JP2022027829A - 光学ガラスおよび光学素子 - Google Patents
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Abstract
Description
〔1〕B2O3を1~45質量%、La2O3を10~60質量%含み、
TiO2、Nb2O5、WO3およびBi2O3からなる群から選択される少なくとも1つの酸化物を含み、
下記式(2)に示すβOHの値が0.1~2.0mm-1である、光学ガラス。
βOH=-[ln(B/A)]/t …(2)
〔式(2)中、tは外部透過率の測定に用いる前記ガラスの厚み(mm)を表し、Aは前記ガラスに対してその厚み方向と平行に光を入射した際の波長2500nmにおける外部透過率(%)を表し、Bは前記ガラスに対してその厚み方向と平行に光を入射した際の波長2900nmにおける外部透過率(%)を表す。また、lnは自然対数である。〕
O2/(B2O3+La2O3)]が0.030以上である、〔1〕~〔4〕のいずれか
に記載の光学ガラス。
屈折率ndが1.75~2.50である、〔1〕~〔5〕のいずれかにに記載の光学ガラス。
νd=(nd-1)/(nF-nC) ・・・(1)
B2O3を1~45質量%、La2O3を10~60質量%含み、
TiO2、Nb2O5、WO3およびBi2O3からなる群から選択される少なくとも1つの酸化物を含み、
下記式(2)に示すβOHの値が0.1~2.0mm-1である。
βOH=-[ln(B/A)]/t …(2)
〔式(2)中、tは外部透過率の測定に用いる前記ガラスの厚み(mm)を表し、Aは前記ガラスに対してその厚み方向と平行に光を入射した際の波長2500nmにおける外部透過率(%)を表し、Bは前記ガラスに対してその厚み方向と平行に光を入射した際の波長2900nmにおける外部透過率(%)を表す。また、lnは自然対数である。〕
βOH=-[ln(B/A)]/t …(2)
本実施形態における上記以外のガラス成分について、以下に詳述する。
B2O3の含有量をSiO2の含有量より大きくすることで、アッベ数を大きくすることができる。
.90、0.80、0.75とすることもできる。
B2O3を1~45%、La2O3を10~60%、TiO2を0%超、ZnOを0%超含み、
Nb2O5、TiO2、WO3およびBi2O3の合計含有量に対するTiO2の含有量の質量比[TiO2/(Nb2O5+TiO2+WO3+Bi2O3)]が0.4以上であり、
下記式(2)に示すβOHの値が0.1~2.0mm-1である、光学ガラスが挙げられる。
βOH=-[ln(B/A)]/t …(2)
〔式(2)中、tは外部透過率の測定に用いる前記ガラスの厚み(mm)を表し、Aは前記ガラスに対してその厚み方向と平行に光を入射した際の波長2500nmにおける外部透過率(%)を表し、Bは前記ガラスに対してその厚み方向と平行に光を入射した際の波長2900nmにおける外部透過率(%)を表す。また、lnは自然対数である。〕
Pb、As、Cd、Tl、Be、Seは、いずれも毒性を有する。そのため、本実施形態の光学ガラスがこれら元素をガラス成分として含有しないことが好ましい。
<屈折率nd>
本実施形態に係るガラスにおいて、屈折率ndは、好ましくは1.75以上であり、さらには、1.77以上、1.80以上であってもよい。また、屈折率ndは、好ましくは2.50以下であり、さらには、2.20以下、2.10以下であってもよい。屈折率ndは、Nb2O5、TiO2、WO3およびBi2O3の合計含有量[Nb2O5+TiO2+WO3+Bi2O3]を増加することにより高めることができ、またSiO2の含有量を増加することにより低減できる。
本実施形態に係るガラスにおいて、アッベ数νdは20以上である。アッベ数νdは20~45、または21~45の範囲であってもよい。アッベ数νdは、La2O3の含有量を増加することにより高めることができ、またB2O3の含有量を増加することにより低減できる。
本実施形態に係る光学ガラスの光線透過性は、着色度λ70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70%となる波長をλ70とする。
λ70≦a×b+373 ・・・(3)
式(3)中、aは好ましくは200であり、さらには195、190、185、180、175の順により好ましい。
また、bは、B2O3およびLa2O3の合計含有量に対するTiO2の含有量の質量比[TiO2/(B2O3+La2O3)]である。
本実施形態に係る光学ガラスの光線透過性は、T450によって評価できる。
本実施形態において、T450は、厚さ10.0mmに換算したときの波長450nmにおける外部透過率である。「外部透過率」とは、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たガラス試料について、光学研磨された一方の平面に垂直に入射する入射光の強度Iinに対するガラスを透過した透過光の強度Ioutの比(Iout/Iin)、すなわち、ガラスの表面における表面反射も考慮した透過率である。透過率は、分光光度計を用いて、透過スペクトルを測定することにより得られる。
なお、測定時のガラスの厚さは10.0mmでもよいが、厚さが10.0mmではない場合には、周知の方法で厚さ10.0mmにおける透過率に換算してもよい。
本実施形態に係る光学ガラスの光線透過性は、T400によっても評価できる。
厚さ10.0mm±0.1mmのガラス試料について、波長400nmにおける外部透過率T400を分光光度計で測定する。周知の方法で厚さ10.0mmにおける透過率に換算してもよい。T400の値が大きいほど、透過率に優れ、ガラスの着色は低減されていることを意味する。
本実施形態に係る光学ガラスの光線透過性は、τ400によっても評価できる。
厚さ10.0mm±0.1mmのガラス試料について、波長400nmにおける内部透過率τ400を分光光度計で測定する。周知の方法で厚さ10.0mmにおける透過率に換算してもよい。τ400の値が大きいほど、透過率に優れ、ガラスの着色は低減されていることを意味する。
本実施形態に係る光学ガラスにおいて、比重は、好ましくは7以下であり、さらには、6.5以下、6以下の順により好ましい。また、比重は、好ましくは2.5以上であり、さらには、3以上、3.5以上の順により好ましい。ガラスの比重を低減することができれば、レンズの重量を減少できる。その結果、レンズを搭載するカメラレンズのオートフォーカス駆動の消費電力を低減できる。一方、比重を減少させすぎると、熱的安定性の低下を招く。
本実施形態に係る光学ガラスのガラス転移温度Tgは、好ましくは800℃以下であり、さらには770℃以下、750℃以下の順により好ましい。また、ガラス転移温度Tgは、好ましくは300℃以上であり、さらには350℃以上、400℃以上の順により好ましい。ガラス転移温度Tgは、Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量[Li2O+Na2O+K2O]を増加することにより低減できる。
一般的に光学ガラスの欠点として、泡、ブツ(異物)、脈理がある。
これらの欠点の評価は、単位量あたりのガラス中に含まれる欠点の多少を測定することにより行わる。ガラスの単位断面積当たりの泡、ブツの存在量に応じて、光透過性を阻害する割合が変化する。
1mlのガラスを作製する場合と、1000kgのガラスを作製する場合とでは求められる均質性が同一であっても製造の難易度には雲泥の差がある。つまり、同一原料を熔融、ガラス化させる場合であってもガラス量に応じて必要な熱量は変わり、例えば熔融温度1250℃、熔融時間2時間という条件であっても、1mlのガラスを作製する場合は泡、ブツのない融液(熔融ガラス)を作製することが出来るのに対し、1000kgのガラスを作製する場合は原料の熔解すらままならない。
一般に光学ガラスを作製する場合は1000mlのガラス融液を一度で作製する方が、均質性に優れたガラスを得ることができる。
本実施形態に係る光学ガラスの屈折率分布は、0.00050以内が好ましく、さらに0.00030以内が好ましく、さらに0.00010以内が好ましく、さらに0.00007以内が好ましく、さらに0.00005以内が好ましい。屈折率分布は、ガラス体積100ml以上を有する連続体について測定する。また、屈折率測定に使用する試料のガラス容量は1ml以上とする。
なお、ガラスの体積は、例えばガラスの質量を測定し、測定結果と比重より算出すればよい。
また、屈折率が既知である部位があれば、その部位をAとして、Aより最も離れた部位Bの屈折率を測定する。ガラスaから合計で2ヶ所以上のガラス片を取得し、屈折率測定を行う。
本実施形態では、屈折率分布の評価は屈折率ndを用いて行ったが、適宜他の波長における屈折率を用いて評価を行ってもよい。
本発明の実施形態に係るガラスは、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、バッチ原料を白金坩堝中に入れて粗熔解する(溶解工程)。
本発明の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、上記の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。
公知の方法で研削、研磨して光学素子を作製できる。
(実施例1-A)
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1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、1250℃~1400℃で2時間加熱して熔融して熔融ガラスとし(熔解工程)、1300~1400℃で1~2時間攪拌して均質化を図り、清澄した(均質化・清澄工程)。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℃低い温度で30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。
表1に記載のNo.1に対応する調合原料を、表2に示す添加材とともに白金坩堝に投入し、表2に示す条件1-1~条件1-9の各条件で加熱、熔融して熔融ガラスとし(熔解工程)、攪拌して均質化を図り、清澄した(均質化・清澄工程)他は、実施例1-Aと同様にガラスサンプルを得た。
表1に記載のNo.2に対応する調合原料を、表3に示す添加材とともに白金坩堝に投入し、表3に示す条件2-1~条件2-4の各条件で加熱、熔融して熔融ガラスとし(熔解工程)、攪拌して均質化を図り、清澄した(均質化・清澄工程)他は、実施例1-Aと同様にガラスサンプルを得た。
表1に記載のNo.4に対応する調合原料を、表4に示す添加材とともに白金坩堝に投入し、表4に示す条件4-1~条件4-5の各条件で加熱、熔融して熔融ガラスとし(熔解工程)、攪拌して均質化を図り、清澄した(均質化・清澄工程)他は、実施例1-Aと同様に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1に示す各組成のとおりであることを確認した。
ガラス中の白金Ptの含有量を誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)により定
量した。定量結果を表1~4に示す。
得られたガラスサンプルについて、ガラス内部に観察される気泡の数を数え、単位質量(kg)当たりに含まれる気泡(残留泡)の数を算出した。算出結果を表2~4に示す。
得られたガラスサンプルについて、βOH、λ70、T400およびT450を測定した。また、得られたガラスサンプルを、さらに710℃で72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作製し、屈折率nd、ng、nFおよびnC、アッベ数νd、λ70およびT400を測定した。
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、式(1)に基づきアッベ数νdを算出した。結果を表1に示す。
νd=(nd-1)/(nF-nC) ・・・(1)
上記ガラスサンプルを、厚さ1mmで、互いに平行かつ光学研磨された平面を有する板状ガラス試料に加工した。この板状ガラス試料の研磨面に垂直方向から光を入射して、波長2500nmにおける外部透過率Aおよび波長2900nmにおける外部透過率Bを、分光光度計を用いてそれぞれ測定し、下記式(2)により、βOHを算出した。結果を表1~4に示す。
βOH=-[ln(B/A)]/t ・・・(2)
実施例1-Aで得られたガラスサンプルを、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70%になる波長をλ70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。結果を表1に示す。
実施例1-Bで得られたガラスサンプルについて、アニール処理前(熱処理前)およびアニール処理後(熱処理後)のT400を測定した。具体的には、ガラスサンプルまたは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400nmにおける分光透過率を測定した。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。
表2に、アニール処理前(熱処理前)およびアニール処理後(熱処理後)におけるT400を示す。
実施例1-Aで得られたガラスサンプルを、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450nmにおける分光透過率を測定した。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。結果を表1に示す。
表1に示すNo.1の組成を有し、表2の条件1-1により作製したガラスからなる15mm×175mm×1500mmのガラスブロックを作製し、これを切断して5等分し、15mm×175mm×300mmのガラスブロック5個を取得した。5等分した各ガラスブロックを用いて5個の屈折率測定用試料1~5を作製し、各試料の屈折率ndを測定した。切断前の2つの端部のうち一方にあった試料1の屈折率ndを基準にして、試料2~5の屈折率分布は以下のとおりであった。
以上のように5ヶ所の屈折率分布は0.00005であった。
実施例1-A~1-Dにおいて作製した各光学ガラスを用いて、公知の方法により、レンズブランクを作製し、レンズブランクを研磨等の公知方法により加工して各種レンズを作製した。
作製した光学レンズは、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である。
各種レンズは、他種の光学ガラスからなるレンズと組合せることにより、二次の色収差を良好に補正することができた。
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 (1)
- B2O3を1~45質量%、La2O3を10~60質量%含み、
TiO2、Nb2O5、WO3およびBi2O3からなる群から選択される少なくとも1つの酸化物を含み、
下記式(2)に示すβOHの値が0.1~2.0mm-1である、光学ガラス。
βOH=-[ln(B/A)]/t …(2)
〔式(2)中、tは外部透過率の測定に用いる前記ガラスの厚み(mm)を表し、Aは前記ガラスに対してその厚み方向と平行に光を入射した際の波長2500nmにおける外部透過率(%)を表し、Bは前記ガラスに対してその厚み方向と平行に光を入射した際の波長2900nmにおける外部透過率(%)を表す。また、lnは自然対数である。〕
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