JP6310732B2 - 光学ガラス、光学素子及び光学ガラスの製造方法 - Google Patents
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Description
10cat%≦B3+≦50cat%
40cat%≦La3+≦65cat%
0cat%<Nb5+≦40cat%
80cat%≦(B3++La3++Nb5+の合計量)≦100cat%を満たし、
0cat%≦Si4+≦10cat%
0cat%≦Ge4+≦5cat%
0cat%≦Mg2+≦5cat%
0cat%≦Ba2+≦10cat%
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0cat%≦(Y3++Gd3+の合計量)≦20cat%
0cat%≦(Yb3++Lu3+の合計量)≦10cat%
を満たす光学ガラスに関する。
10cat%≦B3+≦50cat%
40cat%≦La3+≦63cat%
0cat%=Nb5+
0cat%≦Si4+≦10cat%
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0cat%≦Ti4+≦5cat%
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0cat%≦(Y3++Gd3+の合計量)≦20cat%
0cat%≦(Yb3++Lu3+の合計量)≦10cat%
を満たす光学ガラスに関する。
(光学ガラス)
本発明のガラス(光学ガラス)は、カチオン成分として、B3+、La3+及び任意にNb5+を含有し、これらのカチオン成分の合計量の割合が高い光学ガラスである。本発明のガラスは、高屈折率且つ透明である。
La3+のカチオン%=(La3+の個数)/((B3+の個数)+(La3+の個数)+(Nb5+の個数))×100
本発明の光学素子は、上記の光学ガラスを成形することによって得られる。本明細書において、光学素子とは、レンズ、プリズム、反射鏡、回折格子等の光学機器を構成する素子をいう。
本発明の光学ガラスは、無容器凝固法により製造することができる。具体的には、レーザー浮遊炉を用いて、炭酸ガス等のレーザーを試料に照射して試料を溶解させ、その溶解物をノズルから噴出された浮上ガスの流体により浮上させた後、冷却固化させて製造することができる。浮上ガスは、試料を浮上させることができればよく、用途に合わせて空気、窒素、酸素、アルゴンなどに代表される不活性ガスのほか、乾燥空気等から適宜選択して用いることができる。また、浮上ガスの流量は、溶融物の浮上に合わせて200〜1000ml/分とすることができる。無容器凝固法とは、Pt合金(Ptまたは白金合金、例えばPt−Au、Pt−Au−Rhなど)等の容器を用いずに、材料を加熱溶解した後、冷却固化させて、ガラスを得る方法である。
実施例1〜40では、ガラス中のカチオン成分の組成が表1に示す各試料の割合になるように、B2O3、La2O3及び、Nb2O5等を合計10gとなるよう秤量した。表1はカチオン%表示である。
この試料2はその後光学顕微鏡(100倍)にて観察を行い結晶の有無を判定した。表1では、実施例の組成によって得られた透明な球体試料2を光学顕微鏡で観察した時に結晶が観察されなかったものには、ガラス化の欄に○を表記している。表2では、比較例の組成によって得られた試料2を光学顕微鏡で観察した結果をガラス化の欄に記載している。
また、この試料2をメノウ乳鉢で粉砕して外径5mm高さ2.5mmの白金製パンに詰めた後、リガク製DSC8270示差走査型熱量計にて10℃/分の昇温速度で1200℃まで加熱し、ガラス転移点(Tg(℃))の検出を行った。g線(435.83nm)、F線(486.13nm)、d線(587.56nm)、C線(656.27nm)における屈折率は互いに直交する2面を研磨により作製し、島津製作所製KPR−2000を用いて測定した。アッベ数(νd)と部分分散比(θgF)は以下の式より求めた。
νd=(nd−1)/(nF−nC)
θgF=(ng−nF)/(nF−nC)
ここでnd、nF、nC、ng、はd、F、C、g線に対する屈折率を表す。
一般にνdとθgFとの間には直線関係が成立する。一方、直線から外れた場合には異常部分分散ガラスと呼ばれ、レンズ光学系において、二次スペクトルを解消する為に用いられる。
サンプルが小さい場合は透明な球体試料を半球状に研磨した後エリプソメーター(J.A.Woollam.Co.,Inc製M−2000F)にて測定した。
分子動力学計算(以下MD計算とする)はガラスの実測値と等しくなるようにランダムに原子を配置したものを初期配置とし、MDセル固定で、温度4000Kで時間刻み1fsで20000ステップ、4000Kから293Kまでで100000ステップ、293Kで20000ステップの計算を行った。最終ステップの原子配置から2体相関関数を計算し、2体相関関数からX線全相関関数を算出した。
Zi,Zj;i,j番の原子の電荷
e;電荷素量
ε0;真空の誘電率
rij;i番〜j番の原子間距離
Bij,ρij;i番〜j番の原子対のBorn−Mayer型ポテンシャルのパラメータ
十分にX線全相関関数を再現できるようになった後、そのポテンシャルを用いたMD計算で求めた原子配置からB−Oの2体相関関数g(r)を計算した。その後、2体相関関数g(r)を積分して積算配位数N(r)を算出した。
ある1つのB原子に注目し、そのB原子から2.0Å以下の距離にあるO原子を探し、次にそのO原子から2.0Å以下のB原子を探した。これを繰り返して、最初のB原子に戻ってくるまでの原子の数を員環数とした。この処理を全ての組み合わせについて行い、員環数の分布を求めた。
2 試料
3 ノズル
4 酸素ガス
5 炭酸ガスレーザ
Claims (14)
- ガラスを構成するカチオン成分として、B3+、La3+及びNb5+を含有し、カチオン%表示で、
10cat%≦B3+≦50cat%
40cat%≦La3+≦65cat%
0cat%<Nb5+≦40cat%
80cat%≦(B3+ とLa3+ とNb5+の合計量)≦100cat%を満たし、
0cat%≦Si4+≦10cat%
0cat%≦Ge4+≦5cat%
0cat%≦Mg2+≦5cat%
0cat%≦Ba2+≦10cat%
0cat%≦Ca2+≦10cat%
0cat%≦Sr2+≦10cat%
0cat%≦Zn2+≦20cat%
0cat%≦W6+≦5cat%
0cat%≦Zr4+≦5cat%
0cat%≦Ti4+≦5cat%
0cat%≦Bi3+≦5cat%
0cat%≦Ta5+≦10cat%
0cat%≦(Y3+ とGd3+の合計量)≦20cat%
0cat%≦(Yb3+ とLu3+の合計量)≦10cat%
を満たすことを特徴とする光学ガラス。 - 前記ガラスに含まれるカチオン成分全体に対する割合は、
0cat%≦Ta5+≦5cat%
0cat%≦Sb3+≦1cat%
0cat%≦Sn4+≦1cat%
0cat%≦Sn2+≦1cat%
であることを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。 - 前記ガラスは、d線(587.56nm)における屈折率ndが1.90以上2.13以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学ガラス。
- 前記ガラスのカチオン成分の割合は、La3+/2≦(B3++Nb5+)及び4.8cat%≦Nb5+を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 前記ガラスのカチオン成分の割合は、B3+≦La3+、4.8cat%≦Nb5+を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 前記ガラスのカチオン成分の割合は、50cat%≦La3+≦65cat%を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 前記ガラスのカチオン成分の割合は、54cat%≦La3+≦65cat%を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- ガラスを構成するカチオン成分として、B3+及びLa3+を含有し、カチオン%表示で、
10cat%≦B3+≦50cat%
40cat%≦La3+≦63cat%
0cat%=Nb5+
0cat%≦Si4+≦10cat%
0cat%≦Ge4+≦5cat%
0cat%≦Mg2+≦5cat%
0cat%≦Ba2+≦10cat%
0cat%≦Ca2+≦10cat%
0cat%≦Sr2+≦10cat%
0cat%≦Zn2+≦20cat%
0cat%≦W6+≦5cat%
0cat%≦Zr4+≦5cat%
0cat%≦Ti4+≦5cat%
0cat%≦Bi3+≦5cat%
0cat%≦Ta5+≦10cat%
0cat%≦(Y3+ とGd3+の合計量)≦20cat%
0cat%≦(Yb3+ とLu3+の合計量)≦10cat%
を満たすことを特徴とする光学ガラス。 - ガラスを構成するカチオン成分として、B3+及びLa3+を含有し、B3+、La3+及びNb5+のカチオン%の割合が、B2O3−La2O3−Nb2O5三相図で(50:50:0)、(50:40:10)、(20:40:40)、(10:50:40)、(10:60:30)、(15:65:20)、(30:65:5)、(37:63:0)、(40:60:0)によって表される点で囲まれた範囲に含まれることを特徴とする光学ガラス。
- ガラスを成形した光学素子であって、前記ガラスが請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光学ガラスであることを特徴とする光学素子。
- 前記光学素子がレンズ、プリズム、反射鏡及び回折格子からなる群より選択される一つであることを特徴とする請求項10に記載の光学素子。
- 光学素子を有する光学機器であって、前記光学素子が請求項10又は11に記載の光学素子であることを特徴とする光学機器。
- 前記光学機器がデジタルカメラであることを特徴とする請求項12に記載の光学機器。
- レーザー浮遊炉を用いて、レーザーでガラス原料を溶解し、その溶解物を浮上ガスで浮上、冷却させる請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光学ガラスの製造方法。
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