TW201634417A - 光學玻璃及光學元件 - Google Patents
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Abstract
本發明的目的在於提供一種光學玻璃,該光學玻璃能夠降低原材料費等生產成本、熔融性和熱穩定性優秀,並且具有低溫軟化性的高折射率低色散。該光學玻璃為氧化物玻璃,以陽離子%表示,合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]為65%以上;陽離子比(α)為0.30~0.70;陽離子比(β)不足1且不包含0;合計含量[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]不足7%;陽離子比(γ)為0.5以上;值(L)為24以上;阿貝數(νd)為43.5~47;相對於該阿貝數(νd),折射率(nd)滿足下述式(1):nd□2.25-0.01×νd。
Description
本發明關於一種光學玻璃,可降低製造成本、熔融性和熱穩定性優秀的高折射率低色散。此外,本發明還關於由該光學玻璃構成的光學元件。
通常,高折射率低色散的光學玻璃含有氧化硼和氧化鑭等稀土類元素的氧化物。在這樣的光學玻璃中,為了在不使阿貝數(Abbe number,νd)減小的情況下提高折射率,需要提高稀土類元素的氧化物的含量。但是,在這樣的光學玻璃中,當提高稀土類元素的氧化物的含量時,存在玻璃的熱穩定性降低、在製造玻璃的過程中玻璃會晶化、難以得到透明的玻璃(玻璃失透(Devitrification))的問題。
另一方面,在光學系統的設計中,折射率高且阿貝數大的光學玻璃在校正色像差、使光學系統高功能化、緊湊化方面利用價值高。特別是,具有在光學特性圖(也稱為nd-νd圖表或阿貝圖表)中位於連接(阿貝數(νd)、折射率(nd))為A(45、1.80)和B(40、1.85)的2點的直線C上以及折射率nd的範圍高於直線C的光學特性的玻璃在光學設計上利用價值高。
在具有上述高折射率低色散特性的光學玻璃中,玻璃化轉變溫度(Tg)(以下,有時僅稱為“Tg”。)低、適合於精
密壓製成型的玻璃包含大量的鋅(Zn)、鋰(Li),使得在低溫軟化(專利文獻1~5)。但是,包含大量的Zn、Li和稀土類元素的氧化物的玻璃的熱穩定性會降低,在製造過程中會析出晶體,變得容易失透。
為了不使折射率、熱穩定性隨著玻璃化轉變溫度(Tg)的下降而下降,先前技術中需要作為玻璃成分而含有大量的氧化鉭。但是,氧化鉭稀少且價值高,作為玻璃原料不容易得到穩定的供給。因此,氧化鉭的價格極高,成為使光學玻璃的製造成本(原材料費)上升的原因。
專利文獻1:日本特開平6-305769號公報。
專利文獻2:日本特開平8-026765號公報。
專利文獻3:日本特開2005-272194號公報。
專利文獻4:日本特開昭56-54251號公報。
專利文獻5:日本特開2002-249337號公報。
本發明是鑒於這樣的實際情況而完成的,其一目的在於提供一種光學玻璃,該光學玻璃能夠降低原材料費等生產成本、熔融性和熱穩定性優秀,並且具有低溫軟化性的高折射率低色散。進而,本發明的另一目的在於提供由這樣的光學玻璃構成的光學元件及光學玻璃材料。
本發明人為了達到上述目的而進行了反復的深入研究,結果發現藉由降低作為比較昂貴的材料的氧化鉭的使用量並且調整構成玻璃的各種成分的含有比率的平衡,從而可達到該目的,基於該認識完成了本發明。
即,本發明的要點如下。
[1]一種光學玻璃,該光學玻璃為氧化物玻璃,以陽離子%表示,B3+、Si4+、La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]為65%以上;La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量相對於B3+、Si4+及Al3+的合計含量的陽離子比(α)=[(La3++Gd3++Y3++Yb3+)/(B3++Si4++Al3+)]為0.30~0.70;La3+的含量相對於La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量的陽離子比(β)=[La3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)]不足1且不包含0;Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+及Bi3+的合計含量[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]不足7%;Nb5+的含量相對於Nb5+和Ta5+的合計含量的陽離子比(γ)=[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]為0.5以上;Li+的含量的6倍與Zn2+的含量的2倍的合計減去Si4+的含量的值(L)=[(6×Li+)+(2×Zn2+)-Si4+]為24以上;阿貝數(νd)為43.5~47;相對於該阿貝數(νd),折射率(nd)滿足下述式(1):nd2.25-0.01×νd。
[2]如上述[1]所述的光學玻璃,其中Zr4+的含量為0.1~10陽離子%。
[3]一種光學玻璃,作為必要成分包含B2O3、La2O3及Nb2O5;值(RE’)相對於值(NWF’)的比[RE’/NWF’]為0.30~
0.70;值(HR’)相對於值(RE’)的比[HR’/RE’]為0.30以下;La2O3的含量相對於La2O3、Gd2O3、Y2O3及Yb2O3的合計含量的質量比(βw)=[La2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)]不足1且不包含0;Nb2O5的含量相對於Nb2O5和Ta2O5的合計含量的質量比(γw)=[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5)]為2/3以上;值(L’)為-0.10以上;阿貝數(νd)為43.5~47;相對於該阿貝數(νd),折射率(nd)滿足下述式(1):nd2.25-0.01×νd
式中:將B2O3、SiO2、Al2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Nb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O及ZnO的各分子量分別表示為M(B2O3)、M(SiO2)、M(Al2O3)、M(La2O3)、M(Gd2O3)、M(Y2O3)、M(Yb2O3)、M(Nb2O5)、M(TiO2)、M(WO3)、M(Bi2O3)、M(Li2O)、M(Na2O)、M(K2O)及M(ZnO);在將上述各成分的含量用以質量%表示的上述各成分的含有比率的值來表示的情況下:上述值(NWF’)為將B2O3的含量的數值的2倍除以M(B2O3)的值、將SiO2的含量的數值除以M(SiO2)的值及將Al2O3的含量的數值的2倍除以M(Al2O3)的值的合計值;上述值(RE’)為將La2O3的含量的數值的2倍除以M(La2O3)的值、將Gd2O3的含量的數值的2倍除以M(Gd2O3)的值、將Y2O3的含量的數值的2倍除以M(Y2O3)的值及將Yb2O3的含量的數值的2倍除以M(Yb2O3)的值的合計值;上述值(HR’)為將Nb2O5的含量的數值的2倍除以M(Nb2O5)的值、將TiO2的含量的數值除以M(TiO2)的值、將WO3的含量的數值除以M(WO3)的值及將Bi2O3的含量的數值的2倍除以M(Bi2O3)的值的合計值;上述值(L’)為將Li2O的含量的數值
的12倍除以M(Li2O)的值、將Na2O的含量的數值的4倍除以M(Na2O)的值、將K2O的含量的數值的2倍除以M(K2O)的值及將ZnO的含量的數值的2倍除以M(ZnO)的值的合計值減去將SiO2的含量的數值的2倍除以M(SiO2)的值、將Al2O3的含量的數值的2倍除以M(Al2O3)的值及將B2O3的含量的數值除以M(B2O3)的值的合計值的值。
[4]如上述[3]所述的光學玻璃,其中ZrO2的含量為0.1~15質量%。
[5]如上述[1]~[4]項中任一項所述的光學玻璃,其中Sb2O3的含量不足1質量%。
[6]一種光學元件,由上述[1]~[5]項中任一項所述的光學玻璃構成。
[7]一種精密壓製成型用預製件,由上述[1]~[5]項中任一項所述的光學玻璃構成。
根據本發明,能夠提供可降低生產成本、熔融性和熱穩定性優秀並且具有低溫軟化性的高折射率低色散的光學玻璃以及使用該光學玻璃的光學元件。
圖1是對公知的玻璃將橫軸設為值(L)及將縱軸設為玻璃化轉變溫度(Tg)而繪製的圖表。
圖2是對公知的玻璃將橫軸設為值(L’)及將縱軸設為玻璃化轉變溫度(Tg)而繪製的圖表。
以下,對用於實施本發明的形態(以下,僅稱為“實施形態”)進行詳細說明。以下的本實施形態是用於說明本發明的例示,其主旨不在於將本發明限定為以下的內容。本發明能夠在其主旨的範圍內進行適宜的變形而實施。進而,關於說明重複的地方,有時會適當省略說明,但是不限定發明的主旨。另外,在本說明書中,不限定光學玻璃的形態、大小。此外,在本說明書中,光學玻璃有時僅稱為“玻璃”。
第1實施形態
本實施形態的光學玻璃為氧化物玻璃,其特徵在於以陽離子%表示,B3+、Si4+、La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]為65%以上;La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量相對於B3+、Si4+及Al3+的合計含量的陽離子比(α)=[(La3++Gd3++Y3++Yb3+)/(B3++Si4++Al3+)]為0.30~0.70;La3+的含量相對於La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量的陽離子比(β)=[La3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)]不足1且不包含0;Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+及Bi3+的合計含量[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]不足7%,Nb5+的含量相對於Nb5+和Ta5+的合計含量的陽離子比(γ)=[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]為0.5以上;Li+的含量的6倍與Zn2+的含量的2倍的合計減去Si4+的含量的值(L)=[(6×Li+)+(2×Zn2+)-Si4+]為24以上;阿貝數(νd)為43.5~47;相對於該阿貝數(νd),折射率(nd)滿足下述式(1):nd2.25-0.01×νd。
另外,在本實施形態中,作為本發明的第1觀點,
基於以陽離子%表示的各成分的含有比率,對本發明的光學玻璃進行說明。因此,以下只要沒有特別說明,各含量以陽離子%表示。
此外,在本說明書中,像眾所周知的那樣,以陽離子%表示指的是,將全部陽離子成分的含量的合計設為100%時的莫耳百分率。此外,合計含量指的是複數種陽離子成分的含量(也包括含量為0%的情況)的合計量。此外,陽離子比指的是以陽離子%表示時陽離子成分彼此的含量(也包括複數種陽離子成分的合計含量)的比例(比)。
此外,陽離子成分的價數(例如,B3+的價數為+3,Si4+的價數為+4,La3+的價數為+3)為按常規確定的值,與在以氧化物為基準表示作為玻璃成分的硼(B)、矽(Si)、鑭(La)時表示為三氧化二硼(B2O3)、二氧化矽(SiO2)、三氧化二鑭(La2O3)是同樣的。因此,在分析玻璃組成時,也可以不分析陽離子成分的價數。此外,陰離子成分的價數(例如,O2-的價數為-2)也是按常規確定的值,與像上述那樣將以氧化物為基準的玻璃成分表示為例如B2O3、SiO2、La2O3是同樣的。因此,在分析玻璃組成時,也可以不分析陰離子成分的價數。
以下,對本實施形態的光學玻璃進行詳細說明。
在本實施形態的光學玻璃中,B3+、Si4+、La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]為65%以上。
上述成分中,B3+和Si4+為網絡形成成分,有助於維持玻璃的熱穩定性。此外,La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+為稀土
類成分,具有在不使阿貝數(νd)大幅下降的情況下提高折射率(nd)的作用。
因此,在本實施形態的光學玻璃中,為了在將玻璃的熱穩定性維持為良好的狀態的同時實現所需的光學特性(折射率(nd)和阿貝數(νd)),合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]滿足上述範圍是前提條件。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量(RE)=[La3++Gd3++Y3++Yb3+]相對於B3+、Si4+及Al3+的合計含量(NWF)=[B3++Si4++Al3+]的比例,即陽離子比(α)=[RE/NWF]為0.30~0.70。
La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+具有在抑制阿貝數(νd)的減小的同時提高折射率的作用,因此當陽離子比(α)過小時,難以實現所需的光學特性。另一方面,B3+、Si4+及Al3+有助於維持玻璃的熱穩定性,因此當陽離子比(α)過大時,玻璃的熱穩定性會下降,此外玻璃化轉變溫度(Tg)也會上升。因此,在本實施形態的光學玻璃中,為了在維持熱穩定性的同時實現所需的光學特性,使陽離子比(α)為上述範圍。另外,因為像上述那樣定義陽離子比(α),所以合計含量(NWF)不包含0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,La3+的含量相對於La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量(RE)的比例,即陽離子比(β)=[La3+/RE]不足1且不包含0。
與Gd3+、Y3+及Yb3+相比,La3+是即使大量含有也不易使玻璃的熱穩定性下降、熔融性下降的成分。因此,當在La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+中La3+的比例過少時,玻璃的熱穩定
性會下降、熔融性會下降。但是,當La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的各含量均為0%時,難以得到高折射率低色散特性。另一方面,當想要藉由含有其它的成分而得到高折射率低色散特性時,玻璃的熱穩定性會下降。因此,在本實施形態的光學玻璃中,將La3+作為必要成分,進而,為了良好地維持熱穩定性、熔融性,使陽離子比(β)為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+及Bi3+的合計含量(HR)=[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]不足7%。
Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+及Bi3+為具有提高折射率的作用的成分,藉由適量地含有,從而還具有改善玻璃的熱穩定性的作用。此外,當這些成分的含量增多時,阿貝數(νd)會下降。因此,這些成分稱為高折射率高色散化成分。因此,當這樣的成分的合計含量(HR)過多時,阿貝數(νd)會下降,難以實現所需的光學特性。因此,在本實施形態的光學玻璃中,為了實現所需的光學特性,使合計含量(HR)為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+的含量相對於Nb5+和Ta5+的合計含量的比例,即陽離子比(γ)=[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]為0.5以上。
本發明的主要目的在於,提供在削減Ta5+的含量的同時具有優秀的熱穩定性和所需的光學特性(折射率(nd)和阿貝數(νd))的光學玻璃。因此,本發明人為了將光學特性和熱穩定性維持為良好的狀態,對含有Ta5+以外的高折射率高色散化成分的光學玻璃進行了研究。
在高折射率高色散化成分中,Ti4+、W6+在進行精密壓製成型時容易與壓製成型模的成型面進行反應,因此在壓製成型後的光學玻璃中,存在玻璃表面的透明度下降(或白濁)、在玻璃表面產生氣泡(發泡)的風險。此外,W6+、Bi3+具有使玻璃的著色增大的傾向。
因此,為了提供用於製作著色少、表面品質好的光學元件的玻璃,本實施形態的光學玻璃含有Nb5+。而且,其含量根據上述陽離子比(γ)藉由與Ta5+的關係來確定。
與Ta5+相比,Nb5+是改善玻璃的熔融性的作用大且雖不及Ta5+但具有改善熱穩定性的作用的成分。此外,Nb5+比Ta5+容易得到原料,原料成本也低。因此,當Nb5+的含量比Ta5+的含量少(陽離子比(γ)不足0.5)時,難以以低成本穩定地供給在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時具有所需的光學特性和良好的熔融性的玻璃。因此,在本實施形態的光學玻璃中,為了穩定地製造具有良好的熱穩定性和所需的光學特性的玻璃,使陽離子比(γ)為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Li+的含量的6倍與Zn2+的含量的2倍的合計減去Si4+的含量的值(L)=[(6×Li+)+(2×Zn2+)-Si4+]為24以上。規定值(L)的意義如下。
在陽離子成分中,Li+是使玻璃化轉變溫度(Tg)下降的作用大的成分。此外,Zn2+具有在維持折射率(nd)的同時使玻璃化轉變溫度(Tg)下降的作用。此外,Si4+為具有使玻璃化轉變溫度(Tg)上升的作用的成分。
基於這樣的認識,本發明人進行了深入研究,結
果發現能夠藉由上述值(L)=[(6×Li+)+(2×Zn2+)-Si4+]將上述成分對玻璃化轉變溫度(Tg)產生的相對影響的大小進行數值化。
即,在將全部的陽離子成分的含量的合計設為100%時(以陽離子%換算),上述值(L)能夠由Li+的含量的6倍的值、Zn2+的含量的2倍的值及Si4+的含量的-1倍的值的合計值[(6×Li+)+(2×Zn2+)-Si4+]匯出。值(L)成為玻璃的低溫軟化性的基準。
圖1是對公知的玻璃將橫軸設為值(L)、將縱軸設為玻璃化轉變溫度(Tg)而繪製的圖表。從圖1可清楚地看出,值(L)與Tg之間存在相關關係。
像這樣,藉由將值(L)提高至24以上,從而能夠得到使Tg下降、適合於精密壓製成型的玻璃,即,能夠得到具有低溫軟化性的光學玻璃。此外,藉由使值(L)增加,從而還可改善玻璃的熔融性,即,玻璃原料不會有熔融殘留,容易製作均質的玻璃。
此外,藉由改善玻璃的熔融性,從而能夠對玻璃的可見光區域的透射率和澄清性期待較佳的改善效果。具體如下。
首先,說明改善熔融性對可見光區域的透射率的影響。
通常,在玻璃的熔融性差的情況下,玻璃原料的熔融殘留會成為問題。這樣的熔融殘留會導致玻璃組成的改變,導致玻璃的均勻性變差。因此,通常會提高熔融溫度、延長熔融時間來製造玻璃,使得不會產生玻璃原料的熔融殘留。
但是,雖然只要提高熔融溫度、延長熔融時間就能夠消除玻璃原料的熔融殘留的問題,但是會導致熔融容器劣化、生產成本增大的新問題。特別是,熔融玻璃對熔融容器的侵蝕成為大問題。
通常,在熔融像光學玻璃那樣要求高均質性的玻璃時,作為熔融容器而廣泛使用鉑製坩堝等貴金屬制坩堝。貴金屬製的坩堝與由其它材料構成的坩堝相比,比較難以受到熔融玻璃的侵蝕。但是如上所述,在製造熔融性差的玻璃的情況下,高溫的熔融玻璃會長時間地與坩堝接觸,因此即使是貴金屬製的坩堝也會受到熔融玻璃的侵蝕。
例如,在鉑製坩堝的情況下,有時會由於熔融玻璃的侵蝕而使構成坩堝的鉑作為固態物質混入到熔融玻璃中。這樣的固態物質在光學玻璃中成為雜質,成為光的散射源。此外,當坩堝被輕微地侵蝕而使鉑作為離子溶入到熔融玻璃時,由於鉑離子的光吸收,光學玻璃的著色變強、可見光區域的透射率下降。
另一方面,如果是熔融性優秀的玻璃,則不易產生玻璃原料的熔融殘留的問題。因此,無需提高熔融溫度、延長熔融時間就能夠抑制熔融玻璃對熔融容器的侵蝕。進而,還能夠抑制由於熔融時間的延長導致的玻璃的透射率下降。
即,藉由改善熔融性,從而能夠改善玻璃的均質性,並且能夠抑制可見光區域的透射率下降。
接著,說明改善熔融性對澄清性的影響。
通常,在將批料原料(調配了複數種化合物的原料)
粗熔解(rough melt)而製作碎玻璃原料、將碎玻璃原料再熔融(remelt)而製造光學玻璃的方法(粗熔解-再熔融方式)中,在改善再熔融中的熔融玻璃的消泡(即,改善澄清性)時,較佳碎玻璃含有多的氣體成分,即,較佳澄清前的熔融玻璃中的氣體成分的溶解量高。
在此,氣體成分例如是批料原料所包含的硼酸、碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物等被加熱、分解而產生的水分、COx、NOx及SOx等氣體。
如上所述,在製造熔融性差的玻璃時,需要提高熔融溫度、延長熔融時間來製造玻璃,使得不會產生玻璃原料的熔融殘留。特別地,當升高粗熔解的批料原料的熔融溫度時,容易從批料原料的熔融物中釋放來自原料的氣體,進而當延長粗熔解的時間時,在碎玻璃中不會殘留充分的氣體成分。
通常,藉由將碎玻璃再熔融,從而殘留在碎玻璃中的氣體成分在熔融玻璃中成為氣泡,微小的氣泡聚在一起變成大氣泡,在熔融玻璃中上浮的速度增大,在短時間內排出到熔融玻璃外。但是,在像上述的那樣玻璃的熔融性差的情況下,碎玻璃中不會殘留充分的量的氣體成分,因此難以產生能夠帶著微小的氣泡上浮的大氣泡,微小的氣泡難以排出到熔融玻璃外。因此,不能夠進行充分的澄清,導致在光學玻璃中殘留微小的氣泡的問題。
另一方面,在熔融性優秀的玻璃的粗熔解中,能夠以比較低的溫度將批料原料熔融。因此,能夠以在熔融物中溶入有氣體成分的狀態製作碎玻璃。藉由將碎玻璃再熔融,從
而殘留在碎玻璃中的氣體成分在熔融玻璃中成為氣泡,微小的氣泡聚在一起上浮而排出到熔融玻璃外,能夠高效率地去除氣泡。其結果是,能夠以比較短的時間使玻璃澄清。
即,藉由改善熔融性,從而能夠改善玻璃的澄清性,能夠增加每單位時間的玻璃的生產量。
像以上說明的那樣,藉由改善熔融性,從而還能夠改善玻璃的可見光區域的透射率和澄清性。此外,藉由改善熔融性,從而能夠降低玻璃的熔融所消耗的能量,還能夠縮短熔融時間,因此還能夠期待生產成本的降低、生產性的提高。像這樣,可以說改善熔融性是非常有益的。
如上所述,在本實施形態中確定的值(L)=[6×Li++2×Zn2+-Si4+]是低溫軟化性的指標,此外,在改善熔融性方面也是有效的指標。因此在本實施形態的光學玻璃中,為了得到適合於精密壓製成型的低溫軟化性並且改善玻璃的熔融性,值(L)=[6×Li++2×Zn2+-Si4+]為24以上。另外,值(L)是對上述的3種成分的含量作為係數乘以各成分對玻璃化轉變溫度的影響度並相加的數,因此其沒有單位。
進而,在本實施形態的光學玻璃中,阿貝數(νd)為43.5~47。當阿貝數(νd)為43.5以上時,作為光學元件的材料對校正色像差是有效的。此外,當阿貝數(νd)比47大時,如果不使折射率(nd)下降,則玻璃的熱穩定性顯著下降,在製造玻璃的過程中容易失透。因此,在本實施形態的光學玻璃中,為了在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時實現作為光學元件的材料有效的光學特性,使阿貝數(νd)的範圍為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,相對於上述阿貝數(νd),折射率(nd)滿足下述式(1)。
折射率(nd)相對於阿貝數(νd)處於由上述式(1)決定的範圍,由此可得到在光學設計上利用價值高的光學玻璃。此外,當過度提高折射率(nd)時,示出熱穩定性下降的傾向。因此,在本實施形態的光學玻璃中,為了在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時實現作為光學元件的材料有效的光學特性,使折射率(nd)的範圍為上述範圍。
像以上說明的那樣,本實施形態的光學玻璃具有如上所述的特徵,從而能夠提供在削減Ta5+的含量的同時熱穩定性優秀、具有低溫軟化性的高折射率低色散玻璃。
<玻璃組成>
以下,對玻璃組成進行詳細說明。另外,只要沒有特別說明,各種構成成分的含量等以陽離子%或者陰離子%來表示。本實施形態的光學玻璃為氧化物玻璃,藉由確定陽離子成分的含有比率,從而能夠確定玻璃組成。
在本實施形態的光學玻璃中,較佳含有B3+、La3、選自Gd3+、Y3+及Yb3+的任1種以上、Nb5+、選自Li+和Zn2+的任1種以上。
在本實施形態的光學玻璃中,B3+、Si4+、La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]為65%以上。藉由使合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]
為上述範圍,從而可以在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時實現所需的折射率(nd)和阿貝數(νd)。
合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]的上限較佳為90%,進而依次更佳為88.0%、86.0%、84.0%。此外,合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]的下限為65%,較佳為68.0%,進而依次更佳為70.0%、72.0%、74.0%。
藉由合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]的上限滿足上述較佳值,從而能夠製作在將玻璃化轉變溫度(Tg)保持得低、將熱穩定性維持為良好的狀態的同時具有所需的折射率(nd)和阿貝數(νd)的玻璃。此外,藉由合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]的下限滿足上述較佳值,從而可得到在將玻璃的熱穩定性維持為良好的狀態的同時具有所需的折射率(nd)和阿貝數(νd)的玻璃。
在本實施形態的光學玻璃中,B3+、Si4+及Al3+的合計含量(NWF)=[B3++Si4++Al3+]的上限較佳為62%,進而依次更佳為61.0%、58.0%。此外,合計含量(NWF)的下限較佳為40%,進而依次更佳為42.0%、44.0%、46.0%、48.0%、50.0%、52.0%、54.0%。
B3+、Si4+及Al3+為玻璃的網絡形成成分,這些成分的含量的比率會影響玻璃的耐失透性、玻璃化轉變溫度(Tg)、熔融性、成型性等。藉由合計含量(NWF)的下限為上述的值,從而能夠將玻璃的熱穩定性維持為良好的狀態、能夠抑制製造過程中的玻璃晶化(析出晶體)。即,能夠改善玻璃的耐失透性、抑制液相線溫度的上升。
通常,當液相線溫度上升時,為了防止熔融時的玻璃的失透,需要提高熔融溫度。當提高熔融溫度時,玻璃的著色會增大,在熔融過程中玻璃成分的揮發量會增加,容易引起組成改變。其結果是,玻璃的特性特別是折射率、阿貝數等光學特性產生大的改變。因此,為了在防止玻璃製造時的失透的同時抑制玻璃的著色、組成改變、謀求玻璃的特性的穩定化,也期望改善玻璃的熱穩定性、抑制液相線溫度的上升。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量(RE)=[La3++Gd3++Y3++Yb3+]的上限較佳為34%,進而依次更佳為32.0%、28.0%、27.0%、26.0%、25.0%。此外,合計含量(RE)的下限較佳為16%,進而依次更佳為18.0%、20.0%、21.0%、22.0%。
La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+為具有在抑制阿貝數(νd)的減小的同時提高折射率的作用的稀土類成分。此外,這些成分可改善玻璃的化學耐久性、耐候性,但也具有提高玻璃化轉變溫度(Tg)的作用。因此,當合計含量(RE)增多時,示出玻璃的熱穩定性下降的傾向,有玻璃化轉變溫度(Tg)上升的傾向。此外,在將玻璃熔融時,玻璃原料容易有熔融殘留。另一方面,當合計含量(RE)減少時,示出折射率(nd)下降、阿貝數(νd)下降、化學耐久性下降的傾向。因此,為了在良好地維持玻璃的熱穩定性、熔融性及抑制玻璃化轉變溫度(Tg)的上升的同時抑制折射率(nd)和阿貝數(νd)的下降、維持化學耐久性,較佳合計含量(RE)為上述範圍。
在本實施形態的光學玻璃中,La3+、Gd3+、Y3+及
Yb3+的合計含量(RE)相對於B3+、Si4+及Al3+的合計含量(NWF)的比例,即陽離子比(α)=[RE/NWF]為0.30~0.70。藉由滿足上述範圍,從而可在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時實現所需的折射率(nd)和阿貝數(νd)。
陽離子比(α)的上限為0.70,較佳為0.60,進而依次更佳為0.50、0.45、0.44、0.43。陽離子比(α)的下限為0.30,較佳為0.32,進而依次更佳為0.34、0.36、0.37、0.38、0.39。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,B3+的含量的上限較佳為62%,進而依次更較佳為60.0%、58.0%、57.0%。此外,B3+的含量的下限較佳為40%,進而依次更佳為42.0%、44.0%、46.0%、48.0%、50.0%、51.0%。
B3+改善熔融性、降低玻璃化轉變溫度(Tg)的作用比Si4+、Al3+優秀。當B3+的含量少時,示出玻璃的熱穩定性和熔融性下降的傾向。另一方面,當B3+的含量多時,示出折射率(nd)、化學耐久性下降的傾向。因此,為了改善玻璃的耐失透性、熔融性及成型性等並將折射率(nd)、阿貝數(νd)維持在上述式(1)的範圍內,B3+的含量較佳為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Si4+的含量的上限較佳為10%,進而依次更佳為8.0%、7.0%、6.0%、5.0%。此外,Si4+的含量的下限較佳為0%,進而依次更佳為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。
Si4+具有改善玻璃的化學耐久性、耐候性、提高熔融時的玻璃的黏性的作用。當Si4+的含量少時,示出玻璃的熱穩定性、化學耐久性下降的傾向。另一方面,當Si4+的含量多
時,示出玻璃的熱穩定性、低溫軟化性下降的傾向。因此,為了改善玻璃的耐失透性、熔融性、成型性及低溫軟化性等,Si4+的含量較佳為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Al3+的含量的上限較佳為10%,進而依次更佳為8.0%、7.0%、5.0%、4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Al3+的含量的下限較佳為0%。另外,Al3+的含量也可以為0%。
Al3+為具有改善玻璃的化學耐久性、耐候性的作用的成分。但是,當Al3+的含量增多時,容易產生折射率(nd)下降、玻璃的熱穩定性下降、玻璃化轉變溫度(Tg)上升、熔融性下降等問題。為了避免這樣的問題,Al3+的含量較佳為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,B3+的含量相對於B3+、Si4+及Al3+的合計含量(NWF)的比例,即陽離子比[B3+/NWF]的上限較佳為1,進而依次更佳為0.99、0.97、0.96、0.95。此外,陽離子比[B3+/NWF]的下限較佳為0.5,進而依次更佳為0.60、0.68、0.70、0.76、0.77、0.80、0.85、0.90、0.91、0.92。
當陽離子比[B3+/NWF]小時,有玻璃的熔融性下降並且玻璃化轉變溫度(Tg)上升的傾向。此外,雖然也能夠將陽離子比[B3+/NWF]設為1,但是藉由含有少量Si4+,容易使成型時的玻璃的黏度變成適合於成型的黏度。因此,為了在維持良好的熔融性、玻璃的低溫軟化性的同時改善成型性,[B3+/NWF]的上限較佳為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,La3+為必要成分。La3+為即使大量含有也難以使玻璃的熱穩定性、熔融性下降的成分。La3+的含量的上限較佳為25%,進而依次更佳為23%、22%、21%、20%。此外,La3+的含量的下限較佳為5%,進而依次更佳為7%、8%、9%、10%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Gd3+的含量的上限較佳為20%,進而依次更佳為18.0%、16.0%、15.0%、14.0%。此外,Gd3+的含量的下限較佳為0%,進而依次更佳為0.1%、0.5%、1.0%、2.0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Y3+的含量的上限較佳為15%,進而依次更佳為12.0%、10.0%、9.0%、8.0%、6.0%、5.0%、4.0%。此外,Y3+的含量的下限較佳為0%,進而依次更佳為0.1%、0.5%、1.0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Yb3+的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.0%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.2%、0.1%、0.05%、0.01%。此外,Yb3+的含量的下限較佳為0%。另外,Yb3+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,La3+的含量相對於La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量(RE)的比例,即陽離子比(β)=[La3+/RE]不足1且不包含0。藉由使陽離子比(β)為上述範圍,從而能夠良好地維持熱穩定性和熔融性。
陽離子比(β)不足1,其上限較佳為0.95,進而依次更佳為0.90、0.85、0.84、0.83、0.82。此外,陽離子比(β)的下限較佳為0.2,進而依次更佳為0.3、0.35、0.4、0.41、0.42、
0.43、0.44。當Gd3+、Y3+及Yb3+的各含量過少時,有玻璃的熱穩定性下降的傾向。此外,當Gd3+、Y3+及Yb3+的各含量過多時,有玻璃的熱穩定性、熔融性下降的傾向。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Gd3+及Y3+的合計含量相對於La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量(RE)的比例,即陽離子比[(Gd3++Y3+)/RE]的上限較佳為0.8,進而依次更佳為0.7、0.65、0.6、0.59、0.58、0.57、0.56。此外,陽離子比[(Gd3++Y3+)/RE]較佳超過0,其下限依次更佳為0.05、0.1、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19。
在La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+中,Yb3+的原子量大,會使玻璃的比重增加,但是提高折射率的作用小。可是,透鏡的光焦度(屈光力)由構成透鏡的材料的折射率和透鏡面(透鏡的光學功能面)的曲率決定。因此,在具有固定的光焦度的透鏡中,越是提高透鏡材料的折射率,就越能夠減小透鏡面的曲率的絕對值,也越能夠使透鏡的厚度變薄。因此,為了減小透鏡的重量,使用折射率高且比重小的玻璃是有效的。相反,在不能充分提高玻璃的折射率或者不能抑制比重的增加的情況下,光學元件的重量會增大。例如,若將重量大的單透鏡組裝到自動對焦式的攝像鏡頭中,則在自動對焦時驅動鏡頭所需的功率會增大,電池的消耗會增大。與La3+、Gd3+及Y3+相比,Yb3+不僅提高折射率的作用差,而且抑制比重的增加的作用也差。因此,期望降低Yb3+的含量、抑制光學元件的比重的增大。此外,Yb3+對近紅外區域進行吸收。因此,Yb3+的含量多的玻璃對近紅外區域的光吸收強,作為要求使近紅外光透射的光學
系統例如監控攝像機、夜視攝像機等所使用的光學元件用的玻璃材料不是較佳的。
此外,Gd3+和Y3+藉由在玻璃中與La3+共存,從而具有大幅改善玻璃的熱穩定性的作用。因此,為了得到在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時不對近紅外線的透射產生不良影響且具有所需的光學特性的玻璃,陽離子比[(Gd3++Y3+)/RE]較佳為上述範圍。
在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+及Bi3+的合計含量HR=[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]不足7%。藉由使合計含量(HR)為上述範圍,從而能夠在維持玻璃的熱穩定性的同時抑制阿貝數(νd)的下降,能夠實現所需的光學特性。
合計含量(HR)不足7%,其上限較佳為6.0%,進而依次更佳為5.0%、4.0%。此外,合計含量(HR)的下限較佳為0%,進而依次更佳為0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+的含量相對於Nb5+和Ta5+的合計含量的比例,即陽離子比(γ)=[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]為0.5以上。藉由使陽離子比(γ)為上述範圍,從而能夠穩定地製造具有良好的熱穩定性和所需的光學特性的玻璃。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,陽離子比(γ)的上限較佳為1。此外,陽離子比(γ)的下限為0.5,較佳為0.6,進而依次更佳為0.70、0.80、0.90、0.95、0.98。另外,陽離子比(γ)也可以為1。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+、Ti4+及W6+的合計含量相對於Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+及Bi3+的合計含量(HR)的比例,即陽離子比[(Nb5++Ti4++W6+)/HR]的上限較佳為1。此外,陽離子比[(Nb5++Ti4++W6+)/HR]的下限較佳為0.5,進而依次更佳為0.60、0.70、0.80、0.90、0.95。另外,陽離子比[(Nb5++Ti4++W6+)/HR]也可以為1。在高折射率高色散化成分之中,Ta5+由於前述理由,Bi3+由於是原子量大且會使玻璃的比重增大並且使玻璃的著色增大的成分,因此較佳降低這些成分的含量。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+、Ti4+及W6+的合計含量[Nb5++Ti4++W6+]較佳不足7%,其上限依次更佳為6.0%、5.0%、4.0%。此外,合計含量[Nb5++Ti4++W6+]較佳超過0,其下限依次更佳為0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。藉由使合計含量[Nb5++Ti4++W6+]為上述範圍,從而可在削減Ta5+、Bi3+的含量的同時得到高折射率高色散化成分的作用、效果。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+的含量相對於Nb5+、Ta5+及W6+的合計含量的比例,即陽離子比[Nb5+/(Nb5++Ta5++W6+)]的上限較佳為1。此外,陽離子比[Nb5+/(Nb5++Ta5++W6+)]的下限較佳為0.3,進而依次更佳為0.40、0.50、0.55、0.60、0.70、0.80、0.90。另外,陽離子比[Nb5+/(Nb5++Ta5++W6+)]也可以為1。藉由使陽離子比[Nb5+/(Nb5++Ta5++W6+)]為上述範圍,從而可得到在削減Ta5+的含量的同時著色少、熱穩定性優秀的玻璃。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+的含量相對於Nb5+和W6+的合計含量的比例,即陽離子比[Nb5+/(Nb5++W6+)]的上限較佳為1。此外,陽離子比[Nb5+/(Nb5++W6+)]的下限較佳為0.3,進而依次更佳為0.40、0.50、0.60、0.68、0.70、0.80、0.84、0.86、0.88、0.90、0.95。另外,陽離子比[Nb5+/(Nb5++W6+)]也可以為1。藉由使陽離子比[Nb5+/(Nb5++W6+)]為上述範圍,從而可得到在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時著色少的玻璃。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Ti4+、W6+及Bi3+的合計含量[Ti4++W6++Bi3+]較佳不足4.25%,其上限依次更佳為4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.2%、0.1%。此外,合計含量[Ti4++W6++Bi3+]的下限較佳為0%。另外,合計含量[Ti4++W6++Bi3+]也可以為0%。
當合計含量[Ti4++W6++Bi3+]增多時,會產生如下不良,即,玻璃的著色增大,在進行精密壓製成型時由於玻璃與壓製成型模的反應而使玻璃的表面品質下降,容易產生玻璃與壓製成型模的熔著等。因此,為了在抑制阿貝數(νd)的大幅減小和玻璃的著色的同時維持精密壓製成型時的玻璃的表面品質、防止玻璃與壓製成型模的熔著,較佳合計含量[Ti3++W6++Bi3+]為上述範圍。
在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+為必要成分。Nb5+的含量較佳不足7%,其上限依次更佳為6.0%、5.5%、5.0%、4.0%。此外,Nb5+的含量的下限較佳為0.1%,進而依次更佳為0.5%、0.8%、1.0%、1.1%、1.5%。
在本實施形態的光學玻璃中,Ti4+的含量較佳不足4.25%,其上限依次更佳為4.0%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Ti4+的含量的下限較佳為0%。另外,Ti4+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,W6+的含量較佳不足4.25%,其上限依次更佳為4.0%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.2%、1.0%。此外,W6+的含量的下限較佳為0%。另外,W6+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Ta5+的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.0%、2.0%、1.5%、1.0%、0.55%、0.1%。此外,Ta5+的含量的下限較佳為0%。另外,Ta5+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Bi3+的含量較佳不足4.25%,其上限依次更佳為4.0%、3.0%、2.0%、1.5%、1.0%、0.55%、0.1%。此外,Bi3+的含量的下限較佳為0%。另外,Bi3+的含量也可以為0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量(RE)相對於Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+及Bi3+的合計含量(HR)的比例,即陽離子比[RE/HR]的上限較佳為21,進而依次更佳為19.0、17.0、15.0、13.0、12.0、11.0。此外,陽離子比[RE/HR]的下限較佳為1,進而依次更佳為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0。
當陽離子比[RE/HR]減小時,示出阿貝數(νd)減小的傾向。另一方面,當陽離子比[RE/HR]增大時,示出玻璃化
轉變溫度(Tg)上升、玻璃的熱穩定性下降的傾向。因此,為了實現所需的光學特性,較佳陽離子比[RE/HR]為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+及Bi3+的合計含量(HR)相對於B3+、Si4+及Al3+的合計含量(NWF)的比例,即陽離子比[HR/NWF]的上限較佳為0.5,進而依次更佳為0.30、0.20、0.10、0.08、0.07、0.06。陽離子比[HR/NWF]的下限較佳為0.01,進而依次更佳為0.02、0.03、0.04、0.05。
當陽離子比[HR/NWF]減小時,示出折射率(nd)下降、玻璃的熱穩定性改善的傾向。此外,當陽離子比[HR/NWF]增大時,示出阿貝數(νd)下降、玻璃的熱穩定性下降的傾向。因此,為了得到將玻璃的熱穩定性維持為良好的狀態、具有所需的光學特性的光學玻璃,較佳陽離子比[HR/NWF]為上述範圍。
在本實施形態的光學玻璃中,Li+的含量的6倍與Zn2+的含量的2倍的合計減去Si4+的含量的值(L)=[(6×Li+)+(2×Zn2+)-Si4+]為24以上。藉由使值(L)為上述範圍,從而能夠得到適合於精密壓製成型的低溫軟化性,並且能夠改善玻璃的熔融性。
值(L)的上限較佳為45,進而依次更佳為44.0、43.0。此外,值(L)的下限為24,進而依次較佳為24.5、25.0、25.5、26.5、27.5。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,為了使玻璃化轉變溫度(Tg)下降,Li+的含量的6倍的值與Zn2+的含量的
2倍的值的合計值[(6×Li+)+(2×Zn2+)]較佳滿足以下範圍。值[(6×Li+)+(2×Zn2+)]的上限較佳為45,進而依次更佳為44.0、43.0、42.0、40.0、38.0。此外,值[(6×Li+)+(2×Zn2+)]的下限較佳為24,進而依次更佳為24.5、25.0、26.0。
另外,本實施形態的光學玻璃較佳至少含有Zn2+。
在本實施形態的光學玻璃中,Zn2+的含量的上限較佳為25%,進而依次更佳為22.0%、20.0%、18.0%、17.0%、16.0%。此外,Zn2+的含量的下限較佳為5%,進而依次更佳為8.0%、9.0%、10.0%、11.0%。
Zn2+為具有在維持折射率的同時使玻璃化轉變溫度(Tg)下降的作用和在將玻璃熔融時促進玻璃的原料的熔化的作用(即,改善熔融性的作用)的成分。此外,與鹼土類金屬等其它的二價金屬成分相比,Zn2+改善玻璃的熱穩定性、使液相線溫度下降的作用強。但是,當Zn2+的含量增多時,阿貝數(νd)減小,不容易得到所需的光學特性。因此,為了維持所需的光學特性、使玻璃化轉變溫度(Tg)下降、改善玻璃的熔融性和熱穩定性,較佳Zn2+的含量為上述範圍。
本實施形態的光學玻璃較佳含有選自Li+、Na+及K+的任1種以上。
在本實施形態的光學玻璃中,Li+的含量的上限較佳為10%,進而依次更佳為8.0%、6.0%、5.0%、4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%。此外,Li+的含量的下限較佳為0%,進而依次更佳為0.1%、0.3%、0.5%、1.0%。
Li+是使玻璃化轉變溫度(Tg)下降的作用強、對得
到低溫軟化性有用的成分。此外,Li+還發揮改善玻璃的熔融性的作用。此外,當Li+的含量增多時,示出折射率(nd)下降的傾向。因此,為了維持所需的光學特性、使玻璃化轉變溫度(Tg)下降,較佳Li+的含量為上述範圍。
在本實施形態的光學玻璃中,Na+的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.0%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Na+的含量的下限較佳為0%。另外,Na+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,K+的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.0%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,K+的含量的下限較佳為0%。另外,K+的含量也可以為0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Li+、Na+及K+的合計含量[Li++Na++K+]的上限較佳為10%,進而依次更佳為8.0%、6.0%、5.0%、4%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%。此外,合計含量[Li++Na++K+]的下限較佳為0%,進而依次更佳為0.1%、0.3%、0.5%、1.0%。
Na+和K+均具有改善玻璃的熔融性的作用,但是當它們的含量增多時,折射率(nd)、玻璃的熱穩定性、化學耐久性、耐候性會下降。因此,Na+和K+的各含量較佳分別為上述範圍。
此外,本實施形態的光學玻璃也可以含有Rb+和Cs+的任1種以上。
在本實施形態的光學玻璃中,Rb+的含量的上限較
佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Rb+的含量的下限較佳為0%。另外,Rb+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Cs+的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Cs+的含量的下限較佳為0%。另外,Cs+的含量也可以為0%。
Rb+和Cs+均具有改善玻璃的熔融性的作用,但是當它們的含量增多時,折射率(nd)、玻璃的熱穩定性、化學耐久性、耐候性會下降。因此,Rb+和Cs+的各含量較佳分別為上述範圍。
此外,與Li+、Na+、K+相比,Rb+、Cs+為昂貴的成分,是不適合於通用的玻璃的成分。因此,在本實施形態的光學玻璃中,Rb+和Cs+的合計含量[Rb++Cs+]的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.2%、0.1%、0.05%、0.01%。此外,合計含量[Rb++Cs+]的下限較佳為0%。另外,合計含量[Rb++Cs+]也可以為0%。
本實施形態的光學玻璃較佳進一步含有Zr4+。
在本實施形態的光學玻璃中,Zr4+的含量的上限較佳為10%,進而依次更佳為9.0%、8.0%、7.0%、6.5%、6.0%、5.5%、5.0%、4.5%。此外,Zr4+的含量的下限較佳為0%,進而依次更佳為0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、1.5%。
Zr4+為具有提高折射率nd並且改善玻璃的熱穩定性的作用的成分。但是,當Zr4+的含量變多時,玻璃的熱穩定性下降,玻璃化轉變溫度(Tg)上升,此外,玻璃原料容易產生熔融殘留。因此,為了在抑制玻璃化轉變溫度(Tg)的上升、良
好地維持玻璃的熔融性、實現所需的光學特性的同時改善玻璃的熱穩定性,較佳Zr4+的含量為上述範圍。
本實施形態的光學玻璃也可以根據需要還含有下述的成分。
在本實施形態的光學玻璃中,Mg2+的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Mg2+的含量的下限較佳為0%。另外,Mg2+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Ca2+的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Ca2+的含量的下限較佳為0%。另外,Ca2+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Sr2+的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Sr2+的含量的下限較佳為0%。另外,Sr2+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Ba2+的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Ba2+的含量的下限較佳為0%。另外,Ba2+的含量也可以為0%。
Mg2+、Ca2+、Sr2+及Ba2+均為具有改善玻璃的熔融性的作用的成分。但是,當這些成分的含量增多時,玻璃的熱穩定性會下降,變得容易失透。
在本實施形態的光學玻璃中,Mg2+、Ca2+、Sr2+及
Ba2+的合計含量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]的上限較佳為6%,進而依次更佳為5.0%、4.0%、3.0%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,合計含量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]的下限較佳為0%。藉由使合計含量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]為上述範圍,從而能夠將玻璃的熱穩定性維持為良好的狀態。另外,合計含量[Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+]也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Ga3+的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Ga3+的含量的下限較佳為0%。另外,Ga3+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,In3+的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,In3+的含量的下限較佳為0%。另外,In3+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Sc3+的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Sc3+的含量的下限較佳為0%。另外,Sc3+的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Hf4+的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.1%、0.05%、0.01%。此外,Hf4+的含量的下限較佳為0%。另外,Hf4+的含量也可以為0%。
Ga3+、In3+、Sc3+及Hf4+均具有提高折射率(nd)的作用。但是,這些成分昂貴,不是達到發明目的所必須的成分。因此,較佳Ga3+、In3+、Sc3+、Hf4+的各含量分別為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Lu3+的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。
此外,Lu3+的含量的下限較佳為0%。另外,Lu3+的含量也可以為0%。Lu3+具有提高折射率(nd)的作用,但也是使玻璃的比重增加的成分。此外,與Yb3+同樣地,Lu3+的原子量大,所以較佳降低Lu3+的含量。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Ge4+的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Ge4+的含量的下限較佳為0%。另外,Ge4+的含量也可以為0%。Ge4+具有提高折射率(nd)的作用,但是在通常使用的玻璃成分中是極其昂貴的成分。為了降低玻璃的製造成本,較佳Ge4+的含量為上述範圍。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,P5+的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.0%、2.0%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,P5+的含量的下限較佳為0%。另外,P5+的含量也可以為0%。P5+為使折射率(nd)下降的成分,還是使玻璃的熱穩定性下降的成分。為了製作具有所需的光學特性、熱穩定性優秀的玻璃,P5+的含量較佳為上述範圍。但是,P5+具有在對玻璃熔液進行冷卻時抑制晶體的析出、防止失透的效果,因此為了得到這樣的防失透效果,P5+的含量的下限較佳為0.1%,進而依次更佳為0.3%、0.5%。
對於本實施形態的光學玻璃,較佳陽離子成分主要由上述的陽離子成分構成,上述的陽離子成分的合計含量[B3++Si4++Al3++La3++Gd3++Y3++Yb3++Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3++Zn2++Li++Na++K++Rb++Cs++Zr4++Mg2++Ca2++Sr2++Ba2++Ga3++In3++Sc3++Hf4++Lu3++Ge4++P5+]較佳大於95%,更佳大於
98.0%,進一步較佳大於99.0%,再進一步較佳大於99.5%,更進一步較佳大於99.9%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Te4+的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.0%、1.0%、0.5%、0.1%、0.05%,0.01%。此外,Te4+的含量的下限較佳為0%。另外,Te4+的含量也可以為0%。Te4+為提高折射率(nd)的成分,但是具有毒性,因此較佳減少Te4+的含量。
鉛(Pb)、砷(As)、鎘(Cd)、鉈(Tl)、鈹(Be)、硒(Se)都具有毒性。因此,較佳不含有這些元素,即,較佳不將這些元素作為玻璃成分而包含在玻璃中。
鈾(U)、釷(Th)、鐳(Ra)均為放射性元素。因此,較佳不含有這些元素,即,較佳不將這些元素作為玻璃成分而包含在玻璃中。
釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉕(Pm)、釤(Sm)、銷(Eu)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鈰(Ce)會成為玻璃的著色增大的原因、螢光的發生源,較佳不作為包含在光學玻璃中的元素。因此,較佳不含有這些元素,即,較佳不將這些元素作為玻璃成分而包含在玻璃中。
鈷(Sb)、錫(Sn)為作為澄清剤發揮功能的能夠任選地添加的元素。其中,Sb的氧化性強,在精密壓製成型時會氧化壓製成型模的成型面。因此,在反復進行壓製成型期間,成型面會顯著劣化而變得不能進行精密壓製成型。此外,成型的光學元件的表面品質會下降。因此,關於Sb的含量,在將
其換算成三氧化二銻(Sb2O3)並將Sb2O3以外的玻璃成分的含量的合計設為100質量%時較佳為不足1質量%,進而依次更佳為0.5質量%以下、0.1質量%以下、0.08質量%以下、0.05質量%以下。另一方面,在藉由添加Sb來改善玻璃的澄清性的情況下,關於Sb的含量,在將其換算成Sb2O3並將Sb2O3以外的玻璃成分的含量的合計設為100質量%時較佳為0.01質量%以上,進而依次更佳為0.02質量%以上、0.04質量%以上。
此外,關於Sn的添加量,在將其換算成二氧化錫(SnO2)並將SnO2以外的玻璃成分的含量的合計設為100質量%時較佳為0~2質量%,進而依次更佳為0~1質量%、0~0.5質量%、0~0.1質量%、0~0.05質量%。
本發明的玻璃為氧化物玻璃。作為陰離子成分的O2-的含量的範圍較佳為95~100陰離子%,更佳為97.0~100陰離子%。進一步較佳為99.0~100陰離子%,再進一步較佳為99.5~100陰離子%,更進一步較佳為99.9~100陰離子%、再更進一步較佳為100陰離子%。
另外,本實施形態的光學玻璃也可以含有O2-以外的陰離子成分。作為O2-以外的陰離子成分,能夠例示例如F-、Cl-、Br-、I-。但是,F-、Cl-、Br-、I-在玻璃的熔融中均容易揮發。由於這些成分的揮發,會產生玻璃的特性改變、玻璃的均質性下降、熔融設備的損耗變得顯著等問題。因此,較佳將F-、Cl-、Br-及I-的含量的合計抑制為從100陰離子%中減去O2-的含量的量。
另外,像眾所周知的那樣,陰離子%指的是將全部
的陰離子成分的含量的合計設為100%時的莫耳百分率。
另外,本實施形態的光學玻璃較佳基本上由上述成分構成,但是也能夠在不妨礙本發明的作用效果的範圍內含有其它的成分。此外,在本發明中,並不排除含有不可避免的雜質。
另外,本實施形態的光學玻璃的玻璃組成能夠藉由例如ICP-AES(電感耦合電漿原子發射光譜法,Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)等方法來定量。藉由ICP-AES求出的分析值有時包含例如分析值的±5%左右的測定誤差。此外,在本說明書和本發明中,玻璃的構成成分的含量為0%、不包含或者不導入意味著實質上不包含該構成成分,指的是該構成成分的含量為雜質水平程度以下。
<光學玻璃的特性>
以下,按各特性對本實施形態的光學玻璃的特性進行說明。
(光學特性)
在本實施形態的光學玻璃中,阿貝數(νd)為43.5~47,折射率(nd)滿足下述式(1)。
當阿貝數(νd)為43.5以上時,作為光學元件的材料對於色像差的校正是有效的。此外,當阿貝數(νd)比47大時,如果不使折射率(nd)下降,則玻璃的熱穩定性會顯著下降,在製造玻璃的過程中容易失透。因此,阿貝數的上限為47,較
佳為46.5,更佳為46.0。此外,阿貝數的下限為43.5,較佳為44.0,更佳為44.5。
此外,藉由使折射率(nd)相對於阿貝數(νd)在用上述式(1)決定的範圍內,從而成為在光學設計上利用價值高的光學玻璃。折射率(nd)的上限根據上述的玻璃的組成範圍而自然而然地確定。當過度提高折射率(nd)時,示出熱穩定性下降的傾向。為了得到維持熱穩定性、不容易失透的玻璃,折射率(nd)較佳滿足下述式(2)。
(玻璃化轉變溫度(Tg))
本實施形態的光學玻璃的玻璃化轉變溫度(Tg)的上限較佳為620℃,進而依次更佳為618℃、617℃、615℃。此外,玻璃化轉變溫度Tg的下限較佳為550℃,進而依次更佳為560℃、570℃、580℃。藉由使玻璃化轉變溫度(Tg)的上限滿足上述範圍,從而在精密壓製成型時即使不過度地提高壓製成型模的溫度、玻璃的溫度也能夠進行高精度的精密壓製成型。其結果是,能夠降低壓製成型模的損耗,能夠延長壓製成型模的壽命。此外,藉由使玻璃化轉變溫度(Tg)下降,從而能夠抑制精密壓製成型時的玻璃與壓製成型模的成型面的反應,能夠使藉由壓製成型得到的光學元件的表面品質良好。
(玻璃的光線透射性)
在本實施形態中,光線透射性能夠藉由著色度(λ5)、著色度(λ80)來評價。
使用具有相互平行且進行了光學拋光的2個平面的玻璃(厚度為10.0mm±0.1mm),從一側的平面對該平面垂直入射光線。然後,算出從另一側平面射出的透射光的強度(Iout)與入射光的強度(Iin)的比(Iout/Iin),即,算出外部透射率。使用分光光度計,一邊在280~700nm的範圍掃描入射光的波長一邊測定外部透射率,由此得到光譜透射率曲線。
外部透射率隨著入射光的波長從玻璃的短波長側的吸收端向長波長側移動而增加,示出高的值。
λ5為外部透射率成為5%的波長,λ80為外部透射率成為80%的波長。在280~700nm的波長區域中,在λ5的長波長側,玻璃的外部透射率示出比5%大的值。此外,在上述波長區域中,在λ80的長波長側,玻璃的外部透射率示出比80%大的值。
關於λ80,藉由使其短波長化,從而能夠提供可理想地再現顏色的光學元件。此外,關於λ5,藉由使其短波長化,從而在使用紫外線固化型黏接劑來黏接玻璃制光學元件時,能夠充分地確保玻璃的紫外光的透射量(黏接劑的固化所需的量)。
由於這樣的理由,λ80的較佳的範圍為420nm以下,更佳的範圍為410nm以下,進一步較佳的範圍為400nm以下。λ80的下限的目標為例如350nm。此外,λ5的較佳的範圍為335nm以下,更佳的範圍為330nm以下。λ5的下限的目標為例如290nm。
(玻璃的比重)
本實施形態的光學玻璃雖然是高折射率低色散玻璃,但是比重不大。通常,如果能夠降低玻璃的比重,就能夠減小透鏡的重量。其結果是,能夠降低驅動搭載有透鏡的照相機鏡頭的自動對焦的功耗。另一方面,當過度減小比重時,會導致折射率(nd)的下降、熱穩定性的下降。因此,玻璃的比重(d)的上限較佳為4.9,更佳為4.85,進一步較佳為4.8。此外,玻璃的比重(d)的下限較佳為4.2,更佳為4.25,進一步較佳為4.3。
(液相線溫度)
本實施形態的光學玻璃的液相線溫度的上限較佳為1200℃,進而依次更佳為1180℃、1170℃、1160℃、1150℃。此外,液相線溫度的下限較佳為950℃,進而依次更佳為970℃、980℃、990℃。根據本實施形態的光學玻璃,可改善玻璃的熱穩定性,因此可得到在削減Ta的含量的同時玻璃化轉變溫度(Tg)低的高折射率低色散玻璃。
像以上說明的那樣,本發明的實施形態的光學玻璃的折射率和阿貝數大、均質、著色少、玻璃化轉變溫度(Tg)也低。這樣的光學玻璃特別能夠適宜地用作精密壓製成型用光學玻璃。
第2實施形態
作為本發明的另一觀點,本實施形態的光學玻璃的特徵在於,作為必要成分包含B2O3、La2O3及Nb2O5;值(RE’)相對於值(NWF’)的比[RE’/NWF’]為0.30~0.70;值(HR’)相對於值(RE’)的比[HR’/RE’]為0.30以下;La2O3的含量相對於La2O3、Gd2O3、Y2O3及Yb2O3的合計含量的質量比
(βw)=[La2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)]不足1且不包含0;Nb2O5的含量相對於Nb2O5和Ta2O5的合計含量的質量比(γw)=[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5)]為2/3以上;值(L’)為-0.10以上;阿貝數(νd)為43.5~47,相對於上述阿貝數(νd),折射率(nd)滿足下述式(1):nd2.25-0.01×νd。
在此,將B2O3、SiO2、Al2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Nb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O及ZnO的各分子量分別表示為M(B2O3)、M(SiO2)、M(Al2O3)、M(La2O3)、M(Gd2O3)、M(Y2O3)、M(Yb2O3)、M(Nb2O5)、M(TiO2)、M(WO3)、M(Bi2O3)、M(Li2O)、M(Na2O)、M(K2O)及M(ZnO);在將上述各成分的含量用以質量%表示的上述各成分的含有比率的值來表示的情況下:上述值(NWF’)為將B2O3的含量的數值的2倍除以M(B2O3)的值、將SiO2的含量的數值除以M(SiO2)的值及將Al2O3的含量的數值的2倍除以M(Al2O3)的值的合計值;上述值(RE’)為將La2O3的含量的數值除以M(La2O3)的值、將Gd2O3的含量的數值除以M(Gd2O3)的值、將Y2O3的含量的數值除以M(Y2O3)的值及將Yb2O3的含量的數值除以M(Yb2O3)的值的合計值的2倍的值;上述值(HR’)為將Nb2O5的含量的數值的2倍除以M(Nb2O5)的值、將TiO2的含量的數值除以M(TiO2)的值、將WO3的含量的數值除以M(WO3)的值及將Bi2O3的含量的數值的2倍除以M(Bi2O3)的值的合計值;上述值(L’)為將Li2O的含量的數值的12倍除以M(Li2O)的值、將Na2O的含量的數值的4倍除以M(Na2O)的值、將K2O的含量的數值的2倍除以M(K2O)的值及將ZnO的
含量的數值的2倍除以M(ZnO)的值的合計值減去將SiO2的含量的數值的2倍除以M(SiO2)的值、將Al2O3的含量的數值的2倍除以M(Al2O3)的值及將B2O3的含量的數值除以M(B2O3)的值的合計值的值。
即,當將以質量%表示的B2O3、SiO2、Al2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Nb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O及ZnO的各含量的值分別僅表示為B2O3、SiO2、Al2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Nb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O、ZnO時,NWF’、RE’、HR’、L’能夠表示如下。
NWF’=[2×B2O3/M(B2O3)]+[SiO2/M(SiO2)]+[2×Al2O3/M(Al2O3)]
RE’=2×{[La2O3/M(La2O3)]+[Gd2O3/M(Gd2O3)]+[Y2O3/M(Y2O3)]+[Yb2O3/M(Yb2O3)]}
HR’=[2×Nb2O5/M(Nb2O5)]+[TiO2/M(TiO2)]+[WO3/M(WO3)]+[2×Bi2O3/M(Bi2O3)]
L’=[12×Li2O/M(Li2O)]+[4×Na2O/M(Na2O)]+[2×K2O/M(K2O)]+[2×ZnO/M(ZnO)]-{[2×SiO2/M(SiO2)]+[2×Al2O3/M(Al2O3)]+[B2O3/M(B2O3)]}
另外,在上述式中,表示為B2O3、SiO2、Al2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、Nb2O5、TiO2、WO3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O及ZnO的各成分的含量本來是以質量%表示的各成分的含有比率,但是在此僅作為數值處理,表示時不附加質量%或%等單位。此外,分子量為無量綱的數。因此,
NWF’、RE’、HR’、L’也僅為數值,表示時不附加質量%或%等單位。因此,在本實施形態中將L’的下限表示為-0.10。
在本實施形態中,作為本發明的第2觀點,基於以質量%表示的各成分的含有比率對本發明的光學玻璃進行說明。因此,以下只要沒有特別說明,各含量以質量%表示。
另外,在本說明書中,像眾所周知的那樣,以質量%表示指的是將所有成分的換算為氧化物的含量的合計設為100%時的質量百分率。此外,合計含量指的是複數種成分的換算為氧化物的含量(也包括含量為0%的情況)的合計量。此外,質量比指的是以質量%表示的各成分彼此的換算為氧化物的含量(也包含複數種的成分的以氧化物換算的合計含量)的比例(比)。
以下,對本實施形態的光學玻璃進行詳細說明。
本實施形態的光學玻璃作為必要成分包含B2O3、La2O3及Nb2O5。
在本實施形態的光學玻璃中,值(RE’)相對於值(NWF’)的比[RE’/NWF’]為0.30以上。藉由使比[RE’/NWF’]滿足上述範圍,從而能夠得到所需的折射率、阿貝數。此外,藉由比[RE’/NWF’]為0.70以下,從而能夠得到將玻璃的熱穩定性維持為良好的狀態、在製造過程中不易析出晶體的玻璃。另外,比[RE’/NWF’]的上限較佳為0.60,進而依次更佳為0.50、0.45、0.44、0.43。此外,比[RE’/NWF’]的下限較佳為0.32,進而依次更佳為0.34、0.36、0.37、0.38、0.39。
在本實施形態的光學玻璃中,值(NWF’)為以質量%
表示的作為網絡形成成分的B2O3、SiO2及Al2O3的各含量的數值分別除以各成分的分子量、再分別乘以各分子中包含的陽離子的數的值的合計值(值(NWF’)=[2×B2O3/M(B2O3)]+[SiO2/M(SiO2)]+[2×Al2O3/M(Al2O3)])。當值(NWF’)增大時,可改善玻璃的熱穩定性,在製造過程中不易析出晶體,但是折射率下降。
另外,在本實施形態的光學玻璃中比[2×B2O3/M(B2O3)]:[SiO2/M(SiO2)]:[2×Al2O3/M(Al2O3)]與以陽離子%表示的比B3+:Si4+:Al3+相同。此外,值(NWF’)對應於第1實施形態的光學玻璃中的以陽離子%表示的合計含量(NWF)。
在本實施形態的光學玻璃中,值(NWF’)的較佳的上限為1.0,進而依次更佳為0.95、0.90、0.85、0.80。值(NWF’)的較佳的下限為0.30,進而依次更佳為0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.62、0.65。
在本實施形態的光學玻璃中,值(RE’)為以質量%表示的作為高折射率低色散化成分的La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3的各含量的數值分別除以各成分的分子量、再分別乘以各分子中所包含的陽離子的數的值的合計值(值(RE’)=[2×La2O3/M(La2O3)]+[2×Gd2O3/M(Gd2O3)]+[2×Y2O3/M(Y2O3)]+[2×Yb2O3/M(Yb2O3)])。當值(RE’)增大時,在維持低色散特性的同時折射率會上升,但是玻璃的熱穩定性會下降,在製造過程中易析出晶體。
另外,在本實施形態的光學玻璃中,比[2×La2O3/M(La2O3)]:[2×Gd2O3/M(Gd2O3)]:[2×Y2O3/M(Y2O3)]:[
2×Yb2O3/M(Yb2O3)]與以陽離子%表示的比La3+:Gd3+:Y3+:Yb3+相同。此外,值(RE’)對應於第1實施形態的光學玻璃中的以陽離子%表示的合計含量(RE)。
在本實施形態的光學玻璃中,值(RE’)的較佳的上限為0.6,進而依次更佳為0.55、0.50、0.45、0.40、0.35。值RE’的較佳的下限為0.1,進而依次更佳為0.15、0.20、0.22、0.25。
在本實施形態的光學玻璃中,值(HR’)相對於值(RE’)的比[HR’/RE’]為0.30以下。藉由使比[HR’/RE’]為上述範圍,從而能夠在維持低色散特性的同時提高折射率,因此能夠得到具有所需的折射率、阿貝數的玻璃。此外,能夠提高熔融性,使玻璃原料不易產生熔融殘留。進而,還能夠抑制精密壓製成型時的玻璃與壓製成型模的熔著、壓製成型後的玻璃表面變得不透明。
比[HR’/RE’]的上限較佳為0.24,進而依次更佳為0.19、0.17、0.16、0.15。此外,在玻璃中,為了在將玻璃的熱穩定性維持為良好的狀態的同時提高折射率,較佳稀土類元素的氧化物與Nb2O5等高折射率高色散化成分共存。為了像這樣謀求在高折射率化的同時維持良好的熱穩定性,比[HR’/RE’]的下限較佳為0.03,進而依次更佳為0.05、0.06、0.07、0.08。
在本實施形態的光學玻璃中,值(HR’)為以質量%表示的作為高折射率高色散化成分的五氧化二鈮(Nb2O5)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鎢(WO3)、三氧化二鉍(Bi2O3)的各含量的數值分別除以各成分的分子量、再分別乘以各分子中所包含的
陽離子的數的值的合計值(值(HR’)=[2×Nb2O5/M(Nb2O5)]+[TiO2/M(TiO2)]+[WO3/M(WO3)]+[2×Bi2O3/M(Bi2O3)])。當值HR’增大時,折射率增加並且阿貝數減小,從而會高折射率高色散化。此外,當值(HR’)增加時存在如下風險,即,由於精密壓製成型時的玻璃與壓製成型模的反應,所以壓製成型了的玻璃的表面變得不透明或者玻璃易熔著於壓製成型模。
另外,在本實施形態的光學玻璃中,比[2×Nb2O5/M(Nb2O5)]:[TiO2/M(TiO2)]:[WO3/M(WO3)]:[2×Bi2O3/M(Bi2O3)]與以陽離子%表示的比Nb5+:Ti4+:W6+:Bi3+相同。此外,值(HR’)對應於第1實施形態的光學玻璃中的以陽離子%表示的(HR)。
在本實施形態的光學玻璃中,值(HR’)的較佳的上限為0.08,進而依次更佳為0.07、0.06、0.05。值(HR’)的較佳的下限為0.005,進而依次更佳為0.007、0.008、0.01、0.015。
本實施形態的光學玻璃的玻璃化轉變溫度(Tg)比較低,適合於例如精密壓製成型。在此,作為影響玻璃化轉變溫度(Tg)的成分,著眼於氧化鋰(Li2O)、氧化鈉(Na2O)、氧化鉀(K2O)、氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、三氧化二硼(B2O3)這7種成分,對於這些成分的含量與玻璃化轉變溫度(Tg)的關係進行說明。
在這7種成分中,具有使玻璃化轉變溫度(Tg)下降的作用的成分為Li2O、Na2O、K2O、ZnO這4種成分。相反,具有使玻璃化轉變溫度(Tg)上升的作用的成分為SiO2、Al2O3、
B2O3這3種成分。
本申請發明人的研究的結果表明,值(L’)與玻璃化轉變溫度(Tg)之間有關聯關係,其中,值(L’)為以質量%表示的這7種成分的各含量的數值分別除以各成分的分子量、再分別乘以各分子所包含的陽離子的數、進而再分別乘以作為係數的各成分對玻璃化轉變溫度(Tg)的影響度的值的合計值。另外,以陽離子比為基準,Li2O、Na2O、K2O、ZnO、SiO2、Al2O3、B2O3對玻璃化轉變溫度(Tg)的影響度分別為+6、+2、+1、+2、-2、-1、-0.5。
這樣的值(L’)能夠表示為L’=[6×2×Li2O/M(Li2O)]+[2×2×Na2O/M(Na2O)]+[1×2×K2O/M(K2O)]+[2×1×ZnO/M(ZnO)]+[-2×1×SiO2/M(SiO2)]+[-1×2×Al2O3/M(Al2O3)]+[-0.5×2×B2O3/M(B2O3)]。
圖2為將縱軸設為玻璃化轉變溫度(Tg)及將橫軸設為值(L’)而對包含B2O3和La2O3的公知的玻璃繪製了值(L’)與Tg的關係的圖表。從圖2可清楚地看出,點基本分佈在直線上,在值(L’)與Tg之間存在相關關係。
因此,藉由使值(L’)為-0.10以上,從而能夠使玻璃化轉變溫度(Tg)下降,提供適合於例如精密壓製成型的玻璃。此外,藉由使值(L’)為-0.10以上,從而能夠改善玻璃的熔融性。為了使玻璃化轉變溫度(Tg)下降,進而改善玻璃的熔融性,值(L’)的下限較佳為-0.09,進而依次更佳為-0.08、-0.06、-0.04、-0.02、0。
此外,隨著值(L’)的增加,示出折射率下降、玻璃
的熱穩定性下降的傾向,因此為了在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時得到所需的折射率和阿貝數,值(L’)的上限較佳為1.0,進而依次更佳為0.60、0.40、0.30、0.20、0.18。
另外,在本實施形態的光學玻璃中,比[2×Li2O/M(Li2O)]:[2×Na2O/M(Na2O)]:[2×K2O/M(K2O)]:[ZnO/M(ZnO)]:[SiO2/M(SiO2)]:[2×Al2O3/M(Al2O3)]:[2×B2O3/M(B2O3)]與以陽離子%表示的比Li+:Na+:K+:Zn2+:Si4+:Al3+:B3+相同。此外,值(L’)對應於第1實施形態的光學玻璃中的以陽離子%表示的值(L)。
<玻璃組成>
以下,對玻璃組成進行詳細說明。另外,只要沒有特別說明,對於各種構成成分的含量等用以氧化物為基準的質量%來表示。此外,在本實施形態中,如上所述,對玻璃組成進行如下操作,即,對各成分的含量(質量%)乘以氧化物中所包含的陽離子的數,進而將各成分的含量(質量%)除以各成分的分子量等。但是,關於除此以外的事項,本實施形態的光學玻璃與第1實施形態的光學玻璃有許多共同的事項。因此,在以下的說明中,對於與第1實施形態共同的內容(例如,確定玻璃組成的數值範圍的理由等)將進行部分省略。
在本實施形態的光學玻璃中,B2O3、SiO2、La2O3、Y2O3、Gd2O3及Yb2O3的合計含量[B2O3+SiO2+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]較佳為65%以上。藉由使合計含量[B2O3+SiO2+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]為上述範圍,從而容易在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時實現所需
的折射率(nd)和阿貝數(νd)。
合計含量[B2O3+SiO2+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]的上限較佳為90%,進而依次更佳為88.0%、86.0%、84.0%、82.0%、80.0%。此外,合計含量[B2O3+SiO2+La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]的下限為65%,較佳為67%,進而依次更佳為70.0%、71.0%、72.0%、73.0%。
在本實施形態的光學玻璃中,B2O3、SiO2及Al2O3的合計含量(NWFw)=[B2O3+SiO2+Al2O3]的上限較佳為35%,進而依次更佳為32.0%、30.0%、29.0%。此外,合計含量(NWFw)的下限較佳為15%,進而依次更佳為16.0%、18.0%、20.0%、21.0%、22.0%。
在本實施形態的光學玻璃中,三氧化二鑭(La2O3)、三氧化二釔(Y2O3)、三氧化二釓(Gd2O3)及三氧化二鏡(Yb2O3)的合計含量(REw)相對於B2O3、SiO2及Al2O3的合計含量(NWFw)的比例,即質量比(αw)=[REw/NWFw]較佳為1.4~2.6。當質量比(αw)過小時,示出折射率(nd)、阿貝數(νd)下降的傾向。另一方面,當質量比(αw)過大時,示出玻璃的熱穩定性下降的傾向,還示出玻璃化轉變溫度(Tg)上升的傾向。
質量比(αw)的上限較佳為2.6,進而依次更佳為2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2.0。質量比αw的下限較佳為1.4,進而依次更佳為1.5、1.6。
在本實施形態的光學玻璃中,La2O3、Y2O3、Gd2O3及Yb2O3的合計含量(REw)=[La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3]的上限較佳為61%,進而依次更佳為59.0%、57.0%、55.0%、54.0%、
53.0%。此外,合計含量REw的下限較佳為39%,進而依次更佳為42.0%、45.0%、46.0%、47.0%。
在本實施形態的光學玻璃中,B2O3的含量的上限較佳為35%,進而依次更較佳為32.0%、30.0%、29.0%、28.0%、27.0%。此外,B2O3的含量的下限較佳為16%,進而依次更佳為18.0%、20.0%、21.0%、22.0%。
在本實施形態的光學玻璃中,SiO2的含量的上限較佳為10%,進而依次更佳為8.0%、7.0%、6.0%、5.0%、4.0%。此外,SiO2的含量的下限較佳為0%,進而依次更佳為0.05%、0.1%、0.2%、0.4%、0.5%。
在本實施形態的光學玻璃中,Al2O3的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2%、1.5%、1%、0.5%、0.1%。此外,Al2O3的含量的下限較佳為0%。另外,Al2O3的含量也可以為0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,B2O3的含量相對於B2O3、SiO2及Al2O3的合計含量(NWFw)的比例,即質量比[B2O3/NWFw]的上限較佳為0.99,進而依次更佳為0.98、0.97。此外,質量比[B2O3/NWFw]的下限較佳為0.5,進而依次更佳為0.60、0.65、0.70、0.80、0.85、0.86。
在本實施形態的光學玻璃中,La2O3為必要成分。La2O3的含量的上限較佳為50%,進而更佳為48.0%、47.0%、45.0%、44.0%、43.0%、42.0%。此外,La2O3的含量的下限較佳為10%,進而依次更佳為15.0%、17.0%、19.0%、20.0%、21.0%、22.0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Gd2O3的含量的上限較佳為50%,進而依次更佳為45.0%、40.0%、35.0%、33.0%、32.0%、31.0%、30.0%、27.0%。此外,Gd2O3的含量的下限較佳為0%,進而依次更佳為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Y2O3的含量的上限較佳為20%,進而依次更佳為17.0%、15.0%、13.0%、12.0%、11.0%、10.0%。此外,Y2O3的含量的下限較佳為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Yb2O3的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%。此外,Yb2O3的含量的下限較佳為0%。另外,Yb2O3的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,La2O3的含量相對於La2O3、Y2O3、Gd2O3及Yb2O3的合計含量(REw)的比例,即質量比(βw)=[La2O3/REw]不足1且不包含0。藉由使質量比(βw)為上述範圍,從而能夠將熱穩定性、熔融性維持為良好的狀態。
質量比(βw)不足1,其上限較佳為0.98,進而依次更佳為0.95、0.90、0.88、0.87。此外,質量比(βw)的下限較佳為0.27,進而依次更佳為0.30、0.35、0.37、0.39、0.40、0.41。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Gd2O3和Y2O3的合計含量相對於La2O3、Gd2O3、Y2O3及Yb2O3的合計含量(REw)的比例,即質量比[(Gd2O3+Y2O3)/REw]的上限較佳為0.8,進而依次更佳為0.70、0.65、0.61、0.60、0.59。此外,質量比[(Gd2O3+Y2O3)/REw]的下限較佳為0,進而依次更佳為
0.05、0.07、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13。
在本實施形態的光學玻璃中,Nb2O5、TiO2、WO3、Ta2O5及Bi2O3的合計含量(HRw)=[Nb2O5+TiO2+WO3+Ta2O5+Bi2O3]較佳不足20%。藉由使合計含量(HRw)為上述範圍,從而容易抑制阿貝數(νd)的下降、實現所需的光學特性,並且容易將玻璃的熱穩定性維持為良好的狀態。
在本實施形態的光學玻璃中,合計含量(HRw)較佳不足20%,其上限依次更佳為14%、10.0%、9.0%、8.0%、7.0%。此外,合計含量(HRw)的下限較佳為0.1%,進而依次更佳為0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Nb2O5的含量相對於Nb2O5和Ta2O5的合計含量的比例,即質量比(γw)=[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5)]為2/3以上。藉由使質量比(γw)為上述範圍,從而可穩定地得到具有良好的熱穩定性和所需的光學特性的玻璃。
質量比(γw)的下限為2/3,較佳為0.67,進而依次更佳為0.68、0.70、0.80、0.90。此外,質量比(γw)的上限較佳為1。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb2O5、TiO2及WO3的合計含量相對於Nb2O5、TiO2、WO3、Ta2O5及Bi2O3的合計含量(HRw)的比例,即質量比[(Nb2O5+TiO2+WO3)/HRw]的上限較佳為1。此外,質量比[(Nb2O5+TiO2+WO3)/HRw]的下限較佳為0.3,進而依次更佳為0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、
0.90。另外,質量比[(Nb2O5+TiO2+WO3)/HRw]也可以為1。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb2O5、TiO2及WO3的合計含量[Nb2O5+TiO2+WO3]的上限較佳為12%,進而依次更佳為10.0%、9.0%、8.0%、7.0%、6.0%。此外,合計含量[Nb2O5+TiO2+WO3]的下限較佳為0.1%,進而依次更佳為0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%。藉由使合計含量[Nb2O5+TiO2+WO3]為上述範圍,從而可在削減Ta2O5、Bi2O3的含量的同時得到高折射率高色散化成分的作用、效果。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb2O5的含量相對於Nb2O5、Ta2O5及WO3的合計含量的比例,即質量比[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5+WO3)]的上限較佳為1。此外,質量比[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5+WO3)]的下限較佳為0.1,進而依次更佳為0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90。另外,質量比[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5+WO3)]也可以為1。藉由使質量比[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5+WO3)]為上述範圍,從而可得到在削減Ta2O5的含量的同時著色少、熱穩定性優秀的玻璃。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb2O5的含量相對於Nb2O5和WO3的合計含量的比例,即質量比[Nb2O5/(Nb2O5+WO3)]的上限較佳為1。此外,質量比[Nb2O5/(Nb2O5+WO3)]的下限較佳為0.1,進而依次更佳為0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.65、0.70、0.80、0.90。另外,質量比[Nb2O5/(Nb2O5+WO3)]也可以為1。藉由使質量比[Nb2O5/(Nb2O5+WO3)]為上述範圍,從而可得到在將熱穩定性維持為良好的狀態的同時著色少的玻璃。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,TiO2、WO3及Bi2O3的合計含量[TiO2+WO3+Bi2O3]較佳不足10,其上限依次更較佳為9.0%、8.0%、7.0%、6.0%、5.0%、4.0%、3.0%、2.0%、1.0%、0.5%、0.2%、0.1%。此外,合計含量[TiO2+WO3+Bi2O3]的下限較佳為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Nb2O5為必要成分。Nb2O5的含量的上限較佳為12%,進而依次更佳為10.0%、8.0%、7.0%、6.0%。此外,Nb2O5的含量的下限較佳為0.1%,進而依次更佳為0.5%、1.0%、1.5%。
在本實施形態的光學玻璃中,TiO2的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.0%、2.0%、1.5%。此外,TiO2的含量的下限較佳為0%。另外,TiO2的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,WO3的含量的上限較佳為12%,進而依次更佳為10.0%、7.0%、5.0%、4.0%。此外,WO3的含量的下限較佳為0%。另外,WO3的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Ta2O5的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.9%、0.7%、0.5%、0.1%。此外,Ta2O5的含量的下限較佳為0%。另外,Ta2O5的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Bi2O3的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Bi2O3的含量的下限較佳為0%。另外,Bi2O3的含量也可以為0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,La2O3、Y2O3、Gd2O3及Yb2O3的合計含量(REw)相對於Nb2O5、TiO2、WO3、Ta2O5及Bi2O3的合計含量(HRw)的比例,即質量比[REw/HRw]的上限較佳為25,進而依次更佳為20.0、19.0、18.0、17.0。此外,質量比[REw/HRw]的下限較佳為3,進而依次更佳為4.0、5.0、6.0。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Nb2O5、TiO2、WO3、Ta2O5及Bi2O3的合計含量(HRw)相對於B2O3、SiO2及Al2O3的合計含量(NWFw)的比例,即質量比[HRw/NWFw]的上限較佳為0.4,進而依次更佳為0.35、0.30、0.25。質量比[HRw/NWFw]的下限較佳為0.05,進而依次更佳為0.07、0.08、0.09、0.10、0.11。
本實施形態的光學玻璃較佳進一步含有ZnO。
在本實施形態的光學玻璃中,ZnO的含量的上限較佳為25%,進而依次更佳為22.0%、20.0%、19.0%、18.0%、17.0%。此外,ZnO的含量的下限較佳為4%,進而依次更佳為5.0%、8.0%、9.0%、10.0%。
本實施形態的光學玻璃較佳含有選自Li2O、Na2O及K2O的任1種以上。
在本實施形態的光學玻璃中,Li2O的含量的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.8%、0.6%。此外,Li2O的含量的下限較佳為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Na2O的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、
0.1%。此外,Na2O的含量的下限較佳為0%。另外,Na2O的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,K2O的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,K2O的含量的下限較佳為0%。另外,K2O的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Li2O、Na2O及K2O的合計含量[Li2O+Na2O+K2O]的上限較佳為5%,進而依次更佳為4.0%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,合計含量[Li2O+Na2O+K2O]的下限較佳為0%。
此外,本實施形態的光學玻璃也可以含有Rb2O和Cs2O的任1種以上。
在本實施形態的光學玻璃中,Rb2O的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Rb2O的含量的下限較佳為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,Cs2O的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Cs2O的含量的下限較佳為0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,Rb2O和Cs2O的合計含量[Rb2O+Cs2O]的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,合計含量[Rb2O+Cs2O]的下限較佳為0%。另外,合計含量[Rb2O+Cs2O]也可以為0%。
本實施形態的光學玻璃較佳還含有二氧化鋯
(ZrO2)。
在本實施形態的光學玻璃中,ZrO2的含量的上限較佳為15%,進而依次更佳為12.0%、10.0%、9.0%、8.5%、8.0%。此外,ZrO2的含量的下限較佳為0%,進而依次更佳為0.1%、0.3%、0.5%、0.6%、0.7%、1.0%。
本實施形態的光學玻璃也可以根據需要進一步含有下述的成分。
在本實施形態的光學玻璃中,氧化鎂(MgO)的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.7%。此外,MgO的含量的下限較佳為0%。另外,MgO的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,氧化鈣(CaO)的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%。此外,CaO的含量的下限較佳為0%。另外,CaO的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,氧化鍶(SrO)的含量的上限較佳為4%,進而依次更佳為3.5%、3.0%、2.5%、1.0%、0.5%。此外,SrO的含量的下限較佳為0%。另外,SrO的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,氧化鋇(BaO)的含量的上限較佳為7%,進而依次更佳為6.0%、5.0%、4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%。此外,BaO的含量的下限較佳為0%。另外,BaO的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,MgO、CaO、SrO及
BaO的合計含量[MgO+CaO+SrO+BaO]的上限較佳為7%,進而依次更佳為6.0%、5.0%、4.0%、3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,合計含量[MgO+CaO+SrO+BaO]的下限較佳為0%。另外,合計含量[MgO+CaO+SrO+BaO]也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,三氧化二鎵(Ga2O3)的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Ga2O3的含量的下限較佳為0%。另外,Ga2O3的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,三氧化二銦(In2O3)的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,In2O3的含量的下限較佳為0%。另外,In2O3的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,三氧化二鈧(Sc2O3)的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Sc2O3的含量的下限較佳為0%。另外,Sc2O3的含量也可以為0%。
在本實施形態的光學玻璃中,二氧化鉿(HfO2)的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,HfO2的含量的下限較佳為0%。另外,HfO2的含量也可以為0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,三氧化二鎦(Lu2O3)的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,Lu2O3的含量的下限
較佳為0%。另外,Lu2O3的含量也可以為0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,二氧化鍺(GeO2)的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,GeO2的含量的下限較佳為0%。另外,GeO2的含量也可以為0%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,五氧化二磷(P2O5)的含量的上限較佳為2%,進而依次更佳為1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,P2O5的含量的下限較佳為0%。另外,P2O5的含量也可以為0%。
本實施形態的光學玻璃較佳主要由上述的成分構成,上述的成分的合計含量較佳大於95%,更佳大於98.0%,進一步較佳大於99.0%,再進一步較佳大於99.5%。
此外,在本實施形態的光學玻璃中,二氧化碲(TeO2)的含量的上限較佳為3%,進而依次更佳為2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、0.5%、0.1%。此外,TeO2的含量的下限較佳為0%。另外,TeO2的含量也可以為0%。
另外,關於Pb、As、Cd、Tl、Be、Se、U、Th、Ra、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ce以及Sb和Sn的含量,與第1實施形態的以陽離子%表示的玻璃組成的說明相同。
此外,本實施形態的光學玻璃較佳基本上由上述成分構成,但在不妨礙本發明的作用效果的範圍內,也能夠含有其它的成分。此外,在本發明中,並不排除含有不可避免的雜質。
此外,本實施形態的光學玻璃的玻璃組成能夠藉由例如ICP-AES等方法進行定量。藉由ICP-AES求出的分析值有時包含例如分析值的±5%左右的測定誤差。此外,在本說明書和本發明中,玻璃的構成成分的含量為0%、不包含、不導入意味著實質上不包含該構成成分,指的是該構成成分的含量為雜質水平程度以下。
另外,本實施形態的光學玻璃的特性(光學特性、玻璃化轉變溫度(Tg)、玻璃的光線透射性、玻璃的比重和液相線溫度)與在第1實施形態中說明的相同。因此,在本實施形態中省略說明。
光學玻璃的製造
上述2個實施形態的光學玻璃只要以成為上述規定的組成的方式調配原料並按照公知的玻璃製造方法來製作即可。例如,調配複數種化合物,充分混合而製成批料原料,將批料原料放入到鉑坩堝中進行粗熔解(rough melt)。將藉由粗熔解得到的熔融物驟冷、粉碎而製作碎玻璃。進一步調配這樣製作的碎玻璃,放入到鉑坩堝中進行加熱、再熔融(remelt)而製成熔融玻璃,進而澄清、均質化後對熔融玻璃進行成型、緩冷而得到光學玻璃。熔融玻璃的成型只要應用公知的方法即可。
另外,作為玻璃中的各成分的原料(玻璃原料)沒有特別限定,可舉出各金屬的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物、硼酸、硼酸酐、氧化矽等。
光學元件等的製造
要使用上述2個實施形態的光學玻璃來製作光學元件,只
要應用公知的方法即可。例如,將本發明的光學玻璃熔融並成型為板狀的玻璃材料,將該板狀的玻璃材料以規定體積進行細分,接著對進行細分的玻璃進行研磨而製作精密壓製成型用玻璃材料(精密壓製成型用預製件)。或者,將本發明的光學玻璃從熔融的狀態連續地成型為規定體積的玻璃塊而製作精密壓製成型用玻璃材料。接著,將精密壓製成型用玻璃材料(精密壓製成型用預製件)加熱、精密壓製成型而製作光學元件。
也可以根據使用目的而在製作的光學元件的光學功能面鍍覆防反射膜、全反射膜等。
作為光學元件,能夠例示球面透鏡、非球面透鏡、微透鏡、透鏡陣列等各種透鏡、稜鏡、衍射光柵等。
當然,雖然以上對本發明的實施形態進行了說明,但是本發明並不限定於這樣的實施形態,在不脫離本發明的主旨的範圍內,可以以複數種方式來實施。
此外,在本說明書中,“光學玻璃”為包含複數種金屬氧化物的玻璃組成物,與形狀(塊狀、板狀、球狀等)、用途(光學元件用材料、光學元件等)無關,作為總稱來使用。
此外,在本說明書中,對光學玻璃的玻璃組成用陽離子%表示和質量%表示來進行了說明,但是各表示方法能夠藉由例如後述的那樣的換算方法來互相變更表示方法。
玻璃組成的定量分析的結果、玻璃成分以氧化物為基準來表示,玻璃成分的含量有時以質量%來表示。這樣的組成表示能夠利用例如下述的方法換算為陽離子%、陰離子%表示。
由陽離子A和氧構成的氧化物表示為AmOn。m和n分別為藉由化學計量法確定的整數。例如,B3+的以氧化物為基準的表示為B2O3,m=2、n=3,Si4+表示為SiO2,m=1、n=2。
首先,將以質量%表示的AmOn的含量除以AmOn的分子量,進而乘以m。將該值設為P。然後對所有玻璃成分求出P的總和。當將P的總和設為ΣP時,以使ΣP成為100%的方式對各玻璃成分的P值進行歸一化的值即為以陽離子%表示的As+的含量。在此,s為2n/m。
另外,關於微量的添加劑例如Sb2O3那樣的澄清剤,可以不包含在ΣP中。在這種情況下,Sb2O3的含量設為外加的含量。即,將除Sb2O3以外的成分的含量的合計設為100%,並將Sb2O3的含量表示為相對於100%的值。
此外,氧化物的分子量相當於該氧化物的化學式量。關於氧化物的分子量,只要使用例如將小數點後第4位進行四捨五入而表示為小數點後第3位的值進行計算即可。另外,對於幾種玻璃成分、添加劑,將以氧化物為基準表示的分子量示於下述的表5。
[表5]
[實施例]
以下,藉由實施例對本發明進行更詳細的說明,但是本發明並不限定於這些實施例。
(實施例1)
在表1A~3A和表1B~3B示出本發明的實施例的光學玻璃(試樣1~24)的玻璃組成及其特性值。
在此,表1A~3A以陽離子%表示、表1B~3B以質量%表示試樣1~24的玻璃組成。即,在表1A~3A和表1B~3B中,玻璃組成的表示方法不同,但是試樣編號相同的光學玻璃意味著具有相同的組成的相同的光學玻璃。因此,表1A
~3A和表1B~3B實質上示出相同的光學玻璃及其結果,因此,只要以下沒有特別說明,就統稱為“表1~3”。
另外,在表1A~3A中,以陽離子%表示來表示玻璃組成,關於陰離子成分,均全部為O2-。即,表1A~3A所述的組成的O2-的含量均為100陰離子%。
此外,這些光學玻璃按以下的步驟製作,並進行了各種評價。
[光學玻璃的熔解、成型]
準備與玻璃的構成成分對應的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽及硝酸鹽作為原材料,以使得到的光學玻璃的玻璃組成為表1~3所示的各組成的方式稱量、調配上述原材料,對原材料進行充分混合。將得到的調配原料(批料原料)投入到鉑坩堝中,連同坩堝一起放入到根據原材料的熔融性而設定為1250~1350℃的電爐內,一邊進行120~180分的熔融一邊進行攪拌而謀求均質化和脫泡(澄清)。此後,傾斜鉑坩堝而將熔融玻璃澆鑄到預熱了的模具中。藉由將模具置於將溫度設定為玻璃化轉變溫度(Tg)附近溫度的電爐中5~10分鐘,從而進行模具的預熱,在澆鑄熔融玻璃時將模具從電爐取出而進行使用。為了使澆鑄的玻璃的形狀不走樣,在將玻璃靜置於鑄模中數秒~數十秒後,將玻璃立即轉移到緩冷爐中,在將溫度設定為玻璃化轉變溫度Tg附近溫度的緩冷爐內進行約1小時的退火,然後緩冷至室溫而得到各光學玻璃(試樣1~24)。另外,試樣製作全部在大氣環境下進行。
對這樣得到的光學玻璃進行觀察,結果未發現晶
體的析出、氣泡、條紋、原料的熔融殘留,可確認得到了均質性高的光學玻璃。
[光學玻璃的評價]
用如下的方法對得到的光學玻璃(試樣1~24)確認了玻璃組成並評價了折射率(nd)、阿貝數(νd)、玻璃化轉變溫度(Tg)、比重(d)、著色度(λ5)、著色度(λ80)、液相線溫度及熔融性。
[1]玻璃組成的確認
適量選取以上述方式得到的各光學玻璃,對其進行酸處理和鹼處理,藉由使用電感耦合電漿原子發射光譜法(ICP-AES法)對各成分的含量進行定量測定,確認了與表1~3所示的各試樣的氧化物組成一致。
[2]折射率(nd)和阿貝數(νd)
以可得到具有能夠充分退火的試樣的形狀(例如,40mm×40mm以下的方形,厚度為25mm以下)且足以製作後述的稜鏡的大小的玻璃的方式,切斷緩冷至室溫的光學玻璃,以使玻璃的溫度能夠追隨於升溫的升溫速度(例如,40~50℃/小時)升溫至玻璃化轉變溫度Tg~(Tg+30℃)之間的溫度,保持90分鐘~180分鐘而除去玻璃中的應力,以-30℃/小時的降溫速度進行4個小時的緩冷,然後進行放置冷卻而得到光學玻璃,對該光學玻璃進行加工而製作稜鏡,根據日本光學玻璃工業會標準的折射率測定法利用島津儀器製造公司製造的精密光譜儀GMR-1(商品名稱)測定折射率(nd)、折射率(nF)、折射率(nc)。而且,使用折射率(nd)、折射率(nF)、折射率(nc)的各測定值算出阿貝數(νd)。將結果示於表1~3。
[3]玻璃化轉變溫度(Tg)
使用理學公司(Rigaku Corporation)製造的熱機械分析裝置,以4℃/分鐘的升溫速度進行測定。將結果示於表1~3。
[4]比重(d)
藉由阿基米德法進行測定。將結果示於表1~3。
[5]著色度(λ5)、著色度(λ80)
對光學玻璃樣品進行加工而準備兩面互相平行且被平坦地進行光學拋光的厚度為10mm±0.1mm的板狀玻璃試樣。對該板狀玻璃試樣的拋光面從垂直方向入射光,使用分光光度計在波長280nm~700nm的範圍測定包含表面反射損耗的光譜透射率,將光譜透射率(外部透射率)為5%和80%的波長分別作為著色度(λ5)和著色度(λ80)。λ5和λ80的值均是越小就意味著玻璃的著色越少。將結果示於表1~3。
[6]液相線溫度
在將10cc(10ml)的玻璃投入到鉑坩堝中在1250℃~1350℃進行20~30分鐘的熔融後,冷卻至玻璃化轉變溫度(Tg)以下,將玻璃連同鉑坩堝一起放入到規定溫度的熔解爐保持2小時。保持溫度在1000℃以上,且步長為5℃或10℃,將在保持2小時後沒有析出晶體的最低溫度定義為液相線溫度。將結果示於表1~3。
[7]熔融性
以可得到具有表1~3所述的組成的玻璃的方式調配批料原料,將原料放入到鉑坩堝。放入到坩堝內的原料的量是在熔融時成為10ml的玻璃熔液的量。將放入有原料的坩堝放入到
內部加熱為1160℃的玻璃熔融爐內,在大氣環境中將原料熔融15分鐘。經過15分鐘後,將坩堝從玻璃熔融爐取出,將玻璃熔液放置冷卻至室溫而得到玻璃。以目視方式對得到的玻璃觀察是否有熔融殘留,結果在任一組成中均未發現有原料的熔融殘留。
[表3A]
[表1B]
[表2B]
[表3B]
如表1~3所示,可確認雖然是降低了氧化鉭(Ta2O5,對應於Ta5+)的含量的組成,但是熱穩定性、低溫軟化性及熔融性優秀,能夠實現所需的光學特性。
(實施例2)
使用在實施例1中得到的各種光學玻璃,用公知的方法製作精密壓製成型用預製件。將得到的預製件在氮環境中加熱、軟化,用壓製成型模進行精密壓製成型而將光學玻璃成型為非球面透鏡形狀。
此後,將成型了的光學玻璃從壓製成形模中取出,進行退火、定心磨邊而製作由各種光學玻璃構成的非球面透鏡。
在這樣製作的非球面透鏡的表面沒有發現白濁、氣泡、傷痕等缺陷。
(比較例1)
接著,在表4A和表4B中示出本發明的比較例的光學玻璃(試樣25~29)的組成。另外,表4A以陽離子%表示來表示各個玻璃組成,表4B以質量%表示來表示各玻璃組成,試樣編號相同的光學玻璃意味著具有相同組成的相同的光學玻璃。此外,表4A所述的組成的O2-的含量均為100陰離子%。另外,以下只要沒有特別說明,就將表4A和4B統稱為“表4”。
此外,表4的試樣25為與專利文獻1(日本特開平6-305769)的實施例3所示的玻璃對應的光學玻璃,試樣26為與專利文獻2(日本特開平8-026765)的實施例9所示的玻璃對應的光學玻璃,試樣27為與專利文獻3(日本特開2005-272194)的實施例3所示的玻璃對應的光學玻璃,試樣28為與專利文獻4(日本特開昭56-54251)的在表1中記載為No.1的玻璃對應的光學玻璃,試樣29為與專利文獻5(日本特開2002-249337)的實施例26所示的玻璃對應的光學玻璃。
在此,作為比較例1對表4所示的光學玻璃用以下的條件進行熔融性的評價實驗。另外,以下未記載的條件為與實施例1相同的條件。
首先,以可得到具有表4所述的各組成的玻璃的方式,調配200g與各試樣對應的批料原料。而且,將得到的批料原料投入到各自的鉑坩堝中,在規定的溫度進行固定時間的加熱、熔融。
試樣25~27在1160℃進行15分鐘的加熱、熔融。與實施例1的熔融性的評價同樣地,在經過15分後將坩堝從加熱爐取出,放置冷卻至室溫,取出坩堝中的熔融物進行觀察。
此外,對於試樣28和試樣29,在1300℃一邊攪拌一邊進行2小時的加熱、熔融。在經過2小時後,將坩堝從加熱爐取出,放置冷卻至室溫,取出坩堝中的熔融物進行觀察。
[表4A]
[表4B]
上述評價實驗的結果是,試樣25和試樣26在取出的熔融物內部發現了大量原料的熔融殘留(未熔解物)。這些試樣的陽離子比(γ)=[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]不足0.5且質量比(γw)=[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5)]不足2/3,特別是試樣25,值(L’)也不足-0.1,可確認與本發明的實施例的試樣相比其熔融性低。另外,對於試樣25和試樣26,將加熱爐內的溫度升高至1210℃再次進行了同樣的實驗,但是依然在內部發現了大量原料的熔融殘留(未熔解物)。
上述評價實驗的結果是,試樣27在取出的熔融物內部發現了大量原料的熔融殘留(未熔解物)。這樣的試樣27
的合計含量(HR)=[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]為7陽離子%以上,比[HR’/RE’]超過0.30,可確認與本發明的實施例的試樣相比其熔融性低。
此外,在試樣28中,確認了在取出的熔融物中析出有晶體而產生白濁。這樣的試樣28的陽離子比(β)=[La3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)]和質量比βw=[La2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)]分別為1(只包含La、Gd、Y及Yb中的La),可確認與本發明的實施例的試樣相比玻璃的熱穩定性低。
上述評價實驗的結果是,試樣29在取出的熔融物內部發現了大量原料的熔融殘留(未熔解物)。這樣的試樣29的值(L_不足24,值(L’)不足-0.10,可確認與本發明的實施例的試樣相比其熔融性低。
Claims (7)
- 一種光學玻璃,該光學玻璃為氧化物玻璃,以陽離子%表示,B3+、Si4+、La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量[B3++Si4++La3++Gd3++Y3++Yb3+]為65%以上;La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量相對於B3+、Si4+及Al3+的合計含量的陽離子比(α)=[(La3++Gd3++Y3++Yb3+)/(B3++Si4++Al3+)]為0.30~0.70;La3+的含量相對於La3+、Gd3+、Y3+及Yb3+的合計含量的陽離子比(β)=[La3+/(La3++Gd3++Y3++Yb3+)]不足1且不包含0;Nb5+、Ti4+、W6+、Ta5+及Bi3+的合計含量[Nb5++Ti4++W6++Ta5++Bi3+]不足7%;Nb5+的含量相對於Nb5+和Ta5+的合計含量的陽離子比(γ)=[Nb5+/(Nb5++Ta5+)]為0.5以上;Li+的含量的6倍與Zn2+的含量的2倍的合計減去Si4+的含量的值(L)=[(6×Li+)+(2×Zn2+)-Si4+]為24以上;阿貝數(νd)為43.5~47;相對於該阿貝數(νd),折射率(nd)滿足下述式(1):
- 如申請專利範圍第1項所述之光學玻璃,其中Zr4+的含量為0.1~10陽離子%。
- 一種光學玻璃,作為必要成分包含B2O3、La2O3及Nb2O5;值(RE’)相對於值(NWF’)的比[RE’/NWF’]為0.30~0.70; 值(HR’)相對於值(RE’)的比[HR’/RE’]為0.30以下;La2O3的含量相對於La2O3、Gd2O3、Y2O3及Yb2O3的合計含量的質量比(βw)=[La2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3)]不足1且不包含0;Nb2O5的含量相對於Nb2O5和Ta2O5的合計含量的質量比(γw)=[Nb2O5/(Nb2O5+Ta2O5)]為2/3以上;值(L’)為-0.10以上;阿貝數(νd)為43.5~47;相對於該阿貝數(νd),折射率(nd)滿足下述式(1):
- 如申請專利範圍第3項所述之光學玻璃,其中ZrO2的含量為0.1~15質量%。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之光學玻璃,其中Sb2O3的含量不足1質量%。
- 一種光學元件,由申請專利範圍第1至5項中任一項所述之光學玻璃構成。
- 一種精密壓製成型用預製件,由申請專利範圍第1至5項中任一項所述之光學玻璃構成。
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