CN108328921A - 光学玻璃 - Google Patents

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CN108328921A CN201710928510.9A CN201710928510A CN108328921A CN 108328921 A CN108328921 A CN 108328921A CN 201710928510 A CN201710928510 A CN 201710928510A CN 108328921 A CN108328921 A CN 108328921A
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邹学禄
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Abstract

本发明涉及一种光学玻璃，其包含，以摩尔％计，0.1至40％的SiO2，10至50％的B2O3，总计0至10％的Li2O、Na2O和K2O，总计0至10％的MgO、CaO、SrO和BaO，0.5至22％的ZnO，5至50％的La2O3，0.1至25％的Gd2O3，0.1至20％的Y2O3，0至20％的Yb2O3，0至25％的ZrO2，0至25％的TiO2，0至20％的Nb2O5，0至10％的Ta2O5，大于0.1％但不大于20％的WO3，0至小于3％的GeO2，0至10％的Bi2O3，和0至10％的Al2O3，SiO2的含量与B2O3的含量的质量比，SiO2/B2O3，为1或更小，所述光学玻璃具有1.86至1.95的折射率nd并且具有(2.36‑nd)/0.014或更高但小于38的阿贝数vd。

Description

光学玻璃
本发明是申请号为200980103652.5、申请日为2009年1月22日、发明名称为光学玻璃的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明一般地涉及一种光学玻璃，具体地，本发明涉及一种具有高折射率、低色散性的光学玻璃，涉及一种由上述光学玻璃形成的压制成型用玻璃坯(glass gob)和光学元件及其生产方法，并且涉及用于制造光学元件坯体(an optical element blank)的方法。
背景技术
由高折射率、低色散性的玻璃形成的透镜当与由高折射率、高色散性的玻璃形成的透镜组合时能够降低光学系统的尺寸，同时能够校正色差(chromatic aberration)。因此，这种透镜作为构成图像传感系统或者诸如投影仪的投影光学系统的光学元件占据重要的位置。
JP2007-269584A公开了上述高折射率、低色散性的玻璃。JP2007-269584A中公开的玻璃具有1.75至2.00的折射率nd并且具有0至25质量％的Ta2O5含量，而且，折射率nd为至少1.85的所有玻璃都含有大量Ta2O5。这是因为，大量Ta2O5的引入对于确保高折射率(诸如1.75或更高折射率nd)的区域的玻璃稳定性必不可少。对于这种高折射率、低色散性的玻璃而言，Ta2O5是主要的、必要的组分。
同时，钽(Ta)是一种非常稀少的元素，其本身就是一种非常昂贵的物质。此外，稀有金属的价格近年来在世界范围内大幅上涨，钽的供应不足。在玻璃制造领域中，钽原料不足，如果上述情形继续的话，则不再能够维持光学器械工业必需的、必不可少的高折射率、低色散性玻璃的稳定供应。
发明内容
本发明要解决的问题
在上述情况下，本发明的目的在于提供一种可以稳定供应并且具有优异玻璃稳定性的高折射率、低色散性光学玻璃，由上述玻璃形成的压制成型用玻璃坯和光学元件，以及光学元件坯体和光学元件的生产方法。
解决上述问题的手段
为了实现上述目的，本发明人进行了辛勤研究，结果发现上述目的可以通过具有特定玻璃组成、特定折射率和特定阿贝数的光学玻璃得以实现。因此，基于上述发现完成了本发明。
也就是说，本发明提供了：
(1)一种光学玻璃，其包含，以摩尔％计，
0.1至40％的SiO2，
10至50％的B2O3，
总计0至10％的Li2O、Na2O和K2O，
总计0至10％的MgO、CaO、SrO和BaO，
0.5至22％的ZnO，
5至50％的La2O3，
0.1至25％的Gd2O3，
0.1至20％的Y2O3，
0至20％的Yb2O3，
0至25％的ZrO2，
0至25％的TiO2，
0至20％的Nb2O5，
0至10％的Ta2O5，
大于0.1％但不大于20％的WO3，
0至小于3％的GeO2，
0至10％的Bi2O3，和
0至10％的Al2O3，
SiO2的含量与B2O3的含量的质量比，SiO2/B2O3，为1或更小，
所述光学玻璃具有1.86至1.95的折射率nd并且具有(2.36-nd)/0.014或更高但小于38的阿贝数vd；
(2)如上述(1)所述的光学玻璃，其中，Ta2O5的含量为0至7mol％；
(3)如上述(1)或(2)所述的光学玻璃，其为无Ge玻璃；
(4)一种压制成型用玻璃坯，其由上述(1)至(3)中任意一项所述的光学玻璃形成；
(5)一种光学元件，其由上述(1)至(4)中任意一项所述的光学玻璃形成；
(6)一种用于生产光学元件坯体的方法，所述光学元件坯体通过研磨、抛光形成光学元件，
所述方法包括在加热下软化上述(4)所述的压制成型用玻璃坯并对其进行压制成型；
(7)一种用于生产光学元件坯体的方法，所述光学元件坯体通过研磨、抛光形成光学元件，
所述方法包括使玻璃原料熔融并压制成型所得熔融玻璃，从而生产由上述(1)至(3)中任意一项所述光学玻璃形成的光学元件坯体；以及
(8)一种用于生产光学元件的方法，所述方法包括对上述(6)或(7)中所述的光学元件坯体进行切削和抛光。
本发明的效果
根据本发明，可以提供一种可以稳定供应并且具有优异玻璃稳定性的高折射率、低色散性光学玻璃，由上述玻璃形成的压制成型用玻璃坯和光学元件，以及光学元件坯体和光学元件的生产方法。
附图说明
图1是对比例1和2中获得的微晶玻璃(devitrified glass)的照片
本发明的实施方式
[光学玻璃]
首先，解释本发明的光学玻璃。
在本发明的光学玻璃中，减少或者限制了玻璃组分中特别昂贵的Ta2O5的引入。在这种限制下，即使试图赋予玻璃高折射率、低色散性质同时保持耐析晶性，在仅仅减少Ta2O5用量的情况下，玻璃原料无法形成任何玻璃，或者形成的玻璃在生产过程期间析晶并且无法使用。为了减少Ta2O5的引入量，同时避免这些问题，用来赋予高折射率的各组分的比例很重要。
在本发明中，不仅引入B2O3和SiO2作为用于形成玻璃网络的组分，而且作为赋予高折射率的组分的La2O3、Gd2O3、Y2O3、WO3和ZnO也同时存在。在本发明中，ZnO是必要组分，其不仅改善熔融能力，降低玻璃化转变温度，还起到获得高折射率、低色散性以及改善耐析晶性的作用。
在这些条件下，适当地平衡B2O3的含量和SiO2的含量以改善熔融玻璃的耐析晶性、熔融能力以及成形性，并且还适当地平衡上述B2O3和SiO2与其他组分，从而实现上述本发明的目的。
本发明的光学玻璃包含，以摩尔％计，
0.1至40％的SiO2，
10至50％的B2O3，
总计0至10％的Li2O、Na2O和K2O，
总计0至10％的MgO、CaO、SrO和BaO，
0.5至22％的ZnO，
5至50％的La2O3，
0.1至25％的Gd2O3，
0.1至20％的Y2O3，
0至20％的Yb2O3，
0至25％的ZrO2，
0至25％的TiO2，
0至20％的Nb2O5，
0至10％的Ta2O5，
大于0.1％但不大于20％的WO3，
0至小于3％的GeO2，
0至10％的Bi2O3，和
0至10％的Al2O3，
SiO2的含量与B2O3的含量的质量比，SiO2/B2O3，为1或更小，
所述光学玻璃具有1.86至1.95的折射率nd，并且具有(2.36-nd)/0.014或更高但小于38的阿贝数。
(组成范围限制的原因)
以下将解释采用上述的组成范围限制的原因，此后，除非另有声明，以％计的含量或总含量表示以摩尔％计的含量或总含量。
SiO2是网络形成氧化物，其是维持玻璃稳定性以及维持适于形成熔融玻璃的粘度所需要的必要组分。当其含量小于0.1％时，玻璃稳定性下降，并且玻璃在形成熔融玻璃期间的粘度下降，所以玻璃的成形性下降。此外，玻璃的化学耐受性下降。当上述含量超过40％时，难以实现所需要的折射率，并且液相线温度和玻璃化转变温度升高。此外，导致如下问题：难以实现所需阿贝数，玻璃的熔融能力下降，耐析晶性下降。因此，将SiO2的含量调节至0.1至40％。SiO2的含量优选在3至35％的范围内，更优选在5至30％的范围内，还要更优选在5至25％的范围内，甚至更优选在7至22％的范围内，进一步更优选在10至20％的范围内。
B2O3是网络形成组分，其是有效维持玻璃的熔融能力以及降低液相线温度的必要组分。此外，其还是赋予低色散性的有效组分。当其含量低于10％时，玻璃稳定性下降。当其超过50％时，不仅难以满足所需折射率，而且化学耐受性也下降。因此，将B2O3的含量调节至10至50％。B2O3的含量优选在12至45％的范围内，更优选在15至43％的范围内，还要更优选在17至40％的范围内，甚至更优选在17至38％的范围内，进一步更优选在18至35％的范围内。
为了降低液相线温度并改善耐析晶性和熔融能力，并且为了维持适于玻璃成形的粘度，将SiO2的含量与B2O3的含量的质量比，SiO2/B2O3，调节至1或更小。上述质量比指：将以质量％计的SiO2的含量除以以质量％计的B2O3的含量得到的数值。当上述比值大于1时，不仅液相线温度升高，而且耐析晶性也下降。此外，熔融能力也下降，也难以实现所需阿贝数。
上述质量比优选在0.95或更小的范围内，更优选在0.90或更小的范围内。
Li2O、Na2O和K2O是可选组分，它们起到改善熔融能力以及降低玻璃化转变温度的作用。当Li2O、Na2O和K2O的总含量超过10％时，难以实现所需折射率，而且化学耐受性也下降了。因此，将Li2O、Na2O和K2O的总含量调节至0至10％。Li2O、Na2O和K2O的总含量优选在0至8％的范围内，更优选在0至6％的范围内，还要更优选在0至4％的范围内，甚至更优选在0至2％的范围内，进一步更优选地不掺入上述碱金属氧化物。
MgO、CaO、SrO和BaO起到改善玻璃的熔融能力以及改善玻璃在可见光区域中的透光率的作用。当以碳酸盐或硝酸盐形式引入时，它们还产生消泡作用。然而，当它们的总含量超过10％时，液相线温度升高，并且耐析晶性下降。除此以外，折射率降低，化学耐受性下降。因此，将MgO、CaO、SrO和BaO的总含量调节至0至10％。MgO、CaO、SrO和BaO的总含量优选在0至8％的范围内，更优选在0至6％的范围内，还要更优选在0至4％的范围内，甚至更优选在0至2％的范围内。进一步更优选地，不掺入上述碱土金属氧化物。
ZnO是可用于实现高折射率、低色散性的必要组分，其起到改善玻璃的熔融能力、耐析晶性以及降低液相线温度和玻璃化转变温度的作用。当其含量小于0.5％时，折射率可能降低，液相线温度可能升高，或者耐析晶性可能下降。另一方面，当上述含量超过22％时，难以实现所需折射率。因此，将ZnO的含量调节至0.5至22％。ZnO的含量优选在0.5至20％的范围内，还要更优选在1至18％的范围内，甚至更优选在2至17％的范围内，进一步更优选在3至17％的范围内，还要进一步更优选在4至17％的范围内。
La2O3对于实现高折射率、低色散性来说是必需的，其还起到改善化学耐受性的作用。当其含量小于5％时，难以获得所需折射率。当其超过50％时，液相线温度升高，而且耐析晶性下降。因此，将La2O3的含量调节至5至50％。La2O3的含量优选在5至45％的范围内，更优选在5至40％的范围内，还要更优选在5至35％的范围内，甚至更优选在7至30％的范围内，进一步更优选在10至25％的范围内。
Gd2O3当与La2O3同时存在时起到降低液相线温度以及大幅改善耐析晶性的作用。当其含量小于0.1％时，折射率降低，液相线温度升高，耐析晶性以及耐化学品性下降。另一方面，当其含量超过25％时，液相线温度升高，耐析晶性下降。因此，将Gd2O3的含量调节至0.1至25％。Gd2O3的含量优选在0.1至20％的范围内，更优选在0.1至18％的范围内，还要更优选在0.1至15％的范围内，甚至更优选在0.1至12％的范围内，进一步更优选在0.1至10％的范围内，还要进一步更优选在1至10％的范围内。
Y2O3当与La2O3同时存在时也起到降低液相线温度以及大幅改善耐析晶性的作用。当其含量小于0.1％时，折射率降低，液相线温度升高，耐析晶性以及化学耐受性下降。另一方面，当其含量超过20％时，液相线温度升高，耐析晶性下降。因此，将Y2O3的含量调节至0.1至20％。Y2O3的含量优选在0.1至18％的范围内，更优选在0.1至15％的范围内，还要更优选在0.1至13％的范围内，甚至更优选在0.1至10％的范围内，进一步更优选在0.1至7％的范围内，还要进一步更优选在5至7％的范围内。
Yb2O3当与La2O3同时存在时也起到降低液相线温度以及大幅改善耐析晶性的作用。当其含量超过20％时，液相线温度升高，耐析晶性下降。因此，将Yb2O3的含量调节至0至20％。Y2O3的含量优选在0至18％的范围内，更优选在0至16％的范围内，还要更优选在0至14％的范围内，甚至更优选在0至12％的范围内，进一步更优选在0至10％的范围内，还要进一步更优选在0至5％的范围内。
ZrO2起到提高折射率和改善化学耐受性的作用。即使少量引入，其也产生优异的效果。然而，当其含量超过25％时，玻璃化转变温度和液相线温度升高，并且耐析晶性下降。因此，将ZrO2的含量调节至0至25％。ZrO2的含量优选在0至22％的范围内，更优选在2至22％的范围内，还要更优选在2至20％的范围内，甚至更优选在2至18％的范围内，进一步更优选在2至15％的范围内，还要进一步更优选在2至13％的范围内。
TiO2起到提高折射率和改善化学耐受性和耐析晶性的作用。然而，当其含量超过25％时，难以获得所需的阿贝数，此外玻璃化转变温度和液相线温度升高，耐析晶性下降。因此，将TiO2的含量调节至0至25％。TiO2的含量优选在0至22％的范围内，更优选在3至20％的范围内，还要更优选在3至18％的范围内，甚至更优选在3至17％的范围内，进一步更优选在3至16％的范围内。
Nb2O5使折射率升高，并且还起到降低液相线温度和改善耐析晶性的作用。当其含量超过20％时，液相线温度升高，耐析晶性下降，并且难以实现所需阿贝数。此外，玻璃的着色更明显。因此，将Nb2O5的含量调节至0至20％。Nb2O5的含量优选在0至18％的范围内，更优选在0至15％的范围内，还要更优选在0至12％的范围内，甚至更优选在0至10％的范围内，进一步更优选在0至8％的范围内。
Ta2O5不仅起到实现高折射率、低色散性的作用，还起到改善玻璃稳定性的作用。然而，因为其是昂贵的组分，因此，为了实现本发明的一个目的，即为了实现高折射率、低色散性玻璃的稳定供应，其含量局限于10％或更低。此外，当其含量超过10％时，液相线温度升高，耐析晶性下降。因此，将Ta2O5的含量调节至0至10％。Ta2O5的含量优选在0至7％的范围内，更优选在0至5％的范围内，还要更优选在0至4％的范围内，甚至更优选在0至3％的范围内，进一步更优选在0至2％的范围内，还要进一步更优选在0至1％的范围内。特别优选的是，不掺入Ta2O5。
WO3是必要组分，其起到升高折射率、降低液相线温度和改善耐析晶性的作用。当其含量为0.1％或更低时，难以获得所需折射率，此外液相线温度升高，并且耐析晶性下降。另一方面，当其含量超过20％时，液相线温度升高，并且耐析晶性下降。此外，玻璃的着色更明显。因此，将WO3的含量调节至大于0.1但不超过20％。WO3的含量优选在0.1至18％的范围内，更优选在0.1至15％的范围内，还要更优选在0.5至10％的范围内，甚至更优选在0.5至8％的范围内，进一步更优选在0.5至7％的范围内。
GeO2是网络形成氧化物，其起到升高折射率的作用，因此其是使折射率升高同时维持玻璃稳定性的组分。然而，因为它是非常昂贵的组分，所以需要减少其用量以及Ta组分的用量。在本发明中，由于组成已如所述确定，所以即使将GeO2的含量降低至小于3％，所需光学性质和优异的玻璃稳定性也可以一起实现。因此，将GeO2的含量调节至0至小于3％。GeO2的含量优选在0至2％的范围内，更优选在0至1％的范围内，还要更优选在0至0.5％的范围内。特别优选的是，不含GeO2或者为无Ge玻璃。
Bi2O3不仅起到升高折射率的作用，还起到改善玻璃稳定性的作用。然而，当其含量超过10％时，在可见光区的透光率下降。因此，将Bi2O3的含量调节至0至10％。Bi2O3的含量优选在0至5％的范围内，更优选在0至2％的范围内，还要更优选在0至1％的范围内。特别优选地，不掺入Bi2O3。
Al2O3当被少量引入时起到改善玻璃稳定性和化学耐受性的作用。然而，当其含量超过10％时，液相线温度升高，耐析晶性下降。因此，将Al2O3的含量调节至0至10％。Al2O3的含量优选在0至5％的范围内，更优选在0至2％的范围内，还要更优选在0至1％的范围内。特别优选地，不掺入Al2O3。
可以添加Sb2O3作为澄清剂(refiner)，当其少量添加时起到抑制透光率下降的作用，上述透光率下降是由包含诸如Fe的杂质引起的。然而，当其添加量基于除Sb2O3以外的玻璃组成超过1质量％时，该玻璃有色或者会加剧在压制成型期间压制模具的成型表面由于该玻璃的强氧化作用导致的劣化。因此，Sb2O3的添加量基于除Sb2O3以外的玻璃组成优选为0至1质量％，更优选为0至0.5质量％。
还可以添加SnO2作为澄清剂。然而，当其添加量基于除SnO2以外的玻璃组成超过1质量％时，该玻璃有色或者会加剧在压制成型期间压制模具的成型表面由于该玻璃的强氧化作用导致的劣化。因此，SnO2的添加量基于除SnO2以外的玻璃组成优选为0至1质量％，更优选为0至0.5质量％。
本发明的光学玻璃实现了高折射率、低色散的光学特性，同时保持了玻璃稳定性，因而不必掺入诸如Lu和Hf的组分。因为Lu和Hf都是昂贵的组分，因此优选将Lu2O3和HfO2各自的含量限定为0至1％，更优选将各自的含量限定为0至0.5％。特别优选地是，Lu2O3和HfO2都不引入。
考虑到对环境的不利影响，还优选的是As、Pb、U、Th、Te和Cd都不引入。
为了最好地利用玻璃的透光性，优选不引入会使玻璃着色的物质，诸如Cu、Cr、V、Fe、Ni、Co等。
(光学玻璃的性质)
本发明的光学玻璃的折射率nd为1.86至1.95。折射率nd的下限优选为1.87，更优选为1.88，还要更优选为1.89；其上限优选为1.94，更优选为1.93，还要更优选为1.92。
具有低阿贝数νd的玻璃(即具有高色散性的玻璃)使得在维持稳定性的同时提高折射率更容易。因此，在本发明中，阿贝数vd的下限相对于折射率nd定义。本发明的光学玻璃具有(2/36-nd)/0.014或更高但小于38的阿贝数。阿贝数的下限优选为(2.356-nd)/0.0137，更优选为(2.356-nd)/0.0187。
本发明的光学玻璃是适于通过切削、抛光形成平坦、光滑光学功能表面的玻璃。诸如切削、抛光等冷加工的适宜性(即冷加工性)与玻璃化转变温度间接相关。玻璃化转变温度低的玻璃较之冷加工更适于精密压制成型，；而玻璃化转变温度高的玻璃较之精密压制成型更适于冷加工，其具有优异的冷加工性。
因此，在本发明中，当冷加工优先时，优选不过度降低玻璃化转变温度。将玻璃化转变温度优选调节至630℃或更高，更优选调节至640℃或更高，还要更优选调节至660℃或更高。然而，如果玻璃化转变温度过高，则玻璃被重新加热以使其软化的加热温度较高，用于成型的模具被大幅劣化，退火温度很高，并且退火炉被大幅劣化或损耗。因此，将玻璃化转变温度优选调节至720℃或更低，更优选调节至710℃或更低，还要更优选调节至低于700℃。
(用于生产光学玻璃的方法)
以下解释本发明提供的用于生产光学玻璃的方法。例如，将粉末状化合物原料或碎玻璃原料称重并配制，以对应于预期的玻璃组成，然后将配制后的原料供应到熔融容器中，接着通过加热熔融。上述原料完全熔融形成玻璃后，使熔融的玻璃升温对其进行精炼。精炼的熔融玻璃通过搅拌器搅拌均匀，然后，将精炼的玻璃连续供应到玻璃流管中，并流出，接着快速冷却、固化，从而得到玻璃成形材料。
以下解释本发明的压制成型用玻璃坯。
[压制成型用玻璃坯]
本发明的压制成型用玻璃坯以由上述本发明的光学玻璃形成为特征。该玻璃坯被形成为可容易压制成型的形式，这取决于期望的压制成型产品的形式。此外，确定玻璃坯的质量，以与压制模制产品匹配。在本发明中，所用玻璃具有优异的稳定性，使得该玻璃即使通过再加热和软化压制成型也不容易析晶，并且可以稳定地生产具有高品质的成型产品。
压制成型用玻璃坯的生产实例如下。
在第一个生产实例中，从管子流出的熔融玻璃连续浇铸到水平放置在流管下方的模具中，然后其成型成具有恒定厚度的平板形式。从模具侧面的开口部分以水平方向连续取出成型玻璃。通过带式运送机取出平板形式的成型材料。带式运送机的取出速度被设定为恒定速率，并且取出具有恒定厚度的玻璃成型材料，从而可以得到具有预定厚度和预定宽度的玻璃成型材料。通过带式运送机将玻璃成型材料运送到退火炉中，并逐步冷却。沿着平板厚度的方向对逐步冷却的玻璃成型材料进行切割或分割，并对每个切割片进行抛光或滚筒抛光，从而形成压制成型用玻璃坯。
在第二个生产实例中，将熔融玻璃浇铸到替代上述模具的圆筒模具中，以形成柱状玻璃成型材料。从模具底部的开口部分以恒定速率以垂直向下的方式取出模具中得到的玻璃成型材料。取出速度可以被确定为使得模具中熔融玻璃的液体水平保持恒定。对玻璃成型材料进行逐步冷却，然后对其进行切割或分割，并对每个切割片进行抛光或滚筒抛光，从而形成压制成型用玻璃坯。
在第三个生产实例中，将具有多个以等间隔布置在圆形回转台上的成型模具的成型机放置在流出管下方，回转台以指针方式回转(index-turned)，成型模具的停顿位置中的一个被用作熔融玻璃被供应到成型模具的位置(称为“浇铸位置”)，将熔融玻璃供应到处于浇铸位置的成型模具，将供应的熔融玻璃成型成玻璃成型材料，然后在与浇铸位置不同的预定的成型模具停顿位置(取出位置)取出玻璃成型材料。哪个停顿位置被用作取出位置可以通过如下确定：回转台的回转速度，玻璃的冷却速度等。可以通过如下几种方法将熔融玻璃供应到处于浇铸位置的成型模具中：在一种方法中，熔融玻璃由流出管的流出口滴下，然后采用上述成型模具接收上述玻璃滴；在一种方法中，使停留在浇铸位置处的成型模具接近玻璃流出口以支撑熔融玻璃流的下端部，在玻璃流的中部形成窄部，成型模具立即以预定方式快速垂直向下移动以使窄部以下的熔融玻璃分离，然后在成型模具上接收分离的熔融玻璃；或者在一种方法中，用切割刀片割切下流出的熔融玻璃流，然后用停留在浇铸位置的成型模具接收由此分离的熔融玻璃坯。
可以使用已知方法在成膜模具上形成玻璃。具体地，当在由成型模具向上喷射气体并向上向玻璃坯施加气压使玻璃漂浮的同时使玻璃成型时，可以防止在玻璃成型材料表面上形成折皱以及防止玻璃成型材料由于与成型模具接触而破裂。
玻璃成型材料的形式可以为球形，可以为回转椭球状，可以为具有一个旋转对称轴并且具有两个面向旋转对称轴且向外凸出的平面的形状，等等。这些形状适于被压制成型以生产诸如透镜等的玻璃坯，或者光学元件坯体。由此得到的玻璃成型材料可以原样地作为压制成型用玻璃坯使用，或其表面可以进行抛光或滚筒抛光以得到压制成型用玻璃坯。
[光学元件]
下面将解释本发明的光学元件。
本发明的光学元件以由上述本发明的光学玻璃形成为特征。本发明的光学元件具有高折射率、低色散特性，而且控制诸如Ta2O5、GeO2等的昂贵组分，使得其含量非常小或为零，结果可以以低成本提供各种光学元件，诸如光学价值高的各种透镜、棱镜等。
透镜的实例包括透镜表面为球面或非球面的各种透镜，诸如凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸面透镜、双凹面透镜、平凸透镜、平凹透镜等等。
这些透镜适于作为用于校正色差的透镜，因为它们与由高折射率、高色散玻璃形成的透镜组合可以校正色差。此外，它们是有效降低光学系统尺寸的透镜。
此外，棱镜具有高折射率，因此当它们插入图像传感光学系统以向所需方向混合光路时，可以实现具有宽视角的紧凑光学系统。
在本发明的光学元件的光学功能表面上可以提供会控制透光率的薄膜，诸如抗反射薄膜等。
[用于生产光学元件坯体的方法]
以下将解释本发明提供的用于生产光学元件坯体的方法。
由本发明提供的用于生产光学元件坯体的方法包括如下两个实施方式。
(用于生产光学元件坯体的第一种方法)
本发明所提供的用于生产光学元件坯体的第一种方法是一种用于生产其被切削、抛光而形成光学元件的光学元件坯体的方法，在这种方法中，在加热下，对本发明的上述压制成型用玻璃坯进行软化，然后压制成型。
光学元件坯体是具有与光学元件类似形状的玻璃成型材料，并且所述玻璃成型材料的形状通过将加工裕量添加到期望的光学元件的形状而获得，所述加工裕量将通过切削、研磨除去。
为了生产光学元件坯体，提供了一种压制模具，其具有与所述坯体的形状相反形状的模制表面。压制模具由模具部件构成，所述部件包括上部模具构件、下部模具构件和可选的衬套构件，所述上部模具构件和下部模具构件的模具表面以上述形式形成，或者在使用衬套构件的情况下，衬套构件的成型表面以上述形式形成。
然后，将粉末形式的脱模剂(诸如氮化硼等)均匀地施加到压制成型用玻璃坯上，所述玻璃坯在加热下被软化，然后引入下部模具部件上，并且采用面向该下部模具部件的上部模具部件挤压经软化的玻璃坯，从而成型光学玻璃坯体。
然后，使光学元件坯体脱离压制模具，从该压制模具中取出，然后退火。通过这个退火处理，降低玻璃内部的应力，从而使诸如折射率等的光学性质达到期望数值。
可由已知条件和材料中选择加热玻璃坯的条件、压制成型的条件以及用于压制模具的材料。上述步骤可以在大气下实施。
(用于生产光学元件坯体的第二种方法)
本发明所提供的用于生产光学元件坯体的第二种方法是一种用于生产其被切削、抛光而形成光学元件的光学元件坯体的方法，在这种方法中，将玻璃原料熔融，并将所得熔融玻璃进行压制成型，从而生产由本发明的上述光学玻璃形成的光学元件坯体。
压制模具由模具部件构成，所述部件包括上部模具构件、下部模具构件和可选的衬套构件。压制模具的成型表面被加工成与上述光学元件坯体的表面形式相反的形式。
将粉末形式的脱模剂(诸如氮化硼等)均匀地施加到下部模具构件的成型表面上，使根据上述用于生产光学玻璃的方法通过熔融得到的熔融玻璃流到下部模具构件的成型表面上，然后当下部模具构件上的熔融玻璃量达到所需量时，采用被称为剪刀的切割刀片切断熔融玻璃流。在下部模具构件上得到熔融玻璃坯后，将带有熔融玻璃坯的下部模具构件移送到上方准备有上部模具部件的位置，接着采用上部模具构件和下部模具构件挤压该玻璃，从而成型光学元件坯体。
然后，使光学元件坯体脱离压制模具，从该压制模具中取出，然后退火。通过这个退火处理，降低玻璃内部的应力，从而使诸如折射率等的光学性质达到期望数值。
可由已知条件和材料中选择加热玻璃坯的条件、压制成型的条件以及用于压制模具的材料。上述步骤可以在大气下实施。
以下将解释本发明所提供的用于生产光学元件的方法。
[用于生产光学元件的方法]
本发明所提供的用于生产光学元件的方法包括：对本发明上述方法中的任意一中所生产的光学元件坯体进行切削、抛光。可以通过应用已知方法来实施切削、抛光。
实施例
采用如下实施例对本发明进行解释，但本发明不应局限于这些实施例。
实施例1
碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、氧化物、硼酸等被用作原料，然后，为了得到具有表1所示组分的玻璃1至10(Glass No.1～10)，对各原料粉末进行称重，并充分混合，从而得到配制原料。将配制原料放置在铂坩埚中，并在1400℃下加热至熔融，然后对熔融玻璃进行精炼、搅拌，从而得到均匀的熔融玻璃。将这些熔融玻璃浇注到预加热的模具中，并快速冷却，并将它们保持在它们的玻璃化转变温度左右的温度下2小时，然后逐步冷却，从而得到被命名为玻璃1至10的光学玻璃。在这些玻璃的任何一个中都未发现晶体沉淀。
通过如下所示方法测定各玻璃的性质。表2示出了测量结果。
(1)折射率nd和阿贝数νd
对以30℃/小时的速率逐步冷却而得到的光学玻璃进行测量。
(2)玻璃化转变温度Tg
采用热力学分析仪在4℃/分钟的升温速率的条件下进行测量。
(3)液相线温度LT
将玻璃放置到被加热至预定温度的烘箱中，并在其中保持2小时。在玻璃冷却后，采用放大倍数100倍的光学显微镜观察玻璃的内部，然后基于是否存在晶体来确定液相线温度。
(4)液相线温度下的粘度
根据粘度JIS标准Z8803(Viscosity JIS Standard)通过利用同轴双圆筒型旋转粘度计的粘度测量方法测量粘度。
(5)比重
通过Archimedean方法测定。
表1
(注释1)Sb2O3的用量基于不包括Sb2O3的玻璃组分。
(注释2)SiO2/B2O3指SiO2的含量(以mol％计)除以B2O3的含量(以mol％)所得到的数值。
(注释3)总量(质量％)指通过添加Sb2O3的量所得到的数值。
表2
对比例1
准备原料，从而得到如下组成：其中除Ta2O5以外的组分维持JP2007-269584A表8的组成37中的含量比，但Ta2O5含量为0。将这些原料在加热下熔融，然后将熔融物浇注到模具中，并快速冷却。结果，如图1左所示，整块玻璃析晶，而变浑浊。
对比例2
准备原料，从而得到与JP2007-269584A表8的组成37相类似的组成，不同之处在于：Ta2O5的全部含量被等份的、作为用于赋予高折射率的其他组分的La2O3、Gd2O3、TiO2、Nb2O5、WO3和ZrO2替代。将这些原料在加热下熔融，然后将熔融物浇注到模具中，并快速冷却。结果，如图1右所示，整块玻璃析晶，而变浑浊。
实施例2
以如下方式生产由实施例1中的光学玻璃1至10形成的压制成型用玻璃坯。
首先，准备玻璃原料，从而得到上述玻璃，然后将它们放置在铂坩埚中、在加热下熔融、精炼、并搅拌，从而得到均匀的熔融玻璃。使每种熔融玻璃以恒定流速从流出管中流出，并浇注到在流出管下方水平排列的模具中，从而形成具有恒定厚度的玻璃板。从模具侧面的开口部分以水平方向连续取出由此成型的玻璃板，通过带式运送机将其运送到退火炉中，并逐步冷却。
对逐步冷却的玻璃板进行切割或分割以制成玻璃片，并对这些玻璃片进行滚筒抛光，从而得到压制成型用玻璃坯。
此外，还可以通过如下得到压制成型用玻璃坯：在流出管下方排列圆筒模具，将熔融玻璃浇注到该模具中以成型成柱状玻璃，从模具底部的开口部分以恒定速率以垂直向下的方式取出柱状玻璃，然后逐步冷却，接着对其进行切割或分割以制成玻璃片，最后对玻璃片进行滚筒抛光。
实施例3
使熔融玻璃以与实施例2相同的方式流出液流管，并采用成型模具接收流出的熔融玻璃的下端。然后，快速向下移动成型模具以根据表面张力切割熔融的玻璃流，从而得到在成型模具上得到具有预定重量的熔融玻璃块。然后，由成型模具喷射气体以向所述玻璃向上施加气压，在使玻璃漂浮的同时使其形成玻璃块，然后从成型模具中取出玻璃块，并退火。对玻璃块进行滚筒抛光。以这种方式，得到由与实施例2中的那些相同的玻璃形成的压制成型用玻璃坯。
实施例4
将氮化硼粉末脱模剂均匀地施加到实施例3中所得到的每个压制成型用玻璃坯的整个表面上，然后在加热下对上述玻璃坯进行软化，并压制成型，从而生成各种透镜(诸如凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸面透镜、双凹面透镜、平凸透镜、平凹透镜等等)和棱镜的坯体。
实施例5
以与实施例2相同的方式制备熔融玻璃，然后，将每种熔融玻璃供应到下部模具构件的成型表面上，该成型表面上已涂覆了氮化硼粉末脱模剂。当每种熔融玻璃在下部模具构件上的量达到预定量时，用切割刀片切断熔融玻璃流。
采用上部模具构件和下部模具构件对由此得到的在下部模具构件上的每一个熔融玻璃坯进行挤压，从而得到各种透镜(诸如凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸面透镜、双凹面透镜、平凸透镜、平凹透镜等等)和棱镜的坯体。
实施例6
对实施例4和5中得到的坯体进行退火。实施所述退火，以降低每种玻璃的内部应力，并且使诸如折射率等的光学性质达到所需数值。
对坯体进行研磨和抛光，从而得到各种透镜(诸如凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸面透镜、双凹面透镜、平凸透镜、平凹透镜等等)和棱镜。可以在由此得到的每种光学元件的表面上涂覆抗反射膜。
实施例7
以与实施例2相同的方式制备玻璃板和柱状玻璃，并对由此得到的玻璃成型材料进行退火，以降低每种玻璃的内部应力，并且使诸如折射率等的光学性质达到所需数值。
然后，对玻璃成型材料进行切割、研磨和抛光，从而得到各种透镜(诸如凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸面透镜、双凹面透镜、平凸透镜、平凹透镜等等)和棱镜的坯体。可以在由此得到的每种光学元件的表面上涂覆抗反射膜。
工业实用性
本发明的光学玻璃可以稳定供应，并且具有优异的玻璃稳定性以及高折射率、低色散性，因而适用于压制成型用玻璃坯、光学元件坯体和光学元件。

Claims (8)

1.一种光学玻璃，其包含，以摩尔％计，
0.1至40％的SiO2，
10至50％的B2O3，
总计0至10％的Li2O、Na2O和K2O，
总计0至10％的MgO、CaO、SrO和BaO，
0.5至22％的ZnO，
5至50％的La2O3，
0.1至25％的Gd2O3，
0.1至20％的Y2O3，
0至20％的Yb2O3，
0至25％的ZrO2，
0至25％的TiO2，
0至20％的Nb2O5，
0至10％的Ta2O5，
大于0.1％但不大于20％的WO3，
0至小于3％的GeO2，
0至10％的Bi2O3，和
0至10％的Al2O3，
SiO2的含量与B2O3的含量的质量比，SiO2/B2O3，为1或更小，
所述光学玻璃具有1.86至1.95的折射率nd并且具有(2.36-nd)/0.014或更高但小于38的阿贝数vd。
2.如权利要求1所述的光学玻璃，其中，Ta2O5的含量为0至7mol％。
3.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其为无Ge玻璃。
4.一种压制成型用玻璃坯，其由权利要求1至3中任意一项所述的光学玻璃形成。
5.一种光学元件，其由权利要求1至4中任意一项所述的光学玻璃形成。
6.一种用于生产光学元件坯体的方法，所述光学元件坯体通过研磨、抛光形成光学元件，
所述方法包括在加热下软化权利要求4所述的压制成型用玻璃坯，并对其进行压制成型。
7.一种用于生产光学元件坯体的方法，所述光学元件坯体通过研磨、抛光形成光学元件，
所述方法包括使玻璃原料熔融并压制成型所得熔融玻璃，从而生产由权利要求1至3中任意一项所述光学玻璃形成的光学元件坯体。
8.一种用于生产光学元件的方法，所述方法包括对权利要求6或7中所述的光学元件坯体进行研磨和抛光。
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