CN101863618B

CN101863618B - 光学玻璃

Info

Publication number: CN101863618B
Application number: CN2010101564215A
Authority: CN
Inventors: 齐藤元昭
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: US20100261598A1; US8124552B2; CN101863618A; JP2010248024A; EP2241539A1; EP2241539B1; JP5427460B2

Abstract

本发明提供一种不仅具有高折射率且低色散的特性、且其成型性优异的光学玻璃。本发明的光学玻璃含有：SiO₂，含量为1wt％～5wt％；B₂O₃，含量为15wt％～24wt％；Al₂O₃，含量为0.1wt％～3wt％；ZnO，含量为1wt％～14wt％；La₂O₃，含量为35wt％～45wt％；Y₂O₃，含量为5wt％～10wt％；Ta₂O₅，含量为5wt％～13wt％；Li₂O，含量为0.5wt％～3wt％。由此，不仅确保高折射率及低色散并且屈伏温度(及玻璃化转变温度)下降。而且，通过含有Al₂O₃可谋求结构的稳定化，成型时的雾气等的外观不良就不易产生。

Description

光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种适合于在比较低的温度下的高精度的冲压成型的光学玻璃。

背景技术

近几年，通过CCD(Charge Coupled Device：电荷藕合器件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件读入图像信息的数码摄像机或带摄像头的移动电话机正在急速普及。尤其在最近，为了实现高图像质量而开发像素数大的摄像元件，随此对摄像透镜也逐渐要求高光学性能。另一方面，小型化的要求也强烈。

为了应对这种要求，作为上述的摄像透镜，大多采用由具有高精度尺寸的模具所冲压成型的玻璃的模压透镜。根据这种冲压成型，与基于研磨的加工相比，可以容易且有效地制作具有非球面的光学透镜或细小尺寸的光学透镜。

但是，这种冲压成型在作为原料的光学玻璃的屈伏(deformation)温度以上的高温下进行，所以大大承受热或应力等物理载荷的模具就需要高耐久性。理所当然，光学玻璃的屈伏温度变得越高，对模具的物理载荷也越增大，所以为了模具的长寿命化，需要尽量将光学玻璃的屈伏温度抑制得较低。

另一方面，在推进摄像透镜的小型化或广角化时，也强烈要求具有高折射率且低色散的光学玻璃。

从这样的背景，对高折射率且低色散、并且具有比较低的屈伏温度(以及玻璃化转变温度)的光学玻璃进行了一些开发(例如，参照专利文献1～6)。这些专利文献1～6所公开的光学玻璃含有：二氧化硅(SiO₂)、氧化硼(B₂O₃)、氧化镧(La₂O₃)、氧化钆(Gd₂O₃)以及氧化锌(ZnO)的光学玻璃。

专利文献1：日本专利公开2005-263570号公报

专利文献2：日本专利公开2005-97102号公报

专利文献3：日本专利公开2006-16293号公报

专利文献4：日本专利公开2006-16295号公报

专利文献5：日本专利公开2008-105863号公报

专利文献6：日本专利公开2004-175632号公报

然而，最近摄像透镜的小型化及高性能化显著，要求光学玻璃的进一步的高折射率化、低色散化以及加工容易性。

发明内容

本发明是鉴于这种问题点而完成的，其目的在于，提供一种不仅具有更高折射率及更低色散值、并且成型性优异的光学玻璃。

本发明的光学玻璃是含有：含量为1wt％～5wt％的SiO₂、含量为15wt％～24wt％的B₂O₃、含量为0.1wt％～3wt％的Al₂O₃、含量为1wt％～14wt％的ZnO、含量为35wt％～45wt％的La₂O₃、含量为5wt％～10wt％的Y₂O₃、含量为5wt％～13wt％的Ta₂O₅、含量为0.5wt％～3wt％的Li₂O的光学玻璃。

在本发明的光学玻璃中，以预定的组成比含有上述的各种材料，所以，不仅确保高折射率及低色散，并且玻璃状态稳定并且容易维持(例如，在冲压成型时，不易产生雾气等的不良情况)。

在本发明的光学玻璃中，还含有ZrO₂、Nb₂O₅、WO₃、Na₂O、K₂O以及Sb₂O₃中的至少一种即可。此时，ZrO₂的含量为0wt％～10wt％，Nb₂O₅的含量为0wt％～10wt％，WO₃的含量为0wt％～5wt％，Na₂O的含量为0wt％～3wt％，K₂O的含量为0wt％～3wt％，Sb₂O₃的含量为0wt％～1wt％即可。在含有上述的材料的情况，优选满足以下的条件式(1)。其中，A是La₂O₃及Y₂O₃的合计含量(wt％)，B是ZrO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅以及WO₃的合计含量(wt％)。

1.7＜A/B＜2.6……(1)

根据本发明的光学玻璃，不仅将B₂O₃及La₂O₃作为主要成分，并且含有Al₂O₃，所以可以谋求折射率特性及色散特性的改善和屈伏温度(及玻璃化转变温度)的减少。例如，可以确保对d线的超过1.83的折射率和超过37的阿贝数，并且可以将玻璃化转变温度抑制到低于640℃。只要是这种光学玻璃，则可以在比较低的温度下进行成型，所以适合于小型且具有高光学性能的模压透镜的量产。而且，本发明的光学玻璃未含有以往所使用的砷(As)或铅(Pb)、或者碲(Te)等的环境有害物质，所以在环保的观点上也优选。

具体实施方式

以下，对用于实施本发明的方式(以下，仅称为实施方式)详细地进行说明。

本发明的光学玻璃是适合于例如被搭载于数码静止摄像机或银盐照相机、或者移动电话用模组摄像机等的摄像透镜的光学玻璃。

该光学玻璃中作为构成成分含有二氧化硅(SiO₂)、氧化硼(B₂O₃)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锌(ZnO)、氧化镧(La₂O₃)、氧化钇(Y₂O₃)、五氧化二钽(Ta₂O₅)、氧化锂(Li₂O)的光学玻璃。

其中，SiO₂是形成该光学玻璃的结构的成分，并以1wt％～5wt％的含量(也称含量率)含有。通过在该光学玻璃添加1wt％以上的SiO₂，从而在成型温度区域(从玻璃的屈伏温度Ts至超过其50℃左右的温度为止的温度区域)使玻璃结构稳定化并将结晶化抑制。通过将SiO₂的含量设为5wt％以下而良好地保持作为光学玻璃的溶解度。

B₂O₃是形成该光学玻璃的骨骼的主要成分。通过将B₂O₃的含量设为整体的15wt％以上，而使作为光学玻璃的结构稳定化，通过设为24wt％以下，容易实现(例如，对d线的折射率nd超过1.83程度的)高折射率。

Al₂O₃是使玻璃状态的稳定性提高的成分。即，通过使该光学玻璃的粘性增加的同时使结晶的成长推迟，从而发挥功能以改善耐失透性。通过将Al₂O₃的含量设为整体的0.1wt％～3wt％，可以有效地发挥上述的功能。若含量超过3wt％，则反而变得容易失透。

ZnO发挥使该光学玻璃的溶解度提高的功能。ZnO的含量为整体的1wt％～14wt％即可。通过将含量设为1wt％以上，可以使溶解度提高。而且，通过将含量设为14wt％以下，容易实现(例如，对d线的折射率nd超过1.83程度的)高折射率。

La₂O₃是带来使该光学玻璃的折射率提高的同时使色散减少(即，增大阿贝数)的效果的成分。通过将La₂O₃的含量设为整体的35wt％以上，充分地发挥其效果。但是，若过量添加，则难以将玻璃化转变温度Tg设为640℃以下，所以优选将其含量设为整体的45wt％以下。

而且，Y₂O₃也是提高折射率的同时减少色散(增大阿贝数)的成分。通过将Y₂O₃的含量设为整体的5wt％以上，充分地发挥其效果。但是，若过量添加，则存在容易产生加工时的失透的倾向，所以优选将其含量设为整体的10wt％以下。

Ta₂O₅是提高折射率的成分。而且，也期待Ta₂O₅的防止失透的效果。但是，若过量添加，则存在容易产生加工时的失透的倾向，所以将其含量设为5wt％～13wt％即可。

Li₂O是主要发挥使玻璃化转变温度Tg下降的效果的成分。但是，若过量添加，则产生折射率的下降及玻璃稳定性的下降，所以将其含量设为0.5wt％～3wt％即可。

作为该光学玻璃的任意成分也可以含有氧化锆(ZrO₂)、氧化铌(Nb₂O₅)、三氧化钨(WO₃)、氧化钠(Na₂O)、氧化钾(K₂O)以及三氧化二锑(Sb₂O₃)中的至少一种。

ZrO₂是使折射率进一步提高的成分。但是，若过量添加，则导致玻璃稳定性的下降，所以将其含量设为0wt％～10wt％即可。

Nb₂O₅是用于获得高折射率的有效的成分。通过将Nb₂O₅的含量设为整体的5wt％以下，容易得到良好的溶解度。

而且，WO₃也是用于获得高折射率的有效的成分。通过将WO₃的含量设为整体的5wt％以下，容易得到良好的溶解度。

Na₂O及K₂O与Li₂O相同，是主要发挥使玻璃化转变温度Tg下降的效果的成分。但是，若过量添加这些，则折射率的下降及玻璃稳定性的下降就会产生，所以将Na₂O及K₂O的含量分别设为0wt％～3wt％即可。

Sb₂O₃是具有消泡作用及消色作用的成分。Sb₂O₃的含量为0wt％～1wt％即可。

在该光学玻璃中，优选满足以下条件式(1)。其中，A是La₂O₃及Y₂O₃的合计含量(wt％)，B是ZrO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅以及WO₃的合计含量(wt％)。

1.7＜A/B＜2.6……(1)

通过满足条件式(1)，玻璃化转变温度Tg及屈伏温度Ts被抑制得更进一步低，同时可以获得更进一步的高折射率和更进一步的低色散。在条件式(1)中，可发现若A/B成为1.7以下则阿贝数下降(色散增加)、若A/B成为2.6以上则折射率下降的倾向。

该光学玻璃例如可以如下制造。具体地，首先，将上述的各构成材料的原料粉末以预定的比例混合而获得混合原料。其次，按预定量将该混合原料投入到被加热至1100℃～1350℃左右的坩埚，维持坩埚的温度，并且使之依次熔融(熔融处理)。而且，维持坩埚的温度，并且将熔融的混合原料在预定时间范围进行搅拌之后(搅拌处理)，通过以预定时间保持静止状态而除去泡(澄清处理)。最后，在维持坩埚的温度的状态下进行搅拌，并且使之从坩埚流出，流入到被预先加热至预定温度的模型并且进行徐冷就得到本实施方式的光学玻璃。

而且，使用该光学玻璃形成透镜时，如下进行。首先，按照成型上述之光学玻璃的光学元件的大小或形状，加工成所希望的大小或形状来形成预制件。其次，通过被高精度加工成希望的形状的模具将预制件夹入而进行冲压成型。此时，将模具及预制件双方升温到预制件的屈伏温度左右之后进行加压，在维持其加压状态的同时降温至玻璃化转变温度以下。从模具取出成型的透镜之后，根据需要经过进行退火等预定的工序而完成透镜的制造。

这样，根据本实施方式的光学玻璃，按各预定量含有上述的各成分，所以可以不仅确保高折射率且低色散，并且可以谋求屈伏温度(及玻璃化转变温度)的下降。具体地，例如可以将对d线的折射率nd设为超过1.83，将阿贝数νd设为超过37，并且可以将玻璃化转变温度Tg设为640℃以下。而且，即使在玻璃的屈伏温度Ts附近的温度下进行冲压成型时，也可以容易避免伴随此的失透(所谓低温失透)。而且，在该光学玻璃中，即使不含有高价的氧化钆(Gd₂O₃)，而通过含有Al₂O₃也可谋求结构的稳定化，成型时的雾气等外观不良就不易产生。而且，如果添加Sb₂O₃，则可以避免在实用上如成为障碍的着色或泡的混入。而且，在该光学玻璃中未含有通常作为提高折射率的成分所添加的TiO₂，所以可以避免着色。

从而，通过使用这种光学玻璃，可以更加有效地制造具有良好的光学特性的模压透镜。而且，可以使在用于该光学玻璃的冲压成型的模具所施加的热载荷减少，所以有利于模具的长寿命化。而且，该光学玻璃未含有砷(As)、铅(Pb)或者碲(Te)等的环境有害物质，所以在环保的观点上也优选。

[实施例]

接着，对本发明的光学玻璃的具体的实施例进行说明。

表1是表示构成作为本发明的实施例的光学玻璃的各成分及其含量(wt％)的表(实施例1～10)。

[表1]

Nb₂O₅	wt％	8.0	5.0	5.5	5.0	10.0	-	8.5	9.5	-	5.0
												WO₃	wt％	3.0	1.0	3.0	2.0	-	4.0	3.5	-	-	1.0
Na₂O	wt％	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1.0
												K₂O	wt％	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1.0
条件式(1)	wt％	1.79	2.55	2.11	1.96	2.56	1.96	1.58	2.76	4.32	2.55
												合计	wt％	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0
Sb₂O₃	wt％	0.2	0.9	0.3	0.5	0.1	0.7	0.2	0.1	0.2	0.2
												nd	-	1.842	1.843	1.842	1.851	1.843	1.852	1.847	1.832	1.841	1.840
νd	-	40.3	40.6	40.2	40.6	40.5	40.2	37.5	40.6	42.0	40.4
												Tg	℃	605	511	636	603	591	576	608	593	595	508
Ts	℃	662	565	697	660	641	633	665	635	649	561

实施例1～10的光学玻璃均按以下所示的预定的含量含有SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO、La₂O₃、Y₂O₃、Ta₂O₅、Li₂O。

SiO₂：1wt％～5wt％

B₂O₃：15wt％～24wt％

Al₂O₃：0.1wt％～3wt％

ZnO：1wt％～14wt％

La₂O₃：35wt％～45wt％

Y₂O₃：5wt％～10wt％

Ta₂O₅：5wt％～13wt％

Li₂O：0.5wt％～3wt％

而且，实施例1～8、10的光学玻璃含有ZrO₂、Nb₂O₅、WO₃、Na₂O、K₂O以及Sb₂O₃中的至少一种。各成分的含量如下。

ZrO₂：0wt％～10wt％

Nb₂O₅：0wt％～10wt％

WO₃：0wt％～5wt％

Na₂O：0wt％～3wt％

K₂O：0wt％～3wt％

Sb₂O₃：0wt％～1wt％

而且，在实施例1～10的光学玻璃含有1wt％以下的Sb₂O₃。另外，在表1所示的本实施例中的各成分的含量是：由将除去Sb₂O₃的所有成分的合计重量设为100％而计算出的数值表示的含量。

而且，在实施例1～6、10中，均满足上述的条件式(1)的必要条件。

表1还表示实施例1～10的光学玻璃的各种特征值。具体地，关于实施例1～10的光学玻璃，分别表示对d线的折射率nd及阿贝数νd、玻璃化转变温度Tg(℃)以及屈伏温度Ts(℃)。

作为比较例1，制作了B₂O₃的含量脱离预定的范围的光学玻璃，作为比较例2制作了未含有作为本发明的必需成分的Al₂O₃的光学玻璃。对于这些比较例1、2的各成分及各特征值示于表2。

[表2]

从表1所示的各数值数据可知：在实施例1～10中，确保超过1.83的高折射率nd和超过37的高阿贝数νd，并且获得了低于640℃的玻璃化转变温度Tg。而且，也未产生失透。另一方面，在表2所示的比较例1、2中均产生了失透。

从这些结果可得知具有本实施例的成分的光学玻璃是在折射率nd、阿贝数νd以及玻璃化转变温度Tg的平衡非常良好的基础上，也不易产生伴随加工的失透且实用性优越的光学玻璃。即，可以确认本实施例的光学玻璃是在比较低的温度下可以进行高精度的冲压成型，并且作为具有更高光学性能的透镜的构成材料所适用的光学玻璃。

以上，例举实施方式及实施例说明了本发明，但是本发明不限于上述实施方式及实施例，可以进行各种变形。例如，光学玻璃的成分不限于上述各实施例中所示的值，可以取其他值。

Claims

1.一种光学玻璃，其特征在于，含有：

二氧化硅(SiO₂)，含量率为1重量％～5重量％；

氧化硼(B₂O₃)，含量率为15重量％～24重量％；

氧化铝(Al₂O₃)，含量率为0.1重量％～3重量％；

氧化锌(ZnO)，含量率为1重量％～14重量％；

氧化镧(La₂O₃)，含量率为35重量％～45重量％；

氧化钇(Y₂O₃)，含量率为5重量％～10重量％；

五氧化二钽(Ta₂O₅)，含量率为5重量％～13重量％；

氧化锂(Li₂O)，含量率为0.5重量％～3重量％。

2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，

还含有氧化锆(ZrO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)、三氧化钨(WO₃)、氧化钠(Na₂O)、氧化钾(K₂O)以及三氧化二锑(Sb₂O₃)中的至少一种。

3.如权利要求2所述的光学玻璃，其特征在于，

氧化锆的含量率为0重量％～10重量％；

五氧化二铌的含量率为0重量％～10重量％；

三氧化钨的含量率为0重量％～5重量％；

氧化钠的含量率为0重量％～3重量％；

氧化钾的含量率为0重量％～3重量％；

三氧化二锑的含量率为0重量％～1重量％。

4.如权利要求2或3所述的光学玻璃，其特征在于，

还满足以下的条件式(1)：

1.7＜A/B＜2.6……(1)

其中，A是氧化镧及氧化钇的合计含量率，B是氧化锆、五氧化二铌、五氧化二钽以及三氧化钨的合计含量率，并且，该合计含量率为按重量％计。