專利名稱：光學(xué)玻璃、模壓預(yù)制體、其制造方法、光學(xué)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氟磷光學(xué)玻璃、模壓預(yù)制體(用于模壓的預(yù)制體)、制造該模壓預(yù)制體的方法、光學(xué)元件和制造該光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
氟磷玻璃作為一種低色散玻璃是非常有用的。作為這種氟磷玻璃，已知的是特表平3-500162號(hào)公報(bào)中描述的玻璃。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)在加熱下熔融氟磷玻璃用原料，并將獲得的熔融玻璃成型為玻璃產(chǎn)品時(shí)，熔融玻璃中的氟從具有高溫的玻璃表面蒸發(fā)，從而玻璃產(chǎn)品具有形成于其表面附近的層中的、稱為“條紋”的光學(xué)不均勻部分。
在將熔融玻璃成型為玻璃產(chǎn)品中，使熔融玻璃流出管子并澆注到模型等中來(lái)獲得玻璃產(chǎn)品。在這種情況下，流出的玻璃的溫度越高，氟蒸發(fā)得就越多，從而在更大程度上出現(xiàn)條紋。為了減少條紋的出現(xiàn)，需要降低流出玻璃的溫度。然而，當(dāng)降低此溫度時(shí)，流出的玻璃具有高的粘度，從而就牽涉到一個(gè)問(wèn)題，即當(dāng)將料滴(gob)與熔融玻璃流分離時(shí)，優(yōu)異分離熔融玻璃料滴是困難的。
為了克服上述問(wèn)題，需要提供一種顯示適合于在低溫下成型的粘度的玻璃。這種玻璃不僅具有用于熔融玻璃成型的低溫，而且具有降低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，因此其適合于可以高效提供具有相對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件如非球面透鏡而不依靠研磨和拋光的精密模壓方法。
已經(jīng)在上述情況下創(chuàng)造了本發(fā)明，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種適合于由其熔融玻璃形成優(yōu)質(zhì)玻璃，并進(jìn)一步適合于精密模壓的低色散光學(xué)玻璃。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種由上述玻璃形成的模壓預(yù)制體及其制造方法，本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種由上述玻璃形成的光學(xué)元件及其制造方法。
根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明，提供；(1)一種光學(xué)玻璃，其是一種氟磷玻璃，作為必要陽(yáng)離子組分，包括P5+、Al3+、選自Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+中的至少兩種作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)，和Li+，以陽(yáng)離子％計(jì)，其包括10-45％的P5+、5-30％的Al3+、0-20％的Mg2+、0-25％的Ca2+、0-30％的Sr2+、0-33％的Ba2+、1-30％的Li+、0-10％的Na+、0-10％的K+、0-5％的Y3+和0-15％的B3+、F-含量與F-和O2-總含量的摩爾比F-/(F-+O2-)為0.25-0.85，該光學(xué)玻璃的折射率(Nd)為1.40-1.58，阿貝數(shù)(vd)為67-90，(2)如上面(1)中列舉的光學(xué)玻璃，其含Ca2+、Sr2+和Ba2+中的至少兩種作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)，(3)如上面(1)中列舉的光學(xué)玻璃，其中作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)的Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+的總含量至少為1陽(yáng)離子％，(4)如上面(1)中列舉的光學(xué)玻璃，其中作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)的Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+中每一種的含量都至少為1陽(yáng)離子％，(5)一種光學(xué)玻璃，其是一種氟磷玻璃，并在700℃或更低的溫度下顯示30dPa·s的粘度，(6)如上面(5)中列舉的光學(xué)玻璃，其含1-30陽(yáng)離子％的Li+，(7)如上面(1)或(5)中列舉的光學(xué)玻璃，其供精密模壓之用，(8)一種模壓預(yù)制體，是由上面(1)或(5)中列舉的光學(xué)玻璃形成的，(9)一種模壓預(yù)制體，其是由玻璃轉(zhuǎn)變溫度為450℃或更低的氟磷光學(xué)玻璃形成的，并供精密模壓之用，(10)如上面(8)或(9)中列舉的模壓預(yù)制體，其整個(gè)表面是通過(guò)使熔融狀態(tài)的玻璃固化形成的，(11)一種制造模壓預(yù)制體的方法，該方法包括使熔融玻璃流出管子，分離具有預(yù)定重量的熔融玻璃料滴，和在玻璃冷卻過(guò)程中將所述玻璃料滴成型為上面(8)或(9)中列舉的預(yù)制體，(12)一種如上面(11)中列舉的制造模壓預(yù)制體的方法，其中在成型預(yù)制體之后通過(guò)蝕刻除去所述預(yù)制體表面，(13)一種如上面(11)中列舉的制造模壓預(yù)制體的方法，其中在成型預(yù)制體之后通過(guò)研磨和拋光除去所述預(yù)制體表面，(14)一種制造模壓預(yù)制體的方法，該方法包括將熔融玻璃成型為玻璃成型材料和機(jī)械加工所述玻璃成型材料，從而制造上面(8)或(9)中列舉的預(yù)制體，(15)一種光學(xué)元件，是由上面(1)或(5)中列舉的光學(xué)玻璃形成的，(16)一種制造光學(xué)元件的方法，該方法包括加熱并精密模壓上面(8)或(9)中列舉的預(yù)制體或通過(guò)上面(11)或(14)中列舉的方法制造的預(yù)制體，(17)一種如上面(16)中列舉的制造光學(xué)元件的方法，其中將所述預(yù)制體引入壓模中，一起加熱所述壓模和該預(yù)制體以進(jìn)行精密模壓，和(18)一種如上面(16)中列舉的制造光學(xué)元件的方法，其中將加熱后是熱的所述預(yù)制體引入到預(yù)加熱的壓模中以進(jìn)行精密模壓。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種適合于用熔融玻璃成型優(yōu)質(zhì)玻璃，并進(jìn)一步適合于精密模壓的低色散光學(xué)玻璃。
根據(jù)本發(fā)明，還可以提供由上述玻璃形成的精密模壓預(yù)制體及其制造方法，也提供由上述玻璃形成的光學(xué)元件及其制造方法。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中使用的精密模壓裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明光學(xué)玻璃的第一個(gè)實(shí)施方案(在下文中，稱為“光學(xué)玻璃I”)是一種氟磷玻璃，作為必要陽(yáng)離子組分，包括P5+、Al3+、選自Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+中的至少兩種作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)，和Li+，以陽(yáng)離子％計(jì)，其包括10-45％的P5+、5-30％的Al3+、0-20％的Mg2+、0-25％的Ca2+、0-30％的Sr2+、0-33％的Ba2+、1-30％的Li+、0-10％的Na+、0-10％的K+、0-5％的Y3+和0-15％的B3+、F-含量與F-和O2-總含量的摩爾比F-/(F-+O2-)為0.25-0.85，該光學(xué)玻璃的折射率(Nd)為1.40-1.58，阿貝數(shù)(vd)為67-90。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃I優(yōu)選含Ca2+、Sr2+和Ba2+中的至少兩種作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)。
而且，在本發(fā)明的光學(xué)玻璃I中，優(yōu)選地，作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)的Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+的總含量至少為1陽(yáng)離子％。更優(yōu)選地，作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)的Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+中每一種的含量都至少為1陽(yáng)離子％。
在下文中，將就上述光學(xué)玻璃I的組成對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。對(duì)于將在下文中描述的陽(yáng)離子組分含量，％表示基于摩爾比的陽(yáng)離子％，對(duì)于將在下文中描述的陰離子組分含量，％表示基于摩爾比的陰離子％。
基本上將光學(xué)玻璃I分成光學(xué)玻璃Ia和光學(xué)玻璃Ib，在光學(xué)玻璃Ia中，F(xiàn)-含量與F-和O2-總含量的摩爾比F-/(F-+O2-)為0.50-0.85，其阿貝數(shù)(vd)為75-90，在光學(xué)玻璃Ib中，F(xiàn)-含量與F-和O2-總含量的摩爾比F-/(F-+O2-)為0.25-0.50(不包括0.50)，其阿貝數(shù)(vd)為67-75(不包括75)。為了獲得此光學(xué)玻璃Ia和Ib，光學(xué)玻璃Ia中陽(yáng)離子組分含量的優(yōu)選范圍與光學(xué)玻璃Ib中陽(yáng)離子組分含量的優(yōu)選范圍之間存在差異。
P5+是一種作為玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體的重要陽(yáng)離子組分。當(dāng)其含量低于10％時(shí)，玻璃穩(wěn)定性降低。當(dāng)其多于45％時(shí)，因?yàn)樾枰詠?lái)自磷酸鹽的氧化物的形式作為新原料引入P5+，所以氧的含量巨大，從而無(wú)法滿足預(yù)定的光學(xué)性能。因此，將P5+的含量限制為10-45％。為了獲得光學(xué)玻璃Ia，P5+的含量?jī)?yōu)選為10-40％，更優(yōu)選10-35％，更加優(yōu)選12-35％，仍更優(yōu)選20-35％，最優(yōu)選20-30％。為了獲得光學(xué)玻璃Ib，P5+的含量?jī)?yōu)選為25-45％，更優(yōu)選25-40％，更加優(yōu)選30-40％。使用PCl5來(lái)引入P5+是不合適的，因?yàn)镻Cl5腐蝕用作熔融槽材料的鉑并強(qiáng)烈揮發(fā)，從而防礙穩(wěn)定制造。優(yōu)選以磷酸鹽的形式引入P5+。
Al3+是一種提高氟磷玻璃穩(wěn)定性的組分。當(dāng)其含量低于5％時(shí)，玻璃穩(wěn)定性降低。當(dāng)其多于30％時(shí)，玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和液相線溫度(LT)大大升高，因此成型溫度升高。在這種情況下，由于在成型階段中表面揮發(fā)導(dǎo)致強(qiáng)烈產(chǎn)生條紋，因此不能再制造均勻的玻璃成型產(chǎn)品，特別是模壓預(yù)制體。將Al3+的含量限制在5-30％。為了獲得光學(xué)玻璃Ia，Al3+的含量?jī)?yōu)選為7-30％，更優(yōu)選8-30％，更加優(yōu)選10-30％，仍更優(yōu)選15-25％。為了獲得光學(xué)玻璃Ib，Al3+的含量?jī)?yōu)選為5-20％，更優(yōu)選5-12％。
作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)的Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+在引入時(shí)用于提高玻璃穩(wěn)定性。在這些組分中，引入兩種或更多種，更優(yōu)選地，引入Ca2+、Sr2+和Ba2+中的至少兩種。為了進(jìn)一步提高二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)的效果，優(yōu)選地，將Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+的總含量調(diào)整為1陽(yáng)離子％或更多。此外，當(dāng)這些組分中每一種的含量都超過(guò)其上限時(shí)，穩(wěn)定性急劇變差。雖然可以相對(duì)大量地引入Ca2+和Sr2+，但是當(dāng)大量引入時(shí)，Mg2+和Ba2+特別使穩(wěn)定性變差。然而，因?yàn)锽a2+是一種可以實(shí)現(xiàn)高折射率，同時(shí)保持低色散的組分，所以優(yōu)選的是引入大量的Ba2+，只要不損害玻璃的穩(wěn)定性即可。因此，將Mg2+的含量限制為0-20％，并且為了獲得光學(xué)玻璃Ia，Mg2+的含量?jī)?yōu)選為1-20％，更優(yōu)選3-17％，更加優(yōu)選3-15％，仍更優(yōu)選5-15％，特別優(yōu)選5-10％。為了獲得光學(xué)玻璃Ib，Mg2+的含量?jī)?yōu)選為0-15％，更優(yōu)選0-12％，更加優(yōu)選1-10％。
而且，Ca2+的含量為0-25％。為了獲得光學(xué)玻璃Ia，Ca2+的含量?jī)?yōu)選為1-25％，更優(yōu)選3-24％，更加優(yōu)選3-20％，仍更優(yōu)選5-20％，特別優(yōu)選5-16％。為了獲得光學(xué)玻璃Ib，Ca2+的含量?jī)?yōu)選為0-15％，更優(yōu)選1-10％。
而且，Sr2+的含量為0-30％，并且為了獲得光學(xué)玻璃Ia，Sr2+的含量?jī)?yōu)選為1-30％，更優(yōu)選5-25％，更加優(yōu)選7-25％，仍更優(yōu)選8-23％，進(jìn)一步更優(yōu)選9-22％，特別優(yōu)選10-20％。為了獲得光學(xué)玻璃Ib，Sr2+的含量?jī)?yōu)選為0-15％，更優(yōu)選1-15％，更加優(yōu)選1-10％。
Ba2+的含量為0-33％，并且為了獲得光學(xué)玻璃Ia，Ba2+的含量?jī)?yōu)選為0-30％，更優(yōu)選0-25％，更加優(yōu)選1-25％，仍更優(yōu)選1-20％，進(jìn)一步更優(yōu)選3-18％，進(jìn)一步更優(yōu)選5-15％，特別優(yōu)選8-15％。為了獲得光學(xué)玻璃Ib，Ba2+的含量?jī)?yōu)選為0-30％，更優(yōu)選10-30％，更加優(yōu)選15-30％，仍更優(yōu)選15-25％。
Li+是一種用于降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而不損害玻璃穩(wěn)定性的重要組分。然而，當(dāng)其含量低于1％時(shí)，上述效果不充分。當(dāng)其多于30％時(shí)，損害玻璃的耐久性，并且，同時(shí)使玻璃的加工性能變差。因此，將Li+的含量限制為1-30％，該含量?jī)?yōu)選為2-30％，更優(yōu)選3-30％，更加優(yōu)選4-30％。為了獲得光學(xué)玻璃Ia，Li+的含量?jī)?yōu)選為4-25％，更優(yōu)選5-25％，而為了獲得光學(xué)玻璃Ib，該含量?jī)?yōu)選為5-30％，更優(yōu)選10-25％。
Na+和K+與Li+一樣分別對(duì)降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)起作用，雖然它們比Li+易于使玻璃的熱膨脹系數(shù)變大。而且，與LiF相比，NaF和KF具有非常大的水溶解度，從而使玻璃的耐水性變差，因此將Na+和K+中每一種的含量都限制為0-10％。在光學(xué)玻璃Ia和Ib的任何一種中，Na+和K+中每一種的含量都優(yōu)選為0-5％，更優(yōu)選地，不引入它們。
Y3+對(duì)提高玻璃的穩(wěn)定性和耐久性起作用。當(dāng)Y3+的含量多于5％時(shí)，將相反地使穩(wěn)定性變差，并且玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)也在很大程度上升高，因此將Y3+的含量限制為0-5％。為了獲得光學(xué)玻璃Ia，Y3+的含量?jī)?yōu)選為0-3％，更優(yōu)選0.5-3％，而為了獲得光學(xué)玻璃Ib，Y3+的含量為0-4％，更優(yōu)選0-3％，更加優(yōu)選0.5-3％。
B3+是一種玻璃形成組分，因此對(duì)玻璃具有穩(wěn)定的作用。然而，當(dāng)引入過(guò)量時(shí)，其使玻璃的耐久性變差，并且隨著B(niǎo)3+含量的增加，玻璃中O2-的含量增加，因此難以獲得預(yù)定的光學(xué)性能。因此，將B3+的含量限制為0-15％。然而，因?yàn)樵谌廴陔A段其容易以BF3的形式揮發(fā)，并因此造成條紋，所以優(yōu)選將光學(xué)玻璃Ia和Ib中的B3+的含量都限制為0-10％，更優(yōu)選限制為0-5％。當(dāng)傾向于減少玻璃的揮發(fā)時(shí)，優(yōu)選將B3+的含量限制在0-0.5％，更優(yōu)選的是不引入B3+。
為了穩(wěn)定地制造高質(zhì)量光學(xué)玻璃，優(yōu)選將光學(xué)玻璃Ia和Ib每一種中的P5+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Li+和Y3+的總含量，以陽(yáng)離子％計(jì)，都調(diào)整為大于95％，更優(yōu)選為大于98％，更加優(yōu)選為大于99％，仍更優(yōu)選為大于100％。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃I可以含除上述陽(yáng)離子組分以外的、不損害本發(fā)明目的量的鑭系元素如Ti、Zr、Zn、La、Gd等作為陽(yáng)離子組分。
而且，為了玻璃的穩(wěn)定性可以引入Si4+。然而，因?yàn)槭褂玫蜏貋?lái)熔融光學(xué)玻璃，所以當(dāng)過(guò)量引入時(shí)，Si4+會(huì)不熔融，或在熔融階段中出現(xiàn)較大程度的揮發(fā)，從而損害制造穩(wěn)定性。因此，在光學(xué)玻璃Ia和Ib中的每一種中，優(yōu)選都將Si4+的含量限制為0-10％，更優(yōu)選為0-8％，更加優(yōu)選為0-5％。
對(duì)于陰離子組分的含量比，為了獲得具有優(yōu)異穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)所需光學(xué)性能的光學(xué)玻璃，將F-含量與F-和O2-總含量的摩爾比F-/(F-+O2-)調(diào)整為0.25-0.85。在光學(xué)玻璃Ia中，優(yōu)選將上述摩爾比調(diào)整為0.50-0.85，而在光學(xué)玻璃Ib中，優(yōu)選將上述摩爾比調(diào)整為0.25-0.50(不包括0.50)，優(yōu)選為0.27-0.45，更優(yōu)選為0.30-0.45。而且，在光學(xué)玻璃Ia和Ib的每一種中，優(yōu)選地，都將整個(gè)陰離子含量中F-和O2-的總含量調(diào)整為100％。
在本發(fā)明的光學(xué)玻璃I中，折射率(Nd)為1.40-1.58，阿貝數(shù)(vd)為67-90，優(yōu)選70-90。而且，在光學(xué)玻璃Ia中，上述阿貝數(shù)(vd)為75-90，優(yōu)選79-89，而在光學(xué)玻璃Ib中，上述阿貝數(shù)(vd)為67-75(不包括75)。
除非加入著色劑，否則光學(xué)玻璃I在可見(jiàn)光區(qū)顯示高的透射率。當(dāng)用本發(fā)明的光學(xué)玻璃I制備具有彼此平行的平坦表面且厚度為10mm的樣品，并且使光從與上述表面垂直的方向進(jìn)入樣品時(shí)，本發(fā)明光學(xué)玻璃I的透射率(排除在樣品表面上的反射損失)在400-2,000nm波長(zhǎng)處為至少80％，優(yōu)選至少95％。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃I具有特定的Li+含量，其具有470℃或更低，優(yōu)選430℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
而且，因?yàn)閺膲A金屬離子中主要引入Li+，所以本發(fā)明的光學(xué)玻璃I具有相對(duì)小的熱膨脹系數(shù)，并且還顯示相對(duì)出眾的耐水性。因此，可以通過(guò)拋光將該玻璃形成為模壓預(yù)制體，或者可以通過(guò)加工形成具有光滑玻璃表面的優(yōu)質(zhì)光學(xué)元件。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃I顯示優(yōu)異的耐水性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，當(dāng)制造模壓預(yù)制體，并且在模壓前長(zhǎng)期貯存時(shí)，預(yù)制體都不會(huì)經(jīng)受任何表面改變。而且，因?yàn)橛杀景l(fā)明光學(xué)玻璃I形成的光學(xué)元件也不容易在表面上發(fā)生變化，所以可以以在表面上沒(méi)有霧濁的完好狀態(tài)長(zhǎng)期使用該光學(xué)元件。
而且，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)玻璃I，與具有與本發(fā)明光學(xué)玻璃I的光學(xué)常數(shù)相等的光學(xué)常數(shù)但不含Li的玻璃相比，玻璃熔融溫度可以下降約50℃，因此可以降低或克服在熔融階段中由來(lái)自槽的鉑溶解所引起的缺陷如玻璃著色、氣泡夾雜和條紋。
當(dāng)流出時(shí)，氟磷玻璃通常具有高的粘度，并具有以下缺陷。當(dāng)將具有預(yù)定重量的熔融玻璃料滴與流出的氟磷玻璃的熔融玻璃分離并成型為某種形狀時(shí)，該玻璃從分離部分開(kāi)始形成細(xì)絲，絲狀部分殘留在該玻璃料滴表面上，從而形成凸出物。當(dāng)通過(guò)降低流出玻璃的粘度來(lái)試圖克服上述缺陷時(shí)，需要提高流出玻璃的溫度，因此就牽涉到上述問(wèn)題，即因?yàn)榧铀倭朔鷱牟ＡП砻鎿]發(fā)，所以強(qiáng)烈造成條紋。
在本發(fā)明的光學(xué)玻璃I中，降低適合于熔融玻璃成型的溫度以克服上述問(wèn)題，為此，這樣確定其玻璃組成，即玻璃顯示預(yù)定粘度時(shí)的玻璃溫度低于常規(guī)氟磷玻璃的該溫度。玻璃轉(zhuǎn)變溫度遠(yuǎn)低于成型熔融玻璃的溫度，并且當(dāng)玻璃具有低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，也可以降低上述成型熔融玻璃的溫度。因此，為了克服在成型階段中形成絲、條紋等，調(diào)整玻璃組成以使玻璃具有上述范圍的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
而且，當(dāng)降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，可以降低模壓，特別是精密模壓中加熱預(yù)制體的溫度，因此，可以產(chǎn)生減輕玻璃與壓模之間反應(yīng)或可以增加壓模壽命的效果。
因此，本發(fā)明的光學(xué)玻璃I適合于作為模壓用玻璃材料，特別是作為精密模壓用玻璃材料。
此外，可以通過(guò)準(zhǔn)備磷酸鹽材料、氟化物材料等，稱量這些材料，混合它們，將混合物供給到由鉑合金制造的熔融槽中，進(jìn)行加熱、熔融、澄清和均化，使生成的玻璃流出管子并成型(模制)玻璃來(lái)獲得本發(fā)明的光學(xué)玻璃。
接著，說(shuō)明本發(fā)明光學(xué)玻璃的第二個(gè)實(shí)施方案(在下文中，稱為“光學(xué)玻璃II”)。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃II是一種氟磷玻璃，并具有如下特性，即該玻璃顯示30dPa·s的粘度時(shí)的溫度為700℃或更低。
與光學(xué)玻璃I一樣，在光學(xué)玻璃II中，含1-30陽(yáng)離子％Li+的玻璃是優(yōu)選的，含2-30陽(yáng)離子％Li+的玻璃是更優(yōu)選的，含3-30陽(yáng)離子％Li+的玻璃是更加優(yōu)選的，含4-30陽(yáng)離子％Li+的玻璃是仍更優(yōu)選的。
光學(xué)玻璃II的優(yōu)選玻璃組成和光學(xué)常數(shù)與光學(xué)玻璃I的玻璃組成和光學(xué)常數(shù)一樣。因此，光學(xué)玻璃II的優(yōu)選玻璃組分、它們的含量、光學(xué)常數(shù)及其它性能也與上述光學(xué)玻璃I的相應(yīng)部分一樣。不必要求光學(xué)玻璃II滿足所有對(duì)光學(xué)玻璃I玻璃組分的種類和含量的要求。光學(xué)玻璃II優(yōu)選滿足一些對(duì)構(gòu)成光學(xué)玻璃I的玻璃組分的種類和含量的要求，更優(yōu)選地其滿足所有要求。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃II克服了形成熔融玻璃絲、條紋等問(wèn)題。
可以通過(guò)提高預(yù)制體成型溫度(熔融玻璃剛流出后的溫度)以降低玻璃的粘度來(lái)克服在成型階段中上述絲的形成。另一方面，優(yōu)選的是降低預(yù)制體成型溫度以減少或防止成型階段中的條紋。任何常規(guī)氟磷玻璃都難以滿足這兩個(gè)要求。然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以防止絲形成時(shí)的預(yù)制體成型溫度(玻璃剛流出后的溫度)的下限相當(dāng)于玻璃顯示30dPa·s的粘度時(shí)的溫度，并且通過(guò)提供在700℃或更低下顯示上述粘度的光學(xué)玻璃可以減少或防止條紋，同時(shí)防止絲的形成。
此外，光學(xué)玻璃I也優(yōu)選在700℃或更低的溫度下顯示30dPa·s的粘度，光學(xué)玻璃I和II更優(yōu)選地在680℃或更低的溫度下都顯示30dPa·s的粘度。
本發(fā)明模壓預(yù)制體的第一個(gè)實(shí)施方案具有的特性是其是由本發(fā)明的光學(xué)玻璃形成的。
當(dāng)在本文中使用時(shí)，預(yù)制體指的是通過(guò)將重量等于作為成品的模壓產(chǎn)品重量的玻璃預(yù)成型為適合于模壓的形狀而獲得的產(chǎn)品。
例如，為了制造具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸且對(duì)于圍繞此旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的任何旋轉(zhuǎn)角都對(duì)稱的模壓產(chǎn)品如透鏡，優(yōu)選的是成型也具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸且也對(duì)于圍繞此旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的任何旋轉(zhuǎn)角都對(duì)稱的預(yù)制體或成型具有球形形狀的預(yù)制體。而且，當(dāng)進(jìn)行模壓時(shí)，因?yàn)樵谟趬耗５某尚兔媾c預(yù)制體的表面之間含有環(huán)境氣氛氣體的狀態(tài)下進(jìn)行模壓，所以會(huì)降低模壓制品的形狀精度。為了防止這種現(xiàn)象，理想地，通過(guò)考慮壓模成型面的曲率來(lái)確定預(yù)制體表面的曲率。本發(fā)明的模壓預(yù)制體特別適合作為精密模壓用預(yù)制體。當(dāng)使用本發(fā)明的模壓預(yù)制體作為精密模壓預(yù)制體時(shí)，可以在預(yù)制體的整個(gè)表面上形成在精密模壓階段中具有使玻璃在壓模中充分?jǐn)U展的功能的已知膜或用于提高模型脫模性的已知膜。
本發(fā)明模壓預(yù)制體的第二個(gè)實(shí)施方案(在下文中，稱為“預(yù)制體II”)具有這樣的特性，即其是由玻璃轉(zhuǎn)變溫度為450℃或更低的氟磷玻璃形成的，并在精密模壓中使用。在本發(fā)明的預(yù)制體II中，玻璃轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)選為440℃或更低，更優(yōu)選430℃或更低，更加優(yōu)選420℃或更低，仍更優(yōu)選410℃或更低，進(jìn)一步優(yōu)選400℃或更低。
雖然氟磷玻璃通常具有低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，但是構(gòu)成預(yù)制體II的氟磷玻璃是一種具有特別低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的玻璃。因?yàn)榉撞Ａǔ＞哂械偷牟ＡмD(zhuǎn)變溫度，所以認(rèn)為氟磷玻璃用于精密模壓沒(méi)有特別的問(wèn)題。然而，難以通過(guò)精密模壓以高的產(chǎn)率由其制造光學(xué)元件。其原因如下。一般的氟磷玻璃具有高于460℃至600℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，并且這種氟磷玻璃具有適合于精密模壓的狹窄溫度范圍。因此，當(dāng)在精密模壓階段中即使稍微降低玻璃溫度時(shí)，玻璃也會(huì)破碎。當(dāng)即使稍微升高玻璃溫度時(shí)，玻璃起泡，從而不能再獲得優(yōu)質(zhì)光學(xué)元件。
相比之下，根據(jù)本發(fā)明的預(yù)制體II，控制玻璃轉(zhuǎn)變溫度以使其為450℃或更低，因此可以拓寬精密模壓用溫度設(shè)計(jì)范圍，并可以穩(wěn)定地制造不會(huì)發(fā)生破碎和起泡的光學(xué)元件。
而且，因?yàn)榻档土瞬ＡмD(zhuǎn)變溫度，所以可以降低精密模壓之后退火的溫度。退火是在低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度10-50℃的溫度范圍下進(jìn)行的，因此退火的最佳溫度與玻璃轉(zhuǎn)變溫度一起改變。當(dāng)退火溫度很高時(shí)，精密模壓產(chǎn)品表面上存在的氟部分地被環(huán)境大氣中的氧替代，從而光學(xué)元件表層的折射率稍有增加。此現(xiàn)象受退火溫度水平的影響。為了在光學(xué)元件上形成光學(xué)多層膜如增透膜，依照玻璃的光學(xué)性能設(shè)計(jì)最佳的光學(xué)多層膜。即使設(shè)計(jì)了這種最佳光學(xué)多層膜，但由于表層折射率的上述變化也導(dǎo)致實(shí)際形成的光學(xué)多層膜偏離最佳的膜。
然而，因?yàn)槭褂昧吮景l(fā)明的預(yù)制體II，所以可以降低退火溫度，因此可以抑制上述氧替代氟，這樣可以保證光學(xué)元件表面的折射率不改變。因此，可以基于玻璃的光學(xué)性能優(yōu)化光學(xué)多層膜的設(shè)計(jì)。而且，由于使用預(yù)制體II，可以降低精密模壓的溫度，因此可以減少在精密模壓前溫度升高所需的時(shí)間和在精密模壓后降低玻璃模制產(chǎn)品溫度所需的時(shí)間，而這可以使生產(chǎn)率提高。為了控制本發(fā)明預(yù)制體II的玻璃轉(zhuǎn)變溫度以使其為450℃或更低，優(yōu)選的是引入Li陽(yáng)離子作為玻璃組分，更優(yōu)選的是將Li陽(yáng)離子的含量調(diào)整為1-30陽(yáng)離子％。而且，理想地，這樣確定陰離子組分的含量，即F-含量與F-和O2-總含量的摩爾比F-/(F-+O2-)為0.25-0.85。構(gòu)成本發(fā)明預(yù)制體II的氟磷酸鹽光學(xué)玻璃優(yōu)選滿足上述對(duì)光學(xué)玻璃I組分要求中的一個(gè)或一些，更優(yōu)選地滿足所有上述要求。
預(yù)制體II優(yōu)選是具有預(yù)制體I的構(gòu)造的預(yù)制體，即由本發(fā)明的光學(xué)玻璃形成的預(yù)制體。
而且，預(yù)制體I和II中的每一個(gè)的整個(gè)表面都優(yōu)選是通過(guò)使熔融狀態(tài)的玻璃固化形成的表面。
當(dāng)用具有以下透射率特征的氟磷玻璃構(gòu)成預(yù)制體I和II中的每一個(gè)時(shí)，可以通過(guò)精密模壓制造適合作為諸如透鏡、棱鏡、衍射光柵等光學(xué)元件的無(wú)色透明光學(xué)元件，所述透射率特征是在370-700nm的整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域中，轉(zhuǎn)換成10mm厚玻璃的外部透射率為80％或更高。
下面將說(shuō)明本發(fā)明提供的制造模壓預(yù)制體的方法。
本發(fā)明提供的制造模壓預(yù)制體的方法的第一個(gè)實(shí)施方案(在下文中，稱為“預(yù)制體制造方法I”)包括使熔融玻璃流出管子，分離具有預(yù)定重量的熔融玻璃料滴，和在玻璃冷卻過(guò)程中將該玻璃料滴成型為由上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃形成的預(yù)制體。
與已經(jīng)描述的一樣制備上述熔融玻璃。使熔融玻璃連續(xù)并以恒定的速率流出由鉑合金或鉑制造的管子，該管子通過(guò)電加熱方法、高頻電介質(zhì)加熱方法或組合這兩種方法的加熱方法加熱至預(yù)定溫度。將重量等于一個(gè)預(yù)制體重量的熔融玻璃料滴或重量為在一個(gè)預(yù)制體的重量上加上待通過(guò)后述除去的一部分的重量而獲得的重量的熔融玻璃料滴從流出的熔融玻璃分離。當(dāng)分離熔融玻璃料滴時(shí)，理想的是不使用切割刀片，因此不殘留切割痕跡。例如，優(yōu)選的是使用使熔融玻璃從管子的出口落下的方法，或這樣一種方法，其中用支撐物支撐流出的熔融玻璃的前端，在可以分離具有預(yù)定重量的熔融玻璃料滴時(shí)迅速向下移動(dòng)該支撐物，從而通過(guò)利用熔融玻璃的表面張力將熔融玻璃料滴與熔融玻璃料滴的前端分離。
此外，當(dāng)將使熔融玻璃流出的溫度設(shè)定在700℃或更低的溫度下時(shí)，在700℃或更低的溫度下顯示30dPa·s粘度的玻璃不顯現(xiàn)任何由上述熔融玻璃分離所引起的絲形成現(xiàn)象。
在玻璃冷卻過(guò)程中，在預(yù)制體成型模型的凹入部分上將分離的熔融玻璃料滴成型為預(yù)定的形狀。在這種情況下，為了防止在玻璃冷卻的過(guò)程中在預(yù)制體表面上形成皺褶或防止稱為裂紋的玻璃損壞，優(yōu)選地，在將氣壓向上施加到位于凹入部分上的玻璃料滴上的狀態(tài)下進(jìn)行成型。
在玻璃溫度降低至玻璃不因外力而變形的溫度范圍后，從預(yù)制體成型模型中取出預(yù)制體，并逐漸冷卻。
為了降低氟從玻璃表面中揮發(fā)，優(yōu)選的是在干燥氣氛(干燥氣氛具有-50℃或更低的露點(diǎn))中使玻璃流出并成型預(yù)制體。
雖然上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃不容易具有條紋，但是如果預(yù)制體在其表面上具有輕微的條紋，則通過(guò)蝕刻或拋光除去表層，因?yàn)闂l紋局部地存在于表層中，因此可以得到?jīng)]有條紋的、光學(xué)上高度均勻的預(yù)制體。
當(dāng)進(jìn)行上述蝕刻時(shí)，可以將預(yù)制體浸在酸或堿的蝕刻溶液中，或?qū)⑦@種蝕刻溶液噴射在預(yù)制體的整個(gè)表面上以這樣除去表層，即除去預(yù)制體的整個(gè)表面。在蝕刻之后，清潔并干燥預(yù)制體。
當(dāng)通過(guò)拋光除去表層時(shí)，理想的是這樣除去表層，即除去預(yù)制體的整個(gè)表面。拋光適合于球形預(yù)制體或具有平坦表面的預(yù)制體，而蝕刻與形狀無(wú)關(guān)，可以應(yīng)對(duì)各種形狀。
在蝕刻和拋光中任何一種的情況下，理想的是分離具有通過(guò)將待除去的表層的重量加到一個(gè)預(yù)制體的重量上而獲得的重量的熔融玻璃料滴以在除去表層后具有預(yù)定重量。
本發(fā)明提供的制造模壓預(yù)制體的方法的第二個(gè)實(shí)施方案(在下文中，稱為“預(yù)制體制造方法II”)包括將熔融玻璃成型為玻璃成型材料和機(jī)械加工該玻璃成型材料，從而制造由本發(fā)明的光學(xué)玻璃形成的預(yù)制體。
與已經(jīng)描述的一樣制備上述熔融玻璃。預(yù)制體制造方法I中除去預(yù)制體整個(gè)表面的方法也相當(dāng)于機(jī)械加工玻璃成型材料的預(yù)制體制造方法II。下面將說(shuō)明預(yù)制體制造方法I中提到的以外的方法。
首先，使熔融玻璃連續(xù)流出管子，從而將其澆注到鑄模中。待使用的鑄模具有平底和每個(gè)由側(cè)壁形成的三個(gè)側(cè)面，一個(gè)側(cè)面開(kāi)口。這樣設(shè)置并固定鑄模，使得與開(kāi)口側(cè)和底部相鄰的兩個(gè)側(cè)壁彼此平行相對(duì)，底面的中心位于管子出口的正下方，并且水平安置底面。使流入鑄模中的熔融玻璃在由側(cè)壁圍繞的區(qū)域中擴(kuò)展以具有均勻的厚度，以恒定的速率沿水平方向從開(kāi)口側(cè)的開(kāi)口中取出冷卻的玻璃。將取出的成型材料轉(zhuǎn)移到退火爐中并退火。以此方式獲得由本發(fā)明光學(xué)玻璃形成的片狀玻璃成型材料，并具有恒定的寬度和恒定的厚度。
然后，切割或分開(kāi)該片狀玻璃成型材料，從而將其分成許多稱為“切片”的玻璃片，研磨并拋光該玻璃片，從而完成各具有預(yù)定重量的模壓預(yù)制體。
作為另一種方法，這樣將具有圓柱形通孔的鑄模排列并固定在管子出口的正下方，使通孔的中心軸處于垂直方向上。在這種情況下，優(yōu)選地，這樣排列鑄模，即將通孔的中心軸置于管子出口的正下方。然后，使熔融玻璃從管子流入到鑄模的通孔中，從而用玻璃填充該通孔，以恒定的速率從通孔的下端開(kāi)口部分垂直向下取出固化的玻璃，并逐漸冷卻，從而獲得圓柱棒狀的玻璃成型材料。退火這樣獲得的玻璃成型材料，然后從與該圓柱棒狀玻璃成型材料的中心軸垂直的方向切割或分開(kāi)，從而獲得許多玻璃片。然后，研磨并拋光玻璃片，從而完成各具有預(yù)定重量的模壓預(yù)制體。
預(yù)制體制造方法I和II都適合作為制造精密模壓預(yù)制體的方法，因?yàn)樗鼈兡軌蛑圃熘亓烤雀叩膬?yōu)質(zhì)預(yù)制體。
本發(fā)明的光學(xué)元件具有的特性是其是由本發(fā)明的光學(xué)玻璃形成的。本發(fā)明的光學(xué)元件是由上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃形成的，因此可以提供有效利用低色散的光學(xué)元件。而且，該光學(xué)元件是由耐水性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異的玻璃形成的，因此可以提供沒(méi)有缺陷如由長(zhǎng)期使用所引起的表面霧濁的光學(xué)元件。
光學(xué)元件對(duì)于其種類、形狀等沒(méi)有特別限制。該光學(xué)元件適合作為非球面透鏡、球面透鏡、微透鏡、透鏡陣列、棱鏡、衍射光柵、具有透鏡的棱鏡、具有衍射光柵的透鏡等。非球面透鏡和球面透鏡的具體例子包括凸彎月形透鏡、凹彎月形透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等。
從使用的觀點(diǎn)看，該光學(xué)元件適合作為用于構(gòu)成圖像傳感器件的光學(xué)元件，如數(shù)碼相機(jī)用透鏡、照相手機(jī)的照相機(jī)用透鏡、光學(xué)攝像鏡頭、準(zhǔn)直管等。
光學(xué)元件的表面可以根據(jù)需要具有光學(xué)薄膜如增透膜。
下面將說(shuō)明本發(fā)明提供的制造光學(xué)元件的方法。
本發(fā)明提供的制造光學(xué)元件的方法包括加熱本發(fā)明的模壓預(yù)制體或由本發(fā)明提供的模壓預(yù)制體制造方法制造的模壓預(yù)制體，和精密模壓該預(yù)制體。
上述精密模壓也稱為“模制光學(xué)成型(mold optics molding)”，在本發(fā)明的領(lǐng)域中是眾所周知的。在光學(xué)元件中，將透射、折射、衍射或反射光的表面稱為光學(xué)功能表面(例如，透鏡表面如非球面透鏡的非球面表面或球面透鏡的球面相當(dāng)于該光學(xué)功能表面)。在精密模壓中，將壓模成型面的形狀精確傳遞給玻璃，由此通過(guò)模壓可以形成光學(xué)功能表面，不需要使用研磨、拋光等機(jī)械加工工藝來(lái)完成該光學(xué)功能表面。
因此，本發(fā)明提供的制造光學(xué)元件的方法適合于制造光學(xué)元件如透鏡、透鏡陣列、衍射光柵、棱鏡等，并且其特別適合于極高效地制造非球面透鏡。
根據(jù)本發(fā)明提供的制造光學(xué)元件的方法，可以制造具有上述光學(xué)性能的光學(xué)元件，除此之外，因?yàn)椴ＡУ牟ＡмD(zhuǎn)變溫度(Tg)低，所以可以降低模壓溫度，因此減少了對(duì)壓模成型面的破壞，并因此可以增加壓模的壽命。而且，因?yàn)闃?gòu)成預(yù)制體的玻璃具有高的穩(wěn)定性，所以即使在再加熱和壓制步驟中也可以有效地防止玻璃失透。而且，可以極高效地進(jìn)行從熔融開(kāi)始至以完成品結(jié)束的一系列步驟。
可以使用已知的壓模如通過(guò)在耐火陶瓷模型材料如碳化硅、氧化鋯、氧化鋁等的成型面上提供脫模膜獲得的壓模作為精密模壓用壓模。特別是，由碳化硅制造的壓模是優(yōu)選的，可以使用含碳膜等作為脫模膜?？紤]到耐久性和成本，碳膜是特別優(yōu)選的。
在精密模壓中，理想地，在模制的過(guò)程中使用非氧化性氣體作為氣氛以使壓模的成型面保持在良好的狀態(tài)下。非氧化性氣體優(yōu)選選自氮?dú)?，氮?dú)馀c氫氣的混合物等。
本發(fā)明提供的用于制造光學(xué)元件的精密模壓包括以下兩個(gè)實(shí)施方案-精密模壓1和精密模壓2。
(精密模壓1)精密模壓1是這樣一種方法，其中將上述預(yù)制體引入到壓模中，一起加熱壓模和預(yù)制體以進(jìn)行精密模壓。
在上述精密模壓1中，將壓模和預(yù)制體加熱至構(gòu)成預(yù)制體的玻璃顯示106-1012dPa·s的粘度時(shí)的溫度來(lái)進(jìn)行精密模壓。
而且，理想地，在從壓模中取出精密模壓產(chǎn)品前，優(yōu)選地將該精密模壓產(chǎn)品冷卻至上述玻璃顯示至少1012dPa·s、更優(yōu)選至少1014dPa·s、更加優(yōu)選至少1016dPa·s的粘度時(shí)的溫度。
在上述條件下，可以將壓模成型面的形狀精確傳遞給玻璃，并可以取出該精密模壓產(chǎn)品而不使其變形。
(精密模壓2)精密模壓2是這樣一種方法，其中將預(yù)熱的預(yù)制體引入到預(yù)熱的壓模中來(lái)進(jìn)行精密模壓。
根據(jù)精密模壓2，在引入到壓模中之前預(yù)熱上述預(yù)制體，因此可以制造沒(méi)有表面缺陷且具有優(yōu)異表面精度的光學(xué)元件，同時(shí)降低了周期時(shí)間。
優(yōu)選的是將預(yù)熱壓模的溫度設(shè)置在比預(yù)熱預(yù)制體的溫度低的溫度下。因?yàn)閷㈩A(yù)熱壓模的溫度設(shè)定在較低的溫度下，因此可以降低壓模的磨損。
在精密模壓2中，優(yōu)選將構(gòu)成預(yù)制體的玻璃加熱至該玻璃顯示109dPa·s或更低，更優(yōu)選109dPa·s的粘度時(shí)的溫度。
而且，優(yōu)選地，在使上述預(yù)制體飄浮的同時(shí)預(yù)熱它，更優(yōu)選的是將該預(yù)制體預(yù)熱至構(gòu)成該預(yù)制體的玻璃顯示105.5-109dPa·s的粘度時(shí)的溫度，更加優(yōu)選預(yù)熱至上述玻璃顯示至少105.5dPa·s但低于109dPa·s的粘度時(shí)的溫度。
而且，優(yōu)選的是與開(kāi)始?jí)褐仆瑫r(shí)或在進(jìn)行壓制的過(guò)程中開(kāi)始冷卻玻璃。
將壓模的溫度調(diào)整至比上述預(yù)熱預(yù)制體的溫度低的溫度，但可以使用上述玻璃顯示109-1012dPa·s的粘度時(shí)的溫度作為目標(biāo)。
在此方法中，優(yōu)選地，在將該精密模壓產(chǎn)品冷卻至上述玻璃具有至少1012dPa·s的粘度時(shí)的溫度后，從模型取出該精密模壓產(chǎn)品。
從壓模取出通過(guò)精密模壓獲得的光學(xué)元件，并根據(jù)需要逐漸冷卻它。當(dāng)模制產(chǎn)品是諸如透鏡這樣的光學(xué)元件時(shí)，模制產(chǎn)品表面可以根據(jù)需要涂布光學(xué)薄膜。
本發(fā)明提供的制造光學(xué)元件的方法如上所述。除了上述方法之外，例如，可以通過(guò)使熔融玻璃流出，從而形成玻璃成型材料，退火它，然后機(jī)械加工它來(lái)制造本發(fā)明的光學(xué)元件。例如，沿與柱的軸垂直的方向切片上述圓柱棒狀玻璃成型材料，并且研磨并拋光得到的柱狀玻璃。用這樣的方式可以制造光學(xué)元件如各種透鏡。
實(shí)施例在下文中，將參考實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，雖然本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限制。
使用相應(yīng)于玻璃組分的磷酸鹽、氟化物等作為玻璃用原材料。稱量這些原材料以獲得具有表1中所示組成的玻璃，充分混合這些原材料，將混合物置于鉑坩堝中。在電爐中、在850-950℃的溫度下、在大氣中、在加熱同時(shí)進(jìn)行攪拌下熔融該混合物1-3小時(shí)。將均化并澄清的玻璃熔體澆注到由碳制成的40×70×15mm的模型中。將澆注的玻璃逐漸冷卻至玻璃轉(zhuǎn)變溫度，此后立刻將其引入到退火爐中，在該轉(zhuǎn)變溫度附近的溫度下退火1小時(shí)。在退火爐中，將玻璃逐漸冷卻至室溫。用這樣的方式，獲得表1-1和1-2中所示的光學(xué)玻璃。
通過(guò)用顯微鏡來(lái)放大這樣獲得的玻璃來(lái)觀察它們，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有晶體析出或沒(méi)有殘留的未熔融材料。
通過(guò)以下方法測(cè)量上述獲得的光學(xué)玻璃的折射率(Nd)、阿貝數(shù)(vd)、玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和顯示30dPa·s的粘度時(shí)的溫度。表1顯示了結(jié)果。
(1)折射率(Nd)和阿貝數(shù)(vd)測(cè)量通過(guò)以-30℃/小時(shí)的速率逐漸冷卻獲得的光學(xué)玻璃。
(2)玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)用Rigaku Corporation提供的熱力學(xué)分析裝置(商品名Thermoplas TMA8310)，在4℃/分鐘的升溫速率下測(cè)量光學(xué)玻璃。
(3)玻璃顯示30dPa·s的粘度時(shí)的溫度根據(jù)JIS Z8803的粘度測(cè)量方法，用同軸雙旋轉(zhuǎn)圓筒形旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)(TokyoKogyo K.K.提供的高溫粘度測(cè)量裝置RHEOTRONIC II(改進(jìn)型))進(jìn)行測(cè)量。為了確定顯示30dPa·s的粘度時(shí)的溫度，使用這樣一種方法是容易且簡(jiǎn)單的，其中測(cè)量玻璃在各個(gè)不同溫度下的粘度，制備說(shuō)明粘度與溫度之間關(guān)系的曲線圖，由該曲線圖讀出顯示30dPa·s的粘度時(shí)的溫度。
表1-1

表1-2

如表1-1和1-2所示，所有的玻璃都具有預(yù)定的折射率、阿貝數(shù)和玻璃轉(zhuǎn)變溫度，并顯示優(yōu)異的低溫軟化能力和可熔性，因此它們適合作為精密模壓用光學(xué)玻璃。
然后，使具有表1-1和1-2中所示組成的、澄清并均化的熔融玻璃流出由鉑合金制造的、溫度調(diào)整至可以使該玻璃穩(wěn)定流出而不失透的溫度范圍內(nèi)的管子，通過(guò)滴落或通過(guò)以下方法分離具有預(yù)定預(yù)制體重量的熔融玻璃料滴，在所述方法中，支持熔融玻璃的前端并使支撐物迅速向下運(yùn)動(dòng)以分離玻璃料滴。然后，用在底部具有排氣口的接收模型接收獲得的熔融玻璃料滴，將該玻璃料滴成型為模壓預(yù)制體，同時(shí)從排氣口排出氣體。以上述方式制造預(yù)制體，而關(guān)于預(yù)制體的形狀，預(yù)制體具有通過(guò)調(diào)整并設(shè)置分離熔融玻璃的間隔而提供的球形或扁球形的形狀。每個(gè)這樣獲得的預(yù)制體的重量都準(zhǔn)確地與設(shè)定值一致，并且所有的預(yù)制體都具有光滑的表面。
為了采取所有可能的措施來(lái)保證預(yù)制體沒(méi)有殘留的條紋，將每個(gè)成型并退火的預(yù)制體完全浸于作為蝕刻溶液的鹽酸溶液中以除去各個(gè)預(yù)制體的整個(gè)表面，清潔并干燥這些預(yù)制體以形成光學(xué)上均勻的預(yù)制體。
在另一種方法中，根據(jù)已知的方法研磨并拋光每個(gè)成型的球形預(yù)制體的整個(gè)表面以除去整個(gè)表面，由此獲得光學(xué)上均勻的預(yù)制體。
單獨(dú)地，獨(dú)立地將每種熔融玻璃澆注到鑄模中以將它們成型為片狀玻璃或柱狀棒的形狀，退火該成型的玻璃。然后，切割各個(gè)成型的玻璃以獲得玻璃片，研磨并拋光該玻璃片以形成各自整個(gè)表面都是光滑的預(yù)制體。
用圖1所示的壓制裝置精密模壓這樣獲得預(yù)制體以產(chǎn)生非球面透鏡。具體地說(shuō)，將預(yù)制體4放在具有上模型部件1、下模型部件2和套筒3的壓模的下模型部件2與上模型部件1之間。然后，用氮?dú)鈿夥罩脫Q石英管11中的氣氛，電驅(qū)動(dòng)加熱器12來(lái)加熱石英管11的內(nèi)部。將壓模內(nèi)部的溫度設(shè)置為待模制玻璃顯示108-1010dPa·s的粘度時(shí)的溫度，在保持此溫度的同時(shí)，壓棒13向下運(yùn)動(dòng)以壓制上模型部件1，從而壓制放入壓模中的預(yù)制體。壓制在8MPa的壓力下進(jìn)行30秒。壓制后，除去該壓制壓力，并在通過(guò)模壓獲得的玻璃模制產(chǎn)品與下模型部件2和上模型部件1接觸的狀態(tài)下，將該玻璃模制產(chǎn)品逐漸冷卻至該玻璃顯示1012dPa·s或更高粘度的溫度。然后，將該玻璃模制產(chǎn)品迅速冷卻至室溫，并從壓模中取出，從而產(chǎn)生非球面透鏡。以上述方式獲得的非球面透鏡具有非常高的表面精度。
在圖1中，參考數(shù)字9表示支承桿，參考數(shù)字10表示下模型部件和套筒用支座，參考數(shù)字14表示熱電偶。
由精密模壓獲得的非球面透鏡根據(jù)需要具有增透膜。
通過(guò)與上述方法不同的以下方法精密模壓與上述預(yù)制體相同的預(yù)制體。在此方法中，首先，將預(yù)制體預(yù)熱至構(gòu)成該預(yù)制體的玻璃具有108dPa·s的粘度時(shí)的溫度，同時(shí)使該預(yù)制體漂浮。獨(dú)自地，將具有上模型部件、下模型部件和套筒的壓模加熱至構(gòu)成上述預(yù)制體的玻璃具有109-1012dPa·s的粘度時(shí)的溫度。將上述預(yù)熱預(yù)制體引入到壓模的腔中，并在10MPa下精密模壓。在開(kāi)始?jí)褐频耐瑫r(shí)，開(kāi)始冷卻玻璃和壓模，并繼續(xù)直至模制的玻璃具有1012dPa·s或更高的粘度，然后從壓模中取出模制的產(chǎn)品，從而產(chǎn)生非球面透鏡。按照這種方式獲得的非球面透鏡具有顯著高的表面精度。
由精密模壓獲得的非球面透鏡根據(jù)需要具有增透膜。按照上述方式，以高的精度極高效地制造內(nèi)部質(zhì)量高的光學(xué)元件。
產(chǎn)業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，可以獲得具有低色散性能并具有低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的光學(xué)玻璃和具有低溫軟化性能、能夠進(jìn)行精密模壓的光學(xué)玻璃，可以將上述光學(xué)玻璃用于制造模壓預(yù)制體，并進(jìn)一步用于制造光學(xué)元件如各種透鏡。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)玻璃，其是一種氟磷玻璃，作為必要陽(yáng)離子組分，包括P5+、Al3+、選自Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+中的至少兩種作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)，和Li+，以陽(yáng)離子％計(jì)，其包括10-45％的P5+、5-30％的Al3+、0-20％的Mg2+、0-25％的Ca2+、0-30％的Sr2+、0-33％的Ba2+、1-30％的Li+、0-10％的Na+、0-10％的K+、0-5％的Y3+和0-15％的B3+、F-含量與F-和O2-總含量的摩爾比F-/(F-+O2-)為0.25-0.85，該光學(xué)玻璃的折射率(Nd)為1.40-1.58，阿貝數(shù)(vd)為67-90。
2.權(quán)利要求1的光學(xué)玻璃，其含Ca2+、Sr2+和Ba2+中的至少兩種作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)。
3.權(quán)利要求1的光學(xué)玻璃，其中，作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)，Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+的總含量至少為1陽(yáng)離子％，
4.權(quán)利要求1的光學(xué)玻璃，其中，作為二價(jià)陽(yáng)離子組分(R2+)，Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+中每一種的含量都至少為1陽(yáng)離子％，
5.一種光學(xué)玻璃，其是一種氟磷玻璃，在700℃或更低的溫度下顯示30dPa·s的粘度。
6.權(quán)利要求5的光學(xué)玻璃，其含1-30陽(yáng)離子％的Li+。
7.權(quán)利要求1或5的光學(xué)玻璃，其供精密模壓之用。
8.一種模壓預(yù)制體，是由權(quán)利要求1或5的光學(xué)玻璃形成的。
9.一種模壓預(yù)制體，其是由玻璃轉(zhuǎn)變溫度為450℃或更低的氟磷光學(xué)玻璃形成的，并供精密模壓之用。
10.權(quán)利要求8或9的模壓預(yù)制體，其整個(gè)表面是通過(guò)使熔融狀態(tài)的玻璃固化形成的。
11.一種制造模壓預(yù)制體的方法，該方法包括使熔融玻璃流出管子，分離具有預(yù)定重量的熔融玻璃料滴，和在玻璃冷卻過(guò)程中將所述玻璃料滴成型為權(quán)利要求8或9中的預(yù)制體。
12.一種如權(quán)利要求11的制造模壓預(yù)制體的方法，其中在成型預(yù)制體之后通過(guò)蝕刻除去所述預(yù)制體的表面。
13.一種如權(quán)利要求11的制造模壓預(yù)制體的方法，其中在成型預(yù)制體之后通過(guò)研磨和拋光除去所述預(yù)制體的表面。
14.一種制造模壓預(yù)制體的方法，該方法包括將熔融玻璃成型為玻璃成型材料和機(jī)械加工所述玻璃成型材料，從而制造權(quán)利要求8或9的預(yù)制體。
15.一種光學(xué)元件，是由權(quán)利要求1或5的光學(xué)玻璃形成的。
16.一種制造光學(xué)元件的方法，該方法包括加熱并精密模壓權(quán)利要求8或9的預(yù)制體或通過(guò)權(quán)利要求11或14的方法制造的預(yù)制體。
17.一種如權(quán)利要求16的制造光學(xué)元件的方法，其中將所述預(yù)制體引入壓模中，一起加熱所述壓模和該預(yù)制體以進(jìn)行精密模壓。
18.一種如權(quán)利要求16的制造光學(xué)元件的方法，其中將加熱后是熱的所述預(yù)制體引入到預(yù)熱的壓模中以進(jìn)行精密模壓。
全文摘要
一種適合于用熔融玻璃制造優(yōu)質(zhì)預(yù)制體并適用于精密模壓的低色散光學(xué)玻璃，其是一種氟磷玻璃，作為必要陽(yáng)離子組分，含有P
文檔編號(hào)C03B11/00GK1854100SQ200610079429
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者池西干男, 鄒學(xué)祿 申請(qǐng)人:Hoya株式會(huì)社