CN104926110B - 光学玻璃和光学元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种既具有负向反常色散性能又有低荧光性能,且化学稳定性良好的光学玻璃和光学元件。光学玻璃,其重量百分比组成含有:SiO2:31~55%;Nb2O5:15~29%;ZrO2:0.5~9%;La2O3:0.5~10%;R2O:12~30%,所述R2O包括Na2O、Li2O、K2O中的一种或几种。本发明的光学玻璃无需添加任何非环保元素,其折射率为1.61~1.75,阿贝数为35~45,负向反常色散ΔPg,F<‑0.0008,按日本标准JOGIS 03‑1975规定方法测量,荧光度等级为1级。本发明的光学玻璃具有低荧光性能,可广泛适用于数码照相机、数码摄像机、可拍照手机、荧光显微镜等设备中。

Description

光学玻璃和光学元件

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃和光学元件,该光学玻璃具有折射率(nd)为1.61~1.75、阿贝数(νd)为35~45,特别是涉及一种既具有负向反常色散性能又有低荧光性能,且化学稳定性良好的光学玻璃和光学元件。

背景技术

光学玻璃在光学仪器和光电产品中是不可或缺的重要组成部分,近年来随着智能手机和单反相机等光电产品的广泛流行,对于光学玻璃的性能提出了更高的要求,比如要求光学玻璃具有消除或尽可能消除二级光谱的残余色差的性能,这就需要一种光学玻璃具有负向反常色散性能。具有负向反常色散性能的玻璃的相对部分色散小,通过和一种相对部分色散大的玻璃配合使用便能较好的消除二级光谱的残余色差,从而提高光学镜头的成像质量。

另外现在荧光显微镜等光学仪器中所用的光学玻璃要求具有低荧光性能,以前主要是在生物学、医疗领域,对生物组织或细胞、细菌等观察对象(检体)照射紫外线激发光,测定观察对象发出的荧光。近年来,开始研究用荧光显微镜来测定极少量细菌、细胞发出的微弱荧光。用荧光显微镜向观察对象照射激发光,用于荧光显微镜的光学系统(接物镜)也会发出微弱的荧光,因而在观察测定这种微弱荧光时的杂音就成为一个问题。因此,要求降低荧光显微镜的光学系统(特别是接物镜)所用的光学玻璃通过激发得到的荧光强度。

目前已知采用B2O3-Al2O3-PbO系统具有负向反常色散性能的光学玻璃,例如JP特公昭45-2311和JP特开昭48-74516,其玻璃系统中PbO的含量较大,这不仅造成玻璃的化学稳定性不好,而且还不能满足环保化的要求。对于不含PbO的玻璃系统,JP特公昭51-34407含有较多的价格非常高昂的GeO2和/或Ta2O5,这不利于实际生产。JP1225903、DE4032566公开的玻璃中可能引入了Ti或F这种破坏反常色散性能的元素。

对于低荧光性能的玻璃,JP特开平10-158029公开了B2O3-P2O5-R2O-Nb2O5和/或Ta2O5系的高分散低荧光光学玻璃,但该玻璃具有化学耐久性不足的缺点。JP特开平10-231140公开了另一种B2O3-P2O5-R2O-Ta2O5系的高分散低荧光光学玻璃,此种玻璃不仅化学耐久性和透光性不足,而且由于大量使用了昂贵的Ta2O5原料,制作成本高。另外,JP特开平10-346449公开了Ge2O3-Ta2O5-R2O系的高分散低荧光光学玻璃,此种玻璃同样化学耐久性不足,含有大量非常昂贵的Ge2O3成分,制造成本也非常高,不具备实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既具有负向反常色散性能又有低荧光性能,且化学稳定性良好的光学玻璃和光学元件。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是:光学玻璃,其重量百分比组成含有:SiO2:31~55%;Nb2O5:15~29%;ZrO2:0.5~9%;La2O3:0.5~10%;R2O:12~30%,所述R2O包括Na2O、Li2O、K2O中的一种或几种。

进一步的,还含有:B2O3:0~5%;Sb2O3:0~0.5%;RO:0~10%,所述RO包括BaO、SrO、CaO中的一种或几种。

进一步的,其中,B2O3:0.5~5%和/或RO:1~9%。

进一步的,其中:SiO2:35~50%。

进一步的,其中:Nb2O5:18~29%。

进一步的,其中:ZrO2:0.5~8%。

进一步的,其中:La2O3:0.5~8%。

进一步的,其中:R2O:13~25%。

进一步的,所述光学玻璃折射率为1.61~1.75,阿贝数为35~45。

进一步的,所述光学玻璃的负向反常色散ΔPg,F<-0.0008。

进一步的,按日本标准JOGIS 03-1975规定方法测量,所述光学玻璃的荧光度等级为1级。

光学元件,采用上述的光学玻璃制成。

本发明的有益效果是:本发明提供的光学玻璃无需添加任何非环保元素,其折射率为1.61~1.75,阿贝数为35~45,负向反常色散ΔPg,F<-0.0008,按日本标准JOGIS 03-1975规定方法测量,荧光度等级为1级。本发明的光学玻璃具有低荧光性能,可广泛适用于数码照相机、数码摄像机、可拍照手机、荧光显微镜等设备中。

具体实施方式

下面将详细地描述本发明光学玻璃所含有的全部组分,这些组分都是按照重量百分比来表示。

SiO2是玻璃生成体,是形成玻璃必须的氧化物成分,一定量的SiO2可以使光学玻璃具有较好的化学稳定性,并提高玻璃的透明度。如果SiO2的含量低于31%,玻璃的折射率不能处在所要求的范围内;但如果SiO2的含量高于55%,玻璃的高温粘度太大,生产时工艺性能差。所以,SiO2的含量为31~55%,优选为35~50%。

Nb2O5能有效提高玻璃的折射率,并能在增加中波部分色散的同时不会明显增加短波部分色散,从而增大光学玻璃的负向反常色散性能,但如果Nb2O5的含量过高,会破坏负向反常色散性能。所以,Nb2O5的含量为15~29%,优选为18~29%。

ZrO2能够提高光学玻璃的折射率和负向反常色散性能,如果ZrO2的含量低于0.5%,则不能起到应有的效果;但如果ZrO2的含量高于9%,这种难熔的氧化物会导致玻璃熔融性能较差,从而不能获得均匀性良好的玻璃。所以,ZrO2的含量为0.5~9%,优选为0.5~8%。

La2O3是提高玻璃折射率的有效成分,并且在可见光区域不发荧光,对改善玻璃的化学稳定性和耐失透性效果显著,但其含量不足0.5%时,达不到所需的光学常数;若含量高于10%,则失透倾向反而增大,因此,La2O3的含量限定为0.5~10%,优选为0.5~8%。

R2O是碱金属氧化物Na2O、Li2O、K2O中的一种或几种,是较好的玻璃助熔剂,适量的R2O能够获得均匀性较好的光学玻璃。但如果R2O的含量低于12%,起不到助熔的作用,玻璃高温粘度可能会较大;但如果R2O的总量高于30%,光学玻璃的化学稳定性会变差。所以,R2O的含量为12~30%,优选为13~25%。

B2O3也是一种光学玻璃网络生成体氧化物,有较好的助熔作用,能够使玻璃的短波色散偏小,使得玻璃具有较好的负向反常色散性能。所以,B2O3的含量为0~5%,优选为0.5~5%。

RO是碱土金属氧化物BaO、SrO、CaO中的一种或者几种,能够有效调节玻璃的折射率和阿贝数,RO的含量为0~10%,优选为1~9%。

Sb2O3在本发明中作为澄清剂使用,其含量为0~0.5%。

本发明提供的光学玻璃按照本领域技术人员熟知的制备方法制成,即:将原料进行熔化、澄清、搅拌均化、降温至合适温度成型,即可得到本发明所提供的折射率为1.61~1.75、阿贝数为35~45、负向反常色散ΔPg,F<-0.0008,并具有低荧光性能(按日本标准JOGIS 03-1975规定方法测量,荧光度等级为1级)和化学稳定性良好的光学玻璃。

本发明提供的光学玻璃的各个性能参数的测试方法如下:

折射率、阿贝数及Pg,F按照《GB/T 7962.1—2010无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。

经过上述测试,得到的本发明的光学玻璃具有以下性能:折射率(nd)为1.61~1.75,阿贝数为(νd)35~45,负向反常色散ΔPg,F<-0.0008。

衡量玻璃低荧光性能的荧光度是按日本标准《光学玻璃荧光度测定方法(JOGIS03-1975)》规定方法测量的,标准试样采用与日本光学玻璃工业会指定的火石玻璃牌号对应的玻璃,用365nm波长的紫外激发光照射样品,测定400-700nm波长范围的荧光光谱,将光谱曲线的峰值作为荧光强度,荧光度就是玻璃样荧光强度与标准样本荧光强度的比值。如果该比值超过1.5则等级为3,强度比在0.7-1.5的等级为2,强度比不到0.7的等级为1。荧光度等级为1级,说明该低荧光光学玻璃通过激发紫外线得到的荧光强度非常低,低荧光性能优异。本发明的玻璃荧光度等级为1级,具有低荧光性能。

玻璃粉末法耐水稳定性DW采用GB/T17129测试标准测量。

玻璃粉末法耐酸稳定性DA采用GB/T17129测试标准测量。

本发明还提供一种光学元件,该光学元件是由本发明光学玻璃所形成的,所以该光学元件具有上述本发明光学玻璃的所有特性。本发明的光学玻璃既具有负向反常色散性能又有低荧光性能,无需添加任何非环保元素,折射率(nd)为1.61~1.75,阿贝数(vd)为35~45。本发明提供的光学元件适合应用于数码照相机、数字摄像机、照相手机、荧光显微镜等设备中。

实施例

为了进一步了解本发明的技术方案,将结合下面具体的实施例,描述本发明优选的实施方案。但应该注意和理解的是,这些实施例只是为了更好的说明本发明的特点和优点,并没有限制本发明的权利要求。

本发明的实施例1~30提供的光学玻璃组分重量百分比及其所对应的性能如表1~表3所示。通过将表1~表3各个实施例中光学玻璃各种组分按照其比值称重,充分混合均匀后加入光学玻璃熔炉内,在适当的工艺温度下经过熔化、澄清、搅拌均化、降温至合适温度后,将此熔融的玻璃浇注入事先预热好的金属模具中成型并退火,便可得到所需光学玻璃。本发明提供的一种既具有负向反常色散性能又有低荧光性能的光学玻璃组成和相应性能如:折射率(nd)、色散(nF-nC)、阿贝数(vd)、相对部分色散率(Pg,F)、负向反常色散(ΔPg,F)、荧光度、粉末耐水稳定性DW、粉末耐酸稳定性DA的结果都在表1~表3的实施例1~30中表示。为此用下述公式来说明Pg,F和ΔPg,F的由来。

Pg,F=(ng-nF)/(nF-nC) (1)

Px,y=mx,y vd+bx,y (2)

Px,y=mx,y vd+bx,y+ΔPx,y (3)

ΔPg,F=Pg,F-0.6415+0.001618vd (4)

上述公式中,相对部分色散由(1)式计算得到。对于大多数“正常玻璃”来说,(2)式的线性关系是成立的,选“正常玻璃”NSL7和PBM2作为基准玻璃,可得出斜率mx,y和截距bx,y,公式(3)中ΔPx,y表示了与大多数“正常玻璃”相比时的特殊色散的偏离特性,最后通过公式(4)求出ΔPg,F的具体值。

表1

表2

表3

从上述实施例可以看出,本发明提供的光学玻璃无需添加任何非环保元素,其折射率为1.61~1.75,阿贝数为35~45,负向反常色散ΔPg,F<-0.0008,按日本标准JOGIS03-1975规定方法测量,荧光度等级为1级,具有低荧光性能,化学稳定性良好,适合应用于数码照相机、数字摄像机、照相手机、荧光显微镜等设备中。

Claims (12)

1.光学玻璃,其特征在于,其重量百分比组成含有:SiO2:41.37~55%;Nb2O5:15~29%;ZrO2:0.5~9%;La2O3:0.5~10%;R2O:12~30%,所述R2O包括Na2O、Li2O、K2O中的一种或几种;B2O3:0~3.45%,所述光学玻璃的负向反常色散ΔPg,F<-0.0008。
2.如权利要求1所述的光学玻璃,其特征在于,还含有:Sb2O3:0~0.5%;RO:0~10%,所述RO包括BaO、SrO、CaO中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的光学玻璃,其特征在于,其中,RO:1~9%。
4.如权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,其中:B2O3:0.5~3.45%。
5.如权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,其中:SiO2:41.37~50%。
6.如权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,其中:Nb2O5:18~29%。
7.如权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,其中:ZrO2:0.5~8%。
8.如权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,其中:La2O3:0.5~8%。
9.如权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,其中:R2O:13~25%。
10.如权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,所述光学玻璃折射率为1.61~1.75,阿贝数为35~45。
11.如权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,按日本标准JOGIS03-1975规定方法测量,所述光学玻璃的荧光度等级为1级。
12.光学元件,其特征在于,采用权利要求1~11任一权利要求所述的光学玻璃制成。
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