CN114455831A - 光学玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学玻璃，所述光学玻璃组分以摩尔百分比表示，阳离子含有：Si⁴⁺：20～40％；Nb⁵⁺：15～35％；Zr⁴⁺：2～10％；Ti⁴⁺：2～10％；Zn²⁺：0～10％；Li⁺：10～30％；Na⁺：5～25％。本发明通过含有合适量的Si⁴⁺和碱金属等组分，使光学玻璃具有坚固的玻璃网络骨架；通过含有Nb⁵⁺、Zr⁴⁺等具有高折射率组分，得到具有高折射的光学玻璃；严格限定Ti⁴⁺的使用，保证玻璃具有较高的透过率。

Description

光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，尤其是涉及一种具有较高强度和透过率，较低密度的高折射光学玻璃。

背景技术

近年来，手机摄像头性能成为手机厂商改进的重要性能之一。此前智能手机采用的基本都是数码变焦方式，图片放大后的画质较差。如何实现5倍以上的光学变焦，一直是手机镜头厂商研究的重点。目前比较成熟设计方案有两类，一类与传统卡片相机一样，将镜头伸出，但这种设计耗能较高，相对比较笨重。另一类设计就是使用潜望式镜头，将镜头安装在厚度不到10毫米的手机中。潜望式镜头工作原理是利用一块手机棱镜将光路偏转，进而突破手机厚度对镜头焦距的限制。对于手机棱镜材料而言，其核心要求就是高强度、高折射、高透过率、低密度。高强度可以保证元件具有较好的可靠性，降低手机跌落时玻璃材料碎裂的可能性。高折射率有助于扩大镜头的视场角，高透过率则可以提升微光拍摄能力，低密度材料则可以降低镜头整体重量。

CN1418837A公开了一款高折射光学玻璃，其组分中以质量％计含有12-23％的BaO和22-37％的TiO₂，该产品在透过率和密度方面表现较差，应用于可移动设备时存在一定的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较高强度和透过率，较低密度的高折射光学玻璃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阳离子含有：Si⁴⁺：20～40％；Nb⁵⁺：15～35％；Zr⁴⁺：2～10％；Ti⁴⁺：2～10％；Zn²⁺：0～10％；Li⁺：10～30％；Na⁺：5～25％。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阳离子还含有：K⁺：0～10％；和/或B³⁺：0～10％；和/或Al³⁺：0～5％；和/或W⁶⁺：0～5％；和/或Bi³⁺：0～5％；和/或Ta^{5 +}：0～5％；和/或La³⁺：0～5％；和/或Gd³⁺：0～5％；和/或Y³⁺：0～5％；和/或Ba²⁺：0～5％；和/或Sr²⁺：0～5％；和/或Ca²⁺：0～10％；和/或Mg²⁺：0～5％；和/或Sb³⁺：0～1％。

光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阳离子由Si⁴⁺：20～40％；Nb⁵⁺：15～35％；Zr^{4 +}：2～10％；Ti⁴⁺：2～10％；Zn²⁺：0～10％；Li⁺：10～30％；Na⁺：5～25％；K⁺：0～10％；B³⁺：0～10％；Al³⁺：0～5％；W⁶⁺：0～5％；Bi³⁺：0～5％；Ta⁵⁺：0～5％；La³⁺：0～5％；Gd³⁺：0～5％；Y³⁺：0～5％；Ba²⁺：0～5％；Sr²⁺：0～5％；Ca²⁺：0～10％；Mg²⁺：0～5％；Sb³⁺：0～1％组成。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分满足以下6种情形中的一种以上：

1)Nb⁵⁺+Ti⁴⁺为20～45％；

2)Ti⁴⁺/Li⁺为0.1～1；

3)Si⁴⁺+Zr⁴⁺为24～48％；

4)Nb⁵⁺/Zr⁴⁺为0.2～17；

5)Li⁺+Na⁺+K⁺为20～60％；

6)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.4～2.4。

进一步的，所述的光学玻璃，其中：Si⁴⁺：22～38％；和/或Nb⁵⁺：17～33％；和/或Zr^{4 +}：3～9％；和/或Ti⁴⁺：2.5～8％；和/或Zn²⁺：0～5％；和/或Li⁺：12～28％；和/或Na⁺：7～23％；和/或K⁺：0.5～8％；和/或B³⁺：0～5％；和/或Al³⁺：0～2％；和/或La³⁺：0～2％；和/或Ba^{2 +}：0～2％；和/或Sr²⁺：0～2％；和/或Ca²⁺：0～8％；和/或Mg²⁺：0～3％；和/或Sb³⁺：0～0.5％。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分满足以下6种情形中的一种以上：

1)Nb⁵⁺+Ti⁴⁺为22～43％；

2)Ti⁴⁺/Li⁺为0.2～0.9；

3)Si⁴⁺+Zr⁴⁺为27～45％；

4)Nb⁵⁺/Zr⁴⁺为0.5～15；

5)Li⁺+Na⁺+K⁺为25～55％；

6)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.5～2.2。

进一步的，所述的光学玻璃，其中：Si⁴⁺：24～36％；和/或Nb⁵⁺：19～31％；和/或Zr^{4 +}：4～8％；和/或Ti⁴⁺：3～6％；和/或Zn²⁺：0～2％；和/或Li⁺：14～26％；和/或Na⁺：9～21％；和/或K⁺：1～6％；和/或B³⁺：0～3％；和/或Ca²⁺：0～5％；和/或Sb³⁺：0～0.1％。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分满足以下6种情形中的一种以上：

1)Nb⁵⁺+Ti⁴⁺为24～41％；

2)Ti⁴⁺/Li⁺为0.3～0.8；

3)Si⁴⁺+Zr⁴⁺为30～42％；

4)Nb⁵⁺/Zr⁴⁺为1～13；

5)Li⁺+Na⁺+K⁺为30～50％；

6)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.6～2.0。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分中不含有B³⁺；和/或不含有Al³⁺；和/或不含有W^{6 +}；和/或不含有Bi³⁺；和/或不含有Ta⁵⁺；和/或不含有La³⁺；和/或不含有Gd³⁺；和/或不含有Y³⁺；和/或不含有Ba²⁺；和/或不含有Sr²⁺；和/或不含有Mg²⁺。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阴离子含有：O^2-：90％以上，优选O^2-：95％以上，更优选O^2-：98％以上；和/或F^-+Cl^-+Br^-+I^-：10％以下，优选F^-+Cl^-+Br^-+I^-：5％以下，更优选F^-+Cl^-+Br^-+I^-：2％以下。

进一步的，所述光学玻璃的折射率n_d为1.82～1.87，优选折射率n_d为1.83～1.86；阿贝数ν_d为22～28，优选阿贝数ν_d为23～27。

进一步的，所述光学玻璃的密度ρ为小于3.7g/cm³，优选为小于3.6g/cm³，更优选为小于3.55g/cm³；和/或所述光学玻璃的λ₇₀为410nm以下，优选λ₇₀为400nm以下；和/或所述光学玻璃的杨氏模量E为大于10000×10⁷Pa，优选为大于10200×10⁷Pa，更优选为大于10400×10⁷Pa；和/或平均每立方厘米内的析晶颗粒数量A为10颗以下，优选为5颗以下，更优选为0颗。

玻璃预制件，采用上述的光学玻璃制成。

光学元件，采用上述的光学玻璃或上述的玻璃预制件制成。

光学仪器，含有上述的光学玻璃，和/或含有上述的光学元件。

本发明的有益效果是：通过含有合适量的Si⁴⁺和碱金属等组分，使光学玻璃具有坚固的玻璃网络骨架；通过含有Nb⁵⁺、Zr⁴⁺等具有高折射率组分，得到具有高折射的光学玻璃；严格限定Ti⁴⁺的使用，保证玻璃具有较高的透过率。

具体实施方式

下面，对本发明的光学玻璃的实施方式进行详细说明，但本发明不限于下述的实施方式，在本发明目的的范围内可进行适当的变更来加以实施。此外，关于重复说明部分，虽然有适当的省略说明的情况，但不会因此而限制发明的主旨。以下内容中有时候将本发明光学玻璃简称为玻璃。

Ⅰ、光学玻璃

下面对本发明光学玻璃的各组分(成分)范围进行说明。在本发明中，在下文中，阳离子组分含量以该阳离子摩尔数占全部阳离子总摩尔数的百分比含量表示(mol％)，阴离子组分含量以该阴离子摩尔数占全部阴离子总摩尔数的百分比含量表示(mol％)。

除非在具体情况下另外指出，本发明所列出的数值范围包括上限和下限值，“以上”和“以下”包括端点值，以及包括在该范围内的所有整数和分数，而不限于所限定范围时所列的具体值。本文所称“和/或”是包含性的，例如“A和/或B”，是指只有A，或者只有B，或者同时有A和B。

<必要组分和任选组分>

Si⁴⁺是本发明的必要组分，是玻璃网络骨架，是保证本发明玻璃具有高强度的基础，若Si⁴⁺的含量低于20％，玻璃的机械强度难以达到设计要求。因此Si⁴⁺含量的下限为20％，优选Si⁴⁺含量的下限为22％，更优选Si⁴⁺含量的下限为24％。若Si⁴⁺的含量高于40％，则玻璃变得很难熔，且难以获得本发明所期望的折射率。因此，Si⁴⁺的含量上限为40％，优选上限为38％，更优选上限为36％。

B³⁺可以降低玻璃的化料难度，同时降低玻璃的高温粘度和转变温度。但在本发明中，B³⁺会破坏玻璃的网络骨架，降低玻璃的机械强度。另外，发明人研究发现，B³⁺会导致玻璃抗析晶性能变差，玻璃在压型时析晶的风险变大。本发明中B³⁺的含量为10％以下，优选为5％以下，更优选为3％以下，进一步优选不含有B³⁺。

Al³⁺能改善玻璃的耐候性，但会提升玻璃的化料温度和高温粘度，增加生产难度。当Al³⁺含量超过5％时，玻璃呈现熔融性变差、耐失透性降低的倾向。因此，本发明中Al³⁺的含量为0～5％，优选为0～2％，更优选不含有Al³⁺。

Nb⁵⁺是本发明玻璃的必要组分，是保证玻璃具有高折射特性和较低密度特性的关键组分。同时Nb⁵⁺对玻璃的透过率影响较小，更容易实现高折射、高透过率要求。另外，Nb⁵⁺可以提升玻璃的机械强度，降低玻璃制品摔裂的风险。本发明中Nb⁵⁺的含量为15～35％，优选为17～33％，更优选为19～31％。

Ti⁴⁺可以提升玻璃的折射率和色散，改善玻璃的抗析晶性能。但Ti⁴⁺在玻璃中会导致透过率急剧下降，当玻璃中的Ti⁴⁺含量高于10％时，玻璃的透过率难以满足设计要求。因此，Ti⁴⁺的含量为2～10％，优选为2.5～8％，更优选为3～6％。

Nb⁵⁺和Ti⁴⁺都可以起到提升玻璃折射率的效果，当Nb⁵⁺和Ti⁴⁺的合计值Nb⁵⁺+Ti⁴⁺低于20％时，玻璃的折射率难以达到设计要求，而当Nb⁵⁺+Ti⁴⁺大于45％时，玻璃的透过率则会明显降低。因此，优选Nb⁵⁺+Ti⁴⁺为20～45％，更优选Nb⁵⁺+Ti⁴⁺为22～43％，进一步优选Nb⁵⁺+Ti⁴⁺为24～41％。

Zr⁴⁺具有改善玻璃的耐候性，提升玻璃的抗析晶性的作用，但Zr⁴⁺在本体系玻璃中的溶解度不高，含量过多时反而容易游离于玻璃***之外，形成析晶核，进而导致玻璃的抗析晶性能变差。因此，本发明中Zr⁴⁺的含量为2～10％，优选为3～9％，更优选为4～8％。

Si⁴⁺和Zr⁴⁺都可以起到提升玻璃强度的作用，同时在玻璃熔炼过程中都属于难以熔解的物质，在本发明的一些实施方式中，Si⁴⁺和Zr⁴⁺的合计含量Si⁴⁺+Zr⁴⁺低于24％时，玻璃的机械强度难以达到设计要求；Si⁴⁺+Zr⁴⁺高于48％时，玻璃的熔制难度会大幅度增加。因此，优选Si⁴⁺+Zr⁴⁺为24～48％，更优选Si⁴⁺+Zr⁴⁺为27～45％，进一步优选Si⁴⁺+Zr⁴⁺为30～42％。

发明人研究发现，Zr⁴⁺可以提升Nb⁵⁺在玻璃中的稳定性，防止玻璃在二次加热过程中分相析晶。Nb⁵⁺可以提升Zr⁴⁺在玻璃中的熔解度，降低玻璃的化料温度。通过合理的设计Nb⁵⁺与Zr⁴⁺的比值Nb⁵⁺/Zr⁴⁺，可以提升玻璃的抗析晶性能、降低熔炼难度。优选Nb⁵⁺与Zr⁴⁺的比值Nb⁵⁺/Zr⁴⁺在0.2～17，更优选在0.5～15，进一步优选在1～13范围内时，玻璃的抗析晶性能优异。

W⁶⁺可以提升玻璃的折射率和色散，但也会导致玻璃的光透过率降低。本发明中W⁶⁺含量为0～5％，优选不含有W⁶⁺。

Bi³⁺可以提升玻璃的折射率和色散，但会导致玻璃的密度增加，因此其含量限定为5％以内，优选不含有Bi³⁺。

Ta⁵⁺可以改善玻璃的抗析晶性能，提升玻璃的稳定性。但是昂贵的原料成本极大地限制了Ta⁵⁺的使用。本发明中Ta⁵⁺的含量为0～5％，优选为不含有Ta⁵⁺。

La³⁺在玻璃中能提升机械强度，但其含量过高时导致玻璃密度变大，较难实现本发明所期望的低密度特性。因此，本发明的La³⁺的含量为5％以下，优选含量为2％以下，更优选为不含有La³⁺。

Gd³⁺在玻璃中能提升机械强度，但是昂贵的原料价格限制了Gd³⁺在玻璃中的使用。因此，Gd³⁺的含量为0～5％，优选不含有Gd³⁺。

Y³⁺可以在提升玻璃的机械强度的同时不会大幅度增加密度，同时还可以提升玻璃耐候性，但其含量过高时导致玻璃抗析晶性能变差，玻璃压型时存在析晶报废的风险。因此，Y³⁺的含量为0～5％，优选为不含有Y³⁺。

Ba²⁺在玻璃中能够很好地提升折射率，但Ba²⁺对降低玻璃的密度不利，另外Ba²⁺含量过多时，玻璃的耐候性快速下降。因此，Ba²⁺含量限定为0～5％，优选为0～2％，更优选为不含有Ba²⁺。

适量的Sr²⁺可以提升玻璃的耐候性，提高玻璃的机械强度，但高昂的价格限制了Sr²⁺的使用。因此，Sr²⁺的含量限定为0～5％，优选为0～2％，更优选不含有Sr²⁺。

Ca²⁺可以提升玻璃的硬度和机械强度，并且更容易实现低密度特性。但是Ca²⁺通常以CaCO₃的形式引入，原料难熔且气体比较高，含量大时会导致发缸等问题的出现。因此，Ca^{2 +}的含量限定为0～10％，优选为0～8％，更优选为0～5％。

Mg²⁺有助于提升玻璃的耐候性，但含量高时玻璃的折射率难以达到设计要求，玻璃的抗析晶性能和稳定性下降，同时玻璃的成本快速上升。因此，Mg²⁺含量限定为0～5％，优选为0～3％，更优选不含有Mg²⁺。

Zn²⁺在玻璃中可以提升析晶稳定性，降低玻璃在二次压型时析晶的风险，同时Zn²⁺还可以起到降低熔炼难度的作用，但其含量过高时，玻璃的光学常数难以达到设计要求。因此，本发明玻璃中的Zn²⁺的含量为0～10％，优选为0～5％，更优选为0～2％。

Li⁺属于碱金属氧化物，是本发明中降低玻璃生产难度的关键组分。本发明中，通过含有Li⁺来降低熔炼温度，从而降低着色离子对玻璃透过率的影响，实现本发明所需的高透过率特性。但若Li⁺的含量过高，会造成玻璃的抗析晶性能的下降。因此，在本发明玻璃中Li⁺的含量为10～30％，优选为12～28％，更优选为14～26％。

本发明中Ti⁴⁺会导致玻璃的透过率降低，主要原因有两方面。一是Ti⁴⁺在紫外区有吸收，元素本征透过率不高；另外一个原因就是Ti⁴⁺会与杂质中的Fe离子形成Fe-Ti混合着色。发明人经大量研究发现，Li⁺可以降低玻璃的熔炼温度，进而大幅度降低Fe-Ti混合着色能力，从而起到提升透过率的效果。在一些实施方式中，当Ti⁴⁺与Li⁺的比值Ti⁴⁺/Li⁺的范围在0.1～1时，玻璃能够实现较高透过率特性。因此，优选Ti⁴⁺/Li⁺的范围为0.1～1，更优选Ti⁴⁺/Li⁺为0.2～0.9，进一步优选Ti⁴⁺/Li⁺为0.3～0.8。

Na⁺和K⁺也可以降低玻璃的化料温度和高温粘度，降低玻璃生产难度，但是相比于Li⁺，Na⁺和K⁺会导致玻璃的硅网络结构断裂，进而影响玻璃的机械性能。因此，本发明玻璃中Na⁺的含量为5～25％，优选为7～23％，更优选为9～21％；K⁺的含量为0～10％，优选为0.5～8％，更优选为1～6％。

Li⁺、Na⁺和K⁺都属于碱金属氧化物，都可以起到助熔的作用，同时都会对玻璃的网络骨架起到一定的破坏作用。本发明的一些实施方式中，Li⁺、Na⁺和K⁺的合计含量Li⁺+Na⁺+K⁺若高于60％，玻璃的网络骨架被破坏，导致玻璃抗析晶性能急剧恶化，而低于20％时则助熔效果不明显。因此，优选Li⁺+Na⁺+K⁺为20～60％，更优选Li⁺+Na⁺+K⁺为25～55％，进一步优选Li⁺+Na⁺+K⁺为30～50％。

在本发明中，Li⁺、Na⁺、K⁺对玻璃网络骨架的破坏可以通过调整Si⁴⁺和Zr⁴⁺的量进行补偿。在一些实施方式中，通过控制Si⁴⁺+Zr⁴⁺与Li⁺+Na⁺+K⁺的比值(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)在0.4～2.4范围内，来提升玻璃的抗析晶性能，保证玻璃杨氏模量达到设计要求。因此，优选(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.4～2.4，更优选(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.5～2.2，进一步优选(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.6～2.0。

Sb³⁺可以在本发明中作为澄清剂使用，以提高玻璃的澄清效果，其含量范围为0～1％，优选为0～0.5％，更优选为0～0.1％。

O^2-是本发明的主要阴离子组分，其含量在90％以上，优选为95％以上，更优选为98％以上，进一步优选为100％。本发明中还可以含有10％以下的其他阴离子组分，如F^-、Cl^-、Br^-、I^-等，F^-、Cl^-、Br^-、I^-单独或合计含量为10％以下，优选为5％以下，更优选为2％以下，进一步优选不含有F^-、和/或不含有Cl^-、和/或不含有Br^-、和/或不含有I^-。

<不应含有的组分>

本发明玻璃中，V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等过渡金属组分，即使单独或复合地少量含有的情况下，玻璃也会被着色，在可见光区域的特定的波长产生吸收，从而减弱本发明的提高可见光透过率效果的性质，因此，特别是对于可见光区域波长的透过率有要求的光学玻璃，优选实际上不含有。

Th、Cd、Tl、Os、Be以及Se等，近年来作为有害的化学物质而有控制使用的倾向，不仅在玻璃的制造工序，直至加工工序以及产品化后的处置上对环境保护的措施是必需的。因此，在重视对环境的影响的情况下，除了不可避免地混入以外，优选实际上不含有它们。由此，光学玻璃变得实际上不包含污染环境的物质。因此，即使不采取特殊的环境对策上的措施，本发明的光学玻璃也能够进行制造、加工以及废弃。

为了实现环境友好，本发明的光学玻璃不含有As³⁺和Pb²⁺。虽然As³⁺具有消除气泡和较好的防止玻璃着色的效果，但As³⁺的加入会加大玻璃对熔炉特别是对铂金熔炉的铂金侵蚀，导致更多的铂金离子进入玻璃，对铂金熔炉的使用寿命造成不利影响。Pb²⁺可显著提高玻璃的高折射率和高色散性能，但Pb²⁺和As³⁺都造成环境污染的物质。

本文所记载的“不含有”“0％”是指没有故意将该化合物、分子或元素等作为原料添加到本发明光学玻璃中；但作为生产光学玻璃的原材料和/或设备，会存在某些不是故意添加的杂质或组分，会在最终的光学玻璃中少量或痕量含有，此种情形也在本发明专利的保护范围内。

下面，对本发明的光学玻璃的性能进行说明。

<折射率与阿贝数>

光学玻璃折射率(n_d)与阿贝数(ν_d)按照《GB/T 7962.1—2010》规定的方法测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的折射率(n_d)为1.82～1.87，优选为1.83～1.86。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的阿贝数(ν_d)为22～28，优选为23～27。

<密度>

玻璃的密度(ρ)按照《GB/T 7962.20—2010》规定的方法测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的密度(ρ)为小于3.7g/cm³，优选为小于3.6g/cm³，更优选为小于3.55g/cm³。

<杨氏模量>

玻璃的杨氏模量(E)按下列公式计算：

式中，G为剪切模量、μ为泊松比，ρ为玻璃密度，V_T为纵波速度，V_S为横波速度。

在一些实施方式中，本发明玻璃的杨氏模量(E)为大于10000×10⁷Pa，优选为大于10200×10⁷Pa，更优选为大于10400×10⁷Pa。

<透射比>

玻璃的透射比(λ₇₀)用于衡量玻璃的短波透过情况，具体测试方法为：将10mm厚的双面抛光样品置于分光光度计上测试玻璃透射情况，λ₇₀指的是玻璃透射比达到70％时对应的波长。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的(λ₇₀)为410nm以下，优选为400nm以下。

<抗析晶性能>

光学玻璃的抗析晶性能测试方法如下：将试样放入T_g+230℃的马弗炉中保温10分钟后取出，再放置在室温下冷却，再经双面抛光后观察样品内平均每立方厘米内的析晶颗粒数量(A)。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃平均每立方厘米内的析晶颗粒数量(A)为10颗以下，优选为5颗以下，更优选为0颗。

[制造方法]

本发明光学玻璃的制造方法如下：本发明的玻璃采用常规原料和常规工艺生产，使用复合盐(如碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐)、氢氧化物、氧化物等为原料，按常规方法配料后，将配好的炉料投入到1250～1450℃的熔炼炉中熔制，并且经澄清、搅拌和均化后，得到没有气泡及不含未溶解物质的均质熔融玻璃，将此熔融玻璃在模具内铸型并退火而成。本领域技术人员能够根据实际需要，适当地选择原料、工艺方法和工艺参数。

Ⅱ、玻璃预制件和光学元件

可以使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，由所制成的光学玻璃来制作玻璃预制件。即，可以通过对光学玻璃进行磨削和研磨等机械加工来制作玻璃预制件，或通过对由光学玻璃制作模压成型用的预成型坯，对该预成型坯进行再热压成型后再进行研磨加工来制作玻璃预制件，或通过对进行研磨加工而制成的预成型坯进行精密冲压成型来制作玻璃预制件。需要说明的是，制备玻璃预制件的手段不限于上述手段。

如上所述，本发明的光学玻璃对于各种光学元件和光学设计是有用的，其中特别优选由本发明的光学玻璃形成预成型坯，使用该预成型坯来进行再热压成型、精密冲压成型等，制作透镜、棱镜等光学元件。

本发明的玻璃预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的玻璃预制件具有光学玻璃所具有的优异特性；本发明的光学元件具有光学玻璃所具有的优异特性，能够提供光学价值高的各种透镜、棱镜等光学元件。

作为透镜的例子，可举出透镜面为球面或非球面的凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜。

Ⅲ、光学仪器

本发明光学玻璃所形成的光学元件可制作如照相设备、车载设备、摄像设备、显示设备和监控设备等光学仪器。

由于本发明光学玻璃具有高折射高色散和低相对部分色散性能，因此特别适用于长焦镜头和高清交换镜头中。

实施例

<光学玻璃实施例>

为了进一步清楚地阐释和说明本发明的技术方案，提供以下的非限制性实施例。

本实施例采用上述光学玻璃的制造方法得到具有表1～表3所示的光学玻璃。另外，通过本发明所述的测试方法测定各玻璃的特性，并将测定结果表示在表1～表3中。

表1.

表2.

表3.

<玻璃预制件实施例>

将光学玻璃实施例1～30所得到的玻璃使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，来制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜等的预制件。

<光学元件实施例>

将上述玻璃预制件实施例所得到的这些预制件退火，在降低玻璃内部的变形的同时进行微调，使得折射率等光学特性达到所需值。

接着，对各预制件进行磨削、研磨，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜。所得到的光学元件的表面上还可涂布防反射膜。

<光学仪器实施例>

将上述光学元件实施例制得的光学元件通过光学设计，通过使用一个或多个光学元件形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件。

Claims (15)

1.光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，阳离子含有：Si⁴⁺：20～40％；Nb⁵⁺：15～35％；Zr⁴⁺：2～10％；Ti⁴⁺：2～10％；Zn²⁺：0～10％；Li⁺：10～30％；Na⁺：5～25％。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，阳离子还含有：K⁺：0～10％；和/或B³⁺：0～10％；和/或Al³⁺：0～5％；和/或W⁶⁺：0～5％；和/或Bi³⁺：0～5％；和/或Ta⁵⁺：0～5％；和/或La³⁺：0～5％；和/或Gd³⁺：0～5％；和/或Y³⁺：0～5％；和/或Ba^{2 +}：0～5％；和/或Sr²⁺：0～5％；和/或Ca²⁺：0～10％；和/或Mg²⁺：0～5％；和/或Sb³⁺：0～1％。

3.光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，阳离子由Si⁴⁺：20～40％；Nb⁵⁺：15～35％；Zr⁴⁺：2～10％；Ti⁴⁺：2～10％；Zn²⁺：0～10％；Li⁺：10～30％；Na⁺：5～25％；K⁺：0～10％；B³⁺：0～10％；Al³⁺：0～5％；W⁶⁺：0～5％；Bi³⁺：0～5％；Ta⁵⁺：0～5％；La³⁺：0～5％；Gd³⁺：0～5％；Y³⁺：0～5％；Ba²⁺：0～5％；Sr²⁺：0～5％；Ca²⁺：0～10％；Mg²⁺：0～5％；Sb³⁺：0～1％组成。

4.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分满足以下6种情形中的一种以上：

1)Nb⁵⁺+Ti⁴⁺为20～45％；

2)Ti⁴⁺/Li⁺为0.1～1；

3)Si⁴⁺+Zr⁴⁺为24～48％；

4)Nb⁵⁺/Zr⁴⁺为0.2～17；

5)Li⁺+Na⁺+K⁺为20～60％；

6)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.4～2.4。

5.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其中：Si⁴⁺：22～38％；和/或Nb⁵⁺：17～33％；和/或Zr⁴⁺：3～9％；和/或Ti⁴⁺：2.5～8％；和/或Zn²⁺：0～5％；和/或Li⁺：12～28％；和/或Na⁺：7～23％；和/或K⁺：0.5～8％；和/或B³⁺：0～5％；和/或Al³⁺：0～2％；和/或La³⁺：0～2％；和/或Ba²⁺：0～2％；和/或Sr²⁺：0～2％；和/或Ca²⁺：0～8％；和/或Mg²⁺：0～3％；和/或Sb³⁺：0～0.5％。

6.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分满足以下6种情形中的一种以上：

1)Nb⁵⁺+Ti⁴⁺为22～43％；

2)Ti⁴⁺/Li⁺为0.2～0.9；

3)Si⁴⁺+Zr⁴⁺为27～45％；

4)Nb⁵⁺/Zr⁴⁺为0.5～15；

5)Li⁺+Na⁺+K⁺为25～55％；

6)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.5～2.2。

7.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其中：Si⁴⁺：24～36％；和/或Nb⁵⁺：19～31％；和/或Zr⁴⁺：4～8％；和/或Ti⁴⁺：3～6％；和/或Zn²⁺：0～2％；和/或Li⁺：14～26％；和/或Na⁺：9～21％；和/或K⁺：1～6％；和/或B³⁺：0～3％；和/或Ca²⁺：0～5％；和/或Sb³⁺：0～0.1％。

8.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分满足以下6种情形中的一种以上：

1)Nb⁵⁺+Ti⁴⁺为24～41％；

2)Ti⁴⁺/Li⁺为0.3～0.8；

3)Si⁴⁺+Zr⁴⁺为30～42％；

4)Nb⁵⁺/Zr⁴⁺为1～13；

5)Li⁺+Na⁺+K⁺为30～50％；

6)(Si⁴⁺+Zr⁴⁺)/(Li⁺+Na⁺+K⁺)为0.6～2.0。

9.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分中不含有B³⁺；和/或不含有Al³⁺；和/或不含有W⁶⁺；和/或不含有Bi³⁺；和/或不含有Ta⁵⁺；和/或不含有La³⁺；和/或不含有Gd³⁺；和/或不含有Y³⁺；和/或不含有Ba²⁺；和/或不含有Sr²⁺；和/或不含有Mg²⁺。

10.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，阴离子含有：O^2-：90％以上，优选O^2-：95％以上，更优选O^2-：98％以上；和/或F^-+Cl^-+Br^-+I^-：10％以下，优选F^-+Cl^-+Br^-+I^-：5％以下，更优选F^-+Cl^-+Br^-+I^-：2％以下。

11.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率n_d为1.82～1.87，优选折射率n_d为1.83～1.86；阿贝数ν_d为22～28，优选阿贝数ν_d为23～27。

12.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的密度ρ为小于3.7g/cm³，优选为小于3.6g/cm³，更优选为小于3.55g/cm³；和/或所述光学玻璃的λ₇₀为410nm以下，优选λ₇₀为400nm以下；和/或所述光学玻璃的杨氏模量E为大于10000×10⁷Pa，优选为大于10200×10⁷Pa，更优选为大于10400×10⁷Pa；和/或平均每立方厘米内的析晶颗粒数量A为10颗以下，优选为5颗以下，更优选为0颗。

13.玻璃预制件，其特征在于，采用权利要求1～12任一所述的光学玻璃制成。

14.光学元件，其特征在于，采用权利要求1～12任一所述的光学玻璃或权利要求13所述的玻璃预制件制成。

15.光学仪器，其特征在于，含有权利要求1～12任一所述的光学玻璃，和/或含有权利要求14所述的光学元件。