本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃，特別是涉及一種高折射低色散的光學(xué)玻璃以及由該玻璃形成的預(yù)制件和光學(xué)元件。

背景技術(shù)：

高折射低色散光學(xué)玻璃形成的透鏡可以和高折射高色散的透鏡組合來消除光學(xué)系統(tǒng)的色差，從而使得光學(xué)系統(tǒng)更加緊湊、具有更好的性能。因此，特別是本發(fā)明涉及的折射率為1.78～1.83、阿貝數(shù)為48～53的高折射低色散的玻璃的市場需求將會增多。

對于高折射低色散的玻璃，在保持折射率較高的情況下，使得色散變得更小，上述玻璃是市場需要的，但是此類“極限”玻璃稀少。CN1377847公開的光學(xué)玻璃中含有大量Nb₂O₅，且其色散還是較高，不能滿足現(xiàn)在對于高折射低色散玻璃的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)方案是提供一種折射率為1.78～1.83、阿貝數(shù)為48～53的光學(xué)玻璃。

本發(fā)明還要提供一種上述玻璃形成的預(yù)制件和光學(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，其陽離子的重量百分比組成含有：Si⁴⁺：大于0但小于或等于15％；B³⁺：大于0但小于或等于20％，其中，Si⁴⁺/B³⁺為0.5～1；La³⁺：42～58％；Gd³⁺：18～33％；Y³⁺：1～15％；Ta⁵⁺：大于0但小于或等于10％；Zr⁴⁺：0～10％；其陰離子含有O^2-和F^-，其中,F^-/O^2-為大于0但小于或等于0.3。

進一步的，還含有：Nb⁵⁺：0～5％；Zn²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺：0～10％；Sb³⁺：0～0.2％。

光學(xué)玻璃，其陽離子的重量百分比組成為：Si⁴⁺：大于0但小于或等于15％；B³⁺：大于0但小于或等于20％，其中，Si⁴⁺/B³⁺為0.5～1；La³⁺：42～58％；Gd³⁺：18～33％；Y³⁺：1～15％；Ta⁵⁺：大于0但小于或等于10％；Zr⁴⁺：0～10％；Nb⁵⁺：0～5％；Zn²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺：0～10％；Sb³⁺：0～0.2％；其陰離子含有O^2-和F^-，其中，F(xiàn)^-/O^2-為大于0但小于或等于0.3；Si⁴⁺/F^-為0.3～1.5。

進一步的，其中：Si⁴⁺/F^-為0.3～0.9；和/或(Ta⁵⁺+Zr⁴⁺)/(La³⁺+Gd³⁺+Y³⁺)為大于0但小于或等于0.3。

進一步的，其中，Si⁴⁺：1～10％；和/或B³⁺：1～15％；和/或La³⁺：42～55％；和/或Gd³⁺：20～31％；和/或Y³⁺：2～13％；和/或Ta⁵⁺：1～8％；和/或Zr⁴⁺：0.5～8％。

進一步的，所述離子的含量滿足以下4種條件中的一種或一種以上：

1)Si⁴⁺/F^-為0.3～0.7；

2)(Ta⁵⁺+Zr⁴⁺)/(La³⁺+Gd³⁺+Y³⁺)為0.05～0.2；

3)Si⁴⁺/B³⁺為0.62～1；

4)F^-/O^2-為0.05～0.2。

進一步的，其中，Si⁴⁺：2～9％；和/或B³⁺：1～13％；和/或Zn²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺：0～7％；和/或Sb³⁺：0～0.1％；不含有Nb⁵⁺、W⁶⁺、Ti⁴⁺。

進一步的，其陰離子的重量百分比組成含有：F^-：5～20％；O^2-：80～95％。

進一步的，其陰離子的重量百分比組成含有：F^-：7～19％；O^2-：81～93％。

進一步的，所述玻璃折射率為1.78～1.83，阿貝數(shù)為48～53。

玻璃預(yù)制件，采用上述的光學(xué)玻璃制成。

光學(xué)元件，采用上述的光學(xué)玻璃制成。

本發(fā)明的有益效果是：通過合理的組分設(shè)計，光學(xué)玻璃中引入適量的稀土離子La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺，以及少量的F^-，降低玻璃的色散，得到具有高折射低色散特性的光學(xué)玻璃，及該光學(xué)玻璃形成的預(yù)制件，該光學(xué)玻璃適用于高品質(zhì)的光學(xué)元件。

具體實施方式

下面將詳細地描述本發(fā)明光學(xué)玻璃所含有的組分，各組分的含量在沒有特別說明的情況下，陽離子組分含量是指該陽離子占全部陽離子總重量的百分比，陰離子組分含量是指該陰離子占全部陰離子總重量的百分比。Si⁴⁺/F^-的比值是指Si⁴⁺占全部陽離子重量百分比與F^-占全部陰離子重量百分比的比值。另外，在以下的說明中(特別說明除外)，提到規(guī)定值以下或規(guī)定值以上時也包括該規(guī)定值。

Si⁴⁺是玻璃生成體陽離子成分，一定量的Si⁴⁺可以增加玻璃的粘度，防止玻璃析晶，提高玻璃化學(xué)穩(wěn)定性，防止玻璃失透。如果Si⁴⁺的含量太少，玻璃容易析晶，折射率不能達到所要求的范圍；但如果Si⁴⁺的含量高于15％，光學(xué)玻璃的可熔性降低，玻璃將會失透。因此，Si⁴⁺的含量為大于0但小于或等于15％，優(yōu)選為1～10％。進一步優(yōu)選為2～9％。

B³⁺也是一種光學(xué)玻璃網(wǎng)絡(luò)生成體組分，有較好的助熔作用，適量的B³⁺對抑制玻璃的析晶很有好處。如果B³⁺的含量太少，玻璃熔融性很差，玻璃容易失透，較難形成玻璃；但如果B³⁺的含量高于20％，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性會較差。因此，B³⁺的含量為大于0但小于或等于20％，優(yōu)選為1～15％，進一步優(yōu)選為1～13％。

由于高折射低色散的鑭系玻璃成玻范圍較窄，需將Si⁴⁺含量與B³⁺含量的比值Si⁴⁺/B³⁺控制在合理的范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)玻璃具有合適的高溫粘度，能夠防止玻璃的析晶。經(jīng)發(fā)明人大量研究發(fā)現(xiàn)，控制Si⁴⁺/B³⁺為0.5～1時，優(yōu)選為0.62～1時，本發(fā)明的玻璃具有較好的高溫粘度且不易析晶。

La³⁺是形成高折射率低色散玻璃的核心組分。如果La³⁺的含量低于42％，折射率不能達到所要求的范圍；但如果La³⁺的含量高于58％，玻璃熱穩(wěn)定性變差，玻璃極易析晶，失透傾向很大。因此，La³⁺的含量為42～58％，優(yōu)選為42～55％。

Gd³⁺能夠調(diào)節(jié)玻璃折射率和色散，提高玻璃的穩(wěn)定性。如果Gd³⁺的含量低于18％，玻璃的光學(xué)常數(shù)不能達到所要求的范圍；但如果Gd³⁺的含量高于33％，玻璃熱穩(wěn)定性變差，玻璃極易析晶，失透傾向很大。因此，Gd³⁺的含量為18～33％，優(yōu)選為20～31％。

本發(fā)明通過引入適量Y³⁺與La³⁺混熔，能夠形成熱穩(wěn)定性較好的玻璃。如果Y³⁺的含量低于1％，玻璃的光學(xué)常數(shù)不能達到所要求的范圍；但如果Y³⁺的含量高于15％，玻璃極易析晶，很容易失透。因此，Y³⁺的含量為1～15％，優(yōu)選為2～13％。

Ta⁵⁺能夠顯著提高光學(xué)玻璃折射率，抑制玻璃的析晶。如果Ta⁵⁺的含量太少，玻璃容易析晶；但如果Ta⁵⁺的含量高于10％，玻璃的色散會大幅增加，達不到低色散的目的，且會使玻璃的熔化性能變差，還會大幅提高玻璃生產(chǎn)成本。因此，Ta⁵⁺的含量為大于0但小于或等于10％，優(yōu)選為1～8％。

Zr⁴⁺能夠提高光學(xué)玻璃的折射率，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，還可以防止玻璃失透，降低析晶溫度。在本發(fā)明中，若其含量高于10％，玻璃難以熔化，熔煉溫度上升，容易導(dǎo)致玻璃內(nèi)部出現(xiàn)夾雜物。因此，Zr⁴⁺的含量為0～10％，優(yōu)選為0.5～8％。

本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，將Ta⁵⁺、Zr⁴⁺的含量之和與La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺的含量之和的比值(Ta⁵⁺+Zr⁴⁺)/(La³⁺+Gd³⁺+Y³⁺)控制在大于0但小于或等于0.3范圍內(nèi)，玻璃內(nèi)在質(zhì)量較好，不易出現(xiàn)料結(jié)石、夾雜物等狀況，且對抑制玻璃的析晶很有好處，優(yōu)選(Ta⁵⁺+Zr⁴⁺)/(La³⁺+Gd³⁺+Y³⁺)為0.05～0.2。

Nb⁵⁺對實現(xiàn)玻璃高折射率有較大作用，但如果Nb⁵⁺的含量超過5％，玻璃的色散將會很大，得不到低色散的玻璃。因此，Nb⁵⁺的含量為0～5％，優(yōu)選不含有Nb⁵⁺。另外，本發(fā)明的玻璃中也不含有W⁶⁺、Ti⁴⁺這兩種急劇升高色散的離子。

Ba²⁺、Zn²⁺、Sr²⁺能夠調(diào)節(jié)玻璃的折射率和色散。當(dāng)其合計量超過10％時，玻璃容易失透。因此，Ba²⁺、Zn²⁺、Sr²⁺的總含量(Zn²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)為0～10％，優(yōu)選為0～7％。

Sb³⁺在本發(fā)明中作為澄清劑使用，其含量為0～0.2％，優(yōu)選為0～0.1％。

本發(fā)明中，陰離子含有O^2-和F^-。

F^-是本發(fā)明的必要成分，能夠有效降低玻璃的色散，實現(xiàn)玻璃低色散化的要求，另外還能降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度。如果F^-的含量低于5％，不能達到降低玻璃色散的目的；但如果F^-的含量高于20％，玻璃揮發(fā)極大，造成玻璃的常數(shù)數(shù)據(jù)很不穩(wěn)定，生產(chǎn)難度大，同時易造成玻璃的折射率達不到要求范圍。因此，F(xiàn)^-的含量為5～20％，優(yōu)選為7～19％。

O^2-也是本發(fā)明必要的陰離子，能夠形成穩(wěn)定的玻璃，防止玻璃失透。因此，O^2-的含量為80～95％，優(yōu)選為81～93％。

本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，將F^-含量與O²含量的比值F^-/O^2-控制在合理的范圍之內(nèi)時，玻璃的揮發(fā)小，能夠穩(wěn)定玻璃的常數(shù)數(shù)據(jù)，減少條紋，增加玻璃的熔融性。因此，F(xiàn)^-/O^2-為大于0但小于或等于0.3，優(yōu)選為0.05～0.2。

另外，當(dāng)Si⁴⁺含量與F^-含量的比值Si⁴⁺/F^-控制在合理的范圍之內(nèi)時，能夠有效抑制這種成玻范圍極窄玻璃的失透，還能夠增加玻璃的透過率。因此，Si⁴⁺/F^-為0.3～1.5，優(yōu)選為0.3～0.9，進一步優(yōu)選為0.3～0.7。

本發(fā)明提供的光學(xué)玻璃按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備方法制成，即：將原料進行熔化、澄清、攪拌均化、降溫至合適溫度成型，即可得到本發(fā)明所提供的折射率為1.78～1.83、阿貝數(shù)為48～53的具有高折射低色散性能的光學(xué)玻璃。

本發(fā)明提供的光學(xué)玻璃的各性能參數(shù)的測試方法如下：

折射率(nd)、阿貝數(shù)(vd)按照《GB/T 7962.1—2010無色光學(xué)玻璃測試方法折射率和色散系數(shù)》測試。

經(jīng)過上述測試，得到的本發(fā)明的光學(xué)玻璃的折射率(nd)為1.78～1.83，阿貝數(shù)(vd)為48～53。

玻璃的著色度(λ₈₀/λ₅)：使用具有彼此平行的兩個光學(xué)拋光平面的厚度為10±0.1mm的玻璃樣品，測定分光透射率，根據(jù)其結(jié)果而計算得出。

經(jīng)測定，本發(fā)明玻璃的透射比達到80％時對應(yīng)的波長λ₈₀在395nm以下，優(yōu)選為390nm以下。

本發(fā)明還提供一種光學(xué)預(yù)制件和光學(xué)元件，該光學(xué)預(yù)制件和元件是由本發(fā)明光學(xué)玻璃所形成的，因此該光學(xué)預(yù)制件和光學(xué)元件具有上述本發(fā)明光學(xué)玻璃的所有特性。本發(fā)明的光學(xué)玻璃具有高折射低色散的性能，折射率(nd)為1.78～1.83，阿貝數(shù)為48～53。本發(fā)明提供的光學(xué)預(yù)制件和光學(xué)元件能夠較好消除光學(xué)系統(tǒng)的色差，從而使得光學(xué)系統(tǒng)更加緊湊，具有更好的性能，可實現(xiàn)設(shè)備小型化、輕量化的需求。

實施例

為了進一步了解本發(fā)明的技術(shù)方案，將結(jié)合下面具體的實施例，描述本發(fā)明優(yōu)選的實施方案。但應(yīng)該注意和理解的是，這些實施例只是為了更好地說明本發(fā)明的特點和優(yōu)點，并沒有限制本發(fā)明的權(quán)利要求。

本發(fā)明的實施例1～30提供的光學(xué)玻璃組分(分別以陰、陽離子重量百分比表示)及其所對應(yīng)的性能如表1～表3所示。通過將表1～表3各個實施例中光學(xué)玻璃各種陽離子和陰離子對應(yīng)的氧化物、氟化物、碳酸鹽等按照其比值稱重，充分混合均勻后加入光學(xué)玻璃熔爐內(nèi)，在適當(dāng)?shù)墓に嚋囟认陆?jīng)過熔化、澄清、攪拌均化、降溫至合適溫度后，將此熔融的玻璃澆注入事先預(yù)熱好的金屬模具中成型并退火，便可得到所需光學(xué)玻璃。

本發(fā)明提供的一種具有高折射低色散的光學(xué)玻璃的組成和相應(yīng)性能如：折射率(nd)、色散(nF-nC)、阿貝數(shù)(vd)、著色度(λ₈₀/λ₅)的結(jié)果都在表1～表3的實施例1～30中表示。

表1

表2

表3

從上述實施例可以看出，本發(fā)明提供的光學(xué)玻璃其折射率(nd)為1.78～1.83，阿貝數(shù)為48～53，具有高折射低色散、透過率高的特點，能夠較好消除光學(xué)系統(tǒng)的色差，從而使得光學(xué)系統(tǒng)更加緊湊，具有更好的性能，可實現(xiàn)設(shè)備小型化、輕量化的需求。