ガリウムドープ石英ガラス製の光学フィルタ材料、フィルタ部品及びＵＶ線源を用いて照射する方法
本発明は、低ドーパント濃度で、２５４ｎｍの動作放射線に対する少なくとも８０％／ｃｍの可能な限り高いスペクトル透過率、およそ２５０ｎｍ未満の波長範囲における可能な限り低い透過率及び２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲内の端波長λCを示すドープ石英ガラス製の光学フィルタ材料に関する。２５０ｎｍ未満の波長範囲において吸収帯の極大を有し、したがって端波長λCを決定するガリウム化合物を含むドーピングによりこの目的が達成されることが見出された。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２５４ｎｍの波長の動作ＵＶ線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有するドープ石英ガラス製の光学フィルタ材料に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、２５４ｎｍ前後の波長の動作放射線を放出すると共に、該動作放射線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有するドープ石英ガラスのフィルタ材料を通過するＵＶ線源を用いて表面、液体又は気体に照射する方法に関する。
【０００３】
さらに、本発明は、該フィルタ材料からなる光学部品にも関する。
【背景技術】
【０００４】
純粋な石英ガラスは、ＵＶＣ〜ＶＵＶの範囲より上及びその中の波長範囲のＵＶ線に対して透過性であるため、ＵＶ光源のためのランプ材料として好ましく使用される。このようなランプは多くの場合、動作ＵＶ線だけでなく、オゾンの形成を引き起こして健康に有害であることがあるか又は近くの部品、特にプラスチック製の部品の経年劣化を誘発することがあるより短波の紫外線の一部を放出する。
【０００５】
この観点で、食品、表面及び特に液体を滅菌するためにＵＶ線を使用する用途によりさらなる課題が提示されている。ここでは、滅菌対象の素材中に存在する硝酸塩からの有害な亜硝酸塩の光分解性形成を促進する短波ＵＶ線が使用されている。波長が（約２７０ｎｍから開始して）減少すると、窒化物の形成はおよそ線形的に増大する。水の滅菌のためには、２５４ｎｍの波長の動作放射線を有する水銀ランプが使用されることが多く、このようなランプは１８５ｎｍ前後のＵＶＣ〜ＶＵＶ波長範囲における輝線も示す。適切な動作放射線より短いＵＶ波長範囲は、窒化物の形成を特にもたらしやすい。
【０００６】
したがって発光スペクトルにおけるＵＶ線の望ましくない部分は、出来る限り除去しなければならない。ＵＶ線を吸収する物質を石英ガラスにドープすることにより、２５０ｎｍ未満のＵＶ線に対する阻止帯（Sperrbereich）を伴うフィルタ効果を作り出すことができる。石英ガラス中のドーパントとして約２００ｎｍに吸収極大を有する吸収帯を生成する二酸化チタンが、この意味で好適な物質であることが判明している。１５５重量ｐｐｍのチタン含有量（及び０．５ｃｍの被照射層厚）では、このフィルタ材料の内部透過率は２５４ｎｍの動作波長に対して約９０％であり、端波長は２３５ｎｍ前後である（図１の曲線９により示されるように）。端波長λCは、阻止帯と透過帯との間のスペクトルの純粋な透過係数が最大値の半分である波長に対応する。
【０００７】
しかしながら、Ｔｉドープ石英ガラスの吸収は２５４ｎｍの動作波長まで大幅に減少し、その結果、一方ではこの波長範囲における顕著な吸収を達成するために高濃度の二酸化チタンが必要とされ、他方ではより長波側に向かう吸収端の明確な平坦化が生じ、この平坦化は動作波長の範囲における透過率を低減させる。
【０００８】
さらに、高いドーパント濃度は、石英ガラス特性の望ましくない変化をもたらすことがある。つまり、高いドーパント濃度は、石英ガラスの粘度及び熱膨張係数を特に変化させ、その結晶化傾向を増大させ、ＵＶ線に対する放射線耐性を低減させる（このことは、ＵＶランプ用の石英ガラスにおいて何にもまして特に不都合である）ことがある。この理由は、ＵＶ線による損傷により、ＵＶ透過率の漸次的な減少（経年劣化）、及びひいては減少し再現不可能なＵＶＣ発光がもたされることである。
【０００９】
特許文献１は、５０％〜６２％のＳｉＯ2部分を有する多成分ガラスからなるフィルタ材料を開示している。その組成に関して以下の範囲が特定されている：ＳｉＯ2：５０〜６２；Ｋ2Ｏ：１０〜２５；Ｎａ2Ｏ：０〜１４；Ａｌ2Ｏ3：０〜２；Ｂ2Ｏ3：３〜５；ＺｎＯ：１３．５〜３７；Ｆ：０〜１；ＴｉＯ2：０〜７；Ｉｎ2Ｏ3：０〜２；Ｇａ2Ｏ3：０〜２；ＳＯ3：０〜１；ＳｅＯ2：０〜１；Ｃ：０〜１。この範囲の組成の種々のガラスが、３２４ｎｍが最短の波長として示されるそれらの端波長に基づき特徴づけられている。
【００１０】
既知のフィルタ材料は、遠紫外の波長範囲全体にわたる紫外線に対して不透性であり、したがってこの波長範囲の動作ＵＶ線による使用には適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１１４２９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、２５４ｎｍの動作放射線に対して出来る限り最大の透過性を示し、低ドーパント濃度では約２５０ｎｍ未満の波長範囲において出来る限り最小の透過性を示すドープ石英ガラス製のフィルタ材料を示すことが本発明の目的である。
【００１３】
さらに、可能な限り一定のＵＶＣ発光を伴う２５４ｎｍ前後の波長のＵＶ線を用いて表面、液体又は気体の効果的な照射を確実に行い、その場合に同時にオゾン形成を可能な限り低く抑える方法を示すことが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
フィルタ材料に関して、前述の種類の特徴から始まるこの目的は、２５０ｎｍ未満の波長範囲に吸収帯の極大を有するガリウム化合物を含むドーピングにより端波長λCの位置が決定される本発明により達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術による酸化チタンドープ石英ガラスと比較した本発明による光学フィルタ材料の透過曲線を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
酸化ガリウムをドープした石英ガラスがＵＶ線を吸収し、２１５ｎｍ前後の波長でのＵＶ吸収が相対的又は絶対的な極大を示すことが見出された。したがって、この吸収極大は、酸化チタンをドープした既知の石英ガラスより２５４ｎｍの動作波長に近い。結果として、酸化チタンをドープした石英ガラスと比較して酸化ガリウムをドープした石英ガラスの透過曲線は、より長波側に向かう吸収帯のより急勾配の側面（steilere Flanke）を示し、その結果、２５０ｎｍ前後の波長での吸収は比較的低く、２５４ｎｍの低圧水銀放電ランプの動作波長で高い透過性を達成することができる。
【００１７】
したがって、ガリウム化合物は、端波長λCの位置を規定する。このことは、石英ガラスにガリウム化合物をドープしなかった場合、λCに関して異なる波長が得られるであろうことを意味する。端波長は２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲にあり、好ましくは２３５ｎｍ〜２４５ｎｍである。端波長に関するデータは、０．５ｃｍの材料の被照射層厚に関するものである。
【００１８】
酸化ガリウムのＵＶ吸収は、同じドーパント濃度では１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲の少なくとも一部分において酸化チタンのＵＶ吸収より高い。したがって、比較的低いドーパント濃度で、この波長範囲において高い吸収が得られる。
【００１９】
本発明による光学フィルタ材料は、通常は部品として又は部品上の層として存在する。部品は例えば、管（Rohr）、プレート、ディスク又はレンズである。
【００２０】
また、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）と化学的に類似する他のガリウム化合物、例えばハロゲン化ガリウム又は窒化ガリウム（ＧａＮ）が上で説明したＵＶ吸収効果を有することが期待されなければならない。しかしながら好ましくは、ガリウム化合物は酸化ガリウムである。
【００２１】
酸化ガリウムは熱的に及び化学的に安定であり、石英ガラス中に泡を形成しにくい。
【００２２】
１重量ｐｐｍ〜１０００重量ｐｐｍの範囲の、好ましくは５０重量ｐｐｍ〜５００重量ｐｐｍの範囲のガリウム化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）が、特に適切であることが判明した。
【００２３】
吸収は、ガリウム化合物の濃度、及びフィルタ材料の被照射層厚に依存する。層厚が小さい場合、例えば蒸着又はスパッタリングにより適用され、マイクロメーター範囲の厚みを有する層の場合には、いずれかの顕著な吸収を達成するために比較的高濃度のガリウム化合物が必要とされ、層厚が大きい場合には低濃度のガリウム化合物が必要とされる。
【００２４】
２１５ｎｍ前後の波長範囲の短波ＵＶ線のほぼ完全な吸収を達成すべき場合、層厚が約０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある（ランプの用途における管形状又はプレート形状の部品に特有であるような）ときには上で言及した範囲の濃度が好ましい。１重量ｐｐｍ未満のＧａ濃度では、特に２００ｎｍ未満の波長でＵＶ吸収が比較的低く、１０００重量ｐｐｍを超えるＧａ濃度では、２５４ｎｍの動作波長の範囲において顕著な吸収が認められ得る。５０重量ｐｐｍ〜５００重量ｐｐｍの濃度範囲は、付加的なドーパントを全く用いなくても１５０ｎｍ〜約２４０ｎｍの波長範囲にほぼ一定の高い吸収を達成することもできる特に適切な妥協点である。ここでは、石英ガラスの化学的特性及び熱的特性並びにそのＵＶ線耐性に対してわずかな影響しか有しない低ドーパント濃度に関心が持たれる。
【００２５】
他方、約１９５ｎｍの波長では、石英ガラス中の酸化ガリウムは近傍の波長範囲と比較して透過率のわずかな増大を示す。この波長範囲におけるわずかに透過性のウインドウをも閉じるために、ドーピングがさらにチタン化合物、好ましくは酸化チタンの形態のチタン化合物を含むと有利であることが判明した。
【００２６】
酸化チタンは、約２１５ｎｍ未満の波長のＵＶ線に対して特に高い吸収を示すが、動作波長の範囲においても透過性に対する影響を有する。酸化ガリウムとの共ドーピング（Co-Dotierung）により、比較的小量の酸化チタンが、短波範囲における酸化ガリウムの相対的な吸収極小を補うのに十分である。したがって全体的に見ると、比較的低濃度の酸化ガリウム及び酸化チタンの両方が短波ＵＶ線の完全な吸収のために必要とされ、その結果、動作波長の範囲における透過率は高い状態が維持され、ドーピングにより石英ガラスの他の特性が顕著に損なわれることもない。
【００２７】
これに関して、チタン化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＴｉＯ2濃度）が１重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍの範囲にある、好ましくは２０重量ｐｐｍ未満である本発明によるフィルタ材料の実施の形態が特に好ましい。
【００２８】
ドーピングによる石英ガラスの化学的特性及び物理的特性、例えば粘度、熱膨張係数及び化学的耐性の障害を最小化するために、その濃度を可能な限り低く維持する。これは、前述の範囲における付加的な二酸化チタンドーピングにより促される。
【００２９】
これに関連して、ドーピングが酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）及び酸化チタン（ＴｉＯ2）を含み、Ｇａ：Ｔｉのモル比が１０〜１００の範囲にあると特に有用であることが判明した。
【００３０】
より多量の酸化ガリウムを含む酸化ガリウム及び酸化チタンから構成される混合ドーピングがここでは意図される。酸化ガリウム量は１５０ｎｍ〜約２４０ｎｍの波長範囲における吸収に本質的に寄与し、酸化チタン量は１９５ｎｍ前後の波長での透過率をさらに低減させる。これは、低ドーパント濃度で、短波ＵＶ波長範囲においてほぼ一定に高い吸収を伴う石英ガラスをもたらす。低ドーパント濃度が、フィルタ材料のＵＶ線耐性に対して特に有利な効果を有する。
【００３１】
石英ガラスの製造のための天然のＳｉＯ2出発材料は、ｐｐｍ範囲の或る特定の量のＴｉＯ2を含有することが多い。このような出発材料を使用すると、酸化ガリウム及び酸化チタンからなる好適な混合ドーピングを、付加的な酸化チタンのドーピングを全く行わなくても得ることができる。
【００３２】
好ましくは、フィルタ材料の石英ガラスは、合成的に製造された石英ガラスである。
【００３３】
合成的に製造された石英ガラスは、動作波長の範囲における高い透過率及び高いＵＶ線耐性により区別される。このことはとりわけ、例えば電気的に溶融した石英ガラスの場合に還元溶融条件（reduzierenden Schmelzbedingungen）下で生じ得るような酸素欠乏欠陥の含有量が低いことに起因し得る。
【００３４】
これに関連して、フィルタ材料のＳｉＯ2含有量が少なくとも９９．９重量％であると有利であることが判明している。
【００３５】
特に石英ガラスが合成的に製造したＳｉＯ2からなる場合、フィルタ材料中の多量のＳｉＯ2により、動作ＵＶ線に対する高い透過性及び特に高いＵＶ線耐性が確保される。
【００３６】
しかしながら、合成的に製造された石英ガラスは、石英ガラスの熱的変形耐性を低減させる高いヒドロキシル基含有量を示すことが多い。この欠点を軽減するために、本発明によるフィルタ材料は、石英ガラスが、１０重量ｐｐｍ未満の、好ましくは１重量ｐｐｍ未満のヒドロキシル基含有量を有することを特徴とすることが好ましい。
【００３７】
本発明によるフィルタ材料は、短波ＵＶ部分を低減させることにより、オゾンの形成を回避する。該材料は、ＵＶ放電ランプ用のランプ材料の製造のために、例えば外周ランプ（Lampen）用の灯管（lampenrohr）又は被覆管（Huellrohr zur Umhuellung）として特に適切である。しかしながら、該材料は、例えばマイクロリソグラフィ用露光デバイスのためのレンズ材料としても適切である。
【００３８】
放射方法に関して、前述の種類の放射方法から始まる上記目的は、２５０ｎｍ未満の波長範囲に吸収帯の極大を有するガリウム化合物を含むドーピングにより端波長λCの位置が決定されるフィルタ材料を使用する本発明により達成される。
【００３９】
酸化ガリウムをドープした石英ガラスは、２５４ｎｍの動作波長での吸収に対していかなる効果をもほとんど及ぼすことなく２１５ｎｍ前後の波長で顕著かつ急激な吸収を示し、したがって２５４ｎｍの動作波長で低圧水銀放電ランプを用いた効率的なＵＶ放射を可能とする。
【００４０】
本発明による方法は、食料品、空気及び工業製品への効率的な照射を可能とし、ガラスの高い放射線耐性により２５４ｎｍ前後の波長の動作ＵＶ線の実質的な一定時間の放射を確保する。
【００４１】
端波長λCの位置は、ここではガリウム化合物により規定される。このことは、ドーピングを行わない場合、λCに関して異なる波長がもたらされるであろうことを意味する。
【００４２】
ガリウム化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）は、１重量ｐｐｍ〜１０００重量ｐｐｍの範囲、好ましくは５０重量ｐｐｍ〜５００重量ｐｐｍの範囲にある。これは、石英ガラスの化学的特性及び熱的特性並びにそのＵＶ線耐性に対してわずかな影響しか有しない比較的低いドーパント濃度である。
【００４３】
好ましくは、本発明による方法を、本発明によるフィルタ材料を使用して実施することができる。したがって本方法の有利な構成は、本発明のフィルタ材料に関する下位請求項からも得られる。この観点で、フィルタ材料に関する好ましい実施の形態に関する上記説明を参照する。
【００４４】
光学フィルタ部品に関して、上で示した目的は、該部品が本発明によるフィルタ材料からなり、２５４ｎｍの波長の動作ＵＶ線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率及び２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲の端波長λCを有する本発明により達成される。
【００４５】
本発明によるフィルタ材料は、一方では２５４ｎｍ前後の波長範囲における効率的な照射を可能とし、他方では２５０ｎｍ未満の波長を有するＵＶ線を実質的に吸収するスペクトル透過率を特徴とする。これは、端波長λCの位置、及びガリウムを石英ガラスにドープすることから得られる吸収側面の急勾配（Steilheit）を通じて達成される。この観点で、本発明によるフィルタ部品に等しく適用可能である本発明によるフィルタ材料に関する上記説明を参照する。
【００４６】
光学フィルタ部品は、例えば管、プレート又はレンズとして存在する。部品の典型的な層厚は、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある。
【００４７】
ここで本発明を、以下の実施形態及び図面を参照してより詳細に説明する。
【実施例】
【００４８】
本発明による光学フィルタ材料は、ドープ石英ガラスの製造に使用される標準的な方法を用いて製造することができる。例としてはスリップ法、ゾルゲル法、又は気化可能な出発化合物、例えばＧａＣｌ3を使用するＣＶＤ法が言及される。この観点で、化学的に類似のドーパントＡｌ2Ｏ3を石英ガラスにドープするのに使用される方法も参照する。本発明による光学フィルタ材料を製造する他の好ましい例を以下で説明する。
【００４９】
＜例１＞
合成的に製造した球形の高密度ＳｉＯ2粒子からなる市販のＳｉＯ2顆粒を出発材料として使用する。ＳｉＯ2粒子は、約３０μｍ（Ｄ50値）に粒度分布の比較的狭い極大、及び２μｍ前後の範囲に第２極大を有する多峰性の粒度分布を有する。出発材料を、高温（約１０５０℃）での熱塩素化（Heisschlorieren）により精製する。
【００５０】
１０ｋｇのこれらのＳｉＯ2顆粒を壁（Wandung）と石英ガラスからなる粉砕体（Mahlkoerpern）とを有するボールミルを用いて１０ｇのＧａ2Ｏ3（１０００重量ｐｐｍのＧａ2Ｏ3、このＧａ濃度は非ドープ石英ガラスを基準とするものである）と均質に混合する。さらにＳｉＯ2顆粒をこの基礎混合物に添加し、その後、再度の均質化の後に、以下の公称（nominalen）ドーパント濃度（重量ｐｐｍ単位のＧａ、非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）：０．１／１．０／１０／１００／６１８を有する粉末混合物を得る。
【００５１】
毎回、粉末混合物を、中空の円筒形黒鉛鋳型中に入れ、ガス圧焼結により焼結炉中でガラス化する。初めに黒鉛鋳型をゆっくりと１１００℃まで加熱する。加熱及び最初の３時間のこの温度での保持時間を含む９時間続く第１段階の間、焼結炉中の真空（５ｍｂａｒ未満）を維持し、不活性気体パージプロセスにより中断する。その後の第２段階の間、１２ｂａｒの窒素の超過圧力を生成し、炉の雰囲気の気体交換により中断し、計１２時間維持し、その後、炉の温度を真空下１５５０℃まで増大させる。この温度で粉末混合物を真空下で２．５時間焼結し、その後１７００℃の温度まで加熱し、このプロセスにおいてガラス化して１重量ｐｐｍ未満のヒドロキシル基含有量を有する透明な石英ガラスのブロックとする。この製造方法により、石英ガラスは無水素雰囲気中、わずかな還元条件下で溶融する。
【００５２】
これにより、１９０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長範囲における透過率測定に供するＧａ含有石英ガラスのブロックが得られる。これらの測定の結果を図１に示し、以下でさらに説明する。
【００５３】
＜例２＞
１１．１ｇの金属ガリウムをＨＮＯ3溶液に溶解する。１００ｋｇの精製ＳｉＯ2顆粒（例１に記載されるような）をＧａ含有ＨＮＯ3溶液と均質に混合する。溶媒を除去することにより、ＳｉＯ2顆粒を均一に包含するガリウム含有固体を得る。その後の酸化により、１１１重量ｐｐｍのガリウムの重量分率（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）に対応する量の酸化ガリウムを得る。さらに、４０重量ｐｐｍ及び１０２重量ｐｐｍの公称ドーパント濃度のガリウムを有するドープ石英ガラス顆粒を対応する方法で製造する。
【００５４】
毎回、ドープＳｉＯ2顆粒を、純粋なアルゴン雰囲気中２０００℃を超える温度での電気アーク回転法において融合し、それにより１５０ｍｍの内径を有する石英ガラスの中空の円筒を製造する。機械的処理後、標準的な工具不要の（werkzeugfreien）引抜プロセスにより伸長させて灯管とするいわゆる母管を得る。得られた管は、１１１重量ｐｐｍの公称Ｇａ含有量を有する石英ガラスからなる。このようにしてドープした石英ガラスは、さらに以下で図１を参照してより詳細に説明される透過曲線を示し、例えばハライドランプ（Halogengluehlampen）及び放電ランプに適する。この製造方法では、石英ガラスは無水素雰囲気中、わずかな還元条件下でも溶融する。
【００５５】
＜例３＞
１０ｇの金属ガリウム及び０．５ｇの金属チタンをＨＮＯ3に溶解する。１００ｋｇの精製ＳｉＯ2顆粒（例２に記載されるような）を、Ｇａ及びＴｉを含有するＨＮＯ3溶液と均質に混合する。溶媒を除去することにより、ＳｉＯ2顆粒を均一に包含するガリウム及びチタンを含有する化合物を得る。その後の酸化により、１００重量ｐｐｍのガリウム及び５重量ｐｐｍのチタンにおよそ対応する重量部（毎回、非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）を有する酸化ガリウム及び酸化チタンを得る。酸化ガリウム及び酸化チタンをドープした石英ガラスを、例２に記載される方法に基づきコーティングしたＳｉＯ2顆粒から製造する。
【００５６】
図１は、その製造を例１及び例２との関連で記載したドープ石英ガラスの透過曲線１〜透過曲線８を示す。図表は、１９０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長範囲にわたる５ｍｍの試料の厚みでの透過率の測定値（単位：％）を示す。付随する表は、組成、製造方法、及びそれぞれの端波長を示す。
【００５７】
さらに比較のために、１５５重量ｐｐｍ（非ドープ石英ガラスを基準とする）の酸化チタンをドープした市販の石英ガラスの透過曲線９をプロットする。
【００５８】
酸化ガリウムをドープすることにより２１５ｎｍ前後の波長に極大「Ｍ」を有する吸収がもたらされることが明らかである。ドーパント濃度を増大させると、吸収極大は大きくなる。１０重量ｐｐｍのガリウム濃度（曲線３）で、吸収極大の領域において所定の試料の厚みで透過率はもはや測定されない。
【００５９】
４０重量ｐｐｍから１０２重量ｐｐｍまでの範囲のガリウム濃度（曲線４〜曲線７）では、透過率ゼロの範囲が、２００ｎｍ〜約２３５ｎｍの波長まで拡大する。より長波側に向かう吸収極大の側面が比較的急勾配であることは注目に値する。とにかく、該側面は、曲線９による酸化チタンドープ石英ガラスの場合における吸収極大の対応する側面より明らかに急勾配である。短波範囲では、これらのドーパント濃度の場合において２００ｎｍ未満の波長で小さい透過ウインドウが依然として得られる。
【００６０】
透過曲線８により示されるように、６１８重量ｐｐｍのＧａ濃度（非ドープ石英ガラスを基準とする）の場合には２００ｎｍ未満の波長で透過ウインドウが閉じる。したがって、完全に阻止される波長範囲を、酸化ガリウム濃度をさらに増大させることにより拡大することができるが、６１８重量ｐｐｍまで増加させたＧａ濃度は、吸収極大の側面の平坦化、ひいては動作波長「Ａ」の範囲における透過率の低減ももたらす。試料３〜試料７による好ましい石英ガラスドーピングプロセスでは、８５％を超えるスペクトル透過率が、２５４ｎｍの動作波長の範囲において達成される。
【００６１】
試料５の組成を有する石英ガラスを、１０Ｗの公称出力（４２５ｍＡの公称ランプ電流で）、２０ｃｍのラジエータ長、及びひいては約０．５Ｗ／ｃｍの出力密度を有する低圧水銀ランプのバルブを製造するために使用する。バルブは、電気接続をらせん電極へと導くピンチ（Quetschungen）によりその端で閉じられるドープ石英ガラスの管からなる。
【００６２】
飲料水を滅菌するために、その周りに滅菌対象の飲料水が流れる密閉被覆管中に該バルブを挿入する。
【００６３】
低圧水銀ランプは、１８４ｎｍ前後の発光極大及び２５４ｎｍでのさらなる極大を有するＵＶＣ線を放出する。Ｇａドープ石英ガラスは、該ランプの発光スペクトルに関して、ＵＶＣ線の短波部分に対するエッジフィルタとして働く。２５４ｎｍの波長でのスペクトル透過率は８７％であり、２３０ｎｍでは０％である。端波長λCは約２４２ｎｍである。
【００６４】
したがってオゾン形成は比較的低い。低ドーパント濃度のために、石英ガラスは高いＵＶ線耐性を示し、その結果、動作中に重大な経年劣化は起こらない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２５４ｎｍの波長の動作ＵＶ線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有するドープ石英ガラス製の光学フィルタ材料に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、２５４ｎｍ前後の波長の動作放射線を放出すると共に、該動作放射線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有するドープ石英ガラスのフィルタ材料を通過するＵＶ線源を用いて表面、液体又は気体に照射する方法に関する。
【０００３】
さらに、本発明は、該フィルタ材料からなる光学部品にも関する。
【背景技術】
【０００４】
純粋な石英ガラスは、ＵＶＣ〜ＶＵＶの範囲より上及びその中の波長範囲のＵＶ線に対して透過性であるため、ＵＶ光源のためのランプ材料として好ましく使用される。このようなランプは多くの場合、動作ＵＶ線だけでなく、オゾンの形成を引き起こして健康に有害であることがあるか又は近くの部品、特にプラスチック製の部品の経年劣化を誘発することがあるより短波の紫外線の一部を放出する。
【０００５】
この観点で、食品、表面及び特に液体を滅菌するためにＵＶ線を使用する用途によりさらなる課題が提示されている。ここでは、滅菌対象の素材中に存在する硝酸塩からの有害な亜硝酸塩の光分解性形成を促進する短波ＵＶ線が使用されている。波長が（約２７０ｎｍから開始して）減少すると、窒化物の形成はおよそ線形的に増大する。水の滅菌のためには、２５４ｎｍの波長の動作放射線を有する水銀ランプが使用されることが多く、このようなランプは１８５ｎｍ前後のＵＶＣ〜ＶＵＶ波長範囲における輝線も示す。適切な動作放射線より短いＵＶ波長範囲は、窒化物の形成を特にもたらしやすい。
【０００６】
したがって発光スペクトルにおけるＵＶ線の望ましくない部分は、出来る限り除去しなければならない。ＵＶ線を吸収する物質を石英ガラスにドープすることにより、２５０ｎｍ未満のＵＶ線に対する阻止帯（Sperrbereich）を伴うフィルタ効果を作り出すことができる。石英ガラス中のドーパントとして約２００ｎｍに吸収極大を有する吸収帯を生成する二酸化チタンが、この意味で好適な物質であることが判明している。１５５重量ｐｐｍのチタン含有量（及び０．５ｃｍの被照射層厚）では、このフィルタ材料の内部透過率は２５４ｎｍの動作波長に対して約９０％であり、端波長は２３５ｎｍ前後である（図１の曲線９により示されるように）。端波長λCは、阻止帯と透過帯との間のスペクトルの純粋な透過係数が最大値の半分である波長に対応する。
【０００７】
しかしながら、Ｔｉドープ石英ガラスの吸収は２５４ｎｍの動作波長まで大幅に減少し、その結果、一方ではこの波長範囲における顕著な吸収を達成するために高濃度の二酸化チタンが必要とされ、他方ではより長波側に向かう吸収端の明確な平坦化が生じ、この平坦化は動作波長の範囲における透過率を低減させる。
【０００８】
さらに、高いドーパント濃度は、石英ガラス特性の望ましくない変化をもたらすことがある。つまり、高いドーパント濃度は、石英ガラスの粘度及び熱膨張係数を特に変化させ、その結晶化傾向を増大させ、ＵＶ線に対する放射線耐性を低減させる（このことは、ＵＶランプ用の石英ガラスにおいて何にもまして特に不都合である）ことがある。この理由は、ＵＶ線による損傷により、ＵＶ透過率の漸次的な減少（経年劣化）、及びひいては減少し再現不可能なＵＶＣ発光がもたされることである。
【０００９】
特許文献１は、５０％〜６２％のＳｉＯ2部分を有する多成分ガラスからなるフィルタ材料を開示している。その組成に関して以下の範囲が特定されている：ＳｉＯ2：５０〜６２；Ｋ2Ｏ：１０〜２５；Ｎａ2Ｏ：０〜１４；Ａｌ2Ｏ3：０〜２；Ｂ2Ｏ3：３〜５；ＺｎＯ：１３．５〜３７；Ｆ：０〜１；ＴｉＯ2：０〜７；Ｉｎ2Ｏ3：０〜２；Ｇａ2Ｏ3：０〜２；ＳＯ3：０〜１；ＳｅＯ2：０〜１；Ｃ：０〜１。この範囲の組成の種々のガラスが、３２４ｎｍが最短の波長として示されるそれらの端波長に基づき特徴づけられている。
【００１０】
既知のフィルタ材料は、遠紫外の波長範囲全体にわたる紫外線に対して不透性であり、したがってこの波長範囲の動作ＵＶ線による使用には適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１１４２９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、２５４ｎｍの動作放射線に対して出来る限り最大の透過性を示し、低ドーパント濃度では約２５０ｎｍ未満の波長範囲において出来る限り最小の透過性を示すドープ石英ガラス製のフィルタ材料を示すことが本発明の目的である。
【００１３】
さらに、可能な限り一定のＵＶＣ発光を伴う２５４ｎｍ前後の波長のＵＶ線を用いて表面、液体又は気体の効果的な照射を確実に行い、その場合に同時にオゾン形成を可能な限り低く抑える方法を示すことが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
フィルタ材料に関して、前述の種類の特徴から始まるこの目的は、２５０ｎｍ未満の波長範囲に吸収帯の極大を有するガリウム化合物を含むドーピングにより端波長λCの位置が決定される本発明により達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術による酸化チタンドープ石英ガラスと比較した本発明による光学フィルタ材料の透過曲線を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
酸化ガリウムをドープした石英ガラスがＵＶ線を吸収し、２１５ｎｍ前後の波長でのＵＶ吸収が相対的又は絶対的な極大を示すことが見出された。したがって、この吸収極大は、酸化チタンをドープした既知の石英ガラスより２５４ｎｍの動作波長に近い。結果として、酸化チタンをドープした石英ガラスと比較して酸化ガリウムをドープした石英ガラスの透過曲線は、より長波側に向かう吸収帯のより急勾配の側面（steilere Flanke）を示し、その結果、２５０ｎｍ前後の波長での吸収は比較的低く、２５４ｎｍの低圧水銀放電ランプの動作波長で高い透過性を達成することができる。
【００１７】
したがって、ガリウム化合物は、端波長λCの位置を規定する。このことは、石英ガラスにガリウム化合物をドープしなかった場合、λCに関して異なる波長が得られるであろうことを意味する。端波長は２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲にあり、好ましくは２３５ｎｍ〜２４５ｎｍである。端波長に関するデータは、０．５ｃｍの材料の被照射層厚に関するものである。
【００１８】
酸化ガリウムのＵＶ吸収は、同じドーパント濃度では１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲の少なくとも一部分において酸化チタンのＵＶ吸収より高い。したがって、比較的低いドーパント濃度で、この波長範囲において高い吸収が得られる。
【００１９】
本発明による光学フィルタ材料は、通常は部品として又は部品上の層として存在する。部品は例えば、管（Rohr）、プレート、ディスク又はレンズである。
【００２０】
また、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）と化学的に類似する他のガリウム化合物、例えばハロゲン化ガリウム又は窒化ガリウム（ＧａＮ）が上で説明したＵＶ吸収効果を有することが期待されなければならない。しかしながら好ましくは、ガリウム化合物は酸化ガリウムである。
【００２１】
酸化ガリウムは熱的に及び化学的に安定であり、石英ガラス中に泡を形成しにくい。
【００２２】
１重量ｐｐｍ〜１０００重量ｐｐｍの範囲の、好ましくは５０重量ｐｐｍ〜５００重量ｐｐｍの範囲のガリウム化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）が、特に適切であることが判明した。
【００２３】
吸収は、ガリウム化合物の濃度、及びフィルタ材料の被照射層厚に依存する。層厚が小さい場合、例えば蒸着又はスパッタリングにより適用され、マイクロメーター範囲の厚みを有する層の場合には、いずれかの顕著な吸収を達成するために比較的高濃度のガリウム化合物が必要とされ、層厚が大きい場合には低濃度のガリウム化合物が必要とされる。
【００２４】
２１５ｎｍ前後の波長範囲の短波ＵＶ線のほぼ完全な吸収を達成すべき場合、層厚が約０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある（ランプの用途における管形状又はプレート形状の部品に特有であるような）ときには上で言及した範囲の濃度が好ましい。１重量ｐｐｍ未満のＧａ濃度では、特に２００ｎｍ未満の波長でＵＶ吸収が比較的低く、１０００重量ｐｐｍを超えるＧａ濃度では、２５４ｎｍの動作波長の範囲において顕著な吸収が認められ得る。５０重量ｐｐｍ〜５００重量ｐｐｍの濃度範囲は、付加的なドーパントを全く用いなくても１５０ｎｍ〜約２４０ｎｍの波長範囲にほぼ一定の高い吸収を達成することもできる特に適切な妥協点である。ここでは、石英ガラスの化学的特性及び熱的特性並びにそのＵＶ線耐性に対してわずかな影響しか有しない低ドーパント濃度に関心が持たれる。
【００２５】
他方、約１９５ｎｍの波長では、石英ガラス中の酸化ガリウムは近傍の波長範囲と比較して透過率のわずかな増大を示す。この波長範囲におけるわずかに透過性のウインドウをも閉じるために、ドーピングがさらにチタン化合物、好ましくは酸化チタンの形態のチタン化合物を含むと有利であることが判明した。
【００２６】
酸化チタンは、約２１５ｎｍ未満の波長のＵＶ線に対して特に高い吸収を示すが、動作波長の範囲においても透過性に対する影響を有する。酸化ガリウムとの共ドーピング（Co-Dotierung）により、比較的小量の酸化チタンが、短波範囲における酸化ガリウムの相対的な吸収極小を補うのに十分である。したがって全体的に見ると、比較的低濃度の酸化ガリウム及び酸化チタンの両方が短波ＵＶ線の完全な吸収のために必要とされ、その結果、動作波長の範囲における透過率は高い状態が維持され、ドーピングにより石英ガラスの他の特性が顕著に損なわれることもない。
【００２７】
これに関して、チタン化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＴｉＯ2濃度）が１重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍの範囲にある、好ましくは２０重量ｐｐｍ未満である本発明によるフィルタ材料の実施の形態が特に好ましい。
【００２８】
ドーピングによる石英ガラスの化学的特性及び物理的特性、例えば粘度、熱膨張係数及び化学的耐性の障害を最小化するために、その濃度を可能な限り低く維持する。これは、前述の範囲における付加的な二酸化チタンドーピングにより促される。
【００２９】
これに関連して、ドーピングが酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）及び酸化チタン（ＴｉＯ2）を含み、Ｇａ：Ｔｉのモル比が１０〜１００の範囲にあると特に有用であることが判明した。
【００３０】
より多量の酸化ガリウムを含む酸化ガリウム及び酸化チタンから構成される混合ドーピングがここでは意図される。酸化ガリウム量は１５０ｎｍ〜約２４０ｎｍの波長範囲における吸収に本質的に寄与し、酸化チタン量は１９５ｎｍ前後の波長での透過率をさらに低減させる。これは、低ドーパント濃度で、短波ＵＶ波長範囲においてほぼ一定に高い吸収を伴う石英ガラスをもたらす。低ドーパント濃度が、フィルタ材料のＵＶ線耐性に対して特に有利な効果を有する。
【００３１】
石英ガラスの製造のための天然のＳｉＯ2出発材料は、ｐｐｍ範囲の或る特定の量のＴｉＯ2を含有することが多い。このような出発材料を使用すると、酸化ガリウム及び酸化チタンからなる好適な混合ドーピングを、付加的な酸化チタンのドーピングを全く行わなくても得ることができる。
【００３２】
好ましくは、フィルタ材料の石英ガラスは、合成的に製造された石英ガラスである。
【００３３】
合成的に製造された石英ガラスは、動作波長の範囲における高い透過率及び高いＵＶ線耐性により区別される。このことはとりわけ、例えば電気的に溶融した石英ガラスの場合に還元溶融条件（reduzierenden Schmelzbedingungen）下で生じ得るような酸素欠乏欠陥の含有量が低いことに起因し得る。
【００３４】
これに関連して、フィルタ材料のＳｉＯ2含有量が少なくとも９９．９重量％であると有利であることが判明している。
【００３５】
特に石英ガラスが合成的に製造したＳｉＯ2からなる場合、フィルタ材料中の多量のＳｉＯ2により、動作ＵＶ線に対する高い透過性及び特に高いＵＶ線耐性が確保される。
【００３６】
しかしながら、合成的に製造された石英ガラスは、石英ガラスの熱的変形耐性を低減させる高いヒドロキシル基含有量を示すことが多い。この欠点を軽減するために、本発明によるフィルタ材料は、石英ガラスが、１０重量ｐｐｍ未満の、好ましくは１重量ｐｐｍ未満のヒドロキシル基含有量を有することを特徴とすることが好ましい。
【００３７】
本発明によるフィルタ材料は、短波ＵＶ部分を低減させることにより、オゾンの形成を回避する。該材料は、ＵＶ放電ランプ用のランプ材料の製造のために、例えば外周ランプ（Lampen）用の灯管（lampenrohr）又は被覆管（Huellrohr zur Umhuellung）として特に適切である。しかしながら、該材料は、例えばマイクロリソグラフィ用露光デバイスのためのレンズ材料としても適切である。
【００３８】
放射方法に関して、前述の種類の放射方法から始まる上記目的は、２５０ｎｍ未満の波長範囲に吸収帯の極大を有するガリウム化合物を含むドーピングにより端波長λCの位置が決定されるフィルタ材料を使用する本発明により達成される。
【００３９】
酸化ガリウムをドープした石英ガラスは、２５４ｎｍの動作波長での吸収に対していかなる効果をもほとんど及ぼすことなく２１５ｎｍ前後の波長で顕著かつ急激な吸収を示し、したがって２５４ｎｍの動作波長で低圧水銀放電ランプを用いた効率的なＵＶ放射を可能とする。
【００４０】
本発明による方法は、食料品、空気及び工業製品への効率的な照射を可能とし、ガラスの高い放射線耐性により２５４ｎｍ前後の波長の動作ＵＶ線の実質的な一定時間の放射を確保する。
【００４１】
端波長λCの位置は、ここではガリウム化合物により規定される。このことは、ドーピングを行わない場合、λCに関して異なる波長がもたらされるであろうことを意味する。
【００４２】
ガリウム化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）は、１重量ｐｐｍ〜１０００重量ｐｐｍの範囲、好ましくは５０重量ｐｐｍ〜５００重量ｐｐｍの範囲にある。これは、石英ガラスの化学的特性及び熱的特性並びにそのＵＶ線耐性に対してわずかな影響しか有しない比較的低いドーパント濃度である。
【００４３】
好ましくは、本発明による方法を、本発明によるフィルタ材料を使用して実施することができる。したがって本方法の有利な構成は、本発明のフィルタ材料に関する下位請求項からも得られる。この観点で、フィルタ材料に関する好ましい実施の形態に関する上記説明を参照する。
【００４４】
光学フィルタ部品に関して、上で示した目的は、該部品が本発明によるフィルタ材料からなり、２５４ｎｍの波長の動作ＵＶ線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率及び２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲の端波長λCを有する本発明により達成される。
【００４５】
本発明によるフィルタ材料は、一方では２５４ｎｍ前後の波長範囲における効率的な照射を可能とし、他方では２５０ｎｍ未満の波長を有するＵＶ線を実質的に吸収するスペクトル透過率を特徴とする。これは、端波長λCの位置、及びガリウムを石英ガラスにドープすることから得られる吸収側面の急勾配（Steilheit）を通じて達成される。この観点で、本発明によるフィルタ部品に等しく適用可能である本発明によるフィルタ材料に関する上記説明を参照する。
【００４６】
光学フィルタ部品は、例えば管、プレート又はレンズとして存在する。部品の典型的な層厚は、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある。
【００４７】
ここで本発明を、以下の実施形態及び図面を参照してより詳細に説明する。
【実施例】
【００４８】
本発明による光学フィルタ材料は、ドープ石英ガラスの製造に使用される標準的な方法を用いて製造することができる。例としてはスリップ法、ゾルゲル法、又は気化可能な出発化合物、例えばＧａＣｌ3を使用するＣＶＤ法が言及される。この観点で、化学的に類似のドーパントＡｌ2Ｏ3を石英ガラスにドープするのに使用される方法も参照する。本発明による光学フィルタ材料を製造する他の好ましい例を以下で説明する。
【００４９】
＜例１＞
合成的に製造した球形の高密度ＳｉＯ2粒子からなる市販のＳｉＯ2顆粒を出発材料として使用する。ＳｉＯ2粒子は、約３０μｍ（Ｄ50値）に粒度分布の比較的狭い極大、及び２μｍ前後の範囲に第２極大を有する多峰性の粒度分布を有する。出発材料を、高温（約１０５０℃）での熱塩素化（Heisschlorieren）により精製する。
【００５０】
１０ｋｇのこれらのＳｉＯ2顆粒を壁（Wandung）と石英ガラスからなる粉砕体（Mahlkoerpern）とを有するボールミルを用いて１０ｇのＧａ2Ｏ3（１０００重量ｐｐｍのＧａ2Ｏ3、このＧａ濃度は非ドープ石英ガラスを基準とするものである）と均質に混合する。さらにＳｉＯ2顆粒をこの基礎混合物に添加し、その後、再度の均質化の後に、以下の公称（nominalen）ドーパント濃度（重量ｐｐｍ単位のＧａ、非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）：０．１／１．０／１０／１００／６１８を有する粉末混合物を得る。
【００５１】
毎回、粉末混合物を、中空の円筒形黒鉛鋳型中に入れ、ガス圧焼結により焼結炉中でガラス化する。初めに黒鉛鋳型をゆっくりと１１００℃まで加熱する。加熱及び最初の３時間のこの温度での保持時間を含む９時間続く第１段階の間、焼結炉中の真空（５ｍｂａｒ未満）を維持し、不活性気体パージプロセスにより中断する。その後の第２段階の間、１２ｂａｒの窒素の超過圧力を生成し、炉の雰囲気の気体交換により中断し、計１２時間維持し、その後、炉の温度を真空下１５５０℃まで増大させる。この温度で粉末混合物を真空下で２．５時間焼結し、その後１７００℃の温度まで加熱し、このプロセスにおいてガラス化して１重量ｐｐｍ未満のヒドロキシル基含有量を有する透明な石英ガラスのブロックとする。この製造方法により、石英ガラスは無水素雰囲気中、わずかな還元条件下で溶融する。
【００５２】
これにより、１９０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長範囲における透過率測定に供するＧａ含有石英ガラスのブロックが得られる。これらの測定の結果を図１に示し、以下でさらに説明する。
【００５３】
＜例２＞
１１．１ｇの金属ガリウムをＨＮＯ3溶液に溶解する。１００ｋｇの精製ＳｉＯ2顆粒（例１に記載されるような）をＧａ含有ＨＮＯ3溶液と均質に混合する。溶媒を除去することにより、ＳｉＯ2顆粒を均一に包含するガリウム含有固体を得る。その後の酸化により、１１１重量ｐｐｍのガリウムの重量分率（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）に対応する量の酸化ガリウムを得る。さらに、４０重量ｐｐｍ及び１０２重量ｐｐｍの公称ドーパント濃度のガリウムを有するドープ石英ガラス顆粒を対応する方法で製造する。
【００５４】
毎回、ドープＳｉＯ2顆粒を、純粋なアルゴン雰囲気中２０００℃を超える温度での電気アーク回転法において融合し、それにより１５０ｍｍの内径を有する石英ガラスの中空の円筒を製造する。機械的処理後、標準的な工具不要の（werkzeugfreien）引抜プロセスにより伸長させて灯管とするいわゆる母管を得る。得られた管は、１１１重量ｐｐｍの公称Ｇａ含有量を有する石英ガラスからなる。このようにしてドープした石英ガラスは、さらに以下で図１を参照してより詳細に説明される透過曲線を示し、例えばハライドランプ（Halogengluehlampen）及び放電ランプに適する。この製造方法では、石英ガラスは無水素雰囲気中、わずかな還元条件下でも溶融する。
【００５５】
＜例３＞
１０ｇの金属ガリウム及び０．５ｇの金属チタンをＨＮＯ3に溶解する。１００ｋｇの精製ＳｉＯ2顆粒（例２に記載されるような）を、Ｇａ及びＴｉを含有するＨＮＯ3溶液と均質に混合する。溶媒を除去することにより、ＳｉＯ2顆粒を均一に包含するガリウム及びチタンを含有する化合物を得る。その後の酸化により、１００重量ｐｐｍのガリウム及び５重量ｐｐｍのチタンにおよそ対応する重量部（毎回、非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）を有する酸化ガリウム及び酸化チタンを得る。酸化ガリウム及び酸化チタンをドープした石英ガラスを、例２に記載される方法に基づきコーティングしたＳｉＯ2顆粒から製造する。
【００５６】
図１は、その製造を例１及び例２との関連で記載したドープ石英ガラスの透過曲線１〜透過曲線８を示す。図表は、１９０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長範囲にわたる５ｍｍの試料の厚みでの透過率の測定値（単位：％）を示す。付随する表は、組成、製造方法、及びそれぞれの端波長を示す。
【００５７】
さらに比較のために、１５５重量ｐｐｍ（非ドープ石英ガラスを基準とする）の酸化チタンをドープした市販の石英ガラスの透過曲線９をプロットする。
【００５８】
酸化ガリウムをドープすることにより２１５ｎｍ前後の波長に極大「Ｍ」を有する吸収がもたらされることが明らかである。ドーパント濃度を増大させると、吸収極大は大きくなる。１０重量ｐｐｍのガリウム濃度（曲線３）で、吸収極大の領域において所定の試料の厚みで透過率はもはや測定されない。
【００５９】
４０重量ｐｐｍから１０２重量ｐｐｍまでの範囲のガリウム濃度（曲線４〜曲線７）では、透過率ゼロの範囲が、２００ｎｍ〜約２３５ｎｍの波長まで拡大する。より長波側に向かう吸収極大の側面が比較的急勾配であることは注目に値する。とにかく、該側面は、曲線９による酸化チタンドープ石英ガラスの場合における吸収極大の対応する側面より明らかに急勾配である。短波範囲では、これらのドーパント濃度の場合において２００ｎｍ未満の波長で小さい透過ウインドウが依然として得られる。
【００６０】
透過曲線８により示されるように、６１８重量ｐｐｍのＧａ濃度（非ドープ石英ガラスを基準とする）の場合には２００ｎｍ未満の波長で透過ウインドウが閉じる。したがって、完全に阻止される波長範囲を、酸化ガリウム濃度をさらに増大させることにより拡大することができるが、６１８重量ｐｐｍまで増加させたＧａ濃度は、吸収極大の側面の平坦化、ひいては動作波長「Ａ」の範囲における透過率の低減ももたらす。試料３〜試料７による好ましい石英ガラスドーピングプロセスでは、８５％を超えるスペクトル透過率が、２５４ｎｍの動作波長の範囲において達成される。
【００６１】
試料５の組成を有する石英ガラスを、１０Ｗの公称出力（４２５ｍＡの公称ランプ電流で）、２０ｃｍのラジエータ長、及びひいては約０．５Ｗ／ｃｍの出力密度を有する低圧水銀ランプのバルブを製造するために使用する。バルブは、電気接続をらせん電極へと導くピンチ（Quetschungen）によりその端で閉じられるドープ石英ガラスの管からなる。
【００６２】
飲料水を滅菌するために、その周りに滅菌対象の飲料水が流れる密閉被覆管中に該バルブを挿入する。
【００６３】
低圧水銀ランプは、１８４ｎｍ前後の発光極大及び２５４ｎｍでのさらなる極大を有するＵＶＣ線を放出する。Ｇａドープ石英ガラスは、該ランプの発光スペクトルに関して、ＵＶＣ線の短波部分に対するエッジフィルタとして働く。２５４ｎｍの波長でのスペクトル透過率は８７％であり、２３０ｎｍでは０％である。端波長λCは約２４２ｎｍである。
【００６４】
したがってオゾン形成は比較的低い。低ドーパント濃度のために、石英ガラスは高いＵＶ線耐性を示し、その結果、動作中に重大な経年劣化は起こらない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５４ｎｍの波長の動作ＵＶ線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有するドープ石英ガラス製の光学フィルタ材料であって、前記端波長λCが、２５０ｎｍ未満の波長範囲に吸収帯の極大を有するガリウム化合物を含むドーピングにより決定されることを特徴とする光学フィルタ材料。
【請求項２】
前記ガリウム化合物がＧａ2Ｏ3であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ材料。
【請求項３】
前記ガリウム化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）が１重量ｐｐｍ〜１０００重量ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ材料。
【請求項４】
前記ガリウム化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）が５０重量ｐｐｍ〜５００重量ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載のフィルタ材料。
【請求項５】
ドーパントが、チタン化合物、好ましくはＴｉＯ2の形態のチタン化合物を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項６】
前記チタン化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＴｉ濃度）が１重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする請求項５に記載のフィルタ材料。
【請求項７】
前記チタン化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＴｉ濃度）が２０重量ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項６に記載のフィルタ材料。
【請求項８】
ドーピングが酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）及び酸化チタン（ＴｉＯ2）を含み、Ｇａ：Ｔｉのモル比が１０〜１００の範囲にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項９】
前記石英ガラスが合成的に製造したシリカであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項１０】
ＳｉＯ2含有量が少なくとも９９．９％であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項１１】
前記石英ガラスが、１０重量ｐｐｍ未満の、好ましくは１重量ｐｐｍ未満のヒドロキシル基含有量を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項１２】
２５４ｎｍ前後の波長の動作放射線を放出すると共に、該動作放射線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有するドープ石英ガラスのフィルタ材料を通過するＵＶ線源を用いて表面、液体又は気体に照射する方法であって、２５０ｎｍ未満の波長範囲に吸収帯の極大を有するガリウム化合物を含むドーピングにより前記端波長λCの位置が決定されるフィルタ材料を使用することを特徴とする照射方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のフィルタ材料から作製された光学フィルタ部品であって、２５４ｎｍの波長の動作ＵＶ線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有することを特徴とする光学フィルタ部品。
【請求項１】
２５４ｎｍの波長の動作ＵＶ線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有するドープ石英ガラス製の光学フィルタ材料であって、前記端波長λCが、２５０ｎｍ未満の波長範囲に吸収帯の極大を有するガリウム化合物を含むドーピングにより決定されることを特徴とする光学フィルタ材料。
【請求項２】
前記ガリウム化合物がＧａ2Ｏ3であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ材料。
【請求項３】
前記ガリウム化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）が１重量ｐｐｍ〜１０００重量ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ材料。
【請求項４】
前記ガリウム化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＧａ濃度）が５０重量ｐｐｍ〜５００重量ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載のフィルタ材料。
【請求項５】
ドーパントが、チタン化合物、好ましくはＴｉＯ2の形態のチタン化合物を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項６】
前記チタン化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＴｉ濃度）が１重量ｐｐｍ〜５０重量ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする請求項５に記載のフィルタ材料。
【請求項７】
前記チタン化合物の濃度（非ドープ石英ガラスを基準とするＴｉ濃度）が２０重量ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項６に記載のフィルタ材料。
【請求項８】
ドーピングが酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）及び酸化チタン（ＴｉＯ2）を含み、Ｇａ：Ｔｉのモル比が１０〜１００の範囲にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項９】
前記石英ガラスが合成的に製造したシリカであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項１０】
ＳｉＯ2含有量が少なくとも９９．９％であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項１１】
前記石英ガラスが、１０重量ｐｐｍ未満の、好ましくは１重量ｐｐｍ未満のヒドロキシル基含有量を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフィルタ材料。
【請求項１２】
２５４ｎｍ前後の波長の動作放射線を放出すると共に、該動作放射線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有するドープ石英ガラスのフィルタ材料を通過するＵＶ線源を用いて表面、液体又は気体に照射する方法であって、２５０ｎｍ未満の波長範囲に吸収帯の極大を有するガリウム化合物を含むドーピングにより前記端波長λCの位置が決定されるフィルタ材料を使用することを特徴とする照射方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のフィルタ材料から作製された光学フィルタ部品であって、２５４ｎｍの波長の動作ＵＶ線に対して少なくとも８０％／ｃｍのスペクトル透過率を示し且つ２３０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長範囲に端波長λCを有することを特徴とする光学フィルタ部品。
【図１】
【公表番号】特表２０１２−５２２２７４（Ｐ２０１２−５２２２７４Ａ）
【公表日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０２５４６（Ｐ２０１２−５０２５４６）
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５３０７６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１２３１１
【国際公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（５９９０８９７１２）ヘレウス・クアルツグラース・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンディット・ゲゼルシャフト (21)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ
【出願人】（０００１９０１３８）信越石英株式会社 (183)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５３０７６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１２３１１
【国際公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（５９９０８９７１２）ヘレウス・クアルツグラース・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンディット・ゲゼルシャフト (21)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｇｌａｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ
【出願人】（０００１９０１３８）信越石英株式会社 (183)
【Ｆターム（参考）】
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