光學玻璃、精密壓型用預制件及光學元件的制作方法

專利名稱：：光學玻璃、精密壓型用預制件及光學元件的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種光學玻璃、精密壓型用預制件及光學元件，更詳細地說，本發明涉及一種具有折射率(nd)為1.65—1.75，阿貝數(vd)為50—60的同時，轉變溫度Tg在54(TC以下具有優良精密壓型性的光學玻璃，，及由上述光學玻璃構成的精密壓型預制件和光學元件
背景技術：
：近年來，隨著數碼相機、攝像機及可拍照相機手機的快速普及使用，使得光學系統也朝著高精度化、輕量化、小型化的方向迅速發展。為滿足上述要求，使用非球面透鏡進行光學設計正成為主流。以較低的成本大量、穩定生產非球面透鏡的精密壓型技術受到越來越多的關注，對于適于精密壓型的低軟化點光學玻璃的需求也與日俱增。精密壓型用低軟化點光學玻璃要求各種光學常數的光學玻璃，對于高折射低色散光學玻璃，通常使用一定量的La203，但是其含量過多易造成玻璃轉變溫度(Tg)上升，不利于精密壓型。為了降低玻璃轉變溫度，玻璃中往往大量引入堿金屬氧化物，但會同時使得玻璃穩定性惡化。因此對于高折射低色散玻璃，要防止壓型時的破損，并兼顧低溫軟化性和穩定性兩方面是極其困難的。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種nd為1.65—1.75、vd為50—60、轉變溫度Tg在54CTC以下的精密壓型用光學玻璃。本發明還要提供一種由上述光學玻璃構成的精密壓型用預制件。本發明還要提供一種使用上述預制件生產的光學元件。本發明解決技術問題所采用的技術方案是光學玻璃，其重量百分比組成為0-15%的Si02;28-43%的8203;21-35%的1^203;Gd203、￥203和丫1)203的總量為0-15%;3-13。/。的Zn0;Li20、Na20和K20的總量為l-8呢；Mg0、Ca0、Sr0禾口Ba0的總量為l-20呢；0-8。/。的Zr02;O-O.1%WSb203;O-O.5。/。的Sn02;Ta205、W03、恥205和1102的總量為0-3%。進一步的，其重量百分比組成為6-12。/。的Si02;28-35%的8203;22-30%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為3-12%;5-10。/。的Zn0;Li20、化20和1(20的總量為1-8%;Mg0、Ca0、Sr0禾昍a0的總量為1-20%;1-7。/。的Zr02;0-0.1。/。的Sb203;0-0.5。/。的Sn02;Ta205、W03、恥205和1102的總量為0-3%。進一步的，其重量百分比組成為7-10。/。的Si02;29-34%的8203;22-30%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為3-12%;5-10。/。的Zn0;Li20、化20和1(20的總量為1-8%;Mg0、Ca0、Sr0禾昍a0的總量為1-20%;1-7。/。的Zr02;0-0.1。/。的Sb203;0-0.5。/。的Sn02;Ta205、W03、恥205和1102的總量為0-3%。進一步的，其重量百分比組成為6-幽勺Si。2;28-35%的8203;22-27%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為5-10%;6-10。/。的Zn0;Li20、化20和1(20的總量為1-8%;Mg0、Ca0、Sr0禾昍a0的總量為1-20%;3-7。/。的Zr02;0-0.05°/^々Sb203;0-0.1。/。的Sn02;Ta205、W03、Nb205和Ti02的總量為0-P/。。進一步的，其重量百分比組成為7-幽勺Si。2;29-34%的8203;22-27%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為5-10%;6-10。/。的ZnO;Li20、化20和1(20的總量為1-8%;MgO、CaO、Sr0禾昍a0的總量為1-20%;3-7。/。的Zr02;0-0.05°/^々Sb203;0-0.1。/。的Sn02;Ta205、W03、Nb205和Ti02的總量為0-P/。。進一步的，其重量百分比組成為7-幽勺Si。2;29-34%的8203;22-27%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為5-10%;6-10。/。的ZnO;Li20、^20和1(20的總量為1-8%，其中Li20為1-7%;MgO、CaO、SrO禾口BaO的總量為l-200/。，其中CaO為0-10%，SrO為0-10%;3-7。/。的Zr02;0-0.05。/。的Sb203;0-0.1。/。的Sn02;Ta205、W03、Nb20s和Ti02的總量為0-1%。進一步的，其重量百分比組成為7-幽勺Si。2;29-34%的8203;22-27%的1^203;Gd203、Y203和Yb203的總量為5-10%;6-10。/。的ZnO;1-7。/。的Li20;CaO為0-10%;3-7。/。的Zr02;0-0.05。/。的Sb203。本發明的有益效果是本發明的光學玻璃具有nd為1.65-1.75，vd為50-60，且轉變溫度Tg在54(TC以下具有低軟化點的光學玻璃；而且，當從其熔融玻璃直接成型為用于精密壓型的玻璃預制件時，本發明的光學玻璃不易結晶并具有良好的玻璃穩定性。本發明提供的低軟化點光學玻璃，可以降低精密壓型的溫度，延長成型模具的壽命，在實現高效率生產的同時，還可以降低光學元件的生產成本。具體實施例方式按照前述限定構成本發明光學玻璃的各組成范圍的理由敘述如下。各成分用氧化物標準的重量％表達。Si02對于本發明的光學玻璃而言，對增加玻璃的成型粘度、提高耐失透性和化學穩定性非常有效，但如果其量過多，則Tg會提高、熔融性會變差。因此，其含量為0-15%，優選6-12%，更優選7-10%。B203作為玻璃生成體氧化物是不可缺少的成分。但是，如果其量過少，則抗失透性不充分；如果其量過多，則玻璃折射率降低，化學穩定性變差。因此，其含量為28-43%，優選28-35%，更優選29-34%。La203對于提高玻璃的折射率、降低色散有效。但是如果其含量過少，則難以將玻璃的光學常數值維持在上述范圍內；如果其含量過多，則引起玻璃軟化溫度上升，抗失透性變差。因此，其含量為21-35%，優選為22-30%，更優選22-27%。Gd203具有提高玻璃的折射率和化學穩定性的效果，特別是和La203共同存在時，提高玻璃的抗失透能力和玻璃化學穩定性效果更明顯。但是如果其含量過多，則會提高玻璃的轉變溫度，增加成型預制件及精密壓型的難度。Y203和Gd203—樣，具有在不降低玻璃的抗失透能力情況下提高玻璃的折射率和化學穩定性的效果，特別是和La203共同存在時，提高玻璃化學穩定性效果更明顯。但是如果其含量過多，則會提高玻璃的轉變溫度，增加成型預制件及精密壓型的難度。Yb203和Gd203、Y203—樣，具有在不降低玻璃的抗失透能力情況下提高玻璃的折射率和化學穩定性的效果。但由于其本身在近紅外波段(900nm左右)有截止吸收，影響光學系統的成像質量，因此優選不使用。由于Gd203、Y203、Yb203和La203共同存在，更增加玻璃的抗失透能力。但如果其含量過多，則會提高玻璃的轉變溫度，對成型預制件和精密壓型不利。所以本發明的光學玻璃的Gd203、Y203及Yb203的總量為0-15%、優選3-12%、更優選5-10%。ZnO在本發明中具有降低熔融溫度和玻璃轉變溫度，提高玻璃化學穩定性的作用，并能有效維持本發明所需折射率。特別是Zn0和其他2價成分相比，起到大幅度提高玻璃化學穩定性的作用。但如果其含量過多，則會降低玻璃的抗失透性。因此，其含量為3-13%、優選5-10%、更優選6-10%。Li20具有顯著降低玻璃轉變溫度、改善玻璃熔融性的效果。但如果其含量過多，則會降低玻璃的抗失透性能，導致玻璃化學穩定性降低，難以獲得高質量的預制件。作為堿金屬氧化物，除Li20外也可以引入Na20、K20，但應該控制其比例。所以本發明的光學玻璃的Li20、化20及1(20的總量為1-8%，優選Li20的含量為l-7。/0。Ca0、Sr0、BaO和MgO對于調整光學玻璃常數有效，同時可以在一定程度上改善玻璃的化學穩定性，特別是CaO還可以有效降低本發明玻璃的比重，但這些組分如果含量過多，反而會降低玻璃的化學耐氣候性。所以本發明的光學玻璃的CaO、Sr0、Mg0和Ba0的總量為l-200/0，其中Ca0為0-10。/。、Sr0為0-10。/。。6Zr02是具有改善化學穩定性和抗失透性效果，調整光學常數的任意成分。但如果其含量過多，則相反抗失透性和低溫軟化性會變差。因此，其含量為0-8%，優選1-7%，更優選3-7%。Sb203作為澄清劑可以任意添加，并且具有調節玻璃熔煉氧化還原氣氛的重要作用。通常高折射低色散光學玻璃都使用鉑金器皿熔煉生產，如果Sb203含量過多，則會使鉑金在玻璃中的熔入量增大，使玻璃的短波透過率變差。因此，其含量為O-O.1%、優選0-0.05%。Sn02作為澄清劑可以任意添加，也可以與Sb203共同引入玻璃中起澄清作用。但如果含量過多，則玻璃的短波透過率變差。因此，其含量為O-O.5%、優選O-O.1%。Nb205、Ta205、W03和Ti02各成分往往具有調整玻璃折射率、改善玻璃化學穩定性的效果。但如果其含量過多，則會提高玻璃的轉變溫度并使玻璃的短波透過率下降，不利于成型高質量的預制件。因此，其總含量為0-3%、優選0-1%。本發明的光學玻璃可利用加熱熔融玻璃原料制造。玻璃原料可以有氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等。把這些原料按規定的比例秤取，混合成調和原料后投入到鉑坩堝中，根據玻璃組成的熔融性，在l100-130(TC下熔融，經熔化、澄清、攪拌和均質化后，就可以獲得沒有氣泡及不含未熔解物的均質熔融玻璃，此熔融玻璃通過成型、退火慢慢冷卻到室溫，就得到了本發明的光學玻璃。以下對本發明的實施例進行說明，但本發明并不受這些實施例的限定。表1和表2顯示本發明玻璃的14個實施例的組成、折射率(nd)、阿貝數(vd)、玻璃轉化溫度(Tg)、玻璃軟化溫度(Ts)、析晶上限溫度(。C)，各成分的組成用重量%表示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>上表中的折射率(nd)、阿貝數(vd)是對于在徐冷降溫速度為-4'C/小時時得到的光學玻璃進行測定的。轉變溫度(Tg)和軟化溫度是(Ts)將長49mm、直徑6mm的試樣以每分鐘4'C的恒定速度升溫加熱，同時測定試樣的伸長和溫度，由所得到的熱膨脹曲線求出的。析晶上限溫度是指將長160mm、寬7mm和高7mm的玻璃試樣置于鉑舟中，放入最高溫度為120(TC的梯溫爐(一種空間與溫度具有對應關系的測試設備)中保溫4小時，然后取出至爐外淬冷后立即觀察玻璃表面和玻璃中有無結晶，未見結晶的最低溫度為析晶上限溫度。如表1和表2所示，所有玻璃具有理想的折射率(nd)、阿貝數(vd)和轉變溫度(Tg)，并顯示出極好的低軟化性質和可熔性，適合作為精密壓型用光學玻璃。本發明的預制件是由上述本發明的光學玻璃構成的，根據精密壓型后光學元件的形狀成型成適當的形狀，其形狀可以為球形、具有旋轉對稱軸的橢球形等，并可根據需要在表面上制備有利于精密模壓時脫模的膜層，上述預制件可精密壓型為具有所要求光學常數的光學元件。本發明的光學元件是由上述本發明的光學玻璃構成的。本發明的光學元件，和構成光學元件的本發明光學玻璃一樣，具有高折射率低色散的特點。本發明的光學元件可以是球面透鏡、非球面透鏡、微型透鏡等各種透鏡，衍射光柵、帶衍射光柵的透鏡、透鏡陣列組、棱鏡等。上述光學元件最好是加熱本發明的預制件，經軟化、精密壓型而獲得的。這些光學元件也可根據需要設計防反射膜、全反射膜、部分反射膜、具有分光特性的膜等光學薄膜。如上所述，本發明提供的光學玻璃具有折射率(nd)為1.65—1.75、阿貝數(vd)為50—60的同時，轉變溫度Tg在54(TC以下，具有低溫軟化的特點，適于精密壓型。用本發明的光學玻璃，在高生產率的情況下，能夠制造精密壓型用預制件，并能夠提供由高折射低色散玻璃構成的光學元件。權利要求權利要求1光學玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為0—15％的SiO2；28—43％的B2O3；21—35％的La2O3；Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總量為0—15％；3—13％的ZnO；Li2O、Na2O和K2O的總量為1—8％；MgO、CaO、SrO和BaO的總量為1—20％；0—8％的ZrO2；0—0.1％的Sb2O3；0—0.5％的SnO2；Ta2O5、WO3、Nb2O5和TiO2的總量為0—3％。2.如權利要求l所述的光學玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為6—12。/。的SiC^;28—35%的B2Cb;22—30%的La2C^;Gd203、Y2〇3和Yb2〇3的總量為3—12%;5_10%的ZnO;Li20、Na2〇和K2〇的總量為1—￡%;Mg〇、Ca〇、SrO禾口Ba〇的總量為1—20%;1^7%的ZrC^;0L1。/。的Sb2〇3;0~0.5。/。的Sn02;Ta205、W03、Nb205和Ti〇2的總量為0—3%。3.如權利要求l所述的光學玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為7—10%的SiQa;29—34%的B2Q3;22—30%的La2Q3;Gd203、Y2〇3禾口Yb2〇3的總量為3—12%;5_10%的Zn〇；Li2〇、Na2〇和K2〇的總量為1_8%;MgO、CaO、SrO和BaO的總量為1—20%;1—7%的Zr〇2;0—0.1%的Sb2C^;0L5%的Sn〇2;Ta2〇5，WC^、Nb205和Ti〇2的總量為0—3%。4.如權利要求l所述的光學玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為6—12。/。的SiQ;28—35%的B2Cb;22—27%的La2C^;Gd2〇3、Y203和Yb2〇3的總量為5—10%;6_10%的ZnO;Li20、Na2〇和K2〇的總量為1—8%;Mg〇、Ca〇、Sr〇和BaO的總量為1—20%;3_7%的Zr〇2;0~0.05%的Sb2〇3;10.1。/。的Sn02;Ta2〇5、W03、Nb2〇5和Ti〇2的總量為0—1%。5.如權利要求l所述的光學玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為7—10%的Si&;29—34%的B2C^;22—27%的La2C^;Gd203，Y203和Yb2〇3的總量為5—10%;6_10%的ZnO;Li20、Na2〇和K20的總量為1—8%;Mg〇、CaO、Sr〇和BaO的總量為1—20%;3_7%的Zr〇2;0U5。/。的Sb2〇3;t0.1%的Sn02;Ta2〇5，W〇3，Nb205和Ti〇2的總量為0—1%。6如權利要求l所述的光學玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為7—10%的Si";29—34%的B2Cb;22—27%的La2C^;Gd203、Y2〇3和Yb2〇3的總量為5—10%;6_10%的ZnO;Li20、Na2〇和K2〇的總量為其中Li20為1—7%;MgO、CaO、Sr〇和BaO的總量為l_20%t其中CaO為0—10%fSrO為0—10%;3^7%的ZrO2;0—0.05%的Sb203;0L1°/。的Sn02;Ta2〇5、W〇3、Nb2〇5和Ti02的總量為C^l%。7如權利要求l所述的光學玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為7—10%的Si&;29—34%的B2C^;22—27%的La2C^;Gd2〇3、Y2〇3和Yb2〇3的總量為5—10%;"10。/。的ZnO;1^7。/。的Li0;CaO為0—10%;3^7%的Zr。2;0^).05%的加2〇3。8如權利要求l所述的光學玻璃，其特征在于，所述光學玻璃的nd為1.65-1.75、vd為50-60，Tg在54CTC以下。9采用權利要求l所述的光學玻璃制成的精密壓型用預制件。10采用權利要求l所述的光學玻璃制成的光學元件。全文摘要本發明提供一種nd為1.65-1.75、νd為50-60、轉變溫度Tg在540℃以下的精密壓型用光學玻璃、精密壓型用預制件及光學元件。光學玻璃，其重量百分比組成為0-15％的SiO₂；28-43％的B₂O₃；21-35％的La₂O₃；Gd₂O₃、Y₂O₃和Yb₂O₃的總量為0-15％；3-13％的ZnO；Li₂O、Na₂O和K₂O的總量為1-8％；MgO、CaO、SrO和BaO的總量為1-20％；0-8％的ZrO₂；0-0.1％的Sb₂O₃；0-0.5％的SnO₂；Ta₂O₅、WO₃、Nb₂O₅和TiO₂的總量為0-3％。本發明的光學玻璃延長成型模具的壽命，在實現高效率生產的同時，還可以降低光學元件的生產成本。文檔編號C03C3/062GK101439929SQ20081030650公開日2009年5月27日申請日期2008年12月24日優先權日2008年12月24日發明者波匡申請人:成都光明光電股份有限公司