JP6709708B2 - 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、及び光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、光学ガラス、精密プレス成形用プリフォーム、及び光学素子に関し、特に、中屈折率高分散性の光学ガラス、並びに、当該光学ガラスを用いた、精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子に関する。

中屈折率高分散性の光学ガラスは、各種レンズなどの撮像光学系の光学素子材料として、非常に有用であり、例えば、高屈折率低分散性のレンズなどと組み合わせることにより、非常に高性能な色収差補正用の光学系を形成することができる。
なお、光学ガラスの分野において、「中屈折率」とは、一般的に、屈折率（ｎｄ）がおよそ１．５０以上１．８０以下の範囲にあることを指す。

ここで、中屈折率高分散性の光学ガラスとしては、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には、２１重量％以上のＢｉ₂Ｏ₃と、所定量のＲ’₂Ｏ（Ｒ’＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）とを少なくとも含有するＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系の光学ガラスが、高分散性である上、中屈折率、具体的には、屈折率（ｎｄ）が約１．６６〜１．６９となることが開示されている。また、例えば、特許文献２には、ＳｉＯ₂−Ｎｂ₂Ｏ₅−Ｒ’₂Ｏ−Ｆ系（Ｒ’はアルカリ金属元素）の所定組成の光学ガラスが、高分散性である上、中屈折率、具体的には、屈折率（ｎｄ）が約１．５２〜１．６７となることが開示されている。

その一方で、主としてＳｉＯ₂、Ｋ₂Ｏ及びＴｉＯ₂を含むガラス（ＳｉＯ₂−Ｋ₂Ｏ−ＴｉＯ₂系ガラス）も、中屈折率高分散性となる傾向にあることが知られている。

特開平９−１４２８７２号公報 特開平５−２６２５３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光学ガラスは、Ｂｉ₂Ｏ₃を比較的多量に含むため、短波長の光の透過率が低いという問題があった。また、特許文献２に記載の光学ガラスは、アッべ数（νｄ）の値がせいぜい３５程度と大きいため、高分散性の更なる向上の点で、改良の余地があった。

更に、主としてＳｉＯ₂−Ｋ₂Ｏ−ＴｉＯ₂系ガラスに関しても、以下のような問題があった。即ち、例えばＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂を比較的多く含む組成とした場合には、熔融性が悪く熔解に高温を要するため、Ｔｉ⁴⁺イオンの還元による有色のＴｉ³⁺イオンが生成したり、溶融の際に用いる坩堝から貴金属イオンが溶け込んだりすることなどにより、透過特性が悪化するという問題があり、一方、Ｋ₂Ｏを比較的多く含む組成とした場合には、化学的耐久性が悪化するという問題があった。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、透過特性が良好である上、化学的耐久性に優れた中屈折率高分散性の光学ガラス、並びに、透過特性が良好である上、化学的耐久性に優れた中屈折率高分散性の精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子を提供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−Ｋ₂Ｏ−ＴｉＯ₂系ガラスにおいて、少なくとも、ＳｉＯ₂、Ｋ₂Ｏ及びＴｉＯ₂の割合の適正化を図った上、Ｂ₂Ｏ₃とＮａ₂Ｏとを所定の条件を満たすように含有させることにより、所定の光学恒数を有し、且つ、透過特性及び化学的耐久性を優れたものとすることができることを見出した。

即ち、本発明の光学ガラスは、
質量％で、
ＳｉＯ₂：２０％以上３５％以下、
Ｂ₂Ｏ₃：１％以上１０％以下、
Ａｌ₂Ｏ₃：０％以上５％以下、
Ｋ₂Ｏ：２０％以上３５％以下、
Ｎａ₂Ｏ：１％以上１０％以下、
ＴｉＯ₂：２０％以上４０％以下、
ＺｎＯ：０％以上１０％以下、
ＺｒＯ₂：０％以上５％以下、
Ｎｂ₂Ｏ₅：０％以上５％以下、及び
Ｂｉ₂Ｏ₃：０％以上５％以下
を含む組成からなり、
ＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃の合計の含有量が２１％以上４０％以下であり、
Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合計の含有量が２１％以上４０％以下であり、
Ｐ₂Ｏ₅、Ｌｉ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＰｂＯを含まず、
アッベ数（νｄ）が２６以上３４以下であり、且つ、屈折率（ｎｄ）が式（１）：
２．０４−０．０１２５×νｄ≦ｎｄ≦２．０８−０．０１２５×νｄ・・・（１）
を満たすことを特徴とする。かかる光学ガラスは、中屈折率高分散性であって、透過特性が良好である上、化学的耐久性に優れる。
ここで、本明細書において「含まず」とは、意図して含有させない、即ち、実質的に含有しないことを意味する。

本発明の光学ガラスは、厚さ１０ｍｍにおける分光透過率８０％を示す波長が、４３０ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の光学ガラスは、日本光学硝子工業会規格のＪＯＧＩＳ０６−２００９に準拠して測定される化学的耐久性（耐水性）のクラスが、１〜３であることが好ましい。

また、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、本発明の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする。

更に、本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする。

本発明によれば、透過特性が良好である上、化学的耐久性に優れた中屈折率高分散性の光学ガラス、並びに、透過特性が良好である上、化学的耐久性に優れた中屈折率高分散性の精密プレス成形用プリフォーム及び光学素子を提供することができる。

本発明の一実施形態の光学ガラスが有するアッべ数（νｄ）及び屈折率（ｎｄ）の範囲を示す図である。

（光学ガラス）
以下、本発明の光学ガラスを具体的に説明する。
まず、本発明において、光学ガラスの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、特に断らない限り、質量％を意味するものとする。

＜ＳｉＯ₂＞
本発明の光学ガラスにおいて、ＳｉＯ₂は、ガラスの網目構造を形成し、ガラスに製造可能な耐失透安定性を持たせるとともに、ガラスの化学的耐久性を高めることができる有用成分である。しかしながら、その含有量が３５％を超えると、熔融性が著しく低下するため、ガラスの透過特性が悪化し、一方、その含有量が２０％未満であると、耐失透安定性及び化学的耐久性を向上させる効果が十分に得られない。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、ＳｉＯ₂の含有量を２０％以上３５％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＳｉＯ₂の含有量は、２１％以上であることが好ましく、２２％以上であることがより好ましく、また、３４％以下であることが好ましく、３３％以下であることがより好ましい。

＜Ｂ₂Ｏ₃＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｂ₂Ｏ₃は、ガラスの網目構造を形成し、ガラスに製造可能な耐失透安定性を持たせることができる有用成分であり、また、熔融性を高めることができる有用成分でもある。しかしながら、その含有量が１０％を超えると、化学的耐久性が低下し、一方、その含有量が１％未満であると、熔融性を高める効果、ひいてはガラスの透過特性を高める効果が得られない。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、Ｂ₂Ｏ₃の含有量を１％以上１０％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＢ₂Ｏ₃の含有量は、２％以上であることが好ましく、３％以上であることがより好ましく、また、９％以下であることが好ましく、８％以下であることがより好ましい。

＜ＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃の合計＞
ここで、本発明の光学ガラスは、ＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃の合計の含有量が、２１％以上４０％以下であることを要する。上記合計の含有量が２１％未満であると、耐失透安定性が低下し、一方、上記合計の含有量が４０％を超えると、高分散性が低下する。なお、本発明の光学ガラスにおけるＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃の合計の含有量は、耐失透安定性をより向上させる観点から、２２％以上であることが好ましく、２３％以上であることがより好ましく、また、高分散性の低下を十分に抑制する観点から、３９％以下であることが好ましく、３８％以下であることがより好ましい。

＜Ａｌ₂Ｏ₃＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ａｌ₂Ｏ₃は、化学的耐久性を高めることができる成分である。しかしながら、その含有量が５％を超えると、熔融性が低下するため透過特性が悪化する。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量を０％以上５％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＡｌ₂Ｏ₃の含有量は、４％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましい。

＜Ｋ₂Ｏ＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｋ₂Ｏは、高分散性を高めることができる有用成分である。しかしながら、その含有量が３５％を超えると、化学的耐久性が著しく低下し、一方、２０％未満であると、高分散性が低下する。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、Ｋ₂Ｏの含有量を２０％以上３５％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＫ₂Ｏの含有量は、２１％以上であることが好ましく、２２％以上であることがより好ましく、また、３４％以下であることが好ましく、３３％以下であることがより好ましい。

＜Ｎａ₂Ｏ＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｎａ₂Ｏは、熔融性を高めることができる有用成分であり、また、ＳｉＯ₂−Ｋ₂Ｏ−ＴｉＯ₂系ガラスにおいてＫ₂Ｏの一部と置き換えることにより、化学的耐久性を高めることができる成分でもある。しかしながら、その含有量が１０％を超えると、高分散性が低下し、一方、１％未満であると、熔融性及び化学的耐久性を高める効果が十分に得られない。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、Ｎａ₂Ｏの含有量を１％以上１０％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＮａ₂Ｏの含有量は、２％以上であることが好ましく、３％以上であることがより好ましく、また、９％以下であることが好ましく、８％以下であることがより好ましい。

＜Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合計＞
ここで、本発明の光学ガラスは、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合計の含有量が、２１％以上４０％以下であることを要する。上記合計の含有量が２１％未満であると、熔融性が著しく低下するため、ガラスの透過特性が悪化し、一方、４０％を超えると、化学的耐久性が著しく低下する。なお、本発明の光学ガラスにおけるＮａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合計の含有量は、熔融性をより高めて透過特性を向上させる観点から、２２％以上であることが好ましく、２３％以上であることがより好ましく、また、化学的耐久性の低下をより十分に抑制する観点から、３９％以下であることが好ましく、３８％以下であることがより好ましい。

＜ＴｉＯ₂＞
本発明の光学ガラスにおいて、ＴｉＯ₂は、高分散性及び化学的耐久性を高めることができる有用成分である。しかしながら、その含有量が４０％を超えると、熔融性が著しく低下するため、ガラスの透過特性が悪化し、一方、２０％未満であると、高分散性及び化学的耐久性を向上させる効果が十分に得られない。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、ＴｉＯ₂の含有量を２０％以上４０％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＴｉＯ₂の含有量は、２１％以上であることが好ましく、２２％以上であることがより好ましく、また、３９％以下であることが好ましく、３８％以下であることがより好ましい。

＜ＺｎＯ＞
本発明の光学ガラスにおいて、ＺｎＯは、化学的耐久性及び熔融性を高めることができる成分である。しかしながら、その含有量が１０％を超えると、高分散性が低下する。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、ＺｎＯの含有量を０％以上１０％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＺｎＯの含有量は、９％以下であることが好ましく、８％以下であることがより好ましい。

＜ＺｒＯ₂＞
本発明の光学ガラスにおいて、ＺｒＯ₂は、化学的耐久性を高めることができる成分である。しかしながら、その含有量が５％を超えると、耐失透安定性及び熔融性が著しく低下するため、ガラスの透過特性が悪化する。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、ＺｒＯ₂の含有量を０％以上５％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＺｒＯ₂の含有量は、４％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましい。

＜Ｎｂ₂Ｏ₅＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｎｂ₂Ｏ₅は、高分散性を高めることができる成分である。しかしながら、その含有量が５％を超えると、熔融性が低下するため、ガラスの透過特性が悪化する。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、Ｎｂ₂Ｏ₅の含有量を０％以上５％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＮｂ₂Ｏ₅の含有量は、３％以下であることが好ましい。
なお、Ｎｂ₂Ｏ₅による高分散性を高める効果は、ＴｉＯ₂に比べて小さい。そのため、材料コストを低減する観点などから、本発明の光学ガラスは、Ｎｂ₂Ｏ₅を含まないことがより好ましい。

＜Ｂｉ₂Ｏ₃＞
本発明の光学ガラスにおいて、Ｂｉ₂Ｏ₃は、熔融性及び高分散性を高めることができる成分である。しかしながら、その含有量が５％を超えると、透過特性が悪化する。そのため、本発明の光学ガラスにおいては、Ｂｉ₂Ｏ₃の含有量を０％以上５％以下の範囲とした。同様の観点から、本発明の光学ガラスにおけるＢｉ₂Ｏ₃の含有量は、４％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましい。

＜その他の成分＞
本発明の光学ガラスには、目的を外れない限り、上述した成分以外の成分、例えば、ＧｅＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、ＷＯ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃などを少量含有させることができる。

＜Ｐ₂Ｏ₅（不含成分）＞
なお、上述した成分を含有する光学ガラスにおいて、Ｐ₂Ｏ₅は、少量であっても耐失透安定性及び化学的耐久性を著しく低下させることが判明した。そこで、本発明においては、Ｐ₂Ｏ₅を含まないこととした。

＜Ｌｉ₂Ｏ（不含成分）＞
また、上述した成分を含有する光学ガラスにおいて、Ｌｉ₂Ｏは、熔融性を高め得るものの、少量であっても高分散性を著しく低下させることが判明した。そこで、本発明においては、Ｌｉ₂Ｏを含まないこととした。

＜ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯ（不含成分）＞
また、上述した成分を含有する光学ガラスにおいて、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、いずれも、熔融性及び化学的耐久性を高め得るものの、少量であっても高分散性を著しく低下させることが判明した。そこで、本発明においては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯを含まないこととした。

＜ＰｂＯ（不含成分）＞
更に、上述した成分を含有する光学ガラスにおいて、ＰｂＯは、高分散性及び熔融性を高め得るものの、毒性が高く、製品の応用範囲を制限し、また、製造加工の際の環境負荷に悪影響を及ぼす。そこで、本発明においては、ＰｂＯを含まないこととした。

＜ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの含有量の関係性＞
本発明の光学ガラスは、ＳｉＯ₂の含有量をＡとし、Ｂ₂Ｏ₃の含有量をＢとし、Ｎａ₂Ｏの含有量をＣとしたときに、下記式（Ｉ−１）：
（Ｂ＋Ｃ）／Ａ ≧ ０．０５７・・・（Ｉ−１）
を満たすことが好ましい。上記式（Ｉ−１）を満たす、言い換えれば、Ｂ₂Ｏ₃及びＮａ₂Ｏの合計の含有量がＳｉＯ₂の含有量に対して所定の割合以上であることで、溶融性が向上し、低温熔解が可能になるため、透過特性をより効果的に向上させることができる。同様の観点から、本発明の光学ガラスは、下記式（Ｉ−２）：
（Ｂ＋Ｃ）／Ａ ≧ ０．１５０・・・（Ｉ−２）
を満たすことがより好ましく、下記式（Ｉ−３）：
（Ｂ＋Ｃ）／Ａ ≧ ０．２５０・・・（Ｉ−３）
を満たすことが更に好ましい。

また、本発明の光学ガラスは、ＳｉＯ₂の含有量をＡとし、Ｂ₂Ｏ₃の含有量をＢとし、Ｎａ₂Ｏの含有量をＣとし、Ｋ₂Ｏの含有量をＤとしたときに、下記式（ＩＩ−１）：
（Ａ＋Ｃ）／（Ｂ＋Ｄ） ≧ ０．４６６・・・（ＩＩ−１）
を満たすことが好ましい。上記式（ＩＩ−１）を満たす、言い換えれば、ＳｉＯ₂及びＮａ₂Ｏの合計の含有量がＢ₂Ｏ₃及びＫ₂Ｏの合計の含有量に対して所定の割合以上であることで、より確実に化学的耐久性を向上させることができる。同様の観点から、本発明の光学ガラスは、下記式（ＩＩ−２）：
（Ａ＋Ｃ）／（Ｂ＋Ｄ） ≧ ０．５５０・・・（ＩＩ−２）
を満たすことがより好ましく、下記式（ＩＩ−３）：
（Ａ＋Ｃ）／（Ｂ＋Ｄ） ≧ ０．６５０・・・（ＩＩ−３）
を満たすことが更に好ましい。

更に、本発明の光学ガラスは、Ｎａ₂Ｏの含有量をＣとし、Ｋ₂Ｏの含有量をＤとしたときに、下記式（ＩＩＩ−１）：
Ｄ／Ｃ ≧ ２．０００・・・（ＩＩＩ−１）
を満たすことが好ましい。上記式（ＩＩＩ−１）を満たす、言い換えれば、Ｋ₂Ｏの含有量がＮａ₂Ｏの含有量に対して所定の割合以上であることで、より確実に高分散性を向上させることができる。同様の観点から、本発明の光学ガラスは、下記式（ＩＩＩ−２）：
Ｄ／Ｃ ≧ ２．１００・・・（ＩＩＩ−２）
を満たすことがより好ましく、下記式（ＩＩＩ−３）：
Ｄ／Ｃ ≧ ２．２００・・・（ＩＩＩ−３）
を満たすことが更に好ましい。

＜アッベ数（νｄ）及び屈折率（ｎｄ）＞
本発明の光学ガラスのアッベ数（νｄ）は、所望の高分散性を得る観点から、２６以上３４以下の範囲であることを要し、２６．５以上３３．５以下の範囲であることが好ましく、２７以上３３以下の範囲であることがより好ましい。

本発明の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は、所望の中屈折率とする観点から、下記式（１）：
２．０４−０．０１２５×νｄ≦ｎｄ≦２．０８−０．０１２５×νｄ・・・（１）
を満たすことを要する。なお、図１に、アッベ数（νｄ）をｘ軸とし、屈折率（ｎｄ）をｙ軸とする直交座標系において、本発明の光学ガラスにおけるアッベ数（νｄ）及び屈折率（ｎｄ）の範囲を示している。
同様の観点から、本発明の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は、下記式（２）：
２．０４２−０．０１２５×νｄ≦ｎｄ≦２．０７５−０．０１２５×νｄ・・・（２）
を満たすことが好ましく、下記式（３）：
２．０４４−０．０１２５×νｄ≦ｎｄ≦２．０７−０．０１２５×νｄ・・・（３）
を満たすことがより好ましい。

＜透過特性＞
本発明の光学ガラスは、上述した通り、透過特性が良好である。具体的に、本発明の光学ガラスは、厚さ１０ｍｍにおける分光透過率８０％を示す波長が、４３０ｎｍ以下であることが好ましく、４２５ｎｍ以下であることがより好ましく、４２０ｎｍ以下であることが更に好ましい。
なお、上述の「厚さ１０ｍｍにおける分光透過率８０％を示す波長」は、日本光学硝子工業会規格のＪＯＧＩＳ０２−２００３「光学ガラスの着色度測定方法」に準拠して測定される値を指す。

＜化学的耐久性（耐水性）＞
本発明の光学ガラスは、上述した通り、光学的耐久性に優れる。具体的に、本発明の光学ガラスは、日本光学硝子工業会規格のＪＯＧＩＳ０６−２００９「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」に準拠して測定される化学的耐久性（耐水性）のクラスが、１〜３であることが好ましい。

＜光学ガラスの製造方法＞
次に、本発明の光学ガラスの製造方法について説明する。
ここで、本発明の光学ガラスは、各成分の組成が上述した範囲を満足し、且つ上述した屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）の関係を満たしていればよく、その製造方法については特に限定されることなく、従来の製造方法に従って製造することができる。
例えば、まず、本発明の光学ガラスに含まれ得る各成分の原料として、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを所定の割合で秤量し、十分混合したものをガラス調合原料とする。次いで、この原料を、ガラス原料等と反応性のない熔融容器（例えば貴金属坩堝）に投入して、電気炉にて１０００〜１３００℃に加熱して熔融しながら適時撹拌する。次いで、電気炉で清澄、均質化してから、適当な温度に予熱した金型に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、本発明の光学ガラスを製造することができる。なお、ガラスの着色改善や脱泡のため、ごく少量（例えば、光学ガラス中において０．５％以下となるような量）のＳｂ₂Ｏ₃など、工業上周知の成分を加えることができる。

（精密プレス成形用プリフォーム）
以下、本発明の精密プレス成形用プリフォームを具体的に説明する。
ここで、精密プレス成形用プリフォーム（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｒｅｓｓ−ｍｏｌｄｉｎｇ ｐｒｅｆｏｒｍ）（以下、単に「プリフォーム」と称することがある。）は、周知の精密プレス成形法に用いられる予備成形されたガラス素材であり、すなわち、加熱して精密プレス成形に供されるガラス予備成形体を意味する。

ここで、精密プレス成形とは、周知のようにモールドオプティクス成形とも呼ばれ、最終的に得られる光学素子の光学機能面をプレス成形型の成形面を転写することにより形成する方法である。なお、光学機能面とは、光学素子における、制御対象の光を屈折したり、反射したり、回折したり、入出射させたりする面を意味し、例えば、レンズにおけるレンズ面などが、この光学機能面に相当する。

そして、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、本発明の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする。このように、本発明の精密プレス成形用プリフォームは、本発明の光学ガラスを素材として用いているため、透過特性が良好である上、化学的耐久性に優れ、また、中屈折率高分散性である。
なお、本発明の精密プレス成形用ガラスプリフォームは、所望の性能を得る観点から、本発明の光学ガラスについて既述した、各成分の組成並びに屈折率及びアッベ数に関する必須要件を満たすことが好ましく、本発明の光学ガラスについて既述した、好ましいとされる各種要件を満たすことがより好ましい。

なお、精密プレス成形時において、ガラスとプレス成形型の成形面との反応及び／又は融着を防止しつつ、成形面に沿ってガラスの延びが良好になるようにするため、プリフォームの表面には、離型膜を被覆することが好ましい。離型膜の種類としては、貴金属（白金、白金合金）、酸化物（Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙの酸化物など）、窒化物（Ｂ、Ｓｉ、Ａｌの酸化物など）、炭素含有膜が挙げられる。炭素含有膜としては、炭素を主成分とするもの（膜中の元素含有量を原子％で表したとき、炭素の含有量が他の元素の含有量よりも多いもの）が望ましく、具体的には、炭素膜や炭化水素膜などを例示することができる。炭素含有膜の成膜法としては、炭素原料を使用した真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の公知の方法や、炭化水素などの材料ガスを使用した熱分解などの公知の方法を用いればよい。その他の膜については、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法等を用いて成膜することが可能である。

本発明のプリフォームの作製方法としては、特に限定されない。ただし、本発明のプリフォームは、上記光学ガラスの優れた特質を活かして、次の作製方法により作製することが望ましい。

第１のプリフォームの作製方法（「プリフォーム製法Ｉ」とする。）は、素材としての本発明の光学ガラスを熔融し、得られた熔融ガラスを流出して熔融ガラス塊を分離し、該熔融ガラス塊を冷却する過程で、プリフォームに成形する方法である。

第２のプリフォームの作製方法（「プリフォーム製法ＩＩ」とする。）は、素材としての本発明の光学ガラスを熔融し、得られた熔融ガラスを成形してガラス成形体を作製し、該成形体を加工して、プリフォームを得る方法である。

プリフォーム製法Ｉ、ＩＩとも、素材としての光学ガラスから均質な熔融ガラスを得る工程を含む点において、共通する。この工程では、例えば、所望の特性が得られるように調合して製造した光学ガラス原料を白金製の熔融容器内に入れ、加熱、熔融、清澄、均質化して均質な熔融ガラスを用意し、温度調整された白金または白金合金製の流出ノズルあるいは流出パイプから流出することができる。なお、光学ガラス原料を粗熔解してカレットを作製し、このカレットを調合して加熱、熔融、清澄、均質化して均質な熔融ガラスを得、上記流出ノズルあるいは流出パイプから流出するようにしてもよい。

ここで、小型のプリフォームや球状のプリフォームを作製する場合は、例えば、熔融ガラスを流出ノズルから所望質量の熔融ガラス滴として滴下し、それをプリフォーム成形型によって受けてプリフォームに成形することができる。或いは、同じく所望質量の熔融ガラス滴を流出ノズルより液体窒素などに滴下してプリフォームを成形することができる。一方、中大型のプリフォームを作製する場合は、例えば、流出パイプより熔融ガラス流を流下させ、熔融ガラス流の先端部をプリフォーム成形型で受け、熔融ガラス流のノズルとプリフォーム成形型との間にくびれ部を形成した後、プリフォーム成形型を真下に急降下して、熔融ガラスの表面張力によってくびれ部にて熔融ガラス流を分離し、受け部材に所望質量の熔融ガラス塊を受けてプリフォームに成形することができる。

なお、キズ、汚れ、シワ、表面の変質などがない滑らかな表面、例えば自由表面を有するプリフォームを得るためには、プリフォーム成形型などの上で熔融ガラス塊に風圧を加えて浮上させながらプリフォームに成形したり、液体窒素などの常温、常圧下では気体の物質を冷却して液体にした媒体中に熔融ガラス滴を入れてプリフォームに成形したりする方法などが用いられる。

ここで、熔融ガラス塊を浮上させながらプリフォームに成形する場合、熔融ガラス塊には、ガス（浮上ガスという）が吹きつけられ、上向きの風圧が加えられることになる。この際、熔融ガラス塊の粘度が低すぎると、浮上ガスがガラス中に入り込み、プリフォーム中に泡となって残ってしまう。しかし、熔融ガラス塊の粘度を３〜６０ｄＰａ・ｓにすることにより、浮上ガスがガラス中に入り込むことなく、ガラス塊を浮上させることができる。

プリフォームに浮上ガスが吹き付けられる際に用いられるガスとしては、空気、Ｎ₂ガス、Ｏ₂ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、水蒸気等が挙げられる。また、風圧は、プリフォームが成形型表面等の固体と接することなく浮上できれば、特に制限はない。

プリフォームより製造される精密プレス成形品（例えば、光学素子）は、レンズのように回転対称軸を有するものが多いため、プリフォームの形状も回転対称軸を有する形状が望ましい。具体例としては、球あるいは回転対称軸を一つ備えるものを示すことができる。回転対称軸を一つ備える形状としては、前記回転対称軸を含む断面において角や窪みがない滑らかな輪郭線をもつもの、例えば上記断面において短軸が回転対称軸に一致する楕円を輪郭線とするものなどがあり、球を扁平にした形状（球の中心を通る軸を一つ定め、前記軸方向に寸法を縮めた形状）を挙げることもできる。

プリフォーム製法Ｉでは、本発明の光学ガラスを塑性変形可能な温度域で成形するので、ガラス塊をプレス成形することによりプリフォームを得てもよい。その場合、プリフォームの形状を比較的自由に設定することができるので、目的とする精密プレス成形品の形状に近似させ、例えば、対向する面の一方を凸、他方を凹形状にしたり、両方を凹面にしたり、一方の面を平面、他方の面を凸面にしたり、一方の面を平面、他方の面を凹面にしたり、両面とも凸面にしたりすることができる。

プリフォーム製法ＩＩでは、例えば、熔融ガラスを鋳型に鋳込んで成形した後、成形体の歪をアニールによって除去し、切断または割断して、所定の寸法、形状に分割し、複数個のガラス片を作製し、ガラス片を研磨して表面を滑らかにするとともに、所定の質量のガラスからなるプリフォームを得ることができる。このようにして作製したプリフォームの表面にも、炭素含有膜を被覆して使用することが好ましい。プリフォーム製法ＩＩは、研削、研磨を容易にすることができる球状のプリフォーム、平板状のプリフォームなどの製造に好適である。

いずれの製法においても、使用する本発明の光学ガラスの熱的安定性や耐失透安定性が優れているため、ガラスの失透、脈理などを理由とする不良品が発生しにくく、高品質なプリフォームを安定して製造することができ、また、光学素子の製造プロセス全体の量産性を高めることができる。

次に、精密プレス成形による光学素子等の成形品の量産性を更に高める上から、より好ましいプリフォームについて説明する。

本発明の光学ガラスは、ガラス素材の面から、優れた精密プレス成形性を提供するが、精密プレス成形におけるガラスの変形量を減少させることにより、精密プレス成形時のガラスと成形型の温度の低下、プレス成形に要する時間の短縮化、プレス圧力の低減などが可能になる。その結果、ガラスと成形型成形面との反応性が低下し、精密プレス成形時に発生する上記不具合が低減され、量産性がより高まる。

ここで、プリフォームを精密プレス成形してレンズを作製する場合における好ましいプリフォームは、互いに反対方向を向く被プレス面（精密プレス成形時に対向する成形型成形面でプレスされる面）を有するプリフォームであり、更に２つの被プレス面の中心を貫く回転対称軸を有するプリフォームがより好ましい。こうしたプリフォームのうち、メニスカスレンズの精密プレス成形に好適なものは、被プレス面の一方が凸面、他方が凹面、平面、前記凸面より曲率が小さいと凸面のいずれかであるプリフォームである。

また、両凹レンズの精密プレス成形に好適なプリフォームは、被プレス面の一方が凸面、凹面、平面のいずれかであり、他方が凸面、凹面、平面のいずれかであるプリフォームである。
一方、両凸レンズの精密プレス成形に好適なプリフォームは、被プレス面の一方が凸面であり、他方が凸面または平面であるプリフォームである。

いずれの場合においても、プリフォームは、精密プレス成形品の形状により近似する形状のプリフォームであることが好ましい。

なお、プリフォーム成形型を用いて熔融ガラス塊をプリフォームに成形する場合、前記成形型上のガラスの下面は、成形型における成形面の形状によって概ね定まる。一方、前記ガラスの上面は、熔融ガラスの表面張力とガラスの自重とによって定まる形状となる。ここで、精密プレス成形時におけるガラスの変形量を低減するには、プリフォーム成形型において成形中のガラスの上面の形状も制御する必要がある。熔融ガラスの表面張力とガラスの自重とによって定まるガラス上面の形状は、凸面状の自由表面となるが、上面を平面、凹面あるいは前記自由表面よりも曲率が小さい凸面にするには、前記ガラス上面に圧力を加えることができる。具体的には、ガラス上面を所望形状の成形面を有する成形型でプレスしたり、ガラス上面に風圧を加えて所望形状に成形したりすることができる。なお、成形型でガラス上面をプレスする際、成形型の成形面に複数のガス噴出口を設け、これらガス噴出口からガスを噴出して成形面とガラス上面の間にガスクッションを形成し、ガスクッションを介してガラス上面をプレスしてもよい。あるいは、上記自由表面よりも曲率の大きい面にガラス上面を成形したい場合は、ガラス上面を近傍に負圧を発生させて上面を盛り上げるように成形してもよい。

また、プリフォームは、精密プレス成形品の形状により近似する形状とするため、表面を研磨したプリフォームであることも好ましい。例えば、被プレス面の一方が平面または球面の一部になるように研磨され、他方が球面の一部または平面になるように研磨されたプリフォームが好ましい。ここで、球面の一部は凸面でも凹面でもよいが、凸面とするか凹面とするかは、上記のように精密プレス成形品の形状によって決めることが望ましい。

上記各プリフォームは、直径が１０ｍｍ以上のレンズの成形に好ましく用いることができ、直径が２０ｍｍ以上のレンズの成形により好ましく用いることができる。また、中心肉厚が２ｍｍを超えるレンズの成形にも好ましく用いることができる。

（光学素子）
以下、本発明の光学素子を具体的に説明する。
本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする。このように、本発明の光学素子は、本発明の光学ガラスを素材として用いているため、透過特性が良好である上、化学的耐久性に優れ、また、中屈折率高分散性である。
なお、本発明の光学素子は、所望の性能を得る観点から、本発明の光学ガラスについて既述した、各成分の組成並びに屈折率及びアッベ数に関する必須要件を満たすことが好ましく、本発明の光学ガラスについて既述した、好ましいとされる各種要件を満たすことがより好ましい。

光学素子の種類は限定されないが、典型的なものとしては、非球面レンズ、球面レンズ、あるいは平凹レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズなどのレンズ；マイクロレンズ；レンズアレイ；回折格子付きレンズ；プリズム；レンズ機能付きプリズム；などを例示することができる。光学素子として、好ましくは、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどのレンズ、プリズム、回折格子を例示することができる。上記各レンズは非球面レンズであってもよいし、球面レンズであってもよい。表面には必要に応じて反射防止膜や波長選択性のある部分反射膜などを設けてもよい。

＜光学素子の製造方法＞
次に、本発明の光学素子の製造方法について説明する。
本発明の光学素子は、例えば、上記本発明のプリフォームをプレス成形型を用いて精密プレス成形することにより、製造することができる。

ここで、精密プレス成形では、予め成形面を所望の形状に高精度に加工されたプレス成形型を用いることができるが、成形面には、プレス時のガラスの融着を防止するため、離型膜を形成してもよい。離型膜としては、炭素含有膜や窒化物膜、貴金属膜が挙げられ、炭素含有膜としては水素化カーボン膜、炭素膜などが好ましい。

また、プレス成形型並びにプリフォームの加熱及び精密プレス成形工程は、プレス成形型の成形面あるいは前記成形面に好適に設けられた離型膜の酸化を防止するため、窒素ガス、あるいは窒素ガスと水素ガスの混合ガスなどのような非酸化性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。非酸化性ガス雰囲気中では、プリフォームの表面を被覆する離型膜、特には炭素含有膜が酸化されずに、当該膜が、精密プレス成形された成形品の表面に残存することになる。この膜は、最終的には除去するべきものであるが、炭素含有膜等の離型膜を比較的容易に且つ完全に除去するには、精密プレス成形品を酸化性雰囲気、例えば大気中において加熱すればよい。炭素含有膜等の離型膜の除去は、精密プレス成形品が加熱により変形しないような温度で行うべきである。具体的には、炭素含有膜等の離型膜の除去は、ガラスの転移温度未満の温度範囲で行うことが好ましい。

なお、本発明の光学素子の製造方法としては、特に限定されず、以下に示す２つの製造方法が挙げられる。ここで、本発明の光学素子の製造においては、上記本発明の精密プレス成形用プリフォームを、同一のプレス成形型を用いて精密プレス成形する工程を繰り返すことが、光学素子の量産の観点で好ましい。

第１の光学素子の製造方法（「光学素子製法Ｉ」とする。）は、プリフォームをプレス成形型に導入し、前記プリフォームとプレス成形型とを一緒に加熱して精密プレス成形し、光学素子を得る方法である。
第２の光学素子の製造方法（「光学素子製法ＩＩ」とする。）は、加熱したプリフォームを予熱したプレス成形型に導入し、精密プレス成形し、光学素子を得る方法である。

光学素子製法Ｉでは、成形面が精密に形状加工された対向した一対の上型と下型との間にプリフォームを供給した後、ガラスの粘度が１０⁵〜１０⁹ｄＰａ・ｓ相当の温度まで成形型及びプリフォームの両者を加熱してプリフォームを軟化し、これを加圧成形することによって、成形型の成形面をガラスに精密に転写することができる。光学素子製法Ｉは、面精度、偏心精度など成形精度の向上が重視される場合に、推奨される方法である。

光学素子製法ＩＩでは、成形面が精密に形状加工された対向した一対の上型と下型との間に、予めガラスの粘度で１０⁴〜１０⁸ｄＰａ・ｓに相当する温度に昇温したプリフォームを供給し、これを加圧成形することによって、成形型の成形面をガラスに精密に転写することができる。光学素子製法ＩＩは、生産性向上が重視される場合に、推奨される方法である。

加圧時の圧力及び時間は、ガラスの粘度などを考慮して適宜決定することができ、例えば、プレス圧力は約５〜１５ＭＰａ、プレス時間は１０〜３００秒とすることができる。プレス時間、プレス圧力などのプレス条件は成形品の形状、寸法に合わせて周知の範囲で適宜設定すればよい。

この後、成形型と精密プレス成形品を冷却し、好ましくは歪点以下の温度となったところで、離型し、精密プレス成形品を取出す。なお、光学特性を精密に所望の値に合わせるため、冷却時における成形品のアニール処理条件、例えばアニール速度等を適宜調整してもよい。

なお、本発明の光学素子は、プレス成形工程を経なくても作製することはできる。例えば、均質な熔融ガラスを鋳型に鋳込んでガラスブロックを成形し、アニールして歪を除去するとともに、ガラスの屈折率が所望の値になるようにアニール条件を調整して光学特性の調整を行ったのち、次にガラスブロックを切断または割断してガラス片を作り、更に研削、研磨して光学素子に仕上げることにより得ることができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の光学ガラスを具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１，２に記載の各成分の原料としてそれぞれに相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを、ガラス化した後に１００ｇとなるように秤量し、十分混合して、白金坩堝に投入し、電気炉にて１０００〜１３００℃（表１，２に示す）で１〜２時間熔融した後、適時撹拌し、均質化を図り、清澄してから適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、実施例１〜３０及び比較例１〜５の光学ガラスを得た。それぞれの光学ガラスについて、以下に示す手順に従い、屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、分光透過率８０％を示す波長、及び化学的耐久性（耐水性）の測定を行った。結果を表１，２に示す。

屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）の測定は、日本光学硝子工業会規格の「ＪＯＧＩＳ０１−２００３光学ガラスの屈折率の測定方法」に準拠して行った。
また、実施例１〜３０の光学ガラスの屈折率及びアッべ数の測定結果を、図１の直交座標系にプロットした。

分光透過率８０％を示す波長の測定は、厚さ１０ｍｍに加工した光学ガラスを用い、日本光学硝子工業会規格のＪＯＧＩＳ０２−２００３「光学ガラスの着色度測定方法」に準拠して行った。この測定値が小さいほど、透過特性が良好であることを示す。

化学的耐久性（耐水性）の測定は、日本光学硝子工業会規格のＪＯＧＩＳ０６−２００９「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」に準拠して行い、クラス１〜６のいずれに該当するかについて評価した。クラスの数値が小さいほど、化学的耐久性に優れることを示す。

表１，２及び図１から、本発明に従う実施例１〜３０の光学ガラスは、いずれも、所望の屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）の関係性を満たすため、中屈折率高分散性であることが分かるとともに、透過特性が良好である上、化学的耐久性に優れることも分かる。

これに対し、比較例１の光学ガラスは、分光透過率８０％を示す波長が４３１ｎｍと高く、透過特性に劣ることが少なくとも分かる。これは、Ｂ₂Ｏ₃を含まないため、熔融性が低く、熔融温度が高くなったこと等に因るものと考えられる。
また、比較例２の光学ガラスは、所望の屈折率及びアッべ数の関係性を満たしていないことが分かる。これは、Ｌｉ₂Ｏを含むため、高分散性が低下したこと等に因るものと考えられる。
また、比較例３の光学ガラスは、化学的耐久性（耐水性）のクラスが４であり、化学的耐久性に劣ることが少なくとも分かる。これは、有用成分であるＮａ₂Ｏを含んでいないこと等に因るものと考えられる。
また、比較例４の光学ガラスは、所望の屈折率及びアッべ数の関係性を満たしていないことが分かる。これは、ＢａＯを含むため、高分散性が低下したこと等に因るものと考えられる。
そして、比較例５の光学ガラスは、化学的耐久性（耐水性）のクラスが４であり、化学的耐久性に劣ることが少なくとも分かる。これは、Ｐ₂Ｏ₅を含むこと等に因るものと考えられる。

Claims (4)

1. 質量％で、
   ＳｉＯ₂：２０％以上３５％以下、
   Ｂ₂Ｏ₃：１％以上１０％以下、
   Ａｌ₂Ｏ₃：０％以上５％以下、
   Ｋ₂Ｏ：２０％以上３５％以下、
   Ｎａ₂Ｏ：１％以上１０％以下、
   ＴｉＯ₂：２０％以上４０％以下、
   ＺｎＯ：０％以上１０％以下、
   ＺｒＯ₂：０％以上５％以下、
   Ｎｂ₂Ｏ₅：０％以上５％以下、及び
   Ｂｉ₂Ｏ₃：０％以上５％以下
   を含む組成からなり、
   ＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃の合計の含有量が２１％以上４０％以下であり、
   Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合計の含有量が２１％以上４０％以下であり、
   Ｐ₂Ｏ₅、Ｌｉ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＰｂＯを含まず、
   アッベ数（νｄ）が２６以上３４以下であり、且つ、屈折率（ｎｄ）が式（１）：
   ２．０４−０．０１２５×νｄ≦ｎｄ≦２．０８−０．０１２５×νｄ・・・（１）
   を満たし、
   日本光学硝子工業会規格のＪＯＧＩＳ０６−２００９に準拠して測定される化学的耐久性（耐水性）のクラスが、１〜３である、ことを特徴とする、光学ガラス。
2. 厚さ１０ｍｍにおける分光透過率８０％を示す波長が、４３０ｎｍ以下である、請求項１に記載の光学ガラス。
3. 請求項１又は２に記載の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする、精密プレス成形用プリフォーム。
4. 請求項１又は２に記載の光学ガラスを素材として用いたことを特徴とする、光学素子。

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