TW202124310A - 光學玻璃、預形體以及光學元件 - Google Patents
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Abstract
本發明獲得一種光學玻璃,係部分色散比(θg,F)在所需之範圍內,並且耐失透性高,再熱壓製成形性良好。本發明之光學玻璃以氧化物換算組成之質量%計,含有10.0%至35.0%之SiO2
成分、10.0%至40.0%之Nb2
O5
成分、1.0%至15.0%之ZrO2
成分、1.0%至15.0%之Li2
O成分、以及1.0%至20.0%之Ln2
O3
成分(式中,Ln為選自由La、Y、Gd、Yb所組成之群組中之一種以上),質量比(Li2
O+La2
O3
)/SiO2
為0.35以上,質量比Li2
O/(Li2
O+Na2
O+K2
O)為0.50以上,部分色散比(θg,F)與阿貝數(νd
)之間滿足(-0.00162×νd
+0.624)≤(θg,F)≤(-0.00162×νd
+0.654)之關係。
Description
本發明係關於一種光學玻璃以及光學元件。
數位相機或攝影機等光學系統或多或少含有被稱為像差之模糊。該像差係分類為單色像差與色像差,尤其色像差強烈取決於光學系統所使用之透鏡之材料特性。
一般而言,色像差係將低色散之凸透鏡與高色散之凹透鏡加以組合而修正,但該組合僅能修正紅色區域與綠色區域之像差,而殘留藍色區域之像差。將該未完全去除的藍色區域之像差稱為次級光譜。為了修正次級光譜,需要追加有藍色區域之g射線(435.835nm)之動向而進行光學設計。此時,作為光學設計中所著重之光學特性之指標,可使用部分色散比(θg,F)。上述的將低色散之透鏡與高色散之透鏡加以組合之光學系統中,藉由對低色散側之透鏡使用部分色散比(θg,F)大之光學材料,對高色散側之透鏡使用部分色散比(θg,F)小之光學材料,而良好地修正次級光譜。
近年之光學設計中,部分色散比(θg,F)小之玻璃之需求高漲。
部分色散比(θg,F)係由下式(1)表示。
θg,F=(ng
-nF
)/(nF
-nC
)······(1)
對於光學玻璃而言,表示短波長區域之部分色散性的部分色散比(θg,F)與阿貝數(νd
)之間大致存在線性關係。於縱軸採用部分色散比(θg,F)且橫軸採用阿貝數(νd
)之正交座標上,表示上述關係之直線係由將描繪出NSL7與PBM2之部分色散比及阿貝數所得的兩點連結之直線加以表示,並被稱為法線(normal line)。成為法線之基準的標準玻璃(normal glass)雖然依各光學玻璃廠商而不同,但各公司均以幾乎同等之斜率及截距來定義(NSL7與PBM2為小原(Ohara)股份有限公司製造之光學玻璃,PBM2之阿貝數(νd
)為36.3,部分色散比(θg,F)為0.5828,NSL7之阿貝數(νd
)為60.5,部分色散比(θg,F)為0.5436)。
作為由光學玻璃製作光學元件之方法,例如已知有下述方法:對由光學玻璃所形成之膏球(GOB)或玻璃塊進行磨削及研磨,獲得光學元件之形狀的方法;將由光學玻璃所形成之膏球或玻璃塊加以再加熱並進行成形(再熱壓製成形),再將所得之玻璃成形體進行磨削及研磨的方法;以及利用經超精密加工之模具將由膏球或玻璃塊所得之預形體材料加以成形(精密模壓成形),獲得光學元件之形狀的方法。無論為哪一方法,均要求於由經熔融之玻璃原料形成膏球或玻璃塊時,獲得穩定之玻璃。此處,於構成所得之膏球或玻璃塊的玻璃對於失透之穩定性(耐失透性)降低而於玻璃之內部產生結晶之情形時,再也無法獲得適合作為光學元件之玻璃。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2006-248897號公報。
[專利文獻2]日本特開2012-240909號公報。
專利文獻1之玻璃難以獲得部分色散比(θg,F)小之玻璃,另外失透性容易劣化。
專利文獻2之玻璃雖在減小部分色散比(θg,F)之課題上有共通性,但含有Ta2
O5
成分作為必要成分,故而製造成本高,而且熔融性差,因此成形性不良。
[發明所欲解決之課題]
本發明係鑒於上述問題點而成,目的在於獲得一種部分色散比(θg,F)在所需之範圍內並且耐失透性高且再熱壓製成形性良好之光學玻璃。
更具體而言,本發明在於獲得一種部分色散比(θg,F)與阿貝數(νd
)之間滿足(-0.00162×νd
+0.624≤(θg,F)≤(-0.00162×νd
+0.654),並且液相溫度為1150℃以下,且再熱壓製成形性良好之光學玻璃。
[用以解決課題之手段]
本發明人為了解決上述課題而反復潛心進行試驗研究,結果發現,藉由在含有SiO2
成分及Nb2
O5
成分之玻璃中調整Ln2
O3
成分及LiO2
成分之含有率之關係,而可獲得能夠兼具低的部分色散比、高的耐失透性以及良好的再熱壓製特性之光學玻璃,以至完成了本發明。
(1)一種光學玻璃,係以氧化物換算組成之質量%計,含有10.0%至35.0%之SiO2
成分、10.0%至40.0%之Nb2
O5
成分、1.0%至15.0%之ZrO2
成分、1.0%至15.0%之Li2
O成分、以及1.0%至20.0%之Ln2
O3
成分(式中,Ln為選自由La、Y、Gd、Yb所組成之群組中之一種以上);質量比(Li2
O+La2
O3
)/SiO2
為0.35以上;質量比Li2
O/(Li2
O+Na2
O+K2
O)為0.50以上;部分色散比(θg,F)與阿貝數(νd
)之間滿足(-0.00162×νd
+0.624)≤(θg,F)≤(-0.00162×νd
+0.654)之關係。
(2)如(1)所記載之光學玻璃,其以氧化物換算組成之質量%計,含有0%至20.0%之B2
O3
成分、0%至20.0%之La2
O3
成分、0%至20.0%之CaO成分、0%至20.0%之SrO成分、0%至20.0%之BaO成分、以及0%至10.0%之Na2
O成分。
(3)如(1)或(2)所記載之光學玻璃,其係相較於B2
O3
成分而含有更多之SiO2
成分;質量比(ZnO+TiO2
+P2
O5
)/(ZrO2
+La2
O3
+LiO2
)未達0.15;質量和BaO+CaO+SrO為5.0%至20.0%。
(4)如(1)至(3)中任一項所記載之光學玻璃,其中折射率(nd
)為1.70000至1.80000,阿貝數(νd
)為30.00至40.00。
(5)如(1)至(4)中任一項所記載之光學玻璃,其中液相溫度為1150℃以下。
(6)一種光學元件,係由如(1)至(5)中任一項所記載之光學玻璃所構成。
(7)一種預形體,係由如(1)至(5)中任一項所記載之光學玻璃所構成,且用於研磨加工及/或用於精密壓製成形。
(8)一種光學機器,係具備如(6)或(7)所記載之光學元件。
根據本發明,可獲得一種具有低的部分色散比(θg,F),並且液相溫度低,且再熱壓製成形性良好之光學玻璃。
對本發明之光學玻璃之實施形態加以詳細說明,但本發明不受以下實施形態之任何限定,可於本發明之目標範圍內添加適當變更而實施。再者,關於說明重複之處,有時適當省略說明,但不限定發明之主旨。
[玻璃成分]
以下對構成本發明之光學玻璃的各成分之組成範圍加以描述。於本說明書中無特別說明之情況下,各成分之含量係全部以相對於氧化物換算組成之玻璃總質量的質量%所表示。此處,所謂「氧化物換算組成」,係於假設用作本發明之玻璃構成成分之原料的氧化物、複合鹽、金屬氟化物等在熔融時全部分解而變化為氧化物之情形時,以該生成氧化物之總質量為100質量%而表述玻璃中所含有之各成分的組成。
[關於必要成分、任意成分]
SiO2
成分為促進穩定地形成玻璃,減少作為光學玻璃欠佳之失透(結晶物之產生)的必要成分。
尤其藉由將SiO2
成分之含量設為10.0%以上,而可在不大幅度地提高部分色散比之情況下獲得耐失透性優異之玻璃。另外,能夠降低液相溫度。因此,SiO2
成分之含量係以較佳為10.0%以上、更佳為13.0%以上、進而佳為15.0%以上、進而佳為18.0%以上、最佳為20.0%以上作為下限。
另一方面,藉由將SiO2
成分之含量設為35.0%以下,可抑制部分色散比之上升。因此,SiO2
成分之含量係以較佳為35.0%以下、更佳為33.0%以下、最佳為31.0%以下作為上限。
Nb2
O5
成分為能夠提高折射率且降低阿貝數之必要成分。
尤其藉由將Nb2
O5
成分之含量設為10.0%以上,能夠提高折射率。因此,Nb2
O5
成分之含量係以較佳為10.0%以上、更佳為12.0%以上、進而佳為15.0%以上、進而佳為20.0%以上、最佳為23.0%以上作為下限。
另一方面,藉由將Nb2
O5
成分之含量設為40.0%以下,可獲得熱穩定性,能夠降低玻璃之材料成本。進而,能夠減少玻璃之失透。因此,Nb2
O5
成分之含量係以較佳為40.0%以下、更佳為38.0%以下、進而佳為36.0%以下、最佳為34.0%以下作為上限。
ZrO2
成分為能夠提高玻璃之折射率及阿貝數且減小部分色散比之必要成分。
尤其藉由將ZrO2
成分之含量設為1.0%以上,能夠降低部分色散比,並且獲得穩定之玻璃。因此,ZrO2
成分之含量係以較佳為1.0%以上、更佳為2.0%以上、進而佳為3.0%以上、進而佳為5.0%以上、最佳為6.0%以上作為下限。
另一方面,藉由將ZrO2
成分之含量設為15.0%以下,能夠減少失透,並且能夠容易地獲得更均質之玻璃。因此,ZrO2
成分之含量係以較佳為15.0%以下、更佳為12.0%以下、更佳為11.0%以下、進而佳為10.0%以下、最佳為9.0%以下作為上限。
Li2
O成分與其他鹼金屬不同,為能夠減小部分色散比之必要成分。
尤其藉由將Li2
O成分之含量設為1.0%以上,能夠提高玻璃之熔融性,並且減小部分色散比。因此,Li2
O成分之含量亦可以較佳為1.0%以上、更佳為1.5%以上、進而佳為2.0%以上、最佳為2.5%以上作為下限。
另一方面,藉由將Li2
O成分之含量設為15.0%以下,能夠減少由含有過量之該Li2
O成分所致之失透,並且也能夠降低再熱壓製之失透性。
因此,Li2
O成分之含量係以較佳為15.0%以下、更佳為12.0%以下、進而佳為10.0%以下、進而佳為9.0%以下、最佳為8.0%以下作為上限。
B2
O3
成分為促進穩定地形成玻璃,而且能夠降低液相溫度,可提高耐失透性,且可提高玻璃原料之熔解性之任意成分。
尤其藉由將B2
O3
成分之含量設為0%以上,能夠抑制液相溫度之上升。因此,B2
O3
成分之含量亦可以較佳為0%以上、更佳為超過0%、更佳為0.1%以上、進而佳為0.2%以上、最佳為0.3%以上作為下限。
另一方面,藉由將B2
O3
成分之含量設為20.0%以下,可抑制折射率之降低,並且可抑制部分色散比之上升。因此,B2
O3
成分之含量係以較佳為20.0%以下、更佳為18.0%以下、更佳為16.0%以下、更佳為14.0%以下、進而佳為12.0%以下、最佳為11.0%以下作為上限。
SiO2
成分較佳為相較於B2
O3
成分而含有更多。若B2
O3
成分多於SiO2
成分,則部分色散比上升,因而藉由相較於B2
O3
成分含有更多之SiO2
成分,能夠使玻璃變得穩定並且降低部分色散比。
La2
O3
成分為能夠減少失透並且減小部分色散比之成分,藉由含有該La2
O3
成分,而發揮與容易失透的其他稀土類不同之效果。
尤其藉由將La2
O3
成分之含量設為0%以上,能夠提高折射率,藉由在本發明之範圍之成分內進行調整能夠減小異常色散性。因此,La2
O3
成分之含量係以較佳為0%以上、更佳為1.0%以上、更佳為2.0%以上、進而佳為3.0%以上、進而佳為4.0%以上、最佳為5.0%以上作為下限。
另一方面,藉由將La2
O3
成分之含量設為20.0%以下,可抑制阿貝數之上升,能夠減少失透,且能夠減少著色。因此,La2
O3
成分之含量係以較佳為20.0%以下、更佳為19.0%以下、進而佳為17.0%以下、最佳為16.0%以下作為上限。
Gd2
O3
成分、Y2
O3
成分及Yb2
O3
成分為藉由至少含有超過0%的任一種,能夠提高折射率並且減小部分色散比之任意成分。
另一方面,若大量含有Gd2
O3
成分、Y2
O3
成分及Yb2
O3
成分,則液相溫度降低,使玻璃失透。
尤其藉由將Gd2
O3
成分、Y2
O3
成分及Yb2
O3
成分各自之含量設為10.0%以下,能夠減少失透,並且能夠減少著色。因此,Gd2
O3
成分、Y2
O3
成分及Yb2
O3
成分各自之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為8.0%以下、進而佳為5.0%以下、最佳為3.0%以下作為上限。
Na2
O成分及K2
O成分為於含有超過0%之情形時,可提高玻璃原料的熔融性,並減少著色之任意成分。
另一方面,若大量含有Na2
O成分及K2
O成分,則玻璃之穩定性變差,使耐失透性降低。
另一方面,藉由將Na2
O成分及K2
O成分之含量設為10.0%以下,能夠減少失透。因此,Na2
O成分及K2
O成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為8.0%以下、進而佳為7.0%以下、進而佳為6.0%以下、最佳為5.0%以下作為上限。
MgO成分為能夠改善熔融性且降低液相溫度之任意成分,但大量含有會導致玻璃失透。
另一方面,藉由將MgO成分之含量設為10.0%以下,能夠減少失透。因此,MgO成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為8.0%以下、進而佳為5.0%以下、進而佳為3.0%以下、最佳為2.0%作為上限。
CaO成分為能夠提高玻璃之穩定性之任意成分。
尤其藉由CaO成分之含量設為0%以上,能夠提高熔融性。因此,CaO成分之含量係以較佳為0%以上、更佳為0.1%以上、進而佳為0.5%以上、進而佳為1.0%以上、最佳為2.0%以上作為下限。
另一方面,藉由將CaO成分之含量設為20.0%以下,壓製成形性變良好,並且可抑制部分色散比之上升。因此,CaO成分之含量係以較佳為20.0%以下、更佳為17.0%以下、進而佳為14.0%以下、進而佳為12.0%以下、最佳為10.0%以下作為上限。
SrO成分為能夠提高玻璃之穩定性之任意成分。
另一方面,藉由將SrO成分之含量設為20.0%以下,壓製成形性變良好,並且可抑制部分色散比之上升。因此,SrO成分之含量係以較佳為20.0%以下、更佳為17.0%以下、進而佳為14.0%以下、進而佳為12.0%以下、最佳為10.0%以下作為上限。
BaO成分為能夠提高玻璃之穩定性之任意成分。
另一方面,藉由將BaO成分之含量設為20.0%以下,壓製成形性變良好,且可抑制部分色散比之上升。因此,BaO成分之含量係以較佳為20.0%以下、更佳為17.0%以下、進而佳為14.0%以下、進而佳為12.0%以下、最佳為10.0%以下作為上限。
TiO2
成分為提高折射率且降低阿貝數之任意成分。另一方面,若大量含有TiO2
成分則部分色散比變大。
尤其藉由將TiO2
成分之含量設為10.0%以下,能夠抑制部分色散比之上升,並且降低阿貝數。因此,TiO2
成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為3.0%以下、最佳為2.0%以下作為上限。
ZnO成分為價廉且能夠朝高色散側進行調整之任意成分。另一方面,若大量含有ZnO成分則部分色散比變大。
尤其藉由將ZnO成分之含量設為10.0%以下,能夠減少失透或著色。因此,ZnO成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為未達3.0%、最佳為1.0%以下作為上限。
Ta2
O5
成分為提高折射率,並降低阿貝數及部分色散比,並且可提高耐失透性之任意成分。
尤其藉由將Ta2
O5
成分之含量設為10.0%以下,作為稀少礦物資源之Ta2
O5
成分之使用量減少,並且玻璃易於在更低溫下熔解,因而能夠降低玻璃之生產成本。另外,由此能夠減少由含有過量之Ta2
O5
成分所致之玻璃之失透。因此,Ta2
O5
成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為3.0%以下、最佳為1.0%以下作為上限。尤其就降低玻璃之材料成本之觀點而言,亦可不含Ta2
O5
成分。
WO3
成分為提高折射率及降低阿貝數、並可提高玻璃原料之熔解性之任意成分。藉由將WO3
成分之含量設為10.0%以下,能夠使玻璃之部分色散比不易上升,且減少玻璃之著色而可提高內部穿透率。因此,WO3
成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為3.0%以下、最佳為1.0%以下作為上限。
P2
O5
成分為可提高玻璃之穩定性之任意成分。
另一方面,藉由將P2
O5
成分之含量設為10.0%以下,能夠減少由含有過量之P2
O5
成分所致之部分色散比之上升。因此,P2
O5
成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為3.0%以下、進而佳為未達2.0%、最佳為1.0%以下作為上限。
GeO2
成分為能夠提高折射率並且減少失透之任意成分。藉由將GeO2
成分之含量設為10.0%以下,而昂貴之GeO2
成分之使用量減少,因而可降低玻璃之材料成本。因此,GeO2
成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為3.0%以下、最佳為1.0%以下作為上限。
Al2
O3
成分為能夠提高折射率並且提高耐失透性之任意成分。
另一方面,藉由將Al2
O3
成分之含量設為10.0%以下,能夠減少由含有過量之Al2
O3
成分所致之失透。因此,Al2
O3
成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為3.0%以下、最佳為1.0%以下作為上限。
Ga2
O3
成分為能夠提高折射率並且提高耐失透性之任意成分。
另一方面,藉由將Ga2
O3
成分之含量設為10.0%以下,能夠減少由含有過量之Ga2
O3
成分所致之失透。因此,Ga2
O3
成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為3.0%以下、最佳為1.0%以下作為上限。
Bi2
O3
成分為能夠提高折射率並降低阿貝數,並且能夠降低玻璃轉移點之任意成分。藉由將Bi2
O3
成分之含量設為10.0%以下,能夠使部分色散比不易上升,並且能夠減少玻璃之著色而提高內部穿透率。因此,Bi2
O3
成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為3.0%以下、最佳為1.0%以下作為上限。
TeO2
成分為能夠提高折射率並降低部分色散比,並且能夠降低玻璃轉移點之任意成分。藉由將TeO2
成分之含量設為10.0%以下,能夠減少玻璃之著色而提高內部穿透率。另外,藉由減少昂貴之TeO2
成分之使用,可獲得材料成本更低廉之玻璃。因此,TeO2
成分之含量係以較佳為10.0%以下、更佳為5.0%以下、進而佳為3.0%、最佳為1.0%以下作為上限。尤其就降低玻璃之材料成本之觀點而言,亦可不含TeO2
成分。
SnO2
為能夠將經熔解之玻璃加以澄清(脫泡),並且可提高玻璃之可見光穿透率的任意成分。藉由將SnO2
之含量設為1.0%以下,能夠不易產生由熔融玻璃之還原所致的玻璃之著色、或玻璃之失透。另外,由於減少SnO2
與熔解設備(尤其是Pt等貴金屬)之合金化,因而能夠實現熔解設備之長壽命化。因此,SnO2
之含量係以較佳為1.0%以下、更佳為0.5%以下、進而佳為0.1%以下作為上限。
Sb2
O3
成分為促進玻璃之脫泡而將玻璃加以澄清之成分,為本發明之光學玻璃中之任意成分。藉由將Sb2
O3
成分相對於玻璃總質量之含量設為1.0%以下,能夠不易產生玻璃熔融時之過度之發泡,能夠使Sb2
O3
成分不易與熔解設備(尤其是Pt等貴金屬)合金化。因此,Sb2
O3
成分相對於氧化物換算組成之玻璃總質量之含量係以較佳為1.0%以下、更佳為0.5%以下、進而佳為0.3%以下、最佳為0.1%以下作為上限。
再者,將玻璃加以澄清脫泡之成分不限定於上述Sb2
O3
成分,可使用玻璃製造之領域中之公知之澄清劑或脫泡劑、或者這些之組合。
Ln2
O3
成分(式中,Ln為選自由La、Y、Gd、Yb所組成之群組中之一種以上)於含量之和(質量和)含有1.0%以上之情形時,能夠提高折射率並且減小部分色散比。因此,Ln2
O3
成分之和係以較佳為1.0%以上、更佳為3.0%以上、進而佳為5.0%以上、最佳為7.0%以上作為下限。
另一方面,藉由Ln2
O3
成分之含量之和(質量和)設為20.0%以下,能夠減少由含有過量之該Ln2
O3
成分所致之失透。因此,上限較佳為20.0%以下,更佳為18.0%以下,進而佳為17.0%以下,最佳為16.0%以下。
Rn2
O成分(式中,Rn為選自由Li、Na、K所組成之群組中之一種以上)於含量之和(質量和)含有1.0%以上之情形時,能夠提高玻璃之穩定性。因此,Rn2
O成分之和係以較佳為1.0%以上、更佳為2.5%以上、進而佳為3.0%以上、最佳為3.5%以上作為下限。
另一方面,藉由Rn2
O成分之含量之和(質量和)設為15.0%以下,可抑制折射率之降低,並且能夠減少由含有過量之該Rn2
O成分所致之失透。因此,上限較佳為15.0%以下,更佳為14.0%以下,進而佳為13.0%以下,最佳為12.0%以下。
RO成分(式中,R為選自由Mg、Ca、Sr、Ba所組成之群組中之一種以上)之含量之和於設為5.0%以上之情形時,能夠提高低溫熔融性。因此,RO成分之含量之和係以較佳為5.0%、更佳為5.3%以上、進而佳為5.8%以上、最佳為6.0%以上作為下限。
另一方面,為了抑制由過量含有所致之耐失透性之降低,RO成分之含量之和較佳為20.0%以下。因此,RO成分之質量和係以較佳為20.0%以下、更佳為19.0%以下、進而佳為18.0%以下、最佳為16.0%以下作為上限。
質量和BaO+CaO+SrO於設為5.0%以上之情形時,能夠提高低溫熔融性。因此,質量和BaO+CaO+SrO係以較佳為5.0%以上、更佳為5.3%以上、進而佳為5.8%以上、最佳為6.0%以上作為下限。
另一方面,若含有過量之質量和BaO+CaO+SrO,則會增大折射率或色散,難以獲得所需之光學特性,並且使失透性劣化,因而較佳為20.0%以下。因此,質量和BaO+CaO+SrO係以較佳為20.0%以下、更佳為19.0%以下、進而佳為18.0%以下、最佳為16.0%以下作為上限。
質量比(Li2
O+La2
O3
)/SiO2
於設為0.35以上之情形時,能夠使玻璃穩定,且降低部分色散比。因此,質量比(Li2
O+La2
O3
)/SiO2
係以較佳為0.35以上、更佳為0.36以上、進而佳為0.38以上、最佳為0.40以上作為下限。
另一方面,為了抑制液相溫度之上升,質量比(Li2
O+La2
O3
)/SiO2
較佳為1.00以下。因此,質量比(Li2
O+La2
O3
)/SiO2
係以較佳為1.00以下、更佳為0.90以下、進而佳為0.88以下、最佳為0.85以下作為上限。
質量比Li2
O/(Li2
O+Na2
O+K2
O)於設為0.50以上之情形時,能夠最有效果地發揮於降低部分色散比之方面發揮作用的LiO2
成分之效果,使熔融性上升,並且抑制失透。因此,質量比Li2
O/(Li2
O+Na2
O+K2
O)係以較佳為0.50以上、更佳為0.52以上、進而佳為0.54以上、最佳為0.55以上作為下限。
質量比(SiO2
+B2
O3
+Ln2
O3
)/Rn2
O於設為3.50以上之情形時,能夠抑制失透,且降低液相溫度。因此,質量比(SiO2
+B2
O3
+Ln2
O3
)/Rn2
O係以較佳為3.50以上、更佳為3.55以上、進而佳為超過3.58、最佳為3.60以上作為下限。
另一方面,質量比(SiO2
+B2
O3
+Ln2
O3
)/Rn2
O於設為12.0以下之情形時,能夠維持阿貝數(νd
)。因此,質量比(SiO2
+B2
O3
+Ln2
O3
)/Rn2
O係以較佳為12.0以下、更佳為11.80以下、進而佳為11.50以下、最佳為11.20以下作為上限。
質量比(ZnO+TiO2
+P2
O5
)/(ZrO2
+La2
O3
+LiO2
)於設為未達0.15之情形時,能夠抑制由ZnO成分、TiO2
成分及P2
O5
成分所致之部分色散比之上升。因此,質量比(ZnO+TiO2
+P2
O5
)/(ZrO2
+La2
O3
+LiO2
)係以較佳為未達0.15、更佳為0.12以下、進而佳為0.10以下、最佳為0.08以下作為上限。
[關於不應含有之成分]
繼而,對本發明之光學玻璃所不應含有之成分、及含有欠佳之成分加以說明。
可於不損及本案發明之玻璃之特性的範圍,對應於需要而添加其他成分。然而,於分別單獨或複合地少量含有除了Ti、Zr、Nb、W、La、Gd、Y、Yb、Lu以外的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及Mo等各過渡金屬成分之情形時,有玻璃著色而於可見光區域之特定波長時產生吸收之性質,因而尤佳為於使用可見光區域之波長的光學玻璃中,實質上不含有上述各過渡金屬成分。
另外,PbO等鉛化合物及As2
O3
等砷化合物為環境負荷高之成分,因而較理想為實質上不含有,亦即除了不可避免的混入以外絲毫不含有。
進而,Th、Cd、Tl、Os、Be及Se之各成分近年來作為有害之化學物質而有控制使用之傾向,不僅於玻璃之製造步驟,甚至到加工步驟、製品化後之處理為止都需要環境對策上之措施。因此,於重視環境上之影響之情形時,較佳為實質上不含有這些成分。
[製造方法]
本發明之光學玻璃例如係以下般進行製作。亦即,藉由以下方式進行製作:將上述原料以各成分成為預定之含量範圍內之方式均勻混合,將所製作之混合物投入至鉑坩堝、石英坩堝或氧化鋁坩堝進行粗熔融後,放入至金坩堝、鉑坩堝、鉑合金坩堝或銥坩堝並於1000℃至1400℃之溫度範圍熔融2小時至5小時,攪拌均質化而進行除泡等後,降低至950℃至1250℃之溫度後進行精攪拌而去除輝紋,再澆鑄至模具並緩慢冷卻。
[物性]
本發明之光學玻璃具有預定範圍之折射率(nd
)及阿貝數(νd
)。
本發明之光學玻璃之折射率(nd
)係以較佳為1.70000以上、更佳為1.73000以上、進而佳為1.75000以上作為下限。關於該折射率之上限,係以較佳為1.80000以下、更佳為1.79000以下作為上限。
本發明之光學玻璃之阿貝數(νd
)係以較佳為30.00以上、更佳為32.00以上、進而佳為33.00以上作為下限。另一方面,本發明之光學玻璃之阿貝數(νd
)係以較佳為40.00以下、更佳為38.00以下、進而佳為37.00以下作為上限。
具有此種折射率及阿貝數的本發明之光學玻璃於光學設計上有作用,尤其能夠實現高的成像特性等,並實現光學系統之小型化,因而能夠擴大光學設計之自由度。
本發明之光學玻璃具有低的部分色散比(θg,F)。
更具體而言,本發明之光學玻璃之部分色散比(θg,F)之下限並無特別限定,可較佳為0.560以上,更佳為0.565以上。另一方面,本發明之光學玻璃之部分色散比(θg,F)係以較佳為0.600以下、更佳為0.595以下、進而佳為0.593以下作為上限。另外,本發明之光學玻璃之部分色散比(θg,F)與阿貝數(νd
)之關係中,較佳為滿足(-0.00162×νd
+0.624)≤(θg,F)≤(-0.00162×νd
+0.654)之關係。
如此,本發明之光學玻璃含有較大量SiO2
成分及Nb2
O5
成分並具有較以往公知之玻璃更低的部分色散比(θg,F)。因此,能夠將由該光學玻璃所形成之光學元件較佳地用於修正色像差。
此處,本發明之光學玻璃與阿貝數(νd
)之關係中之部分色散比(θg,F)之下限並無特別限定,可較佳為(-0.00162×νd
+0.624)以上,更佳為(-0.00162×νd
+0.627)以上,進而佳為(-0.00162×νd
+0.630)以上。另一方面,本發明之光學玻璃與阿貝數(νd
)之關係中之部分色散比(θg,F)之上限係設為較佳為(-0.00162×νd
+0.654)以下、更佳為(-0.00162×νd
+0.651)以下、進而佳為(-0.00162×νd
+0.648)以下。
本發明之光學玻璃較佳為可見光穿透率高,尤其是可見光中短波長側之光之穿透率高,由此著色少。
尤其本發明之光學玻璃若以玻璃之穿透率表示,則於厚度10mm之樣本時顯示分光穿透率80%之波長(λ80
)係以較佳為420nm以下、更佳為417nm以下、進而佳為410nm以下作為上限。
另外,本發明之光學玻璃中在厚度10mm之樣本時顯示分光穿透率5%之最短波長(λ5
)係以較佳為345nm以下、更佳為343nm以下、進而佳為342nm以下作為上限。
由此,玻璃之吸收端成為紫外光區域之附近,可提高玻璃對可見光之透明性,故而能夠將該光學玻璃較佳地用於透鏡等使光穿透的光學元件。
本發明之光學玻璃較佳為耐失透性高,更具體而言,具有低的液相溫度。
亦即,本發明之光學玻璃之液相溫度係以較佳為1150℃以下、更佳為1148℃以下、進而佳為1145℃以下作為上限。藉此,即便於更低溫度流出熔融玻璃,亦減少所製作之玻璃之結晶化,故而尤其能夠減少由熔融狀態成形出玻璃時之失透,可減少對使用玻璃的光學元件之光學特性之影響。另外,即便降低玻璃之熔解溫度亦能夠成形玻璃,故而抑制玻璃之成形時所消耗的能量,由此能夠降低玻璃之製造成本。
[預形體以及光學元件]
可使用例如再熱壓製成形或精密壓製成形等模壓成形之方法,而由所製作之光學玻璃來製作玻璃成形體。亦即,可由光學玻璃來製作模壓成形用之預形體,在對該預形體進行再熱壓製成形後進行研磨加工而製作玻璃成形體,或者例如對進行研磨加工所製作出之預形體進行精密壓製成形而製作玻璃成形體。再者,製作玻璃成形體之方法不限定於這些方法。
如此製作之玻璃成形體對各種光學元件而言是有用的,當中尤佳為用於透鏡或稜鏡等光學元件之用途。藉此,減少設置有光學元件之光學系統的穿透光中的由色像差所致的顏色模糊。因此,於將該光學元件用於相機之情形時能夠更準確地表現攝影對象物,於將該光學元件用於投影機之情形時能夠更高清晰度地投影所需之影像。
[實施例]
將本發明之實施例(No.1至No.20)及比較例A之組成、以及折射率(nd
)、阿貝數(νd
)、部分色散比(θg,F)、液相溫度、穿透率λ5
及穿透率λ80
之結果顯示於表1至表2。再者,以下之實施例僅係以例示為目的,並非僅限定於這些實施例。
關於實施例及比較例之玻璃,均選定作為各成分之原料而分別相應的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氟化物、偏磷酸化合物等通常之光學玻璃所使用的高純度之原料,以成為表所示之各實施例及比較例之組成比率之方式秤量並均勻混合後,投入至石製坩堝(根據玻璃之熔融性不同,亦可使用鉑坩堝、氧化鋁坩堝),對應於玻璃組成之熔融難易度利用電爐於1100℃至1400℃之溫度範圍進行熔解0.5小時至5小時後,移至鉑坩堝,攪拌均質化而進行除泡等後,將溫度降低至1000℃至1200℃,於攪拌均質化後澆鑄至模具,緩慢冷卻而製作玻璃。
實施例及比較例之玻璃之折射率(nd
)、阿貝數(νd
)及部分色散比(θg,F)係依據JIS(Japanese Industrial Standards;日本工業標準)B 7071-2:2018所規定的V形塊(V-block)法測定。此處,折射率(nd
)係以對氦燈之d射線(587.56nm)的測定值表示。另外,阿貝數(νd
)係使用對氦燈之d射線的折射率(nd
)、對氫燈之F射線(486.13nm)的折射率(nF
)、對C射線(656.27nm)的折射率(nC
)之值,由阿貝數(νd
)=[(nd
-1)/(nF
-nC
)]之式而算出。另外,部分色散比(θg,F)係使用對汞(Hg)燈之g射線的折射率(ng
)、對氫燈之F射線(486.13nm)的折射率(nF
)、對C射線(656.27nm)的折射率(nC
)之值,由部分色散比(θg,F)=(ng
-nF
)/(nF
-nC
)之式而算出。這些折射率(nd
)、阿貝數(νd
)及部分色散比(θg,F)係藉由對將緩慢冷卻降溫速度設為-25℃/hr所得之玻璃進行測定而求出。
繼而,根據藉由測定所得之阿貝數(νd
)及部分色散比(θg,F)之值,求出關係式(θg,F)=-a2
×νd
+b2
中的斜率a2
為0.00162時之截距b2
。
實施例及比較例之玻璃之穿透率係依據日本光學玻璃工業會標準JOGIS02-2003而測定。再者,本發明中,藉由測定玻璃之穿透率,而求出玻璃之有無著色與程度。具體而言,對厚度10mm±0.1mm之對面平行研磨品依據JISZ8722測定200nm至800nm之分光穿透率,求出顯示分光穿透率為80%及5%之波長(λ80
、λ5
)。
實施例及比較例之玻璃之液相溫度係藉由下述方式測定:將經粉碎之玻璃試樣以10mm間隔載置於鉑板上,將該鉑板於具有800℃至1200℃之溫度梯度的爐內保持30分鐘後取出,冷卻後利用倍率80倍之顯微鏡觀察玻璃試樣中有無結晶。此時,作為樣本,將光學玻璃粉碎成直徑2mm左右之粒狀。
[表1]
| 質量% | 實施例 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| SiO2 | 29.28 | 29.43 | 29.85 | 27.98 | 29.62 | 28.11 | 27.94 | 28.44 | 29.85 | 28.88 |
| B2 O3 | 3.00 | 3.01 | 3.06 | 3.07 | 3.03 | 3.02 | 3.00 | 3.06 | 3.06 | 3.10 |
| La2 O3 | 12.12 | 12.18 | 12.36 | 12.43 | 12.26 | 12.20 | 12.13 | 12.35 | 12.36 | 12.54 |
| Y2 O3 | ||||||||||
| Gd2 O3 | ||||||||||
| Yb2 O3 | ||||||||||
| TiO2 | ||||||||||
| ZrO2 | 7.68 | 7.72 | 7.83 | 7.88 | 7.77 | 7.73 | 7.68 | 7.82 | 7.83 | 7.94 |
| Nb2 O5 | 30.06 | 29.71 | 30.13 | 30.32 | 28.88 | 30.27 | 30.09 | 30.12 | 30.13 | 29.05 |
| MgO | ||||||||||
| BaO | ||||||||||
| CaO | 7.72 | 7.76 | 7.87 | 7.92 | 7.81 | 7.78 | 9.01 | 7.87 | 7.87 | 7.99 |
| SrO | 3.45 | 3.47 | 3.54 | 3.49 | 3.48 | 3.45 | ||||
| Li2 O | 6.62 | 6.66 | 6.75 | 6.79 | 6.70 | 7.35 | 6.63 | 6.75 | 6.75 | 6.85 |
| Na2 O | 2.10 | 0.36 | 3.54 | 2.10 | 3.59 | |||||
| K2 O | ||||||||||
| ZnO | ||||||||||
| P2 O5 | ||||||||||
| Sb2 O3 | 0.07 | 0.07 | 0.06 | 0.07 | 0.07 | 0.06 | 0.06 | 0.06 | 0.10 | 0.06 |
| 合計 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| Ln2 O3 | 12.120 | 12.181 | 12.356 | 12.431 | 12.262 | 12.204 | 12.131 | 12.350 | 12.356 | 12.538 |
| Rn2 O | 6.62 | 6.66 | 8.85 | 6.79 | 7.06 | 7.35 | 6.63 | 10.28 | 8.85 | 10.44 |
| RO | 11.17 | 11.23 | 7.87 | 11.46 | 11.30 | 11.25 | 12.46 | 7.87 | 7.87 | 7.99 |
| BaO+CaO+SrO | 11.17 | 11.23 | 7.87 | 11.46 | 11.30 | 11.25 | 12.46 | 7.87 | 7.87 | 7.99 |
| (Li2 O+La2 O3 )/SiO2 | 0.64 | 0.64 | 0.64 | 0.69 | 0.64 | 0.70 | 0.67 | 0.67 | 0.64 | 0.67 |
| Li2 O/(Li2 O+Na2 O+K2 O) | 1.00 | 1.00 | 0.76 | 1.00 | 0.95 | 1.00 | 1.00 | 0.66 | 0.76 | 0.66 |
| (SiO2 +B2 O3 +Ln2 O3 )/Rn2 O | 6.70 | 6.70 | 5.11 | 6.40 | 6.36 | 5.90 | 6.50 | 4.26 | 5.11 | 4.26 |
| (ZnO+TiO2 +P2 O5 )/(ZrO2 +La2 O3 +LiO2 ) | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| 折射率(nd ) | 1.7825 | 1.7808 | 1.7715 | 1.78828 | 1.7755 | 1.7848 | 1.7873 | 1.7705 | 1.7719 | 1.7652 |
| 阿貝數(νd ) | 35.34 | 35.53 | 35.45 | 35.2 | 35.94 | 35.41 | 35.3 | 35.33 | 35.39 | 35.82 |
| 穿透率(λ80 ) | 404.5 | 403.5 | 397.5 | 403.5 | 400.5 | 406.5 | 401.5 | 398.5 | 401.0 | 400.0 |
| 穿透率(λ5 ) | 328.5 | 328.0 | 326.0 | 328.0 | 327.0 | 327.5 | 327.0 | 325.0 | 328.0 | 324.0 |
| 部分色散比(θg,F) | 0.5788 | 0.5816 | 0.5818 | 0.5823 | 0.5808 | 0.5815 | 0.5785 | 0.5785 | 0.5790 | 0.5776 |
| 液相溫度(℃) | 1096 | 1096 | 1066 | 1076 | 1076 | 1076 | 1076 | 1056 | 1066 | 1066 |
[表2]
| 質量% | 實施例 | 比較例 | |||||||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | A | |
| SiO2 | 27.04 | 29.56 | 28.88 | 26.68 | 26.44 | 26.00 | 26.60 | 26.60 | 23.00 | 30.00 | 39.02 |
| B2 O3 | 3.06 | 3.18 | 3.10 | 5.52 | 6.13 | 7.00 | 5.50 | 5.50 | 9.78 | 3.00 | |
| La2 O3 | 12.35 | 5.05 | 12.54 | 12.49 | 12.07 | 15.00 | 12.00 | 12.00 | 8.00 | 9.26 | 4.000 |
| Y2 O3 | 5.40 | ||||||||||
| Gd2 O3 | |||||||||||
| Yb2 O3 | |||||||||||
| TiO2 | 1.00 | 1.00 | |||||||||
| ZrO2 | 7.82 | 8.13 | 7.94 | 7.92 | 7.65 | 7.74 | 7.90 | 7.90 | 7.89 | 7.00 | 7.68 |
| Nb2 O5 | 30.10 | 29.76 | 29.05 | 28.96 | 29.93 | 26.00 | 28.00 | 27.96 | 28.46 | 32.00 | 30.06 |
| MgO | 1.00 | ||||||||||
| BaO | 3.00 | 14.00 | |||||||||
| CaO | 7.87 | 8.18 | 7.99 | 7.96 | 7.69 | 6.50 | 6.50 | 15.00 | 7.72 | ||
| SrO | 3.43 | 15.00 | 3.45 | ||||||||
| Li2 O | 6.74 | 7.01 | 6.85 | 6.83 | 6.60 | 6.68 | 6.90 | 3.00 | 6.75 | 6.70 | 5.00 |
| Na2 O | 4.97 | 3.68 | 3.59 | 3.58 | 4.56 | 1.00 | 1.08 | ||||
| K2 O | 2.00 | ||||||||||
| ZnO | 1.00 | ||||||||||
| P2 O5 | |||||||||||
| Sb2 O3 | 0.06 | 0.06 | 0.06 | 0.06 | 0.07 | 0.09 | 0.04 | 0.04 | 0.04 | 0.04 | 0.07 |
| 合計 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| Ln2 O3 | 12.345 | 10.443 | 12.538 | 12.492 | 12.068 | 15.000 | 12.000 | 12.000 | 8.000 | 9.260 | 4.000 |
| Rn2 O | 11.71 | 10.69 | 10.44 | 10.41 | 6.60 | 8.68 | 11.46 | 4.00 | 7.83 | 6.70 | 5.00 |
| RO | 7.87 | 8.18 | 7.99 | 7.96 | 11.12 | 9.50 | 6.50 | 15.00 | 15.00 | 15.00 | 11.17 |
| BaO+CaO+SrO | 7.87 | 8.18 | 7.99 | 7.96 | 11.12 | 9.50 | 6.50 | 15.00 | 14.00 | 15.00 | 11.17 |
| (Li2 O+La2 O3 )/SiO2 | 0.71 | 0.41 | 0.67 | 0.72 | 0.71 | 0.83 | 0.71 | 0.56 | 0.64 | 0.53 | 0.23 |
| Li2 O/(Li2 O+Na2 O+K2 O) | 0.58 | 0.66 | 0.66 | 0.66 | 1.00 | 0.77 | 0.60 | 0.75 | 0.86 | 1.00 | 1.00 |
| (SiO2 +B2 O3 +Ln2 O3 )/Rn2 O | 3.62 | 4.04 | 4.26 | 4.29 | 6.77 | 5.53 | 3.85 | 11.03 | 5.21 | 5.86 | 9.20 |
| (ZnO+TiO2 +P2 O5 )/(ZrO2 +La2 O3 +LiO2 ) | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.07 | 0.04 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| 折射率(nd ) | 1.76893 | 1.76047 | 1.76339 | 1.76469 | 1.78171 | 1.76676 | 1.76883 | 1.78991 | 1.78988 | 1.77213 | - |
| 阿貝數(νd ) | 35.28 | 35.78 | 35.49 | 35.87 | 35.50 | 36.54 | 35.30 | 33.99 | 35.34 | 35.30 | - |
| 穿透率(λ80 ) | 405.5 | 392.5 | 387.0 | 402.5 | 400.5 | 402.0 | 401.0 | 404.5 | 397.5 | 416.0 | - |
| 穿透率(λ5 ) | 324.0 | 324.5 | 322.0 | 325.0 | 329.0 | 325.0 | 331.0 | 340.0 | 325.5 | 330.0 | - |
| 部分色散比(θg,F) | 0.5802 | 0.5792 | 0.5780 | 0.5777 | 0.5812 | 0.5722 | 0.5811 | 0.5912 | 0.5874 | 0.5870 | - |
| 液相溫度(℃) | 1066 | 1096 | 1076 | 1056 | 1056 | 1076 | 1076 | 1146 | 1096 | 1126 | - |
如表所示,本發明之實施例之光學玻璃的折射率(nd
)均為1.70000以上並且為1.80000以下,為所需之範圍內。
另外,本發明之實施例之光學玻璃的阿貝數(νd
)均為30.00以上並且為40.00以下,為所需之範圍內。
如表所示,本發明之實施例之光學玻璃滿足阿貝數(νd
)及部分色散比(θg,F)之關係式(-0.00162×νd
+0.624)≤(θg,F)≤(-0.00162×νd
+0.654)。
如表所示,本發明之實施例之光學玻璃係液相溫度為1150℃以下。另外,本發明之實施例之光學玻璃的液相溫度低,故而推測具有高的再熱壓製成形性。
如表所示,實施例之光學玻璃均係顯示分光穿透率80%之波長(λ80
)為420nm以下,並且顯示分光穿透率5%之波長(λ5
)為345nm以下。
比較例A之玻璃係質量比(Li2
O+La2
O3
)/SiO2
未達0.35,故而劇烈失透而未玻璃化。
以上,以例示為目的詳細說明了本發明,但本實施例僅係以例示為目的,應理解在不偏離本發明之思想及範圍之情況下可由發明所屬技術領域中具有通常知識者達成多種改變。
將本說明書所記載之文獻及成為本申請案之巴黎優先權之基礎的日本申請案說明書之揭示(包括說明書、圖式、申請專利範圍)全部援用於本文中。
[圖1]係表示關於本案之實施例之玻璃的部分色散比(θg,F)與阿貝數(νd
)之關係的圖。
Claims (10)
- 一種光學玻璃,係以氧化物換算組成之質量%計,含有: 10.0%至35.0%之SiO2 成分; 10.0%至40.0%之Nb2 O5 成分; 1.0%至15.0%之ZrO2 成分; 1.0%至15.0%之Li2 O成分;以及 1.0%至20.0%之Ln2 O3 成分(式中,Ln為選自由La、Y、Gd、Yb所組成之群組中之一種以上); 質量比(Li2 O+La2 O3 )/SiO2 為0.35以上; 質量比Li2 O/(Li2 O+Na2 O+K2 O)為0.50以上; 部分色散比(θg,F)與阿貝數(νd )之間滿足下述關係: (-0.00162×νd +0.624≤(θg,F)≤(-0.00162×νd +0.654)。
- 如請求項1所記載之光學玻璃,以氧化物換算組成之質量%計,含有: 0%至20.0%之B2 O3 成分; 0%至20.0%之La2 O3 成分; 0%至20.0%之CaO成分; 0%至20.0%之SrO成分; 0%至20.0%之BaO成分;以及 0%至10.0%之Na2 O成分。
- 如請求項1所記載之光學玻璃,相較於B2 O3 成分含有更多SiO2 成分; 質量比(ZnO+TiO2 +P2 O5 )/(ZrO2 +La2 O3 +LiO2 )未達0.15; 質量和BaO+CaO+SrO為5.0%至20.0%。
- 如請求項2所記載之光學玻璃,相較於B2 O3 成分而含有更多SiO2 成分; 質量比(ZnO+TiO2 +P2 O5 )/(ZrO2 +La2 O3 +LiO2 )未達0.15; 質量和BaO+CaO+SrO為5.0%至20.0%。
- 如請求項1至4中任一項所記載之光學玻璃,其中折射率(nd )為1.70000%至1.80000;阿貝數(νd )為30.00至40.00。
- 如請求項1至4中任一項所記載之光學玻璃,其中液相溫度為1150℃以下。
- 如請求項5所記載之光學玻璃,其中液相溫度為1150℃以下。
- 一種光學元件,係由如請求項1至7中任一項所記載之光學玻璃所構成。
- 一種預形體,係由如請求項1至7中任一項所記載之光學玻璃所構成,且用於研磨加工及/或用於精密壓製成形。
- 一種光學機器,係具備如請求項8或9所記載之光學元件。
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