JP2017504556A - ネガティブ異常分散を有する光学ガラス及び光学素子 - Google Patents

Abstract

本発明は優れたネガティブ異常分散性能を有する環境にやさしい光学ガラス及び光学素子を提供する。優れたネガティブ異常分散性能を有する光学ガラスはＮｂ２Ｏ５を０〜５％含有し、ＴｉＯ２及びＦ元素を含まず、且つ光学ガラスの相対部分分散率Ｐｇ，Ｆは０．５７未満で、ネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆは−０．００８以下である。本発明が提供する光学ガラスは何れかの環境を害する元素を添加する必要はなく、その屈折率は１．６０〜１．６５で、アッベ数は４０〜４６で、通常のネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆは−０．０１未満である。従って、この光学ガラスは優れたネガティブ異常分散性能及び環境性能を有し、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ及びカメラフォン等設備に幅広く適用可能である。

Description

本発明は、光学ガラス、光学素子に関する。当該光学ガラスは屈折率（ｎ_ｄ）が１．６０〜１．６５、アッベ数（υ_ｄ）が４０〜４６で、特に優れたネガティブ異常分散性能（ΔＰｇ，Ｆ）及び環境にやさしい光学ガラス及び光学素子に関する。

光学ガラスは光学機器及び光電製品においては、不可欠な重要構成であり、近年、スマートフォン及び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を持たせる事を要求される。それには、光学ガラスにネガティブ異常分散性能を持たせることが要求される。

現在既知のネガティブ異常分散性能を有する光学ガラスはＢ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＰｂＯシステムを採用しているが、この系統のガラスにはＰｂＯの含有量が比較的大きい為、ガラスの化学安定性が悪いだけではなく、環境要求にも満足できないのである。ＰｂＯ非含有のガラス系統は、開示番号１２２５９０３である中国特許、開示番号４０３２５６６であるドイツ特許、開示番号１０２１９９００１である中国特許及び開示番号４２００４６７であるアメリカ特許があり、これらのガラスにはＴｉ又はＦというような異常分散性能を破壊する元素を導入しており、又は比較的に多くのＮｂ_２Ｏ_５成分を含有してあるため、これもガラスの異常分散性能を破壊してしまうのである。一方、ＵＳ４２００４６７には比較的に高い比例のＮａイオンを含有しており、これはガラスの構造破断が酷くなってしまい、ガラス結晶傾向が大きくなり、且つ、光学ガラスの膨張係数、熱安定性、化学安定性及び機械強度にとってはとても不利である。

発明が解決しようとする課題は、優れたネガティブ異常分散性能を有する環境にやさしい光学ガラス及び光学素子を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、重量百分率組成としてＮｂ_２Ｏ_５：０〜５％を含有し、ＴｉＯ_２及びＦ元素を含有せず、且つ、光学ガラスの相対部分分散率Ｐｇ，Ｆ＜０．５７で、ネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ≦−０．００８である、ネガティブ異常分散を有する光学ガラスである。

本発明の光学ガラスは更に、ＳｉＯ_２：２０〜４０％；Ｂ_２Ｏ_３：１５〜４０％；Ｔａ_２Ｏ_５：１５〜４０％；ＺｒＯ_２：５〜２０％；Ｒ_２Ｏ：５〜１５％を含有することが好ましい。上記Ｒ_２ＯはＫ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏの一種又は数種類を含む。ＺｎＯ＋ＷＯ_３＋ＲＯ：０〜５％、上記ＲＯはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯの一種又は数種類を含む。

更に、Ｎｂ_２Ｏ_５を０〜２％含有することが好ましい。

更に、ＳｉＯ_２を２２〜３８％含有することが好ましい。

更に、Ｂ_２Ｏ_３を１６〜４０％含有することが好ましい。

更に、Ｔａ_２Ｏ_５を１７〜３８％含有することが好ましい。

更に、ＺｒＯ_２を６〜１９％含有することが好ましい。

更にＲ_２Ｏを６〜１４％を含有することが好ましい。上記Ｒ_２ＯにはＫ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏの一種又は数種類を含む。

更に、ＺｎＯ、ＷＯ_３及びＲＯを含有し、且つ、ＺｎＯ＋ＷＯ_３＋ＲＯを１〜４．５％含有するこ及びが好ましい。上記ＲＯはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯの一種又は数種類を含む。更に、上記光学ガラスの屈折率は１．６０〜１．６５で、アッベ数は４０〜４６である。

更に、上記光学ガラスネガティブ異常分散はΔＰｇ，Ｆ＜−０．０１である。

また、本発明は、上記ネガティブ異常分散を有する光学ガラスからなる光学素子である。

本発明の光学ガラスは如何なる環境に害する元素を添加する必要はなく、屈折率は１．６０〜１．６５、アッベ数は４０〜４６、相対部分分散率Ｐｇ，Ｆ＜０．５７、ネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ≦−０．００８、通常ΔＰｇ，Ｆ＜−０．０１であり、優れたネガティブ異常分散性能及び環境性能を有し、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ及びカメラフォン等の設備に幅広く適応する。

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

ＳｉＯ_２は、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、ガラスの高温粘度を増やす。ＳｉＯ_２の含有量が２０％より低い場合、得られたガラスは化学安定性が悪くなる。但し、ＳｉＯ_２の含有量が４０％より高い場合は、ガラスの屈折率は要求範囲内に入ることができなく、且つ、ガラスの高温粘度は比較的大きい。そのため、ＳｉＯ_２の含有量を２０〜４０％と限定し、好ましくは２２〜３８％である。

Ｂ_２Ｏ_３も光学ガラスネットワーク生成体酸化物である。Ｂ_２Ｏ_３は、本発明においてもっとも重要な役割とは、ガラスの短波色分散は比較的小さくさせることで、ガラスに比較的良いネガティブ異常分散性能を持たせる。但しＢ_２Ｏ_３の含有量が１５％より低い場合は、ガラスの高温粘度が高くなり、溶融性能が比較的に悪く、且つ、ネガティブ異常分散性能が悪くなる。但し、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が４０％より高い場合は、ガラスの化学安定性が悪くなり、ガラスが結晶しやすくなる。そのため、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は１５〜４０％と限定し、好ましくは１６〜４０％である。

Ｔａ_２Ｏ_５は、光学ガラス屈折率及びネガティブ異常分散を著しく向上する酸化物であり、本発明は優れたネガティブ異常分散性能を獲得するため、Ｔａ_２Ｏ_５の含有量を増加することによって得る。但し、Ｔａ_２Ｏ_５の含有量が１５％より低い場合は、比較的優れたネガティブ異常分散性能を獲得する目的を果たせなくなる。但し、Ｔａ_２Ｏ_５の含有量が４０％より高い場合は、ガラスの溶融性能が比較的に悪くなり、均一性の比較的良いガラスが得にくく、ガラスの製造原価を向上させてしまう。そのため、Ｔａ_２Ｏ_５の含有量は１５〜４０％と限定し、好ましくは１７〜３８％である。

ＺｒＯ_２光学ガラスの屈折率及び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５％より低い場合は、あるべき効果を果たせなくなる。ただし、ＺｒＯ_２の含有量が２０％より高い場合は、この難溶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５〜２０％で、好ましくは６〜１９％である。

Ｒ_２Ｏは、アルカリ金属の酸化物であり、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る。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５％より低い場合は、フラックス作用は果たせなく、ガラスの高温粘度が比較的に大きくなる。但し、Ｒ_２Ｏの総量が１５％より高い場合は、光学ガラス的化学安定性が悪くなる。そのため、Ｒ_２Ｏの含有量を５〜１５％にし、好ましくは６〜１４％である。更に、本発明は比較的に低い比例のＮａ_２Ｏを採用し、その他の成分を合わせて使う事によって、ガラスが結晶し難いようにする。また、光学ガラスの膨張係数、熱安定性、化学安定性及び機械強度についても大きく有利である。具体的には、本発明のＮａ_２Ｏの含有量は０〜１２％と限定し、好ましくは２〜８％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。本発明はＮｂ_２Ｏ_５の含有量を低下させることにより、良いネガティブ異常分散性能を獲得すると同時に、ガラスの原価を低減することができる。そのため、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量を０〜５％に限定し、好ましくは０〜２％である。

ＺｎＯ、ＷＯ_３、ＲＯは全てガラスの屈折率及びアッベ数を効果的に調節することができる。その内，ＲＯはアルカリ金属酸化物であり、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯの一種又は数種類を含む。ＺｎＯ、ＷＯ_３及びＲＯの含有量合計（ＺｎＯ＋ＷＯ_３＋ＲＯ）は０〜５％で、好ましくは１〜４．５％である。

また、本発明はネガティブ異常分散性能を破壊するＴｉＯ_２と何れの形式により存在するＦ元素を導入しない。

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、浄化、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１．６０〜１．６５で、アッベ数が４０〜４６で、且つ優れたネガティブ異常分散性能を有する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／Ｔ７９６２．１−２０１０無色光学ガラス測定方法：屈折率及び分散係数」による。

上記の測定を経て、得られる本発明の光学ガラスは以下の性能を有する。屈折率（ｎｄ）は、１．６０〜１．６５で、アッベ数は（ν_ｄ）４０〜４６で、相対部分分散率はＰｇ，Ｆ＜０．５７で、且つネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ≦−０．００８で、通常ΔＰｇ，Ｆ＜−０．０１で、優れた化学安定性及び環境性能を有する。

本発明では更に光学素子を提供する。当該光学素子は、本発明の光学ガラスからなり、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。本発明の光学素子は比較的に大きいネガティブ異常分散を増加し、如何なる環境に害する元素を添加する必要はなく、屈折率（ｎｄ）は１．６０〜１．６５で、アッベ数（ｖｄ）は４０〜４６である。本発明が提供する光学素子はデジタルカメラ、デジタルカメラビデオ、カメラフォン等設備の応用に適合する。

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。

本発明の光学ガラス実施例１〜３０は、表１〜表３に示す。表１〜表３において表示する個々の実施例の特性値に基づいて計量して充分混合の後、光学ガラス用の溶解炉に入れて、適切なプロセス温度にて溶融、浄化、撹拌して均質、適切温度まで冷却の後、熔融ガラスを予め予熱済みの金属金型中に注入して成形・アニーリングして、必要な光学ガラスを得る。本発明が提供する優れたネガティブ異常分散性能を有する光学ガラスの組成と対応する性能、例えば：屈折率（ｎｄ）、色分散（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）の結果は全て表１〜表３の実施例１〜３０において示す。これらの表において、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、相対部分色分散は式（１）にて算出して得られる。多くのガラスにおいて、式（２）の線性関係は成立する。Ｈ−Ｋ６及びＦ４を基準ガラスとして選定し、傾斜率ｍｘ，ｙ及びインターセプトｂｘ，ｙが得られ、それから本発明のネガティブ異常分散性能を有する光学ガラスを選定して色差を校正する。式（３）におけるΔＰｘ，ｙはこの偏差値を示し、最後は式（４）によってΔＰｇ，Ｆの詳細値を算出する。

上記実施例から、本発明が提供の光学ガラスは、何れの環境に害する元素を添加する必要はなく、その屈折率は１．６０〜１．６５で、アッベ数は４０〜４６で、相対部分分散率はＰｇ，Ｆ＜０．５７で、且つ、ネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ≦−０．００８で、通常ΔＰｇ，Ｆ＜−０．０１で、優れたネガティブ異常分散性能を有し、且つ優れた化学安定性及び環境性能を有し、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ及びカメラフォン等設備に幅広く適応できることが分かる。

Claims (14)

1. 重量百分率組成としてＮｂ_２Ｏ_５：０〜５％を含有し、ＴｉＯ_２及びＦ元素を含有せず、且つ、光学ガラスの相対部分分散率Ｐｇ，Ｆ＜０．５７で、ネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ≦−０．００８である、ネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
2. 重量百分率組成としてＳｉＯ_２：２０〜４０％；Ｂ_２Ｏ_３：１５〜４０％；Ｔａ_２Ｏ_５：１５〜４０％；ＺｒＯ_２：５〜２０％；Ｒ_２Ｏ：５〜１５％（上記Ｒ_２ＯはＫ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏの一種又は数種類を含む。）；ＺｎＯ＋ＷＯ_３＋ＲＯ：０〜５％（上記ＲＯはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯの一種又は数種類を含む。）を含有する、請求項１に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
3. Ｎｂ_２Ｏ_５：０〜２％を含有する、請求項１又は２に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
4. ＳｉＯ_２：２２〜３８％を含有する、請求項１又は２に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
5. Ｂ_２Ｏ_３：１６〜４０％を含有する、請求項１又は２に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
6. Ｔａ_２Ｏ_５：１７〜３８％を含有する、請求項１又は２に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
7. ＺｒＯ_２：６〜１９％を含有する、請求項１又は２に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
8. Ｒ_２Ｏ：６〜１４％（上記Ｒ_２ＯはＫ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏの一種又は数種を含む。）を含有する、請求項１又は２に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
9. ＺｎＯ、ＷＯ_３及びＲＯ、且つ、ＺｎＯ＋ＷＯ_３＋ＲＯ：１〜４．５％（上記ＲＯはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯの一種又は数種を含む。）を含有する、請求項１又は２に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
10. Ｎａ_２Ｏ：０〜１２％である、請求項１又は２に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
11. Ｎａ_２Ｏ：２〜８％である、請求項１又は２に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
12. 上記光学ガラスの屈折率は１．６０〜１．６５で、アッベ数は４０〜４６である、請求項１〜１１の何れか一項に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
13. 上記光学ガラスのネガティブ異常分散ΔＰｇ，Ｆ＜−０．０１である、請求項１〜１１の何れか一項に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラス。
14. 請求項１〜１３の何れか一項に記載のネガティブ異常分散を有する光学ガラスを使用して形成された光学素子。