JP3426488B2 - 光弾性定数が小さい光学ガラス - Google Patents
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Description
間光変調素子や偏光ビームスプリッタ等の偏光光学系に
使用するのに適した光弾性定数(β)が小さい光学ガラ
スに関する。
偏光光学系は液晶プロジェクタ等様々の分野において利
用されている。たとえば、偏光を空間的に変調する空間
光変調素子や、S偏光とP偏光とを分離する偏光ビーム
スプリッタ等が液晶プロジェクタ等に利用されており、
これらの偏光光学系において、偏光特性をより高精度に
制御することが望まれている。
品のうち、偏光特性の保持が要求される部品に光学的に
異方性を有する材料を用いると、透過した主光線とこれ
に直交する異常光線との間の位相差(光路差)が材料を
透過する前と比較して変化し、偏光特性が保持できなく
なるので、それらの部品には光学的に等方性を有する材
料を使用する必要がある。
は、光学的に等方性を有し、かつ、耐久性、強度および
光線透過率等の点で他の材料より優れており、また、種
々の光学定数を有する多種の光学ガラスが存在し、光学
設計上の選択の幅が広いため、従来から、偏光光学系に
用いられている。中でも、S−BSL7((株)オハラ
商品名)は、安価で耐久性に優れ、分散も小さいので、
偏光光学系に多用されている。
光学ガラスを偏光光学系の光学部品に用いた場合でも、
機械的応力や熱的応力がそれらの部品に加わると光弾性
効果による光学的異方性、すなわち複屈折性を示すよう
になり、その結果、所望の偏光特性が得難くなるという
問題があった。
ガラスのそれと異なる材料をガラスと接合したりするこ
とにより生じ、また、上記熱的応力は、たとえば、周辺
機器の発熱や、透過光のエネルギーを吸収することによ
るガラス自体の発熱により生じる。これらの応力がガラ
スに加わることによりガラスが示す複屈折性の大きさは
光路差で示すことができる。光路差をδ(nm)、ガラ
スの厚さをd(cm)、応力をF(Pa)とすると下記
の式(1)が成り立ち、光路差が大きいほど複屈折性が
大きいことを意味する。
弾性定数と呼ばれており、その値はガラスの種類によっ
て異なる。上記式に示すとおり、ガラスに加わる応力
(F)およびガラスの厚さ(d)が同じ場合、光弾性定
数(β)が小さいガラスほど光路差(δ)、すなわち複
屈折性が小さい。上述のS−BSL7((株)オハラ商
品名)では、波長546nmにおけるβの値が2.79
と大きく、上述のように偏光光学系において偏光特性を
より高精度に制御するために、光弾性定数(β)がより
小さいガラスが求められている。
従来技術の実情に鑑み、屈折率(Nd)が1.55〜
1.65、アッベ数(νd)が55〜65の範囲の光学
定数を有する光弾性定数(β)が小さいガラスを提供す
ることにある。
に、本発明者は、鋭意試験研究を重ねた結果、BaOを
含有する燐酸塩系のガラスにおいて、屈折率(Nd)が
1.55〜1.65、アッベ数(νd)が55〜65の
範囲の光学定数を有し、光弾性定数(β)の値が小さい
光学ガラスが得られることを見いだし、本発明をなすに
至った。
は、請求項1に記載のとおり、屈折率(Nd)が1.5
5〜1.65、アッベ数(νd)が55〜65の範囲の
光学定数を有し、重量%でBaO 31〜60%を含有
し、かつ重量%でMgO+CaO+SrO+BaO 4
1〜60%を含有する燐酸塩系ガラスであり、波長0.
4μm〜0.7μmにおける光弾性定数(β)の値が
1.0×10-5nm/cm/Pa以下であることを特徴
とする。また、本発明は、請求項2記載のとおり、屈折
率(Nd)が1.55〜1.65、アッベ数(νd)が
55〜65の範囲の光学定数を有し、重量%でMgO0
〜4%、CaO 0〜30%、SrO 0〜30%、B
aO 31〜60%、ただし、MgO+CaO+SrO
+BaO 41〜60%を含有する燐酸塩系ガラスであ
り、波長0.4μm〜0.7μmにおける光弾性定数
(β)の値が1.0×10 -5 nm/cm/Pa以下であ
ることを特徴とする。 また、本発明は、請求項3記載の
とおり、屈折率(Nd)が1.55〜1.65、アッベ
数(νd)が55〜65の範囲の光学定数を有し、重量
%で、B 2 O 3 0.1〜4%、P 2 O 5 35〜60%、Mg
O 0〜4%、CaO 0〜30%、SrO 0〜30
%、BaO 31〜60%、ただし、MgO+CaO+
SrO+BaO 41〜60%、La 2 O 3 0.5〜7
%、Li 2 O 0〜4%、Na 2 O 0〜4%、K 2 O
0〜4%、ただし、Li 2 O+Na 2 O+K 2 O 0.1
〜4%を含有する燐酸塩系ガラスであり、波長0.4μ
m〜0.7μmにおける光弾性定数(β)の値が1.0
×10 -5 nm/cm/Pa以下であることを特徴とす
る。
り、波長0.4μm〜0.7μmにおける光弾性定数
(β)が0.9×10-5nm/cm/Pa以下であるこ
とを特徴とする。
は、請求項5に記載のとおり、重量%で、B2O3 0.
1〜4%、Al2O3 0〜5%、P2O535〜60%、
MgO 0〜4%、CaO 0〜30%、SrO 0〜
30%、BaO 31〜60%、ただし、MgO+Ca
O+SrO+BaO 41〜60%、ZnO 0〜5
%、La2O3 0.5〜7%、Y2O3 0〜7%、Gd
2O30〜7%、Nb2O50〜5%、Ta2O5 0〜10
%、WO3 0〜10%、ただし、Nb2O5+Ta2O5
+WO3 0〜10%、Li2O 0〜4%、Na2O
0〜4%、K2O0〜4%、ただし、Li2O+Na2O
+K2O 0.1〜4%、Sb2O3 0〜4%の範囲の
各成分からなることを特徴とする。
スの各成分の組成範囲の限定理由は次のとおりである。
P2O5成分は、ガラスを構成するために必須な成分であ
り35%以上添加することが好ましく、また、ガラスの
化学的耐久性を維持するためにその量を60%までとす
ることが好ましい。
向上させるのに有効であり、任意に添加しうるが、耐失
透性維持のため5%までとするのが好ましい。
有効な成分であり、0.1%以上添加することが好まし
く、またガラスの化学的耐久性を維持するためにその量
を4%までとするのが好ましい。
光弾性定数(β)の値を大幅に小さくする効果を見いだ
した重要な成分であるが、上記効果を発揮させるために
は31%以上添加することが好ましく、またガラスの耐
失透性を維持するためにに60%を限度とすることが好
ましい。
(β)を小さくする効果があり任意に添加しうるが、目
標とする光学定数およびガラスの化学的耐久性を維持す
るために、それらの量をそれぞれ30%までとすること
が好ましい。
および溶融性向上のために4%まで任意に添加するのが
好ましい。
gOの各成分の1種または2種以上の合計量は、目標の
光学定数とガラスの耐失透性を維持するため、41〜6
0%の範囲とすることが好ましい。
向上させるのに有効であるが、その量が0.5%未満で
はその効果が小さく、また7%を超えると失透傾向が増
大する。
O3成分と同様の効果があり任意に添加しうるが、その
量はそれぞれ7%までで十分である。
は、光学定数の調整のため、それぞれ5%、10%およ
び10%まで任意に添加することが好ましい。ただし、
これら三成分の1種または2種以上の合計量が10%を
超えるとガラスの耐失透性が悪化する。
は、いずれもガラスの溶融性を促進するとともに、耐失
透性を向上させる効果があり、これら三成分の1種また
は2種以上の合計量を0.1〜4%とすることが好まし
い。
剤であるとともに、光弾性定数(β)を小さくする効果
があり任意に添加し得るが、その量は4%以下とするこ
とがより好ましい。
に、上記以外の成分、例えばSnO2成分を清澄剤とし
て少量添加し得る。また、SiO2、Bi2O3およびI
n2O3等の成分をそれぞれ5%程度まで光学定数の調
整、ガラスの溶融性および耐失透性の改善のため、必要
に応じて添加しても差し支えない。
かかる実施組成例(No.1〜No.9)および従来の
光学ガラスの比較例(No.A)をそれらのガラスの屈
折率(Nd)、アッベ数(νd)および光弾性定数
(β)の測定結果と共に表1に示した。なお、光弾性定
数(β)は、ガラス試料の光透過厚を0.8cmとし、
外部からガラス試料に一定の応力を加えた状態で波長5
46nmの光を透過させたときに生じた複屈折による光
路差を測定することによって前記式(1)により求め
た。
成例の光学ガラスは、いずれも、屈折率(Nd)が1.
55〜1.65、アッベ数(νd)が55〜65の範囲
内の光学定数を有し、かつ、光弾性定数(β)が従来公
知の比較例のガラスよりも小さく、一段と改善されてい
る。
いずれも耐失透性に優れ化学的耐久性も良好で、かつ、
均質化しやすい。これらの実施組成例の光学ガラスは、
酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等の通常の光学ガラ
ス用原料を所定の割合で秤量、混合した後、白金坩堝に
投入し、組成による溶融性に応じて1100〜1300
℃の温度で約2〜4時間溶融し、攪拌、均質化した後、
金型等に鋳込み、徐冷することにより容易に得ることが
できる。
が小さい光学ガラスは、屈折率(Nd)が1.55〜
1.65、アッベ数(νd)が55〜65の範囲の光学
定数を有し、BaOを含有する燐酸塩系ガラスであり、
波長0.4μm〜0.7μmにおける光弾性定数(β)
の値が1.0×10-5nm/cm/Pa以下であるか
ら、偏光変調を行う空間光変調素子や偏光ビームスプリ
ッタ等の偏光光学系に使用するレンズ、プリズム等の光
学部品用として有用である。
Claims (5)
- 【請求項1】 屈折率(Nd)が1.55〜1.65、
アッベ数(νd)が55〜65の範囲の光学定数を有
し、重量%でBaO 31〜60%を含有し、かつ重量
%でMgO+CaO+SrO+BaO 41〜60%を
含有する燐酸塩系ガラスであり、波長0.4μm〜0.
7μmにおける光弾性定数(β)の値が1.0×10-5
nm/cm/Pa以下であることを特徴とする光弾性定
数が小さい光学ガラス。 - 【請求項2】 屈折率(Nd)が1.55〜1.65、
アッベ数(νd)が55〜65の範囲の光学定数を有
し、重量%でMgO 0〜4%、CaO 0〜30%、
SrO 0〜30%、BaO 31〜60%、ただし、
MgO+CaO+SrO+BaO 41〜60%を含有
する燐酸塩系ガラスであり、波長0.4μm〜0.7μ
mにおける光弾性定数(β)の値が1.0×10 -5 nm
/cm/Pa以下であることを特徴とする光弾性定数が
小さい光学ガラス。 - 【請求項3】 屈折率(Nd)が1.55〜1.65、
アッベ数(νd)が55〜65の範囲の光学定数を有
し、重量%で、B 2 O 3 0.1〜4%、P 2 O 5 35〜6
0%、MgO 0〜4%、CaO 0〜30%、SrO
0〜30%、BaO 31〜60%、ただし、MgO
+CaO+SrO+BaO 41〜60%、La 2 O 3
0.5〜7%、Li 2 O 0〜4%、Na 2 O 0〜4
%、K 2 O 0〜4%、ただし、Li 2 O+Na 2 O+K 2
O 0.1〜4%を含有する燐酸塩系ガラスであり、波
長0.4μm〜0.7μmにおける光弾性定数(β)の
値が1.0×10 -5 nm/cm/Pa以下であることを
特徴とする光弾性定数が小さい光学ガラス。 - 【請求項4】 波長0.4μm〜0.7μmにおける光
弾性定数(β)が0.9×10-5nm/cm/Pa以下
の値であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに
記載の光弾性定数が小さい光学ガラス。 - 【請求項5】 重量%で、B2O3 0.1〜4%、Al
2O3 0〜5%、P2O535〜60%、MgO 0〜4
%、CaO 0〜30%、SrO 0〜30%、BaO
31〜60%、ただし、MgO+CaO+SrO+B
aO 41〜60%、ZnO 0〜5%、La2O3
0.5〜7%、Y2O3 0〜7%、Gd2O30〜7%、
Nb2O5 0〜5%、Ta2O5 0〜10%、WO3
0〜10%、ただし、Nb2O5+Ta2O5+WO3 0
〜10%、Li2O 0〜4%、Na2O 0〜4%、K
2O 0〜4%、ただし、Li2O+Na2O+K2O
0.1〜4%、Sb2O3 0〜4%の範囲の各成分から
なることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の
光弾性定数が小さい光学ガラス。
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