(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分の構成として、重量パーセントで、1%＜SiO2＜10%、B2O3を10〜20%、La2O3を25〜35%、Gd2O3を10〜20%、0＜Lu2O3＜5% 、かつ、0.60＜La2O3/（La2O3+ Gd2O3+ Lu2O3）＜0.67、Ta2O5を10〜20%、ZnOを8〜15%、LiO2を0.1〜2%、ZrO2を0.5〜8%、WO3を5〜15%、TiO2を0.1〜3%、Sb2O3を0〜0.2%含有した
ことを特徴とする光学ガラス。
【請求項２】
重量％で、SiO2を2〜6%含有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項３】
重量％で、B2O3を12〜15%含有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項４】
重量％で、La2O3を27〜32%含有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項５】
重量％で、Gd2O3を13〜17%含有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項６】
重量％で、0＜Lu2O3＜2%を含有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項７】
重量％で、ZnOを10〜13%含有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項８】
重量％で、LiO2を0.2〜1%含有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項９】
重量％で、ZrO2を1〜6%含有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項１０】
重量％で、WO3を8〜13%含有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
【請求項１１】
請求項1〜10のいずれかに記載した光学ガラスを用いたことを特徴とするプレス成形用プリフォーム。
【請求項１２】
請求項1〜10のいずれかに記載した光学ガラスを用い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、光学ガラス、プレス成形用プリフォーム、及び光学素子に関する。具体的に言って、高屈折率低分散光学ガラス、当該光学ガラスを用いたプレス成形用プリフォーム、及び当該光学ガラスを用いた光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
高屈折率低分散光学ガラス、特に屈折率が1.88以上、アッベ数が37以上である光学ガラスは光学設計の上で多く応用されている。しかし、一般的に光学ガラスの透過率は屈折率と密接に関連している。屈折率が高くなるにつれて、透過率はますます悪くなり、ガラスの着色はますます悪くなる。
【０００３】
そのほか、ガラス素子を精密プレス成形するには、通常、高温の条件で行わなければならない。そのため、鋳型の表面が酸化、腐食するなどの問題がよく発生し、ローコストの量産ができない。このため、精密プレス成形には、低い転移温度（Ｔｇ）を有するガラスが可能な限り使用される。また、酸、水に強く抵抗しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、屈折率が1.88以上、アッベ数が37以上であり、透過率が優れており、転移温度が低く、精密モールドプレス成形に適する光学ガラスを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光学ガラスは、重量パーセントで、1%＜SiO2＜10%、B2O3を10〜20％、La2O3を25〜35％、Gd2O3を10〜20％、０＜Lu2O3＜5％含有し、さらに、La2O3/（La2O3+ Gd2O3+ Lu2O3）＜0.67、Ta2O5を10〜20% 、ZnOを8〜15%、LiO2を0.1〜2%、ZrO2を0.5〜8%、WO3を5〜15%、TiO2を0.1〜3% 、Sb2O3を0〜0.2%含有することを特徴とする。
【０００６】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、SiO2は2〜6%であることを特徴としてもよい。
【０００７】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、B2O3は12〜15%であることを特徴としてもよい。
【０００８】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、La2O3は27〜32%であることを特徴としてもよい。
【０００９】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、Gd2O3は13〜17%であることを特徴としてもよい。
【００１０】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、0＜Lu2O3＜2%であることを特徴としてもよい。
【００１１】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、0.60＜La2O3/（La2O3+ Gd2O3+ Lu2O3）＜0.67であることを特徴としてもよい。
【００１２】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、ZnOは10〜13%であることを特徴としてもよい。
【００１３】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、LiO2は0.2〜1%であることを特徴としてもよい。
【００１４】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、ZrO2は1〜6%であることを特徴としてもよい。
【００１５】
さらに、上述の光学ガラスは、重量パーセントで、WO3は8〜13%であることを特徴としてもよい。
【００１６】
本発明のプレス成形用プリフォームは、上述の光学ガラスを用いたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光学素子は、上述の光学ガラスを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の有利な効果は下記の通りである。
本発明は高屈折率低分散光学ガラスとして、La2O3、Gd2O3、Lu2O3の含有量を調整することにより、高屈折率と生産安定性を持つガラスを調製することができる。La2O3/（La2O3+ Gd2O3+ Lu2O3）の比率をコントロールことにより、求める光学定数に達し、透過率を有効的に高めることができる。ZnOの導入により、ガラスの転移温度を低下させ、更にガラスの化学的安定性を高めることができる。少量のLiO2の導入により、有効的にガラスの転移温度を低下させることができる。適量のWO3の導入により、透過率をよく改善させることができる。本発明の光学ガラスは、屈折率が1.88以上、アッベ数が37以上、透過率がよく、λ70が385nm以下、ガラスの転移温度が610℃以下、精密モールドプレス成形に適し、そして光学システームと光学設備のイメージングを満足させるものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に本発明の実施例について詳細に説明する。もちろん、下記で説明する実施例は本発明の一部であり、全部の実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、当該技術分野の通常の技術者が創造的労働をしない前提で獲得したその他の実施例は、すべて本発明の保護範囲に属する。
【００２０】
本発明の光学ガラスに含まれるSiO2成分は、ガラスの安定性を向上させ、有効的にガラスの液相粘度を調節し、ガラスの析晶性能を改善させることができる。SiO2の含有量が低すぎれば、上記の効果がよくない。SiO2の含有量が高すぎれば、ガラスの溶融性は悪く、転移温度は高くなる。そのため、SiO2の含有量の範囲は１％よりも多く１０％未満、好ましくは1％よりも多く8％未満、さらに好ましくは2%〜6%に限定する。
【００２１】
ガラスのネットワーク構造を形成する有効な酸化物として、B2O3は高屈折率低分散光学ガラスを調製する必須成分である。B2Oは、有効的にガラスの溶融性を改善させ、溶融温度と粘性流の温度を低減させることができる。B2O3の含有量が高すぎれば、求める高屈折率を満足させない。含有量が低すぎれば、ガラスが安定しない。そのため、B2O3の含有量は少なくとも10%である。そして、B2O3の含有量が20%よりも多い場合は屈折率が低くなり、本発明に求めるガラスを調製できない。そのため、B2O3の含有量は10〜20%、好ましくは11〜18%、さらに好ましくは12〜15%に限定する。
【００２２】
La2O3は高屈折率低分散光学ガラスを調製する重要な成分で、その含有量の範囲は25〜35%である。その含有量が25%以下になる時、屈折率と低分散性が低くなり、35%以上になる時、耐失透性が低くなり、安定的にガラスを調製できない。そのため、好ましくは27〜32%、さらに好ましくは28〜32%に限定する。
【００２３】
Gd2O3はまたガラスの屈折率を高め、低分散を保つ成分で、適量のGd2O3を添加すると、高屈折率低分散ガラスの耐失透性を改善することができる。その含有量が低すぎれば、上述の効果はよくなく、特に求めるアッベ数を満足させない。その含有量が高すぎれば、耐失透性はかえって悪くなる。そのため、Gd2O3の含有量の範囲は10〜20%で、好ましくは13〜17%に限定する。
【００２４】
そのほか、Lu2O3もガラスの屈折率を高め、アッベ数を増大する成分である。しかし、その含有量が高すぎれば、耐失透性は悪化し、ガラスの比重は大きくなる。同時に、Lu2O3は高価な希土類酸化物であるため、その含有量の範囲は0％よりも多く5%未満、好ましくは0%よりも多く2%未満に限定する。
【００２５】
本発明者らは積極的な研究を通じて、La2O3、Gd2O3とLu2O3三種類の高屈折率の希土類酸化物を同時にガラスの中に添加した時、有効的に高屈折率低分散酸化物がガラスでの安定的な溶解度を増加することを見いだした。特にそれらの含有量の割合を調整することにより、La2O3/（La2O3+ Gd2O3+ Lu2O3）＜0.67を限定し、好ましくは0.60よりも大きく0.67未満に限定すると、ガラスの屈折率(nd)が1.88以上、アッベ数は37以上に達し、その上、ガラスの透過率がよく、安定的に量産することができる。上述の効果は0％よりも多く2%未満のLu2O3を添加した後更に良好であることを見出した。
【００２６】
Ta2O5は高屈折率ガラスを調製する成分で、またガラスの耐失透性を明らかに高めることができる。しかし、その含有量が高すぎれば、ガラスのアッベ数が小さくなり、しかも貴重な金属酸化物であるため、その使用量の範囲は10〜20%、好ましくは10.5〜15%に限定する。
【００２７】
ZnOは、有効的にガラスの転移温度を低下させ、また高屈折率低分散光学ガラスを得るための必要成分で、ガラスの耐失透性を改善しその粘性流の温度を下げることができ、またガラスの化学的安定性を高め、結晶化を抑えることができる。その含有量は8%以上に達しなければならない。そうでなければガラスの溶融性が悪くなり、かつ化学的安定性は悪化する。また、その含有量は15%以下にコントロールしなければならない。そうでなければ本発明に求める最終製品を調製することができない。そのため、その含有量の範囲は8〜15%、好ましくは10〜13%に限定する。
【００２８】
少量のLi2Oは、有効的にガラスの転移温度（Tg）を低下させ、ガラスの溶融性を改善することができる。しかし、使用量が多すぎれば、ガラスの屈折率を低下させ、安定性も低下する。そのため、その含有量の範囲は0.1〜2%、好ましくは0.2〜1%に限定する。
【００２９】
適量のZrO2は、ガラスの耐失透性を改善し、有効的にガラスの高温粘度を低下させ、化学的安定性を高めることができる。そのため、ZrO2の含有量は少なくとも0.5%で、そうでなければその効果がよくない。その含有量は8%以下にコントロールしなければならない。そうでなければガラスが結晶化しやすくなる。そのため、その含有量の範囲は0.5〜8%、好ましくは1〜6%、さらに好ましくは2〜5%に限定する。
【００３０】
WO3はガラスの屈折率を高め、ガラスの析晶性能を改善する効果を持つので、適量のWO3は可視光線の短波長域の光線透過率を改善することができる。しかし、本発明の中で、WO3の含有量は15%よりも多くなると、透過率はかえって悪くなり、ガラスの析晶性能は悪くなる。そのため、WO3の含有量の範囲は5〜15%、好ましくは8〜13%に限定する。
【００３１】
本発明の中で、少量のTiO2はWO3に取って代わると、ガラスの屈折率が高くなり、分散比が低くなる。しかし、TiO2とWO3が共存する時、その含有量は3%よりも多くなると、ガラスの透過率は悪化する。そのため、TiO2の含有量の範囲は0.1〜3%、好ましくは0.5〜2%に限定する。
【００３２】
ガラスが溶融する時、Sb2O3は脱泡の役割を果たす。しかし、その含有量が高すぎれば、可視光線の短波長域の透過率は悪くなる。そのため、Sb2O3の含有量の上限は0.2%、好ましくは0.1%、さらに好ましくは0.05%に限定する。
【００３３】
本発明の通り、以下のプロセスによって光学ガラスを調製する。
上述の各成分の酸化物、水酸化物、炭酸塩あるいは硝酸塩を原料にして、十分に混合した後プラチナ製るつぼの内に入れて、1200〜1400℃好ましくは1250〜1350℃の条件で溶解し、透明化し、均質化した後、溶融ガラスが得られる。以上の溶融ガラスを1100℃以下に下がった後、予熱した金属型の内に流し込み、600℃の条件で、金属型の内の溶融ガラスをゆっくりとアニールして、光学ガラスを作製する。
【００３４】
以下の方法の通り光学ガラスの性能をテストする。
屈折率（nd）とアッベ数（υd）は−30℃/hのアニールした値で、『GB/T 7962.1-1987』が提供した無色光学ガラスの屈折率と分散比のテスト方法によってその屈折率とアッベ数をテストする。
【００３５】
ガラスを厚さが10mm±0.1 mmであるサンプルに作成した後、透過率が70%になる時の波長λ70をテストする。
【００３６】
転移温度（Tg）は『GB/T7962.16―1987無色光学ガラスのテスト方法 線膨張係数、転移温度と降伏点温度』によってテストする。つまり、固定範囲で温度が1℃ごとに上がる時、サンプルの膨張曲線の上に、低温領域と高温領域の直線を延ばし、その交差した交点が対応した温度である。
【００３７】
テストによって、本発明の光学ガラスは以下の性能を持っている。たとえば、屈折率は1.88以上、アッベ数は37以上、透過率が70%になる時の波長λ70は385nm以下、転移温度は610℃以下である。
【００３８】
本発明の光学ガラスは高屈折率低分散の光学定数、良好な透過率と低い転移温度を特徴とする。具体的に、屈折率の範囲は1.88以上で、好ましくは1.88〜1.90である。アッベ数の範囲は37以上で、好ましくは37〜40で、さらに好ましくは37〜38である。透過率が70%になる時の波長λ70は385nm以下である。転移温度は610℃以下で、好ましくは605℃以下で、もっと好ましくは602℃以下である。
【００３９】
本発明の光学ガラスは圧力成形用ガラスプリフォームとして利用することができる。あるいは直接的に溶融ガラスを圧力成形することができる。ガラスプリフォームとしての調製方法および熱成形方法は特別な制限がないで、普通の調製方法および成形方法を使うことができる。
【００４０】
その他、本発明の光学ガラスで造ったガラスプリフォームをプレス加工し、光学素子を調製することができる。あるいは直接的に溶融、軟化した光学ガラスをプレス加工し、光学部品を調製することができる。
【００４１】
その他、光学部品は、また両凸、両凹、平凸、平凹、凹凸などのレンズ、反射鏡、プリズム、回折格子などとして利用することができる。
【００４２】
以下、本発明の実施例を説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限られない。
以下のプロセスの通り、表1〜2に示した成分によって光学ガラスを調製する。
表1〜2が実施例のガラス成分を示す。上述の各成分の酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物を原料にして、ガラス化後の表1〜2の分量のように量って、十分に混合した後プラチナ製るつぼの内に入れて、1250〜1350℃の条件で溶解し、透明化し、均質化した後、溶融ガラスが得られる。以上の溶融ガラスを1100℃以下に下がった後、予熱した金属型の内に流し込み、600℃の条件で、金属型の内の溶融ガラスをアニールして、光学ガラスを作製する。
【００４３】
光学ガラスの性能をテストした結果は表1〜2の通りである。表1〜2は本発明の実施例によって調製した光学ガラスの性能パラメーターである。
【００４４】
【表１】
0005813233.tif 000002
【００４５】
【表２】
0005813233.tif 000003
【００４６】
表1〜2によると、本発明の光学ガラスは高屈折率、良好な透過率と良好な化学的安定性を備えることが分かる。