CN115244015A - 光学玻璃及光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供折射率高、且比重较低的光学玻璃及光学元件。为此,本发明提供一种光学玻璃,其为SiO2‑TiO2‑Nb2O5系玻璃,SiO2的含量为10质量%以上,Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Na2O+K2O+Cs2O]为11.0质量%以下,比重与折射率nd满足下述式(1)。nd≥0.2×比重+1.18···(1)。
Description
技术领域
本发明涉及光学玻璃及光学元件。
背景技术
近年来,伴随着AR(增强现实)技术的进展,作为AR设备,已开发了例如护目镜型或眼镜型的显示装置。例如,对于护目镜型的显示装置,需要高折射率且低比重的透镜,对于能够适用于这样的透镜的玻璃的需求正不断提高。
在专利文献1~4中公开了高折射率的光学玻璃。但是,在作为AR设备用透镜而采用时,均存在着比重相对于折射率过大的问题。
因此,要求在保持高折射率的同时、比重降低了的光学玻璃。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5766002号公报
专利文献2:日本专利第5734587号公报
专利文献3:日本特开2016-88759号公报
专利文献4:日本特开2019-34874号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明鉴于这样的实际情况而完成,目的在于提供折射率高、且比重较低的光学玻璃及光学元件。
解决问题的方法
本发明的主旨如下所述。
(1)一种光学玻璃,其为SiO2-TiO2-Nb2O5系玻璃,其中,
SiO2的含量为10质量%以上,
Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Na2O+K2O+Cs2O]为11.0质量%以下,
该光学玻璃的比重与折射率nd满足下述式(1):
nd≥0.2×比重+1.18···(1)。
(2)一种光学玻璃,其中,
SiO2的含量为1~50质量%,
TiO2的含量为1~50质量%,
BaO的含量为0~16.38质量%,
Nb2O5的含量1~50质量%,
Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]为0.1~20质量%,
La2O3、Gd2O3及Y2O3的合计含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]为0~10质量%,
TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]为45~65质量%,
TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]为0.3以上,
Li2O的含量与Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]为0.1~1,
该光学玻璃的阿贝数νd为25以下,
该光学玻璃的折射率nd为1.86以上。
(3)一种光学玻璃,其中,
SiO2的含量为1~50质量%,
TiO2的含量为1~50质量%,
Nb2O5的含量为1~50质量%,
Na2O的含量为0~8质量%,
TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]为40~80质量%,
TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]为0.3以上,
该光学玻璃的折射率nd为1.88以上,
该光学玻璃的折射率nd与比重的比率[折射率nd/比重]为0.50以上。
(4)根据(3)所述的光学玻璃,其中,
BaO的含量小于16.0质量%。
(5)一种光学玻璃,其中,
Li2O的含量、与除SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量的质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]为0.02以上,
TiO2的含量、与TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、SrO、BaO、ZnO、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Ta2O5及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]为0.40以上,
该光学玻璃的折射率nd为1.86以上。
(6)一种光学元件,其由上述(1)~(5)中任一项所述的光学玻璃制成。
(7)一种导光板,其由上述(1)~(5)中任一项所述的光学玻璃制成。
(8)根据(7)所述的导光板,其表面具有衍射光栅。
(9)一种图像显示装置,其具备:
图像显示元件、和
对由上述图像显示元件出射的光进行导光的导光板,
其中,上述导光板由(1)~(5)中任一项所述的光学玻璃制成。
发明的效果
根据本发明,可以提供折射率高、且比重较低的光学玻璃及光学元件。
附图说明
图1是对第1实施方式的光学玻璃的一例、和在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃,以折射率nd为纵轴、以比重为横轴进行作图而得到的坐标图。
图2是示出使用了作为本发明的一个方式的导光板的头戴式显示器的构成的图。
图3是示意性地示出使用了作为本发明的一个方式的导光板的头戴式显示器的构成的侧视图。
图4是对第4实施方式的光学玻璃的一例、和在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃,以质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]为纵轴、以质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]为横轴进行作图而得到的坐标图。
图5是对第4实施方式的光学玻璃的一例、和在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃,以折射率nd与比重的比率[折射率nd/比重]为纵轴、以质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]为横轴进行作图而得到的坐标图。
图6是比较例1中得到的玻璃样品的照片。
图7是比较例2中得到的玻璃样品的照片。
图8是比较例4中得到的玻璃样品的照片。
图9是比较例5中得到的玻璃样品的照片。
图10是比较例6中得到的玻璃样品的照片。
图11是比较例7中得到的玻璃样品的照片。
具体实施方式
在本发明及本说明书中,只要没有特别记载,玻璃组成以氧化物基准表示。此处,“氧化物基准的玻璃组成”是指,按照玻璃原料在熔融时全部分解而在玻璃中以氧化物的形式存在的物质进行换算而得到的玻璃组成。将以氧化物基准表示的全部玻璃成分(作为澄清剂添加的Sb(Sb2O3)及Ce(CeO2)除外)的合计含量设为100质量%。各玻璃成分的表述按照习惯记载为SiO2、TiO2等。只要没有特别记载,则玻璃成分的含量及总含量为质量基准,“%”是指“质量%”。
玻璃成分的含量可以通过公知的方法、例如电感耦合等离子体发射光谱分析法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱分析法(ICP-MS)等方法进行定量。另外,在本说明书及本发明中,构成成分的含量为0%是指,实质上不含该构成成分,允许以不可避免的杂质水平含有该成分。
以下,将本发明分为第1实施方式、第2实施方式、第3实施方式、第4实施方式进行说明。
第1实施方式
第1实施方式的光学玻璃是SiO2-TiO2-Nb2O5系玻璃,其中,
SiO2的含量为10质量%以上,
Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Na2O+K2O+Cs2O]为11.0质量%以下,
比重与折射率nd满足下述式(1),
nd≥0.2×比重+1.18···(1)。
第1实施方式的光学玻璃是SiO2-TiO2-Nb2O5系玻璃。即,包含SiO2、TiO2及Nb2O5作为玻璃成分。通过形成为SiO2-TiO2-Nb2O5系玻璃,能够抑制强度及化学耐久性的降低。
在第1实施方式的光学玻璃中,SiO2的含量为10%以上。SiO2的含量的下限优选为12%,进一步以15%、18%、20%的顺序更优选。另外,SiO2的含量的上限优选为40%,进一步以38%、35%、33%、30%的顺序更优选。
SiO2为玻璃的网络形成成分。通过将SiO2的含量设为上述范围,能够改善玻璃的热稳定性、化学耐久性、耐候性,另外,能够提高熔融玻璃的粘度。另一方面,SiO2的含量过多时,存在玻璃的折射率降低、无法得到期望的光学特性的隐患。
在第1实施方式的光学玻璃中,Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Na2O+K2O+Cs2O]为11.0%以下。该总含量的上限优选为10.0%,进一步以9.0%、8.0%、7.0%、6.0%的顺序更优选。另外,该总含量的下限优选为0%。
通过将总含量[Na2O+K2O+Cs2O]设为上述范围,能够保持玻璃的热稳定性,并且将折射率保持为较高水平。
在第1实施方式的光学玻璃中,折射率nd与比重满足下述式(1)。优选满足下述式(2),更优选满足下述式(3)。通过使折射率nd与比重满足下式,可得到折射率高、且相比而言比重降低了的光学玻璃。
nd≥0.2×比重+1.18···(1)
nd≥0.2×比重+1.19···(2)
nd≥0.2×比重+1.20···(3)
对于第1实施方式的光学玻璃中的除上述以外的玻璃成分的含量、比率及特性,以下示出非限定性的实例。
在第1实施方式的光学玻璃中,P2O5的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。P2O5的含量也可以为0%。
为了得到折射率高、并且比重降低了的光学玻璃,P2O5的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,B2O3的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、0.8%、1.0%的顺序更优选。
B2O3为玻璃的网络形成成分。B2O3具有改善玻璃的热稳定性的作用,但B2O3的含量过多时,存在折射率降低的隐患。因此,B2O3的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Al2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。Al2O3的含量也可以为0%。
Al2O3具有提高化学耐久性的作用,但Al2O3的含量过多时,存在玻璃的熔融性变差的隐患。因此,Al2O3的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,SiO2及Al2O3的合计含量[SiO2+Al2O3]的下限优选为10%,进一步以13%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%、30%的顺序更优选。
为了提高玻璃的热稳定性,总含量[SiO2+Al2O3]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量与SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(SiO2+Al2O3)]的下限优选为0.01,进一步以0.02、0.03、0.04的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.20,进一步以0.18、0.15、0.13、0.10的顺序更优选。
从提高化学耐久性、热稳定性的观点考虑,质量比[B2O3/(SiO2+Al2O3)]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,B2O3及P2O5的合计含量[B2O3+P2O5]的下限优选为0.5%,进一步以0.8%、1.0%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。
从提高化学耐久性、热稳定性的观点考虑,总含量[B2O3+P2O5]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,B2O3及SiO2的合计含量[B2O3+SiO2]的下限优选为10%,进一步以15%、18%、20%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
为了得到折射率高的光学玻璃,总含量[B2O3+SiO2]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,ZrO2的含量的下限优选为0%,进一步以0.1%、0.5%、1.0%的顺序更优选。另外,ZrO2的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。ZrO2的含量也可以为0%。
ZrO2是有助于高折射率化的成分。另一方面,ZrO2的含量过多时,热稳定性降低,另外,存在比重增加的隐患。因此,ZrO2的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量的下限优选为10%,进一步以13%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,TiO2的含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
TiO2是有助于高折射率化的成分,具有改善玻璃稳定性的作用。另外,能够在不导致比重增加的情况下使折射率增加。另一方面,TiO2的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,TiO2的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Nb2O5的含量的下限优选为10%,进一步以13%、15%的顺序更优选。另外,Nb2O5的含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
Nb2O5是有助于高折射率化的成分,具有改善玻璃稳定性的作用。另一方面,Nb2O5的含量过多时,存在比重增加的隐患,另外,存在热稳定性降低的隐患。因此,Nb2O5的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]的下限优选为20%,进一步以25%、30%、35%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为70%,进一步以65%、60%、55%的顺序更优选。
TiO2及Nb2O5是有助于高折射率化的成分。因此,为了得到具有期望的光学特性的玻璃,TiO2及Nb2O5的合计含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]的下限优选为0.20,进一步以0.25、0.30、0.35的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.80,进一步以0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,WO3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。WO3的含量也可以为0%。
WO3是有助于高折射率化的成分。另一方面,WO3的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患,并且存在玻璃的着色增大、透射率降低的隐患。因此,WO3的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Bi2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Bi2O3的含量的下限优选为0%。Bi2O3的含量也可以为0%。
Bi2O3通过适量地含有而具有改善玻璃的热稳定性的作用。另外,是有助于高折射率化的成分。另一方面,Bi2O3的含量过多时,比重增加。此外,玻璃的着色增大。因此,Bi2O3的含量优选设为上述范围。
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]的上限优选为80%,进一步以70%、60%的顺序更优选。另外,该总含量的下限优选为20%,进一步以25%、30%、35%的顺序更优选。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3均是有助于高折射率化的成分。因此,总含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量的下限优选为0.0%,进一步以0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、1.3%、1.5%的顺序更优选。Li2O的含量的上限优选为10%,进一步以9%、8%、7%、6%、5%的顺序更优选。
Li2O是有助于低比重化的成分,另外,在碱金属中,是特别有助于高折射率化的成分。另一方面,Li2O的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,Li2O的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Na2O的含量的上限优选为10%,进一步以9%、8%、7%的顺序更优选。Na2O的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的顺序更优选。
在第1实施方式的光学玻璃中,K2O的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%的顺序更优选。K2O的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的顺序更优选。K2O的含量也可以为0%。
Na2O及K2O具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,它们的含量过多时,存在折射率降低的隐患,另外,存在热稳定性降低的隐患。因此,Na2O及K2O的各含量分别优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Cs2O的含量的上限优选为5%,进一步以3%、1%的顺序更优选。Cs2O的含量的下限优选为0%。
Cs2O具有改善玻璃的热稳定性的作用,但它们的含量变多时,化学耐久性、耐候性降低。因此,Cs2O的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量与Li2O、Na2O及K2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)]的下限优选为0.00,进一步以0.10、0.15、0.20、0.25的顺序更优选。该质量比的上限优选为1.00,进一步以0.80、0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量与Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]的下限优选为0.10,进一步以0.15、0.20、0.25的顺序更优选。该质量比的上限优选为1.00,进一步以0.80、0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]的下限优选为1.5%,进一步以2%、4%、6%的顺序更优选。该总含量的上限优选为15%,进一步以13%、10%的顺序更优选。
为了得到熔融性优异的光学玻璃,总含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,MgO的含量的上限优选为20%,进一步以15%、10%、5%的顺序更优选。另外,MgO的含量的下限优选为0%。
在第1实施方式的光学玻璃中,CaO的含量的下限优选为1%,进一步以3%、5%、8%的顺序更优选。CaO的含量的上限优选为20%,进一步以18%、15%、13%的顺序更优选。
MgO及CaO具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,它们的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,MgO及CaO的各含量分别优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,SrO的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,SrO的含量的下限优选为0%。
SrO具有改善玻璃的熔融性、提高折射率的作用。另一方面,SrO的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患。因此,SrO的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,BaO的含量的上限优选为20%,进一步以17%、15%、13%、10%的顺序更优选。另外,BaO的含量的下限优选为0%。
BaO具有改善玻璃的熔融性、提高折射率的作用。另一方面,BaO的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患。因此,BaO的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,ZnO的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,ZnO的含量的下限优选为0%。
ZnO是具有改善玻璃的热稳定性的作用的玻璃成分。然而,ZnO的含量过多时,比重上升。因此,从改善玻璃的热稳定性、保持期望的光学特性的观点考虑,ZnO的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO的合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO]的上限优选为40%,进一步以35%、30%、25%的顺序更优选。另外,该总含量的下限优选为3%,进一步以5%、8%、10%的顺序更优选。从抑制比重的增加、并且在不妨碍高色散化的情况下保持热稳定性的观点考虑,该总含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Ta2O5的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Ta2O5的含量的下限优选为0%。
Ta2O5是有助于高折射率化的成分。另外,是具有改善玻璃的热稳定性的作用的玻璃成分,也是使Pg,F降低的成分。另一方面,Ta2O5的含量变多时,玻璃的热稳定性降低,将玻璃熔融时容易发生玻璃原料的熔融残留。另外,比重上升。因此,Ta2O5的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,La2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,La2O3的含量的下限优选为0%。
La2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,La2O3的含量变多时,比重增加,而且玻璃的热稳定性降低。因此,从抑制比重的增加及玻璃的热稳定性的降低的观点考虑,La2O3的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Y2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Y2O3的含量的下限优选为0%。
Y2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,Y2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性降低,在制造中玻璃变得容易失透。因此,从抑制玻璃的热稳定性的降低的观点考虑,Y2O3的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Sc2O3的含量优选为2%以下。另外,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的含量优选为2%以下。另外,HfO2的含量的下限优选为0%。
Sc2O3、HfO2具有提高玻璃的高色散性的作用,但是是昂贵的成分。因此,Sc2O3、HfO2的各含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Lu2O3的含量优选为2%以下。另外,Lu2O3的含量的下限优选为0%。
Lu2O3具有提高玻璃的高色散性的作用,但由于分子量大,因此也是导致玻璃的比重增加的玻璃成分。因此,Lu2O3的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,GeO2的含量优选为2%以下。另外,GeO2的含量的下限优选为0%。
GeO2具有提高玻璃的高色散性的作用,但在通常使用的玻璃成分中,是尤为昂贵的成分。因此,从降低玻璃的制造成本的观点考虑,GeO2的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Gd2O3的含量的上限优选为3.0%,更优选为2.0%。另外,Gd2O3的含量的下限优选为0%。
Gd2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性降低。另外,Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的比重增大,不优选。因此,从良好地保持玻璃的热稳定性、同时抑制比重的增大的观点考虑,Gd2O3的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Yb2O3的含量优选为2%以下。另外,Yb2O3的含量的下限优选为0%。
Yb2O3与La2O3、Gd2O3、Y2O3相比分子量大,因此,会导致玻璃的比重增大。玻璃的比重增大时,光学元件的质量增大。因此,优选减少Yb2O3的含量,以抑制玻璃的比重的增大。
另外,Yb2O3的含量过多时,玻璃的热稳定性降低。从防止玻璃的热稳定性的降低、抑制比重的增大的观点考虑,Yb2O3的含量优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,La2O3、Gd2O3及Y2O3的合计含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。该总含量的下限为0%。该总含量也可以为0%。
从抑制比重的增大、且良好地保持热稳定性的观点考虑,总含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量、与除SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量的质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]的下限优选为0.00,进一步以0.02、0.03、0.04、0.05、0.06的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.20,进一步以0.15、0.13、0.10的顺序更优选。
需要说明的是,全部玻璃成分的合计含量设为100质量%。因此,SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量表示为[100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)]。从得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃的观点考虑,质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]优选设为上述范围。
在第1实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量、与TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、SrO、BaO、ZnO、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Ta2O5及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]的下限优选为0.40,进一步以0.42、0.44、0.46、0.48、0.50的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.80,进一步以0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
从在抑制比重的增加的同时提高折射率的观点考虑,质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]优选设为上述范围。
第1实施方式的光学玻璃优选主要由上述的玻璃成分、即作为必要成分的Li2O、TiO2、作为任选成分的SiO2、P2O5、B2O3、Al2O3、ZrO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、Na2O、K2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Ta2O5、La2O3、Y2O3、Sc2O3、HfO2、Lu2O3、GeO2、Gd2O3及Yb2O3构成,上述的玻璃成分的合计含量优选为95%以上、更优选为98%以上、进一步优选为99%以上、更进一步优选为99.5%以上。
需要说明的是,第1实施方式的光学玻璃优选基本上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,也可以含有其它成分。另外,在本发明中,并不排除含有不可避免的杂质。
(其它成分)
Pb、As、Cd、Tl、Be、Se均具有毒性。因此,特别优选第1实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
U、Th、Ra均为放射性元素。因此,特别优选第1实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm会导致玻璃的着色增大,可能会成为荧光的产生源。因此,特别优选第1实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
Sb(Sb2O3)、Ce(CeO2)是作为澄清剂发挥功能的可任选添加的元素。其中,Sb(Sb2O3)是澄清效果大的澄清剂。Ce(CeO2)与Sb(Sb2O3)相比澄清效果小。Ce(CeO2)如果大量添加,则存在玻璃的着色变强的倾向。
需要说明的是,在本说明书中,Sb(Sb2O3)及Ce(CeO2)的含量表示为外部添加比例,不包括在以氧化物基准表示的全部玻璃成分的合计含量中。即,在本说明书中,将除Sb(Sb2O3)及Ce(CeO2)以外的全部玻璃成分的合计含量设为100质量%。
Sb2O3的含量表示为外部添加比例。即,在第1实施方式的光学玻璃中,将除Sb2O3及CeO2以外的全玻璃成分的合计含量设为100质量%时的Sb2O3的含量优选为1质量%以下,进一步以0.1质量%以下、0.05质量%以下、0.03质量%以下的顺序优选。Sb2O3的含量也可以为0质量%。
CeO2的含量也表示为外部添加比例。即,在第1实施方式的光学玻璃中,将除CeO2、Sb2O3以外的全玻璃成分的合计含量设为100质量%时的CeO2的含量优选为2质量%以下,进一步以1质量%以下、0.5质量%以下、0.1质量%以下的顺序更优选。CeO2的含量也可以为0质量%。通过将CeO2的含量设为上述范围,能够改善玻璃的澄清性。
(玻璃的特性)
<阿贝数νd>
在第1实施方式的光学玻璃中,阿贝数νd优选为15~30。阿贝数νd可以为18~25,也可以为20~24。通过将阿贝数νd设为上述范围,能够得到具有期望的色散性的玻璃。阿贝数νd可以通过调整作为有助于高色散化的玻璃成分的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的含量来控制。
<折射率nd>
在第1实施方式的光学玻璃中,折射率nd的下限为1.86。折射率nd的下限也可以设为1.87、1.88、1.89、或1.90。另外,折射率nd的上限可以设为2.20,进而也可以设为2.15、2.10或2.05。折射率可以通过调整作为有助于高折射率化的玻璃成分的TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、Y2O3及Ta2O5的含量来控制。
<玻璃的比重>
第1实施方式的光学玻璃是高折射率玻璃,但比重不大。如果能够降低玻璃的比重,则可以减少透镜的重量。另一方面,比重过小时,会导致热稳定性降低。
因此,在第1实施方式的光学玻璃中,比重优选为4.2以下,进一步以4.0以下、3.8以下、3.6以下、3.4以下的顺序更优选。
比重可以通过调整各玻璃成分的含量来控制。特别是,通过调整Li2O、TiO2的含量,能够在保持高折射率的同时降低比重。
另外,在第1实施方式的光学玻璃中,折射率nd与比重的比率[折射率nd/比重]优选为0.50以上,更优选为0.52以上,进一步优选为0.54以上。通过将比率[折射率nd/比重]设为上述范围,可得到折射率高、且相比而言比重得到了降低的光学玻璃。
<玻璃化转变温度Tg>
在第1实施方式的光学玻璃中,玻璃化转变温度Tg的上限优选为690℃,进一步以680℃、660℃、650℃、630℃、600℃的顺序更优选。玻璃化转变温度Tg的下限没有特别限制,通常为500℃,优选为550℃。
玻璃化转变温度Tg可以通过调整碱金属的合计含量来控制。
通过使玻璃化转变温度Tg的上限满足上述条件,可以抑制玻璃的再热压时成型温度及退火温度的上升,可以减轻热对再热压成型用设备及退火设备的损害。
通过使玻璃化转变温度Tg的下限满足上述条件,容易在保持期望的阿贝数、折射率的同时良好地保持再热压成型性及玻璃的热稳定性。
<玻璃的透光性>
第1实施方式的光学玻璃的透光性可以根据着色度λ80、λ70及λ5来评价。
对于厚度10.0mm±0.1mm的玻璃试样,在波长200~700nm的范围内测定光谱透射率,将外部透射率达到80%时的波长设为λ80,将外部透射率达到70%时的波长设为λ70,将外部透射率达到5%时的波长设为λ5。
第1实施方式的光学玻璃的λ80优选为700nm以下、更优选为650nm以下、进一步优选为600nm以下。
λ70优选为600nm以下、更优选为550nm以下、进一步优选为500nm以下。
λ5优选为500nm以下、更优选为450nm以下、进一步优选为400nm以下。
(光学玻璃的制造)
第1实施方式的光学玻璃以达到上述给定组成的方式调配玻璃原料,并利用调配的玻璃原料、按照公知的玻璃制造方法制作即可。例如,调配多种化合物,充分混合而制成批原料,将批原料放入石英坩埚、铂坩埚中进行粗熔解(rough melt)。将通过粗熔解而得到的熔融物快速冷却、粉碎,制作碎玻璃。进一步将碎玻璃放入铂坩埚中进行加热、再熔融(remelt)而得到熔融玻璃,进一步在进行了澄清、均质化后,将熔融玻璃成型,进行缓慢冷却而得到光学玻璃。熔融玻璃的成型、缓慢冷却采用公知的方法即可。
需要说明的是,只要能在玻璃中导入期望的玻璃成分、并使其达到期望的含量,则对调配批原料时使用的化合物就没有特别限定,作为这样的化合物,可列举氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、氟化物等。
(光学元件等的制造)
使用第1实施方式的光学玻璃制作光学元件时,采用公知的方法即可。例如,在上述光学玻璃的制造中,将熔融玻璃注入铸模而成型为板状,制作由本发明的光学玻璃形成的玻璃原材料。将得到的玻璃原材料适当地切割、磨削、抛光,制作适于压制成型的大小、形状的碎片。将碎片加热、软化,通过公知的方法进行压制成型(再热压),制作近似于光学元件的形状的光学元件坯料。对光学元件坯料进行退火,通过公知的方法进行磨削、抛光而制作光学元件。
根据使用目的,也可以在制作的光学元件的光学功能面包覆防反射膜、全反射膜等。
根据本发明的一个方式,可提供由上述光学玻璃制成的光学元件。作为光学元件的种类,可示例出平面透镜、球面透镜、非球面透镜等透镜、棱镜、衍射光栅、导光板等。作为透镜的形状,可示例出双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜、平凹透镜、凸弯月透镜、凹弯月透镜等各种形状。作为导光板的用途,可示例出增强现实(AR)显示类型的眼镜型装置、混合现实(MR)显示类型的眼镜型装置等显示装置等。这样的导光板是可安装于眼镜型装置的框架的板状玻璃,由上述光学玻璃形成。根据需要,也可以在导光板的表面形成衍射光栅,该衍射光栅用于改变可以在导光板的内部反复进行全反射而传播的光的行进方向。衍射光栅可以通过公知的方法形成。佩戴具有上述导光板的眼镜型装置时,在导光板的内部传播后的光入射至瞳孔,从而会表现出增强现实(AR)显示、混合现实(MR)显示的功能。这样的眼镜型装置例如在日本特表2017-534352等中有所公开。需要说明的是,导光板可以通过公知的方法制作。光学元件可通过包括对由上述光学玻璃制成的玻璃成型体进行加工的工序的方法而制造。作为加工,可例示出切割、切削、粗磨削、精磨削、抛光等。进行这样的加工时,通过使用上述玻璃,可减轻破损,从而可以稳定地提供高品质的光学元件。
(图像显示装置)
以下,结合附图对作为本发明的一个方式的导光板及使用了该导光板的图像显示装置详细地进行说明。需要说明的是,对图中相同或相当部分标记相同的符号,不重复其说明。
图2是示出使用了作为本发明的一个方式的导光板10的头戴式显示器1(以下,简称为“HMD1”)的构成的图,图2(a)是HMD1的正面侧立体图,图2(b)是HMD1的背面侧立体图。如图2(a)及图2(b)所示,在佩戴于使用者的头部的眼镜型框架2的正面部安装有眼镜镜片3。在眼镜型框架2的安装部2a安装有用于照明图像的背光灯4。在眼镜型框架2的镜腿部分设置有用于映出图像的信号处理设备5及再现声音的扬声器6。构成从信号处理设备5的电路伸出的布线的FPC(柔性印刷电路,Flexible Printed Circuits)7沿着眼镜型框架2进行布线。显示元件单元(例如液晶显示元件)20通过FPC7布线至使用者的两眼中央位置,并且以使显示元件单元20的大致中心部配置于背光灯4的光轴线上的方式保持。显示元件单元20以位于导光板10的大致中央部的方式与导光板10相对地固定。另外,在位于使用者的眼前的部位,HOE(全息光学元件,Holographic Optical Element)32R、32L(第1光学元件)分别通过粘接等而密合固定于导光板10的第1面10a上。在夹着导光板10而与显示元件单元20对置的位置,HOE52R、52L层叠于导光板10的第2面10b上。
图3是示意性示出作为本发明的一个方式的HMD1的构成的侧视图。需要说明的是,在图3中,为了使附图明了,仅示出了图像显示装置的主要部分,省略了眼镜型框架2等的图示。如图3所示,HMD1夹着连结图像显示元件24与导光板10的中心的中心线X而具有左右对称的结构。另外,从图像显示元件24入射至导光板10的各波长的光如后所述那样被分成成两部分并分别被导光至使用者的右眼、左眼。被导光至各眼的各波长的光的光路也夹着中心线X而大致左右对称。
如图3所示,背光灯4具有激光光源21、扩散光学系统22及微透镜阵列23。显示元件单元20是具有图像显示元件24的图像生成单元,例如以场序(Field Sequential)方式驱动。激光光源21具有与R(波长436nm)、G(波长546nm)、B(波长633nm)的各波长对应的激光光源,以高速依次照射各波长的光。各波长的光入射至扩散光学系统22、微透镜阵列23,被转换成没有光量不均的均匀的高指向性的平行光束,垂直入射至图像显示元件24的显示面板面。
图像显示元件24例如为以场序方式驱动的透射型液晶(LCDT-LCOS)面板。图像显示元件24对各波长的光施加与信号处理设备5的图像引擎(不图示)所生成的图像信号相对应的调制。利用图像显示元件24的有效区域的像素被调制后的各波长的光以给定的光束截面(与该有效区域大致相同的形状)被入射至导光板10。需要说明的是,图像显示元件24也可以置换为例如DMD(数字微镜器件,Digital Mirror Device)、反射型液晶(LCOS)面板、MEMS(微机电系统,Micro Electro Mechanical Systems)、有机EL(Electro-Luminescence,电致发光)、无机EL等其它方式的显示元件。
需要说明的是,显示元件单元20不限定于场序方式的显示元件,也可以制成同步式的显示元件(在出射面前表面具有给定排列的RGB滤色器的显示元件)的图像生成单元。在该情况下,光源例如可使用白色光源。
如图3所示,通过图像显示元件24调制后的各波长的光从第1面10a依次入射至导光板10内部。在导光板10的第2面10b上层叠有HOE52R和52L(第2光学元件)。HOE52R及52L例如是具有矩形状的反射型的体积相位型HOE,其具有将三片分别记录有与R、G、B的各波长的光对应的干涉条纹的光敏聚合物层叠而成的构成。即,HOE52R及52L以具有使R、G、B的各波长的光衍射、并使除此以外的波长的光透射的波长选择功能的方式构成。
需要说明的是,HOE32R及32L也是反射型的体积相位型HOE,具有与HOE52R及52L相同的层结构。对于HOE32R及32L、与52R及52L而言,例如干涉条纹图案的间距可以大致相同。
HOE52R与52L以彼此的中心一致、且干涉条纹图案180(deg)反转的状态层叠在一起。并且,在层叠在一起的状态下,以其中心与中心线X一致的方式通过粘接等而密合固定于导光板10的第2面10b上。通过图像显示元件24调制后的各波长的光经由导光板10被依次入射至HOE52R、52L。
对于HOE52R、52L而言,为了分别将依次入射的各波长的光导入至右眼、左眼,赋予给定的角度而进行衍射。通过HOE52R、52L而衍射的各波长的光分别在导光板10与空气的界面反复进行全反射,在导光板10内部传播,并入射至HOE32R、32L。此处,HOE52R、52L对各波长的光赋予相同的衍射角。因此,对导光板10的入射位置大致相同的(或根据其它表现,从图像显示元件24的有效区域内的大致同一坐标射出的)全部波长的光在导光板10内部的大致相同的光路传播,并入射至HOE32R、32L上的大致相同位置。根据另一观点,HOE52R、52L以使在图像显示元件24的有效区域显示的图像在该有效区域内的像素位置关系在HOE32R、32L上忠实再现的方式使RGB的各波长的光衍射。
像这样地,在本发明的一个方式中,HOE52R、52L分别以使从图像显示元件24的有效区域内的大致同一坐标射出的全部波长的光入射至HOE32R、32L上的大致相同位置的方式进行衍射。或者,HOE52R、52L也可以构成为使得衍射能够如下地进行:使在图像显示元件24的有效区域内相对错开的原本会形成同一像素的全部波长的光入射至HOE32R、32L上的大致相同位置。
入射至HOE32R、32L上的各波长的光通过HOE32R、32L而被衍射,并从导光板10的第2面10b大致垂直地依次射出至外部。像这样地作为大致平行光射出的各波长的光分别作为通过图像显示元件24生成的图像的虚像I在使用者的右眼视网膜、左眼视网膜上成像。另外,也可以对HOE32R、32L赋予电容器作用,以使使用者能够观察到放大图像的虚像I。即,也可以像入射至HOE32R、32L的周边区域的光那样以靠近瞳孔的中心的方式形成角度而射出,并在使用者的视网膜上成像。或者,为了使使用者观察放大图像的虚像I,HOE52R、52L也可以以使在HOE32R、32L上的像素位置关系相对于在图像显示元件24的有效区域显示的图像在该有效区域内的像素位置关系成为放大的相似形状的方式将RGB的各波长的光衍射。
折射率越高,在导光板10内前进的光的空气换算光路长越短,因此,通过使用折射率高的本实施方式的光学玻璃,能够加大相对于图像显示元件24的宽度而言的表观的视角。此外,虽然折射率高,但由于比重被抑制在了低水平,因此可以提供轻质但可获得上述效果的导光板。
需要说明的是,作为本发明的一个方式的导光板可以用于透视的透射型头戴式显示器、非透射型头戴式显示器等。
这些头戴式显示器由于导光板由本实施方式的高折射率低比重的光学玻璃制成,因此,由广视角带来的沉浸感优异,适于作为与信息终端组合使用、用于提供AR(AugmentedReality:增强现实)等、或用于提供电影鉴赏、游戏、VR(Virtual Reality:虚拟现实)等的图像显示装置。
以上,以头戴式显示器为例进行了说明,但也可以将上述导光板安装于其它图像显示装置。
第2实施方式
在第2实施方式的光学玻璃中,
SiO2的含量为1~50质量%,
TiO2的含量为1~50质量%,
BaO的含量为0~16.38质量%,
Nb2O5的含量1~50质量%,
Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]为0.1~20质量%,
La2O3、Gd2O3及Y2O3的合计含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]为0~10质量%,
TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]为45~65质量%,
TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]为0.3以上,
Li2O的含量与Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]为0.1~1,
该光学玻璃的阿贝数νd为25以下,
该光学玻璃的折射率nd为1.86以上。
在第2实施方式的光学玻璃中,SiO2的含量为1~50%。SiO2的含量的下限优选为10%,进一步以12%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,SiO2的含量的上限优选为40%,进一步以38%、35%、33%、30%的顺序更优选。
SiO2为玻璃的网络形成成分。通过将SiO2的含量设为上述范围,能够改善玻璃的热稳定性、化学耐久性、耐候性,另外,能够提高熔融玻璃的粘度。另一方面,SiO2的含量过多时,存在玻璃的折射率降低、无法得到期望的光学特性的隐患。
在第2实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量为1~50%。TiO2的含量的下限优选为10%,进一步以13%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,TiO2的含量的上限优选为45%,进一步以40%、35%的顺序更优选。
通过将TiO2的含量设为上述范围,折射率提高,能够改善玻璃的稳定性。另外,能够在不导致比重增加的情况下使折射率增加。另一方面,TiO2的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。
在第2实施方式的光学玻璃中,BaO的含量为0~16.38%。BaO的含量的上限优选为15%,进一步以13%、10%的顺序更优选。另外,BaO的含量的下限优选为0%。
通过将BaO的含量设为上述范围,能够改善玻璃的熔融性,提高折射率。另一方面,BaO的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患。
在第2实施方式的光学玻璃中,Nb2O5的含量1~50%。Nb2O5的含量的下限优选为10%,进一步以13%、15%的顺序更优选。另外,Nb2O5的含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
通过将Nb2O5的含量设为上述范围,能够提高折射率,改善玻璃的稳定性。另一方面,Nb2O5的含量过多时,存在比重增加的隐患,另外,存在热稳定性降低的隐患。
在第2实施方式的光学玻璃中,Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]为0.1~20%。该总含量的下限优选为1.5%,进一步以2%、4%、6%的顺序更优选。该总含量的上限优选为15%,进一步以13%、10%的顺序更优选。
通过将总含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]设为上述范围,能够得到熔融性优异的光学玻璃。
在第2实施方式的光学玻璃中,La2O3、Gd2O3及Y2O3的合计含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]为0~10%。该总含量的上限优选为8%,进一步以5%、3%的顺序更优选。该总含量的下限为0%。该总含量也可以为0%。
从抑制比重的增大、且良好地保持热稳定性的观点考虑,总含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]为45~65%。该总含量的下限优选为20%,进一步以25%、30%、35%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为63%,进一步以61%、59%、57%的顺序更优选。
通过将总含量[TiO2+Nb2O5]设为上述范围,能够提高折射率,得到具有期望的光学特性的玻璃。
在第2实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]为0.3以上。该质量比的下限优选为0.35,进一步以0.40、0.45的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.80,进一步以0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
通过将质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]设为上述范围,能够得到折射率高、且比重降低的光学玻璃。
在第2实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量与Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]为0.1~1。该质量比的下限优选为0.15,进一步以0.20、0.25的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.80,进一步以0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
通过将质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]设为上述范围,能够得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃。
<阿贝数νd>
在第2实施方式的光学玻璃中,阿贝数νd为25以下。阿贝数νd可以为15~25,也可以为18~25,另外,还可以为20~24。通过将阿贝数νd设为上述范围,能够得到具有期望的色散性的玻璃。阿贝数νd可以通过调整作为有助于高色散化的玻璃成分的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的含量来控制。
<折射率nd>
在第2实施方式的光学玻璃中,折射率nd为1.86以上。折射率nd的下限可以设为1.87,进而也可以设为1.88、1.89、或1.90。另外,折射率nd的上限可以设为2.20,进而也可以设为2.15、2.10或2.05。折射率可以通过调整作为有助于高折射率化的玻璃成分的TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、Y2O3及Ta2O5的含量来控制。
对于第2实施方式的光学玻璃中的除上述以外的玻璃成分的含量、比率及特性,以下示出非限定性的实例。
在第2实施方式的光学玻璃中,P2O5的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。P2O5的含量也可以为0%。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,P2O5的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,B2O3的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、0.8%、1.0%的顺序更优选。
B2O3为玻璃的网络形成成分。B2O3具有改善玻璃的热稳定性的作用,但B2O3的含量过多时,存在折射率降低的隐患。因此,B2O3的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Al2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。Al2O3的含量也可以为0%。
Al2O3具有提高化学耐久性的作用,但Al2O3的含量过多时,存在玻璃的熔融性变差的隐患。因此,Al2O3的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,SiO2及Al2O3的合计含量[SiO2+Al2O3]的下限优选为10%,进一步以13%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%、30%的顺序更优选。
为了提高玻璃的热稳定性,总含量[SiO2+Al2O3]优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量与SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(SiO2+Al2O3)]的下限优选为0.01,进一步以0.02、0.03、0.04的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.20,进一步以0.18、0.15、0.13、0.10的顺序更优选。
从提高化学耐久性、热稳定性的观点考虑,质量比[B2O3/(SiO2+Al2O3)]优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,B2O3及P2O5的合计含量[B2O3+P2O5]的下限优选为0.5%,进一步以0.8%、1.0%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。
从提高化学耐久性、热稳定性的观点考虑,总含量[B2O3+P2O5]优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,B2O3及SiO2的合计含量[B2O3+SiO2]的下限优选为10%,进一步以15%、18%、20%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
为了得到折射率高的光学玻璃,总含量[B2O3+SiO2]优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,ZrO2的含量的下限优选为0%,进一步以0.1%、0.5%、1.0%的顺序更优选。另外,ZrO2的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。ZrO2的含量也可以为0%。
ZrO2是有助于高折射率化的成分。另一方面,ZrO2的含量过多时,热稳定性降低,另外,存在比重增加的隐患。因此,ZrO2的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,WO3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。WO3的含量也可以为0%。
WO3是有助于高折射率化的成分。另一方面,WO3的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患,并且存在玻璃的着色增大、透射率降低的隐患。因此,WO3的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Bi2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Bi2O3的含量的下限优选为0%。Bi2O3的含量也可以为0%。
Bi2O3通过适量含有而具有改善玻璃的热稳定性的作用。另外,是有助于高折射率化的成分。另一方面,Bi2O3的含量过多时,比重增加。此外,玻璃的着色增大。因此,Bi2O3的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]的上限优选为80%,进一步以70%、60%的顺序更优选。另外,该总含量的下限优选为20%,进一步以25%、30%、35%的顺序更优选。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3均是有助于高折射率化的成分。因此,总含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量的下限优选为0.1%,进一步以0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、1.3%、1.5%的顺序更优选。Li2O的含量的上限优选为10%,进一步以9%、8%、7%、6%、5%的顺序更优选。
Li2O是有助于低比重化的成分,另外,在碱金属中,是特别有助于高折射率化的成分。另一方面,Li2O的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,Li2O的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Na2O的含量的上限优选为10%,进一步以9%、8%、7%的顺序更优选。Na2O的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的顺序更优选。
在第2实施方式的光学玻璃中,K2O的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%的顺序更优选。K2O的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的顺序更优选。K2O的含量也可以为0%。
Na2O及K2O具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,它们的含量过多时,存在折射率降低的隐患,另外,存在热稳定性降低的隐患。因此,Na2O及K2O的各含量分别优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Cs2O的含量的上限优选为5%,进一步以3%、1%的顺序更优选。Cs2O的含量的下限优选为0%。
Cs2O具有改善玻璃的热稳定性的作用,但它们的含量变多时,化学耐久性、耐候性降低。因此,Cs2O的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量与Li2O、Na2O及K2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)]的下限优选为0.10,进一步以0.15、0.20、0.25的顺序更优选。该质量比的上限优选为1.00,进一步以0.80、0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)]优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Na2O+K2O+Cs2O]的下限优选为0%。该总含量的上限优选为11.0%,进一步以10.0%、9.0%、8.0%、7.0%、6.0%的顺序更优选。
为了在保持玻璃的热稳定性的同时、将折射率保持为较高水平,总含量[Na2O+K2O+Cs2O]优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,MgO的含量的上限优选为20%,进一步以15%、10%、5%的顺序更优选。另外,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的含量的下限优选为1%,进一步以3%、5%、8%的顺序更优选。CaO的含量的上限优选为20%,进一步以18%、15%、13%的顺序更优选。
MgO及CaO具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,它们的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,MgO及CaO的各含量分别优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,SrO的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,SrO的含量的下限优选为0%。
SrO具有改善玻璃的熔融性、提高折射率的作用。另一方面,SrO的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患。因此,SrO的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,ZnO的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,ZnO的含量的下限优选为0%。
ZnO是具有改善玻璃的热稳定性的作用的玻璃成分。然而,ZnO的含量过多时,比重上升。因此,从改善玻璃的热稳定性、保持期望的光学特性的观点考虑,ZnO的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO的合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO]的上限优选为40%,进一步以35%、30%、25%的顺序更优选。另外,该总含量的下限优选为3%,进一步以5%、8%、10%的顺序更优选。从抑制比重的增加、并且在不妨碍高色散化的情况下保持热稳定性的观点考虑,该总含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Ta2O5的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Ta2O5的含量的下限优选为0%。
Ta2O5是有助于高折射率化的成分。另外,是具有改善玻璃的热稳定性的作用的玻璃成分,也是使Pg,F降低的成分。另一方面,Ta2O5的含量变多时,玻璃的热稳定性降低,将玻璃熔融时容易发生玻璃原料的熔融残留。另外,比重上升。因此,Ta2O5的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,La2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,La2O3的含量的下限优选为0%。
La2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,La2O3的含量变多时,比重增加,而且玻璃的热稳定性降低。因此,从抑制比重的增加及玻璃的热稳定性的降低的观点考虑,La2O3的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Y2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Y2O3的含量的下限优选为0%。
Y2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,Y2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性降低,在制造中玻璃变得容易失透。因此,从抑制玻璃的热稳定性的降低的观点考虑,Y2O3的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Sc2O3的含量优选为2%以下。另外,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。另外,HfO2的含量的下限优选为0%。
Sc2O3、HfO2具有提高玻璃的高色散性的作用,但是是昂贵的成分。因此,Sc2O3、HfO2的各含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Lu2O3的含量优选为2%以下。另外,Lu2O3的含量的下限优选为0%。
Lu2O3具有提高玻璃的高色散性的作用,但由于分子量大,因此也是导致玻璃的比重增加的玻璃成分。因此,Lu2O3的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,GeO2的含量优选为2%以下。另外,GeO2的含量的下限优选为0%。
GeO2具有提高玻璃的高色散性的作用,但在通常使用的玻璃成分中,是尤为昂贵的成分。因此,从降低玻璃的制造成本的观点考虑,GeO2的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Gd2O3的含量的上限优选为3.0%,更优选为2.0%。另外,Gd2O3的含量的下限优选为0%。
Gd2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性降低。另外,Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的比重增大,不优选。因此,从良好地保持玻璃的热稳定性、同时抑制比重的增大的观点考虑,Gd2O3的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Yb2O3的含量优选为2%以下。另外,Yb2O3的含量的下限优选为0%。
Yb2O3与La2O3、Gd2O3、Y2O3相比分子量大,因此会导致玻璃的比重增大。玻璃的比重增大时,光学元件的质量增大。因此,优选减少Yb2O3的含量,以抑制玻璃的比重的增大。
另外,Yb2O3的含量过多时,玻璃的热稳定性降低。从防止玻璃的热稳定性的降低、抑制比重的增大的观点考虑,Yb2O3的含量优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量、与除SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量的质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]的下限优选为0.02,进一步以0.03、0.04、0.05、0.06的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.20,进一步以0.15、0.13、0.10的顺序更优选。
需要说明的是,全部玻璃成分的合计含量设为100质量%。因此,除SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量表示为[100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)]。从得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃的观点考虑,质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]优选设为上述范围。
在第2实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量、与TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、SrO、BaO、ZnO、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Ta2O5及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]的下限优选为0.40,进一步以0.42、0.44、0.46、0.48、0.50的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.80,进一步以0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
从在抑制比重的增加的同时提高折射率的观点考虑,质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]优选设为上述范围。
第2实施方式的光学玻璃优选主要由上述玻璃成分、即作为必要成分的SiO2、TiO2、Nb2O5、作为任选成分的BaO、P2O5、B2O3、Al2O3、ZrO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、ZnO、Ta2O5、La2O3、Y2O3、Sc2O3、HfO2、Lu2O3、GeO2、Gd2O3及Yb2O3构成,上述的玻璃成分的合计含量优选为95%以上、更优选为98%以上、进一步优选为99%以上、更进一步优选为99.5%以上。
需要说明的是,第2实施方式的光学玻璃优选基本上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,也可以含有其它成分。另外,在本发明中,并不排除含有不可避免的杂质。
(其它成分)
Pb、As、Cd、Tl、Be、Se均具有毒性。因此,特别优选第2实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
U、Th、Ra均为放射性元素。因此,特别优选第2实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm会导致玻璃的着色增大,可能会成为荧光的产生源。因此,特别优选第2实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
Sb(Sb2O3)、Ce(CeO2)是作为澄清剂发挥功能的可任选添加的元素。其中,Sb(Sb2O3)是澄清效果大的澄清剂。Ce(CeO2)与Sb(Sb2O3)相比,澄清效果小。Ce(CeO2)如果大量添加,则存在玻璃的着色变强的倾向。
需要说明的是,在本说明书中,Sb(Sb2O3)及Ce(CeO2)的含量表示为外部添加比例,不包括在以氧化物基准表示的全部玻璃成分的合计含量中。即,在本说明书中,将除Sb(Sb2O3)及Ce(CeO2)以外的全部玻璃成分的合计含量设为100质量%。
Sb2O3的含量表示为外部添加比例。即,在第2实施方式的光学玻璃中,将除Sb2O3及CeO2以外的全玻璃成分的合计含量设为100质量%时的Sb2O3的含量优选为1质量%以下,进一步以0.1质量%以下、0.05质量%以下、0.03质量%以下的顺序优选。Sb2O3的含量也可以为0质量%。
CeO2的含量也表示为外部添加比例。即,在第2实施方式的光学玻璃中,将除CeO2、Sb2O3以外的全玻璃成分的合计含量设为100质量%时的CeO2的含量优选为2质量%以下,进一步以1质量%以下、0.5质量%以下、0.1质量%以下的顺序更优选。CeO2的含量也可以为0质量%。通过将CeO2的含量设为上述范围,能够改善玻璃的澄清性。
(玻璃的特性)
<玻璃的比重>
第2实施方式的光学玻璃是高折射率玻璃,但比重不大。如果能够降低玻璃的比重,则可以减少透镜的重量。另一方面,比重过小时,会导致热稳定性降低。
因此,在第2实施方式的光学玻璃中,比重优选为4.2以下,进一步以4.0以下、3.8以下、3.6以下、3.4以下的顺序更优选。
比重可以通过调整各玻璃成分的含量来控制。特别是,通过调整Li2O、TiO2的含量,能够在保持高折射率的同时降低比重。
需要说明的是,在第2实施方式的光学玻璃中,折射率nd与比重优选满足下述式(1),更优选满足下述式(2),进一步优选满足下述式(3)。通过使折射率nd与比重满足下式,可得到折射率高、且相比而言比重得到了降低的光学玻璃。
nd≥0.2×比重+1.18···(1)
nd≥0.2×比重+1.19···(2)
nd≥0.2×比重+1.20···(3)
另外,在第2实施方式的光学玻璃中,折射率nd与比重的比率[折射率nd/比重]优选为0.50以上,更优选为0.52以上,进一步优选为0.54以上。通过将比率[折射率nd/比重]设为上述范围,可得到折射率高、且相比而言比重得到了降低的光学玻璃。
<玻璃化转变温度Tg>
在第2实施方式的光学玻璃中,玻璃化转变温度Tg的上限优选为680℃,进一步以670℃、660℃、650℃、630℃、600℃的顺序更优选。玻璃化转变温度Tg的下限没有特别限制,通常为500℃,优选为550℃。
玻璃化转变温度Tg可以通过调整碱金属的合计含量来控制。
通过使玻璃化转变温度Tg的上限满足上述条件,可以抑制玻璃的再热压时成型温度及退火温度的上升,可以减轻热对再热压成型用设备及退火设备的损害。
通过使玻璃化转变温度Tg的下限满足上述条件,容易在保持期望的阿贝数、折射率的同时良好地保持再热压成型性及玻璃的热稳定性。
<玻璃的透光性>
第2实施方式的光学玻璃的透光性可以根据着色度λ80、λ70及λ5来评价。
对于厚度10.0mm±0.1mm的玻璃试样,在波长200~700nm的范围内测定光谱透射率,将外部透射率达到80%时的波长设为λ80,将外部透射率达到70%时的波长设为λ70,将外部透射率达到5%时的波长设为λ5。
第2实施方式的光学玻璃的λ80优选为700nm以下、更优选为650nm以下、进一步优选为600nm以下。
λ70优选为600nm以下、更优选为550nm以下、进一步优选为500nm以下。
λ5优选为500nm以下、更优选为450nm以下、进一步优选为400nm以下。
(光学玻璃的制造)
第2实施方式的光学玻璃以达到上述给定组成的方式调配玻璃原料,利用调配的玻璃原料、按照公知的玻璃制造方法制作即可。例如,调配多种化合物,充分混合而制成批原料,将批原料放入石英坩埚、铂坩埚中进行粗熔解(rough melt)。将通过粗熔解而得到的熔融物快速冷却、粉碎,制作碎玻璃。进一步将碎玻璃放入铂坩埚中进行加热、再熔融(remelt)而得到熔融玻璃,进一步在进行了澄清、均质化后,将熔融玻璃成型,进行缓慢冷却而得到光学玻璃。熔融玻璃的成型、缓慢冷却采用公知的方法即可。
需要说明的是,只要能在玻璃中导入期望的玻璃成分、并使其达到期望的含量,则对调配批原料时使用的化合物就没有特别限定,作为这样的化合物,可列举氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、氟化物等。
(光学元件等的制造)
使用第2实施方式的光学玻璃制作光学元件时,采用公知的方法即可。例如,在上述光学玻璃的制造中,将熔融玻璃注入铸模而成型为板状,制作由本发明的光学玻璃形成的玻璃材料。将得到的玻璃材料适当地切割、磨削、抛光,制作适于压制成型的大小、形状的碎片。将碎片加热、软化,通过公知的方法进行压制成型(再热压),制作近似于光学元件的形状的光学元件坯料。对光学元件坯料进行退火,通过公知的方法进行磨削、抛光而制作光学元件。
根据使用目的,也可以在制作的光学元件的光学功能面包覆防反射膜、全反射膜等。
根据本发明的一个方式,可提供由上述光学玻璃制成的光学元件。作为光学元件的种类,可示例出平面透镜、球面透镜、非球面透镜等透镜、棱镜、衍射光栅、导光板等。作为透镜的形状,可示例出双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜、平凹透镜、凸弯月透镜、凹弯月透镜等各种形状。作为导光板的用途,可示例出增强现实(AR)显示类型的眼镜型装置、混合现实(MR)显示类型的眼镜型装置等显示装置等。这样的导光板是可安装于眼镜型装置的框架的板状玻璃,由上述光学玻璃形成。根据需要,也可以在导光板的表面形成衍射光栅,该衍射光栅用于改变可以在导光板的内部反复进行全反射而传播的光的行进方向。衍射光栅可以通过公知的方法形成。佩戴具有上述导光板的眼镜型装置时,在导光板的内部传播后的光入射至瞳孔,从而会表现出增强现实(AR)显示、混合现实(MR)显示的功能。这样的眼镜型装置例如在日本特表2017-534352等中有所公开。需要说明的是,导光板可以通过公知的方法制作。光学元件可通过包括对由上述光学玻璃制成的玻璃成型体进行加工的工序的方法而制造。作为加工,可例示出切割、切削、粗磨削、精磨削、抛光等。进行这样的加工时,通过使用上述玻璃,可减轻破损,从而可以稳定地提供高品质的光学元件。
(图像显示装置)
对于第2实施方式的图像显示装置,可以设为与第1实施方式同样。
第3实施方式
在第3实施方式的光学玻璃中,
SiO2的含量为1~50质量%,
TiO2的含量为1~50质量%,
Nb2O5的含量为1~50质量%,
Na2O的含量为0~8质量%,
TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]为40~80质量%,
TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]为0.3以上,
该光学玻璃的折射率nd为1.88以上,
该光学玻璃的折射率nd与比重的比率[折射率nd/比重]为0.50以上。
在第3实施方式的光学玻璃中,SiO2的含量为1~50%。SiO2的含量的下限优选为10%,进一步以12%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,SiO2的含量的上限优选为40%,进一步以38%、35%、33%、30%的顺序更优选。
SiO2为玻璃的网络形成成分。通过将SiO2的含量设为上述范围,能够改善玻璃的热稳定性、化学耐久性、耐候性,另外,能够提高熔融玻璃的粘度。另一方面,SiO2的含量过多时,存在玻璃的折射率降低、无法得到期望的光学特性的隐患。
在第3实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量为1~50%。TiO2的含量的下限优选为10%,进一步以13%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,TiO2的含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
通过将TiO2的含量设为上述范围,折射率提高,能够改善玻璃的稳定性。另外,能够在不导致比重增加的情况下使折射率增加。另一方面,TiO2的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。
在第3实施方式的光学玻璃中,Nb2O5的含量1~50%。Nb2O5的含量的下限优选为10%,进一步以13%、15%的顺序更优选。另外,Nb2O5的含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
通过将Nb2O5的含量设为上述范围,能够提高折射率,改善玻璃的稳定性。另一方面,Nb2O5的含量过多时,存在比重增加的隐患,另外,存在热稳定性降低的隐患。
在第3实施方式的光学玻璃中,Na2O的含量为0~8%。Na2O的含量的下限优选为0.5%,进一步以1.0%、1.5%、2.0%的顺序更优选。另外,Na2O的含量的上限优选为7%,进一步以6.5%、5.5%、4.5%的顺序更优选。
通过将Na2O的含量设为上述范围,能够改善玻璃的熔融性。另一方面,Na2O的含量过多时,存在折射率降低的隐患,另外,存在热稳定性降低的隐患。
在第3实施方式的光学玻璃中,TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]为40~80%。该总含量的下限优选为42%,进一步以44%、46%、48%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为70%,进一步以65%、60%、55%的顺序更优选。
通过将总含量[TiO2+Nb2O5]设为上述范围,能够提高折射率,得到具有期望的光学特性的玻璃。
在第3实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]为0.3以上。该质量比的下限优选为0.35,进一步以0.40、0.45的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.80,进一步以0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
通过将质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]设为上述范围,能够得到折射率高、且比重降低的光学玻璃。
在第3实施方式的光学玻璃中,折射率nd为1.88以上。折射率nd的下限可以设为1.89,或者也可以设为1.90。另外,折射率nd的上限可以设为2.20,进而也可以设为2.15、2.10或2.05。折射率可以通过调整作为有助于高折射率化的玻璃成分的TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、Y2O3及Ta2O5的含量来控制。
另外,在第3实施方式的光学玻璃中,折射率nd与比重的比率[折射率nd/比重]为0.50以上。优选为0.52以上,更优选为0.54以上。通过将比率[折射率nd/比重]设为上述范围,可得到折射率高、且相比而言比重得到了降低的光学玻璃。
对于第3实施方式的光学玻璃中的除上述以外的玻璃成分的含量、比率及特性,以下示出非限定性的实例。
在第3实施方式的光学玻璃中,P2O5的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。P2O5的含量也可以为0%。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,P2O5的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,B2O3的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、0.8%、1.0%的顺序更优选。
B2O3为玻璃的网络形成成分。B2O3具有改善玻璃的热稳定性的作用,但B2O3的含量过多时,存在折射率降低的隐患。因此,B2O3的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Al2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。Al2O3的含量也可以为0%。
Al2O3具有提高化学耐久性的作用,但Al2O3的含量过多时,存在玻璃的熔融性变差的隐患。因此,Al2O3的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,SiO2及Al2O3的合计含量[SiO2+Al2O3]的下限优选为10%,进一步以13%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%、30%的顺序更优选。
为了提高玻璃的热稳定性,总含量[SiO2+Al2O3]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量与SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(SiO2+Al2O3)]的下限优选为0.01,进一步以0.02、0.03、0.04的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.20,进一步以0.18、0.15、0.13、0.10的顺序更优选。
从提高化学耐久性、热稳定性的观点考虑,质量比[B2O3/(SiO2+Al2O3)]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,B2O3及P2O5的合计含量[B2O3+P2O5]的下限优选为0.5%,进一步以0.8%、1.0%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。
从提高化学耐久性、热稳定性的观点考虑,总含量[B2O3+P2O5]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,B2O3及SiO2的合计含量[B2O3+SiO2]的下限优选为10%,进一步以15%、18%、20%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
为了得到折射率高的光学玻璃,总含量[B2O3+SiO2]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,ZrO2的含量的下限优选为0%,进一步以0.1%、0.5%、1.0%的顺序更优选。另外,ZrO2的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。ZrO2的含量也可以为0%。
ZrO2是有助于高折射率化的成分。另一方面,ZrO2的含量过多时,热稳定性降低,另外,存在比重增加的隐患。因此,ZrO2的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,WO3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。WO3的含量也可以为0%。
WO3是有助于高折射率化的成分。另一方面,WO3的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患,并且存在玻璃的着色增大、透射率降低的隐患。因此,WO3的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Bi2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Bi2O3的含量的下限优选为0%。Bi2O3的含量也可以为0%。
Bi2O3通过适量含有而具有改善玻璃的热稳定性的作用。另外,是有助于高折射率化的成分。另一方面,Bi2O3的含量过多时,比重增加。此外,玻璃的着色增大。因此,Bi2O3的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]的上限优选为80%,进一步以70%、60%的顺序更优选。另外,该总含量的下限优选为20%,进一步以25%、30%、35%的顺序更优选。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3均是有助于高折射率化的成分。因此,总含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量的下限优选为0.0%,进一步以0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、1.3%、1.5%的顺序更优选。Li2O的含量的上限优选为10%,进一步以9%、8%、7%、6%、5%的顺序更优选。
Li2O是有助于低比重化的成分,另外,在碱金属中,是特别有助于高折射率化的成分。另一方面,Li2O的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,Li2O的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,K2O的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%的顺序更优选。K2O的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的顺序更优选。K2O的含量也可以为0%。
K2O具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,K2O的含量过多时,存在折射率降低的隐患,另外,存在热稳定性降低的隐患。因此,K2O的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Cs2O的含量的上限优选为5%,进一步以3%、1%的顺序更优选。Cs2O的含量的下限优选为0%。
Cs2O具有改善玻璃的热稳定性的作用,但它们的含量变多时,化学耐久性、耐候性降低。因此,Cs2O的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量与Li2O、Na2O及K2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)]的下限优选为0.00,进一步以0.10、0.15、0.20、0.25的顺序更优选。该质量比的上限优选为1.00,进一步以0.80、0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Na2O+K2O+Cs2O]的下限优选为0%。该总含量的上限优选为11.0%,进一步以10.0%、9.0%、8.0%、7.0%、6.0%的顺序更优选。
为了在保持玻璃的热稳定性的同时将折射率保持为较高水平,总含量[Na2O+K2O+Cs2O]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]的下限优选为1.5%,进一步以2%、4%、6%的顺序更优选。该总含量的上限优选为15%,进一步以13%、10%的顺序更优选。
为了得到熔融性优异的光学玻璃,总含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量与Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]的下限优选为0.00,进一步以0.10、0.15、0.20、0.25的顺序更优选。该质量比的上限优选为1.00,进一步以0.80、0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,MgO的含量的上限优选为20%,进一步以15%、10%、5%的顺序更优选。另外,MgO的含量的下限优选为0%。
在第3实施方式的光学玻璃中,CaO的含量的下限优选为1%,进一步以3%、5%、8%的顺序更优选。CaO的含量的上限优选为20%,进一步以18%、15%、13%的顺序更优选。
MgO及CaO具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,它们的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,MgO及CaO的各含量分别优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,SrO的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,SrO的含量的下限优选为0%。
SrO具有改善玻璃的熔融性、提高折射率的作用。另一方面,SrO的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患。因此,SrO的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,BaO的含量优选为20%以下,进一步以17%以下、小于16.0%、15%以下、13%以下、10%以下的顺序更优选。另外,BaO的含量的下限优选为0%。
通过将BaO的含量设为上述范围,能够改善玻璃的熔融性,提高折射率。另一方面,BaO的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患。
在第3实施方式的光学玻璃中,ZnO的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,ZnO的含量的下限优选为0%。
ZnO是具有改善玻璃的热稳定性的作用的玻璃成分。然而,ZnO的含量过多时,比重上升。因此,从改善玻璃的热稳定性、保持期望的光学特性的观点考虑,ZnO的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO的合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO]的上限优选为40%,进一步以35%、30%、25%的顺序更优选。另外,该总含量的下限优选为3%,进一步以5%、8%、10%的顺序更优选。从抑制比重的增加、并且在不妨碍高色散化的情况下保持热稳定性的观点考虑,该总含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Ta2O5的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Ta2O5的含量的下限优选为0%。
Ta2O5是有助于高折射率化的成分。另外,是具有改善玻璃的热稳定性的作用的玻璃成分,也是使Pg,F降低的成分。另一方面,Ta2O5的含量变多时,玻璃的热稳定性降低,将玻璃熔融时容易发生玻璃原料的熔融残留。另外,比重上升。因此,Ta2O5的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,La2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,La2O3的含量的下限优选为0%。
La2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,La2O3的含量变多时,比重增加,而且玻璃的热稳定性降低。因此,从抑制比重的增加及玻璃的热稳定性的降低的观点考虑,La2O3的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Y2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Y2O3的含量的下限优选为0%。
Y2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,Y2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性降低,在制造中玻璃变得容易失透。因此,从抑制玻璃的热稳定性的降低的观点考虑,Y2O3的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Sc2O3的含量优选为2%以下。另外,Sc2O3的含量的下限优选为0%。
在第3实施方式的光学玻璃中,HfO2的含量优选为2%以下。另外,HfO2的含量的下限优选为0%。
Sc2O3、HfO2具有提高玻璃的高色散性的作用,但是是昂贵的成分。因此,Sc2O3、HfO2的各含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Lu2O3的含量优选为2%以下。另外,Lu2O3的含量的下限优选为0%。
Lu2O3具有提高玻璃的高色散性的作用,但由于分子量大,因此也是导致玻璃的比重增加的玻璃成分。因此,Lu2O3的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,GeO2的含量优选为2%以下。另外,GeO2的含量的下限优选为0%。
GeO2具有提高玻璃的高色散性的作用,但在通常使用的玻璃成分中,是尤为昂贵的成分。因此,从降低玻璃的制造成本的观点考虑,GeO2的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Gd2O3的含量的上限优选为3.0%,更优选为2.0%。另外,Gd2O3的含量的下限优选为0%。
Gd2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性降低。另外,Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的比重增大,不优选。因此,从良好地保持玻璃的热稳定性、同时抑制比重的增大的观点考虑,Gd2O3的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Yb2O3的含量优选为2%以下。另外,Yb2O3的含量的下限优选为0%。
Yb2O3与La2O3、Gd2O3、Y2O3相比分子量大,因此,会导致玻璃的比重增大。玻璃的比重增大时,光学元件的质量增大。因此,优选减少Yb2O3的含量,以抑制玻璃的比重的增大。
另外,Yb2O3的含量过多时,玻璃的热稳定性降低。从防止玻璃的热稳定性的降低、抑制比重的增大的观点考虑,Yb2O3的含量优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,La2O3、Gd2O3及Y2O3的合计含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。该总含量的下限为0%。该总含量也可以为0%。
从抑制比重的增大、且良好地保持热稳定性的观点考虑,总含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量、与除SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量的质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]的下限优选为0.00,进一步以0.02、0.03、0.04、0.05、0.06的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.20,进一步以0.15、0.13、0.10的顺序更优选。
需要说明的是,全部玻璃成分的合计含量设为100质量%。因此,SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量表示为[100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)]。从得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃的观点考虑,质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]优选设为上述范围。
在第3实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量、与TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、SrO、BaO、ZnO、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Ta2O5及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]的下限优选为0.40,进一步以0.42、0.44、0.46、0.48、0.50的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.80,进一步以0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
从在抑制比重的增加的同时提高折射率的观点考虑,质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]优选设为上述范围。
第3实施方式的光学玻璃优选主要由上述的玻璃成分、即作为必要成分的SiO2、TiO2、Nb2O5、作为任选成分的Na2O、P2O5、B2O3、Al2O3、ZrO2、WO3、Bi2O3、Li2O、K2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Ta2O5、La2O3、Y2O3、Sc2O3、HfO2、Lu2O3、GeO2、Gd2O3及Yb2O3构成,上述的玻璃成分的合计含量优选为95%以上、更优选为98%以上、进一步优选为99%以上、更进一步优选为99.5%以上。
需要说明的是,第3实施方式的光学玻璃优选基本上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,也可以含有其它成分。另外,在本发明中,并不排除含有不可避免的杂质。
(其它成分)
Pb、As、Cd、Tl、Be、Se均具有毒性。因此,特别优选第3实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
U、Th、Ra均为放射性元素。因此,特别优选第3实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm会导致玻璃的着色增大,可能会成为荧光的产生源。因此,特别优选第3实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
Sb(Sb2O3)、Ce(CeO2)是作为澄清剂发挥功能的可任选添加的元素。其中,Sb(Sb2O3)是澄清效果大的澄清剂。Ce(CeO2)与Sb(Sb2O3)相比澄清效果小。Ce(CeO2)如果大量添加,则存在玻璃的着色变强的倾向。
需要说明的是,在本说明书中,Sb(Sb2O3)及Ce(CeO2)的含量表示为外部添加比例,不包括在以氧化物基准表示的全部玻璃成分的合计含量中。即,在本说明书中,将除Sb(Sb2O3)及Ce(CeO2)以外的全部玻璃成分的合计含量设为100质量%。
Sb2O3的含量表示为外部添加比例。即,在第3实施方式的光学玻璃中,将除Sb2O3及CeO2以外的全玻璃成分的合计含量设为100质量%时的Sb2O3的含量优选为1质量%以下,进一步以0.1质量%以下、0.05质量%以下、0.03质量%以下的顺序优选。Sb2O3的含量也可以为0质量%。
CeO2的含量也表示为外部添加比例。即,在第3实施方式的光学玻璃中,将除CeO2、Sb2O3以外的全玻璃成分的合计含量设为100质量%时的CeO2的含量优选为2质量%以下,进一步以1质量%以下、0.5质量%以下、0.1质量%以下的顺序更优选。CeO2的含量也可以为0质量%。通过将CeO2的含量设为上述范围,能够改善玻璃的澄清性。
(玻璃的特性)
<阿贝数νd>
在第3实施方式的光学玻璃中,阿贝数νd优选为15~30。阿贝数νd可以为18~25,也可以为20~24。通过将阿贝数νd设为上述范围,能够得到具有期望的色散性的玻璃。阿贝数νd可以通过调整作为有助于高色散化的玻璃成分的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的含量来控制。
<玻璃的比重>
第3实施方式的光学玻璃是高折射率玻璃,但比重不大。如果能够降低玻璃的比重,则可以减少透镜的重量。另一方面,比重过小时,会导致热稳定性降低。
因此,在第3实施方式的光学玻璃中,比重优选为4.2以下,进一步以4.0以下、3.8以下、3.6以下、3.4以下的顺序更优选。
比重可以通过调整各玻璃成分的含量来控制。特别是,通过调整Li2O、TiO2的含量,能够在保持高折射率的同时降低比重。
需要说明的是,在第3实施方式的光学玻璃中,折射率nd与比重优选满足下述式(1),更优选满足下述式(2),进一步优选满足下述式(3)。通过使折射率nd与比重满足下述式,可得到折射率高、且相比而言比重得到了降低的光学玻璃。
nd≥0.2×比重+1.18···(1)
nd≥0.2×比重+1.19···(2)
nd≥0.2×比重+1.20···(3)
<玻璃化转变温度Tg>
在第3实施方式的光学玻璃中,玻璃化转变温度Tg的上限优选为690℃,进一步以680℃、660℃、650℃、630℃、600℃的顺序更优选。玻璃化转变温度Tg的下限没有特别限制,通常为500℃,优选为550℃。
玻璃化转变温度Tg可以通过调整碱金属的合计含量来控制。
通过使玻璃化转变温度Tg的上限满足上述条件,可以抑制玻璃的再热压时成型温度及退火温度的上升,可以减轻热对再热压成型用设备及退火设备的损害。
通过使玻璃化转变温度Tg的下限满足上述条件,容易在保持期望的阿贝数、折射率的同时良好地保持再热压成型性及玻璃的热稳定性。
<玻璃的透光性>
第3实施方式的光学玻璃的透光性可以根据着色度λ80、λ70及λ5来评价。
对于厚度10.0mm±0.1mm的玻璃试样,在波长200~700nm的范围内测定光谱透射率,将外部透射率达到80%时的波长设为λ80,将外部透射率达到70%时的波长设为λ70,将外部透射率达到5%时的波长设为λ5。
第3实施方式的光学玻璃的λ80优选为700nm以下、更优选为650nm以下、进一步优选为600nm以下。
λ70优选为600nm以下、更优选为550nm以下、进一步优选为500nm以下。
λ5优选为500nm以下、更优选为450nm以下、进一步优选为400nm以下。
(光学玻璃的制造)
第3实施方式的光学玻璃以达到上述给定组成的方式调配玻璃原料,利用调配的玻璃原料、按照公知的玻璃制造方法制作即可。例如,调配多种化合物,充分混合而制成批原料,将批原料放入石英坩埚、铂坩埚中进行粗熔解(rough melt)。将通过粗熔解而得到的熔融物快速冷却、粉碎,制作碎玻璃。进一步将碎玻璃放入铂坩埚中进行加热、再熔融(remelt)而得到熔融玻璃,进一步在进行了澄清、均质化后,将熔融玻璃成型,进行缓慢冷却而得到光学玻璃。熔融玻璃的成型、缓慢冷却采用公知的方法即可。
需要说明的是,只要能在玻璃中导入期望的玻璃成分、并使其达到期望的含量,则对调配批原料时使用的化合物就没有特别限定,作为这样的化合物,可列举氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、氟化物等。
(光学元件等的制造)
使用第3实施方式的光学玻璃制作光学元件时,采用公知的方法即可。例如,在上述光学玻璃的制造中,将熔融玻璃注入铸模而成型为板状,制作由本发明的光学玻璃形成的玻璃材料。将得到的玻璃材料适当地切割、磨削、抛光,制作适于压制成型的大小、形状的碎片。将碎片加热、软化,通过公知的方法进行压制成型(再热压),制作近似于光学元件的形状的光学元件坯料。对光学元件坯料进行退火,通过公知的方法进行磨削、抛光而制作光学元件。
根据使用目的,也可以在制作的光学元件的光学功能面包覆防反射膜、全反射膜等。
根据本发明的一个方式,可提供由上述光学玻璃制成的光学元件。作为光学元件的种类,可示例出平面透镜、球面透镜、非球面透镜等透镜、棱镜、衍射光栅、导光板等。作为透镜的形状,可示例出双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜、平凹透镜、凸弯月透镜、凹弯月透镜等各种形状。作为导光板的用途,可示例出增强现实(AR)显示类型的眼镜型装置、混合现实(MR)显示类型的眼镜型装置等显示装置等。这样的导光板是可安装于眼镜型装置的框架的板状玻璃,由上述光学玻璃形成。根据需要,也可以在导光板的表面形成衍射光栅,该衍射光栅用于改变可以在导光板的内部反复进行全反射而传播的光的行进方向。衍射光栅可以通过公知的方法形成。佩戴具有上述导光板的眼镜型装置时,在导光板的内部传播后的光入射至瞳孔,从而会表现出增强现实(AR)显示、混合现实(MR)显示的功能。这样的眼镜型装置例如在日本特表2017-534352等中有所公开。需要说明的是,导光板可以通过公知的方法制作。光学元件可通过包括对由上述光学玻璃制成的玻璃成型体进行加工的工序的方法而制造。作为加工,可例示出切割、切削、粗磨削、精磨削、抛光等。进行这样的加工时,通过使用上述玻璃,可减轻破损,从而可以稳定地提供高品质的光学元件。
(图像显示装置)
对于第3实施方式的图像显示装置,可以设为与第1实施方式同样。
第4实施方式
在第4实施方式的光学玻璃中,
Li2O的含量、与除SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量的质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]为0.02以上,
TiO2的含量、与TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、SrO、BaO、ZnO、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Ta2O5及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]为0.40以上,
该光学玻璃的折射率nd为1.86以上。
在第4实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量、与除SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量的质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]为0.02以上。该质量比的下限优选为0.03,进一步以0.04、0.05、0.06的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.20,进一步以0.15、0.13、0.10的顺序更优选。
需要说明的是,全部玻璃成分的合计含量设为100质量%。因此,除SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量表示为[100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)]。通过将质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]设为上述范围,可以得到折射率高、且比重降低的光学玻璃。
在第4实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量、与TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、SrO、BaO、ZnO、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Ta2O5及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]为0.40以上。该质量比的下限优选为0.42,进一步以0.44、0.46、0.48、0.50的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.80,进一步以0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
通过将质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]设为上述范围,能够在抑制比重的增加的同时、提高折射率。
对于第4实施方式的光学玻璃中的玻璃成分的含量、及除上述以外的成分的比率,以下示出非限定性的实例。
在第4实施方式的光学玻璃中,SiO2的含量的下限优选为10%,进一步以12%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,SiO2的含量的上限优选为40%,进一步以38%、35%、33%、30%的顺序更优选。
SiO2为玻璃的网络形成成,能够改善玻璃的热稳定性、化学耐久性、耐候性,另外,为了提高熔融玻璃的粘度,SiO2的含量优选设为上述范围。SiO2的含量过多时,存在玻璃的折射率降低、无法得到期望的光学特性的隐患。
在第4实施方式的光学玻璃中,P2O5的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。P2O5的含量也可以为0%。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,P2O5的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,B2O3的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、0.8%、1.0%的顺序更优选。
B2O3为玻璃的网络形成成分。B2O3具有改善玻璃的热稳定性的作用,但B2O3的含量过多时,存在折射率降低的隐患。因此,B2O3的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Al2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。Al2O3的含量也可以为0%。
Al2O3具有提高化学耐久性的作用,但Al2O3的含量过多时,存在玻璃的熔融性变差的隐患。因此,Al2O3的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,SiO2及Al2O3的合计含量[SiO2+Al2O3]的下限优选为10%,进一步以13%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%、30%的顺序更优选。
为了提高玻璃的热稳定性,总含量[SiO2+Al2O3]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,B2O3的含量与SiO2及Al2O3的合计含量的质量比[B2O3/(SiO2+Al2O3)]的下限优选为0.01,进一步以0.02、0.03、0.04的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.20,进一步以0.18、0.15、0.13、0.10的顺序更优选。
从提高化学耐久性、热稳定性的观点考虑,质量比[B2O3/(SiO2+Al2O3)]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,B2O3及P2O5的合计含量[B2O3+P2O5]的下限优选为0.5%,进一步以0.8%、1.0%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。
从提高化学耐久性、热稳定性的观点考虑,总含量[B2O3+P2O5]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,B2O3及SiO2的合计含量[B2O3+SiO2]的下限优选为10%,进一步以15%、18%、20%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
为了得到折射率高的光学玻璃,总含量[B2O3+SiO2]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,ZrO2的含量的下限优选为0%,进一步以0.1%、0.5%、1.0%的顺序更优选。另外,ZrO2的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。ZrO2的含量也可以为0%。
ZrO2是有助于高折射率化的成分。另一方面,ZrO2的含量过多时,热稳定性降低,另外,存在比重增加的隐患。因此,ZrO2的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量的下限优选为10%,进一步以13%、15%、18%、20%的顺序更优选。另外,TiO2的含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
TiO2是有助于高折射率化的成分,具有改善玻璃稳定性的作用。另外,能够在不导致比重增加的情况下使折射率增加。另一方面,TiO2的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,TiO2的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Nb2O5的含量的下限优选为10%,进一步以13%、15%的顺序更优选。另外,Nb2O5的含量的上限优选为50%,进一步以45%、40%、35%的顺序更优选。
Nb2O5是有助于高折射率化的成分,具有改善玻璃稳定性的作用。另一方面,Nb2O5的含量过多时,存在比重增加的隐患,另外,存在热稳定性降低的隐患。因此,Nb2O5的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]的下限优选为20%,进一步以25%、30%、35%的顺序更优选。另外,该总含量的上限优选为70%,进一步以65%、60%、55%的顺序更优选。
TiO2及Nb2O5是有助于高折射率化的成分。因此,为了得到具有期望的光学特性的玻璃,TiO2及Nb2O5的合计含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]的下限优选为0.20,进一步以0.25、0.30、0.35的顺序更优选。该质量比的上限优选为0.80,进一步以0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,WO3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。WO3的含量也可以为0%。
WO3是有助于高折射率化的成分。另一方面,WO3的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患,并且存在玻璃的着色增大、透射率降低的隐患。因此,WO3的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Bi2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Bi2O3的含量的下限优选为0%。Bi2O3的含量也可以为0%。
Bi2O3通过适量含有而具有改善玻璃的热稳定性的作用。另外,是有助于高折射率化的成分。另一方面,Bi2O3的含量过多时,比重增加。此外,玻璃的着色增大。因此,Bi2O3的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的合计含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]的上限优选为80%,进一步以70%、60%的顺序更优选。另外,该总含量的下限优选为20%,进一步以25%、30%、35%的顺序更优选。
TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3均是有助于高折射率化的成分。因此,总含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量的下限优选为0.1%,进一步以0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、1.3%、1.5%的顺序更优选。Li2O的含量的上限优选为10%,进一步以9%、8%、7%、6%、5%的顺序更优选。
Li2O是有助于低比重化的成分,另外,在碱金属中,是特别有助于高折射率化的成分。另一方面,Li2O的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,Li2O的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Na2O的含量的上限优选为10%,进一步以9%、8%、7%的顺序更优选。Na2O的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的顺序更优选。
在第4实施方式的光学玻璃中,K2O的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%的顺序更优选。K2O的含量的下限优选为0%,进一步以0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的顺序更优选。K2O的含量也可以为0%。
Na2O及K2O具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,它们的含量过多时,存在折射率降低的隐患,另外,存在热稳定性降低的隐患。因此,Na2O及K2O的各含量分别优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Cs2O的含量的上限优选为5%,进一步以3%、1%的顺序更优选。Cs2O的含量的下限优选为0%。
Cs2O具有改善玻璃的热稳定性的作用,但它们的含量变多时,化学耐久性、耐候性降低。因此,Cs2O的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量与Li2O、Na2O及K2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)]的下限优选为0.10,进一步以0.15、0.20、0.25的顺序更优选。该质量比的上限优选为1.00,进一步以0.80、0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Li2O的含量与Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]的下限优选为0.10,进一步以0.15、0.20、0.25的顺序更优选。该质量比的上限优选为1.00,进一步以0.80、0.75、0.70、0.65的顺序更优选。
为了得到折射率高、且比重降低了的光学玻璃,质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Na2O+K2O+Cs2O]的下限优选为0%。该总含量的上限优选为11.0%,进一步以10.0%、9.0%、8.0%、7.0%、6.0%的顺序更优选。
为了在保持玻璃的热稳定性的同时、将折射率保持为较高水平,总含量[Na2O+K2O+Cs2O]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]的下限优选为1.5%,进一步以2%、4%、6%的顺序更优选。该总含量的上限优选为15%,进一步以13%、10%的顺序更优选。
为了得到熔融性优异的光学玻璃,总含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,MgO的含量的上限优选为20%,进一步以15%、10%、5%的顺序更优选。另外,MgO的含量的下限优选为0%。
在第4实施方式的光学玻璃中,CaO的含量的下限优选为1%,进一步以3%、5%、8%的顺序更优选。CaO的含量的上限优选为20%,进一步以18%、15%、13%的顺序更优选。
MgO及CaO具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面,它们的含量过多时,存在热稳定性降低的隐患。因此,MgO及CaO的各含量分别优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,SrO的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,SrO的含量的下限优选为0%。
SrO具有改善玻璃的熔融性、提高折射率的作用。另一方面,SrO的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患。因此,SrO的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,BaO的含量的上限优选为20%,进一步以17%、15%、13%、10%的顺序更优选。另外,BaO的含量的下限优选为0%。
BaO具有改善玻璃的熔融性、提高折射率的作用。另一方面,BaO的含量过多时,存在热稳定性降低、比重增加的隐患。因此,BaO的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,ZnO的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,ZnO的含量的下限优选为0%。
ZnO是具有改善玻璃的热稳定性的作用的玻璃成分。然而,ZnO的含量过多时,比重上升。因此,从改善玻璃的热稳定性、保持期望的光学特性的观点考虑,ZnO的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO的合计含量[MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO]的上限优选为40%,进一步以35%、30%、25%的顺序更优选。另外,该总含量的下限优选为3%,进一步以5%、8%、10%的顺序更优选。从抑制比重的增加、并且在不妨碍高色散化的情况下保持热稳定性的观点考虑,该总含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Ta2O5的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Ta2O5的含量的下限优选为0%。
Ta2O5是有助于高折射率化的成分。另外,是具有改善玻璃的热稳定性的作用的玻璃成分,也是使Pg,F降低的成分。另一方面,Ta2O5的含量变多时,玻璃的热稳定性降低,将玻璃熔融时容易发生玻璃原料的熔融残留。另外,比重上升。因此,Ta2O5的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,La2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,La2O3的含量的下限优选为0%。
La2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,La2O3的含量变多时,比重增加,而且玻璃的热稳定性降低。因此,从抑制比重的增加及玻璃的热稳定性的降低的观点考虑,La2O3的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Y2O3的含量的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。另外,Y2O3的含量的下限优选为0%。
Y2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,Y2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性降低,在制造中玻璃变得容易失透。因此,从抑制玻璃的热稳定性的降低的观点考虑,Y2O3的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Sc2O3的含量优选为2%以下。另外,Sc2O3的含量的下限优选为0%。
在第4实施方式的光学玻璃中,HfO2的含量优选为2%以下。另外,HfO2的含量的下限优选为0%。
Sc2O3、HfO2具有提高玻璃的高色散性的作用,但是是昂贵的成分。因此,Sc2O3、HfO2的各含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Lu2O3的含量优选为2%以下。另外,Lu2O3的含量的下限优选为0%。
Lu2O3具有提高玻璃的高色散性的作用,但由于分子量大,因此也是导致玻璃的比重增加的玻璃成分。因此,Lu2O3的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,GeO2的含量优选为2%以下。另外,GeO2的含量的下限优选为0%。
GeO2具有提高玻璃的高色散性的作用,但在通常使用的玻璃成分中,是尤为昂贵的成分。因此,从降低玻璃的制造成本的观点考虑,GeO2的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Gd2O3的含量的上限优选为3.0%,更优选为2.0%。另外,Gd2O3的含量的下限优选为0%。
Gd2O3是有助于高折射率化的成分。另一方面,Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的热稳定性降低。另外,Gd2O3的含量变得过多时,玻璃的比重增大,不优选。因此,从良好地保持玻璃的热稳定性、同时抑制比重的增大的观点考虑,Gd2O3的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,Yb2O3的含量优选为2%以下。另外,Yb2O3的含量的下限优选为0%。
Yb2O3与La2O3、Gd2O3、Y2O3相比分子量大,因此,会导致玻璃的比重增大。玻璃的比重增大时,光学元件的质量增大。因此,优选减少Yb2O3的含量,以抑制玻璃的比重的增大。
另外,Yb2O3的含量过多时,玻璃的热稳定性降低。从防止玻璃的热稳定性的降低、抑制比重的增大的观点考虑,Yb2O3的含量优选设为上述范围。
在第4实施方式的光学玻璃中,La2O3、Gd2O3及Y2O3的合计含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]的上限优选为10%,进一步以8%、5%、3%的顺序更优选。该总含量的下限为0%。该总含量也可以为0%。
从抑制比重的增大、且良好地保持热稳定性的观点考虑,总含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]优选设为上述范围。
第4实施方式的光学玻璃优选主要由上述的玻璃成分、即作为必要成分的Li2O、TiO2、作为任选成分的SiO2、P2O5、B2O3、Al2O3、ZrO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、Na2O、K2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Ta2O5、La2O3、Y2O3、Sc2O3、HfO2、Lu2O3、GeO2、Gd2O3及Yb2O3构成,上述的玻璃成分的合计含量优选为95%以上、更优选为98%以上、进一步优选为99%以上、更进一步优选为99.5%以上。
需要说明的是,第4实施方式的光学玻璃优选基本上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,也可以含有其它成分。另外,在本发明中,并不排除含有不可避免的杂质。
(其它成分)
Pb、As、Cd、Tl、Be、Se均具有毒性。因此,特别优选第4实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
U、Th、Ra均为放射性元素。因此,特别优选第4实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm会导致玻璃的着色增大,可能会成为荧光的产生源。因此,特别优选第4实施方式的光学玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。上述各元素的含量换算成氧化物,分别优选小于0.5%、进一步以小于0.1%、小于0.05%、小于0.01%的顺序更优选。
Sb(Sb2O3)、Ce(CeO2)是作为澄清剂发挥功能的可任选添加的元素。其中,Sb(Sb2O3)是澄清效果大的澄清剂。Ce(CeO2)与Sb(Sb2O3)相比澄清效果小。Ce(CeO2)如果大量添加,则存在玻璃的着色变强的倾向。
需要说明的是,在本说明书中,Sb(Sb2O3)及Ce(CeO2)的含量表示为外部添加比例,不包括在以氧化物基准表示的全部玻璃成分的合计含量中。即,在本说明书中,将除Sb(Sb2O3)及Ce(CeO2)以外的全部玻璃成分的合计含量设为100质量%。
Sb2O3的含量表示为外部添加比例。即,在第4实施方式的光学玻璃中,将除Sb2O3及CeO2以外的全玻璃成分的合计含量设为100质量%时的Sb2O3的含量优选为1质量%以下,进一步以0.1质量%以下、0.05质量%以下、0.03质量%以下的顺序优选。Sb2O3的含量也可以为0质量%。
CeO2的含量也表示为外部添加比例。即,在第4实施方式的光学玻璃中,将除CeO2、Sb2O3以外的全玻璃成分的合计含量设为100质量%时的CeO2的含量优选为2质量%以下,进一步以1质量%以下、0.5质量%以下、0.1质量%以下的顺序更优选。CeO2的含量也可以为0质量%。通过将CeO2的含量设为上述范围,能够改善玻璃的澄清性。
(玻璃的特性)
<阿贝数νd>
在第4实施方式的光学玻璃中,阿贝数νd优选为15~30。阿贝数νd可以为18~25,也可以为20~24。通过将阿贝数νd设为上述范围,能够得到具有期望的色散性的玻璃。阿贝数νd可以通过调整作为有助于高色散化的玻璃成分的TiO2、Nb2O5、WO3及Bi2O3的含量来控制。
<折射率nd>
在第4实施方式的光学玻璃中,折射率nd的下限为1.86。折射率nd的下限也可以设为1.87、1.88、1.89、或1.90。另外,折射率nd的上限可以设为2.20,进而也可以设为2.15、2.10或2.05。折射率可以通过调整作为有助于高折射率化的玻璃成分的TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、Y2O3及Ta2O5的含量来控制。
<玻璃的比重>
第4实施方式的光学玻璃是高折射率玻璃,但比重不大。如果能够降低玻璃的比重,则可以减少透镜的重量。另一方面,比重过小时,会导致热稳定性降低。
因此,在第4实施方式的光学玻璃中,比重优选为4.2以下,进一步以4.0以下、3.8以下、3.6以下、3.4以下的顺序更优选。
比重可以通过调整各玻璃成分的含量来控制。特别是,通过调整Li2O、TiO2的含量,能够在保持高折射率的同时降低比重。
需要说明的是,在第4实施方式的光学玻璃中,折射率nd与比重优选满足下述式(1),更优选满足下述式(2),进一步优选满足下述式(3)。通过使折射率nd与比重满足下述式,可得到折射率高、且相比而言比重得到了降低的光学玻璃。
nd≥0.2×比重+1.18···(1)
nd≥0.2×比重+1.20···(2)
nd≥0.2×比重+1.22···(3)
另外,在第4实施方式的光学玻璃中,折射率nd与比重的比率[折射率nd/比重]优选为0.50以上,更优选为0.52以上,进一步优选为0.54以上。通过将比率[折射率nd/比重]设为上述范围,可得到折射率高、且相比而言比重得到了降低的光学玻璃。
<玻璃化转变温度Tg>
在第4实施方式的光学玻璃中,玻璃化转变温度Tg的上限优选为660℃,进一步以650℃、630℃、600℃的顺序更优选。玻璃化转变温度Tg的下限没有特别限制,通常为500℃,优选为550℃。
玻璃化转变温度Tg可以通过调整碱金属的合计含量来控制。
通过使玻璃化转变温度Tg的上限满足上述条件,可以抑制玻璃的再热压时成型温度及退火温度的上升,可以减轻热对再热压成型用设备及退火设备的损害。
通过使玻璃化转变温度Tg的下限满足上述条件,容易在保持期望的阿贝数、折射率的同时良好地保持再热压成型性及玻璃的热稳定性。
<玻璃的透光性>
第4实施方式的光学玻璃的透光性可以根据着色度λ80、λ70及λ5来评价。
对于厚度10.0mm±0.1mm的玻璃试样,在波长200~700nm的范围内测定光谱透射率,将外部透射率达到80%时的波长设为λ80,将外部透射率达到70%时的波长设为λ70,将外部透射率达到5%时的波长设为λ5。
第1实施方式的光学玻璃的λ80优选为700nm以下、更优选为650nm以下、进一步优选为600nm以下。
λ70优选为600nm以下、更优选为550nm以下、进一步优选为500nm以下。
λ5优选为500nm以下、更优选为450nm以下、进一步优选为400nm以下。
(光学玻璃的制造)
第4实施方式的光学玻璃以达到上述给定组成的方式调配玻璃原料,利用调配的玻璃原料、按照公知的玻璃制造方法制作即可。例如,调配多种化合物,充分混合而制成批原料,将批原料放入石英坩埚、铂坩埚中进行粗熔解(rough melt)。将通过粗熔解而得到的熔融物快速冷却、粉碎,制作碎玻璃。进一步将碎玻璃放入铂坩埚中进行加热、再熔融(remelt)而得到熔融玻璃,进一步在进行了澄清、均质化后,将熔融玻璃成型,进行缓慢冷却而得到光学玻璃。熔融玻璃的成型、缓慢冷却采用公知的方法即可。
需要说明的是,只要能在玻璃中导入期望的玻璃成分、并使其达到期望的含量,则对调配批原料时使用的化合物就没有特别限定,作为这样的化合物,可列举氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、氟化物等。
(光学元件等的制造)
使用第4实施方式的光学玻璃制作光学元件时,采用公知的方法即可。例如,在上述光学玻璃的制造中,将熔融玻璃注入铸模而成型为板状,制作由本发明的光学玻璃形成的玻璃材料。将得到的玻璃材料适当地切割、磨削、抛光,制作适于压制成型的大小、形状的碎片。将碎片加热、软化,通过公知的方法进行压制成型(再热压),制作近似于光学元件的形状的光学元件坯料。对光学元件坯料进行退火,通过公知的方法进行磨削、抛光而制作光学元件。
根据使用目的,也可以在制作的光学元件的光学功能面包覆防反射膜、全反射膜等。
根据本发明的一个方式,可提供由上述光学玻璃制成的光学元件。作为光学元件的种类,可示例出平面透镜、球面透镜、非球面透镜等透镜、棱镜、衍射光栅、导光板等。作为透镜的形状,可示例出双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜、平凹透镜、凸弯月透镜、凹弯月透镜等各种形状。作为导光板的用途,可示例出增强现实(AR)显示类型的眼镜型装置、混合现实(MR)显示类型的眼镜型装置等显示装置等。这样的导光板是可安装于眼镜型装置的框架的板状玻璃,由上述光学玻璃形成。根据需要,也可以在导光板的表面形成衍射光栅,该衍射光栅用于改变可以在导光板的内部反复进行全反射而传播的光的行进方向。衍射光栅可以通过公知的方法形成。佩戴具有上述导光板的眼镜型装置时,在导光板的内部传播后的光入射至瞳孔,从而会表现出增强现实(AR)显示、混合现实(MR)显示的功能。这样的眼镜型装置例如在日本特表2017-534352等中有所公开。需要说明的是,导光板可以通过公知的方法制作。光学元件可通过包括对由上述光学玻璃制成的玻璃成型体进行加工的工序的方法而制造。作为加工,可例示出切割、切削、粗磨削、精磨削、抛光等。进行这样的加工时,通过使用上述玻璃,可减轻破损,从而可以稳定地提供高品质的光学元件。
(图像显示装置)
对于第4实施方式的图像显示装置,可以设为与第1实施方式同样。
实施例
以下,结合实施例更详细地说明本发明。但本发明不限定于实施例所示的实施方式。
需要说明的是,实施例1对应于第1实施方式,实施例2对应于第2实施方式,实施例3对应于第3实施方式,实施例4对应于第4实施方式。
实施例1
(实施例1-1)
按照以下的顺序制作具有表1-1(1)、1-1(2)、1-1(3)、1-1(4)所示的玻璃组成的玻璃样品,并进行了各种评价。
[光学玻璃的制造]
首先,准备与玻璃的构成成分对应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、及硝酸盐作为原材料,以使得到的光学玻璃的玻璃组成达到表1-1(1)、1-1(2)、1-1(3)、1-1(4)所示的各组成的方式称量上述原材料并进行调配,将原材料充分混合。将这样得到的调配原料(批原料)投入铂坩埚,于1350℃~1400℃加热2小时而制成熔融玻璃,进行搅拌以谋求均质化,澄清后,将熔融玻璃浇铸至预热到适当温度的模具。将浇铸后的玻璃于玻璃化转变温度Tg附近进行30分钟的热处理,在炉内自然冷却至室温,由此得到了玻璃样品。
[玻璃成分组成的确认]
对于得到的玻璃样品,通过电感耦合等离子体发射光谱分析法(ICP-AES)测定了各玻璃成分的含量,确认了为表1-1(1)、1-1(2)、1-1(3)、1-1(4)所示的各组成。
[光学特性的测定]
对得到的玻璃样品进一步在玻璃化转变温度Tg附近进行约30分钟~约2小时的退火处理后,在炉内以降温速度-30℃/小时冷却至室温,得到了退火样品。对得到的退火样品测定了折射率nd、ng、nF及nC、阿贝数νd、比重、玻璃化转变温度Tg、λ80、λ70及λ5。将结果示于表1-2(1)、1-2(2)、1-2(3)、1-2(4)。
(i)折射率nd、ng、nF、nC及阿贝数νd
对于上述退火样品,通过JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定折射率nd、ng、nF、nC,并基于下式计算出了阿贝数νd。
νd=(nd-1)/(nF-nC)
(ii)比重
比重通过阿基米德法测定。
(iii)玻璃化转变温度Tg
玻璃化转变温度Tg使用NETZSCH JAPAN公司制造的差示扫描量热分析装置(DSC3300SA)、以升温速度10℃/分进行了测定。
(iv)λ80、λ70及λ5
对于厚度10.0mm±0.1mm的退火样品,在波长200~700nm的范围测定了光谱透射率。将外部透射率达到80%时的波长设为λ80,将外部透射率达到70%时的波长设为λ70,将外部透射率达到5%时的波长设为λ5。
[表1-1(1)]
表1-1(1)
[表1-1(2)]
表1-1(2)
[表1-1(3)]
表1-1(3)
[表1-1(4)]
表1-1(4)
[表1-2(1)]
表1-2(1)
[表1-2(2)]
表1-2(2)
[表1-2(3)]
表1-2(3)
[表1-2(4)]
表1-2(4)
(实施例1-2)
对实施例1-1中制作的光学玻璃(No.1-1~1-105)、与在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃进行了比较。在以折射率nd为纵轴、以比重为横轴的坐标图中,对实施例1-1的光学玻璃及在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃进行作图。将结果示于图1。
如图1所示,实施例1-1的光学玻璃、与在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃以nd=0.2×比重+1.18的直线为界而区分。
即,可知本申请发明的光学玻璃以nd=0.2×比重+1.18的直线而明确区分于专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃,而且相对于相同的折射率nd显示出比率小的优异效果。
(实施例1-3)
使用实施例1-1中制作的各光学玻璃、通过公知的方法制作透镜坯料,并通过抛光等公知方法对透镜坯料进行加工,制作了各种透镜。
制作的光学透镜为平面透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凹弯月透镜、凸弯月透镜等各种透镜。
各种透镜通过与由其它种类的光学玻璃制成的透镜组合,可良好地补正二级色差。
另外,由于玻璃的比重低,因此各透镜的重量均小于具有同等光学特性、大小的透镜,适于作为护目镜型或眼镜型的AR显示装置用或MR显示装置用材料。同样地,使用在实施例1-1中制作的各种光学玻璃制作了棱镜。
(实施例1-4)
将实施例1-1中制作的各光学玻璃加工成长50mm×宽20mm×厚1.0mm的矩形薄板状,得到了导光板。将该导光板设置于图2所示的头戴式显示器1。
对于如此得到的头戴式显示器,在眼点的位置对图像进行评价的结果,可以以广视角观察到高亮度且高对比度的图像。
实施例2
(实施例2-1)
按照以下的顺序制作具有表2-1(1)、2-1(2)、2-1(3)、2-1(4)、2-2(1)、2-2(2)、2-2(3)、2-2(4)所示的玻璃组成的玻璃样品,并进行了各种评价。
[光学玻璃的制造]
首先,准备与玻璃的构成成分对应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、及硝酸盐作为原材料,以使得到的光学玻璃的玻璃组成达到表2-1(1)、2-1(2)、2-1(3)、2-1(4)、2-2(1)、2-2(2)、2-2(3)、2-2(4)所示的各组成的方式称量上述原材料并进行调配,将原材料充分混合。将这样得到的调配原料(批原料)投入铂坩埚,于1350℃~1400℃加热2小时而制成熔融玻璃,进行搅拌以谋求均质化,澄清后,将熔融玻璃浇铸至预热到适当温度的模具。将浇铸后的玻璃于玻璃化转变温度Tg附近进行30分钟热处理,在炉内自然冷却至室温,由此得到了玻璃样品。
[玻璃成分组成的确认]
对于得到的玻璃样品,通过电感耦合等离子体发射光谱分析法(ICP-AES)测定了各玻璃成分的含量,确认了为表2-1(1)、2-1(2)、2-1(3)、2-1(4)、2-2(1)、2-2(2)、2-2(3)、2-2(4)所示的各组成。
[光学特性的测定]
对得到的玻璃样品进一步在玻璃化转变温度Tg附近进行约30分钟~约2小时的退火处理后,在炉内以降温速度-30℃/小时冷却至室温,得到了退火样品。对得到的退火样品测定了折射率nd、ng、nF及nC、阿贝数νd、比重、玻璃化转变温度Tg、λ80、λ70及λ5。将结果示于表2-3(1)、2-3(2)、2-3(3)、2-3(4)。
(i)折射率nd、ng、nF、nC及阿贝数νd
对于上述退火样品,通过JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定折射率nd、ng、nF、nC,并基于下式计算出了阿贝数νd。
νd=(nd-1)/(nF-nC)
(ii)比重
比重通过阿基米德法测定。
(iii)玻璃化转变温度Tg
玻璃化转变温度Tg使用NETZSCH JAPAN公司制造的差示扫描量热分析装置(DSC3300SA)、以升温速度10℃/分进行了测定。
(iv)λ80、λ70及λ5
对于厚度10.0mm±0.1mm的退火样品,在波长200~700nm的范围测定了光谱透射率。将外部透射率达到80%时的波长设为λ80,将外部透射率达到70%时的波长设为λ70,将外部透射率达到5%时的波长设为λ5。
[表2-1(1)]
表2-1(1)
[表2-1(2)]
表2-1(2)
[表2-1(3)]
表2-1(3)
[表2-1(4)]
表2-1(4)
[表2-2(1)]
表2-2(1)
[表2-2(2)]
表2-2(2)
[表2-2(3)]
表2-2(3)
[表2-2(4)]
表2-2(4)
[表2-3(1)]
表2-3(1)
[表2-3(2)]
表2-3(2)
[表2-3(3)]
表2-3(3)
[表2-3(4)]
表2-3(4)
(实施例2-2)
使用实施例2-1中制作的各光学玻璃、通过公知的方法制作透镜坯料,通过抛光等公知方法对透镜坯料进行加工,制作了各种透镜。
制作的光学透镜为平面透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凹弯月透镜、凸弯月透镜等各种透镜。
各种透镜通过与由其它种类的光学玻璃制成的透镜组合,可良好地补正二级色差。
另外,由于玻璃的比重低,因此各透镜的重量均小于具有同等光学特性、大小的透镜,适于作为护目镜型或眼镜型的AR显示装置用或MR显示装置用材料。同样地,使用在实施例2-1中制作的各种光学玻璃制作了棱镜。
(实施例2-3)
将实施例2-1中制作的各光学玻璃加工成长50mm×宽20mm×厚1.0mm的矩形薄板状,得到了导光板。将该导光板设置于图2所示的头戴式显示器1。
对于如此得到的头戴式显示器,在眼点的位置对图像进行评价的结果,可以以广视角观察到高亮度且高对比度的图像。
实施例3
(实施例3-1)
按照以下的顺序制作具有表3-1(1)、3-1(2)、3-1(3)、3-1(4)所示的玻璃组成的玻璃样品,并进行了各种评价。
[光学玻璃的制造]
首先,准备与玻璃的构成成分对应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、及硝酸盐作为原材料,以使得到的光学玻璃的玻璃组成达到表3-1(1)、3-1(2)、3-1(3)、3-1(4)所示的各组成的方式称量上述原材料并进行调配,将原材料充分混合。将这样得到的调配原料(批原料)投入铂坩埚,于1350℃~1400℃加热2小时而制成熔融玻璃,进行搅拌以谋求均质化,澄清后,将熔融玻璃浇铸至预热到适当温度的模具。将浇铸后的玻璃于玻璃化转变温度Tg附近进行30分钟的热处理,在炉内自然冷却至室温,由此得到了玻璃样品。
[玻璃成分组成的确认]
对于得到的玻璃样品,通过电感耦合等离子体发射光谱分析法(ICP-AES)测定了各玻璃成分的含量,确认了为表3-1(1)、3-1(2)、3-1(3)、3-1(4)所示的各组成。
[光学特性的测定]
对得到的玻璃样品进一步在玻璃化转变温度Tg附近进行约30分钟~约2小时的退火处理后,在炉内以降温速度-30℃/小时冷却至室温,得到了退火样品。对得到的退火样品测定了折射率nd、ng、nF及nC、阿贝数νd、比重、玻璃化转变温度Tg、λ80、λ70及λ5。将结果示于表3-2(1)、3-2(2)、3-2(3)、3-2(4)。
(i)折射率nd、ng、nF、nC及阿贝数νd
对于上述退火样品,通过JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定折射率nd、ng、nF、nC,并基于下式计算出了阿贝数νd。
νd=(nd-1)/(nF-nC)
(ii)比重
比重通过阿基米德法测定。
(iii)玻璃化转变温度Tg
玻璃化转变温度Tg使用NETZSCH JAPAN公司制造的差示扫描量热分析装置(DSC3300SA)、以升温速度10℃/分进行了测定。
(iv)λ80、λ70及λ5
对于厚度10.0mm±0.1mm的退火样品,在波长200~700nm的范围测定了光谱透射率。将外部透射率达到80%时的波长设为λ80,将外部透射率达到70%时的波长设为λ70,将外部透射率达到5%时的波长设为λ5。
[表3-1(1)]
表3-1(1)
[表3-1(2)]
表3-1(2)
[表3-1(3)]
表3-1(3)
[表3-1(4)]
表3-1(4)
[表3-2(1)]
表3-2(1)
[表3-2(2)]
表3-2(2)
[表3-2(3)]
表3-2(3)
[表3-2(4)]
表3-2(4)
(实施例3-2)
使用实施例3-1中制作的各光学玻璃、通过公知的方法制作透镜坯料,通过抛光等公知方法对透镜坯料进行加工,制作了各种透镜。
制作的光学透镜为平面透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凹弯月透镜、凸弯月透镜等各种透镜。
各种透镜通过与由其它种类的光学玻璃制成的透镜组合,可良好地补正二级色差。
另外,由于玻璃的比重低,因此各透镜的重量均小于具有同等光学特性、大小的透镜,适于作为护目镜型或眼镜型的AR显示装置用或MR显示装置用材料。同样地,使用在实施例3-1中制作的各种光学玻璃制作了棱镜。
(实施例3-3)
将实施例3-1中制作的各光学玻璃加工成长50mm×宽20mm×厚1.0mm的矩形薄板状,得到了导光板。将该导光板设置于图2所示的头戴式显示器1。
对于如此得到的头戴式显示器,在眼点的位置对图像进行评价的结果,可以以广视角观察到高亮度且高对比度的图像。
实施例4
(实施例4-1)
按照以下的顺序制作具有表4-1(1)、4-1(2)、4-1(3)、4-1(4)、4-2(1)、4-2(2)、4-2(3)、4-2(4)所示的玻璃组成的玻璃样品,并进行了各种评价。
[光学玻璃的制造]
首先,准备与玻璃的构成成分对应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、及硝酸盐作为原材料,以使得到的光学玻璃的玻璃组成达到表4-1(1)、4-1(2)、4-1(3)、4-1(4)、4-2(1)、4-2(2)、4-2(3)、4-2(4)所示的各组成的方式称量上述原材料并进行调配,将原材料充分混合。将这样得到的调配原料(批原料)投入铂坩埚,于1350℃~1400℃加热2小时而制成熔融玻璃,进行搅拌以谋求均质化,澄清后,将熔融玻璃浇铸至预热到适当温度的模具。将浇铸后的玻璃于玻璃化转变温度Tg附近进行30分钟的热处理,在炉内自然冷却至室温,由此得到了玻璃样品。
[玻璃成分组成的确认]
对于得到的玻璃样品,通过电感耦合等离子体发射光谱分析法(ICP-AES)测定了各玻璃成分的含量,确认了为表4-1(1)、4-1(2)、4-1(3)、4-1(4)、4-2(1)、4-2(2)、4-2(3)、4-2(4)所示的各组成。
[光学特性的测定]
对得到的玻璃样品进一步在玻璃化转变温度Tg附近进行约30分钟~约2小时的退火处理后,在炉内以降温速度-30℃/小时冷却至室温,得到了退火样品。对得到的退火样品测定了折射率nd、ng、nF及nC、阿贝数νd、比重、玻璃化转变温度Tg、λ80、λ70及λ5。将结果示于表4-3(1)、4-3(2)、4-3(3)、4-3(4)。
(i)折射率nd、ng、nF、nC及阿贝数νd
对于上述退火样品,通过JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定折射率nd、ng、nF、nC,并基于下式计算出了阿贝数νd。
νd=(nd-1)/(nF-nC)
(ii)比重
比重通过阿基米德法测定。
(iii)玻璃化转变温度Tg
玻璃化转变温度Tg使用NETZSCH JAPAN公司制造的差示扫描量热分析装置(DSC3300SA)、以升温速度10℃/分进行了测定。
(iv)λ80、λ70及λ5
对于厚度10.0mm±0.1mm的退火样品,在波长200~700nm的范围测定了光谱透射率。将外部透射率达到80%时的波长设为λ80,将外部透射率达到70%时的波长设为λ70,将外部透射率达到5%时的波长设为λ5。
[表4-1(1)]
表4-1(1)
[表4-1(2)]
表4-1(2)
[表4-1(3)]
表4-1(3)
[表4-1(4)]
表4-1(4)
[表4-2(1)]
表4-2(1)
[表4-2(2)]
表4-2(2)
[表4-2(3)]
表4-2(3)
[表4-2(4)]
表4-2(4)
[表4-3(1)]
表4-3(1)
[表4-3(2)]
表4-3(2)
[表4-3(3)]
表4-3(3)
[表4-3(4)]
表4-3(4)
(实施例4-2)
对实施例4-1中制作的光学玻璃(No.4-1~4-97)、与在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃进行比较。首先,在以质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]为纵轴、以质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]为横轴的坐标图中,对实施例4-1的光学玻璃及在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃进行作图。将结果示于图4。
接下来,在以折射率nd与比重的比率[折射率nd/比重]为纵轴、以质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]为横轴的坐标图中,对实施例4-1的光学玻璃(No.4-1~4-97)及在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃进行作图。需要说明的是,作为纵轴的比率[折射率nd/比重]的值越大,意味着折射率越高,而且比重越降低。将结果示于图5,
如图4所示,实施例4-1的光学玻璃、与在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃,以作为横轴的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]达到0.40的线、以及作为纵轴的质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]达到0.02的线为边界而进行区分。
另外可知,如图5所示,关于作为纵轴的比率[折射率nd/比重],实施例4-1的光学玻璃显示出比在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃高的值。
即,可知实施例4-1的光学玻璃可以基于组成而与在专利文献1~4的实施例中公开的光学玻璃明确地区分开,而且显示出比率[折射率nd/比重]大的优异效果。
(实施例4-3)
使用实施例4-1中制作的各光学玻璃、通过公知的方法制作透镜坯料,通过抛光等公知方法对透镜坯料进行加工,制作了各种透镜。
制作的光学透镜为平面透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凹弯月透镜、凸弯月透镜等各种透镜。
各种透镜通过与由其它种类的光学玻璃制成的透镜组合,可良好地补正二级色差。
另外,由于玻璃的比重低,因此各透镜的重量均小于具有同等光学特性、大小的透镜,适于作为护目镜型或眼镜型的AR显示装置用或MR显示装置用材料。同样地,使用在实施例4-1中制作的各种光学玻璃制作了棱镜。
(实施例4-4)
将实施例4-1中制作的各光学玻璃加工成长50mm×宽20mm×厚1.0mm的矩形薄板状,得到了导光板。将该导光板设置于图2所示的头戴式显示器1。
对于如此得到的头戴式显示器,在眼点的位置对图像进行评价的结果,可以以广视角观察到高亮度且高对比度的图像。
比较例
按照以下的顺序制作具有表5(1)所示的玻璃组成的玻璃样品,并进行了各种评价。需要说明的是,比较例1~7分别具有与以下示出的文献中公开的玻璃相同的组成。
比较例1:Physics and Chemistry of Glasses,vol.12,p.93,1971
比较例2:J.Non-Crystalline Solids,vol.107,p.244,1989
比较例3:J.American Ceramic Soc.,vol.73,p.2743,1990
比较例4:Applied Optics,vol.29,p.3126,1990
比较例5:Applied Optics,vol.29,p.3126,1990
比较例6:日本特开2003-252646
比较例7:J.American Ceramic Soc.,vol.94,p.2086,2011
[光学玻璃的制造]
首先,准备与玻璃的构成成分对应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、及硝酸盐作为原材料,以使得到的光学玻璃的玻璃组成达到表5(1)所示的各组成的方式称量上述原材料并进行调配,将原材料充分混合。将这样得到的调配原料(批原料)投入铂坩埚,于1350℃~1400℃加热2小时而制成熔融玻璃,进行搅拌以谋求均质化,澄清后,将熔融玻璃浇铸至预热到适当温度的模具。将浇铸后的玻璃于玻璃化转变温度Tg附近进行30分钟的热处理,在炉内自然冷却至室温,由此得到了玻璃样品。
[玻璃成分组成的确认]
对于得到的玻璃样品,通过电感耦合等离子体发射光谱分析法(ICP-AES)测定了各玻璃成分的含量,确认了为表5(1)所示的各组成。
[光学特性的测定]
对得到的玻璃样品进一步在玻璃化转变温度Tg附近进行约30分钟~约2小时的退火处理后,在炉内以降温速度-30℃/小时冷却至室温,得到了退火样品。对得到的退火样品测定了折射率nd及比重。将结果示于表5(2)。
(i)折射率nd
对于上述退火样品,通过JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定了折射率nd。
(ii)比重
比重通过阿基米德法测定。
[玻璃的观察]
对得到的玻璃样品进行观察。在比较例1~7中均发生了一部分或全部失透,无法得到可应用于光学玻璃的玻璃。将比较例1、2、4~7中得到的玻璃样品的照片分别示于图6~11。
[表5(1)]
表5(1)
[表5(2)]
表5(2)
应该理解的是,本次公开的实施方式全部是示例性的,并不构成限制。本发明的范围由权利要求书、而不是上述的说明界定,旨在包括与权利要求等同的含义及范围内的全部变形。
例如,通过对上述例示出的玻璃组成进行了说明书中记载的组成调整,可制作本发明的一个实施方式所涉及的光学玻璃。
另外,当然可以将说明书中例示出的或作为优选的范围记载的事项中的2个以上任意组合。
Claims (9)
1.一种光学玻璃,其是SiO2-TiO2-Nb2O5系玻璃,其中,
SiO2的含量为10质量%以上,
Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Na2O+K2O+Cs2O]为11.0质量%以下,
该光学玻璃的比重与折射率nd满足下述式(1):
nd≥0.2×比重+1.18···(1)。
2.一种光学玻璃,其中,
SiO2的含量为1~50质量%,
TiO2的含量为1~50质量%,
BaO的含量为0~16.38质量%,
Nb2O5的含量1~50质量%,
Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量[Li2O+Na2O+K2O+Cs2O]为0.1~20质量%,
La2O3、Gd2O3及Y2O3的合计含量[La2O3+Gd2O3+Y2O3]为0~10质量%,
TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]为45~65质量%,
TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]为0.3以上,
Li2O的含量与Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合计含量的质量比[Li2O/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]为0.1~1,
该光学玻璃的阿贝数νd为25以下,
该光学玻璃的折射率nd为1.86以上。
3.一种光学玻璃,其中,
SiO2的含量为1~50质量%,
TiO2的含量为1~50质量%,
Nb2O5的含量为1~50质量%,
Na2O的含量为0~8质量%,
TiO2及Nb2O5的合计含量[TiO2+Nb2O5]为40~80质量%,
TiO2的含量与TiO2及Nb2O5的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5)]为0.3以上,
该光学玻璃的折射率nd为1.88以上,
该光学玻璃的折射率nd与比重的比率[折射率nd/比重]为0.50以上。
4.根据权利要求3所述的光学玻璃,其中,
BaO的含量小于16.0质量%。
5.一种光学玻璃,其中,
Li2O的含量、与除SiO2、B2O3、P2O5及GeO2以外的玻璃成分的合计含量的质量比[Li2O/{100-(SiO2+B2O3+P2O5+GeO2)}]为0.02以上,
TiO2的含量、与TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、SrO、BaO、ZnO、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Ta2O5及Bi2O3的合计含量的质量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+ZrO2+SrO+BaO+ZnO+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Ta2O5+Bi2O3)]为0.40以上,
该光学玻璃的折射率nd为1.86以上。
6.一种光学元件,其由权利要求1~5中任一项所述的光学玻璃制成。
7.一种导光板,其由权利要求1~5中任一项所述的光学玻璃制成。
8.根据权利要求7所述的导光板,其表面具有衍射光栅。
9.一种图像显示装置,其具备:
图像显示元件、和
对由所述图像显示元件出射的光进行导光的导光板,
其中,所述导光板由权利要求1~5中任一项所述的光学玻璃制成。
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