TW201904903A - 光學玻璃、預成形體以及光學元件 - Google Patents
光學玻璃、預成形體以及光學元件Info
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Abstract
本發明提供一種光學玻璃以及使用該光學玻璃之預成形體與光學元件。該光學玻璃具有相對折射率的溫度係數為低值,能夠有助於補正因溫度變化而對成像特性所造成的影響。該光學玻璃,以質量%計含有P2O5成分20.0%至45.0%,Nb2O5成分25.0至50.0%,質量和(Na2O+K2O)為3.0%至30.0%,且相對折射率(589.29nm)的溫度係數(40℃至60℃)處於+3.0×10-6(℃-1)至-10.0×10-6(℃-1)之範圍內。
Description
本發明係關於光學玻璃、預成形體(preform)以及光學元件。
近年,組裝於行車記錄器等車用光學機器之光學元件、或是組裝於投影機、電腦、雷射印表機及播放用機器等這種會大量發熱的光學機器之光學元件,被使用在更高溫環境之情況持續地增加。在如此高溫環境下,構成光學系統之光學元件,其使用時的溫度容易大幅度變動,而該溫度達到100℃以上的情況亦常發生。此時,因溫度變動對光學系統之成像特性等造成的負面影響,已大到無法忽視的程度,因此,期望構成一種光學系統,其即使出現溫度變動仍難以因此而對成像特性等造成影響。
於構成不易因溫度變動而影響成像特性之光學系統時,併用下述兩種光學元件:於溫度上升時折射率變低,且相對折射率的溫度係數變為負值之玻璃所構成的光學元件;與溫度升高時折射率變高,且相對折射率的溫度係數變為正值之玻璃所構成的光學元件;藉此能夠補正溫度變化對成像特性等造成的影響,故較佳。
此處,著眼於相對折射率的溫度係數而開發的玻璃,已知有例如專利文獻1所代表之玻璃組成物。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特開2007-10611號公報。
專利文獻1所記載之玻璃含有多種為得到高折射率之成分,其目的係為了提高相對折射率的溫度係數。另一方面,於含有多種為得到高折射率之成分之玻璃中,未獲得相對折射率的溫度係數較小之玻璃。但是,由有助於補正因溫度變化而對成像特性所造成的影響之觀點而言,亦期望有相對折射率的溫度係數為負值之玻璃、或相對折射率的溫度係數之絕對值較小之玻璃。
在此之上、於光學設計之際,低折射率低色散之玻璃材料與高折射率高色散之玻璃材料有時會相接合,接合時組合的玻璃材料平均線性熱膨脹係數之差越小則接合越為良好。特別是,已知含有氟元素之低折射率低色散玻璃材料的平均線性熱膨脹係數較大,但高折射率高色散玻璃材料中,平均線性熱膨脹係數較大之玻璃材料幾乎不存在,因此需求一種平均線性熱膨脹係數較大之玻璃材料。專利文献1所記載的玻璃,其平均線性熱膨脹係數較小,因而不可謂其是充分滿足了此種要求之玻璃。
進而,本發明中之光學玻璃,無需經過再加熱之熱處理來去除玻璃的著色工程,即可得到可見光透過率(transmittance)較佳之玻璃,因而能夠廉價製造。
本發明係有鑑於上述問題點而成,其目的在於,得到一種光學玻璃以及使用該光學玻璃之預成形體與光學元件,其中,該光學玻璃之相對折射率的溫度係數取小值,有助於補正因溫度變化而對成像特性所造成的影響,且該光學玻璃具有適合與低折射率低色散玻璃材料相接合之平均線性熱膨脹係數。
本發明人等為了解決上述課題,專注累積試驗研究結果,發現藉由含有P2O5成分以及Nb2O5成分,預定量的Na2O成分以及K2O成分,能夠得到相對折射率的溫度係數取低值之廉價玻璃,從而完成了本發明。具體而言,本發明提供如下述之物。
(1)一種光學玻璃,以質量%計,含有P2O5成分20.0%至40.0%,Nb2O5成分25.0%至50.0%,(Na2O+K2O)質量和為3.0%至30.0%,且相對折射率(589.29nm)的溫度係數(40℃至60℃)處於+3.0×10-6(℃-1)至-10.0×10-6(℃-1)之範圍內。
如(1)之光學玻璃,質量和(Na2O+K2O+BaO)為10.0%至35.0%。
如(1)或(2)之光學玻璃,其中100℃至300℃之平均線性熱膨脹係數α為80(10-7℃-1)以上。
如(1)至(3)之光學玻璃,其中折射率(nd)為1.65以上2.00以下,阿貝數(νd)為10以上35以下。
一種預成形體,係由(1)至(4)中任一項之光學玻璃而成。
一種光學元件,係由(1)至(4)中任一項之光學玻璃而成。
一種光學機器,係具備(6)之光學元件。
根據本發明,能夠更廉價地得到一種光學玻璃以及使用該光學玻璃之預成形體與光學元件,其中,該光學玻璃之相對折射率的溫度係數取小值,有助於補正因溫度變化而對成像特性所造成的影響,且可見光透過率良好。
本發明之光學玻璃,以質量%計,含有P2O5成分20.0%以上40.0%以下、Nb2O5成分合計25.0%以上50.0%以下、Na2O成分以及K2O成分之質量和3.0%以上30.0%以下,相對折射率(589.29nm)的溫度係數(40℃至60℃)處於+3.0×10-6(℃-1)至-10.0×10-6(℃-1)之範圍內。
藉由含有多量的Na2O成分以及K2O成分,能夠得到相對折射率的溫度係數取小值、平均線性熱膨脹係數較大的玻璃材料之玻璃。
因此,能夠更廉價得到一種光學玻璃以及使用該光學玻璃之預成形體與光學元件,其中,可見光透過率良好,同時該光學玻璃之相對折射率的溫度係數取小值,有助於補正因溫度變化而對成像特性所造成的影響,與低折射率低色散玻璃材料的接合性較佳,可見光透過率良好。
以下,針對本發明的光學玻璃之實施型態進行詳細的說明,但本發明並不限於下述的實施型態,在本發明目的之範圍內可進行適當的變更來加以實行。此外,關於重複說明的部分,雖然有適當地省略說明的情況,但並不會因此而限制發明之主旨。
[玻璃成分]
構成本發明光學玻璃之各成分的組成範圍如下所述。本說明書中,各成分的含量在未特別否定時,皆係以相對於氧化物換算組成的全質量之質量%來表示。此處,「氧化物換算組成」指,假設作為本發明之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之情況下,藉由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。
<關於必要成分、任意成分>
P2O5成分係作為玻璃形成氧化物之必要成分。特別是藉由含有20.0%以上之P2O5成分,可使熔融玻璃的黏性良好、提高玻璃的穩定性。再者,再熱壓製時之失透性良好。因此,P2O5成分之含有量係20.0%以上為佳,超過21.0%較佳,超過22.0%更佳。
另一方面,藉由將P2O5成分之含有量設為40.0%以下,能夠維持所望之折射率以及色散。因此,P2O5成分之含有量係40.0%以下為佳,35.0%以下較佳,30.0%未滿更佳。
P2O5成分係可使用Al(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4、NaH2PO4、KH2PO4等作為原料。
Nb2O5成分係作為高折射率高色散成分,為必要成分。特別是,藉由含有25.0%以上之Nb2O5成分,能夠在維持高折射率、高色散之同時提高玻璃的穩定性。因此,Nb2O5成分之含有量係25.0%以上為佳,超過28.0%較佳,超過30.0%更佳。
另一方面,藉由將Nb2O5成分之含有量設為50.0%以下,平均線性熱膨脹係數較大,能夠維持所望之折射率以及色散。因此,Nb2O5成分之含有量係50.0%以下為佳,47.0%以下較佳。
Nb2O5成分係可使用Nb2O5等作為原料。
Na2O成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠提高玻璃原料之熔融性,使透過率良好,且能夠使相對折射率的溫度係數變小。因此,Na2O成分之含有量係超過0%為佳,超過0.1%較佳,超過0.5%更佳,進而較佳為超過1.0%,進而更佳為超過1.5%,進一步較佳為超過2.0%。
特別是,其含有量超過10.0%時,減小相對折射率的溫度係數之效果升高,玻璃熔融性也變得良好,因此可以超過10.0%。
另一方面,藉由將Na2O成分之含有量設為35.0%以下,能夠減少因過剩含有所導致的玻璃折射率低下、化學耐久性(耐水性)低 下,降低失透,抑制再熱壓製時的失透。因此,Na2O成分之含有量係35.0%以下為佳,30.0%未滿較佳,25.0%未滿更佳,進而較佳為20.0%未滿。
Na2O成分係可使用Na2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6等作為原料。
K2O成分為任意成分,其含有量超過0%時,平均線性熱膨脹係數變大,透過率良好,能夠減小相對折射率的溫度係數。因此,K2O成分之含有量係超過0%為佳,0.5%以上較佳,超過1.0%更佳,進而較佳可超過2.0%。
特別是,其含有量超過5.0%時,減小相對折射率的溫度係數之效果升高,玻璃的穩定性也變得良好,因此可超過5.0%。
另一方面,藉由將K2O成分之含有量設為30.0%以下,能夠維持玻璃的穩定性,且能夠抑制折射率的低下。因此,K2O成分之含有量係30.0%以下為佳,25.0%未滿較佳,20.0%未滿更佳,進而較佳為15.0%未滿。
K2O成分係可使用K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等作為原料。
BaO成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠提高玻璃原料之熔融性,降低玻璃失透,提高折射率,減小相對折射率的溫度係數。再者,其於得到高折射率之成分中屬於材料費用較低、易熔解之成分。因此,BaO成分之含有量係超過0%為佳,超過0.1%較佳,超過1.0%更佳,進而較佳為超過2.0%。
另一方面,藉由將BaO成分之含有量設為20.0%以下,平均線性熱膨脹係數變大,能夠降低因過剩含有而導致玻璃的折射率低下或失透。因此,BaO成分之含有量係20.0%以下為佳,19.0%未滿較佳,18.0%未滿更佳。
BaO成分係可使用BaCO3、Ba(NO3)2、Ba(PO3)2、BaF2等作為原料。
TiO2成分為其含有量超過0%時,能夠提高玻璃的折射率,降低阿貝數,易於得到穩定玻璃之成分。因此,TiO2成分之含有量係超過0%為佳,超過1.0%較佳,超過3.0%更佳,進而較佳為5.0%以上。
另一方面,藉由將TiO2成分之含有量設為30.0%以下,能夠使平均線性熱膨脹係數變大,相對折射率的溫度係數變小,能夠降低因TiO2成分過剩含有而導致的失透,抑制玻璃相對於可見光(特別是波長500nm以下)之透過率低下。因此,TiO2成分之含有量係30.0%以下為佳,26.0%未滿較佳,23.0%未滿更佳,進而較佳可為20.0%未滿。
TiO2成分,可使用TiO2等作為原料。
SiO2成分為,其含有量超過0%時,能夠使熔融玻璃之黏度變為良好之玻璃形成氧化物成分。因此,SiO2成分之含有量係超過0%為佳,超過0.1%較佳,超過0.3%更佳。
另一方面,藉由將SiO2成分之含有量設為5.0%以下,能夠抑制玻璃轉移點上升,且能夠抑制折射率低下。因此,SiO2成分之含有量係5.0%以下為佳,3.0%以下較佳,1.0%未滿更佳。
SiO2成分係可使用SiO2、K2SiF6、Na2SiF6等作為原料。
B2O3成分為任意成分,其含有量超過0%時,可作為提高玻璃熔融性之玻璃形成氧化物。
另一方面,藉由將B2O3成分之含有量設為5.0%以下,能夠使相對折射率的溫度係數變小,且能夠抑制化學耐久性惡化,降低再熱壓製時失透性的惡化。因此,B2O3成分之含有量係5.0%以下為佳,3.0%以下較佳,1.5%未滿更佳,進而較佳為1.3%未滿。
WO3成分為任意成分,其含有量超過0%時,在降低帶來高折射率之其他成分所引起的玻璃著色的同時,能夠提高折射率、降低阿貝數,使玻璃轉移點變低,並減少失透。
另一方面,藉由將WO3成分之含有量設為10.0%以下,能夠使相對折射率的溫度係數變小,抑制再熱壓製時的失透。再者,能夠降低因WO3成分所引起的玻璃著色,提高可見光透過率。因此,WO3成分之含有量係10.0%以下為佳,9.0%未滿較佳,8.0%未滿更佳,進而較佳為6.5%未滿,進而更佳為5.0%未滿。
WO3成分係可使用WO3等作為原料。
ZnO成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠提高原料的熔解性,促進從熔解玻璃中脫泡,再者,能夠提高玻璃的穩定性。再者,能夠使玻璃轉移點變低,且能夠改善化學耐久性。
另一方面,藉由將ZnO成分之含有量設為5.0%未滿,能夠使相對折射率的溫度係數變小,降低因熱所引起的膨脹,抑制折射率低下,且能夠降低因黏性過於低下而導致的失透。因此,ZnO成分之含有量係5.0%未滿為佳,4.0%未滿較佳,2.0%未滿更佳,進而較佳為1.0%未滿,進而更佳為0.5%未滿。再者,ZnO成分可以不含有。
ZnO成分係可使用ZnO、ZnF2等作為原料。
ZrO2成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠提高玻璃折射率,且降低失透。因此,ZrO2成分之含有量係超過0%為佳,超過0.5%較佳,超過1.0%更佳。
另一方面,藉由將ZrO2成分之含有量設為5.0%以下,能夠使相對折射率的溫度係數變小,降低因ZrO2成分過剩含有而導致的失透。因此,ZrO2成分之含有量係5.0%以下為佳,3.0%以下較佳,1.0%未滿更佳,進而較佳為0.5%未滿。再者,ZrO2成分可以不含有。
ZrO2成分係可使用ZrO2、ZrF4等作為原料。
MgO成分、CaO成分以及SrO成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠調整玻璃的折射率或熔融性、耐失透性。
另一方面,藉由將MgO成分、CaO成分以及SrO成分之含有量設為5.0%以下,能夠抑制折射率低下,且降低因該等成分過剩含有而導致的失透。因此,MgO成分、CaO成分以及SrO成分之各自含有量係5.0%以下為佳,3.5%以下較佳,2.0%未滿更佳。
Li2O成分為任意成分,能夠改善玻璃熔融性,降低玻璃轉移點。
另一方面,藉由將Li2O成分之含有量降低,使玻璃折射率難於低下,且能夠降低玻璃失透以及再熱壓製時的失透。因此,Li2O成分之含有量係5.0%以下為佳,3.0%未滿較佳,1.0%以下更佳,進而較佳為0.5%未滿。
Li2O成分係可使用Li2CO3、LiNO3、LiF等作為原料。
Al2O3成分以及Ga2O3成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠提升熔融玻璃的耐失透性。
另一方面,藉由將Al2O3成分或者Ga2O3成分之含有量分別設為10.0%以下,能夠降低玻璃液相溫度並提高耐失透性。因此,Al2O3成分以及Ga2O3成分之各自含有量係10.0%以下為佳,5.0%未滿較佳,3.0%未滿更佳,進而較佳為1.0%未滿。
Al2O3成分係可使用Al2O3、Al(OH)3、AlF3等作為原料,Ga2O3成分係可使用Ga2O3等作為原料。
Sb2O3成分為任意成分,其含有量超過0%時,可使熔融玻璃脫泡。
另一方面,藉由將Sb2O3成分之含有量設為1.0%以下,能夠抑制可見光領域之短波長領域中透過率的低下、玻璃過度曝光、內部品質低下。因此,Sb2O3成分之含有量係1.0%以下為佳,0.5%未滿較佳,0.2%未滿更佳,進而較佳為0.1%未滿。
Sb2O3成分係可使用Sb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7.5H2O等作為原料。
Na2O成分以及K2O成分之總含有量係3.0%以上為佳。藉此,能夠容易得到相對折射率的溫度係數較小,平均線性熱膨脹係數較大且透過率良好之玻璃。因此,質量和(Na2O+K2O)係3.0%以上為佳,超過4.0%較佳,超過5.0%更佳,進而較佳為超過6.0%。
另一方面,藉由將該總含有量設為30.0%以下,能夠抑制化學耐久性惡化以及因過剩含有而導致的玻璃折射率低下。因此,質量和(Na2O+K2O)係30.0%以下為佳,25.0%未滿較佳,23.0%未滿更佳。
Na2O成分、K2O成分以及BaO成分之總含有量係10.0%以上為佳。藉此,能夠容易得到相對折射率的溫度係數較小之玻璃。因此,質量和(Na2O+K2O+BaO)係10.0%以上為佳,超過12.0%較佳,超過14.0%更佳,進而較佳為16.0%以上,進而更佳為超過17.5%。
另一方面,藉由將該總含有量設為35.0%未滿,能夠抑制化學耐久性惡化以及因過剩含有而導致的玻璃折射率低下、再熱壓製時的失透性低下。因此,質量和(Na2O+K2O+BaO)係35.0%為佳,33.0%以下較佳,30.0%未滿更佳。
Nb2O5成分與TiO2成分之總含有量係30.0%以上為佳。藉此,能夠於維持高折射率之同時,使相對折射率的溫度係數變小。
因此,質量和(Nb2O5+TiO2)係30.0%以上為佳,35.0%以上較佳,40.0%以上更佳。
另一方面,藉由將質量和(Nb2O5+TiO2)設為65.0%以下,能夠降低液相溫度,得到穩定之玻璃。因此,質量和(Nb2O5+TiO2)係65.0%以下為佳,63.0%以下較佳,60.0%以下更佳。
Na2O成分以及K2O成分以及BaO成分總含有量相對於B2O3成分以及TiO2成分總含有量之比率係超過0.5為佳。藉此,能夠使相對折射率的溫度係數變小,且使平均線性熱膨脹係數變大。因此,質量比(Na2O+K2O+BaO)/(B2O3+TiO2)係超過0.5為佳,超過0.7 較佳,超過1.0更佳。
另一方面,藉由將質量比(Na2O+K2O+BaO)/(B2O3+TiO2)設為5.5未滿,能夠於維持所望之折射率與透過率之同時,得到再熱壓製良好之玻璃。因此,質量比(Na2O+K2O+BaO)/(B2O3+TiO2)係5.5未滿為佳,5.0未滿較佳,4.8未滿更佳。
藉由使RO成分(R為選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上)含有量之和(質量和)超過0%,能夠提高玻璃折射率、熔融性以及耐失透性。因此,RO成分含有量之和(質量和)係下限以超過0%為佳,超過0.5%較佳,超過1.0%更佳。另一方面,藉由將RO成分設為30.0%以下,能夠使平均線性熱膨脹係數變大,降低因過剩含有而導致玻璃折射率之低下或失透。藉此,RO成分含有量之和(質量和)係上限以30.0%以下為佳,25.0%以下較佳,20.0%以下更佳。
La2O3成分、Gd2O3成分、Y2O3成分、Yb2O3成分以及Ta2O5成分為任意成分,其等含有量超過0%時,能夠提高玻璃折射率,且提高耐失透性。
另一方面,藉由將La2O3成分、Gd2O3成分、Y2O3成分、Yb2O3成分以及Ta2O5成分之含有量設為5.0%以下,能夠降低光學玻璃之原料費用。再者,原料之熔解溫度降低,因此熔解原料所需之能源降低,進而光學玻璃之製造費用亦降低。因此,該等各成分之含有量係5.0%以下為佳,3.0%未滿較佳,2.0%未滿更佳,進而較佳為1.0%未滿。
GeO2成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠提高玻璃折射率,且提高耐失透性。
然而,GeO2原料價格昂貴,其含有量過多會導致生產費用增加。因此,GeO2成分之含有量係10.0%以下為佳,5.0%未滿較佳,3.0%未滿更佳,進而較佳為1.0%未滿。
GeO2成分係可使用GeO2等作為原料。
Bi2O3成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠提高折射率,降低阿貝數,且降低玻璃轉移點。
另一方面,藉由將Bi2O3成分之含有量設為5.0%以下,能夠降低玻璃液相溫度提高耐失透性。因此,Bi2O3成分之含有量係5.0%以下為佳,3.0%未滿較佳,1.0%未滿更佳。特別是,就獲得良好透過率之玻璃之觀點而言,較佳為不含有。
Bi2O3成分係可使用Bi2O3等作為原料。
TeO2成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠提高折射率,且降低玻璃轉移點。
另一方面,藉由鉑製坩堝,或是藉由與熔融玻璃接觸部分係以鉑所形成之熔融槽來熔融玻璃原料時,存在TeO2可能會與鉑發生合金化之問題。因此,TeO2成分之含有量係10.0%以下為佳,5.0%未滿較佳,3.0%未滿更佳,進而較佳為1.0%未滿。
TeO2成分係可使用TeO2等作為原料。
SnO2成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠減少熔融玻璃之氧化使之清澈,且能夠提高玻璃之可見光透過率。
另一方面,藉由將SnO2成分之含有量設為3.0%以下,能夠降低熔融玻璃之還原而引起的玻璃著色或玻璃失透。再者,SnO2成分與熔解設備(特別是Pt等貴金属)之合金化減少,而可期望熔融設備之使用年限延長。因此,SnO2成分之含有量係3.0%以下為佳,1.0%未滿較佳,0.5%未滿更佳,進而較佳為0.1%未滿。
SnO2成分係可使用SnO、SnO2、SnF2、SnF4等作為原料。
再者,使玻璃清澈且消泡之成分,並不限於上述Sb2O3成分或SnO2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。
F成分為任意成分,其含有量超過0%時,能夠提高玻璃的阿 貝數,降低玻璃轉移點,並提高耐失透性。
然而,F成分之含有量係亦即取代上述各金属元素之1種或2種以上氧化物之一部分或全部氟化物之F的合計量,若超過10.0%,則F成分的揮發量變多,因此會變得難以獲得穩定之光學常數,而難以獲得均質之玻璃。此外,阿貝數會上升至所需以上。
因此,F成分之含有量係10.0%以下為佳,5.0%未滿較佳,3.0%未滿更佳,進而較佳為1.0%未滿。
F成分係可使用例如ZrF4、AlF3、NaF、CaF2等作為原料,將其包含於玻璃內。
SiO2成分以及Al2O3成分以及ZnO成分總含有量相對於B2O3成分以及Rn2O成分(Rn為選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)之總含有量之比率,15.0以下為佳。藉由使該比率變小,能夠抑制熔融性惡化。
因此,質量比(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)係15.0以下為佳,12.0以下較佳,10.0以下更佳,進而較佳為8.0以下,進而更佳為6.0以下,進一步較佳為5.0未滿。
另一方面,質量比(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)可以超過0。藉此,能夠使相對折射率的溫度係數變小,並使平均線性熱膨脹係數變大。因此,質量比(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)係超過0為佳,超過1.0較佳,超過2.0更佳。
將Rn2O成分(Rn為選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)含有量之和(質量和)設為超過1.0%,能夠使相對折射率的溫度係數變小,並使平均線性熱膨脹係數變大。因此,Rn2O成分含有量之和(質量和)係超過1.0%為佳,超過1.5%較佳,超過2.0%更佳。
另一方面,藉由將該和設為30.0%以下,能夠於維持所望的折射率、色散之同時,降低因玻璃黏性低下而導致的失透。因此,Rn2O成分含有量之和(質量和)係30.0%以下為佳,25.0%未滿較佳,23.0%未滿更佳。
本發明之光學玻璃,較佳為含有上述Rn2O成分中2種以上成分者。藉此,能夠使相對折射率的溫度係數變小,透過率良好,可以不需要再加熱之熱處理工程。特別是,藉由使Rn2O成分含有Na2O成分與K2O成分2種以上成分,能夠使平均線性熱膨脹係數變大,透過率良好,相對折射率的溫度係數變小之要點,因而較佳。
Ln2O3成分(Ln為選自La、Gd、Y、Yb、Lu所成群組中的1種以上)含有量之和(質量和)係5.0%以下較佳。藉此,能夠得到耐失透性優異,且透過率良好之玻璃。因此,Ln2O3成分含有量之和(質量和)係5.0%以下為佳,3.5%以下較佳,2.0%未滿更佳。
<關於不應該含有之成分>
接下來,對於本發明光學玻璃中不應該含有之成分,以及不適合含有之成分進行說明。
在不損害本發明之玻璃特性之範圍內,依所需可添加其他成分。然而,除了Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Lu之外,V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Mo等各種過渡金屬成分,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,而會發生對可見範圍中特定波長的光進行吸收之性質,因此,特別是在使用可見光範圍的波長之光學玻璃中,較佳為實質上不含有。
此外,PbO等鉛化合物以及As2O3等砷化合物由於係對環境負荷高之成分,理想是實質上不含有,亦即除了無法避免之混入之外,為完全不含有。
進而,Th、Cd、Tl、Os、Be、Se各成分近年來係被視為有害化學物質,而有避免使用之傾向,不僅是在玻璃製造步驟,甚至 在加工步驟以及到製品化後之廢棄處理為止,都必須有環境對策上的措施。因此,就重視環境上的影響之觀點而言,較佳為實質上不含有該等成分。
[製造方法]
本發明之光學玻璃,例如能夠以下述方式加以製作。亦即,上述各成分之原料,皆為選擇與其相符合之氧化物、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之高純度原料,再將該等原料均勻地混合成規定含量範圍內,將製作而成的混合物放入鉑坩堝中,依照玻璃原料之熔解難易度,以電爐在1000℃至1500℃之溫度範圍下,熔解1小時至10小時,並攪拌使其均質化後,降至適當之溫度,再澆鑄於鑄模中,加以緩冷卻,藉此製作出本發明之光學玻璃。
<物性>
本發明之光學玻璃較佳為具有高折射率以及低阿貝數(高色散)。
特別是,本發明之光學玻璃之折射率(nd)係1.65以上為佳,1.67以上較佳,1.69以上更佳。該折射率(nd)係2.00以下為佳,1.98以下較佳,1.96以下更佳,進而較佳為1.95以下。
再者,本發明之光學玻璃之阿貝數(νd)係10.0以上為佳,13.0以上較佳,15.0以上更佳,進而較佳為17.0以上。該阿貝數(νd)係35.0以下為佳,34.0以下較佳,32.0以下更佳,進而較佳為30.0以下。
藉由具有如此高折射率,即使在期望光學元件的薄型化之情形下,仍可得到大的光的折射量。此外,藉由具有如此高色散,在作為單透鏡使用時,能夠藉由光的波長來適當地移動焦點。因此,例如與具有低色散(高阿貝數)之光學元件組合來構成光學系統時,整個光學系統能夠減少像差,並可期望高成像特性等。
這樣一來,本發明之光學玻璃,可於光學設計上發揮功效, 特別是在於構成光學系統時,除了能夠期望高成像特性等之外,亦能夠期望光學系統的小型化,而可使得光學設計上之自由度增加。
本發明之光學玻璃係相對折射率的溫度係數(dn/dT)取低值。
更具體而言,本發明之光學玻璃之相對折射率的溫度係數係上限值+3.0×10-6℃-1為佳,+1.5×10-6℃-1較佳,+1.0×10-6℃-1更佳,且可能會獲得該上限值或較該上限值更低(負值方面)數值。
另一方面,本發明之光學玻璃之相對折射率的溫度係數係下限值-10.0×10-6℃-1為佳,-8.0×10-6℃-1較佳,-7.0×10-6℃-1更佳,且可能會獲得該下限值或較該下限值更高(正值方面)數值。
其中,作為具有1.65以上的折射率(nd),且具有10以上35以下的阿貝數(νd)之玻璃,相對折射率的溫度係數較低之玻璃並不多見,使得對因溫度變化所造成的成像失焦等狀況進行補正之選擇變多,而能夠更容易地完成該補正。因此,藉由將相對折射率的溫度係數設定於如此之範圍,能夠有助於補正因溫度變化所造成的成像失焦等。
本發明光學玻璃之相對折射率的溫度係數係指與光學玻璃在同樣溫度的空氣中之折射率(589.29nm)的溫度係數,係藉由將溫度從40℃變化至60℃時,1℃所對應之變化量(℃-1)來表示。
本發明之光學玻璃於100℃至300℃中平均線性熱膨脹係數α為80(10-7℃-1)以上較佳。亦即,本發明之光學玻璃於100℃至300℃中平均線性熱膨脹係數α係80(10-7℃-1)以上為佳,85(10-7℃-1)以上較佳,90(10-7℃-1)以上更佳。
一般而言,若平均線性熱膨脹係數α較大則玻璃會於加工時容易發生破裂,因此期望平均線性熱膨脹係數α之數值為小值。另一方面,於與相對折射率的溫度係數較低,且平均線性熱膨脹係數α之數值較大之玻璃材料相配合並接合之觀點,期望該玻璃材料和平均線性熱膨脹係數α之數值相同或近似。
其中,在具有1.65以上的折射率(nd),且具有10以上35以下的阿貝數(νd)之玻璃中,平均線性熱膨脹係數α較大之玻璃材料較少,與低折射率低色散之玻璃材料相配合使用之情形,具有如本發明之平均線性熱膨脹係數α較大數值者可發揮功效。
本發明之光學玻璃之可見光透過率,特別是可見光之中短波長側之光透過率較高,如此著色少者為佳。
特別是,本發明之光學玻璃若以玻璃透過率表示,則厚度10mm之樣品中表示分光透過率80%之最短波長(λ80),460nm以下為佳,450nm以下較佳,440nm以下更佳。再者,本發明之光學玻璃中,厚度10mm之樣品中表示分光透過率70%之最短波長(λ70),430nm以下為佳,420nm以下較佳,410nm以下更佳。
再者,本發明之光學玻璃中,厚度10mm之樣品中表示分光透過率5%之最短波長(λ5),400nm以下為佳,390nm以下較佳,380nm以下更佳。
根據上述,玻璃之吸收端位於紫外線領域附近,因相對於可見光之玻璃之透明性被提高,該光學玻璃可較佳使用作為透鏡等使光透過之光學元件。
[預成形體及光學元件]
可使用例如研磨加工之方法,或是再熱壓製成形、精密壓製成形等模壓成形之方法,由製成的光學玻璃來製作出玻璃壓成體。亦即,能以下述列舉之方式製作玻璃壓成體:對光學玻璃進行研削及研磨等的機械加工來製作玻璃壓成體;由光學玻璃製作出模壓成形用的預成形體,並對該預成形體進行再熱壓製成形後,再進行研磨加工來製作玻璃壓成體;對進行研磨加工而製成的預成形體,或是對藉由周知的漂浮成形等成形的預成形體,進行精密壓製成形,來製作玻璃壓成體等。此外,製作玻璃壓成體的方法,並不限於上述該等方法。
如此,本發明之光學玻璃可在各式各樣之光學元件及光學設計上發揮功效。其中,尤其理想的是,由本發明之光學玻璃來形成預成形體,並使用該預成形體進行再熱壓製成形或精密壓製成形等,製作出透鏡或稜鏡等光學元件。藉此,可形成口徑較大之預成形體,因此,除了能期望光學元件的大型化之外,使用在光學機器上時,亦能實現高清晰且高精密度之成像特性及投影特性。
由本發明光學玻璃而成之玻璃壓成體係能夠應用於如透鏡、稜鏡、鏡子等光學元件之用途上,最典型則是可應用於車用光學機器、投影機或影印機等,容易產生高溫之機器上。
[實施例]
本發明之實施例(No.1至No.51)及比較例(No.A、No.B)之組成,以及該等玻璃之折射率(nd)、阿貝數(νd)、相對折射率的溫度係數(dn/dT)、平均線性熱膨脹係數(100℃至300℃)、透過率(λ80、λ70、λ5)之結果皆示於表1至表8。此外,以下實施例僅作為例示之目的,本發明並不限於該等實施例。
本發明之實施例以及比較例之玻璃,各成分之原料,皆係選擇與其相符合之氧化物、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之高純度原料,再將該等原料以成為表中所示各實施例組成比例來進行秤重並均勻地混合後,投入鉑坩堝,並依照玻璃原料之熔解難易度以電爐在800℃至1300℃之溫度範圍下溶解1小時至10小時後,攪拌使其均質化,再澆鑄於鑄模中,加以緩冷卻而製作。
實施例以及比較例的玻璃折射率(nd)及阿貝數(νd)係以相對於氦燈的d譜線(587.56nm)之測定值來表示。此外,阿貝數(νd)係使用上述d譜線之折射率、相對於氫燈之F譜線(486.13nm)之折射率 (nF)、相對於C譜線(656.27nm)之折射率(nC)之數值,由阿貝數(νd)=[(nd-1)/(nF-nC)]之數式來計算出該阿貝數。
實施例以及比較例之玻璃之相對折射率的溫度係數(dn/dT),根據日本光學玻璃工業會標準JOGIS18-2008「光學玻璃之折射率的溫度係數之測定方法」中所記載方法中的干渉法,對於波長589.29nm的光,測定出40℃至60℃下相對折射率的溫度係數之數值。
再者,實施例以及比較例之玻璃平均線性熱膨脹係數(100℃至300℃)係根據日本光學玻璃工業會標準JOGIS08-2003「光學玻璃之熱膨脹測定方法」,將溫度與樣品延展程度之間的關係加以測定,藉此獲得熱膨脹曲線,進而求得。
實施例之玻璃透過率係根據日本光學玻璃工業會標準JOGIS02-2003而加以測定。此外,於本發明中,藉由測定玻璃透過率,求得玻璃之著色有無與程度。具體而言,將厚度10±0.1mm之對面平行研磨品根據JISZ8722,測定200至800nm之分光透過率,求得λ80(透過率80%時之波長)、λ70(透過率70%時之波長)以及λ5(透過率5%時之波長)。
本發明實施例之光學玻璃係藉由含有P2O5成分以及Nb2O5成 分,且含有預定量之Na2O成分以及K2O成分,能夠得到相對折射率的溫度係數取小值之廉價玻璃。
如表所示,實施例之光學玻璃不論何者,其相對折射率的溫度係數於+1.0×10-6(℃-1)至-10.0×10-6(℃-1)之範圍內,更詳細於+3.0×10-6(℃-1)至-10.0×10-6(℃-1)之範圍內,皆在所期望之範圍內。
再者,實施例之光學玻璃不論何者,其折射率(nd)為1.65以上,皆在所期望之範圍內。再者,本發明實施例之光學玻璃不論何者,其阿貝數(νd)於10以上35以下之範圍內,皆在所期望之範圍內。
再者,實施例之光學玻璃不論何者,其平均線性熱膨脹係數(100℃至300℃)為80(10-7℃-1)以上。
再者,實施例之光學玻璃係透過率(λ80)為460nm以下,透過率(λ70)為430nm以下,透過率(λ5)為400nm以下。
再者,實施例之光學玻璃係形成穩定玻璃,於製作玻璃時不易發生失透。另一方面,比較例A之玻璃發生了失透,故未進行玻璃化。
因此,可清楚得知,實施例之光學玻璃係折射率(nd)以及阿貝數(νd)皆在所期望之範圍內,相對折射率的溫度係數取小值,能夠以更廉價之材料費用得到。由此能夠察知,本發明實施例之光學玻璃係有助於在高溫環境下使用之車載用光學機器或投影機等光學系之小型化,有助於補正因溫度變化而造成的成像特性之偏離等。
進而,使用本發明實施例之光學玻璃,形成玻璃團塊,對該 玻璃團塊進行研削以及研磨,加工成透鏡以及棱鏡形狀。其結果是,能夠穩定地加工成各式各樣的透鏡以及棱鏡形狀。
以上,雖然以例示之目的來詳細地說明了本發明,但本實施例之目的僅在於作為例示,應能充分理解在不偏離本發明的思想及範圍之情況下,所屬技術領域中具有通常知識者可對本發明進行許多變更。
Claims (8)
- 一種光學玻璃,以質量%計,係含有:P 2O 5成分20.0%至40.0%;Nb 2O 5成分25.0至50.0%;以及質量和(Na 2O+K 2O)為3.0%至30.0%;前述光學玻璃之相對折射率589.29nm的溫度係數40℃至60℃處於+3.0×10 -6℃ -1至-10.0×10 -6℃ -1之範圍內。
- 如請求項1所記載之光學玻璃,其中質量和(Na 2O+K 2O+BaO)為10.0%至35.0%。
- 如請求項1或2所記載之光學玻璃,其中100℃至300℃之平均線性熱膨脹係數α為80(10 -7℃ -1)以上。
- 如請求項1或2所記載之光學玻璃,其中折射率(n d)為1.65以上2.00以下,阿貝數(ν d)為10以上35以下。
- 如請求項3所記載之光學玻璃,其中折射率(n d)為1.65以上2.00以下,阿貝數(ν d)為10以上35以下。
- 一種預成形體,係由請求項1至4中任一項所記載之光學玻璃而成。
- 一種光學元件,係由請求項1至4中任一項所記載之光學玻璃而成。
- 一種光學機器,係具備如請求項6所記載之光學元件。
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