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CN109476529A - 光学玻璃和光学部件 - Google Patents

光学玻璃和光学部件 Download PDF

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CN109476529A
CN109476529A CN201780045476.9A CN201780045476A CN109476529A CN 109476529 A CN109476529 A CN 109476529A CN 201780045476 A CN201780045476 A CN 201780045476A CN 109476529 A CN109476529 A CN 109476529A
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optical glass
optical
hereinafter
less
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CN201780045476.9A
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安间伸
安间伸一
长嶋达雄
秋叶周作
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明提供一种高折射率且低密度并且制造特性良好的光学玻璃。本发明提供一种光学玻璃和使用该光学玻璃的光学部件，所述光学玻璃的折射率(nd)为1.68～1.85，密度为4.0g/cm3以下且玻璃的粘性成为logη＝2的温度为950～1200℃。该光学玻璃为高折射率且低密度，并且制造特性良好，适合作为可佩戴设备、车载用、机器人搭载用等的光学玻璃。

Description

光学玻璃和光学部件
技术领域
本发明涉及光学玻璃和光学部件。
背景技术
作为用于可佩戴设备例如带投影仪的眼镜、眼镜型或护目镜型显示器、虚拟现实增强现实显示装置、虚像显示装置等的玻璃，从图像的广角化、高亮度·高对比度化、导光特性提高、衍射光栅的加工容易性等方面考虑，要求高折射率。另外，以往，在车载用摄像机、机器人用视觉传感器等用途中，使用小型且摄像视角广的摄像玻璃透镜，对于这样的摄像玻璃透镜，为了以更小型拍摄大范围，要求高折射率。
作为用于上述用途的光学玻璃，为了使使用者的佩戴感舒适，另外，汽车、机器人要求轻量化，为了减轻装置整体的重量，要求密度低。进而，如果考虑到在外部环境中使用，则因酸雨、清洗时所使用的洗涤剂、蜡等化学试剂导致的表面劣化、变质少也很重要。
其中，关于车载用的玻璃透镜，例如尝试了通过使用具有规定的耐酸性的车载摄影机用透镜玻璃材料来提高折射率和强度，并进一步提高耐酸性、耐水性(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-256446号公报
发明内容
然而，以往，在形成高折射率的组成时，多数情况下使用重金属氧化物作为提高折射率的玻璃构成成分。因此，高折射率玻璃的密度通常变大。
另外，有时在可佩戴设备中使用成型为板状的玻璃，并且有时通过制造效率高的浮法、熔融法、滚压法等成型方法进行生产，但为了有效地制造，制造时的温度与玻璃的粘性的关系很重要。
进而，作为光学部件使用时，可见光透射率也是重要的参数，在高折射率玻璃的情况下，如果在高的温度下进行熔解，则特别是短波长侧的可见光透射率有可能降低，另一方面，如果粘性曲线陡峭，则在制造时难以控制粘性。
本发明是为了消除如上所述的课题而完成的，其目的在于提供一种高折射率且低密度并且制造特性良好的光学玻璃。
本发明的光学玻璃的特征在于，折射率(nd)为1.68～1.85，密度为4.0g/cm3以下且玻璃的粘性成为logη＝2的温度T2为950～1200℃。
本发明的光学部件的特征在于，使用本发明的光学玻璃。
附图说明
图1是用于说明光学玻璃的翘曲的截面图。
具体实施方式
以下，对本发明的光学玻璃和光学部件的实施方式进行说明。
本发明的光学玻璃如上所述，具有规定的折射率(nd)、密度(d)和熔解特性，依次对这些各特性进行说明。
本发明的光学玻璃具有1.68～1.85的范围的高的折射率(nd)。由于折射率(nd)为1.68以上，因此，从图像的广角化、高亮度·高对比度化、导光特性提高、衍射光栅的加工容易性等方面考虑，本发明的光学玻璃适合作为用于可佩戴设备的光学玻璃。另外，作为用于车载用摄像机、机器人用视觉传感器等用途的小型且摄像视角广的摄像玻璃透镜，由于以更小型对广范围进行拍摄所以适合。该折射率(nd)优选为1.70以上，更优选为1.73以上，进一步优选为1.74以上，更进一步优选为1.75以上。
另一方面，折射率(nd)超过1.85的玻璃存在密度容易变高，另外，失透温度容易变高的趋势。该折射率(nd)优选为1.83以下，更优选为1.82以下，进一步优选为1.81以下，更进一步优选为1.80以下。
另外，本发明的光学玻璃具有成为4.0g/cm3以下的密度(d)。本发明的光学玻璃通过具有上述范围的密度，在用于可佩戴设备的情况下，能够使使用者的佩戴感舒适，在用于车载用摄像机、机器人用视觉传感器等的情况下，能够减轻装置整体的重量。该密度(d)优选为3.8g/cm3以下，更优选为3.6g/cm3以下，进一步优选为3.5g/cm3以下，更进一步优选为3.4g/cm3以下。
另一方面，在本发明的光学玻璃中，为了使玻璃表面不易受到损伤，密度(d)优选为2.0g/cm3以上。更优选为2.2g/cm3以上，进一步优选为2.3g/cm3以上，更进一步优选为2.4g/cm3以上。
另外，本发明的光学玻璃具有成为logη＝2的温度T2为950～1200℃的范围的玻璃的粘性(在此，η是剪切应力为0时的粘度)。T2为熔解性的基准温度，如果玻璃的T2过高，则需要在高温下进行熔解，因此，在高折射率玻璃的情况下，特别是短波长侧的可见光透射率有可能降低。该T2优选为1180℃以下，更优选为1150℃以下，进一步优选为1130℃以下，更进一步优选为1110℃以下。
另一方面，如果T2过低，则粘性曲线变得陡峭，存在在制造时难以控制粘性的问题。本发明的光学玻璃通过具有上述范围的T2，能够使制造特性良好。该T2优选为970℃以上，更优选为990℃以上，进一步优选为1010℃以上，更进一步优选为1030℃以上。
另外，本发明的光学玻璃的失透温度优选为1200℃以下。如果具有这样的特性，则能够抑制成型时的玻璃的失透，成型性良好。该失透温度更优选为1175℃以下，进一步优选为1150℃以下，更进一步优选为1125℃以下，特别优选为1100℃以下。在此，失透温度是在利用自然放冷将已加热、熔融的玻璃冷却时，在玻璃表面和内部未确认到长边或长径为1μm以上的结晶的最低温度。
另外，在可佩戴设备中，要求抑制透过光学玻璃而得到的可见光线的透射率的降低，但本发明的玻璃有时由于在高温下进行熔解而在比400nm短的波长侧透射率降低。另外，在车载用摄像机、机器人的视觉传感器中，为了识别以可见光难以判别的对象物，有时使用近紫外线图像，该光学系统中使用的玻璃要求在近紫外线区域的透射率高。因此，本发明的光学玻璃优选制成厚度1mm的玻璃板时的波长360nm处的光的透射率(T360)为40％以上。如果具有这样的特性，则适合作为可佩戴设备或车载摄影机所使用的玻璃。特别是在可佩戴设备中显示图像、影像的导光体中，进行波导的光程长度变长，因此，短波长侧的光量损耗变大。在本发明中，短波长侧的透射率高达40％以上，因此，如上所述的短波长侧的光量损耗得到抑制，因此，在不使可见光区域整体的透射率降低的情况下容易再现期望的颜色。另外，影像、图像的亮度不会降低。该T360更优选为50％以上，进一步优选为60％以上，进一步更优选为65％以上，特别优选为70％以上。T360例如可以使用分光光度计对厚度1mm的两表面经镜面研磨的玻璃板进行测定。
另外，在本发明的光学玻璃中，杨氏模量(E)优选为60GPa以上。如果具有这样的特性，则存在如下优点：作为薄的玻璃板用于可佩戴设备时、作为透镜用于车载用摄像机、机器人用视觉传感器等时，挠曲少。特别是在导光体中，在安装于眼镜框、显示装置时，能够防止图像、影像的重影现象、变形。该E更优选为70GPa以上，进一步优选为80GPa以上，更进一步优选为85GPa以上，特别优选为90GPa以上。
在本发明的光学玻璃中，依据作为日本光学玻璃工业协会标准的JOGIS06-2008光学玻璃的化学耐久性的测定方法(粉末法)测定的耐水性(RW)优选为等级2以上。RW具体而言以如下方式测定。测定将粒径为420～600μm的玻璃粉末在100℃的纯水80mL中浸渍1小时时的质量减少比例(％)。根据质量减少比例，标注规定的等级。等级的数值越小，表示RW越良好。
另外，在本发明的光学玻璃中，依据JOGIS06-2008光学玻璃的化学耐久性的测定方法(粉末法)测定的耐酸性(RA)优选为等级1以上。RA具体而言以如下方式测定。测定将粒径为420～600μm的玻璃粉末在100℃的0.01当量的硝酸水溶液80mL中浸渍1小时时的质量减少比例(％)。根据质量减少比例，标注规定的等级。等级的数值越小，表示RA越良好。
另外，在本发明的光学玻璃中，玻璃化转变温度(Tg)优选为500～700℃的范围。本发明的光学玻璃通过具有上述范围的Tg，压制成型和再拉伸成型中的成型性良好。该Tg更优选为520℃～680℃，进一步优选为540℃～660℃，进一步更优选为560℃～640℃，特别优选为570℃～620℃。Tg例如可以通过热膨胀法进行测定。
另外，本发明的光学玻璃优选具有50以下的阿贝数(vd)。具体而言，在将本发明的光学玻璃应用于导光板这样的玻璃板的情况下，通过具有上述范围的低的vd，容易进行可佩戴设备的光学设计，也容易改善色差，因此，能够再现清晰的图像、影像。vd更优选为46以下，进一步优选为42以下，更进一步优选为38以下，特别优选为34以下。
本发明的光学玻璃的阿贝数的下限没有特别限定，多数情况下大致为10以上，具体而言为15以上，更具体而言为20以上。
另外，在本发明的光学玻璃中，50～350℃下的热膨胀系数(α)优选为50～150(×10-7/K)的范围。本发明的光学玻璃通过具有上述范围的α，与周边构件的膨胀匹配良好。该α更优选为60～135(×10-7/K)，进一步优选为70～120(×10-7/K)，进一步更优选为80～105(×10-7/K)，特别优选为90～100(×10-7/K)。
本发明的光学玻璃优选厚度为0.01～2.0mm的玻璃板。如果厚度为0.01mm以上，则能够抑制光学玻璃的处理时、加工时的破损。另外，能够抑制由光学玻璃的自重所造成的挠曲。该厚度更优选为0.1mm以上，进一步优选为0.3mm以上，更进一步优选为0.5mm以上。另一方面，如果厚度为2.0mm以下，则能够减轻使用光学玻璃的光学元件的重量。该厚度更优选为1.5mm以下，进一步优选为1.0mm以下，更进一步优选为0.8mm以下。
在本发明的光学玻璃为玻璃板的情况下，一主表面的面积优选为8cm2以上。如果该面积为8cm2以上，则能够配置多个光学元件而提高生产率。该面积更优选为30cm2以上，进一步优选为170cm2以上，更进一步优选为300cm2以上，特别优选为1000cm2以上。另一方面，如果面积为6500cm2以下，则玻璃板的处理变得容易，能够抑制玻璃板的处理时、加工时的破损。该面积更优选为4500cm2以下，进一步优选为4000cm2以下，更进一步优选为3000cm2以下，特别优选为2000cm2以下。
在本发明的光学玻璃为玻璃板的情况下，一主表面的25cm2的LTV(LocalThickness Variation，局部厚度变化)优选为2μm以下。通过具有该范围的平坦度，能够使用压印技术等在一主表面形成期望形状的纳米结构，并且得到期望的导光特性。特别是在导光体中，能够防止因光程长度的差异所致的重影现象、变形。该LTV更优选为1.8μm以下，进一步优选为1.6μm以下，更进一步优选为1.4μm以下，特别优选为1.2μm以下。
在将本发明的光学玻璃制成直径8英寸的圆形的玻璃板时，翘曲优选为50μm以下。如果该玻璃板的翘曲为50μm以下，则能够使用压印技术等在一主表面形成期望形状的纳米结构，并且得到期望的导光特性。在想要得到多个导光体时，得到品质稳定的导光体。该玻璃基板的翘曲更优选为40μm以下，进一步优选为30μm以下，特别优选为20μm以下。
另外，在制成直径6英寸的圆形的玻璃板时，翘曲优选为30μm以下。如果该玻璃板的翘曲为30μm以下，则能够使用压印技术等在一主表面形成期望形状的纳米结构，并且得到期望的导光特性。在想要得到多个导光体时，得到品质稳定的导光体。该玻璃板的翘曲更优选为20μm以下，进一步优选为15μm以下，特别优选为10μm以下。
图1是将本发明的光学玻璃制成玻璃板G1时的截面图。“翘曲”是在通过玻璃板G1的一主表面G1F的中心且与玻璃板G1的一主表面G1F正交的任意的截面中，玻璃板G1的基线G1D与玻璃板G1的中心线G1C的垂直方向的距离的最大值B与最小值A的差C。
将上述正交的任意的截面与玻璃板G1的一主表面G1F的交线设为底线G1A。将上述正交的任意的截面与玻璃板G1的另一主表面G1G的交线设为顶线G1B。在此，中心线G1C是将玻璃板G1的板厚方向的中心连结的线。中心线G1C通过求出底线G1A与顶线G1B相对于后述激光照射的方向的中点而算出。
基线G1D以如下方式求出。首先，基于消除自重影响的测定方法算出底线G1A。根据该底线G1A，通过最小二乘法求出直线。所求出的直线为基线G1D。作为消除因自重所造成的影响的测定方法，可使用公知的方法。
例如，将玻璃板G1的一主表面G1F进行3点支撑，通过激光位移计对玻璃板G1照射激光，测定玻璃板G1的一主表面G1F和另一主表面G1G距离任意的基准面的高度。
接着，使玻璃板G1颠倒，对与支撑一主表面G1F的3点相对的另一主表面G1G的3点进行支撑，测定玻璃基板G1的一主表面G1F和另一主表面G1G距离任意的基准面的高度。
通过求出颠倒前后的各测定点的高度的平均而消除因自重所造成的影响。例如，在颠倒前，如上所述测定一主表面G1F的高度。在将玻璃板G1颠倒后，在与一主表面G1F的测定点对应的位置测定另一主表面G1G的高度。同样地，在颠倒前测定另一主表面G1G的高度。在将玻璃板G1颠倒后，在与另一主表面G1G的测定点对应的位置测定一主表面G1F的高度。
翘曲例如通过激光位移计测定。
另外，在本发明的光学玻璃中，一主表面的表面粗糙度Ra优选为2nm以下。通过具有该范围的Ra，能够使用压印技术等在一主表面形成期望形状的纳米结构，并且得到期望的导光特性。特别是在导光体中，能够抑制界面处的漫反射而防止重影现象、变形。该Ra更优选为1.7nm以下，进一步优选为1.4nm以下，更进一步优选为1.2nm以下，特别优选为1nm以下。在此，表面粗糙度Ra是由JIS B0601(2001年)所定义的算术平均粗糙度。在本说明书中，是使用原子力显微镜(AFM)测定10μm×10μm的区域而得的值。
[玻璃成分]
接着，对本发明的光学玻璃可含有的各成分的组成范围的一个实施方式进行详细说明。在本说明书中，各成分的含有比例只要没有特别说明，则以氧化物基准的相对于玻璃总质量的质量％表示。另外，在本发明的光学玻璃中，“实质上不含有”是指除不可避免的杂质以外不含有。不可避免的杂质的含量在本发明中为0.1％以下。
作为本实施方式的光学玻璃中的满足上述特性的组成，例如可举出如下组成：以氧化物基准的质量％计，Nb2O5为5％～55％，选自BaO、TiO2、ZrO2、WO3和Ln2O3(Ln为选自Y、La、Gd、Yb和Lu中的至少1种)中的至少1种为0％～30％，SiO2为29％～50％，Li2O+Na2O+K2O为2％～20％，Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)为0.45以下。另外，可以根据需要含有其它成分。“Li2O+Na2O+K2O”表示选自Li2O、Na2O和K2O中的至少1种碱金属氧化物成分的总量。
以下对该玻璃组成中的各成分进行具体说明。应予说明，本发明的光学玻璃只要具有上述特性就不限定于下述实施方式的组成。
SiO2为玻璃形成成分，是对玻璃赋予高的强度和耐开裂性，提高玻璃的稳定性和化学耐久性的成分。SiO2的含有比例为29％～50％。SiO2的含有比例为29％以上时，能够使玻璃的粘性成为logη＝2的温度T2为优选的范围。另一方面，SiO2的含有比例为50％以下时，可以含有用于得到高折射率的成分。SiO2的含有比例优选为31％以上，更优选为32％以上，进一步优选为33％以上，特别优选为35％以上。另外，SiO2的含有比例优选为45％以下，更优选为42％以下，进一步优选为40％以下。
Nb2O5是提高玻璃的折射率，并且减小阿贝数(vd)的成分。Nb2O5的含有比例为5％～55％。Nb2O5的含有比例为5％以上时，能够得到高折射率。Nb2O5的含有比例优选为15％以上，更优选为25％以上，进一步优选为35％以上，特别优选为40％以上。
另外，Nb2O5如果过多，则变得容易失透。因此，优选为55％以下，更优选为52％以下，进一步优选为49％以下。
BaO、TiO2、ZrO2、WO3和Ln2O3(Ln为选自Y、La、Gd、Yb和Lu中的至少1种)是提高玻璃的折射率的成分。这些成分的含有比例以总量计为0％～30％。
Nb2O5为15％以下时，为了提高玻璃的折射率，优选与Nb2O5一起含有1％以上的选自BaO、TiO2、ZrO2、WO3和Ln2O3(Ln为选自Y、La、Gd、Yb和Lu中的至少1种)中的至少1种作为其它高折射率成分。这些成分的含有比例更优选为3％以上，进一步优选为5％以上，特别优选为7％以上。另一方面，如果其它高折射率成分超过30％，则变得容易失透。这些成分的含有比例更优选为25％以下，进一步优选为20％以下，特别优选为15％以下。
另外，在本实施方式的光学玻璃中，含有碱金属成分(Li2O+Na2O+K2O)，能够通过增多该碱金属成分来降低Tg。但是，如果Li2O+Na2O+K2O变得过多，则T2容易变低，粘性曲线变得陡峭而制造特性降低。另一方面，如果Li2O+Na2O+K2O过少，则有T2容易变高，熔解温度变高而着色的顾虑。因此，Li2O+Na2O+K2O为2％～20％。Li2O+Na2O+K2O优选为4％以上，更优选为6％以上，进一步优选为8％以上，特别优选为10％以上。另外，Li2O+Na2O+K2O优选为18％以下，更优选为16％以下，进一步优选为14％以下，特别优选为12％以下。
在本实施方式的光学玻璃中，在碱金属成分(Li2O、Na2O、K2O)中，Li2O为提高玻璃的强度的成分，但如果其量过多，则T2容易变低，变得容易失透。因此，在本实施方式的光学玻璃中，以基于氧化物基准的质量％的比值计，Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)为0.45以下。Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)超过0.45时，T2容易变低，变得容易失透，玻璃的易成型性变差。Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)更优选为0.4以下，进一步优选为0.35以下，特别优选为0.3以下。
Li2O为任意成分，是提高玻璃的强度并且降低T2、降低Tg、提高玻璃的熔融性的成分。Li2O的含有比例为0％～9％。如果含有Li2O，则能够提高强度(Kc)和耐开裂性(CIL)。另一方面，Li2O如果过多，则变得容易失透。本发明的光学玻璃含有Li2O时，其含有比例优选为0.5％以上，更优选为1％以上，进一步优选为2％以上，特别优选为3％以上。另外，Li2O的含有比例优选为8％以下，更优选为7％以下，进一步优选为6％以下，特别优选为5％以下。
在对本实施方式的光学玻璃进行化学强化的情况下，Li2O的含有比例优选为1.0％以上，更优选为1.5％以上，进一步优选为2.5％以上，特别优选为3.5％以上。
Na2O为任意成分，是抑制失透、降低Tg的成分。Na2O的含有比例为0％～10％。如果含有Na2O，则得到优异的失透抑制效果。另一方面，如果Na2O过多，则强度和耐开裂性容易降低。本发明的光学玻璃含有Na2O时，其含有比例优选为0.5％以上，更优选为1％以上，进一步优选为2％以上，特别优选为3％以上。另外，Na2O的含有比例优选为9％以下，更优选为8％以下，进一步优选为7％以下。
在对本实施方式的光学玻璃进行化学强化的情况下，Na2O的含有比例优选为1.0％以上，更优选为1.5％以上，进一步优选为2.5％以上，特别优选为3.5％以上。
K2O为任意成分，是提高玻璃的熔融性的成分并且是抑制失透的成分。K2O的含有比例为0％～10％。如果含有K2O，则提高失透抑制效果。另一方面，如果K2O过多，则密度容易增加。K2O的含有比例优选为0.3％以上，更优选为0.5％以上，进一步优选1％以上。另外，K2O的含有比例优选为10％以下，更优选为8％以下，进一步优选为6％以下。
B2O3为任意成分。B2O3是降低Tg、提高玻璃的强度、耐开裂性等机械特性的成分，但如果B2O3的量多，则折射率容易降低。因此，B2O3的含有比例优选为0％～10％。B2O3的含有比例更优选为8.5％以下，进一步优选为6.5％以下，特别优选为5％以下。另外，B2O3的含有比例更优选为0.3％以上，进一步优选为0.5％以上，特别优选为1％以上。
MgO为任意成分。MgO是提高玻璃的熔融性、抑制失透、调整玻璃的阿贝数、折射率等光学常数的成分。另一方面，如果MgO的量变多，则反而促进失透。因此，MgO的含有比例优选为0％～10％。MgO的含有比例更优选为8％以下，特别优选为6％以下。另外，MgO的含有比例优选为0.3％以上，更优选为0.5％以上，进一步优选为1％以上。
CaO为任意成分。CaO是抑制失透的成分，但如果CaO的量多，则耐开裂性容易降低。因此，CaO的含有比例优选为0％～15％。CaO的含有比例更优选为12％以下，特别优选为10％以下。另外，CaO的含有比例更优选为0.3％以上，进一步优选为0.5％以上，特别优选为1％以上。
SrO为任意成分。SrO是提高玻璃的熔融性、抑制失透、调整玻璃的光学常数的成分。另一方面，如果SrO的量变多，则反而促进失透。因此，SrO的含有比例优选为0％～15％。SrO的含有比例更优选为12％以下，特别优选为10％以下。另外，SrO的含有比例更优选为0.3％以上，进一步优选为0.5％以上，特别优选为1％以上。
BaO为任意成分。BaO是抑制失透的成分，但如果BaO的量多，则密度容易变大。因此，含有BaO时，优选为0％～15％。BaO的含有比例更优选为10％以下，进一步优选为8％以下，特别优选为6％以下。另外，BaO的含有比例更优选为0.3％以上，进一步优选为0.5％以上，特别优选为1％以上。
Al2O3为任意成分。Al2O3是提高化学耐久性的成分，但如果Al2O3变多，则玻璃变得容易失透。因此，Al2O3的含有比例优选为0％～5％。Al2O3的含有比例更优选为3％以下，特别优选为2％以下。另外，Al2O3的含有比例更优选为0.3％以上，进一步优选为0.5％以上，特别优选为1％以上。
TiO2为任意成分，是提高玻璃的折射率、增大玻璃的分散的成分。另外，通过含有TiO2，能够提高折射率。另一方面，如果TiO2过多，则容易着色，并且透射率降低。因此，TiO2的含有比例优选为0％～15％。含有TiO2时，其含有比例更优选为0.5％以上，进一步优选为1％以上，特别优选为1.5％以上。另外，TiO2的含有比例更优选为12％以下，进一步优选为10％以下，特别优选为8％以下。
WO3为任意成分。通过添加WO3而抑制玻璃的失透，但如果WO3的量过多，则玻璃反而变得容易失透。因此，WO3的含有比例优选为0％～15％。WO3的含有比例更优选为12％以下，进一步优选为9％以下，特别优选为5％以下。另外，WO3的含有比例更优选为0.3％以上，进一步优选为0.5％以上，特别优选为1％以上。
ZrO2为任意成分，是提高玻璃的折射率、提高玻璃的化学耐久性的成分。通过含有ZrO2，能够提高耐开裂性。另一方面，如果ZrO2过多，则变得容易失透。因此，ZrO2的含有比例优选为0％～15％。含有ZrO2时，其含有比例更优选为0.5％以上，进一步优选为1％以上，特别优选为2％以上。ZrO2的含有比例更优选为15％以下，进一步优选为12％以下，特别优选为10％以下。
ZnO为任意成分，是提高玻璃的强度、耐开裂性等机械特性的成分。另一方面，如果ZnO的量多，则变得容易失透，因此，其含有比例优选为0％～15％。ZnO的含有比例更优选为13％以下，进一步优选为12％以下，特别优选为10％以下。另外，ZnO的含有比例更优选为0.3％以上，进一步优选为0.5％以上，特别优选为1％以上。
La2O3为任意成分。La2O3是提高玻璃的折射率的成分，但如果La2O3的量过多，则机械特性降低。因此，La2O3的含有比例优选为0％～12％。La2O3的含有比例更优选为10％以下，进一步优选为8％以下。优选实质上不含La2O3。
Ln2O3(Ln为选自Y、La、Gd、Yb和Lu中的1种以上)提高玻璃的折射率。另一方面，如果Ln2O3的量变多，则玻璃的分散降低，并且变得容易失透。因此，Ln2O3优选合计为15％以下，进一步优选为10％以下，特别优选为7％以下。优选实质上不含Ln2O3。
As2O3是有害的化学物质，因此，近年来处于控制使用的趋势，需要环境对策上的措施。因此，在重视环境上的影响的情况下，除不可避免的混入以外，优选实质上不含有。
进而，在本实施方式的光学玻璃中优选含有Sb2O3和SnO2中的至少一种。它们不是必需的成分，但出于折射率特性的调整、熔融性的提高、着色的抑制、透射率的提高、澄清、化学耐久性的提高等目的而添加。含有这些成分时，优选合计为10％以下，更优选为5％以下，进一步优选为3％以下，特别优选为1％以下。
进而，在本实施方式的光学玻璃中优选含有F。F并非必需，但出于熔解性的提高、透射率的提高、澄清性提高等目的而添加。含有F时，优选为5％以下，更优选为3％以下。
另外，在本实施方式的光学玻璃中，含有Li2O、Na2O的碱金属氧化物的光学玻璃能够通过将Li离子置换成Na离子或K离子、将Na离子置换成K离子而进行化学强化。即，如果进行化学强化处理，则能够提高光学玻璃的强度。
[光学玻璃和玻璃成型体的制造方法]
本发明的光学玻璃例如以如下的方式制造。即，首先，以成为上述规定的玻璃组成的方式称量原料，均匀地混合。将所制作的混合物投入铂坩埚、石英坩埚或氧化铝坩埚进行粗熔融。然后，放入金坩埚、铂坩埚、铂合金坩埚、强化铂坩埚或铱坩埚，在1200～1400℃的温度范围下熔融2～10小时，通过脱泡、搅拌等进行均质化并消泡等之后，浇铸于模具进行缓冷。由此得到本发明的光学玻璃。
进而，该光学玻璃也能够通过利用浮法、熔融法、滚压法等成型方法将已熔融的玻璃成型为板状而制成玻璃板。另外，例如能够使用再加热压制成型、精密压制成型等方法制作玻璃成型体。即，能够由光学玻璃制作模压成型用的透镜预成型坯，对该透镜预成型坯进行再加热压制成型后，进行研磨加工而制作玻璃成型体，或者例如能够对进行研磨加工而制作的透镜预成型坯进行精密压制成型而制作玻璃成型体。应予说明，制作玻璃成型体的方法并不限定于这些方法。
以如上所述的方式制造的本发明的光学玻璃的残留泡优选每1kg为10个(10个/kg)以下，更优选为7个/kg以下，进一步优选为5个/kg以下，特别优选为3个/kg以下。在利用上述方法将玻璃板成型的情况下，如果残留泡为10个/kg以下，则能够高效地成型不含泡的玻璃板。另外，将在内部包裹残留泡的最小尺寸的圆的直径设为残留泡各自的大小时，残留泡各自的大小优选为80μm以下，更优选为60μm以下，进一步优选为40μm以下，特别优选为20μm以下。
另外，将上述直径设为残留泡的纵向的长度L1，将与该直径垂直相交的直线且成为残留泡的最大长度的直线的长度设为残留泡的横向的长度L2时，如果以纵横比表示残留泡的形状，则L2/L1优选为0.90以上，更优选为0.92以上，进一步优选为0.95以上。如此，如果L2/L1为0.90以上，则残留泡成为接近正圆(正球)的状态，例如即使含有残留泡，与椭圆的残留泡相比，也能够抑制玻璃的强度降低，在制作玻璃板时，能够抑制残留泡成为起点的裂纹的产生。另外，即使在玻璃基板中存在残留泡，也具有与椭圆的残留泡相比能够抑制入射至玻璃板的光的各向异性散射的效果。残留泡的大小、形状可从由利用激光显微镜(KEYENCE公司制造：VK-X100)测得的值得到。
如此制作的玻璃板、玻璃成型体这样的光学构件在各种光学元件中有用，其中，特别适用于(1)可佩戴设备，例如带投影仪的眼镜、眼镜型或护目镜型显示器、虚拟现实强化现实显示装置、虚像显示装置等中使用的导光体、滤光器或透镜等，(2)车载用摄像机、机器人用视觉传感器中使用的透镜、罩玻璃等。即使为车载用摄像机这样暴露于严苛的环境下的用途，也适合使用。另外，也适用于有机EL用玻璃基板、晶片级透镜阵列用基板、透镜单元用基板、基于蚀刻法的透镜形成基板、光波导等用途。
以上所说明的本实施方式的光学玻璃为高折射率且低密度，并且制造特性良好，适合作为可佩戴设备、车载用、机器人搭载用的光学玻璃。
实施例
以成为表1～7所示的化学组成(氧化物换算的质量％)的方式称量原料。原料均选定作为各成分的原料各自相当的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氟化物、氢氧化物、偏磷酸化合物等通常的光学玻璃中使用的高纯度原料而使用。应予说明，表中，R2O表示Li2O、Na2O和K2O的含有比例的合计量。
将所称量的原料均匀地混合，放入内容积约300mL的铂坩埚内，在约1200℃进行约2小时的熔融、澄清、搅拌后，在1200℃保持0.5小时，浇铸于预热到约650℃的纵50mm×横100mm的长方形的模具，然后，以约1℃/分钟进行缓冷而制成例1～54、56～57的样品。关于例55的玻璃，粘度η成为logη＝2的温度T2高达1200℃以上，为了使玻璃充分地澄清·均质化，使熔融温度为1400℃。应予说明，在此，例1～56为实施例，例57～66为比较例。
[评价]
对于上述得到的各样品，以如下方式测定折射率(nd)、密度(d)、失透温度、粘度(粘度η成为logη＝2的温度T2)、制成厚度1mm的玻璃板时的波长360nm处的光的透射率(T360)、耐水性(RW)、耐酸性(RA)。将得到的结果一并示于表1～7。
折射率(nd)：将样品的玻璃加工成一边为30mm、厚度为10mm的三角形棱镜，使用折射率计(Kalnew公司制造，设备名：KPR-2000)进行测定。
密度(d)：依据JIS Z8807(1976，在液体中进行称量的测定方法)进行测定。
失透温度：将约5g的样品放入铂盘，通过自然放冷将从1000℃至1400℃以10℃增量分别保持1小时的样品冷却后，通过显微镜观察结晶析出的有无，将未确认到长边或长径为1μm以上的结晶的最低温度作为失透温度。
温度T2：使用旋转粘度计测定加热样品时的粘度，测定粘度η成为logη＝2的温度T2(熔解性的基准温度)。
光透射率(T360)：加工成10mm×30mm×厚度1mm的板状，利用分光光度计(HitachiHigh-Technologies Corporation公司制造的U-4100)对两表面经镜面研磨的样品测定波长360nm处的光的透射率。
玻璃化转变温度(Tg)：是使用差示热膨胀计(TMA)测定的值，通过JIS R3103-3(2001年)而求出。
杨氏模量(E)：使用超声波精密板厚计(OLYMPAS公司制造的MODEL 38DL PLUS)对20mm×20mm×1mm的板状的样品进行测定(单位：GPa)。
耐水性(RW)：依据JOGIS06-2008光学玻璃的化学耐久性的测定方法(粉末法)进行测定。具体而言，测定将粒径为420～600μm的玻璃粉末在100℃的纯水80mL中浸渍1小时时的质量减少比例(％)。质量减少比例小于0.05％时设为等级1，0.05％以上且小于0.10％时，设为等级2，0.10％以上且小于0.25％时，设为等级3，0.25％以上且小于0.60％时，设为等级4，0.60％以上且小于1.10％时，设为等级5，1.10％以上时设为等级6。
耐酸性(RA)：依据JOGIS06-2008光学玻璃的化学耐久性的测定方法(粉末法)进行测定。具体而言，测定将粒径为420～600μm的玻璃粉末在100℃的0.01当量的硝酸水溶液80mL中浸渍1小时时的质量减少比例(％)。质量减少比例小于0.20％时设为等级1，0.20％以上且小于0.35％时设为等级2，0.35％以上且小于0.65％时设为等级3，0.65％以上且小于1.20％时设为等级4，1.20％以上且小于2.20％时设为等级5，2.20％以上时设为等级6。
LTV：使用非接触激光位移计(黑田精工制造的Nanometro)对50mm×50mm×1mm的板状的样品以3mm间隔测定玻璃基板的板厚，算出LTV。
翘曲：使用非接触激光位移计(黑田精工制造的Nanometro)对直径8英寸×1mm和直径6英寸×1mm的圆板状的样品以3mm间隔测定玻璃基板的2个主表面的高度，参照图1，利用所说明的上述方法算出翘曲。
表面粗糙度(Ra)：使用原子力显微镜(AFM)(Oxford Instruments公司制造)对20mm×20mm×1mm的板状的样品测定10μm×10μm的区域而得的值。
阿贝数(νd)：使用上述折射率测定中使用的样品，由νd＝(nd-1)/(nF-nC)算出。nd为对氦d线的折射率，nF为对氢F线的折射率，nC为对氢C线的折射率。这些折射率也使用上述的折射率计测得。
热膨胀系数(α)：使用差示热膨胀计(TMA)测定30～350℃的范围的线热膨胀系数，根据JIS R3102(1995年)求出30～350℃的范围的平均线热膨胀系数。
[表1]
[表1]
[表2]
[表2]
[表3]
[表3]
[表4]
[表4]
[表5]
[表5]
[表6]
[表6]
[表7]
[表7]
上述各实施例(例1～56)的光学玻璃均为折射率(nd)高达1.68以上的高折射率。另外，密度低至4.0g/cm3以下。另外，由于玻璃的粘性成为logη＝2的温度为950～1200℃，因此，制造特性良好。因此，适于可佩戴设备、车载用摄像机、机器人用视觉中使用的光学玻璃。
另一方面，作为比较例的例57～例61的玻璃均由于SiO2少于29％，因此，成为logη＝2的温度T2低于950℃，制造特性差。例62的玻璃由于Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)大于0.45，因此，成为logη＝2的温度T2低于950℃，制造特性差。例63的玻璃由于Li2O+Na2O+K2O少于2％，因此，成为logη＝2的温度T2高于1200℃，为了将玻璃澄清·均质化，使熔融温度为1400℃，因此，制成厚度1mm的玻璃板时的波长360nm处的光的透射率(T360)低。例64的玻璃由于Nb2O5多于55％，因此，折射率(nd)高于1.85，失透温度高于1200℃，成型性差。例65的玻璃由于SiO2多于50％，因此，折射率(nd)低于1.68。例66的玻璃由于SiO2少于29％，因此，成为logη＝2的温度T2低于950℃。
由将上述各实施例(例1～56)的玻璃组成熔融而成的玻璃得到的光学玻璃中包含没有残留泡的光学玻璃、有1个或2个14μm～54μm的大小的残留泡的光学玻璃。该残留泡的纵横比(L2/L1)大致为0.9以上，也包括成为1.0的纵横比。如此，即使为这样含有残留泡的光学玻璃，由于其大小小且个数也少，因此，得到不存在泡、异物、条纹、分相等缺陷的玻璃板。因此，如果形成如上所述的大小的样品，则能够得到LTV的值为2μm以下、翘曲的值(直径6英寸的圆形的玻璃板)为30μm以下、Ra的值为2nm以下的光学玻璃。进而，耐水性(RW)的评价为等级2以上、耐酸性(RA)的评价为等级1以上的光学玻璃由于能够避免研磨时、清洗时的表面劣化，因此，认为能够实现LTV的值为1.5μm以下、翘曲的值(直径6英寸的圆形的玻璃板)为18μm以下、Ra的值为1nm以下。
将本实施例的不存在上述缺陷的3种玻璃板精密研磨，结果得到LTV的值为1.1、1.4、1.3μm，翘曲的值为45、36、42，Ra的值为0.276、0.358、0.362。因此，通过将本发明的实施例的不存在上述缺陷的玻璃板进行精密研磨，能够得到LTV的值为2μm以下、翘曲的值为50μm以下、Ra的值为2nm以下的光学玻璃。
对本发明的玻璃进行化学强化时，例如可以在将硝酸钠盐加热至400℃而熔融的熔液中将玻璃浸渍30分钟进行化学强化处理而得到强化玻璃。
综上所述，本发明的光学玻璃为高折射率且低密度，并且制造特性良好，适合作为可佩戴设备、车载用、机器人搭载用等的光学玻璃。

Claims (15)

1.一种光学玻璃，其特征在于，折射率nd为1.68～1.85，
密度d为4.0g/cm3以下，且
玻璃的粘性成为logη＝2的温度T2为950～1200℃。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其中，以氧化物基准的质量％表示计，Nb2O5为5％～55％，
选自BaO、TiO2、ZrO2、WO3和Ln2O3中的至少1种为0％～30％，Ln为选自Y、La、Gd、Yb和Lu中的至少1种，
SiO2为29％～50％，
Li2O+Na2O+K2O为2％～20％，
Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)为0.45以下。
3.根据权利要求2所述的光学玻璃，其中，以氧化物基准的质量％表示计，含有B2O3：0％～10％、MgO：0％～10％、CaO：0％～15％、SrO：0％～15％、BaO：0％～15％、Li2O：0％～9％、Na2O：0％～10％、K2O：0％～10％、Al2O3：0％～5％、TiO2：0％～15％、WO3：0％～15％、ZrO2：0％～15％、ZnO：0％～15％、La2O3：0％～12％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光学玻璃，其中，失透温度为1200℃以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光学玻璃，其中，制成厚度1mm的玻璃板时的波长360nm处的光的透射率T360为40％以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光学玻璃，其中，杨氏模量E为60GPa以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光学玻璃，其中，依据日本光学玻璃工业协会标准测定的耐水性为等级2以上，耐酸性为等级1以上。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的光学玻璃，其中，玻璃化转变温度Tg为500～700℃，阿贝数vd为50以下，在50～350℃的热膨胀系数α为50～150×10-7/K。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光学玻璃，其特征在于，是板厚为0.01～2mm的板状。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的光学玻璃，其中，一方主表面的面积为8cm2以上。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的光学玻璃，其中，在制成相对的主表面实施了两面研磨并且一方主表面的面积为25cm2的玻璃板时，该玻璃基板的LTV为2μm以下。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的光学玻璃，其中，在制成直径8英寸的圆形的玻璃板时，一方主表面的翘曲为50μm以下。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的光学玻璃，其中，表面粗糙度Ra为2nm以下。
14.一种光学部件，其特征在于，具有权利要求9～13中任一项所述的板状的光学玻璃。
15.根据权利要求14所述的光学部件，其中，在所述板状的光学玻璃的表面具有防反射膜。
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