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TWI848909B - 光學玻璃、預成形體以及光學元件 - Google Patents

光學玻璃、預成形體以及光學元件 Download PDF

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TWI848909B
TWI848909B TW107115762A TW107115762A TWI848909B TW I848909 B TWI848909 B TW I848909B TW 107115762 A TW107115762 A TW 107115762A TW 107115762 A TW107115762 A TW 107115762A TW I848909 B TWI848909 B TW I848909B
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岩崎菜那
二野宮晟大
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日商小原股份有限公司
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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Abstract

本發明提供一種光學玻璃、預成形體及光學元件。本發明之課題在於，獲得一種玻璃，其部分色散比(θ g,F)與阿貝數(νd)之間，符合(-0.00162×νd+0.625)≦(θ g,F)≦(-0.00162×νd+0.660)之關係，且耐酸性高。該玻璃以質量%計，含有P2O5成分20.0%至60.0%，BaO成分5.0%至45.0%，Ln2O3成分超過0%至15.0%；部分色散比(θ g,F)與阿貝數(νd)之間，符合(-0.00162×νd+0.625)≦(θ g,F)≦(-0.00162×νd+0.660)之關係；以粉末法測定之化學耐久性(耐酸性)為1級至5級。

Description

光學玻璃、預成形體以及光學元件
本發明是關於光學玻璃、預成形體(preform)以及光學元件。
近年，使用光學系統之機器的數位化及高精細化正急速地發展，在數位相機或攝影機等攝影機器、投影機或投影電視機等影像播放(投影)機器等的各種光學機器之領域，對於提升加工產率的需求正在增強。
此外，作為光學設計上所著重的光學特性指標，使用了部分色散比(θg,F)，為了能夠良好地補正次級光譜，需求在低色散一側的透鏡上使用部分色散比較大之光學材料。
一般而言，色像差是藉由組合低色散的凸透鏡與高色散的凹透鏡來進行補正，但以這種組合只能補正紅色區域與綠色區域的像差，藍色區域的像差卻依舊存在。這種無法完全去除的藍色區域像差被稱為次級光譜。在補正次級光譜之情況下，必須進行考慮藍色區域的g線(435.835nm)動向之光學設計。此時，作為光學設計上所著重的光學特性指標，而使用部分色散比(θg,F)。於上述組合低色散的透鏡與高色散的透鏡之光學系統中，在低色散一側的透鏡上使用部分色散比(θg,F)較大的光學材料，在高色散一側的透鏡上使用部分色散比(θg,F)較小的光學材料，藉此次級光譜將得以良好補正。
部分色散比(θg,F)可藉由下述式(1)表示。
[式(1)]θg,F=(ng-nF)/(nF-nC)
光學玻璃中，表示短波長區域之部分色散性之部分色散比(θg,F)與阿貝數(ν d)之間，有著近乎直線的關係。表示該關係的直線，則被稱為正規線，以下述直線來表示：在採用部分色散比(θg,F)為縱軸，阿貝數(ν d)為橫軸之直角座標上，以NSL7與PBM2之部分色散比及阿貝數描繪出2點，再連結該2點所成之直線(請參考圖1)。作為正規線基準的標準玻璃，雖然會隨著每個光學玻璃製造商而有所不同，但各公司是以幾乎相同的傾斜度與截距來加以定義(NSL7與PBM2是小原股份有限公司製造的光學玻璃，PBM2的阿貝數(ν d)為36.3，部分色散比(θg,F)為0.5828，NSL7的阿貝數(ν d)為60.5，部分色散比(θg,F)為0.5436)。
此外，在玻璃製造步驟中進行加工時，若玻璃的加工性差，在研削/研磨步驟或洗淨步驟時等情況下，玻璃的表面會變得容易產生變色損傷或混濁。此時，為了不使玻璃內部出現變色損傷或混濁，則會增加對玻璃表面進行研削/研磨的步驟，故會在加工步驟上花費大量的時間。
特別是低色散一側(例如阿貝數為50以上70以下)的區域中，以P2O5成分為主成分且含有BaO成分之光學玻璃，一般而言，其耐酸性或磨損度容易惡化，且玻璃的加工性不佳，故期望一種耐酸性良好之光學玻璃。
進而，在組裝於投影機等會發熱的光學機器之光學元件中，期望能構成一種光學系統，不易因為使用環境的溫度變動而對光學系統成像特性等產生影響。
在製作光學元件之光學玻璃中，特別是對於下述加工性改良 或部分色散比大的玻璃材料需求增加：具有折射率(nd)為1.57至1.65，阿貝數(ν d)為50以上70以下之高阿貝數，且不含氟之磷酸系玻璃。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2010-202418號公報。
為了將光學玻璃應用於各種光學機器上，會進行研磨或洗淨等步驟。於研磨步驟中會使用研磨材，且於洗淨步驟中會使用洗劑等，若玻璃的化學耐久性差，特別是耐酸性差的話，則容易使玻璃受到損傷。
此外，進行光學設計時，於低色散一側使用部分色散比較大者更加理想。進而，在構成不易因為溫度變動而影響成像性能等之光學系統時，併用下述兩種光學元件為佳：於溫度上升時折射率變低，相對折射率的溫度係數為負值之玻璃所構成的光學元件；於溫度變高時折射率變高，相對折射率的溫度係數為正值之玻璃所構成的光學元件，藉此能補正溫度變化對成像特性等所造成的影響。已知該相對折射率的溫度係數係與線性膨脹係數相關，作為低色散一側的磷酸系玻璃，較佳是線性膨脹係數較小的玻璃。
然而，專利文獻1中所記載之玻璃不可謂充分滿足此種要求。
本發明係有鑑於上述問題點而成者，其目的在於，使研磨步驟及洗淨步驟中之玻璃加工變得容易，且於光學設計方面，於具有低折射率低色散之同時，亦具有部分色散比較大之特性。
本發明人等為了解決上述課題，專注累積試驗研究的結果，發現藉由以P2O5成分為主成分，並將BaO成分及稀土類元素成分作為必要成分，能獲得以粉末法測定之耐酸性良好，且部分色散比較大的玻璃，從而完成本發明。
具體而言，本發明是提供下述之物。
(1)一種光學玻璃，以質量%計，係含有P2O5成分20.0%至60.0%，BaO成分5.0%至45.0%，Ln2O3成分超過0%至15.0%；部分色散比(θg,F)與阿貝數(ν d)之間，符合(-0.00162×ν d+0.625)≦(θg,F)≦(-0.00162×ν d+0.660)之關係；以粉末法測定的化學耐久性(耐酸性)為1級至5級。
(2)如(1)之光學玻璃，其中質量比Rn2O/(P2O5+B2O3)未滿0.1，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上。
(3)如(1)或(2)之光學玻璃，其中折射率(nd)1.57以上1.65以下，阿貝數(ν d)50以上70以下。
(4)一種預成形體，係由(1)至(3)中任一項之光學玻璃而成。
(5)一種光學元件，係由(1)至(3)中任一項之光學玻璃而成。
(6)一種光學機器，係具備如(5)之光學元件。
若根據本發明，則能獲得一種光學玻璃，其以粉末法測定的化學耐久性(耐酸性)良好，且部分色散比較大。
圖1係以部分色散比(θg,F)為縱軸，阿貝數(ν d)為橫軸的直 角座標所表示的正規線之示意圖。
圖2係本發明實施例之部分色散比(θg,F)與阿貝數(ν d)關係之示意圖。
本發明之光學玻璃以質量%計係含有P2O5成分20.0%至60.0%，BaO成分5.0%至45.0%，Ln2O3成分超過0%至10.0%；部分色散比(θg,F)與阿貝數(ν d)之間，符合(-0.00162×ν d+0.625)≦(θg,F)≦(-0.00162×ν d+0.660)之關係；以粉末法測定的化學耐久性(耐酸性)為1級至5級。
若根據本發明，藉由以P2O5成分為主成分，並將BaO成分及稀土類元素成分作為必要成分，則能獲得以粉末法測定之耐酸性為良好，且部分色散比較大的玻璃。
以下，針對本發明的光學玻璃之實施形態進行詳細的說明，但本發明並不限於下述的實施形態，於本發明目的之範圍內可進行適當的變更來加以實施。此外，關於重複說明的部分，雖然有適當地省略說明的情況，但並不會因此而限制發明之主旨。
[玻璃成分]
構成本發明光學玻璃的各成分之組成範圍如下所述。於本說明書中，各成分的含量在未特別否定之情形時，皆係以相對於氧化物換算組成的玻璃總質量之質量%來表示。在此，「氧化物換算組成」係假設作為本發明的玻璃構成成分原料所使用的氧化物、複合鹽、金屬氟化物等在熔融時，全部分解變成氧化物之情況下，將該生成氧化物之總質量設為100質量%，來表示玻璃中所含有的各種成分之組成。
<關於必要成分、任意成分>
本發明的光學玻璃中，P2O5成分為必要成分，其為形成玻璃 的主要成分之同時，亦為可提高玻璃黏性，提高玻璃穩定性之成分。
另一方面，若P2O5成分的含量過少，則有可能會有隨著玻璃變得不穩定而使得黏性變低之擔憂，或是有玻璃穩定性惡化之擔憂，因此，本發明的光學玻璃中，P2O5成分的含量係以20.0%以上為佳，較佳為25.0%以上，更佳為30.0%以上。
此外，若P2O5成分的含量過多，則會使折射率降低，部分色散比變小，因此，P2O5成分的含量係以60.0%以下為佳，較佳為56.0%以下，更佳為53.0%以下，進而更佳為50.0%以下。
P2O5成分係可使用Al(PO3)3、Ca(PO3)2、Ba(PO3)2、BPO4、H3PO4等作為原料。
BaO成分係本發明之必要成分，具有提高玻璃的折射率而連帶提高玻璃穩定化之功效，並能使部分色散比變大。
因此，BaO成分的含量係以5.0%以上為佳，較佳為8.0%以上，更佳為10.0%以上。
另一方面，若BaO成分的含量過多，會使得耐酸性惡化，線性膨脹係數變大，而難以成為本發明光學玻璃所期望之加工性改良或線性膨脹較小的玻璃。因此，BaO成分的含量係以45.0%以下為佳，較佳為40.0%以下，更佳為36.0%以下。
BaO成分係可使用BaCO3、Ba(NO3)2、Ba(PO3)2、BaF2等作為原料。
Ln2O3成分(式中，Ln是選自La、Gd、Y、Yb所成群組中的1種以上)的含量之總和(質量和)係以超過0%且15.0%以下為佳。
特別是，藉由將該質量和設為超過0%，於可以具有所期望的折射率之同時，亦能使粉末法耐酸性的減量率變低。Ln2O3成分含量之質量和係以超過0%為佳，較佳是超過1.0%，更佳是超過3.0%。
另一方面，藉由將該質量和設為15.0%以下，可使得部分色 散比不會變得過小，並能提高玻璃的穩定性。因此，Ln2O3成分的含量之質量和係以15.0%以下為佳，較佳為10.0%以下，更佳為8.0%以下。
Rn2O成分(Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)相對於P2O5成分及B2O3成分總和之質量比係以未滿0.1為佳。
藉由將Rn2O/(P2O5+B2O3)的比率設為適當的數值，則可抑制玻璃折射率的低下，且在玻璃變得穩定的同時，可使粉末法耐酸性的減量率變低。
因此，Rn2O/(P2O5+B2O3)係以未滿0.1為佳，較佳為未滿0.08，更佳為未滿0.05。
B2O3成分於包含稀土類氧化物之本發明光學玻璃中是作為玻璃形成氧化物所不可或缺之任意成分。特別是本發明之光學玻璃中，藉由含有超過0%的B2O3成分，能提高玻璃之熔融性。因此，B2O3成分的含量係以超過0%為佳，較佳為3.0%以上，更佳為超過5.0%。
另一方面，藉由將B2O3成分的含量設為20.0%以下，可抑制化學耐久性的惡化。因此，B2O3成分的含量係以20.0%以下為佳，較佳為18.0%以下，更佳為未滿15.0%。
B2O3成分係可使用H3BO3、Na2B4O7、Na2B4O7‧10H2O、BPO4等作為原料。
SrO成分係含量超過0%時，於可以維持所期望的折射率與色散之同時，亦可使部分色散比變大。
另一方面，若SrO成分的含量過多，會使得耐酸性惡化，且玻璃會變得不穩定。因此，SrO成分的含量係以35.0%以下為佳，較佳為30.0%以下，更佳為28.0%以下。
SrO成分係可使用Sr(NO3)2、SrF2、Sr(PO3)2等作為原料。
SiO2成分為任意成分，其含量超過0%時，能提高熔融玻璃的黏度，且能提高耐失透性。
另一方面，藉由將SiO2成分的含量設為10.0%以下，可獲得穩定的玻璃。因此，SiO2成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿5.0%，更佳為未滿3.0%。
SiO2成分係可使用SiO2、K2SiF6、Na2SiF6等作為原料。
MgO成分為任意成分，其含量超過0%時，可提高玻璃的穩定化，且能使部分色散比變大。
另一方面，藉由將MgO成分的含量設為15.0%以下，能減少因該等成分含量過剩所引起的折射率低下或失透。因此，MgO成分的含量係以15.0%以下為佳，較佳為未滿13.0%，更佳為未滿10.0%。
MgO成分係可使用MgCO3、MgF2、MgO、4MgCO3．Mg(OH)2等作為原料。
CaO成分為任意成分，其含量超過0%時，可提高玻璃原料的熔融性或是玻璃的耐失透性。
另一方面，藉由將CaO成分的含量設為18.0%以下，能減少因該等成分含量過剩所引起的折射率低下或失透。CaO成分的含量係以18.0%以下為佳，較佳為未滿15.0%，更佳為未滿13.0%。
CaO成分係可使用CaCO3、CaF2等作為原料。
ZnO為任意成分，其含量超過0%時，可提高耐失透性，並使比重變小，且能提高化學耐久性。因此，ZnO成分的含量係以超過0%為佳，較佳為超過0.5%，更佳亦可超過1.0%。
另一方面，藉由將ZnO成分的含量設為20.0%以下，能維持低色散。因此，ZnO成分的含量係以20.0%以下為佳，較佳為15.0%以下，更佳為10.0%以下，進而更佳為8.0%以下。
ZnO成分係可使用ZnO、ZnF2等作為原料。
La2O3成分為任意成分，藉由使含量超過0%，能降低耐酸性的減量率，並可提高折射率。因此，La2O3成分的含量係以超過0%為佳，較佳為超過0.5%，更佳亦可超過1.0%。
另一方面，若含量較多的話會使耐失透性惡化，且部分色散比變小，因此，La2O3成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿8.0%，更佳為未滿5.0%。
La2O3成分係可使用La2O3、La(NO3)3．XH2O(X為任意整數)等作為原料。
Gd2O3成分為任意成分，藉由將含量設為超過0%，會使得在稀土類元素中耐失透性良好，且能降低耐酸性的減量率。因此，Gd2O3成分的含量係以超過0%為佳，較佳為超過1.0%，更佳亦可超過1.5%。
另一方面，若含量較多的話會使得耐失透性惡化，且部分色散比變小，因此，La2O3成分的含量係以15.0%以下為佳，較佳為未滿13.0%，更佳為未滿8.0%。
Gd2O3成分係可使用Gd2O3、GdF3等作為原料。
Y2O3成分與Yb2O3成分為任意成分，至少其中一者的含量超過0%時，能一邊維持所期望的阿貝數，一邊提高玻璃的折射率，且可提高耐失透性。
另一方面，藉由將Y2O3成分與Yb2O3成分個別的含量設為10.0%以下，能減少因該等成分含量過剩所引起的失透，並可降低玻璃的材料成本。因此，Y2O3成分與Yb2O3成分的個別含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿5.0%，更佳為未滿3.0%。
Y2O3成分與Yb2O3成分係可使用Y2O3、YF3、Yb2O3等作為原料。
ZrO2成分為任意成分，其含量超過0%時，可降低耐酸性的減 量率。
另一方面，藉由將ZrO2成分的含量設為10.0%以下，能維持所期望的阿貝數，且可抑制因ZrO2成分含量過剩所引起的耐失透性低下。因此，ZrO2成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿5.0%，更佳為未滿3.0%。
ZrO2成分係可使用ZrO2、ZrF4等作為原料。
Nb2O5成分為任意成分，其含量超過0%時，會改善耐酸性，並提高部分色散比。
另一方面，藉由將Nb2O5成分的含量設為10.0%以下，能夠維持阿貝數為低，且可降低耐酸性的減量率，因此，以10.0%以下為佳，較佳為8.0%以下，更佳為未滿5.0%，進而更佳為未滿3.0%。
Nb2O5成分係可使用Nb2O5等作為原料。
WO3成分為任意成分，其含量超過0%時，能提高折射率及部分色散比，且可提高耐失透性。
另一方面，藉由將WO3成分的含量設為10.0%以下，則不易使玻璃相對於可見光的穿透率(transmittance)低下，且能降低材料成本。因此，WO3成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為8.0%以下，更佳為未滿5.0%，進而更佳為未滿3.0%。
WO3成分係可使用WO3等作為原料。
TiO2成分為任意成分，其含量超過0%時，可降低耐酸性的減量率，並提高部分色散比。
另一方面，因此，藉由將TiO2成分的含量設為10.0%以下，則能維持所期望的阿貝數，並獲得穩定的玻璃。因此，TiO2成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿5.0%，更佳為未滿3.0%。
TiO2成分係可使用TiO2等作為原料。
Ta2O5成分為任意成分，其含量超過0%時，可提高折射率， 並提高耐失透性，且能提高熔融玻璃的黏性。
另一方面，藉由將Ta2O5成分的含量設為5.0%以下，則可減少稀少礦物資源的Ta2O5成分之使用量，故能降低玻璃的材料成本。因此，Ta2O5成分的含量係以5.0%以下為佳，較佳為未滿3.0%，更佳為未滿1.0%，最佳為不含有。
Ta2O5成分係可使用Ta2O5等作為原料。
Li2O成分為任意成分，其含量超過0%時，可改善玻璃的熔融性，且提高折射率。因此，Li2O成分的含量係以超過0%為佳，較佳為超過0.5%，更佳為超過1.0%。
另一方面，藉由將Li2O成分的含量設為10.0%以下，可減少失透，並提高玻璃的黏性，故能減少玻璃紋路產生。因此，Li2O成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿8.0%，更佳為未滿5.0%，進而更佳為未滿3.0%。
Li2O成分係可使用Li2CO3、LiNO3、Li2F等作為原料。
Na2O成分及K2O成分為任意成分，至少其中一者的含量超過0%時，可改善玻璃原料的熔融性，並能提高耐失透性。
另一方面，藉由將Na2O成分及K2O成分的個別含量設為10.0%以下，則不易使折射率低下，且能減少因含量過剩所引起的失透。因此，Na2O成分及K2O成分個別的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿8.0%，更佳為未滿5.0%，進而更佳為未滿3.0%。
Na2O成分及K2O成分係可使用Na2CO3、NaNO3、NaF、Na2SiF6、K2CO3、KNO3、KF、KHF2、K2SiF6等作為原料。
GeO2成分為任意成分，其含量超過0%時，可提高玻璃的折射率，且能提高耐失透性。
然而，由於GeO2的原料價格昂貴，若其使用量過大會造成材料成本變高。因此，GeO2成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿5.0%，更佳為未滿3.0%，進而更佳為未滿1.0%，最佳為 不含有。
GeO2成分係可使用GeO2等作為原料。
Al2O3成分為任意成分，其含量超過0%時，能降低耐酸性的減量率，並提高耐失透性。因此，Al2O3成分的含量係以超過0%為佳，較佳為超過0.5%，更佳亦可超過1.0%。
另一方面，藉由將Al2O3成分的含量設為10.0%以下，能減少因含量過剩所引起的失透。因此，Al2O3成分的含量係分別以10.0%以下為佳，較佳為未滿9.0%，更佳為未滿8.0%。
Al2O3成分係可使用Al2O3、Al(OH)3、AlF3等作為原料。
Ga2O3成分為任意成分，其中至少一者含量超過0%時，可提高化學耐久性及耐失透性。
另一方面，藉由將Ga2O3成分的含量設為10.0%以下，能減少因含量過剩所引起的失透。因此，Ga2O3成分的含量係分別以10.0%以下為佳，較佳為未滿5.0%，更佳為未滿3.0%，進而更佳為未滿1.0%。
Ga2O3成分係可使用Ga2O3等作為原料。
Bi2O3成分為任意成分，其含量超過0%時，可提高折射率並降低阿貝數，且能降低玻璃轉移點。
另一方面，藉由將Bi2O3成分的含量設為10.0%以下，可提高玻璃的耐失透性，且能減少玻璃的著色而提高可見光穿透率。因此，Bi2O3成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿5.0%，更佳為未滿3.0%，進而更佳為未滿1.0%。
Bi2O3成分係可使用Bi2O3等作為原料。
TeO2成分為任意成分，其含量超過0%時，可提高折射率，且能降低玻璃轉移點。
另一方面，藉由將TeO2成分的含量設為10.0%以下，能減少 玻璃的著色而提高可見光穿透率。此外，藉由鉑製的坩堝，或是藉由與熔融玻璃接觸的部分是以鉑所形成的熔融槽來熔融玻璃原料時，存在TeO2可能會與鉑進行合金化的問題。因此，TeO2成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿5.0%，更佳為未滿3.0%，進而更佳為未滿1.0%。
TeO2成分係可使用TeO2等作為原料。
SnO2成分為任意成分，其含量超過0%時，可藉由減少熔融玻璃的氧化，邊抑制鉑溶入，邊促進熔融玻璃清澈。
另一方面，藉由將SnO2成分的含量設為3.0%以下，則能減少因熔融玻璃的還原所造成的玻璃著色、或是玻璃失透。此外，由於SnO2成分與熔解設備(特別是Pt等貴金屬)之間的合金化減少，而可期望熔融設備的使用年限延長。因此，SnO2成分的含量係以3.0%以下為佳，較佳為未滿1.0%，更佳為未滿0.5%。
SnO2成分係可使用SnO、SnO2、SnF2、SnF4等作為原料。
Sb2O3成分為任意成分，其含量超過0%時，能使熔融玻璃消泡。
另一方面，若Sb2O3成分的含量過多，會使得可見光範圍的短波長範圍之穿透率變差。因此，Sb2O3成分的含量係以1.0%以下為佳，較佳為未滿0.5%，更佳為未滿0.1%。
Sb2O3成分係可使用Sb2O3、Sb2O5、Na2H2Sb2O7．5H2O等作為原料。
此外，使玻璃清澈且消泡的成分，並不限於上述的Sb2O3成分，可使用玻璃製造領域中公知的澄清劑、消泡劑或該等的組合。
F成分為任意成分，其含量超過0%時，可提高玻璃的阿貝數，降低玻璃轉移點，且能提升耐失透性。
然而，F成分的含量，亦即，取代上述元素的1種或2種以上的氧化物之一部分或全部之氟化物的F之合計量，若超過10.0%，則F成分的揮發量變多，因此會變得難以獲得穩定的光學常數，而難以獲得均質的玻璃。此外，阿貝數會上升至所需以上。
因此，F成分的含量係以10.0%以下為佳，較佳為未滿5.0%，更佳為未滿3.0%，進而更佳為未滿1.0%，再進而更佳為不含有。
F成分可藉由使用例如ZrF4、AlF3、NaF、CaF2等作為原料，將其包含於玻璃內。
RO成分(R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上)的含量之總和(質量和)係以10.0%以上50.0%以下為佳。
特別是，藉由將該總和設為10.0%以上，可提高折射率，並能提高玻璃的耐失透性。因此，RO成分的合計含量係以10.0%以上為佳，較佳為15.0%以上，更佳為20.0%以上，進而更佳為25.0%以上，再進而更佳為28.0%以上。
另一方面，藉由將該總和設為50.0%以下，可減少該等成分含量過剩所引起的失透，而能獲得耐酸性的減量率或是磨損度較低之玻璃。因此，RO成分的合計含量係以50.0%以下為佳，較佳為未滿48.0%，更佳為未滿45.0%。
Rn2O成分(Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上)含量之總和(質量和)係以10.0%以下為佳。藉此，能抑制玻璃的折射率低下，且可減少失透。因此，Rn2O成分係下限以超過0%為佳，較佳為超過0.05%，更佳為超過0.10%。
因此，Rn2O成分含量之質量和係以10.0%以下為佳，較佳為未滿8.0%，更佳為未滿5.0%，進而更佳為未滿3.0%。
ZnO成分相對於BaO成分之質量比，以0.01以上為佳。藉此，能使線性膨脹係數變小。該質量比(ZnO/BaO)係以0.01以上為佳，較佳為0.025以上，更佳為0.05以上，進而更佳為超過0.1。
另一方面，藉由將質量比(ZnO/BaO)設為1.0以下，可於維持低色散之同時，保持所期望的折射率。因此，質量比(ZnO/BaO)係上限以1.0以下為佳，較佳為0.8以下，更佳為0.5以下。
P2O5成分與B2O3成分之總和(質量和)係以30.0%以上為佳。藉此，能使玻璃穩定，且會變得易於導入使粉末法耐酸性變良好之成分，或是使部分色散比變大之成分。P2O5與B2O3的質量和係以30.0%以上為佳，較佳為35.0%以上，更佳為40.0%以上。
另一方面，若該質量和過多，則會變得難以獲得所期望的折射率及阿貝數，因此，以未滿65.0%為佳，較佳為未滿63.0%，更佳為未滿60.0%，進而更佳為未滿56.0%。
藉由將SrO成分相對於BaO成分之質量比設為2.00以下，可降低粉末法耐酸性的減量率，且能使線性膨脹係數變小。因此，質量比(SrO/BaO)係上限以2.00以下為佳，較佳為1.80以下，更佳為1.60以下。
La2O3成分及Gd2O3成分的含量之總和(質量和)係以超過0%為佳。藉此能獲得粉末法耐酸性為良好之玻璃。故該質量和以超過0%為佳，較佳為超過1.0%，更佳為超過3.0%。
另一方面，該質量和(La2O3+Gd2O3)係以未滿15.0%為佳。若含有15.0%以上的話，會使失透性惡化，而難以獲得穩定的玻璃。故該質量和以未滿15.0%為佳，較佳為未滿13.0%，更佳為未滿8.0%。
SrO成分、CaO成分、MgO成分相對於BaO成分之質量比係以0.20以上為佳。藉此，能降低粉末法耐酸性的減量率，且使線性膨脹係數變小。故該質量比以0.20以上為佳，較佳為0.22以上，更佳為0.24以上。
另一方面，藉由將該質量比(SrO+CaO+MgO)/BaO設為3.00 以下，可以於具有所期望的折射率之同時，保持玻璃穩定。故該質量比以3.00以下為佳，較佳為2.50以下，更佳為2.20以下。
<關於不應該含有的成分>
接下來，對於本發明光學玻璃中不應該含有的成分，以及不適合含有的成分進行說明。
在不損害本發明的玻璃特性之範圍內，依所需可添加其他成分。然而，除了Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Lu之外，V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Mo等各種過渡金屬成分，分別以單獨或是複合形態含有時，即便是少量含有仍會使玻璃著色，而會發生對可見範圍中特定波長的光進行吸收之性質，因此，特別是在使用可見光範圍的波長之光學玻璃中，較佳為實質上地不含有。
此外，PbO等鉛化合物及As2O3等砷化合物由於是對環境負荷高的成分，理想是實質上地不含有，亦即除了無法避免的混入之外，為完全不含有。
進而，Th、Cd、Tl、Os、Be、Se各成分近年來係被視為有害的化學物質，而有避免使用的傾向，不僅是在玻璃的製造步驟，甚至在加工步驟以及到製品化後的廢棄處理為止，都必須有環境對策上的措施。因此，就重視對環境上的影響之觀點而言，較佳為實質上地不含有該等成分。
[製造方法]
本發明的光學玻璃例如能以下述方式加以製作。亦即，使各成分在指定的含量範圍內，將上述原料均勻地混合，再將製作出的混合物放入鉑坩堝、石英坩堝或鋁氧坩堝中進行初步熔融之後，再放入鉑坩堝、鉑合金坩堝、或銥坩堝中，於1100℃至1400℃的 溫度範圍下熔融1小時至5小時，攪拌使其均質化並進行消泡等步驟後，降溫至900℃至1300℃的溫度後，進行最終階段的攪拌以去除紋路，再澆鑄於鑄模中，加以緩冷卻，藉此來製作本發明的光學玻璃。
[物性]
本發明的光學玻璃係具有所期望的折射率及高阿貝數(低色散)。
特別是，本發明的光學玻璃的折射率(nd)的下限係以1.57以上為佳，較佳為1.58以上，更佳為1.59以上。
另一方面，該折射率的上限係以1.65以下為佳，較佳為1.64，更佳為1.63。此外，本發明的光學玻璃之阿貝數(ν d)的下限係以50以上為佳，較佳為52以上，更佳為54以上。該阿貝數的上限係以70以下為佳，較佳為未滿68，更佳為65以下。
本發明的光學玻璃由於具有這樣的折射率及阿貝數，故可於光學設計上發揮功效，特別是，於期望高度的成像特性等之同時，亦可期望光學系統的小型化，而能拓展光學設計的自由度。
本發明的光學玻璃較佳為具有高部分色散比(θg,F)。
更具體而言，本發明的光學玻璃之部分色散比(θg,F)，其與阿貝數(ν d)之間的關係，較佳為符合(-0.00162×ν d+0.625)≦(θg,F)≦(-0.00162×ν d+0.660)的關係。
如此一來，即便是相較於以往公知含有許多稀土類元素成分之玻璃，本發明之光學玻璃仍具有較高的部分色散比(θg,F)。因此，於能夠期望玻璃的高折射率及低色散化之同時，亦可將藉此光學玻璃所形成的光學元件，適用於色像差的補正上。
在此，本發明的光學玻璃之部分色散比(θg,F)係下限以(-0.00162×ν d+0.625)為佳，較佳為(-0.00162×ν d+0.630)，更佳為(-0.00162×ν d+0.632)。
另一方面，本發明的光學玻璃之部分色散比(θg,F)係上限大 多為(-0.00162×ν d+0.660)以下，更具體而言為(-0.00162×ν d+0.658)以下，再更具體而言為(-0.00162×ν d+0.656)以下。本發明中特定組成之玻璃的部分色散比(θg,F)及阿貝數(ν d)只要是符合此關係，便能獲得穩定的玻璃。
本發明之光學玻璃較佳為具有高耐酸性。特別是，根據JOGIS06-2009之玻璃粉末法所測定的化學耐久性(耐酸性)係以5級以上為佳，較佳為4級以上，更佳為3級以上。
在此的「耐酸性」是指對於因酸所引起的玻璃腐蝕之耐久性，該耐酸性係可藉由日本光學玻璃工業會標準JOGIS06-2009「光學玻璃的化學耐久性之測定方法(粉末法)」來加以測定。此外，「以粉末法測定之化學耐久性(耐酸性)是1級至3級」意指根據JOGISO6-2009來進行的化學耐久性(耐酸性)係在測定前後的樣品的質量減量率上，為未滿0.65質量%。
此外，化學耐久性(耐酸性)的「1級」是指測定前後的樣品之質量減量率未滿0.20質量%，「2級」是指測定前後的樣品之質量減量率為0.20質量%以上未滿0.35質量%，「3級」是指測定前後的樣品之質量減量率為0.35質量%以上未滿0.65質量%，「4級」是指測定前後的樣品之質量減量率為0.65質量%以上未滿1.20質量%，「5級」是指測定前後的樣品之質量減量率為1.20質量%以上未滿2.20質量%，「6級」是指測定前後的樣品之質量減量率為2.20質量%以上。
本發明之光學玻璃之100℃至300℃之平均線性熱膨脹係數α較佳為130(10-7℃-1)以下。
亦即，本發明之光學玻璃100℃至300℃之平均線性熱膨脹係數α係上限以130以下為佳，較佳為125(10-7℃-1)以下，更佳為120以下。
本發明的光學玻璃可見光穿透率較高，特別是可見光中短波長一側的光之穿透率較高，藉此使得著色情況少，故較佳。
特別是，本發明的光學玻璃若以玻璃的穿透率來表示的話，於厚度10mm樣品的情況下，表示分光穿透率80%的波長(λ80)係上限以420nm為佳，較佳為400nm，更佳為380nm。
此外，本發明的光學玻璃中，於厚度10mm樣品的情況下，表示分光穿透率5%之最短波長(λ5)係上限以380nm為佳，較佳為370nm，更佳為360nm。
藉此，玻璃的吸收端位於紫外光區域附近，可提高玻璃對於可見光的透明性，故該光學玻璃可適用於如透鏡這類使光穿透的光學元件上。
[玻璃成形體及光學元件]
可使用例如研磨加工的方法，或是再熱壓製成形、精密壓製成形等模壓成形的方法，由製成的光學玻璃來製作出玻璃成形體。亦即，能以下述列舉之方式製作玻璃成形體：對光學玻璃進行研削及研磨等的機械加工來製作玻璃成形體；對由光學玻璃製成的預成形體，進行再熱壓製成形後，再進行研磨加工來製作玻璃成形體；對進行研磨加工而製成的預成形體，或是對藉由公知的漂浮成形等所成形的預成形體，進行精密壓製成形，來製作玻璃成形體等。但製作玻璃成形體的方法，並不限於上述該等方法。
這樣一來，由本發明的光學玻璃所形成的玻璃成形體能在各式各樣的光學元件及光學設計上發揮功效，其中特別理想的是用於透鏡或稜鏡等的光學元件上。藉此，可形成口徑較大的玻璃成形體，因此，於能夠期望光學元件的大型化之同時，使用於相機或投影機等光學機器時，亦能實現高清晰且高精密度的成像特性及投影特性。
[實施例]
本發明之實施例(No.1至No.32)及比較例A、B的組成、折射率(nd)、阿貝數(ν d)、部分色散比(θg,F)、耐酸性、玻璃之線性膨脹係數(100至300℃)及表示分光穿透率為5%與80%之波長(λ5、λ80)，皆示於表1至表3。
此外，以下的實施例僅作為例示之目的，本發明並不限於該等實施例。
本發明的實施例及比較例之玻璃係各成分的原料皆是選擇與其相符合的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物、偏燐酸化合物等一般光學玻璃所使用的高純度原料，再將該等原料以成為表中所示的各實施例及比較例的組成比例來進行秤重並均勻地混合後，放入石英坩堝或鉑坩堝，並依照玻璃組成的熔融難易度，以電爐在1100℃至1400℃的溫度範圍下，熔解1小時至5小時，再攪拌使其均質化並進行消泡等步驟後，降溫至1000℃至1300℃後，攪拌使其均質化，再澆鑄於鑄模中，加以緩冷卻，製作出玻璃。
實施例及比較例的玻璃折射率(nd)及阿貝數(ν d)是以相對於氦燈的d譜線(587.56nm)之測定值來表示。此外，阿貝數(ν d)是使用上述d譜線的折射率、相對於氫燈的F譜線(486.13nm)之折射率(nF)、相對於C譜線(656.27nm)之折射率(nC)的數值，由阿貝數(ν d)=[(nd-1)/(nF-nC)]之數式來計算出該阿貝數。
此外，部分色散比是測定C譜線(波長656.27nm)中的折射率nC、F譜線(波長486.13nm)中的折射率nF、g譜線(波長435.835nm)中的折射率ng，再藉由(θg,F)=(ng-nF)/(nF-nC)之數式計算出該部分色散比。
此外，實施例及比較例之玻璃的耐酸性是根據日本光學玻璃工業會標準「光學玻璃的化學耐久性之測定方法(粉末法)」 JOGIS06-2009來加以測定。亦即，以比重克數來秤取已粉碎成粒徑425μm至600μm的玻璃樣品，再將其置入鉑製籠中。將該鉑製籠置於已加入0.01N硝酸水溶液之石英玻璃製圓底燒瓶內，進行60分鐘的沸騰水浴處理。算出處理後的玻璃樣品之減量率(質量%)，該減量率(質量%)未滿0.20時為1級，減量率0.20至未滿0.35時為2級，減量率0.35至未滿0.65時為3級，減量率0.65至未滿1.20時為4級，減量率1.20至未滿2.20時為5級，減量率2.20以上時為6級。此時，級數越小表示玻璃的耐酸性越佳。
此外，實施例及比較例之玻璃線性膨脹係數(100℃至300℃)是根據日本光學玻璃工業會標準JOGIS08-2003「光學玻璃的熱膨脹之測定方法」，將溫度與樣品延展程度之間的關係加以測定，藉此獲得熱膨脹曲線，再由該熱膨脹曲線求出線性膨脹係數。
此外，實施例及比較例之玻璃穿透率是根據日本光學玻璃工業會標準JOGIS02-2003來加以測定。此外，本發明中，藉由測定玻璃的穿透率，可求得玻璃有無著色及其著色程度。具體而言，是將厚度為10±0.1mm對面平行的研磨品，根據JISZ8722，測定200至800nm的分光穿透率，而求得λ5(穿透率為5%時的波長)及λ80(穿透率為80%時的波長)。
Figure 107115762-A0305-02-0024-1
[表2]
Figure 107115762-A0305-02-0025-2
Figure 107115762-A0305-02-0026-3
[表4]
Figure 107115762-A0305-02-0027-4
Figure 107115762-A0305-02-0028-5
Figure 107115762-A0305-02-0029-6
如表所示，本發明實施例之光學玻璃不論何者，其折射率(nd)為1.57以上，同時該折射率(nd)亦為1.65以下，皆在所期望的範圍內。
此外，本發明實施例之光學玻璃不論何者，其阿貝數(ν d)為50以上，同時該阿貝數(ν d)亦為70以下，皆在所期望的範圍內。
此外，本發明實施例的光學玻璃不論何者，其部分色散比(θg,F)與阿貝數(ν d)之間，皆符合(-0.00162×ν d+0.625)≦(θg,F)≦(-0.00162×ν d+0.660)之關係。
此外，本發明實施例的光學玻璃不論何者，其耐酸性皆為5級以上。另一方面，比較例A的光學玻璃之耐酸性為6級，可清楚得知其為加工性不佳的玻璃。
此外，本發明實施例的光學玻璃不論何者，其玻璃線性膨脹係數(100℃至300℃)皆為130以下。
此外，本發明實施例的光學玻璃不論何者，其λ80(穿透率為80%時的波長)皆為420nm以下。再者，本發明實施例的光學玻璃不論何者，其λ5(穿透率為5%時的波長)皆為380nm以下。因此，可清楚得知本發明實施例的光學玻璃對於可見光的穿透率高且難以著色。
此外，本發明實施例的光學玻璃並未失透，為穩定的玻璃。
另一方面，比較例的光學玻璃B有失透的情況，故未進行玻璃化。
因此，可清楚得知，本發明實施例之光學玻璃之部分色散比(θg,F)與阿貝數(ν d)之間，是在(-0.00162×ν d+0.625)≦(θg,F)≦ (-0.00162×ν d+0.660)的範圍內，且能獲得耐酸性為3級至5級之光學玻璃。
以上，雖然以例示之目的來詳細地說明了本發明，但本實施例之目的僅在於作為例示，應能充分理解在不偏離本發明的思想及範圍的情況下，所屬技術領域中具有通常知識者可對本發明進行許多變更。

Claims (5)

  1. 一種光學玻璃，以質量%計，係含有：P2O5成分20.0%至60.0%；BaO成分5.0%至27.54%；以及Ln2O3成分超過3.0%至15.0%，Ln是選自La、Gd、Y、Yb所成群組中的1種以上；B2O3成分超過0%至20.0%以下；ZnO成分超過0.5%至20.0%以下；RO成分為10.0%以上至50.0%以下，R是選自Mg、Ca、Sr、Ba所成群組中的1種以上；Rn2O成分為10.0%以下，Rn是選自Li、Na、K所成群組中的1種以上；P2O5成分與B2O3成分之質量和為30.0%以上至未滿65.0%；La2O3成分及Gd2O3成分之質量和為超過0%至未滿15.0%；質量比(ZnO/BaO)為0.025以上至1.0以下；質量比(SrO/BaO)為2.00以下；質量比(SrO+CaO+MgO)/BaO為0.20以上至3.00以下；前述光學玻璃之部分色散比(θg,F)與阿貝數(νd)之間係符合(-0.00162×νd+0.625)≦(θg,F)≦(-0.00162×νd+0.660)之關係；前述光學玻璃根據JOGIS06-2009之玻璃粉末法所測定的化學耐久性亦即耐酸性為1級至5級。
  2. 如請求項1所記載之光學玻璃，其中折射率(nd)係1.57以上1.65以下，阿貝數(νd)係50以上70以下。
  3. 一種預成形體，係由請求項1或2所記載之光學玻璃而成。
  4. 一種光學元件，係由請求項1或2所記載之光學玻璃而成。
  5. 一種光學機器，係具備如請求項4所記載之光學元件。
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