專利名稱：光學玻璃的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及一種光學玻璃，具體地，本發(fā)明涉及一種具有高折射率、低色散 性的光學玻璃，涉及一種由上述光學玻璃形成的壓制成型用玻璃坯(glass gob)和光學元 件及其生產(chǎn)方法，并且涉及用于制造光學元件坯體(an optical element blank)的方法。
背景技術：
由高折射率、低色散性的玻璃形成的透鏡當與由高折射率、高色散性的玻璃形成 的透鏡組合時能夠降低光學系統(tǒng)的尺寸，同時能夠校正色差(chromatic aberration) 0因 此，這種透鏡作為構(gòu)成圖像傳感系統(tǒng)或者諸如投影儀的投影光學系統(tǒng)的光學元件占據(jù)重要 的位置。JP 2007-269584A公開了上述高折射率、低色散性的玻璃。JP 2007-269584A中公 開的玻璃具有1. 75至2. 00的折射率nd并且具有0至25質(zhì)量％的Ta2O5含量，而且，折射 率η d為至少1.85的所有玻璃都含有大量Ta205。這是因為，大量Ta2O5的引入對于確保高 折射率(諸如1.75或更高折射率nd)的區(qū)域的玻璃穩(wěn)定性必不可少。對于這種高折射率、 低色散性的玻璃而言，Ta2O5是主要的、必要的組分。同時，鉭(Ta)是一種非常稀少的元素，其本身就是一種非常昂貴的物質(zhì)。此外，稀 有金屬的價格近年來在世界范圍內(nèi)大幅上漲，鉭的供應不足。在玻璃制造領域中，鉭原料不 足，如果上述情形繼續(xù)的話，則不再能夠維持光學器械工業(yè)必需的、必不可少的高折射率、 低色散性玻璃的穩(wěn)定供應。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在上述情況下，本發(fā)明的目的在于提供一種可以穩(wěn)定供應并且具有優(yōu)異玻璃穩(wěn)定 性的高折射率、低色散性光學玻璃，由上述玻璃形成的壓制成型用玻璃坯和光學元件，以及 光學元件坯體和光學元件的生產(chǎn)方法。解決上述問題的手段為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人進行了辛勤研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上述目的可以通過具有 特定玻璃組成、特定折射率和特定阿貝數(shù)的光學玻璃得以實現(xiàn)。此，基于上述發(fā)現(xiàn)完成了 本發(fā)明。也就是說，本發(fā)明提供了 (1) 一種光學玻璃，其包含，以摩爾％計，0. 1 至 40% 的 SiO2,10 至 50% 的 B2O3,總計0 至 10% 的 Li2O, Na2O 和 K2O,總計0 至 10% 的 MgO、CaO、SrO 和 BaO,0. 5 至 22% 的 ZnO，
5 至 50% 的 La2O3,0. 1 至 25% 的 Gd2O3,0. 1 至 20%的 Y2O3,0 至 20% 的 Yb2O3,0 至 25% 的 ZrO2,0 至 25% 的 TiO2,0 至 20% 的 Nb2O5，0 至 10% 的 Ta2O5，大于0. 但不大于20%的WO3,0 至小于 3%的 GeO2,0 至 10% 的 Bi2O3,禾口0 至 10% 的 Al2O3,SiO2的含量與B2O3的含量的質(zhì)量比，Si02/B203,為1或更小，所述光學玻璃具有1. 86至1. 95的折射率nd并且具有(2. 36-nd) /0. 014或更高 但小于38的阿貝數(shù)vd ；(2)如上述(1)所述的光學玻璃，其中，Ta2O5的含量為0至7mol% ；(3)如上述⑴或⑵所述的光學玻璃，其為無Ge玻璃；(4) 一種壓制成型用玻璃坯，其由上述(1)至(3)中任意一項所述的光學玻璃形 成；(5) 一種光學元件，其由上述(1)至(4)中任意一項所述的光學玻璃形成；(6) 一種用于生產(chǎn)光學元件坯體的方法，所述光學元件坯體通過研磨、拋光形成光 學元件，所述方法包括在加熱下軟化上述(4)所述的壓制成型用玻璃坯并對其進行壓制 成型；(7) 一種用于生產(chǎn)光學元件坯體的方法，所述光學元件坯體通過研磨、拋光形成光 學元件，所述方法包括使玻璃原料熔融并壓制成型所得熔融玻璃，從而生產(chǎn)由上述(1)至 (3)中任意一項所述光學玻璃形成的光學元件坯體；以及(8) 一種用于生產(chǎn)光學元件的方法，所述方法包括對上述(6)或(7)中所述的光學 元件坯體進行切削和拋光。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種可以穩(wěn)定供應并且具有優(yōu)異玻璃穩(wěn)定性的高折射率、 低色散性光學玻璃，由上述玻璃形成的壓制成型用玻璃坯和光學元件，以及光學元件坯體 和光學元件的生產(chǎn)方法。


圖1是對比例1和2中獲得的微晶玻璃(devitrified glass)的照片本發(fā)明的實施方式[光學玻璃]
首先，解釋本發(fā)明的光學玻璃。在本發(fā)明的光學玻璃中，減少或者限制了玻璃組分中特別昂貴的Ta2O5的引入。在 這種限制下，即使試圖賦予玻璃高折射率、低色散性質(zhì)同時保持耐析晶性，在僅僅減少Ta2O5 用量的情況下，玻璃原料無法形成任何玻璃，或者形成的玻璃在生產(chǎn)過程期間析晶并且無 法使用。為了減少Ta2O5的引入量，同時避免這些問題，用來賦予高折射率的各組分的比例
很重要。在本發(fā)明中，不僅引入B2O3和SiO2作為用于形成玻璃網(wǎng)絡的組分，而且作為賦予 高折射率的組分的La203、Gd203、Y203、W03和ZnO也同時存在。在本發(fā)明中，ZnO是必要組分， 其不僅改善熔融能力，降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度，還起到獲得高折射率、低色散性以及改善耐析晶 性的作用。在這些條件下，適當?shù)仄胶釨2O3的含量和SiO2的含量以改善熔融玻璃的耐析晶 性、熔融能力以及成形性，并且還適當?shù)仄胶馍鲜鯞2O3和SiO2與其他組分，從而實現(xiàn)上述本 發(fā)明的目的。本發(fā)明的光學玻璃包含，以摩爾％計，0. 1 至 40% 的 SiO2,10 至 50% 的 B2O3,總計0 至 10% 的 Li2O, Na2O 和 K2O,總計0 至 10 % 的 MgO、CaO、Sr0 禾口 BaO，0. 5 至 22% 的 ZnO，5 至 50% 的 La2O3,0. 1 至 25% 的 Gd2O3,0. 1 至 20%的 Y2O3,0 至 20% 的 Yb2O3,0 至 25% 的 ZrO2,0 至 25% 的 TiO2,0 至 20% 的 Nb2O5，0 至 10% 的 Ta2O5，大于0. 但不大于20%的WO3,0 至小于 3%的 GeO2,0 至 10% 的 Bi2O3,禾口0 至 10% 的 Al2O3,SiO2的含量與B2O3的含量的質(zhì)量比，Si02/B203,為1或更小，所述光學玻璃具有1. 86至1. 95的折射率nd，并且具有(2. 36-nd) /0. 014或更高 但小于38的阿貝數(shù)。(組成范圍限制的原因)以下將解釋采用上述的組成范圍限制的原因，此后，除非另有聲明，以％計的含量 或總含量表示以摩爾％計的含量或總含量。SiO2是網(wǎng)絡形成氧化物，其是維持玻璃穩(wěn)定性以及維持適于形成熔融玻璃的粘度 所需要的必要組分。當其含量小于0. 時，玻璃穩(wěn)定性下降，并且玻璃在形成熔融玻璃期
5間的粘度下降，所以玻璃的成形性下降。此外，玻璃的化學耐受性下降。當上述含量超過 40%時，難以實現(xiàn)所需要的折射率，并且液相線溫度和玻璃轉(zhuǎn)變溫度升高。此外，導致如下 問題難以實現(xiàn)所需阿貝數(shù)，玻璃的熔融能力下降，耐析晶性下降。因此，將SiO2的含量調(diào)節(jié) 至0. 1至40 %。SiO2的含量優(yōu)選在3至35 %的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在5至30 %的范圍內(nèi)，還要 更優(yōu)選在5至25 %的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在7至22 %的范圍內(nèi)，進一步更優(yōu)選在10至20 % 的范圍內(nèi)。B2O3是網(wǎng)絡形成組分，其是有效維持玻璃的熔融能力以及降低液相線溫度的必要 組分。此外，其還是賦予低色散性的有效組分。當其含量低于10%時，玻璃穩(wěn)定性下降。當 其超過50%時，不僅難以滿足所需折射率，而且化學耐受性也下降。因此，將B2O3的含量調(diào) 節(jié)至10至50%。B2O3的含量優(yōu)選在12至45%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在15至43%的范圍內(nèi)，還 要更優(yōu)選在17至40 %的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在17至38 %的范圍內(nèi)，進一步更優(yōu)選在18至 35%的范圍內(nèi)。為了降低液相線溫度并改善耐析晶性和熔融能力，并且為了維持適于玻璃成形的 粘度，將SiO2的含量與B2O3的含量的質(zhì)量比，Si02/B203，調(diào)節(jié)至1或更小。上述質(zhì)量比指 將以質(zhì)量％計的SiO2的含量除以以質(zhì)量％計的B2O3的含量得到的數(shù)值。當上述比值大于 1時，不僅液相線溫度升高，而且耐析晶性也下降。此外，熔融能力也下降，也難以實現(xiàn)所需 阿貝數(shù)。上述質(zhì)量比優(yōu)選在0. 95或更小的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0. 90或更小的范圍內(nèi)。Li2O, Na2O和K2O是可選組分，它們起到改善熔融能力以及降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度的作 用。當Li2CKNa2O和K2O的總含量超過10%時，難以實現(xiàn)所需折射率，而且化學耐受性也下 降了。因此，將Li2O, Na2O和K2O的總含量調(diào)節(jié)至0至10%。Li2O, Na2O和K2O的總含量優(yōu) 選在0至8%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0至6%的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在0至4%的范圍內(nèi)，甚至 更優(yōu)選在0至2%的范圍內(nèi)，進一步更優(yōu)選地不摻入上述堿金屬氧化物。Mg0、Ca0、Sr0和BaO起到改善玻璃的熔融能力以及改善玻璃在可見光區(qū)域中的透 光率的作用。當以碳酸鹽或硝酸鹽形式引入時，它們還產(chǎn)生消泡作用。然而，當它們的總含 量超過10%時，液相線溫度升高，并且耐析晶性下降。除此以外，折射率降低，化學耐受性下 降。因此，將Mg0、Ca0、Sr0和BaO的總含量調(diào)節(jié)至0至10%。MgO、CaO、SrO和BaO的總含 量優(yōu)選在0至8%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0至6%的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在0至4%的范圍內(nèi)， 甚至更優(yōu)選在0至2%的范圍內(nèi)。進一步更優(yōu)選地，不摻入上述堿土金屬氧化物。ZnO是可用于實現(xiàn)高折射率、低色散性的必要組分，其起到改善玻璃的熔融能力、 耐析晶性以及降低液相線溫度和玻璃轉(zhuǎn)變溫度的作用。當其含量小于0. 5%時，折射率可能 降低，液相線溫度可能升高，或者耐析晶性可能下降。另一方面，當上述含量超過22%時， 難以實現(xiàn)所需折射率。因此，將ZnO的含量調(diào)節(jié)至0.5至22%。ZnO的含量優(yōu)選在0. 5至 20 %的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在1至18 %的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在2至17 %的范圍內(nèi)，進一步 更優(yōu)選在3至17%的范圍內(nèi)，還要進一步更優(yōu)選在4至17%的范圍內(nèi)。La2O3對于實現(xiàn)高折射率、低色散性來說是必需的，其還起到改善化學耐受性的作 用。當其含量小于5%時，難以獲得所需折射率。當其超過50%時，液相線溫度升高，而且耐 析晶性下降。因此，將La2O3的含量調(diào)節(jié)至5至50%。La2O3的含量優(yōu)選在5至45%的范圍 內(nèi)，更優(yōu)選在5至40 %的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在5至35 %的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在7至30 %
6的范圍內(nèi)。Gd2O3當與La2O3同時存在時起到降低液相線溫度以及大幅改善耐析晶性的作用。 當其含量小于0. 時，折射率降低，液相線溫度升高，耐析晶性以及耐化學品性下降。另一 方面，當其含量超過25%時，液相線溫度升高，耐析晶性下降。因此，將Gd2O3的含量調(diào)節(jié)至 0. 1至25%。Gd2O3的含量優(yōu)選在0. 1至20%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0. 1至18%的范圍內(nèi)，還 要更優(yōu)選在0. 1至15%的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在0. 1至12%的范圍內(nèi)，進一步更優(yōu)選在0. 1 至10%的范圍內(nèi)，還要進一步更優(yōu)選在1至10%的范圍內(nèi)。Y2O3當與La2O3同時存在時也起到降低液相線溫度以及大幅改善耐析晶性的作用。 當其含量小于0. 時，折射率降低，液相線溫度升高，耐析晶性以及化學耐受性下降。另 一方面，當其含量超過20%時，液相線溫度升高，耐析晶性下降。因此，將Y2O3的含量調(diào)節(jié) 至0. 1至20%。Y2O3的含量優(yōu)選在0. 1至18%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0. 1至15%的范圍內(nèi)， 還要更優(yōu)選在0. 1至13%的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在0. 1至10%的范圍內(nèi)，進一步更優(yōu)選在 0. 1至7%的范圍內(nèi)，還要進一步更優(yōu)選在5至7%的范圍內(nèi)。Yb2O3當與La2O3同時存在時也起到降低液相線溫度以及大幅改善耐析晶性的作 用。當其含量超過20%時，液相線溫度升高，耐析晶性下降。因此，將Yb2O3的含量調(diào)節(jié)至0 至20 %。Y2O3的含量優(yōu)選在0至18%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0至16 %的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選 在0至14%的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在0至12%的范圍內(nèi)，進一步更優(yōu)選在0至10%的范圍 內(nèi)，還要進一步更優(yōu)選在0至5%的范圍內(nèi)。ZrO2起到提高折射率和改善化學耐受性的作用。即使少量引入，其也產(chǎn)生優(yōu)異的 效果。然而，當其含量超過25%時，玻璃轉(zhuǎn)變溫度和液相線溫度升高，并且耐析晶性下降。 因此，將&02的含量調(diào)節(jié)至0至25%。&02的含量優(yōu)選在0至22%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在2 至22%的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在2至20%的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在2至18%的范圍內(nèi)，進一 步更優(yōu)選在2至15%的范圍內(nèi)，還要進一步更優(yōu)選在2至13%的范圍內(nèi)。TiO2起到提高折射率和改善化學耐受性和耐析晶性的作用。然而，當其含量超過 25%時，難以獲得所需的阿貝數(shù)，此外玻璃轉(zhuǎn)變溫度和液相線溫度升高，耐析晶性下降。因 此，將TiO2的含量調(diào)節(jié)至0至25%。TiO2的含量優(yōu)選在0至22%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在3至 20 %的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在3至18 %的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在3至17 %的范圍內(nèi)，進一步 更優(yōu)選在3至16%的范圍內(nèi)。Nb2O5使折射率升高，并且還起到降低液相線溫度和改善耐析晶性的作用。當其含 量超過20%時，液相線溫度升高，耐析晶性下降，并且難以實現(xiàn)所需阿貝數(shù)。此外，玻璃的 著色更明顯。因此，將Nb2O5的含量調(diào)節(jié)至0至20%。Nb2O5的含量優(yōu)選在0至18%的范圍 內(nèi)，更優(yōu)選在0至15 %的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在0至12 %的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在0至10 % 的范圍內(nèi)，進一步更優(yōu)選在0至8%的范圍內(nèi)。Ta2O5不僅起到實現(xiàn)高折射率、低色散性的作用，還起到改善玻璃穩(wěn)定性的作用。然 而，因為其是昂貴的組分，因此，為了實現(xiàn)本發(fā)明的一個目的，即為了實現(xiàn)高折射率、低色散 性玻璃的穩(wěn)定供應，其含量局限于10%或更低。此外，當其含量超過10%時，液相線溫度升 高，耐析晶性下降。因此，將Ta2O5的含量調(diào)節(jié)至0至10%。Ta2O5的含量優(yōu)選在0至7%的 范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0至5%的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在0至4%的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選在0至 3 %的范圍內(nèi)，進一步更優(yōu)選在0至2 %的范圍內(nèi)，還要進一步更優(yōu)選在0至1 %的范圍內(nèi)。
7特別優(yōu)選的是，不摻入Ta205。WO3是必要組分，其起到升高折射率、降低液相線溫度和改善耐析晶性的作用。當 其含量為0. 或更低時，難以獲得所需折射率，此外液相線溫度升高，并且耐析晶性下降。 另一方面，當其含量超過20%時，液相線溫度升高，并且耐析晶性下降。此外，玻璃的著色更 明顯。因此，將WO3的含量調(diào)節(jié)至大于0. 1但不超過20%。WO3的含量優(yōu)選在0. 1至18% 的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0. 1至15%的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在0. 5至10%的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選 在0.5至8%的范圍內(nèi)，進一步更優(yōu)選在0.5至7%的范圍內(nèi)。GeO2是網(wǎng)絡形成氧化物，其起到升高折射率的作用，因此其是使折射率升高同時 維持玻璃穩(wěn)定性的組分。然而，因為它是非常昂貴的組分，所以需要減少其用量以及Ta組 分的用量。在本發(fā)明中，由于組成已如所述確定，所以即使將GeO2的含量降低至小于3%， 所需光學性質(zhì)和優(yōu)異的玻璃穩(wěn)定性也可以一起實現(xiàn)。因此，將GeO2的含量調(diào)節(jié)至0至小于 3 %。GeO2的含量優(yōu)選在0至2 %的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0至1 %的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在0至 0. 5 %的范圍內(nèi)。特別優(yōu)選的是，不含GeO2或者為無Ge玻璃。Bi2O3不僅起到升高折射率的作用，還起到改善玻璃穩(wěn)定性的作用。然而，當其含量 超過10%時，在可見光區(qū)的透光率下降。因此，將Bi2O3的含量調(diào)節(jié)至0至10%。Bi2O3的含 量優(yōu)選在0至5%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0至2%的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在0至的范圍內(nèi)。 特別優(yōu)選地，不摻入Bi203。Al2O3當被少量引入時起到改善玻璃穩(wěn)定性和化學耐受性的作用。然而，當其含量 超過10%時，液相線溫度升高，耐析晶性下降。因此，將Al2O3的含量調(diào)節(jié)至0至10%。Al2O3 的含量優(yōu)選在0至5%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0至2%的范圍內(nèi)，還要更優(yōu)選在0至1 %的范圍 內(nèi)。特別優(yōu)選地，不摻入ai2O3?？梢蕴砑覵b2O3作為澄清劑(refiner)，當其少量添加時起到抑制透光率下降的作 用，上述透光率下降是由包含諸如Fe的雜質(zhì)引起的。然而，當其添加量基于除Sb2O3以外的 玻璃組成超過1質(zhì)量％時，該玻璃有色或者會加劇在壓制成型期間壓制模具的成型表面由 于該玻璃的強氧化作用導致的劣化。因此，Sb2O3的添加量基于除Sb2O3以外的玻璃組成優(yōu) 選為0至1質(zhì)量％，更優(yōu)選為0至0. 5質(zhì)量％。還可以添加SnO2作為澄清劑。然而，當其添加量基于除SnO2以外的玻璃組成超 過1質(zhì)量％時，該玻璃有色或者會加劇在壓制成型期間壓制模具的成型表面由于該玻璃的 強氧化作用導致的劣化。因此，SnO2的添加量基于除SnO2以外的玻璃組成優(yōu)選為0至1質(zhì) 量％，更優(yōu)選為0至0. 5質(zhì)量％。本發(fā)明的光學玻璃實現(xiàn)了高折射率、低色散的光學特性，同時保持了玻璃穩(wěn)定性， 因而不必摻入諸如Lu和Hf的組分。因為Lu和Hf都是昂貴的組分，因此優(yōu)選將Lu2O3和 HfO2各自的含量限定為0至1 %，更優(yōu)選將各自的含量限定為0至0. 5 %。特別優(yōu)選地是， Lu2O3和HfO2都不引入?？紤]到對環(huán)境的不利影響，還優(yōu)選的是As、Pb、U、Th、Te和Cd都不引入。為了最好地利用玻璃的透光性，優(yōu)選不引入會使玻璃著色的物質(zhì)，諸如Cu、Cr、V、
Fe、Ni、Co 等。(光學玻璃的性質(zhì))本發(fā)明的光學玻璃的折射率nd為1. 86至1. 95。折射率nd的下限優(yōu)選為1. 87，更優(yōu)選為1. 88，還要更優(yōu)選為1. 89 ；其上限優(yōu)選為1. 94，更優(yōu)選為1. 93，還要更優(yōu)選為1. 92。具有低阿貝數(shù)Vd的玻璃(即具有高色散性的玻璃)使得在維持穩(wěn)定性的同時 提高折射率更容易。因此，在本發(fā)明中，阿貝數(shù)vd的下限相對于折射率nd定義。本發(fā) 明的光學玻璃具有(2/36-nd)/0.014或更高但小于38的阿貝數(shù)。阿貝數(shù)的下限優(yōu)選為 (2. 356-nd) /0. 0137，更優(yōu)選為(2. 356-nd) /0. 0187。本發(fā)明的光學玻璃是適于通過切削、拋光形成平坦、光滑光學功能表面的玻璃。諸 如切削、拋光等冷加工的適宜性(即冷加工性)與玻璃轉(zhuǎn)變溫度間接相關。玻璃轉(zhuǎn)變溫度 低的玻璃較之冷加工更適于精密壓制成型，；而玻璃轉(zhuǎn)變溫度高的玻璃較之精密壓制成型 更適于冷加工，其具有優(yōu)異的冷加工性。因此，在本發(fā)明中，當冷加工優(yōu)先時，優(yōu)選不過度降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度。將玻璃轉(zhuǎn)變 溫度優(yōu)選調(diào)節(jié)至630°C或更高，更優(yōu)選調(diào)節(jié)至640°C或更高，還要更優(yōu)選調(diào)節(jié)至660°C或更 高。然而，如果玻璃轉(zhuǎn)變溫度過高，則玻璃被重新加熱以使其軟化的加熱溫度較高，用于成 型的模具被大幅劣化，退火溫度很高，并且退火爐被大幅劣化或損耗。因此，將玻璃轉(zhuǎn)變溫 度優(yōu)選調(diào)節(jié)至720°C或更低，更優(yōu)選調(diào)節(jié)至710°C或更低，還要更優(yōu)選調(diào)節(jié)至低于700°C。(用于生產(chǎn)光學玻璃的方法)以下解釋本發(fā)明提供的用于生產(chǎn)光學玻璃的方法。例如，將粉末狀化合物原料或 碎玻璃原料稱重并配制，以對應于預期的玻璃組成，然后將配制后的原料供應到熔融容器 中，接著通過加熱熔融。上述原料完全熔融形成玻璃后，使熔融的玻璃升溫對其進行精煉。 精煉的熔融玻璃通過攪拌器攪拌均勻，然后，將精煉的玻璃連續(xù)供應到玻璃流管中，并流 出，接著快速冷卻、固化，從而得到玻璃成形材料。以下解釋本發(fā)明的壓制成型用玻璃坯。[壓制成型用玻璃坯]本發(fā)明的壓制成型用玻璃坯以由上述本發(fā)明的光學玻璃形成為特征。該玻璃坯被 形成為可容易壓制成型的形式，這取決于期望的壓制成型產(chǎn)品的形式。此外，確定玻璃坯的 質(zhì)量，以與壓制模制產(chǎn)品匹配。在本發(fā)明中，所用玻璃具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，使得該玻璃即使 通過再加熱和軟化壓制成型也不容易析晶，并且可以穩(wěn)定地生產(chǎn)具有高品質(zhì)的成型產(chǎn)品。壓制成型用玻璃坯的生產(chǎn)實例如下。在第一個生產(chǎn)實例中，從管子流出的熔融玻璃連續(xù)澆鑄到水平放置在流管下方的 模具中，然后其成型成具有恒定厚度的平板形式。從模具側(cè)面的開口部分以水平方向連續(xù) 取出成型玻璃。通過帶式運送機取出平板形式的成型材料。帶式運送機的取出速度被設定 為恒定速率，并且取出具有恒定厚度的玻璃成型材料，從而可以得到具有預定厚度和預定 寬度的玻璃成型材料。通過帶式運送機將玻璃成型材料運送到退火爐中，并逐步冷卻。沿 著平板厚度的方向?qū)χ鸩嚼鋮s的玻璃成型材料進行切割或分割，并對每個切割片進行拋光 或滾筒拋光，從而形成壓制成型用玻璃坯。在第二個生產(chǎn)實例中，將熔融玻璃澆鑄到替代上述模具的圓筒模具中，以形成柱 狀玻璃成型材料。從模具底部的開口部分以恒定速率以垂直向下的方式取出模具中得到的 玻璃成型材料。取出速度可以被確定為使得模具中熔融玻璃的液體水平保持恒定。對玻璃 成型材料進行逐步冷卻，然后對其進行切割或分割，并對每個切割片進行拋光或滾筒拋光， 從而形成壓制成型用玻璃坯。
在第三個生產(chǎn)實例中，將具有多個以等間隔布置在圓形回轉(zhuǎn)臺上的成型模具的成 型機放置在流出管下方，回轉(zhuǎn)臺以指針方式回轉(zhuǎn)(index-turned)，成型模具的停頓位置中 的一個被用作熔融玻璃被供應到成型模具的位置(稱為“澆鑄位置”)，將熔融玻璃供應到 處于澆鑄位置的成型模具，將供應的熔融玻璃成型成玻璃成型材料，然后在與澆鑄位置不 同的預定的成型模具停頓位置(取出位置)取出玻璃成型材料。哪個停頓位置被用作取出 位置可以通過如下確定回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)速度，玻璃的冷卻速度等。可以通過如下幾種方法將 熔融玻璃供應到處于澆鑄位置的成型模具中在一種方法中，熔融玻璃由流出管的流出口 滴下，然后采用上述成型模具接收上述玻璃滴；在一種方法中，使停留在澆鑄位置處的成型 模具接近玻璃流出口以支撐熔融玻璃流的下端部，在玻璃流的中部形成窄部，成型模具立 即以預定方式快速垂直向下移動以使窄部以下的熔融玻璃分離，然后在成型模具上接收分 離的熔融玻璃；或者在一種方法中，用切割刀片割切下流出的熔融玻璃流，然后用停留在澆 鑄位置的成型模具接收由此分離的熔融玻璃坯?？梢允褂靡阎椒ㄔ诔赡つ＞呱闲纬刹ＡА＞唧w地，當在由成型模具向上噴射氣 體并向上向玻璃坯施加氣壓使玻璃漂浮的同時使玻璃成型時，可以防止在玻璃成型材料表 面上形成折皺以及防止玻璃成型材料由于與成型模具接觸而破裂。玻璃成型材料的形式可以為球形，可以為回轉(zhuǎn)橢球狀，可以為具有一個旋轉(zhuǎn)對稱 軸并且具有兩個面向旋轉(zhuǎn)對稱軸且向外凸出的平面的形狀，等等。這些形狀適于被壓制成 型以生產(chǎn)諸如透鏡等的玻璃坯，或者光學元件坯體。由此得到的玻璃成型材料可以原樣地 作為壓制成型用玻璃坯使用，或其表面可以進行拋光或滾筒拋光以得到壓制成型用玻璃 坯。[光學元件]下面將解釋本發(fā)明的光學元件。本發(fā)明的光學元件以由上述本發(fā)明的光學玻璃形成為特征。本發(fā)明的光學元件具 有高折射率、低色散特性，而且控制諸如Ta205、GeO2等的昂貴組分，使得其含量非常小或為 零，結(jié)果可以以低成本提供各種光學元件，諸如光學價值高的各種透鏡、棱鏡等。透鏡的實例包括透鏡表面為球面或非球面的各種透鏡，諸如凹彎月形透鏡、凸彎 月形透鏡、雙凸面透鏡、雙凹面透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等等。這些透鏡適于作為用于校正色差的透鏡，因為它們與由高折射率、高色散玻璃形 成的透鏡組合可以校正色差。此外，它們是有效降低光學系統(tǒng)尺寸的透鏡。此外，棱鏡具有高折射率，因此當它們插入圖像傳感光學系統(tǒng)以向所需方向混合 光路時，可以實現(xiàn)具有寬視角的緊湊光學系統(tǒng)。在本發(fā)明的光學元件的光學功能表面上可以提供會控制透光率的薄膜，諸如抗反
射薄膜等。[用于生產(chǎn)光學元件坯體的方法]以下將解釋本發(fā)明提供的用于生產(chǎn)光學元件坯體的方法。由本發(fā)明提供的用于生產(chǎn)光學元件坯體的方法包括如下兩個實施方式。(用于生產(chǎn)光學元件坯體的第一種方法)本發(fā)明所提供的用于生產(chǎn)光學元件坯體的第一種方法是一種用于生產(chǎn)其被切削、 拋光而形成光學元件的光學元件坯體的方法，在這種方法中，在加熱下，對本發(fā)明的上述壓
10制成型用玻璃坯進行軟化，然后壓制成型。光學元件坯體是具有與光學元件類似形狀的玻璃成型材料，并且所述玻璃成型材 料的形狀通過將加工裕量添加到期望的光學元件的形狀而獲得，所述加工裕量將通過切 削、研磨除去。為了生產(chǎn)光學元件坯體，提供了一種壓制模具，其具有與所述坯體的形狀相反形 狀的模制表面。壓制模具由模具部件構(gòu)成，所述部件包括上部模具構(gòu)件、下部模具構(gòu)件和可 選的襯套構(gòu)件，所述上部模具構(gòu)件和下部模具構(gòu)件的模具表面以上述形式形成，或者在使 用襯套構(gòu)件的情況下，襯套構(gòu)件的成型表面以上述形式形成。然后，將粉末形式的脫模劑(諸如氮化硼等)均勻地施加到壓制成型用玻璃坯上， 所述玻璃坯在加熱下被軟化，然后引入下部模具部件上，并且采用面向該下部模具部件的 上部模具部件擠壓經(jīng)軟化的玻璃坯，從而成型光學玻璃坯體。然后，使光學元件坯體脫離壓制模具，從該壓制模具中取出，然后退火。通過這個 退火處理，降低玻璃內(nèi)部的應力，從而使諸如折射率等的光學性質(zhì)達到期望數(shù)值。可由已知條件和材料中選擇加熱玻璃坯的條件、壓制成型的條件以及用于壓制模 具的材料。上述步驟可以在大氣下實施。(用于生產(chǎn)光學元件坯體的第二種方法)本發(fā)明所提供的用于生產(chǎn)光學元件坯體的第二種方法是一種用于生產(chǎn)其被切削、 拋光而形成光學元件的光學元件坯體的方法，在這種方法中，將玻璃原料熔融，并將所得熔 融玻璃進行壓制成型，從而生產(chǎn)由本發(fā)明的上述光學玻璃形成的光學元件坯體。壓制模具由模具部件構(gòu)成，所述部件包括上部模具構(gòu)件、下部模具構(gòu)件和可選的 襯套構(gòu)件。壓制模具的成型表面被加工成與上述光學元件坯體的表面形式相反的形式。將粉末形式的脫模劑(諸如氮化硼等)均勻地施加到下部模具構(gòu)件的成型表面 上，使根據(jù)上述用于生產(chǎn)光學玻璃的方法通過熔融得到的熔融玻璃流到下部模具構(gòu)件的成 型表面上，然后當下部模具構(gòu)件上的熔融玻璃量達到所需量時，采用被稱為剪刀的切割刀 片切斷熔融玻璃流。在下部模具構(gòu)件上得到熔融玻璃坯后，將帶有熔融玻璃坯的下部模具 構(gòu)件移送到上方準備有上部模具部件的位置，接著采用上部模具構(gòu)件和下部模具構(gòu)件擠壓 該玻璃，從而成型光學元件坯體。然后，使光學元件坯體脫離壓制模具，從該壓制模具中取出，然后退火。通過這個 退火處理，降低玻璃內(nèi)部的應力，從而使諸如折射率等的光學性質(zhì)達到期望數(shù)值?？捎梢阎獥l件和材料中選擇加熱玻璃坯的條件、壓制成型的條件以及用于壓制模 具的材料。上述步驟可以在大氣下實施。以下將解釋本發(fā)明所提供的用于生產(chǎn)光學元件的方法。[用于生產(chǎn)光學元件的方法]本發(fā)明所提供的用于生產(chǎn)光學元件的方法包括對本發(fā)明上述方法中的任意一中 所生產(chǎn)的光學元件坯體進行切削、拋光?？梢酝ㄟ^應用已知方法來實施切削、拋光。
實施例采用如下實施例對本發(fā)明進行解釋，但本發(fā)明不應局限于這些實施例。實施例1
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碳酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物、氧化物、硼酸等被用作原料，然后，為了得到具有表1 所示組分的玻璃1至10 (Glass No. 1 10)，對各原料粉末進行稱重，并充分混合，從而得到 配制原料。將配制原料放置在鉬坩堝中，并在140(TC下加熱至熔融，然后對熔融玻璃進行 精煉、攪拌，從而得到均勻的熔融玻璃。將這些熔融玻璃澆注到預加熱的模具中，并快速冷 卻，并將它們保持在它們的玻璃轉(zhuǎn)變溫度左右的溫度下2小時，然后逐步冷卻，從而得到被 命名為玻璃1至10的光學玻璃。在這些玻璃的任何一個中都未發(fā)現(xiàn)晶體沉淀。通過如下所示方法測定各玻璃的性質(zhì)。表2示出了測量結(jié)果。(1)折射率nd和阿貝數(shù)vd對以30°C /小時的速率逐步冷卻而得到的光學玻璃進行測量。(2)玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg采用熱力學分析儀在4°C /分鐘的升溫速率的條件下進行測量。(3)液相線溫度LT將玻璃放置到被加熱至預定溫度的烘箱中，并在其中保持2小時。在玻璃冷卻后， 采用放大倍數(shù)100倍的光學顯微鏡觀察玻璃的內(nèi)部，然后基于是否存在晶體來確定液相線 溫度。(4)液相線溫度下的粘度根據(jù)粘度JIS標準Z8803 (Viscosity JIS Standard)通過利用同軸雙圓筒型旋轉(zhuǎn) 粘度計的粘度測量方法測量粘度。(5)比重通過Archimedean方法測定。表 1 (注釋1)Sb2O3的用量基于不包括Sb2O3的玻璃組分。(注釋2)Si02/B203指SiO2的含量(以mol%計)除以B2O3的含量(以mol% )所 得到的數(shù)值。(注釋3)總量(質(zhì)量％)指通過添加Sb2O3的量所得到的數(shù)值。表2 對比例1準備原料，從而得到如下組成其中除Ta2O5以外的組分維持JP2007-269584A表8 的組成37中的含量比，但Ta2O5含量為0。將這些原料在加熱下熔融，然后將熔融物澆注到 模具中，并快速冷卻。結(jié)果，如圖1左所示，整塊玻璃析晶，而變渾濁。對比例2準備原料，從而得到與JP2007-269584A表8的組成37相類似的組成，不同之處 在于=Ta2O5的全部含量被等份的、作為用于賦予高折射率的其他組分的La203、Gd203、TiO2, Nb2O5, WO3和&02替代。將這些原料在加熱下熔融，然后將熔融物澆注到模具中，并快速冷 卻。結(jié)果，如圖1右所示，整塊玻璃析晶，而變渾濁。實施例2以如下方式生產(chǎn)由實施例1中的光學玻璃1至10形成的壓制成型用玻璃坯。首先，準備玻璃原料，從而得到上述玻璃，然后將它們放置在鉬坩堝中、在加熱下 熔融、精煉、并攪拌，從而得到均勻的熔融玻璃。使每種熔融玻璃以恒定流速從流出管中流 出，并澆注到在流出管下方水平排列的模具中，從而形成具有恒定厚度的玻璃板。從模具側(cè) 面的開口部分以水平方向連續(xù)取出由此成型的玻璃板，通過帶式運送機將其運送到退火爐 中，并逐步冷卻。對逐步冷卻的玻璃板進行切割或分割以制成玻璃片，并對這些玻璃片進行滾筒拋 光，從而得到壓制成型用玻璃坯。此外，還可以通過如下得到壓制成型用玻璃坯在流出管下方排列圓筒模具，將熔 融玻璃澆注到該模具中以成型成柱狀玻璃，從模具底部的開口部分以恒定速率以垂直向下 的方式取出柱狀玻璃，然后逐步冷卻，接著對其進行切割或分割以制成玻璃片，最后對玻璃
14片進行滾筒拋光。實施例3使熔融玻璃以與實施例2相同的方式流出液流管，并采用成型模具接收流出的熔 融玻璃的下端。然后，快速向下移動成型模具以根據(jù)表面張力切割熔融的玻璃流，從而得到 在成型模具上得到具有預定重量的熔融玻璃塊。然后，由成型模具噴射氣體以向所述玻璃 向上施加氣壓，在使玻璃漂浮的同時使其形成玻璃塊，然后從成型模具中取出玻璃塊，并退 火。對玻璃塊進行滾筒拋光。以這種方式，得到由與實施例2中的那些相同的玻璃形成的 壓制成型用玻璃坯。實施例4將氮化硼粉末脫模劑均勻地施加到實施例3中所得到的每個壓制成型用玻璃坯 的整個表面上，然后在加熱下對上述玻璃坯進行軟化，并壓制成型，從而生成各種透鏡(諸 如凹彎月形透鏡、凸彎月形透鏡、雙凸面透鏡、雙凹面透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等等)和棱 鏡的坯體。實施例5以與實施例2相同的方式制備熔融玻璃，然后，將每種熔融玻璃供應到下部模具 構(gòu)件的成型表面上，該成型表面上已涂覆了氮化硼粉末脫模劑。當每種熔融玻璃在下部模 具構(gòu)件上的量達到預定量時，用切割刀片切斷熔融玻璃流。采用上部模具構(gòu)件和下部模具構(gòu)件對由此得到的在下部模具構(gòu)件上的每一個熔 融玻璃坯進行擠壓，從而得到各種透鏡(諸如凹彎月形透鏡、凸彎月形透鏡、雙凸面透鏡、 雙凹面透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等等)和棱鏡的坯體。實施例6對實施例4和5中得到的坯體進行退火。實施所述退火，以降低每種玻璃的內(nèi)部 應力，并且使諸如折射率等的光學性質(zhì)達到所需數(shù)值。對坯體進行研磨和拋光，從而得到各種透鏡(諸如凹彎月形透鏡、凸彎月形透鏡、 雙凸面透鏡、雙凹面透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等等)和棱鏡。可以在由此得到的每種光學 元件的表面上涂覆抗反射膜。實施例7以與實施例2相同的方式制備玻璃板和柱狀玻璃，并對由此得到的玻璃成型材料 進行退火，以降低每種玻璃的內(nèi)部應力，并且使諸如折射率等的光學性質(zhì)達到所需數(shù)值。然后，對玻璃成型材料進行切割、研磨和拋光，從而得到各種透鏡(諸如凹彎月形 透鏡、凸彎月形透鏡、雙凸面透鏡、雙凹面透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等等)和棱鏡的坯體。 可以在由此得到的每種光學元件的表面上涂覆抗反射膜。工業(yè)實用性本發(fā)明的光學玻璃可以穩(wěn)定供應，并且具有優(yōu)異的玻璃穩(wěn)定性以及高折射率、低 色散性，因而適用于壓制成型用玻璃坯、光學元件坯體和光學元件。
權(quán)利要求
一種光學玻璃，其包含，以摩爾％計，0.1至40％的SiO2，10至50％的B2O3，總計0至10％的Li2O、Na2O和K2O，總計0至10％的MgO、CaO、SrO和BaO，0.5至22％的ZnO，5至50％的La2O3，0.1至25％的Gd2O3，0.1至20％的Y2O3，0至20％的Yb2O3，0至25％的ZrO2，0至25％的TiO2，0至20％的Nb2O5，0至10％的Ta2O5，大于0.1％但不大于20％的WO3，0至小于3％的GeO2，0至10％的Bi2O3，和0至10％的Al2O3，SiO2的含量與B2O3的含量的質(zhì)量比，SiO2/B2O3，為1或更小，所述光學玻璃具有1.86至1.95的折射率nd并且具有(2.36 nd)/0.014或更高但小于38的阿貝數(shù)vd。
2.如權(quán)利要求1所述的光學玻璃，其中，Ta2O5的含量為0至7mol%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學玻璃，其為無Ge玻璃。
4.一種壓制成型用玻璃坯，其由權(quán)利要求1至3中任意一項所述的光學玻璃形成。
5.一種光學元件，其由權(quán)利要求1至4中任意一項所述的光學玻璃形成。
6.一種用于生產(chǎn)光學元件坯體的方法，所述光學元件坯體通過研磨、拋光形成光學元件，所述方法包括在加熱下軟化權(quán)利要求4所述的壓制成型用玻璃坯，并對其進行壓制成型。
7.一種用于生產(chǎn)光學元件坯體的方法，所述光學元件坯體通過研磨、拋光形成光學元件，所述方法包括使玻璃原料熔融并壓制成型所得熔融玻璃，從而生產(chǎn)由權(quán)利要求1至3 中任意一項所述光學玻璃形成的光學元件坯體。
8.一種用于生產(chǎn)光學元件的方法，所述方法包括對權(quán)利要求6或7中所述的光學元件 坯體進行研磨和拋光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學玻璃，其包含，以摩爾％計，0.1至40％的SiO2，10至50％的B2O3，總計0至10％的Li2O、Na2O和K2O，總計0至10％的MgO、CaO、SrO和BaO，0.5至22％的ZnO，5至50％的La2O3，0.1至25％的Gd2O3，0.1至20％的Y2O3，0至20％的Yb2O3，0至25％的ZrO2，0至25％的TiO2，0至20％的Nb2O5，0至10％的Ta2O5，大于0.1％但不大于20％的WO3，0至小于3％的GeO2，0至10％的Bi2O3，和0至10％的Al2O3，SiO2的含量與B2O3的含量的質(zhì)量比，SiO2/B2O3，為1或更小，所述光學玻璃具有1.86至1.95的折射率nd并且具有(2.36-nd)/0.014或更高但小于38的阿貝數(shù)vd。
文檔編號C03B11/00GK101932533SQ20098010365
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者根岸智明, 鄒學祿, 金山雄之進 申請人:Hoya株式會社