TW201837003A - 光學玻璃及光學元件 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種光學玻璃，其不包含對環境負荷帶來不良影響的成分，而且在維持適度的高折射率的同時著色亦少。光學玻璃的特徵在於，以質量%計具有SiO2：30%以上且47%以下、B2O3：0%以上且10%以下、Na2O：3%以上且12%以下、Li2O：0%以上且5%以下、CaO：0%以上且3.8%以下、BaO：28%以上且43%以下、ZnO：3%以上且16%以下、ZrO2：0%以上且8%以下、La2O3：0%以上且15%以下的組成（其中，上述為不考慮Sb2O3組成的比例），且不包含PbO及As2O3以及K2O。
Description
本發明是有關於一種光學玻璃及光學元件。
近年來，於光導（light guide）、內窺鏡、曝光裝置等各種製品中利用具有高透射率的玻璃。而且，於該些玻璃的用途中，對在具有高透射率的同時亦具有適度的高折射率者，具體而言，為折射率（nd）大致處於1.58～1.66的範圍內者存在需求。
作為迎合此種需求的玻璃，例如專利文獻1揭示了藉由基本上包含SiO2
-La2
O3
-BaO-RO-R'2
O體系（R=Mg、Ca、Sr、Zn及Pb，R'=Li、Na及K）並且設為規定的組成，可獲得短波長區域中的光線透射性優異的，具體而言，以10 nm單位對顯示出透射率80%的波長進行表示的著色度為35～36的光學玻璃。而且，該光學玻璃的折射率大致處於所述範圍內。 [現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開昭60-046945號公報
[發明所欲解決之課題] 然而，專利文獻1所揭示的光學玻璃實質上是藉由將PbO及As2
O3
的至少任一者作為必需成分而達成著色的減少，因此，存在當製造加工或使用時會對環境負荷帶來不良影響的問題。另外，對於該些光學玻璃，亦期望著色的進一步減少。
因此，本發明為有利地解決所述問題者，其目的在於提供一種光學玻璃，所述光學玻璃不包含對環境負荷帶來不良影響的成分，而且在維持適度的高折射率的同時著色亦少。另外，本發明的目的在於提供一種使用所述光學玻璃，在維持適度的高折射率的同時著色亦少的光學元件。 [解決課題之手段]
用以解決所述課題之手段如下所述。即，本發明的光學玻璃的特徵在於，以質量%計具有 SiO2
：30%以上且47%以下、 B2
O3
：0%以上且10%以下、 Na2
O：3%以上且12%以下、 Li2
O：0%以上且5%以下、 CaO：0%以上且3.8%以下、 BaO：28%以上且43%以下、 ZnO：3%以上且16%以下、 ZrO2
：0%以上且8%以下、 La2
O3
：0%以上且15%以下的組成（其中，上述為不考慮Sb2
O3
組成的比例），且 不包含PbO及As2
O3
以及K2
O。所述光學玻璃不包含對環境負荷帶來不良影響的成分，而且在維持適度的高折射率的同時著色亦少。 此處，本說明書中所謂「不包含」是指有意地不含有，即實質上不含有。
本發明的光學玻璃較佳為折射率（nd）為1.58以上且1.66以下。
本發明的光學玻璃較佳為著色度（λ80）為34以下。
本發明的光學玻璃較佳為MgO、CaO、SrO及BaO的合計含量中的BaO的含量的比例為91質量%以上。
本發明的光學玻璃較佳為不含包MgO及SrO。
本發明的光學玻璃較佳為包含以額外比例計為1質量%以下的Sb2
O3
。
本發明的光學玻璃可較佳地用作光纖的芯材用玻璃。
另外，本發明的光學元件的特徵在於包括本發明的光學玻璃。所述光學元件在維持適度的高折射率的同時著色亦少。 [發明的效果]
根據本發明，可提供一種光學玻璃，其不包含對環境負荷帶來不良影響的成分，而且在維持適度的高折射率的同時著色亦少。另外，根據本發明，可提供一種使用所述光學玻璃、在維持適度的高折射率的同時著色亦少的光學元件。
（光學玻璃） 以下，對本發明的光學玻璃進行具體說明。 本發明的光學玻璃的特徵在於，以質量%計具有 SiO2
：30%以上且47%以下、 B2
O3
：0%以上且10%以下、 Na2
O：3%以上且12%以下、 Li2
O：0%以上且5%以下、 CaO：0%以上且3.8%以下、 BaO：28%以上且43%以下、 ZnO：3%以上且16%以下、 ZrO2
：0%以上且8%以下、 La2
O3
：0%以上且15%以下的組成（其中，上述為不考慮Sb2
O3
組成的比例），且不包含PbO及As2
O3
以及K2
O。
此外，就進一步減少著色的觀點而言，本發明的光學玻璃較佳為任意地包含Sb2
O3
，並且以質量%計僅包含 SiO2
：30%以上且47%以下、 B2
O3
：0%以上且10%以下、 Na2
O：3%以上且12%以下、 Li2
O：0%以上且5%以下、 CaO：0%以上且3.8%以下、 BaO：28%以上且43%以下、 ZnO：3%以上且16%以下、 ZrO2
：0%以上且8%以下、 La2
O3
：0%以上且15%以下的組成（其中，上述為不考慮Sb2
O3
組成的比例）。
＜成分＞ 首先，於本發明中，對將光學玻璃的組成限定為所述規定的範圍的理由進行說明。此外，只要無特別說明，則後述的關於除Sb2
O3
以外的成分的「%」表達是指質量%，另外，設為不考慮任意包含的Sb2
O3
而算出者。
[SiO2
] SiO2
為本發明的光學玻璃中的必需成分，為形成玻璃的網格結構並且可抑制玻璃形成時的結晶化且使玻璃的化學耐久性提高的成分。若光學玻璃中的SiO2
的比例未滿30%，則無法充分獲得所述抑制結晶化及提高化學耐久性的效果。另一方面，若光學玻璃中的SiO2
的比例超過47%，則玻璃融液的黏度變高，熔融性劣化，因此有所獲得的光學玻璃的著色增加之虞。因此，本發明的光學玻璃中的SiO2
的比例設為30%以上且47%以下。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中的SiO2
的比例較佳為31%以上，更佳為32%以上，另外，較佳為46%以下，更佳為45%以下。
[B2
O3
] B2
O3
為本發明的光學玻璃中的任意成分，與SiO2
同樣地為形成玻璃的網格結構並且可抑制玻璃形成時的結晶化的成分。另外，B2
O3
為於光學玻璃的製造時可促進批次反應及/或調整玻璃融液的黏度的成分。然而，若光學玻璃中的B2
O3
的比例超過10%，則會發生相分離，有無法獲得所期望的性能之虞。因此，本發明的光學玻璃中的B2
O3
的比例設為0%以上且10%以下。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中的B2
O3
的比例較佳為9.5%以下，更佳為9%以下。
[SiO2
+B2
O3
] 此處，本發明的光學玻璃中，就充分抑制玻璃形成時的結晶化的觀點而言，SiO2
及B2
O3
的合計比例較佳為37%以上，更佳為38%以上。另外，本發明的光學玻璃中，就獲得所期望的折射率的觀點而言，SiO2
及B2
O3
的合計比例較佳為55%以下，更佳為53%以下。
[Na2
O] Na2
O為本發明的光學玻璃中的必需成分，為於光學玻璃的製造時可促進批次反應及/或使玻璃融液低黏度化，而且大大有助於玻璃熔融性的提高、以及光學玻璃的透射率的提高及著色的減少的成分。若光學玻璃中的Na2
O的比例未滿3%，則無法獲得所述玻璃熔融性的提高等效果。另一方面，若光學玻璃中的Na2
O的比例超過12%，則於玻璃形成時容易結晶化，有無法獲得所期望的性能之虞。因此，本發明的光學玻璃中的Na2
O的比例設為3%以上且12%以下。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中的Na2
O的比例較佳為3.8%以上，更佳為4%以上，進而更佳為5%以上，另外，較佳為11%以下，更佳為10.5%以下。
[Li2
O] Li2
O為本發明的光學玻璃中的任意成分，為帶來與Na2
O相同的效果的成分。另外，藉由併用Li2
O與Na2
O，可帶來混合鹼效果。然而，若光學玻璃中的Li2
O的比例超過5%，則玻璃形成時容易結晶化，有無法獲得所期望的性能之虞。因此，本發明的光學玻璃中的Li2
O的比例設為0%以上且5%以下。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中的Li2
O的比例較佳為4%以下，更佳為3.5%以下。
[Na2
O+Li2
O] 此處，本發明的光學玻璃中，就玻璃熔融性的進一步提高、以及光學玻璃的著色進一步減少的觀點而言，Na2
O及Li2
O的合計比例較佳為3.8%以上，更佳為4%以上。
[K2
O] K2
O與Na2
O及Li2
O同樣地為鹼金屬氧化物，為具有顯示出與該些類似的行為的傾向的成分。但是，若選擇K2
O作為鹼金屬氧化物並用於光學玻璃，則與使用Na2
O或Li2
O時相比，同一溫度下的玻璃融液的黏度高，玻璃熔融性差，因此需要提高熔融溫度。而且，結果會對光學玻璃的透射率及著色度帶來不良影響。因此，就有效率地獲得所期望的性能的觀點而言，設為本發明的光學玻璃不包含K2
O。
[MgO] MgO為以少量便可使玻璃的穩定性提高的成分。但是，於市場上可容易地獲得的MgO原料中，大多在一定程度上包含作為雜質的會引起玻璃的著色（透射率降低）的過渡金屬。因此，就高純度原料的籌措困難性的觀點以及抑制光學玻璃的著色的觀點而言，較佳為於本發明的光學玻璃的製造中不使用MgO，換言之，較佳為本發明的光學玻璃不包含MgO。
[CaO] CaO為本發明的光學玻璃中的任意成分，為可使玻璃的穩定性及熔融性提高並且可調整折射率的成分。然而，若光學玻璃中的CaO的比例超過3.8%，則難以獲得所期望的折射率，該情況下，為了達成所期望的折射率，需要使用可使透射率降低的成分來調整折射率。因此，本發明的光學玻璃中的CaO的比例設為0%以上且3.8%以下。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中的CaO的比例較佳為3.7%以下，更佳為3.5%以下。
[SrO] SrO與MgO同樣地為以少量便可使玻璃的穩定性提高的成分。但是，與MgO同樣地，於市場上可容易地獲得的SrO原料中，大多在一定程度上包含作為雜質的會引起玻璃的著色（透射率降低）的過渡金屬。因此，就高純度原料的籌措困難性的觀點以及抑制光學玻璃的著色的觀點而言，較佳為於本發明的光學玻璃的製造中不使用SrO，換言之，較佳為本發明的光學玻璃不包含SrO。
[BaO] BaO為本發明的光學玻璃中的必需成分，為可帶來提高折射率、降低熔融溫度、抑制短波長的透射率的劣化等效果的成分。若光學玻璃中的BaO的比例未滿28%，則無法提高折射率而無法獲得所期望的折射率，而且熔融溫度變高，有無法避免短波長的透射率的劣化之虞。另一方面，若光學玻璃中的BaO的比例超過43%，則玻璃的穩定性劣化而發生結晶化，有無法獲得所期望的性能之虞。因此，本發明的光學玻璃中的BaO的比例設為28%以上且43%以下。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中的BaO的比例較佳為28.5%以上，更佳為29%以上，另外，較佳為42%以下，更佳為41%以下。
[MgO+CaO+SrO+BaO] 此處，本發明的光學玻璃中，就有效率地提高折射率的觀點而言，MgO、CaO、SrO及BaO的合計比例較佳為28%以上，更佳為28.5%以上，進而更佳為29%以上。另外，本發明的光學玻璃中，就充分抑制玻璃的穩定性劣化而發生結晶化的觀點而言，MgO、CaO、SrO及BaO的合計比例較佳為43%以下，更佳為42%以下，進而更佳為40%以下。
[BaO/(MgO+CaO+SrO+BaO)] 另外，本發明的光學玻璃中，MgO、CaO、SrO及BaO的合計含量中的BaO的含量的比例較佳為91質量%以上。藉由所述比例為91質量%以上，可使折射率等光學常數處於所期望的範圍內，同時可提高透射率，充分減少著色。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中，MgO、CaO、SrO及BaO的合計含量中的BaO的含量的比例較佳為91.3%以上，更佳為91.5%以上。
[ZnO] ZnO為本發明的光學玻璃中的必需成分，為可提高玻璃的折射率並且提高玻璃的化學耐久性、降低熔融溫度的成分。若光學玻璃中的ZnO的比例未滿3%，則有無法獲得所期望的折射率之虞。另一方面，若光學玻璃中的ZnO的比例超過16%，則玻璃的穩定性劣化而發生結晶化，有無法獲得所期望的性能之虞。因此，本發明的光學玻璃中的ZnO的比例設為3%以上且16%以下。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中的ZnO的比例較佳為4%以上，更佳為5%以上，另外，較佳為15%以下，更佳為13.5%以下。
[ZrO2
] ZrO2
為本發明的光學玻璃中的任意成分，為可抑制短波長的透射率的劣化同時提高玻璃的折射率、另外提高玻璃的化學耐久性的成分。然而，若光學玻璃中的ZrO2
的比例超過8%，則熔融溫度變高，而且玻璃的穩定性劣化而發生結晶化，有難以獲得所期望的性能之虞。因此，本發明的光學玻璃中的ZrO2
的比例設為0%以上且8%以下。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中的ZrO2
的比例較佳為7%以下，更佳為6%以下。
[La2
O3
] La2
O3
為本發明的光學玻璃中的任意成分，為可相對抑制短波長的透射率的劣化同時提高玻璃的折射率、另外提高玻璃的化學耐久性的成分。然而，若光學玻璃中的La2
O3
的比例超過15%，則玻璃的穩定性劣化而發生結晶化，有難以獲得所期望的性能之虞。因此，本發明的光學玻璃中的La2
O3
的比例設為0%以上且15%以下。就同樣的觀點而言，本發明的光學玻璃中的La2
O3
的比例較佳為12%以下，更佳為10.5%以下。
[ZrO2
+La2
O3
] 此處，本發明的光學玻璃中，就有效率地提高折射率的觀點而言，ZrO2
及La2
O3
的合計比例較佳為0.5%以上。另外，本發明的光學玻璃中，就充分抑制玻璃的穩定性劣化而發生結晶化的觀點而言，ZrO2
及La2
O3
的合計比例較佳為15%以下，更佳為13%以下。
[Nb2
O5
、Ta2
O5
] Nb2
O5
及Ta2
O5
為可提高折射率的成分，但亦為可使短波長的透射率劣化的成分。因此，就抑制著色的觀點而言，本發明的光學玻璃較佳為不包含Nb2
O5
及Ta2
O5
。
[Sb2
O3
、脫泡成分] 本發明的光學玻璃可任意地包含少量（例如，以額外比例計為1質量%以下）的於製造時可作為澄清劑發揮功能的Sb2
O3
。 另外，本發明的光學玻璃可任意地包含少量（例如，於光學玻璃中成為1%以下的量）的工業上公知的脫泡成分。
[PbO、As2
O3
] PbO及As2
O3
的毒性高而限制製品的應用範圍，另外，會對製造加工或使用時的環境負荷帶來不良影響。因此，設為本發明的光學玻璃不包含PbO及As2
O3
。
[其他成分] 只要不偏離本發明的目的，則本發明的光學玻璃亦可包含所述成分以外的成分，例如GeO2
、Y2
O3
、Gd2
O3
、Ga2
O3
、In2
O3
等。
＜折射率（nd）＞ 具有所述組成的本發明的光學玻璃較佳為折射率（nd）為1.58以上且1.66以下。若光學玻璃的折射率處於所述範圍內，則例如於將該光學玻璃用於光纖的芯材的情況下，可適度提高光纖的數值孔徑（NA）。另外，光學玻璃的折射率（nd）較佳為1.59以上，另外，較佳為1.65以下，更佳為1.64以下。 此外，光學玻璃的折射率（nd）的調整例如可藉由以下等方式來進行：於光學玻璃的製備時，將全體的組成限制於規定的範圍內，同時調節可對折射率帶來影響的成分的調配量。
＜著色度（λ80）＞ 具有所述組成的本發明的光學玻璃較佳為著色度（λ80）為34以下。若光學玻璃的著色度（λ80）為34以下，則可謂著色得以充分減少，可將該光學玻璃較佳地用作例如光纖、尤其是長距離傳輸用光纖的芯材用玻璃。 此外，光學玻璃的著色度（λ80）的調整例如可藉由以下等方式來進行：於光學玻璃的製備時，將全體的組成限制於規定的範圍內，同時調節可對著色度或透射率帶來影響的成分的調配量。 另外，本說明書中，所謂「光學玻璃的著色度（λ80）」是指：使用經兩面研磨的10 mm厚的光學玻璃試樣來測定分光透射率（包含反射損耗），對於分光透射率顯示為80%的波長，以整數第一位進行四捨五入並以10 nm為單位進行表示而得的值。
＜光學玻璃的製造＞ 本發明的光學玻璃只要滿足所述與成分相關的要件即可，關於其製造方法並無特別限定，依據現有的製造方法即可。 例如，首先，作為本發明的光學玻璃中可包含的各成分的原料而準備氧化物、氫氧化物、碳酸鹽及硝酸鹽等，將對該些以成為規定的比例的方式進行秤量並均勻地混合而得者作為玻璃調配原料。繼而，將該原料投入至與玻璃原料等不具有反應性的耐熱容器，例如包含鉑、氧化鋁、石英等的坩堝中，利用電爐加熱至1000℃～1400℃以進行熔融，並適時進行攪拌，進行澄清、均質化。然後，於澆鑄至經預熱成適當的溫度的模具中後，於電爐內進行緩冷以消除應變，藉此可製造本發明的光學玻璃。
＜光學玻璃的用途＞ 本發明的光學玻璃並無特別限定，可用於各種透鏡等光學元件、光纖、濾光片基板等中。尤其本發明的玻璃在維持適度的高折射率的同時著色亦少，因此可較佳地用作光纖、尤其是長距離傳輸用光纖的芯材用玻璃來製造具有大孔徑的光纖。
（光學元件） 本發明的光學元件的特徵在於包括本發明的光學玻璃。本發明的光學元件使用本發明的光學玻璃作為原材料，因此在維持適度的高折射率的同時著色亦少。 此外，就獲得所期望的性能的觀點而言，本發明的光學元件較佳為滿足針對本發明的光學玻璃而於上文敘述的與各成分的組成相關的必需要件，更佳為滿足針對本發明的光學玻璃而於上文敘述的視為較佳的各種要件。
光學元件的種類並無限定，作為典型的光學元件，可例示：非球面透鏡、球面透鏡、或者平凹透鏡、平凸透鏡、雙凹透鏡、雙凸透鏡、凸彎月透鏡、凹彎月透鏡等透鏡；微透鏡；透鏡陣列；帶繞射光柵的透鏡；棱鏡；帶透鏡功能的棱鏡等。作為光學元件，較佳為可例示：凸彎月透鏡、凹彎月透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等透鏡；棱鏡；繞射光柵。所述各透鏡可為非球面透鏡，亦可為球面透鏡。於表面亦可視需要而設置防反射膜或具有波長選擇性的局部反射膜等。
此外，關於光學元件的製造方法，只要使用本發明的光學玻璃作為原材料則並無特別限定，依據現有的製造方法即可。例如，光學元件可藉由以下方式來製造：將本發明的光學玻璃熔融，並自所獲得的熔融玻璃獲得預成形體（經預成形的玻璃原材料），然後，對該預成形體進行精密壓製成形。 [實施例]
以下，列舉實施例及比較例對本發明的光學玻璃進行具體說明，但本發明並不限定於該些實施例。
準備相當於表1所記載的成分的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽及硝酸鹽，將以玻璃化後成為100 g的方式對該些進行秤量並均勻地混合而得者作為玻璃調配原料。繼而，將該原料投入至鉑坩堝中，利用電爐加熱至1000℃～1400℃以進行熔融，並適時進行攪拌以實現均質化。繼而，將經均質化的熔融物澆鑄至經預熱的模具內，於電爐內進行緩冷，藉此分別獲得實施例1～實施例14及比較例1～比較例2的光學玻璃。
然後，對各光學玻璃測定折射率（nd）及著色度（λ80）。此外，折射率（nd）是使用卡爾紐（Kalnew）光學工業股份有限公司製造的「KPR-200」來測定。另外，著色度（λ80）是準備經兩面研磨的10 mm厚的光學玻璃試樣，使用日立高新技術（Hitachi High-Technologies）股份有限公司公司製造的「U-4100」來測定包含反射損耗在內的分光透射率並自分光透射率顯示為80%的波長來求出。將測定結果示於表1。
[表1]
如表1所示可知，依據本發明的實施例1～實施例14的光學玻璃的組成均為所述規定的範圍，因此，折射率（nd）適度地高達1.58～1.66，而且著色度（λ80）為34以下而著色少。 [產業上之可利用性]
根據本發明，可提供一種光學玻璃，其不包含對環境負荷帶來不良影響的成分，而且在維持適度的高折射率的同時著色亦少。另外，根據本發明，可提供一種使用所述光學玻璃，在維持適度的高折射率的同時著色亦少的光學元件。
無
無
Claims (8)
- 一種光學玻璃，其特徵在於，以質量%計具有 SiO2 ：30%以上且47%以下、 B2 O3 ：0%以上且10%以下、 Na2 O：3%以上且12%以下、 Li2 O：0%以上且5%以下、 CaO：0%以上且3.8%以下、 BaO：28%以上且43%以下、 ZnO：3%以上且16%以下、 ZrO2 ：0%以上且8%以下、 La2 O3 ：0%以上且15%以下的組成（其中，為不考慮Sb2 O3 的組成），且 不包含PbO及As2 O3 以及K2 O。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學玻璃，其中折射率（nd）為1.58以上且1.66以下。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的光學玻璃，其中著色度（λ80）為34以下。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的光學玻璃，其中MgO、CaO、SrO及BaO的合計含量中的BaO的含量的比例為91質量%以上。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的光學玻璃，其不含包MgO及SrO。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的光學玻璃，其包含以額外比例計為1質量%以下的Sb2 O3 。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的光學玻璃，其為光纖的芯材用玻璃。
- 一種光學元件，其包括如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的光學玻璃。
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