JP2008280221A - 光学ガラス及び光学素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】低いガラス転移温度（Ｔｇ）であり、高屈折率、低分散性をもち、高価なＴａ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３を含まない安定性のある精密プレス成型用ガラスの提供。
【解決手段】屈折率（ｎｄ）が１．７４〜１．７６アッベ数（υｄ）４５〜４９．５の範囲の光学定数をもち、必須成分としてＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏを含有し、通常、ガラスの安定化に作用するＴａ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＺｒＯ２を含まず、また環境に悪い影響のある鉛、砒素、フッ素も含まず、ガラス転移点Ｔｇが、５３０〜５９０℃である光学ガラス。
【選択図】 なし

Description

本発明は、高屈折率で低分散性を有する精密プレス用の光学ガラスに関し、特に、化学的耐久性、耐熱失透性、プレス成型性などガラス安定性に優れた低コストの光学ガラスに関する。
近年、ガラス原料価格の高騰が目立ち、希土類原料は、その傾向が強く、特に、Ｔａ２Ｏ３、ＧｅＯ２などは、非常に高価な原料となっている。
一方、硼酸−ランタン系ガラスについて、高屈折率、高アッベ数を有する精密プレス成型用ガラスが強く求められている。ここで、高屈折率で低分散性を有する精密プレス用の光学ガラスとして、例えば、特許文献１、特許文献２に記載の発明が知られている。
特開２００２−２４９３３７号公報 特開２００６−１１７５０６号公報
特許文献１には、モル％表示で、Ｂ２Ｏ３４５〜６５％、Ｌａ２Ｏ３５〜２２％、Ｇｄ２Ｏ３１〜２０％（但し、Ｌａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３の合計含有量が１４〜３０％）、ＺｎＯ５〜３０％、ＳｉＯ２０〜１０％、ＺｒＯ２０〜６．５％及びＳｂ２Ｏ３０〜１％を含んで構成された光学ガラスの発明が記載されている。
一方、特許文献２には、必須成分としてＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｌｉ２Ｏを含有し、かつＺｎＯ／（ＺｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ５）が０．４５〜１．５である光学ガラスの発明が記載されている。
しかしながら、上記何れの発明も、必須成分としてＺｒＯ２を含む点に問題があった。すなわち、ＺｒＯ２は、製造コストを上げるだけでなく融点が高いので、ＺｒＯ２を含有させると、低コストで所望の光学特性を実現することが困難となる。なお、特許文献１に記載の光学レンズには、ＺｒＯ２を含まない実施例も存在するが、これらは、いずれもＳｉＯ２を含まないため、ガラス安定性が不十分となる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、Ｔａ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３など高価な原料を使用しないで所望の光学定数を有する光学レンズ、及びこのような光学ガラスからなる光学素子を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明者が種々検討した結果、ＺｒＯ２より安価で融点の低いＡｌ２Ｏ３を必須成分として導入することより、Ｔａ２Ｏ５、ＧｅＯ２などを含有させることなく所望の光学特性やガラスの安定性を実現し、低コストでガラス安定性に優れた精密プレス用ガラスを実現した。
すなわち、本発明は、屈折率（ｎｄ）が１．７４〜１．７６、アッベ数（υｄ）４５〜４９．５の範囲の光学定数をもち、必須成分としてＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏを含有し、Ｔａ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＺｒＯ２を実質的に含まない光学ガラスである。なお、環境に悪い影響のある鉛、砒素、フッ素についても、当然これを含まない。
また、本発明は、上記の光学ガラスからなる光学素子である。光学素子としては、デジタルカメラなどの光学機器で使用される光学レンズが典型的である。また、本発明のガラスは、プレス成形法で使用されるのが典型例であり、加熱したガラスプリフォーム材を、表面形状を高精度に仕上げた金型でプレス成形して、レンズなどの所望のガラス形状を形成する。
本発明の光学ガラスは、好ましくは、ガラス転移点（Ｔｇ）が５９０℃以下であり、更に好ましくは、５７０°以下である。また、屈伏点温度（Ａｔ）を５６０°〜６０５°とすることができる。
また、本発明は、質量％で、ＳｉＯ２が１．０〜５．０、Ｂ２Ｏ３が２０．０〜２８．０、ＢａＯが１．０〜４．０、ＺｎＯが２０．０〜２６．０、Ｌａ２Ｏ３が２０．０〜３２．０、Ｇｄ２Ｏ３が９．０〜１７．０、Ａｌ２Ｏ３が１．０〜３．０、Ｌｉ２Ｏが０．２〜１．８、並びに、ＴｉＯ２が０〜３．０Ｎｂ２Ｏ５が０〜３．０、Ｋ２Ｏ又はＮａ２Ｏが０〜０．３、Ｓｂ２Ｏ３が０〜０．１の光学ガラスである。
ＳｉＯ２は、ガラスの網目形成酸化物であり、ガラスの安定性には、必須な成分である。重量％で１．０％以上が必要であるが、一方、５．０％より多くなると、目的のＡｔ、Ｔｇになりにくい欠点がある。更に好ましい範囲は、１．２〜３．０％である。
Ｂ２Ｏ３もＳｉＯ２と同じく、ガラスの網目形成酸化物であり、希土類を溶融するには必須成分であり、ガラスの安定に寄与する。目的の屈折率、アッベ数を得るには、２０．０％以上必要であり、２８．０％を超えると耐水性が悪くなる。更に好ましい範囲は、２４．０％〜２７．０％である。
ＺｎＯは、ガラスの転移点、屈伏点を低下させ、化学的耐久性を上げる為の必須成分である。目的の屈折率、アッベ数を得るには、２０．０％以上必要であり、２６．０％を超えると目的の屈折率、アッベ数が得られにくい。更に好ましい範囲は、２２．０〜２５．０％である。
ＢａＯは、目的のアッベ数を得る為の必須成分であり、１．０％以上必要であり、４％を超えると目的の屈折率が得られない。更に好ましい範囲は、２．５〜３．５％である。
Ｌａ２Ｏ３は、高屈折、低分散成分であり、目的の屈折率、アッベ数を得るには、２０．０％以上必要であり、３２．０％を超えると、失透傾向が大きくなる。更に好ましい範囲は、２２．０〜３１．０％である。
Ｇｄ２Ｏ３は、高屈折、低分散成分であり、Ｌａ２Ｏ３より、融点が低く目的の転移点、屈伏点を得るのに必須成分である。９．０〜１７．０％必要であるが、更に好ましい範囲は、９．５〜１５．５％である。
ＴｉＯ２は、屈折率を上げるための成分であるが、高分散のため、３％以下でないと目的のアッベ数が得られない。その一方、ガラスを安定化させるためには、好ましくは０．５％以上、更に好ましくは、１．２〜２．７％添加すべきである。
Ａｌ２Ｏ３は、目的の転移点、屈伏点を得るための必須成分であり、高価な原料（Ｔａ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＺｒＯ２）の代替原料である。ガラス生産の安定性に寄与する。そのためには、１．０％以上必要であるが、３．０％を超えるとガラスの溶融が困難になり、結晶化の問題もおきてくる。更に好ましい範囲は、１．８〜２．５％である。
Ｌｉ２Ｏは、目的の転移点、屈伏点を得るための必須成分であり、０．０５％以上含有しないと、その効果は、現れないが、１．８％を超えると結晶化が大きくなり、生産に支障を生じる。好ましくは、０．２％以上含有させるべきであり、更に好ましい範囲は、０．３〜１．６％である。
Ｎａ２ＯやＫ２Ｏは、必須成分ではないが、Ｌｉ２Ｏの代わりに同重量％含有させても良い。いずれも同等の含有量で交換可能である。添加する場合には、これらの成分は、合計で１．５％以下とすることができる。好ましくは、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏの添加量を０．３％以下とすべきである。
Ｎｂ２Ｏ５は、屈折率を上げる成分であるが、３．０％を超えると目的のアッベ数が得られない。Ｓｂ２Ｏ３は、必須成分ではないが、泡切れには、効果がある。但し、０．１％を超えると結晶化がおきやすくなる。
上記した本発明によれば、高価な原料を使用しないで所望の光学定数を有する光学レンズを実現することができる。
以下、本発明の実施例について述べる。本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
本発明の実施例１〜９の光学ガラスは、酸化物、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩等の通常の光学ガラス原料を実施例の組成の割合になるように秤量、混合し、白金坩堝に入れ、１３００〜１４００℃で１〜２時間溶融し、攪拌、静置を行い均質化して金型に鋳込んだ。鋳込んだガラスは、−２．３℃／１．０時間の速度で徐冷を行い試料とした。
各実施例の組成と光学特性は、図１に示す通りである。ここで、屈折率測定（ｎｄ）及びアッベ数については、−２．３℃／１．０時間の速度で徐冷した試料を使用した。計測には、カルニュー光学ＫＰＲ３０を用いてアッベ数を計算した。
また、ガラス転移温度及び屈伏点温度については、上記の測定試料を５ｍｍ角長さ３０ｍｍに加工を行い、Ｒｉｇａｋｕ−ＴＭＡ測定装置で測定を行なった。
実施例の組成及び光学特性を示す図面である。

Claims (4)

  1. 屈折率（ｎｄ）が１．７４〜１．７６、アッベ数（υｄ）４５〜４９．５の範囲の光学定数をもち、必須成分としてＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏを含有し、Ｔａ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＺｒＯ２を実質的に含まない光学ガラス。
  2. ガラス転移点（Ｔｇ）が５９０℃以下である請求項１の光学ガラス。
  3. 質量％で、
    ＳｉＯ２ １．０〜５．０、
    Ｂ２Ｏ３ ２０．０〜２８．０、
    ＢａＯ １．０〜４．０、
    ＺｎＯ ２０．０〜２６．０、
    Ｌａ２Ｏ３ ２０．０〜３２．０、
    Ｇｄ２Ｏ３ ９．０〜１７．０、
    Ａｌ２Ｏ３ １．０〜３．０、
    Ｌｉ２Ｏ ０．２〜１．８、
    並びに、
    ＴｉＯ２ ０〜３．０、
    Ｎｂ２Ｏ５ ０〜３．０、
    Ｋ２Ｏ又はＮａ２Ｏ ０〜０．３、
    Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．１、
    の各成分を含有することを特徴とする光学ガラス。
  4. 請求項１〜請求項３の何れかの光学ガラスからなる光学素子。
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