JP2024503010A - 光学ガラス、ガラスプリフォーム、光学素子と光学機器 - Google Patents
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Abstract
Description
F-とO2-の陰イオンを含み、F-+O2-は98%以上であり、(P5++Al3+)/F-は0.9~4.0であり、前記R2+はBa2+、Sr2+、Ca2+とMg2+の合計含有量である。
F-とO2-の陰イオンを含み、F-+O2-は98%以上であり、前記R2+はBa2+、Sr2+、Ca2+とMg2+の合計含有量であり、Rn+はLi+、Na+、K+の一種又は複数種である。
以下に、本発明の光学ガラスを構成する各成分の範囲について説明する。本明細書において、特に説明がない限り、陽イオン成分の含有量は陽イオン成分全体に対する当該陽イオンのモルパーセント(mol%)で表され、陰イオン成分の含有量は陰イオン成分全体に対する当該陰イオンのモルパーセント(mol%)で表され、陽イオン成分の含有量間の比は、各陽イオン成分の含有量間のモルパーセント含有量の比であり、陰イオン成分の含有量間の比は、各陰イオン成分の含有量間のモルパーセント含有量の比であり、陰陽イオン成分の含有量間の比は、陽イオン成分全体における陽イオン成分のモルパーセント含有量と陰イオン成分全体における陰イオン成分のモルパーセント含有量との比である。
P5+はガラスネットワーク形成体成分であり、ガラスの安定性を高め、ガラスの△PC,t値と△PC,s値を下げることができるが、その含有量が26%未満の場合、上述の効果が明らかではなく、ガラスの安定性が低下し、結晶傾向が高くなる。従って、本発明においては、P5+の含有量が26%以上、好ましくは含有量が30%以上、より好ましくは含有量が33%以上である。一方、P5+の含有量が45%を超えると、ガラスの耐候性が低下し、本発明の所望の光学定数を得ることが困難となる。従って、本発明においては、P5+の含有量が45%以下、好ましくは含有量が40%以下、より好ましくは含有量が38%以下である。いくつかの実施形態では、約26%、26.5%、27%、27.5%、28%、28.5%、29%、29.5%、30%、30.5%、31%、31.5%、32%、32.5%、33%、33.5%、34%、34.5%、35%、35.5%、36%、36.5%、37%、37.5%、38%、38.5%、39%、39.5%、40%、40.5%、41%、41.5%、42%、42.5%、43%、43.5%、44%、44.5%、45%のP5+を含むことができる。
本発明のガラス中はF-とO2-の合計含有量F-+O2-を98%以上にすることにより、ガラスが優れた安定性を得ると同時に、ガラスの△PC,tと△PC,s値を低減することができ、好ましくはF-+O2-が98.5%以上、より好ましくはF-+O2-が99%以上、さらに好ましくはF-+O2-が99.5%以上である。いくつかの実施形態では、F-+O2-は、98%、98.1%、98.2%、98.3%、98.4%、98.5%、98.6%、98.7%、98.8%、98.9%、99%、99.1%、99.2%、99.3%、99.4%、99.5%、99.6%、99.7%、99.8%、99.9%、100%であり得る。
本発明の光学ガラスの特性を損なわない範囲内で、必要に応じてZr4+、Ge4+、Bi3+、Te4+、Br-、I-などの他の成分を本発明の光学ガラスに添加することができる。いくつかの実施形態では、本発明の光学ガラスにおけるTa5+、Ge4+、Bi3+、Te4+の合計含有量又はそれぞれの含有量は、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは1%以下、よりさらに好ましくは含まないことである。いくつかの実施形態では、本発明の光学ガラスにおけるBr-、I-の合計含有量又はそれぞれの含有量は、好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下、さらに好ましくは0.5%以下、よりさらに好ましくは含まないことである。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の成分は、単独又は混合して少量で添加してもガラスが着色し、可視光領域の特定の波長で吸収が発生し、さらに本発明の可視光透過率向上効果を低下する性質があるので、特に可視光領域の波長の透過率に対する要求がある光学ガラスは、好ましくは実際に上記の成分を含まないことである。
光学ガラスの屈折率(nd)とアッべ数(νd)は、GB/T 7962.1-2010 に規定された方法に従って試験されている。
光学ガラスの耐水安定性(DW)(粉末法)はGB/T 17129に規定された方法で試験されている。
光学ガラスの耐酸安定性(DA)(粉末法)はGB/T 17129に規定された方法で試験されている。
光学ガラスの耐候性(CR)は、以下の方法に従って試験されている。
ガラス試料を相対湿度90%の飽和水蒸気環境の試験箱に入れ、40~50℃で1時間おきに交互に循環させ、15回循環する。試料を試験箱に入れる前後の濁度変化量に応じて耐候性の種類を区分し、表1は耐候性分類一覧表である。
光学ガラスの転移温度(Tg)はGB/T7962.16-2010に規定されている方法に従って試験されている。
光学ガラスの密度(ρ)はGB/T7962.20-2010に規定された方法に従って試験されている。
本発明の光学ガラスの短波透過スペクトル特性は着色度(λ80/λ5)で表す。λ80はガラスの透過率が80%に達するときの対応する波長、λ5は、ガラス透過率が5%に達するときの対応する波長を指す。ここで、λ80は、互いに平行する光学研磨された2つの相対平面を有する厚さが10±0.1 mmのガラスを用いて、280nmから700nmまでの波長領域における分光透過率を測定し、透過率80%の波長を示す。分光透過率又は透過率は、ガラスの前記表面に垂直に強度Iinの光を入射し、ガラスを透過して別の平面から強度Ioutの光を出射する場合に、Iout/Iinで表される量であり、ガラスの前記表面上の表面反射損失の透過率も含む。ガラスの屈折率が高いほど、表面反射損失が大きくなる。したがって、高屈折率ガラスでは、λ80の値が小さいほど、ガラス自体の着色が極めて少ないことを意味する。
光学ガラスのΔPC,sとΔPC,t値は『GB/T 7962.1-2010』に規定された方法に従ってガラスのNF、NC、Ns、Nt値を測定し、以下の公式で計算する:
PC,s=(nC-ns)/(nF-nC)
ΔPC,s= PC,s-0.4017-0.002365νd
PC,t=(nC-nt)/(nF-nC)
ΔPC,t= PC,t-0.5462-0.004713νd
本発明の光学ガラスの製造方法は以下のとおりである:本発明のガラスは、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸化物、フッ化物、リン酸塩、メタリン酸塩など、従来の原料、従来の工程で製造され、常法により配合した後、調製した炉材を850~1200℃の溶解炉(蓋つきの白金るつぼ、白金合金るつぼなど)に投入して溶融する。その後、清澄化、均一化して、気泡や未溶解物のない均質な溶融ガラスを得、この溶融ガラスを金型に入れて鋳造し、焼きなましする。当業者であれば、実際の必要に応じて、原料、製法およびプロセスパラメータを適宜選択することができる。
研磨加工や熱プレス成形、精密プレス成形などのプレス成形手段を用いて、作製された光学ガラスからガラスプリフォームを作製することができる。すなわち、研削や研磨などの機械加工により光学ガラスから光学プリフォームを作製するか、光学ガラスからプレス成形用のブランクを作製し、このブランクを熱プレス成形した後、研磨して光学プリフォームを作製し、又は研磨して作製したブランクを精密プレス成形して光学プリフォームを作製することができる。
本発明の光学ガラスにより形成される光学素子は、写真装置、撮像装置、表示装置及び監視装置等の光学機器を作製することができる。
<光学ガラス実施例>
本発明の技術的解決策をさらに明確に説明するために、以下の非限定的な実施例を提供する。
光学ガラス実施例の表2~表4で得られたガラスを、研磨加工手段、又は熱プレス成形、精密プレス成形などのプレス成形手段で凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなど、様々なレンズ、プリズムなどのプリフォームを製造する。
上記ガラスプリフォームの実施例で得られたこれらのプリフォームをアニールし、屈折率などの光学特性が所望の値に達するようにガラス内部の応力を低下させながら屈折率を微調整する。
上記光学素子の実施例で製造された光学素子は、光学設計により、1つまたは複数の光学素子を用いて光学部品または光学コンポーネントを形成することにより、撮像装置、センサ、顕微鏡、医薬技術、デジタル投影、通信、光学通信技術/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技術、エキシマレーザ、ウエハ、コンピュータチップ及びこのような回路及びチップを含む集積回路及び電子デバイスに用いることができる。
Claims (22)
- モル%で成分を表し、以下の陽イオンを含む、光学ガラス: P5+:26~45%;Al3+:5~25%;R2+:28~60%。
F-とO2-の陰イオンを含み、F-+O2-は98%以上であり、(P5++Al3+)/F-は0.9~4.0であり、前記R2+はBa2+、Sr2+、Ca2+とMg2+の合計含有量である。 - モル%で成分を表し、以下の陽イオンをさらに含む、請求項1に記載の光学ガラス: La3++Gd3++Y3+:0~20%、及び/又はNb5++W6++Ti4+:0~15%、及び/又はRn+:0~10%、及び/又はYb3+:0~10%、及び/又はZn2+:0~10%、及び/又はB3+:0~10%、及び/又はSi4+:0~5%、及び/又はTa5+:0~10%、及び/又はSb3+:0~1%、及び/又はSn4+:0~1%、及び/又はCe4+:0~1%であり、前記Rn+はLi+、Na+、K+の一種又は複数種である。
- モル%で成分を表し、以下の陽イオンを含む、光学ガラス: P5+:26~45%;La3++Gd3++Y3+:0~20%;Al3+:5~25%;R2+:28~60%;Nb5++W6++Ti4+:0~15%;Rn+:0~10%;Yb3+:0~10%;Zn2+:0~10%;B3+:0~10%;Si4+:0~5%;Ta5+:0~10%;Sb3+:0~1%;Sn4+:0~1%;Ce4+:0~1%;
F-とO2-の陰イオンを含み、F-+O2-は98%以上であり、前記R2+はBa2+、Sr2+、Ca2+とMg2+の合計含有量であり、Rn+はLi+、Na+、K+の一種又は複数種である。 - モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:(P5++Al3+)/F-が0.9~4.0、好ましくは(P5++Al3+)/F-が1.0~3.5、より好ましくは(P5++Al3+)/F-が1.2~3.0、さらに好ましくは(P5++Al3+)/F-が1.5~2.5である。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:(Nb5++W6++Ti4+)/(La3++Gd3++Y3+)が0.1~10.0、好ましくは(Nb5++W6++Ti4+)/(La3++Gd3++Y3+)が0.2~6.0、より好ましくは(Nb5++W6++Ti4+)/(La3++Gd3++Y3+)が0.5~4.0、さらに好ましくは(Nb5++W6++Ti4+)/(La3++Gd3++Y3+)が0.7~2.0である。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス: Y3+/(La3++Gd3++Y3+)は0.3~1.0、好ましくはY3+/(La3++Gd3++Y3+)が0.5~1.0、より好ましくはY3+/(La3++Gd3++Y3+)が0.6~1.0、さらに好ましくはY3+/(La3++Gd3++Y3+)が0.65~1.0である。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:Mg2+/Ba2+が0.01~0.3、好ましくはMg2+/Ba2+が0.02~0.25、より好ましくはMg2+/Ba2+が0.03~0.2、さらに好ましくはMg2+/Ba2+が0.05~0.15である。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:Sr2+/Y3+が0.3~10.0、好ましくはSr2+/Y3+が0.5~5.0、より好ましくはSr2+/Y3+が0.8~3.0、さらに好ましくはSr2+/Y3+が1.0~2.0である。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:(Ca2++Zn2+)/(Nb5++W6++Ti4+)が2.0以下、好ましくは(Ca2++Zn2+)/(Nb5++W6++Ti4+)が1.0以下、より好ましくは(Ca2++Zn2+)/(Nb5++W6++Ti4+)が0.8以下、さらに好ましくは(Ca2++Zn2+)/(Nb5++W6++Ti4+)が0.5以下である。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:(Rn++Ca2+)/Mg2+が2.0以下、好ましくは(Rn++Ca2+)/Mg2+が1.0以下、より好ましくは(Rn++Ca2+)/Mg2+が0.8以下、さらに好ましくは(Rn++Ca2+)/Mg2+が0.5以下である。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:F-/O2-が0.18~0.6、好ましくはF-/O2-が0.2~0.5、より好ましくはF-/O2-が0.25~0.45、さらに好ましくはF-/O2-が0.28~0.4である。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:F-/Ba2+が0.35~1.2、好ましくはF-/Ba2+が0.5~1.1、より好ましくはF-/Ba2+が0.6~1.0、さらに好ましくはF-/Ba2+が0.65~0.9である。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス: P5+:30~40%、好ましくはP5+:33~38%、及び/又はLa3++Gd3++Y3+:0.1~15%、好ましくはLa3++Gd3++Y3+:0.5~12%、より好ましくはLa3++Gd3++Y3+:1~10%、及び/又はNb5++W6++Ti4+:0.5~10%、好ましくはNb5++W6++Ti4+:1~8%、及び/又はR2+:35~55%、好ましくはR2+:38~50%、及び/又はAl3+:8~20%、好ましくはAl3+:10~18% 、及び/又はRn+:0~5%、好ましくはRn+:0~2%、より好ましくはRn+を含まず、及び/又はYb3+:0~5%、好ましくはYb3+:0~2%、より好ましくはYb3+を含まず、及び/又はZn2+:0~5%、好ましくはZn2+:0~2%、より好ましくはZn2+を含まず、及び/又はB3+:0~5%、好ましくはB3+:0~2%、より好ましくはB3+を含まず、及び/又はSi4+:0~2%、好ましくはSi4+:0~1%、より好ましくはSi4+を含まず、及び/又はTa5+:0~5%、好ましくはTa5+:0~2%、より好ましくはTa5+を含まず、及び/又はSb3+:0~0.5%、好ましくはSb3+:0~0.1%、及び/又はSn4+:0~0.5%、好ましくはSn4+:0~0.1%、より好ましくはSn4+を含まず、及び/又はCe4+:0~0.5%、好ましくはCe4+:0~0.1%、より好ましくはCe4+を含まないことである。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:Ba2+:28~45%、好ましくはBa2+:30~40%、より好ましくはBa2+:33~38%、及び/又はSr2+:0~10%、好ましくはSr2+:1~8%、より好ましくはSr2+:2~7%、及び/又はMg2+:0~10%、好ましくはMg2+:1~7%、より好ましくはMg2+:2~6%、及び/又はCa2+:0~10%、好ましくはCa2+:0~6%、より好ましくはCa2+:0~5%、及び/又はLa3+:0~10%、好ましくはLa3+:0~5%、より好ましくはLa3+:0~3%、及び/又はGd3+:0~10%、好ましくはGd3+:0~5%、より好ましくはGd3+:0~3%、及び/又はY3+:0~10%、好ましくはY3+:0.5~8%、より好ましくはY3+:1~7%、及び/又はNb5+:0~10%、好ましくはNb5+:0~6%、より好ましくはNb5+:0~4%、及び/又はW6+:0~10%、好ましくはW6+:0~6%、より好ましくはW6+:0~5%、及び/又はTi4+:0~10%、好ましくはTi4+:0~5%、より好ましくはTi4+:0~2%、さらに好ましくはTi4+を含まないことである。
- モル%で以下の成分を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス:F-:15~45%、好ましくはF-:18~38%、より好ましくはF-:21~35%、及び/又はO2-:55~85%、好ましくはO2-:62~82%、より好ましくはO2-:65~79%である。
- モル%で成分を表し、陰イオンはさらに以下を含む:Cl-:0~2%、及び/又はBr-:0~2%、及び/又はI-:0~2%、好ましくは陰イオンがさらいに以下を含む:Cl-:0~1%、及び/又はBr-:0~1%、及び/又はI-:0~1%、より好ましくは陰イオンがさらに以下を含む: Cl-:0~0.5%、及び/又はBr-:0~0.5%、及び/又はI-:0~0.5%、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 前記光学ガラスの屈折率ndは1.57~1.66、好ましくは屈折率ndが1.58~1.64、より好ましくは屈折率ndが1.60~1.63、アッベ数νdは56~65、好ましくはアッベ数νdが58~63、より好ましくはアッベ数νdが59~62である、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 前記光学ガラスのΔPC,s値は0以下、好ましくはΔPC,s値が-0.01以下、より好ましくはΔPC,s値が-0.015以下、さらに好ましくはΔPC,s値が-0.02以下、及び/又はΔPC,t値は-0.01以下、好ましくはΔPC,t値が-0.02以下、より好ましくはΔPC,t値が-0.03以下、さらに好ましくはΔPC,t値が-0.04以下、よりさらに好ましくはΔPC,t値が-0.05以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 前記光学ガラスの耐水安定性DWは3類以上、好ましくは耐水安定性DWは2類以上、及び/又は耐酸安定性DAは3類以上、好ましくは耐酸安定性DAが2類以上、及び/又は耐候性CRは2類以上、好ましくは耐候性CRが1類、及び/又は転移温度Tgは620℃以下、好ましくは転移温度Tgが610℃以下、より好ましくは転移温度Tgが600℃以下、及び/又は密度ρは4.60g/cm3以下、好ましくは密度ρが4.50g/cm3以下、より好ましくは密度ρが4.40g/cm3以下、及び/又はλ80は380nm以下、好ましくはλ80が375nm以下、より好ましくはλ80が370nm以下、及び/又はλ5は330nm以下、好ましくはλ5が325nm以下、より好ましくはλ5が320nm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 請求項1~19のいずれ一項に記載の光学ガラスで製造される、ガラスプリフォーム。
- 請求項1~19のいずれ一項に記載の光学ガラス、又は請求項20に記載のガラスプリフォームで製造される、光学素子。
- 請求項1~19のいずれ一項に記載の光学ガラス、及び/又は請求項21に記載の光学素子を含む、光学機器。
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