JP5727689B2 - 光学ガラス、光学素子及び光学機器 - Google Patents
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Description
本発明は、光学ガラス、光学素子及び光学機器に関する。
近年、光学系を使用する機器のデジタル化や高精細化が急速に進んでおり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影機器をはじめ、各種光学機器に用いられるレンズ等の光学素子に対する高精度化、軽量、及び小型化の要求は、ますます強まっている。
光学素子を作製する光学ガラスの中でも特に、光学素子の軽量化及び小型化を図ることが可能な、１．６８０以上１．８２０以下の屈折率（ｎｄ）を有し、３０以上５５以下のアッベ数（νｄ）を有する高屈折率低分散ガラスの需要が非常に高まっている。このような高屈折率低分散ガラスとしては、例えば屈折率（ｎｄ）が１．７４以上１．８４以下、アッベ数（νｄ）が３３以上４０以下の範囲内にある光学ガラスとして、特許文献１に代表されるようなガラス組成物が知られている。
特開昭６１−２３２２４３号公報
こうした光学素子の製造方法としては、ガラス材料を加熱軟化して成形（リヒートプレス成形）して得られたガラス成形品を研削研磨する方法や、ゴブ又はガラスブロックを切断し研磨したプリフォーム材、若しくは公知の浮上成形等により成形されたプリフォーム材を加熱軟化して、高精度な成形面を持つ金型で加圧成形する方法（精密プレス成形）が用いられている。
しかしながら、特許文献１で開示されたガラスは、熱的安定性が低いため、ガラスを加熱したときに、加熱により軟化したガラスが結晶化することが多かった。そのため、これらのガラスを用いて、リヒートプレス成形や精密プレス成形を行って光学素子を作製しようとすると、ガラスの結晶化によって光学素子が失透したり、光学素子が乳白化したり、光学素子の光学特性に影響が及んだりしていた。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）が所望の範囲内にありながら、高い熱的安定性を有する光学ガラスと、これを用いた光学素子及び光学機器を得ることにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、Ｌａ２Ｏ３成分及びＴｉＯ２成分をガラス中に含有することにより、ガラスの高屈折率低分散化が図られること、及び、ＳｉＯ２成分及びＢ２Ｏ３成分をガラス中に含有することにより、Ｌａ２Ｏ３成分により低下するガラスの熱的安定性が高められることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
（１） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＳｉＯ２成分を２．０〜４０．０％、Ｂ２Ｏ３成分を４．０〜４２．０％、Ｌａ２Ｏ３成分を１．０〜５６．０％、及びＴｉＯ２成分を０．１〜１６．０％含有する光学ガラス。
（２） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
Ｎｂ２Ｏ５成分 ０〜１５．０％及び／又は
ＺｒＯ２成分 ０〜１５．０％
の各成分をさらに含有する（１）記載の光学ガラス。
Ｎｂ２Ｏ５成分 ０〜１５．０％及び／又は
ＺｒＯ２成分 ０〜１５．０％
の各成分をさらに含有する（１）記載の光学ガラス。
（３） 酸化物換算組成の質量比（ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）が０．５３以下である（２）記載の光学ガラス。
（４） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
ＭｇＯ成分 ０〜２５．０％及び／又は
ＣａＯ成分 ０〜５０．０％及び／又は
ＳｒＯ成分 ０〜５０．０％及び／又は
ＢａＯ成分 ０〜５０．０％
の各成分をさらに含有する（１）から（３）のいずれか記載の光学ガラス。
ＭｇＯ成分 ０〜２５．０％及び／又は
ＣａＯ成分 ０〜５０．０％及び／又は
ＳｒＯ成分 ０〜５０．０％及び／又は
ＢａＯ成分 ０〜５０．０％
の各成分をさらに含有する（１）から（３）のいずれか記載の光学ガラス。
（５） 酸化物換算組成の質量比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（ＳｉＯ２）が５．００以下である（４）記載の光学ガラス。
（６） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
ＺｎＯ成分 ０〜４０．０％及び／又は
Ｌｉ２Ｏ成分 ０〜１０．０％及び／又は
ＷＯ３成分 ０〜９．０％及び／又は
の各成分をさらに含有する（１）から（５）のいずれか記載の光学ガラス。
ＺｎＯ成分 ０〜４０．０％及び／又は
Ｌｉ２Ｏ成分 ０〜１０．０％及び／又は
ＷＯ３成分 ０〜９．０％及び／又は
の各成分をさらに含有する（１）から（５）のいずれか記載の光学ガラス。
（７） 実質的に鉛化合物及びヒ素化合物を含有しない（１）から（６）のいずれか記載の光学ガラス。
（８） 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３が２６．０％以上４８．０％以下である（１）から（７）のいずれか記載の光学ガラス。
（９） 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５が０．１％以上１６．０％以下である（２）から（８）のいずれか記載の光学ガラス。
（１０） 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が４５．０％以下である（４）から（９）のいずれか記載の光学ガラス。
（１１） 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
Ｇｄ２Ｏ３成分 ０〜１５．０％及び／又は
Ｙ２Ｏ３成分 ０〜９．０％及び／又は
Ｎａ２Ｏ成分 ０〜１５．０％及び／又は
Ｋ２Ｏ成分 ０〜１５．０％及び／又は
Ａｌ２Ｏ３成分 ０〜１０．０％及び／又は
Ｔａ２Ｏ５成分 ０〜１０．０％及び／又は
Ｓｂ２Ｏ３成分 ０〜１．０％
の各成分をさらに含有する（１）から（１０）のいずれか記載の光学ガラス。
Ｇｄ２Ｏ３成分 ０〜１５．０％及び／又は
Ｙ２Ｏ３成分 ０〜９．０％及び／又は
Ｎａ２Ｏ成分 ０〜１５．０％及び／又は
Ｋ２Ｏ成分 ０〜１５．０％及び／又は
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Ｔａ２Ｏ５成分 ０〜１０．０％及び／又は
Ｓｂ２Ｏ３成分 ０〜１．０％
の各成分をさらに含有する（１）から（１０）のいずれか記載の光学ガラス。
（１２） １．６８０以上１．８２０以下の屈折率（ｎｄ）を有し、３０以上５５以下のアッベ数（νｄ）を有する（１）から（１１）のいずれか記載の光学ガラス。
（１３） （１）から（１２）のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
（１４） （１）から（１２）のいずれか記載の光学ガラスをリヒートプレス成形して作製する光学素子。
（１５） （１）から（１２）のいずれか記載の光学ガラスからなるプリフォームを精密プレス成形して作製する光学素子。
（１６） （１）から（１２）のいずれか記載の光学ガラスで作製された光学素子を備える光学機器。
本発明によれば、Ｌａ２Ｏ３成分及びＴｉＯ２成分をガラス中に含有することにより、ガラスの高屈折率低分散化が図られる。また、ＳｉＯ２成分及びＢ２Ｏ３成分をガラス中に含有することにより、Ｌａ２Ｏ３成分により低下するガラスの熱的安定性が高められる。このため、ＳｉＯ２成分、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分、及びＴｉＯ２成分を併用し、ＳｉＯ２成分、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分、及びＴｉＯ２成分の含有率を上記範囲内に抑えることによって、屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）が所望の範囲内にありながら、高い熱的安定性及び低比重を有しており、かつ、リヒートプレス成形や精密プレス成形を行うために加熱軟化しても、ガラスに乳白化及び失透が生じにくい光学ガラスと、これを用いた光学素子及び光学機器を得ることができる。
本発明の光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％でＳｉＯ２成分を２．０〜４０．０％、Ｂ２Ｏ３成分を４．０〜４２．０％、Ｌａ２Ｏ３成分を１．０〜５６．０％、及びＴｉＯ２成分を０．１〜１６．０％含有する。Ｌａ２Ｏ３成分及びＴｉＯ２成分を上記範囲内でガラス中に含有することにより、ガラスの屈折率が高まり、ガラスの分散が小さくなる。また、ＳｉＯ２成分及びＢ２Ｏ３成分を上記範囲内でガラス中に含有することにより、ガラスのガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴが大きくなり、Ｌａ２Ｏ３成分により低下するガラスの熱的安定性及び耐失透性が高められる。このため、ＳｉＯ２成分、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分及びＴｉＯ２成分を併用し、ＳｉＯ２成分、Ｂ２Ｏ３成分、Ｌａ２Ｏ３成分、及びＴｉＯ２成分の含有率を上記範囲内に抑えることによって、１．６８０以上１．８２０以下の屈折率（ｎｄ）及び３０以上５５以下のアッベ数（νｄ）を有しながら、高い熱的安定性及び低比重を有しており、かつ、リヒートプレス成形や精密プレス成形を行うために加熱軟化しても、ガラスに乳白化及び失透が生じにくい光学ガラスを得ることができる。
以下、本発明の光学ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
［ガラス成分］
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、各成分の含有率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すべ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。
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、各成分の含有率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すべ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。
＜必須成分、任意成分について＞
ＳｉＯ２成分は、ガラスの耐失透性を高め、ガラスの形成を容易にする成分である。特に、ＳｉＯ２成分の含有率を２．０％以上にすることで、ガラスを成形する際にガラス融液が適度な粘度を有することができる。一方、ＳｉＯ２成分の含有率を４０．０％以下にすることで、ガラスの溶融性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｉＯ２成分の含有率は、好ましくは２．０％、より好ましくは２．５％、最も好ましくは３．０％を下限とし、好ましくは４０．０％、より好ましくは３７．０％、最も好ましくは３５．０％を上限とする。ＳｉＯ２成分は、原料として例えばＳｉＯ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
ＳｉＯ２成分は、ガラスの耐失透性を高め、ガラスの形成を容易にする成分である。特に、ＳｉＯ２成分の含有率を２．０％以上にすることで、ガラスを成形する際にガラス融液が適度な粘度を有することができる。一方、ＳｉＯ２成分の含有率を４０．０％以下にすることで、ガラスの溶融性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｉＯ２成分の含有率は、好ましくは２．０％、より好ましくは２．５％、最も好ましくは３．０％を下限とし、好ましくは４０．０％、より好ましくは３７．０％、最も好ましくは３５．０％を上限とする。ＳｉＯ２成分は、原料として例えばＳｉＯ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｂ２Ｏ３成分は、ガラス化を促進するとともに、ガラスの耐失透性を高める成分である。特に、Ｂ２Ｏ３成分の含有率を４．０％以上にすることで、所望のガラスの耐失透性と比重を得易くすることができる。一方、Ｂ２Ｏ３成分の含有率を４２．０％以下にすることで、所望のガラスの屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＢ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは４．０％、より好ましくは４．３％、最も好ましくは４．５％を下限とし、好ましくは４２．０％、より好ましくは４０．０％、最も好ましくは３５．０％を上限とする。Ｂ２Ｏ３成分は、原料として例えばＨ３ＢＯ３、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ、ＢＰＯ４等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスでは、ＳｉＯ２成分とＢ２Ｏ３成分との含有率の質量和が、２６．０％以上４８．０％以下であることが好ましい。この質量和を２６．０％以上にすることで、ガラス化を容易にすることができる。また、この質量和を４８．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｉＯ２成分とＢ２Ｏ３成分との含有率の質量和は、好ましくは２６．０％、より好ましくは２７．０％、最も好ましくは２８．０％を下限とし、好ましくは４８．０％、より好ましくは４５．０％、最も好ましくは４２．０％を上限とする。
Ｌａ２Ｏ３成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの分散を小さくしてガラスのアッベ数を大きくする成分である。特に、Ｌａ２Ｏ３成分の含有率を１．０％以上にすることで、所望の高屈折率及び低分散性を得易くすることができる。一方、Ｌａ２Ｏ３成分の含有率を５６．０％以下にすることで、ガラスの比重が過大になり難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬａ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは１．０％、より好ましくは３．０％、最も好ましくは５．０％を下限とし、好ましくは５６．０％、より好ましくは５３．０％、最も好ましくは５０．０％を上限とする。Ｌａ２Ｏ３成分は、原料として例えばＬａ２Ｏ３、Ｌａ（ＮＯ３）３・ＸＨ２Ｏ（Ｘは任意の整数）等を用いてガラス内に含有することができる。
ＴｉＯ２成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの分散を低減して、ガラスの比重を小さくする成分である。特に、ＴｉＯ２成分の含有率を０．１％以上にすることで、所望の屈折率及び比重を得易くすることができる。一方、ＴｉＯ２成分の含有率を１６．０％以下にすることで、耐失透性を高め、ガラスの着色を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＴｉＯ２成分の含有率は、好ましくは０．１％、より好ましくは０．４％、最も好ましくは０．７％を下限とし、好ましくは１６．０％、より好ましくは１３．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。ＴｉＯ２成分は、原料として例えばＴｉＯ２等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｎｂ２Ｏ５成分は、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスを失透し難くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｎｂ２Ｏ５成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラスの溶融性を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＮｂ２Ｏ５成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。Ｎｂ２Ｏ５成分は、原料として例えばＮｂ２Ｏ５等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスでは、ＴｉＯ２成分とＮｂ２Ｏ５成分との含有率の質量和が、０．１％以上１６．０％以下であることが好ましい。この質量和を０．１％以上にすることで、ガラスの高屈折率及び低分散性を実現し易くすることができる。また、この質量和を１６．０％以下にすることで、ガラスの耐失透性を実現し易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＴｉＯ２成分とＮｂ２Ｏ５成分との含有率の質量和は、好ましくは０．１％、より好ましくは０．４％、最も好ましくは０．７％を下限とし、好ましくは１６．０％、より好ましくは１３．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。
ＺｒＯ２成分は、ガラスの屈折率を高め、化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＺｒＯ２成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラス製造時の溶融性を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＺｒＯ２成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。ＺｒＯ２成分は、原料として例えばＺｒＯ２、ＺｒＦ４等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスでは、質量和（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）に対する質量和（ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＺｒＯ２）の質量比が、０．５３以下であることが好ましい。この質量比を０．５３以下にすることで、ガラスのガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴが大きくなり、ガラスを加熱軟化した場合に失透及び脈理が低減されると考えられるため、ガラスのプレス成形性をより良好にすることができる。従って、酸化物換算組成の、質量和（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）に対する質量和（ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＺｒＯ２）の質量比は、好ましくは０．５３、より好ましくは０．５０、最も好ましくは０．４７を上限とする。
ＭｇＯ成分は、ガラスの屈折率及び分散を調整し、ガラスの比重を小さくする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＭｇＯ成分の含有率を２５．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くし、ガラスの失透の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＭｇＯ成分の含有率は、好ましくは２５．０％、より好ましくは２２．０％、最も好ましくは２０．０％を上限とする。ＭｇＯ成分は、原料として例えばＭｇＣＯ３、ＭｇＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＣａＯ成分は、ガラスの屈折率及び分散を調整し、ガラスの比重を小さくする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＣａＯ成分の含有率を５０．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くし、ガラスの失透を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＣａＯ成分の含有率は、好ましくは５０．０％、より好ましくは４７．０％、最も好ましくは４５．０％を上限とする。ＣａＯ成分は、原料として例えばＣａＣＯ３、ＣａＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＳｒＯ成分は、ガラスの屈折率及び分散を調整し、ガラスの失透性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＳｒＯ成分の含有率を５０．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｒＯ成分の含有率は、好ましくは５０．０％、より好ましくは４７．０％、最も好ましくは４５．０％を上限とする。ＳｒＯ成分は、原料として例えばＳｒ（ＮＯ３）２、ＳｒＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
ＢａＯ成分は、ガラスの屈折率及び分散を調整し、ガラスの失透性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＢａＯ成分の含有率を５０．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＢａＯ成分の含有率は、好ましくは５０．０％、より好ましくは４７．０％、最も好ましくは４５．０％を上限とする。ＢａＯ成分は、原料として例えばＢａＣＯ３、Ｂａ（ＮＯ３）２、ＢａＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
本発明の光学ガラスでは、ＲＯ成分（式中、ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａからなる群より選択される１種以上）の含有率の質量和が、４５．０％以下であることが好ましい。この質量和を４５．０％以下にすることで、所望の屈折率を得易くすることができる。従って、ＲＯ成分の含有率の質量和は、好ましくは４５．０％、より好ましくは４４．８％、最も好ましくは４４．６％を上限とする。
また、本発明の光学ガラスでは、ＳｉＯ２成分の含有率に対する、ＲＯ成分の含有率の質量和の質量比が、３．００以下であることが好ましい。この質量比を５．００以下にすることで、ガラスの安定性を維持しながら、低比重を実現することができる。従って、酸化物換算組成における、ＳｉＯ２成分の含有率に対するＲＯ成分の含有率の質量和の質量比は、好ましくは５．００、より好ましくは４．２０、最も好ましくは３．００を上限とする。
ＺｎＯ成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの溶融性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＺｎＯ成分の含有率を４０．０％以下にすることで、ガラスの高い化学的耐久性を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＺｎＯ成分の含有率は、好ましくは４０．０％、より好ましくは３６．０％、最も好ましくは１５．０％を上限とする。ＺｎＯ成分は、原料として例えばＺｎＯ、ＺｎＦ２等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｌｉ２Ｏ成分は、ガラスの屈折率の低下を抑制しつつ、ガラスの溶融性を改善し、ガラスの比重を小さくする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｌｉ２Ｏ成分の含有率を２．０％以下にすることで、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＬｉ２Ｏ成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、最も好ましくは２．０％を上限とする。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することができる。
ＷＯ３成分は、ガラスの屈折率及び分散を調整し、ガラスの耐失透性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ＷＯ３成分の含有率を９．０％以下にすることで、ガラスの着色を低減し、特に可視−短波長領域（５００ｎｍ未満）における透過率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＷＯ３成分の含有率は、好ましくは９．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。ＷＯ３成分は、原料として例えばＷＯ３等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｇｄ２Ｏ３成分は、ガラスの屈折率及び分散を調整し、ガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｇｄ２Ｏ３成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラスの比重が大きくなることを抑制することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＧｄ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。Ｇｄ２Ｏ３成分は、原料として例えばＧｄ２Ｏ３、ＧｄＦ３等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｙ２Ｏ３成分は、ガラスの屈折率及び分散を調整し、ガラスの耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｙ２Ｏ３成分の含有率を９．０％以下にすることで、ガラスの比重が大きくなることを抑制することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＹ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは９．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。Ｙ２Ｏ３成分は、原料として例えばＹ２Ｏ３、ＹＦ３等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｎａ２Ｏ成分は、ガラスの溶融性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｎａ２Ｏ成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＮａ２Ｏ成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。Ｎａ２Ｏ成分は、原料として例えばＮａ２ＣＯ３、ＮａＮＯ３、ＮａＦ、Ｎａ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｋ２Ｏ成分は、ガラスの溶融性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｋ２Ｏ成分の含有率を１５．０％以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＫ２Ｏ成分の含有率は、好ましくは１５．０％、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１０．０％を上限とする。Ｋ２Ｏ成分は、原料として例えばＫ２ＣＯ３、ＫＮＯ３、ＫＦ、ＫＨＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６等を用いてガラス内に含有することができる。
Ａｌ２Ｏ３成分は、光学ガラスの溶融性を高め、化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ａｌ２Ｏ３成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスを失透し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＡｌ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。Ａｌ２Ｏ３成分は、原料として例えばＡｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３、ＡｌＦ３等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｔａ２Ｏ５成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスを安定化する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｔａ２Ｏ５成分の含有率を１０．０％以下にすることで、ガラスの比重が大きくなることを抑制することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＴａ２Ｏ５成分の含有率は、好ましくは１０．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは５．０％を上限とする。Ｔａ２Ｏ５成分は、原料として例えばＴａ２Ｏ５等を用いてガラス内に含有することができる。
Ｓｂ２Ｏ３成分は、溶融ガラスを脱泡する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ｓｂ２Ｏ３成分の含有率を１．０％以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡を生じ難くすることができ、Ｓｂ２Ｏ３成分が溶解設備（特にＰｔ等の貴金属）と合金化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するＳｂ２Ｏ３成分の含有率は、好ましくは１．０％、より好ましくは０．８％、最も好ましくは０．６％を上限とする。Ｓｂ２Ｏ３成分は、原料として例えばＳｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｎａ２Ｈ２Ｓｂ２Ｏ７・５Ｈ２Ｏ等を用いてガラス内に含有することができる。
＜含有すべきでない成分について＞
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。
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。
他の成分を本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することができる。ただし、Ｔｉを除く、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＭｏ等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。
また、ＰｂＯ等の鉛化合物及びＡｓ２Ｏ３等の砒素化合物は、環境負荷が高い成分であるため、実質的に含有しないこと、すなわち、不可避な混入を除いて一切含有しないことが望ましい。これにより、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、この光学ガラスを製造し、加工し、及び廃棄することができる。
さらに、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ、及びＳｅの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。したがって、環境上の影響を重視する場合には、これらを実質的に含有しないことが好ましい。
本発明のガラス組成物は、その組成が酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量％で表されているため直接的にモル％の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各成分のモル％表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
ＳｉＯ２成分 ３．０〜６０．０ｍｏｌ％及び
Ｂ２Ｏ３成分 ５．０〜６０．０ｍｏｌ％及び
Ｌａ２Ｏ３成分 ０．３〜２０．０ｍｏｌ％及び
ＴｉＯ２成分 ０．１〜１５．０ｍｏｌ％、
並びに
Ｎｂ２Ｏ５成分 ０〜３０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＺｒＯ２成分 ０〜３０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＭｇＯ成分 ０〜４０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＣａＯ成分 ０〜５０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＳｒＯ成分 ０〜５０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＢａＯ成分 ０〜５０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＺｎＯ成分 ０〜４０．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｌｉ２Ｏ成分 ０〜４０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＷＯ３成分 ０〜５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｇｄ２Ｏ３成分 ０〜５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｙ２Ｏ３成分 ０〜６．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｎａ２Ｏ成分 ０〜２５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｋ２Ｏ成分 ０〜１５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ａｌ２Ｏ３成分 ０〜１０．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｔａ２Ｏ５成分 ０〜３．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｓｂ２Ｏ３成分 ０〜０．５ｍｏｌ％
ＳｉＯ２成分 ３．０〜６０．０ｍｏｌ％及び
Ｂ２Ｏ３成分 ５．０〜６０．０ｍｏｌ％及び
Ｌａ２Ｏ３成分 ０．３〜２０．０ｍｏｌ％及び
ＴｉＯ２成分 ０．１〜１５．０ｍｏｌ％、
並びに
Ｎｂ２Ｏ５成分 ０〜３０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＺｒＯ２成分 ０〜３０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＭｇＯ成分 ０〜４０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＣａＯ成分 ０〜５０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＳｒＯ成分 ０〜５０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＢａＯ成分 ０〜５０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＺｎＯ成分 ０〜４０．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｌｉ２Ｏ成分 ０〜４０．０ｍｏｌ％及び／又は
ＷＯ３成分 ０〜５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｇｄ２Ｏ３成分 ０〜５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｙ２Ｏ３成分 ０〜６．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｎａ２Ｏ成分 ０〜２５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｋ２Ｏ成分 ０〜１５．０ｍｏｌ％及び／又は
Ａｌ２Ｏ３成分 ０〜１０．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｔａ２Ｏ５成分 ０〜３．０ｍｏｌ％及び／又は
Ｓｂ２Ｏ３成分 ０〜０．５ｍｏｌ％
［製造方法］
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率の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて１３００〜１４００℃の温度範囲で１〜１０時間溶融し、攪拌均質化した後、適当な温度に下げてから金型に鋳込んだりプレスしたりして成形し、徐冷することにより作製される。
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率の範囲内になるように均一に混合し、作製した混合物を石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて１３００〜１４００℃の温度範囲で１〜１０時間溶融し、攪拌均質化した後、適当な温度に下げてから金型に鋳込んだりプレスしたりして成形し、徐冷することにより作製される。
［物性］
本発明の光学ガラスは、高い屈折率（ｎｄ）を有するとともに、低い分散性（高いアッベ数νｄ）を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は、好ましくは１．６８０、より好ましくは１．６８５、最も好ましくは１．６９０を下限とし、好ましくは１．８２０、より好ましくは１．８１０、最も好ましくは１．８００を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数（νｄ）は、好ましくは３０、より好ましくは３２、最も好ましくは３５を下限とし、好ましくは５５、より好ましくは５２、最も好ましくは５０を上限とする。これらにより、光学設計の自由度が広がり、更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。
本発明の光学ガラスは、高い屈折率（ｎｄ）を有するとともに、低い分散性（高いアッベ数νｄ）を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は、好ましくは１．６８０、より好ましくは１．６８５、最も好ましくは１．６９０を下限とし、好ましくは１．８２０、より好ましくは１．８１０、最も好ましくは１．８００を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数（νｄ）は、好ましくは３０、より好ましくは３２、最も好ましくは３５を下限とし、好ましくは５５、より好ましくは５２、最も好ましくは５０を上限とする。これらにより、光学設計の自由度が広がり、更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は、できるだけ高い熱的安定性を有する必要がある。特に、ガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴは、好ましくは１００℃、より好ましくは１３０℃、最も好ましくは１５０℃を下限とする。これにより、ガラス内部における結晶核の発生及び結晶の成長が抑制されるため、ガラスの熱的安定性が高まる。そのため、本発明の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム等のプリフォーム材を加熱軟化して光学素子を作製する際、又は、本発明の光学ガラスをリヒートプレス成形して光学素子を作製する際に、ガラスの結晶化による乳白化及び失透をはじめとした、光学素子の光学特性への影響を低減することができる。
また、本発明の光学ガラスは、できるだけ低い比重を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの比重ｄは、好ましくは４．４０、より好ましくは４．３８、最も好ましくは４．３５を上限とする。これにより、光学ガラスを用いて作製した光学素子が軽量になるため、光学素子を用いた光学系の軽量化を図ることができる。ここで、比重は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０５−１９７５「光学ガラスの比重の測定方法」により測定することができる。
［プリフォーム及び光学素子］
このように、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リヒートプレス成形や精密プレス成形等の手段を用いて、レンズやプリズム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光学機器に用いたときに、高精細で高精度な結像特性及び投影特性を実現しつつ、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。
このように、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リヒートプレス成形や精密プレス成形等の手段を用いて、レンズやプリズム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光学機器に用いたときに、高精細で高精度な結像特性及び投影特性を実現しつつ、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。
本発明の実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３０）及び比較例（Ｎｏ．１）の組成、及び、これらのガラスの屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、ガラス転移点（Ｔｇ）、結晶化開始温度（Ｔｘ）、ガラス転移点及び結晶化開始温度の差（ΔＴ）、及び、比重ｄの結果を表１に示す。このうち、実施例（Ｎｏ．７〜１２、１５〜２４及び２７）は、本発明の参考例である。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
本発明の実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３０）の光学ガラス及び比較例（Ｎｏ．１）のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表１に示した各実施例及び比較例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、これらを白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で１３００〜１４００℃で１〜１０時間溶解し、攪拌均質化してから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。
ここで、実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３０）の光学ガラス及び比較例（Ｎｏ．１）のガラスの屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は、徐冷降温速度を−２５℃／ｈにして得られたガラスについて測定を行うことで求めた。
また、実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３０）の光学ガラス及び比較例（Ｎｏ．１）のガラスのガラス転移点（Ｔｇ）及び結晶化開始温度（Ｔｘ）は、示差熱測定装置（ネッチゲレテバウ社製 ＳＴＡ ４０９ ＣＤ）を用いた測定を行うことで求めた。ここで、測定を行う際のサンプル粒度は４２５〜６００μｍとし、昇温速度は１０℃／ｍｉｎとした。また、ΔＴは、上記により求められたガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差から求めた。
また、実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３０）の光学ガラス及び比較例（Ｎｏ．１）のガラスの比重ｄは、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０５−１９７５「光学ガラスの比重の測定方法」に基づいて測定した。
表１に表されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴが１００℃以上、より詳細には１５０℃以上であった。このため、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高い熱的安定性を有す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、いずれも比重ｄが４．４０以下、より詳細には４．３５以下であった。一方で、比較例の光学ガラスは比重ｄが４．４５であった。このため、本発明のガラスは、比較例のガラスに比べて低比重であることが明らかとなった。
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率（ｎｄ）が１．６８０以上、より詳細には１．６９０以上であるとともに、この屈折率（ｎｄ）は１．８２０以下、より詳細には１．８００以下であり、高い屈折率を有す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３０以上、より詳細には３５以上であるとともに、このアッベ数（νｄ）は５５以下、より詳細には５０以下であり、低い分散性を有することが明らかになった。
従って、本発明の実施例の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）が所望の範囲内にありながら、高い熱的安定性及び低い比重を有することが明らかになった。
さらに、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、リヒートプレス成形を行った後で研削及び研磨を行い、レンズ及びプリズムの形状に加工した。また、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、精密プレス成形用プリフォームを形成し、精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形加工した。いずれの場合も、加熱軟化後のガラスには乳白化及び失透等の問題は生じず、安定に様々なレンズ及びプリズムの形状に加工することができた。
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。
Claims (5)
- 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量％で
ＳｉＯ２成分を３．５８〜１６．２７％、
Ｂ２Ｏ３成分を１３．２０〜３３．１２％、
Ｌａ２Ｏ３成分を１９．２５〜５６．０％、
ＴｉＯ２成分を０．９１〜３．５８％及び
ＺｒＯ２成分を１．８９〜１５．０％、
含有し、
Ｎｂ２Ｏ５成分 ０〜１５．０％、
ＭｇＯ成分 ０〜２５．０％、
ＣａＯ成分 ０〜５．００％、
ＳｒＯ成分 ０〜４５．０％、
ＢａＯ成分 ０〜４５．０％、
ＺｎＯ成分 ０〜４０．０％、
ＷＯ３成分 ０〜９．０％、
Ｇｄ２Ｏ３成分 ０〜１０．０％（但し、Ｇｄ２Ｏ３成分を５．０％以上含有するものを除く）、
Ｙ２Ｏ３成分 ０〜９．０％、
Ｎａ２Ｏ成分 ０〜１５．０％、
Ｋ２Ｏ成分 ０〜１５．０％、
Ａｌ２Ｏ３成分 ０〜１０．０％、
Ｔａ２Ｏ５成分 ０〜１０．０％、
Ｓｂ２Ｏ３成分 ０〜１．０％、
であり（但し、ＳｎＯ２成分の含有量が０．０５％以上のものを除く）、
Ｌｉ２Ｏ成分を含有せず、
質量比（ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）が０．５３以下であり、
質量比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（ＳｉＯ２）が５．００以下であり、
質量和ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３が２６．０％以上３７．０３％以下であり、
質量和ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５が１．０４％以上１６．０％以下であり、
質量和（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が４５．０％以下であり、
実質的に鉛化合物及びヒ素化合物を含有せず、
１．６８０以上１．８２０以下の屈折率（ｎｄ）を有し、３０以上５５以下のアッベ数（νｄ）を有し、ガラス転移点（Ｔｇ）と結晶化開始温度（Ｔｘ）との差ΔＴが１００℃以上である光学ガラス。 - 請求項１記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
- 請求項１記載の光学ガラスをリヒートプレス成形して作製する光学素子。
- 請求項１記載の光学ガラスからなるプリフォームを精密プレス成形して作製する光学素子。
- 請求項１記載の光学ガラスで作製された光学素子を備える光学機器。
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