CN113825731A - 光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可见区域的光透射率特性和耐失透性优异、具有高折射率特性的光学玻璃。本发明的光学玻璃,其特征在于,该光学玻璃含有按质量%计为3%~18%的SiO2、5%~11.5%的B2O3、0~7%的Al2O3、0~11%的CaO、1%以下的ZnO、7%~20%的TiO2、3%~38%的Nb2O5、27%~49.8%的La2O3、6%~14%的Gd2O3、0~5%的Y2O3、小于6%的Ta2O5、0.6%以下的WO3,按质量%计B2O3/SiO2为1~2。

Description

光学玻璃
技术领域
本发明涉及一种用于透镜等光学元件的光学玻璃。
例如在带投影仪的眼镜、眼镜型或护目镜型显示器、虚拟现实或增强现实显示装置、虚像显示装置等可穿戴设备中,使用玻璃材料作为透镜等光学元件。从图像的广角化、高亮度/高对比度化、导光特性提高性等方面考虑,对于所述玻璃材料要求高折射率特性。此外,在车载用摄像机、机器人用视觉传感器等的用途中,使用了小型且拍摄视角广的摄像玻璃透镜(例如,参照专利文献1)。对于这样的摄像玻璃透镜也要求高折射率特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-74572号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而,以往,在制成高折射率的玻璃组成的情况下,作为提高折射率的成分,大多使用对可见区域有吸收的元素。因此,通常高折射率玻璃存在可见区域的光透射率低的问题。此外,在制成高折射率的玻璃组成的情况下,存在构成玻璃骨架的成分变少的倾向。因此,通常高折射率玻璃存在容易失透、量产性差这样的问题。
鉴于以上,本发明的目的在于提供一种可见区域的光透射率特性和耐失透性优异、具有高折射率特性的光学玻璃。
技术方案
本发明人等进行了反复研究,结果发现,通过含有TiO2、Nb2O5、La2O3、Gd2O3这样的高折射率成分,并且严格地限制有助于玻璃化稳定性的SiO2和B2O3的含量,能解决所述问题。
即,本发明的光学玻璃的特征在于,所述光学玻璃含有按质量%计为3%~18%的SiO2、5%~11.5%的B2O3、0~7%的Al2O3、0~11%的CaO、1%以下的ZnO、7%~20%的TiO2、3%~38%的Nb2O5、27%~49.8%的La2O3、6%~14%的Gd2O3、0~5%的Y2O3、小于6%的Ta2O5、0.6%以下的WO3,按质量%计B2O3/SiO2为1~2。
优选的是,本发明的光学玻璃含有按质量%计为36%以上的Ln2O3(其中,Ln为选自La、Gd、Y以及Yb中的至少一种)。
优选的是,本发明的光学玻璃含有按质量%计为0%以上且小于0.2%的BaO。
优选的是,本发明的光学玻璃的折射率(nd)为1.84~2.04。
优选的是,本发明的光学玻璃的液相温度为1150℃以下。
优选的是,本发明的光学玻璃在波长500nm下且厚度5mm时的直线透射率为72%以上。
本发明的光学元件的特征在于由上述的光学玻璃构成。有益效果
根据本发明,能提供一种可见区域的光透射率特性和耐失透性优异、具有高折射率特性的光学玻璃。
具体实施方式
本发明的光学玻璃的特征在于,所述光学玻璃含有按质量%计为3%~18%的SiO2、5%~11.5%的B2O3、0~7%的A12O3、0~11%的CaO、1%以下的ZnO、7%~20%的TiO2、3%~38%的Nb2O5、27%~49.8%的La2O3、6%~14%的Gd2O3、0~5%的Y2O3、小于6%的Ta2O5、0.6%以下的WO3,按质量%计B2O3/SiO2为1~2。以下,对将玻璃组成如此限定的理由进行说明。需要说明的是,在以下与各成分的含量有关的说明中,只要没有特别的说明,“%”是指“质量%”。
SiO2是玻璃骨架成分,是提高玻璃化稳定性和化学耐久性的成分。SiO2的含量为3%~18%,优选为3.5%~15%、4%~12%,特别优选为5%~10%。若SiO2的含量过少,则不易得到上述效果。另一方面,若SiO2的含量过多,则存在折射率降低的倾向。
B2O3是有助于玻璃化稳定性的成分。B2O3的含量为5%~11.5%,优选为6.5%~11.5%、7%~11%、8%~10.5%,特别优选为9%以上且小于10.5%。若B2O3的含量过少,则不易得到上述效果。另一方面,若B2O3的含量过多,则存在折射率降低并且化学耐久性降低的倾向。
需要说明的是,为了提高玻璃化稳定性、提高量产性,优选适当地调节SiO2与B2O3的比例。具体而言,按质量比计B2O3/SiO2为1~2,优选为1.3~1.99,特别优选为1.5~1.98。需要说明的是,在本说明书中,“X/Y”是指X的含量除以Y的含量而得到的值。
Al2O3是提高耐水性的成分。但是,若其含量过多,则玻璃容易失透。因此,Al2O3为0~7%,优选为0~5%、0~2%,特别优选为0~1%。
CaO是碱土类金属氧化物中特别容易有助于玻璃稳定化的成分。但是,若其含量过多,则存在折射率降低的倾向。因此,CaO的含量为0~11%,优选为0.1%~9%、1%~8%、2%~7%,特别优选为3%~6%。
ZnO是在本发明的组成体系中促进失透的成分,其含量优选少。具体而言,ZnO的含量为1%以下,优选为0.5%以下,进一步优选为0.1%以下,特别优选不含有。
TiO2是提高玻璃的折射率的成分。此外,也具有提高化学耐久性的效果。TiO2的含量为7%~20%,优先为8%~18%、9%~17%,特别优选为10%~16%。若TiO2的含量过少,则不易得到上述效果。另一方面,若TiO2的含量过多,则存在玻璃的可见区域的透射率降低、玻璃化稳定性也降低的倾向。
Nb2O5是提高玻璃的折射率的成分。Nb2O5的含量为3%~38%,优选为4%~30%、5%~19%、6%~14%,特别优选为7%~10%。若Nb2O5的含量过少,则不易得到上述效果。另一方面,若Nb2O5的含量过多,则耐失透性容易降低且量产性容易降低。此外,存在可见区域的光透射率降低的倾向。
La2O3是提高折射率、此外也提高玻璃化稳定性的成分。La2O3的含量为27%~49.8%,优选为30%~49.5%、35%~49%,特别优选为38%~48.5%。若La2O3的含量过少,则不易得到上述效果。另一方面,若La2O3的含量过多,则变得容易失透。存在耐失透性下降而量产性差的倾向。
Gd2O3也是提高折射率、此外也提高玻璃化稳定性的成分。Gd2O3的含量为6%~14%,优选为6%~10%,特别优选为6%~9%。
Y2O3是提高玻璃化稳定性且不会降低折射率的成分。但是,若其含量过多,则容易产生失透、波筋。由此,Y2O3的含量为0~5%,优选为0.1%~4%、0.3%~2%、0.4%~1%,特别优选为0.5%~0.8%。
Ta2O5是提高折射率的成分。然而,若其含量过多,则容易分相、失透。此外,Ta2O5为稀有且高价的成分,因此若其含量变多,则原料母料成本变高。鉴于以上,Ta2O5的含量小于6%,优选为3%以下、1%以下,特别优选不含有。
WO3是提高折射率的成分,但存在使可见区域的光透射率降低的倾向。因此,其含量为0.6%以下,优选为0.5%以下、0.3%以下,特别优选不含有。
本发明的光学玻璃中,除了上述成分以外,还可以含有以下的成分。
Yb2O3是提高折射率的成分。但是,若其含量过多,则容易产生失透、波筋。由此,Yb2O3的含量优选为0~10%、0~8%。
ZrO2是提高折射率、化学耐久性的成分。ZrO2的含量优选为0~10%、1%~9%、3%~8%、4%~7.5%,特别优选为5%~7%。若ZrO2的含量过多,则容易失透。
SrO是有助于玻璃化稳定性的成分。但是,若其含量过多,则存在折射率降低的倾向。因此,SrO的含量优选为0~11%、0.1%~9%,特别优选为1%~8%。
BaO是有助于玻璃化稳定性、并且提高折射率的成分。但是,若含有BaO,则玻璃的密度变大,存在由本发明的光学玻璃构成的光学元件的重量变大的倾向。因此,特别不优选用于可穿戴设备等用途。因此,BaO的含量优选为1%以下、0.5%以下、0.2%以下,特别优选不含有。
Li2O、Na2O、K2O是使软化点降低的成分,但若其含量过多,则容易失透。由此,这些成分的含量优选分别为0~3%、分别为0~1%,特别优选不含有。
Ln2O3优选为36%以上、40%以上、45%以上,特别优选为48%以上。据此,能提高折射率和可见区域的光透射率。Ln2O3的含量的上限没有特别限定,但若过多则容易失透,因此优选为70%以下、65%以下,特别优选为60%以下。需要说明的是,在Ln2O3中的Ln为选自La、Gd、Y以及Yb中的至少一种。即,Ln2O3是指La2O3、Gd2O3、Y2O3以及Yb2O3的合计量。
在本发明中,为了得到高折射率且玻璃化稳定性优异的玻璃,优选适当地调节SiO2和B2O3的合计量与Ln2O3的比例。具体而言,(SiO2+B2O3)/Ln2O3优选为0.15~0.9、0.2~0.6,特别优选为0.25~0.5。需要说明的是,在本说明书中“X+Y+......”是指各成分的合计量。
在本发明中,为了得到高折射率且可见区域的透射率优异的玻璃,优选适当地调整Nb2O5、TiO2、WO3的比例。具体而言,按质量比计Nb2O5/(Nb2O5+TiO2+WO3)优选为0.15~0.8、0.2~0.6,特别优选为0.3~0.5。
为了得到高折射率且可见区域的透射率优异的玻璃,优选适当地调整TiO2与Nb2O5的比例。具体而言,按质量比计TiO2/Nb2O5优选为0.3以上、0.5以上、0.8以上,特别优选为1以上。若所述比率过小,则不易得到上述效果。此外,还存在玻璃化变得不稳定的倾向。
在本发明中,为了得到可见区域的透射率优异的玻璃,优选适当地调整TiO2、WO3以及Nb2O5的合计量。具体而言,TiO2+WO3+Nb2O5优选为45%以下、30%以下、27%以下,特别优选为25%以下。
在本发明中,为了提高折射率和可见区域的光透射率,并且提高玻璃化稳定性,优选适当地调整Y2O3与Ln2O3的比例。具体而言,Y2O3/Ln2O3优选为0~0.1、0.005~0.05,特别优选为0.01~0.3。
在本发明中,为了提高折射率和可见区域的光透射率,并且提高玻璃化稳定性,优选适当地调整Gd2O3与Ln2O3的比例。具体而言,Gd2O3/Ln2O3优选为0.1~0.25,特别优选为0.12~0.2。
在本发明中,为了得到高折射率且可见区域的透射率优异的玻璃,优选适当地调整Nb2O5、TiO2、ZrO2、WO3、Ln2O3的比例。具体而言,按质量比计Nb2O5/(Nb2O5+TiO2+ZrO2)优选为0.1~0.46、0.15~0.4,特别优选为0.2~0.37。
在本发明中,为了提高折射率和可见区域的光透射率,并且提高玻璃化稳定性,优选适当地调整TiO2和B2O3的合计量与WO3和Nb2O5的合计量的比例。具体而言,(TiO2+B2O3)/(WO3+Nb2O5)优选为1.6~4,特别优选为2~3.5。
在本发明中,为了提高玻璃化稳定性,优选适当地调整CaO、SrO、BaO以及ZnO的合计量与Nb2O5、La2O3、TiO2以及ZrO2的合计量的比例。具体而言,(CaO+SrO+BaO+ZnO)/(TiO2+Nb2O5+La2O3+ZrO2)优选为0~0.6、0.01~0.4,特别优选为0.03~0.3。
需要说明的是,As成分(As2O3等)、Pb成分(PbO等)因环境负担大而优选不含有。
本发明的光学玻璃的折射率(nd)优选为1.84~2.04、1.88~2.01,特别优选为1.89~2.00。此外,对于在本发明的光学玻璃的可见区域的光透射率,在厚度5mm时的光透射率(直线透射率)在波长500nm下优选为72%以上,更优选为74%以上,进一步优选为75%以上。本发明的光学玻璃通过满足上述光学特性,适合作为小型且能进行高范围拍摄的摄像玻璃透镜等光学元件。
需要说明的是,本发明的光学玻璃的阿贝数(ν d)没有特别限定,但考虑玻璃化稳定性,优选为39以下、35以下,特别优选为31以下,进一步优选为30以下。
本发明的光学玻璃的部分色散比(θg、F)优选为0.615以下、0.61以下,特别优选为0.6以下。若部分色散比过大,则容易产生色像差。
本发明的光学玻璃的液相温度优选为1150℃以下、1100℃以下,特别优选为1070℃以下。据此,在熔融时、成型时不易失透,因此量产性容易提高。
实施例
以下,使用实施例对本发明进行详细说明,但本发明并不限定于这些实施例。
表1和表2示出本发明的实施例(No.1~10)。
[表1]
Figure BDA0003357698230000071
[表2]
Figure BDA0003357698230000081
首先,以成为表1和表2所示的各组成的方式调配玻璃原料,使用铂坩埚在1200~1350℃下熔融2小时。使熔融玻璃流出至碳板上,进一步通过在700~800℃下保持2~72小时进行退火后,制作出适于各测定的试样。
对于所得到的试样,测定出折射率(nd)、阿贝数(vd)、光透射率、液相温度。将结果示于表1和表2。
折射率以相对于氦灯的d线(587.6nm)的测定值表示。
对于阿贝数,使用上述d线的折射率、氢灯的F线(486.1nm)、相同氢灯的C线(656.3nm)的折射率的值,根据阿贝数(νd)=[(nd-1)/(nF-nC)]的公式来计算出。
液相温度通过如下方式来测定:利用电炉在1200℃-0.5小时的条件下将玻璃再熔融后,在具有温度梯度的电炉中保持18小时后,从电炉中取出,在空气中放置冷却,利用光学显微镜求出失透物的析出位置。
直线透射率如以下方式测定。对于经光学研磨的厚度为5mm+0.1mm的试样,使用分光光度计(株式会社岛津制作所制,UV-3100),以0.5nm间隔测定出包括表面反射损失的直线透射率。根据通过测定得到的光透射率曲线读取在波长500nm下的直线透射率。
如表1和表2所示,作为实施例的No.1~10的试样显现期望的光学特性,并且液相温度低至1150℃以下,耐失透性优异。此外,在波长500nm下的直线透射率良好为73%以上。

Claims (7)

1.一种光学玻璃,其特征在于,所述光学玻璃含有按质量%计为3%~18%的SiO2、5%~11.5%的B2O3、0~7%的Al2O3、0~11%的CaO、1%以下的ZnO、7%~20%的TiO2、3%~38%的Nb2O5、27%~49.8%的La2O3、6%~14%的Gd2O3、0~5%的Y2O3、小于6%的Ta2O5、0.6%以下的WO3,按质量%计B2O3/SiO2为1~2。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃,其特征在于,所述光学玻璃含有按质量%计为36%以上的Ln2O3,其中,Ln为选自La、Gd、Y以及Yb中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,所述光学玻璃含有按质量%计为0以上且小于0.2%的BaO。
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,折射率(nd)为1.84~2.04。
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,液相温度为1150℃以下。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的光学玻璃,其特征在于,在波长500nm下且厚度5mm时的直线透射率为72%以上。
7.一种光学元件,其特征在于,所述光学元件由权利要求1~6中任一项所述的光学玻璃构成。
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