JP2013087047A - 光学ガラス、光学素子及びプリフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）が所望の範囲内にありながら、耐失透性が高く、より安価である光学ガラスの提供。
【解決手段】酸化物換算組成のガラス全質量を基準として質量％換算で、Ｂ_２Ｏ_３を１０．０〜３５．０％、Ｌａ_２Ｏ_３を２０．０〜４０．０％含有し、結晶析出温度（Ｔｘ）とガラス転移温度（Ｔｇ）との差分（ΔＴ）が１４０℃以上である光学ガラス。酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量％換算で０〜５％のＬｉ_２Ｏを含有する前記記載の光学ガラス。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学ガラス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、１．７７〜１．８７の屈折率（ｎ_ｄ）を有し、３５．０~４５．０のアッベ数（ν_ｄ）を有する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に代表されるようなガラス組成物が知られている。

特開2007-269584号公報

光学ガラスから光学素子を作製する方法としては、例えば、光学ガラスから形成されたゴブ又はガラスブロックに対して研削及び研磨を行って光学素子の形状を得る方法、光学ガラス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、及び、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成形（精密モールドプレス成形）して光学素子の形状を得る方法が知られている。いずれの方法であっても、溶融したガラス原料からゴブ又はガラスブロックを形成する際には、形成されるガラスの失透を低減することが求められる。ここで、得られるゴブ又はガラスブロックの内部に結晶が発生することで失透が発生した場合、もはや光学素子として好適なガラスを得ることができない。

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。また、光学ガラスの製造コストを低減するために、原料の熔解性が高いこと、すなわちより低い温度で熔解することが望まれる。ところが、特許文献１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（ｎ_ｄ）及びアッベ数（ν_ｄ）が所望の範囲内にありながら、耐失透性が高いガラスを、より安価に得ることにある。

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、ホウ酸ランタン系ガラスに対してＬａ_２Ｏ_３成分の含有量を低減することにより、所望の屈折率及びアッベ数を有しながらもガラスの材料コストが低減され、また、ガラスの熱安定性も維持されることを見出し、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を基準として質量％換算で、Ｂ_２Ｏ_３を１０．０〜３５．０％、Ｌａ_２Ｏ_３を２０．０〜４０．０％含有し、結晶析出温度（Ｔｘ）とガラス転移温度（Ｔｇ）との差分（ΔＴ）が１４０℃以上である光学ガラス。

（２）酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量％換算で０〜５％のＬｉ_２Ｏを含有する（１）に記載の光学ガラス。

（３） 酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量％換算で０〜２０％のＺｒＯ_２を含有する（1）または（２）に記載の光学ガラス。

（４） 酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量％換算で
ＳｉＯ_２ ０〜１０．０％
ＧｅＯ_２ ０〜１０．０％
Ｐ_２Ｏ_５ ０〜１０．０％
ＴｉＯ_２ ０〜２０．０％
ＷＯ_３ ０〜２５．０％
Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜２０．０％
Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜３０．０％
ＴｅＯ_２ ０〜２０．０％
Ｎａ_２Ｏ ０〜１０．０％
Ｋ_２Ｏ ０〜１０．０％
Ｃｓ_２Ｏ ０〜１０．０％
ＣａＯ ０〜２０．０％
ＢａＯ ０〜２５．０％
ＭｇＯ ０〜２０．０％
ＳｒＯ ０〜２０．０％
ＺｎＯ ０〜２５．０％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１５．０％
ＺｒＯ_２ ０〜１０．０％
Ｇｄ_２Ｏ_３ ０〜１５．０％
Ｙ_２Ｏ_３ ０〜１５．０％
Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜１．０％
Ｙｂ_２Ｏ_３ ０〜１５．０％
Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜１．０％
の各成分をさらに含有する（１）〜（３）の光学ガラス。

（５） 屈折率（ｎ_ｄ）が１．７７〜１．８７を有し、アッベ数（ν_ｄ）が３５．０〜４５．０の光学性能を有する（１）〜（４）に記載の光学ガラス。

（６） ６５０℃以下のガラス転移温度を有する（１）〜（５）に記載の光学ガラス。

（７） （１）〜（６）のいずれかに記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。

（８） （６）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。

（９） （１）〜（６）のいずれか記載の光学素子を母材とする光学素子。

（１０） （８）又は（９）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、屈折率（ｎ_ｄ）及びアッベ数（ν_ｄ）が所望の範囲内にありながら、耐失透性が高いガラスをより安価に得ることができる。

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Ｂ_２Ｏ_３成分を１０〜３５．０％及びＬａ_２Ｏ_３の含有量を２０．０〜４０．０％含有する。Ｌａ_２Ｏ_３成分の含有量を低減することによって、ガラス製品の価格を低下させることができる。Ｌａ_２Ｏ_３の使用量を低減させるために、ＴｉＯ_２やＺｒＯ_２などの種々成分にて光学特性を補うことにより、１．７７〜１．８７の屈折率（ｎ_ｄ）及び３５．０〜４５．０のアッベ数（ν_ｄ）を有する光学ガラスを安価に得ることができる。

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。本明細書中で特に断りがない場合、各成分の含有量は、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＞
Ｂ_２Ｏ_３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、ガラス骨格を形成する上で欠かすことの出来ない必須成分である。特に、Ｂ_２Ｏ_３成分の含有量を１０．０ｗｔ％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Ｂ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは１０．０％、より好ましくは１１．０％、さらに好ましくは１３．０％、最も好ましくは１５．０％を下限とする。一方、Ｂ_２Ｏ_３成分の含有量を３５．０％以下にすることで、より高い屈折率を得易くし、化学的耐久性の悪化を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＢ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは３５．０％、より好ましくは３３％、最も好ましくは３０．０％を上限とする。Ｂ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＨ_３ＢＯ_３、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ、ＢＰＯ_４等を用いることができる。

Ｌａ_２Ｏ_３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、Ｌａ_２Ｏ_３成分の含有量を２０．０％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Ｌａ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは２０．０％、より好ましくは２３．０％、最も好ましくは２５．０％を下限とする。一方、Ｌａ_２Ｏ_３成分は環境保護の観点より原材料価格が上昇しており、その含有量を必要最低限とすることで、環境・資源保護を達成するとともに光学ガラス製品の価格を安価に保つことができる。含有量を４０．０％以下にすることで、ガラスの安定性を高め、ガラスの失透を低減しつつ、製品価格の低下を実現できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬａ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは４０．０％、より好ましくは３８．０％、最も好ましくは３７．５％を上限とする。Ｌａ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＬａ_２Ｏ_３、Ｌａ（ＮＯ_３）_３・ＸＨ_２Ｏ（Ｘは任意の整数）等を用いることができる。

ＺｒＯ_２成分は、ガラスの高屈折率及び低分散に寄与する成分である。特に、ＺｒＯ_２成分を２０．０％以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＺｒＯ_２成分の含有量は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１５．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。なお、ＺｒＯ_２成分は含有しなくてもよいが、ＺｒＯ_２成分を含有することで、高屈折率低分散の光学定数を得易くでき、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ＺｒＯ_２成分の含有量は、好ましくは０．１％、より好ましくは１．７％、最も好ましくは５．７％を下限とする。ＺｒＯ_２成分は、原料として例えばＺｒＯ_２、ＺｒＦ_４等を用いることができる。

ＳｉＯ_２成分は、熔融ガラスの粘度を高め、光学ガラスとして好ましくない失透（結晶の発生）を低減する成分である一方でガラスの屈折率を低下させる成分でもある。特に、ＳｉＯ_２成分の含有量を１０．０％以下にすることで、ガラス転移点の上昇および屈折率の低下を抑えつつ、光学ガラスの成型に適した粘度をガラス融液に与えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｉＯ_２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７．０％を上限とする。なお、ＳｉＯ_２成分は含有しなくてもよいが、ＳｉＯ_２成分を含有することでガラスの粘度を適当な値に調節し、さらにガラスの耐失透性を高められる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｉＯ_２成分の含有量は、好ましくは０．１％、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは２．０％を下限とする。特に、ＴｉＯ_２成分、ＷＯ_３成分及びＮｂ_２Ｏ_５成分を含有してもガラスを着色し難くできる観点から、少量のＳｉＯ_２成分の含有は有用である。ＳｉＯ_２成分は、原料として例えばＳｉＯ_２、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｎａ_２ＳｉＦ_６等を用いることができる。

ＧｅＯ_２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る。しかしながら、ＧｅＯ_２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、Ｔａ_２Ｏ_５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ＧｅＯ_２成分の含有量は、好ましくは１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満とし、より好ましくは１．０％、最も好ましくは含有しない。ＧｅＯ_２成分は、原料として例えばＧｅＯ_２等を用いることができる。

Ｐ_２Ｏ_５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る。特に、Ｐ_２Ｏ_５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Ｐ_２Ｏ_５成分の含有量は、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％を上限とし、最も好ましくは含有しない。Ｐ_２Ｏ_５成分は、原料として例えばＡｌ（ＰＯ_３）_３、Ｃａ（ＰＯ_３）_２、Ｂａ（ＰＯ_３）_２、ＢＰＯ_４、Ｈ_３ＰＯ_４等を用いることができる。

ＴｉＯ_２成分は、ガラスの屈折率を高め、耐失透性を改善する成分である。添加量に対する屈折率の上昇量は他の成分と比較して高いため、Ｌａ_２Ｏ_３量を削減するために非常に有用な成分である。特に、ＴｉＯ_２の含有量を２０．０％以下にすることで、ガラスの着色を低減して可視光の透過率を高め、ガラスのアッベ数の低下を抑えられる。また、ＴｉＯ_２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られる従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＴｉＯ_２成分の含有量は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１５．０％、最も好ましくは１０．２％を上限とする。ここで、ＴｉＯ_２成分の含有量を５．０％未満にしてもよく、３．０％未満にしてもよい。なお、ＴｉＯ_２成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、特に所望の光学恒数に調整するためには、ＴｉＯ_２成分は、０％を超え含有させることが望ましい。原料として例えばＴｉＯ_２等を用いることができる。

ＷＯ_３成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの耐失透性を向上する成分である。特に、ＷＯ_３成分の含有量を２５．０％以下にすることで、ＷＯ_３成分によるガラスの着色を低減して可視光の透過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ＷＯ_３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ＷＯ_３成分を含有しなくてもよいが、ＷＯ_３成分を含有することで、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られる。また、他の高屈折率成分によるガラスの着色を低減して可視光の透過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ＷＯ_３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％より多くし、最も好ましくは１．０％より多くする。ＷＯ_３成分は、原料として例えばＷＯ_３等を用いることができる。

Ｎｂ_２Ｏ_５成分は、ガラスの屈折率を高める成分である。特に、Ｎｂ_２Ｏ_５成分の含有量を２０．０％以下にすることで、Ｎｂ_２Ｏ_５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、ガラスの可視光の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Ｎｂ_２Ｏ_５成分の含有量は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１８．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。なお、Ｎｂ_２Ｏ_５成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、前記効果を発揮させやすくするためには、好ましくは０％を超え、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは5.0％を下限とする。Ｎｂ_２Ｏ_５成分は、原料として例えばＮｂ_２Ｏ_５等を用いることができる。

本発明の光学ガラスは、ＴｉＯ_２成分、ＷＯ_３成分及びＮｂ_２Ｏ_５成分からなる群より選択される１種以上を含有することが好ましい。これにより、ガラスの材料コストを低減するためにＬａ_２Ｏ₃成分の含有量を低減しても、ガラスの屈折率を高めることができ、且つ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、ＴｉＯ_２成分、Ｎｂ_２Ｏ_５成分及びＷＯ_３成分からなる群より選択される１種以上の含有量の和は、好ましくは０．１％、より好ましくは１．０％、最も好ましくは４．０％を下限とする。一方、この含有量の和を３０．０％以下にすることで、これらの成分による着色を低減でき、且つ、これら成分の過剰な含有による耐失透性の悪化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、ＴｉＯ_２成分、Ｎｂ_２Ｏ_５成分及びＷＯ_３成分からなる群より選択される１種以上の含有量の和は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、最も好ましくは１８．０％を上限とする。

Ｂｉ_２Ｏ_３成分は、屈折率を高め、ガラス転移点を下げる成分である。特に、Ｂｉ_２Ｏ_３成分の含有量を３０．０％以下にすることで、ガラスの耐失透性を高めることができる。また、Ｂｉ_２Ｏ_３成分の含有量を３０．０％以下にすることで、ガラスの着色を低減して可視光透過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Ｂｉ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２０．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。Ｂｉ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＢｉ_２Ｏ_３等を用いることができる。

ＴｅＯ_２成分は、屈折率を高め、ガラス転移点を下げる成分である。しかしながら、ＴｅＯ_２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ＴｅＯ_２成分の含有量は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１０．０％、最も好ましくは５．０％を上限とし、最も好ましくは含有しない。ＴｅＯ_２成分は、原料として例えばＴｅＯ_２等を用いることができる。

本発明の光学ガラスは、Ｂ_２Ｏ_３成分及びＳｉＯ_２成分の質量和が３０．０％以下であることが好ましい。これにより、Ｂ_２Ｏ_３成分及びＳｉＯ_２成分の含有による屈折率の低下が抑えられるので、所望の高い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Ｂ_２Ｏ_３成分及びＳｉＯ_２成分の質量和は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２８．０％、さらに好ましくは２５．０％、最も好ましくは２２．５％を上限とする。

また、本発明の光学ガラスは、質量和（Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２）に対する質量和（ＺｒＯ_２＋Ｔａ_２Ｏ_５＋Ｎｂ_２Ｏ_５）の比率が２．００以下であることが好ましい。これにより、材料コストの高いＺｒＯ_２成分、Ｔａ_２Ｏ_５成分及びＮｂ_２Ｏ_５成分の含有量が低減するため、所望の低い液相温度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（ＺｒＯ_２＋Ｔａ_２Ｏ_５＋Ｎｂ_２Ｏ_５）／（Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２）は、好ましくは２．００、より好ましくは１．５０、最も好ましくは１．００を上限とする。

本発明の光学ガラスは、ＴｉＯ_２成分、ＺｒＯ_２成分、Ｎｂ_２Ｏ_５成分、ＷＯ_３成分及びＢｉ_２Ｏ_３成分の含有量の和に対するＴｉＯ_２成分の含有量の比率が０．５８０以下であることが好ましい。これにより、高屈折率を確保しながらも、着色を低減して可視光透過率を高めることができる。従って、酸化物換算組成の質量比ＴｉＯ_２／（ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３＋Ｂｉ_２Ｏ_３）は、好ましくは０．５８０、より好ましくは０．５００、最も好ましくは０．４５０を上限とする。

Ｌｉ_２Ｏ成分の含有量を５．０％以下にすることで、ガラスの粘性が高くなり、脈理を低減できる。従って、脈理を低減しつつ、屈折率や耐失透性を高める観点では、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬｉ_２Ｏ成分の含有量は、好ましくは５．０％、より好ましくは３．０％、さらに好ましくは１．０％、最も好ましくは０．５％未満を上限とする。Ｌｉ_２Ｏ成分は原料として例えばＬｉ_２ＣＯ_３、ＬｉＮＯ_３、Ｌｉ_２ＣＯ_３、等を用いることができる。

Ｎａ_２Ｏ成分、Ｋ_２Ｏ成分及びＣｓ_２Ｏ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成分である。このうちＮａ_２Ｏ成分、Ｋ_２Ｏ成分及びＣｓ_２Ｏ成分は、ガラスの耐失透性を高める成分でもある。ここで、Ｎａ_２Ｏ成分、Ｋ_２Ｏ成分及びＣｓ_２Ｏ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、且つ、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Ｎａ_２Ｏ成分、Ｋ_２Ｏ成分及びＣｓ_２Ｏ成分の各々の含有量は、好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、さらに好ましくは５．０％を上限とする。Ｎａ_２Ｏ成分、Ｋ_２Ｏ成分及びＣｓ_２Ｏ成分は、原料として例えばＮａＮＯ_３、ＮａＦ、Ｎａ_２ＳｉＦ_６、Ｋ_２ＣＯ_３、ＫＮＯ_３、ＫＦ、ＫＨＦ_２、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｃｓ_２ＣＯ_３、ＣｓＮＯ_３等を用いることができる。

Ｒｎ_２Ｏ成分（式中、ＲｎはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ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、Ｒｎ_２Ｏ成分の合計の含有量を１５．０％以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスの失透の発生を低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＲｎ_２Ｏ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。

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る。特に、ＭｇＯ成分、ＣａＯ成分及びＳｒＯ成分各々の含有量を２０．０％以下にすること、及び／又は、ＢａＯ成分の含有量を２５．０％以下にすることで、これらの成分による屈折率の低下を抑え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成分及びＳｒＯ成分の各々の含有量は、好ましくは２０．０％、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ＢａＯ成分の含有量は、好ましくは２５．０％、より好ましくは１５．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とし、好ましくは３．０％、最も好ましくは５．０％を下限とする。ＭｇＯ成分、ＣａＯ成分、ＳｒＯ成分及びＢａＯ成分は、原料として例えばＭｇＣＯ_３、ＭｇＦ_２、ＣａＣＯ_３、ＣａＦ_２、Ｓｒ（ＮＯ_３）_２、ＳｒＦ_２、ＢａＣＯ_３、Ｂａ（ＮＯ_３）_２、ＢａＦ_２等を用いることができる。

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２５．０％以下であることが好ましい。これにより、ＲＯ成分による屈折率の低下を抑えることで、所望の屈折率を得易くすることができる。また、これらの成分の過剰な含有によるガラスの失透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２５．０％、より好ましくは１５．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。

ＺｎＯ成分は、ガラス転移温度を低くし、化学的耐久性を改善する成分である。特に、ＺｎＯ成分の含有量を２５．０％以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑え、耐失透性の悪化を抑えることができる。また、溶融ガラスの粘性の低下が抑えられることで脈理を発生し難くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＺｎＯ成分の含有量は、好ましくは２５．０％、より好ましくは２２．０％、さらに好ましくは１９．０％を上限とする。なお、ＺｎＯ成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、前記効果を発揮させやすくするためには、好ましくは５．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは９．０％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。

Ａｌ_２Ｏ_３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る。特に、Ａｌ_２Ｏ_３成分の含有量を１５．０％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Ａｌ_２Ｏ_３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５．０％を上限とし、含有しなくともよい。なお、Ａｌ_２Ｏ_３成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、前記効果を発揮させやすくするためには、好ましくは０％を超え、より好ましくは０．１％、さらに好ましくは０．２％を下限とする。Ａｌ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＡｌ_２Ｏ_３、Ａｌ（ＯＨ）_３、ＡｌＦ_３等を用いることができる。

Ｇｄ_２Ｏ_３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る。特に、Ｇｄ_２Ｏ_３成分の含有量を１５．０％以下にすることで、Ｇｄ_２Ｏ_３成分の過剰な含有によるガラス転移点の上昇を抑え、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Ｇｄ_２Ｏ_３成分の含有量は、それぞれ好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。なお、Ｇｄ_２Ｏ_３成分は含有しなくてもよい。Ｇｄ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＧｄ_２Ｏ_３、ＧｄＦ_３等を用いることができる。

Ｙ_２Ｏ_３成分は、ガラスのアッベ数を高める成分である。特に、Ｙ_２Ｏ_３成分の含有量を１５．０％以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑え、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Ｙ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。特に、屈折率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Ｙ_２Ｏ_３成分の含有量は、好ましくは５．０％未満とし、より好ましくは２．０％、最も好ましくは０．１％を上限とする。Ｙ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＹ_２Ｏ_３、ＹＦ_３等を用いることができる。

Ｙｂ_２Ｏ_３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る。特に、Ｙｂ_２Ｏ_３成分の含有量を１５．０以下にすることで、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Ｙｂ_２Ｏ_３成分の含有量は、それぞれ好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。Ｙｂ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＹｂ_２Ｏ_３等を用いることができる。

本発明の光学ガラスでは、Ｌｎ_２Ｏ_３成分（式中、ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙｂからなる群より選択される１種以上）の含有量の質量和が、４０．０％以下であることが好ましい。この質量和を４０．０％以下にすることで、高価な希土類の使用量を低下させつつ、所望の光学恒数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Ｌｎ_２Ｏ_３成分の含有量の質量和は、好ましくは４０．０％、より好ましくは３７．０％、最も好ましくは３５．０％を上限とする。

Ｔａ_２Ｏ_５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る。特に、Ｔａ_２Ｏ_５成分の含有量を１．０％以下にすることで、高価なＴａ_２Ｏ_５成分の含有が低減されるため、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、Ｔａ_２Ｏ_５成分の含有量を１．０％以下にすることで、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Ｔａ_２Ｏ_５成分の含有量は、好ましくは１．０％、より好ましくは０．５％、最も好ましくは含有しない。Ｔａ_２Ｏ_５成分を含有する場合、原料として例えばＴａ_２Ｏ_５等を用いることができる。

Ｓｂ_２Ｏ_３成分は、熔融ガラスを脱泡する成分である。Ｓｂ_２Ｏ_３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Ｓｂ_２Ｏ_３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。Ｓｂ_２Ｏ_３成分は、原料として例えばＳｂ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_５、Ｎａ_２Ｈ_２Ｓｂ_２Ｏ_７・５Ｈ_２Ｏ等を用いることができる。

なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のＳｂ_２Ｏ_３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。

＜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。

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Ａｓ_２Ｏ_３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。
Ｂ_２Ｏ_３成分 ２．０〜５５．０モル％、
Ｌａ_２Ｏ_３成分 ５．０〜３０．０モル％、
Ｔａ_２Ｏ_５成分 ０〜７．０モル％、
ＴｉＯ_２成分 ０〜３０．０モル％
Ｎｂ_２Ｏ_５成分 ０〜１５．０モル％
ＷＯ_３成分 ０〜３０．０モル％
ＳｉＯ_２成分 ０〜５０．０モル％
ＺｒＯ_２成分 ０〜１８．０モル％
Ｇｄ_２Ｏ_３成分 ０〜２５．０モル％
Ｙ_２Ｏ_３成分 ０〜２０．０モル％
Ｙｂ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０モル％
Ｂｉ_２Ｏ_３成分 ０〜１０．０モル％
ＭｇＯ成分 ０〜５０．０モル％
ＣａＯ成分 ０〜４０．０モル％
ＳｒＯ成分 ０〜３０．０モル％
ＢａＯ成分 ０〜３５．０モル％
Ｌｉ_２Ｏ成分 ０〜３０．０モル％
Ｎａ_２Ｏ成分 ０〜２５．０モル％
Ｋ_２Ｏ成分 ０〜２０．０モル％
Ｃｓ_２Ｏ成分 ０〜１０．０モル％
ＺｎＯ成分 ０〜５０．０モル％
Ｐ_２Ｏ_５成分 ０〜１５．０モル％
ＧｅＯ_２成分 ０〜１０．０モル％
Ａｌ_２Ｏ_３成分 ０〜１５．０モル％
Ｇａ_２Ｏ_３成分 ０〜５．０モル％
ＴｅＯ_２成分 ０〜２５．０モル％
Ｓｂ_２Ｏ_３成分 ０〜０．５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１０００〜１３００℃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（ｎ_ｄ）及び低い分散を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率（ｎ_ｄ）は、好ましくは１．７７、より好ましくは１．７９、最も好ましくは１．８０を下限とし、好ましくは１．９３以下、より好ましくは１．９０以下、最も好ましくは１．８７以下を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数（ν_ｄ）は、好ましくは３７、より好ましくは３６、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のガラス転移温度（Ｔｇ）の上限は、好ましくは６３０℃以下、より好ましくは６２０℃以下、最も好ましくは６１５℃以下であることが好ましい。これにより、ガラスを成形する際に、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成形できる。なお、本発明の光学ガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）の下限は特に限定されず、その上限は技術水準に応じて適宜設定されるが、本発明によって得られるガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）の下限は、おおむね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、高い熱的安定性を有する。特に、ガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴは、好ましくは１４０℃、より好ましくは１４３℃、最も好ましくは１４６℃を下限とする。これにより、本発明の光学ガラスを精密プレス成形用プリフォーム等のプリフォーム材を作製し、これを加熱軟化して光学素子を作製しても、ガラス内部における結晶核の生成及び結晶の成長が抑制されるため、ガラスの結晶化による失透をはじめとした、光学素子の光学特性への影響を低減することができる。なお、本発明の光学ガラスのΔＴの上限は特に限定されず、その上限は技術水準に応じて適宜設定されるが、本発明によって得られるガラスのΔＴは、概ね３００℃以下、具体的には２５０℃以下、さらに具体的には２００℃以下であることが多い。

ガラス転移温度T_gおよび結晶化温度T_xは、Differential Thermal Analysis (DTA) によって測定した。測定にはNETZSCH社製TG-DTA/DSC STA409PC Luxxを用いた。作成したガラスを粉砕し1.4〜1.7ｍｍに篩い分けしたものを試料とし、専用のAl₂O₃製るつぼを使用した。測定温度範囲は100℃〜1200℃、昇温速度を10K/minにて行った。

［ガラス成形体及び光学素子］
作製された光学ガラスから、例えば研磨加工の手段、又は、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、光学ガラスに対して研削及び研磨等の機械加工を行ってガラス成形体を作製したり、光学ガラスから作製した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から形成したガラス成形体は、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、レンズやプリズム等の光学素子に用いることが好ましい。これにより、径の大きなガラス成形体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．１〜１１）及び比較例（Ｎｏ．Ａ〜Ｂ）の組成、並びに、これらのガラスの屈折率（ｎ_ｄ）、アッベ数（ν_ｄ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、結晶化温度（Ｔｘ）、ガラスの熱的安定性の目安であるΔＴ＝（Ｔｇ−Ｔｘ）を表1〜３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．１〜１１）及び比較例（Ｎｏ．Ａ〜Ｂ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１〜３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．１〜１１）及び比較例（Ｎｏ．Ａ〜Ｂ）のガラスの、屈折率（ｎ_ｄ）、アッベ数（ν_ｄ）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０１―２００３に基づいて測定した。ここで、屈折率（ｎ_ｄ）、アッベ数（ν_ｄ）は、徐冷降温速度を−６００℃／day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．１〜１１）及び比較例（Ｎｏ．Ａ〜Ｂ）のガラスのΔＴは、示差熱測定装置（ネッチゲレテバウ社製 ＳＴＡ ４０９ ＣＤ）を用いて測定したガラス転移点（Ｔｇ）と、結晶化開始温度（Ｔｘ）の差より求めた。このときのサンプルは４２５〜６００μｍにふるい分けしたものを用い、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとして測定を行った。

表１〜３にあらわされるように、本発明の光学ガラスは、いずれもアッベ数（ν_ｄ）が３８以上、より詳細には４０以上であるとともに、より詳細には４３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ガラス転移温度（Ｔｇ）と結晶化温度（Ｔｘ）との差分（ΔＴ）が１４０℃以上であり、熱的安定性が高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、いずれもガラス転移温度（Ｔｇ）が６３０℃以下、より詳細には６２０℃以下であった。

また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率（ｎ_ｄ）が１．７９以上、より詳細には１．８０以上であるとともに、屈折率（ｎ_ｄ）が１．８３以下、より詳細には１．８１以下であった。

したがって、本発明の実施例の光学ガラスは、アッベ数（ν_ｄ）および屈折率（ｎ_ｄ）が所望の範囲内にあり、高い熱的安定性を有することが明らかになった。

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、本発明の思想および範囲を逸脱することなく、多くの改変を当業者によりなし得ることが理解されよう。

Claims (10)

1. 酸化物換算組成のガラス全質量を基準として質量％換算で、Ｂ_２Ｏ_３を１０．０〜３５．０％、Ｌａ_２Ｏ_３を２０．０〜４０．０％含有し、結晶析出温度（Ｔｘ）とガラス転移温度（Ｔｇ）との差分（ΔＴ）が１４０℃以上である光学ガラス。
2. 酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量％換算で０〜５％のＬｉ_２Ｏを含有する請求項１に記載の光学ガラス。
3. 酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量％換算で０〜２０％のＺｒＯ_２を含有する請求項１または請求項２に記載の光学ガラス。
4. 酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量％換算で
   ＳｉＯ_２ ０〜１０．０％
   ＧｅＯ_２ ０〜１０．０％
   Ｐ_２Ｏ_５ ０〜１０．０％
   ＴｉＯ_２ ０〜２０．０％
   ＷＯ_３ ０〜２５．０％
   Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜２０．０％
   Ｂｉ_２Ｏ_３ ０〜３０．０％
   ＴｅＯ_２ ０〜２０．０％
   Ｎａ_２Ｏ ０〜１０．０％
   Ｋ_２Ｏ ０〜１０．０％
   Ｃｓ_２Ｏ ０〜１０．０％
   ＣａＯ ０〜２０．０％
   ＢａＯ ０〜２５．０％
   ＭｇＯ ０〜２０．０％
   ＳｒＯ ０〜２０．０％
   ＺｎＯ ０〜２５．０％
   Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１５．０％
   ＺｒＯ_２ ０〜１０．０％
   Ｇｄ_２Ｏ_３ ０〜１５．０％
   Ｙ_２Ｏ_３ ０〜１５．０％
   Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜１．０％
   Ｙｂ_２Ｏ_３ ０〜１５．０％
   Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜１．０％
   の各成分をさらに含有する請求項１〜３の光学ガラス。
5. 屈折率（ｎ_ｄ）が１．７７〜１．８７を有し、アッベ数（ν_ｄ）が３５．０〜４５．０の光学性能を有する請求項１〜４に記載の光学ガラス。
6. ６５０℃以下のガラス転移温度を有する請求項１〜５に記載の光学ガラス。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
8. 請求項６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。
9. 請求項１〜６のいずれか記載の光学素子を母材とする光学素子。
10. 請求項８又は９のいずれか記載の光学素子を備える光学機器。