CN110770183A - 光学玻璃、预成形体以及光学元件 - Google Patents

光学玻璃、预成形体以及光学元件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种相对折射率的温度系数的值较低，且有助于校正温度变化对成像特性所造成的影响的光学玻璃，以及使用该光学玻璃的预成形体与光学元件。该光学玻璃，以质量％计含有：P2O5成分为20.0％至40.0％，Nb2O5成分为25.0至50.0％，质量和(Na2O+K2O)为3.0％至30.0％，且589.29nm的相对折射率在40℃至60℃下的温度系数，处于+3.0×10‑6(℃‑1)至－10.0×10‑6(℃‑1)的范围。

Description

光学玻璃、预成形体以及光学元件
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃、预成形体(preform)以及光学元件。
背景技术
近年，组装在车载摄影仪等车载用光学设备中的光学元件、或是组装在投影仪、复印机、激光打印机及播放用设备等这类会大量发热的光学设备中的光学元件，被用于更高温环境中的情况持续地增加。在这样的高温环境下，构成光学系统的光学元件，其使用时的温度容易大幅度变化，而该温度达到100℃以上的情况亦常发生。此时，因温度变化对光学系统的成像特性等造成的负面影响，已大到无法忽视的程度，因此，需要构成一种光学系统，其即使出现温度变化也难以对成像特性等造成影响。
在构成温度变化难以对成像特性产生影响的光学系统时，一起使用由温度升高时折射率变低、相对折射率的温度系数为负值的玻璃所构成的光学元件，与由温度升高时折射率变高、相对折射率的温度系数为正值的玻璃所构成的光学元件，能够校正温度变化对成像特性等造成的影响，故优选。
此处，作为着眼于相对折射率的温度系数而开发的玻璃，已知有例如专利文献1所代表的玻璃组成物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-106611号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
专利文献1所公开的玻璃，含有多种形成高折射率的成分，其目的在于提高相对折射率的温度系数。另一方面，在含有多种形成高折射率的成分的玻璃中，没有得到相对折射率的温度系数较小的玻璃。但是，基于有助于校正温度变化对成像特性所造成的影响的观点，需要一种相对折射率的温度系数为负值的玻璃、和相对折射率的温度系数的绝对值较小的玻璃。
除此之外，在进行光学设计之际，低折射率低色散的玻璃材料与高折射率高色散的玻璃材料有时会相接合，当接合时进行组合的玻璃材料的平均线性热膨胀系数之差越小则接合越好。特别是，虽然已知含有氟元素的低折射率低色散玻璃材料的平均线性热膨胀系数较大，但是在高折射率高色散玻璃材料中，几乎不存在平均线性热膨胀系数较大的玻璃材料，因此需求一种平均线性热膨胀系数较大的玻璃材料。专利文献1所公开的玻璃，其平均线性热膨胀系数较小，因而难以说充分地满足了这样的要求。
另外，本发明中的光学玻璃，无需经过再加热进行热处理以除去玻璃的着色的工序，就能够得到可见光的透过率(transmittance)良好的玻璃，因而能够以更低的价格进行制造。
本发明有鉴于上述问题点而完成，其目的在于，得到一种光学玻璃以及使用该光学玻璃的预成形体与光学元件，其中，该光学玻璃的相对折射率的温度系数的值较小，有助于校正温度变化对成像特性产生的影响，且该光学玻璃具有适合与低折射率低色散玻璃材料相接合的平均线性热膨胀系数。
解决技术问题的方法
本发明人为了解决上述技术问题，专注累积试验研究结果，发现通过含有P2O5成分以及Nb2O5成分，并含有规定量的Na2O成分以及K2O成分，能够得到相对折射率的温度系数的值较小的低价格的玻璃，进而完成了本发明。具体而言，本发明提供如下述产品。
(1)一种光学玻璃，以质量％计，含有：
P2O5成分为20.0％至40.0％，
Nb2O5成分为25.0％至50.0％，
(Na2O+K2O)质量和为3.0％至30.0％，
且相对折射率(589.29nm)的温度系数(40℃至60℃)处于+3.0×10-6(℃-1)至－10.0×10-6(℃-1)的范围。
(2)如(1)所述的光学玻璃，其中，质量和(Na2O+K2O+BaO)为10.0％至35.0％。
(3)如(1)或(2)所述的光学玻璃，其中，100℃至300℃的平均线性热膨胀系数α为80(10-7℃-1)以上。
(4)如(1)至(3)中任一项所述的光学玻璃，其中，具有1.65以上2.00以下的折射率(nd)，和10以上且35以下的阿贝数(νd)。
(5)一种预成形体，由如(1)至(4)中任一项所述的光学玻璃而成。
(6)一种光学元件，由如(1)至(4)中任一项所述的光学玻璃而成。
(7)一种光学设备，具备如(6)所述的光学元件。
发明的效果
根据本发明，能够以更低的价格得到一种相对折射率的温度系数的值较小，有助于校正温度变化对成像特性产生的影响，且可见光的透过率良好的光学玻璃，以及使用该光学玻璃的预成形体与光学元件。
具体实施方式
本发明的光学玻璃，以质量％计，含有：P2O5成分为20.0％以上40.0％以下、Nb2O5成分为合计25.0％以上且50.0％以下、Na2O成分以及K2O成分的质量和为3.0％以上30.0％以下，相对折射率(589.29nm)的温度系数(40℃至60℃)处于+3.0×10-6(℃-1)至－10.0×10-6(℃-1)的范围内。
通过含有大量的Na2O成分以及K2O成分，能够得到相对折射率的温度系数的值较小、且平均线性热膨胀系数较大的玻璃材料的玻璃。
因此，能够以更低的价格得到一种可见光的透过率良好、相对折射率的温度系数的值较小、有助于校正温度变化对成像特性产生的影响、与低折射率低色散玻璃材料的接合性良好、且可见光的透过率良好的光学玻璃，以及使用该光学玻璃的预成形体与光学元件。
以下，对本发明的光学玻璃的实施方式进行详细的说明。但本发明并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并加以实施。此外，关于重复说明的部分，虽然有适当地省略说明的情况，但并不会因此而限制发明的主旨。
[玻璃成分]
构成本发明光学玻璃的各成分的组成范围如下所述。在本说明书中，各成分的含量在未特别否定时，均是以与氧化物换算组成的总质量相对的质量％来表示。此处，“氧化物换算组成”是指，假设作为本发明的玻璃构成成分的原料所使用的氧化物、复合盐、金属氟化物等在熔融时全部分解变成氧化物，在此情况下，将该生成氧化物的总质量记做100质量％，来表示玻璃中所含有的各种成分的组成。
<关于必须成分、任意成分>
P2O5成分是作为玻璃形成氧化物的必须成分。特别是，通过含有20.0％以上的P2O5成分，可使熔融玻璃的粘性良好、可提高玻璃的稳定性。再者，再加热压制时的失透性良好。因此，P2O5成分的含有量，优选为20.0％以上，更优选为大于21.0％，还更优选为大于22.0％。
另一方面，通过使得P2O5成分的含有量为40.0％以下，能够维持所需的折射率以及色散。因此，P2O5成分的含有量优选为40.0％以下，更优选为35.0％以下，还更优选为小于30.0％。
P2O5成分，可使用Al(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4、NaH2PO4、KH2PO4等作为原料。
Nb2O5成分是高折射率高色散成分，为必须成分。特别是，通过含有25.0％以上的Nb2O5成分，能够在维持高折射率、高色散的同时提高玻璃的稳定性。因此，Nb2O5成分的含有量优选为25.0％以上，更优选为大于28.0％，还更优选为大于30.0％。
另一方面，通过使得Nb2O5成分的含有量为50.0％以下，平均线性热膨胀系数较大，能够维持所需的折射率以及色散。因此，Nb2O5成分的含有量优选为50.0％以下，更优选为47.0％以下。
Nb2O5成分可使用Nb2O5等作为原料。
Na2O成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高玻璃原料的熔融性，使透过率良好，且能够使相对折射率的温度系数变小。因此，Na2O成分的含有量优选为大于0％，更优选为大于0.1％，还更优选为大于0.5％，进一步优选为大于1.0％，更进一步优选为大于1.5％，还更进一步优选为大于2.0％。
特别是，当其含有量大于10.0％时，减小相对折射率的温度系数的效果升高，玻璃熔融性也得到改善，因此可以大于10.0％。
另一方面，通过使得Na2O成分的含有量为35.0％以下，能够减少因过剩含有所导致的玻璃折射率降低、化学耐久性(耐水性)降低，失透降低，能够抑制再热压制时的失透。因此，Na2O成分的含有量优选为35.0％以下，更优选为小于30.0％，还更优选为小于25.0％，进一步优选为小于20.0％。
Na2O成分，可使用Na2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6等作为原料。
K2O成分为任意成分，当其含有量大于0％时，平均线性热膨胀系数变大，透过率良好，能够减小相对折射率的温度系数。因此，K2O成分的含有量优选为大于0％，更优选为0.5％以上，还更优选为大于1.0％，进一步优选为大于2.0％。
特别是，当其含有量大于5.0％时，减小相对折射率的温度系数的效果显著升高，且玻璃的稳定性也得到改善，因此可以大于5.0％。
另一方面，通过使得K2O成分的含有量为30.0％以下，能够维持玻璃的稳定性，且能够抑制折射率的降低。因此，K2O成分的含有量优选为30.0％以下，更优选为小于25.0％，还更优选为小于20.0％，进一步优选为小于15.0％。
K2O成分，可使用K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等作为原料。
BaO成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高玻璃原料的熔融性，减少玻璃失透，提高折射率，减小相对折射率的温度系数。再者，其在得到高折射率的成分中属于材料成本较低、易熔解的成分。因此，BaO成分的含有量优选为大于0％，更优选为大于0.1％，还更优选为大于1.0％，进一步优选为大于2.0％。
另一方面，通过使得BaO成分的含有量为20.0％以下，平均线性热膨胀系数变大，能够减少因过剩含有而导致玻璃的折射率降低或失透。因此，BaO成分的含有量优选为20.0％以下，更优选为小于19.0％，还更优选为小于18.0％。
BaO成分，可使用BaCO3、Ba(NO3)2、Ba(PO3)2、BaF2等作为原料。
TiO2成分是当其含有量大于0％时，能够提高玻璃的折射率，降低阿贝数，能够易于得到稳定玻璃的成分。因此，TiO2成分的含有量优选为大于0％，更优选为大于1.0％，还更优选为大于3.0％，进一步优选为5.0％以上。
另一方面，通过使得TiO2成分的含有量为30.0％以下，能够使平均线性热膨胀系数变大，相对折射率的温度系数变小，能够降低因TiO2成分过剩含有而导致的失透，可抑制玻璃对可见光(特别是波长500nm以下)的透过率降低。因此，TiO2成分的含有量优选为30.0％以下，更优选为小于26.0％，还更优选为小于23.0％，进一步优选为小于20.0％。
TiO2成分，可使用TiO2等作为原料。
SiO2成分是当其含有量大于0％时，能够改善熔融玻璃的粘度的玻璃形成氧化物成分。因此，SiO2成分的含有量优选为大于0％，更优选为大于0.1％，还更优选为大于0.3％。
另一方面，通过使得SiO2成分的含有量为5.0％以下，能够抑制玻璃转移点上升，且能够抑制折射率降低。因此，SiO2成分的含有量优选为5.0％以下，更优选为3.0％以下，还更优选为小于1.0％。
SiO2成分，可使用SiO2、K2SiF6、Na2SiF6等作为原料。
B2O3成分是用作玻璃形成氧化物的任意成分，当其含有量大于0％时，可提高玻璃熔融性。
另一方面，通过使得B2O3成分的含有量为5.0％以下，能够使相对折射率的温度系数变小，且能够抑制化学耐久性变差，可抑制再加热压制时的失透性变差。因此，B2O3成分的含有量优选为5.0％以下，更优选为3.0％以下，还更优选为小于1.5％，进一步优选为小于1.3％。
WO3成分为任意成分，当其含有量大于0％时，可减少形成高折射率的其他成分所导致的玻璃着色，并且能够提高折射率、降低阿贝数，能够使玻璃转移点变低，并减少失透。
另一方面，通过使得WO3成分的含有量为10.0％以下，能够使相对折射率的温度系数变小，可减少再加热压制时的失透。再者，能够降低因WO3成分所引起的玻璃着色，从而提高可见光透过率。因此，WO3成分的含有量优选为10.0％以下，更优选为小于9.0％，还更优选为小于8.0％，进一步优选为小于6.5％，更进一步优选为小于5.0％。
WO3成分，可使用WO3等作为原料。
ZnO成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高原料的熔解性，促进熔解后的玻璃的脱泡，再者，能够提高玻璃的稳定性。再者，能够降低玻璃转移点，且能够改善化学耐久性。
另一方面，通过使得ZnO成分的含有量小于5.0％，能够减小相对折射率的温度系数，并降低因热所引起的膨胀，可抑制折射率减小，且能够减少因粘性过低而导致的失透。因此，ZnO成分的含有量优选为小于5.0％，更优选为小于4.0％，还更优选为小于2.0％，进一步优选为小于1.0％，更进一步优选为小于0.5％。再者，可以不含有ZnO成分。
ZnO成分，可使用ZnO、ZnF2等作为原料。
ZrO2成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高玻璃折射率，并减少失透。因此，ZrO2成分的含有量优选为大于0％，更优选为大于0.5％，还更优选为大于1.0％。
另一方面，通过使得ZrO2成分的含有量为5.0％以下，能够使相对折射率的温度系数变小，并减少因过剩含有ZrO2成分而导致的失透。因此，ZrO2成分的含有量优选为5.0％以下，更优选为3.0％以下，还更优选为小于1.0％，进一步优选为小于0.5％。再者，可以不含有ZrO2成分。
ZrO2成分，可使用ZrO2、ZrF4等作为原料。
MgO成分、CaO成分以及SrO成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够调节玻璃的折射率、熔融性、耐失透性。
另一方面，通过使得将MgO成分、CaO成分以及SrO成分的含有量为5.0％以下，能够抑制折射率减小，并减少因过剩含有这些成分而导致的失透。因此，MgO成分、CaO成分以及SrO成分的含有量，分别优选为5.0％以下，更优选为3.5％以下，还更优选为小于2.0％。
Li2O成分为任意成分，其能够改善玻璃熔融性，降低玻璃转移点。
另一方面，通过减少Li2O成分的含有量，能够使玻璃折射率难以降低，且能够减少玻璃失透以及再加热压制时的失透。因此，Li2O成分的含有量优选为5.0％以下，更优选为小于3.0％，还更优选为1.0％以下，进一步优选为小于0.5％。
Li2O成分，可使用Li2CO3、LiNO3、LiF等作为原料。
Al2O3成分以及Ga2O3成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高熔融玻璃的耐失透性。
另一方面，通过使得Al2O3成分或者Ga2O3成分的含有量分别为10.0％以下，能够降低玻璃的液相温度并提高耐失透性。因此，Al2O3成分以及Ga2O3成分含有量，分别优选为10.0％以下，更优选为小于5.0％，还更优选为小于3.0％，进一步优选为小于1.0％。
Al2O3成分可使用Al2O3、Al(OH)3、AlF3等作为原料，Ga2O3成分可使用Ga2O3等作为原料。
Sb2O3成分为任意成分，当其含有量大于0％时，可使熔融玻璃脱泡。
另一方面，通过使得Sb2O3成分的含有量为1.0％以下，能够抑制可见光区域的短波区域中的透过率降低、玻璃过度曝光、内部品质变差。因此，Sb2O3成分的含有量优选为1.0％以下，更优选为小于0.5％，还更优选为小于0.2％，进一步优选为小于0.1％。
Sb2O3成分，可使用Sb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7·5H2O等作为原料。
Na2O成分以及K2O成分的总含有量优选为3.0％以上。由此，能够容易地得到相对折射率的温度系数较小、平均线性热膨胀系数较大且透过率良好的玻璃。因此，质量和(Na2O+K2O)优选为3.0％以上，更优选为大于4.0％，还更优选为大于5.0％，进一步优选为大于6.0％。
另一方面，通过使得该总含有量为30.0％以下，能够抑制化学耐久性变差以及因过剩含有而导致的玻璃折射率的降低。因此，质量和(Na2O+K2O)优选为30.0％以下，更优选为为小于25.0％，还更优选为小于23.0％。
Na2O成分、K2O成分以及BaO成分的总含有量，优选为10.0％以上。由此，能够容易地得到相对折射率的温度系数较小的玻璃。
因此，质量和(Na2O+K2O+BaO)优选为10.0％以上，更优选为大于12.0％，还更优选为大于14.0％，进一步优选为16.0％以上，更进一步优选为大于17.5％。
另一方面，通过使得该总含有量小于35.0％，能够抑制化学耐久性变差以及因过剩含有而导致的玻璃折射率降低、和再加热压制时的失透性变差。因此，质量和(Na2O+K2O+BaO)优选为35.0％，更优选为33.0％以下，还更优选为小于30.0％。
Nb2O5成分与TiO2成分的总含有量优选为30.0％以上。由此，能够维持高折射率，并且减小相对折射率的温度系数。
因此，质量和(Nb2O5+TiO2)优选为30.0％以上，更优选为35.0％以上，还更优选为40.0％以上。
另一方面，通过使得质量和(Nb2O5+TiO2)为65.0％以下，能够降低液相温度，得到稳定的玻璃。因此，质量和(Nb2O5+TiO2)优选为65.0％以下，更优选为63.0％以下，还更优选为60.0％以下。
Na2O成分、K2O成分以及BaO成分总含有量相对于B2O3成分以及TiO2成分总含有量的比率，优选为大于0.5。由此，能够减小相对折射率的温度系数，且使平均线性热膨胀系数变大。因此，质量比(Na2O+K2O+BaO)/(B2O3+TiO2)优选为大于0.5，更优选为大于0.7，还更优选为大于1.0。
另一方面，通过使得质量比(Na2O+K2O+BaO)/(B2O3+TiO2)小于5.5，能够维持所需的折射率与透过率，并且得到得到再加热压制良好的玻璃。因此，质量比(Na2O+K2O+BaO)/(B2O3+TiO2)优选为小于5.5，更优选为小于5.0，还更优选为小于4.8。
通过使得RO成分(其中，R为选自Mg、Ca、Sr、Ba所构成群组中的1种以上)含有量之和(质量和)大于0％，能够提高玻璃折射率、熔融性以及耐失透性。因此，RO成分含有量之和(质量和)的下限优选为大于0％，更优选为大于0.5％，还更优选为大于1.0％。另一方面，通过使得RO成分为30.0％以下，能够使平均线性热膨胀系数增大，并且减少因过剩含有而导致的玻璃折射率的降低或失透。由此，RO成分含有量之和(质量和)的上限优选为30.0％以下，更优选为25.0％以下，还更优选为20.0％以下。
La2O3成分、Gd2O3成分、Y2O3成分、Yb2O3成分以及Ta2O5成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高玻璃的折射率，且提高耐失透性。
另一方面，通过使得La2O3成分、Gd2O3成分、Y2O3成分、Yb2O3成分以及Ta2O5成分的含有量为5.0％以下，能够降低光学玻璃的原料成本，再者，原料的熔解温度降低，因此熔解原料所需的能量降低，故而能够降低光学玻璃的制造成分。因此，各成分的含有量分别优选为5.0％以下，更优选为小于3.0％，还更优选为小于2.0％，进一步优选为小于1.0％。
GeO2成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高玻璃的折射率，且提高耐失透性。
然而，GeO2原料的价格昂贵，若其含有量过多则会导致生产成本升高。因此，GeO2成分的含有量优选为10.0％以下，更优选为小于5.0％，还更优选为小于3.0％，进一步优选为小于1.0％。
GeO2成分，可使用GeO2等作为原料。
Bi2O3成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高折射率、降低阿贝数，且降低玻璃转移点。
另一方面，通过使得Bi2O3成分的含有量为5.0％以下，能够降低玻璃的液相温度并提高耐失透性。因此，Bi2O3成分的含有量优选为5.0％以下，更优选为小于3.0％，还更优选为小于1.0％。特别是，基于获得透过率良好的玻璃的观点，优选为不含有。
Bi2O3成分，可使用Bi2O3等作为原料。
TeO2成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高折射率，且降低玻璃转移点。
另一方面，使用由铂制成的坩埚，或是与熔融玻璃接触部分由铂形成的熔融槽来熔融玻璃原料时，存在TeO2会与铂发生合金化的问题。因此，TeO2成分的含有量优选为10.0％以下，更优选为小于5.0％，还更优选为小于3.0％，进一步优选为小于1.0％。
TeO2成分，可使用TeO2等作为原料。
SnO2成分为任意成分，当其含有量大于0％时，可减少熔融玻璃的氧化并使之清澈，且能够提高玻璃的可见光透过率。
另一方面，通过使得SnO2成分的含有量为3.0％以下，能够减少熔融玻璃的还原而引起的玻璃着色或玻璃失透。再者，SnO2成分与熔解设备(特别是Pt等贵金属)的合金化减少，而可实现熔融设备的使用年限延长。因此，SnO2成分的含有量优选为3.0％以下，更优选为小于1.0％，还更优选为小于0.5％，进一步优选为小于0.1％。
SnO2成分，可使用SnO、SnO2、SnF2、SnF4等作为原料。
再者，使玻璃清澈且消泡的成分，并不限于上述Sb2O3成分或SnO2成分，可使用玻璃制造领域中公知的澄清剂、消泡剂或它们的组合。
F成分为任意成分，当其含有量大于0％时，能够提高玻璃的阿贝数，降低玻璃转移点，并提高耐失透性。
然而，F成分的含有量，即置换上述各金属元素的1种或2种以上氧化物的一部分或全部得到的氟化物的F的合计量，若大于10.0％，则F成分的挥发量变多，因此难以获得稳定的光学常数，而难以获得均质的玻璃。此外，阿贝数会上升到超出需要。
因此，F成分的含有量优选为10.0％以下，更优选为小于5.0％，还更优选为小于3.0％，进一步优选为小于1.0％。
F成分，可使用例如ZrF4、AlF3、NaF、CaF2等作为原料从而被包含在玻璃内。
SiO2成分、Al2O3成分以及ZnO成分总含有量相对于B2O3成分以及Rn2O成分(其中，Rn为选自Li、Na、K所构成群组中的1种以上)的总含有量的比率，优选为15.0以下。通过使该比率变小，能够抑制熔融性恶化。
因此，质量比(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)优选为15.0以下，更优选为12.0以下，还更优选为10.0以下，进一步优选为8.0以下，更进一步优选为6.0以下，还更进一步优选为小于5.0。
另一方面，质量比(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)可以大于0。由此，能够使相对折射率的温度系数变小，并使平均线性热膨胀系数变大。因此，质量比(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)优选为大于0，更优选为大于1.0，还更优选为大于2.0。
通过使得Rn2O成分(Rn为选自Li、Na、K所构成群组中的1种以上)含有量之和(质量和)大于1.0％，能够使相对折射率的温度系数变小，并使平均线性热膨胀系数变大。因此，Rn2O成分含有量之和(质量和)优选为大于1.0％，更优选为大于1.5％，还更优选为大于2.0％。
另一方面，通过使得该质量和在30.0％以下，能够在维持所需的折射率、色散的同时，降低因玻璃粘性降低而导致的失透。因此，Rn2O成分的含有量之和(质量和)优选为30.0％以下，更优选为小于25.0％，还更优选为小于23.0％。
本发明的光学玻璃，优选含有上述Rn2O成分中的2种以上的成分。由此，能够使相对折射率的温度系数变小，透过率良好，故而可以不需要再加热的热处理步骤。特别是，含有包括Na2O成分与K2O成分的2种以上的成分作为Rn2O成分，基于能够使平均线性热膨胀系数变大、透过率良好、相对折射率的温度系数变小的点，是优选的。
Ln2O3成分(其中，Ln为选自La、Gd、Y、Yb、Lu所构成群组中的1种以上)含有量之和(质量和)优选为5.0％以下。
由此，能够得到耐失透性优异、且透过率良好的玻璃。因此，Ln2O3成分含有量之和(质量和)优选为5.0％以下，更优选为3.5％以下，还更优选为小于2.0％。
<关于不应该含有的成分>
接下来，对于本发明光学玻璃中不应该含有的成分以及不适合含有的成分进行说明。
在不损害本发明的玻璃特性的范围内，可根据需要添加其他成分。然而，除了Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Lu之外，V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等各种过渡金属成分，具有分别单独含有或是以复合型态含有时，即便是少量含有仍会使玻璃着色，对可见光区域中特定波长的光进行吸收的性质，因此，特别是在使用可见光区域的波长的光学玻璃中，优选为实质上不含有。
此外，PbO等铅化合物以及As2O3等砷化合物，由于是对环境负担高的成分，优选实质上不含有，即除了无法避免的混入之外，完全不含有。
另外，Th、Cd、Tl、Os、Be以及Se各成分近年来被认为是有害的化学物质，而有避免使用的倾向，不仅是在玻璃制造步骤，甚至在加工步骤以及到制品化后的废弃处理为止，都必须有环境对策上的措施。因此，在重视环境上的影响的情况下，优选为实质上不含有这些成分。
[制造方法]
本发明的光学玻璃，例如能够如下述方式加以制作。即，上述各成分的原料，均是选择与其相应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氟化物、氢氧化物、偏磷酸化合物等一般光学玻璃所使用的高纯度原料，再将这些原料均匀地混合成各成分在规定的含有量范围内，将制作而成的混合物放入铂坩埚中，根据玻璃原料的熔解难易度，使用电炉在1000℃至1500℃的温度范围下，熔解1小时至10小时，并搅拌使其均质化后，降至适当的温度，再浇铸于铸模中，加以缓冷却，由此制作出本发明的光学玻璃。
<物性>
本发明的光学玻璃，优选具有高折射率以及低阿贝数(高色散)。
特别是，本发明的光学玻璃的折射率(nd)优选为1.65以上，更优选为1.67以上，还更优选为1.69以上。该折射率(nd)优选为2.00以下，更优选为1.98以下，还更优选为1.96以下，进一步优选为1.95以下。
另外，本发明的光学玻璃的阿贝数(νd)优选为10.0以上，更优选为13.0以上，还更优选为15.0以上，进一步优选为17.0以上。该阿贝数(νd)优选为35.0以下，更优选为34.0以下，还更优选为32.0以下，进一步优选为30.0以下。
通过具有如此高的折射率，在实现光学元件的薄型化的情形下，也可得到较大的光的折射量。此外，通过具有如此高的色散，在作为单透镜使用时，能够通过光的波长来适当地移动焦点。因此，例如与具有低色散(高阿贝数)的光学元件组合来构成光学系统时，能够降低整个光学系统的像差，能够实现高成像特性等。
如此，本发明的光学玻璃，可在光学设计上发挥功效，特别是在构成光学系统时，除了能够实现高成像特性等之外，还能够实现光学系统的小型化，能够提高光学设计上的自由度。
本发明的光学玻璃，相对折射率的温度系数(dn/dT)的值较低。
更具体而言，本发明的光学玻璃的相对折射率的温度系数，其上限值优选为+3.0×10-6℃-1，更优选为+1.5×10-6℃-1，还更优选为+1.0×10-6℃-1，且可以是该上限值或者比该上限值更低(减小侧)的值。
另一方面，本发明的光学玻璃的相对折射率的温度系数的下限值优选为－10.0×10-6℃-1，更优选为－8.0×10-6℃-1，还更优选为－7.0×10-6℃-1，且可以是该下限值或者比该下限值更高(增大侧)的值。
其中，作为具有1.65以上的折射率(nd)，且具有10以上且35以下的阿贝数(νd)的玻璃，相对折射率的温度系数较低的玻璃并不多见，使得对因温度变化所造成的成像失焦等状况进行校正的选择变多，而能够更容易地进行校正。因此，通过使得相对折射率的温度系数在如此的范围，能够有助于校正因温度变化所造成的成像失焦等。
本发明光学玻璃的相对折射率的温度系数，是指光学玻璃在同样温度的空气中的折射率(589.29nm)的温度系数，通过将温度从40℃变化至60℃时，每1℃所对应的变化量(℃-1)来表示。
本发明的光学玻璃在100℃至300℃中的平均线性热膨胀系数α优选为80(10-7℃-1)以上。即，本发明的光学玻璃在100℃至300℃中的平均线性热膨胀系数α优选为80(10-7℃-1)以上，更优选为85(10-7℃-1)以上，还更优选为90(10-7℃-1)以上。
通常来说，若平均线性热膨胀系数α较大则玻璃在加工时容易发生破裂，因此需要平均线性热膨胀系数α的值较小。另一方面，基于与相对折射率的温度系数较低且平均线性热膨胀系数α的值较大的玻璃材料进行组合并接合的观点，需要平均线性热膨胀系数α的值与该玻璃材料的值相同或近似。
其中，在具有1.65以上的折射率(nd)，且具有10以上且35以下的阿贝数(νd)的玻璃中，平均线性热膨胀系数α较大的玻璃材料较少，在与低折射率低色散的玻璃材料组合进行使用的情况下，像本发明这样的平均线性热膨胀系数α具有较大的值的玻璃，用处更大。
本发明的光学玻璃，优选可见光透过率，特别是可见光的中短波长侧的光透过率较高，并且着色少。
特别地，本发明的光学玻璃，若以玻璃的透过率表示，则厚度10mm的样品示出的分光透过率为80％时的最短波长(λ80)，优选为460nm以下，更优选为450nm以下，还更优选为440nm以下。
另外，本发明的光学玻璃中，厚度10mm的样品示出的分光透过率为70％时的最短波长(λ70)，优选为430nm以下，更优选为420nm以下，还更优选为410nm以下。
另外，本发明的光学玻璃中，厚度10mm的样品示出的分光透过率为5％时的最短波长(λ5)，优选为400nm以下，更优选为390nm以下，还更优选为380nm以下。
根据上述，由于玻璃的吸收端位于紫外线区域的附近，且玻璃对可见光的透明性高，因此该光学玻璃能够优选地被用作透镜等使光透过的光学元件。
[预成形体及光学元件]
可使用例如研磨加工的方法，或是再加热压制成形、精密压制成形等模压成形的方法，由制成的光学玻璃来制作出玻璃成形体。即，能以下述列举的方式制作玻璃成形体：对光学玻璃进行磨削及研磨等的机械加工以制作玻璃成形体；或者，由光学玻璃制作出模压成形用的预成形体，并对该预成形体进行再加热压制成形后，进行研磨加工以制作玻璃成形体；或者，对进行研磨加工而制成的预成形体，或是对通过公知的漂浮成形等而成形的预成形体，进行精密压制成形，制作玻璃成形体等。此外，制作玻璃成形体的方法，并不限于上述这些方法。
如此，本发明的光学玻璃可在各式各样的光学元件及光学设计上发挥功效。其中，尤其理想的是，由本发明的光学玻璃形成预成形体，并使用该预成形体进行再加热压制成形或精密压制成形等，制作出透镜或棱镜等光学元件。由此，可形成直径较大的预成形体，因此，能够实现光学元件的大型化，并且在用于光学设备时能够实现高清晰且高精密度的成像特性及投影特性。
由本发明光学玻璃而成的玻璃成形体，例如能够应用于透镜、棱镜、镜子等光学元件的用途，典型地能够用于车载用光学设备、投影仪机或复印机等，容易产生高温的设备。
[实施例]
本发明的实施例(No.1至No.51)及比较例(No.A、No.B)的组成，以及这些玻璃的折射率(nd)、阿贝数(νd)、相对折射率的温度系数(dn/dT)、平均线性热膨胀系数(100℃至300℃)、透过率(λ80、λ70、λ5)的结果在表1至表8中示出。此外，以下实施例仅作为例示的目的，本发明并不限于这些实施例。
本发明的实施例以及比较例的玻璃，作为各成分的原料，均选择与其相应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氟化物、偏磷酸化合物等通常光学玻璃所使用的高纯度原料，再将这些原料以成为表中所示各实施例的组成的比例的方式进行秤重并均匀地混合后，投入铂坩埚，并根据玻璃原料的熔解难易度使用电炉在800℃至1300℃的温度范围下熔解1小时至10小时后，搅拌使其均质化，再浇铸于铸模中，加以缓冷却，而制作出玻璃。
实施例以及比较例的玻璃的折射率(nd)及阿贝数(νd)，用对氦灯的d线(587.56nm)的测量值表示。此外，阿贝数(νd)，使用上述对d线的折射率、对氢灯的F线(486.13nm)的折射率(nF)、对C线(656.27nm)的折射率(nC)的值，基于阿贝数(νd)＝[(nd-1)/(nF-nC)]的式子，由此计算出。
实施例以及比较例的玻璃的相对折射率的温度系数(dn/dT)，是根据日本光学玻璃工业会标准JOGIS18-2008“光学玻璃的折射率的温度系数的测量方法”中所记载方法中的干涉法，对于波长589.29nm的光，测量出的40℃至60℃范围内的相对折射率的温度系数的值。
再者，实施例以及比较例的玻璃的平均线性热膨胀系数(100℃至300℃)，是根据日本光学玻璃工业会标准JOGIS08-2003“光学玻璃的热膨胀测量方法”测量温度与样品的伸长率的关系，由此获得热膨胀曲线，进而求出平均线性热膨胀系数。
实施例的玻璃透过率，是根据日本光学玻璃工业会标准JOGIS02-2003测量的。此外，在本发明中，通过测量玻璃的透过率，可求出玻璃的着色的有无与程度。具体而言，根据JISZ8722，测量厚度10±0.1mm的对面平行研磨件的200nm至800nm的分光透过率，求出λ80(透过率为80％时的波长)、λ70(透过率为70％时的波长)以及λ5(透过率为5％时的波长)。
【表1】
Figure BDA0002319316870000131
【表2】
【表3】
Figure BDA0002319316870000151
【表4】
Figure BDA0002319316870000161
【表5】
Figure BDA0002319316870000171
【表6】
Figure BDA0002319316870000181
【表7】
Figure BDA0002319316870000191
【表8】
Figure BDA0002319316870000201
本发明实施例的光学玻璃，通过含有P2O5成分以及Nb2O5成分，并含有规定量的Na2O成分以及K2O成分，能够得到相对折射率的温度系数的值较小的低价格的玻璃。
如表所示，实施例的光学玻璃中的任一个，其相对折射率的温度系数均在+1.0×10-6(℃-1)至－10.0×10-6(℃-1)的范围内，更详细地在+3.0×10-6(℃-1)至－10.0×10-6(℃-1)的范围内，均在所需的范围内。
再者，实施例的光学玻璃中的任一个，其折射率(nd)均为1.65以上，均在所需的范围内。再者，本发明实施例的光学玻璃中的任一个，其其阿贝数(νd)均在10以上且35以下的范围内，均在所需的范围内。
再者，实施例的光学玻璃中的任一个，其平均线性热膨胀系数(100℃至300℃)均为80(10-7℃-1)以上。
再者，实施例的光学玻璃，透过率(λ80)为460nm以下，透过率(λ70)为430nm以下，透过率(λ5)为400nm以下。
再者，实施例的光学玻璃，形成了稳定的玻璃，在制作玻璃时不易发生失透。另一方面，比较例A的玻璃发生了失透，故未进行玻璃化。
因此，可清楚得知，实施例的光学玻璃，折射率(nd)以及阿贝数(νd)均在所需的范围内，相对折射率的温度系数的值较小，能够以更低廉的材料成本得到玻璃。由此可知，本发明实施例的光学玻璃，有助于在高温环境下使用的车载用光学设备或投影仪等光学系统的小型化，有助于校正因温度变化而造成的成像特性的失焦等。
进而，使用本发明实施例的光学玻璃，形成玻璃块，对该玻璃块进行磨削以及研磨，加工成透镜以及棱镜形状。其结果是，能够稳定地加工成各式各样的透镜以及棱镜的形状。
以上，虽然以例示的目的来详细地说明了本发明，但本实施例的目的仅在于作为例示，应能充分理解在不偏离本发明的思想及范围的情况下，所属技术领域中具有通常知识者可对本发明进行许多变更。

Claims (7)

1.一种光学玻璃，以质量％计，含有：
P2O5成分为20.0％至40.0％；
Nb2O5成分为25.0至50.0％；以及
质量和(Na2O+K2O)为3.0％至30.0％；
所述光学玻璃的589.29nm的相对折射率在40℃至60℃下的温度系数，处于+3.0×10-6℃-1至－10.0×10-6℃-1的范围。
2.如权利要求1所述的光学玻璃，其中，质量和(Na2O+K2O+BaO)为10.0％至35.0％。
3.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其中，100℃至300℃的平均线性热膨胀系数α为80(10-7℃-1)以上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光学玻璃，其中，折射率(nd)为1.65以上且为2.00以下，阿贝数(νd)为10以上且为35以下。
5.一种预成形体，由权利要求1至4中任一项所述的光学玻璃而成。
6.一种光学元件，由权利要求1至4中任一项所述的光学玻璃而成。
7.一种光学设备，具备如权利要求6所述的光学元件。
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