JP5658132B2 - 光学ガラス - Google Patents
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Description
特許文献1にはこのような高屈折率低分散ガラスが開示されている。
また、高屈折率付与成分を増量するとガラスの着色が著しくなるという問題もある。
(1)酸化物ガラスであって、カチオン%表示で、
Si4+ 1〜20%、
B3+ 15〜35%、
Li+、Na+およびK+を合計で5%未満、
Mg2+、Ca2+およびSr2+を合計で5%未満、
Ba2+ 0〜8%、
Zn2+ 0.1〜12%、
La3+ 15〜45%、
Gd3+ 0〜20%、
Y3+ 0〜15%、
Yb3+ 0〜10%、
Zr4+ 1〜12%、
Ti4+ 5〜22%、
Nb5+ 1〜14%、
Ta5+ 0〜8%、
W6+ 0〜5%、
Ge4+ 0〜8%、
Bi3+ 0〜10%、
を含み、B3+の含有量に対するSi4+の含有量のカチオン比Si4+/B3+が1.0未満、酸化物に換算してNb2O5とTa2O5の合計含有量が14質量%未満であり、屈折率ndが1.9662.2、アッベ数νdが25〜45であり、ガラス転移温度Tgが630℃よりも高いことを特徴とする光学ガラス(但し、TeO 2 を0.2〜50モル%含有し、屈折率(nd)が1.80〜2.10、アッべ数(νd)が16〜36、ガラス転移点(Tg)が680℃以下の光学ガラスを除く)、
(2)着色度λ70が470nm未満である上記(1)項に記載の光学ガラス、
(3)部分分散比Pg,Fとアッベ数νdが下記(1)式の関係を満たす上記(1)項または(2)項に記載の光学ガラス、
Pg,F≦−0.0017×νd+0.660 ・・・(1)
(4)上記(1)項〜(3)項のいずれか1項に記載の光学ガラスからなることを特徴とするプレス成形用ガラスゴブ、
(5)上記(1)項〜(3)項のいずれか1項に記載の光学ガラスからなることを特徴とする光学素子、
(6)研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、
上記(4)項に記載のプレス成形用ガラスゴブを加熱、軟化してプレス成形することを特徴とする光学素子ブランクの製造方法、
(7)研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、
ガラス原料を熔融し、得られた熔融ガラスをプレス成形し、上記(1)項〜(3)項のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子ブランクを作製することを特徴とする光学素子ブランクの製造方法、
(8)上記(6)項または(7)項に記載の方法で光学素子ブランクを製造し、得られた光学素子ブランクを研削、研磨することを特徴とする光学素子の製造方法、
を提供するものである。
まず、本発明の光学ガラスについて説明する。
本発明の光学ガラスは、
酸化物ガラスであって、カチオン%表示で、
Si4+ 0〜30%、
B3+ 10〜55%、
Li+、Na+およびK+を合計で5%未満、
Mg2+、Ca2+およびSr2+を合計で5%未満、
Ba2+ 0〜8%、
Zn2+ 0.1〜15%、
La3+ 10〜50%、
Gd3+ 0〜20%、
Y3+ 0〜15%、
Yb3+ 0〜10%、
Zr4+ 0〜20%、
Ti4+ 0.1〜22%、
Nb5+ 0〜20%、
Ta5+ 0〜8%、
W6+ 0〜5%、
Ge4+ 0〜8%、
Bi3+ 0〜10%、
Al3+ 0〜10%、
を含み、B3+の含有量に対するSi4+の含有量のカチオン比Si4+/B3+が1.0未満、
酸化物に換算してNb2O5とTa2O5の合計含有量が14質量%未満であり、
屈折率ndが1.966〜2.2、アッベ数νdが25〜45であることを特徴とする光学ガラスである。
上記組成範囲の限定理由について説明するが、特記しない限り、各成分の含有量、合計含有量はカチオン%にて表示する。
特に屈折率ndを1.968以上にする場合は、Ti4+の含有量を5%以上にすることが好ましく、10%以上にすることがより好ましく、12%以上にすることがさらに好ましく、13%以上にすることが一層好ましく、14%以上にすることがより一層好ましい。ただし屈折率ndを1.968以上にする場合でも、ガラス転移温度や液相温度の上昇、耐失透性の悪化を抑制する上から、Ti4+の含有量を21%以下にすることが好ましく、20%以下にすることがより好ましく、19%以下にすることがさらに好ましい。
Ge4+の含有量の好ましい範囲は0〜6%、より好ましい範囲は0〜4%、さらに好ましい範囲は0〜2%であり、一層好ましい範囲は0〜1%である。Ge4+を含まないこと、すなわちGeフリーガラスであることが特に好ましい。
本発明の光学ガラスの屈折率ndは、1.92〜2.2である。屈折率ndの好ましい下限は1.930、より好ましい下限は1.935、さらに好ましい下限は1.940であり、好ましい上限は2.0、より好ましい上限は1.995、さらに好ましい上限は1.990である。屈折率を高めることは、光学素子の高機能化、コンパクト化に有効であり、屈折率の上限を制限することは、ガラス安定性を高める上で有利である。
なお、先に説明した屈折率ndが1.968以上の場合におけるTi4+含有量の好ましい範囲は、光学ガラスAにおけるTi4+含有量の好ましい範囲にもあてはまる。
Pg,F≦−0.0017×νd+0.660 ・・・(1)
Pg,F≦−0.0017×νd+0.655 ・・・(2)
Pg,F≦−0.0017×νd+0.650 ・・・(3)
光学ガラスAおよび光学ガラスB、特に光学ガラスBは、上記(1)式〜(3)式のいずれかを満たす上からより好ましい態様である。
本発明の光学ガラスは、可視域の広い波長域にわたり高い光線透過率を示す。
本発明の光学ガラスの好ましい態様では、λ70が470nm以下の着色度を示す。λ70のより好ましい範囲は465nm以下、さらに好ましい範囲は460nm以下、一層好ましい範囲は455nm以下、より一層好ましい範囲は450nm以下、さらに一層好ましい範囲は445nm以下、なお一層好ましい範囲は440nm以下である。
光学ガラスAおよび光学ガラスB、特に光学ガラスBは、上記λ70、λ5に関する特性を得る上からより好ましい態様である。
こうした観点から、本発明において、λ5も前述の範囲にある光学ガラスが好ましい。
本発明の光学ガラスは、研削、研磨により平滑な光学機能面を形成するのに好適なガラスである。研削、研磨などの冷間加工の適性、すなわち冷間加工性は間接的ながらガラス転移温度と関連がある。ガラス転移温度が低いガラスは冷間加工性よりも精密プレス成形に好適であるのに対し、ガラス転移温度が高いガラスは精密プレス成形よりも冷間加工に好適であって、冷間加工性に優れる。したがって、本発明においてもガラス転移温度を過剰に低くしないことが好ましく、630℃よりも高くすることが好ましく、640℃以上にすることがより好ましく、660℃以上にすることがさらに好ましい。しかし、ガラス
転移温度が高すぎるとガラスを再加熱、軟化して成形する際の加熱温度が高くなり、成形に使用する金型の劣化が著しくなったり、アニール温度も高温になり、アニール炉の劣化、消耗も著しくなる。したがって、ガラス転移温度は750℃以下とすることが好ましく、740℃以下にすることがより好ましく、730℃以下にすることがさらに好ましく、725℃以下であることが一層好ましく、710℃以下にすることがより一層好ましい。
本発明の光学ガラスの好ましい態様の液相温度は1220℃以下である。また、光学ガラスAの液相温度の好ましい範囲は1210℃以下、より好ましい範囲は1200℃以下である。光学ガラスBの液相温度の好ましい範囲は1200℃以下、より好ましい範囲は1190℃以下である。このように本発明の光学ガラスは、高屈折率低分散ガラスでありながら、優れた熱的安定性を備えているため、高品質な光学ガラスを安定して生産することができる。また、失透を防止しつつ、熔融温度を低下させ、坩堝を構成する白金あるいは白金合金のガラスへの溶け込みを抑制することができるため、白金イオンなどによるガラスの着色増加や白金異物の混入を抑制、防止することもできる。
次に本発明の光学ガラスの製造方法について説明する。例えば、粉体状の化合物原料あるいはカレット原料を目的のガラス組成に対応して秤量、調合し、白金合金製の熔融容器内に供給した後、これを加熱、熔融する。上記原料を完全に熔融してガラス化した後、この熔融ガラスの温度を上昇させて清澄を行う。清澄した熔融ガラスを攪拌器による攪拌によって均質化し、ガラス流出パイプに連続供給、流出し、急冷、固化してガラス成形体を得る。
なお、光学ガラスの熔融温度は1250〜1400℃の範囲にすることが、均質、低着色かつ光学特性を含む諸特性の安定したガラスを得る上から望ましい。
次に本発明のプレス成形用ガラスゴブについて説明する。
本発明のプレス成形用ガラスゴブは上記した本発明の光学ガラスからなることを特徴とする。ゴブの形状は、目的とするプレス成形品の形状に応じてプレス成形しやすい形状にする。また、ゴブの質量もプレス成形品に合わせて設定する。本発明においては、安定性の優れたガラスを使用しているので、再加熱、軟化してプレス成形してもガラスが失透しにくく、高品質の成形品を安定して生産することができる。
プレス成形用ガラスゴブの製造例は以下のとおりである。
したり、バレル研磨を施してプレス成形用ガラスゴブにする。
次に本発明の光学素子について説明する。
本発明の光学素子は、上記した本発明の光学ガラスからなることを特徴とする。本発明の光学素子は、高屈折率低分散特性を有し、TaやGeなどの高価な成分の含有量が比較的少量またはゼロに抑えられているので、低コストにて光学的な価値の高い各種レンズ、プリズムなどの光学素子を提供することができる。
なお本発明の光学素子の光学機能面には、反射防止膜などの光線透過率を制御する膜を設けることもできる。
次に本発明の光学素子ブランクの製造方法について説明する。
本発明の光学素子ブランクの製造方法には、以下に示す2つの態様がある。
本発明の第1の光学素子ブランクの製造方法は、研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、上記した本発明のプレス成形用ガラスゴブを加熱、軟化してプレス成形することを特徴とする。
本発明の第2の光学素子ブランクの製造方法は、研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、ガラス原料を熔融し、得られた熔融ガラスをプレス成形し、上記した本発明の光学ガラスからなる光学素子ブランクを作製することを特徴とする。
次に本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子の製造方法は、上記した本発明の方法で作製した光学素子ブランクを研削、研磨することを特徴とする。研削、研磨は公知の方法を適用することができる。
まず、表1−1〜表1−4に示す組成(カチオン%表示)を有する酸化物ガラスNo.1〜36が得られるように、原料として硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸化物、ホウ酸などを用い、各原料粉末を秤量して十分混合し、調合原料とし、この調合原料を白金製坩堝に入れて1400℃で加熱、熔融し、清澄、撹拌して均質な熔融ガラスした。この熔融ガラスを予熱した鋳型に流し込んで急冷し、ガラス転移温度近傍の温度で2時間保持した後、徐冷して酸化物ガラスNo.1〜36の各光学ガラスを得た。いずれのガラス中にも結晶の析出は認められなかった。
(1)屈折率ndおよびアッベ数νd
1時間あたり30℃の降温速度で冷却した光学ガラスについて測定した。
(2)部分分散比Pg,F
1時間あたり30℃の降温速度で冷却した光学ガラスについて屈折率ng、nF、ncを測定し、これらの値から算出した。
(3)ガラス転移温度Tg
熱機械分析装置を用いて、昇温速度4℃/分の条件下で測定した。
(4)液相温度
ガラス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。
(5)比重
アルキメデス法により測定した。
(6)λ70、λ5
10.0±0.1mmの厚さに研磨された互いに平行な面を有するガラス試料を用い、分光光度計により、前記研磨された面に対して垂直方向から強度Iinの光を入射し、試料を透過した光の強度Ioutを測定し、光線透過率Iout/Iinを算出し、光線透過率が70%になる波長をλ70、光線透過率が5%になる波長をλ5とした。
次に実施例1の各光学ガラスからなるプレス成形用ガラスゴブを次のようにして作製した。
まず、上記各ガラスが得られるようにガラス原料を調合し、白金製坩堝に投入し、加熱、熔融し、清澄、撹拌して均質な熔融ガラスを得た。次に、熔融ガラスを流出パイプから一定流量で流出し、流出パイプの下方に水平に配置した鋳型に鋳込み、一定の厚みを有するガラス板を成形した。成形されたガラス板を鋳型側面に設けた開口部から水平方向へと連続して引き出し、ベルトコンベアにてアニール炉内へと搬送し、徐冷した。
実施例2と同様に熔融ガラスを流出パイプから流出し、成形型で流出する熔融ガラス下端を受けた後、成形型を急降下し、表面張力によって熔融ガラス流を切断し、成形型上に所望の量の熔融ガラス塊を得た。そして、成形型からガスを噴出してガラスに上向きの風圧を加え、浮上させながらガラス塊に成形し、成形型から取り出してアニールした。それからガラス塊をバレル研磨してプレス成形用ガラスゴブとした。
実施例3で得た各プレス成形用ガラスゴブの全表面に窒化ホウ素粉末からなる離型剤を均一に塗布した後、上記ゴブを加熱、軟化してプレス成形し、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、平凹レンズなどの各種レンズ、プリズムのブランクを作製した。
実施例2と同様にして熔融ガラスを作り、熔融ガラスを窒化ホウ素粉末の離型剤を均一に塗布した下型成形面に供給し、下型上の熔融ガラス量が所望量になったところで熔融ガラス流を切断刃で切断した。
実施例4、5で作製した各ブランクをアニールした。アニールによってガラス内部の歪を低減し、屈折率などの光学特性が所望の値になるようにする。
次に各ブランクを研削、研磨し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、平凹レンズなどの各種レンズ、プリズムを作製した。得られた光学素子の表面には反射防止膜をコートしてもよい。
実施例2と同様にしてガラス板および円柱状ガラスを作製し、得られたガラス成形体をアニールして内部の歪を低減するとともに、屈折率などの光学特性が所望の値になるようした。
次にこれらガラス成形体を切断、研削、研磨し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、平凹レンズなどの各種レンズ、プリズムのブランクを作製した。得られた光学素子の表面に反射防止膜をコートしてもよい。
Claims (8)
- 酸化物ガラスであって、カチオン%表示で、
Si4+ 1〜20%、
B3+ 15〜35%、
Li+、Na+およびK+を合計で5%未満、
Mg2+、Ca2+およびSr2+を合計で5%未満、
Ba2+ 0〜8%、
Zn2+ 0.1〜12%、
La3+ 15〜45%、
Gd3+ 0〜20%、
Y3+ 0〜15%、
Yb3+ 0〜10%、
Zr4+ 1〜12%、
Ti4+ 5〜22%、
Nb5+ 1〜14%、
Ta5+ 0〜8%、
W6+ 0〜5%、
Ge4+ 0〜8%、
Bi3+ 0〜10%、
Al3+ 0〜10%、
を含み、B3+の含有量に対するSi4+の含有量のカチオン比Si4+/B3+が1.0未満、酸化物に換算してNb2O5とTa2O5の合計含有量が14質量%未満であり、屈折率ndが1.966〜2.2、アッベ数νdが25〜45であり、ガラス転移温度Tgが630℃よりも高いことを特徴とする光学ガラス(但し、TeO 2 を0.2〜50モル%含有し、屈折率(nd)が1.80〜2.10、アッべ数(νd)が16〜36、ガラス転移点(Tg)が680℃以下の光学ガラスを除く)。 - 着色度λ70が470nm未満である請求項1に記載の光学ガラス。
- 部分分散比Pg,Fとアッベ数νdが下記(1)式の関係を満たす請求項1または2に記載の光学ガラス。
Pg,F≦−0.0017×νd+0.660 ・・・(1) - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学ガラスからなることを特徴とするプレス成形用ガラスゴブ。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学ガラスからなることを特徴とする光学素子。
- 研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、
請求項4に記載のプレス成形用ガラスゴブを加熱、軟化してプレス成形することを特徴とする光学素子ブランクの製造方法。 - 研削、研磨により光学素子に仕上げられる光学素子ブランクの製造方法において、
ガラス原料を熔融し、得られた熔融ガラスをプレス成形し、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子ブランクを作製することを特徴とする光学素子ブランクの製造方法。 - 請求項6または7に記載の方法で光学素子ブランクを製造し、得られた光学素子ブランクを研削、研磨することを特徴とする光学素子の製造方法。
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