RU2101238C1 - Glass for making gradient image translator by ion exchange method - Google Patents
Glass for making gradient image translator by ion exchange method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2101238C1 RU2101238C1 RU95104301A RU95104301A RU2101238C1 RU 2101238 C1 RU2101238 C1 RU 2101238C1 RU 95104301 A RU95104301 A RU 95104301A RU 95104301 A RU95104301 A RU 95104301A RU 2101238 C1 RU2101238 C1 RU 2101238C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- translators
- translator
- gradient image
- mol
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к стекольной промышленности и оптотехнике, точнее к составам оптических стекол, предназначенных для изготовления методом ионообменной диффузии в расплавах солей градиентных трансляторов изображения для жестких медицинских эндоскопов. The invention relates to the glass industry and optical engineering, more specifically to the compositions of optical glasses intended for the manufacture by ion exchange diffusion in molten salts of gradient image translators for rigid medical endoscopes.
Известен состав стекла для изготовления световодов путем ионной обработки заготовок из него в расплавах солей. Указанное стекло содержит следующие компоненты, мас. A known composition of glass for the manufacture of optical fibers by ion processing of billets from it in molten salts. The specified glass contains the following components, wt.
SiO2 11,3 56,8;
B2O3 9,4 17,4;
Al2O3 4,8 5,1;
Li2O 2,3 7,1;
Na2O 0,8 5,1;
As2O3 0,5 0,6;
GeO2 15,8 65,7.SiO 2 11.3 56.8;
B 2 O 3 9.4 17.4;
Al 2 O 3 4.8 5.1;
Li 2 O 2.3 7.1;
Na 2 O 0.8 5.1;
As 2 O 3 0.5 0.6;
GeO 2 15.8 65.7.
Стекло варят при 1450oC. Из готового стекла получают цилиндрические полуфабрикаты, которые затем подвергают высокотемпературному ионному обмену - обработке в расплаве соли нитрата натрия при температуре 550oC в течение 100 ч. Полученные таким образом готовые световоды (градиентные трансляторы изображения) имеют перепад показателя преломления от оси к поверхности элемента "Δn" от 0,006 до 0,01 при показателе преломления: 1,50 1,63. При длине транслятора изображения 60 мм он имеет разрешающую способность равную 200 линий/мм. Среднеквадратичная волновая аберрация Δ = 0,15 λ. Максимальная волновая аберрация Dm = 0,4 λ где λ средняя длина волны видимого света 550 нм.The glass is boiled at 1450 o C. Cylindrical semi-finished products are obtained from the finished glass, which are then subjected to high-temperature ion exchange - processing in a molten sodium nitrate salt at a temperature of 550 o C for 100 hours. The resulting optical fibers (gradient image translators) thus obtained have a difference refraction from the axis to the surface of the element "Δn" from 0.006 to 0.01 with a refractive index of 1.50 1.63. With an image translator length of 60 mm, it has a resolution of 200 lines / mm. RMS wave aberration Δ = 0.15 λ. The maximum wave aberration D m = 0.4 λ where λ is the average wavelength of visible light 550 nm.
Однако изобретение имеет ряд существенных недостатков. Главный из них - относительно малая длина транслятора, не превышающая 60 мм. Попытки увеличить длину транслятора до 100 мм и более приводят к резкому ухудшению качества изображения, так как аберрации возрастают до следующих величин: D > 0,25 λ, Δm > 0,9 λ При таком уровне аберраций изображение становится трудно различимым.However, the invention has several significant disadvantages. The main one is the relatively short length of the translator, not exceeding 60 mm. Attempts to increase the length of the translator to 100 mm or more lead to a sharp deterioration in image quality, since aberrations increase to the following values: D> 0.25 λ, Δ m > 0.9 λ. At this level of aberrations, the image becomes difficult to distinguish.
По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к заявляемому относится изобретение прототип. By technical nature and the achieved effect closest to the claimed invention relates to a prototype.
Используемый состав стекла для изготовления элементов методом ионного обмена включает в себя следующие компоненты, мол. The composition of glass used for the manufacture of elements by ion exchange includes the following components, mol.
SiO2 60 78
Li2O 2 24
Na2O 6 16
ZrO2 5 13
Sb2O3 0,1 1,0
NaCl 2 5
GeO2 0,1 0,5
Стекло варят в печи в кварцевых емкостях, объемом 8 л, установленных в шамотный сосуд. Варку и осветление проводят при 1500-1550oC.SiO 2 60 78
Li 2 O 2 24
Na 2
Sb 2 O 3 0.1 1.0
NaCl 2 5
GeO 2 0.1 0.5
Glass is boiled in an oven in quartz containers with a volume of 8 l installed in a fireclay vessel. Cooking and clarification is carried out at 1500-1550 o C.
Из полученного стекла изготавливают заготовки трансляторов диаметром до 16 мм, которые затем подвергают обработке в расплаве солей натрия, например NaCl + Na2SO4 при температуре 670-700oC в течение 2-5 ч.From the obtained glass, preforms of translators with a diameter of up to 16 mm are made, which are then processed in a melt of sodium salts, for example NaCl + Na 2 SO 4 at a temperature of 670-700 o C for 2-5 hours
В результате получают градиентный транслятор изображения, который представляет собой стеклянный цилиндр диаметром до 16 мм и длиной до 100 мм. The result is a gradient image translator, which is a glass cylinder with a diameter of up to 16 mm and a length of 100 mm.
Уровень среднеквадратичной волновой аберрации при этом составляет: Δ = 0,1 λ максимальной Dm = 0,4 λ Разрешающая способность транслятора не превышает 200 линий/мм. Коэффициент преломления n 1,59, при его перепаде от оси к поверхности элемента: Δn 0,007.The level of rms wave aberration in this case is: Δ = 0.1 λ maximum D m = 0.4 λ Resolution of the translator does not exceed 200 lines / mm. The refractive index n is 1.59, with its difference from the axis to the surface of the element: Δn 0.007.
Однако изобретение также имеет ряд существенных недостатков. Так, например, градиентный транслятор изображения имеет относительно малую длину, не превышающую 100 120 мм. При увеличении длины транслятора более 150 мм изображение практически не различимо из-за высоких аберраций:
Целью предлагаемого изобретения является получение стекла, которое позволяет изготовить из него повышенной длины градиентные трансляторы с высоким качеством изображения.However, the invention also has a number of significant disadvantages. So, for example, a gradient image translator has a relatively short length not exceeding 100 120 mm. With an increase in translator length of more than 150 mm, the image is almost indistinguishable due to high aberrations:
The aim of the invention is to obtain glass, which makes it possible to produce gradient length translators with high image quality from it.
Цель достигается тем, что к известному составу стекла, включающему оксиды кремния, лития, натрия, циркония, сурьмы, вносят структурно-технологическую добавку, содержащую один или несколько оксидов металлов, взятых из ряда: MgO; BaO; CaO; ZnO; SrO; PbO, а также одновременно один или несколько оксидов металлов из ряда La2O3; GeO2; TiO2; Ta2O5; Nb2O5; WO3.The goal is achieved by the fact that to the known composition of glass, including oxides of silicon, lithium, sodium, zirconium, antimony, make structural and technological additive containing one or more metal oxides taken from the series: MgO; BaO; CaO; ZnO; SrO; PbO, as well as simultaneously one or more metal oxides from the series La 2 O 3 ; GeO 2 ; TiO 2 ; Ta 2 O 5 ; Nb 2 O 5 ; Wo 3 .
Сущность изобретения состоит в том, что предложенная нами первая добавка позволяет снизить температуру варки стекла и осуществлять технологический процесс при температуре, не превышающей 1450oC. Поэтому добавка называется "технологической". С другой стороны, введение оксидов металлов, входящих во вторую добавку, позволяет изменять структуру стекла. Изменение структуры стекла отражается на оптических и ионообменных свойствах трансляторов изображения. Поэтому предложенная нами добавка называется также "структурной". Нами было обнаружено и экспериментально подтверждено, что количество добавки, а также окислов металлов, входящих в добавку, позволяет получать оптимальные оптические свойства трансляторов изображения, несмотря на зависимость их оптических свойств от длины транслятора.The essence of the invention lies in the fact that our first additive allows us to reduce the temperature of glass melting and to carry out the process at a temperature not exceeding 1450 o C. Therefore, the additive is called "technological". On the other hand, the introduction of metal oxides included in the second additive allows you to change the structure of the glass. A change in the structure of glass is reflected in the optical and ion-exchange properties of image translators. Therefore, the additive we have proposed is also called "structural." We found and experimentally confirmed that the amount of the additive, as well as the metal oxides included in the additive, allows to obtain the optimal optical properties of image translators, despite the dependence of their optical properties on the length of the translator.
Известно, что высокое качество изображения достигается, если максимальная волновая аберрация Δm удовлетворяет критерию Релея: где λ средняя длина волны видимого света 550 нм.It is known that high image quality is achieved if the maximum wave aberration Δ m satisfies the Rayleigh criterion: where λ is the average wavelength of visible light 550 nm.
В качестве другого критерия высокого качества изображения используют среднеквадратичную волновую аберрацию " D ". Она должна удовлетворять следующему критерию: D ≤ 0,07 λ
Предложенная нами структурно-технологическая добавка позволяет изготовить трансляторы изображения длиной 150-400 мм при резком уменьшении аберраций по сравнению с прототипом, т.е. с высоким качеством изображения при максимальных длинах транслятора.As another criterion for high image quality, the mean square wave aberration “D” is used. It must satisfy the following criterion: D ≤ 0.07 λ
Our proposed structural and technological additive allows us to produce image translators with a length of 150-400 mm with a sharp reduction in aberrations compared to the prototype, i.e. with high image quality with maximum translator lengths.
Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение. The following examples illustrate the invention.
Пример 1. (табл. 1) Опытное стекло варили в платиновом сосуде емкостью 6 литров в печи с электронагревателем при температуре осветления стекло массы 1430oC. Шихта содержала следующие ингредиенты в мол.Example 1. (table. 1) The experimental glass was boiled in a platinum vessel with a capacity of 6 liters in a furnace with an electric heater at a clarification temperature of glass mass of 1430 o C. The mixture contained the following ingredients in mol.
SiO2 60,0
ZrO2 10,5
Li2O 10,5
Na2O 12,5
Sb2O3 0,5
и структурно-технологическую добавку мол.SiO 2 60.0
ZrO 2 10.5
Li 2 O 10.5
Na 2 O 12.5
Sb 2 O 3 0.5
and structural and technological additive mol.
CaO 2,0
PbO 1,5
La2O3 2,5
При составлении шихты использовались следующие реактивы: аморфный кремнезем, диоксид циркония, углекислый литий, углекислый натрий, углекислый кальций, нитрат свинца, триоксид сурьмы, триоксид лантана.CaO 2.0
PbO 1.5
La 2 O 3 2.5
The following reagents were used in the preparation of the charge: amorphous silica, zirconia, lithium carbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, lead nitrate, antimony trioxide, lanthanum trioxide.
Из полученного стекла изготавливались цилиндры диаметром 0,8 мм и длиной 200 мм, которые затем обрабатывались в смеси солей лития и натрия при температуре 610oC. В результате получен градиентный транслятор изображения, оптические свойства которого приведены в табл. 2.Cylinders with a diameter of 0.8 mm and a length of 200 mm were made from the obtained glass, which were then processed in a mixture of lithium and sodium salts at a temperature of 610 o C. As a result, a gradient image translator was obtained, the optical properties of which are given in Table. 2.
Пример 2-6. В условиях примера 1 получены стекла, состав которых приведен в табл. 1. На основе приготовленных в опытах 2 6 стекол были изготовлены градиентные трансляторы изображения, параметры и оптические свойства которых приведены в табл. 2. Example 2-6. In the conditions of example 1 obtained glass, the composition of which is given in table. 1. On the basis of 2 6 glasses prepared in experiments, gradient image translators were made, the parameters and optical properties of which are given in Table. 2.
Пример 7. В условиях прототипа изготовлено стекло при следующем соотношении компонентов, мол. Example 7. In the conditions of the prototype made glass in the following ratio of components, mol.
SiO2 60,0
Li2O 14,0
Na2O 12,5
ZrO2 10,0
Sb2O3 1,0
NaCl 2,0
СеО2 0,5
Процесс варки протекал при 1550oC. Из полученного стекла были изготовлены заготовки трансляторов, которые затем обрабатывали в расплаве солей Na2SO4 + NaCl при 690oC в течение 2 ч. Диаметр заготовок 3 мм, длина 80 мм и 300 мм. Параметры и оптические свойства градиентных трансляторов изображения приведены в табл. 2.SiO 2 60.0
Li 2 O 14.0
Na 2 O 12.5
ZrO 2 10.0
Sb 2 O 3 1.0
NaCl 2.0
CeO 2 0.5
The cooking process proceeded at 1550 o C. Translator blanks were made from the obtained glass, which were then processed in a molten salt of Na 2 SO 4 + NaCl at 690 o C for 2 hours. The diameter of the blanks was 3 mm, length 80 mm and 300 mm. The parameters and optical properties of gradient image translators are given in table. 2.
Пример 8. В условиях примера 7 изготовлено стекло при следующем соотношении компонентов, мол. Example 8. Under the conditions of example 7, glass was made in the following ratio of components, mol.
SiO2 78,0
Li2O 5,4
Na2O 6,0
ZrO2 5,0
Sb2O3 0,1
NaCl 5,0
СеО2 0,5
Процесс варки протекал при 1500oC. Диаметр заготовки транслятора 3 мм при длине 40 и 200 мм. Обработку заготовок проводили в расплаве солей Na2SO4 + NaCl в течение 2,5 ч при 700oC. Параметры и оптические свойства готовых градиентных трансляторов изображения приведены в табл. 2.SiO 2 78.0
Li 2 O 5.4
Na 2 O 6.0
ZrO 2 5.0
Sb 2 O 3 0.1
NaCl 5.0
CeO 2 0.5
The cooking process proceeded at 1500 o C. The diameter of the translator blank was 3 mm with a length of 40 and 200 mm. The workpieces were processed in a molten salt of Na 2 SO 4 + NaCl for 2.5 hours at 700 o C. The parameters and optical properties of the finished gradient image translators are given in table. 2.
Из данных, представленных в табл. 1 и 2, видно, что на основе стекла, известного по прототипу, были изготовлены трансляторы (оп. 7 и 8), длина которых составляла 80; 300; 40 и 200 мм (табл. 2, п.3). Из данных п.4 табл. 2 видно, что при длине трансляторов 80 и 40 мм качество изображения удовлетворительное Dm 0,30 и 0,5 соответственно. Это следует из п.5 данной таблицы, характеризующей волновую среднеквадратичную аберрацию, которая должна быть: Δ ≤ 0,07 λ Однако при попытке увеличить длину трансляторов, полученных в условиях прототипа, до 300-200 мм изображение практически не различается, а D = 0,35-1,2 λ и Δm = 0,8-4,0 λ соответственно.From the data presented in table. 1 and 2, it can be seen that based on the glass known in the prior art, translators (op. 7 and 8) were made, the length of which was 80; 300; 40 and 200 mm (tab. 2, item 3). From the data of
Опыты 1-6 свидетельствуют, что при использовании одного или нескольких оксидов металлов в качестве предложенной нами добавки из ряда: MgO, CaO, ZnO, BaO, SrO в количестве 2 oC 5 мол. и одновременно одного или несколько оксидов металлов из ряда La2O3; GeO2; TiO2; Ta2O5; Nb2O5; WO3 в количестве 0,5 3 мол. удается достичь поставленной цели: получить градиентные трансляторы с высоким качеством изображения и высокой разрешающей способностью (более 200 линий/мм), при Δm = 0,15-0,25 λ и Δ = 0,04-0,07 λ и длине трансляторов в пределах 200 400 мм. Так, например, в оп. 5, длина транслятора составляет 300 мм при толщине 2,5 мм, Δ = 0,06 λ и разрешающей способности 300 линий/мм. Разрешающая способность (качество изображения) транслятора по оп.5 превышает качество изображения для трансляторов из оп. 7 в 7 раз.Experiments 1-6 indicate that when using one or more metal oxides as our proposed additives from the series: MgO, CaO, ZnO, BaO, SrO in an amount of 2 o
Использование оксидов металлов из ряда MgO, CaO. PbO в концентрации менее 2% (мол. ) не позволяет снизить температуру варки стекла до 1450oC и ниже. Использование указанных оксидов в количестве, большем, чем 5 мол. не дает положительного эффекта.The use of metal oxides from the series MgO, CaO. PbO in a concentration of less than 2% (mol.) Does not allow to reduce the temperature of glass melting to 1450 o C and below. The use of these oxides in an amount greater than 5 mol. does not give a positive effect.
Использование оксидов металлов из ряда La2O3, WO3 в количестве менее 0,5 мол. практически мало влияет на изменение оптических свойств трансляторов. Использование их в количествах, больших чем 3 мол. отрицательно сказывается на оптических свойствах трансляторов, удорожает их стоимость. Оптимальный диапазон концентраций для оксидов металлов, взятых в виде одного или нескольких оксидов из ряда: MgO, CaO. PbO находится в пределах 2 5 мол.The use of metal oxides from the series La 2 O 3 , WO 3 in an amount of less than 0.5 mol. virtually no effect on the change in the optical properties of the translators. Their use in quantities greater than 3 mol. negatively affects the optical properties of the translators, their cost increases. The optimal concentration range for metal oxides taken in the form of one or more oxides from the series: MgO, CaO. PbO is in the range of 2 to 5 mol.
Оптимальный диапазон концентраций из оксидов металлов, взятых в виде одного или нескольких оксидов из ряда: La2O3; GeO2; TiO2; WO3 находится в пределах 0,5 3 мол.The optimal range of concentrations of metal oxides taken in the form of one or more oxides from the series: La 2 O 3 ; GeO 2 ; TiO 2 ; WO 3 is in the range of 0.5 to 3 mol.
Введение в состав стекла указанной структурно-технологической добавки в указанных оптимальных концентрациях позволило нам достичь поставленной цели: получить градиентные трансляторы изображения требуемой длины с высоким качеством изображения. The introduction of the specified structural and technological additives in the glass composition at the indicated optimal concentrations allowed us to achieve our goal: to obtain gradient image translators of the required length with high image quality.
Предложенный нами состав стекла для получения градиентных трансляторов изображения не требует повышенных энергетических затрат на стадии варки стекла и его обработки в расплаве солей. Положительный экономический эффект достигается при продаже медицинских эндоскопов, использующих трансляторы, изготовленные на основе предложенной рецептуры стекла и обеспечивающие высокое качество изображения исследуемого органа с любой глубины его нахождения в теле пациента. Our glass composition for obtaining gradient image translators does not require increased energy costs at the stage of glass melting and its processing in molten salts. A positive economic effect is achieved when selling medical endoscopes using translators made on the basis of the proposed glass formulation and providing high quality images of the organ under study from any depth in the patient’s body.
Claims (1)
Li2O 10 13
Na2O 10 12
ZrO2 8 11
Sb2O3 0,1 0,5
R'O, где R' Mg, Ca, Zn, Ba, Sr, Pb 2 5
R''O, где R'' La, Ge, Ti, Ta, Nb, W 0,5 3,0сSiO 2 56 63
Li 2 O 10 13
Na 2 O 10 12
ZrO 2 8 11
Sb 2 O 3 0.1 0.5
R ' O, where R ' Mg, Ca, Zn, Ba, Sr, Pb 2 5
R '' O, where R '' La, Ge, Ti, Ta, Nb, W 0.5 3.0 s
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95104301A RU2101238C1 (en) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | Glass for making gradient image translator by ion exchange method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95104301A RU2101238C1 (en) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | Glass for making gradient image translator by ion exchange method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95104301A RU95104301A (en) | 1997-04-27 |
RU2101238C1 true RU2101238C1 (en) | 1998-01-10 |
Family
ID=20165974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95104301A RU2101238C1 (en) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | Glass for making gradient image translator by ion exchange method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2101238C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607557C2 (en) * | 2011-10-14 | 2017-01-10 | Ивоклар Вивадент Аг | Lithium silicate glass ceramics and glass with hexavalent metal oxide |
-
1995
- 1995-03-16 RU RU95104301A patent/RU2101238C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607557C2 (en) * | 2011-10-14 | 2017-01-10 | Ивоклар Вивадент Аг | Lithium silicate glass ceramics and glass with hexavalent metal oxide |
US10098716B2 (en) | 2011-10-14 | 2018-10-16 | Ivoclar Vivadent Ag | Lithium silicate glass ceramic and glass with hexavalent metal oxide |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95104301A (en) | 1997-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6935263B2 (en) | Highly transparent glass with high solarization resistance, their use and method of manufacturing them | |
CN102596837B (en) | Optical glass and core material for optical fiber | |
JP2747964B2 (en) | Manufacturing method of optical glass | |
JP2008230956A (en) | Mother glass composition for gradient-index lens, gradient-index lens, manufacturing method thereof, optical product, and optical device | |
US20040229743A1 (en) | Boron aluminosilicate glass | |
CN101337768B (en) | Optical glass with high refractive index | |
TW202208294A (en) | Optical glass, glass preform and optical element | |
US6764972B2 (en) | Mother glass composition for graded index lens | |
JP2001159702A (en) | Distributed index lens | |
JP7250130B2 (en) | Optical glass, glass preforms, optical elements and optical equipment | |
JPH01133956A (en) | Glass composition for distributed refractive index lens | |
JPS63170247A (en) | Production of glass having distributed refractive index | |
JP2010105906A (en) | Optical glass, optical element, and preform for precision press-molding | |
NL193865C (en) | Optical glass containing thallium. | |
JPS605037A (en) | Optical glass | |
JP2001139341A (en) | Preform glass composition for gradient index lens | |
EP0645349B2 (en) | Low refractive optical glass of a flint glass type | |
JPH06191877A (en) | Polarization glass | |
JPS6311292B2 (en) | ||
JP4806157B2 (en) | Low fluorescent optical glass | |
JP3130245B2 (en) | Optical glass | |
RU2101238C1 (en) | Glass for making gradient image translator by ion exchange method | |
JP7401236B2 (en) | Optical glass and optical elements | |
JPS63230536A (en) | Thallium-containing optical glass | |
EP0105670A1 (en) | Lead aluminoborofluorosilicate moldable glasses |