JP6096502B2 - 光学ガラス及び光学素子 - Google Patents
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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- C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths
Description
Y2O3成分 0〜30.0%
Yb2O3成分 0〜20.0%
である(1)記載の光学ガラス。
WO3成分 0〜25.0%
Nb2O5成分 0〜20.0%
TiO2成分 0〜30.0%
である(1)から(6)のいずれかに記載の光学ガラス。
MgO成分 0〜20.0%
CaO成分 0〜20.0%
SrO成分 0〜20.0%
BaO成分 0〜25.0%
である(1)から(11)のいずれかに記載の光学ガラス。
Li2O成分 0〜10.0%
Na2O成分 0〜10.0%
K2O成分 0〜10.0%
Cs2O成分 0〜10.0%
である(1)から(13)のいずれかに記載の光学ガラス。
P2O5成分 0〜10.0%
GeO2成分 0〜10.0%
ZrO2成分 0〜15.0%
ZnO成分 0〜15.0%
Al2O3成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
Bi2O3成分 0〜10.0%
TeO2成分 0〜20.0%
SnO2成分 0〜1.0%
Sb2O3成分 0〜1.0%
である(1)から(15)のいずれか記載の光学ガラス。
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。本明細書中で特に断りがない場合、各成分の含有量は、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、金属弗化物等が熔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。
B2O3成分は、ガラス形成酸化物として欠かすことの出来ない必須成分である。
特に、B2O3成分を1.0%以上含有することで、ガラスの耐失透性を高められ、且つガラスの分散を小さくできる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは3.0%、さらに好ましくは5.0%を下限とする。
一方、B2O3成分の含有量を30.0%以下にすることで、より大きな屈折率を得易くでき、化学的耐久性の悪化を抑えられる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは20.0%を上限とする。
B2O3成分は、原料としてH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いることができる。
一方、La2O3成分の含有量を60.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められる。従って、La2O3成分の含有量は、好ましくは60.0%、より好ましくは58.0%、さらに好ましくは56.0%を上限とする。
La2O3成分は、原料としてLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)等を用いることができる。
一方で、希土類元素の中でも特に高価なGd2O3成分を20.0%以下に低減することで、ガラスの材料コストが低減されるため、より安価な光学ガラスを作製できる。また、これによりガラスのアッベ数の必要以上の上昇を抑えられる。従って、Gd2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは9.5%を上限とする。
Gd2O3成分は、原料としてGd2O3、GdF3等を用いることができる。
一方で、Y2O3成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えられ、且つガラスの耐失透性を高められる。従って、Y2O3成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは15.0%を上限とする。
Y2O3成分は、原料としてY2O3、YF3等を用いることができる。
一方で、Yb2O3成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められる。従って、Yb2O3成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
Yb2O3成分は、原料としてYb2O3等を用いることができる。
特に、この和を30.0%以上にすることで、ガラスの分散を小さくできる。従って、Ln2O3成分の質量和は、好ましくは30.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは45.0%を下限とする。
一方で、この和を70.0%以下にすることで、ガラスの液相温度が低くなるため、耐失透性を高められる。従って、Ln2O3成分の質量和は、好ましくは70.0%、より好ましくは68.0%、さらに好ましくは65.0%を上限とする。
一方で、高価なTa2O5成分を15.0%以下に低減することで、ガラスの材料コストが低減されるため、より安価な光学ガラスを作製できる。また、Ta2O5成分の含有量を15.0%以下にすることで、原料の熔解温度が低くなり、原料の熔解に要するエネルギーが低減されるため、光学ガラスの製造コストをも低減できる。従って、Ta2O5成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは13.0%、さらに好ましくは8.0%を上限とする。特に、より安価な光学ガラスを作製する観点では、Ta2O5成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは4.0%を上限とし、さらに好ましくは1.0%未満とする。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
一方で、WO3成分の含有量を25.0%以下にすることで、WO3成分によるガラスの着色を低減して可視光透過率を高めることができる。従って、WO3成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは15.0%を上限とする。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いることができる。
一方で、Nb2O5成分の含有量を20.0%以下にすることで、Nb2O5成分の過剰な含有によるガラスの耐失透性の低下や、可視光の透過率の低下を抑えることができる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは13.0%を上限とする。
Nb2O5成分は、原料としてNb2O5等を用いることができる。
一方で、TiO2の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減して可視光透過率を高め、ガラスのアッベ数の必要以上の低下を抑えられる。また、TiO2成分の過剰な含有による失透を抑えられる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは28.0%、さらに好ましくは25.0%を上限とする。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いることができる。
特に、この和を1.0%以上にすることで、ガラスの材料コストを低減するためにTa2O5成分や希土類元素を低減しても、ガラスの屈折率を高められ、着色を低減でき、且つ耐失透性を高められる。従って、質量和(Nb2O5+WO3)は、好ましくは1.0%を下限とし、より好ましくは2.0%超、さらに好ましくは4.0%超、さらに好ましくは5.7%超、さらに好ましくは7.0%超とする。
一方、この和を30.0%以下にすることで、これら成分の過剰な含有による着色やを低減でき、耐失透性を高められる。従って、質量和(Nb2O5+WO3)は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは20.0%を上限とする。
一方で、SiO2成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラス転移点の上昇を抑え、且つ屈折率の低下を抑えることができる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%、さらに好ましくは8.0%を上限とする。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
特に、この和を1.0%以上にすることで、B2O3成分やSiO2成分の欠乏による耐失透性の低下を抑えられる。従って、質量和(B2O3+SiO2)は、好ましくは1.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは10.0%を下限とする。
一方で、この和を30.0%以下にすることで、これらの成分の過剰な含有による屈折率の低下が抑えられるので、所望の高屈折率を得易くできる。従って、質量和(B2O3+SiO2)は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは21.0%を上限とする。
特に、この比率を0.15以上にすることで、高い耐失透性を維持しながらも屈折率を高められる。従って、質量比(Nb2O5+WO3)/(B2O3+SiO2)は、好ましくは0.15、より好ましくは0.25、さらに好ましくは0.30、さらに好ましくは0.35、さらに好ましくは0.40、さらに好ましくは0.43を下限とする。
一方で、この比率を2.00以下にすることで、Nb2O5成分やWO3成分の過剰な含有や、B2O3成分やSiO2成分の欠乏による耐失透性の低下を抑えられる。従って、質量比(Nb2O5+WO3)/(B2O3+SiO2)は、好ましくは2.00、より好ましくは1.50、さらに好ましくは1.20を上限とする。
一方で、MgO成分、CaO成分及びSrO成分の各々の含有量を20.0%以下にすること、及び/又は、BaO成分の含有量を25.0%以下にすることで、これらの成分の過剰な含有による、屈折率の低下や耐失透性の低下を抑えられる。従って、MgO成分、CaO成分及びSrO成分の各々の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。また、BaO成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%、さらに好ましくは8.0%を上限とする。
MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、原料としてMgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2、BaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等を用いることができる。
特に、Li2O成分の含有量を3.0%以下にすることで、ガラスの粘性が高くなるため、ガラスの脈理を低減できる。従って、ガラスの脈理を低減する観点では、Li2O成分の含有量は、好ましくは3.0%、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは0.3%を上限としてもよい。
Li2O成分、Na2O成分、K2O成分及びCs2O成分は、原料としてLi2CO3、LiNO3、Li2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6、Cs2CO3、CsNO3等を用いることができる。
P2O5成分は、原料としてAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いることができる。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
一方で、ZrO2成分を15.0%以下にすることで、ZrO2成分の過剰な含有によるガラスの耐失透性の低下を抑えられる。従って、ZrO2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは8.0%を上限とする。
ZrO2成分は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いることができる。
一方で、ZnO成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下や、耐失透性の低下を抑えられる。また、これにより熔融ガラスの粘性が高められるため、ガラスへの脈理の発生を低減できる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは1.1%を上限とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF2等を用いることができる。
一方で、Al2O3成分及びGa2O3成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、これらの過剰な含有によるガラスの耐失透性の低下を抑えられる。従って、Al2O3成分及びGa2O3成分の各々の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Al2O3成分及びGa2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3、Ga2O3、Ga(OH)3等を用いることができる。
一方で、Bi2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められ、且つ、ガラスの着色を低減して可視光透過率を高められる。従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いることができる。
しかしながら、TeO2は白金製の坩堝や、溶融ガラスと接する部分が白金で形成されている溶融槽でガラス原料を熔融する際、白金と合金化しうる問題がある。従って、TeO2成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とし、さらに好ましくは含有しない。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
一方で、SnO2成分の含有量を1.0%以下にすることで、熔融ガラスの還元によるガラスの着色や、ガラスの失透を低減できる。また、SnO2成分と熔解設備(特にPt等の貴金属)の合金化が低減されるため、熔解設備の長寿命化を図れる。従って、SnO2成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.7%、さらに好ましくは0.5%を上限とする。
SnO2成分は、原料としてSnO、SnO2、SnF2、SnF4等を用いることができる。
一方で、Sb2O3量が多すぎると、可視光領域の短波長領域における透過率が悪くなる。従って、Sb2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.7%、さらに好ましくは0.5%を上限とする。
Sb2O3成分は、原料としてSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いることができる。
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。
B2O3成分 2.0〜55.0モル%、及び
La2O3成分 5.0〜30.0モル%、
並びに
Gd2O3成分 0〜10.0モル%、
Y2O3成分 0〜20.0モル%、
Yb2O3成分 0〜10.0モル%、
Ta2O5成分 0〜5.0モル%、
WO3成分 0〜20.0モル%、
Nb2O5成分 0〜15.0モル%、
TiO2成分 0〜50.0モル%、
SiO2成分 0〜50.0モル%、
MgO成分 0〜50.0モル%、
CaO成分 0〜40.0モル%、
SrO成分 0〜30.0モル%、
BaO成分 0〜35.0モル%、
Li2O成分 0〜30.0モル%、
Na2O成分 0〜25.0モル%、
K2O成分 0〜20.0モル%、
Cs2O成分 0〜10.0モル%、
P2O5成分 0〜15.0モル%、
GeO2成分 0〜10.0モル%、
ZrO2成分 0〜20.0モル%、
ZnO成分 0〜50.0モル%、
Al2O3成分 0〜20.0モル%、
Ga2O3成分 0〜5.0モル%、
Bi2O3成分 0〜5.0モル%、
TeO2成分 0〜20.0モル%、
SnO2成分 0〜0.3モル%、又は
Sb2O3成分 0〜0.5モル%
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量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1100〜1500℃の温度範囲で2〜5時間熔融し、攪拌均質化した後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することにより作製される。
本発明の光学ガラスは、高屈折率及び高アッベ数(低分散)を有することが好ましい。特に、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.75、より好ましくは1.80、さらに好ましくは1.85を下限とする。この屈折率の上限は、好ましくは2.20、より好ましくは2.15、さらに好ましくは2.10であってもよい。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは23、より好ましくは24、さらに好ましくは27を下限とし、好ましくは40、より好ましくは39.5を上限とし、さらに好ましくは39未満とする。
このような高屈折率を有することで、光学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。また、このような低分散を有することで、単レンズであっても光の波長による焦点のずれ(色収差)が小さくなる。加えて、このような低分散を有することで、例えば高分散(低いアッベ数)を有する光学素子と組み合わせた場合に、高い結像特性等を図ることができる。
従って、本発明の光学ガラスは、光学設計上有用であり、特に高い結像特性等を図りながらも、光学系の小型化を図ることができ、光学設計の自由度を広げることができる。
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)は、好ましくは550nm、より好ましくは520nm、さらに好ましくは500nmを上限とする。
また、本発明の光学ガラスにおける、厚み10mmのサンプルで分光透過率5%を示す最も短い波長(λ5)は、好ましくは440nm、より好ましくは420nm、さらに好ましくは400nmを上限とする。
これらにより、ガラスの吸収端が紫外領域の近傍になり、可視光に対するガラスの透明性が高められるため、この光学ガラスを、レンズ等の光を透過させる光学素子に好ましく用いることができる。
従って、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6571)、より好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6591)、さらに好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6611)を下限とする。
一方で、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6971)、より好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6921)、さらに好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6871)を上限とする。
作製された光学ガラスから、例えば研磨加工の手段、又は、リヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス成形体を作製することができる。すなわち、光学ガラスに対して研削及び研磨等の機械加工を行ってガラス成形体を作製したり、光学ガラスから作製したプリフォームに対してリヒートプレス成形を行った後で研磨加工を行ってガラス成形体を作製したり、研磨加工を行って作製したプリフォームや、公知の浮上成形等により成形されたプリフォームに対して精密プレス成形を行ってガラス成形体を作製したりすることができる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。
されるものではない。
Claims (3)
- 質量%で
B2O3成分を10.60〜19.0%、
SiO2成分を2.0〜10.0%、
La2O3成分を39.0%〜56.0%、
Y2O3成分を1.0〜15.0%、
Nb2O5成分を2.0%超〜20.0%、
ZrO2成分を1.0〜8.0%
含有し、
Gd2O3成分の含有量が5.90%以下、
WO3成分の含有量が3.68%以下、
TiO2成分の含有量が0〜10.20%、
Ta2O5成分の含有量が1.0%未満
であり、
B2O3成分及びSiO2成分の含有量の和が17.07%〜21.0%、
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)の質量和が5.0%以下、
Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Ybからなる群より選択される1種以上)の質量和が56.20%〜65.0%
であり、
鉛成分を含有しない、
1300℃以下の液相温度を有し、
1.85以上の屈折率(nd)を有し、32以上50以下のアッベ数(νd)である光学ガラス。 - 請求項1記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
- 請求項2記載の光学素子を備える光学機器。
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