CN101746951A

CN101746951A - 具有负反常色散的光学玻璃

Info

Publication number: CN101746951A
Application number: CN200810236827A
Authority: CN
Inventors: 戎俊华; 黄少林; 张卫
Original assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Current assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2028-12-09
Also published as: CN101746951B

Abstract

本发明的名称是具有负反常色散的光学玻璃。属于光学玻璃技术领域。主要是提高现有具有负反常色散光学玻璃的负反常色散值，去除有害组分PbO和As₂O₃等及价格昂贵的GeO₂、Ta₂O₅。本发明由下列组份组成：SiO₂13～40％；B₂O₃10～35％；SiO₂/B₂O₃≤4；Nb₂O₅2～20％；ZrO₂2～10％；La₂O₃3～15％；CaO0.5～15％；BaO0～30％；MgO0～10％；SrO0～10％；ZnO0～8％；TiO₂0.5～10％；Na₂O0～15％；Li₂O0.5～5％；K₂O0～5％。本发明具有-0.021～-0.045的负反常色散值，同时具有折射率(n_d)在1.69～1.74范围内和阿贝数(υ_d)在41～47范围内的光学常数，且不含有PbO、As₂O₃、GeO₂、Ta₂O₅等，特别适用于特殊光学系统中消色差之用途或在其它领域的应用。

Description

具有负反常色散的光学玻璃

技术领域

本发明属于具有负反常色散和高折射率光学玻璃技术领域，具体涉及一种具有-0.021～-0.045的负反常色散值，同时具有折射率(n_d)在1.69～1.74范围内和阿贝数(υ_d)在41～47范围内的光学常数，且玻璃组成中不含有害组分PbO和As₂O₃等及价格昂贵的GeO₂、Ta₂O₅的具有负反常色散的光学玻璃。该玻璃特别适用于特殊光学系统中消色差之用途或在其它领域的应用。

背景技术

在光学透镜系统中，常使用具有不同阿贝数的两种光学玻璃，即没有大的反常色散的光学玻璃，可以消除两种颜色光的色差，然而，对于其它颜色的光，还存在残余色差——二级光谱。在设计特殊光学系统时希望消除二级光谱，特别是从可见光区的蓝色光到紫外区域的光谱，将具有大的正反常色散的光学透镜与具有大的负反常色散的光学透镜结合起来达到此目的。

在本领域中已知具有上述范围内的光学常数和也具有负反常色散的光学玻璃有日本专利公开号的45-2311中公开的SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-PbO玻璃、日本专利审定公开号48-74516中公开的SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-PbO-Sb₂O₃和早期德国专利2137748中公开的SiO₂-K₂O-PbO-TiO₂-Nb₂O₅玻璃体系。然而这些玻璃中均含有破坏生态环境的有害成分PbO，在制造、加工和废弃它们时将产生较高的费用。

至于这类不含PbO的玻璃来讲，日本专利公开号51-34407公开了一种含有SiO₂、B₂O₃和GeO₂并含有Li₂O、ZnO、ZrO₂、Ta₂O₅的玻璃。然而这种玻璃为了达到较高的折射率和负反常色散值，将引入大量昂贵的GeO₂和Ta₂O₅，造成生产成本的增加，而且这种玻璃难以熔化，难获得质量好的玻璃。日本专例公开号58-46459公开了一种SiO₂-Nb₂O₅-R₂O-RO玻璃，但此文献没有暗示任何关于该玻璃的负反常色散。日本专利98108275.0公开了一种折射率(n_d)在1.65～1.80范围内和阿贝数(υ_d)在28～42范围内SiO₂-B₂O₃-ZrO₂-Nb₂O₅玻璃组成，其组成中Nb₂O₅的含量很高，造成制作上昂贵的产品价格，其负反常色散值为-0.001或更低，没有指明负反常色散值究竟低到何种程度。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种具有-0.021～-0.045的负反常色散值，同时具有折射率(n_d)在1.69～1.74范围内和阿贝数(υ_d)在41～47范围内的光学常数，且玻璃组成中不含有害组分PbO和As₂O₃等及价格昂贵的GeO₂、Ta₂O₅，适用于特殊光学系统的具有负反常色散的光学玻璃。

本发明的技术解决方案是：一种具有负反常色散的光学玻璃，其特征是：其组分范围按重量百分比以氧化物计含有：

SiO₂ 13～40％；

B₂O₃ 10～35％；

SiO₂/B₂O₃ ≤4

Nb₂O₅ 2～20％；

ZrO₂ 2～10％；

La₂O₃ 3～15％；

CaO 0.5～15％；

BaO 0～30％；

MgO 0～10％；

SrO 0～10％；

ZnO 0～8％；

∑(MgO、SrO、BaO、ZnO) 5≤X≤45％；

TiO₂ 0.5～10％；

Na₂O 0～15％；

Li₂O 0.5～5％；

K₂O 0～5％；

∑(Li₂O、Na₂O、K₂O) 0.5≤X≤18％。

本发明优选的技术解决方案是所述的组分范围按重量百分比以氧化物计含有：

SiO₂ 13～35％；

B₂O₃ 13～30％；

SiO₂/B₂O₃ ≤4

Nb₂O₅ 2～19％；

ZrO₂ 2～8％；

La₂O₃ 5～13％；

CaO 0.5～13％；

BaO 0～28％；

MgO 0～8％；

SrO 0～9％；

ZnO 0～6％；

∑(MgO、SrO、BaO、ZnO) 8≤X≤40％；

TiO₂ 0.5～8％；

Na₂O 0～13％；

Li₂O 0.5～4％；

K₂O 0～4％；

∑(Li₂O、Na₂O、K₂O) 0.5≤X≤14％。

本发明最优的技术解决方案是所述的组分范围按重量百分比以氧化物计含有：

SiO₂ 18～33％；

B₂O₃ 13～28％；

SiO₂/B₂O₃ ≤4

Nb₂O₅ 2～18％；

ZrO₂ 2～8％；

La₂O₃ 5～12％；

CaO 5～13％；

BaO 0～28％；

MgO 0～6％；

SrO 0～9％；

ZnO 0～6％；

∑(MgO、SrO、BaO、ZnO) 8≤X≤38％；

TiO₂ 0.5～8％；

Na₂O 0～10％；

Li₂O 0.5～3％；

K₂O 0～3％；

∑(Li₂O、Na₂O、K₂O) 0.5≤X≤9％。

本发明的光学玻璃是以SiO₂-B₂O₃-ZrO₂-Nb₂O₅-TiO₂-RO-R₂O作为玻璃的基础体系，由下面所述的原因选择上述含量的每个成分。如下所述中，每个成分含量范围是以重量百分比来表示的。

SiO₂是该玻璃的生成体，其含量为13～40％，是在该体系中获得稳定玻璃必须的成分。如果该成分的含量低于13％，则不能获得稳定的玻璃；如该成分的含量高于40％，难以达到所要求的光学常数，而且玻璃的熔融性变坏。该成分的优选范围为18～33％。

B₂O₃作为另一玻璃生成体，其含量为10～35％，是达到光学常数所必需的。如果该成分的含量超过35％，则化学稳定性将变差，而且玻璃变得不稳定，如果该成分的含量低于10％，则玻璃的熔融性变坏。该成分的优选范围为13～28％。

ZrO₂是增大负反常色散的必选成分，其含量为2～10％。如果该成分的含量低于2％，不能获得足够的效果；如果该成分的含量高于10％，则玻璃熔化性能变坏，不能获得稳定的玻璃。因此，该成分的最高含量上限优选8％以内或更低。

Nb₂O₅是作为所希望达到的光学常数的必选成分，其含量为2～20％，给出的最低含量是达到光学常数所必需的。如果该成分的最高含量超过20％，则玻璃的稳定性变坏，光学常数增大及反常色散的效果变差。

TiO₂是作为所希望达到的光学常数的必选成分，能够增大玻璃的负反常色散值，其含量为0.5～10％。如果该成分的含量超过10％，则难以获得稳定的玻璃，而且玻璃的颜色将变深。为了获得稳定的、色浅的及负反常色散的玻璃，该成分的含量优选为0.5～8％的范围内。

La₂O₃是提高玻璃折射率的有效成分，其含量为3～15％。如果该成分的含量超过15％，则玻璃的析晶倾向变大。要得到析晶性能佳且稳定的玻璃，该成分的最高含量优选为13％或更低。

CaO成分对于改善该玻璃的化学稳定性和增加负反常色散值是有效的，其含量为0.5～15％。如果该成分的含量超过15％，则玻璃的稳定性将变坏。为了保持玻璃的稳定性和负反常色散值，该成分的含量优选在0.5～12％的范围内。

为调整光学常数，提高玻璃稳定性和改善化学稳定性，可各选择加入MgO、SrO、BaO和ZnO，其含量分别为0～10％、0～10％、0～30％和0～8％。这四种成分的总含量应在45％以内，否则玻璃的稳定性将变坏。为了保持玻璃良好的化学稳定性，这四种成分的总含量优选在38％或更低。

加入碱金属氧化物Li₂O、Na₂O、K₂O，可以增加玻璃的熔化特性和扩大玻璃的生成范围。如果这些成分分别超过5％、15％和5％，将会增加玻璃的析晶倾向。在这些成分中，Li₂O成分对于增加负反常色散值是有效的，因此该成分优选加入0.5％或以上。为了保持玻璃良好的化学稳定性，Li₂O、Na₂O和K₂O成分的总量应优选在14％范围，更优选9％或更低。

加入0.2～0.5％的Sb₂O₃，以加速玻璃澄清。

本发明是一种具有-0.021～-0.045的负反常色散值，同时具有折射率(n_d)在1.69～1.74范围内和阿贝数(υ_d)在41～47范围内的光学常数，且玻璃组成中不含有害组分PbO和As₂O₃等及价格昂贵的GeO₂、Ta₂O₅的负反常色散光学玻璃。本发明该特别适用于特殊光学系统中消色差之用途或在其它领域的应用。

附图说明

图1是本发明实施例和比较例的PgF、υ_d坐标图。

具体实施方式

按照给定的比例称量氧化物、碳酸盐、硝酸盐和氢氧化物等通用的原料进行混合后，加到铂坩埚中，熔融的难易程度随组分而异，在1250～1350℃的温度下进行化料，搅拌澄清与均化，在适于成型的温度下进行成型，由此可得到本发明的光学玻璃。

下面将有关本发明光学玻璃的实施组成例(实施例1～6)和前述过去光学玻璃的组成例(比较例a和比较例b)中，分别得到的玻璃折射率(n_d)、阿贝数(υ_d)、PgF和负反常色散值ΔPgF示以表1。

表1：基质玻璃H-NbF72的实施例与比较例(量以重量％表示)

将表1中的实施例和比较例的PgF、υ_d坐标在PgF-υ_d图点出，见图1。其中用▲记号标记实施例1～6玻璃，用■记号标记比较例a-b玻璃的PgF和υ_d坐标。

从表1和图1可以看出：本发明实施例1～6的玻璃均具有给定的光学常数和负向反常色散特性，且具有异常大的负反常色散值，在-0.021～-0.045的范围，即在图1中，实施例1～6玻璃的PgF和υ_d的坐标偏离正常线的程度远远大于比较例a和b。

本发明以SiO₂-B₂O₃-ZrO₂-Nb₂O₅-TiO₂-RO-R₂O作为玻璃基础体系的特定组成的玻璃，具有-0.021～-0.045的负反常色散值，同时具有折射率(n_d)在1.69～1.74范围内和阿贝数(υ_d)在41～47范围内的光学常数，且玻璃组成中不含有PbO、As₂O₃等有害成分及价格昂贵的GeO₂、Ta₂O₅，适用于特殊光学系统中进行色差的校正。

Claims

1.一种具有负反常色散的光学玻璃，其特征是：其组分范围按重量百分比以氧化物计含有：

SiO₂ 13～40％；

B₂O₃ 10～35％；

SiO₂/B₂O₃ ≤4；

Nb₂O₅ 2～20％；

ZrO₂ 2～10％；

La₂O₃ 3～15％；

CaO 0.5～15％；

BaO 0～30％；

MgO 0～10％；

SrO 0～10％；

ZnO 0～8％；

∑(MgO、SrO、BaO、ZnO) 5≤X≤45％；

TiO₂ 0.5～10％；

Na₂O 0～1 5％；

Li₂O 0.5～5％；

K₂O 0～5％；

∑(Li₂O、Na₂O、K₂O) 0.5≤X≤18％。

2.根据权利要求1所述的具有负反常色散的光学玻璃，其特征是：所述的组分范围按重量百分比以氧化物计含有：

SiO₂ 13～35％；

B₂O₃ 13～30％；

SiO₂/B₂O₃ ≤4

Nb₂O₅ 2～19％；

ZrO₂ 2～8％；

La₂O₃ 5～13％；

CaO 0.5～13％；

BaO 0～28％；

MgO 0～8％；

SrO 0～9％；

ZnO 0～6％；

∑(MgO、SrO、BaO、ZnO) 8≤X≤40％；

TiO₂ 0.5～8％；

Na₂O 0～1 3％；

Li₂O 0.5～4％；

K₂O 0～4％；

∑(Li₂O、Na₂O、K₂O) 0.5≤X≤14％。

3.根据权利要求1所述的具有负反常色散的光学玻璃，其特征是：所述的组分范围按重量百分比以氧化物计含有：

SiO₂ 18～33％；

B₂O₃ 13～28％；

SiO₂/B₂O₃ ≤4

Nb₂O₅ 2～18％；

ZrO₂ 2～8％；

La₂O₃ 5～12％；

CaO 5～13％；

BaO 0～28％；

MgO 0～6％；

SrO 0～9％；

ZnO 0～6％；

∑(MgO、SrO、BaO、ZnO) 8≤X≤38％；

TiO₂ 0.5～8％；

Na₂O 0～10％；

Li₂O 0.5～3％；

K₂O 0～3％；

∑(Li₂O、Na₂O、K₂O) 0.5≤X≤9％。

4.根据权利要求1、2或3所述的具有负反常色散的光学玻璃，其特征在于：所述的∑(MgO、SrO、BaO、ZnO)的下限值为6％，其中MgO、SrO、BaO和ZnO的引入量可以是零。

5.根据权利要求1、2或3所述的具有负反常色散的光学玻璃，其特征在于：所述的∑(Li₂O、Na₂O、K₂O)的下限为1％，但也可以是零。

6.根据权利要求1、2或3所述的具有负反常色散的光学玻璃，其特征在于：所述的组分范围按重量百分比以氧化物计还包括Sb₂O₃，其加入量的上限值为0.5％，下限值0.2％。