JP2017081762A - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】低分散性である上、耐失透安定性が高い光学ガラス、並びに、該光学ガラスを用いた、精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子の提供。【解決手段】本発明の光学ガラスは、カチオン％表示で、Ｐ5+：３１〜３８％、Ａｌ3+：９〜１４％、Ｍｇ2+：１０〜２３％、Ｃａ2+：５〜１２％、Ｂａ2+：１５〜２５％、Ｚｎ2+：１〜５％、Ｌａ3+：１〜５％、を含み、アニオン％表示で、Ｏ2-：５７〜６７％、Ｆ-：３３〜４３％、を含み、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｓｒ2+、Ｙ3+及びＧｄ3+を含まず、屈折率（ｎｄ）が１．５４〜１．５７であり、アッベ数（νｄ）が７０〜７４であることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、及び光学素子に関し、特に、低分散性である上、耐失透安定性が高いフツリン酸系光学ガラス、並びに、精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子に関する。

フツリン酸系光学ガラスは、低分散かつ大きな異常分散性を有し、可視域の広い範囲において高い光線透過率が得られるため、撮像光学系光学素子材料として非常に有用である。また、フツリン酸系光学ガラスは、銅イオン等を含有させることによりフィルター機能を備えることができ、半導体撮像素子の色補正フィルター材料としても非常に有用である。

このようなフツリン酸系光学ガラスとしては、例えば、Ａｌ³⁺を１５カチオン％以上含有するもの（特許文献１）、Ｌｉ⁺を含有するもの（特許文献２）、Ｙ³⁺を含有するもの（特許文献３）、Ｇｄ³⁺を含有するもの（特許文献４）、Ｃａ²⁺を１４カチオン％以上含有するもの（特許文献５）、Ｌａ³⁺、Ｇｄ³⁺、Ｙ³⁺及びＹｂ³⁺の合計含有率が０．８カチオン％以下であるもの（特許文献６）がある。

特許第３９７３４１０号 特許第４５７０５７６号 特許第４４９８３１５号 特許第５５５８７５５号 特許第５６８９７３６号 特許第５７２１７８０号

しかしながら、特許文献１〜６に記載の光学ガラスはいずれも、低分散性及び高い耐失透安定性の両立の点で、未だ十分とは言い難かった。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、低分散性である上、耐失透安定性が高い光学ガラス、並びに、高品質な精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、本発明の光学ガラスは、カチオン％表示で、
Ｐ⁵⁺：３１〜３８％、
Ａｌ³⁺：９〜１４％、
Ｍｇ²⁺：１０〜２３％、
Ｃａ²⁺：５〜１２％、
Ｂａ²⁺：１５〜２５％、
Ｚｎ²⁺：１〜５％、
Ｌａ³⁺：１〜５％、
を含み、
アニオン％表示で、
Ｏ^2-：５７〜６７％、
Ｆ^-：３３〜４３％、
を含み、
Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｓｒ²⁺、Ｙ³⁺及びＧｄ³⁺を含まず、
屈折率（ｎｄ）が１．５４〜１．５７であり、アッベ数（νｄ）が７０〜７４であることを特徴とする。
ここで、「Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｓｒ²⁺、Ｙ³⁺及びＧｄ³⁺を含まず」とは、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｓｒ²⁺、Ｙ³⁺及びＧｄ³⁺を意図して含有させない、即ち、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｓｒ²⁺、Ｙ³⁺及びＧｄ³⁺を実質的に含有しないことを意味する。

また、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、本発明の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする。

さらに、本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする。

本発明によれば、低分散性である上、耐失透安定性の高い光学ガラス、並びに、高品質な精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子を得ることができる。

（光学ガラス）
以下、本発明の光学ガラスを具体的に説明する。
まず、本発明において、光学ガラスのガラス組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
本明細書において、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％」とは、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組成を示すものである。

以下、本発明の光学ガラスのカチオン成分について説明する。

＜Ｐ⁵⁺＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｐ⁵⁺は、ガラスの網目構造を形成し、ガラスに製造可能な耐失透安定性を持たせることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が３８％を超えると、他の各成分を配合することの効果が十分に得られないおそれがある上、化学的耐久性が低下するおそれがあり、一方、３１％未満では、耐失透安定性が低下するおそれがあるため、Ｐ⁵⁺の含有率を３１〜３８％の範囲とした。Ｐ⁵⁺の含有率は、好ましくは３２〜３７％、より好ましくは３３〜３６％の範囲である。
Ｐ⁵⁺は、原料としてＡｌ（ＰＯ₃）₃、Ｍｇ（ＰＯ₃）₂、Ｃａ（ＰＯ₃）₂、Ｂａ（ＰＯ₃）₂、Ｚｎ（ＰＯ₃）₂等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ａｌ³⁺＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ａｌ³⁺は、一定量含むことでガラスの耐失透安定性を高めると共に、化学的耐久性を高めることのできる有用成分である。しかしながら、その含有率が１４％を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、９％未満では、光学ガラスに通常必要とされる化学的耐久性が低下するおそれがあるため、Ａｌ³⁺の含有率を９〜１４％の範囲とした。Ａｌ³⁺の含有率は、好ましくは１０〜１３％、より好ましくは１１〜１２％の範囲である。
Ａｌ³⁺は、原料としてＡｌ（ＰＯ₃）₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ａｌ（ＯＨ）₃、ＡｌＦ₃等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｍｇ²⁺＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｍｇ²⁺は、ガラスのアッベ数（νｄ）を高める（低分散性を向上させる）と共に、化学的耐久性を高めることのできる有用成分である。しかしながら、その含有率が２３％を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、１０％未満では、低分散性や、光学ガラスに通常必要とされる化学的耐久性が十分に良好なものとならないおそれがあるため、Ｍｇ²⁺の含有率を１０〜２３％の範囲とした。Ｍｇ²⁺の含有率は、好ましくは１１〜２２％、より好ましくは１３〜２１％の範囲である。
Ｍｇ²⁺は、原料としてＭｇ（ＰＯ₃）₂、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ₃、Ｍｇ（ＯＨ）₂、ＭｇＦ₂等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｃａ²⁺＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｃａ²⁺は、ガラスのアッベ数（νｄ）を低下させずに屈折率（ｎｄ）を高めることのできる有用成分である。しかしながら、その含有率が１２％を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、５％未満では、光学ガラスに通常必要とされる化学的耐久性が十分に高いものとならないおそれがあるため、Ｃａ²⁺の含有率を５〜１２％の範囲とした。Ｃａ²⁺の含有率は、好ましくは６〜１１％、より好ましくは７〜１０％の範囲である。
Ｃａ²⁺は、原料としてＣａ（ＰＯ₃）₂、ＣａＣＯ₃、ＣａＦ₂等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｂａ²⁺＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｂａ²⁺は、ガラスの耐失透安定性を高めると共に、ガラスの屈折率（ｎｄ）を高めることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が２５％を超えると、他の各成分を配合することの効果が十分に得られないおそれがある上、化学的耐久性が低下するおそれがあり、一方、１５％未満では、耐失透安定性が十分に高いものとならないおそれがあるため、Ｂａ²⁺の含有率を１５〜２５％の範囲とした。Ｂａ²⁺の含有率は、好ましくは１６〜２４％、より好ましくは１７〜２３％の範囲である。
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させることができる。

＜Ｚｎ²⁺＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｚｎ²⁺は、ガラスの耐失透安定性を高めると共に、ガラスの屈折率（ｎｄ）を高めることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が５％を超えると、アッベ数（νｄ）が低下する（低分散性が悪化する）おそれがあり、一方、１％未満では、耐失透安定性が十分に高いものとならないおそれがあるため、Ｚｎ²⁺の含有率を１〜５％の範囲とした。Ｚｎ²⁺の含有率は、好ましくは１．５〜４．５％、より好ましくは２〜４％の範囲である。
Ｚｎ²⁺は、原料としてＺｎ（ＰＯ₃）₂、ＺｎＯ、ＺｎＦ₂等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｌａ³⁺＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｌａ³⁺は、屈折率（ｎｄ）に加えて化学的耐久性を高めることができる上、Ｙ³⁺やＧｄ³⁺等の他の希土類カチオンに比べ、耐失透安定性を向上させることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が５％を超えると、アッベ数（νｄ）が低下する（低分散性が悪化する）おそれがあり、一方、１％未満では、耐失透安定性および化学的耐久性が十分に高いものとならないおそれがあるため、Ｌａ³⁺の含有率を１〜５％の範囲とした。Ｌａ³⁺の含有率は、好ましくは１〜４％、より好ましくは１〜３％の範囲である。
Ｌａ³⁺は、原料としてＬａ（ＰＯ₃）₃、Ｌａ₂Ｏ₃、ＬａＦ₃等を用いてガラス内に含有させることができる。

以下、本発明の光学ガラスのアニオン成分について説明する。

＜Ｏ^2-＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｏ^2-は、ガラスの網目構造を形成し、ガラスに製造可能な耐失透安定性を持たせることができる有用成分である。しかしながら、その含有率が６７％を超えると、アッベ数（νｄ）が低下する（低分散性が悪化する）おそれがあり、一方、５７％未満では、耐失透安定性が低下するおそれがあるため、Ｏ^2-の含有率を５７〜６７％の範囲とした。Ｏ^2-の含有率は、好ましくは５８〜６６％、より好ましくは５９〜６５％の範囲である。
Ｏ^2-は、原料として各種カチオン成分の酸化物及びリン酸塩等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｆ^-＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｆ^-は、ガラスのアッベ数（νｄ）を高める（低分散性を向上させる）ことができる有用成分である。しかしながら、その含有率が４３％を超えると、耐失透安定性が低下するおそれがあり、一方、３３％未満では、アッベ数（νｄ）が低下する（低分散性が悪化する）おそれがあるため、Ｆ^-の含有率を３３〜４３％の範囲とした。好ましくは３４〜４２％、より好ましくは３５〜４１％の範囲である。
Ｆ^-は、原料として各種カチオン成分のフッ化物等を用いてガラス内に含有させることができる。

＜Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺及びＫ⁺＞
なお、本発明の光学ガラスにおいて、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺及びＫ⁺は、耐失透安定性および化学的耐久性を著しく低下させるおそれがあることが判明した。そこで、本発明では、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺及びＫ⁺を含まないものとした。

＜Ｓｒ²⁺＞
また、本発明の光学ガラスにおいて、Ｓｒ²⁺は、耐失透安定性を著しく低下させるおそれがあることが判明した。そこで、本発明では、Ｓｒ²⁺を含まないものとした。

＜Ｙ³⁺及びＧｄ³⁺＞
さらに、本発明の光学ガラスにおいて、Ｙ³⁺及びＧｄ³⁺は、耐失透安定性を著しく低下させるおそれがあることが判明した。そこで、本発明では、Ｙ³⁺及びＧｄ³⁺を含まないものとした。

＜屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）＞
本発明の光学ガラスにおいて、屈折率（ｎｄ）としては、１．５４〜１．５７の範囲であることを要し、１．５４２〜１．５６８の範囲が好ましく、１．５４４〜１．５６６の範囲がより好ましい。
また、本発明の光学ガラスにおいて、アッベ数（νｄ）としては、所望の低分散性を得る観点から、７０〜７４の範囲であることを要し、７０．２〜７３．８の範囲が好ましく、７０．４〜７３．６の範囲がより好ましい。

＜光学ガラスの製造方法＞
次に、本発明の光学ガラスの製造方法について説明する。
ここで、本発明の光学ガラスは、各成分の組成が上述した範囲を満足し、且つ上述した屈折率及びアッベ数を有していればよく、その製造方法については特に限定されることなく、従来の製造方法に従って製造することができる。
例えば、まず、本発明の光学ガラスに含まれ得る各成分の原料として、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩、フッ化物などを所定の割合で秤量し、十分混合したものをガラス調合原料とする。次いで、この原料を、ガラス原料等と反応性のない耐熱容器（例えば、白金坩堝等）に投入して、電気炉にて９００〜１３００℃に加熱して熔融しながら適時撹拌する。次いで、電気炉で清澄、均質化してから、適当な温度に予熱した金型に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、本発明の光学ガラスを製造することができる。なお、ガラスの着色改善や脱泡のため、ごく少量（例えば、光学ガラス中において０．５％以下となるような量）のＳｂ₂Ｏ₃など、工業上周知の成分を加えることができる。

（精密プレス成形用プリフォーム）
以下、本発明の精密プレス成形用プリフォームを具体的に説明する。
ここで、精密プレス成形用プリフォーム（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓ−ｍｏｌｄｉｎｇ ｐｒｅｆｏｒｍ）（以下、単に「プリフォーム」と称することがある。）は、周知の精密プレス成形法に用いられる予備成形されたガラス素材であり、すなわち、加熱して精密プレス成形に供されるガラス予備成形体を意味する。

ここで、精密プレス成形とは、周知のようにモールドオプティクス成形とも呼ばれ、最終的に得られる光学素子の光学機能面をプレス成形型の成形面を転写することにより形成する方法である。なお、光学機能面とは、光学素子における、制御対象の光を屈折したり、反射したり、回折したり、入出射させたりする面を意味し、例えば、レンズにおけるレンズ面などが、この光学機能面に相当する。

そして、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、本発明の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする。このように、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、本発明の光学ガラスを素材として用いているため、高品質である。
なお、本発明の精密プレス成形用ガラスプリフォームは、所望の性能を得る観点から、本発明の光学ガラスについて既述した、各成分の組成並びに屈折率及びアッベ数に関する必須要件を満たすことが好ましく、本発明の光学ガラスについて既述した、好ましいとされる各種要件を満たすことがより好ましい。

なお、精密プレス成形時において、ガラスとプレス成形型の成形面との反応及び／又は融着を防止しつつ、成形面に沿ってガラスの延びが良好になるようにするため、プリフォームの表面には、離型膜を被覆することが好ましい。離型膜の種類としては、貴金属（白金、白金合金）、酸化物（Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙの酸化物など）、窒化物（Ｂ、Ｓｉ、Ａｌの酸化物など）、炭素含有膜が挙げられる。炭素含有膜としては、炭素を主成分とするもの（膜中の元素含有量を原子％で表したとき、炭素の含有量が他の元素の含有量よりも多いもの）が望ましく、具体的には、炭素膜や炭化水素膜などを例示することができる。炭素含有膜の成膜法としては、炭素原料を使用した真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の公知の方法や、炭化水素などの材料ガスを使用した熱分解などの公知の方法を用いればよい。その他の膜については、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法等を用いて成膜することが可能である。

本発明のプリフォームの作製方法としては、特に限定されない。ただし、本発明のプリフォームは、上記光学ガラスの優れた特質を活かして、次の作製方法により作製することが望ましい。

第１のプリフォームの作製方法（「プリフォーム製法Ｉ」とする。）は、素材としての本発明の光学ガラスを熔融し、得られた熔融ガラスを流出して熔融ガラス塊を分離し、該熔融ガラス塊を冷却する過程で、プリフォームに成形する方法である。

第２のプリフォームの作製方法（「プリフォーム製法ＩＩ」とする。）は、素材としての本発明の光学ガラスを熔融し、得られた熔融ガラスを成形してガラス成形体を作製し、該成形体を加工して、プリフォームを得る方法である。

プリフォーム製法Ｉ、ＩＩとも、素材としての光学ガラスから均質な熔融ガラスを得る工程を含む点において、共通する。この工程では、例えば、所望の特性が得られるように調合して製造した光学ガラス原料を白金製の熔融容器内に入れ、加熱、熔融、清澄、均質化して均質な熔融ガラスを用意し、温度調整された白金または白金合金製の流出ノズルあるいは流出パイプから流出することができる。なお、光学ガラス原料を粗熔解してカレットを作製し、このカレットを調合して加熱、熔融、清澄、均質化して均質な熔融ガラスを得、上記流出ノズルあるいは流出パイプから流出するようにしてもよい。

ここで、小型のプリフォームや球状のプリフォームを作製する場合は、例えば、熔融ガラスを流出ノズルから所望質量の熔融ガラス滴として滴下し、それをプリフォーム成形型によって受けてプリフォームに成形することができる。或いは、同じく所望質量の熔融ガラス滴を流出ノズルより液体窒素などに滴下してプリフォームを成形することができる。一方、中大型のプリフォームを作製する場合は、例えば、流出パイプより熔融ガラス流を流下させ、熔融ガラス流の先端部をプリフォーム成形型で受け、熔融ガラス流のノズルとプリフォーム成形型との間にくびれ部を形成した後、プリフォーム成形型を真下に急降下して、熔融ガラスの表面張力によってくびれ部にて熔融ガラス流を分離し、受け部材に所望質量の熔融ガラス塊を受けてプリフォームに成形することができる。

なお、キズ、汚れ、シワ、表面の変質などがない滑らかな表面、例えば自由表面を有するプリフォームを得るためには、プリフォーム成形型などの上で熔融ガラス塊に風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形したり、液体窒素などの常温、常圧下では気体の物質を冷却して液体にした媒体中に熔融ガラス滴を入れてプリフォームに成形したりする方法などが用いられる。

ここで、熔融ガラス塊を浮上させながらプリフォームに成形する場合、熔融ガラス塊には、ガス（浮上ガスという）が吹きつけられ、上向きの風圧が加えられることになる。この際、熔融ガラス塊の粘度が低すぎると、浮上ガスがガラス中に入り込み、プリフォーム中に泡となって残ってしまう。しかし、熔融ガラス塊の粘度を３〜６０ｄＰａ・ｓにすることにより、浮上ガスがガラス中に入り込むことなく、ガラス塊を浮上させることができる。

プリフォームに浮上ガスが吹き付けられる際に用いられるガスとしては、空気、Ｎ₂ガス、Ｏ₂ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、水蒸気等が挙げられる。また、風圧は、プリフォームが成形型表面等の固体と接することなく浮上できれば、特に制限はない。

プリフォームより製造される精密プレス成形品（例えば、光学素子）は、レンズのように回転対称軸を有するものが多いため、プリフォームの形状も回転対称軸を有する形状が望ましい。具体例としては、球あるいは回転対称軸を一つ備えるものを示すことができる。回転対称軸を一つ備える形状としては、前記回転対称軸を含む断面において角や窪みがない滑らかな輪郭線をもつもの、例えば上記断面において短軸が回転対称軸に一致する楕円を輪郭線とするものなどがあり、球を扁平にした形状（球の中心を通る軸を一つ定め、前記軸方向に寸法を縮めた形状）を挙げることもできる。

プリフォーム製法Ｉでは、本発明の光学ガラスを塑性変形可能な温度域で成形するので、ガラス塊をプレス成形することによりプリフォームを得てもよい。その場合、プリフォームの形状を比較的自由に設定することができるので、目的とする精密プレス成形品の形状に近似させ、例えば、対向する面の一方を凸、他方を凹形状にしたり、両方を凹面にしたり、一方の面を平面、他方の面を凸面にしたり、一方の面を平面、他方の面を凹面にしたり、両面とも凸面にしたりすることができる。

プリフォーム製法ＩＩでは、例えば、熔融ガラスを鋳型に鋳込んで成形した後、成形体の歪をアニールによって除去し、切断または割断して、所定の寸法、形状に分割し、複数個のガラス片を作製し、ガラス片を研磨して表面を滑らかにするとともに、所定の質量のガラスからなるプリフォームを得ることができる。このようにして作製したプリフォームの表面にも、炭素含有膜を被覆して使用することが好ましい。プリフォーム製法ＩＩは、研削、研磨を容易にすることができる球状のプリフォーム、平板状のプリフォームなどの製造に好適である。

いずれの製法においても、使用する本発明の光学ガラスの熱的安定性や耐失透安定性が優れているため、ガラスの失透、脈理などを理由とする不良品が発生しにくく、高品質なプリフォームを安定して製造することができ、また、光学素子の製造プロセス全体の量産性を高めることができる。

次に、精密プレス成形による光学素子等の成形品の量産性をさらに高める上から、より好ましいプリフォームについて説明する。

本発明の光学ガラスは、ガラス素材の面から、優れた精密プレス成形性を提供するが、精密プレス成形におけるガラスの変形量を減少させることにより、精密プレス成形時のガラスと成形型の温度の低下、プレス成形に要する時間の短縮化、プレス圧力の低減などが可能になる。その結果、ガラスと成形型成形面との反応性が低下し、精密プレス成形時に発生する上記不具合が低減され、量産性がより高まる。

ここで、プリフォームを精密プレス成形してレンズを作製する場合における好ましいプリフォームは、互いに反対方向を向く被プレス面（精密プレス成形時に対向する成形型成形面でプレスされる面）を有するプリフォームであり、さらに２つの被プレス面の中心を貫く回転対称軸を有するプリフォームがより好ましい。こうしたプリフォームのうち、メニスカスレンズの精密プレス成形に好適なものは、被プレス面の一方が凸面、他方が凹面、平面、前記凸面より曲率が小さいと凸面のいずれかであるプリフォームである。

また、両凹レンズの精密プレス成形に好適なプリフォームは、被プレス面の一方が凸面、凹面、平面のいずれかであり、他方が凸面、凹面、平面のいずれかであるプリフォームである。
一方、両凸レンズの精密プレス成形に好適なプリフォームは、被プレス面の一方が凸面であり、他方が凸面または平面であるプリフォームである。

いずれの場合においても、プリフォームは、精密プレス成形品の形状により近似する形状のプリフォームであることが好ましい。

なお、プリフォーム成形型を用いて熔融ガラス塊をプリフォームに成形する場合、前記成形型上のガラスの下面は、成形型における成形面の形状によって概ね定まる。一方、前記ガラスの上面は、熔融ガラスの表面張力とガラスの自重とによって定まる形状となる。ここで、精密プレス成形時におけるガラスの変形量を低減するには、プリフォーム成形型において成形中のガラスの上面の形状も制御する必要がある。熔融ガラスの表面張力とガラスの自重とによって定まるガラス上面の形状は、凸面状の自由表面となるが、上面を平面、凹面あるいは前記自由表面よりも曲率が小さい凸面にするには、前記ガラス上面に圧力を加えることができる。具体的には、ガラス上面を所望形状の成形面を有する成形型でプレスしたり、ガラス上面に風圧を加えて所望形状に成形したりすることができる。なお、成形型でガラス上面をプレスする際、成形型の成形面に複数のガス噴出口を設け、これらガス噴出口からガスを噴出して成形面とガラス上面の間にガスクッションを形成し、ガスクッションを介してガラス上面をプレスしてもよい。あるいは、上記自由表面よりも曲率の大きい面にガラス上面を成形したい場合は、ガラス上面を近傍に負圧を発生させて上面を盛り上げるように成形してもよい。

また、プリフォームは、精密プレス成形品の形状により近似する形状とするため、表面を研磨したプリフォームであることも好ましい。例えば、被プレス面の一方が平面または球面の一部になるように研磨され、他方が球面の一部または平面になるように研磨されたプリフォームが好ましい。ここで、球面の一部は凸面でも凹面でもよいが、凸面とするか凹面とするかは、上記のように精密プレス成形品の形状によって決めることが望ましい。

上記各プリフォームは、直径が１０ｍｍ以上のレンズの成形に好ましく用いることができ、直径が２０ｍｍ以上のレンズの成形により好ましく用いることができる。また、中心肉厚が２ｍｍを超えるレンズの成形にも好ましく用いることができる。

（光学素子）
以下、本発明の光学素子を具体的に説明する。
本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする。このように、本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスを素材として用いているため、高品質である。
なお、本発明の光学素子は、所望の性能を得る観点から、本発明の光学ガラスについて既述した、各成分の組成並びに屈折率及びアッベ数に関する必須要件を満たすことが好ましく、本発明の光学ガラスについて既述した、好ましいとされる各種要件を満たすことがより好ましい。

光学素子の種類は限定されないが、典型的なものとしては、非球面レンズ、球面レンズ、あるいは平凹レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどのレンズ；マイクロレンズ；レンズアレイ；回折格子付きレンズ；プリズム；レンズ機能付きプリズム；などを例示することができる。光学素子として、好ましくは、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどのレンズ、プリズム、回折格子を例示することができる。上記各レンズは非球面レンズであってもよいし、球面レンズであってもよい。表面には必要に応じて反射防止膜や波長選択性のある部分反射膜などを設けてもよい。

＜光学素子の製造方法＞
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子は、例えば、上記本発明のプリフォームをプレス成形型を用いて精密プレス成形することにより、製造することができる。

ここで、精密プレス成形では、予め成形面を所望の形状に高精度に加工されたプレス成形型を用いることができるが、成形面には、プレス時のガラスの融着を防止するため、離型膜を形成してもよい。離型膜としては、炭素含有膜や窒化物膜、貴金属膜が挙げられ、炭素含有膜としては水素化カーボン膜、炭素膜などが好ましい。

また、プレス成形型ならびにプリフォームの加熱および精密プレス成形工程は、プレス成形型の成形面あるいは前記成形面に好適に設けられた離型膜の酸化を防止するため、窒素ガス、あるいは窒素ガスと水素ガスの混合ガスなどのような非酸化性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。非酸化性ガス雰囲気中では、プリフォームの表面を被覆する離型膜、特には炭素含有膜が酸化されずに、当該膜が、精密プレス成形された成形品の表面に残存することになる。この膜は、最終的には除去するべきものであるが、炭素含有膜等の離型膜を比較的容易に且つ完全に除去するには、精密プレス成形品を酸化性雰囲気、例えば大気中において加熱すればよい。炭素含有膜等の離型膜の除去は、精密プレス成形品が加熱により変形しないような温度で行うべきである。具体的には、炭素含有膜等の離型膜の除去は、ガラスの転移温度未満の温度範囲で行うことが好ましい。

なお、本発明の光学素子の製造方法としては、特に限定されず、以下に示す２つの製造方法が挙げられる。ここで、本発明の光学素子の製造においては、上記本発明の精密プレス成形用プリフォームを、同一のプレス成形型を用いて精密プレス成形する工程を繰り返すことが、光学素子の量産の観点で好ましい。

第１の光学素子の製造方法（「光学素子製法Ｉ」とする。）は、プリフォームをプレス成形型に導入し、前記プリフォームとプレス成形型とを一緒に加熱して精密プレス成形し、光学素子を得る方法である。
第２の光学素子の製造方法（「光学素子製法ＩＩ」とする。）は、加熱したプリフォームを予熱したプレス成形型に導入し、精密プレス成形し、光学素子を得る方法である。

光学素子製法Ｉでは、成形面が精密に形状加工された対向した一対の上型と下型との間にプリフォームを供給した後、ガラスの粘度が１０⁵〜１０⁹ｄＰａ・ｓ相当の温度まで成形型及びプリフォームの両者を加熱してプリフォームを軟化し、これを加圧成形することによって、成形型の成形面をガラスに精密に転写することができる。光学素子製法Ｉは、面精度、偏心精度など成形精度の向上が重視される場合に、推奨される方法である。

光学素子製法ＩＩでは、成形面が精密に形状加工された対向した一対の上型と下型との間に、予めガラスの粘度で１０⁴〜１０⁸ｄＰａ・ｓに相当する温度に昇温したプリフォームを供給し、これを加圧成形することによって、成形型の成形面をガラスに精密に転写することができる。光学素子製法ＩＩは、生産性向上が重視される場合に、推奨される方法である。

加圧時の圧力及び時間は、ガラスの粘度などを考慮して適宜決定することができ、例えば、プレス圧力は約５〜１５ＭＰａ、プレス時間は１０〜３００秒とすることができる。プレス時間、プレス圧力などのプレス条件は成形品の形状、寸法に合わせて周知の範囲で適宜設定すればよい。

この後、成形型と精密プレス成形品を冷却し、好ましくは歪点以下の温度となったところで、離型し、精密プレス成形品を取出す。なお、光学特性を精密に所望の値に合わせるため、冷却時における成形品のアニール処理条件、例えばアニール速度等を適宜調整してもよい。

なお、本発明の光学素子は、プレス成形工程を経なくても作製することはできる。例えば、均質な熔融ガラスを鋳型に鋳込んでガラスブロックを成形し、アニールして歪を除去するとともに、ガラスの屈折率が所望の値になるようにアニール条件を調整して光学特性の調整を行ったのち、次にガラスブロックを切断または割断してガラス片を作り、さらに研削、研磨して光学素子に仕上げることにより得ることができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の光学ガラスを具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

光学ガラスに含まれ得る各成分の原料として、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩、フッ化物などを使用し、それぞれ表１〜３に示す実施例１〜２０及び比較例１〜１１の組成を有する光学ガラスとなるように、前記原料をガラス化した後、１００ｇとなるように秤量し、十分混合して、白金坩堝に投入し、電気炉にて９００〜１３００℃で１〜２時間熔融し、適時撹拌して均質化を図った。次いで、清澄してから適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、実施例１〜２０及び比較例１〜１１の光学ガラスをそれぞれ得た。得られた光学ガラスについて、以下に示すように、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）の測定を行い、さらに、耐失透安定性について評価した。

屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）の測定は、日本光学硝子工業会規格に準じた「ＪＯＧＩＳ０１−２００３光学ガラスの屈折率の測定方法」に記載された方法に従って行った。測定の結果を、表１〜３に併記する。

さらに、耐失透安定性については、下記の評価方法及び評価基準で、評価した。評価の結果を、表１〜３に併記する。
＜耐失透安定性の評価方法＞
１時間熔融したガラスについて、電気炉から取り出し撹拌を行い、撹拌開始から失透開始までの時間を測定し、以下の基準に基づいて耐失透安定性を評価した。
○：失透開始まで１８０秒以上
×：失透開始まで１８０秒未満

表１〜２から、本発明に従う実施例１〜２０の光学ガラスは、いずれも、アッベ数（νｄ）が７０以上であり低分散性である上、耐失透安定性が高いことが分かる。

これに対し、表３から、比較例１〜１１の光学ガラスは、それぞれ以下のように考察される。
比較例１の光学ガラスは、Ｌｉ⁺を含むため、耐失透安定性が低い。
比較例２の光学ガラスは、Ｓｒ²⁺を含むため、耐失透安定性が低い。
比較例３の光学ガラスは、Ｌａ³⁺を含まずＹ³⁺を含むため、耐失透安定性が低い。
比較例４の光学ガラスは、Ｌａ³⁺を含まずＧｄ³⁺を含むため、耐失透安定性が低い。
比較例５の光学ガラスは、Ｚｎ²⁺の含有量が多いため、アッベ数（νｄ）が低く、低分散性に劣る。
比較例６の光学ガラスは、Ｏ^2-の含有量が多い（Ｆ^-の含有量が少ない）ため、アッベ数（νｄ）が低く、低分散性に劣る。
比較例７の光学ガラスは、Ａｌ³⁺の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例８の光学ガラスは、Ｍｇ²⁺の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例９の光学ガラスは、Ｃａ²⁺の含有量が多いため、耐失透安定性が低い。
比較例１０の光学ガラスは、Ｂａ²⁺の含有量が少ないため、耐失透安定性が低い。
比較例１１の光学ガラスは、Ｌａ³⁺の含有量が少ないため、耐失透安定性が低い。

Claims (3)

1. カチオン％表示で、
   Ｐ⁵⁺：３１〜３８％、
   Ａｌ³⁺：９〜１４％、
   Ｍｇ²⁺：１０〜２３％、
   Ｃａ²⁺：５〜１２％、
   Ｂａ²⁺：１５〜２５％、
   Ｚｎ²⁺：１〜５％、
   Ｌａ³⁺：１〜５％、
   を含み、
   アニオン％表示で、
   Ｏ^2-：５７〜６７％、
   Ｆ^-：３３〜４３％、
   を含み、
   Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｓｒ²⁺、Ｙ³⁺及びＧｄ³⁺を含まず、
   屈折率（ｎｄ）が１．５４〜１．５７であり、アッベ数（νｄ）が７０〜７４であることを特徴とする光学ガラス。
2. 請求項１に記載の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム。
3. 請求項１に記載の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする光学素子。