TW202317490A - 光學玻璃、預成形體以及光學元件 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種光學玻璃，係高折射率(nd)玻璃，並且相對於折射率而言比重小，且耐失透性高，而且廉價。本發明之光學玻璃係以SiO
2、B
2O
3、La
2O
3、TiO
2為必要成分，以氧化物基準之質量%計含有超過0%至15.0%以下之SiO
2成分、超過0%至15.0%以下之B
2O
3成分、20.0%至40.0%之La
2O
3成分、20.0%至40.0%之TiO
2成分，RO成分(式中，R為選自由Mg、Ca、Sr、Ba、Zn所組成之群組中的1種以上)的含量之和為超過0%至18.0%以下。
Description
本發明係關於一種光學玻璃、預成形體以及光學元件。
光學玻璃、光學元件可用於如下用途：將不同光學區的透鏡組合而提升相機或影像裝置等的光學特性之用途、或搭載於光學機器中而實現各種光學設計之用途等。
尤其是使光學玻璃、光學元件輕量化會連帶使光學機器本體或模組等小型化或輕量化。例如，對於具有變焦功能或自動調焦功能之相機，藉由光學元件為輕量，使致動器與透鏡間之動力傳遞變得順利，從而能夠提高性能。
另一方面，作為折射率高之玻璃，已知有專利文獻1中所記載之La系玻璃、專利文獻2中所記載之P-Nb系玻璃、專利文獻3中所記載之Bi系玻璃。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]CN102745894號公報。
[專利文獻2]日本專利4262256號。
[專利文獻3]日本特開2020-19710號公報。
[發明所欲解決之課題]
在製作玻璃之方面，存在如下傾向：越增加提高折射率之成分的含量而使折射率提高，比重越容易變大。
專利文獻1、專利文獻2中所揭示之玻璃由於含有較多稀土類成分或Bi
2O
3成分這種比重大的成分，故而相對於折射率的大小而言比重大，不能說光學玻璃之輕量化充分。
為了減低光學玻璃的材料成本，期望光學玻璃的原料成本儘可能廉價。但是，專利文獻3中所記載之玻璃由於含有較多作為價格高昂的原材料之Nb
2O
5，故而難言充分應對此種要求。
本發明係鑒於上述問題點而完成，本發明的目的在於獲得一種光學玻璃，係相對於折射率而言為低比重，並且耐失透性高，而且廉價。
[用以解決課題之手段]
本案發明人為了解決上述課題，而反復進行了深入試驗研究，結果發現於併用SiO
2成分、B
2O
3成分、La
2O
3成分、TiO
2及RO成分並調節質量比時，能獲得相對於折射率而言為低比重、並且耐失透性高、而且廉價的光學玻璃，從而完成了本發明。
具體而言，本發明提供以下態樣。
(1) 一種光學玻璃，係以SiO
2、B
2O
3、La
2O
3、TiO
2為必要成分，以氧化物基準之質量%計含有超過0%至15.0%以下之SiO
2成分、超過0%至15.0%以下之B
2O
3成分、20.0%至40.0%之La
2O
3成分、20.0%至40.0%之TiO
2成分，RO成分(式中，R為選自由Mg、Ca、Sr、Ba、Zn所組成之群組中的1種以上)的含量之和為超過0%至18.0%以下，質量比SiO
2/(SiO
2＋B
2O
3)為0.40以上，質量比(La
2O
3＋TiO
2)/(SiO
2＋B
2O
3)為3.3以上至7.5以下。
(2) 如(1)所記載之光學玻璃，其具有1.95000至2.15000之折射率(nd)，具有20.00至30.00之阿貝數(νd)，於比重設為d、折射率為nd時，滿足d≦7.494×nd－10.361之關係。
(3) 如(1)或(2)所記載之光學玻璃，其中質量比SiO
2/(SiO
2＋B
2O
3)為0.40以上，質量比(La
2O
3＋TiO
2)/(SiO
2＋B
2O
3)為3.3以上至7.5以下。
(4) 如(1)至(3)中任一項所記載之光學玻璃，其中以質量%計，Ta
2O
5成分為2.0%以下，質量比Y
2O
3/La
2O
3為0.40以下。
一種光學元件毛坯，係由如(1)至(4)中任一項所記載之光學玻璃所構成。
一種光學元件，係由如(1)至(4)中任一項所記載之光學玻璃所構成。
本發明之光學玻璃含有：超過0%至15.0%以下之SiO
2成分、超過0%至15.0%以下之B
2O
3成分、20.0%至40.0%之La
2O
3成分、20.0%至40.0%之TiO
2成分，RO成分(式中，R為選自由Mg、Ca、Sr、Ba、Zn所組成之群組中的1種以上)的含量之和為超過0%至18.0%以下，質量比SiO
2/(SiO
2＋B
2O
3)為0.40以上，質量比(La
2O
3＋TiO
2)/(SiO
2＋B
2O
3)為3.3以上至7.5以下。
根據本發明，於併用SiO
2成分、B
2O
3成分、La
2O
3成分、TiO
2及RO成分並調節質量比時，能獲得相對於折射率為低比重且廉價的玻璃。
以下，針對本發明之光學玻璃之實施形態詳細地進行說明，但本發明完全不受限於以下之實施形態，在本發明之目的之範圍內，可適當施加變更來實施。再者，對於說明重複之部分，有時適當省略說明，但並不限定發明主旨。
[玻璃成分]
以下說明構成本發明之光學玻璃之各成分的組成範圍。於本說明書中，於無特別說明之情況下，各成分的含量是以相對於全部為氧化物換算組成的玻璃總質量之質量%來表示。此處，所謂「氧化物換算組成」，係指於假定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轉化為氧化物之情形時，將該生成氧化物的總質量設為100質量%，表述玻璃中所含有之各成分而成之組成。
[關於必要成分、任意成分]
SiO
2成分係能提高熔融玻璃的黏度、能夠減低玻璃的著色、且能提高耐失透性之必要成分。因此，SiO
2成分的含量較佳為超過0%，更佳為1.0%以上，進而較佳為2.0%以上，進而較佳為3.0%以上，進而較佳為4.0%以上，進而較佳為5.0%以上。
另一方面，藉由將SiO
2成分的含量設為15.0%以下，能抑制折射率之降低，且能夠減小比重。因此，SiO
2成分的含量較佳為15.0%以下，更佳為13.0%以下，進而較佳為11.0%以下，進而較佳為9.0%以下，進而較佳為7.0%以下，進而較佳為6.0%以下。
SiO
2成分可使用SiO
2、K
2SiF
6、Na
2SiF
6等作為原料。
B
2O
3成分係於包含較多稀土類氧化物之本發明之光學玻璃中，作為玻璃形成氧化物不可或缺之必要成分。
尤其是，藉由含有超過0%之B
2O
3成分，能提高玻璃的耐失透性，且能夠減小比重。因此，B
2O
3成分的含量較佳為超過0%，更佳為1.0%以上，進而較佳為2.0%以上，進而較佳為3.0%以上。
另一方面，藉由將B
2O
3成分的含量設為15.0%以下，能抑制折射率之降低及阿貝數之上升，且能抑制化學耐久性之惡化。因此，B
2O
3成分的含量較佳為15.0%以下，更佳為13.0%以下，進而較佳為12.0%以下，進而較佳為10.0%以下，進而較佳為8.0%以下，進而較佳為6.0%以下。
B
2O
3成分可使用H
3BO
3、Na
2B
4O
7、Na
2B
4O
7• 10H
2O、BPO
4等作為原料。
La
2O
3成分係能提高折射率之必要成分，亦係不易使玻璃著色之成分。因此，La
2O
3成分的含量較佳為20.0%以上，更佳為23.0%以上，進而較佳為25.0%以上，進而較佳為超過27.0%，進而較佳為29.0%以上。
另一方面，藉由將La
2O
3成分的含量設為40.0%以下，能夠提高玻璃的穩定性而減低失透，能抑制比重之增加。因此，La
2O
3成分的含量較佳為40.0%以下，更佳為38.0%以下，進而較佳為36.0%以下，進而較佳為34.0%以下。
La
2O
3成分可使用La
2O
3、La(NO
3)
3• XH
2O(X為任意的整數)等作為原料。
TiO
2成分係能提高折射率、能夠減低比重、且能夠改善耐失透性之必要成分。因此，TiO
2成分的含量較佳為20.0%以上，更佳為22.0%以上，進而較佳為24.0%以上，進而較佳為26.0%以上，進而較佳為28.0%以上。
另一方面，藉由將TiO
2成分的含量設為40.0%以下，能抑制因含有過量TiO
2成分所致之失透。因此，TiO
2成分的含量較佳為40.0%以下，更佳為38.0%以下，進而較佳為36.0%以下，進而較佳為34.0%以下，進而較佳為32.0%以下，進而較佳為未達30.0%。TiO
2成分可使用TiO
2等作為原料。
RO成分(式中，R為選自由Ca、Sr、Ba、Zn所組成之群組中的1種以上)的質量和較佳為超過0%至18.0%以下。
尤其，藉由將該質量和設為超過0%，能夠提升玻璃製作時的熔融性，且改善耐失透性。因此，該質量和較佳為超過0%，更佳為1.5%以上，進而較佳為2.0%以上，進而較佳為3.5%以上，進而較佳為5.0以上，進而較佳為6.0以上。
另一方面，藉由將該質量和設為18.0以下，能抑制折射率之降低。因此，該質量和較佳為18.0%以下，更佳為16.0%以下，進而較佳為14.0%以下，進而較佳為12.0%以下。
質量比SiO
2/(SiO
2＋B
2O
3)較佳為0.40以上。尤其，藉由將該質量比設為0.40以上，能提高熔融玻璃的黏度，且能提高耐失透性。因此，該質量比較佳為0.40以上，更佳為0.45以上，進而較佳為0.50以上，進而較佳為0.55以上。
另一方面，藉由將該質量比設為1.0以下，能提升玻璃製作時的熔融性，能提高耐失透性。因此，該質量比較佳為1.0以下，更佳為0.80以下，進而較佳為0.75以下，進而較佳為0.70以下，進而較佳為0.65以下。
質量比(La
2O
3＋TiO
2)/(SiO
2＋B
2O
3)較佳為3.3以上至7.5以下。尤其，藉由將該質量比設為3.3以上，能獲得相對於折射率而言比重小的玻璃。因此，該質量比較佳為3.3以上，更佳為3.5以上，進而較佳為4.0以上。
另一方面，藉由將該質量比設為7.5以下，能提高耐失透性。因此，該質量比較佳為7.5以下，更佳為7.0以下，進而較佳為6.5以下。
質量比Y
2O
3/La
2O
3較佳為0.40以下。尤其，藉由將該質量比設為超過0，能獲得相對於折射率而言比重小的玻璃。因此，該質量比較佳為超過0，更佳為0.10以上，進而較佳為0.12以上，進而較佳為0.14以上。
另一方面，藉由將該質量比設為0.40以下，能提高耐失透性。因此，該質量比較佳為0.40以下，更佳為0.38以下，進而較佳為0.36以下。
Nb
2O
5成分係於含有超過0%之情形時，能提高玻璃的折射率，且藉由降低玻璃的液相溫度而能提高耐失透性之任意成分。因此，Nb
2O
5成分的含量較佳可為0%以上，更佳為1.0%以上，進而較佳為3.0%以上，進而較佳為6.0%以上，進而較佳為8.0%以上。
另一方面，藉由將Nb
2O
5成分的含量設為18.0%以下，能抑制玻璃的材料成本，能抑制阿貝數之降低。另外，能夠減低因含有過量Nb
2O
5成分所致之失透，且能抑制玻璃對於可見光(尤其是波長500nm以下)之穿透率之降低。因此，Nb
2O
5成分的含量較佳為18.0%以下，更佳為15.0%以下，進而較佳為13.0%以下，進而較佳為10.0%以下。
Y
2O
3成分係於含有超過0%之情形時，能維持高折射率及高阿貝數，卻還能抑制玻璃的材料成本，且能夠減低玻璃的比重之任意成分。因此，Y
2O
3成分的含量較佳可為0%以上，進而較佳為1.0%以上，進而較佳為2.0%以上，進而較佳為4.0%以上。
另一方面，藉由將Y
2O
3成分的含量設為10.0%以下，能抑制玻璃的折射率之降低，且能提高玻璃的穩定性。另外，能抑制玻璃原料的熔解性之惡化。因此，Y
2O
3成分的含量較佳為15.0%以下，更佳為12.0%以下，進而較佳為9.0%以下，進而較佳為7.0%以下。
ZrO
2成分係於含有超過0%之情形時，能提高玻璃的折射率及阿貝數，且能夠提升耐失透性之任意成分。因此，ZrO
2成分的含量較佳可為超過0%，更佳為1.0%以上，進而較佳為超過3.5%，進而較佳為超過5.0%，進而較佳為6.5%以上。
另一方面，藉由將ZrO
2成分的含量設為15.0%以下，能夠減低因含有過量ZrO
2成分所致之失透。因此，ZrO
2成分的含量較佳為15.0%以下，更佳為未達12.0%，進而較佳為未達10.0%，進而較佳為未達8.0%。
Gd
2O
3成分、Yb
2O
3成分及Lu
2O
3成分係於含有超過0%之情形時，能提高玻璃的折射率及阿貝數之任意成分。
然而，Gd
2O
3成分、Yb
2O
3成分及Lu
2O
3成分的原料價格高，若這些成分的含量多，則生產成本上升，且玻璃的比重增大。因此，Gd
2O
3成分及Yb
2O
3成分及Lu
2O
3成分的含量分別較佳為10.0%以下，更佳為8.0%以下，進而較佳為7.0%以下，進而較佳為4.0%以下。尤其是就減低材料成本之觀點而言，最佳為不含有這些成分。
Ta
2O
5成分係於含有超過0%之情形時，能提高玻璃的折射率，且能提高耐失透性之任意成分。
然而，Ta
2O
5成分的原料價格高，若Ta
2O
5成分的含量多，則生產成本上升。另外，藉由將Ta
2O
5成分的含量設為10.0%以下，原料的熔解溫度變低，原料之熔解所需之能量減低，因此亦能夠減低光學玻璃的製造成本。因此，Ta
2O
5成分的含量較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為2.0%以下。尤其是就減低材料成本之觀點而言，最佳為不含有Ta
2O
5成分。
WO
3成分係於含有超過0%之情形時，能夠減低因其他高折射率成分所致之玻璃的著色，並且提高折射率，減低玻璃轉移點，且能提高耐失透性之任意成分。因此，WO
3成分的含量較佳可為0%以上，更佳為0.3%以上，進而較佳為0.5%以上。
另一方面，藉由將WO
3成分的含量設為10.0%以下，能抑制玻璃的材料成本，能抑制阿貝數之降低，能夠減低比重。另外，能減低因WO
3成分所致之玻璃的著色而提高可見光穿透率。因此，WO
3成分的含量較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
ZnO成分係於含有超過0%之情形時，能提高玻璃的穩定性，能夠減低著色之任意成分。另外，亦係能夠減低玻璃轉移點，能夠改善化學耐久性之成分。
因此，ZnO成分的含量較佳可為0%以上，更佳為0.3%以上，進而較佳為0.5%以上，進而較佳為1.0%以上。
另一方面，藉由將ZnO成分的含量設為15.0%以下，能抑制玻璃的折射率之降低，且能夠減低因黏性過度降低所致之失透。因此，ZnO成分的含量較佳為15.0%以下，更佳為12.0%以下，進而較佳為10.0%以下，進而較佳為8.0%以下，進而較佳為6.0%以下，進而較佳為3.0%以下。
MgO成分、CaO成分、SrO成分及BaO成分係於含有超過0%之情形時，能夠調整玻璃的折射率或熔融性、耐失透性之任意成分。
因此，MgO成分、CaO成分、SrO成分及BaO成分的含量較佳可為0%以上，更佳為3.0%以上，進而較佳為5.0%以上，進而較佳為7.0%以上。
另一方面，藉由將MgO成分、CaO成分、SrO成分及BaO成分的含量分別設為18.0%以下，能夠抑制折射率之降低，且能夠減低因含有過量的這些成分所致之失透。因此，MgO成分、CaO成分、SrO成分及BaO成分的含量分別較佳為18.0%以下，更佳為16.0%以下，進而較佳為14.0%以下，進而較佳為12.0%以下。
Li
2O成分、Na
2O成分及K
2O成分係於含有超過0%之情形時，能夠改善玻璃的熔融性，能夠減低玻璃轉移點之任意成分。
另一方面，藉由將Li
2O成分、Na
2O成分及K
2O成分分別設為10.0%以下，不易使玻璃的折射率降低，且能夠減低玻璃的失透。因此，Li
2O成分、Na
2O成分及K
2O成分的含量分別較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
P
2O
5成分係於含有超過0%之情形時，能夠發揮作為玻璃形成成分的作用，能降低玻璃的液相溫度而提高耐失透性之任意成分。
另一方面，藉由將P
2O
5成分的含量設為10.0%以下，能抑制玻璃的化學耐久性之降低、尤其是耐水性之降低。因此，P
2O
5成分的含量較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
GeO
2成分係於含有超過0%之情形時，能提高玻璃的折射率，且能夠提升耐失透性之任意成分。
然而，GeO
2的原料價格高，若GeO
2的含量多，則生產成本上升。因此，GeO
2成分的含量較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。尤其是就減低材料成本之觀點而言，亦可不含有GeO
2成分。
Al
2O
3成分及Ga
2O
3成分係於含有超過0%之情形時，能夠提升玻璃的化學耐久性，且能夠提升玻璃的耐失透性之任意成分。
另一方面，藉由將Al
2O
3成分及Ga
2O
3成分各自的含量設為10.0%以下，能抑制因過量含有所致之失透。因此，Al
2O
3成分及Ga
2O
3成分的含量分別較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
Bi
2O
3成分係於含有超過0%之情形時，能提高折射率，且能降低玻璃轉移點之任意成分。
另一方面，藉由將Bi
2O
3成分的含量設為10.0%以下，能抑制比重之增大。因此，Bi
2O
3成分的含量較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。尤其是就減低比重之觀點而言，亦可不含有Bi
2O
3成分。
TeO
2成分係於含有超過0%之情形時，能提高折射率，且能降低玻璃轉移點之任意成分。
另一方面，TeO
2存在如下問題：利用鉑製坩堝、或與熔融玻璃接觸之部分是由鉑所形成之熔融槽將玻璃原料熔融時，可能與鉑發生合金化。因此，TeO
2成分的含量較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
SnO
2成分係於含有超過0%之情形時，減低熔融玻璃之氧化而使之澄清，且能提高玻璃的可見光穿透率之任意成分。
另一方面，藉由將SnO
2成分的含量設為3.0%以下，能夠減低因熔融玻璃之還原所致之玻璃的著色、玻璃的失透。另外，能減低SnO
2成分與熔解設備(尤其是Pt等貴金屬)之合金化，因此能實現熔解設備之壽命延長。因此，SnO
2成分的含量較佳為3.0%以下，更佳為2.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
Sb
2O
3成分係於含有超過0%之情形時，能夠將熔融玻璃消泡之任意成分。
另一方面，若Sb
2O
3量過多，則對於可見光區域之短波長區域之穿透率變差。因此，Sb
2O
3成分的含量較佳為1.0%以下，更佳為0.5%以下，進而較佳為0.3%以下。
再者，將玻璃澄清而消泡之成分並不限定於上述之Sb
2O
3成分，可使用玻璃製造領域中公知的澄清劑、消泡劑或這些成分的組合。
F成分係於含有超過0%之情形時，能夠提高玻璃的阿貝數，降低玻璃轉移點，且提升耐失透性之任意成分。
但是，若F成分的含量、亦即與上述各金屬元素之1種或2種以上之氧化物的一部分或全部取代而成之氟化物以F計之合計量超過10.0%，則F成分的揮發量變多，因此不易獲得穩定的光學常數，不易獲得均質的玻璃。
因此，F成分的含量較佳為10.0%以下，更佳為5.0%以下，進而較佳為3.0%以下，進而較佳為1.0%以下。
[關於不應含有之成分]
其次，對本發明之光學玻璃中不應含有之成分及不宜含有之成分進行說明。
可在無損本案發明的玻璃的特性之範圍內視需要添加其他成分。其中，除了Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Lu以外之V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及Mo等各過渡金屬成分由於具有如下性質：即使於單獨或複合含有少量各成分之情形時，玻璃仍著色，對於可見光區域之特定波長產生吸收，因此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。
另外，PbO等鉛化合物及As
2O
3等砷化合物係環境負荷高之成分，因此較理想為實質上不含有、亦即除不可避免之混入以外一概不含有。
進而，Th、Cd、Tl、Os、Be、及Se之各成分近年來有作為有害化學物資而控制使用之傾向，不僅玻璃之製造步驟，以至加工步驟及製品化後之處置，均需要環境對策上之措施。因此，於重視環境上的影響之情形時，較佳為實質上不含有這些成分。
[製造方法]
本發明之光學玻璃例如以如下方式製作。亦即，將上述原料以各成分成為預定含量之範圍內之方式均勻混合，將所製作之混合物投入至鉑坩堝中，根據玻璃原料的熔解難易度利用電爐在1100℃至1500℃之溫度範圍內熔解2小時至5小時並攪拌均質化，然後降至適當溫度後澆鑄至模具中，進行徐冷，藉此來製作本發明之光學玻璃。
[物性]
本發明之光學玻璃較佳為具有高折射率及高阿貝數(低分散)。尤其，本發明之光學玻璃的折射率(nd)的下限較佳為1.95000，更佳為2.00000，進而較佳為2.05000。該折射率(nd)的上限較佳可為2.15000，更佳為2.13000，進而較佳為2.11000。
另外，本發明之光學玻璃的阿貝數(νd)的下限較佳為20.00，更佳為20.50，進而較佳為21.00，上限較佳為30.00，更佳為29.00，進而較佳為28.00。
此處，本發明之光學玻璃的折射率(nd)與比重(d)之關係滿足(d≦7.494×nd－10.361)之關係式。折射率(nd)為2.00以上且具有低比重之玻璃先前僅已知材料成本價格高昂之玻璃。相對於此，於本發明中，藉由滿足上述關係式且藉此具有相對於折射率(nd)而言較小之比重(d)之光學玻璃，能夠有助於光學元件或光學機器之輕量化。更具體而言，本發明之光學玻璃的折射率(nd)與比重(d)之關係較佳為滿足(d≦7.494×nd－10.361)之關係式，更佳為滿足(d≦7.494×nd－10.561)之關係式，更佳為滿足(d≦7.494×nd－10.761)之關係式。
另一方面，若相對於折射率(nd)而言比重(d)過小，則失透性增大，難以獲得穩定的玻璃。
因此，折射率(nd)與比重(d)之關係較佳為滿足(d≦7.494×nd－11.161)之關係式，更佳為滿足(d≦7.494×nd－11.061)之關係式，進而較佳為滿足(d≦7.494×nd－10.961)之關係式。
就有助於光學元件或光學機器之輕量化之觀點而言，本發明之光學玻璃的比重的上限較佳為5.50，更佳為5.30，進而較佳為5.20。另一方面，本發明之光學玻璃的比重較佳為約4.30以上、更詳細而言為4.50以上、進而詳細而言為4.70以上。
本發明之光學玻璃的比重係基於日本光學硝子工業會標準JOGIS05-1975「光學玻璃的比重之測定方法」進行測定。
本發明之光學玻璃較佳為耐失透性高、更具體而言為具有低液相溫度。亦即，本發明之光學玻璃的液相溫度的上限較佳為1350℃，更佳為1320℃，進而較佳為1300℃，進而較佳為1250℃。藉此，即便使熔解後的玻璃以更低溫度流出，所製作之玻璃的結晶化仍減低，因此能夠減低由熔融狀態形成玻璃時的失透，能夠減低對使用玻璃之光學元件的光學特性之影響。另外，由於即便降低玻璃的熔解溫度仍能夠使玻璃成形，故而藉由抑制玻璃成形時所消耗之能量，能夠減低玻璃的製造成本。另一方面，本發明之光學玻璃的液相溫度的下限並無特別限定，但藉由本發明所獲得之玻璃的液相溫度多為約800℃以上、具體而言850℃以上、更具體而言900℃以上。再者，本說明書中所謂的「液相溫度」表示如下溫度：向50ml之容量之鉑製坩堝中加入5cc之玻璃屑狀之玻璃試樣並於1400℃完全成為熔融狀態，降溫至預定溫度並保持1小時，取出至爐外而冷卻後，立即觀察玻璃表面及玻璃中有無結晶時，看不到結晶之最低溫度。此處降溫時的預定溫度係在1350℃至800℃之間以10℃為單位之溫度。
[預成形體以及光學元件]
可使用例如研磨加工之方法、或者是再熱壓成形或精密加壓成形等模壓成形之方法，由所製作之光學玻璃製作玻璃成形體。亦即，可對光學玻璃進行磨削及研磨等機械加工而製作玻璃成形體；或者由光學玻璃製作模壓成形用之預成形體，對該預成形體進行再熱壓成形後進行研磨加工而製作玻璃成形體；或者對進行研磨加工所製作之預成形體或藉由公知的浮上成形等所成形之預成形體進行精密加壓成形而製作玻璃成形體。再者，製作玻璃成形體之方法並不限定於這些方法。
如此一來，本發明之光學玻璃對於各種光學元件及光學設計為有用。其中，尤佳為由本發明之光學玻璃形成預成形體，使用該預成形體進行再熱壓成形或精密加壓成形等，從而製作透鏡或稜鏡等光學元件。藉此，能夠形成直徑大的預成形體，因此儘管謀求光學元件之大型化，但用於相機或投影機等光學機器時，能夠以高精細來實現高精度的成像特性及投影特性。
[實施例]
本發明之實施例(No.1至No.15)及比較例(No.A)的組成、以及這些玻璃的折射率(nd)、阿貝數(νd)、液相溫度及比重的結果顯示於表1至表2。再者，以下之實施例僅為例示目的，並不僅限定於這些實施例。
本發明之實施例及比較例的玻璃均藉由下述方式來製作：選定各自相應的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物、偏磷酸化合物等通常的光學玻璃中所使用之高純度原料作為各成分的原料，以成為表中所示之各實施例的組成的比率之方式稱量並均勻混合後，投入至鉑坩堝中，根據玻璃原料的熔解難易度而利用電爐在1100℃至1500℃之溫度範圍內熔解2小時至5小時後，攪拌均質化後澆鑄至模具等，並進行徐冷。
實施例之玻璃的折射率(nd)及阿貝數(νd)係以對於氦燈之d射線(587.56nm)之測定值來表示。另外，阿貝數(νd)係使用上述d射線之折射率、及對於氫燈之F射線(486.13nm)之折射率(nF)、對於C射線(656.27nm)之折射率(nC)之值，根據阿貝數(νd)＝[(nd－1)/(nF－nC)]之式算出。
另外，使用所測定之nd之值計算(d≦7.494×nd－10.361)之關係式。
實施例及比較例之玻璃的比重d係基於日本光學硝子工業會標準JOGIS05-1975「光學玻璃的比重之測定方法」進行測定。
實施例及比較例之玻璃的液相溫度係求出如下溫度：向50ml之容量之鉑製坩堝中加入5cc之玻璃屑狀之玻璃試樣並於1400℃完全成為熔融狀態，降溫至在1350℃至800℃之範圍內以10℃為單位設定之任一溫度並保持1小時，取出至爐外而冷卻後，立即觀察玻璃表面及玻璃中有無結晶時，看不到結晶之最低溫度。
[表1]
| No. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| SiO 2 | 5.21 | 4.87 | 5.03 | 5.20 | 7.07 | 10.07 | 7.07 | 5.21 |
| B 2O 3 | 3.92 | 3.93 | 4.06 | 4.19 | 9.35 | 6.35 | 10.35 | 3.92 |
| Al 2O 3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| P 2O 5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| Y 2O 3 | 4.93 | 0.44 | 5.22 | 5.38 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 4.93 |
| La 2O 3 | 30.78 | 29.84 | 32.65 | 33.72 | 33.39 | 33.39 | 33.39 | 30.55 |
| Gd 2O 3 | 0.00 | 9.37 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| TiO 2 | 28.60 | 27.13 | 28.42 | 28.94 | 25.19 | 25.19 | 25.19 | 35.03 |
| ZrO 2 | 6.74 | 7.06 | 6.69 | 7.53 | 7.51 | 7.51 | 7.51 | 3.54 |
| Nb 2O 5 | 8.24 | 7.93 | 8.19 | 8.45 | 9.18 | 9.18 | 9.18 | 5.24 |
| WO 3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| Bi 2O 3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| MgO | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| ZnO | 0.58 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 1.39 | 1.39 | 0.39 | 0.58 |
| CaO | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 6.71 | 6.72 | 6.72 | 0.00 |
| SrO | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 6.59 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| BaO | 11.00 | 9.43 | 9.74 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 11.00 |
| Li 2O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| Na 2O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| K 2O | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| Sb 2O 3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.01 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| total | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
| nd | 2.09697 | 2.10191 | 2.09637 | 2.10277 | 2.01196 | 2.01305 | 2.00745 | 2.10809 |
| vd | 22.20 | 22.40 | 22.37 | 22.26 | 24.00 | 24.30 | 24.30 | 22.10 |
| 比重 | 4.85 | 5.04 | 4.85 | 4.76 | 4.36 | 4.38 | 4.34 | 4.73 |
| 7.494×nd-10.361 | 5.35 | 5.39 | 5.35 | 5.40 | 4.72 | 4.72 | 4.68 | 5.44 |
| 液相溫度 | 1190 | 1210 | 1190 | 1210 | 1100 | 1100 | 1200 | 1210 |
| RO | 11.58 | 9.43 | 9.74 | 6.59 | 8.10 | 8.11 | 7.11 | 11.58 |
| Ln 2O 3 | 35.71 | 39.65 | 37.87 | 39.10 | 33.59 | 33.59 | 33.59 | 35.48 |
| RO/Ln 2O 3 | 0.32 | 0.24 | 0.26 | 0.17 | 0.24 | 0.24 | 0.21 | 0.33 |
| Si/(Si+B) | 0.57 | 0.55 | 0.55 | 0.55 | 0.43 | 0.61 | 0.41 | 0.57 |
| (La+Ti)/(Si+B) | 6.51 | 6.47 | 6.72 | 6.67 | 3.57 | 3.57 | 3.36 | 7.19 |
| Y/La | 0.16 | 0.01 | 0.16 | 0.16 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.16 |
[表2]
| No. | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | A |
| SiO 2 | 4.72 | 5.13 | 5.79 | 5.06 | 5.01 | 4.97 | 4.39 | 8.16 |
| B 2O 3 | 6.48 | 4.13 | 3.92 | 4.08 | 4.04 | 4.00 | 4.51 | 5.06 |
| Al 2O 3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| P 2O 5 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| Y 2O 3 | 0.51 | 9.92 | 3.93 | 7.00 | 5.20 | 2.75 | 0.44 | 0.00 |
| La 2O 3 | 39.74 | 26.59 | 25.77 | 30.30 | 32.50 | 35.70 | 32.94 | 47.85 |
| Gd 2O 3 | 7.06 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 6.04 | 0.00 |
| TiO 2 | 20.29 | 28.54 | 28.50 | 28.18 | 28.29 | 27.67 | 27.20 | 12.18 |
| ZrO 2 | 6.28 | 7.33 | 6.74 | 7.34 | 6.66 | 7.20 | 7.08 | 5.63 |
| Nb 2O 5 | 8.62 | 8.34 | 8.24 | 8.23 | 8.15 | 8.08 | 7.95 | 12.15 |
| WO 3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| Bi 2O 3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| MgO | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| ZnO | 1.20 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.44 | 0.00 | 0.00 | 6.20 |
| CaO | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| SrO | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| BaO | 5.00 | 9.92 | 17.01 | 9.80 | 9.70 | 9.62 | 9.46 | 2.55 |
| Li 2O | 0.10 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| Na 2O | 0.00 | 0.00 | 0.10 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| K 2O | 0.00 | 0.10 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| Sb 2O 3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.20 |
| total | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
| nd | 2.05657 | 2.09385 | 2.07348 | 2.09982 | 2.09883 | 2.10049 | 2.09908 | 2.02030 |
| vd | 24.03 | 22.34 | 22.34 | 22.35 | 22.37 | 22.42 | 22.44 | 29.00 |
| 比重 | 5.05 | 4.74 | 4.80 | 4.81 | 4.85 | 4.92 | 4.95 | 5.11 |
| 7.494×nd-10.361 | 5.05 | 5.33 | 5.18 | 5.38 | 5.37 | 5.38 | 5.37 | 4.78 |
| 液相溫度 | 1200 | 1230 | 1190 | 1210 | 1180 | 1210 | 1210 | - |
| RO | 6.20 | 9.92 | 17.01 | 9.80 | 10.14 | 9.62 | 9.46 | 8.75 |
| Ln 2O 3 | 47.31 | 36.52 | 29.70 | 37.30 | 37.70 | 38.45 | 39.41 | 47.85 |
| RO/Ln 2O 3 | 0.13 | 0.27 | 0.57 | 0.26 | 0.27 | 0.25 | 0.24 | 0.18 |
| Si/(Si+B) | 0.42 | 0.55 | 0.60 | 0.55 | 0.55 | 0.55 | 0.49 | 0.62 |
| (La+Ti)/(Si+B) | 5.36 | 5.96 | 5.59 | 6.40 | 6.72 | 7.06 | 6.76 | 4.54 |
| Y/La | 0.01 | 0.37 | 0.15 | 0.23 | 0.16 | 0.08 | 0.01 | 0.00 |
根據以上之實施例，可知本發明係高折射率(nd)玻璃，並且相對於折射率而言比重小，且耐失透性高。
[圖1]係表示關於本案之實施例之玻璃的折射率(nd)與比重(d)之關係之圖。
Claims (7)
- 一種光學玻璃，以SiO 2、B 2O 3、La 2O 3、TiO 2為必要成分； 以氧化物基準之質量%計含有： 超過0%至15.0%以下之SiO 2成分； 超過0%至15.0%以下之B 2O 3成分； 20.0%至40.0%之La 2O 3成分； 20.0%至40.0%之TiO 2成分； RO成分的含量之和為超過0%至18.0%以下，式中，R為選自由Mg、Ca、Sr、Ba、Zn所組成之群組中的1種以上。
- 如請求項1所記載之光學玻璃，其具有1.95000至2.15000之折射率(nd)，具有20.00至30.00之阿貝數(νd)，於比重設為d、折射率設為nd時，滿足d≦7.494×nd－10.361之關係。
- 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中質量比SiO 2/(SiO 2＋B 2O 3)為0.40以上； 質量比(La 2O 3＋TiO 2)/(SiO 2＋B 2O 3)為3.3以上至7.5以下。
- 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中Ta 2O 5成分為2.0%以下，質量比Y 2O 3/La 2O 3為0.40以下。
- 如請求項3所記載之光學玻璃，其中Ta 2O 5成分為2.0%以下，質量比Y 2O 3/La 2O 3為0.40以下。
- 一種光學元件毛坯，係由如請求項1至5中任一項所記載之光學玻璃所構成。
- 一種光學元件，係由如請求項1至5中任一項所記載之光學玻璃所構成。
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