JP2018052801A - 光学ガラス、ガラスプリフォームと光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光学ガラスは、質量百分率で、以下の成分を含有する:SiO2+B2O3:15-40%;La2O3+Gd2O3+Y2O3:35-70%;WO3+Nb2O5+ZrO2+TiO2:1-30%;ZnO:11-30%;Nb2O5/Gd2O3;0.01-0.45である。本発明ではTa2O5の含有量を下げ、原料コストを最適化した。合理的な組成設計により、本発明の光学ガラスは、必要とする光学定数を達成すると同時に精密成形にも有利であり、優れた化学安定性有する。当該光学ガラスを含むガラスプリフォームと光学素子とを得ることができる。
【選択図】なし
Description
Al2O3:0-10%;Ta2O5:0-8%;Rn2O:0-10%,そのうちRn2OはLi2O、Na2O、K2Oの1種或いは数種で、RO:0-10%、そのうちROはMgO、CaO、SrO或いはBaOの1種或いは数種である。
1)Ta2O5/Nb2O5:1より小さい;
2)ZnO/(SiO2+B2O3)は0.3-2である;
3)Gd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3)は0.2-0.55である;
4)SiO2/(SiO2+B2O3)は0.2-0.6である;
5)Nb2O5/Gd2O3は0.01-0.4である;
6)(WO3+Ta2O5+Nb2O5)/(ZrO2+TiO2)は0.1-5である;
7)Nb2O5/ZnOは0.01-0.5である;
8)TiO2/(TiO2+Nb2O5)は0.01-0.8である;
9)ZnO/(WO3+Ta2O5+Nb2O5+TiO2)は1.8以上である。
Yb2O3:0-10%;
P2O5:0-10%;
Bi2O3:0-10%;
TeO2:0-10%;
Ga2O3:0-10%;
Lu2O3:0-10%;
GeO2:0-8%;
CeO2:0-1%;
SnO2:0-1%;
Sb2O3:0-1%;
F:0-10%。
Yb2O3:0-5%;
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%;
Sb2O3:0-1%;
F:0-5%。
Ta2O5の含有量を下げ、原料コストを最適化した。合理的な組成設計により、本発明の光学ガラスは、必要とする光学定数を達成すると同時に精密成形にも有利であり、優れた化学安定性を有する。当該光学ガラスを含むガラスプリフォームと光学素子とを得ることができる。
本発明の光学ガラスは、原料のコスト削減から鑑み、高価なTa2O5の含有量を低減し、又は含有しないことで、屈折率が1.77-1.85で、アッベ数が40-48の高屈折率低分散の光学ガラスを得ることである。
本発明の目的を達成するため、ガラスの各組成を質量百分率で示し、好ましくはSiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2とZnOの合計含有量を95%以上とし、且つTa2O5を含有しない。更に好ましくはSiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2とZnOの合計含有量を99%以上とし、より一層好ましくはSiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、TiO2、Nb2O5、ZrO2とZnOの合計含有量を99%以上とする。
本発明のガラス特性を損害しない範囲において、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、個別或いは複合的に少量に含有する場合にでも、ガラスは着色されてしまい、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、可視光透過率效果を向上する性質を弱くさせてしまう。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、含有させないことが好ましい。
本発明の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。本発明の光学ガラスは、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で、もっと好ましい範囲は1.785-1.84である。本発明のガラスのアッベ数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態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たるみ温度まで上昇し、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。
本発明の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。そのうち、λ80の測定は、相互並行して且つ、光学研磨された二つの相対する平面で厚さが10±0.1nmのガラスを使って、280nmから700nmまでの波長域内の分光透過率を測定して、且つ透過率80%の波長を表す。所謂分光透過率或いは透過率とは、ガラスの上記表面に強度Iinの光を垂直に入射して、ガラスを透過して、異なる平面から強度Ioutの光を入射する状況において、Iout/Iinによって表示する量であり、また、ガラスの上記表面上の表面反射損失の透過率を含んだ。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g/cm3で表示する。
温度勾配炉法を使ってガラスの結晶化性能を測定し、180*10*10mmの大きさのガラスサンプルを作って、側面をグラインダーして、温度勾配付きの炉内に入れて4時間保持した後、取り出して、顕微鏡を使って結晶化状態を観察した。この観察の際中において、ガラスには結晶体の対応する最高温度が現れた。即ち、この最高温度がガラスの結晶化上限温度である。
以下、本発明のガラスプリフォームと光学素子を説明する。
本発明のガラスプリフォームと光学素子は、全て上記本発明の光学ガラスからなり、又は上記本発明の光学ガラスを含む。本発明のガラスプリフォームは、高屈折率・低分散特性を有する。本発明の光学素子は、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、プリズム等光学素子を提供することができる。
レンズの例として、レンズ面が球面或いは非球面の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、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ等の各種レンズがある。
プリズムにとっては、屈折率が高い為、撮影光学系に組合せすることによって、屈曲光路を経由して、必要とする方向へ向けば、即ち、コンパクトで、広角の光学系を実現できる。
更に、以下に示す方法で本発明の各ガラスの特性を定義するものとし、測定結果を表1〜表6に示し、そのうち、A1はSiO2+B2O3の値を示し、A2はLa2O3+Gd2O3+Y2O3の値を示し、A3はWO3+Nb2O5+ZrO2+TiO2の値を示し、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)を示す。
屈折率とアッベ数は、GB/T 7962.1-2010によって測定する。
相互に相対する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規定によって測定する。
GB/T 7962.20-2010規定によって測定する。
温度勾配炉法を使ってガラスの結晶化性能を測定し、180*10*10mmの大きさのガラスサンプルを作って、側面をグラインダーして、温度勾配付きの炉内に入れて4時間保持の後、取り出して、顕微鏡を使って結晶化状態を観察する。その観察する際中において、ガラスには結晶体の対応する最高温度が現れる。即ち、この最高温度は、ガラスの結晶化上限温度である。
ガラスが溶融し、清澄化され、及び均質化された後、白金或い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或いは角材に成形される。その後、ガラスは冷却された後、ガラス内部と表面を観察して、ガラス内部或いは表面に結晶体が現れる場合は、ガラスの結晶性能が不足することを示す。ガラス内部と表面には結晶体が無ければ「A」と示し、内部或いは表面に結晶体が有れば「O」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予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・軟化する。この加熱・軟化の後、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、平凹レンズ等各種レンズ、プリズムのプリフォームを制作する。
上記ガラスプリフォームの実施例から得られたこれらのガラスプリフォームをアニーリングし、ガラス内部の変形を低下すると同時に、微調整を行い、屈折率等の光学特性が予期の必要値を達成させる。
次に、各ガラスプリフォームを研削、研磨して、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、プリズムを制作する。得られる光学素子の表面には反射防止フィルムを塗布することができる。
本発明は低コストで、且つ化学安定性の優れた高屈折・低分散光学ガラスであり、屈折率は1.77-1.85、アッベ数は40-48で、及び記述したガラスを含む光学素子であり、現代における新型の光電製品のニーズを満たすことができる。
Claims (25)
- 屈折率(nd)は1.77-1.85で、アッベ数(vd)は40-48で、質量百分率で、以下の成分を含有する光学ガラス:
SiO2+B2O3:15-40%;
La2O3+Gd2O3+Y2O3:35-70%;
WO3+Nb2O5+ZrO2+TiO2:1-30%;
ZnO:11-30%;
Nb2O5/Gd2O3:0.01-0.45%。 - 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光学ガラス:
Al2O3:0-10%;
Ta2O5:0-8%;
Rn2O:0-10%,そのうちRn2OはLi2O、Na2O、K2Oの1種或いは数種であり、
RO:0-10%、そのうちROはMgO、CaO、SrO或いはBaOの1種或いは数種である。 - 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光学ガラス:
SiO2+B2O3:20-35%;及び/又はLa2O3+Gd2O3+Y2O3:38-60%;及び/又はWO3+Nb2O5+ZrO2+TiO2:4-15%;
Rn2O:0-2%,そのうちRn2OはLi2O、Na2O、K2Oの1種或いは数種で、
RO:0-1%、そのうちROはMgO、CaO、SrO或いはBaOの1種或いは数種である。 - 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光学ガラス:
SiO2+B2O3:20-35%;及び/又はLa2O3+Gd2O3+Y2O3:38-60%;及び/又はWO3+Nb2O5+ZrO2+TiO2:4-15%;
Rn2O:0-2%,そのうちRn2OはLi2O、Na2O、K2Oの1種或いは数種で、
RO:0-1%,そのうちROはMgO、CaO、SrO或いはBaOの1種或いは数種である。 - 請求項1又は2に記載の光学ガラスであって、各組成の含有量は、下記の条件1)〜9)のうち、少なくとも1条件を満足する光学ガラス:
1)Ta2O5/Nb2O5:1より小さい;
2)ZnO/(SiO2+B2O3)は0.3-2である;
3)Gd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3)は0.2-0.55である;
4)SiO2/(SiO2+B2O3)は0.2-0.6である;
5)Nb2O5/Gd2O3は0.01-0.4である;
6)(WO3+Ta2O5+Nb2O5)/(ZrO2+TiO2)は0.1-5である;
7)Nb2O5/ZnOは0.01-0.5である;
8)TiO2/(TiO2+Nb2O5)は0.01-0.8である;
9)ZnO/(WO3+Ta2O5+Nb2O5+TiO2)は1.8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光学ガラス:
Nb2O5+ZrO2+TiO2:1-25%。 - 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光学ガラス:
Nb2O5:0%超過8%以下;ZrO2:0%超過15%以下;TiO2:0-8%;WO3:0-15%。 - 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光学ガラス:
La2O3:20-40%;Gd2O3:11-30%;Y2O3:0-15%。 - 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光学ガラス:
SiO2:4-20%;B2O3:8-24%;Li2O:0-2%;Na2O:0-10%;K2O:0-10%。 - 質量百分率で、以下の成分を含有する光学ガラス:
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;
ZrO2:0%超過15%以下;
ZnO:11-30%;
WO3:0-15%。 - 質量百分率で、以下の成分を含有する光学ガラス:
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;
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%、そのうちROはMgO、CaO、SrO或いはBaOの1種或いは数種である。 - 請求項1、2、10、又は11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光学ガラス:
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%、そのうちROはMgO、CaO、SrO或いはBaOの1種或いは数種である。 - 請求項1、2、10、又は11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光学ガラス:
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、2、10、又は11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光学ガラス:
Ta2O5/Nb2O5:0.8より小さい;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、2、10、又は11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光学ガラス:
Ta2O5/Nb2O5:0.5より小さい;ZnO/(SiO2+B2O3)は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)は4-12。 - 請求項1、2、10、又は11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光学ガラス:
Nb2O5+ZrO2+TiO2:2-20%;La2O3+Gd2O3+Y2O3:40-55%。 - 請求項1、2、10、又は11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光学ガラス:
Nb2O5+ZrO2+TiO2:4-15%。 - 請求項1、2、10、又は11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光学ガラス:
SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2とZnOの合計含有量は95%以上で、Ta2O5は含有しない。 - 請求項1、2、10、又は11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光学ガラス:
SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Y2O3、TiO2、Nb2O5、ZrO2とZnOの合計含有量は99%以上である。 - 請求項1、2、又は10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光学ガラス:
Yb2O3:0-10%;
P2O5:0-10%;
Bi2O3:0-10%;
TeO2:0-10%;
Ga2O3:0-10%;
Lu2O3:0-10%;
GeO2:0-8%;
CeO2:0-1%;
SnO2:0-1%;
Sb2O3:0-1%;
F:0-10%。 - 請求項1、2、又は10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光学ガラス:
Yb2O3:0-5%;
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%;
Sb2O3:0-1%;
F:0-5%。 - 請求項1〜19のいずれか1項に記載の光学ガラスであって、ガラスの透過率が80%を達成する際対応する波長λ80は410nm以下で、透過率が5%に達成する際対応する波長λ5は350nm以下で、結晶化上限温度は1160℃以下で、ガラス転移温度(Tg)は630℃以下で、ガラスの密度(ρ)は5.00g/cm3以下である光学ガラス。
- 請求項1〜19のいずれか1項に記載の光学ガラスであって、ガラスの透過率が80%を達成する際対応する波長λ80は410nm以下で、透過率が5%に達成する際対応する波長λ5は340nm以下である;結晶化上限温度は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以下である光学ガラス。
- 請求項1〜21のいずれか1項に記載の光学ガラスを用いて製造されたガラスプリフォーム。
- 請求項1〜21のいずれか1項に記載の光学ガラスを用いて製造された光学素子。
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