CN101805120B

CN101805120B - 一种光学玻璃及光学元件

Info

Publication number: CN101805120B
Application number: CN2010101519991A
Authority: CN
Inventors: 孙伟
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2030-04-19
Also published as: WO2011131105A1; CN101805120A; EP2562142A1; US20130190162A1; JP5956426B2; EP2562142B1; KR20120139823A; KR101410964B1; EP2562142A4; US8778821B2; JP2013525245A

Abstract

本发明公开了一种光学玻璃及光学元件，光学玻璃包括以下成分：0.1wt％～8wt％的SiO₂；20wt％～32wt％的B₂O₃；20wt％～35wt％的La₂O₃；15wt％～30wt％的Gd₂O₃；1～6wt％的Ta₂O₅；1wt％～15wt％的ZnO；0.1wt％～2wt％的Li₂O。实验结果表明，本发明提供的光学玻璃折射率为1.75～1.8、阿贝数为45～52、转变温度小于610℃，透射比达到80％时，对应的波长小于390nm，满足现代成像设备的需要。

Description

一种光学玻璃及光学元件

技术领域

本发明涉及玻璃技术领域，更具体地说，涉及一种光学玻璃及光学元件。

背景技术

近年来，随着数码相机、数字摄像机、照相手机等日益流行，用于光学系统的设备的集成度增大和功能迅速增加，于是要求光学系统具有更高的准确度、更轻的重量和更小的尺寸。因此，非球面镜得到了广泛的应用，并且使用非球面组件已成为光学设计的主流。

非球面透镜的制造广泛使用精密模压的方法。所谓精密模压，就是在一定的温度、压力下，用具有预定产品形状的高精密模具模压玻璃预制件，从而获得具有最终产品形状或非常接近于最终产品形状，并具有光学功能面的玻璃制品。采用精密模压技术制造的非球面透镜不需要再进行研磨抛光，从而可以简化工序。

用于非球面透镜的光学玻璃，要求具有高折射率和低色散率，在现代成像设备中应用较多。例如，中国专利CN101360691A公开了一种光学玻璃，具有折射率为1.5～1.65以及阿贝数为50～65的光学常数。中国专利CN1704369A公开了一种光学玻璃，具有折射率1.85～1.90、阿贝数40～42范围的光学常数。

光学玻璃透光率受折射率影响较大，折射率越高往往透光度越低.例如，中国专利CN101492247A公开了一种光学玻璃，折射率为1.8～2.1，透射比达到80％时，对应的波长在400nm以上。

在进行精密模压成型时，为了将高精密的模面复制在玻璃成型品上，需要在玻璃软化点温度附近加压成型玻璃预制体，这时成型模被暴露在高温中且被施以较高的压力，即使处于保护气体中，压型模具表面膜层依然容易被氧化、侵蚀，因此，要求玻璃具有较低的转变温度。现有技术中，中国专利1704369A公开了一种光学玻璃，具有折射率为1.83～1.9以及阿贝数为40～42的光学常数，转变温度为670～720℃。由于玻璃材料的转变温度较高，因此在进行精密模压成型时需要的温度较高，压型模具容易受到损坏，从而成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种折射率为1.75～1.8，阿贝数为45～52，转变温度小于610℃，透射比为80％时，对应的波长小于390nm的光学玻璃及光学元件。

本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：

0.1wt％～8wt％的SiO₂；

20wt％～32wt％的B₂O₃；

20wt％～35wt％的La₂O₃；

15wt％～30wt％的Gd₂O₃；

1wt％～6wt％的Ta₂O₅；

1wt％～15wt％的ZnO；

0.1wt％～2wt％的Li₂O。

优选的，还包括：

0～8wt％的ZrO₂、0～5wt％的Nb₂O₅、0～5wt％的Y₂O₃、0～5wt％的Yb₂O₃、BaO、CaO、SrO、Na₂O、K₂O和0～0.5wt％的Sb₂O₃中的一种或几种，所述BaO、CaO和SrO的总含量为0～15wt％，所述Na₂O和K₂O的总含量为0～2wt％。

优选的，包括：

BaO、CaO和SrO的总含量为1wt％～10wt％；

Na₂O和K₂O的总含量为0.1wt％～1wt％。

优选的，包括：

1wt％～7wt％的ZrO₂。

优选的，包括：

0.5wt％～6wt％的SiO₂。

优选的，包括：

22wt％～32wt％的B₂O₃。

优选的，包括：

25wt％～35wt％的La₂O₃。

优选的，包括：

18wt％～25wt％的Gd₂O₃。

优选的，包括：

2wt％～5wt％的Ta₂O₅。

优选的，包括：

5wt％～12wt％的ZnO。

优选的，包括：

0.3wt％～1.5wt％的Li₂O。

优选的，折射率为1.75～1.8；

阿贝数为45～52；

转变温度小于610℃；

透射比达到80％时，对应的波长小于390nm。

本发明还提供一种上述技术方案所述的光学玻璃形成的光学元件。

本发明提供一种光学玻璃及光学元件，光学玻璃包括以下成分：0.1wt％～8wt％的SiO₂；20wt％～32wt％的B₂O₃；20wt％～35wt％的La₂O₃；15wt％～30wt％的Gd₂O₃；1～6wt％的Ta₂O₅；1wt％～15wt％的ZnO；0.1wt％～2wt％的Li₂O。SiO₂具有维持玻璃抗失透性的作用，并且具有形成玻璃的网格组分的作用。B₂O₃作为氧化物可以提高玻璃的热稳定性和化学稳定性，并且可以降低玻璃的软化温度和流动粘度的作用。La₂O₃和Gd₂O₃是获得高折射率低色散玻璃的必要组分。Ta₂O₅是赋予光学玻璃高折射率和低色散特性的组分，可以有效增强玻璃稳定性。ZnO是赋予玻璃高折射率和低色散特性的组分。Li₂O是强助溶剂，可以降低玻璃的软化温度。实验结果表明，本发明提供的光学玻璃折射率为1.75～1.8，阿贝数为45～52，转变温度小于610℃，透射比为80％时，对应的波长小于390nm。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：

0.1wt％～8wt％的SiO₂；

20wt％～32wt％的B₂O₃；

20wt％～35wt％的La₂O₃；

15wt％～30wt％的Gd₂O₃；

1～6wt％的Ta₂O₅；

1wt％～15wt％的ZnO；

0.1wt％～2wt％的Li₂O。

SiO₂是重要的玻璃形成体氧化物，以硅氧四面体【SiO₄】的结构单元形成不规则的连续网络，是形成光学玻璃的骨架。SiO₂具有维持玻璃抗失透性的作用。SiO₂的含量超过8wt％时，光学玻璃的可熔性降低，软化温度升高。SiO₂的含量限定为0.1wt％～8wt％，优选为0.5wt％～6wt％，更优选为2.5wt％～5wt％。

B₂O₃是一种形成光学玻璃的重要的氧化物，对于形成光学玻璃的网络有效，能够降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性和化学稳定性，增加玻璃的折射率，降低玻璃的转变温度和可熔温度。B₂O₃的含量限定为20wt％～32wt％，B₂O₃的含量低于20wt％，转变温度升高，折射率降低；B₂O₃的含量高于32wt％，有损于光学玻璃的低分散性。B₂O₃的含量优选为22wt％～32wt％，更优选为25wt％～29wt％。

La₂O₃是获得高折射率低色散玻璃的必要组分。La₂O₃的含量限定为20wt％～35wt％，La₂O₃的含量低于20wt％时，光学玻璃的折射率下降；La₂O₃的含量高于35wt％时，光学玻璃的抗失透性下降。La₂O₃的含量优选为25wt％～35wt％。

Gd₂O₃是提高玻璃折射率、增大阿贝数的有效成分。Gd₂O₃的含量限定为15wt％～30wt％。Gd₂O₃的含量大于30wt％时，光学玻璃的抗失透性下降。Gd₂O₃的含量优选为18wt％～25wt％。

Ta₂O₅是赋予光学玻璃高折射率和低色散特性的组分，可以有效增强玻璃稳定性。Ta₂O₅的含量超过6wt％时，光学玻璃的可熔性被削弱，玻璃的转变温度升高。Ta₂O₅的含量限定为1wt％～6wt％，优选为2wt％～5wt％。

ZnO是形成光学玻璃和低熔点玻璃的重要组分。ZnO能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和折射率。ZnO的含量限定为1wt％～15wt％，当ZnO的含量大于15wt％时，光学玻璃的失透性增加；当ZnO的含量小于1wt％时，光学玻璃的转变温度升高。ZnO的含量优选为5wt％～12wt％，更优选为8wt％～12wt％。

Li₂O是强助溶剂，可以降低玻璃的软化温度。Li₂O的含量限定为0.1wt％～2wt％。当Li₂O含量超过2wt％时，光学玻璃的抗失透性和折射率降低，加剧玻璃的析晶和失透。Li₂O的含量低于为0.1wt％时，达不到降低转变温度和软化温度的目的。Li₂O的含量优选为0.3wt％～1.5wt％。

按照本发明，所述光学玻璃还可以包括0～8wt％的ZrO₂、0～5wt％的Nb₂O₅、0～5wt％的Y₂O₃、0～5wt％的Yb₂O₃、BaO、CaO、SrO、Na₂O、K₂O和0～0.5wt％的Sb₂O₃中的一种或几种，所述BaO、CaO和SrO的总含量为0～15wt％，所述Na₂O和K₂O的总含量为0～2wt％。

ZrO₂能提高光学玻璃的黏度、硬度、弹性、折射率、化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。ZrO₂的含量超过8wt％时，将出现析晶现象，并且降低玻璃的抗失透性和转变温度。ZrO₂的含量可以为1wt％～7wt％。

Nb₂O₅是赋予玻璃高折射率的组分，并且具有改进玻璃的抗失透性的作用。Nb₂O₅含量高于5wt％时，会导致玻璃色散大幅升高，阿贝数降低，同时使玻璃的短波透过率下降。Nb₂O₅的含量可以为0.5wt％～5wt％。

Y₂O₃和Yb₂O₃可以起到提高光学玻璃的折射率的作用。Y₂O₃是调整玻璃的光学常数的成分，当其含量超过5wt％时，会引起玻璃耐失透性能恶化。Yb₂O₃在光学玻璃中的作用与Y₂O₃相近，当其含量高于5wt％时，光学玻璃易失透。Y₂O₃的含量可以为0.1wt％～5wt％，还可以为0.5wt％～4wt％。Yb₂O₃的含量可以为0.1wt％～5wt％，还可以为0.5wt％～4wt％。

BaO在玻璃中的作用是降低玻璃的色散，改善玻璃的透过率，能增加光学玻璃的折射率、密度、光泽和化学稳定性。CaO在玻璃中的作用与BaO相似。SrO在玻璃中的作用与BaO、CaO相似，用SrO替代部分BaO，能加速玻璃的熔化和澄清，降低玻璃的析晶倾向，增加光学玻璃的折射率的作用，并且可以改良玻璃的耐失透性。BaO、CaO和SrO的总含量可以为0.5wt％～15wt％，还可以为1wt％～10wt％。

Na₂O和K₂O可以降低玻璃的转变温度。Na₂O和K₂O的总含量高于2wt％时，光学玻璃的耐失透能力下降，折射率降低。Na₂O和K₂O的总含量的总含量可以为0.1wt％～2wt％，还可以为0.1wt％～1wt％。

Sb₂O₃可以有效降低玻璃的澄清温度，提高玻璃的透过率。Sb₂O₃的含量可以为0.01wt％～0.5wt％。

按照本发明，所述光学玻璃折射率为1.75～1.8；阿贝数为45～52；转变温度小于610℃；当玻璃透射比达到80％时，对应的波长小于390nm，优选小于385nm，更优选小于380nm。

本发明还提供一种由上述技术方案所述的光学玻璃形成的光学元件。本发明的光学元件由上述本发明的光学玻璃形成，因此，该光学元件具有上述光学玻璃的各种特性。本发明的光学元件具有大于的1.75～1.8的折射率，45～52的阿贝数和小于610℃的软化温度，当透射比达到80％时，对应的波长小于390nm。本发明提供的光学元件适用于数码相机、数码摄像机和照相手机等。

为了进一步了解本发明的技术方案，下面结合具体的实施例，对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

光学玻璃，其含有3.5wt％的SiO₂，27.9wt％的B₂O₃，32.6wt％的La₂O₃，21.9wt％的Gd₂O₃，1.6wt％的Ta₂O₅，12.2wt％的ZnO，0.3wt％的Li₂O。主要性能参数为：

折射率：nd＝1.76821

阿贝数：vd＝49.31

转变温度：Tg＝605℃

软化温度：Ts＝648℃

λ₈₀：382.9nm

上述性能参数按照如下方法进行测试。

其中折射率(nd)值为(-2℃/h)-(-6℃/h)的退火值，折射率与阿贝数按照《GB/T 7962.1-1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。

转变温度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试，即：被测样品在一定的温度范围内，温度每升高1℃，在被测样品的膨胀曲线上，将低温区域和高温区域直线部分延伸相交，其交点所对应的温度。

将玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的样品，测试玻璃在透射比达到80％对应的波长λ₈₀。

实施例2～13提供的光学玻璃组分百分比及对应性能如表1、表2所示。比较例1～3提供的光学玻璃组分百分比及对应性能如表3所示。

表1实施例2～7提供的光学玻璃组分百分比及对应性能

表2实施例8～13提供的光学玻璃组分百分比及对应性能

表3比较例1～3提供的光学玻璃组分百分比及对应性能

对于本发明提供的光学玻璃的制备方法，并无特别限制，按照本领域技术人员熟知的方法进行制备。将原料进行熔化、澄清、均化后降温，注入预热的金属模，退火得到光学玻璃。

本发明实施例1～13和比较例1～3所提供的光学玻璃按照如下方法制备：

将石英砂、硼酸、氧化镧、氧化钆、氧化锌、氧化锆、碳酸锂和氧化钽按比例称量，充分混合后加入铂金坩埚内，在1080～1380℃下熔化、澄清、均化后降温；

在550～600℃左右将熔融玻璃浇注入预热后的金属模；

将注入预热后的金属模的熔融玻璃同金属模一起放入退火炉内徐冷退火后得到光学玻璃，测试光学玻璃的相关参数。实施例1～13提供的光学玻璃在压型时不析晶、不失透。

实施例2～13提供的光学玻璃的折射率、阿贝数、转变温度和透光性能如表1、表2所示。比较例1～3提供的光学玻璃的折射率、阿贝数、转变温度和透光性能如表3所示。

从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的光学玻璃和光学元件折射率为1.75～1.8，阿贝数为45～52，转变温度小于610℃，透射比达到80％时，对应的波长小于390nm，从而满足了现代成像设备的需要。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种光学玻璃，其特征在于，包括以下成分：

0.1wt%～8wt%的SiO₂；

20wt%～32wt%的B₂O₃；

20wt%～35wt%的La₂O₃；

18wt%～25wt%的Gd₂O₃；

1wt%～6wt%的Ta₂O₅；

8wt%～12wt%的ZnO；

0.1wt%～2wt%的Li₂O；

0～8wt%的ZrO₂、0～5wt%的Nb₂O₅、0～5wt%的Y₂O₃和0～0.5wt%的Sb₂O₃中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

1wt%～7wt%的ZrO₂。

3.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

0.5wt%～6wt%的SiO₂。

4.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

22wt%～32wt%的B₂O₃。

5.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

25wt%～35wt%的La₂O₃。

6.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

2wt%～5wt%的Ta₂O₅。

7.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

0.3wt%～1.5wt%的Li₂O。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的光学玻璃，其特征在于，

折射率为1.75～1.8；

阿贝数为45～52；

转变温度小于610℃；

透射比达到80%时，对应的波长小于390nm。

9.一种权利要求1～8任意一项所述的光学玻璃形成的光学元件。