本發(fā)明涉及一種高折射低色散光學(xué)玻璃，尤其是涉及一種低成本的高折射低色散光學(xué)玻璃和光學(xué)元件。

背景技術(shù)：

近年來，隨著光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)字化和高精密化的迅速發(fā)展，在數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等攝影設(shè)備以及投影儀、投影電視等圖像播放(投影)設(shè)備等光學(xué)設(shè)備中，對減少光學(xué)系統(tǒng)中使用的透鏡、棱鏡等光學(xué)元件的個數(shù)，使光學(xué)系統(tǒng)整體輕量化和小型化的要求越來越高。在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，廣泛采用高折射率的玻璃或利用非球面透鏡來實(shí)現(xiàn)小型化、超薄化和廣角化，在實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)輕量化高性能化的同時更容易實(shí)現(xiàn)色差的校正，因此，高折射低色散玻璃的研發(fā)需求正逐漸加大。

早期制作高折射低色散玻璃都含有大量的Ta₂O₅，如CN1876589A公開的一種折射率在1.75-1.85、阿貝數(shù)在34-44的光學(xué)玻璃，其中就含有大于15％但小于35％的Ta₂O₅。鉭是一種稀缺金屬，Ta₂O₅的使用對產(chǎn)品成本的控制極其不利，因此在高折射低色散玻璃組成中降低或不使用Ta₂O₅，成了光學(xué)玻璃研發(fā)工作者的研發(fā)目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種原料成本低、折射率為1.77-1.85、阿貝數(shù)為40-48的高折射低色散光學(xué)玻璃。

本發(fā)明還要提供一種由上述光學(xué)玻璃形成的玻璃預(yù)制件和光學(xué)元件。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：光學(xué)玻璃，其組成按摩爾百分比表示，含有：SiO₂：5-25％；B₂O₃：15-45％；La₂O₃：5-25％；Gd₂O₃：1-20％；Y₂O₃：0-10％；TiO₂：0-8％；Ta₂O₅：0-8％；Nb₂O₅：大于0但小于或等于8％；ZrO₂：大于0但小于或等于15％；ZnO：18-40％；SiO₂/B₂O₃為0.28-1.2。

進(jìn)一步的，還含有：WO₃：0-10％；Li₂O：0-8％。

進(jìn)一步的，其組成按摩爾百分比表示，還含有：Al₂O₃：0-10％；Yb₂O₃：0-10％；Na₂O：0-10％；K₂O：0-10％；Sb₂O₃：0-1％；RO：0-10％(其中RO為MgO、CaO、SrO或BaO中的一種或多種)。

光學(xué)玻璃，其組成按摩爾百分比表示為：SiO₂：5-25％；B₂O₃：15-45％；La₂O₃：5-25％；Gd₂O₃：1-20％；Y₂O₃：0-10％；TiO₂：0-8％；Ta₂O₅：0-8％；Nb₂O₅：大于0但小于或等于8％；ZrO₂：大于0但小于或等于15％；ZnO：18-40％；WO₃：0-10％；Li₂O：0-8％；Al₂O₃：0-10％；Yb₂O₃：0-10％；Na₂O：0-10％；K₂O：0-10％；Sb₂O₃：0-1％；SiO₂/B₂O₃為0.28-1.2；RO：0-10％(其中RO為MgO、CaO、SrO或BaO中的一種或多種)。

進(jìn)一步的，所述各組分的含量滿足以下7種條件中的一種或一種以上：

1)SiO₂/B₂O₃為0.3-1；

2)Nb₂O₅/Gd₂O₃為0.01-1；

3)Ta₂O₅/Nb₂O₅小于1；

4)ZnO/B₂O₃為0.5-2；

5)TiO₂/(TiO₂+Nb₂O₅)為0.1-0.9；

6)Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)為0.15-0.6；

7)4×ZrO₂/(ZnO+Li₂O)為0.3-1.6。

進(jìn)一步的，其中：SiO₂：8-23％；和/或B₂O₃：20-42％；和/或La₂O₃：5-20％；和/或Gd₂O₃：2-15％；和/或Y₂O₃：0.1-8％；和/或TiO₂：0.1-6％；和/或Ta₂O₅：0-5％；和/或Nb₂O₅：0.1-6％；和/或ZrO₂：1-10％；和/或ZnO：20-38％；和/或WO₃：0-5％；和/或Li₂O：0-5％。

進(jìn)一步的，其中：Al₂O₃：0-5％；和/或Yb₂O₃：0-5％；和/或Na₂O：0-5％；和/或K₂O：0-5％；和/或Sb₂O₃：0-0.5％；和/或RO：0-5％(其中RO為MgO、CaO、SrO或BaO中的一種或多種)。

進(jìn)一步的，其中：SiO₂：9-20％；和/或B₂O₃：23-38％；和/或La₂O₃：6-15％；和/或Gd₂O₃：2-10％；和/或Y₂O₃：0.5-5％；和/或TiO₂：0.1-4％；和/或Ta₂O₅：0-3％；和/或Nb₂O₅：0.1-4％；和/或ZrO₂：2-8％；和/或ZnO：23-35％。

進(jìn)一步的，所述各組分的含量滿足以下7種條件中的一種或一種以上：

1)SiO₂/B₂O₃為0.3-0.7；

2)Nb₂O₅/Gd₂O₃為0.03-0.8；

3)Ta₂O₅/Nb₂O₅：小于0.8；

4)ZnO/B₂O₃為0.7-1.5；

5)TiO₂/(TiO₂+Nb₂O₅)為0.2-0.8；

6)Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)為0.2-0.55；

7)4×ZrO₂/(ZnO+Li₂O)為0.35-1.2。

進(jìn)一步的，所述各組分的含量滿足以下7種條件中的一種或一種以上：

1)SiO₂/B₂O₃為0.35-0.65；

2)Nb₂O₅/Gd₂O₃為0.05-0.5；

3)Ta₂O₅/Nb₂O₅：小于0.5；

4)ZnO/B₂O₃為0.75-1.2；

5)TiO₂/(TiO₂+Nb₂O₅)為0.3-0.7；

6)Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)為0.25-0.5；

7)4×ZrO₂/(ZnO+Li₂O)為0.45-1。

進(jìn)一步的，其中：SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、TiO₂、Nb₂O₅、WO₃、ZrO₂和ZnO的合計(jì)含量為95％以上，且不含Ta₂O₅。

進(jìn)一步的，其中：SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、TiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂和ZnO的合計(jì)含量為99％以上。

進(jìn)一步的，其組成按摩爾百分比表示，還含有：P₂O₅：0-10％；Bi₂O₃：0-10％；TeO₂：0-10％；Ga₂O₃：0-10％；Lu₂O₃：0-10％；GeO₂：0-8％；CeO₂：0-1％；SnO₂：0-1％；F：0-10％。

進(jìn)一步的，所述玻璃的折射率(nd)為1.77-1.85，阿貝數(shù)(vd)為40-48，玻璃的密度(ρ)為5.00g/cm³以下。

進(jìn)一步的，所述玻璃的透射比達(dá)到80％時對應(yīng)的波長λ₈₀為410nm以下，透射比達(dá)到5％時對應(yīng)的波長λ₅為350nm以下；析晶上限溫度在1160℃以下；玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為630℃以下。

進(jìn)一步的，所述玻璃的透射比達(dá)到80％時對應(yīng)的波長λ₈₀為400nm以下，透射比達(dá)到5％時對應(yīng)的波長λ₅為340nm以下；析晶上限溫度在1150℃以下；玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為620℃以下；玻璃的密度(ρ)為4.90g/cm³以下。

玻璃預(yù)制件，采用上述的光學(xué)玻璃制成。

光學(xué)元件，采用上述的光學(xué)玻璃制成。

本發(fā)明的有益效果是：降低Ta₂O₅的含量，優(yōu)化了原料成本；通過合理的組分設(shè)計(jì)，使本發(fā)明的光學(xué)玻璃在實(shí)現(xiàn)所需的光學(xué)常數(shù)的同時利于精密模壓，且具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，以及由所述光學(xué)玻璃形成的玻璃預(yù)制件和光學(xué)元件。

具體實(shí)施方式

Ⅰ、光學(xué)玻璃

本發(fā)明光學(xué)玻璃基于對降低原料成本考慮，降低甚至不含有價格昂貴的Ta₂O₅含量，得到折射率為1.77-1.85，阿貝數(shù)為40-48的高折射率低色散光學(xué)玻璃。

下面對本發(fā)明的光學(xué)玻璃的組成進(jìn)行詳細(xì)說明，各玻璃組分的含量、總含量如沒有特別說明，則都采用摩爾百分比進(jìn)行表示。另外，在以下的說明中，提到規(guī)定值以下或規(guī)定值以上時，也包括該規(guī)定值。

B₂O₃是玻璃網(wǎng)絡(luò)形成組分，具有提高玻璃可熔性和耐失透性，降低玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度和密度的作用，為了達(dá)到上述效果，本發(fā)明引入15％以上或更多的B₂O₃，優(yōu)選引入20％以上的B₂O₃，更優(yōu)選引入23％以上的B₂O₃；但當(dāng)其引入量超過45％時，則玻璃穩(wěn)定性會下降，并且折射率下降，無法得到本發(fā)明的高折射率，因此，本發(fā)明的B₂O₃的含量將45％設(shè)為上限，優(yōu)選上限為42％，更優(yōu)選上限為38％。

SiO₂也是玻璃形成體，與B₂O₃所構(gòu)成的疏松的鏈狀層狀網(wǎng)絡(luò)不同，SiO₂在玻璃中形成的是硅氧四面體三維網(wǎng)絡(luò)，非常致密堅(jiān)固。這樣的網(wǎng)絡(luò)加入到玻璃中，對疏松的硼氧三角體[BO₃]網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加固，使其變得致密，從而提升玻璃的高溫粘度；與此同時，硅氧四面體三維網(wǎng)絡(luò)的加入，玻璃網(wǎng)絡(luò)隔離La、Nb、Li等析晶陽離子的能力增強(qiáng)，增加了析晶閾值，使得玻璃的抗析晶性能提升，本發(fā)明玻璃中SiO₂含量的下限為5％，優(yōu)選為8％，更優(yōu)選為9％時上述效果較好；但若SiO₂的含量無限制地加大，會使玻璃的轉(zhuǎn)變溫度升高，并使玻璃的熔融性降低，因此其含量上限為25％，優(yōu)選上限為23％，進(jìn)一步優(yōu)選上限為20％。

本發(fā)明通過控制SiO₂的含量與B₂O₃的含量的比值SiO₂/B₂O₃在0.28-1.2內(nèi)，不僅可以使玻璃原料的熔融性增加，同時可以有效增加玻璃穩(wěn)定性，尤其是當(dāng)其SiO₂/B₂O₃值為0.3-1時，可以有效抑制平均線膨脹系數(shù)的增加，進(jìn)一步優(yōu)選其比值為0.3-7，更進(jìn)一步優(yōu)選為0.35-0.65。

La₂O₃是獲得本發(fā)明所需光學(xué)特性的必須組分，在本發(fā)明配方體系中，B₂O₃與La₂O₃的組合存在，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，并提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)La₂O₃的含量小于5％時，難以實(shí)現(xiàn)所需要的光學(xué)特性；但當(dāng)其含量超過25％時，玻璃耐失透性與熔融性能均惡化。因此，本發(fā)明的La₂O₃的含量為5-25％，優(yōu)選范圍為5-20％，更優(yōu)選的范圍為6-15％。

Gd₂O₃可以增加玻璃的折射率且不明顯提高玻璃的色散，本發(fā)明通過引入1％以上的Gd₂O₃與La₂O₃共存，可以提高形成玻璃的穩(wěn)定性，并且使玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，在維持折射率的同時，控制阿貝數(shù)的過度上升；如果其含量超過20％時，則玻璃耐失透性降低且玻璃的密度呈上升趨勢。因此，本發(fā)明的Gd₂O₃的含量為1-20％，優(yōu)選范圍為2-15％，更優(yōu)選范圍為2-10％。

本發(fā)明高折射低色散作用的組分優(yōu)選還引入Y₂O₃，其在維持高折射率和高阿貝數(shù)的同時，抑制玻璃材料成本上升，并可改善玻璃的熔融性、耐失透性，還可降低玻璃析晶上限溫度和比重，但若其含量超過10％，則玻璃的穩(wěn)定性、耐失透性降低。因此，Y₂O₃含量范圍為0-10％，優(yōu)選范圍為0.1-8％，更優(yōu)選為0.5-5％。

Yb₂O₃也是一種賦予高折射、低色散性能的組分，當(dāng)其引入量超過10％時，玻璃的抗析晶性能會下降，因此其含量限定為0-10％，優(yōu)選為0-5％，進(jìn)一步優(yōu)選為不加入。

在本發(fā)明中使La₂O₃和Gd₂O₃共存；或者優(yōu)選使La₂O₃、Gd₂O₃和Y₂O₃共存；更優(yōu)選Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)范圍為0.15-0.6，進(jìn)一步優(yōu)選Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)范圍為0.2-0.55，更進(jìn)一步優(yōu)選Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)范圍為0.25-0.5，可以最大程度克服因減少或不使用Ta₂O₅導(dǎo)致的玻璃穩(wěn)定性下降的不良效果，得到具有優(yōu)良的玻璃穩(wěn)定性的高折射率低色散的玻璃，同時玻璃不易著色。

本發(fā)明玻璃中，當(dāng)Nb₂O₅含量超過0時，對降低液相溫度有極好的效果，也具有在不使透過率變差的情況下提高玻璃折射率、抗析晶性和化學(xué)耐久性的作用，適量的Nb₂O₅引入，還可以在精密模壓過程中有效改善玻璃的抗析晶性能；如果其含量超過8％，則玻璃色散提高，無法達(dá)到本發(fā)明玻璃的光學(xué)特性。因此，Nb₂O₅的含量范圍為大于0但小于或等于8％，優(yōu)選范圍為0.1-6％，更優(yōu)選為0.1-4％。經(jīng)本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明玻璃中Nb₂O₅含量與Gd₂O₃含量的比值Nb₂O₅/Gd₂O₃為0.01-1時，可顯著改善玻璃的化學(xué)耐久性和耐失透性，尤其是Nb₂O₅/Gd₂O₃值為0.03-0.8時，效果尤其明顯，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05-0.5。

Ta₂O₅可以提高玻璃的折射率、耐失透性和熔融態(tài)玻璃的粘度，但其價格昂貴，不利于原料成本的降低，因此其含量限定為8％以下，優(yōu)選為5％以下，更優(yōu)選為3％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1％以下，更進(jìn)一步優(yōu)選不加入。

本發(fā)明控制Ta₂O₅/Nb₂O₅的值小于1，在有效調(diào)節(jié)折射率和色散的同時,還可提高玻璃的抗析晶性能。當(dāng)玻璃中含有易著色成分時，優(yōu)選Ta₂O₅/Nb₂O₅的值小于0.8，可有效改善玻璃的著色性能，進(jìn)一步優(yōu)選Ta₂O₅/Nb₂O₅的值小于0.5，更進(jìn)一步優(yōu)選Ta₂O₅/Nb₂O₅的值小于0.3。

ZnO加入本發(fā)明體系玻璃中，可以調(diào)整玻璃的折射率和色散，改善玻璃的抗析晶性能，降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，提升玻璃的穩(wěn)定性。ZnO還可以降低玻璃的高溫粘度，使得玻璃可以在較低溫度下熔煉，從而可以提升玻璃的透過率。尤其當(dāng)本發(fā)明玻璃中少量含有甚至不含有氧化鉭時，通過引入18％以上的ZnO，可以一定程度彌補(bǔ)光學(xué)常數(shù)的降低。但如果ZnO加入量過多，玻璃的抗析晶性能會下降，同時高溫粘度較小，給成型帶來困難。在本發(fā)明玻璃體系中，ZnO的含量若低于18％，則Tg溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；若其含量高于40％，玻璃的抗析晶性能會下降，高溫粘度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此，ZnO的含量下限限定為18％，優(yōu)選下限為20％，更優(yōu)選下限為23％；ZnO的含量上限限定為40％，優(yōu)選上限為38％，更優(yōu)選上限為35％。

本發(fā)明為獲得較低Tg溫度且穩(wěn)定性好、易于熔化的玻璃，發(fā)明人通過大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ZnO/B₂O₃的比值范圍為0.5-2，優(yōu)選ZnO/B₂O₃的比值范圍為0.7-1.5，進(jìn)一步優(yōu)選ZnO/B₂O₃的比值范圍為0.75-1.2時，玻璃的穩(wěn)定性和Tg溫度可達(dá)最佳平衡，獲得品質(zhì)較佳的產(chǎn)品。

ZrO₂是一種高折射低色散氧化物，加入玻璃中可以提升玻璃的折射率并調(diào)節(jié)色散。同時，合適量的ZrO₂加入玻璃中，可以提升玻璃的抗析晶性能和成玻穩(wěn)定性。在本發(fā)明中若其含量高于15％，玻璃會變得難以融化，熔煉溫度會上升，容易導(dǎo)致玻璃內(nèi)部出現(xiàn)夾雜物及透過率下降。因此，ZrO₂含量為大于0但小于或等于15％，優(yōu)選為1-10％，進(jìn)一步優(yōu)選為2-8％。

TiO₂是一種高折射高色散氧化物，加入玻璃中可以顯著提升玻璃的折射率和色散。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，適量添加TiO₂到本發(fā)明玻璃組分中，可以增加玻璃穩(wěn)定性，尤其是抗析晶性能；但若TiO₂的加入量過多，難以實(shí)現(xiàn)低色散的研制目標(biāo)，同時玻璃的透過率會顯著降低，玻璃的穩(wěn)定性也會惡化。因此，TiO₂的含量為0-8％，優(yōu)選為0.1-6％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1-4％。本發(fā)明中優(yōu)選使TiO₂/(TiO₂+Nb₂O₅)的比值控制在0.1-0.9，可以有效調(diào)節(jié)玻璃的析晶性能和化學(xué)耐久性，更優(yōu)選TiO₂/(TiO₂+Nb₂O₅)為0.2-0.8，進(jìn)一步優(yōu)選TiO₂/(TiO₂+Nb₂O₅)為0.3-0.7。

WO₃在玻璃中的主要作用是維持光學(xué)常數(shù)、改善玻璃析晶，但其含量過高，會使玻璃透過率降低、著色度增大、析晶性能變壞。因此，WO₃的優(yōu)選含量是0-10％，更優(yōu)選含量是0-5％，進(jìn)一步優(yōu)選含量為0-3％。

少量引入Al₂O₃能改善玻璃的穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，但其含量超過10％時，顯示玻璃有熔融性變差、耐失透性降低的傾向，因此，本發(fā)明中Al₂O₃的含量為0-10％，優(yōu)選為0-5％，更優(yōu)選為0-1％，進(jìn)一步優(yōu)選不引入。

Li₂O加入到玻璃組分中，可以有效降低玻璃的Tg溫度，但低軟化點(diǎn)光學(xué)玻璃通常使用鉑或鉑合金器皿熔煉，在高溫熔煉過程中，玻璃組分中的Li⁺容易腐蝕鉑或鉑合金器皿，造成成品玻璃中產(chǎn)生較多的含鉑異物，導(dǎo)致玻璃的品質(zhì)下降。另外，本發(fā)明中超過8％的Li₂O，會使玻璃的析晶性能急劇下降，因此，其含量限定為0-8％，優(yōu)選為0-5％。為更好地調(diào)節(jié)玻璃的抗析晶性能和成玻璃性與Tg溫度之間的平衡，本發(fā)明將4×ZrO₂/(ZnO+Li₂O)的值為0.3-1.6，優(yōu)選為0.35-1.2，更優(yōu)選為0.45-1，可在優(yōu)化抗析晶性能和成玻璃性的同時，使玻璃具有合適的Tg溫度。

Na₂O和K₂O是對降低Tg有效的任意成分，如果其含量過多，則容易導(dǎo)致失透溫度上升而難以玻璃化，因此其含量分別限定為0-10％，更優(yōu)選分別為0-5％，進(jìn)一步優(yōu)選分別為0-1％。

RO(RO為MgO、CaO、SrO或BaO中的一種或多種)可以改善玻璃的熔融性，調(diào)整玻璃光性，但當(dāng)其含量超過10％時，玻璃的耐失透性降低，因此本發(fā)明中RO含量為0-10％，更優(yōu)選含量為0-5％，進(jìn)一步優(yōu)選不引入。

P₂O₅是提高玻璃的耐失透性的任選成分，特別是當(dāng)P₂O₅的含量為10％以下時，可抑制玻璃的化學(xué)耐久性尤其是耐水性的降低。因此，相對于氧化物換算組成的玻璃總摩爾含量，其含量限定為10％以下，優(yōu)選為5％以下，更優(yōu)選3％以下，進(jìn)一步優(yōu)選不引入。

Bi₂O₃是可以適量提高玻璃折射率，降低玻璃化溫度的任選成分，當(dāng)其含量超過10％時，玻璃耐失透性降低，因此其含量限定為10％以下，優(yōu)選為5％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1％以下，更進(jìn)一步優(yōu)選不引入。

GeO₂是具有提高玻璃折射率且增加耐失透性效果的成分，是本發(fā)明光學(xué)玻璃的任選成分，然而其價格高昂，過多引入達(dá)不到本發(fā)明降低生產(chǎn)成本的目的，因此其含量限定為8％以下，優(yōu)選為5％以下，進(jìn)一步限定為2％以下，更進(jìn)一步選擇不引入。

本發(fā)明若引入10％以下的Lu₂O₃，可以與其他稀土類組分相協(xié)同，從而進(jìn)一步提高玻璃的穩(wěn)定性，但其價格昂貴，引入玻璃中則不利于降低生產(chǎn)成本，故其含量優(yōu)選為5％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為3％以下，更進(jìn)一步優(yōu)選為不引入。

作為本發(fā)明任選成分，通過控制Ga₂O₃在10％以下時，可提高玻璃的耐失透性，并且能夠增加玻璃的磨耗度，因此其含量優(yōu)選為10％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為5％以下，更進(jìn)一步優(yōu)選為3％以下，進(jìn)一步優(yōu)選不引入。

TeO₂是能提高玻璃的折射率并降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度任選成分，當(dāng)其含量過多時，易于鉑金坩堝反應(yīng)，不利于設(shè)備的使用壽命。因此，TeO₂含量限定為10％以下，優(yōu)選為5％以下，更優(yōu)選為不引入。

通過少量添加Sb₂O₃、SnO₂、CeO₂組分可以提高玻璃的澄清效果，但當(dāng)Sb₂O₃含量超過1％時，玻璃有澄清性能降低的傾向，同時由于其強(qiáng)氧化作用促進(jìn)了熔制玻璃的鉑金或鉑合金器皿的腐蝕以及成型模具的惡化，因此，本發(fā)明優(yōu)選Sb₂O₃的添加量為0-1％，更優(yōu)選為0-0.5％，進(jìn)一步優(yōu)選不加入。SnO₂也可以作為澄清劑來添加，但當(dāng)其含量超過1％時，則玻璃會著色，或者當(dāng)加熱、軟化玻璃并進(jìn)行模壓成形等再次成形時，Sn會成為晶核生成的起點(diǎn)，產(chǎn)生失透的傾向。因此本發(fā)明的SnO₂的含量優(yōu)選為0-1％，更優(yōu)選為0-0.5％，進(jìn)一步優(yōu)選不添加。CeO₂的作用及添加量比例與SnO₂一致，其含量優(yōu)選為0-1％，更優(yōu)選為0-0.5％，進(jìn)一步優(yōu)選不添加。

F是低色散化、降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有效的組分，但當(dāng)其過量含有時，玻璃折射率顯著降低，或玻璃融液的揮發(fā)性增大，玻璃融液成型時會產(chǎn)生紋理，或揮發(fā)導(dǎo)致的折射率變動增大的傾向。F作為原料可以使用YF₃、LaF₃、GdF₃、ZrF₄、ZnF₂、堿金屬氟化物或堿土金屬氟化物引入。本發(fā)明優(yōu)選F的含量占光學(xué)玻璃總摩爾含量為為0-10％，更優(yōu)選為0-5％，進(jìn)一步優(yōu)選為不引入。

為了較好的達(dá)到本發(fā)明的目的，玻璃中各組分按摩爾百分比表示，優(yōu)選SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、TiO₂、Nb₂O₅、WO₃、ZrO₂和ZnO的合計(jì)含量為95％以上，且不含Ta₂O₅；更優(yōu)選SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、TiO₂、Nb₂O₅、WO₃、ZrO₂和ZnO的合計(jì)含量為99％以上；進(jìn)一步優(yōu)選SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、TiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂和ZnO的合計(jì)含量為99％以上。

[關(guān)于不應(yīng)含有的成分]

在不損害本發(fā)明的玻璃特性的范圍內(nèi)，根據(jù)需要能夠添加上述未曾提及的其他成分。但是V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等過渡金屬成分，即使單獨(dú)或復(fù)合地少量含有的情況下，玻璃也會被著色，在可見光區(qū)域的特定的波長產(chǎn)生吸收，從而減弱本發(fā)明的提高可見光透過率效果的性質(zhì)，因此，特別是對于可見光區(qū)域波長的透過率有要求的光學(xué)玻璃，優(yōu)選實(shí)際上不包含。

Pb、Th、Cd、Tl、Os、Be以及Se的陽離子，近年來作為有害的化學(xué)物質(zhì)而有控制使用的傾向，不僅在玻璃的制造工序，直至加工工序以及產(chǎn)品化后的處置上對環(huán)境保護(hù)的措施是必需的。因此，在重視對環(huán)境的影響的情況下，除了不可避免地混入以外，優(yōu)選實(shí)際上不含有它們。由此，光學(xué)玻璃變得實(shí)際上不包含污染環(huán)境的物質(zhì)。因此，即使不采取特殊的環(huán)境對策上的措施，本發(fā)明的光學(xué)玻璃也能夠進(jìn)行制造、加工以及廢棄。

下面，對本發(fā)明的光學(xué)玻璃的特性進(jìn)行說明。

[光學(xué)玻璃的光學(xué)常數(shù)]

本發(fā)明的光學(xué)玻璃是高折射率低色散玻璃，高折射率低色散玻璃制成的透鏡多與高折射率高色散玻璃制成的透鏡相組合，用于色差校正。本發(fā)明的光學(xué)玻璃從賦予適于其用途的光學(xué)特性的角度考慮，玻璃折射率(nd)的范圍為1.77-1.85，優(yōu)選的范圍為1.78-1.84，更優(yōu)選的范圍為1.785-1.84；本發(fā)明玻璃的阿貝數(shù)(ν_d)的范圍為40-48，優(yōu)選范圍為41-47。

[光學(xué)玻璃的轉(zhuǎn)變溫度]

光學(xué)玻璃在某一溫度區(qū)間會逐漸由固態(tài)變成可塑態(tài)。轉(zhuǎn)變溫度是指玻璃試樣從室溫升溫至馳垂溫度，其低溫區(qū)域和高溫區(qū)域直線部分延長線相交的交點(diǎn)所對應(yīng)的溫度。

本發(fā)明玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)在630℃以下，優(yōu)選620℃以下，更優(yōu)選615℃以下，進(jìn)一步優(yōu)選為610℃以下。

[光學(xué)玻璃的著色]

本發(fā)明玻璃的短波透射光譜特性用著色度(λ₈₀/λ₅)表示。λ₈₀是指玻璃透射比達(dá)到80％時對應(yīng)的波長，λ₅是指玻璃透射比達(dá)到5％時對應(yīng)的波長。其中，λ₈₀的測定是使用具有彼此平行且光學(xué)拋光的兩個相對平面的厚度為10±0.1nm的玻璃，測定從280nm到700nm的波長域內(nèi)的分光透射率并表現(xiàn)出透射率80％的波長。所謂分光透射率或透射率是在向玻璃的上述表面垂直地入射強(qiáng)度I_in的光，透過玻璃并從一個平面射出強(qiáng)度I_out的光的情況下通過I_out/I_in表示的量，并且也包含了玻璃的上述表面上的表面反射損失的透射率。玻璃的折射率越高，表面反射損失越大。因此，在高折射率玻璃中，λ₈₀的值小意味著玻璃自身的著色極少。

本發(fā)明的光學(xué)玻璃λ₈₀小于或等于410nm，優(yōu)選λ₈₀的范圍為小于或等于405nm，更優(yōu)選λ₈₀的范圍為小于或等于400nm，進(jìn)一步優(yōu)選的λ₈₀的范圍為小于或等于395nm，再進(jìn)一步優(yōu)選的λ₈₀的范圍為小于或等于390nm。λ₅小于或等于350nm，優(yōu)選λ₅的范圍為小于或等于345nm，更優(yōu)選λ₅的范圍為小于或等于340nm，進(jìn)一步優(yōu)選的λ₅的范圍為小于或等于335nm。

[光學(xué)玻璃的密度]

光學(xué)玻璃的密度是溫度為20℃時單位體積的質(zhì)量，單位以g/cm³表示。

本發(fā)明玻璃的密度(ρ)在5.00g/cm³以下，優(yōu)選為4.90g/cm³以下。

[析晶上限溫度]

采用梯溫爐法測定玻璃的析晶性能，將玻璃制成180*10*10mm的樣品，側(cè)面拋光，放入帶有溫度梯度的爐內(nèi)保溫4小時后取出，在顯微鏡下觀察玻璃析晶情況，玻璃出現(xiàn)晶體對應(yīng)的最高溫度即為玻璃的析晶上限溫度。玻璃的析晶上限溫度越低，則玻璃在高溫時穩(wěn)定性越強(qiáng)，生產(chǎn)的工藝性能越好。

本發(fā)明玻璃的析晶溫度在1160℃以下，優(yōu)選為1155℃以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1150℃以下，更進(jìn)一步優(yōu)選為1140℃以下。

Ⅱ、玻璃預(yù)制件與光學(xué)元件

下面，描述本發(fā)明的光學(xué)預(yù)制件與光學(xué)元件。

本發(fā)明的玻璃預(yù)制件與光學(xué)元件均由上述本發(fā)明的光學(xué)玻璃形成。本發(fā)明的玻璃預(yù)制件具有高折射率低色散特性；本發(fā)明的光學(xué)元件具有高折射率低色散特性，能夠以低成本提供光學(xué)價值高的各種透鏡、棱鏡等光學(xué)元件。

作為透鏡的例子，可舉出透鏡面為球面或非球面的凹彎月形透鏡、凸彎月形透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等各種透鏡。

這種透鏡通過與高折射率高色散玻璃制成的透鏡組合，可校正色差，適合作為色差校正用的透鏡。另外，對于光學(xué)體系的緊湊化也是有效的透鏡。

另外，對于棱鏡來說，由于折射率高，因此通過組合在攝像光學(xué)體系中，通過彎曲光路，朝向所需的方向，即可實(shí)現(xiàn)緊湊、廣角的光學(xué)體系。

實(shí)施例

采用如下實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行解釋，但本發(fā)明不應(yīng)局限于這些實(shí)施例。

生產(chǎn)光學(xué)玻璃的熔融和成型方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)。將玻璃原料(碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物、氧化物、硼酸等)按照玻璃氧化物的配比稱重配合并混合均勻后，投入熔煉裝置中(如鉑金坩堝)，然后在1150～1400℃采取適當(dāng)?shù)臄嚢?、澄清、均化后，降溫?250℃以下，澆注或漏注在成型模具中，最后經(jīng)退火、加工等后期處理，或者通過精密壓型技術(shù)直接壓制成型。

[光學(xué)玻璃實(shí)施例]

另外，通過以下所示的方法測定本發(fā)明的各玻璃的特性，并將測定結(jié)果表示在表1～表4中，其中，用K1表示SiO₂/B₂O₃，K2表示Nb₂O₅/Gd₂O₃，K3表示Ta₂O₅/Nb₂O₅，K4表示ZnO/B₂O₃，K5表示TiO₂/(TiO₂+Nb₂O₅)，K6表示Gd₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)，K7表示4×ZrO₂/(ZnO+Li₂O)。

(1)折射率nd和阿貝數(shù)νd

折射率與阿貝數(shù)按照GB/T7962.1-2010規(guī)定的方法進(jìn)行測試。

(2)玻璃著色度(λ₈₀/λ₅)

使用具有彼此相對的兩個光學(xué)拋光平面的厚度為10±0.1mm的玻璃樣品，測定分光透射率，根據(jù)其結(jié)果而計(jì)算得出。

(3)玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)

按GB/T7962.16-2010規(guī)定的方法進(jìn)行測量。

(4)玻璃的密度(ρ)

按GB/T7962.20-2010規(guī)定的方法進(jìn)行測量。

(5)析晶上限溫度

采用梯溫爐法測定玻璃的析晶性能，將玻璃制成180*10*10mm的樣品，側(cè)面拋光，放入帶有溫度梯度的爐內(nèi)保溫4小時后取出，在顯微鏡下觀察玻璃析晶情況，玻璃出現(xiàn)晶體對應(yīng)的最高溫度即為玻璃的析晶上限溫度。

(6)玻璃生產(chǎn)成型中的析晶情況

玻璃在熔融、澄清、均化后，通過鉑金或鉑合金出料管流出到成型模具中成型為塊料或型料，玻璃冷卻后觀察玻璃內(nèi)部和表面，玻璃內(nèi)部或表面出現(xiàn)晶體表明玻璃析晶性能不足。玻璃內(nèi)部和表面沒有析晶晶體出現(xiàn)用“A”表示，內(nèi)部或表面有析晶晶體出現(xiàn)用“O”表示。

表1

表2

表3

表4

[玻璃預(yù)制件實(shí)施例]

將表1中實(shí)施例1-10所得到的光學(xué)玻璃切割成預(yù)定大小，再在表面上均勻地涂布脫模劑，然后將其加熱、軟化，進(jìn)行加壓成型，制作凹彎月形透鏡、凸彎月形透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等各種透鏡、棱鏡的預(yù)制件。

[光學(xué)元件實(shí)施例]

將上述玻璃預(yù)制件實(shí)施例所得到的這些預(yù)制件退火，在降低玻璃內(nèi)部的變形的同時進(jìn)行微調(diào)，使得折射率等光學(xué)特性達(dá)到所需值。

接著，對各預(yù)制件進(jìn)行磨削、研磨，制作凹彎月形透鏡、凸彎月形透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等各種透鏡、棱鏡。所得光學(xué)元件的表面上還可涂布防反射膜。

本發(fā)明為低成本且化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異的高折射低色散性的光學(xué)玻璃，折射率為1.77-1.85，阿貝數(shù)為40-48，以及所述玻璃形成的光學(xué)元件，能夠滿足現(xiàn)代新型光電產(chǎn)品的需要。