本发明涉及一种具有高折射率低色散特性的光学玻璃，以及由所述光学玻璃形成的玻璃预制件和光学元件。
背景技术：
：随着光电行业的发展，对光学设备提出了轻量化、小型化、高性能化的要求，高折射率低色散光学玻璃形成的透镜与由高折射率高色散光学玻璃形成的透镜进行组合，能够修正色差，特别是折射率(nd)为1.80-1.85、阿贝数(νd)为40-45的高折射率低色散光学玻璃，市场需求日益增大。CN101386469A公开了一种高折射低色散光学玻璃，光学玻璃组分中含有大量的Ta2O5,而Ta2O5密度大，原料昂贵。另外，该类光学元件对光学玻璃透过率要求较高，如果透过率不好，会使成像质量下降，因此希望光学玻璃具有良好的透过率性能。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率(nd)为1.80-1.85、阿贝数(νd)为40-45、密度低、透过率好的高折射低色散光学玻璃。本发明还要提供一种由上述光学玻璃形成的玻璃预制件和光学元件。本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃，含有B2O3、La2O3、Y2O3、Nb2O5、ZrO2，其组成按重量百分比表示，其中Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)为0.43-1.4，玻璃折射率为1.80-1.85；阿贝数为40-45。进一步的，其组成按重量百分比表示，含有：B2O3：10-35％；La2O3：30-50％；Y2O3：4-25％；Nb2O5：大于5％但小于或等于18％；ZrO2：4-12％；SiO2：0-15％；ZnO：0-10％。光学玻璃，其组成按重量百分比表示，含有：B2O3：10-35％；La2O3：30-50％；Y2O3：4-25％；Nb2O5：大于5但小于或等于18％；ZrO2：4-12％；SiO2：0-15％；ZnO：0-10％。进一步的，其组成按重量百分比表示，还含有：Al2O3：0-10％；Gd2O3：0-15％；Yb2O3：0-10％；Ta2O5：0-10％；TiO2：0-5％；WO3：0-5％；Li2O：0-5％。光学玻璃，其组成按重量百分比表示为：B2O3：10-35％；La2O3：30-50％；Y2O3：4-25％；Nb2O5：大于5％但小于或等于18％；ZrO2：4-12％；SiO2：0-15％；ZnO：0-10％；Al2O3：0-10％；Gd2O3：0-15％；Yb2O3：0-10％；Ta2O5：0-10％；TiO2：0-5％；WO3：0-5％；Li2O：0-5％；其中，Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)为0.43-1.4。进一步的，其中：Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)为0.45-1.4。进一步的，其中：Y2O3/B2O3为0.45-1.1。进一步的，其中：Nb2O5+ZrO2为10-22％。进一步的，其中：Y2O3/(La2O3+Gd2O3)为0.2-0.6。进一步的，其中：B2O3：15-30％；和/或La2O3：35-45％；和/或Y2O3：8-20％；和/或Nb2O5：6-15％；和/或ZrO2：6-10％；和/或SiO2：0-10％；和/或ZnO：0-5％；和/或Al2O3：0-5％；和/或Gd2O3：0-10％；和/或Ta2O5：0-5％；和/或Li2O：0-3％。进一步的，其组成满足以下4种条件中的一种或一种以上：1)Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)为0.5-1.2；2)Y2O3/B2O3为0.5-0.9；3)Nb2O5+ZrO2为12.5-20.5％；4)Y2O3/(La2O3+Gd2O3)为0.25-0.5。进一步的，其中：B2O3：20-26％；和/或La2O3：40-45％；和/或Y2O3：10-17％；和/或Nb2O5：7-12％；和/或SiO2：2-8％；和/或ZnO：0-3％；和/或Gd2O3：0-5％；和/或Li2O：0-1％。进一步的，其组成满足以下4种条件中的一种或一种以上：1)Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)为0.6-1；2)Y2O3/B2O3为0.55-0.7；3)Nb2O5+ZrO2为15.5-19.5％；4)Y2O3/(La2O3+Gd2O3)为0.3-0.45。进一步的，其中还含有：Sb2O3：0-1％；SnO：0-1％；SnO2：0-1％；CeO2：0-1％。进一步的，玻璃折射率为1.80-1.85；阿贝数为40-45；密度在5g/cm3以下。进一步的，玻璃的转变温度在710℃以下；透射比达到80％时对应的波长λ80小于或等于410nm；耐水作用稳定性DW为2类或2类以上。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。本发明的有益效果是：玻璃组分中减少Ta2O5的引入量，通过引入适量的La2O3、Gd2O3、Y2O3及Yb2O3等具有高折射率低色散作用的稀土类氧化物组分，并引入适量比例的Nb2O5、ZrO2，并优化这些组分的配比，得到具有密度小、透过率良好且不析晶的高折射率低色散光学玻璃，以及由所述光学玻璃形成的玻璃预制件和光学元件。具体实施方式下面对本发明的光学玻璃的组成详细地进行说明，各玻璃组分的含量、总含量如没有特别说明，则使用重量％表示，玻璃组分的含量与总含量之比以重量比表示。B2O3是玻璃网络形成组分，具有提高玻璃可熔性并降低玻璃态转变温度的作用。为了达到上述效果，本发明引入10％以上或更多的B2O3，但当其引入量超过35％时，则玻璃稳定性下降，并且折射率下降，无法得到本发明的高折射率。因此，本发明的B2O3的含量为10-35％，优选范围为15-30％，更进一步优选范围为20-26％。SiO2具有改善玻璃的热稳定性的作用，并可以增大玻璃熔融以及成型时的粘度。但若其含量超过15％，则玻璃变得很难熔，且无法获得本发明所需要的折射率。因此，本发明的SiO2的含量为0-15％，优选范围为0-10％，更进一步优选范围为2-8％。少量引入Al2O3能改善形成玻璃的稳定性和化学稳定性，但其含量超过10％时，显示玻璃熔融性变差、耐失透性降低。因此，本发明优选Al2O3的含量为0-10％，更优选为0-5％，进一步优选不引入。La2O3是获得本发明所需光学特性的必须组分。当La2O3的含量小于30％时，难以实现所需要的光学特性；但当其含量超过50％时，玻璃耐失透性与熔融性能均恶化。因此，本发明的La2O3的含量为30-50％，优选范围为35-45％，更进一步优选范围40-45％。Y2O3可以改善玻璃的熔融性、耐失透性，通过Y203与La2O3共存，可以提高玻璃的稳定性，降低析晶上限温度，但当Y203含量低于4％时，上述效果不明显；如果其含量超过25％时，则玻璃耐失透性降低，玻璃的稳定性反而变差。因此，本发明的Y203的含量为4-25％，优选范围为8-20％，进一步优选范围为10-17％。光学元件对光学玻璃透过率要求较高，如果高折射低色散光学玻璃制作的透镜透射光量不足，会使光学系统的透光量大幅度下降或骤减，因此希望光学玻璃的透过率性能优异。本发明的光学玻璃，通过将Y2O3/B2O3的比值限定在0.45-1.1的范围内，容易得到透过率高且密度小的玻璃。该比值的进一步优选范围为0.5-0.9，更进一步优选范围为0.55-0.7。Gd2O3可以增加玻璃的折射率且不明显提高玻璃的色散，Gd2O3的存在可以提高玻璃的化学稳定性。当其含量高于15％时，反而会使得玻璃的耐失透性能恶化。因此，将Gd2O3的含量限定为0-15％，更优选的含量为0-10％，进一步优选范围为0-5％。Yb2O3也是本发明玻璃中的高折射率低色散组分，其含量超过10％时，玻璃的稳定性、耐失透性降低，因而优选Yb2O3含量范围为0-10％。同时，由于Yb2O3相对于Gd2O3、Y2O3比较昂贵，对玻璃的熔融性能改善作用小，因此优选不引入。Nb2O5具有提高玻璃折射率和色散的作用，也具有提高玻璃的抗析晶性与化学耐久性的作用。但当Nb2O5含量小于或等于5％时，达不到上述效果；如果其含量超过18％，则玻璃色散提高，无法达到本发明玻璃的光学特性，同时玻璃耐失透性恶化，短波透过率变差。因此，Nb2O5的含量范围为大于5％但小于或等于18％，优选范围为6-15％，进一步优选范围为7-12％。Ta2O5可以提高玻璃折射率、化学稳定性和抗失透性，但与其它组分相比，Ta2O5价格非常昂贵。因此，本发明的Ta2O5含量为0-10％，优选范围为0-5％，更优选不引入。TiO2具有提高玻璃折射率和色散的作用。但若过量含有时，玻璃色散会显著增加，同时玻璃可见光区域的短波部分的透射率降低，玻璃容易着色。因此，本发明优选TiO2的含量为0-5％，进一步优选不含有。WO3在玻璃中的主要作用是维持光学常数，改善玻璃析晶，但其含量过高时，会使玻璃透过率降低，着色度增大，且玻璃表面容易析晶。因此，本发明优选WO3的含量为0-5％。ZrO2能提高光学玻璃的粘度、折射率和化学稳定性，并可以降低玻璃的热膨胀系数。当ZrO2引入量低于4％时，无法达到相应的折射率；但当ZrO2引入量超过12％时，则玻璃难熔，无法得到均匀的玻璃。因此，本发明的ZrO2的含量范围为4-12％，优选含量范围为6-10％。Nb2O5和ZrO2可以提高玻璃的析晶性能，但当含量过多时，一方面玻璃无法获得所需的光学常数，另一方面玻璃的密度增加。经过发明人的大量实验研究，为满足玻璃的光学常数，同时实现玻璃的低密度和良好的析晶性能，本发明的Nb2O5和ZrO2的合计量(Nb2O5+ZrO2)的范围为10-22％，优选合计量范围为12.5-20.5％，进一步优选合计量范围为15.5-19.5％。ZnO有利于玻璃熔制，但当其含量过高时，折射率降低，达不到本发明的要求，同时玻璃的耐失透性降低，液相温度上升。因此，本发明优选ZnO的含量为0-10％，更优选ZnO的含量为0-5％，进一步优选范围为0-3％。Li2O可以有效降低玻璃转变温度以及玻璃生产时的熔融温度，但含量过高时，又会使玻璃的耐失透性恶化，光学常数难以达到目标。因此，Li2O的含量范围为0-5％，优选范围为0-3％，进一步优选范围为0-1％。La2O3、Gd2O3、Y2O3是玻璃获得高折射低色散的有效组分，其中，La2O3对于维持低色散和玻璃稳定性作用最大，相对而言，Gd2O3的密度大，价格贵，而Y2O3的密度小，价格低，但当Y2O3含量过多时，很容易造成玻璃析晶。发明人经过潜心研究发现，只有通过合理控制Y2O3所占比例，才能实现玻璃不析晶和密度降低的平衡。其中，当Y2O3含量与La2O3和Gd2O3含量之和的比值Y2O3/(La2O3+Gd2O3)大于或等于0.2时，玻璃的密度才能有效降低，而当Y2O3/(La2O3+Gd2O3)小于或等于0.6时，玻璃析晶性能才能处于可以控制的范围。因此，Y2O3/(La2O3+Gd2O3)范围为0.2-0.6，优选范围为0.25-0.5，更进一步优选范围为0.3-0.45。玻璃中Y2O3含量过多时，玻璃析晶严重，发明人经过大量试验研究发现，玻璃中Y2O3含量与Nb2O5和ZrO2含量之和的比值Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)与玻璃析晶状况关系密切。具体的，当Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)大于1.4时，玻璃析晶严重，无法获得性能良好的玻璃；而当Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)值小于0.43时，玻璃一方面无法获得合适的光学常数，另一方面，玻璃密度不能有效降低，且化学稳定性会下降。因此，本发明限定Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)的范围为0.43-1.4，优选范围为0.45-1.4，尤其是当Y2O3/(Nb2O5+ZrO2)为0.5-1.2时，玻璃的耐候性显著提高，更进一步优选范围为0.6-1。通过少量添加Sb2O3组分可以提高玻璃的澄清效果，但当Sb2O3含量超过1％时，玻璃有澄清性能降低的倾向，同时由于其强氧化作用，促进了熔制玻璃的铂金或铂合金器皿的腐蚀以及成型模具的恶化。因此，本发明优选Sb2O3的添加量为0-1％，更优选为0-0.5％，进一步优选不加入。SnO、SnO2也可以作为澄清剂来添加，但当其含量超过1％时，则玻璃会着色，或者当加热、软化玻璃并进行模压成型等再次成型时，Sn会成为晶核生成的起点，产生失透的倾向。因此，本发明的SnO和SnO2的含量分别优选为0-1％，更优选为0-0.5％，进一步优选不添加。CeO2的作用及添加量比例与SnO2一致，其含量优选为0-1％，更优选为0-0.5％，进一步优选不添加。[光学玻璃的光学特性]下面，对本发明的光学玻璃的特性进行说明。本发明的光学玻璃是高折射率低色散玻璃，高折射率低色散玻璃制成的透镜多与高折射率高色散玻璃制成的透镜相组合，用于色差校正。本发明的光学玻璃从赋予适于其用途的光学特性的角度考虑，玻璃折射率(nd)的范围为1.80-1.85，优选的范围为1.81-1.84，进一步优选为1.82-1.84；本发明玻璃的阿贝数(νd)的范围为40-45，优选范围为41-44，进一步优选范围为41-43。[光学玻璃的着色]本发明玻璃的短波透射光谱特性用着色度(λ80)表示。λ80是指玻璃透射比达到80％时对应的波长，其中，λ80的测定是使用具有彼此平行且光学抛光的两个相对平面的厚度为10±0.1nm的玻璃，测定从280nm到700nm的波长域内的分光透射率并表现出透射率80％的波长。所谓分光透射率或透射率是在向玻璃的上述表面垂直地入射强度Iin的光，透过玻璃并从一个平面射出强度Iout的光的情况下通过Iout/Iin表示的量，并且也包含了玻璃的上述表面上的表面反射损失的透射率。玻璃的折射率越高，表面反射损失越大。因此，在高折射率玻璃中，λ80的值小意味着玻璃自身的着色极少。本发明的光学玻璃λ80小于或等于410nm，通过使λ80小于或等于410nm，能够提供构成彩色平衡优良的摄像光学系统或投射光学系统的光学元件，也能够使摄像光学系统和投射光学系统小型化。基于此，本发明的光学玻璃适于作为构成摄像光学系统和投射光学系统的光学元件材料，尤其适于作为构成单镜头反光式照相机的交换透镜的光学元件用材料。[光学玻璃的转变温度]光学玻璃在某一温度区间会逐渐由固态变成可塑态。转变温度是指玻璃试样从室温升温至驰垂温度，其低温区域和高温区域直线部分延长线相交的交点所对应的温度。本发明玻璃的转变温度(Tg)在710℃以下，优选670-700℃，进一步优选680-690℃。[光学玻璃的化学稳定性]光学玻璃或光学元件在制造和使用过程中，其抛光表面抵抗各种侵蚀介质作用的能力称为光学玻璃的化学稳定性。本发明玻璃的耐水作用稳定性DW(粉末法)为2类或2类以上，优选为1类。上述耐水作用稳定性DW(粉末法)按GB/T17129的测试方法，根据下式计算：DW＝(B-C)/(B-A)*100式中：DW—玻璃浸出百分数(％)B—过滤器和试样的质量(g)C—过滤器和侵蚀后试样的质量(g)A—过滤器质量(g)由计算得出的浸出百分数，将光学玻璃耐水作用稳定DW分为6类见下表。类别123456浸出百分数(DW)＜0.040.04-0.100.10-0.250.25-0.600.60-1.10＞1.10[光学玻璃的密度]光学玻璃的密度是温度为20℃时单位体积的质量，单位以g/cm3表示。本发明玻璃的密度在5g/cm3以下，优选为4.2-4.7g/cm3，更优选为4.4-4.6g/cm3。Ⅱ、光学预制件与光学元件下面，描述本发明的光学预制件与光学元件。本发明的光学预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的光学预制件具有高折射率低色散特性；本发明的光学元件具有高折射率低色散特性，能够以低成本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。这种透镜通过与高折射率高色散玻璃制成的透镜组合，可校正色差，适合作为色差校正用的透镜。另外，对于光学体系的紧凑化也是有效的透镜。另外，对于棱镜来说，由于折射率高，因此通过组合在摄像光学体系中，通过弯曲光路，朝向所需的方向，即可实现紧凑、广角的光学体系。实施例采用如下实施例对本发明进行解释，但本发明不应局限于这些实施例。[光学玻璃实施例]首先，为了得到具有表1-表3所示组成的玻璃No.1-20，使用碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物、氧化物、硼酸等作为原料，将光学玻璃成分所对应的原料按比例称量各原料，充分混合后成为调合原料，将该调合原料放入到铂制坩埚内，加热至1250～1450℃，并澄清搅拌3～5小时后成为均匀的熔融玻璃，再将该熔融玻璃浇注到预热的模中并在650～700℃保持2～4小时之后进行缓冷，得到下表1-3中No.1-20的各光学玻璃。另外，通过以下所示的方法测定各玻璃的特性，并将测定结果表示在表1-表3中。(1)折射率(nd)和阿贝数(νd)折射率与色散系数按照GB/T7962.1-2010规定的方法进行测试。(2)玻璃着色度(λ80)使用具有彼此相对的两个光学抛光平面的厚度为10±0.1mm的玻璃样品，测定分光透射率，根据其结果而计算得出。(3)玻璃转变温度(Tg)按GB/T7962.16-2010规定的方法进行测量。(4)密度(ρ)按GB/T7962.20-2010规定的方法进行测量。(5)化学稳定性DW按GB/T17129的测试方法进行测量，根据公式进行计算。表1表2表3[光学预制件实施例]将表1中实施例1-7所得到的光学玻璃切割成预定大小，再在表面上均匀地涂布由氮化硼粉末构成的脱模剂，然后将其加热、软化，进行加压成型，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、棱镜的预制件。[光学元件实施例]将上述光学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。所得光学元件的表面上还可涂布防反射膜。本发明为密度小，透过率优异且不析晶的高折射低色散性的光学玻璃，折射率为1.8-1.85，阿贝数为40-45，以及所述玻璃形成的光学元件，能够满足现代新型光电产品的需要。当前第1页1 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