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CN1669966A - 光学玻璃、精密模压预制体、制造预制体的方法、光学元件和制造光学元件的方法 - Google Patents

光学玻璃、精密模压预制体、制造预制体的方法、光学元件和制造光学元件的方法 Download PDF

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CN1669966A CNA2005100559100A CN200510055910A CN1669966A CN 1669966 A CN1669966 A CN 1669966A CN A2005100559100 A CNA2005100559100 A CN A2005100559100A CN 200510055910 A CN200510055910 A CN 200510055910A CN 1669966 A CN1669966 A CN 1669966A
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Abstract

本发明提供具有高于1.82但不高于1.86的折射率(nd)、30－39.5的阿贝数(vd)，并具有允许进行精密模压的低温软化性能的光学玻璃：一种是含B2O3、La2O5、Gd2O3和ZnO作为必要组分，含Li2O和SiO2作为任选组分的光学玻璃，条件是当含Li2O时，SiO2的含量小于2重量％，具有高于1.82但不高于1.86的折射率(nd)，30－39.5的阿贝数(vd)，并具有630℃或更低的玻璃转变温度(Tg)；另一种是按重量％计，含14－30％的B2O3、10－40％的La2O3、1－30％的Gd2O3和6－26％的ZnO作为必要组分，并含规定量的WO3、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、SiO2、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、Y2O3、Yb2O3、ZrO2、Bi2O3和Sb2O3作为任选组分的光学玻璃，并具有高于1.82但不高于1.86的折射率(nd)，30－39.5的阿贝数(vd)和630℃或更低的玻璃转变温度(Tg)。

Description

光学玻璃、精密模压预制体、制造预制体的方法、 光学元件和制造光学元件的方法
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃、供通过精密模压光学玻璃制造光学元件使用的精密模压预制体、制造该预制体的方法、由上述光学玻璃形成的光学元件和制造该光学元件的方法。
背景技术
极需要高折射率低色散玻璃作为用于光学元件如各种透镜等的材料。例如，作为具有这种光学常数的玻璃，已知的有，如由Japan GlassProduct Industry Society发行的，Hiroshi Ogawa和Shinei Ogawa编辑的“Glass Composition Handbook”(1991)的第106页上公开的含钽重火石玻璃TaSF17等。
近年来，随着数码相机、摄像机等的迅速普及，对作为部件的玻璃透镜的需要日益增加。另一方面，随着数码相机中成像装置的像素数增加，要求光学元件具有高的性能，并且要求迅速提供形状准确度高的光学元件。
为了提供光学元件，已知精密模压方法是极高生产率制造由玻璃形成的形状准确度高的光学元件的方法。然而，由于所有的常规玻璃如TaSF17和NbSF32都具有高的玻璃转变温度，所以它们不适用于精密模压。
发明内容
在这种情况下，本发明的一个目的是提供一种折射率(nd)高于1.82但不高于1.86、阿贝数(νd)为30-39.5，并具有使光学玻璃能够进行精密模压的低温软化性能的光学玻璃，由上述光学玻璃形成的精密模压预制体，制造上述预制体的方法，由上述光学玻璃形成的光学元件和制造上述光学元件的方法。
为了实现上述目的，本发明人进行了勤奋的研究，并因此发现通过具有特定玻璃组成、特定光学常数和特定玻璃转变温度的光学玻璃，由上述玻璃形成的预制体和由上述玻璃形成的光学元件，并通过在制造上述预制体的过程中使用特定的制造方法和在制造光学元件的过程中使用特定的制造方法可以实现上述目的。因此，基于上述发现完成了本发明。
即，本发明提供：
(1)一种光学玻璃，含作为必要组分的B2O3、La2O5、Gd2O3和ZnO，含作为任选组分的Li2O和SiO2，条件是当含Li2O时，SiO2的含量小于2重量％，折射率(nd)高于1.82但不高于1.86，阿贝数(νd)为30-39.5，玻璃转变温度(Tg)为630℃或更低(在下文中，称为“光学玻璃1”)，
(2)一种光学玻璃，按重量％计，含有
14至30％    B2O3，
10至40％    La2O3，
1至30％     Gd2O3，
6至26％     ZnO，
0至20％     WO3，
0至20％     Ta2O5，
0至10％     Nb2O5，
0至8％      TiO2，
0至10％     SiO2，
条件是当Li2O的含量大于0％时，SiO2的含量小于2％，
0至5％    Li2O，
0至5％    Na2O，
0至5％    K2O，
0至5％    MgO，
0至5％      CaO，
0至5％      SrO，
0至5％      BaO，
0至10％     Y2O3，
0至10％     Yb2O3，
0至10％     ZrO2，
0至10％     Bi2O3，和
0至1％      Sb2O3，折射率(nd)高于1.82但不高于1.86，阿贝数(νd)为30-39.5，玻璃转变温度(Tg)为630℃或更低(在下文中，称为“光学玻璃2”)，
(3)一种精密模压预制体，是由上述(1)或(2)的光学玻璃形成的，
(4)一种制造精密模压预制体的方法，该方法包括将具有预定重量的熔融玻璃块与流出管路的熔融玻璃分离，和成型所述的玻璃块，从而制造由上述(1)或(2)的光学玻璃形成的预制体，
(5)一种制造精密模压预制体的方法，该方法包括用熔融玻璃形成成型玻璃和加工所述的成型玻璃，从而制造由上述(1)或(2)的光学玻璃形成的预制体，
(6)一种光学元件，是由上述(1)或(2)的光学玻璃形成的，
(7)一种制造光学元件的方法，该方法包括加热上述(3)的预制体和精密模压该预制体，
(8)一种制造光学元件的方法，该方法包括加热通过上述(4)或(5)的方法制造的预制体和精密模压该预制体，
(9)如上述(7)或(8)中所述的制造光学元件的方法，其中一起加热压模和预制体，并用压模压制该预制体，和
(10)如上述(7)或(8)中所述的制造光学元件的方法，其中将预制体与压模分开预热，并将其引入预热的压模中，以实施预制体的精密模压。
根据本发明，可以提供一种折射率(nd)高于1.82但不高于1.86、阿贝数(νd)为30-39.5并具有能够进行精密模压的低温软化性能的光学玻璃，由上述玻璃形成的精密模压预制体，制造该预制体的方法，由上述光学玻璃形成的光学元件和制造该光学元件的方法。
附图说明
图1是实施例中使用的精密模压装置的一个实例的示意性剖视图。
具体实施方式
(光学玻璃)
首先，将说明本发明的光学玻璃。
本发明的光学玻璃包括两个实施方案，光学玻璃1和光学玻璃2。
光学玻璃1是含B2O3、La2O5、Gd2O3和ZnO作为必要组分、含Li2O和SiO2作为任选组分的光学玻璃，条件是当含Li2O时，SiO2的含量小于2重量％，折射率(nd)高于1.82但不高于1.86，阿贝数(νd)为30-39.5，玻璃转变温度(Tg)为630℃或更低。
本发明的光学玻璃1含作为必要组分的B2O3、La2O3、Gd2O3和ZnO。B2O3是用于构成玻璃网络的必要组分。La2O3和Gd2O3是赋予玻璃高折射率低色散性能的必要组分。当这两种组分共存时，玻璃的稳定性进一步提高。
ZnO是赋予玻璃低温软化性能而不使折射率下降的组分。基本上，本发明的光学玻璃1含上述必要组分，因此它实现了由以下参数表示的光学性能：折射率高于1.82但不高于1.86，优选1.821-1.86；阿贝数(νd)为30-39.5，优选低于39.5，更优选39.4或更低，更加优选39.3或更低。上述阿贝数(νd)的下限优选为30.5或更高，更优选31或更高。而且，实现了高稳定性和由630℃或更低，优选620℃或更低，更优选低于600℃的玻璃转变温度(Tg)表示的低温软化性能。
当含Li2O时，将SiO2的含量限制为低于2重量％的原因与随后针对下面描述的光学玻璃2所做的说明相同，并且，玻璃组成的优选范围也与随后针对下面描述的光学玻璃2所做的说明相同。
本发明的光学玻璃2是含以下组分的光学玻璃，按重量％计，
14至30％   B2O3，
10至40％   La2O3，
1至30％    Gd2O3，
6至26％    ZnO，
0至20％    WO3，
0至20％    Ta2O5，
0至10％    Nb2O5，
0至8％     TiO2，
0至10％    SiO2，
条件是当Li2O的含量大于0％时，SiO2的含量小于2％，
0至5％    Li2O，
0至5％    Na2O，
0至5％    K2O，
0至5％    MgO，
0至5％    CaO，
0至5％    SrO，
0至5％    BaO，
0至10％   Y2O3，
0至10％   Yb2O3，
0至10％   ZrO2，
0至10％   Bi2O3，和
0至1％    Sb2O3，折射率(nd)高于1.82但不高于1.86，阿贝数(νd)为30-39.5，玻璃转变温度(Tg)为630℃或更低。
将说明限制光学玻璃2中组成范围的原因。除非另有规定，否则下面的含量表示重量％含量。
B2O3是形成网络的必要组分。然而，当过量引入它时，折射率(nd)降低，因此，B2O3的含量为14-30％，优选15-26％，更优选16-25％。
La2O3是赋予玻璃高折射率低色散性能的必要组分。然而，当过量引入它时，玻璃的稳定性下降，因此，La2O3的含量为10-40％，优选12-38％，更优选14-36％。
Gd2O3也是赋予玻璃高折射率低色散性能的必要组分。然而，当过量引入它时，玻璃的稳定性下降，因此，Gd2O3的含量为1-30％，优选1-25％，更优选1-20％。正如已经说明的，与只引入Gd2O3时相比，Gd2O3在与La2O3共存时有更大的提高玻璃稳定性的作用。
ZnO是赋予玻璃在低温下使玻璃软化的性能，同时保持高折射率的必要组分。然而，当过量引入它时，玻璃的稳定性下降，因此，ZnO的含量为6-26％，优选7-25％，更优选8-24％。
WO3用于提高玻璃的折射率和稳定性，并用于降低液相线温度。然而，当过量引入它时，玻璃的稳定性下降，并使玻璃着色，因此，WO3的含量为0-20％，优选0-18％，更优选1-18％。
Ta2O5是用于提高折射率的组分。然而，当过量引入它时，玻璃的稳定性下降，因此，Ta2O5的含量为0-20％，优选0-18％，更优选1-18％。
Nb2O5也是用于提高折射率的组分。然而，当过量引入它时，玻璃的液相线温度升高，因此，Nb2O5的含量为0-10％，优选0-8％，更优选1-8％。
TiO2也是用于提高折射率的组分。然而，当过量引入它时，玻璃的稳定性下降，并且使玻璃着色，因此，TiO2的含量为0-8％，优选0-7％，更优选1-7％。
为了提高折射率，优选将WO3、Ta2O5、Nb2O5和TiO2的总含量调整为大于10重量％，更优选为11重量％或更多。
SiO2用于提高玻璃的稳定性。然而，当过量引入它时，不但折射率降低，而且玻璃转变温度升高，因此，SiO2的含量为0-10％。
为了获得更高的折射率，同时满足使玻璃的阿贝数(νd)处于低于39.5的范围内所需的各种条件，优选将B2O3的含量与B2O3和SiO2的总含量的摩尔比B2O3/(B2O3+SiO2)调整为0.80-1.00。
Li2O极有效地降低玻璃转变温度。然而，当过量引入它时，折射率降低，并且玻璃的稳定性也下降，因此，Li2O的含量为0-5％。
然而，当引入Li2O时，需要将SiO2的含量限制为低于2重量％。在引入到光学玻璃2的组分中，Li2O和SiO2相对低程度地用于提高折射率。正如已经描述的，Li2O是用于赋予玻璃低温软化性能的组分，SiO2是用于提高玻璃稳定性的组分。当低温软化点特别重要时，引入Li2O，并且在这种情况下，如上所述限制SiO2的含量以防止折射率降低。因为La2O3和Gd2O3共存，所以可以赋予光学玻璃2优异的稳定性，因此可以如上所述限制作为提高玻璃稳定性之组分的SiO2的含量。
当含Li2O时，SiO2的含量优选为0-1.9％，更优选0-1.5％，优选低于3mol％，更优选0-2.5mol％。然而，当Gd2O3的含量低于5mol％时，为了提高玻璃的稳定性，在上述范围中，可以将SiO2的含量调整为3mol％或更多。
而且，当不含Li2O时，SiO2的含量优选为1-9％，更优选1-8％。
Na2O和K2O用于提高玻璃的可熔性。然而，当过量引入它们时，玻璃的折射率和稳定性降低，因此，Na2O和K2O中每一种的含量为0-5％。
MgO、CaO和SrO也用于提高玻璃的可熔性。然而，当过量引入它们时，玻璃的折射率和稳定性降低，因此，MgO、CaO和SrO中每一种的含量为0-5％。
BaO用于提高玻璃的折射率。然而，当过量引入它时，玻璃的稳定性下降，因此，BaO的含量为0-5％，优选0-4％，更优选0-3％。
Y2O3和Yb2O3用于赋予玻璃高折射率低色散性能。然而，当过量引入它们时，玻璃的稳定性下降，因此，Y2O3和Yb2O3中每一种的含量为0-10％，优选0-8％，更优选0-7％。当与La2O3共存时，Y2O3和Yb2O3也用于促进提高玻璃稳定性的作用。
此外，优选的是不使用Lu2O3，因为Lu2O3是昂贵的组分。
ZrO2用于提高折射率。然而，当过量引入它时，玻璃的稳定性下降，并且使液相线温度升高，因此，ZrO2的含量为0-10％，优选0-8％，更优选1-8％。
Bi2O3用于提高折射率并提高玻璃的稳定性。然而，当过量引入它时，使玻璃着色，因此，Bi2O3的含量为0-10％，优选0-7％，更优选0-5％。
为了提高玻璃的上述性能，同时实现本发明的目的，上述组分和澄清剂的总含量优选大于95％，更优选大于98％，更加优选大于99％，特别优选100％。
虽然GeO2和Ga2O3用于增加折射率并提高玻璃的稳定性，但它们是昂贵的组分，因此GeO2和Ga2O3中每一种的含量优选为0-10％，更优选0-1％。更加优选的是GeO2和Ga2O3均不使用。
除了上述组分之外，可以加入总量为0-1％的澄清剂。然而，当过量加入澄清剂时，在精密模压的过程中，它们会损坏模具的成型面，特别是脱模膜，因此需要注意。
澄清剂的例子包括Sb2O3、As2O3等，但考虑到对环境有有害的作用而强制排除As2O3的使用。在本发明中，Sb2O3的含量优选为0-1％。
也可以引入F。然而，当模制(成型)熔融玻璃时，F从玻璃中挥发，从而造成纹影出现，并使光学常数改变，因此优选的是不引入F。
除这些之外，考虑到对环境有有害的作用，并因为在非氧化气氛中进行精密模压的过程中，PbO被还原，从而粘附在压模的成型面上，强制避免引入PbO。
除了为赋予玻璃吸收具有特定波长光的能力而使玻璃着色之外，理想地，不引入Cu、Fe等。而且，考虑到对环境的影响，也强制排除CdO。
光学玻璃1和2都优选为模压用光学玻璃，特别是精密模压用光学玻璃。
(预制体和制造预制体的方法)
本发明的精密模压预制体(在下文中，称为“预制体”)是由上述光学玻璃1或2形成的。
预制体是重量等于模压产品重量的玻璃成型材料。根据模压产品的形状，将预制体成型为适当的形状。预制体形状的例子包括球形状、旋转椭球形状等。加热预制体以具有允许模压的粘度，然后模压它。
预制体的形状优选是包括上述旋转椭球形状在内的具有一个旋转对称轴的形状。上述具有一个旋转对称轴的形状包括以下形状：在包括上述旋转对称轴的横截面中，具有无任何角或洼的光滑轮廓线的形状，如具有其中短轴相应于上述横截面中旋转对称轴的椭圆形轮廓线的形状。优选地，当将由连接上述横截面中预制体的轮廓线上的任一点与旋转对称轴上预制体重心的线与同轮廓线上上述点处的轮廓线相切的切线形成的角中的一个取作θ时，当上述点以旋转对称轴开始，并沿着轮廓线移动时，角θ从90°单调增加，然后单调下降，然后单调下降至在轮廓线与旋转对称轴交叉的另一点处达到90°。
上述预制体可以根据需要在其表面上配有薄膜如脱模膜。例如，脱模膜包括含碳膜、自组装膜等。将上述预制体用于通过模压制造具有预定光学常数的光学元件。
下面将说明本发明提供的制造预制体的方法。
本发明提供的制造预制体的第一种方法包括将具有预定重量的熔融玻璃块与从管路中流出的熔融玻璃分离，将上述玻璃块成型为由上述光学玻璃1或2形成的预制体。
在此方法中，在冷却熔融状态玻璃的步骤中成型预制体，并使熔融玻璃达到这样一种状态，即在使该玻璃固化后，可使用该玻璃作为预制体而不用进行机械加工。此方法具有这样的优点，即避免了机械加工过程如切割、研磨、抛光等。而且，可以成型具有光滑表面的预制体。而且，预制体的整个表面是通过固化熔融状态的玻璃形成的表面，因此可以获得没有由抛光造成的细小划痕或潜划痕的光滑表面。
而且，预制体表面理想地没有任何称为“切痕”的切割痕迹。当用切割刀片切割流出管路的熔融玻璃时产生切痕。当在将预制体精密模压为精密模压制品的阶段仍然存在切痕时，这种带痕迹部分是缺陷。因此，优选的是在成型预制体的阶段就排除切痕。不使用切割刀片分离熔融玻璃块，因此不形成切痕的方法包括以下方法：一种方法，其中使熔融玻璃从流出管路滴下；或另一种方法，其中支持来自流出管路的熔融玻璃流的前端部分，当可以分离具有预定重量的熔融玻璃块时定时除去该支承体(称为“下降分离法”)。在下降分离法中，在于熔融玻璃流的前端部分与流出管路侧部分之间形成的狭窄部分处分离熔融玻璃块，从而可以获得具有预定重量的熔融玻璃块。然后，当这样获得的熔融玻璃块处于软化状态下时，将该熔融玻璃块成型为适合于模压的形状，由此可以获得预制体。
优选地，将这样分离的、具有预定重量的熔融玻璃块成型为预制体，同时通过施加空气(气体)压力使该块飘浮或使该块近乎飘浮，因此减少了块与成型模具的接触(在下文中，称为“漂浮成型”)。由于飘浮成型可以减少高温玻璃与成型模具之间的接触，所以可以防止预制体出现裂纹。而且，可以制造其整个表面是自由表面的预制体。
本发明提供的制造预制体的第二种方法包括用熔融玻璃形成成型玻璃(玻璃块体等)，并加工由光学玻璃1或2形成的上述成型玻璃(玻璃块体等)。
在此方法中，可以使用这样一种构造，其中将熔融玻璃浇注到模具中，从而形成由上述光学玻璃形成的玻璃成型材料，并机械加工该玻璃成型材料，从而制造具有预定重量的预制体。在机械加工前，优选地，退火该玻璃以充分除去应变，这样玻璃不会破裂。
因为光学玻璃1和2具有高的稳定性，所以在上述每一种方法中，都可以用熔融状态的玻璃成型没有缺陷如失透、纹影、划痕、裂纹等的高质量预制体。
(光学元件和制造光学元件的方法)
本发明的光学元件的特征在于由上述光学玻璃1或2形成。根据本发明，由于上述光学玻璃具有的光学性能，所以可以提供各种光学元件。光学元件的例子包括各种透镜如球面透镜、非球面透镜、微透镜等；衍射光栅；具有衍射光栅的透镜；透镜阵列；棱镜等。
上述光学元件根据需要可以配有光学薄膜如减反射膜、全反射膜、部分反射膜或具有光谱性能的膜等。
下面将说明本发明提供的制造光学元件的方法。
第一种制造光学元件的方法包括加热上述预制体和精密模压该预制体。
第二种制造光学元件的方法包括加热上述制造方法制造的预制体和精密模压该预制体。
上述精密模压也称为“模制光学部件模制法”，在此技术领域中是众所周知的。光学元件上透射、折射、衍射或反射光的表面被称为“光学功能表面”(例如，非球面透镜的非球面表面或球面透镜的球面相当于该光学功能表面)。根据精密模压，通过将压模的成型面精确传递给玻璃而形成光学功能表面，不需要机械加工过程如研磨、抛光等等来精整光学功能表面。
因此，本发明的方法适合于制造诸如透镜、透镜阵列、衍射光栅、棱镜等这样的光学元件，特别适合于极高生产率地制造非球面透镜。
根据每一种制造光学元件的方法，都可以制造具有上述光学性能的光学元件。而且，由于玻璃具有低的玻璃转变温度(Tg)，从而可以降低模压温度，因此减少压模成型面的损坏。因此，可以提高压模的寿命。而且，因为构成预制体的玻璃具有高的稳定性，因此可以有效防止玻璃在再加热和压制步骤中失透。而且，可以非常高生产率地进行以熔融玻璃开始，以获得成品结束的一系列步骤。
精密模压用压模选自已知的压模，如作为模具材料由耐火陶瓷如碳化硅、氧化锆、氧化铝等制造的压模，并且在各模具材料的成型面上具有脱模膜。在这些压模中，由碳化硅制造的压模是优选的。脱模膜选自含碳膜等。考虑到耐久性和成本，碳膜是优选的。
理想地，在精密模压中，为了使压模的成型面保持在优异的状态下，使用非氧化气氛作为精密模压气氛。非氧化气体优选选自氮或氮与氢的气体混合物。
下面将说明本发明提供的制造光学元件的方法的两个实施方案。
(精密模压1)
此方法包括一起加热压模和预制体，并用压模压制预制体(在下文中，称为“精密模压1”)。
优选地，在精密模压1中，将压模和预制体一起加热到构成该预制体的玻璃显示106-1012dPa·s粘度的温度，并用压模精密模压该预制体。
而且，理想地，在从压模中取出精密模压产品前，将其冷却至上述玻璃显示1012dPa·s或更高、优选1014dPa·s或更高、更优选1016dPa·s或更高粘度的温度。
在上述条件下，不但可以将压模成型面的形状精确传递给玻璃，而且可以从压模中取出精密模压产品而没有任何变形。
(精密模压2)
此方法包括将与压模分开预热的预制体引入到预热的压模中，并精密模压该预制体(在下文中，称为“精密模压2”)。
根据此方法，在将预制体引入到压模中之前预热该预制体，因此可以制造无表面缺陷且表面精度优异的光学元件，同时可以降低周期时间。
优选地，将预热压模的温度设置为低于预热预制体的温度。如上所述，当将预热压模的温度设置在较低的温度下时，可以减少上述压模的磨损。
优选地，在精密模压2中，将压模预热至构成预制体的玻璃显示109dPa·s或更低，更优选106-109dPa·s粘度的温度。
优选地，在使上述预制体飘浮的同时进行预热，更优选地，将该预制体预热至构成该预制体的玻璃显示105.5-109dPa·s，更优选105.5dPa·s或更高但低于109dPa·s粘度的温度。
而且，优选地，在开始压制的同时或在压制的过程中开始冷却玻璃。
将压模调温至低于用于预热上述预制体的温度。可以使用上述玻璃显示109-1012dPa·s粘度的温度作为标准。
优选地，在上述方法中，在将精密模压产品冷却至玻璃显示1012dPa·s或更高粘度的温度后，从压模中取出它。
从压模中取出通过精密模压获得的光学元件，并根据需要逐渐冷却它。当精密模压产品是诸如透镜这样的光学元件时，产品表面根据需要涂有光学薄膜。
实施例
下面，将参考实施例进一步说明本发明，虽然本发明并不受这些
实施例的限制。
实施例
(1)表1-3说明了实施例中玻璃的组成、折射率(nd)、阿贝数(νd)、转变温度(Tg)和软化温度(sag temperature)。对于每一种玻璃，使用氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等作为相应于各组分的原材料，称量这些原材料以在将它们形成为玻璃后，产生表1-3中所示的组成，充分混合，然后倒入铂坩埚中，用电炉在1,200-1,250℃下加热熔融，同时在大气中搅拌2-4小时。将均化并澄清的玻璃熔体浇注到由碳制成、40×70×15mm的模具中。将浇注的玻璃冷却至玻璃转变温度，此后，立即将它放入退火炉中，在玻璃转变温度附近退火1小时，并在退火炉中逐渐冷却至室温，从而产生各玻璃。通过显微镜目视放大并观察这样获得的玻璃，发现既没有晶体析出，也没有未熔融的原材料。
按如下方法测量上述各光学玻璃的折射率(nd)、阿贝数(νd)、玻璃转变温度(Tg)和软化温度(Ts)。
(1)折射率(nd)和阿贝数(νd)
测量以-30℃/小时的逐渐冷却速率获得的光学玻璃。
(2)玻璃转变温度(Tg)和软化温度(Ts)
在4℃/分钟的升温速率下，用Rigaku Corporation提供的热力学分析用装置测量。
所有的玻璃都显示低温软化性能和可熔性，适合于作为精密模压用玻璃。
表1
                                        试验编号
    1     2     3     4     5     6
组成(wt％)     B2O3   18.35   18.56   18.93   19.01   17.82   18.76
    La2O3   31.06   24.03   28.28   32.17   31.50   31.75
    Gd2O3   6.10   14.39   6.29   6.32   6.19   6.23
    ZnO   19.17   19.39   19.78   17.96   19.44   19.60
    WO3   15.60   15.78   16.10   16.16   15.82   15.95
    Ta2O5   4.96   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00
    Nb2O5   2.98   6.03   6.15   6.18   6.05   3.05
    TiO2   1.79   1.81   1.85   1.86   1.82   1.83
    Li2O   0.00   0.00   0.00   0.35   0.00   0.00
    SiO2   0.00   0.00   0.00   0.00   1.37   0.00
    ZrO2   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00   2.83
    Yb2O3   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00
    总计   100   100   100   100   100   100
性能     Tg(℃)   567   589   569   559   569   567
    Ts(℃)   607   609   609   599   609   607
    nd   1.8599   1.8595   1.8593   1.8587   1.8563   1.8579
    νd   36.0   35.4   35.4   35.5   35.2   36.6
表2
                                      试验编号
    7     8     9     10     11     12
组成(wt％)     B2O3   18.81   18.45   19.30   18.96   16.93   16.47
    La2O3   31.83   18.37   32.68   23.44   31.32   27.41
    Gd2O2   6.25   20.44   6.42   18.63   6.15   11.43
    ZnO   19.64   19.27   16.32   17.56   19.33   14.55
    WO3   10.66   15.68   16.41   14.30   15.73    14.63
    Ta2O5   5.08   0.00   0.00   0.00   0.00    13.94
    Nb2O5   3.06   5.99   6.27   5.46   6.01    0.00
    TiO2   1.84   1.80   1.89   1.64   1.81    0.00
    Li2O   0.00   0.00   0.71   0.00   0.00    0.31
    SiO2   0.00   0.00   0.00   0.00   2.72    1.26
    ZrO2   2.83   0.00   0.00   0.00   0.00    0.00
    Yb2O2   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00    0.00
    总计   100   100   100   100   100    100
性能     Tg(℃)   567   571   551   572   571    583
    Ts(℃)   607   611   591   612   611    630
    nd   1.8579   1.8577   1.8555   1.8551   1.8547    1.8543
    νd   37.4   35.6   35.8   36.2   35.2    37.7
表3
                                试验编号
    13     14     15     16     17
组成(wt％)     B2O3   19.61   20.15   20.39   20.51  20.27
    La2O3   33.20   30.79   31.16   31.35  30.97
    Gd2O3   6.52   4.28   8.67   10.90  6.46
    ZnO   14.63   20.19   20.43   20.55  20.31
    WO3   16.68   16.43   11.09   8.37  13.77
    Ta2O5   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00
    Nb2O5   6.37   6.28   6.36   6.39   6.32
    TiO2   1.92   1.89   1.91   1.92   1.90
Li2O 1.07 0.00 0.00 0.00 0.00
    SiO2   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00
    ZrO2   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00
    Yb2O3   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00
    总计   100   100   100   100   100
性能     Tg(℃)   543   567   570   572   569
    Ts(℃)   583   607   612   612   609
    nd   1.8523   1.8493   1.8483   1.8468   1.8463
    νd   36.1   35.3   36.6   37.4   36.0
(2)然后，使相应于上述玻璃的各澄清并均化的熔融玻璃以恒定的速率从由铂合金制成的管路中流出，将其温度调整至能够使该玻璃没有任何失透地流出的温度范围，通过滴下法或下降分离法分离具有目标预制体重量的熔融玻璃块，用在其底部配有喷气口的接收模具接收，并成型为精密模压预制体，同时通过从喷气口喷射气体而使玻璃块飘浮。调整并设置分离熔融玻璃的间隔以获得球形预制体和具有扁平球体形状的预制体。预制体具有精确等于设定值的重量，并且所有预制体都具有光滑的表面。
使用以下方法作为另一种制造预制体的方法，其中将熔融玻璃浇注到模具中，从而形成板状玻璃，退火该板状玻璃，然后切割并研磨表面，抛光，从而形成其整个表面是光滑的预制体。
(3)用图1中显示的精密模压装置精密模压以上述方式获得的预制体，从而产生非球面透镜，所述预制体是其整个表面是通过使熔融状态的玻璃固化而形成的预制体和整个表面是通过表面研磨和抛光而光滑的预制体。具体地说，将预制体4放在构成压模的下模具部件2与上模具部件1之间，然后将氮气气氛引入石英管11中，使加热器12通电，从而加热石英管11的内部。将压模内部的温度设置为玻璃显示108-1010dPa·s粘度的温度，在保持此温度的同时，压棒13向下运动以压制上模具部件1，因此压制放入压模中的预制体4。将压制的压力设置为8MPa，将压制的持续时间设置为30秒。压制后，除去该压制压力，并在通过模制获得的玻璃模制产品与下模具部件2和上模具部件1接触的状态下，将该玻璃模制产品逐渐冷却至上述玻璃具有1012dPa·s或更高粘度的温度。然后，将玻璃模制产品迅速冷却至室温，并从压模中取出，从而产生非球面透镜。以上述方式获得的非球面透镜具有非常高的表面精度。在图1中，数字3表示套筒部件，数字9表示支承棒，数字10表示支承座，数字14表示热电偶。
通过精密模压获得的各非球面透镜可以根据需要配有减反射膜。
根据另一方法精密模压类似的预制体。在此方法中，在使预制体飘浮的同时，将预制体预热至构成该预制体的玻璃具有108dPa·s粘度的温度。单独地，将具有上模具部件、下模具部件和套筒部件的压模加热至上述玻璃显示109-1012dPa·s粘度的温度，将预热的预制体引入压模的腔中以进行精密模压。将压制用压力设置为10MPa。在开始压制时，开始冷却压模，继续冷却直至模制玻璃具有1012dPa·s或更高的粘度，从模具中取出模制产品，从而产生非球面透镜。以上述方式获得的非球面透镜具有非常高的表面精度。
通过精密模压获得的各非球面透镜可以根据需要配有减反射膜。
在上述方式中，极高生产率地获得耐候性优异且内在质量高的由玻璃形成的光学元件。
产业应用性
本发明的光学玻璃具有高于1.82但不高于1.86的折射率(nd)和30-39.5的阿贝数(νd)，并具有允许进行精密模压的低温软化性能。本发明提供的由上述玻璃形成的光学元件例如可用作各种透镜如球面透镜、非球面透镜、微透镜等；衍射光栅；具有衍射光栅的透镜；透镜阵列等。

Claims (10)

1.一种光学玻璃，含B2O3、La2O5、Gd2O3和ZnO作为必要组分，含Li2O和SiO2作为任选组分，条件是当含Li2O时，SiO2的含量小于2重量％，折射率(nd)高于1.82但不高于1.86，阿贝数(vd)为30-39.5，玻璃转变温度(Tg)为630℃或更低。
2.一种光学玻璃，按重量％计，含有：
14至30％       B2O3，
10至40％       La2O3，
1至30％        Gd2O3，
6至26％        ZnO，
0至20％        WO3，
0至20％        Ta2O5，
0至10％        Nb2O5，
0至8％         TiO2，
0至10％        SiO2，
条件是当Li2O的含量大于0％时，SiO2的含量小于2％，
0至5％         Li2O，
0至5％         Na2O，
0至5％         K2O，
0至5％         MgO，
0至5％         CaO，
0至5％         SrO，
0至5％         BaO，
0至10％        Y2O3，
0至10％        Yb2O3，
0至10％        ZrO2，
0至10％        Bi2O3，和
0至1％         Sb2O3，
折射率(nd)高于1.82但不高于1.86，阿贝数(vd)为30-39.5，玻璃转变温度(Tg)为630℃或更低。
3.一种精密模压预制体，是由权利要求1或2的光学玻璃形成的。
4.一种制造精密模压预制体的方法，该方法包括将具有预定重量的熔融玻璃块与流出管路的熔融玻璃分离，并成型所述的玻璃块，从而制造由权利要求1或2的光学玻璃形成的预制体。
5.一种制造精密模压预制体的方法，该方法包括用熔融玻璃形成成型玻璃和加工所述的成型玻璃，从而制造由权利要求1或2的光学玻璃形成的预制体。
6.一种光学元件，是由权利要求1或2的光学玻璃形成的。
7.一种制造光学元件的方法，该方法包括加热权利要求3的预制体和精密模压该预制体。
8.一种制造光学元件的方法，该方法包括加热通过权利要求4或5的方法制造的预制体和精密模压该预制体。
9.如权利要求7或8中所述的制造光学元件的方法，其中一起加热压模和预制体，并用压模压制该预制体。
10.如权利要求7或8中所述的制造光学元件的方法，其中将预制体与压模分开预热，将其引入预热的压模中，以实施预制体的精密模压。
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