JP2018052800A - 光学ガラス、ガラス母材と光学素子 - Google Patents
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Abstract
Description
上記課題を解決するために、本発明は、上記光学ガラスからなるガラス母材と光学素子を更に提供する。
SiO2:4−20%;
B2O3:8−24%;
La2O3:20−40%;
Gd2O3:11−30%;
Y2O3:0−15%;
TiO2:0−8%;
Ta2O5:0−8%;
Nb2O5:0%超過8%以下;
Ta2O5/Nb2O5:1未満;
ZrO2:0%超過15%以下;
ZnO:11−30%。
WO3:0−15%;
Al2O3:0−10%;
YB2O3:0−10%;
Li2O:0−2%;
Na2O:0−10%;
K2O:0−10%;
SB2O3:0−1%;
RO:0−10%、ここで、ROは、MgO、CaO、SrO又はBaOの1種又は数種である。
SiO2:4−20%;
B2O3:8−24%;
La2O3:20−40%;
Gd2O3:11−30%;
Y2O3:0−15%;
WO3:0−15%;
Ta2O5:0−8%;
Nb2O5:0%超過8%以下;
Ta2O5/Nb2O5:1未満;
ZrO2:0%超過15%以下;
ZnO:11−30%;
TiO2:0−8%;
Al2O3:0−10%;
YB2O3:0−10%;
Li2O:0−2%;
Na2O:0−10%;
K2O:0−10%;
SB2O3:0−1%;
RO:0−10%、ここで、ROは、MgO、CaO、SrO又はBaOの1種又は数種である。
(i)Ta2O5/Nb2O5:0.8未満;
(ii)ZnO/(SiO2+B2O3):0.3−2;
(iii)Gd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3):0.2−0.55;
(iv)SiO2/(SiO2+B2O3):0.2−0.6;
(v)Nb2O5/Gd2O3:0.01−0.45;
(vi)(WO3+Ta2O5+Nb2O5)/(ZrO2+TiO2):0.1−5;
(vii)Nb2O5/ZnO:0.01−0.5;
(viii)TiO2/(TiO2+Nb2O5):0.01−0.8;
(ix)ZnO/(WO3+Ta2O5+Nb2O5+TiO2):1.8以上。
P2O5:0−10%;
Bi2O3:0−10%;
TeO2:0−10%;
Ga2O3:0−10%;
Lu2O3:0−10%;
GeO2:0−8%;
CeO2:0−1%;
SnO2:0−1%;
F:0−10%。
P2O5:0−5%;
Bi2O3:0−5%;
TeO2:0−5%;
Ga2O3:0−5%;
Lu2O3:0−5%;
GeO2:0−5%;
CeO2:0−0.5%;
SnO2:0−0.5%;
F:0−5%。
本発明に係る光学ガラスは、原料のコスト削減から鑑み、高価なTa2O5含有量を低減又は非含有とすることで、屈折率が1.77−1.85で、アッベ数が40−48である高屈折率低分散の光学ガラスを得ることである。
本明細書において、各成分の含有量、総含有量は特別説明のない限り、質量百分率で示す。更に、以下の説明において、規定値以下又は規定値以上に言及する場合、当該規定値を含むものとする。
本発明のガラス特性を損なわない範囲において、必要に応じて、上記において言及していないその他の成分を添加することができる。ただし、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等遷移金属成分は、個別に又は複合的に少量を含有する場合でも、ガラスが着色されてしまい、可視光区域の特定波長において吸収が発生し、本発明における、可視光透過率効果を向上する性質を低下させてしまう。そのため、特に可視光区域における波長の透過率を要求する光学ガラスについては、含有させないのが好ましい。
本発明に係る光学ガラスは高屈折率・低分散ガラスであり、高屈折率・低分散ガラスより製造されたレンズの多くは高屈折率高分散ガラスより製造されたレンズと組合せて、色差校正に用いる。本発明に係る光学ガラスは、その用途の光学特性に適用する角度から考慮して、ガラス屈折率ndの範囲を1.77−1.85とし、好ましい範囲は1.78−1.84とし、より好ましい範囲は1.785−1.84とし、本発明に係るガラスのアッベ数νdの範囲は40−48で、好ましい範囲は41−47である。
光学ガラスは、ある温度区間において徐々に固体状から塑性状態に変わる。転移温度とは、ガラス試料が室温状態から屈状温度まで上昇し、その低温区域と高温区域の直線部分の延長線が交差する交差点の対応する温度である。
本発明に係るガラスの転移温度Tgは630℃以下で、620℃以下が好ましく、615℃以下が更に好ましく、610℃以下がより好ましい。
本発明に係るガラスの短波透射スペクトル特性は着色度(λ80/λ5)で表す。λ80とは、ガラス透過率が80%に達する時に対応する波長の事を指し、λ5とは、ガラス透過率が5%に達する時に対応する波長の事を指す。λ80は、互いに平行且つ光学研磨された2つの対向する平面を有する、10±0.1nmの厚さのガラスを用いて、280nmから700nmまでの波長領域の分光透過率を測定して、透過率が80%である波長として測定される。いわゆる分光透過率又は透過率とは、ガラスの上記表面に強度Iinの光が垂直に入射し、当該ガラスを透過して、異なる平面から強度Ioutの光を出射する場合に、Iout/Iinによって表される量であり、ガラスの上記表面上の表面反射損失の透過率を含む。ガラスの屈折率が高いほど、表面反射損失は大きい。そのため、高屈折率ガラスにおいては、λ80の値が小さければ、ガラス自体の着色は極めて少ない。
光学ガラスの密度は温度20℃の時の単位体積の質量であり、単位はg/cm3で表示する。
本発明に係るガラスの密度は5.00g/cm3以下であり、4.90g/cm3以下であることが好ましい。
温度勾配炉法を用いてガラスの失透化性能が測定される。大きさ180×10×10mmのガラスサンプルを作製し、側面を研磨して、温度勾配を備える炉内に4時間入れた後、取り出して、顕微鏡を用いて失透化状態を観察する。ガラス結晶体に対応する最高温度が、ガラスの失透温度の上限である。
ガラスの失透温度の上限が低ければ低いほど、ガラスの高温における安定性が強くなり、生産の工学的性質もますます良くなる。
本発明に係るガラスの失透温度は1160℃以下で、好ましくは1155℃以下で、更に好ましくは1150℃以下で、より一層好ましくは1140℃以下である。
以下、本発明に係る光学母材と光学素子を説明する。
本発明に係る光学母材と光学素子は、全て上記本発明に係る光学ガラスからなる。本発明に係る光学母材は、高屈折率・低分散特性を有する。本発明に係る光学素子は、高屈折率・低分散特性を有し、低コストで光学価値の高い各種レンズ、プリズム等の光学素子を提供することができる。
これらレンズは、高屈折率高分散ガラスより製造されたレンズと組合せて、色差校正をすることができ、色差校正用のレンズに適切する。また、光学システムのコンパクト化にも非常に有効なレンズである。
本発明の課題を解決するための手段として、以下、実施例を挙げて本発明に係る光学ガラスを更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
更に、以下に示す方法で本発明に係る各ガラスの特性を測定し、測定結果を表1〜表6に示し、表において、K1はTa2O5/Nb2O5を示し、K2はSiO2/(SiO2+B2O3)を示し、K3はNb2O5/Gd2O3を示し、K4はGd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3)を示し、K5は(WO3+Ta2O5+Nb2O5)/(ZrO2+TiO2)を示し、K6はZnO/(SiO2+B2O3)を示し、K7はNb2O5/ZnOを示し、K8はTiO2/(TiO2+Nb2O5)を示し、K9はZnO/(WO3+Ta2O5+Nb2O5+TiO2)示す。
屈折率とアッベ数は、GB/T7962.1−2010に規定される方法によって測定する。
相互相対の二つの光学平面を研磨した厚さ10±0.1mmのガラスサンプルで、分光透過率を測定し、その結果によって算出する。
GB/T7962.16−2010に規定される方法によって測定する。
GB/T7962.20−2010に規定される方法によって測定する。
温度勾配炉法を用いてガラスの失透化性能が測定される。大きさ180×10×10mmのガラスサンプルを作製し、側面を研磨して、温度勾配を備える炉内に4時間入れた後、取り出して、顕微鏡を用いて失透化状態を観察する。ガラス結晶体に対応する最高温度が、ガラスの失透温度の上限である。
ガラスは、溶融、清澄化及び均質化された後、白金又は白金合金製ガラス排出管により成形型に流されインゴット又は角材に成形され、冷却された後、ガラスの内部及び表面が観察され、ガラス内部又は表面に結晶体が現れる場合は、ガラスの失透性能が不足することを示す。ガラス内部と表面に結晶体が無ければ「A」と示し、内部又は表面に結晶体が有れば「0」と示す。
表1における実施例1〜10で得られた光学ガラスを所定の大きさにカットして、更にその表面に離型剤を均一に塗布してから、加熱及び軟化した後、加圧成形して、凹面のメニスカスレンズ、凸面のメニスカスレンズ、両凸レンズ、双凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ等の各種レンズ、プリズム母材を制作する。
上記光学母材の実施例から得られたこれらの母材をアニーリングし、ガラス内部の変形を低下させるとともに微調整を行い、屈折率等の光学特性が所望する値となる。
Claims (17)
- 光学ガラスであって、質量百分率で、以下の成分を含有する。
SiO2:4−20%;
B2O3:8−24%;
La2O3:20−40%;
Gd2O3:11−30%;
Y2O3:0−15%;
TiO2:0−8%;
Ta2O5:0−8%;
Nb2O5:0%超過8%以下;
Ta2O5/Nb2O5:1未満;
ZrO2:0%超過15%以下;
ZnO:11−30%。 - 請求項1に記載の光学ガラスであって、質量百分率で、以下の成分を含有する。
WO3:0−15%;
Al2O3:0−10%;
YB2O3:0−10%;
Li2O:0−2%;
Na2O:0−10%;
K2O:0−10%;
SB2O3:0−1%;
RO:0−10%、ここで、ROは、MgO、CaO、SrO又はBaOの1種又は数種である。 - 光学ガラスであって、質量百分率で、以下の成分を含有する。
SiO2:4−20%;
B2O3:8−24%;
La2O3:20−40%;
Gd2O3:11−30%;
Y2O3:0−15%;
WO3:0−15%;
Ta2O5:0−8%;
Nb2O5:0%超過8%以下;
Ta2O5/Nb2O5:1未満;
ZrO2:0%超過15%以下;
ZnO:11−30%;
TiO2:0−8%;
Al2O3:0−10%;
YB2O3:0−10%;
Li2O:0−2%;
Na2O:0−10%;
K2O:0−10%;
SB2O3:0−1%;
RO:0−10%、ここで、ROは、MgO、CaO、SrO又はBaOの1種又は数種である。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ガラスであって、各成分の含有量は下記の9個の条件のうち1つ以上の条件を満足する。
(i)Ta2O5/Nb2O5:0.8未満;
(ii)ZnO/(SiO2+B2O3):0.3−2;
(iii)Gd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3):0.2−0.55;
(iv)SiO2/(SiO2+B2O3):0.2−0.6;
(v)Nb2O5/Gd2O3:0.01−0.45;
(vi)(WO3+Ta2O5+Nb2O5)/(ZrO2+TiO2):0.1−5;
(vii)Nb2O5/ZnO:0.01−0.5;
(viii)TiO2/(TiO2+Nb2O5):0.01−0.8;
(ix)ZnO/(WO3+Ta2O5+Nb2O5+TiO2):1.8以上。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ガラスであって、以下を含む。
SiO2:5−18%、及び/又はB2O3:10−23%、及び/又はLa2O3:20−35%、及び/又はGd2O3:11−25%、及び/又はY2O3:0−10%、及び/又はWO3:0−10%、及び/又はTa2O5:0−5%、及び/又はNb2O5:0.1−6%、及び/又はZrO2:1−10%、及び/又はZnO:15−30%;及び/又はTiO2:0−5;及び/又はAl2O3:0−5%;及び/又はYB2O3:0−5%;及び/又はLi2O:0−1%、及び/又はNa2O:0−5%;及び/又はK2O:0−5%;及び/又はSB2O3:0−0.5%、及び/又はRO:0−5%、ここで、ROはMgO、CaO、SrO又はBaOの1種又は数種である。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ガラスであって、以下を含む。
SiO2:6−15%、及び/又はB2O3:12−20%、及び/又はLa2O3:22−32%、及び/又はGd2O3:12−22%、及び/又はY2O3:0−8%、及び/又はWO3:0−7%、及び/又はZrO2:2−8%、及び/又はZnO:15−25%、及び/又はTiO2:0−2%。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ガラスであって、以下を満たす。
Ta2O5/Nb2O5:0.5未満、及び/又はZnO/(SiO2+B2O3):0.5−1.8、及び/又はGd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3):0.25−0.5、及び/又はSiO2/(SiO2+B2O3):0.23−0.5、及び/又はNb2O5/Gd2O3:0.02−0.35、及び/又は(WO3+Ta2O5+Nb2O5)/(ZrO2+TiO2):0.1−3、及び/又はNb2O5/ZnO:0.02−0.35、及び/又はTiO2/(TiO2+Nb2O5):0.05−0.7、及び/又はZnO/(WO3+Ta2O5+Nb2O5+TiO2):3−15。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ガラスであって、以下を満たす。
ZnO/(SiO2+B2O3):0.5−1.45;及び/又はGd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3):0.25−0.45、及び/又はSiO2/(SiO2+B2O3):0.25−0.45、及び/又はNb2O5/Gd2O3:0.05−0.25、及び/又は(WO3+Ta2O5+Nb2O5)/(ZrO2+TiO2):0.1−1、及び/又はNb2O5/ZnO:0.03−0.25、及び/又はTiO2/(TiO2+Nb2O5):0.1−0.6、及び/又はZnO/(WO3+Ta2O5+Nb2O5+TiO2):4−12。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ガラスであって、SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2及びZnOの合計含有量は95%以上であり、Ta2O5を含有しない。
- 請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ガラスであって、SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、TiO2、Nb2O5、ZrO2及びZnOの合計含有量は99%以上である。
- 請求項1又は2に記載の光学ガラスであって、質量百分率で、以下の成分を含有する。
P2O5:0−10%;
Bi2O3:0−10%;
TeO2:0−10%;
Ga2O3:0−10%;
Lu2O3:0−10%;
GeO2:0−8%;
CeO2:0−1%;
SnO2:0−1%;
F:0−10%。 - 請求項1又は2に記載の光学ガラスであって、質量百分率で、以下の成分を含有する。
P2O5:0−5%;
Bi2O3:0−5%;
TeO2:0−5%;
Ga2O3:0−5%;
Lu2O3:0−5%;
GeO2:0−5%;
CeO2:0−0.5%;
SnO2:0−0.5%;
F:0−5%。 - 請求項1〜12の何れか一項に記載の光学ガラスであって、その屈折率(nd)は1.77−1.85で、アッベ数(νd)は40−48で、ガラスの密度(ρ)は5.00g/cm3以下である。
- 請求項1〜12の何れか一項に記載の光学ガラスであって、ガラスの透過率が80%を達成する際の対応する波長λ80は410nm以下で、透過率が5%に達成する際の対応する波長λ5は350nm以下で、失透温度の上限は1160℃以下で、ガラス転移温度(Tg)は630℃以下である。
- 請求項1〜12の何れか一項に記載の光学ガラスであって、ガラスの透過率が80%を達成する際の対応する波長λ80は400nm以下で、透過率が5%に達成する際の対応する波長λ5は340nm以下で、失透温度の上限は1150℃以下で、ガラス転移温度(Tg)は620℃以下で、ガラスの密度(ρ)は4.90g/cm3以下である。
- 請求項1〜15の何れか一項に記載の光学ガラスにより製造される、ガラス母材。
- 請求項1〜15の何れか一項に記載の光学ガラスにより製造される、光学素子。
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