光学ガラス、プリフォーム及び光学素子
【課題】屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にあ、色収差の補正に好ましく用いられ、且つ耐失透性の高い光学ガラスと、これを用いたレンズプリフォームを提供する。
【解決手段】光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜55.0%、La2O3成分を10.0〜55.0%含有し、Al2O3成分及びF成分をさらに含有する。この光学ガラスは、1.57以上の屈折率(nd)と、50以上のアッベ数(νd)とを有する。
【解決手段】光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜55.0%、La2O3成分を10.0〜55.0%含有し、Al2O3成分及びF成分をさらに含有する。この光学ガラスは、1.57以上の屈折率(nd)と、50以上のアッベ数(νd)とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学ガラス、プリフォーム及び光学素子に関する。
【背景技術】
【0002】
デジタルカメラやビデオカメラ等の光学系は、その大小はあるが、収差と呼ばれるにじみを含んでいる。この収差は単色収差と色収差に分類されるが、特に色収差は、光学系に使用されるレンズの材料特性に強く依存している。
【0003】
一般に色収差は、低分散の凸レンズと高分散の凹レンズとを組み合わせて補正されるが、この組み合わせでは赤色領域と緑色領域の収差の補正しかできず、青色領域の収差が残る。この除去しきれない青色領域の収差を二次スペクトルと呼ぶ。二次スペクトルを補正するには、青色領域のg線(435.835nm)の動向を加味した光学設計を行う必要がある。このとき、光学設計で着目される光学特性の指標として、部分分散比(θg,F)が用いられている。上述の低分散のレンズと高分散のレンズとを組み合わせた光学系では、低分散側のレンズに部分分散比(θg,F)の大きい光学材料を用い、高分散側のレンズに部分分散比(θg,F)の小さい光学材料を用いることで、二次スペクトルが良好に補正される。
【0004】
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)
【0005】
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。)
【0006】
ここで、1.57以上の高い屈折率(nd)と、50以上の高いアッベ数(νd)とを有するガラスとしては、例えば特許文献1〜9に示されるような、La2O3成分等の希土類元素成分を多く含有する光学ガラスが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2007−261877号公報
【特許文献2】特開2009−084059号公報
【特許文献3】特開2009−242210号公報
【特許文献4】特開2006−117503号公報
【特許文献5】特開平11−139844号公報
【特許文献6】特開昭62−100449号公報
【特許文献7】特開2005−170782号公報
【特許文献8】特開2006−016295号公報
【特許文献9】国際公開第2004/054937号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、特許文献1〜9の光学ガラスは、部分分散比が小さく、前記二次スペクトルを補正するレンズとして使用するには十分でなかった。すなわち、高い屈折率(nd)及び高いアッベ数(νd)を有しながらも、部分分散比(θg,F)の大きい光学ガラスが求められている。
【0009】
また、特許文献1〜9で開示されたガラスは、ガラスを作製する際に失透が発生し易い問題点があった。ひとたび失透が生じたガラスから、特に可視領域の光を制御するような光学素子を作製することは困難である。
【0010】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、色収差の補正に好ましく用いられ、且つ耐失透性の高い光学ガラスと、これを用いたレンズプリフォームを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、B2O3成分及びLa2O3成分に、Al2O3成分及びF成分を併用することによって、ガラスの高屈折率及び低分散化が図られながらも、部分分散比を下げる作用の強いLa2O3成分等の希土類元素成分を含有していても、部分分散比が高められることでアッベ数(νd)との間で所望の関係が得られ、且つガラスの液相温度が高められることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【0012】
(1) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜55.0%、La2O3成分を10.0〜55.0%含有し、Al2O3成分及びF成分をさらに含有する光学ガラス。
【0013】
(2) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でAl2O3成分を0.1%以上20.0%以下含有する(1)記載の光学ガラス。
【0014】
(3) 酸化物基準の質量に対する外割りの質量%で、F成分を0.1%以上30.0%以下含有する(1)又は(2)記載の光学ガラス。
【0015】
(4) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO2成分の含有量が40.0%以下である(1)から(3)のいずれか記載の光学ガラス。
【0016】
(5) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(SiO2+B2O3)が40.0%以下である(1)から(4)のいずれか記載の光学ガラス。
【0017】
(6) 酸化物換算組成の質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3)が1.00以上(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)である(5)記載の光学ガラス。
【0018】
(7) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
WO3成分 0〜15.0%及び/又は
ZrO2成分 0〜15.0%及び/又は
Ta2O5成分 0〜25.0%
をさらに含有する(1)から(6)のいずれか記載の光学ガラス。
【0019】
(8) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(WO3+La2O3+ZrO2+Ta2O5)が10.0%以上60.0%以下である(7)記載の光学ガラス。
【0020】
(9) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Bi2O3成分 0〜10.0%及び/又は
TiO2成分 0〜15.0%及び/又は
Nb2O5成分 0〜20.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(8)のいずれか記載の光学ガラス。
【0021】
(10) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Bi2O3+TiO2+WO3+Nb2O5)が20.0%以下である(9)記載の光学ガラス。
【0022】
(11) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
MgO成分 0〜10.0%及び/又は
CaO成分 0〜25.0%及び/又は
SrO成分 0〜25.0%及び/又は
BaO成分 0〜55.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(10)のいずれか記載の光学ガラス。
【0023】
(12) 酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の質量和が55.0%以下である(11)記載の光学ガラス。
【0024】
(13) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Gd2O3成分 0〜40.0%及び/又は
Y2O3成分 0〜20.0%及び/又は
Yb2O3成分 0〜20.0%及び/又は
Lu2O3成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(12)のいずれか記載の光学ガラス。
【0025】
(14) 酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%以上80.0%以下である(1)から(13)のいずれか記載の光学ガラス。
【0026】
(15) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Li2O成分 0〜5.0%及び/又は
Na2O成分 0〜10.0%及び/又は
K2O成分 0〜10.0%
をさらに含有する(1)から(14)のいずれか記載の光学ガラス。
【0027】
(16) 酸化物換算組成のガラス全質量に対するRn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が15.0%以下である(15)記載の光学ガラス。
【0028】
(17) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
ZnO成分 0〜25.0%及び/又は
GeO2成分 0〜10.0%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0%及び/又は
Ga2O3成分 0〜10.0%及び/又は
TeO2成分 0〜10.0%及び/又は
SnO2成分 0〜5.0%及び/又は
Sb2O3成分 0〜1.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(16)のいずれか記載の光学ガラス。
【0029】
(18) 1.57以上の屈折率(nd)と、45以上のアッベ数(νd)とを有する(1)から(17)のいずれか記載の光学ガラス。
【0030】
(19) アッベ数(νd)が屈折率(nd)との間でνd≧−100×nd+220の関係を満たす(1)から(18)のいずれか記載の光学ガラス。
【0031】
(20) 部分分散比(θg,F)がアッベ数(νd)との間で(θg,F)≧(−0.00170×νd+0.6375)の関係を満たす(1)から(19)のいずれか記載の光学ガラス。
【0032】
(21) (1)から(20)のいずれか記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
【0033】
(22) (21)記載のプリフォーム材をプレス成形して作製する光学素子。
【0034】
(23) (1)から(20)のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
【0035】
(24) (22)又は(23)のいずれか記載の光学素子を備える光学機器。
【発明の効果】
【0036】
本発明によれば、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、色収差の補正に好ましく用いられ、且つ耐失透性の高い光学ガラスと、これを用いたプリフォーム及び光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】部分分散比(θg,F)が縦軸でアッベ数(νd)が横軸の直交座標に表されるノーマルラインを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0038】
本発明の光学ガラスは、質量%でB2O3成分を5.0〜55.0%、La2O3成分を10.0〜55.0%含有し、Al2O3成分及びF成分をさらに含有する。B2O3成分及びLa2O3成分を所定の含有量の範囲で含有することによって、ガラスの屈折率が高められて分散が小さくなり、且つ可視光に対する透明性が高められる。B2O3成分及びLa2O3成分に、Al2O3成分及びF成分を併用することで、部分分散比を下げる作用の強いLa2O3成分等の希土類元素成分を含有していても、部分分散比(θg,F)が高められ、且つ、ガラスの液相温度が高められる。このため、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、色収差の補正に好ましく用いることができ、且つ耐失透性が高い光学ガラスと、これを用いたプリフォーム及び光学素子を得ることができる。
【0039】
以下、本発明の光学ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
【0040】
[ガラス成分]
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。本明細書中において、各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」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、金属弗化物等が溶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質量を100質量%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。
【0041】
<必須成分、任意成分について>
B2O3成分は、ガラス内部で網目構造を形成し、安定なガラス形成を促す成分である。特に、B2O3成分の含有量を5.0%以上にすることで、ガラスを失透し難くし、安定なガラスを得易くすることができる。一方、B2O3成分の含有量を55.0%以下にすることで、所望の屈折率及び分散性を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するB2O3成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは13.0%を下限とし、好ましくは55.0%、より好ましくは40.0%、最も好ましくは30.0%を上限とする。B2O3成分は、原料として例えばH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いてガラス内に含有することができる。
【0042】
La2O3成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくする成分である。特に、La2O3成分の含有量を10.0%以上にすることで、所望の高い屈折率及び高いアッベ数を有し、且つ、可視光に対する透過率の高いガラスを得易くすることができる。一方、La2O3成分の含有量を55.0%以下にすることで、ガラスの分相を抑制し、ガラスを作製する際にガラスを失透し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLa2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%を下限とし、より好ましくは12.0%より多くし、さらに好ましくは20.0%、最も好ましくは25.0%を下限とし、好ましくは55.0%、より好ましくは53.0%、最も好ましくは50.0%を上限とする。La2O3成分は、原料として例えばLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)等を用いてガラス内に含有することができる。
【0043】
Al2O3成分は、安定なガラスを形成し易くする成分である。特に、Al2O3成分を含有することで、ガラスのアッベ数の低下を抑制することができる。一方で、Al2O3成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスのアッベ数の低下を抑制することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するAl2O3成分の含有量は、好ましくは0%より多くし、より好ましくは0.1%、さらに好ましくは0.5%、さらに好ましくは1.0%を下限とし、さらに好ましくは3.0%より多くし、最も好ましくは3.4%より多くする。一方で、このAl2O3成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。Al2O3成分は、原料として例えばAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0044】
F成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であり、且つガラスの転移点(Tg)を下げる成分である。特に、F成分を含有することで、高い部分分散比を有しながらも、着色の少ない光学ガラスを得ることができる。一方で、F成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高めて失透し難くすることができる。従って、酸化物基準の質量に対する外割りでのF成分の含有量は、好ましくは0より多くし、より好ましくは0.1%、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6.0%、さらに好ましくは7.0%、最も好ましくは8.0%を下限とする。また、このF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。F成分は、原料として例えばZrF4、AlF3、NaF、CaF2、LaF3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0045】
なお、本明細書におけるF成分の含有量は、ガラスセラミック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質量を100%として、F成分の質量を質量%で表したもの(酸化物基準の質量に対する外割り質量%)である。
【0046】
本発明の光学ガラスは、F成分の含有量に対するAl2O3成分の含有量の比率が0より大きく15.0以下であることが好ましい。この比率を所定の範囲内にすることにより、ガラスの安定性が高められるため、より耐失透性の高いガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成の質量比Al2O3/Fは、好ましくは0より大きくし、より好ましくは0.1、最も好ましくは0.3を下限とする。一方で、この比率の上限は、好ましくは15.0、より好ましくは10.0、さらに好ましくは5.0、さらに好ましくは4.0、最も好ましくは3.2を上限とする。なお、この含有量の比率において、F成分の含有量は酸化物基準の質量に対する外割りでの含有量を指し、Al2O3成分の含有量は酸化物換算組成のガラス全質量に対する含有量を指す。
【0047】
SiO2成分は、安定なガラス形成を促し、且つガラスを作製する際の失透(結晶物の発生)を抑制する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、SiO2成分の含有量を40.0%以下にすることで、SiO2成分を溶融ガラス中に溶解し易くし、高温での溶解を回避することができる。酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO2成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは24.0%、最も好ましくは15.0%を上限とする。なお、SiO2成分を含有しなくとも、所望の高い部分分散比を有するガラスを得ることは可能であるが、SiO2成分の含有量を0.1%以上にすることで、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO2成分の含有量は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.5%、最も好ましくは1.0%を下限とする。SiO2成分は、原料として例えばSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
【0048】
本発明の光学ガラスは、SiO2成分及びB2O3成分の質量和が40.0%以下であることが好ましい。これにより、ガラスの屈折率の低下が抑制されるため、所望の高屈折率を有する光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(SiO2+B2O3)は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、最も好ましくは32.0%を上限とする。なお、この質量和(SiO2+B2O3)は、安定性が高く耐失透性の高いガラスを得る観点から、好ましくは5.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは15.0%を下限とする。
【0049】
本発明の光学ガラスは、SiO2成分及びB2O3成分の質量和に対する、Ln2O3(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)成分の含有量の比率が、1.00以上であることが好ましい。この比率を1.00以上にすることで、Al2O3成分を含有していても屈折率がより高められるため、高い部分分散比を有しながらも、ガラスの安定性と高屈折率を兼ね備えた光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成の質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3)は、好ましくは1.00、より好ましくは1.25、最も好ましくは1.40を下限とする。一方で、この比率の上限は、安定なガラスを得られる限り特に限定されないが、例えば10.0を超えたときに失透が起こり易くなる可能性が推察される。従って、酸化物換算組成の質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3)は、好ましくは10.00、より好ましくは8.00、最も好ましくは5.00を上限とする。Ln2O3成分のうち、La2O3成分はガラスの安定性をより一層高める作用を有するため、特に耐失透性の高いガラスを得られる観点では、La2O3/(SiO2+B2O3)の比率を上述の範囲内にすることがより好ましい。また、より耐失透性の高いガラスを得られる観点では、酸化物換算組成の質量比La2O3/B2O3を好ましくは10.00、より好ましくは5.00、さらに好ましくは3.50、さらに好ましくは2.30を上限とし、最も好ましくは2.00未満にしてもよい。
【0050】
WO3成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であるとともに、ガラスの屈折率及び分散を高め、且つガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、WO3成分の含有量を15.0%以下にすることで、所望の高いアッベ数を得易くし、且つ、可視短波長(500nm以下)の光線透過率を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するWO3成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。なお、WO3成分を含有しなくても所望の高い部分分散比を有する光学ガラスを得ることは可能であるが、WO3成分の含有量を0.1%以上にすることで、ガラスの部分分散比が高められるため、所望の高い部分分散比を有するガラスを得易くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するWO3成分の含有量は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.3%、最も好ましくは0.5%を下限とする。WO3成分は、原料として例えばWO3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0051】
ZrO2成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスを作製する際の耐失透性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ZrO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比の低下を抑えることができる。また、ZrO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスのアッベ数の低下を抑えるとともに、ガラスの製造時における高温での溶解を回避し、ガラス製造時のエネルギー損失を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZrO2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8.0%を上限とし、最も好ましくは4.0%未満とする。ZrO2成分は、原料として例えばZrO2、ZrF4等を用いてガラス内に含有することができる。
【0052】
Ta2O5成分は、ガラスの屈折率を高めつつ、ガラスを安定化する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ta2O5成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比の低下を抑えることができる。また、Ta2O5成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減するとともに、高温での溶解を回避してガラス製造時のエネルギー損失を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTa2O5成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Ta2O5成分は、原料として例えばTa2O5等を用いてガラス内に含有することができる。
【0053】
本発明の光学ガラスでは、WO3成分、La2O3成分、ZrO2成分及びTa2O5の含有量の和が、10.0%以上であることが好ましい。この和を10.0%以上にすることで、ガラスの着色を低減しつつ、屈折率をより高めることが可能になる。従って、酸化物換算組成の質量に対する、これら成分の含有量の和は、好ましくは10.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは25.0%、最も好ましくは30.0%を下限とする。一方で、これら成分の含有量の和の上限は、安定なガラスを得られる限り特に限定されないが、例えば65.0%を超えたときに失透が起こり易くなる可能性が推察される。従って、酸化物換算組成の質量に対する、これら成分の含有量の和は、好ましくは65.0%、より好ましくは60.0%、さらに好ましくは55.0%、最も好ましくは50.0%を上限とする。
【0054】
Bi2O3成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であるとともに、ガラスの屈折率を高め、且つガラス転移点を低くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Bi2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、可視短波長(500nm以下)の光線透過率を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するBi2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Bi2O3成分は、原料として例えばBi2O3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0055】
TiO2成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であるとともに、ガラスの屈折率及び分散を高め、且つガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、TiO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、所望の高いアッベ数を得易くし、且つ、可視短波長(500nm以下)の光線透過率を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTiO2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%、最も好ましくは5.0%を上限とする。TiO2成分は、原料として例えばTiO2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0056】
Nb2O5成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であるとともに、ガラスの屈折率及び分散を高め、且つガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Nb2O5成分の含有量を20.0%以下にすることで、所望の高いアッベ数を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するNb2O5成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。Nb2O5成分は、原料として例えばNb2O5等を用いてガラス内に含有することができる。
【0057】
本発明の光学ガラスは、Bi2O3成分、TiO2成分、WO3成分及びNb2O5の質量和が20.0%以下であることが好ましい。これにより、これらの成分の過剰な含有によるガラスの安定性の低下が抑えられるため、ガラスの耐失透性をより一層高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Bi2O3+TiO2+WO3+Nb2O5)は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。なお、これらの成分をいずれも含有しなくても所望の高い部分分散比を有する光学ガラスを得ることは可能であるが、これらの成分の質量和を0.1%以上にすることで、ガラスの部分分散比が高められるため、所望の高い部分分散比を有するガラスを得易くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Bi2O3+TiO2+WO3+Nb2O5)は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.5%、最も好ましくは0.8%を下限とする。
【0058】
MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、ガラスの溶融性を改善して耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、MgO成分の含有量を10.0%以下、CaO成分若しくはSrO成分の含有量を25.0%以下、又は、BaO成分の含有量を55.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するMgO成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。また、酸化物換算組成のガラス全質量に対するCaO成分及びSrO成分の含有量は、それぞれ好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、最も好ましくは15.0%を上限とする。また、酸化物換算組成のガラス全質量に対するBaO成分の含有量は、好ましくは55.0%、より好ましくは45.0%、最も好ましくは35.0%を上限とする。MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、原料として例えばMgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2、BaCO3、Ba(NO3)2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0059】
本発明の光学ガラスでは、RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の含有量の質量和が、55.0%以下であることが好ましい。これにより、RO成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減し、且つガラスの屈折率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分の含有量の質量和は、好ましくは55.0%、より好ましくは45.0%、最も好ましくは35.0%を上限とする。
【0060】
Gd2O3成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくする成分である。特に、Gd2O3成分の含有量を40.0%以下にすることで、ガラスの分相を抑制し、且つ、ガラスを作製する際にガラスを失透し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGd2O3成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、最も好ましくは30.0%を上限とする。なお、Gd2O3成分を含有しなくとも所望の高い部分分散比を有するガラスを得ることが可能であるが、Gd2O3成分を1.0%以上含有することで、所望の屈折率及び分散を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGd2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは7.0%を下限とする。Gd2O3成分は、原料として例えばGd2O3、GdF3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0061】
Y2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくする成分である。ここで、Y2O3成分若しくはYb2O3成分の含有量を20.0%以下にすること、又は、Lu2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスを失透し難くすることができる。また、特にYb2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの長波長側(波長1000nmの近傍)に吸収が生じ難くなるため、ガラスの赤外線に対する耐性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するY2O3成分及びYb2O3成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。また、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLu2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Y2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分は、原料として例えばY2O3、YF3、Yb2O3、Lu2O3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0062】
本発明の光学ガラスは、Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)の含有量の質量和が、20.0%以上80.0%以下であることが好ましい。ここで、この質量和を20.0%以上にすることで、所望の高い屈折率及びアッベ数を得易くし、着色を少なくし、且つ光弾性定数を小さくすることができる。特に、本発明の光学ガラスでは、希土類を多く含有しても部分分散比が下がり難いため、所望の高い部分分散比と、高い屈折率及びアッベ数を両立し易くできる。一方、この質量和を80.0%以下にすることで、ガラスを作製する際のガラスの失透を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分の含有量の質量和は、好ましくは20.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは40.0%、最も好ましくは45.0%を下限とし、好ましくは80.0%、より好ましくは78.0%、最も好ましくは75.0%を上限とする。
【0063】
Li2O成分は、ガラスの溶融性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Li2O成分の含有量を5.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比の低下を抑えることができる。また、Li2O成分の含有量を5.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、Li2O成分の過剰な含有による失透等を生じ難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLi2O成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは4.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。ここで、より高い部分分散比を有する光学ガラスを得易くできる点では、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLi2O成分の含有量を、0.1%未満としてもよく、実質的に含有しなくてもよい。Li2O成分は、原料として例えばLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いてガラス内に含有することができる。
【0064】
Na2O成分は、ガラスの溶融性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Na2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くして、ガラスの安定性を高めて失透等を生じ難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するNa2O成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Na2O成分は、原料として例えばNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
【0065】
K2O成分は、ガラスの部分分散比をより一層高める成分であるとともに、ガラスの溶融性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、K2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くして、ガラスの安定性を高めて失透等を生じ難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するK2O成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。K2O成分は、原料として例えばK2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
【0066】
Rn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)は、ガラスの熔融性を改善するとともに、ガラス転移点を下げ、ガラスの失透を低減する成分である。ここで、Rn2O成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するRn2O成分の質量和は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。
【0067】
ZnO成分は、ガラスの溶融性を改善し、ガラス転移点を低くし、且つ安定なガラスを形成し易くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ZnO成分の含有量を25.0%以下にすることで、光学ガラスの光弾性定数が低く抑えられる。そのため、光学ガラスの透過光の偏光特性を高めることができ、ひいてはプロジェクタやカメラにおける演色性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZnO成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。ZnO成分は、原料として例えばZnO、ZnF2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0068】
GeO2成分は、ガラスの屈折率を高め、耐失透性を向上させる効果を有する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかしながら、GeO2成分は原料価格が高いことから、その量が多いと材料コストが高くなるため、得られるガラスが実用的でなくなる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGeO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、さらに好ましくは5.0%、最も好ましくは2.0%を上限とする。GeO2成分は、原料として例えばGeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0069】
P2O5成分は、ガラスの液相温度を下げて耐失透性を向上させる効果を有する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、P2O5成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの化学的耐久性、特に耐水性の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するP2O5成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。P2O5成分は、原料として例えばAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いてガラス内に含有することができる。
【0070】
Ga2O3成分は、安定なガラスを形成し易くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ga2O3成分の含有量をそれぞれ10.0%以下にすることで、ガラスのアッベ数の低下を抑制することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGa2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Ga2O3成分は、原料として例えばGa2O3、Ga(OH)3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0071】
TeO2成分は、屈折率を高め、ガラス転移点(Tg)を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかしながら、TeO2は白金製の坩堝や、熔融ガラスと接する部分が白金で形成されている熔融槽でガラス原料を熔融する際、白金と合金化しうる問題がある。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTeO2成分の含有率は、好ましくは10.0%を上限とし、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。TeO2成分は、原料として例えばTeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0072】
SnO2成分は、溶融ガラスの酸化を低減して溶融ガラスを清澄し、且つガラスの光照射に対する透過率を悪化し難くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、SnO2成分の含有量を5.0%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、ガラスの失透を生じ難くすることができる。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、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSnO2成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは3.0%、さらに好ましくは1.0%、最も好ましくは0.5%をそれぞれ上限とする。SnO2成分は、原料として例えばSnO、SnO2、SnF2、SnF4等を用いてガラス内に含有することができる。
【0073】
Sb2O3成分は、溶融ガラスを脱泡する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Sb2O3成分の含有量を1.0%以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡を生じ難くすることができ、Sb2O3成分が溶解設備(特にPt等の貴金属)と合金化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSb2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.8%、最も好ましくは0.5%を上限とする。Sb2O3成分は、原料として例えばSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いてガラス内に含有することができる。
【0074】
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSb2O3成分に限定されるものではなく、ガラス製造の分野における公知の清澄剤、脱泡剤或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
【0075】
<含有すべきでない成分について>
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。
【0076】
本発明の光学ガラスには、他の成分を本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することができる。ただし、GeO2成分はガラスの分散性を高めてしまうため、実質的に含まないことが好ましい。
【0077】
また、Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Luを除く、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。
【0078】
さらに、PbO等の鉛化合物及びAs2O3等のヒ素化合物、並びに、Th、Cd、Tl、Os、Be、Seの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、光学ガラスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、この光学ガラスを製造し、加工し、及び廃棄することができる。
【0079】
本発明のガラス組成物は、その組成が酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表されているため直接的にモル%の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各成分のモル%表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
B2O3成分 10.0〜75.0mol%、
La2O3成分 10.0〜25.0mol%及び
Al2O3成分 0mol%超〜40.0mol%
並びに
SiO2成分 0〜70.0mol%及び/又は
WO3成分 0〜10.0mol%及び/又は
ZrO2成分 0〜25.0mol%及び/又は
Ta2O5成分 0〜4.0mol%及び/又は
Bi2O3成分 0〜4.0mol%及び/又は
TiO2成分 0〜30.0mol%及び/又は
Nb2O5成分 0〜10.0mol%及び/又は
MgO成分 0〜35.0mol%及び/又は
CaO成分 0〜50.0mol%及び/又は
SrO成分 0〜35.0mol%及び/又は
BaO成分 0〜50.0mol%及び/又は
Gd2O3成分 0〜20.0mol%及び/又は
Y2O3成分 0〜15.0mol%及び/又は
Yb2O3成分 0〜10.0mol%及び/又は
Lu2O3成分 0〜10.0mol%及び/又は
Li2O成分 0〜15.0mol%及び/又は
Na2O成分 0〜25.0mol%及び/又は
K2O成分 0〜15.0mol%及び/又は
ZnO成分 0〜25.0mol%及び/又は
GeO2成分 0〜20.0mol%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0mol%及び/又は
Ga2O3成分 0〜8.0mol%及び/又は
TeO2成分 0〜8.0mol%及び/又は
SnO2成分 0〜5.0mol%及び/又は
Sb2O3成分 0〜0.5mol%
並びに、上記各金属元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての合計量 0mol%超〜75.0mol%
【0080】
[製造方法]
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、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて900〜1400℃の温度範囲で1〜5時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃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、成形型を用いて成形することにより作製される。ここで、成形型を用いて成形されたガラスを得る手段としては、溶融ガラスを成形型の一端に流下するのと同時に、成形型の他端側から成形されたガラスを引き出す手段や、溶融ガラス金型に鋳込んで徐冷する手段が挙げられる。
【0081】
[物性]
本発明の光学ガラスは、所定の屈折率及び分散(アッベ数)を有することが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.57、より好ましくは1.60、最も好ましくは1.65を下限とする。一方、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)の上限は特に限定されないが、概ね2.20以下、より具体的には2.10以下、さらに具体的には2.00以下であることが多い。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは45、より好ましくは47、最も好ましくは49を下限とする。一方、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)の上限は特に限定されないが、概ね63以下、より具体的には60以下、さらに具体的には57以下であることが多い。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、屈折率(nd)との間で、(νd)≧(−100×nd+220)の関係を満たすことが好ましく、(νd)≧(−100×nd+222)の関係を満たすことがより好ましく、(νd)≧(−100×nd+223)の関係を満たすことが最も好ましい。これらにより、光学設計の自由度が広がり、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。
【0082】
また、本発明の光学ガラスは、高い部分分散比(θg,F)を有する。より具体的には、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、アッベ数(νd)との間で、νd≦25の範囲において(θg,F)≧−0.00170×νd+0.6375)の関係を満たす。これにより、希土類元素成分を多く含有する従来公知のガラスよりも高い部分分散比(θg,F)を有する光学ガラスが得られる。そのため、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の色収差を低減できる。ここで、光学ガラスの部分分散比(θg,F)の下限は、好ましくは(−0.00170×νd+0.6375)、より好ましくは(−0.00170×νd+0.6395)、最も好ましくは(−0.00170×νd+0.6415)である。一方で、νd≦25における光学ガラスの部分分散比(θg,F)の上限は、特に限定されないが、概ね(−0.00170×νd+0.6800)以下、より具体的には(−0.00170×νd+0.6790)以下、さらに具体的には(−0.00170×νd+0.6780)以下であることが多い。なお、本発明における部分分散比の好ましい範囲は、光学ガラスのアッベ数によって変動するため、ノーマルラインと平行な直線を用いて表した。
【0083】
本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS01−2003に基づいて測定する。なお、本測定に用いるガラスは、徐冷降温速度を−25℃/hrとして、徐冷炉にて処理を行ったものを用いる。
【0084】
また、本発明の光学ガラスは、650℃以下のガラス転移点(Tg)を有することが好ましい。これにより、より低い温度でのプレス成形が可能になるため、モールドプレス成形に用いる金型の酸化を低減して金型の長寿命化を図ることもできる。従って、本発明の光学ガラスのガラス転移点(Tg)は、好ましくは650℃、より好ましくは620℃、最も好ましくは600℃を上限とする。なお、本発明の光学ガラスのガラス転移点(Tg)の下限は特に限定されないが、本発明によって得られるガラスのガラス転移点(Tg)は、概ね100℃以上、具体的には150℃以上、さらに具体的には200℃以上であることが多い。
【0085】
本発明の光学ガラスのガラス転移点(Tg)は、示差熱測定装置(ネッチゲレテバウ社製 STA 409 CD)を用いた測定を行うことで求める。ここで、測定を行う際のサンプル粒度は425〜600μmとし、昇温速度は10℃/minとする。
【0086】
また、本発明の光学ガラスは、着色が少ないことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスは、ガラスの透過率で表すと、厚み10mmのサンプルで分光透過率80%を示す波長(λ80)が500nm以下であり、より好ましくは480nm以下であり、最も好ましくは450nm以下である。また、本発明の光学ガラスは、厚み10mmのサンプルで分光透過率5%を示す波長(λ5)が450nm以下であり、より好ましくは430nm以下であり、最も好ましくは410nm以下である。これにより、ガラスの吸収端が紫外領域の近傍に位置するようになり、可視域におけるガラスの透明性が高められるため、この光学ガラスをレンズ等の光学素子の材料として用いることができる。
【0087】
本発明の光学ガラスの透過率は、日本光学硝子工業会規格JOGIS02に準じて測定する。具体的には、厚さ10±0.1mmの対面平行研磨品をJISZ8722に準じ、200〜800nmの分光透過率を測定し、λ80(透過率80%時の波長)及びλ5(透過率5%時の波長)を求める。
【0088】
また、本発明の光学ガラスは、耐失透性が高いことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスは、1200℃以下の低い液相温度を有することが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの液相温度は、好ましくは1200℃、より好ましくは1180℃、最も好ましくは1150℃を上限とする。これにより、ガラスの安定性が高められて結晶化が低減されるため、溶融状態からガラスを形成したときの耐失透性を高めることができ、ガラスを用いた光学素子の光学特性への影響を低減することができる。一方、本発明の光学ガラスの液相温度の下限は特に限定しないが、本発明によって得られるガラスの液相温度は、概ね500℃以上、具体的には550℃以上、さらに具体的には600℃以上であることが多い。なお、本明細書中における液相温度(LT)は、白金坩堝にガラスを20cc入れて蓋をして約1200〜1250℃で約30〜60分間溶融した後、1200℃までの10℃刻みの温度で2時間保温したものを冷却して結晶析出の有無を顕微鏡により観察したときの、結晶が認められない最低温度である。
【0089】
[プリフォーム及び光学素子]
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、例えば研磨加工を行って作製し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。
【0090】
このようにして作製されるガラス成形体は、様々な光学素子に有用であるが、その中でも特に、レンズやプリズム等の光学素子の用途に用いることが好ましい。これにより、光学素子が設けられる光学系の透過光における、色収差による色のにじみが低減される。そのため、この光学素子をカメラに用いた場合は撮影対象物をより正確に表現でき、この光学素子をプロジェクタに用いた場合は所望の映像をより高精彩に投影できる。
【実施例】
【0091】
本発明の実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)の組成、並びに、これらのガラスの屈折率(nd)及びアッベ数(νd)、部分分散比(θg,F)、ガラス転移点(Tg)、透過率80%時の波長(λ80)、透過率5%時の波長(λ5)及び液相温度の値を表1〜表16に示す。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
【0092】
本発明の実施例(No.1〜No.122)の光学ガラス及び比較例(No.1)のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表1〜表16に示した各実施例及び比較例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1000〜1400℃の温度範囲で1〜6時間溶解し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃以下に温度を下げて攪拌均質化してから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。
【0093】
ここで、実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)のガラスの屈折率(nd)及びアッベ数(νd)及び部分分散比(θg,F)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS01−2003に基づいて測定した。そして、求められたアッベ数(νd)及び部分分散比(θg,F)の値について、関係式(θg,F)=−a×νd+bにおける、傾きaが0.0017のときの切片bを求めた。また、求められた屈折率(nd)の値について、関係式−100×nd+220の値を求めた。なお、本測定に用いたガラスは、徐冷降温速度を−25℃/hrとして、徐冷炉にて処理を行ったものを用いた。
【0094】
また、実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)のガラスのガラス転移点(Tg)は、示差熱測定装置(ネッチゲレテバウ社製 STA 409 CD)を用いた測定を行うことで求めた。ここで、測定を行う際のサンプル粒度は425〜600μmとし、昇温速度は10℃/minとした。
【0095】
また、実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)のガラスの透過率については、日本光学硝子工業会規格JOGIS02に準じて測定した。なお、本発明においては、ガラスの透過率を測定することで、ガラスの着色の有無と程度を求めた。具体的には、厚さ10±0.1mmの対面平行研磨品をJISZ8722に準じ、200〜800nmの分光透過率を測定し、透過率80%時の波長(λ80)及びλ5(透過率5%時の波長)を求めた。
【0096】
また、実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)のガラスの液相温度は、白金坩堝にガラスを20cc入れて蓋をして約1200〜1250℃で約30〜60分間溶融した後、950〜1150℃の10℃刻みの温度で2時間保温したものを冷却して結晶析出の有無を顕微鏡により観察したときの、結晶が認められない最も低い温度を測定した。この際、サンプルとして光学ガラスを直径2mm程度の粒状に粉砕した。
【0097】
【表1】
【0098】
【表2】
【0099】
【表3】
【0100】
【表4】
【0101】
【表5】
【0102】
【表6】
【0103】
【表7】
【0104】
【表8】
【0105】
【表9】
【0106】
【表10】
【0107】
【表11】
【0108】
【表12】
【0109】
【表13】
【0110】
【表14】
【0111】
【表15】
【0112】
【表16】
【0113】
本発明の実施例の光学ガラスは、部分分散比(θg,F)が(−0.00170×νd+0.6375)以上、より具体的には(−0.00170×νd+0.6420)以上であった。そのため、本発明の実施例の光学ガラスは、アッベ数(νd)との関係式において部分分散比(θg,F)が大きく、光学素子を形成したときの色収差が小さいことが明らかになった。
【0114】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率(nd)が1.57以上、より詳細には1.69以上であるとともに、この屈折率(nd)は2.20以下、より詳細には1.81以下であり、所望の範囲内であった。
【0115】
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45以上であるとともに、このアッベ数(νd)は63以下、より詳細には61以下であり、所望の範囲内であった。
【0116】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、ガラス転移点(Tg)が650℃以下、より詳細には620℃以下であり、所望の範囲内であった。
【0117】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもλ80(透過率80%時の波長)が500nm以下、より詳細には410nm以下であった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもλ5(透過率5%時の波長)が450nm以下、より詳細には350nm以下であり、所望の範囲内であった。
【0118】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも液相温度が1200℃以下、より詳細には1110℃以下であるとともに、この液相温度は500℃以上であった。一方で、比較例のガラスは液相温度が1200℃以上であった。このため、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液相温度が低く失透し難いことが明らかになった。
【0119】
従って、本発明の実施例の光学ガラスは、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、色収差が小さく、可視領域の波長の光に対する透明性が高く、且つ耐失透性が高いことが明らかになった。
【0120】
さらに、本発明の実施例で得られた光学ガラスを用いて、リヒートプレス成形を行った後で研削及び研磨を行い、レンズ及びプリズムの形状に加工した。また、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、精密プレス成形用プリフォームを形成し、精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形加工した。いずれの場合も、加熱軟化後のガラスには乳白化及び失透等の問題は生じず、安定に様々なレンズ及びプリズムの形状に加工することができた。
【0121】
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学ガラス、プリフォーム及び光学素子に関する。
【背景技術】
【0002】
デジタルカメラやビデオカメラ等の光学系は、その大小はあるが、収差と呼ばれるにじみを含んでいる。この収差は単色収差と色収差に分類されるが、特に色収差は、光学系に使用されるレンズの材料特性に強く依存している。
【0003】
一般に色収差は、低分散の凸レンズと高分散の凹レンズとを組み合わせて補正されるが、この組み合わせでは赤色領域と緑色領域の収差の補正しかできず、青色領域の収差が残る。この除去しきれない青色領域の収差を二次スペクトルと呼ぶ。二次スペクトルを補正するには、青色領域のg線(435.835nm)の動向を加味した光学設計を行う必要がある。このとき、光学設計で着目される光学特性の指標として、部分分散比(θg,F)が用いられている。上述の低分散のレンズと高分散のレンズとを組み合わせた光学系では、低分散側のレンズに部分分散比(θg,F)の大きい光学材料を用い、高分散側のレンズに部分分散比(θg,F)の小さい光学材料を用いることで、二次スペクトルが良好に補正される。
【0004】
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)
【0005】
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。)
【0006】
ここで、1.57以上の高い屈折率(nd)と、50以上の高いアッベ数(νd)とを有するガラスとしては、例えば特許文献1〜9に示されるような、La2O3成分等の希土類元素成分を多く含有する光学ガラスが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2007−261877号公報
【特許文献2】特開2009−084059号公報
【特許文献3】特開2009−242210号公報
【特許文献4】特開2006−117503号公報
【特許文献5】特開平11−139844号公報
【特許文献6】特開昭62−100449号公報
【特許文献7】特開2005−170782号公報
【特許文献8】特開2006−016295号公報
【特許文献9】国際公開第2004/054937号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、特許文献1〜9の光学ガラスは、部分分散比が小さく、前記二次スペクトルを補正するレンズとして使用するには十分でなかった。すなわち、高い屈折率(nd)及び高いアッベ数(νd)を有しながらも、部分分散比(θg,F)の大きい光学ガラスが求められている。
【0009】
また、特許文献1〜9で開示されたガラスは、ガラスを作製する際に失透が発生し易い問題点があった。ひとたび失透が生じたガラスから、特に可視領域の光を制御するような光学素子を作製することは困難である。
【0010】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、色収差の補正に好ましく用いられ、且つ耐失透性の高い光学ガラスと、これを用いたレンズプリフォームを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、B2O3成分及びLa2O3成分に、Al2O3成分及びF成分を併用することによって、ガラスの高屈折率及び低分散化が図られながらも、部分分散比を下げる作用の強いLa2O3成分等の希土類元素成分を含有していても、部分分散比が高められることでアッベ数(νd)との間で所望の関係が得られ、且つガラスの液相温度が高められることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【0012】
(1) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜55.0%、La2O3成分を10.0〜55.0%含有し、Al2O3成分及びF成分をさらに含有する光学ガラス。
【0013】
(2) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でAl2O3成分を0.1%以上20.0%以下含有する(1)記載の光学ガラス。
【0014】
(3) 酸化物基準の質量に対する外割りの質量%で、F成分を0.1%以上30.0%以下含有する(1)又は(2)記載の光学ガラス。
【0015】
(4) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO2成分の含有量が40.0%以下である(1)から(3)のいずれか記載の光学ガラス。
【0016】
(5) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(SiO2+B2O3)が40.0%以下である(1)から(4)のいずれか記載の光学ガラス。
【0017】
(6) 酸化物換算組成の質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3)が1.00以上(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)である(5)記載の光学ガラス。
【0018】
(7) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
WO3成分 0〜15.0%及び/又は
ZrO2成分 0〜15.0%及び/又は
Ta2O5成分 0〜25.0%
をさらに含有する(1)から(6)のいずれか記載の光学ガラス。
【0019】
(8) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(WO3+La2O3+ZrO2+Ta2O5)が10.0%以上60.0%以下である(7)記載の光学ガラス。
【0020】
(9) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Bi2O3成分 0〜10.0%及び/又は
TiO2成分 0〜15.0%及び/又は
Nb2O5成分 0〜20.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(8)のいずれか記載の光学ガラス。
【0021】
(10) 酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Bi2O3+TiO2+WO3+Nb2O5)が20.0%以下である(9)記載の光学ガラス。
【0022】
(11) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
MgO成分 0〜10.0%及び/又は
CaO成分 0〜25.0%及び/又は
SrO成分 0〜25.0%及び/又は
BaO成分 0〜55.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(10)のいずれか記載の光学ガラス。
【0023】
(12) 酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の質量和が55.0%以下である(11)記載の光学ガラス。
【0024】
(13) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Gd2O3成分 0〜40.0%及び/又は
Y2O3成分 0〜20.0%及び/又は
Yb2O3成分 0〜20.0%及び/又は
Lu2O3成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(12)のいずれか記載の光学ガラス。
【0025】
(14) 酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%以上80.0%以下である(1)から(13)のいずれか記載の光学ガラス。
【0026】
(15) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Li2O成分 0〜5.0%及び/又は
Na2O成分 0〜10.0%及び/又は
K2O成分 0〜10.0%
をさらに含有する(1)から(14)のいずれか記載の光学ガラス。
【0027】
(16) 酸化物換算組成のガラス全質量に対するRn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が15.0%以下である(15)記載の光学ガラス。
【0028】
(17) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
ZnO成分 0〜25.0%及び/又は
GeO2成分 0〜10.0%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0%及び/又は
Ga2O3成分 0〜10.0%及び/又は
TeO2成分 0〜10.0%及び/又は
SnO2成分 0〜5.0%及び/又は
Sb2O3成分 0〜1.0%
の各成分をさらに含有する(1)から(16)のいずれか記載の光学ガラス。
【0029】
(18) 1.57以上の屈折率(nd)と、45以上のアッベ数(νd)とを有する(1)から(17)のいずれか記載の光学ガラス。
【0030】
(19) アッベ数(νd)が屈折率(nd)との間でνd≧−100×nd+220の関係を満たす(1)から(18)のいずれか記載の光学ガラス。
【0031】
(20) 部分分散比(θg,F)がアッベ数(νd)との間で(θg,F)≧(−0.00170×νd+0.6375)の関係を満たす(1)から(19)のいずれか記載の光学ガラス。
【0032】
(21) (1)から(20)のいずれか記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
【0033】
(22) (21)記載のプリフォーム材をプレス成形して作製する光学素子。
【0034】
(23) (1)から(20)のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
【0035】
(24) (22)又は(23)のいずれか記載の光学素子を備える光学機器。
【発明の効果】
【0036】
本発明によれば、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、色収差の補正に好ましく用いられ、且つ耐失透性の高い光学ガラスと、これを用いたプリフォーム及び光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】部分分散比(θg,F)が縦軸でアッベ数(νd)が横軸の直交座標に表されるノーマルラインを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0038】
本発明の光学ガラスは、質量%でB2O3成分を5.0〜55.0%、La2O3成分を10.0〜55.0%含有し、Al2O3成分及びF成分をさらに含有する。B2O3成分及びLa2O3成分を所定の含有量の範囲で含有することによって、ガラスの屈折率が高められて分散が小さくなり、且つ可視光に対する透明性が高められる。B2O3成分及びLa2O3成分に、Al2O3成分及びF成分を併用することで、部分分散比を下げる作用の強いLa2O3成分等の希土類元素成分を含有していても、部分分散比(θg,F)が高められ、且つ、ガラスの液相温度が高められる。このため、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、色収差の補正に好ましく用いることができ、且つ耐失透性が高い光学ガラスと、これを用いたプリフォーム及び光学素子を得ることができる。
【0039】
以下、本発明の光学ガラスの実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
【0040】
[ガラス成分]
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。本明細書中において、各成分の含有量は特に断りがない場合は、全て酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表示されるものとする。ここで、「酸化物換算組成」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、金属弗化物等が溶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質量を100質量%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。
【0041】
<必須成分、任意成分について>
B2O3成分は、ガラス内部で網目構造を形成し、安定なガラス形成を促す成分である。特に、B2O3成分の含有量を5.0%以上にすることで、ガラスを失透し難くし、安定なガラスを得易くすることができる。一方、B2O3成分の含有量を55.0%以下にすることで、所望の屈折率及び分散性を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するB2O3成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは13.0%を下限とし、好ましくは55.0%、より好ましくは40.0%、最も好ましくは30.0%を上限とする。B2O3成分は、原料として例えばH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いてガラス内に含有することができる。
【0042】
La2O3成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくする成分である。特に、La2O3成分の含有量を10.0%以上にすることで、所望の高い屈折率及び高いアッベ数を有し、且つ、可視光に対する透過率の高いガラスを得易くすることができる。一方、La2O3成分の含有量を55.0%以下にすることで、ガラスの分相を抑制し、ガラスを作製する際にガラスを失透し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLa2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%を下限とし、より好ましくは12.0%より多くし、さらに好ましくは20.0%、最も好ましくは25.0%を下限とし、好ましくは55.0%、より好ましくは53.0%、最も好ましくは50.0%を上限とする。La2O3成分は、原料として例えばLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)等を用いてガラス内に含有することができる。
【0043】
Al2O3成分は、安定なガラスを形成し易くする成分である。特に、Al2O3成分を含有することで、ガラスのアッベ数の低下を抑制することができる。一方で、Al2O3成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスのアッベ数の低下を抑制することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するAl2O3成分の含有量は、好ましくは0%より多くし、より好ましくは0.1%、さらに好ましくは0.5%、さらに好ましくは1.0%を下限とし、さらに好ましくは3.0%より多くし、最も好ましくは3.4%より多くする。一方で、このAl2O3成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。Al2O3成分は、原料として例えばAl2O3、Al(OH)3、AlF3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0044】
F成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であり、且つガラスの転移点(Tg)を下げる成分である。特に、F成分を含有することで、高い部分分散比を有しながらも、着色の少ない光学ガラスを得ることができる。一方で、F成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高めて失透し難くすることができる。従って、酸化物基準の質量に対する外割りでのF成分の含有量は、好ましくは0より多くし、より好ましくは0.1%、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6.0%、さらに好ましくは7.0%、最も好ましくは8.0%を下限とする。また、このF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。F成分は、原料として例えばZrF4、AlF3、NaF、CaF2、LaF3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0045】
なお、本明細書におけるF成分の含有量は、ガラスセラミック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質量を100%として、F成分の質量を質量%で表したもの(酸化物基準の質量に対する外割り質量%)である。
【0046】
本発明の光学ガラスは、F成分の含有量に対するAl2O3成分の含有量の比率が0より大きく15.0以下であることが好ましい。この比率を所定の範囲内にすることにより、ガラスの安定性が高められるため、より耐失透性の高いガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成の質量比Al2O3/Fは、好ましくは0より大きくし、より好ましくは0.1、最も好ましくは0.3を下限とする。一方で、この比率の上限は、好ましくは15.0、より好ましくは10.0、さらに好ましくは5.0、さらに好ましくは4.0、最も好ましくは3.2を上限とする。なお、この含有量の比率において、F成分の含有量は酸化物基準の質量に対する外割りでの含有量を指し、Al2O3成分の含有量は酸化物換算組成のガラス全質量に対する含有量を指す。
【0047】
SiO2成分は、安定なガラス形成を促し、且つガラスを作製する際の失透(結晶物の発生)を抑制する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、SiO2成分の含有量を40.0%以下にすることで、SiO2成分を溶融ガラス中に溶解し易くし、高温での溶解を回避することができる。酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO2成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは24.0%、最も好ましくは15.0%を上限とする。なお、SiO2成分を含有しなくとも、所望の高い部分分散比を有するガラスを得ることは可能であるが、SiO2成分の含有量を0.1%以上にすることで、ガラスの耐失透性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO2成分の含有量は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.5%、最も好ましくは1.0%を下限とする。SiO2成分は、原料として例えばSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
【0048】
本発明の光学ガラスは、SiO2成分及びB2O3成分の質量和が40.0%以下であることが好ましい。これにより、ガラスの屈折率の低下が抑制されるため、所望の高屈折率を有する光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(SiO2+B2O3)は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、最も好ましくは32.0%を上限とする。なお、この質量和(SiO2+B2O3)は、安定性が高く耐失透性の高いガラスを得る観点から、好ましくは5.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは15.0%を下限とする。
【0049】
本発明の光学ガラスは、SiO2成分及びB2O3成分の質量和に対する、Ln2O3(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)成分の含有量の比率が、1.00以上であることが好ましい。この比率を1.00以上にすることで、Al2O3成分を含有していても屈折率がより高められるため、高い部分分散比を有しながらも、ガラスの安定性と高屈折率を兼ね備えた光学ガラスを得ることができる。従って、酸化物換算組成の質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3)は、好ましくは1.00、より好ましくは1.25、最も好ましくは1.40を下限とする。一方で、この比率の上限は、安定なガラスを得られる限り特に限定されないが、例えば10.0を超えたときに失透が起こり易くなる可能性が推察される。従って、酸化物換算組成の質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3)は、好ましくは10.00、より好ましくは8.00、最も好ましくは5.00を上限とする。Ln2O3成分のうち、La2O3成分はガラスの安定性をより一層高める作用を有するため、特に耐失透性の高いガラスを得られる観点では、La2O3/(SiO2+B2O3)の比率を上述の範囲内にすることがより好ましい。また、より耐失透性の高いガラスを得られる観点では、酸化物換算組成の質量比La2O3/B2O3を好ましくは10.00、より好ましくは5.00、さらに好ましくは3.50、さらに好ましくは2.30を上限とし、最も好ましくは2.00未満にしてもよい。
【0050】
WO3成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であるとともに、ガラスの屈折率及び分散を高め、且つガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、WO3成分の含有量を15.0%以下にすることで、所望の高いアッベ数を得易くし、且つ、可視短波長(500nm以下)の光線透過率を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するWO3成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、さらに好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。なお、WO3成分を含有しなくても所望の高い部分分散比を有する光学ガラスを得ることは可能であるが、WO3成分の含有量を0.1%以上にすることで、ガラスの部分分散比が高められるため、所望の高い部分分散比を有するガラスを得易くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するWO3成分の含有量は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.3%、最も好ましくは0.5%を下限とする。WO3成分は、原料として例えばWO3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0051】
ZrO2成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスを作製する際の耐失透性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ZrO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比の低下を抑えることができる。また、ZrO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスのアッベ数の低下を抑えるとともに、ガラスの製造時における高温での溶解を回避し、ガラス製造時のエネルギー損失を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZrO2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8.0%を上限とし、最も好ましくは4.0%未満とする。ZrO2成分は、原料として例えばZrO2、ZrF4等を用いてガラス内に含有することができる。
【0052】
Ta2O5成分は、ガラスの屈折率を高めつつ、ガラスを安定化する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ta2O5成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比の低下を抑えることができる。また、Ta2O5成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの材料コストを低減するとともに、高温での溶解を回避してガラス製造時のエネルギー損失を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTa2O5成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Ta2O5成分は、原料として例えばTa2O5等を用いてガラス内に含有することができる。
【0053】
本発明の光学ガラスでは、WO3成分、La2O3成分、ZrO2成分及びTa2O5の含有量の和が、10.0%以上であることが好ましい。この和を10.0%以上にすることで、ガラスの着色を低減しつつ、屈折率をより高めることが可能になる。従って、酸化物換算組成の質量に対する、これら成分の含有量の和は、好ましくは10.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは25.0%、最も好ましくは30.0%を下限とする。一方で、これら成分の含有量の和の上限は、安定なガラスを得られる限り特に限定されないが、例えば65.0%を超えたときに失透が起こり易くなる可能性が推察される。従って、酸化物換算組成の質量に対する、これら成分の含有量の和は、好ましくは65.0%、より好ましくは60.0%、さらに好ましくは55.0%、最も好ましくは50.0%を上限とする。
【0054】
Bi2O3成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であるとともに、ガラスの屈折率を高め、且つガラス転移点を低くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Bi2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、可視短波長(500nm以下)の光線透過率を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するBi2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Bi2O3成分は、原料として例えばBi2O3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0055】
TiO2成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であるとともに、ガラスの屈折率及び分散を高め、且つガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、TiO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、所望の高いアッベ数を得易くし、且つ、可視短波長(500nm以下)の光線透過率を悪化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTiO2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%、最も好ましくは5.0%を上限とする。TiO2成分は、原料として例えばTiO2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0056】
Nb2O5成分は、ガラスの部分分散比を高める成分であるとともに、ガラスの屈折率及び分散を高め、且つガラスの化学的耐久性を向上する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Nb2O5成分の含有量を20.0%以下にすることで、所望の高いアッベ数を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するNb2O5成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。Nb2O5成分は、原料として例えばNb2O5等を用いてガラス内に含有することができる。
【0057】
本発明の光学ガラスは、Bi2O3成分、TiO2成分、WO3成分及びNb2O5の質量和が20.0%以下であることが好ましい。これにより、これらの成分の過剰な含有によるガラスの安定性の低下が抑えられるため、ガラスの耐失透性をより一層高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Bi2O3+TiO2+WO3+Nb2O5)は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。なお、これらの成分をいずれも含有しなくても所望の高い部分分散比を有する光学ガラスを得ることは可能であるが、これらの成分の質量和を0.1%以上にすることで、ガラスの部分分散比が高められるため、所望の高い部分分散比を有するガラスを得易くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Bi2O3+TiO2+WO3+Nb2O5)は、好ましくは0.1%、より好ましくは0.5%、最も好ましくは0.8%を下限とする。
【0058】
MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、ガラスの溶融性を改善して耐失透性を高める成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、MgO成分の含有量を10.0%以下、CaO成分若しくはSrO成分の含有量を25.0%以下、又は、BaO成分の含有量を55.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するMgO成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。また、酸化物換算組成のガラス全質量に対するCaO成分及びSrO成分の含有量は、それぞれ好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、最も好ましくは15.0%を上限とする。また、酸化物換算組成のガラス全質量に対するBaO成分の含有量は、好ましくは55.0%、より好ましくは45.0%、最も好ましくは35.0%を上限とする。MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、原料として例えばMgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2、BaCO3、Ba(NO3)2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0059】
本発明の光学ガラスでは、RO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の含有量の質量和が、55.0%以下であることが好ましい。これにより、RO成分の過剰な含有によるガラスの失透を低減し、且つガラスの屈折率を低下し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分の含有量の質量和は、好ましくは55.0%、より好ましくは45.0%、最も好ましくは35.0%を上限とする。
【0060】
Gd2O3成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくする成分である。特に、Gd2O3成分の含有量を40.0%以下にすることで、ガラスの分相を抑制し、且つ、ガラスを作製する際にガラスを失透し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGd2O3成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、最も好ましくは30.0%を上限とする。なお、Gd2O3成分を含有しなくとも所望の高い部分分散比を有するガラスを得ることが可能であるが、Gd2O3成分を1.0%以上含有することで、所望の屈折率及び分散を得易くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGd2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは7.0%を下限とする。Gd2O3成分は、原料として例えばGd2O3、GdF3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0061】
Y2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分は、ガラスの屈折率を高めて分散を小さくする成分である。ここで、Y2O3成分若しくはYb2O3成分の含有量を20.0%以下にすること、又は、Lu2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスを失透し難くすることができる。また、特にYb2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの長波長側(波長1000nmの近傍)に吸収が生じ難くなるため、ガラスの赤外線に対する耐性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するY2O3成分及びYb2O3成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。また、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLu2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Y2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分は、原料として例えばY2O3、YF3、Yb2O3、Lu2O3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0062】
本発明の光学ガラスは、Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)の含有量の質量和が、20.0%以上80.0%以下であることが好ましい。ここで、この質量和を20.0%以上にすることで、所望の高い屈折率及びアッベ数を得易くし、着色を少なくし、且つ光弾性定数を小さくすることができる。特に、本発明の光学ガラスでは、希土類を多く含有しても部分分散比が下がり難いため、所望の高い部分分散比と、高い屈折率及びアッベ数を両立し易くできる。一方、この質量和を80.0%以下にすることで、ガラスを作製する際のガラスの失透を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分の含有量の質量和は、好ましくは20.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは40.0%、最も好ましくは45.0%を下限とし、好ましくは80.0%、より好ましくは78.0%、最も好ましくは75.0%を上限とする。
【0063】
Li2O成分は、ガラスの溶融性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Li2O成分の含有量を5.0%以下にすることで、ガラスの部分分散比の低下を抑えることができる。また、Li2O成分の含有量を5.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑えつつ、Li2O成分の過剰な含有による失透等を生じ難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLi2O成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは4.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。ここで、より高い部分分散比を有する光学ガラスを得易くできる点では、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLi2O成分の含有量を、0.1%未満としてもよく、実質的に含有しなくてもよい。Li2O成分は、原料として例えばLi2CO3、LiNO3、LiF等を用いてガラス内に含有することができる。
【0064】
Na2O成分は、ガラスの溶融性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Na2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くして、ガラスの安定性を高めて失透等を生じ難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するNa2O成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Na2O成分は、原料として例えばNa2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
【0065】
K2O成分は、ガラスの部分分散比をより一層高める成分であるとともに、ガラスの溶融性を改善する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、K2O成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くして、ガラスの安定性を高めて失透等を生じ難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するK2O成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。K2O成分は、原料として例えばK2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いてガラス内に含有することができる。
【0066】
Rn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)は、ガラスの熔融性を改善するとともに、ガラス転移点を下げ、ガラスの失透を低減する成分である。ここで、Rn2O成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスの安定性を高めて失透等の発生を低減することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するRn2O成分の質量和は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。
【0067】
ZnO成分は、ガラスの溶融性を改善し、ガラス転移点を低くし、且つ安定なガラスを形成し易くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、ZnO成分の含有量を25.0%以下にすることで、光学ガラスの光弾性定数が低く抑えられる。そのため、光学ガラスの透過光の偏光特性を高めることができ、ひいてはプロジェクタやカメラにおける演色性を高めることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZnO成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。ZnO成分は、原料として例えばZnO、ZnF2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0068】
GeO2成分は、ガラスの屈折率を高め、耐失透性を向上させる効果を有する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかしながら、GeO2成分は原料価格が高いことから、その量が多いと材料コストが高くなるため、得られるガラスが実用的でなくなる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGeO2成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、さらに好ましくは5.0%、最も好ましくは2.0%を上限とする。GeO2成分は、原料として例えばGeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0069】
P2O5成分は、ガラスの液相温度を下げて耐失透性を向上させる効果を有する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、P2O5成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの化学的耐久性、特に耐水性の低下を抑えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するP2O5成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。P2O5成分は、原料として例えばAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いてガラス内に含有することができる。
【0070】
Ga2O3成分は、安定なガラスを形成し易くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Ga2O3成分の含有量をそれぞれ10.0%以下にすることで、ガラスのアッベ数の低下を抑制することができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGa2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。Ga2O3成分は、原料として例えばGa2O3、Ga(OH)3等を用いてガラス内に含有することができる。
【0071】
TeO2成分は、屈折率を高め、ガラス転移点(Tg)を下げる成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。しかしながら、TeO2は白金製の坩堝や、熔融ガラスと接する部分が白金で形成されている熔融槽でガラス原料を熔融する際、白金と合金化しうる問題がある。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTeO2成分の含有率は、好ましくは10.0%を上限とし、より好ましくは8.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。TeO2成分は、原料として例えばTeO2等を用いてガラス内に含有することができる。
【0072】
SnO2成分は、溶融ガラスの酸化を低減して溶融ガラスを清澄し、且つガラスの光照射に対する透過率を悪化し難くする成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、SnO2成分の含有量を5.0%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、ガラスの失透を生じ難くすることができる。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、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSnO2成分の含有量は、好ましくは5.0%、より好ましくは3.0%、さらに好ましくは1.0%、最も好ましくは0.5%をそれぞれ上限とする。SnO2成分は、原料として例えばSnO、SnO2、SnF2、SnF4等を用いてガラス内に含有することができる。
【0073】
Sb2O3成分は、溶融ガラスを脱泡する成分であり、本発明の光学ガラス中の任意成分である。特に、Sb2O3成分の含有量を1.0%以下にすることで、ガラス溶融時における過度の発泡を生じ難くすることができ、Sb2O3成分が溶解設備(特にPt等の貴金属)と合金化し難くすることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSb2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.8%、最も好ましくは0.5%を上限とする。Sb2O3成分は、原料として例えばSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いてガラス内に含有することができる。
【0074】
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSb2O3成分に限定されるものではなく、ガラス製造の分野における公知の清澄剤、脱泡剤或いはそれらの組み合わせを用いることができる。
【0075】
<含有すべきでない成分について>
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。
【0076】
本発明の光学ガラスには、他の成分を本願発明のガラスの特性を損なわない範囲で必要に応じ、添加することができる。ただし、GeO2成分はガラスの分散性を高めてしまうため、実質的に含まないことが好ましい。
【0077】
また、Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Luを除く、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でもガラスが着色し、可視域の特定の波長に吸収を生じる性質があるため、特に可視領域の波長を使用する光学ガラスにおいては、実質的に含まないことが好ましい。
【0078】
さらに、PbO等の鉛化合物及びAs2O3等のヒ素化合物、並びに、Th、Cd、Tl、Os、Be、Seの各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされる。従って、環境上の影響を重視する場合には、不可避な混入を除き、これらを実質的に含有しないことが好ましい。これにより、光学ガラスに環境を汚染する物質が実質的に含まれなくなる。そのため、特別な環境対策上の措置を講じなくとも、この光学ガラスを製造し、加工し、及び廃棄することができる。
【0079】
本発明のガラス組成物は、その組成が酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量%で表されているため直接的にモル%の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラス組成物中に存在する各成分のモル%表示による組成は、酸化物換算組成で概ね以下の値をとる。
B2O3成分 10.0〜75.0mol%、
La2O3成分 10.0〜25.0mol%及び
Al2O3成分 0mol%超〜40.0mol%
並びに
SiO2成分 0〜70.0mol%及び/又は
WO3成分 0〜10.0mol%及び/又は
ZrO2成分 0〜25.0mol%及び/又は
Ta2O5成分 0〜4.0mol%及び/又は
Bi2O3成分 0〜4.0mol%及び/又は
TiO2成分 0〜30.0mol%及び/又は
Nb2O5成分 0〜10.0mol%及び/又は
MgO成分 0〜35.0mol%及び/又は
CaO成分 0〜50.0mol%及び/又は
SrO成分 0〜35.0mol%及び/又は
BaO成分 0〜50.0mol%及び/又は
Gd2O3成分 0〜20.0mol%及び/又は
Y2O3成分 0〜15.0mol%及び/又は
Yb2O3成分 0〜10.0mol%及び/又は
Lu2O3成分 0〜10.0mol%及び/又は
Li2O成分 0〜15.0mol%及び/又は
Na2O成分 0〜25.0mol%及び/又は
K2O成分 0〜15.0mol%及び/又は
ZnO成分 0〜25.0mol%及び/又は
GeO2成分 0〜20.0mol%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0mol%及び/又は
Ga2O3成分 0〜8.0mol%及び/又は
TeO2成分 0〜8.0mol%及び/又は
SnO2成分 0〜5.0mol%及び/又は
Sb2O3成分 0〜0.5mol%
並びに、上記各金属元素の1種又は2種以上の酸化物の一部又は全部と置換した弗化物のFとしての合計量 0mol%超〜75.0mol%
【0080】
[製造方法]
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、作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融した後、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて900〜1400℃の温度範囲で1〜5時間溶融し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃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、成形型を用いて成形することにより作製される。ここで、成形型を用いて成形されたガラスを得る手段としては、溶融ガラスを成形型の一端に流下するのと同時に、成形型の他端側から成形されたガラスを引き出す手段や、溶融ガラス金型に鋳込んで徐冷する手段が挙げられる。
【0081】
[物性]
本発明の光学ガラスは、所定の屈折率及び分散(アッベ数)を有することが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.57、より好ましくは1.60、最も好ましくは1.65を下限とする。一方、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)の上限は特に限定されないが、概ね2.20以下、より具体的には2.10以下、さらに具体的には2.00以下であることが多い。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは45、より好ましくは47、最も好ましくは49を下限とする。一方、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)の上限は特に限定されないが、概ね63以下、より具体的には60以下、さらに具体的には57以下であることが多い。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、屈折率(nd)との間で、(νd)≧(−100×nd+220)の関係を満たすことが好ましく、(νd)≧(−100×nd+222)の関係を満たすことがより好ましく、(νd)≧(−100×nd+223)の関係を満たすことが最も好ましい。これらにより、光学設計の自由度が広がり、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。
【0082】
また、本発明の光学ガラスは、高い部分分散比(θg,F)を有する。より具体的には、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、アッベ数(νd)との間で、νd≦25の範囲において(θg,F)≧−0.00170×νd+0.6375)の関係を満たす。これにより、希土類元素成分を多く含有する従来公知のガラスよりも高い部分分散比(θg,F)を有する光学ガラスが得られる。そのため、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の色収差を低減できる。ここで、光学ガラスの部分分散比(θg,F)の下限は、好ましくは(−0.00170×νd+0.6375)、より好ましくは(−0.00170×νd+0.6395)、最も好ましくは(−0.00170×νd+0.6415)である。一方で、νd≦25における光学ガラスの部分分散比(θg,F)の上限は、特に限定されないが、概ね(−0.00170×νd+0.6800)以下、より具体的には(−0.00170×νd+0.6790)以下、さらに具体的には(−0.00170×νd+0.6780)以下であることが多い。なお、本発明における部分分散比の好ましい範囲は、光学ガラスのアッベ数によって変動するため、ノーマルラインと平行な直線を用いて表した。
【0083】
本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS01−2003に基づいて測定する。なお、本測定に用いるガラスは、徐冷降温速度を−25℃/hrとして、徐冷炉にて処理を行ったものを用いる。
【0084】
また、本発明の光学ガラスは、650℃以下のガラス転移点(Tg)を有することが好ましい。これにより、より低い温度でのプレス成形が可能になるため、モールドプレス成形に用いる金型の酸化を低減して金型の長寿命化を図ることもできる。従って、本発明の光学ガラスのガラス転移点(Tg)は、好ましくは650℃、より好ましくは620℃、最も好ましくは600℃を上限とする。なお、本発明の光学ガラスのガラス転移点(Tg)の下限は特に限定されないが、本発明によって得られるガラスのガラス転移点(Tg)は、概ね100℃以上、具体的には150℃以上、さらに具体的には200℃以上であることが多い。
【0085】
本発明の光学ガラスのガラス転移点(Tg)は、示差熱測定装置(ネッチゲレテバウ社製 STA 409 CD)を用いた測定を行うことで求める。ここで、測定を行う際のサンプル粒度は425〜600μmとし、昇温速度は10℃/minとする。
【0086】
また、本発明の光学ガラスは、着色が少ないことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスは、ガラスの透過率で表すと、厚み10mmのサンプルで分光透過率80%を示す波長(λ80)が500nm以下であり、より好ましくは480nm以下であり、最も好ましくは450nm以下である。また、本発明の光学ガラスは、厚み10mmのサンプルで分光透過率5%を示す波長(λ5)が450nm以下であり、より好ましくは430nm以下であり、最も好ましくは410nm以下である。これにより、ガラスの吸収端が紫外領域の近傍に位置するようになり、可視域におけるガラスの透明性が高められるため、この光学ガラスをレンズ等の光学素子の材料として用いることができる。
【0087】
本発明の光学ガラスの透過率は、日本光学硝子工業会規格JOGIS02に準じて測定する。具体的には、厚さ10±0.1mmの対面平行研磨品をJISZ8722に準じ、200〜800nmの分光透過率を測定し、λ80(透過率80%時の波長)及びλ5(透過率5%時の波長)を求める。
【0088】
また、本発明の光学ガラスは、耐失透性が高いことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスは、1200℃以下の低い液相温度を有することが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの液相温度は、好ましくは1200℃、より好ましくは1180℃、最も好ましくは1150℃を上限とする。これにより、ガラスの安定性が高められて結晶化が低減されるため、溶融状態からガラスを形成したときの耐失透性を高めることができ、ガラスを用いた光学素子の光学特性への影響を低減することができる。一方、本発明の光学ガラスの液相温度の下限は特に限定しないが、本発明によって得られるガラスの液相温度は、概ね500℃以上、具体的には550℃以上、さらに具体的には600℃以上であることが多い。なお、本明細書中における液相温度(LT)は、白金坩堝にガラスを20cc入れて蓋をして約1200〜1250℃で約30〜60分間溶融した後、1200℃までの10℃刻みの温度で2時間保温したものを冷却して結晶析出の有無を顕微鏡により観察したときの、結晶が認められない最低温度である。
【0089】
[プリフォーム及び光学素子]
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、例えば研磨加工を行って作製し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。
【0090】
このようにして作製されるガラス成形体は、様々な光学素子に有用であるが、その中でも特に、レンズやプリズム等の光学素子の用途に用いることが好ましい。これにより、光学素子が設けられる光学系の透過光における、色収差による色のにじみが低減される。そのため、この光学素子をカメラに用いた場合は撮影対象物をより正確に表現でき、この光学素子をプロジェクタに用いた場合は所望の映像をより高精彩に投影できる。
【実施例】
【0091】
本発明の実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)の組成、並びに、これらのガラスの屈折率(nd)及びアッベ数(νd)、部分分散比(θg,F)、ガラス転移点(Tg)、透過率80%時の波長(λ80)、透過率5%時の波長(λ5)及び液相温度の値を表1〜表16に示す。なお、以下の実施例はあくまで例示の目的であり、これらの実施例のみ限定されるものではない。
【0092】
本発明の実施例(No.1〜No.122)の光学ガラス及び比較例(No.1)のガラスは、いずれも各成分の原料として各々相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、弗化物、水酸化物、メタ燐酸化合物等の通常の光学ガラスに使用される高純度原料を選定し、表1〜表16に示した各実施例及び比較例の組成の割合になるように秤量して均一に混合した後、白金坩堝に投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1000〜1400℃の温度範囲で1〜6時間溶解し、攪拌均質化して泡切れ等を行った後、1200℃以下に温度を下げて攪拌均質化してから金型に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。
【0093】
ここで、実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)のガラスの屈折率(nd)及びアッベ数(νd)及び部分分散比(θg,F)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS01−2003に基づいて測定した。そして、求められたアッベ数(νd)及び部分分散比(θg,F)の値について、関係式(θg,F)=−a×νd+bにおける、傾きaが0.0017のときの切片bを求めた。また、求められた屈折率(nd)の値について、関係式−100×nd+220の値を求めた。なお、本測定に用いたガラスは、徐冷降温速度を−25℃/hrとして、徐冷炉にて処理を行ったものを用いた。
【0094】
また、実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)のガラスのガラス転移点(Tg)は、示差熱測定装置(ネッチゲレテバウ社製 STA 409 CD)を用いた測定を行うことで求めた。ここで、測定を行う際のサンプル粒度は425〜600μmとし、昇温速度は10℃/minとした。
【0095】
また、実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)のガラスの透過率については、日本光学硝子工業会規格JOGIS02に準じて測定した。なお、本発明においては、ガラスの透過率を測定することで、ガラスの着色の有無と程度を求めた。具体的には、厚さ10±0.1mmの対面平行研磨品をJISZ8722に準じ、200〜800nmの分光透過率を測定し、透過率80%時の波長(λ80)及びλ5(透過率5%時の波長)を求めた。
【0096】
また、実施例(No.1〜No.122)及び比較例(No.1)のガラスの液相温度は、白金坩堝にガラスを20cc入れて蓋をして約1200〜1250℃で約30〜60分間溶融した後、950〜1150℃の10℃刻みの温度で2時間保温したものを冷却して結晶析出の有無を顕微鏡により観察したときの、結晶が認められない最も低い温度を測定した。この際、サンプルとして光学ガラスを直径2mm程度の粒状に粉砕した。
【0097】
【表1】
【0098】
【表2】
【0099】
【表3】
【0100】
【表4】
【0101】
【表5】
【0102】
【表6】
【0103】
【表7】
【0104】
【表8】
【0105】
【表9】
【0106】
【表10】
【0107】
【表11】
【0108】
【表12】
【0109】
【表13】
【0110】
【表14】
【0111】
【表15】
【0112】
【表16】
【0113】
本発明の実施例の光学ガラスは、部分分散比(θg,F)が(−0.00170×νd+0.6375)以上、より具体的には(−0.00170×νd+0.6420)以上であった。そのため、本発明の実施例の光学ガラスは、アッベ数(νd)との関係式において部分分散比(θg,F)が大きく、光学素子を形成したときの色収差が小さいことが明らかになった。
【0114】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率(nd)が1.57以上、より詳細には1.69以上であるとともに、この屈折率(nd)は2.20以下、より詳細には1.81以下であり、所望の範囲内であった。
【0115】
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45以上であるとともに、このアッベ数(νd)は63以下、より詳細には61以下であり、所望の範囲内であった。
【0116】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、ガラス転移点(Tg)が650℃以下、より詳細には620℃以下であり、所望の範囲内であった。
【0117】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもλ80(透過率80%時の波長)が500nm以下、より詳細には410nm以下であった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもλ5(透過率5%時の波長)が450nm以下、より詳細には350nm以下であり、所望の範囲内であった。
【0118】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも液相温度が1200℃以下、より詳細には1110℃以下であるとともに、この液相温度は500℃以上であった。一方で、比較例のガラスは液相温度が1200℃以上であった。このため、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液相温度が低く失透し難いことが明らかになった。
【0119】
従って、本発明の実施例の光学ガラスは、屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、色収差が小さく、可視領域の波長の光に対する透明性が高く、且つ耐失透性が高いことが明らかになった。
【0120】
さらに、本発明の実施例で得られた光学ガラスを用いて、リヒートプレス成形を行った後で研削及び研磨を行い、レンズ及びプリズムの形状に加工した。また、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、精密プレス成形用プリフォームを形成し、精密プレス成形用プリフォームを精密プレス成形加工した。いずれの場合も、加熱軟化後のガラスには乳白化及び失透等の問題は生じず、安定に様々なレンズ及びプリズムの形状に加工することができた。
【0121】
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、本実施例はあくまで例示の目的のみであって、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を当業者により成し得ることが理解されよう。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜55.0%、La2O3成分を10.0〜55.0%含有し、Al2O3成分及びF成分をさらに含有する光学ガラス。
【請求項2】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でAl2O3成分を0.1%以上20.0%以下含有する請求項1記載の光学ガラス。
【請求項3】
酸化物基準の質量に対する外割りの質量%で、F成分を0.1%以上30.0%以下含有する請求項1又は2記載の光学ガラス。
【請求項4】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO2成分の含有量が40.0%以下である請求項1から3のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項5】
酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(SiO2+B2O3)が40.0%以下である請求項1から4のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項6】
酸化物換算組成の質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3)が1.00以上(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)である請求項5記載の光学ガラス。
【請求項7】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
WO3成分 0〜15.0%及び/又は
ZrO2成分 0〜15.0%及び/又は
Ta2O5成分 0〜25.0%
をさらに含有する請求項1から6のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項8】
酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(WO3+La2O3+ZrO2+Ta2O5)が10.0%以上60.0%以下である請求項7記載の光学ガラス。
【請求項9】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Bi2O3成分 0〜10.0%及び/又は
TiO2成分 0〜15.0%及び/又は
Nb2O5成分 0〜20.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から8のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項10】
酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Bi2O3+TiO2+WO3+Nb2O5)が20.0%以下である請求項9記載の光学ガラス。
【請求項11】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
MgO成分 0〜10.0%及び/又は
CaO成分 0〜25.0%及び/又は
SrO成分 0〜25.0%及び/又は
BaO成分 0〜55.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から10のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項12】
酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の質量和が55.0%以下である請求項11記載の光学ガラス。
【請求項13】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Gd2O3成分 0〜40.0%及び/又は
Y2O3成分 0〜20.0%及び/又は
Yb2O3成分 0〜20.0%及び/又は
Lu2O3成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から12のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項14】
酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%以上80.0%以下である請求項1から13のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項15】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Li2O成分 0〜5.0%及び/又は
Na2O成分 0〜10.0%及び/又は
K2O成分 0〜10.0%
をさらに含有する請求項1から14のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項16】
酸化物換算組成のガラス全質量に対するRn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が15.0%以下である請求項15記載の光学ガラス。
【請求項17】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
ZnO成分 0〜25.0%及び/又は
GeO2成分 0〜10.0%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0%及び/又は
Ga2O3成分 0〜10.0%及び/又は
TeO2成分 0〜10.0%及び/又は
SnO2成分 0〜5.0%及び/又は
Sb2O3成分 0〜1.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から16のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項18】
1.57以上の屈折率(nd)と、45以上のアッベ数(νd)とを有する請求項1から17のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項19】
アッベ数(νd)が屈折率(nd)との間でνd≧−100×nd+220の関係を満たす請求項1から18のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項20】
部分分散比(θg,F)がアッベ数(νd)との間で(θg,F)≧(−0.00170×νd+0.6375)の関係を満たす請求項1から19のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項21】
請求項1から20のいずれか記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
【請求項22】
請求項21記載のプリフォーム材をプレス成形して作製する光学素子。
【請求項23】
請求項1から20のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
【請求項24】
請求項22又は23のいずれか記載の光学素子を備える光学機器。
【請求項1】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB2O3成分を5.0〜55.0%、La2O3成分を10.0〜55.0%含有し、Al2O3成分及びF成分をさらに含有する光学ガラス。
【請求項2】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でAl2O3成分を0.1%以上20.0%以下含有する請求項1記載の光学ガラス。
【請求項3】
酸化物基準の質量に対する外割りの質量%で、F成分を0.1%以上30.0%以下含有する請求項1又は2記載の光学ガラス。
【請求項4】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でSiO2成分の含有量が40.0%以下である請求項1から3のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項5】
酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(SiO2+B2O3)が40.0%以下である請求項1から4のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項6】
酸化物換算組成の質量比Ln2O3/(SiO2+B2O3)が1.00以上(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)である請求項5記載の光学ガラス。
【請求項7】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
WO3成分 0〜15.0%及び/又は
ZrO2成分 0〜15.0%及び/又は
Ta2O5成分 0〜25.0%
をさらに含有する請求項1から6のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項8】
酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(WO3+La2O3+ZrO2+Ta2O5)が10.0%以上60.0%以下である請求項7記載の光学ガラス。
【請求項9】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Bi2O3成分 0〜10.0%及び/又は
TiO2成分 0〜15.0%及び/又は
Nb2O5成分 0〜20.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から8のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項10】
酸化物換算組成のガラス全質量に対する質量和(Bi2O3+TiO2+WO3+Nb2O5)が20.0%以下である請求項9記載の光学ガラス。
【請求項11】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
MgO成分 0〜10.0%及び/又は
CaO成分 0〜25.0%及び/又は
SrO成分 0〜25.0%及び/又は
BaO成分 0〜55.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から10のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項12】
酸化物換算組成のガラス全質量に対するRO成分(式中、RはMg、Ca、Sr、Baからなる群より選択される1種以上)の質量和が55.0%以下である請求項11記載の光学ガラス。
【請求項13】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Gd2O3成分 0〜40.0%及び/又は
Y2O3成分 0〜20.0%及び/又は
Yb2O3成分 0〜20.0%及び/又は
Lu2O3成分 0〜10.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から12のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項14】
酸化物換算組成のガラス全質量に対するLn2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Yb、Luからなる群より選択される1種以上)の質量和が20.0%以上80.0%以下である請求項1から13のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項15】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
Li2O成分 0〜5.0%及び/又は
Na2O成分 0〜10.0%及び/又は
K2O成分 0〜10.0%
をさらに含有する請求項1から14のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項16】
酸化物換算組成のガラス全質量に対するRn2O成分(式中、RnはLi、Na、Kからなる群より選択される1種以上)の質量和が15.0%以下である請求項15記載の光学ガラス。
【請求項17】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%で
ZnO成分 0〜25.0%及び/又は
GeO2成分 0〜10.0%及び/又は
P2O5成分 0〜10.0%及び/又は
Ga2O3成分 0〜10.0%及び/又は
TeO2成分 0〜10.0%及び/又は
SnO2成分 0〜5.0%及び/又は
Sb2O3成分 0〜1.0%
の各成分をさらに含有する請求項1から16のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項18】
1.57以上の屈折率(nd)と、45以上のアッベ数(νd)とを有する請求項1から17のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項19】
アッベ数(νd)が屈折率(nd)との間でνd≧−100×nd+220の関係を満たす請求項1から18のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項20】
部分分散比(θg,F)がアッベ数(νd)との間で(θg,F)≧(−0.00170×νd+0.6375)の関係を満たす請求項1から19のいずれか記載の光学ガラス。
【請求項21】
請求項1から20のいずれか記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
【請求項22】
請求項21記載のプリフォーム材をプレス成形して作製する光学素子。
【請求項23】
請求項1から20のいずれか記載の光学ガラスを母材とする光学素子。
【請求項24】
請求項22又は23のいずれか記載の光学素子を備える光学機器。
【図1】
【公開番号】特開2013−63887(P2013−63887A)
【公開日】平成25年4月11日(2013.4.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−249166(P2011−249166)
【出願日】平成23年11月14日(2011.11.14)
【出願人】(000128784)株式会社オハラ (539)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年4月11日(2013.4.11)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年11月14日(2011.11.14)
【出願人】(000128784)株式会社オハラ (539)
【Fターム(参考)】
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