JP5824070B2 - 光学ガラス、光学素子、および光学機器 - Google Patents
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Description
本願は、2011年12月2日に出願された特願2011−265288号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明の態様は、高屈折率かつ高分散であり、失透安定性に優れ、しかも着色の問題が生じない光学ガラス、光学素子、および光学機器を提供することを目的とする。
上記光学ガラスは、Al2O3:1質量%以下、CaO:4質量%以下、ZnO:5質量%以下、La2O3:1質量%未満であってもよい。
上記光学ガラスは、希土類元素の酸化物換算の合計量が1質量%未満であっても良い。ここで希土類元素にはLa、Gd、Y、Yb、Sc、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Luが含まれる。
上記光学ガラスは、前記の希土類元素を実質的に含有しなくてもよい。ここで希土類元素を実質的に含有しないとは、不純物として不可避的に含有される濃度を超えて、ガラス組成物の実質的な構成成分として含有されないことを意味する。
上記光学ガラスは、前記屈折率(nd)が1.85以上1.91以下、アッベ数(νd)が23.5以上26.0以下であってもよい。
上記光学ガラスは、前記光学ガラスの全量に対して、Sb2O3:1質量%以下を含有しても良い。
上記光学ガラスは、前記光学ガラスの全量に対して、WO3:1質量%以下を含有しても良い。
本発明の別の態様である光学素子は、前記光学ガラスを母材とする。
本発明の別の態様である光学機器は、前記光学素子を備える。
本実施形態の光学ガラスは、SiO2、B2O3、BaO、Na2O、K2O、ZrO2、TiO2、およびNb2O5を必須成分として含む。
各成分の含有率は、光学ガラスの全量に対して、SiO2が9質量%以上18質量%以下、B2O3が3質量%以上10質量%以下、BaOが20質量%以上40質量%以下、Na2Oが0.5質量%以上5質量%以下、K2Oが1質量%以上3質量%以下、ZrO2が1質量%以上6質量%以下、TiO2が22質量%以上28質量%以下、Nb2O5が8質量%以上13質量%以下である。
本実施形態の光学ガラスは、前記必須成分に加え、任意成分として、Al2O3、CaO、ZnO、La2O3のうち1または2以上を含んでも良い。
各成分の含有率は酸化物基準で示す。酸化物基準の表記は、本実施形態の光学ガラスの原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物などが、熔融時に全て分解され酸化物へ変化すると仮定した場合に、組成物全体に対する各成分の当該生成酸化物の質量%を表すものである。
SiO2含有率は、11質量%以上16質量%以下とすることができる。
SiO2含有率は、低すぎれば光学ガラスの失透が起こりやすくなることがある。また、ガラスの溶融時の粘性が低下して成形が困難となることがある。また、SiO2含有率が高すぎれば、光学ガラスが着色しやすくなることがある。また、高屈折率とすることが難しくなることがある。
B2O3の含有率は、低すぎれば溶融性が悪化するとともにガラスが失透し易くなり、高すぎれば高屈折率化が容易でなくなることがある。また溶融時の粘性が低下して成形が容易でなくなることがある。
BaOの含有率は、低すぎれば前記効果が充分発揮されないことがある。BaOの含有率は、高すぎれば光学ガラスの化学的耐久性に影響が及ぶことがある。また、失透安定性が低下することがある。
Na2Oの含有率は、0.5質量%以上5質量%以下とすることによって、ガラス溶融性を向上させるとともに、プレス成形温度を低下させプレス型の劣化を防ぐなどの効果が期待できる。Na2O含有率は0.5質量%以上3質量%以下とすることができる。
Na2Oの含有率は、低すぎれば前記効果が得られず、高すぎれば化学的耐久性の低下、プレス時や溶融時の揮発量増大、溶融時の粘性の低下により成形性が低下する、あるいは失透安定性が低下することがある。
K2Oの含有率は、低すぎれば前記効果が得られず、高すぎれば化学的耐久性の低下、プレス時や溶融時の揮発量増大、溶融時の粘性の低下により成形性が低下する、あるいは失透安定性が低下することがある。K2O含有率は1質量%以上1.5質量%以下とすることができる。
Na2OおよびK2Oは、合計含有率を1.5質量%以上8質量%以下とすることができる。
La2O3の含有率が高すぎれば溶融性が悪化し、失透が起こりやすくなる。La2O3は、実質的に含まれていなくてもよい。
ZrO2の含有率が低すぎると屈折率および分散を高める効果が低くなり、高すぎれば溶融性が悪化するとともに、失透安定性が低下することがある。ZrO2含有率は3.6質量%以上6質量%以下とすることができる。
TiO2含有率は、低すぎれば屈折率および分散を高める効果が充分には発揮されないことに加え、失透安定性が低下することがある。また、TiO2含有率は高すぎると、ガラスが着色し易くなることがある。
Nb2O5の含有率は低すぎれば屈折率および分散を高める効果が充分には発揮されず、高すぎれば失透安定性が低下することがある。Nb2O5含有率は8質量%以上10.5質量%以下とすることができる。
Sb2O3の含有率は、光学ガラスの全量に対し1質量%以下(例えば0.1質量%以下)とすることができる。
本実施形態の光学ガラスは、任意成分として、WO3を含んでも良い。
WO3は、ガラスの屈折率及び分散を高め、かつ失透安定性を向上させる効果を有する。WO3の含有率は、光学ガラスの全量に対し1質量%以下(例えば0.1質量%以下)とすることができる。
Li2Oは、溶融性を向上させるのに有用で、またプレス成形温度を低下させプレス型の劣化を防ぐなどの効果が期待できる。
Ta2O5は、ガラスの屈折率を高め、かつ化学的耐久性を向上させる効果を有する。
MgOおよびSrOは、ガラスの光学恒数値の調整に有用である。
Y2O3、Gd2O3、Yb2O3はいずれもガラスの化学的耐久性を向上させ、かつガラスを着色することなく屈折率を高める効果を有する。
Li2Oは3質量%以下、Ta2O5は3質量%以下、MgOは10質量%以下、SrOは10質量%以下、Y2O3は1質量%以下、Gd2O3は1質量%以下、Yb2O3は1質量%以下とすることができる。
前記原料は、不純物の含有量が少ない高純度品を使用することができる。例えば、SiO2原料、BaO原料、TiO2原料のうち1または2以上として高純度品を使用することができる。高純度品とは、その成分を99.85質量%以上含むものである。
高純度品の使用によって、不純物量が少なくなる結果、例えば波長410nm以下の光の内部透過率を高くできる。例えば、波長410nm以下の光の内部透過率を80%またはそれ以上とすることができる。
この撮像装置1は、いわゆるデジタル一眼レフカメラであり、この撮像装置1は、カメラボディ2のレンズマウント(不図示)にレンズ鏡筒3が着脱自在に取り付けられ、このレンズ鏡筒3のレンズ4を通した光がカメラボディ2の背面側に配置されたマルチチップモジュール7のセンサチップ(固体撮像素子)5上に結像される。このセンサチップ5は、いわゆるCMOSイメージセンサ等のベアチップである。
マルチチップモジュール7は、例えばセンサチップ5がガラス基板6上にベアチップ実装されたCOG(Chip On Glass)タイプのモジュールである。
撮像装置はデジタル一眼レフカメラに限られず、その他のレンズ交換式カメラやコンパクトカメラ、工業用カメラ、スマートフォン用カメラモジュール等の撮像手段を備えた種々の光学機器が含まれる。
光学機器としては、撮像装置に限らず、プロジェクタ、カメラ用交換レンズ、顕微鏡、各種レーザ機器等を挙げることができる。光学素子としては、レンズに限らず、プリズムを挙げることができる。
本実施形態によれば、前記各成分を含有させることによって、失透安定性を高め、かつ着色を防止できる。さらには、内部透過率を良好にすることができる。
酸化物、炭酸塩、硝酸塩などの原料を表1に示す組成比となるように所定の割合で調合し、坩堝にて1200〜1400℃で加熱熔解し、成形、徐冷して光学ガラスの成形品を得た。
表1〜表3に、各成分の酸化物基準の構成割合を質量%で示す。
光学ガラスのd線に対する屈折率(nd)およびアッベ数(νd)を測定した。
光学ガラスの失透および着色の有無を調べた。また、光学ガラスを熱間プレス加工(760℃)した際の失透(プレス時失透)の有無を、760℃30分間の等温保持試験により調べた。結果を併せて表1〜表3に示す。
これに対し、本発明の一態様である組成例1では、希土類元素を使用しないが、失透を起こさせずに高屈折率化および高分散化が可能となった。40質量%を越えるBaOを配合した組成例10では、失透安定性が低下した。
このように、本発明の態様のガラス組成を採用することによって、希土類元素(La2O3など)を使用せずに高屈折率化および高分散化を実現することができた。前記組成の採用により、高価な希土類元素の使用量を抑えることができるため、製造コスト低減が可能となる。
B2O3含有率が前記範囲を外れる組成例11〜13、およびCaO含有率が前記範囲を外れる組成例14では、組成例1に比べて失透安定性が低くなった。
SiO2含有率が高い組成例19ではガラスの着色の問題が生じ、SiO2含有率が低い組成例20では失透の問題が生じたが、組成例1〜8では、着色を生じさせずに失透安定性を高めることができた。
また、組成例1〜8は、TiO2含有率が低い組成例21に比べて失透安定性が優れていた。
組成例22では、組成例1〜8を参考にして成分を微調整した光学ガラスを作製し、内部透過率が80%となる光の波長を調べた。各成分の原料には通常純度品を用いた。前記光の波長は420nmであった。
組成例23では、SiO2、BaO、TiO2の原料として高純度品を使用すること以外は組成例22と同様にして光学ガラスを作製し、内部透過率が80%となる光の波長を調べたところ、前記光の波長は402nmであった。
高純度品とは、当該成分を99.85質量%以上含むものである。
組成例22、23の結果より、原料(SiO2、BaO、TiO2)として高純度品を使用することにより、内部透過率を改善できたことがわかる。
Claims (7)
- 光学ガラスであって、前記光学ガラスの全量に対して、
必須成分として、
SiO2:9質量%以上18質量%以下、
B2O3:3質量%以上10質量%以下、
BaO:20質量%以上40質量%以下、
Na2O:0.5質量%以上5質量%以下、
K2O:1質量%以上3質量%以下、
ZrO2:1質量%以上6質量%以下、
TiO2:22質量%以上28質量%以下、
Nb2O5:8質量%以上13質量%以下、
を含むことを特徴とする光学ガラス。 - Al2O3:1質量%以下、
CaO:4質量%以下、
ZnO:5質量%以下、
La2O3:1質量%未満、
であることを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。 - 希土類元素の酸化物換算の合計量が1質量%未満であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学ガラス。
- 希土類元素を実質的に含有しないことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 屈折率(nd)が1.85以上1.91以下、アッベ数(νd)が23.5以上26.0以下であることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の光学ガラスを母材とすることを特徴とする光学素子。
- 請求項6に記載の光学素子を備えたことを特徴とする光学機器。
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