CN1762868B - 微棱柱和微杆柱透镜，制造该透镜的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用拉拔工艺以制造光学玻璃元件，特别是光学棱镜或光学柱状透镜的方法与装置。要制造的玻璃料股的几何形状借助于放置在至少围绕玻璃料股的周边部分或纵轴线的、在加热装置里面或外面的冷却元件或加热元件来控制。

Description

微棱柱和微杆柱透镜，制造该透镜的方法与装置

技术领域

本发明涉及制造光学玻璃元件的方法与装置，特别是使用拉拔工艺制造光学棱柱或杆柱透镜。

背景技术

诸如棱镜或透镜的光学玻璃元件可以由光学玻璃块通过切割、磨削及随后抛光得到。但是，这是一种费时和昂贵的工艺。

如果制造小横截面或小尺寸的光学玻璃元件要出现更多的问题，因为它们很难加工，并且在确定光学玻璃元件质量中的关键因素的边缘锐度、边缘角度、表面的平直度的足够精度和低的表面粗糙度只有在巨大工作量下才可能因而也是高成本的。

但是，小型化的光学玻璃元件，特别是微透镜和/或微棱镜，日益在照相术，特别在移动电话中的数字照相术中，变得特别重要，且对于大量制造需要价廉。微棱镜的另外的应用领域是光学摄像管系统中的分光镜。在二极激光器的光束形成中也使用微透镜作为“快速轴向准直透镜(FACs)”。

为制造具有小横截面的光学玻璃元件的一种已知方法是使用拉拔工艺。在这种情况中，将通常选定预成型件或选定横截面的连续玻璃料股供送到加热装置。加热该玻璃直到它可以塑性变形。一种拉拔装置将被玻璃料股拉出加热装置，从而形成一个拉拔的小球。该拉拔工序以预定的方式减小玻璃料股的横截面，然后从该拉拔出的玻璃料股切割玻璃料股，例如通过切割，以形成要求尺寸或长度的玻璃元件。

本文的主要目的是将玻璃料股减小到要求的横截面并将预成形件的几何形状转变到要制造的玻璃元件的成品的几何形状或最终形状且尽可能不改变这种基本几何形状。在此方法中的重要参数包括将玻璃料股供送到加热装置中的速率、在加热装置中选定的以达到玻璃料股优选粘度的温度以及玻璃料股拉出加热装置的拉拔速率。

虽然拉拔工艺将预成型件的基本几何形状或轮廓转变到要制造的玻璃元件，会发生变形，例如从初始的平面的侧表面沿玻璃料股的横截面形成一个凹的侧表面，同时随之在一定的环境下要形成的玻璃元件的最终形状可能与预成型件有很大不同。这要求进一步的通过磨削及抛光的工作步骤以修正此变形，在小横截面的该光学元件的例子中，基于上述原因，该磨削、抛光的加工步骤是很复杂的。

用于使这些改变最小化的传统方法特别包括，尽可能精确地对应于要求的最终形状选择预成型件，选择变形粘度尽可能高，以确保玻璃料股的均匀加热，选择一个在加热装置的整个时间过程为恒定的温度，选择遍及玻璃料股周边尽可能均匀的温度，即沿纵轴线轴向对称的理想的温度分布，以及以这样一种方式将玻璃料股引入或定位在加热装置中，即在加热装置的中央导向玻璃料股同时玻璃料股的纵轴线尽可能准确地处在加热装置的纵轴线上并因此处在温度场的对称轴线上。

为了改善表面的平直度和光滑度同时确保拉拔光学玻璃元件的横截面与其母玻璃的相似性，US 2002/0014092A1介绍了一种方法，该方法提供一种母玻璃，它具有基本上几乎与要制造的光学玻璃元件的要求的横截面相同的横截面。此文件未给出任何说明母玻璃的横截面要故意地取与要制造的光学玻璃元件不同的形状。此外，在复杂光学元件的情况中，例如多面棱镜的情形下，基本上与要制造的光学玻璃元件要求的横截面几乎相同的母玻璃的供给或制造就劳动量、时间并因此成本而言能带来巨大的支出。此外如果要求的表面质量是高的，可能要求最终的抛光。

EP 0819655 B1提出在已知方法中管子几何形状的偏差归因于均匀温度场的破坏，例如由炉子区域中的测量装置或管子纵轴线相对于温度场的对称轴线不对准所引起的。为了补救这一问题，该文件介绍了一种方法，该方法在至少一个变形截面中局部加热或冷却软化的玻璃材料，该变形截面仅遍及变形区域的部分周边延伸并作为横向截面几何形状与要求的元件的几何形状的记录偏差的函数。在此情况中的冷却是通过引入气体流在玻璃材料上而进行。该方法用于在具有圆形或环形截面元件中消除椭圆度。但是，引导到玻璃材料表面上的气体流可能具有对表面质量的负面影响，因此对光学玻璃元件的光学性质的负面影响。特别是，它能导致接近表面区域中的杂质和应力，这些将破坏光束的路径。此外，它还能导致横截面为多面形的光学纤维的边缘的倒圆。

使用优选的轴向对称的温度分布以及玻璃料股在加热装置中的优选定位，仅在横截面为轴向对称的玻璃料股的情况中能够避免玻璃料股的变形，但是在横截面不是轴向对称的玻璃料股的情况中不能避免。任何要求的横截面的或预成型件几何形状的玻璃料股的玻璃颗粒也必须从外面向内移动，垂直于拉拔方向，在其通过拉拔小球的路径上。在轴向不对称的横截面的情况中，不是所有的这些流动路径具有同样的流动阻力。因此，在此不是轴向对称的横截面的情况中，由在拉拔方向的加速度造成的减小的横截面与质量的守恒是不同于，或者在某种环境下甚至不相似于，初始预成型件几何形状，即使具有均匀的温度分布和可忽略的表面拉拔作用也如此。

发明内容

因此，从此背景材料看，本发明基于这样一个目的，即提供一种制造玻璃元件、特别是光学玻璃元件的方法和装置，该方法和装置使用拉拔工艺，特别用于制造光学棱镜或光学透镜，这种方法和装置避免现有技术的上述缺点。

特别是，该方法和装置适用于制造具有小的横截面的光学玻璃元件。

它特别包含最小化在拉拔工艺中不利地出现的变形的这一目的，同时在某些环境下甚至完全消除这种变形，且同时保持表面质量，特别是光学玻璃元件的表面质量。这包括保持边缘的锐度、边缘的角度、表面的平直度和低的粗糙度。

它包含最小化或消除从初始平的侧面形成一凹的侧面，该平的侧表面在拉拔工艺中沿玻璃料股的横截面出现，并保持边缘锐度、边缘角度、和平直度的精度及玻璃元件-特别是光学玻璃元件-的表面的低粗糙度。本发明试图免去进一步的工序，诸如通过紧随拉拔工序后的磨削和/或抛光以改善表面质量的处理。

因而，用于实施它的方法与装置应该是经济可行和廉价使用的。

它包含避免使用复杂的且因此是劳动密集、费时间和昂贵的预成型件或加热马弗炉几何形状这一目的，同时避免了装置精确对准的需要，特别是玻璃料股精确引入到加热装置的中心，这一点只能在巨大的费用下实现。

此外，根据本发明的方法以及实施它的装置试图允许易于制造的预成型件几何形状的使用并且适用于传统加热装置或加热马弗炉的型式。

此外，该方法以及实施它的装置在使用中是灵活的，也就是适用于特别是光学玻璃元件的不同几何形状或者适用于玻璃料股的不同横截面的几何形状。

此外，在拉拔工艺过程中出现的不利的变形不仅应该最小化或避免，同时本发明具有实际上提供一种设计能动性的目的。这一点特别包括允许拉拔的玻璃料股的横截面几何形状的主动与灵活的设计并因此主动和灵活的设计玻璃元件或玻璃元件几何形状。

由于具有复杂几何形状的玻璃元件只能借助于相当昂贵地制造的预成型件几何形状来实现。相反，本发明试图允许由易于和廉价制造的预成型件几何形状来制造具有复杂横截面的玻璃元件。

此目的以一种意想不到的简单方法来实现，该方法仅借助于制造玻璃元件-特别是光学玻璃元件-的方法以及用于实施上述方法的装置。优选的实施例形成从属权利要求的主题。

根据本发明的一个方面，提供一种一种使用拉拔工艺制造玻璃元件的方法，该方法包括以下步骤：提供选定的预成型的玻璃料股，将该玻璃料股供送到一加热装置中，在该加热装置中软化该玻璃料股，拉拔该玻璃料股通过一拉拔装置，其中要制造的玻璃料股的几何形状借助于放置成至少围绕玻璃料股的部分周边和/或纵轴线的、在加热装置的里面和/或外面的冷却元件来控制，其中冷却元件基本上成空心体并且流体流过该空心体，使得没有流体流被引导到玻璃料股的表面上。

根据本发明的另一方面，提供一种用于用拉拔工艺由选定的预成型的玻璃料股制造玻璃元件的装置，所述装置包括：一个供送装置，一个加热装置，一个拉拔装置，其中冷却元件被放置成至少围绕玻璃料股的部分周边和/或纵轴线，且在加热装置的里面和/或外面，并且其中冷却元件基本上成空心体并且其中流体流过空心体的内部，使得没有流体流被引导到玻璃料股的表面上。

在本文中，本发明不企图免除造成变形的因素，而是提供影响选择方案和/或允许附加工艺参数的简单变化以便通过补偿这种趋势来抵消在拉拔工艺过程中玻璃料股要变形的趋势。

在第一实施例中，本发明包括使用拉拔工艺制造玻璃元件，特别是光学玻璃元件的方法，特别用于制造光学棱镜和光学透镜。此方法包括以下步骤：提供选定预成型的玻璃料股、将该玻璃料股供送到加热装置中、软化加热装置中的玻璃料股以及通过拉拔装置拉拔玻璃料股。在该方法中，要制造的玻璃料股的几何形状借助于至少包围周边或玻璃料股纵轴线部分，置于加热装置里面和/或外面的冷却或加热元件来控制。

在此情况中，玻璃元件包括任何要求几何形状的玻璃元件，特别是多边棱镜、透镜、柱状透镜和具有凸、凹、球面、非球面，例如椭圆、圆柱形或抛物线表面的玻璃元件。此处提及的玻璃元件应理解为是实例，而不是将本发明局限于提及的选择。

本发明人已经发现在拉拔工艺中出现的对侧表面的不利的变形，特别是在拉拔工艺过程中沿玻璃料股的横截面不利地出现的从初始平的侧表面形成凹的侧表面，通过根据本发明的冷却或加热元件的安排而被避免，该冷却或加热元件至少包围玻璃料股周边或纵轴线部分，在加热装置的里面或外面放置。该结果是被拉拔玻璃料股的横截面几何形状的主动控制。

在本文中，无需强制的经常使用多个冷却或加热元件。根据本发明，也可能仅仅一个冷却或加热元件围绕玻璃料股的周边或纵轴线，在加热装置的里面或外面放置。此外，也可能将一个冷却元件或多个冷却元件同时与一个加热元件或多个加热元件一起使用。

术语“冷却或加热元件”要理解成具有热或冷表面的一个元件的意思。在本文中，一个冷却元件不要理解成包含引导到玻璃料股的表面上的气体流。

借助于设置在加热装置外面的，并因此在变形区域外面的，冷却或加热元件的控制允许对玻璃料股的整个周边或纵轴线预冷却或预加热或者防止或者增加在拉拔出加热装置之后的更快速的冷却。

因此不仅仅可能通过补偿它而避免在拉拔工艺过程中不利地出现的变形，而且本发明也可能使之提供主动的设计。根据本发明的冷却或加热元件的安排和符合本发明的目标温度分布的产生使之可能主动地影响和控制玻璃料股的侧表面或几何形状，特别是遍及其横截面也遍及其纵向范围。这就允许基本上与预成型件的横截面形状无关地，主动或动态的和灵活的被拉拔玻璃料股横截面几何形状的设计。

这包括至少一个当在横截面中看玻璃料股时是基本上凹的侧面被转变成基本上平的侧面或转变成基本上凸的侧面。此外，根据本发明的方法允许至少当在横截面中看玻璃料股时是基本上是平的一个侧面的被转变成基本上凹的侧面或转变成基本上凸的侧面或者也允许至少当在横截面中看玻璃料股时是基本上凸的侧面被转变成基本上平的侧面或转变成基本上凹的侧面。

在本方法的一个特殊实施例中，至少一个当在横截面中看玻璃料股时基本上是球面的侧面转变成基本上非球的侧面，或者当在横截面中看玻璃料股时基本上是非球面的至少一个侧面转变成基本上球面的侧面。

在本文中，非强制性地使用根据本发明的方法以产生形状上明显的变化，例如从凹侧面改变成凸侧面。改变描述一个实体的表面的函数的个别变量也在本发明的范围之内，在此情况中，玻璃元件不用造成形状的明显变化，例如改变球面一部分的表面的半径。

因此有可能使用相当简单并因此价廉制造的预成形几何形状，例如圆形，构成或成形一个具有复杂几何形状的要求的玻璃元件。

因而，在另一本方法的实施例中，玻璃料股的预成型件的横截面被设置在不同于最终形状横截面的形状中。然而，在任何情况下，对于要设置在与最终形状的横截面相同的形状中的玻璃料股的预成型件的横截面也可能是有利的。

在一个特殊的实施例中，预成形件也可以以这样一种方式确定，即预成型件偏离最终形状的横截面，并且玻璃料股的最终形状的横截面具有要求的横截面。这通过适当选择确定的预成型件几何形状补偿拉拔工艺过程中出现的变形，该预成型件的几何形状偏离最终形状并且由这样的事实来识别，即在拉拔工序过程中出现的变形以这样的方式使该几何形状变形，即最终形状的几何形状对应于要求的几何形状。

本发明的一个特殊有利的特征是，冷却或加热元件不与玻璃料股实际接触或者不与玻璃料股进入实际接触。这一点特别地防止在接近表面的区域形成破坏性的杂质和应力，该杂质和应力可以导致对光束轮廓的明显干扰。此外，这样就有可能避免在，例如，横截面是多边形的玻璃料股的情况中边缘倒圆的可能性，这是由直接引到用于冷却目的的玻璃元件的表面上的气体流所造成的。

相反地，除去控制一个侧面的几何形状外，也可以借助于根据本发明的冷却或加热元件的设置，控制边缘的锐度，即轮廓的精度和由边缘形成的角度的精度。

在拉拔工序中可以在线地控制温度分布。在这种情况中，拉拔的玻璃料股的几何形状和尺寸，例如由在加热装置里的或拉拔出加热装置外面之后的拉拔的玻璃料股的光学扫描来确定。如果偏离要制造的玻璃料股横截面的要求几何形状或要求的尺寸，因而可以借助于围绕玻璃料股周边或纵轴线的部分放置在加热装置里面或外面的冷却或加热元件控制温度分布或温度分布图。

此外，通过冷却或加热元件的引入、安排或放置或通过它们的冷却或加热能力可以控制要求的温度分布图。

在这种情况中，冷却或加热元件从供给玻璃的侧面或从拉拔出玻璃的侧面被安全地或部分地引入加热装置中。如果冷却或加热元件只是部分地被引入，则相对于加热装置的高度，它们被引入加热装置达10％到95％的范围，优选地为65％到85％。

冷却或加热元件的布置取决于所选的玻璃料股的预成型件，同时对要安排的冷却或加热元件最好是沿玻璃料股的至少一个侧面或者沿至少一个角安排。该冷却或加热元件相对于玻璃料股的纵轴线平行或倾斜布置。

冷却或加热元件也可以取弯曲或曲线的形状，以便产生与从预成型件制造的玻璃料股横截面优化匹配的温度分布图或温度分布。

冷却或加热元件放置在距供送到加热装置的玻璃料股的一个表面或加热装置中的玻璃料股的一个表面或拉拔的玻璃料股的一个表面为0厘米到50厘米的一个距离，优选地为0.01厘米到10厘米，且特别优选地为0.1厘米到5厘米。

在一个特别有利的实施例中，冷却或加热元件被作为一个单元或彼此独立地引入、安排或放置，并且它们的加热或冷却作用也可以分别地或作为一个单元来控制。

这种分开的引入、安排、放置或控制允许产生许多不同的温度分布并且可以灵活地与要以玻璃料股制造的不同的预成型件几何形状和最终的几何形状匹配。

根据本发明的冷却或加热元件的安排产生一个绕玻璃料股的周边或绕玻璃料股纵轴线的温度分布图。在这种情况中，在玻璃料股的周边或玻璃料股的纵轴线，具有0℃到100℃的温度差且优选地为1℃到10℃。

此外，根据本发明的冷却或加热元件可以用在传统的加热装置中。而且，玻璃料股在加热装置中的定位不是关键的，因为出现在温度分布中的破坏可以通过根据本发明的冷却或加热元件主动地来补偿。

不是所有的冷却或加热元件必须具有相同的几何形状或尺寸，只要与所产生的温度分布相匹配。

在一个特殊的实施例中，冷却或加热元件是作为基本实心体或空心体提供的，特别以一种管子。

空心体的直径为0.1厘米到30厘米，优选地为0.1厘米到10厘米，且特别优选地为0.5厘米到3厘米，并且长度为0.5厘米到100厘米，优选地为1厘米到75厘米，特别优选地为5厘米到50厘米。

根据本发明，空心体不是所有的都必须具有相同的几何形状或尺寸，而是它们能与要产生的温度分布、玻璃料股的尺寸与几何形状以及加热装置的尺寸、几何形状和温度场相匹配。

根据要设定的温度，一种流体，特别是空气流过空心体。在此情况中该流体可以在大气温度，或以冷却或加热的形式，被引入。

借助于空心体内流体的流速控制温度。在此情况中，流体以0.01升/分到1000升/分，优选地为0.1升/分到200升/分，及特别优选地为1升/分到50升/分的流速流过空心体，对于各个冷却或加热元件中的流体的流速可以一致地或独立地或彼此分开地被设定。

在此情况中，可以将冷却或加热元件设计成在一侧敞开的管子，在该管子中较小横截面的、两侧均敞开的第二管子以这样的一种方式，特别是同轴地安排在开口上，即第二管子的第一开口位于第一管子内部。在此情况中，流体，空气，以一确定的流速通过第二管子的第二开口流入第二管子、流出第一开口并因而进入第一管子然后回流出第一管子中的开口。形成该管子的可能的材料包括对出现于加热装置中的温度具有足够热阻的那些材料。

流体的引入冷却或加热空心体达到相对于加热马弗炉，有0℃到2500℃的温度差，优选地为10℃到1000℃且特别优选地为10℃到500℃的温度差。

根据要成形的光学玻璃元件的横截面设定以下方法或工艺参数。在此情况中，供送到加热装置中的玻璃料股的横截面设置成有大约0.25厘米²到2500厘米²的横截面积，优选地为1厘米²到100厘米²，且特别优选地为3厘米²到36厘米²的横截面积，然后，通过拉拔该玻璃料股，该横截面积的收缩率为1/2到1/100000，优选地为从1/20到1/30000且特别优选地为1/100到1/10000。

在本发明中使用BK、SF、LASF、LAF、BASF、BAF、K、PK、PSK、FK、SK、LAK、SSK、BALF、LLF、LF、F、LAK类中的光学玻璃，以及专门的玻璃，诸如B270、硼硅酸盐玻璃。所列的玻璃应看成是一些实例并不构成对所列表的限制。

在拉拔方法中的重要参数包括将玻璃料股送入加热装置中的速度、加热装置的尺寸、达到玻璃料股的优化粘度的加热装置中的选定的温度以及玻璃料股被拉拔出加热装置的速度。

为确保玻璃拉拔的足够粘度并防止粘度过高使玻璃破碎以及在拉拔过程中粘度过低出现过量变形，将玻璃在加热装置中软化到粘度为10⁴dPas(分泊)到10¹²dPas，优选地为10⁵dPas到10⁹dPas。

为达到玻璃在加热装置中相应的粘度，通常设计成一种加热马弗炉的加热装置是处在大约100℃到1500℃，优选地为500℃到900℃的温度。

在一个特殊的实施例中，在玻璃元件的制造中方便地优选加热装置对预成型件的确定的尺寸比，特别在棱镜的制造中。在此情况中，加热装置的直径对玻璃元件的尺寸的比，特别是棱镜的侧边或股的长度，被选定为从1.5到10且优选地为2到4。

可能使用具有轴向对称的温度场的传统的加热马弗炉。在此情况中，对加热装置和其温度分布不提出特殊的要求。

在一个特殊的实施例中，以这样的方式选择加热装置的几何形状从而在玻璃料股的拉拔过程中通过形成一个目标的温度分布有助于成形工艺。这可能是一种单独的方法或者可以与根据本发明的冷却或加热元件组合。

在此情况中玻璃以大约1毫米/分到100毫米/分和优选地为大约3毫米/分到15毫米/分的速度被供送到加热装置，并以从大约100毫米/分到30000毫米/分，优选地为大约150毫米/分到5000毫米/分的速度拉拔出。

例如通过切割，把拉拔的玻璃料股最终与另外的拉拔的玻璃料股分开，以制造要求尺寸或长度的玻璃元件。在此情况中切割线可能平行于玻璃料股的横截面或者以任何要求的、在0°与90°之间的角度切割。

根据本发明的方法免除了进一步工序的需要，诸如通过紧随拉拔工序的磨削、抛光和/或镀膜，为改善表面质量的处理，因为为了达到优良的表面质量这种处理仍然可能发生。

另一冷却或加热元件的可能的实施例包括使用电加热元件、热力阻断热屏蔽罩或借助于激光或火焰的直接表面加热。

此外，包括一种装置，特别是为实施根据本发明的方法，用以制造玻璃元件特别是光学的玻璃元件，本装置用拉拔工艺从选定的预成型的玻璃料股特别是用来制造光学棱镜或光学透镜。在此情况中所述装置包括一供送装置、一加热装置、一拉拔装置，并且所述装置的特征在于，冷却或加热元件至少包围周边的部分或者至少遍及玻璃料股的长度的部分放置在加热装置的里面或外面。

在本发明的有利的实施例中，冷却或加热元件不与玻璃料股实际接触。

该冷却或加热元件完全地或部分地从供给玻璃的一侧或从拉拔出玻璃的一侧引入加热装置，并沿玻璃料股的至少一个侧面或沿玻璃料股的至少一个角布置。在此情况中，冷却或加热元件可以相对于玻璃料股纵轴线平行或倾斜排列。冷却或加热元件放置在距供送到加热装置的玻璃料股的一个表面或加热装置中的玻璃料股的一个表面或拉拔的玻璃料股的一个表面距离为0厘米到50厘米，优选地为0.01厘米到10厘米，且特别优选地为0.1厘米到3厘米。

在此情况中，冷却或加热元件就其加热或冷却的能力而言作为一个单元或彼此独立地引入、安排、定位或控制。

冷却或加热元件设计成基本实心体或空心体，特别是管子，该管子也可以是一侧封闭的。根据本发明的空心体具有从0.1厘米到30厘米，优选地为0.1厘米到10厘米，且特别优选地为0.5厘米到3厘米的直径，并具有0.5厘米到100厘米的长度，优选地为1厘米到75厘米，且特别优选地为5厘米到50厘米的长度。

一种流体，特别是空气以0.01升/分到1000升/分，优选地为0.1升/分到200升/分以及特别优选地为0.1升/分到50升/分的流速流过空心体。每个冷却或加热元件中的流体的流速可以一致地或彼此独立地控制。

流体的引入造成空心体相对于加热马弗炉具有0℃到2500℃的温度差，优选地为10℃到1000℃且特别优选地为10℃到500℃的温度差。

此外，本发明包括一玻璃元件，特别是一个光学玻璃元件，诸如光学棱镜、透镜或柱状透镜，该光学透镜可以由根据本发明的工艺来制造。

这种玻璃元件的特征在于至少其表面的一个具有小于10微米的平直度，优选地小于1微米，且特别优选地小于0.1微米。术语平直度被理解成一个表面或一个侧面在一直线部分以内在高度上的差别。特别在球面的情况中，最大高度差被理解成相对于限定这些表面的圆弧半径。

附图说明

下面将基于举例的实施例详细地描述本发明，其中不同举例的实施例的特征可以彼此组合。在说明中将参考附图。在附图中，相同的标号涉及相同的零件。

基于下面的举例实施例将说明本发明如下。

图1以举例的方法示意说明沿其纵轴线的加热装置。

图2a以举例的方法表示通过图1剖面线S1剖切的所示装置的横剖面或截面图。

图2b以举例的方法表示另一实施例沿图1剖面线S1剖切的横剖面图。

图3a以举例的方法表示另一实施例沿图1剖面线S1剖切的横剖面图。

图3b以举例的方法表示另一实施例沿图1剖面线S1剖切的剖面图。

图4以举例的方法表示对于不同的冷却程度，相对侧表面收缩率作为在侧表面上相对位置的函数。

图5以举例的方法表示加热马弗炉与冷却元件之间的温度差作为通过冷却元件的空气流速的函数。

图6以举例的方法表示作为冷却元件引入加热装置或加热马弗炉中的相对深度的函数的曲线。

图7以举例的方法表示通过图1的剖面线S1剖切的所示装置的横剖面或截面图。

具体实施方式

图1通过举例表示沿加热装置1的纵轴线的示意图，在这一情形下，加热装置设计成加热马弗炉，图中示出玻璃料股2被供送3到加热装置1并拉拔4出该加热装置，从而形成一个拉拔的小球，图中示出根据本发明的冷却或加热元件5的布置的一个举例实施例。该所示的加热马弗炉沿其纵轴线产生一个轴对称的温度场，所示的玻璃料股2被供送到加热马弗炉，特别作为一种选定的预成型件6的连续的玻璃料股2被供送。在本例子中，冷却元件5包括流过空气的管子，已知是一种冷却指(或指状物)，具有0.6厘米的直径和25厘米的长度，冷却指被安排在玻璃料股2的周边并已经被或能够被引入加热装置1不同的距离。

图2a表示通过剖面线S1剖切的图1中所示的装置的中心横剖面或截面图，示出具有沿玻璃料股2的侧面布置根据本发明的冷却或加热元件5的实施例，玻璃料股2具有一个三棱柱的横剖面6。

图2b同样表示另一实施例沿剖面线S1剖切的图1所示装置的剖面图。沿玻璃料股2的侧面和玻璃料股的角安排根据本发明的冷却和加热元件5，该玻璃料股具有一个三棱柱的横剖面6。

图3a通过举例示出沿剖面线S1剖切的图1所示装置的剖视图，具有沿玻璃料股2的一个侧面8安排根据本发明的冷却或加热元件的另一实施例，该玻璃料股2具有矩形棱柱的横剖面6。

图4通过举例示出对于不同的冷却水平，在侧表面7上或侧表面7处图2a中所示的侧表面7的相对侧表面收缩率作为冷却元件5的相对位置的函数。玻璃料股2由B270组成。具有等边的棱柱的横剖面6，被自由地定向从具有大约4厘米的侧边长度的箱式炉拉出并已经具有0.9％的平均收缩率。该相对侧边收缩率由收缩与边缘的长度的商确定，并且相对位置由沿边缘的位置与边缘长度的商确定。在此情况下冷却元件5已经被引入到加热马弗炉2中，该马弗炉产生一个旋转的对称温度场并已经被设定到810℃的温度，冷却元件送入加热马弗炉大约80％的长度并且定位在侧表面的中心附近大约0.5厘米的距离处。从冷却制度1、3到冷却制度4冷却增大。冷却元件5中的温度分别是655℃和477℃。在冷却制度4的情况下，设定冷却温度为477℃，此外冷却元件被降低15％。首先增加的冷却使拉拔工艺造成的凹形收缩减小。更强的冷却形成凸形。因而，在拉拔过程中的侧表面的凹陷可以由根据本发明的冷却元件给以主动地补偿。此外，使用根据本发明的冷却元件5甚至有可能提供预定的效果并将凹形的几何形状的侧表面转变到形状是凸形的侧表面。

图5通过举例表示加热马弗炉1和冷却元件5之间的温度差作为经过冷却元件5的空气的流量的函数。当经过冷却元件5的空气的流量增加时，冷却元件被冷却到一个较大的范围，这样就给出恒定的加热马弗炉温度(在此例子中为大约810℃)导致温度差的增加。在此例子中温度差的增加作为流速的函数基本上是线性的。该直线表示对实验确定的数据的拟合，该数据由标记代表。

图6通过举例表示相对高度作为冷却元件5引入到加热装置2中的相对深度的函数，该加热装置2对于一个由N-BK7制成的具有横截面面积为1/2(3厘米×3厘米)的矩形底的棱柱(如图3a所示)给出经过冷却元件5的3升/分的冷却剂的恒定流速。在此例子中冷却元件5放置在侧表面8的中心附近，在大约0.1厘米距离处。相对高度描述侧表面的变形并且由侧表面(峰到谷)的侧收缩对侧表面的宽度的商来确定。引入的相对深度由冷却元件5引入到加热马弗炉2中的深度H与加热马弗炉的总高度之商来确定。可以看出随着冷却元件5引入到加热装置2中的深度增加相对高度基本上线性地减小。在弯曲是0且侧表面是平的值可以由数据的归纳(如直线所示)确定。

图7表示沿图1的剖视线S1剖切的一个中部横剖面或截面图，示出在具有沿玻璃料股2的侧面安排根据本发明的冷却元件5的实施例，所述的玻璃料股2具有等腰三棱柱的横截面6。

由N-BK7制造的具有大约50毫米侧边长度10的直角等腰三棱柱9用作制造这种微棱镜的玻璃料股2的预成型件6，该微棱镜可用于光学电视摄象管系统。此预成型件以大约10毫米/分的速度被供送到具有大约150毫米直径的加热马弗炉中。当制造棱镜时，加热马弗炉直径对直角侧边长度10的尺寸比有利地是超过2.5。三个冷却元件5从上面围绕玻璃料股2的横截面的引入到加热马弗炉中，该玻璃料股被设计成棱镜9，距玻璃料股的垂直距离大约为0.5厘米。以这样的方式放置一冷却元件5，即它处于斜边11的中心。在棱镜9的直角边10上的冷却元件5被置于距直角大约为1/3的预成型件直角边长度10的距离。该加热马弗炉被加热到大约740℃的温度。冷却指5使用压缩空气在室温下在大约6升/分的流速被冷却。借助于自动控制器设定精确的流速，该自动控制器接受来自检测各侧表面10、11的平直度的光学测量系统的期望的数值。该玻璃料股通过平行抓取器在大约1560毫米/分的速度被拉拔并在过程中切割到70毫米的长度。以这种方法所得到的棱镜具有4±0.1毫米的直角边、2纳米均方根(RMS)的粗糙度、小于0.1微米的平直度(PV)和优于30″的由边缘形成的角度的精度。

很显然对于技术人员来说以上介绍的实施例要理解为是实例。本发明不局限于这些实施例，而是在不偏离本发明的范围下可以用多种方法加以变化。

元件表

1.加热装置；

2.玻璃料股；

3.供送方向；

4.拉拔方向；

5.冷却或加热元件

6.玻璃料股的预成型件或横截面的几何形状；

7.三角形棱镜的侧面；

8.矩形棱镜的侧面；

9.直角等腰棱镜；

10.等腰棱镜的直角边；

11.等腰棱镜的斜边；

S1.在加热装置中在横轴线上的剖面线。

Claims (37)

1.一种使用拉拔工艺制造玻璃元件的方法，该方法包括以下步骤：

提供选定的预成型的玻璃料股，

将该玻璃料股供送到一加热装置中，

在该加热装置中软化该玻璃料股，

拉拔该玻璃料股通过一拉拔装置，

其中要制造的玻璃料股的几何形状借助于放置成至少围绕玻璃料股的部分周边和/或纵轴线的、在加热装置的里面和/或外面的冷却元件来控制，其中冷却元件基本上成空心体并且

流体流过该空心体，使得没有流体流被引导到玻璃料股的表面上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于冷却元件不与玻璃料股实际接触和/或进入与玻璃料股的实际接触。

3.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于冷却元件从供给玻璃的一侧和/或从拉拔出玻璃的一侧被完全引入和/或部分引入所述加热装置。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于冷却元件被沿玻璃料股的至少一个侧面和/或至少一个角部安排。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于冷却元件相对玻璃料股的纵轴线平行和/或倾斜地安排。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于冷却元件被放置在距供送到加热装置中的玻璃料股的一个表面和/或在加热装置中的玻璃料股的一个表面和/或被拉拔出的玻璃料股的一个表面0厘米到50厘米的一个距离处。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于冷却元件作为一个单元或彼此独立地被引入、安排和/或放置。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于冷却元件被设置成管子。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所提供的空心体其直径为0.1厘米到30厘米，并且其长度为0.5厘米到100厘米。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于空气作为流体流过该空心体。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于流体以0.01升/分到1000升/分的流速流过该空心体。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于在每一个冷却元件中的流体的流速一致地或独立地被设定。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于流体的引入造成空心体被冷却到相对于马弗炉有0℃到2500℃的温度差。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于加热装置将玻璃软化到其粘度为10⁴dPas到10¹²dPas。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过玻璃料股的拉拔，供送到加热装置中的玻璃料股的横截面积的收缩率为1/2到1/100000。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于提供的玻璃料股的预成型件的横截面在形状上与最终的形状的横截面有所不同，或者提供的玻璃料股的预成型件的横截面在形状上与最终的形状的横截面相同。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于当在横截面中看玻璃料股时的至少一个基本上是凹的侧表面被转变成基本上平的侧表面或基本上凸的形状。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于当在横截面中看玻璃料股时的至少一个基本上是平的侧表面被转变成基本上是凹的侧表面或基本上凸的形状。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于当在横截面中看玻璃料股时的至少一个基本上是凸的侧表面被转变成基本上是平的侧表面或基本上凹的形状。

20.如权利要求1所述的方法，其特征在于当在横截面中看玻璃料股时的至少一个基本上是球面的侧表面被转变成基本上非球面的形状。

21.如权利要求1所述的方法，其特征在于当在横截面中看玻璃料股时的至少一个基本上是非球面的侧表面被转变成基本上球面的形状。

22.一种用于用拉拔工艺由选定的预成型的玻璃料股制造玻璃元件的装置，所述装置包括：

-一个供送装置，

-一个加热装置，

-一个拉拔装置，

其中冷却元件被放置成至少围绕玻璃料股的部分周边和/或纵轴线，且在加热装置的里面和/或外面，并且其中冷却元件基本上成空心体并且

其中流体流过空心体的内部，使得没有流体流被引导到玻璃料股的表面上。

23.权利要求22所述的装置，其特征在于冷却元件不与玻璃料股实际接触。

24.如前述权利要求22或23之一所述的装置，其特征在于冷却元件被从供给玻璃的一侧和/或从拉拔出玻璃的一侧完全地和/或部分地引入到加热装置中。

25.如权利要求22所述的装置，其特征在于冷却元件被至少沿玻璃料股的一个侧表面和/或至少沿玻璃料股的一个角安排。

26.如权利要求22所述的装置，其特征在于冷却元件被相对于玻璃料股的纵轴线平行地和/或倾斜地排列。

27.如权利要求22所述的装置，其特征在于冷却元件被放置在距供送到加热装置的玻璃料股的一个表面和/或在加热装置中的玻璃料股的一个表面和/或拉拔的玻璃料股的一个表面为0厘米到50厘米的一个距离处。

28.如权利要求22所述的装置，其特征在于冷却元件被作为一个单元或彼此独立地引入、安排、放置和/或可控制的。

29.如权利要求22所述的装置，其特征在于冷却元件包括一管子。

30.如权利要求22所述的装置，其特征在于空心体具有0.1厘米到30厘米的直径，并且具有0.5厘米到100厘米的长度。

31.如权利要求22所述的装置，其特征在于空气作为流体流过空心体的内部。

32.如权利要求22所述的装置，其特征在于流体具有0.01升/分到1000升/分通过该空心体的流速。

33.如权利要求32所述的装置，其特征在于冷却元件每一个中的流体的流速是一致地或独立地设定。

34.如权利要求22所述的装置，其特征在于流体的引入造成空心体具有相对于加热马弗炉为0℃到2500℃的温度差。

35.如权利要求22所述的装置，其特征在于加热装置中的玻璃处于10⁴dPas到10¹²dPas的粘度。

36.如权利要求22所述的装置，其特征在于拉拔的玻璃料股的横截面积与供送到加热装置的玻璃料股的横截面积相比的收缩率为1/2到1/100000。

37.如权利要求22所述的装置，其特征在于玻璃料股的预成型件具有偏离最终形状的横截面的几何形状，或者玻璃料股的预成型件具有与最终形状的横截面基本上相同的几何形状。

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