TW201840493A - 光學玻璃、預成形體構材以及光學元件 - Google Patents

光學玻璃、預成形體構材以及光學元件 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種具有1.63以上的折射率(nd)，阿貝數(νd)為33以上55以下，且平均線熱膨脹係數小的光學玻璃，以及使用該光學玻璃的預成形體構材及光學元件。光學玻璃以質量%計，含有B2O3成分20.0%至45.0%，ZnO成分35.0%至66.0%，SiO2成分0%至低於15.0%，Al2O3成分0%至10.0%，Rn2O成分0%至3.0%(式中，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)，且具有質量乘積(Rn2O×SiO2)是0至10.0，折射率(nd)是1.63至1.77，阿貝數(νd)是33至55。

Description

光學玻璃、預成形體構材以及光學元件
本發明是關於光學玻璃、預成形體構材以及光學元件。
近年，使用光學系統的機器之數位化及高清晰化正急速地發展，在數位相機或攝影機等攝影機器、投影機或投影電視機等圖像再生(投影)機器等各種光學機器之領域，對於削減在光學系統中所使用的透鏡或稜鏡等光學元件的數量來使光學系統整體達成輕量化、小型化的需求增強。
在製作光學元件的光學玻璃之中，特別是對於可期望光學系統整體的輕量化及小型化或是補正色像差，具有1.63以上的折射率(nd)、且具有33以上55以下的阿貝數(νd)之中折射率低色散玻璃的需求變得非常高。
作為這樣的中折射率低色散玻璃，已知如專利文獻1至專利文獻3所代表之玻璃組成物。然而，該等玻璃組成物之中，含有大量鹼金屬成分(Li2O成分、Na2O成分、K2O成分)之物，當大氣中等的水分與鹼金屬離子反應，會是導致玻璃材料本身變色的原因，也會是使鹼金屬離子附近之電子構件污染而引起裝置性能的劣化或缺陷、故障之原因。
此外，鹼金屬成分含量少的組成物，其原料的熔融性差，因此，會在熔解時的生產性或品質上引起問題，像是於玻璃熔融時，有原料熔解殘留物的情況發生等。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開1996-059281號公報。
專利文獻2：日本特開2007-008761號公報。
專利文獻3：日本特開2001-079684號公報。
本發明係有鑑於上述的問題點而研發。本發明的目的在於，獲得一種具有上述規定範圍的光學常數，平均線熱膨脹係數小，鹼金屬成分含量少，且熔融性優異之光學玻璃。
本發明人等為了解決上述課題，專注累積試驗研究的結果，發現藉由具有特定的組成，便能獲得解決上述課題之玻璃，遂完成本發明。具體而言，本發明是提供下述之物。
(1)一種光學玻璃，其特徵在於：以質量%計，B2O3成分是20.0%至45.0%，ZnO成分是35.0%至66.0%，SiO2成分是0%至低於15.0%，Al2O3成分是0%至10.0%，Rn2O成分是0%至3.0%(式中，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)，質量乘積(Rn2O×SiO2)是0至10.0，折射率(nd)是1.63至1.77，阿貝數(νd)是33至55。
(2)如(1)所述之光學玻璃，其中以質量%計，TiO2成分是0%至10.0%，Li2O成分是0%至3.0%，Na2O成分是0%至3.0%，K2O成分是0%至3.0%。
(3)如(1)或(2)所述之光學玻璃，其中以質量%計，La2O3成分 是0%至25.0%，Y2O3成分是0%至15.0%，Gd2O3成分是0%至15.0%，Lu2O3成分是0%至1.0%，Yb2O3成分是0%至1.0%，ZrO2成分是0%至5.0%，Nb2O5成分是0%至5.0%，Ta2O5成分是0%至5.0%，WO3成分是0%至5.0%，MgO成分是0%至10.0%，CaO成分是0%至10.0%，SrO成分是0%至10.0%，BaO成分是0%至10.0%，GeO2成分是0%至5.0%，Ga2O3成分是0%至5.0%，P2O5成分是0%至10.0%，Bi2O3成分是0%至5.0%，TeO2成分是0%至5.0%，SnO2成分是0%至3.0%，Sb2O3成分是0%至1.0%，CeO2成分是0%至1.0%，Fe2O3成分是0%至0.5%，Ag2O成分是0%至3.0%；作為將上述各金屬元素的1種或2種以上的氧化物之一部分或全部置換的氟化物之F的含量是0質量%至15.0質量%。
(4)如(1)至(3)中任一項所述之光學玻璃，其中RO成分(式中，R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上)的質量和是0%至10.0%；Ln2O3成分(式中，Ln是選自La、Gd、Y、Lu所成群組中的1種以上)的質量和是0%至25.0%。
(5)如(1)至(4)中任一項所述之光學玻璃，其中溫度傾斜爐中的液相溫度是1150℃以下。
(6)如(1)至(5)中任一項所述之光學玻璃，其中100℃至300℃下的平均線熱膨脹係數α是100(10-7℃-1)以下。
(7)如(1)至(6)中任一項所述之光學玻璃，其中質量和B2O3+ZnO是低於99.5%。
(8)如(1)至(7)中任一項所述之光學玻璃，其中質量比B2O3/(SiO2+Al2O3)是1.0以上。
(9)如(1)至(8)中任一項所述之光學玻璃，其中質量比B2O3/ ZnO是1.5以下。
(10)一種預成形體構材，由(1)至(9)中任一項所述之光學玻璃而成。
(11)一種光學元件，由(1)至(9)中任一項所述之光學玻璃而成。
(12)一種光學機器，具備如(11)所述之光學元件。
根據本發明，能夠獲得一種具有規定範圍的光學常數，平均線熱膨脹係數小，鹼金屬成分含量少，且熔融性優異之光學玻璃。
以下，對本發明的光學玻璃的實施型態詳細地進行說明，然而本發明不受以下實施形態任何限定，可以於本發明之目的範圍內加以適當變更而實施。此外，對於說明重複的部位，有時適當省略其說明，但不限定發明之宗旨。
[玻璃成分]
構成本發明之光學玻璃的各成分之組成範圍如下所述。本說明書中，各成分的含量在未特別否定時，皆是以相對於氧化物換算組成的玻璃全質量之質量%來表示。在此，「氧化物換算組成」是指，假設作為本發明的玻璃構成成分原料所使用的氧化物、複合鹽、金屬氟化物等在熔融時，全部分解變成氧化物的情況下，將該生成氧化物的總質量設為100質量%，來表示玻璃中所含有的各種成分之組成。
B2O3成分為具有提高熔融性，提高耐失透性的效果之必須成分。
因此，B2O3成分的含量，其下限是以20.0%為佳，較佳是21.0%，更佳是22.0%，進而更佳是23.0%，再進而更佳是24.0%，最佳是25.0%。
另一方面，藉由將B2O3成分的含量設為45.0%，能夠抑制化學耐久性的惡化。因此，B2O3成分的含量，其上限是以45.0%為佳，較佳是43.0%，更佳是41.0%，進而更佳是39.0%，最佳是38.0%。
B2O3成分，可使用H3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7‧10H2O、BPO4等作為原料。
ZnO為用來在抑制穿透率的劣化或平均線熱膨脹係數上升的同時，獲得所期望的光學常數之必須成分。因此，ZnO成分的含量，其下限是以35.0%為佳，較佳是38.0%，更佳是41.0%，進而更佳是43.0%，再進而更佳是45.0%，最佳是46.0%。
另一方面，藉由將ZnO成分的含量設為66.0%以下，能夠抑制因含量過剩而引起的耐失透性低下。因此，ZnO成分的含量，其上限是以66.0%為佳，較佳是64.0%，更佳是62.0%，進而更佳是60.0%。
ZnO成分，可使用ZnO、ZnF2等作為原料。
SiO2成分為其含量大於0%時，能夠提高耐失透性或化學耐久性的任意成分。因此，SiO2成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是0.5%，更佳是1.0%，最佳是1.5%。
另一方面，藉由將SiO2成分的含量設為低於15.0%，可輕易地獲得更大的折射率，並能夠抑制熔融性惡化或黏性上升過度。因此，SiO2成分的含量，其上限是以低於15.0%為佳，較佳是10.0%，更佳是8.0%，進而更佳是6.0%，再進而更佳是4.5%，最佳是低 於3.0%。
SiO2成分，可使用SiO2、K2SiF6、Na2SiF6等作為原料。
Al2O3成分為其含量大於0%時，能夠提高化學耐久性的任意成分。因此，Al2O3成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是大於0.1%，更佳是0.5%。
另一方面，藉由將Al2O3成分的含量設為10.0%以下，能夠抑制因含量過剩而引起的耐失透性惡化，或是相分離、折射率的低下。因此，Al2O3成分的含量，其上限是以10.0%為佳，較佳是8.0%，更佳是6.0%，進而更佳是4.0%，再進而更佳是低於2.5%，最佳是1.0%。
Al2O3成分，可使用Al2O3、Al(OH)3、AlF3、Al(PO3)3等作為原料。
Rn2O成分(式中，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)的含量之和(質量和)，以3.0%以下為佳。藉此，能夠抑制因含量過剩而引起的耐失透性惡化或化學耐久性惡化、以及抑制對電子機器的鹼污染。因此，該質量和，其上限是以3.0%為佳，較佳是2.0%，更佳是1.0%，最佳是0.5%。
另一方面，藉由將該質量和設為大於0%，能夠提高熔融性或成形性。因此，Rn2O成分的質量和，其下限是以大於0%為佳，較佳是大於0.1%，更佳是0.3%。
特別是，由防止因鹼金屬成分溶出而引起電子零件或電子機器腐蝕化之觀點而言，亦可不含有Rn2O成分。
質量乘積(Rn2O×SiO2)為10.0以下時，可在抑制玻璃原料熔融性惡化的同時，抑制化學耐久性的惡化及對電子機器的鹼污染。
因此，質量乘積(Rn2O×SiO2)，其上限是以10.0以下為佳，較佳是8.0以下，更佳是低於6.0，進而更佳是5.0，再進而更佳 是4.0，再進而更佳是3.0，再進而更佳是2.0，再進而更佳是1.0，再進而更佳是0.5，最佳是0.1。
在此，式中之Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上。
TiO2成分為其含量大於0%時，能提高玻璃的折射率，並能夠抑制曝曬作用(因紫外線而引起的著色變化)的任意成分。
因此，TiO2成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是0.1%，更佳是0.2%，進而更佳是0.3%，再進而更佳是0.4%，再進而更佳是0.5%，最佳是0.6%。
另一方面，藉由將TiO2成分的含量設為10.0%以下，能夠減少因含有過剩的TiO2成分而引起的失透，且能夠抑制玻璃對於可見光(特別是波長為500nm以下)的穿透率低下。因此，TiO2成分的含量，其上限是以10.0%為佳，較佳是8.0%，更佳是6.0%，進而更佳是4.0%，再進而更佳是2.0%，最佳是1.0%。
TiO2成分，例如可使用TiO2等作為原料而包含於玻璃內。
Li2O成分為其含量大於0%時，能夠提高低溫熔融性的任意成分。
另一方面，藉由將Li2O成分的含量設為3.0%以下，能夠抑制因含有過剩的Li2O成分而引起的化學耐久性惡化。因此，Li2O成分的含量，其上限是以3.0%為佳，較佳是2.0%，最佳是1.0%。
Li2O成分，可使用Li2CO3、LiNO3等作為原料。
Na2O成分為其含量大於0%時，能夠提高低溫熔融性的任意成分。
另一方面，藉由將Na2O成分的含量設為3.0%以下，能夠抑制因含有過剩的Na2O成分而引起的化學耐久性惡化。因此，Na2O成分的含量，其上限是以3.0%為佳，較佳是2.5%，更佳是2.0%，進而更佳是1.5%，再進而更佳是1.0%，再進而更佳是0.8%，最佳是0.6%。
另一方面，藉由將Na2O成分的含量設為大於0%，能夠提高熔融性或成形性。因此，Na2O成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是大於0.1%，更佳是0.3%，最佳是0.5%。
Na2O成分，可使用Na2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6等作為原料。
K2O成分為其含量大於0%時，能夠提高低溫熔融性的任意成分。
另一方面，藉由將K2O成分的含量設為3.0%以下，能夠抑制因含有過剩的K2O成分而引起的化學耐久性惡化。因此，K2O成分的含量，其上限是以3.0%為佳，較佳是2.0%，更佳是1.0%，進而更佳是0.8%，再進而更佳是0.6%，最佳是0.5%。
K2O成分，可使用K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等作為原料。
La2O3成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率，且提高玻璃的阿貝數的任意成分。因此，La2O3成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是5.0%，更佳是10.0%。
另一方面，藉由將La2O3成分的含量設為25.0%以下，能夠藉由提高玻璃安定性來減少失透。因此，La2O3成分的含量，其上限是以25.0%為佳，較佳是23.0%，更佳是21.0%，進而更佳是20.0%。
La2O3成分，可使用La2O3、La(NO3)3‧XH2O(X為任意整數)等作為原料。
Y2O3成分為其含量大於0%時，可在維持高折射率及高阿貝數的同時，降低玻璃的材料成本，且比起其他稀土類成分，更能降低玻璃的比重的任意成分。
另一方面，藉由將Y2O3成分的含量設為15.0%以下，能夠提高玻璃的耐失透性。因此，Y2O3成分的含量，其下限是以15.0% 為佳，較佳是10.0%，更佳是8.0%，進而更佳是6.0%，再進而更佳是4.0%，最佳是3.0%。
Y2O3成分，可使用Y2O3、YF3等作為原料。
Gd2O3成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率，且能夠提高阿貝數的任意成分。
另一方面，藉由將在稀土類元素中亦為高價的Gd2O3成分的含量設為15.0%以下，能夠抑制比重增加，並降低玻璃的材料成本，故可製作出價格更低廉的光學玻璃。因此，Gd2O3成分的含量，其上限是以15.0%為佳，較佳是10.0%，更佳是8.0%，進而更佳是5.0%，再進而更佳是3.0%。
Gd2O3成分，可使用Gd2O3、GdF3等作為原料。
Lu2O3成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率，且能提高阿貝數的任意成分。
另一方面，藉由將Lu2O3成分的含量設為1.0%以下，可降低玻璃的材料成本，故能製作出價格更低廉的光學玻璃。此外，藉此能夠提高玻璃的耐失透性。因此，Lu2O3成分的含量，其上限是以1.0%為佳，較佳是0.5%，更佳是0.3%，最佳是0.1%。以降低材料成本的觀點而言，亦可不含有Lu2O3成分。
Lu2O3成分，可使用Lu2O3等作為原料。
Yb2O3成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率，且能夠提高阿貝數的任意成分。
另一方面，藉由將Yb2O3成分的含量設為1.0%以下，可降低玻璃的材料成本，故能製作出價格更低廉的光學玻璃。此外，藉此能夠提高玻璃的耐失透性。因此，Yb2O3成分的含量，其上限是以1.0%為佳，較佳是0.5%，更佳是低於0.3%，最佳是0.1%。以降低材料成本的觀點而言，亦可不含有Yb2O3成分。
Yb2O3成分，可使用Yb2O3等作為原料。
ZrO2成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率及阿貝數，且能夠提高耐失透性的任意成分。
另一方面，藉由將ZrO2成分的含量設為5.0%以下，能夠減少因含有過剩的ZrO2成分而引起的失透。因此，ZrO2成分的含量，其上限是以5.0%為佳，較佳是3.0%，更佳是低於2.5%，進而更佳是1.0%，再進而更佳是0.5%，再進而更佳是0.3%，最佳是0.1%。
ZrO2成分，可使用ZrO2、ZrF4等作為原料。
Nb2O5成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率的任意成分。
另一方面，藉由將Nb2O5成分的含量設為5.0%以下，能夠減少因含有過剩的Nb2O5成分而引起的失透，且能夠抑制玻璃對於可見光(特別是波長為500nm以下)的穿透率低下。
因此，Nb2O5成分的含量，其上限是以5.0%為佳，較佳是3.0%，更佳是2.0%，進而更佳是1.0%，再進而更佳是0.5%，再進而更佳是0.3%，最佳是0.1%。
Nb2O5成分，可使用Nb2O5等作為原料。
Ta2O5成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率，且能夠提高耐失透性的任意成分。
另一方面，藉由將高價的Ta2O5成分設為5.0%以下，可降低玻璃的材料成本，故能製作出價格更加低廉的光學玻璃。因此，Ta2O5成分的含量，其上限是以5.0%為佳，較佳是3.0%，更佳是1.0%，進而更佳是0.1%。以降低材料成本的觀點而言，亦可不含有Ta2O5成分。
Ta2O5成分，可使用Ta2O5等作為原料。
WO3成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率，且 能夠提高耐失透性的任意成分。
另一方面，藉由將WO3成分的含量設為5.0%以下，可減少因WO3成分所造成的玻璃著色，而提高可見光穿透率.因此，WO3成分的含量，其上限是以5.0%為佳，較佳是3.0%，更佳是2.0%，進而更佳是1.0%，再進而更佳是0.5%，再進而更佳是0.3%，再進而更佳是0.1%。
WO3成分，可使用WO3等作為原料。
MgO成分為其含量大於0%時，能夠提高低溫熔融性的任意成分。
另一方面，藉由將MgO成分的含量設為10.0%以下，能夠抑制因含有過剩的MgO成分而引起的化學耐久性惡化或耐失透性低下。因此，MgO成分的含量，其上限是以10.0%為佳，較佳是5.0%，更佳是3.0%，進而更佳是1.0%，再進而更佳是0.5%，再進而更佳是0.3%，最佳是0.1%。
MgO成分，可使用MgCO3、MgF2等作為原料。
CaO成分為其含量大於0%時，能夠提高低溫熔融性的任意成分。
另一方面，藉由將CaO成分的含量設為10.0%以下，能夠抑制因含有過剩的CaO成分而引起的化學耐久性惡化或耐失透性低下。因此，CaO成分的含量，其上限是以10.0%為佳，較佳是5.0%，更佳是3.0%，進而更佳是1.0%，再進而更佳是0.5%，再進而更佳是0.3%，最佳是0.1%。
CaO成分，可使用CaCO3、CaF2作為原料。
SrO成分為其含量大於0%時，能夠提高低溫熔融性的任意成分。
另一方面，藉由將SrO成分的含量設為10.0%以下，能夠抑制因含有過剩的SrO成分而引起的化學耐久性惡化或耐失透性低 下。因此，SrO成分的含量，其上限是以10.0%為佳，較佳是5.0%，更佳是3.0%，進而更佳是1.0%，再進而更佳是0.5%，再進而更佳是0.3%，最佳是0.1%。
SrO成分，可使用Sr(NO3)2、SrF2作為原料。
BaO成分為其含量大於0%時，能夠提高低溫熔融性的任意成分。
另一方面，藉由將BaO成分的含量設為10.0%以下，能夠抑制因含有過剩的BaO成分而引起的化學耐久性惡化或耐失透性低下。因此，BaO成分的含量，其上限是以10.0%為佳，較佳是5.0%，更佳是3.0%，進而更佳是1.0%，再進而更佳是0.5%，再進而更佳是0.3%，最佳是0.1%。
BaO成分，可使用BaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等作為原料。
GeO2成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率，且能提高耐失透性的任意成分。
然而，由於GeO2的原料價格昂貴，若其含量較多會造成生產成本變高。因此，GeO2成分的含量，其上限是以5.0%為佳，較佳是3.0%，更佳是1.0%，進而更佳是0.1%。由降低材料成本的觀點而言，亦可不含有GeO2成分。
GeO2成分，可使用GeO2等作為原料。
Ga2O3成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率，且能夠提高耐失透性的任意成分。
然而，由於Ga2O3的原料價格昂貴，若其含量較多會造成生產成本變高。因此，Ga2O3成分的含量，其上限是以5.0%為佳，較佳是3.0%，更佳是1.0%，進而更佳是0.1%。由降低材料成本的觀點而言，亦可不含有Ga2O3成分。
Ga2O3成分，可使用Ga2O3等作為原料。
P2O5成分為其含量大於0%時，能夠降低玻璃的液相溫度，並能夠提高耐失透性任意成分。
另一方面，藉由將P2O5成分的含量設為10.0%以下，能夠抑制玻璃的化學耐久性低下，特別是耐水性的低下。因此，P2O5成分的含量，其上限是以10.0%為佳，較佳是8.0%，更佳是6.0%，進而較佳是4.0%，進而更佳是2.0%，再進而更佳是1.0%，最佳是0.1%。
P2O5成分，可使用Al(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等作為原料。
Bi2O3成分為其含量大於0%時，能夠提高折射率，且能夠降低玻璃轉移點的任意成分。
另一方面，藉由將Bi2O3成分的含量設為5.0%以下，能夠抑制玻璃的著色，並能夠提高耐失透性。因此，Bi2O3成分的含量，其上限是以5.0%為佳，較佳是3.0%，更佳是1.0%，最佳是0.1%。
Bi2O3成分，可使用Bi2O3等作為原料。
TeO2成分為其含量大於0%時，能夠提高折射率，且能降低玻璃轉移點的任意成分。另一方面，使用鉑製的坩堝，或是與熔融玻璃接觸的部分是以鉑所形成的熔融槽對玻璃原料進行熔融時，存在著TeO2成分可能會與鉑合金化的問題。
因此，TeO2成分的含量，其上限是以5.0%為佳，較佳是3.0%，更佳是1.0%，最佳是0.1%。
TeO2成分，可使用TeO2等作為原料。
SnO2成分為其含量大於0%時，能夠減少熔融玻璃的氧化而使玻璃澄清，且能夠提高玻璃的可見光穿透率的任意成分。
另一方面，藉由將SnO2成分的含量設為3.0%以下，能夠減少因熔融玻璃的還原而引起的玻璃著色、或是玻璃失透。此外，由於SnO2成分與熔解設備(特別是Pt等貴金屬)的合金化減少， 而可期望熔融設備的使用年限延長。因此，SnO2成分的含量，其上限是以3.0%為佳，較佳是1.0%，更佳是0.5%，最佳是0.1%。
SnO2成分，可使用SnO、SnO2、SnF2、SnF4等作為原料。
Sb2O3成分為其含量大於0%時，能夠使熔融玻璃消泡的任意成分。
另一方面，若Sb2O3成分的含量過多，可見光區域的短波長區域中的穿透率會變差。因此，Sb2O3成分的含量，其上限是以1.0%為佳，較佳是0.7%，更佳是0.5%，進而更佳是0.2%，最佳是0.1%。
Sb2O3成分，可使用Sb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7．5H2O等作為原料。
此外，使玻璃澄清並消泡的成分，並不限於上述的Sb2O3成分，可使用玻璃製造領域中公知的澄清劑、消泡劑或該等的組合。
CeO2成分是使玻璃澄清化之成分，在本發明的光學玻璃中為任意成分。特別是，若將CeO2成分設為1.0%以下，能夠抑制可見光的著色。
因此，相對於氧化物換算組成的玻璃全質量之CeO2成分的含有率，其上限是以1.0%為佳，較佳是0.7%，更佳是0.5%。
CeO2成分，例如可使用CeO2、Ce(OH)3等作為原料而包含於玻璃內。
Fe2O3成分是使玻璃澄清化之成分，在本發明的光學玻璃中為任意成分。特別是，藉由將Fe2O3成分設為0.5%以下，能夠抑制可見光的著色。因此，相對於氧化物換算組成的玻璃全質量之Fe2O3成分的含有率，其上限是以0.5%為佳，較佳是0.1%。
Fe2O3成分，例如可使用Fe2O3等作為原料而包含於玻璃內。
Ag2O成分是調整玻璃的結晶化及穿透特性之成分，在本發明之光學玻璃中為任意成分。特別是，藉由將Ag2O成分設為3.0%以下，能夠抑制可見光的著色。
因此，相對於氧化物換算組成的玻璃全質量之Ag2O成分的含有率，其上限是以3.0%為佳，較佳是1.0%，更佳是0.5%，進而更佳是0.1%。
Ag2O成分，例如可使用Ag2O等作為原料而包含於玻璃內。
F成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的阿貝數，同時降低玻璃轉移點，且能夠提高耐失透性任意成分。
然而，F成分的含量，亦即，作為將上述各金屬元素的1種或2種以上的氧化物之一部分或全部置換的氟化物的F之合計量若大於15.0%，會使得F成分的揮發量變多，因此變得難以獲得安定的光學常數，而不易獲得均質的玻璃。
因此，F成分的含量，其上限是以15.0%為佳，較佳是10.0%，更佳是8.0%，進而更佳是5.0%，再進而更佳是3.0%，最佳是1.0%。
F成分，可藉由使用例如ZrF4、AlF3、NaF、CaF2等作為原料而包含於玻璃內。
RO成分(式中，R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上)的含量之和(質量和)，以10.0%以下為佳。藉此，能夠抑制因含量過剩而引起的化學耐久性惡化或耐失透性低下。
因此，RO成分的質量和，其上限是以10.0%為佳，較佳是8.0%，更佳是6.0%，進而更佳是4.0%，再進而更佳是2.0%，再進而更佳是1.0%。
Ln2O3成分(式中，Ln是選自La、Gd、Y、Lu所成群組中的1種以上)的含量之和(質量和)，是以25.0%以下為佳。藉此，由 於玻璃的液相溫度變低，故能減少玻璃失透。因此，Ln2O3成分的質量和，其上限是以25.0%為佳，較佳是20.0%，更佳是15.0%，最佳是10.0%。
B2O3成分與ZnO成分的合計量，是以低於99.5%為佳。藉此，能夠抑制化學耐久性的劣化。因此，質量和(B2O3+ZnO)，是以低於99.5%為佳，較佳是98.5%以下，更佳是98.0%以下，進而更佳是低於97.2%，再進而更佳是97.0%以下，最佳是低於96.5%。
B2O3成分含量與SiO2成分及Al2O3成分的合計含量的比率，以1.0以上為佳。藉由增大該比率，能夠抑制熔融性的惡化。因此，質量比B2O3/(SiO2+Al2O3)，是以1.0以上為佳，較佳是大於2.0，更佳是大於2.5，進而更佳是大於3.0，再進而更佳是大於5.0。
此外，藉由將該質量比設為100以下，能夠抑制化學耐久性的惡化。因此，該質量比，亦能以100.0以下為佳，較佳是80.00以下，更佳是60.0以下，進而更佳是40.0以下，再進而更佳是30.0以下，最佳是20.0以下。
B2O3成分與ZnO成分的含量的比率，以1.5以下為佳。藉由降低該比率，可成為耐失透性優異的玻璃材料‧因此，質量比B2O3/ZnO，是以1.5以下為佳，較佳是1.0以下，更佳是0.8以下，最佳是0.6以下。
<關於不應該含有的成分>
接下來，對於本發明的光學玻璃中不應該含有的成分，以及不適合含有的成分進行說明。
在不影響本申請發明的玻璃特性之範圍內，依所需可添加其他成分。但，除了Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Lu之外， V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu及Mo等各種過渡金屬成分，具有分別以單獨或是複合型態含有時，即便是少量含有仍會使玻璃著色，於可見區域的特定波長產生吸收這樣的性質，因此，特別是在使用可見區域的波長的光學玻璃中，較佳是實質上不含有。
由於Nd2O3成分對玻璃的著色影響大，因此，理想是實質上不含有，亦即，除了無法避免的混入，不包含任何該等成分。
由於Er2O3成分對玻璃的著色影響大，因此，理想是實質上不含有，亦即，除了無法避免的混入，不包含任何該等成分。
此外，PbO等鉛化合物，由於是對環境負荷高的成分，理想是實質上不含有，亦即，除了無法避免的混入，不包含任何該等成分。
此外，As2O3等砷化合物，由於是環境負荷高的成分，因此，理想是實質上不含有，亦即，除了無法避免的混入，不包含任何該等成分。
進而，Th、Cd、Tl、Os、Be、Se各成分，近年來，被視為有害的化學物質，而有避免使用的傾向，不僅是在玻璃的製造步驟，甚至於加工步驟及製品化後的處理，都必須有因應環境對策上的處置。因此，由重視對環境上的影響之觀點而言，較佳是實質上不含有該等成分。
[物性]
本發明的光學玻璃，較佳是具有高折射率及高阿貝數(低色散)。特別是，本發明的光學玻璃的折射率(nd)，其下限是以1.63為佳，較佳是1.65，更佳是1.66。該折射率(nd)的上限是以1.77為佳，較佳是1.75，更佳是1.70，最佳是1.68。
此外，本發明的光學玻璃之阿貝數(νd)，其下限是以33為佳，較佳是38，更佳是40，進而更佳是43，最佳是45。該阿貝數(νd)的上限雖然是以55為佳，但其上限較佳是54，更佳是53，進而更佳是52，再進而更佳是51，最佳是50。
藉由具有這樣的高折射率，即便企圖使光學元件薄型化，仍能夠獲得較大的光折射量。此外，藉由具有這樣的低色散，當用作單透鏡時，能夠減小因光的波長而引起的焦點偏差(色像差)。因此，當例如與具有高色散(低阿貝數)之光學元件組合來建構光學系統時，以該光學系統的整體而言，可減少像差並期望高成像特性等。
如上所述，本發明的光學玻璃，可於光學設計上發揮功效，特別是在建構光學系統時，除了能期望高成像特性等之外，亦能夠實現光學系統的小型化，從而拓展光學設計上的自由度。
本發明的光學玻璃，較佳是比重小。更具體而言，本發明的光學玻璃的比重是5.00以下。藉此，能降低光學元件或使用該光學元件之光學機器的質量，故有助於光學機器的輕量化。因此，本發明的光學玻璃之比重，其上限是以5.00以下為佳，較佳是4.60，更佳是4.20，進而更佳是4.10，最佳是3.80。此外，本發明的光學玻璃之比重，大多約為2.80以上，詳細而言是3.10以上，更詳細而言是3.30以上。
本發明的光學玻璃之比重，是根據日本光學玻璃工業協會規格JOGIS05-1975「光學玻璃的比重之測定方法」來加以測定。
本發明的光學玻璃，較佳是具有耐失透性高，更具體而言，是具有低液相溫度。
亦即，本發明的光學玻璃之液相溫度，其上限是以1150℃為佳，較佳是1100℃，更佳是1050℃，進而更佳是1000℃，再進而更佳是950℃，最佳是900℃。
藉此，即使將熔解後的玻璃以更低的溫度流出，由於所製作 的玻璃之結晶化減少，因此能夠減少從熔融狀態形成玻璃時的失透，並能夠減小對使用了玻璃之光學元件的光學特性之影響。此外，由於即便降低玻璃的熔解溫度亦能使玻璃成形，故可抑制玻璃成形時所消費的能量，藉此能夠降低玻璃的製造成本。
另一方面，本發明的光學玻璃之液相溫度，其下限並無特別限定，但藉由本發明所獲得的玻璃，其液相溫度大多約為650℃以上，具體而言是700℃以上，更具體而言是750℃以上。
此外，本說明書中的「液相溫度」是指，將玻璃放入帶有溫度梯度為650℃至1150℃的溫度傾斜爐內保持30分鐘，在取出爐外進行冷卻後，用倍率為100倍的顯微鏡觀察有無結晶時未觀察到結晶的最低溫度。
本發明的光學玻璃，100℃至300℃下的平均線熱膨脹係數α較佳是100(10-7℃-1)以下。
亦即，本發明的光學玻璃的100℃至300℃下的平均線熱膨脹係數α，其上限是以100(10-7℃-1)以下為佳，較佳是60以下，更佳是55以下，進而更佳是53以下，再進而更佳是50以下。
藉此，能夠提高耐熱衝擊性，或是可與平均線熱膨脹係數相符合的金屬進行接合。
[製造方法]
本發明的光學玻璃，例如能夠以下述方式加以製作。亦即，使各成分在規定的含量範圍內，將上述原料均勻地混合，再將製作出的混合物放入鉑坩堝中，並依照玻璃組成的熔融難易度，以溫度設定為1100℃至1340℃範圍的電爐，花費1小時至6小時來進行熔解，進行攪拌使其均質化後，降溫至適當溫度，接著澆鑄於鑄模中，再加以緩冷卻，藉此來製作本發明之光學玻璃。
[玻璃的成形]
本發明的玻璃，可藉由公知的方法來熔解成形。此外，用於 成形玻璃熔融體的方法並無限定。
[玻璃成形體及光學元件]
本發明的玻璃，例如可使用研削及研磨加工的方法等，來製作玻璃成形體。亦即，能對玻璃進行研削及研磨等機械加工來製作玻璃成形體。此外，製作玻璃成形體之方法，並不限於該等方法。
[實施例]
本發明的玻璃之實施例及比較例的組成、該等玻璃的折射率(nd)、阿貝數(νd)、比重(d)、100℃至300℃下的平均線熱膨脹係數(α)、以及液相溫度皆示於表1至表11。此外，以下的實施例僅作為例示之目的，本發明並不限於該等實施例。
本發明的實施例及比較例之玻璃，各成分的原料，皆是選擇與其相符合的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物、偏燐酸化合物等一般光學玻璃所使用的高純度原料，以成為表中所示的各實施例的組成比的方式進行秤重並均勻地混合後，放入鉑坩堝中，並依照玻璃組成的熔融難易度，以溫度設定為1100℃至1350℃範圍的電爐，花費2小時至5小時來進行熔解後，進行攪拌使其均質化，接著澆鑄於鑄模等中，再加以緩冷卻，製作出玻璃。
實施例的玻璃的折射率(nd)及阿貝數(νd)，是以相對於氦燈的d線(587.56nm)之測定值來表示。此外，阿貝數(νd)，是使用上述d線的折射率、相對於氫燈的F線(486.13nm)之折射率(nF)、相對於C線(656.27nm)之折射率(nC)的數值，由阿貝數(νd)=[nd-1)/(nF-nC)]之數式所計算出。
實施例及比較例的玻璃之比重，是根據日本光學玻璃工業協 會規格JOGIS05-1975「光學玻璃的比重之測定方法」來加以測定。
此外，實施例及比較例的玻璃之液相溫度，是根據以下方法來求得。亦即，將實施例及比較例的玻璃放入帶有溫度梯度為650℃至1150℃的溫度傾斜爐內保持30分鐘，在取出爐外進行冷卻後，求出用倍率為100倍的顯微鏡觀察有無結晶時未觀察到結晶的最低溫度。
此外，記載為「800℃以下」時，是指至少在800℃的狀態下是未觀察到結晶。
此外，實施例及比較例的玻璃平均線熱膨脹係數α(100℃至300℃)，是根據日本光學玻璃工業協會規格「光學玻璃的熱膨脹之測定方法」JOGIS08-2003來加以測定。
如表所示，本發明實施例之光學玻璃，由於B2O3成分是20.0%至45.0%，ZnO成分是35.0%至66.0%，SiO2成分是0%至低於15.0%，Al2O3成分是0%至10.0%，Rn2O成分是0%至3.0%(式中，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)，質量乘積(Rn2O×SiO2)是0至低於10.0，故具有所期望的光學常數，而能獲得100℃至300℃下的膨脹係數為小之光學玻璃。
此外，本發明實施例之光學玻璃，不論何者，其折射率(nd)皆為1.63以上，更詳細而言是1.65以上，並且該折射率(nd)是1.77以下，是在所期望的範圍內。
此外，本發明實施例之光學玻璃，不論何者，其阿貝數(νd)皆為55以下，並且該阿貝數(νd)亦為33以上，更詳細而言是38以上，皆在所期望的範圍內。
此外，本發明之光學玻璃，會形成安定的玻璃，且於製作玻璃時難以發生失透。該現象，亦可由本發明的光學玻璃之液相溫度為1150℃以下，更詳細而言是1100℃以下的事實來推論得知。
此外，本發明實施例之光學玻璃，100℃至300℃下的平均線熱膨脹係數α，是100(10-7℃-1)以下。因此，可清楚得知本發明實施例之光學玻璃，其平均線熱膨脹係數為低。
此外，本發明實施例之光學玻璃，不論何者，其比重皆為5.00以下。因此，可清楚得知，本發明實施例之光學玻璃，其比重為小。
因此，本發明實施例之光學玻璃，其折射率(nd)及阿貝數(νd)皆在所期望的範圍內，並且液相溫度為1150℃以下，平均線熱膨 脹係數α是100(10-7℃-1)以下。因此，可清楚得知，本發明實施例之光學玻璃，其膨脹係數為低。
進而，使用本發明實施例之光學玻璃來形成玻璃塊，並對該玻璃塊進行研削及研磨，加工成透鏡及稜鏡的形狀。其結果是，能夠安定地加工成各式各樣的透鏡及稜鏡的形狀。
以上，雖然以例示之目的詳細地說明了本發明，但本實施例之目的僅止於例示，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，在不偏離本發明的思想及範圍的情況下，本發明仍可進行許多變更。

Claims (12)

  1. 一種光學玻璃，其特徵在於：以質量%計：B 2O 3成分是20.0%至45.0%、ZnO成分是35.0%至66.0%、SiO 2成分是0%至低於15.0%、Al 2O 3成分是0%至10.0%、Rn 2O成分是0%至3.0%，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上；質量乘積(Rn 2O×SiO 2)是0至10.0；折射率(n d)是1.63至1.77，阿貝數(ν d)是33至55。
  2. 如請求項1所記載之光學玻璃，其中以質量%計：TiO 2成分是0%至10.0%、Li 2O成分是0%至3.0%、Na 2O成分是0%至3.0%、K 2O成分是0%至3.0%。
  3. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中以質量%計：La 2O 3成分是0%至25.0%、Y 2O 3成分是0%至15.0%、Gd 2O 3成分是0%至15.0%、Lu 2O 3成分是0%至1.0%、Yb 2O 3成分是0%至1.0%、ZrO 2成分是0%至5.0%、Nb 2O 5成分是0%至5.0%、Ta 2O 5成分是0%至5.0%、WO 3成分是0%至5.0%、MgO成分是0%至10.0%、CaO成分是0%至10.0%、SrO成分是0%至10.0%、 BaO成分是0%至10.0%、GeO 2成分是0%至5.0%、Ga 2O 3成分是0%至5.0%、P 2O 5成分是0%至10.0%、Bi 2O 3成分是0%至5.0%、TeO 2成分是0%至5.0%、SnO 2成分是0%至3.0%、Sb 2O 3成分是0%至1.0%、CeO 2成分是0%至1.0%、Fe 2O 3成分是0%至0.5%、Ag 2O成分是0%至3.0%；作為將上述各金屬元素的1種或2種以上的氧化物之一部分或全部置換的氟化物之F的含量是0質量%至15.0質量%。
  4. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中RO成分的質量和是0%至10.0%，R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上；Ln 2O 3成分的質量和是0%至25.0%，Ln是選自La、Gd、Y、Lu所成群組中的1種以上。
  5. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中溫度傾斜爐中的液相溫度是1150℃以下。
  6. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中100℃至300℃下的平均線熱膨脹係數α是100(10 -7℃ -1)以下。
  7. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中質量和B 2O 3+ZnO是低於99.5%。
  8. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中質量比B 2O 3/(SiO 2+Al 2O 3)是1.0以上。
  9. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中質量比B 2O 3/ZnO是1.5以下。
  10. 一種預成形體構材，由請求項1至9中任一項所記載之光學玻璃而成。
  11. 一種光學元件，由請求項1至9中任一項所記載之光學玻璃而成。
  12. 一種光學機器，具備如請求項11所記載之光學元件。
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