JP2020026381A - 光学ガラス、光学素子ブランクおよび光学素子 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)屈折率ndが1.70〜1.85であり、
B2O3の含有量が5〜35質量%であり、
La2O3の含有量が25〜50質量%であり、
Al2O3の含有量が1〜20質量%であって、
以下の(a)または(b)を満たす光学ガラス;
(a)アッベ数νdが42以上50未満であって、JOGISに基づく耐酸性が1〜2等級である、
(b)アッベ数νdが50以上55以下であって、JOGISに基づく耐酸性が1〜3等級である。
アッベ数νdが42〜55であり、
SiO2の含有量が5〜20質量%であり、
B2O3の含有量が5〜35質量%であり、
La2O3の含有量が25〜50質量%であり、
Al2O3の含有量が1〜20質量%であり、
Al2O3の含有量に対するB2O3の含有量の質量比[B2O3/Al2O3]が8以下であって、
Fの含有量が外割で2質量%以下である、光学ガラス。
νd=(nd−1)/(nF−nC)
本発明の第1実施形態に係る光学ガラスは、
屈折率ndが1.70〜1.85であり、
B2O3の含有量が5〜35%であり、
La2O3の含有量が25〜50%であり、
Al2O3の含有量が1〜20%であって、
以下の(a)または(b)を満たす;
(a)アッベ数νdが42以上50未満であって、JOGISに基づく耐酸性が1〜2等級である、
(b)アッベ数νdが50以上55以下であって、JOGISに基づく耐酸性が1〜3等級である、ことを特徴とする。
(a)アッベ数νdが42以上50未満であって、JOGISに基づく耐酸性が1〜2等級である。
(b)アッベ数νdが50以上55以下であって、JOGISに基づく耐酸性が1〜3等級である。
Cs2Oは、ガラスの熱的安定性を改善する働きを有するが、これらの含有量が多くなると、化学的耐久性、耐候性が低下する。そのため、Cs2Oの含有量は、上記範囲であることが好ましい。
Lu2O3は、ガラスの高分散性を高める働きを有するが、分子量が大きいことから、ガラスの比重を増加させるガラス成分でもある。そのため、Lu2O3の含有量は上記範囲であることが好ましい。
GeO2は、ガラスの高分散性を高める働きを有するが、一般的に使用されるガラス成分の中で、突出して高価な成分である。したがって、ガラスの製造コストを低減する観点から、GeO2の含有量は上記範囲であることが好ましい。
Yb2O3の含有量が多くなると、ガラスの比重が増大し、ガラスの熱的安定性が低下するおそれがある。したがって、Yb2O3の含有量は上記範囲であることが好ましい。
上記成分の他に、上記光学ガラスは、清澄剤としてSb2O3、CeO2等を少量含有することもできる。清澄剤の総量(外割添加量)は0%以上、1%未満とすることが好ましく、0%以上0.5%以下とすることがより好ましい。
<ガラスの比重>
第1実施形態に係る光学ガラスの比重は、好ましくは5.00以下であり、さらには4.90以下、4.80以下、4.70以下の順により好ましい。比重は小さいほど好ましく、下限は特に限定されないが、一般的には4.00程度である。相対的に比重を高くする成分は、BaO、La2O3、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5などである。相対的に比重を低くする成分は、SiO2、B2O3、Li2O、Na2O、K2Oなどである。これらの成分の含有量を調整することで比重を制御できる。
第1実施形態に係る光学ガラスの光線透過性は、着色度λ80、λ70およびλ5により評価できる。
厚さ10.0mm±0.1mmのガラス試料について波長200〜700nmの範囲で分光透過率を測定し、外部透過率が80%となる波長をλ80、外部透過率が70%となる波長をλ70、外部透過率が5%となる波長をλ5とする。
また、λ70は、好ましくは400nm以下であり、より好ましくは395nm以下であり、さらに好ましくは390nm以下である。
λ5は、好ましくは350nm以下であり、より好ましくは345nm以下であり、さらに好ましくは340nm以下である。
第1実施形態に係る光学ガラスは、上記所定の組成となるようにガラス原料を調合し、調合したガラス原料により公知のガラス製造方法に従って作製すればよい。例えば、複数種の化合物を調合し、十分混合してバッチ原料とし、バッチ原料を石英坩堝や白金坩堝中に入れて粗熔解(ラフメルト)する。粗熔解によって得られた熔融物を急冷、粉砕してカレットを作製する。さらにカレットを白金坩堝中に入れて加熱、再熔融(リメルト)して熔融ガラスとし、さらに清澄、均質化した後に熔融ガラスを成形し、徐冷して光学ガラスを得る。熔融ガラスの成形、徐冷には、公知の方法を適用すればよい。
第1実施形態に係る光学ガラスを使用して光学素子を作製するには、公知の方法を適用すればよい。例えば、上記光学ガラスの製造において、熔融ガラスを鋳型に流し込んで板状に成形し、本発明に係る光学ガラスからなるガラス素材を作製する。得られたガラス素材を適宜、切断、研削、研磨し、プレス成形に適した大きさ、形状のカットピースを作製する。カットピースを加熱、軟化して、公知の方法でプレス成形(リヒートプレス)し、光学素子の形状に近似する光学素子ブランクを作製する。光学素子ブランクをアニールし、公知の方法で研削、研磨して光学素子を作製する。
本発明の第2実施形態に係る光学ガラスは、
屈折率ndが1.70〜1.85であり、
アッベ数νdが42〜55であり、
SiO2の含有量が5〜20%であり、
B2O3の含有量が5〜35%であり、
La2O3の含有量が25〜50%であり、
Al2O3の含有量が1〜20%であり、
Al2O3の含有量に対するB2O3の含有量の質量比[B2O3/Al2O3]が8以下であって、
Fの含有量が外割で2%以下であることを特徴とする。
<耐酸性>
第2実施形態に係る光学ガラスにおいて、アッベ数νdが42以上50未満の場合には、JOGISに基づく耐酸性は好ましくは1〜2等級であり、より好ましくは1級である。また、アッベ数νdが50以上55以下の場合には、JOGISに基づく耐酸性は好ましくは1〜3等級であり、より好ましくは1〜2級、さらに好ましくは1級である。JOGISに基づく耐酸性は、第1実施形態と同様に評価できる。
表2に示すガラス組成を有するガラスサンプルを以下の手順で作製し、各種評価を行った。
まず、ガラスの構成成分に対応する酸化物、水酸化物、炭酸塩、および硝酸塩を原材料として準備し、得られる光学ガラスのガラス組成が、表2に示す各組成となるように上記原材料を秤量、調合して、原材料を十分に混合した。こうして得られた調合原料(バッチ原料)を、白金坩堝に投入し、1200℃〜1450℃で2〜5時間加熱して熔融ガラスとし、攪拌して均質化を図り、清澄してから、熔融ガラスを適当な温度に予熱した金型に鋳込んだ。鋳込んだガラスを、ガラス転移温度Tgより100℃低い温度(Tg−100℃)〜Tgより30℃高い温度(Tg+30℃)の間の任意の温度で30〜120分間熱処理し、炉内で室温まで放冷することにより、ガラスサンプルを得た。
得られたガラスサンプルについて、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES)で各ガラス成分の含有量を測定し、表2に示す各組成のとおりであることを確認した。
日本光学硝子工業会規格JOGIS06−2009の規定に従い、得られたガラスサンプルを比重に相当する重量の粉末ガラス(粒度425〜600μm)にし、白金かごに入れ、それを0.01mol/L硝酸水溶液の入った石英ガラス製丸底フラスコ内に浸漬し、沸騰水浴中で60分間処理し、その処理前後での重量減少率(%)を測定した。またその重量減少率を等級で評価した。結果を表3に示す。
得られたガラスサンプルを、さらにガラス転移温度Tg付近で約30分から約2時間アニール処理した後、炉内で降温速度−30℃/時間で室温まで冷却してアニールサンプルを得た。得られたアニールサンプルについて、屈折率nd、アッベ数νd、比重、λ80、λ70およびλ5を測定した。結果を表3に示す。
上記アニールサンプルについて、JIS規格 JIS B 7071−1の屈折率測定法により、屈折率nd、ng、nF、nCを測定し、下式に基づきアッベ数νdを算出した。
νd=(nd−1)/(nF−nC)
比重は、アルキメデス法により測定した。
上記アニールサンプルを、厚さ10mmで、互いに平行かつ光学研磨された平面を有するように加工し、波長280nmから700nmまでの波長域における分光透過率を測定した。光学研磨された一方の平面に垂直に入射する光線の強度を強度Aとし、他方の平面から出射する光線の強度を強度Bとして、分光透過率B/Aを算出した。分光透過率が80%になる波長をλ80とし、分光透過率が70%になる波長をλ70とし、分光透過率が5%になる波長をλ5とした。なお、分光透過率には試料表面における光線の反射損失も含まれる。
実施例1で得られたガラスサンプルを使用し、公知の方法で精密プレス成形用プリフォームを作製した。得られたプリフォームを窒素雰囲気中で加熱、軟化し、プレス成形型で精密プレス成形し、光学ガラスを非球面レンズの形状に成形した。その後、成形した光学ガラスをプレス成形型から取り出し、アニールし、芯取りすることで、非球面レンズが得られた。
実施例1で得られたガラスサンプルを、切断、研削してカットピースを作製した。カットピースをリヒートプレスによりプレス成形して、光学素子ブランクを作製した。光学素子ブランクを精密アニールし、所要の屈折率になるよう屈折率を精密に調整した後、公知の方法で研削、研磨することで、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ等の各種レンズが得られた。
また、明細書に例示または好ましい範囲として記載した事項の2つ以上を任意に組み合わせることは、もちろん可能である。
Claims (4)
- 屈折率ndが1.70〜1.85であり、
B2O3の含有量が5〜35質量%であり、
La2O3の含有量が25〜50質量%であり、
Al2O3の含有量が1〜20質量%であって、
以下の(a)または(b)を満たす光学ガラス;
(a)アッベ数νdが42以上50未満であって、JOGISに基づく耐酸性が1〜2等級である、
(b)アッベ数νdが50以上55以下であって、JOGISに基づく耐酸性が1〜3等級である。 - 屈折率ndが1.70〜1.85であり、
アッベ数νdが42〜55であり、
SiO2の含有量が5〜20質量%であり、
B2O3の含有量が5〜35質量%であり、
La2O3の含有量が25〜50質量%であり、
Al2O3の含有量が1〜20質量%であり、
Al2O3の含有量に対するB2O3の含有量の質量比[B2O3/Al2O3]が8以下であって、
Fの含有量が外割で2質量%以下である、光学ガラス。 - 請求項1または2に記載の光学ガラスからなる、光学素子ブランク。
- 請求項3に記載の光学素子ブランクからなる、光学素子。
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