JP2007269584A - 光学ガラス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 SiO2、B2O3、La2O3 を必須成分として含有させ、かつ構成成分の比率を調整することにより、−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが130×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下を実現する光学ガラスを得る。
Description
−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが130×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であって、酸化物基準で、SiO2を1.0質量%より多く12.0質量%未満含有し、B2O3を8.0〜35.0質量%含有し、かつ、質量%比SiO2/B2O3が0を超え0.6未満であり、La2O3を25.0〜50.0質量%含有することを特徴とする光学ガラス。
屈折率(nd)が1.75〜2.00、アッベ数(νd)が35〜55の範囲の光学恒数を有することを特徴とする構成1に記載の光学ガラス。
構成1又は2に記載のガラスであって、さらに酸化物基準で、Gd2O3を0.0〜40.0質量%、Y2O3を0.0〜15.0質量%、ZrO2を0.0〜15.0質量%、Ta2O5を0.0〜25.0質量%、Nb2O5を0.0〜18.0質量%、WO3を0.0〜10.0質量%含有することを特徴とする光学ガラス。
構成1〜3のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準で、
GeO2を0.0〜0.1質量%、及び/又は
Yb2O3を0.0〜1.0質量%、及び/又は
Ga2O3を0.0〜1.0質量%、及び/又は
Bi2O3を0.0〜1.0質量%を含有し、
PbOなどの鉛化合物及びAs2O3などの砒素化合物を含有しないことを特徴とする光学ガラス。
構成1〜4のいずれか一項に記載のガラスであって、−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが100×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であることを特徴とする光学ガラス。
構成1〜5のいずれか一項に記載のガラスであって、−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが90×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であることを特徴とする光学ガラス。
構成1〜6のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準の質量%比(Ta2O5+Nb2O5+WO3)/(Gd2O3+Y2O3)が、0.05を超え1.30未満であることを特徴とする光学ガラス。
構成1〜7のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準の質量%表示で、
Li2O 0〜5.0%、及び/又は
Na2O 0〜5.0%、及び/又は
K2O 0〜5.0%、及び/又は
Cs2O 0〜5.0%、及び/又は
MgO 0〜5.0%、及び/又は
CaO 0〜5.0%、及び/又は
SrO 0〜5.0%、及び/又は
BaO 0〜5.0%、及び/又は
TiO2 0〜3.0%、及び/又は
SnO2 0〜3.0%、及び/又は
Al2O3 0〜3.0%、及び/又は
P2O5 0〜5.0%、及び/又は
ZnO 0〜10.0%、及び/又は
Lu2O3 0〜5.0%、及び/又は
TeO2 0〜3.0%、及び/又は
Sb2O3 0〜2.0%、及び/又は
F 0〜3.0%を含有することを特徴とする光学ガラス。
構成1〜8のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準のZnOを2.0質量%未満含有することを特徴とする光学ガラス。
構成1〜9のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準でY2O3を3.5質量%未満含有することを特徴とする光学ガラス。
構成1〜10のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準で質量%比(ZrO2+Ta2O5+Nb2O5)/(SiO2+B2O3)が、1.00未満であることを特徴とする光学ガラス。
構成1〜11のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準でY2O3を3.5質量%未満含有し、質量%比(ZnO+Y2O3)/La2O3が0を超え0.5未満であり、質量%和ZrO2+Nb2O5が5.0%を超え13.0%未満であることを特徴とする光学ガラス。
酸化物基準で
SiO2を1.0質量%より多く10.0質量%未満、
B2O3を15.0〜28.0質量%、
La2O3を28.0〜35.0質量%、
Gd2O3を25.0〜35.0質量%、
ZrO2を5.0〜9.0質量%、及び
ZnOを0.1〜2.0質量%未満、並びに
Ta2O5を0.0〜6.0質量%、及び/又は
Nb2O5を0.0〜5.0質量%、及び/又は
Sb2O3を0.0〜1.0質量%、及び/又は
Al2O3を0.0〜1.0質量%未満
を含有するガラスであって、かつ、ZrO2+Nb2O5の合計が5.0質量%を超え13.0質量%未満であり、屈折率(nd)が1.78〜1.83、アッベ数(νd)が44〜48の範囲の光学恒数を有し、−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが90×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であることを特徴とする光学ガラス。
構成1〜13のガラスを母材とするレンズ・プリズム等の光学素子。
構成1〜14のガラスをリヒートプレス加工して作成するレンズ・プリズム等の光学素子。
構成1〜15のガラスで作成した光学素子および光学基板材料を使用するカメラ・プロジェクタなどの光学機器。
前記構成1の光学ガラスは、−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが130×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であることを特徴とし、このα×βという指標は、使用環境における結像特性の変化量を示す。より具体的に説明すると、平均線膨張係数αが大きいほど、使用環境の温度変化に対して光学素子の膨張率(体積変化)が大きいことを意味するため、治具などで固定されている光学素子には、大きな熱応力が発生することを意味する。また、光弾性定数βが大きいほど、生じた熱応力によって生じる複屈折が大きいことを意味するため、すなわち、α×βがより小さいほど、使用環境における結像特性の変化が少ないことを示唆する。
なお、α×βが130×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であることにより、光学設計時に所望していた結増特性が、実使用環境で温度変化が生じた場合でも実現されやすいという利益がある。
上記光学定数は特に光学系の小型化が可能である(屈折率が1.75以上であるという高屈折率である特性は、薄肉レンズであっても大きな光の屈折量を得る事ができる。アッベ数が35以上であるという低分散特性は、単レンズであっても、光の波長による焦点のずれ(色収差)が小さくできる。)という理由から、光学設計上有用である
なお前記範囲であれば技術的には特に不利益は無いが、Y2O3は高屈折率低分散特性を実現できる成分のうち、最も希少鉱物資源であるため、製造コストを考慮した場合、3.5質量%未満とすることが好ましい。
PbOなどの鉛化合物及びAs2O3などの砒素化合物は、環境負荷が高い成分であるため、不可避な混入を除き、一切含有しないことが望ましい。
SiO2を1.0質量%より多く10.0質量%未満、
B2O3を15.0〜28.0質量%、
La2O3を28.0〜35.0質量%、
Gd2O3を25.0〜35.0質量%、
ZrO2を5.0〜9.0質量%、及び
ZnOを0.1〜2.0質量%未満、並びに
Ta2O5を0.0〜6.0質量%、及び/又は
Nb2O5を0.0〜5.0質量%、及び/又は
Sb2O3を0.0〜1.0質量%、及び/又は
Al2O3を0.0〜1.0質量%未満
にガラス組成を維持することにより、特に屈折率(nd)が1.78〜1.83、アッベ数(νd)が44〜48の範囲の光学恒数を有し、−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが90×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下である光学ガラスを安定に取得できる利益がある。上述のように、構成成分とその含有量を所定の範囲の割合とすることにより、難熔融成分や希少鉱物資源の使用を最小限に抑え、環境負荷の高い成分を使用することなく、使用環境における結像特性の変化が少ない、高精度/高精細用途の光学素子を作り出すことが可能となる。
SiO2 2.0〜25.0mol%、B2O3 25〜65mol%、mol%比SiO2/B2O3が0を超え、0.7未満、La2O3 10〜30mol%
Gd2O3を0〜18mol%、Y2O3を0〜10mol%、ZrO2を0〜10mol%、Ta2O5を0〜10mol%、Nb2O5を0〜10mol%、WO3を0〜5mol%
GeO2 0.0〜0.1mol%、Yb2O3 0.0〜1.0mol%、Ga2O3 0.0〜1.0mol%、Bi2O3 0.0〜1.0mol%
mol%比(Ta2O5+Nb2O5+WO3)/(Gd2O3+Y2O3)は0.03を超え1.25未満
mol%比(ZrO2+Ta2O5+Nb2O5)/(SiO2+B2O3)が、0.8未満
Y2O3 4.0mol%未満、mol%比(ZnO+Y2O3)/La2O3が0を超え1.0未満であり、mol%和ZrO2+Nb2O5 5.0%を超え13.0%未満
(1)屈折率(nd)及びアッべ数(νd)
徐冷降温速度を−25℃/時にして得られた光学ガラスについて測定した。
(2)−30〜+70℃の平均線膨張係数(α)
日本光学硝子工業会規格JOGIS16−2003(光学ガラスの常温付近の平均線膨張係数の測定方法)に記載された方法に準じ、測定した。試験片として長さ50mm、直径4mmの試料を使用した。
(3)波長546.1nmにおける光弾性定数β
光弾性定数(β)は、試料形状を対面研磨した直径25mm、厚さ8mmの円板状とし、所定方向に圧縮荷重を加え、ガラスの中心に生じる光路差を測定し、δ=β・d・F の関係式により求めた。546.1nm測定光源は超高圧水銀灯を使用した。上記の式では、光路差をδ(nm)、ガラスの厚さをd(cm)、応力をF(Pa)として表記している。
Claims (16)
- −30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが130×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であって、酸化物基準で、SiO2を1.0質量%より多く12.0質量%未満含有し、B2O3を8.0〜35.0質量%含有し、かつ、質量%比SiO2/B2O3が0を超え0.6未満であり、La2O3を25.0〜50.0質量%含有することを特徴とする光学ガラス。
- 屈折率(nd)が1.75〜2.00、アッベ数(νd)が35〜55の範囲の光学恒数を有することを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。
- 請求項1又は2に記載のガラスであって、さらに酸化物基準で、Gd2O3を0.0〜40.0質量%、Y2O3を0.0〜15.0質量%、ZrO2を0.0〜15.0質量%、Ta2O5を0.0〜25.0質量%、Nb2O5を0.0〜18.0質量%、WO3を0.0〜10.0質量%含有することを特徴とする光学ガラス。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準で、
GeO2を0.0〜0.1質量%、及び/又は
Yb2O3を0.0〜1.0質量%、及び/又は
Ga2O3を0.0〜1.0質量%、及び/又は
Bi2O3を0.0〜1.0質量%を含有し、
PbOなどの鉛化合物及びAs2O3などの砒素化合物を含有しないことを特徴とする光学ガラス。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のガラスであって、−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが100×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であることを特徴とする光学ガラス。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のガラスであって、−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが90×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であることを特徴とする光学ガラス。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準で、質量%比(Ta2O5+Nb2O5+WO3)/(Gd2O3+Y2O3)が、0.05を超え1.30未満であることを特徴とする光学ガラス。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準の質量%表示で、
Li2O 0〜5.0%、及び/又は
Na2O 0〜5.0%、及び/又は
K2O 0〜5.0%、及び/又は
Cs2O 0〜5.0%、及び/又は
MgO 0〜5.0%、及び/又は
CaO 0〜5.0%、及び/又は
SrO 0〜5.0%、及び/又は
BaO 0〜5.0%、及び/又は
TiO2 0〜3.0%、及び/又は
SnO2 0〜3.0%、及び/又は
Al2O3 0〜3.0%、及び/又は
P2O5 0〜5.0%、及び/又は
ZnO 0〜10.0%、及び/又は
Lu2O3 0〜5.0%、及び/又は
TeO2 0〜3.0%、及び/又は
Sb2O3 0〜2.0%、及び/又は
F 0〜3.0%を含有することを特徴とする光学ガラス。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準で、ZnOを2.0質量%未満含有することを特徴とする光学ガラス。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準で、Y2O3を3.5質量%未満含有することを特徴とする光学ガラス。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準で、質量%比(ZrO2+Ta2O5+Nb2O5)/(SiO2+B2O3)が、1.00未満であることを特徴とする光学ガラス。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載のガラスであって、酸化物基準で、Y2O3を3.5質量%未満含有し、質量%比(ZnO+Y2O3)/La2O3が0を超え0.5未満であり、質量%和ZrO2+Nb2O5が5.0%を超え13.0%未満であることを特徴とする光学ガラス。
- 酸化物基準で、
SiO2を1.0質量%より多く10.0質量%未満、
B2O3を15.0〜28.0質量%、
La2O3を28.0〜35.0質量%、
Gd2O3を25.0〜35.0質量%、
ZrO2を5.0〜9.0質量%、及び
ZnOを0.1〜2.0質量%未満、並びに
Ta2O5を0.0〜6.0質量%、及び/又は
Nb2O5を0.0〜5.0質量%、及び/又は
Sb2O3を0.0〜1.0質量%、及び/又は
Al2O3を0.0〜1.0質量%未満
を含有するガラスであって、かつ、ZrO2+Nb2O5の合計が5.0質量%を超え13.0質量%未満であり、屈折率(nd)が1.78〜1.83、アッベ数(νd)が44〜48の範囲の光学恒数を有し、−30〜+70℃の平均線膨張係数αと波長546.1nmにおける光弾性定数βの乗算α×βが90×10−12℃×nm×cm−1×Pa−1以下であることを特徴とする光学ガラス。 - 請求項1〜13のガラスを母材とするレンズ・プリズム等の光学素子。
- 請求項1〜14のガラスをリヒートプレス加工して作成するレンズ・プリズム等の光学素子。
- 請求項1〜15のガラスで作成した光学素子および光学基板材料を使用するカメラ・プロジェクタなどの光学機器。
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