TW201331146A - 光學玻璃、預成形體及光學元件 - Google Patents

光學玻璃、預成形體及光學元件 Download PDF

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Abstract

本發明更廉價地提供一種折射率(nd)及阿貝數(νd)於所期望之範圍內並且對可見光之透明性較高之光學玻璃。關於本發明之光學玻璃,其相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計含有5.0%~40.0%之B2O3成分、10.0%~40.0%之La2O3成分、10.0%~40.0%之ZnO成分,具有1.75以上之折射率(nd),且具有30以上40以下之阿貝數(νd)。

Description

光學玻璃、預成形體及光學元件
本發明係關於一種光學玻璃、預成形體及光學元件。
近年來,使用光學系統之設備之數字化或高精細化急速發展,於數位相機或視訊攝影機等攝影設備、或者投影儀或投影電視等圖像播放(投影)設備等各種光學設備之領域中,削減光學系統中所使用之透鏡或稜鏡等光學元件之片數而使光學系統整體輕量化及小型化之要求增強。
於製作光學元件之光學玻璃中,尤其是可實現光學系統整體之輕量化及小型化的具有1.75以上之折射率(nd)且具有30以上40以下之阿貝數(νd)之高折射率低分散玻璃之需要非常高。作為此種高折射率低分散玻璃,已知有如專利文獻1~3所代表之玻璃組成物。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開昭48-059116號公報
[專利文獻2]日本專利特開昭52-103412號公報
[專利文獻3]日本專利特開2004-161506號公報
為降低光學玻璃之材料成本,期望光學玻璃之原料儘量廉價。然而,專利文獻1~3中所記載之玻璃組成物由於原料大量含有為昂貴成分之Ta2O5成分或Nb2O5成分、以及 Gd2O3成分或Yb2O3成分等稀土成分,故而不可謂充分滿足上述要求。
亦考慮,較多地含有如TiO2成分之相對廉價之高折射率成分代替該等昂貴之成分而獲得所期望之折射率等光學特性。然而,較多地含有此種廉價之高折射率成分之玻璃大多會著色,不適合用於使可見光透過之透鏡或稜鏡等光學元件之用途。
本發明係鑒於上述問題而成者,其目的在於更廉價地獲得折射率(nd)及阿貝數(νd)於所期望之範圍內並且適用於使可見光透過之光學元件之光學玻璃。
本發明者等人為解決上述課題反覆進行銳意實驗研究,結果發現,藉由相對於含有B2O3成分及La2O3成分之玻璃而含有10.0%以上之ZnO成分,可利用相對廉價之ZnO成分使玻璃之材料成本降低,並且維持所期望之折射率及阿貝數,且玻璃之著色減少,從而完成本發明。具體而言,本發明提供如下者。
(1)一種光學玻璃,其相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計含有5.0~40.0%之B2O3成分、10.0~40.0%之La2O3成分及10.0~40.0%之ZnO成分,具有1.75以上之折射率(nd),且具有30以上40以下之阿貝數(νd)。
(2)如上述(1)之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計為:Gd2O3成分 0~5.0% Y2O3成分 0~5.0% Yb2O3成分 0~5.0% Lu2O3成分 0~5.0% Ta2O5成分 0~15.0%。
(3)如上述(1)或(2)之光學玻璃,其中質量和(Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+Lu2O3+Ta2O5)相對於氧化物換算組成之玻璃總質量為15.0%以下。
(4)如上述(1)至(3)中任一項之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,Nb2O5成分之含量為20.0%以下。
(5)如上述(1)至(4)中任一項之光學玻璃,其中Ln2O3成分(式中,Ln係選自由La、Gd、Y、Yb、Lu所組成之群中之1種以上)之質量和相對於氧化物換算組成之玻璃總質量為10.0%以上40.0%以下。
(6)如上述(1)至(5)中任一項之光學玻璃,其中氧化物換算組成之質量比ZnO/(Ln2O3+Ta2O5+Nb2O5)為0.31以上。
(7)如上述(1)至(6)中任一項之光學玻璃,其中相對於氧 化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計為: TiO2成分 0~20.0% WO3成分 0~25.0%。
(8)如上述(1)至(7)中任一項之光學玻璃,其中質量和(TiO2+Nb2O5+WO3)相對於氧化物換算組成之玻璃總質量為20.0%以下。
(9)如上述(1)至(8)中任一項之光學玻璃,其中氧化物換 算組成之質量比TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3)為0.50以下。
(10)如上述(1)至(9)中任一項之光學玻璃,其中氧化物換算組成之質量比(TiO2+Nb2O5+WO3)/Ln2O3為0.16以上。
(11)如上述(1)至(10)中任一項之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,SiO2成分之含量為15.0%以下。
(12)如上述(1)至(11)中任一項之光學玻璃,其中氧化物換算組成之質量比SiO2/B2O3未達1.00。
(13)如上述(1)至(12)中任一項之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,Li2O成分之含量為5.0%以下。
(14)如上述(1)至(13)中任一項之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計為:MgO成分 0~10.0% CaO成分 0~10.0% SrO成分 0~10.0% BaO成分 0~10.0%。
(15)如上述(1)至(14)中任一項之光學玻璃,其中RO成分(式中,R係選自由Mg、Ca、Sr、Ba所組成之群中之1種以上)之質量和相對於氧化物換算組成之玻璃總質量未達15.0%。
(16)如上述(1)至(15)中任一項之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計為:Na2O成分 0~5.0% K2O成分 0~5.0% Cs2O成分 0~5.0%。
(17)如上述(1)至(16)中任一項之光學玻璃,其中Rn2O成分(式中,Rn係選自由Li、Na、K、Cs所組成之群中之1種以上)之質量和相對於氧化物換算組成之玻璃總質量為10.0%以下。
(18)如上述(1)至(17)中任一項之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計為:P2O5成分 0~10.0% GeO2成分 0~10.0% Bi2O3成分 0~10.0% ZrO2成分 0~15.0% Al2O3成分 0~5.0% Ga2O3成分 0~5.0% TeO2成分 0~15.0% SnO2成分 0~1.0% Sb2O3成分 0~1.0%。
(19)一種光學元件,其包含如上述(1)至(18)中任一項之光學玻璃。
(20)一種精密加壓成形用預成形體,其包含如上述(1)至(18)中任一項之光學玻璃。
(21)一種光學元件,其係對如(20)之精密加壓成形用預成形體進行精密加壓成形而成。
(22)一種玻璃成形體之製造方法,其係使如上述(1)至 (18)中任一項之光學玻璃軟化並於模具內進行加壓成形。
根據本發明,可更廉價地獲得折射率(nd)及阿貝數(νd)於所期望之範圍內並且適合於使可見光透過之光學元件之光學玻璃。
本發明之光學玻璃係相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計含有5.0~40.0%之B2O3成分、10.0~40.0%之La2O3成分及10.0~40.0%之ZnO成分,具有1.75以上之折射率(nd),且具有30以上40以下之阿貝數(νd)。藉由相對於含有B2O3成分及La2O3成分之玻璃而含有10.0%以上之ZnO成分,可利用相對廉價之ZnO成分使玻璃之材料成本降低,並且維持所期望之折射率及阿貝數,且使玻璃之著色減少而提高可見光透過率。與此同時,藉由將B2O3成分及La2O3成分作為基底,可較容易地獲得具有1.75以上之折射率(nd)及30以上之阿貝數(νd),並且著色更少而可見光透過率較高之玻璃。因此,可更廉價地獲得折射率(nd)及阿貝數(νd)於所期望之範圍內並且適合於使可見光透過之光學元件之光學玻璃。
以下,對本發明之光學玻璃之實施形態進行詳細地說明。本發明並不受以下之實施形態之任何限定,可於本發明之目的範圍內進行適當變更而實施。再者,對於說明重複之部分,有時會適當地省略說明,但並不限定發明之主旨。
[玻璃成分]
以下,對構成本發明之光學玻璃之各成分之組成範圍進行說明。於本說明書中,於無特別限定之情形時,各成分之含量均設為以氧化物換算組成相對於玻璃總質量之質量%表示者。此處,所謂「氧化物換算組成」,係指於假設用作本發明之玻璃構成成分之原料之氧化物、複合鹽、金屬氟化物等於熔融時全部分解而變為氧化物之情形時,將該生成氧化物之總質量設為100質量%而標記玻璃中所含有之各成分而得之組成。
<關於必需成分、任意成分>
B2O3成分為玻璃形成成分,且為本發明之光學玻璃中所必需之成分。
尤其,藉由含有5.0%以上之B2O3成分,可促進穩定之玻璃之形成而減少失透,且提高玻璃之熱穩定性。因此,B2O3成分之含量之下限較佳為5.0%、更佳為6.0%、進而較佳為7.0%、進而較佳為9.0%。再者,B2O3成分之含量亦可設為15.0%以上,亦可超過17.0%。
另一方面,藉由使B2O3成分之含量為40.0%以下,可抑制玻璃之折射率之降低,且抑制化學耐久性之惡化。因此,B2O3成分之含量之上限較佳為40.0%、更佳為30.0%、進而較佳為25.0%。
B2O3成分可使用H3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7.10H2O、BPO4等作為原料。
La2O3成分藉由含有10.0%以上而為提高玻璃之折射率及 阿貝數之成分。又,於稀土元素中相對廉價,為有效抑制玻璃之材料成本之上升之成分。因此,La2O3成分為應包含於本發明之光學玻璃中之成分。因此,La2O3成分之含量之下限較佳為10.0%、更佳為15.0%為,進而較佳為超過17.0%,進而較佳為設20.0%,進而較佳為設為超過25.0%。
另一方面,藉由使La2O3成分之含量為40.0%以下,可減少玻璃之失透。因此,La2O3成分之含量之上限較佳為40.0%、更佳為38.0%、進而較佳為36.0%。
La2O3成分可使用La2O3、La(NO3)3.XH2O(X為任意之整數)等作為原料。
ZnO成分係於本發明之折射率及阿貝數之範圍內,即便含有10.0%以上,對折射率及阿貝數之影響亦較小之成分。因此,本案發明者等人發現,藉由含有10.0%以上之ZnO成分,可維持所期望之折射率及阿貝數,並且降低玻璃之材料成本,且減少玻璃之失透。即,ZnO成分為應包含於本發明之光學玻璃中之成分。並且,ZnO成分係提高玻璃之熔融性並亦降低玻璃之製造成本之成分。因此,ZnO成分之含量之下限較佳為10.0%、更佳為超過15.0%、進而較佳為16.5%,進而較佳為設為超過20.0%。
另一方面,藉由使ZnO成分之含量為40.0%以下,可抑制由過量含有ZnO成分所引起之失透。又,藉由抑制熔融玻璃之黏性之降低,可減少玻璃中之條紋之產生。因此,ZnO成分之含量之上限較佳為40.0%、更佳為35.0%、進而 較佳為32.0%。
ZnO成分可使用ZnO、ZnF2等作為原料。
Gd2O3成分、Y2O3成分、Yb2O3及Lu2O3成分係於含有超過0%之情形時,提高玻璃之折射率及阿貝數,且減少失透之任意成分。
另一方面,藉由使該等成分各自之含量為5.0%以下,可減少該等昂貴成分之使用,故而可降低玻璃之材料成本。又,可抑制由過量含有該等成分所引起的玻璃之阿貝數之超出需要之上升或失透。因此,該等成分各自之含量之上限較佳為5.0%,更佳為設為未達3.0%,進而較佳為設為未達1.6%,進而較佳為設為未達0.5%,進而較佳為設為未達0.3%。
Gd2O3成分、Y2O3成分、Yb2O3及Lu2O3成分可使用Gd2O3、GdF3、Y2O3、YF3、Yb2O3、Lu2O3等作為原料而包含於玻璃內。
Ta2O5成分係於含有超過0%之情形時,提高玻璃之折射率,且減少失透之任意成分。
另一方面,藉由使Ta2O5成分之含量為15.0%以下,可減少昂貴之Ta2O5成分之使用,故而可降低玻璃之材料成本。又,藉由Ta2O5成分之使用之減少而使原料之熔解溫度降低、原料之熔解所需之能量降低,故而亦可降低光學玻璃之製造成本。因此,Ta2O5成分之含量之上限較佳為15.0%、更佳為10.0%、進而較佳為5.0%,進而較佳為設為未達2.0%,進而較佳為設為未達1.0%。
Ta2O5成分可使用Ta2O5等作為原料而包含於玻璃內。
本發明之光學玻璃中之Gd2O3成分、Y2O3成分、Yb2O3成分、Lu2O3成分及Ta2O5成分之合計量較佳為15.0%以下。藉此,可維持所期望之折射率及阿貝數,並且減少該等昂貴成分之使用,故而可降低玻璃之材料成本。因此,質量和(Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+Lu2O3+Ta2O5)之上限較佳為15.0%,更佳為設為未達7.0%,進而較佳為設為未達2.0%。
Nb2O5成分係於含有超過0%之情形時,可提高玻璃之折射率,減少失透,且將阿貝數調整為較低之任意成分。因此,Nb2O5成分之含量亦可較佳為設為超過0%,更佳為設為超過0.5%,進而較佳為設為超過1.0%。
另一方面,藉由使Nb2O5成分之含量為20.0%以下,可減少昂貴之Nb2O5成分之使用,故而可降低玻璃之材料成本。又,由於可抑制玻璃製造時之熔解溫度上升,故而亦可降低玻璃之製造成本。又,可抑制由Nb2O5成分引起之玻璃之可見光透過率之降低。因此,Nb2O5成分之含量之上限較佳為20.0%、更佳為15.0%、進而較佳為10.0%。
Nb2O5成分可使用Nb2O5等作為原料。
本發明之光學玻璃中之Ln2O3成分(式中,Ln為選自由La、Gd、Y、Yb、Lu所組成之群中之1種以上)之合計量較佳為10.0%以上40.0%以下。
尤其是,藉由使該合計量為10.0%以上,可提高玻璃之阿貝數。因此,Ln2O3成分之合計量(質量和)之下限較佳為 10.0%、更佳為20.0%、進而較佳為25.0%。
另一方面,藉由使該合計量為40.0%以下,可減少玻璃之失透,並且降低昂貴之稀土之使用,故而可降低玻璃之材料成本。因此,Ln2O3成分之質量和之上限較佳為40.0%、更佳為38.0%、進而較佳為35.0%。
本發明之光學玻璃較佳為ZnO成分之含量相對於Ln2O3成分、Ta2O5成分及Nb2O5成分之合計量之比率為0.31以上。藉此,材料成本較低,且作為難以對折射率或阿貝數產生影響之成分的ZnO成分之含量増加,藉此可降低具有所期望之折射率及阿貝數之玻璃之材料成本。因此,氧化物換算組成之質量比ZnO/(Ln2O3+Ta2O5+Nb2O5)之下限較佳為0.31、更佳為0.35、進而較佳為0.38。
再者,該質量比之上限並無特別限定,亦可較佳為2.00,更佳為1.50,進而較佳為1.00。
TiO2成分係於含有超過0%之情形時,可提高玻璃之折射率,且可將阿貝數調整為較低之任意成分。因此,TiO2成分之含量亦可較佳為設為超過0%,更佳為設為超過0.5%,進而較佳為設為超過1.0%。
另一方面,藉由使TiO2成分之含量為20.0%以下,可抑制因TiO2成分成為結晶核而引起之玻璃之失透,抑制阿貝數之超出需要之降低,且減少由TiO2成分之含有所引起的玻璃之著色而提高可見光透過率。因此,TiO2成分之含量之上限較佳為20.0%、更佳為10.0%、進而較佳為6.0%、進而較佳為5.0%、進而較佳為4.2%,進而較佳為設為未達 3.94%。
TiO2成分可使用TiO2等作為原料而包含於玻璃內。
WO3成分係於含有超過0%之情形時,可減少由其他高折射率成分引起之玻璃之著色,並且提高折射率、將阿貝數調整為較低、且減少玻璃之失透之任意成分。因此,WO3成分之含量亦可較佳為設為超過0%,更佳為設為超過1.0%,進而較佳為設為超過2.0%。
另一方面,藉由使WO3成分之含量為25.0%以下,可減少由WO3成分引起之玻璃之著色而提高可見光透過率。因此,WO3成分之含量之上限較佳為25.0%、更佳為20.0%、進而較佳為13.0%,進而較佳為設為未達10.65%,進而較佳為設為未達9.0%。
WO3成分可使用WO3等作為原料而包含於玻璃內。
本發明之光學玻璃中之TiO2成分、WO3成分及Nb2O5成分之合計量較佳為20.0%以下。藉此,可抑制因過量含有該等成分而引起的玻璃之可見光透過率之降低或失透。因此,質量和(TiO2+Nb2O5+WO3)之上限較佳為20.0%、更佳為17.5%、進而較佳為16.0%。
再者,質量和(TiO2+Nb2O5+WO3)之下限亦可為0%,但較佳為超過0%。藉由以質量和(TiO2+Nb2O5+WO3)計含有超過0%,即便為了降低玻璃之材料成本而減少Ta2O5成分或稀土之含量,亦可提高玻璃之折射率及分散,故而可容易地確保40以下之阿貝數。又,藉此可減少玻璃之失透。因此,質量和(TiO2+Nb2O5+WO3)較佳為設為超過0%,更 佳為超過5.0%,進而較佳為超過10.0%。
本發明之光學玻璃中之TiO2成分之含量相對於TiO2成分、Nb2O5成分及WO3成分之合計量的比率較佳為0.50以下。藉此,即便含有使透過率惡化之TiO2成分,亦可減少著色而提高可見光透過率。因此,氧化物換算組成之質量比TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3)之上限較佳為0.50、更佳為0.48、進而較佳為0.45。
本發明之光學玻璃中之TiO2成分、Nb2O5成分及WO3成分之合計量相對於Ln2O3成分之含量的比率較佳為0.16以上。藉此,於提高折射率之成分中,降低阿貝數之TiO2成分、Nb2O5成分及WO3成分之比率升高,故而可提高玻璃之折射率並且降低阿貝數。因此,氧化物換算組成之質量比(TiO2+Nb2O5+WO3)/Ln2O3之下限較佳為0.16、更佳為0.20、進而較佳為0.25。再者,該質量比之上限並無特別限定,但亦可較佳為2.00,更佳為1.50,進而較佳為1.00。
SiO2成分係於含有超過0%之情形時,可提高熔融玻璃之黏度,且減少玻璃之失透之任意成分。因此,SiO2成分之含量亦可較佳為設為超過1.0%,更佳為超過2.0%,進而較佳為超過4.0%。尤其是,藉由含有SiO2成分且減少Li2O成分之含量,可提高玻璃之耐失透性。
另一方面,藉由使SiO2成分之含量為15.0%以下,可抑制玻璃轉移點之上升,且抑制折射率之降低。因此,SiO2成分之含量較佳為設15.0%、更佳為10.0%、進而較佳為 8.0%為上限。
SiO2成分可使用SiO2、K2SiF6、Na2SiF6等作為原料而包含於玻璃內。
本發明之光學玻璃中之SiO2成分之含量相對於B2O3成分之含量的比率較佳為未達1.00。藉此,可減少因過量含有SiO2成分而引起之玻璃之失透。因此,氧化物換算組成之質量比SiO2/B2O3較佳為設為未達1.00,更佳為未達0.90,進而較佳為未達0.80。再者,就可藉由含有SiO2成分而減少玻璃之失透之觀點而言,該質量比SiO2/B2O3之下限亦可較佳為0.05、更佳為0.10、進而較佳為0.20。
Li2O成分係於含有超過0%之情形時,可改善玻璃之熔融性,且減少對玻璃再加熱時之失透之任意成分。
另一方面,藉由使Li2O成分之含量為5.0%以下,可使玻璃之折射率難以降低,且減少因過量含有Li2O成分而引起之玻璃之失透。尤其是包含Li2O成分之玻璃,折射率容易變低,阿貝數容易變高。因此,於包含Li2O成分之玻璃中,為提高折射率且降低阿貝數,較多地含有作為具有提高玻璃轉移點之性質並且材料成本較高之成分的以Nb2O5成分為代表之高折射率成分(提高折射率之成分)。於本案發明之光學玻璃中,為了獲得減少上述高折射率成分之含量而具有可耐加壓成形之玻璃轉移點並且具有所期望之折射率及阿貝數之玻璃,較佳為減少Li2O成分之含量。因此,Li2O成分之含量之上限較佳為5.0%、更佳為3.0%、進而較佳為1.0%,進而較佳為設為未達0.5%,進而較佳為未 達0.35%,進而較佳為未達0.3%。
Li2O成分可使用Li2CO3、LiNO3、LiF等作為原料。
MgO成分、CaO成分、SrO成分及BaO成分係於含有超過0%之情形時,可調整玻璃之折射率,提高玻璃之熔融性,且減少失透之任意成分。
另一方面,藉由使該等成分各自之含量為10.0%以下,可抑制玻璃之折射率之超出需要之降低或失透。因此,MgO成分、CaO成分、SrO成分及BaO成分各自之含量之上限較佳為10.0%、更佳為7.5%為上限,進而較佳為設為未達3.5%,進而較佳為未達3.0%。
MgO成分、CaO成分、SrO成分及BaO成分可使用MgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2、BaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等作為原料。
於本發明之光學玻璃中,RO成分(式中,R為選自由Mg、Ca、Sr、Ba所組成之群中之1種以上)之合計量較佳為未達15.0%。藉此,可抑制因過量含有RO成分而引起之玻璃折射率之降低或液相溫度之上升。因此,RO成分之合計量(質量和)較佳為設為未達15.0%,更佳為未達10.0%,進而較佳為未達7.0%。
Na2O成分、K2O成分及Cs2O成分係於含有超過0%之情形時,可改善玻璃之熔融性,且減少對玻璃再加熱時之失透之任意成分。
另一方面,藉由使該等成分各自之含量為5.0%以下,可使玻璃之折射率難以降低,且減少因過量含有該等成分而 引起之失透。因此,Na2O成分、K2O成分及Cs2O成分各自之含量之上限較佳為5.0%、更佳為3.0%、進而較佳為1.0%。
Na2O成分、K2O成分及Cs2O成分可使用NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6、Cs2CO3、CsNO3等作為原料。
於本發明之光學玻璃中,Rn2O成分(式中,Rn為選自由Li、Na、K及Cs所組成之群中之1種以上)之合計量較佳為10.0%以下。藉此,可使玻璃之折射率難以降低,且減少因過量含有Rn2O成分而引起之失透。因此,Rn2O成分之合計量(質量和)之上限較佳為設為10.0%、更佳為設為5.0%、進而較佳為設為3.0%。
P2O5成分係於含有超過0%之情形時,可降低玻璃之液相溫度而減少失透之任意成分。
另一方面,藉由使P2O5成分之含量為10.0%以下,可抑制玻璃之化學耐久性、尤其是耐水性之降低。因此,P2O5成分之含量之上限較佳為設為10.0%、更佳為設為5.0%、進而較佳為設為3.0%。
P2O5成分可使用Al(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等作為原料。
GeO2成分係於含有超過0%之情形時,可提高玻璃之折射率,降低玻璃之液相溫度之任意成分。
另一方面,藉由減少昂貴之GeO2成分,可提高本發明之可降低玻璃之材料成本之效果。因此,GeO2成分之含量之 上限較佳為設為10.0%以下、更佳為設為5.0%、進而較佳為設為1.0%。
GeO2成分可使用GeO2等作為原料。
Bi2O3成分係於含有超過0%之情形時,提高折射率,且可降低玻璃轉移點之任意成分。
另一方面,藉由使Bi2O3成分之含量為10.0%以下,可藉由減少玻璃之失透且減少玻璃之著色而提高玻璃之可見光透過率。因此,Bi2O3成分之含量之上限較佳為設為10.0%、更佳為設為5.0%、進而較佳為設為3.0%。
Bi2O3成分可使用Bi2O3等作為原料。
ZrO2成分係於含有超過0%之情形時,可有助於玻璃之高折射率及低分散,且可減少玻璃之失透之任意成分。因此,ZrO2成分之含量之上限較佳為設為超過0%,更佳為設為0.1%、進而較佳為設為0.5%、進而較佳為設為1.0%。
另一方面,藉由使ZrO2成分之含量為15.0%以下,可藉由抑制玻璃製造時之熔解溫度之上升而抑制玻璃之製造成本之上升。因此,ZrO2成分之含量之上限較佳為設為15.0%、更佳為設為10.0%、進而較佳為設為5.0%。
ZrO2成分可使用ZrO2、ZrF4等作為原料。
Al2O3成分及Ga2O3成分係於含有超過0%之情形時,可提高玻璃之化學耐久性,且可減少玻璃熔融時之失透之任意成分。
另一方面,藉由使Al2O3成分及Ga2O3成分各自之含量為5.0%以下,可減少因過量含有該等成分而引起之玻璃之失 透。又,藉由減少昂貴之Ga2O3成分,可降低玻璃之材料成本。因此,Al2O3成分及Ga2O3成分各自之含量之上限較佳為設為5.0%,更佳為設為未達3.0%、進而較佳為設為1.0%。
Al2O3成分及Ga2O3成分可使用Al2O3、Al(OH)3、AlF3、Ga2O3、Ga(OH)3等作為原料。
TeO2成分係於含有超過0%之情形時,可提高玻璃之折射率,且可降低玻璃轉移點之任意成分。
另一方面,藉由使TeO2成分之含量為15.0%以下,可降低TeO2成分與熔解設備(尤其是Pt等貴金屬)之合金化,故而可實現熔解設備之長壽命化。又,藉由減少昂貴之TeO2成分,可降低玻璃之材料成本。因此,TeO2成分之含量之上限較佳為設為15.0%,更佳為設為未達11.9%、進而較佳為設為未達7.0%。
TeO2成分可使用TeO2等作為原料。
SnO2成分係於含有超過0%之情形時,可澄清熔融玻璃,且可提高玻璃之可見光透過率之任意成分。
另一方面,藉由使SnO2成分之含量為1.0%以下,可使由熔融玻璃之還原所引起的玻璃之著色或玻璃之失透難以產生。又,由於SnO2成分與熔解設備(尤其是Pt等貴金屬)之合金化降低,故而可實現熔解設備之長壽命化。因此,SnO2成分之含量之上限較佳為設為1.0%、更佳為設為0.5%、進而較佳為設為0.3%。
SnO2成分可使用SnO、SnO2、SnF2、SnF4等作為原料。
CeO2成分係於含有超過0%之情形時,可使熔融玻璃澄清化之任意成分。
另一方面,藉由使CeO2成分之含量為1.0%以下,可抑制由著色引起之可見光透過率之降低。因此,CeO2成分之含有率之上限較佳為設為1.0%、更佳為設為0.5%、進而較佳為設為0.3%。
CeO2成分可使用CeO2、Ce(OH)3等作為原料。
Sb2O3成分係於含有超過0%之情形時,提高玻璃之可見光透過率,且可於熔融玻璃時進行消泡之任意成分。
另一方面,藉由使Sb2O3成分之含量為1.0%以下,可抑制玻璃熔融時之過度之發泡。又,由於Sb2O3成分難以與熔解設備(尤其是Pt等貴金屬)合金化,故可實現熔解設備之長壽命化。又,若Sb2O3成分之含量過多,則玻璃之可見光透過率反而降低。因此,Sb2O3成分之含量之上限較佳為設為1.0%、更佳為設為0.5%,進而較佳為設為未達0.1%。
Sb2O3成分可使用Sb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7.5H2O等作為原料。
再者,澄清玻璃且進行消泡之成分並不限於上述Sb2O3成分,可使用玻璃製造領域中之公知之澄清劑、消泡劑或該等之組合。
<關於不應含有之成分>
繼而,對本發明之光學玻璃中不應含有之成分、及較佳為不含有之成分進行說明。
於無損本案發明之玻璃之特性之範圍內,可視需要添加其他成分。其中,除Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Lu以外,V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及Mo等各過渡金屬成分由於即便於分別單獨或複合而少量含有之情形時,玻璃亦著色,且具有對可見光區域之特定之波長產生吸收之性質,故而尤其是於使用可見光區域之波長之光學玻璃中,較佳為實質上不含有。
進而,PbO等鉛化合物、及Th、Cd、Tl、Os、Be、Se之各成分近年來有作為有害之化學物質而控制使用之傾向,不僅玻璃之製造步驟,直至加工步驟、及製品化後之處理均必需採取環境對策方面之措施。因此,於重視環境方面之影響之情形時,除不可避免之混入外,較佳為實質上不含該等。藉此,於光學玻璃中實質上不含污染環境之物質。因此,即便不採取特別之環境對策方面之措施,亦可對該光學玻璃進行製造、加工、及廢棄。
本發明中之各成分之含量之範圍由於以相對於氧化物換算組成之玻璃總質量之質量%表示,故而並非直接地表示為莫耳%之記載,於本發明中,由存在於滿足所要求之諸特性之玻璃組成物中之各成分的莫耳%所表示之組成以氧化物換算組成計大致設為以下之值:B2O3成分 5.0~70.0莫耳%、La2O3成分 3.0~20.0莫耳%、及ZnO成分 15.0~60.0莫耳%、以及Gd2O3成分 0~3.0莫耳%、 Y2O3成分 0~5.0莫耳%、Yb2O3成分 0~3.0莫耳%、Lu2O3成分 0~3.0莫耳%、Ta2O5成分 0~7.0莫耳%、Nb2O5成分 0~20.0莫耳%、TiO2成分 0~40.0莫耳%、WO3成分 0~25.0莫耳%、SiO2成分 0~30.0莫耳%、Li2O成分 0~30.0莫耳%、MgO成分 0~50.0莫耳%、CaO成分 0~40.0莫耳%、SrO成分 0~30.0莫耳%、BaO成分 0~35.0莫耳%、Na2O成分 0~25.0莫耳%、K2O成分 0~20.0莫耳%、Cs2O成分 0~10.0莫耳%、P2O5成分 0~15.0莫耳%、GeO2成分 0~10.0莫耳%、Bi2O3成分 0~5.0莫耳%、ZrO2成分 0~18.0莫耳%、Al2O3成分 0~15.0莫耳%、Ga2O3成分 0~5.0莫耳%、TeO2成分 0~25.0莫耳%、SnO2成分 0~0.3莫耳%或 Sb2O3成分 0~1.0莫耳%。
[製造方法]
本發明之光學玻璃例如以如下方式製作。即,以如下方式製作:將上述原料以各成分達到特定之含量之範圍內之方式均勻混合,將製作之混合物投入至鉑坩堝中,根據玻璃組成之熔融難易度而利用電爐於1200~1400℃之溫度範圍內熔融3~4小時,攪拌而均質化後,降低至適當之溫度,其後澆鑄至模具中並緩慢冷卻。
[物性]
本發明之光學玻璃較佳為具有高折射率及高阿貝數(低分散)。尤其是,本發明之光學玻璃之折射率(nd)之下限較佳為設為1.75、更佳為設為1.78、進而較佳為設為1.80。該折射率之上限亦可較佳為2.20,更佳為2.10,進而較佳為2.00。又,本發明之光學玻璃之阿貝數(νd)之下限較佳為設為30、更佳為設為32、進而較佳為設為35,上限較佳為設為40、更佳為設為39.8、進而較佳為設為39.5。
藉由具有上述高折射率,即便實現光學元件之薄型化,亦可獲得較大之光折射量。又,藉由具有上述低分散,即便為單透鏡,因光之波長產生之焦點偏移(色像差)亦減小。而且,藉由具有上述低分散,例如於與具有高分散(低阿貝數)之光學元件組合之情形時,可實現較高之成像特性等。
因此,本發明之光學玻璃於光學設計上較為有用,尤其是可實現較高之成像特性等,並且實現光學系統之小型 化,可擴大光學設計之自由度。
本發明之光學玻璃較佳為可見光透過率、尤其是可見光之中短波長側之光之透過率較高,藉此著色較少。尤其是,於本發明之光學玻璃之厚度為10 mm之樣品中,顯示5%之分光透過率之最短波長(λ5)之上限亦可較佳為設為400 nm、更佳為設為380 nm、進而較佳為設為360 nm。又,於本發明之光學玻璃之厚度為10 mm之樣品中,顯示80%之分光透過率之最短波長(λ80)之上限亦可較佳為設為500 nm、更佳為設為490 nm、進而較佳為設為480 nm。藉此,玻璃之吸收端自可見光區域偏移,可提高玻璃相對於更寬之可見光區域之波長之光的透明性,故而可將該光學玻璃較佳地用於透鏡等使可見光透過之光學元件。
[預成形體及光學元件]
由所製造之光學玻璃,使用例如再加熱加壓成形或精密加壓成形等模具加壓成形之方法可製作玻璃成形體。即,可藉由以下方法製作玻璃成形體:對由光學玻璃所形成之坯或玻璃塊進行研削及研磨而獲得光學元件之形狀之方法,對由光學玻璃所形成之坯或玻璃塊進行再加熱而成形(再加熱加壓成形)並對所獲得之玻璃成形體進行研削及研磨之方法,及利用經超精密加工之模具使切割坯或玻璃塊並研磨而成之預成形體材、或由公知之懸浮成形等所成形之預成形體材成形(精密加壓成形)而獲得光學元件之形狀之方法。再者,製作玻璃成形體之方法並不限於該等方法。
以上述方式製作之玻璃成形體於各種光學元件及光學設計中較為有用。尤其是較佳為,由本發明之光學玻璃使用精密加壓成形等方法而製作透鏡或稜鏡、鏡等光學元件。藉此,於用於如攝影機或投影儀等使可見光於光學元件中透過之光學設備中時,可實現高精細且高精度之成像特性等,並且實現該等光學設備之光學系統之小型化。
[實施例]
將本發明之實施例(No.1~No.72)及比較例(No.A)之組成、以及該等玻璃之折射率(nd)、阿貝數(νd)、以及分光透過率顯示為5%及80%之波長(λ5及λ80)之結果示於表1~表10。再者,以下實施例僅為例示之目的,並非僅限於該等實施例。
該等實施例及比較例之玻璃均係選定各自相當之氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物、氫氧化物、偏磷酸化合物等通常之光學玻璃所使用之高純度原料作為各成分之原料,以成為表1~表10中所示之各實施例及比較例之組成比率之方式進行秤量並均勻混合後,投入至鉑坩堝中,根據玻璃組成之熔融難易度以電爐於1100~1500℃之溫度範圍內熔解2~5小時後,攪拌均質化而進行消泡等,其後澆鑄至模具中並緩慢冷卻而製作玻璃。
此處,實施例及比較例之玻璃之折射率及阿貝數係根據日本光學玻璃工業會標準JOGIS(Japanese Optical Glass Industrial Standard)01-2003進行測定。再者,作為本測定所使用之玻璃,使用將作為退火條件之緩冷卻下降速度設 為-25℃/hr並以緩冷卻爐進行處理之玻璃。
又,實施例及比較例之玻璃之可見光透過率係根據日本光學玻璃工業會標準JOGIS02進行測定。再者,於本發明中,藉由測定玻璃之透過率,可求出玻璃之著色之有無及程度。具體而言,根據JIS(Japanese Industrial Standard,日本工業標準)Z8722,對厚度為10±0.1 mm之相對面平行研磨品測定200~800 nm之分光透過率而求出λ5(透過率為5%時之波長)及λ80(透過率為80%時之波長)。
本發明之實施例之光學玻璃係λ80(透過率為80%時之波長)均為500 nm以下,更詳細而言為450 nm以下。又,本發明之實施例之光學玻璃係λ5(透過率為5%時之波長)均為 400 nm以下,更詳細而言為350 nm以下。因此,可知本發明之實施例之光學玻璃著色較少,可見光透過率較高。
又,本發明之實施例之光學玻璃係折射率(nd)均為1.75以上,更詳細而言為1.80以上,於所期望之範圍內。
又,本發明之實施例之光學玻璃係阿貝數(νd)均為30以上,更詳細而言為35以上,並且該阿貝數(νd)為40以下,更詳細而言為39以下,於所期望之範圍內。
又,本發明之實施例之光學玻璃與比較例(No.A)之玻璃相比,Ta2O5成分之含量較少,且ZnO成分之含量較多,故而材料成本降低。
因此,可知本發明之實施例之光學玻璃係折射率(nd)及阿貝數(νd)於所期望之範圍內,並且可廉價地製作,且著色較少,可見光透過率較高。因此,推測本發明之實施例之光學玻璃可較佳地用於使可見光透過之用途。
進而,使用本發明之實施例之光學玻璃,於再加熱加壓成形後進行研削及研磨,加工成透鏡及稜鏡之形狀。又,使用本發明之實施例之光學玻璃形成精密加壓成形用預成形體,將精密加壓成形用預成形體精密加壓成形加工成透鏡及稜鏡之形狀。於任一情形中,均不會產生與成形塊之熔著之問題、或加熱軟化後之玻璃中之乳白化及失透等問題,可穩定地加工成各種透鏡及稜鏡之形狀。
以上,以例示為目的對本發明進行了詳細地說明,但應理解,本實施例僅為例示之目的,業者可於不脫離本發明之思想及範圍之情況下進行較多之更改。

Claims (22)

  1. 一種光學玻璃,其相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計含有5.0~40.0%之B2O3成分、10.0~40.0%之La2O3成分及10.0~40.0%之ZnO成分,具有1.75以上之折射率(nd),且具有30以上40以下之阿貝數(νd)。
  2. 如請求項1之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計為:Gd2O3成分 0~5.0% Y2O3成分 0~5.0% Yb2O3成分 0~5.0% Lu2O3成分 0~5.0% Ta2O5成分 0~15.0%。
  3. 如請求項1之光學玻璃,其中質量和(Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+Lu2O3+Ta2O5)相對於氧化物換算組成之玻璃總質量為15.0%以下。
  4. 如請求項1之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,Nb2O5成分之含量為20.0%以下。
  5. 如請求項1之光學玻璃,其中Ln2O3成分(式中,Ln係選自由La、Gd、Y、Yb、Lu所組成之群中之1種以上)之質量和相對於氧化物換算組成之玻璃總質量為10.0%以上40.0%以下。
  6. 如請求項1之光學玻璃,其中氧化物換算組成之質量比ZnO/(Ln2O3+Ta2O5+Nb2O5)為0.31以上。
  7. 如請求項1之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之 玻璃總質量,以質量%計為:TiO2成分 0~20.0% WO3成分 0~25.0%。
  8. 如請求項1之光學玻璃,其中質量和(TiO2+Nb2O5+WO3)相對於氧化物換算組成之玻璃總質量為20.0%以下。
  9. 如請求項1之光學玻璃,其中氧化物換算組成之質量比TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3)為0.50以下。
  10. 如請求項1之光學玻璃,其中氧化物換算組成之質量比(TiO2+Nb2O5+WO3)/Ln2O3為0.16以上。
  11. 如請求項1之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,SiO2成分之含量為15.0%以下。
  12. 如請求項1之光學玻璃,其中氧化物換算組成之質量比SiO2/B2O3未達1.00。
  13. 如請求項1之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,Li2O成分之含量為5.0%以下。
  14. 如請求項1之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計為:MgO成分 0~10.0% CaO成分 0~10.0% SrO成分 0~10.0% BaO成分 0~10.0%。
  15. 如請求項1之光學玻璃,其中RO成分(式中,R係選自由Mg、Ca、Sr、Ba所組成之群中之1種以上)之質量和相對於氧化物換算組成之玻璃總質量未達15.0%。
  16. 如請求項1之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計為:Na2O成分 0~5.0% K2O成分 0~5.0% Cs2O成分 0~5.0%。
  17. 如請求項1之光學玻璃,其中Rn2O成分(式中,Rn係選自由Li、Na、K、Cs所組成之群中之1種以上)之質量和相對於氧化物換算組成之玻璃總質量為10.0%以下。
  18. 如請求項1之光學玻璃,其中相對於氧化物換算組成之玻璃總質量,以質量%計為:P2O5成分 0~10.0% GeO2成分 0~10.0% Bi2O3成分 0~10.0% ZrO2成分 0~15.0% Al2O3成分 0~5.0% Ga2O3成分 0~5.0% TeO2成分 0~15.0% SnO2成分 0~1.0% Sb2O3成分 0~1.0%。
  19. 一種光學元件,其包含如請求項1至18中任一項之光學玻璃。
  20. 一種精密加壓成形用預成形體,其包含如請求項1至18中任一項之光學玻璃。
  21. 一種光學元件,其係對如請求項20之精密加壓成形用預 成形體進行精密加壓成形而成。
  22. 一種玻璃成形體之製造方法,其係使如請求項1至18中任一項之光學玻璃軟化並於模具內進行加壓成形。
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