專利名稱：光學(xué)玻璃、預(yù)型件及其制造方法、光學(xué)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)良的光學(xué)特性及低溫軟化性的光學(xué)玻璃及精密壓制成型用預(yù)型件(preform)及其制造方法、光學(xué)元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為生產(chǎn)性能優(yōu)良、以高精度的形狀和尺寸成形透鏡等光學(xué)制品的方法，已知有精密壓制成型法。在精密壓制用玻璃中，存在著若成型溫度達(dá)到600℃以上的高溫時(shí)，則在壓制用型模的表面產(chǎn)生損傷、或者型模材料的耐久性變低的問題，所以必須將玻璃化溫度進(jìn)而降低到600℃以下。可是，具有折射率(nd)是1.8附近，阿貝數(shù)(νd)是30～45左右的光學(xué)特性的光學(xué)玻璃，市售的這種玻璃，玻璃化溫度(Tg)高達(dá)600℃以上，作為精密壓制用玻璃是不適宜的。
為了解決這種問題，提出了加入大量LiO2等的堿化物的玻璃。例如，特開平6-305769號公報(bào)記載的SiO2-B2O3-La2O3-Ta2O5-ZnO-Li2O系列玻璃就是其中的一個(gè)例子。在上述公報(bào)記載的玻璃中，為了降低玻璃化溫度作為必要成分加入大量的Ta2O5?？墒牵琓a2O5原來就是稀有材料，近年來，作為電容材料的需要增加，價(jià)格迅速升高。因此，以穩(wěn)定的價(jià)格提供使用大量Ta2O5的玻璃及大量生產(chǎn)這樣的玻璃顯然是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種光學(xué)玻璃、由上述玻璃構(gòu)成的精密壓制成型用預(yù)型件及光學(xué)元件，進(jìn)而上述預(yù)型件的制造方法及光學(xué)元件的制造方法，該光學(xué)玻璃的折射率(nd)是1.75～1.87，而且阿貝數(shù)(νd)是30～45，不含有Ta2O5，低溫軟化性優(yōu)良，而且以低成本就可得到。
本發(fā)明人等為了兼顧低成本和光學(xué)特性及低溫軟化性，對于即使不加入Ta2O5也可以得到顯示優(yōu)良的光學(xué)特性及低溫軟化性的光學(xué)玻璃進(jìn)行了銳意的研究。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)用以下的玻璃就可以得到即使不加入Ta2O5也可以得到顯示優(yōu)良的光學(xué)特性及低溫軟化性的光學(xué)玻璃，從而完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的第一實(shí)施方式是一種光學(xué)玻璃，其特征是用摩爾％表示含有以下的組成，B2O330～45％SiO22～15％La2O310～20％TiO21～10％ZnO 10～30％Li2O2～15％WO3大于0小于10％Nb2O50～15％ZrO20～10％上述成分合計(jì)量超過95％，而且折射率(nd)是1.75～1.87，阿貝數(shù)(νd)是30～45的范圍。
上述第一實(shí)施方式的光學(xué)玻璃，進(jìn)而顯示580℃以下的玻璃化溫度(Tg)，另外，換算成厚度10mm時(shí)波長280～700nm的分光透射率為80％的波長是440nm以下，而且上述分光透射率為5％的波長是350nm以下。
本發(fā)明的第二實(shí)施方式是一種光學(xué)玻璃，其特征是含有作為必要成分的B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、ZnO、Li2O、WO3，同時(shí)含有作為任意成分的Nb2O5、ZrO2，上述必要成分和任意成分的合計(jì)量超過95摩爾％，折射率(nd)是1.75～1.87，阿貝數(shù)(νd)是30～45的范圍，換算成厚度10mm時(shí)波長280～700nm的分光透射率為80％的波長是440nm以下，而且上述分光透射率為5％的波長是350nm以下，玻璃化溫度(Tg)是580℃以下。
本發(fā)明第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式的光學(xué)玻璃的比重最好是4.7以下。
進(jìn)而，本發(fā)明也涉及以下的實(shí)施方式。
(1)由第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式的光學(xué)玻璃構(gòu)成的精密壓制成型用預(yù)型件。
(2)在(1)項(xiàng)中所述的精密壓制成型用預(yù)型件，其特征是全表面是熔融狀態(tài)的玻璃固化后形成的。
(3)在(1)或者(2)項(xiàng)中所述的精密壓制成型用預(yù)型件，其特征是全表面由自由表面構(gòu)成。
(4)精密壓制成型用預(yù)型件的制造方法，其特征是從流出管流出的熔融玻璃流分離所需要重量的熔融玻璃，成型由第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的光學(xué)玻璃構(gòu)成的精密壓制成型用預(yù)型件。
(5)由第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的光學(xué)玻璃構(gòu)成的光學(xué)元件。
(6)一種光學(xué)元件，其是由(1)～(3)項(xiàng)中任何一項(xiàng)所述精密壓制成型用預(yù)型件或者(4)項(xiàng)所述的制造方法制造的精密壓制成型用預(yù)型件進(jìn)行精密壓制成型后而得到的。
(7)一光學(xué)元件的制造方法，其是將精密壓制成型用預(yù)型件加熱、軟化、精密壓制成型后制造玻璃制光學(xué)元件的光學(xué)元件制造方法，其中，其特征是使用(1)～(3)項(xiàng)中任何一項(xiàng)所述精密壓制成型用預(yù)型件或者(4)項(xiàng)所述的制造方法制作的精密壓制成型用預(yù)型件。
(8)如(7)項(xiàng)所述的玻璃元件的制造方法，其特征是將精密壓制成型用預(yù)型件加入到壓制成型模內(nèi)，一起加熱預(yù)型件和壓制成型模，進(jìn)行精密壓制成型。
(9)如(8)項(xiàng)所述的光學(xué)元件的制造方法，其中上述精密壓制成型用預(yù)型件在加入壓制成型模前預(yù)先進(jìn)行加熱。
按照本發(fā)明提供了不加入高價(jià)的鉭，低溫軟化性及光學(xué)特性優(yōu)良的光學(xué)玻璃、由上述光學(xué)玻璃構(gòu)成的精密壓制成型用預(yù)型件及其制造方法、由上述光學(xué)玻璃構(gòu)成的光學(xué)元件及其制造方法。


圖1是精密壓制裝置的斷面圖；圖2表示本發(fā)明的預(yù)型件形狀的一個(gè)例子的概要圖。
具體實(shí)施例方式
以下，更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
第一實(shí)施方式本發(fā)明的第一實(shí)施方式是一種光學(xué)玻璃，其特征是用摩爾％表示含有，
B2O330～45％SiO22～15％La2O310～20％TiO21～10％ZnO 10～30％Li2O2～15％WO3大于0小于10％Nb2O50～15％ZrO20～10％，上述成分合計(jì)量超過95％，且折射率(nd)是1.75～1.87，阿貝數(shù)(νd)是30～45的范圍。
在本實(shí)施方式中，限定上述各成分的組成范圍的理由如下。但是不受本實(shí)施方式的限制，在以下的說明中，各成分的含量是以摩爾％表示的。
B2O3是構(gòu)成玻璃的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的成分，是為了對于玻璃給予低分散性，降低軟化溫度的必不可少的成分。對于其含量不足30％時(shí)，玻璃化溫度變高的同時(shí)，不能維持所需要的光學(xué)常數(shù)，與此相反，若超過45％時(shí)，擔(dān)心玻璃的耐久性和耐酸性惡化。因此，其含量限制在30～45％的范圍。更優(yōu)選的是32～42％的范圍。
SiO2是與B2O3相同地構(gòu)成玻璃網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的主成分，是為了提高玻璃的耐久性必不可少的成分。對于其含量不足2％時(shí)，玻璃的耐失透明性急劇變壞，另一方面，若加入超過15％時(shí)，不能維持低溫軟化性的同時(shí)，不能維持所希望的光學(xué)常數(shù)。因此，其含量限制在2～15％的范圍。更優(yōu)選的是3～12％的范圍。
La2O3是為了提高玻璃的耐久性及耐氣候性，也是為了賦予所希望的光學(xué)常數(shù)必不可少的?？墒?，若其含量超過20％時(shí)，則玻璃折射率可能比目標(biāo)范圍高，熱的耐失透明性也變壞，所以必須抑制在20％以下。相反，若不足10％，由于不能得到所希望的光學(xué)常數(shù)，所以其含量限制在10～20％的范圍。更優(yōu)選的是11～18％的范圍。
TiO2是為了調(diào)整玻璃光學(xué)常數(shù)、改善耐失透明性和化學(xué)耐久性而加入的成分。若其含量超過10％變多時(shí)，由于不能保持玻璃的阿貝數(shù)(νd)在30以上，且耐失透明性也惡化，所以其含量必須限制在10％以下。另一方面，若其含量比1％少時(shí)，玻璃的耐失透明性大大惡化，液相溫度也變高，可能不能作成壓制成型用預(yù)型件，所以其含量必須作成1％以上。更優(yōu)選的是2～8％的范圍。
ZnO是為了維持玻璃的低溫軟化性和高耐氣候性的非常重要的成分。特別是若代替以往的光學(xué)玻璃大多使用的BaO加入多量的ZnO時(shí)，可大幅度地改善玻璃的耐失透明性和耐氣候性。對于具有與本發(fā)明的第一方式的玻璃相同的光學(xué)常數(shù)的以往的玻璃，ZnO作為表現(xiàn)出與BaO和CaO相同的光學(xué)常數(shù)的調(diào)整效果的成分而被使用著。與此相反，在本發(fā)明的第一方式的光學(xué)玻璃的組成系中，ZnO與其他的2價(jià)成分比較，顯示了大幅度地提高玻璃的耐失透明性的效果，且在低溫軟化性的改善和光學(xué)常數(shù)的調(diào)整上是最優(yōu)良的成分。對于其含量不足10％時(shí)，不能維持目標(biāo)的耐失透明性和低溫軟化性，另一方面，加入量多于30％時(shí)，相反，由于玻璃的穩(wěn)定性惡化，液相溫度也急劇上升，所以擔(dān)心防礙從熔融玻璃成形預(yù)型件的熱軋預(yù)型件成型。因此，其含量限制在10～30％的范圍。更優(yōu)選的是10～25％、最優(yōu)選的是12～22％的范圍。
Li2O是為了改善玻璃的低溫軟化性而加入的成分。對于其含量不足2％時(shí)，軟化溫度變高，壓制困難，另一方面，若加入超過15％時(shí)，由于玻璃的液相溫度急劇變高，耐氣候性也惡化，所以其含量限制在2～15％的范圍。更優(yōu)選的是3～12％的范圍。
WO3具有提高玻璃的折射率，抑制失透明趨勢，降低熔融玻璃的高溫粘性的效果。若不加入WO3，由于難以穩(wěn)定地制作玻璃，所以在本實(shí)施方式中是必要成分?？墒?，若超過10％時(shí)，由于玻璃的著色趨勢增大，所以優(yōu)選的是將其含量抑制在10％以下。因此，其含量限制在大于0％、10％以下。更優(yōu)選的范圍是0.1～10％、最優(yōu)選的范圍是0.5～8％。
Nb2O5對于提高玻璃的折射率，改善耐失透明性和化學(xué)的耐久性是非常有效的，但若超過15％，玻璃容易失去透明性。因此，其含量限制在0～15％。為了得到上述效果，優(yōu)選的是作成2～15％，更優(yōu)選的是作成2～10％。
ZrO2是提高玻璃的耐氣候性及耐失透明性和調(diào)整光學(xué)常數(shù)所使用的任意成分。特別是在將少量的ZrO2加入到玻璃時(shí)，可大幅度地改善玻璃的耐失透明性，為了熱軋預(yù)型件成型進(jìn)行必要的低液相溫度化，優(yōu)選的是加入少量的ZrO2?？墒牵羝浜看笥?0％，則難以得到所希望的光學(xué)常數(shù)，同時(shí)，低溫軟化性也惡化，所以將其含量作成0～10％。更優(yōu)選的是0～8％、最優(yōu)選的范圍是1～8％。
優(yōu)選的是含有上述任意成分Nb2O5或ZrO2，更優(yōu)選的是含有Nb2O5及ZrO2。特別是其含量，優(yōu)選的是在0％＜Nb2O5+ZrO2＜18％的范圍，更優(yōu)選的是在1％＜Nb2O5+ZrO2＜16％的范圍。
進(jìn)而，從為了達(dá)到上述所希望的目的看，使B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、ZnO、Li2O、WO3、Nb2O5、ZrO2的合計(jì)量超過95％、優(yōu)選的是98％以上、更優(yōu)選的是99％以上、特別優(yōu)選的是100％。但是，除了上述成分，在比例以外可添加0～2％的Sb2O3、更優(yōu)選的是0～1％、特別優(yōu)選的是大于0％小于1％。另外，通常使用的脫泡劑也可以在比例以外添加，但考慮到環(huán)境影響，最好不要添加As2O3。
而且，在本發(fā)明的光學(xué)玻璃中，除了上述成分外，在不使玻璃特性惡化的范圍內(nèi)也可以添加少量的P2O5、Na2O、K2O、CaO、SrO、BaO、Y2O3等成分。例如，可以加入CaO 0～5％(不包括5％)、Y2O30～5％(不包括5％)。或者也可加入氟，但是從熔融玻璃直接制作預(yù)型件時(shí)，由于揮發(fā)可能產(chǎn)生不良的情況，所以在考慮揮發(fā)時(shí)，希望不要加入氟。
另外，從對環(huán)境的影響來看，除了不加入上述的砷化合物外，也應(yīng)該盡量避免加入鉛化合物、鎘化合物等的有毒物質(zhì)和、鈾、釷等的放射性物質(zhì)。
另外，本實(shí)施方式的光學(xué)玻璃，由于是低成本化，所以最好不要含有Ta2O5。本實(shí)施方式的光學(xué)玻璃不含有Ta2O5，通過上述的組成可以實(shí)現(xiàn)適于低Tg精密壓制的光學(xué)玻璃。此外，所說的不含有Ta2O5是指作為玻璃原料是不使用鉭化合物，并不是排除了雜質(zhì)的混入。
本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，優(yōu)選的組成是B2O332～42％、SiO23～12％、La2O311～18％、TiO22～8％、ZnO 10～25％、Li2O 3～12％、WO30.1～10％、Nb2O52～15％、ZrO20～10％，更優(yōu)選的是B2O332～42％、SiO23～12％、La2O311～18％、TiO22～8％、ZnO 12～22％、Li2O 3～12％、WO30.5～8％、Nb2O52～15％、ZrO20～8％，最優(yōu)選的是B2O332～42％、SiO23～12％、La2O311～18％、TiO22～8％、ZnO 12～22％、Li2O3～12％、WO30.5～8％、Nb2O52～10％、ZrO21～8％。
以下說明本發(fā)明的光學(xué)常數(shù)。本實(shí)施方式的折射率(nd)是1.75～1.87、阿貝數(shù)(νd)是30～45。從得到低轉(zhuǎn)化溫度、高光線透射性、熱軋成型性、高耐失透明性的玻璃看，優(yōu)選的是折射率(nd)是1.76～1.87、阿貝數(shù)(νd)是30～45的光學(xué)常數(shù)，更優(yōu)選的是折射率(nd)是1.80～1.87、阿貝數(shù)(νd)是30～45的光學(xué)常數(shù)，進(jìn)而優(yōu)選的是折射率(nd)是1.80～1.87、阿貝數(shù)(νd)是33～45的光學(xué)常數(shù)，最優(yōu)選的是折射率(nd)是1.81～1.86、阿貝數(shù)(νd)是33～44的光學(xué)常數(shù)。
本實(shí)施方式的玻璃的低軟化性特征是通過玻璃化溫度(Tg)來賦予的。本實(shí)施方式中，玻璃化溫度(Tg)是580℃以下，優(yōu)選的是570℃以下。通過玻璃化溫度(Tg)在上述范圍內(nèi)可以得到良好的壓制成型性，特別是良好的精密壓制成型性。精密壓制成型是將壓制成型模的成型面的反向形狀精密地復(fù)制在加熱軟化了的玻璃上，制造作為最終目的的玻璃制品的方法。通過精密壓制成型得到玻璃制光學(xué)元件的方法也被稱為模塑光學(xué)成型法，壓制成型后不需要施以機(jī)械加工就可以形成具有透射光學(xué)元件的光線、反射、折射、衍射的使用的光學(xué)功能的面(光學(xué)功能面)，特別是適合于非球面透鏡的非球面的成型的方法。在精密壓制成型中，反復(fù)使用壓制成型型模中，為了不損傷型模的成型面，必須在更低的溫度下進(jìn)行壓制成型。所以，適用于在低溫下可壓制成型的玻璃的精密壓制成型。
本實(shí)施方式的玻璃最好具有優(yōu)良的分光透射特性。玻璃的分光透射特性是根據(jù)兩面平行而且研磨了的厚度10mm的上述玻璃構(gòu)成的試樣的分光透射率來進(jìn)行評價(jià)的。分光透射率是也包括表面反射損失量的玻璃試樣的透射率，如公知的那樣是與試樣的厚度有一定的關(guān)系。因此，分光透射率的測定不一定需要厚度10mm，可以將實(shí)測的分光透射率使用上述的公知關(guān)系換算成厚度10mm后求出。本實(shí)施方式的玻璃，其分光透射特性，波長280～700nm中的分光透射率為80％的波長(以下稱為λ80)是440nm以下，而且分光透射率為5％的波長(以下稱為λ5)是350nm以下。另外，具有上述分光透射特性的光學(xué)玻璃在大于λ80的波長，700nm以下的波長域中，分光透射率顯示了比80％高的透射率。另外，隨著由λ5向λ80波長的加長，分光透射率增加。另一方面，隨著比λ5波長的變短，分光透射率減少。
這樣，本發(fā)明的光學(xué)玻璃，最好在可見波長域的全域中具有高的分光透射率。具有這樣的分光透射特性的光學(xué)玻璃，著色極少，是無色透明的玻璃，適用以攝像光學(xué)系為主的各種光學(xué)元件的材料。
本實(shí)施方式的玻璃適合于精密壓制成型的理由如上所述，但是在精密壓制成型中為了防止型模成型面或型模成型面上所形成的脫型膜的氧化，大多是在氮?dú)?、氮?dú)夂蜌涞幕旌蠚怏w等的非氧化性氛圍中處理玻璃。本實(shí)施方式的玻璃中含有TiO2、Nb2O5、WO3那樣的容易還原的金屬氧化物成分。將這樣的玻璃在非氧化性氛圍氣中加熱時(shí)，上述的金屬被還原，其結(jié)果，有時(shí)在可見域內(nèi)顯示吸收，但是本實(shí)施方式的玻璃在精密壓制成型后也不會(huì)損傷上述的分光透射特性。因此，本實(shí)施方式的由玻璃構(gòu)成的精密壓制成型品的分光透射特性作為光學(xué)元件使用是極其良好的。
以下說明本實(shí)施方式的玻璃的比重。具有本實(shí)施方式組成的光學(xué)玻璃雖然具有高折射率，但是比重沒有那么大。玻璃的比重大時(shí)，則使用該玻璃的光學(xué)元件，或者光學(xué)設(shè)備的重量變重。例如，用多枚的單個(gè)透鏡組成的的相機(jī)鏡頭，具有自動(dòng)聚焦功能的是用電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、調(diào)整單個(gè)透鏡的相互間的位置。此時(shí)，單個(gè)透鏡的重量大時(shí)，則聚焦所消耗的電功率變大，電池消耗顯著地增加。抑制高折射率的玻璃比重是解決上述問題的有效辦法之一。因此，本實(shí)施方式的光學(xué)玻璃作為光學(xué)元件的原料是合適的，優(yōu)選的是比重為4.7以下的玻璃，更優(yōu)選的是4.6以下。另外，本實(shí)施方式的光學(xué)玻璃的比重大約在4以上是適當(dāng)?shù)?。在本?shí)施方式中，由于共存ZnO和Li2O，所以可以減少玻璃的比重。進(jìn)而，通過共存兩成分可以降低玻璃化溫度(Tg)及可以改善分光透射特性(減少著色)。
第二實(shí)施方式以下具體地說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。
本實(shí)施方式是一種光學(xué)玻璃，其特征是作為必要成分含有B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、ZnO、Li2O、WO3的同時(shí)，作為任意成分含有Nb2O5、ZrO2，上述必要成分和任意成分的合計(jì)量是大于95摩爾％，折射率(nd)是1.75～1.87，阿貝數(shù)(νd)是30～45，換算成厚度10mm時(shí)波長280～700nm中的分光透射率為80％的波長是440nm以下，而且上述分光透射率為5％的波長是350nm以下，玻璃化溫度(Tg)是580℃以下。
對于本實(shí)施方式的組成進(jìn)行說明。本實(shí)施方式通過使上述必要成分共存，必要成分和上述任意成分的合計(jì)量超過95摩爾％，賦予所希望的光學(xué)常數(shù)，賦予低玻璃化溫度、改善分光透射特性、抑制比重的增加、良好的耐失透明性、化學(xué)的穩(wěn)定性、熱軋成型性。從上述的觀點(diǎn)看，優(yōu)選的是含有任意成分Nb2O5或ZrO2，更優(yōu)選的是含有Nb2O5和ZrO2。另外，上述必要成分和任意成分的合計(jì)量，優(yōu)選的是作成98％以上，更優(yōu)選的是作成99％以上，最優(yōu)選的是作成100％。但是，除了上述成分之外，可以比例外添加Sb2O30～1.5％、更優(yōu)選的是0～1％、最優(yōu)選的是大于0％小于1％。若多量加入Sb2O3時(shí)，在精密壓制成型時(shí)，在壓制成型的成型面上容易發(fā)生損傷。而且，在以重量％表示時(shí)，Sb2O3的比例外添加量，優(yōu)選的是作成1.8％以下。此外，也可比例外添加通常使用的脫泡劑，但考慮環(huán)境影響，不要添加As2O3。另外，本實(shí)施方式的光學(xué)玻璃，為了低成本化，優(yōu)選的是不含有Ta2O5。本實(shí)施方式的光學(xué)玻璃，雖不含有Ta2O5，也可以低Tg實(shí)現(xiàn)適合精密壓制的光學(xué)玻璃。而且，所說的不含有Ta2O5是指不將鉭化合物作為玻璃原料使用，并不排除作為雜質(zhì)的混入。
而且，在本實(shí)施方式的光學(xué)玻璃中，除了上述成分，也可在不使玻璃特性的惡化的范圍內(nèi)添加少量的P2O5、Na2O、K2O、CaO、SrO、BaO等的成分。也可加入氟，但在從熔融玻璃塊直接成型預(yù)型件時(shí)，從避免因揮發(fā)產(chǎn)生壞影響的觀點(diǎn)，優(yōu)選的是不加入氟。
另外，從環(huán)境影響等觀點(diǎn)看，除了不加上述的砷化合物，也應(yīng)該排除鉛化合物、鎘化合物等的有毒物質(zhì)或鈾、釷等的放射性物質(zhì)。
本實(shí)施方式的光學(xué)玻璃的各成分的優(yōu)選的含量是如以下(各含量是用摩爾％表示)B2O330～45％、SiO22～15％、La2O310～20％、TiO21～10％、ZnO 10～30％、Li2O 2～15％、WO3大于0％小于10％。進(jìn)而優(yōu)選的是以摩爾％表示，含有Nb2O50～15％、ZrO20～10％。
本實(shí)施方式的光學(xué)常數(shù)、玻璃化溫度(Tg)、分光透射特性、比重以及上述各特性的優(yōu)選的范圍和其理由是與第一方式的說明相同的。
另外，在本發(fā)明的第一及第二的實(shí)施方式中，光學(xué)玻璃的屈服點(diǎn)，優(yōu)選的是580℃以下。若在580℃以下，則壓制成型時(shí)不產(chǎn)生發(fā)泡、外裂紋、表面紋理等的問題，可得到平坦性、平滑性優(yōu)良的光學(xué)玻璃。另外，本發(fā)明的第一及第二的方式的光學(xué)玻璃的液相溫度，優(yōu)選的是1000℃以下。若液相溫度在1000℃以下，容易熔融玻璃，操作性優(yōu)良。
精密壓制成型用預(yù)型件和其制造方法接著，說明本發(fā)明的精密壓制成型用預(yù)型件。
所說的壓制成型用預(yù)型件是指在加熱、軟化后用于供給壓制成型的玻璃成形體，是由對應(yīng)壓制成型品的重量所需要重量的玻璃構(gòu)成。其形狀是適合壓制成型的形體，可舉出球狀、扁平球狀、旋轉(zhuǎn)橢圓體等。
作為優(yōu)選的形狀，可舉出具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)對稱軸，在包括上述旋轉(zhuǎn)對稱軸的斷面上具有園滑的輪廓線，該輪廓線上沒有角和凹陷，例如，可舉出上述斷面中將短軸與旋轉(zhuǎn)對稱軸一致的橢圓作為輪廓線。另外，如圖2所示，在將上述斷面上的預(yù)型件的輪廓線上的點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)對稱軸上的預(yù)型件的重心G的連接線和在上述輪廓線上的點(diǎn)與輪廓線相接的切線所構(gòu)成角的一方角的角度作為θ時(shí)，優(yōu)選的是，在上述點(diǎn)從旋轉(zhuǎn)對稱軸上的點(diǎn)a出發(fā)沿輪廓線移動(dòng)時(shí)，θ從90度單調(diào)增加，接著單調(diào)減少后，單調(diào)增加后在到達(dá)輪廓線與旋轉(zhuǎn)對稱軸相交的另一方的點(diǎn)b上時(shí)，成為90度的形狀。在包括上述旋轉(zhuǎn)對稱軸的任意的斷面上，最好角度θ是按照上述那樣地變化。
本發(fā)明的精密壓制成型用預(yù)型件構(gòu)成了上述第一或者第二實(shí)施方式的光學(xué)玻璃。另外，為了提高壓制成型時(shí)的脫模效果和潤滑效果，也可以在預(yù)型件表面形成碳膜等的薄膜。該碳膜可用蒸鍍法形成。另外，也可用化學(xué)汽相堆積法形成氫化碳膜。這樣地，在預(yù)型件表面形成含碳膜時(shí)最好在預(yù)型件的全表面形成。
構(gòu)成上述第一或者第二實(shí)施方式的光學(xué)玻璃的本發(fā)明的壓制成型用預(yù)型件是精密壓制成型用預(yù)型件。其理由是，由于構(gòu)成上述的預(yù)型件的玻璃是具有低軟化特性的光學(xué)玻璃，同時(shí)經(jīng)過精密壓制成型也不損傷上述的分光透射率特性的緣故。
這里所說的“精密壓制成型”也可稱為模塑光學(xué)成型法是通過壓制成型形成光學(xué)功能面形狀的方法。在后述的將熔融玻璃塊直接成型預(yù)型件時(shí)，預(yù)型件的表面最好是自由表面，如果是機(jī)械加工制作時(shí)，最好將預(yù)型件的表面作成光學(xué)研磨面。
本發(fā)明的精密壓制成型用預(yù)型件是通過以下的方法制作的，例如熔融玻璃原料，脫泡清澄、攪拌均勻化后制作不含有泡的均質(zhì)熔融玻璃，通過將該熔融玻璃成形預(yù)型件的方法或者通過將上述的熔融玻璃成形為可用于加工預(yù)型件的成形體，在該成形體施以機(jī)械加工(例如，切斷、研削、研磨)作成預(yù)型件的方法來制作的。特別優(yōu)選的是從由流出管流出的熔融玻璃流分離所需重量的熔融玻璃成型為預(yù)型件的方法。例如，將上述熔融玻璃從管中連續(xù)且以一定的速度流出熔融玻璃流，從熔融玻璃流的前端分離所需重量的熔融玻璃流，在軟化狀態(tài)期間成型，冷卻制作預(yù)型件的方法，或者將熔融玻璃通過管，連續(xù)且以一定的速度流過，從管流出口滴下所需重量的熔融玻璃滴，成型該熔融玻璃滴，冷卻后制作預(yù)型件的方法。這樣，使用熔融玻璃，在玻璃軟化狀態(tài)間成型預(yù)型件的方法稱為熱軋預(yù)型件成型，而在第一及第二的實(shí)施方式的玻璃都是玻璃化溫度低，將流出時(shí)的粘性調(diào)整為適合成型的范圍，所以不會(huì)使玻璃失去透明性，可以成型為壓制成型用預(yù)型件。由于熱軋制成型是從目的重量的熔融玻璃成型為預(yù)型件，所以不會(huì)發(fā)生由于表面的機(jī)械加工而產(chǎn)生加工痕跡，可以生產(chǎn)重量精度高的預(yù)型件。
進(jìn)而，使用在成型模等上用風(fēng)壓使分離出的所需重量的熔融玻璃一邊上浮一邊成型預(yù)型件的方法和、用液體氮等冷卻常溫、常壓下是氣體的物質(zhì)作成液體的介質(zhì)中加入熔融的玻璃滴成形為預(yù)型件的方法時(shí)，可以制造沒有傷痕、污跡、表面變質(zhì)等的光滑表面、全表面是熔融狀態(tài)的玻璃固化后形成的面的預(yù)型件和、全表面是自由表面構(gòu)成的預(yù)型件。特別優(yōu)選的本發(fā)明的精密壓制成型用預(yù)型件，其全表面是固化熔融狀態(tài)的玻璃后形成的自由表面。
而且，所說的“全表面是固化熔融狀態(tài)的玻璃形成的面”，是指與用于成型的型模接觸后可以有型模表面被復(fù)印的部位，而“全表面是自由表面”是指與型模接觸后沒有型模表面被復(fù)印的部位。
在精密壓制成型中，大多預(yù)型件的表面作為最終制品的光學(xué)元件表面而殘留下來，為此，若有加工痕跡時(shí)，則會(huì)造成光學(xué)元件表面附近有缺陷。可是，若通過熱軋預(yù)型件成型時(shí)，由于可制作表面附近沒有缺陷的預(yù)型件，所以可通過精密壓制成型提供生產(chǎn)性好高質(zhì)量的光學(xué)元件。
上述各預(yù)型件的重量最好是在40mg至10g范圍。還有，當(dāng)在球狀預(yù)型件的情況下，預(yù)型件的重量較好為40mg至700mg，更好是100mg至400mg。當(dāng)具有1個(gè)旋轉(zhuǎn)對稱軸的預(yù)型件的情況下，預(yù)型件的重量最好是300mg至10g。
光學(xué)元件和其制造方法本發(fā)明的光學(xué)元件是由第一或第二實(shí)施方式的光學(xué)玻璃構(gòu)成的光學(xué)元件或者將上述精密壓制成型用預(yù)型件精密壓制成型得到的光學(xué)元件。作為光學(xué)元件，可舉出透鏡(非球面透鏡、球面透鏡、筒狀透鏡、桿狀透鏡等)、透鏡組、棱鏡、衍射光柵、各種光學(xué)基板等。而且，這些光學(xué)元件，根據(jù)需要也可形成防反射膜、部分反射膜、全反射膜等的光學(xué)薄膜。
以下，說明本發(fā)明的光學(xué)元件的制造方法。該制造方法中，可將上述精密壓制成型用預(yù)型件加熱、軟化，進(jìn)行精密壓制成型后制造玻璃制光學(xué)元件。其說明圖如圖1所示。若用精密壓制成型，對于非球面透鏡、衍射光柵等的機(jī)械加工很費(fèi)事的光學(xué)元件的光學(xué)功能面可用精密壓制成型形成，所以可以高生產(chǎn)率地批量生產(chǎn)機(jī)械加工難的光學(xué)元件。對于精密壓制成型、預(yù)型件的加熱、軟化可使用公知的方法。得到的光學(xué)元件的分光透射率特性優(yōu)良，形狀精度等也良好。
本發(fā)明的光學(xué)元件，可將精密壓制成型用預(yù)型件加入到壓制成型模中，預(yù)型件與壓制成型模一起加熱，按照精密壓制成型的制造方法可以制造。上述制造方法中，精密壓制用預(yù)型件也可以在加入壓制成型模前預(yù)先被加熱。
上述制造方法中，在將精密壓制成型用預(yù)型件加入壓制成型模后，預(yù)型件與壓制成型模一起加熱的溫度，最好是表示構(gòu)成預(yù)型件的玻璃的106～1012dPaS的粘度的溫度。另外上述玻璃優(yōu)選地是冷卻到表示1012dPaS以上、更優(yōu)選的是1014dPa S以上、最優(yōu)選的是1016dPaS以上粘度的溫度后將精密壓制成型品從壓制成型模取出。按照上述條件可以將壓制成型的成型面的形狀通過玻璃進(jìn)行復(fù)印，不發(fā)生變形地取出精密壓制成型品。
進(jìn)而，在上述制造方法中，在將精密壓制用預(yù)型件加入成型模前可預(yù)加熱，這樣可縮短周期時(shí)間，可以制造表面沒有缺陷、面精度良好的光學(xué)元件。
精密壓制成型用預(yù)型件在加入壓制成型模后，預(yù)型件與壓制成型模一起加熱的溫度最好是比上述預(yù)型件的預(yù)熱溫度低。這樣，在導(dǎo)入壓制成型模前，通過預(yù)加熱預(yù)型件，在將精密壓制成型用預(yù)型件導(dǎo)入壓制成型模后，可以將預(yù)型件與壓制成型模一起加熱的溫度控制在低的范圍，所以可以減少壓制成型的能量消耗。
上述預(yù)型件的預(yù)熱溫度最好是表示構(gòu)成上述預(yù)型件的玻璃109dPaS以下、優(yōu)選的是109dPaS的粘度的溫度。另外，最好是一邊使上述預(yù)型件浮起一邊進(jìn)行預(yù)熱，進(jìn)而，將構(gòu)成上述預(yù)型件的玻璃最好預(yù)熱到表示105.5～109dPaS、優(yōu)選的是105.5dPaS以上109dPaS以下粘度的溫度。另外最好在壓制開始的同時(shí)或者壓制的中途開始玻璃的冷卻。而且，如以上所述，精密壓制成型用預(yù)型件在加入壓制成型模后，預(yù)型件與壓制成型模一起加熱的溫度可以控制在低于上述預(yù)型件的預(yù)熱溫度。這時(shí)，與預(yù)型件一起加熱壓制成型模的溫度可控制在表示構(gòu)成上述預(yù)型件的玻璃109～1012dPaS的粘度的溫度作為目標(biāo)。在該方法中，壓制成型后上述玻璃的粘度冷卻到1012dPaS以上后進(jìn)行脫模。
精密壓制成型了的光學(xué)元件從壓制成型模取出，根據(jù)需要可緩慢冷卻。成型品是透鏡等光學(xué)元件時(shí)，根據(jù)需要可在表面包覆光學(xué)薄膜。
這樣，就可以制造透鏡(非球面透鏡、球面透鏡、筒狀透鏡、桿狀透鏡等)、透鏡組、棱鏡、衍射光柵、各種光學(xué)基板等。
而且，作為透鏡的形狀，可得到凸彎月透鏡、凹彎月透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等的各種形狀的透鏡。
實(shí)施例以下用實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1～32按照表1所述的組成以規(guī)定的比例稱量250～300g作為B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、ZnO、Li2O、WO3、Nb2O5、ZrO2、Y2O3、CaO等的玻璃成分原料的對應(yīng)氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氟化物、氫氧化物等，充分混合后組成調(diào)和批量劑，將其加入白金坩鍋內(nèi)，在1200～1250℃下一邊攪拌，一邊在空氣中進(jìn)行2～4小時(shí)玻璃的熔解。熔融后，將玻璃熔融液注入40×70×15mm的碳模內(nèi)，放置冷卻到玻璃的轉(zhuǎn)化溫度后，立即放入到退火爐內(nèi)，在玻璃化溫度的范圍內(nèi)進(jìn)行大約1小時(shí)的退火，在爐內(nèi)放置到室溫。用顯微鏡觀察得到的玻璃沒有析出結(jié)晶。
表1中除了上述的玻璃組成外，表示了對各玻璃測定了的光學(xué)常數(shù)(折射率nd、阿貝數(shù)νd)、玻璃化溫度(Tg)、比重、λ80和λ5。這些折射率(nd)、阿貝數(shù)(νd)、玻璃化溫度(Tg)、比重、λ80和λ5可用以下方式測定。
(1)折射率(nd)及阿貝數(shù)(νd)是對以-30℃/h緩冷降溫速度得到的光學(xué)玻璃進(jìn)行測定的。
(2)玻璃化溫度(Tg)是用理學(xué)電機(jī)株式會(huì)社的熱機(jī)械分析裝置以升溫速度為4℃/分鐘進(jìn)行測定的。
(3)分光透射率(λ80、λ5)是使用研磨成10±0.1mm厚度的玻璃，測定從280nm到700nm的波長區(qū)域的分光透射率(包括表面反射損失)。另外，對于著色度，分別用λ80、λ5表示顯示透射率80％和5％的波長。另外，λ80、λ5的有效數(shù)字是2位。
(4)比重比重使用阿基米德法進(jìn)行測定。
表1

實(shí)施例33溶解得到的與實(shí)施例1～32相同組成的玻璃的脫泡清澄、均質(zhì)化了的熔融玻璃。接著，將該熔融玻璃以一定的流量連續(xù)地通過白金合金制的耐熱管，從管的頂端向受模中滴下，加入使得從受模放出氣體的風(fēng)壓，使其浮上成型為球狀的預(yù)型件。而且，由于從管頂端滴下的熔融玻璃滴是以一定的間隔一個(gè)接一個(gè)地滴下的，所以可以用多個(gè)受模順次地接受成型。這樣可以制作由對應(yīng)于實(shí)施例1～32的玻璃所形成的規(guī)定重量的球狀預(yù)型件。
同樣，從流出管將上述熔融玻璃流以一定速度連續(xù)地流出，該熔融玻璃流頂端部用受模接受，頂端部和流出管間的熔融玻璃流形成縮頸部后將受模離開管，從縮頸部分離熔融玻璃流頂端部。而且，將分離了的熔融玻璃塊按與上述方法同樣的方法使其上浮形成球狀的預(yù)型件。準(zhǔn)備多個(gè)受模，順次地使用該受模從連續(xù)流出的熔融玻璃成型多量的預(yù)型件的方法是與上述相同的。
該方法可以制造直徑2～30mm的球狀預(yù)型件。這些預(yù)型件的重量是整齊的，其內(nèi)部及表面也良好。另外，上述各預(yù)型件的全表面是由熔融狀態(tài)的玻璃固化而形成的，清凈而光滑，由自由表面構(gòu)成的。另外，在預(yù)型件的全表面沒有看到傷痕、失透射、紋理等的缺陷。
因此，上述的方法作為精密壓制成型用預(yù)型件的制造方法是合適的。
實(shí)施例34接著加熱、軟化實(shí)施例33所制造的壓制成型用預(yù)型件，使用圖1所示的壓制裝置精密壓制成型后得到非球面的透鏡。具體的是，在具有反轉(zhuǎn)透鏡形狀的非球面形狀的下模2和上模1間靜置預(yù)型件后，石英管11內(nèi)的氮?dú)夥障录訜崞?2通電加熱石英管11。將成型模內(nèi)的溫度設(shè)定成比玻璃化溫度(Tg)高50～100℃，在保持該溫度下，下降壓制棒13，押下上模1后將成型模內(nèi)的預(yù)型件壓制成型。壓制的條件是成型壓力是8Mpa、成型時(shí)間是30秒。壓制后降低成型壓力，將壓制成形的玻璃成型品在與下模2及上模1接觸的狀態(tài)下慢慢冷卻到比玻璃化溫度(Tg)低30℃的溫度，接著急冷到室溫，從成型模取出成形為非球面透鏡的玻璃。得到的非球面透鏡是極其精度高的透鏡，分光透射率特性也良好。
而且，上述精密壓制成型是將預(yù)型件加入壓制成型模后，預(yù)型件和壓制成型模一起加熱后而進(jìn)行的，但是也可以在加入成型模前對預(yù)型件進(jìn)行預(yù)熱。
按照本發(fā)明，可以提供光學(xué)玻璃，其不加入Ta2O5，具有折射率(nd)是1.75～1.87，阿貝數(shù)(νd)在30～45的范圍的光學(xué)常數(shù)及580℃以下的低玻璃化溫度。本發(fā)明的光學(xué)玻璃，由于完全不使用高價(jià)的鉭，所以也可廉價(jià)穩(wěn)定地提供具有折射率(nd)是1.75～1.87，阿貝數(shù)(νd)在30～45的范圍的光學(xué)常數(shù)及580℃以下的低玻璃化溫度的光學(xué)玻璃。另外，可以提供具有上述光學(xué)常數(shù)的且有良好分光透射率特性的光學(xué)玻璃。進(jìn)而在抑制比重增大的同時(shí)，可以確保上述的光學(xué)常數(shù)，所以也可以提供抑制重量的光學(xué)元件的玻璃材料。
另外，按照本發(fā)明的精密壓制成型用預(yù)型件及其制造方法，提供了用于壓制成型來制造具有上述光學(xué)常數(shù)的光學(xué)元件的預(yù)型件及其制造方法。另外，由于不加入高價(jià)的鉭，所以可穩(wěn)定地提供廉價(jià)的預(yù)型件。
進(jìn)而，按照本發(fā)明的光學(xué)元件及其制造方法，可以提供應(yīng)用上述光學(xué)玻璃及預(yù)型件所具有的特性、特長，得到具有良好的分光透射率特性的光學(xué)元件及其制造方法。此外，由于使用不含有鉭的玻璃材料，所以可穩(wěn)定地提供廉價(jià)的光學(xué)元件。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)玻璃，其特征是，含有以下的摩爾％組成，B2O330～45％SiO22～15％La2O310～20％TiO21～10％ZnO 10～30％Li2O 2～15％WO3大于0小于10％Nb2O50～15％ZrO20～10％所述成分合計(jì)量超過95％，而且折射率(nd)是1.75～1.87，阿貝數(shù)(νd)是30～45的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃，其特征是，玻璃化溫度(Tg)是580℃以下。
3.一種光學(xué)玻璃，其特征是，作為必要成分含有B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、ZnO、Li2O、WO3，同時(shí)，作為任意成分含有Nb2O5、ZrO2，所述必要成分和任意成分的合計(jì)量超過95摩爾％，折射率(nd)是1.75～1.87，阿貝數(shù)(νd)是30～45的范圍，換算成厚度10mm時(shí)波長280～700nm的分光透射率為80％的波長是440nm以下，而且所述分光透射率為5％的波長是350nm以下，玻璃化溫度(Tg)是580℃以下。
4.一種精密壓制成型用預(yù)型件，其是由權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃構(gòu)成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的精密壓制成型用預(yù)型件，其特征是，全表面為熔融狀態(tài)的玻璃固化后形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的精密壓制成型用預(yù)型件，其特征是，全表面構(gòu)成了自由表面。
7.一種精密壓制成型用預(yù)型件的制造方法，其特征是，從由流出管流出的熔融玻璃流分離所需要重量的熔融玻璃，成型由權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃構(gòu)成的精密壓制成型用預(yù)型件。
8.一種光學(xué)元件，其是由權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃構(gòu)成的。
9.一種光學(xué)元件，其是使用由權(quán)利要求4～6中任何一項(xiàng)所述精密壓制成型用預(yù)型件或者權(quán)利要求7所述的制造方法制造的精密壓制成型用預(yù)型件精密壓制成型后而得到的。
10.一光學(xué)元件的制造方法，其是將精密壓制成型用預(yù)型件加熱、軟化、精密壓制成型后制造玻璃制光學(xué)元件，其特征是使用權(quán)利要求4～6中任何一項(xiàng)所述精密壓制成型用預(yù)型件或者權(quán)利要求7所述的制造方法制作的精密壓制成型用預(yù)型件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征是，將精密壓制成型用預(yù)型件引導(dǎo)到壓制成型模內(nèi)，一起加熱預(yù)型件和壓制成型模，進(jìn)行精密壓制成型。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)元件的制造方法，其中所述精密壓制成型用預(yù)型件在引入壓制成型模前預(yù)先進(jìn)行加熱。
全文摘要
本發(fā)明提供折射率(nd)是1.75～1.87，阿貝數(shù)(vd)是30～45的范圍，不含有Ta
文檔編號C03C3/068GK1495137SQ0315510
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月20日
發(fā)明者春日善子, 鄒學(xué)祿 申請人:Hoya株式會(huì)社