CN107555781A - 光学玻璃、光学元件坯件及光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐失透性优异的高折射率高色散光学玻璃。一种光学玻璃,其中,在以氧化物作为基准的玻璃组成中,合计含量[P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3]为26质量%以上,质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.11以上且0.24以下,质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.35以上且0.56以下,质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]为0.12以上且0.32以下,折射率nd超过1.85且小于1.90,阿贝数νd为15以上且25以下;一种光学玻璃,其中,在以氧化物作为基准的玻璃组成中,质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.10以上且0.22以下,质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.30以上且0.38以下,质量比[(TiO2+WO3+Bi2O3)/Nb2O5]小于0.15,折射率nd为1.87以上且1.92以下,阿贝数νd为15以上且25以下。
Description
技术领域
本发明涉及光学玻璃、光学元件坯件及光学元件。
背景技术
在光学系统的设计中,折射率nd高且阿贝数νd低的高折射率高色散的光学玻璃在补正色差、将光学系统高功能化、紧凑化的方面上利用价值高。
作为高折射率高色散的光学玻璃,已知例如以P2O5作为主成分的磷酸盐系玻璃(参照专利文献1~12)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-260746号公报;
专利文献2:日本特开平6-345481号公报;
专利文献3:日本特开平8-104537号公报;
专利文献4:日本特开平9-188540号公报;
专利文献5:日本特开2003-300751号公报;
专利文献6:日本特开2010-222236号公报;
专利文献7:日本特开2010-260740号公报;
专利文献8:日本特开2010-260742号公报;
专利文献9:日本特开2011-195369号公报;
专利文献10:日本特开2012-17261号公报;
专利文献11:日本特开2015-063460号公报;
专利文献12:日本特开2015-096468号公报。
发明要解决的问题
在光学元件的制造中,有时使用像再加热压制那样将光学玻璃再加热而成型的方法。此时,磷酸盐系的高折射率高色散玻璃有时会析出晶体,存在缺乏耐失透性的倾向。
发明内容
本发明是鉴于这样的实际情况而作出的,目的在于提供一种耐失透性优异的高折射率高色散光学玻璃。
用于解决问题的方案
本发明人为了实现上述目的反复进行了深入研究,结果发现,通过对构成玻璃的各种构成成分(以下,称为玻璃成分)的含有比率进行调节,能够实现该目的,基于该见解以至完成了本发明。
即,本发明的主旨如以下所述。
第1实施方式的光学玻璃,其中,在以氧化物作为基准的玻璃组成中,
P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量[P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3]为26质量%以上,
B2O3的含量与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.11以上且0.24以下,
Li2O、Na2O及K2O的合计含量与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.35以上且0.56以下,
TiO2的含量与TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]为0.12以上且0.32以下,
折射率nd超过1.85且小于1.90,阿贝数νd为15以上且25以下。
第2实施方式的光学玻璃,其中,在以氧化物作为基准的玻璃组成中,
B2O3的含量与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.10以上且0.22以下,
Li2O、Na2O及K2O的合计含量与P2O5、B2O3、SiO2、Al2O3的合计含量的质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.30以上且0.38以下,
TiO2、WO3及Bi2O3的合计含量与Nb2O5的含量的质量比[(TiO2+WO3+Bi2O3)/Nb2O5]小于0.15,
折射率nd为1.87以上且1.92以下,阿贝数νd为15以上且25以下。
发明效果
根据本发明,能够提供一种耐失透性优异的高折射率高色散光学玻璃。此外,根据本发明,能够提供一种由这样的光学玻璃构成的光学元件坯件及光学元件。
附图说明
图1是示出在本发明的第1实施方式中得到的玻璃的折射率nd和晶体熔融峰温度Tl的关系的图。
图2是DSC图的一个例子。
具体实施方式
以下,对用于实施本发明的方式(以下,简称为“实施方式”。)详细地说明。以下的本实施方式是用于说明本发明的例示,并不是将本发明限定在以下内容的宗旨。本发明能够在其主旨的范围内适当变形实施。进而,对于说明会重复的地方,有时会酌情省略说明,但并没有限定发明的宗旨。另外,在本说明书中,“光学玻璃”是包含多种玻璃构成成分(玻璃成分)的玻璃组合物,只要没有特别记载,该“光学玻璃”作为不受形态(块状、板状、球状等)、用途(光学元件坯件、光学元件等)、大小限制的总称来使用。即对光学玻璃的形态、用途、大小没有限制,任何形态的光学玻璃、任何用途的光学玻璃、并且任何大小的光学玻璃均包含在本发明的光学玻璃中。此外,在本说明书中,光学玻璃有时简称为“玻璃”。
在本说明书中,只要没有特别记载,折射率是指氦的d线(波长587.56nm)的折射率nd。
此外,阿贝数νd是作为表示与色散相关的性质的值来使用的,用以下的式所表示。在此,nF是氢蓝线F(波长486.13nm)的折射率,nC是氢红线C(波长656.27nm)的折射率。
νd=(nd-1)/nF-nC…(1)
在本说明书中,玻璃组成是基于以质量%表示的各玻璃成分的含量来表示的。只要没有特别记载,各含量的%的表示意味着质量%。
另外,在本说明书中,玻璃组成的以质量%表示是指:对于由氧化物、氟化物表示的各玻璃成分,在将全部玻璃成分的合计含量设为100质量%时,将各玻璃成分的含量以质量百分比表示。
在本实施方式中,玻璃组成能够通过ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)定量。使用ICP-AES求出的分析值有时会包含例如分析值的±5%左右的测量误差。此外,在本说明书和本实施方式中,玻璃的构成成分的含量为0%或不包含意味着实质上不包含该构成成分,也是指该构成成分的含量为杂质水平程度以下。
如后所述,Sb2O3、CeO2有时会作为澄清剂少量被添加在玻璃中。但是,在本说明书的以质量%表示中,全部玻璃成分的合计含量中不包含Sb2O3和CeO2的含量。即,玻璃成分中的Sb2O3、CeO2的以质量%表示的各含量表示为:在将除了Sb2O3和CeO2以外的全部玻璃成分的合计含量设为100质量%的情况下的Sb2O3、CeO2的各含量。在本说明书中,将这样的表述称为外加。
合计含量是指多种玻璃成分的含量(也包含含量为0%的情况)的合计量。此外,质量比是指以质量%表示的玻璃成分的含量(也包含多种成分的合计含量)彼此的比例(比)。
在本说明书中使用的熔融玻璃的成型性有时简称为“成型性”。此外,在本说明书中,玻璃的热稳定性和耐失透性均是指玻璃中的晶体析出的难度。特别地,热稳定性是指熔融状态的玻璃在固化时的晶体析出的难度,耐失透性是指像再热压制时那样将固化的玻璃再加热时的晶体析出的难度。
以下,作为第1实施方式,对低折射率侧(折射率nd超过1.85且小于1.90)的玻璃组成进行说明;作为第2实施方式,对高折射率侧(折射率nd为1.87以上且1.92以下)的玻璃组成进行说明。
第1实施方式
磷酸盐系的高折射高色散光学玻璃需要将熔融玻璃原料时的温度维持得高。因此,存在熔融玻璃的粘度过度下降、缺乏熔融玻璃的成型性的倾向。
因此,要求熔融玻璃的成型性和耐失透性优异的磷酸盐系的高折射率高色散光学玻璃。
第1实施方式是鉴于这样的实际情况而作出的,目的在于提供一种成型性和耐失透性优异的高折射率高色散光学玻璃。
在本发明的第1实施方式的光学玻璃中,折射率nd超过1.85且小于1.90,阿贝数νd为15以上且25以下。以下,对第1实施方式的光学玻璃详细地说明。
在第1实施方式的光学玻璃中,P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量[P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3]为26%以上。合计含量[P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3]优选为26.5%以上,进一步依次优选为27%以上、27.5%以上、28%以上。此外,合计含量[P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3]优选为45%以下,进一步依次优选为40%以下、37%以下、35%以下。
作为玻璃的网络形成成分,已知P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3。这些玻璃的网络形成成分会改善耐失透性。此外,具有抑制熔融玻璃的粘度过度下降、使熔融玻璃易于成型的功能。因此,在第1实施方式中,通过使P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量为上述范围,从而可得到成型性和耐失透性优异的光学玻璃。
在第1实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.11以上且0.24以下。质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]优选为0.13以上,进一步依次优选为0.15以上、0.16以上、0.17以上。此外,质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]优选为0.22以下,进一步依次优选为0.21以下、0.20以下、0.19以下。
B2O3在玻璃的网络形成成分中具有改善成型性的功能。另一方面,当B2O3的含量多时,耐失透性有可能下降。在第1实施方式中,通过使网络形成成分中的B2O3的含有比例为上述范围,从而可得到成型性和耐失透性优异的光学玻璃。
在第1实施方式的光学玻璃中,Li2O、Na2O及K2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O]与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.35以上且0.56以下。质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]优选为0.40以上,进一步依次优选为0.45以上、0.48以上、0.50以上。此外,质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]优选为0.55以下,进一步依次优选为0.54以下、0.53以下。
Li2O、Na2O及K2O均具有提高熔融性的功能,但当这些含量变多时,耐失透性会下降。在第1实施方式中,通过使Li2O、Na2O及K2O对于网络形成成分的含有比例为上述范围,从而可得到成型性和耐失透性优异的光学玻璃。
在第1实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量与TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]为0.12以上且0.32以下。质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]优选为0.15以上,进一步依次优选为0.18以上、0.20以上、0.21以上。此外,质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]优选为0.30以下,进一步依次优选为0.28以下、0.26以下、0.24以下。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3均为有助于高色散化的玻璃成分,但也会成为着色增大的原因。特别是TiO2,其与Nb2O5、WO3及Bi2O3相比大大有助于高色散化,但容易增大玻璃的着色。此外,TiO2具有在将熔融玻璃成型、缓冷的过程中,容易促进玻璃内的晶体生成,使玻璃的透明性下降(白浊)的作用。因此,在本发明的实施方式中,通过使TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的TiO2的含有比例为上述范围,从而可得到高色散且透射率优异的光学玻璃。
(玻璃成分)
以下,对第1实施方式的光学玻璃的玻璃成分进行详述。
在第1实施方式的光学玻璃中,P2O5的含量优选为18%以上,进一步依次优选为20%以上、21%以上、22%以上。此外,P2O5的含量优选为32%以下,进一步依次优选为28%以下、26%以下、25%以下。
P2O5是用于使玻璃中大量含有高色散成分的必要成分。另一方面,当过量含有P2O5时,热稳定性会恶化。因此,P2O5的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量优选为0.1%以上,进一步依次优选为2%以上、3%以上。此外,B2O3的含量优选为12%以下,进一步依次优选为9%以下、7%以下、6%以下。
B2O3是玻璃的网络形成成分,具有改善玻璃的热稳定性的功能。另一方面,当B2O3的含量多时,会妨碍高色散化,此外,存在耐失透性下降的倾向。因此,从改善玻璃的热稳定性和耐失透性的观点出发,B2O3的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,SiO2的含量优选为3%以下,进一步依次优选为2%以下、1.5%以下。SiO2的含量也可以是0%。
SiO2是玻璃的网络形成成分,具有改善玻璃的热稳定性、化学耐久性、耐候性,提高熔融玻璃的粘度,使熔融玻璃易于成型的功能。另一方面,当SiO2的含量多时,存在玻璃的耐失透性下降的倾向。因此,从改善玻璃的热稳定性和耐失透性等的观点出发,SiO2的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Al2O3的含量优选为3%以下,进一步依次优选为2%以下、1%以下。Al2O3的含量也可以是0%。
Al2O3是具有改善玻璃的化学耐久性、耐候性的功能的玻璃成分,能够作为网络形成成分来考虑。另一方面,当Al2O3的含量变多时,玻璃的耐失透性会下降。此外,容易产生玻璃化转变温度Tg上升、热稳定性下降等问题。从避免这样的问题的观点出发,Al2O3的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量优选为3%以上,进一步依次优选为5%以上、8%以上、10%以上。此外,TiO2的含量优选为20%以下,进一步依次优选为18%以下、16%以下、14%以下。
TiO2大大有助于高色散化。另一方面,TiO2比较容易增大玻璃的着色。此外,在将熔融玻璃成型、缓冷而得到光学玻璃的过程中,TiO2会促进玻璃内的晶体生成,使玻璃的透明性下降(白浊)。因此,TiO2的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Nb2O5的含量优选为35%以上,进一步依次优选为38%以上、40%以上、42%以上。此外,Nb2O5的含量优选为56%以下,进一步依次优选为50%以下、48%以下、46%以下。
Nb2O5是有助于高色散化的成分。此外,也是改善玻璃的热稳定性和化学耐久性的玻璃成分。另一方面,当Nb2O5的含量变得过多时,玻璃的热稳定性下降,此外,存在玻璃的着色增强的倾向。因此,在第1实施方式的光学玻璃中,Nb2O5的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,WO3的含量的下限优选为0%。此外,WO3的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。
WO3容易成为玻璃的着色的原因,并使透射率恶化。因此,WO3的含量优选为上述范围。
在第1实施方式中,Bi2O3的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、2%以下。此外,Bi2O3的含量的下限优选为0%。
Bi2O3具有通过适量含有Bi2O3来改善玻璃的热稳定性的功能。另一方面,当提高Bi2O3的含量时,玻璃的着色会增大。因此,Bi2O3的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]优选为45%以上,进一步依次优选为50%以上、52%以上、54%以上。此外,合计含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]优选为65%以下,进一步依次优选为60%以下、58%以下。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3有助于玻璃的高色散化,此外,还具有通过适量含有这些成分来改善玻璃的热稳定性的功能。另一方面,也是增大玻璃的着色的成分。因此,合计含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量与TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量的质量比[(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]优选为0.40以上且0.60以下。质量比[(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]更优选为0.42以上,进一步依次优选为0.44以上、0.46以上、0.48以上。此外,质量比[(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]更优选为0.58以下,进一步依次优选为0.56以下、0.54以下、0.52以下。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3均为有助于高色散化的玻璃成分。因此,这些成分和网络形成成分的含有比例优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,Li2O的含量的下限优选为0%。
在第1实施方式的光学玻璃中,Na2O的含量优选为12%以下,进一步依次优选为10%以下、9%以下、8%以下。此外,Na2O的含量优选为0%以上,进一步依次优选为3%以上、5%以上、6%以上。
在第1实施方式的光学玻璃中,K2O的含量优选为12%以下,进一步依次优选为10%以下、9%以下、8%以下。此外,K2O的含量优选为0%以上,进一步依次优选为3%以上、5%以上、6%以上。
Li2O、Na2O及K2O均具有改善玻璃的热稳定性的功能,但当这些含量变多时,热稳定性、化学耐久性、耐候性会下降。因此,Li2O、Na2O及K2O的各含量分别优选为上述范围。此外,为了特别提高热稳定性和耐失透性,优选含有Na2O。
在第1实施方式的光学玻璃中,Li2O、Na2O及K2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O]优选为20%以下,进一步依次优选为18%以下、16%以下。此外,合计含量[Li2O+Na2O+K2O]优选为8%以上,进一步依次优选为10%以上、12%以上、13%以上。
Li2O、Na2O及K2O均具有改善玻璃的热稳定性的功能。但是,当这些含量变多时,化学耐久性、耐候性会下降。因此,Li2O、Na2O及K2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O]优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Cs2O的含量的上限优选为2%。此外,Cs2O的含量的下限优选为0%。
Cs2O具有改善玻璃的热稳定性的功能,但当含量变多时,玻璃的热稳定性、化学耐久性、耐候性会下降。因此,Cs2O的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,MgO的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,MgO的含量的下限优选为0%。MgO的含量也可以是0%。
在第1实施方式的光学玻璃中,CaO的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,CaO的含量的下限优选为0%。CaO的含量也可以是0%。
在第1实施方式的光学玻璃中,SrO的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,SrO的含量的下限优选为0%。
在第1实施方式的光学玻璃中,BaO的含量的上限优选为5%,进一步依次优选为3%、1%。此外,BaO的含量的下限优选为0%。
MgO、CaO、SrO、BaO均为具有改善玻璃的热稳定性和耐失透性的功能的玻璃成分。但是,当这些玻璃成分的含量变多时,会损害高色散性,此外,玻璃的热稳定性和耐失透性会下降。因此,这些玻璃成分的各含量分别优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,MgO、CaO、SrO及BaO的合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO]优选为6%以下,进一步依次优选为4%以下、2%以下。此外,合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO]的下限优选为0%。从不妨碍高色散化而维持热稳定性和耐失透性的观点出发,合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO]优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,ZnO的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,ZnO的含量的下限优选为0%。
ZnO为具有改善玻璃的热稳定性的功能的玻璃成分。但是,当ZnO的含量过多时,会损害玻璃的高色散性。因此,从改善玻璃的热稳定性、维持期望的光学特性的观点出发,ZnO的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,ZrO2的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,ZrO2的含量的下限优选为0%。
ZrO2为具有改善玻璃的热稳定性和耐失透性的功能的玻璃成分。但是,当ZrO2的含量过多时,表现出热稳定性下降的倾向。因此,从良好维持玻璃的热稳定性和耐失透性的观点出发,ZrO2的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Ta2O5的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、2%以下。此外,Ta2O5的含量的下限优选为0%。
Ta2O5为具有改善玻璃的热稳定性和耐失透性的功能的玻璃成分。另一方面,Ta2O5使折射率上升,使玻璃低色散化。此外,当Ta2O5的含量变多时,玻璃的热稳定性会下降,在将玻璃熔融时容易产生玻璃原料的熔融残留物。因此,Ta2O5的含量优选为上述范围。进而,Ta2O5与其它玻璃成分相比是极昂贵的成分,当Ta2O5的含量变多时,玻璃的生产成本会增大。进而,由于Ta2O5与其它玻璃成分相比分子量较大,因此会增大玻璃的比重,结果增大光学元件的重量。
在第1实施方式的光学玻璃中,Sc2O3的含量的上限优选为2%。此外,Sc2O3的含量的下限优选为0%。
在第1实施方式的光学玻璃中,HfO2的含量的上限优选为2%。此外,HfO2的含量的下限优选为0%。
Sc2O3、HfO2均具有提高折射率nd的功能,此外是昂贵的成分。因此,Sc2O3、HfO2的各含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Lu2O3的含量的上限优选为2%。此外,Lu2O3的含量的下限优选为0%。
Lu2O3具有提高折射率nd的功能。此外,由于分子量大,所以也是增加玻璃的比重的玻璃成分。因此,Lu2O3的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,GeO2的含量的上限优选为2%。此外,GeO2的含量的下限优选为0%。
GeO2具有提高折射率nd的功能,此外,是在通常使用的玻璃成分中极其昂贵的成分。因此,从降低玻璃的制造成本的观点出发,GeO2的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,La2O3的含量的上限优选为2%。此外,La2O3的含量的下限优选为0%。La2O3的含量也可以是0%。
当La2O3的含量变多时,玻璃的热稳定性和耐失透性下降,玻璃容易在制造中失透。因此,从抑制热稳定性和耐失透性的下降的观点出发,La2O3的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Gd2O3的含量的上限优选为2%。此外,Gd2O3的含量的下限优选为0%。
当Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性和耐失透性下降,玻璃容易在制造中失透。此外,当Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的比重增大,所以不是优选的。因此,从良好维持玻璃的热稳定性和耐失透性并抑制比重的增大的观点出发,Gd2O3的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Y2O3的含量的上限优选为2%。此外,Y2O3的含量的下限优选为0%。Y2O3的含量也可以是0%。
当Y2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性和耐失透性会下降。因此,从抑制热稳定性和耐失透性的下降的观点出发,Y2O3的含量优选为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Yb2O3的含量的上限优选为2%。此外,Yb2O3的含量的下限优选为0%。
Yb2O3由于与La2O3、Gd2O3、Y2O3相比分子量大,因此会增大玻璃的比重。当玻璃的比重增大时,光学元件的质量会增大。例如,当将质量大的镜片组装在自动对焦式摄像镜片时,自动对焦时镜片的驱动所需的电力会增大,电池的消耗会变得剧烈。因此,期望降低Yb2O3的含量而抑制玻璃的比重的增大。
此外,当Yb2O3的含量过多时,玻璃的热稳定性和耐失透性会下降。从防止玻璃的热稳定性的下降、抑制比重的增大的观点出发,Yb2O3的含量优选为上述范围。
第1实施方式的光学玻璃优选主要由上述的玻璃成分、即P2O5、B2O3、SiO2、Al2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、ZrO2、Ta2O5、Sc2O3、HfO2、Lu2O3、GeO2、La2O3、Gd2O3、Y2O3及Yb2O3构成,上述的玻璃成分的合计含量优选为比95%多,更优选为比98%多,进一步优选为比99%多,更进一步优选为比99.5%多。
在第1实施方式的光学玻璃中,TeO2的含量的上限优选为2%。此外,TeO2的含量的下限优选为0%。
由于TeO2具有毒性,因此优选降低TeO2的含量。因此,TeO2的含量优选为上述范围。
另外,第1实施方式的光学玻璃优选基本由上述玻璃成分构成,但在不妨碍本发明的作用效果的范围内,也能够含有其它成分。此外,在本发明中,并没有排除不可避免的杂质的含有。
<其它成分组成>
Pb、As、Cd、Tl、Be、Se均具有毒性。因此,优选第1实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。
U、Th、Ra均为放射性元素。因此,优选第1实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm会增大玻璃的着色,可成为荧光的发生源。因此,优选第1实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。
Sb(Sb2O3)、Ce(CeO2)是作为澄清剂而发挥功能的可任意添加的元素。其中,Sb(Sb2O3)是澄清效果大的澄清剂。但是,Sb(Sb2O3)的氧化性强,当使Sb(Sb2O3)的添加量增多时,由于Sb离子的光吸收,会导致玻璃的着色增大,因此不是优选的。此外,在将玻璃熔融时,当熔融物中存在Sb时,会促进构成玻璃熔融坩埚的铂向熔融物的溶出,玻璃中的铂浓度会变高。当铂在玻璃中以离子形式存在时,由于光的吸收会导致玻璃的着色增大。此外,当铂在玻璃中以固体物质形式存在时,会成为光的散射源,玻璃的品质会下降。Ce(CeO2)与Sb(Sb2O3)相比澄清效果小。Ce(CeO2)当大量添加时玻璃的着色会变强。因此,在添加澄清剂的情况下,优选一边注意添加量,一边添加Sb(Sb2O3)。
Sb2O3的含量以外加来表示。即,在将除了Sb2O3及CeO2以外的全部玻璃成分的合计含量设为100质量%时,Sb2O3的含量优选小于1质量%,更优选小于0.5质量%。进一步依次优选小于0.1质量%、小于0.05质量%,小于0.03质量%。Sb2O3的含量也可以是0质量%。
CeO2的含量也以外比例表示。即,在将除了CeO2、Sb2O3以外的全部玻璃成分的合计含量设为100质量%时,CeO2的含量的范围优选小于2质量%,更优选小于1质量%,进一步优选小于0.5质量%,更进一步优选小于0.1质量%。CeO2的含量也可以是0质量%。通过使CeO2的含量为上述范围,从而能够改善玻璃的澄清性。
(玻璃特性)
在第1实施方式的光学玻璃中,折射率nd超过1.85且小于1.90。折射率nd优选为1.855以上,进一步依次优选为1.860以上、1.865以上。此外,折射率nd优选为1.890以下,进一步依次优选为1.885以下、1.880以下、1.875以下。
在第1实施方式的光学玻璃中,阿贝数νd为15以上且25以下。阿贝数νd优选为16以上,进一步依次优选为17以上、18以上、19以上。此外,阿贝数νd优选为24以下,进一步依次优选为23以下、22以下、21以下。
<晶体熔融峰温度Tl>
晶体熔融峰温度Tl是玻璃中的全部伪晶体消失的温度,与液相线温度相关。例如,当晶体熔融峰温度Tl变高时,需要将成型时的玻璃温度也维持得高,因此熔融玻璃的粘性过度下降,成型性恶化。
晶体熔融峰温度Tl根据玻璃的含有成分而变化。在第1实施方式中,为了提高玻璃的折射率nd,需要大量含有Nb2O5、TiO2等高折射率化成分,但这些高折射率化成分也是使晶体熔融峰温度Tl上升的成分。进而,为了使这些成分稳定地含有在玻璃中,需要同时对P2O5、B2O3等网络形成成分的含量进行增量。在此,网络形成成分具有抑制熔融玻璃的粘度下降的作用。即,有的时候,虽然随着玻璃的折射率nd的增加,外观上晶体熔融峰温度Tl会上升,但熔融玻璃的粘度降低即成型性的恶化会得以抑制。
图1是示出在第1实施方式中得到的玻璃的折射率nd和晶体熔融峰温度Tl(℃)的关系的图。在图1中,成型性良好的玻璃作为实施例(菱形标记)示出,实施例以外的玻璃作为比较例(正方形标记)示出。这样可知随着玻璃的折射率nd的增加,优选的晶体熔融峰温度Tl存在上升的倾向。根据图1,与玻璃的折射率nd对应的优选的晶体熔融峰温度Tl由以下的式(2)表示。
Tl<1000nd-790…(2)
更优选的晶体熔融峰温度Tl由以下的式(3)表示。
Tl<1300nd-1364…(3)
晶体熔融峰温度Tl能够通过差示扫描热量测定(DSC(Differential ScanningCalorimetry))求出。图2是DSC图的一个例子。纵轴为差示扫描热量(DSC),横轴为样品的温度(T)。DSC图具有表示玻璃化转变、晶化和晶体熔融的区域。晶体熔融峰Tl是在图2的晶体熔融区域中DSC示出峰的温度。另外,图2中的晶体熔融开始温度是在晶体熔融区域中DSC开始上升的温度。根据DSC,能够高精度且比较简易地求出成为液相线温度的指标的晶体熔融峰温度Tl。
<玻璃化转变温度Tg>
第1实施方式的光学玻璃的玻璃化转变温度Tg优选为750℃以下,进一步依次优选为730℃以下、710℃以下。此外,玻璃化转变温度Tg优选为520℃以上,进一步依次优选为560℃以上、600℃以上。
通过使玻璃化转变温度Tg满足上述范围,从而能够抑制玻璃的退火温度的上升,能够减轻退火设备、例如称为RARE的连续式退火炉、分批式退火炉的热损伤。
通过使玻璃化转变温度Tg满足上述范围,从而易于维持期望的阿贝数、折射率并且良好地维持玻璃的热稳定性。
<玻璃的透光性>
在第1实施方式中,透光性能够基于着色度λ5进行评价。
使用具有相互平行的被光学抛光的2个平面的玻璃(厚10.0mm±0.1mm),对上述2个平面中的一个平面,与该平面垂直地入射光线。然后,算出从另一个平面射出的透射光的强度Iout和入射光的强度Iin的比(Iout/Ii n),即算出外部透射率。使用光谱仪,在例如280~700nm的范围扫描入射光的波长,并测量外部透射率,由此得到光谱透射率曲线。
随着入射光的波长从玻璃的短波长侧的吸收端向长波长侧变化,外部透射率增加而示出高的值。
λ5是外部透射率为5%的波长。在280~700nm的波长区域内,比λ5靠长波长侧的玻璃的外部透射率示出大于5%的值。
通过使用λ5被短波长化的光学玻璃,从而能够提供可实现合适的色彩再现的光学元件。
基于这样的原因,λ5的范围优选为400nm以下,进而更优选为390nm以下。λ5的下限为例如360nm。
(光学玻璃的制造)
本发明的第1实施方式的光学玻璃,以成为上述规定的组成的方式调配玻璃原料,使用调配了的玻璃原料按照公知的玻璃制造方法制作即可。例如,调配多种化合物,充分混合而形成批料,将批料加入到石英坩埚、铂坩埚中进行粗熔融(rough melt)。对通过粗熔融得到的熔融物进行骤冷、粉碎,制作碎玻璃。进而,将碎玻璃加入到铂坩埚中,进行加热、再熔融(remelt)而形成熔融玻璃,在进一步进行澄清、均质化后对熔融玻璃进行成型、缓冷而得到光学玻璃。对于熔融玻璃的成型、缓冷应用公知的方法即可。
另外,如果能够以期望的含量将期望的玻璃成分导入到玻璃中,则在调配批料时使用的化合物没有特别限定,作为这样的化合物,可举出:氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、氟化物等。
(光学元件等的制造)
使用本发明的第1实施方式的光学玻璃制作光学元件时,应用公知的方法即可。例如,将玻璃原料熔融成熔融玻璃,使该熔融玻璃流入到铸模中而成型成板状,制作由本发明的光学玻璃构成的玻璃材料。对得到的玻璃材料适当进行切断、研磨、抛光,制作适于压制成型的大小、形状的切片。将切片加热、软化,用公知的方法进行压制成型(再加热压制),制作与光学元件的形状近似的光学元件坯件。对光学元件坯件进行退火,用公知的方法进行研磨、抛光而制作光学元件。
在制作的光学元件的光学功能面,也可以根据使用目的涂敷防反射膜、全反射膜等。
作为光学元件,能够例示球面镜片等各种镜片、棱镜、衍射光栅等。
第2实施方式
磷酸盐系的高折射高色散光学玻璃有时会在将熔融玻璃固化时产生晶体析出,存在缺乏热稳定性的倾向。
此外,作为有助于光学玻璃的高折射率高色散化的成分,可举出TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3等,但这些均会成为玻璃的着色增大的原因,根据含有比率使玻璃的透射性恶化。
第2实施方式是鉴于这样的实际情况而作出的,目的在于提供一种透射性、热稳定性和耐失透性优异的高折射率高色散光学玻璃。
本发明的第2实施方式的光学玻璃是折射率nd为1.87以上且1.92以下、阿贝数νd为15以上且25以下的光学玻璃。以下,对第2实施方式的光学玻璃的细节进行说明。
在第2实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.10以上且0.22以下。质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]优选为0.11以上,进一步依次优选为0.12以上、0.13以上、0.14以上。此外,质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]优选为0.20以下,进一步依次优选为0.18以下、0.17以下、0.16以下。
作为玻璃的网络形成成分,已知P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3。B2O3在玻璃的网络形成成分中具有降低液相线温度、改善玻璃的热稳定性的功能。另一方面,当B2O3的含量多时,在将固化的玻璃再加热(再加热压制)时的耐失透性有可能下降。在本发明的第2实施方式中,通过使网络形成成分中的B2O3的含有比例为上述范围,从而可得到热稳定性和耐失透性优异的光学玻璃。
在第2实施方式的光学玻璃中,Li2O、Na2O及K2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O]与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.30以上且0.38以下。质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]优选为0.31以上,进而更优选为0.32以上。此外,质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]优选为0.37以下,进一步依次优选为0.36以下、0.35以下、0.34以下。
Li2O、Na2O及K2O均具有提高熔融性的功能,但当这些含量变多时,在将固化的玻璃再加热(再加热压制)时的耐失透性会下降。在本发明的第2实施方式中,通过使Li2O、Na2O及K2O对于网络形成成分的含有比例为上述范围,从而可得到热稳定性和耐失透性优异的光学玻璃。
在第2实施方式的光学玻璃中,TiO2、WO3及Bi2O3的合计含量与Nb2O5的含量的质量比[(TiO2+WO3+Bi2O3)/Nb2O5]小于0.15。质量比[(TiO2+WO3+Bi2O3)/Nb2O5]优选为0.10以下,进一步依次优选为0.09以下、0.08以下。此外,质量比[(TiO2+WO3+Bi2O3)/Nb2O5]优选为0.02以上,进一步依次优选为0.03以上、0.04以上、0.05以上。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3均为有助于高色散化的玻璃成分,但也会成为着色增大的原因。其中,Nb2O5是有助于高色散化并且比较不易使着色增大的成分。因此,通过使TiO2、WO3及Bi2O3的合计含量与Nb2O5的含量的比例为上述范围,从而能够得到高色散性且透射性优异的光学玻璃。
(玻璃成分)
以下,对第2实施方式的光学玻璃的玻璃成分进行详述。
在第2实施方式的光学玻璃中,P2O5的含量优选为18%以上,进一步依次优选为19%以上、21%以上、23%以上。此外,P2O5的含量优选为32%以下,进一步依次优选为30%以下、28%以下、26%以下。
P2O5是用于使玻璃中大量含有高色散成分的必要成分。另一方面,当过量含有P2O5时,热稳定性会恶化。因此,P2O5的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量优选为0.1%以上,进一步依次优选为2%以上、3%以上。B2O3的含量优选为12%以下,进一步依次优选为9%以下、7%以下、6%以下。
B2O3是玻璃的网络形成成分,具有改善玻璃的热稳定性的功能。另一方面,当B2O3的含量多时,会妨碍高色散化,此外,存在耐失透性下降的倾向。因此,从改善玻璃的热稳定性和耐失透性的观点出发,B2O3的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,SiO2的含量优选为3%以下,进一步依次优选为2%以下、1.5%以下。SiO2的含量也可以是0%。
SiO2是玻璃的网络形成成分,具有改善玻璃的热稳定性、化学耐久性、耐候性,提高熔融玻璃的粘度,使熔融玻璃易于成型的功能。另一方面,当SiO2的含量多时,存在玻璃的耐失透性下降的倾向。因此,从改善玻璃的热稳定性和耐失透性的观点出发,SiO2的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Al2O3的含量优选为3%以下,进一步依次优选为2%以下、1%以下。Al2O3的含量也可以是0%。
Al2O3是具有改善玻璃的化学耐久性、耐候性的功能的玻璃成分,能够作为网络形成成分来考虑。另一方面,当Al2O3的含量变多时,玻璃的耐失透性会下降。此外,容易产生玻璃化转变温度Tg上升、热稳定性下降等问题。从避免这样的问题的观点出发,Al2O3的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量[P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3]优选为25%以上,进一步依次优选为26%以上、27%以上、28%以上。此外,合计含量[P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3]优选为45%以下,进一步依次优选为35%以下、33%以下、31%以下。
P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3是玻璃的网络形成成分,主要改善玻璃的热稳定性和耐失透性。具有提高熔融玻璃的粘度、使熔融玻璃易于成型的功能。因此,P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量优选为0%以上,进一步依次优选为2%以上、3%以上。此外,TiO2的含量优选为10%以下,进一步依次优选为8%以下、6%以下。
TiO2容易增大玻璃的着色。此外,在将熔融玻璃成型、缓冷而得到光学玻璃的过程中,TiO2会促进玻璃内的晶体生成,使玻璃的透明性下降(白浊)。因此,TiO2的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Nb2O5的含量优选为50%以上,进一步依次优选为52%以上、54%以上。此外,Nb2O5的含量优选为65%以下,进一步依次优选为60%以下、58%以下。
Nb2O5是有助于高色散化的成分。此外,也是改善玻璃的热稳定性和化学耐久性的玻璃成分。另一方面,当Nb2O5的含量变得过多时,玻璃的热稳定性下降,此外,存在玻璃的着色增强的倾向。因此,Nb2O5的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,WO3的含量的下限优选为0%。此外,WO3的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。
WO3容易成为玻璃的着色的原因,并使透射率恶化。因此,WO3的含量优选为上述范围。
在第2实施方式中,Bi2O3的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、2%以下。此外,Bi2O3的含量的下限优选为0%。
Bi2O3具有通过适量含有Bi2O3来改善玻璃的热稳定性的功能。另一方面,当提高Bi2O3的含量时,玻璃的着色会增大。因此,Bi2O3的含量优选为上述范围。
此外,在第2实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量与TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]为0.03以上且小于0.15。质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]更优选为0.04以上,进而更优选为0.05以上。此外,质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]更优选为0.10以下,进而更优选为0.08以下。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3均为有助于高色散化的玻璃成分,但也会成为着色增大的原因。特别是TiO2,其与Nb2O5、WO3及Bi2O3相比更有助于高色散化,但容易增大玻璃的着色。此外,TiO2具有在将熔融玻璃成型、缓冷的过程中,容易促进玻璃内的晶体生成,使玻璃的透明性下降(白浊)的作用。因此,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3中的TiO2的含有比例优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,Li2O的含量的下限优选为0%。
在第2实施方式的光学玻璃中,Na2O的含量优选为5%以下,进而更优选为3%以下。Na2O的含量的下限优选为0%。
在第2实施方式的光学玻璃中,K2O的含量优选为10%以下,进而更优选为8%以下。K2O的含量的下限优选为0%。
Li2O、Na2O及K2O均具有降低液相线温度、改善玻璃的热稳定性的功能,但当这些含量变多时,化学耐久性、耐候性会下降。因此,Li2O、Na2O及K2O的各含量分别优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Li2O、Na2O及K2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O]优选为15%以下,进一步依次优选为12%以下、10%以下。此外,合计含量[Li2O+Na2O+K2O]优选为5%以上,进一步依次优选为6%以上、7%以上。
Li2O、Na2O及K2O均具有降低液相线温度、改善玻璃的热稳定性的功能。但是,当这些的含量变多时,化学耐久性、耐候性会下降。因此,Li2O、Na2O及K2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O]优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Cs2O的含量优选为2%以上。
Cs2O具有改善玻璃的热稳定性的功能,但当含量变多时,化学耐久性、耐候性会下降。因此,Cs2O的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,MgO的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,MgO的含量的下限优选为0%。
在第2实施方式的光学玻璃中,CaO的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,CaO的含量的下限优选为0%。
在第2实施方式的光学玻璃中,SrO的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,SrO的含量的下限优选为0%。
在第2实施方式的光学玻璃中,BaO的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,BaO的含量的下限优选为0%。
MgO、CaO、SrO、BaO均为具有改善玻璃的热稳定性和耐失透性的功能的玻璃成分。但是,当这些玻璃成分的含量变多时,会损害高色散性,此外,玻璃的热稳定性和耐失透性会下降。因此,这些玻璃成分的各含量分别优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,MgO、CaO、SrO及BaO的合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO]优选为6%以下,进一步依次优选为4%以下,2%以下。此外,合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO]的下限优选为0%。合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO]可以是0%。从不妨碍高色散化而维持热稳定性的观点出发,合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO]优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,ZnO的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下,1%以下。此外,ZnO的含量的下限优选为0%。
ZnO为具有改善玻璃的热稳定性的功能的玻璃成分。但是,当ZnO的含量过多时,会损害玻璃的高色散性。因此,从改善玻璃的热稳定性、维持期望的光学特性的观点出发,ZnO的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,ZrO2的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、1%以下。此外,ZrO2的含量的下限优选为0%。
ZrO2为具有改善玻璃的热稳定性和耐失透性的功能的玻璃成分。但是,当ZrO2的含量过多时,表现出玻璃的热稳定性下降的倾向。因此,从良好维持玻璃的热稳定性的观点出发,ZrO2的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Ta2O5的含量优选为5%以下,进一步依次优选为3%以下、2%以下。此外,Ta2O5的含量的下限优选为0%。
Ta2O5为具有改善玻璃的热稳定性的功能的玻璃成分。另一方面,Ta2O5使折射率上升,使玻璃低色散化。此外,当Ta2O5的含量变多时,玻璃的热稳定性会下降,在将玻璃熔融时容易产生玻璃原料的熔融残留物。因此,Ta2O5的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Sc2O3的含量优选为2%以下。此外,Sc2O3的含量的下限优选为0%。
在第2实施方式的光学玻璃中,HfO2的含量优选为2%以下。此外,HfO2的含量的下限优选为0%。
Sc2O3、HfO2均具有提高折射率nd的功能,此外是昂贵的成分。因此,Sc2O3、HfO2的各含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Lu2O3的含量优选为2%以下。此外,Lu2O3的含量的下限优选为0%。
Lu2O3具有提高折射率nd的功能。此外,由于分子量大,所以也是增加玻璃的比重的玻璃成分。因此,Lu2O3的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,GeO2的含量优选为2%以下。此外,GeO2的含量的下限优选为0%。
GeO2具有提高折射率nd的功能,此外,是在通常使用的玻璃成分中极其昂贵的成分。因此,从降低玻璃的制造成本的观点出发,GeO2的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,La2O3的含量优选为2%以下。此外,La2O3的含量的下限优选为0%。
当La2O3的含量变多时,玻璃的热稳定性会下降。因此,从抑制玻璃的热稳定性的下降的观点出发,La2O3的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Gd2O3的含量优选为2%以下。此外,Gd2O3的含量的下限优选为0%。
当Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性会下降。此外,当Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的比重增大,所以不是优选的。因此,从良好维持玻璃的热稳定性并抑制比重的增大的观点出发,Gd2O3的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Y2O3的含量优选为2%以下。此外,Y2O3的含量的下限优选为0%。
当Y2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性下降,玻璃容易在制造中失透。因此,从抑制玻璃的热稳定性的下降的观点出发,Y2O3的含量优选为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Yb2O3的含量优选为2%以下。此外,Yb2O3的含量的下限优选为0%。
Yb2O3由于与La2O3、Gd2O3、Y2O3相比分子量大,因此会增大玻璃的比重。当玻璃的比重增大时,光学元件的质量会增大。例如,当将质量大的镜片组装在自动对焦式摄像镜片时,自动对焦时镜片的驱动需要的电力会增大,电池的消耗会变得剧烈。因此,期望降低Yb2O3的含量而抑制玻璃的比重的增大。
此外,当Yb2O3的含量过多时,玻璃的热稳定性会下降。从防止玻璃的热稳定性的下降、抑制比重的增大的观点出发,Yb2O3的含量优选为上述范围。
第2实施方式的光学玻璃优选主要由上述的玻璃成分、即P2O5、B2O3、SiO2、Al2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、ZrO2、Ta2O5、Sc2O3、HfO2、Lu2O3、GeO2、La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3构成,上述的玻璃成分的合计含量优选为比95%多,更优选为比98%多,进一步优选为比99%多,更进一步优选为比99.5%多。
在第2实施方式的光学玻璃中,TeO2的含量优选为2%以下。此外,TeO2的含量的下限优选为0%。
由于TeO2具有毒性,因此优选降低TeO2的含量。因此,TeO2的含量优选为上述范围。
另外,第2实施方式的光学玻璃优选基本由上述玻璃成分构成,但在不妨碍本发明的作用效果的范围内,也能够含有其它成分。此外,在本发明中,并没有排除不可避免的杂质的含有。
关于第2实施方式的其它成分组成,能够与第1实施方式同样地设定。
(玻璃特性)
在第2实施方式的光学玻璃中,折射率nd为1.87以上且1.92以下。折射率nd优选为1.880以上,进一步依次优选为1.885以上、1.890以上、1.895以上。此外,折射率nd优选为1.915以下,进一步依次优选为1.910以下、1.905以下、1.900以下。
在第2实施方式的光学玻璃中,阿贝数νd为15以上且25以下。阿贝数νd优选为16以上,进一步依次优选为17以上、18以上、19以上。此外,阿贝数νd优选为24以下,进一步依次优选为23以下、22以下、21以下。
<玻璃化转变温度Tg>
第2实施方式的光学玻璃的玻璃化转变温度Tg优选为750℃以下,进一步依次优选为730℃以下、710℃以下。此外,玻璃化转变温度Tg优选为520℃以上,进一步依次优选为560℃以上、600℃以上。
通过使玻璃化转变温度Tg满足上述范围,从而能够抑制玻璃的退火温度的上升,能够减轻退火设备、例如称为RARE的连续式退火炉、分批式退火炉的热损伤。
通过使玻璃化转变温度Tg满足上述范围,从而易于维持期望的阿贝数、折射率并且良好地维持玻璃的热稳定性。
<玻璃的透光性>
在第2实施方式中,透光性能够基于着色度λ5进行评价。
使用具有相互平行的被光学抛光的2个平面的玻璃(厚10.0mm±0.1mm),对上述2个平面中的一个平面,与该平面垂直地入射光线。然后,算出从另一个平面射出的透射光的强度Iout和入射光的强度Iin的比(Iout/Iin),即算出外部透射率。使用光谱仪,在例如280~700nm的范围扫描入射光的波长,并测量外部透射率,由此得到光谱透射率曲线。
随着入射光的波长从玻璃的短波长侧的吸收端向长波长侧变化,外部透射率增加而示出高的值。
λ5是外部透射率为5%的波长。在280~700nm的波长区域内,比λ5靠长波长侧的玻璃的外部透射率示出大于5%的值。
通过使用λ5被短波长化的光学玻璃,从而能够提供可实现合适的色彩再现的光学元件。
基于这样的原因,λ5的范围优选为400nm以下,进而更优选为390nm以下。λ5的下限的标准为例如360nm。
<玻璃的比重>
第2实施方式的光学玻璃是高折射率高色散性玻璃,且比重不大。通常如果能够降低玻璃的比重,则能够减少镜片的重量。其结果为,能够降低搭载镜片的镜头的自动对焦驱动的消耗电力。另一方面,当过度减少比重时,会导致热稳定性的下降。在此,比重d由于依赖于折射率nd,因此在本实施方式中,将比重d除以(nd-1)而将其标准化。在第2实施方式中,标准化的比重[d/(nd-1)]优选小于4.0,更优选为3.9以下。此外,从改善热稳定性的观点出发,[d/(nd-1)]优选为3.0以上。
关于第2实施方式的光学玻璃的制造及光学元件等的制造,能够与第1实施方式同样地设定。
以下,通过实施例对本发明进行说明,但本发明并不仅限于以下的实施例。
(实施例1)
[玻璃样品的制作]
以成为具有表1-1、1-2所示的No.1-1~1-32的组成的玻璃的方式,称量与各成分对应的化合物原料,即称量磷酸盐、碳酸盐、氧化物等原料,充分混合而制成调配原料。将该调配原料投入到铂制坩埚中,在大气环境下加热至1000~1350℃而熔融,通过搅拌而均质化、澄清,得到熔融玻璃。将该熔融玻璃浇铸到成型模中而成型,进行缓冷,得到块状的玻璃样品。
[玻璃样品的评价]
针对得到的玻璃样品,使用以下所示的方法,测量玻璃组成、比重、折射率nd、阿贝数νd、λ5、玻璃化转变温度Tg和晶体熔融峰温度Tl,此外,评价成型性和耐失透性。
[1]玻璃组成
适量选取如上所述得到的玻璃样品,对其进行酸和碱处理,使用ICP-AES测量玻璃成分的含量。结果示于表1-1、1-2。
[2]比重
基于日本光学玻璃工业协会规格JOGIS-05进行测量。结果示于表1-4、1-5。
[3]折射率nd和阿贝数νd
基于日本光学玻璃工业协会规格JOGIS-01进行测量。结果示于表1-4、1-5。
[4]玻璃化转变温度Tg、晶体熔融峰温度Tl
玻璃化转变温度Tg和晶体熔融峰温度Tl,使用差示扫描型热量仪DS C3300SA(耐驰日本株式会社(NETZSCH Japan)),基于将固体状态的玻璃升温时的DSC图来求出。结果示于表1-4、1-5。
[5]λ5
将玻璃样品加工成厚度为10mm、具有相互平行且被光学抛光了的平面,测量由波长280nm至700nm的波长区域中的光谱透射率。将垂直入射到被光学抛光了的一个平面的光线的强度设为强度A,将从另一个平面射出的光线的强度设为强度B,算出光谱透射率B/A。将光谱透射率为5%的波长设为λ5。另外,光谱透射率也包含在试料表面处光线的反射损耗。结果示于表1-4、1-5。
[6]成型性
在本实施方式中,熔融玻璃的成型性根据晶体熔融峰温度Tl是否满足下述式(2)来评价。将在上述[4]中求出的晶体熔融峰温度Tl满足式(2)的情况判定为“良”,将不满足下述式(2)的情况判定为“不良”。结果示于表1-4、1-5。
Tl<1000nd-790…(2)
对实施例的玻璃No.1-1~1-32的判定均为“良”。确认到实施例的玻璃No.1-1~1-32是熔融玻璃的成型性优异的玻璃。
[7]软化测试(耐失透性)
在本实施方式中,软化测试是成为耐失透性的指标的评价方法。将1cm见方的玻璃样品在第1试验炉中加热10分钟,进而在第2试验炉中加热10分钟,然后用光学显微镜确认晶体或白浊的有无,其中,第1试验炉设定为该玻璃的玻璃化转变温度Tg,第2试验炉设定为比该玻璃的Tg高120~200℃的温度。光学显微镜的观察放大倍数为10~100倍。将没有确认到晶体或白浊的情况判定为“良”,将确认到晶体和白浊中的至少一种的情况判定为“不良”。结果示于表1-4、1-5。对实施例的玻璃No.1-1~1-32的判定均为“良”。确认到实施例的玻璃No.1-1~1-32是耐失透性优异的玻璃。
(比较例1)
(玻璃样品No.1-33~1-41的制作和评价)
玻璃的制作和评价通过与玻璃No.1-1~1-32同样的方法进行。结果示于表1-3、1-6。
比较例的玻璃No.1-33~1-41的玻璃在成型性或软化测试的评价中,判定为“不良”。比较例的玻璃与实施例的玻璃相比热稳定性或耐失透性差。
[表1-1]
[表1-2]
[表1-3]
[表1-4]
[表1-5]
[表1-6]
(光学元件坯件的制作)
对具有表1-1、1-2所示的No.1-1~1-32的组成的玻璃样品进行退火,进行切断、研磨,制作切片。
通过再加热压制将切片压制成型,制作光学元件坯件。
对光学元件坯件进行精密退火,将折射率精密地调节为所需的折射率,然后用公知的方法进行研磨、抛光,得到光学元件。
(实施例2)
[玻璃样品No.2-1~No.2-18的制作]
以成为具有表2-1、2-2所示的组成的玻璃的方式,称量与各成分对应的化合物原料,即称量磷酸盐、碳酸盐、氧化物等原料,充分混合而制成调配原料。将该调配原料投入到铂制坩埚中,在大气环境下加热至1000℃~1350℃而熔融,通过搅拌而均质化、澄清,得到熔融玻璃。将熔融玻璃浇铸到成型模中而成型,进行缓冷,得到块状的玻璃样品。
[玻璃样品的评价]
针对得到的玻璃样品,与实施例1同样地测量玻璃组成、比重、折射率nd、阿贝数νd、λ5和玻璃化转变温度Tg。结果示于表2-1、2-2、2-3、2-4。此外,使用以下所示的方法评价热稳定性和耐失透性。
(1)热稳定性
将上述熔融玻璃浇铸到成型模中而成型,进行缓冷,得到块状的玻璃样品后,对于得到的玻璃样品,使用光学显微镜进行玻璃中的晶体的观察。光学显微镜的放大倍数为10~100倍。将没有确认到晶体的情况判定为“良”,将确认到晶体的情况判定为“不良”。结果示于表2-3、2-4。对实施例玻璃No.2-1~2-18的判定均为“良”。确认到实施例玻璃No.2-1~2-18的玻璃是热稳定性优异的玻璃。
(2)软化测试(耐失透性)
在本说明书中,软化测试是成为耐失透性的指标的评价方法。将1cm见方的玻璃样品在第1试验炉中加热10分钟,进而在第2试验炉中加热10分钟,然后用光学显微镜确认晶体或白浊的有无,其中,第1试验炉设定为该玻璃的玻璃化转变温度Tg,第2试验炉设定为比该玻璃的Tg高120~200℃的温度。光学显微镜的观察放大倍数为10~100倍。将没有确认到晶体或白浊的情况判定为“良”,将确认到晶体和白浊中的至少一种的情况判定为“不良”。结果示于表2-3、2-4。对实施例玻璃No.2-1~2-18的判定均为“良”。确认到实施例玻璃No.2-1~2-18是耐失透性优异的玻璃。
(比较例2)
(玻璃样品No.2-19~2-24的制作和评价)
玻璃的制作和评价通过与实施例的玻璃No.2-1~2-18同样的方法进行。结果示于表2-4。
比较例的玻璃No.2-19~2-24的玻璃在热稳定性或软化测试中,判定为“不良”,与实施例的玻璃相比热稳定性或耐失透性差。
此外,比较例的玻璃No.2-24虽然热稳定性和耐失透性优异,但与实施例的玻璃相比,标准化的比重[d/(nd-1)]大。
[表2-1]
[表2-2]
[表2-3]
[表2-4]
(光学元件坯件和光学元件的制作)
对具有表2-1、2-2所示的No.2-1~2-18的组成的玻璃样品进行退火,进行切断、研磨,制作切片。
通过再加热压制将切片压制成型,制作光学元件坯件。
对光学元件坯件进行精密退火,将折射率精密地调节为所需的折射率,然后用公知的方法进行研磨、抛光,得到光学元件。
Claims (8)
1.一种光学玻璃,其中,
在以氧化物作为基准的玻璃组成中,
P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量[P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3]为26质量%以上,
B2O3的含量与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.11以上且0.24以下,
Li2O、Na2O及K2O的合计含量与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.35以上且0.56以下,
TiO2的含量与TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]为0.12以上且0.32以下,
折射率nd超过1.85且小于1.90,阿贝数νd为15以上且25以下。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃,其中,
Bi2O3的含量小于5质量%。
3.根据权利要求1或2所述的光学玻璃,其中,
P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量与TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量的质量比[(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]为0.40以上且0.60以下。
4.一种光学玻璃,其中,
在以氧化物作为基准的玻璃组成中,
B2O3的含量与P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.10以上且0.22以下,
Li2O、Na2O及K2O的合计含量与P2O5、B2O3、SiO2、Al2O3的合计含量的质量比[(Li2O+Na2O+K2O)/(P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3)]为0.30以上且0.38以下,
TiO2、WO3及Bi2O3的合计含量与Nb2O5的含量的质量比[(TiO2+WO3+Bi2O3)/Nb2O5]小于0.15,
折射率nd为1.87以上且1.92以下,阿贝数νd为15以上且25以下。
5.根据权利要求4所述的光学玻璃,其中,
TiO2的含量与TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3)]为0.03以上且小于0.15。
6.根据权利要求4或5所述的光学玻璃,其中,
P2O5、B2O3、SiO2及Al2O3的合计含量[P2O5+B2O3+SiO2+Al2O3]为25质量%以上。
7.一种光学元件坯件,其是由权利要求1~6中任一项所述的光学玻璃构成的。
8.一种光学元件,其是由权利要求1~6中任一项所述的光学玻璃构成的。
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