JP5711464B2 - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子 - Google Patents
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Description
本発明は、高価なＧｅＯ２やＴａ２Ｏ５を一切含有させることなしに所定の光学恒数を有する光学ガラスに関するものである。また、本発明は、上記の光学ガラスを用いた精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子に関するものである。
近年、光学系の軽薄短小化がかなり進んできている。より一層軽薄短小化を進めるために使用する光学ガラスとして超高屈折率ガラスがある。現在市場に出ている超高屈折率ガラスは屈折率（ｎｄ）が２．０を超えていて、さらにアッベ数（νｄ）は２０．０前後である。
このような光学ガラスやさらに屈折率の高い光学ガラスを使用して効率よく軽薄短小化する光学系のためには、組み合わせに最適な光学恒数を有する光学ガラスの開発が必要となってきている。かかる光学ガラスに必要とされる光学恒数は、屈折率（ｎｄ）が１．９３〜１．９８、アッベ数（νｄ）が３０．０前後である。そのような光学ガラスとして、従来、種々の組成のガラスが知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。
しかしながら、引用文献１〜４に記載された光学ガラスでは、以下のような問題点があった。すなわち、特許文献１に記載の高屈折ガラスは、必須成分としてＧｅＯ２を３．０質量％〜１９．０質量％含んでいるため高価なガラスとなる問題があった。また、特許文献２に記載の光学ガラスおよび特許文献３に記載の光学ガラスは、希土類酸化物の合計含有量が少ないため、必要とされる屈折率範囲を有するガラスを作製できないという問題があった。さらに、特許文献４に記載の光学ガラスは、必須成分としてＴａ２Ｏ５を０．１質量％〜１５質量％含んでいるためやはり高価なガラスになるという問題があった。
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、高価なＧｅＯ２やＴａ２Ｏ５を一切含有させず、希土類酸化物を一定量以上含有させた組成で所定の光学恒数を有する光学ガラスを、それを用いた精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子と共に提案することを目的とする。
本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｇｄ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＴｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ３系ガラスにおいて、希土類酸化物（ここではＬａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３）の合計含有量を一定量以上確保し、且つ、その他成分を適正範囲内とすることにより、所定の光学恒数を有する光学ガラスを安価かつ高生産性の下で作製できることを見出した。
すなわち、本発明の光学ガラスは、以下に説明する通りのものである。
１．質量％で、
ＳｉＯ2：０．５〜９．０％、
Ｂ2Ｏ3：１０．０〜２２．０％、
Ｌａ2Ｏ3：３０．０〜５０．０％、
Ｇｄ2Ｏ3：１４．０〜３０．０％、
ＺｒＯ2：０．５〜１０．０％、
ＴｉＯ2：９．０〜１８．０％および
Ｎｂ2Ｏ5：１．０〜１３．５％
を含み、かつ
５０．５％≦（Ｌａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3）≦６４．０％
の範囲を満足し、
光学恒数が、図１の点Ａ（３２．５、１．９３０００）、点Ｂ（３１．０、１．９８０００）、点Ｃ（２８．５、１．９８０００）および点Ｄ（２９．０、１．９３０００）を順次直線で結んだ線分Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、Ｄ−Ａで囲まれた領域内にある
ことを特徴とする光学ガラス。
２．質量％で、さらに、ＬｉＯ2：３．０％以下およびＺｎＯ：６．０％以下のうちから選んだ一種または二種を含有する組成からなることを特徴とする１に記載の光学ガラス。
３．１または２に記載の光学ガラスからなることを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム。
４．１〜３のいずれかに記載の光学ガラスを精密プレス成形して得たことを特徴とする光学素子。
１．質量％で、
ＳｉＯ2：０．５〜９．０％、
Ｂ2Ｏ3：１０．０〜２２．０％、
Ｌａ2Ｏ3：３０．０〜５０．０％、
Ｇｄ2Ｏ3：１４．０〜３０．０％、
ＺｒＯ2：０．５〜１０．０％、
ＴｉＯ2：９．０〜１８．０％および
Ｎｂ2Ｏ5：１．０〜１３．５％
を含み、かつ
５０．５％≦（Ｌａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3）≦６４．０％
の範囲を満足し、
光学恒数が、図１の点Ａ（３２．５、１．９３０００）、点Ｂ（３１．０、１．９８０００）、点Ｃ（２８．５、１．９８０００）および点Ｄ（２９．０、１．９３０００）を順次直線で結んだ線分Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、Ｄ−Ａで囲まれた領域内にある
ことを特徴とする光学ガラス。
２．質量％で、さらに、ＬｉＯ2：３．０％以下およびＺｎＯ：６．０％以下のうちから選んだ一種または二種を含有する組成からなることを特徴とする１に記載の光学ガラス。
３．１または２に記載の光学ガラスからなることを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム。
４．１〜３のいずれかに記載の光学ガラスを精密プレス成形して得たことを特徴とする光学素子。
本発明によれば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｇｄ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＴｉＯ２−Ｎｂ２Ｏ５系ガラスにおいて、希土類酸化物（Ｌａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３）の合計含有量を一定量以上使用し、且つ、その他成分を適正範囲内に制御することにより、所定の光学恒数を有しつつも安価で生産性の高いガラスを得ることができる。
また、本発明によれば、かかる光学ガラスを素材とすることで、所定の屈折率を有しつつも安価で生産性の高い精密プレス成形用プリフォーム、さらには光学素子を得ることができる。
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の光学ガラスの特徴は、質量％で、ＳｉＯ２：０．５〜９．０％、Ｂ２Ｏ３：１０．０〜２２．０％、Ｌａ２Ｏ３：３０．０〜５０．０％、Ｇｄ２Ｏ３：１４．０〜３０．０％、ＺｒＯ２：０．５〜１０．０％、ＴｉＯ２：９．０〜１８．０％およびＮｂ２Ｏ５：１．０〜１３．５％の組成からなり、かつ５０．５％≦（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）≦６４．０％の範囲を満足する点にある。
本発明の光学ガラスの特徴は、質量％で、ＳｉＯ２：０．５〜９．０％、Ｂ２Ｏ３：１０．０〜２２．０％、Ｌａ２Ｏ３：３０．０〜５０．０％、Ｇｄ２Ｏ３：１４．０〜３０．０％、ＺｒＯ２：０．５〜１０．０％、ＴｉＯ２：９．０〜１８．０％およびＮｂ２Ｏ５：１．０〜１３．５％の組成からなり、かつ５０．５％≦（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）≦６４．０％の範囲を満足する点にある。
本発明において、ガラス組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する「％」表示は、「質量％」を意味するものとする。
＜必須成分について＞
［ＳｉＯ２：０．５〜９．０％］
本発明において、ＳｉＯ２は、ガラスの網目構造をなすガラス形成酸化物である。またガラス粘度を適度に上げて耐失透性を高める効果がある。ＳｉＯ２が０．５％より少ないとこれらの効果は得られず、一方ＳｉＯ２が９．０％を超えると所望の光学恒数が得難くなるので、ＳｉＯ２の範囲は０．５〜９．０％とした。ＳｉＯ２の範囲は、好ましくは０．６〜８．０％、より好ましくは０．７〜７．０％の範囲である。
［ＳｉＯ２：０．５〜９．０％］
本発明において、ＳｉＯ２は、ガラスの網目構造をなすガラス形成酸化物である。またガラス粘度を適度に上げて耐失透性を高める効果がある。ＳｉＯ２が０．５％より少ないとこれらの効果は得られず、一方ＳｉＯ２が９．０％を超えると所望の光学恒数が得難くなるので、ＳｉＯ２の範囲は０．５〜９．０％とした。ＳｉＯ２の範囲は、好ましくは０．６〜８．０％、より好ましくは０．７〜７．０％の範囲である。
［Ｂ２Ｏ３：１０．０〜２２．０％］
本発明において、Ｂ２Ｏ３は、ＳｉＯ２同様、ガラスの網目構造をなすガラス形成酸化物である。希土類酸化物を多く含有する場合、耐失透性に大きく寄与する成分である。耐失透性を上げる効果を得るためには１０．０％以上使用する必要があるが、２２．０％を超えて使用すると所望する光学恒数が得難くなるので、Ｂ２Ｏ３の範囲は１０．０〜２２．０％とした。Ｂ２Ｏ３の範囲は、好ましくは１１．０〜２１．０％、より好ましくは１１．５％〜２０．０％の範囲である。
本発明において、Ｂ２Ｏ３は、ＳｉＯ２同様、ガラスの網目構造をなすガラス形成酸化物である。希土類酸化物を多く含有する場合、耐失透性に大きく寄与する成分である。耐失透性を上げる効果を得るためには１０．０％以上使用する必要があるが、２２．０％を超えて使用すると所望する光学恒数が得難くなるので、Ｂ２Ｏ３の範囲は１０．０〜２２．０％とした。Ｂ２Ｏ３の範囲は、好ましくは１１．０〜２１．０％、より好ましくは１１．５％〜２０．０％の範囲である。
［Ｌａ２Ｏ３：３０．０〜５０．０％］
本発明において、Ｌａ２Ｏ３は、高屈折率且つ低分散化に大きく寄与する成分である。所望する光学恒数を得るためには３０．０％以上含有させる必要があるが、５０．０％を超えると耐失透性が低下し透明なガラスが得られなくなるので、Ｌａ２Ｏ３の範囲は３０．０〜５０．０％とした。Ｌａ２Ｏ３の範囲は、好ましくは３１．０〜４８．０％、より好ましくは３２．０〜４７．０％の範囲である。
本発明において、Ｌａ２Ｏ３は、高屈折率且つ低分散化に大きく寄与する成分である。所望する光学恒数を得るためには３０．０％以上含有させる必要があるが、５０．０％を超えると耐失透性が低下し透明なガラスが得られなくなるので、Ｌａ２Ｏ３の範囲は３０．０〜５０．０％とした。Ｌａ２Ｏ３の範囲は、好ましくは３１．０〜４８．０％、より好ましくは３２．０〜４７．０％の範囲である。
［Ｇｄ２Ｏ３：１４．０〜３０．０％］
本発明において、Ｇｄ２Ｏ３は、Ｌａ２Ｏ３と同様の効果がある。この効果を得るためには１４．０％以上含有させる必要があるが、３０．０％を超えるとやはり耐失透性が低下し透明なガラスが得られなくなるので、Ｇｄ２Ｏ３の範囲は１４．０〜３０．０％とした。Ｇｄ２Ｏ３の範囲は、好ましくは１５．０〜２９．０％、より好ましくは１６．０〜２７．５％の範囲である。
本発明において、Ｇｄ２Ｏ３は、Ｌａ２Ｏ３と同様の効果がある。この効果を得るためには１４．０％以上含有させる必要があるが、３０．０％を超えるとやはり耐失透性が低下し透明なガラスが得られなくなるので、Ｇｄ２Ｏ３の範囲は１４．０〜３０．０％とした。Ｇｄ２Ｏ３の範囲は、好ましくは１５．０〜２９．０％、より好ましくは１６．０〜２７．５％の範囲である。
［ＺｒＯ２：０．５〜１０．０％］
本発明において、ＺｒＯ２は、屈折率を高める効果がある。所望する光学恒数を得るためには０．５％以上含有させる必要があるが、１０．０％を超えるとガラスが得られ難くなるので、ＺｒＯ２の範囲は０．５〜１０．０％とした。ＺｒＯ２の範囲は、好ましくは１．０〜９．０％、より好ましくは１．５〜８．０％の範囲である。
本発明において、ＺｒＯ２は、屈折率を高める効果がある。所望する光学恒数を得るためには０．５％以上含有させる必要があるが、１０．０％を超えるとガラスが得られ難くなるので、ＺｒＯ２の範囲は０．５〜１０．０％とした。ＺｒＯ２の範囲は、好ましくは１．０〜９．０％、より好ましくは１．５〜８．０％の範囲である。
［ＴｉＯ２：９．０〜１８．０％］
本発明において、ＴｉＯ２は、屈折率を高める効果がある。所望する光学恒数を得るためには９．０％以上含有させる必要があるが、１８．０％を超えて含有させると高分散化して、所望する光学恒数を得られなくなるため、ＴｉＯ２の範囲は９．０〜１８．０％とした。ＴｉＯ２の範囲は、好ましくは１０．０〜１７．０％、より好ましくは１０．５〜１６．５％の範囲である。
本発明において、ＴｉＯ２は、屈折率を高める効果がある。所望する光学恒数を得るためには９．０％以上含有させる必要があるが、１８．０％を超えて含有させると高分散化して、所望する光学恒数を得られなくなるため、ＴｉＯ２の範囲は９．０〜１８．０％とした。ＴｉＯ２の範囲は、好ましくは１０．０〜１７．０％、より好ましくは１０．５〜１６．５％の範囲である。
［Ｎｂ２Ｏ５：１．０〜１３．５％］
本発明において、Ｎｂ２Ｏ５は、光学恒数を高める効果がある。所望する光学恒数を得るためには１．０％以上含有させる必要があるが、１３．５％を超えて含有させるとガラスが得られ難くなるため、Ｎｂ２Ｏ５の範囲は１．０〜１３．５％とした。Ｎｂ２Ｏ５の範囲は、好ましくは２．０〜１２．０％、より好ましくは２．５〜１１．５％の範囲である。
本発明において、Ｎｂ２Ｏ５は、光学恒数を高める効果がある。所望する光学恒数を得るためには１．０％以上含有させる必要があるが、１３．５％を超えて含有させるとガラスが得られ難くなるため、Ｎｂ２Ｏ５の範囲は１．０〜１３．５％とした。Ｎｂ２Ｏ５の範囲は、好ましくは２．０〜１２．０％、より好ましくは２．５〜１１．５％の範囲である。
［５０．５％≦（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）≦６４．０％］
本発明では、希土類酸化物であるＬａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３の合計量が重要であり、所望する光学恒数を得るためには、（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）量を５０．５％以上とする必要がある。しかし、６４．０％を超えて多量に含有されると、耐失透性が低下し透明なガラスが得られなくなるので、（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）量を５０．５〜６４．０％に限定した。希土類酸化物合計含有量（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）は、好ましくは５２．５〜６４．０％、より好ましくは５３．０〜６４．０％の範囲である。
本発明では、希土類酸化物であるＬａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３の合計量が重要であり、所望する光学恒数を得るためには、（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）量を５０．５％以上とする必要がある。しかし、６４．０％を超えて多量に含有されると、耐失透性が低下し透明なガラスが得られなくなるので、（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）量を５０．５〜６４．０％に限定した。希土類酸化物合計含有量（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）は、好ましくは５２．５〜６４．０％、より好ましくは５３．０〜６４．０％の範囲である。
＜任意成分について＞
［ＬｉＯ２：３．０％以下］
ＬｉＯ２は、ガラス転移点（Ｔｇ）を下げる効果がある。３．０％まで含有できるが、それを超えて含有させると耐失透性が著しく低下する。好ましくは２．５％以下、より好ましくは２．０％以下である。
［ＬｉＯ２：３．０％以下］
ＬｉＯ２は、ガラス転移点（Ｔｇ）を下げる効果がある。３．０％まで含有できるが、それを超えて含有させると耐失透性が著しく低下する。好ましくは２．５％以下、より好ましくは２．０％以下である。
［ＺｎＯ：６．０％以下］
ＺｎＯは、Ｔｇを低く保ちつつも比較的高屈折率を得る成分である。６．０％まで含有させられるが、それを超えて含有させると所望する光学恒数が得られ難くなる。ＺｎＯの範囲は、好ましくは５．５％以下、より好ましくは５．０％以下の範囲である。
ＺｎＯは、Ｔｇを低く保ちつつも比較的高屈折率を得る成分である。６．０％まで含有させられるが、それを超えて含有させると所望する光学恒数が得られ難くなる。ＺｎＯの範囲は、好ましくは５．５％以下、より好ましくは５．０％以下の範囲である。
［その他の添加可能な成分］
本発明の光学ガラスには、目的を外れない限り、上記成分のほかに光学恒数の調整やガラス化領域の拡大などのためにＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３などを常法に従い含有させることが出来る。また、脱泡剤としてＳｂ２Ｏ３を１％未満含有させることも出来る。
本発明の光学ガラスには、目的を外れない限り、上記成分のほかに光学恒数の調整やガラス化領域の拡大などのためにＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３などを常法に従い含有させることが出来る。また、脱泡剤としてＳｂ２Ｏ３を１％未満含有させることも出来る。
＜屈折率の好ましい範囲について＞
図１は、本発明の光学ガラスにおける屈折率とアッベ数の適正範囲を示すグラフである。図１において、点Ａは、アッベ数（νｄ）が３２．５で屈折率（ｎｄ）が１．９３０００の位置であり、（３２．５、１．９３０００）で示す。点Ｂ、点Ｃ、点Ｄについても同様に示す。本発明で所期するアッベ数（νｄ）と屈折率（ｎｄ）の範囲は、点Ａ（３２．５、１９３００００）、点Ｂ（３１．０、１．９８０００）、点Ｃ（２８．５、１．９８０００）および点Ｄ（２９．０、１．９３０００）および点Ａ（３２．５、１．９３０００）を順次直線で結んだ領域内であり、この範囲を満たさせることにより、所望の特性を得ることができる。さらに好ましい範囲は、図１の点Ｅ（３２．０、１．９３０００）、点Ｆ（３１．０、１．９７０００）、点Ｃ（２８．５、１．９８０００）および点Ｇ（２９．３、１．９４０００）を順次直線で結んだ領域内である。
図１は、本発明の光学ガラスにおける屈折率とアッベ数の適正範囲を示すグラフである。図１において、点Ａは、アッベ数（νｄ）が３２．５で屈折率（ｎｄ）が１．９３０００の位置であり、（３２．５、１．９３０００）で示す。点Ｂ、点Ｃ、点Ｄについても同様に示す。本発明で所期するアッベ数（νｄ）と屈折率（ｎｄ）の範囲は、点Ａ（３２．５、１９３００００）、点Ｂ（３１．０、１．９８０００）、点Ｃ（２８．５、１．９８０００）および点Ｄ（２９．０、１．９３０００）および点Ａ（３２．５、１．９３０００）を順次直線で結んだ領域内であり、この範囲を満たさせることにより、所望の特性を得ることができる。さらに好ましい範囲は、図１の点Ｅ（３２．０、１．９３０００）、点Ｆ（３１．０、１．９７０００）、点Ｃ（２８．５、１．９８０００）および点Ｇ（２９．３、１．９４０００）を順次直線で結んだ領域内である。
以下に本発明について実施例を用いてさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
各成分の原料として各々の成分に相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを使用し、所定の割合で秤量し充分混合したものを調合原料とした。これを白金製坩堝に投入し、電気炉内で１２００℃〜１４００℃で熔融しながら白金製攪拌棒で適時攪拌し、清澄、均質化させてから、適当な温度に予熱した金型内に鋳込み、室温まで徐冷することにより本発明の組成範囲内の発明例１〜１８を作製した。表１に発明例１〜１８の組成と各物性値を示す。また、比較例１として特許文献２の実施例２のデータを、さらに比較例２として特許文献３の実施例３３のデータを、表１に併せて示す。
なお、作製した光学ガラスの屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）は、カルニュー光学工業社製「ＫＰＲ−２００」を用いて測定した。
表１に示したとおり、本発明の要件を満足する発明例１〜１８はいずれも、本発明で目標とする光学恒数が得られていることがわかる。なお、比較例１、２はそれぞれ（Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３）の合計量が本発明の下限に満たないため、本発明で目標とする光学恒数が満たされていない。
本発明の光学ガラスは、滴下による精密プレス成形用プリフォームの製造やモールドプレス成形による光学素子の製造に適していて、所定の光学恒数を有する光学ガラス、ひいては光学素子として好適に用いることができる。
Claims (4)
- 質量％で、
ＳｉＯ2：０．５〜９．０％、
Ｂ2Ｏ3：１０．０〜２２．０％、
Ｌａ2Ｏ3：３０．０〜５０．０％、
Ｇｄ2Ｏ3：１４．０〜３０．０％、
ＺｒＯ2：０．５〜１０．０％、
ＴｉＯ2：９．０〜１８．０％および
Ｎｂ2Ｏ5：１．０〜１３．５％
を含み、かつ
５０．５％≦（Ｌａ2Ｏ3＋Ｇｄ2Ｏ3）≦６４．０％
の範囲を満足し、
光学恒数が、図１の点Ａ（３２．５、１．９３０００）、点Ｂ（３１．０、１．９８０００）、点Ｃ（２８．５、１．９８０００）および点Ｄ（２９．０、１．９３０００）を順次直線で結んだ線分Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、Ｄ−Ａで囲まれた領域内にある
ことを特徴とする光学ガラス。 - 質量％で、さらに
ＬｉＯ2：３．０％以下および
ＺｎＯ：６．０％以下
のうちから選んだ一種または二種を含有する組成からなることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。 - 請求項１または２に記載の光学ガラスからなることを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム。
- 請求項の１〜３のいずれか１項に記載の光学ガラスを精密プレス成形して得たことを特徴とする光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010006040A JP5711464B2 (ja) | 2010-01-14 | 2010-01-14 | 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010006040A JP5711464B2 (ja) | 2010-01-14 | 2010-01-14 | 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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