CN1388080A - 光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
一种光学玻璃,包含SiO2;PbO;B2O3;不低于0.1质量%的TeO2;和不低于0.4质量%的Li2O。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于光学元件,如透镜,棱镜等,或基片的光学玻璃。本发明尤其涉及一种具有较高折射率的光学玻璃,其适用于偏振光学系统的光学元件,或用于偏光控制元件,例如偏振电子束分裂器(以下称之为PBS),空间光源调制元件(以下称之为SLM),偏振转换元件等。
背景技术
一种利用偏振的光学系统,即偏振光学系统被用于各种光学仪器,例如液晶投影机等。近年来如在投影设备中,例如液晶投影机等已被制成具有较高亮度。然而,在投影设备的光学系统中每一部分采用的光学玻璃存在有透光度随时间下降的问题。
例如当辐射度大的高亮度光线照射到光学玻璃时,常引起不期望的着色现象,如曝光过久,从而玻璃的透光度下降。曝光过久通常指照射波长在紫外线区域的光线引起的玻璃着色现象。然而,光照射引起的着色现象不仅称之为曝光过久,而且包括当用波长在可见光范围内的光线照射玻璃时,可见光产生的双光子吸收过程引起的玻璃着色现象的各种着色现象。尤其是,当波长在可见光范围内的光线照射含铅的硼硅酸盐玻璃时,人们已知的是双光子吸收易引起玻璃的着色。如上所述,即使存在促使着色现象的各种波长的照射光或有引起着色现象的各种机理,由光照射引起的玻璃着色现象其结果是导致玻璃透光度下降。
为了阻止上述各种着色现象,人们设想了许多方法,例如将可切断有害波长光线的过滤器加入到光学系统或类似系统中,有害波长光线可导致光源亮度(输出量)下降或导致着色现象。然而,在需高亮度的光学系统中(例如一种高亮度液晶投影机),由于其直接涉及到光输出量的降低,这些方法不令人满意。
此外,在投影设备如液晶投影机等中,为了发射高亮度光线而不减少其彩色重现,需要光学系统所用的光学玻璃对波长在可见光长波侧至紫色区的光线具有极好的透光度。
另外,投影设备,如液晶投影机等的光学系统通常是偏振光学系统。所需的是高精确控制偏振性能。在偏振光学系统的光学元件中,当具有光学各向异性的材料被用作例如偏光控制元件的棱镜、基片等需要保持PBS、SLM等的偏振性能的部件时,与主要光线透射物体之前的相差相比,主要的透射光线和垂直于主要光线的非常光线之间的相差(光程差)改变了。由于不能保持偏振性能,需要将具有光学各向同性的材料用于这些部件。
甚至当将早期技术中充分退火和除去张力并具有光学各向同性的光学玻璃用于偏振光学系统内需保持偏振性能的光学部件时,当机械应力或热应力被加到这些玻璃上时,如果玻璃的光弹性常数绝对值大,由光弹性效应引起的光学各向异性,即双折射性能被看到。结果存在的问题是难于获得所需的偏振性能。
例如通过玻璃与玻璃之间连接不同热膨胀系数的材料引起了上述机械应力。此外,例如通过外围设备产生热,或通过吸收透射光能量使玻璃自身生成热量引起了上述热应力。
向玻璃施加这些应力使玻璃引发一定量的双折射可用光程差表示。当δ(nm)表示光程差、d(cm)表示玻璃厚度和F(Pa)表示应力时,如下公式(1)所示。公式(1)指光程差增加越多,双折射增加也越多。
δ=β·d·F (1)
公式(1)的比例常数(β)称之为光弹性常数。该数值随玻璃类型变化。如公式(1)所示,当加到玻璃上的应力(F)和玻璃厚度(d)不变时,玻璃的光弹性常数(β)绝对值越小,光程差(δ)越短,即双折射性能越小。
在早期技术中,主要采用硼硅酸盐玻璃,例如S-BSL 7(由Kabushiki KaishaOhara.制造的光学玻璃的商标名),或者由其它公司制造的相同玻璃,例如BK7(由Schott Glas制造的光学玻璃的商标名)等作为偏振光学系统中光学部件的材料,原因是其对波长在可见光长波侧至紫色区的光线透光度极好,并且其廉价且易于获得。然而,这些光学玻璃的光弹性常数(β)的绝对值较大。例如,在S-BSL7中,折射率(nd)为1.52和e-线(波长为546.07nm)的β值为2.79×10-5nm/cm/Pa。为了高精确控制偏振光学系统中偏振性能,如上所述,迫切需要光弹性常数(β)的绝对值较小的光学玻璃。此外,考虑到光学设计则需要折射率较高的光学玻璃。
作为折射率高、且光弹性常数(β)的绝对值小的光学玻璃,自从20世纪初含大量铅的玻璃已被人们所知。由于上述原因,意欲将目前制造和销售的含大量铅的典型SiO2-PbO系玻璃,例如PBH53(Kabushiki Kaisha Ohara.制造的光学玻璃的商标名)、与PBH53具有相同折射率的SF57(由Schott Glas制造的光学玻璃的商标名)等用于偏振光学系统中,作为高精确控制光学性能的材料。例如在PBH53中,折射率(nd)为1.85和e-线(波长为546.07nm)的光弹性常数(β)值低于0.1×10-5nm/cm/Pa。PBH53的折射率高,且光弹性常数(β)的绝对值非常小从而控制偏振性能,即光弹性常数低。
然而,在早期技术中这些含大量铅的玻璃从可见光范围内蓝色区域的短波侧至紫色区域内透光度差。例如,在PBH 53和SF57中,光线透过厚度为10±0.1mm、包括反射损失在内其透光度为80%的玻璃其波长临界值为440nm。比这更短的波段其透光度低于80%。当这些玻璃被用于偏振光学系统中,例如在液晶投影机等的偏振光学系统中,导致分成三个基色,即蓝光(B光)、绿光(G光)和红光(R光)的光强度不同。为了保持投影光的彩色重现,依照强度低的蓝光(B光),其它两种光的强度需降低。结果存在由投影设备,如液晶投影机等投影的光量不充分的问题。
不同于上述玻璃,作为光弹性常数(β)的绝对值小的玻璃,例如日本专利延迟公开申请7-215732公开了一种SiO2-碱金属氧化物-PbO系的偏振光学系统的光学玻璃。然而,该玻璃的透光度下降速度高(指在透射光线之前和之后透光度降低的程度,下文可称之为降低量)。此外,在引起透光度降低之前,从蓝色区的短波侧至紫色区的透光度也不充分。另外,熔融和澄清玻璃时很难减少熔融玻璃的起泡。尽管充分搅拌熔融玻璃使细纹消失而均化玻璃是可能的,但由于所获玻璃中残留气泡而不适用于光学元件。
日本专利延迟公开申请9-48631中公开了一种用于偏振光学系统的PbO-B2O3和/或Al2O3系光学玻璃。该玻璃透光度的降低量小,该玻璃的透光度稍优于上述日本专利延迟公开申请的玻璃。然而,仍未充分提高在引起透光度下降之前从蓝色区的短波侧至紫色区的透光度。此外,熔融和澄清玻璃时不能充分减少熔融玻璃的起泡。尽管与上述日本专利延迟公开申请的玻璃一样采用使细纹消失的相同方式均化玻璃是可能的,但由于所获玻璃中残留气泡很难用作光学元件。
此外,日本专利延迟公开申请第8-259259号公开了一种SiO2-R2O-PbO-氟系偏振光学系统的光学玻璃。与上述日本专利延迟公开申请的两种玻璃相比玻璃中的气泡被充分减少。然而,与上述日本专利延迟公开申请的两种玻璃相比透光度的降低量非常大。这被认为是由氟组分引起的。
附带地,通常在一容器中熔融和澄清光学玻璃,至少与熔融玻璃接触的容器部分由铂制备(铂坩埚或由铂制成的罐),从而熔融和澄清玻璃时提高工作效率,并提高制造玻璃的产量。尤其是,一般用铂形成的容器澄清需在高温下熔融的玻璃。
然而,在PBH53、SF57和含大量PbO的玻璃中,尤其例如在上述日本专利延迟公开申请中的玻璃中,当熔融和澄清玻璃时,容器中的铂易于熔入玻璃中。因此,透光度更差。
因此,在未充分减少气泡的玻璃中,如日本专利延迟公开申请9-48631和日本专利延迟公开申请8-259259的玻璃,由于气泡被充分减少的原因,如果升高澄清温度可获得含很少或不含气泡的玻璃的情况。然而,当温度升高时,由于从容器熔入玻璃的铂量变多,使得玻璃的透光度越来越差。另一方面,当澄清温度降低时,熔入玻璃的铂量变少,透光度很好,但更难减少气泡。
另外,在日本专利延迟公开申请第8-259259号公开的玻璃中,澄清温度低时可得到透光度好的玻璃。然而,澄清玻璃时由于玻璃挥发的氟量很小而未充分减少气泡,并且透光度的降低量非常大。此外,当澄清温度升高时,由于熔融玻璃挥发的氟量增多而充分减少气泡,并且透光度的降低量稍小。然而,如同该日本专利延迟公开申请所公开的那样,由于玻璃中混有氟而提高了短波段的透光度,不仅由容器熔入玻璃的铂量变多,而且所得到的玻璃透光度非常差。
发明内容
本发明的一个目的是解决早期技术中存在的上述各种问题。它旨在提供一种适用于光学元件,如透镜、棱镜等,或基片的玻璃,尤其是一种高折射率、适用于偏振光学系统的光学元件、或偏光控制元件,如PBS、SLM、偏振转换元件等的玻璃,该玻璃在紫外线区域和/或可见光范围内光线照射引起的透光度降低量小,对波长在可见光范围内从长波侧至紫色区的光线透光度极好,以及熔融与澄清该玻璃时熔融玻璃中的气泡被充分减少并且玻璃的澄清性能极好,此外,除上述各种性能之外,其光弹性常数(β)的绝对值也小。
为了实现上述目的,本发明人已调查和研究了光学玻璃。结果是本发明人出乎意料地发现,通过向含SiO2、PbO和B2O3的玻璃中添加TeO2和Li2O可获得透光度极好,透光度的降低量小,以及熔融和澄清玻璃时气泡被充分减少的玻璃,并且除上述性能外,该玻璃的光弹性常数低,长期以来人们一直认为含SiO2、PbO和B2O3的玻璃在可见光范围内短波侧的透光度差,且人们一直认为含SiO2、PbO和B2O3的玻璃经光照射易生成颜色,即透光度降低。基此完成了本发明。
即为了实现上述目的,按照本发明的一个方面,光学玻璃包含:SiO2;PbO;B2O3;不低于0.1质量%的TeO2;和不低于0.4质量%的Li2O。
在本发明中,优选地是当玻璃厚度为10±0.1mm时,透射包括反射损失在内透光度为80%的光学玻璃的光线其波长不超过420nm。
本文中,80%透光度为包括反射损失的一个数值。
此外,在本发明中,当至少一种紫外线区域和可见光区域内的光线被以2.2W·cm-2的辐射度照射10分钟时,波长为450nm的光线透光度的下降率不超过3.0%。
本文透光度的下降率由(T(b)-T(a))/T(b)×100来计算,其中照射光线10分钟之前波长为450nm的光线透光度为T(b),照射光线10分钟之后波长为450nm的光线透光度为T(a)。
本发明更优选地,当至少一种紫外线区域和可见光区域内的光线以2.2W·cm-2的辐射度照射10分钟时,波长为450nm的光线透光度的下降率不超过1.0%。
此时,透光度的下降率采用与上述相同的方式来计算。
另外在本发明中,波长范围为400至800nm的光弹性常数(β)的绝对值不超过1.0×10-5nm/cm/Pa。
此外,本发明的光学玻璃可包含:18-29质量%的SiO2;66-78质量%的PbO;0.1-3.5质量%的TeO2;0.1-6质量%的B2O3;和0.4-5质量%的Li2O。玻璃的折射率(nd)在1.75-1.90的范围内。
优选地,光学玻璃可进一步包含:0-8质量%的Na2O;0-8质量%的K2O;Li2O+Na2O+K2O的总量为0.4-10质量%;0-5质量%的MgO;0-5质量%的CaO;0-5质量%的SrO;0-10质量%的BaO;0-5质量%的ZnO;MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO的总量为0-10质量%;0-5质量%的GeO2;0-3质量%的Al2O3;0-3质量%的Nb2O5;GeO2+Al2O3+Nb2O5的总量为0-5质量%;0-1质量%的As2O3;和0-1质量%的Sb2O3。
另外,本发明的光学玻璃可包含:18-29质量%的SiO2;66-78质量%的PbO;0.1-3.5质量%的TeO2;0.1-小于2质量%的B2O3;0.4-5质量%的Li2O;0-8质量%的Na2O;0-8质量%的K2O;Li2O+Na2O+K2O的总量为0.4-10质量%;0-5质量%的MgO;0-5质量%的CaO;0-5质量%的SrO;0-10质量%的BaO;0-5质量%的ZnO;MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO的总量为0-10质量%;0-5质量%的GeO2;0-3质量%的Al2O3;0-3质量%的Nb2O5;GeO2+Al2O3+Nb2O5的总量为0-5质量%;0-1质量%的As2O3;0-1质量%的Sb2O3。折射率(nd)在1.75-1.90的范围内。
此外,本发明光学玻璃的阿贝值(vd)可小于28。
由如下的详细说明和仅仅作为例证的附图更充分地理解本发明,这些不用来限制本发明。
下面将进行解释在本发明光学玻璃中将每一组分的组成范围限制为如上所述情况的原因。
Si2O组分为形成玻璃的氧化物,且为本发明玻璃中的必要组分。当其量低于18%时,很难将形成本发明玻璃的每一组分混合后的原料制成玻璃。此外,当其量超过29%时,玻璃的熔融能力变差,且除非在高温下熔化否则原料变不成玻璃。尤其地,为了使玻璃的熔化能力变好,优选使其量高达27%。
PbO组分对玻璃折射率提高有效,且为本发明玻璃中的必要组分。此外,PbO组分也对玻璃的光弹性常数(β)值减小有效。当PbO组分量低于66%时,很难获得这些效果。此外,当其量超过78%时,透光度下降,另外光弹性常数(β)的绝对值却相反变大。
当熔融和澄清含大量PbO的玻璃时,TeO2组分对粘度减小有效,且为本发明极其重要的组分。玻璃的澄清能力通过掺入TeO2组分变得极好,即气泡被充分减少。含很少气泡或不含气泡的玻璃被获得,此外,可获得对波长从可见光范围内长波侧至紫色区的光线透光度极好的玻璃。通过加入TeO2,熔融和澄清玻璃时使熔入玻璃中的铂量变小。这就是玻璃透光度变好的原因之一。
然而,当TeO2组分量低于0.1%时,很难获得上述效果。此外,当其量超过3.5%时,可见光范围内短波侧的玻璃透光度变得更差,另外,由照射紫外线和/或可见光引起的玻璃透光度的降低量变大。尤其是为了获得透光度好和透光度的降低量小的玻璃,优选使TeO2组分量高达3.0%,和更优选达到1.5%。
B2O3组分为含SiO2和PbO组分的玻璃中掺入TeO2组分的必要组分。如上所述,熔融和澄清玻璃时TeO2组分使玻璃粘度变小。然而,当只将TeO2混入含SiO2和PbO组分的玻璃中,原料TeO2组分趋于保持不变而不易于熔化。因此,很难获得均匀的玻璃,且为了熔化TeO2必须升高玻璃的熔化温度和澄消温度。然而,当混入B2O3组分时,熔化TeO2变得非常容易。即B2O3组分对获得上述TeO2组分的效果非常有效,这是由于它促进本发明玻璃中TeO2的熔化,且可在玻璃中掺入相当量的TeO2。当熔融和澄清玻璃时,B2O3组分本身也对减小玻璃粘度有效。
然而,当B2O3组分含量低于0.1%时,很难获得这些效果。此外,当其量超过6%,通过对玻璃照射紫外线和/或可见光引起的玻璃透光度的降低量变大。此外,尤其是为了获得化学稳定性(抗水性,抗酸性,抗风化性和抗洗涤剂性)极好的玻璃,其量可低于2%。
Li2O组分为发现的重要组分,它具有使玻璃照射紫外线和/或可见光引起透光度的降低量极小的效果。此外,Li2O组分对促进玻璃原料的熔融有效。然而,当其量低于0.4%,上述效果极小。此外,当其量超过5%时,玻璃的化学稳定性(抗水性,抗酸性,抗风化性和抗洗涤剂性)将变差。
Na2O和K2O组分的作用是促进玻璃原料的熔融。它们可依需要被任意包括在内。当每种组分量超过8%,玻璃的化学稳定性变差。此外,当Li2O、Na2O和K2O组分的总量超过10%,化学稳定性(抗水性,抗酸性,抗风化性和抗洗涤剂性)变差。
当部分PbO组分被R’O组分,即一个或多个MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO组分代替时,光弹性常数的绝对值小,且折射率可被降低。因此,这些组分可依需要被任意加入。然而,当MgO组分的含量超过5%,CaO组分的含量超过5%,SrO组分的含量超过5%,BaO组分的含量超过10%和ZnO组分的含量超过5%时,玻璃易失去光泽。此外,当这五种组分的总含量超过10%,玻璃易失去光泽,另外很难保持光弹性常数的绝对值小。
GeO2组分可任意加入,以高度调整光学常数(折射率),且提高化学稳定性(抗水性,抗酸性,抗风化性和抗洗涤剂性)和玻璃的抗失透性能。然而,当其量超过5%,玻璃的熔化温度变高,且熔化性能降低。
Al2O3组分是一种可依照熔融玻璃的各种生成方法而高度调整玻璃粘度和极好保持玻璃化学稳定性(抗水性,抗酸性,抗风化性和抗洗涤剂性)的有效组分。它可依需要任意加入。然而,由于玻璃易失去光泽,优选其含量不超过3%。
Nb2O5组分是增加玻璃化学稳定性(抗水性,抗酸性,抗风化性和抗洗涤剂性)和高度调整玻璃折射率的有效组分。然而,由于玻璃的透光度下降和着色程度变大,且玻璃易失去光泽,不优选使其含量超过3%。
此外,由于玻璃的抗失透性能下降,从而不优选GeO2、Al2O3和Nb2O5组分的总含量超过5%。
As2O3和Sb2O3组分可以任意加入,以获得作为玻璃澄清剂的效果。然而,为了获得澄清效果,每种组分的含量分别不超过1%是足够的。尤其是为了获得透光度好的玻璃,优选加入As2O3组分。
另外,In2O3和Ga2O3组分可被加入到本发明光学玻璃中以提高折射率。然而,当每一组分的含量超过3.5%,透光度下降,且玻璃易失去光泽,由于很难获得均匀玻璃而不优选。此外,当这两种组分的总量超过3.5%,会导致与上述不优选的相同的结果。
附图说明
图1表示采用本发明的一个实施例的含PBS投影设备的偏振光学系统主要部分的放大图。
具体实施方式
以下将解释本发明的优选实施例。另外,本发明不受如下实施例的限制。
首先,制造了如表1至表3所示成分比的本发明光学玻璃。
称重并按预定比混合一般光学玻璃的原料,如氧化物,碳酸盐,硝酸盐,氢氧化物等。然后,将混料置入铂制坩埚内,并根据对应于各成分的熔化性能在800-1000℃下熔化约1-3小时。接着于900-1000℃下澄清熔融原料1-3小时,和进行气泡的减少,即熔化玻璃的消泡。另外,搅拌熔融玻璃,并使细纹消失。均化熔融玻璃后,将玻璃注入模型中并缓慢冷却玻璃(退火)可很容易地获得如表1至表3所示的实施例1至20中的每种玻璃。如下评定所得光学玻璃的每种物理性能,结果显示在表1至表3中。
评定项为折射率(nd),阿贝值(νd),透射包括反射损失在内透光度为80%(T80)的玻璃的光线波长或透射包括反射损失在内透光度为70%(T70)的玻璃的光线波长,光弹性常数(β)的测量结果,透光度的降低量,和气泡的评定。
此外,对比实施例(第A至C)的组成比及采用与实施例1-20相同方式评定的结果显示在表4中,该对比实施例为早期技术中光弹性常数(β)绝对值小的偏振光学系统的光学玻璃。此外,当将光学玻璃用于偏振控制元件时,由于阿贝值(νd)不是太重要的物理特性,只描述了本发明实施例(1-20)中的阿贝值(νd)。
称重并按预定比混合一般光学玻璃的原料,如氧化物,碳酸盐,硝酸盐,氢氧化物等。然后,将混料置入铂制坩埚内,并根据对应于各成分的熔化性能在1000℃下熔化约1-3小时。接着于1100℃下澄消熔融原料1-3小时。另外,搅拌熔融玻璃,并使细纹消失。均化熔融玻璃后,将玻璃注入模型中并缓慢冷却玻璃(退火)可很容易地获得表4所示对比实施例(A至C)的每种玻璃。
如下将解释评定方法。就T80和T70而言,显示了厚度为10±0.1mm、两面被抛光的玻璃样品的测量结果。设定玻璃样品的透光厚度,即上述公式(1)的厚度(d)为0.8cm,并且测量e-线光(波长为546.07nm)以从外界施予玻璃样品持续应力的状态透射时产生的双折射引起的光程差来计算光弹性常数(β)。
此外,透光度的降低量是这样计算的,即测量厚度为40±0.1mm、两面均被抛光的玻璃样品包括反射损失在内波长为450nm的透光度T(b),接着,向玻璃样品连续照射波长从紫外线范围至可见光范围的蓝光区的光线(该光线的辐射度为2.2W·cm-2)10分钟之后测量上述玻璃样品包括反射损失在内波长为450nm的透光度T(a),然后计算透光度的降低量(%)=(T(b)-T(a)/T(b)×100)。采用灯为超高压水银灯的聚光灯(Spot)UV固化装置-250W直接照射型(由UshioInc.制造的UIS-25103AA)作为光源。然后,将玻璃样品设置在离装置照射窗110mm的位置上,将来自上述固化装置的照射光照到玻璃样品上。
此外,气泡(等级)的评定结果基于JOGIS 12-1994“光学玻璃中气泡的测量方法”,日本光学玻璃工业标准。用显微镜测量所得玻璃中气泡的直径和数量。由此结果计算出每种玻璃的100ml内总横截面积和气泡总数。然后,以如下所述方式分类玻璃,分类等级如结果所示。
即当100ml内的总横截面积(mm2)低于0.03时,玻璃被分成第一级,当为0.03或更多和低于0.1时,被分成第二级,当为0.1或更多和低于0.25时,被分成第三级,当为0.25或更多和低于0.5时,被分成第四级,当为0.5或更多,分为第五级。此外,当100ml内的气泡总量低于10时,玻璃被分成A级,当为10或更多和低于100时,被分成B级,当为100或更多和低于500时,被分成C级,当为500或更多和低于1000时,被分成D级,和当为1000或更多时,被分成E级。例如,当总横截面积在第一级时,总数为A级,显示为1A级。
表1
(质量%)
实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
SiO2 | 18.50 | 20.25 | 27.90 | 28.30 | 23.94 | 22.00 | 27.00 |
B2O3 | 6.00 | 1.00 | 1.00 | 0.30 | 3.00 | 0.98 | 0.40 |
PbO | 73.70 | 77.20 | 69.00 | 68.20 | 68.90 | 70.90 | 70.00 |
TeO2 | 1.00 | 0.50 | 0.50 | 0.70 | 0.70 | 0.22 | 0.10 |
Li2O | 0.70 | 0.55 | 0.50 | 0.40 | 0.80 | 2.20 | 0.90 |
Na2O | 0.20 | 0.10 | 0.06 | 0.50 | |||
K2O | 0.90 | 0.40 | 1.00 | ||||
BaO | 2.00 | 2.50 | 0.30 | ||||
Nb2O5 | 3.00 | ||||||
As2O3 | 0.10 | 0.30 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | |
总量 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
nd | 1.853 | 1.882 | 1.834 | 1.829 | 1.823 | 1.849 | 1.839 |
νd | 24.2 | 22.2 | 24.8 | 25.3 | 25.5 | 23.0 | 24.8 |
T80(nm) | 404 | 410 | 385 | 387 | 393 | 403 | 391 |
β(10-5nm/cm/Pa) | 0.09 | -0.43 | 0.41 | 0.63 | 0.32 | 0.11 | 0.34 |
透光度的下降量(%) | 0.80 | 1.30 | 0.11 | 0.08 | 0.10 | 0.06 | 0.13 |
气泡的评价结果(等级) | 1A | 1A | 1A | 1A | 1A | 1A | 1A |
表2
(质量%)
实施例 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
SiO2 | 23.30 | 22.00 | 22.00 | 23.04 | 23.04 | 23.04 | 24.59 |
B2O3 | 1.50 | 2.00 | 1.70 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.00 |
PbO | 71.20 | 70.00 | 70.00 | 67.10 | 67.10 | 67.10 | 69.00 |
TeO2 | 2.50 | 0.70 | 0.50 | 1.00 | 0.50 | 0.50 | 0.61 |
Li2O | 1.20 | 3.00 | 4.00 | 0.90 | 0.41 | 0.41 | 0.97 |
Na2O | 2.00 | 7.15 | |||||
K2O | 1.00 | 7.15 | 1.63 | ||||
BaO | 0.30 | 6.16 | |||||
Al2O3 | 0.30 | 2.00 | |||||
As2O3 | 0.30 | 0.30 | 0.20 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.20 |
总量 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
nd | 1.852 | 1.842 | 1.841 | 1.835 | 1.821 | 1.815 | 1.827 |
νd | 22.9 | 24.1 | 24.5 | 25.5 | 26.0 | 25.0 | 24.8 |
T80(nm) | 402 | 394 | 387 | 379 | 383 | 382 | 393 |
β(10-5nm/cm/Pa) | 0.09 | 0.28 | 0.11 | 0.13 | 0.31 | 0.27 | 0.65 |
透光度的下降量(%) | 0.89 | 0.06 | 0.02 | 0.02 | 0.01 | 0.03 | 0.09 |
气泡的评价结果(等级) | 1A | 1A | 1A | 1A | 1A | 1A | 1A |
表3
(质量%)
实施例 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
SiO2 | 24.00 | 24.00 | 24.00 | 24.00 | 22.11 | 23.04 |
B2O3 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 1.00 |
PbO | 69.20 | 69.20 | 69.20 | 69.20 | 74.00 | 72.08 |
TeO2 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.59 | 1.08 |
Li2O | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 1.30 |
Na2O | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | ||
MgO | 4.50 | 0.30 | ||||
CaO | 4.50 | |||||
SrO | 4.50 | |||||
BaO | 0.80 | |||||
ZnO | 4.50 | |||||
Al2O3 | 0.20 | |||||
GeO2 | 2.00 | |||||
As2O3 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.20 |
总量 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
nd | 1.832 | 1.834 | 1.831 | 1.832 | 1.852 | 1.850 |
νd | 24.5 | 24.3 | 24.6 | 24.6 | 23.0 | 24.2 |
T80(nm) | 391 | 392 | 393 | 391 | 401 | 405 |
β(10-5nm/cm/Pa) | 0.22 | 0.49 | 0.20 | 0.39 | -0.02 | 0.01 |
透光度的下降量(%) | 0.05 | 0.07 | 0.08 | 0.03 | 1.00 | 0.70 |
气泡的评价结果(等级) | 1A | 1A | 1A | 1A | 1A | 1A |
表4
序号 | 对比实施例A | 对比实施例B | 对比实施例C | ||
质量% | 质量% | 摩尔% | 质量% | 摩尔% | |
SiO2 | 23.90 | 19.00 | 45.70 | 21.60 | 47.70 |
B2O3 | 2.60 | 5.00 | |||
PbO | 74.00 | 70.40 | 45.50 | 73.70 | 43.90 |
Na2O | 0.90 | 0.90 | 2.00 | 0.90 | 1.90 |
K2O | 0.90 | 1.30 | 2.00 | 0.90 | 1.30 |
As2O3 | 0.30 | 0.20 | |||
Sb2O3 | 0.30 | 3.10 | 1.50 | ||
K2SiF6 | 5.30 | 3.30 | |||
总量 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
nd | 1.849 | 1.803 | 1.856 | ||
澄清温度(℃) | 1100 | 1100 | 1100 | ||
T80(nm) | 457 | 475(但为T70) | 422 | ||
β(10-5nm/cm/Pa) | 0.01 | 0.03 | 0.04 | ||
透光度的下降量(%) | 4.23 | 6.96 | 0.81 | ||
气泡的评价结果(等级) | 3E | 2B | 3E |
表5
序号 | 对比实施例A | 对比实施例B | 对比实施例C |
澄清温度(℃) | 1200 | 1020 | 1200 |
T80(nm) | 460 | 460 | 440 |
透光度的下降量(%) | 4.00 | 15.00 | 3.50 |
气泡的评价结果(等级) | 1A | 3E | 1A |
如表1至表3所示,本发明实施例(第1至20)中每种光学玻璃透光度的降低量低于表4所示的对比实施例(A和B)中玻璃透光度的降低量。此外,实施例中每种玻璃的T80值均小于对比实施例(A至C)中玻璃的该值。因此,认为本发明实施例中光学玻璃的透光度优于对比实施例的玻璃透光度。另外,本发明实施例1至20中每种光学玻璃的光弹性常数(β)的绝对值足够小以用于偏振控制元件,具体地,β值小于1.0×10-5nm/cm/Pa。
如表1至表3所示,本发明实施例1至20中所得光学玻璃中气泡的所有评定结果为1A级。尤其是获得了足可用于很厚光学元件,如棱镜等,或将两个棱镜连在一起得到的PBS的光学玻璃。
另一方面,与本发明实施例1-20中玻璃相比,对比实施例A至C中所有玻璃气泡的评定结果较差。尤其是对比实施例A和C的结果很差。此外,尽管对比实施例B的玻璃中气泡的评定结果相对较好,它的透光度(T80)却极差。由于包括反射损失在内光谱透光度从400至500nm未达到80%,上述T70如表4所示。另外,对比实施例A和B的玻璃透光度的降低量高于本发明实施例1至20的玻璃透光度的降低量。
如上所述,对比实施例A和C中玻璃气泡的评定结果极差,对比实施例B中玻璃的透光度极差。因此,就对比实施例A和C的玻璃而言,澄清温度很高以充分减少气泡。至于对比实施例B,被认为如果熔入熔融玻璃中的铂量减少则透光度将提高,从而降低澄清温度。这些实验结果如表5所示。对比实施例A和C中玻璃气泡的评定结果显著提高。然而,所有玻璃的透光度(T80)变差并且透光度的降低量也变大。另一方面,对比实施例B中玻璃的透光度变好并且可测量出(T80)值。然而,与本发明光学玻璃的实施例1至20中的玻璃相比其透光度较差。另外,透光度的降低量变得极大,其气泡的评定结果变得极差。
接着,基于图1将解释一个实施例,它是将本发明实施例20中的玻璃用作在三板式反射液晶投影机的偏振光学系统中偏光控制元件PBS的一个棱镜。将实施例20的玻璃加热和软化,并在模型中压成型。抛光生成的玻璃,制得六个三角形棱镜。每两个棱镜制成一组PBS,从而共制得三个PBS。图1所示的PBS 4为那些PBS中的一个。在PBS 4中,六个三角形棱镜之外的三角形棱镜1a和1b被采用。三角形棱镜1a和1b的一个面被粘在一起,已知的介电多层膜2被形成,三角形棱镜1a和1b经粘合层3粘在一起。从而制成PBS 4。另两个PBS(未显示)采用其余四个三角形棱镜(未显示)经同样方式制成。
接着将解释图1所示PBS 4的操作。首先,超高压水银灯发出的光通过微透镜系统(未示出)后成为许多分光束。将这些分光束输入偏振转换元件(未示出)中。输入到偏振转换元件的分光束变成S-偏振光并从偏振转换元件输出(未显示)。S-偏振光被聚光透镜聚光(未显示),并输入到十字形分光棱镜中(未显示)。
输入到十字形分光棱镜的S-偏振光被该棱镜分成红、蓝和绿三三基色。接着,将分离的蓝光的S-偏振光(未显示)穿过中继镜(未显示),并输入到图1中如箭头所示的PBS 4中。输入的S-偏振光的光程被介电多层膜2改变了90°,并输入到反射空间光调制元件5。
输入的S-偏振光被反射空间光调制元件5的未显示的液晶激励器输出的图象信号调制,并被发射到PBS 4。当为被调制和反射的P-偏振光时,不改变其光程直接透射PBS 4。然而,当为S-偏振光时,由于在介电多层膜2内再次反射,获得图象反差。透射PBS 4的P-偏振光经中继镜(未显示)输入到聚光透镜(未显示)聚光。然后输入到十字形分光棱镜(未显示)。
采用与蓝光相同方式,事先分离的其它两种颜色光的光程经其它两个PBS分别改变90°,并且这两束光分别被反射空间光调制元件偏振和调制。之后这两束光分别被反射和直接透射其它两个PBS,然后被输入到十字形分光棱镜(未显示)。输入到十字形分光棱镜(未显示)的三基色的光被该棱镜合成。然后,三种光从棱镜输出,并在透过投影机透镜后投影和反射为图象。
如表2所示,由于本发明实施例20中玻璃透光度的降低量小,即使光线长时间连续穿过PBS 4也未看见投射光量的减少。此外,由于该玻璃在可见光范围内的紫色区透光度极好,可获得彩色重现好的投射光而不减少光量。另外,由于该玻璃的光弹性常数(β)的绝对值小,在PBS 4部分未产生导致光量减少的双折射性能。
此外,当采用由本发明实施例(1至19)的玻璃制成的PBS时,获得与上述相同的效果。
接着解释将本发明实施例20的玻璃用作偏振转换元件的光学系统的(应用)实施例。采用与上述相同方式制成三角形棱镜并进一步由其制成PBS。
高输出的光,如超高压水银灯等经由蝇眼透镜排列等形成的光学积分器(未显示)制成均匀光束。光束输入到PBS。输入PBS的光束被分成两个偏振方向相互垂直的线偏振光(P-偏振光和S-偏振光)。透射PBS的P-偏振光经偏振旋转光学系统(采用三角形棱镜由反射引起的偏振旋转)转变为S-偏振光,并与PBS内反射的其它S-偏振光合成。其偏振转换效率与早期技术(例如采用偏振板)进行比较。由于分离的P-偏振光通过转化为S-偏振光和与之合成而被利用,它具有约双重的转化效率。因此,它适合高效率地利用偏振化作用(高亮度液晶投影机)。
如表2所示,由于本发明实施例20中玻璃的透光度降低量很小,即使高亮度光线长时间连续照射也未看见投射光量的减少。另外,该玻璃的光弹性常数(β)的绝对值小,制备光学系统(膜的蒸发或棱镜的粘结)时的机械应力或光照射导致温度上升而引起热应力均未导致双折射性能。因此,该玻璃的偏振保持性也极好。
此外,当分别采用由本发明实施例(1至19)的玻璃制成的PBS时,获得与上述相同的效果。
如上所述,由于本发明的光学玻璃含有SiO2;PbO;B2O3;不低于0.1质量%的TeO2;和不低于0.4质量%的Li2O,它适用于光学元件,如透镜、棱镜等,或基片,它尤其适用于偏振光学系统的光学元件,或偏光控制元件,如PBS、SLM、偏振转换元件等,照射紫外线区和/或可见光范围内的光线引起的透光度的下降率很小的玻璃,该玻璃对波长从可见光范围的长波侧至紫色区的光线透光度极好,熔融玻璃中的气泡被足够减少并且熔融和澄清玻璃时玻璃的澄清性能极好,该玻璃光弹性常数(β)的绝对值小且折射率高。
2001年5月29日提出的包括说明书、权利要求书、附图和摘要在内2001-161194号日本完全公开专利申请被本文全部参考引用。
Claims (9)
1.一种光学玻璃,包含:
SiO2;
PbO;
B2O3;
不低于0.1质量%的TeO2;和
不低于0.4质量%的Li2O。
2.如权利要求1所述的光学玻璃,其中当玻璃厚度为10±0.1mm时,透射包括反射损失在内为80%透光度的玻璃的光波长不超过420nm。
3.如权利要求1所述的光学玻璃,其中至少一种紫外线区域和可见光区域内的光线以2.2W·cm-2的辐射度照射10分钟时,波长为450nm的光线透光度的下降率不超过3.0%。
4.如权利要求1所述的光学玻璃,其中至少一种紫外线区域和可见光区域内的光线以2.2W·cm-2的辐射度照射10分钟时,波长为450nm的光线透光度的下降率不超过1.0%。
5.如权利要求1所述的光学玻璃,其中波长范围为400至800nm的光弹性常数(β)的绝对值不超过1.0×10-5nm/cm/Pa。
6.如权利要求1所述的光学玻璃,包含:
18-29质量%的SiO2;
66-78质量%的PbO;
0.1-3.5质量%的TeO2;
0.1-6质量%的B2O3;和
0.4-5质量%的Li2O;
其中折射率(nd)在1.75-1.90的范围内。
7.如权利要求6所述的光学玻璃,进一步包含:
0-8质量%的Na2O;
0-8质量%的K2O;
Li2O+Na2O+K2O的总量为0.4-10质量%;
0-5质量%的MgO;
0-5质量%的CaO;
0-5质量%的SrO;
0-10质量%的BaO;
0-5质量%的ZnO;
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO的总量为0-10质量%;
0-5质量%的GeO2;
0-3质量%的Al2O3;
0-3质量%的Nb2O5;
GeO2+Al2O3+Nb2O5的总量为0-5质量%;
0-1质量%的As2O3;和
0-1质量%的Sb2O3。
8.如权利要求1所述的光学玻璃,包含:
18-29质量%的SiO2;
66-78质量%的PbO;
0.1-3.5质量%的TeO2;
0.1至小于2质量%的B2O3;
0.4-5质量%的Li2O;
0-8质量%的Na2O;
0-8质量%的K2O;
Li2O+Na2O+K2O的总量为0.4-10质量%;
0-5质量%的MgO;
0-5质量%的CaO;
0-5质量%的SrO;
0-10质量%的BaO;
0-5质量%的ZnO;
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO的总量为0-10质量%;
0-5质量%的GeO2;
0-3质量%的Al2O3;
0-3质量%的Nb2O5;
GeO2+Al2O3+Nb2O5的总量为0-5质量%;
0-1质量%的As2O3;和
0-1质量%的Sb2O3;
其中折射率(nd)在1.75-1.90的范围内。
9.如权利要求1所述的光学玻璃,其中阿贝值(νd)小于28。
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