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光学玻璃
光学玻璃是制造光学镜头、光学仪器的主要材料。光学玻璃必须有高度精确的折射率、阿贝数和高透明度、高均匀度。
最初用于制造镜头的玻璃,就是普通窗户玻璃或酒瓶上的疙瘩,形状类似“冠”,皇冠玻璃或冕牌玻璃的名称由此而来。那时候的玻璃极不均匀,多泡沫。除了冕牌玻璃外还有另一种含铅量较多的燧石玻璃。 1790年左右法国人皮而·路易·均纳德发现搅拌玻璃酱可以制造质地均匀的玻璃。 1884年蔡司公司的恩斯特·阿贝和奥托·肖特在德国耶拿市创建肖特玻璃厂(Schott Glaswerke AG ),在几年内研制了几十种光学玻璃,其中以高折射率的钡质冕牌玻璃的发明为肖特玻璃厂的重要成就之一。
光学玻璃的成分:
光学玻璃是用高纯度硅、硼、钠、钾、锌、铅、镁、钙、钡等的氧化物按特定配方混合,在白金坩埚中高温融化,用超声波搅拌均匀,去气泡;然后经長时间缓慢地降温,以免玻璃块产生内应力。冷却后的玻璃块,必须经过光学仪器测量,检验纯度、透明度、均匀度、折射率和色散率是否合规格。合格的玻璃块经过加热锻压,成光学透镜毛胚。
特种光学玻璃:
1. 稀土元素光学玻璃
三十年代出现了新的稀土元素光学玻璃,主要成分是镧、钍、钽的氧化物。稀土元素光学玻璃有很高的折射率,为光学镜头的设计开辟新的可能性。今日大孔径镜头中多有镧玻璃。钍玻璃因有放射性,已停止生产。
2. 无铅光学玻璃
无铅光学玻璃不含铅、砷,以N标志。
光学玻璃分类:
化学成分和光学性质相近的玻璃,在阿贝图上也分布在相邻的位置。肖特玻璃厂的阿贝图有一组直线和曲线,将阿贝图分成许多区,将光学玻璃分类;列如冕牌玻璃K5、K7、K10在K区,燧石玻璃F2、F4、F5在F区。玻璃名称中的符号:
F 代表燧石
K 代表冕牌
B 代表硼
BA 代表钡
LA 代表镧
N 代表无铅
P 代表磷
光学玻璃的物理参数:
Vd阿贝数 四位有效数字
nd折射率 七位有效数字
Ve 四位有效数字
ne 七位有效数字
玻璃的密度. 四位有效数字
玻璃的透明度.四位有效数字
折射率随着温度变化的系数 三位有效数字
国际玻璃码:
国际玻璃码用九位数字表示,形式为:xxxxxx.xxx;
头三位数字代表折射率nd小数点后头三位数。
下三位数字代表阿贝数Vd头三位数,不计小数点。
小数点后的三位数代表玻璃的密度,不计小数点
例如K10玻璃
nd=1.50137 小数点后头三位数=501
Vd=5**1 头三位数,不计小数点=564
密度=2.52;不计小数点=252
K10 的国际玻璃码是501564.252
阿贝数:
阿贝数是德国物理学家恩斯特·阿贝发明的物理学数,也称”V-数”,用来衡量介质的光线色散程度.
光线色散程度越大阿贝数越小,反之光线色散程度越小阿贝数越大。光学玻璃的两个重要参数是折射率和阿贝数。肖特玻璃目录中光学玻璃的阿贝数界于20-90之间。
冕牌玻璃和燧石玻璃的分界:
折射率≤1.6
V≥50:冕牌玻璃
V<50:燧石玻璃
折射率<1.6
V≥55:冕牌玻璃
V<55:燧石玻璃
阿贝图:
阿贝图是德国物理学家恩斯特·阿贝在1886年发明的玻璃坐标图。
阿贝图是直角物理坐标图,以玻璃的阿贝数V为横轴(X轴),以玻璃的折射率n为纵轴(Y轴)。
V轴和n轴的交点不是零点,V数在V轴上从左到右从大到小排列,从V=100到V=18;折射率n从下到上从小到大排列,从1.42 到2.2。
每一种光学玻璃在阿贝图上以一个点标志,没有标志的点,没有符合坐标的玻璃。 性质相近的玻璃,在阿贝图上也分佈在相邻的位置。
肖特玻璃厂的阿贝图有一组直线和曲线,将阿贝图分成许多区;列如冕牌玻璃K5、K7、K10在K区,燧石玻璃F2、F4、F5在F区。
一种光学玻璃在阿贝图上的V,n坐标,只是约数。光学玻璃的阿贝数V必须准确到四位有效数字,折射率n必须准确到六位有效数字,必须另从光学玻璃目录中查找。
萤石(Fluorite)
英文名称: fluorite 。
矿物(岩石)名称:萤石。
材料性质:
化学成分: CaF 2 。
结晶状态:晶质体晶系:等轴晶系。
晶体习性:常呈立方体、八面体、菱形十二面体及聚形,也可呈条带状致密块状集合体。
常见颜色:绿、蓝、棕、黄、粉、紫、无色等。
光 泽:玻璃光泽至亚玻璃光泽。
解 理:四组完全解理。
摩氏硬度: 4 。
密 度: 3.18( + 0.07 ,- 0.18)g/cm 3 。
光性特征:均质体。
多 色 性:无。
折 射 率: 1.434( ± 0.001) 。
双折射率:无。
紫外荧光:随不同品种而异,一般具很强荧光,可具磷光。
吸收光谱:不特征,变化大,一般强吸收。
放大检查:色带,两相或三相包体,可见解理呈三角形发育。
特殊光学效应:变色效应。
优化处理:
热 处 理:常将黑色、深蓝色热处理蓝色,稳定,避免 300 ℃以上的受热,不易检测。
充填处理:用塑料或树脂充填表面裂隙,以保证加工时不裂开。
辐照处理:无色的萤石辐照成紫色,但见光很快褪色,很不稳定。
萤石和光学玻璃相比,萤石有低折射率,低色散等优点,但在实际的运用上因为有其困难度跟经济因素存在,所以不可能使用。然而在光学上所使用的所谓光学玻璃都是以二氧化硅(Silica)为主要原料并且加入氧他钡(Barium)或镧(Lanthanum)之类的添加物,于镕炉中以高于1300度的高温溶解后,再以极慢的降温方式使其由液体凝固为固体。
《玻璃的奇迹-三人共同创业绩》 作者:弗里茨.舍费尔(西德)
1965经 C.多曼补充修订第三版翻译.并改名为:《玻璃的奇迹-蔡司,阿贝,塑特的创业史》
先介绍一下: 蔡司:光学机械技术 阿贝:物理基础理论 塑特:化学专长 三人完美的结合起来,在蔡司工厂中,创造出玻璃的奇迹
书中原文:阿贝,为了能够震惊世界的高级物镜及早问世,阿贝废寝忘食地努力着.他意识到,人的能力是有限的,所有最佳物镜都无法得到以数学和公式标明的绝对值.超过这个限度更是无从谈起.人的努力,只能逐步改进那些不足之处,要想做到完美无缺,那是绝对不可能的..(时间大概为:188X年)
阿贝在努力探索着最佳方案,他在大自然中寻求着人力似乎无法创造的东西.
他同过去的一些光学家们一样(不知哪个世纪了),很清楚萤石光学特征,它的特性是最优越的玻璃也无法同其媲美.(佳能创业大概在1930年吧) 塑特建议将氟,溶解到玻璃中.可这项试验困难重重,最终只得放弃这种设想.(书中未说明将氟,溶解到玻璃中是试制什么,难道是人造萤石??还是现在所谓的UD??)
后来,阿贝让人挑选最纯的萤石研制成透镜,并运用到物镜中,效果大吃一惊(最早的萤石镜片在1886年)用这种物镜拍摄的照片,清晰度是当时最佳的(原来德国人最先认同这点)
越来越多的订货任务很快的消耗着蕴藏量微小的萤石,可作为透镜的整块萤石是极少的,而高纯度的萤石又得从瑞士进口.
阿贝到处寻找萤石…..略…..为了寻找萤石,他的足迹几乎遍及整个奥尔契霍尔思地区,可是仍无踪影….略…..(千辛万苦后)结果居然找到好几百公斤萤石,可是能用在光学上的纯萤石,只有几磅.(比黄金还贵?)
现在,想要找到足够的萤石,来做光学玻璃的原料,是不太可能了.(后来就不用了?)
以上为书中原话
由此可见,萤石镜片蔡司工厂在18XX年就使用了,而天然萤石极其珍贵,很快就用OVER了!当时科学技术还不足以造出人造萤石.一百年以后,人造萤石被佳能造出..
当然,人造金刚石比不上天然金刚石.人造萤石也肯定比不过天然萤石..
(不知道天然萤石镜头,现在是否生产,难道是没有光学缺陷的`镜头??可以超过数学公式极限??)
而佳能产品册(据2006年秋,EOS产品册)上:佳能成功研制出人工培养并使其结晶,从而制造出萤石技术.
实意:从而制造出了人造萤石技术.佳能漏了人造两字,让我们误解了.
很多人认为萤石是佳能的蹿头,,,其实是非常高端的技术.只是佳能的萤石已经变味了.
而即使是佳能的人造萤石,也只有那些顶级镜头中长焦出现,足以表明萤石的光学性质多么优秀,多么珍贵.
以下是佳能现有产品中用到人造萤石的
EF70-200 F4 IS RMB10680(难怪人们都说IS小小白比小小白成象好)
EF100-400 F4.6-5.6 IS RMB18080
EF 300 F2.8 IS RMB53880
EF400 F2.8 IS RMB86880
EF500 F4 IS RMB81880
EF600 F4 IS RMB97480 |
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