TWI850469B - 光學玻璃及光學元件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供具有期望的光學常數、進而再加熱時的穩定性優異的光學玻璃、以及由上述光學玻璃製成的光學元件。所述光學玻璃的折射率nd為1.60~1.72，阿貝數νd為22~36，P2 O5 的含量為20~55質量%，Nb2 O5 的含量為0~45質量%，K2 O的含量大於0質量%且為13質量%以下，WO3 的含量小於5質量%，ZnO的含量小於15質量%，Al2 O3 的含量小於5質量%，TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量為15~45質量%，P2 O5 、B2 O3 及SiO2 的合計含量相對於Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O的合計含量的質量比為1.0~2.0，B2 O3 的含量相對於P2 O5 的含量的質量比為0.39以下，Na2 O的含量相對於K2 O的含量的質量比為1.0以上，MgO、CaO、SrO及BaO的合計含量為8.0質量%以下，TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量相對於P2 O5 、B2 O3 、SiO2 、Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O的合計含量的質量比為0.75以下。

Description

光學玻璃及光學元件
本發明關於光學玻璃及光學元件。
玻璃加熱至高於玻璃轉變溫度Tg的溫度時會軟化。作為利用該性質的光學元件的成型方法，已知有下述加壓成型法(再加熱壓製)：對將玻璃原料加熱熔融並成型而得到的玻璃原材料進行再加熱，使其軟化，進行加壓而成型為期望的形狀。此時，通過玻璃的再加熱，存在玻璃發生結晶、玻璃失透的情況。特別是在磷酸鹽類的高分散光學玻璃中，存在耐失透性不足的傾向。
另外，在光學系統的設計中，具有相同程度折射率nd的光學玻璃中、阿貝數νd更低的玻璃在補正色差、使光學系統高功能化、緊湊化的方面的利用價值高。
專利文獻1中公開了一種阿貝數νd較低的光學玻璃。然而，已知在專利文獻1的玻璃中，未滿足所要求的耐失透性。 現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2019-1697號公報
發明所要解決的問題
再加熱時穩定性優異的玻璃可以抑制由再加熱導致的失透。因此，本發明的目的在於，提供具有期望的光學常數、進而再加熱時的穩定性優異的光學玻璃、以及由上述光學玻璃製成的光學元件。 解決問題的方法
本發明的主旨如下所述。
(1)一種光學玻璃，其折射率nd為1.60~1.72， 阿貝數νd為22~36， P2 O5 的含量為20~55質量%， Nb2 O5 的含量為0~45質量%， K2 O的含量大於0質量%且為13質量%以下， WO3 的含量小於5質量%， ZnO的含量小於15質量%， Al2 O3 的含量小於5質量%， TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量[TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 ]為15~45質量%， P2 O5 、B2 O3 及SiO2 的合計含量相對於Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O的合計含量的質量比[(P2 O5 ＋B2 O3 ＋SiO2 )/(Li2 O＋Na2 O＋K2 O＋Cs2 O)]為1.0~2.0， B2 O3 的含量相對於P2 O5 的含量的質量比[B2 O3 /P2 O5 ]為0.39以下， Na2 O的含量相對於K2 O的含量的質量比[Na2 O/K2 O]為1.0以上， MgO、CaO、SrO及BaO的合計含量[MgO＋CaO＋SrO＋BaO]為8.0質量%以下， TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量相對於P2 O5 、B2 O3 、SiO2 、Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O的合計含量的質量比[(TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 )/(P2 O5 ＋B2 O3 ＋SiO2 ＋Li2 O＋Na2 O＋K2 O＋Cs2 O)]為0.75以下。
(2)上述(1)所述的光學玻璃，其中， B2 O3 的含量相對於P2 O5 的含量的質量比[B2 O3 /P2 O5 ]大於0。
(3)上述(1)或(2)所述的光學玻璃，其中， Na2 O的含量相對於K2 O的含量的質量比[Na2 O/K2 O]為5.0以下。
(4)上述(1)~(3)中任一項所述的光學玻璃，其中， TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量相對於P2 O5 、B2 O3 、SiO2 、Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O的合計含量的質量比[(TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 )/(P2 O5 ＋B2 O3 ＋SiO2 ＋Li2 O＋Na2 O＋K2 O＋Cs2 O)]為0.15以上。
(5)上述(1)~(4)中任一項所述的光學玻璃，其中， TiO2 的含量相對於TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量的質量比[TiO2 /(TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 )]為0.10以上。
(6)一種光學元件，其由上述(1)~(5)中任一項所述的光學玻璃製成。 發明的效果
根據本發明，可以提供具有期望的光學常數、進而再加熱時的穩定性優異的光學玻璃、以及由上述光學玻璃製成的光學元件。
在本發明及本說明書中，只要沒有特別記載，光學玻璃的玻璃組成以氧化物基準表示。此處，“氧化物基準的玻璃組成”是指，按照玻璃原料在熔融時全部分解而在光學玻璃中以氧化物的形式存在的物質進行換算而得到的玻璃組成，各玻璃成分的表述按照習慣記載為SiO2 、TiO2 等。只要沒有特別記載，則玻璃成分的含量及合計含量為質量基準，“%”是指“質量%”。
玻璃成分的含量可以通過公知的方法、例如感應耦合電漿原子發射光譜法(ICP-AES)、感應耦合電漿質譜分析法(ICP-MS)等方法進行定量。另外，在本說明書及本發明中，構成成分的含量為0%是指，實質上不含該構成成分，允許以不可避免的雜質的程度含有該成分。
本說明書中，玻璃的熱穩定性及耐失透性都是指在玻璃中的結晶析出的難易度。特別地，熱穩定性是指熔融狀態的玻璃固化時結晶析出的難易度，耐失透性是指在再加熱壓製時這樣的將固化後的玻璃再加熱時結晶析出的難易度。
另外，在本說明書中，只要沒有特別記載，折射率是指在氦的d射線(波長587.56nm)下的折射率nd。
另外，阿貝數νd被用作表示與分散相關的性質的值，由以下的數學式表示。其中，nF為藍色氫的F射線(波長486.13nm)下的折射率、nC為紅色氫的C射線(656.27nm)下的折射率。 Νd＝(nd－1)/nF－nC　…(1)
對本實施方式的光學玻璃詳細地進行說明。
在本實施方式的光學玻璃中，折射率nd為1.60~1.72。折射率nd的下限可以為1.62、1.64或1.66，折射率nd的上限可以為1.71、1.70或1.695。
可以通過適宜調整各玻璃成分的含量而使折射率nd為期望的值。具有相對地提高折射率nd的作用的成分(高折射率化成分)為Nb2 O5 、TiO2 、WO3 、Bi2 O3 、Ta2 O5 、ZrO2 、La2 O3 等。另一方面，具有相對地降低折射率nd的作用的成分(低折射率化成分)為P2 O5 、SiO2 、B2 O3 、Li2 O、Na2 O、K2 O等。因此，可以通過增加TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量相對於P2 O5 、B2 O3 、SiO2 、Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O的合計含量的質量比[(TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 )/(P2 O5 ＋B2 O3 ＋SiO2 ＋Li2 O＋Na2 O＋K2 O＋Cs2 O)]來提高折射率nd，可以通過減少該質量比來降低折射率nd。
在本實施方式的光學玻璃中，阿貝數νd為22~36。阿貝數νd的下限可以為24、25或26，阿貝數νd的上限可以為34、32或30。
可以通過適宜調整各玻璃成分的含量而使阿貝數νd為期望的值。阿貝數νd相對較低的成分、即高分散化成分為Nb2 O5 、TiO2 、WO3 、Bi2 O3 、Ta2 O5 、ZrO2 等。另一方面，阿貝數νd相對較高的成分、即低分散化成分為P2 O5 、SiO2 、B2 O3 、Li2 O、Na2 O、K2 O、La2 O3 、BaO、CaO、SrO等。
在本實施方式的光學玻璃中，P2 O5 的含量為20~55%。P2 O5 的含量的下限優選為23%，進一步以25%、27%、29%的順序更優選。另外，P2 O5 的含量的上限優選為51%，進一步以49%、48%、47%的順序更優選。
P2 O5 是玻璃的網路形成成分，是在玻璃中大量含有高分散成分所必須的成分。通過將P2 O5 的含量設為上述範圍，可以提高熱穩定性。
在本實施方式的光學玻璃中，Nb2 O5 的含量為0~45%。Nb2 O5 的含量的下限優選為4%，進一步以7%、9%、10%的順序更優選。另外，Nb2 O5 的含量的上限優選為41%，進一步以39%、37%、36%的順序更優選。
Nb2 O5 是有助於高折射率化及高分散化的成分。因此，通過將Nb2 O5 的含量設為上述範圍，可以得到具有期望的光學常數的光學玻璃。另一方面，Nb2 O5 的含量過多時，存在玻璃的熱穩定性降低、而且玻璃的著色增強的擔憂。
在本實施方式的光學玻璃中，K2 O的含量大於0%且為13%以下。K2 O的含量的下限優選為1%，進一步以2%、3%、4%的順序更優選。另外，K2 O的含量的上限優選為12%，進一步以11%、10.5%、10%的順序更優選。
通過將K2 O的含量設為上述範圍，可以改善玻璃的熱穩定性。
在本實施方式的光學玻璃中，WO3 的含量小於5%。WO3 的含量的上限優選為4%，進一步以3%、2%、1%的順序更優選。優選WO3 的含量少的情況，其下限優選為0%。WO3 的含量也可以為0%。
通過將WO3 的含量設為上述範圍，可以提高透射率，而且可以抑制玻璃的比重的增大。
在本實施方式的光學玻璃中，ZnO的含量小於15%。ZnO的含量的上限優選為10%，進一步以7%、5%、3%的順序更優選。優選ZnO含量少的情況，其下限優選為0%。ZnO的含量也可以為0%。
通過將ZnO的含量設為上述範圍，可以改善玻璃的熱穩定性，而且可以抑制玻璃的比重的增大。進而，可以得到具有期望的光學常數的光學玻璃。
在本實施方式的光學玻璃中，Al2 O3 的含量小於5%。Al2 O3 的含量的上限優選為4%，進一步以3%、2%、1%的順序更優選。優選Al2 O3 含量少的情況，其下限優選為0%。Al2 O3 的含量也可以為0%。
通過將Al2 O3 的含量設為上述範圍，可以抑制玻璃的耐失透性降低。
在本實施方式的光學玻璃中，TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量[TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 ]為15~45%。該合計含量的下限優選為17%，進一步以19%、21%、23%的順序更優選。另外，該合計含量的上限優選為44%，進一步以43%、42%、41%的順序更優選。
TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 是有助於玻璃的高分散化的成分。因此，通過將合計含量[TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 ]設為上述範圍，可以得到具有期望的光學常數的光學玻璃。另外，玻璃的熱穩定性也可以改善。另一方面，該合計含量過多時，存在不能得到具有期望的光學常數的光學玻璃的擔憂，而且存在玻璃的熱穩定性降低、玻璃的著色增強的擔憂。
在本實施方式的光學玻璃中，P2 O5 、B2 O3 及SiO2 的合計含量相對於Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O的合計含量的質量比[(P2 O5 ＋B2 O3 ＋SiO2 )/(Li2 O＋Na2 O＋K2 O＋Cs2 O)]為1.0~2.0。該質量比的下限優選為1.10，進一步以1.20、1.30、1.40的順序更優選。另外，該質量比的上限優選為1.95，進一步以1.90、1.85、1.80的順序更優選。
通過將質量比[(P2 O5 ＋B2 O3 ＋SiO2 )/(Li2 O＋Na2 O＋K2 O＋Cs2 O)]設為上述範圍，可以得到熱穩定性優異的光學玻璃。
在本實施方式的光學玻璃中，B2 O3 的含量相對於P2 O5 的含量的質量比[B2 O3 /P2 O5 ]為0.39以下。該質量比的上限優選為0.30，進一步以0.20、0.15、0.13的順序更優選。另外，該質量比優選大於0，其下限進一步以0.005、0.01、0.015的順序更優選。
通過將質量比[B2 O3 /P2 O5 ]設為上述範圍，可以得到熱穩定性優異的光學玻璃。
在本實施方式的光學玻璃中，Na2 O的含量相對於K2 O的含量的質量比[Na2 O/K2 O]為1.0以上。該質量比的下限優選為1.2，進一步以1.4、1.5、1.6的順序更優選。另外，該質量比的上限優選為5.0，進一步以4.5、4.0、3.7的順序更優選。
通過將質量比[Na2 O/K2 O]設為上述範圍，可以改善玻璃的熱穩定性、耐失透性。另外，通過將質量比[Na2 O/K2 O]的下限設為上述範圍，可以抑制折射率的過度降低、化學耐久性的降低。
在本實施方式的光學玻璃中，MgO、CaO、SrO及BaO的合計含量[MgO＋CaO＋SrO＋BaO]為8.0%以下。該合計含量的上限優選為6.0%，進一步以4.0%、3.0%、2.0%的順序更優選。另外，該合計含量的下限優選為0%。
通過將合計含量[MgO＋CaO＋SrO＋BaO]設為上述範圍，可以保持熱穩定性及耐失透性，而不會妨礙高分散化。
TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量相對於P2 O5 、B2 O3 、SiO2 、Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O的合計含量的質量比[(TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 )/(P2 O5 ＋B2 O3 ＋SiO2 ＋Li2 O＋Na2 O＋K2 O＋Cs2 O)]為0.75以下。該質量比的上限優選為0.70，進一步以0.67、0.65、0.63的順序更優選。另外，該質量比的下限優選為0.15，進一步以0.25、0.30、0.35的順序更優選。
通過將質量比[(TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 )/(P2 O5 ＋B2 O3 ＋SiO2 ＋Li2 O＋Na2 O＋K2 O＋Cs2 O)]設為上述範圍，可以得到具有期望的光學常數的光學玻璃。
在本實施方式的光學玻璃中，TiO2 的含量相對於TiO2 、Nb2 O5 、WO3 、Bi2 O3 及Ta2 O5 的合計含量的質量比[TiO2 /(TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 )]的下限優選為0.00，進一步以0.10、0.13、0.15、0.16的順序更優選。另外，該質量比的上限優選為1.00，進一步以0.90、0.80、0.70、0.65的順序更優選。
TiO2 是在高折射率高分散化成分中、高分散化的作用特別大的成分。因此，通過將質量比[TiO2 /(TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ＋Ta2 O5 )]設為上述範圍，可以得到具有期望的光學常數、且熱穩定性高、耐失透性良好的光學玻璃。
在本實施方式的光學玻璃中，TiO2 的含量相對於P2 O5 、B2 O3 、SiO2 的合計含量的質量比[TiO2 /(P2 O5 ＋B2 O3 ＋SiO2 )]的下限優選為0.00，進一步以0.05、0.08、0.10、0.12的順序更優選。另外，該質量比的上限優選為0.60，進一步以0.55、0.52、0.50的順序更優選。
TiO2 是在高折射率高分散化成分中、高分散化的作用特別大的成分。然而，如果大量含有TiO2 量，則熱穩定性、耐失透性變差。通過將質量比[TiO2 /(P2 O5 +B2 O3 +SiO2 )]設為上述範圍，可以得到高分散，熱穩定性、耐失透性高的光學玻璃。 (玻璃成分)
對於本實施方式的光學玻璃中除上述以外的玻璃成分的含量及比率，以下示出非制限性的實例。
在本實施方式的光學玻璃中，B2 O3 的含量的上限優選為10%，進一步以8%、7%、6%的順序更優選。另外，B2 O3 的含量的下限優選為0.2%，進一步以0.3%、0.4%、0.5%的順序更優選。
B2 O3 是玻璃的網路形成成分，具有改善玻璃的熱穩定性的作用。另一方面，B2 O3 的含量多時，存在耐失透性降低的傾向。因此，從改善玻璃的熱穩定性及耐失透性的觀點考慮，B2 O3 的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，SiO2 的含量的上限優選為5%，進一步以3%、2%、1%的順序更優選。SiO2 的含量也可以為0%。
SiO2 是玻璃的網路形成成分，具有改善玻璃的熱穩定性、化學耐久性、耐候性，提高熔融玻璃的粘度，容易將熔融玻璃成型的作用。另一方面，SiO2 的含量多時，存在玻璃的耐失透性降低的傾向。因此，從改善玻璃的熱穩定性及耐失透性等的觀點考慮，SiO2 的含量的上限優選為上述範圍。
需要說明的是，有時在玻璃的熔融中使用石英玻璃製坩堝等石英玻璃製的熔融器具。該情況下，少量的SiO2 會由熔融器具熔入到玻璃熔融物，因此，即使玻璃原料不含SiO2 ，製作的玻璃也會含有少量的SiO2 。從石英玻璃製的熔融器具中混入玻璃的SiO2 的量取決於熔融條件，例如，相對於全部玻璃成分的含量的合計為0.5~1質量%左右。除SiO2 以外的玻璃成分的含有比保持恆定，SiO2 的量增加0.5~1質量%左右。需要說明的是，根據熔解條件來增減上述量。折射率、阿貝數等光學特性根據SiO2 的含量而變化，因此，對除SiO2 以外的玻璃成分的含量進行微調，得到具有期望的光學特性的光學玻璃。
在本實施方式的光學玻璃中，TiO2 的含量的下限優選為0%，進一步以1%、2%、3%、4%的順序更優選。TiO2 的含量也可以為0%。另外，TiO2 的含量的上限優選為30%，進一步以28%、26%、24%、22%的順序更優選。
TiO2 顯著有助於高分散化。另一方面，TiO2 比較容易增大玻璃的著色。另外，TiO2 在將熔融玻璃成型、並緩慢冷卻而得到光學玻璃的過程中，促進玻璃內中的結晶生成，降低玻璃的透明性(白濁)。因此，TiO2 的含量優選為上述範圍。
本實施方式中，Bi2 O3 的含量的上限優選為15%，進一步以10%、7%、5%、3%的順序更優選。另外，Bi2 O3 的含量的下限優選為0%。
通過適量含有Bi2 O3 ，具有改善玻璃的熱穩定性的作用。另一方面，如果提高Bi2 O3 的含量，則玻璃的著色增大。因此，Bi2 O3 的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，TiO2 、Nb2 O5 、WO3 及Bi2 O3 的合計含量[TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ]的下限優選為15%，進一步以17%、19%、21%的順序更優選。另外，合計含量[TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ]的上限優選為45%，進一步以44%、43%、42%的順序更優選。
TiO2 、Nb2 O5 、WO3 及Bi2 O3 有助於玻璃的高分散化，而且通過適量含有，也具有改善玻璃的熱穩定性的作用。另一方面，也是增大玻璃的著色的成分。因此，其合計含量[TiO2 ＋Nb2 O5 ＋WO3 ＋Bi2 O3 ]優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，Ta2 O5 的含量的上限優選為10%，進一步以7%、5%、3%的順序更優選。另外，Ta2 O5 的含量的下限優選為0%。Ta2 O5 的含量也可以為0%。
Ta2 O5 是具有改善玻璃的熱穩定性及耐失透性的作用的玻璃成分。另一方面，Ta2 O5 提高折射率，使玻璃高分散化。另外，Ta2 O5 的含量變多時，玻璃的熱穩定性降低，使玻璃熔融時，容易產生玻璃原料的熔融殘留物。因此，Ta2 O5 的含量優選為上述範圍。此外，Ta2 O5 與其它玻璃成分相比，是非常昂貴的成分，Ta2 O5 的含量變多時，玻璃的生產成本增大。此外，Ta2 O5 與其它玻璃成分相比，分子量大，因此，增大玻璃的比重，其結果，增大光學元件的重量。
在本實施方式的光學玻璃中，Li2 O的含量的上限優選為5%，進一步以3%、2%、1%的順序更優選。Li2 O的含量的下限優選為0%。Li2 O的含量也可以為0%。
Li2 O具有降低玻璃轉變溫度Tg的作用。另一方面，Li2 O的含量變多時，耐酸性降低。因此，Li2 O的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，Na2 O的含量的下限優選為6%，進一步以8%、9%、10%的順序更優選。另外，Na2 O的含量的上限優選為30%，進一步以28%、26%、25%的順序更優選。
Na2 O具有改善玻璃的熱穩定性的作用，但含量變多時，折射率、熱穩定性、耐酸性降低。因此，Na2 O的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，Li2 O、Na2 O及K2 O的合計含量[Li2 O+Na2 O+K2 O]的上限優選為40%，進一步以35%、34%、33%的順序更優選。另外，該合計含量的下限優選為10%，進一步以12%、13%、14%的順序更優選。
Li2 O、Na2 O及K2 O均具有改善玻璃的熱穩定性的作用。然而，它們的含量變多時，化學耐久性、耐候性降低。因此，優選Li2 O、Na2 O及K2 O的合計含量[Li2 O＋Na2 O＋K2 O]為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，Cs2 O的含量的上限優選為5%，進一步以3%、2%、1%的順序更優選。另外，Cs2 O的含量的下限優選為0%。Cs2 O的含量也可以為0%。
Cs2 O具有改善玻璃的熱穩定性的作用，但其含量變多時，玻璃的熱穩定性、化學耐久性、耐候性降低。因此，優選Cs2 O的含量為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，MgO的含量優選為5%以下，進一步以3%以下、1%以下的順序更優選。另外，MgO的含量的下限優選為0%。MgO的含量也可以為0%。
在本實施方式的光學玻璃中，CaO的含量優選為5%以下，進一步以3%以下、1%以下的順序更優選。另外，CaO的含量的下限優選為0%。CaO的含量也可以為0%。
在本實施方式的光學玻璃中，SrO的含量優選為5%以下，進一步以3%以下、1%以下的順序更優選。另外，SrO的含量的下限優選為0%。
在本實施方式的光學玻璃中，BaO的含量優選為8%以下，進一步以5%以下、3%以下、1%以下的順序更優選。另外，BaO的含量的下限優選為0%。
MgO、CaO、SrO、BaO均為具有改善玻璃的熱穩定性及耐失透性的作用的玻璃成分。然而，這些玻璃成分的含量變多時，損害高分散性，而且玻璃的熱穩定性及耐失透性降低。因此，這些玻璃成分的各含量分別優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，ZrO2 的含量優選為5%以下，進一步以3%以下、1%以下的順序更優選。另外，ZrO2 的含量的下限優選為0%。
ZrO2 是具有改善玻璃的熱穩定性及耐失透性的作用的玻璃成分。然而，ZrO2 的含量過多時，顯示出熱穩定性降低的傾向。因此，從良好的保持玻璃的熱穩定性及耐失透性的觀點考慮，ZrO2 的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，Sc2 O3 的含量的上限優選為2%。另外，Sc2 O3 的含量的下限優選為0%。
在本實施方式的光學玻璃中，HfO2 的含量的上限優選為2%。另外，HfO2 的含量的下限優選為0%。
Sc2 O3 、HfO2 均具有提高折射率nd的作用，而且是昂貴的成分。因此，Sc2 O3 、HfO2 的各含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，Lu2 O3 的含量的上限優選為2%。另外，Lu2 O3 的含量的下限優選為0%。
Lu2 O3 具有提高折射率nd的作用。另外，其分子量大，因此也是增加玻璃的比重的玻璃成分。因此，Lu2 O3 的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，GeO2 的含量的上限優選為2%。另外，GeO2 的含量的下限優選為0%。
GeO2 具有提高折射率nd的作用，而且是在通常使用的玻璃成分中突出地昂貴的成分。因此，從降低玻璃的製造成本的觀點考慮，GeO2 的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，La2 O3 的含量的上限優選為2%。另外，La2 O3 的含量的下限優選為0%。La2 O3 的含量也可以為0%。
La2 O3 的含量變多時，玻璃的熱穩定性及耐失透性降低，在製造中，玻璃變得容易失透。因此，從抑制熱穩定性及耐失透性的降低的觀點考慮，La2 O3 的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，Gd2 O3 的含量的上限優選為2%。另外，Gd2 O3 的含量的下限優選為0%。
Gd2 O3 的含量過多時，玻璃的熱穩定性及耐失透性降低，在製造中，玻璃變得容易失透。另外，Gd2 O3 的含量過多時，玻璃的比重增大，不優選。因此，從良好地保持玻璃的熱穩定性及耐失透性、同時抑制比重的增大的觀點考慮，Gd2 O3 的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，Y2 O3 的含量的上限優選為2%。另外，Y2 O3 的含量的下限優選為0%。Y2 O3 的含量也可以為0%。
Y2 O3 的含量過多時，玻璃的熱穩定性及耐失透性降低。因此，從抑制熱穩定性及耐失透性的降低的觀點考慮，Y2 O3 的含量優選為上述範圍。
在本實施方式的光學玻璃中，Yb2 O3 的含量的上限優選為2%。另外，Yb2 O3 的含量的下限優選為0%。
Yb2 O3 与La2 O3 、Gd2 O3 、Y2 O3 相比，分子量大，因此，會增大玻璃的比重。玻璃的比重增大時，光學元件的質量增大。例如，如果將質量大的透鏡導入自動對焦式的攝像透鏡，則自動對焦時，透鏡的驅動所需的電力增大，電池的消耗變得嚴重。因此，期望減少Yb2 O3 的含量，抑制玻璃的比重的增大。
另外，Yb2 O3 的含量過多時，玻璃的熱穩定性及耐失透性降低。從防止玻璃的熱穩定性的降低、抑制比重的增大的觀點考慮，Yb2 O3 的含量優選為上述範圍。
優選本實施方式的光學玻璃主要由上述的玻璃成分、即作為必要成分的P2 O5 、K2 O、Na2 O、作為任意成分的Nb2 O5 、WO3 、ZnO、Al2 O3 、B2 O3 、SiO2 、TiO2 、Bi2 O3 、Ta2 O5 、Li2 O、Cs2 O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZrO2 、Sc2 O3 、HfO2 、Lu2 O3 、GeO2 、La2 O3 、Gd2 O3 、Y2 O3 及Yb2 O3 構成，上述的玻璃成分的合計含量優選為95%以上、更優選為98%以上、進一步優選為99%以上、更進一步優選為99.5%以上。
在本實施方式的光學玻璃中，TeO2 的含量的上限優選為2%。另外，TeO2 的含量的下限優選為0%。
由於TeO2 具有毒性，因此，優選減少TeO2 的含量。因此，TeO2 的含量優選為上述範圍。
需要說明的是，本實施方式的光學玻璃基本上由上述玻璃成分構成，但在不妨礙本發明的作用效果的範圍內，也可以含有其它成分。另外，在本發明中，不排除含有不可避免的雜質。 ＜其它成分組成＞
Pb、As、Cd、Tl、Be、Se均具有毒性。因此，優選本實施方式的光學玻璃不含這些元素作為玻璃成分。
U、Th、Ra均為放射性元素。因此，優選本實施方式的光學玻璃不含這些元素作為玻璃成分。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm可以增大玻璃的著色、成為螢光的發生源。因此，優選本實施方式的光學玻璃不含這些元素作為玻璃成分。
Sb(Sb2 O3 )、Ce(CeO2 )是作為澄清劑發揮功能的可以任意添加的元素。其中，Sb(Sb2 O3 )是澄清效果大的澄清劑。然而，Sb(Sb2 O3 )的氧化性強，如果增加Sb(Sb2 O3 )的添加量，則由於由Sb離子導致的光吸收，玻璃的著色增大，不優選。另外，將玻璃熔融時，如果熔融物中存在Sb，則促進構成玻璃熔融坩堝的鉑對熔融物的溶出，玻璃中的鉑濃度變高。在玻璃中，鉑以離子的形式存在時，由於光的吸收，玻璃的著色增大。另外，在玻璃中，鉑以固體物質的形式存在時，成為光的散射源，會降低玻璃的質量。Ce(CeO2 )與Sb(Sb2 O3 )相比，澄清效果小。如果大量添加Ce(CeO2 )，則玻璃的著色增強。因此，在添加澄清劑的情況下，優選一邊注意添加量一邊添加Sb(Sb2 O3 )。
將Sb2 O3 的含量設為外加比例表示。即，將除Sb2 O3 及CeO2 以外的全部玻璃成分的合計含量設為100質量%時，Sb2 O3 的含量優選小於1質量%、更優選小於0.1質量%，進一步以小於0.05質量%、小於0.03質量%、小於0.02質量%的順序優選。Sb2 O3 的含量也可以為0質量%。
將CeO2 的含量也設為外加比例表示。即，將除CeO2 、Sb2 O3 以外的全部玻璃成分的合計含量設為100質量%時，CeO2 的含量優選小於2質量%、更優選小於1質量%、進一步優選小於0.5質量%、更進一步優選小於0.1質量%的範圍。CeO2 的含量也可以為0質量%。通過將CeO2 的含量設為上述範圍，可以改善玻璃的澄清性。 (玻璃特性) ＜玻璃的比重＞
在本實施方式的光學玻璃中，比重優選為3.60以下，進一步以3.40以下、3.30以下的順序更優選。如果可以減少玻璃的比重，則可以減少透鏡的重量。其結果，可以降低搭載透鏡的相機透鏡的自動對焦驅動的消耗電力。 ＜玻璃轉變溫度Tg＞
本實施方式的光學玻璃的玻璃轉變溫度Tg優選為560℃以下，進一步以550℃以下、540℃以下、530℃以下的順序更優選。
通過使玻璃轉變溫度Tg的上限滿足上述範圍，可以抑制玻璃的成型溫度及退火溫度的上升，可以降低熱對壓製成形用設備及退火設備的損傷。另外，通過使玻璃轉變溫度Tg的下限滿足上述範圍，容易在保持期望的阿貝數、折射率的同時良好地保持玻璃的熱穩定性。 ＜玻璃的透光性＞
本實施方式的光學玻璃的透光性可以通過著色度λ5來評價。
對於厚度10.0mm±0.1mm的玻璃試樣，在波長200~700nm的範圍內測定分光透射率，將外部透射率成為5%的波長設為λ5。
本實施方式的光學玻璃的λ5優選為400nm以下，更優選為390nm以下，進一步優選為380nm以下。
通過使用將λ5短波長化後的光學玻璃，可以提供可實現適宜的顏色再現的光學元件。 (光學玻璃的製造)
本發明的實施方式的光學玻璃以達到上述給定組成的方式調配玻璃原料，利用調配的玻璃原料、按照公知的玻璃製造方法製作即可。例如，調配多種化合物，充分混合而製成批原料，將批原料放入石英坩堝、鉑坩堝中進行粗熔解(rough melt)。將粗熔解得到的熔融物驟冷、粉碎，製作碎玻璃。進一步將碎玻璃放入鉑坩堝中進行加熱、再熔融(remelt)，製成熔融玻璃，進一步在進行了澄清、均質化後，將熔融玻璃成型，進行緩慢冷卻，得到光學玻璃。熔融玻璃的成型、緩慢冷卻採用公知的方法即可。
需要說明的是，只要能在玻璃中導入期望的玻璃成分、並使其達到期望的含量，則對調配批原料時使用的化合物就沒有特別限定，作為這樣的化合物，可列舉氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物、氟化物等。 (光學元件等製造)
使用本發明的實施方式的光學玻璃製作光學元件時，採用公知的方法即可。例如，將玻璃原料熔融，製成熔融玻璃，將該熔融玻璃注入鑄模而成型為板狀，製作由本發明的光學玻璃形成的玻璃材料。將得到的玻璃材料適當地切割、磨削、研磨，製作適於壓製成形的大小、形狀的碎片。將碎片加熱、軟化，通過公知的方法進行壓製成形(再熱壓)，製作近似於光學元件的形狀的光學元件毛坯。對光學元件毛坯進行退火，通過公知的方法進行磨削、研磨而製作光學元件。
根據使用目的，可以在製作的光學元件的光學功能面包覆防反射膜、全反射膜等。
作為光學元件，可示例出球面透鏡等各種透鏡、棱鏡、繞射光柵等。
以下，通過實施例更具體地說明本發明，但本發明不僅限定於以下的實施例。 實施例 [玻璃樣品的製作]
以成為具有表1~8中示出的試樣No.1~50的組成的玻璃的方式，稱量與各成分對應的化合物原料、即磷酸鹽、碳酸鹽、氧化物等原料，充分混合，製成了調配原料。將該調配原料投入鉑制坩堝，在大氣氣氛中加熱至900~1350℃，使其熔融，通過攪拌使其均質化，進行澄清，得到了熔融玻璃。將該熔融玻璃鑄入成型模具，進行成型並緩慢冷卻，得到了塊狀的玻璃樣品。
需要說明的是，可以將調配原料投入石英玻璃製坩堝，熔融後轉移至鉑制坩堝，進一步進行加熱，使其熔融，通過攪拌使其均質化，進行澄清，將得到的熔融玻璃鑄入成型模具，進行成型、緩慢冷卻。 [玻璃樣品的評價]
對於得到的玻璃樣品，通過以下示出的方法測定玻璃組成、比重、折射率nd、阿貝數νd、λ5、玻璃轉變溫度Tg，並且評價了耐失透性。將結果示於表1、3、5、7。 〔1〕玻璃組成
對於得到的玻璃樣品，通過感應耦合電漿原子發射光譜法(ICP-AES)測定了各玻璃成分的含量。 〔2〕比重
基於日本光學硝子工業會標準JOGIS-05進行了測定。 〔3〕折射率nd及阿貝數νd
基於日本光學硝子工業會標準JOGIS-01進行了測定。 〔4〕玻璃轉變溫度Tg
玻璃轉變溫度Tg基於使用差示掃描量熱儀DSC3300SA (NETZSCH JAPAN株式會社)使固體狀態的玻璃升溫時的DSC圖表而求出。 〔5〕λ5
將玻璃樣品加工成厚度10mm、且具有相互平行且經光學研磨的平面，測定在波長280nm~700nm的波長區的分光透射率。將垂直入射至經光學研磨的一個平面的光線的強度設為強度A，將從另一個平面出射的光線的強度設為強度B，計算出了分光透射率B/A。將分光透射率為5%的波長設為λ5。需要說明的是，分光透射率中也包括試樣表面的光線的反射損失。 〔6〕軟化試驗(耐失透性)
軟化試驗是在本實施方式中成為耐失透性的指標的評價方法。將1cm見方的玻璃樣品在設定為該玻璃的玻璃轉變溫度Tg的第1試驗爐中加熱10分鐘，進一步在設定為比該玻璃的Tg高120~200℃的溫度的第2試驗爐中加熱了10分鐘後，通過光學顯微鏡確認了結晶或白濁的有無。將光學顯微鏡的觀察倍率設為10~100倍。將在玻璃內部未確認到結晶和白濁的情況判定為“良”，將確認到結晶及白濁中的至少一種的情況判定為“不良”。實施例的試樣No.1~50均為“良”的判定，確認了實施例的試樣No.1~50是耐失透性優異的玻璃。 (比較例) (玻璃樣品No.I的製作及評價)
玻璃的製作及評價通過與實施例玻璃No.1~50同樣的方法進行。將結果示於表5、6。
將比較例No.I的玻璃在軟化試驗的評價中判定為“不良”。比較例No.I的玻璃與實施例玻璃相比，耐失透性差。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
[表8] (實施例2)
對實施例1中得到的玻璃樣品切斷、磨削，製作了碎片。將碎片通過再加熱壓製而壓製成形，製作了光學元件毛坯。對光學元件毛坯進行精密退火，以成為所需的折射率的方式精密地調整了折射率後，通過公知的方法進行磨削、研磨，由此得到雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡、凹彎月透鏡、凸彎月透鏡等各種透鏡。
應該理解的是，本次公開的實施方式全部是示例性的，並不構成限制。本發明的範圍由申請專利範圍、而不是上述的說明界定，旨在包括與申請專利範圍等同的含義及範圍內的全部變形。
例如，通過對上述示例出的玻璃組成進行了說明書中記載的組成調整，可製作本發明的一個實施方式的光學玻璃。
另外，當然可以將說明書中示例出的或作為優選的範圍記載的事項中的2個以上任意組合。
無
無。

Claims (10)

  1. 一種光學玻璃，其折射率nd為1.60~1.72，阿貝數νd為22~36，P2O5的含量為20~55質量%，Nb2O5的含量為0~45質量%，K2O的含量大於0質量%且為13質量%以下，WO3的含量小於5質量%，ZnO的含量小於15質量%，Al2O3的含量為2質量%以下，TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3及Ta2O5的合計含量[TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3+Ta2O5]為15~45質量%，P2O5、B2O3及SiO2的合計含量相對於Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合計含量的質量比[(P2O5+B2O3+SiO2)/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]為1.0~2.0，B2O3的含量相對於P2O5的含量的質量比[B2O3/P2O5]為0.39以下，Na2O的含量相對於K2O的含量的質量比[Na2O/K2O]為1.0以上，MgO、CaO、SrO及BaO的合計含量[MgO+CaO+SrO+BaO]為8.0質量%以下，TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3及Ta2O5的合計含量相對於P2O5、B2O3、SiO2、Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合計含量的質量比[(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3+Ta2O5)/(P2O5+B2O3+SiO2+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]為0.75以下。
  2. 根據請求項1所述的光學玻璃，其中，B2O3的含量相對於P2O5的含量的質量比[B2O3/P2O5]大於0。
  3. 根據請求項1或2所述的光學玻璃，其中，Na2O的含量相對於K2O的含量的質量比[Na2O/K2O]為5.0以下。
  4. 根據請求項1或2中任一項所述的光學玻璃，其中，TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3及Ta2O5的合計含量相對於P2O5、B2O3、SiO2、Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合計含量的質量比[(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3+Ta2O5)/(P2O5+B2O3+SiO2+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]為0.15以上。
  5. 根據請求項3所述的光學玻璃，其中，TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3及Ta2O5的合計含量相對於P2O5、B2O3、SiO2、Li2O、Na2O、K2O及Cs2O的合計含量的質量比[(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3+Ta2O5)/(P2O5+B2O3+SiO2+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)]為0.15以上。
  6. 根據請求項1或2中任一項所述的光學玻璃，其中，TiO2的含量相對於TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3及Ta2O5的合計含量的質量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3+Ta2O5)]為0.10以上。
  7. 根據請求項3所述的光學玻璃，其中，TiO2的含量相對於TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3及Ta2O5的合計含量的質量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3+Ta2O5)]為0.10以上。
  8. 根據請求項4所述的光學玻璃，其中，TiO2的含量相對於TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3及Ta2O5的合計含量的質量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3+Ta2O5)]為0.10以上。
  9. 根據請求項5所述的光學玻璃，其中，TiO2的含量相對於TiO2、Nb2O5、WO3、Bi2O3及Ta2O5的合計含量的質量比[TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3+Bi2O3+Ta2O5)]為0.10以上。
  10. 一種光學元件，其由請求項1~9中任一項所述的光學玻璃製成。
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WO2019082419A1 (ja) 2017-10-27 2019-05-02 株式会社ニコン 光学ガラス、これを用いた光学素子、接合レンズ、光学系、カメラ用交換レンズ及び光学装置

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WO2019082419A1 (ja) 2017-10-27 2019-05-02 株式会社ニコン 光学ガラス、これを用いた光学素子、接合レンズ、光学系、カメラ用交換レンズ及び光学装置

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