CN103998386A - 光学玻璃、光学元件、及光学仪器 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种光学玻璃、光学元件、及光学仪器，作为光学玻璃，相对上述光学玻璃的总量，其含有：SiO₂：9wt%～18wt%、B₂O₃：3wt%～10wt%、BaO：20wt%～40wt%、Na₂O：0.5wt%～5wt%、K₂O：1wt%～3wt%、ZrO₂：1%wt～6wt%、TiO₂：22wt%～28wt%、Nb₂O₅:8wt%～13wt%。

Description

光学玻璃、光学元件、及光学仪器

技术领域

本发明涉及一种例如可用于相机等光学仪器的、作为光学元件可以使用的光学玻璃、光学元件、及光学仪器。

本申请已于2011年12月2日提出、并根据特许申请号2011-265288主张优先权，且在此援用其内容。

背景技术

近年，光学仪器的高机能化进展，对透镜等的光学元件方面也要求具有高的性能。为此，一直被谋求一种例如具有高折射率、且高色散等特性的、适合于光学元件的光学玻璃。（请参照例如专利文献1）。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：特开2007-254197号公报

发明所要解决的课题

然而，采用现有的光学玻璃，基于为谋求高折射率化的成份调整，往往会造成失透稳定性低下。此外，基于为获得高分散高色散而进行的成份调整，又存在玻璃易于着色的问题。

本发明的形态，目的在于提供一种光学玻璃、光学元件、以及光学仪器，其既具有高折射率且高分散高色散特性、失透稳定性优越，而且还不易产生着色的问题。

解决问题的方式

作为本发明的一种形态的光学玻璃，相对其总量，含有：SiO₂：9wt%（重量百分比）～18wt%（重量百分比）、B₂O₃：3wt%～10wt%、BaO：20wt%～40wt%、Na₂O：0.5wt%～5wt%、K₂O：1wt%～3wt%、ZrO₂：1wt%～6wt%、TiO₂：22wt%～28wt%、Nb₂O₅:8wt%～13wt%。

上述光学玻璃，还可以含有AI₂O₃:1wt%以下、CaO：4wt%以下、ZnO:5wt%以下、La₂O₃:不满1wt%。

上述光学玻璃，以氧化物换算的合计量还可以含有不超过1wt%的稀土类元素。在此，稀土类元素中可以包括La、Gd、Y、Yb、Sc、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu。

上述光学玻璃，也可以实质性不含有上述稀土类元素。在此，所谓实质性不含有，是指作为不纯物质超过不可避免地含有的浓度，作为玻璃组成物的实质构成成份是不能含有的。

上述光学玻璃，其上述折射率（nd）可以是1.85～1.91，阿贝数（νd）23.5～26.0。

上述光学玻璃，相对上述光学玻璃的总量，还可以含有Sb₂O₃:1wt%以下。

上述光学玻璃，相对上述光学玻璃的总量，还可以含有WO₃:1wt%以下。

作为本发明其他形态的光学元件，以上述光学玻璃为母材。

作为本发明其他形态的光学仪器，具有上述光学元件。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明则能够提供一种高折射率且高分散高色散性的光学玻璃、光学元件、以及光学仪器。

附图说明

图1为采用本发明光学玻璃的一实施例的、具有其光学元件的摄像装置的立体图。

具体实施方式

以下，就本发明的实施方式进行说明。

本实施例的光学玻璃，作为必要成份含有：SiO₂、B₂O₃、BaO、Na₂O、K₂O、ZrO₂、TiO₂、以及Nb₂O₅。

各成份的含有率，相对光学玻璃的总量，含有SiO₂9wt%～18wt%、B₂O₃3wt%～10wt%、BaO20wt%～40wt%、Na₂O0.5wt%～5wt%、K₂O1wt%～3wt%、ZrO₂1wt%～6wt%、TiO₂22wt%～28wt%、Nb₂O₅8wt%～13wt%。

本实施例中的光学玻璃，还可以加入对上述必要成份加入、作为任意成份包括AI₂O₃、CaO、ZnO、La₂O₃其中一种或两种以上。

各成份的含有率，相对光学玻璃的总量，AI₂O₃:1wt%以下、CaO：4wt%以下、ZnO:5wt%以下、La₂O₃:不超过1wt%。

各成份的含有率以氧化物基准来表示。氧化物基准的表述，作为本实施例中光学玻璃的原料所使用的氧化物、复合盐、金属氟化物等，当假设在熔融时完全分解、向氧化物变化的情况下，是表示针对组合物全体的各成份的相关生成氧化物的重量百分比的情形。

SiO₂，基于控制其含有率在9wt%～18wt%，即能够提高失透稳定性，又可达成优化成型性，而且还能够防止光学玻璃的着色。从而可以实现高折射率化。

SiO₂的含有率，可以控制在11wt%～16wt%。

SiO₂的含有率，如果过低则容易引发光学玻璃的失透现象。再有，玻璃熔融时的粘性低下，往往造成成型困难，而且，SiO₂含有率如果过高，会造成光学玻璃容易着色。此外，往往难以掌控高折射率。

B₂O₃,基于控制其含有率在3wt%～10wt%，则可以提高失透稳定性，且可以优化成型性。还可以谋求高折射率化。另外，

通过将B₂O₃含有率控制在上述范围，则能够改善光学玻璃的着色性。

B₂O₃的含有率，如果过低，其熔融性则会恶化，同时容易导致失透，如果过高，往往不容易实现高折射率化。而且，熔融时的粘性低下，则会造成不易成型。

AI₂O₃,是对于提升玻璃耐失透性以及化学耐久性的有效成份，可以以含有率1wt%为上限配合使用。通过AI₂O₃的添加，对改善光学玻璃的着色性具有可能性。AI₂O₃，其含有率一旦超过1wt%，则会影响到光学玻璃的耐失透性。AI₂O₃的含有率，需控制在0.6wt%以下。

BaO,具有作为优秀融材的作用，通过控制其含有率在20wt%～40wt%，可以使失透稳定性提高、且玻璃不会着色，并能够提高折射率。

BaO的含有率，如果过低，则往往不能充分发挥上述效果。

BaO的含有率，如果过高，则会影响到光学玻璃的化学耐久性。另外，会造成失透稳定性低下。

CaO,具有减轻玻璃的比重、且提升化学耐久性以及失透稳定性的效果，可以将含有率上限控制在4wt%配合使用。再有，通过CaO含有率的调整，就可以改善光学玻璃的着色性。CaO的含有率一旦超过4wt%，会造成溶融性及失透稳定性低下。CaO的含有率，需控制在1wt%～2.4wt%。

ZnO，具有提高玻璃溶融性的效果，还具有可以使冲压成型温度降低而防止冲压造型劣化等的效果。ZnO的含有率可以以5wt%为上限配合使用。ZnO的含有率一旦超过5wt%，则会导致失透稳定性低下。所以，ZnO的含有率，可以控制在1.4wt%以下。

Na₂O及K₂O，都对玻璃的溶融性有提升的作用。

Na₂O的含有率，基于控制在0.5wt%～5wt%，在使玻璃的溶融性提升的同时，还可以具有使冲压成型温度降低、而有效地防止冲压造型的劣化等的效果。Na₂O的含有率，可以控制在0.5wt%～3wt%。

Na₂O的含有率，如果过低，则难以获得上述效果，如果过高，往往会造成化学耐久性低下、冲压时及溶融时的挥发量增大，由于溶融时的粘性降低而使成型性减弱，或降低失透稳定性。

K₂O的含有率，基于控制在1wt%～3wt%，在使玻璃的溶融性提升的同时，还可以具有使冲压成型温度降低、而有效地防止冲压造型的劣化等的效果。

K₂O的含有率，如果过低，则难以获得上述效果，如果过高，往往会造成化学耐久性低下、冲压时及溶融时的挥发量增大，由于溶融时的粘性降低而使成型性减弱，或降低失透稳定性。K₂O的含有率，可以控制在1wt%～1.5wt%。

Na₂O及K₂O，其合计含有率可以控制在1.5wt%～8wt%以下。

La₂O₃，可以提高折射率的同时，具有提升失透稳定性的效果，其含有率可以控制在不超过1wt%来配合使用。

La₂O₃的含有率如果过高，会使溶融性恶化，易引发失透。La₂O₃，也可以不实质性地含有。

ZrO₂,具有提高折射率及色散的效果，基于控制其含有率在1wt%～6wt%，可以避免玻璃着色、而提高折射率及色散特性。

ZrO₂的含有率如果过低，会使提升折射率及色散的效果降低，如果过高的话，会引发溶融性恶化的同时，还会降低失透稳定性。ZrO₂的含有率可以控制在3.6wt%～6wt%。

TiO₂，具有提高玻璃折射率及色散的效果，基于调整其含有率在22wt%～28wt%以下，则避免发生玻璃着色、而提高玻璃的折射率及色散特性，且可以优化失透稳定性。

TiO₂的含有率，如果过低，不但会使提升折射率及色散的效果不能得到充分发挥，还会降低失透稳定性。另外，TiO₂的含有率，如果过高，则易导致玻璃着色。

Nb₂O₅,基于其含有率控制在8wt%～13wt%，可以提高玻璃折射率及色散、且使失透稳定性得到提升。Nb₂O₅,具有对于光学玻璃的着色性也会给予影响的可能性。

Nb₂O₅的含有率如果过低，则提升折射率及色散的效果就不能充分地得到发挥，如果过高，失透稳定性就会降低。Nb₂O₅的含有率可以控制在8wt%～10.5wt%。

本实施例中的光学玻璃，作为任意成份，还可以含有Sb₂O₃。

Sb₂O₃的含有率，相对光学玻璃的总量，可以控制在1wt%以下（例如0.1%以下）。

本实施例中的光学玻璃，作为任意成份，还可以含有WO₃。

WO₃,具有提高玻璃折射率及色散特性，且使失透稳定性得到提高的效果。WO₃的含有率，针对光学玻璃的总量，可以控制在1wt%以下（例如重量0.1%以下）。

本实施例中的光学玻璃，作为任意成份，还可以含有Li₂O、Ta₂O₅、MgO、SrO、Y₂O₃、Gd₂O₃、Yb₂O₃其中的一种或两种以上。

Li₂O，有益于提高溶融性，而且具有使冲压成型温度降低、防止冲压造型劣化等的效果。

Ta₂O₅，具有提高玻璃折射率、且使化学耐久性提高的效果。

MgO及SrO，则有益于玻璃光学恒数值的调整。

Y₂O₃、Gd₂O₃、Yb₂O₃，都具有使玻璃的化学耐久性得到提高、且避免玻璃着色、提高折射率的效果。

可以分别控制其含有率为：Li₂O3wt%以下，Ta₂O₅3wt%以下，MgO10wt%以下，SrO10wt%以下，Y₂O₃1wt%以下，Gd₂O₃1wt%以下，Yb₂O₃1wt%以下。

在本实施例的光学玻璃中，还可以添加As₂O₃作为脱泡剂。脱泡剂的添加量，相对例如光学玻璃的总量来说，为重量0.5wt%以下。

在本实施例的光学玻璃中，或可以不实质性地含有稀土类元素、或可以按氧化物换算的总量、含有不超过重量1wt%的稀土类元素来构成。如果采用本实施例所述的玻璃组分，即使在不实质性含有或仅少量含有稀土类元素的情况下，仍可以以高折射率、且高色散的标准获得透射率及耐失透性优异的光学玻璃，因此，可以避免所谓因使用稀土类元素而使原料成本上升及原料订购的不稳定性等问题。

本实施例中的光学玻璃，作为高折射率高色散光学玻璃，具有上述构成，且折射率（nd）可达成1.85～-1.91，阿贝数（νd）23.5～-26.0。

本实施例所述的光学玻璃，根据其他需要，以澄清、着色、脱色及光学恒数值的微调等的为目的，对上述玻璃组分可以适量添加公知的澄清剂及着色剂、氟化合物、P2O5等的成份。

本实施例中所述的光学玻璃，可以采用常规的方法进行制造，例如以氧化物、碳酸盐、硝酸盐等的原料作为目标组成进行调和，并使其在1100～1400C°的条件下溶融、搅拌均匀、灭除泡沫后，流注模具中成型制造。

上述原料，可以采用不纯物质含量少的高纯度品。例如可以将SiO₂原料、BaO原料、TiO₂原料中的一种或两种以上作为高纯度品来使用。所谓高纯度品，是指其成份含量在99.85wt%以上的品质。

通过高纯度品的使用，不纯物质含量少，其结果可以提高例如波长410nm以下的光的内部透射率。例如，可以使波长410nm以下的光的内部透射率达到80%甚或更高。

图1为表示摄像装置1（光学仪器），其配设有以本实施例中所述的光学玻璃作为母材的透镜4（光学元件）。

该摄像装置1，谓之数码单反相机，该摄像装置1，在相机机身2的镜头座架处（未图示）设有可自由装卸的透镜镜筒3，通过该透镜镜筒3处的透镜4的光，在相机机身2的背侧处配置的多芯片组件7的传感器芯片（固体摄像元件）5上成像。该传感器芯片5，就是世称CMOS图像传感器等的裸晶(ベアチップ)。

多芯片组件7，是例如传感器芯片5，在玻璃基板6处被裸晶封装的COG（Chip On Glass）类型的模块。

摄像装置，不仅限于数码单反相机，可以包括其他的镜头交换式相机及小型相机、工业用相机、智能手机用照相机组件等的具有摄像装置的各种光学仪器。

作为光学仪器，不仅限于摄像装置，还可以是投影仪、相机用交换透镜、显微镜、各种激光设备等众多例举。作为光学元件，不仅限于透镜，还可以是棱镜等。

如果采用本实施例，无需多量使用稀土类元素，即可实现高折射率化及高色散化。因为可以控制使用高价稀土类元素的使用量，所以可以降低制造成本。

如果采用本实施例，通过使其含有上述各种成份，即可提高失透稳定性，还可以防止着色，进而，可以达成良好的内部透射率

实施例

下面列出本实施形态的组成例，但本实施形态不受该些组成例的限定。

氧化物、碳酸盐、硝酸盐等的原料按照表1所示的组成配比，以既定的比例调和，并经坩埚在1200～1400C°的条件下加热溶解、成型、渐冷后即可得到光学玻璃的成型品。

表1～表3中，以wt%(重量%)来表示各成份的氧化物基准的构成比例。

针对光学玻璃的d线的折射率（nd）以及阿贝数（νd）进行了测定。

对光学玻璃的失透及着色的有无进行了查验。另外，针对光学玻璃在热压加工（760C°）过程中的失透（冲压时失透）的有无，通过760C°30分钟时间的等温保持试验进行了验证。其结果一并在表1～表3中列示。

【表1】

【表2】

【表3】

采用组成例9，基于稀土类元素（La₂O₃）的添加，获得了高的折射率（nd），但产生了失透。

对此，如果采用作为本发明实施例形态之一的组成例1的话，不使用稀土类元素，则不会发生失透，即可以达成高折射率化以及高色散化。如果采用超过40wt%的BaO配比的组成例10的话，失透稳定性则下降。

如此，通过采用本发明实施例形态的玻璃组成，不使用稀土类元素（La₂O₃等），即可以实现高折射率化以及高色散化。基于上述组成的采用，由于可以抑控高价稀土类元素的使用量，而使制造成本降低成为可能。

如或采用B2O3的含有率，超出上述范围的组成例11～13、以及CaO的含有率，超出上述范围的组成例14的话，与组成例1相比较，其失透稳定性降低。

组成例1～8，Al₂O₃、Na₂O、K₂O、或ZnO的含有率，与超出上述范围的组成例16～18相比较，其失透稳定性则显优异。

如果采用SiO2的含有率很高的组成例19的话，会发生玻璃着色的问题，若采用SiO2的含有率低的组成例20的话，则发生失透的问题，但采用组成例1～8，既不发生着色又实现了提高失透稳定性。

另外，组成例1～8，与TiO₂含有率低的组成例21相比较，则显失透稳定性优异。

（组成例22、23）

采用组成例22，参考组成例1～8，对成份进行微调而制作出光学玻璃，并对其内部透射率达成80%的光的波长进行了调查。对于各成份的原料，使用的是通常纯度品。上述光的波长业已达成420nm。

采用组成例23，除了使用高纯度品的SiO₂、BaO、TiO₂作为原料之外，通过采取与组成例22同样的方式制作出光学玻璃，对其内部透射率达80%的光的波长进行调查，查验结果显示上述光的波长为402nm。

所谓高纯度品，是指该成份应该含有99.85wt%以上。

根据组成例22、23的结果，作为原料（SiO₂、BaO、TiO₂）只要通过使用高纯度品，明确显示出可以改善内部透射率。

符号说明

1:摄像装置（光学仪器）、4:透镜（光学元件）。

Claims (7)

1.一种光学玻璃，其特征在于：相对上述光学玻璃的总量，作为必要的成份含有：

SiO₂：9wt%～18wt%、

B₂O₃：3wt%～10wt%、

BaO：20wt%～40wt%、

Na₂O：0.5wt%～5wt%、

K₂O：1wt%～3wt%、

ZrO₂：1wt%～6wt%、

TiO₂：22wt%～28wt%、

Nb₂O₅:8wt%～13wt%。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于：作为任意成份含有：

AI₂O₃:1wt%以下、

CaO：4wt%以下、

ZnO:5wt%以下、

La₂O₃:不超过1wt%。

3.根据权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于:作为任意成份含有：以氧化物换算的合计量含有不足1wt%的稀土类元素。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的光学玻璃，其特征在于:不含有实质性地稀土类元素。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的光学玻璃，其特征在于：折射率（nd）为1.85～1.91，阿贝数（νd）为23.5～26.0。

6.一种光学元件，其特征在于:以权利要求1～5中任一项所述的光学玻璃为母材。

7.一种光学仪器，其特征在于:具有权利要求6所述的光学元件。