專利名稱：光學(xué)玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密模壓中使用的玻璃預(yù)制體材料和適合于精密模壓的光學(xué)玻璃，其具有低轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Tg)以及低色散和高折射率。
背景技術(shù)：
近年來，在顯著變得更小和更輕的光學(xué)儀器中，經(jīng)常應(yīng)用非球面透鏡以減少構(gòu)成光學(xué)儀器的光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)量。通過用具有精密成形表面的金屬壓模壓制成形或精密模壓熱軟化玻璃預(yù)制體材料生產(chǎn)透鏡的方法是制造玻璃非球面透鏡的主流。
由于通過精密模壓得到的玻璃模制物以最終產(chǎn)品如成形后不用或幾乎不用研磨和拋光的透鏡形式存在，因此可利用精密模壓高生產(chǎn)率地制造透鏡等。精密模壓方法是制造玻璃非球面透鏡的合適方法，因?yàn)樵诎ㄑ心ズ蛼伖獾南惹胺椒ㄖ须y以低成本大量制造非球面透鏡。另外，精密模壓方法具有高生產(chǎn)率。因此，可用精密模壓制造球面透鏡和各種形狀的其它光學(xué)元件以及非球面透鏡。
有兩種制造精密模壓用玻璃預(yù)制體材料的主要方法。
這些方法中的一種是如日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaihei-6-122526和Tokukaihei-8-319124中所公開，從排出管中流出熔融玻璃，在熔融玻璃保持在壓模上時(shí)切割熔融玻璃，并接著形成玻璃預(yù)制體材料；或如日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaihei-7-165431所公開，從流動(dòng)控制管中滴落熔融玻璃，在下部壓模上保留液滴，并通過用上部壓模壓制保留的玻璃塊形成玻璃預(yù)制體材料。這些方法具有高的玻璃預(yù)制體材料自身的生產(chǎn)率，因?yàn)樵趦煞N方法中通過熱成形熔融玻璃直接得到玻璃預(yù)制體材料。
另一方法是通過切割玻璃塊材料得到玻璃預(yù)制體材料的方法。在這種方法中存在問題，即從切割玻璃塊材料到使玻璃成形接近最終產(chǎn)品如透鏡需要多次加工。但是，也有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即在通過精密模壓得到各種形狀的最終產(chǎn)品如透鏡時(shí)，可減少精密模壓中的形狀變化，因?yàn)椴ＡьA(yù)制體材料可被加工接近最終產(chǎn)品如透鏡。
在用精密模壓得到玻璃模制物時(shí)，需要將熱軟化的玻璃預(yù)制體材料在高溫條件下壓制成形，以便將金屬壓模的精密成形表面印到玻璃預(yù)制體材料上。因此，應(yīng)用的金屬壓模也暴露于高溫，此外，還有高壓。因此，當(dāng)玻璃預(yù)制體材料被熱軟化并壓制成形時(shí)，由于成形表面的氧化和腐蝕和成形表面上存在的脫模膜的破壞而往往不能保持金屬壓模的精密成形表面。另外，金屬壓模本身容易被損壞。在這些條件下，由于金屬壓模需要經(jīng)常更換，金屬壓模的更換頻率增加，因此不能實(shí)現(xiàn)低成本大量制造。從減少上述損害、長期保持金屬壓模的精密成形表面和允許低壓精密模壓的角度看，希望精密模壓中使用的玻璃預(yù)制體材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)盡可能低。目前，由于用于精密模壓的轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Tg)大于650℃的玻璃預(yù)制體材料玻璃難于適用于精密模壓，因此需要轉(zhuǎn)變溫度(Tg)不大于650℃的高折射率和低色散玻璃，優(yōu)選轉(zhuǎn)變溫度(Tg)不大于640℃，更優(yōu)選轉(zhuǎn)變溫度(Tg)不大于630℃。此外，由于玻璃預(yù)制體材料的失透不會(huì)因?yàn)榫苣憾?，并且由于失透玻璃模制物不能用作光學(xué)元件如透鏡，因此需要用于精密模壓的玻璃預(yù)制體材料玻璃具有優(yōu)良的抗失透性。
對(duì)于用于非球面透鏡的光學(xué)玻璃性質(zhì)，要求各種光學(xué)常數(shù)(折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd))。其中，近年來需要具有高折射率和低色散的玻璃。尤其對(duì)于光學(xué)設(shè)計(jì)，非常需要高折射率和低色散玻璃，其中折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd)在

圖1所示x-y直角坐標(biāo)系中通過以A、B、C、D和A的順序連接點(diǎn)A(nd＝1.835，νd＝46.5)、點(diǎn)B(nd＝1.90，νd＝40.0)、點(diǎn)C(nd＝1.90，νd＝35.0)和點(diǎn)D(nd＝1.835，νd＝38.0)所畫直線作為邊界線包圍的區(qū)域內(nèi)，其中X軸為阿貝數(shù)(νd)，Y軸為折射率(nd)，該區(qū)域包括邊界線(下文中，上述區(qū)域稱為特定區(qū)域)。尤其需要光學(xué)常數(shù)在該特定區(qū)域內(nèi)并且折射率(nd)大于1.85且小于1.875的光學(xué)玻璃，光學(xué)常數(shù)在該特定區(qū)域內(nèi)并且阿貝數(shù)(νd)小于39.5的光學(xué)玻璃等。
很早就已知鎘和釷組分作為為玻璃提供高折射率的成分。但是，眾所周知，這些成分會(huì)破壞環(huán)境。
已知含鉛玻璃如含PbO的玻璃作為具有高折射率和低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的玻璃。由于含鉛玻璃容易在精密模壓中與金屬壓模熔合，因此難于重復(fù)使用金屬壓模。因此，它不適合作為用于精密模壓的玻璃。另外，由于鉛組分不宜的環(huán)境影響，存在在含鉛玻璃制造、冷加工如拋光、處理等中需要某些類型的環(huán)保措施的問題。還有禁止含鉛玻璃制造、使用等的運(yùn)動(dòng)。
出于這些原因，非常需要具有高折射率和低色散、低轉(zhuǎn)變溫度并不含鉛的光學(xué)玻璃。
從光學(xué)設(shè)計(jì)的角度看，由于高折射率和低色散光學(xué)玻璃適用于球面透鏡和非球面透鏡，因此長期以來提出了各種玻璃。
例如，日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaisho-52-14607(下文中稱為公開1)公開了B2O3-SiO2-La2O3-Gd2O3-ZrO2+Ta2O5體系光學(xué)玻璃。公開1中公開的玻璃不能滿足光學(xué)設(shè)計(jì)最近的上述要求，因?yàn)檎凵渎实筒⑶夜鈱W(xué)常數(shù)不在上述特定區(qū)域內(nèi)。另外，由于其高轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而難于實(shí)現(xiàn)精密模壓。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaisho-52-155614(下文中稱為公開2)公開了B2O3-La2O3-Gd2O3-WO3-ZrO2+Ta2O5體系高折射率和低色散光學(xué)玻璃。盡管公開2中公開的-些光學(xué)玻璃具有在上述特定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)常數(shù)，但由于其高轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而難于實(shí)現(xiàn)精密模壓。
日本專利申請(qǐng)公開(已審查)Tokukousho-54-2646公開了SiO2-B2O3-La2O3-Ta2O5+ZnO體系高折射率和低色散光學(xué)玻璃。這個(gè)公開中公開的光學(xué)玻璃由于其高轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而難于適用精密模壓。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaisho-53-4023公開了B2O3-La2O3-HfO2體系高折射率和低色散光學(xué)玻璃。這個(gè)公開中公開的光學(xué)玻璃由于其高轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而難于適用精密模壓。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaisho-54-90218(下文中稱為公開3)公開了SiO2-B2O3-La2O3-WO3-Ta2O5-Gd2O3-ZrO2體系高折射率和低色散光學(xué)玻璃。這個(gè)公開中實(shí)際上公開的玻璃由于其高轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而難于適用精密模壓。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaisho-52-129716和日本專利申請(qǐng)公開(已審查)Tokukousho-54-6042(下文中稱為公開4)公開了B2O3-La2O3-Y2O3-ZrO2-WO3-Ta2O5+Nb2O5+TiO2體系高折射率和低色散光學(xué)玻璃。日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaisho-52-129716和公開4兩者中公開的玻璃都由于它們的高轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而難于適用精密模壓。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaisho-60-46948公開了SiO2-B2O3-La2O3-Yb2O3-Nb2O5-Ta2O5體系高折射率和低色散光學(xué)玻璃。這個(gè)公開中實(shí)際上公開的玻璃由于其高轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而難于適用精密模壓。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaisho-60-221338公開了具有低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的B2O3-La2O3-Y2O3-二價(jià)金屬氧化物-Li2O體系光學(xué)玻璃。由于這個(gè)公開中實(shí)際公開的玻璃不具有在上述特定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)常數(shù)，因此它不能滿足光學(xué)設(shè)計(jì)的上述最近要求。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaisho-62-100449公開了具有低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的B2O3-La2O3-ZnO-Li2O-Sb2O3體系光學(xué)玻璃。由于該公開中公開的這種玻璃包含較多Sb2O3作為基本成分，在熱成形獲得玻璃預(yù)制體材料中，Sb2O3組分從熔融玻璃表面層的選擇性揮發(fā)往往導(dǎo)致玻璃預(yù)制體材料的表面條痕。表面條痕不會(huì)因?yàn)榫苣憾?，具有表面條痕的玻璃模制物不能用于光學(xué)元件如透鏡。因此，它不適合作為用于精密模壓的玻璃預(yù)制體材料。另外，在精密模壓玻璃預(yù)制體材料時(shí)，Sb2O3組分選擇性地從玻璃預(yù)制體材料表面層揮發(fā)，并且它粘著到金屬壓模的成形表面上導(dǎo)致金屬壓模成形表面有紋理。如果重復(fù)使用有紋理的金屬模，則紋理本身被轉(zhuǎn)移到玻璃模制物的表面上，或紋理圖案被印到玻璃模制物的表面上。由于具有這些問題的玻璃模制物不能用作光學(xué)元件如透鏡，因此這類玻璃不適于通過精密模壓大量生產(chǎn)光學(xué)元件如透鏡。此外，由于這個(gè)公開中實(shí)際公開的玻璃不具有在上述特定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)常數(shù)，因此它不能滿足光學(xué)設(shè)計(jì)的上述最近要求。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukaihei-8-217484(下文中稱為公開5)公開了B2O3-La2O3-Lu2O3體系光學(xué)玻璃。由于這種玻璃中包含的作為基本組分的Lu2O3組分相當(dāng)昂貴，因此這種玻璃由于非常高的生產(chǎn)成本而很少實(shí)際應(yīng)用。在公開5公開的玻璃中，具有在上述特定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)常數(shù)的玻璃由于其高轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而難于適用精密模壓。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukai-2001-348244(下文中稱為公開6)公開了玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)不大于700℃并具有高折射率和低色散光學(xué)性質(zhì)的光學(xué)玻璃。這個(gè)公開中實(shí)際上公開的玻璃由于其高玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Tg)或轉(zhuǎn)變溫度(Tg)而難于適用精密模壓。
日本專利申請(qǐng)公開(未審查)Tokukai-2003-267748(下文中稱為公開7)公開了具有低Tg的高折射率和低色散光學(xué)玻璃。公開7中實(shí)際公開的玻璃具有在上述特定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)常數(shù)，但具有因其低的抗失透性而難以制造玻璃預(yù)制體材料的缺陷。另外，由于包含大量WO3或TiO2，因此還有在短的可見波長范圍內(nèi)透射系數(shù)低的缺陷。
如上所述，根據(jù)早期開發(fā)的高折射率和低色散光學(xué)玻璃主要有以下問題盡管轉(zhuǎn)變溫度低，但它的光學(xué)常數(shù)不在近年來非常需要的上述特定區(qū)域內(nèi)；或盡管它的光學(xué)常數(shù)在上述特定區(qū)域內(nèi)，但轉(zhuǎn)變溫度(Tg)高，這導(dǎo)致精密模壓困難。
本發(fā)明的一個(gè)目的是解決相關(guān)技術(shù)描述中描述的光學(xué)玻璃的缺陷，并提供具有在上述特定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)常數(shù)和低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的光學(xué)玻璃，其適合作為精密模壓用玻璃預(yù)制體材料和適于精密模壓，此外，為了具有低的環(huán)境負(fù)擔(dān)，它不含鎘組分、釷組分和鉛組分。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明人調(diào)查并研究了光學(xué)透鏡。結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了具有特定范圍的光學(xué)常數(shù)和可進(jìn)行精密壓制成形的低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的光學(xué)玻璃，其適合作為精密模壓用玻璃預(yù)制體材料和適于精密模壓，并對(duì)精密模壓是有效的。這樣，發(fā)明人完成了下面的發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，光學(xué)玻璃具有位于在圖1所示x-y直角坐標(biāo)系中通過以A、B、C、D和A的順序連接點(diǎn)A(nd＝1.835，νd＝46.5)、點(diǎn)B(nd＝1.90，νd＝40.0)、點(diǎn)C(nd＝1.90，νd＝35.0)和點(diǎn)D(nd＝1.835，νd＝38.0)所畫直線作為邊界線包圍的區(qū)域內(nèi)的折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd)，其中X軸為阿貝數(shù)(νd)，Y軸為折射率(nd)，該區(qū)域包括邊界線；和該光學(xué)玻璃包含以下組分，以質(zhì)量％計(jì)0.1-8％的SiO2；5至小于20％的B2O3；15-50％的La2O3；0.1-30％的Gd2O3，0-10％的GeO2和
0-8％的Nb2O5，其中Gd2O3+GeO2+Nb2O5的總含量為大于10％到30％；0-5％的Yb2O3；0-1％的TiO2；0-8％的ZrO2；大于10％至25％的Ta2O5；0-10％的WO3；0-15％的ZnO；0-5％的RO，其中RO為選自CaO、SrO和BaO的一種或多種氧化物；大于0.5％至小于3％的Li2O；0-1％的Sb2O3；和0.1-6％的上述金屬元素的氟化物的以F元素計(jì)的總含量，用其代替上述金屬元素的一種或多種氧化物的部分或全部；其中該光學(xué)玻璃不含鉛、鎘、釷、Y2O3、P2O5和TeO2，和該光學(xué)玻璃具有550-650℃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，光學(xué)玻璃具有位于在圖1所示x-y直角坐標(biāo)系中通過以A、B、C、D和A的順序連接點(diǎn)A(nd＝1.835，νd＝46.5)、點(diǎn)B(nd＝1.90，νd＝40.0)、點(diǎn)C(nd＝1.90，νd＝35.0)和點(diǎn)D(nd＝1.835，νd＝38.0)所畫直線作為邊界線包圍的區(qū)域內(nèi)的折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd)，其中X軸為阿貝數(shù)(νd)，Y軸為折射率(nd)，該區(qū)域包括邊界線；和該光學(xué)玻璃包含以下組分，以質(zhì)量％計(jì)0.1-8％的SiO2；5至小于20％的B2O3；15-50％的La2O3；0.1-30％的Gd2O3，大于10％至25％的Ta2O5；和大于0.5％至小于3％的Li2O；和0-10％的GeO2和/或0-8％的Nb2O5，
其中Gd2O3+GeO2+Nb2O5的總含量為大于10％到30％；和/或0-5％的Yb2O3；和/或0-1％的TiO2；和/或0-8％的ZrO2；和/或0-10％的WO3；和/或0-15％的ZnO；和/或0-5％的RO，其中RO為選自CaO、SrO和BaO的一種或多種氧化物；和/或0-1％的Sb2O3；和/或0至小于0.5％的Lu2O3；和0.1-6％的上述金屬元素的氟化物的以F元素計(jì)的總含量，用其代替上述金屬元素的一種或多種氧化物的部分或全部；其中該光學(xué)玻璃不合鉛組分、鎘組分、釷組分、Y2O3、P2O5和TeO2，和該光學(xué)玻璃具有550-650℃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
上述光學(xué)玻璃優(yōu)選包含0.1％至小于5.5％的SiO2。
上述光學(xué)玻璃優(yōu)選包含大于1％至小于3％的Li2O。
上述光學(xué)玻璃可具有小于1.875的折射率(nd)。
上述光學(xué)玻璃可具有1.875或更高的折射率(nd)。
上述光學(xué)玻璃可具有大于1.85的折射率(nd)。
上述光學(xué)玻璃可具有小于39.5的阿貝數(shù)(νd)。
上述光學(xué)玻璃可具有39.5和更高的阿貝數(shù)(νd)。
上述光學(xué)玻璃優(yōu)選具有640℃或更低的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
上述光學(xué)玻璃優(yōu)選具有630℃或更低的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
附圖簡述圖1為X-Y直角坐標(biāo)系，其中X軸為阿貝數(shù)(νd)，Y軸為折射率(nd)，其顯示了本發(fā)明的光學(xué)玻璃的光學(xué)常數(shù)(阿貝數(shù)(νd)和折射率(nd))范圍。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式下文中，將在下面解釋本發(fā)明光學(xué)玻璃中每種組分以質(zhì)量％計(jì)的組成范圍按上述限制的原因。
SiO2組分是提高本發(fā)明光學(xué)玻璃粘度和抗失透性的有效組分。但是，當(dāng)其含量小于0.1％時(shí)，變得難以有效地得到上述作用。此外，當(dāng)玻璃包含過量SiO2組分時(shí)，是不優(yōu)選的，因?yàn)檗D(zhuǎn)變溫度(Tg)變高。為了在本發(fā)明的光學(xué)玻璃范圍內(nèi)有利于得到具有足夠的抗失透性和所需的低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的光學(xué)玻璃，SiO2組分的含量優(yōu)選為0.1％或更高，更優(yōu)選0.5％或更高，最優(yōu)選1％或更高，并優(yōu)選8％或更低，更優(yōu)選6％或更低，最優(yōu)選小于5.5％。
B2O3組分是本發(fā)明的鑭系光學(xué)玻璃中作為含氧化物組分的玻璃的基本組分。但是，當(dāng)其含量小于5％時(shí)，抗失透性變得不足，當(dāng)它不小于20％時(shí)，它的化學(xué)穩(wěn)定性降低。因此，本發(fā)明的光學(xué)玻璃包含優(yōu)選5％或更高、更優(yōu)選6％或更高、最優(yōu)選8％或更高的B2O3組分，并包含優(yōu)選小于20％、更優(yōu)選19.5％或更低、最優(yōu)選19％或更低的B2O3組分。
La2O3組分有效地提高折射率和降低色散，對(duì)本發(fā)明具有高折射率和低色散的玻璃是必需的。但是，當(dāng)其含量為15％或更低時(shí)，難以保持玻璃的光學(xué)常數(shù)在上述特定區(qū)域內(nèi)。另一方面，當(dāng)玻璃包含過量La2O3組分時(shí)，抗失透性降低。因此，為了保持特別好的抗失透性，同時(shí)保持玻璃的光學(xué)常數(shù)在上述特定區(qū)域內(nèi)，玻璃包含優(yōu)選15％或更高、更優(yōu)選18％或更高、最優(yōu)選20％或更高的La2O3組分，并包含優(yōu)選不大于50％、更優(yōu)選小于47％、最優(yōu)選不大于45％的La2O3組分。
Gd2O3組分有效地提高折射率和降低玻璃色散。但是，當(dāng)其含量小于0.1％時(shí)，上述作用是不充分的，相反，當(dāng)玻璃包含過量Gd2O3組分時(shí)，抗失透性降低。因此，本發(fā)明的光學(xué)玻璃包含優(yōu)選0.1％或更高、更優(yōu)選0.5％或更高、最優(yōu)選1％或更高的Gd2O3組分，并包含優(yōu)選30％或更低、更優(yōu)選小于28％、最優(yōu)選25％或更低的Gd2O3組分。
Nb2O5組分有效地提高折射率和提高化學(xué)穩(wěn)定性和抗失透性。相反，當(dāng)玻璃包含過量的Nb2O5組分時(shí)，抗失透性降低。因此，為了有利于得到上述作用，其含量優(yōu)選為0.1％或更高。此外，其含量優(yōu)選8％或更低，更優(yōu)選7％或更低，最優(yōu)選6％或更低，以便得到良好的抗失透性。
GeO2組分是提高折射率和提高抗失透性的有效組分。但是，這種材料極其昂貴。因此，本發(fā)明的玻璃包含優(yōu)選10％或更低、更優(yōu)選8％或更低、最優(yōu)選6％或更低的GeO2組分。
當(dāng)Gd2O3、Nb2O5和GeO2組分的總含量小于10％時(shí)，抗失透性不充分，當(dāng)這三種的總含量大于30％時(shí)，抗失透性同樣不充分。此外，由于這三種組分的材料都是昂貴的，因此從生產(chǎn)成本的角度看，不優(yōu)選過量加入。因此，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)玻璃，控制Gd2O3、Nb2O5和GeO2組分的總含量優(yōu)選大于10％，更優(yōu)選10.5％或更高，最優(yōu)選11％或更高，并還控制優(yōu)選30％或更低，更優(yōu)選28％或更低，最優(yōu)選25％或更低。
Yb2O3組分有效地提高玻璃的折射率和降低玻璃色散。但是，當(dāng)玻璃過量包含該組分時(shí)，抗失透性降低。因此，本發(fā)明的光學(xué)玻璃包含優(yōu)選5％或更低，更優(yōu)選4％或更低，最優(yōu)選3.5％或更低的Yb2O3。
TiO2組分具有調(diào)整光學(xué)常數(shù)和提高抗失透性的作用。但是，當(dāng)玻璃包含過量的TiO2組分時(shí)，抗失透性降低。因此，本發(fā)明的玻璃包含優(yōu)選1％或更低、更優(yōu)選0.8％或更低、最優(yōu)選0.5％或更低的TiO2。
ZrO2組分具有調(diào)整光學(xué)常數(shù)和提高抗失透性和化學(xué)穩(wěn)定性的作用。但是，當(dāng)玻璃包含過量的ZrO2組分時(shí)，抗失透性反而降低，并難以得到所需的低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。因此，本發(fā)明的光學(xué)玻璃包含優(yōu)選8％或更低、更優(yōu)選小于8％、最優(yōu)選7.5％或更低的ZrO2。尤其為了有利于得到上述作用，該含量優(yōu)選0.1％或更高。
Ta2O5組分具有提高折射率和提高化學(xué)穩(wěn)定性和抗失透性的作用。當(dāng)其含量為10％或更低時(shí)，不能觀察到明顯作用，當(dāng)它大于25％時(shí)，抗失透性反而降低。
因此，為了得到本發(fā)明的具有足夠化學(xué)穩(wěn)定性和抗失透性，同時(shí)保持折射率在所需范圍內(nèi)的光學(xué)玻璃，其含量優(yōu)選大于10％，更優(yōu)選14％或更高，最優(yōu)選大于19％。另外，上限是25％。
WO3組分具有調(diào)整光學(xué)常數(shù)和提高抗失透性的作用。但是，當(dāng)玻璃包含過量的WO3組分時(shí)，抗失透性和可見范圍的較短波長范圍內(nèi)的透光率降低。因此，本發(fā)明的玻璃包含優(yōu)選10％或更低、更優(yōu)選8％或更低、最優(yōu)選6％或更低的WO3。尤其為了有利于得到在可見范圍的較短波長范圍內(nèi)具有良好透光率的玻璃，優(yōu)選其含量小于2％。
ZnO組分具有降低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的重要作用。但是，當(dāng)玻璃包含過量ZnO組分時(shí)，抗失透性降低。因此，本發(fā)明的玻璃包含優(yōu)選15％或更低、更優(yōu)選13％或更低、最優(yōu)選10％或更低的ZnO。另外，為了有利于得到上述作用，尤其優(yōu)選其含量為0.1％或更高。
RO組分為選自CaO、SrO和BaO的一種或多種組分，能有效地調(diào)整光學(xué)常數(shù)。但是，當(dāng)CaO、SrO和BaO組分的總含量大于5％時(shí)，抗失透性降低。因此，根據(jù)本發(fā)明的玻璃，CaO、SrO和BaO組分的總含量優(yōu)選為5％或更低，更優(yōu)選4％或更低，最優(yōu)選3％或更低。
Li2O組分具有大幅度降低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)并促進(jìn)混合玻璃材料熔化的作用。但是，當(dāng)其含量為0.5％或更低時(shí)，這些作用不充分，當(dāng)玻璃包含過量Li2O組分時(shí)，抗失透性反而急劇降低。因此，本發(fā)明的玻璃包含小于3％、優(yōu)選2.5％或更低、最優(yōu)選2％或更低的Li2O。為了有利于得到具有較低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的玻璃，Li2O的含量大于0.5％，優(yōu)選0.6％或更高，最優(yōu)選大于1％。
熔化玻璃時(shí)，可向熔融玻璃中加入Sb2O3組分用于消泡。其含量優(yōu)選為1％和更低，更優(yōu)選0.8％和更低，最優(yōu)選0.5％和更低。
當(dāng)向根據(jù)本發(fā)明的組成體系的玻璃中加入極少量Lu2O3組分時(shí)，其具有提高抗失透性的作用。由于Lu2O3組分材料極其昂貴，當(dāng)玻璃包含過量Lu2O3組分時(shí)，玻璃由于其高生產(chǎn)成本而不實(shí)用。另外，存在抗失透性降低的缺點(diǎn)。因此，本發(fā)明的玻璃包含優(yōu)選小于0.5％、更優(yōu)選0.45％或更低、最優(yōu)選0.4％或更低的Lu2O3。
F組分有效地降低玻璃色散，降低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，和提高抗失透性。發(fā)明人尤其發(fā)現(xiàn)，當(dāng)F組分與La2O3組分共存時(shí)，能成功地獲得具有在上述特定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)常數(shù)和可進(jìn)行精密模壓的低轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的高折射率和低色散光學(xué)玻璃。因此，F(xiàn)組分是本發(fā)明的玻璃中極其重要的組分。
每種上述金屬元素的一種或兩種或多種金屬氧化物的部分或全部可被它的金屬氟化物代替。當(dāng)以F元素計(jì)的氟化物的總含量小于0.1％時(shí)，F(xiàn)組分的上述作用不充分，當(dāng)它大于6％時(shí)，難以得到均勻玻璃，這是因?yàn)镕組分的揮發(fā)量增加。為了有利于得到上述作用，本發(fā)明的玻璃包含優(yōu)選6％或更低、更優(yōu)選5.5％或更低、最優(yōu)選5％或更低的F組分，并包含優(yōu)選0.1％或更高、更優(yōu)選0.2％或更高、最優(yōu)選0.5％或更高的F組分。
接下來，將說明本發(fā)明的玻璃中不應(yīng)包含的組分。如上所述，鉛組分的問題在于鉛組分在精密模壓中容易與金屬壓模熔合，由于鉛對(duì)環(huán)境不利，某些類型的環(huán)保措施不僅在制造中需要，而且在玻璃冷加工如拋光、處理等中也需要。因此，本發(fā)明的光學(xué)玻璃不應(yīng)包含鉛組分，因?yàn)殂U組分造成大的環(huán)境負(fù)擔(dān)。
鎘和釷組分兩者都對(duì)環(huán)境有有害作用，并造成極其大的環(huán)境負(fù)擔(dān)。因此，本發(fā)明的光學(xué)玻璃不應(yīng)包含它們。
當(dāng)本發(fā)明的光學(xué)玻璃包含P2O5時(shí)，傾向于降低抗失透性。因此，優(yōu)選該玻璃不包含P2O5組分。
對(duì)于Y2O3，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)本發(fā)明的光學(xué)玻璃包含Y2O3組分時(shí)，其抗失透性出乎意料地降低。因此，該玻璃不應(yīng)包含它。
對(duì)于TeO2，當(dāng)玻璃材料在鉑坩堝中或暴露于熔化玻璃的部分由鉑制成的熔化槽中熔化時(shí)，鉑與碲形成合金。合金部分耐熱性降低。從而涉及到合金部分熔化成孔并流出熔融玻璃的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本發(fā)明的光學(xué)玻璃不應(yīng)包含TeO2。
實(shí)施例下面將說明本發(fā)明的實(shí)施例。但是，毋庸諱言，本發(fā)明不限制于這些實(shí)施例。
表1-6顯示了根據(jù)本發(fā)明玻璃(編號(hào)1到編號(hào)32)的實(shí)施例的組成連同它們的折射率(nd)、阿貝數(shù)(νd)和轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
表7和8顯示了對(duì)比實(shí)施例的玻璃(編號(hào)A到編號(hào)H)組成連同它們的折射率(nd)、阿貝數(shù)(νd)和轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
表9顯示了本發(fā)明實(shí)施例(編號(hào)17、25、28和30)和對(duì)比實(shí)施例(編號(hào)I、J和K)的失透試驗(yàn)結(jié)果。
表1

表2

表3

表4

表5

表6

表7

表8

按以下方法得到表1-6中顯示的本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)玻璃(編號(hào)1至編號(hào)32)。按照表1-6中顯示的實(shí)施例組成以它們的質(zhì)量比例稱量通常的光學(xué)玻璃原料如氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物等，并混合到一起。將混合的玻璃原料裝到300cc體積的鉑坩堝中并熔化，精煉，和在1200℃-1400℃下攪拌3-6小時(shí)，取決于它們基于組成的可熔性，以便被均勻化。將均勻化的熔融玻璃澆鑄到金屬壓模等中并退火。
如表1-6所示，所有本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)玻璃(編號(hào)1到編號(hào)32)都具有在上述特定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)常數(shù)(折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd))和在550-650℃范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。因此，這些光學(xué)玻璃適合作為精密模壓用玻璃預(yù)制體材料和適于精密模壓。
相反，如表7和8所示，對(duì)比實(shí)施例編號(hào)A(上述公開1的實(shí)施例6)的玻璃包含氟，但具有大于650℃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。因此，難以適用于精密模壓。另外，光學(xué)常數(shù)不在上述特定區(qū)域內(nèi)。對(duì)于對(duì)比實(shí)施例編號(hào)B(上述公開2的實(shí)施例1)、對(duì)比實(shí)施例編號(hào)C(上述公開2的實(shí)施例2)、對(duì)比實(shí)施例編號(hào)D(上述公開3的實(shí)施例2)、對(duì)比實(shí)施例編號(hào)E(上述公開3的實(shí)施例5)、對(duì)比實(shí)施例編號(hào)F(上述公開4的實(shí)施例2)、對(duì)比實(shí)施例編號(hào)G(上述公開4的實(shí)施例3)和對(duì)比實(shí)施例編號(hào)H(上述公開5的實(shí)施例4)的玻璃，它們均具有在上述特定區(qū)域內(nèi)的光學(xué)常數(shù)。但是，由于它們的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)大于650℃，因此難以適用于精密模壓。
接下來，將介紹失透試驗(yàn)。分別將50cc具有下述組成的實(shí)施例編號(hào)17、25、28和30和編號(hào)I、J、K和L裝入到鉑坩堝中，并在1300℃的電爐中熔化1小時(shí)以成為完全的熔融玻璃。接著降低溫度，并在1150℃、1180℃或1200℃下保持2小時(shí)，從爐中取出坩堝。目視觀察坩堝中熔融玻璃的狀態(tài)。
對(duì)比實(shí)施例17的組成基于實(shí)施例17的組成，除了4.58質(zhì)量％的La2O3組分被Y2O3代替。對(duì)比實(shí)施例J、K和L分別具有與上述公開7的實(shí)施例23和28(公開7中顯示的它們的組成被從mol％轉(zhuǎn)換到質(zhì)量％)、上述公開6的實(shí)施例4相同的組成。
圓形標(biāo)記(○)代表在上述過程后產(chǎn)生失透，交叉標(biāo)記(×)代表未產(chǎn)生失透。如表9所示，本發(fā)明實(shí)施例的每種熔融玻璃在抗失透性方面都優(yōu)于對(duì)比實(shí)施例I和L。特別地，從實(shí)施例17和對(duì)比實(shí)施例I發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃包含Y2O3時(shí)，抗失透性降低。
表9

工業(yè)實(shí)用性如上所述，本發(fā)明的光學(xué)玻璃為SiO2-B2O3-La2O3-Gd2O3-Ta2O5-Li2O-F體系光學(xué)玻璃，并不含鉛組分、鎘組分、釷組分、Y2O3、P2O5和TeO2，其中該光學(xué)玻璃的折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd)在圖1所示x-y直角坐標(biāo)系中通過以A、B、C、D和A的順序連接點(diǎn)A(nd＝1.835，νd＝46.5)、點(diǎn)B(nd＝1.90，νd＝40.0)、點(diǎn)C(nd＝1.90，νd＝35.0)和點(diǎn)D(nd＝1.835，νd＝38.0)所畫直線作為邊界線包圍的區(qū)域內(nèi)，其中X軸為阿貝數(shù)(νd)，Y軸為折射率(nd)，該區(qū)域包括邊界線，該光學(xué)玻璃不包含鉛組分、鎘組分、釷組分、Y2O3、P2O5和TeO2，并且該光學(xué)玻璃具有550-650℃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。因此，該光學(xué)玻璃適合作為精密模壓用玻璃預(yù)制體材料，并適于精密模壓。該光學(xué)玻璃在工業(yè)上非常有用。另外，由于該光學(xué)玻璃不包含鉛組分、鎘組分和釷組分，因此本發(fā)明在獲得產(chǎn)生低環(huán)境負(fù)擔(dān)的光學(xué)玻璃上是成功的。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)玻璃，其具有在圖1所示x-y直角坐標(biāo)系中通過以A、B、C、D和A的順序連接點(diǎn)A(nd＝1.835，νd＝46.5)、點(diǎn)B(nd＝1.90，νd＝40.0)、點(diǎn)C(nd＝1.90，νd＝35.0)和點(diǎn)D(nd＝1.835，νd＝38.0)所畫直線作為邊界線包圍的區(qū)域內(nèi)的折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd)，其中X軸為阿貝數(shù)(νd)，Y軸為折射率(nd)，該區(qū)域包括邊界線；和該光學(xué)玻璃包含以下組分，以質(zhì)量％計(jì)0.1-8％的SiO2；5至小于20％的B2O3；15-50％的La2O3；0.1-30％的Gd2O3，0-10％的GeO2和0-8％的Nb2O5，其中Gd2O3+GeO2+Nb2O5的總含量大于10％到30％；0-5％的Yb2O3；0-1％的TiO2；0-8％的ZrO2；大于10％至25％的Ta2O5；0-10％的WO3；0-15％的ZnO；0-5％的RO，其中RO為選自CaO、SrO和BaO的一種或多種氧化物；大于0.5％至小于3％的Li2O；0-1％的Sb2O3；和0.1-6％的上述金屬元素的氟化物以F元素計(jì)的總含量，用其代替上述金屬元素的一種或多種氧化物的部分或全部；其中該光學(xué)玻璃不含鉛、鎘、釷、Y2O3、P2O5和TeO2，和該光學(xué)玻璃具有550-650℃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
2.一種光學(xué)玻璃，其具有在圖1所示x-y直角坐標(biāo)系中通過以A、B、C、D和A的順序連接點(diǎn)A(nd＝1.835，νd＝46.5)、點(diǎn)B(nd＝1.90，νd＝40.0)、點(diǎn)C(nd＝1.90，νd＝35.0)和點(diǎn)D(nd＝1.835，νd＝38.0)所畫直線作為邊界線包圍的區(qū)域內(nèi)的折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd)，其中X軸為阿貝數(shù)(νd)，Y軸為折射率(nd)，該區(qū)域包括邊界線；和該光學(xué)玻璃包含以下組分，以質(zhì)量％計(jì)0.1-8％的SiO2；5至小于20％的B2O3；15-50％的La2O3；0.1-30％的Gd2O3，大于10％至25％的Ta2O5；和大于0.5％至小于3％的Li2O；和0-10％的GeO2和/或0-8％的Nb2O5，其中Gd2O3+GeO2+Nb2O5的總含量大于10％到30％；和/或0-5％的Yb2O3；和/或0-1％的TiO2；和/或0-8％的ZrO2；和/或0-10％的WO3；和/或0-15％的ZnO；和/或0-5％的RO，其中RO為選自CaO、SrO和BaO的一種或多種氧化物；和/或0-1％的Sb2O3；和/或0至小于0.5％的Lu2O3；和0.1-6％的上述金屬元素的氟化物以F元素計(jì)的總含量，用其代替上述金屬元素的一種或多種氧化物的部分或全部；其中該光學(xué)玻璃不含鉛組分、鎘組分、釷組分、Y2O3、P2O5和TeO2，和該光學(xué)玻璃具有550-650℃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)玻璃，以質(zhì)量％計(jì)包含0.1％至小于5.5％的SiO2。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的光學(xué)玻璃，以質(zhì)量％計(jì)包含大于1％至小于3％的Li2O。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的光學(xué)玻璃，其具有小于1.875的折射率(nd)。
6.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的光學(xué)玻璃，其具有1.875或更高的折射率(nd)。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的光學(xué)玻璃，其具有大于1.85的折射率(nd)。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的光學(xué)玻璃，其具有小于39.5的阿貝數(shù)(νd)。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的光學(xué)玻璃，其具有39.5或更高的阿貝數(shù)(νd)。
10.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的光學(xué)玻璃，其具有640℃或更低的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)玻璃，其具有630℃或更低的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
全文摘要
一種光學(xué)玻璃，折射率(n
文檔編號(hào)G02B1/00GK1729147SQ20038010666
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者上原進(jìn), 清水晃治, 增子慎彌 申請(qǐng)人:株式會(huì)社小原