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JP3426488B2 - 光弾性定数が小さい光学ガラス - Google Patents
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JP3426488B2 - 光弾性定数が小さい光学ガラス - Google Patents

光弾性定数が小さい光学ガラス

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JP3426488B2
JP3426488B2 JP36821297A JP36821297A JP3426488B2 JP 3426488 B2 JP3426488 B2 JP 3426488B2 JP 36821297 A JP36821297 A JP 36821297A JP 36821297 A JP36821297 A JP 36821297A JP 3426488 B2 JP3426488 B2 JP 3426488B2
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/12Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/16Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus

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  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
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  • Glass Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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
使用するのに適した光弾性定数(β)が小さい光学ガラ
スに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、偏光を利用した光学系、すなわち
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。
【0003】偏光光学系中の基板やプリズム等の光学部
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。
【0004】充分に除歪されたガラス、特に光学ガラス
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。
【0005】しかし、光学的等方性を有する上記従来の
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。
【0006】上記機械的応力は、たとえば、熱膨張率が
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。
【0007】
【数1】
【0008】上記式(1)における比例定数(β)は光
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。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
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。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
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。
【0011】前記目的を達成するための本発明の構成
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 3 0.1〜4%、P 2 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 3 0.5〜7
%、Li 2 O 0〜4%、Na 2 O 0〜4%、K 2
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。
【0012】また、本発明は、請求項4に記載のとお
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。
【0013】また、本発明の好ましい態様の光学ガラス
は、請求項に記載のとおり、重量%で、B23 0.
1〜4%、Al23 0〜5%、P2535〜60%、
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
%、La23 0.5〜7%、Y23 0〜7%、Gd
230〜7%、Nb250〜5%、Ta25 0〜10
%、WO3 0〜10%、ただし、Nb25+Ta25
+WO3 0〜10%、Li2O 0〜4%、Na2
0〜4%、K2O0〜4%、ただし、Li2O+Na2
+K2O 0.1〜4%、Sb23 0〜4%の範囲の
各成分からなることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい態様の光学ガラ
スの各成分の組成範囲の限定理由は次のとおりである。
25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。
【0015】Al23成分は、ガラスの化学的耐久性を
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。
【0016】B23成分は、ガラスを安定化させるのに
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。
【0017】BaO成分は、本発明において、ガラスの
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。
【0018】CaOおよびSrO成分は、光弾性定数
(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。
【0019】MgO成分は、目標とする光学定数の調整
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。
【0020】ただし、BaO、CaO、SrOおよびM
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。
【0021】La23成分は、ガラスの化学的耐久性を
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。
【0022】Y23およびGd23成分は、上記La2
3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。
【0023】Nb25、Ta25およびWO3の各成分
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。
【0024】Li2O、Na2OおよびK2Oの各成分
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。
【0025】Sb23成分は、ガラスの溶融の際の清澄
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。
【0026】なお、本発明の好ましい態様の光学ガラス
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、Bi23およびI
23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。
【0027】
【実施例】次に、本発明の好ましい態様の光学ガラスに
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。
【0028】
【表1】
【0029】表1から明らかなように、本発明の実施組
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。
【0030】また、これらの実施組成例の光学ガラスは
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。
【0031】
【発明の効果】以上述べたとおり、本発明の光弾性定数
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−40839(JP,A) 特開 昭60−171244(JP,A) 特開 平9−48633(JP,A) 特開 平7−215732(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03C 1/00 - 14/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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 3 0.1〜4%、P 2 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 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。
  4. 【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
    記載の光弾性定数が小さい光学ガラス。
  5. 【請求項5】 重量%で、B23 0.1〜4%、Al
    23 0〜5%、P2535〜60%、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%、La23
    0.5〜7%、Y23 0〜7%、Gd230〜7%、
    Nb25 0〜5%、Ta25 0〜10%、WO3
    0〜10%、ただし、Nb25+Ta25+WO3
    〜10%、Li2O 0〜4%、Na2O 0〜4%、K
    2O 0〜4%、ただし、Li2O+Na2O+K2
    0.1〜4%、Sb23 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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