Fraud Blocker

光学ガラス:種類・特性・選定ガイド

光学ガラスを解説:特性・種類と適切な材種の選び方
主要仕様 — 光学ガラスの概要
項目 値
屈折率の範囲 1.44(溶融石英)~1.95+(重フリント)
アッベ数の範囲 20(高分散)~95(低分散)
光線透過率の対象波長範囲 185 nm(紫外線用溶融石英)~5,000+ nm(赤外線用特殊材種)
代表的な材種 BK7 / N-BK7、SF11、N-LAK、溶融石英、K9
主要規格 ISO 12123:2018、MIL-PRF-13830B
光学ガラスは、カメラ付き携帯電話から半導体に至るまで、あらゆる高精度レンズ、プリズム、結像システムを支える原材料です。しかし、光学技術者が理解に最も苦労しがちなのが、最適な材種の選び方です。この透明光学材料の実務ガイドでは、測定可能な光学特性、一般的なガラスの分類、実際の製造への影響、そして光学プロジェクトの成否を分け、高額な再設計を招くかどうかを左右する設計上の検討事項を解説します。産業用画像認識システム向けのBK7ブランク材の発注にも、紫外線レーザーシステム向けの溶融石英を迅速に適格性評価する際にも役立つガイドです。

光学ガラスとは — なぜ高精度光学系に重要なのか?

光学ガラスとは何か、高精度光学系に重要な理由 光学ガラスも、ガラスの種類としての基本は通常のフロートガラスと変わりません。シリカ、アルミナ、アルカリ、その他の酸化物を配合し、極めて高い純度と均質性が得られるように「設計」されており、特定の屈折特性と分散特性を得るため、ほとんどの場合、あらかじめ定められた組成に調整されています。これに対し、一般的な住宅用板ガラスには数千もの微細な気泡や介在物が含まれ、特性のばらつきは110を超えません。一方、光学ガラスは同じ基本原料を出発点としながらも、99.9%を超える純度まで精製され、72+ 時間の焼鈍サイクルによって全体的な均質性(リベートの変動)を210にするよう設計されており、この均質性指標によって、完成した溶融石英Spectraulの内部に干渉縞がないことを確認します。 実際、その結果は数値で示せます。適切な仕様の光学ガラスブランクは、反射防止コーティングを施した各表面で可視光域(380~780 nm)の入射光を99%超透過するのに対し、フロートガラス板では吸収や散乱による損失が8~15%に達します。デジタル信号の鮮明さ、高空間周波数での解像度、またはレーザーのエネルギー密度のしきい値が重要な用途では、一般商用グレードのフロートガラスで代用することはできません。 この違いが特に顕著に現れるのは、ズームレンズなどの複数の光学素子からなる光学系で、ある素子に不均質な箇所があるだけで波面が完全に崩れ、デジタル処理では補正しきれない色縁、色調の変化、像面湾曲による像の乱れを引き起こすことがあります。
“現代の光学ガラス材料の始まりは、1880年代のOtto Schottにさかのぼります。彼はさまざまなガラス組成を体系的に分類し、特定の屈折率と分散値を持つ透明なガラスを製造しました。この取り組みによって、ガラスづくりは工芸から科学へと発展しました。今日製造されるあらゆる宇宙望遠鏡や内視鏡も、今なおその歴史的成果に支えられています。” — 科学的ガラス製造の成立に関するSCHOTTの歴史資料をもとに編集

光学ガラスと普通のガラスは何が違うのか?

光学ガラスと窓ガラスの違いは、四つの要素にあります。まず純度です。光学ガラスの原材料では、可視光の吸収を引き起こす酸化鉄(Fe₂O₃)などの不純物が10 ppm未満に抑えられていますが、普通のガラスでは数百ppmが許容されます。次に均質性です。光学ブランク材は、材内の屈折率変動が±2×10⁻⁶未満(ISO 12123の等級H5)になるまで、炉内で72+時間の管理された徐冷を行います。続いて熱履歴です。徐冷プロファイル全体を設計し、屈折率を小数点以下第五位まで特定の値に固定します。建築用ガラスには、この水準の管理はありません。最後に、光学定数の証明です。すべての溶融ロットに、実測した屈折率、アッベ数、応力複屈折の値を記載した書類が付属します。

光学ガラスの種類 — クラウン、フリント、特殊材種

光学ガラスの種類:クラウン、フリント、特殊材種 光学ガラスの分類には、ndとVdを比較するアッベ図に基づく体系が用いられます。主要な分類であるクラウンとフリントは分散の両極に位置し、多くの設計では両方のレンズ素子を組み合わせて色収差を打ち消します。 クラウンガラスはVd値が55より大きく、可視光域での分散が小さい材種です。BK7(ホウケイ酸ガラス系クラウン)は、Vd=64.17で、一般用途全般に用いられる主要なガラスとして産業界で採用されています。可視光域での光線透過率が高く、研磨特性が予測しやすく、化学的耐久性にも優れた丈夫なガラスです。用途固有の要因によって別の材種への変更が必要にならない限り、BK7は撮像、マシンビジョン、一般的な実験室用光学系で’中心的な’第一候補であり続けています。 フリントガラスはVdが50未満となる傾向があり、屈折率も高いため、小さな構成でも光路を大きく曲げることができます。SF11などの重フリントは、歴史的には高屈折率を得るために酸化鉛やバリウムを配合したもので、クラウンのレンズ素子と組み合わせてアクロマートダブレットを設計できます。これは、異なる二つの波長で色にじみを補正する、古典的な二枚組レンズの呼称です。フリントのレンズ素子がなければ、多くのカメラレンズや顕微鏡対物レンズで、十数個程度の部品によりこれらの補正を実現することはできません。 特殊材種は、クラウンとフリントの組み合わせによる像補正だけでは対応できない特定の波長域や使用環境で、光線透過率を維持します。溶融石英などの溶融酸化物部品は、185 nmまでの深紫外線域でも光線透過率を確保でき、193 nm(ArFレーザー)の半導体露光に不可欠です。カルコゲナイド系は、FLIRやミサイルのシーカー向けに、1~12 umの熱赤外線域までTIR光線透過率を確保します。色光学フィルターや減光フィルター用ガラスを含む特定の光学フィルター基材ガラスは、狭い公差で特定の波長帯を選択的に吸収または透過するよう製造されます。リン酸ガラスなどのレーザー利得媒質には、リンやホウ素を含む幅広い希土類ドーパントを取り込むことができ、従来のケイ酸塩系母材に見られる熱レンズ効果が生じません。ランタンクラウンガラス(N-LAKシリーズ)は、高屈折率と中程度の分散を兼ね備えており、内視鏡用光学系、AR眼鏡、VRヘッドマウントディスプレイなど、高度に小型化された機器に適しています。 ガラスの種類を説明する際に、多くの競合他社が見落としている点があります。N-BK7はBK7と同じではありません。’N’はSCHOTTが開発した鉛を含まない改良組成を意味し、RoHSに準拠するため、ソーダ石灰ガラスおよびヒ素不使用ガラスの製造向けに開発されました(RoHSは、電気・電子機器における有害物質の使用を制限する規定です)。屈折率とアッベ数は似ていますが、近紫外線域(350~400 nm)の光線透過率には違いがあり、熱特性にもわずかな差があるため、BK7をN-BK7に置き換える際には取付部の計算を修正する必要が生じることがあります。貴社で対象部品の溶融ロットを具体的に指定する必要があります。
ガラスの種類 屈折率(nd) アッベ数(Vd) 光線透過率の対象波長範囲 代表的な用途
BK7 / N-BK7 1.5168 64.17 350~2,000 nm 一般光学系、撮像
SF11(重フリント) 1.7847 25.76 380~2,500 nm 高NA対物レンズ
溶融石英 1.4585 67.82 185~2,500 nm UV/DUV露光、レーザー
N-LAK(ランタンクラウン) 1.6727 51.49 350~2,000 nm 医療用内視鏡、小型光学系
カルコゲナイド(IRG) 2.4+ 20–30 1,000~12,000 nm 熱画像撮影、赤外線センサー
リン酸ガラス ~1.52 ~63 400~2,000 nm レーザー利得媒質
技術注記 – BK7の仕様:nd=1.5168 0.0003、Vd=64.17 0.5%、密度=2.51 g/cm3、熱膨張係数=7.110/K、ヌープ硬さ=610。これらは、SCHOTTsのカタログに記載された精密徐冷材の値です。
表のデータは、Ohara Corporationの公開カタログデータ、SCHOTTのTIEカタログ、RP-Photonicsの百科事典の各項目に基づいています。カタログ記載値は各ロットの代表値ですが、多少変動する場合があります。

光学ガラスの主要特性 — 屈折率、分散、光線透過率

光学ガラスの主要特性:屈折率、分散、光線透過率 光学ガラスに光を通したときの挙動を決める測定可能な特性は三つあり、レンズ設計を始める前に各特性の目標値を選ぶことで、初期要件が定まります。 ガラスの屈折率ndは、真空中の光の速度を、ガラス中を通る光の速度で割った比です。この値は、ヘリウムのd線(587.6 nm)で測定します。屈折率は、光の一部が空気とガラスの界面を通過するときに、光線がどれだけ屈折するかを決めます。 ガラスの屈折率が高いほど、単位厚さ当たりの光線の曲がりが大きくなるため、光学設計者は短く小型のレンズ構成を実現できます。光学ガラスの屈折率は約1.44(溶融石英)から1.95超(ランタン重フリント)まであり、汎用材種の大半は1.50~1.75の範囲にあります。簡単にいえば、高屈折率ガラスなら薄いレンズ素子でも同じ屈折力を得られるため軽量化でき、この原理は小型内視鏡の先端光学系や携帯電話のカメラモジュール用レンズに利用されています。 アッベ数(Vd)は、波長によって屈折率がどれだけ変化するかという色分散を数値化したものです。Vd = (nd − 1) / (nF − nC)で算出し、nFとnCはそれぞれ水素のF線(486.1 nm)とC線(656.3 nm)における屈折率です。アッベ数が高い(例:BK7の64.17)ほど分散は小さく、青色光と赤色光をほぼ同じ程度に曲げます。アッベ数が低い(例:SF11の25.76)ほど分散は大きく、フリントのレンズ素子でクラウンのレンズ素子の色収差を打ち消すアクロマートダブレットの設計では、むしろ望ましい特性です。実務では、利用可能な全ガラス系統のndとVdを散布図にしたアッベ図が、色収差補正用のガラスの組み合わせを選ぶための主要な手段となります。部分分散比を用いると、標準的なd線以外の特定の波長域でのガラスの挙動を把握し、材種選定をさらに絞り込むことができ、任意の波長での屈折率の予測にはセルマイヤーの式が数学モデルとなります。 透過率は、一定の厚さを通過する光の割合を示し、使用可能な波長範囲を決めます。一般に、よく使われるケイ酸塩系光学ガラスの大半は、約350 nm~2,000 nmで良好な光線透過率を示します。350 nmより短い波長では、金属酸化物の不純物による電子遷移のため、普通のガラスの吸収が急激に増加します。 溶融石英は185 nmまで良好な特性を示すため、ArFエキシマ(193 nm)露光など、紫外線および深紫外線を扱うあらゆる用途で広く使用されています。2,000 nmより長い波長では、4.45 mにある強いSi O基準振動帯によってケイ酸塩の透過域が終わり、5 μmで明確なカットオフが生じます。近紫外線域(200~380 nm)での紫外線光線透過率は、分光分析やフォトリソグラフィ用途における重要な仕様です。この限界を超える波長でレンズや窓が必要な場合は、より特殊なカルコゲナイドガラスや結晶ゲルマニウムを使用しなければなりません。 均質性は、ガラスブランク材の幅方向における屈折率の変動量を評価するものです(ISO 12123:2018の均質性尺度でH1、n 110のものは、単純なコンデンサー光学系に使用できます。干渉計や露光用の光学系では、ガラスブランク材はH5、n 210でなければなりません)。H5のブランク材は非常に長い徐冷サイクルで製造され、2 K/hourの速度で冷却するのに72時間を超えることもあり、出荷前にすべてのブランク材を干渉計で試験します。 材料特性の中でも、熱膨張係数は些細なものに見えるかもしれませんが、システム全体では決してそうではありません。光学ガラス素子を金属やセラミックのホルダーに接着またはクランプ固定すると、温度変化のサイクルに伴い、熱膨張差によって界面に応力が生じます。その応力は、複屈折(偏光によって屈折率が変化する現象)、表面変形、最悪の場合には破損を引き起こします。 参考として、BK7の熱膨張係数7.110/Kはアルミニウム製マウントにはよく適合しますが、8.610/Kのチタンには適合しにくく、一方で溶融石英は0.5510/Kという極めて低い膨張係数を持つため、寸法安定性を確保するにはインバーや炭素繊維による構造が必要です。光学性能に加え、各ガラスの機械的特性(ヌープ硬さ、破壊靭性)と物理的特性(密度、耐薬品性)も設計に影響し、特に振動や熱衝撃を受ける現場設置型の機器では重要です。
技術注記 – Vesushyep Mojirumの恒常性等級:H1: n 110 | H2: n 510 | H3: n 210 | H4: n 510 | H5: n 210。カタログ上の標準公差は、屈折率:nd 0.0003、アッベ数:Vd 0.5%です(精密焼鈍済み)。

光学ガラスはなぜ高価なのか?

光学ガラスが高価になるのは、四つの要因が重なるためです。まず、原材料の不純物をppm単位まで除去する必要があり、原料費は汎用ガラスの調合原料の10~100倍になります。溶融時には原材料の汚染を防ぐために白金内張りのるつぼを使用しなければならず(これも極めて高価です)、溶融石英の場合は1400~2000 C以上の温度が必要です。また、このような大型るつぼを使用すると、ブランク材の単位重量当たりに投入するエネルギーも膨大になります。一方、徐冷にはバッチごとに72時間以上かかることがあり、この高温徐冷中は金型を使い続けるため、これも高コストとなります。関連する動物/鶏/卵/植物の培養物が混入していないことを確認します。 最後に、各平板ブランク材は、販売用の認証を受ける前に、干渉計による均質性、分光光度計による光線透過率、応力複屈折を個別に試験する必要があります。原材料の単一バッチから得られるのは、直径約200 mm、高さ30 mmのブランク材1~8個であり(欠陥があればそのまま使用不能となります)、溶融から出荷までおよそ10日かかる場合があります。

光学ガラスの用途 — カメラレンズからレーザーシステムまで

光学ガラスは、光を導き、変調し、測定する必要があるあらゆる産業で使用されており、下表に各ガラスの特性に対応する主な用途と産業分野を示します。
用途 ガラスの種類 重要な特性 産業分野
カメラ/撮像用レンズ BK7、クラウン系 低分散(Vd > 60) 民生用、産業用
顕微鏡対物レンズ 重フリント(SFシリーズ) 高屈折率(nd > 1.7) 医療用、研究
UV / DUV露光 溶融石英 深紫外線の光線透過率(185 nm+) 半導体
熱画像撮影 カルコゲナイド、ゲルマニウム 3~12 μmでの赤外線透明性 防衛、自動車用
医療用内視鏡 ランタンクラウン(N-LAK) 高いnd + 小型形状 医療
AR / VRヘッドセット 高屈折率ガラス(nd > 1.8) 薄型・軽量のウェハーレンズ 民生用電子機器
レーザーシステム リン酸ガラス、溶融石英 レーザー損傷閾値(J/cm²) 製造、研究
市場データによると、光学ガラス産業の市場規模は2024年に推定$2 billionと評価され、半導体露光、医用画像、民生用AR/VR機器の成長を背景に、2033年まで年平均成長率5.5%で拡大すると予測されています。例えば、現在の自動運転車にはLiDAR、カメラ、雨滴センサーなど、車両ごとに15個を超える光学センサーが搭載されており、そのすべてに高精度なガラス部品が必要です。AR/VRヘッドセットの生産では、年間推定10百万個の光学ガラス部品が使用され、現代の内視鏡の約70%は、光ファイバーによる撮像ではなく、高度な光学ガラスレンズ群を利用しています。 想定事例 – AR/VR用ウェハーレンズの選定:次世代ARヘッドセットの候補機種を開発している民生用電子機器メーカーが、重量85グラム未満という目標を達成するため、レンズウェハーを2 mm未満に薄くすることを目指しています。nd = 1.5168の標準的なBK7では、実測したレンズの屈折力により、これらの目標を満たすために必要な最小厚さは3.2 mmとなります。nd = 1.80のランタンクラウンガラスに切り替えると、最小焦点距離は同じ3.2 mmですが、その屈折力を得るために必要なガラスの厚さは1.8 mmだけになります。ただし、トレードオフがあります。ランタンクラウンの価格は一般にBK7よりkg当たり4+高く、成形中に熱暴走を起こさないための金型製作も難しくなります。年間500,000+台を出荷する場合、台当たり0.40のガラス費用の増加で全体として38%の軽量化が実現し、装着時の快適性と装着可能時間に直接影響します。
よくある間違い:技術者は、350 nm未満では内部光線透過率が大幅に低下することに気づかず、紫外線用途にBK7を選んでしまうことがあります。ブランク材は目で見ると”透明に見える”一方、実際には対象波長域で光を吸収しているため、信号の損失や測定誤差が発生し、原因究明に2~4週間かかることがあります。材料の見た目だけでなく、必ず分光透過率を確認してください。

光学ガラスの製造方法 — 調合原料から完成ブランク材まで

光学ガラスの製造工程:原料の配合から完成ブランクまで 光学用途のガラス製造は、光学設計そのものに劣らず厳しい要求に応える 6 段階の工程です。汎用ガラスでは生産量が重視されるのに対し、光学ガラスの製造では、すべての工程で速度よりも精度を優先します。
  1. 原料の配合—高純度のシリカなどのケイ酸塩酸化物 (SiO, B2O3, BaO, La2O3 など) を、数グラム以内の精度で正確に計量し、混合します。青色域での赤外線カットオフを避けるため、シリカ原料の鉄含有量は 10 ppm 未満でなければなりません。
  2. 溶融—配合した原料を、白金製るつぼを内張りした溶融炉に投入し、一般的なガラスでは 1400~1600 0C、溶融石英では 1800~2000 0C で溶融します。るつぼは、原料そのものに由来する汚染を防ぎます。溶融物を連続的に撹拌することで均質化が進み、蒸留液が排出されやすくなります。
  3. 精密徐冷—最も時間のかかる工程で、ブランクを所定の温度域で毎時 2~10 K 以下の速度で冷却します。この温度域で、ガラスの屈折率が材料内に “固定” されます。これにより、完成したブランクの複屈折が低減されます。
  4. 検査・試験—ブランクの屈折率 (0.00001 の精度)、均質性 (透過干渉法による)、シャドウグラフによる脈理、体積 100 cm 内の目視計数による気泡・介在物を検査します。不合格のブランクは廃棄するか、性能の低い等級に格下げします。高均質性ガラス (H4~H5 等級) や、原子力・宇宙用途の耐放射線ガラスなどの特殊製品には、追加の選別工程を設けます。
  5. 切断・研削—合格したブランクをダイヤモンドソーで最終形状に近い形に切断し、CNC 研削でさらに仕上がり形状に近づけてから、最終仕上げを行います。この工程では、大量の廃棄物が生じることがあります (ブランク体積の最大 4/5 が研削スラッジになる場合があります)。
  6. 最終研磨—標準的な砥粒研磨盤を使用し、光学面を仕様に合わせて湿式研磨します。最終的な表面平坦度は、干渉測定での “最良値” /10 またはそれより良好な値とし、スクラッチ・ディグは MIL-PRF-13830B に従う指定値に仕上げます。
想定事例—半導体向け供給業者の適格性評価:半導体製造施設が、新しい 193 nm 露光用ステッパーのレンズアセンブリ向けに、均質性 H4 (n 510) の溶融石英ブランクを必要としています。適格性評価には約 6 か月かかり、ガラスメーカーが厳密に管理された溶融工程で試験用ブランクを製造するのに 3 か月、その後、半導体工場での受入検査、環境応力スクリーニング、試作工程への組み込みに、さらに 3 か月を要します。例えば、20 個のサンプルロットに規格外のブランクが 1 個含まれるなど、適格性評価で 1 件でも不合格が出れば、日程は 0 からやり直しになります。そのため、大手半導体メーカーの調達部門は、適格性評価済みの代替供給先を確保し、重要なガラス等級については 12+ か月分の安全在庫を保有しています。 ヌープ硬さが 600 を超えるガラス (BK7 は約 610) は、欠けを生じずに研磨荷重に耐えられる十分な硬さを備えています。一部の特殊ガラスでは、リン酸塩系のいくつかの種類で測定値が 400 を下回るため、研磨剤の調整と送り速度の低減が必要になり、加工時間が 20~30% 増加します。 報告書では決して強調されない現実があります。良好な試作ブランクが 1 個できたとしても、量産時の再現性が保証されるわけではありません。メーカーが工程を厳密に管理していない場合、別々の溶融ロット間の屈折率差は最大 0.0005 に達することがあり、このばらつきは複数のレンズ素子からなる設計で累積波面誤差として現れます。

用途に適した光学ガラスの選び方

用途に適した光学ガラスの選び方 ガラスの選定は、光学系に求める機能を仕様として明確に定めることから始まります。以下の選定表では、代表的な用途ごとに、最初の候補となるガラスの種類、確認すべき重要な仕様、摩耗などの注意点を示します。
用途 最初に検討する材料 確認すべき仕様 注意点
一般的な結像用途 (可視光) N-BK7 (クラウンガラス) Vd > 60 350 nm 未満の紫外線には不十分
紫外線 / 深紫外線光学系 溶融石英 対象波長での光線透過率 長時間の紫外線照射によるソラリゼーション
高 NA の顕微鏡観察 SF シリーズ (フリントガラス) nd > 1.7 高いコスト、熱の影響を受けやすいこと
熱画像 / 赤外線撮像 カルコゲナイドガラスまたは Ge 3~12 μm の赤外線波長帯への対応 機械的な脆さ
医療機器 N-LAK (ランタン系) 供給業者の ISO 13485 認証 鉛含有量 (無鉛グレードを使用)
レーザー光学系 溶融石英またはリン酸塩ガラス 損傷しきい値 (J/cm²) 使用波長での吸収
選定は、使用波長範囲、必要な分散制御、熱安定性、機械的耐久性、コストの順に、条件をすり合わせて進めます。前の判断段階に戻ると、再設計が必要になります。屈折率だけで材料を選んだ技術者は、環境試験の段階で、筐体との熱応力による複屈折の違いが原因となり、貴社の使用温度範囲の両端でシステムが機能しなくなることに気づくかもしれません。 顧客の想定事例—医療用内視鏡の調達:医療機器の新興企業が、次世代の内視鏡を開発しています。設計の狙いは、小型、高解像度、堅牢な先端光学系です。設計仕様は、小型化を最適化するために nd 1.6727 の N-LAK ランタンクラウンガラスを採用することです。規制上の要件として、機器に使われる各材料供給業者の全ロットに、医療機器の品質管理に関する ISO 13485 認証が求められます。適格性評価中に、機器設計を主導する技術者たちは精度の高い研削加工の経験を持つ光学ガラス供給業者を 3 社見つけましたが、N-LAK のロットを供給し、原料ガラスの証明書から受入検査報告書まで、ISO 13485 に関する一連の文書をすべて提示できたのは 1 社だけでした。ここから得られる教訓は、医療規制の対象となる部品では、光学仕様そのものよりも、供給業者の適格性が調達を制限する大きな要因になりやすいということです。
専門家の助言—光学ガラス加工業者の見積もりを比較する際は、実測値に基づくガラスのデータシートを入手しましょう!特定のロットについて、範囲、屈折率、その他の仕様の実測値を確認すれば、ロット間の予期しないばらつきを減らせます。nd が 0.0005 ずれると、アセンブリ全体のレンズ間距離を調整し直す必要が生じるほど、レンズの焦点距離が変化することがあります。

Saiwei Glass の光学ガラスソリューションを見る →

光学ガラスに関するよくある質問

光学ガラスの解説:特性、種類、適切な等級の選び方

最も一般的な光学ガラスは何ですか?

回答を見る
世界で最も一般的かつ広く使用されている光学ガラスは BK7 と、その無鉛代替品である N-BK7 です。屈折率 1.5168、アッベ数 64.17 により、低分散、可視光から赤外線にわたる良好な光線透過率、化学的耐久性、低価格をバランスよく備え、一般的な結像用途、プリズム、光学窓における標準的な選択肢となっています。

K9 光学ガラスとは何ですか?

回答を見る
K9 は中国版 BK7 の代表的なガラスで、CDGM (Chengdu Optoelectronic Materials) のガラスカタログに準拠して製造された板材です。K9 の光学定数は BK7 と非常によく似ており、nd = 1.5163、Vd = 64.06 です。そのため、厳密な性能が求められない多くの用途で、BK7 の優れた代替品となります。 K9 は中国国内の光学製品製造業界で広く使われており、同程度の寸法であれば、通常、SCHOTT ブランドの N-BK7 より 30~50% 安価になることがあります。

光学ガラスは紫外線用途に使用できますか?

回答を見る
等級によって異なります。標準的な BK7 は約 350 nm まで光を透過しますが、それより短い波長では強く吸収するため、深紫外線用途には適しません。紫外線用途では溶融石英が標準的な材料で、合成グレードは 185 nm まで光を透過します。 半導体リソグラフィー用の 193 nm Ar F エキシマレーザー線では、高純度のエキシマグレード溶融石英だけが光を透過し、貴社の損傷しきい値要件を満たします。ガラスを指定する前に、使用波長での光線透過率を必ず再確認してください。

アッベ数とは何ですか、また、なぜ重要なのですか?

回答を見る
アッベ数 (Vd) は、ガラスが光をどの程度分散させるか、つまり波長によって屈折率がどの程度変化するかを示す指標です。アッベ数が高い (55+) ほど分散が小さく、色収差も少ないため、結像用途に適しています。アッベ数が低いほど分散が大きく、色消しダブレットレンズの補正に役立ちます。標準的なスペクトル線を用い、Vd = (nd − 1)/(nF − nC) として計算します。

光学ガラスはホウケイ酸ガラスとどう違いますか?

回答を見る
ホウケイ酸ガラス (Pyrex) と光学ガラス (BK7 など) は基本的な化学組成が共通しており、どちらも SiO と BO を主成分とします。両者を分けるのは、製造精度と品質です。光学グレードのホウケイ酸ガラスは、より高純度の原料を溶融し、残留応力を取り除くために追加の長時間徐冷工程を経て製造され、屈折率の許容差は 0.0003 に設定されます。 ビーカーや試験管に使用される実験器具用グレードのホウケイ酸ガラスは、同じ光学認証を受けておらず、不純物が多く、レンズやプリズムでは許容されない屈折率のばらつきがあります。同じ系統のガラスでも、品質水準は大きく異なります。光学用途向けに調達する際は、nd と Vd の実測値を記載した溶融ロット証明書を供給業者が提供することを、必ず確認してください。

光学ガラスメーカーにはどのような認証が必要ですか?

回答を見る
一般的な品質管理では、ISO 9001:2015 が最低限必要となります。航空宇宙・防衛用光学製品では、ほとんどの主契約企業が AS9100D 認証を要求します。医療機器用途では、原料ガラスの供給から加工、コーティングまで、サプライチェーン全体で ISO 13485 が求められます。 軍事契約の中には、ITAR 登録に加えて、完成した光学素子の MIL-PRF-13830B への適合を求めるものもあります。
精度の高い光学ガラスブランク、特注の切断・研磨部品、またはガラス等級の選定に関する技術支援をお探しですか?

Saiwei Glass の光学ガラスソリューションを見る →

この技術ガイドについて

このガイドは、光学技術者や調達担当者が、光学ガラスの種類を比較し、屈折率や分散の仕様を確認し、適切なガラスを選定する際に役立つ情報をまとめた資料として作成しました。すべての技術データは、独自の試験ではなく、NIST の刊行物、ISO 規格、メーカーのカタログに基づいています。正確な値を提示できない箇所では、条件や留保を付した表現を用い、出典を示しています。

参考文献・出典

  1. NIST — 光学ガラスの屈折率:nvlpubs.nist.gov
  2. ISO 12123:2018 — 光学及びフォトニクス:未加工光学ガラスの仕様:iso.org
  3. MIL-PRF-13830B — 射撃管制装置用光学部品:apps.dtic.mil
  4. SCHOTT 技術情報 TIE-29:屈折率と分散:media.schott.com
  5. Ohara Corp — 光学ガラスの特性:oharacorp.com
  6. SPIE 世界産業レポート 2024:spie.org
  7. University of Arizona — Hoya 光学ガラスの技術データ:wp.optics.arizona.edu

Saiwei Glass 技術チームが監修 — 2014 年以来、ISO 9001:2015、AS9100D、ISO 13485 認証を取得している光学ガラスメーカーです。