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特表2023-542723光学ガラス

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-11

(54)【発明の名称】光学ガラス

(51)【国際特許分類】

C03C 3/062 20060101AFI20231003BHJP

C03C 3/064 20060101ALI20231003BHJP

C03C 3/066 20060101ALI20231003BHJP

C03C 3/068 20060101ALI20231003BHJP

C03C 3/097 20060101ALI20231003BHJP

G02B 1/00 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

C03C3/062

C03C3/064

C03C3/066

C03C3/068

C03C3/097

G02B1/00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023519502

(86)(22)【出願日】2021-07-28

(85)【翻訳文提出日】2023-03-28

(86)【国際出願番号】 CN2021108874

(87)【国際公開番号】W WO2022062637

(87)【国際公開日】2022-03-31

(31)【優先権主張番号】202011040242.5

(32)【優先日】2020-09-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】512264046

【氏名又は名称】成都光明光▲電▼股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＣＨＥＮＧＤＵＧＵＡＮＧＭＩＮＧＧＵＡＮＧＤＩＡＮＧＬＡＳＳＣＯ．，ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．３５９，Ｓｅｃ．３，ＣｈｅｎｇｌｏｎｇＡｖｅｎｕｅ，ＬｏｎｇｑｕａｎｙｉＤｉｓｔｒｉｃｔ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，ＳｉｃｈｕａｎＣｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入健

(72)【発明者】

【氏名】▲ハオ▼ 良振

(72)【発明者】

【氏名】毛露路

(72)【発明者】

【氏名】匡波

(72)【発明者】

【氏名】李賽

【テーマコード（参考）】

4G062

【Ｆターム（参考）】

4G062AA04

4G062BB01

4G062DA04

4G062DA05

4G062DB01

4G062DB02

4G062DB03

4G062DC01

4G062DC02

4G062DC03

4G062DD01

4G062DE01

4G062DE02

4G062DE03

4G062DF01

4G062EA03

4G062EB03

4G062EB04

4G062EC01

4G062EC02

4G062EC03

4G062ED01

4G062ED02

4G062ED03

4G062EE01

4G062EE02

4G062EE03

4G062EF01

4G062EF02

4G062EF03

4G062EG01

4G062EG02

4G062EG03

4G062FA01

4G062FB01

4G062FB02

4G062FB03

4G062FC03

4G062FC04

4G062FD01

4G062FE01

4G062FF01

4G062FG05

4G062FG06

4G062FH01

4G062FH02

4G062FH03

4G062FJ01

4G062FJ02

4G062FJ03

4G062FK01

4G062FK02

4G062FK03

4G062FL01

4G062GA01

4G062GA02

4G062GA03

4G062GA10

4G062GB01

4G062GC01

4G062GD01

4G062GE01

4G062HH01

4G062HH05

4G062HH08

4G062HH09

4G062HH11

4G062HH13

4G062HH15

4G062HH17

4G062JJ01

4G062JJ04

4G062JJ05

4G062JJ07

4G062KK01

4G062KK04

4G062KK05

4G062KK08

4G062MM02

4G062NN01

4G062NN02

4G062NN29

(57)【要約】

本発明は、重量%で以下の成分を含む、光学ガラスを提供する：SiO₂：25～45%、ZrO₂：2～15%、Nb₂O₅：35～60%、Li₂O：1～10%、Na₂O：2～15%、K₂O：0～10%。適量のSiO₂とアルカリ金属酸化物などの成分を添加することにより、本発明の光学ガラスが優れた耐失透性を有し、Nb₂O₅、ZrO₂などの屈折率の高い酸化物成分を添加することにより、高屈折率高分散の光学ガラスを得、合理的な成分設計により、本発明の光学ガラスが比較的低い相対部分分散を有する。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

重量%で以下の成分を含む、光学ガラス：
SiO₂：25～45%、ZrO₂：2～15%、Nb₂O₅：35～60%、Li₂O：1～10%、Na₂O：2～15%、K₂O：0～10%。

【請求項2】

重量%で以下の成分をさらに含む、請求項１に記載の光学ガラス：
B₂O₃：0～10%、及び/又はAl₂O₃：0～5%、及び/又はLa₂O₃：0～10%、及び/又はGd₂O₃：0～10%、及び/又はY₂O₃：0～10%、及び/又はYb₂O₃：0～10%、及び/又はBaO：0～10%、及び/又はSrO：0～10%、及び/又はCaO：0～10%、及び/又はMgO：0～5%、及び/又はZnO：0～10%、及び/又はTiO₂：0～10%、及び/又はWO₃：0～10%、及び/又はBi₂O₃：0～5%、及び/又はTa₂O₅：0～5%、及び/又はSb₂O₃：0～1%。

【請求項3】

重量%で以下の成分からなる、光学ガラス：
SiO₂：25～45%、ZrO₂：2～15%、Nb₂O₅：35～60%、Li₂O：1～10%、Na₂O：2～15%、K₂O：0～10%、B₂O₃：0～10%、Al₂O₃：0～5%、La₂O₃：0～10%、Gd₂O₃：0～10%、Y₂O₃：0～10%、Yb₂O₃：0～10%、BaO：0～10%、SrO：0～10%、CaO：0～10%、MgO：0～5%、ZnO：0～10%、TiO₂：0～10%、WO₃：0～10%、Bi₂O₃：0～5%、Ta₂O₅：0～5%、Sb₂O₃：0～1%。

【請求項4】

重量%で以下の成分を含み、以下の9つの状況の1つ以上を満たす、請求項1～3のいずれか一項に記載の光学ガラス：
1) B₂O₃+Al₂O₃は0～12%；
2) Re₂O₃は0～15%；
3) ROは0～10%；
4) SiO₂+ZrO₂は30～55%；
5) Nb₂O₅+ZrO₂は40～70%；
6) TiO₂+WO₃+Bi₂O₃は0～10%；
7) Rn₂Oは6～20%；
8) (SiO₂+ZrO₂)/Rn₂Oは1.5～8.0；
9) ZrO₂/Rn₂Oは0.1～2.3，
前記Re₂O₃はLa₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃の合計含有量、ROはBaO、SrO、CaO、MgOの合計含有量、Rn₂OはLi₂O、Na₂O、K₂Oの合計含有量である。

【請求項5】

重量%で以下の成分を含む、請求項1～3のいずれか一項に記載の光学ガラス： SiO₂：28～42%、及び/又はZrO₂：3～12%、及び/又はNb₂O₅：38～57%、及び/又はLi₂O：2～8%、及び/又はNa₂O：4～13%、及び/又はK₂O：0.5～8%、及び/又はB₂O₃：0～5%、及び/又はAl₂O₃：0～2%、及び/又はLa₂O₃：0～5%、及び/又はGd₂O₃：0～5%、及び/又はY₂O₃：0～5%、及び/又はYb₂O₃：0～5%、及び/又はBaO：0～5%、及び/又はSrO：0～5%、及び/又はCaO：0～8%、及び/又はMgO：0～3%、及び/又はZnO：0～5%、及び/又はTiO₂：0～7%、及び/又はWO₃：0～5%、及び/又はTa₂O₅：0～2%、及び/又はSb₂O₃：0～0.5%。

【請求項6】

重量%で以下の成分を含み、以下の9つの状況の1つ以上を満たす、請求項1～3のいずれか一項に記載の光学ガラス：
1) B₂O₃+Al₂O₃は0～6%；
2) Re₂O₃は0～8%；
3) ROは0～8%；
4) SiO₂+ZrO₂は33～52%；
5) Nb₂O₅+ZrO₂は45～65%；
6) TiO₂+WO₃+Bi₂O₃は0～7%；
7) Rn₂Oは10～18%；
8) (SiO₂+ZrO₂)/Rn₂Oは1.8～6.5；
9) ZrO₂/Rn₂Oは0.2～1.8，
前記Re₂O₃はLa₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃の合計含有量、ROはBaO、SrO、CaO、MgOの合計含有量、Rn₂OはLi₂O、Na₂O、K₂Oの合計含有量である。

【請求項7】

重量%で以下の成分を含む、請求項1～3のいずれか一項に記載の光学ガラス：
SiO₂：30～40%；及び/又はZrO₂：4～10%；及び/又はNb₂O₅：41～54%；及び/又はB₂O₃：0～3%；及び/又はLi₂O：3～6%；及び/又はNa₂O：5～12%；及び/又はK₂O：1～6%；及び/又はBaO：0～2%；及び/又はCaO：0～5%；及び/又はZnO：0～2%；及び/又はTiO₂：0～4%；及び/又はSb₂O₃：0～0.1%。

【請求項8】

重量%で以下の成分を含み、以下の7つの状況の1つ以上を満たす、請求項1～3のいずれか一項に記載の光学ガラス：
1) ROは0～5%；
2) SiO₂+ZrO₂は36～49%；
3) Nb₂O₅+ZrO₂は50～60%；
4) TiO₂+WO₃+Bi₂O₃は0～4%；
5) Rn₂Oは12～16%；
6) (SiO₂+ZrO₂)/Rn₂Oは2.0～5.0；
7) ZrO₂/Rn₂Oは0.3～1.3，
前記ROはBaO、SrO、CaO、MgOの合計含有量、Rn₂OはLi₂O、Na₂O、K₂Oの合計含有量である。

【請求項9】

前記成分がB₂O₃を含まない、及び/又はAl₂O₃を含まない、及び/又はLa₂O₃を含まない、及び/又はGd₂O₃を含まない、及び/又はY₂O₃を含まない、及び/又はYb₂O₃を含まない、及び/又はMgOを含まない、及び/又はSrOを含まない、及び/又はWO₃を含まない、及び/又はBi₂O₃を含まない、及び/又はTa₂O₅を含まない、及び/又はRe₂O₃を含まない、前記Re₂O₃はLa₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃の合計含有量である、請求項1～3のいずれか一項に記載の光学ガラス。

【請求項10】

前記光学ガラスの屈折率n_dが1.74～1.82、好ましくは屈折率n_dが1.76～1.80、アッべ数ν_dが25～32、好ましくはアッべ数ν_dが27～30である、請求項1～3のいずれか一項に記載の光学ガラス。

【請求項11】

前記光学ガラスの相対部分分散P_g,F≦0.6497-0.001703×ν_d、好ましくはP_g,F≦0.6477-0.001703×ν_d、及び/又は前記光学ガラスのλ₅が360nm以下、好ましくはλ₅が350nm以下である、請求項1～3のいずれか一項に記載の光学ガラス。

【請求項12】

請求項1～11のいずれ一項に記載の光学ガラスを用いて製造される、ガラスプリフォーム。

【請求項13】

請求項1～11のいずれ一項に記載の光学ガラス、又は請求項12に記載のガラスプリフォームを用いて製造される、光学素子。

【請求項14】

請求項1～11のいずれ一項に記載の光学ガラス、及び/又は請求項13に記載の光学素子を含む、光学機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学ガラスに関し、特に耐失透性に優れた高屈折率高分散光学ガラスに関するものである。

【背景技術】

【0002】

焦点距離が長く、視野が大きく、精度の高い光学系において、二次スペクトルは結像品質に影響する主な要素であり、二次スペクトルの補正は、長焦点距離光学系の設計における特別な問題であり、比較的解決しにくい問題でもある。光学系における二次スペクトルの補正は、ガラス材料の選択に大きく依存する。高屈折率、高分散、低相対部分分散（P_g,F）のガラスは結合レンズに応用する際に二次スペクトルを除去し、光学系を簡略化し、最適化し、結像品質を向上させるのに有利である。

【0003】

二次プレス法は、製造コストが低く、生産の難易度が低く、大量生産が容易であるなどの利点があり、ガラス素子の製造に広く応用されている。二次プレス法は、ガラス材料を金型に入れて軟化点以上に加熱し、加圧することでガラス材料を所定の形状にプレスする生産方式である。このような生産方式は、ガラスを転移温度より100～200℃高い温度で加熱する必要があり、この状態下で、ガラスはすでに一定の流動性があり、優れた耐失透性を持っていなければ、二次プレス加工中に失透して廃棄するリスクがある。特許文献１は、比較的低い相対部分分散を持つ光学ガラスを開示しており、その成分として、重量%で5.0%以上55.0%以下のB₂O₃と15%以上60%以下の希土類酸化物を含む。この光学ガラスは耐失透性が低く、二次プレス加工中に失透するリスクが高い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】中国特許出願公開第104583142号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする技術的課題は、耐失透性に優れ、比較的低い相対部分分散を持つ高屈折率高分散光学ガラスを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明が技術的課題を解決するために採用する技術方案は次のとおりである。
重量%で以下の成分を含む、光学ガラス： SiO₂：25～45%、ZrO₂：2～15%、Nb₂O₅：35～60%、Li₂O：1～10%、Na₂O：2～15%、K₂O：0～10%である。

【0007】

さらに、重量%で以下の成分を含む、前記光学ガラス： B₂O₃：0～10%、及び/又はAl₂O₃：0～5%、及び/又はLa₂O₃：0～10%、及び/又はGd₂O₃：0～10%、及び/又はY₂O₃：0～10%、及び/又はYb₂O₃：0～10%、及び/又はBaO：0～10%、及び/又はSrO：0～10%、及び/又はCaO：0～10%、及び/又はMgO：0～5%、及び/又はZnO：0～10%、及び/又はTiO₂：0～10%、及び/又はWO₃：0～10%、及び/又はBi₂O₃：0～5%、及び/又はTa₂O₅：0～5%、及び/又はSb₂O₃：0～1%である。

【0008】

重量%で以下の成分からなる、光学ガラス： SiO₂：25～45%、ZrO₂：2～15%、Nb₂O₅：35～60%、Li₂O：1～10%、Na₂O：2～15%、K₂O：0～10%、B₂O₃：0～10%、Al₂O₃：0～5%、La₂O₃：0～10%、Gd₂O₃：0～10%、Y₂O₃：0～10%、Yb₂O₃：0～10%、BaO：0～10%、SrO：0～10%、CaO：0～10%、MgO：0～5%、ZnO：0～10%、TiO₂：0～10%、WO₃：0～10%、Bi₂O₃：0～5%、Ta₂O₅：0～5%、Sb₂O₃：0～1%である。

【0009】

さらに、重量%で以下の成分を含み、以下の9つの状況の1つ以上を満たす、前記光学ガラス：
1) B₂O₃+Al₂O₃は0～12%；
2) Re₂O₃は0～15%；
3) ROは0～10%；
4) SiO₂+ZrO₂は30～55%；
5) Nb₂O₅+ZrO₂は40～70%；
6) TiO₂+WO₃+Bi₂O₃は0～10%；
7) Rn₂Oは6～20%；
8) (SiO₂+ZrO₂)/Rn₂Oは1.5～8.0；
9) ZrO₂/Rn₂Oは0.1～2.3，
前記Re₂O₃はLa₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃の合計含有量、ROはBaO、SrO、CaO、MgOの合計含有量、Rn₂OはLi₂O、Na₂O、K₂Oの合計含有量である。

【0010】

さらに、重量%で以下の成分を含む、前記光学ガラス： SiO₂：28～42%、及び/又はZrO₂：3～12%、及び/又はNb₂O₅：38～57%、及び/又はLi₂O：2～8%、及び/又はNa₂O：4～13%、及び/又はK₂O：0.5～8%、及び/又はB₂O₃：0～5%、及び/又はAl₂O₃：0～2%、及び/又はLa₂O₃：0～5%、及び/又はGd₂O₃：0～5%、及び/又はY₂O₃：0～5%、及び/又はYb₂O₃：0～5%、及び/又はBaO：0～5%、及び/又はSrO：0～5%、及び/又はCaO：0～8%、及び/又はMgO：0～3%、及び/又はZnO：0～5%、及び/又はTiO₂：0～7%、及び/又はWO₃：0～5%、及び/又はTa₂O₅：0～2%、及び/又はSb₂O₃：0～0.5%である。

【0011】

さらに、重量%で以下の成分を含み、以下の9つの状況の1つ以上を満たす、前記光学ガラス：
1) B₂O₃+Al₂O₃は0～6%；
2) Re₂O₃は0～8%；
3) ROは0～8%；
4) SiO₂+ZrO₂は33～52%；
5) Nb₂O₅+ZrO₂は45～65%；
6) TiO₂+WO₃+Bi₂O₃は0～7%；
7) Rn₂Oは10～18%；
8) (SiO₂+ZrO₂)/Rn₂Oは1.8～6.5；
9) ZrO₂/Rn₂Oは0.2～1.8，
前記Re₂O₃はLa₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃の合計含有量、ROはBaO、SrO、CaO、MgOの合計含有量、Rn₂OはLi₂O、Na₂O、K₂Oの合計含有量である。

【0012】

さらに、重量%で以下の成分を含む、前記光学ガラス： SiO₂：30～40%；及び/又はZrO₂：4～10%；及び/又はNb₂O₅：41～54%；及び/又はB₂O₃：0～3%；及び/又はLi₂O：3～6%；及び/又はNa₂O：5～12%；及び/又はK₂O：1～6%；及び/又はBaO：0～2%；及び/又はCaO：0～5%；及び/又はZnO：0～2%；及び/又はTiO₂：0～4%；及び/又はSb₂O₃：0～0.1%である。

【0013】

さらに、重量%で以下の成分を含み、以下の7つの状況の1つ以上を満たす、前記光学ガラス：
1) ROは0～5%；
2) SiO₂+ZrO₂は36～49%；
3) Nb₂O₅+ZrO₂は50～60%；
4) TiO₂+WO₃+Bi₂O₃は0～4%；
5) Rn₂Oは12～16%；
6) (SiO₂+ZrO₂)/Rn₂Oは2.0～5.0；
7) ZrO₂/Rn₂Oは0.3～1.3，
前記ROはBaO、SrO、CaO、MgOの合計含有量、Rn₂OはLi₂O、Na₂O、K₂Oの合計含有量である。

【0014】

さらに、B₂O₃を含まない、及び/又はAl₂O₃を含まない、及び/又はLa₂O₃を含まない、及び/又はGd₂O₃を含まない、及び/又はY₂O₃を含まない、及び/又はYb₂O₃を含まない、及び/又はMgOを含まない、及び/又はSrOを含まない、及び/又はWO₃を含まない、及び/又はBi₂O₃を含まない、及び/又はTa₂O₅を含まない、及び/又はRe₂O₃を含まない、前記Re₂O₃はLa₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃の合計含有量である、前記光学ガラス。

【0015】

さらに、前記光学ガラスの屈折率n_dが1.74～1.82、好ましくは屈折率n_dが1.76～1.80であり、アッべ数ν_dが25～32、好ましくはアッべ数ν_dが27～30である。

【0016】

さらに、前記光学ガラスの相対部分分散P_g,F≦0.6497-0.001703×ν_d、好ましくはP_g,F≦0.6477-0.001703×ν_d、及び/又は前記光学ガラスのλ₅が360nm以下、好ましくはλ₅が350nm以下である。

【0017】

上記の光学ガラスで製造される、ガラスプリフォーム。

【0018】

上記の光学ガラス又は上記のガラスプリフォームで製造される、光学素子。

【0019】

上記の光学ガラス、及び/又は上記の光学素子を含む、光学機器。

【発明の効果】

【0020】

本発明の有益な効果は、以下の通りである。適量のSiO₂及びアルカリ金属酸化物等の成分を添加することにより、光学ガラスは優れた耐失透性を有し、Nb₂O₅、ZrO₂などの屈折率の高い酸化物成分を添加することにより、高屈折率高分散を有する光学ガラスを得、合理的な成分設計により、ガラスは低相対部分分散を有する。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明にかかる光学ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で適宜変形して実施することが可能である。さらに、適宜省略はあるものの、記載を繰り返すことによって本発明の主旨が限定されるものではない。以下では、本発明の光学ガラスを単にガラスと称することもある。

【0022】

Ｉ.光学ガラス
以下に、本発明の光学ガラスの成分の範囲について説明する。本明細書において、各成分の含有量および合計含有量は、特に指定のない限り、重量パーセント（wt%）で表すものとする。すなわち、各成分の含有量、合計含有量は、酸化物組成物に換算するガラス物質の総重量に対する重量パーセントで表すことである。ここでいう「酸化物組成物に換算した」とは、本発明の光学ガラスの組成物の原料として用いた酸化物、錯塩、水酸化物等が溶融時に分解して酸化物に変換された場合の酸化物物質の総重量を100%とした場合のことである。

【0023】

具体的には、本明細書に記載されている数値範囲には、上限値および下限値が含まれ、「以上」および「以下」には端点値、ならびに範囲に含まれるすべての整数および分数が含まれ、範囲が限定されている場合に記載されている具体的な値に限定されるものではない。本明細書で「及び/又は」と呼ばれるものは包括的であり、例えば「A及び/又はB」は、Aのみ、Bのみ、またはAとBの両方を意味する。

【0024】

＜必須成分とオプション成分＞
SiO₂はガラスネットワークを生成する成分であり、ガラスの化学的安定性と耐候性を高め、ガラスの耐失透性を維持することができ、SiO₂の含有量が25%未満であれば、上記の効果を達成することが困難である。従って、本発明においては、SiO₂の含有量の下限値が25%であり、好ましくはSiO₂の含有量の下限値が28%、より好ましくはSiO₂の含有量の下限値が30%である。 SiO₂の含有量が45%を超えると、ガラスが溶けにくくなり、本発明が期待する屈折率を得ることが困難になる。従って、SiO₂の含有量の上限値が45%、好ましくは上限値が42%、より好ましくは上限値が40%である。

【0025】

B₂O₃は、ガラスの溶融難易度を低下させながら、ガラスの高温粘度と転移温度を低下させることができる。ただし、本発明において、B₂O₃が[BO₃]配位状態にある場合、ガラスの相対部分分散が高くなる。従って、ガラスの相対部分分散が低いことを保証するために、本発明においては、B₂O₃の含有量が10%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下、さらに好ましくはB₂O₃を含まないことである。

【0026】

Al₂O₃はガラスの耐候性を向上させることができるが、ガラスの溶融温度と高温粘度を高め、さらに生産の難易度を高めることである。Al₂O₃の含有量が5%を超えると、ガラスの溶融性が悪くなり、耐失透性が低下する傾向が見られる。従って、本発明においては、Al₂O₃の含有量が0～5%、好ましくは0～2%、より好ましくはAl₂O₃を含まないことである。

【0027】

本発明のいくつかの実施形態において、B₂O₃とAl₂O₃の合計含有量B₂O₃+Al₂O₃を12%以下に制御することにより、ガラスの相対部分分散を設計範囲内に維持するのに有利であり、好ましくはB₂O₃+Al₂O₃が0～6%である。

【0028】

La₂O₃は高屈折率低分散の成分であり、ガラスに用いることでガラスの相対部分分散を大幅に下げることができるが、その含有量が高すぎると、ガラスの分散が低下し、本発明が期待する高屈折率高分散の光学特性を実現することが困難である。従って、本発明においては、La₂O₃の含有量が10%以下、好ましくは含有量が5%以下、より好ましくはLa₂O₃を含まないことである。

【0029】

Gd₂O₃は高屈折率低分散の成分であり、ガラスに用いることでガラスの相対部分分散を下げる役割を果たすが、高価でガラス中でのGd₂O₃の使用を制限している。従って、Gd₂O₃の含有量は0～10%、好ましくは0～5%、より好ましくはGd₂O₃を含まないことである。

【0030】

Y₂O₃はガラスの溶融性を改善し、ガラスの耐候性を向上させることができるが、その含有量が高すぎると、ガラスの分散が低下し、本発明が期待する高屈折率高分散の光学特性を実現することができない。従って、Y₂O₃の含有量は0～10%、好ましくは0～5%、より好ましくはY₂O₃を含まないことである。

【0031】

La₂O₃、Gd₂O₃とY₂O₃は、ガラスに用いることで屈折率を高め、相対部分分散を下げる役割を果たすことができるが、含有量が多すぎると、本発明が期待する高屈折率高分散の光学特性を実現することが困難である。従って、本発明においては、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃の合計含有量Re₂O₃が好ましくは0～15%、より好ましくはRe₂O₃が0～8%、さらに好ましくはRe₂O₃を含まないことである。

【0032】

Yb₂O₃は、ガラスに用いることでガラスの屈折率を高めることができるが、近赤外領域では顕著な吸収ピークがあり、光学素子として使用する際に透過光線のスペクトル構成を変え、さらに画像の還元効果に影響を与える。従って、Yb₂O₃の含有量範囲が0～10%、好ましくは0～5%に限定され、より好ましくはYb₂O₃を含まないことである。

【0033】

BaOの原料コストは安価で入手しやすく、ガラスに用いることでガラスの屈折率をよく向上させることができる。ただし、BaOはガラスの密度を下げるのに不利であり、また、BaO含有量が多すぎると、ガラスの耐候性が急速に低下する。従って、BaOの含有量が0～10%、好ましくは0～5%、より好ましくは0～2%に限定される。

【0034】

適量のSrOは、ガラスの耐候性を高め、ガラスの密度を下げることができるが、SrOは高価なものであり、含有量が高ければガラスの製造コストが上昇するので、SrOの含有量が0～10%、好ましくは0～5%に限定され、より好ましくはSrOを含まないことである。

【0035】

CaOは、ガラスの硬度、機械的強度と耐候性を高めることができ、さらに重要なことに、BaOとSrOよりもCaOはガラスの密度を下げるのに有利であり、また、CaOは生産工程における光学定数の制御と調整にも有利である。ただし、CaOの含有量が多すぎると、ガラスの溶融が困難になり、生産工程で溶融池にカルシウムに富む硬いシェルを形成しやすくなる。従って、CaOの含有量が0～10%、好ましくは0～8%、より好ましくは0～5%に限定される。

【0036】

MgOは、ガラスの耐候性を高めるのに役立つが、含有量が高いとガラスの屈折率が設計要件を満たさなくなり、ガラスの耐失透性と安定性が低下し、ガラスのコストが急速に上昇する。従って、MgOの含有量が0～5%、好ましくは0～3%に限定され、より好ましくはMgOを含まないことである。

【0037】

BaO、SrO、CaO、MgOは、いずれもアルカリ土類金属酸化物に属し、本発明において、優れた耐失透性と機械的強度を得るために、アルカリ土類金属酸化物の合計含有量ROは、好ましくは0～10%、より好ましくは0～8%、さらに好ましくは0～5%範囲内に制御される。

【0038】

ZnOは、ガラスの耐酸安定性を改善し、ガラスの耐候性を向上させ、ガラスの転移温度を低下させることができるが、その含有量が高すぎると、溶融中に白金容器への浸食を増加させ、溶融炉の耐用年数を低下させる場合がある。従って、本発明のガラスにおいては、ZnOの含有量が0～10%、好ましくは0～5%、より好ましくは0～2%である。

【0039】

ZrO₂は、ガラスの耐候性を改善し、ガラスの耐失透性を向上させる作用がある。また、ZrO₂はガラスに用いることでガラスの相対部分分散を大幅に下げることができる。ただし、本系ガラスにおけるZrO₂の溶解度は高くなく、含有量が多すぎるとかえってガラス系外に遊離し、結晶核を形成し、さらにガラスの耐失透性を下げる。従って、本発明においては、ZrO₂の含有量が2～15%、好ましくは3～12%、より好ましくは4～10%である。

【0040】

SiO₂とZrO₂は、ガラスの耐候性を向上させることができるが、本発明において、SiO₂とZrO₂が溶融しにくい2つの成分でもある。発明者らが大量の実験研究を重ねた結果、いくつかの実施形態において、SiO₂とZrO₂の合計含有量SiO₂+ZrO₂が30～55%である場合、ガラスは優れた耐候性を得ることができ、良好な生産性も実現できることを見出した。従って、好ましくはSiO₂+ZrO₂が30～55%、より好ましくはSiO₂+ZrO₂が33～52%、さらに好ましくはSiO₂+ZrO₂が36～49%である。

【0041】

Nb₂O₅は、本発明のガラスの必要な成分であり、ガラスが高屈折率高分散と低相対部分分散特性を有することを保証する重要な成分である。本発明者らが鋭意実験研究を重ねた結果、アッベ数が25～32の場合、Nb₂O₅はガラスの相対部分分散への寄与はアッベ数への寄与とほぼ一致し、すなわち、ガラス中のNb₂O₅の成長に伴い、ガラスの相対部分分散偏差値（ΔP_g,F）はほとんど変化しないことを見出した。従って、本発明においては、Nb₂O₅の含有量が35～60%、好ましくは38～57%、より好ましくは41～54%である。

【0042】

Nb₂O₅とZrO₂は、本発明の低相対部分分散性能を維持する重要な成分であり、本発明のいくつかの実施形態において、Nb₂O₅とZrO₂の合計含有量Nb₂O₅+ZrO₂が40～70%範囲内に制御される場合、ガラスの屈折率、分散と相対部分分散は設計要件をよく満たすことができる。従って、好ましくはNb₂O₅+ZrO₂が40～70%、より好ましくは45～65%、さらに好ましくは50～60%である。

【0043】

TiO₂はガラスの屈折率と分散を高め、ガラスの耐失透性を改善することができる。ただし、TiO₂をガラスに用いるとP_g,Fが急激に上昇し、ガラス中のTiO₂含有量が10%を超えると、ガラスのP_g,F特性が設計要件を満たさなくなる。従って、TiO₂の含有量が0～10%、好ましくは0～7%、より好ましくは0～4%である。

【0044】

WO₃はガラスの屈折率と分散を高めることができるが、ガラスのP_g,Fが急激に上昇すると同時に、ガラスの光透過率が低下することもある。従って、本発明においては、WO₃の含有量が0～10%、好ましくは0～5%、より好ましくはWO₃を含まないことである。

【0045】

Bi₂O₃は、ガラスの屈折率と分散を高めることができるが、ガラスのP_g,Fを急激に上昇させる特性もある。また、Bi₂O₃は、溶融中に白金容器への腐食が比較的深刻であるため、その含有量が5%以内に限定され、好ましくはBi₂O₃を含まないことである。

【0046】

TiO₂、WO₃とBi₂O₃のいずれも、ガラスの屈折率と分散を高めることができるが、ガラスのP_g,Fを急激に上昇させるものでもある。従って、本発明においては、TiO₂、WO₃とBi₂O₃の合計含有量TiO₂+WO₃+Bi₂O₃が0～10%、より好ましくはTiO₂+WO₃+Bi₂O₃が0～7%、さらに好ましくはTiO₂+WO₃+Bi₂O₃が0～4%である。

【0047】

Ta₂O₅は高屈折率高分散成分であり、ガラスのP_g,F値を下げることができ、同時にTa₂O₅はガラスの耐失透性を改善し、ガラスの安定性を向上させることができる。ただし、高価な原料コストがTa₂O₅の使用を大きく制限している。従って、本発明においては、Ta₂O₅の含有量が0～5%、好ましくは0～2%、より好ましくはTa₂O₅を含まないことである。

【0048】

Li₂Oはアルカリ金属酸化物であり、本発明においてガラス生産の難易度を下げる重要な成分である。Li₂Oは溶融助剤として使用でき、ガラスの溶融難易度を下げることができる。また、Li₂Oはガラスの高温粘度と転移温度を下げ、ガラスの生産と加工を容易にすることができる。本発明者らが鋭意実験研究を重ねた結果、ガラスにLi₂Oを添加することにより、Li₂Oの蓄積効果を利用して、ガラスの耐候性を向上させることができることを見出した。ただし、Li₂Oの含有量が多すぎると、ガラスの耐酸安定性が低下する。従って、本発明のガラスにおいて、Li₂Oの含有量が1～10%、好ましくは2～8%、より好ましくは3～6%である。

【0049】

Na₂OとK₂Oもガラスの溶融温度と高温粘度を下げ、ガラス生産の難易度を下げることができるが、Li₂Oの蓄積効果に比べて、Na₂OとK₂Oはガラスのシリコンネットワーク構造を破壊し、ガラスのP_g,Fを増大させる欠点がある。従って、本発明のガラスにおいては、Na₂Oの含有量が2～15%、好ましくは4～13%、より好ましくは5～12%であり、K₂Oの含有量が0～10%、好ましくは0.5～8%、より好ましくは1～6%である。

【0050】

Li₂O、Na₂OとK₂Oはすべてアルカリ金属酸化物であり、ガラス生産の難易度を下げることができるが、含有量が多すぎると、ガラスの化学安定性が低下する。従って、本発明においては、好ましくはLi₂O、Na₂OとK₂Oの合計含有量Rn₂Oが6～20%、より好ましくは10～18%、さらに好ましくは12～16%範囲内に制御される。

【0051】

発明者らが大量の実験研究を重ねた結果、アルカリ金属酸化物Rn₂OはSiO₂とZrO₂の溶融を促進し、ガラス溶融の難易度を下げることができることを見出した。さらに、SiO₂とZrO₂の合計含有量SiO₂+ZrO₂とRn₂Oの含有量との比(SiO₂+ZrO₂)/Rn₂Oが1.5～8.0である場合、ガラスが優れた溶融性能と耐失透性を得ることができ、好ましくは(SiO₂+ZrO₂)/Rn₂Oが1.8～6.5、より好ましくは(SiO₂+ZrO₂)/Rn₂Oが2.0～5.0である。

【0052】

ケイ酸塩ガラスネットワーク構造はZrO₂に対する担持能力が高くなく、ZrO₂の含有量が高すぎると、溶融中に析出して結石を形成しやすくなる。発明者らが大量の実験研究を重ねた結果、いくつかの実施形態において、アルカリ金属酸化物Rn₂Oはケイ酸塩ガラスのZrO₂に対する担持能力を向上させることができ、ZrO₂の含有量とRn₂Oの含有量との比ZrO₂/Rn₂Oが0.1～2.3である場合、本発明のガラス系のZrO₂に対する担持能力を向上させ、ガラスの化学安定性を高めることができることを見出した。好ましくはZrO₂/Rn₂Oが0.2～1.8、より好ましくはZrO₂/Rn₂Oが0.3～1.3である。

【0053】

Sb₂O₃は、ガラスの清澄効果を高めるため、本発明において清澄剤として使用することができ、その含有量範囲が0～1%、好ましくは0～0.5%、より好ましくは0～0.1%である。

【0054】

＜含まれるべきでない成分＞
本発明のガラスにおいては、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の遷移金属の酸化物は、単独又は複合的に少量に含まれる場合でも、ガラスが着色され、可視光領域における特定の波長が吸収され、本発明の可視光透過効果を弱めるので、特に可視光領域の波長透過率を要求する光学ガラスは、実際には含まないことが好ましい。

【0055】

Th、Cd、Tl、Os、Be及びSeの酸化物は、近年、有害な化学物質として使用を制御する傾向にあり、ガラスの製造工程だけでなく、加工工程及び完成品の処置に至るまで、環境保護への取り組みが必要である。そのため、環境への影響を重視する場合は、不可避な混入以外は、それらを含まないことが好ましい。これにより、光学ガラスは実際に環境を汚染する物質を含まなくなる。したがって、本発明の光学ガラスは、特殊な環境措置を講じなくても、製造、加工及び廃棄が可能である。

【0056】

環境に配慮するため、本発明の光学ガラスはAs₂O₃とPbOを含まないことである。As₂O₃は気泡を除去し、ガラスの着色を防止する効果があるが、As₂O₃を添加すると、ガラスの溶融炉、特に白金溶融炉への白金浸食を増大させ、より多くの白金イオンがガラスに入り、白金溶融炉の耐用年数に悪影響を与える。PbOは、ガラスの高屈折率と高分散性を顕著に高めることができるが、PbOとAs₂O₃はいずれも環境汚染を引き起こす物質である。

【0057】

本明細書に記載されている「加えない」、「含まない」、「0%」という用語は、この成分を本発明のガラスの原料として意図的に添加しなかったことを意味する。しかし、ガラスを製造するための原料及び/又は設備として、意図的に添加されていない不純物や成分が、最終的なガラス中に少量または微量に存在することがあり、それらも本発明の特許の対象となる。以下では、本発明の光学ガラスの特性について説明する。

【0058】

＜屈折率とアッべ数＞
ガラス材料の屈折率（nd）とアッベ数（ν_d）は、GB/T 7962.1-2010に規定された方法に従って試験されている。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの屈折率(n_d)は1.74～1.82、好ましくは1.76～1.80である。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスのアッべ数(ν_d)は25～32、好ましくは27～30である。

【0059】

＜相対部分分散＞
光学ガラスの相対部分分散(P_g,F)の計算式：P_g,F=(n_g-n_F)/(n_F-n_C)。ここで、n_g、n_Fとn_Cは、『GB/T 7962.1－2010』に規定された方法に従って試験されている。
いくつかの実施形態において、本発明の光学ガラスの相対部分分散(P_g,F)≦0.6497-0.001703×ν_d、好ましくはP_g,F≦0.6477-0.001703×ν_dである。

【0060】

＜透過率＞
ガラスの透過率(λ₅)は、ガラスの短波透過を測定するために用いられる。具体的な試験方法は、両面を研磨した10 mm厚の試料を分光光度計上に置いてガラスの透過状況を試験し、λ₅は、ガラス透過率が5%に達したときの対応する波長を指す。
いくつかの実施形態において、本発明の前記光学ガラスのλ₅が360nm以下、好ましくは350nm以下である。

【0061】

＜耐失透性＞
光学ガラスの耐失透性試験方法は以下の通りである。試料をT_g+230℃のマッフル炉に入れて15分間保温した後に取り出し、室温で冷却し、両面研磨した後、試料内の1立方センチメートル当たりの析出粒子数(A)を観察する。
いくつかの実施形態において、本発明の前記光学ガラス析出粒子数(A)は5個以下、好ましくは2個以下、より好ましくは0個である。

【0062】

［製造方法］
本発明の光学ガラスの製造方法は次のとおりである。本発明のガラスは、錯塩(炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩)、水酸化物、酸化物を原料として、従来の原料と工程で製造され、常法により配合した後、調製された炉材を1250～1450℃の溶解炉に投入して溶融する。その後、清澄化、撹拌、均一化して、気泡や未溶解物のない均質な溶融ガラスを得、この溶融ガラスを金型に入れて鋳造し、焼きなましする。当業者であれば、実際の必要に応じて、原料、製法およびプロセスパラメータを適宜選択することができる。

【0063】

ＩＩ.ガラスプリフォーム及び光学素子
研磨加工や熱プレス成形、精密プレス成形などのプレス成形手段を用いて、作製された光学ガラスからガラスプリフォームを作製することができる。すなわち、研削や研磨などの機械加工により光学ガラスから光学プリフォームを作製するか、光学ガラスからプレス成形用のブランクを作製し、このブランクを熱プレス成形した後、研磨して光学プリフォームを作製し、又は研磨して作製したブランクを精密プレス成形して光学プリフォームを作製することができる。なお、光学プリフォームの製造手段は上記手段に限定されない。

【0064】

上記のように、本発明の光学ガラスは、各種光学素子及び光学設計に有用であり、特に本発明の光学ガラスからブランクを形成し、このブランクを用いて熱プレス成形、精密プレス成形等を行い、レンズ、プリズム等の光学素子を作製することが好ましい。

【0065】

本発明の光学プリフォーム及び光学素子は、いずれも上記本発明の光学ガラスから形成されている。本発明の光学プリフォームは、光学ガラスが備えている優れた特性を有し、本発明の光学素子は、光学ガラスが備えている優れた特性を有し、光学的価値の高いさまざまなレンズ、プリズム等の光学素子を提供することができる。
レンズの例としては、レンズ表面が球面または非球面の凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどのさまざまなレンズが挙げられる。

【0066】

ＩＩＩ.光学機器
本発明の光学ガラスにより形成された光学素子は、写真撮影装置、車載装置、撮像装置、表示装置及びモニタ装置などの光学機器を作製することができる。
本発明の光学ガラスは高屈折率高分散と低相対部分分散性能を備えるので、特に長焦点レンズと高精細交換レンズに適す。

【0067】

＜＜実施例＞＞
＜光学ガラス実施例＞
本発明の技術的解決策をさらに明確に説明するために、以下の非限定的な実施例を提供する。
本実施例は、上記した光学ガラスの製造方法を用いて、表1～表4に示す組成を有する光学ガラスを得るものである。また、各ガラスの特性を本発明に記載の試験方法により測定し、その結果を表1～表4に表した。

【0068】

【表1】

【0069】

【表2】

【0070】

【表3】

【0071】

【表4】

【0072】

＜ガラスプリフォーム実施例＞
光学ガラスの実施例1～40で得られたガラスを、研磨加工や熱プレス成形、精密プレス成形などのプレス成形手段を用いて、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどのさまざまなレンズ、プリズムなどのプリフォームを作製する。

【0073】

＜光学素子実施例＞
上記光学プリフォームの実施例で得られたプリフォームを焼き戻しし、屈折率などの光学特性が所望の値に達するように、ガラス内部のひずみを低減しながら屈折率を微調整する。
次に、各プリフォームを研削し、研磨し、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどのさまざまなレンズ、プリズムを作製する。得られた光学素子の表面には反射防止膜を塗布することもできる。

【0074】

＜光学機器実施例＞
上記光学素子の実施例で製造された光学素子は、光学設計により、1つまたは複数の光学素子を用いて光学部品または光学コンポーネントを形成することにより、撮像装置、センサ、顕微鏡、医薬技術、デジタル投影、通信、光学通信技術／情報伝送、自動車分野における光学／照明、フォトリソグラフィ技術、エキシマレーザ、ウエハ、コンピュータチップ及びこのような回路及びチップを含む集積回路及び電子デバイスに用いることができる。

【手続補正書】

【提出日】2023-03-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

重量%で以下の成分を含む、光学ガラス：
SiO₂：25～45%、ZrO₂：2～15%、Nb₂O₅：35～60%、Li₂O：1～10%、Na₂O：2～15%、K₂O：0～10%。

【請求項2】

【請求項3】

【請求項4】

【請求項5】

重量%で以下の成分を含む、請求項1～3のいずれか一項に記載の光学ガラス：
SiO₂：28～42%、及び/又はZrO₂：3～12%、及び/又はNb₂O₅：38～57%、及び/又はLi₂O：2～8%、及び/又はNa₂O：4～13%、及び/又はK₂O：0.5～8%、及び/又はB₂O₃：0～5%、及び/又はAl₂O₃：0～2%、及び/又はLa₂O₃：0～5%、及び/又はGd₂O₃：0～5%、及び/又はY₂O₃：0～5%、及び/又はYb₂O₃：0～5%、及び/又はBaO：0～5%、及び/又はSrO：0～5%、及び/又はCaO：0～8%、及び/又はMgO：0～3%、及び/又はZnO：0～5%、及び/又はTiO₂：0～7%、及び/又はWO₃：0～5%、及び/又はTa₂O₅：0～2%、及び/又はSb₂O₃：0～0.5%。

【請求項6】