JP6321312B1 - 光学ガラスおよび光学部品 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに光学部品として用いられる場合、可視光透過率も重要なパラメータであり、高屈折率ガラスの場合、高い温度で溶解すると、特に短波長側の可視光透過率が低下するおそれがあり、一方で粘性カーブが急峻であると、製造するにあたり粘性の制御が困難になる。
本発明の光学部品は、本発明の光学ガラスを用いたことを特徴とする。
本発明の光学ガラスは1.68〜1.85の範囲の高い屈折率(nd)を有する。屈折率(nd)が1.68以上であるので、本発明の光学ガラスは、ウェアラブル機器に用いる光学ガラスとして画像の広角化、高輝度・高コントラスト化、導光特性向上、回折格子の加工容易性などの面で好適である。また車載用カメラ、ロボット用視覚センサーなどの用途に用いられる小型で撮像画角の広い撮像ガラスレンズとしては、より小型で広い範囲を撮影するために好適である。この屈折率(nd)は好ましくは、1.70以上であり、より好ましくは1.73以上、さらに好ましくは1.74以上、よりさらに好ましくは1.75以上である。
一方で屈折率(nd)が1.85を超えるガラスは密度が高くなりやすく、また失透温度が高くなりやすい傾向がある。この屈折率(nd)は好ましくは、1.83以下であり、より好ましくは1.82以下、さらに好ましくは1.81以下、よりさらに好ましくは1.80以下である。
一方で本発明の光学ガラスにおいて、ガラス表面に傷を付けにくくするためには、密度(d)は、2.0g/cm3以上が好ましい。より好ましくは2.2g/cm3以上、さらに好ましくは2.3g/cm3以上であり、よりさらに好ましくは2.4g/cm3以上である。
一方でT2が低すぎると、粘性カーブが急峻になり、製造するにあたり粘性の制御が困難になる問題がある。本発明の光学ガラスは、上記した範囲のT2を有することで、製造特性を良好にできる。このT2は好ましくは、970℃以上であり、より好ましくは990℃以上、さらに好ましくは1010℃以上、よりさらに好ましくは1030℃以上である。
本発明の光学ガラスのアッベ数の下限は特に限定しないが、概ね10以上、具体的には15以上、より具体的には20以上であることが多い。
反転前後における各測定点の高さの平均を求めることで自重による影響がキャンセルされる。例えば、反転前に、上述のとおり、一の主表面G1Fの高さを測定する。ガラス板G1を反転後、一の主表面G1Fの測定点に対応する位置で、他の一の主表面G1Gの高さを測定する。同様に、反転前に、他の一の主表面G1Gの高さを測定する。ガラス板G1を反転後、他の一の主表面G1Gの測定点に対応する位置で、一の主表面G1Fの高さを測定する。
反りは、例えば、レーザ変位計により測定される。
次に、本発明の光学ガラスが含有し得る各成分の組成範囲の一実施形態について詳細に説明する。本明細書において、各成分の含有割合は、特に断りのない限り、酸化物基準のガラス全質量に対する質量%で示す。また、本発明の光学ガラスにおいて、「実質的に含有しない」とは、不可避不純物を除き含有しないことを意味する。不可避不純物の含有量は、本発明において0.1%以下である。
このガラス組成における各成分について、以下具体的に説明する。なお、本発明の光学ガラスは、上記した特性を有する限り、下記実施形態の組成に限定されない。
また、Nb2O5は、多すぎると失透し易くなる。そのため、55%以下が好ましく、52%以下がより好ましく、49%以下がさらに好ましい。
本実施形態の光学ガラスを化学強化する場合には、Li2Oの含有割合は、1.0%以上が好ましく、1.5%以上がより好ましく、2.5%以上がさらに好ましく、3.5%以上が特に好ましい。
本実施形態の光学ガラスを化学強化する場合には,Na2Oの含有割合は、1.0%以上が好ましく、1.5%以上がより好ましく、2.5%以上がさらに好ましく、3.5%以上が特に好ましい。
本発明の光学ガラスは、例えば以下のように製造される。すなわち、まず、上記所定のガラス組成となるように原料を秤量し、均一に混合する。作製した混合物を白金坩堝、石英坩堝又はアルミナ坩堝に投入して粗溶融する。その後、金坩堝、白金坩堝、白金合金坩堝、強化白金坩堝又はイリジウム坩堝に入れて1200〜1400℃の温度範囲で2〜10時間溶融し、脱泡、撹拌などにより均質化して泡切れ等を行った後、金型に鋳込んで徐冷する。これにより本発明の光学ガラスが得られる。
上記で得られた各サンプルについて、屈折率(nd)、密度(d)、失透温度、粘度(粘度ηがlogη=2となる温度T2)、厚さ1mmのガラス板にしたときの波長360nmにおける光の透過率(T360)、耐水性(RW)、耐酸性(RA)を次のように測定した。得られた結果を表1〜7に併せて示した。
密度(d):JIS Z8807(1976、液中で秤量する測定方法)に準じて測定した。
失透温度:白金皿にサンプル約5gを入れ、1000℃〜1400℃まで10℃刻みにてそれぞれ1時間保持したものを自然放冷により冷却した後、結晶析出の有無を顕微鏡により観察して、長辺又は長径で1μm以上の結晶の認められない最低温度を失透温度とした。
光透過率(T360):10mm×30mm×厚さ1mmの板状に加工し、両表面を鏡面研磨したサンプルについて、分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製 U−4100)で波長360nmにおける光の透過率を測定した。
ヤング率(E):20mm×20mm×1mmの板状のサンプルについて、超音波精密板厚計(OLYMPAS社製、MODEL 38DL PLUS)を用いて測定した(単位:GPa)。
反り:ガラス基板の2つの主表面の高さを非接触レーザ変位計(黒田精工製ナノメトロ)により、直径8インチ×1mmおよび直径6インチ×1mmの円板状のサンプルについて、3mm間隔で測定し、図1を参照して説明した上記方法により反りを算出した。
表面粗さ(Ra):20mm×20mm×1mmの板状のサンプルについて、10μm×10μmのエリアを、原子間力顕微鏡(AFM)(オクスフォードインストゥルメンツ社製)を用いて測定した値である。
アッベ数(νd):上記屈折率測定に使用したサンプルを用いて、νd=(nd−1)/(nF−nC)により算出する。ndはヘリウムd線、nFは水素F線、およびnCは水素C線に対する屈折率である。これらの屈折率も上記した屈折率計を使用して測定した。
熱膨張係数(α):示差熱膨張計(TMA)を用いて30〜350℃の範囲における線熱膨張係数測定し、JIS R3102(1995年)により30〜350℃の範囲における平均線熱膨張係数を求めた。
Claims (15)
- 屈折率(nd)が1.68〜1.85、
密度(d)が4.0g/cm3以下、
かつガラスの粘性がlogη=2となる温度T2が950〜1200℃であり、
酸化物基準の質量%表示で、SiO 2 を29%〜50%、Nb2O5を37.0%〜55%、TiO2を0%〜15%、Li2O+Na2O+K2Oを2%〜20%含有し、Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)が0.45以下であることを特徴とする光学ガラス。 - 酸化物基準の質量%表示で、
BaO、TiO2、ZrO2、WO3、およびLn2O3(LnはY、La、Gd、YbおよびLuからなる群から選ばれる少なくとも1種である)からなる群から選ばれる少なくとも1種を0%〜30%含有する請求項1に記載の光学ガラス。 - 酸化物基準の質量%表示で、
B2O3: 0%〜10%、
MgO: 0%〜10%、
CaO: 0%〜15%、
SrO: 0%〜15%、
BaO: 0%〜15%、
Li2O: 0%〜9%、
Na2O: 0%〜10%、
K2O: 0%〜10%、
Al2O3: 0%〜5%、
WO3: 0%〜15%、
ZrO2: 0%〜15%、
ZnO: 0%〜15%、
La2O3: 0%〜12%、
を含有する請求項2に記載の光学ガラス。 - 失透温度が1200℃以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 厚さ1mmのガラス板にしたときの、波長360nmにおける光の透過率(T360)が40%以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- ヤング率(E)が60GPa以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 日本光学硝子工業会規格に準拠して測定される耐水性が等級2以上であり、耐酸性が等級1以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- ガラス転移点(Tg)が500〜700℃、アッベ数(vd)が50以下、50〜350℃での熱膨張係数αが50〜150×10−7/Kである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 板厚が0.01〜2mmの板状であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 一の主表面の面積が8cm2以上である請求項1〜9のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 対向する主表面は両面に研磨が施され、一の主表面の面積が25cm2のガラス板としたとき、そのガラス基板のLTVが2μm以下である請求項1〜10のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 直径8インチの円形のガラス板としたとき、一の主表面の反りが50μm以下である請求項1〜11のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 表面粗さRaが2nm以下である請求項1〜12のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 請求項9〜13のいずれか1項に記載の板状の光学ガラスを有することを特徴とする光学部品。
- 前記板状の光学ガラスの表面に反射防止膜を有する請求項14に記載の光学部品。
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