CN110128005A

CN110128005A - 光学玻璃

Info

Publication number: CN110128005A
Application number: CN201910433588.2A
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: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2039-05-23
Also published as: CN110128005B

Abstract

本发明提供一种高折射率低色散光学玻璃，其组分以重量百分比表示，含有：SiO₂+B₂O₃：8～30％；La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃：35～75％；Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅：10～50％；(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.6～2.5；Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.15～0.7；3×SiO₂/WO₃为0.05～1.5；B₂O₃/WO₃为0.2～1.5；(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)为0.9～5.0；Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)为0.3～1.0；Ta₂O₅/WO₃为0.8以下。本发明通过合理引入各种组分，并调节组分含量之间的配比，本发明获得的光学玻璃在具有期望的折射率和色散的同时，化学稳定性优异，且具有较高的硬度。

Description

光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，尤其是涉及一种高折射率低色散的光学玻璃。

背景技术

高折射率低色散玻璃形成的透镜可与由超低色散玻璃形成的透镜等进行组合而制成接合透镜，从而能够校正色像差、并且使光学系统紧凑化。因此，高折射率低色散玻璃作为构成摄像光学系统、投影仪等投影光学系统的光学元件，占据着非常重要的位置。

近年来，车载、监控安防等领域大量应用光学玻璃，而应用于车载、安防等领域的光学玻璃由于长期暴露在室外，因此对光学玻璃的耐酸、耐水等化学稳定性要求也较高。另一方面，光学玻璃在加工过程中，也会接触大量的腐蚀介质，若其耐酸、耐水性能差，将会影响光学玻璃的成像质量，甚至使加工的光学元件完全废弃。另一方面，车辆在行驶过程中不免会遭到沙石的击打，这就要求玻璃需要较高的硬度。因此，光电材料领域对具有优异化学稳定性和较高硬度的高折射率低色散光学玻璃的需求较为迫切。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有优异化学稳定性和较高硬度的高折射率低色散光学玻璃。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

(1)光学玻璃，其组分按重量百分比表示，含有：

SiO₂+B₂O₃：8～30％；

La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃：35～75％；

Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅：10～50％；

(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.6～2.5；

Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.15～0.7；

3×SiO₂/WO₃为0.05～1.5；

B₂O₃/WO₃为0.2～1.5；

(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)为0.9～5.0；

Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)为0.3～1.0；

Ta₂O₅/WO₃为0.8以下；

所述光学玻璃的折射率nd为1.87以上，阿贝数为40以下。

(2)根据(1)所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，含有：ZnO：0～10％；Al₂O₃：0～10％；RO：0～10％；Rn₂O：0～10％，其中RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

(3)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：

(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.7～2.0；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.2～0.6；和/或

3×SiO₂/WO₃为0.1～1.0；和/或

B₂O₃/WO₃为0.3～1.0；和/或

(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)为1.0～4.0；和/或

Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)为0.4～0.9；和/或

Ta₂O₅/WO₃为0.02～0.5。

(4)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：

(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.8～1.8；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.3～0.55；和/或

3×SiO₂/WO₃为0.2～0.8；和/或

B₂O₃/WO₃为0.4～0.8；和/或

(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)为1.5～3.0；和/或

Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)为0.5～0.8；和/或

Ta₂O₅/WO₃为0.05～0.3。

(5)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，ZnO/Gd₂O₃的值为0.5以下，优选ZnO/Gd₂O₃的值为0.3以下，更优选ZnO/Gd₂O₃的值为0.2以下。

(6)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：SiO₂+B₂O₃：10～25％；和/或La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃：40～65％；和/或Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅：15～45％。

(7)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：SiO₂+B₂O₃：10～20％；和/或La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃：40～55％；和/或Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅：20～40％。

(8)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，含有：Gd₂O₃：10～30％；和/或WO₃：10～30％；和/或TiO₂：0～10％。

(9)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，含有：Gd₂O₃：13～26％；和/或WO₃：12～26％；和/或TiO₂：0～5％；和/或ZnO：0～8％；和/或Al₂O₃：0～5％；和/或RO：0～5％；和/或Rn₂O：0～5％，其中RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

(10)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，含有：Gd₂O₃：16～25％；和/或WO₃：15～25％；和/或TiO₂：0～3％；和/或ZnO：0～3％；和/或Al₂O₃：0～2％；和/或RO：0～2％；和/或Rn₂O：0～2％，其中RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

(11)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量为90％以上，优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量为95％以上，更优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量为97％以上。

(12)根据(1)或(2)任一所述的光学玻璃，所述光学玻璃的折射率nd为1.88～1.95，优选为1.89～1.94，更优选为1.90～1.93；阿贝数vd为31～38，优选为32～37，更优选为33～36。

(13)根据(1)或(2)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/或热膨胀系数α_20～120℃为80×10^-7/K以下，优选为78×10^-7/K以下，更优选为75×10^-7/K以下；和/或努氏硬度H_K为650×10⁷Pa以上，优选为655×10⁷Pa以上，更优选为660×10⁷Pa以上，进一步优选为665×10⁷Pa以上。

本发明还提供一种玻璃预制件、光学元件和光学仪器。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

(14)玻璃预制件，采用(1)～(13)任一所述的光学玻璃制成。

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

(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。

本发明的有益效果是：通过合理的引入各种组分，并调节组分含量之间的配比，本发明获得的光学玻璃具有期望的折射率和色散的同时，化学稳定性优异，且具有较高的硬度。

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。以下内容中有时候将本发明光学玻璃简称为玻璃。

[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，如果没有特殊说明，各组分的含量全部采用相对于换算成氧化物的组成的玻璃物质总量的重量百分比表示。在这里，所述“换算成氧化物的组成”是指，作为本发明的光学玻璃组成成分的原料而使用的氧化物、复合盐及氢氧化物等熔融时分解并转变为氧化物的情况下，将该氧化物的物质总量作为100％。

除非在具体情况下另外指出，本发明和本说明书中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。

SiO₂和B₂O₃在本发明中作为骨架存在，若其合计含量SiO₂+B₂O₃低于8％，难以形成稳定的玻璃，因此SiO₂+B₂O₃的下限为8％，优选SiO₂+B₂O₃的下限为10％；若其合计含量SiO₂+B₂O₃超过30％，玻璃的折射率达不到设计要求，耐失透性有下降的趋势，因此SiO₂+B₂O₃的上限为30％，优选SiO₂+B₂O₃的上限为25％，更优选SiO₂+B₂O₃的上限为20％。

SiO₂可以提高熔融玻璃的粘度、促进稳定的玻璃形成，通过将SiO₂的引入量控制在10％以下，可以降低玻璃的部分色散比、抑制玻璃化转变温度的上升。因此本发明中SiO₂含量的上限为10％，上限优选为8％，SiO₂含量的下限优选为1％。在一些实施方式在中，通过将SiO₂的引入量控制在6％以下，还可减小玻璃的比重，并且易于获得本发明高折射率的目标，因此SiO₂的含量上限更优选为6％。

在含有大量稀土氧化物的玻璃中，B₂O₃是作为玻璃形成不可或缺的氧化物组分。本发明中通过引入5％以上的B₂O₃，能够降低玻璃的比重，并且能够降低由再加热导致的失透和着色；若B₂O₃的含量超过20％，玻璃的折射率降低，且玻璃的化学稳定性下降，因此本发明中B₂O₃含量的下限为5％，优选下限为8％，更优选下限为10％，B₂O₃含量的上限为20％，优选上限为18％，更优选上限为15％。

La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、Yb₂O₃等稀土氧化物是提高玻璃折射率且提高玻璃化学稳定性的组分，通过引入35％以上的La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃以获得上述效果，优选La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃的下限为40％；若La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃超过75％，玻璃的热稳定性和耐失透性降低。因此，La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃的上限为75％，优选La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃的上限为65％，更优选

La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃的上限为55％。

La₂O₃具有提高折射率和改善耐酸作用稳定性的作用，当La₂O₃的含量过多时，玻璃的热稳定性和耐失透性下降。本发明中La₂O₃含量的下限为21％，优选下限为23％，更优选下限为26％，La₂O₃含量的上限为40％，优选上限为36％，更优选上限为35％。

Gd₂O₃的引入可以提高玻璃的折射率和化学稳定性，本发明中通过引入10％以上的Gd₂O₃，在获得上述性能的同时，改善玻璃的热稳定性和抗析晶性能；若Gd₂O₃含量超过30％，玻璃的比重和成本上升。因此本发明中Gd₂O₃含量的下限为10％，优选下限为13％，更优选下限为16％，Gd₂O₃含量的上限为30％，优选上限为26％，更优选上限为25％。

Y₂O₃具有提高玻璃折射率的作用，本发明中通过引入10％以下的Y₂O₃，可以在维持高折射率的同时，抑制玻璃的热稳定性和化学稳定性降低。因此，本发明中Y₂O₃含量的上限为10％，优选上限为5％，更优选上限为2％，进一步优选不引入Y₂O₃。

本发明中通过控制稀土氧化物组分的含量之间的关系，可以调整玻璃的抗析晶性能。尤其是控制Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)在0.15～0.7范围内，在获得优异抗析晶性能的同时，光学玻璃的光透过率和热稳定性得到改善，优选Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.2～0.6，更优选Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.3～0.55。

本发明中通过引入8％以下的Yb₂O₃，可容易得到期望的玻璃光学常数，同时维持玻璃的耐失透性，优选Yb₂O₃的含量上限为5％，更优选上限为1％。

Nb₂O₅、TiO₂、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅等组分具有提高玻璃折射率和抗析晶性能的作用，本发明中通过将Nb₂O₅、TiO₂、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅限定在10％以上以获得上述效果，优选下限为15％，更优选下限为20％。若Nb₂O₅、TiO₂、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量超过50％，玻璃的光透过率变差、且难以获得低色散的目标，因此Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅的上限为50％，优选上限为45％，更优选上限为40％。

WO₃对获得玻璃的高折射率和耐失透性是有效的，本发明中通过引入10％以上的WO₃，可在一定程度上减少由其他高折射率组分导致的玻璃的着色，且提高玻璃原料的熔解性；当其含量超过30％时，玻璃的色散难以到达设计要求，玻璃在可见光区域的短波长区域的透光性劣化。因此，本发明中WO₃含量的下限为10％，优选下限为12％，更优选下限为15％，WO₃含量的上限为30％，优选上限为26％，更优选上限为25％。

经发明人大量实验研究发现，在一些实施方式中，通过引入3份含量的SiO₂与1份含量的WO₃协同作用，并使其含量关系为SiO₂含量的3倍与WO₃含量的比值3×SiO₂/WO₃在0.05～1.5范围内，可在保证低热膨胀系数的情况下，改善玻璃的抗析晶性能；优选3×SiO₂/WO₃为0.1～1.0范围内，还可进一步提高玻璃的化学稳定性。因此3×SiO₂/WO₃的范围为0.05～1.5，优选3×SiO₂/WO₃的范围为0.1～1.0，更优选3×SiO₂/WO₃的范围为0.2～0.8。

在本发明中，若B₂O₃/WO₃在0.2以下，玻璃的熔融性能降低，若B₂O₃/WO₃超过1.5，则玻璃的抗析晶性能有劣化的趋势，因此本发明中B₂O₃/WO₃在0.2～1.5范围内。进一步的，通过使B₂O₃/WO₃在0.3～1.0范围内，还可使光学玻璃较易获得合适的硬度。因此本发明中B₂O₃/WO₃为0.2～1.5，优选为0.3～1.0，更优选为0.4～0.8。

Nb₂O₅是提高玻璃的耐失透性、化学稳定性及折射率的组分。当其含量超过10％，玻璃的热稳定性下降、液相温度有上升的趋势，因此本发明中Nb₂O₅的含量为10％以下。在一些实施方式中，尤其是含有1％以上的Nb₂O₅，能够易于得到更低的热膨胀系数，具有防止在精密加压等伴随着温度变化的加工工序中的玻璃破裂的效果，优选Nb₂O₅含量为1～8％，更优选为2～6％。

发明人大量实验研究发现，若(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)的值小于0.9，玻璃难以获得低的色散，同时玻璃的光透过率和抗析晶性能降低；若(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)的值超过5.0，玻璃的热膨胀系数上升，硬度变差。因此(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)的值为0.9～5.0，优选为1.0～4.0，更优选为1.5～3.0。

ZrO₂组分可提高玻璃的折射率，通过将ZrO₂组分的含量设为10％以下，能够维持所期望的色散，且可抑制因ZrO₂的过量含有所引起的耐失透性的降低。因此，ZrO₂的含量上限为10％，优选上限为8％，更优选上限为7％，ZrO₂的含量下限优选为1％，更优选下限为2％。

TiO₂可用于调节玻璃的折射率和色散，在本发明中通过控制TiO₂的含量在10％以下，可以抑制玻璃的化学稳定性、光透过率和抗析晶性能劣化。因此，本发明中TiO₂含量上限为10％，优选上限为5％，更优选上限为3％。在一些实施方式中，即使少量的含有TiO₂，也会导致玻璃的化学稳定性变差，因此进一步优选不含有TiO₂。

经发明人大量实验研究发现，若(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)的值小于0.6，玻璃的化学稳定性变差，且光透过率和硬度降低；若(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)的值超过2.5，玻璃的成玻稳定性和抗析晶性能降低。因此本发明中(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)的值为0.6～2.5，优选为0.7～2.0，更优选为0.8～1.8，进一步优选为1.0～1.5。

ZnO是降低玻璃的液相线温度并提高玻璃的耐失透性的任意组分，具有在熔融玻璃时促进玻璃原料熔融的作用，是本发明玻璃中的任意组分。从改善玻璃的熔融性、热稳定性、成型性、机械加工性等性能出发，本发明中将ZnO含量上限限定为10％，优选上限为8％，更优选上限为3％，进一步优选为不引入ZnO。

本发明光学玻璃的一些实施方式中，当ZnO/Gd₂O₃的值在0.5以下，可使光学玻璃具有合适的高温粘度，改善玻璃的成型性能，优化玻璃的条纹度；进一步的，当ZnO/Gd₂O₃的值在0.3以下，还可降低玻璃的热膨胀系数。因此本发明中ZnO/Gd₂O₃的值为0.5以下，优选为0.3以下，更优选为0.2以下。

Ta₂O₅具有提高玻璃折射率和耐失透性的作用，通过使昂贵的Ta₂O₅组分含量在10％以下，可降低玻璃的材料成本，因此可更廉价地制作光学玻璃。优选的，通过引入1％以上的Ta₂O₅，可降低玻璃的熔融温度，原料的熔融所需要的能量降低，因此也可降低光学玻璃的制造成本。因此本发明中Ta₂O₅的含量限定为0～10％，优选为0～8％，更优选为1～6％。

在本发明的一些实施方式中，若Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)的值小于0.3，玻璃的化学稳定性变差，因此Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)的范围为0.3～1.0；进一步的，通过控制Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)的范围在0.4～0.9范围内，还可使光学玻璃较易获得低的热膨胀系数，优化玻璃的抗析晶性能。因此Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)的范围优选为0.4～0.9，更优选为0.5～0.8。

在本发明的一些实施方式中，通过使Ta₂O₅/WO₃在0.8以下，可使光学玻璃在具有合适的熔融性能的情况下，获得较低的热膨胀系数和较高的硬度，优选Ta₂O₅/WO₃为0.02～0.5，更优选Ta₂O₅/WO₃为0.05～0.3。

Rn₂O(Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种)可以改善玻璃的熔融性，降低玻璃化转变温度，当其含量超过10％时，玻璃稳定性变差，折射率大幅降低，难以获得期望的折射率。因此本发明Rn₂O含量上限为10％，优选上限为5％，更优选上限为2％。在一些实施方式中，引入Li₂O会导致成型过程中玻璃的内部质量急剧劣化，因此进一步优选不引入Li₂O。

RO(RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种)可以改善玻璃的熔融性和耐失透性，通过将其含量控制在10％以下，易于得到期望的折射率，并且可抑制这些成分的过量含有导致的玻璃的失透。因此，本发明RO含量上限为10％，优选上限为5％，更优选上限为2％。在一些实施方式中，引入BaO会导致玻璃的稳定性变差，因此进一步优选不引入BaO。

少量引入Al₂O₃能改善形成玻璃的稳定性和化学稳定性，但其含量超过10％时，显示玻璃熔融性变差、耐失透性降低的倾向，因此本发明Al₂O₃的含量上限为10％，优选上限为5％，更优选上限为2％，进一步优选不引入。

通过引入0～1％的Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种组分作为澄清剂，可以提高玻璃的澄清效果，优选引入0～0.5％的澄清剂，更优选引入0～0.1％的澄清剂，进一步优选不引入澄清剂。

为充分获得本发明所期望的高折射率低色散性能的同时，所获得的光学玻璃具有较高的硬度、优异的化学稳定性和较低的热膨胀系数，本发明光学玻璃中SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量优选为90％以上，更优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量为95％以上，进一步优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量为97％以上。

<不应含有的组分>

本发明玻璃中，V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等过渡金属的氧化物，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，从而减弱本发明的可见光透过率，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的氧化物，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。

为了实现环境友好，本发明的光学玻璃不含有As₂O₃和PbO。虽然As₂O₃具有消除气泡和较好的防止玻璃着色的效果，但As₂O₃的加入会加大玻璃对熔炉特别是对铂金熔炉的铂金侵蚀，导致更多的铂金离子进入玻璃，对铂金熔炉的使用寿命造成不利影响。PbO可显著提高玻璃的高折射率和高色散性能，但PbO和As₂O₃都造成环境污染的物质。

本文所记载的“不引入”“不含有”“0％”是指没有故意将该化合物、分子或元素等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。

从适于实用的角度出发，本发明光学玻璃的折射率(nd)的下限为1.87，优选下限为1.88，更优选下限为1.89，进一步优选下限为1.90，折射率(nd)优选上限为1.95，更优选上限为1.94，进一步优选上限为1.93；阿贝数(ν_d)的上限为40，优选上限为38，更优选上限为37，进一步优选上限为36，阿贝数(ν_d)优选下限为31，更优选下限为32，进一步优选下限为33。

<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3类以上，优选为2类以上，更优选为1类。

<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水作用稳定性(D_A)为3类以上，优选为2类以上，更优选为1类。

<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20～120℃的值。

本发明的光学玻璃的热膨胀系数(α_20～120℃)为80×10^-7/K以下，优选为78×10^-7/K以下，更优选为75×10^-7/K以下。

<努氏硬度>

努氏硬度(H_K)按GB/T7962.18-2010规定的测试方法测试。

本发明光学玻璃的努氏硬度(H_K)为650×10⁷Pa以上，优选为655×10⁷Pa以上，更优选为660×10⁷Pa以上，进一步优选为665×10⁷Pa以上。

<抗析晶性能>

抗析晶性能测试方法为：将样品玻璃切割为20×20×10mm规格，放入温度为T_g+230℃温度的马弗炉中保温30分钟，取出后放入保温棉中徐冷，冷却后观察表面析晶情况。若冷却后的玻璃有明显析晶，则玻璃的抗析晶性能差，记为“B”；若冷却后玻璃无明显析晶，则玻璃的抗析晶性能满足二次压型要求,记为“A”。

本发明光学玻璃的抗析晶性能能够达到A级，满足二次压型生产毛坯的需要。

[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、氢氧化物、氧化物等为原料，按常规方法配料后，将配好的炉料投入到1300～1400℃的熔炼炉中熔制，并且经澄清、搅拌和均化后，得到没有气泡及不含未溶解物质的均质熔融玻璃，将此熔融玻璃在模具内铸型并退火而成。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。

[玻璃预制件和光学元件]

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玻璃预制件。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玻璃预制件，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玻璃预制件，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玻璃预制件。

需要说明的是，制备玻璃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。

本发明的玻璃预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的玻璃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3所示组成的光学玻璃。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3中，其中用A1表示SiO₂+B₂O₃；A2表示La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃；A3表示Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅；K1表示ZnO/Gd₂O₃；K2表示3×SiO₂/WO₃；K3表示Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)；K4表示Ta₂O₅/WO₃；K5表示B₂O₃/WO₃；K6表示(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)；K7表示Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)；K8表示(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)。

表1

表2

表3

<玻璃预制件实施例>

将光学玻璃实施例1～30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

1.光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，含有：

SiO₂+B₂O₃：8～30％；

La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃：35～75％；

Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅：10～50％；

(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.6～2.5；

Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.15～0.7；

3×SiO₂/WO₃为0.05～1.5；

B₂O₃/WO₃为0.2～1.5；

(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)为0.9～5.0；

Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)为0.3～1.0；

Ta₂O₅/WO₃为0.8以下；

所述光学玻璃的折射率nd为1.87以上，阿贝数为40以下。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，含有：ZnO：0～10％；Al₂O₃：0～10％；RO：0～10％；Rn₂O：0～10％，其中RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，其中：

(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.7～2.0；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.2～0.6；和/或

3×SiO₂/WO₃为0.1～1.0；和/或

B₂O₃/WO₃为0.3～1.0；和/或

(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)为1.0～4.0；和/或

Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)为0.4～0.9；和/或

Ta₂O₅/WO₃为0.02～0.5。

4.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，其中：

(Gd₂O₃+WO₃)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.8～1.8；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.3～0.55；和/或

3×SiO₂/WO₃为0.2～0.8；和/或

B₂O₃/WO₃为0.4～0.8；和/或

(Gd₂O₃+La₂O₃)/(WO₃+Nb₂O₅)为1.5～3.0；和/或

Nb₂O₅/(Nb₂O₅+TiO₂+Ta₂O₅)为0.5～0.8；和/或

Ta₂O₅/WO₃为0.05～0.3。

5.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，ZnO/Gd₂O₃的值为0.5以下，优选ZnO/Gd₂O₃的值为0.3以下，更优选ZnO/Gd₂O₃的值为0.2以下。

6.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，其中：SiO₂+B₂O₃：10～25％；和/或La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃：40～65％；和/或Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅：15～45％。

7.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，其中：SiO₂+B₂O₃：10～20％；和/或La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃+Yb₂O₃：40～55％；和/或Nb₂O₅+TiO₂+ZrO₂+WO₃+Ta₂O₅：20～40％。

8.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，含有：Gd₂O₃：10～30％；和/或WO₃：10～30％；和/或TiO₂：0～10％。

9.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，含有：Gd₂O₃：13～26％；和/或WO₃：12～26％；和/或TiO₂：0～5％；和/或ZnO：0～8％；和/或Al₂O₃：0～5％；和/或RO：0～5％；和/或Rn₂O：0～5％，其中RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

10.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，含有：Gd₂O₃：16～25％；和/或WO₃：15～25％；和/或TiO₂：0～3％；和/或ZnO：0～3％；和/或Al₂O₃：0～2％；和/或RO：0～2％；和/或Rn₂O：0～2％，其中RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

11.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比表示，SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量为90％以上，优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量为95％以上，更优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、WO₃、Ta₂O₅的合计含量为97％以上。

12.根据权利要求1或2任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率nd为1.88～1.95，优选为1.89～1.94，更优选为1.90～1.93；阿贝数vd为31～38，优选为32～37，更优选为33～36。

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/或热膨胀系数α_20～120℃为80×10^-7/K以下，优选为78×10^-7/K以下，更优选为75×10^-7/K以下；和/或努氏硬度H_K为650×10⁷Pa以上，优选为655×10⁷Pa以上，更优选为660×10⁷Pa以上，进一步优选为665×10⁷Pa以上。

14.玻璃预制件，采用权利要求1～13任一权利要求所述的光学玻璃制成。

15.光学元件，采用权利要求1～13任一权利要求所述的光学玻璃制成，或采用权利要求14所述的玻璃预制件制成。

16.光学仪器，含有权利要求1～13任一权利要求所述的光学玻璃，或含有权利要求15所述的光学元件。