JP2017007933A - 光学ガラス及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ネガティブ異常分散性能が有り、また、低蛍光性能が有って、化学安定性が良好な光学ガラスと光学素子の提供。
【解決手段】その重量百分比は、ＳｉＯ_２：３１〜５５％；Ｎｂ_２Ｏ_５：１５〜２９％；ＺｒＯ_２：０．５〜９％；Ｌａ_２Ｏ_３：０．５〜１０％；Ｒ_２Ｏ：１２〜３０％であり、上記Ｒ_２Ｏは、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの一種又は数種類を含む光学ガラス。如何なる環境に害を与える元素を添加する必要はない光学ガラス。その屈折率は、１．６１〜１．７５であり、アッベ数は３５〜４５であり、ネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ＜−０．０００８であり、日本規格ＪＯＧＩＳ ０３−１９７５の規定方法によって測定して、蛍光度グレードは１級となる、低蛍光性能を有し、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラフォン、蛍光顕微鏡等のデバイスに幅広く適応される光学ガラス。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学ガラス、光学素子に関する。特に屈折率（ｎ_ｄ）が１．６１〜１．７５、アッベ数（υ_ｄ）が３５〜４５の光学ガラスで、ネガティブ異常分散性能を有し、更に低蛍光を有し、且つ化学安定性が良好な光学ガラス、光学素子に関する。

光学ガラスは光学機器と光電製品において、不可欠な重要な構成であり、近年、デジタルカメラ及びデジタル一眼レフカメラ等光電製品の広範囲な流行によって、光学ガラスの性能について最も高く要求される。例えば、二次スペクトルの残留色収差を除去又は出来るだけ除去する性能持たせる事が要求される。それには光学ガラスはネガティブ異常分散性能を持たせることが要求される。ネガティブ異常分散性能を有するガラスはの相対部分は色分散が小さく、相対部分分散の大きいガラスと合わせて使えば二次スペクトルの残留色収差を比較的に良く除去して、光学レンズの画像品質を向上することができる。

また、現在使用される蛍光顕微鏡等光学機器に使われる光学ガラスについては、低蛍光性能が要求される。嘗ては生物学、医療分野において、生物組織又は細胞、細菌等観察対象（検体）紫外線を励起光して照射し、観察対象が発する蛍光を測定する。近年、蛍光顕微鏡を使って極少量の細菌、細胞から発する微弱な蛍光を測定する。蛍光顕微鏡を使って観察対象に対して励起光を照射し、蛍光顕微鏡を用いた光学システム（対物レンズ）も微弱な蛍光を発することが可能で、このような微弱蛍光を観察測定する時に、ノイズが問題とされる。そのため、蛍光顕微鏡の光学システム（特に対物レンズ）に用いる光学ガラスの励起により得る蛍光強度の低下が要求される。

現在ではＢ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＰｂＯシステムを採用した、ネガティブ異常分散性能を有する光学ガラスが知られている。例えば、特公昭４５−２３１１及び特開昭４８−７４５１６では、ガラス系統のＰｂＯの含有量が比較的に大きいため、ガラスの化学安定性が悪いだけではなく、環境への要求事項も適合しない。ＰｂＯを含有しないガラス系統については、特公昭５１−３４４０７では高価なＧｅＯ_２及び／又はＴａ_２Ｏ_５が大量に含まれ、実際の生産に適しない。ＪＰ１２２５９０３、ＤＥ４０３２５６６で開示されるガラスにはおそらくＴｉ又はＦというような異常分散性能を破壊する元素が導入される可能性がある。

低蛍光性能のガラスについて、特開平１０−１５８０２９では、Ｂ_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５−Ｒ_２Ｏ−Ｎｂ_２Ｏ_５及び／又はＴａ_２Ｏ_５系の高分散低蛍光光学ガラスを開示したが、当該ガラスの場合は化学安定性不足の欠点がある。特開平１０−２３１１４０では別種のＢ_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５−Ｒ_２Ｏ−Ｔａ_２Ｏ_５系高分散低蛍光光学ガラスを開示したが、この種のガラスは耐久性と、透光性不足の問題だけではなく、大量の高価なＴａ_２Ｏ_５原料を使うため、製造コストが高い。また、特開平１０−３４６４４９では、Ｇｅ_２Ｏ_３−Ｔａ_２Ｏ_５−Ｒ_２Ｏ系の高分散低蛍光光学ガラスを開示したが、この種のガラスは、同じく化学耐久性が不足し、大量の高価なＧｅ_２Ｏ_３成分を含み、製造コストが非常に高く、実用性に欠けている。

発明が解決しようとする課題は、ネガティブ異常分散性能を有し、また低蛍光性能も有って、化学安定性が良好な光学ガラスと光学素子を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明はその重量百分率組成がＳｉＯ_２：３１〜５５％；Ｎｂ_２Ｏ_５：１５〜２９％；ＺｒＯ_２：０．５〜９％；Ｌａ_２Ｏ_３：０．５〜１０％；Ｒ_２Ｏ：１２〜３０％を含有する光学ガラスを提供するが、上記Ｒ_２ＯはＮａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの一種又は数種類を含む。

本発明の光学ガラスは更に、Ｂ_２Ｏ_３：０〜５％；Ｓｂ_２Ｏ_３：０〜０．５％；ＲＯ：０〜１０％を含有することが好ましい。上記ＲＯはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ一種又は数種類を含む。

更に、Ｂ_２Ｏ_３：０．５〜５％及び／又はＲＯ：１〜９％であることが好ましい。

更に、ＳｉＯ_２：３５〜５０％であることが好ましい。

更に、Ｎｂ_２Ｏ_５：１８〜２９％であることが好ましい。

更に、ＺｒＯ_２：０．５〜８％であることが好ましい。

更に、Ｌａ_２Ｏ_３：０．５〜８％であることが好ましい。

更に、Ｒ_２Ｏ：１３〜２５％であることが好ましい。

更に、Ｌａ_２Ｏ_３／ Ｎｂ_２Ｏ_５の重量比は０．０１−０．４５であることが好ましい。

更に、上記光学ガラスの屈折率は１．６１〜１．７５で、アッベ数は３５〜４５であることが好ましい。

更に、上記光学ガラスのネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ＜−０．０００８であることが好ましい。

更に、日本規格ＪＯＧＩＳ ０３−１９７５の規定に基づき測定を行い、上記光学ガラスの蛍光度は１級で、低蛍光性能であることが好ましい。

また、本発明は、上記いずれかの光学ガラスで製造される光学素子を提供する。

本発明の光学ガラスは如何なる環境に害を与える元素を添加する必要はなく、屈折率は１．６１〜１．７５で、アッベ数は３５〜４５、ネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ＜−０．０００８で、日本規格ＪＯＧＩＳ ０３−１９７５の規定の方法で測定し、上記光学ガラスの蛍光度は１級である。本発明の光学ガラスは低蛍光性能を有し、環境に優しいので、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラフォン、蛍光顕微鏡等デバイスに幅広く適応する。

以下のとおり本発明の光学ガラスの各組成を説明するが、別途説明のない限り、各組成含有量の特性値は重量％で表示する。

ＳｉＯ_２ガラス生成物質であり、ガラスになる必須の酸化物成分であり、一定量のＳｉＯ_２は、光学ガラスに比較的良い化学安定性を齎し、且つ、ガラスの透明度を向上させる。ＳｉＯ_２の含有量が３１％より低く、ガラスの屈折率が要求される範囲内に入らなくなる。但し、ＳｉＯ_２の含有量が５５％より高い場合は、ガラスの高温粘度が余りにも高くなり、生産においての工学的性能が悪くなる。そのため、ＳｉＯ_２の含有量を３１〜５５％と限定し、好ましくは３５〜５０％である。

Ｎｂ_２Ｏ_５はガラスの屈折率を効果的に向上させ、且つ中波部分の分散を増加すると同時に、短波部分の分散を著しく増加させることはなく、それによって光学ガラスのネガティブ異常分散性能が増大されるが、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量が余りにも高い場合は、ネガティブ異常分散性能が破壊されてしまうのだ。そのため、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量を１５〜２９％，限定し、好ましくは１８〜２９％である。

ＺｒＯ_２光学ガラスの屈折率とネガティブ異常分散性能を向上することができる。ただし、ＺｒＯ_２の含有量が０．５％より低い場合は、あるべき効果を果たせなくなる。ＺｒＯ_２の含有量が９％より高い場合は、この難溶解性酸化物はガラスの溶融性能を落としてしまい、均一性の良好なガラスが得られなくなる。そのため、ＺｒＯ_２の含有量が０．５〜９％で、好ましくは０．５〜８％である。

Ｌａ_２Ｏ_３はガラスの屈折率を向上する有効成分であり、且つ、可視光ゾーンでは蛍光を発しない。ガラスの化学安定性と耐失透性改善効果が著しい。ただし、その含有量が０．５％未満の場合、必要な工学定数が得られなくなる。その含有量が１０％より高い場合は、失透傾向が逆に増大されてしまう。そのため、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量を０．５〜１０％限定し、好ましくは０．５〜８％である。

また、比較的低い蛍光と同時に安定なガラス（失透性良好）を得るため、更にガラスの原価を低減するため、本発明ではＬａ_２Ｏ_３／ Ｎｂ_２Ｏ_５の重量比を０．０１−０．４５範囲内に制御し、好ましくは０．０３−０．４３範囲内に制御すべきであることを発見した。

Ｒ_２Ｏは、アルカリ金属の酸化物Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの一種又は数種類であり、比較的良い助溶剤であり、適量のＲ_２Ｏは均一性の比較的良い光学ガラスが得られる。ただし、Ｒ_２Ｏの含有量が１２％より低い場合は、フラックス作用は果たせなく、ガラスの高温粘度比較的に大きくなる。Ｒ_２Ｏの全体量が３０％より高い場合は、光学ガラスの化学安定性が悪くなる。そのため、Ｒ_２Ｏの含有量を１２〜３０％にし、好ましくは１３〜２５％である。

Ｂ_２Ｏ_３もネットワーク生成物質であり、比較的良いフラックス作用があり、ガラスの短波分散が小さくなり、比較的良いネガティブ異常分散性能を有することができる。そのためＢ_２Ｏ_３の含有量は０〜５％とし、好ましくは０．５〜５％である。

ＲＯは、アルカリ土金属の酸化物ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯの一種又は数種類であり、ガラスの屈折率とアッベ数を効果的に向上することができる。ＲＯの含有量は０〜１０％とし、好ましくは１〜９％である。

Ｓｂ_２Ｏ_３はｎ本発明において清澄剤として使い、その含有量は０〜０．５％である。

本発明の光学ガラスは、本分野の技術者の熟知の製造法により製造される。即ち原料を溶解、清澄化、均一に混合の後、適切な温度まで冷却して成形し、本発明で提供する屈折率が１．６１〜１．７５で、アッベ数が３５〜４５で、ネガティブ異常分散ΔＰｇがＦ ＜−０．０００８で、低蛍光性能（日本規格ＪＯＧＩＳ ０３−１９７５に規定の方法により測定し、蛍光度のグレードは１級である。）と化学安定性が良好な光学ガラスを作り上げる。

本発明で提供する光学ガラスの性能パラメーターの測定方法は以下のとおりである。

屈折率、アッベ数及びＰｇ、Ｆの測定は、「ＧＢ／Ｔ ７９６２．１−２０１０ 無色光学ガラス測定方法 屈折率と分散係数」による。

上記の測定を経て、得られる本発明の光学ガラス以下の性能を有する。屈折率（ｎｄ）は、１．６１〜１．７５で、アッベ数は（ν_ｄ）３５〜４５で、ネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ＜−０．０００８である。

ガラス低蛍光性能を判断する蛍光度は日本規格である「光学ガラス蛍光度測定方法（ＪＯＧＩＳ０３−１９７５）」の規定に基づき測定するものであり、マスターサンプルは日本光学ガラス工業会指定のフリントガラス仕様に対応するガラスを使い、３６５ｎｍ波長の紫外励起光でサンプルを照射して、４００−７００ｎｍ波長範囲の蛍光スペクトラムを測定し、スペクトル曲線のピーク値を蛍光強度とし、蛍光度、即ちガラスサンプルの蛍光強度とマスターサンプルの蛍光強度の比率である。当該比率が１．５を超える場合は、グレードは３で、強度比が０．７−１．５の場合、グレードは２で、強度比が０．７未満の場合のグレードは１である。蛍光度グレード１級の場合、当該低蛍光光学ガラスは紫外線を励起することにより得られる蛍光強度は非常に低く、低蛍光性能は優れる。本発明のガラス蛍光度グレードは１級で、低蛍光性能を有する。

ガラス粉末法耐水安定性Ｄ_Ｗは、ＧＢ／Ｔ１７１２９測定基準により測定する。

ガラス粉末法耐酸安定性Ｄ_ＡはＧＢ／Ｔ１７１２９測定基準により測定する。

本発明は、更に光学素子を提供する。上記光学素子は、本発明の光学ガラスから成り立つ。そのため、当該光学素子は上記本発明の光学ガラスの全ての特性を有する。本発明の光学ガラスはネガティブ異常分散性能もあり、また、低蛍光性能があり、如何なる環境に害を与える元素を添加する必要はなく、屈折率（ｎｄ）は１．６１〜１．７５で、アッベ数（ｖｄ）は３５〜４５である。本発明が提供する光学素子はデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラフォン、蛍光顕微鏡等デバイスに適応する。

本発明の課題を解決するための手段として、以下、実施例を挙げて本発明の精密圧縮成型光学ガラスをさらに詳細に説明するが、本発明の権利範囲はこれらの実施例に限られない。

表１〜表３において表示する光学ガラス実施例１〜３０は、表１〜表３に示す。個々の実施例の特性値に基づいて計量して均一に混合の後、光学ガラスの溶解炉の中に入れて、適切な工程温度において、溶解、清澄化、均質化させた後、適切な温度まで冷却の後、この溶融されたガラスを予熱した金型中で鋳型させ焼きなまして、必要な光学ガラスを造り上げる。

本発明ではネガティブ異常分散性能を有し、また低蛍光性能の光学ガラス成分と相応な屈折率（ｎｄ）、分散（ｎＦ−ｎＣ）、アッベ数（ｖｄ）、相対部分分散率（Ｐｇ，Ｆ）、ネガティブ異常分散（ΔＰｇ，Ｆ）、蛍光度、粉末耐水作用安定性Ｄ_Ｗ、粉末耐酸作用安定性Ｄ_Ａ、結果を纏めて表１〜表３の実施例１〜３０に表示する。そのため、下記の式にてＰｇ，Ｆ及びΔＰｇ，Ｆの由来を説明する。

上記式において，相対部分分散は式（１）により算出する。多くの「正常ガラス」にとって、式（２）の線性相関関係は成り立つのだ。「正常ガラス」ＮＳＬ７とＰＢＭ２を基準ガラスとする場合、傾斜率ｍｘ，ｙとインターセプトｂｘ，ｙ，式（３）において、ΔＰｘ，ｙ多くの「正常ガラス」と比べた場合の特殊分散のズレの特性を表し、最後は式（４）においてΔＰｇ，Ｆの詳細値を算出する。

上記実施例から、本発明が提供する光学ガラスは、如何なる環境に害を与える元素を添加する必要はない。光学ガラス屈折率の（ｎ_ｄ）が１．６１〜１．７５、アッベ数（υ_ｄ）３５〜４５で、ネガティブ異常分散がΔＰｇ，Ｆ ＜−０．０００８で、低蛍光性能（日本規格ＪＯＧＩＳ ０３−１９７５の規定方法により測定して、蛍光度グレードは１級である。）を有し、化学安定性良好で、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラフォン、蛍光顕微鏡等デバイスに適応される。

Claims (13)

1. 重量百分率組成比がＳｉＯ_２：３１〜５５％；Ｎｂ_２Ｏ_５：１５〜２９％；ＺｒＯ_２：０．５〜９％；Ｌａ_２Ｏ_３：０．５〜１０％；Ｒ_２Ｏ：１２〜３０％であり、上記Ｒ_２ＯはＮａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの１種類は又は数種類を含むものである、光学ガラス。
2. 重量百分率組成がＢ_２Ｏ_３：０〜５％；Ｓｂ_２Ｏ_３：０〜０．５％；ＲＯ：０〜１０％であり、上記ＲＯはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯの１種類は又は数種類を含むものである、請求項１に記載の光学ガラス。
3. Ｂ_２Ｏ_３：０．５〜５％及び／又はＲＯ：１〜９％である、請求項２に記載の光学ガラス。
4. ＳｉＯ_２：３５〜５０％である、請求項１又は請求項２に記載の光学ガラス。
5. Ｎｂ_２Ｏ_５：１８〜２９％である、請求項１又は請求項２に記載の光学ガラス。
6. ＺｒＯ_２：０．５〜８％である、請求項１又は請求項２に記載の光学ガラス。
7. Ｌａ_２Ｏ_３：０．５〜８％である、請求項１又は請求項２に記載の光学ガラス。
8. Ｒ_２Ｏ：１３〜２５％である、請求項１又は請求項２に記載の光学ガラス。
9. Ｌａ_２Ｏ_３／Ｎｂ_２Ｏ_５の重量比が０．０１〜０．４５である、請求項１又は請求項２に記載の光学ガラス。
10. 上記光学ガラスの屈折率が１．６１〜１．７５であり、アッベ数が３５〜４５である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ガラス。
11. 上記光学ガラスのネガティブ異常色分散がΔＰｇ，Ｆ＜−０．０００８である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ガラス。
12. 日本規格ＪＯＧＩＳ ０３−１９７５の規定方法で測定し、上記光学ガラスの蛍光度は１級であり、低蛍光性能を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ガラス。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学ガラスより製造された光学素子。