(57)【要約】【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、熱衝撃による破損が生じ易い用途にも用いることが可能な光学ガラスを提供する。【解決手段】光学ガラスは、酸化物基準の質量％で、ＳｉＯ２成分を３０．０〜８０．０％、Ｂ２Ｏ３成分を１．０〜３０．０％及びＲｎ２Ｏ成分（式中、ＲｎはＬｉ、Ｎａ、Ｋの少なくともいずれかである）を１．０〜３０．０％含有し、屈折率（ｎｄ）が１．４７〜１．５４、アッベ数（νｄ）が６０〜６８の範囲の光学定数を有し、−３０〜＋７０℃における平均線膨張係数α［×１０−７／℃］と、ヤング率Ｅ［×１０８Ｎ／ｍ２］と、の積α×Ｅが６００００以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物基準の質量％で、
ＳｉＯ２成分  ３０．０〜８０．０％、
Ｂ２Ｏ３成分  １．０〜３０．０％及び
Ｒｎ２Ｏ成分（式中、ＲｎはＬｉ、Ｎａ、Ｋの少なくともいずれかである）  １．０〜３０．０％であり、
屈折率（ｎｄ）が１．４７〜１．５４、アッベ数（νｄ）が６０〜６８の範囲の光学定数を有し、
−３０〜＋７０℃における平均線膨張係数α［×１０−７／℃］と、ヤング率Ｅ［×１０８Ｎ／ｍ２］と、の積α×Ｅが６００００以下である光学ガラス。
【請求項２】
光の照射によって加熱される光学機器に用いられる、請求項１記載の光学ガラス。
【請求項３】
監視カメラ、アクションカメラ、レーザプロジェクタ、ヘッドライト又は車載用カメラの用途に用いられる、請求項１又は２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、光学ガラスに関し、より具体的には耐熱衝撃性の高い光学ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ガラスは、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において用いられており、これらの機器において、光学系を構成するレンズやプリズム等の用途に用いられている。
【０００３】
ここで、屈折率（ｎｄ）が１．４７〜１．５４、アッベ数（νｄ）が６０〜６８の範囲の光学定数を有する光学ガラスとしては、特許文献１〜４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２００１−０８９１８３号公報
【特許文献２】特開２００２−０２０１３６号公報
【特許文献３】特開２００２−３５６３４８号公報
【特許文献４】特開２００３−３４１５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、プロジェクタの用途においては、２０１３年ごろから、光源として白熱光に代わってレーザ光源が用いられるようになり、直進性が高く、エネルギー量及びエネルギー密度の高いレーザ光が、レンズやプリズムを構成する光学ガラスに当たることで光学ガラスが急激に加熱され、その熱衝撃によって光学ガラスが破損する問題が生じるようになった。
【０００６】
加えて、光源としてレーザ光源が用いられるようになることで、光学系の小型化がより一層進むこととなり、レーザ光源を用いたレーザプロジェクタの小型化もより一層進むこととなった。他方で、レーザ光源による排熱は白熱光と比べても大きいため、光学系ひいては光学機器の全体が熱を持ちやすくなり、それによりレンズやプリズムを構成する光学ガラスが加熱され、その熱衝撃によっても光学ガラスが破損していた。
【０００７】
このような熱衝撃による光学ガラスの破損の問題は、監視カメラ、アクションカメラ、車載用カメラ又はヘッドライトの用途においても生じていた。特に、屋外で用いられるこれらの用途では、直射日光によって光学ガラスや光学機器全体が急激に加熱されたり、加熱された後に雨等の水によって急冷されたりするため、熱衝撃によって光学ガラスが破損する同様の問題が生じていた。
【０００８】
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、熱衝撃による破損が生じ易い用途にも用いることが可能な光学ガラスを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、ＳｉＯ２成分とＢ２Ｏ３成分、アルカリ金属成分を含有する光学ガラスにおいて、耐熱衝撃性の高い光学ガラスが得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。
【００１０】
（１）  酸化物基準の質量％で、
ＳｉＯ２成分  ３０．０〜８０．０％、
Ｂ２Ｏ３成分  １．０〜３０．０％及び
Ｒｎ２Ｏ成分（式中、ＲｎはＬｉ、Ｎａ、Ｋの少なくともいずれかである）  １．０〜３０．０％であり、
屈折率（ｎｄ）が１．４７〜１．５４、アッベ数（νｄ）が６０〜６８の範囲の光学定数を有し、
−３０〜＋７０℃における平均線膨張係数α［×１０−７／℃］と、ヤング率Ｅ［×１０８Ｎ／ｍ２］と、の積α×Ｅが６００００以下である光学ガラス。
【００１１】
（２）  光の照射によって加熱される光学機器に用いられる、（１）記載の光学ガラス。
【００１２】
（３）  監視カメラ、アクションカメラ、レーザプロジェクタ、ヘッドライト又は車載用カメラの用途に用いられる、（１）又は（２）記載の光学ガラス。
【発明の効果】
【００１３】
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、熱衝撃による破損が生じ易い用途にも用いることが可能な光学ガラスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光学ガラスが好適に用いられる、レーザプロジェクタの光学系の構造を示す模式断面図である。
【図２】本発明の光学ガラスが好適に用いられる、輸送機用ヘッドライトの構造を示す模式断面図である。
【図３】本発明の光学ガラスが好適に用いられる、車載カメラの光学系の構造を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の光学ガラスは、光学ガラスは、酸化物基準の質量％で、ＳｉＯ２成分を３０．０〜８０．０％、Ｂ２Ｏ３成分を１．０〜３０．０％及びＲｎ２Ｏ成分（式中、ＲｎはＬｉ、Ｎａ、Ｋの少なくともいずれかである）を１．０〜３０．０％含有し、屈折率（ｎｄ）が１．４７〜１．５４、アッベ数（νｄ）が６０〜６８の範囲の光学定数を有し、−３０〜＋７０℃における平均線膨張係数α［×１０−７／℃］と、ヤング率Ｅ［×１０８Ｎ／ｍ２］と、の積α×Ｅが６００００以下である。ＳｉＯ２成分とＢ２Ｏ３成分、アルカリ金属成分を含有する光学ガラスにおいて、耐熱衝撃性の高い光学ガラスが得られる。そのため、屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）が所望の範囲内にありながら、熱衝撃による破損が生じ易い用途にも用いることが可能な光学ガラスを得ることができる。
【００１６】
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。
【００１７】
≪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。
【００１８】
＜必須成分、任意成分について＞
ＳｉＯ２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り、ガラスの平均線膨張係数を小さくする成分である。また、ガラスの化学的耐久性を高められる成分である。
特に、ＳｉＯ２成分を３０．０％以上含有することで、ガラスの着色を低減でき、耐失透性を高められ、また、化学的耐久性を高めることができる。また、ヤング率を降下させることができる。従って、ＳｉＯ２成分の含有量は、好ましくは３０．０％、より好ましくは４０．０％、さらに好ましくは４６．０％、さらに好ましくは５０．０％、さらに好ましくは５５．０％、さらに好ましくは６０．０％を下限とする。
一方で、ＳｉＯ２成分の含有量を８０．０％以下にすることで、ガラス転移点や屈伏点の上昇を抑え、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８０．０％、より好ましくは７８．０％、さらに好ましくは７４．０％、さらに好ましくは７０．０％、さらに好ましくは６５．０％を上限とする。
【００１９】
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り、熔融粘度を小さくして均質なガラスを得る成分である。
特に、Ｂ２Ｏ３成分を１．０％以上含有することで、ガラスの耐失透性を高められ、且つガラスの分散を小さくできる。また、ヤング率を降下させることが出来る。従って、Ｂ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは１．０％、より好ましくは３．０％、さらに好ましくは６．０％、さらに好ましくは１０．０％、さらに好ましくは１４．０％を下限とする。
一方、Ｂ２Ｏ３成分の含有量を３０．０％以下にすることで、より高い屈折率を得易くでき、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３０．０％、より好ましくは２５．０％、さらに好ましくは２２．０％、さらに好ましくは１９．０％を上限とする。
【００２０】
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）の合計量は、１．０〜３０．０％が好ましい。
特に、この合計量を１．０％以上とすることで、ガラス転移点や屈伏点を下げることができ、また、ガラス作製時の溶融性を向上させることができる。従って、Ｒｎ２Ｏ成分の質量和は、好ましくは１．０％、より好ましくは５．０％、さらに好ましくは８．０％、さらに好ましくは１１．０％、さらに好ましくは１２．５％を下限とする。
他方で、この合計量を３０．０％以下とすることで、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、また、耐失透性を高められる。さらに、ヤング率の大幅な上昇を抑制することができる。従って、Ｒｎ２Ｏ成分の質量和は、好ましくは３０．０％、より好ましくは２６．０％、さらに好ましくは２２．０％、さらに好ましくは１８．０％、さらに好ましくは１６．０％を上限とする。
【００２１】
Ｌｉ２Ｏ成分は、０％超含有する場合に、ガラスの熔融性を改善し、ガラス転移点を低くでき、また、プレス成形時の成形性を高められる任意成分である。従って、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは２．０％、さらに好ましくは４．０％、さらに好ましくは５．５％を下限としてもよい。
他方で、Ｌｉ２Ｏ成分の含有量を２０．０％以下にすることで、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、また、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１５．０％、さらに好ましくは１１．０％、さらに好ましくは８．０％を上限とする。
【００２２】
Ｎａ２Ｏ成分は、０％超含有する場合に、ガラスの熔融性を改善し、ガラスの耐失透性を高め、且つガラス転移点を低くできる任意成分である。
他方で、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でき、ガラスの化学的耐久性を高めることができ、また、ヤング率の大幅な上昇を抑制することができる。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７．０％、さらに好ましくは４．０％を上限とする。
【００２３】
Ｋ２Ｏ成分は、０％超含有する場合に、ガラスの熔融性を改善し、ガラスの耐失透性を高め、且つガラス転移点を低くできる任意成分である。従って、Ｋ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは２．０％、さらに好ましくは６．６％を下限としてもよい。
他方で、Ｋ２Ｏ成分の含有量を２５．０％以下にすることで、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、また、ヤング率の大幅な上昇を抑制することができる。従って、Ｋ２Ｏ成分の含有量は、好ましくは２５．０％、より好ましくは２３．０％、さらに好ましくは２０．０％、さらに好ましくは１７．０％、さらに好ましくは１４．０％、さらに好ましくは９．０％を上限とする。
【００２４】
Ａｌ２Ｏ３成分は、０％超含有する場合に、ガラスの平均線膨張係数を小さくする成分である。また、ガラスの化学的耐久性を高め、且つガラスの分相を抑え、また、耐失透性を高める成分である。従って、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは３．０％、さらに好ましくは５．０％を下限としてもよい。
他方で、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量を２３．０％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、ガラスの屈伏点の上昇を抑え、また、ガラスの成形時における粘度を低くしてプレス成形し易くすることができる。従って、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量は、好ましくは２３．０％、より好ましくは１９．０％、さらに好ましくは１５．０％、さらに好ましくは１０．０％、さらに好ましくは９．０％を上限とする。
【００２５】
ＳｉＯ２成分、Ｂ２Ｏ３成分及びＡｌ２Ｏ３成分の合計量は、５０．０％以上が好ましい。これにより、所望の屈折率及びアッベ数を有し、プレス成形に適した低屈伏点及び粘度が得られ、また、優れた化学的耐久性や耐失透性を得ることができる。従って、質量和（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３）は、好ましくは５０．０％、より好ましくは６０．０％、さらに好ましくは６８．０％、さらに好ましくは７５．０％、さらに好ましくは８３．０％を下限とする。他方で、この合計量は、好ましくは９８．０％、より好ましくは９４．０％、さらに好ましくは９０．０％を上限としてもよい。
【００２６】
ＴｉＯ２成分は、０％超含有する場合に、ガラスのソラリゼーションによる着色を低減し、化学的耐久性を向上し、また、ガラスの屈折率を高く、アッベ数を低く調整し、且つ耐失透性を高められる任意成分である。従って、ＴｉＯ２成分の含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは０．０１％、さらに好ましくは０．０５％、さらに好ましくは０．１０％を下限としてもよい。
他方で、ＴｉＯ２の含有量を１０．０％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られ、また、アッベ数の低下を抑えられる。従って、ＴｉＯ２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％、さらに好ましくは１．０％を上限とする。
【００２７】
Ｎｂ２Ｏ５成分及びＷＯ３成分は、０％超含有する場合に、ガラスの屈折率を高められ、且つ耐失透性を高められる任意成分である。また、ＷＯ３成分は、ガラス転移点を低くできる成分でもある。
他方で、Ｎｂ２Ｏ５成分及びＷＯ３成分の含有量を各々１０．０％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られ、また、アッベ数の低下を抑えられる。従って、Ｎｂ２Ｏ５成分及びＷＯ３成分の含有量は、それぞれ好ましくは１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００２８】
ＺｎＯ成分は、０％超含有する場合に、ガラス転移点や屈伏点を低くでき、成型時の粘度を低く調整することができ、また、化学的耐久性を高められる任意成分である。そのため、ＺｎＯ成分の含有量は、好ましくは０％超、より好ましくは０．１％、さらに好ましくは０．５％を下限としてもよい。
他方で、ＺｎＯ成分の含有量を１５．０％以下にすることで、ガラスの平均線膨張係数を小さくすることができる。また、耐失透性の低下を抑えられる。従って、ＺｎＯ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６．０％、さらに好ましくは４．０％を上限とする。
【００２９】
ＭｇＯ成分、ＣａＯ成分、ＳｒＯ成分及びＢａＯ成分は、０％超含有する場合に、ガラス原料の熔融性やガラスの耐失透性を高められる任意成分である。
他方で、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、ガラスの平均線膨張係数を小さ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、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成分の含有量は、それぞれ好ましくは１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００３０】
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（質量和）は、１２．０％以下が好ましい。これにより、ＲＯ成分の過剰な含有による、ガラスの屈折率の低下や耐失透性の低下を抑えられる。従って、ＲＯ成分の質量和は、好ましくは１２．０％以下、より好ましくは１０．０％未満、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００３１】
Ｌａ２Ｏ３成分、Ｇｄ２Ｏ３成分、Ｙ２Ｏ３成分及びＹｂ２Ｏ３成分は、０％超含有する場合に、ガラスの屈折率を高め、且つアッベ数を高められる任意成分である。
他方で、Ｌａ２Ｏ３成分、Ｇｄ２Ｏ３成分、Ｙ２Ｏ３成分及びＹｂ２Ｏ３成分の各々の含有量を１０．０％以下にすることで、必要以上の屈折率の上昇を抑えられ、また、ガラスの耐失透性を高められる。従って、Ｌａ２Ｏ３成分、Ｇｄ２Ｏ３成分、Ｙ２Ｏ３成分及びＹｂ２Ｏ３成分の含有量は、それぞれ好ましくは１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００３２】
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）の含有量の和（質量和）は、１０．０％以下が好ましい。
この和を１０．０％以下にすることで、必要以上の屈折率の上昇を抑えられ、また、ガラスの耐失透性を高められる。従って、Ｌｎ２Ｏ３成分の質量和は、好ましくは１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００３３】
Ｐ２Ｏ５成分は、０％超含有する場合に、ガラスの耐失透性を高められる任意成分である。
他方で、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られる。従って、Ｐ２Ｏ５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、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００３４】
ＧｅＯ２成分は、０％超含有する場合に、ガラスの屈折率を高め、且つ耐失透性を向上できる任意成分である。しかしながら、ＧｅＯ２は原料価格が高いため、その量が多いと材料コストが高くなる。従って、ＧｅＯ２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、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とし、最も好ましくは含有しない。
【００３５】
ＺｒＯ２成分は、０％超含有する場合に、ガラスの高屈折率化及び低分散化に寄与でき、且つガラスの耐失透性を高められる任意成分である。
他方で、ＺｒＯ２成分の含有量を１０．０％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１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００３６】
Ｔａ２Ｏ５成分は、０％超含有する場合に、ガラスの屈折率を高め、耐失透性を高め、且つ熔融ガラスの粘性を高められる任意成分である。
他方で、高価なＴａ２Ｏ５成分の含有量を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、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１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００３７】
Ｂｉ２Ｏ３成分及びＴｅＯ２成分は、０％超含有する場合に、屈折率を高め、且つガラス転移点を下げられる任意成分である。
一方で、Ｂｉ２Ｏ３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、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。
また、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、Ｂｉ２Ｏ３成分及びＴｅＯ２成分の含有量は、それぞれ好ましくは１０．０％以下、より好ましくは５．０％未満、さらに好ましくは３．０％未満、さらに好ましくは１．０％未満とする。
【００３８】
ＳｎＯ２成分は、０％超含有する場合に、熔融ガラスの酸化を低減して清澄し、且つガラスの可視光透過率を高められる任意成分である。
一方で、ＳｎＯ２成分の含有量を３．０％以下にすることで、熔融ガラスの還元によるガラスの着色や、ガラスの失透を低減できる。また、ＳｎＯ２成分と熔解設備（特にＰｔ等の貴金属）の合金化が低減されるため、熔解設備の長寿命化を図れる。従って、ＳｎＯ２成分の含有量は、好ましくは３．０％、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは０．５％を上限とする。
【００３９】
Ｓｂ２Ｏ３成分は、０％超含有する場合に、熔融ガラスを脱泡できる任意成分である。
一方で、Ｓｂ２Ｏ３成分の含有量が多すぎると、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２．０％、より好ましくは１．０％、さらに好ましくは０．５％を上限とする。
【００４０】
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。
【００４１】
＜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。
【００４２】
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。
【００４３】
また、ＰｂＯ等の鉛化合物及びＡｓ２Ｏ３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。
【００４４】
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。
【００４５】
≪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、酸化物、炭酸塩、硝酸塩及び水酸化物等の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１２００〜１５００℃の温度範囲で２〜４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。
【００４６】
≪物性≫
本発明の光学ガラスは、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アッベ数（νｄ）は、好ましくは６０を下限とし、好ましくは６８、より好ましくは６５を上限とする。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。
【００４７】
また、本発明の光学ガラスの屈折率（ｎｄ）は、好ましくは１．４７、より好ましくは１．４８を下限とする。この屈折率の上限は、好ましくは１．５４、より好ましくは１．５３であってもよい。
【００４８】
本発明の光学ガラスは、このよう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、その場合であっても、熱衝撃による破損が生じ難いガラスである。
特に、本発明の光学ガラスは、−３０〜＋７０℃における平均線膨張係数α［×１０−７／℃］と、ヤング率Ｅ［×１０８Ｎ／ｍ２］との積α×Ｅが６００００以下であることが好ましい。
ガラスを急冷させたときに耐えることができる温度差θは、上記α×Ｅの逆数に比例することが、従来から知られている（Ｅｖｅｒｅｔｔ又はＳｔｏｔｔ・Ｉｒｖｉｎｅの式）。そのため、α×Ｅの数値の小さなガラスであれば、ガラスをより大きな温度差で急激に温度変化させて熱衝撃を与えても、ガラスへの破損を生じ難くすることができる。
【００４９】
本発明の光学ガラスは、平均線膨張係数（α）が小さいことが好ましい。特に、本発明の光学ガラスの−３０〜＋７０℃における平均線膨張係数は、好ましくは１００×１０−７Ｋ−１、より好ましくは９０×１０−７Ｋ−１、さらに好ましくは８０×１０−７Ｋ−１を上限とする。これにより、光学ガラスが局所的かつ急激に温められたとしても、その箇所に蓄積されるストレスが低減されるため、ガラスへの破損を生じ難くすることができる。また、熱膨張による応力に起因した、結像特性等への影響を低減させることができる。
【００５０】
他方で、本発明の光学ガラスは、ヤング率（Ｅ）が小さいものであってもよい。特に、本発明の光学ガラスのヤング率は、好ましくは１１００×１０８Ｎ／ｍ２、より好ましくは１０００×１０８Ｎ／ｍ２、さらに好ましくは９００×１０８Ｎ／ｍ２を上限としてもよい。
【００５１】
本発明の光学ガラスは、可視光透過率、特に可視光のうち短波長側の光の透過率が高く、それにより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％を示す最も短い波長（λ８０）は、好ましくは４００ｎｍ、より好ましくは３７０ｎｍ、さらに好ましくは３５０ｎｍ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３６０ｎｍ、より好ましくは３４０ｎｍ、さらに好ましくは３２０ｎｍを上限とする。
これらにより、ガラスの吸収端が紫外領域に入るようになり、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。また、ガラスに入射する光の吸収が減ることで、入射光のエネルギーによって生じる熱が低減されるため、熱衝撃による破損をより生じ難くすることができる。
【００５２】
本発明の光学ガラスは、比重が小さいことが好ましい。より具体的には、本発明の光学ガラスの比重は４．５０［ｇ／ｃｍ３］以下であることが好ましい。これにより、光学素子の質量が低減されることで、光学素子から光学素子のホルダー等に掛かる力が低減されるため、光学素子の破壊をより低減させることができる。従って、本発明の光学ガラスの比重は、好ましくは４．５０、より好ましくは４．３０、さらに好ましくは４．００、さらに好ましくは３．８０を上限とする。なお、本発明の光学ガラスの比重は、概ね２．００以上、より詳細には２．２０以上であることが多い。
本発明の光学ガラスの比重は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０５−１９７５「光学ガラスの比重の測定方法」に基づいて測定する。
【００５３】
本発明の光学ガラスは、耐失透性が高いことが好ましく、その指標として、低い液相温度を有することが挙げられる。例えば、本発明の光学ガラスの液相温度は、好ましくは１３００℃、より好ましくは１２００℃、さらに好ましくは１１００℃を上限としてもよい。これにより、より低い温度で熔融ガラスを流出しても、作製されたガラスの結晶化が低減されるため、特に熔融状態からガラスを形成したときの失透を低減でき、ガラスを用いた光学素子の光学特性への影響を低減できる。また、ガラスの熔解温度を低くしてもガラスを成形できるため、ガラスの成形時に消費するエネルギーを抑えることで、ガラスの製造コストを低減できる。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、好ましくは５５０℃、より好ましくは６００℃、さらに好ましくは７００℃を下限としてもよい。なお、本明細書中における「液相温度」は、５０ｍｌの容量の白金製坩堝に３０ｃｃのカレット状のガラス試料を白金坩堝に入れて１３５０℃で完全に熔融状態にし、所定の温度まで降温して１２時間保持し、炉外に取り出して冷却した後直ちにガラス表面及びガラス中の結晶の有無を観察し、結晶が認められない一番低い温度を表す。ここで降温する際の所定の温度は、５５０〜１３００℃までの１０℃刻みの温度である。
【００５４】
≪光学ガラスの用途≫
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。
【００５５】
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。その中でも特に、光の照射によって加熱される用途に用いることが好ましく、例えば、監視カメラ、アクションカメラ、レーザプロジェクタ、ヘッドライト又は車載用カメラの用途に用いることが好ましい。
【００５６】
＜レーザ光源を有する装置への用途＞
より具体的には、本発明の光学ガラスから形成したガラス成形体は、レーザ光源からの光によって加熱される用途に用いることが好ましい。このような用途としては、レーザプロジェクタや、レーザ光源を備えた輸送機用のヘッドライトが挙げられる。
【００５７】
［レーザプロジェクタの用途］
このうち、レーザプロジェクタとしては、例えば図１に示すような、光源装置１を備えたものを用いることができる。ここで、光源装置１は、レーザ光を射出する光源１１と、光源１１の光軸上に配置される発光ホイール１４と、発光ホイール１４を回転駆動するホイールモータ１３と、を備え、ホイールモータ１３によって発光ホイール１４を回転駆動して、光源１１からのレーザ光が入射する発光ホイール１４から、例えば赤色、青色及び緑色の光を射出することができる。
【００５８】
ここで、光源１１の射出側にはコリメータレンズ１２が配置されることが好ましく、発光ホイール１４の射出面側には複数のレンズから構成された集光光学系が配置されて導光装置１８に発光ホイール１４からの射出光を入射させている。この集光光学系は、発光ホイール１４の近傍に配置された集光レンズ群１５と、集光レンズ群１５の光軸上に配置されたコンデンサレンズ１６と、コンデンサレンズ１６の光軸上であって導光装置１８の入射面近傍に配置された導光装置入射レンズ１７とから構成されている。
【００５９】
光源１１としては、例えば青色又は紫外光の波長域、つまり、約５００ｎｍ以下のレーザ光を射出するレーザダイオードが用いられるが、これに限定されない。そして、光源１１からの射出光は、例えば、コリメータレンズ１２によって平行光に変換され、発光ホイール１４にレーザ光として照射される。そして、発光ホイール１４からの射出光は、例えば、集光レンズ群１５によって集光された後、コンデンサレンズ１６で更に集光されて導光装置入射レンズ１７に入射する。導光装置入射レンズ１７に入射した光線束は、導光装置１８の入射面に照射されて導光装置１８内に入射し、導光装置１８で均一な強度分布の光にして、その後の光学系に射出してもよく、例えば画像生成ブロックを経て投影側ブロックに射出することができる。
【００６０】
ここで、画像生成ブロックは、導光装置１８から射出された光線束の光軸方向を変更する光軸変更ミラーと、この光軸変更ミラーにより反射した光を表示素子に集光させる複数枚の集光レンズと、これらの集光レンズを透過した光線束を表示素子に所定の角度で照射する照射ミラーと、を備えることができる。
【００６１】
また、投影側ブロックは、表示素子で反射されて画像を形成する光をスクリーンに放出する投影側光学系のレンズ群を有している。より具体的には、固定鏡筒に内蔵する固定レンズ群と、可動鏡筒に内蔵する可動レンズ群とを備えて、ズーム機能を備えた可変焦点型レンズユニットとすることができる。
【００６２】
しかし、このようなレーザプロジェクタは、光源１１から発される青色レーザ光や紫外線レーザ光等のレーザ光が、光学系を構成する光学ガラスに当たることで光学ガラスが急激に加熱され、その熱衝撃が光学ガラスの破損を引き起こしていた。特に、光源１１に最も近いレンズ（図１に示されるコリメータレンズ１２）は、光源１１から発されるレーザ光によって急激に加熱されることが多い。
【００６３】
そこで、本発明の光学ガラスを、レーザプロジェクタの光学系を構成するレンズ等の光学素子、より好ましくは光源装置１を構成する光学素子、さらに好ましくはコリメータレンズ１２に用いることで、これらの光学素子が熱衝撃を受けた場合であっても、熱衝撃による破損を起こり難くすることができる。
【００６４】
また、レーザプロジェクタは、装置全体がより小型化されており、レーザ光源による排熱は白熱光と比べても大きいため、光学系や装置の全体が熱を持ちやすくなり、その際の加熱による熱衝撃が、光学ガラスの破損を引き起こしていた。そのため、本発明の光学ガラスは、光源１１から遠い光学素子、例えば画像生成ブロックにおけるレンズやミラー、投影側ブロックにおけるレンズに用いることも好ましい。
【００６５】
［輸送機用ヘッドライトの用途］
また、輸送機用ヘッドライト２としては、例えば図２に示すように、レーザ光を射出する光源２２と、光源２２の光軸上に配置される波長変換要素２３と、を備え、光源２２からのレーザ光が入射する波長変換要素２３から、白色等の所望の色温度を有する光（複数の単色光の重畳によるものを含む）を射出することができる。
【００６６】
光源２２としては、例えば青色又は紫外光の波長域、つまり、約５００ｎｍ以下のレーザ光を射出するレーザダイオードが用いられるが、これに限定されない。そして、光源１１からの射出光は、例えば、必要に応じて集光レンズ２７を用いて波長変換要素２３の方向に集め、波長変換要素２３にレーザ光として照射する。
【００６７】
そして、波長変換要素２３からの射出光は、必要に応じてリフレクター２４を用いて、射出光の放射方向Ｄ２を輸送機用ヘッドライト２の主要放射方向Ｄ１に光路の方向を転換し、また、輸送機用ヘッドライト２の所望の光像を生成した上で、任意に設けられる透明なカバー部材２８から、光を取り出すことができる。ここで、波長変換要素２３の直前に、又は波長変換要素２３を固定するように導光要素２９を設け、それにより光源２２から来た光を波長変換要素２３に案内してもよい。また、光源２２からの光を波長変換要素２３や導光要素２９に照射したときに生じる反射光を吸収させるため、この反射光の光路上にシールド要素２５を設けてもよい。また、波長変換要素２３をリフレクター２４内に固定するキャリア要素として、クーリングフィン２６を設けてもよい。
【００６８】
しかし、このような輸送機用ヘッドライト２は、光源２２から発される青色レーザ光や紫外線レーザ光等が、集光レンズ２７等の光学系や、カバー部材２８を構成する光学ガラスに当たることで光学ガラスが急激に加熱され、その熱衝撃が光学ガラスの破損を引き起こしていた。特に、光源２２に最も近いレンズ（図２に示される集光レンズ２７）は、光源２２から発されるレーザ光によって加熱されることが多い。
【００６９】
そこで、本発明の光学ガラスを、輸送機用ヘッドライト２の光学系を構成するレンズ等の光学素子、より好ましくは光源２２と波長変換要素２３の間に設けられる集光レンズ２７に用いることで、これらの光学素子が熱衝撃を受けた場合であっても、熱衝撃による破損を起こり難くすることができる。
【００７０】
＜直射日光が照射される装置への用途＞
より具体的には、本発明の光学ガラスから形成したガラス成形体は、直射日光によって加熱される用途に用いることも好ましい。このような用途としては、車載用のカメラや、輸送機用のヘッドライトが挙げられる。
【００７１】
［車載カメラの用途］
このうち、車載カメラは、自動車の車体の外方側に搭載されるカメラであって、図３に示すように、車載カメラ用レンズ（撮像レンズ）３１と、この車載カメラ用レンズ３１が結像する像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）３２と、を有する。このうち、撮像レンズ３１は、複数枚のレンズ等の光学素子によって構成され、物点（被写体）側となる第１レンズ３１ａより被写体からの光束が入射するものである。第１レンズ３１ａより入射した光束は、第２以降のレンズに順次入射し、撮像素子３２の撮像面上において、被写体の像として結像する。
【００７２】
車載カメラとしては、車体の後方部に搭載されて後方の確認に用いられるものや、車体の前方部に搭載されて前方や側方の確認、また、前車との距離の確認に用いられるもの等が挙げられる。
【００７３】
しかし、このような車載カメラは、直射日光を受けると急激に加熱されて車体温度が６０℃以上に達し、また、雨や洗車の水によって急冷されることで、熱衝撃を受けることがある。特に、第１レンズ３１ａは、雨や洗車の水によって急冷されることが多い。
【００７４】
そこで、本発明の光学ガラスを、車載カメラに用いられる撮像レンズ３１、より好ましくは被写体（物点）側の第１レンズ３１ａに用いることで、これらの撮像レンズ３１が熱衝撃を受けた場合であっても、熱衝撃による破損を起こり難くすることができる。
【００７５】
なお、車載カメラ用レンズとしては、複数枚のレンズのうちの少なくとも一の面を非球面としてもよい。これにより、レンズによって生じる収差を減少させ、解像度を向上させること等によって、光学特性の向上を図ることができる。
【００７６】
［輸送機用ヘッドライトの用途］
他方で、上述したような輸送機用ヘッドライトの用途でも、車載カメラの用途と同様に、直射日光を受けると急激に加熱されて車体温度が６０℃以上に達し、また、雨や洗車の水によって急冷されることで、熱衝撃を受けることがある。
【００７７】
そこで、本発明の光学ガラスを、例えば図２に示される輸送機用ヘッドライト２において、カバー部材２８や、集光レンズ２７等の光学要素に用いることで、これらの撮像レンズ３１が急激な加熱や冷却によって熱衝撃を受けた場合であっても、熱衝撃による破損を起こり難くすることができる。
【実施例】
【００７８】
本発明の実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２）及び比較例（Ｎｏ．Ａ）の組成、並びに、これらのガラスの屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、平均線膨張係数αとヤング率Ｅの積、分光透過率が５％及び８０％を示す波長（λ５及びλ８０）並びに比重の結果を表１〜表２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。
【００７９】
本発明の実施例及び比較例のガラスは、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１２００〜１５００℃の温度範囲で２〜４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。
【００８０】
実施例及び比較例のガラスの屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は、ヘリウムランプのｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する測定値で示した。また、アッベ数（νｄ）は、上記ｄ線の屈折率と、水素ランプのＦ線（４８６．１３ｎｍ）に対する屈折率（ｎＦ）、Ｃ線（６５６．２７ｎｍ）に対する屈折率（ｎＣ）の値を用いて、アッベ数（νｄ）＝［（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）］の式から算出した。
【００８１】
また、実施例及び比較例のガラスの平均線膨張係数（α）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」に従い、−３０〜＋７０℃における平均線膨張係数を求めた。また、実施例及び比較例のガラスのヤング率（Ｅ）を超音波法により測定し、平均線膨張係数（α）とヤング率（Ｅ）の積を求めた。
【００８２】
また、実施例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、λ５（透過率５％時の波長）及びλ７０（透過率７０％時の波長）を求めた。
【００８３】
また、実施例及び比較例のガラスの比重は、日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０５−１９７５「光学ガラスの比重の測定方法」に基づいて測定した。
【００８４】
【表１】
2019135201.tif 000003
【００８５】
【表２】
2019135201.tif 000004
【００８６】
表に表されるように、本発明の実施例の光学ガラスは、平均線膨張係数（α）とヤング率（Ｅ）の積（α×Ｅ）が６００００以下、より詳細には５７０００以下であった。他方で、比較例（Ｎｏ．Ａ）のガラスは、平均線膨張係数（α）とヤング率（Ｅ）の積（α×Ｅ）が６００００を上回っていた。
【００８７】
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１．４７〜１．５４、アッベ数（νｄ）が６０〜６８の範囲内にあり、所望の範囲内であった。
【００８８】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ８０（透過率８０％時の波長）がいずれも４００ｎｍ以下、より詳細には３５０ｎｍ以下であった。また、本発明の実施例の光学ガラスは、λ５（透過率５％時の波長）がいずれも３６０ｎｍ以下、より詳細には３２０ｎｍ以下であった。
【００８９】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも比重が４．５０以下、より詳細には３．７０以下であり、所望の範囲内であった。
【００９０】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも−３０〜＋７０℃における平均線膨張係数（α）が１００×１０−７Ｋ−１以下、より詳細には７０×１０−７Ｋ−１以下であり、所望の範囲内であった。
【００９１】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、いずれも失透しておらず、安定なガラスであった。
【００９２】
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、平均線膨張係数（α）とヤング率（Ｅ）の積（α×Ｅ）が小さいことが明らかになった。そのため、本発明の実施例の光学ガラスは、急激な温度変化に強いため、熱衝撃による破損が生じ易い用途にも用いることが可能であると推察される。
【００９３】
また、本発明の実施例の光学ガラスは、着色が少なく、比重が小さいものであることも明らかになった。
【００９４】
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。
【符号の説明】
【００９５】
１        光源装置
１１      光源
１２      コリメータレンズ
１３      ホイールモータ
１４      発光ホイール
１５      集光レンズ群
１６      コンデンサレンズ
１７      導光装置入射レンズ
１８      導光装置
２        輸送機用ヘッドライト
２２      光源
２３      波長変換要素
２４      リフレクター
２５      シールド要素
２６      クーリングフィン
２７      集光レンズ
２８      カバー部材
２９      導光要素
Ｄ１００  主要放射方向
Ｄ２００  放射方向  
３１      撮像レンズ
３１ａ    第１レンズ
３２      撮像素子
【図１】
2019135201.tif 000005
【図２】
2019135201.tif 000006
【図３】
2019135201.tif 000007