JP4691056B2 - Optical glass, precision press-molding preform and manufacturing method thereof, optical element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Landscapes
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Description
本発明は、優れた光学特性及び低温軟化性を有する光学ガラス及び精密プレス成形用プリフォームとその製造方法並びに光学素子とその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical glass having excellent optical properties and low-temperature softening properties, a precision press-molding preform, a manufacturing method thereof, an optical element, and a manufacturing method thereof.
レンズ等の光学製品を生産性良く、高精度の形状や寸法に成形する方法として、精密プレス成形法が知られている。精密プレス用ガラスにおいて、成形温度が６００℃以上の高温になると、プレス用型の表面にダメージが生じたり、型材の耐久性が低くなったりして問題となるため、ガラスの転移温度は６００℃よりもさらに低くなければならない。しかし、屈折率（ｎｄ）が１．８付近で、アッベ数（νｄ）が３０〜４５程度の光学特性を有する光学ガラスとして市販されているガラスは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６００℃以上と高く、精密プレス用としては適さないものであった。 A precision press molding method is known as a method for molding an optical product such as a lens with high productivity into a highly accurate shape and size. In the glass for precision presses, if the molding temperature is higher than 600 ° C, the surface of the press die may be damaged, or the durability of the mold material may be lowered, so the glass transition temperature is 600 ° C. Must be even lower. However, a glass that is commercially available as an optical glass having an optical characteristic with a refractive index (nd) of about 1.8 and an Abbe number (νd) of about 30 to 45 has a glass transition temperature (Tg) of 600 ° C. or higher. High and unsuitable for precision press.
このような問題を解決するため、Ｌｉ2Ｏなどのアルカリを多く導入したガラスが提案されている。例えば、特開平６−３０５７６９号公報（特許文献１）に記載のＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ｌａ2Ｏ3−Ｔａ2Ｏ5−ＺｎＯ−Ｌｉ2Ｏ系ガラスはその一例である。前記公報に記載のガラスでは、ガラス転移温度を低下させる成分として多くのＴａ2Ｏ5が必須成分として導入されている。しかし、Ｔａ2Ｏ5は元来、稀少材料であるが、近年、コンデンサ材料としての需要が高まり、価格が高騰している。そのため、Ｔａ2Ｏ5を多量に使用したガラスを安定した価格で提供すること、及びこのようなガラスを大量生産することが困難になってきた。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、屈折率（ｎｄ）が１．８１９７１〜１．８７であり、かつアッベ数（νｄ）が３０〜４５であって、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５８０℃下である、Ｔａ2Ｏ5を含まなくとも低温軟化性に優れ、かつ低コスト化を達成し得る光学ガラス、前記ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子、さらには前記プリフォームの製造方法ならびに光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The refractive index (nd) is 1.81971-1 to 1.87, the Abbe number (νd) is 30 to 45, and the glass transition temperature ( Tg) is 580 ° C., optical glass that is excellent in low-temperature softness and can achieve low cost even without Ta 2 O 5 , a precision press-molding preform and optical element made of the glass, and It is an object of the present invention to provide a method for producing the preform and a method for producing an optical element.
本発明者らは、低コスト化と光学特性及び低温軟化性との両立を図るため、Ｔａ2Ｏ5を導入しなくても優れた光学特性及び低温軟化性を示す光学ガラスを得るべく鋭意検討を重ねた。その結果、以下のガラスにより、Ｔａ2Ｏ5を導入しなくても低温軟化性及び光学特性に優れた光学ガラスを得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to achieve both cost reduction, optical properties, and low-temperature softening properties, the present inventors have intensively studied to obtain an optical glass exhibiting excellent optical properties and low-temperature softening properties without introducing Ta 2 O 5. Repeated. As a result, it has been found that the following glass can provide an optical glass excellent in low-temperature softening property and optical characteristics without introducing Ta 2 O 5 , and has completed the present invention.
本発明の第一の態様は、モル％表示で、
Ｂ2Ｏ3 ３０〜４５％
ＳｉＯ2 ２〜１５％
Ｌａ2Ｏ3 １０〜２０％
ＴｉＯ2 １〜１０％
ＺｎＯ １０〜３０％
Ｌｉ2Ｏ ３〜１５％
ＷＯ3 ０．１％以上かつ１０％以下
Ｎｂ2Ｏ5 ０〜１５％
ＺｒＯ2 ０〜１０％
を含み、上記成分の合計量が９８％以上であり、Ｔａ2Ｏ5を含有せず、Ｙ 2 Ｏ 3 の含有量が０％であり、Ｓｂ２Ｏ３を外割で０〜１．８質量％添加したガラスであり、かつ屈折率（ｎｄ）が１．８１９７１〜１．８７、アッベ数（νｄ）が３０〜４５の範囲であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５８０℃以下であることを特徴とする光学ガラスである。
上記第一の態様の光学ガラスは、さらに、厚さ１０ｍｍに換算した波長２８０〜７００ｎｍにおける分光透過率が８０％となる波長が４４０ｎｍ以下、かつ前記分光透過率が５％となる波長が３５０ｎｍ以下であるものでもある。
The first aspect of the present invention is expressed in mol%,
B 2 O 3 30-45%
SiO 2 2-15%
La 2 O 3 10-20%
TiO 2 1-10%
ZnO 10-30%
Li 2 O 3-15%
WO 3 0.1% or more and 10% or less Nb 2 O 5 0-15%
ZrO 2 0-10%
The total amount of the above components is 98% or more, does not contain Ta 2 O 5 , the content of Y 2 O 3 is 0%, and Sb 2 O 3 is 0 to 1.8 on an external basis. It is a glass added by mass%, has a refractive index (nd) of 1.81971-1.87, an Abbe number (νd) of 30-45, and a glass transition temperature (Tg) of 580 ° C. or lower. Is an optical glass characterized by
In the optical glass of the first aspect, the wavelength at which the spectral transmittance is 80% at a wavelength of 280 to 700 nm converted to a thickness of 10 mm is 440 nm or less, and the wavelength at which the spectral transmittance is 5% is 350 nm or less. It is also what is.
本発明の第一の態様の光学ガラスの比重は、４．７以下であることが好ましい。 The specific gravity of the optical glass of the first aspect of the present invention is preferably 4.7 or less.
さらに、本発明は、以下の態様にも関する。
（１）第一の態様の光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォーム。
（２）全表面が溶融状態のガラスが固化して形成されたものであることを特徴とする（１）に記載の精密プレス成形用プリフォーム。
（３）全表面が自由表面からなることを特徴とする（１）又は（２）に記載の精密プレス成形用プリフォーム。
（４）流出パイプから流出する溶融ガラス流から所要重量の溶融ガラスを分離して第一の態様の光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォームを成形することを特徴とする精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
（５）第一の態様の光学ガラスよりなる光学素子。
（６）（１）〜（３）のいずれかに記載の精密プレス成形用プリフォーム又は（４）に記載の製造方法により作製された精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形して得られる光学素子。
（７）精密プレス成形用プリフォームを加熱、軟化し、精密プレス成形してガラス製光学素子を作製する光学素子の製造方法において、
（１）〜（３）のいずれかに記載された精密プレス成形用プリフォーム又は（４）に記載の製造方法により作製された精密プレス成形用プリフォームを使用することを特徴とする光学素子の製造方法。
（８）精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型をともに加熱して精密プレス成形することを特徴とする（７）に記載の光学素子の製造方法。
（９）前記精密プレス用プリフォームは、プレス成形型に導入する前に、予め加熱されたものである（８）に記載の光学素子の製造方法。
Furthermore, this invention relates also to the following aspects.
(1) precision press-molding preform formed of the optical science glass of the first aspect.
(2) The precision press-molding preform according to (1), wherein the entire surface is formed by solidifying glass in a molten state.
(3) The precision press-molding preform as described in (1) or (2), wherein the entire surface is a free surface.
(4) A precision press-molding preform characterized by separating a required amount of molten glass from a molten glass stream flowing out from an outflow pipe and molding a precision press-molding preform made of the optical glass of the first aspect. Manufacturing method.
(5) an optical element made of the first state-like optical glass.
(6) Optics obtained by precision press-molding the precision press-molding preform according to any one of (1) to (3) or the precision press-molding preform produced by the production method according to (4) element.
(7) In a method of manufacturing an optical element in which a precision press-molding preform is heated, softened, and precision press-molded to produce a glass optical element.
An optical element characterized by using the precision press-molding preform described in any one of (1) to (3) or the precision press-molding preform produced by the manufacturing method described in (4). Production method.
(8) The method for producing an optical element according to (7), wherein a preform for precision press molding is introduced into a press mold, and the preform and the press mold are both heated to perform precision press molding.
(9) The optical element manufacturing method according to (8), wherein the precision press preform is heated in advance before being introduced into a press mold.
本発明によれば、高価なタンタルを導入せずに、低温軟化性及び光学特性に優れた光学ガラス、前記光学ガラスよりなる精密プレス成形用プリフォーム及びその製造方法、前記光学ガラスよりなる光学素子及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, without introducing expensive tantalum, an optical glass excellent in low-temperature softening property and optical characteristics, a precision press-molding preform made of the optical glass, a manufacturing method thereof, and an optical element made of the optical glass And a manufacturing method thereof.
以下、本発明について更に詳細に説明する。
（第一の態様）
本発明の第一の態様は、モル％表示で、
Ｂ2Ｏ3 ３０〜４５％
ＳｉＯ2 ２〜１５％
Ｌａ2Ｏ3 １０〜２０％
ＴｉＯ2 １〜１０％
ＺｎＯ １０〜３０％
Ｌｉ2Ｏ ３〜１５％
ＷＯ3 ０．１％以上かつ１０％以下
Ｎｂ2Ｏ5 ０〜１５％
ＺｒＯ2 ０〜１０％
を含み、上記成分の合計量が９８％以上であり、Ｔａ2Ｏ5を含有しせず、Ｙ 2 Ｏ 3 の含有量が０％であり、Ｓｂ２Ｏ３を外割で０〜１．８質量％添加したガラスであり、かつ屈折率（ｎｄ）が１．８１９７１〜１．８７、アッベ数（νｄ）が３０〜４５の範囲であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５８０℃以下であることを特徴とする光学ガラスである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
(First aspect)
The first aspect of the present invention is expressed in mol%,
B 2 O 3 30-45%
SiO 2 2-15%
La 2 O 3 10-20%
TiO 2 1-10%
ZnO 10-30%
Li 2 O 3-15%
WO 3 0.1% or more and 10% or less Nb 2 O 5 0-15%
ZrO 2 0-10%
The total amount of the above components is 98% or more, does not contain Ta 2 O 5 , the content of Y 2 O 3 is 0%, and Sb 2 O 3 is 0 to 1. 8% by mass added glass, the refractive index (nd) is 1.81971-1.87, the Abbe number (νd) is in the range of 30-45, and the glass transition temperature (Tg) is 580 ° C. or less. This is an optical glass.
本態様において、上記各成分の組成範囲を限定した理由は次の通りである。本態様に限らず、以下の説明において、各成分の含有量はモル％表示にて示すことにする。
Ｂ2Ｏ3は、ガラスの網目構造を構成する成分であって、ガラスに低分散性を与え、軟化温度を低下させるために必要不可欠な成分である。その含有量が３０％未満では、ガラス転移温度が高くなるとともに、所要の光学恒数を維持することできなくなるのに対し、４５％を超えると、ガラスの耐久性や耐酸性が悪化してしまうおそれがある。よって、その含有量は３０〜４５％の範囲に制限される。より好ましくは３２〜４２％の範囲である。
In this embodiment, the reason why the composition range of each component is limited is as follows. In the following description, not limited to this aspect, the content of each component is shown in mol%.
B 2 O 3 is a component that constitutes the network structure of glass, and is an indispensable component for imparting low dispersibility to the glass and lowering the softening temperature. If the content is less than 30%, the glass transition temperature becomes high and the required optical constant cannot be maintained. On the other hand, if the content exceeds 45%, the durability and acid resistance of the glass deteriorate. There is a fear. Therefore, the content is limited to a range of 30 to 45%. More preferably, it is 32 to 42% of range.
ＳｉＯ2は、Ｂ2Ｏ3と同様ガラスの網目構造を構成する主成分であり、ガラスの耐久性を向上させるために欠かせない成分でもある。その含有量が２％未満ではガラスの耐失透性が急激に悪くなる一方、１５％を超えて導入すると、低温軟化性を維持することができなくなるとともに、所望の光学恒数を維持できなくなる。従って、その含有量は２〜１５％の範囲に制限される。より好ましくは３〜１２％の範囲である。 Similar to B 2 O 3 , SiO 2 is a main component constituting a glass network structure, and is also an essential component for improving the durability of the glass. When the content is less than 2%, the devitrification resistance of the glass is abruptly deteriorated. On the other hand, when the content exceeds 15%, the low temperature softening property cannot be maintained and the desired optical constant cannot be maintained. . Therefore, the content is limited to a range of 2 to 15%. More preferably, it is 3 to 12% of range.
Ｌａ2Ｏ3は、ガラスの耐久性及び耐候性を向上させるためにも、所望の光学恒数を付与するためにも必要不可欠である。しかし、その含有量が２０％を超えると、ガラスの屈折率が目標の範囲より高くなり、熱的な耐失透性も悪化するおそれがあるため、２０％以下に抑えることが必要である。逆に１０％未満では所望の光学恒数が得られないため、その含有量は１０〜２０％の範囲に限定される。より好ましくは１１〜１８％の範囲である。 La 2 O 3 is indispensable both for improving the durability and weather resistance of the glass and for imparting a desired optical constant. However, if the content exceeds 20%, the refractive index of the glass becomes higher than the target range, and the thermal devitrification resistance may be deteriorated. Therefore, it is necessary to suppress it to 20% or less. Conversely, if it is less than 10%, the desired optical constant cannot be obtained, so the content is limited to the range of 10 to 20%. More preferably, it is 11 to 18% of range.
ＴｉＯ2は、ガラスの光学恒数の調整、耐失透性の改善や化学的耐久性の改善のために導入した成分である。その含有量は１０％を超えて多くなると、ガラスのアッベ数（νｄ）を３０以上に保つことができなくなる上、耐失透性も大きく悪化するため、その含有量を１０％以下に抑えることが必要である。一方、その含有量を１％より少なくすると、ガラスの耐失透性が大きく悪化し、液相温度も高くなり、プレス成形用プリフォームの作成ができなくなるおそれがあるため、その含有量を１％以上にすることが必要である。より好ましくは２〜８％の範囲である。 TiO 2 is a component introduced for adjusting the optical constant of glass, improving devitrification resistance, and improving chemical durability. If the content exceeds 10%, the Abbe number (νd) of the glass cannot be maintained at 30 or more, and the devitrification resistance is greatly deteriorated, so the content is suppressed to 10% or less. is required. On the other hand, if the content is less than 1%, the devitrification resistance of the glass is greatly deteriorated, the liquidus temperature is also increased, and there is a possibility that a preform for press molding cannot be prepared. % Or more is necessary. More preferably, it is 2 to 8% of range.
ＺｎＯは、ガラスの低温軟化性や高耐候性を維持するために非常に重要な成分である。特に、従来の光学ガラスに多用されているＢａＯの代わりに多くのＺｎＯを導入すると、ガラスの耐失透性や耐候性が大幅に改善される。本発明の第一の態様のガラスと同様の光学恒数を有する従来のガラスでは、ＺｎＯは、ＢａＯやＣａＯと同様の光学恒数の調整効果を示す成分として用いられていた。それに対し、本発明の第一の態様の光学ガラスの組成系において、ＺｎＯは他の２価成分と比べ、ガラスの耐失透性を大幅に高める効果を示す上、低温軟化性の改善や光学恒数の調整の点で最も優れている成分である。その含有量が１０％未満では目標の耐失透性と低温軟化性を維持することができなくなる一方、３０％より多く導入すると、逆にガラスの安定性が悪化し、液相温度も急上昇するため、溶融ガラスからプリフォームを成形する熱間プリフォーム成形に支障が出るおそれがある。従って、その含有量は１０〜３０％の範囲に限定される。より好ましくは１０〜２５％、さらに好ましくは１２〜２２％の範囲である。 ZnO is a very important component for maintaining the low-temperature softening property and high weather resistance of glass. In particular, when a large amount of ZnO is introduced instead of BaO that is frequently used in conventional optical glass, the devitrification resistance and weather resistance of the glass are greatly improved. In the conventional glass having the same optical constant as that of the glass of the first aspect of the present invention, ZnO has been used as a component exhibiting the same optical constant adjustment effect as BaO and CaO. On the other hand, in the optical glass composition system of the first aspect of the present invention, ZnO exhibits an effect of greatly increasing the devitrification resistance of the glass as compared with other divalent components, and also improves the low-temperature softening property and optical properties. It is the most excellent component in terms of adjusting the constant. If the content is less than 10%, the target devitrification resistance and low-temperature softening property cannot be maintained. On the other hand, if the content is more than 30%, the stability of the glass deteriorates and the liquidus temperature rises rapidly. For this reason, there is a risk of hindering hot preform molding in which a preform is molded from molten glass. Therefore, the content is limited to the range of 10 to 30%. More preferably, it is 10 to 25%, and further preferably 12 to 22%.
Ｌｉ2Ｏは、ガラスの低温軟化性を改善するために導入された成分である。その含有量が３％未満では、軟化温度が高くなり、プレスに困難をもたらす一方、１５％を超えて導入すると、ガラスの液相温度が急激に高くなり、耐候性も悪化するため、その含有量が３〜１５％の範囲に制限される。より好ましくは３〜１２％の範囲である。 Li 2 O is a component introduced to improve the low temperature softening property of the glass. If its content is less than 3 %, the softening temperature becomes high, causing difficulty in pressing. On the other hand, if it is introduced in excess of 15%, the liquidus temperature of the glass rapidly increases and the weather resistance deteriorates. the amount is limited to the range of 3 15%. More preferably, it is 3 to 12% of range.
ＷＯ3は、ガラスの屈折率を高め、失透傾向を抑制し、溶融ガラスの高温粘性を低める効果がある。ＷＯ3を導入しないと、安定してガラスを作ることが困難になるため、本態様においては必須成分である。しかし、１０％を超えると、ガラスの着色傾向が増大するため、その含有量を１０％以下に抑えたほうが良い。従って、その含有量範囲は０．１〜１０％であり、好ましい範囲は０．５〜８％である。 WO 3 has the effects of increasing the refractive index of glass, suppressing the tendency to devitrification, and reducing the high temperature viscosity of molten glass. If WO 3 is not introduced, it is difficult to make glass stably, and therefore it is an essential component in this embodiment. However, if it exceeds 10%, the tendency of coloring of the glass increases, so it is better to suppress the content to 10% or less. Therefore, the content range is 0.1 to 10%, and the preferred range is 0.5 to 8%.
Ｎｂ2Ｏ5は、ガラスの屈折率を高め、耐失透性や化学的耐久性を改善するのに非常に有効であるが、１５％を超えると、ガラスは失透しやすくなる。従って、その含有量は０〜１５％に限定される。上記効果を得るために、２〜１５％とすることが好ましく、２〜１０％とすることがより好ましい。 Nb 2 O 5 is very effective in increasing the refractive index of glass and improving devitrification resistance and chemical durability. However, if it exceeds 15%, the glass tends to devitrify. Therefore, the content is limited to 0 to 15%. In order to acquire the said effect, it is preferable to set it as 2 to 15%, and it is more preferable to set it as 2 to 10%.
ＺｒＯ2は、ガラスの耐候性及び耐失透性の向上や光学恒数の調整に使われる任意成分である。特に、少量のＺｒＯ2をガラスに導入する場合、ガラスの耐失透性が大幅に改善され、熱間プリフォーム成形に必要とされる低液相温度化も図られるため、少量のＺｒＯ2を導入することが好ましい。しかし、その含有量が１０％より多くなると、所望の光学恒数を得るのが困難になるとともに、低温軟化性も悪化するので、その含有量を０〜１０％とする。より好ましくは０〜８％である。さらに好ましくは１〜８％である。 ZrO 2 is an optional component used for improving the weather resistance and devitrification resistance of glass and adjusting the optical constant. In particular, when introducing small amounts of ZrO 2 in the glass, it improves significantly the devitrification resistance of the glass, since it is also achieved a low liquidus temperature of required for hot preform, a small amount of ZrO 2 It is preferable to introduce. However, when the content exceeds 10%, it becomes difficult to obtain a desired optical constant, and the low-temperature softening property is also deteriorated. Therefore, the content is set to 0 to 10%. More preferably, it is 0 to 8%. More preferably, it is 1 to 8%.
上記任意成分Ｎｂ2Ｏ5又はＺｒＯ2を含むことが望ましく、Ｎｂ2Ｏ5及びＺｒＯ2を含むことがより一層望ましい。特に、その含有量は、０％＜Ｎｂ2Ｏ5＋ＺｒＯ2＜１８％の範囲であることが好ましく、１％＜Ｎｂ2Ｏ5＋ＺｒＯ2＜１６％の範囲であることがより好ましい。 It is desirable to include the optional component Nb 2 O 5 or ZrO 2 , and it is even more desirable to include Nb 2 O 5 and ZrO 2 . In particular, the content is preferably in the range of 0% <Nb 2 O 5 + ZrO 2 <18%, and more preferably in the range of 1% <Nb 2 O 5 + ZrO 2 <16%.
さらに、上記所望の目的を達成する上から、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＷＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2の合計量を９８％以上、さらに好ましくは９９％以上、特に好ましくは１００％とする。ただし、上記成分のほか、Ｓｂ2Ｏ3を外割添加で０〜２％、より好ましくは０〜１％、さらに好ましくは０％を超え１％以下加えることができる。その他、通常使用される脱泡剤も外割添加することができるが、環境影響を考えると、Ａｓ2Ｏ3の添加は好ましくない。 Furthermore, in order to achieve the above desired purpose, the total amount of B 2 O 3 , SiO 2 , La 2 O 3 , TiO 2 , ZnO, Li 2 O, WO 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 is 98%. Above , more preferably 99% or more, particularly preferably 100%. However, in addition to the above components, Sb 2 O 3 may be added in an external ratio of 0 to 2%, more preferably 0 to 1%, still more preferably more than 0% and 1% or less. In addition, normally used defoaming agents can also be added in an extra split, but considering the environmental impact, the addition of As 2 O 3 is not preferred.
なお、本態様の光学ガラスにおいては、上記成分のほか、ガラスの特性を悪化させない範囲での少量のＰ2Ｏ5、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどの成分を添加することも可能である。また、フッ素の導入も可能であるが、プリフォームを熔融ガラスから直接作る場合、揮発による不具合が生じるおそれがあるため、揮発に配慮する場合には、フッ素を導入しないことが望ましい。
また、環境影響などの観点から上記のヒ素化合物に加え、鉛化合物、カドミウム化合物などの有毒物質や、ウラン、トリウムなどの放射性物質も排除すべきである。
また、本態様の光学ガラスは、低コスト化のため、Ｔａ2Ｏ5を含有しない。本態様の光学ガラスは、Ｔａ2Ｏ5を含有しなくとも、前記組成とすることで、低Ｔｇで精密プレスに適した光学ガラスを実現することができる。なお、Ｔａ2Ｏ5を含有しないとは、ガラス原料としてタンタル化合物を使用しないということであって、不純物としての混入を排除するものではない。
In the optical glass of the present embodiment, in addition to the above components, adding a small amount of P 2 O 5 in a range that does not deteriorate the characteristics of the glass, Na 2 O, K 2 O , CaO, SrO, and Ba O of which component It is also possible to do. Fluorine can also be introduced. However, when the preform is made directly from molten glass, there is a risk of inconvenience due to volatilization. Therefore, when considering volatilization, it is desirable not to introduce fluorine.
In addition to the above arsenic compounds, toxic substances such as lead compounds and cadmium compounds and radioactive substances such as uranium and thorium should be excluded from the viewpoint of environmental impact.
Moreover, the optical glass of this aspect does not contain Ta 2 O 5 for cost reduction. Even if the optical glass of this aspect does not contain Ta 2 O 5 , an optical glass suitable for precision pressing with a low Tg can be realized by having the above composition. Note that “not containing Ta 2 O 5 ” means that a tantalum compound is not used as a glass raw material, and does not exclude contamination as an impurity.
本発明の第一の態様において、好ましい組成は、Ｂ2Ｏ3を３２〜４２％、ＳｉＯ2を３〜１２％、Ｌａ2Ｏ3を１１〜１８％、ＴｉＯ2を２〜８％、ＺｎＯを１０〜２５％、Ｌｉ2Ｏを３〜１２％、ＷＯ3を０．１〜１０％、Ｎｂ2Ｏ5を２〜１５％、ＺｒＯ2を０〜１０％であり、より好ましくは、Ｂ2Ｏ3を３２〜４２％、ＳｉＯ2を３〜１２％、Ｌａ2Ｏ3を１１〜１８％、ＴｉＯ2を２〜８％、ＺｎＯを１２〜２２％、Ｌｉ2Ｏを３〜１２％、ＷＯ3を０．５〜８％、Ｎｂ2Ｏ5を２〜１５％、ＺｒＯ2を０〜８％であり、さらに好ましくは、Ｂ2Ｏ3を３２〜４２％、ＳｉＯ2を３〜１２％、Ｌａ2Ｏ3を１１〜１８％、ＴｉＯ2を２〜８％、ＺｎＯを１２〜２２％、Ｌｉ2Ｏを３〜１２％、ＷＯ3を０．５〜８％、Ｎｂ2Ｏ5を２〜１０％、ＺｒＯ2を１〜８％である。 In the first embodiment of the present invention, the preferred composition is 32 to 42% B 2 O 3 , 3 to 12% SiO 2 , 11 to 18% La 2 O 3 , 2 to 8% TiO 2 , ZnO 10 to 25%, Li 2 O 3 to 12%, WO 3 0.1 to 10%, Nb 2 O 5 2 to 15%, ZrO 2 0 to 10%, more preferably B 2 O 3 32-42%, SiO 2 3-12%, La 2 O 3 11-18%, TiO 2 2-8%, ZnO 12-22%, Li 2 O 3-12% WO 3 is 0.5 to 8%, Nb 2 O 5 is 2 to 15%, ZrO 2 is 0 to 8%, and more preferably, B 2 O 3 is 32 to 42%, and SiO 2 is 3 to 3. 12% La 2 O 3 and 11 to 18%, the TiO 2 2 to 8% of ZnO 12 to 22% 3 to 12% of Li 2 O, the WO 3 0.5~8%, Nb 2 O 5 to 2 to 10%, ZrO 2 is 1 to 8%.
次に本態様の光学恒数について説明する。本態様の屈折率（ｎｄ）は１．７５〜１．８７、アッベ数（νｄ）は３０〜４５である。低転移温度、高光線透過性、熱間成形性、高耐失透性のガラスを得る上から、屈折率（ｎｄ）が１．７６〜１．８７、アッベ数（νｄ）は３０〜４５の光学恒数を示すことが好ましく、屈折率（ｎｄ）が１．８０〜１．８７、アッベ数（νｄ）は３０〜４５の光学恒数を示すことがより好ましく、屈折率（ｎｄ）が１．８０〜１．８７、アッベ数（νｄ）は３３〜４５の光学恒数を示すことがさらに好ましい。屈折率（ｎｄ）が１．８１〜１．８６、アッベ数（νｄ）は３３〜４４の光学恒数を示すことがより一層好ましい。 Next, the optical constant of this aspect will be described. In this embodiment, the refractive index (nd) is 1.75 to 1.87, and the Abbe number (νd) is 30 to 45. In order to obtain a glass having a low transition temperature, high light transmittance, hot formability, and high devitrification resistance, the refractive index (nd) is 1.76 to 1.87, and the Abbe number (νd) is 30 to 45. It is preferable to show an optical constant, more preferably, the refractive index (nd) is 1.80 to 1.87, the Abbe number (νd) is 30 to 45, and the refractive index (nd) is 1. More preferably, the optical constant is from 33 to 45 and the Abbe number (νd) is from 80 to 1.87. More preferably, the refractive index (nd) is 1.81-1.86, and the Abbe number (νd) is 33-44.
本態様のガラスの低軟化性はガラス転移温度（Ｔｇ）によって特徴付けられる。本態様において、ガラス転移温度（Ｔｇ）は５８０℃以下であり、５７０℃以下であることがより望ましい。ガラス転移温度（Ｔｇ）が上記範囲内であることによって、良好なプレス成形性、特に良好な精密プレス成形性を得ることができる。精密プレス成形は、プレス成形型の成形面の反転形状を加熱軟化したガラスに精密に転写し、目的とする最終ガラス製品を製造する方法である。精密プレス成形によってガラス製光学素子を成形する方法は、モールドオプティクス成形法とも呼ばれ、光学素子の光線を透過したり、反射したり、屈折させたり、回折させるために使用する光学的な機能を備えた面（光学機能面）をプレス成形後に機械的加工を施すことなく形成することができ、特に非球面レンズの非球面の成形には好適な方法である。精密プレス成形では、プレス成形型を繰り返し使用する中で、型の成形面を損傷させないよう、より低温でプレス成形を行わなければならない。そのため、低温でプレス成形可能なガラスが精密プレス成形に適している。 The low softness of the glass of this embodiment is characterized by the glass transition temperature (Tg). In this embodiment, the glass transition temperature (Tg) is 580 ° C. or lower, and more preferably 570 ° C. or lower. When the glass transition temperature (Tg) is within the above range, good press formability, particularly good precision press formability can be obtained. Precision press molding is a method for producing a final glass product of interest by precisely transferring the inverted shape of the molding surface of a press mold to heat-softened glass. The method of molding glass optical elements by precision press molding, also called mold optics molding, has the optical functions used to transmit, reflect, refract, and diffract the light rays of the optical elements. The provided surface (optical functional surface) can be formed without mechanical processing after press molding, and is particularly suitable for molding an aspheric surface of an aspheric lens. In precision press molding, press molding must be performed at a lower temperature so as not to damage the molding surface of the mold during repeated use of the press mold. Therefore, glass that can be press-formed at a low temperature is suitable for precision press-molding.
本態様のガラスは優れた分光透過特性を有していることが好ましい。ガラスの分光透過特性は、両面が平行かつ研磨された厚さ１０ｍｍの前記ガラスよりなる試料の分光透過率によって評価することができる。分光透過率は表面反射損失分も含むガラス試料の透過率であり、公知の如く試料の厚みと所定の関係にある。従って、分光透過率の測定は、必ずしも厚さ１０ｍｍで実施する必要はなく、実測された分光透過率を上記公知の関係を用いて厚さ１０ｍｍに換算して求めることもできる。本態様のガラスは、分光透過特性において、波長２８０〜７００ｎｍにおける分光透過率が８０％となる波長（以下、λ８０という。）が４４０ｎｍ以下であり、かつ分光透過率が５％となる波長（以下、λ５という。）が３５０ｎｍ以下である。また、上記分光透過特性を有する光学ガラスは、λ８０より長波長であって７００ｎｍ以下の波長域において、分光透過率は８０％よりも高い透過率を示す。また、λ５よりλ８０へ向けて波長が長くなるにつれて分光透過率は増加する。一方、λ５より波長が短くなるにつれて分光透過率は減少していく。
このように本発明の光学ガラスは、可視波長域全域にわたって高い分光透過率を備えていることが好ましい。このような分光透過特性を有する光学ガラスは、着色が極めて少なく、無色透明なガラスであり、撮像光学系をはじめとする種々の光学素子の材料として好適である。
The glass of this embodiment preferably has excellent spectral transmission characteristics. The spectral transmission characteristics of glass can be evaluated by the spectral transmittance of a sample made of the glass having a thickness of 10 mm, whose both surfaces are parallel and polished. The spectral transmittance is the transmittance of the glass sample including the surface reflection loss, and has a predetermined relationship with the thickness of the sample as is well known. Therefore, the measurement of the spectral transmittance is not necessarily performed at a thickness of 10 mm, and the actually measured spectral transmittance can be obtained by converting to a thickness of 10 mm using the above-described known relationship. The glass of this embodiment has a spectral transmission characteristic in which the wavelength at which the spectral transmittance at a wavelength of 280 to 700 nm is 80% (hereinafter referred to as λ80) is 440 nm or less and the wavelength at which the spectral transmittance is 5% (hereinafter referred to as “wavelength”). , Λ5) is 350 nm or less. Further, the optical glass having the above spectral transmission characteristic shows a transmittance higher than 80% in the wavelength range longer than λ80 and 700 nm or less. Further, the spectral transmittance increases as the wavelength increases from λ5 to λ80. On the other hand, the spectral transmittance decreases as the wavelength becomes shorter than λ5.
Thus, the optical glass of the present invention preferably has a high spectral transmittance over the entire visible wavelength range. An optical glass having such spectral transmission characteristics is a colorless and transparent glass with extremely little coloring, and is suitable as a material for various optical elements including an imaging optical system.
本態様のガラスは精密プレス成形に好適であることは前述のとおりであるが、精密プレス成形では型成形面や型成形面上に形成されている離型膜の酸化を防止するため、ガラスを窒素、窒素と水素の混合ガスなど非酸化性雰囲気中で取り扱うことが多い。本態様のガラスには、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＷＯ3のような還元されやすい金属酸化物成分が含まれている。このようなガラスを非酸化性雰囲気中で加熱すると、上記金属が還元され、その結果、可視域に吸収が発現する場合があるが、本態様のガラスは、精密プレス成形後も上記分光透過特性が損なわれることがなかった。従って、本態様のガラスからなる精密プレス成形品の分光透過特性も光学素子として使用する上で極めて良好なものである。 As described above, the glass of this embodiment is suitable for precision press molding. However, in precision press molding, in order to prevent oxidation of a mold forming surface and a release film formed on the mold forming surface, glass is used. It is often handled in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or a mixed gas of nitrogen and hydrogen. The glass of this embodiment contains a metal oxide component that is easily reduced, such as TiO 2 , Nb 2 O 5 , and WO 3 . When such a glass is heated in a non-oxidizing atmosphere, the metal is reduced, and as a result, absorption may appear in the visible range. However, the glass of this embodiment has the spectral transmission characteristics even after precision press molding. Was not compromised. Therefore, the spectral transmission characteristics of the precision press-molded product made of the glass of this embodiment are very good when used as an optical element.
次に本態様のガラスの比重について説明する。本態様の組成を有する光学ガラスは高屈折率を示すものの、比重はそれほど大きくない。ガラスの比重が大きいとそのガラスを使用した光学素子、あるいは光学機器の重量が重くなる。例えば、複数枚の単体レンズを組込んだカメラレンズでオートフォーカス機能を有するものは、単体レンズの相互間の位置を電気駆動系で駆動、調整する。その際、単体レンズの重量が大きいとオートフォーカスによる消費電力が大きくなり、電池消耗を著しくするなどの問題をおこす。高屈折率のガラスの比重を抑えることは、上記問題を解決するための有効な方法の一つである。従って、本態様の光学ガラスは光学素子の原料として好適であり、好ましくは、比重が４．７以下のガラスであり、より好ましくは４．６以下である。また、本態様の光学ガラスの比重は、概ね４以上であることが適当である。
本態様は、ＺｎＯとＬｉ2Ｏが共存することにより、ガラスの比重を減少させることができる。さらに、両成分を共存させることによって、ガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させること、及び分光透過特性を改善すること（着色の低減）ができる。
Next, the specific gravity of the glass of this embodiment will be described. Although the optical glass having the composition of this embodiment shows a high refractive index, the specific gravity is not so large. If the specific gravity of the glass is large, the weight of the optical element or optical device using the glass becomes heavy. For example, a camera lens incorporating a plurality of single lenses having an autofocus function drives and adjusts the position between the single lenses with an electric drive system. At this time, if the weight of the single lens is large, the power consumption due to auto-focusing increases, causing problems such as significant battery consumption. Suppressing the specific gravity of high refractive index glass is one of the effective methods for solving the above problems. Therefore, the optical glass of this embodiment is suitable as a raw material for the optical element, and is preferably a glass having a specific gravity of 4.7 or less, more preferably 4.6 or less. Moreover, it is appropriate that the specific gravity of the optical glass of this embodiment is approximately 4 or more.
In this embodiment, the specific gravity of the glass can be reduced by the coexistence of ZnO and Li 2 O. Furthermore, the coexistence of both components can lower the glass transition temperature (Tg) and improve the spectral transmission characteristics (reduction of coloring).
また、本発明の第一の態様において、光学ガラスの屈伏点は、５８０℃以下である。５８０℃以下であれば、プレス成形時に発泡、カン割れ、表面脈理などの問題が生じることがなく、平坦性、平滑性に優れた光学ガラスを得ることができる。また、本発明の第一の態様の光学ガラスの液相温度は、１０００℃以下であることが好ましい。液相温度が１０００℃以下であれば、溶融ガラス化が容易であり、作業性が良好である。 Also, in a first aspect of the present invention, the yield point of the optical glass, Ru der 580 ° C. or less. If it is 580 degrees C or less, problems, such as foaming, can cracking, and surface striae, will not arise at the time of press molding, and optical glass excellent in flatness and smoothness can be obtained. Moreover, it is preferable that the liquidus temperature of the optical glass of the 1st aspect of this invention is 1000 degrees C or less. When the liquidus temperature is 1000 ° C. or lower, melt vitrification is easy and workability is good.
（精密プレス成形用プリフォームとその製造方法）
次に本発明の精密プレス成形用プリフォームについて説明する。
プレス成形用プリフォームとは、加熱、軟化してプレス成形に供するためのガラス成形体であり、プレス成形品の重量に応じた所要重量のガラスからなる。形状はプレス成形に適するよう成形されており、球状、偏平球状、回転楕円体などを例示することができる。
好ましい形状としては、回転対称軸を一つ備え、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を挙げることができる。また、図２に示すように、前記断面におけるプリフォームの輪郭線上の点と回転対称軸上にあるプリフォームの重心Ｇを結ぶ線と、前記輪郭線上の点において輪郭線に接する接線とのなす角の一方の角の角度をθとしたとき、前記点が、回転対称軸上の点ａから出発して輪郭線上を移動するときに、θが９０°から単調増加し、続いて単調減少した後、単調増加して輪郭線が回転対称軸と交わる他方の点ｂにおいて９０°になる形状が更に好ましい。前記回転対称軸を含む任意の断面において、角度θが上記のようになることが望ましい。
(Preform for precision press molding and its manufacturing method)
Next, the precision press molding preform of the present invention will be described.
The preform for press molding is a glass molded body for heating and softening to be used for press molding, and is made of a glass having a required weight corresponding to the weight of the press molded product. The shape is formed so as to be suitable for press molding, and examples thereof include a spherical shape, a flat spherical shape, and a spheroid.
As a preferable shape, one having a rotationally symmetric axis and having a smooth contour line having no corners or depressions in a cross section including the rotationally symmetric axis, for example, an ellipse whose short axis coincides with the rotationally symmetric axis in the cross section. The line can be mentioned. Further, as shown in FIG. 2, a line connecting a point on the contour of the preform in the cross section and a center of gravity G of the preform on the rotational symmetry axis and a tangent tangent to the contour at the point on the contour. When the angle of one of the angles is θ, when the point moves on the contour starting from the point a on the rotational symmetry axis, θ monotonically increases from 90 ° and subsequently monotonously decreases. Thereafter, a shape that increases monotonically and becomes 90 ° at the other point b where the contour line intersects the rotational symmetry axis is further preferable. In an arbitrary cross section including the rotational symmetry axis, it is desirable that the angle θ is as described above.
本発明の精密プレス成形用プリフォームは上記第一の態様の光学ガラスよりなる。なお、プリフォームの表面にはプレス成形時の離型効果や潤滑効果を高めるため、カーボン膜などの薄膜を形成してもよい。このカーボン膜は蒸着法などによって形成できる。また、化学的気相堆積法により水素化カーボン膜を形成してもよい。このようにしてプリフォーム表面に炭素含有膜を形成する場合は、プリフォームの全表面に形成することが望ましい。 The precision press-molding preform of the present invention comprises the optical glass of the first aspect. A thin film such as a carbon film may be formed on the surface of the preform in order to enhance the mold release effect and the lubrication effect during press molding. This carbon film can be formed by vapor deposition. Further, a hydrogenated carbon film may be formed by chemical vapor deposition. Thus, when forming a carbon containing film | membrane on the preform surface, forming on the whole surface of a preform is desirable.
前記第一の態様の光学ガラスよりなる本発明のプレス成形用プリフォームは、精密プレス成形用プリフォームである。その理由は、上記のようにプリフォームを構成するガラスが、低軟化特性を有する光学ガラスであるとともに、精密プレス成形によって上記の分光透過率特性が損なわれることはないからである。
ここで、「精密プレス成形」とは、前述の通り、モールドオプティクス成形法とも呼ばれ、プレス成形によって光学機能面の形状を形成する方法である。プリフォーム表面は、後述する熔融ガラス塊を直接プリフォームに成形する場合は、自由表面であることが望ましく、機械加工によって作製する場合は、光学研磨面とすることが望ましい。
The press-molding preform of the present invention made of the optical glass of the first aspect is a precision press-molding preform. The reason is that the glass constituting the preform as described above is an optical glass having a low softening characteristic, and the spectral transmittance characteristic is not impaired by precision press molding.
Here, “precision press molding” is also referred to as a mold optics molding method as described above, and is a method of forming the shape of the optical functional surface by press molding. The preform surface is preferably a free surface when a molten glass lump described later is directly formed into a preform, and is preferably an optically polished surface when produced by machining.
本発明の精密プレス成形用プリフォームは、例えば、ガラス原料を溶解し、脱泡清澄、攪拌均質化して泡を含まない均質な溶融ガラスを作り、この溶融ガラスをプリフォームに成形する方法、あるいは前記の溶融ガラスをプリフォームに加工するための成形体に成形し、この成形体に機械加工（例えば、切断、研削、研磨など）を施してプリフォームにする方法などにより製造することができる。特に、流出パイプから流出する溶融ガラス流から所要重量の溶融ガラスを分離してプリフォームに成形する方法が好ましい。例えば、上記溶融ガラスをパイプから連続かつ一定スピードで溶融ガラス流として流出し、その溶融ガラス流の先端から所要重量の溶融ガラスを分離して、軟化状態にある間に成形し、冷却してプリフォームを作る方法、あるいは、溶融ガラスをパイプを通して連続かつ一定スピードで流し、パイプ流出口から所要重量の溶融ガラス滴として滴下し、その溶融ガラス滴を成形、冷却してプリフォームを作る方法などを例示できる。このように、溶融ガラスを使用して、ガラスが軟化状態にある間にプリフォームを成形する方法を熱間プリフォーム成形と呼ぶが、第一の態様のガラスはいずれもガラス転移温度が低く、流出時の粘性を成形に適する範囲に調整することができるので、ガラスを失透させることなく、プレス成形用プリフォームを成形することができる。熱間成形は、目的重量の溶融ガラスからプリフォームを成形するため、表面に機械加工などによる加工痕を発生させることなく、重量精度の高いプリフォームを生産することができる。 The precision press molding preform of the present invention is, for example, a method of melting a glass raw material, defoaming clarification, stirring and homogenizing to make a homogeneous molten glass containing no foam, and molding the molten glass into a preform, or The molten glass can be molded into a molded body for processing into a preform, and the molded body can be machined (for example, cutting, grinding, polishing, etc.) to obtain a preform. In particular, a method in which a required weight of molten glass is separated from the molten glass flow flowing out from the outflow pipe and molded into a preform is preferable. For example, the molten glass flows out of a pipe continuously and at a constant speed as a molten glass flow, a required weight of molten glass is separated from the tip of the molten glass flow, molded while in a softened state, cooled, and cooled. A method of making a reform, or a method of flowing molten glass continuously and at a constant speed through a pipe, dropping it as a molten glass drop of the required weight from the pipe outlet, shaping the molten glass drop and cooling to make a preform, etc. It can be illustrated. In this way, a method of forming a preform while the glass is in a softened state using molten glass is called hot preform molding, but all the glasses of the first aspect have a low glass transition temperature, Since the viscosity at the time of outflow can be adjusted to a range suitable for molding, a press molding preform can be molded without devitrifying the glass. In hot forming, a preform is formed from a molten glass having a target weight, so that a preform having high weight accuracy can be produced without generating a processing mark due to machining or the like on the surface.
更に、分離した所要重量の溶融ガラスを成形型などの上で風圧により浮上させながらプリフォームに成形する方法や、液体窒素などの常温、常圧下で気体の物質を冷却して液体にした媒体中に溶融ガラス滴を入れてプリフォームに成形する方法を用いれば、キズ、汚れ、表面の変質などがない滑らかな表面、全表面が熔融状態のガラスが固化して形成された面であるプリフォームや、全表面が自由表面からなるプリフォームを作製することができる。特に、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、全表面が熔融状態のガラスが固化して形成された自由表面であることが好ましい。
なお、「全表面が熔融状態のガラスが固化して形成された面」とは、成形のための金型と接触して金型表面が転写された箇所があっても良いのに対し、「全表面が自由表面」とは、金型と接触して金型表面が転写された箇所がないことを意味する。
精密プレス成形では、プリフォームの表面が最終製品である光学素子表面として残る場合が多く、そのため、加工痕があると光学素子表面付近の欠陥となってしまうおそれがある。しかし、熱間プリフォーム成形によれば表面近傍にも欠陥のないプリフォームを作ることができるので、生産性よく高品質の光学素子を精密プレス成形によって提供することができる。
上記の各プリフォームの重量は、４０ｍｇ〜１０ｇの範囲であることが望ましい。更に、球状のプリフォームの場合は、プリフォームの重量は、４０ｍｇ〜７００ｍｇであることが好ましく、１００ｍｇ〜４００ｍｇであることがより好ましい。回転対称軸を１つ有するプリフォームの場合は、プリフォームの重量は、３００ｍｇ〜１０ｇであることが好ましい。
Furthermore, a method of forming a molten glass having a required weight separated into a preform while being floated by wind pressure on a mold or the like, or in a medium in which a gaseous substance is cooled to a liquid at normal temperature and normal pressure, such as liquid nitrogen. If a method of forming molten glass droplets into a preform is used, the preform is a smooth surface free from scratches, dirt, surface alteration, etc., and the entire surface is a surface formed by solidified glass in a molten state In addition, a preform whose entire surface is a free surface can be produced. In particular, the precision press-molding preform of the present invention is preferably a free surface formed by solidifying molten glass on the entire surface.
In addition, “the surface formed by solidifying the glass whose entire surface is melted” may be a portion where the mold surface is transferred in contact with the mold for molding, "The whole surface is a free surface" means that there is no portion where the mold surface is transferred by contact with the mold.
In precision press molding, the surface of the preform often remains as the surface of the optical element that is the final product. Therefore, if there is a processing mark, there is a possibility that a defect near the surface of the optical element may be formed. However, according to hot preform molding, it is possible to produce a preform having no defects near the surface, so that a high-quality optical element can be provided by precision press molding with high productivity.
The weight of each preform is desirably in the range of 40 mg to 10 g. Furthermore, in the case of a spherical preform, the weight of the preform is preferably 40 mg to 700 mg, and more preferably 100 mg to 400 mg. In the case of a preform having one rotational symmetry axis, the weight of the preform is preferably 300 mg to 10 g.
（光学素子とその製造方法）
本発明の光学素子は、第一の態様の光学ガラスよりなる光学素子、あるいは、上記精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形して得られる光学素子である。光学素子としては、レンズ（非球面レンズ、球面レンズ、シリンドリカルレンズ、ロッド状レンズなど）、レンズアレイ、プリズム、回折格子、各種光学基板などを例示できる。なお、これら光学素子には必要に応じて反射防止膜、部分反射膜、全反射膜などの光学薄膜を形成してもよい。
(Optical element and manufacturing method thereof)
The optical element of the present invention is an optical element made of the optical glass of the first aspect, or an optical element obtained by precision press-molding the precision press-molding preform. Examples of optical elements include lenses (aspherical lenses, spherical lenses, cylindrical lenses, rod lenses, etc.), lens arrays, prisms, diffraction gratings, various optical substrates, and the like. Note that an optical thin film such as an antireflection film, a partial reflection film, or a total reflection film may be formed on these optical elements as necessary.
次に、本発明の光学素子の製造方法について説明する。この製造方法では、上記精密プレス成形用プリフォームを加熱、軟化し、精密プレス成形してガラス製光学素子を作製する。その説明図を図１に示す。精密プレス成形によれば、非球面レンズ、回折格子などの機械加工では大きな負担がかかる光学素子の光学機能面を精密プレス成形で形成することができるので、機械加工が難しい光学素子を高生産性のもとに量産することができる。精密プレス成形、プリフォームの加熱、軟化については公知の方法を用いることができる。得られた光学素子の分光透過率特性は良好であり、形状精度等も良好である。 Next, the manufacturing method of the optical element of this invention is demonstrated. In this manufacturing method, the precision press-molding preform is heated and softened, and precision press-molded to produce a glass optical element. The explanatory diagram is shown in FIG. According to precision press molding, optical function surfaces of optical elements that are heavily burdened by machining such as aspherical lenses and diffraction gratings can be formed by precision press molding, so optical elements that are difficult to machine can be produced with high productivity. Can be mass produced. Known methods can be used for precision press molding, preform heating, and softening. The obtained optical element has good spectral transmittance characteristics and good shape accuracy.
本発明の光学素子は、精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型をともに加熱して精密プレス成形する製造方法によって製造することができる。前記製造方法において、精密プレス用プリフォームは、プレス成形型に導入する前に、予め加熱されたものであることもできる。
前記製法において、精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入した後、プリフォームとプレス成形型をともに加熱する温度は、プリフォームを構成するガラスが１０6〜１０12ｄＰａＳの粘度を示す温度であることが好ましい。また前記ガラスが１０12ｄＰａＳ以上、より好ましくは１０14ｄＰａＳ以上、さらに好ましくは１０16ｄＰａＳ以上の粘度を示す温度にまで冷却してから、精密プレス成形品をプレス成形型から取り出すことが望ましい。上記の条件により、プレス成形型成形面の形状をガラスにより精密に転写することができるとともに、精密プレス成形品を変形することなく取り出すこともできる。
The optical element of the present invention can be manufactured by a manufacturing method in which a precision press-molding preform is introduced into a press mold and the preform and the press mold are heated together to perform precision press molding. In the manufacturing method, the precision press preform may be preheated before being introduced into the press mold.
In the manufacturing method, after introducing the precision press-molding preform into the press mold, the temperature at which the preform and the press mold are heated is the temperature at which the glass constituting the preform exhibits a viscosity of 10 6 to 10 12 dPaS. It is preferable that In addition, it is desirable that the precision press-molded product is taken out from the press mold after the glass is cooled to a temperature exhibiting a viscosity of 10 12 dPaS or more, more preferably 10 14 dPaS or more, and even more preferably 10 16 dPaS or more. Under the above conditions, the shape of the molding surface of the press mold can be accurately transferred with glass, and the precision press molded product can be taken out without being deformed.
更に、前記製造方法において、精密プレス用プリフォームを、プレス成形型に導入する前に予め加熱することにより、サイクルタイムを短縮化しつつ、表面欠陥のない良好な面精度の光学素子を製造することができる。
精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入した後、プリフォームとプレス成形型をともに加熱する温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低くすることが好ましい。このように、プレス成形型への導入前に、プリフォームを予め加熱しておくことにより、精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入した後、プリフォームとプレス成形型をともに加熱する温度を低く抑えることができるので、プレス成形型の消耗を低減することができる。
Furthermore, in the manufacturing method, an optical element having good surface accuracy without surface defects is produced while shortening the cycle time by preheating the precision press preform before introducing it into the press mold. Can do.
After introducing the precision press-molding preform into the press mold, it is preferable that the temperature at which the preform and the press mold are heated is lower than the preheating temperature of the preform. Thus, after introducing the precision press-molding preform into the press mold by preheating the preform before introduction into the press mold, the temperature at which the preform and the press mold are heated together. Can be kept low, so that the consumption of the press mold can be reduced.
前記プリフォームの予熱温度は、プリフォームを構成するガラスが１０9ｄＰａＳ以下、より好ましくは１０9ｄＰａＳの粘度を示す温度であることが好ましい。また、前記プリフォームを浮上させながら予熱することが好ましく、さらに、前記プリフォームを構成するガラスが１０5.5〜１０9ｄＰａＳ、より好ましくは１０5.5ｄＰａＳ以上１０9ｄＰａＳ未満の粘度を示す温度に予熱することがさらに好ましい。またプレス開始と同時又はプレスの途中からガラスの冷却を開始することが好ましい。なお、先に述べたように、精密プレス成形用プリフォームをプレス成形型に導入した後、プリフォームとプレス成形型をともに加熱する温度は、前記プリフォームの予熱温度よりも低くすることが好ましく、その際、プリフォームとともにプレス成形型を加熱する温度は、前記プリフォームを構成するガラスが１０9〜１０12ｄＰａＳの粘度を示す温度を目安にすることができる。この方法において、プレス成形後、前記ガラスの粘度が１０12ｄＰａＳ以上にまで冷却してから離型することが好ましい。 The preform preheating temperature is preferably a temperature at which the glass constituting the preform exhibits a viscosity of 10 9 dPaS or less, more preferably 10 9 dPaS. The preform is preferably preheated while floating, and the glass constituting the preform is preheated to a temperature exhibiting a viscosity of 10 5.5 to 10 9 dPaS, more preferably 10 5.5 dPaS or more and less than 10 9 dPaS. More preferably. Moreover, it is preferable to start cooling the glass simultaneously with the start of pressing or in the middle of pressing. As described above, after the precision press molding preform is introduced into the press mold, the temperature at which the preform and the press mold are heated is preferably lower than the preheating temperature of the preform. In this case, the temperature at which the press mold is heated together with the preform can be a temperature at which the glass constituting the preform exhibits a viscosity of 10 9 to 10 12 dPaS. In this method, it is preferable that after the press molding, the glass is cooled to a viscosity of 10 12 dPaS or more and then released.
精密プレス成形された光学素子はプレス成形型より取り出され、必要に応じて徐冷される。成形品がレンズなどの光学素子の場合には、必要に応じて表面に光学薄膜をコートしてもよい。
このようにして、レンズ（非球面レンズ、球面レンズ、シリンドリカルレンズ、ロッド状レンズなど）、レンズアレイ、プリズム、回折格子、各種光学基板などを製造することができる。
また、レンズの形状としては、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、平凹レンズなどの各種形状のものが得られる。
The precision press-molded optical element is taken out from the press mold and gradually cooled as necessary. When the molded product is an optical element such as a lens, an optical thin film may be coated on the surface as necessary.
In this manner, lenses (aspherical lenses, spherical lenses, cylindrical lenses, rod lenses, etc.), lens arrays, prisms, diffraction gratings, various optical substrates, and the like can be manufactured.
As the lens shape, various shapes such as a convex meniscus lens, a concave meniscus lens, a biconvex lens, a biconcave lens, a planoconvex lens, and a planoconcave lens can be obtained.
以下、本発明を実施例によりさらに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。
（実施例１〜１９、参考例２０〜２２、実施例２３〜３２）
表１に示す組成が得られるよう、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｌｉ2Ｏ、ＷＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＣａＯなどのガラス成分の原料として各々相当する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物などを所定の割合で２５０〜３００ｇ秤量し、十分に混合して調合バッチとし、これを白金るつぼに入れ、１２００〜１２５０℃で攪拌しながら空気中２〜４時間ガラスの溶解を行った。熔融後、ガラス融液を４０×７０×１５ｍｍのカーボンの金型に流し、ガラスの転移点温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約１時間アニールして炉内で室温まで放冷した。得られたガラスは顕微鏡で観察できる結晶が析出しなかった。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(Examples 1 to 19, Reference Examples 20 to 22, Examples 23 to 32)
In order to obtain the composition shown in Table 1, B 2 O 3 , SiO 2 , La 2 O 3 , TiO 2 , ZnO, Li 2 O, WO 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , CaO, etc. As a raw material of the glass component, 250 to 300 g of oxide, carbonate, sulfate, nitrate, fluoride, hydroxide, etc., corresponding to each, are weighed at a predetermined ratio and mixed well to prepare a blend batch. It put into the crucible and melt | dissolved glass in the air for 2 to 4 hours, stirring at 1200-1250 degreeC. After melting, the glass melt is poured into a 40 × 70 × 15 mm carbon mold, allowed to cool to the glass transition temperature, immediately put into an annealing furnace, and annealed for about 1 hour within the glass transition temperature range. The mixture was allowed to cool to room temperature. The obtained glass did not precipitate crystals that could be observed with a microscope.
表１には前述のガラス組成のほか、各ガラスについて測定された光学恒数（屈折率ｎｄ、アッべ数νｄ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、比重、λ８０とλ５を示す。これらの屈折率（ｎｄ）、アッべ数（νｄ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、比重、λ８０、λ５は以下のようにして測定した。
（１）屈折率（ｎｄ）及びアッべ数（νｄ）
徐冷降温速度を−３０℃／ｈにして得られた光学ガラスについて測定した。
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）
理学電機株式会社の熱機械分析装置により昇温速度を４℃／分にして測定した。
（３）分光透過率（λ８０、λ５）
１０±０．１ｍｍの厚さに研磨したガラスを用いて、２８０ｎｍから７００ｎｍまでの波長域での分光透過率（表面反射損失を含む）を測定した。また、着色度については透過率８０％と５％を示す波長をそれぞれλ８０、λ５で表す。なお、λ８０、λ５の有効数字は２桁とする。
（４）比重
比重は、アルキメデス法を用いて測定した。
Table 1 shows the optical constants (refractive index nd, Abbe number νd), glass transition temperature (Tg), specific gravity, λ80, and λ5 measured for each glass in addition to the glass composition described above. The refractive index (nd), Abbe number (νd), glass transition temperature (Tg), specific gravity, λ80, and λ5 were measured as follows.
(1) Refractive index (nd) and Abbe number (νd)
It measured about the optical glass obtained by making slow cooling temperature-fall rate into -30 degrees C / h.
(2) Glass transition temperature (Tg)
The temperature was increased at a rate of 4 ° C./min with a thermomechanical analyzer from Rigaku Corporation.
(3) Spectral transmittance (λ80, λ5)
Using glass polished to a thickness of 10 ± 0.1 mm, spectral transmittance (including surface reflection loss) in the wavelength range from 280 nm to 700 nm was measured. As for the coloring degree, the wavelengths indicating transmittances of 80% and 5% are represented by λ80 and λ5, respectively. Note that the significant digits of λ80 and λ5 are two digits.
(4) Specific gravity Specific gravity was measured using the Archimedes method.
（実施例３３）
実施例１〜１９、参考例２０〜２２、実施例２３〜３２と同じ組成のガラスが得られる脱泡清澄、均質化された溶融ガラスを溶解した。次いで、この溶融ガラスを一定流量のもと、連続的に白金合金製の耐熱パイプを通して、その先端から受け型に滴下し、受け型から放出されるガスによる風圧を加え、浮上させながら球状にプリフォームに成形した。なお、パイプ先端から溶融ガラス滴は一定間隔で次々と滴下するので、これを複数の受け型を用いて順次、受けて成形した。このようにして実施例１〜１９、参考例２０〜２２、実施例２３〜３２に対応するガラスからなる所要重量の球状プリフォームを作製した。
同様にして、流出パイプから上記溶融ガラス流を一定スピードにおいて連続的に流出し、その溶融ガラス流先端部を受け型で受け、先端部と流出パイプの間の溶融ガラス流にくびれ部を形成した後、受け型をパイプから引き離して、くびれ部より溶融ガラス流先端部を分離した。そして、分離した溶融ガラス塊を上記方法と同じように浮上させながら球状のプリフォームに成形した。複数の受け型を用意し、この受け型を順次用いて連続流出する溶融ガラスから多量のプリフォームを成形する方法は上記方法と同じである。
これらの方法により、直径２〜３０ｍｍの球状プリフォームを製造することができた。これらプリフォームの重量は揃っており、内部、表面とも良好なものであった。また、上記各プリフォームの全表面は溶融状態のガラスが固化して形成されたものであり、清浄かつ滑らかであり、自由表面からなるものであった。またプリフォームの全表面にわたり傷、失透、脈理などの欠陥は認められなかった。
これにより、上記方法は精密プレス成形用プリフォームの製造方法として好適であることが示された。
(Example 33)
The defoamed clarified and homogenized molten glass from which the glass of the same composition as Examples 1-19, Reference Examples 20-22, and Examples 23-32 was obtained was melted. Next, this molten glass is continuously dropped at a constant flow rate through a platinum alloy heat-resistant pipe, dropped from its tip onto the receiving mold, and the wind pressure generated by the gas released from the receiving mold is applied, and the molten glass is floated into a spherical shape. Molded into a reform. In addition, since the molten glass droplets were dripped one by one from the tip of the pipe one after another, they were sequentially received and molded using a plurality of receiving molds. In this way, spherical preforms having a required weight made of glass corresponding to Examples 1 to 19, Reference Examples 20 to 22, and Examples 23 to 32 were produced.
Similarly, the molten glass flow is continuously discharged from the outflow pipe at a constant speed, and the molten glass flow front end is received by the receiving die, and a constricted portion is formed in the molten glass flow between the front end and the outflow pipe. Thereafter, the receiving mold was pulled away from the pipe, and the molten glass flow front end portion was separated from the constricted portion. Then, the separated molten glass block was molded into a spherical preform while being floated in the same manner as in the above method. The method for preparing a plurality of receiving molds and forming a large amount of preform from the molten glass that continuously flows out using the receiving molds in sequence is the same as the above method.
By these methods, a spherical preform having a diameter of 2 to 30 mm could be produced. The weights of these preforms were uniform, and both the inside and the surface were good. Further, the entire surface of each of the above preforms was formed by solidifying molten glass, and was clean and smooth, and consisted of a free surface. In addition, defects such as scratches, devitrification, and striae were not observed on the entire surface of the preform.
Thereby, it was shown that the said method is suitable as a manufacturing method of the preform for precision press molding.
（実施例３４）
次に、実施例３３において作製されたプレス成形用プリフォームを加熱、軟化して、図１に示すプレス装置を用いて精密プレス成形し、非球面レンズを得た。具体的には、レンズ形状を反転した非球面形状を有する下型２及び上型１の間にプリフォームを静置したのち、石英管１１内を窒素雰囲気としてヒーター１２に通電して石英管１１内を加熱した。成形型内部の温度をガラス転移温度（Ｔｇ）より５０〜１００℃高い温度に設定し、同温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型１を押して成形型内のプリフォームをプレス成形した。プレス条件は、成形圧力を８ＭＰａ、成形時間を３０秒とした。プレスの後、成形圧力を低下させ、プレス成形したガラス成形品を下型２及び上型１と接触させたままの状態でガラス転移温度（Ｔｇ）よりも３０℃程度低い温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷して非球面レンズに成形されたガラスを成形鋳型から取り出した。得られた非球面レンズは、きわめて精度の高いレンズであり、分光透過率特性も良好なものであった。
なお、上記精密プレス成形はプリフォームをプレス成形型に導入し、プリフォームとプレス成形型をともに加熱してから行ったものであるが、プリフォームを、成形型に導入する前に予め加熱してもよい。
(Example 34)
Next, the press-molding preform produced in Example 33 was heated and softened, and precision press-molded using the press apparatus shown in FIG. 1 to obtain an aspheric lens. Specifically, after the preform is placed between the lower mold 2 and the upper mold 1 having an aspherical shape in which the lens shape is reversed, the quartz tube 11 is energized in the heater 12 with a nitrogen atmosphere inside the quartz tube 11. The inside was heated. The temperature inside the mold is set to 50 to 100 ° C. higher than the glass transition temperature (Tg), and while maintaining the same temperature, the push bar 13 is lowered and the upper mold 1 is pressed to press the preform in the mold. Molded. The pressing conditions were a molding pressure of 8 MPa and a molding time of 30 seconds. After pressing, the molding pressure is reduced, and the glass molded product that has been press-molded is gradually cooled to a temperature about 30 ° C. lower than the glass transition temperature (Tg) in a state of being in contact with the lower mold 2 and the upper mold 1, Next, the glass which was rapidly cooled to room temperature and formed into an aspheric lens was taken out from the molding mold. The obtained aspherical lens was a lens with extremely high accuracy and good spectral transmittance characteristics.
The precision press molding was performed after the preform was introduced into the press mold and both the preform and the press mold were heated. However, the preform was preheated before being introduced into the mold. May be.
本発明によれば、Ｔａ2Ｏ5を導入することなく、屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８７、アッベ数（νｄ）が３０〜４５の範囲にある光学恒数及び５８０℃以下の低ガラス転移温度を備えた光学ガラスを提供することができる。本発明の光学ガラスは、高価なタンタルを全く使用しないので、屈折率（ｎｄ）が１．７５〜１．８７、アッベ数（νｄ）が３０〜４５の範囲にある光学恒数及び５８０℃以下の低ガラス転移温度を備えた光学ガラスを安価に安定して提供することもできる。また、上記光学恒数を有しつつ、良好な分光透過率特性を備える光学ガラスを提供することができる。さらに、比重の増大を抑えつつ上記光学恒数を付与できるので、重量を抑えた光学素子のガラス材料を提供することもできる。
また、本発明の精密プレス成形用プリフォーム及びその製造方法によれば、上記光学恒数を有する光学素子をプレス成形により製造するためのプリフォーム及びその製造方法を提供することができる。また、高価なタンタルを導入しないため、安価なプリフォームを安定して提供することができる。
さらに、本発明の光学素子及びその製造方法によれば、上記光学ガラス及びプリフォームの有する特性、特長を活かしつつ、良好な分光透過率特性を有する光学素子及びその製造方法を提供することができる。また、タンタルを含まないガラス材料を使用するので、安価な光学素子を安定して提供することができる。
According to the present invention, an optical constant having a refractive index (nd) of 1.75 to 1.87 and an Abbe number (νd) of 30 to 45 and 580 ° C. or less without introducing Ta 2 O 5. An optical glass having a low glass transition temperature can be provided. Since the optical glass of the present invention does not use expensive tantalum at all, an optical constant having a refractive index (nd) of 1.75 to 1.87 and an Abbe number (νd) of 30 to 45 and 580 ° C. or less. An optical glass having a low glass transition temperature can be stably provided at a low cost. In addition, an optical glass having good spectral transmittance characteristics while having the above optical constant can be provided. Furthermore, since the optical constant can be imparted while suppressing an increase in specific gravity, it is also possible to provide a glass material for an optical element with a reduced weight.
Moreover, according to the precision press-molding preform and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to provide a preform for manufacturing the optical element having the optical constant by press molding and the manufacturing method thereof. Further, since expensive tantalum is not introduced, an inexpensive preform can be provided stably.
Furthermore, according to the optical element and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to provide an optical element having a good spectral transmittance characteristic and a manufacturing method thereof while taking advantage of the characteristics and features of the optical glass and the preform. . In addition, since a glass material not containing tantalum is used, an inexpensive optical element can be provided stably.
Claims (11)
Ｂ2Ｏ3 ３０〜４５％
ＳｉＯ2 ２〜１５％
Ｌａ2Ｏ3 １０〜２０％
ＴｉＯ2 １〜１０％
ＺｎＯ １０〜３０％
Ｌｉ2Ｏ ３〜１５％
ＷＯ3 ０．１％以上かつ１０％以下
Ｎｂ2Ｏ5 ０〜１５％
ＺｒＯ2 ０〜１０％
を含み、上記成分の合計量が９８％以上であり、Ｔａ2Ｏ5を含有せず、Ｙ 2 Ｏ 3 の含有量が０％であり、Ｓｂ２Ｏ３を外割で０〜１．８質量％添加したガラスであり、かつ屈折率（ｎｄ）が１．８１９７１〜１．８７、アッベ数（νｄ）が３０〜４５の範囲であり、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５８０℃以下であることを特徴とする光学ガラス。 In mol%
B 2 O 3 30-45%
SiO 2 2-15%
La 2 O 3 10-20%
TiO 2 1-10%
ZnO 10-30%
Li 2 O 3-15%
WO 3 0.1% or more and 10% or less Nb 2 O 5 0-15%
ZrO 2 0-10%
The total amount of the above components is 98% or more, does not contain Ta 2 O 5 , the content of Y 2 O 3 is 0%, and Sb 2 O 3 is 0 to 1.8 on an external basis. It is a glass added by mass%, has a refractive index (nd) of 1.81971-1.87, an Abbe number (νd) of 30-45, and a glass transition temperature (Tg) of 580 ° C. or lower. Optical glass characterized by
請求項３〜５のいずれか１項に記載された精密プレス成形用プリフォーム又は請求項６に記載の製造方法により作製された精密プレス成形用プリフォームを使用することを特徴とする光学素子の製造方法。 In a method for manufacturing an optical element in which a precision press-molding preform is heated, softened, and precision press-molded to produce a glass optical element.
An optical element characterized by using the precision press-molding preform according to any one of claims 3 to 5 or the precision press-molding preform produced by the manufacturing method according to claim 6. Production method.
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