JP6429567B2 - 光学ガラス、及び光学要素 - Google Patents
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Description
本発明は、光学ガラス、並びに当該光学ガラスを有する光学要素に関する。
屈折率が高く、かつアッベ数が高いアッベダイアグラムのランタンクラウン分野及びランタンフリント分野におけるガラスが求められているのは特に、イメージング、センサ技術、顕微鏡、医療技術、デジタル投影、フォトリソグラフィー、レーザー技術、ウェハ／チップ技術、並びに電気通信、光学的なメッセージ技術／情報伝達、自動車分野における光学部品／照明を適用する分野である。
近年の製造方法では、ブロック状若しくはインゴット状のガラスから得られる光学成分の公知の切り出しに代えて、プレスされたままの成形体、すなわちブランク加工（精密プレス）された光学要素、及び／又はほぼ最終形態の予備成形体、又はさらなるプレスのための中間体（「プリシジョン・ゴブス（precision gobs）」として知られる）を、ガラスの溶融直後に得ることができる。一般的に「プリシジョン・ゴブス」とは、好ましくは完全に火仕上げされたか、半自由に、若しくは自由に成形されたガラス部であるとされ、その質量は同じであり、所望の光学部材に非常に似た形状を有するものである。
このことが理由で、温度により粘度が大きく変わる「ショートな（short）」ガラスへの需要が、溶融及び熱成形における加工技術のために、増大していると報告されている。この製造法における上記粘度挙動には、熱成形時間、ひいては型閉鎖時間が減少できるという利点がある。その結果、まず処理量が向上する。第二に成形材料が、最終形態に近い精密な熱成形において節約される。このようにして、製造コスト全体が削減される。さらに、より迅速な凝固により、結晶化傾向が相対的に高く、ショートなガラスを作製することが可能になるが、これは同じように結晶化に対して敏感で、ロングなガラスの場合には不可能である。加えて、事前の核形成（後続の第二の熱成形に際して問題となり得る）が回避されるか、又は少なくとも大きく低減される。
所望の光学特性（特に低い分光性、すなわちアッベ数が高い）を達成するため、この光学的位置の慣用の光学グラスは一般的に、ＰｂＯを含有する。加えて、Ａｓ2Ｏ3はしばしば、清澄剤として使用される。ガラス成分であるＰｂＯとＡｓ2Ｏ3は近年、環境に対して悪影響があるとされているため、光学機器、及び光学製品の製造者の大半にとって、鉛不含、砒素不含のガラスを使用するのが好ましい。加えて、ＰｂＯ含有ガラスは耐薬品性が低い。しかしながら、耐薬品性が改善されたガラスは、高品質の製品で用いるためには常に重要となる。
光学位置が同じである公知の鉛不含ガラスはしばしば、大量のＴｉＯ2を、石英ガラスマトリックス中に含有する。しかしながら、これにより結晶化に対して著しく敏感なガラスにつながり、しばしば、第二の熱成形工程において加工できなくなることがある。その硬度が高いため、これらのガラスはまた、機械的に加工することが非常に困難である。その上、このようなガラスでは、透過スペクトルの「青色端部」における透過性（すなわち、４２０ｎｍ未満の波長における透過性）が損なわれている。
別の代替案として、この光学位置を有するガラスは近年しばしば、Ｂｉ2Ｏ3を用いることによって得られる。しかしながらこれらのガラスには、溶融装置内でのレドックス条件に対して非常に敏感であるという欠点があり、望ましくないレドックス条件では、Ｂｉ0が形成されることによって透過性が減少する危険性がある。
さらなるガラスは、以下の文献に記載されている：
・日本国特許出願 特開昭５３−００４２３号公報：以下の文献と同様に、ホウ酸ランタンガラスであって、同時に酸化ゲルマニウム、酸化ハフニウム、及び酸化インジウムを含有するものを記載していない。
・日本国特許出願 特開昭５６−７８４４７号公報：ＳｉＯ2含分が少なくとも１０質量％であるガラスを開示している。
・日本国特許出願 特開昭６２−１００４４９号公報：ここに開示された実施例によれば、Ｓｂ2Ｏ3含分が少なくとも２質量％であり、ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3の合計含分が少なくとも２０質量％であり、Ｂ2Ｏ3含分が１６質量％と比較的高いガラスに関する。
・日本国特許出願 特開昭５６−１６４０３３号公報：ＳｉＯ2含分が少なくとも８．５質量％であり、ＺｎＯ含分が少なくとも１１質量％であるガラスが記載されている。
・日本国特許出願 特開昭６０−２２１３３８号公報：ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3の合計含分が、少なくとも２０質量％であり、さらにＬｉ2Ｏを有するガラスが開示されている。
・日本国特許出願 特開昭５３−００４２３号公報：以下の文献と同様に、ホウ酸ランタンガラスであって、同時に酸化ゲルマニウム、酸化ハフニウム、及び酸化インジウムを含有するものを記載していない。
・日本国特許出願 特開昭５６−７８４４７号公報：ＳｉＯ2含分が少なくとも１０質量％であるガラスを開示している。
・日本国特許出願 特開昭６２−１００４４９号公報：ここに開示された実施例によれば、Ｓｂ2Ｏ3含分が少なくとも２質量％であり、ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3の合計含分が少なくとも２０質量％であり、Ｂ2Ｏ3含分が１６質量％と比較的高いガラスに関する。
・日本国特許出願 特開昭５６−１６４０３３号公報：ＳｉＯ2含分が少なくとも８．５質量％であり、ＺｎＯ含分が少なくとも１１質量％であるガラスが記載されている。
・日本国特許出願 特開昭６０−２２１３３８号公報：ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3の合計含分が、少なくとも２０質量％であり、さらにＬｉ2Ｏを有するガラスが開示されている。
従って本発明の目的は、従来技術における上記欠点を回避し、かつ所望の光学特性を有する光学ガラスを提供することである。特に、ショートな光学ガラスのための組成範囲であって、所望の光学特性（ｎd／νd）を可能にする組成範囲を見出すべきであった。このガラスは透過性が高く、耐薬品性と加工性が良好であり、生産コストが低く、かつ環境に優しいのが望ましい。これらのガラスは好ましくは、ブランク加工（精密プレス加工）で加工可能であるのが望ましく、このため、ガラス転移点Ｔｇが低いのが望ましい。さらに、すぐに溶融、加工可能であり、また第二の熱成形工程のため、及び／又は連続稼働型装置における製造のために、充分な結晶化安定性を有することが望ましい。さらに、粘度範囲が１０7.6〜１０13ｄＰａｓである足の短いガラスが望ましい。
上記目的は、請求項に記載の態様によって達成される。
特に、成分として、Ｌａ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、ＨｆＯ2、及びＩｎ2Ｏ3を含有する光学ガラスであって、以下の成分が、酸化物を基準として以下の割合：
・ＳｉＯ2 ０〜８質量％、
・Ｓｂ2Ｏ3 ０〜２質量％未満、
・ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3 １〜２０質量％未満、
・ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋ＧｅＯ2＋ＨｆＯ2＋Ｉｎ2Ｏ3 １５〜２５質量％、
で存在するものが、規定される。
・ＳｉＯ2 ０〜８質量％、
・Ｓｂ2Ｏ3 ０〜２質量％未満、
・ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3 １〜２０質量％未満、
・ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋ＧｅＯ2＋ＨｆＯ2＋Ｉｎ2Ｏ3 １５〜２５質量％、
で存在するものが、規定される。
１つの態様では、以下の成分を１種以上、酸化物を基準として以下の割合：
・Ｌａ2Ｏ3 ３０〜５０質量％、
・Ｂ2Ｏ3 １〜２０質量％未満、
・ＧｅＯ2 ０．１〜２０質量％、
・ＨｆＯ2 ０．１〜１０質量％、
・Ｉｎ2Ｏ3 ０．１〜１０質量％、
・Ｇｄ2Ｏ3 １〜３０質量％、
・Ｙ2Ｏ3 ０〜１２質量％、
・Ｙｂ2Ｏ3 ０〜１５質量％、
で含有するものが、規定される。
・Ｌａ2Ｏ3 ３０〜５０質量％、
・Ｂ2Ｏ3 １〜２０質量％未満、
・ＧｅＯ2 ０．１〜２０質量％、
・ＨｆＯ2 ０．１〜１０質量％、
・Ｉｎ2Ｏ3 ０．１〜１０質量％、
・Ｇｄ2Ｏ3 １〜３０質量％、
・Ｙ2Ｏ3 ０〜１２質量％、
・Ｙｂ2Ｏ3 ０〜１５質量％、
で含有するものが、規定される。
別の態様では、以下の成分を１種以上、酸化物を基準として以下の割合：
・Ｌａ2Ｏ3 ３５〜４７質量％、
・Ｂ2Ｏ3 ５〜１５質量％、
・Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０質量％、
・ＳｉＯ2 ０〜６質量％、
・ＧｅＯ2 ０．１〜１５質量％、
・ＨｆＯ2 ０．５〜６質量％、
・Ｉｎ2Ｏ3 ０．５〜６質量％、
で含有するものが、提供される。
・Ｌａ2Ｏ3 ３５〜４７質量％、
・Ｂ2Ｏ3 ５〜１５質量％、
・Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０質量％、
・ＳｉＯ2 ０〜６質量％、
・ＧｅＯ2 ０．１〜１５質量％、
・ＨｆＯ2 ０．５〜６質量％、
・Ｉｎ2Ｏ3 ０．５〜６質量％、
で含有するものが、提供される。
本発明によるガラスはまた、以下の成分を１種以上、別記しない限り酸化物を基準として、以下の割合：
・Ａｌ2Ｏ3 ０〜５質量％、
・ＷＯ3 ０〜５質量％、
・ＺｎＯ ０〜１１質量％未満、好ましくは最大１０質量％、
・ＭｇＯ ０〜５質量％、
・ＣａＯ ０〜５質量％、
・ＢａＯ ０〜５質量％、
・ＳｒＯ ０〜５質量％、
・Ｍ2Ｏ総量 ０〜３質量％、
・Ｐ2Ｏ5 ０〜６質量％、
・Ｆ ０〜５質量％、
で含有することができる。
・Ａｌ2Ｏ3 ０〜５質量％、
・ＷＯ3 ０〜５質量％、
・ＺｎＯ ０〜１１質量％未満、好ましくは最大１０質量％、
・ＭｇＯ ０〜５質量％、
・ＣａＯ ０〜５質量％、
・ＢａＯ ０〜５質量％、
・ＳｒＯ ０〜５質量％、
・Ｍ2Ｏ総量 ０〜３質量％、
・Ｐ2Ｏ5 ０〜６質量％、
・Ｆ ０〜５質量％、
で含有することができる。
本発明の目的に関連してＭ2Ｏという表現は、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、及びＣｓ2Ｏから成る群から、好ましくはＮａ2Ｏ及びＫ2Ｏから選択されるアルカリ金属酸化物の合計のことである。Ｍ2Ｏ総量とは、酸化物を基準とした、アルカリ金属酸化物の全割合（質量％）の合計である。
本発明のガラスは好ましくは、屈折率ｎdが少なくとも１．７０、好ましくは少なくとも１．７５であり、かつ／又は屈折率ｎdが、最大１．９０、好ましくは最大１．８８である。本発明によるガラスのアッベ数νdは、少なくとも４０、好ましくは少なくとも４２であり、かつ／又は最大５５、好ましくは最大５３である。
本発明によれば「光学位置」とは、アッベ図におけるガラスの位置を意味し、屈折率ｎdとアッベ数νdによって規定される。
本発明の態様によれば、本発明によるガラスは、非常に「ショート」であり、粘度範囲が１０7.6〜１０13ｄＰａｓである。ここで「ショートなガラス」とは、温度変化が比較的小さくても、特定の粘度範囲で粘度が大きく変わるガラスである。ガラスの粘度が１０7.6〜１０13ｄＰａｓに減少する温度範囲ΔＴは、好ましくは最大１００Ｋである。
以下、「Ｘ不含」、又は「成分Ｘを含まない」、又は「Ｘを含有しない」という表現は、ガラスが成分Ｘを実質的に含有しないことを意味する。すなわち、このような成分は、ガラス中に最大でも不純物として存在するが、ガラス組成物にガラス成分としては添加されていない。ここでＸは、任意の成分であり得、例えばＬｉ2Ｏである。
以下、含分に関する全ての数値は、別記しない限り、酸化物を基準とした質量％で記載する。このことはまた、ガラス成分の全体量、及び／又はガラス成分の割合、又はガラス成分の比率にも当てはまる。
ベースとなるガラス系はホウ酸ランタン系ガラスであり、ホウ酸塩は、ガラス中への酸化ランタンの溶解性を担う。意外なことに本発明によれば、所望の光学位置を有する安定的なガラスが、ホウ酸ランタン系ガラス内に酸化ゲルマニウムと酸化ハフニウムがともに存在していても、またさらに酸化インジウムが存在していても、得られるのである。
本発明によるガラスはＢ2Ｏ3を含有し、好ましくは１〜２０質量％未満の割合で含有する。Ｂ2Ｏ3の割合は好ましくは、最大で１５質量％、より好ましくは最大１３質量％に限られる。本発明のガラスは好ましくは、Ｂ2Ｏ3を少なくとも５質量％、含有する。
Ｂ2Ｏ3に加えてさらなるガラス形成剤として、本発明によるガラスはＳｉＯ2を最大８質量％の割合、好ましくは最大６質量％の割合で含有することができる。ＳｉＯ2は、ガラスの機械的強度を向上させることによって加工性の改善に役立ち、好ましくは少なくとも２質量％の割合、より好ましくは少なくとも３質量％の割合で存在する。
ＳｉＯ2とＢ2Ｏ3の割合の合計は、少なくとも１質量％であり、かつ２０質量％未満、好ましくは最大１７質量％である。
さらなるガラス形成剤として、本発明によるガラスはＧｅＯ2を、好ましくは０．１〜２０質量％の割合で含有する。１つの態様によればＧｅＯ2の割合は、少なくとも１質量％、かつ／又は好ましくは最大１５質量％、より好ましくは最大１２質量％である。このさらなるガラス形成剤を添加することにより、本発明によるガラスは、酸化ランタンの溶解性を減少させること無く（ＳｉＯ2を大量に添加した場合にはそうなってしまう）、より結晶化安定性となる。同時にＧｅＯ2は、ガラスの屈折率をさらに上昇させ、分光性を減少させることによって、所望の光学位置について利点を有する。１つの態様によれば、ガラスはＧｅＯ2を大量に含有しない。と言うのも、この成分は比較的高価だからである。この態様によれば、ガラスはＧｅＯ2を最大１２質量％、より好ましくは最大７質量％含有し、最も好ましくは最大５質量％含有する。
本発明によるガラスはさらに、Ｉｎ2Ｏ3、及びＨｆＯ2を含有する。Ｉｎ2Ｏ3は０．１〜１０質量％の割合、好ましくは少なくとも０．５質量％の割合、かつ／又は最大６質量％の割合で含まれている。本発明によるガラスはさらに、ＨｆＯ2を、０．１〜１０質量％の割合、好ましくは少なくとも０．５質量％の割合、かつ／又は最大６質量％の割合で含有する。これらの成分を、光学グラス中でガラス形成剤として用いることは非常にまれである。しかしながら、屈折率が高く、また分光性が低い非常に安定的なガラスは意外なことに、これらの成分を酸化ゲルマニウムと組み合わせて用いることにより、製造可能である。
ガラス形成剤であるＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、ＨｆＯ2、及びＩｎ2Ｏ3の合計は好ましくは、少なくとも１５質量％、かつ／又は最大３２質量％、より好ましくは最大３０質量％、最も好ましくは最大２７質量％である。
本発明のガラスはさらに、Ａｌ2Ｏ3成分、及び／又はＰ2Ｏ5成分をガラス形成剤として含有することができる。Ａｌ2Ｏ3は、少なくとも０．１質量％、かつ／又は最大７質量％、好ましくは最大５質量％の割合で含有されていてよい。Ａｌ2Ｏ3は、結晶成長を促進可能なため、７質量％を超える割合は好ましくない。
Ｐ2Ｏ5は、少なくとも０．１質量％、かつ／又は最大７質量％、好ましくは最大５質量％の割合で含有されていてよい。
Ｌａ2Ｏ3は、本発明によるガラスにおいて最も重要な「光学成分」である。すなわちこれは、ガラスの光学位置に実質的な影響を与える成分であり、本発明によるガラス中に好ましくは３０〜５０質量％の割合で存在する。ガラスは好ましくは、Ｌａ2Ｏ3を３５質量％、かつ／又は最大４７質量％、含有する。
Ｌａ2Ｏ3以外に、ガラスはＧｄ2Ｏ3をさらなる光学成分として含有することができ、これによりアッベ数を減少させることなく、高い屈折率を達成することができる。Ｇｄ2Ｏ3の割合は好ましくは、少なくとも１質量％、より好ましくは少なくとも５質量％である。Ｇｄ2Ｏ3は好ましくは、本発明のガラス中に最大３０質量％、より好ましくは最大２０質量％の割合で存在する。
Ｇｄ2Ｏ3以外に、本発明によるガラスはまた、光学位置を調整するために、Ｙ2Ｏ3及び／又はＹｂ2Ｏ3を含有することができる。Ｙ2Ｏ3は少なくとも０．３質量％、より好ましくは少なくとも１質量％の割合、かつ／又は最大２０質量％、より好ましくは少なくとも１６質量％の割合で含有されていてよい。Ｙｂ2Ｏ3は少なくとも０．３質量％、より好ましくは少なくとも１質量％の割合、かつ／又は最大２０質量％、より好ましくは少なくとも１６質量％の割合で含有されていてよい。
Ｌａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3＋Ｙｂ2Ｏ3の合計割合は好ましくは、少なくとも６０質量％、かつ／又は最大８０質量％である。
ガラスの屈折率を向上させ、適度な分光性をもたらすさらなる光学成分として、本発明によるガラスはＴａ2Ｏ5を、少なくとも０．１質量％、好ましくは少なくとも１質量％の割合、かつ／又は最大１０質量％、好ましくは最大８質量％の割合で、含有することができる。しかしながらこの成分は、本発明の特別な態様では好ましくなく、そのような態様において本発明によるガラスは、Ｔａ2Ｏ5不含である。
本発明のガラスはまたＷＯ3を、光学位置を調整するために、少なくとも０．１質量％、好ましくは少なくとも０．５質量％の割合で含有することができる。しかしながら、ＷＯ3の割合は好ましくは、最大７質量％、好ましくは最大５質量％に限られる。と言うのもこの割合が高いと、透過性、特に「青色端部（４２０ｎｍ未満の波長λ）」における透過性が損なわれるからである。しかしながら、従来技術からの予測とは異なり、ＷＯ3による透過性の減損は、意外なことにＷＯ3が３質量％超という含分でのみ起こる。最大３質量％というＷＯ3の割合は、意外なことに透過性を向上させる。
ガラスは好ましくは、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、及びＷＯ3から成る群から選択される少なくとも２種、好ましくは少なくとも３種の光学成分を含有する。と言うのもこれらの成分の大多数は、結晶化のリスクを低減させるからである。
本発明のガラスは、光学位置を精緻に調整するためのさらなる光学成分として、フッ素を含有することができるが、その割合は好ましくは、最大１５質量％、より好ましくは最大１０質量％に限られる。フッ素がガラス中に存在する場合、ガラスは好ましくは０．２質量％超、より好ましくは少なくとも１質量％、最も好ましくは少なくとも２質量％、フッ素を含有する。
本発明によれば、光学成分（ＯＣ）の質量割合の合計を、ガラス形成剤（ＧＦ）の質量割合で割った商の値は（ＯＣの合計／ＧＦの合計、すなわちＳＯＣ／ＳＧＦ）、少なくとも２．８、好ましくは少なくとも３．０であり、かつ／又は好ましくは最大４．５、好ましくは最大４．０である。本発明によれば、ガラス形成成分とは、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＧｅＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＰ2Ｏ5である。本発明の目的に関連して、光学成分とは特に、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＷＯ3、及びフッ素である。例えばＰｂＯ、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ 2 Ｏ 5 、及び／又はＴｉＯ2といった成分もまた、ガラスの光学位置に影響をもたらす光学成分として当業者にはよく知られているものの、本発明によれば好ましくなく、さらに、又は代替的に、あまり好ましくない態様における光学成分として使用できる。
このようにして本発明による組成物により、従来技術に比して、意外にも、光学成分を高い割合でガラス組成物に導入することが可能になり、また光学特性を非常に厳密に調整できる。このように光学成分の割合が高いことによって通常は、これらの結晶核形成特性又は結晶成長促進性が原因で、結晶化に対して感受性の強いガラスにつながり、このため従来技術によるガラスは、ガラス形成剤を比較的高い割合で含有する。
ガラス形成剤と光学成分以外に、本発明によるガラスはさらに、網目構造変化剤、又は網目修飾剤を含有することができ、これらは特に、ガラスの粘度・温度特性に影響を与える。
好ましい態様において本発明によるガラスは、ＺｎＯを少なくとも０．１質量％、より好ましくは少なくとも０．２質量％の割合で、かつ／又は好適には最大１５質量％、より好ましくは最大１０質量％の割合で含有する。上記割合のＺｎＯにより、本発明によるガラスにおいて適度な反射率と、ガラスの充分な足の短さにつながる。さらに、この成分は結晶化を防止する。
ＺｎＯ以外に、特にアルカリ土類金属酸化物が、網目構造変化剤として用いられる。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、及び／又はＳｒＯは、それぞれ最大７質量％、より好ましくは最大５質量％の割合で存在しうる。各成分の最少割合は好ましくは、それぞれ少なくとも０．５質量％、より好ましくはそれぞれ少なくとも１質量％である。
１つの態様においてＺｎＯとＰ2Ｏ5は、本発明のガラス中に同時には存在しない。すなわち、ＺｎＯ含有ガラスは、好ましくはＰ2Ｏ5を含有せず、Ｐ2Ｏ5含有ガラスは、好ましくはＺｎＯを含有しない。
アルカリ土類金属酸化物ＭＯ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ）の合計割合は、好ましくは最大７質量％、より好ましくは最大５質量％に限られる。
本発明のガラスはアルカリ金属酸化物（すなわち、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓの酸化物）を含有することができ、これらのアルカリ金属酸化物の全割合に対してＭ2Ｏは、好ましくは最大５質量％、より好ましくは最大３質量％、最も好ましくは最大１質量％に限られる。このような少量のアルカリ金属酸化物は、温度・粘度特性を微調整するために使用でき、これによりガラスは柔軟な、ほぼ最終形態の熱成形に適したものになる。しかしながら１つの態様では、ガラスはアルカリ金属酸化物不含である。
アルカリ金属酸化物の添加は、ガラスをイオン交換のために使用したい場合、好ましいことがある。このような変法では、アルカリ金属酸化物が５質量％超、ガラス中に存在していてよい。ガラスをイオン交換ガラスとして用いる場合、最大５質量％のＡｇ2Ｏを添加することも好ましい。この用途においてガラスは好ましくは、Ａｌ2Ｏ3及び／又はＰ2Ｏ5も、例えば少なくとも０．５質量％の割合で含有する。と言うのもこれらの成分は、ガラス中でイオン交換に好ましい構造の形成を促進させるからである。しかしながらこのような態様であっても、前述の上限を超えないのが望ましい。
本発明による１つの態様において、本発明によるガラスは好ましくは、上記成分、特にＬａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｆ、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＧｅＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、及び／又はＺｎＯを、少なくとも９０質量％、より好ましくは少なくとも９５質量％、最も好ましくは少なくとも９８質量％含有する。１つの態様によれば、ガラスは実質的に、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｆ、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＧｅＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、及び／又はＺｎＯから成る群から選択される１種以上の元素から成る。
本発明のガラスは、慣用の清澄剤を少量で含有することができる。添加する清澄剤の合計は好ましくは、最大１．０質量％、より好ましくは最大０．５質量％である。清澄剤としては、以下の成分のうち１種以上が、本発明によるガラス中に存在しうる：
・Ｓｂ2Ｏ3 ０〜１質量％、及び／又は
・Ａｓ2Ｏ3 ０〜１質量％、及び／又は
・ＳｎＯ ０〜１質量％、及び／又は
・ＮａＣｌ ０〜１質量％、及び／又は
・ＳＯ4 2- ０〜１質量％、及び／又は
・無機過酸化物 ０〜１質量％。
・Ｓｂ2Ｏ3 ０〜１質量％、及び／又は
・Ａｓ2Ｏ3 ０〜１質量％、及び／又は
・ＳｎＯ ０〜１質量％、及び／又は
・ＮａＣｌ ０〜１質量％、及び／又は
・ＳＯ4 2- ０〜１質量％、及び／又は
・無機過酸化物 ０〜１質量％。
無機過酸化物としては例えば、過酸化亜鉛、過酸化リチウム、及び／又はアルカリ金属過酸化物が使用できる。
しかしながら本発明の好ましい態様においてＡｓ2Ｏ3含分は、最大０．１質量％であるか、又はガラスはＡｓ2Ｏ3不含である。と言うのも、この成分は、環境的に問題がある成分だからである。
本発明のガラスは好ましくは、ＰｂＯ、Ａｓ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、Ｎｂ 2 Ｏ 5 、Ｔａ2Ｏ5、及び／又はＴｉＯ2不含である。特にＺｒＯ2、Ｎｂ 2 Ｏ 5 、Ｔａ2Ｏ5、及び／又はＴｉＯ2は、結晶化を促進させ得る：加えて、ＺｒＯ2、Ｎｂ 2 Ｏ 5 、及び／又はＴｉＯ2は分光性も著しく上昇させかねない。
本発明のガラスは好ましくは、Ｂｉ2Ｏ3不含である。と言うのもこの成分は、Ｂｉ（ＩＩＩ）のイオン吸着によってガラスの透過性を（特に「青色端部」、λが４２０ｎｍ未満）損なうことがあるからである。さらに、Ｂｉ2Ｏ3はガラス溶融体中で還元されてコロイド状のＢｉ（０）になることがあり、これによりガラスの透過性が、実質的に波長とは無関係に、可視スペクトル領域全体にわたって減少する。しかしながら、Ｂｉ（０）の形成を回避するために、溶融物におけるレドックス工程を回避すれば、多大な溶融コストが必要となる。
本発明のさらなる態様において、本発明によるガラスはまた好ましくは、好ましい成分として言及した成分以外の成分を含有しない。すなわちこのような態様によれば、ガラスは実質的に、好ましい成分として言及した成分から成る。本発明の目的に関連して「実質的に・・・から成る」という表現は、他の成分が存在したとしても不純物として存在するが、ガラス組成物に各成分を意図的には添加していないことを意味する。
本発明のガラスは、光学ガラスとして、好ましくは着色成分（例えば、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及び／又はＣｕの酸化物）、及び／又は光学活性成分（例えばレーザー活性成分、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、及び／又はＴｍの酸化物）不含である。さらに、ガラスは好ましくは、健康に害があるとされる成分、又は環境的な観点から問題があるとされる成分（例えばＡｓ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｌ、及びＳｅの酸化物）について、不含である。
光学フィルター又は固体レーザーのベースガラスとしての、本発明の別の態様において、本発明のガラスは着色成分及び／又は光学活性成分（例えばレーザー活性成分）を、最大５質量％の量で含有することができ、これらの量は、ガラス組成における他の成分と合計して１００質量％となる。
さらに、本発明によるガラスはいずれも、良好な耐薬品性と、結晶化若しくは結晶安定性の点で良好な安定性を有する。本発明によるガラスはまた、良好な溶融性と柔軟性、最終形態に近い加工性、製造コストが下がったことによる作製費用の低さ、良好なイオン交換特性、良好なソラリゼーション安定性、また良好な環境相容性を特徴とする。
本発明によるガラスは、Ｔｇが６４０℃以下であり、結晶化に対して安定的であり、すぐに加工できる。
本発明によるガラスは、否定的な相対部分分光性ΔＰg,Fが１５〜１０５×１０-4であり、この数値は、約２０Ｋ毎時の冷却速度で冷却した後の試料で測定したものである。
本発明によるガラスは、熱膨張係数α20-300が１０×１０-6／Ｋ以下である。このようにして、さらなる加工の間の熱膨張問題と、接合技術の問題は回避される。
本発明によるガラスは、比密度が６．０ｇ／ｃｍ3以下である。本発明によるガラスから作られた光学要素及び／又は光学部材は、移動式／可動性のユニットに特に適している。と言うのも、鉛を含有するものに比べて、慣性質量が小さいからである。
本発明の目的に関連して、ガラスの「内部品質」とは、気泡及び／又は脈理及び／又は同様の欠陥が非常に少ないガラスのことを言い、これらの欠陥はないことが好ましい。１つの態様において本発明によるガラスは、体積中に脈理を有さず、このことは少なくとも１方向、好ましくは相互に垂直な２方向における投影法で測定できる。投影法では、ガラス試料を光源と観測者の目の間に置き、ガラス試料を動かしたり傾けたりして脈理を調べるか（MIL-G-174A、及び類似の基準）、又はガラス試料を通して光を照らし、ガラス中に存在する脈理を、投影スクリーン上の影として投影させる（ISO 10110-4）。さらに、ガラスは好ましくは、気泡類型Ｂ１、より好ましくは気泡類型Ｂ０に合致する（ISO 10110-3準拠）。
本発明によるガラスは好ましくは、厚さ１０ｍｍの試料において、内部透過性τipが、６００ｎｍ及び／又は７００ｎｍで少なくとも９５％、より好ましくは少なくとも９８％である。本発明によるガラスは特に、厚さ１０ｍｍの試料において、内部透過性τipが、４１０ｎｍで少なくとも７５％、より好ましくは８０％、さらに好ましくは少なくとも８２％である。
本発明によるガラスにおいて光学位置、粘度・温度特性、及び加工温度をこのように設定することにより、高度な最終形態に近い熱成形が、敏感で精密な機械を用いた場合であっても保証される。さらに、結晶化安定性、及び粘度・温度特性との相互作用が実現され、これによってガラスのさらなる熱処理、例えばプレス加工、又は再プレス、又はイオン交換工程が容易に可能になる。
本発明はさらに、本発明によるガラスを、イメージング、センサ技術、顕微鏡、医療技術、デジタル投影、電気通信、光学的なメッセージ技術／情報伝達、自動車分野における光学部品／照明、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマーレーザー、ウェハ、コンピュータチップ、及び集積回路、並びにこのような集積回路及びチップを有する電子機器に用いる使用に関する。
本発明はさらに、本発明によるガラスを有する光学要素に関する。光学要素は特に、レンズ、プリズム、光導体ロッド、アレイ、光学繊維、勾配部材、光学ウィンドウ、及び小型部材であり得る。本発明の目的に関連して「光学要素」には、このような光学要素（例えばゴブ、プレシジョンゴブなど）の予備成形体も包まれる。
本発明はさらに、
・本発明による光学ガラスをブランク加工（精密プレス加工）する工程
を有する光学要素の製造方法に関する。
・本発明による光学ガラスをブランク加工（精密プレス加工）する工程
を有する光学要素の製造方法に関する。
本発明はさらに、光学部材を製造するためのこの種の光学要素の使用に関し、前記光学部材は例えば、センサ技術、顕微鏡、医療技術、デジタル投影、電気通信、光学的なメッセージ技術／情報伝達、自動車分野における光学部品／照明、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマーレーザー、ウェハ、コンピュータチップ、及び集積回路、並びにこのような集積回路及びチップを有する電子機器において用いられる。
本発明はさらに、例えばイメージング、センサ技術、顕微鏡、医療技術、デジタル投影、電気通信、光学的なメッセージ技術／情報伝達、自動車分野における光学部品／照明、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマーレーザー、ウェハ、コンピュータチップ、及び集積回路、並びにこのような集積回路及びチップを有する電子機器のための、上記光学要素を有する光学部材に関する。
実施例：
表２及び３には、好ましい組成範囲で１３の例を示し、表４は、３つの比較例を示す。これらの例に記載されたガラスは、以下のように作製した：
酸化物の材料（好ましくは相応する酸化物、硝酸塩、又は炭酸塩の材料）を秤量し、１種以上の清澄剤（例えばＳｂ2Ｏ3）を任意で添加し、続いてこれらの混合物をよく混合する。このガラス混合物を、バッチ式溶融装置内で約１２５０℃で溶融させ、それから清澄し（１３００℃）、均質化する。このガラスは約１０００℃の温度でキャスティングでき、所望の寸法に加工できる。容量の大きい連続的な装置においては、経験に基づき、少なくとも約１００Ｋまで温度を減少させることができ、この材料を最終形状に近い熱成形工程（例えば精密プレス）で加工することができる。
表２及び３には、好ましい組成範囲で１３の例を示し、表４は、３つの比較例を示す。これらの例に記載されたガラスは、以下のように作製した：
酸化物の材料（好ましくは相応する酸化物、硝酸塩、又は炭酸塩の材料）を秤量し、１種以上の清澄剤（例えばＳｂ2Ｏ3）を任意で添加し、続いてこれらの混合物をよく混合する。このガラス混合物を、バッチ式溶融装置内で約１２５０℃で溶融させ、それから清澄し（１３００℃）、均質化する。このガラスは約１０００℃の温度でキャスティングでき、所望の寸法に加工できる。容量の大きい連続的な装置においては、経験に基づき、少なくとも約１００Ｋまで温度を減少させることができ、この材料を最終形状に近い熱成形工程（例えば精密プレス）で加工することができる。
これらの例のガラスはすべて、投影法により少なくとも１方向で測定して、体積中の脈理がなく、ISO10110-3に準拠した気泡群Ｂ１に合致し、６００ｎｍ及び７００ｎｍでの内部透過性τipが少なくとも９５質量％であり、４１０ｎｍにおける内部透過性が少なくとも７５％である。
Claims (14)
- 成分として、Ｌａ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、ＨｆＯ2、及びＩｎ2Ｏ3を含有する光学ガラスであって、以下の成分が、酸化物を基準として以下の割合：
・Ｌａ 2 Ｏ 3 ３０〜５０質量％、
・Ｂ 2 Ｏ 3 １〜２０質量％未満、
・ＧｅＯ 2 ０．１〜２０質量％、
・ＨｆＯ 2 ０．１〜１０質量％、
・Ｉｎ 2 Ｏ 3 ０．１〜１０質量％、
・ＳｉＯ2 ０〜８質量％、
・Ｓｂ2Ｏ3 ０〜２質量％未満、
・ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3 １〜２０質量％未満、
・ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋ＧｅＯ2＋ＨｆＯ2＋Ｉｎ2Ｏ3 １５〜２５質量％、
で存在する、前記光学ガラス。 - 以下の成分を１種以上、酸化物を基準として以下の割合：
・Ｇｄ2Ｏ3 １〜３０質量％、
・Ｙ2Ｏ3 ０〜１２質量％、
・Ｙｂ2Ｏ3 ０〜１５質量％、
で含有する、請求項１に記載の光学ガラス。 - 以下の成分を１種以上、酸化物を基準として以下の割合：
・Ｌａ2Ｏ3 ３５〜４７質量％、
・Ｂ2Ｏ3 ５〜１５質量％、
・Ｇｄ2Ｏ3 ５〜２０質量％、
・ＳｉＯ2 ０〜６質量％、
・ＧｅＯ2 ０．１〜１５質量％、
・ＨｆＯ2 ０．５〜６質量％、
・Ｉｎ2Ｏ3 ０．５〜６質量％、
で含有する、請求項１又は２に記載の光学ガラス。 - さらに以下の成分を１種以上、別記しない限り酸化物を基準として、以下の割合：
・Ａｌ2Ｏ3 ０〜５質量％、
・ＷＯ3 ０〜５質量％、
・Ｔａ2Ｏ5 ０〜８質量％、
・ＺｎＯ ０〜１０質量％、
・ＭｇＯ ０〜５質量％、
・ＣａＯ ０〜５質量％、
・ＢａＯ ０〜５質量％、
・ＳｒＯ ０〜５質量％、
・Ｍ2Ｏ総量 ０〜３質量％、
・Ｐ2Ｏ5 ０〜６質量％、
・Ｓｂ2Ｏ3 ０〜１質量％、
・Ｆ ０．２〜１０質量％、
で含有し、ここでＭ2Ｏとは、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、及びＣｓ2Ｏから成る群から選択されるアルカリ金属酸化物の合計である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の光学ガラス。 - 光学成分の質量割合の合計を、ガラス形成成分の質量割合の合計で割った商、すなわちＳＯＣ／ＳＧＦが、２．８０超、かつ最大４．５である、請求項１から４までのいずれか１項に記載の光学ガラス。
- 光学成分の質量割合の合計を、ガラス形成成分の質量割合の合計で割った商、すなわちＳＯＣ／ＳＧＦが、少なくとも３．０である、請求項５に記載の光学ガラス。
- 光学成分の質量割合の合計を、ガラス形成成分の質量割合の合計で割った商、すなわちＳＯＣ／ＳＧＦが、最大４．０である、請求項５又は６に記載の光学ガラス。
- 前記成分のＬａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3＋Ｙ2Ｏ3＋Ｙｂ2Ｏ3の質量割合の合計が、少なくとも６０質量％、かつ最大８０質量％である、請求項１から７までのいずれか１項に記載の光学ガラス。
- ＰｂＯ、Ａｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、ＣＳ2Ｏ、ＺｒＯ2、ＳｎＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、及びＴｉＯ2 からなる群より選ばれるガラス成分１種以上を含有しない、請求項１から８までのいずれか１項に記載の光学ガラス。
- 着色成分、放射性成分、及び蛍光成分からなる群より選ばれる成分１種以上を含有しない、請求項１から９までのいずれか１項に記載の光学ガラス。
- 屈折率ｎdが１．７０〜１．９０であり、かつアッベ数νdが４０〜５５である、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の光学ガラス。
- 屈折率ｎ d が１．７５〜１．８８である、請求項１１に記載の光学ガラス。
- アッベ数ν d が４２〜５３である、請求項１１又は１２に記載の光学ガラス。
- 請求項１から１３までのいずれか１項に記載の光学ガラスを有する光学要素であって、
イメージング、センサ技術、顕微鏡、医療技術、デジタル投影、電気通信、光学的なメッセージ技術／情報伝達、自動車分野における光学部品／照明からなる群から選択される分野で適用されるための、
太陽光技術、フォトリソグラフィー、ステッパー、エキシマーレーザーのための、
レンズ、プリズム、光導体ロッド、アレイ、光学繊維、並びに光学ウィンドウから成る群から選択される、前記光学要素。
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