一种光学玻璃及光学元件

摘要

本发明公开了一种光学玻璃及光学元件，该光学玻璃包括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。该光学玻璃在降低了Ta2O5含量的同时，保证了光学玻璃的折射率为1.86～1.89、阿贝数为38.5～42.0的光学参数，透射比达到70％时对应的波长在380nm以下。

权利要求

1.一种光学玻璃，其特征在于，包括以下成分：

2wt%～10wt%的SiO2；

8wt%～15wt%的B2O3；

25wt%～45wt%的La2O3；

10wt%～35wt%的Gd2O3；

2wt%～10wt%的ZrO2；

3wt%～3.9wt%的WO3；

5wt%～12.9wt%的Ta2O5；

0wt%～5wt%的Y2O3+Yb2O3；

0wt%～5wt%的Nb2O5；

0wt%～5wt%的ZnO；

0wt%～3wt%的BaO；

0wt%～3wt%的SrO；

0wt%～3wt%的CaO。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

6wt%～9wt%的SiO2。

3.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

10wt%～14wt%的B2O3。

4.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

30wt%～40wt%的La2O3。

5.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

15wt%～30wt%的Gd2O3。

6.根据权利要求5所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

20wt%～30wt%的Gd2O3。

7.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

6wt%～11wt%的Ta2O5。

8.根据权利要求7所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

7wt%～10wt%的Ta2O5。

9.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

1wt%～4wt%的Y2O3+Yb2O3。

10.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

1wt%～4wt%的Nb2O5。

11.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

1wt%～5wt%的ZnO。

12.根据权利要求1～11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。

13.根据权利要求1～11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。

14.一种权利要求1～13任意一项所述的光学玻璃形成的光学元件。

说明书

一种光学玻璃及光学元件

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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Ta2O5，例如，申请号为200810304963.5的中国专利文献报道了一种高折射低色散的光学玻璃，其质量百分比组成为：6％～17％的B2O3；2wt％～10wt％的SiO2；大于25％小于45％的La2O3；5wt％～25wt％的Gd2O3，大于19wt％、小于27wt％的Ta2O5；大于0.01wt％、小于0.1wt％的Sb2O3。

[0005] 上述报道的光学玻璃中，Ta2O5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，Ta2O5作为一种稀土原料，价格昂贵。上述报道的光学玻璃中Ta2O5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Ta2O5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。

[0006] 此外，申请号为200910001182.3的中国专利文献报道了折射率1.9以上，阿贝数38以下的光学玻璃，其组成中含有TiO2用于减小光学玻璃的阿贝数。但是，TiO2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

[0007] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种Ta2O5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。

[0008] 本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：

[0009] 2wt％～10wt％的SiO2；

[0010] 8wt％～15wt％的B2O3；

[0011] 25wt％～45wt％的La2O3；

[0012] 10wt％～35wt％的Gd2O3；

[0013] 2wt％～10wt％的ZrO2；

[0014] 2.1wt％～3.9wt％的WO3；

[0015] 5wt％～12.9wt％的Ta2O5；

[0016] 0wt％～5wt％的Y2O3+Yb2O3；

[0017] 0wt％～5wt％的Nb2O5；

[0018] 0wt％～5wt％的ZnO；

[0019] 0wt％～3wt％的BaO；

[0020] 0wt％～3wt％的SrO；

[0021] 0wt％～3wt％的CaO。

[0022] 优选的，包括：

[0023] 6wt％～9wt％的SiO2。

[0024] 优选的，包括：

[0025] 10wt％～14wt％的B2O3。

[0026] 优选的，包括：

[0027] 30wt％～40wt％的La2O3。

[0028] 优选的，包括：

[0029] 15wt％～30wt％的Gd2O3。

[0030] 优选的，包括：

[0031] 20wt％～30wt％的Gd2O3。

[0032] 优选的，包括：

[0033] 2.5wt％～3.9wt％的WO3。

[0034] 优选的，包括：

[0035] 3wt％～3.9wt％的WO3。

[0036] 优选的，包括：

[0037] 6wt％～11wt％的Ta2O5。

[0038] 优选的，包括：

[0039] 7wt％～10wt％的Ta2O5。

[0040] 优选的，包括：

[0041] 1wt％～4wt％的Y2O3+Yb2O3。

[0042] 优选的，包括：

[0043] 1wt％～4wt％的Nb2O3。

[0044] 优选的，包括：

[0045] 1wt％～5wt％的ZnO。

[0046] 优选的，折射率为1.86～1.89；阿贝数为38.5～42.0。

[0047] 优选的，透射比达到70％时，对应的波长在380nm以下。

[0048] 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。

[0049] 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；0wt％～5wt％的Y2O3+Yb2O3；
0wt％～5wt％的Nb2O5；0wt％～5wt％的ZnO；0wt％～3wt％的BaO；0wt％～3wt％的SrO；
0wt％～3wt％的CaO。SiO2和B2O3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，B2O3还可以降低玻璃高温熔融粘度。La2O3和Gd2O3是获得高折射率低色散玻璃的必要组分。ZrO2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。

[0050] 在本发明中WO3不仅是一种改良光学玻璃抗失透性的组分，相对于引入TiO2而言，玻璃的透过率会明显改善。Ta2O5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Ta2O5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

[0051] 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。

[0052] 本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：

[0053] 2wt％～10wt％的SiO2；

[0054] 8wt％～15wt％的B2O3；

[0055] 25wt％～45wt％的La2O3；

[0056] 10wt％～35wt％的Gd2O3；

[0057] 2wt％～10wt％的ZrO2；

[0058] 2.1wt％～3.9wt％的WO3；

[0059] 5wt％～12.9wt％的Ta2O5；

[0060] 0wt％～5wt％的Y2O3+Yb2O3；

[0061] 0wt％～5wt％的Nb2O5；

[0062] 0wt％～5wt％的ZnO；

[0063] 0wt％～3wt％的BaO；

[0064] 0wt％～3wt％的SrO；

[0065] 0wt％～3wt％的CaO。

[0066] SiO2是重要的玻璃形成体氧化物，以硅氧四面体【SiO4】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。SiO2具有维持玻璃抗失透性的作用。SiO2的含量限定为2wt％～10wt％，优选为6wt％～9wt％，更优选为5wt％～8wt％。

[0067] 在上述成分中，B2O3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。B2O3的含量为8wt％～15wt％，优选为10wt％～14wt％。

[0068] La2O3是获得高折射率低色散玻璃的必要组分。La2O3的含量限定为25wt％～45wt％，优选为30wt％～40wt％，更优选为32wt％～38wt％，。La2O3的含量低于25wt％时，光学玻璃的折射率下降；La2O3的含量高于45wt％时，光学玻璃的抗失透性下降。

[0069] Gd2O3是提高玻璃折射率、增大阿贝数的有效成分。Gd2O3的含量限定为10wt％～35wt％，优选为15wt％～30wt％，更优选为20wt％～30wt％。Gd2O3的含量大于35wt％时，光学玻璃的抗失透性下降，成玻璃性变差。

[0070] ZrO2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。ZrO2的含量不足2％，上述效果不明显，ZrO2的含量超过8％，玻璃难熔，易失透，因此ZrO2的含量优选为2～8wt％，更优选为4～8wt％，最优选为5wt％～8wt％。

[0071] Ta2O5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，Ta2O5含量高，玻璃成本升高，降低Ta2O5含量，则玻璃稳定性下降。因此，Ta2O5的含量限定为5wt％～12.9wt％，优选为6wt％～11wt％，更优选为7wt％～10wt％。

[0072] WO3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Ta2O5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Ta2O5添加量的同时添加适量的WO3。

[0073] 本发明中，当WO3的含量在2.1wt％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3.9wt％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WO3的含量限定为2.1wt％～3.9wt％，优选为2.5wt％～3.9wt％，更优选为3wt％～3.9wt％。

[0074] Y2O3、Yb2O3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Y2O3与Yb2O3含量合计超过5wt％时，会引起玻璃耐失透性能恶化。所以Y2O3与Yb2O3的含量合计优选为1wt％～4wt％。

[0075] 高折射低色散光学玻璃中引入La2O3的同时引入Gd2O3、Y2O3或Yb2O3，可以有效增加玻璃抗失透能力，成玻璃性与只引入La2O3相比有明显改善。

[0076] Nb2O5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。Nb2O5含量高于5wt％时，会导致玻璃色散大幅升高，阿贝数降低。Nb2O5的含量限定为0wt％～5wt％，优选为1wt％～4wt％。

[0077] 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1wt％～5wt％，更优选为2wt％～4wt％。

[0078] 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0wt％～3wt％，优选不加入。

[0079] 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Ta2O5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Ta2O5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。

[0080] 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。

[0081] 其中折射率(nd)值为(-2℃/h)-(-6℃/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。

[0082] 将玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的样品，测试玻璃在透射比达到70％对应的波长λ70。

[0083] 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。

[0084] 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。

[0085] 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。

[0086] 表1实施例1～6提供的光学玻璃组分百分比及对应性能

[0087]

[0088] 表2实施例7～12提供的光学玻璃组分百分比及对应性能

[0089]

[0090] 本发明实施例1～12所提供的光学玻璃按照如下方法制备：

[0091] 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℃下熔化、澄清、均化后，降温至约1300℃；

[0092] 将上述降至1300℃以下的熔融玻璃液浇注入预热后的金属模；

[0093] 在700～750℃附近将所述浇注入预热后的金属模的熔融玻璃加压成型；

[0094] 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。

[0095] 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。

[0096] 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Ta2O5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。