JP7194861B2 - 光学ガラス、プレス成形用ガラス素材、光学素子ブランクおよび光学素子 - Google Patents
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Description
しかし、特許文献1に記載されている光学ガラスは、各種ガラス成分の中で比較的高価な成分(例えばTa2O5)を多量に含んでいる。しかし、高屈折率低分散ガラスからなる光学素子の低コスト化を可能にするためには、光学ガラスのガラス組成において高価なガラス成分が占める割合を低減することが望ましい。
カチオン%表示のガラス組成において、
Ta5+含有量が0~5カチオン%の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、W6+およびBi3+の合計含有量に対するTi4+含有量のカチオン比(Ti4+/(Ti4++Nb5++W6++Bi3+))が0.60~1.00の範囲であり、
La3+、Gd3+およびY3+の合計含有量に対するSi4+とB3+との合計含有量のカチオン比((Si4++B3+)/(La3++Gd3++Y3+))が0.30~2.40の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、W6+およびBi3+の合計含有量に対するSi4+とB3+との合計含有量のカチオン比((Si4++B3+)/(Ti4++Nb5++W6++Bi3+))が0.30~34.00の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、W6+およびBi3+の合計含有量に対するLa3+、Gd3+およびY3+の合計含有量のカチオン比((La3++Gd3++Y3+)/(Ti4++Nb5++W6++Bi3+))が0.30~33.00の範囲であり、
La3+とY3+との合計含有量に対するMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+およびZn2+の合計含有量のカチオン比((Mg2++Ca2++Sr2++Ba2++Zn2+)/(La3++Y3+))が0.00~1.50の範囲であり、
Si4+とB3+との合計含有量に対するMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+およびZn2+のカチオン比((Mg2++Ca2++Sr2++Ba2++Zn2+)/(Si4++B3+))が0.00~1.00の範囲であり、
Si4+、B3+、Zn2+、La3+、Y3+、Zr4+およびTi4+の合計含有量に対するGd3+、Nb5+およびW6+の合計含有量のカチオン比((Gd3++Nb5++W6+)/(Si4++B3++Zn2++La3++Y3++Zr4++Ti4+))が0.000~0.100の範囲であり、
屈折率ndが1.9000~2.1500の範囲であり、かつアッベ数νdが20.0~35.0の範囲である光学ガラス、
に関する。
本発明および本明細書において、カチオン成分の含有量および合計含有量は特記しない限りカチオン%で表示するものとし、アニオン成分の含有量および合計含有量は特記しないアニオン%で表示するものとする。
ここで、「カチオン%」とは、「(注目するカチオンの個数/ガラス成分のカチオンの総数)×100」で算出される値であって、注目するカチオン量のカチオン成分の総量に対するモル百分率を意味する。
また、「アニオン%」とは、「(注目するアニオンの個数/ガラス成分のアニオンの総数)×100」で算出される値であって、注目するアニオン量のアニオン成分の総量に対するモル百分率を意味する。
カチオン成分同士の含有量のモル比は、注目するカチオン成分のカチオン%表示による含有量の比に等しく、アニオン成分同士の含有量のモル比は、注目するアニオン成分のアニオン%表示による含有量の比に等しい。
カチオン成分の含有量とアニオン成分の含有量のモル比は、すべてのカチオン成分とすべてのアニオン成分の総量を100モル%としたときの注目する成分同士の含有量(モル%表示)の比率である。
各成分の含有量は、公知の方法、例えば、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP-AES)、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)、イオンクロマトグラフィ法等により定量することができる。
また、本発明および本明細書において、構成成分の含有量が0%または含まないもしくは導入しないとは、この構成成分を実質的に含まないことを意味し、この構成成分の含有量が不純物レベル程度以下であることを指す。不純物レベル程度以下とは、例えば、0.01%未満であることを意味する。
上記光学ガラスは、Ta5+含有量が0~5カチオン%の範囲であり、高価なガラス成分であるTa5+含有量が少ない。光学素子のより一層の低コスト化の観点からは、Ta5+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く、2%以下であることが更に好ましく、1%以下であることが一層好ましく、Ta5+を含有しないことがより一層好ましい。
Si4+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、4%以上であることが更に好ましく、5%以上であることが一層好ましく、6%以上であることがより一層好ましく、7%以上であることが更に一層好ましい。また、Si4+含有量は、20%以下であることが好ましく、18%以下であることがより好ましく、16%以下であることが更に好ましく、14%以下であることが一層好ましく、12%以下であることがより一層好ましい。
B3+含有量は、10%以上であることが好ましく、15%以上であることがより好ましく、16%以上であることが更に好ましく、17%以上であることが一層好ましく、18%以上であることがより一層好ましく、19%以上であることが更に一層好ましい。また、B3+含有量は、40%以下であることが好ましく、40%以下であることがより好ましく、35%以下であることが更に好ましく、30%以下であることが一層好ましく、26%以下であることがより一層好ましく、25%以下であることが更に一層好ましく、24%以下であることが更により一層好ましく、23%以下であることがなおより一層好ましい。
La3+、Gd3+およびY3+の合計含有量(La3++Gd3++Y3+)は、屈折率の低下を抑制する観点からは、20%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、24%以上であることが更に好ましく、26%以上であることが一層好ましく、28%以上であることがより一層好ましく、30%以上であることが更に一層好ましく、32%以上であることが更により一層好ましく、33%以上であることがなお一層好ましく、34%以上であることがなおより一層好ましく、35%以上であることがなお更に一層好ましく、36%以上であることがなお更により一層好ましい。更に、ガラスの化学的耐久性および/または耐候性の低下を抑制する観点、ならびにガラス転移温度の低下を抑制する観点からも、上記合計含有量(La3++Gd3++Y3+)が上記例示した下限以上であることは好ましい。ガラス転移温度が低下すると、ガラスを機械的に加工(切断、切削、研削、研磨等)するときにガラスが破損しやすくなる(機械加工性の低下)。したがって、ガラス転移温度の低下を抑制することは、機械加工性を高めることにつながる。上記合計含有量(La3++Gd3++Y3+)が上記例示した下限以上であることは、以上の観点からも好ましい。
一方、上記合計含有量(La3++Gd3++Y3+)は、ガラス安定性を高める観点からは、60%以下であることが好ましく、55%以下であることがより好ましく、50%以下であることが更に好ましく、47%以下であることが一層好ましく、45%以下であることがより一層好ましく、44%以下であることが更に一層好ましく、43%以下であることが更により一層好ましく、42%以下であることがなお一層好ましく、41%以下であることがなおより一層好ましく、40%以下であることがなお更に一層好ましく、39%以下であることがなお更により一層好ましい。
上記カチオン比((Si4++B3+)/(La3++Gd3++Y3+))は、高屈折率化の観点から、2.40以下であり、2.00以下であることが好ましく、1.50以下であることがより好ましく、1.30以下であることが更に好ましく、1.10以下であることが一層好ましく、1.05以下であることがより一層好ましく、1.00以下であることが更に一層好ましく、0.95以下であることが更により一層好ましく、0.94以下であることがなお一層好ましく、0.93以下であることがなおより一層好ましく、0.92以下であることがなお更に一層好ましく、0.91以下であることがなお更により一層好ましく、0.90以下であることが特に好ましい。
La3+含有量は、20%以上であることが好ましく、21%以上であることがより好ましく、22%以上であることが更に好ましく、23%以上であることが一層好ましく、24%以上であることがより一層好ましく、25%以上であることが更に一層好ましく、26%以上であることが更により一層好ましく、27%以上であることがなお一層好ましい。また、La3+含有量は、60%以下であることが好ましく、57%以下であることがより好ましく、55%以下であることが更に好ましく、53%以下であることが一層好ましく、50%以下であることがより一層好ましく、47%以下であることが更に一層好ましく、45%以下であることが更により一層好ましく、43%以下であることがなお一層好ましく、40%以下であることがなおより一層好ましく、37%以下であることがなお更に一層好ましく、35%以下であることがなお更により一層好ましく、34%以下であることが特に好ましく、33%以下であることが特に一層好ましく、32%以下であることが特により一層好ましく、31%以下であることが特に更に一層好ましく、30%以下であることが特に更により一層好ましく、29%以下であることが特になお一層好ましい。
Gd3+含有量は、8%以下であることが好ましく、6%以下であることがより好ましく、4%以下であることが更に好ましく、3%以下であることが一層好ましく、2%以下であることがより一層好ましく、1%以下であることが更に一層好ましい。Gd3+含有量は、0%以上であることができ、光学素子のより一層の低コスト化および低比重化の観点からは、Gd3+含有量が0%であること、即ちGd3+が含まれないことが特に好ましい。
Y3+含有量は、熔融性改善およびガラス安定性向上の観点から、0%以上であることが好ましく、1%以上であることがより好ましく、2%以上であることが更に好ましく、4%以上であることが一層好ましく、6%以上であることがより一層好ましく、7%以上であることが更に一層好ましく、8%以上であることが更により一層好ましく、9%以上であることがなお一層好ましい。また、Y3+含有量は、30%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、20%以下であることが更に好ましく、17%以下であることが一層好ましく、15%以下であることがより一層好ましく、14%以下であることが更に一層好ましく、13%以下であることが更により一層好ましく、12%以下であることがなお一層好ましく、11%以下であることがなおより一層好ましい。
Ti4+含有量は、0%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、10%以上であることが更に好ましく、15%以上であることが一層好ましく、16%以上であることがより一層好ましく、17%以上であることが更に一層好ましく、18%以上であることが更により一層好ましく、19%以上であることがなお一層好ましく、20%以上であることがなおより一層好ましく、21%以上であることがなお更に一層好ましい。また、Ti4+含有量は、50%以下であることが好ましく、40%以下であることがより好ましく、30%以下であることが更に好ましく、29%以下であることが一層好ましく、28%以下であることがより一層好ましく、27%以下であることが更に一層好ましく、26%以下であることがなお一層好ましく、25%以下であることがなおより一層好ましく、24%以下であることがなお更に一層好ましい。
Nb5+含有量は、8%以下であることが好ましく、6%以下であることがより好ましく、5%以下であることが更に好ましく、4%以下であることが一層好ましく、3%以下であることがより一層好ましく、2%以下であることが更に一層好ましく、1%以下であることが更により一層好ましい。Nb5+含有量は、0%以上であることができ、光学素子のより一層の低コスト化の観点からは、Nb5+含有量が0%であること、即ちNb5+が含まれないことが特に好ましい。
W6+含有量は、8%以下であることが好ましく、6%以下であることがより好ましく、5%以下であることが更に好ましく、4%以下であることが一層好ましく、3%以下であることがより一層好ましく、2%以下であることが更に一層好ましく、1%以下であることが更により一層好ましい。W6+含有量は、0%以上であることができ、光学素子のより一層の低コスト化、ガラスの低比重化および着色低減の観点からは、W6+含有量が0%であること、即ちW6+が含まれないことが特に好ましい。
Bi3+含有量は、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましく、7%以下であることが一層好ましく、5%以下であることがより一層好ましく、3%以下であることが更に一層好ましく、1%以下であることが更により一層好ましい。また、Bi3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Mg2+含有量は、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましく、7%以下であることが一層好ましく、6%以下であることがより一層好ましく、5%以下であることが更に一層好ましく、4%以下であることが更により一層好ましく、3%以下であることがなお一層好ましく、2%以下であることがなおより一層好ましく、1%以下であることがなお更に一層好ましい。また、Mg2+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Ca2+含有量は、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましく、7%以下であることが一層好ましく、6%以下であることがより一層好ましく、5%以下であることが更に一層好ましく、4%以下であることが更により一層好ましく、3%以下であることがなお一層好ましく、2%以下であることがなおより一層好ましく、1%以下であることがなお更に一層好ましい。また、Ca2+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Sr2+含有量は、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましく、7%以下であることが一層好ましく、6%以下であることがより一層好ましく、5%以下であることが更に一層好ましく、4%以下であることが更により一層好ましく、3%以下であることがなお一層好ましく、2%以下であることがなおより一層好ましく、1%以下であることがなお更に一層好ましい。また、Sr2+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Ba2+含有量は、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましく、7%以下であることが一層好ましく、6%以下であることがより一層好ましく、5%以下であることが更に一層好ましく、4%以下であることが更により一層好ましく、3%以下であることがなお一層好ましく、2%以下であることがなおより一層好ましく、1%以下であることがなお更に一層好ましい。また、Ba2+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Zn2+含有量は、0%以上であることができ、0.03%以上であることが好ましく、0.05%以上であることがより好ましく、0.08%以上であることが更に好ましく、0.1%以上であることが一層好ましい。また、Zn2+含有量は、30%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましく、20%以下であることが更に好ましく、15%以下であることが一層好ましく、10%以下であることがより一層好ましく、8%以下であることが更に一層好ましく、6%以下であることが更により一層好ましく、4%以下であることがなお一層好ましい。
Na+含有量は、10%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く、6%以下であることが更に好ましく、4%以下であることが一層好ましく、3%以下であることがより一層好ましく、2%以下であることが更に一層好ましく、1%以下であることが更により一層好ましい。また、Na+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
K+含有量は、10%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く、6%以下であることが更に好ましく、4%以下であることが一層好ましく、3%以下であることがより一層好ましく、2%以下であることが更に一層好ましく、1%以下であることが更により一層好ましい。また、K+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Rb+含有量は、10%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く、6%以下であることが更に好ましく、4%以下であることが一層好ましく、3%以下であることがより一層好ましく、2%以下であることが更に一層好ましく、1%以下であることが更により一層好ましい。また、Rb+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Cs+含有量は、10%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く、6%以下であることが更に好ましく、4%以下であることが一層好ましく、3%以下であることがより一層好ましく、2%以下であることが更に一層好ましく、1%以下であることが更により一層好ましい。また、Cs+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Al3+含有量は、10%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く、6%以下であることが更に好ましく、4%以下であることが一層好ましく、3%以下であることがより一層好ましく、2%以下であることが更に一層好ましく、1%以下であることが更により一層好ましい。また、Al3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
P5+含有量は、5%以下であることが好ましく、4%以下であることがより好ましく、3%以下であることが更に好ましく、2%以下であることが一層好ましく、1%以下であることがより一層好ましい。また、P5+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Ga3+含有量は、5%以下であることが好ましく、4%以下であることがより好ましく、3%以下であることが更に好ましく、2%以下であることが一層好ましく、1%以下であることがより一層好ましい。また、Ga3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
In3+含有量は、5%以下であることが好ましく、4%以下であることがより好ましく、3%以下であることが更に好ましく、2%以下であることが一層好ましく、1%以下であることがより一層好ましい。また、In3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Sc3+含有量は、5%以下であることが好ましく、4%以下であることがより好ましく、3%以下であることが更に好ましく、2%以下であることが一層好ましく、1%以下であることがより一層好ましい。また、Sc3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Sc3+含有量は、5%以下であることが好ましく、4%以下であることがより好ましく、3%以下であることが更に好ましく、2%以下であることが一層好ましく、1%以下であることがより一層好ましい。また、Sc3+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
Hf4+含有量は、10%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く、6%以下であることが更に好ましく、4%以下であることが一層好ましく、2%以下であることがより一層好ましい。また、Hf4+含有量は0%以上であることができ、0%であってもよい。
U、ThおよびRaはいずれも放射性元素である。そのため、これらの元素を含有させないこと、すなわち、これら元素をガラス成分としてガラス中に導入しないことか好ましい。
V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pr,Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、TmおよびCeは、ガラスの着色を増大させたり、蛍光の発生源となり、光学素子用のガラスに含有させる元素としては好ましくない。そのため、これらの元素を含有させないこと、即ち、これら元素をガラス成分としてガラス中に導入しないことが好ましい。
上記光学ガラスのSb含有量は、Sb3+の含有量として、例えば0.40%以下、0.20%以下、0.10%以下、0.05%以下、0.02%以下、0.01%以下であることができる。Sb3+含有量は、0.00%以上であることができ、0.00%であることもできる。
上記光学ガラスのSn含有量は、Sn2+の含有量として、例えば0.40%以下、0.20%以下、0.10%以下、0.05%以下、0.02%以下、0.01%以下であることができる。Sn +2 含有量は、0.00%以上であることができ、0.00%であることもできる。
(屈折率nd、アッベ数νd)
上記光学ガラスは、屈折率ndが1.9000~2.1500の範囲であり、かつアッベ数νdが20.0~35.0の範囲の高屈折率低分散ガラスである。光学素子用材料としての有用性の観点から、屈折率ndおよびアッベ数νdの好ましい範囲は、以下の通りである。
屈折率ndは、1.9000以上であり、1.9500以上であることが好ましく、1.9600以上であることがより好ましく、1.9700以上であることが更に好ましく、1.9800以上であることが一層好ましく、1.9850以上であることがより一層好ましく、1.9900以上であることが更に一層好ましく、1.9950以上であることが更により一層好ましく、2.0000以上であることがなお一層好ましい。また、屈折率ndは、2.1500以下であり、2.1000以下であることが好ましく、2.0500以下であることがより好ましく、2.0300以下であることが更に好ましく、2.0100以下であることが一層好ましく、2.0020以下であることがより一層好ましい。
アッベ数νdは分散に関する性質を表す値であり、d線、F線、C線における各屈折率nd、nF、nCを用いてνd=(nd-1)/(nF-nC)と表される。アッベ数は、35.0以下であり、34.0以下であることが好ましく、33.0以下であることがより好ましく、32.0以下であることが更に好ましく、31.0以下であることが一層好ましく、30.5以下であることがより一層好ましく、30.0以下であることが更に一層好ましく、29.5以下であることが更により一層好ましい。また、アッベ数νdは、20.0以上であり、21.0以上であることが好ましく、22.0以上であることがより好ましく、23.0以上であることが更に好ましく、24.0以上であることが一層好ましく、25.0以上であることがより一層好ましく、26.0以上であることが更に一層好ましく、27.0以上であることが更により一層好ましく、27.5以上であることがなお一層好ましく、28.0以上であることがなおより一層好ましく、28.3以上であることがなお更に一層好ましい。
また、屈折率ndとアッベ数νdとが、下記関係式の1つ以上を満たすことも好ましい。
nd≧2.3700-0.0140×νd
nd≧2.1450-0.0070×νd
nd≧2.3900-0.0140×νd
nd≧2.1510-0.0070×νd
nd≧2.3960-0.0140×νd
nd≧2.1550-0.0070×νd
nd≧2.4000-0.0140×νd
nd≧2.1600-0.0070×νd
nd≧2.1700-0.0070×νd
nd≧2.0715-0.0380×νd
nd≧2.0915-0.0380×νd
nd≧2.1015-0.0380×νd
nd≦2.4900-0.0140×νd
nd≦2.4500-0.0140×νd
nd≦2.4300-0.0140×νd
nd≦2.4200-0.0140×νd
本発明および本明細書において、特記しない限り、「屈折率」は「屈折率nd」を意味し、「アッベ数」は「アッベ数νd」を意味する。
色収差補正の観点から、上記光学ガラスは、アッベ数νdを固定したとき、部分分散比が小さいガラスであることが好ましい。
ここで、部分分散比Pg,Fは、g線、F線、c線における各屈折率ng、nF、ncを用いて、(ng-nF)/(nF-nc)と表される。
高次の色収差補正に好適な高屈折率低分散ガラスを提供する観点から、上記光学ガラスの部分分散比Pg,Fの好ましい範囲は、以下の通りである。
部分分散比Pg,Fは、0.6500以下であることが好ましく、0.6300以下であることがより好ましく、0.6200以下であることが更に好ましく、0.6100以下であることが一層好ましく、0.6000以下であることがより一層好ましい。また、部分分散比Pg,Fは、0.5700以上であることが好ましく、0.5800以上であることがより好ましく、0.5820以上であることが更に好ましく、0.5850以上であることが一層好ましく、0.590以上であることがより一層好ましい。
ガラス製造時の結晶化を抑制する観点からは、上記光学ガラスの液相温度LTは、1400℃以下であることが好ましく、1380℃以下であることがより好ましく、1360℃以下であることが更に好ましく、1340℃以下であることが一層好ましく、1320℃以下であることがより一層好ましく、1310℃以下であることが更に一層好ましく、1300℃以下であることが更により一層好ましく、1290℃以下であることがなお一層好ましく、1280℃以下であることがなおより一層好ましく、1270℃以下であることがなお更に一層好ましく、1260℃以下であることがなお更により一層好ましい。液相温度LTは、例えば1150℃以上であることができる。ただし、液相温度が低いことは好ましいため、液相温度は1150℃を下回ってもよく、下限は特に限定されるものではない。
上記光学ガラスのガラス転移温度Tgは、特に限定されないが、機械加工性の観点からは、好ましくは630℃以上である。ガラス転移温度を630℃以上にすることにより、切断、切削、研削、研磨等のガラスの機械加工を行う際にガラスを破損しにくくすることができる。機械加工性の観点からは、ガラス転移温度Tgは、640℃以上であることがより好ましく、700℃以上であることが更に好ましく、710℃以上であることが一層好ましく、720℃以上であることがより一層好ましく、730℃以上であることが更に一層好ましく、740℃以上であることが更により一層好ましく、745℃以上であることがなお一層好ましい。一方、アニール炉や成形型への負担軽減の観点からは、ガラス転移温度Tgは、800℃以下であることが好ましく、790℃以下であることがより好ましく、780℃以下であることが更に好ましく、775℃以下であることが一層好ましく、770℃以下であることがより一層好ましく、765℃以下であることが更に一層好ましく、760℃以下であることが更により一層好ましい。
光学系を構成する光学素子(レンズ)では、レンズを構成するガラスの屈折率とレンズの光学機能面(制御しようとする光線が入射、出射する面)の曲率によって、屈折力が決まる。光学機能面の曲率を大きくしようとすると、レンズの厚みも増加する。その結果、レンズが重くなる。これに対し、屈折率の高いガラスを使用すれば、光学機能面の曲率を大きくしなくても大きな屈折力を得ることができる。
以上より、ガラスの比重の増加を抑えつつ、屈折率を高めることができれば、一定の屈折力を有する光学素子の軽量化が可能となる。
以上の観点から、上記光学ガラスの比重は、5.40以下であることが好ましく、5.35以下であることがより好ましく、5.30以下であることが更に好ましく、5.25以下であることが一層好ましく、5.20以下であることがより一層好ましく、5.15以下であることが更に一層好ましく、5.10以下であることが更により一層好ましく、5.05以下であることがなお一層好ましく、5.00以下であることがなおより一層好ましい。比重が低いほど光学素子の軽量化の観点から好ましいため、上記光学ガラスの比重について、下限は特に限定されない。一態様では、上記光学ガラスの比重は、例えば、4.30以上、4.40以上、4.50以上、4.60以上、4.70以上、4.75以上、4.77以上、4.80以上または4.85以上であることができる。
また、同様の観点から、上記光学ガラスの比重を屈折率ndで除した値(比重/nd)は、2.80以下であることが好ましく、2.70以下であることがより好ましく、2.65以下であることが更に好ましく、2.60以下であることが一層好ましく、2.56以下であることがより一層好ましく、2.54以下であることが更に一層好ましく、2.52以下であることが更により一層好ましく、2.51以下であることがなお一層好ましく、2.50以下であることがなおより一層好ましい。「比重/nd」の値が小さいほど光学素子の軽量化の観点から好ましいため、上記光学ガラスの「比重/nd」の値について、下限は特に限定されない。一態様では、上記光学ガラスの「比重/nd」は、例えば、2.20以上、2.30以上、2.35以上、2.36以上、2.37以上、2.38以上、2.39以上、2.40以上、2.41以上、2.42以上または2.43以上であることができる。
ガラスの光線透過性、詳しくは、短波長側の光吸収端の長波長化が抑制されていることは、着色度λ5により評価することができる。着色度λ5とは、紫外域から可視域にかけて、厚さ10mmのガラスの分光透過率(表面反射損失を含む)が5%となる波長を表す。後述の実施例に示すλ5は、250~700nmの波長域において測定された値である。分光透過率とは、例えばより詳しくは、10.0±0.1mmの厚さに研磨された互いに平行な平面を有するガラス試料を用い、上記研磨された面に対して垂直方向から光を入射して得られる分光透過率、すなわち、上記ガラス試料に入射する光の強度をIin、上記ガラス試料を透過した光の強度をIoutとしたときのIout/Iinのことである。
着色度λ5によれば、分光透過率の短波長側の吸収端を定量的に評価することができる。接合レンズ作製のためにレンズ同士を紫外線硬化型接着剤により接合する際等には、光学素子を通して接着剤に紫外線を照射し接着剤を硬化させることが行われる。効率よく紫外線硬化型接着剤の硬化を行う観点からは、分光透過率の短波長側の吸収端が短い波長域にあることが好ましい。この短波長側の吸収端を定量的に評価する指標として、着色度λ5を用いることができる。上記光学ガラスは、好ましくは400nm以下、より好ましくは390nm以下、更に好ましくは385nm以下、一層好ましくは380nm以下、より一層好ましくは378nm以下、更に一層好ましくは376nm以下、更により一層好ましくは374nm以下、なお一層好ましくは372nm以下、なおより一層好ましくは370nm以下のλ5を示すことができる。λ5は、低いほど好ましく、下限は特に限定されるものではない。一態様では、上記光学ガラスのλ5は、330nm以上、340nm以上、345nm以上、350nm以上、355nm以上、356nm以上、357nm以上、358nm以上、359nm以上、360nm以上、361nm以上、362nm以上または363nm以上であることができる。
着色度については、ガラスの着色度の上昇を抑えつつ屈折率を高めることができることは好ましい。また、ガラスの着色度の上昇を抑えつつ低分散化できることも好ましい。
以上の観点から、上記光学ガラスのλ5を屈折率ndで除した値(λ5/nd)は、195.00nm以下であることが好ましく、190.00nm以下であることがより好ましく、188.00nm以下であることが更に好ましく、187.00nm以下であることが一層好ましく、187.50nm以下であることがより一層好ましく、187.00nm以下であることが更に一層好ましく、186.50nm以下であることが更により一層好ましく、186.00nm以下であることがなお一層好ましく、185.55nm以下であることがなおより一層好ましく、185.00nm以下であることがなお更に一層好ましい。また、λ5/ndは、低いほど好ましく、下限は特に限定されるものではない。一態様では、上記光学ガラスのλ5/ndは、160.00nm以上、170.00nm以上、171.00nm以上、172.00nm以上、173.00nm以上、174.00nm以上、175.00nm以上、176.00nm以上、177.00nm以上、または178.00nm以上であることができる。
上記光学ガラスのλ5をアッベ数νdで除した値(λ5/νd)は、20.00nm以下であることが好ましく、15.00nm以下であることがより好ましく、14.00nm以下であることが更に好ましく、13.00nm以下であることが一層好ましく、12.90nm以下であることがより一層好ましく、12.80nm以下であることが更に一層好ましく、12.70nm以下であることが更により一層好ましい。また、λ5/νdは、低いほど好ましく、下限は特に限定されるものではない。一態様では、上記光学ガラスのλ5/νdは、8.00nm以上、8.50nm以上、9.00nm以上、9.50nm以上、10.00nm以上、10.50nm以上、11.00nm以上、11.50nm以上、11.70nm以上、12.00nm以上、12.10nm以上、12.20nm以上、12.30nm以上、12.40nm以上または12.50nm以上であることができる。
上記光学ガラスのλ70を屈折率ndで除した値(λ70/nd)は、270.00nm以下であることが好ましく、260.00nm以下であることがより好ましく、250.00nm以下であることが更に好ましく、240.00nm以下であることが一層好ましく、235.00nm以下であることがより一層好ましく、230.00nm以下であることが更に一層好ましく、227.00nm以下であることが更により一層好ましく、225.00nm以下であることがなお一層好ましい。また、λ70/ndは、低いほど好ましく、下限は特に限定されるものではない。一態様では、上記光学ガラスのλ70/ndは、190.00nm以上、200.00nm以上、205.00nm以上、210.00nm以上、212.00nm以上、214.00nm以上、216.00nm以上、218.00nm以上、または220.00nm以上であることができる。
上記光学ガラスのλ70をアッベ数νdで除した値(λ70/νd)は、25.00nm以下であることが好ましく、22.00nm以下であることがより好ましく、20.00nm以下であることが更に好ましく、19.00nm以下であることが一層好ましく、18.00nm以下であることがより一層好ましく、17.00nm以下であることが更に一層好ましく、16.00nm以下であることが更により一層好ましい。また、λ70/νdは、低いほど好ましく、下限は特に限定されるものではない。一態様では、上記光学ガラスのλ70/νdは、8.00nm以上、9.00nm以上、10.00nm以上、11.00nm以上、12.00nm以上、13.00nm以上、14.00nm以上または15.00nm以上であることができる。
上記光学ガラスは、例えば所要の特性が得られるようにガラス原料を調合、熔融、成形することにより得ることができる。ガラス原料としては、例えばリン酸塩、フッ化物、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物等を用いればよい。ガラスの熔融法、成形法については公知の方法を用いればよい。
本発明の他の一態様は、
上記光学ガラスからなるプレス成形用ガラス素材;
上記光学ガラスからなる光学素子ブランク、
に関する。
上記光学ガラスをプレス成形用ガラス素材に成形する工程を備えるプレス成形用ガラス素材の製造方法;
上記プレス成形用ガラス素材を、プレス成形型を用いてプレス成形することにより光学素子ブランクを作製する工程を備える光学素子ブランクの製造方法;
上記光学ガラスを光学素子ブランクに成形する工程を備える光学素子ブランクの製造方法、
も提供される。
本発明の他の一態様は、
上記光学ガラスからなる光学素子
に関する。
上記光学素子は、上記光学ガラスを用いて作製される。上記光学素子において、ガラス表面には、例えば、反射防止膜等の多層膜等、一層以上のコーティングが形成されていてもよい。
上記光学素子ブランクを研削および/または研磨することにより光学素子を作製する工程を備える光学素子の製造方法、
も提供される。
ガラス中にN種のガラス成分が含まれる場合、k番目のガラス成分をA(k)mOnと表記する。ただし、kは1以上、N以下の任意の整数である。
A(k)はカチオン、Oは酸素、mとnは化学量論的に定まる整数である。例えば、酸化物基準による表記がB2O3の場合、m=2、n=3となり、SiO2の場合、m=1、n=2となる。
次に、A(k)mOnの含有量を、X(k)[質量%]とする。ここで、A(k)の原子量をP(k)、酸素Oの原子番号をQとすると、A(k)mOnの形式的な分子量R(k)は、
R(k)=P(k)×m+Q×n
となる。
更に、
B=100/{Σ[m×X(k)/R(k)]}
とすると、カチオン成分A(k)s+の含有量(カチオン%)は、[X(k)/R(k)]×m×B(カチオン%)となる。ここで、Σは、k=1からNまでのm×X(k)/R(K)の合計を意味する。mはkに応じて変化する。sは2n/mである。
また、分子量R(k)は、小数点以下4桁目を四捨五入し、小数点以下3桁目までの表示とした値を用いて計算すればよい。なお、幾つかのガラス成分、添加剤について、酸化物基準による表記における分子量を、下記の表1に示す。
以下の表に示すガラス組成になるように、各成分を導入するための原料としてそれぞれ相当する硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、水酸化物、酸化物、ホウ酸等を用い、原料を秤量し、十分に混合して調合原料とした。
この調合原料を白金製坩堝に入れ、加熱、熔融した。熔融後、熔融ガラスを鋳型に流し込み、ガラス転移温度付近まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約1時間アニール処理した後、炉内で室温まで放冷することにより、表1に示す各光学ガラス(酸化物ガラス)を得た。
以下の表に示す各光学ガラスのアニオン成分については、O2-含有量が100アニオン%である。
得られた光学ガラスを光学顕微鏡により拡大観察したところ、結晶の析出、白金粒子等の異物、泡は認められず、脈理も見られなかった。
このようにして得られた光学ガラスの諸物性を以下の表に示す。
光学ガラスの諸物性は、以下に示す方法により測定した。
(1)屈折率nd、ng、nF、nCおよびアッベ数νd
降温速度-30℃/時間で降温して得られたガラスについて、日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、屈折率nd、ng、nF、nC、アッベ数νdを測定した。
上記(1)で求められた屈折率ng、nF、nCから、部分分散比Pg,Fを算出した。
NETZSCH社製の示差走査熱量分析装置(DSC3300)を使用し、昇温速度10℃/分にしてガラス転移温度Tgを測定した。
以下の表に示す各ガラスからなるガラス試料(体積:10cm3)を白金製坩堝内に入れ、1400℃に設定したガラス熔解炉内で20分保持してガラス試料を十分に熔融して熔融状態とした後、白金製坩堝をガラス熔解炉から取り出し、ガラス試料の温度が500℃以下になるまで白金製坩堝内でガラス試料を放置し冷却した。その後、上記白金製坩堝を温度T℃に設定したガラス熔解炉内に入れて2時間保持し、炉外に取り出した後、直ちに(8秒以内に)ガラス試料が入った白金製坩堝を室温の耐火物(レンガ等)の上に置き、ガラス試料を室温まで冷却した。ここでの室温は、-10~80℃の範囲の温度である。その後、ガラス試料の表面および内部を目視で観察し、結晶の有無を確認した。上記の温度T℃を1100~1350℃の範囲で10℃刻みで変化させて、上記実験を繰り返し行い、ガラス試料の表面および内部に結晶が認められない最も低い温度を液相温度LTとした。
アルキメデス法により比重を測定した。
測定された比重を上記(1)で求められた屈折率ndで除した値(比重/nd)を算出した。
互いに対向する2つの光学研磨された平面を有する厚さ10±0.1mmのガラス試料を用い、分光光度計により、研磨された面に対して垂直方向から強度Iinの光を入射し、ガラス試料を透過した光の強度Ioutを測定し、分光透過率Iout/Iinを算出し、分光透過率が5%になる波長をλ5、分光透過率が70%になる波長をλ70とした。
上記で求められたnd、νd、λ5およびλ70から、λ5/nd、λ5/νd、λ70/ndおよびλ70/νdを算出した。
ガラスは、熔融ガラスを成形して得られる。ガラス安定性が低いと、熔融ガラスを鋳型に流し込んで成形して得られるガラス中に含まれる結晶粒の数が増加する。したがって、ガラス安定性、特にガラス融液を成形するときの耐失透性は、一定の条件で熔融、成形したガラスに含まれる結晶の数によって評価することができる。評価方法の一例を、以下に示す。
原料として硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、水酸化物、酸化物、ホウ酸等を用い、各原料粉末を秤量して十分混合し、調合原料とし、この調合原料を容量が300mlの白金製坩堝に入れて1400℃に設定したガラス熔解炉内で2時間、加熱、熔融し、均質な熔融ガラスを150g作製する。この間、熔融ガラスを数回攪拌、振とうする。
2時間経過後、上記の炉から熔融ガラスが入った坩堝を取り出し、15~20秒間、攪拌、振とうした後、カーボン製の鋳型(50mm×40mm×8mm~12mm)に熔融ガラスを流し込み、徐冷炉内に入れて歪を除く。
得られたガラス内部を、光学顕微鏡(倍率100倍)を用いて観察し、析出している結晶の数をカウントし、ガラス1kg当たりに含まれる結晶数を算出して、結晶の数密度(個/kg)とする。
上記方法により評価される結晶の数密度は、2000個/kg以下であることが好ましく、1000個/kg以下であることがより好ましく、800個/kg以下であることが更に好ましく、600個/kg以下であることが一層好ましく、400個/kg以下であることがより一層好ましく、200個/kg以下であることが更に一層好ましく、100個/kg以下であることがなお一層好ましく、50個/kg以下であることがなおより一層好ましく、30個/kg以下であることがなお更に一層好ましく、0個/kgであることが特に好ましい。 上記方法により評価した上記表2に示された各ガラスの結晶の数密度は、すべて、0個/kgであった。
実施例1で得られた各種ガラスを使用し、プレス成形用ガラス塊(ガラスゴブ)を作製した。このガラス塊を大気中で加熱、軟化し、プレス成形型でプレス成形し、レンズブランク(光学素子ブランク)を作製した。作製したレンズブランクをプレス成形型から取り出し、アニールし、研磨を含む機械加工を行い、実施例1で作製した各種ガラスからなる球面レンズを作製した。
実施例1において作製した熔融ガラスを所望量、プレス成形型でプレス成形し、レンズブランク(光学素子ブランク)を作製した。作製したレンズブランクをプレス成形型から取り出し、アニールし、研磨を含む機械加工を行い、実施例1で作製した各種ガラスからなる球面レンズを作製した。
実施例1において作製した熔融ガラスを固化して作製したガラス塊(光学素子ブランク)アニールし、研磨を含む機械加工を行い、実施例1で作製した各種ガラスからなる球面レンズを作製した。
実施例2~4において作製した球面レンズを、他種のガラスからなる球面レンズと貼り合せ、接合レンズを作製した。実施例2~4において作製した球面レンズの接合面は凸面、他種の光学ガラスからなる球面レンズの接合面は凹面であった。上記2つの接合面は、互いに曲率半径の絶対値が等しくなるように作製した。接合面に光学素子接合用の紫外線硬化型接着剤を塗布し、2つのレンズを接合面同士で貼り合せた。その後、実施例2~4において作製した球面レンズを通して、接合面に塗布した接着剤に紫外線を照射し、接着剤を固化させた。
上記のようにして接合レンズを作製した。
例えば、上述の例示されたガラス組成に対し、明細書に記載の組成調整を行うことにより、本発明の一態様にかかる光学ガラスを得ることができる。
また、明細書に例示または好ましい範囲として記載した事項の2つ以上を任意に組み合わせることは、もちろん可能である。
Claims (6)
- カチオン%表示のガラス組成において、
Y 3+ 含有量が1~20カチオン%の範囲であり、
Ta5+含有量が0~5カチオン%の範囲であり、
Zr 4+ 含有量が1~15カチオン%の範囲であり、
Si 4+ とB 3+ との合計含有量(Si 4+ +B 3+ )が28~45カチオン%の範囲であり、
La 3+ 、Gd 3+ およびY 3+ の合計含有量(La 3+ +Gd 3+ +Y 3+ )が36~55カチオン%の範囲であり、
Ti 4+ 、Nb 5+ 、W 6+ およびBi 3+ の合計含有量(Ti 4+ +Nb 5+ +W 6+ +Bi 3+ )が10~28カチオン%の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、W6+およびBi3+の合計含有量に対するTi4+含有量のカチオン比(Ti4+/(Ti4++Nb5++W6++Bi3+))が0.60~1.00の範囲であり、
La3+、Gd3+およびY3+の合計含有量に対するSi4+とB3+との合計含有量のカチオン比((Si4++B3+)/(La3++Gd3++Y3+))が0.70~0.95の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、W6+およびBi3+の合計含有量に対するSi4+とB3+との合計含有量のカチオン比((Si4++B3+)/(Ti4++Nb5++W6++Bi3+))が1.10~2.00の範囲であり、
Ti4+、Nb5+、W6+およびBi3+の合計含有量に対するLa3+、Gd3+およびY3+の合計含有量のカチオン比((La3++Gd3++Y3+)/(Ti4++Nb5++W6++Bi3+))が1.00~2.00の範囲であり、
La3+とY3+との合計含有量に対するMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+およびZn2+の合計含有量のカチオン比((Mg2++Ca2++Sr2++Ba2++Zn2+)/(La3++Y3+))が0.001~0.150の範囲であり、
Si4+とB3+との合計含有量に対するMg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+およびZn2+のカチオン比((Mg2++Ca2++Sr2++Ba2++Zn2+)/(Si4++B3+))が0.001~0.150の範囲であり、
La 3+ とY 3+ との合計含有量に対するZn 2+ のカチオン比(Zn 2+ /(La 3+ +Y 3+ ))が0.001~0.15の範囲であり、
Si4+、B3+、Zn2+、La3+、Y3+、Zr4+およびTi4+の合計含有量に対するGd3+、Nb5+およびW6+の合計含有量のカチオン比((Gd3++Nb5++W6+)/(Si4++B3++Zn2++La3++Y3++Zr4++Ti4+))が0.000~0.070の範囲であり、
Si 4+ 、B 3+ 、Zn 2+ 、La 3+ 、Y 3+ 、Zr 4+ およびTi 4+ の合計含有量に対するGd 3+ とW 6+ との合計含有量のカチオン比((Gd 3+ +W 6+ )/(Si 4+ +B 3+ +Zn 2+ +La 3+ +Y 3+ +Zr 4+ +Ti 4+ ))が0.000~0.002の範囲であり、
屈折率ndが1.9800~2.0300の範囲であり、かつアッベ数νdが25.0~34.0の範囲である光学ガラス。 - Gd3+、Nb5+およびW6+の合計含有量が、0~8カチオン%の範囲である、請求項1に記載の光学ガラス。
- ガラス転移温度Tgが720℃以上である、請求項1または2に記載の光学ガラス。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の光学ガラスからなるプレス成形用ガラス素材。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子ブランク。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
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