(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】2024-01-25
(45)【発行日】2024-02-02
(54)【発明の名称】光学ガラス、プリフォーム及び光学素子
(51)【国際特許分類】
C03C 3/066 20060101AFI20240126BHJP
C03C 3/064 20060101ALI20240126BHJP
C03C 3/068 20060101ALI20240126BHJP
C03C 3/097 20060101ALI20240126BHJP
G02B 1/00 20060101ALI20240126BHJP
【FI】
C03C3/066
C03C3/064
C03C3/068
C03C3/097
G02B1/00
(21)【出願番号】P 2022196077
(22)【出願日】2022-12-08
(62)【分割の表示】P 2016234493の分割
【原出願日】2016-12-01
【審査請求日】2022-12-08
(31)【優先権主張番号】P 2015238990
(32)【優先日】2015-12-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】荻野 道子
【審査官】玉井 一輝
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第104876440(CN,A)
【文献】特開2007-169157(JP,A)
【文献】国際公開第2011/016566(WO,A1)
【文献】特開2009-179538(JP,A)
【文献】特開2015-193516(JP,A)
【文献】国際公開第2017/090646(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C03C 1/00 -14/00
G02B 1/00
INTERGLAD
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化物換算組成の質量%で、
SiO
2成分を15.0~50.0%、
Nb
2O
5成分を25.0~50.0%、
B
2O
3成分を1.0~6.23%、
ZrO
2
成分を0%超20.0%以下、
Ta
2O
5成分を1.0%未満、
TiO
2成分を10.0%未満、
K
2O成分を8.0%未満、
Al
2O
3成分を1.0%未満含有し、
Rn
2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が
11.01~25.0%、
RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の質量和が0~
5.75%、
Ln
2O
3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Ybからなる群より選択される1種以上)の質量和が0~10.0%未満、
屈折率(n
d)が1.70~1.80であり、再加熱試験(イ)の前後において失透及び乳白が生じない光学ガラス。
〔再加熱試験(イ):試験片15mm×15mm×30mmを再加熱し、室温から150分で各試料の転移温度(Tg)より100℃~120℃高い温度まで昇温し、前記光学ガラスのガラス転移温度(Tg)よりも100℃~120℃高い温度で30分間保温し、その後常温まで自然冷却し、試験片の対向する2面を厚み10mmに研磨した後に目視観察する。〕
【請求項2】
酸化物換算組成の質量%で、
ZnO成分0~25.0
%
である請求項1記載の光学ガラス。
【請求項3】
酸化物換算組成の質量%で、
WO
3成分0~10.0%、
MgO成分0~5.0%未満、
CaO成分0~
5.75%、
SrO成分0~4.0%未満、
BaO成分0~4.0%未満、
Li
2O成分0~15.0%、
Na
2O成分0~15.0%、
P
2O
5成分0~10.0%、
GeO
2成分0~10.0%、
Ga
2O
3成分0~10.0%、
Bi
2O
3成分0~10.0%、
TeO
2成分0~5.0%、及び
SnO
2成分0~1.0%を含有し、
Sb
2O
3成分0~1.0%
である請求項1又は2いずれか記載の光学ガラス。
【請求項4】
アッベ数(ν
d)が28~45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】
分光透過率が80%を示す波長(λ
80)が450nm以下であり、分光透過率が5%を示す波長(λ
5)が365nm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。
【請求項6】
請求項1から5のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
【請求項7】
請求項1から5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。
【請求項8】
請求項6又は7のいずれか記載の光学素子を備える光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学ガラス、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や、プロジェクタやプロジェクションテレビ等の画像再生(投影)機器等の各種光学機器の分野では、光学系で用いられるレンズやプリズム等の光学素子の枚数を削減し、光学系全体を軽量化及び小型化する要求が強まっている。
【0003】
光学素子を作製する光学ガラスの中でも特に、光学系全体の軽量化及び小型化を図ることが可能な、1.65以上の屈折率(nd)を有し、28以上45以下のアッベ数(νd)を有する光学ガラスの需要が非常に高まっている。このような光学ガラスとしては、特許文献1~2に代表されるようなSiO2-Nb2O5系を主成分とする光学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2007-169157号公報
【文献】特再公表WO02/014235号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
光学ガラスから光学素子を作製する方法としては、例えば、光学ガラスから形成されたゴブ又はガラスブロックに対して研削及び研磨を行って光学素子の形状を得る方法、光学ガラスから形成されたゴブ又はガラスブロックを再加熱して成形(リヒートプレス成形)して得られたガラス成形体を研削及び研磨する方法、及び、ゴブ又はガラスブロックから得られたプリフォーム材を超精密加工された金型で成形(精密モールドプレス成形)して光学素子の形状を得る方法が知られている。いずれの方法であっても、熔融したガラス原料からゴブ又はガラスブロックを形成する際に、安定なガラスが得られることが求められる。ここで、得られるゴブ又はガラスブロックを構成するガラスの失透に対する安定性(耐失透性)が低下してガラスの内部に結晶が発生した場合、もはや光学素子として好適なガラスを得ることができない。
【0006】
1.65以上の屈折率(nd)を有し、アッベ数(νd)が28以上45以下におけるSiO2-Nb2O5系を主成分とする光学ガラスでは、リヒートプレス成形後の光学ガラスの安定性が悪く、ガラス内部に強い乳白傾向や著しい失透傾向が生じる。そのため、リヒートプレス成形のような再加熱工程を経て形状作成される製法では、光学ガラスの安定性が悪く、品質が良い光学ガラスを得ることができなかった。
【0007】
また、光学ガラスの材料コストを低減するために、光学ガラスを構成する諸成分の原料費は、なるべく安価であることが望まれる。また、光学ガラスを量産するにあたっては、ガラス作製時の失透が起こり難いことが望まれる。ところが、特許文献1~2に記載されたガラス組成物は、これらの諸要求に十分応えるものとは言い難い。
【0008】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、ガラス内部に乳白・失透が生じない光学ガラスを、より安価に得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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、SiO2成分及びNb2O5成分を含有し、B2O3成分を1.0~20.0%含有する光学ガラスにおいて、リヒートプレス工程におけるガラス乳白や失透が低減された光学ガラスを得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0010】
(1) 酸化物換算組成の質量%で、SiO2成分を15.0~50.0%、Nb2O5成分を25.0~50.0%、B2O3成分を1.0~20.0%含有し、 再加熱試験(イ)の前後において失透及び乳白が生じない光学ガラス。〔再加熱試験(イ):試験片15mm×15mm×30mmを再加熱し、室温から150分で各試料の転移温度(Tg)より100℃~120℃高い温度まで昇温し、前記光学ガラスのガラス転移温度(Tg)よりも100℃~120℃高い温度で30分間保温し、その後常温まで自然冷却し、試験片の対向する2面を厚み10mmに研磨した後に目視観察する。〕
【0011】
(2) 酸化物換算組成の質量%で、
ZnO成分 0~25.0%、
ZrO2成分 0~20.0%、
である(1)の光学ガラス。
【0012】
(3) 酸化物換算組成の質量%で、
TiO2成分 0~15.0%、
WO3成分 0~10.0%、
MgO成分 0~10.0%、
CaO成分 0~10.0%、
SrO成分 0~10.0%、
BaO成分 0~10.0%、
La2O3成分 0~10.0%、
Gd2O3成分 0~10.0%、
Y2O3成分 0~10.0%、
Yb2O3成分 0~10.0%、
Li2O成分 0~20.0%、
Na2O成分 0~20.0%、
K2O成分 0~10.0%、
Ta2O5成分 0~10.0%、
P2O5成分 0~10.0%、
GeO2成分 0~10.0%、
Al2O3成分 0~10.0%、
Ga2O3成分 0~10.0%、
Bi2O3成分 0~10.0%、
TeO2成分 0~5.0%、及び
SnO2成分 0~1.0%を含有し
Sb2O3成分 0~1.0%
である(1)又は(2)いずれか記載の光学ガラス。
【0013】
(4) 酸化物基準の質量%で、Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Ybからなる群より選択される1種以上)の質量和が0~15.0%、Rn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が0~30.0%、RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の質量和が0~20.0%である(1)から(3)のいずれか記載の光学ガラス。
【0014】
(5) 屈折率(nd)が1.65~1.80であり、アッベ数(νd)が28~45である(1)から(4)のいずれか記載の光学ガラス。
【0015】
(6) 分光透過率が80%を示す波長(λ80)が450nm以下であり、分光透過率が5%を示す波長(λ5)が365nm以下である(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラス。
【0016】
(7) (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。
【0017】
(8) (1)から(6)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。
【0018】
(9) (7)又は(8)いずれか記載の光学素子を備える光学機器。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、リヒートプレス工程におけるガラス乳白や失透が低減された光学ガラスをより安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【
図1】部分分散比(θg,F)が縦軸でアッベ数(ν
d)が横軸の直交座標に表されるノーマルラインを示す図である。
【
図2】本願の実施例についての部分分散比(θg,F)とアッベ数(ν
d)の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の光学ガラスは、酸化物換算組成の質量%で、SiO2成分を15.0~50.0%、Nb2O5成分を20.0~50.0%、B2O3成分を1.0~20.0%含有し、再加熱試験(イ)の前後において失透及び乳白が生じないものである。 SiO2成分及びNb2O5成分を含有するガラスにおいて、所望の範囲内の高い屈折率や低いアッベ数(高い分散)を有しながらも、ガラスを再加熱した際の失透及び乳白が低減されるため、リヒートプレス成形に好適な光学ガラスを得ることができる。
【0022】
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。
【0023】
[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。本明細書中で特に断りがない場合、各成分の含有量は、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、金属弗化物等が熔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。
【0024】
<必須成分、任意成分について>
SiO2成分は、安定なガラス形成を促し、光学ガラスとして好ましくない失透(結晶物の発生)を低減する必須成分である。
特に、SiO2成分の含有量を15.0%以上にすることで、部分分散比を大幅に高めることなく、耐失透性に優れたガラスを得られる。また、これにより再加熱時における失透や着色を低減できる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは18.0%、さらに好ましくは20.0%、さらに好ましくは25.0%、さらに好ましくは27.0%を下限とする。
他方で、SiO2成分の含有量を50.0%以下にすることで、屈折率が低下し難くなることで所望の高屈折率を得易くでき、且つ、部分分散比の上昇を抑えられる。また、これによりガラス原料の熔解性の低下を抑えられる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは48.0%、さらに好ましくは45.0%、さらに好ましくは40.0%を上限とする。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
【0025】
Nb2O5成分は、屈折率を高め、且つアッベ数及び部分分散比を低くでき、且つ耐失透性を高められる必須成分である。
特に、Nb2O5成分の含有量を25.0%以上にすることで、目的の光学恒数まで屈折率を高くして本発明の範囲の成分内で調整することで異常分散性を小さくすることができる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは28.0%、さらに好ましくは30.0%を下限とする。
他方で、Nb2O5成分の含有量を50.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減できる。また、ガラス製造時における熔解温度の上昇を抑制し、且つNb2O5成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは45.0%、さらに好ましくは43.0%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。
【0026】
B2O3成分は、0%超含有する場合に、安定なガラス形成を促すことで耐失透性を高められ、且つガラス原料の熔解性を高められる任意成分である。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは3.0%、さらに好ましくは4.0%を下限としてもよい。
他方で、B2O3成分の含有量を20.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられ、且つ部分分散比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10.0%を上限とする。
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。
【0027】
Nb2O5成分の含有量に対する、SiO2成分及びB2O3成分の和の比率は、2.0未満が好ましい。これにより、異常分散性を維持しつつ目的とする光学恒数まで調整することができる。従って、(SiO2+B2O3)/Nb2O5は、好ましくは2.0未満、より好ましくは1.7未満、さらに好ましくは1.5未満、さらに好ましくは1.4未満とする。
他方で、(SiO2+B2O3)/Nb2O5を0超とすることにより、ガラスを安定化させ失透しにくくすることができる。従って、(SiO2+B2O3)/Nb2O5は、好ましくは0超、より好ましくは0.5以上、さらに好ましくは0.8以上、さらに好ましくは0.9以上とする。
【0028】
ZnO成分は、0%超含有する場合に、安価であり且つガラス転移点を下げられる任意成分である。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0.5%超、さらに好ましくは1.0%超としてもよい。
他方で、ZnO成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラスの再加熱時における失透や着色を低減しつつ、化学的耐久性を高められる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは25.0%以下、より好ましくは20.0%以下、さらに好ましくは16.0%未満、さらに好ましくは10.0%未満とする。
【0029】
ZrO2成分は、0%超含有する場合に、ガラスの屈折率及びアッベ数を高め、部分分散比を低くし、且つ耐失透性を高めることができる任意成分である。また、これにより再加熱時における失透や着色を低減できる。従って、ZrO2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2.0%超、さらに好ましくは3.0%超としてもよい。
他方で、ZrO2成分の含有量を20.0%以下にすることで、失透を低減でき、且つ、より均質なガラスを得易くできる。従って、ZrO2成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは18.0%、さらに好ましくは15.0%、さらに好ましくは11.0%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。
【0030】
TiO2成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高め、アッベ数を低くし、且つ耐失透性を高める任意成分である。
他方で、TiO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減でき、内部透過率を高められる。また、これにより部分分散比が上昇し難くなるため、ノーマルラインに近い所望の低い部分分散比を得易くできる。従って、TiO2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%未満とする。特に、ガラスの異常分散性を小さくする観点では、さらに好ましくは含まない。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いることができる。
【0031】
WO3成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高めてアッベ数を低くし、耐失透性を高め、且つガラス原料の熔解性を高められる任意成分である。
他方で、WO3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比を上昇し難くでき、且つ、ガラスの着色を低減して内部透過率を高められる。従って、WO3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。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いることができる。
【0032】
MgO成分は、0%超含有する場合に、ガラスの熔解温度を低くできる任意成分である。 他方で、MgO成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑制しつつ、失透を低減できる。従って、MgO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。
MgO成分は、原料としてMgO、MgCO3、MgF2等を用いることができる。
【0033】
CaO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、アッベ数を低くでき、失透を低減でき、且つ、ガラス原料の熔解性を高められる任意成分である。従って、CaO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2.0%超としてもよい。 他方で、CaO成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇、部分分散比の上昇を抑えられ、且つ失透を低減できる。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9.0%、さらに好ましくは8.0%、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。
【0034】
SrO成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高められ、且つ耐失透性を高められる任意成分である。 特に、SrO成分の含有量を10.0%以下にすることで、化学的耐久性の悪化を抑えられる。従って、SrO成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは4.0%未満とする。
SrO成分は、原料としてSr(NO3)2、SrF2等を用いることができる。
【0035】
BaO成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高められ、部分分散比を低くでき、耐失透性を高められ、ガラス原料の熔解性を高められ、且つ、他のアルカリ土類成分に比べてガラスの材料コストを低減できる任意成分である。
特に、BaO成分の含有量を10.0%以下にすることで、化学的耐久性の悪化や、失透を抑えられる。従って、BaO成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは4.0%未満、さらに好ましくは2.0%未満とする。
BaO成分は、原料としてBaCO3、Ba(NO3)2等を用いることができる。
【0036】
La2O3成分、Gd2O3成分、Y2O3成分及びYb2O3成分は、少なくともいずれかを0%超含有することで、屈折率を高め、且つ部分分散比を小さくできる任意成分である。
特に、La2O3成分、Gd2O3成分、Y2O3成分及びYb2O3成分のそれぞれの含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数の上昇を抑えられ、比重を小さくでき、失透を低減でき、且つ材料コストを低減できる。従って、La2O3成分、Gd2O3成分、Y2O3成分及びYb2O3成分のそれぞれの含有量は、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%以下、さらに好ましくは1.0%未満とする。
La2O3成分、Gd2O3成分、Y2O3成分及びYb2O3成分は、原料としてLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Y2O3、YF3、Gd2O3、GdF3、Yb2O3等を用いることができる。
【0037】
Li2O成分は、0%超含有する場合に、部分分散比を低くでき、ガラス転移点を低くでき、且つガラス原料の熔解性を高められる任意成分である。従って、Li2O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2.0%以上、さらに好ましくは3.0%超、最も好ましくは5.0%超としてもよい。
他方で、Li2O成分の含有量を20.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられ、化学的耐久性を悪化し難くでき、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20.0%以下、より好ましくは15.0%以下、さらに好ましくは10.0%未満とする。
Li2O成分は、原料としてLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いることができる。
【0038】
Na2O成分は、0%超含有する場合に、部分分散比を低くでき、ガラス転移点を低くでき、且つガラス原料の熔解性を高められる任意成分である。従って、Li2O成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.3%超、さらに好ましくは0.5%超、さらに好ましくは1.0%超としてもよい。
他方で、Na2O成分の含有量を20.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられ、化学的耐久性を悪化し難くでき、且つ過剰な含有による失透を低減できる。
従って、Na2O成分の含有量は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは15.0%以下、さらに好ましくは10.0%未満とする。
Na2O成分は、原料としてNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6等を用いることができる。
【0039】
K2O成分は、少なくともいずれかを0%超含有する場合に、ガラス原料の熔解性を高められ、且つガラス転移点を低くできる任意成分である。
他方で、K2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、部分分散比の上昇を抑えられ、失透を低減でき、且つ化学的耐久性を悪化し難くできる。従って、K2O成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
K2O成分は、原料としてK2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
【0040】
Ta2O5成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高め、アッベ数及び部分分散比を下げ、且つ耐失透性を高められる任意成分である。
他方で、Ta2O5成分の含有量を10.0%以下にすることで、希少鉱物資源であるTa2O5成分の使用量が減り、且つガラスがより低温で熔解し易くなるため、ガラスの生産コストを低減できる。また、これによりTa2O5成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、Ta2O5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。特にガラスの材料コストを低減させる観点では、Ta2O5成分を含有しなくてもよい。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
【0041】
P2O5成分は、0%超含有する場合に、ガラスの安定性を高められる任意成分である。
一方で、P2O5成分の含有量を10.0%以下にすることで、P2O5成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、P2O5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。
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。
【0042】
GeO2成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高め、且つ失透を低減できる任意成分である。
他方で、GeO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、高価なGeO2成分の使用量が低減されるため、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%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。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
【0043】
Al2O3成分及びGa2O3成分は、少なくともいずれかを0%超含有する場合に、化学的耐久性を高め、且つ耐失透性を向上できる任意成分である。
他方で、Al2O3成分及びGa2O3成分のそれぞれの含有量を10.0%以下にすることで、Al2O3成分やGa2O3成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Al2O3成分及びGa2O3成分のそれぞれの含有量は、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。
Al2O3成分及びGa2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3、Ga2O3、Ga(OH)3等を用いることができる。
【0044】
Bi2O3成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高めてアッベ数を低くでき、且つガラス転移点を低くできる任意成分である。
他方で、Bi2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、部分分散比を上昇し難くでき、且つ、ガラスの着色を低減して内部透過率を高めることができる。従って、Bi2O3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。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いることができる。
【0045】
TeO2成分は、0%超含有する場合に、屈折率を高め、部分分散比を低くでき、且つガラス転移点を低くできる任意成分である。
他方で、TeO2成分の含有量を5.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減して内部透過率を高めることができる。また、高価なTeO2成分の使用を低減することで、より材料コストの安いガラスを得られる。従って、TeO2成分の含有量は、好ましくは5.0%、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。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
【0046】
Sb2O3成分は、0%超含有する場合にガラスの脱泡を促進し、ガラスを清澄する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。Sb2O3成分は、ガラス全質量に対する含有量を1.0%以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡を生じ難くすることができ、Sb2O3成分が溶解設備(特にPt等の貴金属)と合金化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSb2O3成分の含有率は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.8%、さらに好ましくは0.6%を上限とする。ここで、特にソラリゼーションに低い光学ガラスを得易くする観点では、酸化物換算組成のガラス全質量Sb2O3成分の含有量は、好ましくは0.5%、より好ましくは0.3%、最も好ましくは0.1%を上限とする。
【0047】
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記の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や脱泡剤、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
【0048】
Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Ybからなる群より選択される1種以上)の含有量の和(質量和)は、15.0%以下が好ましい。これにより、ガラスの失透を低減でき、アッベ数の上昇を抑えられ、且つガラスの材料コストを低減できる。従って、Ln2O3成分の質量和は、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%以下とする。
【0049】
RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の含有量の和(質量和)は、20.0%以下が好ましい。これにより、これら成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減できる。従って、RO成分の質量和は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは15.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは7.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満とする。
他方で、RO成分の質量和は、ガラス原料の熔解性を高め、且つ失透を低減する観点から、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%以上、さらに好ましくは2.0%以上としてもよい。
【0050】
Rn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の含有量の和(質量和)は、30.0%以下が好ましい。これにより、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラス形成時の失透を低減できる。従って、Rn2O成分の合計含有量は、好ましくは30.0%以下、より好ましくは28.0%、さらに好ましくは25.0%、さらに好ましくは20.0%、さらに好ましくは16.0%を上限とする。
他方で、Rn2O成分の質量和は、ガラス原料の熔解性を高め、且つガラス転移点を低くする観点から、好ましくは0%超、より好ましくは5.0%超、さらに好ましくは7.0%超、さらに好ましくは10.0%超としてもよい。
【0051】
<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。
【0052】
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、添加できる。ただし、Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Luを除く、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性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。
【0053】
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。
【0054】
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、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とされる。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。
【0055】
[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、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1000~1400℃の温度範囲で3~5時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、900~1400℃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。
【0056】
<物性>
本発明の光学ガラスは、高い屈折率と所定の範囲の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1.65、より好ましくは1.68、さらに好ましくは1.70を下限としてもよい。この屈折率の上限は、好ましくは1.80、より好ましくは1.78、さらに好ましくは1.77、さらに好ましくは1.76としてもよい。
本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは28、より好ましくは30、さらに好ましくは30.5を下限とする。他方で、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは45、より好ましくは43、より好ましくは40、さらに好ましくは38を上限とする。
このような屈折率及びアッベ数を有する本発明の光学ガラスは光学設計上有用であり、特に高い結像特性等を図りながらも、光学系の小型化を図ることができるため、光学設計の自由度を広げることができる。
【0057】
本発明の光学ガラスは、低い部分分散比(θg,F)を有することが好ましい。
より具体的には、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、アッベ数(νd)との間で、(-0.00256×νd+0.637)≦(θg,F)≦(-0.00256×νd+0.689)の関係を満たすことが好ましい。
従って、本発明の光学ガラスでは、部分分散比(θg,F)及びアッベ数(νd)が、θg,F≧(-0.00256×νd+0.637)の関係を満たすことが好ましく、θg,F≧(-0.00256×νd+0.647)の関係を満たすことがより好ましく、θg,F≧(-0.00256×νd+0.657)の関係を満たすことがさらに好ましい。
他方で、本発明の光学ガラスでは、部分分散比(θg,F)及びアッベ数(νd)が、θg,F≦(-0.00256×νd+0.689)の関係を満たすことが好ましく、θg,F≦(-0.00256×νd+0.681)の関係を満たすことがより好ましく、θg,F≦(-0.00256×νd+0.677)の関係を満たすことがさらに好ましい。
これにより、低い部分分散比(θg,F)を有する光学ガラスが得られるため、この光学ガラスから形成される光学素子を、光学系の色収差の低減に役立てられる。
【0058】
なお、特にアッベ数(νd)が小さい領域では、一般的なガラスの部分分散比(θg,F)はノーマルラインよりも高い値にあり、横軸にアッベ数(νd)、縦軸に部分分散比(θg,F)を取ったときの、一般的なガラスの部分分散比(θg,F)とアッベ数(νd)の関係は、ノーマルラインよりも傾きの大きな曲線で表される。上述の部分分散比(θg,F)及びアッベ数(νd)の関係式では、ノーマルラインよりも傾きの大きな直線を使ってこれらの関係を規定することで、一般的なガラスよりも部分分散比(θg,F)の小さなガラスを得られることを表している。
【0059】
本発明の光学ガラスは、着色が少ないことが好ましい。
特に、本発明の光学ガラスは、ガラスの透過率で表すと、厚み10mmのサンプルで分光透過率80%を示す波長(λ80)が、好ましくは450nm以下、より好ましくは420nm以下、さらに好好ましくは410nm以下、さらに好ましくは400nm以下である。
また、本発明の光学ガラスは、厚み10mmのサンプルで分光透過率5%を示す波長(λ5)が、好ましくは365nm以下、より好ましくは355nm以下、さらに好ましくは345nm以下である。
これにより、ガラスの吸収端が紫外領域の近傍に位置するようになり、可視域におけるガラスの透明性が高められるため、この光学ガラスをレンズ等の光学素子の材料として好ましく用いることができる。
【0060】
また、本発明の光学ガラスは、耐失透性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。特に、本発明の光学ガラスは、1200℃以下の低い液相温度を有することが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの液相温度は、好ましくは1200℃、より好ましくは1150℃、より好ましくは1100℃、より好ましくは1050℃を上限とする。これにより、より低い温度で溶融ガラスを流出しても、作製されたガラスの結晶化が低減されるため、溶融状態からガラスを形成したときの耐失透性を高めることができ、ガラスを用いた光学素子の光学特性への影響を低減することができる。一方、本発明の光学ガラスの液相温度の下限は特に限定しないが、本発明によって得られるガラスの液相温度は、概ね500℃以上、具体的には550℃以上、さらに具体的には600℃以上であることが多い。なお、本明細書中における「液相温度」とは、直径2mm程度の粒状に粉砕したガラス試料を白金板上に載せ、800℃から1220℃の温度傾斜のついた炉内で30分間保持した後取り出し、冷却後にガラス中の結晶の有無を倍率80倍の顕微鏡にて観察することで測定される、ガラス中に結晶が認められず失透が生じない最も低い温度である。
【0061】
本発明の光学ガラスは、プレス成形性が良好であることが好ましい。すなわち、再加熱試験(イ)の前後においても失透及び乳白が生じないことが好ましい。これにより、リヒートプレス加工を想定した再加熱試験によっても失透及び着色が起こり難くなることで、ガラスの光線透過率が失われ難くなるため、ガラスに対してリヒートプレス加工に代表される再加熱処理を行い易くできる。すなわち、複雑な形状の光学素子をプレス成形で作製できるため、製造コストが安く、且つ生産性の良い光学素子製造を実現することができる。
【0062】
ここで、再加熱試験(イ)は、15mm×15mm×30mmの試験片を、凹型耐火物上に載せて電気炉に入れて再加熱し、常温から150分で各試料の転移温度(Tg)より100℃~120℃高い温度(耐火物に落ち込む温度)まで昇温し、その温度で30分保温した後、常温まで冷却して炉外に取り出し、内部で観察できるように対向する2面を厚さ10mmに研磨した後、研磨したガラス試料を目視観察する方法で行うことができる。
【0063】
なお、再加熱試験(イ)の前後における失透及び乳白の有無は、例えば目視で確認することが可能であり、「失透及び乳白が生じない」ことは、例えば再加熱試験(イ)後の試験片の波長587.56nmの光線(d線)の透過率を、再加熱試験前の試験片のd線の透過率で除した値が、概ね0.80以上であることを指す。
【0064】
[プリフォーム及び光学素子]
作製された光学ガラスから、例えばリヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス成形体を作製できる。すなわち、光学ガラスからモールドプレス成形用のプリフォームを作製し、このプリフォームに対してリヒートプレス成形を行った後で研磨加工を行ってガラス成形体を作製したり、例えば研磨加工を行って作製したプリフォームに対して精密プレス成形を行ってガラス成形体を作製したりできる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。
【0065】
このようにして作製されるガラス成形体は、様々な光学素子に有用であるが、その中でも特に、レンズやプリズム等の光学素子の用途に用いることが好ましい。これにより、光学素子が設けられる光学系の透過光における、色収差による色のにじみが低減される。そのため、この光学素子をカメラに用いた場合は撮影対象物をより正確に表現でき、この光学素子をプロジェクタに用いた場合は所望の映像をより高精彩に投影できる。
【実施例】
【0066】
本発明の実施例(No.1~No.57)及び比較例の組成、並びに、屈折率(nd)、アッベ数(νd)、部分分散比(θg,F)、分光透過率が5%及び80%を示す波長(λ5、λ80)、液相温度、並びに再加熱試験(型落し試験)の結果を表1~表8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。
【0067】
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の原料を選定し、表に示した各実施例及び比較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、石製坩堝(ガラスの溶融性によっては白金坩堝、アルミナ坩堝を用いても構わない)に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1100~1400℃の温度範囲で0.5~5時間熔解した後、白金坩堝に移して攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1000~1400℃に温度を下げて攪拌均質化してから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。
【0068】
実施例及び比較例のガラスの屈折率(nd)、アッベ数(νd)及び部分分散比(θg,F)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS01―2003に基づいて測定した。
なお、本測定に用いたガラスは、徐冷降温速度を-25℃/hrとして、徐冷炉にて処理を行ったものを用いた。
【0069】
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、λ5(透過率5%時の波長)及びλ80(透過率80%時の波長)を求めた。
【0070】
実施例及び比較例の液相温度は、粉砕したガラス試料を10mm間隔で白金板上に載せ、これを800℃から1200℃の間に温度傾斜のついた炉内で30分間保持した後で取り出し、冷却後にガラス試料中の結晶の有無を倍率80倍の顕微鏡にて観察することで測定した。この際、サンプルとして光学ガラスを直径2mm程度の粒状に粉砕した。
【0071】
また、実施例及び比較例のガラスについて、再加熱試験の前後における失透及び乳白の有無を目視で確認した。ここで、再加熱試験後の前後における失透及び乳白の確認は、15mm×15mm×30mmの試験片を、凹型耐火物上に載せて電気炉に入れて再加熱温度まで再加熱し、その温度で30分保温した後、常温まで冷却して炉外に取り出し、内部で観察できるように対向する2面を厚さ10mmに研磨した後、研磨したガラス試料における失透及び乳白の有無を目視で観察することで行った。このとき、再加熱温度を(Tg+100℃~120℃)にしたときに失透及び乳白が生じず、且つ、再加熱温度を(Tg+100℃~120℃)より高い温度にしたときにも失透及び乳白が生じなかったガラスは、「再加熱試験」を「失透なし」にした。また、再加熱温度を(Tg+100℃~120℃)の範囲内で特定の温度にしたときに失透又は乳白が生じたガラスは、「再加熱試験」を「失透有り」にした。
【0072】
【0073】
【0074】
【0075】
【0076】
【0077】
【0078】
【0079】
【0080】
これらの表のとおり、本発明の実施例の光学ガラスは、部分分散比(θg,F)及びアッベ数(νd)が、(-0.00256×νd+0.637)≦(θg,F)≦(-0.00256×νd+0.689)の関係を満たしており、より詳細には(-0.00256×νd+0.657)≦(θg,F)≦(-0.00256×νd+0.677)の関係を満たしていた。すなわち、本願の実施例のガラスについての部分分散比(θg,F)とアッベ数(ν
d)の関係は、
図2に示されるようになった。
【0081】
本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率(nd)が1.65以上、より詳細には1.67以上であるとともに、この屈折率(nd)は1.90以下、より詳細には1.80以下であり、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28以上、より詳細には30以上であるとともに、このアッベ数(νd)は45以下、より詳細には39以下であり、所望の範囲内であった。
【0082】
加えて、本発明の実施例の光学ガラスは、λ80(透過率80%時の波長)がいずれも450nm以下、より詳細には420nm以下であった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ5(透過率5%時の波長)がいずれも365nm以下、より詳細には355nm以下であった。
よって、本発明の実施例の光学ガラスは、可視光に対する透過率が高く着色し難いことが明らかになった。
【0083】
加えて、本発明の実施例の光学ガラスは、液相温度が1200℃以下、より詳細には1110℃以下であった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、再加熱試験の評価結果はいずれも「失透なし」であった。従って、本発明の実施例の光学ガラスは、再加熱による失透や乳白が怒りがたいため、高いリヒートプレス成形性を有することが推察される。
【0084】
さらに、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、ガラスブロックを形成し、このガラスブロックに対して研削及び研磨を行い、レンズ及びプリズムの形状に加工した。その結果、安定に様々なレンズ及びプリズムの形状に加工することができた。
【0085】
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。