CN104909560A - 光学玻璃、用于精密冲压成型的预成型件及光学元件 - Google Patents

光学玻璃、用于精密冲压成型的预成型件及光学元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学玻璃、用于精密冲压成型的预成型件及光学元件。提供了一种可被精密冲压成型、具有高耐水性、并具有低比重的中等折射率低色散的光学玻璃，以及使用这种光学玻璃的用于精密冲压成型的预成型件及光学元件。所述光学玻璃具有按质量％包括以下成分的组合物：SiO2：35至55％，B2O3：12至27％，Al2O3：6至16％，Li2O：5至12％，MgO：0至10％，CaO：5至17％，ZrO2：0至7％，La2O3：0至7％，ZnO：0至5％，TiO2：0至5％，Nb2O5：0至5％，以及Ta2O5：0至5％。不包括SrO和BaO。

Description

光学玻璃、用于精密冲压成型的预成型件及光学元件
技术领域
本发明涉及光学玻璃、用于精密冲压成型的预成型件(preform)及光学元件。特别地，本发明涉及可被精密冲压成型的中等折射率低色散的光学玻璃，其具有高耐水性并具有低比重，并且还涉及使用这种光学玻璃的用于精密冲压成型的预成型件及光学元件。
背景技术
近年来，光学设备的普及和发展推动了对具有广泛特征的光学玻璃的需求。特别地，中等折射率低色散光学玻璃由于其在各种光学设备(诸如数码相机和摄像机)中的可用性而具有很大需求量。此外，由于最近高性能产品的快速发展，对适于精密冲压成型的玻璃(具有复杂形状的透镜通过其可相对容易地来制造)、能够承受严峻的使用环境并且容易处理的高度防水玻璃、以及从减轻重量并减少此产品的成本的角度具有低比重的玻璃的需求不断增加。
传统已知的可被精密冲压成型的中等折射率低色散光学玻璃的实例包括含有4.8质量％以下的量的Al2O3的玻璃(例如，参照专利文献1)，含有12.5重量％以上的量的Li2O的玻璃(例如，参照专利文献2)，含有18重量％以上的量的CaO的玻璃(例如，参照专利文献3)，含有SrO的玻璃(例如参照专利文献4)，以及含有BaO的玻璃(例如，参照专利文献5)。
然而，在专利文献1-5中描述的光学玻璃作为可被精密冲压成型的中等折射率低色散光学玻璃在耐水性和比重方面还是未令人感到满意。
引用列表
专利文献
PTL1：日本专利申请公开No.2007-169086
PTL2：日本专利申请公开No.2005-306627
PTL3：日本专利申请公开No.S60-036348
PTL4：日本专利申请公开No.2005-200296
PTL5：日本专利申请公开No.2013-018674
发明内容
已经鉴于如上所述的当前状态构思了本发明，并且本发明的目的是提供一种可被精密冲压成型、具有高耐水性、并具有低比重的中等折射率低色散的光学玻璃，并提供使用这种光学玻璃的用于精密冲压成型的预成型件及光学元件。
本发明人对专利文献1-5中未获得具有令人满意的耐水性和低比重的光学玻璃的原因进行了认真研究。
该研究揭示了以下发现。
(1)本发明人发现由于在专利文献1的任何光学玻璃中Al2O3的含量低至4.8质量％以下，因此难以实现低比重，同时维持良好的耐水性。因此，从耐水性和比重的角度发现Al2O3的含量优选地大于4.8质量％。
(2)本发明人发现由于在专利文献2的任何光学玻璃中Li2O的含量高至12.5重量％以上，因此光学玻璃会遭受耐水性降低。因此，从耐水性的角度发现Li2O的含量优选地低于12.5重量％。
(3)本发明人发现由于在专利文献3的任何光学玻璃中CaO的含量高至18重量％以上，因此光学玻璃会遭受耐水性降低。因此，从耐水性的角度发现CaO的含量优选地低于18重量％。
(4)本发明人发现由于在专利文献4的任何光学玻璃中包含SrO，因此难以实现低比重。因此，从比重的角度发现不应包括SrO。
(5)本发明人发现由于在专利文献5的任何光学玻璃中包含BaO，因此难以实现低比重。因此，从比重的角度发现不应包括BaO。
通过重复研究构思了本发明以基于上述发现克服传统的问题。也就是说，本发明基于所期望的目的将通过至少预定含量的Al2O3，降低含量的Li2O和CaO，不含SrO和BaO来实现的新颖发现。
本发明的第一方面在于
1.一种光学玻璃，包括按如下质量％包括如下成分的组合物：
35至55％的量的SiO2，
12至27％的量的B2O3，
6至16％的量的Al2O3，
5至12％的量的Li2O，
0至10％的量的MgO，
5至17％的量的CaO，
0至7％的量的ZrO2，
0至7％的量的La2O3，
0至5％的量的ZnO，
0至5％的量的TiO2，
0至5％的量的Nb2O5，以及
0至5％的量的Ta2O5，其中，
不包括SrO和BaO。
“不包括SrO和BaO”是指SrO和BaO有目的地未包含在组合物中。也就是说，组合物基本上不包含SrO和BaO。
本发明的第二方面在于
2.如项1所述的光学玻璃，具有小于2.80的比重。
本发明的第三方面在于
3.如项1或2所述的光学玻璃，具有根据在日本光学玻璃工业标准(JOGIS)中规定的粉末法(powder method)的第1级至第2级的化学耐久性(耐水性)。
本发明的第四方面在于
4.如项1至3中任一项所述的光学玻璃，具有1.57至1.61的折射率(nd)和58-62的阿贝数(vd)。
本发明的第五方面在于
5.如项1至4中任一项所述的光学玻璃，具有545℃以下的玻璃转变温度(Tg)或590℃以下的屈服点(At)。
本发明的第六方面在于
6.一种用于精密冲压成型的预成型件，包括权利要求1至5中任一项所述的光学玻璃作为其材料。
本发明的第七方面在于
7.一种光学元件，包括权利要求1至5中任一项所述的光学玻璃作为其材料。
本发明提供了一种可被精密冲压成型、具有高耐水性、并具有低比重的中等折射率低色散的光学玻璃。本发明还提供了使用这种光学玻璃的用于精密冲压成型的预成型件及光学元件。
具体实施方式
(光学玻璃)
下面将详细描述本发明的优选光学玻璃。
首先，给出了关于光学玻璃的玻璃组合物局限于上述范围的原因的描述。应该注意，关于组分的“％”表示是指质量％，除非另有说明。
<SiO2>
SiO2是能够形成玻璃的网状结构并赋予玻璃可延长的抗失透稳定性的有用组分。SiO2对于提高化学耐久性也起作用。然而，大于55％的SiO2的含量可能降低玻璃的可熔性，并且小于35％的SiO2的含量可能降低化学耐久性(耐水性)。因此，将SiO2的含量设置在35-55％的范围内。SiO2的含量优选地在36-54％的范围内，并且更优选地在37-53％的范围内。
<B2O3>
与SiO2相似，B2O3是能够形成玻璃的网状结构并赋予玻璃可延长的抗失透稳定性的有用组分。B2O3对于提高折射率(nd)而不降低阿贝数(νd)以及提高可熔性(fusibility)还起作用。然而，大于27％的B2O3的含量可能降低化学耐久性(耐水性)，并且小于12％的B2O3的含量可能降低可熔性和折射率(nd)。因此，将B2O3的含量设置在12-27％的范围内。B2O3的含量优选地在13-26％的范围内，并且更优选地在14-25％的范围内。
<Al2O3>
Al2O3对于形成玻璃的网状结构起作用并且作为氧化改性剂对于提高玻璃的抗失透稳定性和化学耐久性(耐水性)还起作用。然而，大于16％的Al2O3的含量可能降低可熔性，并且小于6％的Al2O3的含量可能降低化学耐久性(耐水性)。因此，将Al2O3的含量设置在6-16％的范围内。Al2O3的含量优选地在7-15％的范围内，并且更优选地在8-14％的范围内。
<Li2O>
Li2O是能够降低玻璃转变温度(Tg)和屈服点(At)并且还能够降低比重的有用组分。然而，大于12％的Li2O的含量可能降低化学耐久性(耐水性)，并且小于5％的Li2O的含量可能提高玻璃转变温度(Tg)和屈服点(At)。因此，将Li2O的含量设置在5-12％的范围内。Li2O的含量优选地在5.5-11.5％的范围内，并且更优选地在6-11％的范围内。
<MgO>
MgO是能够降低玻璃的比重的有用组分。然而，大于10％的MgO的含量可能降低折射率(nd)和化学耐久性(耐水性)。因此，将MgO的含量设置在0-10％的范围内。MgO的含量优选地在0-9％的范围内，并且更优选地在0-8％的范围内。
<CaO>
CaO是能够提高折射率(nd)而不降低阿贝数(νd)并且还能够提高可熔性的有用组分。然而，大于17％的CaO的含量可能降低化学耐久性(耐水性)并增加比重，并且小于5％的CaO的含量可能降低折射率(nd)。因此，将CaO的含量设置在5-17％的范围内。CaO的含量优选地在6-16％的范围内，并且更优选地在7-15％的范围内。
<ZrO2>
即使少量的ZrO2对于提高化学耐久性(耐水性)和折射率(nd)也起作用。然而，大于7％的ZrO2的含量可能降低可熔性和阿贝数(νd)并增加比重。因此，将ZrO2的含量设置在0-7％的范围内。ZrO2的含量优选地在0-6％的范围内，并且更优选地在0-5％的范围内。
<La2O3>
即使少量的La2O3对于提高化学耐久性(耐水性)也起作用并且对于提高折射率(nd)而不降低阿贝数(νd)也起作用。然而，大于7％的La2O3的含量可能提高比重。因此，将La2O3的含量设置在0-7％的范围内。La2O3的含量优选地在0-6％的范围内，并且更优选地在0-5％的范围内。
<ZnO>
即使少量的ZnO对于提高化学耐久性(耐水性)、折射率(nd)和可熔性也起作用。然而，大于5％的ZnO的含量可能降低阿贝数(νd)并增加比重。因此，将ZnO的含量设置在0-5％的范围内。ZnO的含量优选地在0-4％的范围内，并且更优选地在0-3％的范围内。
<TiO2>
即使少量的TiO2对于提高化学耐久性(耐水性)和折射率(nd)也起作用。然而，大于5％的TiO2的含量可能明显降低可熔性和阿贝数(νd)。因此，将TiO2的含量设置在0-5％的范围内。TiO2的含量优选地在0-4％的范围内，并且更优选地在0-3％的范围内。
<Nb2O5>
即使少量的Nb2O5对于提高化学耐久性(耐水性)和折射率(nd)也起作用。然而，大于5％的Nb2O5的含量可能降低阿贝数(νd)并增加比重。因此，将Nb2O5的含量设置在0-5％的范围内。Nb2O5的含量优选地在0-4％的范围内，并且更优选地在0-3％的范围内。
<Ta2O5>
即使少量的Ta2O5对于提高化学耐久性(耐水性)和折射率(nd)也起作用。然而，大于5％的Ta2O5的含量可能降低阿贝数(νd)并增加比重。因此，将Ta2O5的含量设置在0-5％的范围内。Ta2O5的含量优选地在0-4％的范围内，并且更优选地在0-3％的范围内。
<SrO，BaO>
就本发明的光学玻璃而言，发现SrO和BaO可能会提高比重。因此，在本发明的光学玻璃中不包括SrO和BaO。“不包括SrO和BaO”在此是指组合物中有目的地不包含SrO和BaO。也就是说，组合物基本上不包含SrO和BaO。
<比重>
在组合物包括前述组分的本发明的光学玻璃中，从降低产品重量和成本的角度来看，比重优选地小于2.80，并且更优选地为2.75以下。
<化学耐久性(耐水性)>
在组合物包括前述组分的本发明的光学玻璃中，根据在日本光学玻璃工业标准(JOGIS)中规定的粉末法的化学耐久性(耐水性)优选被列为第1级或第2级。
<折射率(nd)，阿贝数(νd)>
在组合物包括前述组分的本发明的光学玻璃中，折射率(nd)优选在1.57-1.61的范围内(中等折射率)，并且更优选地在1.575-1.605的范围内(中等折射率)。
此外，在组合物包括前述组分的本发明的光学玻璃中，阿贝数(νd)优选地在58-62的范围内，并且更优选地在58.5至61.5的范围内。
<玻璃转变温度(Tg)，屈服点(At)>
在组合物包括前述组分的本发明的光学玻璃中，从精密冲压成型性的角度来说，玻璃转变温度(Tg)优选地为545℃以下，并且更优选地为540℃以下。
在组合物包括前述组分的本发明的光学玻璃中，从精密冲压成型性的角度来说，屈服点(At)优选地为590℃以下，并且更优选地585℃以下。
直到本发明才实现这样的中等折射率低色散光学玻璃，如上所述，其具有1.57-1.61的折射率(nd)、58-62的阿贝数(νd)、小于2.80的比重、根据日本光学玻璃工业标准(JOGIS)中规定的粉末法列为第1级至第2级的化学耐久性(耐水性)、545℃以下的玻璃转变温度(Tg)、590℃以下的屈服点(At)。
<光学玻璃的制造方法>
接下来，给出本发明的光学玻璃的制造方法的描述。
根据本发明，只需要具有满足前述优选范围的组分组合物的光学玻璃可通过任何方法(没有特别限制)来制造，并且可使用任何传统的制造方法。
也就是说，作为组分的材料，按预定比例称重相应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等并将其完全地混合以制备混合的玻璃材料。随后，将制备等材料例如装入不与玻璃材料反应的铂坩埚(platinum crucible)中，并在电炉中加热至1200-1500℃以熔化并同时及时地搅拌。此后，熔化的产物在电炉中被提炼并均质化(homogenize)，随后铸成预热至合适温度的模具。所产生的产物在电炉中逐渐冷却以除去应力。因此，制造本发明的光学玻璃。另外，出于改善玻璃的着色和消泡的目的，可以添加微小量(0.5％以下)的工业已知的消泡组分，诸如Sb2O3。
(用于精密冲压成型的预成型件)
下面将详细描述本发明的优选的用于精密冲压成型的预成型件。
用于精密冲压成型的预成型件(精密冲压成型预成型件)是指用于已知的精密冲压成型中的预成型玻璃材料。
在下面的描述中，这种精密冲压成型预成型件可简称为预成型件。虽然预成型件隐含由要进行加热以便精密冲压成型的预成型玻璃本体，但是精密冲压成型在此也被称为已知的模具光学件成型。在该方法中，光学元件的光学功能表面通过将冲压模具的成型表面转印到玻璃上而形成。光学功能表面是指折射、反射、衍射并透射被控制的光的光学元件的表面。例如，透镜的透镜表面与这种光学功能表面对应。
为了允许玻璃在精密冲压成型期间满意地沿冲压模具的成型表面延伸同时防止玻璃和成型表面之间反应和熔接，预成型件优选利用脱模薄膜(mold releasing film)遮盖在其表面上。可使用各种类型的脱模薄膜，并且实例包括含有贵金属(例如，铂和铂合金)、氧化物(例如，Si，Al，Zr、La和Y的氧化物)、氮化物(例如，B，Si和Al的氮化物)和碳的脱模薄膜。作为含碳膜，包含碳作为主要组分的膜(即，当膜中元素的含量以原子％表示时，其碳含量大于其他元素的含量的膜)可以是优选的。例如，可使用碳膜或碳氢膜。作为含碳膜的膜形成方法，可使用包括真空沉积工艺、溅射工艺、和利用碳材料的离子电镀工艺的任何已知的工艺，或者包括利用材料气体(诸如碳氢化合物)的热分解工艺的任何已知的工艺。可使用沉积工艺、溅射工艺、离子电镀工艺、溶胶-凝胶工艺等来形成其他类型的膜。
虽然本发明的预成型件的制造方法不受特别限制，但是预成型件优选通过以下方法利用玻璃的优良特征的优点来制造。
制造用于精密冲压成型的预成型件的第一方法(在下文可称为预成型件制造方法I)包括：使玻璃材料熔化，使所产生的熔融玻璃流出以从熔融玻璃液流分离出熔融玻璃料滴(molten glass gob)，以及在冷却过程中使所获得的熔融玻璃料滴成型。利用这些过程，预成型件制造方法I使通过使用前述光学玻璃配置而成的预成型件成型。
制造预成型件的第二方法(在下文可称为预成型件制造方法II)包括：熔化玻璃材料，将由此产生的熔融玻璃成型为玻璃成型本体，以及对所获得的玻璃成型本体进行处理，从而制造通过使用本发明的前述光学玻璃配置而成的预成型件。
预成型件制造方法I和II通常包括由玻璃材料形成均质熔融玻璃的工艺。例如，将通过这种混合制备的玻璃材料(其提供所期望的特性)装入铂熔融槽并加热、熔化、澄清并均质化以制备均质的熔融玻璃。所制备的熔融玻璃在调节的温度下从由铂或铂合金制成的流喷嘴(flow nozzle)或管道中流出。可选地，玻璃材料可经历粗熔化(rough melting)以获得碎玻璃，并且可混合所获得的碎玻璃，然后将其加热、熔化、精炼、并均质化以获得均质的熔融玻璃。同样在这种情况下，所制备的熔融玻璃可从流喷嘴或管道流出。
为了模制小预成型件或球形预成型件，所需质量的熔融玻璃从流喷嘴滴下作为熔融玻璃液滴。熔融玻璃的液滴通过预成型件模具来接收，利用该预成型件模具将液滴成型为预成型件。可选地，熔融玻璃的液滴，同样以所需的质量，可从流喷嘴滴入例如液氮中，利用该液氮将液滴成型为预成型件。为了制造中大型预成型件，熔融玻璃流通过流量管道向下引导，熔融玻璃流的前部(head)由预成型件模具接收。然后，在受限部分形成在熔融玻璃流的喷嘴和预成型件模具之间时，预成型件模具迅速下降到喷嘴下方，由此通过熔融玻璃的表面张力在受限部分处分离熔融玻璃流。因此，所需质量的熔融玻璃料滴由接收构件接收以成型为预成型件。
为了制造无瑕疵、无污点、无折痕、表面无损坏等的具有光滑表面(例如，自由表面)的预成型件，可使用各种方法。这些方法的实例包括：在通过向熔融玻璃料滴施加风压(wind pressure)而使熔融玻璃料滴在预成型件模具上漂浮的同时使预成型件成型的方法，以及通过将熔融玻璃的液滴滴入通过冷却在室温和正常压力下处于气态的物质而获得的液体介质(诸如液氮)中来使预成型件成型的方法。
当通过使熔融玻璃料滴漂浮来将熔融玻璃料滴成型为预成型件时，将气体(下文中称为漂浮气体)吹入熔融玻璃料滴，由此向熔融玻璃料滴施加向上的风压。此时，如果熔融玻璃料滴的粘性太低，则漂浮气体渗透到熔融玻璃中并以气泡的形式残留在预成型件中。然而，通过将熔融玻璃料滴的粘性设置为3-60dPa·s，防止漂浮气体渗透到熔融玻璃中并允许玻璃料滴漂浮。
可使用空气、N2气、O2气、Ar气、He气、蒸汽等作为用作漂浮气体而吹入预成型件的气体。风压不限于特定范围，只要其允许预成型件漂浮而不与固体物质(诸如模具的表面)接触即可。
由于成型产品(例如，光学元件)(诸如由预成型件通过精密冲压成型获得的透镜)通常具有旋转对称轴，因此优选地，这些预成型件还具有拥有旋转对称轴的形状。例如，这种预成型件具有球形形状或具有单个旋转对称轴的形状。具有单个旋转对称轴的形状的实例包括如下形状：其包括旋转对称轴的横截面具有无边缘和凹部的平滑轮廓线，诸如其中横截面具有短轴与旋转对称轴一致的椭圆形轮廓的形状，或通过将球体压扁而获得的形状(即，通过限定穿过球体的中心的单个旋转对称轴并通过在轴方向上缩小球体而获得的形状)。
在预成型件制造方法I中，在允许塑性变形的温度范围内使玻璃成型。因此，玻璃料滴可被冲压成型以便制造预成型件。在这种情况下，由于预成型件的形状可相对自由地配置，因此可获得接近光学元件的目标形状的任何形状。例如，在预成型件的两个相对表面中，一个表面可具有凸形形状，另一个表面可具有凹形形状，或这两个表面都可具有凹形形状。可替代地，一个表面可以是平坦的，另一个表面可具有凸形形状，或一个表面可以是平坦的，另一个表面可具有凹形形状。或者，这两个表面都可具有凸形形状。
在预成型件制造方法II中，例如，将熔融玻璃浇铸到用于成型的模具，并且由此产生的成型本体随后经历退火以降低应力。然后，成型本体被切割或被分割成都具有预定尺寸和形状的多个玻璃件，并抛光每个玻璃件以使其表面光滑，从而形成由预定质量的玻璃配置而成的预成型件。优选地，由此制造的预成型件的表面也覆盖有含碳膜。预成型件制造方法II适于制造例如可容易地被研磨并抛光的球形和平面预成型件。
由于所使用的光学玻璃在这两种制造方法中都具有优良的热稳定性，因此这些方法不太可能由于玻璃失透(devitrification)、条纹等而生产不良产品。因此，以可靠的方式制造高质量的预成型件，并整体上提高光学元件的制造工艺的大批量生产能力。
下面描述从使用精密冲压成型来进一步提高光学元件的大批量生产能力的角度来说更优选的预成型件。
虽然本发明的光学玻璃就玻璃材料而言提供了优良的精密冲压成型性，但是在精密冲压成型期间减小玻璃的变形大小进一步提供了降低精密冲压成型期间玻璃和模具的温度、缩短模压成型所需的时间、和减小冲压压力的可能性。这些导致玻璃和模具的成型表面之间的反应性降低，由此进一步减少前述缺陷并进一步提高大批量生产能力。
为了透镜的精密冲压成型，优选地，使用具有面向相反方向的两个冲压表面(其在精密冲压成型期间通过使模具的表面成型来冲压)的预成型件。更优选地，使用具有穿过两个冲压表面的中心的旋转对称轴的预成型件。在许多这种预成型件中，在弯月形透镜的精密冲压成型中，优选使用如下的预成型件：一个冲压表面为凸表面形式，并且另一个冲压表面为凹表面、平坦表面或比上述一个冲压表面的曲率更低的凸表面形式。
在双凹透镜的精密冲压成型中，优选地使用一个冲压表面为凸表面形式并且另一个冲压表面为凹表面、平坦表面或比上述一个冲压表面的曲率更低的凸表面形式的这种预成型件。
在双凸透镜的精密冲压成型中，优选地使用一个冲压表面为凸表面形式并且另一个冲压表面为凹表面、平坦表面或比上述一个冲压表面的曲率更低的凸表面形式的这种预成型件。
在任何情况下，具有与精密冲压成型产品的形状更接近的形状的预成型件是更优选的。
当熔融玻璃料滴利用预成型件模具成型为预成型件时，位于模具上的玻璃的下表面通常由模具的成型表面的形状确定。另一方面，玻璃的上表面的形状由熔融玻璃的表面张力和玻璃自身的重量确定。为了减小精密冲压成型期间玻璃的变形大小，在预成型件模具中成型玻璃同时还需要调节玻璃的上表面的形状。由熔融玻璃的表面张力和玻璃自身的重量确定的玻璃的上表面的形状往往是自由凸表面。为了使上表面是曲率小于自由表面的凸表面、平坦表面、或凹表面，可能需要向玻璃的上表面施加压力。例如，可使具有期望形状的成型表面的模具抵靠玻璃的上表面上冲压，或可以向玻璃的上表面施加风压以将玻璃成型为期望的形状。当模具抵靠玻璃的上表面冲压时，可在模具的成型表面上形成多个气口(gas port)。气体可通过这些口喷射以在玻璃的成型表面和上表面之间形成气垫(gascushion)，并且玻璃的上表面可经由气垫成型。可替代地，为了将玻璃的上表面成型为曲率大于前述自由表面的表面，在玻璃的上表面附近可产生负压以在上表面上产生隆起(bulge)。
另外，为了获得具有与精密冲压成型产品的形状更接近的形状的预成型件，优选地抛光预成型件。例如，优选地使用其中一个冲压表面已被抛光成平坦表面或球形表面的一部分并且另一个冲压表面已被抛光成球形表面的一部分或平坦表面的预成型件。球形表面的一部分可以是凸形或凹形，并且是制成凸形还是凹形优选地根据上述精密冲压成型产品的形状来确定。
上述各种预成型件优选地用于成型具有10mm以上的直径的透镜并且更优选用于成型具有20mm以上的直径的透镜。这些预成型件还优选用于成型具有大于2mm的中心厚度的透镜。
(光学元件)
下面将详细描述本发明的优选光学玻璃。
本发明的光学元件通过使用本发明的光学玻璃配置而成。
光学元件不限于特定形状。光学元件的典型实例包括非球面透镜，球面透镜，平凹透镜，平凸透镜，双凹透镜，双凸透镜，凸弯月透镜，凹弯月透镜，微透镜，透镜阵列，具有衍射光栅的透镜，棱镜，和具有透镜功能的棱镜。光学元件的优选实例包括凸弯月透镜，凹弯月透镜，双凸透镜，双凹透镜，平凸透镜，平凹透镜，棱镜，和衍射光栅。这些透镜可以是非球面的或球面的。如果需要，可在透镜的表面上设置抗反射薄膜、具有波长选择性的部分反射膜等。
<光学元件的制造方法>
接下来，给出了本发明的光学元件的制造方法的描述。
本发明的光学元件可通过使用冲压模具将如上所述的本发明的预成型件精密冲压成型来制造。
在根据本发明的光学元件的制造方法的优选实施方式中，如上所述的本发明的预成型件利用单个冲压模具重复地精密冲压成型，因此大量制造光学元件。
为了防止冲压模具的成型表面或布置在成型表面上的脱模薄膜氧化，优选地在非氧化气体气氛(诸如氮气或者氮气和氢气的混合物)下进行加热冲压模具和预成型件以及精密冲压成型的过程。在非氧化气体气氛下，覆盖预成型件表面的含碳膜不会氧化，并且该膜仍然保留在由精密冲压成型而产生的成型产品的表面上。最后必须除去该膜。含碳膜可相对容易且全部地通过在氧化气氛(诸如该气氛)下加热精密冲压成型产品来简单去除。含碳膜的氧化和去除必须在不会因加热而导致精密冲压成型产品变形的温度下进行。特别地，含碳膜的氧化和去除优选地在小于玻璃转变温度的温度范围内进行。
精密冲压成型中使用的冲压模具具有以高精度加工成期望形状的成型表面。为了防止在冲压期间玻璃熔融至成型表面，脱模薄膜可形成在成型表面上。这种脱模薄膜的实例包括含碳膜、氮化膜、和贵金属膜。作为含碳膜，氢化碳膜或碳膜是优选的。
光学元件的制造方法包括以下两个实施方式。
在第一实施方式中(下文称为光学元件制造方法I)，将预成型件引入冲压模具中，预成型件和冲压模具被一起加热，并进行精密冲压成型。在第二实施方式中(下文称为光学元件制造方法II)，将预成型件在加热之后引入预热冲压模具中，并进行精密冲压成型。
在光学元件制造方法I中，预成型件定位在相对的一对模具之间，该对模具由分别具有被加工成精密形状的成型表面的上模具和下模具构成。随后，模具和预成型件都被加热至与105至109dPa·s的玻璃粘度对应的温度以软化预成型件，并且该预成型件被冲压成型以将模具的成型表面精密地转印到玻璃上。当成型精度(诸如表面精度和偏心精度)的改进被认为至关重要时，光学元件制造方法I是优选的。
在光学元件制造方法II中，预成型件被预加热至与104至108dPa·s的玻璃粘度对应的温度，并且预加热的预成型件定位在相对的一对模具之间，这对模具由分别具有被加工成精密形状的成型表面的上模具和下模具构成。然后，预成型件被冲压成型以将模具的成型表面精密地转印到玻璃上。当生产能力的改进被认为至关重要时，光学元件制造方法II是优选的。
冲压的压力和持续时间可根据玻璃粘度等适当确定。例如，冲压压力可为约5至15MPa，并且持续时间可为10至300秒。冲压条件(诸如冲压持续时间和冲压压力)可根据成型产品的形状和尺寸适当地确定在已知的范围内。
随后，冷却模具和精密冲压成型产品，并且优选在低于应力点的温度下，释放模具以取出精密冲压成型产品。在冷却期间，成型产品的退火条件(诸如退化速率)可适当地调整以精密地实现光学特性的期望值。
另外，本发明的光学元件可在不采用冲压成型步骤的情况下制造。例如，均质的熔融玻璃可被浇铸到模具以形成玻璃块(glass block)。由此产生的玻璃块然后经历退火以减小应力。可调整退火条件以实现期望的玻璃折射率并调整光学特性。随后，玻璃块可被切割成或被分割成玻璃件(其分别被研磨并抛光以形成最终光学元件)。
实例
下面通过实例和比较实例更详细地描述本发明的光学玻璃。然而，本发明不限于这些实例。
作为用于光学玻璃的材料，相应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等被玻璃化(vitrify)。然后称100g玻璃化材料，将其充分混合并装入铂坩埚中，在1200-1500℃的温度下在电炉中加热1-2个小时。随后，及时搅拌熔化产品以使其均质化并被精炼，随后浇铸到被预加热至合适温度的模具中。所产生的产品在电炉中逐渐冷却以除去应力。因此，获得实例1-21和比较实例1-14的光学玻璃。针对每个所获得的光学玻璃，测量比重、化学耐久性(耐水性)、折射率(nd)、阿贝数(νd)、玻璃转变温度(Tg)、和屈服点(At)。此外，评估可熔性。
(i)比重、(ii)化学耐久性(耐水性)、(iii)折射率(nd)和阿贝数(νd)、(iv)玻璃转变温度(Tg)和屈服点(At)分别根据日本光学玻璃工业标准通过(i)“JOGIS05-1975Measuring Method for Specific Gravityof Optical Glass(JOGIS05-1975光学玻璃的比重的测量方法)”、(ii)“JOGIS06-2009Measuring Method for Chemical Durability of Optical Glass(Powder Method)(JOGIS06-2009光学玻璃的化学耐久性的测量方法(粉末法))”、(iii)“JOGIS01-2003Measuring Method for Refractive Index ofOptical Glass(JOGIS01-2003光学玻璃的折射率的测量方法)”、和(iv)“JOGIS08-2003Measuring Method for Thermal Expansion of Optical Glass(JOGIS08-2003光学玻璃的热膨胀的测量方法)”中描述的方法进行测量。测量的结果通过表1-5示出。
此外，可熔性根据以下评估方法和标准来进行评估。评估的结果通过表1-5示出。
<可熔性的评估方法>
装入材料，并然后在1400℃下在电炉中加热30分钟。从电炉中取出未搅拌的玻璃并检查玻璃中是否存在未熔化的部分。
<可熔性的评估标准>
○：没有观察到未熔化部分。
×：观察到熔化部分。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
如表1-3中所示，根据本发明获得的实例1至21的光学玻璃全部满足本发明期望的比重、化学耐久性(耐水性)、折射率(nd)、阿贝数(νd)、玻璃转变温度(Tg)、和屈服点(At)。
相反，表4和5中所示的比较实例1至14的光学玻璃在以下点不满足目标。
比较实例1的光学玻璃具有低含量的Al2O3，并因此具有低化学耐久性(耐水性)。
比较实例2的光学玻璃具有高含量的Al2O3，并因此具有低可熔性。
比较实例3的光学玻璃具有低含量的Li2O，并因此具有高玻璃转变温度(Tg)和屈服点(At)。
比较实例4的光学玻璃具有高含量的Li2O，并因此具有低化学耐久性(耐水性)。
比较实例5的光学玻璃具有低含量的CaO，并因此具有低折射率(nd)。
比较实例6的光学玻璃具有高含量的CaO，并因此具有低化学耐久性(耐水性)。
比较实例7和9的光学玻璃包含SrO，并因此具有高比重。
比较实例8和10的光学玻璃包含BaO，并因此具有高比重。
比较实例11的光学玻璃具有低含量的SiO2，并因此具有低化学耐久性(耐水性)。
比较实例12的光学玻璃具有高含量的SiO2，并因此具有低可熔性。
比较实例13的光学玻璃具有低含量的B2O3，并因此具有低可熔性和折射率。
比较实例14的光学玻璃具有高含量的B2O3，并因此具有低化学耐久性(耐水性)。

Claims (7)

1.一种光学玻璃，包括按质量％计包含如下成分的组合物：
35％至55％的量的SiO2，
12％至27％的量的B2O3，
6％至16％的量的Al2O3，
5％至12％的量的Li2O，
0％至10％的量的MgO，
5％至17％的量的CaO，
0％至7％的量的ZrO2，
0％至7％的量的La2O3，
0％至5％的量的ZnO，
0％至5％的量的TiO2，
0％至5％的量的Nb2O5，及
0％至5％的量的Ta2O5，其中，
不包括SrO和BaO。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃，具有小于2.80的比重。
3.根据权利要求1或2所述的光学玻璃，包括根据日本光学玻璃工业标准(JOGIS)中规定的粉末法的第1级至第2级的化学耐久性(耐水性)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学玻璃，具有1.57至1.61的折射率(nd)和58至62的阿贝数(vd)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学玻璃，具有545℃以下的玻璃转变温度(Tg)或590℃以下的屈服点(At)。
6.一种用于精密冲压成型的预成型件，包括权利要求1至5中任一项所述的光学玻璃作为其材料。
7.一种光学元件，包括权利要求1至5中任一项所述的光学玻璃作为其材料。
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