JP5767179B2 - 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子 - Google Patents
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Description
θg,F=(ng−nF)/(nF−nC)・・・・・・(1)
具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
La2O3成分 10.0〜60.0%
Gd2O3成分 0〜30.0%
Y2O3成分 0〜20.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
Lu2O3成分 0〜10.0%
である(1)又は(2)記載の光学ガラス。
MgO成分 0〜10.0%
CaO成分 0〜10.0%
SrO成分 0〜20.0%
BaO成分 0〜20.0%
ZnO成分 0〜30.0%
である(1)から(11)のいずれか記載の光学ガラス。
Li2O成分 0〜20.0%
Na2O成分 0〜15.0%
K2O成分 0〜10.0%
である(1)から(15)のいずれか記載の光学ガラス。
P2O5成分 0〜20.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜15.0%
Bi2O3成分 0〜15.0%
TeO2成分 0〜20.0%
Al2O3成分 0〜20.0%
Ga2O3成分 0〜20.0%
SnO成分 0〜3.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である(1)から(17)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。本明細書中で特に断りがない場合、各成分の含有量は、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、金属弗化物等が熔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。
B2O3成分は、ガラス形成酸化物として欠かすことの出来ない必須成分である。
特に、B2O3成分を5.0%以上含有することで、ガラスの耐失透性を高め、且つ分散を小さくできる。また、これによりガラスの比重を小さくでき、且つ再加熱による失透及び着色を低減できる。従って、B2O3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14.0%、さらに好ましくは17.0%を下限とする。
一方、B2O3成分の含有量を55.0%以下にすることで、より大きな屈折率を得易くし、且つ部分分散比を低くできる。従って、B2O3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%、さらに好ましくは25.0%を上限とする。
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。
特に、この和を15.0%以上にすることで、ガラスの屈折率が高められながらも、アッベ数や部分分散比が低くなる。そのため、所望の高い屈折率を有し、且つ、部分分散比とアッベ数との間で所望の関係を有するガラスを得易くできる。従って、Ln2O3成分の質量和は、好ましくは15.0%、より好ましくは18.0%、さらに好ましくは21.0%、さらに好ましくは26.0%、さらに好ましくは29.0%を下限とする。
一方で、この和を60.0%以下にすることで、ガラスの液相温度が低くなるため、ガラスの耐失透性を高められる。従って、Ln2O3成分の質量和は、好ましくは60.0%を上限とし、より好ましくは52.0%未満、さらに好ましくは45.0%未満、さらに好ましくは40.0%未満とする。
一方で、Nb2O5成分の含有量を50.0%以下にすることで、Nb2O5成分の過剰な含有によるガラスの耐失透性の悪化を抑え、且つ、ガラスの可視光に対する透過率の低下を抑えることができる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは45.0%、さらに好ましくは40.0%、さらに好ましくは37.0%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。
一方で、ZrO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、逆に耐失透性が悪化する。従って、ZrO2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは9.0%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。
特に、La2O3成分の含有量を60.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高めて失透を低減し、且つアッベ数の上昇を抑えることができる。また、これにより再加熱による失透及び着色を低減できる。従って、La2O3成分の含有量は、好ましくは60.0%、より好ましくは50.0%、さらに好ましくは40.0を上限とする。
La2O3成分は、原料としてLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)等を用いることができる。
一方で、Y2O3成分、Gd2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分の各々の含有量を低減することで、ガラスの耐失透性を高めることができ、且つガラスのアッベ数を高まり難くできる。特に、Gd2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分の各々の含有量を低減することで、ガラスの材料コストを低減できる。
このうち、Y2O3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%を上限とする。
また、Gd2O3成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは20.0%を上限とし、さらに好ましくは14.0%未満、さらに好ましくは10.0%未満とする。
また、Yb2O3成分及びLu2O3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1.0%を上限とし、さらに好ましくは0.5%未満とする。
Y2O3成分、Gd2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分は、原料としてGd2O3、GdF3、Y2O3、YF3、Yb2O3、Lu2O3等を用いることができる。
一方で、これら成分の質量和は、安定なガラスが得られる限り限定されないが、例えば85.0%以下にすることで、ガラスの溶解性や耐失透性を高めることができる。従って、質量和(Nb2O5+ZrO2+La2O3)は、好ましくは85.0%、より好ましくは80.0%、さらに好ましくは75.0%を上限とする。
一方で、TiO2成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減でき、可視短波長(500nm以下)の光に対するガラスの内部透過率を高めることができる。また、これにより部分分散比の上昇を抑えることができる。従って、TiO2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4.0%、さらに好ましくは3.0%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。
一方で、WO3成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比の上昇を抑え、且つガラスの可視光に対する透過率を低下し難くできる。また、これにより再加熱による失透及び着色を低減できる。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%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。
特に、MgO成分やCaO成分の含有量を各々10.0%以下にすること、若しくは、SrO成分やBaO成分の含有量を各々20.0%以下にすることで、これらの成分による屈折率の低下や失透を低減でき、且つ、部分分散比の上昇を抑えることができる。
従って、MgO成分及びCaO成分の各々の含有量は、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。
また、SrO成分及びBaO成分の各々の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは6.0%を上限とする。
これらの成分は、原料としてMgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2、BaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等を用いることができる。
一方で、ZnO成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの失透を低減でき、ガラスの比重を小さくし、且つ、部分分散比の上昇を抑えることができる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは15.0%、さらに好ましくは14.0%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。
一方で、質量比(ZnO/B2O3)の上限は、ZnO成分及びB2O3成分の含有量の範囲から求められる値であってもよいが、例えば1.00、具体的には0.80、より具体的には0.70を上限としてもよい。
一方で、SiO2成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比を低くし、ガラス転移点の上昇を抑え、ガラスの比重を小さくし、且つ本発明が目的とする高屈折率を得易くできる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは20.0%とし、より好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは6.0%未満、さらに好ましくは4.0%未満、さらに好ましくは2.0%未満、さらに好ましくは0.5%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。
一方で、Li2O成分、Na2O成分及びK2O成分の各々の含有量を低減することで、ガラスの屈折率を低下し難くし、且つ、耐失透性を高められる。
従って、Li2O成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは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。
また、Na2O成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは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。
また、K2O成の含有量は、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。
Li2O成分、Na2O成分及びK2O成分は、原料としてLi2CO3、LiNO3、LiF、Na2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
一方で、P2O5成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの化学的耐久性、特に耐水性の低下を抑えることができる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%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。
特に、GeO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、高価なGeO2成分の使用量が低減されるため、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%、より好ましくは5.0%を上限とし、さらに好ましくは3.0%未満とし、さらに好ましくは1.5%を上限とする。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
一方で、Ta2O5成分の含有量を15.0%以下にすることで、希少鉱物資源であるTa2O5成分の使用量が減るとともに、ガラスがより低温で溶解し易くなるため、ガラスの材料コストや生産コストを低減できる。また、比重のより小さい光学ガラスを得易くできる。従って、Ta2O5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5.0%、さらに好ましくは1.0%を上限とする。特に、ガラスの材料コストをより低減できる観点では、Ta2O5成分を含有しないことが最も好ましい。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
一方で、Bi2O3成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの着色や部分分散比の上昇を抑え、且つ耐失透性の低下を抑えることができる。従って、Bi2O3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5.0%を上限とする。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いることができる。
一方で、TeO2成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減し、ガラスの可視光に対する透過率を高めることができる。また、これによりガラスの材料コストを低減できる。従って、TeO2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%を上限とする。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
一方で、Al2O3成分及びGa2O3成分の各々の含有量を20.0%以下にすることで、これらの過剰な含有によるガラスの耐失透性の低下を抑えられる。従って、Al2O3成分及びGa2O3成分の各々の含有量は、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%を上限とする。
Al2O3成分及びGa2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3、Ga2O3、Ga(OH)3等を用いることができる。
一方で、SnO2成分の含有量を3.0%以下にすることで、熔融ガラスの還元によるガラスの着色や、ガラスの失透を低減できる。また、SnO2成分と熔解設備(特にPt等の貴金属)の合金化が低減されるため、熔解設備の長寿命化を図れる。従って、SnO2成分の含有量は、好ましくは3.0%、より好ましくは2.0%、さらに好ましくは1.0%を上限とする。
SnO2成分は、原料としてSnO、SnO2、SnF2、SnF4等を用いることができる。
一方で、Sb2O3量が多すぎると、可視光領域の短波長領域における透過率が悪くなる。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2.0%、さらに好ましくは1.0%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。
B2O3成分 10.0〜70.0モル%及び
Nb2O5成分 0モル%超〜40.0モル%
La2O3成分 5.0〜30.0モル%
並びに
ZrO2成分 0〜20.0モル%
Gd2O3成分 0〜15.0モル%
Y2O3成分 0〜15.0モル%
Yb2O3成分 0〜5.0モル%
Lu2O3成分 0〜5.0モル%
TiO2成分 0〜35.0モル%
WO3成分 0〜15.0モル%
MgO成分 0〜30.0モル%
CaO成分 0〜20.0モル%
SrO成分 0〜30.0モル%
BaO成分 0〜30.0モル%
ZnO成分 0〜60.0モル%
SiO2成分 0〜50.0モル%
Li2O成分 0〜50.0モル%
Na2O成分 0〜35.0モル%
K2O成分 0〜20.0モル%
P2O5成分 0〜30.0モル%
GeO2成分 0〜20.0モル%
Ta2O5成分 0〜5.0モル%
Bi2O3成分 0〜5.0モル%
TeO2成分 0〜20.0モル%
Al2O3成分 0〜40.0モル%
Ga2O3成分 0〜10.0モル%
SnO2成分 0〜1.0モル%
Sb2O3成分 0〜2.0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、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1100〜1500℃の温度範囲で2〜5時間熔融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1000〜1300℃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、所定の屈折率及び分散(アッベ数)を有することが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.80、より好ましくは1.83、さらに好ましくは1.85、さらに好ましくは1.88を下限とする。一方、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)の上限は、好ましくは2.00、より好ましくは1.98、さらに好ましくは1.96であってもよい。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは40、より好ましくは38、さらに好ましくは34を上限とする。一方、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)の下限は、好ましくは20、より好ましくは23、さらに好ましくは26であってもよい。これらにより、光学設計の自由度が広がり、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。
作製された光学ガラスから、例えばリヒートプレス成形や精密プレス成形等のモールドプレス成形の手段を用いて、ガラス成形体を作製できる。すなわち、光学ガラスからモールドプレス成形用のプリフォームを作製し、このプリフォームに対してリヒートプレス成形を行った後で研磨加工を行ってガラス成形体を作製したり、例えば研磨加工を行って作製したプリフォームに対して精密プレス成形を行ってガラス成形体を作製したりできる。なお、ガラス成形体を作製する手段は、これらの手段に限定されない。
一方、本発明の比較例(No.A、No.C〜No.E)のガラスは、νd>31であり、且つ部分分散比(θg,F)が(−0.00162×νd+0.64622)を超えていた。また、本発明の比較例(No.B)のガラスは、νd≦31であり、且つ部分分散比(θg,F)が(−0.00275×νd+0.68125)を超えていた。
従って、本発明の実施例の光学ガラスは、比較例のガラスに比べ、アッベ数(νd)との関係式において部分分散比(θg,F)が小さいことが明らかになった。
Claims (21)
- 質量%で、
B2O3成分を5.0%以上40.0%以下、
Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Ybからなる群より選択される1種以上)を質量和で15.0%以上60.0%以下、
Nb2O5成分を8.0%超50.0%以下、及び
ZrO 2 成分を0%超15.0%以下含有し、
1.80以上2.00以下の屈折率(nd)を有し、20以上40以下のアッベ数(νd)を有し、
部分分散比(θg,F)がアッベ数(νd)との間で、νd≦31の範囲において(−0.00162×νd+0.63822)≦(θg,F)≦(−0.00275×νd+0.68125)の関係を満たし、νd>31の範囲において(−0.00162×νd+0.63822)≦(θg,F)≦(−0.00162×νd+0.64622)の関係を満たし、
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%で
La2O3成分 10.0〜60.0%
Gd2O3成分 0〜30.0%
Y2O3成分 0〜20.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
Lu2O3成分 0〜10.0%
である請求項1記載の光学ガラス。 - 質量比(La2O3/Ln2O3)が0.5以上である請求項1又は2記載の光学ガラス。
- 質量和(Nb2O5+ZrO2+La2O3)が30.0%以上である請求項1から3のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、TiO2成分の含有量が20.0%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。
- 質量比(TiO2/Nb2O5)が1.00以下である請求項1から5いずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、WO3成分の含有量が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。
- 質量和(TiO2+WO3)が20.0%以下である請求項1から7のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量比(TiO2+WO3)/(ZrO2+B2O3)が1.00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。
- 質量比(WO3/Nb2O5)が0.50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。
- 質量%で
MgO成分 0〜10.0%
CaO成分 0〜10.0%
SrO成分 0〜20.0%
BaO成分 0〜20.0%
ZnO成分 0〜30.0%
である請求項1から10のいずれか記載の光学ガラス。 - 質量比(ZnO/B2O3)が0.01以上である請求項1から11のいずれか記載の光学ガラス。
- RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群より選択される1種以上)の質量和が30.0%以下である請求項1から12のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で、SiO2成分の含有量が20.0%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
Li2O成分 0〜20.0%
Na2O成分 0〜15.0%
K2O成分 0〜10.0%
である請求項1から14のいずれか記載の光学ガラス。 - Rn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%以下である請求項1から15のいずれか記載の光学ガラス。
- 質量%で
P2O5成分 0〜20.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜15.0%
Bi2O3成分 0〜15.0%
TeO2成分 0〜20.0%
Al2O3成分 0〜20.0%
Ga2O3成分 0〜20.0%
SnO成分 0〜3.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である請求項1から16のいずれか記載の光学ガラス。 - 34以上のアッベ数(νd)を有する請求項1から17のいずれか記載の光学ガラス。
- 請求項1から18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1から18のいずれか記載の光学ガラスを研削及び/又は研磨してなる光学素子。
- 請求項1から18のいずれか記載の光学ガラスを精密プレス成形してなる光学素子。
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