JP6672472B2 - 光学ガラス及び光学素子 - Google Patents
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Description
本発明は、高屈折低分散光学ガラスに関する。特に、記述の光学ガラスからなるガラスプリフォーム及び光学素子に関する。
光学ガラスにとって、屈折率、アッベ数、透過率は光学特性の核心となるものである。屈折率とアッベ数でガラスの基本機能が決まり、屈折率が１．７６〜１．８０、アッベ数が４７〜５１である光学ガラスは、高屈折率低分散光学ガラスとなり、これら高性能ガラスは、光学システムに応用されるのは、レンズの長さを短くすることが出来、画像の品質を向上することが出来る。
光学ガラス精密モールド成形品の品質を満たす為に、光学ガラスの転移温度Ｔｇに対して要求されている。同じ光学性能を果たす前提条件において、如何にガラスの低Ｔｇ温度を実現して、更に優れる透過率を保証するのが現在の開発目標となっている。
ＣＮ１０２０５０５７１Ａでは、屈折率が１．７７〜１．８３、アッベ数が４４〜５１である、高屈折率光学ガラスを開示しているが、そのＴｇ温度が高く、低原価の精密モールド成形には適しない。また、当該ガラスセブンには大量なＴａ２Ｏ５が含まれおり、Ｔａ２Ｏ５は高価な金属酸化物であるため、大量に使用すると高屈折率低分散光学ガラスの原料コストが高くなり、製品の経済性が劣ってしまう。更に、ＳｎＯ２、ＳｎＯ２が含まれて、溶融し難く、ガラスの中で異物が生成し易くなり、ガラスの品質及び加工性能へ影響を及ぼし、ガラスの着色度まで上がり、透過率を下げてしまうのだ。
撮影或いは投射型光学システムの光学素子の場合は、光学ガラスの透過率に対する要求が高く、高折射低分散光学ガラスから形成されたレンズの透射光量不足により、光学システムの透射光束が大幅に低下下降或いは減り、画像品質に影響を及ぼす。
本発明が解決しようとする課題は、屈折率ｎｄが１．７６〜１．８０で、アッベ数νｄが４７〜５１の高屈折低分散光学ガラスを提供することである。当該ガラスはガラス成分のＴａ２Ｏ５含有量を低下させると同時に、記述のガラスは優れた透過率を有する。
上記課題を解決するために、本発明は更に上記光学ガラスからなる光学プリフォーム及び光学素子を提供する。
光学ガラス、その組成を重量百分率を示し、以下の成分を含有する：ＳｉＯ２：０〜３％；Ｂ２Ｏ３：２５〜４０％；Ｌａ２Ｏ３：２０〜４０％；Ｇｄ２Ｏ３：１２〜２５％；ＺｒＯ２：６．５〜１５％；ＺｎＯ：１０％より大きく２０％以下；Ｔａ２Ｏ５：０〜５％；Ｎｂ２Ｏ５：０〜５％；Ｌｉ２Ｏ：０〜１０％；（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）は０．４５より小さい；Ｙ２Ｏ３：０〜１０％；ガラスの転移温度Ｔｇは６２５℃以下とする。
その内、更に：ＧｅＯ２：０〜１０％；Ｂｉ２Ｏ３：０〜１０％；Ａｌ２Ｏ３：０〜１０％；Ｎａ２Ｏ：０〜１０％；Ｋ２Ｏ：０〜１０％；ＣｅＯ２：０〜１％；Ｓｂ２Ｏ３：０〜１％；ＲＯ：０〜１０％含有し、その内ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ或いはＢａＯにおける一種或いは数種とする。
更に、その内、Ａｌ２Ｏ３：０〜５％及び／又はＮａ２Ｏ：０〜５％及び／又はＫ２Ｏ：０〜５％及び／又はＧｅＯ２：０〜５％及び／又はＢｉ２Ｏ３：０〜５％及び／又はＣｅＯ２：０〜０．５％及び／又はＳｂ２Ｏ３：０〜０．５％及び／又はＲＯ：０〜５％。
更に、その内、Ａｌ２Ｏ３：０〜１％及び／又はＮａ２Ｏ：０〜１％及び／又はＫ２Ｏ：０〜１％及び／又はＧｅＯ２：０〜１％及び／又はＢｉ２Ｏ３：０〜１％及び／又はＲＯ：０〜１％。
更に、その内、（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）／（Ｎｂ２Ｏ５＋Ｇｄ２Ｏ３）は０．３０〜１．５０；Ｌａ２Ｏ３／（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）は０．３８〜０．７５；ＺｎＯ／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）は０．２５〜０．６５。
更に、その内、Ｂ２Ｏ３：２８．５〜３５％及び／又はＬａ２Ｏ３：２５〜３５％及び／又はＧｄ２Ｏ３：１４〜２２％及び／又はＺｒＯ２：６．５〜１０％及び／又はＺｎＯ：１１〜１６％及び／又はＳｉＯ２：０〜１％及び／又はＴａ２Ｏ５：０〜１％及び／又はＮｂ２Ｏ５：０〜１％及び／又はＹ２Ｏ３：０〜７％及び／又はＬｉ２Ｏ：０〜５％。
更に、その内、Ｂ２Ｏ３：２９〜３２％及び／又はＬａ２Ｏ３：２７〜３２％及び／又はＧｄ２Ｏ３：１５〜２０％及び／又はＺｒＯ２：６．５〜８．５％及び／又はＺｎＯ：１１〜１４．５％及び／又はＳｉＯ２：０〜０．５％及び／又はＴａ２Ｏ５：０〜０．５％及び／又はＮｂ２Ｏ５：０〜０．５％及び／又はＹ２Ｏ３：０．１〜５％及び／又はＬｉ２Ｏ：０〜１％。
更に、その内、（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）０．１０より小さい；及び／又はＬａ２Ｏ３／（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）は０．４５〜０．７０；及び／又はＺｎＯ／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）は０．３０〜０．５５；及び／又は（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）／（Ｎｂ２Ｏ５＋Ｇｄ２Ｏ３）は０．４８〜１．１０。
更に、その内、（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）０．０７より小さい；及び／又はＬａ２Ｏ３／（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）は０．５５〜０．６５；及び／又はＺｎＯ／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）は０．３０〜０．５０；及び／又は（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）／（Ｎｂ２Ｏ５＋Ｇｄ２Ｏ３）は０．５０〜１．０。
その内、ガラス屈折率は１．７６〜１．８０；ガラスのアッベ数は４７〜５１；密度在５．００ｇ／ｃｍ３以下である。
ガラスプリフォームであって、上記の光学ガラスにより製造される。
光学素子であって、上記の光学ガラスにより製造される。
本発明の有益な効果：ガラス成分のＳｎＯ２を導入せず、ガラス透過率が優れるようにする。Ｔａ２Ｏ５含有量を下げ、製品原価を最適化する；合理的な成分配合により、本ガラスが求められる光学定数を実現すると同時に、精密モールド成形に有利で、且つ透過率に優れる高屈折率低分散光学ガラス、及び記述の光学ガラスからなるガラスプリフォーム及び光学素子を作りやすい。
Ｉ．光学ガラス
本明細書において、各組成の含有量、総含有量は特別説明のない限り、重量百分率で示す。更に、ガラス成分の含有量及び総含有量の比は重量比で示す。更に、以下の説明において、規定値以下或いは規定値以上の場合も当該規定値を含むものとする。
本明細書において、各組成の含有量、総含有量は特別説明のない限り、重量百分率で示す。更に、ガラス成分の含有量及び総含有量の比は重量比で示す。更に、以下の説明において、規定値以下或いは規定値以上の場合も当該規定値を含むものとする。
Ｂ２Ｏ３はガラスの網目形成成分であり、ガラスの可溶性を向上して、ガラス状転移温度を下げる役割をする。上記の効果を達成するため、本発明では２５％以上或いはもっと多くのＢ２Ｏ３を取入れるが、その取入れ量が４０％を超えてしまうと、ガラスの安定性が下がり、屈折率も下がり、本発明の高屈折率ガラスは得られなくなる。従って、２５〜４０％のＢ２Ｏ３を取入れ、好ましくはＢ２Ｏ３を２８．５〜３５％取り入れ、更に好ましくは２９〜３２％を取入れる。
ＳｉＯ２もガラス形成体であり、Ｂ２Ｏ３から構成されたふっくらとした粗鬆なチェーン状の層状網目とは異なって、ＳｉＯ２がガラスにおいて形成されたのは、シリカ四面体形の三次元ネットワークで、非常に緻密で硬い。このようなネットワークをガラスに入れると、粗鬆なホウ素酸素三角体［ＢＯ３］ネットワークを強化して、もっと緻密させ、それによりガラスの高温粘度を上げる。同時に、珪素酸素四面体三次元ネットワークの導入により、ガラスネットワークはＬａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５等結晶化陽イオン及び陰イオンを隔離する能力が増強され、結晶化閾値を増やし、ガラスの耐結晶化性能を向上させる。但し、ＳｉＯ２の含有量が無制限に大きくなると、溶解が難しくなり、一方比較的高い屈折率及び低分散性は維持できるが、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３等レアアース酸化物の含有量が増加されてしまい、ＳｉＯ２のＬａ２Ｏ３に対する溶解度は低く、ガラス耐結晶化性能が急激に下がってしまう。したがって、本発明においては、ＳｉＯ２含有量を０〜３％に限定し、好ましくは０〜１％とし、更に好ましくは０〜０．５％とする。
Ｌａ２Ｏ３は、本発明に必要な光学特性を得るための必須成分である。Ｌａ２Ｏ３の含有量が２０％より小さくなった際に、必要とする光学特性は果たせなくなる。但しその含有量が４０％を超えてしまうと、ガラス耐失透性及び溶融性能が全て悪化してしまう。従って、本発明においてＬａ２Ｏ３の含有量は２０〜４０％とし、好ましくは２５〜３５％とし、更に好ましくは２７〜３２％とする。
Ｇｄ２Ｏ３は、高屈折率光学ガラスの有効成分であり、本発明においては、Ｇｄ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３が共存することにより、ガラスの安定性を向上させるが、Ｇｄ２Ｏ３含有量が１２％より低い場合は、上記の効果は目立たない。その含有量が２５％を越える際には、ガラスの耐失透性が下がり、ガラスを形成する安定性が悪くなってしまう。従って、本発明のＧｄ２Ｏ３の含有量は１２〜２５％とし、好ましくは１４〜２２％とし、更に好ましくは１５〜２０％とする。
本発明の高折射低分散作用の成分においては更にＹ２Ｏ３を導入することで、ガラスの熔融性、耐失透性を改善すると共に、ガラスの結晶上限温度を下げることが出来るが、その含有量が１０％を超えてしまうと、ガラスの安定性、耐失透性が下がってしまう。従って、Ｙ２Ｏ３の含有量は０〜１０％とし、好ましくは０〜７％とし、更に好ましくは０．１〜５％とする。
Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３において、ガラスの屈折率を上げ、更にガラスの安定性を維持する最大作用をする成分はＬａ２Ｏ３である。但し、本発明の光学ガラスではＬａ２Ｏ３のみを取り入れると、充分なガラス安定性が得られなくなる。従って、本発明においては、Ｌａ２Ｏ３成分の取り入れ量は相対的に多くなり、更にはＬａ２Ｏ３及びＧｄ２Ｏ３が共存する。或いは好ましくはＬａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３を共存させる。更に好ましくはＬａ２Ｏ３／（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）を０．３８〜０．７５とし、もっと好ましくはＬａ２Ｏ３／（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）を０．４５〜０．７０とし、より一層好ましくはＬａ２Ｏ３／（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）を０．５５〜０．６５とすることで、優れたガラス安定性を有する高屈折率低分散ガラスが得られ、同時にガラスは着色難くなる。
Ｎｂ２Ｏ５はガラスの屈折率を上げ、液相温度を上げるのに非常に良い効果があり、ガラスの耐結晶性及び化学耐久性の作用を有する。但しその含有量が５％を超えてしまうと、ガラスの色分散が上がってしまい、本発明のガラスの光学特性は達成できなくなる。従ってＮｂ２Ｏ５の含有量を０〜５％とし、好ましくは０〜１％とし、更に好ましくは０〜０．５％とする。
Ｔａ２Ｏ５は、屈折率を向上する役割を有し、更にガラス低分散を維持するのにＮｂ２Ｏ５より優れるが、他の成分と比べるとＴａ２Ｏ５は非常に高価なものなので、本発明はその実用性並びにコストから考慮して、使用量を減らしている。本発明のＴａ２Ｏ５の含有量は０〜５％とし、好ましくは０〜１％とし、更に好ましくは０〜０．５％とし、より一層好ましくは取り入れないことである。
ＺｎＯを適量にガラスに入れると、ガラスの化学安定性を向上すると同時に、ガラスの高温粘度及びＴｇ温度を下げることが出来る。但し、大量にＺｎＯ入れると、ガラスの耐結晶性能が低下してしまい、高温粘度も小さくなり、成形が困難になる。本ガラス体系において、ＺｎＯの含有量が１０％より低くなると、Ｔｇ温度が設計要求を満たさなくなる。但しその含有量が２０％より高くなると、ガラスの耐結晶性能が下がり、高温粘度は設計要求を満たさなくなる。従って、ＺｎＯの含有量を１０％より大きく２０％以下と限定し、好ましくは１０．２〜２０％とし、更に好ましくは１１〜１６％とし、より一層好ましくは１１〜１４．５％とする。
本発明では比較的に低いＴｇ温度を得て、且つ、安定性が良く、溶融しやすいガラスを得る為に、発明者は大量の試験研究を経て、ＺｎＯ／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）が０．２５〜０．６５場合に、好ましくはＺｎＯ／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）０．３０〜０．５５とし、更に好ましくはＺｎＯ／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）０．３０〜０．５０とする場合に、ガラスの安定性とＴｇ温度は最適なバランスが取れて、品質の優れる製品が得られることを見つけた。
ＺｒＯ２は、高屈折酸化物であり、ガラスの屈折率を明らかに向上させると同時にガラスの化学安定性を向上することが出来る。本発明において、ＺｒＯ２は、更にガラスの異常分散性の役割を有し、ガラスの異常分散性は、光学設計においてセカンダリスペクトルを無くすのに有利であり、その含有量が余りにも低くなると、前述の効果は明らかでなくなるが、過大に入れてしまうとガラスの結晶リスクが高くなってしまうのだ。従って、その含有量を６．５〜１５％限定し、好ましくは６．５〜１０％とし、更に好ましくは６．５〜８．５％とする。
光学ガラスにとって、光学透過率はとても重要な性能指標となり、（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）／（Ｎｂ２Ｏ５＋Ｇｄ２Ｏ３）の範囲を０．３０〜１．５０制御することが望ましく、好ましくは０．４８〜１．１０とし、更に好ましくは０．５０〜１．００とし、より一層好ましくは０．５０〜０．７０とするときに、本発明において優先して選定した屈折率及びアッベ数範囲を実現すると同時に、ガラスの着色問題を効果的に抑制し、ガラスの熱安定性及び耐失透性能を向上することが出来る。
少量にＡｌ２Ｏ３を取り入れるとガラスの安定性及び化学安定性を改善することが出来るが、その含有量が１０％を超えてしまうと、ガラスの熔融性が悪くなり、耐失透性が下がってしまう傾向が現れるので、従って本発明Ａｌ２Ｏ３の含有量は０〜１０％とし、好ましくは０〜５％とし、更に好ましくは０〜１％とし、より一層好ましくは取り入れないことである。
Ｌｉ２Ｏをガラス成分に取り入れると、ガラスのＴｇ温度を効果的に下げられる。ただし、低軟化点光学ガラスでは通常白金或いは白金合金の坩堝で精錬し、高温精錬において、ガラス成分のＬｉ＋が白金或いは白金合金るつぼを腐食しやすく、完成品ガラスに比較的に多い白金を含む異物が生じ、ガラスの品質が下がってしまう。一方、これらガラスは精密モールディング成形において、ガラス素子の表面が惚けてしまうリスクもあり、その原因は、金型に通常炭素元素を含有する離型剤を塗るため、ガラス成分のＬｉは離型剤の炭素元素と容易に反応し、ガラス製品表面に粗い不透明な膜が出来てしまう。従って、その含有量を０〜１０％限定し、好ましくは０〜５％とし、更に好ましくは０〜１％とする。
Ｎａ２Ｏ及びＫ２ＯはＴｇを下げる効果のある任意成分であり、その成分が余りにも多くなると、失透温度の上昇によりガラスが出来なくなる恐れが有る為、その含有量をそれぞれ０〜１０％限定し、好ましくは０〜５％とし、更に好ましくは０〜１％とする。
本発明者は大量の試験研究を通して、Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５の合計含有量及びＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏの合計含有量は本ガラスの化学安定性及びＴｇ温度の比較的に大きな影響を与えていることを発見した。（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）の含有量が０．４５を越える際には、ガラスのＴｇ温度が明らかに上昇され、精密モールド成形には不利となり、（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）が０．１０より低くなった場合は、本ガラスの化学安定性が明らかに増強され、且つ、ガラスの密度を効果的に下げることが出来る。以上に鑑み、本発明ガラスにおいて、（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）を０．４５より小さく限定し、好ましくは（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）を０．１０より小さくし、更に好ましくは（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）を０．０７より小さくし、より一層好ましくは（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）を０．０１より小さくする。
ＲＯ（ＲＯは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ或いはＢａＯにおける一種或いは数種とする）は、ガラスの熔融性を改善し、ガラスの光学特性を調整できるが、その含有量が１０％を超えてしまうと、ガラスの耐失透性が下がるので、本発明ではＲＯ含有量を０〜１０％とするのが望ましく、好ましくは０〜５％とし、更に好ましくは０〜１％とする。
Ｂｉ２Ｏ３は、ガラスの屈折率を向上することが出来るが、余りにも多く含有する場合は、可視光区域の短波の長い側の透射率が下がり、ガラスはちゃくしょくが発生する傾向があるので、本発明では、Ｂｉ２Ｏ３の含有量を好ましくは０〜１０％とし、更に好ましくは０〜５％とし、より一層好ましくは０〜１％とし、一番好ましくは取り入れないことである。
ＧｅＯ２もガラスを形成する安定性及び耐失透性を改善する成分であるが、ＧｅＯ２は非常に高価な成分であるため、好ましくはＧｅＯ２の含有量をそれぞれ０〜１０％とし、更に好ましくは０〜５％とし、より一層好ましくは０〜１％とし、一番好ましくは取り入れないことである。
Ｓｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２成分を少量に添加することにより、ガラスの澄清效果を向上するが、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が１％を超えてしまうと、ガラスは耐失透性能が下がってしまい、色分散が増大するリスクがあり、同時に強い酸化作用により成型金型の悪化を促進しまうので、本発明では、Ｓｂ２Ｏ３の添加量を好ましくは０〜１％とし、更に好ましくは０〜０．５％とし、より一層好ましくは入れないことである。ＣｅＯ２の作用及び添加量比例はＳｂ２Ｏと一致し、その含有量は好ましくは０〜１％とし、更に好ましくは０〜０．５％とし、より一層好ましくは添加しない。
Ｆは光線の屈折性の改善、相対屈折率の温度係数の減少に比較的に大きな効果のある成分であるが、製造工程で揮発されてしまうので、環境負荷の問題が発生し、成形作業においても作業温度区域において、ガラス表面から揮発され均質でない部分が形成されるので、適切な光学素子とはならず、本発明においては、優れる品質のガラスを造り、光学定数の一致性が良好な為には、Ｆ成分を取り入れない。
以下、本発明の光学ガラスの特性について詳細に説明する。
以下、本発明の光学ガラスの特性について詳細に説明する。
［光学ガラスの光学定数］
本発明の光学ガラスは高屈折率・低分散ガラスであり、高屈折率・低分散ガラスより製造されたレンズの多くは高屈折率高分散ガラスより製造されたレンズと組合せて、色差校正に用いる。本発明の光学ガラスは、その用途の光学特性に適用する角度から勘案して、ガラス屈折率範囲を１．７６〜１．８０とし、好ましくは１．７６〜１．７９範囲とし、更に好ましくは１．７６〜１．７８範囲とし、より一層好ましくは１．７７〜１．７８範囲する。本発明ガラスのアッベ数νｄの範囲は４７〜５１とし、好ましくは４８〜５０範囲とし、更に好ましくは４９〜５０範囲とする。
本発明の光学ガラスは高屈折率・低分散ガラスであり、高屈折率・低分散ガラスより製造されたレンズの多くは高屈折率高分散ガラスより製造されたレンズと組合せて、色差校正に用いる。本発明の光学ガラスは、その用途の光学特性に適用する角度から勘案して、ガラス屈折率範囲を１．７６〜１．８０とし、好ましくは１．７６〜１．７９範囲とし、更に好ましくは１．７６〜１．７８範囲とし、より一層好ましくは１．７７〜１．７８範囲する。本発明ガラスのアッベ数νｄの範囲は４７〜５１とし、好ましくは４８〜５０範囲とし、更に好ましくは４９〜５０範囲とする。
［光学ガラスの着色］
本発明ガラスの短波透射スペクトル特性は着色度（λ８０／λ５）で表す。λ８０とは、ガラス透過率が８０％達する時に対応する波長の事を指し、λ５とは、ガラス透過率が５％達する時に対応する波長の事を指す。その内、λ８０の測定は相互並行して且つ、光学研磨の二つの相対平面で厚さが１０±０．１ｍｍのガラスを使って、２８０ｎｍから７００ｎｍまでの波長域内の分光透過率を測定して、且つ透過率８０％の波長を表す。所謂分光透過率或いは透過率とは、ガラスの上記表面に強度Ｉｉｎの光を垂直に入射して、ガラスを透過して、異なる平面から強度Ｉｏｕｔの光を入射する状況において、Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎによって表示する量であり、また、ガラスの上記表面上の表面反射損失の透過率を含んだ。ガラスの屈折率が高いほど、表面反射損失は大きい。そのため、高屈折率ガラスにおいては、λ７０の値が小さければ、ガラス自体の着色は極めて少ない。
本発明ガラスの短波透射スペクトル特性は着色度（λ８０／λ５）で表す。λ８０とは、ガラス透過率が８０％達する時に対応する波長の事を指し、λ５とは、ガラス透過率が５％達する時に対応する波長の事を指す。その内、λ８０の測定は相互並行して且つ、光学研磨の二つの相対平面で厚さが１０±０．１ｍｍのガラスを使って、２８０ｎｍから７００ｎｍまでの波長域内の分光透過率を測定して、且つ透過率８０％の波長を表す。所謂分光透過率或いは透過率とは、ガラスの上記表面に強度Ｉｉｎの光を垂直に入射して、ガラスを透過して、異なる平面から強度Ｉｏｕｔの光を入射する状況において、Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎによって表示する量であり、また、ガラスの上記表面上の表面反射損失の透過率を含んだ。ガラスの屈折率が高いほど、表面反射損失は大きい。そのため、高屈折率ガラスにおいては、λ７０の値が小さければ、ガラス自体の着色は極めて少ない。
本発明の光学ガラスのλ８０は、４００ｎｍ以下、好ましくはλ８０の範囲は３９５ｎｍ以下、更に好ましくはλ８０の範囲は３９０ｎｍ以下、より更に好ましくはλ８０の範囲は３８５ｎｍ以下で、より一層更に好ましくはλ８０の範囲は３８０ｎｍ以下である。
λ５は、３００ｎｍ以下、好ましくはλ５の範囲は２９０ｎｍ以下、更に好ましくはλ５の範囲は２８５ｎｍ以下、より一層好ましくはλ５の範囲は２８０ｎｍ以下である。
λ５は、３００ｎｍ以下、好ましくはλ５の範囲は２９０ｎｍ以下、更に好ましくはλ５の範囲は２８５ｎｍ以下、より一層好ましくはλ５の範囲は２８０ｎｍ以下である。
［光学ガラスの密度］
光学ガラスの密度は温度２０℃の時の単位体積の質量であり、単位はｇ／ｃｍ３で表示する。
光学ガラスの密度は温度２０℃の時の単位体積の質量であり、単位はｇ／ｃｍ３で表示する。
本発明のガラスの密度は５．００ｇ／ｃｍ３以下で、４．８０ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、更に好ましくは４．７０ｇ／ｃｍ３以下で、より一層好ましくは４．６０ｇ／ｃｍ３以下である。
［光学ガラスの転移温度］
光学ガラスは、ある温度区間で徐々に固体状態から可塑態変わる。転移温度とは、ガラス試料が室温から撓み温度まで昇温し、その低温エリア及び高温エリアの直線部分の延長線が交差する接点の対応する温度を言う。
光学ガラスは、ある温度区間で徐々に固体状態から可塑態変わる。転移温度とは、ガラス試料が室温から撓み温度まで昇温し、その低温エリア及び高温エリアの直線部分の延長線が交差する接点の対応する温度を言う。
本発明ガラスの転移温度Ｔｇは６２５℃以下で、好ましくは６２０℃以下とし、更に好ましくは６１５℃以下とし、より一層好ましくは６１０℃以下とする。
ＩＩ．ガラスプリフォーム及び光学素子
以下、本発明の光学プリフォーム及び光学素子を説明する。
本発明の光学プリフォーム及び光学素子は、全て上記本発明の光学ガラスからなる。本発明の光学プリフォームは、高屈折率・低分散特性を有する。本発明の光学素子は、高屈折率・低分散特性を有し、低コストで光学価値の高い各種レンズ、プリズム等光学素子を提供することができる。
以下、本発明の光学プリフォーム及び光学素子を説明する。
本発明の光学プリフォーム及び光学素子は、全て上記本発明の光学ガラスからなる。本発明の光学プリフォームは、高屈折率・低分散特性を有する。本発明の光学素子は、高屈折率・低分散特性を有し、低コストで光学価値の高い各種レンズ、プリズム等光学素子を提供することができる。
レンズの例として、レンズ面が球面或いは非球面の凹面のメニスカスレンズ、凸面のメニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ等各種レンズがある。
これらレンズは、高屈折率高分散ガラスより製造されたレンズと組合せて、色差校正をすることができ、色差校正用のレンズに適切する。また、光学体系のコンパクト化にも非常に有效なレンズである。
プリズムにとっては、屈折率が高い為、撮影光学体系に組合せすることによって、屈曲光路を経由して、必要とする方向へ向けば、即ち、コンパクトで、広角の光学体系を実現できる。
［光学ガラス実施例］
本発明の課題を解決するための手段として、以下、実施例を挙げて本発明の光学ガラスを更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られない。
本発明の課題を解決するための手段として、以下、実施例を挙げて本発明の光学ガラスを更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られない。
光学ガラスを製造する熔融及び成型方法は、本分野技術者が公知の技術を取り入れる。ガラス原料（炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸化物、ホウ酸等）をガラス酸化物の配合比率によって計量配合して、均一の混合後、精錬装置に投入して（例えば、プラチナるつぼ）、１１５０〜１４００℃条件で適切な攪拌、清澄化及び均質化された後、１２５０℃以下まで温度を下げ、成型金型に流し込み或いは漏れ込み、最後にアニーリング、加工等後処理、或いは精密成形技術によって直接圧縮成形する。
更に、以下に示す方法で本発明の各ガラスの特性を定義するものとし、測定結果を表１〜表９に示す。
（１）屈折率ｎｄ及びアッベ数νｄ
屈折率及びアッベ数は、ＧＢ／Ｔ７９６２．１−２０１０によって測定する。
（１）屈折率ｎｄ及びアッベ数νｄ
屈折率及びアッベ数は、ＧＢ／Ｔ７９６２．１−２０１０によって測定する。
（２）ガラス着色度（λ８０／λ５）
相互相対の二つの光学平面を研磨した厚さ１０±０．１ｍｍのガラスサンプルで、分光透過率を測定し、その結果によって算出する。
相互相対の二つの光学平面を研磨した厚さ１０±０．１ｍｍのガラスサンプルで、分光透過率を測定し、その結果によって算出する。
（３）ガラス転移温度（Ｔｇ）
ＧＢ／Ｔ７９６２．１６−２０１０規定によって測定する。
ＧＢ／Ｔ７９６２．１６−２０１０規定によって測定する。
（４）ガラスの密度（ρ）
ＧＢ／Ｔ７９６２．２０−２０１０規定によって測定する。
ＧＢ／Ｔ７９６２．２０−２０１０規定によって測定する。
［光学プリフォームの実施例］
表１における実施例１で得られた光学ガラスを予定の大きさにカットして、更にその表面に離型剤を均一に塗布してから、加熱・軟化の後、加圧成形して、凹面のメニスカスレンズ、凸面のメニスカスレンズ、両凸レンズ、双凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ等各種レンズ、プリズムのプリフォームを制作する。
表１における実施例１で得られた光学ガラスを予定の大きさにカットして、更にその表面に離型剤を均一に塗布してから、加熱・軟化の後、加圧成形して、凹面のメニスカスレンズ、凸面のメニスカスレンズ、両凸レンズ、双凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ等各種レンズ、プリズムのプリフォームを制作する。
［光学素子の実施例］
上記光学プリフォーム実施例から得られたこれらのプリフォームをアニーリングし、ガラス内部の変形を低下すると同時に、微調整を行い、屈折率等光学特性が予期の必要値を達成させる。
上記光学プリフォーム実施例から得られたこれらのプリフォームをアニーリングし、ガラス内部の変形を低下すると同時に、微調整を行い、屈折率等光学特性が予期の必要値を達成させる。
次に、各プリフォームを研削、研磨して、凹面のメニスカスレンズ、凸面のメニスカスレンズ、両凸レンズ、双凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ等各種レンズ、プリズムを制作する。得られる光学素子の表面には反射防止フィルムを塗布することができる。
本発明は低コストで、且つ透過率の優れた高屈折・低分散光学ガラスであり、屈折率は１．７６〜１．８０、アッベ数は４７〜５１で、及び記述のガラスからりなる光学素子であり、現代新型光電製品のニーズを満たすことができる。
Claims (12)
- 重量百分率で示された、ＳｉＯ２：０〜３％；Ｂ２Ｏ３：２５〜４０％；Ｌａ２Ｏ３：２０〜４０％；Ｇｄ２Ｏ３：１４〜２５％；ＺｒＯ２：６．５〜１５％；ＺｎＯ：１０％より大きく２０％以下；Ｔａ２Ｏ５：０〜０．５％；Ｎｂ２Ｏ５：０〜５％；Ｌｉ２Ｏ：０〜１０％；（Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）０．４５より小さい；Ｙ２Ｏ３：０〜１０％を含有し、ガラス屈折率は１．７６〜１．８０である、光学ガラス。
- 更に、ＧｅＯ２：０〜１０％；Ｂｉ２Ｏ３：０〜１０％；Ａｌ２Ｏ３：０〜１０％；Ｎａ２Ｏ：０〜１０％；Ｋ２Ｏ：０〜１０％；ＣｅＯ２：０〜１％；Ｓｂ２Ｏ３：０〜１％；ＲＯ：０〜１０％［その中で、ＲＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ或いはＢａＯにおける一種或いは数種である］を含有する請求項１に記載の光学ガラス。
- Ａｌ２Ｏ３：０〜５％及び／又はＮａ２Ｏ：０〜５％及び／又はＫ２Ｏ：０〜５％及び／又はＧｅＯ２：０〜５％及び／又はＢｉ２Ｏ３：０〜５％及び／又はＣｅＯ２：０〜０．５％及び／又はＳｂ２Ｏ３：０〜０．５％及び／又はＲＯ：０〜５％を含有する請求項２に記載の光学ガラス。
- Ａｌ２Ｏ３：０〜１％及び／又はＮａ２Ｏ：０〜１％及び／又はＫ２Ｏ：０〜１％及び／又はＧｅＯ２：０〜１％及び／又はＢｉ２Ｏ３：０〜１％及び／又はＲＯ：０〜１％を含有する請求項２に記載の光学ガラス。
- （ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）／（Ｎｂ２Ｏ５＋Ｇｄ２Ｏ３）は０．３０〜１．５０；Ｌａ２Ｏ３／（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）は０．３８〜０．７５；ＺｎＯ／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）は０．２５〜０．６５である請求項１又は２に記載の光学ガラス。
- Ｂ２Ｏ３：２８．５〜３５％及び／又はＬａ２Ｏ３：２５〜３５％及び／又はＺｒＯ２：６．５〜１０％及び／又はＺｎＯ：１１〜１６％及び／又はＳｉＯ２：０〜１％及び／又はＮｂ２Ｏ５：０〜１％及び／又はＹ２Ｏ３：０〜７％及び／又はＬｉ２Ｏ：０〜５％を含有する請求項１又は２に記載の光学ガラス。
- Ｂ２Ｏ３：２９〜３２％及び／又はＬａ２Ｏ３：２７〜３２％及び／又はＺｒＯ２：６．５〜８．５％及び／又はＺｎＯ：１１〜１４．５％及び／又はＳｉＯ２：０〜０．５％及び／又はＮｂ２Ｏ５：０〜０．５％及び／又はＹ２Ｏ３：０．１〜５％及び／又はＬｉ２Ｏ：０〜１％を含有する請求項１又は２に記載の光学ガラス。
- （Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）は０．１０より小さい；及び／又はＬａ２Ｏ３／（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）は０．４５〜０．７０；及び／又はＺｎＯ／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）は０．３０〜０．５５；及び／又は（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）／（Ｎｂ２Ｏ５＋Ｇｄ２Ｏ３）は０．４８〜１．１０である請求項１又は２に記載の光学ガラス。
- （Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５）／（ＺｎＯ＋Ｌｉ２Ｏ）は０．０７より小さい；及び／又はＬａ２Ｏ３／（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）は０．５５〜０．６５；及び／又はＺｎＯ／（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）は０．３０〜０．５０；及び／又は（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）／（Ｎｂ２Ｏ５＋Ｇｄ２Ｏ３）は０．５０〜１．０である請求項１又は２に記載の光学ガラス。
- ガラスのアッベ数は４７〜５１；密度は５．００ｇ／ｃｍ３以下；ガラスの転移温度Ｔｇは６２５℃以下である請求項１又は２に記載の光学ガラス。
- 請求項１〜１０のいずれかに記述の光学ガラスにより製造されるガラスプリフォーム。
- 請求項１〜１０のいずれかに記述の光学ガラスにより製造される光学素子。
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