JP2007254280A - 硬質フリント等級の無鉛光学ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】撮像、センサ、顕微鏡、医療機器、デジタル保護機器、フォトリソグラフィー、レーザ機器、ウェハー／チップ製造装置、遠距離通信、光通信技術、自動車光学・照明機器等の用途分野に有用であり、かつ１．８０≦ｎ_ｄ≦１．９５の屈折率及び１９≦ν_ｄ≦２８のアッベ数、及び優れた化学的安定性及び結晶化安定性を有する光学ガラスを提供する。
【解決手段】酸化物を基準とする重量％で、Ｐ_２Ｏ_５ １４ − ３５％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ４５ − ５０％、Ｌｉ_２Ｏ ０ − ４％、Ｎａ_２Ｏ ０ − ４％、Ｋ_２Ｏ ０．５ − ５％、ＢａＯ １７ − ２３％、ＺｎＯ ０．１ − ５％、ＴｉＯ_２ １ − ＜５％、ＺｒＯ_２ ０ − ６％、Ｓｂ_２Ｏ_３ ≧０．１ − ２％からなる光学ガラスである。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学ガラス、同ガラスの製造、同ガラスの使用、光学素子あるいは光学素子プレフォーム、及び前記光学素子を含んで成る光学部品あるいは光学コンポーネントに関する。

本願特許請求の範囲に記載された光学等級（極めて硬質なフリント等級）の従来の光学ガラスには、所望の光学特性、すなわち好ましくは１．８０≦ｎ_ｄ≦１．９５の屈折率ｎ_ｄ及び／または１９≦ｖ_ｄ≦２８のアッベ数、とりわけ特に高屈折率を得るために一般的にＰｂＯが含有されている。そのため、これらガラスは化学的にあまり安定ではない。さらに、清澄剤としてＡｓ_２Ｏ_３がしばしば用いられている。

近年、ＰｂＯ及びＡＳ_２Ｏ_３等のガラス成分は環境有害物質とされてきたため、殆どの光学機器の製造及び製品には無鉛及び無砒素ガラスが使用される傾向にある。また、高品質製品、すなわちグレードの高い材料から成る製品には、より化学的安定性の高いガラスの重要性が絶えず増している。硬質フリントあるいはランタム硬質フリント等級であり、また高屈折率及び低アッベ数をもつ公知の無鉛ガラスには一般的に珪酸塩マトリックス中に大量のＴｉＯ_２が含まれているため、結晶が極めて不安定になっている。それゆえ、このようなガラスは二次熱加工工程において加工不能であり、またその高い硬度ゆえに機械的加工も極めて困難である。

ガラスからブロックあるいはインゴット形状に光学部品を機械加工する慣用法に代わり、近年、直接プレス法、すなわちガラス溶融終了時に「精密ゴブ」と呼ばれる可能な限り最終形状に近い形状に正確に成形された光学部品及び／または再プレス用プレフォームが得られる製造方法の重要性が増してきている。「精密ゴブ」とは、一般的に種々製造方法によって得られる好ましくは完全に燃焼艶出しされた半自由成形あるいは自由成形されたガラス部分のことである。

そのため、溶融及び成形加工技術に関連して、「ショート」ガラス、すなわち温度に伴って粘度が極めて大きく変化するガラスの必要性に関する報告が益々増えつつある。この方法には加工処理における利点がある。すなわち、精密成形加工において成形時間、従って型締め時間を短縮することができ、最終形状に近い成形物を得ることが可能である。それにより、一方において収量が増加し、また他方において成形材料が節約されるため、全体としての製造コストに極めて有利な影響が及ぶ。さらに、固形化が迅速に為されるため、対応するロングガラスよりも結晶化し易いガラスであっても加工が可能となり、後続する二次熱プレス加工において問題となる前核形成が防止、あるいは少なくとも劇的に減少される。

同様な理由から、ガラスの温度−粘度分布に成形範囲についての低温が絶対的な意味で含まれるようなガラスも必要とされている。処理温度を低くすることは成形型の寿命の延長に寄与することとなり、また素早い無応力冷却を通して前核形成の起こる確率が低減される。この方法を用いることにより、さらにコスト効率的な成形材料の範囲を広げることができ、このことは最終形状に近い精密成形の実施において特に重要である。

本発明に関連性のある先行技術が下記特許出願書類中に簡潔に記載されている。
・ＤＥ ２９０５８７５ 日本光学
・ＥＰ １４６８９７４ 保谷
・ＥＰ １４９３７２０ 保谷
・ＪＰ ０９１８８５４０ オハラ
・ＥＰ １３８２５８２ オハラ
これらの先行技術に従って同等の光学等級あるいは同様な化学組成をもつガラスを製造することは可能であるが、本発明に従ったガラスと比較した場合、これらガラスにはなお不満な点がある。

ＤＥ２９０５８７５の実施例に記載されたガラスにはＮｂ_２Ｏ_５が含まれ、その含量は３９重量％以下である。従って、たとえガラスの結晶安定性、すなわちＮｂ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５マトリックス中の溶解性が限られても、ＴｉＯ_２量を増加すると共に大量の高価な高屈折率をもつ成分を用いなければ、本発明に従ったガラスに望まれる光学等級を達成することは不可能である。

ＥＰ１４６８９７４（優先権主張’０３）にはビスマスを必須成分として含むリン酸ニオブガラスが記載されている。酸化ビスマスの固有吸収性に起因して、これらガラスの青色スペクトル末端における透過性は低い。また、これらガラスはビスマス無含有ガラスに比較してより酸化還元感受性であるため、酸化的溶融制御が不十分であるとガラスへ灰色がかった紫色の着色を生ずるＢｉ^０コロイドが生成される可能性がある。そのため溶融処理窓が大幅に縮小され、その結果として製造コストの増加及び収率の低下が引き起こされる。

ＥＰ１４９３７２０（優先権主張’０３）に記載されたガラスは、上述した欠点をもつ酸化ビスマス（最大３７重量％まで）あるいは酸化リチウム（最大１５重量％まで）を必須成分として含むが、同様にリン酸ニオブガラス系に由来するものである。酸化リチウム量を増加することにより、難溶性材料に対する溶融物の攻撃性が増大する。酸化リチウム量の増加は設備の寿命を低下させる他、ガラス中への難溶性材料の進入を増加させる。白金の場合には青色スペクトル末端における透過性の減損が引き起こされ、セラミック材料の場合には、異種結晶核の進入による一次及び二次熱プレス（例えば再プレス）の場合と同様に、溶融物中において結晶化が起こり易くなる。

ＪＰ０９１８８５４０（優先権主張’９５）に記載されたガラスに含まれるアルカリ土金属酸化物の最大総含量は２０重量％である。これらのガラスでは、十分に「急勾配な」粘度−温度分布を調節する可能性が制限され、その結果最終形状近くでの成型加工（例えば精密成型加工）における加工性が制限される。

リン酸ニオブガラスは酸化還元感応性であるにも拘わらず、ＥＰ１３８２５８２（優先権主張’０２）に記載されたガラスの酸化アンチモン安定化レベルは極めて低い（最大で０．０３重量％まで）。そのため、溶融処理が不可避的な変動を受け易くなり、モニタリング作業の増加及び収率の低下によって加工コストが増大する。

本発明は、前記先行技術における上述した問題点を回避でき、かつ所望の光学特性を与えることができる光学ガラスを提供することを目的とする。これらガラスは好ましくは精密プレス法を用いて加工可能であり、かつ低転移温度を有する。さらに、これらガラスは容易に溶融して加工可能であり、二次熱プレス加工に対して十分な結晶安定性を有し、及び／または連続的に製造できなければならない。これらガラスの粘度範囲は１０^７．６〜１０^１３ｄＰａｓであるが、この範囲は可能な限り狭いことが望ましい。

上記目的は本願特許請求の範囲に記載された本発明の実施態様によって達成される。

本発明では、特に下記組成（酸化物を基準とした重量％で表示）から成る光学ガラスが提供される。
Ｐ_２Ｏ_５ １４ − ３５
Ｎｂ_２Ｏ_５ ４５ − ５０
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
Ｌｉ_２Ｏ ０ − ４
Ｎａ_２Ｏ ０ − ４
Ｋ_２Ｏ ０．５ − ５
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
ＢａＯ １７ − ２３
ＺｎＯ ０．１ − ５
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
ＴｉＯ_２ １ − ＜５
ＺｒＯ_２ ０ − ６
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
Ｓｂ_２Ｏ_３ ≧０．１

本発明に従ったガラスは、好ましくは１．８０≦ｎ_ｄ≦１．９５、より好ましくは１．８１≦ｎ_ｄ≦１．９４の屈折率、及び／または好ましくは１９≦ν_ｄ≦２８、より好ましくは２０≦ｖ_ｄ≦２７のアッベ数（ν_ｄ）を有する。

特に説明がない限り、「Ｘフリー」あるいは「成分Ｘフリー」なる表現は、この成分Ｘがガラス中に実質的に含まれていないこと、すなわち成分がガラス中に最大でも不純物として存在するだけで、ガラス成分へ独立の成分として添加されたものではないことを意味する。Ｘは例えばＬｉ_２Ｏのようなあらゆる成分を表わす。

用語「光学等級」は、ｎ_ｄ及びν_ｄに関するガラスの数値によって定められるアッベ表におけるガラスの等級を意味する。

基本となるガラス系はリン酸ニオブガラスであり、リン酸は所望の光学等級に調整するために必要な酸化ニオブの溶媒として用いられる。

本発明に従ったガラスには、リン酸あるいはＰ_２Ｏ_５が最小でも１４重量％、好ましくは１７重量％、より好ましくは２１重量％含まれる。Ｐ_２Ｏ_５の最大含量は３０重量％、好ましくは３０重量％、特に好ましくは２６重量％に制限される。リン酸含量が約３０重量％以上である場合、屈折率を高くするため、それ以上高屈折率材料をガラスへ添加することはできない。

さらに、本発明に従ったガラスには、屈折率を高めるために用いられる少なくとも３種の成分が含まれ、それら成分としては特にＮｂ_２Ｏ_５、ＢａＯ及びＴｉＯ_２が挙げられる。

所望の光学等級、特に高屈折率を得るための主成分あるいは基本的成分として、本発明に従ったガラスにはＮｂ_２Ｏ_５が最小でも４５重量％、好ましくは４６重量％、また最大で５０重量％含まれる。Ｎｂ_２Ｏ_５含量が５０重量％を超えると、Ｎｂ_２Ｏ_５がマトリックス中に完全に溶解しなくなり、溶融物の結晶化を引き起こす可能性がある。

ガラスマトリックス中におけるＮｂ_２Ｏ_５の溶解性を確保するため、Ｎｂ_２Ｏ_５のＰ_２Ｏ_５に対する比も一定範囲内になければならない。このＮｂ_２Ｏ_５／Ｐ_２Ｏ_５比（重量％）は好ましくは最大で３．５、より好ましくは最大で３．０、最も好ましくは最大で２．５である。Ｎｂ_２Ｏ_５／Ｐ_２Ｏ_５比が３．５を超えると、ガラスは不安定となり、おそらくは混合不良及び／または結晶化によって「失透」が生ずる。Ｎｂ_２Ｏ_５／Ｐ_２Ｏ_５比（重量％）は好ましくは最小で１．２、より好ましくは最小で１．５、特に好ましくは最小で１．７である。失透安定性の観点からは極めて低いＮｂ_２Ｏ_５／Ｐ_２Ｏ_５比が実際望ましいが、Ｎｂ_２Ｏ_５／Ｐ_２Ｏ_５比を低くすると高い絶対リン酸含量が要求されるため、本発明で所望される屈折率等級を得るためにＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２及びＢａＯ等の高屈折率成分、及び／または網状構造改質剤、特に材料を所望のショート性へ調整するための２価金属酸化物ＭＯ、ここではＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ等のアルカリ土金属酸化物を導入することができなくなる可能性がある。

所望の屈折率を得るためのＮｂ_２Ｏ_５以外の第二主成分あるいは二次成分として、本発明に従ったガラスには高屈折率アルカリ土金属酸化物であるＢａＯが最小で１７重量％、好ましくは最小で１８重量％、特に好ましくは最小で２２重量％、また最大で２３重量％、好ましくは最大で２２重量％含まれる。ＢａＯ含量が１７重量％を下回ると、所望の高屈折率を得ることが不可能になると考えられる。

Ｎｂ_２Ｏ_５は５０重量％を越えるとマトリックス中において完全に溶解せず、溶融物の結晶化を引き起こすが、意外にも５０重量％以下のＮｂ_２Ｏ_５と２３重量％以下のＢａＯを混合すると、このような高濃度においても猶十分な溶解が起こる。

ＢａＯの代わりに他の高屈折率成分を高含量で用いても光学等級のさらに分散性の高い等級への転位が引き起こされる。しかしながら、これら成分を高含量で用いると、光学設計における色収差補正の要求が厳しくなるため、このようなガラスを特にコンシューマ分野の光学部品へ実用化することは不可である。

Ｎｂ_２Ｏ_５及びＢａＯに加えて、ＴｉＯ_２及び任意であるがＺｒＯ_２の少量添加も、本発明に従ったガラスの第三の高屈折率成分として有利であることが実証されている。しかしながら、これら２成分、ＴｉＯ_２及びＺｒＯ_２の総含量は本発明の殆どの実施態様に従って好ましくは最大で７重量％までに制限される。これら成分の含量を制限することはガラスの結晶化傾向を増大させないためにも望ましいことである。

本発明に従ったガラスにはＴｉＯ_２が１〜５重量％未満、好ましくは最小で２重量％、より好ましくは最小で３重量％含まれる。

さらに、本発明に従ったガラスにＺｒＯ_２を最大で６重量％、好ましくは最大で４重量％まで含ませることが可能である。なお、本発明の一実施態様においては、本発明に従ったガラスにＺｒＯ_２は含まれていない。

本発明に従ったガラスの結晶化性を減ずるためには、０．１〜５重量％の少量ではあるが有意量の、好ましくは４重量％未満、特に好ましくは最大で１重量％のＺｎＯを添加して結晶格子の形成を防止あるいは妨げることが必要である。しかしながら、ＺｎＯの量が５重量％を超えると、屈折率が低下して所望の光学等級が得られなくなる。

Ｋ_２Ｏは、光学等級及び温度−粘度分布双方の柔軟な微細調整を行うために、０．５〜５重量％必要とされる。これより低含量であると所望の効果が得られず、他方高含量とすると屈折率の低下が引き起こされ、及び／または「ロング」ガラスが生成される。

特殊用途への適合化、例えばガラスをイオン交換に適合化させ、あるいは温度−粘度分布に微細適合化させるため、本発明に従ったガラスへ低アルカリ金属酸化物であるＬｉ_２Ｏ及びＮａ_２Ｏを添加することが可能である。アルカリ金属酸化物の総添加量は好ましくは最大で８重量％、より好ましくは最大で６重量％、特に好ましくは最大で５重量％である。添加量が８重量％を超えると、低屈折率の方位に許容できない強い影響が引き起こされ、「ロング」ガラスが生成される。

Ｎａ_２Ｏは最大で４重量％、好ましくは最大で３重量％、特に好ましくは最大で０．５重量％含有させることができる。

Ｌｉ_２Ｏは最大で４重量％、好ましくは最大で３重量％含有させることができる。なお、本発明に従ったガラスのいくつかの実施態様においては、ガラスにＬｉ_２Ｏは含まれない。リチウム含量が４重量％を超えると、耐火性材料に対する溶融物の攻撃性が増大する。その結果、ガラス中への耐火性材料の強い進入が起こるため、装置寿命が短縮される。耐火性材料として白金を用いる場合には青色スペクトル末端において透過率のロスが引き起こされ、他方セラミック材料を用いる場合には、溶融物中における結晶化が起こり易くなり、同時に異種結晶核の進入によって一次及び二次熱プレス双方に対する感受性が増大する。

本発明に従ったガラスにも好ましくはＢ_２Ｏ_３の含有は皆無である。Ｂ_２Ｏ_３は、特に白金溶融装置と組み合わされた場合にガラスに対して有害な影響を与える。Ｂ_２Ｏ_３自体によってガラス中におけるイオン移動性が高められ、それによって失透が起こる可能性が増加される。この作用は、白金るつぼ中での溶融と組み合わされた場合に増大する。それは、るつぼ材料に対する攻撃性から、異種白金核の進入を増大するからである。さらに、白金の進入が増加すると、特に青色スペクトル末端において透過率の低下も引き起こされる。

粘度−温度分布の微細調整を行うため、本発明に従ったガラスには一方において２価金属酸化物、すなわちＭｇＯ、ＣａＯ及び／またはＳｒＯが総含量で最大５重量％まで含まれ、また他方においてＦが含まれる。この上限を超えると、粘度−温度分布に対して悪影響が生じ（ガラスがショートすぎる）、屈折率が大幅に低下し、またアッベ数が増加するため所望の光学等級からかけ離れたガラスとなる。

本発明に従ったガラスは酸化還元感受性であることから、溶融時に還元条件へ移行すると生ずるコロイド粒子に起因したガラスの強い着色が引き起こされる。このような影響を打ち消し、及び溶融物中に還元状態が生じないように、本発明に従ったガラスにはＳｂ_２Ｏ_３が最小で０．１重量％、好ましくは最小で０．２重量％、また最大で２重量％、好ましくは０．８重量％含有される。つまりこの成分は清澄剤として二次的にのみ用いられ、主として酸化的溶融条件を確保する働きをする。しかしながら、Ｓｂ_２Ｏ_３には固有の吸収性があるため、前記２重量％のレベルを超えてはならない。Ｓｂ_２Ｏ_３の含量が高くなればなるほど、青色スペクトル域の吸収端がより強く高波長側へ移行するため、Ｓｂ_２Ｏ_３含量の増加に伴って可視域の撮像において色収差が生ずる可能性がある。

本発明に従ったガラスには、Ｓｂ_２Ｏ_３以外に他の慣用の清澄剤が少量含まれてもよい。これら添加される清澄剤の総量は好ましくは最大で１．０重量％であり、これら清澄剤が他のガラス組成物へ添加されて１００重量％となる。下記成分は前記さらに添加される清澄剤として使用可能なものであり、前記他ガラス組成物へ添加される重量％で表されている。
Ａｓ_２Ｏ_３ ０ − １ 及び／または
ＳｎＯ ０ − １ 及び／または
ＳＯ_４ ^２− ０ − １ 及び／または
ＮａＣｌ ０ − １ 及び／または
Ｆ⁻ ０ − １

得られる光学等級範囲内で特定の光学等級へより柔軟に調整するため、本発明に従ったガラスには、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｙｂ_２Ｏ_５、ＷＯ_３のうちの１または２以上の酸化物を総量として最大で５重量％、好ましくは最大で２重量％含ませることができる。これら成分Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｙｂ_２Ｏ_５、ＷＯ_３の総含量が５重量％を超えると（Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_５、ＷＯ_３に起因する）透過率のロス、（ＧｅＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３に起因する）失透発生の増加、及び／またはガラスの望ましくない「長さ」（ＧｅＯ_２に起因する）が引き起こされる。

光学ガラスとして構成される殆どの実施態様において、本発明に従ったガラスには好ましくは着色成分及び／またはレーザ活性成分等の光学活性成分は含まれない。本発明の別の実施態様において、光学フィルター用あるいは固体レーザ用のベースガラスとして用いられる場合、本発明に従ったガラスに着色成分及び／またはレーザ活性成分等の光学活性成分を最大５重量％の比率で含ませることが可能であり、これら成分はその他のガラス成分へ１００重量％となるように添加される。

殆どの実施態様において、好ましくは本発明に従ったガラスへの酸化アルミニウムの含有は皆無である。しかしながら、本発明の特定の実施態様において、本発明ガラスはイオン交換処理にも適している。このような実施態様の場合、本発明ガラスには好ましくはＡｌ_２Ｏ_３が含まれる。Ａｌ_２Ｏ_３含量を最大でも６重量％と低くすることにより、材料中における構造形成が促進され、イオン移動性を増すことによってイオン交換が増大される。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３含量を６重量％以上とすることは、失透が生じ易くなる他、「ロング」ガラスとなることから好ましくない。また、この実施態様に従って、酸化銀を５重量％、好ましくは２重量％含ませることも可能である。しかしながら、酸化銀の添加量を５重量％以上まで増加させると、ガラスの透過率にロスが引き起こされる。

本発明の一実施態様では、本発明ガラスへの鉛及び／または砒素等の環境有害物質は無含有である。

本発明の別の実施態様において、本発明ガラスには好ましくは特許請求の範囲及び／または本明細書に記載されていない他の成分の含有も皆無である。すなわち、このような実施態様においては、本発明ガラスは本質的に上記成分から成る。ここで「本質的に〜から成る」とは、他の成分は最大でも不純物として存在するだけで、ガラス組成物へ独立の成分として意識的に添加されたものではないことを意味する。

一実施態様において、本発明ガラスには「混入物の含有が皆無」である。すなわち、溶融融処理によって不純物（１種または数種）として入り込む化合物が実質的に皆無である。特に、本発明ガラスはＳｉＯ_２の混入がなく、また金属るつぼ材料、特にＰｔ^０／１、Ａｕ、Ｉｒまたはこれら金属の合金の残渣の混入もない。ここで用語「混入物が皆無」とは、これら成分がガラスのバッチへ成分として添加されず、またガラスの溶融に際して、るつぼの腐食によってガラスへ不純物としても入り込まないことを意味する。また、「ＳｉＯ_２の混入が皆無」とは、ガラスに含まれるＳｉＯ_２量は最大でも０．１重量％、好ましくは最大でも５００ｐｐｍであることを意味する。さらに「金属るつぼ材料の残渣の混入が皆無」なる表現は、ガラスに含まれるこれら金属るつぼ材料の残渣は最大でも１００ｐｐｍ、好ましくは最大でも６０ｐｐｍであることを意味する。この実施態様に従ったガラスは透過率がかなり高く、また結晶安定性も極めて増大されている。このような結晶安定性の増大は、通常選択されたるつぼ材料から溶融物中へ入る異種ＳｉＯ_２及び金属結晶核が存在しないことに起因するものである。帯域全体に亘る透過率の低下は、拡散コロイド状Ｐｔ^０粒子及び拡散ケイ酸粒子が存在しないこと、及びそれらに起因する微粒結晶化が起こらないことで防止される。また固有の帯域スペクトルを通して光を吸収するＰｔ^１あるいは類似の金属イオンが存在しなければ、その結果として透過率が改善される。本発明に従ったガラスは適当な処理制御を行うことによって得ることができる。特に、溶融るつぼあるいは溶融槽は、溶融槽表面上にガラスのコーティングが形成され、ガラス溶融物自体がるつぼあるいは槽の表面と実質的に接触せず、及び前記コーティングによってるつぼあるいは槽からの不純物の混入が防止されるように、十分冷却されなければならない。

本発明に従ったガラスはすべて最大で７１５℃のガラス転位温度（Ｔｇ）をもち、結晶化に対して安定であり、また十分に加工可能である。

本発明に従ったすべてのガラスは、約７Ｋ／時間の冷却速度で冷却することにより、測定サンプルにおいて１３０×１０^−４以上の異常相対部分分散性△Ｐ_ｇ，Ｆを有する。すなわち本発明ガラスはカラー撮像システムにおける光学色補正に極めて適している。

本発明に従ったすべてのガラスは最大で４．２ｇ／ｃｍ^３の固有密度ρをもつ。これらガラスは明らかに低質量であるため、これらガラスから作製される光学素子及び／または光学部品は特に移動／携帯型装置に適する。

本発明に従ったすべてのガラスは２０〜３００℃の温度域において最大で８．２×１０^−７／Ｋの熱膨張係数を有する。従って、これらガラスは、熱膨張率が１４×１０^−７／Ｋ前後と極めて高いために再加工における熱応力及び組み立て技術に問題がある公知のリン酸ガラスとは明らかに異なる。

さらに、本発明に従ったすべてのガラスは化学的に安定であり、結晶化に対して安定であり、かつ結晶安定性に優れる。さらに、これらガラスは溶融性及び最終形状近くまでの柔軟な加工性に優れ、処理コストの低減によって製造コストの低コストが図られ、イオン交換性がよく、また環境に対する影響も少ないなどの顕著な特徴をもつ。

本発明に従ったガラスを用いることにより、光学等級、粘度−温度分布及び加工温度を調整することによって、最終形状に近い高度に特定の型成型が、たとえ高感度の精密機械であっても達成されることが可能である。さらに、ガラスに対して例えばプレス、再プレスあるいはイオン交換処理等の熱処理をさらに行うことができるような結晶安定性と粘度−温度分布との相関性が確立されている。

本発明はさらに、溶融物中に酸化的条件を設定する工程が含まれる光学ガラスの製造方法に関する。

本発明に従った方法の一実施態様においては、溶融対象となるバッチへ少なくともかなりの量、すなわち最小でも０．２重量％に当る硝酸塩成分が添加される。ここで「０．２重量％」の硝酸塩とは、０．２重量％の対応金属酸化物が同一モル比の対応硝酸塩へ変換され、このモル比の硝酸塩が溶融バッチへ添加されることを意味する。硝酸塩は酸化還元清澄系において清澄剤自体を酸化するため、硝酸塩は好ましくはＡｓ_２Ｏ_３及び／またはＳｂ_２Ｏ_３を用いて清澄を行う場合に用いられる．

溶融物中に酸化的条件を設定するために酸化性ガスを溶融物中へ導入することも可能であるが、この場合に用いられるガスは好ましくは酸素を含むガス、例えば空気あるいは酸素ガスである。

溶融槽表面にガラスのコーティングが形成され、ガラス溶融物自体が実質的にるつぼ表面あるいは槽表面と接触せず、ガラスのコーティングがるつぼあるいは槽に由来する不純物に対する保護膜として働くように、溶融るつぼあるいは溶融槽をさらに十分冷却することも可能である。

前記バッチには好ましくは一定比率のリン酸塩がリン酸塩錯体の形態で添加される。すなわち、リン酸塩はＰ_２Ｏ_５の形態ではなく他成分との化合物、例えばＢａ（Ｈ_２ＰＯ_４）２等のリン酸誘導体の形態で添加される。

本発明はさらに、撮像、センサ、顕微鏡、医療機器、デジタル保護機器、遠距離通信、光通信技術／情報伝達、自動車光学・照明機器、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザ、ウェハー、コンピュータチップ、及び集積回路、さらにこれら回路及びチップを含む電子装置等の用途分野への本発明に従ったガラスの使用に関する。

さらに、本発明は本発明に従ったガラスから成る光学素子にも関する。この場合、光学素子として特にレンズ、プリズム、光ガイドロッド、アレイ、光ファイバー、グラジエント部品、光学窓及び小型部品を挙げることができる。本発明における用語「光学素子」には、これら光学素子のプレフォーム、例えばゴブ、精密ゴブ等も含まれる。

本発明はさらに、本発明に従った光学ガラスをプレスする工程を含んで構成される光学素子あるいは光学部品の製造方法にも関する。
ここでガラスのプレス処理は好ましくは精密プレス法によって行われる。

一実施態様においては、本発明ガラスは再プレス処理されることにより光学部品へと加工される。

本発明において用いてられている用語「精密プレス」は、精密プレス後に作製された光学部品表面へそれ以上の仕上げあるいは研磨処理を行うことを必要とせずに本質的に十分な表面品質が得られることを意味する。

従来のプレス法によれば、プレス後のプレス加工品表面には十分な光学品質が与えられないため、さらなる使用前に例えば研磨を行う必要があった。

プレス法においては、出発材料としてのガラスを溶融物から直接加工することが可能である。従って精密プレスの場合は精密成形と称される。

ガラス溶融物から直接プレスする別法として、固化したガラスゴブを再加熱してもよい。この場合、プレス処理は二次的な熱プレス処理となるが、このような処理も再プレスと称される。このような再プレス用のガラスに対する需要は極めて高い。これらガラスは、溶融物から直接加工され及び２度目には加工温度まで加熱されないガラスよりもずっと結晶安定性でなければならない。

再プレスには、ゴブあるいは鋸引プレフォームの使用が可能である。精密プレスには、好ましくは所謂精密ゴブ、すなわち重量が製造される光学部品の最終重量に既に相当し、また好ましくは形状も製造される光学部品の最終形状に類似している固化したガラスゴブも用いられる。このような精密ゴブを用いれば、別の加工工程において除去されなければならない過剰材料の突き出したばりが再プレスによって残ることはない。

本発明はさらに、光学部品、例えばセンサ、顕微鏡、医療機器、デジタル保護機器、遠距離通信、光通信技術／情報伝達、自動車用光学・照明機器、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザ、ウェハー、コンピュータチップ、さらに集積回路及びこれら回路及びチップを含む電子装置等の製造への本発明に従った光学素子の使用にも関する。

本発明はさらに、例えば撮像センサ、顕微鏡、医療機器、デジタル保護機器、遠距離通信、光通信技術／情報伝達、自動車用光学・照明機器、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザ、ウェハー、コンピュータチップ、さらに集積回路及びこれら回路及びチップを含む電子装置等の光学部品に関する。

以下において、本発明について実施例を用いてさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明がこれら実施例によって限定されると理解されてはならない。

表２には、好ましい組成範囲内における８つの例示的実施例が、２つの比較例と共に示されている。これら実施例に記載されたガラスは下記手順に従って製造される。

酸化物の原料、好ましくは対応炭酸塩、及びリン酸、好ましくはリン酸複合体を秤量し、Ｓｂ_２Ｏ_３等の１または２種以上の清澄剤を添加して、これらを十分混合する。ガラスの１バッチを不連続バッチ溶融装置中において約１２００℃で溶融し、次いで１２５０℃で清澄して均質化する。約１０００℃の鋳造温度において、ガラスを鋳造して所望の寸法に加工する。大容量連続装置を用いる場合、温度を少なくとも約１００Ｋ程度下げることにより、例えば精密プレス法のような最終形状に近い形状まで成形する方法によってガラス材料を加工できることが経験的に示されている。

この手順に従って得られたガラスの特性を表２に実施例２として特記した。

比較例１に示した組成物は、ＺｎＯの欠如により不透明ガラスとして得られ、この組成物を冷却した時に強い失透が生じてガラスセラミックが生成されている。従って、この生成物について光学データの測定は不可である。

比較例２に示した組成物には酸化アンチモンが全く含まれていない。そのため、この組成物の酸化能は極端に低く、溶融物の酸化還元状態への移行を引き起こし、その結果光学ガラスとしては許容できない深暗赤色の色感となっている。

実施例１ないし８の組成をもつガラスはすべてＳｉＯ_２含量が０．１重量％未満であり、また金属るつぼ材料残渣の含量も１００ｐｐｍ未満である。これらのガラスは高結晶安定性及び優れた透過率によって特徴づけられる。

実施例９に示した組成は、ＳｉＯ_２を少量ではあるが０．１重量％以上含む点で好ましさに欠ける実施態様である。このような組成から成るガラスでは結晶化が起こり易い傾向がある。７９０℃におけるこの比較例のＬＤＬは、最も近い例（ＬＤＬ〜８４０℃）である実施例４の場合よりも５０Ｋ低くなっている。ここで「ＬＤＬ」は下方失透限界を意味する。これは上昇温度制御下において材料の失透が開始される温度である。ＬＤＬが低ければ低いほど、二次的熱プレス加工用の加工窓は小さくなる。精密成形には好ましくは「ショート」ガラスが用いられるため、５０Ｋの差異は二次的熱プレス加工において既に大きな差異である。

実施例１０に従ったガラスも好ましさに欠ける実施態様であり、その黄色の色感は相当量のＢ_２Ｏ_３が存在し、同時に白金製溶融るつぼが使用されことに起因するものである。

本発明に従ったガラスは同じ等級に当たる公知の光学ガラスと同様な光学データを示す。しかしながら、本発明に従ったガラスは、より優れた化学的安定性及び加工性、原材料の減少に基づく低製造コスト、ショート性に基づく十分な結晶安定性、及び環境に対して影響が少ないことによって特徴づけられる。本発明に従ったガラスを用いる場合、実施例（表２）によって裏付けられるように、ガラスのさらなる熱加工（プレス及び再プレス）が容易に可能となるように結晶安定性及び粘度−温度分布を調整することが可能である。

Claims (16)

1. 下記組成（酸化物を基準とした重量％で表示）から成ることを特徴とする光学ガラス；
   Ｐ_２Ｏ_５ １４ − ３５
   Ｎｂ_２Ｏ_５ ４５ − ５０
   ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
   Ｌｉ_２Ｏ ０ − ４
   Ｎａ_２Ｏ ０ − ４
   Ｋ_２Ｏ ０．５ − ５
   ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
   ＢａＯ １７ − ２３
   ＺｎＯ ０．１ − ５
   ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
   ＴｉＯ_２ １ − ＜５
   ＺｒＯ_２ ０ − ６
   ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
   Ｓｂ_２Ｏ_３ ≧０．１
2. 前記ガラスにＢ_２Ｏ_３の含有が皆無であり、及び／またはＳｉＯ_２及び／または金属るつぼ材料の混入が皆無であることを特徴とする請求項１項記載のガラス。
3. ＴｉＯ_２及びＺｒＯ_２の総含量が７重量％を超えず、及び／またはアルカリ金属酸化物（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の総含量が８重量％を超えないことを特徴とする請求項１または２に記載のガラス。
4. 酸化アルミニウムを最大含量で６重量％含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス。
5. Ａｇ_２Ｏを含量として最大で５重量％含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス。
6. Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｙｂ_２Ｏ_５及びＷＯ_３から選択される金属酸化物を総含量として最大で５重量％含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガラス。
7. ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＦから選択される１または２種以上の成分を総含量として最大で５重量％含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガラス。
8. Ｐｔ及びＳｉＯ_２の含有が皆無であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のガラス。
9. 下記成分（重量％で表示）の１または２種以上を清澄剤として含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のガラス；
   Ａｓ_２Ｏ_３ ０ − １ 及び／または
   ＳｎＯ ０ − １ 及び／または
   ＮａＣｌ ０ − １ 及び／または
   ＳＯ_４ ^２− ０ − １ 及び／または
   Ｆ⁻ ０ − １
10. １．８０≦ｎ_ｄ≦１．９５の屈折率ｎ_ｄ及び１９≦ν_ｄ≦２８のアッベ数ν_ｄをもつことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のガラス。
11. 溶融物中に酸化的条件を設定する工程が含まれることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のガラスの製造方法。
12. 請求項１〜１０のいずれかに記載のガラスのレンズ、プリズム、光ガイドロッド、アレイ、光ファイバー、グラジエント部品及び光学窓等の光学素子への使用。
13. センサ、顕微鏡、医療機器、デジタル保護機器、遠距離通信、光通信技術／情報伝達、自動車用光学・照明機器、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザ、ウェハー、コンピュータチップ、さらに集積回路及びこれら回路及びチップを含む電子装置の光学部品あるいは光学コンポーネント製造のための請求項１〜１０のいずれかに記載のガラスの使用。
14. 請求項１〜１０のいずれかに記載のガラスから成るレンズ、プリズム、光ガイドロッド、アレイ、光ファイバー、グラジエント部品及び光学窓等の光学素子。
15. 請求項１〜１０のいずれかに記載のガラスをプレスする工程が含まれることを特徴とする光学素子の製造方法。
16. 請求項１〜１０のいずれかに記載のガラスを含んで成る、撮像、センサ、顕微鏡、医療機器、デジタル保護機器、遠距離通信、光通信技術／情報伝達、自動車用光学・照明機器、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマレーザ、ウェハー、コンピュータチップ、さらに集積回路及びこれら回路及びチップを含む電子装置用の光学部品または光学構成部分。