專利名稱：透鏡及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由高折射性低散射性光學(xué)玻璃形成的透鏡及其制造工藝。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著更高性能數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于具有大孔率的變焦透鏡的需求日益增長(zhǎng)。因此需要圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的尺寸縮減。作為滿足這種需要的變焦透鏡，提出了如JP-A-2005-331641中描述的圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)。
以上圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)在從目標(biāo)側(cè)向圖像側(cè)的方向上包括具有負(fù)折射性的第一透鏡組、具有正折射性的第二透鏡組和具有正折射性的第三透鏡組。第一透鏡組由具有負(fù)折射能力的透鏡和具有正折射能力的透鏡構(gòu)成，第二透鏡組由具有正折射能力的透鏡和具有負(fù)折射能力的透鏡構(gòu)成，而第三透鏡組由具有正折射能力的透鏡構(gòu)成。以上圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)具有用于在預(yù)定位置上確定開放光圈數(shù)的光束的元件。
在關(guān)注以上第一透鏡組時(shí)，具有負(fù)折射性的透鏡(此后稱作“透鏡G11”)由具有超過(guò)1.83的折射率(nd)所表示的高折射性和40或更大的阿貝數(shù)(vd)所表示的低散射性的玻璃形成，并且其是兩個(gè)表面都具有非球面形狀的凹透鏡。另一方面，具有正折射性的透鏡(此后稱作“透鏡G12”)是球面凸透鏡，其由具有1.82或更大折射率(nd)所表示的高折射性和25或更小的阿貝數(shù)(vd)所表示的高散射性的玻璃形成。

發(fā)明內(nèi)容
以上透鏡G12是球面透鏡并可以通過(guò)研磨和拋光來(lái)制造。另一方面，透鏡G11是非球面透鏡，因此期望通過(guò)精密模壓方法來(lái)制造，精密模壓方法也被稱作光學(xué)模制方法。用于構(gòu)成透鏡G11的玻璃需要具有適于精密模壓的低溫軟化性。
從光學(xué)性質(zhì)的角度考慮，透鏡G11和G12兩者都理想地由高折射性玻璃形成以縮減尺寸。此外，在變焦透鏡中，期望修正每個(gè)透鏡組的色差。而且，當(dāng)構(gòu)成透鏡G11的玻璃與構(gòu)成透鏡G12的玻璃之間在阿貝數(shù)上的差增大時(shí)，并且當(dāng)每個(gè)透鏡的折射率增大時(shí)，色差的良好修正和尺寸縮減都能得到滿足。
為了遵循以上需要，至少需要由具有40或更大阿貝數(shù)(vd)的玻璃來(lái)制造透鏡G11，而且還需要將透鏡G11和G12的折射率(nd)增大到1.82或更大。
透鏡G12由具有1.82或更大折射率(nd)和25或更小阿貝數(shù)(vd)的高折射性高散射性玻璃形成。為了進(jìn)一步增大折射率(nd)并進(jìn)一步減小阿貝數(shù)(vd)，需要增大給予玻璃高折射性和高散射性的成分量，例如Nb2O5、TiO2等。但是，存在這樣的成分，其可以增加玻璃的分色(coloring)，而降低可見光區(qū)域的短波長(zhǎng)側(cè)的透射性。在由例如變焦透鏡之類的多個(gè)透鏡組成的圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)中，需要提高每個(gè)透鏡的透射性，由此期望以不過(guò)多地減小構(gòu)成透鏡G12的玻璃的阿貝數(shù)(vd)但將構(gòu)成透鏡G11的玻璃的阿貝數(shù)(vd)增大到40或更多的方式來(lái)增大透鏡G12和透鏡G11之間的阿貝數(shù)差。
同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)負(fù)折射性，需要形成其周界部分比其中央部分具有更大厚度的透鏡，例如凹透鏡、雙凹透鏡和平凹透鏡。
為了制造具有以上形狀的透鏡，需要進(jìn)行模制以通過(guò)將預(yù)成形精密模壓玻璃材料放置在壓制模具的中央并利用上下模具將其按壓延展，獲得其中產(chǎn)品的周界部分比其中央部分具有更大厚度的體積分布，由此與所發(fā)現(xiàn)的雙凸透鏡相關(guān)地的體積分布差異相比，玻璃在按壓之前的體積分布與玻璃在按壓之后的體積分布之間存在巨大差異。關(guān)于以上模壓，考慮到通過(guò)在模壓期間降低玻璃的粘度使得玻璃在壓制模具中沿每個(gè)方向按壓延展，來(lái)如期望地防止厚度上的局部增大或減小的發(fā)生。
但是，為了增大高折射性低散射性玻璃的折射率，需要提高La2O3、Gd2O3等作為提供高折射性的成份的含量，并因此提高玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，這不可避免地使得適于模壓的模制溫度升高。但是，當(dāng)模制溫度較高時(shí)，引起諸如壓制模具耐久度的降低、玻璃材料熔合到模制表面、模制產(chǎn)品的表面模糊(fogging)等問(wèn)題，并難以穩(wěn)定地制造高精度透鏡。雖然能通過(guò)引入Li2O作為玻璃成分以在某種程度上控制玻璃轉(zhuǎn)變溫度的增加，但是在模制產(chǎn)品的表面上會(huì)發(fā)生諸如模糊或灼痕(scorching)。
以上問(wèn)題顯著地發(fā)現(xiàn)于通過(guò)從玻璃在模壓之前具有的體積分布到玻璃在模壓之后具有的體積分布的巨大改變來(lái)獲得的凹透鏡和雙凹透鏡。而且，以上問(wèn)題還發(fā)生在平凹透鏡和凸透鏡中。
本發(fā)明的目的是克服以上問(wèn)題，并提供通過(guò)對(duì)具有超過(guò)1.83折射率(nd)和40或更大阿貝數(shù)(vd)的高折射性低散射性玻璃進(jìn)行精密模壓而獲得的、具有不存在模糊或灼痕之類的缺陷的光學(xué)功能表面并具有凹凸透鏡形狀、雙凹透鏡形狀或平凹透鏡形狀的透鏡，及其制造工藝。
作為解決以上問(wèn)題的手段，本發(fā)明提供了(1)一種透鏡，其由光學(xué)玻璃形成并通過(guò)精密模壓獲得，所述光學(xué)玻璃具有超過(guò)1.83的折射率(nd)、40或更大的阿貝數(shù)(vd)和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，并且不包含Li2O，所述透鏡具有凹凸形狀、雙凹形狀或平凹形狀中的一種形狀，(2)根據(jù)以上(1)所述的透鏡，其中，所述光學(xué)玻璃包含作為必要成分的B2O3、La2O3和ZnO，并且將所述成分的含量確定為給予超過(guò)1.83的折射率(nd)、40或更大的阿貝數(shù)(vd)和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，(3)根據(jù)以上(2)所述的透鏡，其中，所述光學(xué)玻璃按mol％計(jì)包含20至45％的B2O3、5至24％的La2O3和22至42％的ZnO，(4)根據(jù)以上(1)至(3)中任一項(xiàng)所述的透鏡，所述透鏡具有凹透鏡或雙凹透鏡形狀，(5)一種制造透鏡的工藝，其是通過(guò)對(duì)玻璃材料進(jìn)行加熱和精密模壓實(shí)現(xiàn)的，所述工藝包括將由光學(xué)玻璃形成的玻璃材料引入到模具中，對(duì)所述玻璃材料進(jìn)行精密模壓以制造具有凹凸形狀、雙凹形狀或平凹形狀中的一種形狀的透鏡，所述光學(xué)玻璃具有超過(guò)1.83的折射率nd、40或更大的阿貝數(shù)vd和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，并且不包含Li2O，(6)根據(jù)以上(5)所述的制造透鏡的工藝，所述工藝使用如下的光學(xué)玻璃作為所述玻璃材料，所述光學(xué)玻璃包含作為必要成分的B2O3、La2O3和ZnO，并將所述成分的含量確定為給予超過(guò)1.83的折射率nd、40或更大的阿貝數(shù)vd和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
(7)根據(jù)以上(6)所述的制造透鏡的工藝，其中，所述光學(xué)玻璃按mol％計(jì)包含20至45％的B2O3、5至24％的La2O3和22至42％的ZnO。
(8)根據(jù)以上(5)至(7)中任一項(xiàng)所述的制造透鏡的工藝，其中通過(guò)精密模壓獲得具有凹透鏡形狀或雙凹透鏡形狀的透鏡。
(9)根據(jù)以上(5)至(8)中任一項(xiàng)所述的制造透鏡的工藝，所述工藝包括以下步驟通過(guò)加熱來(lái)軟化所述玻璃材料，并用模具壓制所述玻璃材料，所述模具包括第一模具構(gòu)件和第二模具構(gòu)件，所述第一模具構(gòu)件的用于形成待獲得的透鏡的光學(xué)功能表面的模制表面是凹表面或平表面，所述第二模具構(gòu)件的模制表面是凸表面，冷卻所述模具，直到所述模具中的所述玻璃材料具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg或更低的溫度，以及從所述模具取出冷卻的所述玻璃材料，在所述冷卻所述模具的步驟中，以所述第一模具構(gòu)件的溫度比所述第二模具構(gòu)件的溫度先達(dá)到所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的方式來(lái)進(jìn)行所述冷卻。
(10)根據(jù)以上(5)至(8)中任一項(xiàng)所述的制造透鏡的工藝，所述工藝包括壓制步驟，所述壓制步驟通過(guò)加熱來(lái)軟化所述玻璃材料，并用模具壓制所述玻璃材料，所述模具包括第一模具構(gòu)件和第二模具構(gòu)件，所述第一模具構(gòu)件的用于形成待獲得的透鏡的光學(xué)功能表面的模制表面具有相對(duì)大的曲率半徑或近軸曲率半徑，所述第二模具構(gòu)件的模制表面具有相對(duì)小的曲率半徑或近軸曲率半徑，冷卻步驟，所述冷卻步驟冷卻所述模具直到所述模具中的所述玻璃材料具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg或更低的溫度，以及從所述模具取出冷卻的所述玻璃材料的步驟，在所述冷卻步驟中，以所述第一模具構(gòu)件的溫度比所述第二模具構(gòu)件的溫度先達(dá)到所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的方式來(lái)進(jìn)行所述冷卻，從而制造雙凹透鏡。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種通過(guò)對(duì)具有超過(guò)1.83的折射率(nd)和40或更大的阿貝數(shù)(vd)的高折射性低散射性玻璃進(jìn)行精密模壓來(lái)獲得的、在其光學(xué)功能表面上不存在諸如模糊和灼痕之類的缺陷的、并具有凹凸透鏡形狀、雙凹透鏡形狀或平凹透鏡形狀的透鏡及其制造工藝。


圖1是示出在本發(fā)明的用于制造透鏡的工藝中模具溫度隨時(shí)間的變化和模制壓力隨時(shí)間的變化的圖。
圖2是在本發(fā)明的用于制造透鏡的工藝中使用的壓制設(shè)備的一個(gè)示例的示意圖。
在附圖中，標(biāo)號(hào)1表示上模具構(gòu)件，2表示下模具構(gòu)件，3表示基板，4表示基板，5表示下壓制軸，6表示上壓制軸，而7表示套筒構(gòu)件。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人已經(jīng)調(diào)查了透鏡表面上的模糊和灼痕，并得到以下結(jié)論。
已經(jīng)認(rèn)為模糊和灼痕是由玻璃中包含的Li引起的。但是，這并不簡(jiǎn)單地意味著此問(wèn)題僅由玻璃中包含的Li引起，而在模壓溫度較高或退火溫度較高時(shí)易于發(fā)生模糊或灼痕。就是說(shuō)，Li2O被引入作為玻璃成分，以使玻璃具有預(yù)定的折射率或更大的折射率。在此情況下，Li2O的含量被限制為不會(huì)引起折射率減小的范圍。具有在此范圍內(nèi)的Li2O含量的玻璃可以被精密模壓，而其不可避免地需要以相對(duì)高的溫度進(jìn)行模壓和退火。結(jié)果，在高溫時(shí)玻璃中的Li與涂覆在玻璃材料表面上的含碳膜反應(yīng)，或者在為了去除由精密模壓獲得的透鏡中的內(nèi)應(yīng)變而進(jìn)行的退火期間，Li與大氣中少量存在的二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)，而引起透鏡表面上的模糊和灼痕。因此，可以通過(guò)從玻璃去除作為模糊或灼痕起因的Li2O并通過(guò)將玻璃轉(zhuǎn)變溫度降低到640℃或更低以降低模壓溫度和退火溫度，來(lái)防止模糊或灼痕的發(fā)生。已經(jīng)基于以上發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明的透鏡通過(guò)對(duì)具有超過(guò)1.83的折射率(nd)、40或更大的阿貝數(shù)(vd)和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)并且不包含Li2O的光學(xué)玻璃進(jìn)行精密模壓來(lái)獲得，并具有凹凸透鏡形狀、雙凹透鏡形狀或平凹透鏡形狀。
不包含Li2O的光學(xué)玻璃表示不具有作為玻璃成分引入的Li的含量的玻璃，而不一定表示將包含作為雜質(zhì)的Li的玻璃排除在外。作為L(zhǎng)i的雜質(zhì)水平的指標(biāo)，可以使用作為L(zhǎng)i2O的0.5mol％或更少的Li含量。因?yàn)閮?yōu)選地將Li含量降低到低水平，所以作為L(zhǎng)i2O的Li含量?jī)?yōu)選地是0.2mol％或更少，更優(yōu)選地是0.1mol％或更少。
因?yàn)椴ＡмD(zhuǎn)變溫度趨于隨著折射率(nd)的增大而升高，所以本發(fā)明更適于由具有1.84或更大的折射率(nd)的光學(xué)玻璃形成的透鏡。
從通過(guò)降低模壓溫度和退火溫度來(lái)控制將在玻璃表面上發(fā)生模糊和灼痕的反應(yīng)的角度看，以上玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度是630℃或更低，更優(yōu)選地是620℃或更低。
本發(fā)明適用于凹凸透鏡、雙凹透鏡和平凹透鏡，其每個(gè)由玻璃在壓制之前的體積分布和玻璃在壓制之后的體積分布之間具有巨大差異的玻璃形成。即使當(dāng)玻璃的體積分布如上所述巨大地改變時(shí)，本發(fā)明也可以提供不會(huì)在厚度上局部增大或減小并且不引起模糊和灼痕的透鏡。本發(fā)明適于通過(guò)在以上體積分布的更大改變獲得的凹透鏡、雙凹透鏡和平凹透鏡。
通過(guò)利用由精密模壓制造的透鏡，本發(fā)明的透鏡優(yōu)選地是非球面透鏡。在此情況下，具有以上各種形狀之一的透鏡的一個(gè)光學(xué)功能表面可以是非球面的，或者除了平凸透鏡之外的任何透鏡的兩個(gè)光學(xué)功能表面都可以是非球面的。
因?yàn)楸景l(fā)明的透鏡通過(guò)對(duì)具有超過(guò)1.83的折射率(nd)和40或更低的阿貝數(shù)(vd)的玻璃進(jìn)行精密模壓獲得，所以優(yōu)選地使用包含能夠給予以上光學(xué)性質(zhì)的B2O3和La2O3作為必要成分的玻璃。而且，用于降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度的ZnO代替Li2O被引入。調(diào)節(jié)B2O3、La2O3和ZnO的含量，以同時(shí)給予玻璃超過(guò)1.83的折射率(nd)、40或更大的阿貝數(shù)(vd)和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
在以上B2O3-La2O3-ZnO基玻璃中，B2O3是用于形成玻璃網(wǎng)絡(luò)的成分，并且是必要成分。因此，B2O3不能從玻璃的成分排除，并且優(yōu)選地引入20mol％或更多的B2O3。但是，優(yōu)選將B2O3的含量限制為45mol％或更少，以降低其揮發(fā)性，B2O3在高溫時(shí)表現(xiàn)揮發(fā)性，并且已經(jīng)認(rèn)為雖然不如Li2O嚴(yán)重，但是B2O3引起模糊和灼痕。除了Sb2O3的含量由wt％表示以外，此后由％表示的成分和添加劑的含量(量)以及總含量表示由mol％表示的這些含量。B2O3的含量更優(yōu)選地在20至43％的范圍內(nèi)，還優(yōu)選地是20至40％，再優(yōu)選地是22至38％，進(jìn)一步優(yōu)選地是24至38％。
La2O3是用于在維持抵抗析晶的穩(wěn)定性并維持玻璃的低散射性的同時(shí)增大折射率并在化學(xué)耐久度上改善玻璃的必要成分，因此優(yōu)選地引入5％或更多的La2O3。當(dāng)其被過(guò)多地引入時(shí)，玻璃抵抗析晶的穩(wěn)定性降低，由此優(yōu)選地將其含量限制為24％或更少。La2O3的含量更優(yōu)選地是6至23％，還優(yōu)選地是7至22％。
ZnO用于降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度。但是，因?yàn)楫?dāng)ZnO過(guò)多地引入時(shí)化學(xué)耐久度降低并提高了散射性，所以優(yōu)選地將ZnO的含量限制為22至42％。ZnO的含量更優(yōu)選地是23至41％。
在以上B2O3-La2O3-ZnO基玻璃包含以上基本成分的同時(shí)，以上光學(xué)玻璃可以包含以下成分作為可選成分。
類似La2O3，Gd2O3是在折射性和化學(xué)耐久度上改善玻璃而不會(huì)劣化玻璃抵抗析晶的穩(wěn)定性和低散射性的成分。當(dāng)超過(guò)20％的Gd2O3被引入時(shí)，抵抗析晶的穩(wěn)定性劣化，且玻璃轉(zhuǎn)變溫度易于升高從而劣化可精密模壓性，由此優(yōu)選地引入0至20％的Gd2O3。為了給予玻璃高折射性并同時(shí)提高化學(xué)耐久度，優(yōu)選地引入1至19％的Gd2O3。Gd2O3的含量更優(yōu)選地在2至18％的范圍內(nèi)。為了提高玻璃穩(wěn)定性，優(yōu)選地，玻璃具有其中La2O3和Gd2O3共同存在的玻璃成分。當(dāng)意圖將該玻璃應(yīng)用于通過(guò)在玻璃的冷卻期間由熔化的玻璃成形來(lái)對(duì)玻璃材料進(jìn)行精密模壓的制造中時(shí)，重要的是如上所述提高玻璃穩(wěn)定性以防止玻璃在成形處理中的析晶。
為了維持40或更大的阿貝數(shù)(vd)并同時(shí)獲得更高折射性的玻璃，La2O3和Gd2O3的總含量?jī)?yōu)選地是10至24％，更優(yōu)選地是12至23％。
對(duì)于具有大含量La2O3和Gd2O3的玻璃，SiO2降低了玻璃的液相溫度，提高了玻璃的高溫粘性，并極大地提高了玻璃的穩(wěn)定性。但是，當(dāng)SiO2被過(guò)多引入時(shí)，不僅玻璃的折射率減小，而且由于玻璃轉(zhuǎn)變溫度升高，使得其精密模壓困難。因此SiO2的含量?jī)?yōu)選地是0至20％，更優(yōu)選地是0至18％。
ZrO2是用于給予玻璃高折射性和低散射性的可選成分。當(dāng)引入ZrO2時(shí)，產(chǎn)生在高溫粘性和抵抗析晶的穩(wěn)定性方面改善玻璃而不會(huì)減小玻璃的折射率的效果。但是，當(dāng)引入超過(guò)10％的ZrO2時(shí)，液相溫度急劇升高，且抵抗析晶的穩(wěn)定性劣化。因此，ZrO2的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
Ta2O5是用于給予玻璃高折射性和低散射性的可選成分。當(dāng)少量引入Ta2O5時(shí)，產(chǎn)生在高溫粘性和抵抗析晶的穩(wěn)定性方面改善玻璃而不會(huì)減小玻璃的折射率的效果。但是當(dāng)引入超過(guò)10％的Ta2O5時(shí)，液相溫度急劇升高并提高了散射性。因此Ta2O5的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
WO3是根據(jù)需要引入以在穩(wěn)定性和可熔性方面改善玻璃并增大折射率的成分。當(dāng)WO3的含量超過(guò)10％時(shí)，散射性提高，且不再獲得所需的低散射性。因此，WO3的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
Nb2O5是用于維持玻璃穩(wěn)定性并同時(shí)增大折射率的可選成分。但是，當(dāng)其被過(guò)多引入時(shí)，提高了散射性，由此Nb2O5的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
TiO2是能被引入以調(diào)節(jié)光學(xué)常數(shù)的可選成分。但是，當(dāng)其被過(guò)多引入時(shí)，提高了散射性并不再獲得預(yù)期的光學(xué)常數(shù)。因此，TiO2的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地為0至8％。進(jìn)一步優(yōu)選地是不引入TiO2。
Bi2O3用于增大折射率(nd)并提高玻璃穩(wěn)定性。但是，當(dāng)其被過(guò)多引入時(shí)，玻璃穩(wěn)定性降低，且液相溫度升高。因此，Bi2O3的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至6％。
GeO2是用于增大折射率并提高玻璃穩(wěn)定性的可選成分。GeO2的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。但是，因?yàn)镚eO2與其他成分相比不可比地昂貴，所以更優(yōu)選地是不引入GeO2。
Ga2O3也是用于增大折射率并提高玻璃穩(wěn)定性的成分。Ga2O3的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。但是，因?yàn)镚a2O3與其他成分相比不可比地昂貴，所以更優(yōu)選地是不引入Ga2O3。
Al2O3提高高溫粘性和玻璃的液相溫度，并用于提高玻璃的可成形性。其也用于提高玻璃的化學(xué)耐久度。但是，當(dāng)其過(guò)多引入時(shí)，折射率減小，且抵抗析晶的穩(wěn)定性也降低，因此Al2O3的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
BaO是用于給予玻璃高折射性和低散射性的可選成分，當(dāng)引入少量的BaO時(shí)，其在穩(wěn)定性和化學(xué)耐久度方面改善玻璃。但是，當(dāng)引入超過(guò)10％的BaO時(shí)，玻璃抵抗析晶的穩(wěn)定性被極大地削弱，并且玻璃的轉(zhuǎn)變溫度和屈服溫度(sag temperature)升高。因此，BaO的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
Y2O3和Yb2O3是用于給予玻璃高折射性和低散射性的可選成分。當(dāng)少量引入其每種時(shí)，提高了玻璃的穩(wěn)定性和化學(xué)耐久度。當(dāng)其被過(guò)多地引入時(shí)，玻璃抵抗析晶的穩(wěn)定性被極大地削弱，并且玻璃的轉(zhuǎn)變溫度和屈服溫度升高。因此，Y2O3的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％，而Yb2O3的含量?jī)?yōu)選地是0至10％，更優(yōu)選地是0至8％。
此外，La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總含量?jī)?yōu)選地被調(diào)節(jié)到10至24％。
除此之外，根據(jù)需要添加Sb2O3作為消泡劑。當(dāng)基于玻璃成分的總含量的Sb2O3的量在重量上超過(guò)1％時(shí)，壓制模具的模制表面可能在精密模壓期間受到損傷。因此，當(dāng)添加Sb2O3時(shí)，基于玻璃成分的總含量的Sb2O3的含量?jī)?yōu)選地在重量上是0至1％，更優(yōu)選地在重量上是0至0.5％。
PbO在作為玻璃成分引入的這些成分中是不期望引入的一種。PbO是有害的，而且當(dāng)由包含PbO的玻璃形成的玻璃材料在非氧化氣氛中被精密模壓時(shí)，引起鉛沉積在模制產(chǎn)品的表面上而削弱透鏡的透明度，或者沉積的金屬鉛粘附到壓制模具的問(wèn)題。
Lu2O3比其他成分更少地被用作常用光學(xué)玻璃成分，且其具有較高的稀有價(jià)值并且作為用于光學(xué)玻璃的原料是昂貴的，由此考慮到成本問(wèn)題，優(yōu)選地不引入Lu2O3。具有以上成分的光學(xué)玻璃可以在不引入Lu2O3的情況下實(shí)現(xiàn)適于精密模壓的玻璃材料。
光學(xué)玻璃理想地不包含例如鎘、碲等將可能產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題的元素，例如釷等放射性元素，例如砷等有毒元素。此外，考慮倒諸如玻璃熔化期間的揮發(fā)等問(wèn)題，理想地不包含氟。
可以通過(guò)對(duì)氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物等作為原料進(jìn)行配重和調(diào)合以獲得想要的玻璃組成物，將它們完全混合制備混合物組，在熔化容器中進(jìn)行混合物組的加熱、熔化、消泡和攪動(dòng)以制備均勻且無(wú)泡的熔化玻璃并將其成形，以來(lái)獲得以上光學(xué)玻璃。具體地，可以通過(guò)已知的熔化方法制造以上光學(xué)玻璃。
待被精密模制的玻璃材料也被稱作“預(yù)制件”，且其是待被加熱并精密模壓的玻璃預(yù)制成形材料?？梢酝ㄟ^(guò)如下方法制造玻璃材料，其中將熔化的玻璃澆鑄到澆鑄模具中以形成玻璃成形材料，將玻璃成形材料退火并接著切割或分離為多個(gè)玻璃片體，并將每個(gè)玻璃片體研磨和拋光以完成具有與一個(gè)精密模壓產(chǎn)品的質(zhì)量相等質(zhì)量的玻璃材料，或者可以通過(guò)如下方法制造玻璃材料，其中將從流出的熔化玻璃分離的熔化玻璃塊成形為玻璃材料，同時(shí)通過(guò)對(duì)熔化玻璃塊施加氣壓使得玻璃塊漂浮在玻璃材料成形模具之上和冷卻玻璃塊。但是，當(dāng)通過(guò)后者方法制造玻璃材料時(shí)，優(yōu)選采用其中熔化的玻璃滴落的方法，或者其中流出的熔化玻璃的下端被支撐，并根據(jù)預(yù)定的情況定時(shí)地移除支撐體，或者迅速地向下移動(dòng)支撐熔化玻璃的下端的支撐體的方法，從而基于表面張力而不使用切割刀具來(lái)分離熔化玻璃塊，由此在分離熔化玻璃之后不會(huì)留下切痕。
精密模壓也是公知的所謂的“光學(xué)模制”，且其是其中通過(guò)壓制模具的模制表面的形狀的傳遞來(lái)形成光學(xué)元件的光學(xué)功能表面的方法。光學(xué)功能表面表示將光作為受控對(duì)象來(lái)折射、反射、衍射光或者使光經(jīng)過(guò)的表面，例如，透鏡的透鏡表面對(duì)應(yīng)于光學(xué)功能表面。
玻璃材料的表面優(yōu)選地涂覆有含碳膜，使得在精密模壓期間玻璃在模具中完全地延展。理想地，含碳膜由碳作為主要成分構(gòu)成(包含碳的膜，當(dāng)膜中元素的含量以原子百分比表示時(shí)其中碳的含量大于任何其他元素的含量)。其具體示例包括碳膜和烴膜。當(dāng)玻璃材料表面涂覆有含碳膜時(shí)，在精密模壓期間可以防止玻璃和模具表面的熔合。例如，可以優(yōu)選地采用石墨狀碳膜作為含碳膜。作為用于形成含碳膜的方法，可以采用例如真空汽相沉積方法、濺射方法、離子鍍方法等使用碳材料的公知方法，或者例如使用諸如烴之類的饋送氣體的熱分解方法等公知方法。
如上所述，含碳膜在精密模壓期間表現(xiàn)了優(yōu)良的功能。但是，當(dāng)含Li2O的玻璃被精密模壓時(shí)，這是透鏡表面上產(chǎn)生模糊或灼痕的原因之一。認(rèn)為是由于玻璃中的Li離子和膜中的碳在高溫狀態(tài)下發(fā)生反應(yīng)以在玻璃表面上產(chǎn)生碳酸鹽而引起模糊或灼痕。本發(fā)明的透鏡是由不含Li2O的玻璃，優(yōu)選地是不含堿金屬的玻璃制成，由此即使在玻璃表面上形成含碳模的狀態(tài)下進(jìn)行精密模壓，也可以防止在模制產(chǎn)品表面發(fā)生模糊和灼痕。
透鏡表面上碳酸鹽的產(chǎn)生不僅是由于玻璃表面上的膜中存在的碳與玻璃中的Li離子之間的反應(yīng)，而且還由于將玻璃材料或由含Li離子的玻璃形成的透鏡在含碳?xì)夥罩袔敫邷貭顟B(tài)。例如，在玻璃材料(預(yù)制件)上形成含碳膜的情況下在含碳?xì)夥罩屑訜犷A(yù)制件時(shí)可以產(chǎn)生碳酸鹽，或者當(dāng)透鏡在含碳?xì)夥绽缭诖髿庵型嘶饡r(shí)也可以產(chǎn)生碳酸鹽。但是，因?yàn)楸景l(fā)明使用不含Li2O的玻璃，所以即使在進(jìn)行以上工藝時(shí)也可以防止玻璃表面上模糊和灼痕的發(fā)生，并可以提高光學(xué)薄膜對(duì)透鏡表面的粘附性。
關(guān)于通過(guò)精密模壓獲得的透鏡，圍繞光學(xué)功能表面的透鏡周界部分在一些情況下是被研磨或拋光的，類似定心和磨邊處理。在拋光非光學(xué)表面的以上步驟之前，理想地，透鏡被退火以減小應(yīng)變，由此可以防止在研磨或拋光期間透鏡的破裂。在由包含Li2O的玻璃形成的透鏡中，通過(guò)用于退火的加熱而在光學(xué)功能表面上發(fā)生模糊和灼痕。但是，因?yàn)楸景l(fā)明的透鏡不含Li，并通過(guò)將具有預(yù)定溫度或更低溫度的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的玻璃進(jìn)行精密模壓來(lái)獲得，所以可以防止模糊和灼痕，并且在通過(guò)精密模壓制造的、在光學(xué)功能表面上設(shè)置有光學(xué)薄膜的透鏡中，可以提高薄膜的粘附性。光學(xué)薄膜包括防反射膜和反射具有預(yù)定波長(zhǎng)的光的膜。至于膜結(jié)構(gòu)，其可以是單層膜或可以是多層膜。
可以通過(guò)使用諸如氟化鎂、氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鉭等的材料，根據(jù)公知方法來(lái)確定膜厚和膜構(gòu)成，并采用諸如汽相沉積等的方法在透鏡表面上形成預(yù)定膜，來(lái)獲得防反射膜。此外，因?yàn)橥哥R被用于圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)中，所以優(yōu)選地采用多層結(jié)構(gòu)來(lái)作為膜結(jié)構(gòu)，使得可以獲得在整個(gè)可視光區(qū)域上的防反射效果。
以下將解釋由本發(fā)明提供的、用于制造透鏡的工藝。由本發(fā)明提供的、用于制造透鏡的工藝是用于通過(guò)加熱和精密模壓玻璃材料制造透鏡的工藝，該工藝包括將由光學(xué)玻璃形成的玻璃材料引入到壓制模具中，和精密模壓該玻璃材料以制造具有凹凸形狀、雙凹形狀或平凹形狀中的一種形狀的透鏡，該光學(xué)玻璃具有超過(guò)1.83的折射率(nd)、40或更大的阿貝數(shù)(vd)和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
已經(jīng)解釋了以上光學(xué)玻璃的優(yōu)選實(shí)施例，并還已經(jīng)解釋了透鏡形狀的優(yōu)選實(shí)施例。
用于精密模壓的壓制模具和模制條件可以從公知的那些中選擇。但是，因?yàn)橛刹缓琇i2O的玻璃形成的玻璃材料(優(yōu)選地，不含堿金屬成分的玻璃)被精密模壓，所以與對(duì)于具有大量Li2O的玻璃的模壓溫度相比，模壓溫度趨于升高。在此狀況下，優(yōu)選地使用具有顯著高的耐熱性的SiC制成的壓制模具。優(yōu)選地在SiC制成的模具的模制表面上形成含碳膜，優(yōu)選為碳膜。碳膜可以通過(guò)汽相沉積或CVD方法或者其他方法來(lái)形成。當(dāng)使用此模具時(shí)，優(yōu)選地使用表面涂覆有以上解釋的含碳膜的玻璃材料以進(jìn)行優(yōu)良的精密模壓。
在使用由SiC制成的壓制模具、其模制表面設(shè)置有含碳膜的壓制模具和其表面涂覆有含碳膜的玻璃材料中的至少一個(gè)的精密模壓中，優(yōu)選地在諸如氮?dú)饣虻獨(dú)馀c氫氣的混合物之類的非氧化氣體的氣氛中進(jìn)行精密模壓，以防止壓制模具的模制表面或者形成在以上模制表面上的脫模膜的氧化并防止玻璃材料表面上的涂層的氧化。在非氧化氣氛中，涂覆玻璃材料表面的含碳膜未被氧化，且此膜保留在通過(guò)精密模壓獲得的模制產(chǎn)品的表面上。以上膜被最終移除。為了相對(duì)容易并完全地移除含碳膜，可以在氧化氣氛，例如在大氣中加熱透鏡。因?yàn)闃?gòu)成透鏡的玻璃不含Li2O，優(yōu)選地不含堿性成分，所以不存在含碳膜中的碳或氣氛中的二氧化碳與玻璃中的Li離子反應(yīng)而在玻璃表面上形成碳酸鹽的情況，由此可以在防止模糊和灼痕的同時(shí)移除含碳膜。
此外，需要以透鏡將不會(huì)通過(guò)加熱而變形的溫度或更低的溫度來(lái)氧化和移除含碳膜。具體地，優(yōu)選在低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行氧化和移除。
具體地，在由本發(fā)明提供的、用于制造透鏡的工藝中，通過(guò)以下步驟制造透鏡通過(guò)加熱來(lái)軟化玻璃材料，并用包括第一模具構(gòu)件和第二模具構(gòu)件的模具來(lái)壓制玻璃材料，所述第一模具構(gòu)件和第二模具構(gòu)件具有用于形成待獲得的透鏡的光學(xué)功能表面的模制表面(此后稱作“壓制步驟”)，冷卻所述模具，直到所述模具中的所述玻璃材料達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)(此后稱作“冷卻步驟”)，從所述模具取出已冷卻的所述玻璃材料。
以上工藝包括兩個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
第一實(shí)施例是包括以下步驟的工藝通過(guò)加熱來(lái)軟化玻璃材料，并用包括第一模具構(gòu)件和第二模具構(gòu)件的模具來(lái)壓制玻璃材料，第一模具構(gòu)件的用于形成待獲得的透鏡的光學(xué)功能表面的模制表面是凹表面或平表面，第二模具構(gòu)件的模制表面是凸表面(此后稱作“按壓步驟”)，冷卻所述模具直到所述模具中的所述玻璃材料達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)或更低的溫度(此后稱作“冷卻步驟”)，以及從所述模具取出已冷卻的所述玻璃材料，在所述冷卻模具的步驟中以使所述第一模具構(gòu)件的溫度比所述第二模具構(gòu)件的溫度先達(dá)到所述玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的方式進(jìn)行冷卻。此工藝適于制造凹透鏡、凸透鏡和平凹透鏡。
第二實(shí)施例是包括以下步驟的工藝通過(guò)加熱來(lái)軟化玻璃材料，并用包括第一模具構(gòu)件和第二模具構(gòu)件的模具來(lái)壓制玻璃材料，第一模具構(gòu)件的用于形成待獲得的透鏡的光學(xué)功能表面的模制表面具有相對(duì)大的曲率半徑或近軸曲率半徑，第二模具構(gòu)件的模制表面具有相對(duì)小的曲率半徑或近軸曲率半徑(此后稱作“按壓步驟”)，冷卻所述模具直到所述模具中的所述玻璃材料達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)或更低的溫度(此后稱作“冷卻步驟”)，以及從所述模具取出已冷卻的所述玻璃材料，在所述冷卻步驟中以使所述第一模具構(gòu)件的溫度比所述第二模具構(gòu)件的溫度先達(dá)到所述玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的方式進(jìn)行冷卻，從而制造雙凹透鏡。
在以上第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中，當(dāng)用壓制模具精密模壓玻璃材料以獲得其一個(gè)光學(xué)表面具有凹形狀的透鏡(例如，凹透鏡、凸透鏡和平凹透鏡)時(shí)，使凹形表面(透鏡表面)的冷卻慢于相對(duì)表面的冷卻，或者當(dāng)透鏡的兩個(gè)表面具有凹表面時(shí)(雙凹透鏡)，使具有更小曲率半徑或近軸曲率半徑的凹形表面(透鏡表面)的冷卻慢于相對(duì)側(cè)上具有更大曲率半徑或近軸曲率半徑的凹形表面的冷卻，從而防止形狀傳遞表面的精度的劣化，并結(jié)果可以穩(wěn)定地制造由高折射性低散射性玻璃形成的高精度透鏡。
以上工藝包括將以上玻璃材料供應(yīng)到具有第一和第二模具構(gòu)件的模具，第一和第二模具構(gòu)件具有與透鏡的形狀相對(duì)應(yīng)的相對(duì)的模制表面，在預(yù)定壓力下模壓玻璃材料達(dá)預(yù)定的時(shí)間段，在模壓的開始、模壓的中間或模壓完成之后開始冷卻模具和模制產(chǎn)品兩者，將它們冷卻到預(yù)定溫度并接著從模具取出模制產(chǎn)品。可以通過(guò)考慮透鏡(所使用玻璃)的材料、形狀、尺寸等根據(jù)需要確定當(dāng)玻璃材料供應(yīng)到模具時(shí)和當(dāng)進(jìn)行模壓時(shí)模具的溫度條件。
例如，當(dāng)玻璃材料在惰性氣體氣氛中或在真空下被加熱到其軟化溫度或更高溫度并通過(guò)施加預(yù)定載荷在軟化狀態(tài)下被模制時(shí)，玻璃材料可以被加熱到其具有大約106至109dPa·s的玻璃粘度時(shí)的溫度，并接著被供應(yīng)到具有比以上溫度低的溫度(例如，與108至1011dPa·s的玻璃粘度相對(duì)應(yīng)的溫度)的模具。此后，在被供應(yīng)到模具中之后，玻璃材料可以被加熱到玻璃具有大約107至1010dPa·s的玻璃粘度時(shí)的溫度。然后，通過(guò)模壓將模制表面形狀傳遞到玻璃材料，在保持玻璃對(duì)模具的模制表面的粘附的同時(shí)，模具和模制產(chǎn)品被冷卻得接近模制產(chǎn)品的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，然后，打開(拆卸)模具并可以取出模制產(chǎn)品。
以下將參考圖1解釋第一和第二實(shí)施例中的更優(yōu)選的實(shí)施例。在圖1中，橫軸示出了模制時(shí)間段，左側(cè)上的縱軸示出了模具溫度，而右側(cè)上的縱軸示出了模制壓力，且圖1示意性地示出了模具的溫度隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)的變化以及模制壓力隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)的變化。在圖1中，指示為溫度t1的圖示出了第一實(shí)施例中的以下ta1或者第二實(shí)施例中的以下tb1。此外，指示為溫度t2的圖示出了第一實(shí)施例中的以下ta2或者第二實(shí)施例中的以下tb2。
在第一實(shí)施例中，以其模制表面是凹表面或平表面的第一模具構(gòu)件的溫度ta1比其模制表面是凸表面的第二模具構(gòu)件的溫度ta2先達(dá)到正被模制的玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的方式進(jìn)行冷卻步驟中的冷卻。優(yōu)選地，冷卻狀況被設(shè)定為確保當(dāng)溫度ta1達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)時(shí)溫度ta2比溫度ta1高5℃或更多。在具體優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻狀況被設(shè)定為確保當(dāng)溫度ta1達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)時(shí)溫度ta2比溫度ta1優(yōu)選地高5至40℃，更優(yōu)選地高5至30℃，還優(yōu)選地高5至20℃。
在第二實(shí)施例中，以具有更大曲率半徑的第一模制構(gòu)件的溫度tb1比具有更小曲率半徑的第二模制構(gòu)件的溫度tb2先達(dá)到玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的方式進(jìn)行冷卻步驟中的冷卻。優(yōu)選地，冷卻狀況被設(shè)定為確保當(dāng)溫度tb1達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)時(shí)溫度tb2比溫度tb1高5℃或更多。在具體優(yōu)選實(shí)施例中，冷卻狀況被設(shè)定為確保當(dāng)溫度tb1達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)時(shí)溫度tb2比溫度tb1優(yōu)選地高5至40℃，更優(yōu)選地高5至30℃，還優(yōu)選地高5至20℃。
在圖1中，表現(xiàn)了如t1所示的溫度變化的模具可以是上模具構(gòu)件或下模具構(gòu)件，而表現(xiàn)了如t2所示的溫度變化的模具可以是下模具構(gòu)件或上模具構(gòu)件。如果考慮模制的方便性和玻璃材料的定心(將玻璃材料布置在模具的中央)的方便性，并當(dāng)通過(guò)模壓制造具有一個(gè)平表面或凹表面作為光學(xué)功能表面、和一個(gè)凸表面或平表面作為另一光學(xué)功能表面的透鏡時(shí)，優(yōu)選地，用于模制透鏡的凹表面的模具構(gòu)件是上模具構(gòu)件，而用于模制透鏡的凸表面或平表面的模具構(gòu)件是下模具構(gòu)件。此外，當(dāng)制造其兩個(gè)表面都是凹表面的透鏡時(shí)，用于模制具有更大曲率半徑R的凹表面的模具構(gòu)件是下模具構(gòu)件，而用于模制具有更小曲率半徑R的凹表面的模具構(gòu)件是上模具構(gòu)件。
在本發(fā)明的工藝中，以兩個(gè)模具構(gòu)件之間的溫度差(t2-t1)是5℃或更多至少保持到具有平表面或凸表面的模具構(gòu)件或者具有更大曲率半徑R的模具構(gòu)件的溫度達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的方式進(jìn)行冷卻，其對(duì)于減少冷卻步驟中發(fā)生的收縮不均勻和減小應(yīng)變量的角度而言是優(yōu)選的。
以上述方式，可以獲得具有預(yù)定光學(xué)性質(zhì)和形狀的透鏡，其不具有模糊和灼痕，并且其具有優(yōu)良的表面精度。
本發(fā)明的透鏡和由本發(fā)明的工藝制造的透鏡由于其光學(xué)性質(zhì)和由精密模壓形成的光學(xué)功能表面而適于作為用于構(gòu)成緊湊的的圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡。例如，它們適于作為用于構(gòu)成數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、安裝在蜂窩電話上的相機(jī)、車載相機(jī)等的圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，而且它們還適于作為用于構(gòu)成單鏡頭反光相機(jī)的圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡或微透鏡。
具體而言，當(dāng)與由高散射性的玻璃形成的透鏡組合時(shí)，本發(fā)明的透鏡和由本發(fā)明的工藝制造的透鏡可以通過(guò)緊湊構(gòu)造修正色差。
示例此后將參考示例詳細(xì)解釋本發(fā)明。
根據(jù)以下方法測(cè)量光學(xué)玻璃的光學(xué)性質(zhì)。
(1)折射率(nd)和阿貝數(shù)(vd)光學(xué)玻璃維持在玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和屈服溫度(Ts)之間的溫度，并根據(jù)日本光學(xué)玻璃工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的折射率測(cè)量方法，以-30℃/小時(shí)的溫度降低速率測(cè)量所得到的光學(xué)玻璃的折射率(nd)和阿貝數(shù)(vd)(使用Kalnew Optics公司提供的“GMR-1”)。
(2)玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和屈服溫度(Ts)利用由Rigaku公司提供的用于熱機(jī)械分析的裝置“TMA8510”，在98mN的載荷下以4℃/分的溫度升高速率進(jìn)行測(cè)量。
為了獲得如表1和表2所示的玻璃成分，諸如H3BO3、La2O3、ZnO、ZnCO3、Gd2O3、ZrO2之類的氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物等作為引入玻璃成分的原料被配重以制備具有每份總量為250至300g的玻璃原料，且每份玻璃原料被充分混合以獲得制備組。每份制備組被置于鉑坩堝中并在維持在1,200至1,450℃的電爐中在空氣中攪拌2至4小時(shí)而熔化。在熔化后，每份熔化玻璃被模鑄到40×70×15mm的碳制模具中，并被冷卻到玻璃轉(zhuǎn)變溫度，此后玻璃立即被置于退火爐中，在玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近退火約1小時(shí)，并在爐中冷卻到室溫以得到光學(xué)玻璃。在這樣獲得的光學(xué)玻璃中，通過(guò)光學(xué)顯微鏡沒有觀察到沉積有結(jié)晶。
表1和表2示出了這樣獲得的光學(xué)玻璃的性質(zhì)。
表1-1


表2


用以下方式由以上玻璃制造用于精密模壓的玻璃材料(預(yù)制件)。
首先，使得在電爐中保持在1,050至1,450℃(對(duì)應(yīng)于4至0.05dPa·s的玻璃粘度)的熔化玻璃以恒定流率從溫度調(diào)節(jié)到1,050℃(對(duì)應(yīng)于4dPa·s的玻璃粘度)的鉑合金管連續(xù)地向下流動(dòng)，熔化玻璃流的前端被玻璃材料成形模具接收，并當(dāng)具有預(yù)定重量的熔化玻璃塊從以上前端分離時(shí)，成形模具以比熔化玻璃流的向下流動(dòng)速度足夠快的速度向下移動(dòng)，從而分離熔化玻璃塊。當(dāng)使得熔化玻璃向下流動(dòng)時(shí)，其具有7dPa·s的粘度。
玻璃材料成形模具的玻璃支撐表面由多孔材料構(gòu)成，且高壓氣體被引入到多孔材料的相反側(cè)，并通過(guò)多孔材料噴射。
在通過(guò)對(duì)其施加氣壓使得熔化玻璃塊漂浮在以上玻璃支撐表面上方的同時(shí)，分離的熔化玻璃塊被成形為具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的玻璃材料，且玻璃材料被退火。以上述方式獲得的熔化玻璃塊分別具有與以上述方式獲得的對(duì)應(yīng)玻璃材料的質(zhì)量相等的質(zhì)量。
在以上玻璃材料的成形中，使得熔化玻璃以恒定速率連續(xù)地流出溫控鉑管，被運(yùn)載到管下方的玻璃材料成形模具向上移動(dòng)以接收熔化玻璃流的下端。在此狀態(tài)下，在熔化玻璃流的下端和其管側(cè)之間形成狹窄部分，并使玻璃材料成形模具在預(yù)定的時(shí)間迅速地向下移動(dòng)。通過(guò)此操作，熔化玻璃流在狹窄部分中分離，并可以在玻璃支撐表面上獲得包括下端并具有預(yù)定重量的熔化玻璃塊。
多個(gè)玻璃材料成形模具一個(gè)接一個(gè)地被運(yùn)載到管下方的位置，進(jìn)行以上步驟以一個(gè)接一個(gè)地接收每個(gè)具有預(yù)定重量的熔化玻璃塊，且熔化玻璃塊被一個(gè)接一個(gè)地運(yùn)走。成形模具布置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，且該臺(tái)可步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)以進(jìn)行以上操作。在使得每個(gè)熔化玻璃塊漂浮在模具的玻璃支撐表面上方時(shí)，每個(gè)熔化玻璃塊被成形為玻璃材料。通過(guò)重復(fù)從成形模具取出玻璃材料，用成形模具接收熔化玻璃塊和將其成形為玻璃材料的步驟來(lái)制造玻璃材料。使玻璃塊持續(xù)地漂浮，直到從成形模具取出每份玻璃材料。
除了直接由熔化玻璃塊成形玻璃材料的以上方法之外，還可以通過(guò)由熔化玻璃形成玻璃塊體、將玻璃塊體退火、切割玻璃塊體以獲得玻璃片體、以及將它們研磨和拋光來(lái)制造玻璃材料。
以下是用如圖2所示的模制設(shè)備來(lái)如上所述由玻璃材料制造凹透鏡的示例。在如圖2所示的模制設(shè)備中，其模制表面是非球面凹表面的下模具構(gòu)件(第一模制構(gòu)件)1和其模制表面是凸表面的上模制構(gòu)件(第二模制構(gòu)件)2被放置在用盒體氣密封閉的加熱模制腔內(nèi)，這兩個(gè)模制構(gòu)件分別通過(guò)基板3和4固定到下壓制軸5和上壓制軸6的前端。下壓制軸連接到壓力缸(未示出)，并當(dāng)進(jìn)行壓制時(shí)其被向上驅(qū)動(dòng)。在圖2中，標(biāo)號(hào)7表示在徑向上控制上模制構(gòu)件2和下模制構(gòu)件1的位置的套筒構(gòu)件。
由表1所示的光學(xué)玻璃No.5形成的玻璃材料被用作玻璃材料并用如圖2所示的壓制設(shè)備進(jìn)行模壓。每份玻璃材料通過(guò)CVD涂覆碳膜，而至于模具，使用這樣的模具，其中作為脫模膜的碳膜通過(guò)CVD涂覆在由SiC制成的模具材料的模制表面上。
圖1示出了上模制構(gòu)件的溫度、下模制構(gòu)件的溫度、以及壓力隨著時(shí)間的變化。當(dāng)模壓開始時(shí)，上模制構(gòu)件的溫度(t2)是650℃，下模具構(gòu)件的溫度(t1)是630℃，而這兩個(gè)模具構(gòu)件之間的溫度差是20℃。在壓制期間，維持這些溫度。當(dāng)初始階段壓制完成時(shí)，上模具構(gòu)件的溫度(t2)是650℃，下模具構(gòu)件的溫度(t1)是630℃，而這兩個(gè)模具構(gòu)件之間的溫度差是20℃。
隨著初始階段模制完成的同時(shí)，冷卻開始。當(dāng)下模具構(gòu)件的溫度(t1)達(dá)到玻璃材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，即，608℃時(shí)，上模具構(gòu)件的溫度(t2)是615℃，而這兩個(gè)溫度之間的溫度差是7℃，即t2比t1高7℃。此外，隨著冷卻，在比初始階段壓制小的負(fù)載作用下進(jìn)行第二壓制。在第二壓制完成時(shí)，下模具構(gòu)件的溫度(t1)和上模具構(gòu)件的溫度(t2)之間的差是4℃。在第二壓制完成之后，將上下模具構(gòu)件迅速冷卻，并當(dāng)可以將模制產(chǎn)品取出時(shí)，拆卸模具并取出模制產(chǎn)品(凹透鏡)。
將以上模壓步驟重復(fù)150次，并針對(duì)表面精度測(cè)量這樣獲得的凹透鏡顯示，它們具有優(yōu)良的表面精度，且沒有模糊和裂紋，并且它們的偏心精度和它們的非球面形狀落在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)。此外，也沒有觀察到任何局部不均勻的厚度。
當(dāng)使用表1和2中所示的其他玻璃形成的玻璃材料時(shí)，它們可以在與由玻璃No.5形成的玻璃所采用的條件相類似的條件下被精密模壓。這些玻璃可以形成這樣的凹透鏡，所述凹透鏡具有優(yōu)良的表面精度，沒有模糊和裂紋，具有落在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)的偏心精度和非球面形狀，并且沒有局部不均勻的厚度。
此外，可以通過(guò)使用與所期望透鏡形狀相對(duì)應(yīng)的模具，基于玻璃的性質(zhì)、透鏡的形狀等優(yōu)化以上各種條件，從表1和表2所示的玻璃形成的玻璃材料來(lái)類似地制造雙凹透鏡、平凹透鏡和凹透鏡。
如上所述獲得的各種透鏡可以在相應(yīng)的玻璃轉(zhuǎn)變溫度或以下的溫度范圍內(nèi)退火，以減小透鏡中的應(yīng)變，并精細(xì)調(diào)節(jié)其光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)在大氣中進(jìn)行退火時(shí)，可以氧化并去除涂覆在玻璃的表面上的碳膜。當(dāng)進(jìn)行此退火處理時(shí)，在如上獲得的透鏡中即沒有觀察到模糊也沒有觀察到灼痕。
諸如防反射膜之類的光學(xué)薄膜可以形成在如上所述獲得的每個(gè)透鏡的表面(光學(xué)功能表面)上。
以上各種透鏡由于其光學(xué)性質(zhì)和通過(guò)精密模壓形成的光學(xué)功能表面而適于作為構(gòu)成緊湊的圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡。例如，它們適于作為用于構(gòu)成數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、安裝在蜂窩電話上的相機(jī)、車載相機(jī)等的圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，而且它們還適于作為用于構(gòu)成單鏡頭反光相機(jī)的圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡或微透鏡。
具體而言，當(dāng)與由高散射性玻璃形成的透鏡組合時(shí)，它們還可以通過(guò)緊湊的構(gòu)造來(lái)修正色差。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明提供了由高折射性低散射性玻璃形成的透鏡及其制造工藝，并且以上透鏡適于作為構(gòu)成數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、安裝在蜂窩電話上的相機(jī)、車載相機(jī)等的圖像檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡。
權(quán)利要求
1.一種透鏡，其由光學(xué)玻璃形成并通過(guò)精密模壓獲得，所述光學(xué)玻璃具有超過(guò)1.83的折射率nd、40或更大的阿貝數(shù)νd和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，并且不包含Li2O，所述透鏡具有凹凸形狀、雙凹形狀或平凹形狀中的一種形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其中，所述光學(xué)玻璃包含作為必要成分的B2O3、La2O3和ZnO，并且將所述成分的含量確定為給予超過(guò)1.83的折射率nd、40或更大的阿貝數(shù)νd和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透鏡，其中，所述光學(xué)玻璃按mol％計(jì)包含20至45％的B2O3、5至24％的La2O3和22至42％的ZnO。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的透鏡，所述透鏡具有凹透鏡或雙凹透鏡形狀。
5.一種制造透鏡的工藝，其是通過(guò)對(duì)玻璃材料進(jìn)行加熱和精密模壓實(shí)現(xiàn)的，所述工藝包括將由光學(xué)玻璃形成的玻璃材料引入到模具中，對(duì)所述玻璃材料進(jìn)行精密模壓以制造具有凹凸形狀、雙凹形狀或平凹形狀中的一種形狀的透鏡，所述光學(xué)玻璃具有超過(guò)1.83的折射率nd、40或更大的阿貝數(shù)νd和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，并且不包含Li2O。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造透鏡的工藝，所述工藝使用如下的光學(xué)玻璃作為所述玻璃材料，所述光學(xué)玻璃包含作為必要成分的B2O3、La2O3和ZnO，并將所述成分的含量確定為給予超過(guò)1.83的折射率nd、40或更大的阿貝數(shù)νd和640℃或更低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
7.根據(jù)權(quán)力要求6所述的制造透鏡的工藝，其中，所述光學(xué)玻璃按mol％計(jì)包含20至45％的B2O3、5至24％的La2O3和22至42％的ZnO。
8.根據(jù)權(quán)力要求5至7中任一項(xiàng)所述的制造透鏡的工藝，其中通過(guò)精密模壓獲得具有凹透鏡形狀或雙凹透鏡形狀的透鏡。
9.根據(jù)權(quán)力要求5至8中任一項(xiàng)所述的制造透鏡的工藝，所述工藝包括以下步驟通過(guò)加熱來(lái)軟化所述玻璃材料，并用模具壓制所述玻璃材料，所述模具包括第一模具構(gòu)件和第二模具構(gòu)件，所述第一模具構(gòu)件的用于形成待獲得的透鏡的光學(xué)功能表面的模制表面是凹表面或平表面，所述第二模具構(gòu)件的模制表面是凸表面，冷卻所述模具，直到所述模具中的所述玻璃材料具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg或更低的溫度，以及從所述模具取出冷卻的所述玻璃材料，在所述冷卻所述模具的步驟中，以所述第一模具構(gòu)件的溫度比所述第二模具構(gòu)件的溫度先達(dá)到所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的方式來(lái)進(jìn)行所述冷卻。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的制造透鏡的工藝，所述工藝包括壓制步驟，所述壓制步驟通過(guò)加熱來(lái)軟化所述玻璃材料，并用模具壓制所述玻璃材料，所述模具包括第一模具構(gòu)件和第二模具構(gòu)件，所述第一模具構(gòu)件的用于形成待獲得的透鏡的光學(xué)功能表面的模制表面具有相對(duì)大的曲率半徑或近軸曲率半徑，所述第二模具構(gòu)件的模制表面具有相對(duì)小的曲率半徑或近軸曲率半徑，冷卻步驟，所述冷卻步驟冷卻所述模具直到所述模具中的所述玻璃材料具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg或更低的溫度，以及從所述模具取出冷卻的所述玻璃材料的步驟，在所述冷卻步驟中，以所述第一模具構(gòu)件的溫度比所述第二模具構(gòu)件的溫度先達(dá)到所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的方式來(lái)進(jìn)行所述冷卻，從而制造雙凹透鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種透鏡及其制造工藝。該透鏡由高折射性低散射性玻璃形成，并且在其光學(xué)功能表面上沒有模糊或灼痕，其通過(guò)對(duì)光學(xué)玻璃進(jìn)行精密模壓獲得，該光學(xué)玻璃具有超過(guò)1.83的折射率n
文檔編號(hào)G02B3/00GK101046519SQ20071008694
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者林和孝, 佐藤浩一, 白石幸一郎 申請(qǐng)人:Hoya株式會(huì)社