(57)【要約】  光学ホウアルミン酸塩ガラス物品は、１０．０モル％以上３０．０モル％以下のＡｌ２Ｏ３；１０．０モル％以上５５．０モル％以下のＣａＯ；１０．０モル％以上２５．０モル％以下のＢ２Ｏ３；０．０モル％以上３０．０モル％以下のＳｉＯ２；及び、１．０モル％以上２０．０モル％以下の屈折率上昇成分を含む。光学ホウアルミン酸塩ガラス物品は、５８９．３ｎｍで測定して、１．６２以上のガラス物品の屈折率、及び４．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する。
2021510671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ホウアルミン酸塩ガラス物品であって、
１０．０モル％以上３０．０モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
１０．０モル％以上５５．０モル％以下のＣａＯ；
１０．０モル％以上２５．０モル％以下のＢ２Ｏ３；
０．０モル％以上３０．０モル％以下のＳｉＯ２；及び
１．０モル％以上２０．０モル％以下の屈折率上昇成分
を含み、
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、５８９．３ｎｍで測定して、１．６２以上の屈折率を有し、かつ
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、４．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する、
光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【請求項２】
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０モル％以上８．０モル％以下のＬａ２Ｏ３を含む、請求項１に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【請求項３】
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０モル％以上２０．０モル％以下のＮｂ２Ｏ５を含む、請求項１又は２に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【請求項４】
ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ／Ａｌ２Ｏ３の比が、モル％で、１．１０以上２．４０以下であり、かつ
Ｂ２Ｏ３／（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の比が、モル％で、０．１５以上である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【請求項５】
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、５８９．３ｎｍで測定して、１．６９以上の屈折率を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【請求項６】
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、２．２５ｇ／ｃｍ３以上４．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【請求項７】
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、１０００℃以上１３５０℃以下の液相温度を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【請求項８】
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０４０ｍｇ／ｍｍ２以下のＡＯ損失を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【請求項９】
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０１５ｍｇ／ｍｍ２以下のナノストリップ２Ｘ試験損失を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【請求項１０】
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、８０℃以上２５０℃以下のＴｘ−Ｔｇ値を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１８年１月１６日出願の米国仮特許出願第６２／６１７，７６７号に対する優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、概して、例えば拡張現実デバイス又は仮想現実デバイス用のディスプレイなどの光学ディスプレイ、光ファイバ、及び光学レンズでの使用に適したガラス組成物に関する。より詳細には、本明細書は、拡張現実デバイス又は仮想現実デバイス用のディスプレイに使用することができるホウアルミン酸塩ガラスを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
この１０年で、高屈折率（すなわち、屈折率（ＲＩ）＞１．６０）の光学ガラスの需要は、拡張現実及び仮想現実デバイスの市場の成長に伴い、増加している。拡張現実又は仮想現実デバイスに用いられるこれらの光学ガラスの他の要件は、可視範囲での良好な透過率、良好なガラス成形性、化学的耐久性、及び比較的低い製造コストである。高屈折率のガラスの製造は、このような高屈折率を必要としないディスプレイガラスの製造とは、かなり異なっている。成形は、高ＲＩガラスで作られた光学物体を調製するために用いられる典型的な方法であり、通常、ディスプレイガラスでは必要とされないであろう、このような光学物体の所望される表面特性を達成するには、研削及び研磨が必要となる。したがって、高ＲＩ光学ガラスの要求は、ディスプレイガラスの要求と同じではなく、光学高ＲＩガラスには、ディスプレイガラスとは異なるガラス組成物が必要になりうる。
【０００４】
拡張現実又は仮想現実デバイスで使用するための光学ガラスの別の要件は、低密度（すなわち、４．００ｇ／ｃｍ３未満の密度）である。多くの拡張現実又は仮想現実デバイスはウェアラブルデバイスとして作られるため、デバイスの重量をユーザが保持することとなる。長期間にわたると、比較的軽量のデバイスでさえも、着用が面倒になる可能性がある。したがって、拡張現実又は仮想現実デバイスでの光学ガラスとしての使用には、軽量で低密度のガラスが望ましい。
【０００５】
高屈折率及び低密度に加えて、拡張現実又は仮想現実デバイスで使用する光学ガラスは、洗浄及びさまざまな環境条件に耐えることができるような良好な化学的耐久性、成形中のガラスの反りを制限するための低熱膨張、並びに、拡張現実又は仮想現実デバイスでの使用中に光学ガラスが損傷するのを防ぐことができる他の機械的特性も有しうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、上記の属性を有し、拡張現実又は仮想現実デバイスにおける使用に適しているガラスが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の実施形態によれば、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品は、１０．０モル％以上３０．０モル％以下のＡｌ２Ｏ３；１０．０モル％以上５５．０モル％以下のＣａＯ；１０．０モル％以上２５．０モル％以下のＢ２Ｏ３；０．０モル％以上３０．０モル％以下のＳｉＯ２；及び、１．０モル％以上２０．０モル％以下の屈折率上昇成分を含む。光学ホウアルミン酸塩ガラス物品は、５８９．３ｎｍで測定して、１．６２以上のガラス物品の屈折率、及び４．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する。
【０００８】
追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部には、その説明から当業者に容易に明らかとなり、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含めた本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識されよう。
【０００９】
前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも、さまざまな実施形態を説明しており、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。添付の図面は、さまざまな実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載されるさまざまな実施形態を例証しており、その説明とともに、特許請求の範囲の主題の原理及び動作を説明する役割を担う。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書に開示及び説明される実施形態による、ガラス転移温度における、及び再加熱に対する熱安定性における、Ｂ２Ｏ３の影響を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これより、さまざまな実施形態による光学ホウアルミン酸塩ガラスを詳細に参照する。ホウアルミン酸塩ガラスは、例えば、アルカリ金属による攻撃（腐食）に対する良好な耐性、例えば約８００ｃｍ−１などの比較的低い最大フォノンエネルギー（ＭＯＰＥ）、非常に低い散乱損失（例えば、レイリー散乱値）、良好な赤外線透過、例えば約６μｍなどの長波長カットオフ、及び優れた機械的特性、例えば約９０ＭＰａの引張強度など、従来のケイ酸塩ガラスと比べて、多くの利点を有している。さらには、ホウアルミン酸塩ガラスは、紫外線（ＵＶ）放射に対して感光性であり、測光装置として開発される可能性がある。
【００１２】
ホウアルミン酸塩ガラスの構造及び高い脆弱性指数（ｍ）、例えば６０を超えるｍもまた、基本的に重要である。ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３二元状態図の共晶点（モル％で６４ＣａＯ−３６Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比は約１．７８である）では、平均Ａｌ配位数は約４．２であり、したがって、ＡｌＯ４四面体がホウアルミン酸カルシウムガラスの構造内の主要なネットワーク形成剤である。一部のホウアルミン酸カルシウムガラスでは、Ａｌ２Ｏ３に富む組成物中に５倍及び６倍に配位したＡｌ３＋イオンが存在すると、ガラス形成能が低下すると予想される。
【００１３】
さまざまな用途におけるホウアルミン酸塩ガラスの主な制限は、例えば１３００℃を超える高い液相線温度、例えば１５ポアズ（約１．５Ｐａ・ｓ）未満などの低い液相線粘度であり、したがって、失透傾向が強いことである。従来のケイ酸塩ガラスと比較して、非ケイ酸塩ホウアルミン酸塩ガラスの粘度が低いことにより、光学材料への適用が制限される。アルカリ酸化物、アルカリ土類、ＳｉＯ２、及びＢ２Ｏ３を少量添加すると、ホウアルミン酸塩ガラスのガラス形成能と熱安定性が大幅に向上しうるが、最適な光学特性が犠牲となる。ホウアルミン酸カルシウムガラスへのＢ２Ｏ３及びＳｉＯ２の添加により、ガラス構造を安定させ、ガラスの熱安定性を向上させることができる。例えば１５モル％未満などの少量のＳｉＯ２をホウアルミン酸カルシウムガラスに導入すると、Ｔｇが増加し、ガラス状ネットワークの接続性が改善され、したがって、ガラスの形成及び安定性が改善されると考えられる。しかしながら、例えば３０モル％を超える、あるいは、幾つかの実施形態では１５モル％を超える、大量のＳｉＯ２は、主な失透相を１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３から２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２に変化させ、ＳｉＯ２を大量に添加するとガラスの熱安定性が低下するであろう。二価カチオンの種もまた、ホウアルミン酸塩ガラスの結晶化挙動及び熱安定性に影響を与える。ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３共晶組成物と比較して、さまざまな改質剤酸化物（ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯ）をＣａＯで部分置換することにより、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）及びＸ線回折（ＸＲＤ）で示されるガラスの熱安定性が改善された。
【００１４】
本明細書に記載されるガラス組成物の実施形態では、構成成分（例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３など）の濃度は、特に明記しない限り、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で与えられる。実施形態による光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物の成分は、以下に個別に論じられる。一の構成成分のさまざまに記載された範囲のいずれかは、他の任意の構成成分についてさまざまに記載された範囲のいずれかと個別に組み合わせることができるものと理解されたい。
【００１５】
本明細書に記載される光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物の実施形態では、Ａｌ２Ｏ３は最大の構成成分であり、したがって、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス組成物から形成されるガラスネットワークの主な構成成分である。Ａｌ２Ｏ３は、ガラス組成物から形成されたガラス溶融物中のそのＡｌＯ４四面体及び／又はＡｌＯ６八面体配位に起因して、ガラス組成物の粘度を増加させることができ、Ａｌ２Ｏ３の量が多すぎるとガラス組成物の成形性を低下させる。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３の濃度が他のガラスネットワーク形成剤の濃度及びガラス組成物中のアルカリ酸化物の濃度に対してバランスをとっている場合、Ａｌ２Ｏ３は液相粘度を高めることができ、ある特定の成形プロセスとのガラス組成物の相容性を改善することができる。実施形態では、ガラス組成物は、概して、Ａｌ２Ｏ３を、１０．０モル％以上３０．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ａｌ２Ｏ３を、１２．０モル％以上、１４．０モル％以上、１６．０モル％以上、１８．０モル％以上、２０．０モル％以上、２２．０モル％以上、２４．０モル％以上、２６．０モル％以上、又は２８．０モル％以上の量で含む。実施形態では、ガラス組成物は、Ａｌ２Ｏ３を、２８．０モル％以下、２６．０モル％以下、２４．０モル％以下、２２．０モル％以下、２０．０モル％以下、１８．０モル％以下、１６．０モル％以下、１４．０モル％以下、又は１２．０モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ガラス組成物は、Ａｌ２Ｏ３を、１２．０モル％以上２８．０モル％以下、例えば、１４．０モル％以上２６．０モル％以下、１６．０モル％以上２４．０モル％以下、又は１８．０モル％以上２２．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００１６】
Ａｌ２Ｏ３と同様に、Ｂ２Ｏ３をガラスネットワーク形成剤としてガラス組成物に添加し、それによって、ガラス組成物の溶融性及び成形性を増加又は増強させることができる。Ａｌ２Ｏ３と同様に、ホウ素は、主に、ＢＯ４四面体形態で存在しうる。したがって、Ｂ２Ｏ３は、これらの特性を過度に低下させずに、ガラスの熱安定性を高めることができる量で添加することができる。実施形態では、ガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３を、１０．０モル％以上２５．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含みうる。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３を、１２．０モル％以上、１４．０モル％以上、１６．０モル％以上、１８．０モル％以上、２０．０モル％以上、２２．０モル％以上、又は２４．０モル％以上の量で含む。実施形態では、ガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３を、２４．０モル％以下、２２．０モル％以下、２０．０モル％以下、１８．０モル％以下、１６．０モル％以下、１４．０モル％以下、又は１２．０モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３を、１２．０モル％以上２４．０モル％以下、１４．０モル％以上２２．０モル％以下、又は１６．０モル％以上２０．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００１７】
本明細書に記載される光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物の実施形態では、ＳｉＯ２を追加のガラスネットワーク形成剤として添加することができる。純粋なＳｉＯ２は比較的低いＣＴＥを有する。しかしながら、純粋なＳｉＯ２は高い融点を有する。よって、ＳｉＯ２の添加はガラスの熱安定性を高めることができる。したがって、高濃度のＳｉＯ２はガラスの溶融の困難さを増大させ、これが次にガラスの成形性に悪影響を与えることから、ガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度が高すぎると、ガラス組成物の成形性は低下しうる。実施形態では、ガラス組成物は、概して、ＳｉＯ２を、０．０モル％以上３０．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。好ましくは、ＳｉＯ２の量は、０より大きく、例えば０．１モル％より大きい。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＳｉＯ２を、０．６モル％以上、１．０モル％以上、２．０モル％以上、４．０モル％以上、６．０モル％以上、８．０モル％以上、１０．０モル％以上、１２．０モル％以上、１４．０モル％以上、１６．０モル％以上、１８．０モル％以上、２０．０モル％以上、２２．０モル％以上、２４．０モル％以上、２６．０モル％以上、又は２８．０モル％以上の量で含む。実施形態では、ガラス組成物は、ＳｉＯ２を、２８．０モル％以下、２６．０モル％以下、２４．０モル％以下、２２．０モル％以下、２０．０モル％以下、１８．０モル％以下、１６．０モル％以下、１４．０モル％以下、１２．０モル％以下、１０．０モル％以下、８．０モル％以下、６．０モル％以下、４．０モル％以下、２．０モル％以下、１．０モル％以下、又は０．５モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ガラス組成物は、ＳｉＯ２を、０．５モル％以上２８．０モル％以下、１．０モル％以上２６．０モル％以下、２．０モル％以上２４．０モル％以下、４．０モル％以上２２．０モル％以下、６．０モル％以上２０．０モル％以下、８．０モル％以上１８．０モル％以下、１０．０モル％以上１６．０モル％以下、又は１４．０モル％以上１６．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００１８】
ガラスネットワーク形成剤に加えて、ＣａＯの添加によりガラスの粘度が低下し、成形性、歪み点、及びヤング率が向上する。しかしながら、ガラス組成物に添加するＣａＯが多すぎると、ガラス溶融物は冷却時に結晶化し、失透する可能性がある。ガラス中のＣａＯの他の影響については、上で論じている。実施形態では、ガラス組成物は、概して、ＣａＯを、１０．０モル％以上５５．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＣａＯを、１２．０モル％以上、１４．０モル％以上、１６．０モル％以上、１８．０モル％以上、２０．０モル％以上、２２．０モル％以上、２４．０モル％以上、２６．０モル％以上、２８．０モル％以上、３０．０モル％以上、３２．０モル％以上、３４．０モル％以上、３６．０モル％以上、３８．０モル％以上、４０．０モル％以上、４２．０モル％以上、４４．０モル％以上、４６．０モル％以上、又は４８．０モル％以上の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＣａＯを、４８．０モル％以下、４６．０モル％以下、４４．０モル％以下、４２．０モル％以下、４０．０モル％以下、３８．０モル％以下、３６．０モル％以下、３４．０モル％以下、３２．０モル％以下、３０．０モル％以下、２８．０モル％以下、２６．０モル％以下、２４．０モル％以下、２２．０モル％以下、２０．０モル％以下、１８．０モル％以下、１６．０モル％以下、１４．０モル％以下、又は１２．０モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＣａＯを、１２．０モル％以上４８．０モル％以下、例えば、１４．０モル％以上４６．０モル％以下、１６．０モル％以上４４．０モル％以下、１８．０モル％以上４２．０モル％以下、２０．０モル％以上４０．０モル％以下、２２．０モル％以上３８．０モル％以下、２４．０モル％以上３８．０モル％以下、２６．０モル％以上３６．０モル％以下、２８．０モル％以上３４．０モル％以下、又は３０．０モル％以上３２．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００１９】
ＢａＯは、ガラスの粘度を下げ、成形性、歪み点、及びヤング率を高め、ガラスのＲＩを改善することができる。しかしながら、ガラス組成物に過剰のＢａＯを添加すると、ガラス組成物の密度と結晶化傾向が増加する。実施形態では、ガラス組成物は、概して、ＢａＯを、０．０モル％以上２５．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＢａＯを、０．５モル％以上、１．０モル％以上、２．０モル％以上、４．０モル％以上、６．０モル％以上、８．０モル％以上、１０．０モル％以上、１２．０モル％以上、１４．０モル％以上、１６．０モル％以上、１８．０モル％以上、２０．０モル％以上、２２．０モル％以上、又は２４．０モル％以上の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＢａＯを、２４．０モル％以下、２２．０モル％以下、２０．０モル％以下、１８．０モル％以下、１６．０モル％以下、１４．０モル％以下  １２．０モル％以下、１０．０モル％以下、８．０モル％以下、６．０モル％以下、４．０モル％以下、２．０モル％以下、１．０モル％以下、又は０．５モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ガラス組成物は、ＢａＯを、０．５モル％以上２４．０モル％以下、例えば、１．０モル％以上２２．０モル％以下、２．０モル％以上２０．０モル％以下、４．０モル％以上１８．０モル％以下、６．０モル％以上１６．０モル％以下、８．０モル％以上１４．０モル％以下、又は１０．０モル％以上１２．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００２０】
ＳｒＯは、ガラスの粘度を下げ、成形性、歪み点、及びヤング率を高め、ガラスのＲＩを改善することができる。しかしながら、ガラス組成物に過剰のＳｒＯを添加すると、ガラス組成物の密度が増加する。実施形態では、ガラス組成物は、概して、ＳｒＯを、０．０モル％以上１．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＳｒＯを、０．１モル％以上、０．２モル％以上、０．３モル％以上、０．４モル％以上、０．５モル％以上、０．６モル％以上、０．７モル％以上、０．８モル％以上、又は０．９モル％以上の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＳｒＯを、０．９モル％以下、０．８モル％以下、０．７モル％以下、０．６モル％以下、０．５モル％以下、０．４モル％以下  ０．３モル％以下、０．２モル％以下、又は０．１モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ガラス組成物は、ＳｒＯを、０．１モル％以上０．９モル％以下、例えば、０．２モル％以上０．８モル％以下、０．３モル％以上０．７モル％以下、又は０．４モル％以上０．６モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００２１】
Ｌａ２Ｏ３を光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物に添加して、光学ホウアルミン酸塩ガラスのＲＩを増加させることができる。しかしながら、ガラス組成物に添加するＬａ２Ｏ３が多すぎると、ガラス組成物の密度が増加し、ガラス溶融物は冷却時に失透しやすくなる。実施形態では、ガラス組成物は、概して、Ｌａ２Ｏ３を、０．０モル％以上８．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｌａ２Ｏ３を、０．２モル％以上、０．５モル％以上、１．０モル％以上、１．５モル％以上、２．０モル％以上、２．５モル％以上、３．０モル％以上、３．５モル％以上、４．０モル％以上、４．５モル％以上、５．０モル％以上、５．５モル％以上、６．０モル％以上、６．５モル％以上、７．０モル％以上、又は７．５モル％以上の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｌａ２Ｏ３を、７．５モル％以下、７．０モル％以下、６．５モル％以下、６．０モル％以下、５．５モル％以下、５．０モル％以下、４．５モル％以下、４．０モル％以下、３．５モル％以下、３．０モル％以下、２．５モル％以下、２．０モル％以下、１．５モル％以下、１．０モル％以下、０．５モル％以下、又は０．２モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ガラス組成物は、Ｌａ２Ｏ３を、０．２モル％以上７．５モル％以下、例えば０．５モル％以上７．０モル％以下、１．０モル％以上６．５モル％以下、１．５モル％以上６．０モル％以下、２．０モル％以上５．５モル％以下、２．５モル％以上５．０モル％以下、又は３．０モル％以上４．５モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００２２】
Ｎｂ２Ｏ５を光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物に添加して、光学ホウアルミン酸塩ガラスのＲＩを増加させることができる。実施形態では、ガラス組成物は、概して、Ｎｂ２Ｏ５を、０．０モル％以上２０．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｎｂ２Ｏ５を、２．０モル％以上、４．０モル％以上、６．０モル％以上、８．０モル％以上、１０．０モル％以上、１２．０モル％以上、１４．０モル％以上、１６．０モル％以上、又は１８．０モル％以上の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｎｂ２Ｏ５を、１８．０モル％以下、１６．０モル％以下、１４．０モル％以下、１２．０モル％以下、１０．０モル％以下、８．０モル％以下、６．０モル％以下、４．０モル％以下、又は２．０モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ガラス組成物は、Ｎｂ２Ｏ５を、２．０モル％以上２０．０モル％以下、例えば４．０モル％以上１８．０モル％以下、６．０モル％以上１６．０モル％以下、８．０モル％以上１４．０モル％以下、又は１０．０モル％以上１２．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００２３】
Ｎｂ２Ｏ５と同様に、ＺｒＯ２を光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物に添加して、光学ホウアルミン酸塩ガラスのＲＩを増加させることができる。実施形態では、ＺｒＯ２は、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物中に、０．０モル％以上５．０モル％以下、例えば、０．１モル％以上２．０モル％以下、又は０．２モル％以上１．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で存在しうる。
【００２４】
同様に、ＴｉＯ２を光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物に添加して、光学ホウアルミン酸塩ガラスのＲＩを増加させることができる。実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物は、０．０モル％以上１５．０モル％以下、例えば、０．５モル％以上１４．５モル％以下、１．０モル％以上１４．０モル％以下、１．５モル％以上１３．５モル％以下、２．０モル％以上１３．０モル％以下、２．５モル％以上１２．５モル％以下、３．０モル％以上１２．０モル％以下、３．５モル％以上１１．５モル％以下、４．０モル％以上１１．０モル％以下、４．５モル％以上１０．５モル％以下、５．０モル％以上１０．０モル％以下、５．５モル％以上９．５モル％以下、６．０モル％以上９．０モル％以下、６．５モル％以上８．５モル％以下、又は７．０モル％以上８．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で存在しうる。
【００２５】
ＳｎＯ２は、光学ホウアルミン酸塩ガラスのＲＩを改善することができ、必要に応じて、光学ホウアルミン酸塩ガラス中に清澄剤として存在することができる。実施形態では、ガラス組成物は、概して、ＳｎＯ２を、０．０モル％以上１．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＳｎＯ２を、０．１モル％以上、０．２モル％以上、０．３モル％以上、０．４モル％以上、０．５モル％以上、０．６モル％以上、０．７モル％以上、０．８モル％以上、又は０．９モル％以上の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、ＳｎＯ２を、０．９モル％以下、０．８モル％以下、０．７モル％以下、０．６モル％以下、０．５モル％以下、０．４モル％以下、０．３モル％以下、０．２モル％以下、又は０．１モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ガラス組成物は、ＳｎＯ２を、０．１モル％以上０．９モル％以下、例えば０．２モル％以上０．８モル％以下、０．３モル％以上０．７モル％以下、又は０．４モル％以上０．６モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００２６】
Ｓｂ２Ｏ３は、光学ホウアルミン酸塩ガラスのＲＩを改善することができ、必要に応じて、光学ホウアルミン酸塩ガラス中に清澄剤として存在することができる。実施形態では、ガラス組成物は、概して、Ｓｂ２Ｏ３を、０．０モル％以上１．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の濃度で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｓｂ２Ｏ３を、０．１モル％以上、０．２モル％以上、０．３モル％以上、０．４モル％以上、０．５モル％以上、０．６モル％以上、０．７モル％以上、０．８モル％以上、又は０．９モル％以上の量で含む。幾つかの実施形態では、ガラス組成物は、Ｓｂ２Ｏ３を、０．９モル％以下、０．８モル％以下、０．７モル％以下、０．６モル％以下、０．５モル％以下、０．４モル％以下、０．３モル％以下、０．２モル％以下、又は０．１モル％以下の量で含む。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ガラス組成物は、Ｓｂ２Ｏ３を、０．１モル％以上０．９モル％以下、例えば、０．２モル％以上０．８モル％以下、０．３モル％以上０．７モル％以下、又は０．４モル％以上０．６モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含む。
【００２７】
上記成分に加えて、光学ホウアルミン酸塩ガラスは、１つ以上の実施形態によれば、例えば、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物を含みうる。アルカリ金属酸化物を添加して、例えば、溶融温度、粘度、機械的強度、及び化学的耐久性など、ガラス組成物のさまざまな特性を変更することができる。実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物中のアルカリ金属酸化物のすべての合計は、０．０モル％以上１０．０モル％以下、例えば、２．０モル％以上８．０モル％以下、又は４．０モル％以上６．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。
【００２８】
上述のＣａＯ及びＢａＯに加えて、例えばＭｇＯ及びＳｒＯなどのアルカリ土類金属酸化物を１つ以上の実施形態による光学ホウアルミン酸塩ガラスに添加して、ガラスの物理的特性及びガラス成形性を変更し、屈折率を増加させることができる。実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物中のＣａＯ及びＢａＯを除くアルカリ土類金属酸化物のすべての合計は、０．０モル％以上５．０モル％以下、例えば、０．１モル％以上２．０モル％以下、又は０．２モル％以上１．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。
【００２９】
屈折率上昇成分は、上述のＬａ２Ｏ３及びＮｂ２Ｏ５に加えて、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、及びＨｆＯ２などの遷移金属酸化物を含む。これらの遷移金属酸化物を実施形態による光学ホウアルミン酸塩ガラスに添加して、屈折率を増加させることができる。実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物中のＬａ２Ｏ３及びＮｂ２Ｏ５を含めたすべての屈折率上昇成分の合計は、１．０モル％以上２０．０モル％以下、例えば、８．０モル％以上１８．０モル％以下、１０．０モル％以上１６．０モル％以下、又は１２．０モル％以上１４．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。
【００３０】
実施形態では、他の成分を少量、清澄剤として光学ボロアルミネートガラスに添加することができる。このような清澄剤には、ＣｅＯ２、Ｆ−、Ｃｌ−、硫酸塩、及び硫化物が含まれる。実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物中のすべての清澄剤の合計は、０．０モル％以上２．０モル％以下、例えば０．２モル％以上１．０モル％以下でありうる。他の実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラスは、清澄剤を、１．０モル％以下、０．７モル％以下、０．５モル％以下、０．２モル％以下、又は０．１モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲の量で含みうる。
【００３１】
幾つかの実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラスは、鉛、ヒ素、及びタリウムのうちの１つ以上を含まなくてよい。
【００３２】
特定の理論に縛られるわけではないが、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物の幾つかの実施形態は、約１．７８のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比を有するＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３二成分系の共晶点付近で形成された。このＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比では、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物の融点は、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３二成分系の最小値又はその近くになる。ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の共晶比を使用して、例えばＢａＯ及びＳｒＯなどの他のアルカリ土類金属を光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物に添加して、ガラス組成物の物理的特性を変更することができる。したがって、実施形態では、ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯの合計のＡｌ２Ｏ３に対する比は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の共晶比に近い。実施形態では、（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ）／Ａｌ２Ｏ３の比は、モル％で、１．１０以上２．４０以下、例えば、１．１５以上２．３５以下、１．２０以上２．３０以下、１．２５以上２．２５以下、１．３０以上２．２０以下、１．３５以上２．１５以下、１．４０以上２．１０以下、１．４５以上２．０５以下、１．５０以上２．００以下、１．５５以上１．９５以下、１．６０以上１．９０以下、１．６５以上１．８５以下、又は１．７０以上１．８０以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲である。
【００３３】
加えて、ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３の合計は、幾つかの実施形態では、４３．０モル％以上、例えば、４５．０モル％以上、５０．０モル％以上、５５．０モル％以上、６０．０モル％以上、６５．０モル％以上、７０．０モル％以上、又は７５．０モル％以上である。幾つかの実施形態では、ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３の合計は、７８．０モル％以下、例えば、７５．０モル％以下、７０．０モル％以下、６５．０モル％以下、６０．０モル％以下、５５．０モル％以下、５０．０モル％以下、又は４５．０モル％以下である。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３の合計は、４３．０モル％以上７８．０モル％以下、例えば、４５．０モル％以上７５．０モル％以下、５０．０モル％以上７０．０モル％以下、又は５５．０モル％以上６５．０モル％以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲である。
【００３４】
本明細書に開示及び説明される光学ホウアルミン酸塩ガラスなどのホウアルミン酸塩ガラスは、ケイ酸塩ガラスとは、又はアルミノケイ酸塩ガラスとでさえ、かなり異なっている。例えば、ケイ酸塩又はアルミノケイ酸塩ガラスとは異なり、ホウアルミン酸塩ガラスは溶融が困難な場合があり、一部には、ＳｉＯ２の量が少なく、Ａｌ２Ｏ３の量が多いために、ホウアルミン酸塩ガラスは、化学的安定性及び耐久性が低下する場合がある。加えて、ホウアルミン酸塩ガラスは、ベースのＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系に成分が添加されたときに、溶融しにくく、形成しにくく、あるいは、ガラス物品への成形に適さないことがありうる。したがって、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３二成分系への成分の添加、例えばＢ２Ｏ３を光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物に添加しても、ガラス転移温度の低下、並びに、光学ホウアルミン酸塩ガラスの化学的耐久性及び化学的安定性の向上は保証されていなかった。しかしながら、本明細書に開示及び説明される量のＢ２Ｏ３をＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３二成分系に加えると、成形可能で、良好な化学的耐久性及び化学的安定性を有し、加熱時により良好な熱安定性を有するガラスをもたらすことを見出した。
【００３５】
（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ）／Ａｌ２Ｏ３の比がこの系の共晶点又はその近くである実施形態でさえも、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物の融点は依然として許容できないほど高くなる場合があり、光学ホウアルミン酸塩ガラスの化学的安定性は十分でない可能性がある。したがって、幾つかの実施形態では、ガラスの成形性及び化学的安定性を改善するために、その系にＢ２Ｏ３が添加される。下記表１は、Ｂ２Ｏ３をＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３二成分系に添加した効果を示している。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１及び図１（表１の結果をグラフの形態で示している）に示されるように、Ｂ２Ｏ３を光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物に添加すると、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低下し、ガラスを再加熱したときの結晶化の開始温度（Ｔｘ）も低下する。しかしながら、Ｂ２Ｏ３をガラス組成物に添加すると、ＴｘとＴｇの差が増加する。また、Ｂ２Ｏ３を添加すると、ホウアルミン酸塩ガラスの液相温度が低下する。
【００３８】
１つ以上の実施形態では、Ｂ２Ｏ３／（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の比は、モル％で、０．１５以上、例えば、０．２０以上、０．２５以上、０．３０以上、０．３５以上、０．４５以上、又は０．５０以上である。（比率が高いほど、ガラス成形性は良好になる。しかしながら、比率が高すぎると、化学的耐久性（例えば、水に対する耐性など）が悪影響を受ける可能性がある）。幾つかの実施形態では、Ｂ２Ｏ３／（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の比は、モル％で、０．５５以下、例えば、０．５０以下、０．４５以下、０．４０以下、０．３５以下、０．３０以下、０．２５以下、又は０．２０以下である。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、Ｂ２Ｏ３／（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の比は、モル％で、０．１５以上０．５５以下、例えば、０．２０以上０．５０以下、０．２５以上０．４５以下、又は０．３０以上０．４０以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲である。
【００３９】
このＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３の三成分系から、他の成分を光学アルミノケイ酸塩ガラスに加えて、例えば光学ホウアルミン酸塩ガラスの屈折率などのガラスのさまざまな光学特性を改善することができることが判明した。特に、遷移金属元素とＬａ２Ｏ３とをホウアルミン酸塩ガラス組成物に添加して、光学ホウアルミン酸塩ガラスのＲＩを向上させることができた。Ｔｇ、透過率、液相温度、及び液相粘度などのガラス組成物の他の特性を妨げることもなく、遷移金属元素及びＬａ２Ｏ３を、ガラス組成物のＲＩを大幅に増加させることができる量でホウアルミン酸塩ガラスに添加することができるということは、事前に想定していなかった。しかしながら、十分な量の遷移金属元素及びＬａ２Ｏ３をガラス組成物に添加して、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物の他の特性を過度に妨げることなく、ＲＩを著しく増加させることができることが分かった。本明細書の実施形態に開示及び説明される光学ホウアルミン酸塩ガラスのさまざまな特性について、以下に論じる。
【００４０】
実施形態に開示される光学ホウアルミン酸塩ガラスの屈折率は、ガラス組成物への遷移金属元素及びＬａ２Ｏ３の添加による影響を受ける可能性がある。特に、ガラス組成物に酸化ランタン及び酸化ニオブを添加すると、ガラス組成物のＲＩが増加する。１つ以上の実施形態では、ＲＩは、Ｍｅｔｒｉｃｏｎモデル２０１０プリズムカプラーで測定した。ＲＩ測定は、さまざまなレーザ光源を使用して、４０６ｎｍ、４７３ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、７９０ｎｍ、及び９８１ｎｍの波長で、Ｍｅｔｒｉｃｏｎモデル２０１０プリズムカプラーで行った。Ｍｅｔｒｉｃｏｎモデル２０１０プリズムカプラーは、完全に自動化された屈折計として動作し、バルク材料及び／又膜の屈折率を測定することができる。提供されているガラス試料（表２及び３に記載）などのバルク材料の屈折率は、Ｍｅｔｒｉｃｏｎモデル２０１０プリズムカプラーで測定する。測定した屈折率の結果をコーシー又はセルマイヤーの分散方程式に適合させて、定数を決定した。光学ガラスの屈折率は、５８９．３ｎｍの波長で指定されている。適合させた屈折率分散値を使用して、各ガラス組成物についてＶＤアッベ数を計算する。１つ以上の実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラスは、５８９．３ｎｍで測定して、１．６２以上、１．６３以上、１．６４以上、１．６５以上、１．６６以上、１．６７以上、１．６８以上、１．６９以上、１．７０以上、１．７１以上、１．７２以上、１．７３以上、１．７４以上、１．７５以上、１．７６以上、１．７７以上、１．７８以上、又は１．７９以上のＲＩを有しうる。幾つかの実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラスは、５８９．３ｎｍで測定して、１．８０以下、１．７９以下、１．７８以下、１．７７以下、１．７６以下、１．７５以下、１．７４以下、１．７３以下、１．７２以下、１．７１以下、１．７０以下、１．６９以下、１．６８以下、１．６７以下、１．６６以下、１．６５以下、又は１．６４以下のＲＩを有しうる。実施形態では、上記の範囲のいずれかを他の任意の範囲と組み合わせることができるものと理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラスは、５８９．３ｎｍで測定して、１．６２以上１．８０以下、例えば、１．６３以上１．７９以下、１．６４以上１．７８以下、１．６５以上１．７８以下、１．６６以上１．７７以下、１．６７以上１．７６以下、１．６８以上１．７５以下、１．６９以上１．７４以下、又は１．７０以上１．７３以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲のＲＩを有しうる。
【００４１】
上で開示したように、光学ホウアルミン酸塩ガラスの密度は、１つ以上の実施形態では、比較的低くなりうる。幾つかの実施形態では、ＡＳＴＭ  Ｃ６９３に準拠して密度を測定し、光学ホウアルミン酸塩ガラスの密度は、４．００ｇ／ｃｍ３以下、例えば、３．７５ｇ／ｃｍ３以下、３．５０ｇ／ｃｍ３以下、３．２５ｇ／ｃｍ３以下、３．００ｇ／ｃｍ３以下、又は２．７５ｇ／ｃｍ３以下でありうる。１つ以上の実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物の密度は、２．２５ｇ／ｃｍ３以上４．００ｇ／ｃｍ３以下、例えば、２．２５ｇ／ｃｍ３以上３．７５ｇ／ｃｍ３以下、２．２５ｇ／ｃｍ３以上３．５０ｇ／ｃｍ３以下、２．２５ｇ／ｃｍ３以上３．２５ｇ／ｃｍ３以下、２．２５ｇ／ｃｍ３以上３．００ｇ／ｃｍ３以下、又は２．２５ｇ／ｃｍ３以上２．７５ｇ／ｃｍ３以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。
【００４２】
本明細書で用いられる液相温度は勾配炉法によって測定される。この方法は、ガラスの液相温度の測定に関するＡＳＴＭ  Ｃ８２９−８１規格に準拠している。１つ以上の実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラスの液相温度は、１０００℃以上１３５０℃以下、例えば、１０１０℃以上１３４０℃以下、１０２０℃以上１３３０℃以下、１０３０℃以上１３２０℃以下、１０４０℃以上１３１０℃以下、１０５０℃以上１３００℃以下、１０６０℃以上１２９０℃以下、１０７０℃以上１２８０℃以下、１０８０℃以上１２７０℃以下、１０９０℃以上１２６０℃以下、１１００℃以上１２５０℃以下、１１１０℃以上１２４０℃以下、１１２０℃以上１２３０℃以下、１１３０℃以上１２２０℃以下、１１４０℃以上１２１０℃以下、１１５０℃以上１２００℃以下、１１６０℃以上１１９０℃以下、又は１１７０℃以上１１８０℃以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。
【００４３】
本明細書で用いられる場合、本明細書に開示される光学ホウアルミン酸塩ガラスの「化学的耐久性」は、以下により詳細に説明する、アドバンストオプティクス（ＡＯ）損失試験及びナノストリップ２Ｘ試験で測定される。
【００４４】
ＡＯ損失試験では、表面積の体積に対する比が０．３３ｃｍ−１の乾燥ガラス試料を、２５℃で１０分間、１０質量％のＨＣｌでエッチングする。１０分間のエッチング後、試料を脱イオン（ＤＩ）水で急冷し、１８ＭΩの水ですすぐ。次に、試料高純度窒素ガスで乾燥させ、デシケータに一晩入れる。その後、表面積（ｍｇ／ｍｍ２）に正規化された重量損失及び重量損失パーセンテージ（質量％）を計算する。実施形態では、ＡＯ損失は、０．０４０ｍｇ／ｍｍ２以下、例えば、０．０３５ｍｇ／ｍｍ２以下、０．０３０ｍｇ／ｍｍ２以下、０．０２５ｍｇ／ｍｍ２以下、０．０２０ｍｇ／ｍｍ２以下、０．０１５ｍｇ／ｍｍ２以下、０．０１０ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００５ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００４ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００３ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００３ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００２ｍｇ／ｍｍ２以下、又は０．００１ｍｇ／ｍｍ２以下である。
【００４５】
ナノストリップ２Ｘ試験では、表面積に対する体積の比が０．０８ｃｍ−１の乾燥試料を、６００ｍＬのナノストリップ２Ｘ溶液（Ｃａｐｉｔｏｌ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、８５％Ｈ２ＳＯ４及び＜１％Ｈ２Ｏ２）中に７０℃で５０分間、４００ｒｐｍの速度で攪拌しつつ、沈漬させる。５０分後、試料をＤＩ水で急冷し、１８ＭΩの水ですすいだ。次に、試料を高純度窒素ガスで乾燥させ、デシケータに一晩入れる。表面積（ｍｇ／ｍｍ２）に正規化された重量損失及び重量損失パーセンテージ（質量％）を計算する。実施形態では、ナノストリップ２Ｘ試験は、０．０１５ｍｇ／ｍｍ２以下、例えば、０．０１４ｍｇ／ｍｍ２以下、０．０１３ｍｇ／ｍｍ２以下、０．０１２ｍｇ／ｍｍ２以下、０．０１１ｍｇ／ｍｍ２以下、０．０１０ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００９ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００８ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００７ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００６ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００５ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００４ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００３ｍｇ／ｍｍ２以下、０．００２ｍｇ／ｍｍ２以下、又は０．００１ｍｇ／ｍｍ２以下の損失をもたらした。
【００４６】
本明細書に記載されるように、「ヤング率」は、Ｍａｇｎａｆｌｕｘ社製造のＱｕａｓａｒ  ＲＵＳｐｅｃ  ４０００を使用して、共鳴超音波分光法によって測定される。光学ホウアルミン酸塩ガラスのヤング率は、７５．０ＧＰａ以上１１０．０ＧＰａ以下、例えば、８０．０ＧＰａ以上１０５．０ＧＰａ以下、８５．０ＧＰａ以上１００．０ＧＰａ以下、又は９０．０ＧＰａ以上９５．０ＧＰａ以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲である。
【００４７】
光学ホウアルミン酸塩ガラス組成物の熱安定性は、ＴｘとＴｇとの差（すなわち、Ｔｘ−Ｔｇ）を測定することによって決定することができる。Ｔｘ−Ｔｇ値は上述のように測定される。１つ以上の実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラスのＴｘ−Ｔｇは、１００℃以上２５０℃以下、例えば、１１０℃以上２４０℃以下、１２０℃以上２３０℃以下、１３０℃以上２２０℃以下、１４０℃以上２１０℃以下、１５０℃以上２００℃以下、１６０℃以上１９０℃以下、又は１７０℃以上１８０℃以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。他の実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラスのＴｘ−Ｔｇは、１３０℃以上１７０℃以下、例えば、１４０℃以上１６５℃以下でありうる。
【００４８】
１つ以上の実施形態では、ホウアルミン酸塩ガラス組成物の軟化点は、７００．０℃以上８１０．０℃以下、例えば、７１０．０℃以上７９０．０℃以下、７２０．０℃以上７８０．０℃、以下７３０．０℃以上７７０．０℃以下、７４０．０℃以上７６０．０℃以下、又は７４５．０℃以上７５５．０℃以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。軟化点は、ＡＳＴＭ  Ｃ１３５１Ｍ−９６（２０１２）の平行プレート粘度法を使用して決定した。
【００４９】
実施形態では、光学ホウアルミン酸塩ガラスのアニーリング温度は、５５０℃以上６８０℃以下、例えば５６０℃以上６７０℃以下、５７０℃以上６６０℃以下、５８０℃以上６５０℃以下、５９０℃以上〜以下６４０℃、６００℃以上６３０℃以下、又は６１０℃以上６２０℃以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。アニーリング温度は、ＡＳＴＭ  Ｃ５９８−９３（２０１３）のビーム曲げ粘度法を使用して決定した。本明細書で用いられる場合、「アニーリング温度」と「アニーリング点」は同義であるものと理解されたい。
【００５０】
実施形態では、ホウアルミン酸塩ガラス組成物の熱膨張係数は、５．５０ｐｐｍ／℃以上１３．５０ｐｐｍ／℃以下、例えば、５．７５ｐｐｍ／℃以上１３．２５ｐｐｍ／℃以下、６．００ｐｐｍ／℃以上１３．００ｐｐｍ／℃以下、６．２５ｐｐｍ／℃以上１２．７５ｐｐｍ／℃以下、６．５０ｐｐｍ／℃以上１２．５０ｐｐｍ／℃以下、６．７５ｐｐｍ／℃以上１２．２５ｐｐｍ／℃以下、７．００ｐｐｍ／℃以上１２．００ｐｐｍ／℃以下、７．２５ｐｐｍ／℃以上１１．７５ｐｐｍ／℃以下、７．５０ｐｐｍ／以上℃１１．５０ｐｐｍ／℃以下、７．７５ｐｐｍ／℃以上１１．２５ｐｐｍ／℃以下、８．００ｐｐｍ／℃以上１１．００ｐｐｍ／℃以下、８．２５ｐｐｍ／℃以上１０．７５ｐｐｍ／℃以下、８．５０ｐｐｍ／℃以上１０．５０ｐｐｍ／℃以下、８．７５ｐｐｍ／℃以上１０．２５ｐｐｍ／℃以下、又は９．００ｐｐｍ／℃以上１０．００ｐｐｍ／℃以下、及び前述の値の間のすべての範囲及び部分範囲でありうる。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、ＡＳＴＭ  Ｅ２２８−１１に準拠してプッシュロッド膨脹計を使用して決定した。
【００５１】
上で開示したように、本明細書に開示及び説明される実施形態による光学ホウアルミン酸塩ガラスは、拡張現実デバイス、仮想現実デバイス、光ファイバ、又は光学レンズに使用することができる。
【００５２】
第１項によれば、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品は、１０．０モル％以上３０．０モル％以下のＡｌ２Ｏ３；１０．０モル％以上５５．０モル％以下のＣａＯ；１０．０モル％以上２５．０モル％以下のＢ２Ｏ３；０．０モル％以上３０．０モル％以下のＳｉＯ２；１．０モル％以上２０．０モル％以下の屈折率上昇成分を含み、ここで、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品は、５８９．３ｎｍで測定して、１．６２以上のガラス物品の屈折率を有し、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品は、４．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する。
【００５３】
第２項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が０．０モル％以上８．０モル％以下のＬａ２Ｏ３を含む、第１項に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００５４】
第３項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が０．０モル％以上２０．０モル％以下のＮｂ２Ｏ５を含む、第１項又は第２項に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００５５】
第４項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が６．０モル％以上１６．０モル％以下のＮｂ２Ｏ５を含む、第１項〜第３項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００５６】
第５項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０モル％以上２５．０モル％以下のＢａＯ；０．０モル％以上１．０モル％以下のＳｒＯ；０．０モル％以上１．０モル％以下のＳｎＯ２；及び、０．０モル％以上１．０モル％以下のＳｂ２Ｏ３を含む、第１項〜第４項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００５７】
第６項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０モル％以上１０．０モル％以下のアルカリ金属酸化物；０．０モル％以上５．０モル％以下のＭｇＯ及びＳｒＯ；及び、０．０モル％以上１．０モル％以下の清澄剤を含む、第１項〜第５項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００５８】
第７項は、ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ／Ａｌ２Ｏ３の比が、モル％で、１．１０以上２．４０以下である、第１項〜第６項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００５９】
第８項は、Ｂ２Ｏ３／（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の比が、モル％で、０．１５以上である、第１項〜第７項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６０】
第９項は、Ｂ２Ｏ３／（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の比が、モル％で、０．２０以上０．５０以下である、第１項〜第８項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６１】
第１０項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、５８９．３ｎｍで測定して、１．６９以上の屈折率を有する、第１項〜第９項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６２】
第１１項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、５８９．３ｎｍで測定して、１．６９以上１．８０以下の屈折率を有する、第１項〜第１０項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６３】
第１２項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、２．２５ｇ／ｃｍ３以上４．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する、第１項〜第１１項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６４】
第１３項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、２．２５ｇ／ｃｍ３以上３．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する、第１項〜第１２項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６５】
第１４項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、１０００℃以上１３５０℃以下でありうる光学ホウアルミン酸塩ガラスの液相温度を有する、第１項〜第１３項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６６】
第１５項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０４０ｍｇ／ｍｍ２以下のＡＯ損失を有する、第１項〜第１４項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６７】
第１６項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．００５ｍｇ／ｍｍ２以下のＡＯ損失を有する、第１項〜第１５項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６８】
第１７項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０１５ｍｇ／ｍｍ２以下のナノストリップ２Ｘ試験損失を有する、第１項〜第１６項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００６９】
第１８項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が５５０℃以上６８０℃以下のガラスアニーリング温度を有する、第１項〜第１７項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００７０】
第１９項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が８０℃以上２５０℃以下のＴｘ−Ｔｇ値を有する、第１項〜第１８項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【００７１】
第２０項は、光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が１３０℃以上１７０℃以下のＴｘ−Ｔｇ値を有する、第１項〜第１９項のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラスを含む。
【実施例】
【００７２】
実施形態は、以下の実施例によってさらに明らかになるであろう。これらの実施例は、上記の実施形態に限定されないことを理解されたい。
【００７３】
以下の表２に列挙される成分を有するガラス組成物を従来のガラス成形方法で調製した。表２では、すべての成分はモル％である。
【００７４】
代表的なガラス組成物及び特性が、それぞれ、表２及び表３にまとめられている。表２には、ガラス組成物の開示された実施例が示されている。ガラスは、例えば、アルミニウムカバーをして、空気中、１３５０℃から１５００℃で、Ｐｔるつぼ内で溶融された、Ｂ２Ｏ３（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒｓ  Ｉｎｃ．社、９８．６９％）、Ａｌ２Ｏ３（Ａｌｍａｔｉｓ社、９９．７８％）、ＳｉＯ２（ＭｉｎＴｅｃ、９９．９９９％）、Ｌｉ２ＣＯ３（ＣｈｅｍＰｏｉｎｔ（ＦＭＣ）社）、Ｎａ２ＣＯ３（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社９９．９９％）、ＣａＣＯ３（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、９９．９％）、ＢａＣＯ３（ＡＭＲＥＸ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社）、ＺｎＯ（Ｚｏｃｈｅｍ  Ｉｎｃ．  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ：  Ｍｅｙｅｒｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｃ．社）、ＺｒＯ２（ＭＥＬ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ＰＲＣ社）、ＴｉＯ２（Ｈａｒｒｙ  Ｗ  Ｇａｆｆｎｅｙ社、９９．６８％）、Ｌａ２Ｏ３（ＭｏｌｙＣｏｒｐ社）、Ｎｂ２Ｏ５（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ社）、ＳｎＯ２（Ｅｎｄｅｋａ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社）、及びＳｂ２Ｏ３（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ社）などを含む、原料又は出発材料のバッチから作られる（例えば、１０００ｇのガラス溶融物、理論収量１００％；典型的な収量は、例えば、機械的損失に起因して、約９００ｇ又は９０質量％であった）。
【００７５】
【表２】
2021510671.tif 000004
【００７６】
表２に従って形成されたガラスのさまざまな特性が下記表３に提供されている。ＡＯ損失及びナノストリップ２Ｘ試験を、本明細書に記載されるように実施した。表３のＶｄはアッベ数であり、次式を使用して計算される：
【００７７】
【数１】
2021510671.tif 000005
【００７８】
上記式において、ｎＤ、ｎＦ、及びｎＣはそれぞれ、５８９．３ｎｍ、４８６．１ｎｍ、及び５６５．３ｎｍで測定した屈折率である。表３に列挙されている残りの特性は、従来の方法で測定した。
【００７９】
【表３−１】
2021510671.tif 000006
【００８０】
【表３−２】
2021510671.tif 000007
【００８１】
ＴｘとＴｇとの差は、ホウアルミン酸塩ガラスにＢ２Ｏ３を導入すると増加する。また、Ｂ２Ｏ３を添加すると、ホウアルミン酸塩ガラスの液相温度が低下する。試料４〜８では、（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ）／Ａｌ２Ｏ３の比は約１．９３であり、Ｂ２Ｏ３含有量は１４．７モル％から２３．６モル％へと増加し、液相温度は＞１３１０℃から１１５５℃へと低下する。ＳｉＯ２を添加すると、ホウアルミン酸塩ガラスの液相温度が低下する。実施例６、７、及び８では、ＳｉＯ２含有量が３．７モル％から９．６モル％に増加すると、液相温度は１２４０℃から１１６０℃に低下する。
【００８２】
Ｎｂ２Ｏ５は、ＲＩの増加に大きな効果を有する。実施例１０〜１２に示されるように、Ｎｂ２Ｏ５含有量が４．９モル％から１５．２モル％に増加すると、５８９．３ｎｍにおけるＲＩは１．６６２２から１．７６１６に増加する。しかしながら、ＳｉＯ２の添加は、ＲＩの低下には少しの効果しかない。実施例６〜８及び１５〜１７では、ＳｉＯ２含有量が３．７モル％から９．６モル％に、及び１２．０モル％から１４．９モル％に増加すると、ＲＩは０．００９３及び０．０２２だけ低下する。
【００８３】
本明細書に記載されるすべての組成成分、関係、及び比率は、特に明記しない限り、モル％で提供される。本明細書に開示されるすべての範囲は、範囲が開示される前又は後に明示的に述べられているかどうかにかかわらず、広く開示されている範囲によって包含されるありとあらゆる範囲及び部分範囲を含む。
【００８４】
特許請求の範囲に記載の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態にさまざまな修正及び変更を加えることができることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書は、このような修正及び変更が添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入る限り、本明細書に記載されるさまざまな実施形態の修正及び変更に及ぶことが意図されている。
【００８５】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００８６】
実施形態１
光学ホウアルミン酸塩ガラス物品であって、
１０．０モル％以上３０．０モル％以下のＡｌ２Ｏ３；
１０．０モル％以上５５．０モル％以下のＣａＯ；
１０．０モル％以上２５．０モル％以下のＢ２Ｏ３；
０．０モル％以上３０．０モル％以下のＳｉＯ２；及び
１．０モル％以上２０．０モル％以下の屈折率上昇成分
を含み、
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、５８９．３ｎｍで測定して、１．６２以上の屈折率を有し、かつ
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が４．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する、
光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００８７】
実施形態２
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０モル％以上８．０モル％以下のＬａ２Ｏ３を含む、実施形態１に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００８８】
実施形態３
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０モル％以上２０．０モル％以下のＮｂ２Ｏ５を含む、実施形態１又は２に記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００８９】
実施形態４
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、６．０モル％以上１６．０モル％以下のＮｂ２Ｏ５を含む、実施形態１〜３のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９０】
実施形態５
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、
０．０モル％以上２５．０モル％以下のＢａＯ；
０．０モル％以上１．０モル％以下のＳｒＯ；
０．０モル％以上１．０モル％以下のＳｎＯ２；及び
０．０モル％以上１．０モル％以下のＳｂ２Ｏ３
を含む、実施形態１〜４のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９１】
実施形態６
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、
０．０モル％以上１０．０モル％以下のアルカリ金属酸化物；
０．０モル％以上５．０モル％以下のＭｇＯとＳｒＯの合計；及び
０．０モル％以上１．０モル％以下の清澄剤
を含む、実施形態１〜５のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９２】
実施形態７
ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ／Ａｌ２Ｏ３の比が、モル％で、１．１０以上２．４０以下である、実施形態１〜６のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９３】
実施形態８
Ｂ２Ｏ３／（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の比が、モル％で、０．１５以上である、実施形態１〜７いずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９４】
実施形態９
Ｂ２Ｏ３／（ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の比が、モル％で、０．２０以上０．５０以下である、実施形態１〜８のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９５】
実施形態１０
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、５８９．３ｎｍで測定して、１．６９以上の屈折率を有する、実施形態１〜９のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９６】
実施形態１１
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、５８９．３ｎｍで測定して、１．６９以上１．８０以下の屈折率を有する、実施形態１〜１０のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９７】
実施形態１２
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、２．２５ｇ／ｃｍ３以上４．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する、実施形態１〜１１のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９８】
実施形態１３
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、２．２５ｇ／ｃｍ３以上３．００ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する、実施形態１〜１２のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【００９９】
実施形態１４
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、１０００℃以上１３５０℃以下の液相温度を有する、実施形態１〜１３のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【０１００】
実施形態１５
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０４０ｍｇ／ｍｍ２以下のＡＯ損失を有する、実施形態１〜１４のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【０１０１】
実施形態１６
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．００５ｍｇ／ｍｍ２以下のＡＯ損失を有する、実施形態１〜１５のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【０１０２】
実施形態１７
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、０．０１５ｍｇ／ｍｍ２以下のナノストリップ２Ｘ試験損失を有する、実施形態１〜１６のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【０１０３】
実施形態１８
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、５５０℃以上６８０℃以下のガラスアニーリング温度を有する、実施形態１〜１７のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【０１０４】
実施形態１９
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、８０℃以上２５０℃以下のＴｘ−Ｔｇ値を有する、実施形態１〜１８のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【０１０５】
実施形態２０
前記光学ホウアルミン酸塩ガラス物品が、１３０℃以上１７０℃以下のＴｘ−Ｔｇ値を有する、実施形態１〜１９のいずれかに記載の光学ホウアルミン酸塩ガラス物品。
【図１】
2021510671.tif 000008
【国際調査報告】
2021510671.tif 000009
2021510671.tif 000010