JP5818995B2 - 光学ガラス及び光学素子 - Google Patents

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Description

本発明は、屈折率が1.74〜1.80、アッベ数が47〜51である光学ガラス、及び当光学ガラスを用いた光学素子に関する。
ここ数年来、光学システムを備える機器の集積化や機能の急激な増加に従い、より正確で、より軽量で、より小型な光学システムが要求されている。屈折率が1.74〜1.80、アッベ数が47〜51という要求を満足するため、光学ガラスはよくB2O3-La2Oシリーズを採用している。日本の特許出願公開2006-117506号公報には、屈折率が1.74〜1.80で、アッベ数が47〜51である光学ガラスが開示されている。しかし、当光学ガラスの構成において、Gd2O3の含有量（重量のパーセント含有量、以下同じ）は25〜35%に達し、Gd2O3がレアアース酸化物に属し、価格が高いため、当光学ガラスのコストがとても高いのが現状である。
本発明は、Gd2O3を含まない、かつ屈折率が1.74〜1.80、アッベ数が47〜51である低コストの光学ガラス及び光学素子を提供することを課題としている。
本発明の光学ガラスは、成分の構成として、重量パーセントで、SiO2の含有量は2.7%よりも多く10%未満であり、B2O3は20〜31%、La2O3は38〜49%、Y2O3の含有量は12%よりも多く20%未満であり、ZnOの含有量は1%よりも多く4%未満であり、Nb2O5の含有量は0.5%よりも多く3%未満であり、ZnOの含有量はNb2O5の含有量よりも多く、Ta2O5は0〜5%、ROは0〜5%であり、前記ROはCaO、SrO及びMgOの中の１種または多種であり、ZrO2の含有量は6.7%よりも多く15%未満であることを特徴とする。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、SiO2は3〜9%であることを特徴としてもよい。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、SiO2は3〜6%であることを特徴としてもよい。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、La2O3は40〜49%であることを特徴としてもよい。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、La2O3は43〜47%であることを特徴としてもよい。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、Y2O3の含有量は12%よりも多く17%未満であることを特徴としてもよい。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、Y2O3の含有量は12%よりも多く15%未満であることを特徴としてもよい。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、ZrO2の含有量は6.7%よりも多く12%未満であることを特徴としてもよい。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、ZrO2の含有量は6.7%よりも多く10%未満であることを特徴としてもよい。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、ZnOの含有量は1%よりも多く2%未満であることを特徴としてもよい。
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、Nb2O5の含有量は0.5%よりも多く2.5%未満であることを特徴としてもよい。
また、本発明の光学素子は、上述の光学ガラスを用いたことを特徴とする。
本発明の有利な効果は下記の通りである。かかる発明はホウ酸ランタンガラスとして、ガラス構成にGd2O3を含めず、La2O3、B2O3及びY2O3の含有量を調整することによって、安定なガラスを得ることができる。Y2O3を適量に導入することにより、ガラスの透過率を改善させ、ガラスの密度を低下させ、析晶上限温度を有効に低下させ、ガラスが形成しやすくなる。ZnOを導入することにより、ガラスの化学的安定性を高め、更に結晶化を抑えることができる。少量のNb2O5を導入することにより、ガラスのアッベ数を調整することができる。ZnO、Nb2O5の含有量を調整することで、前述の光学常数と化学的安定性が良好な光学ガラスを得ることができる。本発明にかかる光学ガラスではGd2O3を含まないので、コストが低下する。実験結果によると、本発明のガラスの屈折率範囲は1.74〜1.80、アッベ数範囲は47〜51、透過率は370nm以下、透過率が良く、耐酸、耐水性能が1級に達することができ、光学システムと光学機器のイメージングを満足するものである。
次に本発明の実施例について詳細に説明する。もちろん、下記で説明する実施例は本発明の一部であり、全部の実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、当該技術分野の通常の技術者が創造的労働をしない前提で獲得したその他の実施例は、すべて本発明の保護範囲に属する。
本発明の光学ガラスに含まれるSiO2成分は、ガラス材料の機械強度を向上させ、かつガラス材料を良好な耐磨耗性と耐化学性を有するようにさせることができる。SiO2の含有量が低すぎれば、ガラスの安定性が弱く、及びガラスが析晶しやすくなる。SiO2含有量が高すぎれば、ガラスの溶融性は悪くなる。そのため、SiO2の含有量は2.7%よりも多く10%未満、好ましくは3〜9%、さらに好ましくは3〜6%に限定する。
ガラスのネットワーク構造を形成する有効な酸化物として、B2O3は当ガラスの熔融性能を改善し、かつその熔解温度と粘性流の温度を低下する有効な成分でもあると同時に、本発明に述べるガラスの低分散光学ガラスを調製する必須成分である。そして、La2O3の溶融に役立つ。B2O3含有量が多すぎれば、求める高屈折率を満足させない。含有量が少なすぎれば、ガラスが安定しない。そのため、B2O3の含有量は20〜31%に限定する。
La2O3は高屈折率低分散光学ガラスを調製する重要な成分で、その含有量の範囲は38〜49%である。その含有量が38%未満になる時、屈折率と低分散比が低くなり、49%よりも多い時、耐失透性が低くなり、安定的にガラスを調製できない。そのため、好ましくは40〜49%、さらに好ましくは43〜47%に限定する。
本発明において、Y203はアッベ数が減少する状態で高屈折能力を有する重要な成分で、適量にY203を使用すると、ガラスの透過率を向上させ、かつガラスの密度を低下させることができる。そのため、Y203の含有量の範囲は12%よりも多く20%未満、好ましくは12%よりも多く17％以下、さらに好ましくは12%よりも多く15%未満に限定する。
かかる発明は、ホウ酸ランタンガラスとして、ガラス構成にGd2O3を含めず、La2O3、B2O3及びY2O3の含有量を調整することによって、安定なガラスを得ることができる。
ZrO2を利用すると要求される屈折率を得ることができる。適量のZrO2は、ガラスの耐失透性を改善し、有効的にガラスの高温粘度を低下させ、化学的安定性を高めることができる。そのため、ZrO2の含有量は少なくとも6.7%で、そうでなければその効果がよくない。その含有量は15%未満にコントロールしなければならない。そうでなければガラスが結晶化しやすくなる。好ましくは6.7%よりも多く12%未満、さらに好ましくは6.7%よりも多く10%未満に限定する。
ZnOは、高屈折率低分散光学ガラスの必要な成分で、ガラスの耐失透性を改善しその粘性流の温度を下げることができ、またガラスの化学的安定性を高め、結晶化を抑えることができる。その含有量は1%よりも多くなければならない。そうでなければガラスの溶融性が悪くなり、かつ化学的安定性は悪化する。また、その含有量は4%未満にコントロールしなければならない。そうでなければ本発明に求める最終製品の低分散光学ガラスを調製することができない。そのため、その好ましい含有量は1%よりも多く2%未満に限定する。
Nb2O5は高屈折率ガラスを調製する有効な成分で、本発明にかかるガラスのアッベ数を調整するために少量に導入している。そして、Nb2O5は結晶化を抑えることもできる。その使用量は0.5%よりも多く3%未満に限定し、好ましくは0.5%よりも多く2.5%に限定する。
前述のZnOの含有量＞Nb2O5の含有量とする。
Ta2O5はNb2O5と同じに高屈折率ガラスを調製する成分で、本発明に適量に導入することができるが、その価格が高いため、その使用量は0〜5%に限定し、好ましくは使用しない。
本発明に、少量のROを使用することができる。前述のROはCaO、SrOとMgOの中の１種または多種で、ガラスの熔融性能を向上するができ、その使用量は0〜5%に限定する。
本発明により、Gd2O3、を含めず、ZnO、Nb2O5の含有量を調整し、ZnOの含有量がNb2O5の含有量を超え、1.74〜1.80の屈折率範囲と47〜51のアッベ数範囲の光学常数、耐酸、耐水などの化学的安定性が1級に達することができるガラスを得ることができる。
本発明の通り、以下のプロセスによって光学ガラスを調製する。
上述の各成分の酸化物、水酸化物、炭酸塩あるいは硝酸塩を原料にして、十分に混合した後プラチナ製るつぼの内に入れて、1200〜1400℃好ましくは1280〜1350℃の条件で溶融し、透明化し、均質化した後、溶融ガラスが得られる。以上の溶融ガラスを1100℃以下に下がった後、予熱した金属型の内に流し込み、650〜750℃の条件で、金属型の内の溶融ガラスをプレス成形させ、そのプレス成形されたガラスをアニールして、光学ガラスを作製する。
以下の方法の通り光学ガラスの性能をテストする。
屈折率（nd）は（-2℃/h）-（-6℃/h）のアニールした値、屈折率とアッベ数は『GB/T 7962.1-1987』が提供した無色光学ガラスの屈折率と分散比のテスト方法によってその屈折率とアッベ数をテストする。密度は『GB/T 7962.20-1987無色光学ガラスのテスト方法 密度テスト方法』によってテストする。
ガラスの厚さが10mm±0.1 mmであるサンプルを作製した後、透過率が70%になる時の波長λ70をテストする。
GB/T 17129のテスト方法によって計算し、ガラスの耐酸性と耐水性が分かる。
その他、気温傾度ストーブ方法によってガラスの析晶性能を測定し、サイズが180*10*10mmのガラスのサンプルを製造し、側面を研磨し、気温傾度を持つストーブに4時間保温した後に取り出す。顕微鏡でガラスの析晶状況を観察し、ガラスの結晶が出る最高温度がガラスの析晶上限温度である。
テストによって、本発明の光学ガラスは以下の性能を持っている。
屈折率は1.74〜1.80、アッベ数は47〜51、密度は4.24g/cm3以下、透過率が80%になる時の波長λ80は370nm以下、析晶上限温度は1100℃以下、化学的安定性の耐酸性と耐水性が1級に達する。
本発明が提供する光学ガラスが高い屈折率、優れた透過率及び良好な化学的安定性を有すると同時に、低密度性能も有する。本発明が提供する光学ガラスの屈折率は1.74〜1.80、好ましくは1.76〜1.79、アッベ数は47〜51、好ましくは48.5〜50.5、密度は4.24g/cm3以下、好ましくは4.20 g/cm3以下、さらに好ましくは4.18g/cm3以下、透過率が70%になる時の波長λ70は370nm以下、好ましくは365nm以下、析晶上限温度は1100℃以下、好ましくは1050℃以下、化学的安定性の耐酸性と耐水性が1級に達する。
本発明はまた一種の光学素子を提供し、上述の実施の形態で述べた光学ガラスに基づき当分野の技術者の熟知する方法によって形成するものである。前述の光学ガラスが高い屈折率と低いガラス転移温度を持つため、光学素子も高い屈折率と低いガラス転移温度を持ち、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、撮影機能付きの携帯電話などの機器に応用することができる。
更に本発明の技術を理解するため、次に本発明の好適な実施例について説明する。しかし、これらの説明は単に本発明の特徴と効果をさらに説明することを目的としており、本発明の権利範囲を限定するものではない。
以下のプロセスの通り、表1に示した成分によって光学ガラスを調製する。表1に述べた原料を十分に混合した後、プラチナ製るつぼの内に入れて、1300℃の条件で溶融し、透明化し、均質化した後、溶融ガラスが得られる。
以上の溶融ガラスを1100℃以下に下がった後、予熱した金属型の内に流し込む。700℃の条件で、金属型の内の溶融ガラスをプレス成形し、そしてプレス成形されたガラスをアニールして、光学ガラスを作製する。
光学ガラスの性能をテストした結果は表1の通りである。表1は本発明の実施例によって調製した光学ガラスの性能パラメーターである。
Figure 0005818995
表1によると、本発明の光学ガラスは高屈折率と良好な化学的安定性、低密度及び良好な透過率を備えることが分かる。
上記で公開された実施例により、当分野の専門技術者は本発明を理解し使用することができる。これらの実施例の多種改良は当分野の専門技術者にとって明らかである。本文に定義される一般原理は同発明の精神または範囲を超えない状況で、そのほかの実施例に実現されることができる。そのため、同発明は、本文に述べる実施例に限定されることはなく、本文に公開される原理と新たな特徴に一致する最も広い範囲に合致するであろう。

Claims (12)

  1. 質量パーセントで、
    ＳｉＯ２ を２．７％よりも多く１０％未満、
    Ｂ２Ｏ３ を２０〜３１％、
    Ｌａ２Ｏ３ を３８〜４９％、
    Ｙ２Ｏ３ を１２％よりも多く２０％未満、
    ＺｎＯを１％よりも多く４％未満、
    Ｎｂ２Ｏ５ を０．５％よりも多く３％未満、
    Ｔａ２Ｏ５ を０〜５％、
    ＲＯ（ＣａＯ、ＳｒＯ及びＭｇＯの中の１種または多種）を０〜５％、
    ＺｒＯ２ を６．７％よりも多く１５％未満、
    それぞれ含有し、
    Ｇｄ ２ Ｏ ３ を含まず、
    ＺｎＯの含有量がＮｂ ２ Ｏ ５ の含有量よりも多いことを特徴とする光学ガラス。
  2. 質量％で、ＳｉＯ２を３〜９％含有することを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  3. 質量％で、ＳｉＯ２を３〜６％含有することを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  4. 質量％で、Ｌａ２Ｏ３を４０〜４９％含有することを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  5. 質量％で、Ｌａ２Ｏ３を４３〜４７％含有することを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  6. 質量％で、Ｙ２Ｏ３の含有量が１２％よりも多く１７％未満であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  7. 質量％で、Ｙ２Ｏ３の含有量が１２％よりも多く１５％未満であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  8. 質量％で、ＺｒＯ２の含有量が６．７％よりも多く１２％未満であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  9. 質量％で、ＺｒＯ２の含有量が６．７％よりも多く１０％未満であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  10. 質量％で、ＺｎＯの含有量が１％よりも多く２％未満であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  11. 質量％で、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が０．５％よりも多く２．５％未満であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
  12. 請求項１〜１１のいずれかに記載した光学ガラスを用いたことを特徴とする光学素子。
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