JP7331092B2 - 光学ガラス、プリフォーム、光学素子及びその光学機器 - Google Patents

Description

本発明は光学ガラスの分野に属し、特に光学ガラス、プリフォーム、光学素子及びその光学機器に関する。

光学ガラスは、光学機器のレンズ、プリズム、及びリフレクターの製造に使用でき、光学ガラスから製造されたすべての部品は、光学機器の重要な要素である。屈折率（ｎｄ）が１．８４～１．８７、アッベ数（ｖｄ）が３８～４１の光学ガラスは、その優れた透過率及び高屈折率によって、カメラ、望遠鏡、顕微鏡、及びその他の精密光学機器のレンズの製造に広く適用されている。近年、小型で軽量な光学機器を実現する傾向があり、光学素子を減少させるために、非球面レンズが利用されている。一方で、市場の需要もますます高まっている。

しかし、非球面レンズは、ホットプレス成形、次に、研磨、研削、及び溶融ガラスの再製造を行う従来の方法によると、コストが高く、操作工程が複雑である。正確な鋳型成形が、光学ガラスから作製された光学素子を作製する方法であり、操作が簡単で低コストである。しかし、この方法で製造された非球面レンズは、ガラス材料の特性に対する要件が高く、すなわち、正確な鋳型成形、高い耐失透性、低融点、及び優れた泡の程度を容易に実現することが求められる。光学素子が、デジタルカメラ、ビジコン、及びその他の屋外で長期間使用する写真機器に使用される場合、レンズのサービス品質及び寿命を確保するために、光学ガラス材料はさらに、屋外環境で水や酸等の腐食に耐える優れた化学的安定性を有する必要がある。また、特別な温度で作動させる光学機器にとって、温度が変化した場合にガラスの膨張及び収縮の度合を低下させるために、ガラス材料はさらに良好な熱膨張係数を有する必要がある。

特許ＣＮ１０４８０３６００Ａ、ＣＮ１０４０９８２６７Ａ、及びＣＮ１０５８１９６８２Ａは、それぞれ、本発明と同一又は類似の屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（ｖｄ）を有する光学ガラスを提供するが、他の要件を満たすことができない。

従来技術の不足の観点から、本発明は、屈折率（ｎｄ）が１．８４～１．８７であり、アッベ数（ｖｄ）が３８～４１である光学ガラスを提供することを目的としている。光学ガラスは精密なプレス成形が容易で、耐失透性が高く、泡の程度が高く、化学的安定性が高く、低コストである。

本発明は、さらに、その光学ガラスから作製されたプリフォーム、光学素子、及び光学機器を提供する。

その目的を達成するために適用される技術的解決策は、以下の通りである。

光学ガラスは、重量百分率で、０～１０％のＳｉＯ_２と、５～２５％のＢ_２Ｏ_３と、０～１５％のＺｒＯ_２と、１０～２５％のＺｎＯ、２～３０％のＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３と、３０～５５％のＬｎ_２Ｏ_３とを含有しており、Ｌｎ_２Ｏ_３がＬａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、及びＹｂ_２Ｏ_３の合計含有量であり、Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．３～０．８であり、Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が０．１５～２であり、Ｙ _２ Ｏ _３ ／Ｇｄ _２ Ｏ _３ が１．１００～３、光学ガラスの結晶化温度の上限が１，２５０℃以下である。

さらに、前記光学ガラスは、重量百分率で、０～１０％のＲＯと、０～１０％のＲｎ_２Ｏと、０～１％の清澄剤とを含有しており、ＲＯがＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、又はＢａＯの１つ以上であり、Ｒｎ_２ＯがＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏのうち１つ以上であり、清澄剤がＳｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２の１つ以上である。

光学ガラスは、重量百分率で、０～１０％のＳｉＯ_２と_、５～２５％のＢ_２Ｏ_３と、０～１５％のＺｒＯ_２と、１０～２５％のＺｎＯと、２～３０％のＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３と、３０～５５％のＬｎ_２Ｏ_３と、０～１０％のＲＯと、０～１０％のＲｎ_２Ｏと、０～１％の清澄剤とを含有しており、Ｌｎ_２Ｏ_３がＬａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、及びＹｂ_２Ｏ_３の合計含有量であり、ＲＯがＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、又はＢａＯの１つ以上であり、Ｒｎ_２ＯがＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの１つ以上であり、清澄剤がＳｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２の１つ以上であり、Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．３～０．８であり、Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が０．１５～２であり、Ｙ _２ Ｏ _３ ／Ｇｄ _２ Ｏ _３ が１．１００～３、光学ガラスの結晶化温度の上限が１，２５０℃以下である。

さらに、前記光学ガラスによれば、全構成要素の含有量が次の４つの条件を１つ以上満たす。

１）ＳｉＯ_２／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）は０～０．２５である。

２）Ｙ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．０８～０．４５である。

３）Ｙ_２Ｏ_３／Ｇｄ_２Ｏ_３が１．１５５～２．５である。

４）Ｙ_２Ｏ_３／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．１６～０．８である。

さらに前記光学ガラスによれば、ＳｉＯ_２が１～８％、及び／又はＢ_２Ｏ_３が１０～２３％、及び／又はｇＺｒＯ_２が１～１０％、及び／又はＺｎＯが１０～２０％、及び／又はＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３が４～２２％、及び／又はＬｎ_２Ｏ_３が３５～５２％、及び／又はＲＯが０～５％、及び／又はＲ_２Ｏが０～５％、及び／又は清澄剤が０～０．５％である。

さらに、前記光学ガラスによれば、全構成要素の含有量が次の６つの条件を１つ以上満たす。

１）ＳｉＯ_２／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．０５～０．２３である。

２）Ｙ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．１～０．４である。

３）Ｙ_２Ｏ_３／Ｇｄ_２Ｏ_３が１．１６５～２である。

４）Ｙ_２Ｏ_３／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．２～０．７である。

５）Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３０．３～０．６である。

６）Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が０．２～１．５である。

さらに、前記光学ガラスによると、１～４％のＳｉＯ_２、及び／又はＢ_２Ｏ_３が１５～２０％、及び／又はＺｒＯ_２が２～６％、及び／又はＺｎＯが１３～１７％、及び／又はＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３が１０～１８％、及び／又はＬｎ_２Ｏ_３が４０～５０％である。

さらに、前記光学ガラスによれば、全構成要素の含有量が次の６つの条件を１つ以上満たす。

１）ＳｉＯ_２／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．０８～０．２である。

２）Ｙ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．１～０．３である。

３）Ｙ_２Ｏ_３／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．３～０．６である。

４）Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．３～０．５である。

５）Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が０．３～１である。

さらに、前記光学ガラスによれば、Ｎｂ_２Ｏ_５が１～１５％、及び／又はＷＯ_３が１～１５％、及び／又はＴｉＯ_２が０～１０％、及び／又はＬａ_２Ｏ_３が２０～４５％、及び／又はＧｄ_２Ｏ_３が０～１５％、及び／又はＹ_２Ｏ_３が１～１５％、及び／又はＹｂ_２Ｏ_３が０～５％である。

さらに、前記光学ガラスによれば、Ｎｂ_２Ｏ_５が２～１０％、及び／又はＷＯ_３が２～１２％、及び／又はＴｉＯ_２が０～５％、及び／又はＬａ_２Ｏ_３が２５～４０％、及び／又はＧｄ_２Ｏ_３が１～１０％、及び／又はＹ_２Ｏ_３は３～１５％である。

さらに、前記光学ガラスによれば、Ｎｂ_２Ｏ_５が４～８％、及び／又はＷＯ_３が６～１０％、及び／又はＬａ_２Ｏ_３が３０～３５％、及び／又はＧｄ_２Ｏ_３が３～７％、及び／又はＹ_２Ｏ_３が６～１０％であり、及び／又はＴｉＯ_２が含まれない。

さらに、前記光学ガラスによれば、その屈折率（ｎｄ）は１．８４～１．８７であり、アッベ数（ｖｄ）が３８．０～４１．０であり、前記光学ガラスの粉末法の耐水性（Ｄ _Ｗ ）が等級２以上であり、粉末法の耐酸性（Ｄ _Ａ ）が等級３以上であり、前記光学ガラスの熱膨張係数（α _{－３０°C～７０°C} ）が７５×１０ ^－７ ／Ｋ以下であり、前記光学ガラスの泡の程度が等級Ａ以上であり、前記光学ガラスの転化温度（Ｔｇ）が６４０℃以下であり、前記光学ガラスの結晶化温度の上限１，２００℃以下である。

さらに、前記光学ガラスによれば、その屈折率（ｎｄ）が１．８５～１．８６であり、アッベ数（ｖｄ）が３８．５～４０．０であり、前記光学ガラスの粉末法の耐水性（Ｄ _Ｗ ）が等級１であり、粉末法の耐酸性（Ｄ _Ａ ）が等級２であり、前記光学ガラスの熱膨張係数（α _{－３０°C～７０°C} ）が７０×１０ ^－７ ／Ｋ以下であり、前記光学ガラスの泡の程度が等級Ａ _０ 以上であり、前記光学ガラスの転化温度（Ｔｇ）が６２５℃以下であり、前記光学ガラスの結晶化温度の上限１，１８０℃以下である。

ガラスプリフォームは、前記光学ガラスで作製される。

光学素子は、前記光学ガラス又は前記ガラスプリフォームから作製される。

光学機器は、前記光学素子から作製される。

本発明により提供される高屈折及び低分散のガラス材料は、優れた耐失透性を有し、精密プレス成形が容易であり、希土類酸化物等の高価な原料の含有量を抑制し、コストを下げる。したがって、精密プレス成形過程での促進及び応用に適している。一方、生成物の生産量を改善するために、ガラスの化学的安定性及び泡の程度は、本発明における合理的な構成要素の比率によって改善される。いくつかの好ましい技術的解決策は、構成要素の比率をさらに最適化し、熱膨張係数を低下させて、耐結晶化性能を最適化し、ガラスの化学的安定性を強化することである。より良い製造品質及びより長い耐用年数を有する光学素子及び光学機器を製造するために、高いコストパフォーマンスを有するガラス材料が提供される。

光学ガラス

以下の段落は、本発明によって提供される光学ガラスの組成を詳述する。特別な指示がない限り、すべてのガラス組成物の含有量及び合計含有量は、重量％で表される重量含有量を意味する。重量％は、光学ガラスの合計重量を占める特定の構成要素の重量又はいくつかの組成物の重量合計の百分率である。すべてのガラス組成物の比率又はいくつかの組成物の合計の比率は、対応する重量含有量又はその重量含有量の合計の比率である。

本発明により提供される光学ガラスは、精密機器の製造のためのレンズ材料に必要な光学特性を有し、屈折率（ｎｄ）が１．８４～１．８７であり、アッベ数（ｖｄ）が３８～４１である。精密プレス成形が容易で、優れた化学的安定性及び泡の程度を有している。光学ガラスは、重量百分率で、０～１０％のＳｉＯ_２と、５～２５％のＢ_２Ｏ_３と、０～１５％のＺｒＯ_２と、１０～２５％のＺｎＯと、２～３０％のＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３と、３０～５５％のＬｎ_２Ｏ_３とを含有しており、Ｌｎ_２Ｏ_３がＬａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、及びＹｂ_２Ｏ_３の合計含有量であり、Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．３～０．８、Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が０．１５～２である。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスの溶融性及び耐失透性を改善可能なガラスのネットワーク形状の構成要素である。上記の効果を達成するために、５％以上のＢ_２Ｏ_３、好ましくは１０％以上のＢ_２Ｏ_３、さらに好ましくは１５％以上のＢ_２Ｏ_３が導入される。その導入量が２５％より高いと、ガラス成形の安定性が低下し、屈折率も低下する。したがって、Ｂ_２Ｏ_３の含有量の上限は２５％、好ましくは２３％、さらに好ましくは２０％に設定される。

ＳｉＯ_２は、本発明の任意の構成要素であり、ガラス成形剤の構成要素となる。ＳｉＯ_２は、ガラス内に非常にコンパクトで堅固なシリカ四面体の３次元のネットワークを形成する。このネットワークはガラスに追加され、緩い酸化ホウ素の三角形のネットワーク体を強化して密度を高め、それによってガラスの高温粘度を高める。さらに、ＳｉＯ_２の含有量が高いほど、ガラスの熱膨張係数は低くなる。本発明により提供される光学ガラス中のＳｉＯ_２含有量の下限は０％、好ましくは１％である。ＳｉＯ_２含有量が高すぎると、ガラスの転化温度が上昇し、ガラスの溶融性が低下して、加工の難易度が高くなる。したがって、その含有量の上限は１０％、好ましくは８％、さらに好ましくは４％である。

ＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３は、両方ともガラスのネットワーク形状の構成要素である。本発明者は、研究結果を通じて、ＳｉＯ_２／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が、本発明の配合下でのガラスの耐結晶化性能及び熱膨張係数に影響を与えることを発見した。ＳｉＯ_２／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）値が高いほど、ガラスの熱膨張係数が低くなり、温度に対するガラスの感度の減少をさらに助長する。しかし、その一方で、ガラスの耐結晶化性能が低下する。研究を通じて、本発明の配合物において、ＳｉＯ_２／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）値が０から０．２５の範囲である場合、ガラスの熱膨張係数を７５×１０^－７／Ｋより低くすることができ、さらに、耐結晶化性能が優れていることが発見された。さらに、その比率は好ましくは０．０５から０．２３、さらに好ましくは０．０８から０．２の範囲である。

本発明の任意の成分としてのＺｒＯ_２は、高反射及び低分散を有する酸化物であり、屈折率を改善し、ガラスの分散を調整するためにガラスに添加されてもよい。一方、耐結晶化性能及び化学的安定性を改善するために、概算量のＺｒＯ_２がガラスに添加されてもよい。しかしながら、本発明の光学ガラスは、その含有量が１５％より高いと溶融しにくくなり、溶融温度が上昇してガラス中に異物が混入しやすくなり、その透過率が減少する。したがって、その含有量は０～１５％、好ましくは１～１０％、さらに好ましくは２～６％に設定される。

ＺｎＯは、ガラスの屈折率及び分散を調整し、ガラスの耐結晶化性能を改善し、ガラスの転化温度を低下させ、ガラスの化学的安定性を改善することができる。また、ＺｎＯはガラスの高温粘度を低下させることができ、その結果、より低い温度でガラスが溶融されて、ガラスの透過率を高めることができる。しかし、過剰なＺｎＯが添加されると、ガラスの耐結晶化性能が低下し、比較的低い高温粘度が成形に困難さをもたらす。したがって、本発明によって提供されるガラスシステムでは、ＺｎＯ含有量の下限は１０％、好ましくは１３％に設定される。ＺｎＯ含有量の上限は２５％、好ましくは２０％、さらに好ましくは１７％に設定される。

ガラスの結晶化防止の安定性を強化するために、任意の構成要素として、ガラスの屈折率を改善可能なＴｉＯ_２が、本発明によって提供されるガラスに追加されてもよい。また、ある程度Ｎｂ_２Ｏ_５及びＷＯ_３を代わりに用いてもよい。しかしながら、その過剰な含有量はガラスの透過率の減少を引き起こす。本発明により提供される光学ガラスにおいて、ＴｉＯ_２含有量は０～１０％、好ましくは０～５％、さらに好ましくは０％である。

Ｎｂ_２Ｏ_５は、ガラスの化学的安定性及び屈折率を改善可能な構成要素である。Ｎｂ_２Ｏ_５含有量が１％より低い場合、光学定数は設計要件に到達しない。その含有量が１５％より高い場合と、ガラスの耐失透性が低下する。したがって、Ｎｂ_２Ｏ_５含有量は１～１５％、好ましくは２～１０％、さらに好ましくは４～８％であると定義される。

ＷＯ_３は、主にガラスの光学定数を維持し、ガラスの結晶化特性を改善するために使用されるが、その含有量が多すぎるとガラスの透過率が減少し、染色度が増加し、結晶化特性が悪化する。したがって、ＷＯ_３含有量は好ましくは１～１５％、さらに好ましくは２～１２％、より好ましくは６～１０％である。

ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、及びＷＯ_３は、屈折率と分散を改善するのに効果的である。したがって、本発明によって提供される光学ガラスは、高反射、低分散、及び高透過率を有することが要求されることに基づいて、ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３の上限は３０％、好ましくは２２％、さらに好ましくは１８％に設定される。ただし、ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３が低すぎると、ガラスの熱安定性及び成形性が低下する。したがって、その下限は２％、好ましくは４％、さらに好ましくは１０％に設定される。

希土類酸化物のＬｎ_２Ｏ_３（Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、及びＹｂ_２Ｏ_３）は、ガラスの屈折率の改善に有益であるため添加される。その合計含有量が３０％より低い場合、期待される光学定数が得られない。しかし、その合計含有量が５５％より高くなると、ガラスの化学的安定性及び耐失透性が低下し、ガラスの原材料コストも増加する。したがって、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、及びＹｂ_２Ｏ_３の合計含有量であるＬｎ_２Ｏ_３は３０～５５％、好ましくは３５～５２％、さらに好ましくは４０～５０％に設定される。

希土類酸化物Ｌｎ_２Ｏ_３はガラスネットワークに分散され、主に屈折率を改善するために使用される。しかしながら、本出願の発明者は、研究において、ガラスネットワークの構成要素であるＢ_２Ｏ_３及びＬｎ_２Ｏ_３の比率が、ガラスの化学的安定性に大きな影響を及ぼすことを発見した。Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．３未満の場合、化学的安定性、特に耐酸性が要件を満たすことができない。Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．８より高い場合、屈折率は減少する。本発明によれば、その範囲は０．３～０．８、好ましくは０．３～０．６、さらに好ましくは０．３～０．５に設定される。

希土類酸化物中のＬａ_２Ｏ_３は、ガラスの光学特性を改善可能な構成要素であるが、その含有量が４５％より高くなると、ガラスの耐失透性及び溶融性が劣化し得る。したがって、本発明によって提供されるＬａ_２Ｏ_３含有量は好ましくは２０～４５％、さらに好ましくは２５～４０％、より好ましくは３０～３５％である。

任意の構成要素としてのＧｄ_２Ｏ_３は、ガラスの屈折率を増加させることがあるが、ガラスの分散を明らかに改善するわけではない。本発明によれば、本発明によって提供されるＧｄ_２Ｏ_３は、ガラスの安定性を改善し、ガラスの化学的安定性を著しく強化し、屈折率を維持しつつ、分散の過度な上昇を制御するために導入され得る。しかし、その含有量が１５％より高くなると、ガラスの耐失透性は低下するが、ガラス密度は上昇する。したがって、本発明によって提供されるＧｄ_２Ｏ_３含有量は０～１５％、好ましくは１～１０％、さらに好ましくは３～７％である。

Ｙ_２Ｏ_３は、高い屈折率及びアッベ数を維持し、ガラス材料のコストの上昇を抑え、ガラスの溶融性及び耐失透性を改善することができ、ガラスの結晶化温度及び比重の上限を低下させることが可能な構成要素である。しかしながら、本発明の配合において、その含有量が１５％より高くなると、ガラスの化学的安定性及び耐失透性が低下する。したがって、Ｙ_２Ｏ_３含有量は１％から１５％、さらに好ましくは３％から１５％、より好ましくは６％から１０％の範囲である。

Ｙ_２Ｏ_３及びその他の希土類酸化物は、ガラスの屈折率を改善することができる。また、そのコストはＧｄ_２Ｏ_３よりも低く、その構成要素は軽量化に有益である。したがって、その構成要素は先行技術に導入される。しかしながら、本発明の配合システムにおいて、Ｙ_２Ｏ_３含有量は、独立でガラスに影響を与えるだけでなく、以下を含む他の複数の構成要素とともに相乗的にガラスの複数の特性を調整する。

本発明によって提供される光学ガラスがＹ_２Ｏ_３及びＬａ_２Ｏ_３の両方を含有する場合、ガラスの耐失透性を効果的に改善することができ、ガラス材料からガラス素子が作製される際に精密なプレス成形がより容易になって、ガラス素子の製造における難易度を低下させ得る。

Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が低すぎると、溶融過程でガスが放出されにくくなり、ガラスの泡の程度を悪化させる。したがって、Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３の下限は０．１５、好ましくは０．２、さらに好ましくは０．３である。しかし、Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が高すぎると、ガラスの化学的安定性が低下する傾向がある。したがって、Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３の上限は２であり、好ましくは１．８、さらに好ましくは１．５、より好ましくは１．３、よりさらに好ましくは１である。

Ｇｄ_２Ｏ_３及びＹ_２Ｏ_３は、屈折率の観点で、ある程度置換されうる。より高いＹ_２Ｏ_３／Ｇｄ_２Ｏ_３値は、原材料コストの削減に有益である。さらに、本発明者は、Ｙ_２Ｏ_３／Ｇｄ_２Ｏ_３が０．３より低く又は３より高くなると、ガラスの耐結晶化性能が低下することを発見した。したがって、Ｙ_２Ｏ_３／Ｇｄ_２Ｏ_３は０．３～３、好ましくは０．５～２．５、さらに好ましくは１より高いが２以下に設定される。

全希土類酸化物Ｙ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３におけるＹ_２Ｏ_３の割合は、耐結晶化性能を調整する明らかな効果を有する。Ｙ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３の値が０．０８～０．４５の場合、耐結晶化性能は優れている。その値は０．１～０．４がより好ましく、さらに好ましくは０．１～０．３である。

さらに、Ｙ_２Ｏ_３／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）はガラスの化学的安定性に影響を与える。その値が０．１６～０．８の場合、ガラスの化学的安定性が優れ、耐食性が強く、光学機器の耐用年数を効果的に延ばすことができる。Ｙ_２Ｏ_３／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）値はさらに好ましくは０．２～０．７、より好ましくは０．３～０．６である。

Ｙｂ_２Ｏ_３は、高い屈折率及び低分散を有する構成要素である。その含有量が５％より高くなると、ガラスの安定性及び耐失透性が減少する。したがって、Ｙｂ_２Ｏ_３の含有量の範囲は０～５％であると定義される。一方、Ｇｄ_２Ｏ_３及びＹ_２Ｏ_３を比較すると、Ｙｂ_２Ｏ_３は高価であり、ガラスの溶融性の改善にほとんど影響を及ぼさないため、導入されないことが好ましい。

アルカリ土類金属酸化物に属するＲＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの１つ以上であり、本発明の任意構成要素である。ガラスのヤング率を改善し、ガラスの高温粘度を低下させ、一方で、ガラス組成の均衡を図り、ガラスの溶融性を改善するために、概算量のアルカリ土類金属酸化物がガラスに追加されてもよい。しかし、ＲＯの合計含有量が１０％より高いと、過剰なアルカリ土類金属酸化物が耐結晶化性能を低下させる。したがって、本発明によれば、ＲＯ値は０～１０％、好ましくは０～５％に設定される。

アルカリ金属酸化物に属するＲｎ_２Ｏは、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの１つ以上であり、本発明の任意構成要素である。本発明によって提供されるガラスシステムでは、期待される高温粘度を得るために、概算量のアルカリ金属酸化物が添加されてもよい。一方、概算量のアルカリ金属酸化物がＢ_２Ｏ_３と共存する場合、Ｂ_２Ｏ_３ネットワークのコンパクト性が改善されて、より良い光透過率を得ることができる。アルカリ金属酸化物が少なすぎるとガラスの粘度を適切な範囲に調整できないが、アルカリ金属酸化物が多すぎるとガラスの耐結晶化性能が大幅に損なわれる本発明において、Ｒｎ_２Ｏ値は０～１０％、好ましくは０～５％に設定される。

また、本発明により提供されるガラスには、０～１％、好ましくは０～０．５％の清澄剤を導入することができる。清澄剤はＳｂ_２Ｏ_３、又は／及びＣｅＯ_２、又は／及びＳｎＯ_２から選択され得る。

本発明のガラス特性を損なわない範囲内で、必要に応じて、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＴｅＯ_２、Ｇａ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、及びＬｕ_２Ｏ_３を含む上記に記載されていない少量の他の成分が添加できる。しかし、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＭｏ等の遷移金属の構成要素は、単体又は化合物の形態で含有されている場合でも、ガラスが着色され、可視光で特定の波長を吸収する可能性がある。可視光透過率を改善する本発明の特性を弱めてしまうので、特に可視領域において波長透過率を必要とする光学ガラスでは、実際には含まれていないことが好ましい。

Ｐｂ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ｏｓ、Ｂｅ、及びＳｅ化合物は、近年、有害化学物質として制御されて使用されているが、それは、ガラス製造過程だけでなく、環境保護対策のための加工手順や製造化後の処分においても必要である。したがって、環境への影響を重視する場合は、必然的な組み込みを除いて、それらは実際には含有されないことが好ましい。その結果、光学ガラスは環境を汚染する物質を実際に含有していない。したがって、本発明の光学ガラスは、特別な環境対策を講じなくても、製造、加工、及び廃棄されることができる。

光学ガラスの特性

光学の特性

屈折率（ｎｄ）は、ＧＢ／Ｔ７９６２．１－２０１０の方法にしたがって分析される。

分散係数（つまり、アッベ数、ｖｄ）は、ＧＢ／Ｔ７９６２．１－２０１０の方法にしたがって分析される。

［熱特性］

熱膨張係数（α_{－３０°C～７０°C}）は、ＧＢ／Ｔ７９６２．１６－２０１０の方法にしたがって、１０^－７／Ｋの単位で分析される。

転化温度（Ｔ_ｇ）は、ＧＢ／Ｔ７９６２．１６－２０１０で指定された方法にしたがって、°Cの単位で分析される。

結晶化温度の上限を分析する方法は、温度勾配炉の工程を使用してガラスの結晶化特性を分析し、１８０×１０×１０ｍｍの試料にガラスを準備して、横方向に研磨し、温度勾配（５°C／ｃｍ）の炉に入れて１，４００°Cに加熱し４時間保温した後、取り出して、室温まで自然冷却し、顕微鏡でガラスの結晶化を観察して、結晶に対応するガラスの最高温度が発見された時のガラスの結晶化温度の上限を得るステップを含む。ガラスの結晶化温度の上限が低いほど、高温でのガラスの安定性が強くなり、製造方法の性能が向上する。

［化学的安定性］

耐水性（Ｄ_Ｗ）は、ＧＢ／Ｔ１７１２９の方法にしたがって分析される。

耐酸性（Ｄ_Ａ）は、ＧＢ／Ｔ１７１２９の方法にしたがって分析される。

［泡の程度］

泡の程度は、ＧＢ／Ｔ７９６２．８－２０１０の方法にしたがって分析される。

分析後、本発明によって提供されるガラスは、以下の特性を有する。屈折率（ｎｄ）は１．８４～１．８７、好ましくは１．８５～１．８６である。アッベ数（ｖｄ）は３８～４１、好ましくは３８．５～４０である。熱膨張係数は（α_{－３０°C～７０°C}）は７５×１０^－７／Ｋ以下であり、好ましくは７０×１０^－７／Ｋ以下である。耐水性（Ｄ_Ｗ）は等級２以上、好ましくは等級１である。耐酸性は等級３以上、等級２以上が好ましい。結晶化温度の上限は１，２５０℃以下、さらに好ましくは１，２００℃以下、より好ましくは１，１８０℃以下である。泡の程度は等級Ａ以上、好ましくは等級Ａ_０以上、さらに好ましくは等級Ａ_００である。ガラスの転化温度（Ｔｇ）は６４０℃以下、好ましくは６３０℃以下、さらに好ましくは６２５℃未満である。

光学ガラスの実施形態

本発明の技術的解決策をさらに明確に説明及び例示する目的で、以下の非制限的な実施形態が提供される。

すべての実施形態又は比較例の対応する含有量にしたがって計量し、光学ガラスの通常の原料（酸化物、水酸化物、炭酸塩、及び硝酸塩を含む）を混合し、混合した原料を白金るつぼに投入し、１，２００～１，５００°Cで２～６時間溶融し、そして、均質な溶融ガラスを得るために清澄化、攪拌、及び均質化を行い、その後、型内の溶融ガラスを鋳造及びアニールすることで、表１～６の実施形態１～４８及び表７の比較例１～５の光学ガラスが得られる。

本発明の実施形態による光学ガラスは、精密なプレス成形が容易で、耐失透性に優れている。Ｌｎ_２Ｏ_３含有量は５５％より低く、コストも低い。良好な化学的安定性を備えた状態では、耐水性（Ｄ_Ｗ）は等級２以上であり、好ましい技術的解決策では等級１である。耐酸性は等級３以上であり、好ましい技術的解決策では等級２以上である。泡の程度は等級Ａ以上であり、好ましい技術的解決策では等級Ａ_０以上であり、さらに好ましい技術的解決策では等級Ａ_００以上である。このように泡の程度は優れている。また、熱膨張係数（α_{－３０°C～７０°C}）は７５×１０^－７／Ｋ以下、さらに好ましくはα_{－３０°C～７０°C}は７０×１０^－７／Ｋ以下であり、温度に影響される膨張又は収縮の程度が小さい。一方、光学ガラスはさらに優れた耐結晶化性能を有している。

ガラスプリフォームの実施形態
実施形態１～４８で得られた光学ガラスは所定の大きさに切断され、表面に離型剤が均一に塗布される。その後、凹面メニスカスレンズ、凸面メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、及び平凹レンズ等の様々なレンズ及びプリズムを製造するために、金型が加熱及び軟化されてプレス成形される。または、実施形態１～４８で得られた光学ガラスが使用されて、精密プレス成形用のプレモールド製品を成形し、精密プレス成形及び加工によりレンズ及びプリズム形状に精密プレス成形されてプリフォームを製造する。

光学素子の実施形態
ガラスプリフォームの実施形態で得られたプリフォームは、ガラス内部の変形を低減しながら微調整のためアニールが施され、その結果、屈折率等の光学特性が所望の値となる。

次に、各プリフォームが研削及び研磨されて、凹面メニスカスレンズ、凸面メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、及び平凹レンズ等の様々なレンズ及びプリズムを形成する。反射防止膜が、得られた光学素子の表面にコーティングされていてもよい。

光学機器の実施形態
光学部品又は光学部材は、光学設計を介して、あるいは１つ以上の光学素子を介して、光学素子の実施形態で得られた光学素子によって形成されている。光学部品又は光学部材は、撮像装置、センサ、顕微鏡、医療技術、デジタル投影、通信、光通信技術／情報伝送、自動車分野における光学／照明、フォトリソグラフィー、エキシマレーザ、ウェハ、コンピュータチップ、集積回路、並びにそのような回路及びチップを含む電子機器、特に車両分野のカメラ器具及び機器に使用され得る。

Claims (16)

1. 重量百分率で、０～１０％のＳｉＯ_２と、５～２５％のＢ_２Ｏ_３と、０～１５％のＺｒＯ_２と、１０～２５％のＺｎＯと、２～３０％のＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３と、３０～５５％のＬｎ_２Ｏ_３とを含有しており、前記Ｌｎ_２Ｏ_３はＬａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、及びＹｂ_２Ｏ_３の合計含有量であり、Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．３～０．８であり、Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が０．１５～２であり、Ｙ_２Ｏ_３／Ｇｄ_２Ｏ_３が１．１００～３、光学ガラスの結晶化温度の上限が１，２５０℃以下であり、
   Ｎｂ _２ Ｏ _５ が４～８％、ＷＯ _３ が６～１０％、Ｌａ _２ Ｏ _３ が３０～３５％、Ｇｄ _２ Ｏ _３ が３～７％、Ｙ _２ Ｏ _３ が６～１０％であることを特徴とする光学ガラス。
2. ０～１０％のＲＯと、０～１０％のＲｎ_２Ｏと、０～１％の清澄剤とをさらに含有し、前記ＲＯがＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、又はＢａＯの１つ以上であり、前記Ｒｎ_２ＯがＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの１つ以上であり、前記清澄剤がＳｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２の１つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学ガラス。
3. 重量百分率で、０～１０％のＳｉＯ_２と_、５～２５％のＢ_２Ｏ_３と、０～１５％のＺｒＯ_２と、１０～２５％のＺｎＯと、２～３０％のＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３と、３０～５５％のＬｎ_２Ｏ_３と、０～１０％のＲＯと、０～１０％のＲｎ_２Ｏと、０～１％の清澄剤とを含有しており、前記Ｌｎ_２Ｏ_３がＬａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、及びＹｂ_２Ｏ_３の合計含有量であり、前記ＲＯがＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、又はＢａＯの１つ以上であり、前記Ｒｎ_２ＯはＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの１つ以上であり、前記清澄剤はＳｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２の１つ以上であり、Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．３～０．８であり、Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が０．１５～２であり、Ｙ_２Ｏ_３／Ｇｄ_２Ｏ_３が１．１００～３、光学ガラスの結晶化温度の上限が１，２５０℃以下であり、
   Ｎｂ _２ Ｏ _５ が４～８％、ＷＯ _３ が６～１０％、Ｌａ _２ Ｏ _３ が３０～３５％、Ｇｄ _２ Ｏ _３ が３～７％、Ｙ _２ Ｏ _３ が６～１０％であることを特徴とする光学ガラス。
4. 全構成要素の含有量が次の４つの条件を１つ以上満たすことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス、
   １）ＳｉＯ_２／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０～０．２５であり、
   ２）Ｙ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．０８～０．４５であり、
   ３）Ｙ_２Ｏ_３／Ｇｄ_２Ｏ_３が１．１５５～２．５であり、
   ４）Ｙ_２Ｏ_３／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．１６～０．８である。
5. ＳｉＯ_２が１～８％、及び／又はＢ_２Ｏ_３が１０～２３％、及び／又はＺｒＯ_２が１～１０％、及び／又はＺｎＯが１０～２０％、及び／又はＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３が４～２２％、及び／又はＬｎ_２Ｏ_３が３５～５２％、及び／又はＲＯが０～５％、及び／又はＲ_２Ｏが０～５％、及び／又は清澄剤が０～０．５％であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
6. 全構成要素の含有量が次の６つの条件を１つ以上満たすことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス、
   １）ＳｉＯ_２／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．０５～０．２３であり、
   ２）Ｙ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．１～０．４であり、
   ３）Ｙ_２Ｏ_３／Ｇｄ_２Ｏ_３が１．１６５～２であり、
   ４）Ｙ_２Ｏ_３／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．２～０．７であり、
   ５）Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．３～０．６であり、
   ６）Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が０．２～１．５である。
7. ＳｉＯ_２が１～４％、及び／又はＢ_２Ｏ_３が１５～２０％、及び／又はＺｒＯ_２が２～６％、及び／又はＺｎＯが１３～１７％、及び／又はＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５＋ＷＯ_３が１０～１８％、及び／又はＬｎ_２Ｏ_３が４０～５０％であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
8. 全構成要素の含有量が次の６つの条件を１つ以上満たすことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス、
   １）ＳｉＯ_２／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．０８～０．２であり、
   ２）Ｙ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．１～０．３であり、
   ３）Ｙ_２Ｏ_３／（ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３）が０．３～０．６であり、
   ４）Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｎ_２Ｏ_３が０．３～０．５であり、
   ５）Ｙ_２Ｏ_３／Ｂ_２Ｏ_３が０．３～１である。
9. ＴｉＯ _２ が０～１０％、Ｙｂ _２ Ｏ _３ が０～５％であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
10. ＴｉＯ _２ が０～５％であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
11. ＴｉＯ _２ が含まれないことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
12. 前記光学ガラスの屈折率（ｎｄ）が１．８４～１．８７であり、アッベ数（ｖｄ）が３８．０～４１．０であり、前記光学ガラスの粉末法の耐水性（ＤＷ）が等級２以上であり、粉末法の耐酸性（ＤＡ）が等級３以上であり、前記光学ガラスの熱膨張係数（α_{－３０°C～７０°C}）が７５×１０－７／Ｋ以下であり、前記光学ガラスの泡の程度が等級Ａ以上であり、前記光学ガラスの転化温度（Ｔｇ）が６４０℃以下であり、前記光学ガラスの結晶化温度の上限１，２００℃以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
13. 前記光学ガラスの屈折率（ｎｄ）が１．８５～１．８６であり、アッベ数（ｖｄ）が３８．５～４０．０であり、前記光学ガラスの粉末法の耐水性（Ｄ_Ｗ）が等級１であり、粉末法の耐酸性（Ｄ_Ａ）が等級２であり、前記光学ガラスの熱膨張係数（α_{－３０°C～７０°C}）が７０×１０^－７／Ｋ以下であり、前記光学ガラスの泡の程度が等級Ａ_０以上であり、前記光学ガラスの転化温度（Ｔｇ）が６２５℃以下であり、前記光学ガラスの結晶化温度の上限１，１８０℃以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学ガラス。
14. 請求項１～１３のいずれか１項に記載の前記光学ガラスから作製されたガラスプリフォーム。
15. 請求項１～１３のいずれか１項に記載の前記光学ガラス又は請求項１４に記載の前記ガラスプリフォームから作製された光学素子。
16. 請求項１５に記載の前記光学素子から作製された光学機器。