CN101024551A - 视觉模拟滤光材料 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关一种包含下列成分的滤光材料：20至33％重量百分比的P2O5；33至62％重量百分比的Al2O3；4至8％的重量百分比B2O3；4至6％重量百分比的Li2O；0至6％重量百分比的SiO2；0至4.5％重量百分比的Ho2O3；2至5％重量百分比的CaO；3至7％重量百分比的CoO；0至1％重量百分比的Er2O3；0至1.5％重量百分比的FeO；0.5至7％重量百分比的ZnO；以及0至4.5％重量百分比的Na2O。上述％为重量百分比。其中，上述滤光材料的总重量为1，具有红外线滤除功能，且呈现的影像色彩可完全模仿人眼的视觉感受，以达到与人眼视觉色彩的一致性。
Description
技术领域
本发明是关于一种滤光材料，尤指一种具有高度滤光功能及吸收近红外线光域的滤光材料。
背景技术
目前滤光芯片的制造方式是以玻璃为主体，添加各种微量元素，使滤光芯片产生所需的结晶组织，以吸收或反射各种不同需求波长的光线，故其穿透率及反射率为极重要的考虑因素。目前在业界低阶产品上，一般使用反射式的镀膜光学材料，但虽然其成本较低，其成像色彩不佳，工艺条件严苛不易掌握，在加工质量上更有水纹与剥膜等缺点，应用上多所限制。而吸收式滤光镜片一般为酸性材质，多数为硼酸系或硅酸系的滤光镜片，其抗环境能力差，使用寿命短，易为空气中的氢化物或硫化物附着，并进而产生雾化现象。因此亟需要一种寿命较长，抗环境能力佳的滤光镜片，以应用于需要吸收近红外线光域的滤光材料需求或红外线滤除功能的光学组件及产业。
公知已有人研发出寿命较长、抗环境能力佳的磷酸系吸收式滤光镜片，虽然此种滤光镜片已经可滤除红外线并避免红外线的干扰，但是相较于人眼对可见光的波长响应曲线，此种滤光镜片的光学透射曲线与人眼对于不同波长可见光的反应程度存有一大差距。若将此种滤光镜片应用于影像系统或红外线滤除功能的光学组件时，透过此种镜片所显示出影像色彩的饱和度、对比度仍异于人眼实际的视觉感受。
至今公知寿命较长、抗环境能力佳的磷酸系吸收式滤光镜片尚无法完全满足人眼真实的视觉影像，因此目前亟需一种红外线滤除光学组件的吸收式滤光材料，除了其呈现的影像色彩可完全模仿人眼的视觉感受，亦具有寿命较长、抗环境能力佳的特性，并可解决传统反射式镀膜光学材料色彩不佳、加工质量不良、工艺条件严苛等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滤光材料，能对400nm到700nm的光线提供良好的穿透性，并且有效吸收从800nm到1100nm光线区间的近红外线，以提供良好的红外线隔绝特性。
本发明的另一目的在于提供一种滤光材料，能具备红外线滤除功能的光学特性，其呈现的影像色彩可完全模仿人眼的视觉感受，以满足人眼的视觉需求。
本发明的又一目的在于提供一种滤光材料，能有长时间的使用寿命与良好的抗环境能力；且相较于传统反射式镀膜光学镜片，本发明滤光材料可具有良好的光学色彩且简易的工艺步骤。
为实现上述目的，本发明提供的滤光材料，主要包含下列成分：
20至33％重量百分比的P2O5；
33至62％重量百分比的Al2O3；
4至8％的重量百分比B2O3；
4至6％重量百分比的Li2O；
0至6％重量百分比的SiO2；
0至4.5％重量百分比的Ho2O3；
2至5％重量百分比的CaO；
3至7％重量百分比的CoO；
0至1％重量百分比的Er2O3；
0至1.5％重量百分比的FeO；
0.5至7％重量百分比的ZnO；以及
0至4.5％重量百分比的Na2O；
其中上述％为重量百分比。
所述的滤光材料，还包含0至0.5％重量百分比的BaO。
所述的滤光材料，还包含0至0.5％重量百分比的K2O。
所述的滤光材料，还包含0至2.5％重量百分比的NiO。
所述的滤光材料，还包含0至1.5％重量百分比的Fe2O3。
所述的滤光材料，还包含0至0.2％重量百分比的CuO。
所述的滤光材料，还包含0至0.9％重量百分比的Cr2O3。
所述的滤光材料，还包含0至00.15％重量百分比的TiO2。
所述的滤光材料，还包含0至0.1％重量百分比的SnO。
所述的滤光材料，还包含0至1.6％重量百分比的Dy2O3。
所述的滤光材料，还包含0至1.8％重量百分比的Nd2O3。
所述的滤光材料，还包含0至0.15％重量百分比的Sb2O3。
所述的滤光材料，还包含0至0.2％重量百分比的CeO2。
所述的滤光材料，其中P2O5、Al2O3、B2O3、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO的总重量百分比介于85％至93％范围。
所述的滤光材料，其中P2O5以及Al2O3的总重量百分比介于62％至80％范围。
所述的滤光材料，其中BaO、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO的总重量百分比介于10％至28％范围。
所述的滤光材料，其特征在于，其中CoO、Er2O3、FeO、以及ZnO的总重量百分比介于5％至13％范围。
详细地说，为了使本发明滤光镜片产生不同的颜色以适合各种不同撷取器的系统需要、或者为了改变本发明滤光镜片的光学色彩及其它的物理性质，本发明的滤光材料可以视需要地还包含0至0.5％重量百分比的BaO、0至0.5％重量百分比的K2O、0至2.5％重量百分比的NiO、0至1.5％重量百分比的Fe2O3、0至0.2％重量百分比的CuO、0至0.9％重量百分比的Cr2O3、0至0.15％重量百分比的TiO2、0至0.1％重量百分比的SnO、0至1.6％重量百分比的Dy2O3、0至1.8％重量百分比的Nd2O3、0至0.15％重量百分比的Sb2O3、或0至0.2％重量百分比的CeO2。
本发明的滤光材料中P2O5、Al2O3、B2O3、Li2O、SiO2、Ho2O3、和CaO为形成玻璃结构的主体，其个别含量无限制，只要在上述范围内即可；较佳为P2O5、Al2O3、B2O3、Li2O、SiO2、Ho2O3、和CaO的总重量百分比占整体总重量的比例介于85％至93％的范围。
再者，本发明的滤光材料其P2O5和Al2O3的总重量百分比占整体总重量的比例可介于62％至80％，较佳为介于65％至75％，以使材料更加透明化。其中，P2O5和Al2O3的比例无特殊限制，一较佳具体例中，P2O5和Al2O3的比例可为1∶2。
于本发明的滤光材料中，BaO为可使玻璃结构透明的平衡物质，而Li2O、SiO2、Ho2O3、及CaO为高温结合时所需添加的安定化合物，同时可破坏Al2O3的有色结构，使玻璃结构透明化，所以BaO、Li2O、SiO2、Ho2O3、和CaO的总重量百分比较佳可为整体总重量的10％至28％的范围。
此外，本发明的滤光材料中CoO、Er2O3、FeO、和ZnO为影响光学特性的组成，其个别含量无限制，只要在前述范围内即可，较佳为CoO、Er2O3、FeO、和ZnO的总重量百分比占整体总重量的5％至13％的范围。若CoO、Er2O3、FeO、和ZnO的总重量百分比过大时，整体会产生瓷化现象。如此，一旦瓷化后即无法作为光学材料。其中，Er2O3主要控制紫外线范围的吸收度，Fe2O3与CuO主要控制红外线范围的吸收度，FeO则用以安定Fe2O3与CuO，其余成分则可破坏晶体的基本结构，使Er2O3、FeO、Fe2O3、与CuO插入基本结构中。
另外，于本发明的滤光材料中，TiO2、SnO、Dy2O3、Nd2O3、Sb2O3、CeO2、和Na2O系为影响结晶组成的成分，其个别的含量无限制，只要在前述范围内即可，以使结晶体于结晶时能维持均匀性及结晶颗粒的结构密度。
本发明的滤光材料可以应用于任何滤光材料的应用领域，较佳可应用于滤光镜，最佳可应用于摄像装置的滤光镜片。
本发明吸收式滤光材料的光学透射曲线可符合人眼对可见光的波长响应曲线，以仿真人眼真实的视觉影像，使影像呈现的色彩饱和度与对比度皆近似于人眼视觉效果。
附图说明
图1为本发明较佳具体实施例制造的镜片的透射曲线图。
图2为模拟人眼对于可见光的波长响应曲线图。
具体实施方式
本发明的滤光材料为氧化铝Al2O3、磷酸P2O5系及若干金属材料烧结而成，可由调整组成百分率及变更添加物，来改变滤光镜片的光学色彩及其它的物理性质，或加上其它过渡金属氧化物，使滤光镜片产生不同的颜色，以适合各种不同撷取器的系统需要。
本发明的滤光材料制成镜片的方法，可以公知的任何镜片玻璃的制造方法制作。
本发明的滤光材料，主要包含下列成分：20至33％重量百分比的P2O5；33至62％重量百分比的Al2O3；4至8％的重量百分比B2O3；4至6％重量百分比的Li2O；0至6％重量百分比的SiO2；0至4.5％重量百分比的Ho2O3；2至5％重量百分比的CaO；3至7％重量百分比的CoO；0至1％重量百分比的Er2O3；0至1.5％重量百分比的FeO；0.5至7％重量百分比的ZnO；以及0至4.5％重量百分比的Na2O。
以下将列举较佳具体实施例以说明本发明的技术内容。
实施例1
表1：
| 成份 | P2O5 | Al2O3 | BaO | B2O3 | K2O | Li2O | SiO2 | Ho2O3 | CaO |
| 比例 | 23.44 | 48.62 | 1.13 | 3.21 | 0.03 | 5.25 | 1.13 | 1.44 | 3.65 |
| 成份 | CoO | Er2O3 | NiO | FeO | Fe2O3 | CuO | Cr2O3 | ZnO | - |
| 比例 | 4.5 | 0.33 | 0.85 | 0.55 | 0.45 | 0.41 | 0.92 | 5.15 | - |
| 成份 | TiO2 | SnO | Dy2O3 | Nd2O3 | Sb2O3 | CeO2 | Na2O | - | - |
| 比例 | 0.70 | 0.03 | 0.25 | 0.27 | 0.04 | 0.05 | 0.80 | - | - |
本实施例的制作过程是将表1的所有成分完全混合后，置于容量约100ml的坩埚里，以1500℃的温度将该混合物熔解4小时，再以3小时的时间降温至1200℃，然后将熔融晶液取出注入已预热好在500℃的模体。然后置于退火炉中以450℃退火18至20小时，再自然降温4至5小时至室温。再者，将上述所得的原粗晶胚整平，以便后续加工作业，然后将晶胚进行加工研磨、精密抛光、及透光成型清洗等程序后，即形成镜片。随之以一般蒸镀或溅镀的方式(本例是使用蒸镀)镀上氧化钛或氧化硅、氧化铌的保护膜，作为抗环境保护层，以防止空气中的氢化物或硫化物附着在镜片表面，而产生表面雾化的现象。最后，将镜片作精密切割处理，即完成本发明的吸收式滤光材料。
在本例中，滤光材料形成的镜片厚度为0.3mm，但本发明镜片的厚度并无限制，可视产品需求而有所调整。
请参阅图1，图1中的曲线1是为上述实施例1所制得滤光镜片的透射光谱图。图2是模拟人眼对于可见光的波长响应曲线图。由图1的曲线1可知，本发明滤光芯片于约400nm至700nm之间的可见光范围，具有很高的透光性，且对于约800nm以上的红外线频谱有一很强的吸收。除此之外，本发明滤光片的透射光谱图几乎近似于人眼对于可见光的波长响应曲线(图2)，故此本发明滤光材料的确可模拟人眼对于不同波长可见光的反应程度，而近乎符合于人眼的视觉影样。
实施例2
本实施例的制作方法与实施例1除成分不同外，其制作过程和后续的加工作业与实施例1相同，而其成分如表2所示，且实施例2所制得滤光镜片的透射光谱图系为图1的曲线2。
表2：
| 成份 | P2O5 | Al2O3 | BaO | B2O3 | K2O | Li2O | SiO2 | Ho2O3 | CaO |
| 比例 | 32.56 | 45.89 | 1.33 | 3.44 | 0.15 | 5.25 | 1.32 | 1.34 | 3.64 |
| 成份 | CoO | Er2O3 | NiO | FeO | Fe2O3 | CuO | Cr2O3 | ZnO | - |
| 比例 | 6.59 | 0.56 | 0.76 | 0.55 | 0.44 | 0.42 | 0.87 | 5.13 | - |
| 成份 | TiO2 | SnO | Dy2O3 | Nd2O3 | Sb2O3 | CeO2 | Na2O | - | - |
| 比例 | 0.64 | 0.04 | 0.22 | 0.22 | 0.06 | 0.05 | 0.45 | - | - |
实施例3
本实施例的制作方法与实施例1除成分不同外，其制作过程和后续的加工作业与实施例1相同，而其成分如表3所示，且实施例3所制得滤光镜片的透射光谱图系为图3的曲线2。
表3：
| 成份 | P2O5 | Al2O3 | BaO | B2O3 | K2O | Li2O | SiO2 | Ho2O3 | CaO |
| 比例 | 25.76 | 45.64 | 1.15 | 5.77 | 0.03 | 4.22 | 0.05 | 2.33 | 2.67 |
| 成份 | CoO | Er2O3 | NiO | FeO | Fe2O3 | CuO | Cr2O3 | ZnO | - |
| 比例 | 4.39 | 0.07 | 0.88 | 1.11 | 0.35 | 0.34 | 0.88 | 4.88 | - |
| 成份 | TiO2 | SnO | Dy2O3 | Nd2O3 | Sb2O3 | CeO2 | Na2O | - | - |
| 比例 | 0.65 | 0.44 | 0.34 | 0.33 | 0.01 | 0.06 | 0.80 | - | - |
将实施例1-3制得的镜片做透射曲线测试，分别得第1图的曲线1、2和3，由此图可知本发明镜片的晶体结构于400nm～700nm之间具有很高的透光性，且对于800nm到1100nm间的近红外线的吸收很强。而实验样本可以用具0.6mm～0.7mm的厚度的镜片去检验，此特性与一般SiO2系列的硅砂或使用B2O3硼砂系的镜片须使用厚度达1.0mm～1.2mm检验相比较，本实施例镜片优于一般使用SiO2系列的硅砂或使用B2O3硼砂系的镜片。
本发明的滤光材料属弱酸系，与目前市面上的滤光芯片在相同环境下进行环境测试，其结果显示本发明的滤光材料不易与空气中的氢化物或硫化物反应，抗环境破坏能力强，具较长的使用寿命。
综上所述，本发明吸收式滤光材料确实可完全仿真人眼的视觉感受，为滤光材料的一大突破。而上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (17)
1.一种滤光材料，主要包含下列成分：
20至33％重量百分比的P2O5；
33至62％重量百分比的Al2O3；
4至8％的重量百分比B2O3；
4至6％重量百分比的Li2O；
0至6％重量百分比的SiO2；
0至4.5％重量百分比的Ho2O3；
2至5％重量百分比的CaO；
3至7％重量百分比的CoO；
0至1％重量百分比的Er2O3；
0至1.5％重量百分比的FeO；
0.5至7％重量百分比的ZnO；以及
0至4.5％重量百分比的Na2O；
其中上述％为重量百分比。
2.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至0.5％重量百分比的BaO。
3.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至0.5％重量百分比的K2O。
4.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至2.5％重量百分比的NiO。
5.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至1.5％重量百分比的Fe2O3。
6.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至0.2％重量百分比的CuO。
7.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至0.9％重量百分比的Cr2O3。
8.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至00.15％重量百分比的TiO2。
9.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至0.1％重量百分比的SnO。
10.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至1.6％重量百分比的Dy2O3。
11.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至1.8％重量百分比的Nd2O3。
12.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至0.15％重量百分比的Sb2O3。
13.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，还包含0至0.2％重量百分比的CeO2。
14.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，其中P2O5、Al2O3、B2O3、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO的总重量百分比介于85％至93％范围。
15.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，其中P2O5以及Al2O3的总重量百分比介于62％至80％范围。
16.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，其中BaO、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO的总重量百分比介于10％至28％范围。
17.如权利要求1所述的滤光材料，其特征在于，其中CoO、Er2O3、FeO、以及ZnO的总重量百分比介于5％至13％范围。
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