專利名稱:一種光學玻璃及光學元件的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及玻璃技術領域,更具體地說,涉及一種光學玻璃及光學元件。
背景技術:
光學玻璃是用于制造光學儀器或機械系統(tǒng)中的透鏡、棱鏡、反射鏡和窗口等的玻璃材料。光學玻璃透光性能好,折光率高,被廣泛應用于制造眼鏡片、照相機、數(shù)字攝像機、 望遠鏡、顯微鏡和透鏡等光學儀器。近年來,隨著數(shù)碼相機、數(shù)字攝像機等日益流行,不僅對光學玻璃的需求持續(xù)擴大,并且對光學玻璃的性能也提出了更高的要求。具有高折射率、低色散的光學玻璃在現(xiàn)代成像設備中應用廣泛。例如例如,中國專利CN101360691A公開了一種光學玻璃,具有折射率為1. 5 1. 65以及阿貝數(shù)為50 65 的光學常數(shù)。中國專利CN1704369A公開了一種光學玻璃,具有折射率1. 85 1. 90、阿貝數(shù) 40 42范圍的光學常數(shù)。目前,具有折射率為1. 86 1. 89、阿貝數(shù)為38. 5 42. 0的光學參數(shù)的光學玻璃得到了廣泛的研究。為了達到上述光學性能,通常在組份中引入大量的Ta2O5,例如,申請?zhí)枮?00810304963. 5的中國專利文獻報道了一種高折射低色散的光學玻璃,其質量百分比組成為6% 17% 的 B2O3 ;2wt% IOwt %的 SiO2 ;大于 25% 小于 45% 的 Lei2O3 ;5wt% 25wt%^ Gd2O3,大于 19wt%、小于 27wt%^ Ta2O5 ;大于 0. Olwt %、小于 0. Iwt % ^ Sb2O30上述報道的光學玻璃中,Ta2O5是制造高折射低色散光學玻璃的必要組份,可以有效提高光學玻璃折射率。但是,Ta2O5作為一種稀土原料,價格昂貴。上述報道的光學玻璃中Ta2O5的含量較高,從而導致光學玻璃的成本較高。因此,設計和制造Ta2O5的含量較低且具有折射率為1. 86 1. 89、阿貝數(shù)為38. 5 42. 0,的光學參數(shù)的光學玻璃勢在必行。此外,申請?zhí)枮?00910001182. 3的中國專利文獻報道了折射率1.9以上,阿貝數(shù) 38以下的光學玻璃,其組成中含有TiO2用于減小光學玻璃的阿貝數(shù)。但是,TiO2對玻璃著色影響較大,降低光學玻璃的透光性能。由于光學系統(tǒng)和元件對玻璃材料的透光性能的要求越來越高,因此,如果玻璃的透光性能較差,將導致交換透鏡的透射光量減少。所以,在滿足高折射低色散的性能的同時,需要提高光學玻璃的透光性能。
發(fā)明內容
有鑒于此,本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種Ta2O5的含量較低,折射率為 1. 86 .89、阿貝數(shù)為38. 5 42. 0,透射比達到70%時對應的波長在380nm以下的光學玻璃及光學元件。本發(fā)明提供一種光學玻璃,包括以下成分2wt % IOwt % 的 SiO2 ;8wt% 化03 ;
25wt % 45wt % 的 Lei2O3 ;
IOwt % 35wt % 的 Gd2O3 ;
2wt % IOwt % 的 ZiO2 ;2. lwt% 3.WO3 ;5wt % 12. 9wt % 的 Tei2O5 ;Owt % 5wt % 的 103+Yb203 ;Owt % 5wt % 的 Nb2O5 ;Owt % 5wt % 的 ZnO ;Owt % 3wt % 的 BaO ;Owt % 3wt % 的 SrO ;
Owt % 3wt % 的 CaO。優(yōu)選的,包括6wt % 9wt % 的 S i O2。優(yōu)選的,包括IOwt % 14wt % 的 &03。優(yōu)選的,包括30wt % 40wt % 的 Lei2O3。優(yōu)選的,包括15wt % 30wt % 的 Gd2O3。優(yōu)選的,包括··20wt % 30wt % 的 Gd2O3。優(yōu)選的,包括2. 5wt % 3. 9wt % 的 WO3。優(yōu)選的,包括% 3. 9wt % 的 WO3。優(yōu)選的,包括6wt % 1 Iwt % 的 Tei2O5。優(yōu)選的,包括7wt% IOwt %的 Tei2O5。優(yōu)選的,包括Iwt % 4wt % 的 103+Yb203。優(yōu)選的,包括Iwt % 4wt % 的 Nb2O3。優(yōu)選的,包括Iwt 5wt% 的 ZnO。優(yōu)選的,折射率為1. 86 1. 89 ;阿貝數(shù)為38. 5 42. 0。優(yōu)選的,透射比達到70%時,對應的波長在380nm以下。本發(fā)明還提供一種上述技術方案所述的光學玻璃形成的光學元件。本發(fā)明提供一種光學玻璃及光學元件,所述光學玻璃包括2wt % IOwt %的SiO2 ; 8wt% 15界{%的化03 ;25wt% 45wt% 的 Lei2O3 ; IOwt % ;35對%的 Gd2O3 ;2wt% IOwt % 的 ^O2 ;2. lwt% 3. 9界1%的103 ;5wt% 12. 9wt%^Ta205 ;0wt% 5wt% 的 403+Yl3203 ;Owt % 5wt % 的 Nb2O5 ;Owt % 5wt % 的 ZnO ;Owt % 3wt % 的 BaO ;Owt % 3wt % 的 SrO ; Owt % 3wt %的CaO。SiO2和化03是形成本發(fā)明光學玻璃的骨架組分,它們的引入可以提高玻璃的穩(wěn)定性并有利于改善玻璃的化學穩(wěn)定性,B2O3還可以降低玻璃高溫熔融粘度。La2O3 和Gd2O3是獲得高折射率低色散玻璃的必要組分。^O2能提高光學玻璃的黏度、硬度、化學穩(wěn)定性,降低玻璃的熱膨脹系數(shù)。在本發(fā)明中WO3不僅是一種改良光學玻璃抗失透性的組分,相對于引入TiA而言, 玻璃的透過率會明顯改善。Ta2O5是賦予光學玻璃高折射率和低色散特性的組分,同時可以有效增強玻璃穩(wěn)定性。與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明提供的光學玻璃在降低了 Ta2O5含量的同時,保證了本發(fā)明所述光學玻璃的光學參數(shù)及性能。實驗結果表明,本發(fā)明提供的光學玻璃折射率為1. 86 1. 89、阿貝數(shù)為38. 5 42. 0,透射比達到70%對應的波長在380nm以下, 滿足現(xiàn)代成像設備的需要,同時降低了成本。
具體實施例方式下面對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明提供一種光學玻璃,包括以下成分2wt % 1 Owt % 的 S i O2 ;8wt % 15wt % 的化03 ;25wt % 45wt % 的 Lei2O3 ;IOwt % 35wt % 的 Gd2O3 ;2wt % IOwt % 的 ^O2 ;2. Iwt % 3. 9wt % 的 WO3 ;5wt % 12. 9wt % 的 Tei2O5 ;Owt % 5wt % 的 103+Yb203 ;Owt % 5wt % 的 Nb2O5 ;Owt % 5wt % 的 ZnO ;Owt % 3wt % 的 BaO ;Owt % 3wt % 的 SrO ;Owt % 3wt % 的 CaO。SiO2是重要的玻璃形成體氧化物,以硅氧四面體Si04的結構單元形成不規(guī)則的連續(xù)網絡,是形成光學玻璃的骨架。SiO2具有維持玻璃抗失透性的作用。SiO2的含量限定為2wt % IOwt %,優(yōu)選為6wt % 9wt %,更優(yōu)選為5wt % 8wt %。在上述成分中,化03是一種形成光學玻璃的重要的氧化物,對于形成光學玻璃的網絡有效,能夠降低玻璃的膨脹系數(shù),提高玻璃的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性,增加玻璃的折射率,降低玻璃的軟化溫度和可熔溫度。B2O3的含量為8wty0 15wt%,優(yōu)選為IOwt % 14wt%。La2O3是獲得高折射率低色散玻璃的必要組分。La2O3的含量限定為25wt % 45wt%,優(yōu)選為30wt% 40wt%,更優(yōu)選為32wt % 38wt %,。La2O3的含量低于25wt% 時,光學玻璃的折射率下降;La2O3的含量高于45wt%時,光學玻璃的抗失透性下降。Gd2O3是提高玻璃折射率、增大阿貝數(shù)的有效成分。Gd2O3的含量限定為10wt% 35wt%,優(yōu)選為15wt% 30wt%,更優(yōu)選為20wt% 30wt%。Gd2O3的含量大于時, 光學玻璃的抗失透性下降,成玻璃性變差。ZrO2能提高光學玻璃的黏度、硬度、化學穩(wěn)定性,降低玻璃的熱膨脹系數(shù)。^O2的含量不足2%,上述效果不明顯,ZrO2的含量超過8%,玻璃難熔,易失透,因此^O2的含量優(yōu)選為2 8wt %,更優(yōu)選為4 8wt %,最優(yōu)選為5wt % 8wt %。Ta2O5是賦予光學玻璃高折射率和低色散特性的組分,可以有效增強玻璃穩(wěn)定性, Ta2O5含量高,玻璃成本升高,降低Tii2O5含量,則玻璃穩(wěn)定性下降。因此,Tii2O5的含量限定為5wt % 12. 9wt %,優(yōu)選為6wt % 1 Iwt %,更優(yōu)選為7wt % IOwt %。WO3在本發(fā)明中是一種改良光學玻璃抗失透性、調節(jié)光學常數(shù)的組分。本發(fā)明從成本考慮減少了 Ta2O5的引入量;同時,為了降低色散,保持成玻璃性,改良玻璃著色性能,在本發(fā)明中在降低Tii2O5添加量的同時添加適量的W03。本發(fā)明中,當WO3的含量在2. 以下時,達不到降低色散的作用,改良光學玻璃抗失透性的效果不明顯;超過3. 9wt%時,達不到本發(fā)明所要求的光學常數(shù),反而玻璃抗失透性變差,可見光區(qū)域的短波長區(qū)域的光線透射率變差,玻璃透過率變差。因此,為了使光學玻璃在可見光范圍的較短波長范圍內具有良好透光率,本發(fā)明中WO3的含量限定為 2. Iwt % 3. 9wt %,優(yōu)選為 2. 5wt % 3. 9wt %,更優(yōu)選為 3wt % 3. 9wt %。Y2O3, Yb2O3也可以起到提高光學玻璃折射率、調整光學常數(shù)的作用,在本發(fā)明中只能少量引入;當103與%203含量合計超過5wt%時,會引起玻璃耐失透性能惡化。所以IO3 與Yb2O3的含量合計優(yōu)選為Iwt % #t%。高折射低色散光學玻璃中引入Lii2O3的同時引入Gd2O3J2O3或Yb2O3,可以有效增加玻璃抗失透能力,成玻璃性與只弓I入La2O3相比有明顯改善。Nb2O5是賦予玻璃高折射率的組分,并且具有改進玻璃的抗失透性的作用。Nb2O5 含量高于5wt%時,會導致玻璃色散大幅升高,阿貝數(shù)降低。Nb2O5的含量限定為0wt% 5wt %,優(yōu)選為 Iwt % 4wt %。在本發(fā)明中適量引入ZnO具有助熔的作用,同時可以提高玻璃的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性。ZnO的含量超過5wt%,玻璃光學常數(shù)難以達到要求。因此,ZnO的含量限定為 Owt % 5wt %,優(yōu)選為Iwt % 5wt %,更優(yōu)選為2wt % 4wt %。BaO, SrO、CaO在本發(fā)明中適量引入可以加速熔化,但BaO、SrO、CaO任一含量超過 3 %,玻璃熔制困難,因此BaO、SrO、CaO含量限定為Owt % 3wt %,優(yōu)選不加入。本發(fā)明光學玻璃的折射率為1.86 1.89、阿貝數(shù)為38. 5 42.0,透射比達到 70%對應的波長在380nm以下。由于Ta2O5為稀土原料,價格昂貴。因此,本發(fā)明提供的光學玻璃在降低了 Ta2O5含量的同時,保證了本發(fā)明所要求的光學常數(shù)及性能,本發(fā)明提供的光學玻璃成本較低。本發(fā)明提供的光學玻璃的性能參數(shù)按照如下方法進行測試。其中折射率(nd)值為(_2°C /h)-(-6°C /h)的退火值,折射率與阿貝數(shù)按照《GB/ T 7962. 1-1987無色光學玻璃測試方法折射率和色散系數(shù)》測試。
將玻璃制作成IOmm士0. Imm厚度的樣品,測試玻璃在透射比達到70%對應的波長
人70。本發(fā)明還提供一種由上述技術方案所述的光學玻璃形成的光學元件。該光學元件具有上述光學玻璃的各種特性。本發(fā)明的光學元件具有1. 86 1. 89的折射率、38. 5 42. 0的阿貝數(shù),適用于數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機和照相手機等。對于本發(fā)明提供的光學玻璃的制備方法,并無特別限制,按照本領域技術人員熟知的方法進行制備。將原料進行熔化、澄清、均化后降溫,注入預熱的金屬模,退火得到光學玻璃。為了進一步了解本發(fā)明的技術方案,下面結合表1 2中具體的實施例,對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述,但是應當理解,這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點, 而不是對本發(fā)明權利要求的限制。表1實施例1 6提供的光學玻璃組分百分比及對應性能
權利要求
1.一種光學玻璃,其特征在于,包括以下成分 2wt% IOwt %的 SiA ;8wt% 化03 ;25wt% La2O3 ;IOwt % Gd2O3 ; 2wt% IOwt %的 ^O2 ;·2.Iwt % 3.WO3 ; 5wt% 12. TEI2O5 ; Owt % 103+Yb203 ; Owt % Nb2O5 ; Owt 5wt%^ ZnO ;Owt 3wt%^ BaO ; Owt % SrO ; Owt % CaO。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學玻璃,其特征在于,包括 6wt% SiO2。
3.根據(jù)權利要求1所述的光學玻璃,其特征在于,包括 IOwt % 化03。
4.根據(jù)權利要求1所述的光學玻璃,其特征在于,包括 30wt% 徹⑶的Lei2O3。
5.根據(jù)權利要求1所述的光學玻璃,其特征在于,包括 15wt% Gd2O3。
6.根據(jù)權利要求5所述的光學玻璃,其特征在于,包括 20wt% Gd2O3。
7.根據(jù)權利要求1所述的光學玻璃,其特征在于,包括 2. 5wt% 3.W03。
8.根據(jù)權利要求7所述的光學玻璃,其特征在于,包括 3wt% 3.W03。
9.根據(jù)權利要求1所述的光學玻璃,其特征在于,包括 6wt% TEI2O5。
10.根據(jù)權利要求9所述的光學玻璃,其特征在于,包括 7wt% IOwt %的 Tei2O5。
11.根據(jù)權利要求1所述的光學玻璃,其特征在于,包括 Iwt % 4wt % 的 103+Yb203。
12.根據(jù)權利要求1所述的光學玻璃,其特征在于,包括 Iwt % Nb2O3。
13.根據(jù)權利要求1所述的光學玻璃,其特征在于,包括 Iwt 5wt%^ ZnO。
14.根據(jù)權利要求1 13任意一項所述的光學玻璃,其特征在于,折射率為1.86 ·1. 89 ;阿貝數(shù)為38. 5 42.0。
15.根據(jù)權利要求1 13任意一項所述的光學玻璃,其特征在于,透射比達到70%時, 對應的波長在380nm以下。
16.一種權利要求1 15任意一項所述的光學玻璃形成的光學元件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學玻璃及光學元件,該光學玻璃包括2wt%~10wt%的SiO2;8wt%~15wt%的B2O3;25wt%~45wt%的La2O3;10wt%~35wt%的Gd2O3;2wt%~10wt%的ZrO2;2.1wt%~3.9wt%的WO3;5wt%~12.9wt%的Ta2O5。該光學玻璃在降低了Ta2O5含量的同時,保證了光學玻璃的折射率為1.86~1.89、阿貝數(shù)為38.5~42.0的光學參數(shù),透射比達到70%時對應的波長在380nm以下。
文檔編號C03C3/068GK102295409SQ201110157458
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權日2011年3月11日
發(fā)明者匡波, 孫偉, 李小春 申請人:成都光明光電股份有限公司