(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-02
(45)【発行日】2022-11-11
(54)【発明の名称】光学ガラス、レンズプリフォーム及び光学素子
(51)【国際特許分類】
C03C 3/16 20060101AFI20221104BHJP
C03C 3/062 20060101ALI20221104BHJP
C03C 3/17 20060101ALI20221104BHJP
C03C 3/21 20060101ALI20221104BHJP
C03C 3/253 20060101ALI20221104BHJP
G02B 1/00 20060101ALI20221104BHJP
【FI】
C03C3/16
C03C3/062
C03C3/17
C03C3/21
C03C3/253
G02B1/00
(21)【出願番号】P 2018241528
(22)【出願日】2018-12-25
(62)【分割の表示】P 2014057980の分割
【原出願日】2014-03-20
【審査請求日】2019-01-22
【審判番号】
【審判請求日】2020-09-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000128784
【氏名又は名称】株式会社オハラ
(74)【代理人】
【識別番号】100137589
【氏名又は名称】右田 俊介
(74)【代理人】
【識別番号】100160864
【氏名又は名称】高橋 政治
(74)【代理人】
【識別番号】100158698
【氏名又は名称】水野 基樹
(72)【発明者】
【氏名】永岡 敦
【合議体】
【審判長】宮澤 尚之
【審判官】後藤 政博
【審判官】関根 崇
(56)【参考文献】
【文献】特開2004-292301(JP,A)
【文献】特開2009-96649(JP,A)
【文献】特開2003-335549(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C03C 1/00 - 14/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、
P
2O
5成分を24.5%以上35.0%以下、
Nb
2O
5成分を40.0%以上58.5%以下
TiO
2成分を1.2%以上8.0%以下、
SiO
2成分を0.3%以上、
含有し、
Bi
2O
3成分の含有量が1.0%未満、
Sb
2O
3成分の含有量が0.08%以下
であり、
質量和(TiO
2+Nb
2O
5)が45.0%以上60.0%以下、
質量和(SiO
2+P
2O
5)が25.139%以上40.0%以下、
質量和(CaO+SrO+BaO+Rn
2O)が14.5%以上
28.0%以下であり(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)、
1.70以上の屈折率(n
d)を有し、25以下のアッベ数(ν
d)を有し
分光透過率が70%を示す波長(λ
70)が500nm以下である光学ガラス。
【請求項2】
質量比Nb
2O
5/(TiO
2+Nb
2O
5)が0.700以上である請求項1記載の
光学ガラス。
【請求項3】
質量%で、Rn
2O成分の含有量の和が20.0%以下である請求項1又は2記載の光学ガラス。
【請求項4】
RO成分(Rは、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上である)の含有量の和が25.0%以下である請求項1から3のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項5】
質量比(CaO+SrO+BaO)/Rn
2Oが0.10以上7.00以下である請求項1から4のいずれか記載の光学ガラス(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)。
【請求項6】
Ln
2O
3成分(Lnは、Y、La、Gd及びYbからなる群より選択される1種以上である)の含有量の和が15.0%以下である請求項1から5のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項7】
請求項1から6のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
【請求項8】
請求項1から6のいずれか記載の光学ガラスからなる研磨加工用及び/又は精密プレス
成形用のプリフォーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学ガラス、レンズプリフォーム及び光学素子に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、光学系を使用する機器のデジタル化や高精細化が急速に進んでおり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影機器をはじめ、各種光学機器に用いられるレンズ等の光学素子に対する高精度化、軽量、及び小型化の要求は、ますます強まっている。
【0003】
光学素子を作製する光学ガラスの中でも特に、光学素子の軽量化及び小型化を図ることが可能な、1.70以上の高い屈折率(nd)を有しながらも、25以下の低いアッベ数(νd)を有するガラスの需要が非常に高まっている。高い屈折率と低いアッベ数を有するガラスとしては、例えば特許文献1~6に代表されるようなガラスが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平09-188540号公報
【文献】特開2010-222236号公報
【文献】特開2010-260746号公報
【文献】特開2011-144063号公報
【文献】特開2011-144064号公報
【文献】特開2011-195358号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1で開示されたガラスでは、屈折率が充分に高いとはいえないため、より屈折率の高い光学ガラスが求められていた。また、特許文献2~5で開示されたガラスでは、可視域の光についての透過率(本明細書中では「可視光透過率」ということがある。)、特に可視光の短波長側の光についての透過率が低いために黄色や橙色に着色したガラスや、アッベ数が十分に低いとはいえないガラスしか得られていない。そのため、屈折率がより高く、可視域の光を透過させる用途には適しており、且つ、アッベ数がより低く結像特性等を高めることが可能な光学ガラスが求められていた。
【0006】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高い屈折率及び低いアッベ数を有し、且つ、可視光についての透過率が高い光学ガラスと、これを用いたレンズプリフォーム及び光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、P2O5成分及びNb2O5成分を併用し、且つTiO2成分をはじめとする他の成分の含有量を調整することで、ガラスの屈折率が高められ、且つアッベ数が低くなりながらも、ガラスの可視光についての透過率が高められることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【0008】
(1) 質量%で、P2O5成分を5.0%以上40.0%以下、Nb2O5成分を20.0%以上60.0%以下含有し、TiO2成分の含有量が15.0%以下であり、分光透過率が70%を示す波長(λ70)が500nm以下である光学ガラス。
【0009】
(2) 質量和(TiO2+Nb2O5)が30.0%以上70.0%以下である(1)記載の光学ガラス。
【0010】
(3) 質量比Nb2O5/(TiO2+Nb2O5)が0.700以上である(1)又は(2)記載の光学ガラス。
【0011】
(4) 質量%で、SiO2成分の含有量が10.0%以下である(1)から(3)のいずれか記載の光学ガラス。
【0012】
(5) 質量和(SiO2+P2O5)が5.0%以上40.0%以下である(1)から(4)のいずれか記載の光学ガラス。
【0013】
(6) 質量%で、
Li2O成分 0~10.0%
Na2O成分 0~15.0%
K2O成分 0~15.0%
である(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラス。
【0014】
(7) 質量%で、Rn2O成分(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)の含有量の和が20.0%以下である(1)から(6)のいずれか記載の光学ガラス。
【0015】
(8) 質量%で
MgO成分 0~5.0%
CaO成分 0~10.0%
SrO成分 0~10.0%
BaO成分 0~25.0%
である(1)から(7)のいずれか記載の光学ガラス。
【0016】
(9) RO成分(Rは、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上である)の含有量の和が25.0%以下である(1)から(8)のいずれか記載の光学ガラス。
【0017】
(10) 質量和(CaO+SrO+BaO+Rn2O)が10.0%以上40.0%以下である(1)から(9)のいずれか記載の光学ガラス(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)。
【0018】
(11) 質量比(CaO+SrO+BaO)/Rn2Oが0.10以上7.00以下である(1)から(10)のいずれか記載の光学ガラス(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)。
【0019】
(12) 質量%で、B2O3成分の含有量が10.0%以下である(1)から(11)のいずれか記載の光学ガラス。
【0020】
(13) 質量%で
Y2O3成分 0~10.0%
La2O3成分 0~10.0%
Gd2O3成分 0~10.0%
Yb2O3成分 0~10.0%
である(1)から(12)のいずれか記載の光学ガラス。
【0021】
(14) Ln2O3成分(Lnは、Y、La、Gd及びYbからなる群より選択される1種以上である)の含有量の和が15.0%以下である(1)から(13)のいずれか記載の光学ガラス。
【0022】
(15) 質量%で、
GeO2成分 0~10.0%
Bi2O3成分 0~20.0%
TeO2成分 0~15.0%
ZrO2成分 0~10.0%
Ta2O5成分 0~10.0%
WO3成分 0~20.0%
ZnO成分 0~10.0%
Al2O3成分 0~10.0%
Ga2O3成分 0~10.0%
SnO成分 0~10.0%
Sb2O3成分 0~3.0%
である(1)から(14)のいずれか記載の光学ガラス。
【0023】
(16) 1.70以上の屈折率(nd)を有し、25以下のアッベ数(νd)を有する(1)から(15)のいずれか記載の光学ガラス。
【0024】
(17) (1)から(16)のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
【0025】
(18) (1)から(16)のいずれか記載の光学ガラスからなる研磨加工用及び/又は精密プレス成形用のプリフォーム。
【0026】
(19) (18)記載のプリフォームを精密プレスしてなる光学素子。
【発明の効果】
【0027】
本発明によれば、高い屈折率及び低いアッベ数を有し、且つ、可視光についての透過率が高い光学ガラスと、これを用いたレンズプリフォーム及び光学素子を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0028】
本発明の光学ガラスは、質量%で、P2O5成分を5.0%以上40.0%以下、Nb2O5成分を20.0%以上60.0%以下含有し、TiO2成分の含有量が15.0%以下であり、分光透過率が70%を示す波長(λ70)が500nm以下である光学ガラス。P2O5成分及びNb2O5成分を併用し、且つTiO2成分をはじめとする他の成分の含有量を調整することで、ガラスの屈折率が高められ、且つアッベ数が低くなりながらも、可視域の特に短波長側の光についての透過率が高められる。このため、高い屈折率及び低いアッベ数を有し、且つ、可視光透過率が高い光学ガラスと、これを用いたレンズプリフォーム及び光学素子を提供できる。
【0029】
以下、本発明の光学ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
【0030】
[ガラス成分]
本発明の光学ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総質量を100質量%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
【0031】
<必須成分、任意成分について>
P2O5成分は、ガラス形成成分であり、且つガラス原料の溶解温度を下げる必須成分である。特に、P2O5成分を5.0%以上含有することで、ガラスの安定性及び可視光透過率を高められる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは13.0%、さらに好ましくは17.0%、さらに好ましくは20.0%、さらに好ましくは24.5%を下限とする。
他方で、P2O5成分の含有量を40.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、さらに好ましくは30.0%を上限とする。
P2O5成分は、原料としてAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いることができる。
【0032】
Nb2O5成分は、屈折率を高め、アッベ数を低くし、且つ可視光透過率を高める必須成分である。特に、Nb2O5成分を20.0%以上含有することで、所望の高屈折率を得ながらも、アッベ数を低くできる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは30.0%、さらに好ましくは35.0%、さらに好ましくは40.0%、さらに好ましくは45.0%を下限とする。
他方で、Nb2O5成分の含有量を60.0%以下にすることで、耐失透性を高められる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは60.0%、より好ましくは58.0%、さらに好ましくは57.0%を上限とする。
Nb2O5成分は、原料としてNb2O5等を用いることができる。
【0033】
TiO2成分は、0%超含有する場合に、ガラスの屈折率及び耐失透性を高め、アッベ数を低くし、且つガラスの材料コストを低減できる任意成分である。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.5%、さらに好ましくは0.9%、さらに好ましくは1.2%を下限としてもよい。
他方で、TiO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、可視光透過率を高められ、且つ耐失透性の低下を抑えられる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは8.0%、さらに好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは4.0%を上限とする。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いることができる。
【0034】
TiO2成分及びNb2O5成分の合計含有量(質量和)は、30.0%以上70.0%以下が好ましい。
特に、この合計量を30.0%以上にすることで、屈折率を高められ、且つアッベ数を低くできる。従って、質量和(TiO2+Nb2O5)は、好ましくは30.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは45.0%、さらに好ましくは47.0%、さらに好ましくは50.0%を下限とする。
他方で、この合計量を70.0%以下にすることで、耐失透性の低下を抑えられる。従って、質量和(TiO2+Nb2O5)は、好ましくは70.0%、より好ましくは65.0%、さらに好ましくは60.0%を上限とする。
【0035】
TiO2成分及びNb2O5成分の合計含有量に対する、Nb2O5成分の含有量の比率(質量比)は、0.700以上が好ましい。これにより、所望の高屈折率と低いアッベ数を得られながらも、可視光透過率を高めて着色を低減できる。従って、質量比Nb2O5/(TiO2+Nb2O5)は、好ましくは0.700、より好ましくは0.800、さらに好ましくは0.830、さらに好ましくは0.870、さらに好ましくは0.910、さらに好ましくは0.920を下限とする。
他方で、この比率の上限は、1であってもよい。
【0036】
SiO2成分は、0%超含有する場合に、可視光透過率を高めるとともに、安定なガラス形成を促すことで耐失透性を高める任意成分である。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.3%、さらに好ましくは0.4%を下限としてもよい。
他方で、SiO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、SiO2成分による耐失透性の低下が抑えられるため、安定性の高いガラスを得易くできる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とし、さらに好ましくは1.0%未満とする。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
【0037】
SiO2成分及びP2O5成分の合計含有量(質量和)は、5.0%以上40.0%以下が好ましい。
特に、この合計量を5.0%以上にすることで、ガラスの安定性を高めることで耐失透性を高められる。従って、質量和(SiO2+P2O5)は、好ましくは5.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは15.0%、さらに好ましくは20.0%、さらに好ましくは24.5%を下限とする。
他方で、この合計量を20.0%以下にすることで、屈折率及び耐失透性の低下を抑えられる。従って、質量和(SiO2+P2O5)は、好ましくは40.0%以下、より好ましくは35.0%未満、さらに好ましくは30.0%未満、さらに好ましくは27.0%以下とする。
【0038】
Li2O成分は、0%超含有する場合に、ガラス原料の溶解温度及びガラス転移点を下げ、ガラスの耐失透性及び可視光透過率を高める任意成分である。
他方で、Li2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑え、且つ過剰な含有による失透を低減できる。従って、Li2O成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
Li2O成分は、原料として例えばLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いてガラス内に含有できる。
【0039】
Na2O成分及びK2O成分は、各々0%超含有する場合に、ガラス原料の溶解温度及びガラス転移点を下げ、ガラスの耐失透性及び可視光透過率を高める任意成分である。従って、Na2O成分又はK2O成分の少なくともいずれかを合計で、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%超、さらに好ましくは3.0%超、さらに好ましくは5.0%超含有してもよい。このうち特に、Na2O成分単独の含有量を、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%超、さらに好ましくは3.0%超、さらに好ましくは5.0%超にしてもよい。
他方で、Na2O成分及びK2O成分の含有量を各々15.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑え、且つこれらの成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Na2O成分及びK2O成分の各々の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは7.0%を上限とする。
Na2O成分及びK2O成分は、原料としてNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
【0040】
Rn2O成分(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)の合計含有量(質量和)は、20.0%以下が好ましい。
これにより、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられ、耐失透性も高められる。従って、Rn2O成分の質量和は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは12.0%、さらに好ましくは11.5%を上限とする。
他方で、Rn2O成分を合計で0%超含有してもよい。これにより、ガラス転移点を下げ、可視光透過率及び耐失透性を高めることができる。従って、Rn2O成分の質量和は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは3.0%、さらに好ましくは5.0%を下限としてもよい。
【0041】
MgO成分は、0%超含有する場合に、ガラス原料の溶融性及びガラスの耐失透性を高める任意成分である。
他方で、MgO成分の含有量を5.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられ、且つ、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、MgO成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは3.0%、さらに好ましくは1.0%を上限としてもよい。
MgO成分は、原料としてMgCO3、MgF2等を用いることができる。
【0042】
CaO成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高め、且つ、ガラス原料の溶融性及びガラスの耐失透性を高める任意成分である。従って、CaO成分を、好ましくは0%超、より好ましくは0.1%、さらに好ましくは0.5%、さらに好ましくは0.7%を下限として含有してもよい。
他方で、CaO成分の含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数の上昇を抑えられ、且つ、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、CaO成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは6.0%を上限とする。
CaO成分は、原料としてCaCO3、CaF2等を用いることができる。
【0043】
SrO成分は、0%超含有する場合に、ガラス原料の溶融性及びガラスの耐失透性を高める任意成分である。
他方で、SrO成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数の上昇を抑えられ、且つ、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、SrO成分の各々の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは4.0%を上限とする。
SrO成分は、原料としてSr(NO3)2、SrF2等を用いることができる。
【0044】
BaO成分は、0%超含有する場合に、ガラスの材料コストを低減しつつ、屈折率を高め、アッベ数を低くし、耐失透性を高め、且つ可視光透過率を高める任意成分である。従って、BaO成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは2.0%、さらに好ましくは3.5%を下限としてもよい。
他方で、BaO成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラス転移点及び比重の上昇を抑えられ、且つ、過剰な含有による耐失透性の低下を抑えられる。従って、BaO成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは18.0%、さらに好ましくは16.0%を上限とする。
BaO成分は、原料としてBaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等を用いることができる。
【0045】
RO成分(Rは、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上である)の合計含有量(質量和)は、25.0%以下が好ましい。これにより、ガラス転移点の上昇や、耐失透性の低下を抑えられる。従って、RO成分の質量和は、好ましくは25.0%、より好ましくは22.0%、さらに好ましくは19.0%、さらに好ましくは17.0%を上限とする。
他方で、RO成分を合計で0%超含有してもよい。これにより、ガラス原料の溶融性及びガラスの耐失透性を高められる。従って、RO成分の質量和は、好ましくは0%超、より好ましくは2.0%、さらに好ましくは4.0%、さらに好ましくは8.0%を下限としてもよい。
【0046】
CaO成分、SrO成分、BaO成分及びRn2O成分の合計含有量(質量和)は、10.0%以上40.0%以下が好ましい(RnはLi、Na及びKからなる群より選択される1種以上である)。
特に、この合計含有量を10.0%以上にすることで、ガラス原料の溶解温度を低くでき、ガラス転移点を下げられ、且つ耐失透性及び可視光透過率を高められる。従って、質量和(CaO+SrO+BaO+Rn2O)は、好ましくは10.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは14.5%を下限とする。
他方で、この合計含有量を40.0%以下にすることで、耐失透性の低下を抑えられる。従って、質量和(CaO+SrO+BaO+Rn2O)は、好ましくは40.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは28.0%、さらに好ましくは25.0%、さらに好ましくは21.0%を上限とする。
【0047】
Rn2O成分の合計含有量に対する、CaO成分、SrO成分及びBaO成分の合計含有量の比(質量比)は、0.10以上7.00以下が好ましい(RnはLi、Na及びKからなる群より選択される1種以上である)。
特に、この比を0.10以上にすることで、屈折率を高められる。従って、質量比(CaO+SrO+BaO)/Rn2Oは、好ましくは0.10、より好ましくは0.30、さらに好ましくは0.40を下限とする。
他方で、この比を7.00以下にすることで、ガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、質量和(CaO+SrO+BaO+Rn2O)は、好ましくは7.00、より好ましくは5.00、さらに好ましくは4.00、さらに好ましくは3.50を上限とする。
【0048】
B2O3成分は、0%超含有する場合に、ガラス原料の溶融性を高め、安定なガラスの形成を促すことで耐失透性を高める任意成分である。
他方で、B2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率や耐失透性の低下を抑えられ、可視光透過率を高められ、且つガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とし、さらに好ましくは1.0%未満、さらに好ましくは0.5%未満とする。
B2O3成分は、原料としてH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いることができる。
【0049】
Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分は、各々0%超含有する場合に、屈折率及び可視光透過率を高め、且つ化学的耐久性を高める任意成分である。
他方で、Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数及びガラス転移点の上昇を抑え、且つ耐失透性を高めることができる。従って、Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Y2O3成分、La2O3成分及びGd2O3成分は、原料としてY2O3、YF3、La2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Gd2O3、GdF3等を用いることができる。
【0050】
Ln2O3成分(Lnは、Y、La、Gd及びYbからなる群より選択される1種以上である)の含有量の和(質量和)は、15.0%以下が好ましい。これにより、アッベ数の上昇や、耐失透性の低下、ガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、Ln2O3成分は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
【0051】
GeO2成分は、0%超含有する場合に、屈折率及び耐失透性を高められる任意成分である。
他方で、GeO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減できる。従って、GeO2成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
【0052】
Bi2O3成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高め、且つアッベ数を低くする任意成分である。
他方で、Bi2O3成分の含有量を20.0%以下にすることで、耐失透性や可視光透過率を高められる。従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いることができる。
【0053】
TeO2成分は、0%超含有する場合に、ガラス原料の溶融性を高め、ガラスの屈折率を高め、アッベ数を低くし、且つガラス転移点を低くする任意成分である。
他方で、TeO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、可視光透過率を高められ、且つガラス融液の清澄を促すことができる。従って、TeO2成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満とする。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
【0054】
ZrO2成分は、0%超含有する場合に、屈折率及び可視光透過率を高め、且つ耐失透性を高める任意成分である。
他方で、ZrO2成分を10.0%以下にすることで、過剰な含有による屈折率や耐失透性の低下を抑えられる。従って、ZrO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
ZrO2成分は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いることができる。
【0055】
Ta2O5成分は、0%超含有する場合に、ガラスの屈折率を高める任意成分である。
他方で、Ta2O5成分を10.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減でき、且つ耐失透性を高められる。従って、Ta2O5成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
【0056】
WO3成分は、0%超含有する場合に、屈折率及び耐失透性を高め、アッベ数を低くし、且つガラス原料の溶融性を高める任意成分である。
特に、WO3成分の含有量を20.0%以下にすることで、過剰な含有による失透や、可視光透過率の低下を抑えられる。従って、WO3成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いることができる。
【0057】
ZnO成分は、0%超含有する場合に、ガラス原料の溶融性を高め、ガラスの耐失透性を高め、且つ可視光透過率を高める任意成分である。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%超、さらに好ましくは1.5%超としてもよい。
他方で、ZnO成分の含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数の上昇を抑えられる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF2等を用いることができる。
【0058】
Al2O3成分は、0%超含有する場合に、ガラス原料の溶融性、ガラスの耐失透性及び化学的耐久性を高め、且つガラス溶融時の粘度を高める任意成分である。
他方で、Al2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラス原料の溶融性を高められ、ガラスの耐失透性を高められる。従って、Al2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Al2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いることができる。
【0059】
Ga2O3成分は、0%超含有する場合に、ガラスの屈折率を高める任意成分である。
他方で、Ga2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、耐失透性を高めつつ、ガラスの摩耗度を大きくして研磨加工し易くできる。従って、Ga2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Ga2O3成分は、原料としてGa2O3、Ga(OH)3等を用いることができる。
【0060】
SnO2成分は、0%超含有する場合に、溶解したガラスの脱泡を促進し、且つガラスの可視光透過率を高める任意成分である。
他方で、SnO2成分の含有量が10.0%を越えると、ガラスが失透し易くなり、可視光透過率も低下し易くなり、さらに溶解設備(特にPt等の貴金属)との合金化が起こり易くなる。従って、SnO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。特に、SnO2成分と溶解設備の合金化を低減させる観点では、SnO2成分を含有しなくてもよい。
SnO2成分は、原料としてSnO、SnO2、SnF2、SnF4を用いることができる。
【0061】
Sb2O3成分は、0%超含有する場合に、溶解したガラスの脱泡を促進し、且つガラスの可視光透過率を高める任意成分である。
他方で、Sb2O3成分の含有量が3.0%を越えると、可視光透過率も低下し易くなり、さらに溶解設備(特にPt等の貴金属)との合金化が起こり易くなる。従って、Sb2O3成分の含有量は、好ましくは3.0%、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは0.5%、さらに好ましくは0.2%、さらに好ましくは0.08%を上限とする。
Sb2O3成分は、原料としてSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いることができる。
【0062】
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSnO成分やSb2O3成分に限定されるものではなく、ガラス製造の分野における公知の清澄剤、脱泡剤或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
【0063】
<含有すべきでない成分について>
次に、本発明の光学ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。
【0064】
上述されていない他の成分を、本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することができる。ただし、Ce、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じることで、本願発明の可視光透過率を高める効果を減殺する性質があるため、特に可視領域の波長を透過させる光学ガラスでは、実質的に含まないことが好ましい。
【0065】
また、PbO等の鉛化合物及びAs2O3等の砒素化合物は、環境負荷が高い成分であるため、実質的に含有しないこと、すなわち、不可避な混入を除いて一切含有しないことが望ましい。
【0066】
さらに、Th、Cd、Tl、Os、Be、及びSeの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、使用した場合には、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要になる。従って、環境上の影響を重視する場合には、これらを実質的に含有しないことが好ましい。
【0067】
[製造方法]
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1100~1350℃の温度範囲で3~4時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃以下の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込んで徐冷することにより作製される。
【0068】
本発明のガラス組成物は、その組成が酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表されているため直接的にモル%の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各成分のモル%表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
P2O5成分 8.0~40.0モル%及び
Nb2O5成分 15.0~35.0モル%、
並びに
TiO2成分 0~25.0モル%
SiO2成分 0~20.0モル%
Li2O成分 0~20.0モル%
Na2O成分 0~30.0モル%
K2O成分 0~20.0モル%
MgO成分 0~15.0モル%
CaO成分 0~25.0モル%
SrO成分 0~15.0モル%
BaO成分 0~25.0モル%
B2O3成分 0~20.0モル%
Y2O3成分 0~5.0モル%
La2O3成分 0~5.0モル%
Gd2O3成分 0~5.0モル%
Yb2O3成分 0~5.0モル%
GeO2成分 0~15.0モル%
Bi2O3成分 0~5.0モル%
TeO2成分 0~10.0モル%
ZrO2成分 0~10.0モル%
Ta2O5成分 0~5.0モル%
WO3成分 0~10.0モル%
ZnO成分 0~15.0モル%
Al2O3成分 0~15.0モル%
Ga2O3成分 0~10.0モル%
SnO成分 0~10.0モル%
Sb2O3成分 0~1.0モル%
【0069】
[製造方法]
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1100~1350℃の温度範囲で3~4時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃以下の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込んで徐冷することにより作製される。
【0070】
[物性]
本発明の光学ガラスは、可視光透過率、特に可視光のうち短波長側の光についての透過率が高く、それにより着色が少ないことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスでは、厚み10mmのサンプルで分光透過率5%を示す最も短い波長(λ5)は、好ましくは450nm、より好ましくは430nm、さらに好ましくは400nm、さらに好ましくは380nmを上限とする。また、本発明の光学ガラスでは、厚み10mmのサンプルで分光透過率70%を示す最も短い波長(λ70)は、好ましくは500nm、より好ましくは450nm、さらに好ましくは430nm、さらに好ましくは420nm、さらに好ましくは404nmを上限とする。これにより、ガラスの吸収端が紫外領域やその近傍に位置するようになり、可視域の特に短波長側の光に対するガラスの透明性がより高められることで、ガラスの黄色や橙色への着色が低減されるため、この光学ガラスをレンズ等の可視光を透過させる光学素子の材料に好ましく用いることができる。
なお、本発明の光学ガラスでは、Nb2O5成分を多く含有することで、TiO2成分等の含有量が低減されることと、他の成分の含有量を調整することでガラス原料の溶解性が確保されることが、このように可視光透過率を高められる要因であると考えられる。
【0071】
本発明の光学ガラスは、高い屈折率を有しながらも、より高い分散(低いアッベ数)を有することが好ましい。
本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.70、より好ましくは1.80、さらに好ましくは1.84を下限とする。この屈折率の上限は、好ましくは2.20、より好ましくは2.10、さらに好ましくは2.00であってもよい。このような高い屈折率を有することで、さらに素子の薄型化を図っても大きな光の屈折量を得ることができる。
また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは25、より好ましくは23、さらに好ましくは22を上限とする。このアッベ数の下限は、好ましくは10、より好ましくは15、さらに好ましくは18であってもよい。このような低いアッベ数を有することで、例えば高いアッベ数を有する光学素子と組み合わせた場合に、高い結像特性等を図ることができる。
従って、このような高屈折率高分散の光学ガラスを、例えば光学素子の用途に用いることで、高い結像特性等を図りながらも、光学設計の自由度を広げることができる。
【0072】
本発明の光学ガラスは、ガラス作製時における耐失透性(明細書中では、単に「耐失透性」という場合がある。)が高いことが好ましい。これにより、ガラス作製時におけるガラスの結晶化等による透過率の低下が抑えられるため、この光学ガラスをレンズ等の可視光を透過させる光学素子に好ましく用いることができる。なお、ガラス作製時における耐失透性が高いことを示す尺度としては、例えば液相温度が低いことが挙げられる。
【0073】
[プリフォーム及び光学素子]
本発明の光学ガラスは、様々な光学素子及び光学設計に有用であるが、その中でも特に、本発明の光学ガラスから精密プレス成形等の手段を用いて、レンズやプリズム、ミラー等の光学素子を作製することが好ましい。これにより、カメラやプロジェクタ等のような光学素子に可視光を透過させる光学機器に用いたときに、高精細で高精度な結像特性を実現しつつ、これら光学機器における光学系の小型化を図ることができる。また、この光学ガラスを用いた光学素子によって色収差が低減されるため、カメラやプロジェクタ等の光学機器に用いたときに、異なる部分分散比(θg,F)を有する光学素子による補正を行わなくとも、高精細で高精度な結像特性を実現できる。
【0074】
ここで、本発明の光学ガラスからなる光学素子を作製するには、光学ガラスから形成したストリップ材(板状の熱間成形品)や、ストリップ材をプレス成形することで形成される研磨加工用のプリフォームに対して、研削研磨等の冷間加工を行って製造する方法を用いてもよく、溶融状態のガラスを白金等の流出パイプの流出口から滴下して球状等の精密プレス成形用プリフォームを作製し、この精密プレス成形用プリフォームに対して精密プレス成形を行ってもよい。
【実施例】
【0075】
本発明の実施例(No.1~No.34)及び比較例(No.A)のガラスの組成、屈折率(nd)、アッベ数(νd)、分光透過率が5%及び70%を示す波長(λ5、λ70)を表1~表5に示す。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
【0076】
実施例及び比較例のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表に示した各実施例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、石英坩堝又は白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1100~1350℃の温度範囲で3~4時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃以下の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込み徐冷してガラスを作製した。そして、得られたガラスについて、組成に応じて550℃~650℃の範囲で2~60時間アニールを行った。
【0077】
実施例及び比較例のガラスの屈折率及びアッベ数は、徐冷降温速度を-25℃/hにして得られたガラスについて、日本光学硝子工業会規格(JOGIS01-2003 光学ガラスの屈折率の測定方法)に基づいて測定を行うことで求めた。なお、本測定に用いたガラスとしては、徐冷降下速度-25℃/hrのアニール条件で、徐冷炉で処理したものを用いた。
【0078】
実施例及び比較例のガラスの透過率は、日本光学硝子工業会規格(JOGIS02-2003 光学ガラスの着色度の測定方法)に準じて測定した。なお、本発明においては、ガラスの透過率を測定することで、ガラスの着色の有無と程度を求めた。具体的には、厚さ10±0.1mmの対面平行研磨品をJISZ8722に準じ、200~800nmの分光透過率を測定し、λ70(透過率70%時の波長)とλ5(透過率5%時の波長)を求めた。
【0079】
【0080】
【0081】
【0082】
【0083】
【0084】
表に示されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもλ70(透過率70%時の波長)が500nm以下、より詳細には420nm以下であり、所望の範囲内であった。
他方で、比較例のガラスはλ70が515nmであった。
そのため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例のガラスに比べて、可視光について高い透過率を有していることが明らかになった。
【0085】
本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率(nd)が1.70以上、より詳細には1.84以上であるため、所望の範囲内であった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもアッベ数(νd)が25以下であるため、所望の範囲内であった。
【0086】
以上のことから、本発明の実施例の光学ガラスは、高い屈折率(nd)を有しながらも、より低いアッベ数(νd)を有しており、且つ、可視光についての透過率が高いことが明らかになった。
【0087】
さらに、本発明の実施例の光学ガラスを用いてレンズプリフォームを形成し、このレンズプリフォームに対してモールドプレス成形したところ、安定に様々なレンズ形状に加工することができた。
【0088】
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。