JP2011046591A - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、光学素子とそれら製造方法、ならびに撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
酸化物ガラスであって、カチオン%表示にて、
Si4+、B3+を合計で20〜40%、
Nb5+、Ti4+、W6+およびZr4+を合計で15〜40%、
Zn2+、Ba2+、Sr2+およびCa2+を合計で0.2〜20%、
Li+、Na+およびK+を合計で15〜55%、
含み、
B3+およびSi4+の合計含有量に対するB3+の含有量のカチオン比が0.01〜0.5、
Nb5+、Ti4+、W6+およびZr4+の合計含有量に対するZr4+の含有量のカチオン比が0.05以下、
Zn2+、Ba2+、Sr2+およびCa2+の合計含有量に対するZn2+およびBa2+の合計含有量のモル比が0.8〜1、
であり、屈折率ndが1.815以上、アッベ数νdが29以下である光学ガラスである。
【選択図】 なし
Description
特許文献2に開示されているガラスも、特許文献1と同様、ガラス安定性が低く、失透しやすいという問題がある。
特許文献3には、高屈折率高分散ガラスと中屈折率高分散ガラスが開示されているが、高屈折率高分散ガラスについては、ガラス転移温度の低下が十分にはなされていない。
[1] 酸化物ガラスであって、カチオン%表示にて、
Si4+、B3+を合計で20〜40%、
Nb5+、Ti4+、W6+およびZr4+を合計で15〜40%、
Zn2+、Ba2+、Sr2+およびCa2+を合計で0.2〜20%、
Li+、Na+およびK+を合計で15〜55%、
含み、
B3+およびSi4+の合計含有量に対するB3+の含有量のカチオン比が0.01〜0.5、
Nb5+、Ti4+、W6+およびZr4+の合計含有量に対するZr4+の含有量のカチオン比が0.05以下、
Zn2+、Ba2+、Sr2+およびCa2+の合計含有量に対するZn2+およびBa2+の合計含有量のモル比を0.8〜1、
であり、屈折率ndが1.815以上、アッベ数νdが29以下である光学ガラス、
[2] ガラス転移温度が530℃未満である上記[1]項に記載の光学ガラス、
[3] 液相温度が1080℃以下である上記[1]項または[2]項に記載の光学ガラス、
[4] Nb5+およびTi4+の合計含有量に対するNb5+の含有量のカチオン比(Nb5+/(Nb5++Ti4+))が0.65〜1である上記[1]項〜[3]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[5] Si4+の含有量が15〜30%である上記[1]項〜[4]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[6] B3+の含有量が15%以下である上記[1]項〜[5]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[7] Nb5+の含有量が10〜30%である上記「1」項〜[6]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[8] Ti4+の含有量が0〜15%である上記[1]項〜[7]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[9] W6+の含有量が0〜4%である上記[1]項〜[8]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[10] Zr4+の含有量が0〜4%である上記[1]項〜[9]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[11] Zn2+の含有量が9%以下である上記[1]項〜[10]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[12] Ba2+の含有量が6%以下である上記[1]項〜[11]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[13] Sr2+の含有量が2%以下である上記[1]項〜[12]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[14] Ca2+の含有量が3%以下である上記[1]項〜[13]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[15] Li+の含有量が25%以下である上記[1]項〜[14]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[16] Na+の含有量が30%以下である上記[1]項〜[15]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[17] K+の含有量が25%以下である上記[1]項〜[16]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[18] Li+、Na+およびK+の合計含有量に対するLi+の含有量のカチオン比が0.1〜1である上記[1]項〜[17]項のいずれかに記載の光学ガラス。
[19] ΔPg,Fが0.0130以下である上記[1]項〜[18]項のいずれかに記載の光学ガラス、
[20] 上記[1]項〜[19]項のいずれかに記載の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム、
[21] ガラス原料を加熱、熔融して熔融ガラスを作製し、前記熔融ガラスを成形する工程を経て、上記[21]項に記載のプリフォームを作製する精密プレス成形用プリフォームの製造方法、
[22] 上記[1]項〜[19]項のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子、
[23] 上記[20]項に記載の精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形する工程を備える光学素子の製造方法、
[24] 精密プレス成形用プリフォームとプレス成形型を一緒に加熱して精密プレス成形する上記[23]項に記載の光学素子の製造方法、
[25] 精密プレス成形用プリフォームを加熱した後、予熱したプレス成形型に導入して精密プレス成形する上記[23]項に記載の光学素子の製造方法、
[26] 上記[22]項に記載の光学素子を備える撮像装置、
である。
本発明の光学ガラスでは、シリカ系の組成を採用することにより、精密プレス成形時のガラス表面への加傷を防止するとともに、高屈折率高分散光学ガラスの精密プレス成形に固有の問題である高屈折率高分散付与成分とプレス成形型成形面との界面反応による光学素子表面の品質低下を防止するため、高屈折率を維持しつつ、ガラス転移温度を一層低下させ、精密プレス成形によって高品質の光学素子を安定して生産することができる高屈折率高分散光学ガラスを提供する。また、高屈折率ガラスでありながら、優れたガラス安定性を供え、製造が容易な光学ガラスを提供する。
酸化物ガラスであって、カチオン%表示にて、
Si4+、B3+を合計で20〜40%、
Nb5+、Ti4+、W6+およびZr4+を合計で15〜40%、
Zn2+、Ba2+、Sr2+およびCa2+を合計で0.2〜20%、
Li+、Na+およびK+を合計で15〜55%、
含み、
B3+およびSi4+の合計含有量に対するB3+の含有量のカチオン比が0.01〜0.5、
Nb5+、Ti4+、W6+およびZr4+の合計含有量に対するZr4+の含有量のカチオン比が0.05以下、
Zn2+、Ba2+、Sr2+およびCa2+の合計含有量に対するZn2+およびBa2+の合計含有量のモル比を0.8〜1、
であり、屈折率ndが1.815以上、アッベ数νdが29以下である光学ガラスである。
Zn2+の含有量の好ましい範囲は9%以下、より好ましい範囲は1〜9%、さらに好ましい範囲は3〜9%、一層好ましい範囲は3〜8%、より一層好ましい範囲は4.5〜6.5%、さらに一層好ましい範囲は5.0〜6.0%であり、Ba2+の含有量の好ましい範囲は6%以下、より好ましい範囲は0.5〜6%、さらに好ましい範囲は0.5〜4%、一層好ましい範囲は0.8〜3%、より一層好ましい範囲は1.0〜2.0%であり、Sr2+の含有量の好ましい範囲は0〜2%、より好ましい範囲は0〜1.5%、さらに好ましい範囲は0〜1%であり、Ca2+の含有量の好ましい範囲は0〜3%、より好ましい範囲は0〜2%、さらに好ましい範囲は0〜1.5%、一層好ましい範囲は0.1〜0.9%、より一層好ましい範囲は0.32〜0.45%である。
Li+の含有量の好ましい範囲は25%以下、より好ましい範囲は10〜20%、さらに好ましい範囲は13〜17%、一層好ましい範囲は14〜16%であり、Na+の含有量の好ましい範囲は30%以下、より好ましい範囲は10〜20%、さらに好ましい範囲は13〜17%、一層好ましい範囲は14〜16%であり、K+の含有量の好ましい範囲は0〜25%、より好ましい範囲は0〜20%、さらに好ましい範囲は0〜15%、一層好ましくは0〜9%、より一層好ましい範囲は0〜5%、さらに一層好ましい範囲は2〜4%である。
本発明の光学ガラスの屈折率ndは1.83以上、アッベ数νdは29以下である。屈折率ndを上記範囲にすることにより、高機能、コンパクトな光学系を構成する光学素子の材料に好適な光学ガラスを得ることができる。なお、高屈折率ガラスを用いることにより、同じ集光パワーを有するレンズを作る際にレンズ面の曲率を緩くすることができる。その結果、レンズを精密プレス成形する際の成形性を改善することもできる。
本発明の光学ガラスのガラス転移温度は530℃未満、好ましくは520℃以下、より好ましくは515℃以下、さらに好ましくは510℃以下である。ガラス転移温度の低下に伴い、プレス成形温度をより低く設定することができる。精密プレス成形時のガラスとプレス成形型の界面反応の進行速度は、プレス成形温度の高低によって大きな影響を受ける。したがって、ガラス転移温度を数℃、あるいは数十℃低下させるだけでも、界面反応を大幅に抑制することができる。
本発明の光学ガラスの液相温度は1080℃以下、好ましくは1060℃以下、より好ましくは1020℃以下、さらに好ましくは1015℃以下である。
撮像光学系、投射光学系などで、高次の色消しを行うには、低分散ガラス製レンズと高分散ガラス製レンズを組み合わせて使用するのが効果的である。しかし、低分散側のガラスは部分分散比が大きいものが多いため、より高次の色収差を補正する場合、高分散特性に加えて、部分分散比が小さいガラスを使用したレンズと組み合わせることがより有効である。
Pg,F(0)=0.6483−(0.0018×νd)
ΔPg,F=Pg,F−Pg,F(0)
=Pg,F+(0.0018×νd)−0.6483
本発明の光学ガラスは、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、水酸化物などを秤量、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、攪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。
次に本発明の精密プレス成形用プリフォームについて説明する。
本発明の精密プレス成形用プリフォームは、上記した本発明の光学ガラスからなることを特徴とするものである。
プリフォームは、加熱して精密プレス成形に供されるガラス予備成形体を意味するが、ここで精密プレス成形とは、周知のようにモールドオプティクス成形とも呼ばれ、光学素子の光学機能面をプレス成形型の成形面を転写することにより形成する方法である。なお、光学機能面とは光学素子において、制御対象の光を屈折したり、反射したり、回折したり、入出射させる面を意味し、レンズにおけるレンズ面などがこの光学機能面に相当する。
貴金属(白金、白金合金)
酸化物(Si、Al、Zr、La、Yの酸化物など)
窒化物(B、Si、Alの窒化物など)
炭素含有膜
があげられる。炭素含有膜としては、炭素を主成分とするもの(膜中の元素含有量を原子%で表したとき、炭素の含有量が他の元素の含有量よりも多いもの)が望ましい。具体的には、炭素膜や炭化水素膜などを例示することができる。炭素含有膜の成膜法としては、炭素原料を使用した真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の公知の方法や、炭化水素などの材料ガスを使用した熱分解などの公知の方法を用いればよい。その他の膜については、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法等を用いて成膜することが可能である。
次に本発明の光学素子について説明する。本発明の光学素子は、上記した本発明の光学ガラスからなることを特徴とする。具体的には、非球面レンズ、球面レンズ、あるいは平凹レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどのレンズ、マイクロレンズ、レンズアレイ、回折格子付きレンズ、プリズム、レンズ機能付きプリズムなどを例示することができる。表面には必要に応じて反射防止膜や波長選択性のある部分反射膜などを設けてもよい。
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子の製造方法は、上記した本発明の精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形する工程を備えることを特徴とする。
プレス時間、プレス圧力などのプレス条件は成形品の形状、寸法に合わせて周知の範囲で適宜設定すればよい。
表1〜表7に示すガラス組成になるように、各成分を導入するための原料としてそれぞれ相当する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物などを用い、原料を秤量し、十分に混合して調合原料とし、これを白金坩堝に入れ、加熱、熔融した。熔融後、熔融ガラスを鋳型に流し込み、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、ガラスの転移温度範囲で約1時間アニール処理した後、炉内で室温まで放冷することにより、ガラスNo.1〜No.47の光学ガラスを得た。
得られた光学ガラス中には、顕微鏡で観察できる結晶は析出しなかった。
このようにして得られた光学ガラスの請特性を表1〜表7に示す。
(1)屈折率nd、ng、nF、ncおよびアッベ数νd
降温速度−30℃/時間で降温して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、ng、nF、nc、アッベ数νdを測定した。
(2)液相温度LT
ガラスを所定温度に加熱された炉内に入れて2時間保持し、冷却後、ガラス内部を100倍の光学顕微鏡で観察し、結晶の有無から液相温度を決定した。
(3)ガラス転移温度Tg
示差走査熱量計(DSC)により、昇温速度10℃/分として測定した。
(4)部分分散比Pg,F
屈折率ng、nF、ncから算出した。
(5)部分分散比のノーマルラインからの偏差ΔPg,F
部分分散比Pg,Fおよびアッベ数νdから算出されるノーマルライン上の部分分散比Pg,F(0)から算出した。
特許文献2の実施例1〜13の組成になるように同文献に記載されている方法でガラスを熔解したところ、実施例1、2については熔融物を撹拌中に失透し、実施例4〜13についてはガラス化しなかった。実施例3は熔融物を鋳型にキャストしてガラスが得られたものの、内部に結晶の析出が認められた。
実施例1で作製した各光学ガラスが得られるように調合したガラス原料を熔融、清澄、均質化して熔融ガラスを作り、白金製のノズルから熔融ガラス滴を滴下してプリフォーム成形型で受け、風圧を加えて浮上させながら上記各種ガラスからなる球状のプリフォームに成形した。
得られたプリフォームは光学的に均質な高品質のものであった。
実施例2で用意した熔融ガラスを連続的に流出して鋳型に鋳込み、ガラスブロックに成形した後、アニールし、切断して複数個のガラス片を得た。これらガラス片を研削、研磨して上記各種ガラスからなるプリフォームを作製した。
得られたプリフォームは光学的に均質な高品質のものであった。
実施例2、3で作製したプリフォームの表面に炭素含有膜をコートし、成形面に炭素系離型膜を設けたSiC製の上下型および胴型を含むプレス成形型内に導入し、窒素雰囲気中で成形型とプリフォームを一緒に加熱してプリフォームを軟化し、精密プレス成形して上記各種ガラスからなる非球面凸メニスカスレンズ、非球面凹メニスカスレンズ、非球面両凸レンズ、非球面両凹レンズの各種レンズを作製した。なお、精密プレス成形の各条件は前述の範囲で調整した。
次に表8に示す光学ガラスを作製し、このガラスを用いて精密プレス成形用プリフォームを作製した。そして、このプリフォームを実施例4と同様、精密プレス成形してレンズを作製したところ、レンズ表面に多数の発泡が認められた。レンズ表面を拡大撮影した写真を図1の(a)および(b)に示す。
実施例4で作製した各レンズを用いて、各レンズを内蔵する一眼レフカメラ用の交換レンズ各種を作製した。
Claims (26)
- 酸化物ガラスであって、カチオン%表示にて、
Si4+、B3+を合計で20〜40%、
Nb5+、Ti4+、W6+およびZr4+を合計で15〜40%、
Zn2+、Ba2+、Sr2+およびCa2+を合計で0.2〜20%、
Li+、Na+およびK+を合計で15〜55%、
含み、
B3+およびSi4+の合計含有量に対するB3+の含有量のカチオン比が0.01〜0.5、
Nb5+、Ti4+、W6+およびZr4+の合計含有量に対するZr4+の含有量のカチオン比が0.05以下、
Zn2+、Ba2+、Sr2+およびCa2+の合計含有量に対するZn2+およびBa2+の合計含有量のモル比が0.8〜1、
であり、屈折率ndが1.815以上、アッベ数νdが29以下である光学ガラス。 - ガラス転移温度が530℃未満である請求項1に記載の光学ガラス。
- 液相温度が1080℃以下である請求項1または2に記載の光学ガラス。
- Nb5+およびTi4+の合計含有量に対するNb5+の含有量のカチオン比(Nb5+/(Nb5++Ti4+))が0.65〜1である請求項1〜3のいずれかに記載の光学ガラス。
- Si4+の含有量が15〜30%である請求項1〜4のいずれかに記載の光学ガラス。
- B3+の含有量が15%以下である請求項1〜5のいずれかに記載の光学ガラス。
- Nb5+の含有量が10〜30%である請求項1〜6のいずれかに記載の光学ガラス。
- Ti4+の含有量が0〜15%である請求項1〜7のいずれかに記載の光学ガラス。
- W6+の含有量が0〜4%である請求項1〜8のいずれかに記載の光学ガラス。
- Zr4+の含有量が0〜4%である請求項1〜9のいずれかに記載の光学ガラス。
- Zn2+の含有量が9%以下である請求項1〜10のいずれかに記載の光学ガラス。
- Ba2+の含有量が6%以下である請求項1〜11のいずれかに記載の光学ガラス。
- Sr2+の含有量が2%以下である請求項1〜12のいずれかに記載の光学ガラス。
- Ca2+の含有量が3%以下である請求項1〜13のいずれかに記載の光学ガラス。
- Li+の含有量が25%以下である請求項1〜14のいずれかに記載の光学ガラス。
- Na+の含有量30%以下である請求項1〜15のいずれかに記載の光学ガラス。
- K+の含有量が25%以下である請求項1〜16のいずれかに記載の光学ガラス。
- Li+、Na+およびK+の合計含有量に対するLi+の含有量のカチオン比が0.1〜1である請求項1〜17のいずれかに記載の光学ガラス。
- ΔPg,Fが0.0130以下である請求項1〜18のいずれかに記載の光学ガラス。
- 請求項1〜19のいずれかに記載の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム。
- ガラス原料を加熱、熔融して熔融ガラスを作製し、前記熔融ガラスを成形する工程を経て、請求項20に記載のプリフォームを作製する精密プレス成形用プリフォームの製造方法。
- 請求項1〜19のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子。
- 請求項20に記載の精密プレス成形用プリフォームを加熱し、プレス成形型を用いて精密プレス成形する工程を備える光学素子の製造方法。
- 精密プレス成形用プリフォームとプレス成形型を一緒に加熱して精密プレス成形する請求項23に記載の光学素子の製造方法。
- 精密プレス成形用プリフォームを加熱した後、予熱したプレス成形型に導入して精密プレス成形する請求項23に記載の光学素子の製造方法。
- 請求項22に記載の光学素子を備える撮像装置。
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