JP2007106611A - 光学ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】低い屈折率の温度係数と良好な光線透過性を併せ持つ、温度変化の激しい環境での使用に好適なガラス組成物を提供する。
【解決手段】ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を含有するガラスであって、相対屈折率（５４６．０７ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が１０．０×１０^−６（℃^−１）以下の光学ガラス。相対屈折率（５４６．０７ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が４．６×１０^−６（℃^−１）以下の前記光学ガラス。４００ｎｍにおける内部透過率（τ１０ｍｍ）が８０％以上である前記光学ガラス。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を含有するガラス組成物であり、低い相対屈折率の温度係数と、高い光線透過性を有する光学ガラスに関する。

近年、ディジタルカメラや携帯用機器等の光学素子の小型化、薄型化が進んだことにより、光学素子形状の要求精度は高まりつつある。つまり、高精度に加工したレンズを、高精度に組み立てる技術が進歩している。このように高精密化した光学系では、温度変化による性能劣化の影響は無視出来なくなる傾向にある。
その中でも、特に携帯用・車載用等の温度変化の激しい環境下での使用が前提となっている製品においては、温度解析によるシミュレーションは必要不可欠である。
従来の光学系の温度解析と言えば、主にステッパー等の半導体分野等の限られた高精密な光学システムに検討されることが多かった。
しかし、前述した新しい分野において、光学材料自体の温度による屈折率変化、熱膨張係数、レンズ支持材料の膨張係数を考慮する必要性が高まっている。
その為、熱膨張係数の小さく、温度変化による屈折率変化のより小さい光学材料が求められている。

光学材料の温度解析に使用される屈折率の温度係数は、温度と屈折率の関係を示す曲線ｄｎ／ｄＴで定義される。屈折率の温度係数は測定する波長やその温度域によって変化し、ガラスと同温度の空気中における相対屈折率の温度係数（ｄｎ／ｄＴ ｒｅｌａｔｉｖｅ、１０１．３ｋＰａ、乾燥空気中）と真空中における絶対屈折率の温度係数（ｄｎ／ｄＴ ａｂｓｏｌｕｔｅ）で表される。なお本明細書では、５４６．０７ｎｍ（ｅ線）の波長を用いて、＋２０〜＋４０℃の範囲についてｄｎ／ｄｔ ｒｅｌａｔｉｖｅを測定している。

低分散、高透過等の特徴を持つ、Ｌａ_２Ｏ_３を多量に含有するガラスは一般的に、このｄｎ／ｄＴが大きいものばかりで、十分に小さいものは実用上見当たらない。特に短波長域のｄｎ／ｄＴは大きく変化し、性能を劣化させやすい傾向がある。

光学材料は通常、屈折率の高い材料程、紫外域から可視域にかけて吸収端が長波長側へシフトする傾向がある。つまり高屈折率ガラスは短波長域の透過特性が悪化する傾向にある。一般の光学ガラスでは吸収端より長波長側の可視域ではほとんど吸収が認められない為、近紫外域の透過特性が良いものは一般に可視域での光線透過性も良好である。
また、波長４００ｎｍの紫外線又は、紫外線に近い可視光線は、記憶容量を増大させる為に、光磁気記録媒体への情報の入出力等の使用が広がっている。
従って、紫外透過特性の高いガラスの要求は非常に高い。

特に紫外線投影用レンズ、天体望遠鏡等に使用する場合は、耐ソラリゼーション性にも優れた材料が求められる。

ディジタルカメラや携帯用電話等の携帯用機器の光学素子に、モールドプレス成形により生産される非球面を応用して、光学素子を軽量、小型化する技術が多くの製品で応用されている。しかしながら、従来の研削・研磨工程で非球面を得ようとすると、高コストで複雑且つ多くの作業工程を必要とする。そこで、溶融ガラスからの滴下、あるいは板ガラスからの研削・研磨により得られたプリフォーム材を超精密加工された金型で直接レンズ成形する方法が用いられている。この方法により得られたレンズは研削・研磨する必要がないため、低コスト・短納期で生産することが可能となった。この成形方法はガラスモールドと呼ばれ、盛んに研究・開発が行われ、そして光学機器に使用されるガラスモールドによる非球面レンズは年々増加の傾向にある。

これらのガラスは、ガラスモールドで使用する金型の耐熱性から、用いるガラスについては、より低温で軟化するガラスが求められている。しかしながら、従来のＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を含有するガラスのＴｇは６００℃を上回るものが一般的で、プレス型の耐熱性を十分に満足するガラスは、これまで存在しなかった。

本発明の目的とするＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を含有する光学ガラスは以下の様なものが開示されている。例えば特許第２７３８７４４号では、フッ素成分を必須としている精密プレスレンズ用光学ガラスが開示されているが、これらのガラスはいずれもフッ素成分を過剰に含有しているため化学的耐久性や耐失透性の面で十分では無い。

特開２００４−１６１５０６号では、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、Ｌａ_２Ｏ_３を必須成分とする高い透過率を有する光学ガラスが開示されているが、これらのガラスはいずれも屈折率の温度係数ｄｎ／ｄｔが大きい為、様々な温度環境で使用されるレンズにとっては有用では無い。

特開２００４−１６１５０６、特開２００３−２０１１４３においても、上記の特許と同様に、屈折率の温度係数ｄｎ／ｄｔが大きい為、様々な温度環境で使用されるレンズにとっては有用では無い。
特許第２７３８７４４号公報 特開２００４−１６１５０６号公報 特開２００４−１６１５０６号公報 特開２００３−２０１１４３号公報

本発明の目的は、温度による性能劣化が少なく、高い光線透過性を有する光学ガラスを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、特定範囲に組成を調整することによって、相対屈折率の温度係数を下げることができることを見出した。また、この光学ガラスは近紫外域の透過率も良好で、更にソラリゼーションも極めて小さいことを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明の第１の様態は、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を含有するガラスであって、相対屈折率（５４６．０７ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が１０．０×１０^−６（℃^−１）以下の光学ガラスである。

本発明の第２の態様は、相対屈折率（５４６．０７ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が４．６×１０^−６（℃^−１）以下の前記第１の様態の光学ガラスである。

本発明の第３の様態は、４００ｎｍにおける内部透過率（τ１０ｍｍ）が８０％以上である前記第１または第２の様態の光学ガラスである。

本発明の第４の様態は、４００ｎｍにおける内部透過率（τ１０ｍｍ）が９５％以上である前記第１〜３の様態の光学ガラスである。

本発明の第５の様態は、ソラリゼーションが２．０％未満である前記第１〜４の様態の光学ガラスである。

本発明の第６の様態は、ＴｉＯ_２成分を０．１％以上含有する前記第１〜５の様態の光学ガラスである。

本発明の第７の様態は、１００〜３００℃における平均線膨張係数αが９５（１０^−７×℃^−１）以下の前記第１〜６の様態の光学ガラスである。

本発明の第８の様態は、Ｌｉ_２Ｏを必須に含有する前記第１〜７の様態の光学ガラスである。

本発明の第９の様態は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５８０℃以下である前記第１〜８の様態の光学ガラスである。

本発明の第１０の様態は、屈伏点（Ａｔ）が６２０℃以下である前記第１〜９の様態の光学ガラスである。

本発明の第１１の様態は、ガラスの失透温度が１１００℃以下の前記第１〜１０の様態の光学ガラスである。

本発明の第１２の様態は、酸化物基準の質量％で、
ＳｉＯ_２ ４〜１５％、
Ｂ_２Ｏ_３ １５％〜２８％、
Ｌｉ_２Ｏ ０．１〜６％、
Ｌａ_２Ｏ_３ １３〜３５％、

ＺｒＯ_２ ２〜８％、
Ｔａ_２Ｏ_５ １〜１０％、及び
ＺｎＯ １〜２０％、並びに
Ｇｄ_２Ｏ_３ ０〜３０％、及び／又は
Ｙ_２Ｏ_３ ０〜１５％、
の範囲の各成分を含有する前記第１〜１１の様態の光学ガラスである。

本発明の第１３の様態は、酸化物基準の質量％で、
ＴｉＯ_２ ０〜５％、
および／またはＮｂ_２Ｏ_５ ０〜５％、
および／またはＷＯ_３ ０〜５％、
および／またはＭｇＯ ０〜５％、
および／またはＣａＯ ０〜１０％、
および／またはＳｒＯ ０〜１０％、
および／またはＢａＯ ０〜１０％、
および／またはＧｅＯ_３ ０〜１０％、
および／またはＡｌ_２Ｏ_３ ０〜５％、
および／またはＹｂ_２Ｏ_３ ０〜１０％
および／またはＮａ_２Ｏ ０〜１０％、
および／またはＫ_２Ｏ ０〜１０％
および／またはＳｂ_２Ｏ_３ ０〜１０％
を含有することを特徴とする、前記第１〜１２の様態の光学ガラスである。

本発明の第１４の様態は、前記第１〜１３の態様の光学ガラスからなるモールドプレス成形用プリフォームである。

本発明の第１５の様態は前記第１４の様態のプリフォームを成形・加工してなる光学素子である。

本発明の第１６の様態は前記第１〜１５の様態の光学ガラスを成形・加工してなる光学素子であるである。

上述の本発明の態様によれば、相対屈折率の温度係数が小さく、膨張係数が小さい為に、光学機器の温度変化による性能劣化を抑制することに大きな効果を有する。

前記の通り、各物性値を限定した理由を以下に示す。

本発明の光学ガラスにおいて、ｄｎ／ｄＴ （℃^−１）（５４６．０７ｎｍ、２０〜４０℃）が１０．０×１０^−６以下であることが好ましい。ｄｎ／ｄＴ（５４６．０７ｎｍ、２０〜４０℃）が１０．０×１０^−６を超える材料を光学系に使用すると、温度変化による性能劣化を引き起こしやすく、温度変化の激しい環境下では十分な性能を維持することが困難となることがある。特に、携帯機器や車載用、その他高精密な光学系を考慮した場合、好ましくは１０．０×１０^−６以下、より好ましくは６．０×１０^−６以下、最も好ましくは４．６×１０^−６以下である。

本発明の光学ガラスにおいて、１００℃〜３００℃における熱膨張係数α（１０^−７×℃^−１）は９５以下であることが好ましい。熱膨張係数α（１０^−７×℃^−１）が９５を超える材料を光学系に使用すると、温度変化による性能劣化を引き起こしやすく、十分な性能を維持することが困難となることがある。特に、携帯機器や車載用等の用途を考慮した場合、１００℃〜３００℃における熱膨張係数αは、好ましくは９５（１０^−７×℃^−１）以下、より好ましくは９４（１０^−７×℃^−１）以下、最も好ましくは９３（１０^−７×℃^−１）以下である。

本発明の光学ガラスは内部透過率、特に４００ｎｍ程度の光に対する内部透過率が少なくとも８０％であることが好ましい。近年、携帯電話やディジタルカメラ等では固体撮像素子を使用し短波長の感度の増幅を行っている。しかしながら、４００ｎｍにおける内部透過率（１０ｍｍ）が８０％を下回ると、撮像素子に達する前に短波長の光が減衰しやすくなり、十分な性能を維持することが困難となることがある。また、過度な撮像素子による青色光の増幅は、自然な画像を得ることが困難になることがある。したがって、４００ｎｍにおける内部透過率（１０ｍｍ）が好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上、最も好ましくは、９５％以上である。

本発明の光学ガラスは、そのソラリゼーションが２．０％以下であることが好ましい。ソラリゼーションが大きすぎるとその材料を組み込んだ光学機器は、使用環境によっては時間経過と共にカラーバランスが悪くなりやすく、初期の画像性能を維持出来なくなることがある。特に、使用温度が高い程ソラリゼーションは発生しやすいので車載用等、高温化で使用される場合には注意が必要である。したがって、上記の懸念の無い光学機器とする為には好ましくは、ソラリゼーションが２．０％以下であり、より好ましくは１．５％以下であり、最も好ましくは１．０％以下である。

本明細書中において「ソラリゼーション」とは高圧水銀灯を照射した場合の分光透過率の劣化量を表すものであり、具体的には日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０４−^１９９４「光学ガラスのソラリゼーションの測定方法」に従い測定される。

前述のとおり、本発明のガラスはモールドプレス成形用のプリフォームとしても使用することができ、或いは熔融ガラスを直接プレスすることも可能である。プリフォーム材として使用する場合、その製造方法及びモールドプレス成形方法は特に限定されるものではなく、公知の製造方法及び成形方法を使用することができる。プリフォーム材の製造方法としては、例えば特開平０６−１５７０５１に記載のガラスプレス品の製造装置及びその製造方法や特開平１１−１５７８４９に記載の光学ガラスの製造方法及び製造装置を使用しても良い。

上記の様に熔融ガラスから直接プリフォーム材を製造する方法だけでなく、成形されたゴブ・またはブロックから研削・研磨工程によりプリフォーム材を得て、モールドプレス成形を行なっても良い。

本発明の光学ガラスは、その屈折率が１．６５以上であることが好ましい。屈折率が１．６５未満のガラスをレンズに応用した場合、レンズの曲率半径を小さくする必要が生じ、球面収差が大きくなる傾向になり、小型、薄型の光学機器へ応用には不向きとなりやすいからである。また、屈折率１．９より高い場合には、ガラスの骨格を形成しているＳｉＯ_２成分・Ｂ_２Ｏ_３成分等のガラス形成酸化物を少なくしなければならない為、光線透過性・耐失透性が悪化してしまうことがある。したがって、好ましくは１．６５０、より好ましくは１．７００、最も好ましくは１．７３０を下限とし、好ましくは１．９００、より好ましくは１．８０００、最も好ましくは１．７６０を上限とする。

本発明の光学ガラスは、アッベ数が６０以下であることが好ましい。
アッベ数を６０より大とするためには、希土類酸化物であるＬａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３を過剰に加えなければならず、その場合、耐失透性が悪化し、結晶の発生を抑制出来なくなることがある。また、アッベ数が３５未満の材料では、低分散性を応用して色収差を十分に補正することが出来ないことがある。したがって、アッベ数は、好ましくは３５、より好ましくは４５、最も好ましくは４８を下限とし、好ましくは６０、より好ましくは５６、最も好ましくは５１を上限とする。

本発明の光学ガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下であることが好ましい。

Ｔｇが６３０℃を超えるガラスは、モールドプレスを行う場合、プレス成形温度が使用する型の耐熱温度を上回ってしまう為、不向きとなりやすいからである。モールドプレス用として使用する為には、Ｔｇが好ましくは６３０℃以下、よりこの好ましくは６００℃以下、最も好ましくは５８０℃以下とする。

本発明の光学ガラスは、屈伏点（Ａｔ）が６７０℃以下であることが好ましい。Ａｔが６７０℃を超えるガラスも上記理由によりモールドプレス成形には不向きとなりやすいからである。したがって、好ましくは６７０℃以下、より好ましくは６５０℃以下、最も好ましくは６２０℃以下とする。

本発明の光学ガラスは、失透温度が１１００℃以下であることが好ましい。ガラスの失透温度が１１００℃を超えるガラスは、成形作業温度域が高温となる為に、装置負担が高まりやすい。また、成形可能な温度域も制限されてしまう。したがって、好ましくは１１００℃以下、より好ましくは１０７０℃以下、最も好ましくは１０５０℃以下とする。

本発明に示すガラス組成物の各成分における酸化物基準での質量％の組成範囲を、前記の通りに限定した理由を以下に述べる。

本明細書中において「酸化物基準」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、炭酸塩、硝酸塩などが、熔融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総重量を１００質量％とした場合にガラス中に含有される各成分の含有量を表記した組成である。

本明細書中において「実質的に含まない」とは、原料組成として配合しない、すなわち意識的に含有させるものではないということを意味するものであり、不純物として混入してしまうものを除外するものではない。

ＳｉＯ_２成分はガラス形成酸化物であり、ガラスの骨格を形成する為に有用な成分であるが、その量が多すぎると屈折率の低下及びソラリゼーションが悪化しやすくなる。したがって、好ましくは４．０、より好ましくは４．５％、最も好ましくは７．０％を下限とし、好ましくは１５．０％、より好ましくは１３．０％、最も好ましくは１１．０％を上限として含有する。

Ｂ_２Ｏ_３成分は希土類酸化物を含有する本発明の光学ガラスにおいて、ガラス形成酸化物として欠かすことの出来ない成分である。その量が少なすぎると上記の効果が不十分であり、屈折率の低下、ソラリゼーションを引き起こす傾向がある。その量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。
したがって、好ましくは１５％、より好ましくは１７％、最も好ましくは１９％を下限とし、好ましくは２８％、より好ましくは２６％、最も好ましくは２４％を上限として含有する。

Ｌｉ_２Ｏ成分は、相対屈折率の温度係数を小さくするのに大きな効果を有する成分である。また、失透温度を下げ、Ｔｇを低くする効果もある。その量が少なすぎると上記の効果が不十分であり、多すぎるとソラリゼーションを悪化させやすい。したがって、好ましくは０．１％、より好ましくは１．５％、最も好ましくは３．１％を下限とし、好ましくは６．０％、より好ましくは５．０％、最も好ましくは３．８％を上限として含有する。

Ｎａ_２Ｏ成分またはＫ_２Ｏ成分は、Ｔｇを低くすることに効果を有する任意成分であるが、いずれの成分も多すぎると失透温度が上昇してガラス化が困難となりやすくなる。したがって、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％最も好ましくは１．０％を上限として含有する。

Ｌａ_２Ｏ_３成分は、ガラスの屈折率を高めつつ、光線透過性を維持するのに必要不可欠な成分である。また、アッベ数を大きくすることにも効果がある。その量が少なすぎる上記の効果が十分に得られにくくなり、多すぎると相対屈折率の温度係数を大きくしてしまいやすくなる。

したがって、好ましくは１３％、より好ましくは１７％、最も好ましくは２１％を下限とし、好ましくは３５％、より好ましくは３１％、最も好ましくは２７％を上限として含有する。

Ｇｄ_２Ｏ_３成分は含有量が０％でも問題ないが、Ｌａ_２Ｏ_３成分と共存して、同様の効果を有しながら、耐失透性にも効果がある成分である。しかし、多すぎると液相温度が高くなりやすくなる。したがって、好ましくは０．１％、より好ましくは５．０％、最も好ましくは１０％を下限とし、好ましくは３０％、より好ましくは２６％、最も好ましくは２０％を上限として含有する。

Ｙ_２Ｏ_３成分は上記のＧｄ_２Ｏ_３成分と置き換えて同様の効果を示すが、その量が少なすぎるとその効果は不十分であり、多すぎると失透温度が高くなる傾向にある。したがって、好ましくは０．１％、より好ましくは２．０％、最も好ましくは３．５％を下限とし、好ましくは１５％、より好ましくは１０％、最も好ましくは８．０％を上限として含有する。

上記のＬａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３成分について、その総量が５５％を超えると相対屈折率の温度係数が大きくなってしまうことを見出した。したがって、相対屈折率の温度係数を良好に維持する為には、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３成分の総和を、好ましくは５５％、より好ましくは５０％、最も好ましくは４０％を下限とする。

ＺｒＯ_２成分は、少量ではガラスの液相温度を下げて結晶化を抑制し、化学的耐久性を改善する効果がある。その量が少なすぎると上記の効果が十分に得がたく、多すぎるとガラス中に結晶物質が発生しやすくなる。したがって上記の効果を得る為には、好ましくは２．０％、より好ましくは２．５％、最も好ましくは３．０％を下限とし、好ましくは８．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは６．０％を上限として含有する。

Ａｌ_２Ｏ_３成分は、ＺｒＯ_２成分と同様の効果を示す任意成分である。但し、多すぎると逆にガラス化困難となりやすく、またＴｇの上昇を招きやすい。好ましくは５％、より好ましくは３．０％、最も好ましくは１．５％を上限として含有しても良い。

ＴｉＯ_２成分は、高屈折率化に極めて効果が高く、少量加えることで失透温度を低下させ、ソラリゼーションを改善する効果がある任意成分であるが、多量に含有しすぎると光線透過性を悪化させやすくなる。したがって、好ましくは５．０％、より好ましくは３．０％、最も好ましくは１．０％未満を上限として含有することができる。

Ｎｂ_２Ｏ_３成分は、屈折率を高め、失透温度を下げることに大きな効果を示す任意成分であるが、その量が多すぎるとアッベ数を小さくしてしまうことがある。したがって、上記効果を得やすくする為には、好ましくは５．０％、より好ましくは３．０％、最も好ましくは１．０％を上限として含有することができる。

Ｔａ_２Ｏ_３成分は、屈折率を高め、失透温度を下げることに大きな効果を示す任意成分であるが、その量が１０％を超えるとアッベ数を小さくしてしまうことがある。したがって、上記効果を得やすくする為には、好ましくは１．０％、より好ましくは２．０％、最も好ましくは３．０％を下限とし、好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは６．０％を上限として含有することができる。

ＷＯ_３成分は、屈折率を調整し、失透温度を下げる効果を有する任意成分であるが、その量が多すぎると光線透過性を悪化させてしまいやすくなる。したがって、好ましくは５．０％、更に好ましくは３．０％であり、最も好ましくは２．０％を上限とする。

Ｙｂ_２Ｏ_３成分も、Ｇｄ_２Ｏ_３成分と同様に、ガラスの屈折率を高め、かつアッベ数を大きくするのに有効な成分である。しかし多量に含有しすぎると耐失透性を悪化させやすくなる。好ましくは１０％、より好ましくは５．０％、最も好ましくは３．０％未満を上限として含有することができる。

ＧｅＯ_２成分は屈折率を高め、耐失透性を向上させるのに効果を有する成分であるが、原料が高価である為、使用量が制限される。したがって、好ましくは１０％、より好ましくは５％、最も好ましくは３％未満を上限として含有することができる。

ＺｎＯ成分は、失透温度を下げ、Ｔｇの低下に効果を有するがその量が多すぎると化学的耐久性を悪化させやすい。したがって、好ましくは１．０％、より好ましくは３．０％、最も好ましくは５．０％を下限とし、好ましくは２０％、より好ましくは１７％、最も好ましくは１０％を上限として含有する。

ＣａＯ成分は、ＺｎＯ成分同様に、失透温度を下げ、Ｔｇ及び比重の低下に効果を有する任意成分であるがその量が多すぎると耐失透性を悪化させやすい。したがって、好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは５％を上限として含有する。

ＢａＯ成分は、失透温度をさげ、光学定数の調整に効果を有する任意成分であるがその量が多すぎると耐失透性を悪化させやすい。したがって、好ましくは１０％、より好ましくは８％、最も好ましくは６％を上限として含有する。

ＳｒＯ成分は、失透温度を下げ、屈折率の調整に使用される任意成分であるが、その量が多すぎると耐失透性を悪化させやすい。したがって、好ましくは１０％、より好ましくは５．０％、最も好ましくは３％を上限とする。
ＭｇＯは溶融温度を低下させる任意成分であるが、５％を超えると失透に対する安定性が悪化させ分相傾向を増大させやすい。したがって、好ましくは５％、より好ましく２％を上限として最も好ましくは実質的に含有しない。

Ｓｂ_２Ｏ_３成分は、ガラス熔融工程における脱泡効果を有するが、その量は１０％未満の量で含有することが好ましい。

Ｆ成分は、光線透過性を改善し、相対屈折率の温度係数を小さくすることに大きな効果を有する成分である。しかし、その量が多すぎると、成形作業温度域においてガラス表面からの揮発することにより不均質部分が形成され、光学素子としては不適となるやすい。したがって、好ましくは１０％、より好ましくは５．０％、最も好ましくは３．０％を上限として含有しても良い。

また、Ｃｓ_２Ｏは光学定数の調整を目的として加えてもさしつかえないが、
高価な原料な為、低価格なガラスを得ようとする場合には、好ましくない。

また、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＴｅＯ_２は、高屈折率化、低Ｔｇ化させることを目的として加えてもさしつかえないが、光線透過性を悪化させるような場合には含有すべきではない。

また、Ｔｉを除く、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＭｏ等の遷移金属成分は、少量加えた場合でも、可視域の特定の波長に吸収を持つ為、着色してしまう。したがって、可視領域の波長を使用する光学ガラスとしては、実質的に含有するべきでは無い。

また、Ｐｂ及びＴｈ成分は高屈折率化、ガラスとしての安定性の向上を目的として加えてもさしつかえない。また、Ｃｄ及びＴｌ成分は低Ｔｇ化を目的として加えてもさしつかえない。また、Ａｓ成分は、ガラスの清澄、均質化を目的として加えてもさしつかえない。しかしその一方で上記に示した、Ｐｂ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ａｓ成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる為、できれば加えるべきではない。

本発明のガラス組成物は、その組成範囲が質量％で表されているため直接的にモル％の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各酸化物のモル％表示による組成は、概ね以下の値をとる。なお下記ｍｏｌ％での値はあくまで参考のためであり、上記本願発明の各態様における範囲を限定するものではない。
ＳｉＯ_２ １０〜２０ｍｏｌ％、
Ｂ_２Ｏ_３ ３０〜４０ｍｏｌ％、
Ｌｉ_２Ｏ １〜１５ｍｏｌ％、
Ｌａ_２Ｏ_３ ３〜１０ｍｏｌ％、
Ｇｄ_２Ｏ_３ ０〜５ｍｏｌ％、
Ｙ_２Ｏ_３ ０〜５ｍｏｌ％、
ＴｉＯ_２ ０〜３ｍｏｌ％、
Ｔａ_２Ｏ_５ ０．１〜５ｍｏｌ％
ＲＯ ０〜２０ｍｏｌ％ （Ｒ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）、
Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜３ｍｏｌ％、

次に、本発明にかかる光学ガラスの好適な実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３４）の組成ならびに従来公知のＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を含有するガラスの比較例（Ｎｏ．Ａ〜Ｎｏ．Ｆ）の組成を、これらのガラスの光学定数（ｎｄ、νｄ）、ガラス転移点Ｔｇ、屈伏点Ａｔ、線膨張係数αを表１〜６に示した。尚、表６では、相対屈折率（５４６．０７ｎｍ）の温度係数、４００ｎｍにおける内部透過率、８０％透過波長におけるソラリゼーション、失透温度についても示した。

なお、本発明にかかる実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３４）のガラスは、酸化物、炭酸塩及び硝酸塩等の通常の光学ガラス用原料を所定の割合となるように秤量し、混合した後、白金坩堝等に投入し、ガラス組成による溶融性に応じて、１２００〜１４００℃の温度で２〜４時間、溶融、脱泡し、攪拌均質化した。尚、溶融の過程でＦ成分を含有するガラスは、Ｐｔ等の材料で蓋をしてガラス成分の揮発を抑制した。その後、降温してから金型等に鋳込み徐冷することにより、均質性の優れたガラスを容易に得ることができる。

相対屈折率の温度係数（ｄｎ／ｄＴ ｒｅｌ．）は、光学ガラスと同一温度の空気中における屈折率の温度係数を言い、１℃当たりの変化量（×１０^−６／℃）で表す。測定方法は日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ１８−^１９９４「光学ガラスの屈折率の温度係数の測定方法」の中の干渉法にて実施した。

内部透過率は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ１７−^１９８２「光学ガラスの内部透過率の測定方法」に準じて測定した。但し、厚さ５０ｍｍと１０ｍｍの平行対面研磨された試料を用いた。また、本明細書中では、４００ｎｍにおける反射損失を含まない分光透過率の少数点以下第２位を四捨五入して表記した。

ソラリゼーションは、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０４−^１９９４「光学ガラスのソラリゼーションの測定方法」に従い、測定した。

平均線膨張係数α（１００〜３００℃）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−２００３「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従い１００〜３００℃における平均線膨張係数を求めた。

ガラス転移温度（Ｔｇ）及び屈伏点（Ａｔ）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−^２００３「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従い、上記の温度と試料の伸びを測定して得られた熱膨張曲線より求めた。

また、失透温度は１０００℃〜１１５０℃の温度勾配のついた温度傾斜炉に３０分間保持し、倍率１００倍の顕微鏡で結晶の有無を観察し、液相温度を測定した。結晶が観察された最も高い温度を失透温度とした。

表１〜６に見られるとおり、本発明の実施例のガラス（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３４）は、いずれもモールドプレス用材料として所望範囲の転移点（Ｔｇ）、屈伏点（Ａｔ）、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）を満たしている。したがって、前記のガラスは、低いガラス転移点を維持しながら、良好な屈折率、アッベ数を持つモールドプレス硝材として好適である。

また、表６では、実施例（Ｎｏ．２８〜Ｎｏ．３４）の相対屈折率の温度係数、熱膨張係数、内部透過率、ソラリゼーションを示した。前記のガラスはいずれも高い光線透過性を持ちながら、相対屈折率の温度係数を低い為、あらゆる過酷な温度環境下でも良好な性能を維持することが可能である。

比較例Ｎｏ．Ａ及びＢでは、従来のＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を含有するガラスを示した。屈折率の温度係数が大きい、内部透過率が低い、またはソラリゼーションが大きい等の理由で、最近の小型・精密化の進んだ光学機器には好適ではない。

以上の述べた様に、本発明はＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を含有する光学ガラスであって、相対屈折率の温度係数が小さい為に、光学機器の温度変化による性能劣化を抑制することに大きな効果を有する。

さらに、熱膨張係数が小さいことも、同様の効果を示している。
したがって携帯機器、映像機器等だけでなく、特に高温の環境下で使用が想定される車載用、監視用、工業用の光学機器等では、必要不可欠な材料である。
また、耐ソラリゼーション性も良好な為、硬化化学反応、殺菌、消毒等に使用される紫外線やその他の強い太陽光線の照射においての劣化しなくなる。
さらに、本発明によれば、極めて良好な高屈折率低分散特性、光線透過性も有する光学ガラス及び前記光学ガラスからなる光学部品を提供することが可能である。特に紫外域のレーザーを応用した光学系への応用にも有効である。
さらに、ガラス転移点が低い為に、モールドプレスを行うことも可能である。

Claims (16)

1. ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を含有するガラスであって、相対屈折率（５４６．０７ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が１０．０×１０^−６（℃^−１）以下の光学ガラス。
2. 相対屈折率（５４６．０７ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が４．６×１０^−６（℃^−１）以下の請求項１に記載の光学ガラス。
3. ４００ｎｍにおける内部透過率（τ１０ｍｍ）が８０％以上である請求項１または２に記載の光学ガラス。
4. ４００ｎｍにおける内部透過率（τ１０ｍｍ）が９５％以上である請求項１〜３に記載の光学ガラス。
5. ソラリゼーションが２．０％以下である請求項１〜４に記載の光学ガラス。
6. ＴｉＯ_２成分を０．１％以上含有する請求項１〜５に記載の光学ガラス。
7. １００〜３００℃における平均線膨張係数αが９５（１０^−７×℃^−１）以下の請求項１〜６に記載の光学ガラス。
8. Ｌｉ_２Ｏを必須に含有する請求項１〜７に記載の光学ガラス。
9. ガラス転移温度（Ｔｇ）が５８０℃以下である請求項１〜８に記載の光学ガラス。
10. 屈伏点（Ａｔ）が６２０℃以下である請求項１〜９に記載の光学ガラス。
11. ガラスの失透温度が１１００℃以下の請求項１〜１０に記載の光学ガラス。
12. 酸化物基準の質量％で、
    ＳｉＯ_２ ４〜１５％、
    Ｂ_２Ｏ_３ １５％〜２８％、
    Ｌｉ_２Ｏ ０．１〜６％、
    Ｌａ_２Ｏ_３ １３〜３５％、
    ＺｒＯ_２ ２〜８％、
    Ｔａ_２Ｏ_５ １〜１０％、及び
    ＺｎＯ １〜２０％、並びに
    Ｇｄ_２Ｏ_３ ０〜３０％、及び／又は
    Ｙ_２Ｏ_３ ０〜１５％、
    
    の範囲の各成分を含有する請求項１〜１０に記載の光学ガラス。
13. 酸化物基準の質量％で、
    ＴｉＯ_２ ０〜５％、
    および／またはＮｂ_２Ｏ_５ ０〜５％、
    および／またはＷＯ_３ ０〜５％、
    および／またはＭｇＯ ０〜５％、
    および／またはＣａＯ ０〜１０％、
    および／またはＳｒＯ ０〜１０％、
    および／またはＢａＯ ０〜１０％、
    および／またはＧｅＯ_３ ０〜１０％、
    および／またはＡｌ_２Ｏ_３ ０〜５％、
    および／またはＹｂ_２Ｏ_３ ０〜１０％
    および／またはＮａ_２Ｏ ０〜１０％、
    および／またはＫ_２Ｏ ０〜１０％
    および／またはＳｂ_２Ｏ_３ ０〜１０％
    を含有することを特徴とする、請求項１〜請求項１１に記載の光学ガラス。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の光学ガラスからなるモールドプレス成形用プリフォーム。
15. 請求項１３のプリフォームを成形・加工してなる光学素子。
16. 請求項１〜１５の光学ガラスを成形・加工してなる光学素子。