JP6685584B2 - 光学ガラス、レンズプリフォーム及び光学素子 - Google Patents
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Description
ZnO成分 0〜40.0%
B2O3成分 0〜15.0%
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Ga2O3成分 0〜10.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である(1)〜(4)のいずれか記載の光学ガラス。
また、本発明によれば、
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、全て酸化物基準のガラス全物質量に対するモル%で表示されるものとする。ここで、「酸化物基準」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モル数を100モル%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。
P2O5成分は、ガラス形成成分であり、且つガラス原料の溶解温度を下げる必須成分である。特に、P2O5成分の含有量を10.0%以上にすることで、ガラスの安定性及び可視域における透過率を高めることができる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは20.0%、最も好ましくは22.0%を下限とする。
他方で、P2O5成分の含有量を50.0%以下にすることで、高屈折率を得ることができる。従って、P2O5成分の含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは35.0%、最も好ましくは32.0%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。
他方で、Nb2O5成分の含有量を45.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは45.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは35.0%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。
他方で、TiO2成分の含有量を40.0%以下にすることで、可視光についての透過率の低下を抑えられ、耐失透性の低下を抑えられる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは36.0%、より好ましくは34.0%、さらに好ましくは32.0%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。
他方で、Li2O成分の含有量を30.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられ、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10.0%、さらに好ましくは7.0%を上限とする。
Li2O成分は、原料としてLi2CO3、LiPO3、LiNO3、LiF等を用いることができる。
他方で、Na2O成分の含有量を30.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられる。従って、Na2O成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、さらに好ましくは20.0%を上限とする。
Na2O成分は、原料としてNa2CO3、NaH2PO4、NaNO3、NaF、Na2SiF6等を用いることができる。
他方で、K2O成分の含有量を30.0%以下にすることで、屈折率の低下やアッベ数の上昇を抑えられる。従って、K2O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%を上限とする。
K2O成分は、原料としてK2CO3、KH2PO4、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
他方で、この合計量は0%超にしてもよい。これにより、ガラス転移点(Tg)を下げられ、且つ可視域の光についての透過率を高められる。従って、R2O成分の合量は、好ましくは0%超、より好ましくは0.5%、さらに好ましくは1.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは10.0%を下限としてもよい。
従って、ZnO成分は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、さらに好ましくは28.0%を上限として含有させることができる。
ZnO成分は、原料としてZnO、Zn(PO3)2、ZnSO4、ZnF2等を用いることができる。
従って、ZnO及びMO含有量の和は、好ましくは50%、より好ましくは45%、最も好ましくは40%を上限とする。他方、高屈折率高分散特性を維持しつつ、前記不安定化の抑制効果を発揮させるためには、好ましくは1%、より好ましくは3%、さらに好ましくは5%、さらに好ましくは10%、最も好ましくは15%を下限とする。
他方で、MgO成分の含有量を30.0%以下にすることで、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられる。従って、MgO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10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
また、CaO成分及びSrO成分の各々の含有量を30.0%以下にすることで、耐失透性の低下及びガラス転移点の上昇を抑えられ、且つガラスの熱的安定性も高められる。従って、CaO成分及びSrO成分の各々の含有量は、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15.0%を上限とする。
MgO成分、CaO成分及びSrO成分は、原料としてMgO、MgCO3、Mg(PO3)2、MgF2、CaCO3、Ca(PO3)2、CaF2、SrCO3、Sr(NO3)2、SrF2等を用いることができる。
他方で、BaO成分の含有量は、好ましくは0%超、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは10.0%、さらに好ましくは15.0%を下限としてもよい。
BaO成分は、原料としてBaCO3、Ba(PO3)2、BaSO4、Ba(NO3)2、BaF2等を用いることができる。
他方で、Bi2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、耐失透性の低下を抑えられ、且つ可視光についての透過率の低下を抑えることができる。また、Bi2O3成分の還元によってポットが侵される問題を抑えられる。従って、Bi2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
他方で、WO3成分の含有量を10.0%以下にすることで、耐失透性を高め、且つ可視光についての透過率の低下を抑えられる。従って、WO3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%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。
他方で、Y2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、耐失透性の低下や、ガラス転移点の上昇を抑えることができる。従って、Y2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
Y2O3成分は、原料としてY2O3、YF3等を用いることができる。
他方で、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分の含有量を各々10.0%以下にすることで、ガラスのアッベ数の上昇を抑えられ、且つ耐失透性の低下を抑えられる。従って、La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3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。
La2O3成分、Gd2O3成分及びYb2O3成分は、原料としてLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)、Gd2O3、GdF3、Yb2O3等を用いることができる。
他方で、SiO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、SiO2成分による耐失透性の低下が抑えられるため、安定性の高いガラスを得易くすることができる。従って、SiO2成分の含有量は、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。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
他方で、B2O3成分の含有量を15.0%以下にすることで、耐失透性の低下を抑えられ、且つ可視光についての透過率を高められる。従って、B2O3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7.0%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。
他方で、GeO2成分の含有量を10%以下にすることで、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%、さらに好ましくは3.0%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。
特に、Al2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラス原料の溶融性を高められ、耐失透性を高められる。従って、Al2O3成分の含有量は、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。
Al2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いることができる。
他方で、TeO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められ、且つ、TeO2成分の還元によってポットが侵される問題を抑えられる。従って、TeO2成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは13.0%、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。
他方で、ZrO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられる。従って、ZrO2成分の含有量は、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。
ZrO2成分は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いることができる。
他方で、Ta2O5成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められる。従って、Ta2O5成分の含有量は、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。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
他方で、Ga2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高めつつ、ガラスの摩耗度を大きくして研磨加工し易くできる。従って、Ga2O3成分の含有量は、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。
Ga2O3成分は、原料としてGa2O3、GaF3を用いることができる。
他方で、SnO2成分の含有量を10.0%以下にすることで、溶融ガラスの還元によるガラスの着色や、ガラスの失透を抑えられる。また、SnO2成分と溶解設備(特にPt等の貴金属)との合金化が低減されるため、溶解設備の長寿命化を図ることができる。従って、SnO2成分の含有量は、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。
SnO2成分は、原料としてSnO、SnO2、SnF2、SnF4を用いることができる。
他方で、Sb2O3成分の含有量を3.0%以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡が生じ難くなり、且つ、Sb2O3成分と溶解設備(特にPt等の貴金属)の合金化を抑えられる。また、金型に付着していた不純物の主成分となっていたSb2O3成分の含有量を低減することで、金型に付着する不純物が低減されるため、ガラス成形体の表面に形成される凹凸及び曇りを低減できる。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1.0%、さらに好ましくは0.5%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。
したがって、酸化物基準のガラス全物質量に対するモル%で表示した場合、外割で好ましくは1%、より好ましくは10%、さらに好ましくは15%、さらに好ましくは17%を下限とし、好ましくは90%、より好ましくは80%、さらに好ましくは75%を上限として含有できる。
ここで「外割」とは、F成分につき、ガラスを構成するカチオン成分全てが電荷の釣り合うだけの酸素と結合した酸化物でできていると仮定し、それら酸化物でできたガラス全体の物質量を100%としたときの、F成分の物質量を、モル%で表したものである。
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。
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、作製した混合物を石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1000〜1400℃の温度範囲で2〜10時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1300℃以下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。そして、作製されたガラスについて、組成に応じて500℃〜750℃の範囲で1〜100時間アニールすることで、後述するような優れた物性を有するガラスを得ることができる。
本発明の光学ガラスは、高い屈折率を有しながらも、より高い分散(低いアッベ数)を有する。
本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.70、より好ましくは1.75、さらに好ましくは1.78を下限とする。屈折率(nd)の上限は、好ましくは2.20、より好ましくは2.00、さらに好ましくは1.98であってもよい。このような高い屈折率を有することで、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。
また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは35、より好ましくは30、さらに好ましくは28を上限とする。アッベ数(νd)の下限は、好ましくは10、より好ましくは15、さらに好ましくは17であってもよい。このような低いアッベ数を有することで、例えば高いアッベ数を有する光学素子と組み合わせた場合に、高い結像特性等を図ることができる。
従って、このような高屈折率高分散の光学ガラスを、例えば光学素子の用途に用いることで、高い結像特性等を図りながらも、光学設計の自由度を広げることができる。
ここで部分分散比(θg,F)は、下式(1)により示される。
θg,F=(ng−nF)/(nF−nC)・・・・・・(1)
通常、光学ガラスには、短波長域の部分分散性を表す部分分散比(θg,F)とアッベ数(νd)との間に、およそ直線的な関係がある。この関係を表す直線は、部分分散比(θg,F)を縦軸に、アッベ数(νd)を横軸に採用した直交座標上で、NSL7とPBM2の部分分散比及びアッベ数をプロットした2点を結ぶ直線で表され、ノーマルラインと呼ばれている(図1参照)。ノーマルラインの基準となるノーマルガラスは光学ガラスメーカー毎によっても異なるが、各社ともほぼ同等の傾きと切片で定義している。(NSL7とPBM2は株式会社オハラ社製の光学ガラスであり、PBM2のアッベ数(νd)は36.3,部分分散比(θg,F)は0.5828、NSL7のアッベ数(νd)は60.5、部分分散比(θg,F)は0.5436である。)
従来公知のガラスの部分分散比(θg,F)とアッベ数(νd)を、部分分散比を縦軸、アッベ数を横軸にした直交座標にプロットした場合、特にアッベ数が35以下の領域では、プロットを繋いだ線の傾きが急になる傾向がある。そのため、本発明の光学ガラスが従来公知のガラスよりもアッベ数に相対して高い値であることを表すため、上述のノーマルラインよりも傾きの急な直線を用いて、部分分散比(θg,F)とアッベ数(νd)の関係を表している。
このように、本発明の光学ガラスでは高い部分分散比(θg,F)を有するため、ガラスの高屈折率及び低分散化を図りながらも、この光学ガラスから形成される光学素子を、色収差の補正に好ましく用いることができる。
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することができる。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、研磨加工を行って作製したプリフォームや、公知の浮上成形等により成形され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することができる。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。
他方で、比較例のガラスはλ70が468nmであった。
そのため、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、可視光について高い透過率を有してい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以下、より詳細には26以下であるため、所望の低いアッベ数(νd)を有してい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、部分分散比(θg,F)がアッベ数(νd)との間で(θg,F)≧(−0.0046×νd+0.7250)の関係を満たし、より具体的には(θg,F)≧(−0.0046×νd+0.7320)の関係を満たしていた。
これらのことから、本発明の実施例の光学ガラスは、部分分散比(θg,F)が大きく、この光学ガラスによって得られる光学素子は色収差の補正に有用であることが明らかになった。
Claims (8)
- 酸化物基準のガラス全物質量に対し、モル%で、P2O5成分を10.0〜40.0%、Nb2O5成分を5.0〜40.0%、TiO2を0〜35%、Nb2O5とTiO2成分との和が20〜60%、外割でFを1.0〜90.0%含有し、ZnOとMOの含有量の和が10.0〜36.1%であり(MはCa、Sr及びBaからなる群より選択される1種以上である)、部分分散比(θg,F)がアッベ数(νd)との間で、−0.0046×νd+0.7250≦θg,F≦−0.0046×νd+0.7600の関係を満たすことを特徴とする光学ガラス。
- 酸化物基準のガラス全物質量に対し、モル%で、R2Oの含有量の和が30.0%以下(RはLi、Na及びKからなる群より選択される1種以上)であることを特徴とする請求項1記載の光学ガラス。
- 酸化物基準のガラス全物質量に対して、モル%で、
ZnO成分 0〜35.0%
B2O3成分 0〜15.0%
Li2O成分 0〜30.0%
Na2O成分 0〜30.0%
K2O成分 0〜30.0%
MgO成分 0〜30.0%
CaO成分 0〜30.0%
SrO成分 0〜30.0%
BaO成分 0〜36.1%
Bi2O3成分 0〜10.0%
WO3成分 0〜10.0%
Y2O3成分 0〜10.0%
La2O3成分 0〜10.0%
Gd2O3成分 0〜10.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
SiO2成分 0〜10.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜10.0%
TeO2成分 0〜15.0%
ZrO2成分 0〜10.0%
Ta2O5成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
SnO成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜3.0%
である請求項1又は2のいずれか記載の光学ガラス。 - 屈折率(nd)が1.70以上、アッベ数(νd)が35以下である請求項1〜3のいずれか記載の光学ガラス。
- 分光透過率が70%を示す波長(λ70)が445nm以下である請求項1〜4のいずれか記載の光学ガラス。
- 請求項1〜5のいずれか記載の光学ガラスからなる光学素子。
- 請求項1〜5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7記載のプリフォームを精密プレスしてなる光学素子。
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