CN101172773B - 具有高折射率的精密成型用光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精密成型用光学玻璃，具有高折射率(nd)和低屈服温度(At)。光学玻璃以玻璃组分的重量百分比计包括64％到83％Bi2O3、4％到17％B2O3、0到12％GeO2(其中B2O3和GeO2共计10％到20％)、0到7％La2O3、0到7％Gd2O3(其中La2O3和Gd2O3共计1％到13％)、0到4％ZrO2、0到5％Ta2O5、0到15％ZnO、0到2％Sb2O3和0到1％In2O3。光学玻璃具有光学常数，也就是说，2.05到2.25的折射率(nd)和15到22的阿贝数(vd)，和510℃或更低温度的屈服温度(At)。
Description
技术领域
本发明涉及折射率(nd)为2.05或更高的精密成型用Bi2O3-B2O3光学玻璃。
背景技术
随着近年来数字光学装置的广泛深入发展，需要光学透镜具有较高性能且减小的尺寸。为满足这一需要，通过使用由精密成型方法制造的非球面透镜进行光学设计即显得至关重要。因而，需要用于这一非球面透镜的光学玻璃具有尽可能最高的折射率(nd)和尽可能最低的屈服温度(At)。在本文中，将屈服温度定义为玻璃膨胀随温度的增加而停止并且开始收缩时的温度，所述温度与玻璃成型温度几乎相同。然而，极少的常规光学玻璃具有超过2.0的折射率(nd)。
通常所知的具有高折射率的玻璃为例如专利文献1到5中所公开的玻璃。
专利文献1中公开一种折射率(nd)为1.8到2.1的B2O3-La2O3光学玻璃，但并未公开折射率(nd)高于2.00030的玻璃的特定组成。此外，专利文献1中所公开的玻璃含有较多的La2O3和TiO2，因此玻璃具有高屈服温度(At)。
另外，专利文献2中描述一种含有大量Bi2O3的精密成型用玻璃。一般来说，玻璃的折射率将随波长变长而变小。专利文献2中所公开的玻璃对于波长为0.8μm的光线具有1.9或更高的折射率，和540℃的低屈服温度(At)。然而，专利文献2中所公开的压力成型用玻璃适用于具有约0.8到1.8μm的长波长的光线，但未在可见光区使用的前提下进行开发。换句话说，由于玻璃着色极深，故所述玻璃在可见光区、尤其蓝光区不利地具有极低的光透射性能。
另外，专利文献3到5中所公开的所有玻璃都涉及用于光通信的玻璃纤维。其涉及意欲在红外光区使用的前提下应用于光通信领域的光学纤维玻璃。
如上文所述，在用于常规光学透镜、尤其由精密成型制造的非球面透镜的光学玻璃中，尚无具有2.05或更高的高折射率(nd)的高度折射的光学玻璃。因此，需要对所述高度折射的光学玻璃进行研发。
[专利文献1]日本专利特许公开第2005-179142号
[专利文献2]日本专利特许公开第2002-201039号
[专利文献3]国际专利申请案国家公开案第2005-502576号
[专利文献4]国际专利申请案国家公开案第2006-518325号
[专利文献5]国际专利申请案国家公开案第2005-503008号
本发明的目的在于提供一种在可见光区使用的前提下具有高折射率(nd)和低屈服温度(At)的精密成型用光学玻璃。
发明内容
为达成上述目的，本发明的发明者进行深入细致的研究。由此发现上述目的能够通过Bi2O3-B2O3光学玻璃达成。
也就是，本发明的成型光学玻璃以玻璃组分的重量百分比计包括：
64％到83％Bi2O3；
4％到17％B2O3；
0到12％GeO2(其中B2O3和GeO2共计10％到20％)；
0到7％La2O3；
0到7％Gd2O3(其中La2O3和Gd2O3共计1％到13％)；
0到4％ZrO2；
0到5％Ta2O5；
0到15％ZnO；
0到2％Sb2O3；和
0到1％In2O3。
光学玻璃具有光学常数，也就是说，2.05到2.25的折射率(nd)和15到22的阿贝数(Abbe number)(vd)，和510℃或更低的屈服温度(At)。
本发明能够提供一种折射率(nd)为2.05或更高且屈服温度(At)为510℃或更低温度的精密成型用光学玻璃。
具体实施方式
在下文中，本发明将进行详细描述。
本发明的精密成型用光学玻璃具有包括Bi2O3和B2O3作为基本组分的组成特征，并且光学玻璃包括以重量百分比计至少：64％到83％Bi2O3、4％到17％B2O3、0到12％GeO2(其中B2O3和GeO2共计10％到20％)、0到7％La2O3、0到7％Gd2O3(其中La2O3和Gd2O3共计1％到13％)、0到4％ZrO2、0到5％Ta2O5、0到15％ZnO、0到2％Sb2O3和0到1％In2O3。
具有上述组成的光学玻璃为具有2.05到2.25的折射率(nd)、15到22的阿贝数(vd)和510℃或更低温度的屈服温度(At)的稳定玻璃。
本发明光学玻璃中各组分限于上述组成的原因如下。
Bi2O3是一种基本组分并且是对于降低本发明玻璃的屈服温度(At)以及升高其折射率极为重要的组分。然而，小于64重量％的Bi2O3将无法提供所需的折射率，而大于83重量％的Bi2O3将产生极不稳定的玻璃。因此，Bi2O3的含量为64.0重量％到83.0重量％，优选为64.0重量％到82.0重量％。
B2O3也是用于形成玻璃网络结构的本发明的基本组分。B2O3具有增强玻璃的熔解特性和易于使其它原材料组分玻璃化的作用。然而，小于4重量％的B2O3会降低对反玻璃化的抗性，而大于17重量％的B2O3将无法提供所需的折射率。B2O3的含量优选为5.0重量％到16.0重量％。
GeO2为本发明的可选组分并且为升高玻璃的折射率极为有效的组分。与B2O3类似，GeO2也是用于形成玻璃网络结构的组分，但其具有较弱的增强反玻璃化抗性的能力。因此，大于12重量％的GeO2会增加反玻璃化的趋势，产生不稳定的玻璃。优选GeO2含量为0到11.0重量％。
因而，如果B2O3和GeO2的总含量在10重量％到20重量％的范围之外，那么将无法获得玻璃。所述范围优选为12.0重量％到18.0重量％。
La2O3为本发明的可选组分，但却是在不对玻璃着色的情况下增强折射率的组分。此外，在此组成中混合La2O3与B2O3对于反玻璃化抗性有效，但大于7重量％的La2O3将降低反玻璃化抗性。La2O3的含量优选为0到6.0重量％。
Gd2O3为本发明的可选组分。组合使用Gd2O3与La2O3将增强反玻璃化抗性，但大于7重量％的Gd2O3将降低反玻璃化抗性。Gd2O3的含量优选为0到6.0重量％。
因而，如果La2O3与Gd2O3的总含量在1重量％到13重量％的范围之外，那么将无法获得玻璃。所述范围优选为1.5重量％到12.0重量％。
ZrO2为本发明的可选组分。加入少量的ZrO2会增强反玻璃化抗性和化学稳定性，但大于4重量％的ZrO2会降低反玻璃化抗性。ZrO2的含量优选为0到3.0重量％。
Ta2O5为本发明的可选组分。Ta2O5能够使玻璃稳定，但大于5重量％的Ta2O5会使玻璃不稳定。Ta2O5的含量优选为0到4.0重量％。
ZnO为本发明的可选组分，其具有保持低屈服温度(At)的作用，并且能够增强溶解性、反玻璃化抗性和化学稳定性。然而，大于15重量％的Ta2O5将使得难以提供所需的折射率。Ta2O5的含量优选为0到14重量％。
除上述组分外，还可以加入Sb2O3和In2O3以使玻璃的颜色变亮。Sb2O3和In2O3的加入量分别为0到2.0重量％和0到1.0重量％。另外，只要满足本发明的目的，还可以并入SiO2、TiO2、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、Al2O3、Ga2O3、Y2O3、Yb2O3或其类似物以控制光学常数、改良熔解特性和增加玻璃的稳定性。然而，优选不加入这些组分以便获得更符合上述目的的优质玻璃。
实例
在下文中，将参考实例对本发明的光学玻璃进行详细描述，但本发明不限于这些实例。
实例1到10的光学玻璃是通过以下步骤制造：称量各原材料化合物从而使各实例都具有如下表1中组成栏所示的组分组成比例；充分混合所述原材料化合物；将其投入铂坩埚中使其通过电炉加热在900℃到1150℃下熔解；在适当时机将混合物搅拌均匀；使混合物澄清且随后将其浇注于在适当温度下预热的金属模中；和逐渐冷却。在下表中，各组分的组成都是以重量％和摩尔％表示。
所获得的实例1到10的光学玻璃都是按照有关光学常数(折射率(nd)和阿贝数(vd))和屈服温度(At/℃)的已知方法测量。结果和各光学玻璃的组成都展示于表1中。
表1
| 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | 实例5 | 实例6 | 实例7 | 实例8 | 实例9 | 实例10 |
| 组成 | GeO2 | 5.61(12.66) | 4.84(9.09) | 10.15(24.58) | 8.60(23.29) | - | 1.13(2.68) | 4.50(10.54) | 2.16(5.36) | 4.00(9.34) | 8.64(21.16) |
| B2O3 | 11.09(37.58) | 9.62(27.11) | 7.84(28.54) | 5.34(21.74) | 15.11(53.12) | 13.88(49.51) | 13.0(45.74) | 12.28(45.71) | 13.00(45.64) | 7.90(29.08) | |
| La2O3 | 5.65(4.09) | 2.75(1.66) | 2.64(2.05) | 2.77(2.40) | 2.73(2.05) | 5.50(4.19) | - | 1.42(1.13) | 2.00(1.50) | 5.20(4.10) | |
| Gd2O3 | 5.79(3.77) | 2.82(1.53) | 2.71(1.89) | 2.84(2.22) | 2.80(1.89) | - | 2.00(1.35) | 1.42(1.01) | 2.00(1.35) | 5.33(3.77) | |
| ZrO2 | 2.76(5.28) | 0.83(1.33) | 0.80(1.64) | 0.84(1.92) | 0.83(1.64) | 0.83(1.67) | - | 0.47(0.99) | 0.50(0.99) | 1.10(2.28) | |
| Bi2O3 | 64.73(32.79) | 64.31(27.11) | 74.12(40.30) | 77.78(47.26) | 76.73(40.30) | 77.15(41.10) | 78.50(41.26) | 81.31(45.24) | 78.50(41.18) | 68.38(37.61) | |
| Ta2O5 | 3.74(2.00) | 1.82(0.81) | 1.74(1.00) | 1.83(1.17) | 1.80(1.00) | 151(0.85) | 2.00(1.11) | 0.94(0.56) | - | 3.45(2.00) | |
| ZnO | 0.63(1.83) | 13.0(31.36) | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| 特征值 | nd | 2.07313 | 2.06095 | 2.12609 | 2.19767 | 2.07384 | 2.09480 | 2.09324 | 2.12005 | 2.09293 | 2.11951 |
| vd | 20.34 | 19.29 | 18.07 | 16.28 | 19.54 | 18.87 | 18.73 | 17.96 | 18.74 | 20.98 | |
| At/℃ | 509 | 463 | 461 | 440 | 467 | 454 | 454 | 438 | 451 | 489 |
*本表中组成的单位为重量％(括号中以摩尔％表示)。
表1表明，实例中所示的本发明的各种光学玻璃都具有2.05到2.25的折射率(nd)和15到22的阿贝数(vd)，和510℃或更低温度的屈服温度(At)。
Claims (1)
1. 一种精密成型用光学玻璃，其以玻璃组分的重量百分比计，包括：
64％到83％Bi2O3；
4％到17％B2O3；
0到12％GeO2，其中B2O3以及GeO2共计10％到20％；
0到7％La2O3；
0到7％Gd2O3，其中La2O3以及Gd2O3共计1％到13％；
0到4％ZrO2；
0到5％Ta2O5；
0到15％ZnO；
0到2％Sb2O3；以及
0到1％In2O3，
所述光学玻璃具有光学常数，也就是说，2.05到2.25的折射率和15到22的阿贝数，和510℃或更低温度的屈服温度。
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