説明

光学ガラス、光学素子及びプリフォーム

【課題】
本発明は、屈折率(nd)が1.85以上を有しアッベ数(νd)が25以下の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスを提供することを目的とする。

【解決手段】 必須成分として、P、Bi、Nb、TiOを含み、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でP成分を10.0〜44.0%、Bi成分を0.1〜50.0%、Nb成分を20.0〜60.0%、TiO成分を0.1〜20.0%含有する光学ガラス。光学素子及び精密プレス成形用プリフォームは、この光学ガラスからなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、屈折率(nd)が1.85以上を有しアッベ数(νd)が25以下の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、光学系を使用する機器のデジタル化や高精細化が急速に進んでおり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮影機器や、プロジェクタやプロジェクションテレビ等の画像再生(投影)機器等の各種光学機器の分野では、光学系で用いられるレンズやプリズム等の光学素子の枚数を削減し、軽量化及び小型化のために、高屈折率高分散ガラスを用いた非球面レンズを使用した光学設計が主流になりつつある。
【0003】
特に、研削や研磨法で非球面レンズを作製することは高コスト、低能率であるために、非球面レンズの製造方法としては、ゴブあるいはガラスブロックを切断・研磨したプリフォーム材を加熱軟化させ、これを高精度な面を持つ金型で加圧成形させることによって、研削・研磨工程を省略し、低コスト・大量生産が実現している。このような高屈折率高分散ガラスとしては、特許文献1〜3のようなガラス組成物が知られている。
【0004】
特開平8−157231号公報には酸化鉛を含有せず、屈伏点の低い光学ガラスが開示されている。しかし、ここに開示された光学ガラスの屈折率(nd)は、1.70〜1.77(第1の態様)及び1.77〜1.85(第2の態様)の範囲である。
【0005】
特開2001−58845号公報には酸化鉛を含有せず、屈折率(nd)が1.83以上であり、屈伏点が550℃以下の光学ガラスが開示されている。しかし、屈折率(nd)が1.88以上の高屈折率組成では、ガラス化せず、乳白化し易い傾向がある。
【0006】
特開2009−132610号公報には、屈折率(nd)が1.90以上であり、アッベ数(νd)が22以下の光学ガラスが開示されている。しかし、屈折率(nd)が1.90以上でアッベ数(νd)が22以下の高屈折率高分散組成では、可視光領域の光透過率(着色度)が悪化する傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平8−157231号公報
【特許文献2】特開2001−58845号公報
【特許文献3】特開2009−132610号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、屈折率(nd)が1.85以上を有しアッベ数(νd)が25以下の範囲の光学定数を有する光学ガラスであって、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスを提供することを目的とする。
【0009】
光学系で用いられるレンズには球面レンズと非球面レンズがあり、非球面レンズを利用すれば光学素子の枚数を削減することができる。また、レンズ以外の各種光学素子にも複雑な形状をした面を備えたものが知られている。しかしながら、従来の研削、研磨工程で非球面や複雑な形状をした面を得ようとすると、高コストで且つ複雑な作業工程が必要であった。そこで、ゴブ又はガラスブロックから得られたプリフォーム材を、超精密加工された金型で直接プレス成形して光学素子の形状を得る方法、すなわち精密モールドプレス成形する方法が現在主流である。
【0010】
精密モールドプレス成形に用いられるプリフォーム材は、滴下法によって熔融ガラスから直接製造する方法、ガラスブロックをリヒートプレスし、或いはボール形状に研削加工して得られた加工品を研削研磨する方法によって作製される。いずれの方法であっても、熔融ガラスを所望の形状に成形して光学素子を得るためには、形成されるガラスの失透を低減することが求められる。
【0011】
プリフォーム材を精密モールドプレス成形する方法の他に、ガラス材料から形成されたゴブ又はガラスブロックを再加熱して成形(リヒートプレス成形)して得られたガラス成形体を研削及び研磨して光学素子の形状を得る方法も知られている。
【0012】
本発明は前記従来の光学ガラスに見られる諸欠点を改善し、屈折率(nd)が1.85以上、アッベ数(νd)が25以下の範囲を有し、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明者は上記課題を解決するため鋭意試験研究を重ねた結果、P成分、Bi成分、Nb成分、TiO成分の各成分を所定の割合で含有するガラスにおいて、屈折率(nd)が1.85以上、アッベ数(νd)が25以下の範囲を有し、精密モールドプレス性が極めて良好であるという光学ガラスを見出し、本発明に至ったものである。
【0014】
本発明は次に示す(1)〜(10)である。
【0015】
(1)必須成分として、P、Bi、Nb、TiOを含み、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でP成分を10.0〜60.0%、Bi成分を0.1〜60.0%、Nb成分を5.0〜60.0%、TiO成分を0.1〜35.0%含有する光学ガラス。
【0016】
(2)酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でWO成分を20%以下含有する(1)の光学ガラス。
【0017】
(3) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、重量比Nb/Biが1.00以下である(1)〜(2)の光学ガラス。
【0018】
(4) 酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でTiO、Nb、WO、Biの合計量が50.0〜95.0%含有する(1)〜(3)の光学ガラス。
【0019】
(5) 酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、重量%で
SiO成分 0〜20.0%
成分 0〜30.0%
GeO成分 0〜50.0%
TeO成分 0〜30.0%
LiO成分 0〜20.0%
NaO成分 0〜25.0%
O成分 0〜20.0%
CsO成分 0〜20.0%
MgO成分 0〜15.0%
CaO成分 0〜20.0%
SrO成分 0〜20.0%
BaO成分 0〜40.0%
ZnO成分 0〜40.0%
Al成分 0〜20.0%
ZrO成分 0〜20.0%
La成分 0〜20.0%
Gd成分 0〜20.0%
成分 0〜20.0%
Ta成分 0〜20.0%
In成分 0〜20.0%
Yb成分 0〜20.0%
Sb成分 0〜5.0%
CeO成分 0〜5.0%
の各成分をさらに含有する請求項(1)〜(4)の光学ガラス。
【0020】
(6) 1.85以上の屈折率(nd)を有し、25以下のアッベ数(νd)を有し、分光透過率が70%を示す波長(λ70)が500nm以下である事を特徴とする請求項(1)〜(5)の光学ガラス。
【0021】
(7)ガラス転移温度(Tg)が640℃以下である事を特徴とする(1)〜(6)の光学ガラス。
【0022】
(8)(1)から(7)いずれかに記載の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム。
【0023】
(9)(1)から(7)のいずれかに記載の光学ガラスを含んでなる光学素子。
【0024】
(10) (8)のプリフォームを精密プレスすることにより成形される光学素子。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、P成分、Bi成分、Nb成分、TiO成分の各成分を所定の割合で含有するガラスにおいて、屈折率(nd)が1.85以上、アッベ数(νd)が25以下の範囲を有し、精密モールドプレス成形に適した光学ガラスを得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明の光学ガラスの各成分について説明する。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、特に断らない限り、各成分の含有率(%)は酸化物基準の質量%を意味する。
【0027】
成分は、ガラス形成酸化物として重要な成分であると共に、ガラスに高分散性を与えるのに有効な成分である。従って、P成分は、好ましくは60.0%、より好ましくは50.0%、さらに好ましくは45.0%を上限として含有することができ、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を下限として含有することができる。
成分は、原料として例えば正リン酸、リン酸塩等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0028】
Bi成分は、屈折率を高め、分散を大きくし、ガラス転移温度(Tg)を下げる効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなり、ソラリゼーションが悪化しやすくなる。従って、Bi成分は、好ましくは60.0%、より好ましくは55.0%、さらに好ましくは50.0%を上限として含有することができる。しかし、その量が少なすぎると所望の屈折率、分散が得られず、ガラス転移温度(Tg)が上がり精密モールドプレス性が悪化する。従って、好ましくは0.1%、より好ましくは7.0%、さらに好ましくは10.0%、最も好ましくは15.0%を下限として含有することができる。
Bi成分は、原料として例えばBi等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0029】
Nb成分は、屈折率を高め、分散を大きくし化学的耐久性及び耐失透性を改善するのに有効な必須の成分である。しかし、その量が少なすぎるとその効果が不十分となり、多すぎると逆に耐失透性が悪くなり、可視光短波長域の透過率も悪化しやすくなる。従って、Nb成分は、好ましくは5.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは15.0%を下限として含有することができ、好ましくは60.0%、より好ましくは55.0%、さらに好ましくは50.0%を上限として含有することができる。
Nb成分は、原料として例えばNb等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0030】
TiO成分は、屈折率を高める効果がある。しかし、その量が多すぎると可視光短波長域の透過率及びソラリゼーションを悪化させる。従って、TiO成分は、好ましくは35.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは25.0%、最も好ましくは20.0%を上限として含有することができる。しかし、その量が少なすぎると所望の屈折率、分散が得られなくなる。従って、好ましくは0.1%を超え、より好ましくは3.0%を超え、さらに好ましくは4.0%、最も好ましくは5.0%を下限として含有できる。
TiO成分は、原料として例えばTiO等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0031】
WO成分は、光学定数を調整し、ガラス転移温度(Tg)を下げ、耐失透性を改善する効果がある。しかし、その量が多すぎると逆に耐失透性や可視光領域の短波長域の光線透過率が悪くなる。従って、WO成分は、好ましくは20.0%、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8.0%未満を上限として含有することができる。しかし、その量が少なすぎるとガラス転移温度(Tg)が上がり、耐失透性の改善効果が得られなくなる。従って、好ましくは1.0%、さらに好ましくは2.0%、最も好ましくは3.0%を下限として含有できる。
WO成分は、原料として例えばWO等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0032】
本発明の光学ガラスでは、Bi成分の含有量に対するNb成分の含有量の比率が1.00以下であることが好ましい。この物質量比を1.00以下にすることで、屈折率及び精密モールドプレス性を高めることができ、かつ、ガラス転移温度(Tg)を下げることができる。従って、酸化物換算組成の質量費Nb/Biは、好ましくは1.00%、より好ましくは0.80%、さらに好ましくは0.45%を上限として含有することができる。
【0033】
本発明の光学ガラスは、TiO成分、Nb成分、WO成分、Bi成分の合計含有量が50.0%以上95.0%以下であることが好ましい。特に50.0%以上であることにより、ガラスの屈折率及び分散を高めることができる。一方で、95.0%以下であることにより、ガラスの屈折率及び分散を高めつつ、耐失透性を高めることができる。従って、酸化物組成換算のガラス全物質量に対するこれらの成分の合計含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは55.0%以上、さらに好ましくは60.0%以上を下限とする。一方で、酸化物組成換算のガラス全物質量に対するこれらの成分の合計含有量は、好ましくは95.0%、より好ましくは90.0%、さらに好ましくは85.0%を上限とする。
【0034】
SiO成分は、ガラス形成酸化物として作用する任意成分であり、ガラスの粘度を高め、耐失透性及び化学的耐久性を向上させるのに有効である。従って、SiO成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有することができる。
SiO成分は、原料として例えばSiO等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0035】
成分は、ガラス形成酸化物として作用する任意成分であり、ガラスの耐失透性を向上しガラス転移点(Tg)を下げるのに有効である。また、P−Nb系のガラスにおいて、SiO成分は熔け残りを生じ易くなる傾向があるが、B成分を共存させることにより溶融性が改善され、しかも化学的耐久性を向上させるのに有効である。従って、好ましくは30.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは7.5%を上限として含有することができる。なお、B成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、所定の量を含ませることによって、溶融性を向上させる。従って、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは2.0%、最も好ましくは3.0%を下限として含有できる。
は、原料として例えばHBO、B等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0036】
GeO成分は、屈折率を高め、耐失透性を向上させる効果を有する任意成分であり、ガラス形成酸化物として作用する。しかし、その量が多すぎると原料が非常に高価であるため、コストが高くなる。従って、GeO成分は、好ましくは50.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは15.0%を上限として含有することができる。
GeO成分は、原料として例えばGeO等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0037】
TeO成分は、屈折率を高める効果を有する成分であるが、白金製の坩堝や、溶融ガラスと接する部分が白金で形成されている溶融槽でガラス原料を溶融する際、テルルと白金が合金化し、合金となった箇所は耐熱性が悪くなりやすくなるため、その箇所に穴が開き、溶融ガラスが流出する事故がおこる危険性が憂慮される。従って、TeO成分は、好ましくは30.0%、より好ましくは20.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有できる。
TeO成分は、原料として例えばTeO等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0038】
LiO成分は、ガラス転移温度(Tg)を大幅に下げ、かつ、混合したガラス原料の溶融を促進する効果があり、本発明の組成系においてはリヒートプレス成形時の失透を抑制する効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性が急激に悪化しやすくなる。従って、LiO成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有することができる。なお、LiO成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、前記効果を発揮させやすくするためには、好ましくは0%を超え、より好ましくは0.1%、さらに好ましくは1.0%を下限とする。
LiO成分は、原料として例えばLiO又はその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0039】
NaO成分は、ガラス転移温度(Tg)を下げ、混合したガラス原料の溶融を促進する効果がある。また、精密モールドプレス性を高める効果がある。従って、NaO成分は、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%を上限として含有することができる。NaO成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、所定の量を含ませることによって、ガラス転移温度(Tg)が下がり、精密モールドプレス性を向上させる。その為、好ましくは0%を超え、より好ましくは0.1%、さらに好ましくは1.0%を下限とする。
NaO成分は、原料として例えばNaO又はその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0040】
O成分は、ガラス転移温度(Tg)を下げ、混合したガラス原料の溶融を促進する効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性が急激に悪化し、本発明の組成系においてはリヒートプレス成形時の失透性が急激に悪化しやすくなる。従って、KO成分は、好ましくは20.0%、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%を上限として含有することができる。なお、KO成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、前記効果を発揮させやすくするためには、好ましくは0%を超え、より好ましくは0.1%、さらに好ましくは1.0%を下限とする。
O成分は、原料として例えばKO又はその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0041】
CsO成分は、ガラス転移温度(Tg)を下げ、混合したガラス原料の溶融を促進する効果がある。従って、CsO成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは19.0%、さらに好ましくは18.0%を上限として含有することができる。
CsO成分は、原料として例えばCsO又はその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0042】
MgO成分は、光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、MgO成分は、好ましくは15.0%、より好ましくは14.0%、さらに好ましくは13.0%を上限として含有することができる。
MgO成分は、原料として例えばMgO又はその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0043】
CaO成分は、光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、CaO成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは19.5%、さらに好ましくは19.0%を上限として含有することができる。
CaO成分は、原料として例えばCaO又はその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0044】
SrO成分は、光学定数の調整に有効である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、SrO成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは19.5%、さらに好ましくは19.0%を上限として含有することができる。
SrO成分は、原料として例えばSrO又はその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0045】
BaO成分は、ガラス転移温度(Tg)を下げ、耐失透性の向上、光学定数の調整に有効である。従って、BaO成分は、好ましくは40.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは25.0%、最も好ましくは17.0%を上限として含有することができる。なお、BaO成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、所定の量を含ませることによって、ガラス転移温度(Tg)が下がり、精密モールドプレス性を向上させる。従って、好ましくは0%超、さらに好ましくは0.5%、最も好ましくは1.0%を下限として含有できる。
BaO成分は、原料として例えばBaO又はその炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0046】
ZnO成分は、ガラス転移温度(Tg)を下げ、化学的耐久性を改善する効果がある。従って、ZnO成分は、好ましくは40.0%、より好ましくは30.0%、さらに好ましくは20.0%、最も好ましくは10.0%を上限として含有することができる。なお、ZnO成分は任意成分であるため、含有しなくとも本発明のガラスを製造することは可能であるが、所定の量を含ませることによって、ガラス転移温度(Tg)が下がり、精密モールドプレス性を向上させる。従って、好ましくは0%超、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは2.0%、最も好ましくは3.0%を下限として含有できる。
ZnO成分は、原料として例えばZnO等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0047】
Al成分は、化学的耐久性の改善に有効な任意成分である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、Al成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有することができる。
Al成分は、原料として例えばAl、Al(OH)等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0048】
ZrO成分は、屈折率を高め、化学的耐久性を向上させる効果がある。しかし、その量が多すぎると逆に耐失透性が悪化しやすくなる。従って、ZrO成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有することができる。
ZrO成分は、原料として例えばZrO等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0049】
La成分は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効な成分である。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、La成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有することができる。
La成分は、原料として例えばLa、硝酸ランタン又はその水和物等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0050】
Gd成分は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、Gd成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに10.0%を上限として含有することができる。
Gdは、原料として例えばGd等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0051】
成分は、ガラスの屈折率を高め、Y成分は、低分散化させるのに効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性が悪化しやすくなる。従って、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有することができる。
成分は、原料として例えばY2O3等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0052】
Ta成分は、屈折率を高め、化学的耐久性及び耐失透性を改善する効果がある。しかし、その量が多すぎると逆に耐失透性が悪化しやすくなる。従って、Ta成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有することができる。
Ta成分は、原料として例えばTa等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0053】
In成分は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに効果がある。従って、In成分は、好ましくは20.0%、より好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有することができる。
In成分は、原料として例えばIn、In等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0054】
Yb成分は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに効果がある。しかし、その量が多すぎると耐失透性及び化学的耐久性が悪化しやすくなる。従って、Yb成分は、好ましくは20.0%、好ましくは15.0%、さらに好ましくは10.0%を上限として含有することができる。
Yb成分は、原料として例えばYb等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0055】
Ga成分は、屈折率を高める効果を有する成分であるが、原料が非常に高価である。従って、Ga成分は、好ましくは10.0%を上限とし、より好ましくは8.0%、さらに好ましくは5.0%を上限として含有できる。
Ga成分は、原料として例えばGa等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0056】
Sb成分は、ガラス溶融時の脱泡のために任意に添加しうるが、その量が多すぎると可視光領域の短波長領域における透過率が悪化しやすくなる。従って、Sb成分は、好ましくは5.0%、より好ましくは2.5%、さらに好ましくは0.5%を上限として含有することができる。
【0057】
CeO成分は、耐失透性を改善する効果を有する成分であるが、その量が多すぎると短波長領域の光線透過率が悪化しやすくなる。従って、CeO成分は、好ましくは5.0%、より好ましくは2.5%、さらに好ましくは0.5%を上限として含有することができる。
CeO2成分は、原料として例えばCeO2等を用いてガラス内に含有させることができる。
【0058】
LuO3SnO、BeOの各成分は含有させることは可能であるが、Luは高額原料であるため原料コストが高くなり実際の製造においては現実的ではなく、SnOは白金製の坩堝や、溶融ガラスと接する部分が白金で形成されている溶融槽でガラス原料を溶融する際に錫と白金が合金化して合金となった箇所は耐熱性が悪くなり、その箇所に穴が開き溶融ガラス流出する事故がおこる危険性が憂慮され、BeOは、環境に有害な影響を与え、環境負荷の非常に大きい成分である、という問題がある。従って、LuO3SnO、BeOの各成分は、好ましくは0.1%未満、より好ましくは0.05%を上限として含有され、さらに好ましくは含有しない。
【0059】
次に、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない成分について説明する。
【0060】
鉛化合物は、ガラスの製造のみならず、研磨等のガラスの冷間加工及びガラスの廃棄に至るまで、環境対策上の措置が必要となり、環境負荷が大きい成分であるという問題があるため、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない。
【0061】
As、カドミウム、トリウム及びタリウムは、共に、環境に有害な影響を与え、環境負荷の非常に大きい成分であるため、本発明の光学ガラスに含有させるべきではない。
【0062】
さらに本発明の光学ガラスにおいては、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Eu、Nd、Sm、Tb、Dy、Er等の着色成分は、含有しないことが好ましい。ただし、ここでいう含有しないとは、不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことを意味する。
【0063】
なお、本明細書において使用される各成分の含有量の酸化物基準での表記は、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、金属弗化物などが、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、組成物全体に対する各成分の当該生成酸化物の質量%を表すものである。
[製造方法]
【0064】
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などに投入し、ガラス組成の熔融難易度に応じて電気炉で1000〜1300℃の温度範囲で2〜5時間熔融し、攪拌均質化した後、適当な温度に下げてから金型に鋳込み、徐冷することにより作製される。
[物性]
【0065】
次に本発明の光学ガラスの物性について説明する。
【0066】
本発明の光学ガラスは、高い屈折率(nd)及び低い分散性を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.85、より好ましくは1.88、最も好ましくは1.90を下限とし、好ましくは2.05、より好ましくは2.04、最も好ましくは2.03を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは17、より好ましくは18、最も好ましくは19を下限とし、好ましくは25、より好ましくは22、最も好ましくは20を上限とする。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。
【0067】
また、本発明の光学ガラスは、さらに透過率が良好である。透過率が70%となる波長(λ70)が好ましくは500nm以下、より好ましくは470nm以下、さらに好ましくは450nm以下、最も好ましくは440nm以下である。また、透過率が5%となる波長(λ)が好ましくは450nm以下、より好ましくは420nm以下、さらに好ましくは400nm以下である。
なお、透過率は、厚さ10.0±0.1mmの互いに平行で平坦な光学研磨が施されたガラス試料の光学研磨面の一方に垂直に入射光を照射したとき、入射光強度に対する、ガラス試料を透過して他方の光学研磨面から出射する透過光の強度の比(透過光強度/入射光強度)で表される。そして、この透過率が70%になる波長がλ70であり、5%になる波長がλである。
【0068】
本発明の光学ガラスにおいては、ガラス転移温度(Tg)が高くなりすぎると前述したように精密プレス成形を行う場合、成形型の劣化などが起こり易くなる。従って、本発明の光学ガラスのTgは好ましくは640℃、より好ましくは600℃、さらに好ましくは550℃を上限とする。
【0069】
また、本発明の光学ガラスは、700℃以下の屈伏点(At)を有することが好ましい。屈伏点(At)は、ガラス転移点(Tg)と同様にガラスの軟化性を示す指標の一つであり、プレス成形温度に近い温度を示す指標である。そのため、屈伏点(At)が700℃以下のガラスを用いることにより、より低い温度でのプレス成形が可能になるため、より容易にプレス成形を行うことができる。従って、本発明の光学ガラスの屈伏点(At)は、好ましくは700℃、より好ましくは630℃、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屈伏点(At)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屈伏点(At)は、概ね150℃以上、具体的には200℃以上、さらに具体的には250℃以上であることが多い。
【0070】
本発明の光学ガラスは、様々な光学素子及び光学設計に有用である。例えば本発明の光学ガラスを研削・研磨して光学ガラスを得ることができる。また、例えば本発明の光学ガラスから精密プレス成形用の光学ガラスを得ることができる。その中でも特に、本発明の光学ガラスからプリフォームを形成し、このプリフォームに対して研磨加工や精密プレス成形等の手段を用いて、レンズやプリズム、ミラー等の光学素子を作製することが好ましい。これにより、カメラやプロジェクタ等のような光学素子に可視光を透過させる光学機器に用いたときに、高精細で高精度な結像特性を実現しつつ、これら光学機器における光学系の小型化を図ることができる。ここで、プリフォーム材を製造する方法は特に限定されるものではなく、例えば特開平8−319124に記載のガラスゴブの成形方法や特開平8−73229に記載の光学ガラスの製造方法及び製造装置のように溶融ガラスから直接プリフォーム材を製造する方法を用いることもでき、また、光学ガラスから形成したストリップ材に対して研削研磨等の冷間加工を行って製造する方法を用いることもできる。
【実施例】
【0071】
以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0072】
本発明のガラスの実施例1〜17及び比較例の組成、これらのガラスの屈折率(nd)、アッベ数(νd)、分光透過率が5%、70%、ガラス転移温度(Tg)、屈伏点(At)、を表1に示す。表中、各成分の組成は重量%で表示している。
【0073】
ここで、本発明の実施例(実施例1〜17)の光学ガラス及び比較例のガラスは、酸化物、複合塩、炭酸塩、硝酸塩等の通常の光学ガラス用原料を表に示した各組成比になるように所定の割合で秤量混合した後、白金坩堝等に投入し、1000〜1300℃の温度で2〜5時間溶融、清澄、攪拌して均質化した後、適当な温度に下げて金型等に鋳込み徐冷することにより得たものである。
【0074】
屈折率(nd)、アッベ数(ν)は、日本光学硝子工業会規格JOGIS01―2003に基づいて測定した。ここで、屈折率(nd)、アッベ数(ν)は、徐冷降温速度を−25℃/hrにして得られたガラスについて測定を行うことで求めた。
【0075】
また、実施例(実施例1〜17)の光学ガラス及び比較例のガラスの透過率は、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、λ(透過率5%時の波長)、λ70(透過率70%時の波長)を求めた。
【0076】
また、実施例(実施例1〜17)の光学ガラス及び比較例のガラスのガラス転移点(Tg)及び屈伏点(At)は、熱膨張計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はφ5mm、長さ20mmのものを使用し、昇温速度を4℃/minとした。
【0077】
プリフォームは、上型、下型、及びスリーブ型により構成される金型で各々プレス成形を行った。金型は、母材がPt、Au、Ir、Ni、Cr、Mo、Rh,Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Re及びCからなる元素群から選ばれる少なくとも1種類以上からなり、上型及び下型の成形面が直径9mm、深さ0.5mm、曲率半径20mmの球面形状を有し金型の成形面は表面粗さRmax0.03μmの平滑さを有する光学鏡面仕上げ面となっているものを用いた。ここで、プリフォームをスリーブ型の中に挿入した下型の成形面の中心に配置し、上型をスリーブ型の貫通孔内に挿入して、下型の成形面と上型の成形面とが対向するようにした。金型に配置されたプリフォームを金型と一緒に300〜700℃に加熱し、プリフォームのガラスが軟化したところで、上型及び下型でプリフォームを加圧してプレス成形を行い、光学素子を作製した。
実施例(実施例1〜17)の光学ガラス及び比較例のガラスのMP(モールドプレス)性は、プレス成形後のガラスに失透・カン・曇りが無く、且つ金型の曇りと離型膜の剥離が無いものを◎とし、やや成形後のガラスの一部に劣化があるものを○、一部欠陥があるものを△、欠陥があるものを×とした。


























【0078】
【表1】














【0079】
【表2】















【0080】
【表3】















【0081】
【表4】














【0082】
【表5】














【0083】
表1〜5に見られる通り、本発明の実施例の光学ガラス(実施例1〜17)は、いずれも屈折率(nd)が1.85以上、より詳細には1.88以上であるとともに、この屈折率(nd)は2.05以下、より詳細には2.04以下であり、所望の範囲内であった。また、いずれもアッベ数(ν)が、25以下、より詳細には22以下であるとともに、このアッベ数(ν)は17以上、より詳細には18以上であり、所望の範囲内であった。
【0084】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ70(透過率70%時の波長)がいずれも500nm以下、より詳細には470nm以下であった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ(透過率5%時の波長)がいずれも450nm以下、より詳細には420nm以下であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、着色し難いことが明らかになった。
【0085】
また、表1〜表5に表されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれもガラス転移温度(Tg)が640℃以下、より詳細には600℃以下であり、所望の範囲内であった。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、ガラス転移点(Tg)が低いことが明らかになった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈伏点(At)が700℃以下、より詳細には650℃以下であり、所望の範囲内であった。
一方、比較例1の光学ガラスは、ガラス転移点(Tg)が644℃であり、屈伏点(At)は701℃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1のガラスに比べて、低い温度で軟化しやすいことが明らかになった。
【0086】
また、表1〜表5に表されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、プレス成形後のガラスに失透・カン・曇りが無く、且つ金型の曇りと離型膜の剥離が無い。若しくは、やや成形後のガラスの一部に劣化があるものである。このため、本発明の実施例の光学ガラスは、精密プレス成形に適することが明らかになった。
一方、比較例1の光学ガラスは、ガラス転移点(Tg)が644℃であり、屈伏点(At)は701℃であった。前述したように精密プレス成形を行う場合、ガラス転移温度(Tg)が高くなりすぎると成形型の劣化が起こり易くなる。そのため、比較例1の光学ガラスは、精密プレス成形に適さない。
【0087】
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(ν)が所望の範囲内にありながら安価に作製でき、耐失透性が高く、加熱軟化によるプレス成形を行い易く、且つ、着色が少ないことが明らかになった。
【0088】
さらに、本発明の実施例の光学ガラスを用いて、研磨加工用プリフォームを形成し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てレンズ及びプリズムの形状に加工した。いずれの場合も、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。
【0089】
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】
必須成分として、P、Bi、Nb、TiOを含み、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でP成分を10.0〜60.0%、Bi成分を0.1〜60.0%、Nb成分を5.0〜60.0%、TiO成分を0.1〜35.0%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WO成分を20%以下含有する請求項1の光学ガラス。
【請求項3】
酸化物換算組成のガラス全質量に対して、重量比Nb/Biが1.00以下である請求項1〜2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TiO、Nb、WO、Biの合計量が50.0〜95.0%含有する請求項1〜3の光学ガラス。
【請求項5】
酸化物換算組成のガラス全物質量に対して、重量%で
SiO成分 0〜20.0%
成分 0〜30.0%
GeO成分 0〜50.0%
TeO成分 0〜30.0%
LiO成分 0〜20.0%
NaO成分 0〜25.0%
O成分 0〜20.0%
CsO成分 0〜20.0%
MgO成分 0〜15.0%
CaO成分 0〜20.0%
SrO成分 0〜20.0%
BaO成分 0〜40.0%
ZnO成分 0〜40.0%
Al成分 0〜20.0%
ZrO成分 0〜20.0%
La成分 0〜20.0%
Gd成分 0〜20.0%
成分 0〜20.0%
Ta成分 0〜20.0%
In成分 0〜20.0%
Yb成分 0〜20.0%
Sb成分 0〜5.0%
CeO成分 0〜5.0%
の各成分をさらに含有する請求項1〜4の光学ガラス。
【請求項6】
1.85以上の屈折率(nd)を有し、25以下のアッベ数(νd)を有し、分光透過率が70%を示す波長(λ70)が500nm以下である事を特徴とする請求項1〜5の光学ガラス。
【請求項7】
ガラス転移温度(Tg)が640℃以下である事を特徴とする請求項1〜6の光学ガラス。
【請求項8】
請求項1から7いずれかに記載の光学ガラスからなる精密プレス成形用プリフォーム。
【請求項9】
請求項1から7のいずれかに記載の光学ガラスを含んでなる光学素子。
【請求項10】
請求項8のプリフォームを精密プレスすることにより成形される光学素子。

【公開番号】特開2012−224501(P2012−224501A)
【公開日】平成24年11月15日(2012.11.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−92935(P2011−92935)
【出願日】平成23年4月19日(2011.4.19)
【出願人】(000128784)株式会社オハラ (539)
【Fターム(参考)】