CN1657457A - 光学玻璃、精密模压坯材、其制造方法、光学元件及其制造方法 - Google Patents

光学玻璃、精密模压坯材、其制造方法、光学元件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种考虑到坯材的可熔性和可成型性、具有包括至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(vd)的光学常数、具有在低温下软化的性能并适合于作为精密模压用玻璃的光学玻璃，该光学玻璃包括含作为必要组分的B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、碱金属氧化物和碱土金属氧化物、B2O3和SiO2总含量为52重量％或更多且SiO2/B2O3含量比为0.38－1.2的光学玻璃，以及折射率(nd)与阿贝数(vd)的关系满足方程(1)的光学玻璃，vd＞260－126×nd (1)。

Description

光学玻璃、精密模压坯材、其制造方法、光学元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种含B2O3、SiO2和La2O3的光学玻璃，该玻璃具有包括至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)的光学常数，还具有在低温下软化的性能，该玻璃适合作为精密模压用玻璃材料。本发明也涉及一种由上述光学玻璃形成的精密模压坯材(精密模压用坯材)及其制造方法，还涉及一种由上述玻璃形成的光学元件及其制造方法。
背景技术
作为具有约1.6的折射率(nd)和约60的阿贝数(νd)的光学玻璃，迄今已知的是所谓的SK玻璃。例如，“1991 Data Book of GlassComposition”(Japan Glass Product Industrial Society出版，第91页)描述了SK16玻璃(nd 1.62，νd 60.3)。
然而，由于这些玻璃具有高达660℃的转变温度，所以它们不适合于作为精密模压用玻璃。当试图降低玻璃转变温度以克服上述缺点时，造成玻璃耐候性变差的问题。当将耐候性差的玻璃用于制造精密模压坯材时，坯材的表面随时间的推移而改变，最终，通过精密模压该坯材而获得的光学元件的表面为这种改变层所覆盖。而且，由耐候性差的玻璃形成的光学元件的表面也随时间的推移而改变，从而光学元件的性能不可避免地在很大程度上变差。
当试图提高这种玻璃的耐候性时，会造成以下问题，即玻璃的可熔性受到损害，并且在用熔融玻璃成型精密模压坯材时玻璃的可成型性受到损害。
发明内容
在这些情况下，本发明的第一个目的是提供一种可以克服上述问题、考虑到玻璃可熔性和向坯材的可成型性的光学玻璃，该光学玻璃具有包括至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)的光学常数，还具有在低温下软化的性能，其适合作为精密模压用玻璃。
本发明的第二个目的是提供一种由上述光学玻璃形成的精密模压坯材、其制造方法、光学元件及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明人进行了勤劳的研究并因此发现了以下结果。
在具有包括至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)的光学常数的玻璃中，使B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、碱金属氧化物和碱土金属氧化物共存，使B2O3和SiO2的总含量以及SiO2含量与B2O3含量的比(SiO2/B2O3)达到预定范围，或nd和νd满足特定的关系方程，由此，可以获得适合于作为具有优异耐候性和可熔性的精密模压用玻璃的玻璃。已在上述发现的基础上完成了本发明。
即，本发明提供：
(1)一种光学玻璃，具有至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)，
该光学玻璃含作为必要组分的B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、碱金属氧化物和碱土金属氧化物，B2O3和SiO2总含量为52重量％或更多，SiO2/B2O3含量比为0.38-1.2(在下文中称为“光学玻璃I”)，
(2)如上面(1)中列举的光学玻璃，其含作为玻璃组分的以下组分，以mol％计，
25-50％的B2O3，
15-40％的SiO2，
大于0％但不大于5％的La2O3，
大于0％但不大于5％的Gd2O3，
2-20％的Li2O，
0-10％的Na2O，
0-5％的K2O，和
大于0％但不大于15％的BaO，
(3)如上面(2)中列举的光学玻璃，其含作为玻璃组分的以下组分，以mol％计，
0-5％的Y2O3，
0-5％的Al2O3，
0-15％的SrO，
0-15％的CaO，
0-15％的MgO，
0-8％的ZnO，和
0-3％的ZrO2，
(4)一种光学玻璃，具有至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)，其中折射率(nd)与阿贝数(νd)的关系满足方程(1)，
             νd＞260-126×nd             (1)
(在下文中称为“光学玻璃II”)，
(5)如上面(1)-(4)的任何一项中列举的光学玻璃，使用其作为精密模压用玻璃材料，
(6)一种精密模压坯材，其是由上面(5)中列举的光学玻璃形成的，
(7)一种光学元件，由上面(1)-(4)的任何一项中列举的光学玻璃形成，
(8)一种制造精密模压坯材的方法，该方法包括将具有预定重量的熔融玻璃块与从流出管路流出的熔融玻璃分离，和将该熔融玻璃块成型为坯材，
其中，成型由上面(5)中列举的光学玻璃组成、且重量等于所说预定重量的坯材，
(9)一种制造光学元件的方法，该方法包括在加热下软化由光学玻璃形成的精密模压坯材和精密模压该坯材，
其中，所说的坯材是上面(6)中列举的坯材或通过上面(8)中列举的方法制造的坯材，
(10)一种制造如上面(9)中列举的光学元件的方法，其中将坯材引入压模中，一起加热所说的压模和坯材以进行精密模压，和
(11)一种制造如上面(9)中列举的光学元件的方法，其中单独预热压模和坯材，将预热的坯材引入所说的压模中以进行精密模压。
根据本发明，可以提供一种特别适合于作为精密模压用玻璃的光学玻璃，该光学玻璃考虑到玻璃的可熔性和向坯材的可成型性，因此它具有包括至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)的光学常数，并具有在低温下软化的性能。根据本发明，还可以提供由上述光学玻璃形成的精密模压坯材、该坯材的制造方法、由上述玻璃形成的光学元件和制造该光学元件的方法。
附图说明
图1是实施例中使用的精密模压用装置的一个实例的示意性截面视图。
具体实施方式
[光学玻璃]
本发明的光学玻璃包括两个实施方案，光学玻璃I和光学玻璃II。首先将说明光学玻璃I。
本发明的光学玻璃I具有至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)，含作为必要组分的B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、碱金属氧化物和碱土金属氧化物，B2O3和SiO2总含量为52重量％或更多，且SiO2/B2O3含量比(重量比)为0.38-1.2。
B2O3和SiO2是用于构成玻璃网络结构的必要组分。
La2O3是用于提高玻璃耐久性和耐候性并使光学常数达到预定范围的必要组分。当La2O3的含量为19重量％或更多时，难以获得想要的折射率，并且阿贝数会降低，因此将La2O3的含量调整至小于19重量％，优选调整至18重量％或更少。
Gd2O3是用于提高玻璃耐候性并使光学常数达到预定范围的必要组分。当La2O3和Gd2O3共存于玻璃之中时，可以提高玻璃的耐失透性。
碱金属氧化物是用于赋予玻璃在低温下软化的性能的必要组分。可以使用Li2O、Na2O和K2O中的至少一种作为碱金属氧化物。当引入大量的碱金属氧化物时，液相线温度升高，耐候性下降。为了提高玻璃在低温下软化的性能，同时使液相线温度的升高和耐候性的下降最小，因此，优选的是至少引入Li2O。
引入碱土金属氧化物以赋予玻璃预定的光学常数。碱土金属氧化物选自MgO、CaO、SrO或BaO，并使用这些中的至少一种。
还可以根据需要加入Y2O3、Al2O3、ZnO和ZrO2。作为澄清剂，可以加入以除这些澄清剂外的玻璃组分的总含量计为0-1重量％的Sb2O3和As2O3。
当考虑对环境的影响时，优选的是不引入As2O3。类似地，优选的是排除PbO和TeO2。而且，不需要使用昂贵的原材料GeO2。
在上述玻璃组成中，要求B2O3和SiO2的总含量为52重量％或更多，因为它们是用于构成玻璃网络结构的组分。当上述总含量小于52重量％时，耐失透性下降，并且当由熔融玻璃形成成型玻璃材料时，玻璃失透。否则，为了防止失透要提高成型温度，这样玻璃的粘度下降，从而在很大程度上损害可成型性。上述总含量优选为52-66重量％，更优选为53-65重量％。
而且，需要考虑B2O3与SiO2的含量比。当SiO2/B2O3重量比小于0.38时，玻璃的化学耐久性下降，并且耐候性也下降。当SiO2/B2O3重量比超过1.2时，玻璃的可熔性下降，并且难以制备均匀的玻璃。因此，将SiO2/B2O3重量比调整至0.38-1.2。SiO2/B2O3重量比优选为0.4-1.2，更优选为0.5-1.1。
上述光学玻璃更优选具有含以下组分作为玻璃组分的玻璃组成，以mol％计，
25-50％的B2O3，
15-40％的SiO2，
大于0％但不大于5％的La2O3，
大于0％但不大于5％的Gd2O3，
2-20％的Li2O，
0-10％的Na2O，
0-5％的K2O，和
大于0％但不大于15％的BaO。
除非另有规定，否则％含量在以下表示mol％含量。
除了上述组分之外，该玻璃组合物可以含以下组分作为任选组分，
0-5％的Y2O3，
0-5％的Al2O3，
0-15％的SrO，
0-15％的CaO，
0-15％的MgO，
0-8％的ZnO，和
0-3％的ZrO2。
下面将说明为什么上述组成范围是优选的原因。
虽然B2O3是用于构成玻璃网络结构的组分，但它也是赋予玻璃低色散性能和在低温下软化性能的组分。当B2O3的含量为至少25％时，可以提高玻璃在低温下软化的性能，同时保持预定的光学常数。而且，当它为50％或更少时，可以提高玻璃的化学耐久性和耐候性。B2O3的含量更优选为25-38％。
SiO2也用于提高玻璃的化学耐久性。当SiO2的含量为至少15％时，可以明显提高玻璃的化学耐久性。当将SiO2的含量限制在40％或更少时，可以很好地赋予玻璃在低温下软化的性能和可熔性。SiO2的含量优选为18-38％。然而，需要满足上述对SiO2和B2O3的总含量和SiO2/B2O3重量比施加的限制。
La2O3对玻璃化学耐久性和耐候性的提高起作用，并且它也是一种非常重要的用于调整光学常数的组分。当La2O3的含量大于0％但不大于5％时，可以产生上述效果，同时保持预定的光学常数。而且，La2O3的含量优选为0.1-5％，更加优选为1-4％。然而，要求不超过上述重量％含量的上限。
Gd2O3对提高玻璃的耐候性有作用，并且对调整光学常数有作用。Gd2O3的含量优选为大于0％但不大于5％，更加优选为0.1-5％。当与La2O3一起引入时，Gd2O3用于在很大程度上提高玻璃的耐候性。
Y2O3对提高玻璃的耐候性有作用，并且对调整光学常数有作用。Y2O3的含量优选为0-5％。
更优选地，La2O3、Gd2O3和Y2O3的总含量为1％或更多。
Li2O对提高玻璃在低温下软化的性能有作用。当Li2O的含量为2％或更多时，可以获得在低温下充分软化的性能，并且玻璃的可精密模压性显著提高。当考虑到液相线温度升高和耐候性下降时，优选的是将Li2O含量的上限限制为20％。Li2O的含量更优选为5-18％。
可以使用Na2O来调整玻璃在低温下软化的性能和稳定性。从保持耐久性和光学常数的观点看，Na2O的含量优选为0-10％，更优选为0-8％。
K2O也是一种可以用于调整玻璃在低温下软化的性能和稳定性的组分。从保持耐久性和光学常数的观点看，K2O的含量优选为0-5％，更优选为0-4％。
BaO是为调整光学常数而引入的组分。然而，当过量引入时，BaO使玻璃的耐候性下降。因此，BaO的含量优选大于0％但不大于15％，更优选为1-15％，更加优选为2-13％。
当CaO与用于构成玻璃网络结构的组分B2O3和SiO2共存时，CaO具有保持在低温下软化的性能和预定光学常数的作用。从保持耐久性和耐候性的观点看，CaO的含量优选为0-15，更优选为0-13％。
当代替BaO引入时，SrO是一种可以在很大程度上提高耐久性，同时保持光学常数的组分。然而，当过量引入时，玻璃的耐久性下降，因此SrO的含量优选为0-15％，更优选为1-12％。
当代替Li2O引入时，MgO提高阿贝数(νd)并提高耐久性。然而，当过量引入MgO时，稳定性下降，因此MgO的含量优选为0-15％，更优选为0-13％。
为了保持高的耐久性，同时将光学常数保持在预定范围中，BaO、SrO、CaO和MgO的总含量优选12％或更多，更优选13％或更多。这些组分总含量的上限为约25％。
ZnO具有提高在低温下软化的性能和耐候性的作用。然而，当过量引入时，难以获得预定的光学常数，因此ZnO的含量优选为0-8％，更优选为0-6％。
Al2O3用于提高耐久性和耐候性。然而，当过量引入时，玻璃在低温下软化的性能下降，并难以获得预定的光学常数，因此Al2O3的含量优选为0-5％，更优选为0-4％。
可以作为任选组分引入0-3％的ZrO2。
从赋予玻璃上述优选性能的观点看，B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、Li2O、Na2O、K2O、BaO、Y2O3、Al2O3、SrO、CaO、MgO、ZnO和ZrO2的总含量优选大于95％，更优选大于98％，更加优选大于99％。特别优选地，光学玻璃基本上只由上述组分形成。上述组成范围不包括上述澄清剂的含量，因为澄清剂的含量应该是以除澄清剂外的上述玻璃组分的总含量为基础计算的。
另外，只要不损害本发明的目的，可以引入少量的F或P2O5。然而，优选的是排除这些组分，这样玻璃的性能不下降。
接下来，下面将说明光学玻璃II。
本发明的光学玻璃II具有至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)，其中折射率(nd)与阿贝数(νd)的关系满足方程(1)。
            νd＞260-126×nd                  (1)
在由至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)代表的光学常数的范围内，以前难以同时满足耐候性、耐久性、耐失透性、在低温下软化的性能和溶解性。在用上述方程(1)规定的范围中，本发明的光学玻璃II可以通过选择如上所述的玻璃组成而满足上述各种性能。
在含B2O3-SiO2的玻璃中，有时引入TiO2来增加玻璃的折射率，或有时引入ZrO2来调整阿贝数。然而，当只引入TiO2或只引入ZrO2时，可以增加折射率，但色散增加，或难以在保持阿贝数的同时增加折射率。然而，在本发明中，引入La2O3和Gd2O3，由此可以实现在上述光学常数区域中优异的精密模压用光学玻璃。在本发明的光学玻璃中，优选地，为了进一步提高玻璃的各种性能，折射率(nd)为至少1.57但不大于1.66，阿贝数(νd)为至少56但不大于65。
下面将说明除光学常数以外的玻璃性能。
(在低温下软化的性能)
为了获得优异的可精密模压性，本发明的光学玻璃可具有低的玻璃转变温度(Tg)，该玻璃转变温度优选为590℃或更低，更优选为580℃或更低，更加优选为560℃或更低。
可以将精密模压过程中玻璃的温度和压模的温度设置在相对低的温度下，因此可以增加压模的寿命。因此，本发明的光学玻璃适合作为精密模压用玻璃。
(耐候性)
可以在浊度的基础上定量评价耐候性。可以根据日本光学玻璃工业学会标准JOGISO7-1975的“测量光学玻璃化学耐久性的方法(表面法)”测量浊度。在这种情况下，使用尺寸为20mm×20mm、厚度为2mm的测量样品，针对待暴露于测量光的表面来光学抛光该测量样品，然后在测量前，保持在温度为60℃、相对湿度为90％的恒温恒湿室中350小时。具有优异耐久性和优异耐候性的本发明光学玻璃显示非常小的浊度，浊度优选为6％或更小，更优选为5％或更小。
(耐水性)
本发明的光学玻璃也显示优异的耐水性。可以根据日本光学玻璃工业学会标准JOGISO6-1975的“测量光学玻璃化学耐久性的方法(粉末法)”测量耐水性。
根据上述标准，显示玻璃质量损失百分比的Dw表示耐水性。由Dw表示的本发明光学玻璃的耐水性为0.24％或更低，优选为0.20％或更低。
(着色)
只要不引入着色剂如Cu、Fe、V或Cr，本发明的光学玻璃就是无色且透明的，从而它适合作为透射光的光学元件如透镜和棱镜用材料。
[精密模压坯材及其制造方法]
下面将说明本发明提供的精密模压坯材。
本发明提供的精密模压坯材是由上述光学玻璃形成的。精密模压坯材是由具有与模压产品重量相等的重量的光学玻璃制成的成型材料。依模压制品的形状而将坯材成型为合适的形状，其形状包括例如，球体、旋转椭球体等。加热该坯材以在其模压前具有可模压的粘度。
包括上述旋转椭球体的坯材的形状优选为具有一个旋转对称轴的形状。上述具有一个旋转对称轴的形状包括以下形状，在包括上述旋转对称轴的截面中具有无隅角或无凹陷的平滑轮廓线的形状，例如具有其短轴相应于上述截面中的旋转对称轴的椭圆轮廓线的形状。当短轴相应于旋转对称轴时，形状优选如下。当将由以下两根线形成的夹角之一取为θ时，并且当上述点从旋转对称轴开始出发并沿轮廓线运动时，夹角θ从90°开始单调增加，然后单调下降，然后单调下降，在该轮廓线与该旋转对称轴相交的另一点处成为90°，所述两根线中一根线是将上述截面中坯材轮廓线上的任一点与旋转对称轴上的坯材重心连接的线，另一根线是与轮廓线上上述点处的轮廓线相切的切线。
上述坯材可以根据需要具有位于其表面上的薄膜如脱模膜。脱模膜的例子包括含碳膜和自组装膜。可以模压上述坯材以产生具有预定光学常数的光学元件。
而且，本发明提供的精密模压坯材是这样获得的：从熔融状态的玻璃成型具有上述组成的玻璃块，固化该玻璃块，在固化后不用机械方法加工它。即，例如，可以通过以下方法制造本发明提供的精密模压坯材，其中将具有预定重量的熔融玻璃块与流出的熔融玻璃分离，冷却至固态以成型由具有预定重量的上述光学玻璃形成的坯材。
上述方法具有不需要机械加工如切割、研磨和抛光的优点。关于用机械方法加工的坯材，需要在机械加工前进行退火以将玻璃的应变降低到坯材不因机械加工而破坏的程度。然而，根据上述制造坯材的方法，免除了用于防止破坏的退火。而且，可以成型具有光滑表面的坯材。而且，整个表面是通过熔融状态的玻璃固化形成的表面，因此不存在由抛光造成的细小划痕或损伤。除了光学玻璃本身优异的化学耐久性和耐候性之外，坯材的表面是光滑的，因此，与任何具有表面划痕或损伤的坯材相比，该坯材的表面积是小的。因此，当将该坯材置于大气中时，其表面不容易改变，而且该坯材还可以长期保持刚成型后获得的清洁表面状态。
在上述制造坯材的方法中，从形成光滑且清洁表面的观点看，优选地，在浮起的状态下成型该坯材，其中将气压施用于该坯材。而且，该坯材优选是这样一种坯材，其整个表面是通过熔融状态的玻璃固化形成的；或这样一种坯材，其表面是由自由表面形成的，即整个表面是自由表面的坯材。而且，该坯材优选没有任何称为切痕(shear mark)的切割痕迹。当用切割刀切割流出的熔融玻璃时会出现切痕。当切痕残留至形成精密模压产品的阶段时，这种部分构成缺陷。因此，坯材优选在成型坯材的阶段没有任何切痕。不使用切割刀而分离熔融玻璃，由此不形成切痕的方法包括以下方法：一种方法，其中使熔融玻璃从流出管路中滴下；或一种方法，其中支持从流出管路流出的熔融玻璃流的前端部分，并在可以分离具有预定重量的熔融玻璃块时除去该支持物(称为“降下切割法”)。在降下切割法中，于在熔融玻璃流的前端部分与流出管路侧部之间形成的狭窄部分处分离熔融玻璃块，从而可以获得具有预定重量的熔融玻璃块。然后，当这样获得的熔融玻璃块处于软化状态下时，将该熔融玻璃块成型为适合于模压的形状，由此可以获得坯材。
在上述制造坯材的方法中，分离用于一个坯材的熔融玻璃块，并在其呈软化点或更高的温度的高温状态下将该玻璃块成型为坯材。然而，可以将上述熔融玻璃块浇注到模具中以成型由上述光学玻璃形成的玻璃成型材料，并可以机械加工该玻璃成型材料以形成具有预定重量的坯材。在机械加工前，优选地，退火该玻璃以充分除去应变，这样玻璃不会被破坏。
[光学元件及其制造方法]
本发明的光学元件是由上述光学玻璃形成的，可以通过加热上述坯材并精密模压它来制造。
根据本发明，构成光学元件的玻璃是本发明的光学玻璃，因此该光学元件具有上述光学玻璃的性能(折射率(nd)和阿贝数(νd))，并因此具有预定的光学常数。而且，该光学元件是由具有优异耐候性的玻璃形成的，其光学功能表面没有受到机械加工，因此没有细小的刮痕或潜在的损伤，因此与用熔融玻璃直接成型的坯材一样，有效地防止了玻璃光学功能表面的变化。
本发明光学元件的例子包括各种透镜如球面透镜、非球面透镜、微透镜等；衍射光栅；具有衍射光栅的透镜；透镜阵列；棱镜等。
上述光学元件任选可以配有光学薄膜如减反射膜、全反射膜、部分反射膜或具有光谱特性的膜。
下面将说明制造光学元件的方法。
本发明提供的制造光学元件的方法包括加热由上述光学玻璃形成的模压坯材或通过上述制造方法制造的模压坯材，并精密模压该坯材。
精密模压也称为“模具光学方法”，在本发明所属的技术领域中是众所周知的。
将透射、反射、衍射或反射光的光学元件的表面称为“光学功能表面”。例如，诸如球面透镜的球面或非球面透镜的非球面这样的透镜表面相应于光学功能表面。精密模压方法指的是将压模成型面的形状精密传递给玻璃，从而通过模压形成光学功能表面的方法。即，可以完成光学功能表面而无须使用机械加工如研磨、抛光等。
因此，本发明的方法适合于制造诸如透镜、透镜阵列、衍射光栅、棱镜等这样的光学元件，最适合于高生产效率地制造非球面透镜。
根据本发明提供的制造光学元件的方法，可以制造具有上述光学性能的光学元件，而且构成坯材的玻璃具有低的转变温度(Tg)，并可以在相对低的温度下模压，因此降低了压模具面上的负荷，从而可以延长模具的寿命。而且，构成坯材的玻璃具有高的稳定性，因此在再加热和压制步骤中可以有效防止失透。而且，可以高生产率地进行从熔化玻璃步骤到获得最终产品步骤的一系列步骤。
作为用于精密模压的压模，可以使用由诸如碳化硅这样的模具材料、超硬材料或不锈钢形成的、并具有配备脱模膜的型面的压模，而由碳化硅形成的压模是优选的。脱模膜选自含碳膜、贵金属合金膜等，而考虑到耐久性和成本，含碳膜是优选的。
在精密模压方法中，希望在模制的过程中使用非氧化性气体气氛作为气氛以使压模的型面保持在优异的条件下。作为非氧化性气体，氮气或氮气和氢气的混合气是优选的。
作为本发明提供的制造光学元件的方法，下面将说明特别合适的精密模压方法。
(精密模压方法1)
在此方法中，将模压坯材引入压模中，一起加热压模和坯材以进行坯材的精密模压(在下文中称为“精密模压方法1”)。
在精密模压方法1中，优选地，将压模和上述坯材一起加热至构成坯材的玻璃显示106-1012dPa·s粘度的温度，从而进行精密模压。
而且，希望在将上述精密模压产品冷却至上述玻璃显示1012dPa·s或更大，更优选1014dPa·s或更大，更加优选1016dPa·s或更大的粘度的温度后，从压模中取出该精密模压产品。
在上述条件下，可以将压模具面的形状更精确地传递给玻璃，并可以取出该精密模压产品而不造成任何变形。
(精密模压方法2)
在此方法中，单独预热压模和坯材，将预热的坯材引入压模中以对其进行精密模压(在下文中称为“精密模压方法2”)。
根据此方法，在引入压模中之前预热上述坯材，因此可以制造具有优异表面精度、无表面缺陷的光学元件，同时可以降低周期时间。
优选地，将预热压模的温度设置为低于预热坯材的温度。将预热压模的温度设置为如上所述的较低温度，因此可以降低压模的磨损。
在精密模压方法2中，优选地，将坯材预热至构成该坯材的玻璃显示109dPa·s或更低粘度的温度，更优选预热至该玻璃显示小于109dPa·s粘度的温度。
而且，希望在使上述坯材浮起的同时进行预热，更希望优选将该坯材预热至构成该坯材的玻璃显示105.5-109dPa·s，更优选至少105.5但小于109dPa·s粘度的温度。
而且，优选地，在压制坯材的同时或在压制坯材的过程中开始冷却该玻璃。
将压模的温度调整至比预热坯材的上述温度低的温度，可以将其大约设置在上述玻璃显示109-1012dPa·s粘度的温度。
在此方法中，优选地，在将该精密模压产品冷却至上述玻璃具有1012dPa·s或更高粘度的温度后，从模具取出该精密模压产品。
从压模取出通过精密模压获得的光学元件，并根据需要逐渐冷却它。当该模压产品是诸如透镜等这样的光学元件时，其可以在表面涂以光学薄膜。
因为如上所述，本发明光学玻璃的化学耐久性优异，所以通过抛光不容易在其表面上形成变化层。因此，本发明的玻璃可以通过研磨和抛光制造坯材，并可以通过精密模压而由此坯材制造光学元件如透镜等。而且，可以通过研磨和抛光该玻璃而不使用精密模压来制造光学元件如球面透镜、非球面透镜等。
实施例
在下文中，将参考实施例进一步详细说明本发明，虽然本发明并不受这些实施例的限制。
实施例1-7
表1显示了实施例1-7中各玻璃的组成，表2显示了各玻璃的折射率(nd)、阿贝数(νd)、转变温度(Tg)、屈服点(Ts)、Dw、浊度和比重。使用氧化物、氢氧化物、碳酸盐和硝酸盐如SiO2、Al2O3、Al(OH)3、CaCO3、ZnO、La2O3、Gd2O3、Y2O3、ZrO2、Li2CO3等作为各玻璃相应的原材料，称量这些原材料，因而在形成玻璃后获得表1中所示的组成，并充分混合这些原材料。然后，将该混合物注入铂坩埚中，并在搅拌下，在大气中、在1,200-1,250℃的电炉中熔化2-4小时。将均化并澄清的玻璃熔体浇注到由碳制成的40×70×15mm模具中，将浇注的玻璃逐渐冷却至转变温度。到达后立即将其置于退火炉中，并在转变温度附近的温度下退火1小时，并在该退火炉中将其逐渐冷却至室温。这样获得实施例1-7中的光学玻璃。通过显微镜放大并观察这样获得的玻璃，显示没有晶体析出和残余未熔化的材料。
按如下方法测量获得的各光学玻璃的折射率(nd)、阿贝数(νd)、转变温度(Tg)、屈服点(Ts)、Dw、浊度和比重。
(1)折射率(nd)和阿贝数(νd)
测量通过以-30℃/小时的速率逐渐冷却获得的光学玻璃。
(2)玻璃转变温度(Tg)和屈服点(Ts)
用Rigaku公司提供的热力学分析装置以4℃/分钟的升温速率测量玻璃。
(3)耐水性
根据日本光学玻璃工业学会标准JOGISO6-1975的“测量光学玻璃化学耐久性的方法(粉末法)”测量。作为耐水性指数的Dw指的是由百分比表示的玻璃质量损失。
(4)浊度
将尺寸为20×20×2mm的试样和形状与试样形状相等的标准样品(重钡冕玻璃：BACD5N)抛光至肉眼未发现颗粒性的程度，并洗涤这些样品。
然后，将试样和标准样品保持在温度为65℃、相对湿度为0％的环境试验机中一段预定的时间，然后保持在65℃、相对湿度95％下350小时。
将试样和标准样品安装在具有积分球的浊度计中，用该浊度计测量这些样品的浊度。
(5)比重
通过阿基米德法测量。任何玻璃都具有小于3.5的比重。
根据表2中显示的结果，显然，任何玻璃都显示在低温下很好软化的性能，并显示优异的可熔性和耐候性，从而它们适合于作为精密模压用光学玻璃。
使相应于上述玻璃的各澄清并均化的熔融玻璃以恒定的流速独立流出由铂合金制成的管路，将其温度调整至可以稳定流动的温度范围。通过滴下或降下切割法分离具有最终坯材重量的熔融玻璃块，用具有配备喷气口的底部的接收模具部件接收，并成型为模压坯材，同时通过从喷气口喷射气体而使该玻璃块浮起。设置分离熔融玻璃的时间间隔，由此获得直径为2-30mm的球形坯材。坯材的重量与设置间隔值精确地一致，所有坯材都具有光滑的表面。
用图1所示的压制装置精密模压各个这样获得坯材以产生非球面透镜。具体地说，将坯材放在构成压制装置的下模具部件2与上模具部件1之间，然后用氮气氛替换石英管11中的气氛，使加热器12通电，以加热石英管11内部。将压模内部的温度设置为待模制玻璃显示108-1010dPa·s粘度的温度，在保持上述温度的同时，压棒13向下运动以压制上模具部件1，由此压制放入压模中的坯材4。压制在8MPa的压力下进行30秒。压制之后，释放该压力，并在通过模压获得的玻璃模制产品与下模具部件2和上模具部件1接触的状态下，将该玻璃模制产品逐渐冷却至上述玻璃显示至少1012dPa·s粘度的温度。然后，将其迅速冷却至室温，并从压模中取出，从而产生非球面透镜。以上述方式获得的非球面透镜具有明显高的表面精度。另外，在图1中，数字3表示套筒(套筒模具部件)，数字9表示支持棒，数字10表示支持台座，数字14表示热电偶。
通过精密模压获得的各非球面透镜根据需要可以配有减反射膜。
通过如下的另一种方法精密模压与上述坯材相同的坯材。在此方法中，将坯材预热至构成该坯材的玻璃具有108dPa·s粘度的温度，同时使其浮起。另一方面，将具有上模具部件、下模具部件和套筒的压模预热至上述玻璃显示109-1012dPa·s粘度的温度，将该预热的坯材引入压模的腔中以进行精密模压。将精密模压的压力设置为10MPa。在与压制开始的同时开始冷却压模，继续冷却直至被模制的玻璃显示至少1012dPa·s的粘度。然后，将模制的产品从压模中取出以产生非球面透镜。以上述方式获得的非球面透镜具有明显高的表面精度。
通过精密模压获得的各非球面透镜根据需要可以配有减反射膜。
以上述方式非常高效地获得由耐候性优异、内部质量高的玻璃制造的高度精确的光学元件。
对比例1-3
表1和2显示了对比例1-3的玻璃的组成和性能。对比例1的玻璃的SiO2/B2O3重量比太大，在1,200℃下不能将其熔化。不含Gd2O3的对比例2的玻璃具有大的表示耐水性的Dw值和大的浊度，因此，它的耐久性也差。对比例3的玻璃具有太小的SiO2/B2O3重量比，具有大的表示耐水性的Dw值和大的浊度，耐久性也差。
                               表1
                                                                                 玻璃组成
B2O3 SiO2  SiO2+B2O3   (SiO2/B2O3) La2O3 Gd2O3 Y2O3 Al2O3 CaO BaO ZnO SrO Li2O Na2O MgO Total
实施例1   mol％   35.5  30.0   2.0   2.0   2.0   6.0   8.0   12.5   2.0   100.0
  wt.％   31.4  22.9  54.3  (0.73)   8.3   9.2   2.6   4.3   15.8   4.7   1.0   100.0
实施例2   mol％   33.5  32.0   2.0   2.0   1.0   4.0   4.0   6.0   11.5   4.0   100.0
  wt.％   30.3  25.0  55.3  (0.82)   8.5   9.4   1.3   2.9   8.0   8.1   4.5   2.1   100.0
实施例3   mol％   30.5  35.5   2.0   2.0   0.5   4.0   4.0   6.0   11.0   4.5   100.0
  wt.％   27.7  27.9  55.6  (1.00)   8.5   9.5   0.7   2.9   8.0   8.1   4.3   2.4   100.0
实施例4   mol％   30.5  35.5   2.0   2.0   0.5   3.0   3.0   8.0   10.5   5.0   100.0
  wt.％   27.7  27.9  55.6  (1.00)   8.5   9.5   0.7   2.2   6.0   10.8   4.1   2.6   100.0
实施例5   mol％   35.5  30.5   2.0   2.0   0.5   4.0   4.0   6.0   10.5   5.0   100.0
  wt.％   32.1  23.8  55.9  (0.74)   8.5   9.4   0.7   2.9   8.0   8.1   4.1   2.6   100.0
实施例6   mol％   35.0  31.0   2.0   2.0   0.5   4.0   4.0   6.0   10.5   5.0   100.0
  wt.％   31.6  24.2  55.8  (0.76)   8.5   9.4   0.7   2.9   8.0   8.1   4.1   2.6   100.0
实施例7   mol％   42.4  22.4   1.2   0.8   2.0   7.0   5.0   19.2   100.0
  wt.％   43.4  19.7  63.1  (0.45)   5.8   4.3   6.6   5.8   6.0   8.4   100.0
对比例1   mol％   26.7  39.0   3.5   0.9   9.2   3.8   3.7   7.6   1.7   4.4   100.3
  wt.％   25.4  32.0  57.4  (1.26)   15.5   1.2   7.1   7.9   4.1   3.1   1.4   2.4   100.0
对比例2   mol％   32.5  35.0   4.0   12.0   16.5   100.0
  wt.％   28.3  26.3  54.6  (0.93)   16.3   23.0   6.2   100.0
对比例3   mol％   48.6  20.2   3.9   6.0   6.0   15.3   100.0
  wt.％   47.5  17.0  64.5  (0.36)   17.6   4.7   6.8   6.4   100.0
(SiO2/B2O3)代表重量比
表2
                           光学玻璃物理性能
nd νd  Tg(℃)  Ts(℃)  Dw(℃) 浊度(％) 比重
实施例1  1.62059  60.19  542.5  586.6  0.13  5.6  3.185
实施例2  1.62053  60.36  539.5  589.9  0.11  4.6  3.195
实施例3  1.62104  60.41  554.4  600.8  0.10  4.6  3.208
实施例4  1.62079  60.27  550.2  597.1  0.11  4.4  3.227
实施例5  1.62097  60.52  546.0  592.5  0.13  3.9  3.181
实施例6  1.62085  60.45  456.8  591.6  0.12  4.4  3.194
实施例7  1.61597  59.11  505.1  541.6  0.22  9.5  3.754
对比例1  1.61597  59.11  529.8  570.4  0.06  3.2  3.08
对比例2  1.62837  59.84  529.8  570.4  0.36  27.6  3.285
对比例3  1.61100  60.61  514.6  553.9  0.39  19.3  2.889
CEx.＝对比例
工业应用性
具有包括至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(νd)的光学常数的本发明光学玻璃可以同时满足耐候性、耐久性、耐失透性、在低温下软化的性能和可熔性的要求，并适合于精密模压，可以将其用于制造各种光学元件。

Claims (11)

1.一种光学玻璃，具有至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(vd)，
该光学玻璃含作为必要组分的B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、碱金属氧化物和碱土金属氧化物，B2O3和SiO2总含量为52重量％或更多，且SiO2/B2O3含量比为0.38-1.2。
2.权利要求1的光学玻璃，其含作为玻璃组分的以下组分，按mol％计，
25-50％的B2O3，
15-40％的SiO2，
大于0％但不大于5％的La2O3，
大于0％但不大于5％的Gd2O3，
2-20％的Li2O，
0-10％的Na2O，
0-5％的K2O，和
大于0％但不大于15％的BaO。
3.权利要求2的光学玻璃，其含作为玻璃组分的以下组分，按mol％计，
0-5％的Y2O3，
0-5％的Al2O3，
0-15％的SrO，
0-15％的CaO，
0-15％的MgO，
0-8％的ZnO，和
0-3％的ZrO2。
4.一种光学玻璃，具有至少1.57但小于1.67的折射率(nd)和大于55但不大于65的阿贝数(vd)，其中折射率(nd)与阿贝数(vd)的关系满足方程(1)，
           vd＞260-126×nd         (1)。
5.权利要求1或4的光学玻璃，其用作为精密模压用玻璃材料。
6.一种精密模压坯材，其是由权利要求5中的光学玻璃形成的。
7.一种光学元件，由权利要求1或4的光学玻璃形成。
8.一种制造精密模压坯材的方法，该方法包括将具有预定重量的熔融玻璃块与从流出管路流出的熔融玻璃分离，并将该熔融玻璃块成型为坯材，其中所成型的坯材由权利要求5中的光学玻璃组成，且重量等于所述的预定重量。
9.一种制造光学元件的方法，该方法包括在加热下软化由光学玻璃形成的精密模压坯材并精密模压该坯材，其中所述的坯材是权利要求6中的坯材或通过权利要求8中的方法制造的坯材。
10.权利要求9的制造光学元件的方法，其中将坯材引入压模中，一起加热所述的压模和坯材而进行精密模压。
11.权利要求9的制造光学元件的方法，其中独立预热压模和坯材，然后将预热的坯材引入所述的压模中而进行精密模压。
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