專利名稱：光學(xué)玻璃、精密模壓預(yù)制體、制造預(yù)制體的方法、光學(xué)元件和制造光學(xué)元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃、供通過精密模壓光學(xué)玻璃制造光學(xué)元件使用的精密模壓預(yù)制體、制造該預(yù)制體的方法、由上述光學(xué)玻璃形成的光學(xué)元件和制造該光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
極需要高折射率低色散玻璃作為用于光學(xué)元件如各種透鏡等的材料。例如，作為具有這種光學(xué)常數(shù)的玻璃，已知的有，如由Japan GlassProduct Industry Society發(fā)行的，Hiroshi Ogawa和Shinei Ogawa編輯的“Glass Composition Handbook”(1991)的第106頁上公開的含鉭重火石玻璃TaSF17等。
近年來，隨著數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等的迅速普及，對作為部件的玻璃透鏡的需要日益增加。另一方面，隨著數(shù)碼相機(jī)中成像裝置的像素數(shù)增加，要求光學(xué)元件具有高的性能，并且要求迅速提供形狀準(zhǔn)確度高的光學(xué)元件。
為了提供光學(xué)元件，已知精密模壓方法是極高生產(chǎn)率制造由玻璃形成的形狀準(zhǔn)確度高的光學(xué)元件的方法。然而，由于所有的常規(guī)玻璃如TaSF17和NbSF32都具有高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，所以它們不適用于精密模壓。

發(fā)明內(nèi)容
在這種情況下，本發(fā)明的一個目的是提供一種折射率(nd)高于1.82但不高于1.86、阿貝數(shù)(νd)為30-39.5，并具有使光學(xué)玻璃能夠進(jìn)行精密模壓的低溫軟化性能的光學(xué)玻璃，由上述光學(xué)玻璃形成的精密模壓預(yù)制體，制造上述預(yù)制體的方法，由上述光學(xué)玻璃形成的光學(xué)元件和制造上述光學(xué)元件的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人進(jìn)行了勤奮的研究，并因此發(fā)現(xiàn)通過具有特定玻璃組成、特定光學(xué)常數(shù)和特定玻璃轉(zhuǎn)變溫度的光學(xué)玻璃，由上述玻璃形成的預(yù)制體和由上述玻璃形成的光學(xué)元件，并通過在制造上述預(yù)制體的過程中使用特定的制造方法和在制造光學(xué)元件的過程中使用特定的制造方法可以實(shí)現(xiàn)上述目的。因此，基于上述發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明提供(1)一種光學(xué)玻璃，含作為必要組分的B2O3、La2O5、Gd2O3和ZnO，含作為任選組分的Li2O和SiO2，條件是當(dāng)含Li2O時，SiO2的含量小于2重量％，折射率(nd)高于1.82但不高于1.86，阿貝數(shù)(νd)為30-39.5，玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為630℃或更低(在下文中，稱為“光學(xué)玻璃1”)，(2)一種光學(xué)玻璃，按重量％計，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，條件是當(dāng)Li2O的含量大于0％時，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，阿貝數(shù)(νd)為30-39.5，玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為630℃或更低(在下文中，稱為“光學(xué)玻璃2”)，(3)一種精密模壓預(yù)制體，是由上述(1)或(2)的光學(xué)玻璃形成的，(4)一種制造精密模壓預(yù)制體的方法，該方法包括將具有預(yù)定重量的熔融玻璃塊與流出管路的熔融玻璃分離，和成型所述的玻璃塊，從而制造由上述(1)或(2)的光學(xué)玻璃形成的預(yù)制體，(5)一種制造精密模壓預(yù)制體的方法，該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，從而制造由上述(1)或(2)的光學(xué)玻璃形成的預(yù)制體，(6)一種光學(xué)元件，是由上述(1)或(2)的光學(xué)玻璃形成的，(7)一種制造光學(xué)元件的方法，該方法包括加熱上述(3)的預(yù)制體和精密模壓該預(yù)制體，(8)一種制造光學(xué)元件的方法，該方法包括加熱通過上述(4)或(5)的方法制造的預(yù)制體和精密模壓該預(yù)制體，(9)如上述(7)或(8)中所述的制造光學(xué)元件的方法，其中一起加熱壓模和預(yù)制體，并用壓模壓制該預(yù)制體，和(10)如上述(7)或(8)中所述的制造光學(xué)元件的方法，其中將預(yù)制體與壓模分開預(yù)熱，并將其引入預(yù)熱的壓模中，以實(shí)施預(yù)制體的精密模壓。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種折射率(nd)高于1.82但不高于1.86、阿貝數(shù)(νd)為30-39.5并具有能夠進(jìn)行精密模壓的低溫軟化性能的光學(xué)玻璃，由上述玻璃形成的精密模壓預(yù)制體，制造該預(yù)制體的方法，由上述光學(xué)玻璃形成的光學(xué)元件和制造該光學(xué)元件的方法。


圖1是實(shí)施例中使用的精密模壓裝置的一個實(shí)例的示意性剖視圖。
具體實(shí)施例方式
(光學(xué)玻璃)首先，將說明本發(fā)明的光學(xué)玻璃。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃包括兩個實(shí)施方案，光學(xué)玻璃1和光學(xué)玻璃2。
光學(xué)玻璃1是含B2O3、La2O5、Gd2O3和ZnO作為必要組分、含Li2O和SiO2作為任選組分的光學(xué)玻璃，條件是當(dāng)含Li2O時，SiO2的含量小于2重量％，折射率(nd)高于1.82但不高于1.86，阿貝數(shù)(νd)為30-39.5，玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為630℃或更低。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃1含作為必要組分的B2O3、La2O3、Gd2O3和ZnO。B2O3是用于構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的必要組分。La2O3和Gd2O3是賦予玻璃高折射率低色散性能的必要組分。當(dāng)這兩種組分共存時，玻璃的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。
ZnO是賦予玻璃低溫軟化性能而不使折射率下降的組分?；旧希景l(fā)明的光學(xué)玻璃1含上述必要組分，因此它實(shí)現(xiàn)了由以下參數(shù)表示的光學(xué)性能折射率高于1.82但不高于1.86，優(yōu)選1.821-1.86；阿貝數(shù)(νd)為30-39.5，優(yōu)選低于39.5，更優(yōu)選39.4或更低，更加優(yōu)選39.3或更低。上述阿貝數(shù)(νd)的下限優(yōu)選為30.5或更高，更優(yōu)選31或更高。而且，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性和由630℃或更低，優(yōu)選620℃或更低，更優(yōu)選低于600℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)表示的低溫軟化性能。
當(dāng)含Li2O時，將SiO2的含量限制為低于2重量％的原因與隨后針對下面描述的光學(xué)玻璃2所做的說明相同，并且，玻璃組成的優(yōu)選范圍也與隨后針對下面描述的光學(xué)玻璃2所做的說明相同。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃2是含以下組分的光學(xué)玻璃，按重量％計，
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，條件是當(dāng)Li2O的含量大于0％時，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，阿貝數(shù)(νd)為30-39.5，玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為630℃或更低。
將說明限制光學(xué)玻璃2中組成范圍的原因。除非另有規(guī)定，否則下面的含量表示重量％含量。
B2O3是形成網(wǎng)絡(luò)的必要組分。然而，當(dāng)過量引入它時，折射率(nd)降低，因此，B2O3的含量為14-30％，優(yōu)選15-26％，更優(yōu)選16-25％。
La2O3是賦予玻璃高折射率低色散性能的必要組分。然而，當(dāng)過量引入它時，玻璃的穩(wěn)定性下降，因此，La2O3的含量為10-40％，優(yōu)選12-38％，更優(yōu)選14-36％。
Gd2O3也是賦予玻璃高折射率低色散性能的必要組分。然而，當(dāng)過量引入它時，玻璃的穩(wěn)定性下降，因此，Gd2O3的含量為1-30％，優(yōu)選1-25％，更優(yōu)選1-20％。正如已經(jīng)說明的，與只引入Gd2O3時相比，Gd2O3在與La2O3共存時有更大的提高玻璃穩(wěn)定性的作用。
ZnO是賦予玻璃在低溫下使玻璃軟化的性能，同時保持高折射率的必要組分。然而，當(dāng)過量引入它時，玻璃的穩(wěn)定性下降，因此，ZnO的含量為6-26％，優(yōu)選7-25％，更優(yōu)選8-24％。
WO3用于提高玻璃的折射率和穩(wěn)定性，并用于降低液相線溫度。然而，當(dāng)過量引入它時，玻璃的穩(wěn)定性下降，并使玻璃著色，因此，WO3的含量為0-20％，優(yōu)選0-18％，更優(yōu)選1-18％。
Ta2O5是用于提高折射率的組分。然而，當(dāng)過量引入它時，玻璃的穩(wěn)定性下降，因此，Ta2O5的含量為0-20％，優(yōu)選0-18％，更優(yōu)選1-18％。
Nb2O5也是用于提高折射率的組分。然而，當(dāng)過量引入它時，玻璃的液相線溫度升高，因此，Nb2O5的含量為0-10％，優(yōu)選0-8％，更優(yōu)選1-8％。
TiO2也是用于提高折射率的組分。然而，當(dāng)過量引入它時，玻璃的穩(wěn)定性下降，并且使玻璃著色，因此，TiO2的含量為0-8％，優(yōu)選0-7％，更優(yōu)選1-7％。
為了提高折射率，優(yōu)選將WO3、Ta2O5、Nb2O5和TiO2的總含量調(diào)整為大于10重量％，更優(yōu)選為11重量％或更多。
SiO2用于提高玻璃的穩(wěn)定性。然而，當(dāng)過量引入它時，不但折射率降低，而且玻璃轉(zhuǎn)變溫度升高，因此，SiO2的含量為0-10％。
為了獲得更高的折射率，同時滿足使玻璃的阿貝數(shù)(νd)處于低于39.5的范圍內(nèi)所需的各種條件，優(yōu)選將B2O3的含量與B2O3和SiO2的總含量的摩爾比B2O3/(B2O3+SiO2)調(diào)整為0.80-1.00。
Li2O極有效地降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度。然而，當(dāng)過量引入它時，折射率降低，并且玻璃的穩(wěn)定性也下降，因此，Li2O的含量為0-5％。
然而，當(dāng)引入Li2O時，需要將SiO2的含量限制為低于2重量％。在引入到光學(xué)玻璃2的組分中，Li2O和SiO2相對低程度地用于提高折射率。正如已經(jīng)描述的，Li2O是用于賦予玻璃低溫軟化性能的組分，SiO2是用于提高玻璃穩(wěn)定性的組分。當(dāng)?shù)蜏剀浕c(diǎn)特別重要時，引入Li2O，并且在這種情況下，如上所述限制SiO2的含量以防止折射率降低。因?yàn)長a2O3和Gd2O3共存，所以可以賦予光學(xué)玻璃2優(yōu)異的穩(wěn)定性，因此可以如上所述限制作為提高玻璃穩(wěn)定性之組分的SiO2的含量。
當(dāng)含Li2O時，SiO2的含量優(yōu)選為0-1.9％，更優(yōu)選0-1.5％，優(yōu)選低于3mol％，更優(yōu)選0-2.5mol％。然而，當(dāng)Gd2O3的含量低于5mol％時，為了提高玻璃的穩(wěn)定性，在上述范圍中，可以將SiO2的含量調(diào)整為3mol％或更多。
而且，當(dāng)不含Li2O時，SiO2的含量優(yōu)選為1-9％，更優(yōu)選1-8％。
Na2O和K2O用于提高玻璃的可熔性。然而，當(dāng)過量引入它們時，玻璃的折射率和穩(wěn)定性降低，因此，Na2O和K2O中每一種的含量為0-5％。
MgO、CaO和SrO也用于提高玻璃的可熔性。然而，當(dāng)過量引入它們時，玻璃的折射率和穩(wěn)定性降低，因此，MgO、CaO和SrO中每一種的含量為0-5％。
BaO用于提高玻璃的折射率。然而，當(dāng)過量引入它時，玻璃的穩(wěn)定性下降，因此，BaO的含量為0-5％，優(yōu)選0-4％，更優(yōu)選0-3％。
Y2O3和Yb2O3用于賦予玻璃高折射率低色散性能。然而，當(dāng)過量引入它們時，玻璃的穩(wěn)定性下降，因此，Y2O3和Yb2O3中每一種的含量為0-10％，優(yōu)選0-8％，更優(yōu)選0-7％。當(dāng)與La2O3共存時，Y2O3和Yb2O3也用于促進(jìn)提高玻璃穩(wěn)定性的作用。
此外，優(yōu)選的是不使用Lu2O3，因?yàn)長u2O3是昂貴的組分。
ZrO2用于提高折射率。然而，當(dāng)過量引入它時，玻璃的穩(wěn)定性下降，并且使液相線溫度升高，因此，ZrO2的含量為0-10％，優(yōu)選0-8％，更優(yōu)選1-8％。
Bi2O3用于提高折射率并提高玻璃的穩(wěn)定性。然而，當(dāng)過量引入它時，使玻璃著色，因此，Bi2O3的含量為0-10％，優(yōu)選0-7％，更優(yōu)選0-5％。
為了提高玻璃的上述性能，同時實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，上述組分和澄清劑的總含量優(yōu)選大于95％，更優(yōu)選大于98％，更加優(yōu)選大于99％，特別優(yōu)選100％。
雖然GeO2和Ga2O3用于增加折射率并提高玻璃的穩(wěn)定性，但它們是昂貴的組分，因此GeO2和Ga2O3中每一種的含量優(yōu)選為0-10％，更優(yōu)選0-1％。更加優(yōu)選的是GeO2和Ga2O3均不使用。
除了上述組分之外，可以加入總量為0-1％的澄清劑。然而，當(dāng)過量加入澄清劑時，在精密模壓的過程中，它們會損壞模具的成型面，特別是脫模膜，因此需要注意。
澄清劑的例子包括Sb2O3、As2O3等，但考慮到對環(huán)境有有害的作用而強(qiáng)制排除As2O3的使用。在本發(fā)明中，Sb2O3的含量優(yōu)選為0-1％。
也可以引入F。然而，當(dāng)模制(成型)熔融玻璃時，F(xiàn)從玻璃中揮發(fā)，從而造成紋影出現(xiàn)，并使光學(xué)常數(shù)改變，因此優(yōu)選的是不引入F。
除這些之外，考慮到對環(huán)境有有害的作用，并因?yàn)樵诜茄趸瘹夥罩羞M(jìn)行精密模壓的過程中，PbO被還原，從而粘附在壓模的成型面上，強(qiáng)制避免引入PbO。
除了為賦予玻璃吸收具有特定波長光的能力而使玻璃著色之外，理想地，不引入Cu、Fe等。而且，考慮到對環(huán)境的影響，也強(qiáng)制排除CdO。
光學(xué)玻璃1和2都優(yōu)選為模壓用光學(xué)玻璃，特別是精密模壓用光學(xué)玻璃。
(預(yù)制體和制造預(yù)制體的方法)本發(fā)明的精密模壓預(yù)制體(在下文中，稱為“預(yù)制體”)是由上述光學(xué)玻璃1或2形成的。
預(yù)制體是重量等于模壓產(chǎn)品重量的玻璃成型材料。根據(jù)模壓產(chǎn)品的形狀，將預(yù)制體成型為適當(dāng)?shù)男螤睢ｎA(yù)制體形狀的例子包括球形狀、旋轉(zhuǎn)橢球形狀等。加熱預(yù)制體以具有允許模壓的粘度，然后模壓它。
預(yù)制體的形狀優(yōu)選是包括上述旋轉(zhuǎn)橢球形狀在內(nèi)的具有一個旋轉(zhuǎn)對稱軸的形狀。上述具有一個旋轉(zhuǎn)對稱軸的形狀包括以下形狀在包括上述旋轉(zhuǎn)對稱軸的橫截面中，具有無任何角或洼的光滑輪廓線的形狀，如具有其中短軸相應(yīng)于上述橫截面中旋轉(zhuǎn)對稱軸的橢圓形輪廓線的形狀。優(yōu)選地，當(dāng)將由連接上述橫截面中預(yù)制體的輪廓線上的任一點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)對稱軸上預(yù)制體重心的線與同輪廓線上上述點(diǎn)處的輪廓線相切的切線形成的角中的一個取作θ時，當(dāng)上述點(diǎn)以旋轉(zhuǎn)對稱軸開始，并沿著輪廓線移動時，角θ從90°單調(diào)增加，然后單調(diào)下降，然后單調(diào)下降至在輪廓線與旋轉(zhuǎn)對稱軸交叉的另一點(diǎn)處達(dá)到90°。
上述預(yù)制體可以根據(jù)需要在其表面上配有薄膜如脫模膜。例如，脫模膜包括含碳膜、自組裝膜等。將上述預(yù)制體用于通過模壓制造具有預(yù)定光學(xué)常數(shù)的光學(xué)元件。
下面將說明本發(fā)明提供的制造預(yù)制體的方法。
本發(fā)明提供的制造預(yù)制體的第一種方法包括將具有預(yù)定重量的熔融玻璃塊與從管路中流出的熔融玻璃分離，將上述玻璃塊成型為由上述光學(xué)玻璃1或2形成的預(yù)制體。
在此方法中，在冷卻熔融狀態(tài)玻璃的步驟中成型預(yù)制體，并使熔融玻璃達(dá)到這樣一種狀態(tài)，即在使該玻璃固化后，可使用該玻璃作為預(yù)制體而不用進(jìn)行機(jī)械加工。此方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即避免了機(jī)械加工過程如切割、研磨、拋光等。而且，可以成型具有光滑表面的預(yù)制體。而且，預(yù)制體的整個表面是通過固化熔融狀態(tài)的玻璃形成的表面，因此可以獲得沒有由拋光造成的細(xì)小劃痕或潛劃痕的光滑表面。
而且，預(yù)制體表面理想地沒有任何稱為“切痕”的切割痕跡。當(dāng)用切割刀片切割流出管路的熔融玻璃時產(chǎn)生切痕。當(dāng)在將預(yù)制體精密模壓為精密模壓制品的階段仍然存在切痕時，這種帶痕跡部分是缺陷。因此，優(yōu)選的是在成型預(yù)制體的階段就排除切痕。不使用切割刀片分離熔融玻璃塊，因此不形成切痕的方法包括以下方法一種方法，其中使熔融玻璃從流出管路滴下；或另一種方法，其中支持來自流出管路的熔融玻璃流的前端部分，當(dāng)可以分離具有預(yù)定重量的熔融玻璃塊時定時除去該支承體(稱為“下降分離法”)。在下降分離法中，在于熔融玻璃流的前端部分與流出管路側(cè)部分之間形成的狹窄部分處分離熔融玻璃塊，從而可以獲得具有預(yù)定重量的熔融玻璃塊。然后，當(dāng)這樣獲得的熔融玻璃塊處于軟化狀態(tài)下時，將該熔融玻璃塊成型為適合于模壓的形狀，由此可以獲得預(yù)制體。
優(yōu)選地，將這樣分離的、具有預(yù)定重量的熔融玻璃塊成型為預(yù)制體，同時通過施加空氣(氣體)壓力使該塊飄浮或使該塊近乎飄浮，因此減少了塊與成型模具的接觸(在下文中，稱為“漂浮成型”)。由于飄浮成型可以減少高溫玻璃與成型模具之間的接觸，所以可以防止預(yù)制體出現(xiàn)裂紋。而且，可以制造其整個表面是自由表面的預(yù)制體。
本發(fā)明提供的制造預(yù)制體的第二種方法包括用熔融玻璃形成成型玻璃(玻璃塊體等)，并加工由光學(xué)玻璃1或2形成的上述成型玻璃(玻璃塊體等)。
在此方法中，可以使用這樣一種構(gòu)造，其中將熔融玻璃澆注到模具中，從而形成由上述光學(xué)玻璃形成的玻璃成型材料，并機(jī)械加工該玻璃成型材料，從而制造具有預(yù)定重量的預(yù)制體。在機(jī)械加工前，優(yōu)選地，退火該玻璃以充分除去應(yīng)變，這樣玻璃不會破裂。
因?yàn)楣鈱W(xué)玻璃1和2具有高的穩(wěn)定性，所以在上述每一種方法中，都可以用熔融狀態(tài)的玻璃成型沒有缺陷如失透、紋影、劃痕、裂紋等的高質(zhì)量預(yù)制體。
(光學(xué)元件和制造光學(xué)元件的方法)本發(fā)明的光學(xué)元件的特征在于由上述光學(xué)玻璃1或2形成。根據(jù)本發(fā)明，由于上述光學(xué)玻璃具有的光學(xué)性能，所以可以提供各種光學(xué)元件。光學(xué)元件的例子包括各種透鏡如球面透鏡、非球面透鏡、微透鏡等；衍射光柵；具有衍射光柵的透鏡；透鏡陣列；棱鏡等。
上述光學(xué)元件根據(jù)需要可以配有光學(xué)薄膜如減反射膜、全反射膜、部分反射膜或具有光譜性能的膜等。
下面將說明本發(fā)明提供的制造光學(xué)元件的方法。
第一種制造光學(xué)元件的方法包括加熱上述預(yù)制體和精密模壓該預(yù)制體。
第二種制造光學(xué)元件的方法包括加熱上述制造方法制造的預(yù)制體和精密模壓該預(yù)制體。
上述精密模壓也稱為“模制光學(xué)部件模制法”，在此技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的。光學(xué)元件上透射、折射、衍射或反射光的表面被稱為“光學(xué)功能表面”(例如，非球面透鏡的非球面表面或球面透鏡的球面相當(dāng)于該光學(xué)功能表面)。根據(jù)精密模壓，通過將壓模的成型面精確傳遞給玻璃而形成光學(xué)功能表面，不需要機(jī)械加工過程如研磨、拋光等等來精整光學(xué)功能表面。
因此，本發(fā)明的方法適合于制造諸如透鏡、透鏡陣列、衍射光柵、棱鏡等這樣的光學(xué)元件，特別適合于極高生產(chǎn)率地制造非球面透鏡。
根據(jù)每一種制造光學(xué)元件的方法，都可以制造具有上述光學(xué)性能的光學(xué)元件。而且，由于玻璃具有低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，從而可以降低模壓溫度，因此減少壓模成型面的損壞。因此，可以提高壓模的壽命。而且，因?yàn)闃?gòu)成預(yù)制體的玻璃具有高的穩(wěn)定性，因此可以有效防止玻璃在再加熱和壓制步驟中失透。而且，可以非常高生產(chǎn)率地進(jìn)行以熔融玻璃開始，以獲得成品結(jié)束的一系列步驟。
精密模壓用壓模選自已知的壓模，如作為模具材料由耐火陶瓷如碳化硅、氧化鋯、氧化鋁等制造的壓模，并且在各模具材料的成型面上具有脫模膜。在這些壓模中，由碳化硅制造的壓模是優(yōu)選的。脫模膜選自含碳膜等?？紤]到耐久性和成本，碳膜是優(yōu)選的。
理想地，在精密模壓中，為了使壓模的成型面保持在優(yōu)異的狀態(tài)下，使用非氧化氣氛作為精密模壓氣氛。非氧化氣體優(yōu)選選自氮或氮與氫的氣體混合物。
下面將說明本發(fā)明提供的制造光學(xué)元件的方法的兩個實(shí)施方案。
(精密模壓1)此方法包括一起加熱壓模和預(yù)制體，并用壓模壓制預(yù)制體(在下文中，稱為“精密模壓1”)。
優(yōu)選地，在精密模壓1中，將壓模和預(yù)制體一起加熱到構(gòu)成該預(yù)制體的玻璃顯示106-1012dPa·s粘度的溫度，并用壓模精密模壓該預(yù)制體。
而且，理想地，在從壓模中取出精密模壓產(chǎn)品前，將其冷卻至上述玻璃顯示1012dPa·s或更高、優(yōu)選1014dPa·s或更高、更優(yōu)選1016dPa·s或更高粘度的溫度。
在上述條件下，不但可以將壓模成型面的形狀精確傳遞給玻璃，而且可以從壓模中取出精密模壓產(chǎn)品而沒有任何變形。
(精密模壓2)此方法包括將與壓模分開預(yù)熱的預(yù)制體引入到預(yù)熱的壓模中，并精密模壓該預(yù)制體(在下文中，稱為“精密模壓2”)。
根據(jù)此方法，在將預(yù)制體引入到壓模中之前預(yù)熱該預(yù)制體，因此可以制造無表面缺陷且表面精度優(yōu)異的光學(xué)元件，同時可以降低周期時間。
優(yōu)選地，將預(yù)熱壓模的溫度設(shè)置為低于預(yù)熱預(yù)制體的溫度。如上所述，當(dāng)將預(yù)熱壓模的溫度設(shè)置在較低的溫度下時，可以減少上述壓模的磨損。
優(yōu)選地，在精密模壓2中，將壓模預(yù)熱至構(gòu)成預(yù)制體的玻璃顯示109dPa·s或更低，更優(yōu)選106-109dPa·s粘度的溫度。
優(yōu)選地，在使上述預(yù)制體飄浮的同時進(jìn)行預(yù)熱，更優(yōu)選地，將該預(yù)制體預(yù)熱至構(gòu)成該預(yù)制體的玻璃顯示105.5-109dPa·s，更優(yōu)選105.5dPa·s或更高但低于109dPa·s粘度的溫度。
而且，優(yōu)選地，在開始壓制的同時或在壓制的過程中開始冷卻玻璃。
將壓模調(diào)溫至低于用于預(yù)熱上述預(yù)制體的溫度?？梢允褂蒙鲜霾Ａэ@示109-1012dPa·s粘度的溫度作為標(biāo)準(zhǔn)。
優(yōu)選地，在上述方法中，在將精密模壓產(chǎn)品冷卻至玻璃顯示1012dPa·s或更高粘度的溫度后，從壓模中取出它。
從壓模中取出通過精密模壓獲得的光學(xué)元件，并根據(jù)需要逐漸冷卻它。當(dāng)精密模壓產(chǎn)品是諸如透鏡這樣的光學(xué)元件時，產(chǎn)品表面根據(jù)需要涂有光學(xué)薄膜。
實(shí)施例下面，將參考實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，雖然本發(fā)明并不受這些實(shí)施例(1)表1-3說明了實(shí)施例中玻璃的組成、折射率(nd)、阿貝數(shù)(νd)、轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和軟化溫度(sag temperature)。對于每一種玻璃，使用氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等作為相應(yīng)于各組分的原材料，稱量這些原材料以在將它們形成為玻璃后，產(chǎn)生表1-3中所示的組成，充分混合，然后倒入鉑坩堝中，用電爐在1,200-1,250℃下加熱熔融，同時在大氣中攪拌2-4小時。將均化并澄清的玻璃熔體澆注到由碳制成、40×70×15mm的模具中。將澆注的玻璃冷卻至玻璃轉(zhuǎn)變溫度，此后，立即將它放入退火爐中，在玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近退火1小時，并在退火爐中逐漸冷卻至室溫，從而產(chǎn)生各玻璃。通過顯微鏡目視放大并觀察這樣獲得的玻璃，發(fā)現(xiàn)既沒有晶體析出，也沒有未熔融的原材料。
按如下方法測量上述各光學(xué)玻璃的折射率(nd)、阿貝數(shù)(νd)、玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和軟化溫度(Ts)。
(1)折射率(nd)和阿貝數(shù)(νd)測量以-30℃/小時的逐漸冷卻速率獲得的光學(xué)玻璃。
(2)玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和軟化溫度(Ts)在4℃/分鐘的升溫速率下，用Rigaku Corporation提供的熱力學(xué)分析用裝置測量。
所有的玻璃都顯示低溫軟化性能和可熔性，適合于作為精密模壓用玻璃。
表1

表2

表3

(2)然后，使相應(yīng)于上述玻璃的各澄清并均化的熔融玻璃以恒定的速率從由鉑合金制成的管路中流出，將其溫度調(diào)整至能夠使該玻璃沒有任何失透地流出的溫度范圍，通過滴下法或下降分離法分離具有目標(biāo)預(yù)制體重量的熔融玻璃塊，用在其底部配有噴氣口的接收模具接收，并成型為精密模壓預(yù)制體，同時通過從噴氣口噴射氣體而使玻璃塊飄浮。調(diào)整并設(shè)置分離熔融玻璃的間隔以獲得球形預(yù)制體和具有扁平球體形狀的預(yù)制體。預(yù)制體具有精確等于設(shè)定值的重量，并且所有預(yù)制體都具有光滑的表面。
使用以下方法作為另一種制造預(yù)制體的方法，其中將熔融玻璃澆注到模具中，從而形成板狀玻璃，退火該板狀玻璃，然后切割并研磨表面，拋光，從而形成其整個表面是光滑的預(yù)制體。
(3)用圖1中顯示的精密模壓裝置精密模壓以上述方式獲得的預(yù)制體，從而產(chǎn)生非球面透鏡，所述預(yù)制體是其整個表面是通過使熔融狀態(tài)的玻璃固化而形成的預(yù)制體和整個表面是通過表面研磨和拋光而光滑的預(yù)制體。具體地說，將預(yù)制體4放在構(gòu)成壓模的下模具部件2與上模具部件1之間，然后將氮?dú)鈿夥找胧⒐?1中，使加熱器12通電，從而加熱石英管11的內(nèi)部。將壓模內(nèi)部的溫度設(shè)置為玻璃顯示108-1010dPa·s粘度的溫度，在保持此溫度的同時，壓棒13向下運(yùn)動以壓制上模具部件1，因此壓制放入壓模中的預(yù)制體4。將壓制的壓力設(shè)置為8MPa，將壓制的持續(xù)時間設(shè)置為30秒。壓制后，除去該壓制壓力，并在通過模制獲得的玻璃模制產(chǎn)品與下模具部件2和上模具部件1接觸的狀態(tài)下，將該玻璃模制產(chǎn)品逐漸冷卻至上述玻璃具有1012dPa·s或更高粘度的溫度。然后，將玻璃模制產(chǎn)品迅速冷卻至室溫，并從壓模中取出，從而產(chǎn)生非球面透鏡。以上述方式獲得的非球面透鏡具有非常高的表面精度。在圖1中，數(shù)字3表示套筒部件，數(shù)字9表示支承棒，數(shù)字10表示支承座，數(shù)字14表示熱電偶。
通過精密模壓獲得的各非球面透鏡可以根據(jù)需要配有減反射膜。
根據(jù)另一方法精密模壓類似的預(yù)制體。在此方法中，在使預(yù)制體飄浮的同時，將預(yù)制體預(yù)熱至構(gòu)成該預(yù)制體的玻璃具有108dPa·s粘度的溫度。單獨(dú)地，將具有上模具部件、下模具部件和套筒部件的壓模加熱至上述玻璃顯示109-1012dPa·s粘度的溫度，將預(yù)熱的預(yù)制體引入壓模的腔中以進(jìn)行精密模壓。將壓制用壓力設(shè)置為10MPa。在開始壓制時，開始冷卻壓模，繼續(xù)冷卻直至模制玻璃具有1012dPa·s或更高的粘度，從模具中取出模制產(chǎn)品，從而產(chǎn)生非球面透鏡。以上述方式獲得的非球面透鏡具有非常高的表面精度。
通過精密模壓獲得的各非球面透鏡可以根據(jù)需要配有減反射膜。
在上述方式中，極高生產(chǎn)率地獲得耐候性優(yōu)異且內(nèi)在質(zhì)量高的由玻璃形成的光學(xué)元件。
產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的光學(xué)玻璃具有高于1.82但不高于1.86的折射率(nd)和30-39.5的阿貝數(shù)(νd)，并具有允許進(jìn)行精密模壓的低溫軟化性能。本發(fā)明提供的由上述玻璃形成的光學(xué)元件例如可用作各種透鏡如球面透鏡、非球面透鏡、微透鏡等；衍射光柵；具有衍射光柵的透鏡；透鏡陣列等。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)玻璃，含B2O3、La2O5、Gd2O3和ZnO作為必要組分，含Li2O和SiO2作為任選組分，條件是當(dāng)含Li2O時，SiO2的含量小于2重量％，折射率(nd)高于1.82但不高于1.86，阿貝數(shù)(vd)為30-39.5，玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為630℃或更低。
2.一種光學(xué)玻璃，按重量％計，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，條件是當(dāng)Li2O的含量大于0％時，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，阿貝數(shù)(vd)為30-39.5，玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為630℃或更低。
3.一種精密模壓預(yù)制體，是由權(quán)利要求1或2的光學(xué)玻璃形成的。
4.一種制造精密模壓預(yù)制體的方法，該方法包括將具有預(yù)定重量的熔融玻璃塊與流出管路的熔融玻璃分離，并成型所述的玻璃塊，從而制造由權(quán)利要求1或2的光學(xué)玻璃形成的預(yù)制體。
5.一種制造精密模壓預(yù)制體的方法，該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，從而制造由權(quán)利要求1或2的光學(xué)玻璃形成的預(yù)制體。
6.一種光學(xué)元件，是由權(quán)利要求1或2的光學(xué)玻璃形成的。
7.一種制造光學(xué)元件的方法，該方法包括加熱權(quán)利要求3的預(yù)制體和精密模壓該預(yù)制體。
8.一種制造光學(xué)元件的方法，該方法包括加熱通過權(quán)利要求4或5的方法制造的預(yù)制體和精密模壓該預(yù)制體。
9.如權(quán)利要求7或8中所述的制造光學(xué)元件的方法，其中一起加熱壓模和預(yù)制體，并用壓模壓制該預(yù)制體。
10.如權(quán)利要求7或8中所述的制造光學(xué)元件的方法，其中將預(yù)制體與壓模分開預(yù)熱，將其引入預(yù)熱的壓模中，以實(shí)施預(yù)制體的精密模壓。
全文摘要
本發(fā)明提供具有高于1.82但不高于1.86的折射率(nd)、30－39.5的阿貝數(shù)(vd)，并具有允許進(jìn)行精密模壓的低溫軟化性能的光學(xué)玻璃一種是含B
文檔編號C03C3/12GK1669966SQ200510055910
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者林和孝 申請人:Hoya株式會社