TWI774729B - 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PbO成分或BaO成分含量少，且熔融性優異之光學玻璃、使用該光學玻璃之預成形體構材及光學元件，該光學玻璃以質量%計，含有SiO2成分25.0%至低於65.0%、B2O3成分1.0%至35.0%、ZnO成分大於10.0%至45.0%、及Al2O3成分0%至10.0%；RO成分(R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上)的質量和為0%至20.0%；質量和BaO+PbO為0%至20.0%；SiO2/B2O3的質量比為1.0至6.8；SiO2+ZnO的質量和為83.5%以下；(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)的質量比為15.0以下(R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)。

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、預成形體構材及光學元件。
近年，使用光學系統的機器之數位化或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1.53以上的折射率(nd)、且具有45以上60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，由於含有會對人體和環境造成污染之PbO成分，或含有大量由有害原料組成之BaO成分，故需要一種少量含有該等成分之玻璃。
此外，即使PbO成分或BaO成分含量少，含有過量的鹼金屬成分的玻璃，容易產生與大氣等中的水分發生反應而導致玻璃材料本身變色的問題。相反，鹼金屬成分的含量少，並且B2O3成分少時，熔融性或玻璃化形成也會變得困難。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開昭57-106538號公報。
專利文獻2：日本特開平11-049530號公報。
專利文獻3：日本特開2001-180970號公報。
本發明是有鑑於上述的問題點而研發者。本發明的目的在於，獲得一種具有在上述規定範圍的光學常數，PbO成分或BaO成分含量少，且熔融性優異之光學玻璃。
為了解決上述課題，本發明人等專注累積試驗研究的結果，發現藉由具有特定的組成，能夠獲得解決上述課題的玻璃，遂完成本發明。具體而言，本發明提供下述之物。
(1)一種光學玻璃，以質量%計，含有：SiO2成分25.0%至低於65.0%、B2O3成分1.0%至35.0%、ZnO成分大於10.0%至45.0%、及Al2O3成分0%至10.0%；RO成分(R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上)的質量和為0%至20.0%；質量和BaO+PbO為0%至20.0%；SiO2/B2O3的質量比為1.0至6.8；SiO2+ZnO的質量和為83.5%以下；(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)的質量比為15.0以下(Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)。
(2)如(1)所述之光學玻璃，其中以質量%計，Li2O成分是0%至低於3.0%，Na2O成分是0%至20.0%，K2O成分是0%至20.0%，MgO成分是0%至20.0%，CaO成分是0%至20.0%，SrO成分是0%至20.0%，BaO成分是0%至20.0%，TiO2成分是0%至3.0%， 及ZrO2成分是0%至3.0%，且質量比B2O3/(Al2O3+P2O5+Li2O)為1.3以上。
(3)如(1)或(2)所述之光學玻璃，其中以質量%計，Rn2O成分(Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)的質量和是0%至25.0%，Ln2O3成分(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20.0%。
(4)如(1)至(3)中任一項所述之光學玻璃，其中質量比B2O3/Rn2O是0.05以上(Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)。
(5)如(1)至(4)中任一項所述之光學玻璃，其中以質量%計，La2O3成分是0%至15.0%，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%，Nb2O5成分是0%至5.0%，Ta2O5成分是0%至5.0%，WO3成分是0%至5.0%，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%，PbO成分是0%至1.0%，CeO2成分是0%至1.0%，Fe2O3成分是0%至0.5%，及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%。
(6)如(1)至(5)中任一項所述之光學玻璃，其中，質量和SiO2+B2O3+ZnO+RO+Rn2O為80.0%以上(R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)。
(7)如(1)至(6)中任一項所述之光學玻璃，其具有1.53以上1.65以下的折射率(nd)、且具有45以上60以下的阿貝數(νd)。
(8)一種預成形體構材，由(1)至(7)中任一項所述之光學玻璃而成。
(9)一種光學元件，由(1)至(7)中任一項所述之光學玻璃而成。
(10)一種光學機器，具備如(9)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，PbO成分或BaO成分含量少，在熔融玻璃時不會出現原料的熔化殘留物，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形態詳細地進行說明，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組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。
SiO2成分為提高耐失透性或化學耐久性之必須成分。因此，SiO2成分的含量，其下限是以25.0%為佳，較佳是28.0%，更佳是30.0%。
另一方面，藉由將SiO2成分的含量設為低於65.0%，可輕易地獲得更大的折射率，並可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65.0%為佳，較佳是低於60.0%，更佳是58.0%，進而較佳是56.0%，進而更佳是54.0%，再進而更佳是52.0%，最佳是低於50.0%。
SiO2成分，可使用SiO2、K2SiF6、Na2SiF6等作為原料。
B2O3成分為具有提高熔融性、且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1.0%為佳，較佳是3.0%，更佳是大於5.0%，進而較佳是6.0%，進而更佳是7.0%，最佳是8.0%。
另一方面，藉由將B2O3成分的含量設為35.0%以下，可抑制玻璃的化學耐久性惡化。因此，B2O3成分的含量，其上限是以35.0%為佳，較佳是30.0%，更佳是25.0%，進而更佳是20.0%，最佳是15.0%。
B2O3成分，可使用H3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7‧10H2O、BPO4等作為原料。
ZnO成分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，其下限是以大於10.0%為佳，較佳是大於15.0%，更佳是18.0%，進而較佳是21.0%，進而更佳是23.0%。
另一方面，藉由將ZnO成分的含量設為45.0%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45.0%為佳，較佳是42.5%，更佳是40.0%，進而較佳是38.0%，進而更佳是36.0%，最佳是35.0%。
ZnO成分，可使用ZnO、ZnF2等作為原料。
Al2O3成分的含量，設為10.0%以下為佳。由此，能夠抑制因含量過剩而引起的耐失透性惡化，或是相分離、折射率下降。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%，進而較佳是5.0%，進而更佳是4.0%，最佳是3.0%。
另一方面，Al2O3成分為藉由將其含量設為大於0%，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1.0%，更佳是2.0%。
Al2O3成分，可使用Al2O3、Al(OH)3、AlF3、Al(PO3)3等作為原料。
RO成分(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)，是以20.0%以下為佳。藉此，為能夠降低因過剩含有而引起的耐久性惡化或耐失透性低下的任意成分。
因此，RO成分的質量和，其上限是以20.0%以下為佳，較佳是18.0%，更佳是16.0%，進而較佳是14.0%，進而更佳是12.0%，再進而更佳是10.0%。
特別是，藉由將RO成分的含量設為8.0%以下，可更容易地獲得抑制化學耐久性的效果。因此，RO成分，其上限是以8.0%為佳，較佳是6.0%，更佳是5.0%。
另一方面，藉由將RO成分設為大於0%，能夠提高熔融性或抑制玻璃的相分離。因此，RO成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是大於1.0%，更佳是2.0%，進而更佳是3.0%。
BaO成分及PbO成分的合計量，是以20.0%以下為佳。
藉此，能夠抑制化學耐久性惡化，並能夠抑制對人體或環境造成惡影響的原料使用量。因此，質量和(BaO+PbO)，其上限是以20.0%以下為佳，較佳是15.0%以下，更佳是10.0%以下，進而較佳是5.0%以下，進而更佳是3.0%以下，再進而更佳是1.0%以 下。
SiO2成分的含量與B2O3成分的含量的比率，是以1.0以上為佳。藉由增大該比率，能夠提高化學耐久性。因此，質量比SiO2/B2O3設為1.0以上為佳，較佳是1.5以上，更佳是2.0以上，進而較佳是2.5以上，最佳是3.0以上。
另一方面，藉由將質量比SiO2/B2O3設為6.8以下，為了能夠抑制熔融性惡化，上限是以6.8以下為佳，較佳是5.8以下，更佳是低於5.0。
SiO2成分及ZnO成分的合計量，是以83.5%以下為佳。藉此，能夠抑制熔融性優異之玻璃的相分離。因此，質量和(SiO2+ZnO)是以83.5%以下為佳，較佳是80.5%以下，更佳是78.5%以下，進而更佳是78.0%以下。
SiO2成分及Al2O3成分及ZnO成分的含量與B2O3成分及Rn2O成分(Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)的合計含量的比率，是以15.0以下為佳。藉由降低該比率，能夠抑制熔融性惡化。
因此，質量比(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)設為15.0以下為佳，較佳是12.0以下，更佳是10.0以下，進而較佳是8.0以下，進而更佳是6.0以下，再進而更佳是低於5.0。
另一方面，能夠將質量比(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)設為大於0。因此，質量比(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)，其下限是以大於0為佳，較佳是大於1.0，更佳是大於2.0。
Li2O成分為藉由將其含量設為大於0%，能夠提高熔融性或成形性的任意成分。因此，Li2O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1.0%。
另一方面，Li2O成分近年來原料成本顯著高騰，於鹼金屬成 分中亦與大氣中的水分等發生反應，容易使玻璃變色，因此期望設為低於3.0%。此外，藉由將Li2O成分的含量設為低於3.0%，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成分的含量以低於3.0%為佳，較佳是低於1.5%，更佳是低於1.0%，最佳是不含有。
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、成形性的任意成分。因此，Na2O成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是大於1.0%，更佳是2.0%。
另一方面，藉由將Na2O成分的含量設為20.0%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20.0%為佳，較佳是15.0%，更佳是12.0%，進而較佳是10.0%，進而更佳是9.0%。
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、成形性的任意成分。因此，K2O成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是大於1.0%，更佳是2.0%，進而更佳是3.0%。
另一方面，藉由將K2O成分的含量設為20.0%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20.0%為佳，較佳是15.0%，更佳是12.0%，進而較佳是10.0%，進而更佳是9.0%。
K2O成分，可使用K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6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、成形性的任意成分。
另一方面，藉由將MgO成分的含量設為20.0%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。因此，MgO成分的含量，其上限是以20.0%為佳，較佳是15.0%，更佳是12.0%，進而較佳是10.0%，進而更佳是7.0%，最佳是6.0%。
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、成形性的任意成分。因此，CaO成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是大於1.0%，更佳是2.0%，進而更佳是3.0%。
另一方面，藉由將CaO成分的含量設為20.0%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。因此，CaO成分的含量，其上限是以20.0%為佳，較佳是15.0%，更佳是12.0%，進而較佳是10.0%，進而更佳是8.0%，最佳是6.0%。
CaO成分，可使用CaCO3、CaF2等作為原料。
SrO成分為其含量大於0%時，能夠提高低溫熔融性、成形性的任意成分。因此，SrO成分的含量，其下限是以大於0%為佳，較佳是大於1.0%，更佳是2.0%，進而更佳是3.0%。
另一方面，藉由將SrO成分的含量設為20.0%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。因此，SrO成分的含量，其上限是以20.0%為佳，較佳是15.0%，更佳是12.0%，進而較佳是10.0%，進而更佳是8.0%，最佳是6.0%。
SrO成分，可使用Sr(NO3)2、SrF2等作為原料。
BaO成分為其含量大於0%時，能夠提高低溫熔融性、成形性的任意成分。
另一方面，藉由將BaO成分的含量設為20.0%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。因此，BaO成分的含量，其上限是以20.0%為佳，較佳是15.0%，更佳是12.0%，進而較佳是10.0%，進而更佳是8.0%，再進而較佳是6.0%，再進而更佳是4.0%，最佳是2.0%。
BaO成分，可使用BaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等作為原料。
TiO2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TiO2成分的含量設為3.0%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以下的可見光)的穿透率低下。因此，TiO2成分的含量，其上限是以3.0%為佳，較佳是2.5%，更佳是2.0%，進而較佳是1.5%，進而更佳是1.0%，再進而較佳是0.5%，再進而更佳是0.1%。
TiO2成分，例如可使用TiO2等作為原料而包含於玻璃內。
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3.0%以下，能夠降低因含有過剩的ZrO2成分而引起的失透。因此，ZrO2成分的含量，其上限是以3.0%為佳，較佳是2.0%，更佳是1.0%，進而較佳是0.5%，進而更佳是0.1%。
ZrO2成分，可使用ZrO2、ZrF4等作為原料。
B2O3成分的含量與Al2O3成分及P2O5成分及Li2O成分的合計含量的比率，是以1.3以上為佳。藉由增大該比率，能夠抑制玻璃的結晶化。
因此，質量比B2O3/(Al2O3+P2O5+Li2O)設為1.3以上為佳，較佳是2.3以上，更佳是3.3以上，進而較佳是3.8以上，最佳是4.5以上。
Rn2O成分(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)，是以25.0%以下為佳。藉此，能夠抑制因過剩含有而引起的化學耐久性惡化。因此，上述合計含量，其上限 是以25.0%為佳，較佳是20.0%，更佳是18.0%，進而較佳是16.0%，進而更佳是14.0%，再進而較佳是12.0%，再進而更佳是10.0%，最佳是8.0%。
另一方面，藉由將該和設為大於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2.0%，更佳是3.0%，進而較佳是4.0%，進而更佳是5.0%。
藉由含有大於0%的Ln2O3成分(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)，能夠提高玻璃的折射率及阿貝數，因此，能夠容易獲得具有所期望的折射率及阿貝數的玻璃。
另一方面，藉由將該和設為20.0%以下，玻璃的液相溫度變低，並能夠降低玻璃的失透。因此，Ln2O3成分的質量和，其上限是以20.0%為佳，較佳是15.0%，更佳是10.0%，進而較佳是8.0%，進而更佳是6.0%，再進而更佳是5.0%，最佳是低於1.0%。
B2O3成分的含量與Rn2O成分的含量的比率，是以0.05以上為佳。藉由增大該比率，能夠抑制玻璃變色或化學耐久性惡化、平均線熱膨脹係數上升。
因此，質量比B2O3/Rn2O設為0.05以上為佳，較佳是0.1以上，更佳是0.3以上，進而更佳是0.5以上。
另一方面，質量比B2O3/Rn2O為3.0以下為佳。藉此，能夠抑制玻璃的相分離，並能夠在熔解成形時具有適當的黏性。因此，質量比B2O3/Rn2O設為3.0以下為佳，較佳是2.5以下，更佳是2.0以下。
La2O3成分為其含量大於0%時，能夠提高玻璃的折射率，且能夠提高玻璃的阿貝數的任意成分。另一方面，藉由將La2O3成分的含量設為15.0%以下，能夠降低耐失透性惡化。因此，La2O3 成分的含量，其上限是以15.0%為佳，較佳是12.0%，更佳是10.0%，進而較佳是8.0%，進而更佳是6.0%，再進而較佳是4.0%，再進而更佳是2.0%，最佳是低於1.0%。
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，能夠提高玻璃的折射率，且能夠提高玻璃的阿貝數的任意成分。另一方面，藉由將Y2O3成分的含量設為15.0%以下，能夠降低耐失透性惡化。因此，Y2O3成分的含量，其上限是以15.0%為佳，較佳是12.0%，更佳是10.0%，進而較佳是8.0%，進而更佳是6.0%，再進而較佳是4.0%，再進而更佳是2.0%，最佳是低於1.0%。
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Gd2O3成分的含量設為15.0%以下，能夠降低耐失透性惡化。因此，Gd2O3成分的含量，其上限是以15.0%為佳，較佳是12.0%，更佳是10.0%，進而較佳是8.0%，進而更佳是6.0%，再進而較佳是4.0%，再進而更佳是2.0%，最佳是低於1.0%。
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，且能夠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，因能夠降低玻璃的材料成本，故能夠製作更為廉價的光學玻璃。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0.1%。由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，因能夠降低玻璃的材料成本，故能夠製作更為廉價的光學玻璃。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0.1%。由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。
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以下的可見光)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1.0%，進而較佳是0.5%，進而更佳是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，藉由將價格昂貴的Ta2O5成分的含量設為5.0%以下，因能夠降低玻璃的材料成本，故能夠製作更為廉價的光學玻璃。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%，進而較佳是0.5%，進而更佳是0.1%。由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，能夠降低WO3成分對玻璃的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1.0%，進而較佳是0.5%，進而更佳是0.1%。
WO3成分，可使用WO3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，且能夠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%，進而較佳是0.5%，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%，進而較佳是0.5%，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的任意成分。
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，且能夠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成分有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，能夠降低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周知的澄清劑、消泡劑或該等的組合。
PbO成分是提高玻璃的熔融性，並調整折射率的成分，在本發明的光學玻璃中為任意成分。另一方面，由於PbO是對人體或環境造成惡影響之成分，故特別是期望PbO成分為1.0%以下。
因此，PbO成分相對於氧化物換算組成的玻璃全質量的含有率，其各自的上限是以1.0%為佳，較佳是0.5%，更佳是0.1%。
PbO成分，例如可使用PbO、Pb(NO3)2等作為原料而包含於玻璃內。
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，其各自的上限是以1.0%為佳，較佳是0.7%，更佳是0.5%，進而更佳是0.1%。
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，在本發明的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0.1%。
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的任意成分。
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12.0%，更佳是10.0%，進而較佳是5.0%，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。
SiO2成分、B2O3成分、ZnO成分、RO成分(R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上)及Rn2O成分的含量，是以80.0%以上為佳。藉此，能夠抑制耐失透性惡化，同時容易獲得規定的性能。因此，質量和(SiO2+B2O3+ZnO+RO+Rn2O)，其下限是以80.0%以上為佳，較佳是85.0%以上，更佳是90.0%以上，進而更佳是95.0%以上。
<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、Fe、Co、Ni、Cu、Ag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。
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及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1.53為佳，較佳是1.55，更佳是1.56，進而更佳是1.57。該折射率(nd)的上限是以1.65為佳，較佳是1.63，更佳是1.62。
此外，本發明的光學玻璃之阿貝數(νd)，其下限是以45為佳，較佳是48，更佳是49，進而更佳是50。該阿貝數(νd)的上限是以60為佳，較佳是58，更佳是57。
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，除了能夠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4.00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4.00為佳，較佳是3.50，更佳是3.20。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3.00以上，更詳細而言是3.20以上。
本發明的光學玻璃之比重，是根據日本光學玻璃工業會規格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，本發明的光學玻璃的液相溫度，其上限是以1300℃為 佳，較佳是1250℃，更佳是1200℃，進而更佳是1150℃，最佳是1100℃。
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，因此能夠降低從熔融狀態形成玻璃時的失透，並能夠減小對使用了玻璃的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850℃以上，具體而言是900℃以上，更具體而言是950℃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850℃至1300℃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95以下，更佳是90以下，進而較佳是80以下，進而更佳是70以下。
[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1350℃範圍的電爐，花費2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，藉此來製作出本發明之光學玻璃。
[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。
如上所述，由本發明的玻璃形成的玻璃成型體，其耐久性優異，故加工性良好，且因酸雨等造成的玻璃劣化小，因此可用於汽車用途等。
[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)、以及液相溫度皆示於表1至表2。此外，以下的實施例僅作為例示之目的，本發明並不僅限於該等實施例。
本發明的實施例及比較例的玻璃，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的比重，是根據日本光學玻璃工業會規格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850℃至1300℃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，實施例及比較例的玻璃的平均線熱膨脹係數α(100℃至300℃)，是根據日本光學玻璃工業會規格「光學玻璃的熱膨脹之測定方法」JOGIS08-2003來加以測定。
Figure 107104981-A0202-12-0023-2
Figure 107104981-A0202-12-0024-3
如表所示，本發明實施例的光學玻璃，含有SiO2成分5.0%至低於65.0%、B2O3成分1.0%至35.0%、ZnO成分10.0%至45.0%、及Al2O3成分0%至10.0%；RO成分的質量和為0%至20.0%；質量和BaO+PbO為0%至20.0%以下；SiO2/B2O3的質量比為1.0至6.8；SiO2+ZnO的質量和為83.5%以下；(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)的質量比為15.0以下。
此外，本發明實施例之光學玻璃，不論何者，其折射率(nd)皆為1.53以上，更詳細而言是1.55以上，並且該折射率(nd)亦為1.62以下，更詳細而言是1.62以下，皆在所期望的範圍內。
此外，本發明實施例之光學玻璃，不論何者，其阿貝數(νd)皆為60以下，並且該阿貝數(νd)亦為45以上，更詳細而言是48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，且於製造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，不論何者，其比重皆為4.00以下，更詳細而言是3.60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。
此外，本發明實施例的光學玻璃，100℃至300℃下的平均線熱膨脹係數α為100(10-7℃-1)以下。因此，可清楚得知，本發明實施例的光學玻璃，平均線熱膨脹係數為低。
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為100(10-7℃-1)以下。因此，可清楚得知，本發明實施例之光學玻璃，其熱膨脹係數為低。
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，但本實施例的目的僅止於例示，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 (9)

  1. 一種光學玻璃，其特徵在於：以質量%計，含有：SiO2成分25.0%至低於60.0%、B2O3成分8.0%至35.0%、ZnO成分21.0%至45.0%、及Al2O3成分0%至10.0%；RO成分的質量和為0%至20.0%，R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上；質量和BaO+PbO為0%至20.0%；SiO2/B2O3的質量比為1.0至6.8；B2O3/Rn2O的質量比為1.11至3.0；SiO2+ZnO的質量和為83.5%以下；(SiO2+Al2O3+ZnO)/(B2O3+Rn2O)的質量比為15.0以下，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上。
  2. 如請求項1所記載之光學玻璃，其中以質量%計：Li2O成分是0%至低於3.0%、Na2O成分是0%至20.0%、K2O成分是0%至20.0%、MgO成分是0%至20.0%、CaO成分是0%至20.0%、SrO成分是0%至20.0%、BaO成分是0%至20.0%、TiO2成分是0%至3.0%、及ZrO2成分是0%至3.0%；質量比B2O3/(Al2O3+P2O5+Li2O)為1.3以上。
  3. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中以質量%計，Rn2O成分的質量和是0%至25.0%，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上； 以質量%計，Ln2O3成分的質量和是0%至20.0%，Ln是選自La、Gd、Y、Lu所成群組中的1種以上。
  4. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中以質量%計：La2O3成分是0%至15.0%、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%、Nb2O5成分是0%至5.0%、Ta2O5成分是0%至5.0%、WO3成分是0%至5.0%、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%、PbO成分是0%至1.0%、CeO2成分是0%至1.0%、Fe2O3成分是0%至0.5%、及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%。
  5. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其中質量和SiO2+B2O3+ZnO+RO+Rn2O為80.0%以上，R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上。
  6. 如請求項1或2所記載之光學玻璃，其具有1.53以上至1.65以下的折射率(nd)且具有45以上至60以下的阿貝數(νd)。
  7. 一種預成形體構材，由如請求項1至6中任一項所記載之光學玻璃而成。
  8. 一種光學元件，由如請求項1至6中任一項所記載之光學玻璃而成。
  9. 一種光學機器，具備如請求項8所記載之光學元件。
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