CN101012102B - 光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
光学玻璃，具有折射系数(nd)为1.73-小于1.80、Abbe数(vd)为43-55的光学常数，含有作为必要组分的SiO2、B2O3、Y2O3、La2O3、ZnO和Li2O，基本不含铅组分、砷组分和氟组分，SiO2/B2O3比为0.30-1.55，Y2O3/La2O3比为0.15-1.00，并且玻璃化转变温度(Tg)为620℃或以下。
Description
技术领域
本发明涉及光学玻璃，尤其涉及具有低玻璃化转变温度(Tg)、高折射系数、低色散性质、质量轻、适于精密压模成型的光学玻璃。
背景技术
就用于构建光学系统的透镜而言，有球面透镜和非球面透镜。许多球面透镜都是通过对压模成型的玻璃材料进行重新加热获得的玻璃压模成型体进行研磨和抛光而制备的。另一方面，非球面透镜主要是通过精密压模成型制备的，也即，根据这种方法，采用具有高精度成型表面的模具对已经被加热软化的透镜预制体进行压模成型，模具的高精度成型表面形状转移到透镜预制体上。
在通过精密压模成型制备玻璃成型体比如非球磨透镜时，需要压制已经在高温环境下加热软化的透镜预制体，用以将模具的高精度成型表面的形状转移到透镜预制体上，所以用于所述精密压模成型的模具要承受高温，而且在该模具上施加大的压力。因此，在加热和软化透镜预制体以及透镜预制体的压模成型中，模具的成型表面容易被氧化或者腐蚀，或者提供在成型表面上的脱模膜容易被损坏，结果是模具的高精度成型表面不能得到保持或者模具自身容易被损坏。在这种情况下必须更换模具，因此，模具替换的频率增加，进而导致不能低成本大规模地进行产品生产。相应地，从预防对模具的这种损坏、长时间保持模具的这种高精度成型表面以及允许在低压力下进行精密压模成型的观点来考虑，用于精密压模成型的玻璃需要具有最低的可行玻璃化转变温度(Tg)。
在进行精密压模成型时，透镜预制体的玻璃需要具有镜面或者接近镜面的表面。透镜预制体通常是通过滴落法(dripping)由熔融玻璃直接制备的，或者是通过研磨和抛光玻璃片制备的。在通过研磨和抛光制备透镜预制体的情况下，由于玻璃片的表面部分被去除，所以即使玻璃片在外观上存在着缺陷，比如仅仅出现在玻璃片表面部分中的失透，该玻璃片也可以使用，不会有任何特殊问题。所述通过研磨和抛光制备的透镜预制体包括例如通过研磨和抛光重新加热的压制产品的表面制备的透镜预制体，以及加工成和真正球体偏差极小的球面形状的透镜预制体。
采用所述光学玻璃的光学系统被安装在光学制品比如数字相机上。为了符合目前追求紧凑轻质设计的趋势，在构建光学系统的透镜中也需要轻质透镜。
由于这些原因，出于对光学设计实用性方面的考虑，已经出现了对具有高折射系数、低色散性质、低玻璃化转变温度(Tg)和轻质的光学玻璃的强烈需求。
特别强烈需要光学折射常数(nd)为1.73-小于1.80、Abbe数(vd)为43-55的高折射系数、低色散的光学玻璃。
所述高折射系数、低色散的光学玻璃在光学设计中极其有用，人们在很长时间前已经提出了这种类型的各种玻璃。
日本专利申请公开No.2002-249337公开了折射系数为1.72-1.83、Abbe数为45-55的光学玻璃。但是，该公开中描述的光学玻璃含有作为主要组分的La2O和Gd2O3但不含有Y2O3，因此，其比重大，导致难以实现紧凑轻质的设计。而且，在该公开中作为例子描述的光学玻璃具有过高的玻璃化转变温度，所以，这些光学玻璃并不适于精密压模成型。
日本专利申请公开No.2003-201143公开了折射系数为1.75-1.85、Abbe数为40-55的光学玻璃。但是，该公开中公开的光学玻璃含有作为主要组分的La2O和Gd2O3但不含有Y2O3，因此，其比重大，导致难以实现紧凑轻质的设计。
而且，在这些文献中中特别公开的符合上述光学常数的光学玻璃中，SiO2/B2O3的重量比落在0.30-1.55范围之外，Y2O3/La2O3的重量比落在0.15-1.00的范围之外，因此，不能满足下面将描述的本发明光学玻璃的理想性质。
所以，本发明的目标是提供这种光学玻璃，它全面消除了现有技术的光学玻璃的上述不足，并具有上述光学常数、低的玻璃化转变温度(Tg)而且重量轻，所以适于精密压模成型。
发明内容
本发明的发明人为了实现本发明的上述目标进行的研究和实验发现，通过采用含有特定量SiO2、B2O3、Y2O3、La2O3、ZnO和Li2O的组合物，可以获得具有上述光学常数、低玻璃化转变温度(Tg)、轻质、而且适于精密压模成型的光学玻璃，正是这个发现引出了本发明。
另外，申请人已经发现，为了实现轻质并同时保持理想的光学常数，优选光学玻璃含有特定量的Y2O3和La2O3，特别优选光学玻璃具有特定的SiO2/B2O3比和特定的Y2O3/La2O3比，从而赋予所述光学玻璃使其能够稳定生产并具有强抗失透性的性质。
为了获得本发明的上述目标，在本发明的第一方面，提供了如下光学玻璃：具有折射系数(nd)为1.73-小于1.80、Abbe数(vd)为43-55的光学常数，含有作为必要组分的SiO2、B2O3、Y2O3、La2O3、ZnO和Li2O，而且基本不含铅组分、砷组分和氟组分，SiO2/B2O3比为0.30-1.55，Y2O3/La2O3比为0.15-1.00，并且玻璃化转变温度(Tg)为620℃或以下。
在本发明的第二方面，提供了如同在第一方面所定义的光学玻璃，其包括多于1％Li2O(基于氧化物的质量％)，而且玻璃化转变温度(Tg)为570℃或以下。
在本发明的第三方面，提供了如同在第一或第二方面定义的光学玻璃，它包括多于5％的Y2O3和10％或以上的La2O3(基于氧化物的质量％)，而且比重为4.5或者以下。
在本发明的第四方面，提供了包括下列的光学玻璃，基于氧化物的质量％：
SiO2 大于5％-20％或以下
B2O3 5％-小于25％
Y2O3 大于5％-35％或以下
La2O3 10-50％
ZnO 大于5％-小于25％，和
Li2O 大于1％-6％或以下
和
Gd2O30-2 0％和/或
Yb2O3 0-20％和/或
ZrO20-1 0％和/或
Ta2O5 0-小于8％和/或
WO3 0-小于5.5％和/或
Sb2O3 0-1％。
在本发明的第五方面，提供了在第一到第三方面的任一中定义的光学玻璃，包括下列物质，基于氧化物的质量％：
SiO2 大于5％-20％或以下，和/或
B2O3 5％-小于25％，和/或
Y2O3 大于5％-35％或以下，和/或
La2O3 10-50％，和/或
ZnO 大于5％-小于25％，和/或
Li2O 大于1％-6％或以下，和/或
Gd2O3 0-20％和/或
Yb2O3 0-20％和/或
ZrO2 0-10％和/或
Ta2O5 0-小于8％和/或
WO3 0-小于5.5％和/或
Sb2O3 0-1％。
在本发明的第六方面，提供了在第一到第五方面的任一中定义的光学玻璃，包括下列物质，基于氧化物的质量％：
Na2O 0-5％和/或
K2O 0-5％和/或
MgO 0-5％和/或
CaO 0-小于15％和/或
SrO 0-10％和/或
BaO 0-15％和/或
GeO2 0-5％和/或
Al2O3 0-5％和/或
TiO2 0-小于3％和/或
Nb2O5 0-小于3％和/或
Bi2O3 0-小于10％。
在本发明的第七方面，提供了在第一至第六方面的任一中定义的光学玻璃，其液相线温度为1160℃或以下，在液相线温度下的粘度(dPa.s)对数值l0gη为0.3-2.0。
在本发明的第八方面，提供了由在第一至第七方面的任一中定义的光学玻璃制备的透镜预制体。
在本发明的第九方面，提供了通过在第八方面中定义的透镜预制体的精密压模成型制备的光学元件。
在本发明的第十方面，提供了通过在第一至第七方面的任一中定义的光学玻璃的精密压模成型制备的光学元件。
1、光学玻璃，其具有折射系数为1.73-小于1.80、Abbe数为43-55的光学常数，包含下列物质，基于氧化物的质量％，
SiO2 大于5％-20％或更低
B2O3 5％-小于20％
Y2O3 大于5％-35％或更低
La2O3 10-50％
ZnO 12％-小于25％，和
Li2O 大于1％-6％或更低
基本不含铅组分、砷组分和氟组分，SiO2/B2O3重量比为0.30-1.55，Y2O3/La2O3重量比为0.15-1.00，并且玻璃化转变温度为620℃或更低。
2、项目1的光学玻璃，其玻璃化转变温度为570℃或更低。
3、项目1或2的光学玻璃，其比重为4.5或者更低。
4、光学玻璃，其包含下列物质，基于氧化物的质量％：
SiO2 大于5％-20％或更低
B2O3 5％-小于20％
Y2O3 大于5％-35％或更低
La2O3 10-50％
ZnO 12％-小于25％，和
Li2O 大于1％-6％或更低
和
Gd2O3 0-20％和/或
Yb2O3 0-20％和/或
ZrO2 0-10％和/或
Ta2O5 0-小于8％和/或
WO3 0-小于5.5％和/或
Sb2O3 0-1％。
5、项目1或2的光学玻璃，还包含下列物质，基于氧化物的质量％：
Gd2O3 0-20％和/或
Yb2O3 0-20％和/或
ZrO2 0-10％和/或
Ta2O5 0-小于8％和/或
WO3 0-小于5.5％和/或
Sb2O3 0-1％。
6、项目1或2的光学玻璃，还含有下列物质，基于氧化物的质量％：
Na2O 0-5％和/或
K2O 0-5％和/或
MgO 0-5％和/或
CaO 0-小于15％和/或
SrO 0-10％和/或
BaO 0-15％和/或
GeO2 0-5％和/或
Al2O3 0-5％和/或
TiO2 0-小于3％和/或
Nb2O5 0-小于3％和/或
Bi2O3 0-小于10％。
7、项目1或2的光学玻璃，液相线温度为1160℃或更低，在液相线温度下的粘度(dPa.s)对数值logη为0.3-2.0。
8、一种透镜预制体，其由项目1-7中任一项定义的光学玻璃制备。
9、一种光学元件，其通过精密压模成型项目8中定义的透镜预制体制备。
10、一种光学元件，其通过精密压模成型项目1-7中任一项定义的光学玻璃制备。
具体实施方式
将对本发明的光学玻璃能够包含的组分进行描述。除非另有说明，每种组分的组成比都用质量％表示。
SiO2是不可或缺的组分，它对于提高玻璃粘度、提高玻璃的抗失透能力和化学耐久性非常有效。但是，如果该组分的量不足，则这些效果无法充分实现；然而，如果该组分的量过大，则玻璃化转变温度(Tg)升高，玻璃的熔融性质恶化。所以，该组分量的下限应该优选大于5％，更优选5.1％，最优选是5.5％，该组分的量的上限应该是20％，更优选18％，最优选是15％。SiO2可以通过采用例如SiO2作为原料而结合到玻璃中。
在本发明的光学玻璃(镧系玻璃)中，B2O3是不可或缺的、作为玻璃形成氧化物的组分。但是，如果该组分的量不足，则抗失透能力不足；然而，如果该组分的量过大，则折射系数下降到偏离目标光学常数的程度，而且化学耐久性也恶化。所以，该组分的量的下限应该优选是5％，更优选8％，最优选是10％，该组分的上限应该优选小于25％，更优选22％，最优选小于20％。B2O3可以通过采用例如H3BO3或者B2O3作为原料而结合到玻璃中。
Y2O3对于本发明的具有高折射、低色散性质的玻璃实现轻质而言，是不可或缺的组分，因为它有效地提高了折射系数并实现了低色散。但是，如果该组分的量不足，则变得难以将光学常数保持在上述范围之内；然而，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化。所以，该组分的量的下限应该优选多于5％，更优选6％，最优选是10％，该组分的量的上限应该是35％，更优选30％，最优选是25％。Y2O3可以通过采用例如Y2O3作为原料而被结合到玻璃中。
La2O3是不可或缺的组分，它有效地提高了折射系数并降低了色散。但是，如果该组分的量不足，则难以将光学常数保持在上述值之内；然而，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化。所以，该组分的量的下限应该优选是10％，更优选15％，最优选是20％，该组分的量的上限应该优选是50％，更优选45％，最优选是40％。La2O3可以通过采用例如La2O3、硝酸镧或者其水合物作为原料而结合到玻璃中。
ZnO是不可或缺的组分，它有效地降低了玻璃化转变温度(Tg)。但是如果该组分的量不足，则不能充分实现这种效果；然而，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化。所以，该组分的量的下限应该优选大于5％，更优选大于8％，最优选是12％，该组分的量的上限应该优选小于25％，更优选23％，最优选是20％。ZnO可以通过采用例如ZnO作为原料而结合到玻璃中。
Li2O是不可或缺的组分，它能有效地显著降低玻璃化转变温度(Tg)，并有效促进混合的玻璃料的熔融。但是，如果该组分的量不足，则这些效果不能充分实现；然而，如果该组分的量过大，则抗失透能力显著恶化。所以，该组分的量的下限应该优选大于1％，更优选是1.5％，最优选大于2％，该组分的量的上限应该优选是6％，更优选5％，最优选是4％。Li2O可以通过采用例如Li2O、Li2CO3、LiOH或LiNO3作为原料结合到玻璃中。
Gd2O3有效地增加折射系数和降低色散。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力和化学耐久性变差。所以，该组分的量的上限应该优选是20％，更优选小于3％，最优选该组分不应大量加入。Gd2O3可以通过采用例如Gd2O3作为原料结合到玻璃中。
Yb2O3有效地增加折射系数和降低色散。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力和化学耐久性恶化。所以，该组分的量的上限应该优选是20％，更优选10％，最优选是5％。Yb2O3可以通过采用例如Yb2O3作为原料结合到玻璃中。
ZrO2可以有效地调整光学常数、提高抗失透能力和改善化学耐久性。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化，变得难以将玻璃化转变温度(Tg)保持为所需的低温。所以，该组分的量的上限应该优选是10％，更优选6％，最优选是5％。ZrO2可以通过采用例如ZrO2作为原料结合到玻璃中。
Ta2O5可以有效增加折射系数并提高化学耐久性和抗失透能力。但是，如果该组分的量过大，则变得难以保持上述光学常数。所以，该组分的量的上限应该优选小于8％，更优选5％，最优选是4％。Ta2O5可以通过采用例如Ta2O5作为原料结合到玻璃中。
WO3可以有效地调整光学常数和改善抗失透能力。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力和在可见光线区的短波区中的透射率下降。所以，该组分的量的上限应该优选小于5.5％，更优选小于4％，最优选是2％。WO3可以通过采用例如WO3作为原料结合到玻璃中。
Sb2O3可以任选地加入，用于在玻璃熔融过程中消泡。如果该组分的量过大，则在可见光线区的短波区中的透射率下降。所以，该组分的量的上限应该优选是1％，更优选0.5％，最优选是0.1％。
TiO2可以有效地调整光学常数以及改善抗失透能力。但是，如果该组分的量过大，则抗失透不仅不增加反而下降，而且可见光线区的短波区中的透射率恶化。所以，该组分的量的上限应该优选小于3％，更优选2％，最优选小于1％。TiO2可以通过采用例如TiO2作为原料结合到玻璃中。
Nb2O5可以有效地提高折射系数和改善化学耐久性以及抗失透能力。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力不仅不增加反而下降，而且在可见光学区的短波区中的透射率恶化。所以，该组分的量的上限应该优选小于3％，更优选2％，最优选是1％。Nb2O5可以通过采用例如Nb2O5作为原料结合到玻璃中。
Bi2O3可以有效地提高折射系数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选小于10％，更优选5％，最优选是3％。Bi2O3可以通过采用例如Bi2O3作为原料而结合到玻璃中。
Na2O可以有效地降低玻璃化转变温度(Tg)。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是5％，更优选3％，最优选是1％。Na2O可以通过采用例如Na2O、Na2CO3、NaOH和NaNO3作为原料而结合到玻璃中。
K2O可以有效地降低玻璃化转变温度(Tg)。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是5％，更优选3％，最优选是1％。K2O可以通过采用例如K2O、K2CO3、KOH和KNO3作为原料而结合到玻璃中。
MgO可以有效地调整光学常数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是5％，更优选3％，最优选是1％。MgO可以通过采用例如MgO或者其碳酸盐、硝酸盐或者氢氧化物作为原料而结合到玻璃中。
CaO可以有效地调整光学常数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选小于15％，更优选10％，最优选是5％。CaO可以通过采用例如CaO或者其碳酸盐、硝酸盐或者氢氧化物作为原料而结合到玻璃中。
SrO可以有效地调整光学常数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是10％，更优选5％，最优选是3％。SrO可以通过采用例如SrO或者其碳酸盐、硝酸盐或者氢氧化物作为原料而结合到玻璃中。
BaO可以有效地调整光学常数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是15％，更优选10％，最优选是5％。BaO可以通过采用例如BaO或者其碳酸盐、硝酸盐或者氢氧化物作为原料而结合到玻璃中。
GeO2可以有效提高折射系数并改善抗失透能力。但是，由于该组分非常昂贵，所以该组分的量的上限应该优选是5％，更优选3％，最优选是1％。GeO2可以通过采用例如GeO2作为原料而结合到玻璃中。
Al2O3可以有效地提高化学耐久性。如果该组分的量过大，则抗失透能力下降。所以，该组分的上限应该优选是5％，更优选3％，最优选是1％。Al2O3可以通过采用例如Al2O3或者Al(OH)3而结合到玻璃中。
TeO2可以有效提高折射系数，但是存在着这种可能性：当玻璃料在铂坩锅或者在由铂制备的熔炉中熔融时，在和熔融玻璃接触的部分中，TeO2中的碲和铂发生合金化，合金化部分的耐热性质变差，导致在所述合金化部分中形成孔，熔融玻璃从该孔中泄漏。所以，TeO2的量的上限应该优选是8％，更优选5％，最优选是3％。TeO2可以通过采用例如TeO2作为原料而结合到玻璃中。
Ga2O3可以有效地提高折射系数。但是，由于该组分非常昂贵，所以该组分的量的上限应该优选是1％，更优选0.5％，最优选是0.1％。Ga2O3可以通过采用例如Ga2O3作为原料而结合到玻璃中。
上述在玻璃的各个组分中采用的原料仅仅用于示例，可用于本发明玻璃的原料不限于上述的氧化物等，而是可以根据制备玻璃的制备条件的各种变体从已知材料中选择。
本发明的发明人发现，通过将SiO2和B2O3的量的比调至预定范围，可以在低比重下恰当控制玻璃的液相线温度和表面上的失透。更具体而言，S1O2/B2O3的比的下限应该优选是0.3，更优选0.35，最优选是0.4；该比值的上限应该优选是1.55，更优选1.30，最优选是1.26。
本发明的发明人还发现，通过将Y2O3和La2O3的量的比值调至预定范围，可以在低比重下恰当控制玻璃的液相线温度和表面上的失透。更具体而言，Y2O3/La2O3的比的下限应该优选是0.15，更优选0.20，最优选是0.26；该比值的上限应该优选是1.00，更优选0.90，最优选是0.80。
而且，为了在低比重下保持所需的光学常数以及正确控制玻璃的液相线温度和表面上出现的失透，优选该玻璃同时具有上述优选预定范围的SiO2/B2O3比和Y2O3/La2O3比。
现在解释对玻璃液相线温度和表面上出现的失透的控制。在光学玻璃的制备中，当玻璃粘度处于预定范围中时，可以制备出几乎没有或者没有缺陷的成型产品。由于镧系玻璃通常粘度低，所以降低液相线温度以提高粘度，从而便于该光学玻璃的制备。另一方面，有种玻璃无论液相线温度如何，都容易在玻璃表面上出现失透。例如，失透发生在片状玻璃的表面上。相应地，其中液相线温度低而且玻璃表面上不发生失透的状态是最优选的状态。在本发明中，存在着矛盾关系，即，当液相线温度低时失透往往发生在玻璃表面上，相反，当液相线温度高时失透不可能发生在玻璃表面上。已经发现，只有在SiO2/B2O3比和Y2O3/La2O3比的上述限制范围之内，才能获得同时满足液相线温度要求和抗失透能力要求的光学玻璃。如上所述，在失透仅仅发生在玻璃最上表面的情况下，该玻璃可以用作光学玻璃。
玻璃可以含有Lu2O3、Hf2O3、SnO2和BeO。由于Lu2O3和Hf2O3是昂贵的材料，所以这些组分的使用增加了生产成本，在工业生产中使用这些组分并不实际。就SnO2而言，存在着这种可能性：当玻璃料在铂坩锅或者在由铂制备的熔炉中熔融时，在和熔融玻璃接触的部分中，SnO2中的锡和铂发生合金化，合金化部分的耐热性质变差，导致在所述合金化部分中形成孔，熔融玻璃从该孔中泄漏。BeO的问题在于它会对环境产生负面影响，所以给环境造成了沉重的负担。相应地，这些组分的每一种的量的上限应该优选小于0.1％，更优选0.05％，最优选这些组分根本不应加入。
现在将描述本发明的光学玻璃不应包含的组分。
氟导致在用于透镜预制体的料块(gob)的制备中由于挥发出现条纹(striae)，所以使料块难以制备。所以，氟不应加入到本发明的光学玻璃中。
铅化合物的问题不仅仅在于在精密压模成型中容易和模具熔融，而且必需采取步骤来不仅仅在玻璃制备中还要在玻璃冷加工比如抛光和废弃中对环境进行保护，由此给环境造成了沉重的负担。所以，铅化合物不应加入到本发明的光学玻璃中。
As2O3、镉和钍对环境造成负面影响，所以给环境造成沉重负担。所以，这些组分不应加入到本发明的光学玻璃中。
P2O5加入到玻璃中时容易损害抗失透能力，所以不优选在本发明的光学玻璃中加入P2O5。
本发明的光学玻璃应该优选不包含着色组分，比如V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Eu、Nd、Sm、Tb、Dy和Er。也就是说，这些着色组分不应该有目的地加入，除非这些组分是作为杂质混入的。
由于本发明的玻璃组合物用质量％表示，所以不能直接用摩尔％表示。用玻璃组合物中各个氧化物的摩尔％表示、而且满足本发明所需性质的组合物假定具有下列值：
SiO2 10-40％
B2O3 8-40％
Y2O3 2-18％
La2O 33-16％
ZnO 7-35％和
Li2O 4-24％
和
Gd2O3 0-7％和/或
Yb2O3 0-7％和/或
ZrO2 0-10％和/或
Ta2O5 0-2％和/或
WO3 0-3％和/或
Sb2O3 0-1％
Na2O 0-10％和/或
K2O 0-10％和/或
MgO 0-5％和/或
CaO 0-10％和/或
SrO 0-10％和/或
BaO 0-15％和/或
GeO2 0-3％和/或
Al2O3 0-5％和/或
TiO2 0-小于3％和/或
Nb2O5 0-2％和/或
Bi2O3 0-2％和/或
TeO2 0-5％和/或
Ga2O3 0-1％。
SiO2是不可或缺的组分，它对于提高玻璃粘度、提高玻璃的抗失透能力和化学耐久性非常有效。但是，如果该组分的量不足，则这些效果无法充分实现；然而，如果该组分的量过大，则玻璃化转变温度(Tg)升高，玻璃的熔融性质恶化。所以，该组分量的下限应该优选是10％，更优选10.5％，最优选是11％，该组分的量的上限应该是40％，更优选35％，最优选是30％。
在本发明的光学玻璃(镧系玻璃)中，B2O3是不可或缺的、作为玻璃形成氧化物的组分。但是，如果该组分的量不足，则抗失透能力不足；然而，如果该组分的量过大，则折射系数下降到偏离目标光学常数的程度，而且化学耐久性也恶化。所以，该组分的量的下限应该优选是8％，更优选11％，最优选是15％，该组分的上限应该优选是40％，更优选小于36％，最优选是32％。
Y2O3对于本发明的具有高折射、低色散性质的玻璃实现轻质而言，是不可或缺的组分，因为它有效地提高了折射系数并实现了低色散。但是，如果该组分的量不足，则变得难以将光学常数保持在上述范围之内；然而，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化。所以，该组分的量的下限应该优选多于2％，更优选3％，最优选是4％，该组分的量的上限应该是18％，更优选15％，最优选是13％。
La2O3是不可或缺的组分，它有效地提高了折射系数并降低了色散。但是，如果该组分的量不足，则难以将光学常数保持在上述值之内；然而，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化。所以，该组分的量的下限应该优选是3％，更优选4.5％，最优选是6％，该组分的量的上限应该优选是16％，更优选15％，最优选是13％。
ZnO是不可或缺的组分，它有效地降低了玻璃化转变温度(Tg)。但是如果该组分的量不足，则不能充分实现这种效果；然而，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化。所以，该组分的量的下限应该优选是7％，更优选11％，最优选是15％，该组分的量的上限应该优选小于35％，更优选31％，最优选是28％。
Li2O是不可或缺的组分，它能有效地显著降低玻璃化转变温度(Tg)，并有效促进混合的玻璃料的熔融。但是，如果该组分的量不足，则这些效果不能充分实现；然而，如果该组分的量过大，则抗失透能力急剧恶化。所以，该组分的量的下限应该优选是4％，更优选是6％，最优选是8％，该组分的量的上限应该优选是24％，更优选20％，最优选是16％。
Gd2O3有效地增加折射系数和降低色散。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力和化学耐久性恶化。所以，该组分的量的上限应该优选是7％，更优选是1％，最优选该组分不应大量加入。
Yb2O3有效地增加折射系数和降低色散。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力和化学耐久性恶化。所以，该组分的量的上限应该优选是7％，更优选4％，最优选是2％。
ZrO2可以有效地调整光学常数、提高抗失透能力和改善化学耐久性。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化，变得难以将玻璃化转变温度(Tg)保持为所需的低温。所以，该组分的量的上限应该优选是10％，更优选6％，最优选是5％。
Ta2O5可以有效增加折射系数并提高化学耐久性和抗失透能力。但是，如果该组分的量过大，则变得难以保持上述光学常数。所以，该组分的量的上限应该优选是2％，更优选1.5％，最优选是1％。
WO3可以有效地调整光学常数和改善抗失透能力。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力和在可见光线区的短波区中的透射率恶化。所以，该组分的量的上限应该优选是3％，更优选是2％，最优选是1％。
Sb2O3可以任选地加入，用于在玻璃熔融过程中消泡。如果该组分的量过大，则在可见光线区的短波区中的透射率恶化。所以，该组分的量的上限应该优选是1％，更优选0.5％，最优选是0.1％。
TiO2可以有效地调整光学常数以及改善抗失透能力。但是，如果该组分的量过大，则抗失透性不仅不增加反而下降，而且可见光线区的短波区中的透射率恶化。所以，该组分的量的上限应该优选小于3％，更优选2％，最优选小于1％。
Nb2O5可以有效地提高折射系数和改善化学耐久性以及抗失透能力。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力不仅不增加反而下降，而且在可见光学区的短波区中的透射率恶化。所以，该组分的量的上限应该优选是2％，更优选1.5％，最优选是1％。
Bi2O3可以有效地提高折射系数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选小于3％，更优选2％，最优选是1％。
Na2O可以有效地降低玻璃化转变温度(Tg)。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是10％，更优选5％，最优选是3％。
K2O可以有效地降低玻璃化转变温度(Tg)。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是10％，更优选5％，最优选是3％。
MgO可以有效地调整光学常数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是5％，更优选3％，最优选是1％。
CaO可以有效地调整光学常数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是10％，更优选8％，最优选是5％。
SrO可以有效地调整光学常数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是10％，更优选5％，最优选是3％。
BaO可以有效地调整光学常数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是10％，更优选8％，最优选是5％。
GeO2可以有效提高折射系数并改善抗失透能力。但是，由于该组分非常昂贵，所以该组分的量的上限应该优选是3％，更优选2％，最优选是1％。
Al2O3可以有效地提高化学耐久性。如果该组分的量过大，则抗失透能力下降。所以，该组分的上限应该优选是5％，更优选3％，最优选是1％。
TeO2可以有效提高折射系数，但是存在着这种可能性：当玻璃料在铂坩锅或者在由铂制备的熔炉中熔融时，在和熔融玻璃接触的部分中，TeO2中的碲和铂发生合金化，合金化部分的耐热性质变差，导致在所述合金化部分中形成孔，熔融玻璃从该孔中泄漏。所以，TeO2的量的上限应该优选是5％，更优选4％，最优选是3％。
Ga2O3可以有效地提高折射系数。但是，由于该组分非常昂贵，所以该组分的量的上限应该优选是1％，更优选0.5％，最优选是0.1％。
现在描述本发明光学玻璃的性质。
如上所述，从在光学设计方面的实用性来考虑，本发明的光学玻璃应该优选具有如下光学常数：折射系数(nd)为1.73-小于1.80，Abbe数(vd)为43-55，更优选折射系数(nd)为1.74-小于1.795，Abbe数(vd)为44-小于50，最优选折射系数(nd)为1.75-小于1.795，Abbe数(vd)为45-小于50。
在本发明的光学玻璃中，如前所述，Tg过高往往导致在精密压模成型中在模具内变差。所以，在本发明的光学玻璃中，Tg上限应该优选是620℃，更优选570℃，最优选是550℃。
屈服点(yield point)At应该优选是670℃或以下，更优选620℃或以下，最优选600℃或以下。
从为了使在光学制品上安装的光学系统紧凑轻质这方面考虑，在本发明的光学玻璃中，重要的是比重应该优选是4.5或以下，更优选小于4.5，最优选是4.4或以下。
为了使玻璃在合适粘度范围内流出，在本发明的光学玻璃中，重要的是将玻璃液相线温度维持在1160℃以下或更低。优选的液相线温度是1150℃或以下，尤其优选液相线温度低于1150℃，这是因为在此液相线温度，允许稳定生产的粘度范围变宽，玻璃的熔融温度下降，并因而可以降低能耗。
液相线温度是指在如下情况下不会观察到晶体的最低温度：将破碎的玻璃试样置于铂板上，在具有温度梯度的炉子中保持30分钟，然后从炉子中取出，在冷却后，用显微镜观察软化的玻璃中是否存在晶体。
如前所述，本发明的光学玻璃可以用作预制体用以精密压模成型。在用作预制体的情况下，预制体的制备方法以及精密压模成型的方式并没有特殊限制，而是可以采用已知的制备方法和已知的精密压模成型方法。例如，可以直接由熔融玻璃制备预制体，或者，可替换地，可以通过对片状玻璃的冷加工来制备预制体。
在预制体是通过采用本发明的光学玻璃通过滴落熔融玻璃制备的情况下，如果熔融玻璃的粘度太低，则在预制体中容易形成条纹；然而，如果粘度太高，则难以通过滴落玻璃的重量和表面张力使玻璃断开。
相应地，为了稳定地制备高质量预制体，粘度(Pa.s)的对数logη应该优选落在0.3-2.0范围内，更优选落在0.4-1.8范围内，最优选落在大于0.4直到1.6的范围内。
实施例
现在描述本发明的实施例，但是本发明决不受限于这些实施例。
表1和4示出了本发明光学玻璃实施例1-21的组成及其折射系数(nd)、Abbe数(vd)、玻璃化转变温度(Tg)、比重和液相线温度。就实施例16-21而言，给出了外观失透、它们的折射系数(nd)、Abbe数(vd)、玻璃化转变温度(Tg)、比重和液相线温度。在表中，各个组分的组成用质量％表示。
表5示出了对比实施例A和B的光学玻璃组成及其折射系数(nd)、Abbe数(vd)、玻璃化转变温度(Tg)、比重、液相线温度和外观失透。
表1
表2
表3
表4
表5
为了制备表1-4中所示的实施例1-21的玻璃，称量并混合用于光学玻璃的普通原料，包括氧化物、碳酸盐和硝酸盐，以获得表1-4中所示的各个实施例的组成比。将原料置于铂坩锅中，于1100℃-1400℃范围内的温度熔融3-5小时，具体取决于该组成的熔融性质。在澄清和搅拌熔体以实现均匀化之后，将熔体浇铸到模具中并退火以提供玻璃。
对将退火降温速率设为-25℃/小时制备的玻璃测量其折射系数(nd)和Abbe数(vd)。
根据Japan Optical Glass Industrial Standard JOGIS08-2003“Measuring Method of Thermal Expansion of Optical Glass”测量玻璃的玻璃化转变温度(Tg)。采用长度为50mm、直径为4mm的试样作为测试试样。
根据Japan Optical Glass Industrial Standard JOGIS05-1975“Measuring Method of Specific Gravity of Optical Glass”测量玻璃的比重。
目视测量外观失透。在表中，符号O表示玻璃表面没有观察到失透的状态，符号Δ表示仅仅在玻璃最上表面观察到失透的状态，符号X表示在玻璃从表面到内部的部分中观察到失透的状态。
如表1-4所示，实施例1-21的光学玻璃都具有上述范围内的光学常数(折射系数(nd)和Abbe数(vd))，其玻璃化转变温度(Tg)是620℃或以下，所以适于精密压模成型。而且，由于这些实施例的比重落在4.25-4.39范围之内，所以可以有效地进行光学系统的轻质设计。由于表4的光学玻璃(实施例16-21)的SiO2/B2O3比落在0.40-1.25范围内而且Y2O3/La2O3的比落在0.26-0.78范围之内，所以这些光学玻璃的液相线温度落在1041℃-1144℃范围内，在玻璃表面上没有出现失透，或者，即使出现失透，也限于玻璃的最上表面，所以，失透被控制在这些光学玻璃可用于工业应用的程度。
另一方面，表5中所示的对比实施例A和B的试样在和本发明实施例相同的制备条件下制备，制备的玻璃采用和评价本发明实施例相同的评价方法进行评价。在对比实施例A和B中，SiO2/B2O3比落在0.30-1.55范围之外，Y2O3/La2O3的比落在0.15-1.00范围之外，所以，液相线温度和外观失透彼此不相容。因此，这些光学玻璃不能用于工业应用。
工业实用性
如上所述，本发明的光学玻璃是SiO2-B2O3-Y2O3-La2O3-ZnO-Li2O玻璃，不含Pb、As和F，光学常数中的折射系数(nd)落在1.73-小于1.80的范围内，光学常数中的Abbe数(vd)落在43-55的范围内，玻璃化转变温度(Tg)是620℃或以下，因此适于精密压模成型，具有足够的工业实用性。
Claims (10)
1.光学玻璃，其具有折射系数为1.73-小于1.80、Abbe数为43-55的光学常数，包含下列物质，基于氧化物的质量％，
SiO2 大于5％-20％或更低
B2O3 5％-小于20％
Y2O3 大于5％-35％或更低
La2O3 10-50％
ZnO 12％-小于25％，和
Li2O 大于1％-6％或更低
基本不含铅组分、砷组分和氟组分，SiO2/B2O3重量比为0.30-1.55，Y2O3/La2O3重量比为0.15-1.00，并且玻璃化转变温度为620℃或更低。
2.权利要求1的光学玻璃，其玻璃化转变温度为570℃或更低。
3.权利要求1或2的光学玻璃，其比重为4.5或者更低。
4.光学玻璃，其包含下列物质，基于氧化物的质量％：
SiO2 大于5％-20％或更低
B2O3 5％-小于20％
Y2O3 大于5％-35％或更低
La2O3 10-50％
ZnO 12％-小于25％，和
Li2O 大于1％-6％或更低
和
Gd2O3 0-20％和/或
Yb2O3 0-20％和/或
ZrO2 0-10％和/或
Ta2O5 0-小于8％和/或
WO3 0-小于5.5％和/或
Sb2O3 0-1％。
5.权利要求1或2的光学玻璃，还包含下列物质，基于氧化物的质量％：
Gd2O3 0-20％和/或
Yb2O3 0-20％和/或
ZrO2 0-10％和/或
Ta2O5 0-小于8％和/或
WO3 0-小于5.5％和/或
Sb2O3 0-1％。
6.权利要求1或2的光学玻璃，还含有下列物质，基于氧化物的质量％：
Na2O 0-5％和/或
K2O 0-5％和/或
MgO 0-5％和/或
CaO 0-小于15％和/或
SrO 0-10％和/或
BaO 0-15％和/或
GeO2 0-5％和/或
Al2O3 0-5％和/或
TiO2 0-小于3％和/或
Nb2O5 0-小于3％和/或
Bi2O3 0-小于10％。
7.权利要求1或2的光学玻璃，液相线温度为1160℃或更低，在液相线温度下的粘度(dPa.s)对数值logη为0.3-2.0。
8.一种透镜预制体，其由权利要求1-7中任一项定义的光学玻璃制备。
9.一种光学元件，其通过精密压模成型权利要求8中定义的透镜预制体制备。
10.一种光学元件，其通过精密压模成型权利要求1-7中任一项定义的光学玻璃制备。
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