CN101941797B

CN101941797B - 光学玻璃及光学元件

Info

Publication number: CN101941797B
Application number: CN2010102915420A
Authority: CN
Inventors: 孙伟
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: CN101941797A

Abstract

本发明公开了一种光学玻璃及光学元件，光学玻璃包括以下成分40wt％～60wt％的Nb₂O₅；16wt％～40wt％的P₂O₅；8wt％～25wt％的TiO₂；0.5wt％～10wt％的BaO；所述光学玻璃不含澄清剂。实验结果表明，本发明提供的光学玻璃无需添加澄清剂，不需添加非环保物质Sb₂O₃，本发明的光学玻璃其折射率为1.91～1.98，阿贝数为14～20，透射比为70％时，对应的波长小于470nm，满足现代成像设备的需要。

Description

光学玻璃及光学元件

技术领域

本发明涉及玻璃技术领域，更具体地说，涉及一种光学玻璃及光学元件。

背景技术

近年来，随着数码相机、数字摄像机、照相手机等日益流行，对作为其部件的光学玻璃的需要持续扩大。并且，随着光学系统机器的集成化、高功能化的迅速发展，对于光学系统的高精度化、轻量化和小型化的要求也越来越强烈，因此，对光学玻璃的性能也提出了更高的要求。

光学玻璃中的残留气泡、异物等缺陷的存在，给光学玻璃特别是用于图像传感器的摄像光学系统的光学玻璃带来很大危害，严重影响光学玻璃的使用，从而使图像传感器不能正常工作，因此，需要抑制缺陷的产生。光学玻璃中缺陷的产生过程主要为在玻璃原料熔解时，玻璃熔液容易被容器侵蚀，容器的一部份作为微细粒子及破片混入到玻璃中，从而使光学玻璃产生异物。因此，为了抑制光学玻璃中异物等缺陷的产生，必须缩短玻璃原料的熔解时间。由于在玻璃原料的熔解过程中，玻璃原料中的气体会不断排出，使最终制备的光学玻璃中无气泡等缺陷，因此如果缩短玻璃原料的熔解时间，玻璃熔液中的气体会去除不充分，因而残留气泡缺陷。

为了抑制光学玻璃中的残留气泡，通常在玻璃原料中添加Sb氧化物或As氧化物作为澄清剂，从而加速气体的排出。但是，Sb氧化物或As氧化物等澄清剂的引入会对环境造成不良影响，且Sb氧化物或As氧化物等澄清剂通常需要与硝酸盐配合使用，这就增加了氮氧化物的排放量。现有技术中，申请号200510004677.3的中国专利申请报道了一种光学玻璃，该光学玻璃包括P₂O₅、Nb₂O₅、TiO₂和Sb₂O₃，折射率为1.91或更大，阿贝数为21或更小，且在500nm或更短的波长下具有达到70％的透光率。该光学玻璃中以Sb₂O₃为澄清剂，会对环境造成不良影响。随着国际社会环保意识的加强，人们越来越重视控制大气中污染物的排放，所以，在光学玻璃中减少澄清剂与硝酸盐的引入量，设计和制造具有理想光学参数的环保光学玻璃势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种不引入澄清剂的、环保的光学玻璃及光学元件。

本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：

40wt％～60wt％的Nb₂O₅；

16wt％～40wt％的P₂O₅；

8wt％～25wt％的TiO₂；

0.5wt％～10wt％的BaO；

所述光学玻璃不含澄清剂。

优选的，还包括：

0～5wt％的SiO₂、0～15wt％的R₂O、0～5wt％的TO、0～5wt％的B₂O₃和0～5wt％的Bi₂O中的一种或几种，所述R₂O为Na₂O和/或K₂O，所述TO为MgO、SrO和CaO中的一种或几种。

优选的，包括：

41wt％～53wt％的Nb₂O₅。

优选的，包括：

43wt％～50wt％的Nb₂O₅。

优选的，包括：

19wt％～33wt％的P₂O₅。

优选的，包括：

22wt％～30wt％的P₂O₅。

优选的，包括：

10wt％～18wt％的TiO₂。

优选的，包括：

1wt％～6wt％的BaO。。

优选的，折射率为1.91～1.98；

阿贝数为14～20。

本发明还提供一种上述技术方案所述的光学玻璃形成的光学元件。

本发明提供一种光学玻璃及光学元件，包括以下成分：40wt％～60wt％的Nb₂O₅；16wt％～40wt％的P₂O₅；8wt％～25wt％的TiO₂；0.5wt％～10wt％的BaO；所述光学玻璃不含澄清剂。Nb₂O₅是赋予玻璃高折射率的组分，并且具有改进玻璃的析晶性能与抗失透性的作用。P₂O₅是构成玻璃结构的主要成分，对于提高光学玻璃的机械性能是有效的，有利于提高玻璃的稳定性。TiO₂可以提高光学玻璃的折射率和化学稳定性，并且具有提高玻璃的耐化学性和抗失透性的作用。BaO能增加光学玻璃的折射率、光泽和化学稳定性，同时BaO还能有效降低玻璃粘度，使得玻璃本身的活性较大。本发明提供的光学玻璃在高温下粘度不大，光学玻璃的活性较大，所以不需要引入澄清剂来促使玻璃熔化和澄清过程的气体更好地排出，从而避免了对环境的不良影响。实验结果表明，本发明提供的光学玻璃不添加澄清剂，不需添加非环保元素，折射率为1.91～1.98；阿贝数为14～20，透射比达到70％时，对应的波长小于470nm，满足现代成像设备的需要。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种光学玻璃，其特征在于，包括以下成分：

40wt％～60wt％的Nb₂O₅；

16wt％～40wt％的P₂O₅；

8wt％～25wt％的TiO₂；

0.5wt％～10wt％的BaO；

所述光学玻璃不含澄清剂。

Nb₂O₅是赋予玻璃高折射率的组分，并且具有改进玻璃的析晶性能与抗失透性的作用。Nb₂O₅的含量为40wt％～60wt％，优选为41wt％～53wt％，更优选为43wt％～50wt％。

P₂O₅是构成玻璃结构的主要成分之一，对于提高光学玻璃的机械性能是有效的，有利于提高玻璃的稳定性。当P₂O₅小于16wt％时，难以满足光学性能的要求，同时玻璃的稳定性和耐气候性下降；P₂O₅大于40wt％时，光学玻璃的折射率和散射变小，不能满足光学性能的要求。本发明中，光学玻璃中P₂O₅的含量为16wt％～40wt％，优选为19wt％～33wt％，更优选为22wt％～30wt％。

TiO₂可以提高光学玻璃的折射率和化学稳定性，并且具有提高玻璃的耐化学性和抗失透性的作用。TiO₂的含量为8wt％～25wt％，优选为10wt％～18wt％。

BaO能增加光学玻璃的折射率、光泽和化学稳定性，同时BaO还能有效降低玻璃粘度，使得玻璃本身的活性较大，所以不需要引入Sb₂O₃等澄清剂，来促使玻璃熔化和澄清过程的气体更好地排出。本发明中，光学玻璃中BaO的含量为0.5wt％～10wt％，优选为1wt％～6wt％。

由于本发明的技术方案所形成的光学玻璃在高温下粘度不大，玻璃本身的活性较大，所以不需要引入Sb₂O₃等澄清剂来促使玻璃熔化和澄清过程的气体更好地排出，从而避免了对环境的不良影响。

按照本发明，所述光学玻璃还可以包括0～5wt％的SiO₂、0～15wt％的R₂O、0～5wt％的TO、0～5wt％的B₂O₃和0～5wt％的Bi₂O中的一种或几种，所述R₂O为Na₂O和/或K₂O，所述TO为MgO、SrO和CaO中的一种或几种。

SiO₂是重要的玻璃形成体氧化物，以硅氧四面体的结构单元形成不规则的连续网络，是形成光学玻璃的骨架。SiO₂具有维持玻璃抗失透性的作用。SiO₂的含量可以为0～5wt％，还可以为1wt％～4wt％。

R₂O包括Na₂O和/或K₂O。Na₂O是玻璃助熔剂，可以降低玻璃的转变温度。K₂O可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解，并能降低玻璃的结晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽。R₂O的含量可以为0～15wt％，优选为2wt％～12wt％，更优选为4wt％～10wt％。

按照本发明，所述TO为MgO、SrO和CaO中的一种或几种。MgO可以使玻璃的硬化速度变慢，改善玻璃的成形性能，还可以提高玻璃的化学稳定性和机械强度。SrO具有增加光学玻璃的折射率的作用，并且可以改良玻璃的耐失透性。CaO在光学玻璃中的作用为稳定剂，能够增加光学玻璃的化学稳定性和机械强度，降低光学玻璃的密度。所述TO的含量可以为0～5wt％，优选为1wt％～5wt％。

B₂O₃是一种形成光学玻璃的重要的氧化物，对于形成光学玻璃的网络有效，能够降低玻璃的色散和膨胀系数，并有利于提高玻璃的热稳定性和化学稳定性，降低玻璃的转变温度和熔融温度。B₂O₃的含量可以为0～5wt％，优选为1wt％～5wt％。

Bi₂O具有降低玻璃的转变温度的作用，当Bi₂O的含量大于5wt％时，光学玻璃的抗失透性降低，并导致光学玻璃显色。Bi₂O的含量可以为0～5wt％，优选为1wt％～5wt％。

本发明提供的光学玻璃不引入澄清剂，可以不需引入硝酸盐，不需添加非环保元素，折射率为1.91～1.98，阿贝数为14～20，气泡等级A0以上。

本发明还提供一种由上述技术方案所述的光学玻璃形成的光学元件。本发明的光学元件由上述本发明的光学玻璃形成，因此，该光学元件具有上述光学玻璃的各种特性。

本发明提供的光学玻璃的性能参数按照如下方法进行测试。

其中折射率(nd)值为(-2℃/h)-(-6℃/h)的退火值，折射率与阿贝数按照《GB/T 7962.1-1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。

转变温度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试，即：被测样品在一定的温度范围内，温度每升高1℃，在被测样品的膨胀曲线上，将低温区域和高温区域直线部分延伸相交，其交点所对应的温度。

将玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的样品，测试玻璃在透射比达到70％对应的波长λ₇₀。

条纹用点光源和透镜组成的条纹仪，从最容易看见的条纹的方向上，与标准试样作比较检查，在规定条件下检测条纹。A0级以上的条纹无肉眼可见的条纹。

玻璃气泡质量按GB/T7962.8-1987规定的测试方法进行测量。

本发明的光学元件由上述的光学玻璃形成，不含澄清剂，不需添加非环保元素，折射率为1.91～1.98，阿贝数为14～20。本发明提供的光学元件适用于数码相机、数码摄像机和照相手机等。

对于本发明提供的光学玻璃的制备方法，并无特别限制，按照本领域技术人员熟知的方法进行制备。将原料进行熔化、澄清、均化后降温，注入预热的金属模，退火得到光学玻璃。光学玻璃的制备过程中，玻璃原料不引入硝酸盐，以氧化物或碳酸盐的方式引入，从而在熔炼过程无氮氧化物排放。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合具体的实施例，对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例1～6所提供的光学玻璃按照如下方法制备：

将实施例1～6中光学玻璃的成分所对应的原料按比例称量，充分混合后加入铂金坩埚内，在1000～1380℃下熔化、澄清、均化后降温；

在550～600℃左右将熔融玻璃浇注入预热后的金属模；

将注入预热后的金属模的熔融玻璃同金属模一起放入退火炉内徐冷退火后得到光学玻璃，测试光学玻璃的相关参数。实施例1～6提供的光学玻璃在压型时不析晶、不失透。

实施例1～6提供的光学玻璃的折射率、阿贝数、透光性能、气泡和条纹性能如表1所示。

实施例1～6提供的光学玻璃组分百分比及对应性能如表1所示。

表1实施例1～6提供的光学玻璃的组分百分比及对应性能

从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的光学玻璃和光学元件不含澄清剂，不需添加非环保元素，折射率为1.91～1.98，阿贝数为14～20，透射比达到70％时，对应的波长小于470nm，满足现代成像设备的需要。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种光学玻璃，其特征在于，包括以下成分：

45wt％～50wt％的Nb₂O₅；

25wt％～28wt％的P₂O₅；

8wt％～25wt％的TiO₂；

0.5wt％～10wt％的BaO；

0～15wt％的R₂O，所述R₂O为Na₂O和/或K₂O；所述光学玻璃不含澄清剂。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，还包括：

0～5wt％的SiO₂、0～5wt％的TO、0～5wt％的B₂O₃和0～5wt％的Bi₂O₃中的一种或几种，所述TO为MgO、SrO和CaO中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

12wt％～15wt％的TiO₂。

4.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

4wt％～7wt％的BaO。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的光学玻璃，其特征在于，

折射率为1.91～1.98；

阿贝数为14～20。

6.一种权利要求1～5任意一项所述的光学玻璃形成的光学元件。