CN112125513A

CN112125513A - 光学玻璃及光学元件

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Publication number: CN112125513A
Application number: CN202011039101.1A
Authority: CN
Inventors: 毛露路; 郝良振; 马赫; 李赛
Original assignee: CDGM Glass Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2040-09-28
Also published as: CN112125513B

Abstract

本发明提供一种光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，含有：SiO₂：45～65％；ZrO₂：1～10％；Rn₂O：10～35％；Nb₂O₅：6～20％，其中Rn₂O/SiO₂为0.15～0.6，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。通过合理的组分设计，本发明获得的光学玻璃具有较低的P_g,F值和ΔP_g,F值，内在质量优异，热膨胀系数较小。

Description

光学玻璃及光学元件

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，尤其是涉及一种内在质量优异、热膨胀系数较小的光学玻璃，以及由其制成的光学元件。

背景技术

近年来，随着微型(紧凑)高清晰度光学系统的发展，对同时具备较低的P_g,F值、ΔP_g,F值和密度的光学玻璃的需求越来越迫切。作为微型光学仪器来讲，因其成像工作面远小于其他的成像仪器，对玻璃内在质量的要求远比其他成像仪器要高，即使玻璃中含有少量的气泡或夹杂物，均对微型成像仪器的成像质量有较大的影响。

另一方面，光学玻璃由于热膨胀系数过大，容易在热加工过程中造成破裂，降低玻璃元件的良品率；同时也导致光学玻璃抗热冲击的性能降低。光学玻璃的热膨胀系数过大，对需要在高温下进行胶合工艺的微型成像仪器的制作具有致命的损害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较低的P_g,F值和ΔP_g,F值，内在质量优异且热膨胀系数较小的光学玻璃。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，含有：SiO₂：45～65％；ZrO₂：1～10％；Rn₂O：10～35％；Nb₂O₅：6～20％，其中Rn₂O/SiO₂为0.15～0.6，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，还含有：B₂O₃：0～5％；和/或ZnO：0～8％；和/或P₂O₅：0～5％；和/或Al₂O₃：0～5％；和/或MgO：0～6％；和/或CaO：0～8％；和/或SrO：0～6％；和/或BaO：0～6％；和/或La₂O₃：0～5％；和/或Gd₂O₃：0～5％；和/或Y₂O₃：0～5％；和/或WO₃：0～3％；和/或Bi₂O₃：0～3％；和/或TiO₂：0～3％；和/或Sb₂O₃：0～1％。

光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，由SiO₂：45～65％；ZrO₂：1～10％；Rn₂O：10～35％；Nb₂O₅：6～20％；B₂O₃：0～5％；ZnO：0～8％；P₂O₅：0～5％；Al₂O₃：0～5％；MgO：0～6％；CaO：0～8％；SrO：0～6％；BaO：0～6％；La₂O₃：0～5％；Gd₂O₃：0～5％；Y₂O₃：0～5％；WO₃：0～3％；Bi₂O₃：0～3％；TiO₂：0～3％；Sb₂O₃：0～1％组成，其中Rn₂O/SiO₂为0.15～0.6，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：(Nb₂O₅+Rn₂O)/SiO₂为0.3～1.0，优选(Nb₂O₅+Rn₂O)/SiO₂为0.4～0.8，更优选(Nb₂O₅+Rn₂O)/SiO₂为0.5～0.7，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：Rn₂O/SiO₂为0.25～0.55，优选Rn₂O/SiO₂为0.3～0.45，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：Li₂O/(Na₂O+K₂O)为0.4～2.0，优选Li₂O/(Na₂O+K₂O)为0.6～1.5，更优选Li₂O/(Na₂O+K₂O)为0.7～1.0。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：K₂O/Na₂O为0.05～0.8，优选K₂O/Na₂O为0.1～0.5，更优选K₂O/Na₂O为0.15～0.4。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：ZnO/ZrO₂为0.05～5.0，优选ZnO/ZrO₂为0.1～2.0，更优选ZnO/ZrO₂为0.2～1.0。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：ZnO/RO为7.0以下，优选ZnO/RO为0.05～5.0，更优选ZnO/RO为0.2～3.0，进一步优选ZnO/RO为0.25～1.0，所述RO为BaO、SrO、CaO、MgO的合计含量。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂：48～60％；和/或ZrO₂：2～8％；和/或Rn₂O：15～30％；和/或Nb₂O₅：8～17％；和/或B₂O₃：0～3％；和/或ZnO：大于0但小于或等于6％；和/或P₂O₅：0～3％；和/或Al₂O₃：0～3％；和/或MgO：0～5％；和/或CaO：0～5％；和/或SrO：0～4％；和/或BaO：0～4％；和/或La₂O₃：0～3％；和/或Gd₂O₃：0～3％；和/或Y₂O₃：0～3％；和/或WO₃：0～2％；和/或Bi₂O₃：0～2％；和/或TiO₂：0～2％；和/或Sb₂O₃：0～0.5％，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂：51～58％；和/或ZrO₂：3～7％；和/或Rn₂O：17～27％；和/或Nb₂O₅：10～15％；和/或B₂O₃：0～2％；和/或ZnO：0.1～4％；和/或P₂O₅：0～1％；和/或Al₂O₃：0～1％；和/或MgO：0～3％；和/或CaO：0～4％；和/或SrO：0～2％；和/或BaO：0～2％；和/或La₂O₃：0～1％；和/或Gd₂O₃：0～1％；和/或Y₂O₃：0～1％；和/或WO₃：0～1％；和/或Bi₂O₃：0～1％；和/或TiO₂：0～1％；和/或Sb₂O₃：0～0.1％，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：Li₂O：4～18％，优选Li₂O：5～15％，更优选Li₂O：7～12％；和/或Na₂O：4～18％，优选Na₂O：5～15％，更优选Na₂O：7～12％；和/或K₂O：0～8％，优选K₂O：0.5～6％，更优选K₂O：1～4％。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为85％以上，优选SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为88％以上，更优选SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为90％以上，进一步优选SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为91％以上。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分中不含有B₂O₃；和/或不含有P₂O₅；和/或不含有Al₂O₃；和/或不含有TiO₂；和/或不含有WO₃；和/或不含有Bi₂O₃。

进一步的，所述的光学玻璃的折射率n_d为1.71～1.77，优选为1.715～1.76，更优选为1.72～1.75；阿贝数ν_d为28～35，优选为29～34，更优选为30～33。

进一步的，所述光学玻璃的P_g,F值为0.5950以下，优选为0.5940以下，更优选为0.5930以下；和/或ΔP_g,F值为0.0015以下，优选为0.0010以下，更优选为0.0005以下，进一步优选为0以下；和/或热膨胀系数α_20/300℃为100×10^-7/K以下，优选为95×10^-7/K以下，更优选为93×10^-7/K以下，进一步优选为90×10^-7/K以下；和/或气泡度为A级以上，优选为A₀级以上。

进一步的，所述光学玻璃的耐酸作用稳定性D_A为2类以上，优选为1类；和/或耐水作用稳定性D_W为2类以上，优选为1类；和/或光透过率τ_400nm为85.0％以上，优选为88.0％以上,更优选为90.0％以上；和/或密度ρ为3.60g/cm³以下，优选为3.50g/cm³以下，更优选为3.40g/cm³以下；和/或耐候性CR为2类以上，优选为1类；和/或抗析晶性能为B级以上，优选为A级。

玻璃预制件，采用上述的光学玻璃制成。

光学元件，采用上述的光学玻璃或上述的玻璃预制件制成。

光学仪器，含有上述的光学玻璃，和/或含有上述的光学元件。

本发明的有益效果是：通过合理的组分设计，本发明获得的光学玻璃具有较低的P_g,F值和ΔP_g,F值，内在质量优异，热膨胀系数较小。

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(成分)范围进行说明。在本发明中，如果没有特殊说明，各组分的含量、总含量全部采用摩尔百分比(mol％)表示，即，各组分的含量、总含量相对于换算成氧化物的组成的玻璃物质总量的摩尔百分比表示。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摩尔量作为100％。

除非在具体情况下另外指出，本发明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。

<必要组分和任选组分>

SiO₂在本发明中属于网络形成体组分，若其含量超过65％，玻璃的折射率低于设计要求，阿贝数高于设计要求，同时玻璃的熔融性能恶化。若其含量低于45％，玻璃内部网络断键快速上升，化学稳定性下降，抗析晶性能快速下降。因此，SiO₂的含量限定为45～65％，优选为48～60％，更优选为51～58％。

Nb₂O₅属于高折射高色散组分，是本发明玻璃的主要组分之一，若其含量低于6％，达不到本发明玻璃所需的P_g,F值和ΔP_g,F值；若其含量高于20％，玻璃的折射率超过设计值，玻璃的抗析晶性能快速恶化。因此，Nb₂O₅的含量范围为6～20％，优选为8～17％，更优选为10～15％。

合适量的B₂O₃可以提升玻璃的阿贝数，降低玻璃的熔融温度，降低玻璃中出现不熔物的几率。但是，在本发明玻璃体系中，若B₂O₃的含量超过5％，玻璃中的自由氧缺失，部分变价氧化物向低价态转变，导致光透过率的急剧恶化。另一方面，超过5％的B₂O₃导致玻璃的P_g,F值快速上升，不能满足设计要求。因此，B₂O₃的含量限定在5％以下，优选为3％以下，更优选为2％以下，进一步优选为不含有B₂O₃。

P₂O₅在玻璃中可以调整玻璃的阿贝数，但对于本体系玻璃，高于5％的P₂O₅会在玻璃中形成大量晶核，导致玻璃的抗析晶性能快速恶化。因此，P₂O₅的含量限定在5％以下，优选为3％以下，更优选为1％以下，进一步优选为不含有P₂O₅。

Al₂O₃在玻璃中可以提升玻璃的化学稳定性，但若其含量超过5％，玻璃的抗析晶性能快速恶化，玻璃内部出现大量结石。因此Al₂O₃的含量在5％以下，优选为3％以下，更优选为1％以下。在一些实施方式中，由于Al₂O₃具有提高P_g,F值的作用，因此进一步优选不含有Al₂O₃。

TiO₂可以提高玻璃的化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数，若其含量超过3％，玻璃的光透过率快速恶化，尤其是玻璃中存在B₂O₃、Al₂O₃等组分时。因此，其含量限定在3％以下，优选2％以下，更优选为1％以下。在一些实施方式中，TiO₂快速地提升玻璃的ΔP_g,F值，因此进一步优选为不含有TiO₂。

ZrO₂在玻璃中可以显著提升玻璃的抗析晶性能，若其含量低于1％，上述效果不明显；若ZrO₂的含量超过10％，ZrO₂溶解度急剧下降，在玻璃中形成微小的不熔物，导致玻璃内在质量下降，更为严重的是，这些微小不熔物成为析晶载体，严重削弱玻璃的抗析晶性能。因此，ZrO₂的含量为1～10％，优选为2～8％，更优选为3～7％。

合适量的碱金属氧化物Rn₂O(Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种)在玻璃中可以增加Nb₂O₅、ZrO₂以及其他难熔物的溶解度，使折射率、阿贝数以及P_g,F值和ΔP_g,F值较易达到设计要求，若Rn₂O的含量低于10％，上述效果不明显。若Rn₂O的含量高于35％，导致玻璃结构断键快速增加，玻璃抗析晶性能快速下降。因此，Rn₂O的含量为10～35％，优选为15～30％，更优选为17～27％。

在一些实施方式中，为使玻璃获得期望的优异性能，尤其是获得较低的密度和较高的光透过率，优选控制SiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂、Rn₂O的合计含量SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为85％以上，更优选SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为88％以上，进一步优选SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为90％以上，更进一步优选SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为91％以上。

通过发明人大量实验研究发现，在一些实施方式中，通过控制(Nb₂O₅+Rn₂O)/SiO₂的值在0.3～1.0范围内，玻璃的P_g,F值和ΔP_g,F值可以较易达到期望的范围，并可以提高玻璃的稳定性，优选(Nb₂O₅+Rn₂O)/SiO₂为0.4～0.8，更优选为0.5～0.7。

本发明的玻璃所采用的玻璃组成系统在光学玻璃体系中粘度相对较大，不利于气泡度和条纹度的升高。通过发明人大量实验研究发现，若Rn₂O/SiO₂的值在0.15以上，可改善玻璃的高温粘度，使玻璃获得较高的气泡度和条纹度等级，提高玻璃的内在质量；若Rn₂O/SiO₂的值超过0.6，玻璃的热膨胀系数增大，这对需要在高温下进行胶合工艺的微型成像仪器的制作具有致命的损害。因此，本发明中优选Rn₂O/SiO₂的值为0.15～0.6，更优选为0.25～0.55，进一步优选为0.3～0.45。

Li₂O在Li₂O、Na₂O、K₂O三种碱金属氧化物中提升原料溶解度的能力最强，但因其场强较大，若其含量超过18％，反而会促进玻璃抗析晶性能的恶化。若Li₂O的含量低于4％，为了维持难熔物的溶解度，势必会增加Na₂O和K₂O的含量，这导致玻璃化学稳定性的快速恶化。因此，Li₂O的含量为4～18％，优选为5～15％，更优选为7～12％。

Na₂O的含量若超过18％，玻璃的化学稳定性达不到设计要求，若其含量低于4％，玻璃变得较为难熔。因此，Na₂O的含量限定为4～18％，优选为5～15％，更优选为7～12％。

K₂O在玻璃中快速削弱玻璃的化学稳定性，尤其是在强酸碱环境中，钾最容易析出，因此K₂O的含量限定为8％以下。在一些实施方式中，为使Li₂O、Na₂O、K₂O三种碱金属氧化物产生协同效应，优化玻璃的性能，优选K₂O的含量为0.5～6％，更优选K₂O的含量为1～4％。

通过发明人大量实验研究发现，Li₂O、Na₂O、K₂O在玻璃中有着复杂的协同效应，其含量之间的比例对玻璃的抗析晶性能、光透过率、化学稳定性以及热膨胀系数等关键指标有重要的影响。

Li₂O提升难熔物溶解度的能力较强，同时还可以降低玻璃的热膨胀系数，但是其有较大的场强，单独加入到玻璃中有促进玻璃析晶的趋势。在一些实施方式中，当玻璃中存在有Na₂O和K₂O时，会削弱Li₂O促进析晶的能力，尤其是当Li₂O/(Na₂O+K₂O)在0.4～2.0之间，优选为0.6～1.5之间，更优选为0.7～1.0之间时，玻璃的抗析晶性能优异，同时玻璃的热膨胀系数不会超过设计要求。

Na₂O和K₂O虽然能够提高难熔物的溶解度，提升玻璃的稳定性，优化玻璃的光透过率，但会快速降低玻璃的化学稳定性，尤其是在单独含有Na₂O或者K₂O时。发明人研究发现，在一些实施方式中，当Na₂O和K₂O共同存在于玻璃中，并使K₂O和Na₂O的含量满足K₂O/Na₂O在0.05～0.8范围内，玻璃在具有较高溶解度和光透过率的同时，化学稳定性优异。优选K₂O/Na₂O为0.1～0.5，更优选K₂O/Na₂O为0.15～0.4。

ZnO可以提升玻璃的折射率和色散，降低玻璃的高温粘度，提升玻璃的气泡度与条纹度。若其含量超过8％，玻璃分相趋势增加，条纹度大幅度下降，同时玻璃的P_g,F值和ΔP_g,F值难以达到设计要求。因此ZnO的含量限定为8％以下，优选为大于0但小于或等于6％，更优选为0.1～4％。

发明人研究发现，在一些实施方式中，少量的ZnO可以明显提升ZrO₂在玻璃中的溶解度，尤其是当ZnO/ZrO₂的值处于0.05～5.0之间，优选为0.1～2.0之间，更优选为0.2～1.0之间时，提升ZrO₂在玻璃中的溶解度效果最佳。

BaO可以调整玻璃的色散，但若其含量超过6％，玻璃的化学稳定性下降，同时玻璃的ΔP_g,F值难以达到设计要求。因此BaO的含量为6％以下，优选为4％以下，更优选为2％以下。

CaO可以调整玻璃的色散，CaO提升玻璃阿贝数的效果优于BaO，但若其含量超过8％，玻璃的抗析晶性能下降，玻璃的ΔP_g,F值难以达到设计要求。因此，CaO的含量限定为8％以下，优选为5％以下，更优选为4％以下。

SrO可以增加玻璃的稳定性，提高玻璃的抗析晶性能，提升玻璃的阿贝数，若其含量高于6％，玻璃的阿贝数高于设计要求，同时玻璃的ΔP_g,F值难以达到设计要求。因此，SrO的含量限定为6％以下，优选为4％以下，更优选为2％以下。

MgO可以提升玻璃的化学稳定性，若其含量高于6％，玻璃的抗析晶性能快速下降。因此，MgO的含量限定为6％以下，优选为5％以下，更优选为3％以下。

发明人通过大量实验研究发现，在一些实施方式中，ZnO与碱土金属氧化物RO(RO为BaO、SrO、CaO、MgO的合计含量)的含量之间的比例对光学玻璃的抗析晶性能产生显著影响。具体而言，当ZnO/RO的值高于7.0时，玻璃的抗析晶性能快速恶化。因此，ZnO/RO的值优选为7.0以下，更优选为0.05～5.0，进一步优选为0.2～3.0，更进一步优选为0.25～1.0。

La₂O₃可以提高玻璃的折射率，降低玻璃的高温粘度，提升玻璃的内部质量，若其含量超过5％，玻璃的抗析晶性能恶化，阿贝数快速上升，导致玻璃的ΔP_g,F值难以达到设计要求。因此，La₂O₃的含量限定为5％以下，优选为3％以下，更优选为1％以下。

Y₂O₃可以提高玻璃的折射率和色散，加强玻璃网络聚集，提升玻璃的化学稳定性。若Y₂O₃的含量超过5％，玻璃网络聚集严重，导致玻璃的抗析晶性能快速下降，密度快速上升。因此，Y₂O₃的含量限定为5％以下，优选为3％以下，更优选为1％以下。

Gd₂O₃可以提高玻璃的折射率和色散，增加玻璃的稳定性，若其含量超过5％，玻璃内部容易出现结石，内在质量不容易达到设计要求。因此，Gd₂O₃的含量限定为5％以下，优选为3％以下，更优选为1％以下。

WO₃可以提升玻璃的色散，降低玻璃的阿贝数，使得ΔP_g,F值更容易达到设计要求，但若其含量超过3％，玻璃的抗析晶性能和光透过率快速下降。因此，WO₃的含量限定为3％以下，优选为2％以下，更优选为1％以下，进一步优选为不含有WO₃。

Bi₂O₃可以提升玻璃的色散，降低玻璃的阿贝数，使得ΔP_g,F值更容易达到设计要求，但若其含量超过3％，玻璃的光透过率快速下降，密度急剧上升。因此，Bi₂O₃的含量限定在3％以下，优选为2％以下，更优选为1％以下。在一些实施方式中，本发明玻璃需要在铂金器皿中进行生产，而Bi₂O₃对铂金器皿有强烈的腐蚀作用，因此，进一步优选为不含有Bi₂O₃。

本发明中使用Sb₂O₃作为澄清剂来改善玻璃的气泡度，其含量限定为0～1％，优选为0～0.5％，更优选为0～0.1％。

<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“不含有”“0％”是指没有故意将该化合物、分子、离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>

光学玻璃的折射率(n_d)与阿贝数(ν_d)按照《GB/T 7962.1—2010》规定的方法测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的折射率(n_d)的上限为1.77，优选上限为1.76，更优选上限为1.75。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的折射率(n_d)的下限为1.71，优选下限为1.715，更优选下限为1.72。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的阿贝数(ν_d)的上限为35，优选上限为34，更优选上限为33。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的阿贝数(ν_d)的下限为28，优选下限为29，更优选下限为30。

<P_g,F值和ΔP_g,F值>

光学玻璃的P_g,F值和ΔP_g,F值按照《GB/T 7962.1—2010》规定的方法测试玻璃的n_F、n_C、n_g值，按以下公式进行计算：

P_g,F＝(n_g-n_F)/(n_F-n_C)

ΔP_g,F＝P_g,F-0.6457+0.001703ν_d

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的P_g,F值为0.5950以下，优选为0.5940以下，更优选为0.5930以下。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的ΔP_g,F值为0.0015以下，优选为0.0010以下，更优选为0.0005以下，进一步优选为0以下。

<热膨胀系数>

光学玻璃的热膨胀系数(α_20/300℃)按照《GB/T 7962.16—2010》规定的方法测试光学玻璃20℃～300℃的数据。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的热膨胀系数(α_20/300℃)为100×10^-7/K以下，优选为95×10^-7/K以下，更优选为93×10^-7/K以下，进一步优选为90×10^-7/K以下。

<耐水作用稳定性>

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

在一些实施方式中，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。

<耐酸作用稳定性>

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

在一些实施方式中，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。

<密度>

光学玻璃的密度(ρ)按《GB/T7962.20—2010》规定的方法进行测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的密度(ρ)为3.60g/cm³以下，优选为3.50g/cm³以下，更优选为3.40g/cm³以下。

<抗析晶性能>

本发明玻璃的析晶性能采用如下方式检测：

将实验样品加工为20×20×10mm的规格，两面抛光，将样品放入温度为T_g+200℃的析晶炉内保温30分钟，取出冷却后，再对两个大面抛光，根据下表1判断玻璃的析晶性能，A级为最好，E级为最差。

表1.析晶的分级和判断标准

编号	等级	标准
			1	A	无肉眼可见的析晶颗粒
2	B	肉眼可见析晶颗粒，数量少而分散
			3	C	肉眼可见较大分散或者较密集而小的析晶颗粒
4	D	析晶颗粒较大而密集
			5	E	玻璃完全析晶失透

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的抗析晶性能为B级以上，优选为A级，抗析晶性能优异。

<光透过率>

光学玻璃的光透过率(τ_400nm)按《GB/T 7962.12-2010》规定的方法进行测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的光透过率(τ_400nm)为85.0％以上，优选为88.0％以上,更优选为90.0％以上。

<气泡度>

光学玻璃的气泡度按《GB/T7962.8-2010》规定的方法测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的气泡度为A级以上，优选为A₀级以上。

<耐候性>

光学玻璃的耐候性(CR)按以下方法进行测试。

将试样放置在相对湿度为90％的饱和水蒸气环境的测试箱内，在40～50℃每隔1小时交替循环，循环15个周期。根据试样放置前后的浊度变化量来划分耐候性类别，表2为耐候性分类情况。

表2.耐候性分类情况

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的耐候性(CR)为2类以上，优选为1类。

[光学玻璃的制造方法]

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、磷酸盐、偏磷酸盐、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1300～1350℃的熔炼炉(如铂金坩埚、石英坩埚等)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。本发明玻璃还可采用一次滴料成型的方法来制造玻璃预制件。

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]

本发明光学玻璃或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。本发明光学玻璃或光学元件适合用于车载照明仪器、光学设备，应用于车载等领域。本发明光学玻璃或光学元件适合用于微型投影、微型成像(摄像/照相)、微型照明等光学仪器。

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3～表4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3～表4中。

表3.

表4.

<玻璃预制件实施例>

将表3和表4中光学玻璃实施例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>

上述玻璃预制件实施例所得到的这些预制件在保证应力的前提下，可以不再退火，也可以进行退火，即在降低玻璃内部应力的同时对折射率进行微调，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，其组分以摩尔百分比表示，含有：SiO₂：45～65％；ZrO₂：1～10％；Rn₂O：10～35％；Nb₂O₅：6～20％，其中Rn₂O/SiO₂为0.15～0.6，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，还含有：B₂O₃：0～5％；和/或ZnO：0～8％；和/或P₂O₅：0～5％；和/或Al₂O₃：0～5％；和/或MgO：0～6％；和/或CaO：0～8％；和/或SrO：0～6％；和/或BaO：0～6％；和/或La₂O₃：0～5％；和/或Gd₂O₃：0～5％；和/或Y₂O₃：0～5％；和/或WO₃：0～3％；和/或Bi₂O₃：0～3％；和/或TiO₂：0～3％；和/或Sb₂O₃：0～1％。

3.光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，由SiO₂：45～65％；ZrO₂：1～10％；Rn₂O：10～35％；Nb₂O₅：6～20％；B₂O₃：0～5％；ZnO：0～8％；P₂O₅：0～5％；Al₂O₃：0～5％；MgO：0～6％；CaO：0～8％；SrO：0～6％；BaO：0～6％；La₂O₃：0～5％；Gd₂O₃：0～5％；Y₂O₃：0～5％；WO₃：0～3％；Bi₂O₃：0～3％；TiO₂：0～3％；Sb₂O₃：0～1％组成，其中Rn₂O/SiO₂为0.15～0.6，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：(Nb₂O₅+Rn₂O)/SiO₂为0.3～1.0，优选(Nb₂O₅+Rn₂O)/SiO₂为0.4～0.8，更优选(Nb₂O₅+Rn₂O)/SiO₂为0.5～0.7，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

5.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：Rn₂O/SiO₂为0.25～0.55，优选Rn₂O/SiO₂为0.3～0.45，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

6.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：Li₂O/(Na₂O+K₂O)为0.4～2.0，优选Li₂O/(Na₂O+K₂O)为0.6～1.5，更优选Li₂O/(Na₂O+K₂O)为0.7～1.0。

7.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：K₂O/Na₂O为0.05～0.8，优选K₂O/Na₂O为0.1～0.5，更优选K₂O/Na₂O为0.15～0.4。

8.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：ZnO/ZrO₂为0.05～5.0，优选ZnO/ZrO₂为0.1～2.0，更优选ZnO/ZrO₂为0.2～1.0。

9.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：ZnO/RO为7.0以下，优选ZnO/RO为0.05～5.0，更优选ZnO/RO为0.2～3.0，进一步优选ZnO/RO为0.25～1.0，所述RO为BaO、SrO、CaO、MgO的合计含量。

10.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂：48～60％；和/或ZrO₂：2～8％；和/或Rn₂O：15～30％；和/或Nb₂O₅：8～17％；和/或B₂O₃：0～3％；和/或ZnO：大于0但小于或等于6％；和/或P₂O₅：0～3％；和/或Al₂O₃：0～3％；和/或MgO：0～5％；和/或CaO：0～5％；和/或SrO：0～4％；和/或BaO：0～4％；和/或La₂O₃：0～3％；和/或Gd₂O₃：0～3％；和/或Y₂O₃：0～3％；和/或WO₃：0～2％；和/或Bi₂O₃：0～2％；和/或TiO₂：0～2％；和/或Sb₂O₃：0～0.5％，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

11.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂：51～58％；和/或ZrO₂：3～7％；和/或Rn₂O：17～27％；和/或Nb₂O₅：10～15％；和/或B₂O₃：0～2％；和/或ZnO：0.1～4％；和/或P₂O₅：0～1％；和/或Al₂O₃：0～1％；和/或MgO：0～3％；和/或CaO：0～4％；和/或SrO：0～2％；和/或BaO：0～2％；和/或La₂O₃：0～1％；和/或Gd₂O₃：0～1％；和/或Y₂O₃：0～1％；和/或WO₃：0～1％；和/或Bi₂O₃：0～1％；和/或TiO₂：0～1％；和/或Sb₂O₃：0～0.1％，所述Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

12.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：Li₂O：4～18％，优选Li₂O：5～15％，更优选Li₂O：7～12％；和/或Na₂O：4～18％，优选Na₂O：5～15％，更优选Na₂O：7～12％；和/或K₂O：0～8％，优选K₂O：0.5～6％，更优选K₂O：1～4％。

13.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为85％以上，优选SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为88％以上，更优选SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为90％以上，进一步优选SiO₂+Nb₂O₅+ZrO₂+Rn₂O为91％以上。

14.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分中不含有B₂O₃；和/或不含有P₂O₅；和/或不含有Al₂O₃；和/或不含有TiO₂；和/或不含有WO₃；和/或不含有Bi₂O₃。

15.根据权利要求1～3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n_d为1.71～1.77，优选为1.715～1.76，更优选为1.72～1.75；阿贝数ν_d为28～35，优选为29～34，更优选为30～33。

16.根据权利要求1～3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P_g,F值为0.5950以下，优选为0.5940以下，更优选为0.5930以下；和/或ΔP_g,F值为0.0015以下，优选为0.0010以下，更优选为0.0005以下，进一步优选为0以下；和/或热膨胀系数α_20/300℃为100×10^-7/K以下，优选为95×10^-7/K以下，更优选为93×10^-7/K以下，进一步优选为90×10^-7/K以下；和/或气泡度为A级以上，优选为A₀级以上。

17.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的耐酸作用稳定性D_A为2类以上，优选为1类；和/或耐水作用稳定性D_W为2类以上，优选为1类；和/或光透过率τ_400nm为85.0％以上，优选为88.0％以上，更优选为90.0％以上；和/或密度ρ为3.60g/cm³以下，优选为3.50g/cm³以下，更优选为3.40g/cm³以下；和/或耐候性CR为2类以上，优选为1类；和/或抗析晶性能为B级以上，优选为A级。

18.玻璃预制件，其特征在于，采用权利要求1～17任一所述的光学玻璃制成。

19.光学元件，其特征在于，采用权利要求1～17任一所述的光学玻璃或权利要求18所述的玻璃预制件制成。

20.光学仪器，其特征在于，含有权利要求1～17任一所述的光学玻璃，和/或含有权利要求19所述的光学元件。