DE102007005486A1

DE102007005486A1 - Optisches Glas

Info

Publication number: DE102007005486A1
Application number: DE102007005486A
Authority: DE
Inventors: Susumu Sgamihara Uehara
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2007-08-30
Also published as: CN101012102B; US20070179038A1; CN101012102A; US7884041B2; JP4746995B2; JP2007204317A

Abstract

Ein optisches Glas hat optische Konstanten eines Brechungsindexes (nd) in einem Bereich von 1,73 bis weniger als 1,80 und einer Abbesche Zahl (nud) in einem Bereich von 43 bis 55, es umfasst SiO2, B2O3, Y2O3, La2O3, ZnO und Li2O als wesentliche Komponenten, ist im Wesentlichen frei von einer Blei-Komponente, Arsen-Komponente und Fluor-Komponente, hat ein Verhältnis von SiO2/B2O3 von 0,30 bis 1,55 und ein Verhältnis von Y2O3/La2O3 von 0,15 bis 1,00 und hat eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 620°C oder weniger.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Glas und insbesondere auf ein optisches Glas mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur (Tg) und einem hohen Brechungsindex und niedrigen Dispersionseigenschaften, das leicht ist und zum Präzisionsformpressen geeignet ist.
Es gibt sphärische Linsen und asphärische Linsen als Linsen, die verwendet werden, um ein optisches System auszumachen. Viele sphärische Linsen werden durch Läppen und Polieren von Glaspresslingen hergestellt, die durch Formpressen unter Wiedererwärmung von Glasmaterialien erhalten werden. Andererseits werden asphärische Linsen hauptsächlich durch Präzisionsformpressen hergestellt, d.h. ein Verfahren, gemäß dem Linsen-Vorformen, die durch Erwärmen erweicht wurden, mit einem Werkzeug formgepresst werden, das eine hohe Formpressoberfläche hoher Präzision hat, und die Form der Formpressoberfläche hoher Präzision des Werkzeugs wird auf Linsen-Vorformen übertragen.
Zum Erhalten von Glas-Formteilen, wie asphärischen Linsen, durch Präzisionsformpressen ist es notwendig, Linsen-Vorformen zu pressen, die durch Erhitzen in einer Umgebung hoher Temperatur erweicht wurden, um die Form der Formpressoberfläche hoher Präzision des Werkzeugs auf die Linsen-Vorformen zu übertragen, und daher wird das Werkzeug, das für ein solches Präzisionsformpressen verwendet wird, einer hohen Temperatur unterzogen, und darüber hinaus wird eine hohe Anpresskraft an das Werkzeug angelegt. Daher wird beim Erhitzen und Erweichen der Linsen-Vorformen und beim Formpressen der Linsen-Vorformen die Formpressoberfläche des Werkzeugs häufig oxidiert oder erodiert, oder eine Trennfolie, die auf der Formpressoberfläche vorliegt, wird häufig beschädigt, woraus sich ergibt, dass die Formpressoberfläche hoher Präzision des Werkzeugs nicht beibehalten werden kann oder das Werkzeug selbst häufig beschädigt wird. In einem solchen Fall muss das Werkzeug ersetzt werden und als Ergebnis nimmt die Häufigkeit des Ersetzens des Werkzeugs zu und die Herstellung von Produkten zu geringen Kosten und im großen Maßstab kann daher nicht erreicht werden. Demgemäß ist es vom Gesichtspunkt der Verhinderung einer derartigen Beschädigung des Werkzeugs aus gesehen erwünscht, dass Gläser, die für das Präzisionsformpressen verwendet werden, die niedrigstmögliche Glasübergangstemperatur (Tg) aufweisen, wobei die Formpressoberfläche hoher Präzision des Werkzeugs während einer langen Zeitspanne beibehalten wird und ein Präzisionsformpressen bei einer niedrigen Anpresskraft ermöglicht wird.
Bei der Durchführung des Präzisionsformpressens muss das Glas einer Linsen-Vorform eine Spiegeloberfläche oder eine Oberfläche, die nahezu eine Spiegeloberfläche darstellt, aufweisen. Eine Linsen-Vorform wird im Allgemeinen entweder direkt aus geschmolzenem Glas durch das Tropfverfahren oder durch Läppen und Polieren von Glasstücken hergestellt. Da im Falle der Herstellung einer Linsen-Vorform durch Läppen und Polieren der Oberflächenanteil eines Glases abgekratzt wird, können das Stück und das Glasstück ohne irgendein spezielles Problem verwendet werden, selbst wenn irgendein Defekt des Aussehens wie eine Entglasung vorliegt, die nur in dem Oberflächenanteil des Glasstücks auftritt. Eine solche Linsen-Vorform, die durch Läppen und Polieren hergestellt wird, umfasst z.B. eine Linsen-Vorform, die durch Läppen und Polieren der Oberfläche eines Pressprodukts unter Wiedererwärmen hergestellt wird, und eine Linsen-Vorform, die zu einer sphärischen Form verarbeitet wird, die eine sehr geringe Abweichung von der echten Kugel hat.
Ein optisches System, das ein solches optisches Glas verwendet, wird auf ein optischen Produkt wie Digitalkameras montiert. Gemäß der derzeitigen Tendenz hin zu einer kompakten und leichten Konstruktion, besteht ein Bedarf an einer leichten Linse auch in Linsen, die ein optisches System ausmachen.
Aus diesen Gründen besteht – vom Gesichtspunkt der Brauchbarkeit für eine optische Konstruktion aus gesehen – ein großer Bedarf an einem optischen Glas, das einen hohen Brechungsindex und niedrige Dispersionseigenschaften, eine niedrige Glasübergangstemperatur (Tg) und ein geringes Gewicht aufweist.
Es besteht ein besonders hoher Bedarf an einem optischen Glas mit einem hohen Brechungsindex und niedriger Dispersion, das optische Konstanten eines Brechungsindexes (nd) in einem Bereich von 1,73 bis weniger als 1,80 und einer Abbeschen Zahl (νd) in einem Bereich von 43 bis 55 aufweist.
Da ein optisches Glas mit einem hohen Brechungsindex und niedriger Dispersion in der optischen Konstruktion sehr brauchbar ist, wurden verschiedene Gläser dieses Typs seit langem vorgeschlagen.

Die japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2002-249337 offenbart ein optisches Glas mit einem Brechungsindex in einem Bereich von 1,72 bis 1,83, einer Abbeschen Zahl in einem Bereich von 45 bis 55. Das in dieser Veröffentlichung offenbarte optische Glas umfasst jedoch La₂O und Gd₂O₃ als Hauptkomponenten und umfasst kein Y₂O₃, und daher hat es eine hohe relative Dichte, woraus sich die Schwierigkeit ergibt, eine kompakte und leichte Konstruktion zu realisieren. Weiterhin haben optische Gläser, die als Beispiele dieser Veröffentlichung beschrieben werden, übermäßig hohe Glasübergangstemperaturen, und daher sind diese optischen Gläser nicht für das Präzisionsformpressen geeignet.

Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-201143 offenbart ein optisches Glas mit einem Brechungsindex in einem Bereich von 1,75 bis 1,85 und einer Abbeschen Zahl in einem Bereich von 40 bis 55. Das in dieser Veröffentlichung offenbarte optische Glas umfasst jedoch La₂O und Gd₂O₃ als Hauptkomponenten und umfasst kein Y₂O₃, und daher hat es eine hohe relative Dichte, woraus sich die Schwierigkeit ergibt, eine kompakte und leichte Konstruktion zu realisieren.

Weiterhin liegt in den optischen Gläsern, die insbesondere in diesen Veröffentlichungen offenbart sind und die oben beschriebenen optischen Konstanten erfüllen, das Verhältnis von SiO₂/B₂O₃ in Gew.-% außerhalb des Bereichs von 0,30 bis 1,55, und das Verhältnis von Y₂O₃/La₂O₃ in Gew.-% liegt außerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1,00, und aus diesem Grund können sie nicht die erwünschten Eigenschaften des optischen Glases der vorliegenden Erfindung erfüllen, das nachstehend beschrieben wird.

Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein optisches Glas bereitzustellen, bei dem die oben beschriebenen Nachteile von optischen Gläsern des Standes der Technik weitgehend eliminiert sind, und das die oben beschriebenen optischen Konstanten, eine niedrige Glasübergangstemperatur (Tg) und ein geringes Gewicht hat und daher für das Präzisionsformpressen geeignet ist.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Untersuchungen und Experimente, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, um die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung zu lösen, haben das Resultat ergeben, das zur vorliegenden Erfindung geführt hat, dass durch Anpassen einer Zusammensetzung, die spezifische Mengen an SiO₂, B₂O₃, Y₂O₃, La₂O₃, ZnO und Li₂O umfasst, ein optisches Glas mit den oben beschriebenen optischen Konstanten, einer niedrigen Glasübergangstemperatur (Tg), eines geringen Gewichts und der Eignung für das Präzisionsformpressen erhalten werden kann.

Weiterhin fanden die Erfinder, dass es zur Verwirklichung eines geringen Gewichts unter Beibehaltung der erwünschten optischen Konstanten wünschenswert ist, dass das optische Glas spezifische Mengen an Y₂O₃ und La₂O₃ enthält und es für das optische Glas besonders wünschenswert ist, dass es ein spezifisches Verhältnis von SiO₂/B₂O₃ und ein spezifisches Verhältnis von Y₂O₃/La₂O₃ hat, um dem optischen Glas Eigenschaften zu verleihen, die eine stabile Produktion ermöglichen, und dass eine hohe Beständigkeit gegenüber einer Entglasung aufweist.

Um die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung zu lösen, wird in einem ersten Aspekt der Erfindung ein optisches Glas bereitgestellt, das optische Konstanten eines Brechungsindexes (nd) in einem Bereich von 1,73 bis weniger als 1,80 und einer Abbeschen Zahl (νd) in einem Bereich von 43 bis 55 aufweist, das SiO₂, B₂O₃, Y₂O₃, La₂O₃, ZnO und Li₂O als wesentliche Komponenten umfasst, im Wesentlichen frei von einer Blei-Komponente, Arsen-Komponente und Fluor- Komponente ist, ein Verhältnis von SiO₂/B₂O₃ von 0,30 bis 1,55 und ein Verhältnis von Y₂O₃/La₂O₃ von 0,15 bis 1,00 und eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 620°C oder weniger hat.

In dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein wie im ersten Aspekt definiertes optisches Glas bereitgestellt, das in Massen-% auf Oxid-Basis mehr als 1% Li₂O enthält und eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 570 oder weniger aufweist.

Im dritten Aspekt der Erfindung wird ein gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt definiertes optisches Glas bereitgestellt, das in Massen-% auf Oxid-Basis mehr als 5% Y₂O₃ und 10% oder mehr La₂O₃ umfasst und eine relative Dichte von 4,5 oder weniger hat.

Im vierten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Glas bereitgestellt, das in Massen-% auf Oxid-Basis Folgendes umfasst:

SiO₂	mehr als 5% und 20% oder weniger
B₂O₃	5% bis weniger als 25%
Y₂O₃	mehr als 5% und 35% oder weniger
La₂O₃	10 bis 50%
ZnO	mehr als 5% und weniger als 25% und
Li₂O	mehr als 1% und 6% oder weniger
und
Gd₂O₃	0–20% und/oder
Yb₂O₃	0–20% und/oder
ZrO₂	0–10% und/oder
Ta₂O₅	0 bis weniger als 8% und/oder
WO₃	0 bis weniger als 5,5% und/oder
Sb₂O₃	0–1%.

In dem fünften Aspekt der Erfindung wird ein gemäß einem der Aspekte 1 bis 3 definiertes optisches Glas bereitgestellt, das in Massen-% auf Oxid-Basis Folgendes umfasst:

SiO₂	mehr als 5% und 20% oder weniger und/oder
B₂O₃	5% bis weniger als 25% und/oder
Y₂O₃	mehr als 5% und 35% oder weniger und/oder
La₂O₃	10 bis 50% und/oder
ZnO	mehr als 5% und weniger als 25% und/oder
Li₂O	mehr als 1% und 6% oder weniger und/oder
Gd₂O₃	0–20% und/oder
Yb₂O₃	0–20% und/oder
ZrO₂	0–10% und/oder
Ta₂O₅	0 bis weniger als 8% und/oder
WO₃	0 bis weniger als 5,5% und/oder
Sb₂O₃	0–1%.

In dem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein gemäß einem der Aspekte 1 bis 5 der Erfindung definiertes optisches Glas bereitgestellt, das in Massen-% auf Oxid-Basis weiterhin Folgendes umfasst:

Na₂O	0–5% und/oder
K₂O	0–5% und/oder
MgO	0–5% und/oder
CaO	0 bis weniger als 15% und/oder
SrO	0–10% und/oder
BaO	0–15% und/oder
GeO₂	0–5% und/oder
Al₂O₃	0–5% und/oder
TiO₂	0 bis weniger als 3% und/oder
Nb₂O₅	0 bis weniger als 3% und/oder
Bi₂O₃	0 bis weniger als 10%.

Im siebten Aspekt der Erfindung wird ein gemäß einem der Aspekte 1 bis 6 definiertes optisches Glas bereitgestellt, das eine Liquidus-Temperatur von 1160°C oder weniger und einen log η, der der Logarithmus der Viskosität (dPa·s) bei der Liquidus-Temperatur ist, in einem Bereich von 0,3 bis 2,0 hat.

Im achten Aspekt der Erfindung wird eine Linsen-Vorform bereitgestellt, die aus einem optischen Glas nach einem der Aspekte 1 bis 7 besteht.

Im neunten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Element bereitgestellt, das durch Präzisionsformpressen einer Linsen-Vorform, wie sie im achten Aspekt definiert ist, hergestellt wird.

Im zehnten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Element bereitgestellt, das durch Präzisionsformpressen eines optischen Glases, wie es in einem der Aspekte 1 bis 7 definiert ist, hergestellt wird.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es erfolgt eine Beschreibung der Komponenten, die das optische Glas der vorliegenden Erfindung umfassen kann. Falls nichts Anderweitiges beschrieben ist, wird das Zusammensetzungsverhältnis jeder Komponente in Massen-% ausgedrückt.
SiO₂ ist eine unentbehrliche Komponente, die zum Erhöhen der Viskosität des Glases und zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit und chemischen Beständigkeit des Glases sehr wirksam ist. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, können diese Effekte nicht in ausreichendem Maße erreicht werden, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, die Glasübergangstemperatur (Tg) ansteigt und sich die Schmelzeigenschaft des Glases verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise mehr als 5%, besonders bevorzugt 5,1% und am meisten bevorzugt 5,5% betragen, und die obere Grenze der Menge dieser Komponente sollte 20%, besonders bevorzugt 18% und am meisten bevorzugt 15% betragen. SiO₂ kann in dem Glas eingefügt sein, indem man z.B. SiO₂ als Rohmaterial verwendet.
In dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung, das ein Lanthanglas ist, ist B₂O₃ eine unerlässliche Komponente als glasbildendes Oxid. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, wird die Entglasungsbeständigkeit ungenügend, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, der Brechungsindex einen so niedrigen Wert erreicht, dass er von den beabsichtigten optischen Konstanten abweicht und sich auch die chemische Beständigkeit verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 5%, besonders bevorzugt 8% und am meisten bevorzugt 10% betragen, und die obere Grenze dieser Komponente sollte vorzugsweise geringer als 25%, besonders bevorzugt 22% und am meisten bevorzugt geringer als 20% sein. B₂O₃ kann unter Verwendung von z.B. H₃BO₃ oder B₂O₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Y₂O₃ ist eine unerlässliche Komponente zur Realisierung eines geringen Gewichts in dem Glas der vorliegenden Erfindung, das die hohe Brechungs-/niedrige Dispersionseigenschaften hat, denn es ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verwirklichung einer geringen Dispersion wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, wird es schwierig, die optischen Konstanten in den oben beschriebenen Bereichen zu halten, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, sich die Entglasungsbeständigkeit verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise größer als 5%, besonders bevorzugt 6% und am meisten bevorzugt 10% betragen, und die obere Grenze der Menge dieser Komponente sollte 35%, besonders bevorzugt 30% und am meisten bevorzugt 25% sein. Y₂O₃ kann unter Verwendung von z.B. Y₂O₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
La₂O₃ ist eine unerlässliche Komponente, die zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verringerung der Dispersion wirksam ist. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, ist es schwierig, die optischen Konstanten innerhalb der oben beschriebenen Werte zu halten, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, sich die Entglasungsbeständigkeit verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 15% und am meisten bevorzugt 20% betragen, und die obere Grenze der Menge dieser Komponente sollte vorzugsweise 50%, besonders bevorzugt 45% und am meisten bevorzugt 40% sein. La₂O₃ kann unter Verwendung von z.B. La₂O₃, Lanthannitrat oder dessen Hydrat als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
ZnO ist eine unerlässliche Komponente, die zum Erniedrigen der Glasübergangstemperatur (Tg) wirksam ist. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, kann dieser Effekt nicht in ausreichendem Maße erreicht werden, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, sich die Entglasungsbeständigkeit verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise größer als 5%, besonders bevorzugt größer als 8% und am meisten bevorzugt 12% sein, und die obere Grenze der Menge dieser Komponente sollte vorzugsweise geringer als 25%, besonders bevorzugt 23% und am meisten bevorzugt 20% sein. ZnO kann unter Verwendung von z.B. ZnO als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Li₂O ist eine unerlässliche Komponente, die zur deutlichen Reduktion der Glasübergangstemperatur (Tg) und zum Erleichtern des Schmelzens von Glasgemisch-Materialien wirksam ist. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, können diese Effekte nicht in ausreichendem Maße erreicht werden, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, sich die Entglasungsbeständigkeit sehr stark verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise größer als 1%, besonders bevorzugt 1,5% und am meisten bevorzugt größer als 2% sein, und die obere Grenze der Menge dieser Komponente sollte vorzugsweise 6%, besonders bevorzugt 5% und am meisten bevorzugt 4% sein. Li₂O kann unter Verwendung von z.B. Li₂O, Li₂CO₃, LiOH oder LiNO₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Gd₂O₃ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verringerung der Dispersion wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtern sich die Entglasungsbeständigkeit und die chemische Beständigkeit. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 20%, besonders bevorzugt geringer als 3% betragen und am meisten bevorzugt sollte diese Komponente im Wesentlichen nicht zugegeben werden. Gd₂O₃ kann unter Verwendung von z.B. Gd₂O₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Yb₂O₃ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verringerung der Dispersion wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtern sich die Entglasungsbeständigkeit und die chemische Beständigkeit. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 20%, besonders bevorzugt 10% und am meisten bevorzugt 5% betragen. Yb₂O₃ kann unter Verwendung von z.B. Yb₂O₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
ZrO₂ ist zum Einstellen der optischen Konstanten, zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit und zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtert sich die Entglasungsbeständigkeit und es wird schwierig, die Glasübergangstemperatur (Tg) bei einer erwünschten niedrigen Temperatur zu halten. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 6% und am meisten bevorzugt 5% betragen. ZrO₂ kann unter Verwendung von z.B. ZrO₂ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Ta₂O₅ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit und der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, wird es schwierig, die oben beschriebenen optischen Konstanten beizubehalten. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise geringer als 8%, besonders bevorzugt 5% und am meisten bevorzugt 4% sein. Ta₂O₅ kann unter Verwendung von z.B. Ta₂O₅ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
WO₃ ist zum Einstellen der optischen Konstanten und zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtern sich die Entglasungsbeständigkeit und die Durchlässigkeit im kurzwelligen Bereich des Bereichs der sichtbaren Strahlung. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise geringer als 5,5%, besonders bevorzugt geringer als 4% und am meisten bevorzugt 2% sein. WO₃ kann unter Verwendung von z.B. WO₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Sb₂O₃ kann gegebenenfalls zum Entschäumen während des Schmelzens des Glases zugegeben werden. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtert sich die Durchlässigkeit im kurzwelligen Bereich des Bereichs der sichtbaren Strahlung. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 1%, besonders bevorzugt 0,5% und am meisten bevorzugt 0,1% betragen.
TiO₂ ist zum Einstellen der optischen Konstanten und zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit eher ab als zu und die Durchlässigkeit im kurzwelligen Bereich des Bereichs der sichtbaren Strahlung verschlechtert sich. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise geringer als 3%, besonders bevorzugt 2% und am meisten bevorzugt geringer als 1% sein. TiO₂ kann unter Verwendung von z.B. TiO₂ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Nb₂O₅ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit und der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit eher ab als zu und die Durchlässigkeit im kurzwelligen Bereich des Bereichs der sichtbaren Strahlung verschlechtert sich. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise geringer als 3%, besonders bevorzugt 2% und am meisten bevorzugt 1% sein. Nb₂O₅ kann unter Verwendung von z.B. Nb₂O₅ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Bi₂O₃ ist zum Erhöhen des Brechungsindex wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise geringer als 10%, besonders bevorzugt 5% und am meisten bevorzugt 3% sein. Bi₂O₃ kann unter Verwendung von z.B. Bi₂O₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Na₂O ist zur Erniedrigung der Glasübergangstemperatur (Tg) wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 5%, besonders bevorzugt 3% und am meisten bevorzugt 1% sein. Na₂O kann unter Verwendung von z.B. Na₂O, Na₂CO₃, NaOH und NaNO₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
K₂O ist zur Erniedrigung der Glasübergangstemperatur (Tg) wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 5%, besonders bevorzugt 3% und am meisten bevorzugt 1% sein. K₂O kann unter Verwendung von z.B. K₂O, K₂CO₃, KOH und KNO₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
MgO ist zur Einstellung der optischen Konstanten wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 5%, besonders bevorzugt 3% und am meisten bevorzugt 1% sein. MgO kann unter Verwendung von z.B. MgO oder seines Carbonats, Nitrats oder Hydroxids als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
CaO ist zur Einstellung der optischen Konstanten wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise geringer als 15%, besonders bevorzugt 10% und am meisten bevorzugt 5% sein. CaO kann unter Verwendung von z.B. CaO oder seines Carbonats, Nitrats oder Hydroxids als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
SrO ist zur Einstellung der optischen Konstanten wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 5% und am meisten bevorzugt 3% sein. SrO kann unter Verwendung von z.B. SrO oder seines Carbonats, Nitrats oder Hydroxids als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
BaO ist zur Einstellung der optischen Konstanten wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 15%, besonders bevorzugt 10% und am meisten bevorzugt 5% sein. BaO kann unter Verwendung von z.B. BaO oder seines Carbonats, Nitrats oder Hydroxids als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
GeO₂ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Da diese Komponente jedoch sehr kostspielig ist, sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 5%, besonders bevorzugt 3% und am meisten bevorzugt 1% sein. GeO₂ kann unter Verwendung von z.B. GeO₂ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Al₂O₃ ist zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtert sich die Entglasungsbeständigkeit. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 5%, besonders bevorzugt 3% und am meisten bevorzugt 1% sein. Al₂O₃ kann unter Verwendung von z.B. Al₂O₃ oder Al(OH)₃ in das Glas eingefügt werden.
TeO₂ ist zum Erhöhen des Brechungsindex wirksam, es besteht jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass, wenn Glasmaterialien in einem Platintiegel oder einem Schmelzofen geschmolzen werden, der zu einem Teil aus Platin besteht, der mit geschmolzenem Glas in Kontakt gebracht wird, das Tellur von TeO₂ mit Platin legiert wird und sich die Wärmebeständigkeitseigenschaft des legierten Teils verschlechtert, woraus sich die Bildung eines Lochs in dem legierten Teil und ein Auslaufen des geschmolzenen Glases aus dem Loch ergibt. Die obere Grenze der Menge an TeO₂ sollte daher vorzugsweise 8%, besonders bevorzugt 5%, am meisten bevorzugt 3% betragen. TeO₂ kann unter Verwendung von z.B. TeO₂ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Ga₂O₃ ist zum Erhöhen des Brechungsindex wirksam. Da diese Komponente jedoch sehr kostspielig ist, sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente daher vorzugsweise 1%, besonders bevorzugt 0,5%, am meisten bevorzugt 0,1% betragen. Ga₂O₃ kann unter Verwendung von z.B. Ga₂O₃ als Rohmaterial in das Glas eingefügt werden.
Die oben beschriebenen Rohmaterialien, die in den entsprechenden Komponenten des Glases verwendet werden, sind nur zur Erläuterung angegeben, und Rohmaterialien, die für das Glas der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind nicht auf die oben beschriebenen Oxide usw. beschränkt, sondern können aus bekannten Materialien gemäß verschiedenen Modifikationen der Herstellungsbedingungen für die des Glases ausgewählt werden.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat gefunden, dass durch Einstellen des Verhältnisses der Mengen an SiO₂ zu B₂O₃ auf einen vorbestimmten Bereich die Liquidus-Temperatur und die Entglasung, die auf der Oberfläche des Glases auftritt, bei einer niedrigen relativen Dichte zweckmäßig gesteuert werden können. Insbesondere sollte die untere Grenze des SiO₂/B₂O₃-Verhältnisses vorzugsweise 0,3, besonders bevorzugt 0,35, am meisten bevorzugt 0,4 betragen, und die obere Grenze dieses Verhältnisses sollte vorzugsweise 1,55, besonders bevorzugt 1,30, am meisten bevorzugt 1,26 betragen.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat auch gefunden, dass durch Einstellen des Verhältnisses der Mengen an Y₂O₃ zu La₂O₃ auf einen vorbestimmten Bereich die Liquidus-Temperatur und die Entglasung, die auf der Oberfläche des Glases auftritt, bei einer niedrigen relativen Dichte zweckmäßig gesteuert werden können. Insbesondere sollte die untere Grenze des Y₂O₃/La₂O₃-Verhältnisses vorzugsweise 0,15, besonders bevorzugt 0,20 und am meisten bevorzugt 0,26 betragen, und die obere Grenze dieses Verhältnisses sollte vorzugsweise 1,00, besonders bevorzugt 0,90, am meisten bevorzugt 0,80 betragen.
Zur Beibehaltung der erwünschten optischen Konstanten und zur zweckmäßigen Steuerung der Liquidus-Temperatur und der Entglasung, die auf der Oberfläche des Glases auftritt, bei einer niedrigen relativen Dichte, wird es bevorzugt, dass das Glas gleichzeitig die oben beschriebenen bevorzugten, vorbestimmten Bereiche der SiO₂/B₂O₃- und Y₂O₃/La₂O₃-Verhältnisse gleichzeitig aufweist.
Nun wird die Steuerung der Liquidus-Temperatur und der Entglasung, die auf der Oberfläche des Glases auftritt, erklärt. Bei der Herstellung eines optischen Glases kann ein gebildetes Produkt, das einen geringen oder keinen Defekt aufweist, erhalten werden, wenn die Viskosität des Glases innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Da ein Lanthanglas im Allgemeinen eine niedrige Viskosität hat, wird die Liquidus-Temperatur erniedrigt, so dass die Viskosität zunimmt und dadurch die Herstellung des optischen Glases erleichtert wird. Andererseits gibt es ein Glas, in dem die Entglasung häufig auf der Oberfläche des Glases auftritt, und zwar unabhängig von der Liquidus-Temperatur. Z.B. tritt eine Entglasung auf der Oberfläche eines Glases auf, das in Form einer Platte hergestellt wurde. Demgemäß ist ein Zustand, in dem die Liquidus-Temperatur niedrig ist und keine Entglasung auf der Oberfläche des Glases erfolgt, der am meisten bevorzugte Zustand. In der vorliegenden Erfindung liegt eine dahingehende widersprüchliche Beziehung vor, dass die Entglasung häufig auf der Oberfläche des Glases auftritt, wenn die Liquidus-Temperatur niedrig ist, und umgekehrt ist es nicht wahrscheinlich, dass eine Entglasung auf der Oberfläche des Glases auftritt, wenn die Liquidus-Temperatur hoch ist. Es zeigte sich, dass ein optisches Glas, das beide Anforderungen an die Liquidus-Temperatur und die Entglasungsbeständigkeit erfüllt, nur in dem oben beschriebenen eingeschränkten Bereichen der SiO₂/B₂O₃- und Y₂O₃/La₂O₃-Verhältnisse verwirklicht werden kann. Wie oben beschrieben wurde, kann es in dem Fall, dass eine Entglasung nur auf der obersten Fläche des Glases eintritt, dasselbe als optisches Glas verwendet werden.
Das Glas kann Lu₂O₃, Hf₂O₃, SnO₂ und BeO umfassen. Da Lu₂O₃ und Hf₂O₃ kostspielige Materialien sind, erhöht die Verwendung dieser Komponenten die Herstellungskosten, und es ist nicht zweckmäßig, diese Komponenten bei der kommerziellen Produktion zu verwenden. Wie bei SnO₂ besteht die Wahrscheinlichkeit, dass, wenn Glasmaterialien in einem Platintiegel oder einem Schmelzofen geschmolzen werden, der zu einem Teil aus Platin besteht, der mit dem geschmolzenen Glas in Kontakt tritt, das Zinn von SnO₂ mit Platin legiert wird, und sich die Wärmebeständigkeitseigenschaft des legierten Teils verschlechtert, wobei sich die Bildung eines Lochs in dem legierten Teil und ein Auslaufen des geschmolzenen Glases aus dem Loch ergibt. BeO hat das Problem, dass es die Umgebung beeinträchtigt und daher der Umgebung eine schwere Belastung auferlegt. Demgemäß sollte die obere Grenze der Menge jeder dieser Komponenten vorzugsweise geringer als 0,1%, besonders bevorzugt 0,05% sein und am meisten bevorzugt sollten diese Komponenten überhaupt nicht zugegeben werden.
Es erfolgt nun eine Beschreibung der Komponenten, die das optische Glas der vorliegenden Erfindung nicht umfassen sollte.
Fluor verursacht das Auftreten von Schlieren aufgrund der Verdampfung bei der Herstellung eines Klumpens für eine Linsen-Vorform und erschwert daher die Herstellung eines Klumpens. Fluor sollte daher dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung nicht zugegeben werden.
Eine Blei-Verbindung hat nicht nur das Problem, dass sie dazu neigt, mit dem Werkzeug während des Präzisionsformpressens zu verschmelzen, sondern sie hat auch das Problem, dass Schritte zum Schützen der Umgebung nicht nur bei der Herstellung des Glases, sondern auch bei der Kaltverarbeitung wie Polieren und im Hinblick auf den Glasabfall durchgeführt werden müssen, und daher stellt sie eine schwere Belastung für die Umgebung dar. Die Blei-Verbindung sollte daher dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung nicht zugefügt werden.
As₂O₃, Cadmium und Thorium beeinträchtigen die Umgebung und stellen daher eine schwere Belastung für die Umgebung dar. Diese Komponenten sollten daher dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung nicht zugefügt werden.
P₂O₅ neigt dazu, die Entglasungsbeständigkeit zu verschlechtern, wenn es dem Glas zugefügt wird, und daher wird es nicht bevorzugt, P₂O₅ dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung zuzufügen.
Das optische Glas der vorliegenden Erfindung sollte vorzugsweise keine färbenden Komponenten, wie V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Eu, Nd, Sm, Tb, Dy und Er, umfassen. D.h. diese färbenden Komponenten sollten nicht absichtlich zugegeben werden, außer in dem Fall, dass diese Komponenten als Verunreinigungen vermischt sind.

Da die Glas-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung in Massen-% ausgedrückt ist, kann sie nicht direkt in Mol-% ausgedrückt werden. Eine Zusammensetzung, die in Mol-% entsprechender in Glas-Zusammensetzung vorliegender Oxide ausgedrückt wird, die die für die vorliegende Erfindung notwendigen Eigenschaften erfüllt, weist im Allgemeinen die folgenden Werte auf:

SiO₂	10–40%
B₂O₃	8–40%
Y₂O₃	2–18%
La₂O₃	3–16%
ZnO	7–35% und
Li₂O	4–24%
und
Gd₂O₃	0–7% und/oder
Yb₂O₃	0–7% und/oder
ZrO₂	0–10% und/oder
Ta₂O₅	0–2% und/oder
WO₃	0–3% und/oder
Sb₂O₃	0–1%
Na₂O	0–10% und/oder
K₂O	0–10% und/oder
MgO	0–5% und/oder
CaO	0–10% und/oder
SrO	0–10% und/oder
BaO	0–15% und/oder
GeO₂	0–3% und/oder
Al₂O₃	0–5% und/oder
TiO₂	0 bis weniger als 3% und/oder
Nb₂O₅	0–2% und/oder
Bi₂O₃	0–2% und/oder
TeO₂	0–5% und/oder
Ga₂O₃	0–1%.

SiO₂ ist eine unerlässliche Komponente, die zum Erhöhen der Viskosität des Glases und zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit und der chemischen Beständigkeit des Glases sehr wirksam ist. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, können diese Effekte nicht in ausreichendem Maße erreicht werden, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, die Glasübergangstemperatur (Tg) ansteigt und sich die Schmelzeigenschaft des Glases verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 10,5%, am meisten bevorzugt 11% betragen, und die obere Grenze der Menge dieser Komponente sollte 40%, besonders bevorzugt 35%, am meisten bevorzugt 30% betragen.
In dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung, das ein Lanthanglas ist, ist B₂O₃ als glasbildendes Oxid eine unerlässliche Komponente. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, wird die Entglasungsbeständigkeit ungenügend, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, der Brechungsindex einen so niedrigen Wert annimmt, dass er von den optischen Zielkonstanten abweicht und sich auch die chemische Beständigkeit verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 8%, besonders bevorzugt 11% und am meisten bevorzugt 15% betragen, und die obere Grenze dieser Komponente sollte vorzugsweise 40%, besonders bevorzugt weniger als 36% und am meisten bevorzugt 32% betragen.
Y₂O₃ ist eine unerlässliche Komponente zur Verwirklichung eines Glases mit einem geringen Gewicht der vorliegenden Erfindung, das die Eigenschaften einer hohen Brechung/niedrigen Dispersion aufweist, denn es ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Realisierung einer niedrigen Dispersion wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, wird es schwierig, die optischen Konstanten innerhalb der oben beschriebenen Bereiche zu halten, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, sich die Entglasungsbeständigkeit verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise größer als 2%, besonders bevorzugt 3% und am meisten bevorzugt 4% betragen, und die obere Grenze dieser Komponente sollte 18%, besonders bevorzugt 15% und am meisten bevorzugt 13% betragen.
La₂O₃ ist eine unerlässliche Komponente, die zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verringerung der Dispersion wirksam ist. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, ist es schwierig, die optischen Konstanten innerhalb der oben beschriebenen Werte zu halten, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, sich die Entglasungsbeständigkeit verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 3%, besonders bevorzugt 4,5% und am meisten bevorzugt 6% betragen, und die obere Grenze dieser Komponente sollte vorzugsweise 16%, besonders bevorzugt 15% und am meisten bevorzugt 13% betragen.
ZnO ist eine unerlässliche Komponente, die zum Erniedrigen der Glasübergangstemperatur (Tg) wirksam ist. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, kann dieser Effekt nicht in ausreichendem Maße erreicht werden, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, sich die Entglasungsbeständigkeit verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 7%, besonders bevorzugt 11% und am meisten bevorzugt 15% sein, und die obere Grenze der Menge dieser Komponente sollte vorzugsweise geringer als 35%, besonders bevorzugt 31% und am meisten bevorzugt 28% sein.
Li₂O ist eine unerlässliche Komponente, die zur deutlichen Reduktion der Glasübergangstemperatur (Tg) und zum Erleichtern des Schmelzens von gemischten Glasmaterialien wirksam ist. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch ungenügend ist, können diese Effekte nicht in ausreichendem Maße erreicht werden, während, wenn die Menge dieser Komponente übermäßig groß ist, sich die Entglasungsbeständigkeit sehr stark verschlechtert. Daher sollte die untere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 4%, besonders bevorzugt 6% und am meisten bevorzugt 8% sein, und die obere Grenze der Menge dieser Komponente sollte vorzugsweise 24%, besonders bevorzugt 20% und am meisten bevorzugt 16% sein.
Gd₂O₃ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verringerung der Dispersion wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtern sich die Entglasungsbeständigkeit und die chemische Beständigkeit. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 7%, besonders bevorzugt 1% betragen und am meisten bevorzugt sollte diese Komponente im Wesentlichen nicht zugegeben werden.
Yb₂O₃ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verringerung der Dispersion wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtern sich die Entglasungsbeständigkeit und die chemische Beständigkeit. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 7%, besonders bevorzugt 4% und am meisten bevorzugt 2% betragen.
ZrO₂ ist zum Einstellen der optischen Konstanten, zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit und zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtert sich die Entglasungsbeständigkeit und es wird schwierig, die Glasübergangstemperatur (Tg) bei einer erwünschten niedrigen Temperatur zu halten. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 6% und am meisten bevorzugt 5% betragen.
Ta₂O₅ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit und der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, wird es schwierig, die oben beschriebenen optischen Konstanten beizubehalten. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 2%, besonders bevorzugt 1,5% und am meisten bevorzugt 1% betragen.
WO₃ ist zum Einstellen der optischen Konstanten und zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtern sich die Entglasungsbeständigkeit und die Durchlässigkeit im kurzwelligen Bereich des Bereichs der sichtbaren Strahlung. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 3%, besonders bevorzugt 2% und am meisten bevorzugt 1% betragen.
Sb₂O₃ kann gegebenenfalls zum Entschäumen während des Schmelzens des Glases zugegeben werden. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtert sich die Durchlässigkeit im kurzwelligen Bereich des Bereichs der sichtbaren Strahlung. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 1%, besonders bevorzugt 0,5% und am meisten bevorzugt 0,1% betragen.
TiO₂ ist zum Einstellen der optischen Konstanten und zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit eher ab als zu und die Durchlässigkeit im kurzwelligen Bereich des Bereichs der sichtbaren Strahlung verschlechtert sich. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise geringer als 3%, besonders bevorzugt 2% und am meisten bevorzugt geringer als 1% sein.
Nb₂O₅ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit und der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit eher ab als zu und die Durchlässigkeit im kurzwelligen Bereich des Bereichs der sichtbaren Strahlung verschlechtert sich. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 2%, besonders bevorzugt 1,5% und am meisten bevorzugt 1% betragen.
Bi₂O₃ ist zum Erhöhen des Brechungsindex wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise geringer als 3%, besonders bevorzugt 2% und am meisten bevorzugt 1% sein.
Na₂O ist zur Erniedrigung der Glasübergangstemperatur (Tg) wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 5% und am meisten bevorzugt 3% betragen.
K₂O ist zur Erniedrigung der Glasübergangstemperatur (Tg) wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 5% und am meisten bevorzugt 3% sein.
MgO ist zur Einstellung der optischen Konstanten wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 5%, besonders bevorzugt 3% und am meisten bevorzugt 1% sein.
CaO ist zur Einstellung der optischen Konstanten wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 8% und am meisten bevorzugt 5% betragen.
SrO ist zur Einstellung der optischen Konstanten wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 5% und am meisten bevorzugt 3% betragen.
BaO ist zur Einstellung der optischen Konstanten wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, nimmt die Entglasungsbeständigkeit häufig ab. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 10%, besonders bevorzugt 8% und am meisten bevorzugt 5% betragen.
GeO₂ ist zum Erhöhen des Brechungsindex und zur Verbesserung der Entglasungsbeständigkeit wirksam. Da diese Komponente jedoch sehr kostspielig ist, sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 3%, besonders bevorzugt 2% und am meisten bevorzugt 1% betragen.
Al₂O₃ ist zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit wirksam. Wenn die Menge dieser Komponente jedoch übermäßig groß ist, verschlechtert sich die Entglasungsbeständigkeit. Daher sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente vorzugsweise 5%, besonders bevorzugt 3% und am meisten bevorzugt 1% betragen.
TeO₂ ist zum Erhöhen des Brechungsindex wirksam, es besteht jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass, wenn Glasmaterialien in einem Platintiegel oder einem Schmelzofen geschmolzen werden, der zu einem Teil aus Platin besteht, der mit geschmolzenem Glas in Kontakt gebracht wird, das Tellur von TeO₂ mit Platin legiert wird und sich die Wärmebeständigkeitseigenschaft des legierten Teils verschlechtert, woraus sich die Bildung eines Lochs in dem legierten Teil und ein Auslaufen des geschmolzenen Glases aus dem Loch ergibt. Die obere Grenze der Menge an TeO₂ sollte daher vorzugsweise 5%, besonders bevorzugt 4%, am meisten bevorzugt 3% betragen.
Ga₂O₃ ist zum Erhöhen des Brechungsindex wirksam. Da diese Komponente jedoch sehr kostspielig ist, sollte die obere Grenze der Menge dieser Komponente daher vorzugsweise 1%, besonders bevorzugt 0,5%, am meisten bevorzugt 0,1% betragen.
Es erfolgt nun eine Beschreibung der Eigenschaften des optischen Glases der vorliegenden Erfindung.
Wie oben beschrieben wurde, sollte das optische Glas der vorliegenden Erfindung vom Gesichtspunkt der Brauchbarkeit in der optischen Konstruktion aus gesehen vorzugsweise optische Konstanten eines Brechungsindex (nd) innerhalb eines Bereichs von 1,73 bis weniger als 1,80 und einer Abbeschen Zahl (νd) innerhalb eines Bereichs von 43 bis 55, besonders bevorzugt eines Brechungsindex (nd) innerhalb eines Bereichs von 1,74 bis weniger als 1,795 und einer Abbeschen Zahl (νd) innerhalb eines Bereichs von 44 bis weniger als 50 und am meisten bevorzugt eines Brechungsindex (nd) innerhalb eines Bereichs von 1,75 bis weniger als 1,795 und einer Abbeschen Zahl (νd) innerhalb eines Bereichs von 45 bis weniger als 50 aufweisen.
In dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung verursacht eine übermäßig hohe Tg – wie vorhergehend beschrieben wurde – häufig eine Beschädigung im Werkzeug bei der Durchführung des Präzisionsformpressens. In dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung sollte daher die obere Grenze der Tg vorzugsweise 620°C, besonders bevorzugt 570°C und am meisten bevorzugt 550°C betragen.
Die Fließgrenze At sollte vorzugsweise 670°C oder weniger, besonders bevorzugt 620°C oder weniger und am meisten bevorzugt 600°C oder weniger betragen.
In dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung ist es im Hinblick darauf, ein auf einem optischen Produkt montiertes optisches System kompakt und leicht zu machen, wichtig, dass die relative Dichte vorzugsweise 4,5 oder weniger, besonders bevorzugt weniger als 4,5 und am meisten bevorzugt 4,4 oder weniger betragen sollte.
In dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung ist es zur Bildung von ausfließendem Glas bei einer Viskosität innerhalb eines geeigneten Bereichs wichtig, dass die Liquidus-Temperatur des Glases unterhalb von 1160°C oder weniger gehalten wird. Eine bevorzugte Liquidus-Temperatur ist 1150°C oder weniger und eine besonders bevorzugte Liquidus-Temperatur beträgt weniger als 1150°C, weil bei dieser Liquidus-Temperatur der eine stabile Herstellung ermöglichende Viskositätsbereich verbreitert wird und die Schmelztemperatur des Glases erniedrigt wird und dadurch der Energieverbrauch reduziert werden kann.
Die Liquidus-Temperatur bedeutet die niedrigste Temperatur, bei der kein Kristall beobachtet wird, wenn eine zerstoßene Glasprobe auf eine Platinplatte gelegt wird, 30 Minuten lang in einem Ofen bei Temperaturabstufungen gehalten wird und danach aus dem Ofen herausgenommen wird und nach dem Kühlen ein Vorliegen oder Nichtvorhandensein von Kristallen in dem erweichten Glas mit dem Mikroskop beobachtet wird.
Wie vorhergehend beschrieben wurde, kann das optische Glas der vorliegenden Erfindung als eine Vorform für das Präzisionsformpressen verwendet werden. In dem Fall, dass es als eine Vorform verwendet wird, sind das Herstellungsverfahren der Vorform und die Art und Weise des Präzisionsformpressens nicht speziell eingeschränkt, sondern es können ein bekanntes Herstellungsverfahren und ein bekanntes Verfahren des Präzisionsformpressens verwendet werden. Z.B. kann eine Vorform direkt aus geschmolzenem Glas hergestellt werden oder alternativ dazu kann eine Vorform durch Kaltverarbeitung von Scheibenglas hergestellt werden.
Wenn in dem Fall, dass eine Vorform durch Tropfen von geschmolzenem Glas unter Verwendung des optischen Glases der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, die Viskosität des geschmolzenen Glases zu niedrig ist, bilden sich häufig Schlieren in der Vorform, während bei einer zu hohen Viskosität ein Schneiden von Glas durch das Gewicht und die Oberflächenspannung von tropfendem Glas problematisch werden.
Zur stabilen Herstellung einer Vorform hoher Qualität sollte demgemäß der Logarithmus log η der Viskosität (Pa·s) vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 2,0, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,4 bis 1,8 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von mehr als 0,4 bis 1,6 liegen.
Beispiele
Es werden nun Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, obwohl die vorliegende Erfindung keineswegs auf diese Beispiele beschränkt ist.
Die Tabellen 1 bis 4 zeigen Zusammensetzungen der Beispiele Nr. 1 bis Nr. 21 des optischen Glases der vorliegenden Erfindung zusammen mit dem Brechungsindex (nd), der Abbeschen Zahl (νd), der Glasübergangstemperatur (Tg), der relativen Dichte und der Liquidus-Temperatur derselben. Bei den Beispielen Nr. 16 bis Nr. 21 wird die auftretende Entglasung zusammen mit dem Brechungsindex (nd), der Abbeschen Zahl (νd), der Glasübergangstemperatur (Tg), der relativen Dichte und der Liquidus-Temperatur derselben gezeigt. In den Tabellen wird die Zusammensetzung der entsprechenden Komponenten in Massen-% ausgedrückt.
Tabelle 5 zeigt Zusammensetzungen von optischen Gläsern der Vergleichsbeispiele A und B zusammen mit dem Brechungsindex (nd), der Abbeschen Zahl (νd), der Glasübergangstemperatur (Tg), der relativen Dichte, der Liquidus-Temperatur und der auftretenden Entglasungsbeständigkeit derselben. Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 5
Zur Herstellung der in den Tabellen 1 bis 4 aufgeführten Gläser Nr. 1 bis Nr. 21 wurden gebräuchliche Rohmaterialien für ein optisches Glas, einschließlich der Oxide, Carbonate und Nitrate, abgewogen und vermischt, um das Zusammensetzungsverhältnis der in den Tabellen 1 bis 4 aufgeführten entsprechenden Beispiele zu verwirklichen. Die Rohmaterialien wurden in einen Platintiegel gegeben und 3 bis 5 Stunden lang bei einer Temperatur in einem Bereich von 1100°C bis 1400°C in Abhängigkeit von der Schmelzeigenschaft der Zusammensetzung geschmolzen. Nach dem Reinigen und Rühren der Schmelze, um eine Homogenisierung zu erreichen, wurde die Schmelze in ein Werkzeug gegossen und entspannt, um die Gläser bereitzustellen.
Der Brechungsindex (nd) und die Abbesche Zahl (νd) der Gläser wurden in Bezug auf Gläser gemessen, die durch Einstellen der Herabsetzungsrate der Entspannungstemperatur auf –25°C/h erhalten wurden.
Die Glasübergangstemperatur (Tg) der Gläser wurde gemäß dem Japan Optical Glass Industrial Standard JOGIS08^–2003 "Measuring Method of Thermal Expansion of Optical Glass" gemessen. Eine Probe einer Länge von 50 mm und eines Durchmessers von 4 mm wurde als Testprobe verwendet.
Die relative Dichte der Gläser wurde gemäß dem Japan Optical Glass Industrial Standard JOGIS05^–1975 "Measuring Method of Specific Gravity of Optical Glass" gemessen.
Das Auftreten von Entglasung wurde mit dem Auge bestimmt. In der Tabelle gibt das Zeichen o einen Zustand an, bei dem keine Entglasung auf der Oberfläche des Glases beobachtet wird, gibt das Zeichen Δ einen Zustand an, bei dem eine Entglasung nur auf der obersten Fläche des Glases beobachtet wird, und gibt das Zeichen x einen Zustand an, bei dem eine Entglasung in einem Teil von der Oberfläche bis ins Innere des Glases beobachtet wird.
Wie in den Tabellen 1 bis 4 gezeigt wird, weisen alle optischen Gläser der Beispiele Nr. 1 bis Nr. 21 optische Konstanten (Brechungsindex (nd) und Abbesche Zahl (νd)) in den oben beschriebenen Bereichen und eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 620°C oder weniger auf und sind daher für das Präzisionsformpressen geeignet. Da weiterhin die relative Dichte dieser Beispiele in einem Bereich von 4,25 bis 4,39 liegt, sind sie für eine Konstruktion eines optischen Systems eines geringen Gewichts geeignet. Da die optischen Gläser der Tabelle 4 (Beispiele Nr. 16 bis Nr. 21) ein SiO₂/B₂O₃-Verhältnis in einem Bereich von 0,40 bis 1,25 und ein Y₂O₃/La₂O₃-Verhältnis in einem Bereich von 0,26 bis 0,78 aufweisen, liegt die Liquidus-Temperatur dieser optischen Gläser in einem Bereich von 1041°C bis 1144°C und es erfolgt keine Entglasung auf der Oberfläche des Glases oder selbst wenn eine Entglasung auftritt, ist sie auf die oberste Fläche des Glases beschränkt, und daher wird die Entglasung in einem solchen Maße gesteuert, dass diese optischen Gläser für kommerzielle Zwecke verwendet werden können.
Andererseits wurden die in Tabelle 5 aufgeführten Proben der Vergleichsbeispiele A und B unter den gleichen Bedingungen hergestellt, wie denjenigen für die Beispiele der vorliegenden Erfindung, und die hergestellten Gläser wurden durch die gleichen Bewertungsmethoden bewertet, wie denjenigen, die zur Bewertung der Beispiele der vorliegenden Erfindung verwendet wurden. In den Vergleichsbeispielen A und B liegt das SiO₂/B₂O₃-Verhältnis außerhalb des Bereichs von 0,30 bis 1,55 und liegt das Y₂O₃/La₂O₃-Verhältnis außerhalb des Bereichs von 0,15 bis 1,00, und daher sind die Liquidus-Temperatur und das Auftreten der Entglasung nicht miteinander kompatibel. Aus diesem Grund können diese optischen Gläser nicht für kommerzielle Zwecke verwendet werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben wurde, ist das optische Glas der vorliegenden Erfindung, welches ein SiO₂-B₂O₃-Y₂O₃-La₂O₃-ZnO-Li₂O-Glas ist, frei von Pb, As und F und hat optische Konstanten eines Brechungsindex (nd) innerhalb eines Bereichs von 1,73 bis weniger als 1,80 und einer Abbeschen Zahl (νd) innerhalb eines Bereichs von 43 bis 55 und eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 620°C oder weniger und ist somit für das Präzisionsformpressen geeignet und weist einen ausreichenden industriellen Nutzen auf.
Zusammenfassung
Ein optisches Glas hat optische Konstanten eines Brechungsindexes (nd) in einem Bereich von 1,73 bis weniger als 1,80 und einer Abbesche Zahl (νd) in einem Bereich von 43 bis 55, es umfasst SiO₂, B₂O₃, Y₂O₃, La₂O₃, ZnO und Li₂O als wesentliche Komponenten, ist im Wesentlichen frei von einer Blei-Komponente, Arsen-Komponente und Fluor-Komponente, hat ein Verhältnis von SiO₂/B₂O₃ von 0,30 bis 1,55 und ein Verhältnis von Y₂O₃/La₂O₃ von 0,15 bis 1,00 und hat eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 620°C oder weniger.

Claims

Optisches Glas, das optische Konstanten eines Brechungsindexes (nd) in einem Bereich von 1,73 bis weniger als 1,80 und einer Abbeschen Zahl (νd) in einem Bereich von 43 bis 55 aufweist, SiO₂, B₂O₃, Y₂O₃, La₂O₃, ZnO und Li₂O als wesentliche Komponenten umfasst, im Wesentlichen frei von einer Blei-Komponente, Arsen-Komponente und Fluor-Komponente ist, ein Verhältnis von SiO₂/B₂O₃, von 0,30 bis 1,55 und ein Verhältnis von Y₂O₃/La₂O₃ von 0,15 bis 1,00 und eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 620°C oder weniger hat.
Optisches Glas nach Anspruch 1, das in Massen-% auf Oxid-Basis mehr als 1% Li₂O umfasst und eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 570°C oder weniger hat.
Optisches Glas nach den Ansprüchen 1 oder 2, das in Massen-% auf Oxid-Basis mehr als 5% Y₂O₃ und 10% oder mehr La₂O₃ umfasst und ein spezifisches Gewicht von 4,5 oder weniger hat.
Optisches Glas, das in Massen-% auf Oxid-Basis Folgendes umfasst: SiO₂ mehr als 5% und 20% oder weniger B₂O₃ 5% bis weniger als 25% Y₂O₃ mehr als 5% und 35% oder weniger La₂O₃ 10 bis 50% ZnO mehr als 5% und weniger als 25% und Li₂O mehr als 1% und 6% oder weniger und Gd₂O₃ 0–20% und/oder Yb₂O₃ 0–20% und/oder ZrO₂ 0–10% und/oder Ta₂O₅ 0 bis weniger als 8% und/oder WO₃ 0 bis weniger als 5,5% und/oder Sb₂O₃ 0–1%.
Optisches Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das in Massen-% auf Oxid-Basis Folgendes umfasst: SiO₂ mehr als 5% und 20% oder weniger und/oder B₂O₃ 5% bis weniger als 25% und/oder Y₂O₃ mehr als 5% und 35% oder weniger und/oder La₂O₃ 10 bis 50% und/oder ZnO mehr als 5% und weniger als 25% und/oder Li₂O mehr als 1% und 6% oder weniger und/oder Gd₂O₃ 0–20% und/oder Yb₂O₃ 0–20% und/oder ZrO₂ 0–10% und/oder Ta₂O₅ 0 bis weniger als 8% und/oder WO₃ 0 bis weniger als 5,5% und/oder Sb₂O₃ 0–1%.
Optisches Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das weiterhin in Massen-% auf Oxid-Basis Folgendes umfasst: Na₂O 0–5% und/oder K₂O 0–5% und/oder MgO 0–5% und/oder CaO 0 bis weniger als 15% und/oder SrO 0–10% und/oder BaO 0–15% und/oder GeO₂ 0–5% und/oder Al₂O₃ 0–5% und/oder TiO₂ 0 bis weniger als 3% und/oder Nb₂O₅ 0 bis weniger als 3% und/oder Bi₂O₃ 0 bis weniger als 10%.
Optisches Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das eine Liquidus-Temperatur von 1160°C oder weniger und einen log η, der der Logarithmus der Viskosität (dPa·s) bei der Liquidus-Temperatur ist, in einem Bereich von 0,3 bis 2,0 hat.
Linsen-Vorform, die aus einem optischen Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 7 besteht.
Optisches Element, das durch Präzisionsformpressen einer Linsen-Vorform nach Anspruch 8 hergestellt wird.
Optisches Element, das durch Präzisionsformpressen eines optischen Glases nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wird.