TW212163B - - Google Patents

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AG __Π_6 五、發明説明（I) 、 本發明係關於精密光學製品以及鑄造光學組件 該組件包含一光學元件例如一縛造透鏡並直接密封連接於 金屬鏡Η装置架上。密接的組件能以低成本的逹到機械性 之耐用性以及能精確地光學對準。並且能夠大大地減化密 封性光學元件例如光學通訊用或其他應用之固態雷.射發射 體及感測器之製造。 玻璃光學透鏡Μ由傳統方式將玻璃毛胚研磨及抛光之 製造為相當缓慢及昂3尤其是製造小透鏡組件或透鏡 配置設計中，例如非球狀透鏡之配置，其需要複雜及昂貴 4 的設備以産‘生透鏡表面之圖形。 基於這些理由，目前的研究集中於發展出直接地鋳造 精密的光學元件為最終表面形狀及具有光學品質。這些方 法非常容易地使用於塑膠透鏡之製造上，但亦證實可應用 特殊玻璃透鏡組成份之_造上。 塑膠材料本質上具有缺點，例如非常容易受到刮傷以 及容易撓曲或表面模糊不清。除此，其亦容易受到由於外 界應力、溼度或熱所引起之變形。 經濟部中央櫺準局貞工消費合作社印製 相反地，玻璃在化學性上為相當地不活潑，因此較塑 膠穩定許多，幾乎不受水汽及氣髖滲入之影镳。玻璃亦具 有充分抗熱性，而能在高溫下改正減少反射或塗上塗膜而 不會受到損壞。因此進一步發展玻璃透鏡直接_造技術之 誘因一直持鎮箸。' 一項利用直接擠壓玻璃透鏡製造之研究已說明於美國 第4481023號專利中。該專利中說明了一些方法及設備以 本紙张尺度逍用中围Η家標準（CNS广丨Μ规格（210x297公及） 212163

五、發明説明（2)

將修飾完成表面琴级之透鏡能直接擠壓於玻璃中。"該種類 之處理之特激在於高黏滯性等溫澆鑄法。澆置通常在相當 低的溫度進行，例如在玻璃黏滞係數些徹高於傳統玻璃軟 化點（1〇7 _ 6泊），以及鋳模及玻璃預製件在擠壓過程中通 常保持相同之溫度。 待別適合先前所說明直接擠壓之玻璃組成份已在美國 第4362819號專利中提出，在該專利中所掲示出之玻璃組 成份能夠在相當低的溫度下造出鑄造成高等级之表面，由 該玻璃製成之透鏡將提供良好之化學耐久性以及極良好之 忍耐氣候變化性。 使用高溫鎌造以製成透鏡亦為人所知，例如美國第44 35200及4891053號專利中。在後者專利中具有二件式伸縮 金匾支撺形成一連結之密封並含有鑲造出之玻璃元件，其 緒由凸出一部份之玻璃至伸縮性金屬支撑間之環狀間隙内 而形成密封。與内金屬支撑連接是葙由在鑛造過程中將玻 璃流至該支撑外面四週而速成，該玻璃流動産生一環狀玻 璃密封部份並延伸於内支承之四週。 該型式密封之玻璃流動需要低的玻璃黏滯偽數以及_ 造溫度剛好高於該玻璃軟化點。非常不幸地，在該高溫度 下鑲造要達到精確的透鏡表而圖形為相當的困難，能源使 用觀點為相當昂貴的以及不可避免地顯箸地減少鑄造體之 使用期限。 經由玻璃組成份改善以及锈模設計•以及非常小心將 搏模拆除，極佳表面品質之拷造玻璃元件以及光學圖形能 本紙张尺度边用中Η Η家標準（CNS)、丨Μ规枋（2】0χ297公龙) 212163 AG Π (i 五、發明説明（$ ) 5 3 夠利用先前所説明低溫度高黏滯性等.溫鑄造技術加以製造 出。不過，該鏵造玻璃光學元件之再處理以及光學對準以 及固定於光學組件中，仍然為一項問題。1 其中一項困難在於需要精確的定位以及將透鏡元件密 封到光學糸統中，其需要較多之人工以及因而較為昂貴。 例如應用在光學通訊之光學复条統中.例如光學發射器、 偵測器或聚焦光纖連接器，透鏡對準誤差只有數微米將嚴 重減損其性能因而需要較昂貴之密封光學元件。基於這些 理由，光學對準輔肋裝置例如透鏡上之機械參考表面為有 用的，美國第45374775號專利掲示出之透鏡附有該參考表, 面。 線· 在採用固態電子光源偵測器、放大器等之通訊条統中 ，透鏡密閉性密封於連接電子元件整組包裝為柑當重要之 待性。鑄造玻璃光學元件密閉性地密封至通常由金屬所構 成之整組包裝上需要昂貴之處理。通常需要將挑選出之部 份透鏡表面金屬化以及其次再將透鏡接合至整組設備上。 經濟部中央櫺準局Μ工消费合作社印5i 密閉性的密封已考慮到透鏡玻璃以及要被密封上之金 屬間之熱膨漲俱數相當地接近將較為有益。然而透鏡與金 屬素質之限制而無法達到柑匹配，因而時常指定使用梯级 之密封，其採用特殊密封玻璃，其熱膨漲偽數界於透鏡及 金屬之間。可加以變化地，使用含有機槭組件之壓力性密 封，在其中玻璃元件能夠在任何時刻在所設計之壓力下被 保持於其中。這每一項改善均會增加費用並使密封之組件 産生相當複雜性。 本紙張尺度边用中困Η家標準（CHS) ΤΊ規格（210x297公址) 212163 AGn c 五、發明説明（4) (請先閲讀背而之注*事^#艰、?5木^) 發明大要： 本發明係提供一項改善之光學組件以及一種製造該組 件之方法，其中模造之光學元件例如透鏡被永久性地密封 在金屬支承内。本發明主要之特點在於透鏡或其他光學元 件被直接地鑲造出以及在透鏡製造過程中在相當低的溫度 下密封在支承上。這項發明許透鏡在鋳造過程中以一次 步驟完成光學抛光，光學對準以及密封透鏡至支承内。 首先，本發明包含一個集_光學組件，其包含由玻璃 鋳造出之光_學元件，玻璃光學元件被四週密封於金屬所構 成之圓形支承構件上。金屬支承通常為單件式支承，以及 界於支承以及鑄造光學元件間之密封為非連合性之密封。 非連合性密封係指密封中並無部份坡璃延伸至金翳支承構 件四週外，卽金靥支颶四週部份並無任何包封於玻璃。 經濟部中央梂準局β工消赀合作社印51 依據本發明所形成之密封S外一項特激為一機後1名 莖省，以及在優先採用之實施例中為機械性之密封亦為密 閉性之密封。機械性之密封傜指在玻璃元件縛造後玻璃以 物理地黏接至金屬支撑上，這樣的接合足以形成機械性酎 久之玻璃與金屬組件。被考慮到之更優先採用密閉性密封 為包含玻璃與金屬間之化學性連接於整個玻璃金鼷密封界 面上。 依據本發明所得到之機械性密封提供一耐久之機械組 件而不需要提供幾何性連接界面於金購與玻璃之間。不用 機械性連接而逹到密封為柑當欺要的，因為使用來完成透 鏡製造之鑄造溫度通常不足以允許大最的玻璃流動„機械 本紙尺度逍)fl中ffl Η家惊毕（CNS) 丨0x297公；1J：) 212163 A G Η Ο 經濟部中央楳準局負工消費合作社印级 五、發明説明（夕） / 性密封亦避免需要設計支承作為壓力或干涉配件以接觸玻 璃，其可能損壞透鏡。事實上，我們發現柑當之熱膨漲偽 數以匹配於玻玻璃及金靥間為並不需要的，假如能夠得到 良好的機械性密封的話。 通常密封為對接、搭接或對接及搭接之混合密封.，其 待點為良好之玻璃與金屬連接性，以及在實施例中玻璃與 金屬間為閉密性之密封。在所有倩況中，在玻璃與金屬間 之密封界面基本上不需要加上有機性或無機性之密封材料 ，即密封之界面基本上只包含金臑所形成之支承、玻璃所 形成之透鏡或其他光學元件，以及任何其之間化學作用之 副産物。 其次，本發明包含一種藉由直接鏞造或所謂現場_造 來製造密閉性精密光學組件之方法。依據該方法，作為例 如透鏡光學元件之金屬支承最先形成，該支承包含一開口 以用來承受玻璃元件。同時亦先提供一光學元件之玻璃預 製件，其尺寸允許預製件插入至支承之開口處。玻璃組成 份為經過挑選使其與金屬具有良好低溫密封相容性，亦即 其在低於玻璃軟化點溫度下由於其彼此相接觸而具有和金 屬有良好之黏附性„ 放置於支承開口内之玻璃預製件而後放覽於_造槽内 ,預製件以及至少支承鄰近之部份被加熱到高於玻璃退火 點但低於玻璃預製件軟化點。鑄楔槽通常至少包含一副由 二値相對由玻璃所製成之縛模，這些鑄横具有搏造物體之 表面，該表面形狀用來鑄造預製件至預先選擇表面形狀之 7 -. 本紙張尺度逍中Η Η家標iMCNS) 规格（210x29丫公及） 212163 Λ Ο η g 經濟部中央樑準局β工消t合作社印製 五、發明説明（έ) 光學元件之内。 ’ 玻璃預製件以及金屬支承之鄰近部份而後加熱至高於 \ 玻璃退火點之溫度但低於玻璃預製件之軟化點溫度，以及 鏵造時施於玻璃之壓力至少足以將使玻璃緊密的密封並與 金屬支承接觸，以及使玻璃預製件表而配合縛造表面之形 狀。鑄模最好亦預先加熱.其通常具有一修飾完整之表面 以適合於製造一完整之光學表面於玻璃物體上，使得在完 成擠壓步驟後，能提供一密封之玻璃金屬光學組件，其包 含一完成之玻璃透鏡或其他元件被密封至金屬支承上。 很容易理解的，鑄造槽能具有一些配件以固定金屬支 承構件呈精確對準於形成其中之玻璃元件。因此，透鏡或 其他玻璃元件能加以鑄造使其光軸為預先選定之對準及位 於預先決定之位置以對應於金阑透鏡支承構件。該透鏡相 對之定位能利用參考任何支承構件經過選定之表面部份而 獲得，使得被選定之表面部份能夠很方便作為參考表面以 組合透鏡或其他元件呈精確的對準於較大的光學条統内。 出乎意料之外地，依前述所說明方式來密封光學組件 發現具有極良好的密閉性以及機械耐久性，甚至於在玻璃 具有較高之熱膨漲係數下（經過鋳造完後在冷卻過程中具 有較大之熱收縮性）。利用該過程所完成之密封品質十分 良好，其主要在於擠壓及密封步驟傜實施於相當低的溫度 及相當高玻璃黏滯性下,3除此，本發明整體透鏡與支承組 件具有相當低之光學變形以及使用於削烈變化琛境中將具 有相當低由於溫度改變所産生之變形。 8 6 線- 本紙尺度边;Π中B Η家標準（CNS) 规格（210x297公此) 經濟部中央楳準局貝工消f合作社印製 212163 五、發明説明（7) y 最後一點，由於提供精確的透鏡或其他光學元件之光 學對準於金屬支承内.，支承適當的定位於任何光學条統内 以承受透鏡將亦確保透鏡精確的光學定位。這將大大地減 化光學設備之製造v其中準確之尺寸以及光學公差必須加 以保持。 附圖簡單說明： 本發明參考所附之圖式而能進一步了解，其中 圖1顯示出依據本發明集體光學稱件_之製造設備， 圖2顯示出依據本發明之集體光學組件，其包含一透 鏡係緊密地密封至金屬支承上； 圖3及圖4顯示出集體光學組件，其中鑲造玻璃透鏡被 密封至S外設計之金屬支承上。 詳細說明： 如先前所說明的，精確的鑄造光學元件必須在使用時 保持為非常低程度之變形。本發明持別之優點在於能夠重 現地提供完成後之透鏡變形小於〇 . Q4RMS,其在室溫以波 長633nm情況下测量。這種程度之變形至少低至目前利用 傳統已知之技術金屬化/銲接玻璃密封，或化學性結合所 産生一鑄造透鏡/金屬支承組件所能逹到之程度，然而卻 能以大大地減低費用倩況下達成。 已知等溫鑲造法例如掲示於美國第4481〇23號專利能 夠産生所需要低變形之透鏡，以及立即可加以採用來並利 用本發明來製造現場鑲造透鏡組件。因此，這些處理過程 為優先採用的。傅統高溫锈造法例如使用來作為玻璃容器 本紙張尺度逍用中困Η家標半(CHS) T 4规格（210 X 297公址) (請先閲讀背而之注意节項#艰艿木Κ)

Λ G Π G 212163 五、發明説明（g) (請先間讀背而之注意卞項.#墦艿木汀) i 或眼鏡鏡Η毛胚之擠壓將會有形成激冷皺紋於壓製透鏡表 面之風險，雖然小心地加以處理控制將發璁有限制性地應 用於本發明中。 然而本發明並不限制地應用於任何持殊玻璃組成份或 玻璃組成份種類，一些先前所發展出作為直接鑲造光學元 件以及一些已知玻璃能夠成功地加以採用。在己知.能夠使 用於我們所發明直接鑄造法之玻璃為鹼性磷酸顴，驗性氟 礎酸鹽、鹼性礬土磷酸鹽及鹼性礬土氣磷酸鹽之種類。優 先使用之玻璃為具有璃軟化點溫度低於500°C之玻璃， 最優先使用的是低於400°C。 待別優先使用的是鹸性礬土氟磷酸鹽玻璃，可選擇性 地包含二價金屬氧化物之部份，而1現中等程度軟化點溫 度以伴隨改善玻璃穩定性及良好之化學耐久性。美國第43 62819號專利提供該優先使用之特殊範例。美國第4391915 號專利掲示出其他可鎩造之磷酸鹽玻璃以使用來作為製造 鏵造透鏡，然而美國第4447550號專利説明硼矽酸鉛組成 份之玻璃，其亦具有相當低之軟化點溫度以及能夠替代使 用。

經濟部中央標準局β工消赀合作社印M 這些許多已知可鑄造之玻璃組成份主要持性為界於玻 璃凝固點（玻璃轉變溫度丨至室溫之溫度範圍内平均線性 熱膨漲偽數為相當的高。這些相當高的膨漲偽數使得對四 週金屬支承相匹配或壓力性密封會産生一些問題，因為許 多化學性耐久性及耐火金阈具有柑當低之膨漲偽數以及因 此在該溫度範圍内與玻璃相比為較低之熱收縮。 本紙張尺度逍用中國Η家標準（CNS)1丨Μ规格（210x297公及)

Λ G Β G 212163 五、發明説明（1 ) / 出乎意料之外地，本發明當含有這些金屬時能提供完 整地防止滲漏（密閉性的）之密封.有甚至於在金m與玻 璃間之膨漲傜數並不相匹配情況下，以及當推估顯示該密 封為承受張力之情況下，因此作為透鏡支承之金屬選擇能 夠依據簡單玻璃金屬間之黏附性試驗而加以決定，試驗溫 度低於玻璃軟化點溫度，並非完全依據相對之熱膨漲偽數 而決定。 線_ 在本發明中使用來製造金屬支承之優先採用金屬為沃 斯田不綉鍛及黃銅。這些金屬已發現在低溫等溫鑄造過程 中能夠直接地與優先使用之玻璃組成份形成密閉性之密封 ,該鑄造方法我們通常用來製造出這些透鏡。其他密封性 相容之金靥支承假如與所選擇之透鏡玻璃不會有太大熱膨 漲之差異，讓該支承將亦能夠與優先採用鹼性磷酸鹽玻璃 形成密閉性之密封。並不需要其他玻璃、金颺或其他形式 補充性之密封材料。 經濟部中央櫺準局兵工消t合作社印製 如同先前所建議的，依據本發明在待別優先採用玻璃 及沃斯田不銹銅支承材料間所形成之密封通常之待徵為張 力性之莖封，卽玻璃透鏡及至少金屬支承構之内環為受到 徑向張力。由光學性能之觀點來看，該密封顯然地對透鏡 光學品質不會構成負面之影嚮，如同先前所提到的一樣， 該密封之閉密性性能為特別令人探奇的以及具有優點的。 其他余屬亦能用來替代優先使用之黄銅及不銹辋金屬 支承，恃別是在不需要與鑄造透鏡有密閉性之密封時。這 些之其他金屬包括ΛΡΟ糸-列之不銹網。在某些情況下採用 本紙張尺度边;fl中國Η家標準(CNS) Μ规格（210X29V公及-) Λ (] η ο 212163 五、發明説明（/σ) 金屬表面之預先處理以改善與玻璃之黏接特性，例如包含 ....... . .... 表面氧化處理以形成氣化金屬表面。不過當作為閉密性之 密封時，這項步驟並非一定需要。 本發明之處理步驟基本上能夠使用任何構造形式以作 為金屬支承，包含金屬環、穿孔之薄片、金屬管狀支承、 穿孔杯座或其他形式。在許多應用中，螺紋或平滑.的套筒 元件不管是對稱性的或非對稱性的將構成有用之支承以作 為直接擠壓及密封之光學組件。在所有這些情況下，成功 的使用不單只需要將使用來作為直接擠壓透鏡支承物結合 物之锈模被改變成適當模型。其將經由搏模之再設計以適 合於金屬支承，以及透鏡之玻璃預製件是在或者部份是在 鑲造槽内而達成。在相當大的管狀或套茼狀之支承倩況下 ，支承本身能夠形成部份之铸造圍阻體。 本發明能夠利用下列示薦tt之範例詳細説明盘接鐙造 一整體性及密閉性之密封透鏡/金颶支承組件而能進一步 地了解。 範例1: 依據本發明作為_造聱體性:玻璃金屬之光學組件之設 備大體上為傳統性的。表示於画1中之锈造設備為滴當的 。如圖1所示，該設備包含一鑄棋底部,在其上方支承 著。套筒4以及套筒柱,6,該套茼柱被岡定在模底上並支承 著套筒4内放置箸下部鑄模,8及上部請模10,這驾禱模應由 玻璃所構成但是可以用金Μ或其他耐火無機材料替代。在 套筒4内亦放置籀模杵樺12，其用來施加壓力如笳頭14之 本紙張尺度逍用中Η Η家標準(CHS) 1Μ规tM21〇x297公龙) (請先間讀背而之注意卞項#艰艿木叮) 裝. 線. 經濟部中央標準局CX工消费合作社印製

AG l\ G 212163 五、發明説明（j| ) 方向於套茼中之鑄模上n該壓力亦可以機械方式、氣動方 式、油壓方式或其他適當之構件來施壓,。 在鑲模10上之表面16及鑄模8上之表而18被製造出的 形狀對應於設備中要被製造之鑄造透鏡（由於熱效應影镀 並作適當之調整），以及表而完整性足以形成透鏡表面為 光學等级之表面，其均依照已知之技術來完成。鑄模8及 10能夠利用Schott F6光學玻璃依照下列之步驟而製造出 。套筒4能由磺化鎮作成，以及楔底2,支承柱6以及搏模 杵棒12能由不锈鋼來做成。 -. 線- 設備中要被锈造之透鏡能由適當尺寸及形狀之玻璃預 興件來構雖，如圖1所示的為玻璃透鏡預製件20。預製件 20由一塊玻璃形成透鏡，其表面曲率相對應於鑄模之表面 ,在鏞造過程軟化及塑造出形狀時需同時地完全填滿金屬 支承環内之空隙體積。其體積為相當充份的而足以確保在 鑲造過程中被軟化之玻璃流到緊密之密封内並與金鼷支承 環22之内表面24四週接觸。 經濟部中央榣準局兵工消赀合作社印製 在本範例中用來塑造透鏡預製件20所使用之玻璃為鹼 .性礬土氣磷酸鹽光學破璃，其組成份以重量百分比表示為 39.2五氣化二磷、15.0氣化二鈉、4.3藏、24.2氣化鉛、 20.1氣化叫、2.0氣化二锂以及5.2三氣化二鋁。透鏡預製 件為球狀的，以及直徑大約為5nm、使用作為金屬透鏡支 承22之金屬俗304L型式之不銹網，環的内徑為〇 . 2,5” < 6 · 4mm)而外徑為0.6” （15.2mm)，以及其厚度為0.062” (1.6mm) 〇 本紙张尺度边用中Η Η家栉準（CNS) ΤΊ规怙（210x21)7公 212163 Λ (ί ____ Η (j 五、發明説明（1¾ 經濟部屮央楳準局工消赀合作社印si 挑選作為該透鏡組件之玻璃及金颶組成份在熱膨漲方 面並不十分相匹配。作為支承之不锈钢在溫度25 — 300P 範園内平均線性熱膨漲係數為178X10</*C,而玻璃在 玻璃轉化溫度或凝固點至室溫之溫度範圍内之平均線性熱 膨漲像數為202X 10-7/ ρ。 玻瑰膨漲之測定偽利用仔細比較在玻璃鑄迪溫度下薄 棋窩之投影尺寸及在室溫下薄造透鏡之尺寸，由於在加熱 溫度下要對玻璃作精確的尺寸测定為不容易的。儘管如此 ，以上之量測視為足以推斷在縳造玻璃/支承之密封區域 内存在著殘餘之張應力。 藉由放置整痼鑲造組件至以電力為能源之氣體迺流高 溫爐中而使玻璃預製件同時地被搏造出及密封至支承環上 。高溫爐内而後通過氮氣以及將含有鏞模、預製件及琛之 縳造組件在氮氣中加熱至最高鑄造溫度375Ί0並歴時1〇〇分 鐘。 達到最高鑲造溫度後，大約5磅（2.3Kg)之應力施於 鑄模杵12上，其作用力方向為箭頭14所指之方向。施以作 用力之時間大約為5分鐘，該作用力在等溫搏造之情況下 將足以使玻璃預製件之形狀塑造出以及緊密地密封至支承 琛22〇 在擠壓階段結束時，鋳棋杵由套筒移出，高溫爐檔板被 打開，並將搏造組件冷卻於充滿氮氣之高溫爐中，並冷卻 80分鐘。而後縳造组件由高溫爐移出以及再將透鏡組件移 出並加以檢査。 (請先間讀背而之注*肀項洱项寫本Π·) 線· 本扒张尺度边用中W a家掭準（CHS)，丨，4规w (210 X 2;)7公及） Μ212163 Λ (； Π Ο 五、發明説明（（3) 3 · 1 5 1 經濟部屮央橾準局员工消费合作社印级 依據所説明步驟製造出之透鏡組件形狀如圖2所示， 其中縛造透鏡偽直接地密接於金屬支承環22内。逭組件機 械性能方面為十分耐用的以及具有光學等级之精密性。 透鏡密閉性地密接至支承構件將依下列範例所説明而 得到，所産生之密封為永久性的以及光學上為不變形的。 並無光學扭曲傜由於將透鏡直接地鑄造於支承琛内而引起 的。 範例2 重後進行範例1之步驟.其中除了鑲造透鏡被密封至 金屬透鏡支承内，該支承為不锈鋼杯狀形式並具有一穿孔 或完全沒有之底部以承受透鏡。該支承由304L·不锈網所製 成，具有圓形底部開孔，開孔直徑為〇. 118英时（3 · Omm) 以及底部厚度為0.1英吋（2.5mm)。在杯狀之邊綠金屬支 承最大外徑為〇 . 4英吋（lOnrni)。在支承開孔中使用來形 成透鏡之玻璃組成份與範例1相同。 直接將透鏡鏵造於金靥支承内偽進行於感應加熱控制 氣體棋壓機中。該機械中包含光學等级修飾完整上部及下 部電解鍍錁工具鋼所做成之鑲模，逭些_模為可移動式地 放置於密閉性硪化鎮套筒内以形成一_造槽。套筒放置在 不锈钢基底上，該底將支承箸下部鑄模。 作為透鏡組件之玻璃預製件為一玻璃球，其直徑大約 為0.108英吋（2.7mm)。該預製件及金屬透鏡支承杯體被 放置於套筒内並於下部鑄模上並由上部鑄模所覆蓋箸。該 組件而後放置於感應線圈内並利用感應加熱，並連鑲地將 i- 線- 本紙張尺度边川中W Η家肽肀（CNS)规彳Μ2丨0X2¾7公龙） 經濟部中央梂準局员工消#合作社印31 212163 Λ 6 _ BG_ 五、發明説明（丨+) 氮氣通過鑄模槽，而速到375t；之鑄造溫度。/ 在鑄造溫度逹到後，以50磅之壓力施於上部鑄模上歴 時1分鐘，該力置足以使透鏡預製件塑造成最終之形狀以 及將透鏡緊密性地密接於銷製支承杯體中之開孔上。在該 擠壓過程完成後將所施加上之壓力釋除，感應線圈停止加 熱，以及鑲造透鏡組件加以冷卻於_造槽中並以氮.氣冷卻 歷時3分..鐘〇 在完成該步驟以後上部鑄模由套筒移出以及取出透鏡 組件並加以檢視及測視。該産品之斷而形狀大約如圆3所 示，該圖為該組件斷面之示意性正面圖，等並不具有柑對 之比例。如圖2所示，透鏡20@金覉支承構件（圖3中網製 杯體）間之密封26為密閉性的。 依據範例2所製成之鑄造透鏡組件作光學測試結果顯 示出非常_低的光學變形。該尺寸透鏡在波長633nm下ZYGO 干涉儀錶平均值大約為〇 . 033波畏均方根（RMS) P這結畢 與在鑲造時沒有將透镜密封至金屬支承之透鏡所作之测試 結果相比較下，其結果是令人滿意的。在後者情況中，無 支承之透鏡變形值平均為〇 . 041波長RMS係正常的。我們因 此可下結論即在鑄造過程中支承該透鏡之適當金屬融合並 不對透鏡組件産生更大之變形。 依據本發明直接鑄造所完成閉密性之程度可碏由鑼迪 透鏡/支承組件之気移漏氣試驗而加以證實。依據本發明 範例2所做成十個合格組件利用Varian936- 40氪氣漏氣偵 測儀來加以測定出，該儀器偽以1.6x 10- 7 cc/ sec之気 (請先閲讀背而之注*-事項.#艰寫木_A) 裝· 本紙张尺度边用中Η Η家準（CNS) f Ί規tft(21〇x2lJ7公使) 212163

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五、發明説明（ 氣流來加以標定。十個透鏡中九個透鏡顯示並未偵測出気 氣..漏出，其可偵測值為10- e cc/ sec之程度·。 利用所説明直接鑄造所製成密閉性之密捧發現在受熱 循瓌下防止密封惡化為相當之穩定。因此對這些組件之受 熱循環試験，包括重複地在0— loot溫度範圍内作快速之 冷卻及加熱，並不會增加密閉性密封試樣之氛氣漏氣率。 在前面例子中所說明係優先採用玻璃及金屬支承材料 以製成牢固閉密性密封之光學組件，改變使用其他材料亦 能産生有用之結果。閉密性密封透鏡/支承組件或具有良 好機械上之整體性，但沒有閉密性之密封則視所選擇之材 料而定。 表I (請先閲讀背而之注您节項.再艰艿木ίί) ¾. 經濟部中央櫺準局I工消t合作社印¾ 金屬 熱膨漲偽數 組成份 304L不锈钢 178x10-7 Fe + 2.0 Μη, 1.0 Si 18-20 Cr, 8-12 Ni Inconel 718 一線嚴――合金 142x10-7 Fe + 50-55 Ni, 17-21 Cr 4.75-5.4 Nb+Ta, 2.8-3.0 冷軋綱 135xl〇-7 Fe + 0.06 C, 0.38 Hn 420不綉鋼 108x10-7 Fe + 12-14 Cr, 1.0 Mn 1.0 Si, 0.15 C 彈殼黃銅 199X10-7 70 Cu, 30 Zn 表I中表示出各種金屬之數據，而該金屬已成功地依 據本發明使用來製造金鼷透鏡支承以作為直接鑄造之用。 表I中所示之各種金廝每種情況下組成份及/或撤量金屬 之含量或雜«組成份，以及在溫度25— 30CTC範園内每一 本紙張凡度边用中和3家榀準（CNS) 规怙（210x297公址）

AG MG 212163 五、發明説明（$) 種金屬之平均線性熱膨漲傺數值，其取自文獻β 上述之金屬只視為能成功使用於本發明金屬支承材料. 之範例說明。這些或其他所選擇出之金羼最重要之共同特 擻在於鑲造透鏡元件至支承上對玻璃具有強烈的連接性。 對某些金屬而言，其需要作金鼷表面預先處理，例如表面 氧化處理以改善玻璃金靥黏接性。對其他金屬而言.，包含 黃銅及優先採用不锈鋼支承，該表面處理通常並不需要。

表II 玻璃組成份 1 2 3 氣化二鋰 2.0 氣化二鈉 5.0 氣化二鉀 - 氣化鋅 - 氣化鈣 - 氣化‘ f貝 20.1 三氧化二銻 - 氧化鉛 24.2 三氣化二鋁 5.2 五氣化二鉛 39.2 氟 4.3 轉變溫度 330 V 退火點溫度 317 X： 熱膨漲係數 (20-300 V ) 250x10-7

7 4 2 0 6 3 4 8 4 2 · 7 .. • ♦ · 8 · ο 2 14 4 13 1 X 0.5 44.5 326 V 312 V 158x10-7 8 4 3 3 7 1 14 4 4 3 0 11 1 16.6 1.3 43.6 330 f 315 °C 161x10-7 線· 經濟部中央櫺準局兵工消t合作社印製 如先前所建議的，本發明似乎並不受限於任何待殊糸 列直接可縛造光學玻璃，待別當需要眾純之機械構造而非 密閉性之密封時。表II中表示出某些代表性玻璃組成份’， 其能使用來製造出耐久性透鏡支承組件，該支承並使用表 I所示之金屬支承材料。表II亦包含某一種玻璃a玻璃轉 變溫度以及退火溫度以及在20- 30010溫度範圍内熱膨漲 本紙張尺度逍用中Η國家標準（CNS：l·丨Μ規格（210X297公及) 212163 Λ 6

_M_G 五、發明説明（〇) 傜數平均值。表II中之膨漲係數略低於由玻璃凝固點至享 溫之較寬廣範圍所測定之膨漲偽數值。例如表II中在25TC 至玻璃轉變溫度範圃内之平均熱膨漲偽數被測定出為20Χ ίο-7/ υ 〇 表II中每一種玻璃能夠直接密封至由表I所示之金屬 所做成之金屬支承上。所製成之産品將包含機械性.耐久性 透鏡組件，該組件特點為在玻璃與金靥間具有良好之密封 ，縱然玻璃可能是或可能不是密閉性地密封至支承上。表 III中顯示另外一些鑄造透鏡之試樣，其利用前面表I及表 II中之金屬及玻璃製成，並大體上採用範例1中所説明之 鑄造步驟。 表III密封透鏡/支承組件 -7 1 (請先間誚背而之注*市項再艰?'5木灯) 經濟部中央楳準局β工消费合作社印31 例 δ 0 12 3 範 234567891111 金屬支承 304不銹鋼 304不綉鋼 304不綉鋼 英高鎳 英高鎳 英高錁 軋銅 軋鋼 軋網 4 20不銹綱 420不銹鋼 420不綉銅 彈殼黃銅 表 式 方性性性式式式式式式式式式性 封閉閉閉ΜΜ械械械械械械械開 密密密密機機機機機機機機機密 研究表III中之數據顯示依摊範例作整體性鑄迠時， 所有金屬與玻璃之組合與表II玻璃至少能産生耐久性之機 械式密封。不過為了實現可费的密閉性之密封似乎採用較 高膨漲係數玻璃黏接劑之金靥為較有利的，例如使用黃銅 線. 本紙5S：尺度逍用中ffl Η家標準（CHS)规仂（210x297公及） 經濟部中央梂準局β工消t合作社印级 2i2i63 五、發明说明（）go 以及沃斯田不銹鏑支承。因此我們預料玻璃黏接劑锎或黃 .銅之支承平均膨漲係數高於170X10-ic ( 20- 300Ό ),逋常為175 — 200X 10- 7/ °C將與優先採用高膨漲係 數之鹼性磷酸鹽透鏡玻璃形成最佳之密封。 如先前所提到的，本發明之方法並不限於任何金鼷支. 承構件或玻璃透鏡之特铢設計。甚至於，其能被適用於任 何一種構考，該構造為特殊用途所需要的。圖2至4掲示串. 金靥支承可能之構造，其包含圖2中之金臑支承22，圖3中 之週g杯體支承，以及_ 4中之管狀支承30。 依據本發明製成之鑄造透鏡1支承構造之用包含使 用作為光f.次级組件以作為光學記憶磁碟讀取器，條碼諏 取器，密閉性之密封固態光線發射器及感測器，光纖擴展 束連接器等許多産品中。透鏡玻璃密閉性與金屬支承密封 並精確的光學對準將使透鏡/支承之組合物加入半導體雷 射之金屬包裝件中亦變得容易以及其他光學通路例如光織 锅合莽，連接器或開關，在其中將組合物直接密封至套圈 中以放置於光纖端部為預先決定精確地對準透鏡將變得很 容易可達成。利用雷射焊接、電探·或其他方式將密封之組 件正確及永久的固定至金屬整體包裝上將為待別快速方便 及經濟的。 AG Π 6 8 Ϊ (請先間誚背而之注念T項#艰7'5木打) 線· 本紙張尺度边用中Η B家ifMCNS)规格（21〇x2(J7公及)

Claims (1)

1. 經濟部屮央榀準局R工消费合作社印裂 A7 Β7 212163 C7 __D7_ 六、申访專利範ffl 1 ·ν —整體光學組件，該組件包含遘邋玻璃光學元件.，該 元件定位於玻璃光學元件金颶支承構件内並與賴圍金 屬支承構件密封在一起，其中密封並非連接式機械.密 封，以及界於玻璃及金屬間之密封基本上不含補充性 之有機及無機密封材料。 2 /依據申請專利範圍第1項之集體光學組件，其中玻璃 光學元件為一透鏡，其中透鏡支承構件為軍件 式支承構件，以及其中密封為閉密性的r. - 3 依據申請專利範圍第2項之集體光學組件，其中透鏡 元件之光軸在預先決定之位W以及預先對準於至少一 個透鏡支承上之參考面。 4二依據申請專利範圍第3項之集體光學組件，其中金屬 為鏑或黃銅以及玻璃偽由鹼性磷酸鹽、鹼性氣磷酸鹽 、鹼性礬土磷酸鹽，以鹼性氣礬土磷酸鹽玻璃族屬中 挑選出的。 5,依據申請專利範圍第4項之集體光學組件，其中玻璃 r 為鹼性氣礬土磷酸鹽玻璃以及金購為沃斯田不銹纲 —種用來製造密封精確性光學組件之方法，該方法芭 ' 括下列步驟； 選取出金靥支承，該支承包含一開孔，該開孔用來承 受玻璃光學元件； 選取出玻璃預製件，該預製件尺寸將允許預製件捅人 開孔内，以及玻璃紐成份能夠在低於玻璃軟化_溫度 下連接至金屬上； 本紙張尺度通用中因Η家櫺iMCNS)T4mi&(210x297Ait.) (-先閃請背而之注意事硕再填艿本页) ^. .線· A7 Λε 年 X /3rt i 2 i 2 7 7 7 BCD 六、申請專利範圍 «濟部中央樣準局BJ-消費合作杜印W 放置玻璃預製件於開孔中以及放置預製件以及至少鄰 近金屬支承之部份至鎌造槽内，該搏造槽包含一値或 多個玻璃所形成之鑄楔，該縳模具有某一麵形之縳造 表面以用來鏞造出表面具有某一圖形之光學元件； 將玻璃預製件及金颶支承加熱至一溫度而高於玻璃退 火點溫度但低於玻璃預製件之玻璃軟化點溫度； 施加薄造壓應力於玻璃預製件上，其歷時至少足以使 玻璃為緊密性之密封並與金屬支承相接觸以及使玻璃 預製件表面改變形狀成為鑲横表面之圖形，因而産生 密封性之玻璃/金屬光學組件；以及 將密封之玻璃/金屬光學組件由鑄造槽中移出。 7. 依據申請專利範圍第6項之方法，其中光學元件為一 透鏡，其中金屬支承為钢或黃銅所製之單件式支承， 以及其中玻璃組成份係由齡性磷酸鹽、鹼性氟磷酸鹽 、齡性礬土磷酸鹽，以驗性氟礬土磷酸鹽玻璃族厲中 挑選出的。 8. 依據申請專利範圍第7項之方法，其中鑲造壓力所施 加之時間應足以使玻璃及金屬透鏡支承間形成密閉性 之密封。 9. 依據申請專利範圍第8項之方法，其中玻璃為齡性氟 磷酸鹽組成份以及金屬透鏡支承是由沃斯田不锈網所 做成的，該不锈網在20— 30010溫度範圍内平均線性 膨漲係數至少為170X 10-7/ t：。 10.依據申請專利範圍第8項之方法，其中金屬透鏡支承 (請先閲讀背而之注.t事頊再項寫本页) 裝· 訂. 本紙張/Ut適用中困國家樣準（CNS)甲4 i見格（210 X 297 ） • A7212163 B7 C7 D7 六、申請專則範ffl 之構造為一金屬環、圓柱體或杯狀體 經浒部屮央捣準局β工消"合作社印91 本纸張尺度適用中囷Β家櫺準（C N S) Τ 4規格（210 X 2 9 7公夂）