JP7320100B2 - 光学ガラスおよび光学素子 - Google Patents
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Description
量が多いガラスでは、可視域の透過率、特に青色に相当する波長域の透過率が低下するという問題がおこる。
層)、主として緑の光を感じる感光層(緑感層)および主として赤の光を感じる感光層(赤感層)の写真レスポンスが、ISO色特性指数(ISO/CCI)の計算においてそれぞれ等しくなるように定めた青感層、緑感層および赤感層の分光感度を重み付き分光感度と呼び、青感層についてはWB(λ)、緑感層についてはWG(λ)、赤感層についてはWR(λ)と表記される。
RB=Σ(WB(λ)×τ(λ)) ・・・(1)
RG=Σ(WG(λ)×τ(λ)) ・・・(2)
RR=Σ(WR(λ)×τ(λ)) ・・・(3)
ISO/CCI(B)=[log10RB-(log10Ri)min]×100 ・・・(4)
ISO/CCI(G)=[log10RG-(log10Ri)min]×100 ・・・(5)
ISO/CCI(R)=[log10RR-(log10Ri)min]×100 ・・・(6)
すなわち、本発明の第1の実施形態は、アッベ数νdが23未満であり、厚さ10mmの平板に換算したときのISO色特性指数ISO/CCIが、青色(B)については0、緑色(G)については9以下、赤色(R)については9以下である光学ガラスである。
率も算出することができる。
上記ガラスの含水量は、下記(7)式で定義されるβOHと対応付けることができる。
βOH=-[ln(B/A)]/t ・・・(7)
高分散ガラスにおいて、還元色を低減することが、青色における透過率の改善する上で最も有効であるが、ガラス中に含まれる貴金属の含有量を低減することも、青色における
透過率の改善に寄与する。
0ppm未満であることがより好ましい。
が好ましい。Ptの含有量のより好ましい上限については、ガラス中に含まれる貴金属の含有量のより好ましい上限と同じである。また、Ptの含有量の下限は、特に制限されないが、不可避的に含まれる量であり、例えば、0.001ppm程度と考えればよい。
本実施形態に係る光学ガラスの屈折率ndは、1.90以上であることが好ましい。屈折率ndのより好ましい下限は1.91、さらに好ましくは1.92、特に好ましくは1.93である。ガラスが得られる限り制限はないが、上記所望の色特性指数を得やすくする上から、屈折率ndの好ましい上限は2.5、より好ましい上限は2.2、さらに好ま
しい上限は2.1、一層好ましい上限は2.0、より一層好ましい上限は1.98、さらに一層好ましい上限は1.96である。
本実施形態に係る光学ガラスのうち、熔融過程で含水量を高めたガラスは、熔融雰囲気
に水蒸気を付加する処理等が行われているため、熔融ガラス中の溶存ガス量が高められていると考えられる。その結果、優れた清澄性により、その製造過程において、清澄工程に要する時間を短縮でき、生産性が向上する。
本実施形態に係る光学ガラスのガラス転移温度は、好ましくは400℃以上、より好ましくは、500℃以上、さらに好ましくは550℃以上、一層好ましくは570℃以上、より一層好ましくは600℃以上である。ガラス転移温度が上記範囲であると、酸化性雰囲気中におけるガラスの熱処理温度を高くすることができ、着色低減を効率よく行うことができる。また、研削、研磨等のガラスの加工性を改善することもできる。
本実施形態に係る光学ガラスの製造方法は、例えば、リンを含むガラス原料と、TiO2、Nb2O5、WO3およびBi2O3の少なくとも一種以上の成分を含むガラス原料とを、貴金属製の熔融容器内にて加熱、熔融し、熔融ガラスを得る熔融工程(i)を有し、
上記ガラス原料における、TiO2、Nb2O5、WO3およびBi2O3の合計含有量(HR)が35モル%以上であり、
上記熔融工程において、熔融雰囲気に水蒸気を付加する処理(ia)、および、熔融物内に水蒸気をバブリングする処理(ib)、の少なくともいずれか一方を行う方法である。
、熱処理後の透過率を劇的に改善でき、着色が少なく、極めて優れた透過率を有する光学ガラスが得られる。
試験的にガラスのβOHを求め、測定結果からガスの流量を調整すればよい。このように、試験的に作製したガラスのβOHの測定結果や、試験的に作製したガラスを酸化性雰囲気中で熱処理し、透過率を測定し、その結果をもとに、水蒸気の供給量、すなわち、ガスの流量を次の生産にフィードバックすることで、所望のガラスを生産することができる。
が生成する。このような熔融生成物は、白金等の耐蝕性に優れた材料をも侵蝕する傾向があるため、白金等の貴金属材料は、上記熔融生成物により侵蝕され、熔融物中に溶け込み、異物として生成したり、ガラスの着色を増大させたりする問題がある。
る、すなわち、清澄温度以下でガラスを熔融することが好ましい。
攪拌方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、気体を熔融物にバブリングする方法や攪拌棒により攪拌する方法などが挙げられる。
なお、ガラスの着色を所定のレベルまで低減する際、熱処理温度が高ければ、熱処理時間を短縮できる。また、酸化性雰囲気中の酸素分圧を高めても熱処理時間を短縮できる。このように熱処理時間は、熱処理温度や酸化性雰囲気中の酸素分圧により変わるが、ガラスの着色が所望のレベルになるように設定すればよい。熱処理時間は、典型的には、0.1時間~100時間であることが好ましい。
次に、本実施形態に係る光学ガラスの組成について説明する。
以下、特記しない限り、ガラス成分の含有量、合計含有量、添加剤の含有量は、酸化物換算のモル%で表示する。
のH+の移動速度が速く、他の組成系に比べると短時間の加熱処理で着色を低減できる。
8%である。WO3の含有量を0%にすることもできる。
ガラスの着色を増大させない。しかし、他の成分と比較して非常に高価な成分であるため、ガラスの製造コストを低減する上からGeO2の含有量は少ないほどよい。したがって、高屈折率ガラス製品を広く普及するためには、GeO2の含有量を削減しつつ、透過率の優れた高屈折率ガラスを提供することが望まれる。本実施態様によれば、TiO2、Nb2O5、WO3およびBi2O3の合計含有量を20%以上とすることにより、多量のGeO2を使用しなくても、透過率の優れた高屈折率ガラスを提供できる。
い範囲は0~3%、より好ましい範囲は0~1%、さらに好ましい範囲は0~0.5%であり、実質的にFを含まないことが一層好ましい。
本実施形態の光学素子は、上記実施形態の光学ガラスからなる。
上記実施形態の光学ガラスを使用して光学素子を作るには、公知の方法を適用すればよい。例えば、熔融ガラスを成形してプレス成形用ガラス素材を作製する。次に、このガラス素材を再加熱、プレス成形して光学素子ブランクを作製する。さらに光学素子ブランクの研磨を含む工程により加工して光学素子を作製する。
法には、例えば、ガラス材料を加熱、軟化させて成形する方法がある。ガラス質の中に結晶相が分散した結晶化ガラスは、上記成形方法には不向きである。また、結晶化ガラス中の結晶相が光を散乱し、光学素子としての性能を低下させることもある。非晶質性ガラスには、このような問題はない。
本実施形態は、鏡筒と、上記鏡筒に配置された複数の単レンズを備える撮像レンズにおいて、上記複数の単レンズの少なくとも一つが上記光学ガラスからなる単レンズである撮像レンズである。
[バッチ原料の調製]
まず、所望の特性を備えた光学ガラスを作製するにあたり、ガラスの原材料として、リン酸、メタリン酸バリウム、酸化チタン、酸化ニオブ、ホウ酸、炭酸バリウム、炭酸ナトリウムおよび炭酸カリウムをそれぞれ準備した。次に、最終的に得られる光学ガラスのガラス組成が、表1に示す酸化物組成I、IIとなるように、上記原材料を適宜選択、秤量し、十分混合してバッチ原料I、IIを作製した。
調合されたバッチ原料I、IIを、各光学ガラスのガラス原料とした。このガラス原料を石英製坩堝に投入し、大気雰囲気中で900~1350℃で熔解して熔融物を得た。このようにして得られた熔融物を水中に滴下してカレットを得た。
次に、調合カレットを白金製坩堝(熔融容器)に投入し、800~1350℃の範囲内で白金製坩堝内の調合カレットを加熱、熔融し、熔融ガラスとした(熔融工程)。
得られた光学ガラスサンプル(試料1、2)の各種物性は、以下のように測定、評価した。
光学ガラスサンプルを適量採取し、これを酸およびアルカリ処理し、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS法)、イオンクロマトグラフィー法を用いて、各成分の含有量を定量することで測定し、酸化物組成I、IIと一致していることを確認した。
光学ガラスサンプルを作製する際の、均質化工程を経た熔融ガラスを、鋳型に鋳込んで成形し、ガラス転移温度付近の温度で保持した後、-10℃/時の降温速度で冷却し、測定用試料を作製した。得られた測定用試料について、日本光学硝子工業会規格で定められた屈折率測定法により、屈折率nd、ng、nF、ncを測定した。さらに、これら屈折率の測定値より、アッベ数νdを算出した。
光学ガラスサンプルを加工して、両面が互いに平行かつ平坦に光学研磨された厚さ1mmの板状ガラス試料を準備した。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(7)により、βOHを算出した。
βOH=-[ln(B/A)]/t ・・・(7)
光学ガラスサンプルを、大気雰囲気中で、+100℃/時の速度で昇温し、所定の保持温度で100時間保持して、-30℃/時の速度で降温して、熱処理した。なお、保持温度は、組成に応じて異なるため、それぞれの光学ガラスサンプルの酸化物組成に応じて、表4に示す温度とした。
光学ガラスサンプルを適量採取し、これをアルカリ融解して、Ptを分離する処理した後、ICP-MS法によりガラス中のPt量を定量した。結果を表7に示す。Pt以外の貴金属の含有量は0であった。
光学ガラスサンプルを作製する際の、清澄工程を開始する前の熔融ガラス(ガラス融液)を40cc採取し、大気中で別の白金坩堝で一定時間清澄し、ガラス融液を白金坩堝中で冷却し、固化させた。この過程で、ガラス中に含まれる泡の数をカウントできる程度に着色を低減した。次に固化したガラスを白金坩堝から取り出した。
評価した。泡切れ時間は、短いほど清澄性に優れている。結果を表7に示す。
熔融容器には蓋をせずに、開放した状態で、水蒸気を供給せず、熔解工程から清澄工程を経て均質化工程に至るまで、全て大気雰囲気下で行った以外は、実施例1と同様にして酸化物組成Iを有する光学ガラスサンプル(試料1´)と酸化物組成IIを有する光学ガラスサンプル(試料2´)を作製した。試料1´、試料2´の分光透過率、βOH、Pt含有量、泡切れに要する時間を、実施例1と同様の方法で測定、評価した。
19.2、ISO/CCI(R)は20.0であり、CCI規格の色特性指数の推奨許容範囲外になっている。
10mm、5mm、2mm、1.5mmの各厚さにおける試料1、試料2についての色特性指数を表11に示す。
実施例1で作製した酸化物組成Iからなる光学ガラスサンプル(試料1)をプレス成形用ガラス素材とし、ガラス素材を加熱、軟化して、プレス成形型を用いてプレスし、凹メニスカスレンズの形状に近似する形状のレンズブランクを成形した。
実施例1で作製した酸化物組成IIからなる光学ガラスサンプル(試料2)をプレス成形用ガラス素材とし、ガラス素材を加熱、軟化して、プレス成形型を用いてプレスし、凹メニスカスレンズの形状に近似する形状のレンズブランクを成形した。
実施例2において作製した凹メニスカスを用いて、焦点距離24mm~69mmのズームレンズを作製した。
4.67の光学ガラスからなる凸メニスカスレンズである。
実施例3において作製した凹メニスカスを用いて、焦点距離5mm~34mmのズームレンズを作製した。
2 実施例4における最も物体側のレンズの第2面、物体側から2番目のレンズの第3面3 実施例4における物体側から2番目のレンズの第4面
4 実施例4における物体側から3番目のレンズの第5面
5 実施例4における物体側から3番目のレンズの第6面
1´ 実施例5における最も物体側のレンズの第1面
2´ 実施例5における最も物体側のレンズの第2面、物体側から2番目のレンズの第3面
3´ 実施例5における物体側から2番目のレンズの第4面
Claims (5)
- アッベ数νdが23未満であり、
屈折率ndが1.91以上であり、
厚さ10mmの平板に換算したときのISO色特性指数ISO/CCIが、青色(B)については0、緑色(G)については9以下、赤色(R)については9以下であり、
酸化物換算で、Li 2 O、Na 2 OおよびK 2 Oの合計含有量が0~16モル%であり、
酸化物換算で、TiO 2 、Nb 2 O 5 、Bi 2 O 3 およびWO 3 の合計含有量が35モル%以上であり、
下記(1)または(2)の何れか一方、または両方を満たし、
(1)酸化物換算で、P 2 O 5 、SiO 2 、B 2 O 3 、TiO 2 、Nb 2 O 5 、WO 3 、Bi 2 O 3 、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、Li 2 O、Na 2 O、K 2 O、Al 2 O 3 、ZrO 2 、GeO 2 、TeO 2 およびSb 2 O 3 の合計含有量を99モル%以上である;
(2)酸化物換算で、Ta 2 O 5 、Y 2 O 3 、La 2 O 3 、Gd 2 O 3 、Yb 2 O 3 、In 2 O 3 、Ga 2 O 3 およびFの合計含有量を0~0.5モル%である:かつ
ガラス成分として、TiO 2 、Nb 2 O 5 、WO 3 およびBi 2 O 3 のうち少なくとも一種以上を含む、リン酸光学ガラス。 - Pb、As、Cd、U、Th、Tlを実質的に含有しない、請求項1に記載のリン酸塩光学ガラス。
- Sb 2 O 3 を実質的に含有しない、請求項1または2に記載のリン酸塩光学ガラス。
- 請求項1~3のいずれかに記載のリン酸塩光学ガラスからなる光学素子。
- 鏡筒と、前記鏡筒に配置された複数の単レンズを備える撮像レンズにおいて、
前記複数の単レンズの少なくとも一つが、請求項1~3のいずれかに記載のリン酸塩光学ガラスからなる撮像レンズ。
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