまた、撮像システムであって、
a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源B、および
b)ビームガイドエレメント
を備え、
レーザー光源Bは、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、ビームガイドエレメントは、誘起吸光度Ext(436nm)を有し、Ext(436nm)<0.01/cmであるガラスから成る、
撮像システムによっても解決される。
課題はまた、撮像システムであって、
a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源B、490nm超から585nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源G、585nm超から750nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源R、および
b)ビームガイドエレメント
を備え、
レーザー光源B、レーザー光源Gおよびレーザー光源Rは、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、ビームガイドエレメントは、誘起吸光度Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)を有し、Ext(RGB)<0.03/cmであるガラスから成る、
撮像システムによっても解決される。
課題はまた、撮像システムであって、
a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源B、および
b)ビームガイドエレメント
を備え、
レーザー光源Bは、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、ビームガイドエレメントは、次の特性、すなわち
・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、ここでF(436nm)<15ppm/W、
・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
のうちの1つもしくは複数を有するガラスから成る、
撮像システムによっても解決される。
課題はまた、撮像システムであって、
a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源B、490nm超から585nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源G、585nm超から750nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源R、および
b)ビームガイドエレメント
を備え、
レーザー光源B、レーザー光源Gおよびレーザー光源Rは、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、ビームガイドエレメントは、次の特性、すなわち
・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、ここでF(436nm)<15ppm/W、
・品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/k、ここでF(RGB)<40ppm/W、
・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
・誘起吸光度Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)、ここでExt(RGB)<0.03/cm、
のうちの1つもしくは複数、例えばこれらの特性のうちの少なくとも2つまたは少なくとも3つを有するガラスから成る、
撮像システムによっても解決される。
課題はまた、撮像システムであって、
a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源B、490nm超から585nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源G、585nm超から750nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源R、および
b)ビームガイドエレメント
を備え、
レーザー光源B、レーザー光源Gおよびレーザー光源Rは、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、ビームガイドエレメントは、次の特性、すなわち
・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、ここでF(436nm)<15ppm/W、
・品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/k、ここでF(RGB)<40ppm/W、
・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
のうちの1つもしくは複数、例えばこれらの特性のうちの少なくとも2つを有するガラスから成る、
撮像システムによって解決される。
本発明の撮像システムは、さらなる構成要素、例えば画像生成チップ(特にDLPチップ)および/または投影光学系を含みうる。
本発明の撮像システムは、380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Bを備えている。好ましくは、撮像システムは、400nm~485nm、より好ましくは420nm~480nm、より好ましくは430nm~475nm、より好ましくは440nm~470nm、より好ましくは445nm~460nmのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Bを含む。
本発明の撮像システムは、任意手段として、別のレーザー光源を含んでいてもよい。
本発明の撮像システムは、490nm超から585nmまでのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Gを含むことができる。好ましくは、撮像システムは、510nm~580nm、より好ましくは520nm~570nm、より好ましくは530nm~560nm、より好ましくは540nm~550nmのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Gを含む。
本発明の撮像システムは、585nm超から750nmまでのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Rを含むことができる。好ましくは、撮像システムは、600nm~720nm、より好ましくは610nm~700nm、より好ましくは620nm~680nm、より好ましくは630nm~660nm、より好ましくは640nm~650nmのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Rを含む。
きわめて特に好ましくは、本発明の撮像システムは、380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Bに加えて、490nm超から585nmまでのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Gと、585nm超から750nmまでのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Rと、を含む。
380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Bは、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で、好ましくはビームガイドエレメントの少なくとも0.1cm、より好ましくは少なくとも0.5cm、より好ましくは少なくとも1cm、より好ましくは少なくとも2cm、より好ましくは少なくとも3cm、より好ましくは少なくとも5cm、より好ましくは少なくとも7cm、より好ましくは少なくとも9cmの平面上で、10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適している。好ましくは、380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有するレーザー光源Bは、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で、好ましくはビームガイドエレメントの少なくとも0.1cm、より好ましくは少なくとも0.5cm、より好ましくは少なくとも1cm、より好ましくは少なくとも2cm、より好ましくは少なくとも3cm、より好ましくは少なくとも5cm、より好ましくは少なくとも7cm、より好ましくは少なくとも9cmの平面上で、10W/cm超から400W/cmまで、より好ましくは20W/cm~300W/cm、より好ましくは50W/cm~250W/cm、例えば75W/cm~200W/cmまたは100W/cm~150W/cmの平均表面電力密度を発生させるのに適している。
本発明の撮像システムは、好ましくは、品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/kを有し、F(436nm)<15ppm/Wであるガラスから成る、ビームガイドエレメントを含む。
UV領域のエネルギ性光子の照射によって材料に欠陥が誘起されると、スペクトル透過率の変化が生じる。欠陥が可視スペクトル領域内に位置する場合、これは望ましくない色変化を引き起こす。こうした現象は、特にガラス製の光学部品の場合に望ましくない。驚くべきことに、高いレーザー電力密度では、可視スペクトル領域、例えば455nmにおいても、従来の光源ではUV/NUVにおいて放出が行われる場合にしか発生しない種類の欠陥中心が誘起されうること(=ソラリゼーション)がいまや明らかとなっている。特定の説明に限定されるものではないが、ここでは、可視光の照射に対するソラリゼーション効果の発生率は、高い電力密度に伴って生じる非線形の効果に特に帰せられると考えられる。十分な電力密度での励起では2光子吸収が発生可能となり、これは、波長の1/2(例えば455nm/2=227.5nm)における光子のエネルギ、すなわちいわばUV吸収に相当する。従来のUVソラリゼーションとは対照的に、当該効果は、一般に、光源に面するガラスの表面近傍のボリュームには限定されず、光路長全体に沿って生じうる。形成された欠陥中心は新たな吸収帯域を誘起し、これにより透過強度が低下してしまう。
誘起された吸収帯域によって光学材料内/ガラス内の温度が上昇するが、これは、屈折率および幾何学的経路が温度とともに変化して波面のリタデーションが生じ、望ましくない撮像エラーが発生するからである。
ここから、ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適したレーザー光源を備える撮像システムにおいて使用されるビームガイドエレメントの材料に対し、特に高度な要求が生じる。つまり、本発明の1つの課題は、望ましくない撮像エラーを防止するまたは少なくとも大幅に低減する撮像システムを提供することである。
図1に、本発明の撮像システムの例示的な実施形態が概略的に示されている。この実施形態によれば、撮像システムはDLPプロジェクタである。「DLP」なる表現は、「デジタル光処理(Digital Light Processing)」なる用語の略称である。図1に示されている本発明の撮像システムは、レーザー光源1とビームガイドエレメント2とを含んでいる。本発明によれば、撮像システムは、380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源Bを含んでいる。本発明の撮像システム内に2つ以上のレーザー光源を設けることも可能であり、特に、青色レーザー光源に加え、緑色レーザー光源および/または赤色レーザー光源を設けてもよい。図1では簡明性のために単一のボックスとして表されているレーザー光源1は、例えば3つの異なる色のダイオードレーザー、特に青色ダイオードレーザー、緑色ダイオードレーザーおよび赤色ダイオードレーザーであってよい。また、青色レーザー光源のみを設けることもできる。幾つかの実施形態では、青色レーザー光源から放出された青色光は、変換器、特にセラミック変換器により、ルミネセンス発光を介して、より長い波長を有する光、例えば黄色光、緑色光、赤色光および/または黄緑色光に変換することができる。
図1に示されているDLPプロジェクタでは、レーザー光源1が、青色光、緑色光および赤色光(矢印5によって表されている)を放出する。このことは、例えば、レーザー光源1が青色、緑色および赤色のダイオードレーザーの存在を表すことによって達成することができる。また、青色レーザーのみを設け、変換器材料を使用することで付加的に放出される緑色光および赤色光が生成されるようにすることもできる。レーザー光源1から放出された3つの色5は、レーザー光源1を出た後、ビームガイドエレメント2に到達する。ビームガイドエレメント2は、少なくとも1つのプリズム、例えば複数のプリズムを含むプリズム装置であってよい。プリズム装置は、例えば2つまたは3つのプリズムから構成されうる。矢印6は、ビームガイドエレメント2がレーザー光源1から放出された3つの色の光を画像生成チップ3へ向かって偏向させることを示している。好ましくは、3つの色(青色、緑色および赤色)の各光がそれぞれの画像生成チップ3へ向かって偏向される。簡明性のために、図1には、画像生成チップ3を表す1つのボックスのみが示されている。好ましい画像生成チップ3はDLPチップ3である。好ましくは、撮像システムは、各色チャネルにつき1つずつの画像生成チップ3を含む。したがって、図1に示されているボックスは、好ましくは(それぞれ青色用、緑色用および赤色用の)3つの画像生成チップ3、特に3つのDLPチップ3を表している。
DLPチップ3によって生成された画像(特にそれぞれ青色、緑色および赤色の各画像)は、次いで、ビームガイドエレメント2、特にプリズム2またはプリズム装置2に到達する。このことは、矢印7によって示されている。
次いで、ビームガイドエレメント2は、色合成画像を投影光学系4に到達させる。このことは、矢印8によって示されている。
特に、ビームガイドエレメント2の領域では、表面電力密度がきわめて高くなることがある。したがって、ビームガイドエレメント2が、本発明による品質係数を有するガラスから成ることが重要である。
課題は特に、ビームガイドエレメントが、品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/kを有し、F(436nm)<15ppm/Wであるガラスから成ることによって解決される。
品質係数Fは、本明細書で見出される組み合わせにおいて、撮像誤差の低減につながる様々な要因を考慮している。考慮される係数には、波長依存性の係数および波長非依存性の係数の双方が含まれる。波長436nmでの品質係数F(436nm)は、380nm~490nmのスペクトル領域におけるガラスの挙動を表現している。当該領域はさらに、可視スペクトル領域全体におけるガラスの挙動も表現している。好ましくは、F(436nm)<15ppm/Wである。
380nm~490nmの領域外の波長でのガラスの挙動も、幾つかのケースでは、それほど規模は大きくないとはいえ、画像誤差に寄与する可能性がある。ガラスの品質を記述するには、基本的には品質係数F(436nm)で十分である。しかし、特定のケースでは、波長436nmでのガラスの挙動だけでなく、490nm超から585nmまでの波長領域の代表としての波長546nmでの挙動、および/または585nm超から750nmまでの波長領域の代表としての波長644nmでの挙動も考慮することが有意となりうる。好ましくは、ビームガイドエレメントは、品質係数F(546nm)=S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/kを有し、ここでF(546nm)<12ppm/Wであるガラス、および/または品質係数F(644nm)=S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/kを有し、ここでF(644nm)<10ppm/Wであるガラスから成る。
436nm、546nmおよび644nmでのガラスの挙動から、品質係数F(RGB)を決定することができる。好ましくは、ビームガイドエレメントは、品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/kを有し、F(RGB)<40ppm/Wであるガラスから成る。
品質係数Fは、ガラスの加熱度S(λ)、非誘起吸光度Ext(λ)、誘起吸光度Ext(λ)および熱伝導率kを考慮している。加熱度、非誘起吸光度および誘起吸光度は、波長依存性の量である。熱伝導率は波長に依存しない。非誘起吸光度Ext(λ)は、送出時状態におけるまたは所期の通りの使用の前の吸光度の尺度として用いることができる。誘起吸光度Ext(λ)は、適切な操作によって潜在的に誘起される吸光度の尺度として用いることができる。
好ましくは、F(436nm)<15ppm/Wである。より好ましくは、F(436nm)は、最大14.5ppm/W、より好ましくは最大14ppm/W、より好ましくは最大13.5ppm/W、より好ましくは最大13ppm/W、より好ましくは最大12.5ppm/W、より好ましくは最大12ppm/W、より好ましくは最大11.5ppm/W、より好ましくは最大11ppm/W、より好ましくは最大10.5ppm/W、より好ましくは最大10ppm/W、より好ましくは最大9.5ppm/W、より好ましくは最大9ppm/W、より好ましくは最大8.5ppm/W、より好ましくは最大8ppm/W、より好ましくは最大7.5ppm/W、より好ましくは最大7ppm/W、より好ましくは最大6.5ppm/W、より好ましくは最大6ppm/W、より好ましくは最大5.5ppm/W、より好ましくは最大5ppm/W、より好ましくは最大4.5ppm/W、より好ましくは最大4ppm/W、より好ましくは最大3.5ppm/W、より好ましくは最大3ppm/Wである。幾つかの実施形態では、F(436nm)は、少なくとも0.1ppm/W、少なくとも0.5ppm/W、少なくとも1ppm/W、または少なくとも2ppm/Wである。
好ましくは、F(546nm)<12ppm/Wである。より好ましくは、F(546nm)は、最大11.5ppm/W、より好ましくは最大11ppm/W、より好ましくは最大10.5ppm/W、より好ましくは最大10ppm/W、より好ましくは最大9.5ppm/W、より好ましくは最大9ppm/W、より好ましくは最大8.5ppm/W、より好ましくは最大8ppm/W、より好ましくは最大7.5ppm/W、より好ましくは最大7ppm/W、より好ましくは最大6.5ppm/W、より好ましくは最大6ppm/W、より好ましくは最大5.5ppm/W、より好ましくは最大5ppm/W、より好ましくは最大4.5ppm/W、より好ましくは最大4ppm/W、より好ましくは最大3.5ppm/W、より好ましくは最大3ppm/W、より好ましくは最大2.5ppm/W、より好ましくは最大2ppm/Wである。幾つかの実施形態では、F(546nm)は、少なくとも0.001ppm/W、少なくとも0.005ppm/W、少なくとも0.01ppm/W、少なくとも0.02ppm/W、少なくとも0.1ppm/W、少なくとも0.5ppm/W、または少なくとも1ppm/Wである。
好ましくは、F(644nm)<10ppm/Wである。より好ましくは、F(644nm)は、最大9.5ppm/W、より好ましくは最大9ppm/W、より好ましくは最大8.5ppm/W、より好ましくは最大8ppm/W、より好ましくは最大7.5ppm/W、より好ましくは最大7ppm/W、より好ましくは最大6.5ppm/W、より好ましくは最大6ppm/W、より好ましくは最大5.5ppm/W、より好ましくは最大5ppm/W、より好ましくは最大4.5ppm/W、より好ましくは最大4ppm/W、より好ましくは最大3.5ppm/W、より好ましくは最大3ppm/W、より好ましくは最大2.75ppm/W、より好ましくは最大2.5ppm/W、より好ましくは最大2.25ppm/W、より好ましくは最大2ppm/W、より好ましくは最大1.75ppm/W、より好ましくは最大1.5ppm/W、より好ましくは最大1.25ppm/W、より好ましくは最大1ppm/Wである。幾つかの実施形態では、F(546nm)は、少なくとも0.001ppm/W、少なくとも0.005ppm/W、少なくとも0.01ppm/Wまたは少なくとも0.02ppm/W、少なくとも0.1ppm/W、少なくとも0.5ppm/W、または少なくとも0.75ppm/Wである。
したがって、好ましくは、ビームガイドエレメントは、品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/kを有し、F(RGB)<40ppm/Wであるガラスから成る。好ましくは、F(RGB)は、最大38.5ppm/W、より好ましくは最大37ppm/W、より好ましくは最大35.5ppm/W、より好ましくは最大34ppm/W、より好ましくは最大32.5ppm/W、より好ましくは最大31ppm/Wより好ましくは最大29.5ppm/W、より好ましくは最大28ppm/W、より好ましくは最大26.5ppm/W、より好ましくは最大25ppm/W、より好ましくは最大23.5ppm/W、より好ましくは最大22ppm/W、より好ましくは最大20.5ppm/W、より好ましくは最大19ppm/W、より好ましくは最大17.5ppm/W、より好ましくは最大16ppm/W、より好ましくは最大14.5ppm/W、より好ましくは最大13ppm/W、より好ましくは最大11.5ppm/W、より好ましくは最大10ppm/W、より好ましくは最大9ppm/W、より好ましくは最大8ppm/W、より好ましくは最大7ppm/W、より好ましくは最大6ppm/Wである。幾つかの実施形態では、F(RGB)は、少なくとも0.5ppm/W、少なくとも1ppm/W、少なくとも2ppm/W、または少なくとも5ppm/Wである。
品質係数Fに決定的な影響を及ぼす量は、波長依存性の加熱度S(λ)である。加熱度とは、温度Tに関しての光路s=(n-1)×dの相対変化量を表しており、ここで、nは屈折率であり、dはサンプル厚さである。S=1/s×ds/dTが成り立つ。d=d(T)およびn=n(T)であるので、S=1/s×(dn/dT×d+(n-1)dd/dT)が成り立つ。したがって、S=1/(n-1)×dn/dT+1/d×dd/dT=1/(n-1)×dn/dT+CTEである。CTEとは、温度膨張係数または熱膨張係数(英語:coefficient of thermal expansion)である。
熱膨張係数は、好ましくはDIN51045-1:2005-08およびDIN ISO7991 1998-02の記載に従って決定される。ここでは、規定の長さのガラスサンプルが用意され、温度間隔(dT)あたりの長さの相対変化量(dL/L)が膨張計において測定される。加熱度S(λ)の計算には、好ましくは-30℃~+70℃の温度間隔における平均熱膨張係数が使用される。低い熱膨張係数が有利であり、特に-30℃~70℃の温度領域(CTE(-30/70))における熱膨張係数が有利である。好ましくは、CTE(-30/70)は、3.0ppm/K~14.0ppm/K、特に4.0ppm/K~10.0ppm/K、4.5ppm/K~9.5ppm/K、5.0ppm/K~8.0ppm/K、および/または5.5ppm/K~7.5ppm/K、例えば5.6ppm/K~7.3ppm/K、または5.7ppm/K~7.2ppm/Kの領域にある。
dn/dTの決定は、温度チャンバ内に配置されたプリズム分光計(全プリズムを有する)を用いて行うことができる。全体偏向角が最小となる構成での測定が好ましい。これは、この場合に、偏向角および既知のプリズム角によるのみで屈折率を計算することができるからである。
なお、より好ましくは、dn/dTの決定はハーフプリズム法によって行われる。このために、ハーフプリズムの形態のサンプルが、温度調節されたサンプルチャンバ内へ導入される。プリズムに対してそれぞれ異なる波長の光が照射され、そのつど偏向角が求められる。その際にチャンバ内の温度が変化する。これにより、屈折率値が波長と温度との関数として得られる。加熱度S(λ)の計算には、好ましくは、+20℃~+40℃の温度領域での平均dn/dTが用いられる。熱レンズ効果の規模を最小限に抑えるためには、温度による屈折率の変化量(dn/dT)が特に20℃~40℃の温度領域内で可能な限り小さくなると有利である。好ましくは、20℃~40℃の温度領域における波長436nm、波長546nmおよび/または波長644nmでの平均dn/dTは、0.1ppm/K~8.0ppm/K、特には0.2ppm/K~7.0ppm/K、0.3ppm/K~6.0ppm/K、および/または0.4ppm/K~5.0ppm/Kの領域にあり、ここでの数値は平均dn/dTの絶対値(大きさ)に基づく。
上述したように、誘起吸収帯域はガラス内部の温度上昇を引き起こし、これにより屈折率および幾何学的経路が温度とともに変化すると、波面のリタデーションが生じ、望ましくない撮像エラーが生じる。したがって、温度による光路の変化(加熱度S)は、好ましくは小さい。このようにして、誘起吸収帯域が存在する場合にも、撮像エラーを最小化することができる。
好ましくは、S(436nm)は、最大50ppm/K、より好ましくは最大30ppm/K、より好ましくは最大25ppm/K、より好ましくは最大20ppm/K、より好ましくは最大15ppm/K、より好ましくは最大10ppm/Kである。幾つかの実施形態では、S(436nm)は、少なくとも0.1ppm/K、少なくとも0.5ppm/K、少なくとも1ppm/K、または少なくとも2ppm/Kである。
好ましくは、S(546nm)は、最大50ppm/K、より好ましくは最大30ppm/K、より好ましくは最大25ppm/K、より好ましくは最大20ppm/K、より好ましくは最大15ppm/K、より好ましくは最大10ppm/Kである。幾つかの実施形態では、S(546nm)は、少なくとも0.1ppm/K、少なくとも0.5ppm/K、少なくとも1ppm/K、または少なくとも2ppm/Kである。
好ましくは、S(644nm)は、最大50ppm/K、より好ましくは最大30ppm/K、より好ましくは最大25ppm/K、より好ましくは最大20ppm/K、より好ましくは最大15ppm/K、より好ましくは最大10ppm/Kである。幾つかの実施形態では、S(644nm)は、少なくとも0.1ppm/K、少なくとも0.5ppm/K、少なくとも1ppm/K、または少なくとも2ppm/Kである。
好ましくは、S(436nm)、S(546nm)およびS(644nm)は、最大50ppm/K、より好ましくは最大30ppm/K、より好ましくは最大25ppm/K、より好ましくは最大20ppm/K、より好ましくは最大15ppm/K、より好ましくは最大10ppm/Kである。幾つかの実施形態では、S(436nm)、S(546nm)およびS(644nm)は、少なくとも0.1ppm/K、少なくとも0.5ppm/K、少なくとも1ppm/K、または少なくとも2ppm/Kである。
さらに重要な量は、非誘起吸光度Extおよび誘起吸光度Extである。Ext(λ)は、サンプルへの照射後の波長λにおける1cmあたりの(Ext(λ)に比べて)追加された吸光度を記述している。誘起吸光度Extは、就中、照射源のタイプに依存する。高強度の青色光の照射において材料のソラリゼーション安定性を評価するために、波長455nmのレーザー照射により345W/cmの電力密度で72時間にわたって照射を行うと有利であることが判明している。高い電力密度とサンプルの均一な照射の双方を達成するために、光導波のコンセプトを利用する照射のアプローチが開発されている。好ましくは、照射前にサンプルが全ての側面で研磨され、レーザー光が全反射(TIR)の角度で入射面(好ましくは4×4mm)へと照射される。これにより、55Wレーザーを用いれば、345W/cmの電力密度の照射が生じる。本開示における「電力密度」とは、別の記載がない限り、「入力電力密度」をいうものとする。
誘起吸光度Ext(λ)とは、本発明によれば、波長455nmのレーザー照射により345W/cmの電力密度で72時間にわたって照射を行った後、100mmのサンプル厚さdを有するサンプルの、波長λでの1cmあたりの(Ext(λ)に比べて)追加された吸光度を記述したものである。これに対して、非誘起吸光度Ext(λ)とは、照射前の100mmのサンプル厚さdを有するサンプルの、波長λでの1cmあたりの吸光度を記述したものである。非誘起吸光度Ext(λ)および誘起吸光度Ext(λ)は、照射前および照射後に分光光度計を用いてサンプルの透過率を検査することにより求めることができる。
サンプルサイズは、好ましくは100mm×4mm×4mmである。この場合、100mmの寸法が、上で既に述べたように、サンプル厚さdと称される。
ExtおよびExtが低いと有利である。したがって、2つの値は合計として品質係数Fに寄与する。
低い非誘起吸光度Extは、これによりいわば事前の照射なしに低い出力吸光度が生じることから有利である。
低い誘起吸光度Extも同様に有利である。これは、照射後にも過度の吸光が生じず、これによりソラリゼーション耐性の尺度となることを示している。吸光度Ext(λ)は、被除数としての波長λの入射放射Iおよび波長λの出射放射Iの商の自然対数と、除数としてのサンプル厚さdとの商として記述され、すなわちExt(λ)=In(I/I)/dである。このようにして、ExtおよびExtの双方を求めることができる。既に上で述べたように、本発明でのサンプルの厚さdは100mmである。
好ましくは、Ext(436nm)は、0.01/cm未満、より好ましくは最大0.008/cm、より好ましくは最大0.005/cm、より好ましくは最大0.004/cm、より好ましくは最大0.003/cm、より好ましくは最大0.002/cmである。幾つかの実施形態では、Ext(436nm)は、少なくとも0.0001/cm、少なくとも0.0002/cm、少なくとも0.0003/cm、または少なくとも0.0005/cmである。
好ましくは、Ext(546nm)は、0.01/cm未満、より好ましくは最大0.008/cm、より好ましくは最大0.005/cm、より好ましくは最大0.004/cm、より好ましくは最大0.003/cm、より好ましくは最大0.002/cm、より好ましくは最大0.0015/cm、より好ましくは最大0.001/cmである。幾つかの実施形態では、Ext(546nm)は、少なくとも0.0001/cm、少なくとも0.0002/cm、少なくとも0.0003/cm、または少なくとも0.0005/cmである。
好ましくは、Ext(644nm)は、0.01/cm未満、より好ましくは最大0.008/cm、より好ましくは最大0.005/cm、より好ましくは最大0.004/cm、より好ましくは最大0.003/cm、より好ましくは最大0.002/cm、より好ましくは0.0015/cm未満である。幾つかの実施形態では、Ext(644nm)は、少なくとも0.0001/cm、少なくとも0.0002/cm、少なくとも0.0003/cm、または少なくとも0.0005/cmである。
好ましくは、Ext(436nm)、Ext(546nm)およびExt(644nm)は、0.01/cm未満、より好ましくは最大0.008/cm、より好ましくは最大0.005/cm、より好ましくは最大0.004/cm、より好ましくは最大0.003/cm、より好ましくは最大0.002/cmである。幾つかの実施形態では、Ext(436nm)、Ext(546nm)およびExt(644nm)は、少なくとも0.0001/cm、少なくとも0.0002/cm、少なくとも0.0003/cm、または少なくとも0.0005/cmである。
好ましくは、Ext(436nm)は、0.01/cm未満、より好ましくは最大0.0095/cm、より好ましくは最大0.009/cm、より好ましくは最大0.0085/cm、より好ましくは最大0.008/cm、より好ましくは最大0.0075/cm、より好ましくは最大0.007/cm、より好ましくは最大0.0065/cm、より好ましくは最大0.006/cm、より好ましくは最大0.0055/cm、より好ましくは最大0.005/cm、より好ましくは最大0.004/cm、より好ましくは最大0.0035/cm、より好ましくは最大0.003/cm、より好ましくは最大0.0025/cm、より好ましくは最大0.002/cm、より好ましくは最大0.0015/cmである。幾つかの実施形態では、Ext(436nm)は、少なくとも0.0001/cm、少なくとも0.0002/cm、少なくとも0.0005/cm、少なくとも0.001/cm、少なくとも0.0015/cm、または少なくとも0.002/cmである。
好ましくは、Ext(546nm)は、0.01/cm未満、より好ましくは最大0.0095/cm、より好ましくは最大0.009/cm、より好ましくは最大0.0085/cm、より好ましくは最大0.008/cm、より好ましくは最大0.0075/cm、より好ましくは最大0.007/cm、より好ましくは最大0.0065/cm、より好ましくは最大0.006/cm、より好ましくは最大0.0055/cm、より好ましくは最大0.005/cm、より好ましくは最大0.0045/cm、より好ましくは最大0.004/cm、より好ましくは最大0.0035/cm、より好ましくは最大0.003/cm、より好ましくは最大0.0025/cm、より好ましくは最大0.002/cm、より好ましくは最大0.0015/cm、より好ましくは最大0.001/cmである。幾つかの実施形態では、Ext(546nm)は、少なくとも0.0001/cm、少なくとも0.0002/cm、少なくとも0.0003/cm、または少なくとも0.0005/cmである。
好ましくは、Ext(644nm)は、0.009/cm未満、より好ましくは最大0.0085/cm、より好ましくは最大0.008/cm、より好ましくは最大0.0075/cm、より好ましくは最大0.007/cm、より好ましくは最大0.0065/cm、より好ましくは最大0.006/cm、より好ましくは最大0.0055/cm、より好ましくは最大0.005/cm、より好ましくは最大0.0045/cm、より好ましくは最大0.004/cm、より好ましくは最大0.003/cm、より好ましくは最大0.002/cm、より好ましくは最大0.0015/cm、より好ましくは最大0.001/cm、より好ましくは最大0.0005/cmである。幾つかの実施形態では、Ext(644nm)は、少なくとも0.0001/cm、少なくとも0.0002/cm、少なくとも0.0003/cm、または少なくとも0.0005/cmである。
好ましくは、Ext(436nm)、Ext(546nm)およびExt(644nm)は、0.009/cm未満、より好ましくは最大0.0085/cm、より好ましくは最大0.008/cm、より好ましくは最大0.0075/cm、より好ましくは最大0.007/cm、より好ましくは最大0.0065/cm、より好ましくは最大0.006/cm、より好ましくは最大0.0055/cm、より好ましくは最大0.005/cm、より好ましくは最大0.0045/cm、より好ましくは最大0.004/cm、より好ましくは最大0.0035/cmである。幾つかの実施形態では、Ext(436nm)、Ext(546nm)およびExt(644nm)は、少なくとも0.0001/cm、少なくとも0.0002/cm、少なくとも0.0003/cm、または少なくとも0.0005/cmである。
特にプロジェクタでの使用のために、青色、緑色および赤色のスペクトル領域において誘起される吸光度が合計として低い場合、特に有利である。好ましくは、Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)<0.0310/cmが成り立つ。より好ましくは、Ext(RGB)は、0.03/cm未満、より好ましくは最大0.0275/cm、より好ましくは最大0.025/cm、より好ましくは最大0.0225/cm、より好ましくは最大0.02/cm、より好ましくは最大0.0175/cm、より好ましくは最大0.0153/cm、より好ましくは最大0.015/cm、より好ましくは最大0.0125cm、より好ましくは最大0.01/cm、より好ましくは最大0.009/cm、より好ましくは最大0.008/cm、より好ましくは最大0.007/cm、より好ましくは最大0.0061/cm、より好ましくは最大0.006/cm、より好ましくは最大0.0057/cm、より好ましくは最大0.005/cm、より好ましくは最大0.004/cm、より好ましくは最大0.003/cm、より好ましくは最大0.0025/cm、より好ましくは最大0.002/cmである。幾つかの実施形態では、Ext(RGB)は、少なくとも0.0001/cm、少なくとも0.0002/cm、少なくとも0.0003/cm、少なくとも0.0005/cm、または少なくとも0.001/cmである。
別の重要な量は熱伝導率kである。熱伝導率は、密度、比熱容量および熱伝導率の積である。密度は、好ましくはアルキメデスの原理(特にASTM C693:1993)に従って求められる。密度の温度依存性を算定するために、膨張挙動が、好ましくは膨張計によって、DIN51045-1:2005-08およびDIN ISO7991:1998-02に記載されているように求められる。比熱容量は、好ましくは、DIN51007:2019-04に従ったDSC(ダイナミック示差走査熱量測定、英語:“differential scanning calorimetry”)によって求められる。熱伝導率は、好ましくは、ASTM E1461:2013に従ったフラッシュ分析によって求められる。
高い熱伝導率kは、ビーム路における光学ガラスの定常的な温度上昇を制限する。好ましくは、熱伝導率kは、0.005W/(cm・K)超、より好ましくは少なくとも0.006W/(cm・K)、より好ましくは少なくとも0.007W/(cm・K)、より好ましくは少なくとも0.008W/(cm・K)、例えば少なくとも0.009W/(cm・K)、または少なくとも0.010W/(cm・K)である。幾つかの実施形態では、熱伝導率kは、最大0.050W/(cm・K)、最大0.040W/(cm・K)、最大0.030W/(cm・K)、最大0.020W/(cm・K)、または最大0.015W/(cm・K)である。
上述したように、ビームガイドエレメントは、青色光の照射において特段の規模でソラリゼーション耐性を有するガラスから形成されている。当該ガラスは、熱レンズ効果の発生を大幅に低減するので、プロジェクタおよび材料加工における対応する用途にとって有利である。付加的に、別の側面も熱レンズ効果を低減することに寄与しうる。例えば(レーザー光の吸収によって)蓄積された所与の局所的な熱エネルギに対し、熱伝導率が増大するにつれて定常的に生じる温度差が小さくなり、このため温度に起因する撮像誤差も小さくなる。したがって、高い熱伝導率kが有利である。
用途に応じて、屈折率も所定の役割を果たすことができる。好ましくは、波長436nm、波長546nmおよび/または波長644nmにおける屈折率は、1.45~1.65の領域にある。
本発明による品質係数を有するガラスを得るために、多様なガラスファミリを使用できることが判明している。ガラスは、フッ化リン酸ガラス、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、リン酸ニオブガラス、およびアルミノホウケイ酸ガラスから成る群から選択されることが好ましい。特段の関連要因としては、以下で説明するように、使用される清澄剤、ならびにMnOを含む不純物に関して使用される原材料の純度が挙げられる。
好ましくは、ビームガイドエレメントは、次の成分を記載の割合(重量%)で含むガラスから成る。
ここで、次の条件、すなわち
(i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO成分、
(ii)少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
(iii)少なくとも0.005重量%のCeO成分、
のうちの少なくとも1つが満たされている。
好ましくは、上の条件のうち少なくとも2つが満たされる。ガラスは、例えば、1.0ppm未満のMnO成分ならびに少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分を有しうる。ガラスは、例えば、1.0ppm未満のMnO成分および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有しうる。ガラスは、例えば、少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分ならびに少なくとも0.005重量%のCeO成分を有しうる。
ガラスはまた、1.0ppm未満のMnO成分、少なくとも0.1重量%のSnO成分、少なくとも0.05重量%のCl成分、および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有していてもよい。
言及した手段およびその組み合わせによって、本発明による品質係数に関する利点が得られることが判明している。
ガラス製造用の原料にはMnOが不純物として含まれている。このため、MnOを全く含まないガラスを提供することはできない。しかし、原料の選択によって、MnO不純物を低減することができる。市販の原料では、MnOの割合が1.0ppmをつねに上回るガラスが得られる。特に純粋な原料を選択することにより、MnOの割合を1.0ppm未満となる値にまで低減することができる。好ましくは、MnOの割合は、最大0.9ppm、より好ましくは最大0.8ppm、より好ましくは最大0.7ppm、より好ましくは最大0.6ppm、より好ましくは最大0.5ppm、より好ましくは最大0.4ppm、より好ましくは最大0.3ppm、より好ましくは最大0.2ppm、より好ましくは最大0.15ppm、より好ましくは最大0.1ppmである。本発明の実施形態では、MnO成分は、少なくとも0.01ppm、少なくとも0.02ppm、または少なくとも0.05ppmである。ガラスのMnO成分は、例えば、0.01ppmから1.0ppm未満まで、0.01ppm~0.9ppm、0.01ppm~0.8ppm、0.01ppm~0.7ppm、0.01ppm~0.6ppm、0.01ppm~0.5ppm、0.01ppm~0.4ppm、0.01ppm~0.3ppm、0.01ppm~0.2ppm、0.01ppm~0.15ppm、0.01ppm~0.1ppm、0.02ppmから1.0ppm未満まで、0.02ppm~0.9ppm、0.02ppm~0.8ppm、0.02ppm~0.7ppm、0.02ppm~0.6ppm、0.02ppm~0.5ppm、0.02ppm~0.4ppm、0.02ppm~0.3ppm、0.02ppm~0.2ppm、0.02ppm~0.15ppm、0.02ppm~0.1ppm、0.05ppmから1.0ppm未満まで、0.05ppm~0.9ppm、0.05ppm~0.8ppm、0.05ppm~0.7ppm、0.05ppm~0.6ppm、0.05ppm~0.5ppm、0.05ppm~0.4ppm、0.05ppm~0.3ppm、0.05ppm~0.2ppm、0.05ppm~0.15ppm、または0.05ppm~0.1ppmの領域にあってよい。
また、Sn/Cl精製により品質係数を改善することもできる。この場合特に、比較的高いSnO成分が有利であると判明している。ガラスのSnO成分は、好ましくは少なくとも0.1重量%、より好ましくは少なくとも0.15重量%、より好ましくは少なくとも0.2重量%、より好ましくは少なくとも0.25重量%、より好ましくは少なくとも0.3重量%、より好ましくは少なくとも0.35重量%、より好ましくは少なくとも0.4重量%である。ガラスのCl成分は、好ましくは少なくとも0.05重量%、より好ましくは少なくとも0.1重量%である。ガラスは、好ましくは、少なくとも0.3重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、より好ましくは少なくとも0.4重量%のSnO成分および少なくとも0.1重量%のCl成分を有する。
本発明の実施形態では、SnO成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%であり、かつ/またはCl成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%である。SnO成分は例えば0.1重量%~1.0重量%の領域にあってよく、かつ/またはCl成分が0.05重量%~1.0重量%の領域にあってよい。好ましくは、SnO成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、または最大0.45重量%である。SnO含量がきわめて多い場合、結晶化傾向が高まることがある。好ましくは、Cl成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、最大0.45重量%、または最大0.4重量%である。Cl含量がきわめて多い場合、槽の腐食が生じたりまたはガラスが不安定になったりすることがある。
Clの重量割合に対するSnOの重量割合の比は、好ましくは1:5~5:1、例えば、1:4~4:1、1:3~3:1、1:2~2:1、または1:1.5~1.5:1の領域にある。したがって、特に良好な品質係数を達成することができる。特に好ましくは、SnOの割合はClの割合よりも低い。
また、CeOを使用して品質係数を改善することもできる。CeOは、殊に望ましくないことにExt値の上昇をもたらす。しかしながら、驚くべきことに、低い割合のCeOにより、Ext値の低下がExt値の上昇を上回って補償することでソラリゼーション耐性が改善され、これにより品質係数が改善されることが見出された。好ましくは、CeO成分は、少なくとも0.005重量%、より好ましくは少なくとも0.01重量%である。好ましくは、CeO成分は、最大0.05重量%または最大0.04重量%である。好ましくは、CeO成分は、0.005重量%~0.05重量%、例えば0.01重量%~0.04重量%の領域にある。
特に、ガラスが少なくとも0.005重量%または少なくとも0.01重量%の割合でCeOを含有する実施形態では、ガラスは、好ましくは0.3重量%未満、より好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%のTiOを含有するか、または特に好ましくは実質的にTiOを含有しない。
本発明のガラスは、例えばフッ化リン酸ガラスであってよい。本発明の特に好ましいフッ化リン酸ガラスは、次の成分を、記載の割合(重量%)で含む。
ここで、次の条件、すなわち
(i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO成分、
(ii)少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
(iii)少なくとも0.005重量%のCeO成分、
のうちの少なくとも1つが満たされている。
好ましくは、上の条件のうち少なくとも2つが満たされる。フッ化リン酸ガラスは、例えば、1.0ppm未満のMnO成分ならびに少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分を有しうる。フッ化リン酸ガラスは、例えば1.0ppm未満のMnO成分および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有しうる。フッ化リン酸ガラスは、例えば少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分ならびに少なくとも0.005重量%のCeO成分を有することができる。
また、フッ化リン酸ガラスは、1.0ppm未満のMnO成分、少なくとも0.1重量%のSnO成分、少なくとも0.05重量%のCl成分、および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有していてもよい。
言及した手段およびその組み合わせによって、本発明による品質係数に関する利点が得られることが判明している。
ガラス製造用の原料にはMnOが不純物として含まれている。このため、MnOを全く含まないフッ化リン酸ガラスを提供することはできない。しかし、原料の選択によって、MnO不純物を低減することができる。市販の原料では、MnOの割合が1.0ppmをつねに上回るガラスが得られる。特に純粋な原料を選択することにより、MnOの割合を1.0ppm未満となる値にまで低減することができる。好ましくは、MnOの割合は、最大0.9ppm、より好ましくは最大0.8ppm、より好ましくは最大0.7ppm、より好ましくは最大0.6ppm、より好ましくは最大0.5ppm、より好ましくは最大0.4ppm、より好ましくは最大0.3ppm、より好ましくは最大0.2ppm、より好ましくは最大0.15ppm、より好ましくは最大0.1ppmである。本発明の実施形態では、MnO成分は、少なくとも0.01ppm、少なくとも0.02ppm、または少なくとも0.05ppmである。フッ化リン酸ガラスのMnO成分は、例えば、0.01ppmから1.0ppm未満まで、0.01ppm~0.9ppm、0.01ppm~0.8ppm、0.01ppm~0.7ppm、0.01ppm~0.6ppm、0.01ppm~0.5ppm、0.01ppm~0.4ppm、0.01ppm~0.3ppm、0.01ppm~0.2ppm、0.01ppm~0.15ppm、0.01ppm~0.1ppm、0.02ppmから1.0ppm未満まで、0.02ppm~0.9ppm、0.02ppm~0.8ppm、0.02ppm~0.7ppm、0.02ppm~0.6ppm、0.02ppm~0.5ppm、0.02ppm~0.4ppm、0.02ppm~0.3ppm、0.02ppm~0.2ppm、0.02ppm~0.15ppm、0.02ppm~0.1ppm、0.05ppmから1.0ppm未満まで、0.05ppm~0.9ppm、0.05ppm~0.8ppm、0.05ppm~0.7ppm、0.05ppm~0.6ppm、0.05ppm~0.5ppm、0.05ppm~0.4ppm、0.05ppm~0.3ppm、0.05ppm~0.2ppm、0.05ppm~0.15ppm、または0.05ppm~0.1ppmの領域にあってよい。
また、Sn/Cl精製により品質係数を改善することもできる。この場合特に、比較的高いSnO成分が有利であると判明している。フッ化リン酸ガラスのSnO成分は、好ましくは少なくとも0.1重量%、より好ましくは少なくとも0.15重量%、より好ましくは少なくとも0.2重量%、より好ましくは少なくとも0.25重量%、より好ましくは少なくとも0.3重量%、より好ましくは少なくとも0.35重量%、より好ましくは少なくとも0.4重量%である。フッ化リン酸ガラスのCl成分は、好ましくは少なくとも0.05重量%、より好ましくは少なくとも0.1重量%である。フッ化リン酸ガラスは、好ましくは、少なくとも0.3重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、より好ましくは少なくとも0.4重量%のSnO成分および少なくとも0.1重量%のCl成分を有する。本発明の実施形態では、SnO成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%であり、かつ/またはCl成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%である。SnO成分は例えば0.1重量%~1.0重量%の領域にあってよく、かつ/またはCl成分が0.05重量%~1.0重量%の領域にあってよい。好ましくは、SnO成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、または最大0.45重量%である。SnO含量がきわめて多い場合、結晶化傾向が高まることがある。好ましくは、Cl成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、最大0.45重量%、または最大0.4重量%である。Cl含量がきわめて多い場合、槽の腐食が生じたりまたはガラスが不安定になったりすることがある。
Clの割合に対するSnOの割合の比は、好ましくは1:5~5:1、例えば、1:4~4:1、1:3~3:1、1:2~2:1、または1:1.5~1.5:1の領域にある。したがって、特に良好な品質係数を達成することができる。特に好ましくは、SnOの割合はClの割合よりも低い。
また、CeOを使用して品質係数を改善することもできる。CeOは、殊に望ましくないことにExt値の上昇をもたらす。しかしながら、驚くべきことに、低い割合のCeOにより、Ext値の低下がExt値の上昇を上回って補償することでソラリゼーション耐性が改善され、これにより品質係数が改善されることが見出された。好ましくは、CeO成分は、少なくとも0.005重量%、より好ましくは少なくとも0.01重量%である。好ましくは、CeO成分は、最大0.05重量%または最大0.04重量%である。好ましくは、CeO成分は、0.005重量%~0.05重量%、例えば0.01重量%~0.04重量%の領域にある。
本発明のフッ化リン酸ガラスは、好ましくは0.3重量%未満、より好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%のSiO、B、LiO、NaO、KO、ZnO、TiO、ZrO、La、SbおよびAsの各成分を含有するか、または特に好ましくはこれらの成分を含有しない。特にフッ化リン酸ガラスが少なくとも0.005重量%または少なくとも0.01重量%の割合のCeOを含有する実施形態では、当該ガラスは、好ましくは0.3重量%未満、より好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%のTiOを含有するか、または特に好ましくは実質的にTiOを含有しない。
好ましくは、フッ化リン酸ガラスは、7.5重量%~22.5重量%、より好ましくは10重量%~20重量%、より好ましくは14重量%~19重量%の割合のAlを含有する。Al成分は、例えば、少なくとも7.5重量%、少なくとも10重量%、または少なくとも14重量%でありうる。Al成分は、例えば、最大22.5重量%、最大20重量%、または最大19重量%であってよい。
好ましくは、フッ化リン酸ガラスは、MgOを、1.5重量%~7.5重量%、より好ましくは2重量%~5重量%、より好ましくは2.5重量%~3.5重量%の割合で含有する。MgO成分は、例えば、少なくとも1.5重量%、少なくとも2重量%、または少なくとも2.5重量%でありうる。MgO成分は、例えば、最大7.5重量%、最大5重量%、または最大3.5重量%であってよい。
好ましくは、フッ化リン酸ガラスは、CaOを、7.5重量%~15重量%、より好ましくは9重量%~14重量%、より好ましくは10重量%~13重量%の割合で含有する。CaO成分は、例えば、少なくとも7.5重量%、少なくとも9重量%、または少なくとも10重量%でありうる。MgO成分は、例えば、最大15重量%、最大14重量%、または最大13重量%であってよい。
好ましくは、フッ化リン酸ガラスは、BaOを、11重量%~25重量%、より好ましくは12重量%~20重量%、より好ましくは13重量%~17重量%の割合で含有する。BaO成分は、例えば、少なくとも11重量%、少なくとも12重量%、または少なくとも13重量%でありうる。BaO成分は、例えば、最大25重量%、最大20重量%、または最大17重量%であってよい。
好ましくは、フッ化リン酸ガラスは、SrOを、15重量%~24重量%、より好ましくは16重量%~23重量%、より好ましくは16.5重量%~22重量%の割合で含有する。SrO成分は、例えば、少なくとも15重量%、少なくとも16重量%、または少なくとも16.5重量%でありうる。SrO成分は、例えば、最大24重量%、最大23重量%、または最大22重量%であってよい。
好ましくは、フッ化リン酸ガラスは、Pを、6重量%~12重量%、より好ましくは7重量%~11重量%、より好ましくは8重量%~10重量%の割合で含有する。P成分は、例えば、少なくとも6重量%、少なくとも7重量%、または少なくとも8重量%でありうる。P成分は、例えば、最大12重量%、最大11重量%、または最大10重量%であってよい。
好ましくは、フッ化リン酸ガラスは、Fを、20重量%~40重量%、より好ましくは25重量%~35重量%、より好ましくは27.5重量%~32.5重量%の割合で含有する。F成分は、例えば、少なくとも20重量%、少なくとも25重量%、または少なくとも27.5重量%でありうる。F成分は、例えば、最大40重量%、最大35重量%、または最大32.5重量%であってよい。
本発明のガラスは、例えばケイ酸ガラスであってもよい。本発明の特に好ましいケイ酸ガラスは、次の成分を、記載の割合(重量%)で含む。
ここで、次の条件、すなわち
(i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO成分、
(ii)少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
(iii)少なくとも0.005重量%のCeO成分、
のうちの少なくとも1つが満たされている。
好ましくは、上の条件のうち少なくとも2つが満たされる。ケイ酸ガラスは、例えば、1.0ppm未満のMnO成分ならびに少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分を有しうる。ケイ酸ガラスは、例えば、1.0ppm未満のMnO成分、および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有しうる。ケイ酸ガラスは、例えば、少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分ならびに少なくとも0.005重量%のCeO成分を有しうる。
また、ケイ酸ガラスは、1.0ppm未満のMnO成分、少なくとも0.1重量%のSnO成分、少なくとも0.05重量%のCl成分、および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有していてもよい。
言及した手段およびその組み合わせによって、本発明による品質係数に関する利点が得られることが判明している。
ガラス製造用の原料にはMnOが不純物として含まれている。このため、MnOを全く含まないケイ酸ガラスを提供することはできない。しかし、原料の選択によって、MnO不純物を低減することができる。市販の原料では、MnOの割合が1.0ppmをつねに上回るガラスが得られる。特に純粋な原料を選択することにより、MnOの割合を1.0ppm未満となる値にまで低減することができる。好ましくは、MnOの割合は、最大0.9ppm、より好ましくは最大0.8ppm、より好ましくは最大0.7ppm、より好ましくは最大0.6ppm、より好ましくは最大0.5ppm、より好ましくは最大0.4ppm、より好ましくは最大0.3ppm、より好ましくは最大0.2ppm、より好ましくは最大0.15ppm、より好ましくは最大0.1ppmである。本発明の実施形態では、MnO成分は、少なくとも0.01ppm、少なくとも0.02ppm、または少なくとも0.05ppmである。ケイ酸ガラスのMnO成分は、例えば、0.01ppmから1.0ppm未満まで、0.01ppm~0.9ppm、0.01ppm~0.8ppm、0.01ppm~0.7ppm、0.01ppm~0.6ppm、0.01ppm~0.5ppm、0.01ppm~0.4ppm、0.01ppm~0.3ppm、0.01ppm~0.2ppm、0.01ppm~0.15ppm、0.01ppm~0.1ppm、0.02ppmから1.0ppm未満まで、0.02ppm~0.9ppm、0.02ppm~0.8ppm、0.02ppm~0.7ppm、0.02ppm~0.6ppm、0.02ppm~0.5ppm、0.02ppm~0.4ppm、0.02ppm~0.3ppm、0.02ppm~0.2ppm、0.02ppm~0.15ppm、0.02ppm~0.1ppm、0.05ppmから1.0ppm未満まで、0.05ppm~0.9ppm、0.05ppm~0.8ppm、0.05ppm~0.7ppm、0.05ppm~0.6ppm、0.05ppm~0.5ppm、0.05ppm~0.4ppm、0.05ppm~0.3ppm、0.05ppm~0.2ppm、0.05ppm~0.15ppm、または0.05ppm~0.1ppmの領域にあってよい。
また、Sn/Cl精製により品質係数を改善することもできる。この場合特に、比較的高いSnO成分が有利であると判明している。ケイ酸ガラスのSnO成分は、好ましくは少なくとも0.1重量%、より好ましくは少なくとも0.15重量%、より好ましくは少なくとも0.2重量%、より好ましくは少なくとも0.25重量%、より好ましくは少なくとも0.3重量%、より好ましくは少なくとも0.35重量%、より好ましくは少なくとも0.4重量%である。ケイ酸ガラスのCl成分は、好ましくは少なくとも0.05重量%、より好ましくは少なくとも0.1重量%である。ケイ酸ガラスは、好ましくは、少なくとも0.3重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、より好ましくは少なくとも0.4重量%のSnO成分および少なくとも0.1重量%のCl成分を有する。本発明の実施形態では、SnO成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%であり、かつ/またはCl成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%である。SnO成分は例えば0.1重量%~1.0重量%の領域にあってよく、かつ/またはCl成分が0.05重量%~1.0重量%の領域にあってよい。好ましくは、SnO成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、または最大0.45重量%である。SnO含量がきわめて多い場合、結晶化傾向が高まることがある。好ましくは、Cl成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、最大0.45重量%、または最大0.4重量%である。Cl含量がきわめて多い場合、槽の腐食が生じたりまたはガラスが不安定になったりすることがある。
Clの重量割合に対するSnOの重量割合の比は、好ましくは1:5~5:1、例えば、1:4~4:1、1:3~3:1、1:2~2:1、または1:1.5~1.5:1の領域にある。したがって、特に良好な品質係数を達成することができる。特に好ましくは、SnOの割合はClの割合よりも低い。
また、CeOを使用して品質係数を改善することもできる。CeOは、殊に望ましくないことにExt値の上昇をもたらす。しかしながら、驚くべきことに、低い割合のCeOにより、Ext値の低下がExt値の上昇を上回って補償することでソラリゼーション耐性が改善され、これにより品質係数が改善されることが見出された。好ましくは、CeO成分は、少なくとも0.005重量%、より好ましくは少なくとも0.01重量%である。好ましくは、CeO成分は、最大0.05重量%または最大0.04重量%である。好ましくは、CeO成分は、0.005重量%~0.05重量%、例えば0.01重量%~0.04重量%の領域にある。
本発明のケイ酸ガラスは、好ましくは0.3重量%未満、より好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%のB、Al、MgO、CaO、SrO、TiO、P、F、Sb、およびAsの各成分を含有するか、または特に好ましくはこれらの成分を含有しない。特にケイ酸ガラスが少なくとも0.005重量%または少なくとも0.01重量%の割合のCeOを含有する実施形態では、当該ガラスは、好ましくは0.3重量%未満、より好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%のTiOを含有するか、または特に好ましくは実質的にTiOを含有しない。
好ましくは、ケイ酸ガラスは、SiOを、35重量%~50重量%、より好ましくは37.5重量%~47.5重量%、より好ましくは40重量%~45重量%の割合で含有する。SiO成分は、例えば、少なくとも35重量%、少なくとも37.5重量%、または少なくとも40重量%でありうる。SiO成分は、例えば、最大50重量%、最大47.5重量%、または最大45重量%であってよい。
好ましくは、ケイ酸ガラスは、LiOを、0.2重量%~4重量%、より好ましくは0.4重量%~2重量%、より好ましくは0.5重量%~1.5重量%の割合で含有する。LiO成分は、例えば、少なくとも0.2重量%、少なくとも0.4重量%、または少なくとも0.5重量%でありうる。LiO成分は、例えば、最大4重量%、最大2重量%、または最大1.5重量%であってよい。
好ましくは、ケイ酸ガラスは、NaOを、2重量%~15重量%、より好ましくは3重量%~10重量%、より好ましくは4重量%~7.5重量%の割合で含有する。NaO成分は、例えば、少なくとも2重量%、少なくとも3重量%、または少なくとも4重量%でありうる。NaO成分は、例えば、最大15重量%、最大10重量%、または最大7.5重量%であってよい。
好ましくは、ケイ酸ガラスは、KOを、1重量%~10重量%、より好ましくは1.5重量%~7.5重量%、より好ましくは2重量%~5重量%の割合で含有する。KO成分は、例えば、少なくとも1重量%、少なくとも1.5重量%、または少なくとも2重量%でありうる。KO成分は、例えば、最大10重量%、最大7.5重量%、または最大5重量%であってよい。
ケイ酸ガラス中のアルカリ金属酸化物(RO)成分の総量は、好ましくは1重量%~20重量%、より好ましくは2重量%~15重量%、より好ましくは5重量%~12.5重量%の領域にある。RO成分は、例えば、少なくとも1重量%、少なくとも2重量%、または少なくとも5重量%でありうる。RO成分は、例えば、最大20重量%、最大15重量%、または最大12.5重量%であってよい。ガラスは、好ましくは、LiO、NaOおよび/またはKO以外の他のアルカリ金属酸化物を含有しない。
好ましくは、ケイ酸ガラスは、BaOを、2重量%~25重量%、より好ましくは5重量%~20重量%、より好ましくは7.5重量%~15重量%の割合で含有する。BaO成分は、例えば、少なくとも2重量%、少なくとも5重量%、または少なくとも7.5重量%でありうる。BaO成分は、例えば、最大25重量%、最大20重量%、または最大15重量%であってよい。
好ましくは、ケイ酸ガラスは、ZnOを、5重量%~30重量%、より好ましくは10重量%~27.5重量%、より好ましくは15重量%~25重量%の割合で含有する。ZnO成分は、例えば、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、または少なくとも15重量%でありうる。ZnO成分は、例えば、最大30重量%、最大27.5重量%、または最大25重量%であってよい。
好ましくは、ケイ酸ガラスは、ZrOを、1.5重量%~10重量%、より好ましくは2重量%~8.5重量%、より好ましくは3重量%~7重量%の割合で含有する。ZrO成分は、例えば、少なくとも1.5重量%、少なくとも2重量%、または少なくとも3重量%でありうる。ZrO成分は、例えば、最大10重量%、最大8.5重量%、または最大7重量%であってよい。
好ましくは、ケイ酸ガラスは、Laを、2重量%~20重量%、より好ましくは5重量%~15重量%、より好ましくは7.5重量%~12.5重量%の割合で含有する。La成分は、例えば、少なくとも2重量%、少なくとも5重量%、または少なくとも7.5重量%でありうる。La成分は、例えば、最大20重量%、最大15重量%、または最大12.5重量%であってよい。
本発明のガラスは、例えばホウケイ酸ガラスであってもよい。本発明の特に好ましいホウケイ酸ガラスは、次の成分を、記載の割合(重量%)で含む。
ここで、次の条件、すなわち
(i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO成分、
(ii)少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
(iii)少なくとも0.005重量%のCeO成分、
のうちの少なくとも1つが満たされている。
好ましくは、上の条件のうち少なくとも2つが満たされる。ホウケイ酸ガラスは、例えば、1.0ppm未満のMnO成分ならびに少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分を有しうる。ホウケイ酸ガラスは、例えば、1.0ppm未満のMnO成分、および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有しうる。ホウケイ酸ガラスは、例えば、少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分ならびに少なくとも0.005重量%のCeO成分を有しうる。
また、ホウケイ酸ガラスは、1.0ppm未満のMnO成分、少なくとも0.1重量%のSnO成分、少なくとも0.05重量%のCl成分、および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有していてもよい。
言及した手段およびその組み合わせによって、本発明による品質係数に関する利点が得られることが判明している。
ガラス製造用の原料にはMnOが不純物として含まれている。このため、MnOを全く含まないホウケイ酸ガラスを提供することはできない。しかし、原料の選択によって、MnO不純物を低減することができる。市販の原料では、MnOの割合が1.0ppmをつねに上回るガラスが得られる。特に純粋な原料を選択することにより、MnOの割合を1.0ppm未満となる値にまで低減することができる。好ましくは、MnOの割合は、最大0.9ppm、より好ましくは最大0.8ppm、より好ましくは最大0.7ppm、より好ましくは最大0.6ppm、より好ましくは最大0.5ppm、より好ましくは最大0.4ppm、より好ましくは最大0.3ppm、より好ましくは最大0.2ppm、より好ましくは最大0.15ppm、より好ましくは最大0.1ppmである。本発明の実施形態では、MnO成分は、少なくとも0.01ppm、少なくとも0.02ppm、または少なくとも0.05ppmである。ホウケイ酸ガラスのMnO成分は、例えば、0.01ppmから1.0ppm未満まで、0.01ppm~0.9ppm、0.01ppm~0.8ppm、0.01ppm~0.7ppm、0.01ppm~0.6ppm、0.01ppm~0.5ppm、0.01ppm~0.4ppm、0.01ppm~0.3ppm、0.01ppm~0.2ppm、0.01ppm~0.15ppm、0.01ppm~0.1ppm、0.02ppmから1.0ppm未満まで、0.02ppm~0.9ppm、0.02ppm~0.8ppm、0.02ppm~0.7ppm、0.02ppm~0.6ppm、0.02ppm~0.5ppm、0.02ppm~0.4ppm、0.02ppm~0.3ppm、0.02ppm~0.2ppm、0.02ppm~0.15ppm、0.02ppm~0.1ppm、0.05ppmから1.0ppm未満まで、0.05ppm~0.9ppm、0.05ppm~0.8ppm、0.05ppm~0.7ppm、0.05ppm~0.6ppm、0.05ppm~0.5ppm、0.05ppm~0.4ppm、0.05ppm~0.3ppm、0.05ppm~0.2ppm、0.05ppm~0.15ppm、または0.05ppm~0.1ppmの領域にあってよい。
また、Sn/Cl精製により品質係数を改善することもできる。この場合特に、比較的高いSnO成分が有利であると判明している。ホウケイ酸ガラスのSnO成分は、好ましくは少なくとも0.1重量%、より好ましくは少なくとも0.15重量%、より好ましくは少なくとも0.2重量%、より好ましくは少なくとも0.25重量%、より好ましくは少なくとも0.3重量%、より好ましくは少なくとも0.35重量%、より好ましくは少なくとも0.4重量%である。ホウケイ酸ガラスのCl成分は、好ましくは少なくとも0.05重量%、より好ましくは少なくとも0.1重量%である。ホウケイ酸ガラスは、好ましくは、少なくとも0.3重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、より好ましくは少なくとも0.4重量%のSnO成分および少なくとも0.1重量%のCl成分を有する。本発明の実施形態では、SnO成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%であり、かつ/またはCl成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%である。SnO成分は例えば0.1重量%~1.0重量%の領域にあってよく、かつ/またはCl成分が0.05重量%~1.0重量%の領域にあってよい。好ましくは、SnO成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、または最大0.45重量%である。SnO含量がきわめて多い場合、結晶化傾向が高まることがある。好ましくは、Cl成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、最大0.45重量%、または最大0.4重量%である。Cl含量がきわめて多い場合、槽の腐食が生じたりまたはガラスが不安定になったりすることがある。
Clの重量割合に対するSnOの重量割合の比は、好ましくは1:5~5:1、例えば、1:4~4:1、1:3~3:1、1:2~2:1、または1:1.5~1.5:1の領域にある。したがって、特に良好な品質係数を達成することができる。特に好ましくは、SnOの割合はClの割合よりも低い。
また、CeOを使用して品質係数を改善することもできる。CeOは、殊に望ましくないことにExt値の上昇をもたらす。しかしながら、驚くべきことに、低い割合のCeOにより、Ext値の低下がExt値の上昇を上回って補償することでソラリゼーション耐性が改善され、これにより品質係数が改善されることが見出された。好ましくは、CeO成分は、少なくとも0.005重量%、より好ましくは少なくとも0.01重量%である。好ましくは、CeO成分は、最大0.05重量%または最大0.04重量%である。好ましくは、CeO成分は、0.005重量%~0.05重量%、例えば0.01重量%~0.04重量%の領域にある。
本発明のホウケイ酸ガラスは、好ましくは0.3重量%未満、より好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%のAl、LiO、MgO、ZnO、SrO、ZrO、La、PおよびAsの各成分を含有するか、または特に好ましくはこれらの成分を含有しない。特にホウケイ酸ガラスが少なくとも0.005重量%または少なくとも0.01重量%の割合のCeOを含有する実施形態では、当該ガラスは、好ましくは0.3重量%未満、より好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%のTiOを含有するか、または特に好ましくは実質的にTiOを含有しない。
好ましくは、ホウケイ酸ガラスは、SiOを、52.5重量%~77.5重量%、より好ましくは55重量%~75重量%、より好ましくは57.5重量%~72.5重量%の割合で含有する。SiO成分は、例えば、少なくとも52.5重量%、少なくとも55重量%、または少なくとも57.5重量%でありうる。SiO成分は、例えば、最大77.5重量%、最大75重量%、または最大72.5重量%であってよい。
好ましくは、ホウケイ酸ガラスは、Bを、5重量%~25重量%、より好ましくは7.5重量%~20重量%、より好ましくは9重量%~19重量%の割合で含有する。B成分は、例えば、少なくとも5重量%、少なくとも7.5重量%、または少なくとも9重量%でありうる。B成分は、例えば、最大25重量%、最大20重量%、または最大19重量%であってよい。
好ましくは、ホウケイ酸ガラスは、NaOを、0重量%~17.5重量%、より好ましくは0重量%~15重量%、より好ましくは9重量%~12.5重量%の割合で含有する。特定の実施形態では、ガラスは、少なくとも2重量%、少なくとも5重量%、または少なくとも8重量%のNaOを含有する。NaO成分は、例えば、最大17.5重量%、最大15重量%、または最大12.5重量%であってよい。
好ましくは、ホウケイ酸ガラスは、KOを、2重量%~24重量%、より好ましくは4重量%~23重量%、より好ましくは6重量%~22重量%の割合で含有する。KO成分は、例えば、少なくとも2重量%、少なくとも4重量%、または少なくとも6重量%でありうる。KO成分は、例えば、最大24重量%、最大23重量%、または最大22重量%であってよい。
好ましくは、ホウケイ酸ガラス中のアルカリ金属酸化物(RO)成分の総量は、5重量%~30重量%、より好ましくは10重量%~25重量%、より好ましくは15重量%~22重量%の領域にある。RO成分は、例えば、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、または少なくとも15重量%でありうる。RO成分は、例えば、最大30重量%、最大25重量%、または最大22重量%であってよい。ガラスは、好ましくは、NaOおよび/またはKO以外の他のアルカリ金属酸化物を含有しない。
好ましくは、ホウケイ酸ガラスは、CaOを、0重量%~5重量%、より好ましくは0重量%~2重量%、より好ましくは0重量%~1重量%の割合で含有する。特定の実施形態では、ガラスは、少なくとも0.1重量%または少なくとも0.2重量%のCaOを含有する。CaO成分は、例えば、最大5重量%、最大2重量%、または最大1重量%であってよい。
好ましくは、ホウケイ酸ガラスは、BaOを、0重量%~5重量%、より好ましくは0重量%~3.5重量%、より好ましくは0重量%~2重量%の割合で含有する。特定の実施形態では、ガラスは、少なくとも0.1重量%のBaOを含有する。BaO成分は、例えば、最大5重量%、最大3.5重量%、または最大2重量%であってよい。
好ましくは、ホウケイ酸ガラスは、TiOを、0重量%~2重量%、より好ましくは0重量%~1重量%、より好ましくは0重量%~0.5重量%の割合で含有する。特定の実施形態では、ガラスは、少なくとも0.1重量%のTiOを含有する。TiO成分は、例えば、最大2重量%、最大1重量%、または最大0.5重量%であってよい。
好ましくは、ホウケイ酸ガラスは、Fを、0重量%~15重量%、より好ましくは0重量%~12.5重量%、より好ましくは0重量%~10重量%の割合で含有する。特定の実施形態では、ガラスは、少なくとも1重量%、少なくとも2重量%、または少なくとも5重量%のFを含有する。F成分は、例えば、最大15重量%、最大12.5重量%、または最大10重量%であってよい。
ホウケイ酸ガラスは、Sbを、0.01重量%~0.45重量%、より好ましくは0.01重量%~0.4重量%、より好ましくは0.01重量%~0.35重量%の割合で含有することができる。
本発明のガラスは、例えばアルミノホウケイ酸ガラスであってもよい。本発明の特に好ましいアルミノホウケイ酸ガラスは、次の成分を、記載の割合(重量%)で含む。
ここで、次の条件、すなわち
(i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO成分、
(ii)少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
(iii)少なくとも0.005重量%のCeO成分、
のうちの少なくとも1つが満たされている。
好ましくは、上の条件のうち少なくとも2つが満たされる。アルミノホウケイ酸ガラスは、例えば、1.0ppm未満のMnO成分ならびに少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分を有しうる。アルミノホウケイ酸ガラスは、例えば、1.0ppm未満のMnO成分、および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有しうる。アルミノホウケイ酸ガラスは、例えば、少なくとも0.1重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分ならびに少なくとも0.005重量%のCeO成分を有しうる。
また、アルミノホウケイ酸ガラスは、1.0ppm未満のMnO成分、少なくとも0.1重量%のSnO成分、少なくとも0.05重量%のCl成分、および少なくとも0.005重量%のCeO成分を有していてもよい。
言及した手段およびその組み合わせによって、本発明による品質係数に関する利点が得られることが判明している。
ガラス製造用の原料にはMnOが不純物として含まれている。このため、MnOを全く含まないアルミノホウケイ酸ガラスを提供することはできない。しかし、原料の選択によって、MnO不純物を低減することができる。市販の原料では、MnOの割合が1.0ppmをつねに上回るガラスが得られる。特に純粋な原料を選択することにより、MnOの割合を1.0ppm未満となる値にまで低減することができる。好ましくは、MnOの割合は、最大0.9ppm、より好ましくは最大0.8ppm、より好ましくは最大0.7ppm、より好ましくは最大0.6ppm、より好ましくは最大0.5ppm、より好ましくは最大0.4ppm、より好ましくは最大0.3ppm、より好ましくは最大0.2ppm、より好ましくは最大0.15ppm、より好ましくは最大0.1ppmである。本発明の実施形態では、MnO成分は、少なくとも0.01ppm、少なくとも0.02ppm、または少なくとも0.05ppmである。アルミノホウケイ酸ガラスのMnO成分は、例えば、0.01ppmから1.0ppm未満まで、0.01ppm~0.9ppm、0.01ppm~0.8ppm、0.01ppm~0.7ppm、0.01ppm~0.6ppm、0.01ppm~0.5ppm、0.01ppm~0.4ppm、0.01ppm~0.3ppm、0.01ppm~0.2ppm、0.01ppm~0.15ppm、0.01ppm~0.1ppm、0.02ppmから1.0ppm未満まで、0.02ppm~0.9ppm、0.02ppm~0.8ppm、0.02ppm~0.7ppm、0.02ppm~0.6ppm、0.02ppm~0.5ppm、0.02ppm~0.4ppm、0.02ppm~0.3ppm、0.02ppm~0.2ppm、0.02ppm~0.15ppm、0.02ppm~0.1ppm、0.05ppmから1.0ppm未満まで、0.05ppm~0.9ppm、0.05ppm~0.8ppm、0.05ppm~0.7ppm、0.05ppm~0.6ppm、0.05ppm~0.5ppm、0.05ppm~0.4ppm、0.05ppm~0.3ppm、0.05ppm~0.2ppm、0.05ppm~0.15ppm、または0.05ppm~0.1ppmの領域にあってよい。
また、Sn/Cl精製により品質係数を改善することもできる。この場合特に、比較的高いSnO成分が有利であると判明している。アルミノホウケイ酸ガラスのSnO成分は、好ましくは少なくとも0.1重量%、より好ましくは少なくとも0.15重量%、より好ましくは少なくとも0.2重量%、より好ましくは少なくとも0.25重量%、より好ましくは少なくとも0.3重量%、より好ましくは少なくとも0.35重量%、より好ましくは少なくとも0.4重量%である。アルミノホウケイ酸ガラスのCl成分は、好ましくは少なくとも0.05重量%、より好ましくは少なくとも0.1重量%である。アルミノホウケイ酸ガラスは、好ましくは、少なくとも0.3重量%のSnO成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、より好ましくは少なくとも0.4重量%のSnO成分および少なくとも0.1重量%のCl成分を有する。本発明の実施形態では、SnO成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%であり、かつ/またはCl成分が最大1.0重量%または最大0.5重量%である。SnO成分は例えば0.1重量%~1.0重量%の領域にあってよく、かつ/またはCl成分が0.05重量%~1.0重量%の領域にあってよい。好ましくは、SnO成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、または最大0.45重量%である。SnO含量がきわめて多い場合、結晶化傾向が高まることがある。好ましくは、Cl成分は、最大1.0重量%、例えば、最大0.75重量%、最大0.5重量%、最大0.45重量%、または最大0.4重量%である。Cl含量がきわめて多い場合、槽の腐食が生じたりまたはガラスが不安定になったりすることがある。
Clの重量割合に対するSnOの重量割合の比は、好ましくは1:5~5:1、例えば、1:4~4:1、1:3~3:1、1:2~2:1、または1:1.5~1.5:1の領域にある。したがって、特に良好な品質係数を達成することができる。特に好ましくは、SnOの割合はClの割合よりも低い。
また、CeOを使用して品質係数を改善することもできる。CeOは、殊に望ましくないことにExt値の上昇をもたらす。しかしながら、驚くべきことに、低い割合のCeOにより、Ext値の低下がExt値の上昇を上回って補償することでソラリゼーション耐性が改善され、これにより品質係数が改善されることが見出された。好ましくは、CeO成分は、少なくとも0.005重量%、より好ましくは少なくとも0.01重量%である。好ましくは、CeO成分は、最大0.05重量%または最大0.04重量%である。好ましくは、CeO成分は、0.005重量%~0.05重量%、例えば0.01重量%~0.04重量%の領域にある。
本発明のアルミノホウケイ酸ガラスは、好ましくは0.3重量%未満、より好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%のLiO、MgO、CaO、SrO、TiO、ZrO、La、PおよびAsの各成分を含有するか、または特に好ましくはこれらの成分を含有しない。特にアルミノホウケイ酸ガラスが少なくとも0.005重量%または少なくとも0.01重量%の割合のCeOを含有する実施形態では、当該ガラスは、好ましくは0.3重量%未満、より好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%のTiOを含有するか、または特に好ましくは実質的にTiOを含有しない。
好ましくは、アルミノホウケイ酸ガラスは、SiOを、62.5重量%~77.5重量%、より好ましくは65重量%~75重量%、より好ましくは67.5重量%~72.5重量%の割合で含有する。SiO成分は、例えば、少なくとも62.5重量%、少なくとも65重量%、または少なくとも67.5重量%でありうる。SiO成分は、例えば、最大77.5重量%、最大75重量%、または最大72.5重量%であってよい。
好ましくは、アルミノホウケイ酸ガラスは、Bを、7.5重量%~25重量%、より好ましくは10重量%~20重量%、より好ましくは12.5重量%~17.5重量%の割合で含有する。B成分は、例えば、少なくとも7.5重量%、少なくとも10重量%、または少なくとも12.5重量%でありうる。B成分は、例えば、最大25重量%、最大20重量%、または最大17.5重量%であってよい。
好ましくは、アルミノホウケイ酸ガラスは、NaOを、0.2重量%~10重量%、より好ましくは0.5重量%~5重量%、より好ましくは1重量%~3重量%の割合で含有する。NaO成分は、例えば、少なくとも0.2重量%、少なくとも0.5重量%、または少なくとも1重量%であってよい。NaO成分は、例えば、最大10重量%、最大5重量%、または最大3重量%であってよい。
好ましくは、アルミノホウケイ酸ガラスは、KOを、2重量%~17.5重量%、より好ましくは5重量%~15重量%、より好ましくは10重量%~14重量%の割合で含有する。KO成分は、例えば、少なくとも2重量%、少なくとも5重量%、または少なくとも10重量%でありうる。KO成分は、例えば、最大17.5重量%、最大15重量%、または最大14重量%であってよい。
好ましくは、アルミノホウケイ酸ガラス中のアルカリ金属酸化物(RO)成分の総量は、2重量%~25重量%、より好ましくは5重量%~20重量%、より好ましくは10重量%~15重量%の領域にある。RO成分は、例えば、少なくとも2重量%、少なくとも5重量%、または少なくとも10重量%でありうる。RO成分は、例えば、最大25重量%、最大20重量%、または最大15重量%であってよい。ガラスは、好ましくは、NaOおよび/またはKO以外の他のアルカリ金属酸化物を含有しない。
好ましくは、アルミノホウケイ酸ガラスは、BaOを、0.02重量%~5重量%、より好ましくは0.05重量%~2重量%、より好ましくは0.1重量%~1重量%の割合で含有する。BaO成分は、例えば、少なくとも0.02重量%、少なくとも0.05重量%、または少なくとも0.1重量%であってよい。BaO成分は、例えば、最大5重量%、最大2重量%、または最大1重量%であってよい。
好ましくは、アルミノホウケイ酸ガラスは、ZnOを、0.05重量%~5重量%、より好ましくは0.1重量%~2重量%、より好ましくは0.15重量%~1重量%の割合で含有する。ZnO成分は、例えば、少なくとも0.05重量%、少なくとも0.1重量%、または少なくとも0.15重量%であってよい。ZnO成分は、例えば、最大5重量%、最大2重量%、または最大1重量%であってよい。
好ましくは、アルミノホウケイ酸ガラスは、Fを、0.1重量%~5重量%、より好ましくは0.2重量%~2重量%、より好ましくは0.5重量%~1.5重量%の割合で含有する。F成分は、例えば、少なくとも0.1重量%、少なくとも0.2重量%、または少なくとも0.5重量%であってよい。F成分は、例えば、最大5重量%、最大2重量%、または最大1.5重量%であってよい。
アルミノホウケイ酸ガラスは、Sbを、0.02重量%~0.45重量%、より好ましくは0.05重量%~0.4重量%、より好ましくは0.1重量%~0.35重量%の割合で含有することができる。
使用される清澄剤は、殊に使用されるガラス系とは無関係に、特に重要である。したがって、以下の記載は、全てのガラスファミリに当てはまる。
Sn/Cl精製が好ましい。Sn/Cl精製により、特に良好な品質係数が達成可能であることが判明している。Clの重量割合に対するSnOの重量割合の比は、好ましくは1:5~5:1、例えば1:4~4:1、1:3~3:1、1:2~2:1、または1:1.5~1.5:1の領域にある。特に好ましくは、SnOの割合はClの割合よりも少ない。ここで記しているそれぞれは、ガラス中の割合であり、合成物中の割合ではない。Clの場合、合成組成物中の割合は、一般にガラス中の割合よりも大きい。なぜなら、Clは製造の間に蒸発するからである。品質係数に関して特に重要なのは、ガラス中のClの割合に対するSnOの割合の比である。これは特に、合成組成物中のCl成分および方法の実施に関して調整されうる。
好ましくは、本発明のガラス中のAsの割合は、0.3重量%未満、好ましくは最大0.2重量%、より好ましくは最大0.1重量%である。さらにより好ましくは、ガラスはAsを含まない。これにより、特に低いExt値を達成することができる。
好ましくは、本発明のガラス中のSbの割合は、最大0.5重量%、好ましくは最大0.4重量%、より好ましくは最大0.3重量%、例えば最大0.2重量%、または最大0.1重量%である。ガラスはSbを実質的に含まなくてよい。これにより、特に低いExt値を達成することができる。
好ましくは、As+Sbの総量の割合は、最大0.5重量%、好ましくは最大0.4重量%、より好ましくは最大0.3重量%、例えば最大0.2重量%または最大0.1重量%である。ガラスは、AsおよびSbを実質的に含まなくてよい。これにより、特に低いExt値を達成することができる。
ガラスは、Fを、例えば0重量%~45重量%、特に0.5重量%~42.5重量%または5重量%~40重量%の割合で含有することができる。これにより、特に低いExt値を達成することができる。
ガラスはまた、特にCl精製に基づいてClを含有することができる。その割合は、好ましくは2重量%未満、好ましくは1.5重量%未満、より好ましくは1重量%未満である。Cl成分が多すぎると、ガラス上に望ましくない塩沈殿が生じる可能性がある。
本明細書において、ガラスがある成分を含まない、または特定の成分を含まないという場合、これは、当該成分がガラス中にせいぜい不純物として存在しうることを意味する。これは、当該成分が実質的な量で添加されないことを意味する。本発明における実質的でない量とは、いずれの場合にも重量ベースで、500ppm未満、好ましくは300ppm未満、好ましくは100ppm未満、より好ましくは50ppm未満、最も好ましくは10ppm未満の量である。
本発明はまた、本発明による品質係数および/または本発明による誘起吸光度Extを有するガラスからなるビームガイドエレメントに関する。特に、本発明は、品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/kを有し、ここでF(436nm)<15ppm/Wである、ガラスからなるビームガイドエレメントにも関する。また本発明は、品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/kを有し、F(RGB)<40ppm/Wであるガラスから成るビームガイドエレメントにも関する。本発明はまた、誘起吸光度Ext(436nm)を有し、Ext(436nm)<0.01/cmであるガラスから成るビームガイドエレメントにも関する。本発明はまた、誘起吸光度Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)を有し、Ext(RGB)<0.03/cmである、ガラスからなるビームガイドエレメントにも関する。
本発明はまた、次の特性、すなわち、
・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、ここでF(436nm)<15ppm/W、
・品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/k、ここでF(RGB)<40ppm/W、
・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
・誘起吸光度Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)、ここでExt(RGB)<0.03/cm、
のうちの1つもしくは複数、例えばこれらの特性のうちの少なくとも2つもしくは少なくとも3つを有するガラスから成るビームガイドエレメントにも関する。
本発明はまた、次の特性、すなわち
・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、ここでF(436nm)<15ppm/W、
・品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/k、ここでF(RGB)<40ppm/W、
・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
のうちの1つもしくは複数、例えばこれらの特性のうちの少なくとも2つを有するガラスからなるビームガイドエレメントに関する。
本発明はまた、次の特性、すなわち
・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、ここでF(436nm)<15ppm/W、
・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
のうちの1つもしくは複数を有するガラスから成るビームガイドエレメントに関する。
好ましくは、ビームガイドエレメントは、レンズ、導光ロッド、プリズム、フリーフォームまたは非球面であり、特に好ましくはプリズムである。
本発明はまた、本発明による品質係数および/または本発明による誘起吸光度Extを有するガラスに関する。特に、本発明は、品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/kを有し、ここでF(436nm)<15ppm/Wである、ガラスに関する。本発明はまた、品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/kを有し、ここでF(RGB)<40ppm/Wである、ガラスにも関する。本発明はまた、誘起吸光度Ext(436nm)を有し、ここでExt(436nm)<0.01/cmである、ガラスにも関する。本発明はまた、誘起吸光度Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)を有し、ここでExt(RGB)<0.03/cmである、ガラスにも関する。
本発明はまた、次の特性、すなわち、
・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、ここでF(436nm)<15ppm/W、
・品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/k、ここでF(RGB)<40ppm/W、
・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
・誘起吸光度Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)、ここでExt(RGB)<0.03/cm、
のうちの1つもしくは複数、例えばこれらの特性のうち少なくとも2つまたは少なくとも3つを有するガラスにも関する。
本発明はまた、次の特性、すなわち
・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、ここでF(436nm)<15ppm/W、
・品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/k、ここでF(RGB)<40ppm/W、
・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
のうちの1つもしくは複数、例えばこれらの特性のうちの少なくとも2つを有するガラスにも関する。
本発明はまた、次の特性、すなわち
・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、ここでF(436nm)<15ppm/W、
・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
のうちの1つもしくは複数を有するガラスにも関する。
本発明はまた、特にプロジェクタにおける、または材料加工における、本発明の撮像システム、ビームガイドエレメントおよび/またはガラスの使用にも関する。
本発明はまた、本発明の撮像システム、ビームガイドエレメントおよび/またはガラスを含むプロジェクタ、特にDLPプロジェクタにも関する。
本発明の一実施形態の概略図である。DLPプロジェクタとしての撮像システムの例示的な構成が示されている。レーザー光源1で形成された青色、緑色および赤色の3色(矢印5)は、レーザー光源1を出た後にビームガイドエレメント2に到達する。ビームガイドエレメント2は、画像生成チップ3へ向かって光を偏向させる(矢印6)。次いで、画像生成チップ3によって生成された画像(特に青色、緑色および赤色のそれぞれ1つの画像)が、ビームガイドエレメント2に到達する。このことは矢印7によって示されている。ビームガイドエレメント2は、色合成画像が投影光学系4に到達するように制御を行う。このことは矢印8によって示されている。 本発明の実施例1~8および本発明でない比較例Aでの品質係数F(436nm)および品質係数F(RGB)を示す棒グラフである。y軸に示されている数値は「ppm/W」で記されている。 本発明の実施例1~8および本発明でない比較例Aでの誘起吸光度Ext(436nm)およびExt(RGB)を示す棒グラフである。y軸に示されている数値は「1/cm」で記されている。
実施例
本発明の実施例1~8および本発明でない比較例Aでの、サンプル厚さ100mmの例示的なガラスのサンプルに、波長455nmのレーザー光をそれぞれ345W/cmの電力密度で72時間にわたって照射した。高い電力密度とサンプルへの均一な照射との双方を達成するために、照射前にサンプルを全ての側辺で研磨し、4×4mmの大きさの入射面に内部全反射(TIR)の角度でレーザー光を照射した。これにより、55Wレーザーを用いて、345W/cmの電力密度での照射が達成された。ボリューム中の電力密度は約331W/cmであった。
サンプルサイズは100mm×4mm×4mmであった。
ガラスの組成を次の表1に示す(重量%)。
これらのガラスは、MnO成分に関して次のように異なっていた。実施例2におけるMnO成分は0.7ppm(重量ベース)であった。比較例Aでは、MnO成分は1.1ppm(重量ベース)であった。残りの例示的なガラス1およびガラス3~8については、MnO成分はそれぞれ0.1ppm(重量ベース)であった。
品質係数F(436nm)、品質係数F(546nm)、品質係数F(644nm)および品質係数F(RGB)は、上記の式に従って計算した。このために、波長436nm、波長546nmおよび波長644nmについての、加熱度S、非誘起吸光度Extおよび誘起吸光度Extの対応する値と、ガラスの熱伝導率kと、を決定した。結果を図2および図3に示している。次の表2に測定値および計算値をまとめる。
本発明のガラス1~8は、比較例Aとは対照的に、品質係数F(436nm)<15ppm/W、品質係数F(546nm)<12ppm/W、品質係数F(644nm)<10ppm/W、および品質係数F(RGB)<40ppm/Wを有することが見て取れる。さらに、本発明のガラス1~8は、比較例Aとは対照的に、Ext(436nm)<0.01/cmであり、Ext(546nm)<0.01/cmであり、Ext(644nm)<0.009/cmであり、Ext(RGB)<0.03/cmである、誘起吸光度Extを有する。
実施例1~7および比較例Aは、大部分できわめて類似した組成を有する。それぞれがホウケイ酸ガラスである。主な相違点は、実施例1、実施例5および実施例7ならびに比較例AがSbを用いて精製されており、実施例2、実施例3、実施例4および実施例6においてSn/Cl精製が行われていることである。比較例Aでは、従来の原料を用いて製造したところ、1.0ppmを超える比較的高いMnO成分が生じた。実施例2、実施例3、実施例5および実施例7においてはCeOを使用した。実施例1、実施例4および実施例7ならびに比較例Aではさらに、少量のTiOを含有させた。実施例8は、SnOを用いて精製したケイ酸ガラスである。
実施例6では特に良好な結果が得られ、これはSn/Cl精製およびTiOの不存在によって特徴付けられている。
1 レーザー光源
2 ビームガイドエレメント
3 画像生成チップ
4 投影光学系
5 レーザー光源からビームガイドエレメントへ到達した光
6 光がビームガイドエレメントから画像生成チップへ向かって偏向される
7 画像生成チップによって生成された画像がビームガイドエレメントに到達する
8 色合成画像が投影光学系に到達する。

Claims (25)

  1. 撮像システムであって、前記撮像システムは、
    a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源Bと、
    b)ビームガイドエレメントと、
    を備え、
    前記レーザー光源Bは、前記ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、
    前記ビームガイドエレメントは、誘起吸光度Ext(436nm)を有し、Ext(436nm)<0.01/cmであるガラスから成り、
    前記ガラスは、0から50重量%の割合のNb と、0から0.3重量%の割合のTiO と、を含み、
    次の条件、すなわち
    (i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO 成分、
    (ii)少なくとも0.1重量%のSnO 成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
    (iii)少なくとも0.005重量%から多くとも0.05重量%のCeO 成分、
    のうちの少なくとも1つが満たされている、
    撮像システム。
  2. 撮像システムであって、前記撮像システムは、
    a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源Bと、
    b)ビームガイドエレメントと、
    を備え、
    前記レーザー光源は、前記ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、
    前記ビームガイドエレメントは、品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/kを有するガラスから成り、ここで、S(436nm)は、波長436nmでの加熱度であり、Ext(436nm)は、厚さ100mmのサンプルに波長455nmのレーザー光を72時間にわたって345W/cmの電力密度で照射した後の、Ext(436nm)に比べて追加された、波長436nmでの吸光度であり、Ext(436nm)は、厚さ100mmのサンプルにおける相応の照射のない場合の波長436nmでの吸光度であり、kは、熱伝導率であり、F(436nm)<15ppm/Wであ
    前記ガラスは、0から50重量%の割合のNb と、0から0.3重量%の割合のTiO と、を含み、
    次の条件、すなわち
    (i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO 成分、
    (ii)少なくとも0.1重量%のSnO 成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
    (iii)少なくとも0.005重量%から多くとも0.05重量%のCeO 成分、
    のうちの少なくとも1つが満たされている、撮像システム。
  3. 撮像システムであって、前記撮像システムは、
    a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源Bと、490nm超から585nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源Gと、585nm超から750nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源Rと、
    b)ビームガイドエレメントと、
    を備え、
    前記レーザー光源B、前記レーザー光源Gおよび前記レーザー光源Rは、前記ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、
    前記ビームガイドエレメントは、誘起吸光度Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)を有し、Ext(RGB)<0.03/cmであるガラスから成
    前記ガラスは、0から50重量%の割合のNb と、0から0.3重量%の割合のTiO と、を含み、
    次の条件、すなわち
    (i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO 成分、
    (ii)少なくとも0.1重量%のSnO 成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
    (iii)少なくとも0.005重量%から多くとも0.05重量%のCeO 成分、
    のうちの少なくとも1つが満たされている、
    撮像システム。
  4. 撮像システムであって、前記撮像システムは、
    a)380nm~490nmのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源Bと、490nm超から585nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源Gと、585nm超から750nmまでのスペクトル領域に波長λを有する少なくとも1つのレーザー光源Rと、
    b)ビームガイドエレメントと、
    を備え、
    前記レーザー光源B、前記レーザー光源Gおよび前記レーザー光源Rは、前記ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で10W/cm超の平均表面電力密度を発生させるのに適しており、
    前記ビームガイドエレメントは、品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/kを有し、F(RGB)<40ppm/Wであるガラスから成kは、熱伝導率であり、
    前記ガラスは、0から50重量%の割合のNb と、0から0.3重量%の割合のTiO と、を含み、
    次の条件、すなわち
    (i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO 成分、
    (ii)少なくとも0.1重量%のSnO 成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
    (iii)少なくとも0.005重量%から多くとも0.05重量%のCeO 成分、
    のうちの少なくとも1つが満たされている、
    撮像システム。
  5. 前記レーザー光源は、ダイオードレーザーである、
    請求項1から4までのいずれか1項記載の撮像システム。
  6. 前記ビームガイドエレメントは、プリズムである、
    請求項1から5までのいずれか1項記載の撮像システム。
  7. 前記レーザー光源は、前記ビームガイドエレメントの少なくとも1つの点で20W/cm~300W/cmの平均表面電力密度を発生させるのに適している、
    請求項1から6までのいずれか1項記載の撮像システム。
  8. S(436nm)、S(546nm)およびS(644nm)は、最大50ppm/Kである、
    請求項1から7までのいずれか1項記載の撮像システム。
  9. Ext(436nm)、Ext(546nm)およびExt(644nm)は、0.01/cm未満である、
    請求項1から8までのいずれか1項記載の撮像システム。
  10. Ext(436nm)、Ext(546nm)およびExt(644nm)は、0.009/cm未満である、
    請求項1から9までのいずれか1項記載の撮像システム。
  11. 前記熱伝導率kは、0.005W/(cm・K)超である、
    請求項2または4記載の撮像システム。
  12. 20℃~40℃の温度領域における波長436nm、波長546nmおよび/または波長644nmでの平均dn/dTが、0.1ppm/K~8.0ppm/Kの領域にある、
    請求項1から11までのいずれか1項記載の撮像システム。
  13. ビームガイドエレメントであって、前記ビームガイドエレメントは、次の特性、すなわち
    ・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、F(436nm)<15ppm/W、
    ・品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/k、F(RGB)<40ppm/W、
    ・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
    ・誘起吸光度Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)、ここでExt(RGB)<0.03/cm、
    のうちの1つもしくは複数を有するガラスから成kは、熱伝導率であり、
    前記ガラスは、0から50重量%の割合のNb と、0から0.3重量%の割合のTiO と、を含み、
    次の条件、すなわち
    (i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO 成分、
    (ii)少なくとも0.1重量%のSnO 成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
    (iii)少なくとも0.005重量%から多くとも0.05重量%のCeO 成分、
    のうちの少なくとも1つが満たされている、
    ビームガイドエレメント。
  14. ビームガイドエレメントであって、
    前記ビームガイドエレメントは、品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/kを有し、F(436nm)<15ppm/Wであるガラスから成
    前記ガラスは、0から50重量%の割合のNb と、0から0.3重量%の割合のTiO と、を含み、
    次の条件、すなわち
    (i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO 成分、
    (ii)少なくとも0.1重量%のSnO 成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
    (iii)少なくとも0.005重量%から多くとも0.05重量%のCeO 成分、
    のうちの少なくとも1つが満たされている、ビームガイドエレメント。
  15. 前記ビームガイドエレメントは、レンズ、プリズム、非球面、平面プレート、フリーフォーム、高速軸コリメータおよび/または導光ロッドから選択されている、
    請求項13および14のいずれか1項記載のビームガイドエレメント。
  16. ガラスであって、前記ガラスは、次の特性、すなわち
    ・品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k、F(436nm)<15ppm/W、
    ・品質係数F(RGB)=F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/k+S(546nm)×(Ext(546nm)+Ext(546nm))/k+S(644nm)×(Ext(644nm)+Ext(644nm))/k、F(RGB)<40ppm/W、
    ・誘起吸光度Ext(436nm)<0.01/cm、
    ・誘起吸光度Ext(RGB)=Ext(436nm)+Ext(546nm)+Ext(644nm)、ここでExt(RGB)<0.03/cm、
    のうちの1つもしくは複数を有kは、熱伝導率であり、
    前記ガラスは、0から50重量%の割合のNb と、0から0.3重量%の割合のTiO と、を含み、
    次の条件、すなわち
    (i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO 成分、
    (ii)少なくとも0.1重量%のSnO 成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
    (iii)少なくとも0.005重量%から多くとも0.05重量%のCeO 成分、
    のうちの少なくとも1つが満たされている、
    ガラス。
  17. ガラスであって、
    前記ガラスは、品質係数F(436nm)=S(436nm)×(Ext(436nm)+Ext(436nm))/kを有し、F(436nm)<15ppm/Wであkは、熱伝導率であり、
    前記ガラスは、0から50重量%の割合のNb と、0から0.3重量%の割合のTiO と、を含み、
    次の条件、すなわち
    (i)1.0ppm(重量ベース)未満のMnO 成分、
    (ii)少なくとも0.1重量%のSnO 成分および少なくとも0.05重量%のCl成分、
    (iii)少なくとも0.005重量%から多くとも0.05重量%のCeO 成分、
    のうちの少なくとも1つが満たされている、
    ガラス。
  18. プロジェクタまたは材料加工における、請求項1から12までのいずれか1項記載の撮像システムの使用方法。
  19. 請求項1から12までのいずれか1項記載の撮像システムを含む、プロジェクタ。
  20. 前記ガラスは、次の成分を記載の割合(重量%)で含む、
    請求項1から12までのいずれか1項記載の撮像システム。
  21. 前記ガラスは、SiO を30重量%から80重量%の割合で、または、43重量%から80重量%の割合で含む、
    請求項1から12までのいずれか1項記載の撮像システム。
  22. 前記ガラスは、次の成分を記載の割合(重量%)で含む、
    請求項13から15までのいずれか1記載のビームガイドエレメント。
  23. 前記ガラスは、SiO を30重量%から80重量%の割合で、または、43重量%から80重量%の割合で含む、
    請求項13から15までのいずれか1記載のビームガイドエレメント。
  24. 前記ガラスは、次の成分を記載の割合(重量%)で含む、
    請求項16または17記載のガラス。
  25. 前記ガラスは、SiO を30重量%から80重量%の割合で、または、43重量%から80重量%の割合で含む、
    請求項16または17記載のガラス。
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