光学玻璃、玻璃预制件、光学元件和光学仪器

本申请是针对申请号为201911391421.0，申请日为2019年12月30日，名称为“光学玻璃、玻璃预制件、光学元件和光学仪器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，尤其是涉及一种折射率为1.75～1.85、阿贝数为34～40的光学玻璃及其制成的玻璃预制件、光学元件和光学仪器。

背景技术

近年来，车载、安防以及其他需要在大温差场景(如使用环境-40℃到80℃的温度变化)中成像的镜头迅速发展，相关领域的光学系统中对折射率为1.75～1.85、阿贝数为34～40的光学玻璃的需求越来越大。折射率为1.75～1.85、阿贝数为34～40的光学玻璃属于火石类玻璃，该类玻璃应用在镜头设计中时，可与轻冕类、氟磷酸盐冕类玻璃胶合使用，冕类、氟磷酸盐冕类玻璃的热膨胀系数较大，尤其是氟磷酸盐类的热膨胀系数α

热膨胀系数大的火石类玻璃由于其组成结构比较疏松，尤其是在含有稀土组分和碱金属组分的情况下抗析晶性能较差，给二次压型带来较大的困难。因此，对于火石玻璃来说，玻璃抗析晶性能的提升在组分设计中尤为重要。

热膨胀系数的增大又带来了抗热冲击能力下降的问题，镜片的抗热冲击性对于工作在恶劣条件下，如户外安防、车载镜头等显得特别重要。因此在保证获得较大热膨胀系数的同时，如何提升玻璃材料的抗热冲击性能，也是时代的发展给光学设计和光学材料研究提出的一个新课题。

发明内容

基于以上原因，本发明所要解决的技术问题是提供一种可以在大幅度温度变化场景中使用的光学玻璃。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

光学玻璃，其组分按重量百分比表示，含有：SiO

进一步的，所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，还含有：Gd

光学玻璃，其组分按重量百分比表示，由SiO

进一步的，所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：SiO

进一步的，所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：SiO

进一步的，所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：B

进一步的，所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：La

进一步的，所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：Nb

进一步的，所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：

(B

(SiO

进一步的，所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：K

进一步的，所述的光学玻璃，其组分按重量百分比表示，其中：SiO

进一步的，所述光学玻璃的折射率n

1.82，更优选为1.78～1.81；阿贝数ν

进一步的，所述光学玻璃的热膨胀系数α

玻璃预制件，采用上述的光学玻璃制成。

光学元件，采用上述的光学玻璃制成，或采用上述的玻璃预制件制成。

光学仪器，含有上述的光学玻璃，或含有上述的光学元件。

本发明的有益效果是：本发明通过合理的组分设计，得到可以在大幅度温度变化场景中使用的光学玻璃，满足车载、安防等领域的需要。

具体实施方式

下面，对本发明的光学玻璃的实施方式进行详细说明，但本发明不限于下述的实施方式，在本发明目的的范围内可进行适当的变更来加以实施。此外，关于重复说明部分，虽然有适当的省略说明的情况，但不会因此而限制发明的主旨。以下内容中有时候将本发明光学玻璃简称为玻璃。

[光学玻璃]

下面对本发明光学玻璃的各组分含量范围进行说明。在本说明书中，如果没有特殊说明，各组分的含量全部采用相对于换算成氧化物的组成的玻璃物质总量的重量百分比表示。在这里，所述“换算成氧化物的组成”是指，作为本发明的光学玻璃组成成分(组分)的原料而使用的氧化物、复合盐及氢氧化物等熔融时分解并转变为氧化物的情况下，将该氧化物的物质总量作为100％。

除非在具体情况下另外指出，本文所列出的数值范围包括上限和下限值，“以上”和“以下”包括端点值，以及包括在该范围内的所有整数和分数，而不限于所限定范围时所列的具体值。本文所称“和/或”是包含性的，例如“A；和/或B”，是指只有A，或者只有B，或者同时有A和B。

<必要组分和任选组分>

本发明中，SiO

本发明中，B

SiO

在本发明的一些实施方式中，B

La

合适量的La

适量的Al

适量的ZrO

MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO为二价金属氧化物，就本发明对玻璃的热膨胀系数的提升来看，上述氧化物的作用效果为BaO≥CaO＞SrO＞MgO≥ZnO。但由于CaO提升折射率的作用不如BaO，尤其是CaO的含量若超过6％，玻璃的稳定性降低，因此，本发明主要使用BaO来提升玻璃的热膨胀系数与折射率。若BaO的含量低于18％，玻璃的热膨胀系数达不到设计要求；若BaO的含量高于50％，玻璃的化学稳定性急剧下降，同时玻璃稳定性降低，更为重要的是，玻璃的密度增大，玻璃的抗热冲击性能急剧下降。因此，BaO的含量限定为18～50％，优选为18～45％，更优选为20～40％，进一步优选为22～36％。

发明人研究发现，La

合适量的CaO加入到玻璃中可以提升玻璃的热膨胀系数，但若其含量超过6％，玻璃的稳定性恶化，因此CaO的含量限定为6％以下，优选为4％以下，更优选为3％以下。SrO的含量若超过10％，玻璃的热膨胀系数难以达到设计要求，因此SrO的含量限定为10％以下，优选为8％以下，更优选为6％以下。

少量的MgO加入到玻璃中可以提升玻璃的抗热冲击能力，但若其含量超过5％，玻璃热膨胀系数快速降低。因此MgO的含量控制在5％以下，优选为4％以下，更优选为3％以下。

少量的ZnO加入玻璃中可以提升玻璃的抗热冲击能力，但若其含量超过5％，玻璃的热膨胀系数快速下降。因此ZnO的含量控制在5％以下，优选为4％以下，更优选为3％以下。

合适量的TiO

合适量的Nb

在本发明的一些实施方式中，当Nb

在本发明的一些实施方式中，B

WO

本发明玻璃还可以添加适当量的碱金属氧化物，如Li

Na

由于K

当玻璃需要降低熔解温度且热膨胀系数还有富余时，可以添加少量的Li

本发明玻璃可以使用少量的澄清剂来改善玻璃的气泡度，如Sb

在不影响本发明性能的情况下，可以适量引入一定量上文未曾提及的其他组分，如Yb

在本发明的一些实施方式中，本发明获得的光学玻璃具有较低的折射率温度系数(dn/dt)，具体而言，按照GB/T 7962.4—2010规定方法测试40～60℃范围内的折射率温度系数(d线dn/dt relative(10

<不应含有的组分>

本发明玻璃中，V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等过渡金属的氧化物，即使单独或复合地少量含有的情况下，玻璃也会被着色，在可见光区域的特定的波长产生吸收，从而减弱本发明的提高可见光透过率效果的性质，因此，特别是对于可见光区域波长的透过率有要求的光学玻璃，优选实际上不含有。

Th、Cd、Tl、Os、Be以及Se的氧化物，近年来作为有害的化学物质而有控制使用的倾向，不仅在玻璃的制造工序，直至加工工序以及产品化后的处置上对环境保护的措施是必需的。因此，在重视对环境的影响的情况下，除了不可避免地混入以外，优选实际上不含有它们。由此，光学玻璃变得实际上不包含污染环境的物质。因此，即使不采取特殊的环境对策上的措施，本发明的光学玻璃也能够进行制造、加工以及废弃。

为了实现环境友好，本发明的光学玻璃不含有As

本文所记载的“不引入”“不含有”“不添加”“0％”是指没有故意将该化合物、分子或元素等作为原料添加到本发明光学玻璃中；但作为生产光学玻璃的原材料和/或设备，会存在某些不是故意添加的杂质或组分，会在最终的光学玻璃中少量或痕量含有，此种情形也在本发明专利的保护范围内。

下面，对本发明的光学玻璃的性能进行说明。

<折射率与阿贝数>

光学玻璃折射率(n

本发明光学玻璃的折射率(n

<热膨胀系数>

光学玻璃100℃～300℃的热膨胀系数(α

本发明光学玻璃的热膨胀系数(α

<耐水作用稳定性>

光学玻璃耐水作用稳定性(D

本发明光学玻璃的耐水作用稳定性(D

<耐酸作用稳定性>

光学玻璃耐酸作用稳定性(D

本发明光学玻璃的耐酸作用稳定性(D

<密度>

光学玻璃的密度(ρ)按GB/T7962.20—2010规定的方法进行测试。

本发明光学玻璃的密度(ρ)为4.50g/cm

<抗析晶性能>

抗析晶性能的测试方法为：将样品玻璃切割为20×20×10mm的规格，放入温度为T

<着色度>

本发明玻璃的短波透射光谱特性用着色度(λ

本发明的光学玻璃λ

<抗热冲击性能>

玻璃的抗热冲击性能采用水冷法进行测试：将玻璃样品加工为直径为30mm，厚度为2mm的圆片，表面研磨。将加工好的玻璃圆片放入升温炉中，升温到预设温度，从70℃开始，保温5分钟，待玻璃圆片温度均匀后取出投入10℃的冷水中，若玻璃未出现炸裂，增加升温炉温度5℃，再进行以上实验，直到玻璃圆片投入冷水中出现破裂为止，此时升温炉的温度记为破裂温度，破裂温度越高，玻璃的耐热冲击能力越强。

本发明光学玻璃的破裂温度为80℃以上，优选为85℃以上，更优选为90℃以上。

[制造方法]

本发明光学玻璃的制造方法如下：本发明的玻璃采用常规原料和常规工艺生产，使用碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物、氧化物等为原料，按常规方法配料后，将配好的炉料投入到1300～1350℃的熔炼炉中熔制，并且经澄清、搅拌和均化后，得到没有气泡及不含未溶解物质的均质熔融玻璃，将此熔融玻璃在模具内铸型并退火而成。本领域技术人员能够根据实际需要，适当地选择原料、工艺方法和工艺参数。

[玻璃预制件和光学元件]

可以使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，由所制成的光学玻璃来制作玻璃预制件。即，可以通过对光学玻璃进行磨削和研磨等机械加工来制作玻璃预制件，或通过对由光学玻璃制作模压成型用的预成型坯，对该预成型坯进行再热压成型后再进行研磨加工来制作玻璃预制件，或通过对进行研磨加工而制成的预成型坯进行精密冲压成型来制作玻璃预制件。

需要说明的是，制备玻璃预制件的手段不限于上述手段。如上所述，本发明的光学玻璃对于各种光学元件和光学设计是有用的，其中特别优选由本发明的光学玻璃形成预成型坯，使用该预成型坯来进行再热压成型、精密冲压成型等，制作透镜、棱镜等光学元件。

本发明的玻璃预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的玻璃预制件具有光学玻璃所具有的优异特性；本发明的光学元件具有光学玻璃所具有的优异特性，能够提供光学价值高的各种透镜、棱镜等光学元件。

作为透镜的例子，可举出透镜面为球面或非球面的凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜。

[光学仪器]

本发明光学玻璃所形成的光学元件可制作如照相设备、车载设备、摄像设备、显示设备和监控设备等光学仪器。

实施例

<光学玻璃实施例>

为了进一步清楚地阐释和说明本发明的技术方案，提供以下的非限制性实施例。

本实施例采用上述光学玻璃的制造方法得到具有表1～表2所示的光学玻璃。另外，通过本发明所述的测试方法测定各玻璃的特性，并将测定结果表示在表1～表2中。在表1～表2的抗析晶性能测试中，无明显析晶记做“A”,有明显析晶记为“B”。

表1

表2

<玻璃预制件实施例>

将光学玻璃实施例1～20所得到的玻璃使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，来制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜等的预制件。

<光学元件实施例>

将上述玻璃预制件实施例所得到的这些预制件退火，在降低玻璃内部的变形的同时进行微调，使得折射率等光学特性达到所需值。

接着，对各预制件进行磨削、研磨，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜。所得到的光学元件的表面上还可涂布防反射膜。

<光学仪器实施例>

将上述光学元件实施例制得的光学元件通过光学设计，通过使用一个或多个光学元件形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件，或用于车载或安防领域的摄像设备和装置。