JP2008297198A - 重バリウムフリントポジションの光学ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】好適な光学特性が達成されるが、生態学的な考慮に基づいてＰｂＯを適用することなく、もし可能であればＡｓ_２Ｏ_３，Ｂｉ_２Ｏ_３そしてＬｉ_２Ｏ，好ましくはＴｉＯ_２も適用しない範囲の組成の光学ガラスを提供する。
【解決手段】イメージイング、センサー、マイクロスコピー、医療技術、デジタルプロジェクション、遠距離通信、オプティカルコミュニケーションエンジニアリング／情報の通信、自動センサーにおけるオプティクス／イルミネーションの領域で用いられるように設計され、屈折率が１．６０〜１．７２及び／またはアッベ数が３２〜４５の範囲で、顕著なショートフリット特性、良好な化学耐性、結晶化に対する優れた耐性、良好なソラリゼーション安定性および次の組成を有する光学ガラス（酸化物に基づく質量％）：ＳｉＯ_２ ３０〜４５、Ｂ_２Ｏ_３ ８〜１２、Ｎａ_２Ｏ ８〜１５、ＣａＯ ０．１〜７、ＺｎＯ ０〜５、ＺｒＯ_２ １０〜２０、Ｎｂ_２Ｏ_５ １２〜２４、Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜９、ＡｇＯ ０〜５。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学ガラス、かかる光学ガラスの用途、光学エレメントまたはかかる光学エレメントのプレホーム、光学エレメント及びかかる光学エレメント（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）からなる光学部材（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒｔｓ）または光学成分（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の製造方法に関する。

ここで請求されている光学ポジション（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）の従来の光学ガラス（好ましくは、重バリウムフリントポジション、広範な領域のフリント、重フリント、ライトフリントおよびバリウムフリントポジション）であって、イメージイング（結像）、センサー技術、マイクロスコピー、医療技術、デジタルプロジェクション、ホトリソグラフィー、レーザ技術、ウエファー／チップ技術、同様に、遠距離通信、光学コミュニケーションエンジニアリング、及び自動推進のセンサーにおける光学／イルミネーションに使われるものは、通常、所定の光学特性、すなわち１．６０≦ｎｄ≦１．７２の屈折率ｎｄ及び／又は３２≦ｖｄ≦４５のアッベ数ｖｄを達成するために、酸化鉛（ＰｂＯ）を含む。酸化鉛は、同様に、顕著なショートフリント（ｓｈｏｒｔ ｆｌｉｎｔ）特性を調整するために、しばしば用いられる。このことは、ガラスに貧弱な化学的な耐性をもたらす。さらに、成分の酸化鉛は環境に有害である。

加えて、Ａｓ_２Ｏ_３は、しばしば、清澄剤として用いられる。近年、ＰｂＯに続いて、Ａｓ_２Ｏ_３も、環境に有害であるとみなされ、光学機器及び製品の供給者の多くは、鉛や砒素の酸化物を含まないガラスを用いる傾向にある。高価値製品用に、化学的な耐性の増加したガラスは重要性を増している。

この光学ポジションである公知の鉛を含まないガラスは、通常、ケイ酸含有マトリックス中に多量のＴｉＯ_２を用いることに基礎を置いており、一方では、ガラスの高い結晶化傾向を導くので、二次モールドステップを対象とすることができず、他方では、硬度が増加するため、化学的にさらに加工ステップにおいてガラスを取り扱うことが困難となる。

高品質の光学システムにおいて、色収差の修正は、システム設計中にすでに重要な論点である。色収差の優れた修正のために、顕著なショートフリント特性を備えるガラスが求められている。それらは、正規線（ｎｏｒｍａｌ ｌｉｎｅ）から著しく外れる相対的な部分分散を備えるガラスであり、色収差の修正に特に適している。しかしながら、この特性は、しばしば、ＰｂＯを加えることによって達成されるが、上記生態学的な関係から用いるべきではない。

ブロックまたはインゴットから光学成分を切り離す従来の方法に代わり、ガラスの製造方法がますます重要になってきている、そこにおいて、光学成分は精密なプレス（ｐｒｅｃｉｓｅ ｐｒｅｓｓｉｎｇ）によって、すなわち、光学成分及び／又はガラス溶融後の二次モールドプロセス（いわゆる精密な塊（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｇｏｂｓ））用のネアネットシェイプのプレホーム（ｎｅａｒ−ｎｅｔｓｈａｐｅ ｐｒｅｆｏｒｍｓ）の直接的なプレスによって得られる。このことは、消費者マーケットに、同様に、高品質マーケットには真実である。「精密な塊」は、通常、及び、好ましくは、異なる製造プロセスによって得られる、火炎−研磨、フリーまたはセミフリーなモールドガラス片（ｐｏｒｔｉｏｎｓ）であると理解される。

上記は、プロセスエンジニアリング、溶融、およびホットモールドにおける「ショート」なガラスに対する強い要求理由である。ガラスは、その粘度が温度に関して極めて大きく変化する場合に「ショート」と考えることができる。この挙動は、ホットモールドプロセスの再製造期間中に好都合であり、ネアネットシェイプの精密なモールド（ｎｅａｒ−ｎｅｔｓｈａｐｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍｏｕｌｄｉｎｇ）中のモールド期間を減少させる。それによって、一方では、原料の量及び能率が向上し、他方では、モールド道具の材料が保護される。このことは、全製品コストに大きなプラスの効果を与える。さらに、ショートガラスの急速な固化は、大きな結晶化傾向を有するガラスのプロセスを考慮することが必要であり、種結晶の形成は、それは二次モールドステップにおいて問題をもたらすが、避けられ、または、少なくとも大きく減少する。

同じ考慮を基に、ガラスには、その温度粘度プロファイルが、ホットモールド中に−絶対的に−低い温度を示すことが必要である。このことは、付加的に減少したプロセス温度に貢献するので、改良された単位寿命を考慮し、急速なテンション（伸張）のない冷却によって種結晶の形成の減少に寄与する。さらに、これらのガラスは、可能な、おそらくよりコスト的に有効なモールド道具材料の重要で広範な範囲を提供し、かかる材料は、特にネアネットシェイプの精密なプレスに重要である。

モダンな高性能オプティクスにおいて、イメージイングの精密性や解像度に関する高度な要求が満たされなければならない。このことは、一方では、イメージイングや投射（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）領域の成長が得られなければならず、他方では、イメージ構造は小さくなり、さらに精密にかつ詳細に描かれなければならないことを意味する。このように、短波長の光、すなわち、光学エレメントのエネルギーを基に負荷を増加させる高エネルギーを照射する必要がある。加えて、製造速度を増加させるため、短い光暴露は、例えばミクロリソグラフィーのような多くの技術的な応用において目的とされ、そして、高放射力と密度を導き、光システムを通して送信され、それによって、時間当りの放射負荷を必ずしも増加させない。さらに、光学システム、特に遠距離通信や通信エンジニアリングにおいて、高度の光効率、すなわち、高い透過性（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が必要とされる。

このことは、光学システムデザインばかりでなく、かかる光学的な応用のための光学ガラスの発展への挑戦である。たとえば、高度の放射密度を応用すると、ソラリゼーションとして公知の現象、すなわち、ガラス内の構造に関する放射媒体変化を導き、さらに、光学要素の通信において大きな減少を導く、すなわち、ガラスを通して光が浸透する。したがって、ガラスは、ソラリゼーション現象に対する強い耐性を示すことが求められる。

次の文献は、従来の技術によるガラスを示す。これらの文献によれば、類似の光学ポジションや化学組成を有するガラスが得られるが、これらのガラスは、本発明によるガラスと比較すると顕著な不利益を示す。

特許文献１に開示されたガラスは、Ｃｓ_２Ｏが１０モル％を超える顕著な量を含み、Ｃｓ_２Ｏは高純度において極めて高価である。一方では、この酸化物は、その交換パートナーＺｎＯとの相互作用における屈折率勾配用の調節剤として役立ち、他方では、高含量のフラックス溶融剤はマトリックスを弱める、というのは、イオン移動性を増加させ、有意義な交換とそれに続く、促進され、効果的な緩和は、材料内のテンションを避けるために生じるからである。

この文献によれば、屈折率に関するさらに低いポジションを目的とする；したがって、ＺｒＯ_２やＮｂ_２Ｏ_５の割合は、任意に、または少量である（ＺｒＯ_２は＜４モル％；Ｎｂ_２Ｏ_５＜１モル％）。

類似の理由のため、特許文献２に開示されたガラスは、対応する不利益を示す：ＺｒＯ_２量が少ないため、所望の光学ポジション、特に高分散ｖｄ＝３２を達成することができない。ＣａＯの量が多い場合に、特に高い可能量の他の下記土類金属酸化物と組み合わせると、マトリックス修飾剤として役立ち、そして、ガラスへの結晶化の脱安定化剤（ｄｅｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）やプロモーターとして役立つ。

特許文献３は、多量の二酸化珪素を有するガラスを開示し、そのガラスの全ては、高価な成分であるリチウム酸化物を含み、一方、ホウ素酸化物は、任意に存在する。より高価なリチウム酸化物の適用によって、マトリックス安定剤としてのホウ素酸化物の可能な適用は、大きく制限される、というのは、ホウ素とリチウムの酸化物、両成分の組み合わせは、耐火性材料に対し相乗的に攻撃するからである。

特許文献４に開示されたガラスは、屈折率勾配を調節する相当量の銀を含む。したがって、ガラスは、非経済的となるばかりでなく、ホットモールド中にレドックスに敏感でもある。このように、それらは、例えば、再プレス（ｒｅ−ｐｒｅｓｓｉｎｇ）、精密なプレスのレンズなどのように、二次モールドステップに関する限り作業性を失う。同様に、テンションや目標を冷却するプロセスなどの作用は、通常、古典的な光学ガラスに適用されているように、好ましくない特性を導く。さらに、この文献による基本的なガラスは、イオン交換前に、イオン交換を促進するＡｌ_２Ｏ_３を大量に含む。この付加的な量の高融点成分（３２カチオンモル％まで）によって、ガラスは、溶融が困難となり、そして、一方では経済的ではなくなり、他方では、高溶融温度のために白金るつぼの材料から不純物を導くため、ブルースペクトルエッジにおいて透過率の損失を示す。これらの不利益の保障のための可能性として、大量のアルカリ金属酸化物Ｎａ_２Ｏが、３９カチオンモル％まで加えられる、すなわち、フラックス溶融剤である。したがって、イオン交換を促進するが、結晶化に対する安定性については有害である材料の構造物が得られるが、それは好ましくない。
特開昭６２−０１２６３３号公報 特開昭５２−０６９９１５号公報 特開昭５８−１２０５３９号公報 米国特許第５００７９４８号明細書

本発明の目的は、好適な光学特性が達成されるが、生態学的な考慮に基づいてＰｂＯを適用することなく、もし可能であればＡｓ_２Ｏ_３，Ｂｉ_２Ｏ_３そしてＬｉ_２Ｏ，好ましくはＴｉＯ_２も適用しない範囲の組成の光学ガラスを提供することにある。同時に、ガラスは、顕著なショートフリント特性を有するけれども、ソラリゼーションに対する特別な耐性を発揮すべきである。これらのガラスは、精密なプレス技術によって、好ましくは加工可能であり、低ガラス転移温度Ｔｇを示すべきである。さらに、それらは、容易に溶融可能であり、かつ、加工可能であり、同様に、それらは、結晶化に十分な耐性を有すべきであるので、連続的な運転組み立てを可能とする。さらに、ガラスは、相対的にショートであって、粘度範囲は１０^７．６〜１０^１３ｄＰａｓである。これらのガラスは、イメージイング、センサー、マイクロスコピー、医療技術、デジタルプロジェクション、ホトリソグラフィー、レーザ技術、ウエファー／チップ技術、同様に、遠距離通信、オプティカルコミュニケーションエンジニアリング、及び自動センサー分野におけるオプティクス／イルミネーションに好適であろう。

本発明のガラス内において、高価でマトリックスを弱める成分の適用は、コスト的に有効で、結晶安定性の材料で置き換えるべきである。

上記の問題は、特許請求の範囲に示された本発明の実施態様によって解決される。

特に、次の組成又は成分を有する光学ガラスを提供する（酸化物を基準とする質量％）：
ＳｉＯ_２ ３０〜４５
Ｂ_２Ｏ_３ ８〜１２
Ｎａ_２Ｏ ８〜１５
ＣａＯ ０．１〜７
ＺｎＯ ０〜５
ＺｒＯ_２ １０〜２０
Ｎｂ_２Ｏ_５ １２〜２４
Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜９
ＡｇＯ ０〜５。

好ましくは、次の組成又は成分を有する（酸化物を基準とする質量％）。
ＳｉＯ_２ ３０〜４５
Ｂ_２Ｏ_３ ８〜１２
Ａｌ_２Ｏ_３＋ＧｅＯ_２ ０〜５
----------------------------------------------
Ｎａ_２Ｏ ８〜１５
Ｋ_２Ｏ ０〜５
ΣＭ_２Ｏ（Ｎａ，Ｋ） ０〜１８
-----------------------------------------------
ＣａＯ ０．１〜７
ＺｎＯ ０〜５
ＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯの各々 ０〜５
ΣＭＯ（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ） ０〜１７
----------------------------------------------
Ｌａ_２Ｏ_３ ０〜７
ＺｒＯ_２ １０〜２０
Ｎｂ_２Ｏ_５ １２〜２４
Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜９
Σ酸化物（Ｌａ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ） ０〜４５
---------------------------------------------
Σ酸化物（Ｙ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｗ，Ｐ）＋Ｆ ０〜５
---------------------------------------------
ＡｇＯ ０〜５。

本発明のガラスは、この光学ポジションの公知のガラスと共通の光学ポジションを有する。しかしながら、それらは、顕著なフリント特性、好適な化学的耐性および加工性、低減された原料及びプロセス費用による低い製造コスト、それらのショート特性に基づく結晶化に対する十分な耐性、ソラリゼーションに対する良好な安定性、同様に、良好な環境配慮、良好な溶融性および加工性を発揮する。

本発明のガラスによって、結晶化に対する安定性や粘度温度プロファイルの調整が発明され、ガラスのさらなる熱加工（例えば、プレスまたは再プレス）が可能である。

本発明の光学ガラスは、好ましくは、次の組成又は成分を有する（酸化物を基準とする質量％））。
ＳｉＯ_２ ３０〜４５
Ｂ_２Ｏ_３ ８〜１２
Ａｌ_２Ｏ_３＋ＧｅＯ_２ ０〜５
---------------------------------------------
Ｎａ_２Ｏ ８〜１５
Ｋ_２Ｏ ０〜５
ΣＭ_２Ｏ（Ｎａ，Ｋ） ８〜１８
---------------------------------------------
ＣａＯ ０．１〜７
ＺｎＯ ０〜５
ＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯの各々 ０〜５
ΣＭＯ（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ） ０〜１７
----------------------------------------------
Ｌａ_２Ｏ_３ ０〜７
ＺｒＯ_２ １０〜２０
Ｎｂ_２Ｏ_５ １２〜２４
Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜９
Σ酸化物（Ｌａ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ） ２２〜４５
-----------------------------------------------
Σ酸化物（Ｙ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｗ，Ｐ）＋Ｆ ０〜５
--------------------------------------------
ＡｇＯ ０〜５。

本発明において、ガラス成分の合計は、清浄剤を除いて、１００質量％まで加える。その後、所定量の清浄剤を１００質量％のガラス成分に加える。

本発明のガラスは、屈折率ｎｄが１．６０≦ｎｄ≦１．７２、及び／又は、アッベ数ｖｄが３２≦ｖｄ≦４５であることが好ましく、さらに屈折率ｎｄが１．６２≦ｎｄ≦１．７０、及び／又は、アッベ数ｖｄが３５≦ｖｄ≦４３であることが望ましい。特に、屈折率ｎｄが１．６３≦ｎｄ≦１．６８、及び／又は、アッベ数ｖｄが３７≦ｖｄ≦４３であることが好ましい。

実施態様によれば、本発明のガラスは、粘度範囲が１０^７．６〜１０^１３ｄＰａｓにおいて、できる限りショートであることが好ましい。この記載の意味における「ショートガラス」は、ガラスであって、その粘度がある種の粘度内において、温度のむしろ少しの変化で大きく変化するものをいう。好ましくは、温度間隔がΔＴであって、ガラスの粘度が１０^７．６〜１０^１３ｄＰａｓに減少する際に、１５０Ｋまで，より好ましくは１００Ｋまで上昇する。

下記において、「ｘを含まない」または「ｘ成分を含まない」は、ｘ成分が本質的にガラスに存在しない、すなわち、たとえあったとしても、扱われた成分が不純物としてのみ存在することを意味する。しかし、それは、好適な成分として組成物には添加されない。ｘは、この状況において、例えばＬｉ_２Ｏのような成分を意味する。

基本的なガラスシステムは、ニオブシリコン系であり、ここで、Ｎｂ_２Ｏ_５はシリコン骨組み中に埋め込まれており、かかる系は、少量のＢ_２Ｏ_３を含み、それはクレームされた光学ポジションの調節のために存在する。このため、１２〜２４質量％、好ましくは１３〜２０質量％、さらに好ましくは１４〜１８質量％のＮｂ_２Ｏ_５が組成物中に存在する。その量が１２質量％より少ない場合、好適な光学ポジション（適度の屈折率やアッベ数）が達成できなかった。２４質量％を超えると、Ｐ_９；Ｆで表される分散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）が上昇し、そして、分散の通常のラインから収差が増加し、ガラスのショートフリント特性を損なうであろう。これらの考慮に基づいて、相対的に変則な部分分散の調節のため、さらなる成分が加えられるはずである（好ましくはＺｒＯ_２やＴａ_２Ｏ_５）から、多量のＮｂ_２Ｏ_５が付加的に光学ポジションの好ましくないシフトを導き、さらに、ＺｒＯ_２は、Ｔａ_２Ｏ_５と組み合わせたＮｂ_２Ｏ_５の種結晶を形成する特徴のため、結晶化傾向のガラスを導くであろう。これらのガラスは、極めて狭いプロセスの自由を有し、このことは、生産や二次ホットモールド（成形）ステップにおける低い生産性を示す。

シリカに基づくマトリックスは、その中にＮｂ_２Ｏ_５が組み込まれており、３０〜４５質量％、好ましくは３３〜４２質量％、さらに好ましくは３６〜４０質量％のＳｉＯ_２を基礎とする。ＳｉＯ_２が３０質量％未満であると、安定でないマトリックスを、そして、失透または結晶化傾向の少なくいガラスを導くであろう。ＳｉＯ_２が４５質量％を超えると、「ロング」なガラス、すなわち、ガラスであって、その粘度が温度の上昇または低下と共に、変化が不十分である。さらに、多量のＳｉＯ_２を含有するガラスは、しばしば高融点ガラスである。これらの二つの特性は、ネアネットシェイプのホットモールド加工において、加工されると思われるガラスには適していない。

この理由は、マトリックス、それは高い屈折率を有する多量の物質によって脱安定化されており、第２のマトリックス形成成分Ｂ_２Ｏ_３によって支持されている、その成分は、フラックス溶融剤と類似の特性のため、「ロング」なガラスまたは高融点ガラスを導かない。Ｂ_２Ｏ_３は、８〜１２質量％、好ましくは少なくとも９質量％存在する。９質量％未満であると、所定の全く多量のＳｉＯ_２割合において好ましい安定化効果を発揮しない、一方、１２質量％を超えると、本発明のガラスにおいて結晶化傾向の増加を導く、というのは、イオン移動性が増加するからである。加えて、上記範囲を外れた多量のホウ素が存在すると、屈折率材料に向かう溶融物への攻撃性が増加する。

さらに、結晶化に対する安定化は、任意にマトリックスビルダーＧｅＯ_２を、５質量％まで添加することによって達成される。しかしながら、「ロング」な高融点ガラスを避けるために５質量％を超えるべきではない。

大部分の実施態様によれば、本発明のガラスは、別のマトリックスビルダーとして、いかなるアルミニウム酸化物も含むべきではない。しかしながら、本発明のある種の実施態様によれば、ガラスは、イオン交換に適している。この実施態様によれば、ガラスはＡｌ_２Ｏ_３を含むことが好ましい。５質量％までの少量のＡｌ_２Ｏ_３は、材料中の構造の形成を支持し、その構造は、さらにイオンの移動性を増加させることによって、イオン交換を支持する。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３含量が５質量％を超えると、失透傾向が増加し、好ましくない「ロング」なガラスが導かれる。実施態様によるガラスは、５質量％、好ましくは３質量％、さらに好ましくは２質量％の銀酸化物をも含み得る。銀酸化物の含量が５質量％を超えると、ガラスの透過性（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を損なうであろう。

Ａｌ_２Ｏ_３及び／又はＧｅＯ_２の如き付加的なマトリックスビルダーの合計は、５質量％を超えるべきではない。

本発明によれば、ガラス中に存在する成分の量を示す関係において「まで」あるいは「超えない」という用語は、これらの成分は示された量まで存在できるが、少ない割合である（数学的な記号：≦）ことを意味する。

Ｎｂ_２Ｏ_５に続き、同様に、高屈折率成分であるＺｒＯ_２は、本発明のガラス組成物に１０〜２０質量％、好ましくは、少なくとも１１質量％、さらに望ましくは１２質量％、特に望ましくは１４質量％加えられる。ＺｒＯ_２の上限は１９質量％であり、さらに好ましくは１８質量％である。好ましくは、１４〜１８質量％の範囲である。当業者は、上記の上限及び下限に基づいて、自由に好適な範囲を選択することができ、それらは、この明細書で論じられた本発明のガラスの全ての組成にとって真実である。

Ｔａ_２Ｏ_５は、９質量％まで、好ましくは７質量％まで、さらに好ましくは５質量％まで加えられる。下限として、０．５質量％が好ましく、光学ポジションの調整のために付加的に０．１質量％加えられる。好ましくは、０．５〜５質量％の範囲にある。

しかしながら、本発明のガラスのある実施態様では、タンタル酸化物を含めないことができる。その他の点について、タンタル酸化物を定性的に選択すると、本発明において少量のＮｂ_２Ｏ_５を適用することができ、過剰にすると、ガラスの結晶化を増加させる傾向を導く。さらに、両成分は、Ｎｂ_２Ｏ_５に対し、光学ガラスのブルースペクトルエッジにおいて固有の吸収を有さず、高屈折率成分、好ましくはＺｒＯ_２やＴａ_２Ｏ_５の所定量を分布させると、多量のＮｂ_２Ｏ_５を有するガラスと比較し、改良された透過率を有するガラスを生じる。加えて、ＺｒＯ_２、および特にＴａ_２Ｏ_５は、Ｎｂ_２Ｏ_５に対し、ガラスの顕著なショートフリント特性を導く波長従属屈折率製造（ｒｕｎ）（分散）を支持する。

成分Ｎｂ_２Ｏ_５，ＺｒＯ_２やＴａ_２Ｏ_５の結晶化種の形成特性のため、組成物に存在する量の合計は、４５質量％、好ましくは４２質量％を超過すべきではない。

ＴｉＯ_２は屈折率を増加させ、結晶化種の形成特性をも有するが、同時に、ブルースペクトルエッジにおいて透過率を損なう。このように、本発明のガラスの好適な実施態様は、この成分（ＴｉＯ_２を含まない）を含まない。

本発明のガラスの特殊な実施態様は、しかしながら、ＴｉＯ_２を０．１〜２質量％、好ましくは０．５質量％まで、さらに好ましくは０．４５質量％まで含む。長期間放射ダメージ、すなわち、ソラリゼーションに対してガラスを安定化させるために、ＴｉＯ_２の添加が求められる。

Ｎａ_２Ｏは、８〜１５質量％、好ましくは、少なくとも９．５質量％及び／又は１４質量％まで加えられる、というのは、好適な分散特性、すなわち、ショートフリント特性を調整するためである。しかしながら、８質量％未満では、好適な効果を生じないであろう。

Ｋ_２Ｏと組み合わせたＮａ_２Ｏ（５質量％まで、好ましくは３質量％まで）は、光学ポジション、と同様に、ネアネットシェイプのホットモールドに味方する温度粘度プロファイルの柔軟な微細チューニングに役立つ。しかしながら、組成物中に存在するアルカリ金属であるＮａ_２ＯやＫ_２Ｏの量の合計は、本発明のガラスの好適な実施態様にしたがって、１８質量％、好ましくは１５質量％を超えるべきではない。１８質量％を超えると、低屈折率及び／又は「ロングな」ガラスの方向において、認められない強い影響を導き、同様に、イオン移動性を増加させることによって、本発明のガラスの結晶化傾向を増加させる。さらに、Ｋ_２Ｏ含量は、５質量％までに限定される、というのは、Ｎａ_２Ｏに対し、分散特性に否定的な影響を与えるからである。

加えて、相対的に少量のアルカリ金属酸化物として、フラックス溶融剤として作用する特性を有するＮａ_２Ｏは、例えば、イオン交換能のような目的従属非標準調整用に予め決められ、そのイオン交換能は、Ａｇ_２Ｏが添加されない、または少量だけ添加される場合に重要である。

銀酸化物は、ガラス中に５質量％まで、さらに好ましくは３質量％まで存在し得る。

同様に、Ａｌ_２Ｏ_３は、任意に存在し得る；ここで、７質量％まで、好ましくは５質量％まで、さらに好ましくは３質量％まで可能であり、それは、粘度温度プロファイルにおいて若干の変化を与える。

本発明のガラスは、好適な実施態様にしたがって、その成分としてＬｉ_２Ｏを含まず、特に本発明のガラスにおいて必須のＢ_２Ｏ_３量と組み合わせ、耐火性材料に向かう溶融物への攻撃性を増加させる。このことは、順に、耐火性材料をガラス中に顕著に加えることを導き、さらに、ユニットの耐久性を悪化させる。白金が耐火性材料として用いられている限り、このことは、ブルースペクトルエッジにおいて透過率のロスを導き、同様に、セラミック材料が用いられる場合には、溶融中に同様に、一次及び／又は二次ホットモールドステップ間の結晶化傾向を増大させる、というのは、異質の結晶化種だからである。

本発明のガラスは、アルカリ土類金属ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ，及びＺｎＯからなる群より選ばれた少なくとも一つの成分ＭＯを含み、それらの成分の合計が、組成物の１７質量％まで、好ましくは１２質量％まで含み得、粘度温度プロファイルを微調整することができる。成分の各々は、ＣａＯを除き、本発明のガラス中に５質量％まで存在することができる。

本発明のその他の実施態様は、ＭｇＯ，ＳｒＯ及び／又はＢａＯを含まない。

ＣａＯは、本発明のガラス内に、少なくとも０．１質量％、好ましくは０．５質量％、さらに好ましくは１質量％、及び／又は、７質量％まで、好ましくは５質量％まで、さらに好ましくは４質量％まで存在する。好ましくは、１〜４質量％の範囲にある。

ＺｎＯは、任意に加えられるが、好ましくは少なくとも０．１質量％、さらに好ましくは少なくとも１質量％、及び／又は、５質量％まで、好ましくは、４質量％まで存在することが望ましい、というのは、本発明のガラスを結晶化に対して安定化させることができるからである。好ましくは、１〜４質量％の範囲にある。

アルカリ土類金属の割合のための上限を超えると、粘度温度プロファイル（あまりにもショートなガラス）に対する好ましくない強いフィードバックに続き、屈折率が著しく減少し、アッベ数が増加し、このように、好適な光学ポジションから離れていく。加えて、ＭｇＯとＳｒＯは、成分であって、その原料は高性能オプチィクスに必要な性能を有するものを購入することが困難であり、その他のアルカリ土類金属酸化物よりもよりコストに敏感である。成分ＭＯのその他のメンバーを放棄すること、すなわち、成分ＣａＯまたはＺｎＯの一つに注目することは、粘度温度プロファイルの変化性を制限する、それは、指示下限をアンダーカットすることは負の衝撃を有するからである。

加えて、ＣａＯの適用は必須である、というのは、ＣａＯは、好適な分散特性（ショートフリント）に対し強い正の影響を有するからである。一方、ＢａＯは、この方向において、著しく弱く作用するが、ＺｎＯは、ショートフリント特性に反する。このように、これらの二つの成分量は、それらの上限に限定される。

光学ポジションの達成領域内の特殊な点の柔軟な調整のため、本発明のガラスは、さらにグループ、Ｐ_２Ｏ_５，Ｙ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_５，ＷＯ_３またはＦの酸化物を５質量％まで含み得る。Ｆ，Ｐ_２Ｏ_５，Ｙ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_５及びＷＯ_３の累積量が約５質量％を超過すると、（Ｙ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_５又はＷＯ_３による）透過率を損なうことに続き、（Ｙ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３又はＹｂ_２Ｏ_５による）失透に向かう傾向が増大し、及び／又は、バッチ調製や溶融において（Ｆ又はＰ_２Ｏ_５による）取り扱い性や安全性の問題を導く。

本発明のガラスは、光学的な割合のＬａ_２Ｏ_３を含む（７質量％まで、好ましくは５質量％まで、さらに好ましくは３質量％まで）。ランタン酸化物は、ニオブ酸化物に対し、分散を低下させ、ショートフリント特性の達成に寄与する。しかしながら、それは、ブルースペクトル範囲において固有の吸収を有するので、Ｌａ_２Ｏ_３含有ガラスの透明エッジ（５０％透過率の波長）を著しく長波長側にシフトさせる。さらに、ランタン酸化物は、光学ガラスの結晶化傾向を増加させる。したがって、その割合は、特にその他の高屈折率成分に加え、指示上限を超えない（合計[Ｔａ_２Ｏ_５，ＺｒＯ_２，Ｎｂ_２Ｏ_５，Ｌａ_２Ｏ_３]、好ましくは４５質量％まで、好ましくは４２質量％まで）、一方、好適な実施態様は、Ｌａ_２Ｏ_３さえ含まない。

これらの理由に基づき、本発明のガラスは、好ましくはＢｉ_２Ｏ_３を含まないことが望ましい、これは、付加的にガラス内に著しい着色化を導くものである、というのは、溶融中のレドックス状態に敏感だからである。かかるガラスのプロセス自由範囲は、極めて狭いので、古典的な光学ガラスに対し非経済的である。

光学ガラスとしての本発明のガラスは、レーザ活性成分のように、着色及び／又は光学的な活性を有さないことが好ましい。

本発明のその他の実施態様にしたがって、すなわち、ガラスが光学フィルターまたは固体状態レーザ用の基礎ガラスとして用いられる限り、ガラスは、レーザ活性成分のように、着色及び／又は光学的な活性成分を５質量％まで含み得る、一方、これらの量は、１００質量％をすでに構成するその他の成分に加える（その他の成分の割合を相対的にシフトさせる結果となる）。

本発明の実施態様によれば、本発明のガラスは、上記成分からなることが好ましく、好ましくは上記成分を少なくとも９０質量％、好ましくは少なくとも９５質量％の範囲含むことが望ましい。

本発明の別の実施態様によれば、本発明のガラスは、上記で指示されないその他の成分を含まないことが好ましい、すなわち、かかる実施態様によれば、ガラスは、上記の成分を本質的に含むことが好ましい。「成分ｘを含まない」の用語の定義については、上記を参照のこと。

本発明のガラスは、通常の清澄剤を少量含み得る。好ましくは、組成物に添加される清澄剤の合計は、２．０質量％まで、さらに１．０質量％までが好ましく、ここで、それらの量は、組成物の１００質量％を構成するその他の成分に加えられる。本発明のガラス内の清澄剤として、少なくとも次の成分の一つを存在させることができる（ガラス組成物の残部に加えられた質量％）：
Ｓｂ_２Ｏ_３ ０−１ 及び／又は
ＳｎＯ ０−１ 及び／又は
ＳＯ_４ ^２− ０−１ 及び／又は
ＮａＣｌ ０−１ 及び／又は
Ａｓ_２Ｏ_３ ０−１ 及び／又は
Ｆ⁻ ０−１。

好ましくは、次の範囲である：
Ｓｂ_２Ｏ_３ ０−１ 及び／又は
ＳｎＯ ０−１ 及び／又は
ＳＯ_４ ^２− ０−１ 及び／又は
ＮａＣｌ ０−１ 及び／又は
Ｆ⁻ ０−１。

本発明のガラスの全ては、良好な化学的な耐性や結晶化に対する安定性を示す。それらば、さらに、良好な溶融性、及びネアネットシェイプの柔軟な加工性、減少したプロセス費用による低い製造コスト、良好なイオン交換特性、ソラリゼーションに対する良好な安定性、同様に、環境への適用によってそれ自身区別ができる。

本発明のガラスは、６４０℃と同じまたはそれより低いガラス転移温度Ｔｇを有し、結晶化に耐性を有し、容易に加工される。

本発明のガラスは、約７Ｋ／ｈの冷却速度で冷却された測定試料において、−２５^＊１０^−４までの負の変則の相対的な部分分散を示す。

本発明のガラスは、−１０^＊１０^−７／Ｋ未満の熱膨張係数を示す。したがって、さらなる加工および結合（ｊｏｉｎｉｎｇ）技術において、熱テンションに関連する問題が避けられる。

本発明のガラスは、３．４ｇ／ｃｍ^３と同じまたはそれより低い特殊な密度を示す。このように、これらのガラスから得られた光学エレメント及び／又は成分は、移動性／可動性の部材に容易に使用される、というのは、それらは、類似の鉛含有ガラスと比較して相対的に低い不活性のかたまり（ｍａｓｓ）だからである。

本発明のガラスによって、光学ポジション、粘度温度プロファイル及び加工温度のかかる調整は達成され、高い特殊な、ネアネットシェイプのホットモールドでも敏感な高い精度の装置でも可能である。加えて、結晶化安定性や粘度温度プロファイルの相関は実現され、ガラスのプレスまたは再プレスまたはイオン交換プロセスのような熱プロセスは、即座に可能である。

本発明は、さらに、本発明のガラスであって、イメージイング、センサー、マイクロスコピー、医療技術、デジタルプロジェクション、遠距離隔通信、オプティカルコミュニケーションエンジニアリング／情報の通信、自動センサーにおけるオプティクス／イルミネーション、ホトリソグラフィー、ステッパー、エキマレーザ、ウエファー、コンピューターチップ、同様に半導体およびエレクトロデバイス、例えば、回路またはチップなどの分野の用途に関する。

さらに、本発明は、本発明のガラスを含む光学エレメントに関する。光学エレメントは、特に、レンズ、プリズム、光を誘導する棒（ｌｉｇｈｔ ｌｅａｄｉｎｇ ｒｏｄｓ）、配列（ａｒｒａｙ）、光学ファイバー（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）、勾配成分またはグラジェント成分（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、光学ウインドー（ｏｐｔｉｃａｌ ｗｉｎｄｏｗｓ）及びコンパクトコンポーネントでありえる。本発明の用語「光学エレメント」は、同様に、例えば、ゴブ（ｇｏｂｓ）、精密なゴブなどのような光学エレメントなどのプリホームを含む。

さらに、本発明は、次のステップを含む光学エレメントの製造方法に関する：本発明の光学ガラスの精密なプレス（ｐｒｅｃｉｓｅ ｐｒｅｓｓｉｎｇ）。

その上、本発明は、光学成分または部材の製造用のかかる光学エレメントの用途に関する、ここで、光学成分または部材は、例えば、センサー、マイクロスコピー、医療技術、デジタルプロジェクション、遠距離通信、オプティカルコミュニケーションエンジニアリング／情報の通信、自動センサーにおけるオプティクス／イルミネーション、ホトリソグラフィー、ステッパー、エキマレーザ、ウエファー、コンピューターチップ、同様に半導体およびエレクトロデバイス、例えば、回路またはチップなどの分野において使用できるように設計されている。

さらに、本発明は、前記光学エレメントを含む光学部材または光学成分に関し、イメージイング、センサー、マイクロスコピー、医療技術、デジタルプロジェクション、遠距離通信、オプティカルコミュニケーションエンジニアリング／情報の通信、自動センサーにおけるオプティクス／イルミネーション、ホトリソグラフィー、ステッパー、エキマレーザ、ウエファー、コンピューターチップ、同様に半導体およびエレクトロデバイス、例えば、回路またはチップなどの分野において使用できるように設計されている。

表１及び２は、好適な組成物範囲の１２の実施例を示す。これらの実施例で記載されたガラスは、次のように製造された：
酸化物用の原料、好ましくは対応する炭酸塩質量、例えば、Ｓｂ_２Ｏ_３のような１またはそれ以上の清澄剤を加え、十分に撹拌した。そのバッチを、不連続運転溶融ユニットで１２５０℃において溶融し、その後、清澄化し（１３５０℃）、そして均質化した。ガラスは、約９００℃のキャスト温度でキャストでき、所定の形状に加工できる。大容量連続運転溶融ユニットにおいて、温度は少なくとも１００Ｋ低下させることができ、そして原料は、ネアネットシェイプのホットモールドプレス、例えば、精密なプレスにおいて加工することができる。

１００ｋｇの計算されたガラスの溶融例：

得られたガラスの特性は、実施例１として表２に示される。ここで記載された測定結果に続き、ガラスは、ＡＲ＝１．０及びＳＲ＝１．０で特徴付けられる優れた化学耐性を発揮する。

溶融実施例（質量％）

溶融実施例（質量％）

Claims (21)

1. 次の組成を含むことを特徴とする光学ガラス（酸化物を基準とする質量％）：
   ＳｉＯ_２ ３０〜４５
   Ｂ_２Ｏ_３ ８〜１２
   Ｎａ_２Ｏ ８〜１５
   ＣａＯ ０．１〜７
   ＺｎＯ ０〜５
   ＺｒＯ_２ １０〜２０
   Ｎｂ_２Ｏ_５ １２〜２４
   Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜９
   ＡｇＯ ０〜５。
2. Ａｌ_２Ｏ_３及び／又はＧｅＯ_２が付加的に５質量％まで存在し、これらの成分の合計、同様に単一の成分の上限値は５質量％を超えないことを特徴とする請求項１記載の光学ガラス。
3. 前記ガラスは、１８質量％までのＮａ_２ＯおよびＫ_２Ｏからなる群より選ばれた少なくとも１種を含み、ここで、組成物中に存在するＮａ_２Ｏの最大量が１５質量％であり、組成物中に存在するＫ_２Ｏの最大量が５質量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ガラス。
4. 前記ＣａＯの含有量は、０．５〜５質量％の範囲にある請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
5. 前記ＺｎＯの含有量は、０．５〜５質量％の範囲にある請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ガラス。
6. 前記ガラスは、ＭｇＯ，ＣａＯ、ＳｒＯ，ＢａＯ，及びＺｎＯからなる群より選ばれた少なくとも１種を１７質量％まで含み、ここで、各成分であるＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯまたはＺｎＯは５質量％まで存在し、ＣａＯは７質量％まで存在することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学ガラス。
7. 前記ガラスは、７質量％までのＬａ_２Ｏ_３を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。
8. 前記ＺｒＯ_２の含有量は、１２〜１９質量％の範囲にある請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学ガラス。
9. 前記Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は、１３〜２０質量％の範囲にある請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ガラス。
10. 前記Ｔａ_２Ｏ_５の含有量は、０．１〜７質量％の範囲にある請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学ガラス。
11. 前記ガラスは、Ｌａ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，Ｎｂ_２Ｏ_５，及びＴａ_２Ｏ_５からなる群より選ばれた少なくとも１種の成分を積算量で４５質量％まで含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学ガラス。
12. 前記ＡｇＯの含有量は、５質量％までの範囲にある請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学ガラス。
13. 前記ガラスは、Ｆ，Ｐ_２Ｏ_５，Ｙ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_５及びＷＯ_３からなる群より選ばれた少なくとも１種の成分を積算量で５質量％まで含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光学ガラス。
14. 次の組成を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学ガラス（酸化物を基準とする質量％）：
    ＳｉＯ_２ ３０〜４５
    Ｂ_２Ｏ_３ ８〜１２
    Ａｌ_２Ｏ_３＋ＧｅＯ_２ ０〜５
    Ｎａ_２Ｏ ８〜１５
    Ｋ_２Ｏ ０〜５
    ΣＭ_２Ｏ（Ｎａ，Ｋ） ０〜１８
    ＣａＯ ０．１〜７
    ＺｎＯ ０〜５
    ＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯの各々 ０〜５
    ΣＭＯ（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ） ０〜１７
    Ｌａ_２Ｏ_３ ０〜７
    ＺｒＯ_２ １０〜２０
    Ｎｂ_２Ｏ_５ １２〜２４
    Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜９
    Σ酸化物（Ｌａ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ） ０〜４５
    Σ酸化物（Ｙ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｗ，Ｐ）＋Ｆ ０〜５
    ＡｇＯ ０〜５。
15. 前記ガラスは、清澄剤として次の成分の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜１４に記載の光学ガラス（単位は質量％）：
    Ｓｂ_２Ｏ_３ ０−１ 及び／又は
    ＳｎＯ ０−１ 及び／又は
    ＮａＣｌ ０−１ 及び／又は
    ＳＯ_４ ^２− ０−１ 及び／又は
    Ｆ⁻ ０−１。
16. 前記ガラスは、１．６０〜１．７２の範囲の屈折率ｎｄ及び／又は３２〜４５の範囲のアッベ数ｖｄを有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光学ガラス。
17. レンズ、プリズム、光誘導棒、アレイ、オプティカルファイバー、勾配成分または光学ウインドーである光学エレメントの製造のための、請求項１〜１６のいずれか１つのガラスの使用。
18. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のガラスを精密にプレスすることを特徴とすることを光学エレメントの製造方法。
19. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のガラスを含むことを特徴とするレンズ、プリズム、光誘導棒、アレイ、オプティカルファイバー、勾配成分及び光学ウインドーからなる群から選ばれた少なくとも１種の光学エレメント。
20. 請求項１８及び／又は１９の光学エレメントの少なくとも１つを含む、イメージイング、センサー、マイクロスコピー、医療技術、デジタルプロジェクション、遠距離通信、オプティカルコミュニケーションエンジニアリング／情報の通信、自動センサーにおけるオプティクス／イルミネーション、ホトリソグラフィー、ステッパー、エキマレーザ、ウエファー、コンピューターチップ及び／又は半導体、およびエレクトロデバイス用の光学部材または光学成分。
21. イメージイング、センサー、マイクロスコピー、医療技術、デジタルプロジェクション、遠距離通信、オプティカルコミュニケーションエンジニアリング／情報の通信、自動センサーにおけるオプティクス／イルミネーション、ホトリソグラフィー、ステッパー、エキマレーザ、ウエファー、コンピューターチップ及び／又は半導体、およびエレクトロデバイス用の光学部材または光学成分を生産するための請求項１８及び／又は１９の光学エレメントの使用。