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CN100344564C - 精确压模玻璃预制品、光学元件及其制造方法 - Google Patents

精确压模玻璃预制品、光学元件及其制造方法 Download PDF

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CN100344564C
CN100344564C CNB200410085158XA CN200410085158A CN100344564C CN 100344564 C CN100344564 C CN 100344564C CN B200410085158X A CNB200410085158X A CN B200410085158XA CN 200410085158 A CN200410085158 A CN 200410085158A CN 100344564 C CN100344564 C CN 100344564C
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Abstract

提供了一种精确压模玻璃预制品，由高折射率低色散、且不含PbO的光学玻璃形成，并且精确压模过程完成后不需要对其光学功能表面作切割和抛光处理，这种光学玻璃包含玻璃组成以摩尔%计：B2O3 40-60%但不包括40%，La2O35-25%，Gd2O3 2-22%，ZnO 5-45%，SiO2 0-10%但不包括10%，且不含PbO，其中B2O3含量占B2O3与SiO2的总含量的比率(B2O3/(B2O3+SiO2))大于0.84，但不超过1.00，且Gd2O3含量占Gd2O3与作为可选成份的Nb2O5的总含量的比率(Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5))大于0.91，但是不超过1.00，这种光学玻璃的折射率(nd)大于1.80，但是不超过2.00，且阿贝氏数(vd)为40-45，但不包括45。

Description

精确压模玻璃预制品、光学元件及其制造方法
发明领域
本发明涉及一种精确压模玻璃制品、这种玻璃制品的生产方法、一种光学元件及这种光学元件的生产方法。本发明可用于例如超精度非球面镜、超精度球面透镜或类似的光学元件的生产。
背景技术
近年来，随着数码相机的出现，使用光学系统的机器和设备在集成度和功能上都有快速提高。在这种情况下，日益要求提高光学系统的精确度并降低其重量和尺寸。为满足这种需要，使用非球面镜的光学设计逐渐成为主流。
对于提供大量低成本的、由具有高折射率及低色散或具有高折射率及高色散的高级功能玻璃制造的非球面镜，关键在于通过精确压模而不需要切割及抛光步骤直接形成光学表面的模制技术。同时，对于适用于上述模制技术的高级功能玻璃的需求随之提高。
在精确压模方法中，提供具有预定形状空腔的模具，并且将玻璃中间体(玻璃预制品)在高温下压模以获得具有最终产品形状和表面精度的玻璃模制产品，或者获得与最终产品非常接近的形状和表面精度。用于精确压模的模具也暴露于高温下，并在其上施加高压，因此会造成模具本身或模具成型表面的脱模层损坏。为抑制上述模具或脱模层的损坏，希望降低用来构成精确压模玻璃预制品的光学玻璃的玻璃转变温度(Tg)和软化温度(Ts)，因此其Tg和Ts应尽可能的低。
对于具有低的玻璃转变温度和低的软化温度的高折射率和低色散光学玻璃，已知的是含有PbO等作为主要组成的光学玻璃，例如公开于JP-A-3-50138。
上述光学玻璃的问题是需要向其中加入有害的PbO来提高其折射率。
发明内容
在这种情况下，本发明的一个目的在于提供一种精确压模玻璃预制品，其中不含PbO，具有高折射率和低色散性质，并具有低的玻璃转变温度和低的软化温度，且这种玻璃预制品在精确压模后不需要对其光学功能表面进行诸如切割和抛光等的机械加工处理，本发明还提供一种玻璃预制品的生产方法，一种由上述玻璃预制品获得的光学元件及这种光学元件的生产方法。
为实现上述目的，本发明人经过勤奋研究，结果发现了一种含有特定量的特定组成作为必要成份而不含PbO，并具有高折射率和低色散性质的新颖的光学玻璃。本发明因此得以完成。
因此，本发明提供：
(1)一种精确压模玻璃预制品，由光学玻璃形成，该光学玻璃包括玻璃组成：以摩尔％计，B2O3 40-60％但不包括40％，La2O3 5-25％，Gd2O3 2-22％，ZnO 5-45％，SiO2 0-10％但不包括10％，且不含PbO，其中B2O3含量占B2O3与SiO2的总含量的比率(B2O3/(B2O3+SiO2))大于0.84，但不超过1.00，且Gd2O3含量占Gd2O3与作为可选成份的Nb2O5的总含量的比率(Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5))大于0.91，但是不超过1.00，这种光学玻璃的折射率(nd)大于1.80，但是不超过2.00，且阿贝氏数(vd)为40-45，但不包括45，
(2)如上面(1)所述的精确压模玻璃预制品，其中光学玻璃还包括：以摩尔％计，Li2O 0.5-15％，Li2O与ZnO的总含量至少为10％，ZrO2 0.5-10％，Ta2O5 0.2-10％，WO3 0-10％，Y2O3 0-4％和Yb2O3 0-0.5％，且La2O3和Gd2O3的总含量为12％或更高，
(3)如上面(1)所述的精确压模玻璃预制品，其SiO2含量占B2O3与SiO2的总含量的比率(SiO2/(B2O3+SiO2))不小于0，但小于0.16，且Nb2O5含量占Gd2O3与Nb2O5的总含量的比率(Nb2O5/(Gd2O3+Nb2O5))不小于0，但小于0.09，
(4)如上面(1)所述的精确压模玻璃预制品，其中光学玻璃的玻璃转变温度为650℃或更低，
(5)如上面(1)所述的精确压模玻璃预制品，其中光学玻璃在其液相线温度下具有4-40dPa·s的粘度，
(6)如上面(1)所述的精确压模玻璃预制品，其所有表面都是通过光学玻璃在熔融状态下凝固形成的，
(7)如上面(1)所述的精确压模玻璃预制品，其所有表面都是由自由表面形成的，
(8)一种如上面(1)所述的精确压模玻璃预制品的生产方法，包括从熔融玻璃中分离具有预定重量的熔融玻璃料块，并且通过冷却玻璃料块来生产精确压模玻璃预制品，该玻璃预制品的重量等于玻璃料块的预定重量，
(9)如上面(8)所述的精确压模玻璃预制品的生产方法，其中在通过向熔融玻璃料块施加气压而使熔融玻璃料块飘浮时使玻璃预制品成型，
(10)一种光学元件，通过加热上面(1)所述的精确压模玻璃预制品并对该玻璃预制品进行精确压模得到，
(11)一种光学元件，通过加热由上面(8)所述方法生产的精确压模玻璃预制品并对该玻璃预制品进行精确压模得到，
(12)一种光学元件的生产方法，包括加热上面(1)所述的精确压模玻璃预制品并对该玻璃预制品进行精确压模，
(13)一种光学元件的生产方法，包括加热由上面(8)所述方法生产的精确压模玻璃预制品并对该玻璃预制品进行精确压模，
(14)如上面(12)或(13)所述的光学元件的生产方法，其中将精确压模玻璃预制品引入压模中，同压模一起加热，并进行精确压模，及
(15)如上面(12)或(13)所述的光学元件的生产方法，其中将预热到温度高于压模温度的精确压模玻璃预制品引入压模中，然后进行精确压模。
发明效果
根据本发明，提供了一种新颖的精确压模玻璃预制品，由具有高折射率低色散性质、并具有低的玻璃转变温度(Tg)和低的软化温度、且不含PbO的光学玻璃形成。当这种用于精确压模的预制品进行精确压模时，可以容易并有效地得到具有高折射率低色散性质的光学元件，而不损坏压模及设置在压模表面上的脱模层。
发明优选实施方案
首先，下面说明本发明所提供的精确压模玻璃预制品(用于精确压模的玻璃预制品)(有时称为“本发明的玻璃预制品”)。
本发明的玻璃预制品由含有特定含量的特定成份、且具有高折射率低色散性质的光学玻璃形成。即，本发明玻璃预制品特征在于由光学玻璃形成，该光学玻璃以摩尔％计包括：B2O3 40-60％但不包括40％，La2O3 5-25％，Gd2O3 2-22％，ZnO 5-45％，作为玻璃组成的SiO2 0-10％但不包括10％，且不含PbO，其中B2O3含量占B2O3与SiO2的总含量的比率(B2O3/(B2O3+SiO2))大于0.84，但不超过1.00，且Gd2O3含量占Gd2O3与作为可选成份的Nb2O5的总含量的比率(Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5))大于0.91，但是不超过1.00，这种光学玻璃的折射率(nd)大于1.80，但是不超过2.00，且阿贝氏数(vd)为40-45，但不包括45，
除非特别声明，下文中组成含量及总含量以摩尔％表示，下文中组成比率同样以摩尔比表示。
B2O3是一种必要组成，起到玻璃网络成型氧化物的作用。当诸如La2O3、Gd2O3等高折射率组成大量引入时，需要使用用于形成玻璃的、作为主要的玻璃网络成型组分的B2O3。但是，当B2O3的含量超过60％时，玻璃的折射率降低，这样就不能实现获得高折射率玻璃的目的。当其含量为40％或更少时，则不能得到足够的抗析晶稳定性，或玻璃的可熔性降低。因此B2O3的含量限制在40-60％间，但是不包括40％。为提高上述通过引入B2O3而产生的效果，其含量优选41-60％，更优选超过45％，但是不超过60％。当用重量％表示B2O3的含量时，B2O3的含量优选大于15重量％，但不超过40重量％，更优选16-35重量％。
La2O3也是一种必要组成，它可提高玻璃的折射率和改善玻璃的化学稳定性，而不降低玻璃抗析晶稳定性或增加色散。但是，当其含量小于5％时，不能充分产生上述效果。当其超过25％时，玻璃的抗析晶稳定性极大降低。因此La2O3的含量限定在5-25％。为了进一步提高上述效果，La2O3的含量更优选5-23％，最优选7-20％。当用重量％表示La2O3含量时，其含量优选10-45重量％，更优选12-44重量％。
如La2O3那样，Gd2O3也是提高玻璃折射率和化学稳定性而不降低玻璃的抗析晶稳定性及低色散性能的必要组成。当Gd2O3含量超过22％时，玻璃的抗析晶稳定性易变差，且玻璃的可精确压模性由于玻璃转变温度的提高而易变差。当其小于2％时，难以提高其化学稳定性同时保持高折射率。因此Gd2O3的含量限定在2-22％。Gd2O3更优选的范围是2-20％，进一步优选2-15％，最优选2-10％。当用重量％表示Gd2O3含量时，Gd2O3含量优选大于9重量％，但不超过45重量％，更优选9.5-40重量％。
为使折射率(nd)大于1.80但不超过2.00，且阿贝氏数(vd)为40-45但不包括40，La2O3和Gd2O3总含量优选调整为12％或更高，更优选12-32％，最优选14-27％。
ZnO也是一种主要必分，它降低玻璃的熔化温度、液相线温度和玻璃转变温度，并且对于调节玻璃折射率必不可少。当ZnO含量小于5％时，不能产生上述效果。当其超过45％时，玻璃的色散提高，且玻璃抗析晶稳定性变差，化学稳定性变差。因此ZnO的含量限定在5-45％范围内。ZnO含量优选范围是10-32％。当用重量％表示ZnO含量时，优选3-15％，更优选4-14％。
Nb2O5是一种用于提高玻璃的稳定性和折射率而引入的可选组成。Nb2O5引入的量应使Gd2O3含量占Gd2O3和作为可选组成的Nb2O5的总含量的比率(Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5))大于0.91，但是不超过1.00。上述比率更优选0.92-1.00。而且，Nb2O5含量占Gd2O3和Nb2O5的总含量的比率(Nb2O5/(Gd2O3+Nb2O5))优选不小于0，但是小于0.09，更优选0-0.08。更进一步，Nb2O5含量与Gd2O3含量的重量比率(Nb2O5含量/Gd2O3含量)优选0.1或更小。当Nb2O5的单独含量确定时，Nb2O5含量以摩尔％计优选0-2％，更优选的是，Nb2O5含量以重量％计0-1％，但不包括1重量％。
SiO2是一种可选组成，对于含有大量La2O3和Gd2O3的玻璃来说，SiO2可降低玻璃的液相线温度，提高玻璃在高温下的粘度，并极大提高玻璃稳定性。当过度引入SiO2时，玻璃折射率降低，而且玻璃转变温度提高，使难以对玻璃进行精确压模。因此SiO2含量在0-10％范围内，但不包括10％，在这个范围内，确定B2O3含量占B2O3和SiO2总含量的比率(B2O3/(B2O3+SiO2))大于0.84，但是不超过1.00。(B2O3/(B2O3+SiO2))的比率优选0.85-1.00。更优选的是，SiO2含量0-9％，且(B2O3/(B2O3+SiO2))的比率0.85-1.00。进一步优选的是，SiO2含量0-6％，且(B2O3/(B2O3+SiO2))的比率0.85-1.00。特别优选的是，SiO2含量0-6％，且(B2O3/(B2O3+SiO2))的比率0.88-1.00。
基于上述观点，SiO2含量占B2O3和SiO2总含量的比率(SiO2/(B2O3+SiO2))优选为0或更高，但是不大于0.16，更优选0-0.15。
当用重量％表示上述SiO2含量时，SiO2含量优选0-6重量％，但不包括6重量％，更优选0-5重量％但不包括5重量％，最优选0-4.5重量％。
Li2O是一种可选组成。同其它碱金属氧化物比较，Li2O是一种可以使玻璃转变温度下降很大程度而不导致玻璃的折射率和化学稳定性严重下降的组成。当引入少量Li2O时，上述效果的程度特别大，并且它是一种有效调节玻璃热性质的组成。但是，当其含量超过15％时，玻璃的抗析晶稳定性急剧下降，且玻璃的液相线温度增高。因此，Li2O含量优选的范围是0.5-15％，更优选0.5-10％。当用重量％表示其含量时，优选0-12重量％。
Li2O和ZnO都是降低玻璃转变温度的组成，因此Li2O和ZnO的总含量优选为10％或更高，更优选15％或更高，最优选15-35％。
ZrO2是一种为获得高折射率低色散性质而使用的可选组成。当引入ZrO2时，起到提高高温下的玻璃粘度及抗析晶稳定性的作用，而不会降低玻璃折射率，因此引入ZrO2是理想的。为增强上述ZrO2的作用，优选引入至少0.5％的ZrO2。当ZrO2含量超过10％时，液相线温度急剧提高，玻璃抗析晶稳定性变差，因此ZrO2含量优选的范围是0.5-10％，更优选1-10％。当用重量％表示ZrO2含量时，优选0-9重量％。
Ta2O5是一种为获得(给予玻璃)高折射率低色散性质而使用的可选组成。当引入少量Ta2O5时，起到提高高温下玻璃的粘度及抗析晶稳定性的作用，而不会降低玻璃折射率，因此引入Ta2O5是理想的。为增强上述作用，优选引入至少0.2％的Ta2O5。为避免液相线温度的急剧提高及色散的增加，优选的是限制其含量为10％或更少。因此Ta2O5含量优选0.2-10％，更优选1-8％。当用重量％表示Ta2O5的含量时，优选0-25重量％。
WO3是根据提高玻璃的稳定性和可熔性，并提高玻璃的折射率的需要而引入的组成。当其含量超过10％时，玻璃的色散加强，从而不再能得到所需的低色散性质。因此WO3含量优选0-10％，更优选0-7％，最优选0.5-7％。当用重量％表示WO3的含量时，优选0-15重量％。
Y2O3和Yb2O3是用来给予玻璃高折射率低色散性质的可选组成。当将它们均少量引入时，可以提高玻璃稳定性和化学稳定性。当将它们过量引入时，会削弱玻璃抗析晶稳定性，并提高玻璃转变温度和玻璃软化温度。因此，Y2O3含量优选0-4％，更优选0-3％。当用重量％表示Y2O3含量时，理想的是0-6重量％，但不包括6重量％，更理想是0-5重量％。Yb2O3含量优选0-0.5％。当用重量％表示Yb2O3含量时，理想的是0-1重量％，但不包括1重量％，更理想的是0-0.9重量％。
优选的是将La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的总含量调节到12-32％。此外，理想的是将上述总含量的重量％调节到小于50重量％，更优选49重量％或更少。
TiO2是一种为调节玻璃的光学常数而引入的可选组成。当其过量引入时，色散得到加强，从而不再能获得理想的光学常数。因此，TiO2含量优选0-3％，更优选的是不引入TiO2。当用重量％表示TiO2含量时，优选的范围是0-2重量％，但不包括2重量％，更优选的范围是0-1.5重量％。
CaO是一种为调节玻璃的物理性质而引入的可选组成。当其过量引入时，光学常数降低，从而不能获得理想的折射率。因此CaO含量优选限定为0-5％，更优选的是不引入CaO。当用重量％表示CaO含量时，优选的范围是0-3重量％，但不包括3重量％，更优选的范围是0-2.5重量％。
BaO是一种用来给予玻璃高折射率低色散性质的组成。当其少量引入时，可以增加玻璃稳定性和化学稳定性。当BaO含量超过8％时，会极大削弱玻璃抗析晶稳定性，从而提高玻璃转变温度和软化温度。因此，BaO含量优选限制为0-8％，更优选0-1％。当用重量％表示BaO的含量时，优选范围是0-10重量％。
Sb2O3作为一种消泡剂使用。当Sb2O3的量占玻璃组成总量(不包括Sb2O3的玻璃组分)超过1重量％时，压模的成型表面在精确压模过程中可能损坏，因此Sb2O3的量占玻璃组成总量优选为0-1重量％。
同时，构成本发明玻璃预制品的光学玻璃中不含PbO。PbO是有害的，并且PbO也会带来一个问题，即当在非氧化气氛中对含PbO的玻璃形成的预制品进行精确压模时，铅会在成型物件的表面析出，从而削弱光学元件的透明度，或析出的铅粘附在压模上。
此外，由于GeO2同任何其它组成相比都是非常昂贵的，因此理想的是不引入GeO2。但是，如果可以接受高造价的话，则GeO2的引入不超过2％。
通常，Lu2O3不如任何其它光学玻璃组成那样经常使用，并且它有高的缺货价格，作为光学玻璃的原料显得昂贵，因此优选不引入Lu2O3。即使不引入Lu2O3，具有上述组分的光学玻璃也可提供适用于精确压模的预制品。
理想的是不引入会造成环境问题的元素如镉、碲等，放射性元素如钍等及有毒的元素如砷等。此外在玻璃熔化过程中，考虑到蒸发问题等，理想的是不含氟。
根据需要使用组成的优选含量或更优选含量，可使形成本发明预制品的光学玻璃的上述效果进一步加强。首先，下面的玻璃组成1-6是优选的。
(组成1)
含有下述含量的下述组成的光学玻璃，
B2O3            40-60％但不包括40％，
La2O3           5-25％，
Gd2O3           2-22％，
ZnO                5-45％，
Nb2O5           含量满足Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5)大于0.91但不超过1.00的条件，
SiO2             0-10％但不包括10％，
B2O3/(B2O3+SiO2)大于0.84但是不超过1.00，
La2O3和Gd2O3的总含量为12％或更高，
Li2O             0.5-15％，
ZnO和Li2O的总含量为10％或更高，
ZrO2             0.5-10％，
Ta2O5           0.2-10％，
WO3              0-10％，
Y2O3            0-4％，
Yb2O3           0-0.5％，
TiO2             0-3％，
CaO               0-5％，和
BaO               0-8％，
并含有基于上述玻璃组成总量0-1重量％的Sb2O3。
(组成2)
含有下述含量的下述组成的光学玻璃，
B2O3            41-60％，
La2O3           5-25％，
Gd2O3           2-20％，
ZnO                5-45％，
Nb2O5           含量满足Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5)大于0.92到1的条件，
SiO2             0-9％，
B2O3/(B2O3+SiO2)大于0.85到1.00，
La2O3和Gd2O3的总含量为12％或更高，
Li2O                0.5-15％，
ZnO和Li2O的总含量为10％或更高，
ZrO2                0.5-10％，
Ta2O5              0.2-10％，
WO3                 0-10％，
Y2O3               0-3％，
Yb2O3              0-0.5％，
TiO2                0-3％，
CaO                  0-5％，和
BaO                  0-8％，
并含有基于上述玻璃组成总量0-1重量％的Sb2O3。
(组成3)
含有下述含量下述组成的光学玻璃，
B2O3               41-60％，
La2O3              5-23％，
Gd2O3              2-15％，
ZnO                   5-45％，
Nb2O5              含量满足Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5)为0.92-1.00的条件，
SiO2                0-9％，
B2O3/(B2O3+SiO2)为0.85-1.00，
La2O3和Gd2O3的总含量为12-32％，
Li2O                0.5-15％，
ZnO和Li2O的总含量为15％或更高，
ZrO2                0.5-10％，
Ta2O5              0.2-10％，
WO3                 0-7％，
Y2O3               0-3％，
Yb2O3              0-0.5％，
TiO2                0-3％，
CaO                  0-5％，和
BaO                 0-1％，
并含有基于上述玻璃组成总量0-1重量％的Sb2O3。
(组成4)
含有下述含量的下述组成的光学玻璃，
B2O3              大于45％，但不超过60％，
La2O3             5-23％，
Gd2O3             2-22％，
ZnO                 10-32％，
Nb2O5             0-2％
Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5)大于0.91但不超过1.00，
SiO2               0-6％，
B2O3/(B2O3+SiO2)为0.85-1.00，
La2O3和Gd2O3的总含量为12-32％，
Li2O               0.5-10％，
ZnO和Li2O的总含量为15％或更高，
ZrO2               0.5-10％，
Ta2O5             0.2-10％，
WO3                0-7％，
Y2O3              0-3％，
Yb2O3             0-0.5％，
TiO2               0-3％，
CaO                 0-5％，和
BaO                 0-1％，
并含有基于上述玻璃组成总量0-1重量％的Sb2O3。
(组成5)
含有下述含量的下述组成的光学玻璃，
B2O3              大于45％，但不超过60％，
La2O3             7-20％，
Gd2O3             2-22％，
ZnO                 10-32％，
Nb2O5            0-2％
Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5)大于0.91但不超过1.00，
SiO2              0-6％，
B2O3/(B2O3+SiO2)为0.85-1.00，
La2O3和Gd2O3的总含量为14-27％，
Li2O              0.5-10％，
ZnO和Li2O的总含量为15-35％，
ZrO2              1-10％，
Ta2O5            1-8％，
WO3               0-7％，
Y2O3             0-3％，
Yb2O3            0-0.5％，
TiO2              0-3％，
CaO                0-5％，和
BaO                0-1％，
并含有基于上述玻璃组成总量0-1重量％的Sb2O3。
(组成6)
含有下述含量的下述组成的光学玻璃，
B2O3             大于45％，但不超过60％，
La2O3            7-20％，
Gd2O3            2-10％，
ZnO                10-32％，
Nb2O5            含量满足Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5)为0.92-1.00的条件，
SiO2              0-6％，
B2O3/(B2O3+SiO2)为0.85-1.00，
La2O3和Gd2O3的总含量为14-27％，
Li2O              0.5-10％，
ZnO和Li2O的总含量为15-35％，
ZrO2              1-10％，
Ta2O5            1-8％，
WO3           0.5-7％，
Y2O3         0-3％，
Yb2O3        0-0.5％，
TiO2          0-3％，
CaO            0-5％，和
BaO            0-1％，
并含有基于上述玻璃组成总量0-1重量％的Sb2O3。
在构成本发明预制品的光学玻璃中，B2O3、La2O3、ZnO、Gd2O3、Li2O、ZrO2、Ta2O5、WO3和SiO2的总含量优选超过95％，更优选超过98％，最优选超过99％。
特别地，B2O3、La2O3、ZnO、Gd2O3、Li2O、ZrO2、Ta2O5、WO3和SiO2的总含量优选超过95％及95重量％，更优选超过98％及98重量％，最优选超过100％。
此外，在上述组成4、5和6中，B2O3/(B2O3+SiO2)更优选为0.88-1.00。
构成本发明玻璃预制品的光学玻璃，其折射率(nd)大于1.80，但不超过2.00，优选1.80-1.90。此外，上述光学玻璃的阿贝氏数(vd)为40-45，但不包括45，优选40-44.5。
例如将原料根据常规方法制备、熔化、澄清、搅动及均化过程获得熔融玻璃，通过将该熔融玻璃成型，并冷却成型的玻璃得到构成本发明玻璃预制品的光学玻璃。
为了通过对本发明玻璃预制品精确压模来高效生产满足高表面精度及高内部质量条件的光学元件，优选地，构成玻璃预制品的光学玻璃在较低温下使之成为可塑变形状态。当玻璃转变温度高时，在精确压模过程中压模的成型表面自然暴露于高温下，因此上述成型表面剧烈磨损或损坏。在精确压模过程中，压模的成型表面即使有非常细小的缺陷，也会转移至作为最终产品的光学元件的光学功能表面上，结果，削弱了光学元件的性能。当考虑可精确压模性时，构成本发明玻璃预制品的光学玻璃优选具有650℃或更低的玻璃转变温度(Tg)，更优选630℃或更低。而且，上述光学玻璃优选具有670℃或更低的软化温度(Ts)，更优选650℃或更低。当从熔融玻璃中生产本发明玻璃预制品时，为使熔融玻璃能够稳定流动并成型，优选地，光学玻璃在其液相线温度下具有4-40dPa·s的粘度，更优选的粘度为5-30dPa·s。
在本发明玻璃预制品中，优选地，所有表面通过凝固熔融状态的玻璃成型，更优选的是，所有表面通过熔融状态的玻璃凝固成型而不需机械加工。当玻璃预制品所有表面都通过熔融状态的玻璃凝固成型时，玻璃预制品可具有光滑表面(无任何切割痕迹或任何抛光痕迹)。
理想的是，本发明玻璃预制品的所有表面都由自由表面形成。自由表面是指在熔融状态或软化状态下冷却玻璃的过程中，没有同任何固体接触从而不具有转化到玻璃表面的固体表面形状而形成的表面。特别地，在通过向玻璃施加气压而使玻璃飘浮的同时冷却熔融状态或软化状态的玻璃，由此可以得到通过熔融状态的玻璃凝固成型所有表面、或由自由表面形成所有表面的玻璃预制品。当玻璃预制品的所有表面都由自由表面成型时，则不需要任何抛光步骤，从而降低生产成本。此外，还可以避免由于精确压模后的抛光痕迹导致光学元件表面质量下降的情况。
本发明玻璃预制品的表面上可根据需要加上一层膜，在精确压模过程中可防止玻璃粘附到压模上，使玻璃容易从模具中脱模。膜的例子包括含碳膜及自组装单层膜。理想的含碳膜包括卤代碳膜及碳膜。
在本发明中，玻璃预制品指玻璃形成的中间体，通过对其加热来进行精确压模。玻璃预制品的形状取决于精确压模产品(光学元件)。由本发明玻璃预制品制造的精确压模产品(光学元件)包括许多具有旋转对称轴的产品，如透镜，因此玻璃预制品理想的是具有一个旋转对称轴形状。特别地，玻璃预制品的形状包括球体，或具有一个旋转对称轴的形状。具有一个旋转对称轴的形状包括其含有上述旋转对称轴的横截面具有光滑边缘线而无任何角或凹进的形状，如上述横截面的边缘线形成具有符合旋转对称轴的短轴的椭圆的形状，还包括使球体在一定程度上扁平化所得到的形状(沿通过球体心的一个轴减少球的尺寸得到的形状)。
由于精确压模的特征，要求不仅玻璃预制品的内部，而且其表面上没有诸如条纹、破裂、折断、雾化、析晶及类似的缺陷。此外，由于玻璃预制品的表面继续作为如最终产品的精确压模产品(光学元件)的表面，玻璃预制品的表面光滑是理想的。
下面对本发明所提供的玻璃预制品的生产方法进行说明。方法包括从熔融玻璃中分离出预定重量的熔融玻璃料块，并且冷却玻璃料块获得精确压模玻璃预制品，该玻璃预制品具有的重量等于熔融玻璃料块的重量。
更具体地说，提供一种充分熔化、澄清并均质具有约1000-1400℃温度、并具有约0.1-5dPa·s粘度的熔融玻璃，在通过温度调整使玻璃具有约3-60dPa·s的粘度的同时，使之从流出嘴或流出管中排出，由此生产玻璃预制品。
温度调整的方法包括控制流出嘴或流出管温度的方法。理想的是用铂或铂合金制造流出嘴或流出管。生产方法的具体例子包括(a)从流出嘴中以具有预先设定重量的熔融玻璃料块的形式滴下熔融玻璃，并用接收装置接收熔融玻璃料块来生产玻璃预制品的方法，(b)类似地，从上述流出嘴向液氮或类似物中滴下具有预定重量的熔融玻璃料块来生产玻璃预制品的方法，(c)使熔融玻璃流从铂或铂合金制造的流出管中向下流出，用接收装置接收熔融玻璃流的前端部分，在管口和熔融玻璃流的接收装置面之间形成窄直径部分，然后从窄直径部分中分离出一道熔融玻璃流，然后用接收装置接收具有预定重量的熔融玻璃料块，使之形成玻璃预制品的方法。当熔融玻璃滴下时，玻璃粘度优选3-30dPa·s。当熔融玻璃以熔融玻璃流的形式向下流出时，玻璃粘度优选2-60dPa·s。
为了生产具有无刮痕、沾污、表面改变等的光滑表面、例如自由表面的玻璃预制品，使用的方法是将熔融玻璃料块在成型模上方施加气压使其飘浮同时成型为玻璃预制品，或将熔融玻璃料块引入一种经过转变的物质介质中，然后将熔融玻璃料块成型为玻璃预制品，这种经过转变的物质在室温及大气压力下是气体，通过冷却变为液体，例如液氮。
当使玻璃料块飘浮同时成型为玻璃预制品时，向熔融玻璃料块吹气(流动气体)使其受到向上的气压。在这种情况下，如果熔融玻璃料块的粘度过低，流动气体会进入玻璃，并以气泡的形式保留在玻璃预制品中。当熔融玻璃料块具有上面所述范围的粘度时，可使玻璃料块飘浮而不将流动气体引入玻璃中。
作为流动气体向玻璃预制品(玻璃料块)施加的气体包括空气、氮气、氧气、氩气、氦气、水蒸气等。气体压力不做特别限制，只要使玻璃预制品能够飘浮而不同任何固体诸如成型模表面相接触即可。
如本发明所提供的生产玻璃预制品的方法中，确定玻璃预制品的重量，以使其正好等于熔融玻璃料块的重量。根据本发明玻璃预制品的精确压模方法，可以生产精确压模产品。当玻璃预制品的重量小于作为最终产品的精确压模产品的重量时，则玻璃没有填满整个压模成型表面，由此产生的问题是不能得到要求的表面精度，或精确压模产品的厚度小于预定厚度。当玻璃预制品的重量过大时，造成的问题是多余的玻璃进入压模装置的缝隙中形成毛边，或成型产品的厚度大于预定厚度。因此相对于普通压模的玻璃预制品来说，需要更为精确地控制玻璃预制品的重量。由于这个原因，最好使玻璃预制品的重量和熔融玻璃料块的重量精确相等。
下面对本发明光学元件进行说明。本发明光学元件是通过加热本发明上述玻璃预制品，并对其精确压模生产的特有的产品。
本发明光学元件的表面可施加一层抗反射膜、反射膜、用于反射某些波长区域光的部分反射膜、用于吸收某些波长区域光的膜等。
通过对本发明具有上述性质的玻璃预制品精确压模获得本发明光学元件，因此其光学功能表面上没有切割或抛光导致的极细小损伤。而且，它是由不含PbO、且优选不含GeO2和Lu2O3的光学玻璃形成的，因此考虑到环境问题及成本，它是非常优秀的。
本发明光学元件的实例包括各种透镜，如球面透镜、非球面镜、显微透镜、透镜阵列及衍射光栅透镜、衍射光栅、棱镜、含透镜的棱镜、光学多面体等。
下面对本发明提供的光学元件的生产方法进行说明。本发明提供的光学元件的生产方法包括，加热本发明玻璃预制品，并对其精确压模。
精确压模使用具有经过高精度处理(机械加工)使之成为预定形状的成型表面的压模，并且成型表面可施加用于防止压铸过程中玻璃粘附的脱模层。脱模层包括含碳膜、氮化物及贵金属。含碳膜优先选自氢化碳膜或碳膜。
本发明提供的光学元件的生产方法，包括向压模中引入精确压模玻璃预制品，一起加热精确压模玻璃预制品和压模，并且对玻璃预制品进行精确压模来生产光学元件的方法，和向压模中引入经过预热使之温度高于压模的精确压模玻璃预制品，然后对玻璃预制品进行精确压模的方法。
更具体地说，将玻璃预制品引入到一对相对的朝上和朝下的具有精确成型表面的成型装置间，压模和玻璃预制品一起通过加热提高温度，直到使光学玻璃的粘度达到105-109dPa·s以软化玻璃预制品，并对玻璃预制品压模，由此压模的成型表面转化到玻璃预制品上。
可选的是，将经过预热到一定温度从而使玻璃粘度达到104-108dPa·s的玻璃预制品引入到一对相对朝上和朝下的具有精确成型表面的成型装置间，并对玻璃预制品压模，由此压模的成型表面转化到玻璃预制品上。
压模中的气氛优选的是非氧化性气氛，用于保护压模表面及设置在玻璃预制品表面上的脱模层。非氧化性气氛可选自惰性气体如氩或氮，还原气体如氢气或其混合物。氮气或含有少量氢气的氮气是优选使用的。压模的压力和时间可根据要求考虑光学玻璃的粘度加以确定，并且压模过程可在例如约5-15Mpa压力及10-300秒加压时间的条件下进行。诸如加压时间、压力等压模条件可根据需要基于压模产品的形状和尺寸在已知范围内确定。
然后，冷却压模及玻璃压模产品，优选地，当玻璃压模产品到达应变点或更低些的温度时，从压模装置中分离出玻璃压模产品。为使光学性能精确吻合理想值，在其冷却过程中，可根据需要调节玻璃压模产品的退火条件，例如退火速率。
实施例
参考下面实施例对本发明进一步详细阐明，但本发明不局限于这些实施例。
通过下列方法测量光学玻璃的各种性能。
(1)折射率(nd)和阿贝氏数(vd)
将光学玻璃维持在玻璃转变温度(Tg)和软化温度(Ts)之间的温度范围内，并以-30℃/小时的速率降温，根据日本光学玻璃协会标准的折射率测量方法测量折射率(nd)及阿贝氏数(vd)(使用Kalnew Optical Industrial Co.，Ltd.提供的GMR-1)。
(2)玻璃转变温度(Tg)和软化温度(Ts)
在负载98mN、升温速率4℃/分钟的条件下，使用Rigaku Corporation提供的热电机械分析器TMA8510来测量光学玻璃的玻璃转变温度和软化温度。
(3)液相线温度(LT)和液相线温度下的玻璃粘度
冷却熔融玻璃至预定温度并保温2小时，测得的无晶体析出的最低温度即为液相线温度。至于玻璃的粘度，根据JIS Z 8803的测量方法，使用同轴双圆柱旋转粘度计(通过Tokyo Kogyo K.K.提供的高温粘度测量设备“RHEOTRONIC”)测量液相线温度下的粘度。
(4)比重
根据阿基米德法测量(Alfa Mirage Co.，Ltd.提供的电子比重仪MD-200S)。
实施例1-39
称量氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、氢氧化物等，例如SiO2、H3BO3、La2O3、ZnO、ZnCO3、ZrO2、Li2CO3等作为原料，以获得250-300克表1-1至表1-4所示的玻璃组成。每个实施例中称量的原料充分混合得到制定的批料，将制定的批料放置在铂坩埚中，坩埚置于保持在1200-1450℃的电炉内，将制定的批料在空气中搅动熔化2-4小时。熔化后，将熔融玻璃浇铸于40×70×15mm的碳制模具中，在熔融玻璃逐渐冷却到玻璃转变温度下后，立即将模具中的玻璃放置于退火炉中。玻璃在玻璃转变温度范围内退火约1个小时，并在炉中冷却，得到光学玻璃。用显微镜观察所获得的光学玻璃，没有发现析晶。表1-1至1-4显示用摩尔％表示的光学玻璃组成，表1-5显示用重量％表示的光学玻璃组成。
                                         表1-1
实施例   组成(摩尔％)
  B2O3   La2O3   Gd2O3   La2O3+Gd2O3   ZnO   Li2O
  1   45.69   13.36   6.47   19.83   15.52   3.45
  2   46.09   13.48   6.52   20.00   13.91   4.35
  3   46.55   12.93   6.03   18.97   17.24   3.45
  4   44.92   12.71   5.93   18.64   20.34   2.54
  5   43.33   12.50   5.83   18.33   23.33   1.67
  6   41.80   12.30   5.74   18.03   26.23   0.82
  7   46.15   12.82   5.98   18.80   18.80   2.56
  8   46.32   12.99   6.06   19.05   17.32   3.46
  9   46.09   13.04   6.09   19.13   17.39   3.48
  10   45.85   13.10   6.11   19.21   17.47   3.49
  11   46.96   13.48   6.52   20.00   15.65   3.48
  12   46.75   13.42   6.49   19.91   16.45   3.03
  13   46.55   13.36   6.47   19.83   17.24   2.59
  14   47.83   13.48   6.52   20.00   17.39   2.61
  15   48.26   13.04   6.52   19.57   17.39   2.61
  16   48.47   13.54   6.55   20.09   17.47   2.62
  17   47.88   13.01   6.50   19.51   17.35   2.60
  18   47.49   12.98   6.49   19.46   17.30   2.60
  19   47.11   12.94   6.47   19.41   17.26   2.59
  20   47.61   13.01   6.50   19.51   17.35   2.60
  21   47.74   13.04   6.52   19.57   17.39   2.61
  22   47.83   13.48   5.65   19.13   17.39   2.61
  23   47.83   13.48   4.78   18.26   17.39   2.61
  24   47.83   13.48   3.91   17.39   17.39   2.61
  25   40.08   13.22   6.61   19.83   18.18   2.07
  26   40.83   13.33   6.67   20   16.67   2.5
  27   41.6   13.45   6.72   20.17   15.13   2.94
  28   46.55   12.93   6.03   18.97   16.03   3.45
  29   46.55   12.93   6.03   18.97   15.52   3.45
  30   46.55   12.93   6.03   18.97   15   3.45
  31   39.26   13.22   6.61   19.83   18.18   2.89
  32   40   13.33   6.67   20   16.67   3.33
  33   40.76   13.45   6.72   20.17   15.13   3.78
  34   39.67   13.22   6.61   19.83   18.18   2.48
  35   41.34   13.36   6.47   19.83   17.95   2.51
  36   43.04   13.5   6.33   19.83   17.72   2.53
  37   40.25   13.28   6.64   19.92   18.26   2.49
  38   41.93   13.42   6.5   19.92   18.03   2.52
  39   43.64   13.56   6.36   19.92   17.8   2.54
                               表1-2
实施例   组成(摩尔％)
  ZnO+Li2O   ZrO2   Ta2O5   WO3   SiO2
  1   18.97   5.17   3.45   3.45   3.45
  2   18.26   5.22   3.48   3.48   3.48
  3   20.69   5.17   3.45   3.45   1.72
  4   22.88   5.08   3.39   3.39   1.69
  5   25.00   5.00   3.33   3.33   1.67
  6   27.05   4.92   3.28   3.28   1.64
  7   21.37   5.13   3.42   3.42   1.71
  8   20.78   5.19   3.46   3.46   1.73
  9   20.87   5.22   3.48   3.48   1.74
  10   20.96   5.24   3.49   3.49   1.75
  11   19.13   5.22   3.48   3.48   1.74
  12   19.48   5.19   3.46   3.46   1.73
  13   19.83   5.17   3.45   3.45   1.72
  14   20.00   5.22   3.48   3.48   0.00
  15   20.00   5.22   3.48   3.48   0.00
  16   20.09   4.37   3.49   3.49   0.00
  17   19.95   5.20   3.47   3.99   0.00
  18   19.90   5.19   3.46   4.50   0.00
  19   19.84   5.18   3.45   5.00   0.00
  20   19.95   5.20   3.47   3.99   0.00
  21   20.00   5.22   3.48   3.48   0.00
  22   20.00   5.22   3.48   3.48   0.00
  23   20.00   5.22   3.48   3.48   0.00
  24   20.00   5.22   3.48   3.48   0.00
  25   20.25   4.96   3.31   3.31   8.26
  26   19.17   5   3.33   3.67   8
  27   18.07   5.04   3.36   4.03   7.73
  28   19.48   6.38   3.45   3.45   1.72
  29   18.97   6.9   3.45   3.45   1.72
  30   18.45   7.41   3.45   3.45   1.72
  31   21.07   4.96   3.31   3.31   8.26
  32   20.00   5   3.33   3.67   8
  33   18.91   5.04   3.36   4.03   7.73
  34   20.66   4.96   3.31   3.31   8.26
  35   20.46   5.01   3.34   3.34   6.68
  36   20.25   5.06   3.38   3.38   5.06
  37   20.75   4.98   3.32   3.32   7.47
  38   20.55   5.03   3.35   3.35   5.87
  39   20.34   5.08   3.39   3.39   4.24
                           表1-3
实施例   组成(摩尔％)
  B2O3/(B2O3+SiO2)   SiO2/(B2O3+SiO2)   Nb2O5
  1   0.93   0.07   0.00
  2   0.93   0.07   0.00
  3   0.96   0.04   0.00
  4   0.96   0.04   0.00
  5   0.96   0.04   0.00
  6   0.96   0.04   0.00
  7   0.96   0.04   0.00
  8   0.96   0.04   0.00
  9   0.96   0.04   0.00
  10   0.96   0.04   0.00
  11   0.96   0.04   0.00
  12   0.96   0.04   0.00
  13   0.96   0.04   0.00
  14   1.00   0.00   0.00
  15   1.00   0.00   0.00
  16   1.00   0.00   0.00
  17   1.00   0.00   0.00
  18   1.00   0.00   0.00
  19   1.00   0.00   0.00
  20   1.00   0.00   0.26
  21   1.00   0.00   0.52
  22   1.00   0.00   0.00
  23   1.00   0.00   0.00
  24   1.00   0.00   0.00
  25   0.83   0.17   0.00
  26   0.84   0.16   0.00
  27   0.84   0.16   0.00
  28   0.96   0.04   0.00
  29   0.96   0.04   0.00
  30   0.96   0.04   0.00
  31   0.83   0.17   0.00
  32   0.83   0.17   0.00
  33   0.84   0.16   0.00
  34   0.83   0.17   0.00
  35   0.86   0.14   0.00
  36   0.89   0.11   0.00
  37   0.84   0.16   0.00
  38   0.88   0.12   0.00
  39   0.91   0.09   0.00
                                          表1-4
实施例   组成(摩尔％)
  Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5)   Nb2O5/(Gd2O3+Nb2O5)   Y2O3   总量
  1   1.00   0.00   0.00   100.00
  2   1.00   0.00   0.00   100.00
  3   1.00   0.00   0.00   100.00
  4   1.00   0.00   0.00   100.00
  5   1.00   0.00   0.00   100.00
  6   1.00   0.00   0.00   100.00
  7   1.00   0.00   0.00   100.00
  8   1.00   0.00   0.00   100.00
  9   1.00   0.00   0.00   100.00
  10   1.00   0.00   0.00   100.00
  11   1.00   0.00   0.00   100.00
  12   1.00   0.00   0.00   100.00
  13   1.00   0.00   0.00   100.00
  14   1.00   0.00   0.00   100.00
  15   1.00   0.00   0.00   100.00
  16   1.00   0.00   0.00   100.00
  17   1.00   0.00   0.00   100.00
  18   1.00   0.00   0.00   100.00
  19   1.00   0.00   0.00   100.00
  20   0.96   0.04   0.00   100.00
  21   0.93   0.07   0.00   100.00
  22   1.00   0.00   0.87   100.00
  23   1.00   0.00   1.74   100.00
  24   1.00   0.00   2.61   100.00
  25   1.00   0.00   0.00   100.00
  26   1.00   0.00   0.00   100.00
  27   1.00   0.00   0.00   100.00
  28   1.00   0.00   0.00   100.00
  29   1.00   0.00   0.00   100.00
  30   1.00   0.00   0.00   100.00
  31   1.00   0.00   0.00   100.00
  32   1.00   0.00   0.00   100.00
  33   1.00   0.00   0.00   100.00
  34   1.00   0.00   0.00   100.00
  35   1.00   0.00   0.00   100.00
  36   1.00   0.00   0.00   100.00
  37   1.00   0.00   0.00   100.00
  38   1.00   0.00   0.00   100.00
  39   1.00   0.00   0.00   100.00
                                   表1-5
  实施例   组成(重量％)
B2O3 La2O3 Gd2O3 ZnO Li2O ZrO2 Ta2O3 WO3 SiO2 Nb2O5 Y2O3 总量
  1   22.1   30.2   16.3   8.8   0.7   4.4   10.6   5.6   1.4   0.0   0.0   100.0
  2   22.2   30.5   16.4   7.9   0.9   4.5   10.7   5.6   1.5   0.0   0.0   100.0
  3   22.8   29.7   15.4   9.9   0.7   4.5   10.7   5.6   0.7   0.0   0.0   100.0
  4   22.1   29.3   15.2   11.7   0.5   4.4   10.6   5.6   0.7   0.0   0.0   100.0
  5   21.4   28.9   15.0   13.5   0.4   4.4   10.4   5.5   0.7   0.0   0.0   100.0
  6   20.7   28.5   14.8   15.2   0.2   4.3   10.3   5.4   0.7   0.0   0.0   100.0
  7   22.6   29.4   15.2   10.8   0.5   4.5   10.6   5.6   0.7   0.0   0.0   100.0
  8   22.6   29.7   15.4   9.9   0.7   4.5   10.7   5.6   0.7   0.0   0.0   100.0
  9   22.5   29.8   15.4   9.9   0.7   4.5   10.8   5.7   0.7   0.0   0.0   100.0
  10   22.3   29.9   15.5   9.9   0.7   4.5   10.8   5.7   0.7   0.0   0.0   100.0
  11   22.6   30.3   16.3   8.8   0.7   4.4   10.6   5.6   0.7   0.0   0.0   100.0
  12   22.5   30.2   16.2   9.2   0.6   4.4   10.6   5.5   0.7   0.0   0.0   100.0
  13   22.4   30.1   16.2   9.7   0.5   4.4   10.5   5.5   0.7   0.0   0.0   100.0
  14   22.9   30.2   16.2   9.7   0.5   4.4   10.6   5.5   0.0   0.0   0.0   100.0
  15   23.2   29.4   16.3   9.8   0.5   4.4   10.6   5.6   0.0   0.0   0.0   100.0
  16   23.2   30.3   16.3   9.8   0.5   3.7   10.6   5.6   0.0   0.0   0.0   100.0
  17   23.0   29.2   16.2   9.7   0.5   4.4   10.6   6.4   0.0   0.0   0.0   100.0
  18   22.7   29.0   16.1   9.7   0.5   4.4   10.5   7.2   0.0   0.0   0.0   100.0
  19   22.4   28.8   16.0   9.6   0.5   4.4   10.4   7.9   0.0   0.0   0.0   100.0
  20   22.8   29.2   16.2   9.7   0.5   4.6   10.6   6.4   0.0   0.0   0.0   100.0
  21   22.9   29.3   16.3   9.8   0.5   4.7   10.6   5.6   0.0   0.5   0.0   100.0
  22   22.9   30.3   14.1   9.7   0.5   4.0   10.6   5.6   0.0   1.0   1.4   100.0
  23   23.2   30.7   12.1   9.9   0.5   4.5   10.7   5.6   0.0   0.0   2.7   100.0
  24   23.4   30.9   10.0   10.0   0.5   4.5   10.8   5.7   0.0   0.0   4.1   100.0
  25   19.42   29.98   16.68   10.3   0.43   4.25   10.16   5.33   3.46   0.0   0.0   100.0
  26   19.67   30.05   16.72   9.38   0.52   4.26   10.19   5.88   3.33   0.0   0.0   100.0
  27   19.92   30.13   16.76   8.47   0.6   4.27   10.22   6.43   3.2   0.0   0.0   100.0
  28   22.72   29.54   15.34   9.15   0.72   5.51   10.68   5.61   0.73   0.0   0.0   100.0
  29   22.69   29.5   15.31   8.84   0.72   5.95   10.67   5.6   0.73   0.0   0.0   100.0
  30   22.65   29.45   15.29   8.53   0.72   6.39   10.65   5.59   0.72   0.0   0.0   100.0
  31   19.06   30.05   16.71   10.32   0.6   4.26   10.19   5.35   3.46   0.0   0.0   100.0
  32   19.31   30.12   16.76   9.41   0.69   4.27   10.21   5.89   3.33   0.0   0.0   100.0
  33   19.56   30.2   16.8   8.49   0.78   4.28   10.24   6.45   3.2   0.0   0.0   100.0
  34   19.24   30.01   16.7   10.31   0.52   4.26   10.18   5.34   3.46   0.0   0.0   100.0
  35   20.01   30.27   16.31   10.16   0.52   4.29   10.26   5.38   2.79   0.0   0.0   100.0
  36   20.79   30.53   15.92   10.01   0.52   4.33   10.35   5.43   2.11   0.0   0.0   100.0
  37   19.47   30.06   16.72   10.32   0.52   4.26   10.19   5.35   3.12   0.0   0.0   100.0
  38   20.24   30.31   16.34   10.17   0.52   4.3   10.28   5.39   2.45   0.0   0.0   100.0
  39   21.03   30.57   15.95   10.02   0.53   4.34   10.37   5.44   1.76   0.0   0.0   100.0
表2-1和2-2显示这些光学玻璃的性能。如表2-1和2-2所示，这些光学玻璃显示具有1.81697-1.82796的折射率(nd)，41.77-43.11的阿贝氏数(vd)，586-598℃的玻璃转变温度(Tg)，630-647℃的软化温度(Ts)，990-1030℃的液相线温度(LT)，5-9dPa·s的液相线温度下的粘度及4.868-5.051范围内的比重。
                                  表2-1
  实施例   nd   vd   玻璃转变温度(℃) 软化温度(℃)
  1   1.81833   43.02   593   640
  2   1.81697   43.11   590   638
  3   1.81719   42.91   587   633
  4   1.8212   42.59   587   633
  5   1.82468   42.26   588   633
  6   1.82796   41.96   591   635
  7   1.8184   42.78   592   637
  8   1.81869   42.81   586   630
  9   1.81986   42.74   586   632
  10   1.82099   42.67   586   634
  11   1.82033   42.94   591   636
  12   1.82085   42.93   593   639
  13   1.82161   42.81   595   640
  14   1.82322   42.83   593   638
  15   1.82043   42.86   593   638
  16   1.81965   43.02   592   637
  17   1.82253   42.46   592   638
  18   1.82456   42.15   592   638
  19   1.8268   41.77   591   638
  20   1.82535   42.15   594   638
  21   1.82655   41.17   593   638
  22   1.82237   42.85   593   640
  23   1.82094   42.77   594   637
  24   1.81963   42.86   594   637
  25   1.82247   42.74   597   645
  26   1.82256   42.59   598   646
  27   1.82226   42.56   598   647
  28   1.82052   42.73   590   637
  29   1.82209   42.57   590   637
  30   1.82325   42.52   592   639
  31   1.82343   42.64   593   642
  32   1.82331   42.5   591   640
  33   1.82298   42.42   591   641
  34   1.82247   42.7   596   645
  35   1.82256   42.66   593   642
  36   1.82225   42.78   593   640
  37   1.82335   42.63   595   644
  38   1.82632   42.5   593   639
  39   1.82267   42.69   594   642
                            表2-2
  实施例   液相线温度(℃)   液相线温度下粘度(dPa·s)   比重
  1   1010   6   4.938
  2   1020   5   4.923
  3   990   8   4.921
  4   1010   6   4.967
  5   1020   5   5.012
  6   1030   5   5.051
  7   990   8   4.937
  8   1000   7   4.941
  9   1010   6   4.954
  10   1020   6   4.965
  11   1010   6   4.961
  12   1010   6   4.972
  13   1010   6   4.981
  14   1010   6   4.984
  15   1000   7   4.963
  16   1010   6   4.974
  17   1000   7   4.982
  18   1000   7   5.002
  19   1000   7   5.021
  20   1010   6   4.985
  21   1020   5   4.964
  22   1000   7   4.955
  23   1000   7   4.914
  24   990   9   4.868
  25   1010   9   5.02
  26   1010   9   5.01
  27   1010   9   5
  28   1030   5   4.94
  29   1030   5   4.94
  30   1030   5   4.94
  31   1020   6   5.02
  32   1020   6   5.02
  33   1020   6   5.01
  34   1010   9   5.01
  35   1010   8   5
  36   1010   7   4.99
  37   1020   7   5.02
  38   1020   6   5.04
  39   1010   5   5
在上面提到的电炉中保持在1050-1450℃(相当于玻璃粘度3-0.05dPa·s)的熔融玻璃从调节温度到1050℃(相当于玻璃粘度4dPa·s)的铂管中以恒定速率连续向下流出，使用玻璃预制品成型模具接收熔融玻璃流的前端，然后将成型模具以足够大于熔融玻璃流向下流动的速度向下移动成型模具，具有预定重量的玻璃料块适时从上述前端分离出来。当熔融玻璃料块滴落时，每块玻璃具有7dPa·s的粘度。
在上述成型模具中通过施加气压使熔融玻璃料块飘浮的同时，料块成型为球形预制品并退火。玻璃预制品的重量设定在0.01-5克的范围内。熔融玻璃料块的重量等于相应的玻璃预制品的重量，并且这样获得的玻璃预制品基于预定重量的重量精度在±1％内。
每个这样生产的玻璃预制品其所有表面都是通过熔融玻璃凝固形成的，且它们都是自由表面。此外，在每个表面及每个玻璃内部都没有发现如条纹、析晶、破裂(折断)、气泡等缺陷。
实施例40
在上述实施例1-39中获得的每个玻璃预制品都分别送入在成型表面上设置有含碳膜(金刚石型碳)的压模中，并将玻璃预制品和压模一同加热，直至达到使玻璃具有105-109粘度的温度。将玻璃预制品在5-15Mpa压力的氮气氛下用压模进行精确压模，加压时间为10-300秒。这样获得的精确压模产品通过退火得到非球面透镜。得到的透镜其折射率(nd)和阿贝氏数(vd)同相应的形成上述玻璃预制品的光学玻璃的数值相等。
根据上述方法，依需要确定压模的形状和玻璃预制品的重量，并在上述每个实施例中生产出诸如各种透镜，包括球面透镜、显微透镜、透镜阵列和具有衍射光栅的透镜、衍射光栅、棱镜、具有透镜的棱镜和光学多面体的光学元件。这样得到的光学元件具有足够高的形状精度，并且每个光学元件的内部及表面都没有发现缺陷。
实施例41
将实施例1-39中的每个玻璃预制品预热至使玻璃显现104-108粘度的温度，并将其引入预热至低于上述预热温度的温度、且具有设置有含碳膜(金刚石型碳膜)的成型表面的SiC制压模中。将玻璃预制品在5-15Mpa压力的氮气氛下用压模进行精确压模，加压时间为10-300秒。
将这样获得的精确压模产品退火得到非球面透镜。得到的透镜其折射率(nd)和阿贝氏数(vd)同相应的形成上述玻璃预制品的光学玻璃的数值相等。
根据上述方法，依需要确定压模的形状和玻璃预制品的重量，并在上述每个实施例中生产出诸如各种透镜，包括球面透镜、显微透镜、透镜阵列和具有衍射光栅的透镜、衍射光栅、棱镜、具有透镜的棱镜和光学多面体的光学元件。这样得到的光学元件具有足够高的形状精度，并且每个光学元件的内部及表面都没有发现缺陷。
工业实用性
利用本发明提供的精确压模玻璃预制品，可以简单并高效生产具有高折射率低色散性质的光学元件，并且上述光学元件适用于具有高集成度和多功能的光学仪器或设备，例如数码相机等。

Claims (15)

1.一种精确压模玻璃预制品，由光学玻璃形成，该光学玻璃包含玻璃组成以摩尔％计：B2O3 40-60％但不包括40％，La2O3 5-25％，Gd2O3 2-22％，ZnO 5-45％，SiO2 0-10％但不包括10％，且不含PbO，其中B2O3含量占B2O3与SiO2总含量的比率(B2O3/(B2O3+SiO2))为0.85-1.00，且Gd2O3含量占Gd2O3与作为可选成份的Nb2O5的总含量的比率(Gd2O3/(Gd2O3+Nb2O5))大于0.91，但是不超过1.00，这种光学玻璃的折射率nd超过1.80，但是不超过2.00，且阿贝氏数vd为40-45，但不包括45。
2.如权利要求1所述的精确压模玻璃预制品，其中的光学玻璃以摩尔％计还包括Li2O 0.5-15％，Li2O与ZnO总含量至少为10％，ZrO2 0.5-10％，Ta2O5 0.2-10％，WO3 0-10％，Y2O3 0-4％，Yb2O3 0-0.5％，并且La2O3和Gd2O3的总含量为12％或更高。
3.如权利要求1所述的精确压模玻璃预制品，其中B2O3含量占B2O3与SiO2总含量的比率(B2O3/(B2O3+SiO2))为0.88-1.00。
4.如权利要求1所述的精确压模玻璃预制品，其中，光学玻璃的玻璃转变温度为650℃或更低。
5.如权利要求1所述的精确压模玻璃预制品，其中，光学玻璃在其液相线温度下具有4-40dPa·s的粘度。
6.如权利要求1所述的精确压模玻璃预制品，其所有表面都是通过熔融状态的光学玻璃凝固成型的。
7.如权利要求1所述的精确压模玻璃预制品，其所有表面都是通过自由表面形成的。
8.一种权利要求1所述的精确压模玻璃预制品的生产方法，包括从熔融玻璃中分离具有预定重量的熔融玻璃料块，并且通过冷却玻璃料块来生产精确压模玻璃预制品，该玻璃预制品的重量等于玻璃料块预定的重量。
9.如权利要求8所述的精确压模玻璃预制品的生产方法，其中在通过向熔融玻璃料块施加气压而使熔融玻璃料块飘浮的同时使玻璃预制品成型。
10.一种通过对权利要求1所述的精确压模玻璃预制品加热、并对该玻璃预制品进行精确压模制得的光学元件。
11.一种通过对权利要求8所述方法生产的精确压模玻璃预制品加热、并对该玻璃预制品进行精确压模制得的光学元件。
12.一种光学元件的生产方法，包括对权利要求1所述的精确压模玻璃预制品加热，并对该玻璃预制品进行精确压模。
13.一种光学元件的生产方法，包括对权利要求8所述方法生产的精确压模玻璃预制品加热，并对该玻璃预制品进行精确压模。
14.如权利要求12或13所述的光学元件的生产方法，其中将精确压模玻璃预制品引入压模中，同压模一起加热，并进行精确压模。
15.如权利要求12或13所述的光学元件的生产方法，其中将预热到温度高于压模温度的精确压模玻璃预制品引入压模中，然后进行精确压模。
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