JP2013151427A - 光学ガラス、プレス成形用ガラス素材および光学素子 - Google Patents
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- Glass Compositions (AREA)
Abstract
【解決手段】酸化物ガラスであって、
カチオン%表示にて、
P5+を16〜35%、
Bi3+を14〜35%、
Nb5+を10〜33%、
Ti4+を0〜18%、
W6+を0〜20%
含み、
Bi3+、Nb5+、Ti4+およびW6+の合計含有量が55%以上、
屈折率ndが2.05を超え、アッベ数νdが18.5以下であることを特徴とする光学ガラス。光学このガラスからなるプレス成形用ガラス素材および光学素子。
【選択図】なし
Description
したがって成形時に脈理などの不具合が発生しやすくなり、高品質のガラスを得ることが困難になるという問題がある。
[1]
酸化物ガラスであって、
カチオン%表示にて、
P5+を16〜35%、
Bi3+を14〜35%、
Nb5+を10〜33%、
Ti4+を0〜18%、
W6+を0〜20%
含み、
Bi3+、Nb5+、Ti4+およびW6+の合計含有量が55%以上、
屈折率ndが2.05を超え、アッベ数νdが18.5以下であることを特徴とする光学ガラス。
[2]
液相温度における粘度が1.0dPa・s以上である[1]に記載の光学ガラス。
[3]
Li+、Na+およびK+のうち、少なくとも1種以上のアルカリ金属成分を含み、
Li+の含有量が7カチオン%以下、
Na+の含有量が20カチオン%以下、
K+の含有量が10カチオン%以下、
Li+、Na+およびK+の合計含有量に対するNa+の含有量の比(Na+/(Li++Na++K+))が0.2〜1である[1]または[2]に記載の光学ガラス。
[4]
B3+の含有量が0〜20カチオン%である[1]〜[3]のいずれか1項に記載の光学ガラス。
[5]
P5+、Bi3+、Nb5+、Ti4+、W6+、Li+、Na+、K+、Si4+、Ba2+およびB3+の合計含有量が90カチオン%以上である[1]〜[4]のいずれか1項に記載の光学ガラス。
[6]
液相温度が940℃以上である[1]〜[5]のいずれか1項に記載の光学ガラス。
[7]
[1]〜[6]のいずれか1項に記載の光学ガラスからなるプレス成形用ガラス素材。
[8]
[1]〜[6]のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
本発明の光学ガラスは、酸化物ガラスであって、
カチオン%表示にて、
P5+を16〜35%、
Bi3+を14〜35%、
Nb5+を10〜33%、
Ti4+を0〜18%、
W6+を0〜20%
含み、
Bi3+、Nb5+、Ti4+およびW6+の合計含有量が55%以上、
屈折率ndが2.05を超え、アッベ数νdが18.5以下であることを特徴とする。
本発明の光学ガラスは酸化物ガラスであり、O2-がアニオンの主成分である。O2-の含有量は90〜100アニオン%を目安として考えればよい。O2-の含有量が上記範囲内であれば、他のアニオン成分としてF-、Cl-、Br-、I-、S2-、Se2-、N3-、NO3 -、あるいはSO4 2-などを含有させてもよい。その場合、F-、Cl-、Br-、I-、S2-、Se2-、N3-、NO3 -、あるいはSO4 2-の合計含有量は、例えば、0〜10アニオン%とすることができる。O2-の含有量を100アニオン%としてもよい。
さらに、Bi、Nb、Ti、Wはガラス成分として共存することにより液相温度を低下させ、ガラスの安定性を増大させることから製造安定性の改善に寄与する。
本発明の光学ガラスの屈折率ndは2.05を超え、アッベ数νdは18.5以下である。このように本発明の光学ガラスは、超高屈折率高分散特性を備えているため、高ズーム比、広角、コンパクトな光学系を構成するための光学素子の材料として好適である。屈折率ndの増加、アッベ数νdの減少によって、液相温度における粘度は、減少傾向を示すので、屈折率ndの上限、アッベ数νdの下限については、前述のガラス組成範囲内で、液相温度における粘度が1dPa・s以上であれば、特に制限はないが、屈折率ndの上限は3.0、アッベ数νdの下限は5をそれぞれ目安とすることができる。
本発明の光学ガラスの液相温度における粘度は1dPa・s以上である。液相温度は、ガラスの高屈折率高分散化に伴い上昇傾向を示し、940℃以上の高温になりやすい。液相温度の上昇は、ガラス製造時の失透を防止するために溶融温度、成形温度の上昇をもたらす。その結果、成形時のガラスの粘性が著しく低下し、脈理が生じ、光学的均質性が著しく悪化してしまう。本発明によれば、高屈折率高分散化に伴い液相温度が上昇しても、温度あたりの粘性値を高めることにより、液相温度における粘度を1dPa・s以上に維持して脈理発生を抑制し、優れた光学的均質性を有する高品質な光学ガラスを提供することができる。
本発明の光学ガラスは、溶融法により製造することができる。
例えば、所要の組成を有するガラスとなるように各成分に対応する化合物原料を秤量し、十分混合して調合原料とし、調合原料をルツボに入れて1100〜1200℃で攪拌しながら0.5〜4時間溶解を行った後、ガラス融液を所定の容器に流し出し、冷却、粉砕して、カレットを得る。
上記温度条件、ならびに各工程に要する時間は適宜、調整可能である。
本発明のプレス成形用ガラス素材(以下、ガラス素材という)は、上記本発明の光学ガラスからなる。ガラス素材は、まず、本発明の光学ガラスが得られるように調合したガラス原料を加熱、溶融し、成形する。このようにして作製したガラス成形体を加工し、プレス成形品1個分の量に相当するガラス素材を作製する。このような方法以外でも溶融ガラスからプレス成形用ガラス素材を作る公知の方法を適用することができる。
本発明の光学素子は、上記本発明の光学ガラスからなる。
具体例としては、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などの各種レンズ、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。
また、撮像光学系を高ズーム比化、広角化、コンパクト化する上でも有効である。
さらに、超高屈折率高分散特性を備えながら、比重増大が抑えられたガラスを用いているため、光学素子の軽量化が可能となり、振動に対する焦点位置のズレ防止にも有効である。
さらに、分光透過率特性における吸収端を短波長化されたガラスの使用により、可視短波長域の画像情報の欠落を防止することができ、デジタル式撮像装置の色再現性改善にも有効である。
表1に示すNo.1〜44の組成を有するガラスとなるように各成分に対応する化合物原料を秤量し、十分混合して調合原料とした。なお、表1に示すガラス組成は、カチオン%表示の値が基準であり、モル%表示、質量%表示の値はいずれもカチオン%表示を換算した値である。
次に調合原料をルツボに入れて1100℃〜1200℃で攪拌しながら2〜5時間溶解を行った後、急冷、粉砕して、カレットを得た。
日本光学硝子工業会規格JOGIS−01に基づいて測定した。測定結果を表1に示す。
ガラス試料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。粘度JIS規格 Z8803、共軸二重円筒形回転粘度計による粘度測定方法により粘度を測定した。
ガラス転移温度は示差走査型熱量計DSC3300SAを用いて固体状態のガラスを昇温したときの吸熱カーブから測定した。この測定を用いたTgは日本光学硝子工業会規格JOGIS−08に基づいて測定したTgと対応関係を示す。測定結果を表1に示す。
日本光学硝子工業会規格JOGIS−05に基づいて測定した。測定結果を表1に示す。
λ70、λ5は次のようにして測定した。厚さ10mmの互いに平行かつ光学研磨された平面を有するガラス試料を用い、波長280nmから700nmまでの波長域における分光透過率を測定する。分光透過率は、光学研磨された一方の平面に垂直に強度Aの光線を入射し、他方の平面から出射する光線の強度Bを測定し、B/Aによって算出される。したがって、分光透過率には試料表面における光線の反射損失も含まれる。分光透過率が70%になる波長がλ70であり、分光透過率が5%になる波長がλ5である。測定結果を表1に示す。
特許文献1の実施例13の光学ガラスからなる300gのガラスブロックを作製したところ、ガラスブロック表面に結晶が析出した。特許文献1の実施例13は、屈折率ndが2.03であるが、既に表面に結晶の析出が認められたことから、高屈折率化により、屈折率ndを2.05超にまで高めることは困難である。
特許文献2の実施例3、実施例7を再現したところ実施例3の屈折率(nd)は2.017、アッベ数は19.3、液相温度960℃における粘性は2.0dPa・s、1000℃において1.2 dPa・sであった。実施例7の屈折率(nd)は2.014、アッベ数は18.7であり、液相温度(LT)970℃(LT)における粘性は2.0 dPa・s、1000℃において1.3 dPa・sであった。いずれも明細書に書かれたアッベ数(実施例3,実施例7ともに16.2)を得ることができなかった。(なお、ガラスを溶融したときの揮発が激しく、K2O濃度の高い揮発物が坩堝壁や蓋に付着するなど、ガラス製造時の揮発が激しいため均質な光学ガラスを得ることが難しかった。)
実施例1と同様にして光学ガラスNo.1〜44が得られるようにガラス原料を加熱、溶融、清澄、均質化し、得られた溶融ガラスを鋳型に流し込んで急冷し、ガラスブラックに成形した。次にガラスブロックをアニールした後、切断、研削してプレス成形用ガラス素材を作製した。
実施例2において作製したプレス成形用ガラス素材を加熱、軟化し、プレス成形型を用いて公知の方法によりプレス成形し、レンズブランク、プリズムブランクなどの光学素子ブランクを作製した。
得られた光学素子ブランクは精密アニールが施され、所要の屈折率になるよう屈折率の精密調整を行った後、公知の研削、研磨法によりレンズやプリズムに仕上げられる。
このように各種レンズ、プリズムなどの光学素子を作製した。
得られたレンズを用いて撮像光学系を構成したところ、色再現性のよい撮像装置を得ることができた。
また、得られたレンズを用いて携帯電話搭載の撮像ユニットや光ピックアップユニットを作製したところ、振動に対して焦点位置ズレの極めて少ないユニットを得ることができた。
Claims (8)
- 酸化物ガラスであって、
カチオン%表示にて、
P5+を16〜35%、
Bi3+を14〜35%、
Nb5+を10〜33%、
Ti4+を0〜18%、
W6+を0〜20%
含み、
Bi3+、Nb5+、Ti4+およびW6+の合計含有量が55%以上、
屈折率ndが2.05を超え、アッベ数νdが18.5以下であることを特徴とする光学ガラス。 - 液相温度における粘度が1.0dPa・s以上である請求項1に記載の光学ガラス。
- Li+、Na+およびK+のうち、少なくとも1種以上のアルカリ金属成分を含み、
Li+の含有量が7カチオン%以下、
Na+の含有量が20カチオン%以下、
K+の含有量が10カチオン%以下、
Li+、Na+およびK+の合計含有量に対するNa+の含有量の比(Na+/(Li++Na++K+))が0.2〜1である請求項1または2に記載の光学ガラス。 - B3+の含有量が0〜20カチオン%である請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- P5+、Bi3+、Nb5+、Ti4+、W6+、Li+、Na+、K+、Ba2+、Si4+およびB3+の合計含有量が90カチオン%以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 液相温度が940℃以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学ガラスからなるプレス成形用ガラス素材。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
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