JP2016222511A

JP2016222511A - 光学ガラス、光学ガラスを用いた光学素子、光学装置

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Publication number: JP2016222511A
Application number: JP2015112100A
Authority: JP
Inventors: 杉山　僚; Ryo Sugiyama; 僚杉山
Original assignee: Hikari Glass Co Ltd
Current assignee: Hikari Glass Co Ltd
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: JP6573781B2

Abstract

【課題】環境に好ましくないＰｂＯを実質的に含有することなく、負の異常分散性を有する光学ガラスの提供。
【解決手段】重量％で、ＳｉＯ_２：２０〜４０％、Ｂ_２Ｏ_３：５〜３０％、ＣａＯ：５〜１０％、ＺｒＯ_２：１〜１０％、Ｎｂ_２Ｏ_５：５〜２５％、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜５％、Ｎａ_２Ｏ：０〜１０％、Ｋ_２Ｏ：０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ：０〜５％、ＢａＯ：０〜１５％、ＳｒＯ：０〜１０％、ＭｇＯ：０〜１０％、ＺｎＯ：０〜１０％、ＴｉＯ_２：０〜６％、ＷＯ_３：０〜５％、Ｔａ_２Ｏ_５：０〜５％、ＧｅＯ_２：０〜５％、Ｓｂ_２Ｏ_３：０〜１％、Ｌａ_２Ｏ_３：０〜５％の各成分を含有し、かつ、ＰｂＯを実質的に含有しない光学ガラス。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばカメラなどの光学装置に用いられる光学素子に使用可能な光学ガラス、光学素子、および光学装置に関する。

光学レンズ系において、異常分散性を有しない光学ガラスであっても２色光の色収差は除去することができるが、他の色光については二次スペクトルとして示される残存色収差は除去しきれない。しかしながら、正の異常分散性を示す光学ガラスと、負の異常分散性を示す光学ガラスとを組み合わせることにより、紫外域において上記の２色光の色収差に加えて、２色光以外の他の色の残存色収差を減少させられることが知られている。負の異常分散性を示す光学ガラスとしては、例えば、特許文献１にあるような、Ｂ_２Ｏ_３−Ｓｂ_２Ｏ_３−ＰｂＯ−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系のガラスがある。

特開昭４８−７４５１６号

しかしながら、上記のような組成系は多量のＰｂＯを含有している為、ガラスの密度が大きく、光学レンズ系の設計において不利な性能を有している虞がある。また、ＰｂＯは環境汚染物質である為、ガラス成分として含まれないことが望まれている。

そこで本発明は、環境に好ましくないＰｂＯを実質的に含有することなく、負の異常分散性を有する光学ガラスを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための本発明の第一の態様は、重量％で、
ＳｉＯ_２：２０〜４０％、
Ｂ_２Ｏ_３：５〜３０％、
ＣａＯ：５〜１０％、
ＺｒＯ_２：１〜１０％、
Ｎｂ_２Ｏ_５：５〜２５％、
の各成分を含有し、かつ、ＰｂＯを実質的に含有しないことを特徴とする。

本発明の第二の態様は、第一の態様の光学ガラスを用いた光学素子である。

本発明の第三の態様は、第二の態様の光学素子を備える光学装置である。

環境に好ましくないＰｂＯを実質的に含有することなく、負の異常分散性を有する光学ガラスを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子を備える撮像装置の斜視図である。本発明の一実施形態に係る光学ガラスによる部分分散比Ｐｇ，Ｆとνｄの関係を示す。

以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る光学ガラスは、環境汚染物質であるＰｂＯを含有しない光学ガラスである。なお、ここで含有しないとは、不純物として不可避的に含有される濃度を越えて、ガラス組成物の特性に影響する実質的な構成成分として含有されないことを意味する。例えば、製造過程における数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍ程度のコンタミネーションについては、実質的に含有されていないものとする。この光学ガラスは、可視域の短波長側から紫外域にかけて大きな負の異常分散性を示す。

本明細書中において、特に断りがない場合は、各成分の含有量は全て酸化物換算組成のガラス全重量に対する重量％であるものとする。なお、ここでいう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、複合塩等が溶融時に全て分解されて酸化物に変化すると仮定し、当該酸化物の総重量を１００重量％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。

なお、本明細書中において、ガラスの各種特性に関する略号、及び算出方法は以下の通りである。
ｎＣ：波長６５６．２７３ｎｍの光に対するガラスの屈折率
ｎｄ：波長５８７．５６２ｎｍの光に対するガラスの屈折率
ｎＦ：波長４８６．１３３ｎｍの光に対するガラスの屈折率
ｎｇ：波長４３５．８３５ｎｍの光に対するガラスの屈折率
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
ΔＰｇ，Ｆ：縦軸Ｐｇ，Ｆ、横軸νｄとする座標上（図２）で正常分散性を有する光学ガラスのＦ２とＫ７を基準とした部分分散比標準線（実線Ａ）からの偏り
光学ガラスＦ２の特性：νｄ＝３６．３３、Ｐｇ，Ｆ＝０．５８３４
光学ガラスＫ７の特性：νｄ＝６０．４７、Ｐｇ，Ｆ＝０．５４２９

本実施形態における光学ガラスは、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＺｒＯ_２、およびＮｂ_２Ｏ_５を必須成分として含有する。また、各成分の組成範囲の具体例としては、重量％で、ＳｉＯ_２：２０〜４０％、Ｂ_２Ｏ_３：５〜３０％、ＣａＯ：５〜１０％、ＺｒＯ_２：１〜１０％、Ｎｂ_２Ｏ_５：５〜２５％、を含有するものが挙げられる。以下に、各成分の含有量を上記のように限定した理由を説明する。

ＳｉＯ_２は、ガラス骨格を形成し、化学的耐久性を向上させる成分である。ガラス形成酸化物として不可欠であるが、重量％で２０％未満の場合には、ガラスの失透安定性が不十分となる。また、４０％を超える場合には、ガラスを高屈折率とすることが難しくなる。よってＳｉＯ_２の含有量は、２０〜４０％の範囲とすることが好ましく、２５〜３５％の範囲とすることがより好ましい。

Ｂ_２Ｏ_３は、ＳｉＯ_２と同様にガラス骨格を形成する成分である。ガラス形成酸化物として不可欠であるとともに、負の異常分散性を増大させる効果を有し、重量％で５％未満の場合には、ガラスの失透安定性と負の異常分散性が不十分となる。また、３０％を超える場合には、ガラスを高屈折率とすることが難しくなる。よってＢ_２Ｏ_３の含有量は、５〜３０％の範囲とすることが好ましく、１０〜２５％の範囲とすることがより好ましい。

ＣａＯは、ガラスの化学的耐久性の向上に有効であるとともに、屈折率を高める効果を有する。重量％で５％未満では化学的耐久性が不十分であり、且つ、高屈折率とすることが難しくなる。また、１０％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＣａＯの含有量は、５〜１０％の範囲とすることが好ましく、５〜８％の範囲とすることがより好ましい。

ＺｒＯ_２は、ガラスの屈折率を高める成分であるとともに、負の異常分散性を増大させる効果を有する。重量％で１％未満の場合には、ガラスの負の異常分散性が不十分であり、且つ、高屈折率とすることが難しくなる。また、１０％を超える場合には失透安定性が低下する。よってＺｒＯ_２の含有量は、１〜１０％の範囲とすることが好ましく、３〜８％の範囲とすることがより好ましい。

Ｎｂ_２Ｏ_５は、屈折率を高める成分である。重量％で２５％を超える場合には失透安定性が低下する。５％未満の場合には、高屈折率とすることが難しくなる。よってＮｂ_２Ｏ_５の含有量は、５〜２５％の範囲とすることが好ましく、１０〜２０％の範囲とすることがより好ましい。

また、本実施形態における光学ガラスは、前記必須成分に加え、任意成分として、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜５％、Ｎａ_２Ｏ：０〜１０％、Ｋ_２Ｏ：０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ：０〜５％、ＢａＯ：０〜１５％、ＳｒＯ：０〜１０％、ＭｇＯ：０〜１０％、ＺｎＯ：０〜１０％、ＴｉＯ_２：０〜６％、ＷＯ_３：０〜５％、Ｔａ_２Ｏ_５：０〜５％、ＧｅＯ_２：０〜５％、Ｓｂ_２Ｏ_３：０〜１％、及びＬａ_２Ｏ_３：０〜５％のうち、１または２以上を含有していてもよい。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの化学的耐久性の向上に有効な成分であるが、重量％で５％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＡｌ_２Ｏ_３の含有量は、０〜５％の範囲とすることが好ましく、０〜４％の範囲とすることがより好ましい。

Ｎａ_２Ｏはガラスの溶融を促進する成分であるが、重量％で１０％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＮａ_２Ｏの含有量は、０〜１０％の範囲とすることが好ましく、０〜７％の範囲とすることがより好ましい。

Ｋ_２Ｏはガラスの溶融を促進する成分であるが、重量％で１０％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＫ_２Ｏの含有量は、０〜１０％の範囲とすることが好ましく、０〜７％の範囲とすることがより好ましい。

Ｌｉ_２Ｏはガラスの溶融を促進する成分であるが、重量％で５％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＬｉ_２Ｏの含有量は、０〜５％の範囲とすることが好ましく、０〜３％の範囲とすることがより好ましい。

ＢａＯはガラスの屈折率を高める成分であるが、重量％で１５％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＢａＯの含有量は、０〜１５％の範囲とすることが好ましく、５〜１５％の範囲とすることがより好ましい。

ＳｒＯはガラスの屈折率を高める成分であるが、重量％で１０％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＳｒＯの含有量は、０〜１０％の範囲とすることが好ましく、０〜７％の範囲とすることがより好ましい。

ＭｇＯはガラスの屈折率を高める成分であるが、重量％で１０％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＭｇＯの含有量は、０〜１０％の範囲とすることが好ましく、０〜７％の範囲とすることがより好ましい。

ＺｎＯはガラスの屈折率を高める成分であるが、重量％で１０％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＺｎＯの含有量は、０〜１０％の範囲とすることが好ましく、０〜７％の範囲とすることがより好ましい。

ＴｉＯ_２はガラスの屈折率を高める成分であるとともに、負の異常分散性を減少させる効果を有する。重量％で６％を超える場合には、負の異常分散性が不十分となる。よってＴｉＯ_２の含有量は、０〜６％の範囲とすることが好ましく、０〜４％の範囲とすることがより好ましい。

ＷＯ_３はガラスの屈折率を高める成分であるが、重量％で５％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＷＯ_３の含有量は、０〜５％の範囲とすることが好ましく、０〜３％の範囲とすることがより好ましい。

Ｔａ_２Ｏ_５はガラスの屈折率を高める成分であるとともに、負の異常分散性を増大させる効果を有する。重量％で５％を超える場合には、失透安定性が低下する。よってＴａ_２Ｏ_５の含有量は、０〜５％の範囲とすることが好ましく、０〜３％の範囲とすることがより好ましい。

ＧｅＯ_２はガラスの屈折率を高める成分であるとともに、ガラス形成酸化物として失透安定性を向上させる効果を有する。高価な材料である為、過度に含有させる場合には、製造コストが増大する。よってＧｅＯ_２の含有量は、重量％で０〜５％の範囲とすることが好ましく、０〜３％の範囲とすることがより好ましい。

Ｓｂ_２Ｏ_３はガラスを清澄する為の脱泡剤として含有させるが、その含有量は重量％で０〜１％で十分な効果が得られる。

Ｌａ_２Ｏ_３はガラスの屈折率を高める成分であるが、重量％で５％を超える場合には失透安定性が低下する。よってＬａ_２Ｏ_３の含有量は、重量％で０〜５％の範囲とすることが好ましく、０〜３％の範囲とすることがより好ましい。

ＰｂＯは、環境汚染物質であるため含有しない。なお、ここで含有しないとは、不純物として不可避的に含有される濃度を越えてガラス組成物の特性に影響する実質的な構成成分として含有されないことを意味する。例えば、製造過程における数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍ程度のコンタミネーションについては、実質的に含有されていないものとする。

なお、その他必要に応じて清澄、着色、消色や光学恒数値の微調整などの目的で、公知の清澄剤や着色剤、脱泡剤、フッ素化合物、リン酸などの成分を前記ガラス組成に適量添加することが出来る。また、上記成分に限らず、本実施形態の光学ガラスの効果が得られる範囲でその他成分を添加することもできる。

次に、本実施形態の光学ガラスの物性値について説明する。

本発明の実施の形態による光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．６０を下限、１．７１を上限とした、１．６０〜１．７１の範囲である。また、アッベ数（νｄ）が３５を下限、４７を上限とした、３５〜４７の範囲である。さらに、異常分散性（ΔＰｇ，Ｆ）が、−０．００１９以下である。

このような本実施形態におけるガラスは、カメラや顕微鏡等の光学装置の備えるレンズ等の光学素子として好適である。

なお、本実施形態の光学ガラスは例えば、光学装置が備える光学素子として用いることができる。図１に、本実施形態に係る光学ガラスを母材とするレンズ４（光学素子）を備えた撮像装置１（光学装置）を示す。

この撮像装置１はいわゆるデジタル一眼レフカメラであり、カメラボディ２のレンズマウント（不図示）にレンズ鏡筒３が着脱自在に取り付けられる。そして該レンズ鏡筒３のレンズ４を通した光がカメラボディ２の背面側に配置されたマルチチップモジュール７のセンサチップ（固体撮像素子）５上に結像される。このセンサチップ５は、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサー等のベアチップであり、マルチチップモジュール７は、例えばセンサチップ５がガラス基板６上にベアチップ実装されたＣＯＧ（Chip On Glass）タイプのモジュールである。

なお、光学装置はこのような撮像装置に限らず、例えばプロジェクタ等を挙げることができる。光学素子についてもレンズに限らず、例えばプリズム等を挙げることができる。

次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。表１〜３は、本発明の実施例に係る光学ガラスについての各成分の酸化物基準の重量％による化学組成を、表４は、本発明の比較例に係る光学ガラスについての各成分の酸化物基準の重量％による化学組成を、これら組成例を熔解して得られた光学ガラス成形品の屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）及び、異常分散性（ΔＰｇ，Ｆ）の測定結果とともに示したものである。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

＜光学ガラスの作製＞
本発明の実施例及び比較例に係る光学ガラスは、以下の手順で作製した。まず、表１〜３に記載の化学組成（重量％）となるよう、酸化物、炭酸塩、及び硝酸塩等のガラス原料を秤量した。次に、秤量した原料を混合して坩堝に投入し、１２００〜１４００℃の温度で溶融させて攪拌均質化した。清澄を行った後、金型等に鋳込んで徐冷し、成形することで各サンプルを得た。

＜光学ガラスの測定＞
（１）屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）
表１〜４に記載の各サンプルの屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は、通常の屈折率測定器を用いて測定及び算出した。なお、屈折率の値は、小数点以下第５位までとした。

（２）異常分散性（ΔＰｇ，Ｆ）
表１〜４に記載の各サンプルの異常分散性（ΔＰｇ，Ｆ）は、上記測定されたアッベ数（νｄ）における、図２の部分分散比標準線（実線Ａ）上にある部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）の値と測定された部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）の値との差から求めた。

本発明の実施例１〜２３はいずれも、比較例１及び２のようにＰｂＯを含有せずとも、１．６０〜１．７１の屈折率（ｎｄ）、３５〜４７のアッベ数（νｄ）、−０．００１９以下の異常分散性（ΔＰｇ，Ｆ）を有していることがわかった。

特に、実施例９は、比較例１より高い屈折率を有し、且つ、十分な負の異常分散性を有している。さらに実施例１１は、比較例２と近い屈折率とアッベ数を有し、且つ、同等の負の異常分散性を有している。

以上、本実施例の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．６０〜１．７１、アッベ数（νｄ）が３５〜４７の範囲にあることに加え、−０．００１９以下の十分な異常分散性（ΔＰｇ，Ｆ）を有していた。

Claims

重量％で、
ＳｉＯ_２：２０〜４０％、
Ｂ_２Ｏ_３：５〜３０％、
ＣａＯ：５〜１０％、
ＺｒＯ_２：１〜１０％、
Ｎｂ_２Ｏ_５：５〜２５％、
の各成分を含有し、かつ、ＰｂＯを実質的に含有しない
ことを特徴とする光学ガラス。
重量％で、
Ａｌ_２Ｏ_３：０〜５％、
Ｎａ_２Ｏ：０〜１０％、
Ｋ_２Ｏ：０〜１０％、
Ｌｉ_２Ｏ：０〜５％、
ＢａＯ：０〜１５％、
ＳｒＯ：０〜１０％、
ＭｇＯ：０〜１０％、
ＺｎＯ：０〜１０％、
ＴｉＯ_２：０〜６％、
ＷＯ_３：０〜５％、
Ｔａ_２Ｏ_５：０〜５％、
ＧｅＯ_２：０〜５％、
Ｓｂ_２Ｏ_３：０〜１％
Ｌａ_２Ｏ_３：０〜５％
の各成分を含有する
請求項１に記載の光学ガラス。
屈折率（ｎｄ）が１．６０〜１．７１の範囲、アッベ数（νｄ）が３５〜４７の範囲、かつ、異常分散性（ΔＰｇ，Ｆ）が−０．００１９以下の範囲にある
請求項１又は２に記載の光学ガラス。
請求項１から３の何れか一項に記載の光学ガラスを用いた光学素子。
請求項４に記載の光学素子を備える光学装置。