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光学ガラス、光学素子及びプリフォーム
説明

光学ガラス、光学素子及びプリフォーム

【課題】屈折率(nd)及びアッベ数(νd)が所望の範囲内にありながら、耐失透性が高く、より安価である光学ガラスの提供。
【解決手段】酸化物換算組成のガラス全質量を基準として質量%換算で、Bを10.0〜35.0%、Laを20.0〜40.0%含有し、結晶析出温度(Tx)とガラス転移温度(Tg)との差分(ΔT)が140℃以上である光学ガラス。酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量%換算で0〜5%のLiOを含有する前記記載の光学ガラス。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学ガラス及び光学素子に関する。
【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、光学系全体を軽量化及び小型化する要求が強まっている。
【0003】
光学素子を作製する光学ガラスの中でも特に、光学系全体の軽量化及び小型化を図ることが可能な、1.77〜1.87の屈折率(n)を有し、35.0~45.0のアッベ数(ν)を有する高屈折率低分散ガラスの需要が非常に高まっている。このような高屈折率低分散ガラスとしては、特許文献1に代表されるようなガラス組成物が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007-269584号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
光学ガラスから光学素子を作製する方法としては、例えば、光学ガラスから形成されたゴブ又はガラスブロックに対して研削及び研磨を行って光学素子の形状を得る方法、光学ガラス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する方法、及び、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成形(精密モールドプレス成形)して光学素子の形状を得る方法が知られている。いずれの方法であっても、溶融したガラス原料からゴブ又はガラスブロックを形成する際には、形成されるガラスの失透を低減することが求められる。ここで、得られるゴブ又はガラスブロックの内部に結晶が発生することで失透が発生した場合、もはや光学素子として好適なガラスを得ることができない。
【0006】
また、光学ガラスの材料コストを低減するために、光学ガラスを構成する諸成分の原料費は、なるべく安価であることが望まれる。また、光学ガラスの製造コストを低減するために、原料の熔解性が高いこと、すなわちより低い温度で熔解することが望まれる。ところが、特許文献1に記載されたガラス組成物は、これらの諸要求に十分応えるものとは言い難い。
【0007】
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(n)及びアッベ数(ν)が所望の範囲内にありながら、耐失透性が高いガラスを、より安価に得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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、ホウ酸ランタン系ガラスに対してLa成分の含有量を低減することにより、所望の屈折率及びアッベ数を有しながらもガラスの材料コストが低減され、また、ガラスの熱安定性も維持されることを見出し、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。
【0009】
(1)酸化物換算組成のガラス全質量を基準として質量%換算で、Bを10.0〜35.0%、Laを20.0〜40.0%含有し、結晶析出温度(Tx)とガラス転移温度(Tg)との差分(ΔT)が140℃以上である光学ガラス。
【0010】
(2)酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量%換算で0〜5%のLiOを含有する(1)に記載の光学ガラス。
【0011】
(3) 酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量%換算で0〜20%のZrOを含有する(1)または(2)に記載の光学ガラス。
【0012】
(4) 酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量%換算で
SiO0〜10.0%
GeO0〜10.0%
0〜10.0%
TiO0〜20.0%
WO0〜25.0%
Nb0〜20.0%
Bi 0〜30.0%
TeO 0〜20.0%
NaO 0〜10.0%
O 0〜10.0%
CsO 0〜10.0%
CaO 0〜20.0%
BaO 0〜25.0%
MgO 0〜20.0%
SrO 0〜20.0%
ZnO 0〜25.0%
Al 0〜15.0%
ZrO 0〜10.0%
Gd 0〜15.0%
0〜15.0%
Ta 0〜1.0%
Yb 0〜15.0%
Sb 0〜1.0%
の各成分をさらに含有する(1)〜(3)の光学ガラス。
【0013】
(5) 屈折率(n)が1.77〜1.87を有し、アッベ数(ν)が35.0〜45.0の光学性能を有する(1)〜(4)に記載の光学ガラス。
【0014】
(6) 650℃以下のガラス転移温度を有する(1)〜(5)に記載の光学ガラス。
【0015】
(7) (1)〜(6)のいずれかに記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
【0016】
(8) (6)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。
【0017】
(9) (1)〜(6)のいずれか記載の光学素子を母材とする光学素子。
【0018】
(10) (8)又は(9)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】
【0019】
本発明によれば、屈折率(n)及びアッベ数(ν)が所望の範囲内にありながら、耐失透性が高いガラスをより安価に得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明の光学ガラスは、酸化物換算組成のガラス全質量に対して、質量%でB成分を10〜35.0%及びLaの含有量を20.0〜40.0%含有する。La成分の含有量を低減することによって、ガラス製品の価格を低下させることができる。Laの使用量を低減させるために、TiOやZrOなどの種々成分にて光学特性を補うことにより、1.77〜1.87の屈折率(n)及び35.0〜45.0のアッベ数(ν)を有する光学ガラスを安価に得ることができる。
【0021】
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。
【0022】
[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。本明細書中で特に断りがない場合、各成分の含有量は、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、金属弗化物等が熔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。
【0023】
<必須成分、任意成分について>
成分は、希土類酸化物を多く含む本発明の光学ガラスにおいて、ガラス骨格を形成する上で欠かすことの出来ない必須成分である。特に、B成分の含有量を10.0wt%以上にすることで、ガラスの耐失透性を高め、且つガラスの分散を小さ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B成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは11.0%、さらに好ましくは13.0%、最も好ましくは15.0%を下限とする。一方、B成分の含有量を35.0%以下にすることで、より高い屈折率を得易くし、化学的耐久性の悪化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B成分の含有量は、好ましくは35.0%、より好ましくは33%、最も好ましくは30.0%を上限とする。B成分は、原料として例えばHBO、Na、Na・10HO、BPO等を用いることができる。
【0024】
La成分は、ガラスの屈折率を高めるとともに、ガラスの分散を小さくしてガラスのアッベ数を大きくする成分である。特に、La成分の含有量を20.0%以上にすることで、ガラスの屈折率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La成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは23.0%、最も好ましくは25.0%を下限とする。一方、La成分は環境保護の観点より原材料価格が上昇しており、その含有量を必要最低限とすることで、環境・資源保護を達成するとともに光学ガラス製品の価格を安価に保つことができる。含有量を40.0%以下にすることで、ガラスの安定性を高め、ガラスの失透を低減しつつ、製品価格の低下を実現できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLa成分の含有量は、好ましくは40.0%、より好ましくは38.0%、最も好ましくは37.5%を上限とする。La成分は、原料として例えばLa、La(NO・XHO(Xは任意の整数)等を用いることができる。
【0025】
ZrO成分は、ガラスの高屈折率及び低分散に寄与する成分である。特に、ZrO成分を20.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZrO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。なお、ZrO成分は含有しなくてもよいが、ZrO成分を含有することで、高屈折率低分散の光学定数を得易くでき、且つ耐失透性を高める効果を得易くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZrO成分の含有量は、好ましくは0.1%、より好ましくは1.7%、最も好ましくは5.7%を下限とする。ZrO成分は、原料として例えばZrO、ZrF等を用いることができる。
【0026】
SiO成分は、熔融ガラスの粘度を高め、光学ガラスとして好ましくない失透(結晶の発生)を低減する成分である一方でガラスの屈折率を低下させる成分でもある。特に、SiO成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラス転移点の上昇および屈折率の低下を抑えつつ、光学ガラスの成型に適した粘度をガラス融液に与えることができる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO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7.0%を上限とする。なお、SiO成分は含有しなくてもよいが、SiO成分を含有することでガラスの粘度を適当な値に調節し、さらにガラスの耐失透性を高められる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSiO成分の含有量は、好ましくは0.1%、より好ましくは1.0%、さらに好ましくは2.0%を下限とする。特に、TiO成分、WO成分及びNb成分を含有してもガラスを着色し難くできる観点から、少量のSiO成分の含有は有用である。SiO成分は、原料として例えばSiO、KSiF、NaSiF等を用いることができる。
【0027】
GeO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る。しかしながら、GeOは原料価格が高いため、その量が多いと生産コストが高くなることで、Ta成分を低減することによる効果が減殺される。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するGeO成分の含有量は、好ましくは10.0%以下、より好ましくは5.0%未満とし、より好ましくは1.0%、最も好ましくは含有しない。GeO成分は、原料として例えばGeO等を用いることができる。
【0028】
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る。特に、P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P成分の含有量は、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とし、最も好ましくは含有しない。P成分は、原料として例えばAl(PO、Ca(PO、Ba(PO、BPO、HPO等を用いることができる。
【0029】
TiO成分は、ガラスの屈折率を高め、耐失透性を改善する成分である。添加量に対する屈折率の上昇量は他の成分と比較して高いため、La量を削減するために非常に有用な成分である。特に、TiOの含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減して可視光の透過率を高め、ガラスのアッベ数の低下を抑えられる。また、TiO成分の過剰な含有によるガラスの耐失透性の悪化を抑えられる従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTiO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10.2%を上限とする。ここで、TiO成分の含有量を5.0%未満にしてもよく、3.0%未満にしてもよい。なお、TiO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、特に所望の光学恒数に調整するためには、TiO成分は、0%を超え含有させることが望ましい。原料として例えばTiO等を用いることができる。
【0030】
WO成分は、ガラスの屈折率を高め、ガラスの耐失透性を向上する成分である。特に、WO成分の含有量を25.0%以下にすることで、WO成分によるガラスの着色を低減して可視光の透過率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WO成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは22.0%、最も好ましくは20.0%を上限とする。なお、本発明の光学ガラスはWO成分を含有しなくてもよいが、WO成分を含有することで、ガラスの液相温度がより一層低下するため、ガラスの耐失透性をさらに高められる。また、他の高屈折率成分によるガラスの着色を低減して可視光の透過率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WO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0.5%より多くし、最も好ましくは1.0%より多くする。WO成分は、原料として例えばWO等を用いることができる。
【0031】
Nb成分は、ガラスの屈折率を高める成分である。特に、Nb成分の含有量を20.0%以下にすることで、Nb成分の過剰な含有によるガラスの耐失透性の悪化を抑え、且つ、ガラスの可視光の透過率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Nb成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは18.0%、最も好ましくは15.0%を上限とする。なお、Nb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1.0%、さらに好ましくは5.0%を下限とする。Nb成分は、原料として例えばNb等を用いることができる。
【0032】
本発明の光学ガラスは、TiO成分、WO成分及びNb成分からなる群より選択される1種以上を含有することが好ましい。これにより、ガラスの材料コストを低減するためにLa3成分の含有量を低減しても、ガラスの屈折率を高めることができ、且つ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、TiO成分、Nb成分及びWO成分からなる群より選択される1種以上の含有量の和は、好ましくは0.1%、より好ましくは1.0%、最も好ましくは4.0%を下限とする。一方、この含有量の和を30.0%以下にすることで、これらの成分による着色を低減でき、且つ、これら成分の過剰な含有による耐失透性の悪化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、TiO成分、Nb成分及びWO成分からなる群より選択される1種以上の含有量の和は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、最も好ましくは18.0%を上限とする。
【0033】
Bi成分は、屈折率を高め、ガラス転移点を下げる成分である。特に、Bi成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高めることができる。また、Bi成分の含有量を30.0%以下にすることで、ガラスの着色を低減して可視光透過率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Bi成分の含有量は、好ましくは30.0%、より好ましくは20.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。Bi成分は、原料として例えばBi等を用いることができる。
【0034】
TeO成分は、屈折率を高め、ガラス転移点を下げる成分である。しかしながら、TeO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TeO成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とし、最も好ましくは含有しない。TeO成分は、原料として例えばTeO等を用いることができる。
【0035】
本発明の光学ガラスは、B成分及びSiO成分の質量和が30.0%以下であることが好ましい。これにより、B成分及びSiO成分の含有による屈折率の低下が抑えられるので、所望の高い屈折率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B成分及びSiO成分の質量和は、好ましくは30.0%、より好ましくは28.0%、さらに好ましくは25.0%、最も好ましくは22.5%を上限とする。
【0036】
また、本発明の光学ガラスは、質量和(B+SiO)に対する質量和(ZrO+Ta+Nb)の比率が2.00以下であることが好ましい。これにより、材料コストの高いZrO成分、Ta成分及びNb成分の含有量が低減するため、所望の低い液相温度を有する光学ガラスを、より安価に作製できる。従って、酸化物換算組成の質量比(ZrO+Ta+Nb)/(B+SiO)は、好ましくは2.00、より好ましくは1.50、最も好ましくは1.00を上限とする。
【0037】
本発明の光学ガラスは、TiO成分、ZrO成分、Nb成分、WO成分及びBi成分の含有量の和に対するTiO成分の含有量の比率が0.580以下であることが好ましい。これにより、高屈折率を確保しながらも、着色を低減して可視光透過率を高めることができる。従って、酸化物換算組成の質量比TiO/(TiO+Nb+WO+Bi)は、好ましくは0.580、より好ましくは0.500、最も好ましくは0.450を上限とする。
【0038】
LiO成分の含有量を5.0%以下にすることで、ガラスの粘性が高くなり、脈理を低減できる。従って、脈理を低減しつつ、屈折率や耐失透性を高める観点では、酸化物換算組成のガラス全質量に対するLiO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%未満を上限とする。LiO成分は原料として例えばLiCO、LiNO、LiCO、等を用いることができる。
【0039】
NaO成分、KO成分及びCsO成分は、ガラスの熔融性を改善し、ガラス転移点を低くする成分である。このうちNaO成分、KO成分及びCsO成分は、ガラスの耐失透性を高める成分でもある。ここで、NaO成分、KO成分及びCsO成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、且つ、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NaO成分、KO成分及びCsO成分の各々の含有量は、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%を上限とする。NaO成分、KO成分及びCsO成分は、原料として例えばNaNO、NaF、NaSiF、KCO、KNO、KF、KHF、KSiF、CsCO、CsNO等を用いることができる。
【0040】
RnO成分(式中、RnはLi、Na、K、Cs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、ガラスの失透を低減する成分である。ここで、RnO成分の合計の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの屈折率を低下し難くし、ガラスの失透の発生を低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するRnO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。
【0041】
MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、ガラスの屈折率や熔融性、失透性を調整する成分である。特に、MgO成分、CaO成分及びSrO成分各々の含有量を20.0%以下にすること、及び/又は、BaO成分の含有量を25.0%以下にすることで、これらの成分による屈折率の低下を抑えることで所望の屈折率を得易くし、且つこれらの成分の過剰な含有による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MgO成分、CaO成分及びSrO成分の各々の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。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25.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは10.0%を上限とし、好ましくは3.0%、最も好ましくは5.0%を下限とする。MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分は、原料として例えばMgCO、MgF、CaCO、CaF、Sr(NO、SrF、BaCO、Ba(NO、BaF等を用いることができる。
【0042】
本発明の光学ガラスは、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)の含有量の合計が25.0%以下であることが好ましい。これにより、RO成分による屈折率の低下を抑えることで、所望の屈折率を得易くすることができる。また、これらの成分の過剰な含有による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RO成分の質量和は、好ましくは25.0%、より好ましくは15.0%、最も好ましくは5.0%を上限とする。
【0043】
ZnO成分は、ガラス転移温度を低くし、化学的耐久性を改善する成分である。特に、ZnO成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑え、耐失透性の悪化を抑えることができる。また、溶融ガラスの粘性の低下が抑えられることで脈理を発生し難くできる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するZnO成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは22.0%、さらに好ましくは19.0%を上限とする。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、前記効果を発揮させやすくするためには、好ましくは5.0%、より好ましくは7.0%、最も好ましくは9.0%を下限とする。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。
【0044】
Al成分は、ガラスの化学的耐久性を向上し、熔融ガラスの耐失透性を向上する成分である。特に、Al成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの失透傾向を弱めて、ガラスの安定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Al成分の含有量は、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%を上限とし、含有しなくともよい。なお、Al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0.2%を下限とする。Al成分は、原料として例えばAl、Al(OH)、AlF等を用いることができる。
【0045】
Gd成分は、ガラスの屈折率を高め、且つアッベ数を高める成分である。特に、Gd成分の含有量を15.0%以下にすることで、Gd成分の過剰な含有によるガラス転移点の上昇を抑え、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Gd成分の含有量は、それぞれ好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。なお、Gd成分は含有しなくてもよい。Gd成分は、原料として例えばGd、GdF等を用いることができる。
【0046】
成分は、ガラスのアッベ数を高める成分である。特に、Y成分の含有量を15.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下を抑え、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Y成分の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。特に、屈折率の高いガラスを得る観点では、酸化物換算組成のガラス全質量に対するY成分の含有量は、好ましくは5.0%未満とし、より好ましくは2.0%、最も好ましくは0.1%を上限とする。Y成分は、原料として例えばY、YF等を用いることができる。
【0047】
Yb成分は、ガラスの屈折率を高め、分散を小さくする成分である。特に、Yb成分の含有量を15.0以下にすることで、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Yb成分の含有量は、それぞれ好ましくは15.0%、より好ましくは12.0%、最も好ましくは10.0%を上限とする。Yb成分は、原料として例えばYb等を用いることができる。
【0048】
本発明の光学ガラスでは、Ln成分(式中、LnはY、La、Gd、Yb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、40.0%以下であることが好ましい。この質量和を40.0%以下にすることで、高価な希土類の使用量を低下させつつ、所望の光学恒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Ln成分の含有量の質量和は、好ましくは40.0%、より好ましくは37.0%、最も好ましくは35.0%を上限とする。
【0049】
Ta成分は、ガラスの屈折率を高めつつ、ガラスの液相温度を低くすることで耐失透性を高める成分である。特に、Ta成分の含有量を1.0%以下にすることで、高価なTa成分の含有が低減されるため、所望の光学定数を有する光学ガラスをより低い材料コストで生産できる。また、Ta成分の含有量を1.0%以下にすることで、原料を熔解する温度を下げることが可能になり、原料の溶解に要するエネルギーが低減されるため、光学ガラスの製造コストをも低減できる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するTa成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.5%、最も好ましくは含有しない。Ta成分を含有する場合、原料として例えばTa等を用いることができる。
【0050】
Sb成分は、熔融ガラスを脱泡する成分である。Sb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くなる。従って、酸化物換算組成のガラス全質量に対するSb成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.7%、最も好ましくは0.5%を上限とする。Sb成分は、原料として例えばSb、Sb、NaSb・5HO等を用いることができる。
【0051】
なお、ガラスを清澄し脱泡する成分は、上記のSb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。
【0052】
<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。
【0053】
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、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。
【0054】
また、PbO等の鉛化合物及びAs等の砒素化合物は、環境負荷が高い成分であるため、実質的に含有しないこと、すなわち、不可避な混入を除いて一切含有しないことが望ましい。
【0055】
さらに、Th、Cd、Tl、Os、Be、及び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、これらを実質的に含有しないことが好ましい。
【0056】
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。
成分 2.0〜55.0モル%、
La成分 5.0〜30.0モル%、
Ta成分 0〜7.0モル%、
TiO成分 0〜30.0モル%
Nb成分 0〜15.0モル%
WO成分 0〜30.0モル%
SiO成分 0〜50.0モル%
ZrO成分 0〜18.0モル%
Gd成分 0〜25.0モル%
成分 0〜20.0モル%
Yb成分 0〜10.0モル%
Bi成分 0〜10.0モル%
MgO成分 0〜50.0モル%
CaO成分 0〜40.0モル%
SrO成分 0〜30.0モル%
BaO成分 0〜35.0モル%
LiO成分 0〜30.0モル%
NaO成分 0〜25.0モル%
O成分 0〜20.0モル%
CsO成分 0〜10.0モル%
ZnO成分 0〜50.0モル%
成分 0〜15.0モル%
GeO成分 0〜10.0モル%
Al成分 0〜15.0モル%
Ga成分 0〜5.0モル%
TeO成分 0〜25.0モル%
Sb成分 0〜0.5モル%
【0057】
[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。
【0058】
[物性]
本発明の光学ガラスは、高い屈折率(n)及び低い分散を有する必要がある。特に、本発明の光学ガラスの屈折率(n)は、好ましくは1.77、より好ましくは1.79、最も好ましくは1.80を下限とし、好ましくは1.93以下、より好ましくは1.90以下、最も好ましくは1.87以下を上限とする。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(ν)は、好ましくは37、より好ましくは36、最も好ましくは35を下限とし、好ましくは50、より好ましくは47、最も好ましくは45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。
【0059】
また、本発明の光学ガラスのガラス転移温度(Tg)の上限は、好ましくは630℃以下、より好ましくは620℃以下、最も好ましくは615℃以下であることが好ましい。これにより、ガラスを成形する際に、ガラスがより低い温度で軟化するため、より低い温度でガラスを成形できる。なお、本発明の光学ガラスのガラス転移温度(Tg)の下限は特に限定されず、その上限は技術水準に応じて適宜設定されるが、本発明によって得られるガラスのガラス転移温度(Tg)の下限は、おおむね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。
【0060】
また、本発明の光学ガラスは、高い熱的安定性を有する。特に、ガラス転移点(Tg)と結晶化開始温度(Tx)との差ΔTは、好ましくは140℃、より好ましくは143℃、最も好ましくは146℃を下限とする。これにより、本発明の光学ガラスを精密プレス成形用プリフォーム等のプリフォーム材を作製し、これを加熱軟化して光学素子を作製しても、ガラス内部における結晶核の生成及び結晶の成長が抑制されるため、ガラスの結晶化による失透をはじめとした、光学素子の光学特性への影響を低減することができる。なお、本発明の光学ガラスのΔTの上限は特に限定されず、その上限は技術水準に応じて適宜設定されるが、本発明によって得られるガラスのΔTは、概ね300℃以下、具体的には250℃以下、さらに具体的には200℃以下であることが多い。
【0061】
ガラス転移温度Tgおよび結晶化温度Txは、Differential Thermal Analysis (DTA) によって測定した。測定にはNETZSCH社製TG-DTA/DSC STA409PC Luxxを用いた。作成したガラスを粉砕し1.4〜1.7mmに篩い分けしたものを試料とし、専用のAl2O3製るつぼを使用した。測定温度範囲は100℃〜1200℃、昇温速度を10K/minにて行った。
【0062】
[ガラス成形体及び光学素子]
作製された光学ガラスから、例えば研磨加工の手段、又は、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、光学ガラスに対して研削及び研磨等の機械加工を行ってガラス成形体を作製したり、光学ガラスから作製した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、研磨加工を行って作製したプリフォームや、公知の浮上成形等により成形され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。
【0063】
このように、本発明の光学ガラスから形成したガラス成形体は、様々な光学素子及び光学設計に有用であるが、その中でも特に、レンズやプリズム等の光学素子に用いることが好ましい。これにより、径の大きなガラス成形体の形成が可能になるため、光学素子の大型化を図りながらも、カメラやプロジェクタ等の光学機器に用いたときに高精細で高精度な結像特性及び投影特性を実現できる。
【実施例】
【0064】
本発明の実施例(No.1〜11)及び比較例(No.A〜B)の組成、並びに、これらのガラスの屈折率(n)、アッベ数(ν)、ガラス転移温度(Tg)、結晶化温度(Tx)、ガラスの熱的安定性の目安であるΔT=(Tg−Tx)を表1〜3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。
【0065】
本発明の実施例(No.1〜11)及び比較例(No.A〜B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1〜3に示した各実施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1100〜1500℃の温度範囲で2〜5時間熔融した後、攪拌均質化してから金型等に鋳込み、徐冷してガラスを作製した。
【0066】
ここで、実施例(No.1〜11)及び比較例(No.A〜B)のガラスの、屈折率(n)、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(n)、アッベ数(ν)は、徐冷降温速度を−600℃/day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。
【0067】
また、実施例(No.1〜11)及び比較例(No.A〜B)のガラスのΔTは、示差熱測定装置(ネッチゲレテバウ社製 STA 409 CD)を用いて測定したガラス転移点(Tg)と、結晶化開始温度(Tx)の差より求めた。このときのサンプルは425〜600μmにふるい分けしたものを用い、昇温速度を10℃/minとして測定を行った。


























【0068】
【表1】























【0069】
【表2】





【0070】
【表3】





【0071】
表1〜3にあらわされるように、本発明の光学ガラスは、いずれもアッベ数(ν)が38以上、より詳細には40以上であるとともに、より詳細には43以下であり、所望の範囲内であった。
【0072】
また、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)と結晶化温度(Tx)との差分(ΔT)が140℃以上であり、熱的安定性が高いことが明らかになった。
【0073】
また、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630℃以下、より詳細には620℃以下であった。
【0074】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも屈折率(n)が1.79以上、より詳細には1.80以上であるとともに、屈折率(n)が1.83以下、より詳細には1.81以下であった。
【0075】
したがって、本発明の実施例の光学ガラスは、アッベ数(ν)および屈折率(n)が所望の範囲内にあり、高い熱的安定性を有することが明らかになった。
【0076】
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、本発明の思想および範囲を逸脱することなく、多くの改変を当業者によりな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を基準として質量%換算で、Bを10.0〜35.0%、Laを20.0〜40.0%含有し、結晶析出温度(Tx)とガラス転移温度(Tg)との差分(ΔT)が140℃以上である光学ガラス。
【請求項2】
酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量%換算で0〜5%のLiOを含有する請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項3】
酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量%換算で0〜20%のZrOを含有する請求項1または請求項2に記載の光学ガラス。
【請求項4】
酸化物換算組成のガラス全質量を基準として、質量%換算で
SiO0〜10.0%
GeO0〜10.0%
0〜10.0%
TiO0〜20.0%
WO0〜25.0%
Nb0〜20.0%
Bi0〜30.0%
TeO0〜20.0%
NaO 0〜10.0%
O 0〜10.0%
CsO 0〜10.0%
CaO 0〜20.0%
BaO 0〜25.0%
MgO 0〜20.0%
SrO 0〜20.0%
ZnO 0〜25.0%
Al0〜15.0%
ZrO0〜10.0%
Gd0〜15.0%
0〜15.0%
Ta0〜1.0%
Yb0〜15.0%
Sb0〜1.0%
の各成分をさらに含有する請求項1〜3の光学ガラス。
【請求項5】
屈折率(n)が1.77〜1.87を有し、アッベ数(ν)が35.0〜45.0の光学性能を有する請求項1〜4に記載の光学ガラス。
【請求項6】
650℃以下のガラス転移温度を有する請求項1〜5に記載の光学ガラス。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれかに記載の光学ガラスからなるプリフォーム材。
【請求項8】
請求項6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9】
請求項1〜6のいずれか記載の光学素子を母材とする光学素子。
【請求項10】
請求項8又は9のいずれか記載の光学素子を備える光学機器。

【公開番号】特開2013−87047(P2013−87047A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−232199(P2011−232199)
【出願日】平成23年10月21日(2011.10.21)
【出願人】(000128784)株式会社オハラ (539)
【Fターム(参考)】