JP6091251B2 - 光学ガラス及び光学素子 - Google Patents
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Description
TiO2成分 0〜20.0%
Nb2O5成分 0〜20.0%
WO3成分 0〜20.0%
である(1)に記載の光学ガラス。
Gd2O3成分 0〜30.0%
Y2O3成分 0〜10.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
Lu2O3成分 0〜10.0%
である(1)から(5)のいずれか記載の光学ガラス。
Na2O成分 0〜15.0%
K2O成分 0〜10.0%
である(1)から(15)のいずれか記載の光学ガラス。
MgO成分 0〜10.0%
CaO成分 0〜10.0%
SrO成分 0〜10.0%
BaO成分 0〜10.0%
である(1)から(17)のいずれか記載の光学ガラス。
P2O5成分 0〜10.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜15.0%
Ga2O3成分 0〜15.0%
Bi2O3成分 0〜15.0%
TeO2成分 0〜15.0%
Sb2O3成分 0〜1.0%
である(1)から(19)のいずれか記載の光学ガラス。
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物質量に対するモル%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物質量を100モル%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。
B2O3成分は、ガラス形成酸化物として欠かすことの出来ない必須成分である。
特に、B2O3成分を10.0%以上含有することで、ガラスの耐失透性を高められ、且つガラスのアッベ数を大きくできる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは10.0%以上、より好ましくは15.0%超、さらに好ましくは22.0%超、さらに好ましくは28.0%超とする。
一方、B2O3成分の含有量を45.0%以下にすることで、屈折率の低下を抑えられ、且つ化学的耐久性の悪化を抑えられる。従って、B2O3成分の含有量は、好ましくは45.0%以下、より好ましくは40.0%未満、さらに好ましくは37.0%未満とする。
B2O3成分は、原料としてH3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7・10H2O、BPO4等を用いることができる。
一方、La2O3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られる。従って、La2O3成分の含有量は、好ましくは30.0%以下、より好ましくは25.0%以下、さらに好ましくは19.0%未満とする。
La2O3成分は、原料としてLa2O3、La(NO3)3・XH2O(Xは任意の整数)等を用いることができる。
特に、この和を1.0%以上にすることで、ガラスの屈折率を高められ、且つ耐失透性を高められる。従って、モル和(TiO2+Nb2O5+WO3)は、好ましくは1.0%以上、より好ましくは2.3%以上、さらに好ましくは5.0%超、さらに好ましくは7.0%超、さらに好ましくは9.0%超とする。
一方で、この和を30.0%以下にすることで、アッベ数の低下を抑えられる。また、これら成分の過剰な含有による着色を低減でき、且つ耐失透性を高められる。従って、モル和(TiO2+Nb2O5+WO3)は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%を上限とし、さらに好ましくは21.0%未満、さらに好ましくは18.0%未満、さらに好ましくは15.0%未満とする。
一方で、TiO2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透過率を高め、且つ、アッベ数の必要以上の低下を抑えられる。また、TiO2成分の過剰な含有による失透を抑えられる。従って、TiO2成分の含有量は、好ましくは20.0%以下、より好ましくは18.0%未満、さらに好ましくは15.0%以下、さらに好ましくは10.0%以下、さらに好ましくは8.0%以下とする。
TiO2成分は、原料としてTiO2等を用いることができる。
一方で、Nb2O5成分の含有量を20.0%以下にすることで、Nb2O5成分の過剰な含有によるガラスの耐失透性の低下や、可視光の透過率の低下を抑えることができる。従って、Nb2O5成分の含有量は、好ましくは20.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%を上限とする。
Nb2O5成分は、原料としてNb2O5等を用いることができる。
一方で、WO3成分の含有量を20.0%以下にすることで、WO3成分の過剰な含有による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、WO3成分の含有量は、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%を上限とする。
WO3成分は、原料としてWO3等を用いることができる。
上述の3成分の中でも特に屈折率を高める作用の強いこれらの成分を合計で0.1%以上含有することで、ガラスの屈折率をより高められる。また、ガラスの屈折率を高める作用を有するTiO2成分、Nb2O5成分及びWO3成分の全体の所要量が低減されるため、これらの過剰な含有による液相温度の上昇、すなわち失透を低減できる。従って、モル和(TiO2+Nb2O5)は、好ましくは0.1%以上、より好ましくは1.0%以上、さらに好ましくは2.0%超、さらに好ましくは3.0%超、さらに好ましくは4.0%超とする。
一方、これらの成分の合計量を30.0%以下にすることで、WO3成分に比べて耐失透性を悪化させ易いこれらの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、モル和(TiO2+Nb2O5)は、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、最も好ましくは20.0%を上限とする。
なお、モル比(Nb2O5/(TiO2+Nb2O5+WO3))の上限は、好ましくは8.00、より好ましくは6.00、さらに好ましくは4.00としてもよい。
一方で、SiO2成分の含有量を25.0%以下にすることで、ガラス転移点の上昇を抑え、且つ屈折率の低下を抑えることができる。従って、SiO2成分の含有量は、好ましくは25.0%、より好ましくは20.0%を上限とし、さらに好ましくは14.0%未満、さらに好ましくは12.0%未満、さらに好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは8.0%未満、さらに好ましくは6.5%以下とする。
SiO2成分は、原料としてSiO2、K2SiF6、Na2SiF6等を用いることができる。
特に、この和を10.0%以上にすることで、B2O3成分やSiO2成分の欠乏による耐失透性の低下を抑えられる。従って、モル和(B2O3+SiO2)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%、さらに好ましくは30.0%を下限とする。
一方で、この和を60.0%以下にすることで、これらの成分の過剰な含有による屈折率の低下が抑えられるので、所望の高屈折率を得易くできる。従って、モル和(B2O3+SiO2)は、好ましくは60.0%、より好ましくは50.0%を上限とし、さらに好ましくは48.0%未満、さらに好ましくは46.0%未満、さらに好ましくは42.5%未満とする。
一方で、Gd2O3成分を30.0%以下に低減することで、ガラスの材料コストが低減されるため、より安価な光学ガラスを作製できる。また、これによりガラスのアッベ数の必要以上の上昇を抑えられる。従って、Gd2O3成分の含有量は、それぞれ好ましくは30.0%を上限とし、より好ましくは20.0%未満、さらに好ましくは10.0%未満、さらに好ましくは6.0%未満、さらに好ましくは5.0%未満、さらに好ましくは3.5%未満、さらに好ましくは3.05%未満とする。
Gd2O3成分は、原料としてGd2O3、GdF3等を用いることができる。
一方で、Y2O3成分の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの耐失透性を高められる。
また、Yb2O3成分及びLu2O3成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、ガラスの材料コストが低減されるため、より安価な光学ガラスを作製できる。また、これによりガラスの耐失透性を高められる。
従って、Y2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分の各々の含有量は、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%を上限とする。
Y2O3成分、Yb2O3成分及びLu2O3成分は、原料としてY2O3、YF3、Yb2O3、Lu2O3等を用いることができる。
特に、この和を6.0%以上にすることで、ガラスの屈折率及びアッベ数を高められるため、高屈折率低分散ガラスを得易くできる。従って、Ln2O3成分のモル和は、好ましくは6.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは12.0%、さらに好ましくは15.0%を下限とする。
一方で、この和を40.0%以下にすることで、ガラスの液相温度が低くなるため、耐失透性を高められる。従って、Ln2O3成分のモル和は、好ましくは40.0%、より好ましくは30.0%を上限とし、さらに好ましくは27.0%未満、さらに好ましくは25.0%未満、さらに好ましくは20.0%未満、さらに好ましくは19.0%未満とする。
なお、モル比(Ln2O3/(SiO2+B2O3))は、好ましくは1.00、より好ましくは0.70、さらに好ましくは0.55を上限としてもよい。
一方で、Li2O成分の含有量を20.0%以下にすることで、ガラスの粘性が高められるため、ガラスの脈理を低減できる。また、これによりガラスの屈折率を低下し難くでき、ガラスの化学的耐久性を高めることができ、且つ、耐失透性を高められる。従って、Li2O成分の含有量は、好ましくは20.0%、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3.0%を上限とする。
Li2O成分は、原料としてLi2CO3、LiNO3、Li2CO3等を用いることができる。
一方で、ZrO2成分の含有量を15.0%以下にすることで、ZrO2成分の過剰な含有によるガラスの耐失透性の低下を抑えられる。従って、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%、さらに好ましくは7.0%、さらに好ましくは6.5%、さらに好ましくは6.0%を上限とする。
ZrO2成分は、原料としてZrO2、ZrF4等を用いることができる。
一方で、高価なTa2O5成分の含有量を15.0%以下に低減することで、ガラスの材料コストが低減されるため、より安価な光学ガラスを作製できる。また、これにより、原料の熔解温度が低くなり、原料の熔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、Ta2O5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%、さらに好ましくは7.0%を上限とする。
Ta2O5成分は、原料としてTa2O5等を用いることができる。
なお、モル比(TiO2+WO3+Nb2O5+ZrO2+Ta2O5)/(SiO2+B2O3))は、好ましくは1.50、より好ましくは1.00、さらに好ましくは0.75を上限としてもよい。
なお、モル比(TiO2+WO3+Nb2O5+ZrO2+Ta2O5)/Ln2O3)は、好ましくは2.50、より好ましくは2.00、さらに好ましくは1.50を上限としてもよい。
一方で、ZnO成分の含有量を50.0%以下にすることで、ガラスの屈折率の低下や、耐失透性の低下を抑えられる。また、これにより熔融ガラスの粘性が高められるため、ガラスへの脈理の発生を低減できる。従って、ZnO成分の含有量は、好ましくは50.0%、より好ましくは40.0%、さらに好ましくは35.0%、さらに好ましくは32.0%を上限とする。
ZnO成分は、原料としてZnO、ZnF2等を用いることができる。
一方で、Na2O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、且つ、耐失透性を高められる。従って、Na2O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5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
また、K2O成分の含有量を10.0%以下にすることでも、ガラスの屈折率を低下し難くし、且つ、耐失透性を高められる。従って、K2O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%を上限とする。
Na2O成分及び2O成分は、原料としてNaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等を用いることができる。
一方で、MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分の各々の含有量を10.0%以下にすることで、これらの成分の過剰な含有による、屈折率の低下や耐失透性の低下を抑えられる。従って、MgO成分、CaO成分、SrO成分及びBaO成分の各々の含有量は、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%、さらに好ましくは1.0%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MgCO3、MgF2、CaCO3、CaF2、Sr(NO3)2、SrF2、BaCO3、Ba(NO3)2、BaF2等を用いることができる。
P2O5成分は、原料としてAl(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等を用いることができる。
GeO2成分は、原料としてGeO2等を用いることができる。
一方で、Al2O3成分及びGa2O3成分の各々の含有量を15.0%以下にすることで、これらの過剰な含有によるガラスの耐失透性の低下を抑えられる。従って、Al2O3成分及びGa2O3成分の各々の含有量は、好ましくは15.0%、より好ましくは10.0%、さらに好ましくは5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Al2O3成分及びGa2O3成分は、原料としてAl2O3、Al(OH)3、AlF3、Ga2O3、Ga(OH)3等を用いることができる。
一方で、Bi2O3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られ、且つ、ガラスの着色を低減して可視光透過率を高められる。従って、Bi2O3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5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とする。
Bi2O3成分は、原料としてBi2O3等を用いることができる。
しかしながら、TeO2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熔融する際、白金と合金化しうる問題がある。従って、TeO2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5.0%、さらに好ましくは3.0%を上限とし、さらに好ましくは含有しない。
TeO2成分は、原料としてTeO2等を用いることができる。
一方で、Sb2O3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、Sb2O3成分の含有量は、好ましくは1.0%、より好ましくは0.5%、さらに好ましくは0.3%を上限とする。
Sb2O3成分は、原料としてSb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7・5H2O等を用いることができる。
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。
B2O3成分 5.0〜25.0質量%、及び
La2O3成分 10.0〜60.0質量%、
並びに
TiO2成分 0〜12.0質量%、
Nb2O5成分 0〜35.0質量%、
WO3成分 0〜30.0質量%、
SiO2成分 0〜15.0質量%、
Gd2O3成分 0〜55.0質量%、
Y2O3成分 0〜20.0質量%、
Yb2O3成分 0〜25.0質量%、
Lu2O3成分 0〜20.0質量%、
Li2O成分 0〜5.0質量%、
ZrO2成分 0〜12.0質量%、
Ta2O5成分 0〜40.0質量%、
ZnO成分 0〜30.0質量%、
Na2O成分 0〜8.0質量%、
K2O成分 0〜8.0質量%、
MgO成分 0〜3.0質量%、
CaO成分 0〜5.0質量%、
SrO成分 0〜8.0質量%、
BaO成分 0〜10.0質量%、
P2O5成分 0〜10.0質量%、
GeO2成分 0〜7.0質量%、
Al2O3成分 0〜10.0質量%、
Ga2O3成分 0〜20.0質量%、
Bi2O3成分 0〜40.0質量%、
TeO2成分 0〜15.0質量%、
Sb2O3成分 0〜3.0質量%
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1100〜1500℃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。
本発明の光学ガラスは、高屈折率及び高アッベ数(低分散)を有することが好ましい。特に、本発明の光学ガラスの屈折率(nd)は、好ましくは1.75、より好ましくは1.80、さらに好ましくは1.83、さらに好ましくは1.86、さらに好ましくは1.89を下限とする。この屈折率の上限は、好ましくは2.20、より好ましくは2.15、さらに好ましくは2.10であってもよい。また、本発明の光学ガラスのアッベ数(νd)は、好ましくは30、より好ましくは32、さらに好ましくは33を下限とし、好ましくは45、より好ましくは40、さらに好ましくは37を上限とする。
このような高屈折率を有することで、光学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。また、このような低分散を有することで、単レンズであっても光の波長による焦点のずれ(色収差)が小さくなる。加えて、このような低分散を有することで、例えば高分散(低いアッベ数)を有する光学素子と組み合わせた場合に、高い結像特性等を図ることができる。
従って、本発明の光学ガラスは、光学設計上有用であり、特に高い結像特性等を図りながらも、光学系の小型化を図ることができ、光学設計の自由度を広げることができる。
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70%を示す波長(λ70)は、好ましくは500nm、より好ましくは450nm、さらに好ましくは410nmを上限とする。
また、本発明の光学ガラスにおける、厚み10mmのサンプルで分光透過率5%を示す最も短い波長(λ5)は、好ましくは400nm、より好ましくは380nm、さらに好ましくは360nmを上限とする。
これらにより、ガラスの吸収端が紫外領域の近傍になり、可視光に対するガラスの透明性が高められるため、この光学ガラスを、レンズ等の光を透過させる光学素子に好ましく用いることができる。
従って、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6571)、より好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6591)、さらに好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6611)を下限とする。
一方で、本発明の光学ガラスの部分分散比(θg,F)は、好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6971)、より好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6921)、さらに好ましくは(−2.50×10−3×νd+0.6871)を上限とする。
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。
Claims (10)
- モル%で
B2O3成分を22.0%超31.118%以下、
La2O3成分を6.0〜25.0%、
TiO 2 成分を1.0〜10.0%、
WO 3 成分を1.0%超15.0%以下、
SiO 2 成分を1.0%超10.0%未満、
ZrO 2 成分を1.0%超10.0%以下、
Ta 2 O 5 成分を1.0%超12.0%以下、及び
ZnO成分を13.0%超35.0%以下
含有し、
B 2 O 3 成分及びSiO 2 成分の含有量の和が25.0%以上34.114%以下、
モル和(TiO2+WO3+Nb2O5)が2.3〜30.0%、
TiO 2 成分及びNb 2 O 5 成分の含有量の和が4.0%超、
モル比(TiO 2 +WO 3 +Nb 2 O 5 +ZrO 2 +Ta 2 O 5 )/Ln 2 O 3 が1.26以上
であり、
1200℃未満の液相温度を有する光学ガラス。 - モル%で
Nb2O5成分 0〜10.0%
Gd2O3成分 0〜10.0%未満
Y2O3成分 0〜10.0%
Yb2O3成分 0〜10.0%
Lu2O3成分 0〜10.0%
Li2O成分 0〜10.0%
Na2O成分 0〜10.0%
K2O成分 0〜10.0%
MgO成分 0〜10.0%
CaO成分 0〜10.0%
SrO成分 0〜10.0%
BaO成分 0〜10.0%
P2O5成分 0〜10.0%
GeO2成分 0〜10.0%
Al2O3成分 0〜10.0%
Ga2O3成分 0〜10.0%
Bi2O3成分 0〜10.0%
TeO2成分 0〜10.0%
Sb2O3成分 0〜1.0%
である請求項1に記載の光学ガラス。 - Ln 2 O 3 の合計含有量に対するLa 2 O 3 の含有量の比率が0.40以上である請求項1又は2に記載の光学ガラス(式中、LnはLa、Gd、Y、Ybからなる群より選択される1種以上)。
- 1.75以上の屈折率(n d )を有し、30以上45以下のアッベ数(ν d )を有する請求項1から3のいずれかに記載の光学ガラス。
- Ln2O3成分(式中、LnはLa、Gd、Y、Ybからなる群より選択される1種以上)のモル和が6.0%以上40.0%以下、
Rn2O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)のモル和が20.0%以下、
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)のモル和が15.0%以下である請求項1から4のいずれかに記載の光学ガラス。 - モル比(Ln2O3/(SiO2+B2O3))が0.20以上である請求項1から5のいずれか記載の光学ガラス。
- モル比(TiO2+WO3+Nb2O5+ZrO2+Ta2O5)/(SiO2+B2O3))が0.35以上である請求項1から6のいずれか記載の光学ガラス。
- 請求項1から7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1から7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9記載の光学素子を備える光学機器。
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