KUANG BO (CN)
LI XIAOCHUN (CN)
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北京集佳知识产权代理有限公司 (CN)
| 权 利 要 求 、 一种光学玻璃， 其特征在于， 包括以下成分：wt% ~ 10wt%的 Si02; wt% ~ 15wt%的 B203; 5 wt% ~ 45wt%的 La203; 0wt% ~ 35wt%的 Gd203; wt% ~ 10wt%的 Zr02; .1wt% ~ 3.9wt%的 W03; wt% ~ 12.9wt0/ 々 Ta205; wt% ~ 5wt%的 Y203+Yb203; wt% ~ 5wt%的 Nb205; wt% ~ 5wt%的 ZnO; wt% ~ 3wt%的 BaO; wt% ~ 3wt%的 SrO; wt% ~ 3wt%的 CaO。 、 根据权利要求 1所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括:wt% ~ 9wt%的 Si02。 、 根据权利要求 1所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括:0wt% ~ 14wt%的 B203。 、 根据权利要求 1所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括:0 wt% ~ 40wt%的 La203。 、 根据权利要求 1所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括:5wt% ~ 30wt%的 Gd203。 、 根据权利要求 5所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括:0wt% ~ 30wt%的 Gd203。 、 根据权利要求 1所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括:.5 wt% ~ 3.9wt%的 W03。 、 根据权利要求 7所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括: 3 wt% ~ 3.9wt%的 W03。 9、 根据权利要求 1所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括： 6wt% ~ l lwt%的 Ta205。 10、 根据权利要求 9所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括： 7wt% ~ 10wt%的 Ta205。 11、 根据权利要求 1所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括： 1 wt% ~ 4wt%的 Y203+ Yb203。 12、 根据权利要求 1所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括： 1 wt% ~ 4wt%的 Nb203。 13、 根据权利要求 1所述的光学玻璃， 其特征在于， 包括： 1 wt% ~ 5wt%的 ZnO。 14、 根据权利要求 1 ~ 13任意一项所述的光学玻璃， 其特征在于， 折射率为 1.86 ~ 1.89; 阿贝数为 38.5 ~ 42.0。 15、 根据权利要求 1 ~ 13任意一项所述的光学玻璃， 其特征在于， 透射比达到 70%时， 对应的波长在 380nm以下。 16、 一种权利要求 1 ~ 15任意一项所述的光学玻璃形成的光学元件。 |
本申请要求于 2011 年 3 月 11 日提交中国专利局、 申请号为 201110059464.6、 发明名称为 "一种光学玻璃及光学元件" 的中国专利申请的 优先权和 2011年 6月 13 日提交中国专利局、 申请号为 201110157458.4、发明 名称为 "一种光学玻璃及光学元件" 的中国专利申请的优先权， 其全部内容通 过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域， 更具体地说， 涉及一种光学玻璃及光学元件。 背景技术
光学玻璃是用于制造光学仪器或机械系统中的 透镜、棱镜、反射镜和窗口 等的玻璃材料。 光学玻璃透光性能好， 折光率高， 被广泛应用于制造眼镜片、 照相机、 数字摄像机、 望远镜、 显微镜和透镜等光学仪器。 近年来， 随着数码 相机、 数字摄像机等日益流行， 不仅对光学玻璃的需求持续扩大， 并且对光学 玻璃的性能也提出了更高的要求。
具有高折射率、 低色散的光学玻璃在现代成像设备中应用广泛 。 例如： 例 如， 中国专利 CN101360691A公开了一种光学玻璃， 具有折射率为 1.5 ~ 1.65 以及阿贝数为 50 ~ 65的光学常数。 中国专利 CN1704369A公开了一种光学玻 璃， 具有折射率 1.85 ~ 1.90、 阿贝数 40 ~ 42范围的光学常数。
目前， 具有折射率为 1.86 ~ 1.89、 阿贝数为 38.5 ~ 42.0的光学参数的光学 玻璃得到了广泛的研究。 为了达到上述光学性能， 通常在组份中引入大量的 Ta 2 0 5 , 例如， 申请号为 200810304963.5的中国专利文献报道了一种高折射 色散的光学玻璃， 其质量百分比组成为： 6%~17%的 B 2 0 3 ; 2wt% ~ 10wt。/ 々 Si0 2 ; 大于 25%小于 45%的 La 2 0 3 ; 5wt% ~ 25wt%的 Gd 2 0 3 , 大于 19 wt %、 小于 27 wt %的 Ta 2 0 5 ; 大于 0.01 wt %、 小于 0.1 wt %的 Sb 2 0 3 。
上述报道的光学玻璃中， Ta 2 0 5 是制造高折射低色散光学玻璃的必要组份 ， 可以有效提高光学玻璃折射率。 但是， Ta 2 0 5 作为一种稀土原料， 价格昂贵。 上述报道的光学玻璃中 Ta 2 0 5 的含量较高， 从而导致光学玻璃的成本较高。 因 此，设计和制造 Ta 2 0 5 的含量较低且具有折射率为 1.86 ~ 1.89、阿贝数为 38.5 ~ 42.0, 的光学参数的光学玻璃势在必行。
此外， 申请号为 200910001182.3的中国专利文献 4艮道了折射率 1.9以上,阿 贝数 38以下的光学玻璃， 其组成中含有 Ti0 2 用于减小光学玻璃的阿贝数。 但 是， Ti0 2 对玻璃着色影响较大， 降低光学玻璃的透光性能。 由于光学系统和元 件对玻璃材料的透光性能的要求越来越高， 因此， 如果玻璃的透光性能较差， 将导致交换透镜的透射光量减少。 所以， 在满足高折射低色散的性能的同时， 需要提高光学玻璃的透光性能。
发明内容
本发明要解决的问题是：提供一种 Ta 2 0 5 的含量较低，折射率为 1.86 ~ .89、 阿贝数为 38.5 ~ 42.0,透射比达到 70%时对应的波长在 380nm以下的光学玻璃 及光学元件。
为了解决以上技术问题， 本发明提供一种光学玻璃， 包括以下成分：
2wt% ~ 10wt%的 Si0 2 ;
8wt% ~ 15wt%的 B 2 0 3 ;
25 wt% ~ 45wt%的 La 2 0 3 ;
10wt% ~ 35wt%的 Gd 2 0 3 ;
2wt% ~ 10wt%的 Zr0 2 ;
2.1wt% ~ 3.9wt%的 W0 3 ;
5wt% ~ 12.9wt 0 / 々 Ta 2 0 5 ;
0 wt% ~ 5wt%的 Y 2 0 3 +Yb 2 0 3;
0 wt% ~ 5wt%的 Nb 2 0 5 ;
0wt% ~ 5wt%的 ZnO;
0wt% ~ 3wt%的 BaO;
0wt% ~ 3wt%的 SrO;
0wt% ~ 3wt%的 CaO。
优选的， 包括：
6wt% ~ 9wt%的 Si0 2 。
优选的， 包括：
10wt% ~ 14wt%的 B 2 0 3 。 优选的， 包括：
30 wt% ~ 40wt%的 La 2 0 3 。
优选的， 包括：
15wt% ~ 30wt%的 Gd 2 0 3 。
优选的， 包括：
20wt% ~ 30wt%的 Gd 2 0 3 。
优选的， 包括：
2.5 wt% ~ 3.9wt%的 W0 3 。
优选的， 包括：
3 wt% ~ 3.9wt%的 W0 3 。
优选的， 包括：
6wt% ~ l lwt%的 Ta 2 0 5 。
优选的， 包括：
7wt% ~ 10wt%的 Ta 2 0 5 。
优选的， 包括：
1 wt% ~ 4wt%的 Y 2 0 3 + Yb 2 0 3 。
优选的， 包括：
1 wt% ~ 4wt%的 Nb 2 0 3 。
优选的， 包括：
1 wt% ~ 5wt%的 ZnO。
优选的， 折射率为 1.86 ~ 1.89; 阿贝数为 38.5 ~ 42.0。
优选的， 透射比达到 70%时， 对应的波长在 380nm以下。
本发明还提供一种上述技术方案所述的光学玻 璃形成的光学元件。
本发明提供一种光学玻璃及光学元件， 所述光学玻璃包括 2wt% ~ 10wt% 的 Si0 2 ; 8wt% ~ 15wt%的 B 2 0 3 ; 25 wt% ~ 45wt%的 La 2 0 3 ; 10wt% ~ 35wt%的 Gd 2 0 3 ; 2wt% ~ 10wt%的 Zr0 2 ; 2.1wt% ~ 3.9wt%的 W0 3 ; 5wt% ~ 12.9wt%的 Ta 2 0 5 ; 0 wt% ~ 5wt%的 Y 2 0 3 + Yb 2 0 3 ; 0 wt% ~ 5wt%的 Nb 2 0 5 ; 0wt% ~ 5wt% 的 ZnO; 0wt% ~ 3wt%的 BaO; 0wt% ~ 3wt%的 SrO; 0wt% ~ 3wt%的 CaO。 Si0 2 和 B 2 0 3 是形成本发明光学玻璃的骨架组分， 它们的引入可以提高玻璃的 稳定性并有利于改善玻璃的化学稳定性， B 2 0 3 还可以降低玻璃高温熔融粘度。 La 2 0 3 和 Gd 2 0 3 是获得高折射率低色散玻璃的必要组分。 Zr0 2 能提高光学玻璃 的黏度、 硬度、 化学稳定性， 降低玻璃的热膨胀系数。
在本发明中 wo 3 不仅是一种改良光学玻璃抗失透性的组分 ， 相对于引入 Ti0 2 而言， 玻璃的透过率会明显改善。 Ta 2 0 5 是赋予光学玻璃高折射率和低色 散特性的组分， 同时可以有效增强玻璃稳定性。 与现有技术相比， 本发明提供 的光学玻璃在降低了 Ta 2 0 5 含量的同时， 保证了本发明所述光学玻璃的光学参 数及性能。 实验结果表明， 本发明提供的光学玻璃折射率为 1.86 ~ 1.89、 阿贝 数为 38.5 ~ 42.0,透射比达到 70%对应的波长在 380nm以下，满足现代成像设 备的需要， 同时降低了成本。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述 的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种光学玻璃， 包括以下成分：
2wt% ~ 10wt%的 Si0 2 ;
8wt% ~ 15wt%的 B 2 0 3 ;
25 wt% ~ 45wt%的 La 2 0 3 ;
10wt% ~ 35wt%的 Gd 2 0 3 ;
2wt% ~ 10wt%的 Zr0 2 ;
2.1wt% ~ 3.9wt%的 W0 3 ;
5wt% ~ 12.9wt 0 / 々 Ta 2 0 5 ;
0 wt% ~ 5wt%的 Y 2 0 3 +Yb 2 0 3;
0 wt% ~ 5wt%的 Nb 2 0 5 ;
0wt% ~ 5wt%的 ZnO;
0wt% ~ 3wt%的 BaO;
0wt% ~ 3wt%的 SrO;
0wt% ~ 3wt%的 CaO。 Si0 2 是重要的玻璃形成体氧化物， 以硅氧四面体【Si0 4 】的结构单元形成 不规则的连续网络，是形成光学玻璃的骨架。 Si0 2 具有维持玻璃抗失透性的作 用。 Si0 2 的含量限定为 2wt% ~ 10wt%,优选为 6wt% ~ 9wt%,更优选为 5wt% ~ 8wt%。
在上述成分中， B 2 0 3 是一种形成光学玻璃的重要的氧化物， 对于形成光 学玻璃的网络有效， 能够降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定 性和化学稳 定性， 增加玻璃的折射率， 降低玻璃的软化温度和可熔温度。 B 2 0 3 的含量为 8wt% ~ 15wt%, 优选为 10wt% ~ 14wt%。
La 2 0 3 是获得高折射率低色散玻璃的必要组分。 La 2 0 3 的含量限定为 25wt% ~ 45wt%, 优选为 30wt% ~ 40wt%, 更优选为 32wt% ~ 38wt%,。 La 2 0 3 的含量低于 25 wt%时， 光学玻璃的折射率下降； La 2 0 3 的含量高于 45 wt%时， 光学玻璃的抗失透性下降。
Gd 2 0 3 是提高玻璃折射率、 增大阿贝数的有效成分。 Gd 2 0 3 的含量限定为 10 wt% ~ 35 wt%,优选为 15 wt% ~ 30 wt%,更优选为 20 wt% ~ 30 wt%。 Gd 2 0 3 的含量大于 35 wt%时， 光学玻璃的抗失透性下降， 成玻璃性变差。
Zr0 2 能提高光学玻璃的黏度、 硬度、 化学稳定性， 降低玻璃的热膨胀系 数。 Zr0 2 的含量不足 2 %, 上述效果不明显， Zr0 2 的含量超过 8%, 玻璃难熔， 易失透， 因此 Zr0 2 的含量优选为 2 ~ 8 wt%, 更优选为 4 ~ 8 wt%, 最优选为 5wt% ~ 8 wt%„
Ta 2 0 5 是赋予光学玻璃高折射率和低色散特性的 组分， 可以有效增强玻璃 稳定性， Ta 2 0 5 含量高， 玻璃成本升高， 降低 Ta 2 0 5 含量， 则玻璃稳定性下降。 因此， Ta 2 0 5 的含量限定为 5wt% ~ 12.9wt%, 优选为 6wt% ~ l lwt%, 更优选为 7wt% ~ 10wt%。
wo 3 在本发明中是一种改良光学玻璃抗失透性 、 调节光学常数的组分。 本发明从成本考虑减少了 Ta 2 0 5 的引入量； 同时， 为了降低色散， 保持成玻璃 性， 改良玻璃着色性能， 在本发明中在降低 Ta 2 0 5 添加量的同时添加适量的 wo 3 。
本发明中， 当 W0 3 的含量在 2.1 wt%以下时， 达不到降低色散的作用， 改 良光学玻璃抗失透性的效果不明显； 超过 3.9 wt%时， 达不到本发明所要求的 光学常数，反而玻璃抗失透性变差， 可见光区域的短波长区域的光线透射率变 差， 玻璃透过率变差。 因此， 为了使光学玻璃在可见光范围的较短波长范围 内 具有良好透光率， 本发明中 W0 3 的含量限定为 2.1 wt% ~ 3.9wt%, 优选为 2.5 wt% ~ 3.9 wt%, 更优选为 3 wt% ~ 3.9 wt%。
Y 2 0 3 、 Yb 2 0 3 也可以起到提高光学玻璃折射率、 调整光学常数的作用， 在 本发明中只能少量引入； 当丫 2 0 3 与 Yb 2 0 3 含量合计超过 5wt%时，会引起玻璃 耐失透性能恶化。 所以 Y 2 0 3 与 Yb 2 0 3 的含量合计优选为 lwt% ~ 4wt%。
高折射低色散光学玻璃中引入 La 2 0 3 的同时引入 Gd 2 0 3 、 Y 2 0 3 或 Yb 2 0 3 , 可以有效增加玻璃抗失透能力， 成玻璃性与只引入 La 2 0 3 相比有明显改善。
Nb 2 0 5 是赋予玻璃高折射率的组分， 并且具有改进玻璃的抗失透性的作 用。 Nb 2 0 5 含量高于 5 wt%时， 会导致玻璃色散大幅升高， 阿贝数降低。 Nb 2 0 5 的含量限定为 0 wt% ~ 5 wt%, 优选为 1 wt% ~ 4 wt%。
在本发明中适量引入 ZnO具有助熔的作用， 同时可以提高玻璃的化学稳 定性、 热稳定性。 ZnO 的含量超过 5wt %, 玻璃光学常数难以达到要求。 因 此， ZnO 的含量限定为 0wt% ~ 5wt %, 优选为 1 wt% ~ 5 wt%, 更优选为 2 wt% ~ 4wt % o
BaO、 SrO、 CaO在本发明中适量引入可以加速熔化， 但 BaO、 SrO、 CaO 任一含量超过 3 %,玻璃熔制困难， 因此 BaO、 SrO、 CaO含量限定为 0 wt% ~ 3 wt%, 优选不加入。
本发明光学玻璃的折射率为 1.86 ~ 1.89、 阿贝数为 38.5 ~ 42.0, 透射比达 到 70%对应的波长在 380nm以下。 由于 Ta 2 0 5 为稀土原料， 价格昂贵。 因此， 本发明提供的光学玻璃在降低了 Ta 2 0 5 含量的同时， 保证了本发明所要求的光 学常数及性能， 本发明提供的光学玻璃成本较低。
本发明提供的光学玻璃的性能参数按照如下方 法进行测试。
其中折射率 （nd )值为 （-2°C/h ) - ( -6°C/h ) 的退火值， 折射率与阿贝数 按照《GB/T 7962.1— 1987 无色光学玻璃测试方法 折射率和色散系数》测试。
将玻璃制作成 10mm±0.1 mm厚度 ό々样品 , 则试玻璃在透射 t匕达 j 70%对 应的波长 λ 7 ο。
本发明还提供一种由上述技术方案所述的光学 玻璃形成的光学元件。该光 学元件具有上述光学玻璃的各种特性。本发明 的光学元件具有 1.86 ~ 1.89的折 射率、 38.5 ~ 42.0的阿贝数， 适用于数码相机、 数码摄像机和照相手机等。
对于本发明提供的光学玻璃的制备方法， 并无特别限制，按照本领域技术 人员熟知的方法进行制备。 将原料进行熔化、 澄清、 均化后降温， 注入预热的 金属模， 退火得到光学玻璃。
为了进一步了解本发明的技术方案， 下面结合表 1 ~ 2中具体的实施例， 对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理 解， 这些描述只是为进一步说明 本发明的特征和优点， 而不是对本发明权利要求的限制。
表 1 实施例 1 ~ 6提供的光学玻璃组分百分比及对应性能
实施例
1 2 3 4 5 6
Si0 2 6.5 7.2 6.8 7.0 6.1 8.2
B 2 0 3 10.6 10.8 11.5 11.6 9.3 13.8
La 2 0 3 34.4 37.8 36.2 30.0 39.0 30.5
Gd 2 0 3 24.0 22.2 21.1 29.3 12.0 26.5
Zr0 2 7.0 6.5 7.5 5.1 4.1 8.9
W0 3 3.5 3.5 3.0 3.1 3.0 2.1
Ta 2 0 5 12.9 12.0 8.3 6.9 12.5 10.0
Y 2 0 3 2.6 3.0 5.0 玻璃 Yb 2 0 3 1.0
组分 Nb 2 0 5 3 2.0 4.0
( wt% )
ZnO 1.1 5.0
BaO
SrO 1
CaO
总计 100 100 100 100 100 100 nd 1.8837 1.8810 1.8851 1.8841 1.8900 1.8700 vd 40.4 40.7 40.3 40.6 38.6 41.6 λ 7 ο
378 377 378 375 379 377 ( nm ) 表 2 实施例 7 ~ 12提供的光学玻璃组分百分比及对应性能 实施例
7 8 9 10 11 12
Si0 2 9.5 6.2 5.8 7.7 5.4 8.7
B 2 0 3 14.6 12.8 11.5 10.6 9.8 13.1
La 2 0 3 36.7 35.8 31.1 34.0 41.0 33.9
Gd 2 0 3 18.0 22.2 24.1 21.9 11.4 19.5
Zr0 2 2.0 6.9 5.5 6.1 4.3 7.4
W0 3 2.5 3.5 3.0 3.9 2.7 2.9
Ta 2 0 5 5.9 9.8 8.9 7.9 12.2 10.3
Y 2 0 3 1.5 4.2 3.5 玻璃 Yb 2 0 3 3.0 3.3 0.7
组分 Nb 2 0 5 4.2 1.6 2.8 3.5 4.0
( wt% )
ZnO 2.1 1.2 3.0 4.4 2.8
BaO 1.5
SrO
CaO 1 0.7 总计 100 100 100 100 100 100 nd 1.8690 1.8840 1.8775 1.8800 1.8900 1.8760 vd 41.4 40.7 40.1 40.9 39..1 41.2 λ 7 ο
376 376 375 377 377 378 ( nm ) 本发明实施例 1 ~ 12所提供的光学玻璃按照如下方法制备：
将表 1 ~ 2所示成分对应的氧化物、 氢氧化物、 碳酸盐、 硝酸盐原料， 按 比例称量， 充分混合后加入铂金坩埚内， 在 1400 ~ 1450°C下熔化、 澄清、 均 化后， 降温至约 1300 °C ;
将上述降至 1300°C以下的熔融玻璃液浇注入预热后的金属 ；
在 700 ~ 750°C附近将所述浇注入预热后的金属模的熔融 玻璃加压成型； 将经过加压成型的玻璃连同金属模一起放入退 火炉内徐冷退火后得到光 学玻璃， 测试光学玻璃的相关参数。
实施例 1 ~ 12提供的光学玻璃的折射率、 阿贝数等参数如表 1 ~ 2所示。 从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的 光学玻璃降低了 Ta 2 0 5 含量， 从而降低了光学玻璃的成本， 同时折射率为 1.86 ~ 1.89、 阿贝数为 38.5 ~ 42.0, 透射比达到 70%时对应的波长在 380nm以下。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业 技术人员能够实现或使用本 发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术 人员来说将是显而易见 的， 本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明 的精神或范围的情况下， 在 其它实施例中实现。 因此， 本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例 ， 而 是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。