(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
必須のカチオン成分として、カチオン％表示で、
Ｓｉ４＋が、１以上１０％以下、
Ｂ３＋が、２０以上５０％以下、
Ｚｎ２＋が、４以上２０％以下、
Ｌａ３＋が、１５以上２０％以下、
Ｔａ５＋が、５以上７％以下、
Ｇａ３＋が、０．５以上１０％以下、
Ｗ６＋が、０．５以上１０％以下
を含有している光学ガラスであって、
前記光学ガラスの屈折率（ｎｄ）が１．８以上１．９以下、アッベ数（νｄ）が３５以上４２以下であり、
前記光学ガラスのガラス転移点が６００℃乃至６５０℃であり、
前記光学ガラスのガラス液相温度は、１０００℃以上１１００℃以下であることを特徴とする光学ガラス。
【請求項２】
請求項１の光学ガラスで形成したガラスプリフォームを、６００℃以上８００℃以下のプレス成形温度でプレス成形したことを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等に使用される高精度な光学素子を形成する光学ガラスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラを始めとするカメラの生産量が増すに伴い、精密成形による非球面レンズが多く使われるようになってきている。非球面レンズ等の光学素子を低コストで製造方法としては、溶融ガラスを型に滴下し、この型により成形する方法が知られている。しかしながら、一般に光学ガラスを１０００℃以上の温度に加熱して溶融すると、成形した光学素子に脈理や失透が発生する。このため、脈理や失透が極力少なくなる光学物性を有する光学ガラスが必要となっている。また特にカメラ等の光学性能を向上させるためには、高屈折低分散で脈理や失透が少ない光学ガラスが必要となってきている。
【０００３】
特開昭５６−０７８４４７（特許文献１）には、高屈折低分散の光学ガラスとして、必須成分として、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３を含む光学ガラスが記載されている。また特開平０８−２１７４８４（特許文献２）には、高屈折低分散の光学ガラスとして、必須成分として、Ｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、ＲＯ（ただし、Ｒ＝Ｚｎ、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）を含む光学ガラスが記載されている。また特開２００２−０１２４４３（特許文献３）には、高屈折中分散の光学ガラスとして、必須成分として、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｇａ２Ｏ３、ＷＯ３を含む光学ガラスが記載されている。（実施例１０）
【特許文献１】特開昭５６−０７８４４７
【特許文献２】特開平０８−２１７４８４
【特許文献３】特開２００２−０１２４４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に記載の光学ガラスの組成は、Ｙｂ２Ｏ３を含んでいる。また特許文献２に記載の光学ガラスはＬｕ２Ｏ３を含んでいる。Ｙｂ２Ｏ３やＬｕ２Ｏ３は非常に高価であり、汎用的な光学ガラスの組成としては有効なものではない。
【０００５】
また特許文献３に記載の光学ガラスの組成は、Ｌａ２Ｏ３が３２％、Ｔａ２Ｏ５が４％である。この場合、共に光学ガラスの屈折率を高め、分散を低めることが可能である。しかしながら、Ｌａ２Ｏ３はガラスの高温で揮発しやすいため、１０００℃以上の溶融流出を直接型に供給すると、脈理が発生してしまう。
【０００６】
そこで本発明の目的は、高屈折率低分散の光学特性を有する光学素子を、溶融流出により製造するのに適した光学ガラスを提供することにある。すなわち、安価で脈理や失透が少ない高屈折低分散の高精度な光学ガラスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、前記課題を解決するために、必須のカチオン成分として、カチオン％表示で、Ｓｉ４＋は、１以上１０％以下、Ｂ３＋は、２０以上５０％以下、Ｚｎ２＋は４以上２０％以下、Ｌａ３＋は１５以上２０％以下、Ｔａ５＋は、５以上７％以下、Ｇａ３＋は０．５以上１０％以下、Ｗ６＋は０．５以上１０％以下を含有している光学ガラスであって、前記光学ガラスの屈折率（ｎｄ）が１．８以上１．９以下、アッベ数（νｄ）が３５以上４２以下であり、前記光学ガラスのガラス転移点が６００℃乃至６５０℃であり、前記光学ガラスのガラス液相温度は、１０００℃以上１１００℃以下である光学ガラスを提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光学ガラスによれば、溶融流出の際に脈理、失透が生じ難い、高屈折率で低分散の光学特性を有する高精度な光学素子を、溶融流出により製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の光学ガラスは、溶融炉において１０００℃以上の温度に加熱して溶融される。溶融されたガラスは、溶融炉の下部に形成されたノズルから受型に滴下される。受型に滴下されたガラスは冷却され、ガラスプリフォームもしくは光学素子（レンズ）となる。ガラスプリフォームは、上型、下型の間に供給されプレス成形することで光学素子（レンズ）となる。
【００１１】
光学ガラスにおいて脈理や失透が発生する理由として、液相温度が高いことが知られている。光学ガラスを溶融した後、型に滴下する場合、滴下する温度が液祖温度よりも低くなると、極端に脈理および失透が大きくなる。また、光学ガラスを溶融する温度を１２００℃以上に高めると、溶融炉を形成する白金等が溶融したガラス内に溶け出し、脈理および失透の要因となる。従って液相温度が１１００℃以下であることが望ましい。
【００１２】
また溶融温度が高いと光学ガラスの粘度が下がる。粘度が低すぎると、溶融したガラスを受型に滴下した際に、受型で溶融したガラスを保持できず、ガラスプリフォームもしくは光学素子の形状を作ることが困難となる。この点からも、液相温度を低く保ち、溶融温度を上げないことが重要である。
【００１３】
また、溶融ガラスから形成したガラスプリフォームを、上型、下型の間に供給しプレス成形することで光学素子を製造する場合、ガラス転移温度は低く保つことが有効である。ガラスプリフォームを成形する場合、一端ガラス転移温度以上の温度に加熱してプレス成形しなければならない。ガラス転移温度が高いと、プレス温度が高くなるため、型耐久が低下する要因となる。また低い温度でプレスするためには成形圧力を高める必要がある。これは、型交換等によりコストアップのみではなく、成形した光学素子も面精度にも大きく影響する。従って、型の寿命を延伸しかつ低い成形圧力で精密成形を可能取るために、出来るだけ低いガラス転移温度（Ｔｇ）を有することが望まれている。特に５５０℃以上６５０℃以下が好ましい。またプレス成形温度は、６００℃以上８００℃以下でプレス成形することにより、脈理、失透の少ない非常に高品質な光学素子を成形することができる。
【００１４】
本発明の光学ガラスは、必須成分として、カチオン成分Ｓｉ４＋、Ｂ３＋、Ｚｎ２＋、Ｌａ３＋、Ｔａ５＋、Ｇａ３＋、Ｗ６＋を含有している。また各成分の含有量各必須成分の量は、カチオン％表示で、Ｓｉ４＋が１以上１０％以下、Ｂ３＋が２０以上５０％以下、Ｚｎ２＋が４以上２０％以下、Ｌａ３＋が１５以上２５％％以下、Ｔａ５＋が５以上８％以下、Ｇａ３＋が０．５以上１０％以下、Ｗ６＋が０．５以上１０％以下である。
【００１５】
Ｓｉ４＋はガラス網目形成成分として機能し、ガラスの粘性を高めるとともに、耐失透性を向上させるのに有効な成分である。１％未満では粘性を高める効果が不十分である。また、１０％より多いとガラス転移温度が高くなり、また溶融温度も高くなるため、ガラスの成形精度が低下し、レンズの品質が悪化する。尚Ｓｉ４＋は原料として、ＳｉＯ２を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００１６】
Ｂ３＋はガラス網目形成成分として機能し、ガラスの溶融性の向上させるのに有効な成分である。２０％未満では溶融性を向上させる効果が不十分である。また、５０％以上では耐失透性が不十分であり、また屈折率が低下する。尚Ｂ３＋は原料として、Ｂ２Ｏ３或いはＨ３ＢＯ３を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００１７】
Ｚｎ２＋は、液相温度を上昇させずにガラス転移点を低くする効果が大きい成分である。また高屈折率と低分散性を与えるとともに、耐失透性を向上させ、溶融時の粘性流動温度を低下させる効果がある。４％未満ではその効果が不十分である。また、２０％以上では耐失透性が不十分となり、粘度も低下する。尚Ｚｎ２＋は原料として、ＺｎＯ或いはＺｎＣＯ３を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００１８】
Ｌａ３＋は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効である。１５％未満では屈折率が低下し、２０％以上では耐失透性が低下する。Ｌａ３＋は原料として、Ｌａ２Ｏ３或いは炭酸ランタン或いは硝酸ランタンまたはその水和物を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００１９】
Ｔａ５＋は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効である。５％未満では低分散を保持したまま、高屈折率を維持することが困難となり、７％以上では液相温度が高くなり耐失透性が低下したり、粘度が低くなるためガラスの熔融流出が困難となる。Ｔａ５＋は原料として、Ｔａ２Ｏ５を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００２０】
Ｌａ３＋とＴａ５＋は、共にガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効な原料である。しかしながら、Ｌａ３＋のみ、もしくはＴａ５＋のみとすると、耐失透性が低下したり、粘度の低下を引き起こしてしまう。従って、Ｌａ３＋とＴａ５＋を、バランスよく含んでいることが重要である。
【００２１】
Ｇａ３＋は、液相温度を上昇させずにガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効である。０．５％未満ではその効果が不十分であり、１０％以上では液相温度が上昇する。尚Ｇａ３＋は原料として、Ｇａ２Ｏ３を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００２２】
Ｗ６＋は、液相温度を上昇させずにガラスの屈折率を高めるのに有効である。０．５％未満ではその効果が不十分であり、１０％以上では耐失透性が低下し、可視光領域の透過率が低下する。尚Ｗ６＋は原料として、ＷＯ３を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００２３】
次に本発明の光学ガラスは、必須成分以外の任意成分として、カチオン成分Ｇｄ３＋、Ｇｅ４＋、Ｎｂ５＋、Ｚｒ４＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｓｂ３＋を含有しても良い。また各成分の含有量各必須成分の量は、カチオン％表示で、Ｇｄ３＋が１０％以下、Ｇｅ４＋が１０％以下、Ｎｂ５＋が１０％以下、Ｚｒ４＋が１０％以下、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋の合計含有量が、１０％以下、Ｓｂ３＋が１０％以下である。
【００２４】
Ｇｄ３＋は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるとともに耐失透性の向上に有効である。１０％以上では耐失透性が低下する。尚Ｇｄ３＋は原料として、Ｇｄ２Ｏ３を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００２５】
Ｇｅ４＋は、液相温度を上昇させずにガラスの屈折率を高めるのに有効である。１０％以上では耐失透性が低下する。尚、Ｇｅ４＋は原料として、ＧｅＯ２を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００２６】
Ｎｂ５＋は、ガラスの屈折率を高め、低分散化させるのに有効である。１０％以上では逆に耐失透性が低下する。尚Ｎｂ５＋は原料として、Ｎｂ２Ｏ５を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００２７】
Ｚｒ４＋は、ガラスの屈折率を高めるのに有効である。１０％以上では耐失透性が低下する。尚Ｚｒ４＋は原料として、ＺｒＯ２を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００２８】
Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋は、ガラス転移温度の低下に有効な成分である。特にＬｉ＋は効果が大きい。しかし、耐失透性の低下や屈折率の低下が大きいため、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋の合計含有量は、１０％以下とする。尚Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋は原料として、炭酸塩或いは硝酸塩を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００２９】
Ｓｂ３＋は、ガラスの溶融時の清澄のために添加することができる。３％以上では可視光領域の短波長における透過が低下する。Ｓｂ３＋は原料として、Ｓｂ２Ｏ３を使用することで、光学ガラスに導入することができる。
【００３０】
なお、上記ガラス中に存在する各成分を導入させるために使用される原料は、前記の物質に限定されるものではない。従って、ガラス製造の条件に応じてＡｌ３＋やＢａ２＋などの公知の材料から選択することができる。
【００３１】
尚、光学ガラスの組成としては、環境負荷に非常に大きな成分である砒素化合物Ａｓ３＋を使用することはできない。また汎用的な光学素子（レンズ）の用途には、コストの観点からＹｂ＋３やＬｕ＋３のような高価な材料を使用することは現実的ではない。
【００３２】
（実験例１）
表１に示す実験例１〜実験例８及び比較実験例１、２のガラス原料を用いて、光学素子を製造した。製造方法は、まず表１の各ガラス原料を、秤量、混合し、白金坩堝中で１１００℃から１３００℃で５時間溶融した。溶融後、清澄、撹拌して均質化した後に、１１００℃に加熱した白金パイプを通して受型に滴下した。受型に滴下されたガラスを冷却し、ガラスプリフォームを得た。次にガラスプリフォームを、上型、下型の間に供給し、７００℃に加熱してプレス成形する。そのご冷却し光学素子（レンズ）となる。
【００３３】
【表１】
0005450937.tif 000002
【００３４】
表１に示した各ガラス原料から製造した光学ガラスの各カオチン成分をカチオン％表示で表すと表２にようになる。
【００３５】
【表２】
0005450937.tif 000003
【００３６】
また、実験例１〜実験例８及び比較実験例１、２のガラス原料から成形した光学ガラスの、屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）を、ガラスを徐冷却後に測定した。またガラス転移温度（Ｔｇ）は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０８−２００３（光学ガラスの熱膨張の測定方法）により機械式熱分析装置にて測定した。また液相温度（ＬＴ）は、複数の白金坩堝にガラスを入れて設定温度が異なる温度条件下で、２時間保持後、冷却し、ガラス内部を顕微鏡で観察し、結晶の有無から決定した。その結果を表３に示す。
【００３７】
【表３】
0005450937.tif 000004
【００３８】
表３から分るように、実施例１〜実施例８及び比較例１、２の光学ガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．８以上１．９以下、アッベ数（νｄ）が、３５以上４２以下の高屈折低分散特性を持っている。これはガラス原料としてＬａ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５を所定混合することにより、高屈折低分散を実現するカチオン成分Ｌａ３＋及びＴａ５＋を確保することによる。
【００３９】
実施例１〜実施例８の光学ガラスの液相温度は１１００℃以下であり、ガラスプリフォームに脈理や失透も問題はなかった。また滴下する際の光学ガラスの粘度は、ガラスプリフォームを成形するのに充分な粘性を持っていた。実施例１〜実施例８の光学ガラスのガラス原料として、カチオン成分は、Ｌａ３＋が１５以上２０％以下、Ｔａ５＋が、５以上７％以下である。
【００４０】
これに対して比較例１の光学ガラスは、溶融した時点ですでに失透がひどく、成形するまでもなく、レンズとして不適であった。これは、比較例１のガラス原料としてＬａ２Ｏ３が４５重量％と多く、そのため光学ガラスのカチオン成分Ｌａ３＋が２６．２％と多くなっていることによると思われる。すなわち、カチオン成分Ｌａ３＋が多すぎるため、液相温度が滴下温度よりもはるかに高くなってことによると思われる。
【００４１】
また比較例２の光学ガラスは、液相温度が１１２０℃であり滴下温度１１００℃よりも高くなっている。そのため脈理及び失透が大きくなり、光学素子（レンズ）として使用することができない。これは、比較例２のガラス原料としてＬａ２Ｏ３が３９．２重量％と多く、またＴａ２Ｏ５も１７．２重量％と多い。そのため光学ガラスのカチオン成分Ｌａ３＋が２２．１％、カチオン成分Ｔａ５＋が７．１％と多くなっていることによると思われる。
【００４２】
また比較例３の光学ガラスは、滴下温度における粘度が低く、滴下した溶融ガラスを受型でうけてプリフォームを製造することができなかった。表３の各値は、プリフォームではなくバルクとして成形し測定した。比較例１は、ガラス原料としてＴａ２Ｏ５が２５．６重量％と非常に多く、光学ガラスのカチオン成分Ｔａ５＋が９．１％と多くなっている。これにより滴下温度における溶融ガラスの粘度が低く、プリフォームを成形することができなかった。なお、比較例をバルクを測定したところ、液相温度が１１５０℃であり滴下温度１１００℃よりも高く、脈理及び失透が大きくなった。このことからも比較例３は、光学素子（レンズ）として使用することができない。