JP2022502333A

JP2022502333A - フルオロリン酸光学ガラス、並びに光学プリフォーム、素子、及び機器

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Publication number: JP2022502333A
Application number: JP2021517199A
Authority: JP
Inventors: ウェイスン
Original assignee: シーディージーエムグラスカンパニーリミテッド
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-01-11
Also published as: US20210395135A1; KR20210049876A; EP3858796C0; EP3858796A4; WO2020062008A1; EP3858796B1; EP3858796A1; KR102608946B1

Abstract

光学ガラスの技術分野に関するフルオロリン酸ガラス、光学プリフォーム、素子、及び機器を提供する。光学ガラスは、陽イオンのモル百分率で以下の構成要素：２〜２０％のＰ５＋と、２０〜４０％のＡｌ３＋と、０．５〜１０％のＢａ２＋と、５〜２５％のＳｒ２＋と、１５〜３５％のＣａ２＋と、１〜１５％のＭｇ２＋とを含有しており、陰イオンのモル百分率で以下の構成要素：８３〜９５％のＦ−と、５〜１７％のＯ２−とを含有する。フルオロリン酸光学ガラスは、１．４２〜１．４５の屈折率（ｎｄ）、９３〜９６のアッベ数（ｖｄ）、３．５５ｇ／ｃｍ３以下の密度（ρ）、等級Ｂ以上の気泡度、１６０×１０−７／Ｋ以下の熱膨張係数、等級２以上の耐水性（ＤＷ）、及び優れた耐結晶化性能を有する。

Description

本発明は、光学ガラスの技術分野、特にフルオロリン酸光学ガラス、光学プリフォーム、素子及び機器の技術分野に関する。

フルオロリン酸光学ガラスは、低屈折率及び低分散を有する新しいガラス材料である。ガラスは光学システムからの二次スペクトルの特殊な分散を排除し、解像度を上げ、光学システムの画質を改善することができる。また、低軟化特性を有しており、精密金型成形により直接的に非球面レンズとなることができる。また、色収差、球面収差、及び収差を排除し、システムの体積及び重量等を減少させることができる。

今までに、フルオロリン酸光学ガラスは、デジタルカメラ、ＨＤモニタ、及び天体望遠鏡等の高精度及び高解像度のレンズを有する光学機器に広く適用されており、潜在的な市場の見通しを有する新しい光電材料になる。これらの分野におけるその特定の用途は、フルオロリン酸光学ガラスに対するより高い要件を有する。既存の公開文書には、アッベ数が８０以上のフルオロリン酸光学ガラスが報告されている。しかしながら、これらのフルオロリン酸光学ガラスは、高密度、低い化学的安定性及び耐結晶化性能、高い熱膨張係数、並びに低い泡の程度を有しており、金型プレスや加熱の中のダメージを容易に引き起こす。

本発明の目的は、１．４２〜１．４５の屈折率（ｎｄ）及び９３〜９６のアッベ数（ｖｄ）を有するフルオロリン酸光学ガラス、光学プリフォーム、素子、及び機器を提供することである。本発明によって提供されるフルオロリン酸光学ガラスは、低密度、低熱膨張係数、高い泡の程度、優れた化学的安定性及び耐結晶化性能、並びに金型プレス及び熱処理中のダメージの生じにくさを有しており、安定したモードで大量に製造可能である。

本発明は、以下の技術的解決策によって実施される。フロオロリン酸光学ガラスの場合、陽イオンは、Ｐ^５＋、Ａｌ^３＋及びアルカリ土類金属イオンを含有しており、陰イオンはＦ⁻及びＯ^２−を含有しており、光学ガラスの熱膨張係数（α_{２０°C〜１２０℃}）は１６０×１０^−７／Ｋ以下であり、密度（ρ）は３．５５ｇ／ｃｍ^３以下であり、耐水性（Ｄ_Ｗ）は等級２以上である。

フルオロリン酸光学ガラスは、陽イオンのモル百分率で以下の構成要素：２〜２０％のＰ^５＋と、２０〜４０％のＡｌ^３＋と、０．５〜１０％のＢａ^２＋と、５〜２５％のＳｒ^２＋と、１５〜３５％のＣａ^２＋と、１〜１５％のＭｇ^２＋とを含有しており、陰イオンのモル百分率で以下の構成要素：８３〜９５％のＦ⁻と、５〜１７％のＯ^２−とを含有する。

前記フルオロリン酸光学ガラスは、０〜６％のＬｎ^３＋と、０〜１０％のＮａ^＋と、０〜１０％のＬｉ^＋と、０〜１０％のＫ^＋とを含有しており、Ｌｎ^３＋がＬａ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｙ^３＋、及びＹｂ^３＋の１つ以上である。

フルオロリン酸光学ガラスは、陽イオンのモル百分率で以下の構成要素：２〜２０％のＰ^５＋と、２０〜４０％のＡｌ^３＋と、０．５〜１０％のＢａ^２＋と、５〜２５％のＳｒ^２＋と、１５〜３５％のＣａ^２＋と、１〜１５％のＭｇ^２＋とを含有しており、０〜１０％のＮａ^＋と、０〜１０％のＬｉ^＋と、０〜１０％のＫ^＋と、０〜６％Ｌｎ^３＋とを含有しており、Ｌｎ^３＋がＬａ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｙ^３＋、及びＹｂ^３＋の１つ以上である。また、前記ガラスは、陰イオンのモル百分率で以下の構成要素：８３〜９５％のＦ⁻と、５〜１７％のＯ^２−とを含有する。

さらに、前記ガラスの屈折率（ｎｄ）が１．４２〜１．４５、好ましくは１．４３〜１．４４であり、アッベ数（ｖｄ）が９３〜９６、好ましくは９４〜９５．５である。

さらに、Ｐ^５＋が３〜１５％、及び／又はＡｌ^３＋が２５〜３８％、及び／又はＢａ^２＋が１〜８％、及び／又はＳｒ^２＋が１０〜２２％、及び／又はＣａ^２＋が２０〜３３％、及び／又はＭｇ^２＋が２〜１２％、及び／又はＬｎ^３＋が０〜５％、及び／又はＮａ^＋が０〜４％、及び／又がＬｉ^＋は０．５〜５％、及び／又はＫ^＋が０〜５％である。

さらに、Ｂａ^２＋／Ｃａ^２＋が０．０１〜０．１５５、及び／又はＢａ^２＋／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）が０．０８〜０．１３、及び／又はＯ^２−／Ｆ⁻が０．１０５〜０．２である。

さらに、Ｐ^５＋が５〜１０％、及び／又はＡｌ^３＋が３０〜３５％、及び／又はＢａ^２＋が１〜５％、及び／又はＳｒ^２＋が１５〜２０％、及び／又はＣａ^２＋が２５〜３０％、及び／又はＭｇ^２＋が５〜１０％、及び／又はＬｎ^３＋が０．５〜３％、及び／又はＮａ^＋が０．５〜２％、及び／又はＬｉ^＋が０．５〜３％、及び／又はＫ^＋が０〜２％である。

さらに、Ｂａ^２＋／Ｃａ^２＋が０．０５〜０．１５５、及び／又はＢａ^２＋／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）が０．０９〜０．１２５、及び／又はＯ^２−／Ｆ⁻が０．１１〜０．１８である。

さらに、Ｂａ^２＋／Ｃａ^２＋が０．１〜０．１５、及び／又はＢａ^２＋／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）が０．１〜０．１２、及び／又はＯ^２−／Ｆ⁻が０．１１〜０．１５である。

さらに、Ｙ^３＋が０〜５％、好ましくは０〜４％、さらに好ましくは０．５〜３％であり、Ｌａ^３＋が０〜５％、好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％であり、Ｇｄ^３＋が０〜５％、好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％であり、Ｙｂ^３＋が０〜５％、好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％である。

さらに、Ｆ⁻含有量が８５〜９２％、さらに好ましくは８７〜９１％であり、Ｏ^２−含有量が８〜１５％、さらに好ましくは９〜１３％である。

さらに、熱膨張係数（α_{２０℃〜１２０℃}）が１５５×１０^−７／Ｋ以下であり、密度（ρ）は３．５３ｇ／ｃｍ^３以下であり、泡の程度は等級Ｂ以上、好ましくは等級Ａ以上、さらに好ましくは等級Ａ_０以上であり、耐水性（Ｄ_Ｗ）は等級１以上である。

光学プリフォームは、前記フルオロリン酸光学ガラスから作製される。

光学素子は、前記フルオロリン酸光学ガラス及び前記光学プリフォームから作製される。

光学機器は、前記光学素子から作製される。

従来技術と比較して、本発明は以下の有益な効果を有する。

合理的な構成要素の設計により、本発明によって提供されるフルオロリン酸光学ガラスは、優れた化学的安定性、耐結晶化性能、熱膨張係数、及び泡の程度を有する。本発明によって提供されるフルオロリン酸光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．４２〜１．４５、アッベ数（ｖｄ）が９３〜９６、熱膨張係数（α_{２０°C〜１２０°C}）が１６０×１０^−７／Ｋ以下、密度（ρ）が３．５５ｇ／ｃｍ^３以下、泡の程度が等級Ｂ以上、及び耐水性（Ｄ_Ｗ）は等級２以上である。

本発明の目的、技術的解決策、及び利点を明確に理解するために、以下の実施形態と組み合わせて本発明をさらに説明する。本明細書に記載の特定の実装形態は、本発明を何ら限定するものでなく、本発明を説明するために単に使用されることを理解されたい。

以下の段落は、特定の原理に関連して本発明によって提供されるフルオロリン酸光学ガラスに含有される全構成要素の機能及び限定範囲を説明する。

本明細書においては、各陽イオン及び陽イオンの合計含有量は「陽イオンのモル百分率」で表され、各陰イオン及び陰イオンの合計含有量は、「陰イオンのモル百分率」によって表されることに留意すべきである。「陽イオンのモル百分率」とは、全陽イオン中の特定の陽イオンの割合をいい、そして、「陰イオンのモル百分率」とは、全陰イオン中の特定の陰イオンの割合を指す。

各構成要素のイオン価は、他のイオン価との違いはなく、単なる便宜上の典型的な値であることに留意されたい。光学ガラス中に存在する全構成要素のイオン価は、典型的な値に加えて他の可能性を有する。例えば、Ｐはイオン価５の形態でガラス中に存在し、したがって本明細書の典型例として「Ｐ^５＋」を有するが、他のイオン価の状態を有することができ、また、本発明の保護範囲に入る。

Ｐ^５＋はフルオロリン酸ガラス中のネットワーク構造としてその役割を果たし、Ｏ^２−と共にガラスフレームの主要な要素を構成して、ガラスの形成安定性を保ちながらガラスの機械的特性を改善可能な重要な構成要素である。本発明により提供されるフルオロリン酸光学ガラスでは、Ｐ^５＋含有量が２％より低いと、ガラスの結晶化傾向が増大し、安定性が悪化する。Ｐ^５＋含有量が２０％より高いと、ガラスの特性が大きく影響を受け、本発明に要求される光学定数を得ることが難しくなる。したがって、ガラスの安定性及び光学特性を考慮しようとすると、Ｐ^５＋含有量は２〜２０％、好ましくは３〜１５％、さらに好ましくは５〜１０％と定義される。

Ａｌ^３＋は、フルオロリン酸ガラス中の耐失透性及び化学的安定性を改善するための重要な構成要素である。その含有量が２０％より低いと、ガラスの化学的安定性が低下し、下限は２０％であり、好ましくは２５％、さらに好ましくは３０％である。その含有量が４０％より高いと、他の成分の含有量が減少することにより、必要な屈折率及びアッベ数が得られず、ガラスの転化温度Ｔｇが大幅に増加し、成形温度の上昇と、不透明性、脆弱性、及び摩耗硬度の増加とを引き起こす。Ａｌ^３＋の上限は４０％、好ましくは３８％、さらに好ましくは３７％、より好ましくは３６％、よりさらに好ましくは３５％である。

Ｂａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｃａ^２＋、及びＭｇ^２＋等のアルカリ土類金属イオンの主な効果は、ガラスの化学的安定性及び耐結晶化性能を改善し、ガラスが予想される光学特性に達するようにし、屈折率及びアッベ数を制御し、又、光学ガラスの製造工程を最適化することである。

具体的には、Ｂａ^２＋は耐失透性及びガラスの屈折率に有益である。その含有量が０．５％より低いと、ガラスの化学的安定性及び耐失透性が悪化する。その含有量が１０％より高いと、必要な屈折率及びアッベ数に達することができず、一方でガラスの比重が増加する。したがって、Ｂａ^２＋含有量は０．５〜１０％、好ましくは１〜８％、さらに好ましくは１〜５％と定義される。

Ｓｒ^２＋はガラスの耐失透性を改善するのに有効であり、ガラスの屈折率及び比重を効果的に調整可能である。その含有量が過剰であると、ガラスの屈折率及び分散が増加するため、予想される化学的特性に到達することが困難になり、ガラスの化学的安定性が低下する。したがって、より良好な光学特性を得るためには、Ｓｒ^２＋含有量は５〜２５％、好ましくは１０〜２２％、さらに好ましくは１５〜２０％と定義される。

Ｃａ^２＋はガラスのアッベ数及び比重を低下させ、ガラス形成を安定させ、ガラスの耐酸性及び耐摩耗性を改善することができる。その含有量が低すぎると、必要な光学特性に達しない。その含有量が高すぎると、ガラスの耐失透性及び化学的安定性が悪化する。したがって、Ｃａ^２＋含有量は１５〜３５％、好ましくは２０〜３３％、さらに好ましくは２５〜３０％であると定義される。

Ｍｇ^２＋はガラスの熱安定性及び耐摩耗性を改善する効果を有し、ガラス形成、耐失透性、及びガラスの加工性を効果的に改善する。その含有量が低すぎると、加工性を調整する可能性が低く、ガラス加工の困難性が増加する。その含有量が高すぎると、他のアルカリ土類金属の含有量が減少し、必要な光学的特性に達することができない。したがって、Ｍｇ^２＋含有量は１〜１５％、好ましくは２〜１２％、さらに好ましくは５〜１０％であると定義される。

アルカリ土類金属の添加種類や各種成分の含有量について、研究所見によれば、本発明者は、４つのアルカリ土類金属（Ｂａ^２、Ｓｒ^２＋、Ｃａ^２＋、及びＭｇ^２＋）が添加されて、相乗作用でガラス特性を共同で調整すると、本発明により提供されるフルオロリン酸光学ガラスの屈折率及びアッベ数が得られることを発見した。このように、ガラスは化学的安定性（耐水性及び耐酸性を含む）、泡の程度、及び耐結晶化性能を有しており、一方で、金型形成及び加熱中にダメージを受けにくく、製造工程の困難性を低下させる。

また、研究所見によれば、発明者は、Ｂａ^２＋／Ｃａ^２＋及びＢａ^２／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）の比は、密度、泡の程度、化学的安定性、及び耐結晶化性能に大きな影響を及ぼすことを発見した。Ｂａ^２＋／Ｃａ^２＋の比が０．１５５より高いとガラスの比重が増加するため、軽量化の目的に到達することが困難になる。Ｂａ^２＋／Ｃａ^２＋の比が０．０１より低いと、ガラスは気泡を発生しやすくなり、耐結晶化性能が低下する。したがって、Ｂａ^２＋及びＣａ^２＋の添加量の均衡を図り、ガラス密度を下げ、泡の程度及び耐結晶化性能を改善するためには、Ｂａ^２＋／Ｃａ^２は０．０１〜０．１５５、好ましくは０．０３〜０．１５５、さらに好ましくは０．０５〜０．１５５、より好ましくは０．１〜０．１５である。

Ｂａ^２／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）の比が０．１３より高いと、Ｂａ^２＋、Ｃａ^２＋、及びＭｇ^２＋の添加量が不平衡であり、したがってガラスの比重が増加する。Ｂａ^２＋／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）の比が０．０８より低いと、ガラスの化学的安定性が悪化し、耐結晶化性能が低下する。したがって、ガラスの密度を低下させ、化学的安定性及び耐結晶化性能を改善するために、Ｂａ^２／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）は０．０８〜０．１３、好ましくは０．０９〜０．１２５、さらに好ましくは０．１〜０．１２であると定義される。

Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、及びＫ^＋等のアルカリ金属は、ガラスの粘度及び転化温度を低下させ、ガラス成分を容易に製造することができる。しかし、それらが過度に導入された場合、安定性が低下し、ガラスの熱膨張係数が増加し、耐水性が低下する。したがって、Ｎａ^＋含有量は０〜１０％、好ましくは０〜４％、さらに好ましくは０．５〜２％であると定義される。Ｌｉ^＋含有量は０〜１０％、好ましくは０．５〜５％、さらに好ましくは０．５〜３％であると定義される。Ｋ^＋含有量は０〜１０％、好ましくは０〜５％、さらに好ましくは０〜２％、よりさらに好ましくは導入されていない。

希土類元素としてＬｎ^３＋（Ｌａ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｙｂ^３＋、及びＹ^３＋）は、低分散を保つための成分であり、ガラスの屈折率を改善する。その含有量が高すぎると、その効果に到達することができない。しかしながら、それらが過度に添加された場合は、ガラスの屈折率は必要な範囲を超える。なお、融解温度が上昇すると、ガラスの化学的安定性が低下する。したがって、希土類元素Ｌｎ^３＋の合計含有量は０〜６％、好ましくは０〜５％、さらに好ましくは０．５〜３％であると定義される。Ｙ^３＋は０〜５％、好ましくは０〜４％、さらに好ましくは０．５〜３％である。Ｌａ^３＋は０〜５％、好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％である。Ｇｄ^３＋は０〜５％、好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％である。Ｙｂ^３＋は０〜５％、好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％である。

本発明のガラス特性を損なわない範囲で、上述以外の０〜５％のＳｉ^４＋、Ｂ^３＋、Ｔｉ^４＋、Ｎｂ^５＋、Ｗ^６＋、Ｚｒ^４＋、Ｚｎ^２＋、Ｇｅ^４＋、Ｔｅ^４＋、Ｃｅ^４＋、Ｓｂ^３＋、及びＳｎ^４＋を含む他の陽イオンが、必要に応じて添加されてもよい。しかしながら、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＭｏ等の遷移金属成分については、それらが単一又は化合物の形態で含有されていても、ガラスは着色されて、可視光領域において特定の波長を吸収し、これにより、可視光透過率を改善する本発明の特性を低下させる。したがって、特に可視領域における波長透過率を要求する光学ガラスでは、実際には含まれていないことが好ましい。

Ｐｂ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ、及びＳｅの陽イオンは、近年、有害化学物質として制御されて使用されているが、それは、ガラス製造過程だけでなく、環境保護対策のための加工手順や製造化後の処分においても必要である。したがって、環境への影響を重視する場合、それらは不可避な組み込みを除いて実際には含まれていないことが好ましい。その結果、光学ガラスは、実際には環境を汚染する物質を含有しない。したがって、本発明により提供される光学ガラスは、特別な環境対策として基準が採択されていなくても、製造、加工、及び廃棄されることができる。

次に、陰イオン成分について詳細に説明する。

本発明によって提供されるフルオロリン酸光学ガラスにおいて、Ｏ^２−及びＦ⁻は陰イオン成分であり、必要な光学特性及びガラス安定性を実現するために添加される。

具体的には、Ｆ⁻は、ガラスを低分散及び異常分散させる重要な構成要素であり、屈折率、温度係数、及びＴｇを低下させるのに効果的である。その含有量が低すぎると、必要な特性に到達することが困難になる。また、その含有量が高すぎると、ガラスの化学的安定性が弱まり、特に溶融工程において熱膨張係数及び摩耗硬度が増加し、Ｆの揮散は環境を汚染するだけでなく、ガラスの内部組成は不均一となり、異常なデータ、筋、及び他の欠陥を引き起こす。したがって、Ｆ⁻含有量は８３〜９５％、好ましくは８５〜９２％、さらに好ましくは８７〜９１％である。

Ｏ^２−は、フロオロリン酸光学ガラスのネットワーク構造を構成するのに必要な構成要素である。その含有量が低すぎると、ガラス安定性が不十分となり、本発明に要求される屈折率に到達するのが困難になる。その含有量が高すぎると、必要とする分散及び異常分散が困難になる。したがって、Ｏ^２−含有量は５〜１７％、好ましくは８〜１５％、さらに好ましくは９〜１３％であると定義される。

研究所見を通じて、本発明者は、Ｏ^２−対Ｆ⁻（Ｏ^２−／Ｆ⁻）のモル含有量がフルオロリン酸光学ガラスの熱膨張係数、成形性特性、及びガラス形成特性に大きな影響を与えることを発見した。Ｏ^２−／Ｆ⁻の比が０．１０５より低いと、熱膨張係数が高くなり、成形性特性が不十分となる。Ｏ^２−／Ｆ⁻の比が０．２より高いと、ガラス形成特性が不利になる。したがって、ガラスの熱膨張係数を低下させ、金型プレス及び熱処理中に容易にダメージを生じさせることを回避し、ガラス形成特性を改善するために、Ｏ^２−／Ｆ⁻の比は０．１０５〜０．２、好ましくは０．１１〜０．１８、さらに好ましくは０．１１〜０．１５と定義される。

陰イオンはＣｌ⁻を含有する場合があり、Ｃｌ⁻は塩化物陽イオンの形態で導入されること、ＢａＣｌ_２の形態で導入されることが好ましく、また、本発明では０〜１％の含有量を有する清澄剤として採用されてもよい。

以下、本発明によって提供されるフロオロリン酸光学ガラスの特性について説明する。

屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（ｖｄ）は、ＧＢ／Ｔ７９６２．１−２０１０に規定された試験方法にしたがって分析される。

熱膨張係数（α_{２０°C〜１２０°C}）は、ＧＢ／Ｔ７９６２．１６−２０１０に規定された試験方法にしたがって分析される。

密度（ρ）は、ＧＢ／Ｔ７９６２．２０−２０１０に規定された試験方法にしたがって分析される。

泡の程度は、ＧＢ／Ｔ７９６２．８−２０１０に規定された試験方法にしたがって分析される。

耐水性（Ｄ_Ｗ）は、ＧＢ／Ｔ１７１２９に規定された試験方法にしたがって分析される。

本発明によって提供されるガラスの耐結晶化性能の分析方法は、以下の工程を含む。試料ガラスを２０×２０×１０ｍｍの仕様に切断し、Ｔｇ＋２３０℃の温度でマッフル炉に置いて３０分間保温し、取り出した後、アニーリングのために保温綿に置く。そして、冷却後に表面結晶化を視覚的に観察する。ここで、明らかな結晶化がない場合は「Ａ」がマークされ、明らかな結晶化がある場合は「Ｂ」がマークされる。

分析後、本発明によって提供されるフルオロリン酸光学ガラスは以下の特性を有する。

ガラスの屈折率（ｎｄ）は１．４２〜１．４５、好ましくは１．４３〜１．４４である。アッベ数（ｖｄ）は９３〜９６、好ましくは９４〜９５．５である。密度（ρ）は３．５５ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは３．５３ｇ／ｃｍ^３以下である。泡の程度は等級Ｂ以上、好ましくは等級Ａ以上、さらに好ましくは等級Ａ_０以上である。熱膨張係数（α_{２０°C〜１２０°C}）は、１６０×１０^−７／Ｋ以下、好ましくは１５５×１０^−７／Ｋ以下である。

光学ガラス製造の融解及び成形方法は、当業者に周知の技術を使用することによって実施される。この方法は、ガラスの全イオンの割合でガラス原料（炭酸塩、硝酸塩メタリン酸塩、フッ化物、酸化物等）を秤量して均一に混合する。次に、製錬装置（白金るつぼ等）に入れて、９００〜１，２５０℃での適切な混合、清澄化、及び均質化後に９００℃未満に冷却して、成形型に注ぎ又は漏らす。そして、最後にアニーリング、加工等を含む後処理を行うか、又は精密プレス成形技術を通して、直接、プレス及び成形を行う。

本発明によって提供されるフルオロリン酸光学ガラスは、加圧成形のためのガラスプリフォーム材料として採用されていてもよいし、溶融ガラスが直接加圧成形されてもよい。ガラスがガラスプリフォームとして使用される場合、製造及び熱成形方法に特別な制限がないため、既知の製造及び成形方法が使用され得る。

また、本発明は、当業者に周知の方法にしたがって光学ガラスから作製された光学素子を提供する。例えば、溶融及び軟化光学ガラスは、光学素子を製造するために、直接圧力加工を受ける。または、本発明によって提供される光学ガラスから作製されたガラスプリフォーム材料は、光学素子を製造するために圧力加工される。

本発明は、さらに製造された光学素子から作製された光学機器を提供する。例えば、両凸面レンズ、両凹面レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、及び凸凹レンズ等の様々なレンズ、さらにはリフレクタ、プリズム、及び回折格子が、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ携帯電話、及びその他の機器に適用されてもよい。

以下の段落は、本発明によって提供されるフルオロリン酸光学ガラスの組成及び特性を特定の実装形態と組み合わせて描写するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。

［光学ガラスの実施形態］

本発明の実施形態１〜３７及び比較例１〜３におけるフルオロリン酸光学ガラスの組成、並びに屈折率（ｎｄ）、アッベ数（ｖｄ）、密度（ρ）、泡の程度、熱膨張係数、耐水性（Ｄ_Ｗ）、及び耐結晶化性能を表１〜４に示す。全構成要素の成分はモル％で表される。

［光学プリフォームの実施形態］
実施形態１〜３７で得られた光学ガラスは、所定の大きさに切断され、表面に離型剤が均一に塗布される。その後、凹面メニスカスレンズ、凸面メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、及び平凹レンズ等の様々なレンズ及びプリズムを製造するために、金型が加熱及び軟化されてプレス成形される。あるいは、実施形態１〜３７で得られた光学ガラスは、精密プレス成形用のプレモールド製品を形成した後、プリフォームを製造するために精密プレス成形及び加工を通じて、レンズ及びプリズム形状に正確にプレス成形される。

［光学素子の実施形態］
光学プリフォームの実施形態で得られたこれらのプリフォームは、ガラス内の歪みが低減されつつ、微調整のためにアニールが施され、屈折率等の光学特性が所望の値になる。

次に、凹面メニスカスレンズ、凸面メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、及び平凹レンズ等の様々なレンズ及びプリズムを形成するために、各プリフォームが研削及び研磨される。得られた光学素子の表面に反射防止膜を塗布されていてもよい。

［光学機器の実施形態］
光学部品又は光学部材は、光学設計を介して、あるいは１つ以上の光学素子を介して、光学素子の実施形態で得られた光学素子によって形成されている。光学部品又は光学部材は、撮像装置、センサ、顕微鏡、医療技術、デジタル投影、通信、光通信技術／情報伝送、自動車分野における光学／照明、フォトリソグラフィー、エキシマレーザ、ウェハ、コンピュータチップ、及び集積回路、並びにそのような回路及びチップを含む電子機器に使用され得る。

上記の全ては、本発明の単なる好ましい実施形態であり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の精神及び原理から逸脱しない、全ての変更、同等の置き換え、及び改良は、本発明の保護範囲である。

Claims

陽イオンがＰ^５＋と、Ａｌ^３＋と、アルカリ土類金属イオンとを含有し、陰イオンがＦ⁻と、Ｏ^２−とを含有し、光学ガラスの熱膨張係数（α_{２０℃〜１２０℃}）が１６０×１０^−７／Ｋ以下であり、密度（ρ）が３．５５ｇ／ｃｍ^３以下であり、耐水性（Ｄ_Ｗ）が等級２以上であることを特徴とするフロオロリン酸光学ガラス。
陽イオンのモル百分率で、以下の構成要素：２〜２０％のＰ^５＋と、２０〜４０％のＡｌ^３＋と、０．５〜１０％のＢａ^２＋と、５〜２５％のＳｒ^２＋と、１５〜３５％のＣａ^２＋と、１〜１５％のＭｇ^２＋とを含有しており、陰イオンのモル百分率で以下の構成要素：８３〜９５％のＦ⁻と、５〜１７％のＯ^２−とを含有することを特徴とする請求項１に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
陽イオンのモル百分率で以下の構成要素：２〜２０％のＰ^５＋と、２０〜４０％のＡｌ^３＋と、０．５〜１０％のＢａ^２＋と、５〜２５％のＳｒ^２＋と、１５〜３５％のＣａ^２＋と、１〜１５％のＭｇ^２＋とを含有しており、陰イオンのモル百分率で以下の構成要素：８３〜９５％のＦ⁻と、５〜１７％のＯ^２−とを含有することを特徴とするフルオロリン酸光学ガラス。
０〜６％のＬｎ^３＋と、０〜１０％のＮａ^＋と、０〜１０％のＬｉ^＋と、０〜１０％のＫ^＋とをさらに含有しており、Ｌｎ^３＋がＬａ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｙ^３＋、及びＹｂ^３＋の１つ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
陽イオンのモル百分率で以下の構成要素：２〜２０％のＰ^５＋と、２０〜４０％のＡｌ^３＋と、０．５〜１０％のＢａ^２＋と、５〜２５％のＳｒ^２＋と、１５〜３５％のＣａ^２＋と、１〜１５％のＭｇ^２＋と、０〜１０％のＮａ^＋と、０〜１０％のＬｉ^＋と、０〜１０％のＫ^＋と、０〜６％のＬｎ^３＋とを含有しており、Ｌｎ^３＋がＬａ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｙ^３＋、及びＹｂ^３＋の１つ以上であり、陰イオンのモル百分率で以下の構成要素：８３〜９５％のＦ⁻と、５〜１７％のＯ^２−とを含有することを特徴とするフルオロリン酸光学ガラス。
屈折率（ｎｄ）が１．４２〜１．４５、好ましくは１．４３〜１．４４であり、アッベ数（ｖｄ）が９３〜９６、好ましくは９４〜９５．５であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
Ｐ^５＋が３〜１５％、及び／又はＡｌ^３＋が２５〜３８％、及び／又はＢａ^２＋が１〜８％、及び／又はＳｒ^２＋が１０〜２２％、及び／又はＣａ^２＋が２０〜３３％、及び／又はＭｇ^２＋が２〜１２％、及び／又はＬｎ^３＋が０〜５％、及び／又はＮａ^＋が０〜４％、及び／又はＬｉ^＋が０．５〜５％、及び／又はＫ^＋が０〜５％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれの１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
Ｂａ^２＋／Ｃａ^２＋が０．０１〜０．１５５、及び／又はＢａ^２＋／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）が０．０８〜０．１３、及び／又はＯ^２−／Ｆ⁻が０．１０５〜０．２であることを特徴とする請求項１〜５のいずれが１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
Ｐ^５＋が５〜１０％、及び／又はＡｌ^３＋が３０〜３５％、及び／又はＢａ^２＋が１〜５％、及び／又はＳｒ^２＋が１５〜２０％、及び／又はＣａ^２＋が２５〜３０％、及び／又はＭｇ^２＋が５〜１０％、及び／又はＬｎ^３＋が０．５〜３％、及び／又はＮａ^＋が０．５〜２％、及び／又はＬｉ^＋が０．５〜３％、及び／又はＫ^＋が０〜２％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
Ｂａ^２＋／Ｃａ^２＋が０．０５〜０．１５５、及び／又はＢａ^２＋／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）が０．０９〜０．１２５、及び／又はＯ^２−／Ｆ⁻が０．１１〜０．１８であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
Ｂａ^２＋／Ｃａ^２＋が０．１〜０．１５、及び／又はＢａ^２＋／（Ｃａ^２＋＋Ｍｇ^２＋）が０．１〜０．１２、及び／又はＯ^２−／Ｆ⁻が０．１１〜０．１５であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
Ｙ^３＋が０〜５％、好ましくは０〜４％、さらに好ましくは０．５〜３％であり、Ｌａ^３＋が０〜５％、好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％であり、Ｇｄ^３＋が０〜５％、好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％であり、Ｙｂ^３＋が０〜５％、好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜１％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
Ｆ⁻含有量が８５〜９２％、さらに好ましくは８７〜９１％であり、Ｏ^２−含有量が８〜１５％、さらに好ましくは９〜１３％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
ガラスの熱膨張係数（α_{２０℃〜１２０℃}）が１５５×１０^−７／Ｋ以下であり、密度（ρ）は３．５３ｇ／ｃｍ^３以下であり、泡の程度が等級Ｂ以上、好ましくは等級Ａ以上、さらに好ましくは等級Ａ_０以上であり、耐水性（Ｄ_Ｗ）が等級１以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフルオロリン酸光学ガラス。
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の前記フルオロリン酸光学ガラスから作製されることを特徴とする光学プリフォーム。
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の前記フルオロリン酸光学ガラス又は請求項１５に記載の前記光学プリフォームから作製されることを特徴とする光学素子。
請求項１６に記載の前記光学素子から作製されることを特徴とする光学機器。