JP5698642B2 - 光学ガラス及び光学素子 - Google Patents

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Description

本発明は、光学ガラス及び光学素子に関する。
近年、光学系を使用する機器のデジタル化や高精細化が急速に進んでおり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影機器をはじめ、各種光学機器に用いられるレンズ等の光学素子に対する高精度化、軽量、及び小型化の要求は、ますます強まっている。
光学素子を作製する光学ガラスの中でも特に、光学素子の軽量化及び小型化を図ることが可能な、1.70以上2.20以下の高い屈折率(n)を有し、10以上25以下のアッベ数(ν)を有し、高屈折率及び高分散を有するガラスの需要が非常に高まっている。このような高屈折率高分散ガラスとしては、例えば屈折率(n)が1.91以上であり、21以下のアッベ数を有する光学ガラスとして、特許文献1に代表されるようなガラスが知られている。また、屈折率(n)が1.65以上であり、17.2以上33.1以下のアッベ数を有する光学ガラスとして、特許文献2に代表されるようなガラスが知られている。
特開2005−206433号公報 特開平06−345481号公報
こうした光学素子の製造には、ガラス材料を加熱軟化してプレス成形(リヒートプレス成形)して得られた成形ガラスを研削及び研磨する方法や、ゴブ又はガラスブロックを切断し研削及び研磨したプリフォーム材、若しくは公知の浮上成形等により成形されたプリフォーム材を加熱軟化して、高精度な成形面を持つ金型でプレス成形する方法(精密プレス成形)が用いられている。
しかしながら、特許文献1で開示されたガラスは、アッベ数(ν)が低いほど可視光に対する透明性が低く(λ70の値が大きく)、アッベ数(ν)の低いガラスは黄色や橙色に着色している。そのため、特許文献1で開示されたガラスは、所望の高分散を有していても、可視領域の光を透過させる用途には適さない。
また、特許文献1及び2で開示されたガラスは、研磨加工やプレス成形を行い難いものも多かった。具体的には、プレス成形後のガラス成形品に対して研磨加工を行って光学素子を得るときや、ゴブ又はガラスブロックに対して研磨加工を行うときに、ガラスに傷が入り易かった。また、ガラスを金型内で加熱してプレス成形を行い、ガラスを光学素子やそのプリフォームの形状にするときに、ガラスに窪みや割れが発生するものが多かった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、屈折率(n)が所望の範囲内にありながらも低いアッベ数(ν)を有し、可視光に対する透明性が高く、且つ研磨加工やプレス成形を行い易い光学ガラス及び光学素子を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、所定量のP成分及びNb成分を含有することによって、ガラスの高屈折率化が図られながらも、分散が高められて低いアッベ数が得られ、ガラスの可視光に対する透明性が高められ、適度な磨耗度がもたらされ、且つ平均線膨張係数(α)が小さくなることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
(1) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でP成分を5.0%以上40.0%以下、Nb成分を10.0%以上60.0%以下含有し、100以上400以下の磨耗度を有する光学ガラス。
(2) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
TiO成分 0〜30.0%及び/又は
BaO成分 0〜20.0%
の各成分をさらに含有する(1)記載の光学ガラス。
(3) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でTiO成分の含有量が10.0%未満である(2)記載の光学ガラス。
(4) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でBaO成分の含有量が13.0%以下である(2)又は(3)記載の光学ガラス。
(5) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でBaO成分の含有量が4.5%以下である(4)記載の光学ガラス。
(6) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
LiO成分 0〜10.0%及び/又は
NaO成分 0〜15.0%及び/又は
O成分 0〜10.0%未満
の各成分をさらに含有する(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラス。
(7) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和LiO+NaO+KOが15.0%以下である(6)記載の光学ガラス。
(8) LiO成分、NaO成分、及びKO成分のうち2種以上の成分を含んでいる(7)記載の光学ガラス。
(9) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO成分の含有率が10.0%以下である(1)から(8)のいずれか記載の光学ガラス。
(10) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO成分を2.0%より多く含有する(9)記載の光学ガラス。
(11) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
MgO成分 0〜5.0%及び/又は
CaO成分 0〜10.0%及び/又は
SrO成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(10)のいずれか記載の光学ガラス。
(12) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和MgO+CaO+SrO+BaOが20.0%以下である(11)記載の光学ガラス。
(13) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
成分 0〜10.0%及び/又は
La成分 0〜10.0%及び/又は
Gd成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(12)のいずれか記載の光学ガラス。
(14) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和Y+La+Gdが20.0%以下である(13)記載の光学ガラス。
(15) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
成分 0〜10.0%及び/又は
GeO成分 0〜10.0%及び/又は
Bi成分 0〜20.0%及び/又は
ZrO成分 0〜10.0%及び/又は
ZnO成分 0〜10.0%及び/又は
Al成分 0〜10.0%及び/又は
Ta成分 0〜10.0%及び/又は
WO成分 0〜20.0%及び/又は
Sb成分 0〜1.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(14)のいずれか記載の光学ガラス。
(16) 1.70以上2.20以下の屈折率(nd)を有し、10以上25以下のアッベ数(νd)を有する(1)から(15)のいずれか記載の光学ガラス。
(17) 分光透過率が70%を示す波長(λ70)が500nm以下である(1から(16)のいずれか記載の光学ガラス。
(18) −30〜+70℃における平均線膨張係数(α)が150×10−7−1以下である(1)から(17)のいずれか記載の光学ガラス。
(19) (1)から(18)のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
本発明によれば、所定量のP成分及びNb成分を含有することによって、ガラスの高屈折率化が図られながらも、分散が高められて低いアッベ数が得られ、ガラスの可視光に対する透明性が高められ、適度な磨耗度がもたらされ、且つ平均線膨張係数(α)が小さくなる。このため、屈折率(n)が所望の範囲内にありながらも低いアッベ数(ν)を有し、可視光に対する透明性が高く、且つ研磨加工やプレス成形を行い易い光学ガラス及び光学素子を提供できる。
本発明の光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でP成分を5.0%以上40.0%以下、Nb成分を10.0%以上60.0%以下含有し、100以上400以下の磨耗度を有する。P成分及びNb成分を併用し、P成分及びNb成分の含有率を所定の範囲内に抑えることによって、ガラスの高屈折率化が図られながらも、分散が高められて低いアッベ数が得られ、ガラスの可視光に対する透明性が高められ、適度な磨耗度がもたらされ、且つ平均線膨張係数(α)が小さくなる。このため、屈折率(n)が所望の範囲内にありながらも高い分散(低いアッベ数)を有し、可視光に対する透明性が高く、研磨加工を行い易く、且つプレス成形によるレンズへの窪み(ヒケ)や割れが低減された光学ガラス及び光学素子を提供できる。
以下、本発明の光学ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
[ガラス成分]
本発明の光学ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有率は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総質量を100質量%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
<必須成分、任意成分について>
成分は、ガラス形成成分であり、ガラスの溶解温度を下げる成分である。特に、P成分の含有率を5.0%以上にすることで、ガラスの可視域における透過率を高めつつ、ガラスの磨耗度を所定以上に上昇し難くして研磨加工による傷の発生を低減することができる。一方、P成分の含有率を40.0%以下にすることで、所望の高い屈折率を得つつ、ガラスの磨耗度を所定以上に低下し難くして研磨加工の加工効率を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するP成分の含有率は、好ましくは5.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは10.0%を下限とし、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、最も好ましくは30.0%を上限とする。P成分は、原料として例えばAl(PO、Ca(PO、Ba(PO、BPO、HPO等を用いてガラス内に含有できる。
Nb成分は、ガラスの屈折率及び分散を高める成分である。特に、Nb成分の含有率を10.0%以上にすることで、所望の高屈折率及び高分散を得ることができる。一方、Nb成分の含有率を60.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高めて耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するNb成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは20.0%、最も好ましくは30.0%を下限とし、好ましくは60.0%、より好ましくは58.0%、最も好ましくは56.0%を上限とする。Nb成分は、原料として例えばNb等を用いてガラス内に含有できる。
TiO成分は、ガラスの屈折率及び分散を高め、ガラスの化学的耐久性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、TiO成分の含有率を30.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高めて耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTiO成分の含有率は、好ましくは30.0%、より好ましくは28.0%、最も好ましくは25.0%を上限とする。ここで、高い屈折率及び分散を得つつ、ガラスの可視光に対する透明性が特に高められる点では、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTiO成分の含有率は、好ましくは12.0%、より好ましくは11.0%を上限とし、最も好ましくは10.0%未満とする。なお、TiO成分は含有しなくとも所望の特性を備えた光学ガラスを得ることができるが、TiO成分を0.1%以上含有することで、ガラスの耐酸性が高められるため、ガラスの加工時における変色を低減することができる。従って、この場合における酸化物換算組成のガラス全物質量に対するTiO成分の含有率は、好ましくは0.1%、より好ましくは1.0%、最も好ましくは2.0%を下限とする。TiO成分は、原料として例えばTiO等を用いてガラス内に含有できる。
BaO成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、BaO成分の含有率を20.0%以下にすることで、所望の高屈折率を得易くし、耐失透性や化学的耐久性の低下を抑えることができ、平均線膨張係数(α)の増加を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するBaO成分の含有率は、好ましくは20.0%、より好ましくは18.0%、最も好ましくは15.0%を上限とする。ここで、特に分散の大きい(アッベ数の小さい)ガラスが得られる点では、酸化物換算組成のガラス全質量に対するBaO成分の含有率は、好ましくは13.0%を上限とし、より好ましくは10.0%未満とし、最も好ましくは4.5%を上限とする。BaO成分は、原料として例えばBaCO、Ba(NO、BaF等を用いてガラス内に含有できる。
LiO成分は、ガラスの溶解温度を下げる成分であるとともに、ガラス形成時の耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、LiO成分の含有率を10.0%以下にすることで、所望の高屈折率を得易くすることができ、平均線膨張係数(α)の増加を抑えることができ、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLiO成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。LiO成分は、原料として例えばLiCO、LiNO、LiF等を用いてガラス内に含有できる。
NaO成分は、ガラスの溶解温度を下げる成分であるとともに、ガラス形成時の耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、NaO成分の含有率を15.0%以下にすることで、所望の高屈折率を得易くすることができ、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するNaO成分の含有率は、好ましくは15.0%、より好ましくは13.0%、最も好ましくは12.0%を上限とする。NaO成分は、原料として例えばNaCO、NaNO、NaF、NaSiF等を用いてガラス内に含有できる。
O成分は、ガラスの溶解温度を下げる成分であるとともに、ガラス形成時の耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、KO成分の含有率を10.0%未満にすることで、所望の高屈折率を得易くすることができ、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するKO成分の含有率は、好ましくは10.0%未満とし、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。KO成分は、原料として例えばKCO、KNO、KF、KHF、KSiF等を用いてガラス内に含有できる。
本発明の光学ガラスでは、RnO成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の含有率の質量和が、15.0%以下であることが好ましい。これにより、ガラスの屈折率の低下が抑えられるため、所望の高屈折率を得易くすることができる。また、ガラスの安定性が高められるため、失透等の発生を低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するRnO成分の含有率の質量和は、好ましくは15.0%、より好ましくは13.0%、最も好ましくは12.0%を上限とする。なお、RnO成分はいずれも含有しなくとも所望の特性を備えた光学ガラスを得ることができるが、RnO成分の少なくともいずれかを0.1%以上含有することで、ガラスの液相温度が高められるため、ガラスの耐失透性をより高めることができる。従って、この場合における酸化物換算組成のガラス全物質量に対するRnO成分の含有率の質量和は、好ましくは0.1%、より好ましくは1.0%、最も好ましくは3.0%を下限とする。
また、本発明の光学ガラスでは、LiO成分、NaO成分、及びKO成分のうち2種以上の成分を含有することが好ましい。これにより、光学ガラスのガラス転移点(Tg)が低くなり、プレス成形における成形温度を下げ、プレス成形を行った後における表面の凹凸や曇りを、より一層低減できる。また、光学ガラスの耐失透性が高められるため、所望の光学特性を有する光学ガラスをより安定的に作製できる。
SiO成分は、着色を低減して短波長の可視光に対する透過率を高めるとともに、安定なガラス形成を促してガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、SiO成分の含有率を10.0%以下にすることで、SiO成分による屈折率の低下が抑えられるため、所望の高屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。なお、SiO成分は含有しなくとも所望の高分散及び高透過率を有する光学ガラスを得ることは可能であるが、SiO成分を2.0%より多く含有することで、ガラスの磨耗度が高められるため、研磨加工による成形を行い易いガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO成分の含有率は、好ましくは2.0%より多くし、より好ましくは3.0%、最も好ましくは4.0%を下限とする。SiO成分は、原料として例えばSiO、KSiF、NaSiF等を用いてガラス内に含有できる。
MgO成分は、ガラスの液相温度を下げ、ガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、MgO成分の含有率を5.0%以下にすることで、所望の高屈折率及び高分散を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するMgO成分の含有率は、好ましくは5.0%、より好ましくは4.0%、最も好ましくは3.0%を上限とする。MgO成分は、原料として例えばMgCO、MgF等を用いてガラス内に含有できる。
CaO成分は、ガラスの液相温度を下げ、ガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、CaO成分の含有率を10.0%以下にすることで、所望の高屈折率及び高分散を得易くし、耐失透性や化学的耐久性の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するCaO成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは6.0%を上限とする。CaO成分は、原料として例えばCaCO、CaF等を用いてガラス内に含有できる。
SrO成分は、ガラスの液相温度を下げ、ガラスの耐失透性を高める成分であり、ガラス中の任意成分である。特に、SrO成分の含有率を10.0%以下にすることで、所望の高屈折率及び高分散を得易くし、耐失透性や化学的耐久性の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSrO成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。SrO成分は、原料として例えばSr(NO、SrF等を用いてガラス内に含有できる。
本発明の光学ガラスでは、RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の含有率の質量和が、20.0%以下であることが好ましい。これにより、RO成分による屈折率及び分散の低下が抑えられるため、所望の高屈折率及び高分散を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分の含有率の質量和は、好ましくは20.0%、より好ましくは17.0%、最も好ましくは15.0%を上限とする。
成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Y成分の含有率を10.0%以下にすることで、所望の高分散を得易くすることができ、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するY成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Y成分は、原料として例えばY、YF等を用いてガラス内に含有できる。
La成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、La成分の含有率を10.0%以下にすることで、所望の高分散を得易くすることができ、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLa成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。La成分は、原料として例えばLa、La(NO・XHO(Xは任意の整数)等を用いてガラス内に含有できる。
Gd成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Gd成分の含有率を10.0%以下にすることで、所望の高分散を得易くすることができ、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGd成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Gd成分は、原料として例えばGd、GdF等を用いてガラス内に含有できる。
本発明の光学ガラスでは、Ln成分(式中、LnはY、La、Gdからなる群より選択される1種以上)の含有率の質量和が、20.0%以下であることが好ましい。この質量和を20.0%以下にすることで、Ln成分によるアッベ数の上昇が抑えられるため、所望の高分散を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn成分の含有率の質量和は、好ましくは20.0%、より好ましくは18.0%、最も好ましくは15.0%を上限とする。
成分は、安定なガラスの形成を促し、耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、B成分の含有率を10.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えて所望の高屈折率を得易くしつつ、平均線膨張係数(α)の増加を抑制できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するB成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。B成分は、原料として例えばHBO、Na、Na・10HO、BPO等を用いてガラス内に含有できる。なお、B成分は含有しなくとも所望の特性を備えた光学ガラスを得ることができるが、B成分を0.1%以上含有することで、ガラスの液相温度が高められるため、ガラスの耐失透性をより高めることができる。従って、この場合における酸化物換算組成のガラス全物質量に対するB成分の含有率は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.2%、最も好ましくは0.3%を下限とする。
GeO成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、安定なガラス形成を促してガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、GeO成分の含有率を10.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGeO成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。GeO成分は、原料として例えばGeO等を用いてガラス内に含有できる。
Bi成分は、ガラスの屈折率を上げ、ガラスの分散を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Bi成分の含有率を20.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高めて耐失透性の低下を抑えることができ、ガラスの透過率の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するBi成分の含有率は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%を上限とし、さらに好ましくは10.0%未満とし、最も好ましくは5.0%未満とする。
ZrO成分は、着色を低減して短波長の可視光に対する透過率を高めるとともに、安定なガラス形成を促してガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ZrO成分の含有率を10.0%以下にすることで、ZrO成分による屈折率の低下が抑えられるため、所望の高屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZrO成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。ZrO成分は、原料として例えばZrO、ZrF等を用いてガラス内に含有できる。
ZnO成分は、ガラスの液相温度を下げ、ガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ZnO成分の含有率を10.0%以下にすることで、所望の高屈折率及び高分散を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZnO成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。ZnO成分は、原料として例えばZnO、ZnF等を用いてガラス内に含有できる。
Al成分は、ガラスの化学的耐久性を向上し、ガラス溶融時の粘度を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Al成分の含有率を10.0%以下にすることで、ガラスの溶融性を高めつつ、平均線膨張係数(α)の増加を抑え、ガラスの失透傾向を弱めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するAl成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Al成分は、原料として例えばAl、Al(OH)、AlF等を用いてガラス内に含有できる。
Ta成分は、ガラスの屈折率を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ta成分の含有率を10.0%以下にすることで、ガラスを失透し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTa成分の含有率は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは4.0%を上限とする。Ta成分は、原料として例えばTa等を用いてガラス内に含有できる。
WO成分は、ガラスの屈折率を上げ、ガラスの分散を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、WO成分の含有率を20.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高めるとともに、短波長の可視光に対するガラスの透過率の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するWO成分の含有率は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。WO成分は、原料として例えばWO等を用いてガラス内に含有できる。
Sb成分は、短波長の可視光に対するガラスの透過率を高める成分であるとともに、ガラスを溶融する際に脱泡効果を有する成分である。特に、Sb成分の含有量を1.0%以下にすることで、Sb成分が溶解設備(特にPt等の貴金属)と合金化し難くなり、金型に付着する不純物が低減されるため、ガラス成形体の表面への凹凸や曇りの形成を低減できる。従って、酸化物基準の全質量に対するSb成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.8%、最も好ましくは0.5%を上限とする。Sb成分は、原料として例えばSb、Sb、NaSb・5HO等を用いてガラス内に含有することができる。
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSb成分に限定されるものではなく、ガラス製造の分野における公知の清澄剤、脱泡剤或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
<含有すべきでない成分について>
次に、本発明の光学ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。
本発明の光学ガラスには、他の成分を本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加できる。
また、Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Luを除く、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。
さらに、PbO等の鉛化合物、及び、Th、Cd、Tl、Os、Be、Seの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、光学ガラスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、この光学ガラスを製造し、加工し、及び廃棄できる。
本発明のガラス組成物は、その組成が酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表されているため直接的にモル%の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各成分のモル%表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
成分 5.0〜40.0mol%及び
Nb成分 5.0〜30.0mol%、
並びに
TiO成分 0〜40.0mol%及び/又は
BaO成分 0〜20.0mol%及び/又は
LiO成分 0〜30.0mol%及び/又は
NaO成分 0〜30.0mol%及び/又は
O成分 0〜15.0mol%及び/又は
SiO成分 0〜20.0mol%及び/又は
MgO成分 0〜20.0mol%及び/又は
CaO成分 0〜25.0mol%及び/又は
SrO成分 0〜15.0mol%及び/又は
成分 0〜4.0mol%及び/又は
La成分 0〜3.0mol%及び/又は
Gd成分 0〜3.0mol%及び/又は
成分 0〜20.0mol%及び/又は
GeO成分 0〜15.0mol%及び/又は
Bi成分 0〜4.0mol%及び/又は
ZrO成分 0〜13.0mol%及び/又は
ZnO成分 0〜20.0mol%及び/又は
Al成分 0〜15.0mol%及び/又は
Ta成分 0〜3.0mol%及び/又は
WO成分 0〜15.0mol%及び/又は
Sb成分 0〜0.3mol%
[製造方法]
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有率の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1000〜1300℃の温度範囲で2〜10時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1250℃以下の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込んで徐冷することにより作製される。
[物性]
本発明の光学ガラスは、高い屈折率(n)を有するとともに、高い分散性を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率(n)は、好ましくは1.70、より好ましくは1.75、最も好ましくは1.80を下限とし、好ましくは2.20、より好ましくは2.15、最も好ましくは2.10を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(ν)は、好ましくは25、より好ましくは22、最も好ましくは19を上限とする。これらにより、光学設計の自由度が広がり、更に素子の薄型化を図っても大きな光の屈折量を得ることができる。なお、本発明の光学ガラスのアッベ数(ν)の下限は特に限定しないが、本発明によって得られるガラスのアッベ数(ν)は、概ね10以上、具体的には12以上、さらに具体的には15以上であることが多い。
また、本発明の光学ガラスは、所定の磨耗度を有する。特に、光学ガラスの「JOGIS10−1994光学ガラスの磨耗度の測定方法」に準じた測定方法における磨耗度は、好ましくは100、より好ましくは150、最も好ましくは200を下限とし、好ましくは400、より好ましくは350、最も好ましくは300を上限とする。磨耗度を100以上にすることで、研磨加工を行ったときにガラスが研磨され易くなるため、研磨加工の加工効率を高め、研磨加工を行い易くすることができる。一方で、磨耗度を400以下にすることで、光学ガラスの必要以上の磨耗や傷が低減されるため、光学ガラスに対する研磨加工における取扱いを容易にして、研磨加工を行い易くすることができる。
また、本発明の光学ガラスは、着色が少ないことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスは、ガラスの透過率で表すと、厚み10mmのサンプルで分光透過率70%を示す波長(λ70)が500nm以下であり、より好ましくは480nm以下であり、最も好ましくは450nm以下である。これにより、ガラスの吸収端が紫外領域の近傍に位置するようになり、可視域におけるガラスの透明性が高められるため、この光学ガラスをレンズ等の光学素子の材料として用いることができる。
また、本発明の光学ガラスは、平均線膨張係数(α)が小さいことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスは、好ましくは150×10−7−1以下、より好ましくは120×10−7−1以下、最も好ましくは100×10−7−1以下の低い液相温度を有することが好ましい。これにより、金型を用いて光学ガラスをプレス成形する際に、成形後のレンズやプリフォームの温度変化による膨張や収縮が低減される。そのため、特に成形後に冷却を行う際に、レンズの内部から外部に温度勾配が生じたときに発生していた、レンズへの窪み(ヒケ)や割れを低減できる。
[光学素子の作製]
本発明の光学ガラスは、様々な光学素子及び光学設計に有用であるが、その中でも特に、本発明の光学ガラスからプレス成形の手段を用いて、レンズやプリズム、ミラー等の光学素子を作製することが好ましい。これにより、カメラやプロジェクタ等のような光学素子に可視光を透過させる光学機器に用いたときに、高精細で高精度な結像特性を実現しつつ、これら光学機器における光学系の小型化を図ることができる。
本発明の実施例(No.1〜No.5)及び比較例(No.1)のガラスの組成、屈折率(n)、アッベ数(ν)、分光透過率が70%を示す波長(λ70)、磨耗度、並びに平均線膨張係数を表1に示す。このうち、実施例(No.4、No.5)は、本発明の参考例である。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
本発明の実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス及び比較例(No.1)のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表1に示した各実施例及び比較例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1000〜1300℃の温度範囲で2〜10時間溶解し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1250℃以下に温度を下げて攪拌均質化してから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。
ここで、実施例(No.1〜No.5)及び比較例(No.1)のガラスの屈折率(n)及びアッベ数(ν)については、日本光学硝子工業会規格JOGIS01―2003に基づいて測定した。なお、本測定に用いたガラスとして、アニール条件は徐冷降下速度を−25℃/hrとして、徐冷炉にて処理を行ったものを用いた。
また、実施例(No.1〜No.5)及び比較例(No.1)のガラスの透過率については、日本光学硝子工業会規格JOGIS02に準じて測定した。なお、本発明においては、ガラスの透過率を測定することで、ガラスの着色の有無と程度を求めた。具体的には、厚さ10±0.1mmの対面平行研磨品をJISZ8722に準じ、200〜800nmの分光透過率を測定し、λ70(透過率70%時の波長)を求めた。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス及び比較例(No.1)のガラスの磨耗度は、「JOGIS10−1994光学ガラスの磨耗度の測定方法」に準じて測定した。すなわち、30×30×10mmの大きさのガラス角板の試料を水平に毎分60回転する鋳鉄製平面皿(250mmφ)の中心から80mmの定位置に乗せ、9.8N(1kgf)の荷重を垂直にかけながら、水20mLに#800(平均粒径20μm)のラップ材(アルミナ質A砥粒)を10g添加した研磨液を5分間一様に供給して摩擦させ、ラップ前後の試料質量を測定して、磨耗質量を求めた。同様にして、日本光学硝子工業会で指定された標準試料の磨耗質量を求め、
磨耗度={(試料の磨耗質量/比重)/(標準試料の磨耗質量/比重)}×100
により計算した。
また、実施例(No.1〜No.5)の光学ガラス及び比較例(No.1)のガラスの平均線膨張係数(α)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS08−2003「光学ガラスの熱膨張の測定方法」に従い、−30〜+70℃における平均線膨張係数を求めた。
Figure 0005698642
表1に表されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも磨耗度が400以下、より詳細には300未満であるとともに、この磨耗度は100以上、より詳細には200以上であった。一方で、比較例のガラスは、磨耗度が300であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例のガラスに比べて磨耗度が低いことが明らかになった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率(n)が1.70以上、より詳細には1.80以上であるとともに、この屈折率(n)は2.20以下、より詳細には2.00以下であり、所望の範囲内であった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもアッベ数(ν)が10以上、より詳細には17以上であるとともに、このアッベ数(ν)は25以下、より詳細には23以下であり、所望の範囲内であった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもλ70(透過率70%時の波長)が500nm以下、より詳細には480nm以下であった。一方で、比較例のガラスは、λ70が480nmより大きかった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例のガラスに比べて着色し難いことが明らかになった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも平均線膨張係数(α)が150×10−7−1以下、より詳細には100×10−7−1以下であった。一方で、比較例のガラスは、平均線膨張係数(α)が100×10−7−1以下より大きかった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例のガラスに比べて平均線膨張係数(α)が小さいことが明らかになった。
従って、本発明の実施例の光学ガラスは、屈折率(n)が所望の範囲内にありながら、高い分散(低いアッベ数ν)を有し、研磨加工を行い易く、可視領域の波長の光に対する透明性が高く、且つガラスが温度変化しても膨張や収縮が起こり難いことが明らかになった。
さらに、本発明の実施例の光学ガラスを金型に入れ、光学ガラスを加熱して軟化しながらプレス成形を行い、得られた成形体に対して研磨加工を行ったところ、安定に様々なレンズの形状に光学ガラスを加工することができた。
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。

Claims (18)

  1. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でP成分を5.0%以上40.0%以下、Nb成分を10.0%以上60.0%以下、TiO成分を7.30%以上25.0%以下、B成分を0.3%以上5.0%以下含有し、Al成分の含有量が5.0%以下であり(但し、Al成分を3%以上含有するものを除く)、Sb 成分を含有しない、質量和LiO+NaO+KOが3.0%以上9.70%以下であり、1.8843以上2.20以下の屈折率(nd)を有し、100以上400以下の磨耗度を有する光学ガラス。
  2. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
    BaO成分 0〜20.0%
    の各成分をさらに含有する請求項1記載の光学ガラス。
  3. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でTiO成分の含有量が10.0%未満である請求項2記載の光学ガラス。
  4. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でBaO成分の含有量が13.0%以下である請求項2又は3記載の光学ガラス。
  5. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でBaO成分の含有量が4.5%以下である請求項4記載の光学ガラス。
  6. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
    LiO成分 0〜8.0%、
    NaO成分 0〜7.7%及び
    O成分 0〜8.0%
    の各成分をさらに含有する請求項1から5のいずれか記載の光学ガラス。
  7. LiO成分、NaO成分、及びKO成分のうち2種以上の成分を含んでいる請求項6記載の光学ガラス。
  8. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO成分の含有率が10.0%以下である請求項1から7のいずれか記載の光学ガラス。
  9. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO成分を2.0%より多く含有する請求項8記載の光学ガラス。
  10. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
    MgO成分 0〜5.0%、
    CaO成分 0〜10.0%及び
    SrO成分 0〜10.0%
    の各成分をさらに含有する請求項1から9のいずれか記載の光学ガラス。
  11. 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和MgO+CaO+SrO+BaOが20.0%以下である請求項10記載の光学ガラス。
  12. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
    成分 0〜10.0%、
    La成分 0〜10.0%及び
    Gd成分 0〜10.0%
    の各成分をさらに含有する請求項1から11のいずれか記載の光学ガラス。
  13. 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和Y+La+Gdが20.0%以下である請求項12記載の光学ガラス。
  14. 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
    GeO成分 0〜10.0%、
    Bi成分 0〜20.0%、
    ZrO成分 0〜10.0%、
    ZnO成分 0〜10.0%、
    Ta成分 0〜10.0%及び
    WO成分 0〜20.0
    各成分をさらに含有する請求項1から13のいずれか記載の光学ガラス。
  15. 10以上25以下のアッベ数(νd)を有する請求項1から14のいずれか記載の光学ガラス。
  16. 分光透過率が70%を示す波長(λ70)が500nm以下である請求項1から15のいずれか記載の光学ガラス。
  17. −30〜+70℃における平均線膨張係数(α)が150×10−7−1以下である請求項1から16のいずれか記載の光学ガラス。
  18. 請求項1から17のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
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