CN1303024C - 光弹性常数小的光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

一种光弹性常数(β)小的玻璃，其适用于偏振光学系统部件和光偏振控制元件，并且其折射率(nd)在1.60至1.68范围之间，阿贝数(νd)在40至小于65之间，并包含如下构成光学玻璃的原子：P 5-10mol%;Al 1-3mol%;Ba 8-13mol%;Gd 1-5mol%;Nb 0.1-3mol%;F 15-35mol%和O 40-52mol%。

Description

光弹性常数小的光学玻璃
技术领域
本发明涉及一种适用于偏振光学系统部件和光偏振控制元件的光学玻璃，其光弹性常数(β)小并具有用于光学目的的物理性能，诸如折射率和阿贝数。
背景技术
利用偏振光的光学系统，即偏振光学系统，近来已应用于包括液晶显示投影仪在内的各个领域中。例如，液晶显示投影仪中使用的在空间上调制偏振光的空间光调制器以及分离S偏振光和P偏振光的偏振分束器(polarizing beamsplitter)。在这种偏振光学系统中，对偏振特性更精确控制的需求正日益增长。
偏振光学系统的光学部件中，例如棱镜和用于偏振分束器或需要保持偏振特性稳定的空间调制器的光偏振元件基质等部件必须具有光学各向同性，这是因为如果用于这些部件的材料具有光学各向异性，那么就该光学元件传输的光而言，不能保持寻常光线和非寻常光线之间的相差(光程差)以及因此在这种情况下不能保持偏振特性。
尽管现有技术中将已充分退火并消除了张力、且具有光学各向同性的光学玻璃用作需要对其保持偏振特性的偏振光学系统的光学部件，但这种部件仍会显示出被称为双折射的光学各向异性，这是由机械应力或热应力施加于该部件时出现的光弹性效应引起的，如果该部件光弹性常数大，则不能获得所需的偏振特性。例如，该机械应力由将热膨胀系数不同于光学玻璃的材料与光学玻璃结合而产生的。例如，该热应力是由外部设备产生的热量或光学玻璃由于吸收所传输光的能量而产生的热量而产生的。施加这种应力的光学玻璃表现出的双折射大小可由光程差的不同表示。下述公式(1)表明双折射随着光程差的增加而增加，其中光程差由σ(nm)表示，光学玻璃的厚度由d(cm)表示，应力由F(Pa)表示。
          σ＝β·d·F            (1)
上述公式中的比例常数β称为光弹性常数，玻璃的种类不同其值也不同。如上述公式(1)所示，当同一应力(F)施加到两种具有相同厚度(d)的玻璃上时，具有较小光弹性常数绝对值(β)的玻璃，其具有较小光程差(σ)，即，较小的双折射。
例如，公开号为平7-306314、平8-234179和平9-127461的日本专利申请中描述了光弹性常数对于偏振光学系统部件的贡献。至于更具体的数值分析，公开号为2000-171770的日本专利申请披露了偏振光学系统中需要满足下列公式的部件。公式的右侧表示由热应力引起的双折射量。
    5.00×102≥K·α·E·∫(1-T)dλ/ρ/Cp          (2)
其中K代表光弹性常数(nm/mm·mm2/N)，α代表线性热膨胀系数(10-6/K)，E代表杨氏模量(103N/mm2)，λ为所用的光波长，T为该部件在波长λ的内透射比，ρ为该部件的比重(g/cm3)，Cp代表比热(J/g·k)。
在公式(2)中，积分的范围为主吸收波长，即420(nm)至500(nm)。从公式(2)中显而易见，当光弹常数的绝对值接近零时，可减小热应力引起的双折射。
光弹性常数具有波长相关性，并因此在整个可见光范围内(400nm-700nm)不为常数。所以，如果波长相关性大，则偏振特性在整个可见光范围内不均匀，即使在可见光范围的代表值546nm波长处的光弹性常数较小的情况下亦是如此。例如，公开号为平11-133528的日本专利申请中所披露的高PbO浓度的光学玻璃具有波长相关性，根据波长相关性，光弹性常数向较短波长降低，并且在400nm-700nm的波长范围内光弹性常数变化的总量Δβ约为0.8×10-5nm/cm/Pa。使用这种光学玻璃时，例如，将其用作液晶显示投影仪的偏振分束器时，对于绿光(G)(波长在550nm附近)的光弹性常数β为0.0×10-5nm/cm/Pa，而对于蓝光(B)(波长在430nm附近)和红光(R)(波长在640nm附近)的β绝对值变为约0.4×10-5nm/cm/Pa。尤其是，因为该光学玻璃对B光具有大折射率，所以对B光由双折射产生的光程差变大。
除了上述的双折射问题以外，在其温度取决于其所应用的环境(例如，由棱镜、透镜、外部电路和暴露在高强度光辐射下的部件而产生的热量)而显著改变的光学部件中使用的光学玻璃必须具有高内透射比，以防止由于吸收高强度入射光而在光学部件中产生的温度上升。
如公开号为平9-48631的日本专利申请披露的B2O3-Al2O3-PbO玻璃，如公开号为平11-335135的日本专利申请披露的含BaO和/或PbO磷酸盐玻璃，如公开号为平11-199269、2000-34132、2002-128540和2002-338294的日本专利申请披露的不含PbO磷酸盐玻璃，如公开号为平9-48633的日本专利申请披露的氟化磷酸盐玻璃是已知的可用作偏振光学系统部件的光弹性常数小的光学玻璃。
如Megumi Tashiro在Journal of The Society of Glass Technology(1957)353T-362T中发表的″The Effect of the Polarisation of the Constituent Ions on thePhotoelastic Birefringence of the Glass″所披露的，众所周知，玻璃成分中的PbO具有大大降低光弹性常数的效果。已有多种玻璃利用这种效果以使其具有小光弹性常数，但是为了获得具有极小光弹性常数的玻璃，这些玻璃必须含有大量的Pb化合物，例如，对环境造成严重危害的PbO和PbF2。这样极易引起对环境的负面作用，因此，不期望在实际应用中使用这样的玻璃。
Matsushita等人在Journal of the American Ceramic Society Vo.68(1985)P389-P39中发表的″Photoelastic effects in Phosphate Glasses″中披露了，在磷酸盐玻璃中，特别是P2O5-BaO玻璃具有较小的光弹性常数。然而，为了通过仅利用BaO组分产生的光弹性常数降低效应的方法使光弹性常数降低至低于0.3×10-5nm·cm-1·Pa-1，必须采用诸如超淬火(super quench)方法的特殊制造方法，这是因为P2O5-BaO玻璃的玻璃固化范围的局限。这种方法的产量低，并且难以将玻璃形成为所需的光学部件。
公开号为2002-338294的日本专利申请披露了一种制造含有大量BaO的P2O5-BaO玻璃的方法，并描述了具有0.15×10-12(1/Pa)的小光弹性常数的例子。然而，为了获得这些玻璃，必须采用将诸如湿空气和氯气等多种气体吹入熔融玻璃的方法，但这种方法的产量低。
在公开号为平11-199269和2000-34132的日本专利申请中披露了，在不含Pb化合物的磷酸盐玻璃中，不仅BaO而且La2O3都能有效地降低光弹性常数。从这些公开文本的例子中显而易见，利用BaO和La2O3难于制造具有极小光弹性常数的玻璃，尤其是在可见光范围内的光弹性常数为0.3×10-5nm·cm-1·Pa-1或更低的玻璃。
公开号为2003-110394的日本专利申请披露了可制造出光弹性常数为0.3×10-5nm·cm-1·Pa-1或更低的磷酸盐玻璃。然而，问题在于当使用了含有大量PbO和BaO的磷酸盐玻璃时，在必不可少的用铂坩锅熔融玻璃的制备步骤中，铂或诸如钯和铑之类的铂族离子从铂坩锅中逸出，使玻璃被铂或或铂族离子着色。根据G.E.Rindone等人在Journal of the American Ceramic Society Vo.39(1956)P173-P180发表的″The Colors of Platinum，Palladium，and Rhodium insimple Glasses″，显而易见的是，磷酸盐玻璃中铂离子的吸收显著发生在400-500nm附近。这种吸收离子的存在使当波长为400-500nm的光透过光学元件时被吸收的光转换为热量，并随之产生增加该光学部件的热应力的热量。当这种玻璃用于光透过整个可见光区域的光学部件，例如透镜或棱镜时，选择性地吸收400-500nm的蓝光，使得透过该光学部件的光呈现微黄色。因为具有较小程度的非必要光吸收的玻璃可实现更卓越的性能，虽然根据该玻璃用途的不同对这种条件需求的水平不同，但仍需要具有高内透射比的玻璃。换言之，在制造含有大量PbO和BaO的磷酸盐玻璃过程中，必须非常小心以防止铂族离子的逸出。
如可在市场上购得的氟化磷酸盐玻璃(如，Ohara Corporation制造的S-FPL51，S-FPL52和S-FPL5S)、公开号为平9-48633的日本专利申请和USP5969861、DE19631171A和公开号为平11-60267的日本专利申请所披露的，氟化磷酸盐玻璃中的连接键通常不是如Si-O中的共价键而大部分是离子键，因此，由应力引起的玻璃电子结构变化较小，从而使这些氟化磷酸盐玻璃具有较小的光弹性常数。另外，在氟化磷酸盐玻璃中，可在较低的温度下熔融玻璃，并因此使从铂制的诸如坩锅等熔融设备和玻璃搅拌设备中很少逸出或不逸出铂族离子，这种逸出发生在含有大量PbO和BaO的磷酸盐玻璃中。这样，在可见光范围中(尤其是400-500nm处)不会有铂族离子选择性吸收的问题。
除了这些氟化磷酸盐玻璃，本领域公知的还有折射率(nd)在1.60-1.68附近、阿贝数(νd)在40-45附近的氟化磷酸盐玻璃，虽然没有提到关于光弹性常数，但如公开号为昭50-50416、昭57-123842、昭59-18133和平2-124740的日本专利申请中所披露的氟化磷酸盐玻璃，其特征在于具有大反常色散特性，以及如公开号为平6-157068和平10-53434的日本专利申请中所披露的氟化磷酸盐玻璃具有极好的抗失透性和良好的熔融特性。
如公开号为平2-124740、平6-157068和平9-48633的日本专利申请所披露的，氟化磷酸盐玻璃的折射率(nd)通常小于1.6，或者阿贝数为65或更大。为了提高折射率(nd)，在公开号为昭50-50416、昭57-123842、昭59-18133和平11-60267的日本专利申请中披露的氟化磷酸盐玻璃中氟化物材料的总量限制为小于45％，并且描述了由此产生的折射率超过1.6的例子。然而，在这种情况中，对玻璃中掺入氟化物的限定增加了玻璃中的共价键，并由此难以实现具有所需的小光弹性常数的玻璃。另外，因为公开号为平10-53434的日本专利申请中的玻璃含有重量百分比为21.23-26.35％的高含量Al2O3，并还含有作为基本组分的MgF2，这种玻璃将会具有大光弹性常数。
作为用于不同目的的氟化磷酸盐玻璃，在公开号为平1-219038、平3-83835、平3-83834和平4-214043的日本专利申请中披露了用作滤光片的氟化磷酸盐玻璃，其含有CeO2或CuO组分，它们作为基本组分吸收特定波长的光。至于公开号为平1-219038、平3-83835和平3-83834的日本专利申请，这些玻璃的大部分例子中含有高达20％或更多的P2O5，并因此这些玻璃极有可能不能实现所需的光弹性常数。在P2O5含量小于20％的玻璃的例子中，该玻璃含有大量的相对增加光弹性常数的MgF2(例如公开号为平1-219038的日本专利申请中的实施例1)或是含有大量的增加光弹性常数的B2O3(公开号为平3-83835的日本专利申请中的实施例2、实施例4和实施例10，和公开号为平3-83834的日本专利申请中的实施例2)。公开号为平4-214043的日本专利申请的实施例中含有大量的MgF2，因此不能实现所需的光弹性常数，而且这些玻璃很可能具有低折射率。
因此，本发明的一个目的是提供一种适用于偏振光学系统部件和光偏振控制元件的光学玻璃，其光弹性常数小，并具有用于光学目的的特性，诸如折射率(nd)和阿贝数(νd)。
本发明的另一目的是提供一种如上所述不含有Pb化合物的光学玻璃。
发明内容
为了获得本发明的上述目的，本发明的发明人所进行的研究和试验得出导致了本发明的发现，并且其结果表明通过在光学玻璃的成分组成中实现含有特定量的Ba，F和Nb的组合物，就可以相对以稳定的方式制造出具有所需特性的光学玻璃。
为了获得本发明上述目的，本发明的第一方面提供了一种光学玻璃，其折射率(nd)在1.60至1.68范围之间，阿贝数(νd)在40至小于65之间，并具有如下构成光学玻璃的原子组分：
P        5-10mol％
Al       1-3mol％
Ba       8-13mol％，
Gd       1-5mol％
Nb       0.1-3mol％
F        15-35mol％和
O        40-52mol％。
本发明的第二方面提供了一种光学玻璃，其折射率(nd)在1.60至1.68范围之间，阿贝数(νd)在40至小于65之间，并具有如下构成光学玻璃的原子组分：
P          5-10mol％
Al         1-3mol％
Ba         8-13mol％
Gd         1-5mol％
Nb         0.1-3mol％
F          15-35mol％
O          40-52mol％和
Y          0-2mol％和/或
La         0-2mol％和/或
Yb         0-1mol％和/或
Ta         0-1mol％和/或
Lu         0-1mol％和/或
Ti         0-1.5mol％和/或
Zr         0-1.5mol％和/或
W          0-1.5mol％和/或
Bi         0-1.5mol％和/或
Mg         0-2mol％和/或
Ca         0-3mol％和/或
Sr         0-5mol％和/或
Zn         0-2mol％和/或
Li         0-2mol％和/或
Na         0-2mol％和/或
K          0-2mol％和/或
Cs         0-1mol％和/或
Tl         0-3mol％和/或
Si         0-2mol％和/或
B          0-2mol％和/或
Sb         0-1mol％。
本发明的第三方面提供了一种光学玻璃，其折射率(nd)在1.60-1.68范围之间，阿贝数(νd)在40至小于65之间，并具有如下组分，以质量百分比表示：
偏磷酸盐化合物      18.0-30.0％
其中Al(PO3)3    10.0-20.0％
    Ba(PO3)2    3.0-15.0％
氟化物              43.0-65.0％
其中BaF2         41.0-55.0％
Gd2O3            8.0-25.0％和
Nb2O5            0.5-7.0％
本发明的第四方面提供了一种光学玻璃，其折射率(nd)在1.60-1.68范围之间，阿贝数(νd)在40至小于65之间，并具有如下组分，以质量百分比表示：
偏磷酸盐化合物          18.0-30.0％
其中Al(PO3)3        10.0-20.0％
    Ba(PO3)2        3.0-15.0％和
    Sr(PO3)2        0.0-10.0％和/或
    Ca(PO3)2        0.0-10.0％和/或
    Zn(PO3)2        0.0-5.0％和/或
    La(PO3)3        0.0-5.0％
氟化物                 43.0-65.0％
其中BaF2             41.0-55.0％和
    SrF2             0.0-10.0％和/或
    CaF2             0.0-10.0％和/或
    MgF2             0.0-2.0％和/或
    AlF2             0.0-2.0％和/或
    GdF3             0.0-15.0％和/或
    YF3              0.0-7.0％和/或
    LaF3             0.0-7.0％和/或
    KHF2             0.0-3.0％
Gd2O3               8.0-25.0％
Nb2O5               0.5-7.0％
Y2O3                0.0-10.0％和/或
La2O3               0.0-10.0％和/或
Yb2O3               0.0-5.0％和/或
Ta2O5               0.0-5.0％和/或
Lu2O3               0.0-5.0％和/或
TiO2                 0.0-7.0％和/或
ZrO2                 0.0-5.0％和/或
WO3                  0.0-7.0％和/或
Bi2O3              0.0-5.0％和/或
BaO                  0.0-8.0％和/或
CaO                  0.0-5.0％和/或
SrO                  0.0-10％和/或
ZnO                  0.0-5.0％和/或
Li2O                0.0-1.0％和/或
Na2O                0.0-3.0％和/或
K2O                 0.0-3.0％和/或
Cs2O                0.0-5.0％和/或
Tl2O                0.0-15.0％和/或
SiO2             0.0-3.0％和/或
B2O3            0.0-3.0％和/或
Sb2O3           0.0-3.0％。
本发明的第五方面提供了一种光学玻璃，其折射率(nd)在1.60-1.68范围内，阿贝数(νd)在40至小于65之间，并具有包含如下组分的组合物，以氧化物计算并以质量百分比表示：
P2O5            12-小于22％
Al2O3           1-5％
BaO               40-55％
Gd2O3           8-25％
Nb2O5           0.5-8％和
Y2O3            0-10％和/或
La2O3           0-10％和/或
Yb2O3           0-5％和/或
Ta2O5           0-5％和/或
Lu2O3           0-5％和/或
TiO2             0-7％和/或
ZrO2             0-5％和/或
WO3              0-7％和/或
Bi2O3           0-5％和/或
MgO               0-1％和/或
CaO               0-5％和/或
SrO               0-10％和/或
ZnO               0-5％和/或
Li2O             0-1％和/或
Na2O             0-3％和/或
K2O              0-3％和/或
Cs2O             0-5％和/或
Tl2O             0-15％和/或
SiO2              0-3％和/或
B2O3             0-3％和
Sb2O3            0-3％
以及包含在上述金属氧化物中的一种或多种金属元素的一种或多种氟化物，所述以氧化物计算的组合物的100重量份中，包含于氟化物中的F的总量为8-20重量份。
本发明的第六方面提供了一种本发明第一至第五方面中任一方面所限定的光学玻璃，其中在644nm的光弹性常数和在436nm的光弹性常数之差在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内。
本发明的第七方面提供了一种本发明第一至第六方面中任一方面所限定的光学玻璃，其中在折射率(nd)为1.60至1.62范围内的区域中，在546nm的光弹性常数在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.3×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内，在折射率(nd)为1.62至1.68范围内的区域中，在546nm的光弹性常数在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.5×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内。
本发明的第八方面提供了一种第一至第七方面中任一方面所限定的光学玻璃，其折射率(nd)在1.60至1.65范围内，阿贝数(νd)在50至小于65的范围内，其中在546nm的光弹性常数在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.3×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内。
本发明的第九方面提供了一种第一至第八方面中任一方面所限定的光学玻璃，其不含有Pb化合物。
本发明的第十方面提供了一种用于液晶显示投影仪的偏振分束器，其使用了第一至第九方面中任一方面所限定的光学玻璃。
根据本发明，一种适用于偏振光学系统部件和光偏振控制元件的光学玻璃，其折射率(nd)在1.60至1.68的范围内，阿贝数(νd)在40至小于65的范围内，在546nm的光弹性常数在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.5×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内，并且其中该光弹性常数的波长相关性极小，该光学玻璃可以不使用Pb化合物获得，因此，可提供以前不能生产的具有优异性能的光学部件。
附图说明
附图中的图1为本发明各实施例的光弹性常数曲线图。
具体实施方式
本发明第一和第二方面的光学玻璃可实现折射率(nd)在1.60-1.68的范围内，该折射率尤其适用于制造光学设计中的偏振膜片，这种膜片难于利用现有技术的氟化磷酸盐玻璃实现。另外，这些具有小光弹性常数的光学玻璃可制造例如具有降低了的双折射的偏振分束器等光学元件，这种双折射是由热应力和机械应力引起的。另外，由此实现的折射率和阿贝数的光学常数扩展了光学设计中的自由度，从而可灵活地使该光学玻璃适合各种产品的需要。
P是一种玻璃形成组分。如果这种组分的量小于5mol％，将难以制造出稳定的玻璃。如果该组分的含量超过10mol％，将不能获得所需的光弹性常数。因此，这种组分的量应为5mol％或更多，优选5.5mol％或更多，最优选为6mol％或更多，并且应为10mol％或更低，优选9.8mol％或更低，最优选为9.5mol％或更低。
在这些玻璃中，可以以LiPO3、NaPO3、KPO3、Al(PO3)3、Ba(PO3)2、Sr(PO3)2、Ca(PO3)2、Mg(PO3)2、Zn(PO3)2、La(PO3)2、P2O5、H3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、Li3PO4、KPO4、Na3PO4·12H2O、Na2HPO4·12H2O、Mg3(PO4)2·8H2O、CaHPO4·2H2O、Ba3(PO4)2、Zn3(PO4)2·4H2O、AlPO4、BPO4、KH2PO4、K2HPO4、KPF6、Zn2PO7或BaHPO4的形式添加P。优选使用Al(PO3)2、Ba(PO3)2、Sr(PO3)2、Ca(PO3)2、La(PO3)2、P2O5、H3PO4、NH4H2PO4或(NH4)2HPO4。
Al有效防止玻璃的失透，因此可生产出稳定的玻璃，并能提高机械强度和化学稳定性，因此应添加至少1mol％的该组分。如果该组分的量超过了3mol％，将难于实现所需的光弹性常数和光学常数。因此，这种组分的量应为1mol％或更多，优选1.3mol％或更多，最优选为1.5mol％或更多，并且应为3mol％或更低，优选2.9mol％或更低，最优选为2.8mol％或更低。
在这些玻璃中，可以以Al(PO3)2、AlPO4、Al2O3、Al(OH)3、AlF3或Na3AlF6的形式添加Al。优选使用Al(PO3)3、AlPO4、AlF3或Na3AlF6。
在玻璃组成成分中，Ba对于降低光弹性常数有显著的效果，且其含量至少应为8mol％。然而，如果该组分的量超过13mol％，将难于获得稳定的玻璃。这种组分的量应为8mol％或更多，优选8.3mol％，最优选为8.5mol％或更多，并且应为13mol％或更低，优选12.8mol％或更低，最优选为12.5mol％或更低。在这些玻璃中，可以以Ba(PO3)2、Ba3(PO4)2、BaHPO4、BaCO3、BaF2或BaSiF6的形式添加Ba。优选使用Ba(PO3)2、Ba(NO3)2、BaCO3或BaF2。
Gd是促进稳定玻璃形成和实现高折射率的基本成分。如果该成分的量小于1mol％，则玻璃易于变得极不稳定，然而如果该成分的量超过5mol％，则必须在高温下熔融该玻璃，并导致成分蒸发的增加，尤其是氟成分。因此，为了实现极小的光弹性常数，该成分的量应为1mol％或以上，优选为1.2mol％或以上，最优选为1.3mol％或以上，并且应为5mol％或以下，优选4.5mol或以下，并且最优选为4mol％或以下。
在这些玻璃中，可以以任何Gd化合物的形式添加Gd。优选使用Gd2O3或GdF3。
Nb是本发明的这些玻璃中的基本成分，这是因为通过添加少量的该成分可有效实现高折射率并提高玻璃的化学稳定性，可以以不超过3mol％的量添加。如果该成分的量小于0.1mol％，不能获得这些效果并且不能实现所需的光学常数，但不希望该成分的添加量超过3mol％，因为这样会增大光弹性常数。因此该成分的量应为0.1mol％或以上，优选为0.2mol％或以上，最优选为0.3mol％或以上，并且应在3mol％或以下，优选为2.8mol％或以下，以及最优选为2.5mol％或以下。
可以以任何形式的Nb化合物添加Nb。优选使用Nb2O5。
在氟化磷酸盐玻璃中F是不可缺少的玻璃形成成分，也是这些玻璃中的基本成分，这是因为它对提高玻璃的熔融特性并降低光弹性常数十分有效。如果该成分的量小于15mol％，将难以获得具有所需光弹性常数的稳定玻璃。如果该成分的量超过35mol％将难于实现所需的光弹性常数。该成分的量应为15mol％或以上，优选为17mol％或以上，最优选为19mol％或以上，并且应为35mol％或以下，优选为34mol％或以下，以及最优选为33mol％或以下。
可以以BaF2、SrF2、CaF2、MgF2、AlF3、GdF3、YF3、LaF3、KHF2、BaSiF6、LiF、NaF、KF、ZnF2、KPF6、ZrF4、K2SiF6、Na3AlF6或Na2SiF6的形式添加F。优选使用BaF2、SrF2、CaF2、MgF2、AlF3、GdF3、YF3、LaF3或KHF2.
O是氟化磷酸盐玻璃中不可缺少的玻璃形成成分，也是实现所需光学常数的基本成分。如果该成分的量小于40mol％，将难以获得具有所需光弹性常数的稳定玻璃。如果该成分的量超过52mol％，将难于实现所需的光学常数。该成分的量应为40mol％或以上，优选为41mol％或以上，最优选为42mol％或以上，并且应为52mol％或以下，优选为51mol％或以下，以及最优选为50mol％或以下。
可有选择地添加Y、La、Yb、Ta、Lu、Ti、Zr、W和Bi，因为这些成分可调整折射率和阿贝数。更具体的说，Y和La成分可有效实现高折射率而不增加光弹性常数，其添加量可分别最高达2mol％，优选最高达1.9mol％，最优选最高达1.8mol％。然而，过量添加这些成分，会使玻璃的抗失透性恶化。Yb、Ta和Lu对于实现高折射率有效，但过量的添加这些成分会使玻璃不稳定。因此，这些成分的添加量可分别最高达1.0mol％，优选最高达0.9mol％，最优选为最高达0.8mol％。Zr对调整折射率并提高玻璃的机械强度有效。因为该成分添加量超过1.5mol％就需要在高温下熔融，所以该成分的添加量可最高达1.5mol％，优选最高达1.45mol％，最优选最高达1.4mol％。Ti、W和Bi对实现高折射率并调整阿贝数有效，但是过量添加这些成分会使玻璃着色，因此，这些成分的添加量可分别最高达1.5mol％，优选到达1.45mol％，最优选最高达1.4mol。
可以以任何所需的化合物形式添加Y、La、Yb、Ta、Lu、Ti、Zr、W和Bi。优选以氧化物或氟化物形式添加这些成分。
通过添加适量的Mg、Ca、Sr和Zn成分可有效稳定玻璃(提高抗失透性)，因此可在必要时添加。然而过量添加这些成分，将难以实现所需的光弹性常数和折射率。Ca的添加量可最高达3mol％，优选最高达2.95mol％，最优选最高达2.9mol％。Sr的添加量可最高达5mol％，优选最高达4.5mol％，最优选最高达4mol％。Zn的添加量可最高达2mol％，优选最高达1.95mol％，最优选最高达1.9mol％。因为Mg显著提高了光弹性常数，所以其添加量可最高达2mol％，优选最高达1mol％，最优选为根本不添加该成分。
可以以任何所需的化合物形式添加Mg、Ca、Sr和Zn，但优选以氧化物、氟化物、碳酸盐和/或硝酸盐形式添加这些成分。
Li、Na、K和Cs对提高玻璃的熔融特性和消泡性能有效。可有选择地添加Li、Na和K，其添加量可分别最高达2.0mol％，优选最高达1.95mol％，最优选最高达1.9mol％。可有选择的添加Cs，其添加量可最高达1mol％，优选最高达0.95mol％，以及最优选地最高达0.9mol％。不需要过量的添加这些成分，因为其将引起玻璃不稳定并产生失透。
可以以任何所需的化合物形式添加Li、Na、K和Cs，但优选以氧化物、氟化物、碳酸盐和/或硝酸盐形式添加这些成分。
Tl在调整折射率和阿贝数的同时对提高熔融特性并降低光弹性常数有效，其可作为可选成分添加。如果该成分的添加量超过了3mol％，玻璃会被明显着色，该成分的添加量可最高达3mol％，优选最高达2.7mol％，最优选最高达2.5mol％。可以以任何所需的化合物形式添加Tl，但优选以氧化物的形式添加该成分。
Si和B对调整折射率并提高机械强度有效，但这些成分显著增加了光弹性常数。因此可有选择地添加这些成分，其添加量可最高达2mol％，优选为1mol％。最优选的是根本不添加这些成分。可以以任何所需的化合物形式添加Si和B，优选以其氧化物和/或所需的配盐的形式添加。
为了精炼和均化本发明的光学玻璃，可有选择地添加公知的消泡剂Sb。除了该效果之外，该成分还可调整折射率和光弹性常数，并且该成分的添加量可最高达1mol％。不需要过量添加该成分，因为这会在玻璃熔融期间增加过多的气泡。可以以任何所需的化合物形式添加Sb，优选以其氧化物的形式添加。
下文将详细描述本发明第三方面的光学玻璃。
在该玻璃中，Al(PO3)3是特别优选的成分，这是因为其起玻璃形成成分的作用。为了制造稳定的玻璃，需要使该成分的添加量的质量百分比为10％或以上。然而，如果该成分的质量百分比超过20％，将变得难于实现所需的光弹性常数和光学常数。因此，该成分的量相对于玻璃的总质量，质量百分比应为10％或以上，优选为11％或以上，最优选为12％或以上，并且质量百分比应为20％或以下，优选18％或以下，并且最优选为17％或以下。
在该玻璃中，Ba(PO3)2是特别优选的成分，这是因为其起到玻璃形成成分的作用，并有效降低了光弹性常数并增加了折射率。为了实现所需的性能，需要使这种成分的添加量的质量百分比至少为3％。然而，如果该成分含量的质量百分比超过15％，就不能获得所需的光弹性常数，因为P2O5具有增加光弹性常数的作用。因此，该成分的量相对于玻璃的总质量，质量百分比应为3％或以上，优选为5％或以上，最优选为6％或以上，并且质量百分比应为15％或以下，优选14％或以下，并且最优选为13％或以下。
如果偏磷酸盐化合物总量的质量百分比小于18％，将难以获得稳定的玻璃，然而如果其超过30％，将难以实现所需的性能，特别是小光弹性常数。因此，该成分的量相对于玻璃的总质量，质量百分比应为18％或以上，优选为19％或以上，最优选为20％或以上，并且质量百分比应为30％或以下，优选29％或以下，并且最优选为28％或以下。
BaF2有效降低了玻璃的光弹性常数并提高了熔融特性，因此其是玻璃的重要成分。如果该成分的质量百分比小于41％，就不能实现具有小光弹性常数的玻璃，然而如果该成分的质量百分比超过55％，则玻璃变得很不稳定，并且不能实现所需的1.60至1.68的折射率(nd)。因此，该成分的量相对于玻璃的总质量，质量百分比应为41％或以上，优选为41.5％或以上，最优选为41.8％或以上，并且质量百分比应为55％或以下，优选50％或以下，并且最优选为49％或以下。
如果氟化物总量的质量百分比小于43％，则玻璃中的共价键增加，由此导致光弹性常数增大，然而如果其质量百分比超过65％，就不能实现所需的折射率，而且易于产生缺陷，例如条痕(cord)。为了实现小光弹性常数，该成分的量相对于玻璃的总质量，质量百分比应为43％或以上，优选为43.5％或以上，最优选为43.8％或以上，并且质量百分比应为65％或以下，优选64％或以下，并且最优选为63％或以下。
Gd2O3是促进稳定玻璃的形成以及实现高折射率的基本成分。如果该成分的质量百分比小于8％，则玻璃变得相当不稳定，而且不能实现所需的折射率，然而如果该成分含量的质量百分比超过25％，就必须在高温下熔融玻璃，由此使成分的蒸发增大，特别是在熔融期间氟成分的蒸发增加。因此，该成分的量相对于玻璃的总质量，质量百分比应为8％或以上，优选为9％或以上，最优选为9.5％或以上，并且质量百分比应为25％或以下，优选20％或以下，并且最优选为19％或以下。
在该玻璃中，Nb2O5是基本成分，这是因为通过添加少量的该成分可有效实现高折射率并提高化学稳定性，其添加量的质量百分比可最高达7％。如果该成分的质量百分比小于0.5％，不能获得这些效果并且不能实现所需的光学常数，然而如果该成分的质量百分比超过7％，就会增大光弹性常数。因此该成分的量相对于玻璃总质量的质量百分比应为0.5％或以上，优选为0.8％或以上，最优选为1.0％或以上，并且质量百分比应为7.0％或以下，优选6.5％或以下，最优选为6.0％或以下。
现在，将详细描述本发明第四方面的光学玻璃。下文将描述限定第四方面的玻璃组成的原因。至于与上述成分相一致的成分，将具有相同的对该成分限量的理由。
Sr2(PO3)2、Ca(PO3)2、Zn(PO3)2和La(PO3)3具有玻璃形成成分的作用，如需要可添加。因为Sr(PO3)2除了上述作用外，还能有效降低光弹性常数，其添加量的质量百分比可最高达10％，优选最高达9％，最优选最高达8％。Ca(PO3)2对提高玻璃的稳定性有效，因此，其添加量的质量百分比可最高达10％，优选为9％，最优选最高达8％。Zn(PO3)2对增加光弹性常数有效，因此其添加量的质量百分比可最高达5％，优选最高达4％，最优选最高达3％。La(PO3)2添加量的质量百分比超过5％会使玻璃的抗失透性恶化，因此，其添加量的质量百分比可最高达5％，优选为4％，最优选最高达3.5％。偏磷酸盐化合物总量与第三方面的光学玻璃相同。
像BaF2一样，因为SrF2和CaF2对降低光弹性常数有效，所以其添加量的质量百分比可分别最高达10％，优选最高达9％，最优选最高达8.5％。如果这些成分的量的质量百分比分别超过10％，则不能实现所需的折射率。MgF2和AlF3对提高玻璃的熔融特性和机械强度有效，但过量添加这些成分会显著增大光弹性常数，因此，这些成分的添加量的质量百分比可分别最高达2％，优选最高达1％。最优选的是根本不添加这些成分。
GdF3和LaF3在保持光弹性常数的同时可有效增大折射率。GdF3添加量的质量百分比可最高达15％，优选最高达14％，最优选的最高达13.5％。该成分的添加量的质量百分比超过15％会明显使该玻璃不稳定。LaF3添加量的质量百分比可最高达7％，优选最高达6％，最优选最高达5％。过量的添加量使该玻璃明显不稳定。
YF3对稳定玻璃并调整折射率有效，因此，其添加量的质量百分比可最高达7％，优选最高达6％，最优选最高达5.5％。过量的添加会增大光弹性常数。
KHF2对提高玻璃的熔融特性和消泡性能有效，因此，其添加量的质量百分比可最高达3％，优选最高达2.5％，最优选最高达2％。过量的添加会显著降低折射率以至不能获得所需的折射率。至于氟化物的总量，将适用前述关于第三方面的光学玻璃的说明。
金属氧化物Y2O3、La2O3、Yb2O3、Ta2O5、Lu2O3、TiO2、ZrO2、WO3和Bi2O3可调整折射率和阿贝数，因此，可作为可选择成分添加。更具体的说，Yb2O3和La2O3可在不增大光弹性常数的情况下实现高折射率，因此，其添加量的质量百分比可分别最高达10.0％，优选最高达8％，最优选最高达7％。过量的添加会使玻璃的抗失透性降低。Yb2O3、Ta2O5、Lu2O3和Bi2O3对实现高折射率有效，但是这些成分的添加过多会使得玻璃不稳定，因此，其添加量的质量百分比可分别最高达5％，优选最高达4％，最优选最高达3％。ZrO2对调整玻璃的折射率和机械强度有效，但是这些成分的添加量的质量百分比超过5.0％就需要在高温下熔融，因此，其添加量的质量百分比可最高达5％，优选最高达4.5％，最优选最高达4％。TiO2和WO3对实现高折射率并调整阿贝数有效，但这些成分的过量添加会使玻璃着色，因此，其添加量的质量百分比可分别最高达7％，优选最高达6％，最优选最高达5％。
BaO对降低光弹性常数并调整折射率和阿贝数非常有效，因此，除BaF2外可选择性地添加该成分，其添加量的质量百分比可最高达8％，优选最高达7.5％，最优选最高达7％。不希望该成分的添加量的质量百分比超过8％，因为这样会明显使玻璃不稳定。
CaO、SrO和ZnO可有效稳定玻璃，即通过添加少量的这些成分来提高玻璃的抗失透性，其可作为可选择性成分添加。然而这些成分的过量添加，将难以实现所需的光弹性常数和折射率。因此，CaO和ZnO的添加量的质量百分比可最高达5.0％，优选最高达4.5％，最优选最高达4.0％。SrO的添加量的质量百分比可最高达10％，优选最高达9％，最优选最高达8％。
Li2O、Na2O、K2O和Cs2O对提高玻璃的熔融特性和消泡性能有效。因此，Li2O添加量的质量百分比可最高达1.0％，优选最高达0.8％，最优选最高达0.5％。Na2O和K2O的添加量的质量百分比可分别最高达3.0％，优选最高达2.5％，最优选最高达2.0％。Cs2O添加量的质量百分比可最高达5％，优选最高达4％，最优选最高达3％。不需要过量的添加量，因为这会明显使玻璃不稳定并产生失透。
Tl2O可有效提高熔融特性，降低光弹性常数和调整折射率和阿贝数，其可作为可选成分添加。如果该成分的量的质量百分比超过15％，则玻璃被明显染色，因此，其添加量的质量百分比可最高达15％，优选最高达14％，最优选最高达13％。
Si2O和Ba2O3可有效调整玻璃的折射率并提高玻璃的机械强度，但是会显著增加玻璃的光弹性常数，因此，其添加量的质量百分比可最高达3％，优选最高达2％。更优选的是根本不添加这些成分。
为了澄清和均化本发明的光学玻璃，可添加作为选择性成分的已知澄清剂Sb2O3。除了该效果之外，该成分还可调整折射率和光弹性常数，因此其添加量的质量百分比可最高达3.0％。不需要过量添加该成分，因为这会在玻璃熔融期间增加过多的气泡。
第四方面和第五方面的光学玻璃具有几乎相同的玻璃组分的范围。例如，Ba2(PO3)2在高温熔融玻璃期间分解成BaO和P2O5。基于配盐和氟化物描述了第四方面的光学玻璃，而基于玻璃固化反应产生的氧化物描述了第五方面的光学玻璃。
在第五发明的光学玻璃的描述中，假设用作玻璃组成成分的配盐和氟化物等在玻璃熔融期间全部都被分解并转变为氧化物，“基于氧化物计算的组成”是指表示包含于玻璃中的各成分的量的组成，其中所产生的氧化物总量表示为质量百分比100％。
限制第五方面光学玻璃的各成分的理由如下：关于与第一、第二、第三和第四方面相一致的成分，将适用前述描述。
在本方面的光学玻璃中，P2O5是一种玻璃形成氧化物和基本成分。为了形成稳定的玻璃，该成分的添加量的质量百分比必须为12％或以上，但如果该成分的量的质量百分比为22％或以上，就不能实现所需的光弹性常数。因此，该成分的量的质量百分比应为12％或以上，优选为13％或以上，最优选为14％或以上，并且其质量百分比应小于22％或以下，优选质量百分比20％或以下，并且最优选质量百分比为19％或以下。
Al2O3对促进稳定玻璃的形成并提高玻璃的机械强度和化学稳定性有效，因此，该成分的添加量的质量百分比应为1％或以上。然而，如果该成分的量的质量百分比超过5％，则不能实现所需的光弹性常数。因此，该成分的量的质量百分比应为1％或以上，优选为1.5％或以上，最优选为2％或以上，并且其质量百分比应为5％或以下，优选4.5％或以下，并且最优选为4％或以下。
BaO对降低玻璃的光弹性常数并调整折射率和阿贝数有效，因此它是玻璃的基本成分。如果该成分的量的质量百分比小于40％，就不能实现所需的光弹性常数和光学常数(即反射率和阿贝数)，然而如果该成分的量的质量百分比超过55％，则在玻璃制造中将显著出现不希望的不稳定性，如失透。因此，该成分的量的质量百分比应为40％或以上，优选为41％或以上，最优选为42％或以上，并且质量百分比应小于55％或以下，优选54％或以下，并且最优选为53％或以下。
在此种玻璃中，F(氟)的作用与前述相同。如果包含在氧化物中的金属元素的氟化物中的F的总量相对于基于氧化物计算的组合物的100重量份小于8重量份，那么将不能获得稳定的玻璃，然而如果F的总量超过20重量份，则不能实现理想的折射率。因此，F的总量应为8重量份或以上，优选为9重量份或以上，最优选为10重量份或以上，并且应该小于20重量份或以下，优选19重量份或以下，最优选为18重量份或以下。
MgO(作为使用的MgO、MgF2、Mg(PO3)2、MgCO3、MgO等的原材料)显著增加了玻璃的光弹性常数，因此优选不应添加，然而，因为该成分对提高玻璃的化学稳定性和机械强度并调整热膨胀系数有效，所以该成分的添加量的质量百分比作为MgO可最高达1％。
根据本发明的第六方面，波长相关性极小并且对于各波长的双折射的量均匀，因此在该产品的光学设计中不必考虑折射对该产品性能的影响。
根据本发明的第七方面，由机械和热应力产生的折射的量很小，因此可准确地实现所设计的光学特性，并可获得诸如透镜、棱镜和基质等可进行高精度偏振控制的光学部件。光弹性常数的波长相关性对于在整个可见光范围内起作用的光学部件非常重要。
根据本发明的第八方面，通过优化第七方面光学玻璃的光弹性常数和折射率，可获得第七方面光学玻璃的效果，尤其是可实现诸如透镜、棱镜和基质等需要受到高精度偏振控制的光学部件。
在本发明的光学玻璃中，Pb化合物的量对于玻璃的总质量的质量百分比应小于0.1％，优选根本不含有该物质。
具体实施方式
现在，将描述本发明的具体实施方式。
表1和2描述了根据本发明第二方面的玻璃组合物，表3和4描述了根据本发明第四方面的玻璃组合物，表5和6描述了根据本发明第五方面的玻璃组合，这些表表示用于获得光学玻璃的优选实施例(实施例1-18)，其中这些光学玻璃的折射率(nd)在1.60至1.68范围之间，阿贝数(νd)在40至小于65的范围之间，在546nm波长的光弹性常数(β)在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至-0.5×10-5nm·cm-1·Pa-1之间。表7描述了与本发明第二方面的光学玻璃相对应的对比例的玻璃组合物，表8描述了与本发明第四方面的光学玻璃相对应的对比例的玻璃组合物，表9描述了与本发明第五方面的光学玻璃相对应的对比例的玻璃组合物，这些表表示对比例(比较实施例A至比较实施例I)的已知光学玻璃的组合物以及折射率(nd)、阿贝数(νd)和光弹性常数(β)。在表1-3和表4-6中，相同的实施例标号表示具有相同组成的样品。
                                                                     表1
  元素(mol％) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  P   8.74   8.14   7.88   8.05   8.82   7.45   7.84   9.47   8.37
  Al   2.15   2.12   2.04   2.02   2.17   1.88   2.03   2.15   2.09
  Ba   11.28   9.51   10.53   10.67   10.26   9.74   10.47   10.32   10.18
  Gd   1.99   3.25   3.78   3.52   2.73   3.33   3.76   2.73   3.70
  Nb   1.12   0.53   0.72   0.84   1.13   0.55   0.72   1.12   0.28
  F   24.41   26.73   26.13   26.06   22.40   27.38   26.60   21.75   28.07
  O   46.63   44.86   45.30   45.31   48.05   44.23   44.80   48.75   44.14
  Y   0.78   1.25   0.75   0.75   1.67   1.28   0.75   1.00
  La   0.70   0.66   0.34   0.45   0.45   1.13   0.34   0.44   0.65
  Yb   0.20
  Ta
  Lu   0.20
  Ti   0.47
  Zr   0.17
  W   0.28
  Bi   0.15
  Ca   0.95   0.88   0.97   0.98   0.98   1.12
  Sr   2.03   2.00   1.17   1.16   2.09   2.05   1.16   2.07   0.39
  Zn
  Li   0.64
  Na
  K   0.20   0.20   0.40
  Cs
  Tl
  Sb   0.03
  合计   100   100   100   100   100   100   100   100   100
  nd   1.613   1.606   1.614   1.609   1.632   1.611   1.611   1.629   1.600
  νd   60.1   64.0   60.9   61.6   59.1   64.5   60.8   58.7   62.4
  β：436nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.21 0.19 0.20 0.20 0.33 0.13 0.21 0.31 0.13
  β：546nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.17 0.15 0.16 0.16 0.29 0.10 0.18 0.27 0.09
  β：644nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.15 0.14 0.13 0.14 0.27 0.09 0.17 0.25 0.08
                                                              表2
  元素(mol％) 10 11 12 13 14 15 16 17 18
  P   7.41   8.42   7.84   8.69   7.53   7.79   7.84   8.79   8.72
  Al   1.91   1.93   2.07   1.96   1.91   2.02   2.03   1.99   1.97
  Ba   10.78   11.39   10.66   11.58   9.85   10.60   10.44   10.84   10.62
  Gd   3.80   3.88   3.85   3.94   3.37   3.64   3.76   2.91   2.65
  Nb   1.28   0.86   0.73   0.79   0.55   1.22   0.72   2.09   2.07
  F   25.63   22.19   23.88   21.46   27.69   24.59   25.77   21.06   20.47
  O   45.76   48.15   46.76   48.66   43.75   46.23   45.54   48.73   49.37
  Y   0.76   1.04   0.98   1.05   1.29   0.74   0.75
  La   0.46   0.23   0.56   0.28   0.25
  Yb
  Ta   0.20
  Lu
  Ti   0.50   0.50   0.50   0.51   0.49   0.41   0.52   0.94
  Zr
  W   0.28   0.18   0.28   0.21   0.28   0.18   0.33
  Bi
  Ca   0.99   1.00   0.99   0.99   0.97   0.98   1.03   1.02
  Sr   0.90   1.23   0.60   2.08   0.58   1.03
  Zn   0.24
  Li
  Na   0.68
  K   0.20
  Cs   0.15
  Tl   0.56   1.86   1.84
  Sb
  合计   100   100   100   100   100   100   100   100   100
  nd   1.632   1.643   1.623   1.645   1.613   1.635   1.621   1.658   1.670
  νd   55.2   56.2   58.3   56.5   63.8   55.0   58.2   48.6   45.6
  β：436nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.31 0.30 0.23 0.32 0.11 0.34 0.23 0.48 0.55
  β：546nm(×10-5nm·cm-1.Pa-1) 0.26 0.25 0.19 0.28 0.08 0.30 0.19 0.42 0.49
  β：644nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.24 0.24 0.18 0.27 0.08 0.28 0.18 0.40 0.48
                                                             表3
  成分(质量％) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  Al(PO3)3   15.36   15.36   14.00   14.00   15.36   13.36   14.36   15.36   15.36
  Ba(PO3)2   9.40   7.40   7.40   8.76   9.40   7.40   7.40   12.40   9.50
  偏磷酸盐总量   24.76   22.76   21.40   22.76   24.76   20.76   21.76   27.76   24.86
  CaF2   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   2.49
  SrF2   6.93   6.93   4.00   4.00   6.93   6.93   4.00   6.93   1.38
  BaF2   48.51   42.00   45.00   45.46   42.90   42.00   45.00   42.00   44.86
  YF3   5.00   3.00   3.00   5.00   3.00
  LaF3   2.56
  GdF3   11.24
  氟化物总量   55.44   55.93   54.50   54.96   49.83   55.93   54.96   48.93   62.52
  Y2O3   2.50   5.00   3.00
  La2O3   3.00   3.00   1.50   2.00   2.00   5.00   1.43   2.00   0.90
  Gd2O3   9.84   16.30   18.30   17.30   13.30   16.30   18.30   13.30   9.53
  Nb2O5   3.96   1.96   2.50   3.00   3.96   1.96   2.50   3.96   1.00
  Yb2O3   1.00
  Ta2O5
  Lu2O3   1.00
  TiO2   1.00
  ZrO2   0.50
  WO3   1.75
  Bi2O3   1.00
  ZnO
  KHF2   0.50   0.50   0.96
  Li2O   0.20
  Na2O
  Cs2O
  Tl2O
  Sb2O3   0.10
  氧化物原材料总量 19.80 21.26 24.55 22.80 25.36 23.26 24.19 23.26 12.63
  总量   100   100   100   100   100   100   100   100   100
  nd   1.613   1.606   1.614   1.609   1.632   1.611   1.611   1.629   1.600
  νd   60.1   64.0   60.9   61.6   59.1   64.5   60.8   58.7   62.4
  β：436nm(×10-5nm·cm-1· Pa-1) 0.21 0.19 0.20 0.20 0.33 0.13 0.21 0.31 0.13
  β：546nm(×10-5nm·cm-1· Pa-1) 0.17 0.15 0.16 0.16 0.29 0.10 0.18 0.27 0.09
  β：644nm(×10-5nm·cm-1· Pa-1) 0.15 0.14 0.13 0.14 0.27 0.09 0.17 0.25 0.08
                                                            表4
  成分(质量％) 10 11 12 13 14 15 16 17 18
  Al(PO3)3   13.00   13.30   14.00   13.40   13.36   14.00   14.00   13.30   13.40
  Ba(PO3)2   7.40   10.40   7.40   10.40   7.40   7.40   7.40   10.40   10.40
  偏磷酸盐总量   20.40   23.70   21.40   23.80   20.76   21.40   21.40   23.70   23.80
  CaF2   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00
  SrF2   3.00   4.00   2.00   6.93   2.00   3.50
  BaF2   46.00   46.00   45.00   46.00   42.00   46.00   45.00   42.00   41.00
  YF3   3.00   3.00   5.00   3.00   3.00
  LaF3
  GdF3
  氟化物总量   54.00   48.00   54.00   48.00   55.93   53.00   54.00   44.00   43.00
  Y2O3   3.00   3.00
  La2O3   2.00   1.00   2.30   1.50   1.00
  Gd2O3   18.30   18.30   18.35   18.20   16.30   17.90   18.40   13.30   12.30
  Nb2O5   4.50   3.00   2.50   2.70   1.96   4.40   2.50   7.00   7.00
  Yb2O3
  Ta2O5   1.00
  Lu2O3
  TiO2   1.00   1.00   1.00   0.96   1.00   1.00   1.00   1.90
  ZrO2
  WO3   1.75   1.00   1.70   1.30   1.70   1.00   2.00
  Bi2O3
  ZnO   0.50
  KHF2   0.50
  Li2O
  Na2O   0.50
  Cs2O   0.50
  Tl2O   3.00   10.00   10.00
  Sb2O3
  氧化物原材料总量 25.55 28.30 24.55 28.16 23.26 25.60 25.10 32.30 33.20
  总量   100   100   100   100   100   100   100   100   100
  nd   1.632   1.643   1.623   1.645   1.613   1.635   1.621   1.658   1.670
  νd   55.2   56.2   58.3   56.5   63.8   55.0   58.2   48.6   45.6
  β：436nm(×10-5nm·cm-1· Pa-1) 0.31 0.30 0.23 0.32 0.11 0.34 0.23 0.48 0.55
  β：546nm(×10-5nm·cm-1· Pa-1) 0.26 0.25 0.19 0.28 0.08 0.30 0.19 0.42 0.49
  β：644nm(×10-5nm·cm-1· Pa-1) 0.24 0.24 0.18 0.27 0.08 0.28 0.18 0.40 0.48
                                                                表5
  成分(质量％)   1   2   3   4   5   6   7   8   9
  P2O5   18.30   17.40   16.10   16.80   18.10   15.60   16.40   19.60   18.50
  Al2O3   3.20   3.20   3.00   3.00   3.10   2.80   3.00   3.10   3.30
  BaO   51.00   44.20   46.90   48.10   45.30   44.10   46.90   46.10   48.20
  Gd2O3   10.60   17.80   20.00   18.80   14.30   17.80   20.00   14.30   20.80
  Nb2O5   4.30   2.10   2.70   3.20   4.30   2.20   2.80   4.30   1.20
  Y2O3   2.60   4.30   2.50   2.50   5.40   4.30   2.50   3.20
  La2O3   3.30   3.20   1.60   2.20   2.10   5.40   1.60   2.10   3.30
  Yb2O3   1.10
  Ta2O5
  Lu2O3   1.10
  TiO2   1.20
  ZrO2   0.60
  WOX   1.90
  Bi2O3   1.00
  CaO   1.60   1.50   1.60   1.60   1.60   2.00
  SrO   6.10   6.20   3.50   3.60   6.20   6.20   3.60   6.20   1.30
  ZnO
  Li2O   0.20
  Na2O
  K2O   0.30   0.20   0.60
  Cs2O
  Tl2O
  Sb2O3   0.10
  总量   100   100   100   100   100   100   100   100   100
  F   13.60   15.30   14.40   14.50   12.20   15.30   14.80   12.00   16.60
  nd   1.613   1.606   1.614   1.609   1.632   1.611   1.611   1.629   1.600
  νd   60.1   64.0   60.9   61.6   59.1   64.5   60.8   58.7   62.4
  β：436nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.21 0.19 0.20 0.20 0.33 0.13 0.21 0.31 0.13
  β：546nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.17 0.15 0.16 0.16 0.29 0.10 0.18 0.27 0.09
  β：644nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.15 0.14 0.13 0.14 0.27 0.09 0.17 0.25 0.08
                                                        表6
  成分(质量％) 10 11 12 13 14 15 16 17 18
  P2O5   15.20   16.80   15.80   16.80   15.60   16.00   16.10   16.80   16.70
  Al2O3   2.70   2.80   2.90   2.70   2.80   2.90   3.00   2.70   2.80
  BaO   47.60   48.70   46.40   48.60   44.10   47.50   46.90   44.80   43.80
  Gd2O3   19.80   19.60   19.80   19.50   17.70   19.30   19.90   14.10   13.00
  Nb2O5   4.90   3.20   2.70   2.90   2.20   4.80   2.70   7.40   7.40
  Y2O3   2.50   3.20   3.20   3.20   4.30   2.50   2.50
  La2O3   2.10   1.10   2.40   1.40   1.10
  Yb2O3
  Ta2O5   1.10
  Lu2O3
  TiO2   1.10   1.00   1.10   1.00   1.10   1.00   1.00   2.10
  ZrO2
  WO3   1.90   1.10   1.90   1.40   1.80   1.10   2.10
  Bi2O3
  CaO   1.60   1.50   1.50   1.60   1.50   1.60   1.50   1.50
  SrO   2.70   3.60   1.80   6.20   1.80   3.10
  ZnO   0.60
  Li2O
  Na2O   0.60
  K2O   0.30
  Cs2O   0.60
  Tl2O   3.50   10.60   10.60
  Sb2O3
  总量   100   100   100   100   100   100   100   100   100
  F   14.10   11.70   12.90   11.10   15.30   13.60   14.40   10.70   10.50
  nd   1.632   1.643   1.623   1.645   1.613   1.635   1.621   1.658   1.670
  νd   55.2   56.2   58.3   56.5   63.8   55.0   58.2   48.6   45.6
  β：436nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.31 0.30 0.23 0.32 0.11 0.34 0.23 0.48 0.55
  β：546nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.26 0.25 0.19 0.28 0.08 0.30 0.19 0.42 0.49
  β：644nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.24 0.24 0.18 0.27 0.08 0.28 0.18 0.40 0.48
为了测量光弹性常数(β)，将玻璃样品形成为盘状，每个盘的直径为25mm，厚度为8mm，并且相对表面上是抛光的，以预定方向对盘施加压缩负载，测量在该玻璃中心位置引起的光程差，并通过上述公式(1)计算出光弹性常数。为了测量在436nm和546nm的光弹性常数，将超高压水银灯用作光源，为了测量在644nm的光弹性常数，将卤素灯用作光源。
为了制造实施例1至实施例18的玻璃，对光学玻璃的普通原材料称重并按预定比例混合，这些原材料是如偏磷酸盐化合物、氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氟化物和氢氧化物，然后将混合后的材料置于铂坩锅中，并根据玻璃组合物的熔融特性在900℃至1200℃的温度范围内熔化三至四小时。搅拌该熔融物使其均化，然后在降低到适当温度后使该熔融物浇铸于模中并退火形成玻璃。需要时，在熔融期间将盖置于坩埚上以防止氟蒸发。
实施例1至实施例18的玻璃，其折射率(nd)都在1.60至1.68范围内，阿贝数(νd)都在40至小于65的范围内并且光弹性常数(β)都在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.5×10-5nm·cm-1·Pa-1之间。尤其是，实施例1至实施例16的玻璃，其光弹性常数(β)在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.3×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内，实现了具有极小光弹性常数的光学玻璃。
图1绘出了当所采用的入射光波长为644nm和436nm时，所获得的各实施例的光弹性常数值。如从图1中显而易见的，在644nm的光弹性常数和在436nm的光弹性常数之差很小，其在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内。
另一方面，为了检验已知的氟化磷酸盐光学玻璃的光弹性常数，制备了表7-9中的对比例A至I的玻璃以测试它们的性能。在表7-9中，相同的对比例标号表示具有相同组成的样品。
对比例A和B是公开号为平11-60267的日本专利申请中的例14和例22，对比例C和D是公开号为昭50-50416的日本专利申请中的例14和例24，对比例E是公开号为昭57-123842的日本专利申请中的例24，对比例F和G是公开号为昭59-18133的日本专利申请中的例7和例22，对比例H是公开号为平10-53434的日本专利申请中的例6，对比例I是USP-5969861中的例47。表7描述了与本发明第二方面的光学玻璃相应的玻璃组合物(在各公开出版物中有相同的描述)。表8描述了与本发明第四方面的光学玻璃相应的玻璃组合物。表9描述了与本发明第五方面的光学玻璃相应的玻璃组合物。
在对比例B和C中，在玻璃的冷却过程中会发生失透现象，不能获得透明的玻璃，因此不能测量到这些玻璃的物理特性。因此在表7-9中由标记×表示对比例B和C。在其它的对比例中，折射率(nd)在1.60附近，阿贝数在60附近，但是除对比例A、E和H之外，这些对比例中的光弹性常数大于0.5×10-5nm·cm-1·Pa-1，与本发明所需的光弹性常数相差很大。与光弹性常数为约2.0×10-5nm·cm-1·Pa-1至3.0×10-5nm·cm-1·Pa-1的一般光学玻璃相比，这些对比例的光弹性常数可以说相对较小，但是为了诸如需要高精度偏振控制的偏振分束器的目的，光弹性常数应尽可能接近于零，由此观点来看，这些对比例的光弹性常数是远远不够的。
对比例A和E示出了光学常数(折射率nd和阿贝数νd)，其与本发明所需的范围相差很大。如果试图利用这些玻璃制造偏振分束器，在制备偏振分离膜中将难以获得良好的偏振分离特性。
在对比例H中，如果折射率(nd)在1.60至1.62范围内，光弹性常数(β)应优选在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.4×10-5nm·cm-1·Pa-1范围内，但该光弹性常数值不足以用于实用目的。例如，将具有大致相同折射率的例2和4与对比例H相比较，对比例H的光弹性常数超过例2和例4的两倍，当将对比例H的玻璃用作光学元件时，与例2和例4的光学玻璃制成的光学元件相比易于产生不希望的双折射。
在该公开出版物中描述的对比例I的氟化磷酸盐玻璃，其折射率(nd)为1.527，阿贝数(νd)为72.8，对于氦氖激光器波长(633nm)的光弹性常数为0.43×10-8cm/N(＝0.43×10-5nm·cm-1·Pa-1)。然而，验证测试的结果表明出现了细微的失透或析相作用，不能获得透明的玻璃，即，该玻璃表现出不透明的外部特征。在这种不透明的玻璃中测量到的物理特性示于表7-9中，但不能获得接近于该公开出版物中所描述的值。在表7-9中，标记△表示不能测量的阿贝数。
本发明所列出的上述实施例，仅仅为了说明性的目的，本发明并不局限于这些实施例。本领域的技术人员可在不背离本发明精神和范围的情况下作出多种改变。
                                                                 表7
  元素(mol％) A B C D E F G H I
  P   10.50   10.73   15.77   11.90   10.80   11.36   9.72   13.18   7.82
  Al   2.89   3.60   2.06   3.83   2.23   2.05   3.90   3.04   3.49
  Ba   11.27   11.21   13.07   8.00   10.24   8.80   9.50   12.04   2.98
  Gd   0.74   0.92
  Nb   1.39
  F   20.71   15.10   3.73   15.30   19.73   12.53   18.88   12.43   31.91
  O   49.02   51.71   60.48   53.30   49.50   54.09   49.82   54.67   41.37
  Mg   2.16   5.52   4.55   3.00   1.85   3.86   3.03   3.32   2.98
  Ca   0.34   0.84   0.24   0.21   0.93   2.82   0.40   2.38
  Sr   2.99   1.86   1.85
  Y   2.37   0.32   2.24   1.12   0.92
  La   0.10   0.08   0.35
  Yb   0.62   0.91   0.96
  B   4.31   1.80
  Zn   0.27   1.27   3.91
  Sb   0.05
  Si   0.96
  总量   100   100   100   100   100   100   100   100   100
  nd   1.595   ×   ×   1.611   1.595   1.619   1.606   1.607   1.573
  νd   68.0   ×   ×   57.8   67.3   63.8   65.3   65.3   △
  β：436nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.34 × × 0.87 0.38 0.85 0.84 0.48 1.46
  β：546nm(×10-5nm·cm-1.Pa-1) 0.30 × × 0.83 0.34 0.77 0.76 0.45 1.43
  β：644nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.30 × × 0.81 0.33 0.77 0.76 0.44 1.37
                                                                   表8
  成分(质量％)   A   B   C   D   E   F   G   H   I
  Al(PO3)3   18.00   15.00   9.30   9.30   17.55   18.00   20.00   24.08
  Mg(PO3)2   22.50   16.50
  Ca(PO3)2   2.00   5.50   5.48   12.00   2.41
  Ba(PO3)2   13.00   15.00   14.80   14.80   9.80   5.00   14.37
  Zn(PO3)2   2.00   9.00   36.10
  AlF3   1.50   4.30   2.00   7.50   4.00   12.10
  MgF2   4.00   2.60   0.44   0.44   3.45   8.00   6.00   6.19   7.70
  CaF2   0.53   0.53   7.70
  SrF2   12.20   6.95   9.60
  BaF2   30.00   19.00   32.05   14.00   23.00   15.29   21.60
  YF3   4.50
  LaF3   0.53   0.53   2.80
  Y2O3   4.50   1.10   7.51   4.00   3.13
  Gd2O3   4.00   5.00
  MgO   5.00
  BaO   18.50   27.30   49.90   32.20   13.58   30.00   28.00   34.53
  Sb2O3   0.20
  SiO2   2.40
  B2O3   5.00   2.00
  Nb2O5   6.00
  Yb2O3   3.63   6.00   6.00
  总量   100   100   100   100   100   100   100   100   100
  nd   1.595   ×   ×   1.611   1.595   1.619   1.606   1.607   1.573
  νd   68.0   ×   ×   57.8   67.3   63.8   65.3   65.3   △
  β：436nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.34 × × 0.87 0.38 0.85 0.84 0.48 1.46
  β：546nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.30 × × 0.83 0.34 0.77 0.76 0.45 1.43
  β：644nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.30 × × 0.81 0.33 0.77 0.76 0.44 1.37
                                                            表9
  成分(质量％) A B C D E F G H I
  P2O5   23.80   24.20   32.50   29.10   24.40   28.10   23.40   29.26   26.80
  Al2O3   4.70   5.80   3.10   6.70   3.60   3.60   6.73   4.85   8.60
  BaO   55.20   54.70   58.30   42.20   49.90   47.00   49.36   57.74   22.10
  Gd2O3   4.30   5.30
  Nb2O5   6.30
  MgO   2.80   7.10   6.30   4.20   2.40   5.40   4.15   4.18   5.80
  CaO   0.60   1.50   0.40   0.40   1.70   3.60   0.71   6.50
  SrO   10.60   6.10   9.30
  Y2O3   8.60   1.20   8.00   4.28   3.26
  La2O3   0.40   0.50   2.70
  Yb2O3   3.90   6.30   6.43
  B2O3   5.20   2.14
  ZnO   0.80   3.51   15.40
  Sb2O3   0.20
  SiO2   2.80
  总量   100   100   100   100   100   100   100   100   100
  F   12.60   9.10   2.10   10.00   11.90   8.30   12.16   7.39   29.30
  nd   1.595   ×   ×   1.611   1.595   1.619   1.606   1.607   1.573
  νd   68.0   ×   ×   57.8   67.3   63.8   65.3   65.3   △
  β：436nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.34 × × 0.87 0.38 0.85 0.84 0.48 1.46
  β：546nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.30 × × 0.83 0.34 0.77 0.76 0.45 1.43
  β：644nm(×10-5nm·cm-1·Pa-1) 0.30 × × 0.81 0.33 0.77 0.76 0.44 1.37

Claims (12)

1、一种光学玻璃，其折射率nd在1.60至1.68之间，阿贝数νd在40至小于65之间，并包含如下构成光学玻璃的原子：
P                                 5-10mol％
Al                                1-3mol％
Ba                                8-13mol％，
Gd                                1-5mol％
Nb                                0.1-3mol％
F                                 15-35mol％和
O                                 40-52mol％
并且不含Pb化合物。
2、一种光学玻璃，其折射率nd在1.60至1.68之间，阿贝数νd在40至小于65之间，并包含如下构成光学玻璃的原子：
P                                 5-10mol％
Al                                1-3mol％
Ba                                8-13mol％
Gd                                1-5mol％
Nb                                0.1-3mol％
F                                 15-35mol％
O                                 40-52mol％和
Y                                 0-2mol％和/或
La                                0-2mol％和/或
Yb                                0-1mol％和/或
Ta                              0-1mol％和/或
Lu                              0-1mol％和/或
Ti                              0-1.5mol％和/或
Zr                              0-1.5mol％和/或
W                               0-1.5mol％和/或
Bi                              0-1.5mol％和/或
Mg                              0-2mol％和/或
Ca                              0-3mol％和/或
Sr                              0-5mol％和/或
Zn                              0-2mol％和/或
Li                              0-2mol％和/或
Na                              0-2mol％和/或
K                               0-2mol％和/或
Cs                              0-1mol％和/或
Tl                              0-3mol％和/或
Si                              0-2mol％和/或
B                               0-2mol％和/或
Sb                              0-1mol％，
并且不含Pb化合物。
3、一种光学玻璃，其折射率nd在1.60-1.68之间，阿贝数νd在40至小于65之间，并包含如下组分，以质量百分比表示：
偏磷酸盐化合物                   18.0-30.0％
其中Al(PO3)3                 10.0-20.0％
Ba(PO3)2                      3.0-15.0％
氟化物                           43.0-65.0％
其中BaF2                      41.0-55.0％
Gd2O3                         8.0-25.0％和
Nb2O5                         0.5-7.0％，
并且不含Pb化合物。
4、一种光学玻璃，其折射率nd在1.60-1.68之间，阿贝数νd在40至小于65之间，并包含如下组分，以质量百分比表示：
偏磷酸盐化合物                          18.0-30.0％
其中Al(PO3)3                        10.0-20.0％
Ba(PO3)2                             3.0-15.0％和
Sr(PO3)2                             0.0-10.0％和/或
Ca(PO3)2                             0.0-10.0％和/或
Zn(PO3)2                             0.0-5.0％和/或
La(PO3)3                             0.0-5.0％
氟化物                                 43.0-65.0％
其中BaF2                             41.0-55.0％和
SrF2                                  0.0-10.0％和/或
CaF2                                  0.0-10.0％和/或
MgF2                                  0.0-2.0％和/或
AlF2                                  0.0-2.0％和/或
GdF3                                  0.0-15.0％和/或
YF3                                   0.0-7.0％和/或
LaF3                                  0.0-7.0％和/或
KHF2                                  0.0-3.0％
Gd2O3                                8.0-25.0％
Nb2O5                                0.5-7.0％和
Y2O3                                 0.0-10.0％和/或
La2O3                                0.0-10.0％和/或
Yb2O3                                0.0-5.0％和/或
Ta2O5                                0.0-5.0％和/或
Lu2O3                                0.0-5.0％和/或
TiO2                                  0.0-7.0％和/或
ZrO2                                  0.0-5.0％和/或
WO3                                   0.0-7.0％和/或
Bi2O3                                0.0-5.0％和/或
BaO                                    0.0-8.0％和/或
CaO                                    0.0-5.0％和/或
SrO                                    0.0-10％和/或
ZnO                                    0.0-5.0％和/或
Li2O                                  0.0-1.0％和/或
Na2O                                  0.0-3.0％和/或
K2O                                   0.0-3.0％和/或
Cs2O                                  0.0-5.0％和/或
Tl2O                                  0.0-15.0％和/或
SiO2                               0.0-3.0％和/或
B2O3                              0.0-3.0％和/或
Sb2O3                             0.0-3.0％，
并且不含Pb化合物。
5、一种光学玻璃，其折射率nd在1.60-1.68范围内，阿贝数νd在40至小于65之间，并具有包括如下组分的组合物，基于氧化物计算并以质量百分比表示：
P2O5                              12-小于22％
Al2O3                             1-5％
BaO                                 40-55％
Gd2O3                             8-25％
Nb2O5                             0.5-8％和
Y2O3                              0-10％和/或
La2O3                             0-10％和/或
Yb2O3                             0-5％和/或
Ta2O5                             0-5％和/或
Lu2O3                             0-5％和/或
TiO2                               0-7％和/或
ZrO2                               0-5％和/或
WO3                                0-7％和/或
Bi2O3                             0-5％和/或
MgO                                 0-1％和/或
CaO                                 0-5％和/或
SrO                                 0-10％和/或
ZnO                                 0-5％和/或
Li2O                               0-1％和/或
Na2O                               0-3％和/或
K2O                                0-3％和/或
Cs2O                               0-5％和/或
Tl2O                               0-15％和/或
SiO2                                0-3％和/或
B2O3                               0-3％和/或
Sb2O3                              0-3％
以及包含在上述金属氧化物中的一种或多种金属元素的一种或多种氟化物，基于氧化物计算的所述组合物的100重量份中，所述氟化物中包含的F的总量为8-20重量份，并且该光学玻璃不含Pb化合物。
6、一种如权利要求1至5之任意一项所述的光学玻璃，其中在644nm的光弹性常数与在436nm的光弹性常数之差在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内。
7、一种如权利要求1至5之任意一项所述的光学玻璃，其中在折射率nd为1.60至1.62的区域内，其在546nm的光弹性常数在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.3×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内，在折射率nd为1.62至1.68的区域内，其在546nm的光弹性常数在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.5×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内，并且在644nm与在436nm的光弹性常数之差在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1范围内。
8、一种如权利要求1至5之任意一项所述的光学玻璃，其折射率nd在1.60至1.65范围内，阿贝数νd在50至小于65的范围内，其中在546nm的光弹性常数在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.3×10-5nm·cm-1·Pa-1范围内，且在644nm与在436nm的光弹性常数之差在-0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1至0.1×10-5nm·cm-1·Pa-1的范围内。
9、一种用于液晶显示投影仪的偏振分束器，其使用权利要求1-5之任意一项所述的光学玻璃。
10、一种用于液晶显示投影仪的偏振分束器，其使用如权利要求6所述的光学玻璃。
11、一种用于液晶显示投影仪的偏振分束器，其使用如权利要求7所述的光学玻璃。
12、一种用于液晶显示投影仪的偏振分束器，其使用如权利要求8所述的光学玻璃。
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