JP2008214135A - 精密プレス成形用光学ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】 光学設計上有用である所定の屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）を有するガラスで、かつ、屈伏点（Ａｔ）が低くて溶融性及び安定性が高く、透過率の良い精密プレス成形用光学ガラスを提供すること。
【解決手段】 それぞれ所定量のＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｌｉ₂Ｏ、ＺｒＯ₂、及びＴｉＯ₂を必須成分として含むガラス組成を有し、その屈折率（ｎｄ）が１．８６〜１．９２、アッベ数（νｄ）が３１．０〜３７．０なる光学恒数を有し、かつ、屈伏点（Ａｔ）が６４５℃以下である精密プレス成形用光学ガラスとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は環境に有害な成分である酸化鉛、酸化砒素、酸化テルル等をガラス組成中に含有せず、高屈折率、低分散性で屈伏点の低いＳｉＯ₂-Ｂ₂Ｏ₃-Ｌａ₂Ｏ₃-Ｇｄ₂Ｏ₃-Ｔａ₂Ｏ₅-Ｌｉ₂Ｏ-ＺｒＯ₂-ＴｉＯ₂を基本組成とする精密プレス成形用光学ガラスに関する。

近年デジタル機器の普及、発展に伴い、光学系の急速な高機能かつ小型化が要求されている。これらの要求を解決するには、精密プレス成形による非球面レンズを使用した光学設計が必要不可欠である。
また光学系の軽薄短小化に非常に有用となる、屈折率（ｎｄ）が２．１を超える超高屈折率ガラスの開発が近年進んできており、このような超高屈折率ガラスを使用した精密プレス成形による非球面レンズは、これからのデジタル機器の発展には必要不可欠となってきている。このようなレンズを用いた光学系では、ｎｄが１．８６〜１．９２、アッベ数（νｄ）が３１．０〜３７．０のガラスを用いた非球面レンズと組み合わせることが設計上望ましいとされている。

しかし、屈折率（ｎｄ）が１．８６以上でアッベ数（νｄ）が３１．０以上の光学恒数をもったガラスを得るには一般的に希土類酸化物を多く含有させる必要があり、その影響で屈伏点（Ａｔ）が高くなり易く、その結果成形温度も高くなるところからプレス成形における量産性、金型の寿命が著しく悪い。
そのため、できるだけ低い温度で成形できる屈伏点（Ａｔ）の低いガラスの開発が求められている。

また、希土類酸化物を多く含有させたガラスで成形温度を低くするために、アルカリ酸化物（Ｌｉ₂Ｏなど）やＺｎＯを含有させる製造法が一般的である。ところがガラス中に希土類酸化物とともにアルカリ酸化物を多く含有させるとガラス化し難くなる傾向がある。さらに、ガラス中に希土類酸化物とともにＺｎＯを含有させると比較的安定にガラスが製造できることから採用される場合が多いが、ＺｎＯは高分散させる割には屈折率があまり上がらず、また短波長の透過率が悪くなる傾向がある。
そのため、所定の光学恒数を有するガラスでの得率向上を達成し、できるだけ透過率が良く、かつ、成形温度の低いガラスを製造することが課題となっている。

ところで、光学設計上有用とされる光学恒数を有し、かつ比較的屈伏点の低い精密プレス成形用光学ガラスとしては、特許文献１〜３に開示の組成を有する光学ガラス等、いくつかの提案がなされている。
しかしながら、特許文献１に開示の光学ガラスではＴｉＯ₂とＺｎＯの合計含有量が多いため短波長の透過率が悪く、高分散化するという難点を有する。
また、特許文献２に開示の光学ガラスの場合、ＴｉＯ₂及びＺｎＯに加えてＷＯ₃をかなり多く含有する場合、やはり短波長の透過率が十分でない。
さらに、特許文献３に開示のガラスではＺｎＯやアルカリ酸化物の含有量が十分でないため成形温度が高くなってしまい、精密プレス成形用として好ましくないという欠点がある。
そのため、光学設計上有用な光学恒数を有し、かつ、特に波長４５０ｎｍ以下の短波長域における光透過率の出来るだけ良く、そして成形温度が出来るだけ低い精密プレス成形用光学ガラスの開発が要望されている。

： 特開２００６−１３７６４５ ： 特開２００５−２４７６１３ ： 特開２００６−２４８８９７

本発明は、前記状況に鑑みてなされたもので、光学設計上有用な屈折率（ｎｄ）１．８６〜１．９２及びアッベ数（νｄ）３１．０〜３７．０の光学恒数を有し、かつ、屈伏点（Ａｔ）が低く成形性が良好で、溶融性及び安定性が高く透過率の良い、精密プレス成形用光学ガラスを提供することを目的とするものである。

本発明者らは上記目的達成のため、光学ガラスの組成について鋭意検討を進めた結果、ＳｉＯ₂-Ｂ₂Ｏ₃-Ｌａ₂Ｏ₃-Ｇｄ₂Ｏ₃-Ｔａ₂Ｏ₅−Ｌｉ₂Ｏ-ＺｒＯ₂-ＴｉＯ₂を基本組成とし、ガラス中に含有させると屈伏点（Ａｔ）を下げる効果があるものの光透過率に悪影響を与えるＺｎＯを一切含有させず、Ｌｉ₂Ｏを所定量以上含有する組成とすることによって、所定の光学恒数を有し、かつ、特に４５０ｎｍ以下の可視光及び近紫外波長域における光透過率が良く、また屈伏点（Ａｔ）が低くて、光学ガラスの得率及び成形性の良好な精密プレス成形用光学ガラスを得られることを見出し本発明に到った。

すなわち、本発明は下記（１）〜（２）の構成からなる。
（１）ガラス成分として重量％表示で、
ＳｉＯ₂ １．０ 〜 １７．０ ％、
Ｂ₂Ｏ₃ ５．０ 〜 ２０．０ ％、
ＧｅＯ₂ ０ 〜 １０．０ ％、
Ｌａ₂Ｏ₃ １９．０ 〜 ４３．０ ％、
Ｇｄ₂Ｏ₃ １０．０ 〜 ３５．０ ％、
Ｔａ₂Ｏ₅ ２．０ 〜 １８．０ ％、
Ｌｉ₂Ｏ １．０ 〜 ８．０ ％、
ＺｒＯ₂ １．０ 〜 １０．０ ％、
ＴｉＯ₂ ３．０ 〜 １５．０ ％、及び
ＷＯ₃ ０ 〜 ８．０ ％
Ｎｂ₂Ｏ₅ ０ 〜 ８．０ ％
を含有し、屈折率（ｎｄ）が１．８６〜１．９２で、アッベ数（νｄ）が３１．０〜３７．０となる光学恒数を有し、かつ、屈伏点（Ａｔ）が６４５℃以下であることを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス。
（２）波長４００ｎｍの光に対する反射損失を含む透過率が６０．０％より大であることを特徴とする前記（１）に記載の精密プレス成形用光学ガラス。

本発明の精密プレス成形用光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．８６〜１．９２で、アッベ数（νｄ）が３１．０〜３７．０の光学恒数を有し屈折率が高く、比較的低分散性である。また、屈伏点（Ａｔ）が６４５℃以下であり屈伏点が低いところから、ガラスの成形温度を低くすることができるため、精密プレス成形用光学ガラスとして有用である。さらに、短波長域での透過率が良い。
そのため、光学設計上重要となる高屈折率低分散性を実現しながら、ガラスの得率および透過率を高めることができる上、ガラス組成中に酸化鉛、酸化砒素、酸化テルルなどの有害成分を含有しないために環境上問題となることがない。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明の精密プレス成形用光学ガラス（以下、単に本発明の光学ガラスという）は、必須成分としてＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｌｉ₂Ｏ、ＺｒＯ₂、及びＴｉＯ₂を含むことを組成上の特徴とし、その屈折率（ｎｄ）が１．８６〜１．９２であり、アッベ数（νｄ）が３１．０〜３７．０の光学恒数を有し、かつ、屈伏点（Ａｔ）が６４５℃以下であり、波長４００ｎｍの光に対する透過率は６０.０％より大である。

特に、屈折率（ｎｄ）が１．８７〜１．９１、アッベ数（νｄ）が３２．０〜３６．５の光学恒数を有し、屈伏点（Ａｔ）が６４０℃以下であって、短波長域での透過率が良い光学ガラスが安定的に得られる点で、重量％表示で、
ＳｉＯ₂： ２．０〜１５．０％、
Ｂ₂Ｏ₃： ８．０〜１８．０％、
ＧｅＯ₂：０〜８．０％、
Ｌａ₂Ｏ₃：２１．０〜４１．０％、
Ｇｄ₂Ｏ₃：１２．０〜３２．０％、
Ｔａ₂Ｏ₅： ３．５〜１６．０％、
Ｌｉ₂Ｏ： ２．０〜６．０％、
ＺｒＯ₂： １．５〜８．０％
ＴｉＯ₂： ５．０〜１３．０％
ＷＯ₃： ０〜５．０％、及び
Ｎｂ₂Ｏ₅：０〜６．０％
とするのがより好ましい。

本発明の光学ガラスは、原料として各ガラス構成金属元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを使用し、これらを各金属酸化物に換算して所望する組成の割合となるように秤量して充分に混合して調合原料とし、これを例えば、白金坩堝に投入して１３００〜１４００℃の電気炉で溶融し、適時攪拌して均質化させ、清澄化してから、適温に予熱した金型に鋳込んで徐冷する等、原料化合物を所定の配合比で混合する以外は従来の光学ガラスと同様の方法により製造できる。

以下、本発明の光学ガラスにおける、各構成成分の選定とその配合量限定理由について説明する。
ＳｉＯ₂は本発明の光学ガラスにおける必須成分であり、ガラスの網目母体を形成する成分である。化学的耐久性を高め、またガラスの粘度を程よく調節し、耐失透性を高める重要な働きをする。このような効果を得るには１．０ｗｔ％以上含有させる必要があり、１７．０ｗｔ％を超えて含有させると、目的とする屈伏点（Ａｔ）を有する光学ガラスが得られなくなる。

Ｂ₂Ｏ₃も本発明における必須成分であり、ＳｉＯ₂同様ガラスの網目母体を形成する成分である。５．０ｗｔ％未満では耐失透性が悪化し、２０．０ｗｔ％を超えて含有させると、成形時の揮発が多くなり、また化学的耐久性が悪化する。

ＧｅＯ₂は本発明の光学ガラスにおける任意成分であり、ＳｉＯ₂と同様な働きをする。ＳｉＯ₂よりも屈折率を高める効果があるが、ガラスの耐失透性を高める効果は低いため、１０．０ｗｔ％を超えて含有させると耐失透性が低下する。

希土類成分のＬａ₂Ｏ₃は、高屈折率低分散性のガラスを得るには必須な成分である。本発明の光学恒数を得るために１９．０ｗｔ％以上含有させる必要があるが、４３．０ｗｔ％を超えて含有させると耐失透性が悪くなる。

Ｇｄ₂Ｏ₃についてもＬａ₂Ｏ₃同様であるが、Ｌａ₂Ｏ₃と併用して使用することで耐失透性が向上する効果がある。この効果を得るには１０．０ｗｔ％以上含有させる必要があり、３５．０ｗｔ％を超えて含有させると逆に耐失透性が悪くなってくる。

Ｔａ₂Ｏ₅は屈折率を高め、化学的耐久性を上げるための必須成分である。これらの効果を得るためには２．０ｗｔ％以上含有させる必要があり、１８．０ｗｔ％を超えると本発明の目的とする屈伏点（Ａｔ）を有する光学ガラスが得られなくなる。

Ｌｉ₂Ｏはガラスの屈伏点（Ａｔ）を下げるために欠かせない成分である。本発明の目的とする屈伏点（Ａｔ）を有する光学ガラスを得るためには１．０ｗｔ％以上含有させる必要があり、８．０ｗｔ％を超えて含有させるとガラスの耐失透性が悪くなる上、化学的耐久性が悪くなる。

ＺｒＯ₂は比較的低分散に抑えながら屈折率を高め、また化学的耐久性を上げる成分である。本発明の目的とする光学恒数を得るには１．０ｗｔ％以上含有させる必要があり、１０．０ｗｔ％を超えるとガラスが得られにくくなる。

ＴｉＯ₂は屈折率を大きく高めると同時に、本発明のガラス系において溶融性を高めるために重要な成分である。本発明のように希土類を多く含有するガラス系において、屈伏点（Ａｔ）を下げるためにＬｉ₂Ｏのようなアルカリ金属酸化物を多く含有させると、ガラス化し難くなる。そこでＴｉＯ₂を３．０ｗｔ％を以上含有させると、各ガラス成分が混ざりやすくなり、溶けやすく、ガラス化しやすくなる。しかし、１５．０ｗｔ％を超えて含有させると高分散化し、目的とするアッベ数（νｄ）をもった光学ガラスを得られなくなる。

ＷＯ₃は屈折率を高め、ガラスの溶融性を高める成分である。８．０ｗｔ％まで含有させることが出来るが、それを超えると耐失透性が悪くなる。

Ｎｂ₂Ｏ₅は屈折率（ｎｄ）を大きく高める成分である。ただし、８．０ｗｔ％を超えて含有させると耐失透性が悪くなり、また高分散化するため目的とするアッベ数（νｄ）をもった光学ガラスが得られない。

なお、本発明の光学ガラスには上記成分のほか、本発明の目的を外れない範囲において、光学恒数の調整、溶融性の改善、耐失透性改善のため、さらにＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃などを含有させることもできる。
また脱泡剤として、少量のＳｂ₂Ｏ₃を添加しても良い。

以下、実施例を挙げて本発明の光学ガラスを具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
ＳｉＯ₂ ７．０重量％
Ｂ₂Ｏ₃ １２．５重量％
Ｌａ₂Ｏ₃ ３３．０重量％
Ｇｄ₂Ｏ₃ ２０．０重量％
Ｔａ₂Ｏ₅ １１．０重量％
Ｌｉ₂Ｏ ３．５重量％
ＺｒＯ₂ ２．５重量％
ＴｉＯ₂ ８．５重量％
Ｎｂ₂Ｏ₅ ２．０重量％
得られたガラスが上記各割合（重量％）の組成となるように原料を調合し、充分に混合してなる原料混合物を白金坩堝に詰めて１４００℃に保たれた電気炉に入れ空気中において溶融し、攪拌して均質化させ、清澄化して均質化させ、５６０℃に予熱した金型に鋳込んで徐冷して実施例１のガラスを製造した。
このようにして製造した実施例１の光学ガラスについて、下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の方法により屈折率（ｎｄ）、アッベ数（υｄ）、屈伏点（Ａｔ）、及び波長４００ｎｍでの反射損失を含む光の透過率（％Ｔ）をそれぞれ測定した結果を表１に示す。
（ｉ）屈折率（ｎｄ）、及びアッベ数（νｄ）：
測定用のガラスを５５０〜５７０℃の電気炉内で３０分間保持した後、ガラスを電気炉に入れたまま断電して徐冷して得られたガラスを用いて公知の方法で測定した。
（ｉｉ）屈伏点（Ａｔ）：
ブルカーＡＸＳ株式会社製のＴＭＡ装置を用いて、昇温速度５℃/分で測定した。
（ｉｉｉ）透過率（％Ｔ）：
日立製作所製分光光度計を用いて１０．０ｍｍ厚の両面研磨ガラスの反射損失を含む分光透過率を測定し、波長４００ｎｍにおける分光透過率を求めた。

〔実施例２〜１４〕
得られたガラスがそれぞれ表１に示した割合（重量％）組成となるようにガラス原料を調合した以外は、実施例１のガラスと同様にして実施例２〜１４のガラスを製造した。
得られた実施例２〜１４の各ガラスについて実施例１と同様にして屈折率（ｎｄ）、アッベ数（υｄ）、屈伏点（Ａｔ）、及び波長４００ｎｍの光の透過率（Ｔ）をそれぞれ測定した結果を表１に示した。

〔比較例１〜３〕
得られたガラスがそれぞれ表２に示した組成の割合（重量％）となる様にガラス原料を調合した以外は、実施例１のガラスと同様にして比較例１〜４の各ガラスを製造した。
得られた比較例１〜３の各ガラスについて実施例１と同様にして屈折率（ｎｄ）、アッベ数（υｄ）、屈伏点（Ａｔ）、及び波長４００ｎｍの光の透過率（Ｔ）をそれぞれ測定した結果を表２に示した。
なお、比較例１、２、及び３の各ガラスはそれぞれ前記特許文献１（の実施例Ｎｏ２８）、前記特許文献２（の実施例９）、及び前記特許文献３（実施例３）に例示されているガラスの配合比をそれぞれ重量％に換算してトレースしたものである。

図１は前記のようにして得られた各ガラスについて、波長３００ｎｍの近紫外域から６００ｎｍの可視光域の波長域における分光透過率曲線を例示するグラフであり、曲線Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤはそれぞれ前記実施例６、比較例１、比較例２、及び比較例３の各ガラスの試料厚１０．０ｍｍでの反射損失を含む透過率曲線である。

表１、２、及び図１からわかるように、実施例６の光学ガラス（本発明のガラス）は比較例１及び２の光学ガラス（従来の光学ガラス）と比較して屈折率（ｎｄ）及び屈伏点（Ａｔ）は同等であるものの、特に波長が青色ないし近紫外波長域（およそ４５０ｎｍより短波長の波長域）の光の透過率が従来のガラス（比較例１、２）に比べて良い。
また、実施例６の光学ガラス（本発明のガラス）は比較例３の光学ガラス（従来の光学ガラス）と比較して屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）には大きな差は認められないものの、青色ないし近紫外波長域（およそ４５０ｎｍより短波長の波長域）の透過率が良く、しかも屈伏点（Ａｔ）
が比較例３の光学ガラス（従来の光学ガラス）よりも４１℃低い。

そして表１、２、及び図１からもわかるように、本発明の光学ガラスは比較例に例示した従来の光学ガラスよりも、青色ないし近紫外波長域（およそ４５０ｎｍより短波長の波長域）の透過率が良いか、あるいは屈伏点（Ａｔ）がより低い。
このように、本発明の光学ガラスは従来の光学ガラスに比べて特に近紫外域〜青色波長域の光に対して透過率が良いか、あるいは屈伏点（Ａｔ）がより低く、量産性、成形性、及び透過率の優れた精密プレス成形用光学ガラスである。

本発明の光学ガラスは高屈折率で比較的低分散性で、従来の光学ガラスに比べて屈伏点が低く、かつ、近紫外〜青色波長域における透過率が高く、光学設計上、及びプレス成形時における量産性の観点から望ましい精密プレス成形用光学ガラスとして有用である。

本発明の光学ガラス、及び従来の光学ガラスの分光透過率曲線を例示するグラフである。

Claims (2)

1. ガラス成分として重量％表示で、
   ＳｉＯ₂ １．０ 〜 １７．０ ％、
   Ｂ₂Ｏ₃ ５．０ 〜 ２０．０ ％、
   ＧｅＯ₂ ０ 〜 １０．０ ％、
   Ｌａ₂Ｏ₃ １９．０ 〜 ４３．０ ％、
   Ｇｄ₂Ｏ₃ １０．０ 〜 ３５．０ ％、
   Ｔａ₂Ｏ₅ ２．０ 〜 １８．０ ％、
   Ｌｉ₂Ｏ １．０ 〜 ８．０ ％、
   ＺｒＯ₂ １．０ 〜 １０．０ ％、
   ＴｉＯ₂ ３．０ 〜 １５．０ ％、
   ＷＯ₃ ０ 〜 ８．０ ％、及び
   Ｎｂ₂Ｏ₅ ０ 〜 ８．０ ％
   を含有し、屈折率（ｎｄ）が１．８６〜１．９２で、アッベ数（νｄ）が３１．０〜３７．０となる光学恒数を有し、かつ、屈伏点（Ａｔ）が６４５℃以下であることを特徴とする精密プレス成形用光学ガラス。
2. 波長４００ｎｍの光に対する反射損失を含む透過率が６０．０％より大であることを特徴とする請求項１に記載の精密プレス成形用光学ガラス。

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