JP6629058B2 - 光学ガラス、光学ガラスを用いた光学素子、光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば光学ガラス、光学素子、及び光学装置に関する。

近年、カメラ等の光学系の設計において、小型化や軽量化の進歩が著しい。それらの製品性能を達成する為に高性能な光学ガラスが求められている。このような光学ガラスとして、例えば、特許文献１にはＳｉＯ_２−ＰｂＯ−Ｌｉ_２Ｏ系のガラスが開示されている。

特開平０３−０５０１３８号公報

しかしながら、上記のような組成系は有害な鉛成分（ＰｂＯ）を含有しているため環境上好ましくなく、ガラス成分としては鉛成分を含まないことが望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＰｂＯを実質的に含有せず、高屈折かつ低分散の光学ガラスを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための本発明の第一の態様は、質量％で、ＳｉＯ_２ ２〜１０％、Ｂ_２Ｏ_３ １０〜２５％、ＺｎＯ ２〜１０％、Ｌａ_２Ｏ_３ ２０〜５５％、ＷＯ_３ １〜１０％、の各成分を含有し、任意成分として、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０〜０．１％、Ｇｄ_２Ｏ_３ ０〜９％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜３％、の各成分を含有し、かつＰｂＯ及びＬｉ_２Ｏを実質的に含有しない、光学ガラスである。

本発明の第二の態様は、第一の態様の光学ガラスを備える、光学素子である。

本発明の第三の態様は、第二の態様の光学素子を備える、光学装置である。

本発明の一実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子を備える撮像装置の斜視図である。

以下、本発明の実施形態（以下、「本実施形態」という。）について説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。本明細書中において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％であるものとする。尚、ここで述べる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、複合塩等が溶融時に全て分解されて酸化物に変化すると仮定し、当該酸化物の総質量を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。

本実施形態に係る光学ガラスは、ＰｂＯを実質的に含有しない光学ガラスである。なお、本明細書中において「実質的に含有しない」とは、当該成分が、不純物として不可避的に含有される濃度を越えて、ガラス組成物の特性に影響する構成成分として含有されないこと、を意味する。例えば、製造過程における１００ｐｐｍ以下程度のコンタミネーションについては、実質的に含有されていないものとする。

本実施形態に係る光学ガラスの成分組成の具体例としては、質量％で、ＳｉＯ_２ ２〜１０％、Ｂ_２Ｏ_３ １０〜２５％、ＺｎＯ ２〜１０％、Ｌａ_２Ｏ_３ ２０〜５５％、ＷＯ_３ １〜１０％、の各成分を含有し、任意成分としてＮａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０〜０．１％、Ｇｄ_２Ｏ_３ ０〜９％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜３％、の各成分を含有し、かつＰｂＯ及びＬｉ_２Ｏを実質的に含有しないものが挙げられる。

ＳｉＯ_２は、ガラス骨格を形成し、化学的耐久性を向上させる効果を有する。ＳｉＯ_２の含有量が質量％で２％未満の場合には、ガラスの失透安定性が不十分となる。また、ＳｉＯ_２の含有量が１０％を超える場合には、ガラスを高屈折率とすることが難しくなる。よって、ＳｉＯ_２の含有量は、２〜１０％であり、２〜９％であることが好ましく、３〜９％であることがより好ましい。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラス骨格を形成する成分である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が１０％未満の場合には、ガラスの失透安定性が不十分となる。また、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が２５％を超える場合には、ガラスを高屈折率とすることが難しくなる。よって、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、１０〜２５％であり、１０〜２３％であることが好ましく、１０〜２１％であることがより好ましい。

ＺｎＯは、ガラスの屈折率を高める効果を有する成分であるが、その含有量が１０％を超える場合には失透安定性が低下する。よって、ＺｎＯの含有量は、２〜１０％であり、２〜９％であることが好ましく、２〜８％であることがより好ましい。

Ｌａ_２Ｏ_３は、ガラスの屈折率を高める効果を有する成分であるが、その含有量が５５％を超える場合には失透安定性が低下する。また、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量が２０％未満の場合には高屈折率とすることが難しくなる。よって、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、２０〜５５％であり、２５〜５０％であることが好ましく、３０〜５０％であることがより好ましい。

ＷＯ_３は、ガラスの屈折率を高める成分であるが、その含有量が１％未満の場合には、高屈折率とすることが難しくなる。また、ＷＯ_３の含有量が１０％を超える場合には失透安定性が低下する。よって、ＷＯ_３の含有量は、１〜１０％であり、１〜９％であることが好ましく、１〜８％であることがより好ましい。

アルカリ金属酸化物であるＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏは、ガラスの溶融を促進する成分であるが、含有することで失透安定性が低下する。かかる観点から、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの含有量の合計（Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）は、０〜０．１％である。Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの含有量の合計が０％より多い場合、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏのいずれか一方のみが含有されていてもよいし、両方を含有していてもよい。なお、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏは実質的に含有しないことが好ましい。すなわち、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの含有量の合計は０％であることが好ましい。さらに、本実施形態に係る光学ガラスは、アルカリ金属酸化物であるＬｉ_２Ｏを含有しなくともガラスの溶融が容易であり、光学ガラスを溶融するための一般的な温度（例えば、１２００〜１４００℃）にて溶融することができる。よって、本実施形態に係る光学ガラスは、Ｌｉ_２Ｏは実質的に含有しない。

Ｇｄ_２Ｏ_３は、ガラスの屈折率を高める効果を有する成分であるが、その含有量が９％を超える場合には失透安定性が低下する。よって、Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量は、０〜９％であり、０〜８％であることが好ましく、０〜７％であることがより好ましい。

Ｎｂ_２Ｏ_５は、ガラスの屈折率を高める成分であるが、その含有量が３％を超える場合には失透安定性が低下する。よって、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は、０〜３％であり、０〜２％であることが好ましく、０〜１％であることがより好ましい。

本実施形態に係る光学ガラスは、任意成分として、ＢａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、及びＳｂ_２Ｏ_３からなる群より選ばれるいずれか１種以上を更に含有することが好ましい。その中でも、より好ましい組み合わせとしては、ＢａＯ ０〜５％、Ｙ_２Ｏ_３ ０〜１５％、ＺｒＯ_２ ０〜１０％、ＴｉＯ_２ ０〜１０％、Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜２０％、Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜１％を更に含有することが挙げられる。以下、各成分について説明する。

ＢａＯは、ガラスの屈折率を高める効果を有する成分であるが、その含有量が５％を超える場合には失透安定性が低下する。よって、ＢａＯの含有量は、０〜５％であることが好ましく、０〜４％であることがより好ましく、０〜３％であることが更に好ましい。

Ｙ_２Ｏ_３は、ガラスの屈折率を高める効果を有する成分であるが、その含有量が１５％を超える場合には失透安定性が低下する。よって、Ｙ_２Ｏ_３の含有量は、０〜１５％であることが好ましく、０〜１３％であることがより好ましく、０〜１１％であることが更に好ましい。

ＺｒＯ_２は、ガラスの屈折率を高め、化学的耐久性を向上させる効果を有する成分である。その含有量が１０％を超える場合には失透安定性が低下する。よって、ＺｒＯ_２の含有量は、０〜１０％であることが好ましく、１〜１０％であることがより好ましく、１〜９％であることが更に好ましい。

ＴｉＯ_２は、ガラスの屈折率を高め、分散を高める効果を有する。その含有量が１０％を超える場合には低分散とすることが難しくなる。よって、ＴｉＯ_２の含有量は、０〜１０％であることが好ましく、０〜９％であることがより好ましく、０〜８％であることが更に好ましい。

Ｔａ_２Ｏ_５は、ガラスの屈折率を高め、密度を増大させる効果を有する。その含有量が２０％を超える場合にはガラスの密度が過度に大きくなる。よって、Ｔａ_２Ｏ_５の含有量は、０〜２０％であることが好ましく、０〜１８％であることがより好ましく、０〜１６％であることが更に好ましい。

Ｓｂ_２Ｏ_３は、ガラスの清澄を促進する脱泡剤として機能する。その含有量は、０〜１％であることが好ましい。

本実施形態に係る光学ガラスは、環境汚染物質であり有害なＰｂＯを実質的に含有しない（いわゆる、鉛フリー）。さらに、本実施形態に係る光学ガラスは、失透安定性を低下させない観点から、ＴｅＯ_２を実質的に含有しないことが好ましい。また、光学ガラス製造時の清澄を促進する脱泡剤としてＡｓ_２Ｏ_３を含有させることが可能であるが、有害物質であるためＡｓ_２Ｏ_３は実質的に含有しないことが好ましい。

その他、必要に応じて清澄、着色、消色や光学恒数値の微調整等の目的で、上記以外の成分で、公知の清澄剤や着色剤、脱泡剤、フッ素化合物、リン酸等の成分を、本実施形態の効果が得られる範囲で、ガラス組成に適量添加することができる。また、上記成分に限らず、本実施形態の効果が得られる範囲で、その他の成分を添加することもできる。

本実施形態に係る光学ガラスの製造方法は、特に限定されず、公知の方法を採用することができる。また、製造条件は、適宜好適な条件を選択することができる。例えば、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等の原料を目標組成となるように調合し、好ましくは１１００〜１５００℃、より好ましくは１２００〜１４００℃にて溶融し、攪拌することで均一化し、泡切れを行った後、金型に流し成形する製造方法等を採用できる。このようにして得られた光学ガラスは、必要に応じてリヒートプレス等を行って所望の形状に加工し、研磨等を施すことで、所望の光学素子とすることができる。

本実施形態に係る光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．８１〜１．９３であることが好ましく、１．８３〜１．９１であることがより好ましい。また、本実施形態に係る光学ガラスは、アッベ数（νｄ）が３３〜４７であることが好ましく、３４〜４６であることがより好ましい。特に好ましい組み合わせとしては、屈折率（ｎｄ）が１．８１〜１．９３であり、かつアッベ数（νｄ）が３３〜４７であることが挙げられる。

本実施形態に係る光学ガラスは、カメラや顕微鏡等の光学装置の備えるレンズ等の光学素子として好適である。

本実施形態に係る光学ガラスは、例えば、光学装置が備える光学素子として用いることができる。図１は、本発明の一実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子を備える撮像装置（光学装置）の斜視図を示す。この撮像装置１は，いわゆるデジタル一眼レフカメラであり、カメラボディ２のレンズマウント（不図示）にレンズ鏡筒３が着脱自在に取り付けられる。そして、レンズ鏡筒３のレンズ４を通した光がカメラボディ２の背面側に配置されたマルチチップモジュール７のセンサチップ（固体撮像素子）５上に結像される。このセンサチップ５は、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサー等のベアチップであり、マルチチップモジュール７は、例えば、センサチップ５がガラス基板６上にベアチップ実装されたＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）タイプのモジュールである。

なお、光学装置としては、このような撮像装置に限らず、例えば、プロジェクタ等といった幅広い機器が包含される。光学素子についてもレンズに限らず、例えば、プリズム等を挙げることができる。

次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。各表は実施例及び比較例に係る光学ガラスについて、各成分の酸化物基準の質量％による化学組成、及び得られた光学ガラスの物性の評価結果を示したものである。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

＜光学ガラスの作製＞
各実施例及び各比較例に係る光学ガラスは、以下の手順で作製した。まず、各表に記載の化学組成（質量％）となるよう、酸化物、炭酸塩、及び硝酸塩等のガラス原料を秤量した。次に、秤量した原料を混合して坩堝に投入し、１２００〜１４００℃の温度で溶融させて攪拌均質化した。清澄を行った後、金型に鋳込んで徐冷し、成形することで各サンプルを得た。

＜光学ガラスの測定＞
各サンプルの屈折率（ｎｄ）、及びアッベ数（νｄ）は屈折率測定器（株式会社島津デバイス製造製：ＫＰＲ−２０００）を用いて測定、及び算出した。なお、アッベ数（νｄ）は下記式（１）に基づき算出した。屈折率の値は小数点以下第５位までとした。
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）・・・・（１）
ｎｄ：波長５８７．５６２ｎｍの光に対するガラスの屈折率
ｎＦ：波長４８６．１３３ｎｍの光に対するガラスの屈折率
ｎＣ：波長６５６．２７３ｎｍの光に対するガラスの屈折率

以上より、本実施例の光学ガラスはいずれも、ＰｂＯやＬｉ_２Ｏを含有せずとも、高屈折率かつ低分散であることが少なくとも確認された。

１：撮像装置、２：カメラボディ、３：レンズ鏡筒、４：レンズ、５：センサチップ、６：ガラス基板、７：マルチチップモジュール

Claims (5)

1. 質量％で、各成分の含有量が、
   ＳｉＯ_２ ２〜１０％、
   Ｂ_２Ｏ_３ １０〜２５％、
   ＺｎＯ ２〜１０％、
   Ｌａ_２Ｏ_３ ２０〜５５％、
   ＷＯ_３ １〜１０％、
   Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０〜０．１％、
   Ｇｄ_２Ｏ_３ ３．４〜９％、
   Ｎｂ_２Ｏ_５ ０〜３％、
   Ｙ _２ Ｏ _３ ０〜１５％、
   ＺｒＯ _２ ０〜５．８％、
   ＴｉＯ _２ ０〜９．５％、
   であり、
   かつＰｂＯ及びＬｉ_２Ｏを実質的に含有しない、光学ガラス（但し、質量比でＹ _２ Ｏ _３ ／（Ｙ _２ Ｏ _３ ＋Ｇｄ _２ Ｏ _３ ）が０．５００以上である場合と、ＨｆＯ _２ を含む場合と、Ｆ成分を含む場合と、を除く。）。
2. 質量％で、各成分の含有量が、
   ＢａＯ ０〜５％、
   Ｔａ_２Ｏ_５ ０〜２０％、
   Ｓｂ_２Ｏ_３ ０〜１％、
   である、請求項１に記載の光学ガラス。
3. 屈折率（ｎ_ｄ）が１．８１〜１．９３であり、アッベ数（ν_ｄ）が３３〜４７である、
   請求項１又は２に記載の光学ガラス。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ガラスを備える、光学素子。
5. 請求項４に記載の光学素子を備える、光学装置。

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