具有負向反常色散的光學玻璃的製作方法
2023-05-16 18:55:26
專利名稱：具有負向反常色散的光學玻璃的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有光學常數反射係數(nd)為1.55-1.75、阿貝值(vd)為25-51，並具有較大的負向反常色散(Δθg.F)及基本上不含鉛化合物和砷化合物的光學玻璃。
作為具有這樣的光學常數和負向反常色散性能的光學玻璃，已知有B2O3-Al2O3-PbO系統玻璃。然而，這種體系的玻璃要求使用較大量的PbO，結果使玻璃趨向於具有較高的密度並使化學耐久性變得不充分，而且由於這些原因，此玻璃僅具有受到限制的應用。作為不含PbO的玻璃系統，在日本專利(公開號)50-18007，日本專利(公開號)58-49502和德國專利(公開號)4,032,566中公開了已知的玻璃。這些玻璃要求使用較大量的多價金屬氧化物、或諸如Ta2O5的氧化物、或大量的ZrO2,Nb2O5和Ta2O5,以賦於玻璃負向反常色散性能，但這又存在難於將原料完全熔化從而獲得均勻玻璃的問題。
開發具有較大負向反常色散的光學玻璃對各種光學玻璃的設計是非常有用的。對於不具有較大負向反常色散的普通光學玻璃，通過將阿貝值不同的兩種類型的光學透鏡結合起來可除去雙色光的色差。然而考慮到其他顏色的光時，仍然存在表現為二級光譜的殘餘色差。為了校正該二級光譜，特別是紫外光譜的光，將兩種具有極度偏差的正向和負向反常色散特性的不同光學透鏡結合在一起。通過這樣的排列，可消除絕大多數的二級光譜。
本發明的目的是提供一種具有等於或大於現有技術中光學玻璃的較大負向反常色散及具有優異均勻性而不含對環境來說不希望有的化合物、如PbO和As2O3及不要求有很昂貴的Ta2O5組分的光學玻璃。
本發明人為了實現上述發明目的進行了艱巨的研究和試驗，結果獲得了導致本發明的發現，即在基本上沒有PbO和As2O3的特定組成的SiO2-B2O3-ZrO2-Nb2O5玻璃系統中可獲得具有較大負向反常色散和較高均勻性的光學玻璃。
達到本發明上述目的的光學玻璃組成(重量百分數)如下SiO210-＞40％B2O312.5-35％ZrO23-20％Nb2O56-30％Li2O 0-5％Na2O 0-25％K2O0-10％MgO+CaO ＞5％其中MgO 0-＞5％CaO 0-＞5％SrO 0-15％BaO 0-20％ZnO 0-15％Al2O30-3％La2O30-10％Ta2O50-15％P2O50-＞5％GeO20-5％SnO20-2％WO30-5％
Sb2O30-1％和包含在上述金屬氧化物中的氟化物或金屬氟化物，包含在該氟化物中的F的總量為 0-5％在本發明的一個方面中，光學玻璃組成(重量百分數)如下SiO217-＞40％B2O312.5-33％ZrO27-18％Nb2O56-29％Li2O 0-2.5％Na2O 4-25％K2O0-5％MgO+CaO ＞5％其中MgO 0-＞5％CaO 0-＞5％SrO 0-5％BaO 0-19％ZnO 0-6％Al2O30-3％La2O30-5％Ta2O50-10％P2O50-＞5％GeO20-5％SnO20-2％WO30-5％Sb2O30-1％
和包含在上述金屬氧化物中的氟化物或金屬氟化物，包含在該氟化物中的F的總量為 0-3％並且該光學玻璃具有光學常數反射係數(nd)為1.55-1.75、阿貝值(νd)為25-51。
在按照本發明製作的玻璃中，由於下述原因，各成分可選擇上述範圍的含量。在下面的描述中，各成分的含量範圍以重量百分比表示。
SiO2成分作為形成玻璃氧化物是必須的成分。如果該成分數量低於10％，不能獲得穩定的玻璃，而如果該成分數量為40％或更高，所獲得的玻璃反射係數無法落入所期望的範圍內。為了獲得熔化性能良好和均勻性優異的玻璃，該成分優選的範圍為17-＞40％。
B2O3成分與SiO2一樣是重要的形成玻璃氧化物。如果該成分數量低於12.5％，粘度太高，熔化性能較差並且負向反常色散性能降低。如果該成分數量超過35％，玻璃變得不穩定並且晶體趨向於生長。為了獲得良好的化學穩定性和均勻性，該成分優選的範圍為12.5-33％。
ZrO2成分能有效地增加玻璃的反射係數和負向反常色散性能。如果該成分數量低於3％，不能充分獲得該效果，而如果該成分數量超過20％，玻璃中的非熔化部分趨向於增加。為了獲得良好的熔化性能和均勻性，該成分優選的範圍為7-18％。
Nb2O5成分可有效地調節反射係數和阿貝值。如果該成分數量低於6％，不能獲得該效果，而如果該成分數量超過30％，析晶趨向增加而負向反常色散性能下降，該成分優選的範圍為6-29％。
提高玻璃熔化性能的Li2O成分可加到不大於5％。然而，由於該成分增加了析晶趨向，該成分數量優選為不大於2.5％。分別提高玻璃熔化性能的Na2O和K2O可加到不大於25％和10％。由於這些成分趨向於破壞化學耐久性，優選的範圍對NaO2為4-25％、對K2O為不大於5％。
MgO和CaO成分可有效地改善化學耐久性和調節反射係數和阿貝值，但卻增加了析晶趨向。因此這些成分的數量應分別小於5％。這些成分的總量也應小於5％。SrO成分是可有效調節反射係數和阿貝值的成分並能加到不大於15％。然而，由於該成分趨向於增加析晶傾向並破壞化學耐久性，優選的範圍為不大於5％。
BaO成分可有效地擴大玻璃化範圍並可加到不大於20％。然而，由於該成分傾向於增加玻璃的負向反常色散，所以優選的範圍為不大於19％。ZnO成分也可有效地擴大玻璃化範圍並可加到不大於15％。然而，由於該成分傾向於阻止負向反常色散的充分增加，所以優選的範圍為不大於6％。
Al2O3成分可有效地改善化學穩定性。然而，由於該成分趨向於增加析晶傾向，該成分數量應不大於3％。La2O3成分可有效地增加反射係數和改善化學耐久性並可加到不大於10％。然而，由於該成分趨向於增加析晶傾向，優選的範圍為不大於5％。
Ta2O5成分可有效地增加反射係數和負向反常色散並可加到不大於15％。然而，由於加入該成分傾向於在玻璃中產生未熔化的部分，導致難於形成均勻的玻璃，所以優選的範圍應不大於10％。P2O5成分可有效地調節反射係數和阿貝值，但增加了析晶傾向和降低負向反常色散，所以該成分數量應小於5％。
GeO2成分是玻璃化氧化物並可將其加入用於調節反射係數和阿貝值。然而，由於該成分趨向於增加析晶傾向，所以該成分數量應不大於5％。SnO2成分改善化學耐久性，但降低負向反常色散，所以該成分數量應不大於2％。
WO3成分可有效地調節反射係數和阿貝值並可加到不大於5％。如果該成分加入超過5％，則是不希望的，因為這將增加析晶傾向。F成分以化合物形式取代部分或全部上述氧化物可加入到不大於5％。然而，由於該成分趨向於在玻璃中產生條痕並增加析晶傾向，所以優選的範圍應不大於3％。Sb2O3成分可作為消泡劑加入用於純化和均化玻璃。其不大於1％的數量就足以了。
下面參照附圖描述本發明的光學玻璃實施例。
在附圖中，
圖1是表示正向和負向反常色散(Δθg.F)的θg.F-νd曲線。
圖2是表示本發明實施例(1-25)的部分色散率(θg.F)的曲線。
實施例表1-5表示本發明實施例1-25，其具有1.55-1.75的反射係數(nd)和25-51的阿貝值(νd)及較大的負向反常色散。這些表表示了這些實施例的組成、反射係數(nd)、阿貝值(νd)、部分色散率(θg.F)和負向反常色散(Δθg.F)。
表1重量％
表2重量％
表3重量％
表4重量％
表5重量％
在此，部分色散率(θg.F)是指(ng-nF)與主色散率(nF-nc)的比值。在圖1中，普通玻璃F2和K7選作參考，垂直軸表示部分色散率(θg.F)，而水平軸表示阿貝值(νd)，在垂直軸上兩種玻璃F2和K7與各實施例相連的線段之間的差值表示部分分散率的偏差，即負向反常色散(Δθg.F)。在部分色散率的值位於兩種參考玻璃所連線段之上時，該值代表正向反常色散(+Δθg.F)，而部分色散率的值位於該線之下時，該值代表負向反常色散(-Δθg.F)。
在圖2中，用實線表示普通玻璃F2和K7相連的線段。用點化線表示代表現有技術中負向反常色散玻璃的線段，用黑點C表示本發明實施例1-25的部分分散率的值。
如表1-5和圖2所示，按照本發明製作的玻璃具有等於或大於現有技術中的玻璃的負向反常色散(-Δθg.F)，同時又具有所希望的光學常數。
為了製作實施例1-25的玻璃，將包括氧化物、碳酸鹽、和硝酸鹽的光學玻璃原料稱重，將該混合物在鉑坩堝中於1300℃-1400℃的溫度下熔化3-4小時，這取決於原料的熔化性能。攪拌和均化熔化後的玻璃並隨後將溫度降至合適溫度。通過澆注在金屬模具中並接著退火使玻璃形成玻璃製品。
如前所述，本發明的光學玻璃是SiO2-B2O3-ZrO2-Nb2O5系統的特定組成的玻璃，其具有光學常數反射係數(nd)為1.55-1.75，阿貝值(νd)為25-51並具有較大的負向反常色散和優良的均勻性。
權利要求
1．一種光學玻璃，其組成(重量百分數)如下SiO210-＞40％B2O312.5-35％ZrO23-20％Nb2O56-30％Li2O 0-5％Na2O 0-25％K2O0-10％MgO+CaO ＞5％其中MgO 0-＞5％CaO 0-＞5％SrO 0-15％BaO 0-20％ZnO 0-15％Al2O30-3％La2O30-10％Ta2O50-15％P2O50-＞5％GeO20-5％SnO20-2％WO30-5％Sb2O30-1％和包含在上述金屬氧化物中的氟化物或金屬氟化物，包含在該氟化物中的F的總量為 0-5％
2．一種權利要求1的光學玻璃，其組成(重量百分數)如下SiO217-＞40％B2O312.5-33％ZrO27-18％Nb2O56-29％Li2O 0-2.5％Na2O 4-25％K2O0-5％MgO+CaO ＞5％其中MgO 0-＞5％CaO 0-＞5％SrO 0-5％BaO 0-19％ZnO 0-6％Al2O30-3％La2O30-5％Ta2O50-10％P2O50-＞5％GeO20-5％SnO20-2％WO30-5％Sb2O30-1％和包含在上述金屬氧化物中的氟化物或金屬氟化物，包含在該氟化物中的F的總量為 0-3％並且該玻璃具有光學常數反射係數(nd)為1.55-1.75，阿貝值(νd)為25-51。
全文摘要
一種光學玻璃,它具有光學常數:反射係數為1.55—1.75,阿貝值(νd)為25—51,並具有較大的負向反常色散,其基本不含鉛和砷化合物,作為必要成分,它包括(重量百分數):10－>40%SiO
文檔編號C03C3/062GK1225903SQ9810584
公開日1999年8月18日 申請日期1998年2月10日 優先權日1998年2月10日
發明者中原宗雄, 森下道子 申請人:株式會社小原