JP2021514338A

JP2021514338A - 光学ガラス、ガラスプリフォーム、光学素子及びこれを有する光学機器

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Publication number: JP2021514338A
Application number: JP2020536866A
Authority: JP
Inventors: ウェイスン
Original assignee: シーディージーエムグラスカンパニーリミテッド
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2021-06-10
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Abstract

光学ガラス、ガラスプリフォーム、光学素子及びこれを有する光学機器が開示される。この光学ガラスは、５〜２５重量％のＢ２Ｏ３と、２５〜４５重量％のＬａ２Ｏ３と、０〜１０重量％のＹ２Ｏ３と、１０〜３５重量％のＧｄ２Ｏ３と、０．５〜１５重量％のＳｉＯ２と、１〜１５重量％のＺｒＯ２と、０〜５重量％のＴｉＯ２と、０〜７重量％のＷＯ３と、０〜１５重量％のＴａ２Ｏ５と、０〜１０重量％のＺｎＯと、０〜８．５重量％のＮｂ２Ｏ５とを含有しており、（Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋ＷＯ３の総重量）／（Ｌａ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の総重量）が０．６以上である。

Description

本開示は、光学ガラスの分野に属し、特に本開示は光学ガラス、ガラスプリフォーム（glass preform）、光学素子及びこれを有する光学機器に関する。

光学システムを簡略化し、球面収差、色収差及び画質歪みを除去し、レンズ視野を拡張することが可能な高屈折力且つ低分散の光学ガラスによって、光学機器の画質を著しく改善し、レンズの小型化と軽量化を実現することができる。これによって、高画質の新たなオプトエレクトロニクス製品の必要条件をよりよく満たすことができる。特に、屈折率（ｎｄ）が１．８６よりも大きく且つアッベ数（ｖｄ）（Abbe number）が３８．８よりも大きい高屈折力且つ低分散の光学ガラスには、市場で大きな需要がある。

一般的に、ガラスの屈折率を向上させるために、高屈折力且つ低分散の光学ガラスの組成系には多量の希土類酸化物が導入されている。しかしながら、異なる組成系において、ランタニド酸化物が過剰になると、ガラス形成能に影響が及んで、大量生産プロセスでの製造に困難が生じる。したがって、従来技術の光学ガラス組成をさらに探求することが必要とされている。

本開示は、従来技術における技術的問題の一つをある程度まで解決することを目的としている。そのために、本開示の目的は、光学ガラス、ガラスプリフォーム、光学素子及びこれを有する光学機器を提案することである。ここで、光学ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．８６よりも大きく且つアッベ数（ｖｄ）が３８．８よりも大きいものであり、これによって、従来技術における高屈折力且つ低分散の光学ガラスが失透しやすく大量生産が困難でしかも高コストであるという技術的課題を解決する。

本開示の一つの観点では、本開示は光学ガラスを提案する。本開示の実施形態によると、この光学ガラスは、５〜２５重量％のＢ_２Ｏ_３と、２５〜４５重量％のＬａ_２Ｏ_３と、０〜１０重量％のＹ_２Ｏ_３と、１０〜３５重量％のＧｄ_２Ｏ_３と、０．５〜１５重量％のＳｉＯ_２と、１〜１５重量％のＺｒＯ_２と、０〜５重量％のＴｉＯ_２と、０〜７重量％のＷＯ_３と、０〜１５重量％のＴａ_２Ｏ_５と、０〜１０重量％のＺｎＯと、０〜８．５重量％のＮｂ_２Ｏ_５とを含有しており、（Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＴｉＯ_２＋ＷＯ_３の総重量）／（Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２の総重量）が０．６以上である。

本発明者は、成分、含有量及び特定成分間の使用率を制御することによって、本開示の光学ガラスが、Ｔａ_２Ｏ_５をほとんど又は全く用いずに、耐失透性及び優れた特性（屈折率（ｎｄ）が１．８６よりも大きく且つアッベ数（ｖｄ）が３８．８よりも大きい）を持つ高屈折力且つ低分散の光学ガラスになりうること、そして本開示の光学ガラスが製造コストが低く且つ大量生産に適していることを知見した。

加えて、本開示の実施形態による光学ガラスは、以下のような付加的な技術的特徴をも有することができる。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、８〜２０重量％のＢ_２Ｏ_３、及び／又は、３０〜４２重量％のＬａ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜８重量％のＹ_２Ｏ_３、及び／又は、１５〜２８重量％のＧｄ_２Ｏ_３、及び／又は、２〜１３重量％のＳｉＯ_２、及び／又は、１〜１０重量％のＺｒＯ_２、及び／又は、０．１〜５重量％のＴｉＯ_２、及び／又は、０．１〜５重量％のＷＯ_３、及び／又は、０．５〜１０重量％のＴａ_２Ｏ_５、及び／又は、０〜５重量％のＺｎＯ、及び／又は、０〜８．５重量％のＮｂ_２Ｏ_５を含有している。これによって、この光学ガラスが優れた特性を有することを保証することができる。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、１０〜１６重量％のＢ_２Ｏ_３、及び／又は、３３〜３９重量％のＬａ_２Ｏ_３、及び／又は、１〜５重量％のＹ_２Ｏ_３、及び／又は、１７〜２５重量％のＧｄ_２Ｏ_３、及び／又は、４〜１０重量％のＳｉＯ_２、及び／又は、３〜８重量％のＺｒＯ_２、及び／又は、０．５〜３重量％のＴｉＯ_２、及び／又は、０．５〜４重量％のＷＯ_３、及び／又は、３〜１０重量％のＴａ_２Ｏ_５、及び／又は、１〜３重量％のＺｎＯ、及び／又は、０〜８．５重量％のＮｂ_２Ｏ_５を含有している。これによって、この光学ガラスが優れた特性を有することを保証することができる。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、（Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＴｉＯ_２＋ＷＯ_３の総重量）／（Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２の総重量）が０．６５以上であり、好ましくは０．６５〜０．７２であるこれによって、この光学ガラスが優れた特性を有することをより一層保証することができる。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、（ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２＋Ｌａ_２Ｏ_３の総重量）／（Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＳｉＯ_２＋ＷＯ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３の総重量）が１．０〜１．６であり、好ましくは１．１〜１．４５であり、より好ましくは１．３５〜１．４２である。これによって、この光学ガラスが優れた特性を有することをより一層保証することができる。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、０〜１重量％のＳｂ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１重量％のＳｎＯ_２、及び／又は、０〜１重量％のＣｅＯ_２、及び／又は、０〜１０重量％のＹｂ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１０重量％のＬｕ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１０重量％のＢｉ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１０重量％のＧｅＯ_２、及び／又は、合計で０〜１０重量％のＬｉ_２Ｏ，Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏ、及び／又は、合計で０〜１０重量％のＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＭｇＯを含有している。これによって、この光学ガラスが優れた特性を有することをより一層保証することができる。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、屈折率が１．８６よりも大きく、好ましくは１．８７〜１．８９であり、アッベ数が３８．８よりも大きく、好ましくは３９．０〜４１．０である。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、λ_７０が４２０ｎｍ以下、好ましくは３９０ｎｍ以下であり、λ_５が３６０ｎｍ以下、好ましくは３５０ｎｍ以下である。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、失透（devitrification）温度の上限が１３５０℃以下、好ましくは１３００℃以下である。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、耐水性（durability of water）が等級３以上、好ましくは等級２以上であり、耐酸性（durability of acid）が等級３以上、好ましくは等級２以上であり、耐候性（climatic resistance）が等級３以上、好ましくは等級２以上である。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、脈理（striae）が等級Ｃより上、好ましくは等級Ｂより上、より好ましくは等級Ａである。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、泡の程度（extent of bubble）が等級Ａ以上、好ましくは等級Ａ_０以上、より好ましくは等級Ａ_００である。

本開示のいくつかの実施形態において、この光学ガラスは、密度が５．６ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは５．５ｇ／ｃｍ^３以下である。

本開示の第２の観点では、本開示はガラスプリフォームを提案する。本開示の実施形態によると、ガラスプリフォームは光学ガラスからなる。これによって、高屈折力且つ高分散の光学ガラスからなるガラスプリフォームは優れた特性を持ち、市場の要求に合致する。

本開示の第３の観点では、本開示は光学素子を提案する。本開示の実施形態によると、光学素子は光学ガラス又はガラスプリフォームからなる。これによって、高屈折力且つ高分散の光学ガラス又はガラスプリフォームからなる光学素子は優れた特性を持ち、市場の要求に合致する。

本開示の第４の観点では、本開示は光学機器を提案する。本開示の実施形態によると、光学機器は光学素子を有している。したがって、優れた特性を持つ光学素子を用いることによって、光学機器のカスタマーエクスペリエンス（customer experience）を改善することができる。

本開示の付加的な観点及び利点の一部が、以下において詳述される、そして、部分的に、以下の説明から明らかとなるか、本開示の具体例から習得できる。

以下、本開示の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は例示であって、本開示を説明することを目的としており、これを限定するものであると解釈してはならない。

＜ガラス成分＞

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスの骨格を形成する成分であり、本開示の光学ガラスの溶融性（meltability）及び耐失透性（devitrification resistance）を改善し且つ分散を低減させる機能を有する。２５重量％を超える量のＢ_２Ｏ_３を導入するとき光学ガラスの安定性及び反射率は低下し、５重量％よりも少ない量のＢ_２Ｏ_３を含有するとき光学ガラスの溶融性は低下し、本開示によって要求される光学定数（optical constant）に到達することができない。したがって、本開示において、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は５〜２５重量％であり、好ましくは８〜２０重量％であり、より好ましくは１０〜１６重量％である。

Ｌａ_２Ｏ_３は、本開示によって必要とされる光学特性を得るために不可欠の成分である。Ｌａ_２Ｏ_３の含有量が２５重量％よりも少ないときには必要とされる光学特性を実現することが難しくなり、４５重量％を超えるときには光学ガラスの耐失透性及び溶融性が悪化する。したがって、本開示において、Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は２５〜４５重量％であり、好ましくは３０〜４２重量％であり、より好ましくは３３〜３９重量％である。

Ｙ_２Ｏ_３は光学ガラスの溶融性及び耐失透性を改善し、光学ガラスの失透温度の上限を低下させる。しかし、その含有量が１０重量％を超えると、光学ガラスの安定性及び耐失透性が低下する。したがって、本開示において、Ｙ_２Ｏ_３の含有量は０〜１０重量％であり、好ましくは０〜８重量％であり、より好ましくは１〜５重量％である。

本開示においてＧｄ_２Ｏ_３及びＬａ_２Ｏ_３は、共存することによって、成形光学ガラスの安定性を改善させることができる。しかし、Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量が１０重量％未満であると当該効果は明確ではなく、３５ｗ％を超えると光学ガラスの耐失透性が低下し、成形光学ガラスの安定性が悪化する。したがって、本開示において、Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量は１０〜３５重量％であり、好ましくは１５〜２８重量％であり、より好ましくは１７〜２５重量％である。

ＳｉＯ_２は、ガラスの骨格を形成する成分であり、光学ガラスの耐失透性、耐候性及び熱安定性を改善する機能を有する。ＳｉＯ_２の含有量が０．５重量％未満であるときには耐失透性を改善する機能が明確ではなく、１５重量％を超えるときには溶融性が低下し、さらに本開示に必要とされる屈折率が得られなくなる。したがって、本開示において、ＳｉＯ_２の含有量は０．５〜１５重量％であり、好ましくは２〜１３重量％であり、より好ましくは４〜１０重量％である。

ＺｒＯ_２は、屈折率及び安定性を改善する成分であり、中間酸化物（intermediate oxide）として光学ガラスを形成するという事実のために、耐失透性及び化学耐久性を改善する機能を有している。ＺｒＯ_２の含有量が１重量％未満であるときには所望の効果が得られず、ＺｒＯ_２の含有量が１５重量％を超えるときには、失透しやすくなり且つガラス化（vitrification）しにくくなるという傾向がある。したがって、本開示において、ＺｒＯ_２の含有量は１〜１５重量％であり、好ましくは１〜１０重量％であり、より好ましくは３〜８重量％である。

ＴｉＯ_２は、光学ガラスの屈折率を増大させる機能を有しており、それによってガラスネットワークの形成を引き起こすことができ、適量を導入することによって光学ガラスを安定なものとすることができる。しかし、ＴｉＯ_２の含有量が５重量％を超えると光学ガラスの分散が著しく増大し、光学ガラスの可視光域での短波長の透過率が低下し、光学ガラスが発色しやすくなってしまう。したがって、本開示において、ＴｉＯ_２の含有量は０〜５重量％であり、好ましくは０．１〜５重量％であり、より好ましくは０．５〜３重量％である。

ＷＯ_３は、屈折率を改善する役割を有している。しかし、ＷＯ_３の含有量が７重量％を超えると分散が著しく増大し、光学ガラスの可視光域での短波長の長波側における透過率が低下し、光学ガラスが発色しやすくなってしまう。したがって、本開示において、ＷＯ_３の含有量は０〜７重量％であり、好ましくは０．１〜５重量％であり、より好ましくは０．５〜４重量％である。

Ｔａ_２Ｏ_５は、屈折率を改善し且つ光学ガラスの低分散を維持する役割を有している。しかし、他の成分よりも高価であるため、その含有量が１５重量％を超えると光学ガラスのコストが増加してしまう。したがって、Ｔａ_２Ｏ_５の使用は、実用性とコストの見地から減らされる。本開示において、Ｔａ_２Ｏ_５の含有量は０〜１５重量％であり、好ましくは０．５〜１０重量％であり、より好ましくは３〜１０重量％である。

ＺｎＯは、光学ガラスの屈折率及び分散を調整することができ、適量のＺｎＯは、光学ガラスの安定性及び溶融性を改善し、圧縮成形性を高めるという役割を有している。しかし、ＺｎＯの含有量が１０重量％を超えると屈折率が減少して本開示の必要条件を満たすことができず、光学ガラスの耐失透性が低下し、失透温度の上限が上昇する。したがって、本開示において、ＺｎＯの含有量は０〜１０重量％であり、好ましくは０〜５重量％であり、より好ましくは１〜３重量％である。

Ｎｂ_２Ｏ_５は高屈折力且つ高分散の成分であり、分散を著しく増加させることなく屈折率を増加させることが可能であり、しかも、光学ガラスの耐失透（anti-devitrification）及び化学安定性を改善する機能を有している。しかし、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量が８．５重量％を超えると本開示の光学ガラスの光学特性が得られず、光学ガラスの耐失透性が悪化する。したがって、本開示において、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は０〜８．５重量％であり、好ましくは０である。

本発明者は、本願の光学ガラスが優れた光学特性、耐失透性、化学安定性、耐候性、泡等級及び脈理等級だけでなく、失透温度の上限の低さを課することを見いだした。多くの研究を経て、本願の発明者らは、Ｌａ_２Ｏ_３及びＺｒＯ_２の総重量に対するガラス成分内におけるＢ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２及びＷＯ_３の総重量の比を０．６以上に制御し、これらの成分が相乗的役割を果たすようにすることで、ガラス溶融中におけるガス溶解度を効果的に制御することができ、得られるガラスは失透しにくくなり、光学ガラスの光学定数が改善され、化学安定性及び均一性が改善されること、そして、光学ガラスは、屈折率が１．８６よりも大きく、アッベ数が３８．８よりも大きく、失透温度の上限が１３５０℃以下、耐水性が等級３以上、耐酸性が等級３以上、耐候性が等級３以上、脈理が等級Ｃより上、泡の程度が等級Ａ以上であり、得られる光学ガラスは優れた耐失透性を有すること、さらに好ましくは、Ｌａ_２Ｏ_３及びＺｒＯ_２の総重量に対するガラス成分内におけるＢ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２及びＷＯ_３の総重量の比を０．６５以上、より好ましくは０．６５〜０．７２に制御することによって、得られる光学ガラスは、屈折率が１．８７〜１．８９、アッベ数が３９．０〜４１．０、失透温度の上限が１３００℃以下、耐水性が等級２以上であり、耐酸性が等級２以上、耐候性が等級２以上、脈理が等級Ｂより上で好ましくは等級Ａ以上、泡の程度が等級Ａ_０以上、より好ましくは等級Ａ_００を有することを知見した。

また、発明者らは、本願の光学ガラスが優れた透過率及び軽量性を課することを見いだした。多くの研究を経て、本願の発明者らは、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＷＯ_３及びＧｄ_２Ｏ_３の総重量に対するＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２及びＬａ_２Ｏ_３の総重量の比を１．０〜１．６に制御することによって、溶融中におけるガス溶解度を効果的に制御することができ、光学ガラスの透過率及び化学安定性が改善され、軽量化を実現できること、得られる光学ガラスはλ_７０が４２０ｎｍ以下、λ_５が３６０ｎｍ以下、密度が５．６ｇ／ｃｍ^３以下、耐水性が等級３以上、耐酸性が等級３以上、泡の程度が等級Ａ以上であること、さらに好ましくは、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＷＯ_３及びＧｄ_２Ｏ_３の総重量に対するＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２及びＬａ_２Ｏ_３の総重量の比を１．１〜１．４５、より好ましくは１．３５〜１．４２に制御することによって、得られる光学ガラスはλ_７０が３９０ｎｍ以下、λ_５が３５０ｎｍ以下、密度が５．５ｇ／ｃｍ^３以下、耐水性が等級２以上、耐酸性が等級２以上、泡の程度が等級Ａ_０以上、より好ましくは等級Ａ_００を有することを知見した。

本開示のさらなる実施形態によると、この光学ガラスは、０〜１重量％のＳｂ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１重量％のＳｎＯ_２、及び／又は、０〜１重量％のＣｅＯ_２、及び／又は、０〜１０重量％のＹｂ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１０重量％のＬｕ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１０重量％のＢｉ_２Ｏ_３、及び／又は、０〜１０重量％のＧｅＯ_２、及び／又は、合計で０〜１０重量％のＬｉ_２Ｏ，Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏ、及び／又は、合計で０〜１０重量％のＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＭｇＯを含有している。発明者らは、少量のＳｂ_２Ｏ_３及び／又はＳｎＯ_２及び／又はＣｅＯ_２を付加することによって、ガラスの清澄効果（clarification effect）を改善することができるものの、Ｓｂ_２Ｏ_３の含有量が１重量％を超えると、清澄性が低下する傾向にあり、そしてその強い酸化作用によって成形型の劣化を促進することを知見した。したがって、本開示において、Ｓｂ_２Ｏ_３の添加量は好ましくはは０〜１重量％であり、より好ましくは０〜０．５重量％であり、さらに好ましくは０である。また、ＳｎＯ_２も清澄剤として添加され得るが、その含有量が１重量％を超えると、ガラスが発色すること、又は、二次変形のためのガラスの加熱、軟化及び圧縮成形時にＳｎが核生成の起点となることによって、失透が生じやすくなる。したがって、本開示において、ＳｎＯ_２の含有量は好ましくは０〜１重量％であり、より好ましくは０〜０．５重量％であり、さらに好ましくは０である。ＣｅＯ_２はＳｎＯ_２と同じ機能及び添加率を有しており、その含有量は好ましくは０〜１重量％であり、より好ましくは０〜０．５重量％であり、さらに好ましくは０である。また、Ｙｂ_２Ｏ_３も本開示の光学ガラスにおいて高屈折率及び低分散をもつ成分であり、その含有量が１０重量％を超えると光学ガラスの安定性及び耐失透性が低下するので、Ｙｂ_２Ｏ_３の含有量は好ましくは０〜１０重量％であり、より好ましくは０〜８重量％であり、さらに好ましくは０である。Ｌｕ_２Ｏ_３は光学ガラスの屈折率を改善し且つ分散を低減させることができるが、その含有量が１０重量％を超えると光学ガラスの耐失透性及び溶融性が悪化し、他の成分よりも高額であるために光学ガラスのコスト増を引き起こす。したがって、本開示において、Ｌｕ_２Ｏ_３の含有量は０〜１０重量％であり、好ましくは０〜８重量％であり、より好ましくは０である。少量のＡｌ_２Ｏ_３を導入することは、成形光学ガラスの安定性及び化学安定性を改善するが、その含有量が１０重量％を超えると光学ガラスの溶融性が悪化し且つ耐失透性が低下する傾向がある。したがって、本開示において、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は好ましくは０〜１０重量％であり、より好ましくは０〜８重量％である。Ｂｉ_２Ｏ_３は光学ガラスの屈折率を増大させることができるが、過剰に付加すると光学ガラスの可視光域での短波長の長波側における透過率が低下し、光学ガラスが発色するという傾向がある。したがって、本開示において、Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量は好ましくは０〜１０重量％であり、より好ましくは０〜５重量％であり、さらに好ましくは０である。また、ＧｅＯ_２も成形光学ガラスの安定性及び耐失透性を効果的に改善することができる。しかしＧｅＯ_２は非常に高価であるため、ＧｅＯ_２の含有量は好ましくは０〜１０重量％であり、より好ましくは０〜５重量％であり、さらに好ましくは０である。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、分相（phase splitting）を抑制し且つ光学ガラスの安定性を改善する成分である。これらの総含有量が１０重量％を超えるとき、耐候性が著しく低下する又は屈折率が低下する傾向がある。したがって、本開示において、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの総重量は０〜１０重量％であり、より好ましくは０〜５重量％であり、さらに好ましくは０である。ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＭｇＯのようなアルカリ土類酸化物は、耐候性を低下させ且つ光学ガラスの失透温度の上限を著しく上昇させる。しかし、これらの総含有量が１０重量％を超えると、光学ガラスの耐失透性が低下する。したがって、本開示において、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＭｇＯの総重量は好ましくは０〜１０重量％であり、より好ましくは０〜５重量％であり、さらに好ましくは０である。

以下、本開示の光学ガラスの特性及び試験方法を説明する。

１．カラーコード（λ_７０／λ_５）

本開示の光学ガラスの短波送信分光特性は、カラーコード（λ_７０／λ_５）として表される。λ_７０は、ガラス透過率が７０％に達するときに対応した波長である。λ_５は、ガラス透過率が５％に達するときに対応した波長である。λ_７０は、光学研磨された板厚１０±０．１ｍｍの相対平面である互いに平行なガラスの２片を用いて、２８０ｎｍから７００ｎｍまでの波長域における分光透過率及び透過率が７０％に達するときの波長を測定することによって決定される。分光透過率又は透過率は、強度Ｉ_ｉｎの光が光学ガラスの表面に垂直に入射し、光学ガラスを通過して一平面から強度Ｉ_ｏｕｔの光を出射するとしたときに、Ｉ_ｏｕｔ／Ｉ_ｉｎで表される量であり、光学ガラスの表面における表面反射損失の透過率を含んでいる。光学ガラスの屈折率が高くなるほど、表面反射損失が大きくなる。したがって、高い屈折率を有する光学ガラスにおいては、λ_７０の値が小さいことは光学ガラスの自己発色（self-coloring）が少ないことを意味している。本開示の光学ガラスの透過率が７０％に達するとき、対応する波長（λ_７０）が４２０ｎｍ以下、好ましくは３９０ｎｍ以下であり、透過率が５％に達するとき、対応する波長（λ_５）が３６０ｎｍ以下、好ましくは３５０ｎｍ以下である。

分光透過率は、対向する光学研磨された２つの平面を有する板厚１０±０．１ｍｍのガラス試料を用いて作成され、その結果に基づいて計算される。

２．密度

光学ガラスの密度は２０℃における単位体積当たりの重量であって、ｇ／ｃｍ^３で表される。本開示の光学ガラスは、密度が５．６ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは５．５ｇ／ｃｍ^３以下である。

密度は、ＧＢ／Ｔ７９６２．２０−２０１０に規定された方法にしたがって測定される。

３．失透温度の上限

光学ガラスの失透特性は、光学ガラスを１８０×１０×１０ｍｍの大きさの試料に加工する工程と、側面を研磨する工程と、温度勾配（５℃／ｃｍ）を有する炉内に複数の試料を配置する工程と、温度を１４００℃まで上昇させる工程と、４時間保持した後に試料を取り出す工程と、室温になるまで自然冷却する工程と、顕微鏡で光学ガラスの失透を観察する工程とを含み、結晶相（appearance of crystals）に対応した最大温度が光学ガラスの失透温度の上限である勾配炉法によって測定される。光学ガラスの失透温度の上限が低くなるほど、高温における光学ガラスの安定性が増し、さらに生産プロセス性能が良好になる。本開示の典型例によると、好ましくは、光学ガラスの失透温度の上限が１３５０℃以下、好ましくは１３００℃以下、より好ましくは１２８０℃以下である。

４．化学安定性（耐水性（Ｄ_ｗ）及び耐酸性（Ｄ_Ａ））

光学ガラス素子の製造及び使用中において、水及び酸のような腐食性媒体（erosive media）の作用に対して光学ガラスの研磨面の抵抗する力は、光学ガラスの化学安定性と称され、この力は主に光学ガラスの化学組成に依存する。本開示の光学ガラスの耐水性（Ｄ_ｗ）（粉末法）は等級３以上、好ましくは等級２以上であり、より好ましくは等級１以上であり、耐酸性（Ｄ_Ａ）は等級３以上、好ましくは等級２以上であり、より好ましくは等級１以上である。

耐水性（Ｄ_ｗ）及び耐酸性（Ｄ_Ａ）は、ＧＢ／Ｔ１７１２９に規定された方法にしたがってテストされる。

５．気泡

泡の程度は、光学ガラスの許容可能な泡の量の等級を意味する。泡は、光学ガラスの光学特性、透明性及び機械的強度と共に、ガラス製品の外観品質に影響を与え、多くの悪影響を引き起こす。したがって、光学ガラスの泡の程度を制御することは重要である。本開示の光学ガラスは、泡の程度が等級Ａ以上、好ましくは等級Ａ_０以上、より好ましくは等級Ａ_００である。

光学ガラスの泡品質は、ＧＢ／Ｔ７９６２．８−２０１０に規定された方法にしたがって測定される。

６．屈折率及びアッベ数

本開示の光学ガラスは、高屈折率及び低分散を有しており、この高屈折率及び低分散の光学ガラスからなるレンズは、通常、色収差を補正するために、高屈折率及び高分散の光学ガラスからなるレンズと組み合わせられる。加えて、この光学ガラスがレンズとして用いられる場合、屈折率が大きくなるほどレンズが薄くなって、光学機器の小型化が促される。本開示の光学ガラスにおいては、屈折率（ｎｄ）が１．８６よりも大きく、好ましくは１．８７〜１．８９であり、アッベ数（ｖｄ）が３８．８よりも大きく、好ましくは３９．０〜４１．０である。

屈折率及びアッベ数は、ＧＢ／Ｔ７９６２．１−２０１０に規定された方法にしたがって測定される。

７．脈理

脈理の程度については、点光源及びレンズで構成された脈理メーターで、鮮明度（visibility）を最大とする方向から脈理が観測され、標準試料と比較される。脈理は、等級Ａ，等級Ｂ、等級Ｃ及び等級Ｄの４等級に分類される。等級Ａの脈理は特定テスト条件において裸眼で視認不可能であり、等級Ｂの脈理は特定テスト条件において微細で散乱した脈理であり、等級Ｃの脈理は特定テスト条件においてやや平行な脈理であり、等級Ｄの脈理は特定テスト条件において粗い（rough）脈理である。本開示の光学ガラスの脈理は、等級Ｃ以上、好ましくは等級Ｂ以上、より好ましくは等級Ａである。

脈理は、ＭＬＬ−Ｇ−１７４Ｂに規定された方法にしたがって測定される。

８．耐候性

複数の試験試料が、相対湿度９０％の飽和水蒸気雰囲気に曝露された試験ボックス内に配置される。試験ボックスの温度は１時間ごとに４０度と５０度とを交互に繰り返し、この周期的変化が１５回続けられる。耐候性は、試験前後の濁度（haze）の変化に基づいて分類される。濁度は、大気侵食によって発生する無色の光学ガラスの表面上に生じる白点（fish eye）及び白化（blushing）のような変質層に関係する。光学ガラス表面の侵食の程度は、試料の侵食前後における濁度の差を測定することで決定される。濁度は、濁度表示の相対偏差が±５％以内である積分球を有する濁度計（turbidimeter）によって測定される。以下に示すテーブルは、耐候性の分類を示している。
[テーブル]

本開示の光学ガラスの耐候性は、等級３以上であり、好ましくは等級２以上であり、より好ましくは等級１以上である。

本開示の第２の観点では、本開示はガラスプリフォームを提案する。本開示の実施形態によると、ガラスプリフォームは光学ガラスからなる。したがって、本開示のガラスプリフォームは、高屈折率及び低分散という特性を有しており、高性能ガラスへの市場需要に合致している。具体的には、得られた光学ガラスは所定サイズに切断され、その表面に窒化ホウ素粉末からなる離型剤が均一に被覆され、そして、加熱、軟化及び圧縮成形されて、レンズ及びプリズムといった凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ及び平凹レンズのようなレンズ及びプリズムのプリフォームが形成される。なお、光学ガラスについて述べた特徴及び利点はガラスプリフォームについても成り立つので、ここでは繰り返さないことに留意すべきである。

本開示の第３の観点では、本開示は光学素子を提案する。本開示の実施形態によると、光学素子は光学ガラス又はガラスプリフォームからなる。したがって、本開示の光学素子は、高屈折率及び低分散という特性を有しており、これを用いて低コストで優れた特性を有するレンズ及びプリズムのような光学機器を製造することができる。例えば、光学素子がレンズとして使用されるとき、光学素子は球面又は非球面のレンズ面を有する、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ又は平凹レンズとして使用することができる。このようなレンズは、色収差を補正するために高屈折率及び高分散のガラスからなるレンズと組み合わせられ、色収差の補正用レンズとして適している。加えて、このようなレンズは、小型の光学システムを作ることを促進する。加えて、プリズムを光学システムに組み入れて湾曲した光路を経て所望の方向に向けることによって、プリズムについて、その高い屈折率のために、小型広角光学システムを実現することができる。具体的には、ガラスプリフォームは、アニールが施され、そして屈折率のような光学特性が所望の値に達するように、内部変形を削減させつつトリム（trim）され、しかる後に、ガラスプリフォームは粉砕且つ細かく粉にされることによって、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ及び平凹レンズのようなレンズ及びプリズム（すなわち光学素子）が作られ、得られた光学素子の表面を反射防止フィルムで被覆することができる。なお、光学ガラス及びガラスプリフォームについて述べた特徴及び利点は光学素子についても成り立つので、ここでは繰り返さないことに留意すべきである。

本開示の第４の観点では、本開示は光学機器を提案する。本開示の実施形態によると、光学機器は光学素子を有している。したがって、優れた特性を持つ光学素子を用いることによって、光学機器のカスタマーエクスペリエンスを改善することができる。具体的には、本開示の光学機器は、デジタルカメラ又はビデオカメラであってよい。なお、光学素子について述べた特徴及び利点は光学機器についても成り立つので、ここでは繰り返さないことに留意すべきである。

以上、本開示の複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は説明のためのものに過ぎず、本開示をいかなるようにも制限するものではないことに留意すべきである。

表１から表５に示す成分を有する光学ガラスを得るためには、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、酸化物及びホウ酸が原材料として用いられる。光学ガラスの上記成分に対応した複数の原材料が比例計量され且つ十分に混合されて配合原材料が得られ、得られた配合原材料が白金るつぼに配置されて１２００〜１４５０℃に加熱され、溶融、撹拌及び浄化されて均一な溶融ガラスが形成される。溶融ガラスは適度に冷却されてから予熱された鋳型に注入され、６５０〜７００℃に２〜４時間保持され、そして緩やかに冷却されて光学ガラスが得られる。加えて、光学ガラスの特性が上述した方法によって測定される。測定結果が表１から表５に示される。

注釈表における合計量（１００％）は、測定誤差、装置精度及び不可避的な不純物を差し引くことによって得られたものである。

本明細書において、「一つの実施形態」、「いくつかの実施形態」、「実施例」、「具体例」又は「いくつかの実施例」などの用語は、実施形態又は実施例と組み合わせて記載された具体的な特色、構成、材料又は特徴が、本開示の少なくとも一つの実施形態又は実施例に含まれていることを示すために記載されている。本明細書において、用語の説明表現は必ずしも同じ実施形態又は実施例について言及しているとは限らない。さらに、記載された特定の特色、構成、材料又は特徴は、一又は複数の実施形態又は実施例のいずれかと適切に組み合わせることができる。加えて、当業者は、矛盾を生じさせることなく、本開示に記載された複数の実施形態若しくは実施例又は複数の実施形態若しくは実施例の特徴を組み合わせたり結合することができる。

以上のように本開示の実施形態を詳述及び説明したが、これらの実施形態は例示に過ぎず、限定するものであると解釈すべきではない。これらの実施形態には、当業者が本開示の観点内で、修正、変更、置換及び変形を施すことができる。

Claims

５〜２５重量％のＢ_２Ｏ_３と、
２５〜４５重量％のＬａ_２Ｏ_３と、
０〜１０重量％のＹ_２Ｏ_３と、
１０〜３５重量％のＧｄ_２Ｏ_３と、
０．５〜１５重量％のＳｉＯ_２と、
１〜１５重量％のＺｒＯ_２と、
０〜５重量％のＴｉＯ_２と、
０〜７重量％のＷＯ_３と、
０〜１５重量％のＴａ_２Ｏ_５と、
０〜１０重量％のＺｎＯと、
０〜８．５重量％のＮｂ_２Ｏ_５とを含有しており、
（Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＴｉＯ_２＋ＷＯ_３の総重量）／（Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２の総重量）が０．６以上である光学ガラス。
８〜２０重量％のＢ_２Ｏ_３、及び／又は、
３０〜４２重量％のＬａ_２Ｏ_３、及び／又は、
０〜８重量％のＹ_２Ｏ_３、及び／又は、
１５〜２８重量％のＧｄ_２Ｏ_３、及び／又は、
２〜１３重量％のＳｉＯ_２、及び／又は、
１〜１０重量％のＺｒＯ_２、及び／又は、
０．１〜５重量％のＴｉＯ_２、及び／又は、
０．１〜５重量％のＷＯ_３、及び／又は、
０．５〜１０重量％のＴａ_２Ｏ_５、及び／又は、
０〜５重量％のＺｎＯ、及び／又は、
０〜８．５重量％のＮｂ_２Ｏ_５を含有している請求項１に記載の光学ガラス。
１０〜１６重量％のＢ_２Ｏ_３、及び／又は、
３３〜３９重量％のＬａ_２Ｏ_３、及び／又は、
１〜５重量％のＹ_２Ｏ_３、及び／又は、
１７〜２５重量％のＧｄ_２Ｏ_３、及び／又は、
４〜１０重量％のＳｉＯ_２、及び／又は、
３〜８重量％のＺｒＯ_２、及び／又は、
０．５〜３重量％のＴｉＯ_２、及び／又は、
０．５〜４重量％のＷＯ_３、及び／又は、
３〜１０重量％のＴａ_２Ｏ_５、及び／又は、
１〜３重量％のＺｎＯ、及び／又は、
０〜８．５重量％のＮｂ_２Ｏ_５を含有している請求項１又は２に記載の光学ガラス。
（Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＴｉＯ_２＋ＷＯ_３の総重量）／（Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２の総重量）が０．６５以上であり、好ましくは０．６５〜０．７２である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
（ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２＋Ｌａ_２Ｏ_３の総重量）／（Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＳｉＯ_２＋ＷＯ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３の総重量）が１．０〜１．６であり、好ましくは１．１〜１．４５であり、より好ましくは１．３５〜１．４２である請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学ガラス。
０〜１重量％のＳｂ_２Ｏ_３、及び／又は、
０〜１重量％のＳｎＯ_２、及び／又は、
０〜１重量％のＣｅＯ_２、及び／又は、
０〜１０重量％のＹｂ_２Ｏ_３、及び／又は、
０〜１０重量％のＬｕ_２Ｏ_３、及び／又は、
０〜１０重量％のＡｌ_２Ｏ_３、及び／又は、
０〜１０重量％のＢｉ_２Ｏ_３、及び／又は、
０〜１０重量％のＧｅＯ_２、及び／又は、
合計で０〜１０重量％のＬｉ_２Ｏ，Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏ、及び／又は、
合計で０〜１０重量％のＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＭｇＯをさらに含有している請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学ガラス。
屈折率が１．８６よりも大きく、好ましくは１．８７〜１．８９であり、アッベ数が３８．８よりも大きく、好ましくは３９．０〜４１．０である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。
λ_７０が４２０ｎｍ以下、好ましくは３９０ｎｍ以下であり、λ_５が３６０ｎｍ以下、好ましくは３５０ｎｍ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。
失透温度の上限が１３５０℃以下、好ましくは１３００℃以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。
耐水性が等級３以上、好ましくは等級２以上であり、耐酸性が等級３以上、好ましくは等級２以上であり、耐候性が等級３以上、好ましくは等級２以上である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。
脈理が等級Ｃより上、好ましくは等級Ｂより上、より好ましくは等級Ａである請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。
泡の程度が等級Ａ以上、好ましくは等級Ａ_０以上、より好ましくは等級Ａ_００である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。
密度が５．６ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは５．５ｇ／ｃｍ^３以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学ガラス。
請求項１〜１３のいずれか１項による光学ガラスからなるガラスプリフォーム。
請求項１〜１３のいずれか１項の光学ガラス又は請求項１４のガラスプリフォームからなる光学素子。
請求項１５の光学素子を備えた光学機器。