TWI388527B - Optical glass - Google Patents

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TWI388527B
TWI388527B TW097146626A TW97146626A TWI388527B TW I388527 B TWI388527 B TW I388527B TW 097146626 A TW097146626 A TW 097146626A TW 97146626 A TW97146626 A TW 97146626A TW I388527 B TWI388527 B TW I388527B
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Description

光學玻璃
本發明係關於一種光學玻璃，其不含F且包含SiO2 、B2 O3 、La2 O3 、Gd2 O3 、ZrO2 、Nb2 O5 及Ta2 O5 且能夠非常穩定地生產。
特定言之，本發明係關於一種光學玻璃(特定言之，一種硼矽酸鹽玻璃)，其進一步具有特定之比重及液化溫度且非常適合於製造玻璃預成型坯。
最近之趨勢係藉由利用非球面透鏡來生產更輕及更小之諸如透鏡之光學元件以減少透鏡數量。然而，若試圖經由習知的研磨及抛光來生產非球面透鏡，則需要昂貴及複雜之加工。因此，已開發一種製程，其藉由精確加工模壓方式直接加工由料坯(gob)或玻璃塊所獲取之預成型坯來生產透鏡。以此方式獲取之透鏡無需研磨或抛光，且因此可以低成本及於短生產週期內生產透鏡。
此方法稱為玻璃模造(glass molding)，且近幾年已對此方法進行了積極地研究及開發。鑒於用於玻璃模造之模的耐熱特性，一直搜尋可於較低溫度軟化之玻璃，具體言之，搜尋玻璃轉化溫度(Tg)為630℃或低於630℃、較佳為600℃或低於600℃之玻璃。
另一方面，歸因於新近開發之玻璃模造技術，諸如於較高溫度下模壓成型(press molding)或模壓玻璃之後將一預 成型坯模擬成玻璃之最終非球面形狀，具有自630℃至670℃範圍內之玻璃轉化溫度(Tg)的玻璃很可能用於玻璃模造。已開發出用於玻璃模造之模的材料及用於模之保護膜，且因此藉由玻璃模造可形成玻璃轉化溫度超過670℃之玻璃。該等開發使得用於玻璃模造之光學玻璃與普通光學玻璃之間的界線模糊。
先前已經揭示諸多類型之光學玻璃，其光學常數近似於本發明之標的光學玻璃之光學常數。
日本專利公告第Sho 53－42328號、第Sho 53－47368號及第Sho 54－6242號及日本專利申請案特許公開公告第2002－284542號揭示了包含SiO2 、B2 O3 及La2 O3 作為主要成份之高折射率及低色散的光學玻璃。然而，該等光學玻璃之折射率仍不足以滿足作為本發明標的之光學玻璃所要求之光學常數。該等光學玻璃之化學耐久性亦不夠。
日本專利申請案特許公開公告第Sho 52－129716揭示了具有1.85或大於1.85之折射率的光學玻璃，但此光學玻璃之阿貝數不夠。
日本專利公告第Sho 54－6241及日本專利申請案特許公開公告第Sho 54－90218揭示了包含SiO2 、La2 O3 、Gd2 O3 及WO3 作為主要成份且具有超過1.85之折射率的光學玻璃。然而，該等光學玻璃之脫玻作用(devitrification)的穩定性(特定言之，於阿貝數為40或大於40之區域內)不夠。
日本專利公告第Sho 54－2646號揭示了具有超過1.85之折射率的光學玻璃，但該等光學玻璃之阿貝數皆不夠且脫玻 作用之穩定性亦不夠。
日本專利申請案特許公開公告第2001－348244號揭示了具有1.875或大於1.875之折射率及39.5或大於39.5之阿貝數的光學玻璃。然而，主要歸因於Nb2 O5 及Ta2 O5 之量或該等成份之總量不足，此光學玻璃具有高的液化溫度且因此不具有足夠之大規模生產能力。此外，該公告所揭示之光學玻璃具有高的比重，因此由此光學玻璃所製成之透鏡的重量變得過大，且在藉由自Pt合金製成之管滴下玻璃生產玻璃預成型坯期間管內之玻璃流動控制變得困難。
日本專利申請案特許公開公告第2003－267748號揭示了具有630℃或低於630℃之玻璃轉化溫度的高折射率光學玻璃。然而，主要歸因於Nb2 O5 及Ta2 O5 之量或該等成份之總量不足，此光學玻璃具有高的液化溫度且因此不具有足夠之大規模生產能力。
上述公告亦揭示了包含F成份之實例。然而，含有F成份之該等光學玻璃具有以下缺點：在玻璃材料之熔融過程中F的揮發性強，此造成光學玻璃之品質(諸如折射率)的顯著變化。此外，含有F成份之該等光學玻璃具有破壞化學耐久性之趨勢且因此不適於大規模生產。
自1.85至1.90之範圍內的折射率及自40至42之範圍內的阿貝數通常用於習知光學玻璃中。
若將具有該等範圍內之光學常數的模壓成型之光學玻璃用作一非球面透鏡，則有助於球面像差之校正且將實現更緊湊及更高效之光學系統。因此，非常需要一種光學玻 璃，其具有上述範圍內之光學常數且作為用於模壓成型及亦用於普通用途之光學玻璃仍能夠穩定地生產。
然而，具有上述範圍內之光學常數的先前技術之光學玻璃化學耐久性差且具有高的液化溫度，且因此不適於穩定的商業生產。
因此，本發明之一目的係提供一光學玻璃，其具有上述範圍之光學常數且具有低的液化溫度及較強之化學耐久性。
本發明之另一目的係提供一用於模壓成型之光學玻璃，其具有低的玻璃轉化溫度。
為了達成本發明之上述目的本發明之發明者進行之研究及實驗已經獲得本發明之發現，即具有特定組合物且大體上不含F之光學玻璃具有上述範圍內之光學常數且具有出色的化學耐久性，鹼組分之增加不會破壞玻璃之耐久性且因此適合於模壓成型。
本發明之發明者亦已發現當玻璃組合物之光學常數保持於所要值時藉由使Ta2 O5 及Nb2 O5 之總量保持於特定值之上可顯著改良脫玻作用之穩定性。
為了達成本發明之上述目的，在本發明之第一態樣中，提供一包含SiO2 、B2 O3 與La2 O3 及選自由ZrO2 、Nb2 O5 及Ta2 O5 組成之群中之一或多種氧化物之光學玻璃，其具有1.83或大於1.83之折射率及35或大於35之阿貝數且不含F。
在本發明之第二態樣中，提供在第一態樣中所界定之光 學玻璃，其中液化溫度為1240℃或低於1240℃。
在本發明之第三態樣中，提供在第一態樣中所界定之光學玻璃，其中液化溫度為1140℃或小於1140℃。
在本發明之第四態樣中，提供第一至第三態樣中之任一態樣中所界定之光學玻璃，其中根據日本光學玻璃工業標準(Japanese Optical Glass Industrial Standard)JOGIS 061999 "Measuring Method of Chemical Durability of Optical Glass(Powder Method)"所量測之玻璃得防酸特性為等級2或低於等級2。
在本發明之第五態樣中，提供第一至第四態樣中之任一態樣中所界定之光學玻璃，其具有自4.80至5.25範圍內之比重。
在本發明之第六態樣中，提供第一至第五態樣中之任一態樣中所界定之光學玻璃，其中Ta2 O5 ＋Nb2 O5 之總量為18－28%。
在本發明之第七態樣中，提供包含下列成份之光學玻璃，其基於氧化物計算之質量%如下：
其中Ta2 O5 ＋Nb2 O5 之總量為17－28%及
其中R為選自由Mg、Ca、Sr及Ba組成之群中之一或多種元素，及/或 且不含F。
在本發明之第八態樣中，提供包含下列成份之光學玻璃，其基於氧化物計算之質量%如下
其中Ta2 O5 ＋Nb2 O5 之總量為16－28%及
其中R為選自由Mg、Ca、Sr及Ba組成之群中之一或多種 元素，及/或 且不含F。
在本發明之第九態樣中，提供第七或第八態樣中所界定之光學玻璃，其中Ta2 O5 ＋Nb2 O5 之總量為18－23%。
在本發明之第十態樣中，提供第七至第九態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其具有自1.88至1.90範圍內之折射率且包含基於氧化物小於0.5%之質量%的WO3 。
在本發明之第十一態樣中，提供第七至第九態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其具有自1.85至1.90之範圍內的折射率及自40至42之範圍內的阿貝數。
在本發明之第十二態樣中，提供第七至第十一態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其基於氧化物計算之質量%包含下列成份： 其中Gd2 O3 ＋Nb2 O5 之總量小於10%。
在本發明之第十三態樣中，提供第一至第十二態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其具有670℃或低於670℃之玻璃轉化溫度(Tg)且包含0.5%或大於0.5%之量的Li2 O。
在本發明之第十四態樣中，提供第一至第十三態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其具有630℃或低於630℃之玻璃轉化溫度(Tg)且包含0.5%或大於0.5%之量的Li2 O。
在本發明之第十五態樣中，提供第一至第十四態樣中之 任一態樣所界定之光學玻璃，其包含小於5%之量的TiO2 及小於5%之量的Al2 O3 。
在本發明之第十六態樣中，提供第七至第十五態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其中根據日本光學玻璃工業標準JOGIS 061999 "Measuring Method of Chemical Durability of Optical Glass(Powder Method)"所量測之玻璃的防酸特性為等級2或低於等級2。
在本發明之第十七態樣中，提供第七至第十五態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其中根據日本光學玻璃工業標準JOGIS 061999 "Measuring Method of Chemical Durability of Optical Glass(Powder Method)"所量測之玻璃的防酸特性為等級1。
在本發明之第十八態樣中，提供第七至第十七態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其中液化溫度為1240℃或低於1240℃。
在本發明之第十九態樣中，提供第七至第十七態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其中液化溫度為1140℃或低於1140℃。
在本發明之第二十態樣中，提供第七至第十七態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其比重於自4.80至5.25之範圍內。
在本發明之第二十一態樣中，提供包含Ta2 O5 及Nb2 O5 、不含F且具有自4.60至5.25範圍內之比重的光學玻璃，其中Ta2 O5 及Nb2 O5 之總量佔玻璃組合物之總質量的18－23%。
在本發明之第二十二態樣中，提供如於第一至第二十一態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃，其中液化溫度時之黏度η(dPa．s)的對數logη為0.3或大於0.3。
在本發明之第二十三態樣中，提供一用於模壓成型之玻璃預成型坯，其由第一至第二十二態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃製成。
在本發明之第二十四態樣中，提供一光學元件，其由第一至第二十二態樣中之任一態樣所界定之光學玻璃製成。
在本發明之第二十五態樣中，提供一光學元件，其藉由模壓成型第二十三態樣中所界定之用於模壓成型的玻璃預成型坯而形成。
現在說明將本發明之光學玻璃的特性範圍限制於上述值之原因。
亦將說明將本發明之光學玻璃的個別組分的組合物範圍限制於上述值(基於氧化物之質量%)的原因。
在本發明之說明書中，術語"包含，基於氧化物計算"意謂假定在熔融過程期間用作本發明之光學玻璃的玻璃組合物之原料的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等皆已分解且轉化為氧化物，玻璃之每一組分皆包含與轉化氧化物之總重量(100%質量)之特定比。
SiO2 為玻璃形成氧化物且亦為改良化學耐久性之組分。為了達成該等效果，SiO2 之量應為2.0%或大於2.0%。然而，若該組分之量超過9.0%，則出現如下狀況，即保持 1.85或大於1.85之折射率變得困難。因此，此組分之量的下限應較佳為2.0%、更佳為3.0%且最佳為大於5.5%，且此組分之量的上限應較佳為9.0%、更佳為6.7%且最佳為5.7%。
B2 O3 為基本組份，其作為本發明之光學玻璃中的玻璃形成氧化物(含有大量稀土氧化物)係不可缺少的。若此組分之量小於8.0%，則不能充分達成此效果，然而若此組分之量為18%或大於18%，則將破壞化學耐久性。因此，此組份之量的下限應較佳為8.0%、更佳為9.5%且最佳為15%，且此組份之量的上限應較佳為18%、更佳為1.7%且最佳為16%。
Li2 O用以有效降低液化溫度及玻璃轉化溫度(Tg)。若此組份之量超過3%，則由於形成玻璃固化(glassification)較困難，液化溫度上升而非下降。為了獲取低的玻璃轉化溫度(Tg)，此組份之量的下限應較佳為0.5%、更佳為0.7%且最佳為1.0%，且此組份之量的上限應較佳為3%、更佳為2%且最佳為1.7%。
La2 O3 用以有效增大玻璃之折射率及阿貝數。若此組份之量小於33%，則將玻璃之光學常數值保持於上述範圍內變得困難，然而若此組份之量超過50%，則液化溫度升高。為了保持良好的生產率，因此此組份之量的下限應較佳為33%、更佳為35%且最佳為37%，且此組份之量的上限應較佳為50%、更佳為45%且最佳為小於39%。
類似於La2 O3 ,Gd2 O3 用以有效增大玻璃之折射率及阿貝 數。若此組份之量小於3%，則將玻璃之光學常數之值保持於上述範圍內變得困難，然而，若此組份之量超過20%，則液化溫度升高。為了保持良好的生產率，因此此組份之量的下限應較佳為3%、更佳為6.0%且最佳為6.5%，且此組份之量的上限應較佳為20%、更佳為18%且最佳為9.5%。
ZrO2 用以有效調整光學常數且藉此降低液化溫度及改良化學耐久性。若此組份之量小於4.5%，則不能充分達成該等效果，然而若此組份之量超過7%，則由於難以形成穩定生產，液化溫度升高。因此，此組份之量的下限應較佳為4.5%、更佳為5.0%且最佳為5.5%，且此組份之量的上限應較佳為7.0%、更佳為6.5%且最佳為6.3%。
Nb2 O5 用以非常有效地增大折射率及降低液化溫度。若此組份之量小於0.1%，則不能充分達成該等效果，然而若此組份之量超過3%，則阿貝數變得過小。為了容易地達成該等效果，因此，此組份之量的下限應較佳為0.1%、更佳為0.5%且最佳為1.7%，且此組份之量的上限應較佳為3.0%、更佳為2.5%且最佳為2.3%。
為了達成本發明之高折射率、低色散及低液化溫度的特徵，Gd2 O3 及Nb2 O5 之總量應較佳小於10%。由於該等組份皆為基本組份，所以該等組份之總量之下限應較佳為5.1%、更佳為6.0%且最佳為7.0%，且此組份之量的上限應較佳為25%、更佳為20%且最佳為小於10%。
如前所述，本發明之發明者已發現，當Ta2 O5 與Nb2 O5 共 存時，Ta2 O5 用以增大折射率及改良脫玻作用之穩定性非常有效。若此組份之量小於15%，則不能充分達成該等效果，然而若此組份之量超過25%，則會破壞而非改良脫玻作用之穩定性。為了容易地達成該等效果，因此，此組份之量的下限應較佳為15%、更佳為16%且最佳為18%，且此組份之量的上限應較佳為25%、更佳為22%且最佳為20%。
為了保持低的液化溫度(其為本發明之最重要特徵之一)，Ta2 O5 與Nb2 O5 之總量的下限應較佳為16%、更佳為17%且最佳為18%，且此組份之量的上限應較佳為28%、更佳為24%且最佳為23%。
WO3 用以有效調整折射率，且特定言之，當WO3 與Li2 O共存時，其用以改良脫玻作用之穩定性的。若此組份之量超過3%，則將光學常數保持於上述值內變得困難。此組份之量應較佳為2.5%或低於2.5%、更佳為2.3%或低於2.3%且最佳為小於2.0%，即在自0.1%至2.3%之範圍內。因此此組份之量的下限應較佳為0.1%且此組份之量的上限應較佳為3%、更佳為2.5%且最佳為小於2.0%。為了容易地達成該等效果，該組份之下限應較佳為0.1%更佳為0.2%且最佳為0.3%。當折射率為1.88或大於1.88時，此組份之量應較佳小於0.5%。
TiO2 用以有效調整折射率。若此組份之量過大，則會破壞玻璃之透射率。此組份之量之上限應較佳為5.0%、更佳為2.0%且最佳為小於1.0%。
類似於La2 O3 ,Y2 O3 用以有效增大玻璃之折射率及阿貝數。然而，此組份過大量之添加會破壞脫玻作用之穩定性。此組份之量之上限應較佳為10%、更佳為5%且最佳為小於3%。
類似於La2 O3 ,Yb2 O3 用以有效增大玻璃之折射率及阿貝數。然而，此組份過大量之添加會破壞脫玻作用之穩定性。此組份之量的上限應較佳為10%、更佳為5%且最佳為小於3%。
GeO2 用以有效增大折射率且改良脫玻作用之穩定性。由於此組份很昂貴，所以此組份之量受到限制。此組份之量的上限應較佳為10%、更佳為5%且最佳為小於3%。
ZnO用以有效調整折射率、改良脫玻作用之穩定性並調整玻璃轉化溫度(Tg)。若此組份之量超過10%，則會破壞脫玻作用之穩定性。因此此組份之量的下限應較佳為0.5%，且此組份之量的上限應較佳為10%、更佳為8%且最佳為7%。
RO(其中R為選自由Mg、Ca、Sr及Ba組成之群中之一或多種元素)用以有效調整玻璃之光學常數，但是若RO之總量超過5%，則會破壞脫玻作用之穩定性。
Sb2 O3 具有提純熔融玻璃之效果。此組份之量應較佳為1%或低於1%。
可添加5%之Al2 O3 用以改良玻璃之化學耐久性。此組份之添加很可能破壞玻璃之穩定性的情況下，不應添加此組份。
若添加F，則此組份在預成型坯形成過程中自玻璃表面蒸發且沈積於預成型坯及模之表面上，從而導致由此預成型坯所產生之透鏡中出現缺陷。此外，此組份之蒸發導致折射率發生變化且玻璃之化學耐久性遭到破壞。因此，對於包括透鏡之光學元件而言此組份之添加不適於光學玻璃之穩定生產。因此，除了無意地混合了作為雜質之F的情況外，本發明之光學玻璃應不含F。
可添加CsO2 以調整玻璃之光學常數。然而，由於此組份很昂貴，所以若需要以低成本來生產光學玻璃則不應添加此組份。
可添加Bi2 O3 及TeO2 以增大折射率並降低玻璃轉化溫度(Tg)。歸因於透鏡之模壓成型過程中該等組份之蒸發，若添加該等組份很可能導致透鏡表面之霧化，則在此情況下較佳地不添加該等組份。
諸如V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及Mo之過渡金屬組份(不含Ti)吸收可見區域之特定部分中的波長，且因此即使以非常小的量添加該等組份亦易於使玻璃帶有顏色。因此，在本發明之光學玻璃使用可見區域中之波長的情況下，該光學玻璃應大體上不含該等組份。
可添加Pb及Th用以增大折射率並改良玻璃之穩定性。亦可添加Cd及Tl用以降低玻璃轉化溫度(Tg)。亦可添加As用以提純玻璃且使玻璃均質化。然而，存在避免使用作為有害化學物質之Pb、Th、Cd、Tl及As之趨勢，且不僅在玻璃製造過程中且在生產之後的玻璃加工及玻璃處理中必須 採取用於環境保護之步驟。因此，較佳地不應添加該等組份。
由於本發明之玻璃組合物以質量%表示，所以不能直接以莫耳%表示。滿足本發明所要求之特性的玻璃組合物中存在之以莫耳%表示的個別氧化物之組合物通常假定為下列值。然而，以莫耳%表示之下列表達式僅出於參考方便之目的，而絕非限制本發明之實施例的範疇。
其中Ta2 O5 ＋Nb2 O5 之總量為7.5－13莫耳%
其中R為選自由Mg、Ca、Sr及Ba組成之群中之一或多種元素，及/或
現在將描述本發明之光學玻璃的特性。
需要具有極好化學耐久性之玻璃及光學元件。具有較差 化學耐久性之光學玻璃導致在透鏡之抛光表面上或預成型坯之自由彎曲表面上產生霧化，此被稱作銹蝕(tarnish)。因此，需要對該光學玻璃進行嚴格的溫度控制，此將導致高的成本生產。
當Powder Method中之防酸特性為等級3或高於等級3時，容易出現上述麻煩。為了在一簡單控制系統下容易地生產光學元件，防酸特性應較佳為等級2或低於等級2，且更佳為等級1。
作為在高折射及低色散區域中用於模壓成型之玻璃材料，需要材料具有670℃或低於670℃之玻璃轉化溫度(Tg)。具有高玻璃轉化溫度(Tg)之材料使模壓溫度升高，且藉此縮短模之壽命。為了達成較高之生產率，玻璃轉化溫度(Tg)應較佳為630℃或低於630℃。
若玻璃轉化溫度(Tg)小於600℃，則易於破壞玻璃之化學耐久性。此外，歸因於低黏度，原料之玻璃固化變得困難。因此，低於600℃之玻璃轉化溫度(Tg)會破壞玻璃之生產率。
因此，作為用於模壓成型之光學玻璃，玻璃轉化溫度應較佳為670℃或低於670℃，且更佳為630℃或低於630℃。
具有高比重之玻璃增大整個透鏡系統之總重量，且因此本發明之光學玻璃之較佳比重為5.40或低於5.40。此外，本發明之光學玻璃應較佳用於生產可用於精確模壓成型之玻璃預成型坯。在玻璃預成型坯之製造中，通常使熔融玻璃流出鉑管且滴在模上用以成型。在此情況下，若使用具 有高於預定值之比重之玻璃，則流動控制往往變得困難。在本發明之光學玻璃中，除了滿足包括折射率之光學常數之外，藉由將比重之值限制於特定範圍內有助於生產玻璃預成型坯之流動控制，且可藉此改良產品尺寸之精確性。為了達成此目的，本發明之光學玻璃應更佳具有5.25或低於5.25之比重，且最佳具有5.10或低於5.10之比重。然而，若光學玻璃具有過小之比重，則甚至當流量較小時亦不能達成滴下狀態，此導致藉由滴下方法獲取料坯變得困難。因此，本發明之光學玻璃之比重的下限應較佳為4.60、更佳為4.80、且最佳為5.00。
不僅在本發明之光學玻璃中，且在一般光學玻璃中，當藉由使用模來使光學玻璃模壓成型時，在冷卻過程中於透鏡之內部與外部之間產生溫度梯度。此時，若光學玻璃之熱膨脹係數大，則在所獲取之透鏡中易於形成一凹坑(pit)。
因此，在本發明之光學玻璃中，於自100℃至300℃之範圍內的溫度下，線性熱膨脹平均係數α之上限應較佳為90×10－7 /℃更佳為83×10－7 /℃且最佳為80×10－7 /℃。
為了在本發明之光學玻璃中藉由下文待描述之製造方法來實現穩定的生產，使用1240℃或低於1240℃、較佳1140℃或小於1140℃之液化溫度非常重要。藉由降低玻璃之熔融溫度，可節省能量消耗並可減少製造裝置之熱負荷以防止裝置損壞，且因此，可節省製造成本並可減少對環境之不利影響。
如前所述，本發明之光學玻璃可用作用於模壓成型之預成型坯，或者另一選擇為其可被直接模壓為熔融狀態。若其用作預成型坯材料，則可使用任何已知之製造方法及成型方法而不特定地限制製造方法及模壓成型方法。舉例而言，作為製造方法，可使用日本專利申請案特許公開公告第Hei 06－157051號所揭示之用於模壓玻璃產品之製造方法及裝置，及日本專利申請案特許公開公告第Hei 11－157849號所揭示之用於光學玻璃之製造方法及裝置。
如上所述，可直接自熔融玻璃製造預成型坯，或可藉由冷加工直接自薄片材料獲取透鏡。或者，光學元件可形成具有類似於藉由冷加工之最終產品的形狀之中間產品，且然後可藉由模壓成型來獲取最終產品。
不僅在上述之製造方法中，而且在用以製造玻璃之各種其它成型方法(例如，浮動方法、模壓成型及拉延成型)中，黏度因子係不可缺少的。當玻璃溫度自玻璃之熔融狀態降低時，若玻璃具有直至玻璃黏度變高才產生晶體之特性，則玻璃之可成形範圍擴大且藉此可實現穩定之生產。換言之，液化溫度下之玻璃黏度愈高，玻璃愈適於大規模生產。
如先前所述，在自熔融玻璃生產預成型坯之成形過程中，黏度η(dPa．s)之對數logη之值必須為0.3或大於0.3。為了在大規模生產中進行穩定的預成型坯成形，液化溫度下之logη值應較佳為0.4或大於0.4、更佳為0.5或大於0.5、最佳為0.6或大於0.6。
實例
表1至表6、表7及表8展示本發明之第1號至第28號實例及第A號至第F號比較實例之組合物(其為已知之SiO2 －B2 O3 －La2 O3 －Gd2 O3 玻璃之光學玻璃)以及該等玻璃之光學常數(nd、vd)、玻璃轉化溫度Tg、屈服點At、線性熱膨脹係數α及比重。表6及表8展示液化溫度、液化溫度下之黏度及根據該等玻璃之防酸特性(Powder Method)之等級。此外，表9及表11展示第G號至第O號比較實例之組合物，且表10及表12展示該等玻璃之光學常數(nd、vd)、玻璃轉化溫度Tg、屈服點At、線性熱膨脹係數α、比重、液化溫度及Ra(P)。
為了製造第1號至第28號實例之玻璃，將包括氧化物、碳酸鹽及硝酸鹽之用於光學玻璃之普通原料秤重及混合以實現表1至表5中所示之個別實例的組合物比。原料放置於鉑坩堝內且在自1300℃至1400℃範圍內之一溫度下歷經兩至四個小時熔化，視組合物之熔融特性而定。在提純並攪拌熔融物達成均質化之後，將熔融物澆注於模中並退火，且因此容易地得到均質玻璃。
據日本光學玻璃工業標準：JOGIS 061975 Measuring Method of Chemical Durability of Optical Glass(Powder Method)以下列方式量測根據Powder Method表示防酸特性"RA(P)"之等級。第1號、第5號、第6號、第24號、第25號及第27號實例及第A號至第F號比較實例之玻璃被粉碎成自420微米至590微米範圍內之微粒大小的碎片，且將由此所 獲取之特定量的玻璃粉末樣品放置於鉑溶解籃(dissolution basket)中。將含有玻璃粉末樣品之此溶解籃放置於石英玻璃製成之圓底瓶中，該圓底瓶含有80毫升之0.01 N硝酸水溶液。於沸水中處理60分鐘後，自圓底瓶取出溶解籃並基於玻璃粉末樣品之初始質量及自質量之減少量所計算之還原率(重量%)以下列方式進行分類。等級1表示還原率(重量%)小於0.20%之情況，等級2表示還原率為0.20%－小於0.35%之情況，等級3表示還原率為0.35%至小於0.65%之情況，等級4表示還原率為0.65%－小於1.20%之情況，且等級5表示還原率為1.20%－小於2.20%之情況。因此，表6中，RA(P)表示之等級值愈小，則玻璃之防酸特性(意即化學耐久性)愈高。
根據日本光學玻璃工業標準JOGIS 82003 之量測方法在自100℃至300℃之溫度範圍中量測線性熱膨脹之平均係數α(100℃－300℃)。
為了量測液化溫度，將碎玻璃狀態下之玻璃放置於具有50毫升容量之鉑坩堝內並在預定溫度下持續加熱兩個小時。然後使玻璃冷卻，檢查玻璃中是否存在晶體並將觀察到晶體之最高溫度作為液化溫度。
為了量測液化溫度下之黏度η(dPa．s)，藉由使用球拉(ball－pulling－up)型黏度計來量測液化處之黏度。本說明書中之黏度由黏度η(dPa．s)之常用對數來表示。
如表1至表5中所示，本發明(第1號至第28號)之光學玻璃實例皆具有在所要範圍內之折射率(nd)及阿貝數(ν d)。如表6中所示，該等實例之根據Powder Method之防酸特性皆為等級2或等級1，此表示其具有極好的化學耐久性。因此，該等玻璃具有極好的化學耐久性及低的脫玻作用溫度同時保持所要之折射率，且因此期望具有極好的生產率。
如第A號及第B號比較實例，已採用日本專利申請案特許公開公告第2002－284452號中所描述之實例。第A號及第B號比較實例之玻璃不滿足本發明所需之組合物範圍或光 學特性。該等玻璃之化學耐久性皆不夠。因此，該等玻璃不適合用於光學玻璃。
如第C號及第D號比較實例，已採用日本專利申請案特許公開公告第Sho 54－90218號中所描述之實例中具有相對較大阿貝數之實例。該等玻璃不滿足本發明所需之組合物範圍，且此外期具有高的脫玻作用溫度。因此，該等玻璃不適合用於光學玻璃。
如第E號及第F號比較實例，已採用日本專利申請案特許公開公告第2001－348244號及日本專利申請案特許公開公告第2003－267748號之實例。該等玻璃不滿足本發明所需之組合物範圍且具有高的脫玻作用溫度。因此，該等玻璃不適合用於大規模生產。
如第G號至第O號比較實例，已採用日本專利申請案特許公開公告第2001－348244號之實例2至實例10。
由於本發明之玻璃組合物不含F，所以有利於在製造過程中調整折射率。現在描述此優點：藉由使光學玻璃在1300℃經受2小時、8小時及24小時之加熱處理，以上問所描述之相同方式使第6號、第19號及第25號實例之光學玻璃熔化。將相同加熱處理施加至第P號、第Q號及第R號光學玻璃，該等光學玻璃為該等實例之修改，其中將2質量份之F添加至基於氧化物所計算分別具有100質量份之該等實例的組合物中。該等光學玻璃之折射率隨時間之變化展示於表13中。
如表13中所示，在第6號、第19號及第25號實例之光學玻璃中，24小時過後之折射率變化量為0.0001或低於0.0001。另一方面，在第P號、第Q號及第R號實例之光學玻璃中，24小時過之後之折射率變化量為0.006或大於0.006。正常情況下，光學元件所需之折射率變化範圍為±0.0005。因此，已發現在製造用於光學元件之光學玻璃中，使用不含F組份之玻璃組合物比含有F組份之玻璃組合物更有利。
總之，本發明之光學玻璃含有SiO2 、B2 O3 、La2 O3 及Gd2 O3 ，具有自1.85至1.90範圍內之折射率及自40至42範圍內之阿貝數，具有極好的化學耐久性及脫玻作用穩定性，且此外其可能容易地提供一種具有低的玻璃轉化溫度而不破壞該當特性之光學玻璃。因此，無論預成型坯是用於球面透鏡之預成型坯還是用於非球面透鏡之預成型坯且無論已知方法是藉由抛光之製造方法還是使用模壓成型之製造方法，本發明之光學玻璃藉由已知方法能夠使預成型坯易於成形。
由於本發明之光學玻璃具有高的折射率及低的色散特 性、強的化學耐久性及低的膨脹特性，所以除了應用於諸如繞射光柵及稜鏡之透鏡外其亦可應用於光學元件。此外，由於本發明之光學玻璃具有除上述特性外之非常小之光彈性常數，所以其可應用於諸如投影儀之用途，對於投影儀而言雙折射成為在易於產生機械或熱應力之環境下的難題。
此外，由於本發明之光學玻璃具有高的楊氏模量(Young's modulus)，所以藉由利用該光學玻璃之低的膨脹特性其可應用於各種基材。

Claims (14)

  1. 一種光學玻璃，其包含2-9%SiO2 、B2 O3 與La2 O3 及選自由ZrO2 、Gd2 O3 、Nb2 O5 及Ta2 O5 組成之群中之一或多種氧化物，其具有一為1.83或大於1.83之折射率及一為35或大於35之阿貝數且其不含F，Gd2 O3 +Nb2 O5 之總量小於10%。
  2. 如請求項1之光學玻璃，其中液化溫度為1240℃或低於1240℃。
  3. 如請求項1之光學玻璃，其中液化溫度為1140℃或低於1140℃。
  4. 如請求項1-3中任一項之光學玻璃，其中根據日本光學玻璃工業標準JOGIS 061999 "Measuring Method of Chemical Durability of Optical Glass(Powder Method)"所量測之玻璃的防酸特性為等級2或低於等級2。
  5. 如請求項1-3中任一項之光學玻璃，其中具有一自4.80至5.25範圍內之比重。
  6. 如請求項1-3中任一項之光學玻璃，其中Ta2 O5 +Nb2 O5 之總量為18-28%。
  7. 如請求項1-3中任一項之光學玻璃，其具有一為670℃或低於670℃之玻璃轉化溫度(Tg)且包含0.5%或大於0.5%之量的Li2 O。
  8. 如請求項1-3中任一項之光學玻璃，其具有一為630℃或低於630℃之玻璃轉化溫度(Tg)且包含0.5%或大於0.5%之量的Li2 O。
  9. 如請求項1-3中任一項之光學玻璃，其包含小於5%之量的TiO2 及小於5%之量的Al2 O3 。
  10. 一種光學玻璃，其包含Ta2 O5 及Nb2 O5 、不含F且具有一自4.60至5.25範圍內之比重，其中Ta2 O5 及Nb2 O5 之總量佔該玻璃組合物之總質量的18-23%。
  11. 如請求項1-3、請求項10中任一項之光學玻璃，其中於液化溫度下之黏度η(dPa．s)之對數logη為0.3或大於0.3。
  12. 一種用於模壓成型之玻璃預成型坯，其由一如請求項1至請求項11中任一項之光學玻璃製成。
  13. 一種光學元件，其係由一如請求項1至請求項11中任一項之光學玻璃所製成。
  14. 一種光學元件，其藉由模壓成型如請求項12之用於模壓成型之該玻璃預成型坯而形成。
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