JP7329521B2 - 高屈折率光学ホウ酸塩ガラス - Google Patents

高屈折率光学ホウ酸塩ガラス Download PDF

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Description

優先権
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１８年１月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／６１８３２９号に優先権の恩恵を主張するものである。
本明細書は、広く、例えば、光学機器用の光学レンズ、拡張現実（ＡＲ）装置または仮想現実（ＶＲ）装置用のディスプレイなど、光学ディスプレイ、光学装置および光ファイバへの使用に適したガラス組成物に関する。より詳しくは、本明細書は、拡張現実装置または仮想現実装置用のディスプレイに使用されることのあるホウ酸塩ガラスに関する。
この十年において、高屈折率（すなわち、１．６０超の屈折率（ＲＩ））を有する光学ガラスの需要が、拡張現実および仮想現実装置の市場の成長とともに、増加してきた。拡張現実または仮想現実装置に使用されるこれらの光学ガラスの他の要件に、可視範囲における良好な透過率、良好なガラス成形性、化学的耐久性、および比較的低い製造コストがある。屈折率が高いガラスの製造は、そのような高屈折率を要求しないディスプレイ用ガラスの製造とは極めて異なる。成形は、光学的物体を調製するために使用される典型的な方法であり、通常、所望の表面特性を達成するために、研削および研磨が必要であり、これは、ディスプレイ用ガラスには要求されないであろう。低い液相温度は、加工にとって有益であり、例えば、金型の寿命およびエネルギーの節約にとって有益である。したがって、光学ガラスの要求は、ディスプレイ用ガラスの要求とは同じではなく、光学ガラスには、ディスプレイ用ガラスとは異なるガラス組成物が必要であろう。
拡張現実または仮想現実装置に使用する光学ガラスの別の要件は、低い密度（すなわち、４．００ｇ／ｃｍ３未満の密度）である。多くの拡張現実または仮想現実装置がウェアラブル装置として製造されるので、その装置の質量は使用者により支えられる。長期間に亘り、比較的軽量の装置でさえも、身に付けているのが煩わしくなり得る。それゆえ、拡張現実または仮想現実装置における光学ガラスに使用するには、軽量の低密度ガラスが望ましい。
高屈折率および低密度に加え、拡張現実または仮想現実装置に使用するための光学ガラスは、洗浄および様々な環境条件に耐えられるような良好な化学的耐久性、並びにその光学ガラスが拡張現実または仮想現実装置において使用されている最中に損傷を受けるのを防ぐであろう他の機械的性質も有することがある。
したがって、上述した属性を有し、拡張現実または仮想現実装置に使用するのに適したガラスが必要とされている。
実施の形態によれば、ホウ酸塩ガラスは、２５．０モル％以上から７０．０モル％以下までのＢ２Ｏ３、０．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＳｉＯ２、０．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＡｌ２Ｏ３、３．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＮｂ２Ｏ５、０．０モル％以上から１２．０モル％以下までのアルカリ金属酸化物、０．０モル％以上から５．０モル％以下までのＺｎＯ、０．０モル％以上から８．０モル％以下までのＺｒＯ２、０．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＴｉＯ２、０．５モル％未満のＢｉ２Ｏ３、および０．５モル％未満のＰ２Ｏ５を含み、Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の合計は、３５．０モル％以上から７６．０モル％以下までであり、ＣａＯ＋ＭｇＯの合計は、０．０モル％以上から３５．５モル％以下までであり、このホウ酸塩ガラスは、５８７．６ｎｍで測定された、１．７０以上の屈折率を有し、このホウ酸塩ガラスは、４．５０ｇ／ｃｍ３以下の密度を有し、このホウ酸塩ガラスは、２０．０以上から４７．０以下までのアッベ数ＶＤを有する。
追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項の主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることが理解されよう。
ここで、様々な実施の形態による光学ホウ酸塩ガラスを詳しく参照する。ホウ酸塩ガラスには、従来のケイ酸塩ガラスを上回る多くの利点があり、例えば、その密度は、高屈折率ガラスの割りに小さく（例えば、４．４ｇ／ｃｍ３未満の密度など）、分散は低く（例えば、低いアッベ数など：ＶＤは２１．０～４６．３である）、ホウ酸塩ガラスは、ケイ酸塩ガラスと比べて比較的低い溶融温度を有し、ケイ酸塩ガラスおよびリン酸塩ガラスよりもずっと多量のＢａＯ、Ｌａ２Ｏ３およびＺｒＯ２を受け入れることができ、例えば、ヒ素（Ａｓ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）、クロム（Ｃｒ）、タリウム（Ｔｌ）、またはバナジウム（Ｖ）などの健康や環境に有害な成分を含まない組成物により、匹敵する屈折率を達成することができるであろう。ハロゲン化物ガラスと比べると、ホウ酸塩ガラスの良好な化学的耐久性および熱的性質により、そのガラスが、増幅用途のための希土類の優れた母材となる。
ここに記載されたガラス組成物のいくつかの実施の形態において、構成成分（例えば、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、など）の濃度は、特に明記のない限り、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で与えられている。実施の形態による光学ホウ酸塩ガラス組成物の成分は、下記に個別に述べられている。１つの成分の様々に列挙された範囲のいずれも、任意の他の成分に関して様々に列挙された範囲のいずれと個別に組み合わされてもよいことを理解すべきである。
ここに開示された光学ホウ酸塩ガラス組成物のいくつかの実施の形態において、Ｂ２Ｏ３は、最大成分であり、それゆえ、Ｂ２Ｏ３は、そのガラス組成物から形成されたガラス網状構造の主成分である。Ｂ２Ｏ３は、ガラス組成物から形成されたガラス溶融物中のＢＯ４四面体配位のために、ガラス組成物の粘度を増すことがある。Ｂ２Ｏ３の濃度が、他のガラス網状構造形成材の濃度およびそのガラス組成物中のアルカリ酸化物の濃度に対してバランスがとられている場合、Ｂ２Ｏ３は、ガラス溶融物の液相温度を低下させ、それによって、液相粘度を向上させ、そのガラス組成物の特定の成形過程との適合性を改善することができる。それゆえ、Ｂ２Ｏ３は、これらの性質を過剰に低下させない量で添加されるであろうし、ガラスの安定性を改善するであろう。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、２５．０モル％以上から７０．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＢ２Ｏ３を含むことがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、３０．０モル％以上、３５．０モル％以上、４０．０モル％以上、４５．０モル％以上、５０．０モル％以上、５５．０モル％以上、６０．０モル％以上、または６５．０モル％以上の量でＢ２Ｏ３を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、６５．０モル％以下、６０．０モル％以下、５５．０モル％以下、５０．０モル％以下、４５．０モル％以下、４０．０モル％以下、３５．０モル％以下、または３０．０モル％以下の量でＢ２Ｏ３を含む。いくつかの実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、３０．０モル％以上から６５．０モル％以下まで、３５．０モル％以上から６０．０モル％以下まで、４０．０モル％以上から５５．０モル％以下まで、または４５．０モル％以上から５０．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＢ２Ｏ３を含む。
Ｂ２Ｏ３のように、Ａｌ２Ｏ３は、いくつかの実施の形態において、ガラス網状構造形成材として前記ガラス組成物に添加されることがあり、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス組成物から形成されたガラス溶融物中のＡｌＯ４四面体またはＡｌＯ６八面体配位のために、そのガラス組成物の粘度を増加させることがあるが、Ａｌ２Ｏ３の量が多すぎると、ガラス組成物の成形性を低下させることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から１５．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＡｌ２Ｏ３を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、２．０モル％以上、４．０モル％以上、６．０モル％以上、８．０モル％以上、１０．０モル％以上、１２．０モル％以上、または１４．０モル％以上の量でＡｌ２Ｏ３を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１２．０モル％以下、１０．０モル％以下、８．０モル％以下、６．０モル％以下、４．０モル％以下、または２．０モル％以下の量でＡｌ２Ｏ３を含む。いくつかの実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、４．０モル％以上から１０．０モル％以下まで、または６．０モル％以上から８．０モル％以下までなど、２．０モル％以上から１２．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＡｌ２Ｏ３を含む。
ここに開示された光学ホウ酸塩ガラス組成物のいくつかの実施の形態において、ＳｉＯ２は、追加のガラス網状構造形成材として添加されることがある。純粋なＳｉＯ２は、比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、無アルカリである。しかしながら、純粋なＳｉＯ２は高い融点を有する。それゆえ、ＳｉＯ２を添加すると、ガラスの熱安定性は増加するであろう。したがって、ガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度が高すぎると、より高濃度のＳｉＯ２がガラスを溶融する難しさを増し、これは、転じて、ガラスの成形性に悪影響を及ぼすで、そのガラス組成物の成形性は低下するであろう。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から１０．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＳｉＯ２を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、０．５モル％以上、１．０モル％以上、２．０モル％以上、４．０モル％以上、６．０モル％以上、または８．０モル％以上の量でＳｉＯ２を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、８．０モル％以下、６．０モル％以下、４．０モル％以下、３．０モル％以下、２．０モル％以下、１．０モル％以下、または０．５モル％以下の量でＳｉＯ２を含む。いくつかの実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、０．５モル％以上から８．０モル％以下まで、１．０モル％以上から６．０モル％以下まで、または２．０モル％以上から４．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＳｉＯ２を含む。
いくつかの実施の形態において、前記ガラス網状構造形成材Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の合計は、３５．０モル％以上から７６．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、３８．０モル％以上、４０．０モル％以上、４２．０モル％以上、４４．０モル％以上、４６．０モル％以上、４８．０モル％以上、５０．０モル％以上、５２．０モル％以上、５４．０モル％以上、５６．０モル％以上、５８．０モル％以上、６０．０モル％以上、６２．０モル％以上、６４．０モル％以上、６６．０モル％以上、６８．０モル％以上、７０．０モル％以上、７２．０モル％以上、または７４．０モル％以上など、３６．０モル％以上のガラス網状構造形成材Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の合計を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス網状構造形成材Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の合計は、７２．０モル％以下、７０．０モル％以下、６８．０モル％以下、６６．０モル％以下、６４．０モル％以下、６２．０モル％以下、６０．０モル％以下、５８．０モル％以下、５６．０モル％以下、５４．０モル％以下、５２．０モル％以下、５０．０モル％以下、４８．０モル％以下、４６．０モル％以下、４４．０モル％以下、４２．０モル％以下、４０．０モル％以下、３８．０モル％以下、または３６．０モル％以下など、７４．０モル％以下である。いくつかの実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、３６．０モル％以上から７４．０モル％以下まで、４０．０モル％以上から７０．０モル％以下まで、４５．０モル％以上から６５．０モル％以下まで、または５０．０モル％以上から６０．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でガラス網状構造形成材Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の合計を含む。
ガラス網状構造形成材に加え、ＣａＯを添加すると、ガラスの粘度が低下する。しかしながら、ガラス組成物に多すぎるＣａＯが添加されると、結晶化および失透が生じる。ガラス中のＣａＯの他の効果が、先に述べられている。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から３５．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＣａＯを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、５．０モル％以上、１０．０モル％以上、１５．０モル％以上、２０．０モル％以上、２５．０モル％以上、または３０．０モル％以上の量でＣａＯを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、３０．０モル％以下、２５．０モル％以下、２０．０モル％以下、１５．０モル％以下、１０．０モル％以下、または５．０モル％以下の量でＣａＯを含む。いくつかの実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、１０．０モル％以上から３０．０モル％以下まで、１５．０モル％以上から３０．０モル％以下まで、または１５．０モル％以上から２５．０モル％以下までなど、５．０モル％以上から３０．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＣａＯを含む。
ＭｇＯは、ＣａＯの代替物として使用されることのある一般的なアルカリ土類金属であるが、ここに開示され、記載された光学ホウ酸塩ガラスのいくつかの実施の形態において、ＭｇＯは、そのガラス組成物中にどのような実質的な量でも含まれない。それゆえ、いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物中のＭｇＯの量は０．５モル％未満であり、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、ＭｇＯをどの測定可能な量でも含有しない。したがって、少なくともいくつかの実施の形態において、光学ホウ酸塩ガラス組成物中のＣａＯ＋ＭｇＯのモル％で表された合計は、その光学ホウ酸塩ガラス組成物中のＣａＯの量とほぼ等しい。
ＢａＯは、ガラスの粘度を低下させ、またガラスの成形性を向上させることがあり、ヤング率を向上させることがあり、ガラスのＲＩを改善することがある。しかしながら、ガラス組成物に多すぎるＢａＯが添加されると、ガラス組成物の密度が上昇し、結晶化および失透が生じる。少なくともいくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から５５．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＢａＯを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、５．０モル％以上、１０．０モル％以上、１５．０モル％以上、２０．０モル％以上、２５．０モル％以上、３０．０モル％以上、３５．０モル％以上、４０．０モル％以上、または４５．０モル％以上の量でＢａＯを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、４５．０モル％以下、４０．０モル％以下、３５．０モル％以下、３０．０モル％以下、２５．０モル％以下、２０．０モル％以下、１５．０モル％以下、１０．０モル％以下、または５．０モル％以下の量でＢａＯを含む。いくつかの実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、１０．０モル％以上から４０．０モル％以下まで、１５．０モル％以上から４０．０モル％以下まで、２０．０モル％以上から４０．０モル％以下まで、２０．０モル％以上から３５．０モル％以上まで、または２５．０モル％以上から３５．０モル％以下までなど、５．０モル％以上から４５．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＢａＯを含む。
ＳｒＯは、ガラスの粘度を低下させ、また成形性を向上させることがあり、ヤング率を向上させることがあり、ガラスのＲＩを改善することがある。しかしながら、ガラス組成物に多すぎるＳｒＯが添加されると、ガラス組成物の密度が上昇し、結晶化および失透が生じる。少なくともいくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から８．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＳｒＯを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、０．１モル％以上、０．５モル％以上、１．０モル％以上、１．５モル％以上、２．０モル％以上、２．５モル％以上、３．０モル％以上、３．５モル％以上、４．０モル％以上、４．５モル％以上、５．０モル％以上、５．５モル％以上、６．０モル％以上、６．５モル％以上、７．０モル％以上、または７．５モル％以上の量でＳｒＯを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、７．５モル％以下、７．０モル％以下、６．５モル％以下、６．０モル％以下、５．５モル％以下、５．０モル％以下、４．５モル％以下、４．０モル％以下、３．５モル％以下、３．０モル％以下、２．５モル％以下、２．０モル％以下、１．５モル％以下、１．０モル％以下、０．５モル％以下、または０．１モル％以下の量でＳｒＯを含む。実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、０．５モル％以上から４．０モル％以下まで、または０．５モル％以上から３．０モル％以下までなど、０．１モル％以上から５．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＳｒＯを含む。
Ｌａ２Ｏ３は、光学ホウ酸塩ガラス組成物のＲＩを上昇させるために、光学ホウ酸塩ガラス組成物に添加されることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から３０．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＬａ２Ｏ３を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、４．０モル％以上、５．０モル％以上、１０．０モル％以上、１５．０モル％以上、２０．０モル％以上、または２５．０モル％以上の量でＬａ２Ｏ３を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、２５．０モル％以下、２０．０モル％以下、１５．０モル％以下、１０．０モル％以下、５．０モル％以下、または４．０モル％以下の量でＬａ２Ｏ３を含む。実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、４．０モル％以上から２０．０モル％以下まで、４．０モル％以上から１５．０モル％以下まで、５．０モル％以上から２０．０モル％以下まで、または５．０モル％以上から１５．０モル％以下までなど、４．０モル％以上から２５．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＬａ２Ｏ３を含む。
Ｎｂ２Ｏ５が、前記光学ホウ酸塩ガラスのＲＩおよびガラスの成形性を増すために、その光学ホウ酸塩ガラス組成物に添加されることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、３．０モル％以上から１５．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＮｂ２Ｏ５を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、４．０モル％以上、６．０モル％以上、８．０モル％以上、１０．０モル％以上、１２．０モル％以上、または１４．０モル％以上の量でＮｂ２Ｏ５を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１４．０モル％以下、１２．０モル％以下、１０．０モル％以下、８．０モル％以下、６．０モル％以下、または４．０モル％以下の量でＮｂ２Ｏ５を含む。実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、４．０モル％以上から１２．０モル％以下まで、４．０モル％以上から１０．０モル％以下まで、５．０モル％以上から１２．０モル％以下まで、または５．０モル％以上から１０．０モル％以下までなど、４．０モル％以上から１４．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＮｂ２Ｏ５を含む。
上記成分に加え、１つ以上の実施の形態による光学ホウ酸塩ガラスは、例えば、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物を含むことがある。このアルカリ金属酸化物は、例えば、溶融温度、粘度、機械的強度、および化学的耐久性など、ガラス組成物の様々な性質を変えるために加えられることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から１２．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＬｉ２Ｏを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１．０モル％以上、２．０モル％以上、４．０モル％以上、６．０モル％以上、８．０モル％以上、または１０．０モル％以上の量でＬｉ２Ｏを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１０．０モル％以下、８．０モル％以下、６．０モル％以下、４．０モル％以下、２．０モル％以下、または１．０モル％以下の量でＬｉ２Ｏを含む。いくつかの実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、１．０モル％以上から８．０モル％以下まで、２．０モル％以上から１０．０モル％以下まで、または２．０モル％以上から８．０モル％以下までなど、１．０モル％以上から１０．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＬｉ２Ｏを含む。
いくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から１０．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＮａ２Ｏを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、０．５モル％以上、１．０モル％以上、２．０モル％以上、４．０モル％以上、６．０モル％以上、または８．０モル％以上の量でＮａ２Ｏを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、８．０モル％以下、６．０モル％以下、４．０モル％以下、２．０モル％以下、１．０モル％以下、または０．５モル％以下の量でＮａ２Ｏを含む。実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、０．０モル％以上から６．０モル％以下まで、０．０モル％以上から４．０モル％以下まで、０．５モル％以上から８．０モル％以下まで、または１．０モル％以上から４．０モル％以下までなど、０．０モル％以上から８．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＮａ２Ｏを含む。
少なくともいくつかの実施の形態において、前記光学ホウ酸塩ガラス組成物中の全てのアルカリ金属酸化物の合計は、１．０モル％以上から１０．０モル％以下まで、１．０モル％以上から８．０モル％以下まで、２．０モル％以上から１０．０モル％以下まで、または２．０モル％以上から８．０モル％以下までなど、０．０モル％以上から１２．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。
例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、およびＹ２Ｏ３など、上述したＮｂ２Ｏ５の他の遷移金属酸化物が、屈折率を上昇させるために、実施の形態による光学ホウ酸塩ガラスに添加されることがある。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から５．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＺｎＯを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１．０モル％以上、２．０モル％以上、３．０モル％以上、または４．０モル％以上の量でＺｎＯを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、４．０モル％以下、３．０モル％以下、２．０モル％以下、または１．０モル％以下の量でＺｎＯを含む。実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、１．０モル％以上から３．０モル％以下までなど、０．０モル％以上から４．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＺｎＯを含む。
いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から８．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＺｒＯ２を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１．０モル％以上、２．０モル％以上、３．０モル％以上、４．０モル％以上、５．０モル％以上、６．０モル％以上、または７．０モル％以上の量でＺｒＯ２を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、７．０モル％以下、６．０モル％以下、５．０モル％以下、４．０モル％以下、３．０モル％以下、２．０モル％以下、または１．０モル％以下の量でＺｒＯ２を含む。実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、２．０モル％以上から６．０モル％以下まで、３．０モル％以上から６．０モル％以下まで、または４．０モル％以上から６．０モル％以下までなど、１．０モル％以上から７．０モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＺｒＯ２を含む。
いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、一般に、０．０モル％以上から１５．０モル％以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の濃度でＴｉＯ２を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１．０モル％以上、２．０モル％以上、３．０モル％以上、４．０モル％以上、５．０モル％以上、６．０モル％以上、７．０モル％以上、８．０モル％以上、９．０モル％以上、１０．０モル％以上、１１．０モル％以上、１２．０モル％以上、１３．０モル％以上、または１４．０モル％以上の量でＴｉＯ２を含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、１４．０モル％以下、１３．０モル％以下、１２．０モル％以下、１１．０モル％以下、１０．０モル％以下、９．０モル％以下、８．０モル％以下、７．０モル％以下、６．０モル％以下、５．０モル％以下、４．０モル％以下、３．０モル％以下、２．０モル％以下、または１．０モル％以下の量でＴｉＯ２を含む。実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、そのガラス組成物は、２．０モル％以上から１２．０モル％以下まで、４．０モル％以上から１０．０モル％以下まで、または５．０モル％以上から１０．０モル％以下までなど、１．０モル％以上から１４．０モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量でＴｉＯ２を含む。
他の成分が、実施の形態において、清澄剤として少量、前記光学ホウ酸塩ガラスに添加されることがある。そのような清澄剤としては、ＣｅＯ２、Ｆ－、Ｃｌ－、硫酸塩、および硫化物が挙げられる。いくつかの実施の形態において、その光学ホウ酸塩ガラス組成物中の全ての清澄剤の合計は、０．５モル％以上から１．５モル％以下までなど、０．０モル％以上から２．０モル％以下であることがある。他の実施の形態において、その光学ホウ酸塩ガラスは、１．０モル％以下、０．７モル％以下、０．５モル％以下、０．２モル％以下、または０．１モル％以下、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の量で清澄剤を含むことがある。
１つ以上の実施の形態において、様々な成分が、限られた量で前記光学ホウ酸塩ガラス組成物中に存在する。これらの成分の量は、例えば、それらの成分が、環境に有害である、ヒトにとって毒性である、費用がかかる、またはそのガラス組成物の性質に悪影響を与えるなど、様々な理由のために制御されることがある。例えば、Ｂｉ２Ｏ３は、ガラス組成物の屈折率を上昇させるが、Ｂｉ２Ｏ３は、ガラス組成物の密度も急激に上昇させる。したがって、実施の形態において、ガラス組成物にわずかしかまたは全くＢｉ２Ｏ３は添加されない。光学ホウ酸塩ガラス組成物のいくつかの実施の形態は、０．２モル％以下のＢｉ２Ｏ３、または０．１モル％以下のＢｉ２Ｏ３など、０．５モル％未満のＢｉ２Ｏ３を含む。その光学ホウ酸塩ガラスのいくつかの実施の形態は、どのような測定可能な量でもＢｉ２Ｏ３を含まない。
少なくともいくつかの実施の形態において、前記ガラス組成物にほとんどまたは全くＰ２Ｏ５は添加されない。その光学ホウ酸塩ガラスのいくつかの実施の形態は、０．２モル％以下のＰ２Ｏ５、または０．１モル％以下のＰ２Ｏ５など、０．５モル％未満のＰ２Ｏ５を含む。その光学ホウ酸塩ガラスの他の実施の形態は、どのような測定可能な量でもＰ２Ｏ５を含まない。
Ｂｉ２Ｏ３およびＰ２Ｏ５に加え、前記光学ホウ酸塩ガラス中の他の成分の量が制御されることがある。いくつかの実施の形態において、Ｔａ２Ｏ５＋酸化タングステン＋Ｅｒ２Ｏ３＋ＴｅＯ２＋Ｇｄ２Ｏ３のモル％で表された合計は、０．２モル％以下、または０．１モル％以下など、０．５モル％未満である。その光学ホウ酸塩ガラスの他の実施の形態において、Ｔａ２Ｏ５＋酸化タングステン＋Ｅｒ２Ｏ３＋ＴｅＯ２＋Ｇｄ２Ｏ３の合計は、測定可能ではない。
いくつかの実施の形態において、前記光学ホウ酸塩ガラスは、鉛、ヒ素、タリウム、カドミウム、バナジウム、水銀、およびクロムの１つ以上を含まないことがある。ここに用いられているように、「含まない」という用語は、そのガラス成分が、ガラス設計に含まれず、存在した場合でも、１００ｐｐｍ未満の量でしか存在しないことを示す。
ここに開示され、記載された実施の形態による光学ホウ酸塩ガラスは、有益な特徴を有するように配合できることが分かった。特に、光学ホウ酸塩ガラスのＲＩを上昇させるために、そのホウ酸塩ガラス組成物に遷移金属元素が添加されることがある。遷移金属元素などの成分が、ガラス転移温度（Ｔｇ）、液相温度、および液相粘度など、ガラス組成物の他の性質を阻害もせずに、そのガラス組成物のＲＩを著しく上昇させ得る量でホウ酸塩ガラスに添加できることは、以前は予測されていなかった。しかしながら、光学ホウ酸塩ガラス組成物の他の性質を過度に阻害せずに、ＲＩを著しく上昇させるために、十分な量の遷移金属元素をそのガラス組成物に添加できることが分かった。ここでの実施の形態に開示され、記載された光学ホウ酸塩ガラスの様々な性質が下記に論じられている。
実施の形態に開示された光学ホウ酸塩ガラスの屈折率は、ガラス組成物への遷移金属元素の添加により影響を受けることがある。特に、ガラス組成物に酸化ランタンおよび酸化ニオブを添加すると、ガラス組成物のＲＩが上昇する。１つ以上の実施の形態において、ＲＩは、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ Ｍｏｄｅｌ ２０１０ Ｐｒｉｓｍ Ｃｏｕｐｌｅｒで測定した。屈折率の測定は、様々なレーザ源を使用して、４０６ｎｍ、４７３ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、７９０ｎｍおよび９８１ｎｍの波長にてＭｅｔｒｉｃｏｎ Ｍｏｄｅｌ ２０１０ Ｐｒｉｓｍ Ｃｏｕｐｌｅｒで行った。このＭｅｔｒｉｃｏｎ Ｍｏｄｅｌ ２０１０ Ｐｒｉｓｍ Ｃｏｕｐｌｅｒは、バルク材および／またはフイルムの屈折率を測定できる、全自動屈折計として作動する。提供したガラス試料などのバルク材の屈折率は、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ Ｍｏｄｅｌ ２０１０ Ｐｒｉｓｍ Ｃｏｕｐｌｅｒで測定される。屈折率の測定結果を、コーシーの分散式に当て嵌め、定数を決定した。光学ガラスの屈折率ｎＤは、５８７．６ｎｍ（ヘリウムのｄ線）の波長で規定される。近似屈折率分散値を使用して、各ガラス組成物について、アッベ数ＶＤを計算する。１つ以上の実施の形態において、光学ホウ酸塩ガラスは、１．７０以上、１．７１以上、１．７２以上、１．７３以上、１．７４以上、１．７５以上、１．７６以上、１．７７以上、１．７８以上、１．７９以上、または１．８０以上の、５８７．６ｎｍで測定されたＲＩを有することがある。いくつかの実施の形態において、その光学ホウ酸塩ガラスは、１．８２以下、１．８１以下、１．８０以下、１．７９以下、１．７８以下、１．７７以下、１．７６以下、１．７５以下、１．７４以下、１．７３以下、１．７２以下、または１．７１以下の、５８７．６ｎｍで測定されたＲＩを有することがある。実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、その光学ホウ酸塩ガラスは、１．７２以上から１．８１以下まで、１．７４以上から１．７８以下まで、または１．７６以上から１．７８以下までなど、１．７０以上から１．８２以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲の、５８７．６ｎｍで測定されたＲＩを有することがある。
先に開示されたように、前記光学ホウ酸塩ガラスの密度は、１つ以上の実施の形態において、比較的低いことがある。いくつかの実施の形態において、密度はＡＳＴＭ Ｃ６９３にしたがって測定され、その光学ホウ酸塩ガラスの密度は、４．４０ｇ／ｃｍ３以下、４．３０ｇ／ｃｍ３以下、４．２０ｇ／ｃｍ３以下、４．１０ｇ／ｃｍ３以下、４．００ｇ／ｃｍ３以下、３．９０ｇ／ｃｍ３以下、３．８０ｇ／ｃｍ３以下、３．７０ｇ／ｃｍ３以下、３．６０ｇ／ｃｍ３以下、３．５０ｇ／ｃｍ３以下、または３．４０ｇ／ｃｍ３以下など、４．５０ｇ／ｃｍ３以下であることがある。１つ以上の実施の形態において、その光学ホウ酸塩ガラス組成物の密度は、３．００ｇ／ｃｍ３以上から４．４０ｇ／ｃｍ３以下まで、３．００ｇ／ｃｍ３以上から４．３０ｇ／ｃｍ３以下まで、３．００ｇ／ｃｍ３以上から４．２０ｇ／ｃｍ３以下まで、３．００ｇ／ｃｍ３以上から４．１０ｇ／ｃｍ３以下まで、３．００ｇ／ｃｍ３以上から４．００ｇ／ｃｍ３以下まで、３．００ｇ／ｃｍ３以上から３．９０ｇ／ｃｍ３以下まで、３．００ｇ／ｃｍ３以上から３．８０ｇ／ｃｍ３以下まで、３．００ｇ／ｃｍ３以上から３．７０ｇ／ｃｍ３以下まで、３．００ｇ／ｃｍ３以上から３．６０ｇ／ｃｍ３以下まで、３．００ｇ／ｃｍ３以上から３．５０ｇ／ｃｍ３以下まで、または３．００ｇ／ｃｍ３以上から３．４０ｇ／ｃｍ３以下までなど、３．００ｇ／ｃｍ３以上から４．５０ｇ／ｃｍ３以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。
実施の形態による光学ホウ酸塩ガラスは、アッベ数（Ｖ数とも称される）により定義されるように、比較的低い分散を有する。近似屈折率分散値を使用して、各ガラス組成物について、アッベ数ＶＤを計算する。光学ガラスのアッベ数ＶＤは、以下の式１：
Figure 0007329521000001
によって決定されることがある。式中、ｎＤは５８７．６ｎｍで測定されたガラスの屈折率であり、ｎＦは４８６．１ｎｍで測定されたガラスの屈折率であり、ｎＣは６５６．３ｎｍで測定されたガラスの屈折率である。いくつかの実施の形態において、その光学ホウ酸塩ガラスのＶＤ値は、２０．０以上から４７．０以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。いくつかの実施の形態において、その光学ホウ酸塩ガラスのＶＤ値は、２２．０以上、２４．０以上、２６．０以上、２８．０以上、３０．０以上、３２．０以上、３４．０以上、３６．０以上、３８．０以上、４０．０以上、４２．０以上、または４４．０以上である。１つ以上の実施の形態において、その光学ホウ酸塩ガラスのＶＤ値は、４４．０以下、４２．０以下、４０．０以下、３８．０以下、３６．０以下、３４．０以下、３２．０以下、３０．０以下、２８．０以下、２６．０以下、２４．０以下、または２２．０以下である。実施の形態において、上記範囲のいずれを、どの他の範囲と組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、他の実施の形態において、その光学ホウ酸塩ガラスのＶＤ値は、２２．０以上から４４．０以下まで、２４．０以上から４２．０以下まで、２６．０以上から４０．０以下まで、２８．０以上から３８．０以下まで、または３０．０以上から３６．０以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。
いくつかの実施の形態において、ヤング率、剛性率およびポアソン比は、共鳴超音波スペクトロスコピーにより測定した。機器モデルは、ＭａｇｎａｆｌｕｘによるＱｕａｓａｒ ＲＵＳｐｅｃ ４０００である。実施の形態において、光学ホウ酸塩ガラスのヤング率は、８０．０ＧＰａ以上から１１５．０ＧＰａ以下まで、８５．０ＧＰａ以上から１１０．０ＧＰａ以下まで、９０．０ＧＰａ以上から１０５．０ＧＰａ以下まで、または９５．０ＧＰａ以上から１００．０ＧＰａ以下までなど、７５．０ＧＰａ以上から１２０．０ＧＰａ以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。
実施の形態において、Ｔｇは、アルゴン中１０℃／分の昇温速度で示差走査熱量測定法（Ｎｅｔｚｓｃｈ ＤＳＣ ４０４ Ｆ１ Ｐｅｇａｓｕｓ）により測定した。Ｔｇは、５１０℃以上から６８０℃以下まで、５２０℃以上から６７０℃以下まで、５３０℃以上から６６０℃以下まで、５４０℃以上から６５０℃以下まで、５５０℃以上から６４０℃以下まで、５６０℃以上から６３０℃以下まで、５７０℃以上から６２０℃以下まで、５８０℃以上から６１０℃以下まで、または５９０℃以上から６００℃以下までなど、５００℃以上から６９０℃以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。
実施の形態によれば、前記ガラス組成物の液相温度は、９１０℃以上から１２４０℃以下まで、９２０℃以上から１２３０℃以下まで、９３０℃以上から１２２０℃以下まで、９４０℃以上から１２１０℃以下まで、９５０℃以上から１２００℃以下まで、９６０℃以上から１１９０℃以下まで、９７０℃以上から１１８０℃以下まで、９８０℃以上から１１７０℃以下まで、９９０℃以上から１１６０℃以下まで、１０００℃以上から１１５０℃以下まで、１０１０℃以上から１１４０℃以下まで、１０２０℃以上から１１３０℃以下まで、１０３０℃以上から１１２０℃以下まで、１０４０℃以上から１１１０℃以下までなど、９００℃以上から１２５０℃以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。液相温度は、ＡＳＴＭ Ｃ８２９－８１ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄｕｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ Ｇｌａｓｓ ｂｙ ｔｈｅ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｍｅｔｈｏｄにしたがって測定される。
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物のＴｘ開始－Ｔｇ値は、１０５℃以上から１９５℃以下まで、１１０℃以上から１９０℃以下まで、１１５℃以上から１８５℃以下まで、１２０℃以上から１８０℃以下まで、１２５℃以上から１７５℃以下まで、１３０℃以上から１７０℃以下まで、１３５℃以上から１６５℃以下まで、１４０℃以上から１６０℃以下まで、または１４５℃以上から１５５℃以下までなど、１００℃以上から２００℃以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。Ｔｘ開始－Ｔｇは、ＤＣＳ曲線における最初の結晶化開始ピークとガラス転移温度との間の温度差である。
実施の形態において、前記ガラス組成物の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、６．１０ｐｐｍ／℃以上から９．４０ｐｐｍ／℃以下まで、６．２０ｐｐｍ／℃以上から９．３０ｐｐｍ／℃以下まで、６．２５ｐｐｍ／℃以上から９．２５ｐｐｍ／℃以下まで、６．３０ｐｐｍ／℃以上から９．２０ｐｐｍ／℃以下まで、６．４０ｐｐｍ／℃以上から９．１０ｐｐｍ／℃以下まで、６．５０ｐｐｍ／℃以上から９．００ｐｐｍ／℃以下まで、６．６０ｐｐｍ／℃以上から８．９０ｐｐｍ／℃以下まで、６．７０ｐｐｍ／℃以上から８．８０ｐｐｍ／℃以下まで、６．７５ｐｐｍ／℃以上から８．７５ｐｐｍ／℃以下まで、６．８０ｐｐｍ／℃以上から８．７０ｐｐｍ／℃以下まで、６．９０ｐｐｍ／℃以上から８．６０ｐｐｍ／℃以下まで、７．００ｐｐｍ／℃以上から８．５０ｐｐｍ／℃以下まで、７．１００ｐｐｍ／℃以上から８．４０ｐｐｍ／℃以下まで、７．２０ｐｐｍ／℃以上から８．３０ｐｐｍ／℃以下まで、７．２５ｐｐｍ／℃以上から８．２５ｐｐｍ／℃以下まで、７．３０ｐｐｍ／℃以上から８．２０ｐｐｍ／℃以下まで、７．４０ｐｐｍ／℃以上から８．１０ｐｐｍ／℃以下まで、７．５０ｐｐｍ／℃以上から８．００ｐｐｍ／℃以下まで、７．６０ｐｐｍ／℃以上から７．９０ｐｐｍ／℃以下まで、または７．７０ｐｐｍ／℃以上から７．８０ｐｐｍ／℃以下までなど、６．００ｐｐｍ／℃以上から９．５０ｐｐｍ／℃以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。ＣＴＥは、ＡＳＴＭ Ｅ２２８にしたがって測定される。
前記ガラスの化学的耐久性は、以下の最新光学(advanced optics)（ＡＯ）試験により測定されることがある。このＡＯ試験は、２５℃で１０分間に亘り１０質量％のＨＣｌ中で乾燥試料をエッチングすることによって行われる。１０分間のエッチング後、試料を脱イオン（ＤＩ）水中で急冷し、１８ＭΩ水中で濯ぎ、次に、高純度窒素ガスにより乾燥させ、一晩デシケータに入れた。次いで、表面積に正規化された質量損失（ｍｇ／ｍｍ２）が計算され、ＡＯ試験結果として与えられる。１つ以上の実施の形態において、そのガラス組成物のＡＯ試験結果は、０．０００５ｍｇ／ｍｍ２以上から０．６０００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００１０ｍｇ／ｍｍ２以上から０．５５００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００２０ｍｇ／ｍｍ２以上から０．５０００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００５０ｍｇ／ｍｍ２以上から０．４５００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００６０ｍｇ／ｍｍ２以上から０．４０００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００７０ｍｇ／ｍｍ２以上から０．３５００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００８０ｍｇ／ｍｍ２以上から０．３０００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００９０ｍｇ／ｍｍ２以上から０．２５００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．０１００ｍｇ／ｍｍ２以上から０．２０００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．０２００ｍｇ／ｍｍ２以上から０．１５００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．０３００ｍｇ／ｍｍ２以上から０．１０００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．０４００ｍｇ／ｍｍ２以上から０．０９００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．０５００ｍｇ／ｍｍ２以上から０．０８００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、または０．０６００ｍｇ／ｍｍ２以上から０．０７００ｍｇ／ｍｍ２以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。
前記ガラス組成物の化学的耐久性は、Ｎａｎｏ Ｓｔｒｉｐ ２Ｘ試験により測定されることもあり、この試験は、４００ｒｐｍの速度で撹拌しながら、７０℃で５０分間に亘り６００ｍｌのＮａｎｏｓｔｒｉｐ ２Ｘ溶液（Ｃａｐｉｔｏｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、８５％のＨ２ＳＯ４および１％未満のＨＣｌ）中に乾燥試料を浸すことによって行われる。この試験に使用される表面積対体積比は、０．０８ｃｍ－１である。５０分後、試料をＤＩ水中で急冷し、１８ＭΩ水中で濯ぎ、次に、高純度窒素ガスにより乾燥させ、一晩デシケータに入れた。表面積に正規化された質量損失（ｍｇ／ｍｍ２）が計算され、Ｎａｎｏ Ｓｔｒｉｐ ２Ｘ結果として与えられる。実施の形態において、Ｎａｎｏ Ｓｔｒｉｐ ２Ｘ結果は、０．００２ｍｇ／ｍｍ２以上から０．０１１ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００３ｍｇ／ｍｍ２以上から０．０１０ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００４ｍｇ／ｍｍ２以上から０．００９ｍｇ／ｍｍ２以下まで、０．００５ｍｇ／ｍｍ２以上から０．００８ｍｇ／ｍｍ２以下まで、または０．００６ｍｇ／ｍｍ２以上から０．００７ｍｇ／ｍｍ２以下までなど、０．００１ｍｇ／ｍｍ２以上から０．０１３ｍｇ／ｍｍ２以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。
前記ガラス組成物のポアソン比は、１つ以上の実施の形態において、０．２６５以上から０．３１５以下まで、０．２７０以上から０．３１０以下まで、０．２７５以上から０．３０５以下まで、０．２８０以上から０．３００以下まで、または０．２８５以上から０．２９５以下までなど、０．２６０以上から０．３２０以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。ポアソン比は、共鳴超音波スペクトロスコピーにより測定され、機器モデルは、ＭａｇｎａｆｌｕｘによるＱｕａｓａｒ ＲＵＳｐｅｃ ４０００である。
実施の形態において、前記ガラス組成物の剛性率は、３０．０ＧＰａ以上から４６．５ＧＰａ以下まで、３０．５ＧＰａ以上から４６．０ＧＰａまで、３１．０ＧＰａ以上から４５．５ＧＰａ以下まで、３１．５ＧＰａ以上から４５．０ＧＰａまで、３２．０ＧＰａ以上から４４．５ＧＰａ以下まで、３２．５ＧＰａ以上から４４．０ＧＰａまで、３３．０ＧＰａ以上から４３．５ＧＰａ以下まで、３３．５ＧＰａ以上から４３．０ＧＰａまで、３４．０ＧＰａ以上から４２．５ＧＰａ以下まで、３４．５ＧＰａ以上から４２．０ＧＰａまで、３５．０ＧＰａ以上から４１．５ＧＰａ以下まで、３５．５ＧＰａ以上から４１．０ＧＰａまで、３６．０ＧＰａ以上から４０．５ＧＰａ以下まで、３６．５ＧＰａ以上から４０．０ＧＰａまで、３７．０ＧＰａ以上から３９．５ＧＰａ以下まで、３７．５ＧＰａ以上から３９．０ＧＰａまで、または３８．０ＧＰａ以上から３８．５ＧＰａ以下までなど、２９．５ＧＰａ以上から４７．０ＧＰａまで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲であることがある。剛性率は、共鳴超音波スペクトロスコピーにより測定され、機器モデルは、ＭａｇｎａｆｌｕｘによるＱｕａｓａｒ ＲＵＳｐｅｃ ４０００である。
１つ以上の実施の形態によれば、前記ガラス組成物の応力光学係数（ＳＯＣ）は、２．４０ｎｍ／ｍｍ／ＭＰａ以上から２．６５ｎｍ／ｍｍ／ＭＰａ以下まで、２．４５ｎｍ／ｍｍ／ＭＰａ以上から２．６０ｎｍ／ｍｍ／ＭＰａ以下まで、または２．５０ｎｍ／ｍｍ／ＭＰａ以上から２．５５ｎｍ／ｍｍ／ＭＰａ以下までなど、２．３５ｎｍ／ｍｍ／ＭＰａ以上から２．７０ｎｍ／ｍｍ／ＭＰａ以下まで、および先の値の間の全ての範囲と部分的範囲である。ＳＯＣは、多数点／点のフィッティングに関する、ＡＳＴＭ Ｃ７７０－１６手順Ｃ、ガラスディスク法にしたがって測定される。
上述したように、ここに開示され、記載された実施の形態による光学ホウ酸塩ガラスは、拡張現実装置、仮想現実装置、光ファイバ、または光学レンズに使用されることがある。
第１の条項によれば、ここに記載されたホウ酸塩ガラスは、２５．０モル％以上から７０．０モル％以下までのＢ２Ｏ３、０．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＳｉＯ２、０．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＡｌ２Ｏ３、３．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＮｂ２Ｏ５、０．０モル％以上から１２．０モル％以下までのアルカリ金属酸化物、０．０モル％以上から５．０モル％以下までのＺｎＯ、０．０モル％以上から７．５モル％以下までのＺｒＯ２、０．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＴｉＯ２、０．５モル％未満のＢｉ２Ｏ３、および０．５モル％未満のＰ２Ｏ５を含み、Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の合計は、３５．０モル％以上から７６．０モル％以下までであり、ＣａＯ＋ＭｇＯの合計は、０．０モル％以上から３５．５モル％以下までであり、このホウ酸塩ガラスは、５８７．６ｎｍで測定された、１．７０以上の屈折率を有し、このホウ酸塩ガラスは、４．５０ｇ／ｃｍ３以下の密度を有し、このホウ酸塩ガラスは、２０．０以上から４７．０以下までのアッベ数ＶＤを有する。
第２の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から３０．０モル％以下までのＬａ２Ｏ３を含む、第１の条項によるホウ酸塩ガラスを含む。
第３の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、５．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＬａ２Ｏ３を含む、第１および第２の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第４の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、４．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＮｂ２Ｏ５を含む、第１から第３の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第５の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から５５．０モル％以下までのＢａＯを含む、第１から第４の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第６の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、１０．０モル％以上から４０．０モル％以下までのＢａＯを含む、第１から第５の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第７の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から８．０モル％以下までのＳｒＯを含む、第１から第６の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第８の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、３５．０モル％以上から６０．０モル％以下までのＢ２Ｏ３を含む、第１から第７の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第９の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から１２．０モル％以下までのＬｉ２Ｏを含む、第１から第８の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１０の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＮａ２Ｏを含む、第１から第９の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１１の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、Ｂｉ２Ｏ３およびＰ２Ｏ５を含まない、第１から第１０の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１２の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、０．５モル％以下の量でＣｅＯ２を含む、第１から第１１の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１３の条項は、Ｔａ２Ｏ５＋酸化タングステン＋Ｅｒ２Ｏ３＋ＴｅＯ２＋Ｇｄ２Ｏ３の合計が０．５モル％未満である、第１から第１２の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１４の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、鉛、ヒ素、タリウム、カドミウム、バナジウム、水銀、およびクロムの１つ以上を含まない、第１から第１３の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１５の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、４．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＡｌ２Ｏ３を含む、第１から第１４の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１６の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、４０．０モル％以上から５５．０モル％以下までのＢ２Ｏ３を含む、第１から第１５の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１７の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、５．０モル％以上から３０．０モル％以下までのＣａＯを含む、第１から第１６の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１８の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、５８９．３ｎｍで測定された、１．７０以上から１．８２以下までの屈折率を有する、第１から第１７の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第１９の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、３．００ｇ／ｃｍ３以上から４．５０ｇ／ｃｍ３以下までの密度を有する、第１から第１８の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第２０の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、２４．０以上から４２．０以下までのアッベ数ＶＤを有する、第１から第１９の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第２１の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、７５．０ＧＰａ以上から１２０．０ＧＰａ以下までのヤング率を有する、第１から第２０の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第２２の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、５００℃以上から６９０℃以下までのガラス転移温度を有する、第１から第２１の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第２３の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、６．００ｐｐｍ／℃以上から９．５０ｐｐｍ／℃以下までのＣＴＥを有する、第１から第２２の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第２４の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、１００℃以上から２００℃以下までの前記ガラス組成物のＴｘ開始－Ｔｇ値を有する、第１から第２３の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
第２５の条項は、前記ホウ酸塩ガラスが、９００℃以上から１２５０℃以下までの液相温度を有する、第１から第２４の条項のいずれか１つによるホウ酸塩ガラスを含む。
実施の形態を、以下の実施例によりさらに明確にする。これらの実施例は、先に記載された実施の形態に限定されないことを理解すべきである。
代表的なガラス組成物および性質が、それぞれ、表１および２に纏められている。表１は、ガラス組成物の開示された実施例を列挙している。ガラスは、アルミニウムカバーを備えた白金坩堝内で空気中において１３００℃から１５００℃で溶融した、例えば、Ｂ２Ｏ３（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒｓ Ｉｎｃ．、９８．６９％）、Ａｌ２Ｏ３（Ａｌｍａｔｉｓ、９９．７８％）、ＳｉＯ２（ＭｉｎＴｅｃ、９９．９９９％）、Ｌｉ２ＣＯ３（ＣｈｅｍＰｏｉｎｔ（ＦＭＣ））、Ｎａ２ＣＯ３（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、９９．９９％）、ＣａＣＯ３（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、９９．９％）、ＢａＣＯ３（ＡＭＲＥＸ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、ＺｎＯ（Ｚｏｃｈｅｍ Ｉｎｃ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ：Ｍｅｙｅｒｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｃ．）、ＺｒＯ２（ＭＥＬ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＰＲＣ）、ＴｉＯ２（Ｈａｒｒｙ Ｗ Ｇａｆｆｎｅｙ、９９．６８％）、Ｌａ２Ｏ３（ＭｏｌｙＣｏｒｐ）、およびＮｂ２Ｏ５（Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ）を含む供給または出発材料のバッチ（例えば、１０００ｇ １００％の理論的収量のガラス溶融物；典型的な収量は、例えば、機械損失のために、約９００ｇまたは９０質量％であった）から製造した。
Figure 0007329521000002
表１により形成されたガラスの様々な性質が、下記に表２において与えられており、それらは、先に記載されたように測定される。
Figure 0007329521000003
Figure 0007329521000004
本明細書に記載された全ての組成成分、関係、および比は、特に明記のない限り、モル％で与えられている。本明細書に開示された全ての範囲は、範囲が開示された前または後に、具体的に述べられているか否かにかかわらず、広く開示された範囲により包含される任意と全ての範囲および部分的範囲を含む。
請求項の主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に様々な改変および変更を行えることが当業者に明白であろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、そのような改変および変更が特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入るという条件で、含むことが意図されている。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
ホウ酸塩ガラスであって、
２５．０モル％以上から７０．０モル％以下までのＢ２Ｏ３、
０．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＳｉＯ２、
０．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＡｌ２Ｏ３、
３．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＮｂ２Ｏ５、
０．０モル％以上から１２．０モル％以下までのアルカリ金属酸化物、
０．０モル％以上から５．０モル％以下までのＺｎＯ、
０．０モル％以上から８．０モル％以下までのＺｒＯ２、
０．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＴｉＯ２、
０．５モル％未満のＢｉ２Ｏ３、および
０．５モル％未満のＰ２Ｏ５、
を含み、
Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の合計は、３５．０モル％以上から７６．０モル％以下までであり、
ＣａＯ＋ＭｇＯの合計は、０．０モル％以上から３５．５モル％以下までであり、
該ホウ酸塩ガラスは、５８７．６ｎｍで測定された、１．７０以上の屈折率を有し、
該ホウ酸塩ガラスは、４．５０ｇ／ｃｍ３以下の密度を有し、
該ホウ酸塩ガラスは、２０．０以上から４７．０以下までのアッベ数ＶＤを有する、ホウ酸塩ガラス。
実施形態２
前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から３０．０モル％以下までのＬａ２Ｏ３を含む、実施形態１に記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態３
前記ホウ酸塩ガラスが、５．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＬａ２Ｏ３を含む、実施形態１または２に記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態４
前記ホウ酸塩ガラスが、４．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＮｂ２Ｏ５を含む、実施形態１から３のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態５
前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から５５．０モル％以下までのＢａＯを含む、実施形態１から４のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態６
前記ホウ酸塩ガラスが、１０．０モル％以上から４０．０モル％以下までのＢａＯを含む、実施形態１から５のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態７
前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から８．０モル％以下までのＳｒＯを含む、実施形態１から６のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態８
前記ホウ酸塩ガラスが、３５．０モル％以上から６０．０モル％以下までのＢ２Ｏ３を含む、実施形態１から７のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態９
前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から１２．０モル％以下までのＬｉ２Ｏを含む、実施形態１から８のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１０
前記ホウ酸塩ガラスが、０．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＮａ２Ｏを含む、実施形態１から９のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１１
前記ホウ酸塩ガラスが、Ｂｉ２Ｏ３およびＰ２Ｏ５を含まない、実施形態１から１０のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１２
前記ホウ酸塩ガラスが、０．５モル％以下の量でＣｅＯ２を含む、実施形態１から１１のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１３
Ｔａ２Ｏ５＋酸化タングステン＋Ｅｒ２Ｏ３＋ＴｅＯ２＋Ｇｄ２Ｏ３の合計が０．５モル％未満である、実施形態１から１２のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１４
前記ホウ酸塩ガラスが、鉛、ヒ素、タリウム、カドミウム、バナジウム、水銀、およびクロムの１つ以上を含まない、実施形態１から１３のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１５
前記ホウ酸塩ガラスが、４．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＡｌ２Ｏ３を含む、実施形態１から１４のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１６
前記ホウ酸塩ガラスが、４０．０モル％以上から５５．０モル％以下までのＢ２Ｏ３を含む、実施形態１から１５のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１７
前記ホウ酸塩ガラスが、５．０モル％以上から３０．０モル％以下までのＣａＯを含む、実施形態１から１６のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１８
前記ホウ酸塩ガラスが、５８７．６ｎｍで測定された、１．７０以上から１．８２以下までの屈折率を有する、実施形態１から１７のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態１９
前記ホウ酸塩ガラスが、３．００ｇ／ｃｍ３以上から４．５０ｇ／ｃｍ３以下までの密度を有する、実施形態１から１８のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態２０
前記ホウ酸塩ガラスが、２４．０以上から４２．０以下までのアッベ数ＶＤを有する、実施形態１から１９のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態２１
前記ホウ酸塩ガラスが、７５．０ＧＰａ以上から１２０．０ＧＰａ以下までのヤング率を有する、実施形態１から２０のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態２２
前記ホウ酸塩ガラスが、５００℃以上から６９０℃以下までのガラス転移温度を有する、実施形態１から２１のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態２３
前記ホウ酸塩ガラスが、６．００ｐｐｍ／℃以上から９．５０ｐｐｍ／℃以下までのＣＴＥを有する、実施形態１から２２のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態２４
前記ホウ酸塩ガラスが、１００℃以上から２００℃以下までの該ホウ酸塩ガラスのＴｘ開始－Ｔｇ値を有する、実施形態１から２３のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。
実施形態２５
前記ホウ酸塩ガラスが、９００℃以上から１２５０℃以下までの液相温度を有する、実施形態１から２４のいずれか１つに記載のホウ酸塩ガラス。

Claims (9)

  1. 光学ホウ酸塩ガラス物品であって、
    ２５．０モル％以上から７０．０モル％以下までのＢ２Ｏ３、
    ０．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＳｉＯ２、
    ０．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＡｌ２Ｏ３、
    ３．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＮｂ２Ｏ５、
    ０．０モル％以上から１２．０モル％以下までのアルカリ金属酸化物、
    ０．０モル％以上から５．０モル％以下までのＺｎＯ、
    ０．０モル％以上から８．０モル％以下までのＺｒＯ２、
    ０．０モル％以上から１５．０モル％以下までのＴｉＯ２、
    ０．５モル％未満のＢｉ２Ｏ３ 、
    ０．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＬａ ２ Ｏ ３ 、
    １０．０モル％以上から３０．０モル％以下までのＣａＯ、および
    ０．５モル％未満のＰ２Ｏ５、
    を含み、
    Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２の合計は、３５．０モル％以上から７６．０モル％以下までであり、
    ＣａＯ＋ＭｇＯの合計は、０．０モル％以上から３５．５モル％以下までであり、
    該光学ホウ酸塩ガラス物品は、５８７．６ｎｍで測定された、１．７０以上の屈折率を有し、
    該光学ホウ酸塩ガラス物品は、４．５０ｇ／ｃｍ３以下の密度を有し、
    該光学ホウ酸塩ガラス物品は、２０．０以上から４７．０以下までのアッベ数ＶＤを有する、光学ホウ酸塩ガラス物品。
  2. 前記光学ホウ酸塩ガラス物品が、
    ０．０モル％以上から５５．０モル％以下までのＢａＯ、
    ０．０モル％以上から８．０モル％以下までのＳｒＯ、
    ０．０モル％以上から１２．０モル％以下までのＬｉ２Ｏ、
    ０．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＮａ２Ｏ、
    を含み、
    ０．５モル％以下の量でＣｅＯ２、
    を含む、請求項１記載の光学ホウ酸塩ガラス物品。
  3. 前記光学ホウ酸塩ガラス物品が、４．０モル％以上から１０．０モル％以下までのＮｂ２Ｏ５を含む、請求項１または２記載の光学ホウ酸塩ガラス物品。
  4. Ｔａ２Ｏ５＋酸化タングステン＋Ｅｒ２Ｏ３＋ＴｅＯ２＋Ｇｄ２Ｏ３の合計が０．５モル％未満である、請求項１から３いずれか１項記載の光学ホウ酸塩ガラス物品。
  5. 前記光学ホウ酸塩ガラス物品が、７５．０ＧＰａ以上から１２０．０ＧＰａ以下までのヤング率を有する、請求項１から４いずれか１項記載の光学ホウ酸塩ガラス物品。
  6. 前記光学ホウ酸塩ガラス物品が、５００℃以上から６９０℃以下までのガラス転移温度を有する、請求項１から５いずれか１項記載の光学ホウ酸塩ガラス物品。
  7. 前記光学ホウ酸塩ガラス物品が、６．００ｐｐｍ／℃以上から９．５０ｐｐｍ／℃以下までのＣＴＥを有する、請求項１から６いずれか１項記載の光学ホウ酸塩ガラス物品。
  8. 前記光学ホウ酸塩ガラス物品が、１００℃以上から２００℃以下までの該光学ホウ酸塩ガラス物品のＴｘ開始－Ｔｇ値を有する、請求項１から７いずれか１項記載の光学ホウ酸塩ガラス物品。
  9. 前記光学ホウ酸塩ガラス物品が、９００℃以上から１２５０℃以下までの液相温度を有する、請求項１から８いずれか１項記載の光学ホウ酸塩ガラス物品。
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