JP2012166962A - 光学ガラス、プリフォーム材及び光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にあり、且つ、高価な材料の使用が低減されても耐失透性が高い光学ガラスと、それを用いたプリフォーム材及び光学素子を提供する。
【解決手段】光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜30.0%、La2O3成分を15.0〜50.0%を含有し、酸化物換算組成の質量比La2O3/(La2O3+Gd2O3)が0.690以下である。また、プリフォーム材及び光学素子は、この光学ガラスからなる。
【選択図】なし
【解決手段】光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜30.0%、La2O3成分を15.0〜50.0%を含有し、酸化物換算組成の質量比La2O3/(La2O3+Gd2O3)が0.690以下である。また、プリフォーム材及び光学素子は、この光学ガラスからなる。
【選択図】なし
Description
本発明は、光学ガラス、プリフォーム材及び光学素子に関する。
近年、光学系を使用する機器のデジタル化や高精細化が急速に進んでおり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影機器や、プロジェクタやプロジェクションテレビ等の画像再生(投影)機器等の各種光学機器の分野では、光学系で用いられるレンズやプリズム等の光学素子の枚数を削減し、光学系全体を軽量化及び小型化する要求が強まっている。
光学素子を作製する光学ガラスの中でも特に、光学系全体の軽量化及び小型化を図ることが可能な、1.75以上の屈折率(nd)を有し、30以上50以下のアッベ数(νd)を有する精密モールドプレス成形可能な高屈折率低分散ガラスの需要が非常に高まっている。このような高屈折率低分散ガラスとしては、特許文献1〜2に代表されるようなガラス組成物が知られている。
光学系で用いられるレンズには球面レンズと非球面レンズがあり、非球面レンズを利用すれば光学素子の枚数を削減することができる。また、レンズ以外の各種光学素子にも複雑な形状をした面を備えたものが知られている。しかしながら、従来の研削、研磨工程で非球面や複雑な形状をした面を得ようとすると、高コストで且つ複雑な作業工程が必要であった。そこで、ゴブ又はガラスブロックから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プレス成形して光学素子の形状を得る方法、すなわち精密モールドプレス成形する方法が現在主流である。
また、プリフォーム材を精密モールドプレス成形する方法の他に、ガラス材料から形成されたゴブ又はガラスブロックを再加熱して成形(リヒートプレス成形)して得られたガラス成形体を研削及び研磨する方法も知られている。
こうした精密モールドプレス成形やリヒートプレス成形に用いられるプリフォーム材の製造方法としては、滴下法によって熔融ガラスから直接製造する方法、ガラスブロックをリヒートプレスし、或いはボール形状に研削加工して得られた加工品を研削研磨する方法によって作製される。いずれの方法であっても、熔融ガラスを所望の形状に成形して光学素子を得るためには、形成されるガラスの失透を低減することが求められる。
また、光学ガラスの材料コストを低減するために、光学ガラスを構成する諸成分の原料費は、なるべく安価であることが望まれる。ところが、特許文献1〜2に記載されたガラス組成物は、これらの諸要求に十分応えるものとは言い難い。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にあり、且つ、高価な材料の使用が低減されても耐失透性が高いプリフォーム材を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、B2O3成分及びLa2O3成分を含有するガラスに対して、質量和(La2O3+Gd2O3)に対するLa2O3成分の比率を低くすることにより、高価な材料の使用を低減しても屈折率及びアッベ数が高められ、且つ、ガラスの液相温度が低くなることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
(1) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜30.0%、La2O3成分を15.0〜50.0%を含有し、酸化物換算組成の質量比La2O3/(La2O3+Gd2O3)が0.690以下である光学ガラス。
(2) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Gd2O3成分 0〜35.0%及び/又は
Y2O3成分 0〜15.0%及び/又は
Yb2O3成分 0〜15.0%及び/又は
Lu2O3成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)記載の光学ガラス。
Gd2O3成分 0〜35.0%及び/又は
Y2O3成分 0〜15.0%及び/又は
Yb2O3成分 0〜15.0%及び/又は
Lu2O3成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)記載の光学ガラス。
(3) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で、Gd2O3成分を11.0%以上含有する(1)又は(2)記載の光学ガラス。
(4) 酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Lu、Scからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%以上65.0%以下である(1)から(3)のいずれか記載の光学ガラス。
(5) 酸化物換算組成の質量比La2O3/Ln2O3が0.350以上0.690以下である(1)から(4)のいずれか記載の光学ガラス。
(6) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Ta2O5成分 0〜20.0%及び/又は
Nb2O5成分 0〜20.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラス。
Ta2O5成分 0〜20.0%及び/又は
Nb2O5成分 0〜20.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラス。
(7) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Ta2O5+Nb2O5)が13.5%以下である(6)記載の光学ガラス。
(8) 酸化物換算組成における質量比(Ta2O5+Nb2O5)/(La2O3+Gd2O3)が0.200以下である(6)又は(7)記載の光学ガラス。
(9) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
TiO2成分 0〜10.0%及び/又は
WO3成分 0〜25.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(8)のいずれか記載の光学ガラス。
TiO2成分 0〜10.0%及び/又は
WO3成分 0〜25.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(8)のいずれか記載の光学ガラス。
(10) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でWO3成分の含有量が3.0%より多い(9)記載の光学ガラス。
(11) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
SiO2成分 0〜15.0%及び/又は
Li2O成分 0〜5.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(10)のいずれか記載の光学ガラス。
SiO2成分 0〜15.0%及び/又は
Li2O成分 0〜5.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(10)のいずれか記載の光学ガラス。
(12) 酸化物換算組成のモル比SiO2/B2O3が0.165以上である(1)から(11)のいずれか記載の光学ガラス。
(13) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
MgO成分 0〜10.0%及び/又は
CaO成分 0〜10.0%及び/又は
SrO成分 0〜10.0%及び/又は
BaO成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(12)のいずれか記載の光学ガラス。
MgO成分 0〜10.0%及び/又は
CaO成分 0〜10.0%及び/又は
SrO成分 0〜10.0%及び/又は
BaO成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(12)のいずれか記載の光学ガラス。
(14) 酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の質量和が15.0%以下である(13)記載の光学ガラス。
(15) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Na2O成分 0〜10.0%及び/又は
K2O成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(14)いずれか記載の光学ガラス。
Na2O成分 0〜10.0%及び/又は
K2O成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(14)いずれか記載の光学ガラス。
(16) 酸化物換算組成のガラス全質量に対するRn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が15.0%以下である(15)記載の光学ガラス。
(17) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
GeO2成分 0〜10.0%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0%及び/又は
ZnO成分 0〜40.0%及び/又は
ZrO2成分 0〜15.0%及び/又は
Bi2O3成分 0〜20.0%及び/又は
TeO2成分 0〜20.0%及び/又は
Al2O3成分 0〜10.0%及び/又は
Ga2O3成分 0〜10.0%及び/又は
Sb2O3成分 0〜1.0%
の各成分をさらに含有し、
上記各金属元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての含有量が0〜6.0%である(1)から(16)のいずれか記載の光学ガラス。
GeO2成分 0〜10.0%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0%及び/又は
ZnO成分 0〜40.0%及び/又は
ZrO2成分 0〜15.0%及び/又は
Bi2O3成分 0〜20.0%及び/又は
TeO2成分 0〜20.0%及び/又は
Al2O3成分 0〜10.0%及び/又は
Ga2O3成分 0〜10.0%及び/又は
Sb2O3成分 0〜1.0%
の各成分をさらに含有し、
上記各金属元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての含有量が0〜6.0%である(1)から(16)のいずれか記載の光学ガラス。
(18) 1.75以上1.95以下の屈折率(nd)を有し、30以上50以下のアッベ数(νd)を有する(1)から(17)のいずれか記載の光学ガラス。
(19) 680℃以下のガラス転移点(Tg)を有する(1)から(18)のいずれか記載の光学ガラス。
(20) 1260℃以下の液相温度を有する(1)から(19)のいずれか記載の光学ガラス。
(21) (1)から(20)のいずれか記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
(22) (21)記載のプリフォーム材をプレス成形して作製する光学素子。
(23) (1)から(20)のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
(24) (22)又は(23)のいずれか記載の光学素子を備える光学機器。
本発明によれば、B2O3成分及びLa2O3成分を含有するガラスに対して、質量和(La2O3+Gd2O3)に対するLa2O3成分の比率を低くすることにより、所望の屈折率及びアッベ数を有しながらも、耐失透性が高められり、且つガラスの材料コストが低減される。このため、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にあり、且つ高価な材料の使用が低減されても耐失透性が高いプリフォーム材を得ることができる。
本発明の光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜30.0%、La2O3成分を15.0〜50.0%を含有し、酸化物換算組成の質量比La2O3/(La2O3+Gd2O3)が0.690以下である。質量和(La2O3+Gd2O3)に対するLa2O3成分の比率を低くすることによって、ガラスのアッベ数が高くなり、且つ耐失透性が高められる。それとともに、B2O3成分及びLa2O3成分をベースとすることにより、1.75以上1.95以下の屈折率(nd)及び30以上50以下のアッベ数(νd)を有しながらも、液相温度が低くなり易くなる。このため、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にあり、且つ高価な材料の使用が低減されても耐失透性が高い光学ガラスと、これを用いたプリフォーム材及び光学素子を得ることができる。
以下、本発明の光学ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
[ガラス成分]
本発明の光学ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」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、複合塩、金属弗化物等が熔融時に全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質量を100質量%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
本発明の光学ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」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、複合塩、金属弗化物等が熔融時に全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質量を100質量%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
<必須成分、任意成分について>
B2O3成分は、希土類酸化物を多く含む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必須成分である。特に、B2O3成分の含有量を5.0%以上にすることで、ガラスの耐失透性を高め、且つガラスの分散を小さくすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するB2O3成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは10.0%を下限とする。一方、B2O3成分の含有量を30.0%以下にすることで、より大きな屈折率を得易くし、化学的耐久性の悪化を抑えることができる。また、これによりB2O3成分の過剰な含有によるガラスの失透を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するB2O3成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは20.0%、最も好ましくは17.0%を上限とする。B2O3成分は、原料として例えばH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いてガラス内に含有することができる。
B2O3成分は、希土類酸化物を多く含む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必須成分である。特に、B2O3成分の含有量を5.0%以上にすることで、ガラスの耐失透性を高め、且つガラスの分散を小さくすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するB2O3成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは10.0%を下限とする。一方、B2O3成分の含有量を30.0%以下にすることで、より大きな屈折率を得易くし、化学的耐久性の悪化を抑えることができる。また、これによりB2O3成分の過剰な含有によるガラスの失透を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するB2O3成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは20.0%、最も好ましくは17.0%を上限とする。B2O3成分は、原料として例えばH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いてガラス内に含有することができる。
La2O3成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの分散を小さくしてガラスのアッベ数を大きくする成分である。特に、La2O3成分の含有量を15.0%以上にすることで、ガラスの屈折率を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLa2O3成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは17.0%、最も好ましくは18.0%を下限とする。一方、La2O3成分の含有量を50.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高めてガラスの失透を低減できる。また、La2O3成分の含有量を低減することで、よりガラス転移点の低い光学ガラスを得易くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLa2O3成分の含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは45.0%、さらに好ましくは40.0%、最も好ましくは37.0%を上限とする。La2O3成分は、原料として例えばLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスは、La2O3成分及びGd2O3成分の含有量の和に対するLa2O3成分の含有量の比率が0.690以下である。これにより、La2O3成分よりもアッベ数を高める作用が強いGd2O3成分の含有量が相対的に増加するため、得られるガラスのアッベ数がより高められ、且つガラスの液相温度が低くなる。すなわち、所望の光学定数と高い耐失透性を有する光学ガラスを得易くすることができる。従って、酸化物換算組成の質量比La2O3/(La2O3+Gd2O3)は、好ましくは0.690、より好ましくは0.680、最も好ましくは0.670を上限とする。一方で、この質量比La2O3/(La2O3+Gd2O3)の下限は、複数の希土類が含有されることで液相温度をより低くできる観点から、好ましくは0.350、より好ましくは0.360、好ましくは0.370を下限とする。
Gd2O3成分は、ガラスの屈折率を高め、且つアッベ数を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Gd2O3成分の含有量を35.0%以下にすることで、ガラスの所望の光学恒数が得易くなるとともに、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑え、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGd2O3成分の含有量は、好ましくは35.0%、より好ましくは34.0%、最も好ましくは33.0%を上限とする。Gd2O3成分は、原料として例えばGd2O3、GdF3等を用いてガラス内に含有することができる。
なお、Gd2O3成分は含有しなくとも技術的に不利益はないが、0%より多く含有することで、ガラスに含まれる希土類元素の数が増加するため、ガラスの液相温度を低くすることで耐失透性をより高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGd2O3成分の含有量は、好ましくは0%より多くし、より好ましくは1.0%より多くし、さらに好ましくは2.0%を下限とする。特に、ガラスの屈折率及びアッベ数を高めることで、所望の光学定数を得易くできる観点では、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGd2O3成分の含有量は、好ましくは5.0%より多くし、より好ましくは8.0%、さらに好ましくは11.0%、最も好ましくは13.0%を下限とする。
Y2O3成分、Yb2O3成分、及びLu2O3成分は、ガラスの屈折率を高め、分散を小さくする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Y2O3成分及び/又はYb2O3成分の含有量を15.0%以下にすること、または、Lu2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの所望の光学恒数が得易くなるとともに、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するY2O3及びYb2O3の含有量は、それぞれ好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。また、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLu2O3の各成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.0%を上限とする。Y2O3、Yb2O3及びLu2O3の各成分は、原料として例えばY2O3、YF3、Yb2O3、Lu2O3等を用いてガラス内に含有することができる。
なお、これらの成分はいずれも含有しなくとも技術的に不利益はないが、このうちLu2O3は、以下で述べる他のLn2O3成分と併用することで、ガラスの液相温度を一層低くすることができる。そのため、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLu2O3成分の含有量は、好ましくは0.001%、より好ましくは0.005%、最も好ましくは0.010%を下限としてもよい。
本発明の光学ガラスは、Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Lu、Scからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%以上65.0%以下であることが好ましい。特に、Ln2O3成分の質量和を20.0%以上にすることで、ガラスの屈折率及びアッベ数がいずれも高められるため、所望の屈折率及びアッベ数を有するガラスを得易くすることができる。また、これによりガラスの液相温度が低くなって耐失透性が高まり、且つ、可視域の短波長側の光に対する透過率が高められるため、可視光に好ましく用いられる光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分の質量和は、好ましくは20.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは40.0%、最も好ましくは48.0%を下限とする。一方、Ln2O3成分の質量和を65.0%以下にすることで、ガラスの液相温度が低くなるため、ガラスの失透を低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分の質量和は、好ましくは65.0%、より好ましくは60.0%、最も好ましくは57.0%を上限とする。
本発明の光学ガラスは、上述のLn2O3成分の含有量に対するLa2O3成分の含有量の比率が0.350以上0.690以下であることが好ましい。この比率を所定の範囲内にすることにより、上述のLnに属する複数の元素が含まれることで、ガラスの液相温度がより一層低くなるため、高価な成分であるNb2O5成分やTa2O5成分を減少させても安定なガラスを得ることができる。従って、材料コストの安さと耐失透性とを両立させた光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成における質量比La2O3/Ln2O3は、好ましくは0.690、より好ましくは0.650、最も好ましくは0.600を上限とする。一方、酸化物換算組成における質量比La2O3/Ln2O3は、好ましくは0.350、より好ましくは0.360、最も好ましくは0.370を下限とする。
Ta2O5成分は、ガラスの屈折率を高めつつ、ガラスの液相温度を低くすることで耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。本発明の光学ガラスは、高価なTa2O5成分の含有量を低減することで、所望の光学定数を有する光学ガラスをより低い材料コストで生産できる。また、Ta2O5成分の含有量を低減することで、原料を熔解する温度を下げることが可能になり、原料の溶解に要するエネルギーが低減されるため、光学ガラスの製造コストをも低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTa2O5成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%、最も好ましくは8.8%を上限とする。Ta2O5成分は、原料として例えばTa2O5等を用いてガラス内に含有することができる。
Nb2O5成分は、ガラスの屈折率及び分散を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、高価なNb2O5成分の含有量を低減することで、所望の光学定数及び耐失透性を有する光学ガラスを、より低い材料コストで生産できる。また、Nb2O5成分の含有量を低減することで、Nb2O5成分の過剰な含有によるガラスの耐失透性の悪化を抑え、且つ、ガラスの可視光に対する透過率の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するNb2O5成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。特に材料コストが安く、耐失透性の高いガラスを得る観点では、酸化物換算組成のガラス全質量に対するNb2O5成分の含有量を1.0%未満にしてもよい。Nb2O5成分は、原料として例えばNb2O5等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスは、Ta2O5成分及びNb2O5成分の含有量の和が13.5%以下であることが好ましい。これにより、高価なTa2O5成分やNb2O5成分の含有量が低減されることで、所望の光学定数及び耐失透性を有する光学ガラスを、より低い材料コストで生産できる。また、アッベ数を下げる作用のあるこれらの成分を低減することで、アッベ数が高く、且つ耐失透性の高い光学ガラスを得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Ta2O5+Nb2O5)は、好ましくは13.5%、より好ましくは11.0%、さらに好ましくは9.0%を上限とする。
また、本発明の光学ガラスは、La2O3成分及びGd2O3成分の含有量の和に対する、Ta2O5成分及びNb2O5成分の含有量の和の比率は、0.200以下であることが好ましい。これにより、アッベ数を高めるLa2O3成分及びGd2O3成分の含有量が、アッベ数を低くするTa2O5成分及びNb2O5成分の含有量に相対して高められるため、所望の耐失透性を得つつ、ガラスのアッベ数を高めることができる。従って、酸化物換算組成における質量比(Ta2O5+Nb2O5)/(La2O3+Gd2O3)は、好ましくは0.200、より好ましくは0.190、最も好ましくは0.180を上限とする。
TiO2成分は、ガラスの屈折率及びアッベ数を調整し、耐失透性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかしながら、TiO2が多すぎると逆に耐失透性が悪くなり、可視短波長(500nm以下)におけるガラスの透過率も悪化する。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTiO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。なお、本発明の光学ガラスはTiO2成分を含有しなくても技術的な不利益はないが、TiO2成分を含有することで、ガラスの屈折率をより高めることができる。また、これによりガラスの液相温度がより一層低下するため、ガラスの耐失透性をさらに高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTiO2成分の含有量は、好ましくは0%より多くし、より好ましくは0.1%、最も好ましくは0.3%を下限とする。TiO2成分は、原料として例えばTiO2等を用いてガラス内に含有することができる。
WO3成分は、ガラスの屈折率及び分散を高め、ガラスの耐失透性を向上する成分である。特に、WO3成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減し、特に可視−短波長領域(500nm未満)における透過率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するWO3成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは22.0%、最も好ましくは20.0%を上限とする。なお、本発明の光学ガラスはWO3成分を含有しなくても技術的な不利益はないが、WO3成分を含有することで、Ta2O5成分やNb2O5成分の含有量が低減された本発明の光学ガラスであっても、ガラスの液相温度がより低下し易くなるため、ガラスの耐失透性をさらに高めることができる。また、得られる光学ガラスのガラス転移点をより低くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するWO3成分の含有量は、好ましくは0%より多くし、より好ましくは1.0%より多くし、最も好ましくは3.0%より多くする。WO3成分は、原料として例えばWO3等を用いてガラス内に含有することができる。
SiO2成分は、熔融ガラスの粘度を高め、安定なガラス形成を促し、光学ガラスとして好ましくない失透(結晶物の発生)を低減する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、SiO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラス転移点(Tg)の上昇を抑え、本発明が目的とする高屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは8.0%を上限とする。なお、SiO2成分は含有しなくとも技術的に不利益はないが、SiO2成分を含有することで、ガラスの液相温度が低くなるため、ガラスをより失透し難くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO2成分の含有量は、好ましくは0%より多くし、より好ましくは1.0%、最も好ましくは1.8%を下限とする。SiO2成分は、原料として例えばSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
Li2O成分は、ガラス転移点を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Li2O成分の含有量を5.0%以下にすることで、ガラスの失透を低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLi2O成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは3.0%、最も好ましくは2.0%を上限とする。なお、Li2O成分は含有しなくても所望の特性を有するガラスを得ることは可能であるが、Li2O成分を含有することにより、ガラス転移点が低くなり易くなるため、プレス成形を行い易い光学ガラスをより得易くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLi2O成分の含有量は、好ましくは0%より多くし、より好ましくは0.1%、最も好ましくは0.15%を下限とする。
本発明の光学ガラスは、B2O3成分の含有量に対するSiO2成分の含有量が0.165以上であることが好ましい。これにより、ガラスの液相温度が低くなるため、より耐失透性の高い光学ガラスを得るころができる。従って、酸化物換算組成の質量比SiO2/B2O3は、好ましくは0.165、より好ましくは0.185、最も好ましくは0.217を下限とする。なお、この質量比SiO2/B2O3の上限は特に限定されないが、この質量比は0.800以下、より具体的には0.600以下、さらに具体的には0.500以下であることが多い。
本発明の光学ガラスは、SiO2成分、B2O3成分及びWO3成分の含有量の和が15.0%以上50.0%以下であることが好ましい。この含有量の和を15.0%以上の範囲内にしつつ、且つ50.0%以下の範囲内にすることで、光学ガラスの液相温度が低下するため、より耐失透性の高いガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(SiO2+B2O3+WO3)は、好ましくは15.0%、より好ましくは18.0%、最も好ましくは20.0%を下限とする。また、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(SiO2+B2O3+WO3)は、好ましくは50.0%、より好ましくは45.0%、最も好ましくは40.0%を上限とする。
また、本発明の光学ガラスは、SiO2成分、B2O3成分及びWO3成分の含有量の和に対する、Ln2O3成分の含有量の和の比率が2.50以下であることが好ましい。これにより、液相温度を下げるSiO2成分、B2O3成分及びWO3成分の含有量が増加しつつ、液相温度を上げるLn2O3成分の含有量が低減するため、光学ガラスの液相温度をより低くすることができる。従って、酸化物換算組成の質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3+WO3)は、好ましくは2.50、より好ましくは2.45、最も好ましくは2.40を上限とする。なお、この質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3+WO3)の下限は、各成分の含有量の範囲に応じて適宜定められるが、概ね0.30以上、より具体的には0.70以上、さらに具体的には1.00以上であることが多い。
本発明の光学ガラスは、SiO2成分、B2O3成分、Nb2O5成分及びTa2O5成分の含有量の和が40.0%以下であることが好ましい。これにより、光学ガラスのガラス転移点が上昇し難くなるため、低いガラス転移点を有するガラスを得やすくできることで、プレス成形を行い易い光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(SiO2+B2O3+Nb2O5+Ta2O5)は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、最も好ましくは30.0%を上限とする。
また、本発明の光学ガラスは、SiO2成分、B2O3成分、Nb2O5成分及びTa2O5成分の含有量の和に対する、WO3成分の含有量の比率が0.10以上であることが好ましい。これにより、光学ガラスのガラス転移点が低くなるため、プレス成形を行い易い光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成の質量比WO3/(SiO2+B2O3+Nb2O5+Ta2O5)は、好ましくは0.10、より好ましくは0.13、最も好ましくは0.15を下限とする。なお、この質量比WO3/(SiO2+B2O3+Nb2O5+Ta2O5)の上限は特に限定されないが、この質量比は3.00以下、より具体的には2.00以下、さらに具体的には1.50以下であることが多い。
また、本発明の光学ガラスは、質量和(TiO2+WO3+Nb2O5+Ta2O5)に対する質量和(TiO2+WO3)の比率が0.40以上であることが好ましい。これにより、ガラスの材料コストが低減されながらも、ガラスの屈折率及び分散が高められ、且つ耐失透性が高められるため、Gd等の希土類を加えても、所望の光学定数を有する光学ガラスをより安価に作製できる。従って、酸化物換算組成の質量比(TiO2+WO3)/(TiO2+WO3+Nb2O5+Ta2O5)は、好ましくは0.40、より好ましくは0.42、最も好ましくは0.44を下限とする。一方、この質量比の上限は特に限定されず、1.00(すなわち、Nb2O5成分及びTa2O5を含有しない)であってもよい。
MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、ガラスの屈折率や熔融性、失透性を調整する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、所望の屈折率を得易くし、且つこれらの成分の過剰な含有によるガラスの失透の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するMgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分の各々の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.0%を上限とする。MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、原料として例えばMgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2、BaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスは、RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の含有量の合計が15.0%以下であることが好ましい。これにより、所望の屈折率を得易くすることができ、且つこれらの成分の過剰な含有によるガラスの失透の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分の質量和は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。
Na2O成分及びK2O成分は、ガラスの熔融性を改善し、ガラス転移点を低くするとともに、ガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Na2O成分及びK2O成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するNa2O成分及びK2O成分のそれぞれの含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.0%を上限とする。Na2O成分及びK2O成分は、原料として例えばNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
Rn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)は、ガラスの熔融性を改善するとともに、ガラスの失透を低減する成分である。ここで、Rn2O成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するRn2O成分の質量和は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%、最も好ましくは3.0%を上限とする。
GeO2成分は、ガラスの屈折率を高め、耐失透性を向上させる効果を有する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかしながら、GeO2は原料価格が高いため、その量が多いと生産コストが高くなることで、Ta2O5成分を低減することによる効果が減殺される。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGeO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.0%を上限とする。GeO2成分は、原料として例えばGeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
P2O5成分は、ガラスの液相温度を下げて耐失透性を向上させる効果を有する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、P2O5成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの化学的耐久性、特に耐水性の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するP2O5成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.0%を上限とする。P2O5成分は、原料として例えばAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いてガラス内に含有することができる。
ZnO成分は、ガラス転移温度(Tg)を低くし、化学的耐久性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかしながら、ZnO成分の含有量が多すぎるとガラスの耐失透性が悪化し易くなる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZnO成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは30.0%、最も好ましくは20.0%を上限とする。なお、ZnO成分は含有しなくても所望の特性を有するガラスを得ることは可能であるが、ZnO成分を含有することにより、ガラス転移点が低くなるため、プレス成形を行い易い光学ガラスを得易くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZnO成分の含有量は、好ましくは0%より多く、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは2.0%、最も好ましくは3.0%を下限とする。ZnO成分は、原料として例えばZnO、ZnF2等を用いてガラス内に含有することができる。
また、本発明の光学ガラスは、ZnO成分、Li2O成分及びWO3成分の含有量の和に対する、WO3成分の含有量の比率が0.10以上であることが好ましい。これにより、ガラス転移点を下げる成分の中でも液相温度を低くする作用が強いWO3成分の含有量が増加するため、所望の低いガラス転移点を得ながらも、ガラスの耐失透性を高めることができる。また、WO3成分はZnO成分及びLi2O成分とは異なり屈折率を高めうる成分であるため、ガラスの屈折率を高めることも可能である。従って、酸化物換算組成の質量比WO3/(ZnO+Li2O+WO3)は、好ましくは0.10、より好ましくは0.15、最も好ましくは0.20を下限とする。なお、この質量比WO3/(ZnO+Li2O+WO3)の上限は特に限定されず、1.00(すなわち、ZnO成分及びLi2O成分を含有しない)であってもよい。
ZrO2成分は、ガラスの高屈折率及び低分散に寄与し、且つ耐失透性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかしながら、ZrO2量が多すぎると、逆に耐失透性が悪化する。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZrO2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは10.0%、最も好ましくは7.0%を上限とする。一方、ZrO2成分を含有することで、高屈折率低分散の性能を得易くでき、且つ耐失透性を高める効果を得易くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZrO2成分の含有量は、好ましくは0%より多くし、より好ましくは0.5%、さらに好ましくは1.6%、最も好ましくは2.0%を下限とする。ZrO2成分は、原料として例えばZrO2、ZrF4等を用いてガラス内に含有することができる。
Bi2O3成分は、屈折率を高め、ガラス転移点(Tg)を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Bi2O3成分の含有量を20.0%以下にすることで、液相温度の上昇が抑えられるため、ガラスの耐失透性の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するBi2O3成分の含有量は、好ましくは20.0%を上限とし、より好ましくは10.0%未満とし、最も好ましくは5.0%未満とする。Bi2O3成分は、原料として例えばBi2O3等を用いてガラス内に含有することができる。
TeO2成分は、屈折率を高め、ガラス転移点(Tg)を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかしながら、TeO2は白金製の坩堝や、熔融ガラスと接する部分が白金で形成されている熔融槽でガラス原料を熔融する際、白金と合金化しうる問題がある。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTeO2成分の含有量は、好ましくは20.0%を上限とし、より好ましくは10.0%未満とし、最も好ましくは5.0%未満とする。TeO2成分は、原料として例えばTeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
Al2O3成分及びGa2O3成分は、ガラスの化学的耐久性を向上し、熔融ガラスの耐失透性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Al2O3成分及びGa2O3成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの失透傾向を弱めて、ガラスの安定性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するAl2O3成分及びGa2O3成分の各々の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.0%を上限とする。Al2O3成分及びGa2O3成分は、原料として例えばAl2O3、Al(OH)3、AlF3、Ga2O3、Ga(OH)3等を用いてガラス内に含有することができる。
Sb2O3成分は、熔融ガラスを脱泡する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。Sb2O3量が多すぎると可視光領域の短波長領域における透過率が悪くなる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSb2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.7%、最も好ましくは0.5%を上限とする。Sb2O3成分は、原料として例えばSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いてガラス内に含有することができる。
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSb2O3成分に限定されるものではなく、ガラス製造の分野における公知の清澄剤、脱泡剤或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
F成分は、ガラスの分散を低くしつつ、ガラス転移点(Tg)を低下させ、耐失透性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかし、F成分の含有量、すなわち上述した各金属元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての合計量が6.0%を超えると、F成分の揮発量が多くなるため、安定した光学定数が得られ難くなり、均質なガラスが得られ難くなる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するF成分の含有量は、好ましくは6.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.0%を上限とする。F成分は、原料として例えばZrF4、AlF3、NaF、CaF2等を用いることで、ガラス内に含有することができる。
<含有すべきでない成分について>
次に、本発明の光学ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。
次に、本発明の光学ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。
他の成分を本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することができる。ただし、Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Luを除く、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。
また、PbO等の鉛化合物及びAs2O3等の砒素化合物は、環境負荷が高い成分であるため、実質的に含有しないこと、すなわち、不可避な混入を除いて一切含有しないことが望ましい。
さらに、Th、Cd、Tl、Os、Be、及びSeの各成分は、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。従って、環境上の影響を重視する場合には、これらを実質的に含有しないことが好ましい。
本発明のガラス組成物は、その組成が酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%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成分のモル%表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
B2O3成分 7.0〜45.0モル%、及び
La2O3成分 4.0〜25.0モル%、
並びに
Gd2O3成分 0〜12.0モル%及び/又は
Y2O3成分 0〜7.0モル%及び/又は
Yb2O3成分 0〜5.0モル%及び/又は
Lu2O3成分 0〜4.0モル%及び/又は
Ta2O5成分 0〜10.0モル%、及び/又は
Nb2O5成分 0〜10.0モル%及び/又は
TiO2成分 0〜15.0モル%及び/又は
WO3成分 0〜15.0モル%及び/又は
SiO2成分 0〜30.0モル%及び/又は
Li2O成分 0〜20.0モル%及び/又は
MgO成分 0〜30.0モル%及び/又は
CaO成分 0〜20.0モル%及び/又は
SrO成分 0〜15.0モル%及び/又は
BaO成分 0〜10.0モル%及び/又は
Na2O成分 0〜15.0モル%及び/又は
K2O成分 0〜10.0モル%及び/又は
GeO2成分 0〜7.0モル%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0モル%及び/又は
ZnO成分 0〜60.0モル%及び/又は
Bi2O3成分 0〜7.0モル%及び/又は
ZrO2成分 0〜15.0モル%及び/又は
TeO2成分 0〜15.0モル%及び/又は
Al2O3成分 0〜12.0モル%及び/又は
Ga2O3成分 0〜5.0モル%及び/又は
Sb2O3成分 0〜0.3モル%
並びに、上記各金属元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての合計量 0〜40.0モル%
B2O3成分 7.0〜45.0モル%、及び
La2O3成分 4.0〜25.0モル%、
並びに
Gd2O3成分 0〜12.0モル%及び/又は
Y2O3成分 0〜7.0モル%及び/又は
Yb2O3成分 0〜5.0モル%及び/又は
Lu2O3成分 0〜4.0モル%及び/又は
Ta2O5成分 0〜10.0モル%、及び/又は
Nb2O5成分 0〜10.0モル%及び/又は
TiO2成分 0〜15.0モル%及び/又は
WO3成分 0〜15.0モル%及び/又は
SiO2成分 0〜30.0モル%及び/又は
Li2O成分 0〜20.0モル%及び/又は
MgO成分 0〜30.0モル%及び/又は
CaO成分 0〜20.0モル%及び/又は
SrO成分 0〜15.0モル%及び/又は
BaO成分 0〜10.0モル%及び/又は
Na2O成分 0〜15.0モル%及び/又は
K2O成分 0〜10.0モル%及び/又は
GeO2成分 0〜7.0モル%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0モル%及び/又は
ZnO成分 0〜60.0モル%及び/又は
Bi2O3成分 0〜7.0モル%及び/又は
ZrO2成分 0〜15.0モル%及び/又は
TeO2成分 0〜15.0モル%及び/又は
Al2O3成分 0〜12.0モル%及び/又は
Ga2O3成分 0〜5.0モル%及び/又は
Sb2O3成分 0〜0.3モル%
並びに、上記各金属元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての合計量 0〜40.0モル%
[製造方法]
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1100〜1500℃の温度範囲で2〜5時間熔融し、攪拌均質化した後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することにより作製される。
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1100〜1500℃の温度範囲で2〜5時間熔融し、攪拌均質化した後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することにより作製される。
[物性]
本発明の光学ガラスは、高い屈折率(nd)及び低い分散性を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.75、より好ましくは1.77、最も好ましくは1.80を下限とし、好ましくは1.95、より好ましくは1.92、最も好ましくは1.90を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは30、より好ましくは33、最も好ましくは35を下限とし、好ましくは50、より好ましくは47、最も好ましくは45を上限とする。これらにより、光学設計の自由度が広がり、さらに素子の薄型化を図っても大きな光の屈折量を得ることができる。
本発明の光学ガラスは、高い屈折率(nd)及び低い分散性を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.75、より好ましくは1.77、最も好ましくは1.80を下限とし、好ましくは1.95、より好ましくは1.92、最も好ましくは1.90を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは30、より好ましくは33、最も好ましくは35を下限とし、好ましくは50、より好ましくは47、最も好ましくは45を上限とする。これらにより、光学設計の自由度が広がり、さらに素子の薄型化を図っても大きな光の屈折量を得ることができる。
また、本発明の光学ガラスは、高い耐失透性を有する。特に、本発明の光学ガラスは、1260℃以下の低い液相温度を有することが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの液相温度は、好ましくは1260℃、より好ましくは1200℃、さらに好ましくは1180℃、最も好ましくは1160℃を上限とする。これにより、より低い温度で熔融ガラスを流出しても、作製されたガラスの結晶化が低減されるため、熔融状態からガラスを形成したときの耐失透性を高めることができ、ガラスを用いた光学素子の光学特性への影響を低減することができる。また、プリフォーム材を安定生産できる温度の範囲が広くなるため、ガラスの熔解温度を低くしてもプリフォーム材を形成でき、プリフォーム材の形成時に消費するエネルギーを抑えることができる。一方、本発明の光学ガラスの液相温度の下限は特に限定しないが、本発明によって得られるガラスの液相温度は、概ね500℃以上、具体的には550℃以上、さらに具体的には600℃以上であることが多い。なお、本明細書中における「液相温度」とは、50mlの容量の白金製坩堝に30ccのカレット状のガラス試料を白金坩堝に入れて1300℃で完全に熔融状態にし、所定の温度まで降温して12時間保持し、炉外に取り出して冷却した後直ちにガラス表面及びガラス中の結晶の有無を観察し、結晶が認められない一番低い温度を表す。ここで所定の温度とは、1280℃〜1000℃まで20℃刻みで設定した温度を表わす。
また、本発明の光学ガラスは、680℃以下のガラス転移点(Tg)を有することが好ましい。これにより、ガラスがより低い温度で軟化するため、より低い温度でガラスをプレス成形し易くできる。また、プレス成形に用いる金型の酸化を低減して金型の長寿命化を図ることもできる。従って、本発明の光学ガラスのガラス転移点(Tg)は、好ましくは680℃、より好ましくは670℃、最も好ましくは660℃を上限とする。なお、本発明の光学ガラスのガラス転移点(Tg)の下限は特に限定されないが、本発明によって得られるガラスのガラス転移点(Tg)は、概ね100℃以上、具体的には150℃以上、さらに具体的には200℃以上であることが多い。
また、本発明の光学ガラスは、720℃以下の屈伏点(At)を有することが好ましい。屈伏点(At)は、ガラス転移点(Tg)と同様にガラスの軟化性を示す指標の一つであり、プレス成形温度に近い温度を示す指標である。そのため、屈伏点(At)が720℃以下のガラスを用いることにより、より低い温度でのプレス成形が可能になるため、より容易にプレス成形を行うことができる。従って、本発明の光学ガラスの屈伏点(At)は、好ましくは720℃、より好ましくは710℃、最も好ましくは700℃を上限とする。なお、本発明の光学ガラスの屈伏点(At)の下限は特に限定されないが、本発明によって得られるガラスの屈伏点(At)は、概ね150℃以上、具体的には200℃以上、さらに具体的には250℃以上であることが多い。
また、本発明の光学ガラスは、着色が少ないことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスは、ガラスの透過率で表すと、厚み10mmのサンプルで分光透過率70%を示す波長(λ70)が500nm以下であり、より好ましくは450nm以下であり、最も好ましくは420nm以下である。また、分光透過率5%を示す波長(λ5)が400nm以下であり、より好ましくは380nm以下であり、最も好ましくは360nm以下である。また、分光透過率80%を示す波長(λ80)が520nm以下であり、より好ましくは500nm以下であり、最も好ましくは480nm以下である。これにより、ガラスの吸収端が紫外領域の近傍に位置するようになり、可視域におけるガラスの透明性が高められるため、この光学ガラスをレンズ等の光学素子の材料として好ましく用いることができる。
また、本発明の光学ガラスは、低い部分分散比(θg,F)を有することが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、アッベ数(νd)との間で、(−2.50×10−3×νd+0.6571)≦(θg,F)≦(−2.50×10−3×νd+0.6971)の関係を満たす。これにより、ノーマルラインに近付けられた部分分散比(θg,F)を有する光学ガラスが得られるため、この光学ガラスから形成される光学素子の色収差を低減できる。本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6571)、より好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6591)、最も好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6611)を下限とする。一方で、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6971)、より好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6921)、最も好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6871)を上限とする。
[プリフォーム材及び光学素子]
作製された光学ガラスから、例えばリヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス成形体を作製することができる。すなわち、光学ガラスからモールドプレス成形用のプリフォームを作製し、このプリフォームに対してリヒートプレス成形を行った後で研磨加工を行ってガラス成形体を作製したり、研磨加工を行って作製したプリフォームや、公知の浮上成形等により成形されたプリフォームに対して精密プレス成形を行ってガラス成形体を作製したりすることができる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。
作製された光学ガラスから、例えばリヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス成形体を作製することができる。すなわち、光学ガラスからモールドプレス成形用のプリフォームを作製し、このプリフォームに対してリヒートプレス成形を行った後で研磨加工を行ってガラス成形体を作製したり、研磨加工を行って作製したプリフォームや、公知の浮上成形等により成形されたプリフォームに対して精密プレス成形を行ってガラス成形体を作製したりすることができる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。
このように、本発明の光学ガラスは、様々な光学素子及び光学設計に有用であるが、その中でも特に、本発明の光学ガラスからプリフォーム材を形成し、このプリフォーム材を用いてリヒートプレス成形や精密プレス成形等を行い、レンズやプリズム等の光学素子を作製することが好ましい。これにより、径の大きなプリフォーム材の形成が可能になるため、光学素子の大型化を図りながらも、カメラやプロジェクタ等の光学機器に用いたときに高精細で高精度な結像特性及び投影特性を実現できる。
本発明の実施例(No.1〜No.64)及び比較例(No.A〜No.D)の組成、並びに、これらのガラスの屈折率(nd)、アッベ数(νd)、部分分散比(θg,F)、ガラス転移点(Tg)、屈伏点(At)、液相温度、及び分光透過率が5%、70%及び80%を示す波長(λ5、λ70及びλ80)の結果を表1〜表9に示す。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
本発明の実施例(No.1〜No.64)の光学ガラス及び比較例(No.A〜No.D)のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表1〜表9に示した各実施例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1100〜1500℃の温度範囲で2〜5時間熔融した後、攪拌均質化してから金型等に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。
ここで、実施例(No.1〜No.64)の光学ガラス及び比較例(No.A〜No.D)のガラスの、屈折率(nd)、アッベ数(νd)、及び部分分散比(θg,F)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS01―2003に基づいて測定した。そして、求められたアッベ数(νd)及び部分分散比(θg,F)の値について、関係式(θg,F)=−a×νd+bにおける、傾きaが0.0025のときの切片bを求めた。ここで、屈折率(nd)、アッベ数(νd)、及び部分分散比(θg,F)は、徐冷降温速度を−25℃/hrにして得られたガラスについて測定を行うことで求めた。
また、実施例(No.1〜No.64)の光学ガラス及び比較例(No.A〜No.D)のガラスのガラス転移点(Tg)及び屈伏点(At)は、横型膨張測定器を用いた測定を行うことで求めた。ここで、測定を行う際のサンプルはφ4.8mm、長さ50〜55mmのものを使用し、昇温速度を4℃/minとした。
また、実施例(No.1〜No.64)の光学ガラス及び比較例(No.A〜No.D)のガラスの透過率は、日本光学硝子工業会規格JOGIS02に準じて測定した。なお、本発明においては、ガラスの透過率を測定することで、ガラスの着色の有無と程度を求めた。具体的には、厚さ10±0.1mmの対面平行研磨品をJISZ8722に準じ、200〜800nmの分光透過率を測定し、λ5(透過率5%時の波長)、λ70(透過率70%時の波長)及びλ80(透過率80%時の波長)を求めた。
また、実施例(No.1〜No.64)及び比較例(No.A〜No.D)のガラスの液相温度は、50mlの容量の白金製坩堝に30ccのカレット状のガラス試料を白金坩堝に入れて1300℃で完全に熔融状態にし、1280℃〜1000℃まで20℃刻みで設定したいずれかの温度まで降温して12時間保持し、炉外に取り出して冷却した後直ちにガラス表面及びガラス中の結晶の有無を観察し、結晶が認められない一番低い温度を求めた。
表1〜表9に表されるように、本発明の実施例(No.1〜No.64)の光学ガラスは、いずれも液相温度が1260℃以下、より詳細には1150℃以下であり、所望の範囲内であった。一方の比較例(No.A)の液相温度は1240℃であり、Ta2O5成分やNb2O5成分を含んでいるにもかかわらず、ガラス化が困難であった。また、比較例(No.B〜No.D)のガラスは失透したため、本願実施例や比較例(No.A)よりも液相温度が高いことが推察される。すなわち、本発明の実施例の光学ガラスは、比例(No.A〜No.D)のガラスに比べて安価に製造できながらも、低い液相温度を有することが明らかになった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ70(透過率70%時の波長)がいずれも500nm以下、より詳細には404nm以下であった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ5(透過率5%時の波長)がいずれも400nm以下、より詳細には357nm以下であった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ80(透過率80%時の波長)がいずれも520nm以下、より詳細には465nm以下であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、着色し難いことが明らかになった。
また、表1〜表9に表されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもガラス転移点(Tg)が680℃以下、より詳細には654℃以下であり、所望の範囲内であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、ガラス転移点(Tg)が低いことが明らかになった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈伏点(At)が720℃以下、より詳細には699℃以下であり、所望の範囲内であった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率(nd)が1.75以上、より詳細には1.86以上であるとともに、この屈折率(nd)は1.95以下、より詳細には1.89以下であり、所望の範囲内であった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもアッベ数(νd)が30以上、より詳細には36以上であるとともに、このアッベ数(νd)は50以下、より詳細には40以下であり、所望の範囲内であった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも部分分散比(θg,F)が(−2.50×10−3×νd+0.6571)以上、より詳細には(−2.50×10−3×νd+0.6710)以上であった。その反面で、本発明の実施例の光学ガラスの部分分散比(−2.50×10−3×νd+0.6971)以下、より詳細には(−2.50×10−3×νd+0.6757)以下であった。そのため、これらの部分分散比(θg,F)が所望の範囲内にあることがわかった。
従って、本発明の実施例の光学ガラスは、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にあり、且つ低いガラス転移点を有しながらも、耐失透性が高く、加熱軟化によるプレス成形を行い易く、且つ、着色が少ないことが明らかになった。
さらに、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、リヒートプレス成形を行った後で研削及び研磨を行い、レンズ及びプリズムの形状に加工した。また、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、精密プレス成形用プリフォームを形成し、精密プレス成形用プリフォームをレンズ及びプリズムの形状に精密プレス成形加工した。いずれの場合も、加熱軟化後のガラスには乳白化及び失透等の問題は生じず、安定に様々なレンズ及びプリズムの形状に加工することができた。
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。
Claims (24)
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜30.0%、La2O3成分を15.0〜50.0%を含有し、酸化物換算組成の質量比La2O3/(La2O3+Gd2O3)が0.690以下である光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Gd2O3成分 0〜35.0%及び/又は
Y2O3成分 0〜15.0%及び/又は
Yb2O3成分 0〜15.0%及び/又は
Lu2O3成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する請求項1記載の光学ガラス。 - 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で、Gd2O3成分を11.0%以上含有する請求項1又は2記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Lu、Scからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%以上65.0%以下である請求項1から3のいずれか記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成の質量比La2O3/Ln2O3が0.350以上0.690以下である請求項1から4のいずれか記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Ta2O5成分 0〜20.0%及び/又は
Nb2O5成分 0〜20.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から5のいずれか記載の光学ガラス。 - 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Ta2O5+Nb2O5)が13.5%以下である請求項6記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成における質量比(Ta2O5+Nb2O5)/(La2O3+Gd2O3)が0.200以下である請求項6又は7記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
TiO2成分 0〜10.0%及び/又は
WO3成分 0〜25.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から8のいずれか記載の光学ガラス。 - 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でWO3成分の含有量が3.0%より多い請求項9記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
SiO2成分 0〜15.0%及び/又は
Li2O成分 0〜5.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から10のいずれか記載の光学ガラス。 - 酸化物換算組成のモル比SiO2/B2O3が0.165以上である請求項1から11のいずれか記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
MgO成分 0〜10.0%及び/又は
CaO成分 0〜10.0%及び/又は
SrO成分 0〜10.0%及び/又は
BaO成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から12のいずれか記載の光学ガラス。 - 酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の質量和が15.0%以下である請求項13記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Na2O成分 0〜10.0%及び/又は
K2O成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から14いずれか記載の光学ガラス。 - 酸化物換算組成のガラス全質量に対するRn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が15.0%以下である請求項15記載の光学ガラス。
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
GeO2成分 0〜10.0%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0%及び/又は
ZnO成分 0〜40.0%及び/又は
ZrO2成分 0〜15.0%及び/又は
Bi2O3成分 0〜20.0%及び/又は
TeO2成分 0〜20.0%及び/又は
Al2O3成分 0〜10.0%及び/又は
Ga2O3成分 0〜10.0%及び/又は
Sb2O3成分 0〜1.0%
の各成分をさらに含有し、
上記各金属元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての含有量が0〜6.0%である請求項1から16のいずれか記載の光学ガラス。 - 1.75以上1.95以下の屈折率(nd)を有し、30以上50以下のアッベ数(νd)を有する請求項1から17のいずれか記載の光学ガラス。
- 680℃以下のガラス転移点(Tg)を有する請求項1から18のいずれか記載の光学ガラス。
- 1260℃以下の液相温度を有する請求項1から19のいずれか記載の光学ガラス。
- 請求項1から20のいずれか記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
- 請求項21記載のプリフォーム材をプレス成形して作製する光学素子。
- 請求項1から20のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
- 請求項22又は23のいずれか記載の光学素子を備える光学機器。
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-
2011
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