CN100351193C - 光学玻璃、预型件及其制造方法、光学元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供折射率(nd)是1.75～1.87，阿贝数(νd)是30～45的范围，不含有Ta₂O₅，低温软化性优良、低成本就可得到的光学玻璃及由所述光学玻璃构成的精密压制成型用预型件及光学元件，还提供所述预型件制造方法及光学元件的制造方法。光学玻璃，是含有以下的摩尔组成，B₂O₃ 30～45%、SiO₂ 2～15%、La₂O₃ 10～20%、TiO₂ 1～10%、ZnO 10～30%、Li₂O 2～15%、WO₃大于0%，10%以下、Nb₂O₅ 0～15%、ZrO₂ 0～10%，所述成分合计量超过95%，而且折射率(nd)是1.75～1.87，阿贝数(νd)是30～45的范围。由该光学玻璃构成的精密压制成型用预型件及光学元件。

Description

光学玻璃、预型件及其制造方法、光学元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有优良的光学特性及低温软化性的光学玻璃及精密压制成型用预型件(preform)及其制造方法、光学元件及其制造方法。

背景技术

作为生产性能优良、以高精度的形状和尺寸成形透镜等光学制品的方法，已知有精密压制成型法。在精密压制用玻璃中，存在着若成型温度达到600℃以上的高温时，则在压制用型模的表面产生损伤、或者型模材料的耐久性变低的问题，所以必须将玻璃化温度进而降低到600℃以下。可是，具有折射率(nd)是1.8附近，阿贝数(νd)是30～45左右的光学特性的光学玻璃，市售的这种玻璃，玻璃化温度(Tg)高达600℃以上，作为精密压制用玻璃是不适宜的。

为了解决这种问题，提出了加入大量LiO₂等的碱化物的玻璃。例如，特开平6-305769号公报记载的SiO₂-B₂O₃-La₂O₃-Ta₂O₅-ZnO-Li₂O系列玻璃就是其中的一个例子。在上述公报记载的玻璃中，为了降低玻璃化温度作为必要成分加入大量的Ta₂O₅。可是，Ta₂O₅原来就是稀有材料，近年来，作为电容材料的需要增加，价格迅速升高。因此，以稳定的价格提供使用大量Ta₂O₅的玻璃及大量生产这样的玻璃显然是困难的。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供一种光学玻璃、由上述玻璃构成的精密压制成型用预型件及光学元件，进而上述预型件的制造方法及光学元件的制造方法，该光学玻璃的折射率(nd)是1.75～1.87，而且阿贝数(νd)是30～45，不含有Ta₂O₅，低温软化性优良，而且以低成本就可得到。

本发明人等为了兼顾低成本和光学特性及低温软化性，对于即使不加入Ta₂O₅也可以得到显示优良的光学特性及低温软化性的光学玻璃进行了锐意的研究。其结果，发现用以下的玻璃就可以得到即使不加入Ta₂O₅也可以得到显示优良的光学特性及低温软化性的光学玻璃，从而完成了本发明。

本发明的第一实施方式是一种光学玻璃，其特征是用摩尔％表示含有以下的组成，

B₂O₃    30～45％

SiO₂     2～15％

La₂O₃   10～20％

TiO₂     1～10％

ZnO       10～30％

Li₂O     2～15％

WO₃      大于0％，10％以下

Nb₂O₅   0～15％

ZrO₂     0～10％

上述成分合计量超过95％，而且折射率(nd)是1.75～1.87，阿贝数(νd)是30～45的范围。

上述第一实施方式的光学玻璃，进而显示580℃以下的玻璃化温度(Tg)，另外，换算成厚度10mm时波长280～700nm的分光透射率为80％的波长是440nm以下，而且上述分光透射率为5％的波长是350nm以下。

本发明的第二实施方式是一种光学玻璃，其特征是含有作为必要成分的B₂O₃、SiO₂、La₂O₃、TiO₂、ZnO、Li₂O、WO₃，不含Ta₂O₅，同时含有作为任意成分的Nb₂O₅、ZrO₂，上述必要成分和任意成分的合计量超过95摩尔％，折射率(nd)是1.75～1.87，阿贝数(νd)是30～45的范围，换算成厚度10mm时波长280～700nm的分光透射率为80％的波长是440nm以下，而且上述分光透射率为5％的波长是350nm以下，玻璃化温度(Tg)是580℃以下。

本发明第一实施方式和第二实施方式的光学玻璃的比重最好是4.7以下。

进而，本发明也涉及以下的实施方式。

(1)由第一实施方式和第二实施方式的光学玻璃构成的精密压制成型用预型件。

(2)在(1)项中所述的精密压制成型用预型件，其特征是全表面是熔融状态的玻璃固化后形成的。

(3)在(1)或者(2)项中所述的精密压制成型用预型件，其特征是全表面由自由表面构成。

(4)精密压制成型用预型件的制造方法，其特征是从流出管流出的熔融玻璃流分离所需要重量的熔融玻璃，成型由第一实施方式或第二实施方式的光学玻璃构成的精密压制成型用预型件。

(5)由第一实施方式或第二实施方式的光学玻璃构成的光学元件。

(6)一种光学元件，其是由(1)～(3)项中任何一项所述精密压制成型用预型件或者(4)项所述的制造方法制造的精密压制成型用预型件进行精密压制成型后而得到的。

(7)一光学元件的制造方法，其是将精密压制成型用预型件加热、软化、精密压制成型后制造玻璃制光学元件的光学元件制造方法，其中，其特征是使用(1)～(3)项中任何一项所述精密压制成型用预型件或者(4)项所述的制造方法制作的精密压制成型用预型件。

(8)如(7)项所述的玻璃元件的制造方法，其特征是将精密压制成型用预型件加入到压制成型模内，一起加热预型件和压制成型模，进行精密压制成型。

(9)如(8)项所述的光学元件的制造方法，其中上述精密压制成型用预型件在加入压制成型模前预先进行加热。

按照本发明提供了不加入高价的钽，低温软化性及光学特性优良的光学玻璃、由上述光学玻璃构成的精密压制成型用预型件及其制造方法、由上述光学玻璃构成的光学元件及其制造方法。

附图说明

图1是精密压制装置的断面图；

图2表示本发明的预型件形状的一个例子的概要图。

具体实施方式

以下，更详细地说明本发明。

第一实施方式

本发明的第一实施方式是一种光学玻璃，其特征是用摩尔％表示含有，

B₂O₃    30～45％

SiO₂     2～15％

La₂O₃   10～20％

TiO₂     1～10％

ZnO       10～30％

Li₂O     2～15％

WO₃      大于0％，10％以下

Nb₂O₅   0～15％

ZrO₂     0～10％，

上述成分合计量超过95％，且折射率(nd)是1.75～1.87，阿贝数(νd)是30～45的范围。

在本实施方式中，限定上述各成分的组成范围的理由如下。但是不受本实施方式的限制，在以下的说明中，各成分的含量是以摩尔％表示的。

B₂O₃是构成玻璃的网孔结构的成分，是为了对于玻璃给予低分散性，降低软化温度的必不可少的成分。对于其含量不足30％时，玻璃化温度变高的同时，不能维持所需要的光学常数，与此相反，若超过45％时，担心玻璃的耐久性和耐酸性恶化。因此，其含量限制在30～45％的范围。更优选的是32～42％的范围。

SiO₂是与B₂O₃相同地构成玻璃网孔结构的主成分，是为了提高玻璃的耐久性必不可少的成分。对于其含量不足2％时，玻璃的耐失透明性急剧变坏，另一方面，若加入超过15％时，不能维持低温软化性的同时，不能维持所希望的光学常数。因此，其含量限制在2～15％的范围。更优选的是3～12％的范围。

La₂O₃是为了提高玻璃的耐久性及耐气候性，也是为了赋予所希望的光学常数必不可少的。可是，若其含量超过20％时，则玻璃折射率可能比目标范围高，热的耐失透明性也变坏，所以必须抑制在20％以下。相反，若不足10％，由于不能得到所希望的光学常数，所以其含量限制在10～20％的范围。更优选的是11～18％的范围。

TiO₂是为了调整玻璃光学常数、改善耐失透明性和化学耐久性而加入的成分。若其含量超过10％变多时，由于不能保持玻璃的阿贝数(νd)在30以上，且耐失透明性也恶化，所以其含量必须限制在10％以下。另一方面，若其含量比1％少时，玻璃的耐失透明性大大恶化，液相温度也变高，可能不能作成压制成型用预型件，所以其含量必须作成1％以上。更优选的是2～8％的范围。

ZnO是为了维持玻璃的低温软化性和高耐气候性的非常重要的成分。特别是若代替以往的光学玻璃大多使用的BaO加入多量的ZnO时，可大幅度地改善玻璃的耐失透明性和耐气候性。对于具有与本发明的第一方式的玻璃相同的光学常数的以往的玻璃，ZnO作为表现出与BaO和CaO相同的光学常数的调整效果的成分而被使用着。与此相反，在本发明的第一方式的光学玻璃的组成系中，ZnO与其他的2价成分比较，显示了大幅度地提高玻璃的耐失透明性的效果，且在低温软化性的改善和光学常数的调整上是最优良的成分。对于其含量不足10％时，不能维持目标的耐失透明性和低温软化性，另一方面，加入量多于30％时，相反，由于玻璃的稳定性恶化，液相温度也急剧上升，所以担心防碍从熔融玻璃成形预型件的热轧预型件成型。因此，其含量限制在10～30％的范围。更优选的是10～25％、最优选的是12～22％的范围。

Li₂O是为了改善玻璃的低温软化性而加入的成分。对于其含量不足2％时，软化温度变高，压制困难，另一方面，若加入超过15％时，由于玻璃的液相温度急剧变高，耐气候性也恶化，所以其含量限制在2～15％的范围。更优选的是3～12％的范围。

WO₃具有提高玻璃的折射率，抑制失透明趋势，降低熔融玻璃的高温粘性的效果。若不加入WO₃，由于难以稳定地制作玻璃，所以在本实施方式中是必要成分。可是，若超过10％时，由于玻璃的着色趋势增大，所以优选的是将其含量抑制在10％以下。因此，其含量限制在大于0％、10％以下。更优选的范围是0.1～10％、最优选的范围是0.5～8％。

Nb₂O₅对于提高玻璃的折射率，改善耐失透明性和化学的耐久性是非常有效的，但若超过15％，玻璃容易失去透明性。因此，其含量限制在0～15％。为了得到上述效果，优选的是作成2～15％，更优选的是作成2～10％。

ZrO₂是提高玻璃的耐气候性及耐失透明性和调整光学常数所使用的任意成分。特别是在将少量的ZrO₂加入到玻璃时，可大幅度地改善玻璃的耐失透明性，为了热轧预型件成型进行必要的低液相温度化，优选的是加入少量的ZrO₂。可是，若其含量大于10％，则难以得到所希望的光学常数，同时，低温软化性也恶化，所以将其含量作成0～10％。更优选的是0～8％、最优选的范围是1～8％。

优选的是含有上述任意成分Nb₂O₅或ZrO₂，更优选的是含有Nb₂O₅及ZrO₂。特别是其含量，优选的是在0％＜Nb₂O₅+ZrO₂＜18％的范围，更优选的是在1％＜Nb₂O₅+ZrO₂＜16％的范围。

进而，从为了达到上述所希望的目的看，使B₂O₃、SiO₂、La₂O₃、TiO₂、ZnO、Li₂O、WO₃、Nb₂O₅、ZrO₂的合计量超过95％、优选的是98％以上、更优选的是99％以上、特别优选的是100％。但是，除了上述成分，在比例以外可添加0～2％的Sb₂O₃、更优选的是0～1％、特别优选的是大于0％小于1％。另外，通常使用的脱泡剂也可以在比例以外添加，但考虑到环境影响，最好不要添加As₂O₃。

而且，在本发明的光学玻璃中，除了上述成分外，在不使玻璃特性恶化的范围内也可以添加少量的P₂O₅、Na₂O、K₂O、CaO、SrO、BaO、Y₂O₃等成分。例如，可以加入CaO 0～5％(不包括5％)、Y₂O₃ 0～5％(不包括5％)。或者也可加入氟，但是从熔融玻璃直接制作预型件时，由于挥发可能产生不良的情况，所以在考虑挥发时，希望不要加入氟。

另外，从对环境的影响来看，除了不加入上述的砷化合物外，也应该尽量避免加入铅化合物、镉化合物等的有毒物质和、铀、钍等的放射性物质。

另外，本实施方式的光学玻璃，由于是低成本化，所以最好不要含有Ta₂O₅。本实施方式的光学玻璃不含有Ta₂O₅，通过上述的组成可以实现适于低Tg精密压制的光学玻璃。此外，所说的不含有Ta₂O₅是指作为玻璃原料是不使用钽化合物，并不是排除了杂质的混入。

本发明的第一实施方式中，优选的组成是B₂O₃ 32～42％、SiO₂ 3～12％、La₂O₃ 11～18％、TiO₂ 2～8％、ZnO 10～25％、Li₂O 3～12％、WO₃0.1～10％、Nb₂O₅ 2～15％、ZrO₂ 0～10％，更优选的是B₂O₃ 32～42％、SiO₂ 3～12％、La₂O₃ 11～18％、TiO₂ 2～8％、ZnO 12～22％、Li₂O 3～12％、WO₃ 0.5～8％、Nb₂O₅ 2～15％、ZrO₂ 0～8％，最优选的是B₂O₃ 32～42％、SiO₂ 3～12％、La₂O₃ 11～18％、TiO₂ 2～8％、ZnO 12～22％、Li₂O 3～12％、WO₃ 0.5～8％、Nb₂O₅ 2～10％、ZrO₂ 1～8％。

以下说明本发明的光学常数。本实施方式的折射率(nd)是1.75～1.87、阿贝数(νd)是30～45。从得到低转化温度、高光线透射性、热轧成型性、高耐失透明性的玻璃看，优选的是折射率(nd)是1.76～1.87、阿贝数(νd)是30～45的光学常数，更优选的是折射率(nd)是1.80～1.87、阿贝数(νd)是30～45的光学常数，进而优选的是折射率(nd)是1.80～1.87、阿贝数(νd)是33～45的光学常数，最优选的是折射率(nd)是1.81～1.86、阿贝数(νd)是33～44的光学常数。

本实施方式的玻璃的低软化性特征是通过玻璃化温度(Tg)来赋予的。本实施方式中，玻璃化温度(Tg)是580℃以下，优选的是570℃以下。通过玻璃化温度(Tg)在上述范围内可以得到良好的压制成型性，特别是良好的精密压制成型性。精密压制成型是将压制成型模的成型面的反向形状精密地复制在加热软化了的玻璃上，制造作为最终目的的玻璃制品的方法。通过精密压制成型得到玻璃制光学元件的方法也被称为模塑光学成型法，压制成型后不需要施以机械加工就可以形成具有透射光学元件的光线、反射、折射、衍射的使用的光学功能的面(光学功能面)，特别是适合于非球面透镜的非球面的成型的方法。在精密压制成型中，反复使用压制成型型模中，为了不损伤型模的成型面，必须在更低的温度下进行压制成型。所以，适用于在低温下可压制成型的玻璃的精密压制成型。

本实施方式的玻璃最好具有优良的分光透射特性。玻璃的分光透射特性是根据两面平行而且研磨了的厚度10mm的上述玻璃构成的试样的分光透射率来进行评价的。分光透射率是也包括表面反射损失量的玻璃试样的透射率，如公知的那样是与试样的厚度有一定的关系。因此，分光透射率的测定不一定需要厚度10mm，可以将实测的分光透射率使用上述的公知关系换算成厚度10mm后求出。本实施方式的玻璃，其分光透射特性，波长280～700nm中的分光透射率为80％的波长(以下称为λ80)是440nm以下，而且分光透射率为5％的波长(以下称为λ5)是350nm以下。另外，具有上述分光透射特性的光学玻璃在大于λ80的波长，700nm以下的波长域中，分光透射率显示了比80％高的透射率。另外，随着由λ5向λ80波长的加长，分光透射率增加。另一方面，随着比λ5波长的变短，分光透射率减少。

这样，本发明的光学玻璃，最好在可见波长域的全域中具有高的分光透射率。具有这样的分光透射特性的光学玻璃，着色极少，是无色透明的玻璃，适用以摄像光学系为主的各种光学元件的材料。

本实施方式的玻璃适合于精密压制成型的理由如上所述，但是在精密压制成型中为了防止型模成型面或型模成型面上所形成的脱型膜的氧化，大多是在氮气、氮气和氢的混合气体等的非氧化性氛围中处理玻璃。本实施方式的玻璃中含有TiO₂、Nb₂O₅、WO₃那样的容易还原的金属氧化物成分。将这样的玻璃在非氧化性氛围气中加热时，上述的金属被还原，其结果，有时在可见域内显示吸收，但是本实施方式的玻璃在精密压制成型后也不会损伤上述的分光透射特性。因此，本实施方式的由玻璃构成的精密压制成型品的分光透射特性作为光学元件使用是极其良好的。

以下说明本实施方式的玻璃的比重。具有本实施方式组成的光学玻璃虽然具有高折射率，但是比重没有那么大。玻璃的比重大时，则使用该玻璃的光学元件，或者光学设备的重量变重。例如，用多枚的单个透镜组成的的相机镜头，具有自动聚焦功能的是用电气驱动***驱动、调整单个透镜的相互间的位置。此时，单个透镜的重量大时，则聚焦所消耗的电功率变大，电池消耗显著地增加。抑制高折射率的玻璃比重是解决上述问题的有效办法之一。因此，本实施方式的光学玻璃作为光学元件的原料是合适的，优选的是比重为4.7以下的玻璃，更优选的是4.6以下。另外，本实施方式的光学玻璃的比重大约在4以上是适当的。在本实施方式中，由于共存ZnO和Li₂O，所以可以减少玻璃的比重。进而，通过共存两成分可以降低玻璃化温度(Tg)及可以改善分光透射特性(减少着色)。

第二实施方式

以下具体地说明本发明的第二实施方式。

本实施方式是一种光学玻璃，其特征是作为必要成分含有B₂O₃、SiO₂、La₂O₃、TiO₂、ZnO、Li₂O、WO₃的同时，作为任意成分含有Nb₂O₅、ZrO₂，上述必要成分和任意成分的合计量是大于95摩尔％，折射率(nd)是1.75～1.87，阿贝数(νd)是30～45，换算成厚度10mm时波长280～700nm中的分光透射率为80％的波长是440nm以下，而且上述分光透射率为5％的波长是350nm以下，玻璃化温度(Tg)是580℃以下。

对于本实施方式的组成进行说明。本实施方式通过使上述必要成分共存，必要成分和上述任意成分的合计量超过95摩尔％，赋予所希望的光学常数，赋予低玻璃化温度、改善分光透射特性、抑制比重的增加、良好的耐失透明性、化学的稳定性、热轧成型性。从上述的观点看，优选的是含有任意成分Nb₂O₅或ZrO₂，更优选的是含有Nb₂O₅和ZrO₂。另外，上述必要成分和任意成分的合计量，优选的是作成98％以上，更优选的是作成99％以上，最优选的是作成100％。但是，除了上述成分之外，可以比例外添加Sb₂O₃ 0～1.5％、更优选的是0～1％、最优选的是大于0％小于1％。若多量加入Sb₂O₃时，在精密压制成型时，在压制成型的成型面上容易发生损伤。而且，在以重量％表示时，Sb₂O₃的比例外添加量，优选的是作成1.8％以下。此外，也可比例外添加通常使用的脱泡剂，但考虑环境影响，不要添加As₂O₃。另外，本实施方式的光学玻璃，为了低成本化，优选的是不含有Ta₂O₅。本实施方式的光学玻璃，虽不含有Ta₂O₅，也可以低Tg实现适合精密压制的光学玻璃。而且，所说的不含有Ta₂O₅是指不将钽化合物作为玻璃原料使用，并不排除作为杂质的混入。

而且，在本实施方式的光学玻璃中，除了上述成分，也可在不使玻璃特性的恶化的范围内添加少量的P₂O₅、Na₂O、K₂O、CaO、SrO、BaO等的成分。也可加入氟，但在从熔融玻璃块直接成型预型件时，从避免因挥发产生坏影响的观点，优选的是不加入氟。

另外，从环境影响等观点看，除了不加上述的砷化合物，也应该排除铅化合物、镉化合物等的有毒物质或铀、钍等的放射性物质。

本实施方式的光学玻璃的各成分的优选的含量是如以下(各含量是用摩尔％表示)B₂O₃ 30～45％、SiO₂ 2～15％、La₂O₃ 10～20％、TiO₂1～10％、ZnO 10～30％、Li₂O 2～15％、WO₃大于0％，10％以下。进而优选的是以摩尔％表示，含有Nb₂O₅ 0～15％、ZrO₂ 0～10％。

本实施方式的光学常数、玻璃化温度(Tg)、分光透射特性、比重以及上述各特性的优选的范围和其理由是与第一方式的说明相同的。

另外，在本发明的第一及第二的实施方式中，光学玻璃的屈服点，优选的是580℃以下。若在580℃以下，则压制成型时不产生发泡、外裂纹、表面纹理等的问题，可得到平坦性、平滑性优良的光学玻璃。另外，本发明的第一及第二的方式的光学玻璃的液相温度，优选的是1000℃以下。若液相温度在1000℃以下，容易熔融玻璃，操作性优良。

精密压制成型用预型件和其制造方法

接着，说明本发明的精密压制成型用预型件。

所说的压制成型用预型件是指在加热、软化后用于供给压制成型的玻璃成形体，是由对应压制成型品的重量所需要重量的玻璃构成。其形状是适合压制成型的形体，可举出球状、扁平球状、旋转椭圆体等。

作为优选的形状，可举出具有一个旋转对称轴，在包括上述旋转对称轴的断面上具有园滑的轮廓线，该轮廓线上没有角和凹陷，例如，可举出上述断面中将短轴与旋转对称轴一致的椭圆作为轮廓线。另外，如图2所示，在将上述断面上的预型件的轮廓线上的点和旋转对称轴上的预型件的重心G的连接线和在上述轮廓线上的点与轮廓线相接的切线所构成角的一方角的角度作为θ时，优选的是，在上述点从旋转对称轴上的点a出发沿轮廓线移动时，θ从90度单调增加，接着单调减少后，单调增加后在到达轮廓线与旋转对称轴相交的另一方的点b上时，成为90度的形状。在包括上述旋转对称轴的任意的断面上，最好角度θ是按照上述那样地变化。

本发明的精密压制成型用预型件构成了上述第一或者第二实施方式的光学玻璃。另外，为了提高压制成型时的脱模效果和润滑效果，也可以在预型件表面形成碳膜等的薄膜。该碳膜可用蒸镀法形成。另外，也可用化学汽相堆积法形成氢化碳膜。这样地，在预型件表面形成含碳膜时最好在预型件的全表面形成。

构成上述第一或者第二实施方式的光学玻璃的本发明的压制成型用预型件是精密压制成型用预型件。其理由是，由于构成上述的预型件的玻璃是具有低软化特性的光学玻璃，同时经过精密压制成型也不损伤上述的分光透射率特性的缘故。

这里所说的“精密压制成型”也可称为模塑光学成型法是通过压制成型形成光学功能面形状的方法。在后述的将熔融玻璃块直接成型预型件时，预型件的表面最好是自由表面，如果是机械加工制作时，最好将预型件的表面作成光学研磨面。

本发明的精密压制成型用预型件是通过以下的方法制作的，例如熔融玻璃原料，脱泡清澄、搅拌均匀化后制作不含有泡的均质熔融玻璃，通过将该熔融玻璃成形预型件的方法或者通过将上述的熔融玻璃成形为可用于加工预型件的成形体，在该成形体施以机械加工(例如，切断、研削、研磨)作成预型件的方法来制作的。特别优选的是从由流出管流出的熔融玻璃流分离所需重量的熔融玻璃成型为预型件的方法。例如，将上述熔融玻璃从管中连续且以一定的速度流出熔融玻璃流，从熔融玻璃流的前端分离所需重量的熔融玻璃流，在软化状态期间成型，冷却制作预型件的方法，或者将熔融玻璃通过管，连续且以一定的速度流过，从管流出口滴下所需重量的熔融玻璃滴，成型该熔融玻璃滴，冷却后制作预型件的方法。这样，使用熔融玻璃，在玻璃软化状态间成型预型件的方法称为热轧预型件成型，而在第一及第二的实施方式的玻璃都是玻璃化温度低，将流出时的粘性调整为适合成型的范围，所以不会使玻璃失去透明性，可以成型为压制成型用预型件。由于热轧制成型是从目的重量的熔融玻璃成型为预型件，所以不会发生由于表面的机械加工而产生加工痕迹，可以生产重量精度高的预型件。

进而，使用在成型模等上用风压使分离出的所需重量的熔融玻璃一边上浮一边成型预型件的方法和、用液体氮等冷却常温、常压下是气体的物质作成液体的介质中加入熔融的玻璃滴成形为预型件的方法时，可以制造没有伤痕、污迹、表面变质等的光滑表面、全表面是熔融状态的玻璃固化后形成的面的预型件和、全表面是自由表面构成的预型件。特别优选的本发明的精密压制成型用预型件，其全表面是固化熔融状态的玻璃后形成的自由表面。

而且，所说的“全表面是固化熔融状态的玻璃形成的面”，是指与用于成型的型模接触后可以有型模表面被复印的部位，而“全表面是自由表面”是指与型模接触后没有型模表面被复印的部位。

在精密压制成型中，大多预型件的表面作为最终制品的光学元件表面而残留下来，为此，若有加工痕迹时，则会造成光学元件表面附近有缺陷。可是，若通过热轧预型件成型时，由于可制作表面附近没有缺陷的预型件，所以可通过精密压制成型提供生产性好高质量的光学元件。

上述各预型件的重量最好是在40mg至10g范围。还有，当在球状预型件的情况下，预型件的重量较好为40mg至700mg，更好是100mg至400mg。当具有1个旋转对称轴的预型件的情况下，预型件的重量最好是300mg至10g。

光学元件和其制造方法

本发明的光学元件是由第一或第二实施方式的光学玻璃构成的光学元件或者将上述精密压制成型用预型件精密压制成型得到的光学元件。作为光学元件，可举出透镜(非球面透镜、球面透镜、筒状透镜、杆状透镜等)、透镜组、棱镜、衍射光栅、各种光学基板等。而且，这些光学元件，根据需要也可形成防反射膜、部分反射膜、全反射膜等的光学薄膜。

以下，说明本发明的光学元件的制造方法。该制造方法中，可将上述精密压制成型用预型件加热、软化，进行精密压制成型后制造玻璃制光学元件。其说明图如图1所示。若用精密压制成型，对于非球面透镜、衍射光栅等的机械加工很费事的光学元件的光学功能面可用精密压制成型形成，所以可以高生产率地批量生产机械加工难的光学元件。对于精密压制成型、预型件的加热、软化可使用公知的方法。得到的光学元件的分光透射率特性优良，形状精度等也良好。

本发明的光学元件，可将精密压制成型用预型件加入到压制成型模中，预型件与压制成型模一起加热，按照精密压制成型的制造方法可以制造。上述制造方法中，精密压制用预型件也可以在加入压制成型模前预先被加热。

上述制造方法中，在将精密压制成型用预型件加入压制成型模后，预型件与压制成型模一起加热的温度，最好是表示构成预型件的玻璃的10⁶～10¹²dPaS的粘度的温度。另外上述玻璃优选地是冷却到表示10¹²dPaS以上、更优选的是10¹⁴dPaS以上、最优选的是10¹⁶dPaS以上粘度的温度后将精密压制成型品从压制成型模取出。按照上述条件可以将压制成型的成型面的形状通过玻璃进行复印，不发生变形地取出精密压制成型品。

进而，在上述制造方法中，在将精密压制用预型件加入成型模前可预加热，这样可缩短周期时间，可以制造表面没有缺陷、面精度良好的光学元件。

精密压制成型用预型件在加入压制成型模后，预型件与压制成型模一起加热的温度最好是比上述预型件的预热温度低。这样，在导入压制成型模前，通过预加热预型件，在将精密压制成型用预型件导入压制成型模后，可以将预型件与压制成型模一起加热的温度控制在低的范围，所以可以减少压制成型的能量消耗。

上述预型件的预热温度最好是表示构成上述预型件的玻璃10⁹dPaS以下、优选的是10⁹dPaS的粘度的温度。另外，最好是一边使上述预型件浮起一边进行预热，进而，将构成上述预型件的玻璃最好预热到表示10^5.5～10⁹dPaS、优选的是10^5.5dPaS以上10⁹dPaS以下粘度的温度。另外最好在压制开始的同时或者压制的中途开始玻璃的冷却。而且，如以上所述，精密压制成型用预型件在加入压制成型模后，预型件与压制成型模一起加热的温度可以控制在低于上述预型件的预热温度。这时，与预型件一起加热压制成型模的温度可控制在表示构成上述预型件的玻璃10⁹～10¹²dPaS的粘度的温度作为目标。在该方法中，压制成型后上述玻璃的粘度冷却到10¹²dPaS以上后进行脱模。

精密压制成型了的光学元件从压制成型模取出，根据需要可缓慢冷却。成型品是透镜等光学元件时，根据需要可在表面包覆光学薄膜。

这样，就可以制造透镜(非球面透镜、球面透镜、筒状透镜、杆状透镜等)、透镜组、棱镜、衍射光栅、各种光学基板等。

而且，作为透镜的形状，可得到凸弯月透镜、凹弯月透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等的各种形状的透镜。

实施例

以下用实施例更具体地说明本发明，但是本发明不受这些实施例的限制。

实施例1～32

按照表1所述的组成以规定的比例称量250～300g作为B₂O₃、SiO₂、La₂O₃、TiO₂、ZnO、Li₂O、WO₃、Nb₂O₅、ZrO₂、Y₂O₃、CaO等的玻璃成分原料的对应氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、氟化物、氢氧化物等，充分混合后组成调和批量剂，将其加入白金坩锅内，在1200～1250℃下一边搅拌，一边在空气中进行2～4小时玻璃的熔解。熔融后，将玻璃熔融液注入40×70×15mm的碳模内，放置冷却到玻璃的转化温度后，立即放入到退火炉内，在玻璃化温度的范围内进行大约1小时的退火，在炉内放置到室温。用显微镜观察得到的玻璃没有析出结晶。

表1中除了上述的玻璃组成外，表示了对各玻璃测定了的光学常数(折射率nd、阿贝数νd)、玻璃化温度(Tg)、比重、λ80和λ5。这些折射率(nd)、阿贝数(νd)、玻璃化温度(Tg)、比重、λ80和λ5可用以下方式测定。

(1)折射率(nd)及阿贝数(νd)

是对以-30℃/h缓冷降温速度得到的光学玻璃进行测定的。

(2)玻璃化温度(Tg)

是用理学电机株式会社的热机械分析装置以升温速度为4℃/分钟进行测定的。

(3)分光透射率(λ80、λ5)

是使用研磨成10±0.1mm厚度的玻璃，测定从280nm到700nm的波长区域的分光透射率(包括表面反射损失)。另外，对于着色度，分别用λ80、λ5表示显示透射率80％和5％的波长。另外，λ80、λ5的有效数字是2位。

(4)比重

比重使用阿基米德法进行测定。

表1

实施例33

溶解得到的与实施例1～32相同组成的玻璃的脱泡清澄、均质化了的熔融玻璃。接着，将该熔融玻璃以一定的流量连续地通过白金合金制的耐热管，从管的顶端向受模中滴下，加入使得从受模放出气体的风压，使其浮上成型为球状的预型件。而且，由于从管顶端滴下的熔融玻璃滴是以一定的间隔一个接一个地滴下的，所以可以用多个受模顺次地接受成型。这样可以制作由对应于实施例1～32的玻璃所形成的规定重量的球状预型件。

同样，从流出管将上述熔融玻璃流以一定速度连续地流出，该熔融玻璃流顶端部用受模接受，顶端部和流出管间的熔融玻璃流形成缩颈部后将受模离开管，从缩颈部分离熔融玻璃流顶端部。而且，将分离了的熔融玻璃块按与上述方法同样的方法使其上浮形成球状的预型件。准备多个受模，顺次地使用该受模从连续流出的熔融玻璃成型多量的预型件的方法是与上述相同的。

该方法可以制造直径2～30mm的球状预型件。这些预型件的重量是整齐的，其内部及表面也良好。另外，上述各预型件的全表面是由熔融状态的玻璃固化而形成的，清净而光滑，由自由表面构成的。另外，在预型件的全表面没有看到伤痕、失透射、纹理等的缺陷。

因此，上述的方法作为精密压制成型用预型件的制造方法是合适的。

实施例34

接着加热、软化实施例33所制造的压制成型用预型件，使用图1所示的压制装置精密压制成型后得到非球面的透镜。具体的是，在具有反转透镜形状的非球面形状的下模2和上模1间静置预型件后，石英管11内的氮气氛下加热器12通电加热石英管11。将成型模内的温度设定成比玻璃化温度(Tg)高50～100℃，在保持该温度下，下降压制棒13，押下上模1后将成型模内的预型件压制成型。压制的条件是成型压力是8Mpa、成型时间是30秒。压制后降低成型压力，将压制成形的玻璃成型品在与下模2及上模1接触的状态下慢慢冷却到比玻璃化温度(Tg)低30℃的温度，接着急冷到室温，从成型模取出成形为非球面透镜的玻璃。得到的非球面透镜是极其精度高的透镜，分光透射率特性也良好。

而且，上述精密压制成型是将预型件加入压制成型模后，预型件和压制成型模一起加热后而进行的，但是也可以在加入成型模前对预型件进行预热。

按照本发明，可以提供光学玻璃，其不加入Ta₂O₅，具有折射率(nd)是1.75～1.87，阿贝数(νd)在30～45的范围的光学常数及580℃以下的低玻璃化温度。本发明的光学玻璃，由于完全不使用高价的钽，所以也可廉价稳定地提供具有折射率(nd)是1.75～1.87，阿贝数(νd)在30～45的范围的光学常数及580℃以下的低玻璃化温度的光学玻璃。另外，可以提供具有上述光学常数的且有良好分光透射率特性的光学玻璃。进而在抑制比重增大的同时，可以确保上述的光学常数，所以也可以提供抑制重量的光学元件的玻璃材料。

另外，按照本发明的精密压制成型用预型件及其制造方法，提供了用于压制成型来制造具有上述光学常数的光学元件的预型件及其制造方法。另外，由于不加入高价的钽，所以可稳定地提供廉价的预型件。

进而，按照本发明的光学元件及其制造方法，可以提供应用上述光学玻璃及预型件所具有的特性、特长，得到具有良好的分光透射率特性的光学元件及其制造方法。此外，由于使用不含有钽的玻璃材料，所以可稳定地提供廉价的光学元件。

Claims (11)

1.一种光学玻璃，其特征是，含有以下的摩尔％组成，

B₂O₃    30～45％

SiO₂     2～15％

La₂O₃   10～20％

TiO₂     1～10％

ZnO       10～30％

Li₂O     2～15％

WO₃      大于0％，10％以下

Nb₂O₅   0～15％

ZrO₂     0～10％

所述成分合计量超过95％，而且折射率nd是1.75～1.87，阿贝数νd是30～45的范围。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征是，玻璃化温度Tg是580℃以下。

3.一种精密压制成型用预型件，其是由权利要求1～2中任何一项所述的光学玻璃构成的。

4.根据权利要求3所述的精密压制成型用预型件，其特征是，全表面为熔融状态的玻璃固化后形成的。

5.根据权利要求3所述的精密压制成型用预型件，其特征是，全表面由自由表面构成。

6.一种精密压制成型用预型件的制造方法，其特征是，从由流出管流出的熔融玻璃流分离所需要重量的熔融玻璃，成型权利要求3所述的精密压制成型用预型件。

7.一种光学元件，其是由权利要求1～2中任何一项所述的光学玻璃构成的。

8.一种光学元件，其是使用由权利要求3～5中任何一项所述精密压制成型用预型件或者权利要求6所述的制造方法制造的精密压制成型用预型件精密压制成型后而得到的。

9.一光学元件的制造方法，其是将精密压制成型用预型件加热、软化、精密压制成型后制造玻璃制光学元件，其特征是，使用权利要求3～5中任何一项所述精密压制成型用预型件或者权利要求6所述的制造方法制作的精密压制成型用预型件。

10.根据权利要求9所述的光学元件的制造方法，其特征是，将精密压制成型用预型件引导到压制成型模内，一起加热预型件和压制成型模，进行精密压制成型。

11.根据权利要求10所述的光学元件的制造方法，其特征是，所述精密压制成型用预型件在引入压制成型模前预先进行加热。

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