Project
Ten-year service life, five-year warranty!
道路照明案例
光效205LM/W,玻璃透镜，CSA016标准，IP68，WF2，CE安规，DIALux模拟
港口船用案例
光效205LM/W,玻璃透镜，可调支架安装，IP68，WF2，CE安规，船级社认证，DIALux模拟
石油化工案例
EX认证，光效205LM/W,玻璃透镜，多种安装方式，IP68，WF2，CE安规，船级社认证，DIALux模拟
Technical
Literatur
LED路灯实验室及现场光衰检测方法对比
本文对LED路灯光衰的现场检测方法进行深入研究。 基于相对光衰的原理，研究得到一种符合LED路灯乃至其它LED照明灯具的现场光衰测试方法，并开发相应测试装置，解决目前实验室灯具光衰寿命检测普遍存在与实际应用环境差别大、测试时间过长、流程复杂、成本高及不易于监测光衰导致失效的时间点等难题，对于整体提升LED照明产品质量和促进LED产业健康发展具有非常重要的意义。 1实验室光衰检测方法 目前，在LED路灯的光衰寿命检测主要是在理想实验室环境中进行。 依据LB／T001—2009《整体式LED路灯的测量方法》、CJ／T420—2013《LED路灯》、GB／T24907—2010《道路照明用LED灯性能要求》、GB／T24824—2009《普通照明用LED模块测试方法》等标准，在标准规定条件下，老炼LED路灯，直到老炼时间t至少达到6000小时，至少每隔1000小时测量LED路灯的总光通量Φi，按照公式（1）计算，与初始光通量Φ0比较得到其光通维持率ΔΦ即光衰。 同时部分标准为了测试简便，推荐一种相对光通维持率（相对光衰）的测试方法，即是在规定距离的灯下点的光照度E替代光通量Φ，按照公式（2）来计算光通维持率，测试示意图如图1所示。 图1 相对光通维持率（光衰）测试示意图 公式（1）、（2）中，Φ初始和Φi分别代表老炼初始时间t初始和某时间点ti的光通量，E初始和Ei分别代表老炼初始时间t初始和某时间点ti的相对照度。 2现场光衰检测方法 本文参考实验室推荐的相对光通维持率（光衰）的简便测试方法，利用LED路灯在照射范围内某固定点的光照度与整灯光通量基本成线性变化关系的原理，研究一种LED路灯相对光衰的现场检测方法。 如图2所示，通过测试照射范围内灯杆某测试点的光照度E来代表相对光通量Φ，从而计算LED路灯的相对光衰变化趋势。 图2 LED路灯现场相对光衰测试示意图 开发符合要求的光照度测试装置是LED路灯现场相对光衰测试方法的最关键研究内容，通过充分考虑LED路灯道路照明现场应用环境的复杂性和严酷气候条件，针对性开发间隙性光照度测试装置。 如图3所示，解决了在现场自动检测某测试点照度以其来计算LED路灯的相对光衰的技术难题。 图3 间隙性光照度测试装置机械结构图 在测试前利用双向转角电机实现照度探头自动弹出，探头稳定30秒后开始测试，再过30秒完成本次照度测试并由双向转角电机收回照度探头，利用弹出和收回机制不但保护了照度探头，还有效避免照度探头长时间暴露于光照下而延长探头的寿命。 为了解决光电探头较长时间使用过程中存在漂移的问题，本测试装置专门添加标准光源和两个遮光光栏实现照度探头的自校功能；同时该装置内置于防护外壳，以达到保护核心部件避免雨淋或其它可能破坏装置的气候因素，整体提升测试装置的可靠性。 光照度检测装置还包括基于C51单片机开发的控制电路，该控制电路与照度探头、双向转角电机及标准光源对应连接，控制电路可控制双向转角电机、标准光源通断以及照度探头采集照度值并临时存储，再通过GPRS或ZigBee无线通信方式将所测得的光照度值远程传输至上位机进行数据存储及跟踪分析。 2现场光衰测试结果分析 利用本单位自有道路建设了一条长120米，可安装12盏LED路灯的现场测试道，并在LED路灯测试道分别安装了电参数测试模块和间隙性光照度测试装置，实时监测LED路灯在半年来的工作电压、有功功率和相对光衰等参数变化情况。 例如某LED路灯在近3个月的监测结果分别如图3～图5所示。 图3 工作电压变化曲线 图4 有功功率变化曲线 图5 相对照度 （光衰） 变化曲线 图5反映出该LED路灯在近3个月的运行中出现一定程度的光衰，最大光衰约6％，同时通过线性回归计算得到的趋势变化直线反映该LED路灯的光通维持率基本上一直处于下降通道。 电参数和光衰变化曲线通过归一后得到的变化曲线如图6所示，分别对有功功率和相对照度进行线性回归计算得到的趋势变化直线反映两者同时处于下降通道，但对引起LED路灯光衰的因素是多方面的，还需要进行大量的相对光衰现场测试。 若要得到引起光衰的相关因素或找出这些参数的相关性，还需要结合其它因素的监测数据进行数据挖掘分析才能确定引起LED路灯光衰具体是哪些主要因素。 图6 归一化后的变化曲线 从测试结果得出间隙性光照度测试装置确实实现了对LED路灯现场光衰连续有效监测，基于间隙性光照度测试装置的LED路灯相对光衰测试方法是可行的。 3结论 本文提出的基于间隙性光照度测试装置的LED路灯相对光衰测试方法，既弥补了LED路灯的现场光衰测试技术空白，通过自动化克服了LED灯具具有寿命长、缓慢光衰变化的特点，也解决了传统实验室光衰方法普遍存在与实际应用环境差别大、测试时间过长、流程复杂、成本高及不易于监测光衰导致失效的关键时间点等问题。 同时本测试方法还可同理扩展至其它LED灯具的现场光衰测试，为目前各级政府正在大力推动的半导体照明示范工程建设提供有效监控手段，保障照明产品质量和工程质控，具有较好的研究和推广价值。 然而，对于LED灯具现场相对光衰测试及测试装置开发的后续研究工作，重点在通过实验室光衰与现场相对光衰的比对测试测试结果进行验证，进一步提高测试结果的准确性，同时在安装方便性、高复现性等开展后续的深入研究，并通过多种途径进行有效应用推广。
浅析：LED透镜的光损失
LED透镜模组 是将多个单颗透镜通过注塑完成一个整体的多头透镜，按不同需求可以设计成3合1、5合1甚至几十颗合一的透镜模组;此设计有效节省生产成本，实现产品品质的一致性，节省灯具机构空间，更容易实现“大功率”等特点。 [图1] 多种LED透镜 光损失斟酌 1.有泡壳、透镜的灯具其光通量实际要满足标准要求的光分布，还需考虑外壳、透镜的透过率、溢出光损失等因素。而泡灯或作普通照明用大功率需要用透镜将平行光束进行扩散处理，来满足标准的要求。为使光学效果更加合理，设计中应将灯具外罩分割成矩形小单元，这样做的目的在于打碎光波的波面，使产品产生均匀的外观效果。在每个小单元中，采用椭球面，因为该面具有水平和垂直两个方向的弧度，从而可以在两个方向上用不同的曲率半径达到不同的扩散效果。其根本目的是克服传统技术的不足，合理利用光通量，实现均匀、高效的光分布。 实际上泡灯类的外壳就是PC料(注塑完成)，球形、梨形、筒形的泡壳都是非小单元、非平面的整壳，光损失很大、光角度偏小。 2.因为透镜的一个表面为具有水平和垂直两个方向曲率半径的曲面，所以可以使入射光在水平方向和垂直方向都得到扩散。鉴于两个方向的曲率半径相互独立，所以可以根据要求，分别调节两个曲率，使得光输出在两个方向上得到不同程度的扩散。因此，使用双向曲率曲面构成的透镜，可以根据设计要求更自由地分配光输出，更高效地利用光通量，减少不必要的浪费和眩光。此外，由于使用的是光滑过渡的曲面，灯具有均匀过渡的光分布和良好的外观。完全透明的PMMA灯饰或灯罩会在光源的中心造成眩目或刺眼的弦光，但是亮度在光源外围却迅速减少。很多社交场合与作业环境的照明必须排除这种令人不快的气氛或是尽量减少引起眼睛不适的光源。 [图2] LED可视化透镜光线 3.每个透镜单元在本体上的投影为矩形，从而使各单元能紧密、整齐地排列。平行入射光束经过透镜单元的折射作用，在水平方向形成左右对称的均匀扩散，在垂直方向形成向下偏折的均匀扩散。通过调整一组透镜中各单元的大小和两个方向的曲率半径，调配出射光通量在不同立体角范围内的分布，达到设计要求的光分布。 鉴于入射曲面的作用是使光线发生偏折形成扩散，产品设计中具体每组透镜的单元个数、单元大小、曲率半径等都可以结合实际情况而变化。实际情况是大功率用透镜的透镜上的内纹(为分割小单元)都由厂家做好，选用时只考虑透镜高度、角度、材质这些。 4.我们选择将光源放于透镜焦点的内侧，光源离透镜越远，透镜收集到的光源光通量越少。因而透镜系统的效率越低，根据单凸透镜的计算公式： r=(nL-1)f。其中r—凸面曲率半径， nL—透镜材料折射率， f—透镜焦距 在选定透镜材料的情况下，焦距越大，曲率半径越大。在同样透镜孔径Φ的条件下，曲率半径越大，透镜越薄。而透镜越厚，像差会越明显，从而影响使用效果。因此，尽可能选择焦距较大的透镜。同时，焦距的增大，光学系统尺寸的增加，因此，透镜的焦距也不可以一味追求最大。由于透镜厚度不是很大，因此没有采用菲涅耳透镜，避免增加加工的繁琐性和成本。
硅透镜和硒化锌透镜的物理特性及透过率
1,进口CVD硒化锌透镜(ZnSe)红外光学材料 CVD硒化锌（ZnSe）是一种化学惰性材料，具有纯度高，环境适应能力强，易于加工等特点。它的光传输损耗小，具有很好的透光性能。是高功率CO2激光光学元件的材料。由于该红外材料的折射率均匀和一致性很好，因此也是前视红外（FLIR）热成像系统中保护窗口和光学元件的理想材料。同时，该材料还广泛用于医学和工业热辐射测量仪和红外光谱仪中的窗口和透镜。 CVD ZINC SELENIDE Transmission Wavelength in Micrometers (t=8mm)光学性质： 透过波长范围 0.5μm—22μm 折射率不均匀性（Δn/n） <3×10-6@632.8nm 吸收系数（1/cm） 5.0×10-3@1300nm 7.0×10-4@2700nm 4.0×10-4@3800nm 4.0×10-4@5250nm 5.0×10-4@10600nm 热光系数dn/dT(1/k,298—358k) 1.07×10-4@632.8nm 7.0×10-5@1150nm 6.2×10-5@3390nm 6.1×10-5@10600nm 折射率n随波长的变化（20℃） 波长(nm) 折射率(n) 波长(nm) 折射率(n) 620 2.5994 10600 2.4028 1000 2.4892 13000 2.3850 3800 2.4339 14600 2.3705 5000 2.4295 16600 2.3487 7000 2.4218 17800 2.3333 9000 2.4122…
透镜家族
一、 传统光学透镜 熟悉光学技术的你们都知道，很久以前，人们使用的光学元件都是基于费马原理发挥作用的，这种器件被称为传统光学元件。这类元件通过光程的积累实现对入射光相位的调制，使得光波会聚或者发散，进而达到成像、改变光路等目的。透镜的有效尺寸通常为波长的成百上千倍，达到了数个毫米的量级，因此体积大、质量大，所以一般光学实验的占地都在一个平米左右。法国科学家费马于1662年提出：光传播的路径是光程取极值的路径。利用微分或变分法，我们可以从费马原理导出以下三个几何光学定律：光线在真空中直线传播；光的反射定律；光的折射定律（斯涅尔定律）。基于此原理，我们就有了最简单的透镜──三棱镜。利用不同波长的光波折射率不同、在折射时会偏转不同角度的原理，三棱镜可以将白光分解成为不同的光谱成分，造成色散现象。 如果我们忽略色散效应，只追踪一条谱线，就会发现光线总是被折射到较厚的一侧。由此出发，我们可以将两块三棱镜按照如下方式进行组合，形成新的光学元件。没错，这就是我们常见的凸透镜和凹透镜。在这种情况下，当光线入射到组合器件时，仍会遵循向较厚一侧折射的规律：对于左侧的凸透镜，光线会向着光轴出射；对于右侧的凹透镜，出射光线会偏向远离光轴的方向。因此，凸透镜和凹透镜会分别使得光线会聚和发散。 关于传统透镜可介绍的内容极其丰富，毕竟用了上千年的东西，各方面的特性被研究得太多太多了，今天就不多说了，如果有兴趣可以去查阅《几何光学》（版本不限）。这类光学元件因为制作工艺成熟、易于批量生产，直到现在仍然是各大光学实验室的宠儿，在各种实验平台上都能见到其卓绝的风姿，没有三五个透镜都不好意思说自己是搞光学的。然而在如今的很多研究或者应用中，比如对体积、重量、材料、价格有特殊要求的场合，传统透镜显得有些力不从心了。所以，见异思迁的人们开始研究如何在保证透镜功能的前提下，将其进行适当改造，以满足不同人群的不同口味。基于此，衍射光学元件——菲涅尔透镜应运而生。 二、 菲涅尔透镜 20世纪60年代，光学元件和仪器也在逐渐向着小型化、阵列化和集成化的方向发展，由此，微光学这门光学分支应运而生。总体而言，微光学包括两个研究方向：基于折射原理的梯度折射率光学，以及基于光波衍射原理的衍射光学，又称二元光学。前者主要是使用具有梯度折射率的介质设计和制造光学成像元件，这类透镜又称梯析（GRIN，Gradient-index）透镜。后者使用的器件被称为衍射光学元件，于80年代由美国麻省理工学院（MIT）林肯实验室Wilfrid B .Veldkamp带领的研究组率先提出。这或许是扁平化设计的第一次尝试。 与传统透镜和GRIN透镜不同的是，这类元件是基于光波的衍射理论，采用计算机辅助设计（CAD）和集成电路制备工艺（IC），在基片（wafer）或传统光学器件的表面上刻蚀（etching）出高低不平深浅不一、具有特定浮雕结构的纯相位衍射光学元件，从而实现对入射光相位进行调制。根据应用场景，衍射光学元件有很多不同种类，比如光栅、分束器，光束整形器、多焦点激光透镜、涡镜头等等。我们今天主要介绍一种最简单、最常用的器件──菲涅尔透镜（Fresnel lens）。 这种透镜是物理光学的大神菲涅尔于1819年为灯塔照明而设计，并于1822年正式投入使用的。由于灯塔所使用的探照灯光源不够集中，亮度也不够高，所以菲涅尔设计了这款比传统透镜更薄、却有着更高光学性能的新型透鏡，将更多的光线聚集在中央，使得远处的船只也能看得很清楚，发挥灯塔指引航的功能。 菲涅尔透镜的设计原理是将传统的球面或非球面镜片的曲面分割成很多同心环，再将每一同心环移至同一平面上而成，即菲涅耳带，使其具有平凸或平凹透镜会聚或发散光线的特性。因为透镜的作用是改变入射光线的相位，而改变量如果达到了2π，实际上不会对相位产生有效调制。因此，曲面分割的原理是，凡是改变2π相位的透镜部分理论上是可以去掉的，由此我们就可以得到菲涅尔透镜。 总而言之，相对于传统光学透镜，衍射光学元件具有体积小、重量轻、结构紧凑、易于复制、成本低廉等优点，被广泛用于各种波前校正、光束整形、微型光通讯等方面。然而，这种透镜对入射光的相位调制实质上还是光程的积累，其变薄的秘诀只是在于摒弃了传统透镜中冗余的2π相位。 尽管基于衍射原理的透镜能够极大地减小元件的尺寸和重量，然而这还远远不够。为进一步减小光学元件的厚度，基于人工结构的超材料应运而生。 三、超表面透镜 超（表面）材料是指其特征尺度远小于工作波长的一种人工材料，可以实现许多自然材料不能够实现的功能。通过合理设计其特征单元的大小、形状以及基底的材料，超材料可以实现许多传统材料所不具备的特性，例如负折射、隐身材料等。超材料利用单层结构化的金属材料（通常厚度为几十个纳米）实现对电磁波的裁剪和调控。由于其采用的是金属中的电子与电磁波相互作用实现对电磁波的调制的新原理，因此能够实现超薄的平板光学元器件，能够实现无像差成像。此外，用于调制波前的每个小单元都是亚波长量级，从而可以实现高分辨的波前调控。由于超材料话题太大，我们今天只关注超表面透镜，其余知识感兴趣的读者可以自行查阅资料。 2011年，哈佛大学的Federico Capasso所领导的课题组提出了超颖表面(metasurface)的概念，他们设计了薄层金属亚波长V型天线阵列结构（见下图），实现了散射场振幅和相位的突变，并通过改变V型天线的长度、夹角等参数，控制散射光的振幅和相位，得到了相位调制的规律。 此超薄平面透镜表面布有亚波长间距（x方向11 um，y方向1.5 um）的周期性V型天线结构。这些天线宽度和厚度仅为220 nm和50 nm，在散射特定波长的光线时能引入相位延迟，造成光束方向改变。研究人员将不同形状、大小及方向的天线排列成图案，让透镜上的相位延迟呈放射状分布，造成离镜心越远的光线折射愈严重，使入射光聚焦于精确的一点上。 此平面透镜可消除球面像差、彗差等单色像差，因此能在衍射极限内获得精确的焦点。即使光线入射处远离镜心或以大角度入射，也不需要复杂的修正技术。研究人员只要改变天线的大小、角度及间距，便能控制超颖表面所对应的特定波长。在这种新型金属亚波长V型天线中，相位的改变是基于表面等离子体共振效应，不再是传统透镜和衍射透镜所利用的光程的累积。 2016年6月，该团队又在超表面透镜研究中取得进展，实现了一种高效率、超薄（约一个波长）、平面化的超表面透镜（metalens），可以将可见光汇聚到亚波长尺寸的光斑。这种超表面透镜，有望在未来引起手机、显微镜、照相机等镜头的革命。 研究者使用85 nm宽、410 nm长、600 nm高的低损耗二氧化钛金属柱，在230 μm厚的二氧化硅基片上搭建出数量多达百万的阵列。这些微小的金属柱起到折射光线的作用，数值孔径高达0.8的透镜，效率高达86%。低透过率是之前的可见光谱内超表面透镜的不足之一。目前制成的这种镜片直径仅为2 mm，焦距0.725 mm。与相同NA、100×的尼康商用镜头相比，其分辨率是后者的1.5倍。
先进光学加工技术发展及现状分析
1.引 言 如今我们不难发现，军用武器系统中几乎都装备有各种各样的光电传感器件，而在这些光电传感器件中，或多或少都采用了各种样式的光学零件。从美国陆军所作的一项调查报告的材料中我们知道，1980～1990年美国军用激光和红外热成像产品所需要的各种光学零件就有114.77万块，其中球面光学零件为63.59万块，非球面光学零件为23.46万块，平面光学零件为18.1万块，多面体扫瞄镜为9.62万块。拿M1坦克为例，其大约使用了90块透镜、30块棱镜以及各种反射镜、窗口和激光元件。又如一具小小的AN/AVS-6飞行员夜视眼镜就采用了9块非球面光学零件和2块球面光学零件。 从70年代开始，以红外热成像和高能激光为代表的军用光学技术迅速发展。军用光学系统不但要求成像质量好，而且要求体积小、重量轻、结构简单。这对光学加工行业是一个严峻考验。为了跟上时代发展的步伐，设计和制作出质地优良的光学成像系统，光学零件加工行业于70年代开展了大规模技术革命和创新活动，研究开发出许多新的光学零件加工方法，如非球面光学零件的加工法。近10多年来，新的光学零件加工技术得到进一步地推广和普及。目前，国外较为普遍采用的光学零件加工技术主要有： 计算机数控单点金刚石车削技术、光学玻璃透镜模压成型技术、光学塑料成型技术、计算机数控研磨和抛光技术、环氧树脂复制技术、电铸成型技术……以及传统的研磨抛光技术等。 2.计算机数控单点金刚石车削技术 计算机数控单点金刚石车削技术，是由美国国防科研机构于60年代率先开发、80年代得以推广应用的非球面光学零件加工技术。它是在超精密数控车床上，采用天然单晶金刚石刀具，在对机床和加工环境进行精确控制条件下，直接利用金刚石刀具单点车削加工出符合光学质量要求的非球面光学零件。该技术主要用于加工中小尺寸、中等批量的红外晶体和金属材料的光学零件，其特点是生产效率高、加工精度高、重复性好、适合批量生产、加工成本比传统的加工技术明显降低。采用该项金刚石车削技术加工出来的直径120mm以下的光学零件，面形精度达l/2～1l，表面粗糙度的均方根值为0.02～0.06mm。 目前，采用金刚石车削技术可以加工的材料有：有色金属、锗、塑料、红外光学晶体(碲镉汞、锑化镉、多晶硅、硫化锌、硒化锌、氯化纳、氯化钾、氯化锶、氟化镁、氟化钙、铌酸锂、KDK晶体)无电镍、铍铜、锗基硫族化合物玻璃等。上述材料均可直接达到光学表面质量要求。此技术还可加工玻璃、钛、钨等材料，但是目前还不能直接达到光学表面质量要求，需要进一部研磨抛光。 计算机数控单点金刚石车削技术除了可以用来直接加工球面、非球面光学零件外，还可以用来加工各种光学零件的成型模具和光学零件机体，例如加工玻璃模压成型模具、复制模具、光学塑料注射成型模具和加工复制环氧树脂光学零件用的机体等。该技术与离子束抛光技术相结合，可以加工高精度非球面光学零件;与镀硬碳膜工艺和环氧树脂复制技术相结合，可生产较为便宜的精密非球面反射镜和透镜。假若在金刚石车床上增加磨削附件或采用陶瓷刀具、安装精密夹具和采用在-100℃低温进行金刚石切削等措施，此项技术的应用范围将可进一步扩大。目前，美国亚里桑那大学光学中心已经使用该技术取代了传统的手工加工工艺，但加工玻璃光学零件时，还不能直接磨削成符合质量要求的光学镜面，仍然需要进行柔性抛光。 单点金刚石车削光学零件技术经济效果非常明显，例如加工一个直径100mm的90°离轴抛物面镜，若用传统的研磨抛光工艺方法加工，面形精度最高达到3mm(5l)，加工时间需要12个月，每一个抛物面镜的加工成本为5万美元。 而采用金刚石车削方法，3个星期就能完成，加工成本只有0.4万美元，面形精度可达0.6μm(1λ)。美国霍尼韦尔公司就用这种技术加工AN/AAD-5红外侦察装置的4面体扫描转镜。转镜的每一面尺寸为88.9\’’203.2mm，每面的平直度要求为l/2，角精度为90°±42。用一台车床，15个月就加工出了124个扫描旋转反射镜，质量均达到了设计技术要求。每个旋转反射镜比用传统的加工方法加工节约费用2770美元。霍尼韦尔公司用这种工艺生产了200个4面体旋转镜，共计节约近90万美元。而且还为AN/AAD-5红外侦察装置加工了10万个平面反射镜，节约费用1千多万美元。在1980~1990年这10年间，平面(50\’’50mm)、多面体(直径90mm)、球面(直径100mm)、非球面(直径125mm)等4种军用光学零件的加工费用，按保守的经济效果计算，美国防部就总计节省约4亿美元。 金刚石车削机床是金刚石车削工艺的关键技术，没有金刚石车削机床，就不可能实现金刚石车削加工光学零件新工艺。金刚石车削机床属于高精密机床，机床的主轴精度和溜板运动精度比一般的机床要高出几个数量级，主轴轴承和溜板导轨通常采用空气轴承和油压静力支承结构，机床运动部件的相对位置采用激光位移测量装置测定。在工件加工的整个过程中，采用激光干涉仪测量工件的面形误差。车床上装有反馈装置，可以补偿运动误差。金刚石车床的主要生产厂家是美国的莫尔精密机床公司和普奈莫精密公司。进入90年代后，日本东芝机械公司也开始生产这种车床。莫尔精密机床公司生产销售的主要产品是Moore M-18、-40非球面加工机，Moore T型床身机床，Moore光学平面加工机，Moore M-18油淋非球面加工机等。普奈莫精密公司生产出售的产品主要有MSG-325型、ASG-2500型、Nanoform600型、Ultra 2000型等金刚石车床。日本东芝机械公司生产出售产品是ULG-100A(H)金刚石车床。 金刚石车床的价格十分昂贵，而且还不断提高。以MSG325型车床为例，在80年代初每台价为30～40万美元，而到了90年代初每台价已升高到将近100万美元。这个价格对用户来说是一个不小的经济负担，推广普及应用有一定难度。因此，目前各国正在积极研究开发低成本的金刚石车削机床。下面介绍几种目前正在推广应用的金刚石车削机床。 (1)莫尔M-18非球面加工机 莫尔M-18非球面加工机是一种3轴计算机数控超精密加工系统，可以使用单点金刚石刀具车削，也可以使用磨轮磨削，既能加工各种高精度平面、球面和非球面光学零件，又能加工模具表面和其它表面。金刚石车削和磨轮磨削相结合，扩大了机床的加工能力。例如加工精密模具，在一台这样的金刚石车床就能将其加工完成。首先使用磨轮在模具基体上加工出公差一致的面形，然后镀制无电镍，最后使用单点金刚石刀具，车削无电镍表面，完成模具的精加工。该加工机床采用了Allen-Bradley7320型、8200型或通用电器公司2000型计算机数控系统，车床的位置控制采用了Newlett-Packard5501A型激光传感器系统。莫尔M-18机床的主要技术性能指标如下： X轴行程410mm;Z轴行程230mm;空气轴承主轴中心到工作台面的距离为292mm，到旋转工作台面的距离为178mm;X轴和Z轴在全部行程上的直线性为0.5mm;X轴和Z轴在全部行程上的垂直度为1μrad;X轴Z轴在全部行程上的偏向角为0.5μrads;X轴Z轴全部行程上的定位精度1.5mm;X轴和Z轴每25.4mm行程的定位精度为0.5mm;B轴旋转360°时的角度偏差为±3μrads;X轴和Z轴的读数精度为5mm;B轴的读数精度为1.3μrads;主轴的轴向误差为0.05mm，径向误差为0.2mrad;机床的体积(高\’’长\’’宽)为1778\’’2032\’’1800mm。 (2)普奈莫MSG-325型金刚石车床 普奈莫MSG-325型金刚石车床是计算机数控型双轴金刚石车床。机床采用一个重6t的花岗岩底座，花岗岩底座装在压缩空气垫上用于隔离振动，使振动减小到2Hz。X和Z溜板都安装在花岗岩底座上，两个溜板相互垂直安装，在整个行程上的垂直精度在0.76mm以内。X溜板上装有一个可以互换的刀架，Z溜板上装有一个空气轴承主轴。两个溜板的运动的精确位置用一个激光传感器系统测定，精度为0.025mm。 该机床可以加工红外和可见光波段应用的各种球面和非球面透镜、菲涅耳透镜、反射镜、偏轴圆锥截面镜、多面体反射镜以及精密录像镜头等光学零件。在光学零件加工过程中，可采用激光干涉仪对加工件进行面形非接触测量。机床的主要技术性能指标如下： 机床的主轴采用空气轴承，在1000转/min时，在前端测量，其径向和轴向跳动均为0.1mm;驱动马达为1/3HP100～2400转/min直流伺伏服马达;采用空气轴承的X溜板的名义尺寸为609\’’762mm，最大行程为304mm，最大移动速度20cm/min，水平方向运动误差0.5mm，垂直方向运动误差1.27mm，精密丝杠驱动马达1HP0～2500转/min;Z溜板最大行程为203mm，其它性能指标均与X溜板的相同;加工工件的直径，正常机床结构的为356mm，大孔径机床结构的为560mm;加工工件的最大加工深度204mm;工件直径为150mm时，加工工件的面形精度可达l/2。 (3)ULG-100A(H)型超精密非球面金刚石车床 该机床是日本东芝机械公司90年代产品，从1992年6月开始，每月生产2台，每台机床售价5000万日元。机床主轴采用高刚性超精密空气静轴承，机床数控装置具有反馈功能。它可加工各种光学零件和非球面透镜模压成型用金属模具。加工精度可达0.01mm。模压成型金属模具利用金刚石刀具和磨轮进行车削和研磨加工，能达到镜面质量。机床的主要技术性能指标如下： 机床的X轴(研磨轮轴)最大行程为150mm;Z轴(工件轴)最大行程为100mm;研磨轮轴最高转速为40000转/min;研磨轮马达1kW/40000转/min;工件轴转速20~1500转/min;工件轴马达0.25kW/3000转/min;研磨轮主轴轴向和径向跳动0.05mm;工件主轴轴向和径向跳动0.05mm;X轴移动直线性0.1mm/150mm;Z轴移动直线性0.1mm/100mm。 3.光学玻璃透镜模压成型技术 光学玻璃透镜模压成型技术是一种高精度光学元件加工技术，它是把软化的玻璃放入高精度的模具中，在加温加压和无氧的条件下，一次性直接模压成型出达到使用要求的光学零件。这项技术自80年代中期开发成功至今已有十几年的历史了，现在已成为国际上最先进的光学零件制造技术方法之一，在许多国家已进入生产实用阶段。这项技术的普及推广应用是光学行业在光学玻璃零件加工方面的重大革命。由于此项技术能够直接压制成型精密的非球面光学零件，从此便开创了光学仪器可以广泛采用非球面玻璃光学零件的时代。因此，也给光电仪器的光学系统设计带来了新的变化和发展，不仅使光学仪器缩小了体积、减少了重量、节省了材料、减少了光学零件镀膜和工件装配的工作量、降低了成本，而且还改善了光学仪器的性能，提高了光学成像的质量。 光学玻璃模压成型法制造光学零件有如下优点：①不需要传统的粗磨、精磨、抛光、磨边定中心等工序，就能使零件达到较高的尺寸精度、面形精度和表面粗糙度;②能够节省大量的生产设备、工装辅料、厂房面积和熟练的技术工人，使一个小型车间就可具备很高的生产力;③可很容易经济地实现精密非球面光学零件的批量生产;④只要精确地控制模压成型过程中的温度和压力等工艺参数，就能保证模压成型光学零件的尺寸精度和重复精度;⑤可以模压小型非球面透镜阵列;⑥光学零件和安装基准件可以制成一个整体。 目前批量生产的模压成型非球面光学零件的直径为2～50mm，直径公差为±0.01mm;厚度为0.4～25mm，厚度公差为±0.01mm;曲率半径可达5mm;面形精度为1.5λ，表面粗糙度符合美国军标为80-50;折射率可控制到±5×10-4mm，折射均匀性可以控制到<5×10-6mm;双折射小于0.01λ/cm。 现在，世界上已掌握这项先进玻璃光学零件制造技术的著名公司和厂家有美国的柯达、康宁公司，日本的大原、保谷、欧林巴斯、松下公司，德国的蔡司公司和荷兰的菲利浦公司等。 玻璃光学零件模压成型技术是一项综合技术，需要设计专用的模压机床，采用高质量的模具和选用合理的工艺参数。成型的方法，玻璃的种类和毛坯，模具材料与模具制作，都是玻璃模压成型中的关键技术。 3.1.成型方法 玻璃之所以能够精密模压成型，主要是因为开发了与软化的玻璃不发生粘连的模具材料。 原来的玻璃透镜模压成型法，是将熔融状态的光学玻璃毛坯倒入高于玻璃转化点50℃以上的低温模具中加压成形。这种方法不仅容易发生玻璃粘连在模具的模面上，而且产品还容易产生气孔和冷模痕迹(皱纹)，不易获得理想的形状和面形精度。后来，采用特殊材料精密加工成的压型模具，在无氧化气氛的环境中，将玻璃和模具一起加热升温至玻璃的软化点附近，在玻璃和模具大致处于相同温度条件下，利用模具对玻璃施压。接下来，在保持所施压力的状态下，一边冷却模具，使其温度降至玻璃的转化点以下(玻璃的软化点时的玻璃粘度约为107。6泊，玻璃的转化点时的玻璃粘度约为1013。4泊)。这种将玻璃与模具一起实施等温加压的办法叫等温加压法，是一种比较容易获得高精度，即容易精密地将模具形状表面复制下来的方法。这种玻璃光学零件的制造方法缺点是：加热升温、冷却降温都需要很长的时间，因此生产速度很慢。为了解决这个问题，于是对此方法进行了卓有成效的改进，即在一个模压装置中使用数个模具，以提高生产效率。然而非球面模具的造价很高，采用多个模具势必造成成本过高。针对这种情况，进一步研究开发出与原来的透镜毛坯成型条件比较相近一点的非等温加压法，借以提高每一个模具的生产速度和模具的使用寿命。另外，还有人正在研究开发把由熔融炉中流出来的玻璃直接精密成型的方法。 3.2.玻璃的种类和毛坯 玻璃毛坯与模压成型品的质量有直接的关系。按道理，大部分的光学玻璃都可用来模压成成型品。但是，软化点高的玻璃，由于成型温度高，与模具稍微有些反应，致使模具的使用寿命很短。所以，从模具材料容易选择、模具的使用寿命能够延长的观点出发，应开发适合低温(600℃左右)条件下模压成型的玻璃。然而，开发的适合低温模压成型的玻璃必需符合能够廉价地制造毛坯和不含有污染环境的物质(如PbO、As2O3)的要求。对模压成型使用的玻璃毛坯是有要求的：①压型前毛坯的表面一定要保持十分光滑和清洁;②呈适当的几何形状;③有所需要的容量。毛坯一般都选用球形、圆饼形或球面形状，采用冷研磨成型或热压成型。 3.3.模具材料与模具加工 模具材料需要具备如下特征：①表面无疵病，能够研磨成无气孔、光滑的光学镜面;②在高温环境条件下具有很高的耐氧化性能，而且结构等不发生变化，表面质量稳定，面形精度和光洁度保持不变;③不与玻璃起反应、发生粘连现象，脱模性能好;④在高温条件下具有很高的硬度和强度等。 现在已有不少有关开发模具材料的专利，最有代表性的模具材料是：以超硬合金做基体，表面镀有贵金属合金和氮化钛等薄膜;以碳化硅和超硬合金做基体，表面镀有硬质碳、金刚石状碳等碳系薄膜;以及Cr2O-ZrO2-TiO2系新型陶瓷。 玻璃透镜压型用的模具材料，一般都是硬脆材料，要想把这些模具材料精密加工成模具，必需使用高刚性的、分辨率能达到0.01μm以下的高分辨率超精密计算机数字控制加工机床，用金刚石磨轮进行磨削加工。磨削加工可获得所期盼的形状精度，但然后还需再稍加抛光精加工成光学镜面才行。在进行高精度的非球面加工中，非球面面形的测试与评价技术是非常重要的。对微型透镜压型用模的加工，要求更加严格，必需进一步提高精度和减轻磨削的痕迹。 3.4.玻璃模压成型技术的应用 目前，光学玻璃透镜模压成型技术，已经用来批量生产精密的球面和非球面透镜。平时，除了一般生产制造直径为15mm左右的透镜外，还能生产制造直径为50mm的大口径透镜、微型透镜阵列等。现已能制造每个透镜的直径为100μm的微型透镜阵列。 (1)制造军用和民用光学仪器中使用的球面和非球面光学零件，如各透镜、棱镜、以及滤光片等; (2)制造光通信用的光纤耦合器用非球面透镜; (3)制造光盘用的聚光非球面透镜。使用一块模压成型法制造的非球面透镜，可代替光盘读出器光学镜头内使用的三块球面透镜。由于模压成型非球面透镜的精度很高，不仅能够控制和校正大数值孔径的轴向像差，而且还使原来的光学镜头的重量减轻、成本降低30～50%。 (4)制造照相机取景器非球面透镜、电影放映机和照相机镜头的非球面透镜等。美国仅柯达公司每年就需要压型几百万个非球面光学零件。 4 光学塑料成型技术 光学塑料成型技术是当前制造塑料非球面光学零件的先进技术，包括注射成型、铸造成型和压制成型等技术。光学塑料注射成型技术主要用来大量生产直径100mm以下的非球面光学零件，也可制造微型透镜阵列。而铸造和压制成型主要用于制造直径为100mm以上的非球面透镜光学零件。 塑料非球面光学零件具有重量轻、成本低;光学零件和安装部件可以注塑成为一个整体，节省装配工作量;耐冲击性能好等优点。因此，在军事、摄影、医学、工业等领域有着非常好的应用前景。美国在AN/AVS-6型飞行员微光夜视眼镜中就采用了9块非球面塑料透镜。此外，在AN/PVS-7步兵微光夜视眼镜、HOT夜视眼镜、’铜斑蛇’激光制导炮弹导引头和其他光电制导导引头、激光测距机、军用望远镜以及各种照相机的取景器中也都采用了非球面塑料透镜。美国TBE公司在制造某种末制导自动导引头用非球面光学零件时，曾对几种光学塑料透镜成型法作过经济分析对比，认为采用注射成型法制造非球面光学塑料透镜最为合算。 4.1.注射成型法 注射成型是将加热成流体的定量的光学塑料注入到不锈钢模具中，在加热加压条件下成型，冷却固化后打开模具，便可获得所需要的光学塑料零件。光学塑料注射成型的关键环节是模具，由于光学塑料模压成型的工作温度较低，所以对模具的要求要比对玻璃模压成型模具的要求低一些。非球面模具的超精密加工相当困难，通常的加工都是首先在数控机床上将模具的坯件磨削成近似非球面，然后用范成精磨法逐步提高非球面的面形精度和表面粗糙度，最后用抛光法加工成所要求的面形精度和表面粗糙度。可是，由于数控机床的加工精度比较低，在模具加工过程中需要对模具进行反复检测和修改，逐步地提高模具精度，从而使模具的成本变得很高。因而现在的模具，是用刚性好、分辨率高的计算机数控超精密非球面加工机床和非球面均匀抛光机超精密加工而成的。首先用计算机数控超精密非球面机床将模坯加工出面形精度达±0.1μμm的非球面，然后用抛光机在保持非球面面形精度不变的条件下均匀地轻抛光，大约抛去0.01μm，使模具表面的粗糙度得到提高。 注射成型的光学塑料零件的焦距精度可以控制到0.5～1%，面形精度高于λ/4，长度公差达0.0076mm，厚度公差达0.012mm。…
【科普】光学玻璃技术原理及发展趋势解析
能改变光的传播方向，并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃；广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃。光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等。由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。 1、前景 光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分。特别是在20世纪90年代以后，随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进，成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。 随着国内经济持续、稳定发展，中国光学玻璃制造行业发展迅猛。根据国家统计局数据显示，2010年，光学玻璃制造行业规模以上企业数量达246家，行业全年实现销售收入为234.05亿元，同比增长53.70%;实现利润15.37亿元，同比增长87.10%;资产规模达到264.50亿元，同比增长77.49%。由于光学玻璃制造行业以国内销售为主，金融危机对其影响相对较小，行业依然表现出较好的增长势头。 2、简介 用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等的玻璃材料。包括无色光学玻璃(通常简称光学玻璃)、有色光学玻璃、耐辐射光学玻璃、防辐射玻璃和光学石英玻璃等。光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性，具有特定和精确的光学常数。它可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物系列。品种繁多，主要按他们在折射率(nD)-阿贝值(VD)图中的位置来分类。传统上nD>1.60，VD>50和nD<1.60，VD>55的各类玻璃定为冕(K)玻璃，其余各类玻璃定为火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透镜，火石玻璃作凹透镜。通常冕玻璃属于含碱硼硅酸盐体系，轻冕玻璃属于铝硅酸盐体系，重冕玻璃及钡火石玻璃属于无碱硼硅酸盐体系，绝大部分的火石玻璃属于铅钾硅酸盐体系。随着光学玻璃的应用领域不断拓宽，其品种在不断扩大，其组成中几乎包括周期表中的所有元素。 通过折射、反射、透过方式传递光线或通过吸收改变光的强度或光谱分布的一种无机玻璃态材料。具有稳定的光学性质和高度光学均匀性。 3、光学玻璃分类 无色光学玻璃 对光学常数有特定要求，具有可见区高透过、无选择吸收着色等特点。按阿贝数大小分为冕类和火石类玻璃，各类又按折射率高低分为若干种，并按折射率大小依次排列。多用作望远镜、显微镜、照相机等的透镜、棱镜、反射镜等。 防辐照光学玻璃 对高能辐照有较大的吸收能力，有高铅玻璃和CaO-B2O2系统玻璃，前者可防止γ射线和X射线辐照，后者可吸收慢中子和热中子，主要用于核工业、医学领域等作为屏蔽和窥视窗口材料。 耐辐照光学玻璃 在一定的γ射线、X射线辐照下，可见区透过率变化较少，品种和牌号与无色光学玻璃相同，用于制造高能辐照下的光学仪器和窥视窗口。 有色光学玻璃 又称滤光玻璃。对紫外、可见、红外区特定波长有选择吸收和透过性能，按光谱特性分为选择性吸收型、截止型和中性灰3类；按着色机理分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化物着色3类，主要用于制造滤光器。 紫外和红外光学玻璃 在紫外或红外波段具有特定的光学常数和高透过率，用作紫外、红外光学仪器或用作窗口材料。 光学石英玻璃 以二氧化硅为主要成分，具有耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好等特点，用于制造对各种波段透过有特殊要求的棱镜、透镜、窗口和反射镜等。此外，还有用于大规模集成电路制造的光掩膜板、液晶显示器面板、影像光盘盘基薄板玻璃；光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃；光按一定方向通过传输超声波的玻璃时，发生光的衍射、反射、汇聚或光频移的声光玻璃等。 4、色散分类 按色散又分为两类：色散较小的为冕类(K)，色散较大的为火石类(F)。 ①冕类光学玻璃分为氟冕(FK)、轻冕(QK)、磷冕(PK)、重磷冕(ZPK)、冕(K)、重冕(ZK)、钡冕(BaK)、镧冕(LaK)、钛冕(TiK)和特冕(TK)等。 ②火石类光学玻璃分为轻火石(QF)、火石(F)、重火石(ZF)、钡火石(BaF)、重钡火石(ZBaF)、镧火石(LaF)、重镧火石(ZLaF)、钛火石(TiF)、冕火石(KF)和特种火石(TF)等。它们在折射率nd与色散系数v的关系图像（见图）中分布在不同的领域。 5、抗辐射 抗辐射玻璃是广义光学玻璃的一种。包括防辐射玻璃和耐辐射玻璃。 ①防辐射玻璃主要是对γ射线和X射线有较大吸收能力的玻璃。当γ射线或X射线进入防护玻璃时，由于玻璃内部产生光电效应、生成正负电子对，同时产生激发态和自由态电子，使射入的γ射线或X射线能量减小，穿透力下降，起到了防护作用。当防辐射玻璃的密度增加时，屏蔽能力也相应增加。防γ射线的玻璃的密度通常不小于4.5g/cm。近年来，已开始用密度为6.2～6.5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。 ②耐辐射光学玻璃主要指在γ射线作用下不易着色的光学玻璃。耐辐射光学玻璃牌号的命名，仍根据光学玻璃牌号，注明能耐辐射的伦琴数，例如，K509耐辐射光学玻璃的光学常数同K9,且能耐10伦琴剂量的γ射线。普通玻璃受高能射线辐射后产生自由电子，它与玻璃内部的缺位结合，形成色心。同时也可使原子核移位，破坏了正常的结构，也产生色心，使玻璃着色。 耐辐射光学玻璃中引入了CeO2，在高能γ射线辐照后，由于式①,能俘获电子，不使玻璃内部产生色心,且因Ce和Ce的吸收带在紫外区。当CeO2含量过高时，在紫外、红外的吸收带延伸到可见光区，使可见光的蓝色区域吸收增加，导致玻璃呈黄色。同时，也会因玻璃中其他成分的影响而加深颜色，所以CeO2的含量不能太高，在K509中CeO2的含量约为0.4%～0.5%，在K709中CeO2约为1%。 6、制作原料 以优质石英砂为主料。适当加入辅料。由于稀土具有高的折射率，低的色散和良好的化学稳定性，可生产光学玻璃，用于制造高级照相机、摄像机、望远镜等高级光学仪器的镜头。例如一种含氧化镧lao360%，氧化硼b2o340%的具有优良光学性质的镧玻璃，是制造高级照相机的镜头和潜望镜的镜头的不可缺少的光学材料。另外，利用一些稀土元素的防辐射特性，可生产防辐射玻璃。 7、冷加工 一种利用化学气相热处理手段以及单片钠钙硅玻璃来改变其原来分子结构而不影响玻璃原有颜色及透光率，使其达到超硬度标准，在高温火焰冲击下以满足防火要求的超硬度防火玻璃及其制造方法、专用设备。它是由下述重量配比的组份制成：钾盐蒸气(72%～83%)、氩气(7%～10%)、气态氯化铜(8%～12%)、氮气(2%～6%)。它包含以下工艺流程：以钠钙硅玻璃为基片进行切割，精磨边的冷加工→对冷加工后的钠钙硅玻璃进行化学气相热处理→将钠钙硅玻璃表面进行镀防火保护膜的处理→将钠钙硅玻璃表面进行特种物理钢化处理。由缸体及其与之相套合的缸盖、与缸盖一体连接的反应釜构成专用热分解气化设备。 8、发展 光学玻璃的发展和光学仪器的发展是密不可分的。光学系统新的改革往往向光学玻璃提出新的要求，因而推动了光学玻璃的发展，同样，新品种玻璃的试制成功也也往往反过来促进了光学仪器的发展。 最早被人们用来制作光学零件的光学材料是天然晶体，据称古代亚西利亚用水晶作透镜，而在古代中国则应用天然电气石（茶镜）和黄水晶。考古家证明公元三千年前在埃及和我们（战国时代）人们已能制造玻璃。但是玻璃作为眼镜和镜子还是十三世纪在威尼斯开始的。恩格斯在“自然辨证法”中对此曾给予很高的评价，认为这是当时的卓越发明之一。此后由于天文学家与航海学的发展需要，伽利略、牛顿、笛卡儿等也用玻璃制造了望远镜和显微镜。从十六世纪开始玻璃已成为制造光学零件的主要材料了。 到了十七世纪，光学系统的消色差成为光学仪器的中心问题。这时由于改进了玻璃成分，在玻璃中引入了氧化铅，赫尔才于1729年获得第一对消色差透镜，从此，光学玻璃就被分为冕牌和燧石玻璃两个大类。 1768年纪南在法国首先用粘土棒搅拌的方法制得了均匀的光学玻璃，从而开始建立了独立的光学玻璃制造工业。在十九世纪中叶，几个发达的资本主义国家都先后建立了自己的光学玻璃工厂，如法国帕腊-芒图公司（1872年）、英国钱斯公司（1848）、德国萧特公司(1848)等。 十九世纪光学仪器有很大发展。第一次世界大战前夕，德国为了迅速发展军用光学仪器，要求打破光学玻璃品种贫乏的限制。这时，著名物理学家阿员参加了萧特厂的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO，B2O3,ZnO，P2O3等，并且研究了它他对玻璃光学常数的影响。在这基础上，发展了钡冕、硼冕、锌冕等类型玻璃，同时也开始试制了特殊相对部分色散的燧石玻璃。在这时期内，光学玻璃品种有了很大的扩展，因而在光学仪器方面出现了较完整的照相机及显微镜物镜。 直至二十世纪三十年代以前，大部分工作仍在萧特厂基础上进行。到1934年获得了一系列重冤玻璃，如德国号SK-16（620/603）及SK-18（639/555）等。到此为止，可以认为是光学玻璃发展的一个阶段。 二次世界大战前后，随着各种光学仪器如航空摄影，紫外与红外光谱仪器、高级照相物镜等的发展，对光学玻璃又产生了新的需要。这时，光学玻璃也就相应地有了新的发展。1942年，美国摩莱（Morey）及以后苏联与德国的科学工作者都相继把稀士及稀散氧化物引入玻璃中，因而扩大了玻璃品种，得到了一系列高折射率低色散的光学玻璃，如德国LaK,LaF，苏联CTK及ТЬФ等品种系列。与此同时，也进行了低折射率大色散玻璃的研究并得到一系列氟钛硅酸盐系统的光学玻璃，如苏联ЛФ-9，ЛФ-12，德国F-16等品种。 由于各种新品种光学玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在着缺陷，因此在研究扩展光学玻璃领域的同时，还针对改善各种新品种光学玻璃的物理和物理化学性质。以及生产工艺进行了许多工作。 综观以上历史发展的过程，可以预言今后光学玻璃的发展方向是： ①制得特别高折射率的玻璃； ②制得特殊相对部分色散的玻璃； ③发展红外及紫外光学玻璃； ④取代玻璃中某些不良的成分如放射性的THO2，有毒的BcO，Sb2O3等； ⑤提高玻璃的化学稳定性； ⑥提高玻璃透明度和防止玻璃辐射着色； ⑦改进工艺过程，降低新品种玻璃价格。