JP2005154251A - 光学ガラスおよびレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】開口数のより大きなレンズを得るべくより屈折率の高いガラスが求められている。
【解決手段】モル％で、Ｂ_２Ｏ_３ ２０〜７０％、ＺｎＯ ５〜２５％、Ｌａ_２Ｏ_３ ５〜３０％、Ｇａ_２Ｏ_３ １〜２０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜１５％、ＧｅＯ_２ ０〜２０％、Ｙ_２Ｏ_３ ０〜１０％、ＴｅＯ_２ ０〜２０％、ＺｒＯ_２＋Ｉｎ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜２０％、からなり、Ｂ_２Ｏ_３＋ＧｅＯ_２が３０〜７０％、６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．７０以上である光学ガラス。また、ガラス転移点が６５０℃以下である前記光学ガラス。また、波長４００〜８００ｎｍの光に対する内部透過率が１ｍｍ厚みで９８％以上である前記光学ガラス。前記光学ガラスからなるレンズ。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、ＭＯ等の光記録媒体の記録または読み取りに使用される対物レンズ、レーザー用コリメートレンズ等に好適な光学ガラスおよびレンズに関する。

ＣＤ等の光記録媒体への記録はレーザー光をコリメートレンズによって平行光とし、これを対物レンズによって集光して行われる。
このような用途に用いられるレンズは通常、球面状または非球面形状であり、ガラスまたは樹脂のプリフォームを軟化温度まで加熱し精密プレスして作製される。

近年、光記録媒体の記録密度を高くするために波長が４００〜４１５ｎｍの青紫色レーザー光（典型的な波長は４０５ｎｍ）の利用が提案されている。また、この青紫色レーザー光と従来使用されている赤色または近赤外レーザー光との互換利用も提案されている。
このような用途には、波長４００〜８００ｎｍの光に対する透過率が高く、精密プレスが可能であり、かつ屈折率が高いガラスが求められ、そのようなガラスの提案もされている（たとえば特許文献１参照。）。

特許第３１９５７８９号公報

特許文献１で提案されているガラスの屈折率は１．５８〜１．６７であって高屈折率ガラスというべきものであるが、開口数のより大きなレンズを得るべくより屈折率の高いガラスが求められている。
本発明はこのような課題を解決できる光学ガラスおよびレンズの提供を目的とする。

本発明は、下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂ_２Ｏ_３ ２０〜７０％、ＺｎＯ ５〜２５％、Ｌａ_２Ｏ_３ ５〜３０％、Ｇａ_２Ｏ_３ １〜２０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜１５％、ＧｅＯ_２ ０〜２０％、Ｙ_２Ｏ_３ ０〜１０％、ＴｅＯ_２ ０〜２０％、ＺｒＯ_２＋Ｉｎ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜２０％、から本質的になり、Ｂ_２Ｏ_３＋ＧｅＯ_２が３０〜７０％、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率（ｎ）が１．７０以上である光学ガラスを提供する。
また、前記光学ガラスからなるレンズを提供する。

本発明によれば、透過率が高く、精密プレスが可能であり、かつ屈折率が高い光学ガラスが得られる。また、この光学ガラスからなるレンズを光記録媒体への記録に用いられるコリメートレンズまたは対物レンズとして用いることにより、光記録媒体への記録密度を高くすることが可能になる。

本発明の光学ガラス（以下、単に本発明のガラスという。）は先に述べたようなコリメートレンズまたは対物レンズに好適である。
このようなレンズはすなわち本発明のレンズであり、典型的には本発明のガラスを加工してプリフォームとし、このプリフォームを加熱して軟化させ金型を用いてプレス成形（精密プレス）して作製される。なお、前記プリフォームは溶融状態のガラスを成形して作製してもよい。

本発明のガラスのｎが１．７０未満では、光記録媒体への記録に適用可能な薄さであってかつ所望の開口数を有する対物レンズを得ることが困難になる。好ましくは１．７３以上、より好ましくは１．７５以上である。なお、ｎは典型的には１．９９以下である。
本発明のガラスのアッベ数（νｄ）は典型的には３０以上である。
ｎが１．７０〜１．８０である場合、νｄは典型的には４０以上である。
本発明のガラスのガラス転移点（Ｔｇ）は６５０℃以下であることが好ましい。６５０℃超ではプレス成形が困難になるおそれがある。より好ましくは６００℃以下、特に好ましくは５７０℃以下、最も好ましくは５６０℃以下である。

本発明のガラスの、波長４００〜８００ｎｍの光に対する内部透過率の１ｍｍ厚み換算値の最小値（Ｔ_ｍｉｎ）は９８％以上であることが好ましい。９８％未満では先に述べたようなレンズとして使用することが困難になるおそれがある。より好ましくは９９％以上である。

波長λの光に対する内部透過率の１ｍｍ厚み換算値Ｔはたとえば次のようにして測定される。
両面が鏡面研磨され、大きさが２ｃｍ×２ｃｍ、厚みが１ｍｍと５ｍｍの２枚の板状試料について、日立製作所社製分光光度計Ｕ−３５００（商品名）を用いて波長λの光に対する透過率を測定する。測定によって得られた厚みが１ｍｍ、５ｍｍの板状試料の透過率をそれぞれＴ_１、Ｔ_５として、次式によりＴを算出する。
Ｔ＝１００×ｅｘｐ［（２／３）×ｌｏｇ_ｅ（Ｔ_５／Ｔ_１）］。

次に、本発明のガラスの成分について説明する。なお、たとえばＢの含有量としてはＢがＢ_２Ｏ_３の形でガラス中に存在するとしたときのモル％表示含有量を用い、単に％と表記する。
Ｂ_２Ｏ_３はガラス骨格を形成し、またＴｇを低下させる成分であり、必須である。２０％未満ではガラス化が困難になる、またはＴｇが高くなる。好ましくは２５％以上である。なお、液相温度をより低くしたい場合には、好ましくは２７％以上、より好ましくは３０％以上である。加えてνｄを大きくしたい場合にはＢ_２Ｏ_３は３７％以上であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３が７０％超ではｎが低くなる、または耐水性等の化学的耐久性が低下する。好ましくは６５％以下である。ｎを高くしたい場合にはＢ_２Ｏ_３は、好ましくは５０％以下、より好ましくは４５％以下である。

ＺｎＯはガラスを安定化させる成分であり、必須である。５％未満ではガラスが不安定になる。好ましくは７％以上である。２５％超ではＴｇが高くなる。好ましくは１８％以下、より好ましくは１５％以下である。
Ｌａ_２Ｏ_３はｎを高くする成分であり、必須である。５％未満ではｎが低くなる。好ましくは１０％以上である。３０％超ではガラス化しにくくなる、またはＴｇが高くなる。好ましくは２０％以下、より好ましくは１８％以下である。

Ｇａ_２Ｏ_３はガラスを安定化させる、またはｎを高くする成分であり、必須である。１％未満ではガラスが不安定になる、またはｎが低くなる。２０％超ではかえってガラス化しにくくなる。好ましくは１７％以下である。
Ｌｉ_２Ｏは必須ではないが、ガラスを安定化させる、Ｔｇもしくは溶解温度を低下させる等のために１５％まで含有してもよい。１５％超では失透しやすくなるおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下である。Ｌｉ_２Ｏを含有する場合その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは２％以上である。

ＧｅＯ_２は必須ではないが、ガラスを安定化させる、ｎを高くする、成形時の失透を抑制する等のために２０％まで含有してもよい。２０％超ではＴｇが高くなるおそれがある。好ましくは１５％以下である。
成形時の失透を抑制したい場合、ＧｅＯ_２を１％以上含有することが好ましく、３％以上含有することがより好ましい。
Ｂ_２Ｏ_３およびＧｅＯ_２の含有量の合計が３０％未満ではガラス化が困難になる、またはガラスが不安定になるおそれがある。７０％超ではＴｇが高くなる、またはｎが小さくなる。

Ｙ_２Ｏ_３は必須ではないが、ｎを高くする、成形時の失透を抑制する等のために１０％まで含有してもよい。１０％超ではガラスがかえって不安定になる、Ｔｇが高くなる等のおそれがある。好ましくは７％以下である。Ｙ_２Ｏ_３を含有する場合その含有量は１％以上であることが好ましい。
ＴｅＯ_２は必須ではないが、ｎを高くする、Ｔｇを低下させる、溶融状態における白金または白金合金との接触角を大きくして白金または白金合金からなる流出パイプから溶融ガラスを滴下して精密プレス用の球状プリフォームを作製する場合のそのプリフォームの質量ばらつき率を小さくする等のために２０％まで含有してもよい。２０％超では分散が大きくなりすぎるおそれがある。好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下である。ＴｅＯ_２を含有する場合その含有量は、好ましくは０．１％以上、より好ましくは２％以上、特に好ましくは４％以上である。

ＺｒＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３およびＴａ_２Ｏ_５はいずれも必須ではないが、Ｔ_ｍｉｎを低下させることなくｎを高くする等のために合計で２０％までの範囲で含有してもよい。１０％超ではガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは合計で１０％以下、より好ましくは７％以下である。これらの成分のいずれかを含有する場合、その成分の含有量は単独で１％以上であることが好ましい。

前記プリフォームの質量ばらつき率をより小さくしたい等の場合、Ｂ_２Ｏ_３が３０〜５０％、ＺｎＯが７〜１２％、Ｌａ_２Ｏ_３が１２〜１６％、Ｇａ_２Ｏ_３が５〜１２％、Ｌｉ_２Ｏが５〜１０％、ＧｅＯ_２が０〜１０％、Ｙ_２Ｏ_３が１〜５％、ＴｅＯ_２が２〜１５％、かつ、ＺｒＯ_２＋Ｉｎ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｔａ_２Ｏ_５が５〜１０％であることが好ましい。

ｎをより高くしたい、たとえばｎを１．８０以上にしたい場合、Ｂ_２Ｏ_３が３０〜４５％、ＺｎＯが７〜１５％、Ｌａ_２Ｏ_３が１０〜１６％、Ｇａ_２Ｏ_３が５〜１２％、Ｌｉ_２Ｏが５〜１１％、ＧｅＯ_２が０〜１０％、Ｙ_２Ｏ_３が１〜６％、ＴｅＯ_２が２〜１５％、かつ、ＺｒＯ_２＋Ｉｎ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｔａ_２Ｏ_５が５〜１０％であることが好ましく、成形時の失透をより抑制したい場合にはＧｅＯ_２を１〜１０％とすることがより好ましい。
本発明のガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合それら成分の含有量の合計は、好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下、典型的には６％または５％以下である。

次に、このような成分について例示する。
成形時の失透を抑制したい等の場合、Ａｌ_２Ｏ_３をたとえば４％まで含有してもよい。
ガラスをより安定化させたい、ｎまたは密度を調整したい、等の場合にはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯまたはＢａＯを合計でたとえば４％までの範囲で含有してもよい。４％超ではガラスがかえって不安定になる、またはｎが小さくなるおそれがある。

溶解温度をより低下させたい等の場合、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｒｂ_２ＯまたはＣｓ_２Ｏを合計でたとえば４％までの範囲で含有してもよい。４％超ではガラスが不安定になる、ｎが低くなる、硬度が小さくなる、または化学的耐久性が低下するおそれがある。なお、硬度を大きくしたい、または化学的耐久性を向上させたい場合にはこれらはいずれも含有しないことが好ましい。
ガラスをより安定化させたい、成形時の失透をより抑制したい等の場合、ＳｉＯ_２をたとえば４％まで含有してもよい。４％超ではＴｇが高くなるおそれがある。

ｎをより高くしたい、Ｔｇをより低くしたい等の場合、ＳｎＯをたとえば４％まで含有してもよい。
ｎをより高くしたい等の場合、ＴｉＯ_２をたとえば６％または４％まで含有してもよい。
また、ｎをより高くしたい等の場合にはＮｂ_２Ｏ_５またはＷＯ_３を合計でたとえば６％または４％までの範囲で含有してもよい。６％超または４％超ではガラスが不安定になる、またはＴ_ｍｉｎが著しく低下するおそれがある。なお、Ｔ_ｍｉｎをより大きくしたい場合、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＷＯ_３のいずれも含有しないことが好ましい。
溶解温度またはＴｇをより低下させたい等の場合、ＦをＦ_２の形で存在するとしてたとえば３％まで含有してもよい。３％超ではガラスが不安定になる、ｎが低下する、硬度が小さくなる、ガラスが不均質になる、または化学的耐久性が低下するおそれがある。
なお、本発明のガラスはＰｂＯおよびＴｌ_２Ｏのいずれも含有しないことが好ましい。

また、本発明のガラスはＦｅ_２Ｏ_３を含有しないことが好ましいが、通常は原料から不可避的に混入する。しかし、その場合でもＦｅ_２Ｏ_３含有量は０．０００１％以下、かつ質量百分率表示でも０．０００１％以下であることが好ましい。そのようなものでないと４００ｎｍ付近での透過率が小さくなり、Ｔ_ｍｉｎが低くなるおそれがある。

表のＢ_２Ｏ_３からＮａ_２Ｏ、ＷＯ_３またはＮｂ_２Ｏ_５までの欄にモル％表示で示す組成のガラスが得られるように原料を調合して白金製るつぼに入れ、１１００〜１２００℃で１時間溶解した。この際白金製スターラにより０．５時間撹拌して溶融ガラスを均質化した。均質化された溶融ガラスは流し出して板状に成形後、徐冷を行った。

原料としては、関東化学社製の特級の酸化ホウ素、酸化亜鉛、炭酸リチウム、硝酸リチウム、二酸化ジルコニウム、炭酸ナトリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、信越化学工業社製の純度９９．９９９％酸化ランタン、純度９９．９％酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム、レアメタル社製の特級の酸化ガリウム、新興化学工業社製の純度９９．９９９％以上の二酸化テルル、アサヒメタル社製の特級の酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン、高純度化学研究所社製の純度９９．９９９％以上の酸化亜鉛、同社製の純度９９．９％以上の酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化ホウ素、酸化ガリウムを使用した。

得られたガラス（例１〜３２）について、Ｔｇ（単位：℃）、前記Ｔ_ｍｉｎ（単位：％）、１００〜３００℃における平均線膨張係数α（単位：１０^−７／℃）、ｎ、νｄ、波長４０５ｎｍの光に対する屈折率ｎ’、を測定した。なお、表中の「−」は測定しなかったことを示す。
Ｔｇ、α、ｎ、νｄ、ｎ’の測定法を以下に述べる。

Ｔｇ、α：直径５ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状に加工したサンプル、リガク社製熱機械分析装置ＴＭＡ８１４０（商品名）を用いて５℃／分の昇温速度で測定した。
ｎ：両面が鏡面研磨された、大きさが２ｃｍ×２ｃｍ、厚みが１ｍｍの板状試料を、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ社製屈折率測定装置Ｍｏｄｅｌ２０１０ ＰＲＩＳＭ ＣＯＵＰＬＥＲ（商品名）により測定し、波長が６３３ｎｍの光に対する屈折率を得た。
νｄ、ｎ’：ガラスを一辺が３０ｍｍ、厚みが１０ｍｍの三角形状プリズムに加工し、カルニュー光学社製精密分光計ＧＭＲ−１（商品名）により測定した。

また、例３０、３１、３２については液相温度を測定した。それぞれの液相温度は１０４９℃、１０２０℃、１０６０℃であった。液相温度は１１００℃以下であることが好ましい。１１００℃超では成形時の失透が問題となるおそれがある。

Claims (4)

1. 下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂ_２Ｏ_３ ２０〜７０％、ＺｎＯ ５〜２５％、Ｌａ_２Ｏ_３ ５〜３０％、Ｇａ_２Ｏ_３ １〜２０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜１５％、ＧｅＯ_２ ０〜２０％、Ｙ_２Ｏ_３ ０〜１０％、ＴｅＯ_２ ０〜２０％、ＺｒＯ_２＋Ｉｎ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜２０％、から本質的になり、Ｂ_２Ｏ_３＋ＧｅＯ_２が３０〜７０％、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．７０以上である光学ガラス。
2. ガラス転移点が６５０℃以下である請求項１に記載の光学ガラス。
3. 波長４００〜８００ｎｍの光に対する内部透過率が１ｍｍ厚み換算で９８％以上である請求項１または２に記載の光学ガラス。
4. 請求項１、２または３に記載の光学ガラスからなるレンズ。