DE4302046C2

DE4302046C2 - Optisches Glasmaterial und Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements

Info

Publication number: DE4302046C2
Application number: DE4302046A
Authority: DE
Inventors: Ken Kawamata
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2013-01-27
Also published as: KR0158915B1; JPH06115951A; KR950700601A; JP3093857B2; DE4302046A1

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Glasmaterial, das zum Formen eines optischen Glaselementes, wie einer sphärischen Linse, einer nicht sphärischen Linse, einer Fresnel-Linse, eines Prismas, eines Filters, eines Spiegels und dgl., durch Warmpressen verwendbar ist, und ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements unter Verwendung des optischen Glasmaterials.

Eine weit verbreitete Praxis war bisher, zum Herstellen eines optischen Elementes, das keiner Schleif- und Polierbehandlung bedarf, ein optisches Glasmaterial durch Erwärmen zu erweichen und das optische Glasmaterial durch Druck in eine erwünschte Gestalt mittels Formelementen zu formen. Im Falle des Formver fahrens auf der Grundlage dieses Warmpressens ist es von Bedeutung, daß die Oberflächengestalt, die Oberflächenrauhigkeit und die Oberflächeneigenschaften, wie das äußere Aussehen und dgl. Bedingungen genügen, die bei einer eine Abbildung liefernden optischen Linse gefordert werden. Es ist deshalb notwendig, ein Material für die Formelemente zu verwenden, das eine hohe Wärme- und Oxidationsbeständigkeit aufweist, ferner eine hohe Genau igkeit, eine geringe Benetzbarkeit durch das Glasmaterial und eine gute Formfreigabeeigenschaft. Es ist jedoch eine Begrenzung vorhanden, ein Verschmelzen des Glasmaterials mit dem Formelement nur durch eine Verbesserung des Formmaterials vollständig zu verhindern. Das Formen kann nur mit begrenzten Arten von Glasmaterialien ausgeführt werden. Es wurden deshalb auch einige Versuche unternommen, das Verschmelzen dadurch zu verhindern, daß man das Glasmaterial entsprechend ausgestaltete. Ein Vorschlag ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift 63-2 22 023 wiedergegeben.

Diese Veröffentlichung offenbart eine Technologie, durch die ein dünner Kohlenstoff-Film, der eine Formfläche bedeckt, auf der Formfläche eines Formmaterials (Glasmaterials), eines optischen Elements ausgebildet wird. Offenbart darin wird ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements, umfassend insbesondere die Schritte des Beschichtens einer Oberfläche, die vorher mit einer bestimmten Form versehen wurde, mit einem dünnen Kohlenstoff-Film mit einer Dicke von annähernd 1-100 nm, um ein Verschmelzen des Glasmaterials mit dem Formelement zu verhindern, des Einbringens des Materials in die Formelemente zum Formen eines optischen Elements in einem formbaren Zustand, wobei das Material mit dem dünnen Kohlenstoff-Film überzogen ist, und des Formens der Funktionsfläche des optischen Elements durch Pressen des Materials für das optische Element in der Form bzw. den Form elementen. Diese Veröffentlichung offenbart jedoch nicht eine Technologie, um Glaskomponenten und damit nicht kombinierten Kohlenstoff zu erhalten, wobei von einem Nicht-Gleichgewichtszustand in der Formfläche des Glasmaterials ausgegangen wird.

Weiterhin offenbaren die japanischen Auslegeschriften 59-5533, 59-5534 und 59-5535 jeweils ein Formtrennmittel, mit dem die Formflächen von Formelementen beschichtet werden, um das Herausnehmen eines Glasproduktes aus der Form zu erleichtern, wenn ein optisches Element geformt wird. Insbesondere gibt die japanische Auslegeschrift 59-5533 ein Formschmiermittel für Metallformen zum Gießen eines Glasproduktes an, das aus Graphit, einbasischem Aluminiumphosphat, einer zyklischen Stickstoffver bindung oder Chromverbindung, einem Oxid eines Erdalkalimetalls und Wasser zusammengesetzt ist. Nach einem in der japanischen Auslegeschrift 59-5534 beschriebenen Verfahren wird ein Form schmier- bzw. Trennmittel für Metallformen zum Gießen von Metallprodukten verwendet, das aus einer Substanz aus Graphit/ Bornitrid, einbasischem Aluminiumphosphat, einer zyklischen Stickstoffverbindung oder Chromverbindung und einem Oxid eines Erdalkalimetalls zusammengesetzt ist. Die japanische Auslege schrift 59-5535 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines geformten Glasproduktes, bei dem eine Metallformfläche, die mit einer Glasschmelze in Berührung kommt, wenn der Glasformvorgang ausgeführt wird, mit einem Formschmier- bzw. Trennmittel beschichtet wird, dessen Hauptbestandteil ein Verdünnungsmittel ist, das aus Graphitpulver, Metallphosphatsäure, einem aliphati schen Amin, Wasser und/oder Lösungsmittel zusammengesetzt ist, wobei die Metallformoberfläche auch mit einem Einbrenn- bzw. Trockenfilm ausgebildet wird. Bei diesen Anwendungen wird jedoch das angegebene Schmier- bzw. Formtrennmittel nur auf der Formoberfläche als Beschichtung aufgetragen. Es wird in diesen Veröffentlichungen keine Technologie des Einbettens eines Mittels in die Formoberfläche des Glasmaterials offenbart.

Im allgemeinen haben die bekannten Verfahren folgende Nachteile. Die Formoberfläche des Glasmaterials bewegt sich und verformt sich, wenn durch Formelemente das Preßformen ausgeführt wird. Ein durchgehender Kohlenstoff-Film auf der Formfläche besitzt jedoch keine Beweglichkeit und verformt sich nicht. Dement sprechend treten in dem Film unvermeidlich Risse auf, wenn der Film auf der Formoberfläche des Formelementes als Beschichtung aufgetragen ist. Somit treten Abschnitte mit direktem Kontakt zwischen Form- und Glasmaterial sowie Abschnitte unter Zwischen lage des Kohlenstoff-Films auf. Unter diesen Umständen ergibt sich der Nachteil, daß das Glasmaterial an dem Formelement im Bereich der Abschnitte mit direktem Kontakt anschmilzt. Außerdem treten auf der Oberfläche des Glasproduktes im Bereich der Abschnitte mit direktem Kontakt und den Abschnitten unter Zwischenlage des Kohlenstoff-Films Stufen entsprechend der Dicke des Kohlenstoff-Films auf. Dies führt zu einem schlechten äußeren Aussehen und einer Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften. Weiterhin können sich die Kohlenstoff-Filme von den Formober flächen der Formelemente ablösen, wenn das Glasmaterial von den Formelementen abgenommen wird. Wenn eine kontinuierliche Formgebung durchgeführt wird, ergeben die abgezogenen Kohlen stoff-Filme ein schlechtes äußeres Aussehen des geformten Glasproduktes.

Ein Defekt auf der Glasmaterialoberfläche muß als ein Faktor berücksichtigt werden, der auf ein Verschmelzen des Glasmaterials mit dem Formelement zurückgeht. Ein feiner Oberflächendefekt, bekannt als latenter Flecken oder Riß, versteckt hinter der Oberflächenschicht und leicht mechanisch zu verursachen, ist in einem geschliffenen/polierten Glasmaterial vorhanden, bevor der Kohlenstoff-Film ausgebildet wird. Weiterhin wird in der überwiegenden Anzahl der Fälle eine chemisch unstabile reaktive Schicht, die als Brennen bezeichnet wird, auf der Oberfläche des Glasmaterials ausgebildet aufgrund der Wirkung von Wasser und Alkali, wenn der Schleif- und Poliervorgang ausgeführt wird. Diese Oberflächendefekte machen den Oberflächenzustand des Glasmaterials instabil. Ein Problem ergibt sich, wenn Risse von den latenten Flecken (die latenten Flecken gehen in Risse über) auf der Oberflächenschicht während des Preßformens nach Ausbildung des Kohlenstoff-Films erzeugt werden. Dies führt zu einem weiteren Problem, wonach der Kohlenstoff-Film und die in der Glasmaterialoberfläche gebildeten Fragmente an die Ober flächen der Formelemente angeschmolzen werden. Dies führt zu einem solchen Problem, daß die optischen Eigenschaften des optischen Glaselementes beeinträchtigt werden (z. B. Abnahme im Lichtdurchlaßgrad), wenn der Kohlenstoff-Film nach dem Formvor gang entfernt wird.

Es ist hauptsächlich Aufgabe der Erfindung, die insbesondere im Hinblick auf die Nachteile des Standes der Technik entwickelt wurde, ein optisches Glasmaterial vorzusehen, das kein An schmelzen des Glasmaterials am Formelement verursacht, wenn das Preßformen ausgeführt wird. Ferner soll keine Verschlechterung der optischen Eigenschaften eines optischen Elements auftreten, das man als geformtes Produkt erhält, wobei das äußere Er scheinungsbild des optischen Elementes nicht beeinträchtigt sein soll und keine Oberflächendefekte am Glasmaterial vorhanden sein sollen, bevor der Preßformvorgang bei der Herstellung des optischen Elementes ausgeführt wird. Schließlich soll ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements unter Ver wendung des optischen Glasmaterials vorgeschlagen werden.

Zur Vermeidung der Probleme, die sich aus dem Stand der Technik ergeben, enthält erfindungsgemäß nach Anspruch 1 eine zu formende Oberfläche eines optischen Glasmaterials Glasbestandteile und Kohlenstoff in nicht gebundenem Zustand mit den Glasbestandteilen und in einem Nicht-Gleichgewichtszustand.

Die Herstellung des optischen Glasmaterials umfaßt das Formen des optischen Glasmaterials, dessen Formoberfläche bzw. zu formende Oberfläche Kohlenstoff im Nicht-Gleichgewichtszustand enthält, durch Implantieren wenigstens des Kohlenstoffs in die Formoberfläche des optischen Glasmaterials. Danach wird das optische Glasmaterial zwischen zwei Formelementen durch Pressen geformt, während das Glasmaterial durch Erwärmen erweicht wird. Das optische Glasmaterial wird dann aus der Form herausgenommen. Hierauf wird das geformte Produkt einem Vergütungsverfahren unterzogen. Auf diese Weise erhält man das erwünschte optische Element als geformtes Produkt. Hierbei kann die Implantierung von Kohlenstoff durch Implantieren von Kohlenstoffionen ausgeführt werden, wobei die Kohlenstoffionen beschleunigt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß andere Ionen als Kohlenstoff implantiert werden, wobei die Ionen in einer Kohlenstoff enthaltenden Atmosphäre beschleunigt werden. Hierbei wird der Kohlenstoff gleichzeitig implantiert.

Das so aufgebaute optische Glasmaterial zeigt eine geringe Benetzungsfähigkeit an den Formelementen aufgrund der Kohlen stoffkomponente in der Formoberfläche. Das optische Glasmaterial hat ferner ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich Ablösen aus der Form, wenn das Glasmaterial nach dem Preßformen bei hohen Temperaturen aus den Formelementen herausgenommen wird.

Die Kohlenstoffkomponente liegt in der Nähe der Oberfläche des Glasmateriales in einem geringen elektrischen Polaritätszustand wie in Kohlenwasserstoff

vor. Die Kohlenstoffkomponente ist deshalb schwer mit dem Material des Formelementes zu verbinden, wobei sich eine erhöhte Aktivität ergibt, wenn auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, wodurch die Formlöseeigen schaft verstärkt wird.

Die Kohlenstoffkomponente in der Formoberfläche wird mit der Glaskomponente gemischt. Auch bewegt sich die Kohlenstoffkom ponente zusammen mit den Glasbestandteilen, wenn der Preßform vorgang ausgeführt wird. Somit sind die Glaskomponenten und die Kohlenstoffkomponente immer in Kontakt mit der gesamten Ober fläche der Formelemente. Dementsprechend wird kein Anschmelzen und kein schlechtes äußeres Aussehen verursacht.

Der Kohlenstoffbestandteil liegt im Nicht-Gleichgewichtszustand im Glasmaterial vor, und er kann deshalb leicht innerhalb des Glases bewegt werden. Die Kohlenstoffkomponente wird in einem Vergütungsverfahren oxidiert und entweicht ohne weiteres als CO-Gas.

Eine sich mit der Glaskomponente bildende Schicht, die die Kohlenstoffkomponente im Nicht-Gleichgewichtszustand enthält, ist für die Verstärkung der Löseeigenschaft aus der Form während des Formvorganges nützlich. Es gibt jedoch die Möglichkeit, eine Veränderung der optischen Eigenschaften zu verursachen, wenn sie in der Oberfläche des geformten Produkts verbleibt. Aus diesem Grund ist es besser, die sich bildende Schicht zu eliminieren. An dem durch Formen ausgebildeten optischen Element wird nach dem Formvorgang ein Vergütungsvorgang ausgeführt, um eine Verzerrung oder Verzeichnung zu entfernen und eine optische Konstante einzustellen. Die sich bildende bzw. reformierende Schicht wird zweckmäßigerweise während des Vergütungsvorganges beseitigt.

Wie oben angegeben, wird die Kohlenstoffkomponente erwärmt bzw. erhitzt, und sie ist deshalb leicht zu entfernen bzw. abzulösen. Der Kohlenstoffbestandteil ist vorzugsweise bis zu einer Tiefe von wenigstens 20 nm vorhanden, so daß er nicht aufgrund von Oxidation beim Wärmungs- und Erweichungsvorgang vor der Preßbearbeitung verschwindet. Selbst wenn das Glas während des Preßvorganges flüssig wird, ist es weiterhin erforderlich, daß die Kohlenstoffkomponente immer in der Oberfläche des Glasmaterials vorhanden ist. Zu diesem Zweck muß die Dicke der sich reformierenden Schicht des Glasmaterials unter Berücksichti gung der Menge des sich an der Oberfläche bewegenden Glasmateri als bestimmt werden. Wenn nämlich die Gestalt des Glasmaterials beträchtlich unterschiedlich ist von der Gestalt des erwünschten geformten Produkts und wenn die Deformationsmenge groß ist, muß die Dicke der sich reformierenden Schicht vergrößert werden. Andererseits ist es notwendig, daß sie innerhalb eines Tiefenbe reichs in der Größenordnung von 200 nm von der Oberfläche des geformten Produkts aus vorhanden ist, nachdem dieses geformt ist, damit die Kohlenstoffkomponente während des Vergütungs- bzw. Erwärmungsvorganges freigegeben wird.

Berücksichtigt man dies, so ist es erwünscht, die Dicke der sich reformierenden Schicht des Glasmaterials im vorhinein festzule gen. In einigen Fällen kann es vorzuziehen sein, die Dicke der sich reformierenden Schicht in Abhängigkeit von der Oberfläche und der unteren Fläche des Glasmaterials oder der Deformations menge des Glasmaterials an der Oberfläche teilweise zu ändern. Daneben kann die sich reformierende Schicht insbesondere auch nur an einem Abschnitt ausgebildet werden, an dem leicht ein Anschmelzen auftreten kann, oder auf einer Seite, entsprechend den jeweiligen Notwendigkeiten.

Im folgenden werden Verfahren (1) und (2) zum Herstellen des optischen Glasmaterials, das die Glaskomponente und die Kohlen stoffkomponente im Nicht-Gleichgewichtszustand enthält, angegeben.

1) Der Kohlenstoff wird ionisiert und dann beschleunigt. Der ionisierte Kohlenstoff dringt direkt in die Oberflächenschicht des Glasmaterials ein.
2) Der durch andere Ionenstrahlen erregte Kohlenstoff dringt in die Oberflächenschicht des Glasmaterials zusammen mit den Ionen ein, die keine Kohlenstoffionen sind.

Die Arbeitsvorgänge dieser Herstellungsverfahren werden nachfolgend näher erläutert.

1) Das Verfahren der Ionenimplantation wird als ein Vorgang bestimmt, bei dem kein Gleichgewichtszustand herrscht. Deshalb liegen der Kohlenstoff, der in das Glasmaterial eindringt, und andere Ionen im Nicht-Gleichgewichtszustand vor. Wie oben angegeben, können der Kohlenstoff und Kohlen stoffionen, die im Nicht-Gleichgewichtszustand in der Glaskomponente vorliegen, innerhalb des Glases leicht bewegt werden. Im Falle des Ionisierens der gleichen Komponenten wie der Komponenten, die in dem optischen Glas enthalten sind, und des Implantierens dieser Ionen werden die Komponenten gleichmäßig innerhalb des Glases durch den Vergütungs- bzw. Glühvorgang verteilt bzw. diffundiert. Es wird vorgezogen, z. B. O, Na oder K, die eine große Diffu sionsgeschwindigkeit haben, zu verwenden, damit man die Vergütungs- bzw. Heizzeit nicht unnötig lang macht. Ande rerseits werden in den Gaszustand zu überführende Kom ponenten im Bereich von Temperaturen gleich oder kleiner der Vergütungstemperatur des optischen Glases ionisiert und dann implantiert. In diesem Falle werden diese Komponenten von der Oberfläche des Glasmaterials aufgrund des Vergütungs- bzw. Aufheizvorganges freigegeben. Es ist erforderlich, daß solche Komponenten sich schwer im Glas auflösen. Inertgase wie He, Ne, Ar und Gasbestandteile wie H₂, N₂ sind erwünscht. Zum Freigeben der Bestandteile bzw. Komponenten müssen sie, wie oben angegeben, innerhalb eines Tiefenbereichs in der Größenordnung von 200 nm von der Oberfläche des geformten Produkts aus vorhanden sein. Es ist darauf hinzuweisen, daß ein anderes mögliches Verfahren, um den Kohlenstoff in das Glas eindringen zu lassen, ein Ionenaustauschverfahren oder ein Aufkohlen bzw. eine Einsatzbehandlung zusätzlich zu dem Verfahren der Ionen implantation ist. Diese Verfahren werden als ein Vorgang bestimmt, bei dem Gleichgewichtszustand herrscht, und es wird somit Carbid im Glas geformt und darin stabilisiert. Der Kohlenstoff ist dementsprechend im Glas nach der Vergütungs- bzw. Wärmebehandlung vorhanden. Dies führt zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften.
2) Mit dem Verfahren der Ionenimplantation ist man in der Lage, die Tiefe der sich reformierenden Schicht in Ab hängigkeit von einer Beschleunigungsspannung der Ionen und dem Grad der Reformation in Übereinstimmung mit der Menge der Ionenimplantation extrem genau zu steuern. Die Re produzierbarkeit wird dadurch verstärkt. Wie oben angege ben, wird die Tiefe der sich reformierenden Schicht be stimmt unter Berücksichtigung der sich bewegenden Menge des Glases und der Freigabe, wenn der Vergütungs- bzw. Wärmebe handlungsvorgang durchgeführt ist. Das Verfahren der Ionenimplantation ist deshalb als optimal anzusehen.
3) Ein Besputtern bzw. ein Bedampfen im Vakuum der Formober fläche des Glasmaterials ergibt sich gleichzeitig, wenn die Ionen implantiert werden. Oberflächendefekte wie latente Flecken oder Risse und Brennen auf der Oberfläche des Glasmaterials werden deshalb ausgeschaltet.
4) Verschmutzungen und Staub, der auf der Oberfläche des Glasmaterials haftet, werden aufgrund des Besputterns entfernt. Dies beseitigt die Notwendigkeit, das Glasmateri al vor dem Formvorgang zu waschen.
5) Wärme wird lokal entwickelt, wenn Ionen mit hoher Geschwin digkeit mit Atomen im Glas kollidieren, während die Ionen implantiert werden. Es wird ein plastischer Fluß auf der Oberfläche des Glasmaterials erzeugt, wodurch man einen Glättungseffekt erhält. Latente Flecken oder Risse, die beim Schleifvorgang erzeugt wurden, werden dadurch ent fernt.

Wie oben angegeben, ergibt sich in dem optischen Glasmate rial für den Formvorgang nach der vorliegenden Erfindung eine gute Formlöseeigenschaft, und es kann kein Anschmelzen an den Formelementen beobachtet werden. Es ist damit nicht notwendig, die Benetzungsfähigkeit des Glases zu berück sichtigen, wenn man das Material für die Formelemente auswählt. Es ist möglich, ein Material zu wählen, das Eigenschaften wie Härte, Festigkeit und Temperaturbestän digkeit in Übereinstimmung mit den Bedingungen des Formvor ganges hat. Damit kann die Lebensdauer der Formelemente beträchtlich ausgedehnt werden. Außerdem tritt kein Anschmelzen auf, und es kann deshalb die Temperatur des Formelements ausreichend erhöht werden. Es kann in ein facher Weise eine Massenproduktion für hochgenaue geformte Produkte durchgeführt werden. Einige Arten von Glas waren bisher schwer zu formen. Solche Glassorten sind aber aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens nunmehr formbar. Der Freiheitsgrad bei der optischen Auslegung wird damit erhöht. Gleichzeitig werden jene Gläser, bei denen Schwie rigkeiten in der Anwendung bei Linsen, die in Glasformen hergestellt werden, auftreten, wobei Gläser hinsichtlich chemischer Widerstandsfähigkeit bis auf einige spezielle Arten von Gläsern nicht einsetzbar waren, nunmehr nach der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Auf der Grundlage des Herstellungsverfahrens der optischen Elemente nach der vorliegenden Erfindung ist eine vielgestaltige Formgebung möglich bei Verwendung des Glasmaterials, das kein An schmelzen verursacht, ohne daß die Anzahl der Verfahrens schritte im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erhöht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden näheren Erläuterung unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Ansicht ein Glasmaterial nach dem Implantieren von Ionen gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht eines Glasmaterials nach dem Schleifen und Polieren bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Implantieren von Ionen, wie sie bei der Ausfüh rungsform 1 verwendet wird,

Fig. 4 eine Ansicht zur Erläuterung des Verfahrens der Herstellung des Glasmaterials bei der Ausfüh rungsform 1,

Fig. 5 eine graphische Darstellung, wel che die Ergebnisse zeigt, die man erhält, wenn eine sich reformie rende Schicht des Glasmaterials (nach der Ionenimplantation) durch ein Röntgenstrahl-Photo elektronen-Spektroskop bei der Aus führungsform 1 analysiert wird,

Fig. 6 in gleicher graphischer Darstel lung die Ergebnisse, die man er hält, wenn das Glasmaterial nach Ionenimplantation und nach dem Vergüten durch das Röntgenstrahl-Photoelektronen-Spektroskop bei der Ausführungs form 1 analysiert wird,

Fig. 7 in entsprechender graphischer Darstellung die Ergebnisse, die man erhält, wenn das Glasmaterial ohne Ionenimplantation (nach dem Polieren) durch Rönt genstrahl-Photoelektronen-Spektro skopie bei der Ausführungsform 1 der Erfindung analysiert wird,

Fig. 8 eine Ansicht zur Erläuterung des Verfahrens der Herstellung des Glasmaterials bei einer Ausfüh rungsform 2 nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 9 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens der Herstellung des Glasmaterials nach einer Aus führungsform 3 der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 10 in einer Schnittdarstellung einen Zustand, in dem das Glasmaterial durch Formelemente geformt wird.

Im folgenden wird die Ausführungsform 1 erläutert.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Glasmaterial 1, das bei dieser Ausführungsform verwendet wird, nachdem es geschliffen und poliert ist. Dieses Glasmaterial 1 hat eine doppelt konvexe Form. Eine Oberfläche hat einen Radius R von 16,9 mm. Die andere Oberfläche hat einen Radius von R = 97,3 mm. Der maximale Durchmesser beträgt 11,8 mm. Die Dicke in der Mitte beträgt 1,8 mm. Die Stärke am Rand beträgt 0,56 mm. Das Glas ist klassifiziert als ein SK-System und aus Si, O, Ba und Ca zusammengesetzt. Der Übergangspunkt (transition point) liegt bei 550°C. Der Erweichungspunkt liegt bei 670°C. Die Oberfläche ist schließlich mit einer Oberflächenrauhigkeit Rmax von 0,02 µm fertig bearbeitet.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer auf dem Markt erhältlichen Vorrichtung zum Implantieren von Ionen. Eine sich reformierende Schicht 2 ist, wie in Fig. 1 dargestellt, an der Oberfläche dieses Glasmaterials 1 unter Verwendung der Vor richtung für die Ionenimplantation ausgebildet. Im einzelnen wird, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, das Glasmaterial 1 auf einer Platte 3 gehalten, die aus dem gleichen Glasmaterial besteht. In dieser Form wird das Glasmaterial 1 in die Vor richtung 4 für die Ionenimplantation eingesetzt. Hierauf wird CH₄-Gas über einen Gaseinlaß 5 im unteren Teil der Vorrichtung eingeleitet. Der Druck wird auf 4×10^-3 Pa eingestellt. Danach wird N₂-Gas über eine Gaseinlaßöffnung 6 im oberen Teil der Vorrichtung eingeleitet. Das N₂-Gas wird in einer Einheit 10 zum Erzeugen von Ionen, die aus einem Draht 7, einer Spule 8 und einer Leitelektrode 9 aufgebaut ist, ionisiert. Das ionisierte Gas strömt durch eine Beschleunigungseinheit 16, die aus einem Beschleunigerrohr 14 und einer XY-Abtastelektrode 15 besteht, sowie durch eine Einheit 13 zur Massenanalyse, die aus einem Magneten 11 und einem Schlitz 12 besteht. N-Ionen 17 werden unter einer Beschleunigungsspannung von 110 keV bei einer Implanta tionsmenge von 1×10¹⁵ Ionen/cm² implantiert. Zu dieser Zeit wird CH₄-Gas 18, mit dem die N-Ionen 17 kollidieren, aufgespalten und dann angeregt. Der darin enthaltene Kohlenstoff wird zusammen mit den N-Ionen 17 in das Glasmaterial 1 implantiert. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird auf diese Weise die sich reformierende Schicht 2 an der Oberfläche des Glasmaterials 1 ausgebildet.

Fig. 5 zeigt die Ergebnisse, die man erhält, wenn die sich reformierende Schicht 2 des Glasmaterials 1 durch ein Röntgen strahl-Photoelektronen-Spektroskop (XPS) analysiert wird. N (annähernd 1 atm%) liegt, obwohl mit einer Spurenmenge, bis zu einer Tiefe von etwa 180 nm vor. Kohlenstoff (annähernd 1 atm%) liegt ebenfalls bis zu einer Tiefe in der Größenordnung von 150 nm vor. Gleichzeitig sind Si (annähernd 10 atm%) und O (annähernd 16 atm%) vorhanden. Die anderen Bestandteile Ba und Ca liegen jedoch im Bereich bis 180 nm Tiefe im wesentlichen nicht vor. In einem Abschnitt tiefer als 180 nm fällt die Menge an Kohlenstoff abrupt ab, während der Anteil von Ba und Ca ansteigt. Der Zustand ist der gleiche wie der des Glasmaterials 1 vor der Ionenimplantation (d. h., es liegt der Oberflächenzustand wie nach dem Polieren vor, wie er in Fig. 2 dargestellt ist). Die Oberflächenrauhigkeit beträgt 0,03 µm oder weniger.

Es wird die Benetzbarkeit des Glasmaterials 1, das mit der sich reformierenden Schicht 2 versehen ist, im Hinblick auf eine Anzahl von Substanzen bzw. Materialien für Formelemente unter sucht. Im einzelnen wird das Glasmaterial 1 auf einer Anzahl von Materialien für die Formelemente angeordnet und bis in die Nähe des Erweichungspunktes erwärmt. Es wird dann der Benetzungswinkel in einer Luft-Atmosphäre und einer N₂-Gas-Atmosphäre gemessen. Tabelle 1 zeigt die dabei erhaltenen Ergebnisse. Es ist darauf hinzuweisen, daß zum Vergleich Tabelle 1 zugleich auch die Ergebnisse bei Glasmaterial wiedergibt, das nur der Schleif- und Polierbehandlung unterworfen wurde.

Tabelle 1

Das Glasmaterial 1 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt einen Benetzungswinkel von 70° oder größer bezüglich irgendeinem Material für die Formelemente. Es kann daraus abgelesen werden, daß die Benetzbarkeit sehr gering ist. Ein großer Anteil von Änderungen in der Benetzbarkeit kann von Kohlenstoff abgeleitet werden. Bei anderen Faktoren kann jedoch ein gewisser Einfluß durch die gleichzeitig implantierten N-Ionen beobachtet werden. Dies steht hauptsächlich in Zusammenhang mit Änderungen in der Oberflächenspannung des Glases in Abhängigkeit von der Atmosphäre, in der die Benetzbarkeit geprüft wird. Das Vorhandensein eines anderen Gasbestandteils, der hauptsächlich in dem Gas der Atmosphäre enthalten ist, kann die Oberflächen spannung des Glases verstärken, wodurch die Benetzbarkeit verschlechtert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind N-Ionen an der Oberfläche des Glasmaterials 1 vorhanden. Damit ist der Benetzungswinkel in Luft-Atmosphäre viel größer als in einer N₂-Gas-Atmosphäre.

Es werden 2000 Stücke des Glasmaterials 1 vorbereitet. Das Glasmaterial 1 und die oberen und unteren Formelemente A und B (bestehend aus c-BN), wie sie in Fig. 10 dargestellt sind, werden auf 700°C (Erweichungspunkt oder mehr) in Luft-Atmosphäre aufgeheizt. Hierauf wird kontinuierlich der Formvorgang ausge führt. Es ergibt sich, daß die PV-Werte für die Gestaltungsgenau igkeit der so hergestellten Glaslinsen alle 0,1 µm oder weniger betragen. Der PV-Wert (peak to valley value) entspricht dem Abstand zwischen der höchsten Spitze und dem tiefsten Tal der Glasoberfläche jeweils gerechnet von der zwischen Spitze und Tal liegenden Linie der gewünschten Form. Weiterhin wird das Glasmaterial 1 in den Formelementen überhaupt nicht angeschmolzen. Als nächstes wird das geformte Produkt (Glaslinsen) auf annähernd Raumtemperatur abgekühlt. Danach werden die Glaslinsen in einen Vergütungsofen eingesetzt, und die Temperatur wird bis 530°C in 30 Minuten erhöht. Die Glaslinsen werden auf 530°C über 15 Minuten lang gehalten. Hierauf werden die Glaslinsen langsam auf 430°C in 2 Stunden abgekühlt. Ein Schalter am Vergütungsofen wird danach ausgeschal tet und die Glaslinsen kühlen im Ofen spontan ab. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei dieser Ausführungsform die Temperatur von Raumtemperatur aus erhöht wird, es können aber die Glaslinsen auch in den Vergütungsofen eingebracht werden, während die Temperatur des geformten Produkts nach dem Formvorgang noch hoch ist und bei 530°C über 15 Minuten lang gehalten wird. Weiterhin können die Glaslinsen in der folgenden Art und Weise hergestellt werden. Das Glasmaterial, dessen Temperatur zuvor auf eine Temperatur in der Nähe des Erweichungspunktes eingestellt wurde, wird zwischen die beiden Formelemente eingelegt, die auf eine Temperatur in der Nähe des Glasübergangspunktes aufgeheizt sind. Danach kann der Preßformvorgang ausgeführt werden.

Der Lichtdurchlaßgrad des Glases unmittelbar nach dem Formen beträgt 86%. Das Glas trübt sich etwas weißlich. Der Lichtdurch laßgrad bzw. die Lichtdurchlässigkeit steigt jedoch bis auf 91% durch den anschließend ausgeführten Vergütungsvorgang an. Hinsichtlich der optischen Eigenschaften ergeben sich keinerlei Probleme. Fig. 6 zeigt die sich durch XPS ergebenden analytischen Ergebnisse des vergüteten Glases. Kohlenstoff liegt in der äußersten Oberflächenschicht vor. Dies ist jedoch eine Kon tamination, die sich durch Adsorption an der äußersten Ober flächenschicht aus der Luft ergibt, bevor die Analyse durch geführt wird. Es zeigt sich, daß Kohlenstoff in der Richtung nach innen im wesentlichen verschwindet. In ähnlicher Weise ist N im wesentlichen nicht vorhanden. Es wird somit bestätigt, daß der Zustand der Oberflächenschicht im wesentlichen zu dem gleichen Zustand zurückgekehrt ist, den das Glas ohne Ionenimplantation (Fig. 7) eingenommen hat.

Wenn das Glasmaterial 1 dieser Ausführungsform für 3 Monate der Luft ausgesetzt wurde, kann kein Brennen (burning) auf der Oberfläche festgestellt werden. Das Glasmaterial nach dem SK- System reagiert chemisch mit dem Wasseranteil, der auf der Oberfläche adsorbiert wird, und Brennen kann deshalb leicht auftreten. Das Glasmaterial nach dem SK-System hat jedoch eine geringe Benetzbarkeit gegenüber Wasser aufgrund der Ionen implantationsbehandlung, und es nimmt einen an SiO₂ reichen Zustand an, der eine hohe chemische Dauerhaftigkeit hat. Es ist deshalb möglich, das Auftreten von Brennen zu verhindern.

Weiterhin beträgt die gemessene Knoop-Härte des mit Ionen implantierten Glasmaterials 620. Die Knoop-Härte des Glasmate rials 1 ohne Ionenimplantation beträgt 580. Es kann somit eine Verbesserung der Härte festgestellt werden. Dies ist auf folgende Ursache zurückzuführen. Die Ionen dringen in die Oberflächen schicht des Glasmaterials 1 ein und dehnen zwangsläufig die Abstände zwischen Atomen aus. Die Ionen, die eine große Energie und eine hohe Geschwindigkeit haben, erzeugen Wärme, wenn sie mit den Atomen im Glas kollidieren. Es tritt somit eine schnelle Erwärmungs- und Kühlwirkung auf. Es wird deshalb eine kompressive Beanspruchung an der Oberflächenschicht des Glasmaterials 1 verursacht. Als Ergebnis wird die mechanische Festigkeit erhöht. Daraus ergibt sich folgender Effekt. Es wird schwerlich der Nachteil auftreten, daß durch Risse in der Oberflächenschicht des Glases gebildete Fragmente während des herkömmlichen Preß- Formganges an der Oberfläche der Formelemente angeschmolzen werden.

Der Grund, warum die Platte 3, auf der das Glasmaterial 1 angeordnet wird, aus dem gleichen Glas des SK-Systems besteht wie das Glasmaterial 1 bei dieser Ausführungsform, ist folgender. Die Platte 3 ist ebenfalls dem Besputtern während der Implantation mit N-Ionen ausgesetzt und einige Bestandteile der Platte 3 werden in der Oberfläche des Glasmaterials 1 implantiert. Da es sich aber um das gleiche Material handelt, werden Änderungen in den optischen Eigenschaften des Glasmaterials zu diesem Zeitpunkt vermieden. Wenn aber die Platte 3 aus Quarzglas (reines SiO₂) besteht, kann ein an SiO₂ viel reicherer Zustand an der Ober fläche des Glasmaterials 1 erzeugt werden, weil SiO₂ in der Glasoberfläche implantiert wird. Eine Verbesserung der chemischen Beständigkeit des Glasmaterials kann dann erwartet werden.

Die Menge der Ionen bei der Implantation wird aus einem Bereich von 1×10¹² Ionen/cm² bis 1×10¹⁹ Ionen/cm² gewählt. Die Beschleunigungsspannung liegt in einem Bereich von 10 bis 110 keV. Somit wird eine ausreichende Formlöseeigenschaft in einem Bereich des Benetzungswinkels von 65° bis 95° erreicht. Es können die gleichen Effekte wie oben angegeben erhalten werden. Wenn die Ionenmenge bei der Implantation geringer ist als 1×10¹² Ionen/cm² und die Beschleunigungsspannung geringer ist als 10 keV, so ist der Effekt zur Änderung der Benetzbarkeit des Glases nicht ausreichend. Wenn die Ionenmenge bei der Implantation 1×10¹⁹ Ionen/cm² überschreitet und die Beschleunigungsspannung über 110 keV liegt, ist es schwierig, die implantierten Ionen durch den Vergütungsvorgang in kurzer Zeit freizusetzen. Hierbei steigt die Möglichkeit, daß die optischen Eigenschaften aufgrund der Kohlenstoffkomponente verschlechtert werden, die in dem geformten Produkt verbleiben.

Vergleichsbeispiel

Das Formen wird unter den gleichen Bedingungen wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform unter Verwendung eines nicht mit Ionen implantierten, geschliffenen und polierten Glasmaterials ausgeführt. Es ergibt sich, daß das Glas an den Formelementen anschmilzt. Außerdem kann kein geformtes Produkt hergestellt werden, das einen PV-Wert für die Gestaltungsgenauigkeit in der Größenordnung von 1 µm oder weniger in einem Temperaturbereich hat, der so angesetzt ist, daß kein Anschmelzen verursacht wird.

Ausführungsform 2

Fig. 8 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Glasmaterials nach dieser Ausführungsform. Das Glas wird als das gleiche SK-System wie das bei der Ausführungsform 1 klassifi ziert. Es wird davon ausgegangen, daß das Glasmaterial zu der gleichen Gestalt wie der in Fig. 2 dargestellten durch eine CG-Schleifbehandlung (Schleifen einer Krümmung oder Wölbung) bearbeitet wird. Die Oberflächenrauhigkeit Rmax beträgt 4-6 µm. Danach wird das Glasmaterial 19 auf einer Platte 20 angeordnet, die aus dem gleichen Glas des SK-Systems besteht. Kr-Ionen 21 werden unter einer Beschleunigungsspannung von 20 keV mit einer Implantations menge von 2×10¹⁸ Ionen/cm² implantiert. Eliminiert werden an der Oberfläche des Glasmaterials 19 haftende Schleifflüssigkeit und mit Rissen bzw. Kratzern versehene Abschnitte an der Oberflächenschicht, die während der Schleifbehandlung entstanden sind. Als Ergebnis erhält man eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit Rmax in der Größenordnung von 0,3 µm.

Die sich reformierende Schicht des Glasmaterials 19, das durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt wurde, wird durch XPS-Spektroskopie untersucht. Es ergibt sich, daß Kr in einer Spurenmenge bis zu einer Tiefe von annähernd 60 nm vorliegt. Kohlenstoff ist ebenfalls vorhanden. Ferner liegt, wie bei der Ausführungsform 1, Si und O in der sich reformierenden Schicht vor. Es ist aber nahezu kein anderes Element, d. h. Ba und Ca, vorhanden.

Dieses Glasmaterial 19 wird geformt und einer Vergütungsbehand lung unter den gleichen Bedingungen unterzogen wie bei der Ausführungsform 1. Man erhält ebenfalls ein gutes Produkt, wobei kein Anschmelzen an den Formelementen beobachtet werden kann. Der PV-Wert für die Gestaltungsgenauigkeit beträgt 0,1 µm oder weniger. Die Lichtdurchlässigkeit beträgt 90% oder mehr.

Bei dieser Ausführungsform wird das Besputtern gleichzeitig erzeugt, wenn die Ionen implantiert werden. Am Glas haftender Staub und Brennen werden aufgrund dieses Phänomens beseitigt.

Dies führt zu dem Effekt, daß eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften und das Anschmelzen an den Formelementen verhindert wird. Weiterhin kann ein Waschvorgang weggelassen werden. Wenn die Spannung für die Beschleunigung der Ionen 30 keV oder weniger beträgt, wird das Besputtern größer als die Implantationswirkung. Außerdem zeigen die Ionen mit einer größeren Masse eine stärkere Wirkung des Besputterns. Wenn die Bedingungen der Ionenimplanta tion unter Berücksichtigung dieser Aspekte festgelegt werden, kann ein ausreichender Effekt des Besputterns in einer kurzen Zeit erreicht werden. Ansonsten können die gleichen Effekte erhalten werden wie bei dieser Ausführungsform.

Bei dieser Ausführungsform werden Risse oder Kratzer, die während der Schleifbehandlung aufgetreten sind, dadurch beseitigt, daß man sich des Vorteils des folgenden Umstandes bedient. Es entsteht lokal Wärme, wenn die Ionen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Energie mit den Atomen im Glas kollidieren. Es wird ein Glättungseffekt erzeugt, wobei sich ein plastischer Fluß an der Glasoberfläche ergibt. Als Folge davon ist es möglich, eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften und ein Anschmelzen an den Formelementen zu verhindern. Weiterhin kann eine Ätz- und Polierbehandlung weggelassen werden. Somit ist es bei dieser Ausführungsform leicht möglich, Glasmaterial mit einer guten Formlöseeigenschaft durch außerordentlich einfache Verfahren wie CG-Schleifen, Ionenimplantation, Formen und Vergüten herzustel len. Wenn die Beschleunigungsspannung für die Ionen 50 keV oder mehr beträgt, ist die Glättungswirkung groß. Im übrigen haben Ionen mit größerer Masse eine stärkere Glättungswirkung. Wenn die Bedingungen der Ionenimplantation unter Berücksichtigung dieser Aspekte festgelegt werden, kann man einen ausreichenden Glät tungseffekt erhalten.

Bei dieser Ausführungsform wird das Glasmaterial 19 vor der Ionenimplantation einer Schleifbehandlung unterzogen. Es werden aber die Ausgangsbedingungen der Implantation in geeigneter Weise festgelegt, um die Wirkung des Besputterns weiter zu verstärken. Somit wird eine Glättung erhalten durch Entfernen von Adhäsionen und Defekten an der Oberfläche eines direkt gepreßten Produktes (aus einem Gefäß fließendes Glas wird durch eine Schere abge schnitten und geprägt. Es ergibt sich ein Defekt, der als Scherenmarke bezeichnet wird, und ein Anhaften eines Formtrenn mittels.). Das Herstellungsverfahren kann daher einfacher gestaltet werden. Dementsprechend können die Kosten merklich reduziert werden.

Ausführungsform 3

Bei dieser Ausführungsform wird eine derartige Vorrichtung ver wendet, bei der die Massenanalyseeinheit 13 der in Fig. 3 dargestellten Ionenimplantationsvorrichtung 4 weggelassen wird.

Es wird ein Glasmaterial 23 (Fig. 9) in der Form einer flachen Platte (12 mm Durchmesser bei einer Dicke von 4 mm) vorgesehen, die poliert ist, so daß sie eine Oberflächenrauhigkeit Rmax von 0,5 µm hat, nachdem die Oberfläche eines Glases des SF-Systems (Hauptbestandteile Si, O, Pb, Übergangspunkt: 460°, Erweichungs punkt: 590°) genau geschliffen ist. Dieses Glasmaterial 23 wird auf eine Platte 24 aus dem gleichen Glasmaterial des SF-Systems wie das Glas 23 gelegt. Danach wird CO-Gas über eine Gaseinlaß leitung im oberen Teil bei 5,3×10^-2 Pa eingeleitet. Gleichzei tig wird das CO-Gas aufgeteilt und ionisiert, indem die meisten Thermoelektronen aus einem Wolframdraht 7 emittiert werden. Die Ionen werden unter einer Beschleunigungsspannung von 80 keV beschleunigt und dann implantiert. Bei diesem Verfahren ergibt sich, daß C-Ionen 25 und O-Ionen 26 gleichzeitig in dem Glasmate rial 23 implantiert werden.

Die Dicke der sich reformierenden Schicht des zum Formen vorgesehenen Glasmaterials 23, das durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt ist, beträgt annähernd 250 nm. Die Oberflächenrauhigkeit Rmax liegt in der Größenordnung von 0,09 µm. Dieses Glasmaterial 23 wird in einer N₂-Gas-Atmosphäre auf 660°C erwärmt. Die Form (aus Zirkonerde) wird auf 490°C aufge heizt. In dieser Weise wird ein Formvorgang einer doppelt konvexen Linse (R₁: 19,4 mm, R₂: 108 mm, Dicke: 3,7 mm) an 100.000 Stück durchgeführt. Als Ergebnis erhält man ein gutes Produkt, wobei kein Anschmelzen an den Formelementen beobachtet werden kann. Der PV-Wert für die Gestaltungsgenauigkeit beträgt 0,1 µm oder weniger. Danach wird das geformte Produkt (Glaslinse) auf annähernd Raumtemperatur abgekühlt. Dann wird die Glaslinse in den Vergütungsofen eingebracht und die Temperatur wird in 30 Min. auf 425°C erhöht. Die Glaslinse wird 15 Min. lang auf 425°C gehalten. Danach wird die Glaslinse langsam auf 300°C in 4 Stunden abgekühlt. Der Schalter des Vergütungsofens wird danach ausgeschaltet und die Glaslinse kühlt spontan im Ofen ab. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Lichtdurchlässigkeit des Glases nach dem Vergüten 90% oder mehr beträgt und keine Beeinträchtigung der Formelemente verursacht wird.

Bei dieser Ausführungsform wird der Kohlenstoff selbst ionisiert und dabei beschleunigt, so daß die Ionen in dem Glasmaterial 23 implantiert werden. Es ist deshalb möglich, die Implantations menge und Implantationstiefe des Kohlenstoffs mit einer außer ordentlich hohen Genauigkeit zu steuern. Weiterhin kann im Falle von Glasmaterial, das Pb enthält, wie im SF-System, Pb reduziert werden. Es werden C-Ionen 25 und O-Ionen 26 gleichzeitig implantiert, wodurch die Lichtdurchlässigkeit bei der Ver schlechterung des Glases aufgrund der Reduktion von Pb nicht abnimmt.

Weiterhin kann bei dieser Ausführungsform als Material für die Formelemente Zirkonerde verwendet werden. Dieses Material ist billig und hat eine ausreichende Festigkeit, Härte und Hitzebe ständigkeit. Die Lebensdauer der Formelemente kann somit stark verlängert werden, und es ergibt sich in entsprechender Weise eine beträchtliche Reduktion der Kosten. Es ist darauf hinzuwei sen, daß das Anschmelzen das Problem im Stand der Technik darstellt und deshalb Zirkonerde als Material für die Form elemente nicht verwendet werden kann.

Außerdem wird bei dieser Ausführungsform eine flache Platte als Glasmaterial 23 verwendet. Die Kosten des Glasmaterials 23 können deshalb außerordentlich reduziert werden. Dies kann von dem Umstand abgeleitet werden, daß die Dicke der sich reformierenden Schicht mit 250 nm relativ groß ist und deshalb das Formen ohne irgendein Anschmelzen ausgeführt werden kann, selbst wenn eine starke Deformation auftritt, nachdem ausgehend von einer flachen Platte geformt wird.

Wie oben angegeben, ist die Formgebung des Glasmaterials nicht auf eine bestimmte begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist selbst bei kugelförmigem oder stangenförmigem Material anwendbar.

Ausführungsform 4

Es wird das gleiche plattenförmige Glasmaterial wie das bei der Ausführungsform 3 eingesetzt. Es wird CO₂-Gas eingeleitet, so daß sich ein Druck von 6,6×10^-3 Pa aufbaut. Es werden zunächst Si-Ionen unter einer Beschleunigungsspannung von 30 keV implantiert. In diesem Augenblick wird gleichzeitig Kohlenstoff implantiert. Anschließend werden O-Ionen in gleicher Weise bei 30 keV implantiert. Zu dieser Zeit wird ebenfalls Kohlenstoff gleichzei tig implantiert. Die Dicke der sich reformierenden Schicht des für das Formen vorgesehenen Glasmaterials, das durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt wird, beträgt annähernd 20 nm. Man erhält ein gutes Produkt als Ergebnis der Form - und Vergütungsbehandlung einer doppelt konvexen Linse unter den gleichen Bedingungen wie jene bei der Ausführungsform 3 unter Verwendung dieses Glasmaterials beim Formen.

Wenn bei dieser Ausführungsform Si- und/oder O-Ionen implantiert werden, kann in auffälliger Weise ein an SiO₂ reicher Zustand zusammen mit der Kohlenstoffkomponente an der Oberflächenschicht erzeugt werden. Man kann eine bemerkenswerte Verbesserung der chemischen Beständigkeit erwarten. Brennen oder dgl. findet somit nicht statt, selbst wenn das Glasmaterial über lange Zeit aufbewahrt wird.

Ausführungsform 5

Bei dieser Ausführungsform wird ein Glas des LaSF-Systems verwendet. Dieses Glasmaterial ist aus La, O, B, Si usw. zusammengesetzt, und es hat hervorragende Eigenschaften hinsicht lich chemischer Widerstandsfähigkeit. Weiterhin hat dieses Glas einen Übergangspunkt von 730°C und einen Erweichungspunkt von 760°C. Es ist somit zu dem sogenannten kurzen Glasmaterial zu rechnen, bei dem die Viskosität sich in Ab hängigkeit von der Temperatur plötzlich ändert. Dieses Material ist sehr schwer zu formen.

Dieses Glasmaterial wird einer Schleif- und Polierbehandlung unterzogen und so fertig bearbeitet, daß die Oberflächenrauhig keit Rmax einer doppelt konvexen Linse (R₁: 19,0 mm, R₂: 100 mm, Dicke: 4,1 mm) in der Größenordnung von 0,04 µm liegt. Danach wird das fertig bearbeitete Glasmaterial auf einer Platte aus dem gleichen Glasmaterial des LaSF-Systems angeordnet. Es werden Ne-Ionen unter einer Beschleunigungsspannung von 30 keV implantiert, während der Druck des C₂H₆-Gases auf 2,6×10^-2 Pa eingestellt wird. In diesem Augenblick wird auch Kohlenstoff gleichzeitig implantiert.

Die sich reformierende Schicht des zum Formen vorgesehenen Glasmaterials, das durch dieses Verfahren hergestellt ist, wird durch XPS-Spektroskopie untersucht. Es ist eine Spurenmenge von Ne bis zu einer Tiefe von annähernd 80 nm vorhanden. Weiterhin liegt ein großer Anteil von Kohlenstoff vor, den man aus dem C₂H₆-Gas erhält. Von den Glasbestandteilen ist eine relativ große Menge von La und Si vorhanden, während B innerhalb der sich reformierenden Schicht im wesentlichen nicht vorhanden ist.

Das oben angegebene, zum Formen vorgesehene Glasmaterial wird in Luft-Atmosphäre auf 770°C erwärmt, während die Formelemente (aus Al₂O₃) auf 740°C aufgeheizt werden. Eine doppelt konvexe Linse (R₁: 19,4 mm, R₂: 108 mm, Dicke: 3,7 mm) wird danach geformt. Es ergeben sich PV-Werte für die Gestaltgenauigkeit der so herge stellten Glaslinsen von jeweils 0,1 µm. Weiterhin kann kein Anschmelzen an den Formelementen beobachtet werden. Hierauf wird das geformte Produkt (Glaslinse) etwa auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend in den Vergütungsofen eingebracht. Die Temperatur wird auf 700°C in 30 Min. erhöht, und die Glaslinse wird eine Stunde lang auf 700°C gehalten. Danach wird die Glaslinse langsam auf 630°C in 2 Std. abgekühlt. Dann wird die Glaslinse spontan im Vergütungsofen dadurch abgekühlt, daß der Schalter des Vergütungsofens abgeschaltet wird.

Vergleichsbeispiel

Das Formen wird unter den gleichen Bedingungen wie jenen bei der oben beschriebenen Ausführungsform unter Verwendung eines geschliffenen und polierten Glasmaterials durchgeführt, bei dem keine Ionenimplantation stattgefunden hat. Es ergibt sich, daß das Glas an den Formelementen anschmilzt. Außerdem kann kein geformtes Produkt hergestellt werden, das einen PV-Wert für die Formgenauigkeit in der Größenordnung von 3 µm oder weniger in einem Temperaturbereich hat, der so eingestellt ist, daß sich kein Anschmelzen ergibt.

Claims

1. Optisches Glasmaterial für die Herstellung eines optischen Elements als geformtes Produkt durch Preßformen des optischen Glasmaterials, wobei dieses zwischen Formelementen durch Erwärmen erweicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu formende Oberfläche des Glases Glasbestandteile und Kohlenstoff enthält, wobei der durch Ionenimplantation eingebrachte Kohlenstoff nicht an die Glasbestandteile gebunden ist und einen Nicht-Gleichgewichtszustand einnimmt.

2. Optisches Glasmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu formende Oberfläche des Glases andere Ionen enthält, die gleichzeitig oder getrennt mit dem Kohlenstoff implantiert werden.

3. Optisches Glaselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen implantierten Ionen beim Implantieren des Kohlenstoffs aus der Gruppe von N-Ionen, Si-Ionen, Kr-Ionen, O-Ionen und Ne-Ionen stammen.

4. Optisches Glasmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine zu formende Oberfläche Kohlenstoff, Si-Ionen und O-Ionen enthält.

5. Optisches Glasmaterial nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff bis zu einer Tiefe von wenigstens 20 nm von der Oberfläche des Glasmaterials aus vorhanden ist.

6. Optisches Glasmaterial nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff in Ionen und/oder Molekülform vorliegt.

7. Verfahren zum Herstellen eines optischen Elementes mit folgenden Schritten:
Formen eines optischen Glasmaterials, das Kohlenstoff im Nicht-Gleichgewichtszustand durch Implantieren wenigstens von Kohlenstoff in eine zu formende Oberfläche des Glasmaterials enthält,
Preßformen dieses Glasmaterials zwischen zwei Formelementen bei Erweichen des Materials durch Erwärmen, und Vergüten des geformten Produkts, nachdem dieses aus den Formelementen herausgenommen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff ionisiert und auf die Materialoberfläche hin beschleunigt wird, wodurch Kohlenstoffionen implantiert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff in der Oberfläche des Glasmaterials durch Implantieren von anderen Ionen als Kohlenstoffionen in einer Atmosphäre implantiert wird, die Kohlenstoff enthält, wobei die Ionen beschleunigt werden und Kohlenstoff dadurch gleichzeitig implantiert wird.