具有负向反常色散的光学玻璃和光学元件

摘要

本发明提供一种优异负向反常色散性能的环保光学玻璃和光学元件。具有负向反常色散的光学玻璃，其重量百分比组成含有Nb

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃和光学元件，该光学玻璃具有折射率（nd）为1.60～1.65、阿贝数（νd）为40～46，特别是涉及一种具有优异的负向反常色散（ΔPg,F）性能及良好的环保性能的光学玻璃和光学元件。 

背景技术

光学玻璃在光学仪器和光电产品中是不可或缺的重要组成部分，近年来随着智能手机和单反相机等光电产品的广泛流行，对于光学玻璃的性能提出了更高的要求，例如要求光学玻璃具有消除或尽可能消除二级光谱的残余色差的性能，这就要求光学玻璃具有负向反常色散性能。 

目前已知具有负向反常色散性能的光学玻璃采用B₂O₃-Al₂O₃-PbO系统，但是这种系统的玻璃中PbO的含量较大，这不仅使得玻璃的化学稳定性不好，而且还不能满足环保化的要求。对于不含PbO的玻璃系统，公开号为1225903的日本专利、公开号为4032566的德国专利以及公开号为102199001的中国专利，这些玻璃中引入了Ti或F这种破坏反常色散性能的元素，或者含有较多的Nb₂O₅组分，这也会破坏玻璃的反常色散性能。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种优异负向反常色散性能的环保光学玻璃和光学元件。 

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：具有负向反常色散的光学玻璃，其重量百分比组成含有Nb₂O₅：0～5%，不包含TiO₂和F元素，且光学玻璃的相对部分色散率Pg,F<0.57，负向反常色散ΔPg,F≤-0.008。 

进一步的，其重量百分比组成还含有：SiO₂：20～40%；B₂O₃：15～40%；Ta₂O₅：15～40%；ZrO₂：5～20%；R₂O：5～15%，所述R₂O包括K₂O、Na₂O、Li₂O中的一种或几种；ZnO+WO₃+RO：0～5%，所述RO包括BaO、SrO、CaO、MgO中的一种或几种。 

进一步的，含有：Nb₂O₅：0～2%。 

进一步的，含有：SiO₂：22～38%。 

进一步的，含有：B₂O₃：16～40%。 

进一步的，含有：Ta₂O₅：17～38%。 

进一步的，含有：ZrO₂：6～19%。 

进一步的，含有：R₂O：6～14%，所述R₂O包括K₂O、Na₂O、Li₂O中的一种或几种。 

进一步的，含有：ZnO、WO₃和RO，且ZnO+WO₃+RO：1～4.5%，所述RO包括BaO、SrO、CaO、MgO中的一种或几种。 

进一步的，所述光学玻璃折射率为1.60～1.65，阿贝数为40～46。 

进一步的，所述光学玻璃负向反常色散ΔPg,F<-0.01。 

采用上述的具有负向反常色散的光学玻璃形成的光学元件。 

本发明的有益效果是：本发明提供的光学玻璃无需添加任何非环保元素，其折射率为1.60～1.65，阿贝数为40～46，相对部分色散率Pg,F<0.57，且负向反常色散ΔPg,F≤-0.008，通常ΔPg,F<-0.01，具有优异负向反常色散性能和环保性能，适于广泛用于数码照相机、数码摄像机以及可拍照手机等设备中。 

具体实施方式

下面将详细地描述本发明光学玻璃所含有的全部组分，这些组分都是按照重量百分比来表示。 

SiO₂是玻璃生成体，是形成玻璃必须的氧化物成分，一定量的SiO₂可以使光学玻璃具有较好的化学稳定性，并提高玻璃的透明度，增加玻璃的高温粘度。如果SiO₂的含量低于20%，得到的玻璃的化学稳定性不好；但如果SiO₂的含量高于40%，则玻璃的折射率不能处在所要求的范围内，且玻璃的高温粘度较大。所以，SiO₂的含量为20～40%，优选为22～38%。 

B₂O₃也是一种光学玻璃网络生成体氧化物，B₂O₃在本发明中最重要的作用就是能够使玻璃的短波色散偏小，使得玻璃具有较好的负向反常色散性能。如果B₂O₃的含量低于15%，玻璃的高温粘度高，熔化性能较差且负向反常色散性能不好；但如果B₂O₃的含量高于40%，玻璃的化学稳定性变差，玻璃容易析晶。所以，B₂O₃的含量为15～40%，优选为16～40%。 

Ta₂O₅是一种能够显著提高光学玻璃折射率和负向反常色散的氧化物，本发明为了获得较优异的负向反常色散性能，通过增加Ta₂O₅的含量。如果Ta₂O₅的含量低于15%，则达不到获得较优异的负向反常色散性能的目的；但如果Ta₂O₅的 含量高于40%，玻璃的熔化性能较差，难以形成均匀性较好的玻璃，还会提高玻璃生产成本。所以，Ta₂O₅的含量为15～40%，优选为17～38%。 

ZrO₂能够提高光学玻璃的折射率和负向反常色散性能，如果ZrO₂的含量低于5%，则不能起到应有的效果；但如果ZrO₂的含量高于20%，这种难熔的氧化物会导致玻璃熔融性能较差，从而不能获得均匀性良好的玻璃。所以，ZrO₂的含量为5～20%，优选为6～19%。 

R₂O是碱金属氧化物，是K₂O、Na₂O、Li₂O中的一种或几种，是较好的玻璃助熔剂，适量的R₂O能够获得均匀性较好的光学玻璃。但如果R₂O的总量低于5%，起不到助熔的作用，玻璃高温粘度可能会较大；但如果R₂O的总量高于15%，光学玻璃的化学稳定性会变差。所以，R₂O的含量为5～15%，优选为6～14%。 

Nb₂O₅能有效提高玻璃的折射率，并能在增加中波部分色散的同时不会明显增加短波部分色散，从而增大光学玻璃的负向反常色散性能，但如果Nb₂O₅的含量过高，会破坏负向反常色散性能。本发明通过降低Nb₂O₅的含量，不仅可以获得好的负向反常色散性能，同时还可以降低玻璃的成本。所以，Nb₂O₅的含量为0～5%，优选为0～2%。 

ZnO、WO₃、RO都能够有效地调节玻璃的折射率和阿贝值，其中RO是碱土金属氧化物，为BaO、SrO、CaO、MgO中的一种或者几种。ZnO、WO₃和RO的含量之和（ZnO+WO₃+RO）为0～5%，优选为1～4.5%。 

另外，本发明不引入会破坏负向反常色散性能的TiO₂和任意形式存在的F元素。 

本发明提供的光学玻璃按照本领域技术人员熟知的制备方法制成，即：将原料进行熔化、澄清、搅拌均化、降温至合适温度成型，即可得到本发明所提供的折射率为1.60～1.65，阿贝数为40～46，并具有优异负向反常色散性能的光学玻璃。 

本发明提供的光学玻璃的各个性能参数的测试方法如下： 

折射率、阿贝数及Pg,F按照《GB/T7962.1—2010无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。 

经过上述测试，得到的本发明的光学玻璃具有以下性能：折射率（nd）为1.60～1.65，阿贝数（vd）为40～46，相对部分色散率Pg,F<0.57，且负向反常色散ΔPg,F≤-0.008，通常ΔPg,F<-0.01，具有优良的化学稳定性和环保 性能。 

本发明还提供一种光学元件，该光学元件是由本发明光学玻璃所形成的，所以该光学元件具有上述本发明光学玻璃的所有特性。本发明的光学元件具有较大的负向反常色散，无需添加任何非环保元素，折射率（nd）为1.60～1.65，阿贝数（vd）为40～46。本发明提供的光学元件适合应用于数码照相机、数字摄像机、照相手机等设备。 

实施例 

为了进一步了解本发明的技术方案，将结合下面具体的实施例，描述本发明优选的实施方案。但应该注意和理解的是，这些实施例只是为了更好的说明本发明的特点和优点，并没有限制本发明的权利要求。 

本发明的实施例1～30提供的光学玻璃组分重量百分比及其所对应的性能如表1～表3所示。通过将表1～表3各个实施例中光学玻璃各种组分按照其比值称重，充分混合均匀后加入光学玻璃熔炉内，在适当的工艺温度下经过熔化、澄清、搅拌均化、降温至合适温度后，将此熔融的玻璃浇注入事先预热好的金属模具中成型并退火，便可得到所需光学玻璃。本发明提供的一种具有优异负向反常色散性能的光学玻璃的组成和相应性能如：折射率（nd）、色散（nF-nC）、阿贝数（vd）、相对部分色散率（Pg,F）、负向反常色散（ΔPg,F）的结果都在表1～表3的实施例1～30中表示。为此用下述公式来说明Pg,F和ΔPg,F的由来。 

Pg,F=(ng-nF)／(nF-nC)              （1） 

Px,y=mx,y vd+bx,y            （2） 

Px,y=mx,y vd+bx,y+ΔPx,y             （3） 

ΔPg,F=Pg,F-0.6457+0.001703vd            （4） 

上述公式中，相对部分色散由（1）式计算得到。对于大多数玻璃来说，（2）式的线性关系是成立的，选H-K6和F4作为基准玻璃，可得出斜率mx,y和截距bx,y，然后选定本发明的具有负向反常色散性能的光学玻璃来校正色差，公式（3）中ΔPx,y表示了这个偏离值，最后通过公式（4）求出ΔPg,F的具体值。 

表1 

表2 

表3 

从上述实施例可以看出，本发明提供的光学玻璃无需添加任何非环保元素，其折射率为1.60～1.65，阿贝数为40～46，相对部分色散率Pg,F<0.57，且负向反常色散ΔPg,F≤-0.008，通常ΔPg,F<-0.01，具有优异负向反常色散性能，并具有优良的化学稳定性和环保性能，适于广泛用于数码照相机、数码摄像机以及可拍照手机等设备中。