JP5624832B2 - 光学ガラス、プレス成形用ガラス素材、光学素子とその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の光学ガラスにおいて、ガラス安定性を一層優れたものにするため、ガラス成分として13重量%以上のTa2O5を含有させる。しかし、タンタル原料は、非常に高価であり、ガラス原料の中でも高価な希土類酸化物やニオブなどの遷移金属酸化物と比べても突出して高価である。したがって、原料コストの増大を抑えて、高屈折率低分散光学ガラスをより広く普及させるためには、Ta2O5含有量を削減することが望まれる。
(1)質量%表示にて、
B2O3 1〜30%、
SiO2 0.1〜20%、
La2O3、Gd2O3、Y2O3およびYb2O3を合計で55〜75%
(但し、La2O3の含有量が15〜55%、La2O3、Gd2O3、Y2O3およびYb2O3の合計含有量に対するGd2O3の含有量の質量比(Gd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3))が0.25〜0.65)、
Ta2O5 0〜13%(但し、13%を含まず)、
Nb2O5、TiO2、WO3およびZrO2を合計で0〜25%(但し、Nb2O5の含有量が10%未満)、
を含み、屈折率ndが1.875〜1.92、アッベ数νdが36〜45であることを特徴とする光学ガラス、
(2)SiO2の含有量が5.86%以上である上記(1)に記載の光学ガラス、
(3)Nb 2 O 5 、TiO 2 、WO 3 およびZrO 2 の合計含有量が7.5〜25%の範囲であり、かつLi 2 Oを含まない上記(1)項または(2)項に記載の光学ガラス、
(4)下記(1)式を満たす屈折率nd、アッベ数νdを有する上記(1)〜(3)項のいずれか1項に記載の光学ガラス、
nd≧2.2017−0.0083×νd ・・・ (1)
(5)液相温度が1300℃以下である上記(1)〜(4)項のいずれか1項に記載の光学ガラス、
(6)Gd2O3 10〜40%、Y2O3 0〜25%、Yb2O3 0〜5%を含む上記(1)〜(5)項のいずれか1項に記載の光学ガラス、
(7)上記(1)〜(6)項のいずれか1項に記載の光学ガラスからなるプレス成形用ガラス素材、
(8)上記(1)〜(6)項のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子、および
(9)上記(7)項に記載のプレス成形用ガラス素材を加熱、軟化し、プレス成形して光学素子ブランクを作製し、前記ブランクを研削、研磨する光学素子の製造方法
を提供するものである。
本発明の光学ガラスは、高屈折率低分散ガラスであり、高屈折率高分散ガラス製レンズと組み合わせ、コンパクトな色収差補正光学系を構成するためのレンズ材料として好適な光学特性、すなわち、下記(a)式および(b)式を満たす屈折率ndとアッベ数νdを有する。
36≦νd≦45 ・・・ (a)
1.83≦nd≦1.92 ・・・ (b)
B2O3 1〜30%、
SiO2 0.1〜20%、
La2O3、Gd2O3、Y2O3およびYb2O3を合計で55〜75%
(但し、La2O3の含有量が15〜55%、La2O3、Gd2O3、Y2O3およびYb2O3の合計含有量に対するGd2O3の含有量の質量比(Gd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3))が0.17〜0.65)、
Ta2O5 0〜13%(但し、13%を含まず)、
Nb2O5、TiO2、WO3およびZrO2を合計で0〜25%(但し、Nb2O5の含有量が10%未満)、
を含み、屈折率ndが1.83〜1.92、アッベ数νdが36〜45であることを特徴とする光学ガラスである。
本発明の光学ガラスの組成について詳説するが、各ガラス成分の含有量、合計含有量は特記しない限り、質量%にて表示するものとし、ガラス成分の含有量と合計含有量の比は質量比にて表示するものとする。また、以下の説明において、所定値以下あるいは所定値以上という場合、前記所定値も含むものとする。
次に本発明の光学ガラスの特性について説明する。
本発明の光学ガラスは高屈折率低分散ガラスであるが、高屈折率低分散ガラス製のレンズは、高屈折率高分散ガラス製レンズと組合わせて色収差補正に使用されることが多い。こうした色収差補正用の光学系を構成する場合、高屈折率低分散ガラスをより低分散化するとともに、屈折率を高めることで、光学系をコンパクト化したり、高機能化することが可能になる。色収差補正用の光学素子以外の用途、例えば、プリズムなど用途についても、同様のことが当てはまる。
nd≧2.20170−0.0083×νd ・・・ (1)
nd≧2.20580−0.0083×νd ・・・ (2)
nd≧2.21000−0.0083×νd ・・・ (3)
nd≦2.22700−0.0083×νd ・・・ (4)
nd≦2.22500−0.0083×νd ・・・ (5)
nd≦2.22400−0.0083×νd ・・・ (6)
nd≦2.22300−0.0083×νd ・・・ (7)
nd≦2.22200−0.0083×νd ・・・ (8)
次に、本発明の光学ガラスの液相温度について説明する。
本発明の光学ガラスは、液相温度が1300℃以下であるのが好ましく、一般的な方法で熔融ガラスから高品質のガラス成形体を製造することができる。例えば、側面に内部で成形したガラスを引き出す開口部を備える鋳型を用い、上部から鋳型内に熔融ガラスを連続して流し込んで成形し、成形したガラスを上記開口部から水平方向に連続的に引き出す。引き出したガラスをレアと呼ばれる連続式徐冷炉内を通過させてアニールし、前記炉内を通過したガラス成形体の先端部を所望の長さ分、切断または割断する。
一方、本発明の光学ガラスによれば、液相温度が高屈折率低分散ガラスとしては低いため、高品質のガラスを優れた生産性のもとに安定して生産することができる。
本発明の光学ガラスの好ましい態様は、ガラス転移温度が800℃以下のガラスである。ガラス転移温度を800℃以下にすることにより、成形したガラスのアニール温度の上昇を抑制して、徐冷炉の寿命を延ばすことができ、また、ガラスを再加熱、軟化してプレス成形する場合、加熱温度を比較的低く抑えることができるので、プレス成形装置の寿命を延ばすことができる。ガラス転移温度の好ましい上限は780℃、より好ましい上限は750℃、さらに好ましい上限は740℃である。
本発明の光学ガラスは、可視域全域において高い透過率を示す。10±0.1mmの厚さに研磨したガラスを用いて、280nmから700nmまでに波長域において、分光透過率(表面反射損失を含む)が80%、70%、5%となる波長をそれぞれλ80、λ70、λ5とする。
次に本発明の光学ガラスの製造方法について説明する。例えば、粉体状の化合物原料、あるいはカレット原料を目的のガラス組成に対応して秤量、調合し、白金合金製の熔融容器内に供給した後、これを加熱、熔融する。上記原料を完全に熔融してガラス化した後、この熔融ガラスの温度を上昇させて清澄を行う。清澄した熔融ガラスを降温して、攪拌器による攪拌によって均質化し、ガラス流出パイプに連続供給、流出し、急冷、成形して均質なガラス成形体を得る。
次に本発明のプレス成形用ガラス素材について説明する。
本発明のプレス成形用ガラス素材は上記した本発明の光学ガラスからなることを特徴とする。ガラス素材の形状としては、目的とするプレス成形品の形状に応じてプレス成形しやすい形状にする。また、ガラス素材の質量もプレス成形品に合わせて設定する。本発明においては、安定性の優れたガラスを使用しているので、再加熱、軟化してプレス成形してもガラスが失透しにくく、高品質の成形品を安定して生産することができる。
流出パイプの下方に水平に配置した鋳型にパイプから流出する熔融ガラスを連続的に鋳込み、一定の厚みを有する板状に成形する。成形されたガラスは鋳型側面に設けた開口部から水平方向へと連続して引き出される。板状ガラス成形体の引き出しはベルトコンベアによって行う。ベルトコンベアの引き出し速度を一定にしてガラス成形体の板厚が一定になるように引き出すことにより、所定の厚み、板幅のガラス成形体を得ることができる。ガラス成形体はベルトコンベアにより徐冷炉内へと搬送され、アニールされる。アニールしたガラス成形体を板厚方向に切断あるいは割断し、研磨加工を施したり、バレル研磨を施してゴブ形状のプレス成形用ガラス素材にする。
次に本発明の光学素子について説明する。
本発明の光学素子は、上記した本発明の光学ガラスからなることを特徴とする。本発明の光学素子は、高屈折率低分散特性を有し、低コストにて光学的な価値の高い各種レンズ、プリズムなどの光学素子を提供することができる。
ニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの各種レンズを
示すことができる。
こうしたレンズは、高屈折率高分散ガラス製のレンズと組み合わせることにより色収差
を補正することができ、色収差補正用のレンズとして好適である。また、光学系のコンパ
クト化にも有効なレンズである。
次に光学素子の製造方法について説明する。
まず、目的とする光学素子の形状に加工しろを加えた光学素子の形状に近似する光学素子ブランクを、前述のプレス成形用ガラス素材を加熱、軟化してプレス成形して作製する。
何等限定されるものではない。
まず、表1〜10に示す組成を有するガラスNo.1〜59が得られるように、原料として炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、酸化物、ホウ酸などを用い、各原料粉末を秤量して十分混合し、調合原料とし、この調合原料を白金製坩堝に入れて1400℃で加熱、熔融し、清澄、撹拌して均質な熔融ガラスした。この熔融ガラスを予熱した鋳型に流し込んで急冷し、ガラス転移温度近傍の温度で2時間保持した後、徐冷して各種光学ガラスを得た。いずれのガラス中にも結晶の析出は認められなかった。
(1)屈折率ndおよびアッベ数νd
1時間あたり30℃の降温速度で冷却した光学ガラスについて測定した。
(2)ガラス転移温度Tg
熱機械分析装置を用いて、昇温速度10℃/分の条件下で測定した。
(3)液相温度LT
白金坩堝内に室温まで冷却したガラスを5cc程度入れ、内部が所定の温度に均熱化した炉の中に置き、炉の設定温度を所定の温度にして2時間保持した後、坩堝を炉内から取り出し、ガラスの結晶化、変質の有無を観察した。炉内の設定温度を5℃刻みで変え、上記作業を繰り返し行い、結晶化、変質が認められない最低の設定温度を液相温度とした。結晶化、変質の有無は、光学顕微鏡を用いて100倍で拡大観察し、確認した。ここに上記「変質」とは、ガラスとは異質のもの(微小な結晶など)が生じたことを意味する。
(4)比重
アルキメデス法により測定した。
次に実施例1の光学ガラスNo.1〜59からなるプレス成形用ガラス素材を次のようにして作製した。
まず、上記各ガラスが得られるようにガラス原料を調合し、白金製坩堝に投入し、加熱、熔融し、清澄、撹拌して均質な熔融ガラスを得た。次に、熔融ガラスを流出パイプから一定流量で流出し、流出パイプの下方に水平に配置した鋳型に鋳込み、一定の厚みを有するガラス板を成形した。成形されたガラス板を鋳型側面に設けた開口部から水平方向へと連続して引き出し、ベルトコンベアにてアニール炉内へと搬送し、徐冷した。
徐冷したガラス板を切断あるいは割断してガラス片を作り、これらガラス片をバレル研磨してプレス成形用ガラス素材にした。
実施例2で得た各プレス成形用ガラス素材の全表面に窒化ホウ素粉末からなる離型剤を均一に塗布した後、上記ゴブを加熱、軟化してプレス成形し、凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの各種レンズ、プリズムのブランクを作製した。
そして、これらブランクをアニールし、ガラス内部の歪を低減するとともに、屈折率などの光学特性が所望の値になるよう微調整を行った。
次に各ブランクを研削、研磨して凹メニスカスレンズ、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの各種レンズ、プリズムを作製した。得られた光学素子の表面には反射防止膜をコートしてもよい。
Claims (9)
- 質量%表示にて、
B2O3 1〜30%、
SiO2 0.1〜20%、
La2O3、Gd2O3、Y2O3およびYb2O3を合計で55〜75%
(但し、La2O3の含有量が15〜55%、La2O3、Gd2O3、Y2O3およびYb2O3の合計含有量に対するGd2O3の含有量の質量比(Gd2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3))が0.25〜0.65)、
Ta2O5 0〜13%(但し、13%を含まず)、
Nb2O5、TiO2、WO3およびZrO2を合計で0〜25%(但し、Nb2O5の含有量が10%未満)、
を含み、屈折率ndが1.875〜1.92、アッベ数νdが36〜45であることを特徴とする光学ガラス。 - SiO2の含有量が5.86%以上である請求項1に記載の光学ガラス。
- Nb 2 O 5 、TiO 2 、WO 3 およびZrO 2 の合計含有量が7.5〜25%の範囲であり、かつLi 2 Oを含まない請求項1または2に記載の光学ガラス。
- 下記(1)式を満たす屈折率nd、アッベ数νdを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学ガラス。
nd≧2.2017−0.0083×νd ・・・ (1) - 液相温度が1300℃以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- Gd2O3 10〜40%、Y2O3 0〜25%、Yb2O3 0〜5%を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学ガラス。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学ガラスからなるプレス成形用ガラス素材。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
- 請求項7に記載のプレス成形用ガラス素材を加熱、軟化し、プレス成形して光学素子ブランクを作製し、前記ブランクを研削、研磨する光学素子の製造方法。
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