CN109562981A - 光学玻璃和近红外线截止滤光片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可靠地截止近紫外线、且可见光区域的光(特别是蓝色光)的透射率高的光学玻璃及近红外线截止滤光片。吸收红外线和紫外线的光学玻璃,其特征是,光学玻璃在300nm~450nm的波长频带内、在光的透射率为50%的波长前后3nm的波长范围内算出的波长与透射率的近似直线的斜率为3以上。
Description
技术领域
本发明涉及用于数码静态相机或摄像机等的彩色补偿滤光片(近红外线截止滤光片)、特别是可见光区域的光的透射性优异的光学玻璃和近红外线截止滤光片。
背景技术
数码静态相机等中所使用的CCD或CMOS等固体摄像元件具有从可见光区域到1200nm附近的近红外区域的光谱灵敏度。因此,直接使用的情况下,无法获得良好的色彩再现性,所以使用添加了吸收红外线的特定物质的近红外线截止滤光片玻璃来校正感光灵敏度。作为该近红外线截止滤光片玻璃,开发和使用在氟磷酸盐类玻璃中添加了CuO的光学玻璃、或者在磷酸盐类玻璃中添加了CuO的光学玻璃。
随着固体摄像元件的高灵敏度化和高清晰化,对近红外线截止滤光片玻璃要求近紫外线的截止特性和可见光区域的光的高透射率。
作为具有近紫外线的截止特性的近红外线截止滤光片玻璃,有专利文献1记载的近红外线截止滤光片玻璃。
此外,作为具有可见光区域的光的高透射率的近红外线截止滤光片玻璃,有专利文献2记载的近红外线截止滤光片玻璃。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2008-1544号公报
专利文献2:国际公开第2015/156163号
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1中记载的近红外线截止滤光片玻璃通过在玻璃中含有在波长350nm附近显示吸收的Ce4+,具有紫外线的截止特性。但是,Ce4+等稀土类元素和过渡金属元素在玻璃中呈现从显示吸收的峰的中心波长起具有一定波长宽度的吸收特性。例如,Ce4+因为不具有陡峭的近紫外线的吸收特性,所以还会吸收与近紫外线相邻的可见光区域的蓝色光。由此,可见光的透射率可能会下降。此外,该近红外线截止滤光片玻璃因为不具有陡峭的近紫外线的吸收特性,所以透射的一部分近紫外线的光可能会引起紫色耀斑(从拍摄图像中央的长矩形沿纵向延伸的紫色雾霭)。
专利文献2中记载的近红外线截止滤光片玻璃中,通过严格控制玻璃中的Cu成分的价数,可得到可见光区域的光的透射率高、近红外区域的光的透射率低的光学特性。但是,在该近红外线截止滤光片玻璃中,在玻璃中设置光学多层膜,利用光学多层膜的反射作用将近紫外线截止。光学多层膜随着光的入射角度而反射特性发生变化,所以即使是对垂直入射至成膜面的光线的透射率为0的波长的光,也存在对斜入射的光无法完全反射而导致其透射的情况。因此,存在一种担忧:在斜入射至固体摄像元件的光增多的图像周边部出现假色彩、幻像、耀斑等的影响。此外,被光学多层膜反射的光在光学***中成为杂散光,若再次斜入射至光学多层膜,则到达固体摄像元件的光电转换面,成为假色彩等扰乱拍摄图像的色彩的原因。
本发明的目的是提供可靠地截止近紫外线、且可见光区域的光(特别是蓝色光)的透射率高的光学玻璃及近红外线截止滤光片。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的光学玻璃是吸收红外线和紫外线的光学玻璃,其特征是,上述光学玻璃在300nm~450nm的波长频带内、在光的透射率为50%的波长前后3nm的波长范围内算出的波长与透射率的近似直线的斜率为3以上。
发明效果
根据本发明,可提供一种通过可靠地截止近紫外线来抑制假色彩和耀斑等的发生、且可见光区域的光(特别是蓝光)的透射率高的光学玻璃和近红外线截止滤光片。
具体实施方式
下面,对本发明的实施方式进行说明。本发明的光学玻璃以玻璃为主体,在玻璃中含有结晶是必需构成。此外,本说明书中的光学玻璃的光学特性是具有因光学玻璃和空气的折射率的差异而引起的表面反射。
本发明的光学玻璃可优选用作固体摄像装置中的近红外线截止滤光片玻璃。近红外线截止滤光片玻璃在固体摄像装置中,配置在成像光学***(透镜组)和固体摄像元件(传感器)之间、或配置在成像光学***的被摄体侧(固体摄像元件的相反侧)。
本发明的光学玻璃具有使可见光区域的光透射、吸收紫外线和红外线的光学特性。而且,本发明的光学玻璃是吸收红外线和紫外线的光学玻璃,且具有以下光学特性:在300nm~450nm的波长频带内、在光的透射率为50%的波长前后3nm的波长范围内算出的波长与透射率的近似直线的斜率为3以上。以下,将“在300nm~450nm的波长频带内、在光的透射率为50%的波长前后3nm的波长范围内算出的波长与透射率的近似直线的斜率”也称为“斜率(S)”。
通过具有这样的光学特性,能够可靠地将近紫外线截止,抑制假色彩和耀斑等的发生。此外,不是因为光学多层膜的反射作用,而是因为光学玻璃的吸收作用引起的近紫外线的截止,因此伴随光的斜入射的光学特性的变化极小,即使在因固体摄像装置内的杂乱光引起的近紫外线的斜入射光入射至光学玻璃的情况下,也能可靠地将近紫外线截止。
在光学玻璃中,若斜率(S)小于3,则由于近紫外线的一部分透射,有可能导致假色彩和耀斑等的发生。本发明的光学玻璃的斜率(S)在3以上。斜率(S)优选在3.5以上,更优选在4以上。此外,若斜率(S)大于20,则极难调整光学玻璃的玻璃组成,制造成本高,因而不优选。斜率(S)优选在20以下,更优选在15以下。
另外,上述的在300nm~450nm的波长频带内、在光的透射率为50%的波长前后3nm的波长范围内算出的波长与透射率的近似直线的斜率(斜率(S))具体是通过以下的方法来确定的。
首先,测定光学玻璃的光谱透射率。接着,特定在300nm~450nm的波长频带内的光的透射率为50%的波长(整数值)。这里,由显示光谱透射率的曲线得到的波长不是整数值的情况下,将最接近的整数值视为透射率为50%的波长。接着,以透射率为50%的波长(以下,也记为“λ50(300-450)”)为中心,自λ50(300-450)到短波长侧和长波长侧分别距离3nm的波长为止,确定每1nm的透射率数据,共7个。例如,在透射率达到50%的波长为380nm的情况下,确定377nm、378nm、379nm、380nm、381nm、382nm、383nm处的波长和透射率的数据(共7个)。接着,根据这7个数据,制作以波长[nm]为X轴、以透射率[%]为Y轴的近似直线,将所得的近似直线的斜率[%/nm]作为斜率(S)。
本发明的光学玻璃的波长450nm~480nm的光的平均透射率优选在80%以上。通过具有这样的特性,在将本发明的光学玻璃用于例如固体摄像装置的情况下,能够得到可见光区域的蓝色光的透射率高、色彩再现性优异的拍摄图像。另外,以往进行传感器的灵敏度调整,以配合蓝色光的透射率,取得与可见光区域的其他波长成分的色平衡。因此,通过使用本发明的光学玻璃,能够进行最大程度利用传感器原本具有的光接收灵敏度能力的高灵敏度的摄像。
另外,上述的平均透射率更优选在81%以上,进一步优选在82%以上。此外,若上述的平均透射率大于92%,则极难调整光学玻璃的玻璃组成,制造成本高,因而不优选。上述的平均透射率优选在92%以下,更优选在91%以下。
本发明的光学玻璃优选从600nm~700nm的波长频带内的光的透射率为50%的波长(以下也记为“λ50(600-700)”)减去300nm~450nm的波长频带内的光的透射率为50%的波长(λ50(300-450))而得的值λ50(600-700)-λ50(300-450)在200nm~300nm的范围内。通过具有这样的特性,能够获得可见光区域的光的透射率高、高灵敏度且色彩再现性优异的拍摄图像。另外,上述的波长宽度(λ50(600-700)-λ50(300-450))优选为220nm~290nm,更优选为230nm~280nm。
本发明的光学玻璃优选波长700nm~850nm的平均吸光系数(以下也记为“ε(700-850)”)相对于波长450nm~480nm的平均吸光系数(以下也记为“ε(450-480)”)的比率ε(700-850)/ε(450-480)在33以上。通过具有这样的特性,在将本发明的光学玻璃用于例如固体摄像装置的情况下,能够将拍摄图像不需要的近红外线可靠地截止,并且能够提高可见光区域的蓝色光的透射率,所以能获得高灵敏度且色彩再现性优异的拍摄图像。
另外,平均吸光系数的比率(ε(700-850)/ε(450-480))优选在34以上,更优选在35以上。此外,若平均吸光系数的比率(ε(700-850)/ε(450-480))大于80,则极难调整光学玻璃的玻璃组成,制造成本高,因而不优选。平均透射率的比率(ε(700-850)/ε(450-480))优选在80以下,更优选在70以下。
在近红外线截止滤光片玻璃中,理想的是同时实现提高波长450nm~480nm的光的透射率和降低波长700nm~850nm的光的透射率。在以往的近红外线截止滤光片玻璃中,存在为了提高波长450nm~480nm的光的透射率而降低玻璃中的Cu浓度的方法,但该情况下,存在波长700nm~850nm的光的透射率变高的弊病。此外,存在为了降低波长700nm~850nm的光的透射率而提高Cu浓度的方法,但该情况下,存在波长450nm~480nm的光的透射率变低的弊病。即,在以往的近红外线截止滤光片玻璃中,同时实现提高波长450nm~480nm的光的透射率和降低波长700nm~850nm的光的透射率本身就很困难,不得不采取放弃其中一种特性、或者设为取得两者平衡的特性中的任一种手段。
本发明的光学玻璃在后面详述,关于与波长450nm~480nm的光的透射率和波长700nm~850nm的光的透射率这两者相关联的光学玻璃中的Cu成分,发现通过将使波长450nm~480nm的透射率降低的Cu+离子作为卤化物在玻璃中作为结晶析出,尽可能减少非晶质(玻璃)部分中的Cu+离子的存在量,可得到前述的光学特性。
另外,在将Cu+离子作为卤化物在玻璃中作为结晶析出的情况下,使波长700nm~850nm的光的透射率降低的非晶质部分对Cu2+离子几乎没有影响,所以能够在维持波长700nm~850nm的光的透射率低这样的理想光学特性的状态下,提高波长450nm~480nm的光的透射率。此外,在玻璃中作为结晶析出的Cu的卤化物在紫外线区域具有陡峭的吸收特性,所以本发明的光学玻璃还能将拍摄图像不需要的近紫外线截止。
本发明的光学玻璃中,作为阳离子成分必须含有P和Cu,作为阴离子成分含有选自Cl、Br和I的至少1种,上述Cu的含量以阳离子%表示,为0.5~25%,且含有结晶。即,本发明的光学玻璃由玻璃和结晶构成。玻璃是非晶质成分、且是本发明的光学玻璃的主要成分。此外,结晶优选为玻璃中的含有成分作为结晶在玻璃中析出而成的结晶。本说明书中,各成分的含量表示光学玻璃中的含量。此外,在以下的说明中,单纯称为“玻璃”时,表示光学玻璃中的作为非晶质成分的玻璃。
P是形成玻璃的主成分(形成玻璃的氧化物),且是用于提高光学玻璃的近赤外区域的截止性的必需成分。P在玻璃中例如作为P5+而被含有。
此外,Cu是用于近红外线截止的必需成分。Cu在玻璃中例如作为Cu2+、Cu+而被含有。光学玻璃中的Cu的含量若低于0.5%,则在将光学玻璃的厚度制得较薄时,无法充分获得其效果,若超过25%,则可见光区域透射率下降,因而不优选。Cu的含量优选为0.5~19%,更优选为0.6~18%,进一步优选为0.7~17%。另外,Cu的含量是指玻璃中的Cu2+、Cu+、以及结晶中的Cu成分的总量。
本发明的光学玻璃中,作为阴离子成分含有选自Cl、Br和I的至少1种。Cl、Br和I也可以组合,含有2种以上。Cl、Br和I在玻璃中分别作为Cl-、Br-和I-而被含有。光学玻璃中的Cl、Br和I的含量以阴离子%的总量计,优选为0.01~20%。Cl、Br和I的含量低于0.01%时,结晶不易析出,若超过20%,则挥发性变高,玻璃中的波筋可能会增加,因而不优选。光学玻璃中的Cl、Br和I的含量以总量计,更优选为0.01~15%,进一步优选为0.02~10%。
Cl-、Br-、I-与玻璃中的Cu+反应,Cl-形成CuCl,Br-形成CuBr,I-形成CuI。通过这些成分,能够在所得的光学玻璃中,将近紫外区域的光尖锐地截止。Cl-、Br-、I-可以配合想要将近紫外区域的光尖锐地截止的波长进行适当选择。
本发明的光学玻璃所含有的结晶优选包含选自CuCl、CuBr和CuI的至少1种的结晶。即,光学玻璃所含有的CuCl、CuBr、CuI优选作为结晶析出。选自CuCl、CuBr和CuI的至少1种通过以结晶的状态析出,能够提高紫外区域的光的尖锐截止性。
本发明的光学玻璃优选含有Ag作为阳离子成分。Ag与选自Cl、Br和I的至少1种结合,析出卤化银(例如AgCl)。该情况下,AgCl作为结晶核起作用,且具有使CuCl的结晶容易析出的作用。光学玻璃中的Ag的含量以阳离子%表示,优选为0.01~5%。若低于0.01%,则无法充分得到析出结晶的作用。此外,若超过5%,则形成Ag胶体,可见光的透射率下降,所以不优选。
此外,也可在光学玻璃中析出或导入卤化银以外的成为结晶核的成分,使选自CuCl、CuBr和CuI的至少1种的结晶析出。
本发明的光学玻璃中的结晶成分主要由选自CuCl、CuBr和CuI的至少1种构成,也可包含Ag与选自Cl、Br和I的至少1种结合而成的结晶核或除此以外的结晶核。
接着,对于本发明的光学玻璃,以两个实施方式的光学玻璃、即由磷酸盐玻璃和结晶构成的实施方式1的光学玻璃及由氟磷酸盐玻璃和结晶构成的实施方式2的光学玻璃为例进行说明。
本发明的实施方式1的光学玻璃中,以氧化物基准的质量%表示,含有:
P2O5:35~75%;
Al2O3:5~15%;
R2O:3~30%(其中,R2O表示Li2O、Na2O和K2O的总量);
R’O:3~35%(其中,R’O表示MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总量);
CuO:0.5~20%。
实施方式1的光学玻璃含有选自Cl、Br和I的至少1种。实施方式1的光学玻璃中的选自Cl、Br和I的至少1种的含量及含有形态如上所述。以下说明将构成本发明的实施方式1的光学玻璃的各成分的含量如上限定的理由。在以下的说明中,只要没有特别限定,实施方式1的光学玻璃的含有成分的含量“%”是指氧化物基准的质量%。
P2O5是形成玻璃的主成分(形成玻璃的氧化物),且是用于提高光学玻璃的近红外区域的截止性的必需成分,但若低于35%,则无法充分获得其效果,若超过75%,则玻璃变得不稳定,耐候性下降,且光学玻璃中的选自Cl、Br和I的至少1种的残留量降低,结晶不充分析出,因而不优选。P2O5的含量优选为38~73%,更优选为40~72%。
Al2O3是形成玻璃的主成分(形成玻璃的氧化物),且是用于提高耐候性等的必需成分,但若低于5%,则无法充分获得其效果,若超过15%,则玻璃变得不稳定,且光学玻璃的近红外线截止性降低,因而不优选。Al2O3的含量优选为5.5~12%,更优选为6~10%。
R2O(其中,R2O表示Li2O、Na2O和K2O的总量)是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化等的成分,但若低于3%,则无法充分获得其效果,若超过30%,则玻璃变得不稳定,因而不优选。R2O的含量优选为5~28%,更优选为6~25%。R2O是指Li2O、Na2O和K2O的总量,即、Li2O+Na2O+K2O。此外,R2O是选自Li2O、Na2O和K2O的1种或2种以上,2种以上的情况下,可以是任意组合。
Li2O是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化等的成分。含有Li2O的情况下,若超过15%,则玻璃变得不稳定,因而不优选。Li2O的含量优选为0~10%,更优选为0~8%。
Na2O是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化等的成分。含有Na2O的情况下,若超过25%,则玻璃变得不稳定,因而不优选。Na2O的含量优选为0~22%,更优选为0~20%。
K2O虽不是必需成分,但其是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度等的成分。含有K2O的情况下,若超过25%,则玻璃变得不稳定,因而热膨胀率显著变大,因而不优选。K2O的含量优选为0~20%,更优选为0~15%。
R’O(其中,R’O表示MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总量)是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化、提高玻璃的强度等的必需成分。若低于3%,则无法充分获得其效果,若超过35%,则玻璃变得不稳定、光学玻璃的近红外线截止性降低、玻璃的强度降低等,因而不优选。R’O的含量优选为3.5~32%,更优选为4~30%。另外,R’O是指MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总量,即、R’O是MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO。此外,R’O是选自MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的1种或2种以上,2种以上的情况下,可以是任意组合。
MgO是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、提高玻璃的强度等的成分。但是,MgO具有使玻璃变得不稳定、容易失透的倾向,特别是在需要将Cu的含量设定得较高的情况下,优选不含MgO。含有MgO的情况下,若超过5%,则玻璃变得极不稳定、光学玻璃的近红外线截止性降低,所以不优选。MgO的含量优选为0~3%,更优选为0~2%。
CaO是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化、提高玻璃的强度等的成分。含有CaO的情况下,若超过10%,则玻璃变得不稳定、容易失透、光学玻璃的近红外线截止性降低,因而不优选。CaO的含量优选为0~7%,更优选为0~5%。
SrO是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化等的成分。含有SrO的情况下,若超过15%,则玻璃变得不稳定、容易失透、光学玻璃的近红外线截止性降低,因而不优选。SrO的含量优选为0~12%,更优选为0~10%。
BaO虽不是必需成分,但其是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化等的成分。含有BaO的情况下,若超过30%,则玻璃变得不稳定、容易失透、光学玻璃的近红外线截止性降低,因而不优选。BaO的含量优选为0~27%,更优选为0~25%。
ZnO虽不是必需成分,但其具有降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、提高玻璃的化学耐久性等的效果。含有ZnO的情况下,若超过10%,则玻璃容易变得不稳定、玻璃的熔解性变差,因而不优选。ZnO的含量优选为0~8%,更优选为0~5%。
CuO是用于近红外线截止的必需成分。光学玻璃中的CuO的含量若低于0.5%,则在将光学玻璃的厚度制得较薄时,无法充分获得其效果,若超过20%,则可见光区域透射率下降,因而不优选。CuO的含量优选为0.8~19%,更优选为1.0~18%。
另外,实施方式1的光学玻璃中的Cu的以阳离子%表示的含量如上所述,是0.5~25%,优选的含量也如上所述。此外,在上述Cl、Br、I分别形成为CuCl、CuBr、CuI的情况下,光学玻璃中的Cu的阳离子%是该卤化铜中的Cu成分和其他Cu成分的合计含量。
实施方式1的光学玻璃可含有0~3%的Sb2O3作为任意成分。Sb2O3虽不是必需成分,但其具有提高光学玻璃的可见光区域透射率的效果。含有Sb2O3的情况下,若超过3%,则玻璃的稳定性降低,因而不优选。Sb2O3的含量优选为0~2.5%,更优选为0~2%。
实施方式1的光学玻璃还可在不损害本发明的效果的范围内含有SiO2、SO3、B2O3等的磷酸盐玻璃通常所含有的其他成分作为任意成分。这些成分的含量以总量计优选在3%以下。
此外,实施方式1的光学玻璃如上所述含有结晶,优选含有选自CuCl、CuBr和CuI的至少1种的结晶。
实施方式1的光学玻璃还可含有Ag作为任意成分。实施方式1的光学玻璃中的Ag的含量和含有形态如上所述。
<实施方式2的光学玻璃>
实施方式2的光学玻璃的特征是,以阳离子%表示,含有:
P5+:20~50%;
Al3+:5~20%;
R+:15~40%(其中,R+表示Li+、Na+和K+的总量);
R’2+:5~30%(其中,R’2+表示Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+和Zn2+的总量);
Cu2+和Cu+的总量:0.5~25%;
以阴离子%表示,含有F-:10~70%。
本说明书中,“阳离子%”和“阴离子%”是指如下所述的单位。首先,将光学玻璃的构成成分分为阳离子成分和阴离子成分。于是,“阳离子%”是指在将光学玻璃中所含的全部阳离子成分的合计含量记为100摩尔%时,将各阳离子成分的含量以百分率表示的单位。“阴离子%”是指在将光学玻璃中所含的全部阴离子成分的合计含量记为100摩尔%时,将各阴离子成分的含量以百分率表示的单位。
实施方式2的光学玻璃中,除F-以外,作为阴离子成分含有O2-,且含有选自Cl-、Br-和I-的至少1种。实施方式2的光学玻璃中的O2-的含量如下所述,选自Cl-、Br-和I-的至少1种的含量及含有形态如上所述。
以下说明将构成本发明的实施方式2的光学玻璃的各成分的含量(阳离子%、阴离子%表示)如上限定的理由。在以下的说明中,只要没有特别限定,实施方式2的光学玻璃的含有成分的含量“%”对于阳离子成分而言是指阳离子%,对于阴离子成分而言是指阴离子%。
(阳离子成分)
P5+是形成玻璃的主成分(形成玻璃的氧化物),是用于提高光学玻璃的近红外区域的截止性的必需成分,但如果P5+低于20%,则不能充分获得其效果,如果超过50%,则玻璃变得不稳定、耐候性降低,因而不优选。P5+的含量优选为20~48%,更优选为21~46%,进一步优选为22~44%。
Al3+是形成玻璃的主成分(形成玻璃的氧化物),且是用于提高耐候性等的必需成分,但若低于5%,则无法充分获得其效果,若超过20%,则玻璃变得不稳定,且光学玻璃的近红外线截止性降低,因而不优选。Al3+的含量优选为6~18%,更优选为6.5~15%,进一步优选为7~13%。
R+(其中,R+表示Li+、Na+和K+的总量)是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化的必需成分,但如果R+低于15%,则不能充分获得其效果,如果超过40%,则玻璃变得不稳定,因而不优选。R+的含量优选为15~38%,更优选为16~37%,进一步优选为17~36%。另外,R+是指Li+、Na+和K+的总量,即、Li++Na++K+。此外,R+是选自Li+、Na+和K+的1种或2种以上,2种以上的情况下,可以是任意组合。
Li+是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化等的必需成分。若低于5%,则无法充分获得其效果,若超过40%,则玻璃变得不稳定,因而不优选。Li+的含量优选为8~38%,更优选为10~35%,进一步优选为15~30%。
Na+虽不是必需成分,但其是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化等的成分。在含有Na+的情况下,若低于5%,则无法充分获得其效果,若超过40%,则玻璃变得不稳定,因而不优选。Na+的含量优选为5~35%,更优选为6~30%。
K+虽不是必需成分,但其是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度等的成分。在含有K+的情况下,若低于0.1%,则无法充分获得其效果,若超过30%,则玻璃变得不稳定,因而不优选。K+的含量优选为0.5~25%,更优选为0.5~20%。
R’2+(其中,R’2+表示Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+和Zn2+的总量)是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化、提高玻璃的强度等的必需成分。若低于5%,则无法充分获得其效果,若超过30%,则玻璃变得不稳定、光学玻璃的近红外线截止性降低、玻璃的强度降低等,因而不优选。R’2+的含量优选为5~28%,更优选为7~25%,进一步优选为9~23%。另外,R’2+是指Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+和Zn2+的总量,即、Mg2++Ca2++Sr2++Ba2++Zn2+。此外,R’2+是选自Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+和Zn2+的1种或2种以上,2种以上的情况下,可以是任意组合。
Mg2+是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、提高玻璃的强度等的成分。但是,Mg2+具有使玻璃变得不稳定、容易失透的倾向,在含有Mg2+的情况下,若低于1%,则无法充分获得其效果,若超过30%,则玻璃变得极不稳定、玻璃的熔解温度升高等,因而不优选。Mg2+的含量优选为1~25%,更优选为1~20%。
Ca2+虽不是必需成分,但其是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化、提高玻璃的强度等的成分。在含有Ca2+的情况下,若低于1%,则无法充分获得其效果,若超过30%,则玻璃变得不稳定、容易失透,因而不优选。Ca2+的含量优选为1~25%,更优选为1~20%。
Sr2+虽不是必需成分,但其是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化等的成分。在含有Sr2+的情况下,若低于1%,则无法充分获得其效果,若超过30%,则玻璃变得不稳定、容易失透、玻璃的强度降低,因而不优选。Sr2+的含量优选为1~25%,更优选为1~20%。
Ba2+虽不是必需成分,但其是用于降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、使玻璃稳定化等的成分。在含有Ba2+的情况下,若低于0.1%,则无法充分获得其效果,若超过30%,则玻璃变得不稳定、容易失透、玻璃的强度降低,因而不优选。Ba2+的含量优选为1~25%,更优选为1~20%。
Zn2+虽不是必需成分,但其具有降低玻璃的熔融温度、降低玻璃的液相温度、提高玻璃的化学耐久性等的效果。在含有Zn2+的情况下,若低于1%,则无法充分获得其效果,若超过30%,则玻璃变得不稳定、容易失透、玻璃的熔解性变差,因而不优选。Zn2+的含量优选为1~25%,更优选为1~20%。
实施方式2的光学玻璃中的作为阳离子成分的Cu的含量、即Cu2+和Cu+的总含量是上述卤化铜中的Cu成分和其他Cu成分的合计量。具体而言,Cu的含量如上所述是0.5~25%,优选的含量也如上所述。
Cu2+是用于近红外线截止的必需成分,含量优选在0.1%以上且低于25%。若该含量低于0.1%,则在将光学玻璃的厚度制得较薄时,无法充分获得其效果,若在25%以上,则光学玻璃的可见光区域透射率下降,且不会含有Cu+,所以优选。Cu2+的含量优选为0.2~24%,更优选为0.3~23%,进一步优选为0.4~22%。
Cu+通过与Cl、Br、I反应作为卤化铜结晶析出,能赋予光学玻璃将紫外线尖锐地截止的效果。Cu+的含量优选为0.1~15%。若该含量低于0.1%,则无法充分获得其效果,若超过15%,则减弱光学玻璃的蓝色的强度,所以不优选。Cu+的含量优选为0.2~13%,更优选为0.3~12%,进一步优选为0.4~11%。
实施方式2的光学玻璃可含有0~1%的Sb3+作为任意的阳离子成分。Sb3+虽然不是必需成分,但具有提高可见光区域透射率的效果。在含有Sb3+的情况下,若超过1%,则玻璃的稳定性降低,因而不优选。Sb3+的含量优选为0.01~0.8%,更优选为0.05~0.5%,进一步优选为0.1~0.3%。
实施方式2的光学玻璃还可在不损害本发明的效果的范围内含有Si、B等的氟磷酸盐玻璃通常所含有的其他成分作为任意的阳离子成分。这些成分的含量以总量计优选在5%以下。
(阴离子成分)
O2-是用于使玻璃稳定化、提高光学玻璃的可见光区域透射率、提高强度硬度及弹性模量等机械特性、使紫外线透射率降低的必需成分,含量优选为30~90%。O2-的含量若低于30%,则无法充分获得其效果,若超过90%,则玻璃变得不稳定,耐候性降低,因而不优选。O2-的含量优选为30~80%,进一步优选为30~75%。
F-是用于使玻璃稳定化、提高耐候性的必需成分,但若低于10%,则无法充分获得其效果,若超过70%,则有可能光学玻璃的可见光区域透射率降低、强度、硬度及弹性模量等机械特性降低、挥发性增高、波筋增加等,因而不优选。F-的含量优选为10~50%,更优选为15~40%。
本发明的实施方式2的光学玻璃因为必须含有F成分,所以耐候性优异。具体而言,能够抑制因与气氛中的水分的反应而造成的光学玻璃表面的变质及透射率的减少。耐候性的评价是例如使用高温高湿槽,将光学研磨后的光学玻璃试样在65℃、相对湿度90%的高温高湿槽中保持1000小时。然后,可通过目视观察光学玻璃表面的发霉(日文:ヤケ)状态,进行评价。此外,也可将投入高温高湿槽之前的光学玻璃的透射率与在高温高湿槽中保持1000小时后的光学玻璃的透射率比较,进行评价。
实施方式2的光学玻璃还可在不损害本发明的效果的范围内含有S等的氟磷酸盐玻璃通常所含有的其他成分作为任意的阴离子成分。这些成分的含量以总量计优选在5%以下。
此外,实施方式2的光学玻璃如上所述含有结晶,优选含有选自CuCl、CuBr和CuI的至少1种的结晶。另外,实施方式2的光学玻璃中的结晶成分的含量以滤光片玻璃的结晶化度计,优选与上述同样的范围。
实施方式2的光学玻璃还可含有Ag作为任意的阳离子成分。实施方式2的光学玻璃中的Ag的含量和含有形态如上所述。
接着,对本发明的实施方式1的光学玻璃和实施方式2的光学玻璃中共同的除上述各成分以外的任意成分、即其他成分的含量进行说明。本说明书中,实质上不含是指不特意用作原料的含义,来自于原料成分或制造工序而混入的不可避免的杂质被认为是不含。
本发明的光学玻璃优选实质上不含PbO、As2O3、V2O5、YbF3和GdF3中的任一种。PbO是降低玻璃的粘度、提高制造作业性的成分。此外,As2O3是能够在宽温度区域内产生澄清气体的、作为优异的澄清剂起作用的成分。但是,PbO和As2O3是对环境造成负荷的物质,因此理想的是尽可能不含PbO和As2O3。V2O5在可见光区域有吸收,所以在要求可见光区域透射率高的固体摄像元件用近红外线截止滤光片玻璃中,理想的是尽可能不含V2O5。YbF3、GdF3虽然是使玻璃稳定化的成分,但因为原料价格较高,与成本升高有关,因此理想的是尽可能不含YbF3、GdF3。
本发明的光学玻璃可以添加具有形成玻璃的阳离子的硝酸盐化合物及硫酸盐化合物作为氧化剂或澄清剂。氧化剂通过使光学玻璃的Cu总量中的Cu2+离子的比例增加,具有提高近红外线的截止性的效果。硝酸盐化合物及硫酸盐化合物的添加量以相对于原料化合物的额外添加(日文:外割添加)比例计优选为0.5~10质量%。添加量若低于0.5质量%,则不易出现透射率改善的效果,若超过10质量%,则玻璃的形成易变得困难。更优选为1~8质量%,进一步优选为3~6质量%。
作为硝酸盐化合物,有Al(NO3)3、LiNO3、NaNO3、KNO3、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、Sr(NO3)2、Ba(NO3)2、Zn(NO3)2、Cu(NO3)2等。作为硫酸盐化合物,有Al2(SO4)3·16H2O、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、MgSO4、CaSO4、SrSO4、BaSO4、ZnSO4、CuSO4等。
此外,本发明的光学玻璃的波长450~600nm的光的平均透射率优选在80%以上。
此外,本发明的光学玻璃的厚度制为0.03~0.3mm时,优选透射率为50%的波长是600~650nm。通过采用这样的条件,在要求薄型的传感器中,能够实现所希望的光学特性。此外,在制成厚度0.03~0.3mm的情况下,通过使波长450nm的透射率在80%以上,形成具有可见光区域的光的透射率高的光学特性的近红外线截止滤光片。
透射率的值换算为厚度为0.03~0.3mm时的值。透射率的换算采用以下的式1来进行。另外,Ti1表示测定试样的内部透射率(除去正反面的反射损失后的数据)、t1表示测定试样的厚度(mm),Ti2表示换算值的透射率,t2表示换算的厚度(本发明的情况下,为0.03~0.3mm)。
[数1]
另外,本发明的光学玻璃可以应对摄像器件及其搭载设备的小型化和薄型化,因此即使是在光学玻璃的厚度较薄的状态下,也可以获得良好的分光特性。作为光学玻璃的厚度,优选在1mm以下,更优选在0.8mm以下,进一步优选在0.6mm以下,最优选在0.4mm以下。此外,对光学玻璃的厚度的下限值没有特别限定,但若考虑在光学玻璃制造时及组装到摄像装置时的搬运中不易破损的强度,则优选在0.03mm以上,更优选在0.05mm以上,进一步优选在0.07mm以上,最优选在0.1mm以上。
本发明的光学玻璃的特征是在光学玻璃单体中具有前述的光学特性,但为了进一步提高光学特性及保护光学玻璃不受水分等的危害的目的,也可在光学玻璃表面设置防反射膜或红外线截止膜、紫外线和红外线截止膜等光学薄膜。这些光学薄膜是由单层膜或多层膜构成的薄膜,可通过蒸镀法或溅射法等公知的方法形成。此外,与上述同样,为了提高光学特性及保护光学玻璃免受水分等的危害的目的,可以在光学玻璃表面设置含有吸收红外线和紫外线的色素成分的树脂膜。
本发明的光学玻璃可如下制造。
首先,按照所得的光学玻璃成为上述组成范围的条件来称量原料并将其混合(混合工序)。将该原料混合物收纳在铂坩锅内,在电炉内,在700~1300℃的温度下加热熔解(熔解工序)。在充分搅拌和澄清后,在模具内浇铸,进行析出结晶的工序(结晶析出工序)后,进行切割和研磨,成形为规定的厚度的平板状(成形工序)。
在上述制造方法的熔解工序中,在由氟磷酸盐玻璃和结晶构成的光学玻璃、例如实施方式2的光学玻璃中,优选将玻璃熔解中的玻璃的最高温度设为950℃以下,在由磷酸盐玻璃和结晶构成的光学玻璃、例如实施方式1的光学玻璃中,优选将玻璃熔解中的玻璃的最高温度设为1280℃以下。这是因为,若玻璃熔解中的玻璃的最高温度超过上述温度,则透射率特性变差,以及在氟磷酸盐玻璃中氟的挥发受到促进,玻璃变得不稳定。在氟磷酸盐玻璃中,上述温度更优选在900℃以下,进一步优选在850℃以下。在磷酸盐玻璃中,上述温度更优选在1250℃以下,进一步优选在1200℃以下。
此外,上述熔解工序中的温度若过低,则会出现在熔解中发生失透、熔解落下耗费时间等问题,所以在氟磷酸盐玻璃中,优选在700℃以上,更优选在750℃以上。在磷酸盐玻璃中,上述温度更优选在800℃以上,进一步优选在850℃以上。在本发明的光学玻璃的制造方法中,优选玻璃成分在以下的结晶析出工序之前不发生结晶化,为此,熔解工序中的温度优选设为上述的范围。
接着上述熔解工序而进行的结晶析出工序优选通过退火、或者退火和热处理来进行。在氟磷酸盐玻璃中,退火优选通过以0.1~2℃/分钟的速度冷却至200~250℃来进行。在磷酸盐玻璃中,退火优选通过以0.1~2℃/分钟的速度冷却至200~250℃来进行。
此外,在通过退火和热处理来进行结晶析出工序的情况下,在进行了与上述退火的条件相同的退火后,在氟磷酸盐玻璃中,优选进行从退火后的温度升温到400~600℃的热处理。同样地,在磷酸盐玻璃中,在进行了与上述退火的条件同样的退火后,优选进行从退火后的温度升温到350~600℃的热处理。
本发明的光学玻璃的制造方法中,在这样的结晶析出工序中,在玻璃中析出结晶。所得的本发明的光学玻璃是由非晶质(玻璃)部分和结晶部分构成的光学玻璃。另外,在结晶析出工序中,优选在玻璃中析出选自CuCl、CuBr和CuI的至少1种的结晶。通过析出CuCl、CuBr、CuI的结晶,在所得的光学玻璃中,能减少除结晶部分外的非晶质(玻璃)部分的Cu+的量、且还能赋予紫外线的尖锐截止效果,所以优选。
本发明的光学玻璃可优选用作近红外线截止滤光片。数码相机等中所使用的固体摄像元件的高灵敏度化及高清晰化在发展,通过将近紫外线的截止特性良好、可见光区域的光的透射率(特别是蓝色光的透射率)高的本发明的光学玻璃用作固体摄像装置的近红外线截止滤光片,能够得到色彩再现性良好,耀斑、假色彩、幻像等的噪声成分的发生受到了抑制的拍摄图像。
实施例
以下示出本发明的实施例和比较例。
将本发明的实施例和比较例示于表1~表3中。例1-1、例1-2是关于涉及磷酸盐玻璃的本发明的光学玻璃的实施例,例1-3是关于涉及磷酸盐玻璃的本发明的光学玻璃的比较例。例2-1、例2-4~例2-8是关于涉及氟磷酸盐玻璃的本发明的光学玻璃的实施例,例2-2、例2-3是关于涉及氟磷酸盐玻璃的本发明的光学玻璃的比较例。
[光学玻璃的制作]
以成为表1所示的组成(以氧化物基准的质量%表示)及表2、表3所示的组成(阳离子%、阴离子%)的条件称量原料并混合,投入内容积约为400cc的铂坩锅内,在800~1300℃的温度下熔融2小时,澄清、搅拌后,浇铸在预热至约300~500℃的纵50mm×横50mm×高20mm的长方形的模具中。
对于本发明的实施例(例1-1、例1-2、例2-1、例2-4~例2-8),在浇铸在长方形的模具中之后,进行了退火、或者退火和热处理(例1-1和例1-2:在460℃保持1小时后,以1℃/分钟冷却至室温,接着在480℃下保持1小时后,以1℃/分钟冷却至室温;例2-1:在360℃下保持1小时后,以1℃/分钟冷却至室温;例2-4、例2-6~例2-8:在360℃下保持1小时后,以1℃/分钟冷却至室温,接着在410℃下保持2小时后,以1℃/分钟冷却至室温;例2-5:在410℃下保持1小时后,以1℃/分钟冷却至室温)。对于比较例(例1-3、例2-2、例2-3),进行了退火(例1-3:在460℃下保持1小时后,以1℃/分钟冷却至室温;例2-2、例2-3:在360℃下保持1小时后,以1℃/分钟冷却至室温)。在各例中,得到纵50mm×横50mm×厚20mm的块状的光学玻璃。在对该光学玻璃进行磨削后,将研磨至所需厚度的玻璃板用于评价。
另外,各光学玻璃的原料分别使用以下化合物,P5+的情况下使用H3PO4和/或Al(PO3)3;Al3+的情况下使用AlF3、Al(PO3)3和/或Al2O3;Li+的情况下使用LiF、LiNO3、Li2CO3和/或LiPO3;Mg2+的情况下使用MgF2和/或MgO和/或Mg(PO3)2;Sr2+的情况下使用SrF2、SrCO3和/或Sr(PO3)2;Ba2+的情况下使用BaF2、BaCO3和/或Ba(PO3)2;Na+使用NaCl和/或NaBr和/或NaI和/或NaF和/或Na(PO3);K+、Ca2+、Zn2+的情况下使用氟化物、碳酸盐和/或偏磷酸盐;Sb3+的情况下使用Sb2O3;Cu2+、Cu+的情况下使用CuO、CuCl、CuBr。Ag+的情况下使用AgNO3。
[评价]
对于各例中得到的玻璃板,可通过透射型电子显微镜(TEM:TransmissionElectron Microscope)等来确认有无结晶析出。此外,利用紫外可见光近红外分光光度计(日本分光株式会社制,V570)测定了波长450~600nm的光的透射率。对于例1-1~例1-3,得到换算为厚度0.3mm的透射率(以存在玻璃板的表面反射进行计算)。对于例2-1~例2-8,得到换算为厚度0.05mm的透射率(以存在玻璃板的表面反射进行计算)。在表1、2、3中示出有无结晶、波长450~600nm的光的平均透射率和450nm的光的透射率。此外,表1中示出Cu(Cu2 +、Cu+的总计)的以阳离子%表示的含量、和Cl+Br+I的以阴离子%表示的含量。
[表1]
[表2]
[表3]
对于如上制作的各光学玻璃的光学特性,评价了以下的项目。
(波长和透射率的近似直线的斜率)
斜率(S)的确定方法如下所述。
测定光学玻璃的光谱透射率。接着,特定300nm~450nm的波长频带的光的透射率为50%的波长(整数值,λ50(300-450))。这里,由显示光谱透射率的曲线得到的波长不是整数值的情况下,将最接近的整数值作为透射率为50%的波长。接着,以λ50(300-450)为中心,自λ50(300-450)到短波长侧和长波长侧分别距离3nm的波长为止,确定每1nm的透射率数据,共7个。接着,根据这7个数据,制作以波长为X轴、以透射率为Y轴的近似直线,将所得的近似直线的斜率作为上述波长和透射率的近似直线的斜率。
将由该方法确定的实施例和比较例的斜率(S)示于表4、表5、表6中。
(波长450nm~480nm的波长频带的光的平均透射率)
测定光学玻璃的光谱透射率。接着,根据得到的光谱透射率,算出波长450nm~480nm的波长频带的光的平均透射率。
将由该方法得到的实施例和比较例的平均透射率示于表4、表5、表6中。
(紫外线侧的透射率50%的波长与红外线侧的透射率50%的波长的差)
将上述所得的λ50(300-450)作为紫外线侧的透射率50%的波长。同样地,特定600nm~700nm的波长频带的光的透射率为50%的波长(整数值,λ50(600-700))。接着,根据两数据的差值算出波长的差(λ50(600-700)-λ50(300-450))。
将由该方法得到的实施例和比较例的波长的差示于表4、表5、表6中。
(平均吸光系数的比率)
光学玻璃的平均吸光系数的比率的确定方法如下所述。
测定光学玻璃的光谱透射率。接着,根据所得的光谱透射率,分别算出波长450nm~480nm的波长频带的平均吸光系数(ε(450-480))和波长700nm~850nm的波长频带的平均吸光系数(ε(700-850))。接着,通过将波长700nm~850nm的波长频带的平均吸光系数除以波长450nm~480nm的波长频带的平均吸光系数,来确定平均吸光系数的比率(ε(700-850)/ε(450-480))。
将由该方法得到的实施例和比较例的平均吸光系数的比率示于表4、表5、表6中。
[表4]
[表5]
[表6]
根据表4、表5、表6,本发明的实施例的各光学玻璃与比较例的各光学玻璃相比,近紫外线的截止特性是陡峭的(斜率(S)大)。藉此,能够将不需要的近紫外线的透射率降得极低,所以能抑制拍摄图像中的耀斑、假色彩、幻像等的发生。
本发明的实施例的各光学玻璃与比较例的各光学玻璃相比,可见光区域的蓝色光的透射率特别高。藉此,能够得到色彩再现性良好的拍摄图像。
本发明的实施例的各光学玻璃的可见光区域的波长带的宽度(λ50(600-700)-λ50(300-450))宽。藉此,能够得到色彩再现性良好的拍摄图像。
本发明的实施例的各光学玻璃与比较例的各光学玻璃相比,平均吸光系数的比率(ε(700-850)/ε(450-480))高。即,本发明的实施例的各光学玻璃将应遮蔽的近红外线的光可靠地截止,并且希望透射的可见光区域的蓝色光的透射率高。这样,因为具备已调制的光学特性,所以能够得到色彩再现性良好的拍摄图像。
产业上利用的可能性
根据本发明,通过将近紫外线可靠地截止,可得到抑制假色彩及耀斑等的发生、且可见光区域的光(特别是蓝色光)的透射率高的光学玻璃,所以在用于高灵敏度化、高清晰化的固体摄像装置的近红外线截止滤光片玻璃的情况下,蓝色光的透射率特别高、色彩再现性良好。此外,因为近紫外线的截止特性高,所以能抑制拍摄图像中的耀斑、假色彩、幻像等噪声的发生。
Claims (11)
1.一种光学玻璃,其为吸收红外线和紫外线的光学玻璃,其特征在于,所述光学玻璃在300nm~450nm的波长频带内、在光的透射率为50%的波长前后3nm的波长范围内算出的波长与透射率的近似直线的斜率为3以上。
2.如权利要求1所述的光学玻璃,其特征在于,波长450nm~480nm的光的平均透射率在80%以上。
3.如权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于,从600nm~700nm的波长频带内的光的透射率为50%的波长减去300nm~450nm的波长频带内的光的透射率为50%的波长而得到的值在200nm~300nm的范围内。
4.如权利要求1~3中任一项所述的光学玻璃,其特征在于,波长700nm~850nm的平均吸光系数相对于波长450nm~480nm的平均吸光系数的比率在33以上。
5.如权利要求1~4中任一项所述的光学玻璃,其特征在于,作为阳离子成分必须含有P和Cu;作为阴离子成分含有选自Cl、Br和I的至少1种;所述Cu的含量以阳离子%表示,为0.5~25%;并且所述光学玻璃含有结晶。
6.如权利要求5所述的光学玻璃,其特征在于,所述选自Cl、Br和I的至少1种的含量以阴离子%表示,为0.01~20%。
7.如权利要求5或6所述的光学玻璃,其特征在于,所述结晶包含选自CuCl、CuBr和CuI的至少1种的结晶。
8.如权利要求5~7中任一项所述的光学玻璃,其特征在于,含有Ag作为阳离子成分,所述Ag的含量以阳离子%表示,为0.01~5%。
9.如权利要求5~8中任一项所述的光学玻璃,其特征在于,
以氧化物基准的质量%表示,含有:
P2O5:35~75%;
Al2O3:5~15%;
R2O:3~30%,其中,R2O表示Li2O、Na2O和K2O的总量;
R’O:3~35%,其中,R’O表示MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总量;
CuO:0.5~20%。
10.如权利要求5~8中任一项所述的光学玻璃,其特征在于,
以阳离子%表示,含有:
P5+:20~50%;
Al3+:5~20%;
R+:15~40%,其中,R+表示Li+、Na+和K+的总量;
R’2+:5~30%,其中,R’2+表示Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+和Zn2+的总量;
Cu2+和Cu+的总量:0.5~25%;
以阴离子%表示,含有F-:10~70%。
11.一种近红外线截止滤光片,其特征在于,具备权利要求1~10中任一项所述的光学玻璃。
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