JP2019052089A - 光学ガラス、レンズプリフォーム及び光学素子 - Google Patents
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Abstract
Description
Li2O成分 0〜10.0%
Na2O成分 0〜15.0%
K2O成分 0〜15.0%
である(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラス。
MgO成分 0〜5.0%
CaO成分 0〜10.0%
SrO成分 0〜10.0%
BaO成分 0〜25.0%
である(1)から(7)のいずれか記載の光学ガラス。
Y2O3成分 0〜10.0%
La2O3成分 0〜10.0%
Gd2O3成分 0〜10.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
である(1)から(12)のいずれか記載の光学ガラス。
GeO2成分 0〜10.0%
Bi2O3成分 0〜20.0%
TeO2成分 0〜15.0%
ZrO2成分 0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜10.0%
WO3成分 0〜20.0%
ZnO成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である(1)から(14)のいずれか記載の光学ガラス。
本発明の光学ガラスを構成する各成分の組成範囲を以下に述べる。本明細書中において、各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が溶融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、当該生成酸化物の総質量を100質量%として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
P2O5成分は、ガラス形成成分であり、且つガラス原料の溶解温度を下げる必須成分である。特に、P2O5成分を5.0%以上含有することで、ガラスの安定性及び可視光透過率を高められる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは13.0%、さらに好ましくは17.0%、さらに好ましくは20.0%、さらに好ましくは24.5%を下限とする。
他方で、P2O5成分の含有量を40.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、さらに好ましくは30.0%を上限とする。
P2O5成分は、原料としてAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いることができる。
他方で、Nb2O5成分の含有量を60.0%以下にすることで、耐失透性を高められる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは60.0%、より好ましくは58.0%、さらに好ましくは57.0%を上限とする。
Nb2O5成分は、原料としてNb2O5等を用いることができる。
他方で、TiO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、可視光透過率を高められ、且つ耐失透性の低下を抑えられる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは8.0%、さらに好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは4.0%を上限とする。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いることができる。
特に、この合計量を30.0%以上にすることで、屈折率を高められ、且つアッベ数を低くできる。従って、質量和(TiO2+Nb2O5)は、好ましくは30.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは45.0%、さらに好ましくは47.0%、さらに好ましくは50.0%を下限とする。
他方で、この合計量を70.0%以下にすることで、耐失透性の低下を抑えられる。従って、質量和(TiO2+Nb2O5)は、好ましくは70.0%、より好ましくは65.0%、さらに好ましくは60.0%を上限とする。
他方で、この比率の上限は、1であってもよい。
他方で、SiO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、SiO2成分による耐失透性の低下が抑えられるため、安定性の高いガラスを得易くできる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とし、さらに好ましくは1.0%未満とする。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
特に、この合計量を5.0%以上にすることで、ガラスの安定性を高めることで耐失透性を高められる。従って、質量和(SiO2+P2O5)は、好ましくは5.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは15.0%、さらに好ましくは20.0%、さらに好ましくは24.5%を下限とする。
他方で、この合計量を20.0%以下にすることで、屈折率及び耐失透性の低下を抑えられる。従って、質量和(SiO2+P2O5)は、好ましくは40.0%以下、より好ましくは35.0%未満、さらに好ましくは30.0%未満、さらに好ましくは27.0%以下とする。
他方で、Li2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑え、且つ過剰な含有による失透を低減できる。従って、Li2O成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
Li2O成分は、原料として例えばLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いてガラス内に含有できる。
他方で、Na2O成分及びK2O成分の含有量を各々15.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑え、且つこれらの成分の過剰な含有による失透を低減できる。従って、Na2O成分及びK2O成分の各々の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは7.0%を上限とする。
Na2O成分及びK2O成分は、原料としてNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
これにより、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられ、耐失透性も高められる。従って、Rn2O成分の質量和は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは12.0%、さらに好ましくは11.5%を上限とする。
他方で、Rn2O成分を合計で0%超含有してもよい。これにより、ガラス転移点を下げ、可視光透過率及び耐失透性を高めることができる。従って、Rn2O成分の質量和は、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは3.0%、さらに好ましくは5.0%を下限としてもよい。
他方で、MgO成分の含有量を5.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられ、且つ、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、MgO成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは3.0%、さらに好ましくは1.0%を上限としてもよい。
MgO成分は、原料としてMgCO3、MgF2等を用いることができる。
他方で、CaO成分の含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数の上昇を抑えられ、且つ、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、CaO成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは6.0%を上限とする。
CaO成分は、原料としてCaCO3、CaF2等を用いることができる。
他方で、SrO成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数の上昇を抑えられ、且つ、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、SrO成分の各々の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは4.0%を上限とする。
SrO成分は、原料としてSr(NO3)2、SrF2等を用いることができる。
他方で、BaO成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラス転移点及び比重の上昇を抑えられ、且つ、過剰な含有による耐失透性の低下を抑えられる。従って、BaO成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは18.0%、さらに好ましくは16.0%を上限とする。
BaO成分は、原料としてBaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等を用いることができる。
他方で、RO成分を合計で0%超含有してもよい。これにより、ガラス原料の溶融性及びガラスの耐失透性を高められる。従って、RO成分の質量和は、好ましくは0%超、より好ましくは2.0%、さらに好ましくは4.0%、さらに好ましくは8.0%を下限としてもよい。
特に、この合計含有量を10.0%以上にすることで、ガラス原料の溶解温度を低くでき、ガラス転移点を下げられ、且つ耐失透性及び可視光透過率を高められる。従って、質量和(CaO+SrO+BaO+Rn2O)は、好ましくは10.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは14.5%を下限とする。
他方で、この合計含有量を40.0%以下にすることで、耐失透性の低下を抑えられる。従って、質量和(CaO+SrO+BaO+Rn2O)は、好ましくは40.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは28.0%、さらに好ましくは25.0%、さらに好ましくは21.0%を上限とする。
特に、この比を0.10以上にすることで、屈折率を高められる。従って、質量比(CaO+SrO+BaO)/Rn2Oは、好ましくは0.10、より好ましくは0.30、さらに好ましくは0.40を下限とする。
他方で、この比を7.00以下にすることで、ガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、質量和(CaO+SrO+BaO+Rn2O)は、好ましくは7.00、より好ましくは5.00、さらに好ましくは4.00、さらに好ましくは3.50を上限とする。
他方で、B2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率や耐失透性の低下を抑えられ、可視光透過率を高められ、且つガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とし、さらに好ましくは1.0%未満、さらに好ましくは0.5%未満とする。
B2O3成分は、原料としてH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いることができる。
他方で、Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数及びガラス転移点の上昇を抑え、且つ耐失透性を高めることができる。従って、Y2O3成分、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Y2O3成分、La2O3成分及びGd2O3成分は、原料としてY2O3、YF3、La2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Gd2O3、GdF3等を用いることができる。
他方で、GeO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減できる。従って、GeO2成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%以下、さらに好ましくは3.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
他方で、Bi2O3成分の含有量を20.0%以下にすることで、耐失透性や可視光透過率を高められる。従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは1.0%未満とする。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いることができる。
他方で、TeO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、可視光透過率を高められ、且つガラス融液の清澄を促すことができる。従って、TeO2成分の含有量は、好ましくは15.0%以下、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.0%未満とする。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
他方で、ZrO2成分を10.0%以下にすることで、過剰な含有による屈折率や耐失透性の低下を抑えられる。従って、ZrO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
ZrO2成分は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いることができる。
他方で、Ta2O5成分を10.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減でき、且つ耐失透性を高められる。従って、Ta2O5成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
特に、WO3成分の含有量を20.0%以下にすることで、過剰な含有による失透や、可視光透過率の低下を抑えられる。従って、WO3成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いることができる。
他方で、ZnO成分の含有量を10.0%以下にすることで、アッベ数の上昇を抑えられる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF2等を用いることができる。
他方で、Al2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラス原料の溶融性を高められ、ガラスの耐失透性を高められる。従って、Al2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Al2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いることができる。
他方で、Ga2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、耐失透性を高めつつ、ガラスの摩耗度を大きくして研磨加工し易くできる。従って、Ga2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Ga2O3成分は、原料としてGa2O3、Ga(OH)3等を用いることができる。
他方で、SnO2成分の含有量が10.0%を越えると、ガラスが失透し易くなり、可視光透過率も低下し易くなり、さらに溶解設備(特にPt等の貴金属)との合金化が起こり易くなる。従って、SnO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。特に、SnO2成分と溶解設備の合金化を低減させる観点では、SnO2成分を含有しなくてもよい。
SnO2成分は、原料としてSnO、SnO2、SnF2、SnF4を用いることができる。
他方で、Sb2O3成分の含有量が3.0%を越えると、可視光透過率も低下し易くなり、さらに溶解設備(特にPt等の貴金属)との合金化が起こり易くなる。従って、Sb2O3成分の含有量は、好ましくは3.0%、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは0.5%、さらに好ましくは0.2%、さらに好ましくは0.08%を上限とする。
Sb2O3成分は、原料としてSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いることができる。
次に、本発明の光学ガラスに含有すべきでない成分、及び含有することが好ましくない成分について説明する。
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1100〜1350℃の温度範囲で3〜4時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃以下の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込んで徐冷することにより作製される。
P2O5成分 8.0〜40.0モル%及び
Nb2O5成分 15.0〜35.0モル%、
並びに
TiO2成分 0〜25.0モル%
SiO2成分 0〜20.0モル%
Li2O成分 0〜20.0モル%
Na2O成分 0〜30.0モル%
K2O成分 0〜20.0モル%
MgO成分 0〜15.0モル%
CaO成分 0〜25.0モル%
SrO成分 0〜15.0モル%
BaO成分 0〜25.0モル%
B2O3成分 0〜20.0モル%
Y2O3成分 0〜5.0モル%
La2O3成分 0〜5.0モル%
Gd2O3成分 0〜5.0モル%
Yb2O3成分 0〜5.0モル%
GeO2成分 0〜15.0モル%
Bi2O3成分 0〜5.0モル%
TeO2成分 0〜10.0モル%
ZrO2成分 0〜10.0モル%
Ta2O5成分 0〜5.0モル%
WO3成分 0〜10.0モル%
ZnO成分 0〜15.0モル%
Al2O3成分 0〜15.0モル%
Ga2O3成分 0〜10.0モル%
SnO成分 0〜10.0モル%
Sb2O3成分 0〜1.0モル%
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように作製される。すなわち、上記原料を各成分が所定の含有量の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1100〜1350℃の温度範囲で3〜4時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃以下の温度に下げてから仕上げ攪拌を行って脈理を除去し、金型に鋳込んで徐冷することにより作製される。
本発明の光学ガラスは、可視光透過率、特に可視光のうち短波長側の光についての透過率が高く、それにより着色が少ないことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスでは、厚み10mmのサンプルで分光透過率5%を示す最も短い波長(λ5)は、好ましくは450nm、より好ましくは430nm、さらに好ましくは400nm、さらに好ましくは380nmを上限とする。また、本発明の光学ガラスでは、厚み10mmのサンプルで分光透過率70%を示す最も短い波長(λ70)は、好ましくは500nm、より好ましくは450nm、さらに好ましくは430nm、さらに好ましくは420nm、さらに好ましくは404nmを上限とする。これにより、ガラスの吸収端が紫外領域やその近傍に位置するようになり、可視域の特に短波長側の光に対するガラスの透明性がより高められることで、ガラスの黄色や橙色への着色が低減されるため、この光学ガラスをレンズ等の可視光を透過させる光学素子の材料に好ましく用いることができる。
なお、本発明の光学ガラスでは、Nb2O5成分を多く含有することで、TiO2成分等の含有量が低減されることと、他の成分の含有量を調整することでガラス原料の溶解性が確保されることが、このように可視光透過率を高められる要因であると考えられる。
本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.70、より好ましくは1.80、さらに好ましくは1.84を下限とする。この屈折率の上限は、好ましくは2.20、より好ましくは2.10、さらに好ましくは2.00であってもよい。このような高い屈折率を有することで、さらに素子の薄型化を図っても大きな光の屈折量を得ることができる。
また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは25、より好ましくは23、さらに好ましくは22を上限とする。このアッベ数の下限は、好ましくは10、より好ましくは15、さらに好ましくは18であってもよい。このような低いアッベ数を有することで、例えば高いアッベ数を有する光学素子と組み合わせた場合に、高い結像特性等を図ることができる。
従って、このような高屈折率高分散の光学ガラスを、例えば光学素子の用途に用いることで、高い結像特性等を図りながらも、光学設計の自由度を広げることができる。
本発明の光学ガラスは、様々な光学素子及び光学設計に有用であるが、その中でも特に、本発明の光学ガラスから精密プレス成形等の手段を用いて、レンズやプリズム、ミラー等の光学素子を作製することが好ましい。これにより、カメラやプロジェクタ等のような光学素子に可視光を透過させる光学機器に用いたときに、高精細で高精度な結像特性を実現しつつ、これら光学機器における光学系の小型化を図ることができる。また、この光学ガラスを用いた光学素子によって色収差が低減されるため、カメラやプロジェクタ等の光学機器に用いたときに、異なる部分分散比(θg,F)を有する光学素子による補正を行わなくとも、高精細で高精度な結像特性を実現できる。
他方で、比較例のガラスはλ70が515nmであった。
そのため、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例のガラスに比べて、可視光について高い透過率を有していることが明らかになった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもアッベ数(νd)が25以下であるため、所望の範囲内であった。
Claims (19)
- 質量%で、P2O5成分を5.0%以上40.0%以下、Nb2O5成分を20.0%以上60.0%以下含有し、TiO2成分の含有量が15.0%以下であり、分光透過率が70%を示す波長(λ70)が500nm以下である光学ガラス。
- 質量和(TiO2+Nb2O5)が30.0%以上70.0%以下である請求項1記載の光学ガラス。
- 質量比Nb2O5/(TiO2+Nb2O5)が0.700以上である請求項1又は2記載の光学ガラス。
- 質量%で、SiO2成分の含有量が10.0%以下である請求項1から3のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量和(SiO2+P2O5)が5.0%以上40.0%以下である請求項1から4のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、
Li2O成分 0〜10.0%
Na2O成分 0〜15.0%
K2O成分 0〜15.0%
である請求項1から5のいずれか記載の光学ガラス。 - 質量%で、Rn2O成分(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)の含有量の和が20.0%以下である請求項1から6のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
MgO成分 0〜5.0%
CaO成分 0〜10.0%
SrO成分 0〜10.0%
BaO成分 0〜25.0%
である請求項1から7のいずれか記載の光学ガラス。 - RO成分(Rは、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上である)の含有量の和が25.0%以下である請求項1から8のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量和(CaO+SrO+BaO+Rn2O)が10.0%以上40.0%以下である請求項1から9のいずれか記載の光学ガラス(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)。
- 質量比(CaO+SrO+BaO)/Rn2Oが0.10以上7.00以下である請求項1から10のいずれか記載の光学ガラス(Rnは、Li、Na及びKからなる群より選択される1種以上)。
- 質量%で、B2O3成分の含有量が10.0%以下である請求項1から11のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
Y2O3成分 0〜10.0%
La2O3成分 0〜10.0%
Gd2O3成分 0〜10.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
である請求項1から12のいずれか記載の光学ガラス。 - Ln2O3成分(Lnは、Y、La、Gd及びYbからなる群より選択される1種以上である)の含有量の和が15.0%以下である請求項1から13のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、
GeO2成分 0〜10.0%
Bi2O3成分 0〜20.0%
TeO2成分 0〜15.0%
ZrO2成分 0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜10.0%
WO3成分 0〜20.0%
ZnO成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である請求項1から14のいずれか記載の光学ガラス。 - 1.70以上の屈折率(nd)を有し、25以下のアッベ数(νd)を有する請求項1から15のいずれか記載の光学ガラス。
- 請求項1から16のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
- 請求項1から16のいずれか記載の光学ガラスからなる研磨加工用及び/又は精密プレス成形用のプリフォーム。
- 請求項18記載のプリフォームを精密プレスしてなる光学素子。
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