JP2018035037A - ガラス、プレス成形用ガラス素材、光学素子ブランクおよび光学素子 - Google Patents
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Abstract
Description
アッベ数νdが35.5以上39.0未満であり、屈折率ndがアッベ数νdに対して式(1):
nd≧−1.0000×10−2×νd+2.2726 ・・・(1)
を満たし、
カチオン%表示のガラス組成において、
B3+とSi4+との合計含有量が35.0〜53.0%の範囲であり、
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量が30.0〜50.0%の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量が3.0〜20.0%の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するLa3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量のカチオン比{(La3++Gd3++Y3++Yb3+)/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が3.56〜5.20の範囲であり、
B3+とSi4+との合計含有量に対するZn2+含有量のカチオン比{Zn2+/(B3++Si4+)}が0.001〜0.200の範囲であり、
B3+含有量に対するLa3+含有量のカチオン比(B3+/La3+)が1.165以下であり、
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量に対するGd3+含有量のカチオン比{Gd3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)}が0.10以下であり、
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量に対するY3+含有量のカチオン比{Y3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)}が0.03〜0.50の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するTi4+含有量のカチオン比{Ti4+/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が0.20〜0.70の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するTa5+含有量のカチオン比{Ta5+/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が0.10以下であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するW6+含有量のカチオン比{W6+/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が0.20以下であり、
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量に対するB3+とSi4+との合計含有量のカチオン比{(B3++Si4+)/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)}が1.40以下であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するB3+とSi4+との合計含有量のカチオン比{(B3++Si4+)/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が3.50〜5.70の範囲であり、かつ
以下に示す表1に記載のカチオン成分について、各カチオン成分の含有量に表1に記載の係数を掛けた値の合計Aが屈折率ndに対して式(2):
A≦137.778×nd−175.033 ・・・(2)
を満たす酸化物ガラスであるガラス、
に関する。
以下、本発明の一態様にかかるガラスについて、更に詳細に説明する。
以下、特記しない限り、カチオン成分の含有量、複数種のカチオン成分の含有量の合計(合計含有量)をカチオン%で表示する。更に、カチオン%表示において、カチオン成分同士の含有量(複数種のカチオン成分の合計含有量も含む)の比をカチオン比という。
上記ガラスは、アッベ数νdが35.5以上39.0未満であり、かつ屈折率ndがアッベ数νdに対して式(1):
nd≧−1.0000×10−2×νd+2.2726 ・・・(1)
を満たすガラスである。
nd≧−1.0000×10−2×νd+2.2727 ・・・(1−1)
nd≧−1.0000×10−2×νd+2.2728 ・・・(1−2)
nd≧−1.0000×10−2×νd+2.2729 ・・・(1−3)
nd≦−1.0000×10−2×νd+2.2950 ・・・(1−4)
nd≦−1.0000×10−2×νd+2.2850 ・・・(1−5)
nd≦−1.0000×10−2×νd+2.2760 ・・・(1−6)
ガラス組成に関して、先に記載し、かつ以下に詳述する合計含有量およびカチオン比を満たすようにガラスの組成調整を行うことは、ガラスの高屈折率化および低分散化に寄与し得る。更に、上記の合計含有量およびカチオン比を満たすガラス組成において、表1に記載の係数を用いて算出される合計Aが下記式(2):
A≦137.778×nd−175.033 ・・・(2)
を満たすように組成調整を行うことによって、アッベ数νdが35.5以上39.0未満であり、かつnd≧−1.0000×10−2×νd+2.2726の関係を満たすガラスの低比重化が可能になる。この点は、本発明者の鋭意検討の結果、新たに見出された。
A≦137.778×nd−177.033 ・・・(2−1)
A≦137.778×nd−178.033 ・・・(2−2)
A≦137.778×nd−178.333 ・・・(2−3)
A≦137.778×nd−178.533 ・・・(2−4)
A≦137.778×nd−178.833 ・・・(2−5)
A≦137.778×nd−179.433 ・・・(2−6)
A≦137.778×nd−179.833 ・・・(2−7)
A≧137.778×nd−191.089 ・・・(2−8)
以下に、各種カチオン成分の合計含有量およびカチオン比等について、更に詳細に説明する。
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量(La3++Gd3++Y3++Yb3+)が30.0%以上であると、屈折率ndの低下を抑制することができるため、上記した光学特性を有するガラスを作製するうえで好ましい。更に、ガラスの化学的耐久性および/または耐候性の低下を抑制することもできる。なお、ガラス転移温度が低下すると、ガラスを機械的に加工(切断、切削、研削、研磨等)するときにガラスが破損しやすくなる(機械加工性の低下)が、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量が30.0%以上であると、ガラス転移温度の低下を抑制することができるため、機械加工性を高めることもできる。一方、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の各成分の合計含有量が50.0%以下であれば、ガラスの熱的安定性を高めることができるため、ガラスを製造するときの結晶化の抑制や、ガラスを熔融するときの原料の熔け残りを低減することもできる。また、比重の上昇を抑制するうえでも好ましい。以上の観点から、上記ガラスにおいて、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量は、30.0〜50.0%の範囲である。La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量は、33.0%以上であることが好ましく、35.0%以上であることがより好ましく、36.0%以上であることが更に好ましく、37.0%以上であることが一層好ましい。また、La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量は、48.0%以下であることが好ましく、45.0%以下であることがより好ましく、44.0%以下であることが更に好ましく、43.0%以下であることが一層好ましく、42.0%以下であることがより一層好ましい。
B3+含有量は、14.0%以上であることが好ましく、18.0%以上であることがより好ましく、20.0%以上であることが更に好ましく、23.0%以上であることが一層好ましく、25.0%以上であることがより一層好ましく、27.0%以上であることが更に一層好ましい。また、B3+含有量は、50.0%以下であることが好ましく、45.0%以下であることがより好ましく、43.0%以下であることが更に好ましく、40.0%以下であることが一層好ましく、38.0%以下であることがより一層好ましい。
Si4+含有量は、2.0%以上であることが好ましく、4.0%以上であることがより好ましく、6.0%以上であることが更に好ましく、7.0%以上であることが一層好ましく、8.0%以上であることがより一層好ましく、9.0%以上であることが更に一層好ましい。また、Si4+含有量は、39.0%以下であることが好ましく、30.0%以下であることがより好ましく、25.0%以下であることが更に好ましく、23.0%以下であることが一層好ましく、20.0%以下であることがより一層好ましく、18.0%以下であることが更に一層好ましく、15.0%以下であることが更により一層好ましい。
以上の観点から、B3+とSi4+との合計含有量に対するB3+含有量のカチオン比{B3+/(B3++Si4+)}の好ましい範囲は、以下の通りである。
B3+とSi4+との合計含有量に対するB3+含有量のカチオン比{B3+/(B3++Si4+)}は、0.40以上であることが好ましく、0.50以上であることがより好ましく、0.55以上であることが更に好ましく、0.60以上であることが一層好ましく、0.65以上であることがより一層好ましく、0.68以上であることが更に一層好ましい。カチオン比{B3+/(B3++Si4+)}が上記例示した下限以上であることは、ガラスの熔融性改善の観点からも好ましい。また、カチオン比{B3+/(B3++Si4+)}は、0.95以下であることが好ましく、0.90以下であることがより好ましく、0.85以下であることが更に好ましく、0.83以下であることが一層好ましく、0.80以下であることがより一層好ましく、0.78以下であることが更に一層好ましい。カチオン比{B3+/(B3++Si4+)}が上記例示した上限以下であることは、熔融時のガラスの粘性を高めるうえでも好ましい。更に、カチオン比{B3+/(B3++Si4+)}が上記例示した上限以下であることは、熔融時の揮発によるガラス組成の変動およびこれによる光学特性の変動を低減するために、またガラスの化学的耐久性、耐候性および機械加工性の1つ以上の改善の観点からも好ましい。
Zn2+含有量は、0%超であることが好ましく、0.1%以上であることがより好ましく、0.2%以上であることが更に好ましい。また、Zn2+含有量は、10.0%以下であることが好ましく、8.0%以下であることがより好ましく、7.0%以下であることが更に好ましく、6.0%以下であることが一層好ましく、5.0%以下であることがより一層好ましく、4.0%以下であることが更に一層好ましい。
La3+含有量は、15.0%以上であることが好ましく、18.0%以上であることがより好ましく、20.0%以上であることが更に好ましく、23.0%以上であることが一層好ましく、25.0%以上であることがより一層好ましい。また、La3+含有量は、48.5%以下であることが好ましく、45.0%以下であることがより好ましく、43.0%以下であることが更に好ましく、40.0%以下であることが一層好ましく、38.0%以下であることがより一層好ましく、35.0%以下であることが更に一層好ましい。
Gd3+含有量は、4.0%以下であることが好ましく、3.0%以下であることがより好ましく、2.5%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましい。Gd3+含有量は、0%以上であることが好ましく、ガラスの安定供給および低比重化を容易にする観点から、Gd3+含有量が0%であること、即ちGd3+が含まれないことが特に好ましい。
Y3+含有量は、ガラスの熱的安定性および溶融性改善の観点から、0.9%以上であることが好ましく、2.0%以上であることがより好ましく、5.0%以上であることが更に好ましく、6.0%以上であることが一層好ましく、6.5%以上であることがより一層好ましく、7.0%以上であることが更に一層好ましい。また、Y3+含有量は、25.0%以下であることが好ましく、23.0%以下であることがより好ましく、20.0%以下であることが更に好ましく、18.0%以下であることが一層好ましく、15.0%以下であることがより一層好ましく、13.0%以下であることが更に一層好ましく、12.0%以下であることが更により一層好ましい。
Ybは希土類元素の中では原子量が大きくガラスの比重を増加させる傾向がある。また、Ybは近赤外域に吸収を有する。一方、一眼レフカメラ用の交換レンズや監視カメラのレンズは、近赤外域の光線透過率が高いことが望ましい。そのため、これらレンズの作製に有用なガラスとするためには、Ybの含有量を低減することが望ましい。以上の観点から、Yb3+含有量は、4.0%以下であることが好ましく、3.0%以下であることがより好ましく、2.0%以下であることが更に好ましく、1.0%以下であることが一層好ましい。また、Yb3+含有量は0%以上であることができ、0%であること、即ちYb3+が含まれないことが特に好ましい。
Ti4+含有量は、15.0%以上であることが好ましく、13.0%以下であることがより好ましく、11.0%以下であることが更に好ましく、9.0%以下であることが一層好ましく、7.0%以下であることがより一層好ましく、6.0%以下であることが更に一層好ましく、5.0%以下であることが更により一層好ましい。また、Ti4+含有量は、0.6%以上であることが好ましく、1.0%以上であることがより好ましく、1.5%以上であることが更に好ましく、2.0%以上であることが一層好ましく、2.5%以上であることがより一層好ましい。
Nb5+含有量は、16.0%以下であることが好ましく、14.0%以下であることがより好ましく、12.0%以下であることが更に好ましく、10.0%以下であることが一層好ましく、9.0%以下であることがより一層好ましく、8.0%以下であることが更に一層好ましい。また、Nb5+含有量は、0%以上であることができ、1.0%以上であることが好ましく、2.0%以上であることがより好ましく、3.0%以上であることが更に好ましく、4.0%以上であることが一層好ましく、4.5%以上であることがより一層好ましい。
Ta5+含有量は、4.0%以下であることが好ましく、3.0%以下であることがより好ましく、2.0%以下であることが更に好ましく、1.0%以下であることが一層好ましく、0.5%以下であることがより一層好ましい。Ta5+含有量は、0%以上であることができ、一態様では、0%であること、即ちTa5+が含まれないことが好ましい。
W6+含有量は、5.0%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましく、1.5%以下であることがより一層好ましい。W6+含有量は、0%以上であることができ、一態様では、0%であること、即ちW6+が含まれないことが好ましい。
Na+含有量は、8.0%以下であることが好ましく、6.0%以下であることがより好ましく、4.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましい。また、Na+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
K+含有量は、8.0%以下であることが好ましく、6.0%以下であることがより好ましく、4.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましい。また、K+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Rb+含有量は、5.0%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましく、1.0%以下であることがより一層好ましい。また、Rb+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Cs++含有量は、5.0%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましく、1.0%以下であることがより一層好ましい。また、Cs+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Li+、Na+およびK+の合計含有量(Li++Na++K+)は、8.0%以下であることが好ましく、6.0%以下であることがより好ましく、4.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましい。また、Li+、Na+およびK+の合計含有量(Li++Na++K+)は、0%以上であることができ、0%であってもよい。
Mg2+含有量は、10.0%以下であることが好ましく、8.0%以下であることがより好ましく、6.0%以下であることが更に好ましく、4.0%以下であることが一層好ましく、2.0%以下であることがより一層好ましい。また、Mg2+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Ca2+含有量は、10.0%以下であることが好ましく、8.0%以下であることがより好ましく、6.0%以下であることが更に好ましく、4.0%以下であることが一層好ましく、2.0%以下であることがより一層好ましい。また、Ca2+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Sr2+含有量は、10.0%以下であることが好ましく、8.0%以下であることがより好ましく、6.0%以下であることが更に好ましく、4.0%以下であることが一層好ましく、2.0%以下であることがより一層好ましい。また、Sr2+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Ba2+含有量は、10.0%以下であることが好ましく、8.0%以下であることがより好ましく、6.0%以下であることが更に好ましく、4.0%以下であることが一層好ましく、2.0%以下であることがより一層好ましい。また、Ba2+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Al3+含有量は、10.0%以下であることが好ましく、8.0%以下であることがより好ましく、6.0%以下であることが更に好ましく、4.0%以下であることが一層好ましく、2.0%以下であることがより一層好ましい。また、Al3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
P5+含有量は、5.0%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましく、1.0%以下であることがより一層好ましい。また、P5+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Bi3+含有量は、10.0%以下であることが好ましく、8.0%以下であることがより好ましく、6.0%以下であることが更に好ましく、4.0%以下であることが一層好ましく、2.0%以下であることがより一層好ましい。また、Bi3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Ga3+含有量は、5.0%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましく、1.0%以下であることがより一層好ましい。また、Ga3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
In3+含有量は、5.0%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましく、1.0%以下であることがより一層好ましい。また、In3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Sc3+含有量は、5.0%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましく、1.0%以下であることがより一層好ましい。また、Sc3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Sc3+含有量は、5.0%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることが更に好ましく、2.0%以下であることが一層好ましく、1.0%以下であることがより一層好ましい。また、Sc3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Hf4+含有量は、10.0%以下であることが好ましく、8.0%以下であることがより好ましく、6.0%以下であることが更に好ましく、4.0%以下であることが一層好ましく、2.0%以下であることがより一層好ましい。また、Hf4+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
U、Th、Raはいずれも放射性元素である。そのため、これらの元素を含有させないこと、すなわち、これら元素をガラス成分としてガラス中に導入しないことか好ましい。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr,Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ceは、ガラスの着色を増大させたり、蛍光の発生源となり、光学素子用のガラスに含有させる元素としては好ましくない。そのため、これらの元素を含有させないこと、すなわち、これら元素をガラス成分としてガラス中に導入しないことか好ましい。
Sbの添加量は、Sb2O3に換算し、酸化物換算のガラス組成において、Sb2O3以外のガラス成分の含有量の合計を100質量%としたときの含有率(以下、かかる含有率を「外割り」ともいう。)は、0〜0.11質量%の範囲にすることが好ましく、0.01〜0.08質量%の範囲にすることがより好ましく、0.02〜0.05質量%の範囲にすることが更に好ましい。
Snの添加量は、SnO2に換算し、酸化物換算のガラス組成において、SnO2以外のガラス成分の含有量の合計を100質量%としたときの含有率(外割り)は、0〜0.5質量%の範囲にすることが好ましく、0〜0.2質量%の範囲にすることがより好ましく、0質量%にすることが更に好ましい。
なお、アニオン%とは周知のように、ガラスに含まれるすべてのアニオン成分の合計含有量を100%とした百分率である。
(部分分散特性)
色収差補正の観点から、上記ガラスは、アッベ数νdを固定したとき、部分分散比が小さいガラスであることが好ましい。
ここで、部分分散比Pg,Fは、g線、F線、c線における各屈折率ng、nF、ncを用いて、(ng−nF)/(nF−nc)と表される。
高次の色収差補正に好適なガラスを提供する観点から、上記ガラスの部分分散比Pg,Fの好ましい範囲は、以下の通りである。
部分分散比Pg,Fは、0.590以下であることが好ましく、0.588以下であることがより好ましく、0.586以下であることが更に好ましく、0.584以下であることが一層好ましく、0.583以下であることがより一層好ましく、0.582以下であることが更に一層好ましい。また、部分分散比Pg,Fは、0.564以上であることが好ましく、0.566以上であることがより好ましく、0.568以上であることが更に好ましく、0.570以上であることが一層好ましく、0.572以上であることがより一層好ましく、0.573以上であることが更に一層好ましく、0.574以上であることが更により一層好ましい。
上記ガラスのガラス転移温度(Tg)は、特に限定されないが、好ましくは670℃以上である。ガラス転移温度を670℃以上にすることにより、切断、切削、研削、研磨等のガラスの機械加工行う際にガラスを破損しにくくすることができる。また、ガラス転移温度を低下させる働きの強いLi、Znなどの成分を多量に含有させなくてもよいため、ガラスの安定供給等の観点から使用量を低減することが望ましいGd、Taの含有量を少なくしても、更にはYbの含有量も少なくしても、熱的安定性を改善しやすくなる。
一方、ガラス転移温度を高くし過ぎると、ガラスを高温でアニールしなければならなくなり、アニール炉が著しく消耗する。また、ガラスを成形するときに、高い温度で成形を行わなければならず、成形に使用する型の消耗が著しくなる。
機械加工性の改善、アニール炉や成形型への負担軽減から、ガラス転移温度の好ましい範囲は、以下の通りである。
ガラス転移温度は、670℃以上であることが好ましく、680℃以上であることがより好ましく、690℃以上であることが更に好ましく、695℃以上であることが一層好ましく、700℃以上であることがより一層好ましい。また、ガラス転移温度は、790℃以下であることが好ましく、780℃以下であることがより好ましく、770℃以下であることが更に好ましく、760℃以下であることが一層好ましく、750℃以下であることがより一層好ましく、745℃以下であることが更に一層好ましい。
光学系を構成する光学素子(レンズ)では、レンズを構成するガラスの屈折率とレンズの光学機能面(制御しようとする光線が入射、出射する面)の曲率によって、屈折力が決まる。光学機能面の曲率を大きくしようとすると、レンズの厚みも増加する。その結果、レンズが重くなる。これに対し、屈折率の高いガラスを使用すれば、光学機能面の曲率を大きくしなくても大きな屈折力を得ることができる。
以上より、ガラスの比重の増加を抑えつつ、屈折率を高めることができれば、一定の屈折力を有する光学素子の軽量化が可能となる。
屈折率ndの屈折力への寄与に関しては、ガラスの屈折率ndから真空中の屈折率である1を引いた値(nd―1)に対してガラスの比重dの比を取った値、d/(nd−1)、を光学素子の軽量化を図る際の指標とすることができる。すなわち、d/(nd−1)を光学素子の軽量化を図る際の指標とし、この値を低減することにより、レンズの軽量化を図ることができる。
上記ガラスは、上記の合計Aが屈折率ndに対して上記式(2)を満たすことにより、高屈折率低分散ガラスでありながら、低比重化が可能である。したがって、上記ガラスのd/(nd−1)は、例えば5.80以下であることができ、5.70以下であることが好ましく、5.65以下であることがより好ましく、5.60以下であることが更に好ましい。ただし、d/(nd−1)を過剰に減少させると、ガラスの熱的安定性が低下傾向を示す。そのため、d/(nd−1)は、4.50以上であることが好ましく、4.80以上であることがより好ましく、5.00以上であることが更に好ましく、5.10以上であることが一層好ましく、5.20以上であることがより一層好ましく、5.30以上であることが更に一層好ましい。
d≦14.00×nd−21.69 ・・・(3)
ガラスの熱的安定性の指標の一つに液相温度がある。ガラス製造時の結晶化、失透を抑制する観点から、液相温度LTは1400℃以下であることが好ましく、1380℃以下であることがより好ましく、1360℃以下であることが更に好ましく、1340℃以下であることが一層好ましい。液相温度LTは、例えば1150℃以上であることができる。ただし、液相温度が低いことは好ましいため、液相温度は1150℃を下回ってもよく、下限は特に限定されるものではない。
ガラスの光線透過性、詳しくは、短波長側の光吸収端の長波長化が抑制されていることは、着色度λ5により評価することができる。着色度λ5とは、紫外域から可視域にかけて、厚さ10mmのガラスの分光透過率(表面反射損失を含む)が5%となる波長を表す。後述の実施例に示すλ5は、250〜700nmの波長域において測定された値である。分光透過率とは、例えばより詳しくは、10.0±0.1mmの厚さに研磨された互いに平行な平面を有するガラス試料を用い、上記研磨された面に対して垂直方向から光を入射して得られる分光透過率、すなわち、上記ガラス試料に入射する光の強度をIin、上記ガラス試料を透過した光の強度をIoutとしたときのIout/Iinのことである。
着色度λ5によれば、分光透過率の短波長側の吸収端を定量的に評価することができる。接合レンズ作製のためにレンズ同士を紫外線硬化型接着剤により接合する際等、光学素子を通して接着剤に紫外線を照射し接着剤を硬化させることが行われる。効率よく紫外線硬化型接着剤の硬化を行う観点から、分光透過率の短波長側の吸収端が短い波長域にあることが好ましい。この短波長側の吸収端を定量的に評価する指標として、着色度λ5を用いることができる。上記ガラスは、先に記載した組成調整により、好ましくは370nm以下、より好ましくは360nm以下、更に好ましくは355nm以下、一層好ましくは350nm以下、より一層好ましくは349nm以下のλ5を示すことができる。λ5の下限は、一例として、315nmを目安とすることができるが、低いほど好ましく特に限定されるものではない。
上記ガラスは、目的のガラス組成が得られるように、原料である酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物などを秤量、調合し、十分に混合して混合バッチとし、熔融容器内で加熱、熔融し、脱泡、攪拌を行い均質かつ泡を含まない熔融ガラスを作り、これを成形することによって得ることができる。具体的には公知の熔融法を用いて作ることができる。上記ガラスは、上記した光学特性を有する高屈折率低分散ガラスでありながら、熱的安定性が優れているため、公知の熔融法、成形法を用いて、安定的に製造することができる。
本発明の他の一態様は、
上述のガラスからなるプレス成形用ガラス素材;
上述のガラスからなる光学素子ブランク、
に関する。
上述のガラスをプレス成形用ガラス素材に成形する工程を備えるプレス成形用ガラス素材の製造方法;
上述のプレス成形用ガラス素材を、プレス成形型を用いてプレス成形することにより光学素子ブランクを作製する工程を備える光学素子ブランクの製造方法;
上述のガラスを光学素子ブランクに成形する工程を備える光学素子ブランクの製造方法、
も提供される。
本発明の他の一態様は、
上述のガラスからなる光学素子
に関する。
上記光学素子は、上述のガラスを用いて作製される。上記光学素子において、ガラス表面には、例えば、反射防止膜等の多層膜等、一層以上のコーティングが形成されていてもよい。
上述の光学素子ブランクを研削および/または研磨することにより光学素子を作製する工程を備える光学素子の製造方法、
も提供される。
ガラス中にN種のガラス成分が含まれる場合、k番目のガラス成分をA(k)mOnと表記する。ただし、kは1以上、N以下の任意の整数である。
A(k)はカチオン、Oは酸素、mとnは化学量論的に定まる整数である。例えば、酸化物基準による表記がB2O3の場合、m=2、n=3となり、SiO2の場合、m=1、n=2となる。
次に、A(k)mOnの含有量を、X(k)[質量%]とする。ここで、A(k)の原子量をP(k)、酸素Oの原子番号をQとすると、A(k)mOnの形式的な分子量R(k)は、
R(k)=P(k)×m+Q×n
となる。
更に、
B=100/{Σ[m×X(k)/R(k)]}
とすると、カチオン成分A(k)s+の含有量(カチオン%)は、[X(k)/R(k)]×m×B(カチオン%)となる。ここで、Σは、k=1からNまでのm×X(k)/R(K)の合計を意味する。mはkに応じて変化する。sは2n/mである。
また、分子量R(k)は、小数点以下4桁目を四捨五入し、小数点以下3桁目までの表示とした値を用いて計算すればよい。なお、幾つかのガラス成分、添加剤について、酸化物基準による表記における分子量を、下記の表2に示す。
下記の表に示す組成を有するガラスが得られるように、原料として酸化物、ホウ酸などの化合物を秤量し、充分、混合してバッチ原料を作製した。
このバッチ原料を白金坩堝中に入れ、1350〜1450℃の温度に坩堝ごと加熱し、2〜3時間かけてガラスを熔融、清澄した。熔融ガラスを攪拌して均質化した後、予熱した成形型に熔融ガラスを鋳込み、ガラス転移温度付近まで放冷してから直ちに、成形型ごとガラスをアニール炉内に入れた。それから、ガラス転移温度付近で約1時間アニールした。アニールした後、アニール炉内で室温まで放冷した。
このようにして作製したガラスを観察したところ、結晶の析出、泡、脈理、原料の熔け残りは認められなかった。このようにして、均質性の高いガラスを作ることができた。
(1)屈折率nd、nF、nc、ng、アッベ数νd
降温速度−30℃/時間で降温して得たガラスについて、日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、屈折率nd、nF、nc、ngを測定した。屈折率nd、nF、ncの各測定値を用いて、アッベ数νdを算出した。
(2)ガラス転移温度Tg
示差走査熱量分析装置(DSC)を用いて、昇温速度を10℃/分にして測定した。
(3)比重
アルキメデス法により測定した。
(4)部分分散比Pg,F
上記(1)で測定したnF、nc、ngの値から算出した。
(5)液相温度LT
ガラスを所定温度に加熱された炉内に入れて2時間保持し、冷却後、ガラス内部を100倍の光学顕微鏡で観察し、結晶の有無から液相温度LTを決定した。
(6)着色度λ5、λ70
互いに対向する2つの光学研磨された平面を有する厚さ10±0.1mmのガラス試料を用い、分光光度計により、研磨された面に対して垂直方向から強度Iinの光を入射し、ガラス試料を透過した光の強度Ioutを測定し、分光透過率Iout/Iinを算出し、分光透過率が5%になる波長をλ5、分光透過率が70%になる波長をλ70とした。
図1に示すように、実施例1の各ガラスについて、各カチオン成分の含有量に表1に記載の係数を掛けた値の合計Aが比重と良好な相関関係を示した。この結果から、合計Aに基づき式(2)式を満たすように組成調整を行うことにより、低比重のガラスが得られることが確認できる。
実施例1で得られた各種ガラスを使用し、プレス成形用ガラス塊(ガラスゴブ)を作製した。このガラス塊を大気中で加熱、軟化し、プレス成形型でプレス成形し、レンズブランク(光学素子ブランク)を作製した。作製したレンズブランクをプレス成形型から取り出し、アニールし、研磨を含む機械加工を行い、実施例1で作製した各種ガラスからなる球面レンズを作製した。
実施例1において作製した熔融ガラスを所望量、プレス成形型でプレス成形し、レンズブランク(光学素子ブランク)を作製した。作製したレンズブランクをプレス成形型から取り出し、アニールし、研磨を含む機械加工を行い、実施例1で作製した各種ガラスからなる球面レンズを作製した。
実施例1において作製した熔融ガラスを固化して作製したガラス塊(光学素子ブランク)アニールし、研磨を含む機械加工を行い、実施例1で作製した各種ガラスからなる球面レンズを作製した。
実施例2〜4において作製した球面レンズを、他種のガラスからなる球面レンズと貼り合せ、接合レンズを作製した。実施例2〜4において作製した球面レンズの接合面は凸面、他種の光学ガラスからなる球面レンズの接合面は凹面であった。上記2つの接合面は、互いに曲率半径の絶対値が等しくなるように作製した。接合面に光学素子接合用の紫外線硬化型接着剤を塗布し、2つのレンズを接合面同士で貼り合せた。その後、実施例2〜4において作製した球面レンズを通して、接合面に塗布した接着剤に紫外線を照射し、接着剤を固化させた。
上記のようにして接合レンズを作製した。
例えば、上述の例示されたガラス組成に対し、明細書に記載の組成調整を行うことにより、本発明の一態様にかかるガラスを得ることができる。
また、明細書に例示または好ましい範囲として記載した事項の2つ以上を任意に組み合わせることは、もちろん可能である。
Claims (7)
- アッベ数νdが35.5以上39.0未満であり、屈折率ndがアッベ数νdに対して式(1):
nd≧−1.0000×10−2×νd+2.2726 ・・・(1)
を満たし、
カチオン%表示のガラス組成において、
B3+とSi4+との合計含有量が35.0〜53.0%の範囲であり、
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量が30.0〜50.0%の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量が3.0〜20.0%の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するLa3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量のカチオン比{(La3++Gd3++Y3++Yb3+)/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が3.56〜5.20の範囲であり、
B3+とSi4+との合計含有量に対するZn2+含有量のカチオン比{Zn2+/(B3++Si4+)}が0.001〜0.200の範囲であり、
B3+含有量に対するLa3+含有量のカチオン比(B3+/La3+)が1.165以下であり、
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量に対するGd3+含有量のカチオン比{Gd3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)}が0.10以下であり、
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量に対するY3+含有量のカチオン比{Y3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)}が0.03〜0.50の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するTi4+含有量のカチオン比{Ti4+/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が0.20〜0.70の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するTa5+含有量のカチオン比{Ta5+/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が0.10以下であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するW6+含有量のカチオン比{W6+/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が0.20以下であり、
La3+、Gd3+、Y3+およびYb3+の合計含有量に対するB3+とSi4+との合計含有量のカチオン比{(B3++Si4+)/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)}が1.40以下であり、
Ti4+、Nb5+、Ta5+およびW6+の合計含有量に対するB3+とSi4+との合計含有量のカチオン比{(B3++Si4+)/(Ti4++Nb5++Ta5++W6+)}が3.50〜5.70の範囲であり、かつ
表1に記載のカチオン成分について、各カチオン成分の含有量に表1に記載の係数を掛けた値の合計Aが屈折率ndに対して式(2):
A≦137.778×nd−175.033 ・・・(2)
を満たす酸化物ガラスであるガラス。
- Zr4+含有量が2.0〜10.0カチオン%の範囲である、請求項1に記載のガラス。
- B3+とSi4+との合計含有量に対するB3+含有量のカチオン比{B3+/(B3++Si4+)}が0.40〜0.95の範囲である、請求項1または2に記載のガラス。
- B3+、La3+、Gd3+、Y3+、Yb3+、Si4+、Zn2+、Zr4+、Ti4+、Nb5+、Ta5+、W6+、Al3+、P5+、Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+およびBi3+の合計含有量が90.0カチオン%以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラス。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラスからなるプレス成形用ガラス素材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラスからなる光学素子ブランク。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラスからなる光学素子。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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