專利名稱：：光學(xué)玻璃、精密壓型用預(yù)制件及光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃、精密壓型用預(yù)制件及光學(xué)元件，更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及一種具有折射率(nd)為1.65—1.75，阿貝數(shù)(vd)為50—60的同時(shí)，轉(zhuǎn)變溫度Tg在54(TC以下具有優(yōu)良精密壓型性的光學(xué)玻璃，，及由上述光學(xué)玻璃構(gòu)成的精密壓型預(yù)制件和光學(xué)元件
背景技術(shù)：
：近年來，隨著數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)及可拍照相機(jī)手機(jī)的快速普及使用，使得光學(xué)系統(tǒng)也朝著高精度化、輕量化、小型化的方向迅速發(fā)展。為滿足上述要求，使用非球面透鏡進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)正成為主流。以較低的成本大量、穩(wěn)定生產(chǎn)非球面透鏡的精密壓型技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，對于適于精密壓型的低軟化點(diǎn)光學(xué)玻璃的需求也與日俱增。精密壓型用低軟化點(diǎn)光學(xué)玻璃要求各種光學(xué)常數(shù)的光學(xué)玻璃，對于高折射低色散光學(xué)玻璃，通常使用一定量的La203，但是其含量過多易造成玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)上升，不利于精密壓型。為了降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度，玻璃中往往大量引入堿金屬氧化物，但會(huì)同時(shí)使得玻璃穩(wěn)定性惡化。因此對于高折射低色散玻璃，要防止壓型時(shí)的破損，并兼顧低溫軟化性和穩(wěn)定性兩方面是極其困難的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種nd為1.65—1.75、vd為50—60、轉(zhuǎn)變溫度Tg在54CTC以下的精密壓型用光學(xué)玻璃。本發(fā)明還要提供一種由上述光學(xué)玻璃構(gòu)成的精密壓型用預(yù)制件。本發(fā)明還要提供一種使用上述預(yù)制件生產(chǎn)的光學(xué)元件。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是光學(xué)玻璃，其重量百分比組成為0-15%的Si02;28-43%的8203;21-35%的1^203;Gd203、￥203和丫1)203的總量為0-15%;3-13。/。的Zn0;Li20、Na20和K20的總量為l-8呢；Mg0、Ca0、Sr0禾口Ba0的總量為l-20呢；0-8。/。的Zr02;O-O.1%WSb203;O-O.5。/。的Sn02;Ta205、W03、恥205和1102的總量為0-3%。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為6-12。/。的Si02;28-35%的8203;22-30%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為3-12%;5-10。/。的Zn0;Li20、化20和1(20的總量為1-8%;Mg0、Ca0、Sr0禾昍a0的總量為1-20%;1-7。/。的Zr02;0-0.1。/。的Sb203;0-0.5。/。的Sn02;Ta205、W03、恥205和1102的總量為0-3%。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為7-10。/。的Si02;29-34%的8203;22-30%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為3-12%;5-10。/。的Zn0;Li20、化20和1(20的總量為1-8%;Mg0、Ca0、Sr0禾昍a0的總量為1-20%;1-7。/。的Zr02;0-0.1。/。的Sb203;0-0.5。/。的Sn02;Ta205、W03、恥205和1102的總量為0-3%。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為6-幽勺Si。2;28-35%的8203;22-27%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為5-10%;6-10。/。的Zn0;Li20、化20和1(20的總量為1-8%;Mg0、Ca0、Sr0禾昍a0的總量為1-20%;3-7。/。的Zr02;0-0.05°/^々Sb203;0-0.1。/。的Sn02;Ta205、W03、Nb205和Ti02的總量為0-P/。。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為7-幽勺Si。2;29-34%的8203;22-27%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為5-10%;6-10。/。的ZnO;Li20、化20和1(20的總量為1-8%;MgO、CaO、Sr0禾昍a0的總量為1-20%;3-7。/。的Zr02;0-0.05°/^々Sb203;0-0.1。/。的Sn02;Ta205、W03、Nb205和Ti02的總量為0-P/。。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為7-幽勺Si。2;29-34%的8203;22-27%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為5-10%;6-10。/。的ZnO;Li20、^20和1(20的總量為1-8%，其中Li20為1-7%;MgO、CaO、SrO禾口BaO的總量為l-200/。，其中CaO為0-10%，SrO為0-10%;3-7。/。的Zr02;0-0.05。/。的Sb203;0-0.1。/。的Sn02;Ta205、W03、Nb20s和Ti02的總量為0-1%。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為7-幽勺Si。2;29-34%的8203;22-27%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為5-10%;6-10。/。的ZnO;1-7。/。的Li20;CaO為0-10%;3-7。/。的Zr02;0-0.05。/。的Sb203。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的光學(xué)玻璃具有nd為1.65-1.75，vd為50-60，且轉(zhuǎn)變溫度Tg在54(TC以下具有低軟化點(diǎn)的光學(xué)玻璃；而且，當(dāng)從其熔融玻璃直接成型為用于精密壓型的玻璃預(yù)制件時(shí)，本發(fā)明的光學(xué)玻璃不易結(jié)晶并具有良好的玻璃穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的低軟化點(diǎn)光學(xué)玻璃，可以降低精密壓型的溫度，延長成型模具的壽命，在實(shí)現(xiàn)高效率生產(chǎn)的同時(shí)，還可以降低光學(xué)元件的生產(chǎn)成本。具體實(shí)施例方式按照前述限定構(gòu)成本發(fā)明光學(xué)玻璃的各組成范圍的理由敘述如下。各成分用氧化物標(biāo)準(zhǔn)的重量％表達(dá)。Si02對于本發(fā)明的光學(xué)玻璃而言，對增加玻璃的成型粘度、提高耐失透性和化學(xué)穩(wěn)定性非常有效，但如果其量過多，則Tg會(huì)提高、熔融性會(huì)變差。因此，其含量為0-15%，優(yōu)選6-12%，更優(yōu)選7-10%。B203作為玻璃生成體氧化物是不可缺少的成分。但是，如果其量過少，則抗失透性不充分；如果其量過多，則玻璃折射率降低，化學(xué)穩(wěn)定性變差。因此，其含量為28-43%，優(yōu)選28-35%，更優(yōu)選29-34%。La203對于提高玻璃的折射率、降低色散有效。但是如果其含量過少，則難以將玻璃的光學(xué)常數(shù)值維持在上述范圍內(nèi)；如果其含量過多，則引起玻璃軟化溫度上升，抗失透性變差。因此，其含量為21-35%，優(yōu)選為22-30%，更優(yōu)選22-27%。Gd203具有提高玻璃的折射率和化學(xué)穩(wěn)定性的效果，特別是和La203共同存在時(shí)，提高玻璃的抗失透能力和玻璃化學(xué)穩(wěn)定性效果更明顯。但是如果其含量過多，則會(huì)提高玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，增加成型預(yù)制件及精密壓型的難度。Y203和Gd203—樣，具有在不降低玻璃的抗失透能力情況下提高玻璃的折射率和化學(xué)穩(wěn)定性的效果，特別是和La203共同存在時(shí)，提高玻璃化學(xué)穩(wěn)定性效果更明顯。但是如果其含量過多，則會(huì)提高玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，增加成型預(yù)制件及精密壓型的難度。Yb203和Gd203、Y203—樣，具有在不降低玻璃的抗失透能力情況下提高玻璃的折射率和化學(xué)穩(wěn)定性的效果。但由于其本身在近紅外波段(900nm左右)有截止吸收，影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，因此優(yōu)選不使用。由于Gd203、Y203、Yb203和La203共同存在，更增加玻璃的抗失透能力。但如果其含量過多，則會(huì)提高玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，對成型預(yù)制件和精密壓型不利。所以本發(fā)明的光學(xué)玻璃的Gd203、Y203及Yb203的總量為0-15%、優(yōu)選3-12%、更優(yōu)選5-10%。ZnO在本發(fā)明中具有降低熔融溫度和玻璃轉(zhuǎn)變溫度，提高玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的作用，并能有效維持本發(fā)明所需折射率。特別是Zn0和其他2價(jià)成分相比，起到大幅度提高玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的作用。但如果其含量過多，則會(huì)降低玻璃的抗失透性。因此，其含量為3-13%、優(yōu)選5-10%、更優(yōu)選6-10%。Li20具有顯著降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度、改善玻璃熔融性的效果。但如果其含量過多，則會(huì)降低玻璃的抗失透性能，導(dǎo)致玻璃化學(xué)穩(wěn)定性降低，難以獲得高質(zhì)量的預(yù)制件。作為堿金屬氧化物，除Li20外也可以引入Na20、K20，但應(yīng)該控制其比例。所以本發(fā)明的光學(xué)玻璃的Li20、化20及1(20的總量為1-8%，優(yōu)選Li20的含量為l-7。/0。Ca0、Sr0、BaO和MgO對于調(diào)整光學(xué)玻璃常數(shù)有效，同時(shí)可以在一定程度上改善玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，特別是CaO還可以有效降低本發(fā)明玻璃的比重，但這些組分如果含量過多，反而會(huì)降低玻璃的化學(xué)耐氣候性。所以本發(fā)明的光學(xué)玻璃的CaO、Sr0、Mg0和Ba0的總量為l-200/0，其中Ca0為0-10。/。、Sr0為0-10。/。。6Zr02是具有改善化學(xué)穩(wěn)定性和抗失透性效果，調(diào)整光學(xué)常數(shù)的任意成分。但如果其含量過多，則相反抗失透性和低溫軟化性會(huì)變差。因此，其含量為0-8%，優(yōu)選1-7%，更優(yōu)選3-7%。Sb203作為澄清劑可以任意添加，并且具有調(diào)節(jié)玻璃熔煉氧化還原氣氛的重要作用。通常高折射低色散光學(xué)玻璃都使用鉑金器皿熔煉生產(chǎn)，如果Sb203含量過多，則會(huì)使鉑金在玻璃中的熔入量增大，使玻璃的短波透過率變差。因此，其含量為O-O.1%、優(yōu)選0-0.05%。Sn02作為澄清劑可以任意添加，也可以與Sb203共同引入玻璃中起澄清作用。但如果含量過多，則玻璃的短波透過率變差。因此，其含量為O-O.5%、優(yōu)選O-O.1%。Nb205、Ta205、W03和Ti02各成分往往具有調(diào)整玻璃折射率、改善玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的效果。但如果其含量過多，則會(huì)提高玻璃的轉(zhuǎn)變溫度并使玻璃的短波透過率下降，不利于成型高質(zhì)量的預(yù)制件。因此，其總含量為0-3%、優(yōu)選0-1%。本發(fā)明的光學(xué)玻璃可利用加熱熔融玻璃原料制造。玻璃原料可以有氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等。把這些原料按規(guī)定的比例秤取，混合成調(diào)和原料后投入到鉑坩堝中，根據(jù)玻璃組成的熔融性，在l100-130(TC下熔融，經(jīng)熔化、澄清、攪拌和均質(zhì)化后，就可以獲得沒有氣泡及不含未熔解物的均質(zhì)熔融玻璃，此熔融玻璃通過成型、退火慢慢冷卻到室溫，就得到了本發(fā)明的光學(xué)玻璃。以下對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限定。表1和表2顯示本發(fā)明玻璃的14個(gè)實(shí)施例的組成、折射率(nd)、阿貝數(shù)(vd)、玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)、玻璃軟化溫度(Ts)、析晶上限溫度(。C)，各成分的組成用重量%表示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>上表中的折射率(nd)、阿貝數(shù)(vd)是對于在徐冷降溫速度為-4'C/小時(shí)時(shí)得到的光學(xué)玻璃進(jìn)行測定的。轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和軟化溫度是(Ts)將長49mm、直徑6mm的試樣以每分鐘4'C的恒定速度升溫加熱，同時(shí)測定試樣的伸長和溫度，由所得到的熱膨脹曲線求出的。析晶上限溫度是指將長160mm、寬7mm和高7mm的玻璃試樣置于鉑舟中，放入最高溫度為120(TC的梯溫爐(一種空間與溫度具有對應(yīng)關(guān)系的測試設(shè)備)中保溫4小時(shí)，然后取出至爐外淬冷后立即觀察玻璃表面和玻璃中有無結(jié)晶，未見結(jié)晶的最低溫度為析晶上限溫度。如表1和表2所示，所有玻璃具有理想的折射率(nd)、阿貝數(shù)(vd)和轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，并顯示出極好的低軟化性質(zhì)和可熔性，適合作為精密壓型用光學(xué)玻璃。本發(fā)明的預(yù)制件是由上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃構(gòu)成的，根據(jù)精密壓型后光學(xué)元件的形狀成型成適當(dāng)?shù)男螤?，其形狀可以為球形、具有旋轉(zhuǎn)對稱軸的橢球形等，并可根據(jù)需要在表面上制備有利于精密模壓時(shí)脫模的膜層，上述預(yù)制件可精密壓型為具有所要求光學(xué)常數(shù)的光學(xué)元件。本發(fā)明的光學(xué)元件是由上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃構(gòu)成的。本發(fā)明的光學(xué)元件，和構(gòu)成光學(xué)元件的本發(fā)明光學(xué)玻璃一樣，具有高折射率低色散的特點(diǎn)。本發(fā)明的光學(xué)元件可以是球面透鏡、非球面透鏡、微型透鏡等各種透鏡，衍射光柵、帶衍射光柵的透鏡、透鏡陣列組、棱鏡等。上述光學(xué)元件最好是加熱本發(fā)明的預(yù)制件，經(jīng)軟化、精密壓型而獲得的。這些光學(xué)元件也可根據(jù)需要設(shè)計(jì)防反射膜、全反射膜、部分反射膜、具有分光特性的膜等光學(xué)薄膜。如上所述，本發(fā)明提供的光學(xué)玻璃具有折射率(nd)為1.65—1.75、阿貝數(shù)(vd)為50—60的同時(shí)，轉(zhuǎn)變溫度Tg在54(TC以下，具有低溫軟化的特點(diǎn)，適于精密壓型。用本發(fā)明的光學(xué)玻璃，在高生產(chǎn)率的情況下，能夠制造精密壓型用預(yù)制件，并能夠提供由高折射低色散玻璃構(gòu)成的光學(xué)元件。權(quán)利要求權(quán)利要求1光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為0—15％的SiO2；28—43％的B2O3；21—35％的La2O3；Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總量為0—15％；3—13％的ZnO；Li2O、Na2O和K2O的總量為1—8％；MgO、CaO、SrO和BaO的總量為1—20％；0—8％的ZrO2；0—0.1％的Sb2O3；0—0.5％的SnO2；Ta2O5、WO3、Nb2O5和TiO2的總量為0—3％。2.如權(quán)利要求l所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為6—12。/。的SiC^;28—35%的B2Cb;22—30%的La2C^;Gd203、Y2〇3和Yb2〇3的總量為3—12%;5_10%的ZnO;Li20、Na2〇和K2〇的總量為1—￡%;Mg〇、Ca〇、SrO禾口Ba〇的總量為1—20%;1^7%的ZrC^;0L1。/。的Sb2〇3;0~0.5。/。的Sn02;Ta205、W03、Nb205和Ti〇2的總量為0—3%。3.如權(quán)利要求l所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為7—10%的SiQa;29—34%的B2Q3;22—30%的La2Q3;Gd203、Y2〇3禾口Yb2〇3的總量為3—12%;5_10%的Zn〇；Li2〇、Na2〇和K2〇的總量為1_8%;MgO、CaO、SrO和BaO的總量為1—20%;1—7%的Zr〇2;0—0.1%的Sb2C^;0L5%的Sn〇2;Ta2〇5，WC^、Nb205和Ti〇2的總量為0—3%。4.如權(quán)利要求l所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為6—12。/。的SiQ;28—35%的B2Cb;22—27%的La2C^;Gd2〇3、Y203和Yb2〇3的總量為5—10%;6_10%的ZnO;Li20、Na2〇和K2〇的總量為1—8%;Mg〇、Ca〇、Sr〇和BaO的總量為1—20%;3_7%的Zr〇2;0~0.05%的Sb2〇3;10.1。/。的Sn02;Ta2〇5、W03、Nb2〇5和Ti〇2的總量為0—1%。5.如權(quán)利要求l所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為7—10%的Si&;29—34%的B2C^;22—27%的La2C^;Gd203，Y203和Yb2〇3的總量為5—10%;6_10%的ZnO;Li20、Na2〇和K20的總量為1—8%;Mg〇、CaO、Sr〇和BaO的總量為1—20%;3_7%的Zr〇2;0U5。/。的Sb2〇3;t0.1%的Sn02;Ta2〇5，W〇3，Nb205和Ti〇2的總量為0—1%。6如權(quán)利要求l所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為7—10%的Si";29—34%的B2Cb;22—27%的La2C^;Gd203、Y2〇3和Yb2〇3的總量為5—10%;6_10%的ZnO;Li20、Na2〇和K2〇的總量為其中Li20為1—7%;MgO、CaO、Sr〇和BaO的總量為l_20%t其中CaO為0—10%fSrO為0—10%;3^7%的ZrO2;0—0.05%的Sb203;0L1°/。的Sn02;Ta2〇5、W〇3、Nb2〇5和Ti02的總量為C^l%。7如權(quán)利要求l所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為7—10%的Si&;29—34%的B2C^;22—27%的La2C^;Gd2〇3、Y2〇3和Yb2〇3的總量為5—10%;"10。/。的ZnO;1^7。/。的Li0;CaO為0—10%;3^7%的Zr。2;0^).05%的加2〇3。8如權(quán)利要求l所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，所述光學(xué)玻璃的nd為1.65-1.75、vd為50-60，Tg在54CTC以下。9采用權(quán)利要求l所述的光學(xué)玻璃制成的精密壓型用預(yù)制件。10采用權(quán)利要求l所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件。全文摘要本發(fā)明提供一種nd為1.65-1.75、νd為50-60、轉(zhuǎn)變溫度Tg在540℃以下的精密壓型用光學(xué)玻璃、精密壓型用預(yù)制件及光學(xué)元件。光學(xué)玻璃，其重量百分比組成為0-15％的SiO₂；28-43％的B₂O₃；21-35％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的總量為0-15％；3-13％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的總量為1-8％；MgO、CaO、SrO和BaO的總量為1-20％；0-8％的ZrO₂；0-0.1％的Sb₂O₃；0-0.5％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的總量為0-3％。本發(fā)明的光學(xué)玻璃延長成型模具的壽命，在實(shí)現(xiàn)高效率生產(chǎn)的同時(shí)，還可以降低光學(xué)元件的生產(chǎn)成本。文檔編號C03C3/062GK101439929SQ20081030650公開日2009年5月27日申請日期2008年12月24日優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日發(fā)明者波匡申請人:成都光明光電股份有限公司