專利名稱：棱鏡用光學(xué)玻璃及其制造方法以及棱鏡用光學(xué)部件的制作方法
專利說明棱鏡用光學(xué)玻璃及其制造方法以及棱鏡用光學(xué)部件 [發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域]本發(fā)明涉及棱鏡用光學(xué)玻璃及其制造方法以及棱鏡用光學(xué)部件。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及適合于棱鏡，特別是涉及適合于液晶投影儀用的棱鏡的在高透射、高均勻性和光學(xué)特性的熱穩(wěn)定性方面卓越的棱鏡用光學(xué)玻璃、其制造方法、應(yīng)用了該光學(xué)玻璃的棱鏡用光學(xué)部件、備有該光學(xué)部件的棱鏡以及備有該棱鏡的液晶投影儀。對(duì)于近年來其需求正日益增加的液晶投影儀，在通常將從高亮度燈發(fā)出的光用分色鏡分解成RGB三色光方面，采用了使之分別透過液晶面板，用棱鏡對(duì)三色合成并投影的方式。該棱鏡由4個(gè)三角柱狀玻璃構(gòu)成，但為了準(zhǔn)確地合成三色光，各塊玻璃自不待言，還要探求將4個(gè)三角柱狀體的光學(xué)特性進(jìn)行整合。為此，正在探求能以極高的均勻性制造棱鏡用玻璃的光學(xué)玻璃。為此，作為液晶投影儀的棱鏡玻璃，使用了在高透射率下有高均勻性的定評(píng)的BK7或BSC7(以下統(tǒng)稱BK7)(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。岡田武博著“液晶投影儀的設(shè)計(jì)技術(shù)”東京技術(shù)信息服務(wù)社出版，1998年6月30日，p.8-9。
然而，由于從液晶投影儀的光源在發(fā)出光的同時(shí)還發(fā)熱，故投影儀內(nèi)部的光學(xué)部件往往被暴露于高溫下。當(dāng)然，從使用開始起也就暴露于溫度變化之中。應(yīng)用了現(xiàn)有的BK7的液晶投影儀由于在使用中的溫度變化，存在既有投影像滲入，又有色調(diào)改變這樣的問題。為此，在高透射、高均勻性方面也要尋求光學(xué)特性的熱穩(wěn)定性。
另一方面，作為在光學(xué)特性的熱穩(wěn)定性方面卓越的玻璃，已知有含PbO的低光彈性玻璃。盡管通過應(yīng)用這種低光彈性玻璃取得了熱穩(wěn)定性，但由于PbO是有害物質(zhì)，所以近年來在用于光學(xué)玻璃方面日漸受到抑制。另外，P2O5-BaO類玻璃也是作為低光彈性玻璃而著稱，但與BK7的玻璃原料相比，磷酸鹽原料價(jià)格高昂，在液體原料的情況下，制造成本增高。另外，P2O5-BaO類玻璃與BK7玻璃相比，具有化學(xué)耐久性及耐熱沖擊性差的問題。因此，現(xiàn)狀是在從BK7置換為低光彈性玻璃方面難以取得進(jìn)展。特別是，成本對(duì)控制今后液晶投影儀的普及是非常重要的方面，據(jù)認(rèn)為如果不降低成本，則很難普及到一般的家庭。在這樣的情況下，本發(fā)明的目的在于，提供適合于棱鏡，特別是適合于液晶投影儀用的棱鏡的在高透射、高均勻性和光學(xué)特性的熱穩(wěn)定性方面卓越的棱鏡用光學(xué)玻璃、應(yīng)用了該光學(xué)玻璃的棱鏡用光學(xué)部件、高效制造該光學(xué)部件的方法、備有該光學(xué)部件的棱鏡以及備有該棱鏡的液晶投影儀。本發(fā)明人為了達(dá)到上述目的反復(fù)進(jìn)行了銳意研究，其結(jié)果是取得如下所示的見解。
如上所述，迄今為了賦予棱鏡用光學(xué)玻璃以熱穩(wěn)定性，其著力點(diǎn)在于使玻璃的光彈性常數(shù)的絕對(duì)值盡可能接近于零，開發(fā)了含PbO或P2O5的玻璃。對(duì)此，本發(fā)明人為了提高上述的熱穩(wěn)定性，如果使以比熱、比重、熱導(dǎo)率、楊氏模量、熱膨脹系數(shù)、泊松比和光彈性常數(shù)為因子的特定的關(guān)系式中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于某值，則即使光彈性常數(shù)并不過分地小，還是發(fā)現(xiàn)可得到所希望的棱鏡用光學(xué)玻璃。
另外，發(fā)現(xiàn)將上述光學(xué)玻璃用原料用特定材質(zhì)的容器和附有葉片的棒，在進(jìn)行熔融、均勻化、澄清之后，通過成形，高效地取得棱鏡用光學(xué)部件。
本發(fā)明就是基于這種見解而完成的。
即，本發(fā)明提供了(1)一種棱鏡用光學(xué)玻璃(以下稱為光學(xué)玻璃1)，其特征在于包含作為必要成分的SiO2和B2O3，實(shí)質(zhì)上不包含PbO和P2O5，而且關(guān)系式(I)KΔt＝[(比熱×比重)/熱導(dǎo)率]×楊氏模量×熱膨脹系數(shù)×(1-泊松比)×光彈性常數(shù) ...(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)。
(2)一種棱鏡用光學(xué)玻璃(以下稱為光學(xué)玻璃2)，其特征在于用克分子表示，玻璃組成為SiO260～85％、B2O35～20％、Al2O30～3％、Li2O 0～3％、Na2O 5～20％、K2O 0～5％、Li2O+Na2O+K2O 6～20％、MgO 0～5％、CaO 0～10％、SrO 0～10％、BaO 0～10％、ZnO 0～10％以及MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0.1～15％，同時(shí)實(shí)質(zhì)上不含PbO，而且上述關(guān)系式(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)。
(3)一種棱鏡用光學(xué)玻璃(以下稱為光學(xué)玻璃3)，其特征在于光彈性常數(shù)為2.9×10-12/Pa以上，而且關(guān)系式(I)KΔt＝[(比熱×比重)/熱導(dǎo)率]×楊氏模量×熱膨脹系數(shù)×(1-泊松比)×光彈性常數(shù) ...(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)。
(4)上述(1)～(3)項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃，其特征在于折射率為1.45～1.65，阿貝數(shù)為60～70。
(5)上述(1)～(4)項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃，其特征在于折射率位于1.51680±0.00500的范圍，阿貝數(shù)位于64.2±0.5的范圍。
(6)上述(1)～(5)項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃，其特征在于1400℃下玻璃的粘度小于100Pa·s。
(7)上述(1)～(6)項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃的制造方法，其特征在于具有以下工序在由鉑含量95重量％以上的耐熱材料構(gòu)成的容器中，將玻璃原料或預(yù)先玻璃化了的碎玻璃熔融得到熔融玻璃的工序；用其表面鉑含量為95重量％以上的材料構(gòu)成的附有葉片的棒攪拌熔融玻璃使之均勻化的工序；去除熔融玻璃中的氣泡并進(jìn)行澄清的工序；以及使均勻化了的和澄清了的熔融玻璃成形的工序。
(8)一種棱鏡用光學(xué)部件，其特征在于是由玻璃塊構(gòu)成的棱鏡用光學(xué)部件，上述玻璃塊由上述(1)～(6)項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃構(gòu)成。
(9)一種棱鏡，其特征在于備有上述(8)項(xiàng)中所述的棱鏡用光學(xué)部件。
(10)上述(9)項(xiàng)中所述的棱鏡，這是投影儀用棱鏡。
(11)一種液晶投影儀，其特征在于備有上述(10)項(xiàng)中所述的棱鏡。
再有，以下適當(dāng)?shù)貙⒄凵渎时硎緸閚d，將阿貝數(shù)表示為νd。

圖1是在實(shí)施例中制作的液晶投影儀的結(jié)構(gòu)的說明圖。1為高亮度燈，2為集成透鏡，3為偏振變換系統(tǒng)，4為聚光透鏡，5為分色鏡，6為TFT液晶面板，7為棱鏡，8為投影透鏡，9為反射鏡[發(fā)明的實(shí)施形態(tài)]對(duì)于本發(fā)明的棱鏡用光學(xué)玻璃，有光學(xué)玻璃1、光學(xué)玻璃2和光學(xué)玻璃3這三種形態(tài)，以下說明各光學(xué)玻璃。
首先，光學(xué)玻璃1包含作為必要成分的SiO2和B2O3，實(shí)質(zhì)上不包含PbO和P2O5，而且關(guān)系式(I)KΔt＝[(比熱×比重)/熱導(dǎo)率]×楊氏模量×熱膨脹系數(shù)×(1-泊松比)×光彈性常數(shù) ...(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)。再有，上述熱膨脹系數(shù)表示出50～100℃下的平均熱膨脹系數(shù)。
另外，所謂實(shí)質(zhì)上未包含的成分，意味著除了雜質(zhì)，玻璃不包含該物質(zhì)，所謂棱鏡用光學(xué)玻璃，意味著作為構(gòu)成棱鏡的玻璃制光學(xué)部件(例如棱柱狀的玻璃塊等)而使用的光學(xué)玻璃。
如果上述關(guān)系式(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)，則該光學(xué)玻璃的光學(xué)特性難以隨溫度變化而變化。在以下所示的光學(xué)玻璃2和光學(xué)玻璃3中，其現(xiàn)象也是一樣的。
按照該光學(xué)玻璃1，盡管實(shí)質(zhì)上不包含PbO、P2O5，但由于將SiO2和B2O3取作必要成分，同時(shí)將KΔt的絕對(duì)值抑制為小于規(guī)定的值，故可實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定性方面卓越的棱鏡用光學(xué)玻璃。
另外，光學(xué)玻璃2當(dāng)用克分子表示時(shí)，其玻璃組成為SiO260～85％、B2O35～20％、Al2O30～3％、Li2O 0～3％、Na2O 5～20％、K2O 0～5％、Li2O+Na2O+K2O 6～20％、MgO 0～5％、CaO 0～10％、SrO 0～10％、BaO 0～10％、ZnO 0～10％以及MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0.1～15％，同時(shí)實(shí)質(zhì)上不含PbO，而且上述關(guān)系式(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)。
在該光學(xué)玻璃2中，盡管將PbO從玻璃成分中排除掉，但由于將KΔt的絕對(duì)值抑制為小于規(guī)定的值，故可實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定性方面卓越的棱鏡用光學(xué)玻璃。
該光學(xué)玻璃2除了上述成分外，作為任意成分，可包含從La2O3、TiO2、ZrO2、Nb2O5、Cs2O、Gd2O3、Sb2O3、SnO2中選取的至少1種成分。
其次，說明光學(xué)玻璃2的組成限定的理由。以下，假定各成分的量用克分子表示。
SiO2是玻璃的基本成分，是決定熱特性、化學(xué)耐久性的重要成分。當(dāng)小于60％時(shí)，玻璃的耐失透性、化學(xué)耐久性惡化。反之，如超過85％，則玻璃的熔融變得困難。因此，SiO2的含量定為60～85％。最好是65～75％。
B2O3也是玻璃的基本成分，與此同時(shí)，還是使熔融性提高的有效成分。當(dāng)小于5％時(shí)，其效果很小，反之，如超過20％，則玻璃的化學(xué)耐久性惡化。因此，B2O3的含量定為5～20％。最好是10～15％。
Al2O3是為了防止硼硅酸鹽玻璃的分相的有效成分，但如超過3％，則耐失透性惡化。因此，Al2O3的含量定為0～3％。最好是1～2％。
Li2O不是必要成分，但對(duì)使玻璃的熔融性提高卻是有效的成分。然而，Li2O如超過3％，則耐失透性惡化。因此，Li2O的含量定為0～3％。最好是0～2％。
Na2O是使玻璃的熔融性提高最有效的成分。當(dāng)小于5％時(shí)，熔融困難，反之，如超過20％，則化學(xué)耐久性惡化。因此，Na2O的含量定為5～20％。最好是7～15％。
K2O不是必要成分，但對(duì)使玻璃的熔融性提高卻是有效的成分。然而，K2O如超過5％，則KΔt的絕對(duì)值增大。因此，K2O的含量定為0～5％。
Li2O、Na2O、K2O的總含量當(dāng)小于6％時(shí)，熔融玻璃的粘度高，熔融變得困難。反之，總含量如超過20％，則化學(xué)耐久性惡化，同時(shí)KΔt的絕對(duì)值增大。因此，Li2O、Na2O、K2O的總含量定為6～20％。最好為7～15％。
MgO不是必要成分，為了使熔融性、化學(xué)耐久性得到提高，可以添加MgO。然而，如MgO超過5％，則耐失透性惡化。因此，MgO的含量定為0～5％。
CaO和ZnO也不是必要成分，但為了使熔融性、化學(xué)耐久性得到提高，可以添加CaO和ZnO。然而，如CaO和ZnO分別超過10％，則KΔt的絕對(duì)值增大。因此，CaO和ZnO的含量分別定為0～10％。
SrO、BaO均使熔融性、化學(xué)耐久性得到提高，同時(shí)為了調(diào)整玻璃的折射率(nd)及阿貝數(shù)(νd)，可添加SrO、BaO。SrO、BaO的添加量均定為0～10％。還有，SrO和BaO的添加量的總值最好定為0～10％。
如上面說明的那樣，作為液晶投影儀的棱鏡玻璃，使用了BK7。因此，假定液晶投影儀的光學(xué)系統(tǒng)在使用BK7的折射率(nd)為1.51680、阿貝數(shù)(νd)為64.2的玻璃制棱鏡的情況下達(dá)到最佳化。因此，為了從BK7的置換平滑地取得進(jìn)展，希望對(duì)玻璃的折射率和阿貝數(shù)取接近于BK7的值。在使光學(xué)玻璃2的折射率(nd)、阿貝數(shù)(νd)接近于BK7的值方面，SrO、BaO的添加量的總值最好定為0～10％，定為1～5％則更好。
MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO是既維持化學(xué)耐久性，又使熔融性提高的成分，但當(dāng)它們的總含量小于0.1％時(shí)，其效果很小，反之，總含量如超過15％，則化學(xué)耐久性惡化，同時(shí)KΔt的絕對(duì)值增大。因此，MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO的總含量定為0.1～15％。最好為3～8％。
上述各成分由于上述理由可獨(dú)立地定為上述最理想的范圍。其中，在上述組成范圍內(nèi)，更理想的組成包含SiO267～75％、B2O310～15％、Al2O30.1～2％、Li2O 0～2％、Na2O 7～15％、Li2O+Na2O+K2O 7～15％、MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 3～8％。
La2O3、TiO2、ZrO2、Nb2O5、Cs2O、Gd2O3、Sb2O3、SnO2和F雖然不是必要成分，但出于提高熔融性、調(diào)整熱膨脹特性、提高澄清性和化學(xué)耐久性等的目的可予以添加。
其中，最好添加具有澄清作用的Sb2O3。
在該光學(xué)玻璃2中，特別理想的組成為SiO2、B2O3、Al2O3、Na2O、Li2O、CaO、SrO、BaO、ZnO、Sb2O3總含量為95％以上，更好的組成為上述總含量為99％以上，100％則尤其好。
再有，實(shí)質(zhì)上未包含的卻示出了理想的成分。作為這樣的成分有F、As化合物。此外，最好排除掉放射性物質(zhì)及Cd等有害物質(zhì)。
此外，本發(fā)明的光學(xué)玻璃3是光彈性常數(shù)為2.9×10-12/Pa以上，而且關(guān)系式(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)的玻璃。該光學(xué)玻璃3的光彈性常數(shù)盡管比現(xiàn)有的含PbO的玻璃及含P2O5-BaO的玻璃大，但由于將KΔt的絕對(duì)值抑制為小于規(guī)定的值，故實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定性卓越的棱鏡用光學(xué)玻璃成為可能。
再有，上述光學(xué)玻璃1既可以具備光學(xué)玻璃2的特征，又可以具備光學(xué)玻璃3的特征，進(jìn)而也可以兼具光學(xué)玻璃2和3的特征。另外，光學(xué)玻璃2也可以具備光學(xué)玻璃3的特征。
另外，作為光學(xué)玻璃1和光學(xué)玻璃3的組成，可舉出與上述光學(xué)玻璃2的組成相同者為宜。
在本發(fā)明的光學(xué)玻璃(1、2和3，下同)中，上述關(guān)系式(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)，但最好小于2500×10-2m·s/(g·K)，小于2000×10-2m·s/(g·K)則更好。
如上面說明的那樣，希望玻璃的的折射率和阿貝數(shù)取接近于BK7的值。光學(xué)玻璃1～3中的任意一種玻璃最好其折射率(nd)也為1.45～1.65、阿貝數(shù)(νd)也為60～70，而折射率(nd)位于1.51680±0.00500的范圍、阿貝數(shù)(νd)位于64.2±0.5的范圍則更好，折射率(nd)位于1.51680±0.00100的范圍、阿貝數(shù)(νd)位于64.2±0.2的范圍則尤其好。
另外，最好將上述光學(xué)玻璃的比重定為2.50，尤其是定為2.20～2.50。如果其它的特性不變，則KΔt的絕對(duì)值與玻璃的比重成正比地增加。因此，從比重方面看，最好減小KΔt的絕對(duì)值，并且最好位于上述范圍。
此外，最好50～100℃下的熱膨脹系數(shù)為28～60×10-7/K。由于KΔt與比重一樣，與熱膨脹系數(shù)成正比，通過將熱膨脹系數(shù)抑制到上述范圍，可使熱穩(wěn)定性得到提高，同時(shí)也可使耐熱沖擊性也得到提高。
在上述光學(xué)玻璃中，1400℃下玻璃的粘度最好小于100Pa·s。在廉價(jià)地制造均勻玻璃方面，熔融玻璃的粘度是重要的特性。如果1400℃下熔融玻璃的粘度在100Pa·s以上，則玻璃難以摻混在一起，均勻度降低。為了提高均勻度，還需要可高溫熔解的熔融裝置，但其缺點(diǎn)是在制造設(shè)備方面要花費(fèi)過多的費(fèi)用，從而增高了玻璃的成本。因此，1400℃下熔融玻璃的粘度最好小于100Pa·s。棱鏡用光學(xué)玻璃如上述那樣尋求熱穩(wěn)定性，但作為其前提則要求玻璃的均勻性。因此，作為棱鏡用光學(xué)玻璃，上述特性是重要的特性之一。再有，在本發(fā)明中，光學(xué)玻璃的粘度采取在JISZ8803中所規(guī)定的應(yīng)用共軸雙重圓筒形旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的方法進(jìn)行測量。
另外，在上述光學(xué)玻璃中，希望將Fe2O3的含量抑制到小于50ppm。Fe2O3是使對(duì)上述光學(xué)玻璃來說重要的透射率惡化的成分。Fe2O3的含量在50ppm以上時(shí)，玻璃被著色，影像的色調(diào)發(fā)生變化。因此，在抑制著色方面，F(xiàn)e2O3的含量最好抑制到小于50ppm，抑制到小于30ppm則更好，如果抑制到20～30ppm則一般沒有問題。
上述光學(xué)玻璃最好全部將波長380nm下的透射率(厚度10mm下兩面經(jīng)光學(xué)研磨了的玻璃板的透射率)定為88％以上。再有，此時(shí)在380nm～760nm的波段，上述透射率為88％以上。
此外，上述光學(xué)玻璃的耐水性在應(yīng)用日本光學(xué)玻璃工業(yè)會(huì)規(guī)格的粉末法進(jìn)行評(píng)價(jià)的情況下，當(dāng)用Dw顯示時(shí)，最好定為0.1％以下，定為0.05％以下則更好。
該棱鏡用光學(xué)玻璃按照本發(fā)明，可采取以下所示的方法高效地制造。
即，通過進(jìn)行以下工序在由鉑含量為95重量％以上的耐熱材料構(gòu)成的容器中，將玻璃原料或預(yù)先玻璃化了的碎玻璃熔融得到熔融玻璃的工序；用其表面鉑含量為95重量％以上的材料構(gòu)成的附有葉片的棒攪拌熔融玻璃使之均勻化的工序；去除熔融玻璃中的氣泡并加以澄清的工序；以及使均勻化了的和澄清了的熔融玻璃成形的工序，可制造上述的本發(fā)明的棱鏡用光學(xué)玻璃。
本發(fā)明的該方法將一邊防止雜質(zhì)混入，一邊制造均勻而且高品質(zhì)的光學(xué)玻璃的方法應(yīng)用于棱鏡用光學(xué)玻璃的制造，從而制造出上述的光學(xué)玻璃。
例如，適當(dāng)?shù)夭捎醚趸?、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氯化物、硫化物等作為玻璃原料，進(jìn)行稱量、混合，形成調(diào)和原料，以得到所希望的組成。然后，在由鉑含量為95重量％以上的耐熱材料構(gòu)成的容器中，將調(diào)和原料加熱，得到熔融玻璃。然后，用其表面鉑含量為95重量％以上的材料構(gòu)成的附有葉片的棒攪拌熔融玻璃使之均勻化，同時(shí)通過去除熔融玻璃中的氣泡并加以澄清，來準(zhǔn)備應(yīng)成形的熔融玻璃。這樣一來，均勻化了的熔融玻璃流到框內(nèi)并成形為玻璃成形體后，用加熱到玻璃的緩冷點(diǎn)附近的電爐冷卻至室溫。本發(fā)明的上述工序全部在1500℃以下進(jìn)行。一般來說，被分類為硬質(zhì)玻璃的玻璃在1550℃以上，例如在1650℃等的熔解溫度下制造。因此，因耐熱容器的侵蝕而導(dǎo)致的異物及著色卻成了問題，不適合作為光學(xué)玻璃，尤其是作為供液晶投影儀棱鏡用的玻璃使用。這樣的硬質(zhì)玻璃的品質(zhì)與能作為棱鏡，尤其是液晶投影儀用的棱鏡等使用的水平相差甚遠(yuǎn)。
按照本發(fā)明，通過如上述那樣采用給予細(xì)心注意的方法，即可制造由上述光學(xué)玻璃構(gòu)成的棱鏡用光學(xué)部件，而不至使玻璃著色、使異物混入玻璃中、殘留氣泡、形成不均勻性等。
其次，如對(duì)本發(fā)明的棱鏡用光學(xué)部件進(jìn)行說明，則該光學(xué)部件是玻璃塊，是由上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃構(gòu)成的部件，其形狀有多種多樣，但多以棱柱狀，尤其是三棱柱狀者而被使用。在本發(fā)明的光學(xué)部件中，包含了其表面呈研磨前狀態(tài)的部件，也包含了其表面被特別研磨成光學(xué)功能面(由于具有作為棱鏡的功能，是既使光透過，又使光反射的面)的部件，但通常以最終被光學(xué)研磨成光學(xué)功能面的部件而被使用。
按照本發(fā)明的棱鏡用光學(xué)部件，由于使用了上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃，故可廉價(jià)地提供熱穩(wěn)定性、耐熱沖擊性、耐水性方面卓越的棱鏡。尤其是，適合于尋求高的熱穩(wěn)定性的液晶投影儀用棱鏡。
本發(fā)明的棱鏡是供配備上述棱鏡用光學(xué)部件的棱鏡，一般來說，被光學(xué)研磨成光學(xué)功能面。另外，根據(jù)對(duì)光學(xué)功能面的需要而設(shè)計(jì)光學(xué)薄膜或多層膜。作為上述膜的功能，可例示出抗反射膜、高反射膜、具有波長選擇性的反射膜等。另外，也有將多個(gè)上述棱鏡用光學(xué)部件貼合在一起而構(gòu)成的棱鏡。在貼合面上也可設(shè)置光學(xué)薄膜或光學(xué)多層膜。
此處，對(duì)液晶投影儀用的棱鏡進(jìn)行說明。具有各種形狀、結(jié)構(gòu)的玻璃被使用于液晶投影儀用的棱鏡，但作為主要功能，可列舉用于使從光源發(fā)出的光分離成RGB的功能，用于在空間上將被調(diào)制了的RGB光進(jìn)行光波合成的功能。本發(fā)明的棱鏡也可根據(jù)使用目的而作成各種形狀和結(jié)構(gòu)。另外，可根據(jù)需要在光學(xué)功能面上備有光學(xué)薄膜或多層膜。即使在這樣的情況下，由于構(gòu)成棱鏡的玻璃塊由上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃構(gòu)成，能以低價(jià)格提供在熱穩(wěn)定性、耐熱沖擊性、耐水性等方面卓越的棱鏡。因此，對(duì)于能形成高品質(zhì)圖像的液晶投影儀的普及作出很大的貢獻(xiàn)。
本發(fā)明的液晶投影儀備有上述棱鏡，由于將熱穩(wěn)定性方面卓越的上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃用于該棱鏡，投影圖像的失真等極少，可形成高品質(zhì)的圖像。其次，通過實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明卻不受這些例子的絲毫限定。
實(shí)施例1～6和比較例1～4使用光學(xué)玻璃級(jí)的純度的原料，將氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氯化物、硫酸鹽等原料，按表1、表2的組成那樣進(jìn)行稱量、將混合了的調(diào)和原料倒入鉑坩鍋，在1400～1500℃下加熱、熔融后，用鉑制附有葉片的攪拌棒進(jìn)行攪拌使之均勻化，接著靜置進(jìn)行澄清后，流入鑄模。待玻璃固化后，移至加熱到玻璃緩冷點(diǎn)附近的電爐，緩冷至室溫。從所得到的玻璃塊切出測量所需的測試片，經(jīng)研磨加工，進(jìn)行各種特性的評(píng)價(jià)。其結(jié)果示于表1、表2。再有，各種特性通過以下所示的方法進(jìn)行測量。各實(shí)施例在380nm～760nm的波段的透射率均超過波長380nm的值。
*Sb2O3的添加量用添加了的重量部對(duì)SiO2～Fe2O3的總量100重量部的比率表示。
*Sb2O3的添加量用添加了的重量部對(duì)SiO2～Fe2O3的總量100重量部的比率表示。
(1)熱膨脹系數(shù)用熱機(jī)械分析裝置(TMA；Rigaku公司制TMA8310)進(jìn)行測量，并算出50～100℃的溫度范圍的平均線膨脹系數(shù)。
(2)楊氏模量從用鳴叫環(huán)繞式聲速測量裝置(超聲波工業(yè)社制UVM-2)測得的超聲波的傳播速度用下式算出。
G＝Vs2·ρ楊氏模量＝(4G2-3G·V12·ρ)/(G-V12·ρ)此處示出了G剛性率，Vs縱波速度，V1橫波速度，ρ玻璃的密度。
(3)泊松比從楊氏模量和剛性率用下式算出。再有，剛性率的測量采用與楊氏模量的測量同樣的鳴叫環(huán)繞式聲速測量裝置(超聲波工業(yè)社制UVM-2)進(jìn)行。
泊松比＝(E/2G)-1此處示出了G剛性率，E楊氏模量。
(4)光彈性常數(shù)采用He-Ne激光(波長632.8nm)，在對(duì)圓片狀試樣的一個(gè)直線方向施加壓縮負(fù)荷時(shí)，測量在圓片中心產(chǎn)生的光程差，從該值通過下式算出。
光彈性常數(shù)＝δ/(d·F)此處示出了δ光程差，d試樣的厚度，F(xiàn)應(yīng)力。
(5)熱導(dǎo)率是用激光閃速法測得的室溫下的測量值(使用真空理工社制TC-7000)。
在本方法中，將來自激光振蕩器的激光照射到試樣表面，測量從試樣的背面釋出的熱量及其時(shí)間，導(dǎo)出比熱(Cp)和熱擴(kuò)散率(α)，通過下式算出熱導(dǎo)率。
熱導(dǎo)率＝α·Cp·ρ此處示出了ρ試樣密度。
(6)比熱用比熱測量裝置(真空理工社制SH-3000)在室溫下進(jìn)行測量。
(7)耐水性用日本光學(xué)玻璃工業(yè)會(huì)規(guī)格的粉末法進(jìn)行測量，用Dw顯示評(píng)價(jià)耐水性。
即，將測量試樣粉碎后取其一定的量，浸泡在石英玻璃制附有冷卻器的圓底燒瓶內(nèi)的純水中加熱，干燥后進(jìn)行稱量，以其減少量％作為Dw。
(8)透射率示出被光學(xué)研磨成厚度為10mm的玻璃的波長380nm下的透射率。
(9)折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd)用日本光學(xué)玻璃工業(yè)會(huì)規(guī)格的折射率測量方法測量nd和νd(使用Karunyu光學(xué)社制GMR-1)。
(10)粘度采用由JISZ8803規(guī)定的測量方法，用共軸雙重圓筒形旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測量1400℃下玻璃的粘度(使用東京工業(yè)株式會(huì)社制高溫粘度測量裝置RHEOTRONIC)。
(注)實(shí)施例1～6是本發(fā)明的玻璃，比較例1是BK7，比較例2是有代表性的物理化學(xué)用硼硅酸鹽玻璃，比較例3是P2O5-BaO類低光彈性玻璃，比較例4是SiO2-PbO類光彈性玻璃。
在實(shí)施例1～6中，均得到在熱穩(wěn)定性、耐熱沖擊性、耐水性方面卓越的光學(xué)玻璃。與此相對(duì)照，在比較例中，玻璃既被著色，又得不到充分的熱穩(wěn)定性，存在含有在環(huán)境上成為問題的物質(zhì)等的問題，無法得到包括實(shí)施例所滿足的全部條件的光學(xué)玻璃。
將實(shí)施例1中得到的光學(xué)玻璃研磨加工成三棱柱狀，形成棱鏡用光學(xué)部件。
準(zhǔn)備4個(gè)這種棱鏡用光學(xué)部件，將光學(xué)功能面貼合在一起，構(gòu)成了如圖1所示的液晶投影儀用棱鏡。再有，在該棱鏡的光學(xué)功能面上適當(dāng)?shù)匦纬晒鈱W(xué)薄膜或光學(xué)多層膜。
使用該棱鏡制作圖1那樣的結(jié)構(gòu)的液晶投影儀。該投影儀使高亮度燈1發(fā)出的光通過集成透鏡2、偏振變換系統(tǒng)3、聚光透鏡4后，用多個(gè)分色鏡5分離成RGB三色后，借助于TFT液晶面板6進(jìn)行空間調(diào)制，用上述棱鏡7進(jìn)行光波的合成。進(jìn)行了光波合成的光通過投影透鏡8被投影到外部的屏幕上。再有，圖1所示的棱鏡7與液晶面板和防塵玻璃(未圖示)一起構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)的單元。9為反射鏡。
再有，液晶投影儀不限定于圖1的結(jié)構(gòu)，但可將其用作熟知的結(jié)構(gòu)。
同樣地，對(duì)于實(shí)施例2～6的光學(xué)玻璃，也應(yīng)用了各自的玻璃，既可提供棱鏡用光學(xué)部件，又可提供應(yīng)用該部件的棱鏡。此外，也可提供備有上述棱鏡的液晶投影儀。
再有，在使用了實(shí)施例5的光學(xué)玻璃制作的棱鏡被使用的情況下，由于折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd)被調(diào)整為BK7的值，僅靠置換成BK7制棱鏡即可，完全不必對(duì)其它光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。按照本發(fā)明，可提供在高透射、高均勻性而且光學(xué)特性的熱穩(wěn)定性方面卓越的棱鏡用光學(xué)玻璃、由上述玻璃構(gòu)成的棱鏡用光學(xué)部件及其制造方法、備有上述光學(xué)部件的棱鏡以及備有上述棱鏡的液晶投影儀。
另外，按照本發(fā)明，由于不必過分地減小光彈性常數(shù)，故排除了在環(huán)境上成為問題的成分，與此同時(shí)，可提供在熱穩(wěn)定性、耐熱沖擊性、耐水性方面卓越的棱鏡用光學(xué)玻璃、棱鏡用光學(xué)部件和棱鏡。
權(quán)利要求
1.一種棱鏡用光學(xué)玻璃，其特征在于包含作為必要成分的SiO2和B2O3，實(shí)質(zhì)上不包含PbO和P2O5，而且關(guān)系式(I)KΔt＝[(比熱×比重)/熱導(dǎo)率]×楊氏模量×熱膨脹系數(shù)×(1-泊松比)×光彈性常數(shù) ...(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)。
2.一種棱鏡用光學(xué)玻璃，其特征在于用克分子表示，玻璃組成為SiO260～85％、B2O35～20％、Al2O30～3％、Li2O 0～3％、Na2O 5～20％、K2O 0～5％、Li2O+Na2O+K2O 6～20％、MgO 0～5％、CaO 0～10％、SrO 0～10％、BaO 0～10％、ZnO 0～10％以及MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0.1～15％，同時(shí)實(shí)質(zhì)上不含PbO，而且關(guān)系式(I)KΔt＝[(比熱×比重)/熱導(dǎo)率]×楊氏模量×熱膨脹系數(shù)×(1-泊松比)×光彈性常數(shù)...(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)。
3.一種棱鏡用光學(xué)玻璃，其特征在于光彈性常數(shù)為2.9×10-12/Pa以上，而且關(guān)系式(I)KΔt＝[(比熱×比重)/熱導(dǎo)率]×楊氏模量×熱膨脹系數(shù)×(1-泊松比)×光彈性常數(shù)...(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10-2m·s/(g·K)。
4.如權(quán)利要求1～3的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃，其特征在于折射率為1.45～1.65，阿貝數(shù)為60～70。
5.如權(quán)利要求1～3的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃，其特征在于折射率位于1.51680±0.00500的范圍，阿貝數(shù)位于64.2±0.5的范圍。
6.如權(quán)利要求1～5的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃，其特征在于1400℃下玻璃的粘度小于100Pa·s。
7.如權(quán)利要求1～6的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃的制造方法，其特征在于具有以下工序在由鉑含量為95重量％以上的耐熱材料構(gòu)成的容器中，將玻璃原料或預(yù)先玻璃化了的碎玻璃熔融得到熔融玻璃的工序；用其表面鉑含量為95重量％以上的材料構(gòu)成的附有葉片的棒攪拌熔融玻璃使之均勻化的工序；去除熔融玻璃中的氣泡并進(jìn)行澄清的工序；以及使均勻化了的和澄清了的熔融玻璃成形的工序。
8.一種棱鏡用光學(xué)部件，其特征在于是由玻璃塊構(gòu)成的棱鏡用光學(xué)部件，上述玻璃塊由權(quán)利要求1～6的任意一項(xiàng)所述的棱鏡用光學(xué)玻璃構(gòu)成。
9.一種棱鏡，其特征在于備有權(quán)利要求8所述的棱鏡用光學(xué)部件。
10.如權(quán)利要求9所述的棱鏡，其特征在于是投影儀用棱鏡。
11.一種液晶投影儀，其特征在于備有權(quán)利要求10所述的棱鏡。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供在高透射、高均勻性和光學(xué)特性的熱穩(wěn)定性方面卓越的棱鏡用光學(xué)玻璃和棱鏡用光學(xué)部件。關(guān)系式(I)KΔt=[(比熱×比重)/熱導(dǎo)率]×楊氏模量×熱膨脹系數(shù)×(1－泊松比)×光彈性常數(shù)…(I)中所表示的KΔt的絕對(duì)值小于3000×10
文檔編號(hào)C03C3/076GK1435388SQ0310217
公開日2003年8月13日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月30日
發(fā)明者上村陽一郎, 蜂谷洋一, 工藤理惠子, 立和名一雄 申請人:保谷株式會(huì)社