JP2014156394A - 光学ガラス、光学素子及びプリフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】より幅広い温度範囲で、所望の結像特性等の光学特性を得ることができる光学ガラスと、これを用いたプリフォーム及び光学素子を提供する。
【解決手段】光学ガラスは、カチオン成分としてＰ^５＋、Ａｌ^３＋及びＭｇ^２＋を含有し、アニオン成分としてＯ^２−及びＦ⁻を含有するものであり、相対屈折率（５８９．２９ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が−６．０×１０^−６（℃^−１）以上である。プリフォーム及び光学素子は、このような光学ガラスからなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学ガラス、光学素子及びプリフォームに関する。

光学機器のレンズ系は、通常、異なる光学的性質を持つ複数のガラスレンズを組み合わせて設計されている。近年、多様化する光学機器のレンズ系の設計の自由度をさらに広げるため、従来用いられなかった光学特性を有する光学ガラスが、球面及び非球面レンズ等の光学素子として用いられるようになった。特に、光学設計を行うに当たり、光学系全体での色収差を小さくする目的に沿って、屈折率や分散傾向の異なるものが開発されている。

光学素子を作製する光学ガラスの中でも特に、光学素子の軽量化及び小型化を図ることが可能な、高い屈折率（ｎｄ）と高いアッベ数（νｄ）を有する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、例えば１．５０以上１．６０以下の屈折率を有し、６０以上８０以下のアッベ数を有する光学ガラスとして、特許文献１〜４に代表されるようなガラスが知られている。

特開平０１−２１９０３７号公報 特開２００７−０９９５２５号公報 特開２００９−２５６１４９号公報 特開２０１０−２３５４２９号公報

近年、プロジェクタ、コピー機、レーザプリンタ及び放送用機材等のような光学機器に組み込まれる光学素子は、より厳しい温度環境での使用が増えている。例えばプロジェクタでは、小型化及び高解像度化の要求に応えるべく、高輝度の光源や高精密化した光学系を用いる必要がある。特に、高輝度の光源を用いる場合、光源が発する熱の影響により、光学系を構成する光学素子の使用時の温度が大きく変動し易く、その温度が１００℃以上に達する場合も多い。このとき、高精密化した光学系を用いていると、温度の変動による光学系の結像特性等への影響が無視出来ないほど大きくなるため、温度変動による光学特性の変動が起こらない光学系を構成することが求められている。

また、高解像度を有する光学機器の光学系のように、屈折率にきわめて高い精度が要求される光学系でも、使用温度による結像特性等への影響が無視出来ない場合がある。

しかしながら、特許文献１〜４に記載のような従来の光学ガラスは、温度変動による光学特性の変動が大きかった。つまり、高い屈折率と高いアッベ数を有した上で、温度変動による光学特性の変動が起こらない光学ガラスの開発が望まれている。

本発明は、このような課題を解決することを目的とする。
すなわち、本発明の目的は、より幅広い温度範囲で、所望の結像特性等の光学特性を得ることができる光学ガラスと、これを用いたプリフォーム及び光学素子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検討し、本発明を完成させた。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） カチオン成分としてＰ^５＋、Ａｌ^３＋及びＭｇ^２＋を含有し、アニオン成分としてＯ^２−及びＦ⁻を含有し、
相対屈折率（５８９．２９ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が−６．０×１０^−６（℃^−１）以上である光学ガラス。

（２） カチオン％（モル％）表示で、Ｐ^５＋を２０〜５５％、Ａｌ^３＋を１〜２０％及びＭｇ^２＋を０．１〜３０％含有する（１）記載の光学ガラス。

（３） カチオン％（モル％）表示で、
Ｃａ^２＋の含有率が０〜３０％、
Ｓｒ^２＋の含有率が０〜３０％、
Ｂａ^２＋の含有率が０〜３０％、
である（１）又は（２）に記載の光学ガラス。

（４） アルカリ土類金属の合計含有率（Ｒ^２＋：カチオン％）が３０〜７０％である（１）から（３）のいずれか記載の光学ガラス。

（５） Ｍｇ^２＋含有率及びＣａ^２＋の合計量（カチオン％）が７．５〜５０％である（１）から（４）のいずれか記載の光学ガラス。

（６） アルカリ土類金属の合計含有率（Ｒ^２＋：カチオン％）に対する、Ｍｇ^２＋含有率及びＣａ^２＋の合計の比（（Ｍｇ^２＋＋Ｃａ^２＋）／Ｒ^２＋）が０．２５以上である（１）から（５）のいずれか記載の光学ガラス。

（７） アニオン％（モル％）表示で、
Ｆ⁻の含有率が２０〜７０％、
Ｏ^２−の含有率が３０〜８０％、
である（１）から（６）のいずれか記載の光学ガラス。

（８） Ｐ^５＋含有率（カチオン％）に対するＭｇ^２＋含有率（カチオン％）の比（Ｍｇ^２＋／Ｐ^５＋）が０．２５以上である（１）から（７）のいずれか記載の光学ガラス。

（９） カチオン％（モル％）表示で、
Ｌａ^３＋の含有率が０〜１０％、
Ｇｄ^３＋の含有率が０〜１０％、
Ｙ^３＋の含有率が０〜１０％、
Ｙｂ^３＋の含有率が０〜１０％、
Ｌｕ^３＋の含有率が０〜１０％
である（１）から（８）のいずれか記載の光学ガラス。

（１０） Ｌａ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｙ^３＋、Ｙｂ^３＋及びＬｕ^３＋の合計含有率（Ｌｎ^３＋：カチオン％）が０〜２０％である（１）から（９）のいずれか記載の光学ガラス。

（１１） カチオン％（モル％）表示で、
Ｌｉ^＋の含有率が０〜２０％、
Ｎａ^＋の含有率が０〜１０％、
Ｋ^＋の含有率が０〜１０％
である（１）から（１０）のいずれか記載の光学ガラス。

（１２） アルカリ金属の合計含有率（Ｒｎ^＋：カチオン％）が２０％以下である（１）から（１１）のいずれか記載の光学ガラス。

（１３） カチオン％（モル％）表示で、
Ｓｉ^４＋の含有率が０〜１０％、
Ｂ^３＋の含有率が０〜１５％、
Ｚｎ^２＋の含有率が０〜３０％、
Ｎｂ^５＋の含有率が０〜１０％、
Ｔｉ^４＋の含有率が０〜１０％、
Ｚｒ^４＋の含有率が０〜１０％、
Ｔａ^５＋の含有率が０〜１０％、
Ｗ^６＋の含有率が０〜１０％、
Ｇｅ^４＋の含有率が０〜１０％、
Ｂｉ^３＋の含有率が０〜１０％、
Ｔｅ^４＋の含有率が０〜１５％
である（１）から（１２）のいずれか記載の光学ガラス。

（１４） 「ＪＯＧＩＳ１０−１９９４光学ガラスの磨耗度の測定方法」に準じた測定方法における磨耗度が６００以下である（１）から（１３）のいずれか記載の光学ガラス。

（１５） （１）から（１４）のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。

（１６） （１）から（１４）のいずれか記載の光学ガラスからなる研磨加工用及び／又は精密プレス成形用のプリフォーム。

（１７） （１６）記載のプリフォームを精密プレスしてなる光学素子。

本発明によれば、より幅広い温度範囲で、所望の結像特性等の光学特性を高精度に得ることができる光学ガラスと、これを用いたプリフォーム及び光学素子を提供することができる。

本発明の光学ガラスは、カチオン成分としてＰ^５＋、Ａｌ^３＋及びＭｇ^２＋を含有し、アニオン成分としてＯ^２−及びＦ⁻を含有し、相対屈折率（５８９．２９ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が−６．０×１０^−６（℃^−１）以上である。カチオン成分としてＰ⁵⁺に加えてＡｌ³⁺及びＭｇ²⁺を含有し、且つ、アニオン成分としてＯ^2-に加えてＦ^-を含有することで、光学ガラスの相対屈折率の温度係数が高められる。そのため、より幅広い温度範囲で所望の結像特性等の光学特性を高精度に得られることで、光学系の高解像度化及び小型化に寄与しうる光学ガラスを得ることができる。
このような光学ガラスを、以下では「本発明の光学ガラス」ともいう。

以下、本発明の光学ガラスについて説明する。本発明は、以下の態様に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で適宜変更を加えて実施できる。なお、説明が重複する箇所について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について説明する。
本明細書中において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全てモル比に基づくカチオン％又はアニオン％で表示されるものとする。ここで、「カチオン％」及び「アニオン％」（以下、「カチオン％（モル％）」及び「アニオン％（モル％）」と表記することがある）は、本発明の光学ガラスのガラス構成成分をカチオン成分及びアニオン成分に分離し、それぞれにおいて合計割合を１００モル％として、ガラス中に含有される各成分の含有率を表記した組成である。
なお、各成分のイオン価は便宜的に代表値を用いているに過ぎないため、他のイオン価のものと区別するものではない。光学ガラス中に存在する各成分のイオン価は、代表値以外である可能性がある。例えば、Ｐは、通常イオン価が５価の状態でガラス中に存在するので、本明細書中では「Ｐ⁵⁺」と表しているが、他のイオン価の状態で存在する可能性がある。このように、厳密には他のイオン価の状態で存在するものであっても、本明細書では、各成分が代表値のイオン価でガラス中に存在するものとして扱う。

［カチオン成分について］
本発明の光学ガラスはＰ⁵⁺を含む。Ｐ⁵⁺の含有率は２０〜５５％が好ましい。
Ｐ⁵⁺は、ガラス形成成分であり、ガラスの失透を抑制し、屈折率を高める性質を有する。このような性質が強まるので、Ｐ⁵⁺の含有率の下限は、好ましくは２０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは３０．０％とする。
一方で、Ｐ⁵⁺は、含有率が多いとアッベ数を低くする性質を有する。このような性質が強まるので、Ｐ⁵⁺の含有率の上限は、好ましくは５５．０％、より好ましくは５０．０％、より好ましくは４５．０％、より好ましくは４１．０％、さらに好ましくは３７．０％とする。
Ｐ⁵⁺は、原料としてＡｌ（ＰＯ₃）₃、Ｃａ（ＰＯ₃）₂、Ｂａ（ＰＯ₃）₂、Ｚｎ（ＰＯ₃）₂、ＢＰＯ₄、Ｈ₃ＰＯ₄等を用いてガラス内に含有できる。

本発明の光学ガラスはＡｌ³⁺を含む。Ａｌ³⁺の含有率は１〜２０％が好ましい。
Ａｌ³⁺は、ガラスの耐失透性を高め、磨耗度を低くし、相対屈折率の温度係数を高める性質を有する。このような性質が強まるので、Ａｌ³⁺の含有率の下限は、好ましくは１．０％、より好ましくは５．０％、より好ましくは７．０％、さらに好ましくは９．７％とする。
一方で、Ａｌ³⁺は、含有率が多いとガラスの屈折率を低くする性質を有する。このような性質が強まるので、Ａｌ³⁺の含有率の上限は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１８．０％、さらに好ましくは１６．０％とする。
Ａｌ³⁺は、原料としてＡｌ（ＰＯ₃）₃、ＡｌＦ₃、Ａｌ₂Ｏ₃等を用いてガラス内に含有できる。

本発明の光学ガラスはＭｇ²⁺を含む。Ｍｇ²⁺の含有率は０．１〜３０％が好ましい。
Ｍｇ²⁺は、ガラスの耐失透性を高め、摩耗度を低くし、相対屈折率の温度係数を高める性質を有する。このような性質が強まるので、Ｍｇ²⁺の含有率の下限は、好ましくは０．１％、より好ましくは２．０％、より好ましくは５．０％、より好ましくは１０．０％とし、さらに好ましくは１１．０％超とする。
一方で、Ｍｇ²⁺は、含有率が多いとガラスの屈折率を低くする性質を有する。このような性質が強まるので、Ｍｇ²⁺の含有率の上限は、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％とする。
Ｍｇ²⁺は、原料としてＭｇＯ、ＭｇＦ₂等を用いてガラス内に含有できる。

本発明の光学ガラスは、任意成分としてＣａ²⁺を含んでもよい。Ｃａ²⁺の含有率は３０％以下が好ましい。
Ｃａ²⁺は、ガラスの耐失透性を高め、屈折率の低下を抑制し、磨耗度を低くし、相対屈折率の温度係数を高める性質を有する。このような性質が強まるので、Ｃａ²⁺の含有率の下限を、好ましくは０．１％、より好ましくは５．０％とし、さらに好ましくは１０．０％超としてもよい。
一方で、Ｃａ²⁺は、含有率が多いと、かえってガラスの耐失透性を下げ、屈折率を低くする性質を有する。このような性質が強まるので、Ｃａ²⁺の含有率の上限は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２０．０％、さらに好ましくは１６．０％とする。
Ｃａ²⁺は、原料としてＣａ（ＰＯ₃）₂、ＣａＣＯ₃、ＣａＦ₂等を用いてガラス内に含有できる。

本発明の光学ガラスは、任意成分としてＳｒ²⁺を含んでもよい。Ｓｒ²⁺の含有率は３０％以下が好ましい。
Ｓｒ²⁺は、ガラスの耐失透性を高め、屈折率の低下を抑制する性質を有する。このような性質が強まるので、Ｓｒ²⁺の含有率の下限を、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％としてもよい。
一方で、Ｓｒ²⁺は、含有率が多いと、かえってガラスの耐失透性を下げ、屈折率を低くする性質を有する。このような性質が強まるので、Ｓｒ²⁺の含有率の上限は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２０．０％、さらに好ましくは１４．０％とする。
Ｓｒ²⁺は、原料としてＳｒ（ＮＯ₃）₂、ＳｒＦ₂等を用いてガラス内に含有できる。

本発明の光学ガラスは、任意成分としてＢａ²⁺を含んでもよい。Ｂａ²⁺の含有率は３０％以下が好ましい。
Ｂａ²⁺は、ガラスの耐失透性を高め、低い分散性を維持し、屈折率を高める性質を有する。このような性質が強まるので、Ｂａ²⁺の含有率の下限を、好ましくは０．１％、より好ましくは１．０％、より好ましくは５．０％、より好ましくは１０．０％、より好ましくは１２．０％、さらに好ましくは１４．０％としてもよい。
一方で、Ｂａ²⁺は、含有率が多いと、かえってガラスの耐失透性を下げ、相対屈折率の温度係数を下げる性質を有する。このような性質が強まるので、Ｂａ²⁺の含有率の上限は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、より好ましくは２０．０％、さらに好ましくは１７．１％以下とする。
Ｂａ²⁺は、原料としてＢａ（ＰＯ₃）₂、ＢａＣＯ₃、Ｂａ（ＮＯ₃）₂、ＢａＦ₂等を用いてガラス内に含有できる。

アルカリ土類金属は、本発明においてＭｇ²⁺、Ｃａ²⁺、Ｓｒ²⁺及びＢａ²⁺からなる群から選ばれる１種以上を意味する。また、Ｍｇ²⁺、Ｃａ²⁺、Ｓｒ²⁺及びＢａ²⁺からなる群から選ばれる１種以上をＲ²⁺と表す場合がある。
また、Ｒ²⁺の合計含有率とは、これら４つのイオンのうち１種以上の合計含有率（例えばＭｇ²⁺＋Ｃａ²⁺＋Ｓｒ²⁺＋Ｂａ²⁺）を意味するものとする。
Ｒ²⁺の合計含有率は３０〜７０％であることが好ましい。Ｒ²⁺の合計含有率をこの範囲にすることで、より耐失透性の高いガラスを得ることができる。
Ｒ²⁺の合計含有率の下限は、好ましくは３０．０％、より好ましくは３５．０％、より好ましくは４０．０％、さらに好ましくは４４．０％とする。一方で、Ｒ²⁺の合計含有率の上限は、好ましくは７０．０％、より好ましくは６５．０％、より好ましくは６０．０％、さらに好ましくは５５．０％とする。

本発明の光学ガラスは、Ｍｇ²⁺及びＣａ²⁺の合計含有率が７．５〜５０％であることが好ましい。この合計含有率が多いことで、相対屈折率の温度係数を高めることができる。そのため、（Ｍｇ²⁺＋Ｃａ²⁺）の下限は、好ましくは７．５％、より好ましくは１２．５％、さらに好ましくは２５．０％とする。
一方で、この合計含有率が多いと、ガラスの耐失透性を下げ、屈折率を低くする性質を有する。このような性質が強まるので、（Ｍｇ²⁺＋Ｃａ²⁺）の上限は、好ましくは５０．０％、より好ましくは４０．０％、さらに好ましくは３５．０％とする。

本発明の光学ガラスは、アルカリ土類金属の合計含有率（Ｒ²⁺：カチオン％）に対する、Ｍｇ²⁺含有率（カチオン％）及びＣａ²⁺含有率（カチオン％）の合計の比（（Ｍｇ²⁺＋Ｃａ²⁺）／Ｒ²⁺）が０．２５以上であることが好ましい。
Ｒ²⁺に対するＭｇ²⁺及びＣａ²⁺の合計含有率の比率が大きいことで、相対屈折率の温度係数を高め、磨耗度を低くすることができる。そのため、（Ｍｇ²⁺＋Ｃａ²⁺）／Ｒ²⁺の下限は、好ましくは０．２５、より好ましくは０．３１、より好ましくは０．３６、より好ましくは０．４１、さらに好ましくは０．５０とする。
一方で、（Ｍｇ²⁺＋Ｃａ²⁺）／Ｒ²⁺の上限は１であってもよい。しかし、Ｒ²⁺に対するＭｇ²⁺及びＣａ²⁺の合計含有率の比率が大きいと、ガラスの耐失透性を下げ、屈折率を低くする性質を有する。このような性質が強まるので、（Ｍｇ²⁺＋Ｃａ²⁺）／Ｒ²⁺の上限を、好ましくは０．９０、より好ましくは０．８０、より好ましくは０．７０、さらに好ましくは０．６５としてもよい。

また、本発明の光学ガラスは、Ｐ^５＋含有率（カチオン％）に対するＭｇ²⁺含有率（カチオン％）の比（Ｍｇ²⁺／Ｐ^５＋）が０．２５以上であることが好ましい。
ガラス形成成分Ｐ^５＋の含有率に対する、相対屈折率の温度係数を高める作用の強いＭｇ²⁺の含有率の比率を大きくすることで、ガラスの相対屈折率の温度係数をより高めることができる。そのため、（Ｍｇ²⁺／Ｐ^５＋）の下限は、好ましくは０．２５、より好ましくは０．３０、より好ましくは０．３５、さらに好ましくは０．４２とする。
一方で、この比率のＰ^５＋の含有率に対するＭｇ²⁺⁺の含有率の比率が大きいと、ガラスの耐失透性を下げ、屈折率を低くする性質を有する。このような性質が強まるので、（Ｍｇ²⁺／Ｐ^５＋）の上限を、好ましくは１．００、より好ましくは０．９０、より好ましくは０．８０、さらに好ましくは０．７０としてもよい。

Ｌａ³⁺、Ｇｄ³⁺、Ｙ³⁺、Ｙｂ³⁺及びＬｕ³⁺は、低い分散性を維持し、屈折率を高め、さらに耐失透性を高める性質を有する。このような性質を強めるため、本発明の光学ガラスは、任意成分としてＬａ³⁺、Ｇｄ³⁺、Ｙ³⁺、Ｙｂ³⁺及びＬｕ³⁺からなる群より選択される１種以上の成分を含んでもよい。
一方で、Ｌａ³⁺、Ｇｄ³⁺、Ｙ³⁺、Ｙｂ³⁺及びＬｕ³⁺の含有率は、それぞれ１０％以下が好ましい。Ｌａ³⁺、Ｇｄ³⁺、Ｙ³⁺、Ｙｂ³⁺及びＬｕ³⁺は、含有率が多いと、かえってガラスの安定性が悪化することで失透し易くなる性質を有する。このような性質が強まるので、Ｌａ³⁺、Ｇｄ³⁺、Ｙ³⁺、Ｙｂ³⁺及びＬｕ³⁺の含有率のそれぞれの上限は、好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％とする。
Ｌａ³⁺、Ｇｄ³⁺、Ｙ³⁺、Ｙｂ³⁺及びＬｕ³⁺は、原料としてＬａ₂Ｏ₃、ＬａＦ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、ＧｄＦ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＹＦ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃等を用いてガラス内に含有できる。

Ｌｎ³⁺は、本発明においてＹ³⁺、Ｌａ³⁺、Ｇｄ³⁺、Ｙｂ³⁺及びＬｕ³⁺からなる群から選ばれる少なくとも１つを意味する。また、Ｌｎ³⁺の合計含有率とは、これらの５つのイオンの合計含有率（Ｙ³⁺＋Ｌａ³⁺＋Ｇｄ³⁺＋Ｙｂ³⁺＋Ｌｕ³⁺）を意味するものとする。
本発明の光学ガラスでは、Ｌｎ³⁺の合計含有率は２０％以下が好ましい。Ｌｎ³⁺は、含有率が多いと失透し易くなる性質を有する。このような性質が強まるので、Ｌｎ³⁺の合計含有率の上限は、好ましくは２０．０％、より好ましくは１５．０％、より好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％とする。Ｌｎ³⁺の合計含有率は、２．０％未満としてもよく、１．０％未満としてもよい。なお、Ｌｎ³⁺は任意成分であるので、本発明の光学ガラスはＬｎ³⁺を含まなくてもよい。

Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺及びＫ⁺は、ガラス形成時の耐失透性を維持しつつ、ガラス転移点（Ｔｇ）を下げる性質を有する。このような性質を強めるため、本発明の光学ガラスは、任意成分としてＬｉ⁺、Ｎａ⁺及びＫ⁺からなる群より選択される１種以上を含んでもよい。
一方で、Ｌｉ⁺の含有率は２０％以下が好ましく、Ｎａ⁺及びＫ⁺の含有率はそれぞれ１０％以下が好ましい。Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺及びＫ⁺は、含有率が多いとガラスの磨耗度が大きくなり、化学的耐久性が悪化する性質を有する。このような性質が強まるので、Ｌｉ⁺の含有率の上限は、より好ましくは２０．０％、より好ましくは１５．０％、さらに好ましくは１０．０％とする。また、Ｎａ⁺びＫ⁺の含有率のそれぞれの上限は、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％とする。
Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺及びＫは、原料としてＬｉ₂ＣＯ₃、ＬｉＮＯ₃、ＬｉＦ、Ｎａ₂ＣＯ₃、ＮａＮＯ₃、ＮａＦ、Ｎａ₂ＳｉＦ₆、Ｋ₂ＣＯ₃、ＫＮＯ₃、ＫＦ、ＫＨＦ_２、Ｋ₂ＳｉＦ₆等を用いてガラス内に含有できる。

本発明においてＲｎ⁺は、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺及びＫ⁺からなる群から選ばれる少なくとも１つを意味する。また、Ｒｎ⁺の合計含有率とは、これらの３つのイオンの合計含有率（Ｌｉ⁺＋Ｎａ⁺＋Ｋ⁺）を意味するものとする。
本発明の光学ガラスでは、Ｒｎ⁺の合計含有率は２０％以下が好ましい。Ｒｎ⁺の合計含有率が多いと、ガラスの磨耗度が大きくなり、化学的耐久性が悪化する性質も有する。このような性質が強まるので、Ｒｎ⁺の合計含有率の上限は、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％とする。

Ｓｉ⁴⁺は、ガラスの耐失透性を高め、屈折率を高め、磨耗度を低下させる性質を有する。そのため、本発明の光学ガラスは任意成分としてＳｉ⁴⁺を含んでもよい。
一方で、Ｓｉ⁴⁺の含有率は１０％以下が好ましい。Ｓｉ⁴⁺は、含有率が多いとかえってガラスが失透し易くなる性質を有する。このような性質が強まるので、Ｓｉ⁴⁺の含有率の上限は、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％とする。
Ｓｉ⁴⁺は、原料としてＳｉＯ₂、Ｋ₂ＳｉＦ₆、Ｎａ₂ＳｉＦ₆等を用いてガラス内に含有できる。

Ｂ³⁺は、ガラスの耐失透性を高め、屈折率を高め、磨耗度を低下させる性質を有する。そのため、本発明の光学ガラスは任意成分としてＢ³⁺を含んでもよい。
一方で、Ｂ³⁺の含有率は１５％以下が好ましい。Ｂ³⁺は、含有率が多いと化学的耐久性が悪化する性質を有する。このような性質が強まるので、Ｂ³⁺の含有率の上限は、好ましくは１５．０％、より好ましくは８．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは３．０％とする。
Ｂ³⁺は、原料としてＨ₃ＢＯ₃、Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇、ＢＰＯ₄等を用いてガラス内に含有できる。

Ｚｎ²⁺は、ガラスの耐失透性を高める性質を有する。そのため、本発明の光学ガラスは任意成分としてＺｎ²⁺を含んでもよい。
一方で、Ｚｎ²⁺の含有率は３０％以下が好ましい。Ｚｎ²⁺は、含有率が多いとガラスの磨耗度が悪化し、屈折率が低くなる性質を有する。このような性質が強まるので、Ｚｎ²⁺の含有率の上限は、好ましくは３０．０％、より好ましくは１２．０％、より好ましくは８．０％、より好ましくは４．０％、さらに好ましくは２．０％とする。
Ｚｎ²⁺は、原料としてＺｎ（ＰＯ₃）₂、ＺｎＯ、ＺｎＦ₂等を用いてガラス内に含有できる。

Ｎｂ⁵⁺、Ｔｉ⁴⁺及びＷ⁶⁺は、ガラスの屈折率を高める性質を有する。加えて、Ｎｂ⁵⁺は化学的耐久性を高める性質を有し、Ｗ⁶⁺はガラス転移点を低くする性質を有する。そのため、本発明の光学ガラスは任意成分としてＮｂ⁵⁺、Ｔｉ⁴⁺及びＷ⁶⁺からなる群より選択される１種以上を含んでもよい。
一方で、Ｎｂ⁵⁺、Ｔｉ⁴⁺及びＷ⁶⁺の含有率は、それぞれ１０％以下が好ましい。Ｎｂ⁵⁺、Ｔｉ⁴⁺及びＷ⁶⁺は、含有率が多いとアッベ数が低くなる性質を有する。加えて、Ｔｉ⁴⁺及びＷ⁶⁺は、含有率が多いとガラスが着色する性質を有する。このような性質が強まるので、Ｎｂ⁵⁺、Ｔｉ⁴⁺及びＷ⁶⁺の含有率のそれぞれの上限は、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％とする。
Ｎｂ⁵⁺、Ｔｉ⁴⁺及びＷ⁶⁺は、原料としてＮｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、ＷＯ₃等を用いてガラス内に含有できる。

Ｚｒ⁴⁺は、ガラスの屈折率を高める性質を有する。そのため、本発明の光学ガラスは任意成分としてＺｒ⁴⁺を含んでもよい。
一方で、Ｚｒ⁴⁺の含有率は１０％以下が好ましい。Ｚｒ⁴⁺は、含有率が多いとガラス中の成分の揮発による脈理が発生する性質を有する。このような性質が強まるので、Ｚｒ⁴⁺の含有率の上限は、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％とする。
Ｚｒ⁴⁺は、原料としてＺｒＯ₂、ＺｒＦ₄等を用いてガラス内に含有できる。

Ｔａ⁵⁺は、ガラスの屈折率を高める性質を有する。そのため、本発明の光学ガラスは任意成分としてＴａ⁵⁺を含んでもよい。
一方で、Ｔａ⁵⁺の含有率は１０％以下が好ましい。Ｔａ⁵⁺は、含有率が多いとガラスが失透し易くなる性質を有する。このような性質が強まるので、Ｔａ⁵⁺の含有率の上限は、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％とする。
Ｔａ⁵⁺は、原料としてＴａ₂Ｏ₅等を用いてガラス内に含有できる。

Ｇｅ⁴⁺は、ガラスの屈折率を高め、耐失透性を高める性質を有する。そのため、本発明の光学ガラスは任意成分としてＧｅ⁴⁺を含んでもよい。
一方で、Ｇｅ⁴⁺の含有率は１０％以下が好ましい。Ｇｅ⁴⁺は、含有率が多いとガラスの材料コストが上昇する。そのため、Ｇｅ⁴⁺の含有率の上限は、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％とする。
Ｇｅ⁴⁺は、原料としてＧｅＯ₂等を用いてガラス内に含有できる。

Ｂｉ³⁺及びＴｅ⁴⁺は、ガラスの屈折率を高め、ガラス転移点を低くする性質を有する。本発明の光学ガラスは任意成分としてＢｉ³⁺やＴｅ⁴⁺を含んでもよい。
一方で、Ｂｉ³⁺の含有率は１０％以下が好ましく、Ｔｅ⁴⁺の含有率は１５％以下が好ましい。Ｂｉ³⁺及びＴｅ⁴⁺は、含有率が多いとガラスが着色し、失透し易くなる性質を有する。このような性質が強まるので、Ｂｉ³⁺の含有率の上限は、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％とする。また、Ｔｅ⁴⁺の含有率の上限は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、さらに好ましくは５．０％とする。
Ｂｉ³⁺及びＴｅ⁴⁺は、原料としてＢｉ₂Ｏ₃、ＴｅＯ₂等を用いてガラス内に含有できる。

［アニオン成分について］
本発明の光学ガラスはＦ^-を含む。Ｆ⁻の含有率は２０〜７０％が好ましい。
Ｆ^-は、ガラスの異常分散性及びアッベ数を高め、ガラスを失透し難くする性質を有する。このような性質が強まるので、Ｆ^-の含有率の下限は、好ましくは２０．０％、より好ましくは３０．０％、より好ましくは３５．０％、さらに好ましくは３８．０％とする。
一方で、Ｆ^-は、含有率が多いと、ガラスのアッベ数を過剰に高め、磨耗度を低下させる性質を有する。このような性質が強まるので、Ｆ^-の含有率の下限は、好ましくは７０．０％、より好ましくは６０．０％、より好ましくは５０．０％、さらに好ましくは４８．０％とする。
Ｆ^-は、原料としてＡｌＦ₃、ＭｇＦ₂、ＢａＦ₂等の各種カチオン成分のフッ化物を用いてガラス内に含有できる。

本発明の光学ガラスはＯ^2-を含む。Ｏ^2-の含有率は３０〜８０％が好ましい。
Ｏ^2-は、ガラスの失透を抑制し、磨耗度の上昇を抑制する性質を有する。このような性質が強まるので、Ｏ^2-の含有率の下限は、好ましくは３０．０％、より好ましくは４０．０％、より好ましくは４５．０％、さらに好ましくは５０．０％とする。
一方で、他のアニオン成分による効果を得易くするため、Ｏ^2-の含有率の上限は、より好ましくは８０．０％、より好ましくは７０．０％、より好ましくは６６．０％、さらに好ましくは６２．０％とする。
また、ガラスの失透を抑制する観点から、Ｏ^2-の含有率とＦ^-の含有率の合計は、好ましくは９８．０％、より好ましくは９９．０％を下限とし、さらに好ましくは１００％とする。
Ｏ^2-は、原料としてＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢａＯ等の各種カチオン成分の酸化物や、Ａｌ（ＰＯ）₃、Ｍｇ（ＰＯ）₂、Ｂａ（ＰＯ）₂等の各種カチオン成分の燐酸塩等を用いてガラス内に含有できる。

［その他の成分について］
本発明の光学ガラスには、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。

Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙ、Ｙｂ、Ｌｕを除く、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＭｏ等の遷移金属のカチオンは、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。

Ｐｂ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ及びＳｅのカチオンは、近年有害な化学物質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、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、光学ガラスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、この光学ガラスを製造し、加工し、及び廃棄できる。

ＳｂやＣｅのカチオンは、脱泡剤として有用ではあるが、環境に不利益を及ぼす成分として、近年光学ガラスに含めないようにする傾向がある。そのため、本発明の光学ガラスは、このような点からＳｂやＣｅを含まないことが好ましい。

［製造方法］
本発明の光学ガラスの製造方法は特に限定されない。例えば、上記原料を各成分が所定の含有率の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を石英坩堝又はアルミナ坩堝又は白金坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて９００〜１２００℃の温度範囲で２〜１０時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、８５０℃以下の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込んで徐冷することにより製造することができる。

［物性］
本発明の光学ガラスは、高い相対屈折率の温度係数（ｄｎ／ｄＴ）を有する。より具体的には、本発明の光学ガラスは、相対屈折率（５８９．２９ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）の下限が、好ましくは−６．０×１０^−６℃^−１、より好ましくは−５．５×１０^−６℃^−１、さらに好ましくは−５．０×１０^−６℃^−１である。これにより、光学素子の温度が大きく変動するような環境下でも屈折率の変動が小さくなるため、より幅広い温度範囲において、所望の光学特性を高精度に発揮することができる。
一方で、相対屈折率の温度係数は、正の方向に大き過ぎると、光学素子の温度変化による屈折率の変化がかえって大きくなる。そのため、本発明の光学ガラスは、相対屈折率の温度係数の上限を、好ましくは６．０×１０^−６℃^−１、より好ましくは５．５×１０^−６℃^−１、さらに好ましくは５．０×１０^−６℃^−１としてもよい。本発明の光学ガラスは有する相対屈折率の温度係数は、絶対値が小さいことがより好ましく、０であることが最も好ましい。
なお、相対屈折率の温度係数は、光学ガラスと同じ温度の空気中において、波長５８９．２９ｎｍの光を照射しながら光学ガラスの温度を変化させたときの、温度１℃当たりの屈折率の変化量（×１０^−６／℃）で表される。

本発明の光学ガラスは、Ｐ^５＋及びＦ⁻を含有するフツリン酸塩ガラスであれば、その光学恒数は特に限定されないが、特に高い屈折率（ｎｄ）を有するとともに、低い分散性（高いアッベ数）を有することが好ましい。
本発明の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．５０以上１．６０以下であることが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスは、屈折率の下限が、好ましくは１．５０、より好ましくは１．５１、より好ましくは１．５２である。また、本発明の光学ガラスは、屈折率の上限が、好ましくは１．５８、より好ましくは１．５７、より好ましくは１．５５である。
本発明の光学ガラスは、アッベ数（νｄ）が６０以上８０以下であることが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスは、アッベ数の下限が、好ましくは６０、より好ましくは６５、より好ましくは７０、さらに好ましくは７３である。一方で、本発明の光学ガラスは、アッベ数の上限が、好ましくは８０、より好ましくは７８、さらに好ましくは７７である。
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所望の光の屈折量を得ることができるため、光学系の高精度化及び小型化を図ることができる。
なお、屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０１−２００３に基づいて測定して得た値を意味するものとする。

本発明の光学ガラスは、磨耗度が低いことが好ましい。これにより、光学ガラスの必要以上の磨耗や傷が低減され、光学ガラスに対する研磨加工における取扱いが容易になるため、研磨加工を行い易くできる。本発明の光学ガラスの磨耗度の上限は、好ましくは６００、より好ましくは５５０、より好ましくは５００、より好ましくは４５０、さらに好ましくは４３０である。
一方、摩耗度が低すぎると逆に研磨加工が難しくなる傾向がある。そのため、本発明の光学ガラスの摩耗度の下限は、好ましくは８０、より好ましくは１００、さらに好ましくは１２０としてもよい。
なお、摩耗度とは、「ＪＯＧＩＳ１０−１９９４光学ガラスの磨耗度の測定方法」に準じて測定して得た値を意味するものとする。

［プリフォーム及び光学素子］
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を形成し、このプリフォームに対して研磨加工や精密プレス成形等の手段を用いて、レンズやプリズム、ミラー等の光学素子を作製することが好ましい。これにより、カメラやプロジェクタ等のような光学素子に可視光を透過させる光学機器に用いたときに、高精細で高精度な結像特性を実現することができる。特に、本発明の光学ガラスは温度変化による屈折率の変動が小さいため、例えばプロジェクタのように使用時に高温になる用途に用いても、高精細で高精度な結像特性を実現することができる。ここで、プリフォーム材を製造する方法は特に限定されるものではなく、例えば特開平８−３１９１２４に記載のガラスゴブの成形方法や特開平８−７３２２９に記載の光学ガラスの製造方法及び製造装置のように溶融ガラスから直接プリフォーム材を製造する方法を用いることもできる。また、光学ガラスから形成したストリップ材に対して研削研磨等の冷間加工を行って製造する方法を用いることもできる。

本発明の光学ガラスである実施例１〜３及び比較例１のガラスの組成（カチオン％表示又はアニオン％表示のモル％で示す）、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、相対屈折率の温度係数（ｄｎ／ｄＴ）及び磨耗度（Ａａ）を表１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１〜３及び比較例１の光学ガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、メタ燐酸化合物等の通常の弗燐酸塩ガラスに使用される高純度原料を選定し、表１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、ガラス組成の溶融難易度に応じて電気炉で９００〜１２００℃の温度範囲で２〜１０時間溶解し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、８５０℃以下に温度を下げてから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。

ここで、実施例１〜３及び比較例１の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０１−２００３に基づいて測定した。なお、本測定に用いたガラスとして、アニール条件は徐冷降下速度を−２５℃／ｈｒとして、徐冷炉にて処理を行ったものを用いた。

また、実施例１〜３及び比較例１の光学ガラスの相対屈折率の温度係数（ｄｎ／ｄＴ）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ１８−１９９４「光学ガラスの屈折率の温度係数の測定方法」に記載された方法のうち、干渉法で測定した。

また、磨耗度は「ＪＯＧＩＳ１０−１９９４光学ガラスの磨耗度の測定方法」に準じて測定した。すなわち、３０×３０×１０ｍｍの大きさのガラス角板の試料を水平に毎分６０回転する鋳鉄製平面皿（２５０ｍｍφ）の中心から８０ｍｍの定位置に乗せ、９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の荷重を垂直にかけながら、水２０ｍＬに＃８００（平均粒径２０μｍ）のラップ材（アルミナ質Ａ砥粒）を１０ｇ添加した研磨液を５分間一様に供給して摩擦させ、ラップ前後の試料質量を測定して、磨耗質量を求めた。同様にして、日本光学硝子工業会で指定された標準試料の磨耗質量を求め、
磨耗度＝｛（試料の磨耗質量／比重）／（標準試料の磨耗質量／比重）｝×１００
により計算した。

表１に表されるように、本発明の実施例１〜３の光学ガラスは、いずれも相対屈折率の温度係数（２０〜４０℃）が−６．０×１０^−６℃^−１以上であり、所望の範囲内であった。一方で、本発明の範囲外である比較例１は、この相対屈折率の温度係数が−６．０×１０^−６℃^−１を下回っていた。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例１のガラスに比べて相対屈折率の温度係数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、いずれも屈折率が１．５０以上、より詳細には１．５３以上であり、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、いずれもアッベ数が６０以上、より詳細には７４以上であり、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、いずれも磨耗度が６００以下であり、所望の範囲内であった。

従って、本発明の実施例の光学ガラスは、屈折率及びアッベ数が所望の範囲内にあり、相対屈折率の温度係数が高く、且つ、磨耗度が小さいことが明らかになった。このことから、本発明の実施例の光学ガラスは、より幅広い温度範囲で所望の結像特性等の光学特性を高精度に得られることで、光学系の高解像度化及び小型化に寄与しうることが推察される。

さらに、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、研磨加工用プリフォームを形成し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、精密プレス成形用のプリフォームを形成し、このプリフォームを精密プレス成形加工してレンズ及びプリズムの形状に加工した。いずれの場合も、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 (17)

1. カチオン成分としてＰ^５＋、Ａｌ^３＋及びＭｇ^２＋を含有し、アニオン成分としてＯ^２−及びＦ⁻を含有し、
   相対屈折率（５８９．２９ｎｍ）の温度係数（２０〜４０℃）が−６．０×１０^−６（℃^−１）以上である光学ガラス。
2. カチオン％（モル％）表示で、Ｐ^５＋を２０〜５５％、Ａｌ^３＋を１〜２０％及びＭｇ^２＋を０．１〜３０％含有する請求項１記載の光学ガラス。
3. カチオン％（モル％）表示で、
   Ｃａ^２＋の含有率が０〜３０％、
   Ｓｒ^２＋の含有率が０〜３０％、
   Ｂａ^２＋の含有率が０〜３０％、
   である請求項１又は２に記載の光学ガラス。
4. アルカリ土類金属の合計含有率（Ｒ^２＋：カチオン％）が３０〜７０％である請求項１から３のいずれか記載の光学ガラス。
5. Ｍｇ^２＋含有率及びＣａ^２＋の合計量（カチオン％）が７．５〜５０％である請求項１から４のいずれか記載の光学ガラス。
6. アルカリ土類金属の合計含有率（Ｒ^２＋：カチオン％）に対する、Ｍｇ^２＋含有率及びＣａ^２＋の合計の比（（Ｍｇ^２＋＋Ｃａ^２＋）／Ｒ^２＋）が０．２５以上である請求項１から５のいずれか記載の光学ガラス。
7. アニオン％（モル％）表示で、
   Ｆ⁻の含有率が２０〜７０％、
   Ｏ^２−の含有率が３０〜８０％、
   である請求項１から６のいずれか記載の光学ガラス。
8. Ｐ^５＋含有率（カチオン％）に対するＭｇ^２＋含有率（カチオン％）の比（Ｍｇ^２＋／Ｐ^５＋）が０．２５以上である請求項１から７のいずれか記載の光学ガラス。
9. カチオン％（モル％）表示で、
   Ｌａ^３＋の含有率が０〜１０％、
   Ｇｄ^３＋の含有率が０〜１０％、
   Ｙ^３＋の含有率が０〜１０％、
   Ｙｂ^３＋の含有率が０〜１０％、
   Ｌｕ^３＋の含有率が０〜１０％
   である請求項１から８のいずれか記載の光学ガラス。
10. Ｌａ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｙ^３＋、Ｙｂ^３＋及びＬｕ^３＋の合計含有率（Ｌｎ^３＋：カチオン％）が０〜２０％である請求項１から９のいずれか記載の光学ガラス。
11. カチオン％（モル％）表示で、
    Ｌｉ^＋の含有率が０〜２０％、
    Ｎａ^＋の含有率が０〜１０％、
    Ｋ^＋の含有率が０〜１０％
    である請求項１から１０のいずれか記載の光学ガラス。
12. アルカリ金属の合計含有率（Ｒｎ^＋：カチオン％）が２０％以下である請求項１から１１のいずれか記載の光学ガラス。
13. カチオン％（モル％）表示で、
    Ｓｉ^４＋の含有率が０〜１０％、
    Ｂ^３＋の含有率が０〜１５％、
    Ｚｎ^２＋の含有率が０〜３０％、
    Ｎｂ^５＋の含有率が０〜１０％、
    Ｔｉ^４＋の含有率が０〜１０％、
    Ｗ^６＋の含有率が０〜１０％、
    Ｚｒ^４＋の含有率が０〜１０％、
    Ｔａ^５＋の含有率が０〜１０％、
    Ｇｅ^４＋の含有率が０〜１０％、
    Ｂｉ^３＋の含有率が０〜１０％、
    Ｔｅ^４＋の含有率が０〜１５％
    である請求項１から１２のいずれか記載の光学ガラス。
14. 「ＪＯＧＩＳ１０−１９９４光学ガラスの磨耗度の測定方法」に準じた測定方法における磨耗度が６００以下である請求項１から１３のいずれか記載の光学ガラス。
15. 請求項１から１４のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
16. 請求項１から１４のいずれか記載の光学ガラスからなる研磨加工用及び／又は精密プレス成形用のプリフォーム。
17. 請求項１６記載のプリフォームを精密プレスしてなる光学素子。