JP2020203804A - 光学ガラスおよび光学素子 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) アッベ数νdが36.40以上であり、
SiO2の含有量が25〜55質量%であり、
B2O3の含有量が13質量%以下であり、
Li2Oの含有量が20質量%以下であり、
Na2Oの含有量が17質量%以下であり、
ZrO2の含有量が2〜22質量%以下であり、
Nb2O5の含有量が12〜42質量%以下であり、
Nb2O5、TiO2、Bi2O3、WO3およびTa2O5の合計含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/(Nb2O5+TiO2+Bi2O3+WO3+Ta2O5)]が2.00以下であり、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2OとMgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの合計含有量ROとの合計に対する合計含有量R2Oの質量比[R2O/(R2O+RO)]が0.60以上であり、
SiO2、B2O3、P2O5、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、およびY2O3の合計含有量が93質量%以上であり、
ZrO2の含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/ZrO2]が5.00以下である、光学ガラス。
SiO2の含有量が25〜55質量%であり、
B2O3の含有量が13質量%以下であり、
Li2Oの含有量が20質量%以下であり、
Na2Oの含有量が17質量%以下であり、
ZrO2の含有量が2〜22質量%以下であり、
Nb2O5の含有量が12〜42質量%以下であり、
Nb2O5、TiO2、Bi2O3、WO3およびTa2O5の合計含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/(Nb2O5+TiO2+Bi2O3+WO3+Ta2O5)]が2.00以下であり、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2OとMgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの合計含有量ROとの合計に対する合計含有量R2Oの質量比[R2O/(R2O+RO)]が0.60以上であり、
SiO2、B2O3、P2O5、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、およびY2O3の合計含有量が93質量%以上であり、
ZrO2の含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/ZrO2]が5.45以下であり、
SiO2の含有量に対するB2O3の含有量の質量比[B2O3/SiO2]が0.240以下である、光学ガラス。
SiO2の含有量が25〜55質量%であり、
B2O3の含有量が13質量%以下であり、
Li2Oの含有量が20質量%以下であり、
Na2Oの含有量が17質量%以下であり、
ZrO2の含有量が2〜22質量%以下であり、
Nb2O5の含有量が12〜42質量%以下であり、
Nb2O5、TiO2、Bi2O3、WO3およびTa2O5の合計含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/(Nb2O5+TiO2+Bi2O3+WO3+Ta2O5)]が2.00以下であり、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2OとMgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの合計含有量ROとの合計に対する合計含有量R2Oの質量比[R2O/(R2O+RO)]が0.60以上であり、
SiO2、B2O3、P2O5、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、およびY2O3の合計含有量が93質量%以上であり、
ZrO2の含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/ZrO2]が5.45以下であり、
ZrO2の含有量に対するB2O3の含有量の質量比[B2O3/ZrO2]が1.05以下である、光学ガラス。
第1実施形態に係る光学ガラスは、
アッベ数νdが36.40以上であり、
SiO2の含有量が25〜55%であり、
B2O3の含有量が13%以下であり、
Li2Oの含有量が20%以下であり、
Na2Oの含有量が17%以下であり、
ZrO2の含有量が2〜22%以下であり、
Nb2O5の含有量が12〜42%以下であり、
Nb2O5、TiO2、Bi2O3、WO3およびTa2O5の合計含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/(Nb2O5+TiO2+Bi2O3+WO3+Ta2O5)]が2.00以下であり、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2OとMgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの合計含有量ROとの合計に対する合計含有量R2Oの質量比[R2O/(R2O+RO)]が0.60以上であり、
SiO2、B2O3、P2O5、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、およびY2O3の合計含有量が93%以上であり、
ZrO2の含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/ZrO2]が5.00以下である。
第1実施形態に係る光学ガラスにおける上記以外のガラス成分の含有量および比率について、以下に非制限的な例を示す。
<屈折率nd>
第1実施形態に係る光学ガラスにおいて、屈折率ndは、好ましくは1.80〜1.50である。屈折率ndは、1.75〜1.55、または1.70〜1.60とすることもできる。
第1実施形態に係る光学ガラスにおいて、部分分散比Pg,Fの上限は、好ましくは0.5850であり、さらには0.5845、0.5840、0.5835、0.5830、0.5825、0.5820、0.5815、0.5810、0.5805、0.5800、0.5795、0.5790、0.5785、0.5780、0.5775、0.5770、0.5765、0.5760の順により好ましい。部分分散比Pg,Fを上記範囲とすることで、高次の色収差補正に好適な光学ガラスが得られる。一方、部分分散比Pg,Fの下限は、特に限定されないが、0.5700を目安とする。
Pg,F≦0.6483−0.001802×νd ・・・〔1〕
部分分散比Pg,Fは、下記式〔2〕を満たすことがより好ましく、さらには、下記式〔3〕、下記式〔4〕、下記式〔5〕、下記式〔6〕、下記式〔7〕の順に満たすことがより好ましい。
Pg,F≦0.6470−0.001802×νd ・・・〔2〕
Pg,F≦0.6460−0.001802×νd ・・・〔3〕
Pg,F≦0.6450−0.001802×νd ・・・〔4〕
Pg,F≦0.6444−0.001802×νd ・・・〔5〕
Pg,F≦0.6439−0.001802×νd ・・・〔6〕
Pg,F≦0.6437−0.001802×νd ・・・〔7〕
ΔPg,F=Pg,F―(0.6483−0.001802×νd) ・・・〔8〕
一般的に光学ガラスではPg,Fはアッベ数νdが減少するほど増大する傾向があるため、ΔPg,Fを異常分散性の指標とすることが一般的である。
第1実施形態に係る光学ガラスの比重は、好ましくは3.30以下であり、より好ましくは3.20以下であり、さらに好ましくは3.10以下である。
相対的に比重を高くする成分は、BaO、La2O3、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5等である。一方、相対的に比重を低くする成分は、SiO2、B2O3、Li2O、Na2O、K2O等である。これら成分の含有量を適宜調整することで比重を制御することができる。
第1実施形態に係る光学ガラスにおいて、ガラス転移温度Tgで10分間加熱し、さらにそのTgよりも220℃高い温度で10分間加熱したときの、1gあたりに観察される結晶数は、好ましくは25個以下、より好ましくは20個以下、さらに好ましくは10個以下である。
第1実施形態に係る光学ガラスのガラス転移温度Tgの上限は、好ましくは650℃であり、さらには640℃、630℃、620℃、610℃、600℃、590℃、580℃、570℃、560℃、の順により好ましい。また、ガラス転移温度Tgの下限は、好ましくは430℃であり、さらには440℃、450℃、460℃、470℃の順により好ましい。ガラス転移温度Tgは、各を調整することにより制御できる。
相対的にガラス転移温度Tgを下げる成分は、Li2O、Na2O、K2Oなどである。相対的にガラス転移温度Tgを上げる成分は、La2O3、ZrO2、Nb2O5などである。これらの成分の含有量を適宜調整することでガラス転移温度Tgを制御できる。
第1実施形態に係る光学ガラスの光線透過性は、着色度λ80およびλ5により評価できる。
厚さ10.0mm±0.1mmのガラス試料について波長200〜700nmの範囲で分光透過率を測定し、外部透過率が80%となる波長をλ80、外部透過率が5%となる波長をλ5とする。
第1実施形態に係るガラスは、上記所定の組成となるようにガラス原料を調合し、調合したガラス原料により公知のガラス製造方法に従って作製すればよい。例えば、複数種の化合物を調合し、十分混合してバッチ原料とし、バッチ原料を石英坩堝や白金坩堝中に入れて粗熔解(ラフメルト)する。粗熔解によって得られた熔融物を急冷、粉砕してカレットを作製する。さらにカレットを白金坩堝中に入れて加熱、再熔融(リメルト)して熔融ガラスとし、さらに清澄、均質化した後に熔融ガラスを成形し、徐冷して光学ガラスを得る。熔融ガラスの成形、徐冷には、公知の方法を適用すればよい。
第1実施形態に係る光学ガラスを使用して光学素子を作製するには、公知の方法を適用すればよい。例えば、上記光学ガラスの製造において、熔融ガラスを鋳型に流し込んで板状に成形し、本発明に係る光学ガラスからなるガラス素材を作製する。得られたガラス素材を適宜、切断、研削、研磨し、プレス成形に適した大きさ、形状のカットピースを作製する。カットピースを加熱、軟化して、公知の方法でプレス成形(リヒートプレス)し、光学素子の形状に近似する光学素子ブランクを作製する。光学素子ブランクをアニールし、公知の方法で研削、研磨して光学素子を作製する。
第2実施形態に係る光学ガラスは、
アッベ数νdが36.40以上であり、
SiO2の含有量が25〜55%であり、
B2O3の含有量が13%以下であり、
Li2Oの含有量が20%以下であり、
Na2Oの含有量が17%以下であり、
ZrO2の含有量が2〜22%以下であり、
Nb2O5の含有量が12〜42%以下であり、
Nb2O5、TiO2、Bi2O3、WO3およびTa2O5の合計含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/(Nb2O5+TiO2+Bi2O3+WO3+Ta2O5)]が2.00以下であり、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2OとMgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの合計含有量ROとの合計に対する合計含有量R2Oの質量比[R2O/(R2O+RO)]が0.60以上であり、
SiO2、B2O3、P2O5、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、およびY2O3の合計含有量が93質量%以上であり、
ZrO2の含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/ZrO2]が5.45以下であり、
SiO2の含有量に対するB2O3の含有量の質量比[B2O3/SiO2]が0.240以下である。
第3実施形態に係る光学ガラスは、
アッベ数νdが36.40以上であり、
SiO2の含有量が25〜55%であり、
B2O3の含有量が13%以下であり、
Li2Oの含有量が20%以下であり、
Na2Oの含有量が17%以下であり、
ZrO2の含有量が2〜22%以下であり、
Nb2O5の含有量が12〜42%以下であり、
Nb2O5、TiO2、Bi2O3、WO3およびTa2O5の合計含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/(Nb2O5+TiO2+Bi2O3+WO3+Ta2O5)]が2.00以下であり、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2OとMgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの合計含有量ROとの合計に対するLi2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2Oの質量比[R2O/(R2O+RO)]が0.60以上であり、
SiO2、B2O3、P2O5、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、およびY2O3の合計含有量が93質量%以上であり、
ZrO2の含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/ZrO2]が5.45以下であり、
ZrO2の含有量に対するB2O3の含有量の質量比[B2O3/ZrO2]が1.05以下である。
表1に示すガラス組成を有するガラスサンプルを以下の手順で作製し、各種評価を行った。
まず、ガラスの構成成分に対応する酸化物、水酸化物、炭酸塩、および硝酸塩を原材料として準備し、得られる光学ガラスのガラス組成が、表1に示す各組成となるように上記原材料を秤量、調合して、原材料を十分に混合した。こうして得られた調合原料(バッチ原料)を、白金坩堝に投入し、1350℃〜1400℃で2〜4時間加熱して熔融ガラスとし、攪拌して均質化を図り、清澄してから、熔融ガラスを適当な温度に予熱した金型に鋳込んだ。鋳込んだガラスを、ガラス転移温度Tg〜Tgより100℃低い温度の間の任意の温度で30分間熱処理し、炉内で室温まで放冷することにより、ガラスサンプルを得た。
得られたガラスサンプルについて、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES)で各ガラス成分の含有量を測定し、表1に示す各組成のとおりであることを確認した。
得られたガラスサンプルを1cm×1cm×1cmの大きさに切断し、そのガラスサンプルのガラス転移温度Tgに設定した第1の試験炉で10分間加熱し、さらにそのガラス転移温度Tgよりも220℃高い温度に設定した第2の試験炉で10分間加熱した。その後、結晶の有無を光学顕微鏡(観察倍率:40〜100倍)で確認した。そして、1gあたりの結晶数(異物数)を測定した。
得られたガラスサンプルを、さらにガラス転移温度Tg付近で約30分から約2時間アニール処理した後、炉内で降温速度−30℃/時間で室温まで冷却してアニールサンプルを得た。得られたアニールサンプルについて、屈折率、アッベ数νd、部分分散比Pg,F、比重、ガラス転移温度Tg、λ80およびλ5を測定した。結果を表1に示す。
上記アニールサンプルについて、日本工業規格(JIS規格) JIS B 7071−1 光学ガラスの屈折率測定法―第1部:最小偏角法により、表Aに示す12の波長における屈折率を測定した。
次に日本工業規格(JIS規格) JIS B 7071−1 光学ガラスの屈折率測定法−第1部:最小偏角法の附属書Bで定められているショットの分散式に、測定によって得た各線の屈折率をあてはめ、最小二乗法によりショットの分散式の定数を求めた。そして、定数の定まったショットの分散式を使用してアッベ数νdおよび部分分散比Pg,Fを算出した。
ここで、nは屈折率、λは波長(μm)、a0、a1、a2、a3、a4、a5は定数である。
なお、屈折ndとは、波長587.56nmにおける屈折率である。
比重は、アルキメデス法により測定した。
ガラス転移温度Tgは、NETZSCH JAPAN社製の示差走査熱量分析装置(DSC3300SA)を使用し、昇温速度10℃/分にて測定した。
上記アニールサンプルを、厚さ10mmで、互いに平行かつ光学研磨された平面を有するように加工し、波長280nmから700nmまでの波長域における分光透過率を測定した。光学研磨された一方の平面に垂直に入射する光線の強度を強度Aとし、他方の平面から出射する光線の強度を強度Bとして、分光透過率B/Aを算出した。分光透過率が80%になる波長をλ80とし、分光透過率が5%になる波長をλ5とした。なお、分光透過率には試料表面における光線の反射損失も含まれる。
実施例1において作製した各光学ガラスを用いて、公知の方法により、レンズブランクを作製し、レンズブランクを研磨等の公知方法により加工して各種レンズを作製した。
作製した光学レンズは、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ等の各種レンズである。
各種レンズは、他種の光学ガラスからなるレンズと組合せることにより、二次の色収差を良好に補正することができた。
また、明細書に例示または好ましい範囲として記載した事項の2つ以上を任意に組み合わせることは、もちろん可能である。
Claims (7)
- アッベ数νdが36.40以上であり、
SiO2の含有量が25〜55質量%であり、
B2O3の含有量が13質量%以下であり、
Li2Oの含有量が20質量%以下であり、
Na2Oの含有量が17質量%以下であり、
ZrO2の含有量が2〜22質量%以下であり、
Nb2O5の含有量が12〜42質量%以下であり、
Nb2O5、TiO2、Bi2O3、WO3およびTa2O5の合計含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/(Nb2O5+TiO2+Bi2O3+WO3+Ta2O5)]が2.00以下であり、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2OとMgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの合計含有量ROとの合計に対する合計含有量R2Oの質量比[R2O/(R2O+RO)]が0.60以上であり、
SiO2、B2O3、P2O5、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、およびY2O3の合計含有量が93質量%以上であり、
ZrO2の含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/ZrO2]が5.00以下である、光学ガラス。 - アッベ数νdが36.40以上であり、
SiO2の含有量が25〜55質量%であり、
B2O3の含有量が13質量%以下であり、
Li2Oの含有量が20質量%以下であり、
Na2Oの含有量が17質量%以下であり、
ZrO2の含有量が2〜22質量%以下であり、
Nb2O5の含有量が12〜42質量%以下であり、
Nb2O5、TiO2、Bi2O3、WO3およびTa2O5の合計含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/(Nb2O5+TiO2+Bi2O3+WO3+Ta2O5)]が2.00以下であり、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2OとMgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの合計含有量ROとの合計に対する合計含有量R2Oの質量比[R2O/(R2O+RO)]が0.60以上であり、
SiO2、B2O3、P2O5、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、およびY2O3の合計含有量が93質量%以上であり、
ZrO2の含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/ZrO2]が5.45以下であり、
SiO2の含有量に対するB2O3の含有量の質量比[B2O3/SiO2]が0.240以下である、光学ガラス。 - アッベ数νdが36.40以上であり、
SiO2の含有量が25〜55質量%であり、
B2O3の含有量が13質量%以下であり、
Li2Oの含有量が20質量%以下であり、
Na2Oの含有量が17質量%以下であり、
ZrO2の含有量が2〜22質量%以下であり、
Nb2O5の含有量が12〜42質量%以下であり、
Nb2O5、TiO2、Bi2O3、WO3およびTa2O5の合計含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/(Nb2O5+TiO2+Bi2O3+WO3+Ta2O5)]が2.00以下であり、
Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2OとMgO、CaO、SrO、BaOおよびZnOの合計含有量ROとの合計に対する合計含有量R2Oの質量比[R2O/(R2O+RO)]が0.60以上であり、
SiO2、B2O3、P2O5、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、TiO2、Nb2O5、WO3、ZrO2、La2O3、Gd2O3、およびY2O3の合計含有量が93質量%以上であり、
ZrO2の含有量に対するSiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量の質量比[(SiO2+B2O3+P2O5)/ZrO2]が5.45以下であり、
ZrO2の含有量に対するB2O3の含有量の質量比[B2O3/ZrO2]が1.05以下である、光学ガラス。 - Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2Oに対するNa2Oの含有量の質量比[Na2O/R2O]が0.80以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の光学ガラス。
- SiO2、B2O3およびP2O5の合計含有量に対するLi2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2Oの質量比と、Li2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2Oに対するNa2Oの含有量の質量比との合計[{R2O/(SiO2+B2O3+P2O5)}+(Na2O/R2O)]が1.30以下である、請求項1〜4のいずれかに記載の光学ガラス。
- ZrO2の含有量に対するLi2O、Na2OおよびK2Oの合計含有量R2Oの質量比[R2O/ZrO2]が2.00以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の光学ガラス。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の光学ガラスからなる光学素子。
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