CN109626813B - 光学玻璃、光学预制件、光学元件及光学仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学玻璃，所述光学玻璃的阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：35～55％、Ti⁴⁺：1～15％、Zn²⁺：10～30％、Zr⁴⁺：0～10％、Ba²⁺：1～15％、Na⁺：8～22％、K⁺：0～12％，其中Ti⁴⁺/Si⁴⁺为0.02～0.4。通过合理的组分设计，在获得期望的折射率和阿贝数等光学性能的情况下，具有优异的抗析晶性能。

Description

光学玻璃、光学预制件、光学元件及光学仪器

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，尤其是涉及一种折射率为1.63～1.72，阿贝数为35～41的光学玻璃，以及由该光学玻璃制成的光学预制件、光学元件及光学仪器。

背景技术

随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示等技术领域的应用突飞猛进。近年来，光学元件和光学仪器在数字化、集成化和高精细化方面发展迅速，对用于光学仪器和设备的光学元件的光学玻璃的性能提出了更高的要求。

光学玻璃在生产或二次压型过程中，对光学玻璃的抗析晶性能要求高。光学玻璃若抗析晶性能不好，容易导致在生产过程中析出晶体，导致玻璃的废弃；尤其是在二次压型过程中析晶，会导致压制形成的光学元件不能使用，造成成本和能源的浪费。

发明内容

基于以上原因，本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率(nd)为1.63～1.72，阿贝数(ν_d)为35～41，并且具有优异抗析晶性能的光学玻璃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

(1)光学玻璃，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：35～55％、Ti⁴⁺：1～15％、Zn²⁺：10～30％、Zr⁴⁺：0～10％、Ba²⁺：1～15％、Na⁺：8～22％、K⁺：0～12％，其中Ti⁴⁺/Si⁴⁺为0.02～0.4。

(2)光学玻璃，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：35～55％、Ti⁴⁺：1～15％、Zn²⁺：10～30％、Zr⁴⁺：0～10％、Ba²⁺：1～15％、Na⁺：8～22％、K⁺：0～12％。

(3)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其阳离子组分按摩尔百分比表示，还含有：Li⁺：0～10％、Nb⁵⁺：0～8％、Ln³⁺：0～10％、B³⁺：0～10％、Ca²⁺：0～8％、Sr²⁺：0～8％、Mg²⁺：0～8％、Al³⁺：0～8％、W⁶⁺：0～8％、Sb³⁺：0～1％，其中Ln³⁺为La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺和Yb³⁺中的一种或多种。

(4)光学玻璃，其组分中阳离子含有Si⁴⁺、Ti⁴⁺、Zn²⁺、碱金属离子和碱土金属离子，其组分按摩尔百分比表示，其中Ti⁴⁺/Si⁴⁺为0.02～0.4，所述光学玻璃的折射率(nd)为1.63～1.72，阿贝数(ν_d)为35～41，析晶上限温度为1100℃以下，所述碱土金属离子包含Ca²⁺、Sr²⁺、Mg²⁺和Ba²⁺中的一种或多种，所述碱金属离子包含Na⁺、K⁺和Li⁺中的一种或多种。

(5)根据(4)所述的光学玻璃，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：35～55％、Ti⁴⁺：1～15％、Zn²⁺：10～30％、Zr⁴⁺：0～10％、Ba²⁺：1～15％、Na⁺：8～22％、K⁺：0～12％、Li⁺：0～10％、Nb⁵⁺：0～8％、Ln³⁺：0～10％、B³⁺：0～10％、Ca²⁺：0～8％、Sr²⁺：0～8％、Mg^{2 +}：0～8％、Al³⁺：0～8％、W⁶⁺：0～8％、Sb³⁺：0～1％，其中Ln³⁺为La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺和Yb³⁺中的一种或多种。

(6)根据(1)～(5)任一所述的光学玻璃，各阳离子组分满足以下8种情形中的一种或一种以上：

1)Ti⁴⁺/Si⁴⁺为0.05～0.3；

2)Nb⁵⁺/Zn²⁺为0.5以下；

3)Zn²⁺/Ba²⁺为1.0～20.0；

4)K⁺/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.01～0.5；

5)(Na⁺+K⁺)/Ba²⁺为0.6～20.0；

6)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Zn²⁺+Ti⁴⁺)为0.8～5.0；

7)Ba²⁺/(Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)为0.7～1.0；

8)(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺为0.2～1.0。

(7)根据(1)～(6)任一所述的光学玻璃，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：38～50％、和/或Ti⁴⁺：3～12％、和/或Zn²⁺：15～25％、和/或Zr⁴⁺：0.5～8％、和/或Ba²⁺：2～10％、和/或Na⁺：10～20％、和/或K⁺：0.5～10％、和/或Li⁺：0～5％、和/或Nb⁵⁺：0～5％、和/或Ln³⁺：0～5％、和/或B³⁺：0～5％、和/或Ca²⁺：0～5％、和/或Sr²⁺：0～5％、和/或Mg²⁺：0～5％、和/或Al³⁺：0～5％、和/或W⁶⁺：0～5％、和/或Sb³⁺：0～0.5％，其中Ln³⁺为La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺和Yb³⁺中的一种或多种。

(8)根据(1)～(7)任一所述的光学玻璃，各阳离子组分满足以下8种情形中的一种或一种以上：

1)Ti⁴⁺/Si⁴⁺为0.1～0.25；

2)Nb⁵⁺/Zn²⁺为0.3以下；

3)Zn²⁺/Ba²⁺为1.5～12.0；

4)K⁺/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.03～0.4；

5)(Na⁺+K⁺)/Ba²⁺为1.0～12.0；

6)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Zn²⁺+Ti⁴⁺)为1.0～3.0；

7)Ba²⁺/(Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)为0.8～1.0；

8)(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺为0.35～0.75。

(9)根据(1)～(8)任一所述的光学玻璃，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：40～46％、和/或Ti⁴⁺：5～10％、和/或Zn²⁺：17～23％、和/或Zr⁴⁺：1～5％、和/或Ba²⁺：3～8％、和/或Na⁺：13～18％、和/或K⁺：1～6％、和/或Li⁺：0～3％、和/或Nb⁵⁺：0～3％、和/或Ln³⁺：0～3％、和/或B³⁺：0～3％、和/或Ca²⁺：0～2％、和/或Sr²⁺：0～2％、和/或Mg²⁺：0～2％、和/或Al³⁺：0～2％、和/或W⁶⁺：0～3％、和/或Sb³⁺：0～0.1％，其中Ln³⁺为La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺和Yb³⁺中的一种或多种。

(10)根据(1)～(9)任一所述的光学玻璃，各阳离子组分满足以下8种情形中的一种或一种以上：

1)Nb⁵⁺/Zn²⁺为0.2以下；

2)Zn²⁺/Ba²⁺为2.0～7.0；

3)K⁺/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.05～0.3；

4)(Na⁺+K⁺)/Ba²⁺为2.0～8.0；

5)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Zn²⁺+Ti⁴⁺)为1.2～2.5；

6)Ba²⁺/(Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)为0.9～1.0；

7)(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺为0.4～0.55；

8)Na⁺含量＞K⁺含量＞Li⁺含量。

(11)根据(1)～(10)任一所述的光学玻璃，所述光学玻璃的折射率(nd)为1.63～1.72，优选为1.64～1.71，更优选为1.65～1.70；阿贝数(ν_d)为35～41，优选为36～40，更优选为37～39.5。

(12)根据(1)～(11)任一所述的光学玻璃，所述光学玻璃的析晶上限温度为1100℃以下，优选为1050℃以下，更优选为1030℃以下。

(13)根据(1)～(12)任一所述的光学玻璃，所述光学玻璃的耐水作用稳定性(D_W)为2类以上，优选为1类；和/或耐酸作用稳定性(D_A)为2类以上，优选为1类；和/或气泡度为B级以上，优选为A级以上，更优选为A₀级以上；和/或条纹度为C级以上，优选B级以上；和/或热膨胀系数(α_20～120℃)为85×10^-7/K以下，优选为80×10^-7/K以下，更优选为78×10^-7/K以下；和/或转变温度(T_g)为600℃以下，优选为590℃以下，更优选为585℃以下。

本发明还提供一种光学预制件：

(14)光学预制件，采用(1)～(13)任一所述的光学玻璃制成。

本发明还提供一种光学元件：

(15)光学元件，采用(1)～(13)任一所述的光学玻璃制成，或采用(14)所述的光学预制件制成。

本发明还提供一种光学仪器：

(16)光学仪器，含有(1)～(13)任一所述的光学玻璃，或含有(15)所述的光学元件。

有益效果：本发明通过合理的组分设计，在获得期望的折射率和阿贝数等光学性能的情况下，具有优异的抗析晶性能。

具体实施方式

下面，对本发明的光学玻璃的实施方式进行详细说明，但本发明不限于下述的实施方式，在本发明目的的范围内可进行适当的变更来加以实施。此外，关于重复说明部分，虽然有适当的省略说明的情况，但不会因此而限制发明的主旨。

[光学玻璃]

下面对本发明光学玻璃的各组分范围进行说明。在本说明书中，各组分的含量在没有特别说明的情况下，阳离子组分含量以该阳离子占全部阳离子总摩尔的百分比含量表示，阴离子组分含量以该阴离子占全部阴离子总摩尔的百分比含量表示。除非在具体情况下另外指出，本文所列出的数值范围包括上限和下限值，“以上”和“以下”包括端点值，以及包括在该范围内的所有整数和分数，而不限于所限定范围时所列的具体值。本文所称“和/或”是包含性的，例如“A和/或B”，是指只有A，或者只有B，或者同时有A和B。

需要说明的是，以下描述的各成分的离子价是为了方便而使用的代表值，与其他的离子价没有区别。光学玻璃中各组分的离子价存在代表值以外的可能性。例如，Si通常以离子价为+4价的状态存在于玻璃中，因此在本说明书中以“Si⁴⁺”作为代表值，但是存在以其他的离子价状态存在的可能性，这也在本发明的保护范围之内。

<必要组分和任选组分>

Si⁴⁺是本发明光学玻璃的必要组分，是本发明光学玻璃的骨架。通过将Si⁴⁺的含量设计在35％以上，可以提高玻璃的耐酸性和粘度，降低玻璃的磨耗度。因此，本发明中Si⁴⁺的含量的下限为35％，优选下限为38％,更优选下限为40％。但当Si⁴⁺的含量超过55％时，玻璃的熔化性能急剧变差，容易导致玻璃的着色增加。因此，本发明中Si⁴⁺的含量的上限为55％，优选上限为50％，更优选上限为46％。

Ti⁴⁺具有高折射高色散的性能，加入本发明光学玻璃中可以提高玻璃的折射率。本发明中通过引入1％以上的Ti⁴⁺，可以提高玻璃的抗析晶性能和化学稳定性。因此本发明光学玻璃中Ti⁴⁺的下限为1％，优选下限为3％，更优选下限为5％。另一方面，通过控制Ti⁴⁺在15％以下，可以降低玻璃的着色，提高玻璃短波波长的透过率。在一些实施方式中，通过控制Ti⁴⁺在12％以下，可使玻璃的部分色散比不易上升，易于得到具有低部分色散比的玻璃。因此，本发明光学玻璃中Ti⁴⁺的上限为15％，优选上限为12％，更优选上限为10％。

在本发明中，通过控制Ti⁴⁺和Si⁴⁺的含量比例Ti⁴⁺/Si⁴⁺的范围为0.02～0.4，可以提高玻璃的抗析晶性能，容易获得期望的光学常数和化学稳定性，进一步的，优选使Ti⁴⁺/Si⁴⁺的范围在0.05～0.3，还有助于提高玻璃的熔融性，并且提高玻璃的光透过率，更优选Ti⁴⁺/Si⁴⁺的范围为0.1～0.25。

Zr⁴⁺属于高折射率组分，能提高玻璃的折射率，同时提高玻璃的化学稳定性；本发明中，通过含有10％以下的Zr⁴⁺还有提高玻璃异常分散性的作用，玻璃的异常分散性有利于光学设计中消除二级光谱，因此本发明光学玻璃中Zr⁴⁺的含量为10％以下。在一些实施方式中，Zr⁴⁺的含量低于0.5％，前述效果不明显，但加入量超过8％，则会提高玻璃的析晶风险。因此，Zr⁴⁺的含量优选为0.5～8％，更优选为1～5％。

Nb⁵⁺是高折射高色散组分，是本发明中的任选组分，本发明中通过控制Nb⁵⁺的含量在8％以下，可以抑制玻璃耐失透性的降低，且容易获得具有所希望的色散的玻璃。因此，本发明光学玻璃中Nb⁵⁺的含量为8％以下，优选为5％以下，更优选为3％以下。在一些实施方式中，通过不含有Nb⁵⁺，可以提高玻璃的透过率和抗析晶性能。

Zn²⁺为本发明中降低玻璃转化温度和玻璃原料的熔解温度的必要组分。本发明中通过含有10％以上的Zn²⁺，可提高玻璃的化学稳定性，提高原料的熔解性、促进玻璃气泡的排出，降低玻璃的高温粘度；但Zn²⁺含量高于30％时，玻璃的抗析晶性能恶化，并由于粘度过低而容易导致失透。因此本发明光学玻璃中，Zn²⁺的含量为10～30％，优选为15～25％，更优选为17～23％。

在本发明的一些实施方式中，通过控制Nb⁵⁺/Zn²⁺的值在0.5以下，可以改善玻璃的粘度，且使光学玻璃获得优异的气泡度，尤其是Nb⁵⁺/Zn²⁺的值在0.3以下，可提高光学玻璃的化学稳定性，并使光学玻璃的气泡度达到A级以上，更优选Nb⁵⁺/Zn²⁺的值在0.2以下。

发明人通过研究发现，在本发明的一些实施方式中，通过使(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Zn²⁺+Ti^{4 +})在0.8～5.0范围内，可使光学玻璃获得优异的化学稳定性和成玻稳定性；进一步的使(Si^{4 +}+Zr⁴⁺)/(Zn²⁺+Ti⁴⁺)在1.0～3.0范围内，还可优化光学玻璃的气泡度，更优选(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Zn²⁺+Ti⁴⁺)为1.2～2.5。

Ba²⁺可提高玻璃的耐失透性、调整玻璃的热膨胀系数。特别地，本发明中通过引入1％以上的Ba²⁺，可以使本发明光学玻璃获得期望的光学常数和化学稳定性，因此，Ba²⁺的含量下限为1％，优选下限为2％，更优选下限为3％。另一方面，通过使Ba²⁺含量在15％以下，可提高玻璃的光透射比，且使熔融中的玻璃更稳定。因此Ba²⁺的含量上限为15％，优选上限为10％，更优选上限为8％。

在一些实施方式中，为使本发明光学玻璃获得优异的化学稳定性，可以通过使Zn^{2 +}/Ba²⁺的范围在1.0～20.0内。一方面，当Zn²⁺/Ba²⁺的值超过20.0时，玻璃的抗析晶性能下降；另一方面，当Zn²⁺/Ba²⁺的值小于1.0时，玻璃的转变温度和热膨胀系数上升，因此，Zn²⁺/Ba²⁺的范围为1.0～20.0，优选ZnO/BaO的范围为1.5～12.0；更进一步的，通过控制Zn²⁺/Ba²⁺的范围为2.0～7.0，还可使本发明光学玻璃获得优异的条纹度。

Ca²⁺是提高玻璃耐失透性、降低玻璃磨耗度的组分，是本发明玻璃中的任选组分。本发明中通过使Ca²⁺的含量为8％以下，可以在提高玻璃的耐失透性的同时，抑制玻璃折射率的降低。因此本发明中Ca²⁺的含量上限为8％，优选上限为5％，更优选上限为2％。

Sr²⁺可以有效调整玻璃的光学常数，但其含量过大，则玻璃的抗失透能力下降。本发明中控制Sr²⁺的含量上限为8％，优选上限为5％，更优选上限为2％。

Mg²⁺可以调整玻璃的光学常数，提高玻璃的化学稳定性，是本发明光学玻璃的任选组分。本发明中通过含有8％以下的Mg²⁺，可改良玻璃的熔融性。因此本发明中Mg²⁺的含量上限为8％，优选上限为5％，更优选上限为2％。

Ca²⁺、Sr²⁺、Mg²⁺和Ba²⁺都是碱土金属离子，但在本发明光学玻璃中的作用不同，因此并非可以随意相互替换。通过发明人大量实验研究发现，Ca²⁺、Sr²⁺、Mg²⁺和Ba²⁺在玻璃体系中的含量比例，对光学玻璃的性能有重要影响；进一步的，Ba²⁺/(Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)的范围在0.7～1.0时，可使光学玻璃获得优异的热膨胀系数和条纹度，优选Ba²⁺/(Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)的范围为0.8～1.0，更优选Ba²⁺/(Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)的范围在0.9～1.0。

Na⁺是改善玻璃熔融性的成分。本发明中，通过使Na⁺的含量为22％以下，可在改良玻璃化学稳定性的同时减小玻璃的热膨胀系数。在一些实施方式中，优选使Na⁺含量在8～22％范围内，还优化了玻璃的成形性、提高光透射率。因此本发明光学玻璃中，Na⁺含量限定为22％以下，优选为8～22％，更优选为10～20％，进一步优选为13～18％。

K⁺可以降低玻璃的转变温度，但其含量高于12％，则玻璃的耐失透性下降。在一些实施方式中，优选引入0.5～10％的K⁺，可以使玻璃获得优异的耐水作用稳定性。因此本发明中K⁺含量限定为12％以下，优选为0.5～10％，更优选为1～6％。

Li⁺可以降低玻璃的转变温度，但其含量高于10％，则玻璃的耐酸作用稳定性下降，因此，本发明中Li⁺的含量控制在10％以下。在一些实施方式中，通过控制Li⁺的含量在5％以下，从而能够提高玻璃的粘度，提高玻璃的条纹度。因此，Li⁺的含量优选在5％以下，更优选为3％以下。

虽然Na⁺、K⁺和Li⁺都是碱金属离子，但在本发明光学玻璃中的作用是不同的，通过调整其分别在光学玻璃中的含量，可进一步优化光学玻璃的性能。在本发明的一些实施方式中，通过使K⁺/(Li⁺+Na⁺+K⁺)的值在0.01～0.5范围内，可提高光学玻璃的抗析晶性能，尤其是使K⁺/(Li⁺+Na⁺+K⁺)的值在0.03～0.4范围内，还可提高玻璃的条纹度，进一步优选K⁺/(Li⁺+Na⁺+K⁺)的值为0.05～0.3。在一些实施方式中，通过使Na⁺的含量＞Li⁺的含量，优选Na⁺的含量＞K⁺的含量＞Li⁺的含量,可提高光学玻璃的抗析晶性能和化学稳定性。

在一些实施方式中，当(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺大于1.0时，光学玻璃的抗析晶性能下降，当(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺小于0.2时，光学玻璃的转变温度升高，因此本发明中(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺的范围为0.2～1.0；通过进一步研究发现，使(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺在0.35～0.75范围内，可使光学玻璃获得优异的气泡度，进一步优选(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺为0.4～0.55。

在一些实施方式中，当(Na⁺+K⁺)/Ba²⁺的值高于20.0，玻璃的热膨胀系数上升、条纹度降低，当(Na⁺+K⁺)/Ba²⁺的值低于0.6，玻璃的密度上升，因此本发明光学玻璃中优选(Na⁺+K⁺)/Ba²⁺的值为0.6～20.0，更优选为1.0～12.0，进一步优选为2.0～8.0。

B³⁺具有改善玻璃热稳定性和熔融性的作用，但当其含量高于10％时，玻璃的化学稳定性和耐失透性下降。本发明中B³⁺的上限为10％，优选上限为5％，更优选上限为3％。在一些实施方式中，通过不引入B³⁺，可获得期望的化学稳定性。

Al³⁺可以提高玻璃的化学稳定性，但其含量过大，玻璃的耐失透性和熔融性降低，因此其含量为8％以下，优选为5％以下，更优选为2％以下。

W⁶⁺是可以调整玻璃的光学常数和耐失透性的任选组分，但其含量超过8％时，玻璃的透过率和抗析晶性能下降，因此，W⁶⁺的含量上限是8％，优选上限为5％，更优选上限为3％，进一步优选为不含有。

Ln³⁺是提高玻璃折射率，且提高玻璃化学稳定性的组分，是本发明光学玻璃中的任选组分，其中Ln³⁺为La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺和Yb³⁺中的一种或多种。通过将Ln³⁺的含量控制为10％以下能够提高玻璃的耐失透性能。因此，在本发明的光学玻璃中，Ln³⁺含量范围的上限值为10％，优选上限为5％，更优选上限为3％。

通过加入0～1％的Sb³⁺作为澄清剂，可以提高玻璃的澄清效果，当Sb³⁺含量超过1％时，玻璃有澄清性能降低的倾向，同时由于其强氧化作用促进了成型模具的恶化，因此本发明Sb³⁺的添加量为1％以下，优选为0.5％以下，更优选为0.1％以下。

在不损害本发明的玻璃特性的范围内，根据需要能够添加上述未曾提及的其他组分，如P⁵⁺、Ge⁴⁺、Te⁴⁺、Bi³⁺、Ta⁵⁺和Ga³⁺等组分，但单独或混合的含有以上组分的含量上限为5％，优选上限为3％，更优选上限为1％。

本发明中阴离子主要为O^2-,通过含有95％以上的O^2-，可获得抗析晶性能和耐失透性优异，且具有优异化学稳定性的光学玻璃，优选O^2-含量为98％以上，更优选O^2-含量为99％以上。本发明光学玻璃中阴离子除含O^2-外，还可含有少量的F^-、Cl^-、Br^-和I^-中的一种或多种，其单独或混合含有的量为5％以下，优选为2％以下，更优选为1％以下，进一步优选为不含有。

<不应含有的成分>

本发明玻璃中，V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等过渡金属的离子，即使单独或复合地少量含有的情况下，玻璃也会被着色，在可见光区域的特定的波长产生吸收，从而减弱本发明的提高可见光透过率效果的性质，因此，特别是对于可见光区域波长的透过率有要求的光学玻璃，优选实际上不含有。

Th、Cd、Tl、Os、Be以及Se的阳离子，近年来作为有害的化学物质而有控制使用的倾向，不仅在玻璃的制造工序，直至加工工序以及产品化后的处置上对环境保护的措施是必需的。因此，在重视对环境的影响的情况下，除了不可避免地混入以外，优选实际上不含有它们。由此，光学玻璃变得实际上不包含污染环境的物质。因此，即使不采取特殊的环境对策上的措施，本发明的光学玻璃也能够进行制造、加工以及废弃。

本文所记载的“不引入”“不含有”“0％”是指没有故意将该组分作为原料添加到本发明光学玻璃中；但作为生产光学玻璃的原材料和/或设备，会存在某些不是故意添加的杂质或组分，会在最终的光学玻璃中少量或痕量含有，此种情形也在本发明专利的保护范围内。

下面，对本发明的光学玻璃的性能进行说明。

<折射率与阿贝数>

光学玻璃折射率(nd)与阿贝数(ν_d)按照GB/T 7962.1—2010规定的方法测试。

本发明光学玻璃的折射率(nd)为1.63～1.72，优选为1.64～1.71，更优选为1.65～1.70；阿贝数(ν_d)为35～41，优选为36～40，更优选为37～39.5。

<耐酸作用稳定性>

光学玻璃耐酸作用稳定性(D_A)(粉末法)按照GB/T 17129规定的方法测试。

本发明光学玻璃的耐酸作用稳定性(D_A)为2类以上，优选为1类。

<耐水作用稳定性>

光学玻璃耐水作用稳定性(D_W)(粉末法)按照GB/T 17129规定的方法测试。

本发明光学玻璃的耐水作用稳定性(D_W)为2类以上，优选为1类。

<气泡度>

光学玻璃的气泡度按GB/T7962.8-2010规定的方法测试。

本发明光学玻璃气泡度为B级以上，优选为A级以上，更优选为A₀级以上。

<条纹度>

光学玻璃的条纹度按MLL-G-174B规定的方法进行测量。方法为用点光源和透镜组成的条纹仪，从最容易看见条纹的方向上，与标准试样比较检查，共分为4级，分别为A、B、C、D级，A级为规定检测条件下无肉眼可见的条纹，B级为规定检测条件下有细而分散的条纹，C级为规定检测条件下有轻微的平行条纹，D级为规定检测条件下有粗略的条纹。

本发明的光学玻璃的条纹度为C级以上，优选B级以上。

<析晶上限温度>

采用梯温炉法测定玻璃的析晶性能，将玻璃制成180*10*10mm的样品，侧面抛光，放入带有温度梯度(5℃/cm)的炉内升温至1400℃保温4小时后取出自然冷却到室温，在显微镜下观察玻璃析晶情况，玻璃出现晶体对应的最高温度即为玻璃的析晶上限温度。

本发明的光学玻璃的析晶上限温度为1100℃以下，优选为1050℃以下，更优选为1030℃以下。

<热膨胀系数>

热膨胀系数(α_20～120℃)按照GB/T7962.16-2010规定的方法测试。

本发明的光学玻璃的热膨胀系数(α_20～120℃)为85×10^-7/K以下，优选为80×10^-7/K以下，更优选为78×10^-7/K以下。

<转变温度>

玻璃的转变温度(T_g)按GB/T7962.16-2010规定的方法进行测试。

本发明的光学玻璃的转变温度(T_g)为600℃以下，优选为590℃以下，更优选为585℃以下。

<密度>

密度(ρ)按照GB/T7962.20-2010规定的方法进行测试。

本发明的光学玻璃的密度(ρ)为3.8g/cm³以下，优选为3.7g/cm³以下，更优选为3.6g/cm³以下，进一步优选为3.5g/cm³以下。

[制造方法]

本发明光学玻璃的制造方法如下：本发明的玻璃采用常规原料和常规工艺生产，使用碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氧化物等为原料，按常规方法配料后，将配好的炉料投入到1350～1400℃的熔炼炉中熔制，经澄清和充分均化后，在1150～1200℃浇注或漏注成型，即可获得本发明的光学玻璃。本领域技术人员能够根据实际需要，适当地选择原料、工艺方法和工艺参数。

[光学预制件和光学元件]

可以使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，由所制成的光学玻璃来制作光学预制件。即，可以通过对光学玻璃进行磨削和研磨等机械加工来制作光学预制件，或通过对由光学玻璃制作模压成型用的预成型坯，对该预成型坯进行再热压成型后再进行研磨加工来制作光学预制件，或通过对进行研磨加工而制成的预成型坯进行精密冲压成型来制作光学预制件。

需要说明的是，制备光学预制件的手段不限于上述手段。如上所述，本发明的光学玻璃对于各种光学元件和光学设计是有用的，其中特别优选由本发明的光学玻璃形成预成型坯，使用该预成型坯来进行再热压成型、精密冲压成型等，制作透镜、棱镜等光学元件。

本发明的光学预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的光学预制件具有光学玻璃所具有的优异特性；本发明的光学元件具有光学玻璃所具有的优异特性，能够提供光学价值高的各种透镜、棱镜等光学元件。

作为透镜的例子，可举出透镜面为球面或非球面的凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜。

[光学仪器]

本发明光学玻璃所形成的光学元件可制作如照相设备、摄像设备、显示设备和监控设备等光学仪器。

实施例

<光学玻璃实施例>

为了进一步清楚地阐释和说明本发明的技术方案，提供以下的非限制性实施例。

本实施例采用上述光学玻璃的制造方法得到具有表1～表2所示的组成的光学玻璃。另外，通过本发明所述的测试方法测定各玻璃的特性，并将测定结果表示在表1～表2中。

表1

表2

<光学预制件实施例>

将光学玻璃实施例1～20所得到的玻璃使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，来制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜等的预制件。

<光学元件实施例>

将上述光学预制件实施例所得到的这些预制件退火，在降低玻璃内部的变形的同时进行微调，使得折射率等光学特性达到所需值。

接着，对各预制件进行磨削、研磨，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜。所得到的光学元件的表面上还可涂布防反射膜。

<光学仪器实施例>

将上述光学元件实施例制得的光学元件通过光学设计，通过使用一个或多个光学元件形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件，或用于车载领域的摄像设备和装置。

Claims (21)

1.光学玻璃，其特征在于，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：35～55％、Ti⁴⁺：1～15％、Zn²⁺：10～30％、Zr⁴⁺：0～10％、Ba²⁺：1～15％、Na⁺：8～22％、K⁺：0～12％，其中Ti⁴⁺/Si⁴⁺为0.02～0.4，Zn²⁺/Ba²⁺为1.5～20.0。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其阳离子组分按摩尔百分比表示，还含有：Li⁺：0～10％、Nb⁵⁺：0～8％、Ln³⁺：0～10％、B³⁺：0～10％、Ca²⁺：0～8％、Sr²⁺：0～8％、Mg^{2 +}：0～8％、Al³⁺：0～8％、W⁶⁺：0～8％、Sb³⁺：0～1％，其中Ln³⁺为La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺和Yb³⁺中的一种或多种。

3.光学玻璃，其特征在于，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：35～55％、Ti⁴⁺：1～15％、Zn²⁺：10～30％、Ba²⁺：1～15％、Na⁺：8～22％，其中Ti⁴⁺/Si⁴⁺为0.02～0.4，Zn²⁺/Ba²⁺为1.5～20.0，所述光学玻璃的折射率nd为1.63～1.72，阿贝数ν_d为35～41，析晶上限温度为1100℃以下。

4.根据权利要求3所述的光学玻璃，其特征在于，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Zr⁴⁺：0～10％、K⁺：0～12％、Li⁺：0～10％、Nb⁵⁺：0～8％、Ln³⁺：0～10％、B³⁺：0～10％、Ca²⁺：0～8％、Sr²⁺：0～8％、Mg²⁺：0～8％、Al³⁺：0～8％、W⁶⁺：0～8％、Sb³⁺：0～1％，其中Ln³⁺为La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺和Yb³⁺中的一种或多种。

5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，各阳离子组分满足以下7种情形中的一种以上：

1)Ti⁴⁺/Si⁴⁺为0.05～0.3；

2)Nb⁵⁺/Zn²⁺为0.5以下；

3)K⁺/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.01～0.5；

4)(Na⁺+K⁺)/Ba²⁺为0.6～20.0；

5)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Zn²⁺+Ti⁴⁺)为0.8～5.0；

6)Ba²⁺/(Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)为0.7～1.0；

7)(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺为0.2～1.0。

6.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：38～50％、和/或Ti⁴⁺：3～12％、和/或Zn²⁺：15～25％、和/或Zr⁴⁺：0.5～8％、和/或Ba²⁺：2～10％、和/或Na⁺：10～20％、和/或K⁺：0.5～10％、和/或Li⁺：0～5％、和/或Nb⁵⁺：0～5％、和/或Ln³⁺：0～5％、和/或B³⁺：0～5％、和/或Ca²⁺：0～5％、和/或Sr²⁺：0～5％、和/或Mg²⁺：0～5％、和/或Al³⁺：0～5％、和/或W⁶⁺：0～5％、和/或Sb³⁺：0～0.5％，其中Ln^{3 +}为La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺和Yb³⁺中的一种或多种。

7.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，各阳离子组分满足以下8种情形中的一种以上：

1)Ti⁴⁺/Si⁴⁺为0.1～0.25；

2)Nb⁵⁺/Zn²⁺为0.3以下；

3)Zn²⁺/Ba²⁺为1.5～12.0；

4)K⁺/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.03～0.4；

5)(Na⁺+K⁺)/Ba²⁺为1.0～12.0；

6)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Zn²⁺+Ti⁴⁺)为1.0～3.0；

7)Ba²⁺/(Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)为0.8～1.0；

8)(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺为0.35～0.75。

8.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其阳离子组分按摩尔百分比表示，含有：Si⁴⁺：40～46％、和/或Ti⁴⁺：5～10％、和/或Zn²⁺：17～23％、和/或Zr⁴⁺：1～5％、和/或Ba²⁺：3～8％、和/或Na⁺：13～18％、和/或K⁺：1～6％、和/或Li⁺：0～3％、和/或Nb⁵⁺：0～3％、和/或Ln³⁺：0～3％、和/或B³⁺：0～3％、和/或Ca²⁺：0～2％、和/或Sr²⁺：0～2％、和/或Mg²⁺：0～2％、和/或Al³⁺：0～2％、和/或W⁶⁺：0～3％、和/或Sb³⁺：0～0.1％，其中Ln³⁺为La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺和Yb³⁺中的一种或多种。

9.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，各阳离子组分满足以下8种情形中的一种以上：

1)Nb⁵⁺/Zn²⁺为0.2以下；

2)Zn²⁺/Ba²⁺为2.0～7.0；

3)K⁺/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.05～0.3；

4)(Na⁺+K⁺)/Ba²⁺为2.0～8.0；

5)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Zn²⁺+Ti⁴⁺)为1.2～2.5；

6)Ba²⁺/(Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺)为0.9～1.0；

7)(Zn²⁺+Li⁺)/Si⁴⁺为0.4～0.55；

8)Na⁺含量＞K⁺含量＞Li⁺含量。

10.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率nd为1.63～1.72；阿贝数ν_d为35～41。

11.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率nd为1.64～1.71；阿贝数ν_d为36～40。

12.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率nd为1.65～1.70；阿贝数ν_d为37～39.5。

13.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的析晶上限温度为1100℃以下。

14.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的析晶上限温度为1050℃以下。

15.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的析晶上限温度为1030℃以下。

16.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的耐水作用稳定性D_W为2类以上；和/或耐酸作用稳定性D_A为2类以上；和/或气泡度为B级以上；和/或条纹度为C级以上；和/或热膨胀系数α_20～120℃为85×10^-7/K以下；和/或转变温度T_g为600℃以下。

17.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的耐水作用稳定性D_W为1类；和/或耐酸作用稳定性D_A为1类；和/或气泡度为A级以上；和/或条纹度为B级以上；和/或热膨胀系数α_20～120℃为80×10^-7/K以下；和/或转变温度T_g为590℃以下。

18.根据权利要求1～4任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的气泡度为A₀级以上；和/或热膨胀系数α_20～120℃为78×10^-7/K以下；和/或转变温度T_g为585℃以下。

19.光学预制件，采用权利要求1～18任一权利要求所述的光学玻璃制成。

20.光学元件，采用权利要求1～18任一权利要求所述的光学玻璃制成，或采用权利要求19所述的光学预制件制成。

21.光学仪器，含有权利要求1～18任一权利要求所述的光学玻璃，或含有权利要求20所述的光学元件。