CN101439929A

CN101439929A - 光学玻璃、精密压型用预制件及光学元件

Info

Publication number: CN101439929A
Application number: CNA2008103065074A
Authority: CN
Inventors: 匡波
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: CN101439929B

Abstract

本发明提供一种nd为1.65－1.75、νd为50－60、转变温度Tg在540℃以下的精密压型用光学玻璃、精密压型用预制件及光学元件。光学玻璃，其重量百分比组成为：0－15％的SiO₂；28－43％的B₂O₃；21－35％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为0－15％；3－13％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1－8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1－20％；0－8％的ZrO₂；0－0.1％的Sb₂O₃；0－0.5％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0－3％。本发明的光学玻璃延长成型模具的寿命，在实现高效率生产的同时，还可以降低光学元件的生产成本。

Description

光学玻璃、精密压型用预制件及光学元件

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃、精密压型用预制件及光学元件，更详细地说，本发明涉及一种具有折射率(nd)为1.65—1.75，阿贝数(vd)为50—60的同时，转变温度Tg在540℃以下具有优良精密压型性的光学玻璃，，及由上述光学玻璃构成的精密压型预制件和光学元件。

背景技术

近年来，随着数码相机、摄像机及可拍照相机手机的快速普及使用，使得光学系统也朝着高精度化、轻量化、小型化的方向迅速发展。为满足上述要求，使用非球面透镜进行光学设计正成为主流。以较低的成本大量、稳定生产非球面透镜的精密压型技术受到越来越多的关注，对于适于精密压型的低软化点光学玻璃的需求也与日俱增。精密压型用低软化点光学玻璃要求各种光学常数的光学玻璃，对于高折射低色散光学玻璃，通常使用一定量的La2O3，但是其含量过多易造成玻璃转变温度(Tg)上升，不利于精密压型。为了降低玻璃转变温度，玻璃中往往大量引入碱金属氧化物，但会同时使得玻璃稳定性恶化。因此对于高折射低色散玻璃，要防止压型时的破损，并兼顾低温软化性和稳定性两方面是极其困难的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种nd为1.65—1.75、vd为50—60、转变温度Tg在540℃以下的精密压型用光学玻璃。

本发明还要提供一种由上述光学玻璃构成的精密压型用预制件。

本发明还要提供一种使用上述预制件生产的光学元件。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃，其重量百分比组成为：0-15％的SiO₂；28-43％的B₂O₃；21-35％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为0-15％；3-13％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1-8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1-20％；0-8％的ZrO₂；0-0.1％的Sb₂O₃；0-0.5％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0-3％。

进一步的，其重量百分比组成为：6-12％的SiO₂；28-35％的B₂O₃；22-30％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为3-12％；5-10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1-8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1-20％；1-7％的ZrO₂；0-0.1％的Sb₂O₃；0-0.5％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0-3％。

进一步的，其重量百分比组成为：7-10％的SiO₂；29-34％的B₂O₃；22-30％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为3-12％；5-10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1-8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1-20％；1-7％的ZrO₂；0-0.1％的Sb₂O₃；0-0.5％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0-3％。

进一步的，其重量百分比组成为：6-12％的SiO₂；28-35％的B₂O₃；22-27％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为5-10％；6-10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1-8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1-20％；3-7％的ZrO₂；0-0.05％的Sb₂O₃；0-0.1％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0-1％。

进一步的，其重量百分比组成为：7-10％的SiO₂；29-34％的B₂O₃；22-27％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为5-10％；6-10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1-8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1-20％；3-7％的ZrO₂；0-0.05％的Sb₂O₃；0-0.1％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0-1％。

进一步的，其重量百分比组成为：7-10％的SiO₂；29-34％的B₂O₃；22-27％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为5-10％；6-10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1-8％，其中Li₂O为1-7％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1-20％，其中CaO为0-10％，SrO为0-10％；3-7％的ZrO₂；0-0.05％的Sb₂O₃；0-0.1％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0-1％。

进一步的，其重量百分比组成为：7-10％的SiO₂；29-34％的B₂O₃；22-27％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为5-10％；6-10％的ZnO；1-7％的Li₂O；CaO为0-10％；3-7％的ZrO₂；0-0.05％的Sb₂O₃。

本发明的有益效果是：本发明的光学玻璃具有nd为1.65-1.75，vd为50-60，且转变温度Tg在540℃以下具有低软化点的光学玻璃；而且，当从其熔融玻璃直接成型为用于精密压型的玻璃预制件时，本发明的光学玻璃不易结晶并具有良好的玻璃稳定性。本发明提供的低软化点光学玻璃，可以降低精密压型的温度，延长成型模具的寿命，在实现高效率生产的同时，还可以降低光学元件的生产成本。

具体实施方式

按照前述限定构成本发明光学玻璃的各组成范围的理由叙述如下。各成分用氧化物标准的重量％表达。

SiO₂对于本发明的光学玻璃而言，对增加玻璃的成型粘度、提高耐失透性和化学稳定性非常有效，但如果其量过多，则Tg会提高、熔融性会变差。因此，其含量为0-15％，优选6-12％，更优选7-10％。

B₂O₃作为玻璃生成体氧化物是不可缺少的成分。但是，如果其量过少，则抗失透性不充分；如果其量过多，则玻璃折射率降低，化学稳定性变差。因此，其含量为28-43％，优选28-35％，更优选29-34％。

La₂O₃对于提高玻璃的折射率、降低色散有效。但是如果其含量过少，则难以将玻璃的光学常数值维持在上述范围内；如果其含量过多，则引起玻璃软化温度上升，抗失透性变差。因此，其含量为21-35％，优选为22-30％，更优选22-27％。

Gd₂O₃具有提高玻璃的折射率和化学稳定性的效果，特别是和La₂O₃共同存在时，提高玻璃的抗失透能力和玻璃化学稳定性效果更明显。但是如果其含量过多，则会提高玻璃的转变温度，增加成型预制件及精密压型的难度。

Y₂O₃和Gd₂O₃一样，具有在不降低玻璃的抗失透能力情况下提高玻璃的折射率和化学稳定性的效果，特别是和La₂O₃共同存在时，提高玻璃化学稳定性效果更明显。但是如果其含量过多，则会提高玻璃的转变温度，增加成型预制件及精密压型的难度。

Yb₂O₃和Gd₂O₃、Y₂O₃一样，具有在不降低玻璃的抗失透能力情况下提高玻璃的折射率和化学稳定性的效果。但由于其本身在近红外波段(900nm左右)有截止吸收，影响光学系统的成像质量，因此优选不使用。

由于Gd₂O₃、Y₂O₃、Yb₂O₃和La₂O₃共同存在，更增加玻璃的抗失透能力。但如果其含量过多，则会提高玻璃的转变温度，对成型预制件和精密压型不利。所以本发明的光学玻璃的Gd₂O₃、Y₂O₃及Yb₂O₃的总量为0-15％、优选3-12％、更优选5-10％。

ZnO在本发明中具有降低熔融温度和玻璃转变温度，提高玻璃化学稳定性的作用，并能有效维持本发明所需折射率。特别是ZnO和其他2价成分相比，起到大幅度提高玻璃化学稳定性的作用。但如果其含量过多，则会降低玻璃的抗失透性。因此，其含量为3-13％、优选5-10％、更优选6-10％。

Li₂O具有显著降低玻璃转变温度、改善玻璃熔融性的效果。但如果其含量过多，则会降低玻璃的抗失透性能，导致玻璃化学稳定性降低，难以获得高质量的预制件。作为碱金属氧化物，除Li₂O外也可以引入Na₂O、K₂O，但应该控制其比例。所以本发明的光学玻璃的Li₂O、Na₂O及K₂O的总量为1-8％，优选Li₂O的含量为1-7％。

CaO、SrO、BaO和MgO对于调整光学玻璃常数有效，同时可以在一定程度上改善玻璃的化学稳定性，特别是CaO还可以有效降低本发明玻璃的比重，但这些组分如果含量过多，反而会降低玻璃的化学耐气候性。所以本发明的光学玻璃的CaO、SrO、MgO和BaO的总量为1-20％，其中CaO为0-10％、SrO为0-10％。

ZrO₂是具有改善化学稳定性和抗失透性效果，调整光学常数的任意成分。但如果其含量过多，则相反抗失透性和低温软化性会变差。因此，其含量为0-8％，优选1-7％，更优选3-7％。

Sb₂O₃作为澄清剂可以任意添加，并且具有调节玻璃熔炼氧化还原气氛的重要作用。通常高折射低色散光学玻璃都使用铂金器皿熔炼生产，如果Sb₂O₃含量过多，则会使铂金在玻璃中的熔入量增大，使玻璃的短波透过率变差。因此，其含量为0-0.1％、优选0-0.05％。

SnO₂作为澄清剂可以任意添加，也可以与Sb₂O₃共同引入玻璃中起澄清作用。但如果含量过多，则玻璃的短波透过率变差。因此，其含量为0-0.5％、优选0-0.1％。

Nb₂O₅、Ta₂O₅、WO₃和TiO₂各成分往往具有调整玻璃折射率、改善玻璃化学稳定性的效果。但如果其含量过多，则会提高玻璃的转变温度并使玻璃的短波透过率下降，不利于成型高质量的预制件。因此，其总含量为0-3％、优选0-1％。

本发明的光学玻璃可利用加热熔融玻璃原料制造。玻璃原料可以有氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等。把这些原料按规定的比例秤取，混合成调和原料后投入到铂坩埚中，根据玻璃组成的熔融性，在1100-1300℃下熔融，经熔化、澄清、搅拌和均质化后，就可以获得没有气泡及不含未熔解物的均质熔融玻璃，此熔融玻璃通过成型、退火慢慢冷却到室温，就得到了本发明的光学玻璃。

以下对本发明的实施例进行说明，但本发明并不受这些实施例的限定。

表1和表2显示本发明玻璃的14个实施例的组成、折射率(nd)、阿贝数(vd)、玻璃转化温度(Tg)、玻璃软化温度(Ts)、析晶上限温度(℃)，各成分的组成用重量％表示。

表1

表2

上表中的折射率(nd)、阿贝数(vd)是对于在徐冷降温速度为-4℃/小时时得到的光学玻璃进行测定的。

转变温度(Tg)和软化温度是(Ts)将长49mm、直径6mm的试样以每分钟4℃的恒定速度升温加热，同时测定试样的伸长和温度，由所得到的热膨胀曲线求出的。

析晶上限温度是指将长160mm、宽7mm和高7mm的玻璃试样置于铂舟中，放入最高温度为1200℃的梯温炉(一种空间与温度具有对应关系的测试设备)中保温4小时，然后取出至炉外淬冷后立即观察玻璃表面和玻璃中有无结晶，未见结晶的最低温度为析晶上限温度。

如表1和表2所示，所有玻璃具有理想的折射率(nd)、阿贝数(vd)和转变温度(Tg)，并显示出极好的低软化性质和可熔性，适合作为精密压型用光学玻璃。

本发明的预制件是由上述本发明的光学玻璃构成的，根据精密压型后光学元件的形状成型成适当的形状，其形状可以为球形、具有旋转对称轴的椭球形等，并可根据需要在表面上制备有利于精密模压时脱模的膜层，上述预制件可精密压型为具有所要求光学常数的光学元件。

本发明的光学元件是由上述本发明的光学玻璃构成的。本发明的光学元件，和构成光学元件的本发明光学玻璃一样，具有高折射率低色散的特点。

本发明的光学元件可以是：球面透镜、非球面透镜、微型透镜等各种透镜，衍射光栅、带衍射光栅的透镜、透镜阵列组、棱镜等。上述光学元件最好是加热本发明的预制件，经软化、精密压型而获得的。

这些光学元件也可根据需要设计防反射膜、全反射膜、部分反射膜、具有分光特性的膜等光学薄膜。

如上所述，本发明提供的光学玻璃具有折射率(nd)为1.65—1.75、阿贝数(vd)为50—60的同时，转变温度Tg在540℃以下，具有低温软化的特点，适于精密压型。用本发明的光学玻璃，在高生产率的情况下，能够制造精密压型用预制件，并能够提供由高折射低色散玻璃构成的光学元件。

Claims

【权利要求1】光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：

0—15％的SiO₂；28—43％的B₂O₃；21—35％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为0—15％；3—13％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1—8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1—20％；0—8％的ZrO₂；0—0.1％的Sb₂O₃；0—0.5％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0—3％。
【权利要求2】如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：

6—12％的SiO₂；28—35％的B₂O₃；22—30％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为3—12％；5—10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1—8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1—20％；1—7％的ZrO₂；0—0.1％的Sb₂O₃；0—0.5％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0—3％。
【权利要求3】如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：

7—10％的SiO₂；29—34％的B₂O₃；22—30％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为3—12％；5—10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1—8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1—20％；1—7％的ZrO₂；0—0.1％的Sb₂O₃；0—0.5％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0—3％。
【权利要求4】如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：

6—12％的SiO₂；28—35％的B₂O₃；22—27％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为5—10％；6—10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1—8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1—20％；3—7％的ZrO₂；0—0.05％的Sb₂O₃；0—0.1％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0—1％。
【权利要求5】如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：

7—10％的SiO₂；29—34％的B₂O₃；22—27％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为5—10％；6—10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1—8％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1—20％；3—7％的ZrO₂；0—0.05％的Sb₂O₃；0—0.1％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0—1％。
【权利要求6】如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：

7—10％的SiO₂；29—34％的B₂O₃；22—27％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为5—10％；6—10％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的总量为1—8％，其中Li₂O为1—7％；MgO、CaO、SrO和BaO的总量为1—20％+其中CaO为0—10％，SrO为0—10％；3—7％的ZrO₂；0—0.05％的Sb₂O₃；0—0.1％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的总量为0—1％。
【权利要求7】如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：

7—10％的SiO₂；29—34％的B₂O₃；22—27％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的总量为5—10％；6—10％的ZnO；1—7％的Li₂O；CaO为0—10％；3—7％的ZrO₂；0—0.05％的Sb₂O₃。
【权利要求8】如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的nd为1.65-1.75、vd为50-60，Tg在540℃以下。
【权利要求9】采用权利要求1所述的光学玻璃制成的精密压型用预制件。
【权利要求10】采用权利要求1所述的光学玻璃制成的光学元件。