(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024159541
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】光学ガラスおよび光学素子
(51)【国際特許分類】
C03C 3/068 20060101AFI20241031BHJP
C03C 3/15 20060101ALI20241031BHJP
C03C 3/155 20060101ALI20241031BHJP
C03C 3/23 20060101ALI20241031BHJP
G02B 1/00 20060101ALI20241031BHJP
【FI】
C03C3/068
C03C3/15
C03C3/155
C03C3/23
G02B1/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024061176
(22)【出願日】2024-04-05
(31)【優先権主張番号】202310494726.4
(32)【優先日】2023-04-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】522503632
【氏名又は名称】豪雅光電科技(威海)有限公司
(71)【出願人】
【識別番号】000113263
【氏名又は名称】HOYA株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000109
【氏名又は名称】弁理士法人特許事務所サイクス
(72)【発明者】
【氏名】王 金磊
(72)【発明者】
【氏名】根岸 智明
【テーマコード(参考)】
4G062
【Fターム(参考)】
4G062AA04
4G062BB05
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(57)【要約】 (修正有)
【課題】F含有量およびGd2O3含有量が少なく、高屈折率かつ低分散性を有する光学ガラスを提供する。
【解決手段】モル%表示の酸化物基準のガラス組成において、SiO2含有量が0.00%以上15.00%以下、B2O3含有量が40.00%以上90.00%以下、Gd2O3含有量が0.00%以上3.00%以下、ZnO、La2O3、Y2O3、Yb2O3、ZrO2、TiO2、WO3、Bi2O3およびNb2O5の各含有量、Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量、MgO、CaO、SrOおよびBaOの合計含有量、がそれぞれ所定の範囲内であり、特定の成分間の含有量のモル比が所定の範囲内であり、かつ酸化物基準のガラス組成の合計含有量100モル%に対するF元素のモル%表示の外割での含有量が0.00%以上3.00%以下である光学ガラス。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
モル%表示の酸化物基準のガラス組成において、
SiO2含有量が0.00%以上15.00%以下、
B2O3含有量が40.00%以上90.00%以下、
ZnO含有量が0.00%以上5.00%以下、
La2O3含有量が5.00%以上40.00%以下、
Y2O3含有量が1.00%以上20.00%以下、
Gd2O3含有量が0.00%以上3.00%以下、
Yb2O3含有量が0.00%以上1.00%未満、
ZrO2含有量が0.00%以上15.00%以下、
TiO2含有量が0.00%以上2.00%以下、
WO3含有量が0.00%以上2.00%以下、
Bi2O3含有量が0.00%以上2.00%以下、
Nb2O5含有量が0.00%以上2.00%以下、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量(Li2O+Na2O+K2O)が0.00%以上5.00%以下、
MgO、CaO、SrOおよびBaOの合計含有量(MgO+CaO+SrO+BaO)が0.00%以上5.00%以下、
Y2O3含有量に対するB2O3のモル比(B2O3/Y2O3)が15.00以下、
ZrO2、ZnO、Nb2O5、TiO2、WO3およびBi2O3の合計含有量に対するB2O3含有量のモル比(B2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2+WO3+Bi2O3))が15.00以上50.00以下、
ZrO2、ZnO、Nb2O5およびTiO2の合計含有量に対するLa2O3含有量のモル比(La2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2))が4.00以上であり、かつ
前記酸化物基準のガラス組成の合計含有量100モル%に対するF元素のモル%表示の外割での含有量が0.00%以上3.00%以下である光学ガラス。
【請求項2】
ZnO含有量が0.00%以上2.00%以下である、請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項3】
ZnO含有量が0.00%以上1.70%以下である、請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項4】
Yb2O3含有量が0.00%以上0.20%以下である、請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項5】
屈折率ndが1.73000以上1.77000以下である、請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項6】
アッベ数νdが52.00以上53.00以下である、請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項7】
屈折率ndとアッベ数νdとが、下記式1:
nd≧2.20000-0.00871*νd
を満たす、請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項8】
屈折率ndと比重dとから、(nd-1)/dとして算出される値が0.173以上である、請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項9】
ZnO含有量が0.00%以上1.70%以下であり、
Yb2O3含有量が0.00%以上0.20%以下であり、
屈折率ndが1.73000以上1.77000以下であり、
アッベ数νdが52.0以上53.0以下であり、
屈折率ndとアッベ数νdとが、下記式1:
nd≧2.20000-0.00871*νd
を満たし、かつ
屈折率ndと比重dとから、(nd-1)/dとして算出される値が0.173以上である、請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項10】
請求項1~9のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学ガラスおよび光学素子に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、光学素子用材料として、高屈折率低分散性を有する光学ガラスが提案されている(例えば特許文献1、2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】CN102910816A
【特許文献2】特開2002-128539号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1(CN102910816A)には、高屈折率かつ低分散性を実現するガラス組成として、F(フッ素)を多く含むガラス組成が開示されている(CN102910816Aの実施例参照)。しかし、Fは易揮発成分であるため、Fを多く含むガラスについては、Fの揮発に起因して、ガラスの屈折率および分散性(具体的にはアッベ数)を所望の範囲に制御することは容易ではない。また、Fを多く含むガラスを生産するためには、揮発したFが環境に影響を及ぼすことを防ぐために特別な生産設備を要する。
【0005】
一方、特許文献2(特開2002-128539号公報)には、高屈折率かつ低分散性を実現するガラス組成として、Gd2O3を多く含むガラス組成が開示されている(特開2002-128539号公報の実施例参照)。しかし、Gd2O3は近年単価が高騰している高価な成分であるため、ガラスの低コスト化のためには、Gd2O3含有量が少ないガラスが望ましい。
【0006】
以上に鑑み、本発明の一態様は、F含有量およびGd2O3含有量が少ない光学ガラスであって、高屈折率かつ低分散性を有する光学ガラスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、以下のように各種成分の含有量等を調整することによって、F含有量およびGd2O3含有量が少ないガラス組成において、高屈折率低分散性の実現が可能になることを新たに見出した。
【0008】
本発明の一態様は、以下の通りである。
[1]モル%表示の酸化物基準のガラス組成において、
SiO2含有量が0.00%以上15.00%以下、
B2O3含有量が40.00%以上90.00%以下、
ZnO含有量が0.00%以上5.00%以下、
La2O3含有量が5.00%以上40.00%以下、
Y2O3含有量が1.00%以上20.00%以下、
Gd2O3含有量が0.00%以上3.00%以下、
Yb2O3含有量が0.00%以上1.00%未満、
ZrO2含有量が0.00%以上15.00%以下、
TiO2含有量が0.00%以上2.00%以下、
WO3含有量が0.00%以上2.00%以下、
Bi2O3含有量が0.00%以上2.00%以下、
Nb2O5含有量が0.00%以上2.00%以下、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量(Li2O+Na2O+K2O)が0.00%以上5.00%以下、
MgO、CaO、SrOおよびBaOの合計含有量(MgO+CaO+SrO+BaO)が0.00%以上5.00%以下、
Y2O3含有量に対するB2O3のモル比(B2O3/Y2O3)が15.00以下、
ZrO2、ZnO、Nb2O5、TiO2、WO3およびBi2O3の合計含有量に対するB2O3含有量のモル比(B2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2+WO3+Bi2O3))が15.00以上50.00以下、
ZrO2、ZnO、Nb2O5およびTiO2の合計含有量に対するLa2O3含有量のモル比(La2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2))が4.00以上であり、かつ
上記酸化物基準のガラス組成の合計含有量100モル%に対するF元素のモル%表示の外割での含有量(以下、「F含有量」とも記載する。)が0.00%以上3.00%以下である光学ガラス。
[2]ZnO含有量が0.00%以上2.00%以下である、[1]に記載の光学ガラス。
[3]ZnO含有量が0.00%以上1.70%以下である、[1]または[2]に記載の光学ガラス。
[4]Yb2O3含有量が0.00%以上0.20%以下である、[1]~[3]のいずれかに記載の光学ガラス。
[5]屈折率ndが1.73000以上1.77000以下である、[1]~[4]のいずれかに記載の光学ガラス。
[6]アッベ数νdが52.00以上53.00以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の光学ガラス。
[7]屈折率ndとアッベ数νdとが、下記式1:
nd≧2.20000-0.00871*νd
を満たす、[1]~[6]のいずれかに記載の光学ガラス。
[8]屈折率ndと比重dとから、(nd-1)/dとして算出される値が0.173以上である、[1]~[7]のいずれかに記載の光学ガラス。
[9]ZnO含有量が0.00%以上1.70%以下であり、
Yb2O3含有量が0.00%以上0.20%以下であり、
屈折率ndが1.73000以上1.77000以下であり、
アッベ数νdが52.00以上53.00以下であり、
屈折率ndとアッベ数νdとが、下記式1:
nd≧2.20000-0.00871*νd
を満たし、かつ
屈折率ndと比重dとから、(nd-1)/dとして算出される値が0.173以上である、[1]~[8]のいずれかに記載の光学ガラス。
[10][1]~[9]のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一態様によれば、F含有量およびGd2O3含有量が少ない光学ガラスであって、高屈折率かつ低分散性を有する光学ガラス、および、この光学ガラスからなる光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
[光学ガラス]
本発明および本明細書において、光学ガラスのガラス組成は、モル%表示の酸化物基準のガラス組成として表記される。ここで「酸化物基準のガラス組成」とは、ガラス原料が熔融時にすべて分解されてガラス中で酸化物として存在するものとして換算することにより得られるガラス組成をいうものとする。モル%表示のガラス組成では、ガラス組成はモル基準(モル%、モル比)で表示される。以下、モル%表示のガラス組成について、「モル%」を単に「%」とも記載する。
【0011】
本発明および本明細書において、光学ガラスのF含有量は、上記の酸化物基準のガラス組成の合計含有量100モル%に対するF元素のモル%表示の外割での含有量(単位:モル%)である。
【0012】
本発明および本明細書において、構成成分の含有量が0%、0.0%もしくは0.00%または含まないもしくは導入しないとは、この構成成分を実質的に含まないことを意味し、この構成成分の含有量が不純物レベル程度以下であることを指す。不純物レベル程度以下とは、例えば、0.01%未満であることを意味する。「0%」は、例えば、「0.0%」または「0.00%」を意味することができる。
【0013】
本発明および本明細書におけるガラス組成は、例えばICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)等の方法により求めることができる。例えば、定量分析は、ICP-AESを用いて各元素別に行われる。その後、分析値は酸化物表記に換算される。ICP-AESによる分析値は、例えば、分析値の±5%程度の測定誤差を含んでいることがある。したがって、分析値から換算された酸化物表記の値についても、同様に±5%程度の誤差を含んでいることがある。
【0014】
本発明および本明細書において、屈折率は、ヘリウムのd線(波長587.56nm)における屈折率ndをいう。
【0015】
本発明および本明細書において アッベ数νdは、分散に関する性質を表す値として用いられるものであり、以下の式で表される。
νd=(nd-1)/(nF-nC)
上記式中、nFは青色水素のF線(波長486.13nm)における屈折率であり、nCは赤色水素のC線(656.27nm)における屈折率である。
【0016】
以下、上記光学ガラス(単に「ガラス」と記載する場合がある。)について、更に詳細に説明する。
【0017】
<ガラス組成>
SiO2は、ガラス形成酸化物であり、ガラスの粘度を高め、失透傾向を小さくすることに寄与する成分である。また、SiO2は、屈折率を下げ、vdを上昇させ、比重を低下させ、ガラス転移温度Tgを上昇させ、かつ着色度を低下させる成分である。ガラス転移温度Tgおよび着色度については後述する。上記ガラスのSiO2含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができ、0.50%以上であることが好ましく、1.00以上、2.00以上、3.00以上、4.00以上、5.00以上、6.00以上、6.50以上の順により好ましい。
一方、均質なガラスを容易に得るためには、ガラスの溶解性悪化を抑制することが好ましい。この点から、上記ガラスのSiO2含有量は、15.00%以下であり、14.00%以下であることが好ましく、13.00%以下、12.00%以下、11.00%以下、10.00%以下、9.00%以下、8.00%以下、7.50%以下の順により好ましい。
【0018】
上記ガラスのB2O3含有量は40.00%以上である。B2O3は、SiO2と同様にガラス形成酸化物である。また、B2O3は、屈折率を下げ、vdを上昇させ、比重を低下させ、かつガラス転移温度Tgを低下させる成分である。B2O3含有量を40.00%以上にすることによって、ガラスの耐失透性を高めることができ、かつ低分散性を得やすくなる。上記光学ガラスのB2O3含有量は、45.00%以上であることが好ましく、50.00%以上、55.00%以上、57.00%以上、59.00%以上、61.00%以上の順により好ましい。
一方、B2O3は各種ガラス成分の中で比較的揮発し易い成分である。ガラス組成の変動抑制の観点から、上記ガラスのB2O3含有量は90.00%以下であり、85.00%以下であることが好ましく、80.00%以下、75.00%以下、72.00%以下、70.00%以下、68.00%以下、66.00%以下、64.00%以下の順により好ましい。
【0019】
上記ガラスのZnO含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。ZnOは、屈折率を高め、vdを低下させ、比重を上昇させ、かつ化学的耐久性を改善できる成分である。また、ZnOは、ガラス溶融温度、液相温度およびガラス転移温度Tg等を下げる作用を有する成分である。ガラスの結晶化を抑制する観点から、上記ガラスのZnO含有量は、5.00%以下であり、4.50%以下であることが好ましく、4.00%以下、3.50%以下、3.00%以下、2.50%以下、2.00%以下、1.70%以下、1.50%以下、1.00%以下、0.50%以下の順により好ましい。
【0020】
La2O3は、ガラスに高屈折率低分散性を与えることに寄与する成分である。上記ガラスのLa2O3含有量は、5.00%以上であり、7.50%以上であることが好ましく、10.00%以上、12.50%以上、15.00%以上、17.50%以上の順により好ましい。
一方、ガラスの失透抑制および低比重化の観点から、上記ガラスのLa2O3含有量は、40.00%以下であり、37.50%以下であることが好ましく,35.00%以下、32.50%以下、30.00%以下、27.50%以下、25.00%以下、22.50%以下の順により好ましい。
【0021】
Y2O3は、La2O3と同様にガラスに高屈折率低分散性を与えることに寄与する成分である。上記ガラスのY2O3含有量は、1.00%以上であり、2.00%以上であることが好ましく、3.00%以上、4.00%以上、5.00%以上、6.00%以上の順により好ましい。
一方、ガラスの失透抑制および低比重化の観点から、上記ガラスのY2O3含有量は、20.00%以下であり、18.00%以下であることが好ましく、16.00%以下、14.00%以下、12.00%以下、10.00%以下の順により好ましい。
【0022】
上記ガラスのGd2O3含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。Gd2O3は、La2O3と同様にガラスの屈折率を高めることに寄与し、かつ低分散にすることにも寄与する任意成分である。但し、Gd2O3は、単価が高く、かつ比重を大きくする成分であるため、ガラスに含有させる場合には、できるだけ少ないの量で含有させることが好ましい。上記ガラスのGd2O3含有量は、3.00%以下、であり、2.50%以下であることが好ましく、2.00%以下、1.50%以下、1.00%以下、0.50%以下の順により好ましく、0.00%であることが最も好ましい。
【0023】
上記ガラスのYb2O3含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。Yb2O3は、ガラスの高屈折率化および低分散化に寄与し得る任意成分である。Yb2O3は希土類原料の中でも特に高価な原料であるため、Yb2O3含有量が少ないことは好ましい。上記ガラスのYb2O3含有量は、1.00%未満であり、0.50%以下であることが好ましく、0.20%以下であることがより好ましく、0.10%以下であることが更に好ましく、0.00%であることが最も好ましい。
【0024】
上記ガラスのY2O3含有量に対するB2O3のモル比(B2O3/Y2O3)は、ガラスの高屈折率化および低分散化の観点から、15.00以下であり、14.00以下であることが好ましく、13.00以下、12.00以下、11.00以下、10.00以下、9.00以下の順により好ましい。モル比(B2O3/Y2O3)は、例えば、0.00超、1.00以上、2.00以上、3.00以上、4.00以上、5.00以上または6.00以上であることができる。
【0025】
上記ガラスのZrO2含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。ZrO2は、ガラスの化学的耐久性を向上させ、かつ屈折率を高めることに寄与する成分である。上記ガラスのZrO2含有量は、0.40%以上であることが好ましく、0.80%以上、1.20%以上、1.60%以上、2.00%以上の順により好ましい。
一方、所望の低分散性および低比重を実現する観点から、上記ガラスのZrO2含有量は、15.00%以下であり、13.00%以下でることが好ましく、11.00%以下、9.00%以下、7.00%以下、5.00%以下、3.00%以下順により好ましい。
【0026】
上記ガラスにおいて、TiO2、WO3およびBi2O3のそれぞれの含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。
TiO2、WO3およびBi2O3は、ガラスに高屈折率低分散性を与えることに寄与する成分である。それぞれの含有量を2.00%以下とすることにより、ガラスの紫外~可視光(特に波長500nm以下)に対する透過率の低下を抑えることができる。この点から、TiO2、WO3およびBi2O3のそれぞれの含有量は、2.00%以下であり、1.50%以下であることが好ましく、1.00%以下であることがより好ましく、0.50%以下であることが更に好ましく、0.00%であることが最も好ましい。
【0027】
上記ガラスのNb2O5含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。Nb2O5は、ガラスに高屈折率低分散性を与えることに寄与する成分である。
一方、Nb2O5は原料単価が高く、また、ガラスの比重を大きくし、かつガラスの紫外光~可視光に対する透過率に影響する成分である。以上の点を考慮し、上記ガラスのNb2O5含有量は、2.00%以下であり、1.50%以下であることが好ましく、1.00%以下であることがより好ましく、0.50%以下であることが更に好ましく、0.00%であることが最も好ましい。
【0028】
ZrO2、ZnO、Nb2O5、TiO2、WO3およびBi2O3は、いずれも、ガラスに高屈折率低分散性を与えることに寄与する成分である。これら成分の合計含有量に対するB2O3含有量のモル比を調整することは、F含有量およびGd2O3含有量が少ないガラス組成において、高屈折率低分散性を実現することに寄与し得る。上記ガラスのZrO2、ZnO、Nb2O5、TiO2、WO3およびBi2O3の合計含有量に対するB2O3含有量のモル比(B2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2+WO3+Bi2O3))については、このモル比の値が小さいとガラスの屈折率ndは高まりアッベ数νdは低くなり、このモル比の値が大きいとガラスの屈折率ndは低下しアッベ数νdは高くなる。高屈折率低分散性を実現する観点から、上記ガラスのモル比(B2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2+WO3+Bi2O3))は、15.00以上50.00以下である。モル比(B2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2+WO3+Bi2O3))は、16.00以上であることが好ましく、17.00以上、18.00以上、19.00以上、20.00以上、21.00以上の順により好ましい。また、モル比(B2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2+WO3+Bi2O3))は、45.00以下であることが好ましく、40.00以下、35.00以下、30.00以下、25.00以下の順により好ましい。
【0029】
La2O3、ZrO2、ZnO、Nb2O5およびTiO2は、いずれも、ガラスの高屈折率化に寄与する成分であるが、ZrO2、ZnO、Nb2O5およびTiO2は、La2O3と比べるとガラスの低分散化への寄与は少ない。ZrO2、ZnO、Nb2O5およびTiO2の合計含有量に対するLa2O3含有量のモル比を調整することは、F含有量およびGd2O3含有量が少ないガラス組成において、高屈折率低分散性を実現することに寄与し得る。上記光学ガラスのZrO2、ZnO、Nb2O5およびTiO2の合計含有量に対するLa2O3含有量のモル比(La2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2))は、高屈折率低分散性を実現する観点から、4.00以上であり、4.50以上であることが好ましく、5.00以上、5.50以上、6.00以上、6.50以上、7.00以上の順により好ましい。モル比(La2O3/(ZrO2+ZnO+Nb2O5+TiO2))は、例えば、20.00以下、19.00以下、18.00以下、17.00以下または16.00以下であることができる。
【0030】
上記ガラスのLi2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量(Li2O+Na2O+K2O)は、0.00%以上5.00%以下である。合計含有量(Li2O+Na2O+K2O)は、0.00%または0.00%超であることができる。
アルカリ金属酸化物に関して、Rb2OおよびCs2Oは高価な成分であり、Li2O、Na2OおよびK2Oと比較して、汎用的なガラスには適していない成分である。ガラスの熱的安定性、化学的耐久性、耐候性および機械加工性を維持しつつ、ガラスの熔融性を改善し、ガラス転移温度Tgを低下させ、かつガラスの比重を低下させる観点から、上記ガラスのLi2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量(Li2O+Na2O+K2O)は、0.00%以上5.00%以下である。合計含有量(Li2O+Na2O+K2O)は、4.00%以下であることが好ましく、3.00%以下、2.00%以下、1.00%以下の順により好ましい。
【0031】
Li2O含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。ガラスの熱的安定性の更なる改善、ガラス転移温度の低下抑制(これによる機械加工性の改善)、化学的耐久性および耐候性の改善の観点から、Li2O含有量は、5.00%以下であることが好ましく、4.00%以下、3.00%以下、2.00%以下の順により好ましい。
Na2O、K2O、Rb2OおよびCs2Oのそれぞれの含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。Na2O、K2O、Rb2OおよびCs2Oは、いずれも、ガラスの熔融性を改善する働きを有するが、これらの含有量が多くなると、ガラスの熱的安定性、化学的耐久性、耐候性および機械加工性は低下傾向を示す。したがって、Na2O、K2O、Rb2OおよびCs2Oのそれぞれの含有量は、5.00%以下であることが好ましく、4.00%以下、3.00%以下、2.00%以下の順により好ましい。
【0032】
上記ガラスのMgO、CaO、SrOおよびBaOの合計含有量(MgO+CaO+SrO+BaO)は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。アルカリ土類金属酸化物は、ガラス原料の熔融を容易にするため、均質なガラスを作製することに寄与する成分である。ガラスの失透抑制および所望の光学特性を実現する観点から、上記ガラスの合計含有量(MgO+CaO+SrO+BaO)は、5.00%以下であり、4.00%以下であることが好ましく、3.00%以下、2.00%以下、1.00%以下の順により好ましい。
【0033】
MgO、CaO、SrOおよびBaOのそれぞれの含有量は、0.00%以上であり、0.00%または0.00%超であることができる。MgO、CaO、SrOおよびBaOのそれぞれの含有量は、ガラスの失透抑制および所望の光学特性を実現する観点から、5.00%以下であることが好ましく、4.00%以下であることがより好ましく、3.00%以下、2.00%以下、1.00%以下の順に更に好ましい。
【0034】
Fは、ガラスを低分散化する成分であり、少量添加することで熔融性を改善し、かつガラス転移温度Tgを低下させることができる成分でもある。但し、Fを多く含有するガラスは、先に記載した理由から好ましくない。そのため、上記ガラスでは、酸化物基準のガラス組成の合計含有量100モル%に対するF元素のモル%表示の外割での含有量(F含有量)は、0.00%以上3.00%以下である。F含有量は、0.00%または0.00%超であることができる。F含有量は、2.50%以下であることが好ましく、2.00%以下、1.50%以下、1.00%以下、0.50%以下の順により好ましく、0.00%であることが最も好ましい。
【0035】
その他のガラス成分に関して、環境影響に配慮すると、As2O3含有量は、0.10%以下であることが好ましく,0.01%以下であることがより好ましく,0.00%であることが最も好ましい。また、環境影響に配慮すると、PbO含有量は、1,00%以下であることが好ましく.0.50%以下、0.10%以下の順により好ましく,0.00%であることが最も好ましい。
【0036】
Ta2O5は高価な成分である。ガラスの低コスト化の観点からは、Ta2O5含有量は、2.00%以下であることが好ましく,1.50%以下,1.00%以下、0.50%以下の順により好ましく、0.00%であることが最も好ましい。
【0037】
Sb2O3は、清澄剤として添加可能な成分である。少量の添加でFe等の不純物混入による光線透過率の低下を抑える働きをすることもできるが、Sb2O3の添加量を多くすると、ガラスの着色が増加傾向を示す。したがって、Sb2O3の添加量は、外割で0.00%以上0.10%以下であることが好ましく、より好ましくは0.00%以上0.08%以下、更に好ましくは0.00%以上0.05%以下である。外割によるSb2O3含有量とは、Sb2O3以外のガラス成分の含有量の合計を100質量%としたときの質量%表示によるSb2O3の含有量を意味する。
【0038】
SnO2も清澄剤として添加可能であるが、外割りで1.00%を超えて添加するとガラスが着色したり、ガラスを加熱、軟化してプレス成形等の再成形をする際に、Snが結晶核生成の起点となって失透傾向が生じる。したがって、SnO2の添加量を外割で0.00%以上1.00%以下とすることが好ましく、0.00%以上0.50%以下とすることがより好ましく、添加しないことが特に好ましい。外割によるSnO2含有量とは、SnO2以外のガラス成分の含有量の合計を100質量%としたときの質量%表示によるSnO2の含有量を意味する。
【0039】
<ガラス物性>
(屈折率nd)
上記ガラスは、上記ガラス組成を有することにより、高屈折率ガラスであることができる。光学素子用材料としての有用性の観点から、上記ガラスの屈折率ndは、1.73000以上であることが好ましく、1.74000以上であることがより好ましく、1.75000以上であることが更に好ましい。また、光学素子用材料としての有用性の観点から、上記ガラスの屈折率ndは、1.77000以下であることができ、1.76000以下であることが好ましい。
【0040】
(アッベ数νd)
上記ガラスは、上記ガラス組成を有することにより、低分散性を示すことができる。光学素子用材料としての有用性の観点から、上記ガラスのアッベ数νdは、52.00以上53.00以下であることが好ましい。
【0041】
上記ガラスは、上記ガラス組成を有することにより下記式1を満たすことができる。光学素子用材料としての有用性の観点から、屈折率ndとアッベ数νdとが、下記式1を満たす光学ガラスは好ましい。
式1:nd≧2.20000-0.00871*νd
【0042】
(比重)
光学系を構成する光学素子では、光学素子を構成するガラスの屈折率と光学素子の光学機能面(制御しようとする光線が入射、出射する面)の曲率によって、屈折力が決まる。光学機能面の曲率を大きくしようとすると、光学素子の厚みも増加する。その結果、光学素子が重くなる。これに対し、屈折率の高いガラスを使用すれば、光学機能面の曲率を大きくしなくても大きな屈折力を得ることができる。
以上より、ガラスの比重の増加を抑えつつ、屈折率を高めることができれば、一定の屈折力を有する光学素子の軽量化が可能となる。
以上の観点から、上記ガラスの比重は、4.50以下であることが好ましく、4.40以下、4.30以下の順により好ましい。比重が低いほど光学素子の軽量化の観点から好ましいため、上記光学ガラスの比重について、下限は特に限定されない。一形態では、比重は、3.50以上、3.75以上または4.00以上であることができる。本発明および本明細書において、「比重」はアルキメデス法によって測定される値とする。
また、以上の観点から、上記ガラスの屈折率ndと比重dとから、(nd-1)/dとして算出される値は、0.173以上であることが好ましく、0.174以上、0.175以上、0.176以上、0.177以上、0.178以上の順により好ましい。また、(nd-1)/dとして算出される値は、例えば、0.200以下または0.190以下であることができる。
【0043】
(着色度λ5、λ80)
ガラスの光線透過性、詳しくは、短波長側の光吸収端の長波長化が抑制されていることは、着色度λ5およびλ80の1つ以上によって評価することができる。着色度λ5とは、紫外域から可視域にかけて、厚さ10±0.1mmのガラスの分光透過率(表面反射損失を含む)が5%となる波長を表す。λ80は、λ5について記載した方法で測定される分光透過率が80%となる波長を表す。後掲の表に示すλ5およびλ80は、250~700nmの波長域において測定された値である。本発明および本明細書におけるガラスの分光透過率T(%)は、光学研磨された2つの互いに平行な平面を有するガラス試料に対し、かかる平面のうちの一面に垂直に入射する光の強度をIinとし、ガラス試料を透過してもう一方の面から射出した光の強度をIoutとしたとき、
T(%)=Iout/Iin×100
で表される。
着色度λ5およびλ80によれば、分光透過率の短波長側の吸収端を定量的に評価することができる。例えば、接合レンズ作製のためにレンズ同士を紫外線硬化型接着剤により接合する際等には、光学素子を通して接着剤に紫外線を照射し接着剤を硬化させることが行われる。効率よく紫外線硬化型接着剤の硬化を行う観点からは、分光透過率の短波長側の吸収端が短い波長域にあることが好ましい。この短波長側の吸収端を定量的に評価する指標として、着色度λ5およびλ80の1つ以上を用いることができる。
上記ガラスは、好ましくは300nm以下のλ5を示すことができる。λ5は、295nm以下、290nm以下、285nm以下の順により好ましい。λ5は、短い波長ほどより好ましく、下限は特に限定されるものではない。
上記光学ガラスは、例えば550nm以下または500nm以下のλ80を示すことができ、好ましくは400nm以下のλ80を示すことができる。λ80は、395nm以下、390nm以下、385nm以下、380nm以下の順により好ましい。λ80は、短い波長ほどより好ましく、下限は特に限定されるものではない。
【0044】
(ガラス転移温度Tg)
アニール炉や成形型への負担軽減の観点からは、上記ガラスのガラス転移温度Tgは、750℃以下であることが好ましく、745℃以下、740℃以下、735℃以下、730℃以下、725℃以下の順により好ましい。一方、機械加工性の観点(詳しくは、切断、切削、研削、研磨等のガラスの機械加工を行う際に破損しにくいという観点)からは、上記ガラスのガラス転移温度Tgは、600℃以上であることが好ましく、620℃以上であることがより好ましく、640℃以上であることが更に好ましい。ガラス転移温度Tgは、示差走査熱量分析装置によって昇温速度を10℃/分にして求められる、
【0045】
<光学ガラスの製造方法>
上記光学ガラスは、目的のガラス組成が得られるように、原料である酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物等を秤量、調合し、十分に混合して混合バッチとし、熔融容器内で加熱、熔融し、脱泡、撹拌を行い均質かつ泡を含まない熔融ガラスを作り、これを成形することによって得ることができる。具体的には公知の熔融法を用いて作ることができる。
【0046】
[プレス成形用ガラス素材、光学素子ブランク、およびそれらの製造方法]
本発明の他の一態様は、
上記光学ガラスからなるプレス成形用ガラス素材;
上記光学ガラスからなる光学素子ブランク、
に関する。
【0047】
本発明の他の一態様によれば、
上記光学ガラスをプレス成形用ガラス素材に成形する工程を備えるプレス成形用ガラス素材の製造方法;
上記光学ガラスプレス成形用ガラス素材を、プレス成形型を用いてプレス成形することにより光学素子ブランクを作製する工程を備える光学素子ブランクの製造方法;
上記光学ガラスを光学素子ブランクに成形する工程を備える光学素子ブランクの製造方法、
も提供される。
【0048】
光学素子ブランクとは、目的とする光学素子の形状に近似し、光学素子の形状に研磨しろ(研磨により除去することになる表面層)、必要に応じて研削しろ(研削により除去することになる表面層)を加えた光学素子母材である。光学素子ブランクの表面を研削、研磨することにより、光学素子が仕上げられる。一形態では、上記ガラスを適量熔融して得た熔融ガラスをプレス成形する方法(ダイレクトプレス法と呼ばれる。)により、光学素子ブランクを作製することができる。他の一形態では、上記ガラスを適量熔融して得た熔融ガラスを固化することにより光学素子ブランクを作製することもできる。
【0049】
また、他の一形態では、プレス成形用ガラス素材を作製し、作製したプレス成形用ガラス素材をプレス成形することにより、光学素子ブランクを作製することができる。
【0050】
プレス成形用ガラス素材のプレス成形は、加熱して軟化した状態にあるプレス成形用ガラス素材をプレス成形型でプレスする公知の方法により行うことができる。加熱、プレス成形は、ともに大気中で行うことができる。プレス成形後にアニールしてガラス内部の歪を低減することにより、均質な光学素子ブランクを得ることができる。
【0051】
プレス成形用ガラス素材は、そのままの状態で光学素子ブランク作製のためのプレス成形に供されるプレス成形用ガラスゴブと呼ばれるものに加え、切断、研削、研磨等の機械加工を施してプレス成形用ガラスゴブを経てプレス成形に供されるものも含む。切断方法としては、ガラス板の表面の切断したい部分にスクライビングと呼ばれる方法で溝を形成し、溝が形成された面の裏面から溝の部分に局所的な圧力を加えて、溝の部分でガラス板を割る方法や、切断刃によってガラス板をカットする方法等がある。また、研削、研磨方法としてはバレル研磨等が挙げられる。
【0052】
プレス成形用ガラス素材は、例えば、熔融ガラスを鋳型に鋳込みガラス板に成形し、このガラス板を複数のガラス片に切断することにより作製することができる。または、適量の熔融ガラスを成形してプレス成形用ガラスゴブを作製することもできる。プレス成形用ガラスゴブを、再加熱、軟化してプレス成形して作製することにより、光学素子ブランクを作製することもできる。ガラスを再加熱、軟化してプレス成形して光学素子ブランクを作製する方法は、ダイレクトプレス法に対してリヒートプレス法と呼ばれる。
【0053】
[光学素子およびその製造方法]
本発明の他の一態様は、
上記光学ガラスからなる光学素子
に関する。
【0054】
上記光学素子は、上記光学ガラスを用いて作製される。上記光学素子において、ガラス表面には、例えば、反射防止膜等の多層膜等、一層以上のコーティングが形成されていてもよい。
【0055】
また、本発明の一態様によれば、
上述の光学素子ブランクを研削および/または研磨することにより光学素子を作製する工程を備える光学素子の製造方法、
も提供される。
【0056】
上記光学素子の製造方法において、研削、研磨等の機械加工は公知の方法を適用して行うことができ、加工後に光学素子表面を十分洗浄、乾燥させる等することにより、内部品質および表面品質の高い光学素子を得ることができる。このようにして、上記光学ガラスからなる光学素子を得ることができる。光学素子としては、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズ等の各種のレンズ、プリズム等を例示することができる。
【0057】
また、上記光学ガラスからなる光学素子は、接合光学素子を構成するレンズとしても好適である。接合光学素子としては、レンズ同士を接合したもの(接合レンズ)、レンズとプリズムを接合したもの等を例示することができる。例えば、接合光学素子は、接合する2つの光学素子の接合面を形状が反転形状となるように精密に加工(例えば、球面研磨加工)し、接合レンズの接着に使用される紫外線硬化型接着剤を塗布し、貼り合わせてからレンズを通して紫外線を照射し接着剤を硬化させることで作製することができる。このように接合光学素子を作製するために、上記光学ガラスは好ましい。接合する複数個の光学素子を、アッベ数νdが相違する複数種のガラスを用いてそれぞれ作製し、接合することにより、色収差の補正に好適な素子とすることができる。
【実施例0058】
以下に、本発明を実施例により更に詳細に説明する。ただし、本発明は実施例に示す実施形態に限定されるものではない。
【0059】
[実施例1]
<実施例No.1~57>
以下の表に示すガラス組成(単位:モル%)になるように、各成分を導入するための原料としてそれぞれ相当する硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、水酸化物、酸化物、ホウ酸等を用い、原料を秤量し、十分に混合して調合原料とした。
この調合原料を白金製坩堝に入れ、1350℃に設定された炉内で加熱し2時間熔融した。熔融ガラスを撹拌して均質化した後、熔融ガラスを予熱した鋳型に流し込み、ガラス転移温度付近まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラス転移温度程度の温度で約30分間保持した後、徐冷速度-30℃/時間で4時間徐冷し、その後炉内で室温まで放冷することにより、以下の表に示すNo.1~57の各光学ガラスを得た。これら光学ガラスは、いずれもFを含まない。以下の表に示すSb2O3含有量は、外割での含有量単位:質量%)である。
このようにして得られた光学ガラスの諸物性を以下の表に示す。
光学ガラスの諸物性は、以下に示す方法により測定した。
【0060】
<光学ガラスの物性評価>
(1)屈折率ndアッベ数νd
得られたガラスについて、日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、屈折率ndおよびアッベ数νdを測定した。
【0061】
(2)ガラス転移温度Tg
ガラスを乳鉢で十分粉砕したものを試料とし、試料容器として白金製のセルを使用し、Rigaku社製の示差走査熱量分析装置(DSC8271)によって、昇温速度を10℃/分にしてガラス転移温度Tgを測定した。
【0062】
(3)比重
アルキメデス法により比重を測定した。
【0063】
(4)着色度λ5、λ80
互いに対向する2つの光学研磨された平面を有する厚さ10±0.1mmのガラス試料を用い、分光光度計により、分光透過率T(%)を測定した。Tが5%になる波長(nm)をλ5とし、Tが80%になる波長(nm)をλ80とした。
【0064】
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
【0073】
【0074】
【0075】
【0076】
[実施例2]
実施例1で得られた各種ガラスを使用し、プレス成形用ガラス塊(ガラスゴブ)を作製した。このガラス塊を大気中で加熱、軟化し、プレス成形型でプレス成形し、レンズブランク(光学素子ブランク)を作製した。作製したレンズブランクをプレス成形型から取り出し、アニールし、研磨を含む機械加工を行い、実施例1で作製した各種ガラスからなる球面レンズを作製した。
【0077】
[実施例3]
実施例1において作製した熔融ガラスを所望量、プレス成形型でプレス成形し、レンズブランク(光学素子ブランク)を作製した。作製したレンズブランクをプレス成形型から取り出し、アニールし、研磨を含む機械加工を行い、実施例1で作製した各種ガラスからなる球面レンズを作製した。
【0078】
[実施例4]
実施例1において作製した熔融ガラスを固化して作製したガラス塊(光学素子ブランク)アニールし、研磨を含む機械加工を行い、実施例1で作製した各種ガラスからなる球面レンズを作製した。
【0079】
[実施例5]
実施例2~4において作製した球面レンズを、他種のガラスからなる球面レンズと貼り合せ、接合レンズを作製した。実施例2~4において作製した球面レンズの接合面は凸面、他種のガラスからなる球面レンズの接合面は凹面であった。上記2つの接合面は、互いに曲率半径の絶対値が等しくなるように作製した。接合面に光学素子接合用の紫外線硬化型接着剤を塗布し、2つのレンズを接合面同士で貼り合せた。その後、実施例2~4において作製した球面レンズを通して、接合面に塗布した接着剤に紫外線を照射し、接着剤を固化させた。
上記のようにして接合レンズを作製した。接合レンズの接合強度は十分高く、光学性能も十分なレベルのものであった。
【0080】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、上述の例示されたガラス組成に対し、明細書に記載の組成調整を行うことにより、本発明の一態様にかかる光学ガラスを得ることができる。
また、明細書に例示または好ましい範囲として記載した事項の2つ以上を任意に組み合わせることは、もちろん可能である。