JP2015147720A - optical glass - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光学ガラスに関するものである。 The present invention relates to an optical glass.
近年、ビデオカメラや一般のカメラ、携帯電話に付帯のカメラ等の撮影用レンズに対して、高性能化の要求がますます高まっている。具体的には、レンズ光学系の小型化や、光の色収差を抑えて高画質化及び高倍率化を図るため、光学ガラスに対して高屈折率及び低分散(高アッベ数)の光学特性が求められることが多くなっている。 In recent years, there has been an increasing demand for higher performance of video lenses such as video cameras, general cameras, and cameras attached to mobile phones. Specifically, in order to reduce the size of the lens optical system and to improve the image quality and magnification while suppressing the chromatic aberration of light, the optical glass has high refractive index and low dispersion (high Abbe number) optical characteristics. There is an increasing demand for it.
上記光学特性を達成するため、B2O3−ZnO−La2O3系ガラスやBi系ガラスが提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
In order to achieve the above optical characteristics, B 2 O 3 —ZnO—La 2 O 3 based glass and Bi based glass have been proposed (see, for example,
特許文献1に記載のB2O3−ZnO−La2O3系ガラスは低分散特性を有するものの、高屈折率特性は不十分である。B2O3−ZnO−La2O3系ガラスでさらなる高屈折率化を図ろうとすると、失透が生じる傾向がある。一方、特許文献2に記載のBi系ガラスは、2を超える高屈折率特性を有するものの、高分散であり、色収差の低減を達成することは困難である。Bi系ガラスで低分散化を図ろうとすると、屈折率が低下する傾向があり、高屈折率特性を維持することは困難である。
Although B 2 O 3 -ZnO-La 2 O 3 based glass described in
以上に鑑み、本発明は、高屈折率かつ低分散な光学特性を有する新規な光学ガラスを提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a novel optical glass having high refractive index and low dispersion optical characteristics.
本発明の光学ガラスは、カチオン%で、Nb5++Ta5+ 40〜99.9%、及び、希土類元素イオン 0.1〜60%(ただし、Nb5+ 40%、かつ、La3+ 60%である場合を除く)を含有し、アニオンとしてF−を含有することを特徴とする。 The optical glass of the present invention has a cation% of Nb 5+ + Ta 5+ 40 to 99.9% and rare earth element ions 0.1 to 60% (provided that Nb 5+ 40% and La 3+ 60% containing the excluding), F - as the anion, characterized in that it contains.
本発明の光学ガラスにおいて、Nb5+、Ta5+及び希土類元素イオンの合量が80カチオン%以上であることが好ましい。 In the optical glass of the present invention, the total amount of Nb 5+ , Ta 5+ and rare earth element ions is preferably 80 cation% or more.
本発明の光学ガラスにおいて、希土類元素イオンがLa3+、Gd3+、Y3+、Yb3+及びCe4+から選択される少なくとも1種であることが好ましい。 In the optical glass of the present invention, the rare earth element ion is preferably at least one selected from La 3+ , Gd 3+ , Y 3+ , Yb 3+ and Ce 4+ .
本発明の光学ガラスにおいて、アニオン%で、F−を0.1%以上含有することが好ましい。 In the optical glass of the present invention, it is preferable to contain 0.1% or more of F − in anion%.
本発明の光学ガラスにおいて、屈折率(nd)が1.85〜2.5、アッベ数(νd)が30〜70であることが好ましい。 In the optical glass of the present invention, the refractive index (nd) is preferably 1.85 to 2.5 and the Abbe number (νd) is preferably 30 to 70.
本発明によれば、高屈折率かつ低分散な光学特性を有する新規な光学ガラスを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a novel optical glass having high refractive index and low dispersion optical characteristics.
本発明の光学ガラスは、カチオン%で、Nb5++Ta5+ 40〜99.9%、及び、希土類元素イオン 0.1〜60%(ただし、Nb5+ 40%、かつ、La3+ 60%である場合を除く)を含有し、アニオンとしてF−を含有することを特徴とする。各成分の含有量をこのように限定した理由を以下に説明する。 The optical glass of the present invention has a cation% of Nb 5+ + Ta 5+ 40 to 99.9% and rare earth element ions 0.1 to 60% (provided that Nb 5+ 40% and La 3+ 60% containing the excluding), F - as the anion, characterized in that it contains. The reason for limiting the content of each component in this way will be described below.
Nb5+及びTa5+は、屈折率を高める成分である。Nb5++Ta5+の含有量は、カチオン%で、40〜99.9%であり、40.1〜95%であることが好ましく、41〜90%であることがより好ましい。Nb5++Ta5+をこのように多量に含有することにより、非常に高屈折率(例えばndで1.85、さらには2以上)の光学特性を達成することが可能となる。なお、原料コスト低減の観点からは、Nb5+を用いることが好ましい。 Nb 5+ and Ta 5+ are components that increase the refractive index. The content of Nb 5+ + Ta 5+ is cation%, which is 40 to 99.9%, preferably 40.1 to 95%, and more preferably 41 to 90%. By containing Nb 5+ + Ta 5+ in such a large amount, it is possible to achieve optical characteristics with a very high refractive index (for example, nd is 1.85, or more than 2). From the viewpoint of reducing the raw material cost, it is preferable to use Nb 5+ .
希土類元素イオンは、ガラスの安定性を確保し、耐失透性や耐候性を向上させるための成分である。また、軟化点の上昇を抑制する効果がある。さらに、屈折率を高める効果もある。希土類元素イオンの含有量は、カチオン%で、0.1〜60%であり、1〜50%であることが好ましく、10〜45%であることがより好ましく、20〜40%であることがさらに好ましい。希土類元素イオンの含有量を上記範囲に規制することにより、耐失透性や耐候性に優れ、低軟化点であるガラスが得られやすくなる。 Rare earth element ions are components for ensuring the stability of glass and improving devitrification resistance and weather resistance. Moreover, there exists an effect which suppresses the raise of a softening point. Furthermore, there is an effect of increasing the refractive index. The content of rare earth element ions is cation%, 0.1 to 60%, preferably 1 to 50%, more preferably 10 to 45%, and more preferably 20 to 40%. Further preferred. By regulating the content of rare earth element ions within the above range, a glass having excellent devitrification resistance and weather resistance and a low softening point can be easily obtained.
希土類元素イオンとしては、La3+、Gd3+、Y3+、Yb3+、Ce4+、Sc3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Lu3+等が挙げられる。なかでも、ガラスの安定化が得られやすい理由から、La3+、Gd3+、Y3+、Yb3+またはCe4+が好ましく、La3+を用いることがより好ましい。 Examples of the rare earth element ions, La 3+, Gd 3+, Y 3+, Yb 3+, Ce 4+, Sc 3+, Pr 3+, Nd 3+, Pm 3+, Sm 3+, Eu 3+, Tb 3+, Dy 3+, Ho 3+, Er 3+ , Tm 3+ , Lu 3+ and the like. Among these, La 3+ , Gd 3+ , Y 3+ , Yb 3+ or Ce 4+ is preferable because it is easy to stabilize the glass, and La 3+ is more preferable.
なお、高屈折率かつ低分散の光学特性を得る観点からは、Nb5+、Ta5+及び希土類元素イオンの合量は、カチオン%で、80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましく、95%以上であることが特に好ましい。 From the viewpoint of obtaining high refractive index and low dispersion optical characteristics, the total amount of Nb 5+ , Ta 5+ and rare earth element ions is preferably 80% or more and 85% or more in terms of cation%. Is more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.
F−は低分散化(高アッベ数化)を図るための成分である。また、紫外域の透過率を向上させたり、ガラス転移点を低下させる効果もある。当該効果を得るために、F−の含有量は、アニオン%で、0.1%以上であることが好ましく、1%以上であることがより好ましく、10%以上であることがさらに好ましく、20%以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、F−の含有量が多すぎると溶融中に蒸発しやすくなり、安定してガラスを得ることが困難になる傾向があるため、アニオン%で、60%以下であることが好ましく、50%以下であることがより好ましく、45%以下であることがさらに好ましく、40%以下であることが特に好ましい。 F − is a component for achieving low dispersion (high Abbe number). It also has the effect of improving the transmittance in the ultraviolet region and lowering the glass transition point. In order to obtain the effect, the content of F − in anion% is preferably 0.1% or more, more preferably 1% or more, further preferably 10% or more, 20 % Or more is particularly preferable. The upper limit is not particularly limited, but if the content of F − is too large, it tends to evaporate during melting, and it tends to be difficult to obtain a glass stably. Is preferably 50% or less, more preferably 45% or less, and particularly preferably 40% or less.
本発明の光学ガラスには、上記成分以外にも、本発明の効果を損なわない範囲で種々の成分を含有させることが可能である。例えば、ガラス化を容易にするための成分として、Si4+、B3+、Al3+、P5+、Zn2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+またはBa2+を含有させることができる。なお、Si4+、B3+、Al3+は屈折率を低下させる傾向があるため、所望の光学特性が得られるように、その含有量を調整する必要がある。屈折率を高める成分として、Ti4+またはSn4+を含有させることができる。屈折率を高めたり、ガラス化を容易にするための成分として、Zr4+、W6+またはGe4+を含有させることができる。溶融温度を低下させる成分として、Li+、Na+、K+またはCs+を含有させることができる。清澄剤としてSb3+を含有させることができる。これらの成分の含有量は、合量で、好ましくは0〜20カチオン%、より好ましくは0〜15カチオン%、さらに好ましくは0〜10カチオン%である。 The optical glass of the present invention can contain various components in addition to the above components as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, Si 4+ , B 3+ , Al 3+ , P 5+ , Zn 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ or Ba 2+ can be contained as a component for facilitating vitrification. Note that Si 4+ , B 3+ , and Al 3+ tend to lower the refractive index, and therefore the content thereof needs to be adjusted so that desired optical characteristics can be obtained. Ti 4+ or Sn 4+ can be contained as a component for increasing the refractive index. Zr 4+ , W 6+ or Ge 4+ can be contained as a component for increasing the refractive index or facilitating vitrification. Li + , Na + , K + or Cs + can be contained as a component that lowers the melting temperature. Sb 3+ can be included as a fining agent. The total content of these components is preferably 0 to 20 cation%, more preferably 0 to 15 cation%, and still more preferably 0 to 10 cation%.
なお、Pb2+は環境面から含有させないことが好ましい。 In addition, it is preferable not to contain Pb <2+> from an environmental viewpoint.
本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は1.85以上であることが好ましく、1.9以上であることがより好ましく、1.95以上であることがさらに好ましく、2以上であることが特に好ましく、2.05以上であることが最も好ましい。光学ガラスをレンズとして使用する場合、高屈折率であるほどレンズを薄くすることが可能となり、光学デバイスを小型化する上で有利となる。ただし、屈折率が高すぎるとガラスが不安定になりやすい。よって、ガラスの安定性を考慮して、屈折率の上限は2.5以下であることが好ましく、2.3以下であることがより好ましく、2.2以下であることがさらに好ましい。 The refractive index (nd) of the optical glass of the present invention is preferably 1.85 or more, more preferably 1.9 or more, further preferably 1.95 or more, and preferably 2 or more. Particularly preferred is 2.05 or more. When optical glass is used as a lens, the higher the refractive index, the thinner the lens, which is advantageous for downsizing the optical device. However, if the refractive index is too high, the glass tends to become unstable. Therefore, considering the stability of the glass, the upper limit of the refractive index is preferably 2.5 or less, more preferably 2.3 or less, and even more preferably 2.2 or less.
本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は30以上であることが好ましく、35以上であることがより好ましく、40以上であることがさらに好ましく、50以上であることが特に好ましい。アッベ数が高いほど屈折率の波長分散が小さくなるため好ましい。ただし、アッベ数が高すぎると、屈折率が低下したり、ガラスが不安定になりやすい。よって、高屈折率特性の維持とガラスの安定性を考慮して、アッベ数の上限は70以下であることが好ましく、65以下であることがより好ましく、60以下であることがさらに好ましい。 The optical glass of the present invention preferably has an Abbe number (νd) of 30 or more, more preferably 35 or more, further preferably 40 or more, and particularly preferably 50 or more. A higher Abbe number is preferable because the wavelength dispersion of the refractive index becomes smaller. However, if the Abbe number is too high, the refractive index is lowered or the glass tends to be unstable. Therefore, in consideration of maintaining high refractive index characteristics and glass stability, the upper limit of the Abbe number is preferably 70 or less, more preferably 65 or less, and even more preferably 60 or less.
なお、本発明の光学ガラスは、Nb5+、Ta5+及び希土類元素イオンを多量に含有しているため、坩堝等の溶融容器を用いた一般的な溶融法ではガラス化が困難である。これは、溶融容器との接触界面を起点として、溶融ガラスの結晶化が進行しやすくなるからである。この傾向は、特にSi4+、B3+、Al3+等のガラス骨格形成成分の含有量が少ない場合に顕著となる。 In addition, since the optical glass of the present invention contains a large amount of Nb 5+ , Ta 5+ and rare earth element ions, vitrification is difficult by a general melting method using a melting container such as a crucible. This is because crystallization of the molten glass tends to proceed starting from the contact interface with the melting vessel. This tendency becomes prominent particularly when the content of glass skeleton-forming components such as Si 4+ , B 3+ and Al 3+ is small.
ガラス化しにくい組成であっても、溶融容器との界面での接触をなくすことによりガラス化が可能となる。このような方法として、原料を浮遊させた状態で溶融、冷却する無容器浮遊法(無容器凝固法)が知られている。当該方法を用いると、溶融ガラスが溶融容器にほとんど接触することがないため、溶融容器との界面を起点とする結晶化を防止することができ、ガラス化が可能となる。よって、本発明の光学ガラスは無容器浮遊法により作製することが好ましい。 Even if the composition is difficult to vitrify, it can be vitrified by eliminating contact at the interface with the melting vessel. As such a method, a containerless floating method (a containerless solidification method) in which a raw material is melted and cooled in a suspended state is known. When this method is used, since the molten glass hardly comes into contact with the melting vessel, crystallization starting from the interface with the melting vessel can be prevented, and vitrification becomes possible. Therefore, the optical glass of the present invention is preferably produced by a containerless floating method.
図1に、無容器浮遊法によりガラス材を作製するための製造装置の模式的断面図を示す。以下に、図1を参照しながら、ガラス材の製造装置について説明する。ガラス材の製造装置1は、成形型10を有する。成形型10は溶融容器としての役割も果たす。成形型10は、成形面10aを有する。成形型10は、成形面10aに開口している複数のガス噴出孔10bを有する。ガス噴出孔10bは、ガスボンベなどのガス供給機構11に接続されている。このガス供給機構11からガス噴出孔10bを経由して、成形面10aにガスが供給される。ガスの種類は、特に限定されない。ガスは、例えば、空気や酸素であってもよいし、窒素ガスやアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスであってもよい。
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a production apparatus for producing a glass material by a containerless floating method. Below, the manufacturing apparatus of a glass material is demonstrated, referring FIG. The glass
製造装置1を用いてガラス材を製造するに際しては、まず、ガラス原料塊12を成形面10a上に配置する。ガラス原料塊12としては、例えば、原料粉末をプレス成形等により一体化したものや、原料粉末をプレス成形等により一体化した後に焼結させた焼結体や、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体等が挙げられる。
When manufacturing a glass material using the
次に、ガス噴出孔10bからガスを噴出させることにより、ガラス原料塊12を成形面10a上で浮遊させる。すなわち、ガラス原料塊12を、成形面10aに接触していない状態で保持する。その状態で、レーザー照射装置13からレーザー光をガラス原料塊12に照射する。これによりガラス原料塊12を加熱溶融してガラス化させ、溶融ガラスを得る。その後、溶融ガラスを冷却することにより、ガラス材を得ることができる。ガラス原料塊12を加熱溶融する工程と、溶融ガラス、さらにはガラス材の温度が少なくとも軟化点以下となるまで冷却する工程とにおいては、少なくともガスの噴出を継続し、ガラス原料塊12、溶融ガラス、さらにはガラス材と成形面10aとの接触を抑制することが好ましい。なお、加熱溶融する方法としては、レーザー光を照射する方法以外にも、輻射加熱であってもよい。
Next, the glass
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
表1〜7は本発明の実施例(試料No.1〜28、30〜63)及び比較例(試料No.29、64)をそれぞれ示している。 Tables 1 to 7 show examples of the present invention (sample Nos. 1 to 28 and 30 to 63) and comparative examples (samples No. 29 and 64), respectively.
各試料は次のようにして作製した。まず、各ガラス組成となるように原料粉末を秤量、混合した後、1000℃前後の温度で仮焼きすることで原料粉末を焼結させた。焼結体から所望の体積の原料塊を切り出した。得られた原料塊を用いて、図1に準じた装置を用いた無容器浮遊法によってガラス材を作製した。なお、熱源としては、出力100WのCO2レーザーを用い、原料塊を1000〜2500℃に加熱して溶解させた。 Each sample was produced as follows. First, the raw material powder was weighed and mixed so as to have each glass composition, and then calcined at a temperature of about 1000 ° C. to sinter the raw material powder. A raw material lump having a desired volume was cut out from the sintered body. Using the obtained raw material lump, a glass material was produced by a containerless floating method using an apparatus according to FIG. As a heat source, a CO 2 laser with an output of 100 W was used, and the raw material lump was heated to 1000 to 2500 ° C. and dissolved.
得られた試料について、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)を測定した。結果を表1〜3に示す。 The obtained sample was measured for refractive index (nd) and Abbe number (νd). The results are shown in Tables 1-3.
なお屈折率(nd)は、ヘリウムランプのd線(587.6nm)に対する測定値で示した。 The refractive index (nd) is indicated by a measured value for the d-line (587.6 nm) of a helium lamp.
アッベ数(νd)はd線の屈折率と水素ランプのF線(486.1nm)及びC線(656.3nm)の屈折率の値を用い、アッベ数(νd)={(nd−1)/(nF−nC)}式から算出した。 Abbe number (νd) uses the refractive index of d-line and the refractive index of F-line (486.1 nm) and C-line (656.3 nm) of hydrogen lamp, and Abbe number (νd) = {(nd−1) / (NF-nC)}.
表から明らかなように、本発明の実施例であるNo.1〜28、30〜63の各試料は、屈折率(nd)が1.869〜2.298、アッベ数(νd)が31.0〜75.4と高屈折率かつ低分散の光学特性を有していた。一方、比較例であるNo.29及び64の試料は、いずれも2.152という高い屈折率を有していたが、アッベ数が24.9と低かった。
As is apparent from the table, No. 1 as an example of the present invention.
本発明の光学ガラスは、ビデオカメラや一般のカメラの撮影用レンズ等の光学レンズに使用される光学ガラスとして好適である。 The optical glass of the present invention is suitable as an optical glass used for an optical lens such as a photographing lens for a video camera or a general camera.
1:ガラス材の製造装置
10:成形型
10a:成形面
10b:ガス噴出孔
11:ガス供給機構
12:ガラス原料塊
13:レーザー光照射装置
1: Glass material manufacturing apparatus 10:
Claims (5)
The optical glass according to any one of claims 1 to 4, wherein the refractive index (nd) is 1.85 to 2.5, and the Abbe number (νd) is 30 to 70.
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