CN115667163A - 包含在蓝色光谱范围内具有高耐曝晒性的光束导向元件的成像系统 - Google Patents

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CN115667163A CN202180038669.8A CN202180038669A CN115667163A CN 115667163 A CN115667163 A CN 115667163A CN 202180038669 A CN202180038669 A CN 202180038669A CN 115667163 A CN115667163 A CN 115667163A
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Abstract

本发明涉及一种成像系统，其包括至少一个具有蓝色光谱范围内的波长的激光光源及在较高辐射功率密度下具有较高耐曝晒性的光束导向元件。本发明还涉及该成像系统特别是在投影机及材料加工中的应用。

Description

包含在蓝色光谱范围内具有高耐曝晒性的光束导向元件的成 像系统
技术领域
本发明涉及一种成像系统，其包括至少一个具有蓝色光谱范围内的波长的激光光源及在较高辐射功率密度下具有较高耐曝晒性的光束导向元件。本发明还涉及该成像系统特别是在投影机及材料加工中的应用。
背景技术
投影机的光源当前正经历由氙气到激光发光材料及具有不断提高的光通量及功率密度的纯RGB激光源的转变。当前具有激光源的电影放映机例如达到75000流明的光通量及50W/cm2的面积功率密度。随着光通量及功率密度的提高，光学组件的热负荷也有提高，从而对投影质量及长期稳定性造成影响。电影放映机的光学系统通常由大体积棱镜阵列及投影镜头构成。特别是棱镜阵列会承受较高热负荷。因而在低吸收损失(即最大透射率)及低曝晒倾向(即应用中的低诱导吸收损失)方面，对光学玻璃的要求不断提高。
传统氙气式电影放映机的最大光通量为45000流明。而现代激光投影机能够达到75000流明的光通量及50W/cm2乃至更高的面积功率密度。较强的蓝色激光激发转换器中黄光的发射。绿色及黄色频道使用二色性滤光片由黄光中提取。蓝色光的一部分被应用于蓝色频道。在此情况下，将所有三个频道应用于投影。
投影系统通常由复杂的棱镜阵列构成，以便将各色彩频道导往DLP芯片并将信号混合以进行成像。光学路径长度可大于100至200mm。棱镜阵列内的任何光吸收都引起温度梯度及热透镜效应。因此，棱镜玻璃应在可见波长范围内具有尽可能高的透射率。随着投影机的光通量的提高而进一步显著的其他效应是玻璃中的曝晒效应。在棱镜玻璃中因吸收而产生的缺陷中心可能造成透射率下降，从而引起热透镜效应。
此类曝晒效应并非仅与现代投影机的光学系统相关。此类现象也会出现在材料加工领域。
鉴于此，本发明的目的在于提供具有光束导向元件的成像系统，其在蓝色光谱范围内具有较高的耐曝晒性，因而非常适用于投影机及材料加工中的应用。
成像系统尤其是指具有至少一个光源及至少一个光束导向元件(特别是透镜、棱镜、球、平面板、自由形状、快轴准直仪和/或导光杆)的系统。此类导光杆利用玻璃-空气边界上的全反射，并且其长度通常不超过300mm。此类成像系统例如应用于投影机，特别是电影放映机。本文中的成像系统的作用在于通过对光源的光进行针对性光束导向，来例如在银幕上产生观看者可见的影像。最大功率密度通常会出现在棱镜中，特别是在用于混合色彩频道的棱镜中。因此，提供由承受此等功率密度而不会发生严重曝晒效应的材料构成的棱镜光束导向元件具有重要意义。成像系统也可应用于进行材料加工。通过针对性光束导向，例如快轴准直仪，便能将光源的光聚焦于待加工材料上，从而利用光辐射的能量输入来进行材料加工。
发明内容
本发明用以实现上述目的的解决方案为本申请的专利权利要求的主题。本发明用以实现上述目的的解决方案特别是一种成像系统，其包括
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB，以及
b)光束导向元件，
其中，该激光光源B适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，其具有F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k的品质因数，其中F(436nm)<15ppm/W。
本发明用以实现上述目的的解决方案也指一种成像系统，其包括a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB；至少一个激光光源G，其在>490nm至585nm的光谱范围内具有波长λG；以及至少一个激光光源R，其在>585nm至750nm的光谱范围内具有波长λR，及b)光束导向元件，其中，该激光光源B、该激光光源G及该激光光源R适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，其具有F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k的品质因数，其中，F(RGB)<40ppm/W。
本发明用以实现上述目的的解决方案也指一种成像系统，其包括
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB，及
b)光束导向元件，
其中，该激光光源B适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，其具有Ext1(436nm)的诱导消光度，其中，Ext1(436nm)<0.01/cm。
本发明用以实现上述目的的解决方案也指一种成像系统，其包括
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB；至少一个激光光源G，其在>490nm至585nm的光谱范围内具有波长λG；以及至少一个激光光源R，其在>585nm至750nm的光谱范围内具有波长λR，及
b)光束导向元件，其中，该激光光源B、该激光光源G及该激光光源R适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，其具有Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)的诱导消光度，其中，Ext1(RGB)<0.03/cm。
本发明用以实现上述目的的解决方案也指一种成像系统，其包括
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB，以及
b)光束导向元件，
其中，该激光光源B适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，其具有以下特性中的一或多个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm。
本发明用以实现上述目的的解决方案也指一种成像系统，其包括
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB；至少一个激光光源G，其在>490nm至585nm的光谱范围内具有波长λG；以及至少一个激光光源R，其在>585nm至750nm的光谱范围内具有波长λR，及
b)光束导向元件，其中，该激光光源B、该激光光源G及该激光光源R适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，其具有以下特性中的一或多个，例如该特性中的至少两个或至少三个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·品质因数F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k，其中，F(RGB)<40ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm，
·诱导消光度Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)，其中，Ext1(RGB)<0.03/cm。
本发明用以实现上述目的的解决方案也指一种成像系统，其包括
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB；至少一个激光光源G，其在>490nm至585nm的光谱范围内具有波长λG；及至少一个激光光源R，其在>585nm至750nm的光谱范围内具有波长λR，及
b)光束导向元件，其中，该激光光源B、该激光光源G及该激光光源R适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，其具有以下特性中的一或多个，例如该特性中的至少两个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·品质因数F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k，其中，F(RGB)<40ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm。
本发明的成像系统可包括更多组件，如成像芯片(特别是DLP芯片)和/或投影光学件。本发明的成像系统包括激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB。优选地，该成像系统包括激光光源B，其在400nm至485nm、进一步优选420nm至480nm、进一步优选430nm至475nm、进一步优选440nm至470nm、进一步优选445nm至460nm的光谱范围内具有波长λB。
可选地，本发明的成像系统可包括其他激光光源。
本发明的成像系统可包括激光光源G，其在>490nm至585nm的光谱范围内具有波长λG。优选地，该成像系统包括激光光源G，其在510nm至580nm、进一步优选520nm至570nm、进一步优选530nm至560nm、进一步优选540nm至550nm的光谱范围内具有波长λG。
本发明的成像系统可包括激光光源R，其在>585nm至750nm的光谱范围内具有波长λR。优选地，该成像系统包括激光光源R，其在600nm至720nm、进一步优选610nm至700nm、进一步优选620nm至680nm、进一步优选630nm至660nm、进一步优选640nm至650nm的光谱范围内具有波长λR。
尤其优选地，本发明的成像系统除了在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB的激光光源B以外，还具有激光光源G，其在>490nm至585nm的光谱范围内具有波长λG，及激光光源R，其在>585nm至750nm的光谱范围内具有波长λR。
在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB的激光光源B适于在该光束导向元件的至少一个点中、优选在该光束导向元件的至少0.1cm2、进一步优选至少0.5cm2、进一步优选至少1cm2、进一步优选至少2cm2、进一步优选至少3cm2、进一步优选至少5cm2、进一步优选至少7cm2、进一步优选至少9cm2的面积上产生大于10W/cm2的平均面积功率密度。优选地，在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB的激光光源B适于在该光束导向元件的至少一个点中、优选在该光束导向元件的至少0.1cm2、进一步优选至少0.5cm2、进一步优选至少1cm2、进一步优选至少2cm2、进一步优选至少3cm2、进一步优选至少5cm2、进一步优选至少7cm2、进一步优选至少9cm2的面积上产生大于10W/cm2至400W/cm2、进一步优选20W/cm2至300W/cm2、进一步优选50W/cm2至250W/cm2、例如75W/cm2至200W/cm2或100W/cm2至150W/cm2的平均面积功率密度。
本发明的成像系统优选地包括光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k的品质因数，其中，F(436nm)<15ppm/W。
在UV范围内照射高能光子的情况下，会在材料中诱发造成光谱透射率变化的缺陷。此点在可见光谱范围内会造成有害的色彩变化。此种现象在玻璃制成的光学元件上尤为有害。本发明意外地发现，激光功率密度较高时，在例如455nm的可见光谱范围内也可能引发缺陷中心(＝曝晒)，传统光源唯有在UV/NUV范围内进行辐射方会出现此种情形。除非另有说明，本文认为，用可见光进行照射时出现曝晒效应主要源于与高功率密度相关的非线性效应。用足够的功率密度进行激发可能引起双光子吸收，此点相当于半个波长时一个光子的能量(如455nm/2＝227.5nm)，因而大致相当于UV吸收。与传统UV曝晒不同，此种效应通常并非仅限于玻璃的朝向光源的近表面体积，而是可能在沿整个光学路径长度发生。所形成的缺陷中心诱发新的吸收带，从而降低透射强度。
该诱发吸收带在光学材料/玻璃内部引起升温；折射率及几何路径随温度而发生变化，因而产生波前延迟及有害的成像错误。
由此，对应用于成像系统中的光束导向元件的材料提出极高要求，该成像系统包括激光光源，其适于在光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度。因此，本发明的目的在于提供能够防止或者至少大幅减轻有害的成像错误的成像系统。
图1示意性地示出本发明的成像系统的一种例示性实施方式。根据此种实施方式，该成像系统为DLP投影机。“DLP”此一表述为英语术语(数字光处理)的缩写。图1所示本发明的成像系统包括激光光源1及光束导向元件2。根据本发明，该成像系统包括至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB。在本发明的成像系统中也可设有一个以上激光光源，特别是在蓝色激光光源以外也可设有绿色激光光源和/或红色激光光源。图1中简单显示为一个方块的激光光源1例如可表示三个不同色彩的二极管激光器，特别是一个蓝色二极管激光器、一个绿色二极管激光器及一个红色二极管激光器。也可仅设有该蓝色激光光源。在某些实施方式中，可藉由转换器、特别是陶瓷转换器将蓝色激光光源所发射的蓝色光通过发光转换成具有较长波长的光，如转换成黄色、绿色、红色和/或黄绿色的光。
在图1所示DLP投影机中，激光光源1发射蓝色、绿色及红色光(用箭头5表示)。例如可通过以下方式来实现此点：激光光源1表示设有蓝色、绿色及红色的二极管激光器。也可仅设有该蓝色激光器，通过使用转换器材料来产生额外发射的绿色及红色光。激光光源1所发射的三个色彩5在离开激光光源1后到达光束导向元件2。光束导向元件2包括至少一个棱镜并且例如也可表示包括多个棱镜的棱镜阵列。棱镜阵列例如可由两个或三个棱镜构成。箭头6表明，光束导向元件2将激光光源1所发射的该三个色彩偏转至成像芯片3。优选地，该三个色彩(蓝色、绿色及红色)中的每个的光分别被偏转至一个成像芯片3。为清楚起见，图1中仅示出单独一个方块，其表示该成像芯片3。优选地，成像芯片3为DLP芯片3。优选地，该成像系统针对每个色彩频道各包括一个成像芯片3。也就是说，图1所示方块优选表示三个成像芯片3(分别针对蓝色、绿色及红色)，特别是三个DLP芯片3。
随后，该DLP芯片3所产生的影像(特别是分别为蓝色、绿色及红色的影像)到达光束导向元件2、特别是棱镜2或棱镜阵列2。此点用箭头7表示。
随后，光束导向元件2使得复合的彩色影像到达投影光学件4。此点用箭头8表示。
特别是在光束导向元件2的区域内可能产生极高的面积功率密度。因此，光束导向元件2由具有本发明的品质因数的玻璃构成，此点极为重要。
本发明用以实现上述目的的解决方案特别是在于：该光束导向元件由玻璃构成，该玻璃具有F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k的品质因数，其中，F(436nm)<15ppm/W。
品质因数F将本发明的组合中用于减少成像错误的多种因素考虑在内。其中包括波长相关及波长无关的因素。波长为436nm时的品质因数F(436nm)可表示玻璃在380nm至490nm的光谱范围内的特性。此范围又可表示玻璃在整个可见光谱范围内的特性。优选地，F(436nm)<15ppm/W。
波长在380nm至490nm的范围以外时，玻璃特性在某些情形下(尽管程度不高)可能会引起成像错误。品质因数F(436nm)原则上足以对玻璃的品质加以描述。但在某些情形下，除了波长为436nm时的玻璃特性以外，也可将表示>490nm至585nm的光谱范围的546nm波长时的特性，和/或表示>585nm至750nm的光谱范围的644nm波长时的特性，一并考虑在内。优选地，该光束导向元件由玻璃构成，该玻璃具有F(546nm)＝S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k的品质因数，其中，F(546nm)<12ppm/W，和/或F(644nm)＝S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k的品质因数，其中，F(644nm)<10ppm/W。
根据436nm、546nm及644nm时的玻璃特性便能确定品质因数F(RGB)。优选地，该光束导向元件由玻璃构成，该玻璃具有F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k的品质因数，其中，F(RGB)<40ppm/W。
品质因数F将该玻璃的热度S(λ)、非诱导消光度Ext0(λ)、诱导消光度Ext1(λ)及热导率k考虑在内。热度、非诱导消光度及诱导消光度是波长相关变量。热导率与波长无关。非诱导消光度Ext0(λ)可用作衡量交付状态下或正常使用前的消光度的尺度。诱导消光度Ext1(λ)可用作衡量正常使用所可能诱导的消光度的尺度。
优选地，F(436nm)<15ppm/W。进一步优选地，F(436nm)为最大14.5ppm/W、进一步优选为最大14ppm/W、进一步优选为最大13.5ppm/W、进一步优选为最大13ppm/W、进一步优选为最大12.5ppm/W、进一步优选为最大12ppm/W、进一步优选为最大11.5ppm/W、进一步优选为最大11ppm/W、进一步优选为最大10.5ppm/W、进一步优选为最大10ppm/W、进一步优选为最大9.5ppm/W、进一步优选为最大9ppm/W、进一步优选为最大8.5ppm/W、进一步优选为最大8ppm/W、进一步优选为最大7.5ppm/W、进一步优选为最大7ppm/W、进一步优选为最大6.5ppm/W、进一步优选为最大6ppm/W、进一步优选为最大5.5ppm/W、进一步优选为最大5ppm/W、进一步优选为最大4.5ppm/W、进一步优选为最大4ppm/W、进一步优选为最大3.5ppm/W、进一步优选为最大3ppm/W。在某些实施方式中，F(436nm)为至少0.1ppm/W、至少0.5ppm/W、至少1ppm/W或至少2ppm/W。
优选地，F(546nm)<12ppm/W。进一步优选地，F(546nm)为最大11.5ppm/W、进一步优选为最大11ppm/W、进一步优选为最大10.5ppm/W、进一步优选为最大10ppm/W、进一步优选为最大9.5ppm/W、进一步优选为最大9ppm/W、进一步优选为最大8.5ppm/W、进一步优选为最大8ppm/W、进一步优选为最大7.5ppm/W、进一步优选为最大7ppm/W、进一步优选为最大6.5ppm/W、进一步优选为最大6ppm/W、进一步优选为最大5.5ppm/W、进一步优选为最大5ppm/W、进一步优选为最大4.5ppm/W、进一步优选为最大4ppm/W、进一步优选为最大3.5ppm/W、进一步优选为最大3ppm/W、进一步优选为最大2.5ppm/W、进一步优选为最大2ppm/W。在某些实施方式中，F(546nm)为至少0.001ppm/W、至少0.005ppm/W、至少0.01ppm/W、至少0.02ppm/W、至少0.1ppm/W、至少0.5ppm/W或至少1ppm/W。
优选地，F(644nm)<10ppm/W。进一步优选地，F(644nm)为最大9.5ppm/W、进一步优选为最大9ppm/W、进一步优选为最大8.5ppm/W、进一步优选为最大8ppm/W、进一步优选为最大7.5ppm/W、进一步优选为最大7ppm/W、进一步优选为最大6.5ppm/W、进一步优选为最大6ppm/W、进一步优选为最大5.5ppm/W、进一步优选为最大5ppm/W、进一步优选为最大4.5ppm/W、进一步优选为最大4ppm/W、进一步优选为最大3.5ppm/W、进一步优选为最大3ppm/W、进一步优选为最大2.75ppm/W、进一步优选为最大2.5ppm/W、进一步优选为最大2.25ppm/W、进一步优选为最大2ppm/W、进一步优选为最大1.75ppm/W、进一步优选为最大1.5ppm/W、进一步优选为最大1.25ppm/W、进一步优选为最大1ppm/W。在某些实施方式中，F(546nm)为至少0.001ppm/W、至少0.005ppm/W、至少0.01ppm/W或至少0.02ppm/W、至少0.1ppm/W、至少0.5ppm/W或至少0.75ppm/W。
因而优选地，该光束导向元件由玻璃构成，该玻璃具有F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k的品质因数，其中，F(RGB)<40ppm/W。优选地，F(RGB)为最大38.5ppm/W、进一步优选为最大37ppm/W、进一步优选为最大35.5ppm/W、进一步优选为最大34ppm/W、进一步优选为最大32.5ppm/W、进一步优选为最大31ppm/W、进一步优选为最大29.5ppm/W、进一步优选为最大28ppm/W、进一步优选为最大26.5ppm/W、进一步优选为最大25ppm/W、进一步优选为最大23.5ppm/W、进一步优选为最大22ppm/W、进一步优选为最大20.5ppm/W、进一步优选为最大19ppm/W、进一步优选为最大17.5ppm/W、进一步优选为最大16ppm/W、进一步优选为最大14.5ppm/W、进一步优选为最大13ppm/W、进一步优选为最大11.5ppm/W、进一步优选为最大10ppm/W、进一步优选为最大9ppm/W、进一步优选为最大8ppm/W、进一步优选为最大7ppm/W、进一步优选为最大6ppm/W。在某些实施方式中，F(RGB)为至少0.5ppm/W、至少1ppm/W、至少2ppm/W或至少5ppm/W。
波长相关的热度S(λ)是对品质因数F产生显著影响的变量。该热度描述了光学路径s＝(n-1)*d随温度T的变化，其中，n为折射率，d为样本厚度。其中：S＝1/s*ds/dT。d＝d(T)并且n＝n(T)，因此：S＝1/s*(dn/dT*d+(n-1)dd/dT)。由此：S＝1/(n-1)*dn/dT+1/d*dd/dT＝1/(n1)*dn/dT+CTE。CTE是热膨胀系数。
该热膨胀系数优选采用DIN 51045-1:2005-08及DIN ISO 7991 1998-02所描述的方式来确定。其中，制备规定长度的玻璃样本并在膨胀计中测量单位温度区间(Delta T)的相对长度变化(DeltaL/L)。为了计算热度S(λ)，优选使用-30℃至+70℃的温度区间中的平均热膨胀系数。较小的热膨胀系数是有利的，特别是-30℃至+70℃的温度范围内的热膨胀系数(CTE(-30/70))。优选地，CTE(-30/70)为3.0至14.0ppm/K、特别是4.0至10.0ppm/K、4.5至9.5ppm/K、5.0至8.0ppm/K、和/或5.5至7.5ppm/K，例如为5.6至7.3ppm/K或5.7至7.2ppm/K。
可用棱镜分光计(具有一整个棱镜)来确定dn/dT，该棱镜分光计位于温度舱中。优选地，在将总偏转角最小化的配置中进行测量，因为在此情形下，折射率仅能通过偏转角及已知棱镜角来算出。
尤其优选用半棱镜法确定dn/dT。为此，将样本以半棱镜的形式送入经调温的样本室。用不同波长的光照射棱镜并且分别测定偏转角。在此过程中改变该腔室中的温度。从而获得作为波长及温度的函数的折射率。为了计算热度S(λ)，优选使用+20℃至+40℃的温度范围内的平均dn/dT。为了将热透镜效应的程度保持在尽可能低的水平，有利的是使得折射率随温度的变化(dn/dT)尽可能低，特别是在20℃至40℃的温度范围内。优选地，波长为436nm、546nm和/或644nm时的平均dn/dT在20℃至40℃的温度范围内处于0.1至8.0ppm/K、特别是0.2至7.0ppm/K、0.3至6.0ppm/K和/或0.4至5.0ppm/K的范围内，其中，该数据是指平均dn/dT的绝对值(幅度)。
如前所述，诱发吸收带会在玻璃内部引起升温，因而在折射率及几何路径随温度而发生变化的情况下，会产生波前延迟及有害的成像错误。因此，光学路径随温度的变化(热度S)优选较小。如此一来，即使产生诱发吸收带，也可将成像错误降至最低。
优选地，S(436nm)为最大50ppm/K、进一步优选为最大30ppm/K、进一步优选为最大25ppm/K、进一步优选为最大20ppm/K、进一步优选为最大15ppm/K、进一步优选为最大10ppm/K。在某些实施方式中，S(436nm)为至少0.1ppm/K、至少0.5ppm/K、至少1ppm/K或至少2ppm/K。
优选地，S(546nm)为最大50ppm/K、进一步优选为最大30ppm/K、进一步优选为最大25ppm/K、进一步优选为最大20ppm/K、进一步优选为最大15ppm/K、进一步优选为最大10ppm/K。在某些实施方式中，S(546nm)为至少0.1ppm/K、至少0.5ppm/K、至少1ppm/K或至少2ppm/K。
优选地，S(644nm)为最大50ppm/K、进一步优选为最大30ppm/K、进一步优选为最大25ppm/K、进一步优选为最大20ppm/K、进一步优选为最大15ppm/K、进一步优选为最大10ppm/K。在某些实施方式中，S(644nm)为至少0.1ppm/K、至少0.5ppm/K、至少1ppm/K或至少2ppm/K。
优选地，S(436nm)、S(546nm)及S(644nm)为最大50ppm/K、进一步优选为最大30ppm/K、进一步优选为最大25ppm/K、进一步优选为最大20ppm/K、进一步优选为最大15ppm/K、进一步优选为最大10ppm/K。在某些实施方式中，S(436nm)、S(546nm)及S(644nm)为至少0.1ppm/K、至少0.5ppm/K、至少1ppm/K或至少2ppm/K。
更多重要变量为非诱导消光度Ext0及诱导消光度Ext1。Ext1(λ)描述了照射样本后波长为λ时(相对于Ext0(λ))每cm额外的消光度。诱导消光度Ext1主要与照射源的类型相关。为了对材料在被高强度蓝色光照射时的曝晒稳定性进行评价，优选用345W/cm2的功率密度照射72小时，使用波长为455nm的激光辐射。为了达到较高的功率密度以及均匀的样本照射而研发了某种照射方案，其系利用光导理念。优选在照射前对样本的所有侧面进行抛光，激光以全反射(TIR)的角度照射入射面(优选4×4mm2)。如此便能用55W激光器实现具有345W/cm2的功率密度的照射。除非另有说明，本文中的“功率密度”是指“输入功率密度”。
根据本发明，诱导消光度Ext1(λ)描述了使用波长为455nm的激光辐射用345W/cm2的功率密度照射样本厚度d为100mm的样本72小时后，波长为λ时(相对于Ext0(λ))每cm额外的消光度。而非诱导消光度Ext0(λ)描述了样本厚度d为100mm的样本在照射前波长为λ时每cm的消光度。可用以下方式来测定非诱导消光度Ext0(λ)及诱导消光度Ext1(λ)：在照射前及照射后用分光亮度计检查样本的透射率。
样本尺寸优选为100mm×4mm×4mm。如前所述，样本厚度d为100mm。
有利地，Ext0及Ext1较小。该二值之和计入品质因数F。
较小的非诱导消光度Ext0较为有利，因为如此便在事先未予照射时存在较小的初始消光度。
较小的诱导消光度Ext1同样较为有利。其表示在照射后同样未出现过度消光度，因而表明耐曝晒性。消光度Ext(λ)被描述为波长λ的入射辐射I0与出射辐射I的商的自然对数作为被除数，与样本厚度d作为除数之商：Ext(λ)＝ln(I0/I)/d。如此便能确定Ext0及Ext1。如前所述，本发明中的样本厚度d为100mm。
优选地，Ext0(436nm)为小于0.01/cm、进一步优选为最大0.008/cm、进一步优选为最大0.005/cm、进一步优选为最大0.004/cm、进一步优选为最大0.003/cm、进一步优选为最大0.002/cm。在某些实施方式中，Ext0(436nm)为至少0.0001/cm、至少0.0002/cm、至少0.0003/cm或至少0.0005/cm。
优选地，Ext0(546nm)为小于0.01/cm、进一步优选为最大0.008/cm、进一步优选为最大0.005/cm、进一步优选为最大0.004/cm、进一步优选为最大0.003/cm、进一步优选为最大0.002/cm、进一步优选为小于0.0015/cm、进一步优选为小于0.001/cm。在某些实施方式中，Ext0(546nm)为至少0.0001/cm、至少0.0002/cm、至少0.0003/cm或至少0.0005/cm。
优选地，Ext0(644nm)为小于0.01/cm、进一步优选为最大0.008/cm、进一步优选为最大0.005/cm、进一步优选为最大0.004/cm、进一步优选为最大0.003/cm、进一步优选为最大0.002/cm、进一步优选为小于0.0015/cm。在某些实施方式中，Ext0(644nm)为至少0.0001/cm、至少0.0002/cm、至少0.0003/cm或至少0.0005/cm。
优选地，Ext0(436nm)、Ext0(546nm)及Ext0(644nm)为小于0.01/cm、进一步优选为最大0.008/cm、进一步优选为最大0.005/cm、进一步优选为最大0.004/cm、进一步优选为最大0.003/cm、进一步优选为最大0.002/cm。在某些实施方式中，Ext0(436nm)、Ext0(546nm)及Ext0(644nm)为至少0.0001/cm、至少0.0002/cm、至少0.0003/cm或至少0.0005/cm。
优选地，Ext1(436nm)为小于0.01/cm、进一步优选为最大0.0095/cm、进一步优选为最大0.009/cm、进一步优选为最大0.0085/cm、进一步优选为最大0.008/cm、进一步优选为最大0.0075/cm、进一步优选为最大0.007/cm、进一步优选为最大0.0065/cm、进一步优选为最大0.006/cm、进一步优选为最大0.0055/cm、进一步优选为最大0.005/cm、进一步优选为最大0.004/cm、进一步优选为最大0.0035/cm、进一步优选为最大0.003/cm、进一步优选为最大0.0025/cm、进一步优选为最大0.002/cm、进一步优选为最大0.0015/cm。在某些实施方式中，Ext1(436nm)为至少0.0001/cm、至少0.0002/cm、至少0.0005/cm、至少0.001/cm、至少0.0015/cm或至少0.002/cm。
优选地，Ext1(546nm)为小于0.01/cm、进一步优选为最大0.0095/cm、进一步优选为最大0.009/cm、进一步优选为最大0.0085/cm、进一步优选为最大0.008/cm、进一步优选为最大0.0075/cm、进一步优选为最大0.007/cm、进一步优选为最大0.0065/cm、进一步优选为最大0.006/cm、进一步优选为最大0.0055/cm、进一步优选为最大0.005/cm、进一步优选为最大0.0045/cm、进一步优选为最大0.004/cm、进一步优选为最大0.0035/cm、进一步优选为最大0.003/cm、进一步优选为最大0.0025/cm、进一步优选为最大0.002/cm、进一步优选为最大0.0015/cm、进一步优选为最大0.001/cm。在某些实施方式中，Ext1(546nm)为至少0.0001/cm、至少0.0002/cm、至少0.0003/cm或至少0.0005/cm。
优选地，Ext1(644nm)为小于0.009/cm、进一步优选为最大0.0085/cm、进一步优选为最大0.008/cm、进一步优选为最大0.0075/cm、进一步优选为最大0.007/cm、进一步优选为最大0.0065/cm、进一步优选为最大0.006/cm、进一步优选为最大0.0055/cm、进一步优选为最大0.005/cm、进一步优选为最大0.0045/cm、进一步优选为最大0.004/cm、进一步优选为最大0.003/cm、进一步优选为最大0.002/cm、进一步优选为最大0.0015/cm、进一步优选为最大0.001/cm、进一步优选为最大0.0005/cm。在某些实施方式中，Ext1(644nm)为至少0.0001/cm、至少0.0002/cm、至少0.0003/cm或至少0.0005/cm。
优选地，Ext1(436nm)、Ext1(546nm)及Ext1(644nm)为小于0.009/cm、进一步优选为最大0.0085/cm、进一步优选为最大0.008/cm、进一步优选为最大0.0075/cm、进一步优选为最大0.007/cm、进一步优选为最大0.0065/cm、进一步优选为最大0.006/cm、进一步优选为最大0.0055/cm、进一步优选为最大0.005/cm、进一步优选为最大0.0045/cm、进一步优选为最大0.004/cm、进一步优选为最大0.0035/cm。在某些实施方式中，Ext1(436nm)、Ext1(546nm)及Ext1(644nm)为至少0.0001/cm、至少0.0002/cm、至少0.0003/cm或至少0.0005/cm。
特别是对应用于投影机而言特别有利的是，在蓝色、绿色及红色光谱范围内的诱导消光度的总和较小。优选地：
Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)<0.0310/cm。进一步优选地，Ext1(RGB)为小于0.03/cm、进一步优选为最大0.0275/cm、进一步优选为最大0.025/cm、进一步优选为最大0.0225/cm、进一步优选为最大0.02/cm、进一步优选为最大0.0175/cm、进一步优选为最大0.0153/cm、进一步优选为最大0.015/cm、进一步优选为最大0.0125/cm、进一步优选为最大0.01/cm、进一步优选为最大0.009/cm、进一步优选为最大0.008/cm、进一步优选为最大0.007/cm、进一步优选为最大0.0061/cm、进一步优选为最大0.006/cm、进一步优选为最大0.0057/cm、进一步优选为最大0.005/cm、进一步优选为最大0.004/cm、进一步优选为最大0.003/cm、进一步优选为最大0.0025/cm、进一步优选为最大0.002/cm。在某些实施方式中，Ext1(RGB)为至少0.0001/cm、至少0.0002/cm、至少0.0003/cm、至少0.0005/cm或至少0.001/cm。
另一重要变量为热导率k。该热导率为密度、比热容及热扩散率的乘积。优选基于阿基米得原理(特别是ASTM C693:1993)来测定密度。为了测定密度的温度相关性，优选采用DIN 51045-1:200508及DIN ISO 7991:1998-02所描述的膨胀测定法方式来确定热膨胀系数。优选采用DIN 51007:2019-04所规定的DSC(差示扫描热量测定)来测定比热容。优选采用ASTM E1461:2013所规定的闪光分析来测定热扩散率。
较高的热导率k限制光路中光学玻璃的稳态升温。优选地，热导率k为大于0.005W/(cm*K)、进一步优选地为至少0.006W/(cm*K)、进一步优选地为至少0.007W/(cm*K)、进一步优选地为至少0.008W/(cm*K)，例如为至少0.009W/(cm*K)或至少0.010W/(cm*K)。在某些实施方式中，热导率k为最大0.050W/(cm*K)、最大0.040W/(cm*K)、最大0.030W/(cm*K)、最大0.020W/(cm*K)或最大0.015W/(cm*K)。
如前所述，该光束导向元件由某种玻璃构成，该玻璃在用蓝色光照射时特别耐曝晒。此点有利于在投影机及材料加工中的相应应用，因为其可大幅减轻热透镜效应。其他态样也可有助于减轻热透镜效应。例如在给定的局部沉积热功率(由于对激光的吸收)的情况下，稳态温差随热传导的增加而变小，从而导致温度引起的成像错误。因此，较高的热导率k是有利的。
视具体应用领域而定，折射率也可能起作用。优选地，波长为436nm、546nm和/或644nm时，折射率为1.45至1.65。
实践表明，可使用不同的玻璃类型以获得具有本发明的品质因数的玻璃。该玻璃优选选自由氟磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷酸铌及铝硼硅酸盐玻璃构成的组。所用精制剂及所用原料的纯度的MnO2污染非常重要，下文将对此加以阐述。
优选地，该光束导向元件由包括以下成分的玻璃构成，含量如下(单位为wt％)。
Figure BDA0003966558720000151
Figure BDA0003966558720000161
其中满足以下条件中的至少一项：
(i)MnO2含量小于1.0ppm(基于重量)，
(ii)SnO2含量为至少0.1wt％，Cl含量为至少0.05wt％，
(iii)CeO2含量为至少0.005wt％。
优选地，满足该条件中的至少两项。该玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量以及至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量。该玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量及至少0.005wt％的CeO2含量。该玻璃例如可具有至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量以及至少0.005wt％的CeO2含量。
该玻璃也可具有小于1.0ppm的MnO2含量、至少0.1wt％的SnO2含量、至少0.05wt％的Cl含量及至少0.005wt％的CeO2含量。
本发明发现，通过上述措施及其组合便能实现本发明的品质因数的优点。
用于制造玻璃的原料被MnO2污染。因而无法提供完全不含MnO2的玻璃。通过选择原料便能降低被MnO2污染的程度。用市售原料会获得MnO2含量肯定高于1.0ppm的玻璃。通过选择纯度极高的原料，便能将MnO2含量降至小于1.0ppm的值。优选地，MnO2含量为最大0.9ppm、进一步优选为最大0.8ppm、进一步优选为最大0.7ppm、进一步优选为最大0.6ppm、进一步优选为最大0.5ppm、进一步优选为最大0.4ppm、进一步优选为最大0.3ppm、进一步优选为最大0.2ppm、进一步优选为最大0.15ppm、进一步优选为最大0.1ppm。在本发明的实施方式中，MnO2含量为至少0.01ppm、至少0.02ppm或至少0.05ppm。该玻璃的MnO2含量例如可为0.01至<1.0ppm、0.01至0.9ppm、0.01至0.8ppm、0.01至0.7ppm、0.01至0.6ppm、0.01至0.5ppm、0.01至0.4ppm、0.01至0.3ppm、0.01至0.2ppm、0.01至0.15ppm、0.01至0.1ppm、0.02至<1.0ppm、0.02至0.9ppm、0.02至0.8ppm、0.02至0.7ppm、0.02至0.6ppm、0.02至0.5ppm、0.02至0.4ppm、0.02至0.3ppm、0.02至0.2ppm、0.02至0.15ppm、0.02至0.1ppm、0.05至<1.0ppm、0.05至0.9ppm、0.05至0.8ppm、0.05至0.7ppm、0.05至0.6ppm、0.05至0.5ppm、0.05至0.4ppm、0.05至0.3ppm、0.05至0.2ppm、0.05至0.15ppm，或0.05至0.1ppm。
也可通过Sn/Cl净化来改善品质因数。相对较高的SnO2含量是特别有利的。该玻璃的SnO2含量优选为至少0.1wt％、进一步优选为至少0.15wt％、进一步优选为至少0.2wt％、进一步优选为至少0.25wt％、进一步优选为至少0.3wt％、进一步优选为至少0.35wt％、进一步优选为至少0.4wt％。该玻璃的Cl含量优选为至少0.05wt％、进一步优选为至少0.1wt％。该玻璃优选具有至少0.3wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量、进一步优选地至少0.4wt％的SnO2含量及至少0.1wt％的Cl含量。在本发明的实施方式中，SnO2含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％和/或Cl含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％。SnO2含量例如可为0.1wt％至1.0wt％和/或Cl含量为0.05wt％至1.0wt％。优选地，SnO2含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％或最大0.45wt％。极高的SnO2含量可能提高结晶倾向。优选地，Cl含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％、最大0.45wt％或最大0.4wt％。极高的Cl含量可能造成槽底腐蚀或者使玻璃不稳定。
SnO2含量与Cl含量的重量比优选为1:5至5:1，例如为1:4至4:1、1:3至3:1、1:2至2:1或1:1.5至1.5:1。如此便能获得极佳的品质因数。尤其优选地，SnO2含量小于Cl含量。
也可藉由CeO2来改善品质因数。CeO2会有害地提高Ext0值。本发明意外地发现，较小含量的CeO2能够改善耐曝晒性，使得Ext1值的减小能够过度补偿Ext0值的提高，从而改善品质因数。优选地，CeO2含量为至少0.005wt％，进一步优选为至少0.01wt％。优选地，CeO2含量为最大0.05wt％或最大0.04wt％。优选地，CeO2含量为0.005wt％至0.05wt％，例如为0.01wt％至0.04wt％。
特别是在该玻璃含有含量为至少0.005wt％或至少0.01wt％的CeO2的实施方式中，该玻璃优选含有小于0.3wt％、进一步优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％的TiO2，或者尤其优选地甚至不含TiO2。
本发明的玻璃例如可为氟磷酸盐玻璃。本发明的尤其优选氟磷酸盐玻璃包括下列含量的以下成分(单位为wt％)。
自 至
SiO<sub>2</sub> 0 5
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0 5
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5 25
Li<sub>2</sub>O 0 5
Na<sub>2</sub>O 0 5
K<sub>2</sub>O 0 5
MgO 1 10
CaO 5 20
BaO 10 30
ZnO 0 5
SrO 10 25
TiO<sub>2</sub> 0 5
ZrO<sub>2</sub> 0 5
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0 5
P2O5 5 15
F 15 45
Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0 0.5
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0 <0.3
SnO<sub>2</sub> 0 0.5
其中满足以下条件中的至少一项：
(i)MnO2含量小于1.0ppm(基于重量)，
(ii)SnO2含量为至少0.1wt％，Cl含量为至少0.05wt％，
(iii)CeO2含量为至少0.005wt％。
优选地，满足该条件中的至少两项。该氟磷酸盐玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量以及至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量。该氟磷酸盐玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量及至少0.005wt％的CeO2含量。该氟磷酸盐玻璃例如可具有至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量以及至少0.005wt％的CeO2含量。
该氟磷酸盐玻璃也可具有小于1.0ppm的MnO2含量、至少0.1wt％的SnO2含量、至少0.05wt％的Cl含量及至少0.005wt％的CeO2含量。
本发明发现，通过上述措施及其组合便能实现本发明的品质因数的优点。
用于制造玻璃的原料系被MnO2污染。因而无法提供完全不含MnO2的氟磷酸盐玻璃。通过选择原料便能降低被MnO2污染的程度。用市售原料会获得MnO2含量肯定高于1.0ppm的玻璃。通过选择纯度极高的原料，便能将MnO2含量降至小于1.0ppm的值。优选地，MnO2含量为最大0.9ppm、进一步优选为最大0.8ppm、进一步优选为最大0.7ppm、进一步优选为最大0.6ppm、进一步优选为最大0.5ppm、进一步优选为最大0.4ppm、进一步优选为最大0.3ppm、进一步优选为最大0.2ppm、进一步优选为最大0.15ppm、进一步优选为最大0.1ppm。在本发明的实施方式中，MnO2含量为至少0.01ppm、至少0.02ppm或至少0.05ppm。该氟磷酸盐玻璃的MnO2含量例如可为0.01至<1.0ppm、0.01至0.9ppm、0.01至0.8ppm、0.01至0.7ppm、0.01至0.6ppm、0.01至0.5ppm、0.01至0.4ppm、0.01至0.3ppm、0.01至0.2ppm、0.01至0.15ppm、0.01至0.1ppm、0.02至<1.0ppm、0.02至0.9ppm、0.02至0.8ppm、0.02至0.7ppm、0.02至0.6ppm、0.02至0.5ppm、0.02至0.4ppm、0.02至0.3ppm、0.02至0.2ppm、0.02至0.15ppm、0.02至0.1ppm、0.05至<1.0ppm、0.05至0.9ppm、0.05至0.8ppm、0.05至0.7ppm、0.05至0.6ppm、0.05至0.5ppm、0.05至0.4ppm、0.05至0.3ppm、0.05至0.2ppm、0.05至0.15ppm或0.05至0.1ppm。
也可通过Sn/Cl净化来改善品质因数。相对较高的SnO2含量特别有利。该氟磷酸盐玻璃的SnO2含量优选为至少0.1wt％、进一步优选为至少0.15wt％、进一步优选为至少0.2wt％、进一步优选为至少0.25wt％、进一步优选为至少0.3wt％、进一步优选为至少0.35wt％、进一步优选为至少0.4wt％。该氟磷酸盐玻璃的Cl含量优选为至少0.05wt％、进一步优选为至少0.1wt％。该氟磷酸盐玻璃优选系具有至少0.3wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量、进一步优选地至少0.4wt％的SnO2含量及至少0.1wt％的Cl含量。在本发明的实施方式中，SnO2含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％和/或Cl含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％。SnO2含量例如可为0.1wt％至1.0wt％和/或Cl含量为0.05wt％至1.0wt％。优选地，SnO2含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％或最大0.45wt％。极高的SnO2含量可能提高结晶倾向。优选地，Cl含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％、最大0.45wt％或最大0.4wt％。极高的Cl含量可能造成槽底腐蚀或者使玻璃不稳定。
SnO2含量与Cl含量之比优选为1:5至5:1，例如为1:4至4:1、1:3至3:1、1:2至2:1或1:1.5至1.5:1。如此便能获得极佳的品质因数。尤其优选地，SnO2含量小于Cl含量。
也可藉由CeO2来改善品质因数。CeO2会有害地提高Ext0值。本发明意外地发现，较小含量的CeO2能够改善耐曝晒性，使得Ext1值的减小能够过度补偿Ext0值的提高，从而改善品质因数。优选地，CeO2含量为至少0.005wt％，进一步优选为至少0.01wt％。优选地，CeO2含量为最大0.05wt％或最大0.04wt％。优选地，CeO2含量为0.005wt％至0.05wt％，例如为0.01wt％至0.04wt％。
本发明的氟磷酸盐玻璃优选含有小于0.3wt％、进一步优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％的以下成分中的任一种：SiO2、B2O3、Li2O、Na2O、K2O、ZnO、TiO2、ZrO2、La2O3、Sb2O3及As2O3，或者尤其优选地甚至不含上述成分。特别是在该氟磷酸盐玻璃含有含量为至少0.005wt％或至少0.01wt％的CeO2的实施方式中，该玻璃优选含有小于0.3wt％、进一步优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％的TiO2，或者尤其优选地甚至不含TiO2。
优选地，该氟磷酸盐玻璃含有含量为7.5至22.5wt％、进一步优选地10至20wt％、进一步优选地14至19wt％的Al2O3。Al2O3含量例如可为至少7.5wt％、至少10wt％或至少14wt％。Al2O3含量例如可为最大22.5wt％、最大20wt％或最大19wt％。
优选地，该氟磷酸盐玻璃含有含量为1.5至7.5wt％、进一步优选地2至5wt％、进一步优选地2.5至3.5wt％的MgO。MgO含量例如可为至少1.5wt％、至少2wt％或至少2.5wt％。MgO含量例如可为最大7.5wt％、最大5wt％或最大3.5wt％。
优选地，该氟磷酸盐玻璃含有含量为7.5至15wt％、进一步优选地9至14wt％、进一步优选地10至13wt％的CaO。CaO含量例如可为至少7.5wt％、至少9wt％或至少10wt％。MgO含量例如可为最大15wt％、最大14wt％或最大13wt％。
优选地，该氟磷酸盐玻璃含有含量为11至25wt％、进一步优选地12至20wt％、进一步优选地13至17wt％的BaO。BaO含量例如可为至少11wt％、至少12wt％或至少13wt％。BaO含量例如可为最大25wt％、最大20wt％或最大17wt％。
优选地，该氟磷酸盐玻璃含有含量为15至24wt％、进一步优选地16至23wt％、进一步优选地16.5至22wt％的SrO。SrO含量例如可为至少15wt％、至少16wt％或至少16.5wt％。SrO含量例如可为最大24wt％、最大23wt％或最大22wt％。
优选地，该氟磷酸盐玻璃含有含量为6至12wt％、进一步优选地7至11wt％、进一步优选地8至10wt％的P2O5。P2O5含量例如可为至少6wt％、至少7wt％或至少8wt％。P2O5含量例如可为最大12wt％、最大11wt％或最大10wt％。
优选地，该氟磷酸盐玻璃含有含量为20至40wt％、进一步优选地25至35wt％、进一步优选地27.5至32.5wt％的F。F含量例如可为至少20wt％、至少25wt％或至少27.5wt％。F含量例如可为最大40wt％、最大35wt％或最大32.5wt％。
本发明的玻璃例如可为硅酸盐玻璃。本发明的尤其优选硅酸盐玻璃包括下列含量的以下成分(单位为wt％)。
Figure BDA0003966558720000211
Figure BDA0003966558720000221
其中满足以下条件中的至少一项：
(i)MnO2含量小于1.0ppm(基于重量)，
(ii)SnO2含量为至少0.1wt％，Cl含量为至少0.05wt％，
(iii)CeO2含量为至少0.005wt％。
优选地，满足该条件中的至少两项。该硅酸盐玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量以及至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量。该硅酸盐玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量及至少0.005wt％的CeO2含量。该硅酸盐玻璃例如可具有至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量以及至少0.005wt％的CeO2含量。
该硅酸盐玻璃也可具有小于1.0ppm的MnO2含量、至少0.1wt％的SnO2含量、至少0.05wt％的Cl含量及至少0.005wt％的CeO2含量。
本发明发现，通过上述措施及其组合便能实现本发明的品质因数的优点。
用于制造玻璃的原料系被MnO2污染。因而无法提供完全不含MnO2的硅酸盐玻璃。通过选择原料便能降低被MnO2污染的程度。用市售原料会获得MnO2含量肯定高于1.0ppm的玻璃。通过选择纯度极高的原料，便能将MnO2含量降至小于1.0ppm的值。优选地，MnO2含量为最大0.9ppm、进一步优选为最大0.8ppm、进一步优选为最大0.7ppm、进一步优选为最大0.6ppm、进一步优选为最大0.5ppm、进一步优选为最大0.4ppm、进一步优选为最大0.3ppm、进一步优选为最大0.2ppm、进一步优选为最大0.15ppm、进一步优选为最大0.1ppm。在本发明的实施方式中，MnO2含量为至少0.01ppm、至少0.02ppm或至少0.05ppm。该硅酸盐玻璃的MnO2含量例如可为0.01至<1.0ppm、0.01至0.9ppm、0.01至0.8ppm、0.01至0.7ppm、0.01至0.6ppm、0.01至0.5ppm、0.01至0.4ppm、0.01至0.3ppm、0.01至0.2ppm、0.01至0.15ppm、0.01至0.1ppm、0.02至<1.0ppm、0.02至0.9ppm、0.02至0.8ppm、0.02至0.7ppm、0.02至0.6ppm、0.02至0.5ppm、0.02至0.4ppm、0.02至0.3ppm、0.02至0.2ppm、0.02至0.15ppm、0.02至0.1ppm、0.05至<1.0ppm、0.05至0.9ppm、0.05至0.8ppm、0.05至0.7ppm、0.05至0.6ppm、0.05至0.5ppm、0.05至0.4ppm、0.05至0.3ppm、0.05至0.2ppm、0.05至0.15ppm，或0.05至0.1ppm。
也可通过Sn/Cl净化来改善品质因数。相对较高的SnO2含量是特别有利的。该硅酸盐玻璃的SnO2含量优选为至少0.1wt％、进一步优选为至少0.15wt％、进一步优选为至少0.2wt％、进一步优选为至少0.25wt％、进一步优选为至少0.3wt％、进一步优选为至少0.35wt％、进一步优选为至少0.4wt％。该硅酸盐玻璃的Cl含量优选为至少0.05wt％、进一步优选为至少0.1wt％。该硅酸盐玻璃优选系具有至少0.3wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量、进一步优选地至少0.4wt％的SnO2含量及至少0.1wt％的Cl含量。在本发明的实施方式中，SnO2含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％和/或Cl含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％。SnO2含量例如可为0.1wt％至1.0wt％和/或Cl含量为0.05wt％至1.0wt％。优选地，SnO2含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％或最大0.45wt％。极高的SnO2含量可能提高结晶倾向。优选地，Cl含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％、最大0.45wt％或最大0.4wt％。极高的Cl含量可能造成槽底腐蚀或者使玻璃不稳定。
SnO2含量与Cl含量的重量比优选为1:5至5:1，例如为1:4至4:1、1:3至3:1、1:2至2:1或1:1.5至1.5:1。如此便能获得极佳的品质因数。尤其优选地，SnO2含量小于Cl含量。
也可藉由CeO2来改善品质因数。CeO2会有害地提高Ext0值。本发明意外地发现，较小含量的CeO2能够改善耐曝晒性，使得Ext1值的减小能够过度补偿Ext0值的提高，从而改善品质因数。优选地，CeO2含量为至少0.005wt％或至少0.01wt％。优选地，CeO2含量为最大0.05wt％或最大0.04wt％。优选地，CeO2含量为0.005wt％至0.05wt％，例如为0.01wt％至0.04wt％。
本发明的硅酸盐玻璃优选含有小于0.3wt％、进一步优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％的以下成分中的任一种：B2O3、Al2O3、MgO、CaO、SrO、TiO2、P2O5、F、Sb2O3及As2O3，或者尤其优选地甚至不含上述成分。特别是在该硅酸盐玻璃含有含量为至少0.005wt％或至少0.01wt％的CeO2的实施方式中，该玻璃优选含有小于0.3wt％、进一步优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％的TiO2，或者尤其优选地甚至不含TiO2。
优选地，该硅酸盐玻璃含有含量为35至50wt％、进一步优选地37.5至47.5wt％、进一步优选地40至45wt％的SiO2。SiO2含量例如可为至少35wt％、至少37.5wt％或至少40wt％。SiO2含量例如可为最大50wt％、最大47.5wt％或最大45wt％。
优选地，该硅酸盐玻璃含有含量为0.2至4wt％、进一步优选地0.4至2wt％、进一步优选地0.5至1.5wt％的Li2O。Li2O含量例如可为至少0.2wt％、至少0.4wt％或至少0.5wt％。Li2O含量例如可为最大4wt％、最大2wt％或最大1.5wt％。
优选地，该硅酸盐玻璃含有含量为2至15wt％、进一步优选地3至10wt％、进一步优选地4至7.5wt％的Na2O。Na2O含量例如可为至少2wt％、至少3wt％或至少4wt％。Na2O含量例如可为最大15wt％、最大10wt％或最大7.5wt％。
优选地，该硅酸盐玻璃含有含量为1至10wt％、进一步优选地1.5至7.5wt％、进一步优选地2至5wt％的K2O。K2O含量例如可为至少1wt％、至少1.5wt％或至少2wt％。K2O含量例如可为最大10wt％、最大7.5wt％或最大5wt％。
优选地，该硅酸盐玻璃中的碱金属氧化物(R2O)的含量之和为1至20wt％、进一步优选地2至15wt％、进一步优选地5至12.5wt％。R2O含量例如可为至少1wt％、至少2wt％或至少5wt％。R2O含量例如可为最大20wt％、最大15wt％或最大12.5wt％。优选地，该玻璃除了Li2O、Na2O和/或K2O以外不含更多碱金属氧化物。
优选地，该硅酸盐玻璃含有含量为2至25wt％、进一步优选地5至20wt％、进一步优选地7.5至15wt％的BaO。BaO含量例如可为至少2wt％、至少5wt％或至少7.5wt％。BaO含量例如可为最大25wt％、最大20wt％或最大15wt％。
优选地，该硅酸盐玻璃含有含量为5至30wt％、进一步优选地10至27.5wt％、进一步优选地15至25wt％的ZnO。ZnO含量例如可为至少5wt％、至少10wt％或至少15wt％。ZnO含量例如可为最大30wt％、最大27.5wt％或最大25wt％。
优选地，该硅酸盐玻璃含有含量为1.5至10wt％、进一步优选地2至8.5wt％、进一步优选地3至7wt％的ZrO2。ZrO2含量例如可为至少1.5wt％、至少2wt％或至少3wt％。ZrO2含量例如可为最大10wt％、最大8.5wt％或最大7wt％。
优选地，该硅酸盐玻璃含有含量为2至20wt％、进一步优选地5至15wt％、进一步优选地7.5至12.5wt％的La2O3。La2O3含量例如可为至少2wt％、至少5wt％或至少7.5wt％。La2O3含量例如可为最大20wt％、最大15wt％或最大12.5wt％。
本发明的玻璃例如可为硼硅酸盐玻璃。本发明的尤其优选硼硅酸盐玻璃包括下列含量的以下成分(单位为wt％)。
Figure BDA0003966558720000251
Figure BDA0003966558720000261
其中满足以下条件中的至少一项：
(i)MnO2含量小于1.0ppm(基于重量)，
(ii)SnO2含量为至少0.1wt％，Cl含量为至少0.05wt％，
(iii)CeO2含量为至少0.005wt％。
优选地，满足该条件中的至少两项。该硼硅酸盐玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量以及至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量。该硼硅酸盐玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量及至少0.005wt％的CeO2含量。该硼硅酸盐玻璃例如可具有至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量以及至少0.005wt％的CeO2含量。
该硼硅酸盐玻璃也可具有小于1.0ppm的MnO2含量、至少0.1wt％的SnO2含量、至少0.05wt％的Cl含量及至少0.005wt％的CeO2含量。
本发明发现，通过上述措施及其组合便能实现本发明的品质因数的优点。
用于制造玻璃的原料系被MnO2污染。因而无法提供完全不含MnO2的硼硅酸盐玻璃。通过选择原料便能降低被MnO2污染的程度。用市售原料会获得MnO2含量肯定高于1.0ppm的玻璃。通过选择纯度极高的原料，便能将MnO2含量降至小于1.0ppm的值。优选地，MnO2含量为最大0.9ppm、进一步优选为最大0.8ppm、进一步优选为最大0.7ppm、进一步优选为最大0.6ppm、进一步优选为最大0.5ppm、进一步优选为最大0.4ppm、进一步优选为最大0.3ppm、进一步优选为最大0.2ppm、进一步优选为最大0.15ppm、进一步优选为最大0.1ppm。在本发明的实施方式中、MnO2含量为至少0.01ppm、至少0.02ppm或至少0.05ppm。该硼硅酸盐玻璃的MnO2含量例如可为0.01至<1.0ppm、0.01至0.9ppm、0.01至0.8ppm、0.01至0.7ppm、0.01至0.6ppm、0.01至0.5ppm、0.01至0.4ppm、0.01至0.3ppm、0.01至0.2ppm、0.01至0.15ppm、0.01至0.1ppm、0.02至<1.0ppm、0.02至0.9ppm、0.02至0.8ppm、0.02至0.7ppm、0.02至0.6ppm、0.02至0.5ppm、0.02至0.4ppm、0.02至0.3ppm、0.02至0.2ppm、0.02至0.15ppm、0.02至0.1ppm、0.05至<1.0ppm、0.05至0.9ppm、0.05至0.8ppm、0.05至0.7ppm、0.05至0.6ppm、0.05至0.5ppm、0.05至0.4ppm、0.05至0.3ppm、0.05至0.2ppm、0.05至0.15ppm，或0.05至0.1ppm。
也可通过Sn/Cl净化来改善品质因数。相对较高的SnO2含量是特别有利的。该硼硅酸盐玻璃的SnO2含量优选为至少0.1wt％、进一步优选为至少0.15wt％、进一步优选为至少0.2wt％、进一步优选为至少0.25wt％、进一步优选为至少0.3wt％、进一步优选为至少0.35wt％、进一步优选为至少0.4wt％。该硼硅酸盐玻璃的Cl含量优选为至少0.05wt％、进一步优选为至少0.1wt％。该硼硅酸盐玻璃优选系具有至少0.3wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量、进一步优选地至少0.4wt％的SnO2含量及至少0.1wt％的Cl含量。在本发明的实施方式中，SnO2含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％和/或Cl含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％。SnO2含量例如可为0.1wt％至1.0wt％和/或Cl含量为0.05wt％至1.0wt％。优选地，SnO2含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％或最大0.45wt％。极高的SnO2含量可能提高结晶倾向。优选地，Cl含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％、最大0.45wt％或最大0.4wt％。极高的Cl含量可能造成槽底腐蚀或者使玻璃不稳定。
SnO2含量与Cl含量的重量比优选为1:5至5:1，例如为1:4至4:1、1:3至3:1、1:2至2:1或1:1.5至1.5:1。如此便能获得极佳的品质因数。尤其优选地，SnO2含量小于Cl含量。
也可藉由CeO2来改善品质因数。CeO2会有害地提高Ext0值。本发明意外地发现，较小含量的CeO2能够改善耐曝晒性，使得Ext1值的减小能够过度补偿Ext0值的提高，从而改善品质因数。优选地，CeO2含量为至少0.005wt％、进一步优选为至少0.01wt％。优选地，CeO2含量为最大0.05wt％或最大0.04wt％。优选地，CeO2含量为0.005wt％至0.05wt％，例如为0.01wt％至0.04wt％。
本发明的硼硅酸盐玻璃优选含有小于0.3wt％、进一步优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％的以下成分中的任一种：Al2O3、Li2O、MgO、ZnO、SrO、ZrO2、La2O3、P2O5及As2O3，或者尤其优选地甚至不含上述成分。特别是在该硼硅酸盐玻璃含有含量为至少0.005wt％或至少0.01wt％的CeO2的实施方式中，该玻璃优选含有小于0.3wt％、进一步优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％的TiO2，或者尤其优选地甚至不含TiO2。
优选地，该硼硅酸盐玻璃含有含量为52.5至77.5wt％、进一步优选地55至75wt％、进一步优选地57.5至72.5wt％的SiO2。SiO2含量例如可为至少52.5wt％、至少55wt％或至少57.5wt％。SiO2含量例如可为最大77.5wt％、最大75wt％或最大72.5wt％。
优选地，该硼硅酸盐玻璃含有含量为5至25wt％、进一步优选地7.5至20wt％、进一步优选地9至19wt％的B2O3。B2O3含量例如可为至少5wt％、至少7.5wt％或至少9wt％。B2O3含量例如可为最大25wt％、最大20wt％或最大19wt％。
优选地，该硼硅酸盐玻璃含有含量为0至17.5wt％、进一步优选地0至15wt％、进一步优选地0至12.5wt％的Na2O。在某些实施方式中，该玻璃含有至少2wt％、至少5wt％或甚至至少8wt％的Na2O。Na2O含量例如可为最大17.5wt％、最大15wt％或最大12.5wt％。
优选地，该硼硅酸盐玻璃含有含量为2至24wt％、进一步优选地4至23wt％、进一步优选地6至22wt％的K2O。K2O含量例如可为至少2wt％、至少4wt％或至少6wt％。K2O含量例如可为最大24wt％、最大23wt％或最大22wt％。
优选地，该硼硅酸盐玻璃中的碱金属氧化物(R2O)的含量之和为5至30wt％、进一步优选地10至25wt％、进一步优选地15至22wt％。R2O含量例如可为至少5wt％、至少10wt％或至少15wt％。R2O含量例如可为最大30wt％、最大25wt％或最大22wt％。优选地，该玻璃除了Na2O和/或K2O以外不含更多碱金属氧化物。
优选地，该硼硅酸盐玻璃含有含量为0至5wt％、进一步优选地0至2wt％、进一步优选地0至1wt％的CaO。在某些实施方式中，该玻璃含有至少0.1wt％或至少0.2wt％的CaO。CaO含量例如可为最大5wt％、最大2wt％或最大1wt％。
优选地，该硼硅酸盐玻璃含有含量为0至5wt％、进一步优选地0至3.5wt％、进一步优选地0至2wt％的BaO。在某些实施方式中，该玻璃含有至少0.1wt％的BaO。BaO含量例如可为最大5wt％、最大3.5wt％或最大2wt％。
优选地，该硼硅酸盐玻璃含有含量为0至2wt％、进一步优选地0至1wt％、进一步优选地0至0.5wt％的TiO2。在某些实施方式中，该玻璃含有至少0.1wt％的TiO2。TiO2含量例如可为最大2wt％、最大1wt％或最大0.5wt％。
优选地，该硼硅酸盐玻璃含有含量为0至15wt％、进一步优选地0至12.5wt％、进一步优选地0至10wt％的F。在某些实施方式中，该玻璃含有至少1wt％、至少2wt％或甚至至少5wt％的F。F含量例如可为最大15wt％、最大12.5wt％或最大10wt％。
该硼硅酸盐玻璃可含有含量为0.01至0.45wt％、进一步优选地0.01至0.4wt％、进一步优选地0.01至0.35wt％的Sb2O3。
本发明的玻璃例如可为铝硼硅酸盐玻璃。本发明的尤其优选铝硼硅玻璃包括下列含量的以下成分(单位为wt％)。
Figure BDA0003966558720000291
Figure BDA0003966558720000301
其中满足以下条件中的至少一项：
(i)MnO2含量小于1.0ppm(基于重量)，
(ii)SnO2含量为至少0.1wt％，Cl含量为至少0.05wt％，
(iii)CeO2含量为至少0.005wt％。
优选地，满足该条件中的至少两项。该铝硼硅酸盐玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量以及至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量。该铝硼硅酸盐玻璃例如可具有小于1.0ppm的MnO2含量及至少0.005wt％的CeO2含量。该铝硼硅酸盐玻璃例如可具有至少0.1wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量以及至少0.005wt％的CeO2含量。
该铝硅酸盐玻璃也可具有小于1.0ppm的MnO2含量、至少0.1wt％的SnO2含量、至少0.05wt％的Cl含量及至少0.005wt％的CeO2含量。
本发明发现，通过上述措施及其组合便能实现本发明的品质因数的优点。
用于制造玻璃的原料系被MnO2污染。因而无法提供完全不含MnO2的铝硼硅酸盐玻璃。通过选择原料便能降低被MnO2污染的程度。用市售原料会获得MnO2含量肯定高于1.0ppm的玻璃。通过选择纯度极高的原料，便能将MnO2含量降至小于1.0ppm的值。优选地，MnO2含量为最大0.9ppm、进一步优选为最大0.8ppm、进一步优选为最大0.7ppm、进一步优选为最大0.6ppm、进一步优选为最大0.5ppm、进一步优选为最大0.4ppm、进一步优选为最大0.3ppm、进一步优选为最大0.2ppm、进一步优选为最大0.15ppm、进一步优选为最大0.1ppm。在本发明的实施方式中，MnO2含量为至少0.01ppm、至少0.02ppm或至少0.05ppm。该铝硼硅酸盐玻璃的MnO2含量例如可为0.01至<1.0ppm、0.01至0.9ppm、0.01至0.8ppm、0.01至0.7ppm、0.01至0.6ppm、0.01至0.5ppm、0.01至0.4ppm、0.01至0.3ppm、0.01至0.2ppm、0.01至0.15ppm、0.01至0.1ppm、0.02至<1.0ppm、0.02至0.9ppm、0.02至0.8ppm、0.02至0.7ppm、0.02至0.6ppm、0.02至0.5ppm、0.02至0.4ppm、0.02至0.3ppm、0.02至0.2ppm、0.02至0.15ppm、0.02至0.1ppm、0.05至<1.0ppm、0.05至0.9ppm、0.05至0.8ppm、0.05至0.7ppm、0.05至0.6ppm、0.05至0.5ppm、0.05至0.4ppm、0.05至0.3ppm、0.05至0.2ppm、0.05至0.15ppm，或0.05至0.1ppm。
也可通过Sn/Cl净化来改善品质因数。相对较高的SnO2含量是特别有利的。该铝硼硅酸盐玻璃的SnO2含量优选为至少0.1wt％、进一步优选为至少0.15wt％、进一步优选为至少0.2wt％、进一步优选为至少0.25wt％、进一步优选为至少0.3wt％、进一步优选为至少0.35wt％、进一步优选为至少0.4wt％。该铝硼硅酸盐玻璃的Cl含量优选为至少0.05wt％、进一步优选为至少0.1wt％。该硼硅酸盐玻璃优选系具有至少0.3wt％的SnO2含量及至少0.05wt％的Cl含量、进一步优选地至少0.4wt％的SnO2含量及至少0.1wt％的Cl含量。在本发明的实施方式中，SnO2含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％和/或Cl含量为最大1.0wt％或最大0.5wt％。SnO2含量例如可为0.1wt％至1.0wt％和/或Cl含量为0.05wt％至1.0wt％。优选地，SnO2含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％或最大0.45wt％。极高的SnO2含量可能提高结晶倾向。优选地，Cl含量为最大1.0wt％，例如为最大0.75wt％、最大0.5wt％、最大0.45wt％或最大0.4wt％。极高的Cl含量可能造成槽底腐蚀或者使玻璃不稳定。
SnO2含量与Cl含量的重量比优选为1:5至5:1，例如为1:4至4:1、1:3至3:1、1:2至2:1或1:1.5至1.5:1。如此便能获得极佳的品质因数。尤其优选地，SnO2含量小于Cl含量。
也可藉由CeO2来改善品质因数。CeO2会有害地提高Ext0值。本发明意外地发现，较小含量的CeO2能够改善耐曝晒性，使得Ext1值的减小能够过度补偿Ext0值的提高，从而改善品质因数。优选地，CeO2含量为至少0.005wt％、进一步优选为至少0.01wt％。优选地，CeO2含量为最大0.05wt％或最大0.04wt％。优选地，CeO2含量为0.005wt％至0.05wt％，例如为0.01wt％至0.04wt％。
本发明的铝硅酸盐玻璃优选含有小于0.3wt％、进一步优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％的以下成分中的任一种：Li2O、MgO、CaO、SrO、TiO2、ZrO2、La2O3、P2O5及As2O3，或者尤其优选地甚至不含上述成分。特别是在该铝硼硅酸盐玻璃含有含量为至少0.005wt％或至少0.01wt％的CeO2的实施方式中，该玻璃优选含有小于0.3wt％、进一步优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％的TiO2，或者尤其优选地甚至不含TiO2。
优选地，该铝硼硅酸盐玻璃含有含量为62.5至77.5wt％、进一步优选地65至75wt％、进一步优选地67.5至72.5wt％的SiO2。SiO2含量例如可为至少62.5wt％、至少65wt％或至少67.5wt％。SiO2含量例如可为最大77.5wt％、最大75wt％或最大72.5wt％。
优选地，该铝硼硅酸盐玻璃含有含量为7.5至25wt％、进一步优选地10至20wt％、进一步优选地12.5至17.5wt％的B2O3。B2O3含量例如可为至少7.5wt％、至少10wt％或至少12.5wt％。B2O3含量例如可为最大25wt％、最大20wt％或最大17.5wt％。
优选地，该铝硼硅酸盐玻璃含有含量为0.2至10wt％、进一步优选地0.5至5wt％、进一步优选地1至3wt％的Na2O。Na2O含量例如可为至少0.2wt％、至少0.5wt％或至少1wt％。Na2O含量例如可为最大10wt％、最大5wt％或最大3wt％。
优选地，该铝硼硅酸盐玻璃含有含量为2至17.5wt％、进一步优选地5至15wt％、进一步优选地10至14wt％的K2O。K2O含量例如可为至少2wt％、至少5wt％或至少10wt％。K2O含量例如可为最大17.5wt％、最大15wt％或最大14wt％。
优选地，该铝硼硅酸盐玻璃中的碱金属氧化物(R2O)的含量之和为2至25wt％、进一步优选地5至20wt％、进一步优选地10至15wt％。R2O含量例如可为至少2wt％、至少5wt％或至少10wt％。R2O含量例如可为最大25wt％、最大20wt％或最大15wt％。优选地，该玻璃除了Na2O和/或K2O以外不含更多碱金属氧化物。
优选地，该铝硼硅酸盐玻璃含有含量为0.02至5wt％、进一步优选地0.05至2wt％、进一步优选地0.1至1wt％的BaO。BaO含量例如可为至少0.02wt％、至少0.05wt％或至少0.1wt％。BaO含量例如可为最大5wt％、最大2wt％或最大1wt％。
优选地，该铝硼硅酸盐玻璃含有含量为0.05至5wt％、进一步优选地0.1至2wt％、进一步优选地0.15至1wt％的ZnO。ZnO含量例如可为至少0.05wt％、至少0.1wt％或至少0.15wt％。ZnO含量例如可为最大5wt％、最大2wt％或最大1wt％。
优选地，该铝硼硅酸盐玻璃含有含量为0.1至5wt％、进一步优选地0.2至2wt％、进一步优选地0.5至1.5wt％的F。F含量例如可为至少0.1wt％、至少0.2wt％或至少0.5wt％。F含量例如可为最大5wt％、最大2wt％或最大1.5wt％。
该铝硼硅酸盐玻璃可含有含量为0.02至0.45wt％、进一步优选0.05至0.4wt％、进一步优选0.1至0.35wt％的Sb2O3。
无论使用何种玻璃系统，所用精制剂都非常重要。因此，以下数据适用于所有玻璃类型。
优选采用Sn/Cl净化。本发明发现，用Sn/Cl净化可实现极佳的品质因数。SnO2含量与Cl含量的重量比优选为1:5至5:1，例如为1:4至4:1、1:3至3:1、1:2至2:1或1:1.5至1.5:1。尤其优选地，SnO2含量小于Cl含量。此处是指玻璃中的含量而非组合物中的含量。就Cl而言，组合物中的含量通常会高于玻璃中的含量，因为Cl会在制造期间蒸发。玻璃中SnO2含量与Cl含量之比对品质因数尤为重要。特别是可通过合成组合物中的Cl含量并通过操作过程来调节品质因数。
优选地，本发明的玻璃的As2O3含量为小于0.3wt％、优选地最大0.2wt％、进一步优选地最大0.1wt％。更优选地，该玻璃不含As2O3。如此便能实现极低的Ext1值。
优选地，本发明的玻璃的Sb2O3含量为最大0.5wt％、优选地最大0.4wt％、进一步优选地最大0.3wt％，例如最大0.2wt％或最大0.1wt％。该玻璃甚至可不含Sb2O3。如此便能实现极低的Ext1值。
优选地，As2O3+Sb2O3之和的含量为最大0.5wt％、优选地最大0.4wt％、进一步优选地最大0.3wt％，例如最大0.2wt％或最大0.1wt％。该玻璃甚至可不含As2O3及Sb2O3。如此便能实现极低的Ext1值。
该玻璃可含有含量例如为0至45wt％、特别是0.5至42.5wt％或5至40wt％的F。如此便能实现极低的Ext1值。
该玻璃也可含有Cl、特别是基于Cl净化。优选地，其含量为<2wt％、优选地<1.5wt％、尤其优选地<1wt％。若Cl含量过高，则会在玻璃上中有害的盐沉积。
本说明书中提及玻璃不含某种成分或者不含某些成分时，此种成分有可能作为杂质存在于玻璃中。也就是说，此种成分并非被大量添加。根据本发明，并非大量是指小于500ppm、优选地小于300ppm、优选地小于100ppm、尤其优选地小于50ppm以及最优选地小于10ppm的量，以上数值都基于重量。
本发明也涉及一种光束导向元件，其由具有本发明的品质因数和/或本发明的诱导消光度Ext1的玻璃构成。本发明特别是也涉及一种光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k的品质因数，其中，F(436nm)<15ppm/W。本发明也涉及一种光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k的品质因数，其中，F(RGB)<40ppm/W。本发明也涉及一种光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有Ext1(436nm)的诱导消光度，其中，Ext1(436nm)<0.01/cm。本发明也涉及一种光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)的诱导消光度，其中，Ext1(RGB)<0.03/cm。
本发明也涉及一种光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有以下特性中的一或多个，例如该特性中的至少两个或至少三个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·品质因数F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k，其中，F(RGB)<40ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm，
·诱导消光度Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)，其中，Ext1(RGB)<0.03/cm。
本发明也涉及一种光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有以下特性中的一或多个，例如该特性中的至少两个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·品质因数F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k，其中，F(RGB)<40ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm。
本发明也涉及一种光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有以下特性中的一或多个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm。
优选地，该光束导向元件为透镜、导光杆、棱镜、自由形状或球，尤其优选为棱镜。
本发明也涉及一种玻璃，其具有本发明的品质因数和/或本发明的诱导消光度Ext1。本发明特别是也涉及一种玻璃，其具有F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k的品质因数，其中，F(436nm)<15ppm/W。本发明也涉及一种玻璃，其具有F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k的品质因数，其中，F(RGB)<40ppm/W。本发明也涉及一种玻璃，其具有Ext1(436nm)的诱导消光度，其中，Ext1(436nm)<0.01/cm。本发明也涉及一种玻璃，其具有Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)的诱导消光度，其中，Ext1(RGB)<0.03/cm。
本发明也涉及一种玻璃，其具有以下特性中的一或多个，例如该特性中的至少两个或至少三个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·品质因数F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k，其中，F(RGB)<40ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm，
·诱导消光度Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)，其中，Ext1(RGB)<0.03/cm。
本发明也涉及一种玻璃，其具有以下特性中的一或多个，例如该特性中的至少两个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·品质因数F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k，其中，F(RGB)<40ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm。
本发明也涉及一种玻璃，其具有以下特性中的一或多个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm。
本发明还涉及本发明的成像系统、光束导向元件和/或玻璃特别是在投影机或材料加工中的应用。
本发明也涉及一种投影机，其包括本发明的成像系统、光束导向元件和/或玻璃，特别是一种DLP投影机。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式的示意图。图中示出了该成像系统作为DLP投影机的例示性技术方案。激光光源1所产生的三个色彩蓝色、绿色及红色(箭头5)在离开激光光源1后到达光束导向元件2。光束导向元件2将该光偏转至成像芯片3(箭头6)。随后，成像芯片3所产生的影像(特别是分别为蓝色、绿色及红色的影像)到达光束导向元件2。此点用箭头7表示。随后，光束导向元件2使得复合的彩色影像到达投影光学元件4。此点用箭头8表示。
图2为柱形图，其示出本发明的实施例1至8和非本发明的比较实施例A的品质因数F(436nm)及品质因数F(RGB)。y轴所示数值系以“ppm/W”为单位。
图3为柱形图，其示出本发明的实施例1至8和非本发明的比较实施例A的诱导消光度Ext1(436nm)及Ext1(RGB)。y轴所示数值系以“1/cm”为单位。
具体实施方式
用波长为455nm的激光，分别以345W/cm2的功率密度照射样本厚度为100mm的本发明的实施例玻璃1至8和非本发明的比较实施例A的样本72小时。为了达到较高的功率密度以及均匀的样本照射，在照射前对样本的所有侧面进行抛光，激光以全反射(TIR)的角度照射大小为4×4mm2的入射面。如此便能用55W激光器实现具有345W/cm2的功率密度的照射。该体积中的功率密度约为331W/cm2。
样本尺寸为100mm×4mm×4mm。
玻璃组成参见下表1(单位为wt％)。
表1
Figure BDA0003966558720000371
该玻璃在MnO2含量方面有所区别。在实施例2中，MnO2含量为0.7ppm(基于重量)。在比较实施例A中，MnO2含量为1.1ppm(基于重量)。在其余的实施例玻璃1以及3至8中，MnO2含量皆为0.1ppm(基于重量)。
根据上述公式来计算品质因数F(436nm)、品质因数F(546nm)、品质因数F(644nm)及品质因数F(RGB)。为此，针对波长436nm、546nm及644nm测定热度S、非诱导消光度Ext0及诱导消光度Ext1的相应值，以及玻璃的热导率k。图2及3示出相应结果。下表2总结了测量值及运算。
表2
Figure BDA0003966558720000381
Figure BDA0003966558720000391
显然，与比较实施例A不同，本发明的玻璃1至8具有品质因数F(436nm)<15ppm/W、品质因数F(546nm)<12ppm/W、品质因数F(644nm)<10ppm/W及品质因数F(RGB)<40ppm/W。此外与比较实施例A不同，本发明的玻璃1至8具有诱导消光度Ext1，使得Ext1(436nm)<0.01/cm、Ext1(546nm)<0.01/cm、Ext1(644nm)<0.009/cm以及Ext1(RGB)<0.03/cm。
实施例玻璃1至7及比较实施例A在其余部分中具有极为接近的组成。其皆为硼硅酸盐玻璃。主要差别在于：实施例1、5及7以及比较实施例A用Sb2O3净化，而实施例2、3、4及6中实施Sn/Cl净化。比较实施例A用传统原料制成，因而产生大于1.0ppm的相对较高的MnO2含量。实施例2、3、5及7中添加CeO2。实施例1、4及7以及比较实施例A还含有少量TiO2。实施例8为用SnO2净化的硅酸盐玻璃。
用实施例6获得了极佳的结果，该实施例的特点在于Sn/Cl净化及不含TiO2。
【符号说明】
1:激光光源
2:光束导向元件
3:成像芯片
4:投影光学元件
5:光自激光光源到达光束导向元件
6:光被光束导向元件偏转至成像芯片
7:成像芯片所产生的影像到达光束导向元件
8:复合的彩色影像到达投影光学元件。

Claims (19)

1.一种成像系统，其包括：
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB，以及
b)光束导向元件，
其中，该激光光源B适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，该玻璃具有Ext1(436nm)的诱导消光度，其中，Ext1(436nm)<0.01/cm。
2.一种成像系统，其包括：
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB，以及
b)光束导向元件，
其中，该激光光源适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，该玻璃具有F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k的品质因数，其中，S(436nm)为波长436nm时的热度，Ext1(436nm)为与Ext0(436nm)相比在以345W/cm2的功率密度用455nm波长的激光照射72小时后，厚度100mm的样本在436nm波长时的额外消光度，Ext0(436nm)为未进行相应照射的情况下，厚度100mm的样本在436nm波长时的消光度，并且k为热导率，且其中F(436nm)<15ppm/W。
3.一种成像系统，其包括：
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB；至少一个激光光源G，其在>490nm至585nm的光谱范围内具有波长λG；以及至少一个激光光源R，其在>585nm至750nm的光谱范围内具有波长λR，以及b)光束导向元件，其中，该激光光源B、该激光光源G及该激光光源R适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，该玻璃具有Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)的诱导消光度，其中，Ext1(RGB)<0.03/cm。
4.一种成像系统，其包括
a)至少一个激光光源B，其在380nm至490nm的光谱范围内具有波长λB；至少一个激光光源G，其在>490nm至585nm的光谱范围内具有波长λG；以及至少一个激光光源R，其在>585nm至750nm的光谱范围内具有波长λR，以及
b)光束导向元件，其中，该激光光源B、该激光光源G及该激光光源R适于在该光束导向元件的至少一个点中产生大于10W/cm2的平均面积功率密度，并且该光束导向元件由玻璃构成，该玻璃具有F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k的品质因数，其中，F(RGB)<40ppm/W。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的成像系统，其中，该激光光源为二极管激光器。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的成像系统，其中，该光束导向元件为棱镜。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的成像系统，其中，该激光光源适于在该光束导向元件的至少一个点中产生20W/cm2至300W/cm2的平均面积功率密度。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的成像系统，其中，S(436nm)、S(546nm)及S(644nm)为最大50ppm/K。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的成像系统，其中，Ext0(436nm)、Ext0(546nm)及Ext0(644nm)为小于0.01/cm。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的成像系统，其中，Ext1(436nm)、Ext1(546nm)及Ext1(644nm)为小于0.009/cm。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的成像系统，其中，该热导率k为大于0.005W/(cm*K)。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的成像系统，其中，波长为436nm、546nm和/或644nm时的平均dn/dT在20℃至40℃的温度范围内处于0.1至8.0ppm/K的范围内。
13.一种光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有以下特性中的一或多个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·品质因数F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k，其中，F(RGB)<40ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm，
·诱导消光度Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)，其中，Ext1(RGB)<0.03/cm。
14.一种光束导向元件，其由玻璃构成，该玻璃具有F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k的品质因数，其中F(436nm)<15ppm/W。
15.根据权利要求13和14中至少一项所述的光束导向元件，其中该光束导向元件选自由透镜、棱镜、球、平面板、自由形状、快轴准直仪和/或导光杆组成的组。
16.一种玻璃，其具有以下特性中的一或多个：
·品质因数F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k，其中，F(436nm)<15ppm/W，
·品质因数F(RGB)＝F(436nm)+F(546nm)+F(644nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k+S(546nm)*(Ext0(546nm)+Ext1(546nm))/k+S(644nm)*(Ext0(644nm)+Ext1(644nm))/k，其中，F(RGB)<40ppm/W，
·诱导消光度Ext1(436nm)<0.01/cm，
·诱导消光度Ext1(RGB)＝Ext1(436nm)+Ext1(546nm)+Ext1(644nm)，其中，Ext1(RGB)<0.03/cm。
17.一种玻璃，其具有F(436nm)＝S(436nm)*(Ext0(436nm)+Ext1(436nm))/k的品质因数，其中，F(436nm)<15ppm/W。
18.一种根据权利要求1至12中至少一项所述的成像系统在投影机或材料加工中的应用。
19.一种投影机，其包括根据权利要求1至12中至少一项所述的成像系统。
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