TWI816870B - 光學玻璃及光學構件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種光學玻璃及使用該光學玻璃之光學構件,該光學玻璃其折射率(nd )為1.81~2.15、密度為6.0 g/cm3 以下、於玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 為900~1200℃、失透溫度為1300℃以下,且以氧化物基準之莫耳%表示下,SiO2 之含有比率為5~44%。

Description

光學玻璃及光學構件
本發明係關於一種光學玻璃及光學構件。
作為用於可穿戴設備、例如附投影機之眼鏡、眼鏡型或護目鏡型顯示器、虛擬實境擴增實境顯示裝置、虛像顯示裝置等之玻璃,就圖像之廣角化、高亮度/高對比度化、導光特性提高、繞射光柵之加工容易性等方面而言,要求高折射率。又,先前於車載用相機、機器人用視覺感測器等用途中使用小型且攝像視角較廣之攝像玻璃透鏡,對於此種攝像玻璃透鏡,為了更小型且對廣範圍進行拍攝,要求高折射率。
作為用於上述用途之光學玻璃,為了優化使用者之配戴感,又,汽車或機器人要求輕量化,為了減輕裝置整體之重量,而要求密度較低。進而,若考慮到於外部環境中使用,亦重要的是由酸雨或清洗時使用之洗劑或蠟等化學品所引起之表面劣化或變質較少。
其中,關於車載用玻璃透鏡,例如嘗試藉由使用具有特定耐酸性之車載相機用透鏡玻璃材,提高折射率及強度,進而提高耐酸性或耐水性(例如參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1:日本專利特開2013-256446號公報
[發明所欲解決之問題]
然而,先前於設計高折射率之組成之情形時,多使用重金屬氧化物作為提高折射率之玻璃構成成分。因此,一般而言,高折射率玻璃之密度變大。
又,業界有於可穿戴設備中使用成形為板狀之玻璃之情況,有藉由製造效率較高之浮式法、熔融法、滾壓法等成型方法進行生產之情況,但對於高效率製造而言重要的是製造時之溫度與玻璃之黏性之關係。 進而,於用作光學構件時可見光透過率亦為重要之參數,於高折射率玻璃之情況下,若於較高溫度下熔解,則有尤其是短波長側之可見光透過率降低之虞,另一方面,若黏性曲線陡峭,則於製造時難以控制黏性。
本發明係為了解決如上所述之問題而成者,目的在於提供一種高折射率且低密度、並且製造特性良好之光學玻璃。 [解決問題之技術手段]
本發明之光學玻璃之特徵在於:折射率(nd )為1.81~2.15;密度為6.0 g/cm3 以下;玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 為900~1200℃;失透溫度為1300℃以下;以氧化物基準之莫耳%表示下,SiO2 之含有比率為5%~44%。 本發明之光學構件之特徵在於具有本發明之板狀之光學玻璃。
以下,對本發明之光學玻璃及光學構件之實施形態進行說明。
本發明之光學玻璃如上所述具有特定之折射率(nd )、密度(d)及熔解特性,依序對該等各特性進行說明。 本發明之光學玻璃具有1.81~2.15之範圍之較高折射率(nd )。由於折射率(nd )為1.81以上,故而本發明之光學玻璃就圖像之廣角化、高亮度/高對比度化、導光特性提高、繞射光柵之加工容易性等方面而言適宜作為用於可穿戴設備之光學玻璃。又,於作為用於車載用相機、機器人用視覺感測器等用途之小型且攝像視角較廣之攝像玻璃透鏡時,變得更小型並對較廣範圍進行拍攝,故較為適宜。該折射率(nd )較佳為1.85以上,更佳為1.88以上,進而較佳為1.91以上,進而較佳為1.94以上,進而較佳為1.97以上,進而較佳為1.99以上,進而較佳為2.00以上。 另一方面,折射率(nd )超過2.15之玻璃存在密度容易變高、且失透溫度容易變高之傾向。尤其於重視光學玻璃之密度之降低之情形時,該折射率(nd )較佳為2.10以下,更佳為2.06以下,進而較佳為2.03以下,進而較佳為2.01以下,進而較佳為1.98以下,進而較佳為1.95以下,進而較佳為1.94以下,進而更佳為1.92以下。
又,本發明之光學玻璃具有6.0 g/cm3 以下之密度(d)。本發明之光學玻璃藉由具有上述範圍之密度,而在用於可穿戴設備之情形時可優化使用者之配戴感,在用於車載用相機、機器人用視覺感測器等之情形時可減輕裝置整體之重量。該密度(d)較佳為5.6 g/cm3 以下,更佳為5.2 g/cm3 以下,進而較佳為4.8 g/cm3 以下,進而較佳為4.6 g/cm3 以下,進而較佳為4.4 g/cm3 以下,進而較佳為4.2 g/cm3 以下。 另一方面,為了使玻璃表面不易產生損傷,本發明之光學玻璃之密度(d)較佳為3.3 g/cm3 以上。該密度(d)更佳為3.6 g/cm3 以上,進而較佳為3.9 g/cm3 以上,進而較佳為4.2 g/cm3 以上,進而較佳為4.4 g/cm3 以上,進而更佳為4.7 g/cm3 以上。
又,本發明之光學玻璃於玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 為900~1200℃之範圍。T1 為熔解性之基準溫度,若玻璃之T1 過高,則熔解需於高溫下進行,因此於高折射率玻璃之情形時有尤其是短波長側之可見光透過率降低之虞。該T1 較佳為1180℃以下,更佳為1150℃以下,進而較佳為1130℃以下,進而更佳為1110℃以下。 另一方面,若T1 過低,則黏性曲線變得陡峭,存在於製造時難以控制黏性之問題。本發明之光學玻璃藉由具有上述範圍之T1 ,可使製造特性變得良好。該T1 較佳為950℃以上,更佳為1000℃以上,進而較佳為1050℃以上,進而較佳為1080℃以上,進而更佳為1100℃以上,尤佳為1120℃以上。
又,本發明之光學玻璃之失透溫度為1300℃以下。若具有此種特性,則可抑制於成形時玻璃發生失透,成形性良好。該失透溫度更佳為1275℃以下,進而較佳為1250℃以下,進而更佳為1225℃以下,進而更佳為1200℃以下,進而更佳為1175℃以下,進而更佳為1150℃以下,進而更佳為1125℃以下,進而更佳為1100℃以下,進而更佳為1075℃以下,尤佳為1050℃以下。此處,所謂失透溫度係指將經加熱、熔融之玻璃藉由自然放冷而冷卻時,於玻璃表面及內部未觀察到長邊或長徑1 μm以上之結晶之最低溫度。
又,本發明之光學玻璃較佳為玻璃轉移溫度(Tg)為600℃以上。本發明之光學玻璃藉由具有600℃以上之Tg,可抑制於製程中發生彎曲等變形。該Tg更佳為630℃以上,進而較佳為660℃以上,進而較佳為690℃以上,進而較佳為720℃以上,尤佳為750℃以上。於進行加壓成型及再曳引成形等成形之情形時,Tg較佳為800℃以下。更佳為760℃以下,進而較佳為720℃以下,進而更佳為680℃以下,尤佳為640℃以下。Tg可藉由例如熱膨脹法測定。
又,本發明之光學玻璃於以單位dPa・s表示失透溫度下之黏性(失透黏性)η時,較佳為logη=0.4以上。若具有此種特性,則可抑制於成形時玻璃發生失透,成形性良好。該失透溫度下之黏性更佳為logη=0.5以上,進而較佳為logη=0.6以上,進而更佳為logη=0.7以上,尤佳為0.8以上。
又,本發明之光學玻璃較佳為具有60以下之阿貝數(vd )。於將本發明之光學玻璃應用於導光板之類的玻璃板之情形時,藉由具有上述範圍之較低之vd ,而使可穿戴設備之光學設計變得容易,亦容易改善色像差,因此能夠再現高精細之圖像或影像。vd 更佳為50以下,進而較佳為40以下,進而較佳為38以下,進而較佳為35以下,進而更佳為32以下,尤佳為30以下。 又,本發明之光學玻璃較佳為具有15以上之阿貝數(vd )。具體而言,於將本發明之光學玻璃應用於導光板之類的玻璃板之情形時,藉由具有上述範圍之較高之vd ,而容易獲得與塗佈於表面之樹脂之折射率匹配。vd 更佳為18以上,進而較佳為21以上,進而較佳為23以上,進而較佳為25以上,進而更佳為27以上,尤佳為29以上。
又,本發明之光學玻璃於50~350℃下之熱膨脹係數(α)較佳為50~150(×10-7 /K)。若設為上述範圍之α,則本發明之光學玻璃與周邊構件之膨脹匹配良好。該α之下限較佳為60(×10-7 /K)以上,更佳為70(×10-7 /K)以上,進而較佳為80(×10-7 /K)以上,尤佳為90(×10-7 /K)以上。
又,若設為上述範圍之α,則本發明之光學玻璃於冷卻時不易發生破裂,因此可提昇冷卻速度。其結果,能夠使光學玻璃之假想溫度(Tf)與玻璃轉移溫度(Tg)之差(Tf-Tg)成為0℃以上,而使玻璃之結構更加稀疏,即便對光學玻璃施加某種衝擊,亦藉由玻璃結構之緻密化而容易吸收該衝擊。其結果,提高光學玻璃自身之強度,可抑制因掉落等造成之破損。該α之上限較佳為120(×10-7 /K)以下,更佳為110(×10-7 /K)以下,進而較佳為100(×10-7 /K)以下,尤佳為95(×10-7 /K)以下。
本發明之光學玻璃較佳為厚度為0.01~2 mm之玻璃板。若厚度為0.01 mm以上,則可抑制光學玻璃於操作時或加工時產生破損。又,可抑制光學玻璃因自重引起之彎曲。該厚度更佳為0.1 mm以上,進而較佳為0.3 mm以上,進而更佳為0.5 mm以上。另一方面,若厚度為2 mm以下,則可減輕使用光學玻璃之光學元件之重量。該厚度更佳為1.5 mm以下,進而較佳為1.0 mm以下,進而更佳為0.8 mm以下。
於本發明之光學玻璃為玻璃板之情形時,較佳為一主表面之面積為8 cm2 以上。若該面積為8 cm2 以上,則可配置多個光學元件,生產性提高。該面積更佳為30 cm2 以上,進而較佳為170 cm2 以上,進而更佳為300 cm2 以上,尤佳為1000 cm2 以上。另一方面,若面積為6500 cm2 以下,則玻璃板容易操作,可抑制玻璃板於操作時或加工時產生破損。該面積更佳為4500 cm2 以下,進而較佳為4000 cm2 以下,進而更佳為3000 cm2 以下,尤佳為2000 cm2 以下。
於本發明之光學玻璃為玻璃板之情形時,較佳為一主表面於25 cm2 中之LTV(Local Thickness Variation,局部厚度變化)為2 μm以下。藉由具有該範圍之平坦度,可於一主表面採用壓印技術等形成所需形狀之奈米構造,又,可獲得所需之導光特性。尤其於導光體中可防止因光程長度之差異所引起之重影現象或變形。該LTV更佳為1.8 μm以下,進而較佳為1.6 μm以下,進而更佳為1.4 μm以下,尤佳為1.2 μm以下。
於將本發明之光學玻璃形成為直徑8英吋之圓形玻璃板時,較佳為翹曲為50 μm以下。若該玻璃板之翹曲為50 μm以下,則可於一主表面採用壓印技術等形成所需形狀之奈米構造,又,可獲得所需之導光特性。於欲獲得複數個導光體時,可獲得品質穩定者。該玻璃基板之翹曲更佳為40 μm以下,進而較佳為30 μm以下,尤佳為20 μm以下。
又,於形成為直徑6英吋之圓形玻璃板時,較佳為翹曲為30 μm以下。若該玻璃板之翹曲為30 μm以下,則可於一主表面採用壓印技術等形成所需形狀之奈米構造,又,可獲得所需之導光特性。於欲獲得複數個導光體時,可獲得品質穩定者。該玻璃板之翹曲更佳為20 μm以下,進而較佳為15 μm以下,尤佳為10 μm以下。
又,於形成為邊長6英吋之正方形玻璃板時,較佳為翹曲為100 μm以下。若該玻璃板之翹曲為100 μm以下,則可於一主表面採用壓印技術等形成所需形狀之奈米構造,又,可獲得所需之導光特性。於欲獲得複數個導光體時,可獲得品質穩定者。該玻璃板之翹曲更佳為70 μm以下,進而較佳為50 μm以下,進而較佳為35 μm以下,尤佳為20 μm以下。
圖1係將本發明之光學玻璃形成為玻璃板G1時之剖視圖。所謂「翹曲」係指於通過玻璃板G1之一主表面G1F之中心且與玻璃板G1之一主表面G1F正交之任意之剖面中,玻璃板G1之基準線G1D與玻璃板G1之中心線G1C於垂直方向上之距離之最大值B與最小值A的差C。
將上述正交之任意之剖面與玻璃板G1之一主表面G1F的交線記為底線G1A。將上述正交之任意之剖面與玻璃板G1之另一主表面G1G的交線記為上線G1B。此處,中心線G1C係將玻璃板G1之板厚方向之中心連結而成之線。藉由求出底線G1A與上線G1B於後述雷射照射之方向上之中點而算出中心線G1C。
基準線G1D可藉由如下方式求出。首先,基於消除自重之影響之測定方法算出底線G1A。根據該底線G1A,藉由最小平方法求出直線。所求出之直線為基準線G1D。作為消除自重之影響之測定方法,可採用公知方法。
例如,於3個點支撐玻璃板G1之一主表面G1F,利用雷射位移計對玻璃板G1照射雷射,測定玻璃板G1之一主表面G1F及另一主表面G1G距離任意之基準面之高度。
繼而,翻轉玻璃板G1,於與一主表面G1F上之3個支撐點對向之另一主表面G1G上之3個點進行支撐,測定玻璃基板G1之一主表面G1F及另一主表面G1G距離任意之基準面之高度。 藉由求出翻轉前後之各測定點之高度之平均值而消除自重之影響。例如,於翻轉前,如上所述般測定一主表面G1F之高度。翻轉玻璃板G1後,於與一主表面G1F之測定點對應之位置測定另一主表面G1G之高度。同樣地,於翻轉前,測定另一主表面G1G之高度。翻轉玻璃板G1後,於與另一主表面G1G之測定點對應之位置測定一主表面G1F之高度。 翹曲藉由例如雷射位移計測定。
又,本發明之光學玻璃較佳為一主表面之表面粗糙度Ra為2 nm以下。藉由具有該範圍之Ra,可於一主表面採用壓印技術等形成所需形狀之奈米構造,又,可獲得所需之導光特性。尤其於導光體中抑制界面處之漫反射而可防止重影現象或變形。該Ra更佳為1.7 nm以下,進而較佳為1.4 nm以下,進而更佳為1.2 nm以下,尤佳為1 nm以下。此處,表面粗糙度Ra係依據JIS B0601(2001年)定義之算術平均粗糙度。於本說明書中係指使用原子力顯微鏡(AFM)對10 μm×10 μm之區域進行測定所獲得之值。
[玻璃成分] 其次,針對本發明之光學玻璃可含有之各成分之組成範圍之一實施形態進行詳細說明。於本說明書中,只要無特別說明,各成分之含有比率係以氧化物基準之莫耳%表示。又,於本發明之光學玻璃中,所謂「實質上不含有」,意指除不可避免之雜質以外不含有。不可避免之雜質之含有比率於本發明中為0.1%以下。
作為本實施形態之光學玻璃中之滿足上述特性之組成,例如,於以氧化物基準之莫耳%表示下,包含30%~80%之作為高折射率成分之選自由TiO2 、Ta2 O5 、WO3 、Nb2 O5 、ZrO2 及Ln2 O3 (Ln為選自由Y、La、Gd、Yb及Lu所組成之群中之至少1種)所組成之群中之至少1種、合計量20%~70%之作為玻璃骨架成分之SiO2 與B2 O3 、鹼土金屬成分(MgO、CaO、SrO、BaO)之情形時,鹼金屬成分中之BaO之含有比率為0.5以下。 以下對滿足該條件之玻璃組成A中之各成分進行具體說明。再者,本發明之光學玻璃只要具有上述特性,則並不限定於下述實施形態之組成。
<玻璃組成A> SiO2 為玻璃形成成分,且為對玻璃賦予較高之強度與耐龜裂性,提高玻璃之穩定性及化學耐久性之成分。SiO2 之含有比率較佳為5%以上44%以下。藉由使SiO2 之含有比率為5%以上,可將玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 設為較佳範圍。SiO2 之含有比率較佳為7%以上,更佳為9%以上,進而較佳為10%以上,尤佳為11%以上。另一方面,藉由使SiO2 之含有比率為44%以下,可更多地含有用以獲得較高折射率之成分。SiO2 之含有比率更佳為38%以下,更佳為30%以下,進而較佳為20%以下,進而較佳為15%以下,尤佳為12%以下。
B2 O3 為降低Tg,提高玻璃之強度或耐龜裂性等機械特性,降低失透溫度之成分,但若B2 O3 之量較多,則折射率容易降低。因此,B2 O3 之含有比率較佳為0%以上40%以下。B2 O3 之含有比率更佳為35%以下,進而較佳為30%以下,進而較佳為25%以下,進而較佳為23%以下,尤佳為22%以下。又,B2 O3 之含有比率更佳為5%以上,進而較佳為12%以上,進而較佳為18%以上,尤佳為20%以上。
SiO2 與B2 O3 為玻璃形成成分,且為提高玻璃之穩定性之成分。若SiO2 與B2 O3 之合計量較多,則玻璃之失透溫度降低,且變得易於製造。因此,SiO2 與B2 O3 之合計量為20%以上。較佳為25%以上,更佳為28%以上,進而較佳為30%以上,尤佳為32%以上。另一方面,若減少SiO2 與B2 O3 之合計量,則可提高折射率。因此,尤其於要求較高折射率之情形時,較佳為70%以下,更佳為50%以下,進而較佳為40%以下,進而較佳為35%以下,進而較佳為33%以下,尤佳為32%以下。
於含有B2 O3 之情形時,若SiO2 相對於B2 O3 之比SiO2 /B2 O3 較大,則玻璃容易失透。因此,於含有B2 O3 之情形時,SiO2 /B2 O3 較佳為5.0以下,更佳為4.0以下,進而較佳為3.0以下,進而較佳為2.0以下,進而較佳為1.0以下,進而較佳為0.8以下,尤佳為0.6以下。
TiO2 、Ta2 O5 、WO3 、Nb2 O5 、ZrO2 及Ln2 O3 (Ln為選自由Y、La、Gd、Yb及Lu所組成之群中之至少1種)為提高玻璃之折射率之高折射率成分。該等成分之含有比率以合計量計較佳為30%~80%。尤其於要求較高折射率之情形時,較佳為40%以上,更佳為55%以上,進而較佳為60%以上,進而更佳為65%以上,尤佳為67%以上。另一方面,若高折射率成分超過80%,則容易失透。對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,該等成分之含有比率更佳為70%以下,進而較佳為60%以下,進而較佳為50%以下,尤佳為45%以下。
鹼金屬成分(Li2 O+Na2 O+K2 O)之含有比率以合計量計為0%以上10%以下。藉由增加該鹼金屬成分,可降低Tg。然而,若Li2 O+Na2 O+K2 O過多,則T1 容易變低,黏性曲線變得陡峭,製造特性降低。另一方面,若Li2 O+Na2 O+K2 O過少,則T1 容易變高,熔解溫度變高,高折射率成分中之TiO2 、Nb2 O5 等成分易被還原,而有著色之虞。因此,於含有Li2 O+Na2 O+K2 O之情形時,較佳為0.5%以上10%以下。Li2 O+Na2 O+K2 O更佳為1%以上,進而較佳為2%以上,進而較佳為4%以上,尤佳為5%以上。又,Li2 O+Na2 O+K2 O較佳為6%以下,更佳為3%以下,進而較佳為2%以下,尤佳為1%以下。「Li2 O+Na2 O+K2 O」表示選自由Li2 O、Na2 O及K2 O所組成之群中之至少1種鹼金屬氧化物成分之合計量。以下,同樣地以「+」連接而成之構成表示選自由以「+」相連之成分所組成之群中之至少1種成分之合計量。
Li2 O之含有比率為0%以上10%以下。含有Li2 O之情形時之含有比率為0.2%以上10%以下。若含有Li2 O,則可提高強度(Kc)及耐龜裂性(CIL)。於本發明之光學玻璃含有Li2 O之情形時,其含有比率較佳為1%以上,更佳為2%以上,進而較佳為4%以上,尤佳為5%以上。另一方面,若Li2 O過多,則容易失透。尤其於要求針對失透之品質之情形時,Li2 O之含有比率較佳為8%以下,更佳為6%以下,進而較佳為4%以下,進而較佳為2%以下,尤佳為1%以下。 於對本實施形態之光學玻璃進行化學強化之情形時,Li2 O之含有比率較佳為3.0%以上,更佳為6.0%以上,進而較佳為9.0%以上,尤佳為11.0%以上。
Na2 O為抑制失透、降低Tg之成分,其含有比率為0%以上10%以下。若含有Na2 O,則可獲得優異之失透抑制效果。於本發明之光學玻璃含有Na2 O之情形時,其含有比率較佳為1%以上,更佳為2%以上,進而較佳為3%以上,尤佳為4%以上。另一方面,若Na2 O過多,則強度及耐龜裂性容易降低。尤其於要求強度之情形時,Na2 O之含有比率較佳為7%以下,更佳為4%以下,進而較佳為2%以下,尤佳為1%以下。
若Li2 O與Na2 O之合計量變多,則存在Tg變低之傾向,因此,Li2 O與Na2 O之合計量較佳為0%以上10%以下。更佳為6%以下,進而較佳為4%以下,進而較佳為2%以下,尤佳為1%以下。
K2 O為抑制失透、降低Tg之成分,其含有比率為0%以上10%以下。若含有K2 O,則可獲得優異之失透抑制效果。於本發明之光學玻璃含有K2 O之情形時,其含有比率較佳為1%以上,更佳為2%以上,進而較佳為3%以上,尤佳為4%以上。另一方面,若K2 O過多,則強度及耐龜裂性容易降低。尤其於要求強度之情形時,K2 O之含有比率較佳為7%以下,更佳為4%以下,進而較佳為2%以下,尤佳為1%以下。
MgO為提高玻璃之熔融性,抑制失透,調整玻璃之阿貝數或折射率等光學常數之成分。另一方面,若MgO之量變多,則反而促進失透。因此,MgO之含有比率較佳為0%以上10%以下。MgO之含有比率更佳為8%以下,尤佳為6%以下。又,MgO之含有比率較佳為0.3%以上,更佳為0.5%以上,進而較佳為1%以上。
CaO為抑制失透之成分,但若CaO之量較多,則耐龜裂性容易降低。因此,CaO之含有比率較佳為0%以上25%以下。CaO之含有比率更佳為20%以下,進而較佳為10%以下,尤佳為6%以下。又,CaO之含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。
SrO為提高玻璃之熔融性,抑制失透,調整玻璃之光學常數之成分。另一方面,若SrO之量變多,則反而促進失透。因此,SrO之含有比率較佳為0%以上20%以下。SrO之含有比率更佳為15%以下,進而較佳為8%以下,尤佳為4%以下。又,SrO之含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。
若MgO與CaO與SrO之合計量變多,則玻璃容易失透。因此,MgO與CaO與SrO之合計量較佳為30%以下。更佳為20%以下,進而較佳為12%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為5%以下,尤佳為2%以下。
BaO為抑制失透之成分,但若BaO之量較多,則密度容易變大。因此,於含有BaO之情形時,較佳為0%以上30%以下。BaO之含有比率更佳為25%以下,進而較佳為15%以下,進而較佳為8%以下,尤佳為4%以下。又,BaO之含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。
於包含鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)之情形時,藉由將鹼土金屬成分中之BaO之比(BaO/(MgO+CaO+SrO+BaO))設為0.5以下,可減小比重。較佳為0.4以下,更佳為0.3以下,進而較佳為0.2以下,尤佳為0.1以下。藉由增大鹼金屬成分中之BaO之含有比率,可降低失透溫度。對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,較佳為0.1以上,更佳為0.2以上,進而較佳為0.3以上,尤佳為0.4以上。
若鹼金屬成分(Li2 O+Na2 O+K2 O)與鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)之合計量變多,則玻璃之Tg容易降低。因此,鹼金屬成分與鹼土金屬成分之合計量較佳為30%以下。更佳為16%以下,進而較佳為12%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為5%以下,尤佳為2%以下。
Al2 O3 為提高化學耐久性之成分,但若Al2 O3 變多,則玻璃容易失透。因此,Al2 O3 之含有比率較佳為0%以上5%以下。Al2 O3 之含有比率更佳為3%以下,尤佳為2%以下。又,Al2 O3 之含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。
TiO2 為提高玻璃之折射率,增大玻璃之分散之成分,其含有比率為0%以上50%以下。於含有TiO2 之情形時,其含有比率較佳為10%以上,更佳為20%以上,進而較佳為25%以上,進而較佳為28%以上,進而較佳為30%以上,尤佳為32%以上。另一方面,若TiO2 過多,則容易著色,又,透過率降低。因此,尤其於要求透過率之情形時,TiO2 之含有比率較佳為50%以下,更佳為40%以下,進而較佳為37%以下,進而較佳為35%以下,進而較佳為34%以下,進而較佳為33%以下,尤佳為32%以下。
於含有B2 O3 之情形時,若TiO2 相對於B2 O3 之比TiO2 /B2 O3 較大,則需要提高熔解溫度,因此Ti易被還原,玻璃容易著色,透過率容易降低。因此,於含有B2 O3 之情形時,TiO2 /B2 O3 較佳為5.0以下,更佳為4.0以下,進而較佳為3.0以下,進而較佳為2.0以下,進而較佳為1.8以下,進而較佳為1.7以下,進而較佳為1.6以下,尤佳為1.5以下。
藉由添加WO3 ,抑制玻璃之失透,但若其添加量過多,則反而玻璃容易失透。因此,WO3 之含有比率較佳為0%以上10%以下。WO3 之含有比率更佳為6%以下,進而較佳為2%以下,進而較佳為1.5%以下,進而較佳為1.0%以下,尤佳為0.5%以下。又,藉由添加WO3 ,可提高玻璃之折射率。因此,尤其於要求較高折射率之情形時,WO3 之含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。
Nb2 O5 為提高玻璃之折射率,並且減小阿貝數(vd )之成分。Nb2 O5 之含有比率為0%以上35%以下。Nb2 O5 之含有比率更佳為1%以上,進而較佳為2%以上,進而較佳為2.5%以上,進而較佳為3%以上,進而較佳為4%以上,進而較佳為5%以上,尤佳為6%以上。 又,若Nb2 O5 過多,則容易失透。因此,對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,較佳為20%以下,更佳為15%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為6%以下,進而較佳為4%以下,進而較佳為3%以下,進而較佳為2%以下,尤佳為1%以下。
若TiO2 與WO3 與Nb2 O5 之合計量變少,則玻璃之折射率降低。因此,TiO2 與WO3 與Nb2 O5 之合計量較佳為10%以上50%以下。更佳為15%以上,進而較佳為20%以上,進而較佳為25%以上,尤佳為30%以上。
Y2 O3 為提高玻璃之折射率,並且可將玻璃之T1 調整至較佳範圍之成分,其含有比率為0%以上7%以下。Y2 O3 之含有比率較佳為1%以上,更佳為2%以上,進而較佳為2.5%以上,進而較佳為3%以上,進而較佳為3.5%以上,進而較佳為4%以上,尤佳為5%以上。又,若Y2 O3 過多,則容易失透。因此,對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,較佳為5%以下,更佳為4%以下,進而較佳為3.5%以下,尤佳為3%以下。
ZrO2 為提高玻璃之折射率,提高玻璃之化學耐久性之成分,其含有比率為0%以上20%以下。藉由含有ZrO2 ,可提高耐龜裂性。於含有ZrO2 之情形時,其含有比率較佳為1%以上,更佳為3%以上,進而較佳為5%以上,進而較佳為6%以上,尤佳為6.5%以上。另一方面,若ZrO2 過多,則容易失透。因此,對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,ZrO2 之含有比率為更佳為15%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為8%以下,尤佳為7%以下。
ZnO為提高玻璃之強度或耐龜裂性等機械特性之成分,其含有比率為0%以上15%以下。於含有ZnO之情形時,其含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。另一方面,若ZnO之量較多,則容易失透,因此對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,ZnO之含有比率更佳為10%以下,進而較佳為5%以下,進而較佳為2%以下,進而較佳為1%以下,尤佳為0.5%以下。
La2 O3 為提高玻璃之折射率之成分,其含有比率為0%以上35%以下。於含有La2 O3 之情形時,其含有比率較佳為10%以上,更佳為15%以上,進而較佳為16%以上,進而較佳為18%以上,尤佳為20%以上。另一方面,若La2 O3 之量過多,則機械特性降低,並且失透溫度上升。因此,於機械特性或製造特性變得重要之情形時,La2 O3 之含有比率較佳為30%以下。更佳為25%以下,進而較佳為22%以下,進而較佳為20%以下,進而較佳為19%以下,進而較佳為18%以下,尤佳為17%以下。
Gd2 O3 為提高玻璃之折射率之成分,其含有比率為0%以上15%以下。於含有Gd2 O3 之情形時,其含有比率較佳為1%以上,更佳為2%以上,進而較佳為3%以上,進而較佳為4%以上,尤佳為5%以上。另一方面,若Gd2 O3 之量過多,則機械特性降低,並且失透溫度上升。因此,於機械特性或製造特性變得重要之情形時,Gd2 O3 之含有比率較佳為10%以下,更佳為7%以下,進而較佳為5%以下,進而較佳為4%以下,進而較佳為3%以下,進而較佳為2%以下,尤佳為1%以下。
若ZrO2 與Ta2 O5 與Nb2 O5 之合計量相對於SiO2 與B2 O3 之合計量之比(ZrO2 +Ta2 O5 +Nb2 O5 )/(SiO2 +B2 O3 )變大,則玻璃之失透黏性容易降低。因此,(ZrO2 +Ta2 O5 +Nb2 O5 )/(SiO2 +B2 O3 )較佳為1.0以下,更佳為0.8以下,進而較佳為0.6以下,進而較佳為0.4以下,尤佳為0.35以下。
若Nb2 O5 與TiO2 與WO3 與Ta2 O5 之合計量相對於La2 O3 與Gd2 O3 與Y2 O3 與Yb2 O3 之合計量之比(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )變大,則玻璃容易著色,透過率容易降低。因此,(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )較佳為10.0以下,更佳為8.0以下,進而較佳為6.0以下,進而較佳為5.0以下,進而較佳為4.5以下,進而較佳為4.0以下,進而較佳為3.0以下,進而較佳為2.5以下,進而較佳為2.0以下,進而較佳為1.5以下,尤佳為1.3以下。另一方面,若(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )變小,則玻璃之Tg容易降低。因此,對於要求高耐熱性之用途,(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )較佳為0.5以上,更佳為0.7以上,進而較佳為0.9以上,進而較佳為1.1以上,進而較佳為1.2以上,進而較佳為1.3以上,進而較佳為1.4以上,進而較佳為2.0以上,進而較佳為3.0以上,尤佳為3.5以上。
As2 O3 為有害之化學物質,因此近年來有節制使用之傾向,必須採取相關之環境保護措施。因此,於重視對環境之影響之情形時,較佳為除不可避免之混入以外,實質上不含有。
本實施形態之光學玻璃較佳為進而含有Sb2 O3 及SnO2 中之至少一種。該等並非必須成分,但可基於折射率特性之調整、熔融性之提高、著色之抑制、透過率之提高、澄清、化學耐久性之提高等目的而添加。於含有該等成分之情形時,合計較佳為10%以下,更佳為5%以下,進而較佳為3%以下,尤佳為1%以下。
本實施形態之光學玻璃較佳為進而含有V2 O5 。V2 O5 並非必須,但可基於透過率之提高、澄清性提高等目的而添加。於含有V2 O5 之情形時,較佳為5%以下,更佳為3%以下,進而較佳為1%以下,尤佳為0.5%以下。
本實施形態之光學玻璃較佳為進而含有F。F並非必須,但可基於熔解性之提高、透過率之提高、澄清性提高等目的而添加。於含有F之情形時,較佳為5%以下,更佳為3%以下。
對於本實施形態之光學玻璃,較佳為於將玻璃原料在熔融容器內加熱、熔融而獲得熔融玻璃之熔融步驟中,進行提高熔融玻璃中之水分量之操作。提高玻璃中之水分量之操作並無限定,例如可想到向熔融環境氣體中添加水蒸氣之處理、以及向熔融物內通入包含水蒸氣之氣體之處理。提高水分量之操作並非必須,但可基於透過率之提高、澄清性提高等目的進行。
又,於本實施形態之光學玻璃中含有Li2 O或Na2 O之鹼金屬氧化物時,可藉由將Li離子置換為Na離子或K離子、將Na離子置換為K離子而進行化學強化。即,若進行化學強化處理,則可提高光學玻璃之強度。
<玻璃組成A1> 將於上述玻璃組成A中鹼土金屬成分為5%以下之玻璃組成記為玻璃組成A1,對各成分進行說明。關於該玻璃組成A1中未作說明之成分,由於與上述玻璃組成A之成分之說明相同,故而省略。
SiO2 為玻璃形成成分,且為對玻璃賦予較高之強度與耐龜裂性,提高玻璃之穩定性及化學耐久性之成分。SiO2 之含有比率較佳為5%以上30%以下。藉由使SiO2 之含有比率為5%以上,可將玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 設為較佳範圍。SiO2 之含有比率較佳為7%以上,更佳為9%以上,進而較佳為10%以上,尤佳為11%以上。另一方面,藉由使SiO2 之含有比率為30%以下,可更多地含有用以獲得較高折射率之成分。SiO2 之含有比率更佳為25%以下,更佳為20%以下,進而較佳為15%以下,進而較佳為13%以下,尤佳為12%以下。
B2 O3 為降低Tg,提高玻璃之強度或耐龜裂性等機械特性,降低失透溫度之成分,但若B2 O3 之量較多,則折射率容易降低。因此,B2 O3 之含有比率較佳為5%以上40%以下。B2 O3 之含有比率更佳為35%以下,進而較佳為30%以下,進而較佳為25%以下,進而較佳為23%以上,尤佳為22%以下。又,B2 O3 之含有比率更佳為10%以上,進而較佳為15%以上,進而較佳為18%以上,尤佳為20%以上。
SiO2 與B2 O3 為玻璃形成成分,且為提高玻璃之穩定性之成分,以合計量計為20%以上45%以下。若SiO2 與B2 O3 之合計量較多,則玻璃之失透溫度降低,變得易於製造。因此,SiO2 與B2 O3 之合計量為20%以上。較佳為25%以上,更佳為28%以上,進而較佳為30%以上,尤佳為32%以上。另一方面,若SiO2 與B2 O3 之合計量減少,則可提高折射率。因此,尤其於要求較高折射率之情形時,較佳為45%以下,更佳為40%以下,進而較佳為35%以下,進而較佳為33%以下,尤佳為32%以下。
若SiO2 相對於B2 O3 之比SiO2 /B2 O3 較大,則玻璃容易失透。因此,SiO2 /B2 O3 較佳為1.4以下,更佳為1.2以下,進而較佳為1.0以下,進而較佳為0.8以下,尤佳為0.6以下。
TiO2 、Ta2 O5 、WO3 、Nb2 O5 、ZrO2 及Ln2 O3 (Ln為選自由Y、La、Gd、Yb及Lu所組成之群中之至少1種)為提高玻璃之折射率之高折射率成分。該等成分之含有比率以合計量計較佳為45%~80%。尤其於要求較高折射率之情形時,較佳為50%以上,更佳為55%以上,進而較佳為60%以上,進而更佳為65%以上,尤佳為67%以上。另一方面,若高折射率成分超過80%,則容易失透。對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,該等成分之含有比率更佳為75%以下,進而較佳為70%以下,尤佳為68%以下。
MgO為提高玻璃之熔融性,抑制失透,調整玻璃之阿貝數或折射率等光學常數之成分。另一方面,若MgO之量變多,則反而促進失透。因此,MgO之含有比率較佳為0%以上5%以下。MgO之含有比率更佳為4%以下,尤佳為2%以下。又,MgO之含有比率較佳為0.3%以上,更佳為0.5%以上,進而較佳為1%以上。
CaO為抑制失透之成分,但若CaO之量較多,則耐龜裂性容易降低。因此,CaO之含有比率較佳為0%以上5%以下。CaO之含有比率更佳為4%以下,進而較佳為2%以下,尤佳為1%以下。又,CaO之含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。
SrO為提高玻璃之熔融性,抑制失透,調整玻璃之光學常數之成分。另一方面,若SrO之量變多,則反而促進失透。因此,SrO之含有比率較佳為0%以上5%以下。SrO之含有比率更佳為15%以下,進而較佳為4%以下,尤佳為2%以下。又,SrO之含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。
若MgO與CaO與SrO之合計量變多,則玻璃容易失透。因此,MgO與CaO與SrO之合計量較佳為5%以下。更佳為4%以下,進而較佳為3%以下,進而較佳為2%以下,進而較佳為1%以下,尤佳為0.5%以下。
BaO為抑制失透之成分,但若BaO之量較多,則密度容易變大。因此,於含有BaO之情形時,較佳為0%以上5%以下。BaO之含有比率更佳為4%以下,進而較佳為3%以下,進而較佳為2%以下,尤佳為1%以下。又,BaO之含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。
於包含鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)之情形時,藉由將鹼土金屬成分中之BaO之比(BaO/(MgO+CaO+SrO+BaO))設為0.5以下,可減小比重。較佳為0.4以下,更佳為0.3以下,進而較佳為0.2以下,尤佳為0.1以下。藉由增大鹼金屬成分中之BaO之含有比率,可降低失透溫度。對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,較佳為0.1以上,更佳為0.2以上,進而較佳為0.3以上,尤佳為0.4以上。
若鹼金屬成分(Li2 O+Na2 O+K2 O)與鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)之合計量變多,則玻璃之Tg容易降低。因此,鹼金屬成分與鹼土金屬成分之合計量較佳為15%以下。更佳為12%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為5%以下,進而較佳為3%以下,尤佳為2%以下。
若TiO2 相對於B2 O3 之比TiO2 /B2 O3 較大,則需要提高熔解溫度,因此Ti易被還原,玻璃容易著色,透過率容易降低。因此,TiO2 /B2 O3 較佳為2.0以下,更佳為1.8以下,進而較佳為1.7以下,進而較佳為1.6以下,尤佳為1.5以下。
根據玻璃組成A1所獲得之光學玻璃具有1.92~2.15之範圍之較高折射率(nd )。折射率(nd )為1.92以上。該光學玻璃就圖像之廣角化、高亮度/高對比度化、導光特性提高、繞射光柵之加工容易性等方面而言適宜作為用於可穿戴設備之光學玻璃。又,於作為用於車載用相機、機器人用視覺感測器等用途之小型且攝像視角較廣之攝像玻璃透鏡時,適宜變得更小型並對較廣範圍進行拍攝。該折射率(nd )較佳為1.95以上,更佳為1.97以上,進而較佳為1.98以上,進而較佳為1.99以上,進而較佳為2.00以上。 另一方面,折射率(nd )超過2.15之玻璃存在密度容易變高、且失透溫度容易變高之傾向。尤其於重視光學玻璃之密度之降低之情形時,該折射率(nd )較佳為2.10以下,更佳為2.06以下,進而較佳為2.03以下,進而較佳為2.01以下,進而較佳為1.98以下,進而較佳為1.95以下,進而較佳為1.94以下,進而更佳為1.93以下。
又,根據玻璃組成A1所獲得之光學玻璃具有4.0 g/cm3 以上6.0 g/cm3 以下之密度(d)。該光學玻璃藉由具有上述範圍之密度,而在用於可穿戴設備之情形時可優化使用者之配戴感,在用於車載用相機、機器人用視覺感測器等之情形時可減輕裝置整體之重量。該密度(d)較佳為5.8 g/cm3 以下,更佳為5.6 g/cm3 以下,進而較佳為5.4 g/cm3 以下,進而較佳為5.2 g/cm3 以下,進而較佳為5.1 g/cm3 以下,進而較佳為5.0 g/cm3 以下。 另一方面,為了使光學玻璃之表面不易產生損傷,密度(d)較佳為4.0 g/cm3 以上,更佳為4.3 g/cm3 以上,進而較佳為4.6 g/cm3 以上,進而更佳為4.7 g/cm3 以上,尤佳為4.8 g/cm3 以上。
<玻璃組成A2> 將於上述玻璃組成A中鹼土金屬成分超過5%且為50%以下、並且B2 O3 未達15%之玻璃組成記為玻璃組成A2,對各成分進行說明。關於該玻璃組成A2中未作說明之成分,由於與上述玻璃組成A之成分之說明相同,故而省略。
SiO2 為玻璃形成成分,且為對玻璃賦予較高之強度與耐龜裂性,提高玻璃之穩定性及化學耐久性之成分。SiO2 之含有比率較佳為5%以上44%以下。藉由使SiO2 之含有比率為5%以上,可將玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 設為較佳範圍。SiO2 之含有比率較佳為10%以上,更佳為15%以上,進而較佳為20%以上,進而較佳為24%以上,進而較佳為28%以上,尤佳為30%以上。另一方面,藉由使SiO2 之含有比率為44%以下,可含有用以獲得較高折射率之成分。SiO2 之含有比率更佳為37%以下,進而較佳為35.5%以下,進而較佳為34%以下,進而較佳為33%以下,尤佳為31%以下。
B2 O3 為玻璃形成成分,且為任意成分。B2 O3 為降低Tg,提高玻璃之強度或耐龜裂性等機械特性,降低失透溫度之成分。就折射率與機械強度之均衡性而言,B2 O3 之含有比率較佳為0%以上未達15%。B2 O3 之含有比率更佳為14%以下,進而較佳為13%以下,進而較佳為12%以下,進而較佳為11%以上,尤佳為10%以下。又,B2 O3 之含有比率更佳為1%以上,進而較佳為3%以上,進而較佳為5%以上,尤佳為7%以上。
SiO2 與B2 O3 為玻璃形成成分,且為提高玻璃之穩定性之成分,以合計量計為30%以上70%以下。若SiO2 與B2 O3 之合計量較多,則玻璃之失透溫度降低,變得易於製造。因此,SiO2 與B2 O3 之合計量為30%以上。較佳為32%以上,更佳為34%以上,進而較佳為36%以上,尤佳為37%以上。另一方面,若SiO2 與B2 O3 之合計量減少,則可提高折射率。因此,尤其於要求較高折射率之情形時,較佳為70%以下,更佳為60%以下,進而較佳為50%以下,進而較佳為40%以下,尤佳為35%以下。
於含有B2 O3 之情形時,若SiO2 相對於B2 O3 之比SiO2 /B2 O3 較大,則玻璃容易失透。因此,於含有B2 O3 之情形時,SiO2 /B2 O3 較佳為5.0以下,更佳為4.5以下,進而較佳為4.0以下,進而較佳為3.5以下,尤佳為3.0以下。
TiO2 、Ta2 O5 、WO3 、Nb2 O5 、ZrO2 及Ln2 O3 (Ln為選自由Y、La、Gd、Yb及Lu所組成之群中之至少1種)為提高玻璃之折射率之高折射率成分。該等成分之含有比率以合計量計較佳為30%~55%。尤其於要求較高折射率之情形時,較佳為33%以上,更佳為35%以上,進而較佳為36%以上,進而更佳為37%以上,尤佳為38%以上。另一方面,若該高折射率成分變多,則容易失透。對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,該等成分之含有比率更佳為50%以下,進而較佳為45%以下,進而較佳為40%以下,尤佳為35%以下。
鹼金屬成分(Li2 O+Na2 O+K2 O)之含有比率以合計量計為0%以上10%以下。藉由增加該鹼金屬成分,可降低Tg。然而,若Li2 O+Na2 O+K2 O過多,則T1 容易變低,黏性曲線變得陡峭,製造特性降低。另一方面,若Li2 O+Na2 O+K2 O過少,則T1 容易變高,熔解溫度變高,而有著色之虞。因此,於含有Li2 O+Na2 O+K2 O之情形時,較佳為0.5%以上10%以下。Li2 O+Na2 O+K2 O更佳為1%以上,進而較佳為1.5%以上,進而較佳為2%以上,尤佳為3%以上。又,Li2 O+Na2 O+K2 O較佳為6%以下,更佳為4%以下,進而較佳為3%以下,尤佳為2%以下。
Li2 O之含有比率為0%以上10%以下。含有Li2 O之情形時之含有比率為0.2%以上10%以下。若含有Li2 O,則可提高強度(Kc)及耐龜裂性(CIL)。於本發明之光學玻璃含有Li2 O之情形時,其含有比率較佳為0.5%以上,更佳為1%以上,進而較佳為1.5%以上,尤佳為2%以上。另一方面,若Li2 O過多,則容易失透。尤其於失透成為問題之情形時,Li2 O之含有比率較佳為8%以下,更佳為6%以下,進而較佳為4%以下,尤佳為2%以下。 於對本實施形態之光學玻璃進行化學強化之情形時,Li2 O之含有比率較佳為3.0%以上,更佳為6.0%以上,進而較佳為9.0%以上,尤佳為11.0%以上。
CaO為抑制失透之成分,但若CaO之量較多,則耐龜裂性容易降低。因此,CaO之含有比率較佳為0%以上25%以下。CaO之含有比率更佳為20%以下,進而較佳為15%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為8%以下,進而較佳為7%以下,尤佳為6.5%以下。又,CaO之含有比率更佳為2%以上,進而較佳為4%以上,進而較佳為5%以上,尤佳為6%以上。
SrO為提高玻璃之熔融性,抑制失透,調整玻璃之光學常數之成分。另一方面,若SrO之量變多,則反而促進失透。因此,SrO之含有比率較佳為0%以上20%以下。SrO之含有比率更佳為15%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為9%以下,進而較佳為8%以下,尤佳為7%以下。又,SrO之含有比率更佳為2%以上,進而較佳為4%以上,尤佳為6%以上。
若MgO與CaO與SrO之合計量變多,則玻璃容易失透。因此,MgO與CaO與SrO之合計量較佳為30%以下。更佳為25%以下,進而較佳為18%以下,進而較佳為16%以下,進而較佳為15%以下,尤佳為14%以下。
BaO為抑制失透之成分,但若BaO之量較多,則密度容易變大。因此,於含有BaO之情形時,較佳為0%以上30%以下。BaO之含有比率為更佳為20%以下,進而較佳為15%以下,進而較佳為11%以下,進而較佳為9%以下,尤佳為8%以下。又,BaO之含有比率更佳為2%以上,進而較佳為4%以上,尤佳為6%以上。
鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)之含有比率以其合計量計為5%以上50%以下。若該合計量為50%以下,則可抑制玻璃之失透,因此較佳。更佳為40%以下,進而較佳為30%以下,進而較佳為27%以下,進而較佳為25%以下,進而較佳為23%以下,進而較佳為21%以下,尤佳為20%以下。若該合計量為5%以上,則可提高玻璃之熔融性,因此較佳。更佳為10%以上,進而較佳為13%以上,進而較佳為16%以上,進而較佳為18%以上,尤佳為19%以上。
藉由將鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)中之BaO之比(BaO/(MgO+CaO+SrO+BaO))設為0.5以下,可減小比重。較佳為0.45以下,更佳為0.42以下,進而較佳為0.40以下,尤佳為0.35以下。藉由增大鹼土金屬成分中之BaO之含有比率,可降低失透溫度,提高製造特性。於製造特性尤為重要之情形時,較佳為0.1以上,更佳為0.2以上,進而較佳為0.3以上,尤佳為0.35以上。
若鹼金屬成分(Li2 O+Na2 O+K2 O)與鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)之合計量變多,則玻璃之Tg容易降低。因此,鹼金屬成分與鹼土金屬成分之合計量較佳為30%以下。更佳為16%以下,進而較佳為14%以下,進而較佳為13%以下,進而較佳為12%以下,尤佳為11.5%以下。
TiO2 為提高玻璃之折射率,增大玻璃之分散之成分,其含有比率為0%以上50%以下。於含有TiO2 之情形時,其含有比率較佳為10%以上,更佳為15%以上,進而較佳為17%以上,進而較佳為19%以上,進而較佳為20%以上,尤佳為22%以上。另一方面,若TiO2 過多,則容易著色,又,透過率降低。因此,尤其於要求透過率之情形時,TiO2 之含有比率較佳為50%以下,更佳為40%以下,進而較佳為30%以下,進而較佳為25%以下,進而較佳為23%以下,進而較佳為22%以下,尤佳為21%以下。
於包含B2 O3 之情形時,若TiO2 相對於B2 O3 之比TiO2 /B2 O3 較大,則需要提高熔解溫度,因此Ti易被還原,玻璃容易著色,透過率容易降低。因此,於包含B2 O3 之情形時,TiO2 /B2 O3 較佳為5.0以下,更佳為4.5以下,進而較佳為4.0以下,進而較佳為3.5以下,進而較佳為3.0以下,進而較佳為2.8以下,尤佳為2.7以下。
Nb2 O5 為提高玻璃之折射率,並且減小阿貝數(vd )之成分。Nb2 O5 之含有比率為0%以上35%以下。Nb2 O5 之含有比率較佳為2%以上,更佳為4%以上,進而較佳為5%以上,進而較佳為6%以上,進而較佳為7%以上,進而較佳為8%以上,尤佳為10%以上。 又,若Nb2 O5 過多,則容易失透。因此,對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,較佳為20%以下,更佳為10%以下,進而較佳為8%以下,尤佳為7%以下。
若TiO2 與WO3 與Nb2 O5 之合計量變少,則玻璃之折射率降低。因此,TiO2 與WO3 與Nb2 O5 之合計量較佳為10%以上50%以下。更佳為14%以上,進而較佳為18%以上,進而較佳為22%以上,尤佳為26%以上。另一方面,若TiO2 與WO3 與Nb2 O5 之合計量變多,則容易失透。因此,對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,較佳為40%以下,更佳為35%以下,進而較佳為30%以下,尤佳為28%以下。
ZrO2 為提高玻璃之折射率,提高玻璃之化學耐久性之成分,其含有比率為0%以上20%以下。藉由含有ZrO2 ,可提高耐龜裂性。於含有ZrO2 之情形時,其含有比率更佳為1%以上,進而較佳為2%以上,進而較佳為3%以上,尤佳為4%以上。另一方面,若ZrO2 過多,則容易失透。因此,尤其於製造特性變得重要之情形時,ZrO2 之含有比率為更佳為15%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為6%以下,尤佳為5%以下。
ZnO為提高玻璃之強度或耐龜裂性等機械特性之成分,其含有比率為0%以上15%以下。於含有ZnO之情形時,其含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。另一方面,若ZnO之量較多,則容易失透,因此ZnO之含有比率更佳為10%以下,進而較佳為5%以下,進而較佳為2%以下,進而較佳為1%以下,尤佳為0.5%以下。
La2 O3 為提高玻璃之折射率之成分,其含有比率為0%以上35%以下。於含有La2 O3 之情形時,其含有比率較佳為2%以上,更佳為4%以上,進而較佳為5%以上,進而較佳為6%以上,尤佳為7%以上。另一方面,若La2 O3 之量過多,則機械特性降低,並且失透溫度上升。因此,於機械特性或製造特性變得重要之情形時,La2 O3 之含有比率較佳為30%以下。更佳為25%以下,進而較佳為20%以下,進而較佳為15%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為9%以下,尤佳為8%以下。
若Nb2 O5 與TiO2 與WO3 與Ta2 O5 之合計量相對於La2 O3 與Gd2 O3 與Y2 O3 與Yb2 O3 之合計量之比(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )變大,則玻璃容易著色,透過率容易降低。因此,(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )較佳為10.0以下,更佳為8.0以下,進而較佳為6.0以下,進而較佳為5.0以下,進而較佳為4.5以下,尤佳為4.0以下。另一方面,若(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )變小,則玻璃之Tg容易降低。因此,對於要求較高之耐熱性之用途,(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )較佳為0.5以上,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,尤佳為3.5以上。
根據玻璃組成A2所獲得之光學玻璃具有1.81~1.96之範圍之較高折射率(nd )。折射率(nd )為1.81以上。該光學玻璃就圖像之廣角化、高亮度/高對比度化、導光特性提高、繞射光柵之加工容易性等方面而言適宜作為用於可穿戴設備之光學玻璃。又,於作為用於車載用相機、機器人用視覺感測器等用途之小型且攝像視角較廣之攝像玻璃透鏡時,適宜變得更小型並對較廣範圍進行拍攝。該折射率(nd )較佳為1.84以上,更佳為1.86以上,進而較佳為1.87以上,進而較佳為1.88以上,進而較佳為1.89以上,尤佳為1.90以上。 另一方面,折射率(nd )超過1.96之玻璃存在密度容易變高、且失透溫度容易變高之傾向。尤其於重視光學玻璃之密度之降低之情形時,該折射率(nd )較佳為1.94以下,更佳為1.93以下,進而較佳為1.92以下,進而較佳為1.91以下,進而較佳為1.90以下,進而較佳為1.89以下,進而較佳為1.88以下,進而更佳為1.87以下。
又,根據玻璃組成A2所獲得之光學玻璃具有3.3 g/cm3 以上5.4 g/cm3 以下之密度(d)。該光學玻璃藉由具有上述範圍之密度,而在用於可穿戴設備之情形時可優化使用者之配戴感,在用於車載用相機、機器人用視覺感測器等之情形時可減輕裝置整體之重量。該密度(d)較佳為5.2 g/cm3 以下,更佳為5.0 g/cm3 以下,進而較佳為4.8 g/cm3 以下,進而較佳為4.6 g/cm3 以下,進而較佳為4.4 g/cm3 以下,進而較佳為4.2 g/cm3 以下。 另一方面,為了使光學玻璃之表面不易產生損失,密度(d)較佳為3.6 g/cm3 以上。更佳為3.8 g/cm3 以上,進而較佳為4.0 g/cm3 以上,進而更佳為4.2 g/cm3 以上,尤佳為4.3 g/cm3 以上。
又,該光學玻璃之失透溫度為1300℃以下。若具有此種特性,則可抑制於成形時玻璃發生失透,成形性良好。該失透溫度更佳為1275℃以下,進而較佳為1240℃以下,進而更佳為1225℃以下,進而更佳為1200℃以下,進而更佳為1175℃以下,進而更佳為1150℃以下,進而更佳為1125℃以下,進而更佳為1100℃以下,進而更佳為1075℃以下,尤佳為1050℃以下。此處,所謂失透溫度係指將經加熱、熔融之玻璃藉由自然放冷而冷卻時,於玻璃表面及內部未觀察到長邊或長徑1 μm以上之結晶之最低溫度。
<玻璃組成A3> 將於上述玻璃組成A中鹼土金屬成分超過5%且為50%以下、並且B2 O3 為15%以上之玻璃組成記為玻璃組成A3,對各成分進行說明。關於該玻璃組成A3中未作說明之成分,由於與上述玻璃組成A之成分之說明相同,故而省略。
SiO2 為玻璃形成成分,且為對玻璃賦予較高之強度與耐龜裂性,提高玻璃之穩定性及化學耐久性之成分。SiO2 之含有比率較佳為5%以上44%以下。藉由使SiO2 之含有比率為5%以上,可將玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 設為較佳範圍。SiO2 之含有比率較佳為5%以上,更佳為10%以上,進而較佳為12%以上,進而較佳為13%以上,進而較佳為14%以上,尤佳為15%以上。另一方面,藉由使SiO2 之含有比率為44%以下,可含有用以獲得較高折射率之成分。SiO2 之含有比率更佳為37%以下,進而較佳為30%以下,進而較佳為23%以下,進而較佳為20%以下,尤佳為17%以下。
B2 O3 為玻璃形成成分,且為必須成分。B2 O3 為降低Tg,提高玻璃之強度或耐龜裂性等機械特性,降低失透溫度之成分,但若B2 O3 之量較多,則折射率容易降低。因此,B2 O3 之含有比率較佳為15%以上40%以下。B2 O3 之含有比率更佳為35%以下,進而較佳為32%以下,進而較佳為29%以下,進而較佳為27%以下,尤佳為26%以下。又,B2 O3 之含有比率更佳為18%以上,進而較佳為21%以上,進而較佳為23%以上,尤佳為24%以上。
SiO2 與B2 O3 為玻璃形成成分,且為提高玻璃之穩定性之成分,以合計量計為30%以上70%以下。若SiO2 與B2 O3 之合計量較多,則玻璃之失透溫度降低,變得易於製造。因此,SiO2 與B2 O3 之合計量為30%以上,較佳為32%以上,更佳為34%以上,進而較佳為36%以上,尤佳為39%以上。另一方面,若SiO2 與B2 O3 之合計量減少,則可提高折射率。因此,尤其於要求較高折射率之情形時,較佳為70%以下,更佳為60%以下,進而較佳為50%以下,進而較佳為45%以下,尤佳為42%以下。
於含有B2 O3 之情形時,若SiO2 相對於B2 O3 之比SiO2 /B2 O3 較大,則玻璃容易失透。因此,於含有B2 O3 之情形時,SiO2 /B2 O3 較佳為5.0以下,更佳為3.0以下,進而較佳為2.0以下,進而較佳為1.5以下,尤佳為1.0以下。
TiO2 、Ta2 O5 、WO3 、Nb2 O5 、ZrO2 及Ln2 O3 (Ln為選自由Y、La、Gd、Yb及Lu所組成之群中之至少1種)為提高玻璃之折射率之高折射率成分。該等成分之含有比率以合計量計較佳為30%~55%。尤其於要求較高折射率之情形時,較佳為33%以上,更佳為35%以上,進而較佳為36%以上,進而更佳為37%以上,尤佳為38%以上。另一方面,若該高折射率成分變多,則容易失透。對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,該等成分之含有比率更佳為50%以下,進而較佳為45%以下,進而較佳為40%以下,尤佳為35%以下。
鹼金屬成分(Li2 O+Na2 O+K2 O)之含有比率以合計量計為0%以上10%以下。藉由增加該鹼金屬成分,可降低Tg。然而,若Li2 O+Na2 O+K2 O過多,則T1 容易變低,黏性曲線變得陡峭,製造特性降低。另一方面,若Li2 O+Na2 O+K2 O過少,則T1 容易變高,熔解溫度變高,而有著色之虞。因此,於含有Li2 O+Na2 O+K2 O之情形時,較佳為0.5%以上10%以下。Li2 O+Na2 O+K2 O更佳為1%以上,進而較佳為1.5%以上,進而較佳為2%以上,尤佳為3%以上。又,Li2 O+Na2 O+K2 O較佳為6%以下,更佳為4%以下,進而較佳為3%以下,尤佳為2%以下。
Li2 O之含有比率為0%以上10%以下。含有Li2 O之情形時之含有比率為0.2%以上10%以下。若含有Li2 O,則可提高強度(Kc)及耐龜裂性(CIL)。於本發明之光學玻璃含有Li2 O之情形時,其含有比率較佳為0.5%以上,更佳為1%以上,進而較佳為1.5%以上,尤佳為2%以上。另一方面,若Li2 O過多,則容易失透。尤其於失透成為問題之情形時,Li2 O之含有比率較佳為6%以下,更佳為3%以下,進而較佳為1%以下,尤佳為0.1%以下。 於對本實施形態之光學玻璃進行化學強化之情形時,Li2 O之含有比率較佳為3.0%以上,更佳為6.0%以上,進而較佳為9.0%以上,尤佳為11.0%以上。
CaO為抑制失透之成分,但若CaO之量較多,則耐龜裂性容易降低。因此,CaO之含有比率較佳為0%以上25%以下。CaO之含有比率更佳為20%以下,進而較佳為17%以下,進而較佳為14%以下,進而較佳為13%以下,進而較佳為12%以下,尤佳為11.5%以下。又,CaO之含有比率更佳為4%以上,進而較佳為8%以上,進而較佳為10%以上,尤佳為11%以上。
SrO為提高玻璃之熔融性,抑制失透,調整玻璃之光學常數之成分。另一方面,若SrO之量變多,則反而促進失透。因此,SrO之含有比率較佳為0%以上20%以下。SrO之含有比率更佳為15%以下,進而較佳為12%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為9%以下,尤佳為8%以下。又,SrO之含有比率更佳為2%以上,進而較佳為5%以上,尤佳為7%以上。
若MgO與CaO與SrO之合計量變多,則玻璃容易失透。因此,MgO與CaO與SrO之合計量較佳為30%以下。更佳為25%以下,進而較佳為22%以下,進而較佳為21%以下,進而較佳為20%以下,尤佳為19.5%以下。
BaO為抑制失透之成分,但若BaO之量較多,則密度容易變大。因此,於含有BaO之情形時,較佳為0%以上30%以下。BaO之含有比率更佳為20%以下,進而較佳為15%以下,進而較佳為11%以下,進而較佳為9%以下,尤佳為8%以下。又,BaO之含有比率更佳為2%以上,進而較佳為5%以上,尤佳為7%以上。
鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)之含有比率以其合計量計為5%以上50%以下。若該合計量為50%以下,則可抑制玻璃之失透,因此較佳。更佳為40%以下,進而較佳為35%以下,進而較佳為32%以下,進而較佳為30%以下,進而較佳為29%以下,進而較佳為28%以下,尤佳為20%以下。若該合計量為5%以上,則可提高玻璃之熔融性,因此較佳。更佳為10%以上,進而較佳為15%以上,進而較佳為20%以上,進而較佳為25%以上,尤佳為26%以上。
藉由將鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)中之BaO之比(BaO/(MgO+CaO+SrO+BaO))設為0.5以下,可減小比重。較佳為0.45以下,更佳為0.42以下,進而較佳為0.40以下,尤佳為0.35以下。藉由增大鹼土金屬成分中之BaO之含有比率,可降低失透溫度,提高製造特性。於製造特性尤為重要之情形時,較佳為0.1以上,更佳為0.2以上,進而較佳為0.25以上,尤佳為0.3以上。
若鹼金屬成分(Li2 O+Na2 O+K2 O)與鹼土金屬成分(MgO+CaO+SrO+BaO)之合計量變多,則玻璃之Tg容易降低。因此,鹼金屬成分與鹼土金屬成分之合計量較佳為30%以下,更佳為29%以下,進而較佳為28%以下,尤佳為27.5%以下。
TiO2 為提高玻璃之折射率,增大玻璃之分散之成分,其含有比率為0%以上50%以下。於含有TiO2 之情形時,其含有比率較佳為10%以上,更佳為15%以上,進而較佳為17%以上,進而較佳為19%以上,進而較佳為20%以上,尤佳為20.5%以上。另一方面,若TiO2 過多,則容易著色,又,透過率降低。因此,尤其於要求透過率之情形時,TiO2 之含有比率較佳為50%以下,更佳為40%以下,進而較佳為30%以下,進而較佳為25%以下,進而較佳為23%以下,進而較佳為22%以下,尤佳為21%以下。
於包含B2 O3 之情形時,若TiO2 相對於B2 O3 之比TiO2 /B2 O3 較大,則需要提高熔解溫度,因此Ti易被還原,玻璃容易著色,透過率容易降低。因此,於包含B2 O3 之情形時,TiO2 /B2 O3 較佳為5.0以下,更佳為4.0以下,進而較佳為3.0以下,進而較佳為2.0以下,進而較佳為1.5以下,進而較佳為1.2以下,尤佳為1.0以下。
Nb2 O5 為提高玻璃之折射率,並且減小阿貝數(vd )之成分。Nb2 O5 之含有比率為0%以上35%以下。Nb2 O5 之含有比率較佳為0.5%以上,更佳為1.0%以上,進而較佳為1.5%以上,進而較佳為2.0%以上,尤佳為2.5%以上。 又,若Nb2 O5 過多,則容易失透。因此,對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,較佳為20%以下,更佳為10%以下,進而較佳為5%以下,尤佳為3%以下。
若TiO2 與WO3 與Nb2 O5 之合計量變少,則玻璃之折射率降低。因此,TiO2 與WO3 與Nb2 O5 之合計量較佳為10%以上50%以下。更佳為14%以上,進而較佳為18%以上,進而較佳為22%以上,尤佳為23%以上。另一方面,若TiO2 與WO3 與Nb2 O5 之合計量變多,則容易失透。因此,對於更為要求較低之表面粗糙度Ra之用途,較佳為40%以下,更佳為35%以下,進而較佳為30%以下,尤佳為25%以下。
ZrO2 為提高玻璃之折射率,提高玻璃之化學耐久性之成分,其含有比率為0%以上20%以下。藉由含有ZrO2 ,可提高耐龜裂性。於含有ZrO2 之情形時,其含有比率更佳為1%以上,進而較佳為2%以上,進而較佳為3%以上,尤佳為4%以上。另一方面,若ZrO2 過多,則容易失透。因此,尤其於製造特性變得重要之情形時,ZrO2 之含有比率更佳為15%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為6%以下,尤佳為5%以下。
ZnO為提高玻璃之強度或耐龜裂性等機械特性之成分,其含有比率為0%以上15%以下。於含有ZnO之情形時,其含有比率更佳為0.3%以上,進而較佳為0.5%以上,尤佳為1%以上。另一方面,若ZnO之量較多,則容易失透,因此ZnO之含有比率更佳為10%以下,進而較佳為5%以下,進而較佳為2%以下,進而較佳為1%以下,尤佳為0.5%以下。
La2 O3 為提高玻璃之折射率之成分,其含有比率為0%以上35%以下。於含有La2 O3 之情形時,其含有比率較佳為2%以上,更佳為3%以上,進而較佳為4%以上,進而較佳為4.5%以上,尤佳為5%以上。另一方面,若La2 O3 之量過多,則機械特性降低,並且失透溫度上升。因此,於機械特性或製造特性變得重要之情形時,La2 O3 之含有比率較佳為30%以下。更佳為25%以下,進而較佳為20%以下,進而較佳為15%以下,進而較佳為10%以下,進而較佳為7%以下,尤佳為6%以下。
若Nb2 O5 與TiO2 與WO3 與Ta2 O5 之合計量相對於La2 O3 與Gd2 O3 與Y2 O3 與Yb2 O3 之合計量之比(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )變大,則玻璃容易著色,透過率容易降低。因此,(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )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6.0以下,進而較佳為5.5以下,尤佳為5.0以下。另一方面,若(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )變小,則玻璃之Tg容易降低。因此,對於要求較高之耐熱性之用途,(Nb2 O5 +TiO2 +WO3 +Ta2 O5 )/(La2 O3 +Gd2 O3 +Y2 O3 +Yb2 O3 )較佳為0.5以上,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,尤佳為4.0以上。
根據玻璃組成A3所獲得之光學玻璃具有1.81~1.96之範圍之較高折射率(nd )。折射率(nd )為1.81以上。該光學玻璃就圖像之廣角化、高亮度/高對比度化、導光特性提高、繞射光柵之加工容易性等方面而言適宜作為用於可穿戴設備之光學玻璃。又,於作為用於車載用相機、機器人用視覺感測器等用途之小型且攝像視角較廣之攝像玻璃透鏡時,適宜變得更小型並對較廣範圍進行拍攝。該折射率(nd )較佳為1.820以上,更佳為1.830以上,進而較佳為1.835以上,進而較佳為1.840以上,進而較佳為1.845以上,尤佳為1.850以上。 另一方面,折射率(nd )超過1.96之玻璃存在密度容易變高、且失透溫度容易變高之傾向。尤其於重視光學玻璃之密度之降低之情形時,該折射率(nd )較佳為1.92以下,更佳為1.90以下,進而較佳為1.89以下,進而較佳為1.88以下,進而較佳為1.87以下,進而較佳為1.86以下,進而較佳為1.855以下,進而更佳為1.853以下。
又,根據玻璃組成A3所獲得之光學玻璃具有3.3 g/cm3 以上5.4 g/cm3 以下之密度(d)。該光學玻璃藉由具有上述範圍之密度,而在用於可穿戴設備之情形時可優化使用者之配戴感,在用於車載用相機、機器人用視覺感測器等之情形時可減輕裝置整體之重量。該密度(d)較佳為5.2 g/cm3 以下,更佳為5.0 g/cm3 以下,進而較佳為4.6 g/cm3 以下,進而較佳為4.2 g/cm3 以下,進而較佳為4.1 g/cm3 以下,進而較佳為4.0 g/cm3 以下。 另一方面,為了使光學玻璃之表面不易產生損失,密度(d)較佳為3.6 g/cm3 以上。更佳為3.7 g/cm3 以上,進而較佳為3.8 g/cm3 以上,進而更佳為3.9 g/cm3 以上,尤佳為3.95 g/cm3 以上。
又,該光學玻璃之失透溫度為1300℃以下。若具有此種特性,則可抑制於成形時玻璃發生失透,成形性良好。該失透溫度更佳為1275℃以下,進而較佳為1240℃以下,進而更佳為1225℃以下,進而更佳為1200℃以下,進而更佳為1175℃以下,進而更佳為1150℃以下,進而更佳為1100℃以下,進而更佳為1050℃以下,進而更佳為1025℃以下,尤佳為1020℃以下。此處,所謂失透溫度係指將經加熱、熔融之玻璃藉由自然放冷而冷卻時,於玻璃表面及內部未觀察到長邊或長徑1 μm以上之結晶之最低溫度。
[光學玻璃及玻璃成形體之製造方法] 本發明之光學玻璃例如藉由以下方式製造。即,首先,以成為上述特定之玻璃組成之方式稱量原料,並均勻地混合。將所製作之混合物投入至鉑坩堝、石英坩堝或氧化鋁坩堝中進行粗熔融。其後,裝入至金坩堝、鉑坩堝、鉑合金坩堝、強化鉑坩堝或銥坩堝中,於1200~1400℃之溫度範圍進行2~10小時熔融,藉由脫泡、攪拌等使其均質化,進行除泡等後,澆鑄至模具中並緩冷。藉此獲得本發明之光學玻璃。
進而,該光學玻璃亦可藉由利用浮式法、熔融法、滾壓法等成型方法將熔融之玻璃成形為板狀而製成玻璃板。又,亦可將熔融之玻璃暫且成形為塊狀後,利用再曳引法等製成玻璃板。又,可採用例如再加熱壓製(reheat press)成形或精密壓製成形等方法製作玻璃成形體。即,可由光學玻璃製作模鑄壓製成形用之透鏡預型體,對該透鏡預型體進行再加熱壓製成形後,進行研磨加工而製作玻璃成形體,或者可對經過例如研磨加工所製作之透鏡預型體進行精密壓製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該等方法。
藉由如上方式製造之本發明之光學玻璃之殘留泡較佳為每1 kg中為10個(10個/kg)以下,更佳為7個/kg以下,進而較佳為5個/kg以下,尤佳為3個/kg以下。於藉由上述方法成形玻璃板之情形時,若殘留泡為10個/kg以下,則可效率良好地成形不含泡之玻璃板。又,於以將殘留泡包裹於內部之最小尺寸之圓之直徑作為各個殘留泡之大小時,各個殘留泡之大小較佳為80 μm以下,更佳為60 μm以下,進而較佳為40 μm以下,尤佳為20 μm以下。
又,於將上述直徑設為殘留泡之縱向長度L1 、將與該直徑垂直相交且成為殘留泡之最大長度之直線之長度設為殘留泡之橫向長度L2 時,若以縱橫比表示殘留泡之形狀,則L2 /L1 較佳為0.90以上,更佳為0.92以上,進而較佳為0.95以上。如此,若L2 /L1 為0.90以上,則殘留泡成為近似於真圓(真球)之狀態,即便包含殘留泡,與橢圓之殘留泡相比亦可抑制玻璃之強度降低,從而於製成玻璃板時,可抑制以殘留泡為起點之破裂之產生。又,即便玻璃基板中存在殘留泡,與橢圓之殘留泡相比亦具有抑制入射至玻璃板之光之各向異性散射之效果。殘留泡之大小或形狀可根據利用雷射顯微鏡(基恩士公司製造之VK-X100)測定之值而獲得。
如此製作之玻璃板或玻璃成形體之類的光學構件可用於各種光學元件,其中,尤其適宜用於(1)可穿戴設備、例如附投影機之眼鏡、眼鏡型或護目鏡型顯示器、虛擬實境擴增實境顯示裝置、虛像顯示裝置等中使用之導光體、濾光片或透鏡等;(2)車載用相機、機器人用視覺感測器中使用之透鏡或覆蓋玻璃等。即便為車載用相機之類的暴露於嚴酷環境中之用途亦適用。又,亦適用於有機EL用玻璃基板、晶圓級透鏡陣列用基板、透鏡單元用基板、利用蝕刻法之透鏡形成基板、光波導等用途。
以上說明之本實施形態之光學玻璃不僅高折射率且低密度,並且製造特性良好,適宜用作可穿戴設備、車載用、機器人搭載用之光學玻璃。又,於該光學玻璃之主表面形成有包含將SiO2 等低折射率膜與TiO2 等高折射率膜交替地積層而得之4~10層之介電多層膜之防反射膜的光學構件亦適用於可穿戴設備、車載用、機器人搭載用。 [實施例]
以成為表1~9所示之化學組成(氧化物換算之莫耳%)之方式稱量原料。原料均選用作為各成分之原料分別相當之氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物、氫氧化物、偏磷酸化合物等通常之光學玻璃所使用之高純度原料。
將所稱量之原料均勻地混合,放入至內容積約300 mL之鉑坩堝內,於約1300℃下進行約2小時熔融、澄清、攪拌,其後於1300℃下保持0.5小時,澆鑄至預熱至約650℃之縱50 mm×橫100 mm之長方形鑄模後,以約1℃/min進行緩冷,而製作例1~85之樣品。再者,此處,例1~80為實施例、例81~85為比較例。
[評估] 針對上述獲得之各樣品,藉由如下方式測定折射率(nd )、密度(d)、失透溫度、黏度(玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 )。將所獲得之結果一併示於表1~9。
折射率(nd ):將樣品之玻璃加工成邊長30 mm、厚度10 mm之三角形稜鏡,利用折射率計(Kalnew公司製造,設備名:KPR-2000)進行測定。 密度(d):依據JIS Z8807(1976,於液中稱量之測定方法)進行測定。 失透溫度:於鉑皿中放入約5 g樣品,將於1000℃~1400℃之間之彼此相差5℃之各溫度下分別保持1小時之各者藉由自然放冷而冷卻後,利用顯微鏡觀察有無結晶析出,採用未確認到長邊或長徑1 μm以上之結晶之最低溫度作為失透溫度。
溫度T1 :依據ASTM C 965-96中規定之方法,使用旋轉黏度計測定玻璃之黏度,測定於玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 (℃)。
玻璃轉移溫度(Tg):其係使用示差熱膨脹計(TMA)所測定之值,依據JIS R3103-3(2001年)求出。 楊氏模數(E):針對20 mm×20 mm×1 mm之板狀樣品,使用超音波精密板厚計(OLYMPAS公司製造,MODEL 38DL PLUS)進行測定(單位:GPa)。
LTV:利用非接觸雷射位移計(黑田精工製造之NANOMETRO),針對50 mm×50 mm×1 mm之板狀樣品,每間隔3 mm分別測定玻璃基板之板厚,算出LTV。 翹曲:利用非接觸雷射位移計(黑田精工製造之NANOMETRO),針對直徑8英吋×1 mm及直徑6英吋×1 mm之圓板狀樣品,每間隔3 mm分別測定玻璃基板之2個主表面之高度,藉由參照圖1所說明之上述方法算出翹曲。 表面粗糙度(Ra):使用原子力顯微鏡(AFM)(Oxford Instruments公司製造),針對20 mm×20 mm×1 mm之板狀樣品中之10 μm×10 μm之區域進行測定所獲得之值。 阿貝數(νd ):使用上述折射率測定中使用之樣品,根據νd=(nd -1)/(nF -nC )算出。nd 為對於氦d線之折射率、nF 為對於氫F線之折射率、nC 為對於氫C線之折射率。該等折射率亦使用上述折射率計進行測定。 熱膨脹係數(α):使用示差熱膨脹計(TMA)測定50~350℃之範圍中之線熱膨脹係數,依據JIS R3102(1995年)求出50~350℃之範圍中之平均線熱膨脹係數。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
上述各實施例(例1~80)之光學玻璃均為折射率(nd )1.81以上之高折射率。又,密度較低,為6.0 g/cm3 以下。又,玻璃之黏性成為101 dPa・s時之溫度T1 為900~1200℃,故製造特性良好。又,失透溫度為1300℃以下,故製造特性良好。因此,適用於可穿戴設備或車載用相機或機器人用視覺之光學玻璃。
另一方面,作為比較例之例81及例84之玻璃其失透溫度高於1300℃而製造特性較差。例81、82及例83之玻璃其折射率(nd)低於1.81。例85之玻璃其Si之含量低於5莫耳%。
將上述各實施例(例1~80)之玻璃組成進行熔融,由該熔融玻璃獲得之光學玻璃其溫度T1 為900~1200℃,故製造特性良好,因此殘留泡之尺寸較小且個數亦較少,從而獲得不存在泡、異物、條紋、分相等缺點之玻璃板。因此,若形成如上大小之樣品,則可獲得LTV之值為2 μm以下、翹曲之值(直徑6英吋之圓形玻璃板)為30 μm以下、Ra之值為2 nm以下之光學玻璃。進而,失透溫度為1300℃以下而可抑制失透之發生,因此認為可實現LTV之值為1.5 μm以下、翹曲之值(直徑6英吋之圓形玻璃板)為18 μm以下、Ra之值為1 nm以下。
對本實施例之不存在上述缺點之3種玻璃板進行精密研磨,結果獲得如下各值:LTV之值分別為1.0、1.2、1.2 μm,翹曲之值分別為45、32、38,Ra之值分別為0.198、0.284、0.266。因此,藉由對本發明之實施例之不存在上述缺點之玻璃板進行精密研磨,可獲得LTV之值為2 μm以下、翹曲之值為50 μm以下、Ra之值為2 nm以下之光學玻璃。
於對本發明之玻璃進行化學強化時,例如使玻璃於將硝酸鈉鹽加熱至400℃熔融之熔融液中浸漬30分鐘進行化學強化處理,而可獲得強化玻璃。
根據以上之說明,本發明之光學玻璃不僅高折射率且低密度,並且製造特性良好,適用於可穿戴設備、車載用、機器人搭載用等之光學玻璃。於上述實施例之光學玻璃形成有包含將SiO2 等低折射率膜與TiO2 等高折射率膜交替地積層之4~10層之介電多層膜之抗反射膜的光學構件亦適用於可穿戴設備、車載用、機器人搭載用。
參照特定之實施態樣詳細地說明了本發明,但作為業者應明瞭可於不脫離本發明之精神與範圍之情況下施加各種變更或修正。本申請案係基於2018年8月31日提出申請之日本專利申請(日本專利特願2018-163582)、2018年11月21日提出申請之日本專利申請(日本專利特願2018-218577),將其內容以參照之形式併入本文。
A:玻璃板之基準線與玻璃板之中心線於垂直方向上之距離之最小值 B:玻璃板之基準線與玻璃板之中心線於垂直方向上之距離之最大值 C:玻璃板之基準線與玻璃板之中心線於垂直方向上之距離之最大值與最小值的差 G1:玻璃板 G1A:底線 G1B:上線 G1C:中心線 G1D:基準線 G1F:一主表面 G1G:另一主表面
圖1係用以說明光學玻璃之翹曲之剖視圖。

Claims (13)

  1. 一種光學玻璃,其特徵在於:折射率(nd)為1.94~2.15;密度(d)為6.0g/cm3以下;玻璃之黏性成為101dPa‧s時之溫度T1為900~1200℃;失透溫度為1300℃以下;以氧化物基準之莫耳%表示下,SiO2之含有比率為5%~44%,ZnO之含有比率為0%~10%,TiO2之含有比率為10%~50%。
  2. 如請求項1之光學玻璃,其玻璃轉移溫度(Tg)為600℃以上。
  3. 如請求項1或2之光學玻璃,其中於以氧化物基準之莫耳%表示下,包含30%~80%之選自由TiO2、Ta2O5、WO3、Nb2O5、ZrO2及Ln2O3(Ln為選自由Y、La、Gd、Yb及Lu所組成之群中之至少1種)所組成之群中之至少1種、合計量20%~70%之SiO2與B2O3、鹼土金屬成分(MgO、CaO、SrO、BaO)之情形時,鹼土金屬成分中之BaO之含有比率為0.5以下。
  4. 如請求項1或2之光學玻璃,其於失透溫度下之黏性(失透黏性)為logη=0.4以上。
  5. 如請求項1或2之光學玻璃,其楊氏模數(E)為60GPa以上。
  6. 如請求項1或2之光學玻璃,其阿貝數(vd)為60以下,50~350℃下之熱膨脹係數α為50~150×10-7/K。
  7. 如請求項1或2之光學玻璃,其中板厚為0.01~2mm之板狀。
  8. 如請求項1或2之光學玻璃,其一主表面之面積為8cm2以上。
  9. 如請求項1或2之光學玻璃,其於形成為對向之主表面兩面經實施研磨且一主表面之面積為25cm2之玻璃板時,該玻璃板之LTV為2μm以下。
  10. 如請求項1或2之光學玻璃,其於形成為直徑8英吋之圓形玻璃板時,一主表面之翹曲為50μm以下。
  11. 如請求項1或2之光學玻璃,其表面粗糙度Ra為2nm以下。
  12. 一種光學構件,其特徵在於具有如請求項9至11中任一項之板狀之光學玻璃。
  13. 如請求項12之光學構件,其中於上述板狀之光學玻璃之表面具有抗反射膜。
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