CN113552662A

CN113552662A - 光学元件以及光学装置

Info

Publication number: CN113552662A
Application number: CN202110440560.9A
Authority: CN
Inventors: 中村俊树; 高窪豊; 丹野义刚; 堤康; 松本奈绪美
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2021-10-26
Also published as: TW202146947A; US20210333449A1; TWI842990B; JP2021173874A; US11774649B2

Abstract

本发明提供一种能够实现良好的光学功能面的光学元件以及光学装置。本发明的光学元件为具有玻璃主体的光学元件，其特征在于，具有着色层，所述着色层位于所述玻璃主体的内部并且位于所述光学元件的光学功能面。所述光学功能面具有多个透光面与多个遮光面，各透光面与各遮光面相邻地交替配置，所述着色层具有构成所述多个遮光面的多个着色层。所述光学元件具有视差屏障，所述多个着色层构成所述视差屏障的多个遮光面。所述光学元件具有波带片，所述多个着色层构成所述波带片的多个遮光面。所述光学元件具有光学式编码器的玻璃光栅尺，所述多个着色层构成所述玻璃光栅尺的多个遮光面。

Description

光学元件以及光学装置

技术领域

本发明涉及一种光学元件以及光学装置。更具体而言，本发明涉及一种利用着色玻璃附加功能性的光学元件以及部分地具有着色层的光学元件、以及使用该光学元件的光学装置。

背景技术

先前以来，已知有一种光学元件，其在透明的玻璃基板等上形成遮光图案，实现了透过狭缝和衍射元件的作用。

专利文献1公开了一种在立体图像显示装置中使用的玻璃基板单元。该玻璃基板单元具有玻璃基板、视差屏障(パララックスバリア)、凹凸部与彩色滤光片。玻璃基板具有第一面和第二面，所述第一面与立体图像显示装置的图像显示单元相对向，所述第二面为第一面的相反侧。视差屏障形成在玻璃基板的第二面上，并且具有遮光部与透光部。凹凸部形成于玻璃基板的第二面上的与遮光部相对向的位置，且具有光散射特性。彩色滤光片形成在第一面上。

专利文献2公开了一种具有图像传感器、调制器、图像存储部与信号处理部的拍摄装置。图像传感器将取入到阵列状排列在拍摄面上的多个像素中的光学图像转换为图像信号而输出。调制器设置于图像传感器的受光面，对光的强度进行调制。另外，调制器具有由多个同心圆构成的第一光栅图案。图像存储部暂时性存储有从图像传感器输出的图像信号。信号处理部进行从图像存储部输出的图像信号的图像处理。另外，信号处理部通过利用由多个同心圆构成的虚拟的第二光栅图案对从图像存储部输出的图像信号进行调制来生成摩尔纹图像，并根据聚焦位置变更第二光栅图案的同心圆的大小。

专利文献3公开了一种光电式编码器，所述光电式编码器具有照射光的光源装置、具有沿着测定方向配设的刻度的光栅尺、接收从光源装置照射并透过光栅尺的光的受光元件。该光电式编码器具有防反射部件，所述防反射部件防止由于光栅尺反射而产生的杂散光入射至受光元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-168375号公报

专利文献2：国际公开第2017/149687号手册

专利文献3：日本特开2018-197743号公报

发明内容

(发明要解决的技术问题)

但是，专利文献1至专利文献3的光学元件不能使各自的光学功能面(例如，专利文献1的视差屏障的遮光部、专利文献2的光栅图案、专利文献3的光栅尺)的构成/作用效果最优化，在这方面尚有改善余地。

本发明是基于以上的问题意识而完成的，其目的在于提供一种能够实现优选的光学功能面的光学元件以及光学装置。

(用于解决技术问题的技术方案)

本实施方式的光学元件为具有玻璃主体的光学元件，其特征在于，具有着色层，所述着色层位于所述玻璃主体的内部并且位于所述光学元件的光学功能面。

在本实施方式中，所谓的“玻璃主体的内部”，在除了如字面意思所示的玻璃主体的内部之外，也在包括玻璃主体的表面的概念下使用。也就是说，着色层可以是从玻璃主体的表面遍及内部而存在的方式、或者不位于玻璃主体的表面而位于玻璃主体的内部的方式。

所述着色层的从所述玻璃主体的表面遍及内部的厚度可以为 1～300μm。

所述着色层在波长750nm处的光学浓度OD可以为2.0以上。

所述光学功能面可以具有多个透光面与多个遮光面，各透光面与各遮光面相邻地交替配置，所述着色层可以具有构成所述多个遮光面的多个着色层。

也就是说，通过多个着色层构成的多个遮光面不仅通过其单体发挥光学功能，也通过与相邻地交替配置的多个透光面合作而发挥规定的光学功能。作为其具体的应用例，可以举出视差屏障、波带片、光学式编码器的玻璃光栅尺。

所述光学元件可以具有视差屏障，所述多个着色层可以构成所述视差屏障的多个遮光面。

所述光学元件可以具有波带片，所述多个着色层可以构成所述波带片的多个遮光面。

所述光学元件可以具有光学式编码器的玻璃光栅尺(编码图案)，所述多个着色层可以构成所述玻璃光栅尺的多个遮光面。

所述光学元件可以具有透镜、平行平板、防护玻璃、光学滤光片、分光镜和棱镜中的至少一个，所述着色层可以位于所述透镜、所述平行平板、所述防护玻璃、所述光学滤光片、所述分光镜和所述棱镜中的至少一个的光学功能面。

本实施方式的光学装置具有上述的任意一个光学元件。

(发明的效果)

根据本发明，能够提供一种可以实现良好的光学功能面的光学元件以及光学装置。

附图说明

图1为示出本发明的实施方式的一例的示意图。

图2为示出本发明的实施方式的一例的示意图。

图3-1为示出本发明的实施方式的一例的示意图。

图3-2为用于说明图3-1的实施方式的示意图。

图4为示出本发明的实施方式的一例的示意图。

图5A至图5E为示出利用阻隔膜在光学元件上形成着色图案的情况下的工序的一例的图。

图6-1为示出实施例1-1中的样本与用于参考的刻度尺的图像。

图6-2为示出实施例1-2中的样本与用于参考的刻度尺的图像。

图7-1为示出实施例1-1中的样本的具有着色层的部分的透射率的曲线图。

图7-2为示出实施例1-2中的样本的具有着色层的部分的透射率的曲线图。

图7-3为示出实施例1-3中的样本的具有着色层的部分的透射率的曲线图。

图8-1为以不同膜厚的金属膜来示出实施例2-1中的样本的具有着色层的部分的透射率的曲线图。

图8-2为以不同膜厚的金属膜来示出实施例2-2中的样本的具有着色层的部分的透射率的曲线图。

图9为以不同的热处理时间来示出实施例2-1以及实施例2-2中的样本的金属膜的膜厚与OD之间的关系的曲线图。

图10为示出实施例5中的样本与用于参考的刻度尺的图像。

图11为用于说明现有技术的视差屏障的技术问题的图。

图12为用于说明本实施方式的视差屏障的优异性的图。

图13为用于说明现有技术的波带片的技术问题的图。

图14为用于说明本实施方式的波带片的优异性的图。

图15A和图15B为用于说明现有技术的光学式编码器的玻璃光栅尺的技术问题的图。

图16A和图16B为用于说明本实施方式的光学式编码器的玻璃光栅尺的优异性的图。

图17为示出着色层的厚度、具有着色层的部分的截面的显微镜照片、以及测定OD的结果的图。

附图标记说明

1 玻璃主体

2 着色层(光学功能面、遮光面、遮光部)

20A 遮光面(遮光部)

20B 透光面(透光部)

20C 遮光面(遮光部)

20D 透光面(透光部)

20E 遮光面(遮光部)

20F 透光面(透光部)。

具体实施方式

《用语的定义》

在本说明书中，“光学功能面”、“透光面”、“遮光面”可以替换为另一种用语“光学功能部”、“透光部”、“遮光部”。另外，“着色层”可以替换为另一种用语“着色部”。进一步，“透光面、透光部”不一定透过所有的入射光，可以使入射光的一部分透过而使其他部分发生反射。

《原理说明》

本实施方式的光学元件为具有玻璃主体的光学元件，其具有位于玻璃主体的内部且光学元件的光学功能面上的着色层。

在本实施方式中，所谓的“玻璃主体的内部”，在除了如字面意思所示的玻璃主体的内部之外，也以包括玻璃主体的表面的概念下使用。也就是说，着色层可以是从玻璃主体的表面遍及内部存在的方式、或者不位于玻璃主体的表面而位于玻璃主体的内部的方式。无论是哪一种方式，着色层均以层状存在于玻璃主体的内部，从而吸收通过玻璃主体的光而实现遮光功能，同时，吸收在玻璃主体的内部发生反射的光，其结果是，能够得到抑制杂散光的产生的良好的光学元件。进一步，作为遮光层发挥作用的着色层与着色层以外的层(例如相邻的透光层)配合能够发挥规定的光学功能。

首先，参照图1至图10，对于如何在玻璃主体的内部形成着色层、着色层的构造和作用效果等进行其原理说明。

在本实施方式中，基于以阳离子％表示的各成分的含有比例对本实施方式所涉及的玻璃进行说明。因此，以下，各含量除非有特别限定，否则“％”均表示“阳离子％”。

所谓的阳离子％表示，是指全部的阳离子成分的含量合计为100％时的摩尔百分比。另外，所谓的合计含量是指多种阳离子成分的含量 (也包括含量为0％的情况)的总量。另外，所谓的阳离子比，是指阳离子％表示中的阳离子成分彼此之间的含量(也包括多种阳离子成分的合计含量)的比例(比)。

玻璃成分的含量可以通过公知的方法例如电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等方法定量。另外，在本说明书以及本实施方式中，所谓的构成成分的含量为0％是指实际上不含有该构成成分，并且允许该成分以不可避免的杂质程度含有。

另外，在本说明书中，就折射率而言，除非特别限定，否则均指在d线(波长587.56nm)处的折射率nd。

本实施方式所涉及的玻璃(玻璃主体)具有着色层。着色层为玻璃被着色了的部分，优选从玻璃表面朝内以层状存在。此外，着色层也可以不存在于玻璃表面而仅以层状存在于玻璃内部。

着色层为入射至玻璃的光的透射率小的部分。因此，在本实施方式所涉及的玻璃中，入射至玻璃的光中的、入射至着色层的光被吸收一部分或者全部，与未入射至着色层的光相比，透射光的强度衰减。也就是说，本实施方式所涉及的玻璃可以具有透射率小的部分和透射率大的部分。

在本实施方式所涉及的玻璃中，着色层能够通过研削或者研磨除去。在本实施方式所涉及的玻璃中，除去着色层之后的玻璃的透射率比除去着色层之前的透射率大。

在本实施方式中，例如，在具有相对的两个面的玻璃的情况下，着色层2既可以如图1所示仅设置于玻璃主体1的一面侧，也可以如图2所示设置于两面侧。在图1的示例中，在玻璃主体1的上侧的面上设置有在左右方向上分开的两个着色层2。在图2的示例中，在玻璃主体1的上侧和下侧的面上分别设置有在左右方向上分开的各两个(合计四个)着色层2。

另外，如图3-1所示，通过在玻璃表面上选择性地形成着色层，能够通过存在着色层的部分遮挡光，并且能够通过不存在着色层的部分透射光。并且，例如，通过将着色层形成为特定的图案状，能够赋予玻璃狭缝或光阑、针孔等功能。另外，特定的图案形状既可以是周期性的也可以是非周期性的，既可以是直线状的也可以是曲线状的。例外，形成着色层的玻璃面既可以为平面状也可以为曲面状。

在图3-1中，由于在光的路径A的中途不存在着色层2，因此，光从一面通过至另一面。由于在路径B的中途存在着色层2，因此，光被着色层2吸收，另外，由于着色层2与非着色部为同一组成，因此，在玻璃内部不存在折射率差，在着色层2和非着色部的边界也不会发生光反射。在这种情况下，对于光的透射，能够得到与如图3-2所示的将着色层2设置于玻璃的厚度方向整体的情况相同的效果。此外，众所周知，在玻璃的表面上，通过玻璃的折射率以及与玻璃接触的介质 (例如空气)的折射率来确定入射角与折射角的关系。可以将这个关系考虑在内而决定形成玻璃表面的着色层的区域、狭缝的宽度、光阑的直径等。

如后述，本实施方式所涉及的玻璃能够使用于光学元件。从使用于光学元件的观点出发，本实施方式所涉及的玻璃优选为光学玻璃。

在本实施方式所涉及的玻璃中，着色层与非着色部的玻璃成分组成是相同的。但是，也存在着色层与非着色部的玻璃成分(阳离子) 的化合价不同的情况。

在本实施方式所涉及的玻璃(光学元件)中，由于着色层的折射率为与玻璃主体相同的折射率，因此，与从玻璃主体的外侧入射至非着色部的光同样，从玻璃主体的外侧入射至着色层的光通过玻璃的表面上的玻璃的折射率、以及与玻璃接触的介质(例如空气)的折射率，显示出依赖于入射角的反射特性(菲涅耳反射)。因此，根据需要，为了减少玻璃表面的反射，可以在包括着色部在内的光学元件的表面涂布防反射膜。

着色层的着色优选为源自玻璃成分的还原色，更优选为源自过渡金属的还原色。作为过渡金属，例如可举出Ti、Nb、W以及Bi。因此，就本实施方式所涉及的玻璃而言，作为玻璃成分，优选含有选自由Ti 离子、Nb离子、W离子以及Bi离子构成的组的至少一种离子，更优选含有Bi离子。

(着色层的厚度)

着色层的厚度(例如从玻璃主体的表面遍及内部的厚度)并无特别限定，优选为1～300μm，更优选为20～200μm，进一步优选为 30～150μm。

(OD)

在本实施方式所涉及的玻璃中，从可见区域(400nm～760nm的波长区域)至红外区域的波长区域内的着色层的光谱透射率随着波长变长而显示出增加倾向。另一方面，着色层的OD随着波长变长而显示出减少倾向。所谓OD为光学密度或者光学浓度(OpticalDensity)，如下式所示，表示为对入射光强度I_o和透射光强度I的比的常用对数加上负号(减号)得到的数值。

OD＝﹣log₁₀(I/I_o)

在本实施方式所涉及的玻璃由着色层和可见区域的透射率大的非着色部构成的情况下，着色层的OD大，而非着色部的OD变小。关于OD的测定，在测定光通过着色层和非着色部两者的情况下，由于非着色部的OD足够小，因此，着色层的OD是主导的。

此外，在具有相对的两个面的玻璃中，入射光透过设置于其两面的着色层的情况下的OD为仅于单面设置相同的着色层的情况下的大致两倍。

(折射率)

在本实施方式所涉及的玻璃中，折射率nd优选为1.70以上，进一步依次更优选为1.73以上、1.75以上、1.76以上、1.77以上、1.78以上、1.79以上、1.80以上。折射率nd的上限并无特别限定，通常为2.5，优选为2.3。

在图4中，在具有相对的两个面的玻璃中，以未形成着色层的部分作为狭缝发挥作用的方式，在两面的相对的部分分别以规定的间隔设置有多个着色层。在这样的情况下，如果玻璃的折射率低，则入射至狭缝部分的光线的入射角大(光线以浅角度入射)，这种情况下，光线会如路径C所示透过相邻的狭缝，有可能无法得到与图3-2所示的元件同样的效果。如果玻璃的折射率如上述范围所示那样高的话，则如路径B所示，光线会被形成于玻璃的内面的着色层吸收，光线不会透过相邻的狭缝，因此，可以使狭缝的间隔狭窄。

在将本实施方式所涉及的玻璃使用于后述的光学元件的情况下 (将光学元件应用于其他用途的示例)，例如使用于透镜的情况下，为了得到相同屈光度(焦点距离)的透镜，玻璃的折射率越高，可以使曲率半径较大(缓和)，因此，能够抑制各像差的产生，或者使透镜厚度薄型化。另外，例如，在使用于棱镜的情况下，玻璃的折射率越高，临界角变小，因此，入射至反射面上的正常光(有效光线)发生全反射的角度范围广，不需要涂布全反射膜。

(平均线膨胀系数)

在本实施方式所涉及的玻璃中，平均线膨胀系数优选为50× 10^-7K^-1以上，进一步依次更优选为60×10^-7K^-1以上、70×10^-7K^-1以上、 75×10^-7K^-1以上、80×10^-7K^-1以上、85×10^-7K^-1以上、90×10^-7K^-1以上。平均线膨胀系数的上限并未特别限定，通常为200×10^-7K^-1，优选为150 ×10^-7K^-1。通过将平均线膨胀系数设定为上述范围，在实施化学强化的情况下，能够提高玻璃强度。

平均线膨胀系数的测定方法遵从于日本光学玻璃工业协会标准 JOGIS 08-2003“光学玻璃的热膨胀的测定法”。其中，圆棒状的样品的直径为5mm。

(耐酸性减重率Da)

在本实施方式所涉及的玻璃中，耐酸性减重率Da的等级优选为 1～2等级，更优选为1等级。

耐酸性减重率Da根据日本光学玻璃工业协会标准JOGIS 06-2009 的规定测定。具体而言，将与比重相当的重量的粉末玻璃(粒度 425～600μm)放入铂金罐中，使其浸渍在放入了0.01mol/L硝酸水溶液的石英玻璃制圆底烧瓶内，在沸腾水浴中处理60分钟，测定其处理前后的减重率(％)。表A中示出根据耐酸性减重率Da的等级。

【表A】

等级	减重率(％)
		1	不足0.20
2	0.20以上且不足0.35
		3	0.35以上且不足0.65
4	0.65以上且不足1.20
		5	1.20以上且不足2.20
6	2.20以上

(玻璃组成)

关于本实施方式所涉及的玻璃的组成，以下示出非限制性的例子。

本实施方式所涉及的玻璃优选为磷酸盐玻璃。所谓的磷酸盐玻璃是指主要含有P⁵⁺作为玻璃的网格形成成分的玻璃。作为玻璃的网格形成成分，已知有P⁵⁺、B³⁺、Si⁴⁺、Al³⁺等。在此，所谓的主要含有磷酸盐作为玻璃的网格形成成分，意指P⁵⁺的含量多于B³⁺、Si⁴⁺、Al³⁺的任何一种的含量。由于为磷酸盐玻璃，因此，能够提高着色层的着色的程度。

在本实施方式所涉及的玻璃中，P⁵⁺的含量的下限优选为10％，进一步依次更优选为13％、15％、17％、20％。另外，P⁵⁺的含量的上限优选为50％，进一步依次更优选为45％、40％、38％、35％、33％、30％。

P⁵⁺为玻璃的网格形成成分。另一方面，如果过多含有P⁵⁺的话，则会导致熔融性变差。因此，P⁵⁺的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，B³⁺的含量的上限优选为30％，进一步依次更优选为25％、20％、15％、13％、10％。另外，B³⁺的含量的下限优选为0.1％，进一步依次更优选为0.5％、1％、3％、5％。B³⁺的含量也可以为0％。

B³⁺为玻璃的网格形成成分，具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面，如果B³⁺的含量过多的话，则存在化学耐久性下降的倾向。因此， B³⁺的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，B³⁺的含量相对于P⁵⁺的含量的阳离子比[B³⁺/P⁵⁺]的上限优选为0.70，进一步依次更优选为0.60、0.55、 0.50。阳离子比[B³⁺/P⁵⁺]也可以为0。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Si⁴⁺的含量的上限优选为10％，进一步依次更优选为7％、5％、2％、1％。另外，Si⁴⁺的含量的下限优选为0.1％，进一步依次更优选为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％。Si⁴⁺的含量也可以为0％。

Si⁴⁺为玻璃的网格形成成分，具有改善玻璃的热稳定性、化学耐久性、耐候性的作用。另一方面，如果Si⁴⁺的含量过多的话，则存在玻璃的熔融性下降、玻璃原料熔化残留的倾向。因此，Si⁴⁺的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Al³⁺的含量的上限优选为10％，进一步依次更优选为7％、5％、3％、1％。Al³⁺的含量也可以为0％。

Al³⁺具有改善玻璃的化学耐久性、耐候性的作用。另一方面，如果 Al³⁺的含量过多的话，则容易导致玻璃的热稳定性降低、玻璃化转变温度Tg上升、熔融性下降。因此，Al³⁺的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，P⁵⁺、B³⁺、Si⁴⁺以及Al³⁺的合计含量[P⁵⁺+B³⁺+Si⁴⁺+Al³ ⁺]的下限优选为10％，进一步依次更优选为15％、 18％、20％、23％、25％。另外，合计含量[P⁵⁺+B³⁺+Si⁴⁺+Al³⁺]的上限优选为60％，进一步依次更优选为50％、45％、40％、37％、35％。

就本实施方式所涉及的玻璃而言，作为玻璃成分，优选具有过渡金属，更优选具有选自由Ti离子、Nb离子、Bi离子以及W离子构成的组中的至少一种玻璃成分，进一步优选含有Bi离子。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Ti离子的含量的下限优选为1％，进一步依次更优选为2％、3％。另外，Ti离子的含量的上限优选为45％，进一步依次更优选为40％、35％、30％、25％、20％、15％、12％。在此，Ti离子除了Ti⁴⁺、Ti³⁺之外也含有化合价不同的所有Ti离子。

Ti离子与Nb离子、W离子以及Bi离子同样地大大有助于高折射率化，并且，还具有增大玻璃的着色的作用。另一方面，如果Ti离子的含量过多的话，则存在玻璃的熔融性降低且玻璃原料熔化残留的倾向。因此，Ti离子的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Nb离子的含量的下限优选为1％，进一步依次更优选为5％、10％、15％。另外，Nb离子的含量上限优选为45％，进一步依次更优选为40％、35％、30％、25％、23％、20％。 Nb离子除了Nb⁵⁺之外也含有化合价不同的所有Nb离子。

Nb离子为有助于高折射率化并且增大玻璃的着色的成分。另外，具有改善玻璃的热稳定性以及化学耐久性的作用。另一方面，如果Nb 离子的含量过多的话，则存在玻璃的热稳定性下降的倾向。因此，Nb 离子的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，W离子的含量的上限优选为30％，进一步依次更优选为25％、20％、15％、13％。另外，W离子的含量的下限优选为0.5％，进一步依次更优选为1％、2％、3％。W离子除了 W⁶⁺之外也含有化合价不同的所有W离子。

W离子有助于高折射率化，并且具有增大玻璃的着色的作用。因此，W离子的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Bi离子的含量的上限优选为40％，进一步依次更优选为35％、30％、28％、25％。另外，Bi离子的含量的下限优选为0.5％，进一步依次更优选为1％、2％、2.5％。Bi离子除了 Bi³⁺之外也含有化合价不同的所有Bi离子。

Bi离子有助于高折射率化，并且具有增大玻璃的着色的作用。因此，Bi离子的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Ti离子、Nb离子以及W离子的合计含量[Ti+Nb+W]的下限优选为1％，进一步依次更优选为5％、 10％、15％、20％、23％。另外，合计含量[Ti+Nb+W]的上限优选为 60％，进一步依次更优选为55％、50％、45％、40％、38％、35％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Ti离子、Nb离子、W离子以及 Bi离子的合计含量[Ti+Nb+W+Bi]的上限优选为80％，进一步依次更优选为75％、70％、68％、65％。另外，合计含量[Ti+Nb+W+Bi] 的下限优选为1％，进一步依次更优选为5％、10％、15％、20％、23％、25％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Ti离子、Nb离子、W离子以及 Bi离子相对于P⁵⁺、B³⁺以及Si⁴⁺的合计含量的阳离子比[(Ti+Nb+W+Bi) /(P⁵⁺+B³⁺+Si⁴⁺)]的下限优选为0.1，进一步依次更优选为0.3、0.5、 0.6、0.7。另外，阳离子比[(Ti+Nb+W+Bi)/(P⁵⁺+B³⁺+Si⁴⁺)]的上限优选为4.0，进一步依次更优选为3.5、3.0、2.7、2.5。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Ta⁵⁺的含量的上限优选为5％，进一步依次更优选为3％、2％、1％。Ta⁵⁺的含量也可以为0％。

Ta⁵⁺具有改善玻璃的热稳定性的作用。另一方面，如果Ta⁵⁺的含量过多的话，则存在玻璃低折射率化且熔融性下降的倾向。因此，Ta⁵⁺的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Li⁺的含量的上限优选为35％，进一步依次更优选为30％、27％、25％、23％、20％。另外，Li⁺的含量的下限优选为1％，进一步依次更优选为2％、3％、5％、8％。Li⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Na⁺的含量的上限优选为40％，进一步依次更优选为35％、30％、25％、20％、18％。另外，Na⁺的含量的下限优选为0.5％，进一步依次更优选为1％、1.5％、3％、5％。Na⁺的含量也可以为0％。

由于玻璃含有Li⁺或者Na⁺，因此，容易对玻璃实施化学强化。另一方面，如果Li⁺或者Na⁺的含量过多的话，则有可能导致玻璃的热稳定性下降。因此，Li⁺以及Na⁺的各含量分别优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Li⁺以及Na⁺的合计含量[Li⁺+Na⁺] 的上限优选为45％，进一步依次更优选为43％、40％、38％。另外，合计含量[Li⁺+Na⁺]的下限优选为1％，进一步依次更优选为5％、10％、 15％、20％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，K⁺的含量的上限优选为20％，进一步依次更优选为15％、13％、10％、8％、5％、3％。另外，K⁺的含量的下限优选为0.1％，进一步依次更优选为0.5％、1.0％、1.2％。K⁺的含量也可以为0％。

K⁺具有改善玻璃的热稳定性的作用。另一方面，如果K⁺的含量过多的话，则存在热稳定性下降的倾向。因此，K⁺的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Rb⁺的含量的上限优选为5％，进一步依次更优选为3％、1％、0.5％。Rb⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Cs⁺的含量的上限优选为5％，进一步依次更优选为3％、1％、0.5％。Cs⁺的含量也可以为0％。

Rb⁺以及Cs⁺具有改善玻璃的熔融性的作用。另一方面，如果它们的含量过多的话，则有可能导致折射率nd下降，并且熔解时玻璃成分的挥发增加。因此，Rb⁺以及Cs⁺的各含量分别优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Mg²⁺的含量的上限优选为15％，进一步依次更优选为10％、5％、3％、1％。另外，Mg²⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Ca²⁺的含量的上限优选为15％，进一步依次更优选为10％、5％、3％、1％。另外，Ca²⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Sr²⁺的含量的上限优选为15％，进一步依次更优选为10％、5％、3％、1％。另外，Sr²⁺的含量也可以为 0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Ba²⁺的含量的上限优选为25％，进一步依次更优选为20％、18％、15％、10％、5％。Ba²⁺的含量也可以为0％。

Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺以及Ba²⁺均具有改善玻璃的热稳定性、熔融性的作用。另一方面，如果它们的含量过多的话，则有可能导致高折射率受损，并且玻璃的热稳定性下降。因此，这些玻璃成分的各含量分别优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺以及Ba²⁺的合计含量[Mg²⁺+Ca²⁺+Sr²⁺+Ba²⁺]的上限优选为30％，进一步依次更优选为25％、20％、18％、15％、10％、5％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Zn²⁺的含量的上限优选为15％，进一步依次更优选为10％、8％、5％、3％、1％。另外，Zn²⁺的含量的下限优选为0.1％，进一步依次更优选为0.3％、0.5％。Zn²⁺的含量也可以为0％。

Zn²⁺具有改善玻璃的热稳定性的作用。另一方面，如果Zn²⁺的含量过多的话，则有可能导致熔融性变差。因此，Zn²⁺的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Zr⁴⁺的含量的上限优选为5％，进一步依次更优选为3％、2％、1％。另外，Zr⁴⁺的含量也可以为0％。

Zr⁴⁺具有改善玻璃的热稳定性的作用。另一方面，如果Zr⁴⁺的含量过多的话，则存在玻璃的热稳定性以及熔融性下降的倾向。因此，Zr⁴⁺的含量优选为上述范围。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Ga³⁺的含量的上限优选为3％，进一步依次更优选为2％、1％。另外，Ga³⁺的含量的下限优选为0％。Ga³⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，In³⁺的含量的上限优选为3％，进一步依次更优选为2％、1％。另外，In³⁺的含量的下限优选为0％。In³⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Sc³⁺的含量的上限优选为3％，进一步依次更优选为2％、1％。另外，Sc³⁺的含量的下限优选为0％。Sc³⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Hf⁴⁺的含量的上限优选为3％，进一步依次更优选为2％、1％。另外，Hf⁴⁺的含量的下限优选为0％。Hf⁴⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Lu³⁺的含量的上限优选为3％，进一步依次更优选为2％、1％。另外，Lu³⁺的含量的下限优选为0％。Lu³⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Ge⁴⁺的含量的上限优选为3％，进一步依次更优选为2％、1％。另外，Ge⁴⁺的含量的下限优选为0％。Ge⁴⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，La³⁺的含量的上限优选为5％，进一步依次更优选为4％、3％。另外，La³⁺的含量的下限优选为0％。La³⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Gd³⁺的含量的上限优选为5％，进一步依次更优选为4％、3％。另外，Gd³⁺的含量的下限优选为0％。Gd³⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Y³⁺的含量的上限优选为5％，进一步依次更优选为4％、3％。另外，Y³⁺的含量的下限优选为0％。Y³⁺的含量也可以为0％。

在本实施方式所涉及的玻璃中，Yb³⁺的含量的上限优选为3％，进一步依次更优选为2％、1％。另外，Yb³⁺的含量的下限优选为0％。Yb³⁺的含量也可以为0％。

本实施方式所涉及的玻璃的阳离子成分主要优选上述成分，即优选由P⁵⁺、B³⁺、Si⁴ ⁺、Al³⁺、Ti离子、Nb离子、W离子、Bi离子、Ta⁵⁺、 Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Zn²⁺、Zr⁴⁺、Ga³⁺、 In³⁺、Sc³⁺、Hf⁴⁺、Lu³⁺、Ge⁴⁺、La³⁺、Gd³⁺、Y³⁺以及Yb³⁺构成，上述成分的合计含量优选多于95％，更优选多于98％，进一步优选多于99％，更加优选多于99.5％。

本实施方式所涉及的玻璃可以含有F^-以及O^2-以外的成分作为阴离子成分。作为F^-以及O^2-以外的阴离子成分，可以例示Cl^-、Br^-、I^-。但是，Cl^-、Br^-、I^-在玻璃熔融时均容易挥发。由于这些成分的挥发，会产生诸如玻璃的特性变动、玻璃的均质性下降、熔融设备的消耗显著等问题。因此，Cl^-的含量优选不足5阴离子％，更优选不足3阴离子％、进一步优选不足1阴离子％，特别优选不足0.5阴离子％，更加优选不足0.25阴离子％。另外，Br^-以及I^-的合计含量优选不足5阴离子％，更优选不足3阴离子％，进一步优选不足1阴离子％，特别优选不足0.5阴离子％，更加优选不足0.1阴离子％，进一步更加优选为0阴离子％。

此外，所谓的阴离子％是所有的阴离子成分的含量合计为100％时的摩尔百分比。

本实施方式所涉及的玻璃优选基本上由上述成分构成，但在不妨碍本实施方式的作用效果的范围内，可以含有其他的成分。

例如，本实施方式所涉及的玻璃可以含有适量的铜(Cu)作为玻璃成分，以赋予玻璃近红外光吸收特性。除此之外也可以含有V、Cr、 Mn、Fe、Co、Ni、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、 Ce等。这些成分可以增大玻璃的着色，成为荧光的产生源。

另外，在本实施方式中，不排除含有不可避免的杂质。

<其他的成分组成>

Pb、As、Cd、Tl、Be、Se均具有毒性。因此，优选的是，本实施方式的玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。

U、Th、Ra均为放射性元素。因此，优选的是，本实施方式的玻璃不含有这些元素作为玻璃成分。

Sb³⁺、Sn⁴⁺以及Ce⁴⁺是作为澄清剂发挥作用的能够任意添加的玻璃成分。其中，Sb³⁺为澄清效果较好的澄清剂。

Sb³⁺的含量换算成Sb₂O₃以外比例(外割り)的质量％表示。在此，所谓的外比例表示，是将Sb³⁺、Sn⁴⁺以及Ce⁴⁺以外的阳离子成分的含有比率与Sb₂O₃同样地换算成氧化物，并且将Sb³⁺、Sn⁴⁺以及Ce⁴⁺以外的所有的阳离子成分的含有比率合计为100质量％时的Sb₂O₃的含量以质量％表示。Sb₂O₃的含量优选不足2质量％，更优选不足1质量％，进一步优选不足0.5质量％，更加优选不足0.2质量％，不足0.1质量％，不足0.05质量％。通过将Sb₂O₃的含量设为上述范围，能够改善玻璃的澄清性。

Sn⁴⁺以及Ce⁴⁺的各含量也以氧化物换算外比例表示。也就是说，将Sb³⁺、Sn⁴⁺以及Ce⁴ ⁺以外的阳离子成分的含有比率换算成氧化物，并且将Sb³⁺、Sn⁴⁺以及Ce⁴⁺以外的所有的阳离子成分的含有比率合计为100 质量％时的SnO₂的含量、CeO₂的含量以质量％表示。SnO₂以及CeO₂的各含量分别优选为不足2质量％，更优选不足1质量％，进一步优选不足0.5质量％，更加优选不足0.1质量％。SnO₂以及CeO₂的各含量也可以为0质量％。通过将SnO₂以及CeO₂的各含量分别设为上述范围，能够改善玻璃的澄清性。

(玻璃的制造)

本实施方式所涉及的玻璃是通过调制没有着色的玻璃，并在其上形成着色层而得到的。没有着色的玻璃可以根据公知的玻璃制造方法来制作。例如，调合多种化合物，并充分混合以得到批料，将批料放入熔融容器中进行熔融、澄清、均质化，然后成型熔融玻璃，逐渐冷却以获得玻璃。或者，将批料放入熔融容器中进行粗熔解(ラフメルト)。将通过粗熔解得到的熔融物进行急速冷却并粉碎来制作碎玻璃。进一步，将碎玻璃放入熔融容器中进行加热、再次熔融(リメルト) 从而制成熔融玻璃，进一步，进行澄清、均质化，然后成型熔融玻璃，逐渐冷却，也能够获得玻璃。熔融玻璃的成型、逐渐冷却可以应用公知的方法。

进一步，在本实施方式所涉及的玻璃的制作工序中，也可以包括提高熔融玻璃中的水分量的工序。作为提高熔融玻璃中的水分量的工序，可举出在熔融气氛下附加水蒸气的工序、在熔融物内将含有水蒸气的气体进行鼓泡的工序。其中，优选包括在熔融气氛下附加水蒸气的工序。通过包括提高熔融玻璃中的水分量的工序，能够提高玻璃的βOH值。通过提高βOH值，能够得到透明性更高的玻璃。

(着色层的形成)

着色层可以通过将金属催化剂膜成膜在玻璃表面上，并在还原气氛下进行热处理而形成。

作为构成金属催化剂膜的金属，优选为具有吸留气氛中的氢离子，进一步通过给予和接受氢离子以及电子来还原玻璃中所含的玻璃成分的作用的金属。更优选为在玻璃成分中也具有还原过渡金属的作用的金属。具体而言，可举出Au、Ag、Pt、Ni以及Pt-Pd合金等。

作为将金属催化剂膜成膜在玻璃表面上的方法，只要是能够使金属催化剂膜紧密接触玻璃表面进行成膜即可，没有特别限制，例如，可举出蒸镀、溅射、或者金属浆料的涂布等。

还原气氛也可以包括具有还原力的气体。作为具有还原力的气体，例如可举出氢。由此，优选使用含氢的气体作为还原气氛，也可以使用含有氢的合成气体。所谓的合成气体为由氢和氮构成的混合气体，通常含有约3～5体积％的氢气。

在热处理中，在比玻璃化转变温度Tg低200℃的温度(Tg-200) 以上、软化点温度以下进行加热。热处理时间可以根据目标着色程度、着色层的范围、着色层的厚度等进行适当调整。

通过在还原气氛下的热处理，从与金属催化剂膜接触的玻璃表面至内部形成着色层。

热处理后从玻璃表面剥离金属催化剂膜。作为剥离的方法，没有特别限制，可举出通过研磨或者溶解来除去的方法等。

通过上述方法形成着色层的机制没有特别限定，可如下考虑。

本实施方式中形成的着色层的着色可认为是源自玻璃成分的还原色，特别是可认为是源自过渡金属的还原色。通常，即使将玻璃成型体在以约3～5体积％的低浓度含有氢的气氛中进行热处理，玻璃也几乎不呈现还原色，但是，就上述金属催化剂膜而言，由于吸留了气氛中的氢离子，因此，玻璃的与金属催化剂膜接触的部分相较于未接触金属催化剂膜的部分，氢离子供给较多，其结果是，导致还原反应加速进行。因此，玻璃的与金属催化剂膜接触的部分较浓地着色。金属催化剂膜的氢离子的吸留量越大，金属催化剂膜的吸留而导致的气氛中的氢浓度下降。正因如此，与金属催化剂膜不接触的部分难以进行还原反应。

在此，作为着色的主要原因的玻璃成分的还原反应从与金属催化剂膜接触的部分向所有的方向进行。也就是说，当从玻璃的截面观察时，着色层从与金属催化剂膜接触的玻璃表面沿厚度方向形成，当从玻璃的表面观察时，着色层从与金属催化剂膜接触的部分以放射状形成。

根据上述方法，能够形成更浓地着色的着色层。因此，即使着色层的厚度较小，也能够充分降低透射率。在着色层的厚度较小的情况下，从玻璃的表面观察的、从与金属催化剂膜接触的部分以放射状形成的着色层的范围也变小。也就是说，根据本实施方式，通过调整着色层的形成条件，在从玻璃表面观察的情况下能够形成与金属催化剂膜大致相同形状的着色层。

进一步，为了得到如后述的应用于光学元件的精细的着色图案(如多个透光面与多个遮光面的各透光面与各遮光面相邻地交替配置的图案)，可以在将金属催化剂膜成膜在玻璃表面上之前，在作为非着色部的玻璃表面形成防止与金属催化剂膜接触的阻隔膜，然后实施金属催化剂膜的成膜。

作为形成阻隔膜的方法，并无特别限定，只要通过例如平板印刷、喷墨打印机、丝网印刷、蒸镀、溅射等能够形成精细的图案的方法，使树脂、薄膜等固接于作为非着色部的玻璃表面即可。

或者，也可以是如下方法：使阻隔膜固接于玻璃表面整体，然后，通过激光绘图机等除去固接于形成有着色层的玻璃表面的阻隔膜，由此在作为非着色部的玻璃表面残留阻隔膜。

作为构成阻隔膜的材料，优选的是阻碍还原气氛中的氢离子以及电子的给予/接受的材料。

如果在作为非着色部的玻璃表面形成有阻隔膜并且将金属催化剂膜成膜在整面上的话，则成为如下状态：在作为非着色部的面上成膜的金属催化剂膜由于阻隔膜的存在而不与玻璃表面接触，仅通过形成着色层的玻璃表面接触金属催化剂膜。在该状态下，如果在还原气氛中进行热处理的话，则抑制了在作为非着色部的玻璃表面中氢离子以及电子的给予/接受，也抑制了玻璃成分的还原反应，仅在形成着色层的玻璃表面部进行还原反应，因此，能够转印在非着色部上形成的精细的图案。

通过还原气氛下的热处理，从与金属催化剂膜接触的玻璃表面遍及内部形成着色层。在热处理之后，从玻璃表面剥离金属催化剂膜与阻隔膜。作为剥离的方法，没有特别的限制，可以举出通过研磨或者溶解而除去的方法等。

在图5A中准备基板玻璃。

在图5B中，在基板玻璃的上面形成多个阻隔膜。在此，形成有在左右方向上分开的五个阻隔膜。

在图5C中，在基板玻璃的上面形成金属催化剂膜。金属催化剂膜形成于在左右方向上分开的五个阻隔膜的上面、未形成阻隔膜的基板玻璃的上面(五个阻隔膜之间)。

在图5D中，在还原气氛中进行热处理。这样，在形成于未形成阻隔膜的基板玻璃的上面(五个阻隔膜之间)的金属催化剂膜的下方，形成从基板玻璃的表面遍及内部而存在的着色层。

在图5E中，除去残存在基板玻璃的上面的阻隔膜与金属催化剂膜。其结果是，从基板玻璃的表面遍及内部存在的着色层在左右方向上分开地形成多个。多个着色层作为多个遮光面(遮光部)发挥作用。另外，在多个遮光面(遮光部)之间形成多个透光面(透光部)。

(光学元件等的制造)

由本实施方式所涉及的玻璃构成的光学元件通过调制没有着色的光学元件并在其上形成着色层而得到。没有着色的光学元件可以根据公知的制造方法制作。例如，将熔融玻璃流入铸模中成型为板状来制作玻璃素材。对所得到的玻璃素材进行适当切断、研削、研磨以制作适合冲压成型的大小、形状的切割件。对切割件进行加热、软化，并利用公知的方法对其进行冲压成型(再加热冲压)，制作近似于光学元件的形状的光学元件坯料。对光学元件坯料进行退火，并用公知的方法进行研削、研磨来制作光学元件。或者，根据公知的制造方法制作精密冲压成型用的玻璃料滴或者预成型件，并将加热、软化后的玻璃料滴或者预成型件，通过光学元件成型模具进行精密冲压成型，从而制作光学元件。

通过上述方法，能够在制作而成的光学元件上形成着色层。另外，也可以在制作光学元件的中途阶段形成着色层。

根据使用目的，可以在制作而成的光学元件的光学功能面上涂布防反射膜、全反射膜等。

根据本实施方式，能够提供由上述玻璃构成的光学元件。作为光学元件的种类，例如能够例示后述的视差屏障、波带片、光学式编码器的玻璃光栅尺。或者，作为光学元件的种类，能够例示球面透镜、非球面透镜等透镜、棱镜、衍射光栅等。作为透镜的形状，能够例示双凸透镜、平凸透镜、双凹透镜、平凹透镜、凸弯月形透镜、凹弯月形透镜等各种形状。光学元件可以通过包括加工由上述玻璃构成的玻璃成型体的工序的方法来制造。作为加工，可以例示切断、切削、粗研削、精研削、研磨、精密冲压等。

(实施例)

以下，通过实施例更加详细地说明本实施方式，但本实施方式并不限定于这些实施例。

按照以下步骤制作具有表1所示的玻璃组成的玻璃样本，并进行各种评价。

【表1】

表1

[玻璃的制造]

准备与玻璃的构成成分相对应的氧化物、氢氧化物、偏磷酸盐、碳酸盐、以及硝酸盐作为原材料，以所得到的玻璃的组成为表1所示的各组成的方式称量上述原材料并进行调合，充分混合原材料。将所得到的调合原料(批料)投入铂金坩埚中，于1100～1450℃下加热2～3 个小时，制成熔融玻璃。搅拌熔融玻璃以使其均质化并进行澄清，之后将熔融玻璃在预热至适当的温度的模具中进行熔铸。将熔铸的玻璃以玻璃化转变温度Tg附近的温度下热处理约一个小时，之后在炉内放置冷却至室温。加工成长度40mm、宽度10mm、厚度1.0mm的大小，并对40mm×10mm的两个面进行精密研磨(光学研磨)，从而得到玻璃样本。

[玻璃成分组成的确认]

对于所得到的玻璃样本，利用电感耦合等离子体原子发射光谱法 (ICP-AES)测定各玻璃成分的含量，并确认为如表1所示的各组成。

[光学特性的测定]

对于所得到的玻璃样本，测定折射率nd、比重以及玻璃化转变温度Tg。结果示于表1。

(i)折射率nd

利用JIS标准JIS B 7071-1的折射率测定法测定折射率nd。

(ii)比重

比重利用阿基米德法测定。

(iii)玻璃化转变温度Tg

玻璃化转变温度Tg使用MACサイエンス社制的热机械分析装置 (TMA4000S)按照升温速度4℃/分进行测定。

[平均线膨胀系数]

平均线膨胀系数的测定方法是依据日本光学玻璃工业协会标准 JOGIS 08-2003“光学玻璃的热膨胀的测定法”进行测定。圆棒状的样品的直径为5mm。结果示于表1。

[耐酸性减重率Da]

依据日本光学玻璃工业协会标准JOGIS 06-2009的规定，将所得到的玻璃样本制成与比重相当的重量的粉末玻璃(粒度425～600μm)，放入铂金罐中，使其浸渍在放入了0.01mol/L硝酸水溶液的石英玻璃制圆底烧瓶内，在沸腾水浴中处理60分钟，测定其处理前后的减重率 (％)。按等级评价其减重率。结果示于表1。

实施例1：玻璃组成不同的样本中的着色层的形成

(实施例1-1)

在所得到的玻璃样本中具有No.1的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面的一个面上，通过溅射将Pt-Pd膜成膜为图案状(溅射时的电流 15mA、成膜时间900sec)。

向形成有Pt-Pd膜的玻璃样本以0.2L/min的流量供给作为还原气氛的合成气体(氢3体积％、氮97体积％)的同时在400℃下热处理五个小时。

通过研磨剥离Pt-Pd膜。得到具有着色层的玻璃样本。所得到的玻璃样本示于图6-1。

[透射率的测定]

测定波长300～2500nm处的外部透射率。外部透射率由光沿着玻璃样本的厚度方向入射时的、透射光强度相对于入射光强度的百分比[透射光强度/入射光强度×100]定义。此外，外部透射率中也包括样品表面中的光线的反射损失。结果示于图7-1。图中，虚线为具有着色层的部分的透射率，实线为相同部分的着色层形成前的透射率。

[OD的测定]

对于具有着色层的部分，测定波长1100nm处的入射光强度I₀以及透射光强度I，并通过下述数学式计算出OD(光学密度)。对于同一部分，也同样地计算出着色层形成前的OD。结果示于表2。

OD＝-log₁₀(I/I₀)

(实施例1-2)

除了使用具有No.2的玻璃组成的玻璃样本这一点之外，其他与实施例1-1同样操作，得到具有着色层的玻璃样本。所得到的玻璃样本示于图6-2。与实施例1-1同样地测定透射率。结果示于图7-2。与实施例1-1同样地测定OD。结果示于表2。

(实施例1-3)

除了使用具有No.3的玻璃组成的玻璃样本并在430℃下热处理九个小时这一点之外，其他与实施例1-1同样操作，得到具有着色层的玻璃样本。与实施例1-1同样地测定透射率。结果示于图7-3。与实施例 1-1同样地测定OD。结果示于表2。

【表2】

表2

玻璃样本	着色层形成前	着色层形成后
			No.1	0.1	4.0
No.2	0.1	0.9
			No.3	0.1	2.1

实施例2：利用膜厚不同的金属膜(金属催化剂膜)进行的着色层的形成

(实施例2-1)

在具有No.3的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面的一个面上，调整成膜条件，从而形成膜厚分别为28nm、256nm、288nm、420nm的 Pt-Pd膜。

向形成有Pt-Pd膜的玻璃样本以0.2L/min的流量供给作为还原气氛的合成气体(氢3体积％、氮97体积％)的同时在400℃下热处理四个小时。通过研磨除去Pt-Pd膜，得到具有着色层的玻璃样本。

对于具有着色层的部分，与实施例1-1同样地测定透射率。Pt-Pd 膜的膜厚与透射率的关系示于图8-1。对于具有着色层的部分，与实施例1-1同样地测定OD。Pt-Pd膜的膜厚与OD的关系示于图9。

(实施例2-2)

在具有No.3的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面的一个面上，调整成膜条件，从而形成膜厚分别为437nm、695nm、778nm、892nm的 Pt-Pd膜。

向形成有Pt-Pd膜的玻璃样本以0.2L/min的流量供给作为还原气氛的合成气体(氢3体积％、氮97体积％)的同时在400℃下热处理九个小时。通过研磨除去Pt-Pd膜，得到具有着色层的玻璃样本。

与实施例2-1同样地测定透射率。Pt-Pd膜的膜厚与透射率的关系示于图8-2。与实施例2-1同样地测定OD。Pt-Pd膜的膜厚与OD的关系示于图9。

通过图8-1、图8-2、图9可知，具有着色层的部分的透射率以及 OD取决于热处理时间而非金属膜(金属催化剂膜)的膜厚。

实施例3：利用种类不同的金属膜(金属催化剂膜)进行的着色层的形成

(实施例3-1)

除了在具有No.3的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面上，代替 Pt-Pd膜而形成膜厚为15nm、300nm的Au膜，并在450℃下热处理七个小时这一点之外，其他与实施例1-1同样地操作，得到具有着色层的玻璃样本。对于具有着色层的部分，与实施例1-1同样地测定OD。

(实施例3-2)

除了在具有No.3的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面上，代替形成Pt-Pd膜而涂布Ag浆料，并在430℃下热处理十个小时这一点之外，其他与实施例1-1同样地操作，得到具有着色层的玻璃样本。与实施例 3-1同样地测定OD。结果示于表3。

【表3】

表3

实施例4：形成有着色层的玻璃的截面观察

(实施例4-1)

在具有No.3的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面的一个面上，形成了Pt-Pd膜。另外，使用1000号(#1000)的研磨剂对同一样本的光学研磨面的一部分进行研磨，并在该部分上也形成了Pt-Pd膜。

以0.2L/min的流量供给合成气体(氢3体积％、氮97体积％)的同时在400℃下热处理五个小时。通过研磨除去Pt-Pd膜，得到具有着色层的玻璃样本。

测定着色层的厚度。结果示于图17。另外，具有着色层的部分的截面的显微镜照片示于图17。在图17的显微镜照片中，右侧为玻璃，中央的黑色的部分为着色层。

(实施例4-2)

在具有No.3的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面的一个面上，形成了Au膜。除了在450℃下热处理七个小时这一点之外，其他与实施例4-1同样地操作，得到具有着色层的玻璃样本。

着色层的厚度以及具有着色层的部分的截面的显微镜照片示于图 17。对于具有着色层的部分，与实施例1-1同样地测定OD。结果示于图17。

(实施例4-3)

在具有No.3的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面的一个面上，形成了Au膜。除了Au膜的成膜时间比实施例4-2长这一点之外，其他与实施例4-2同样地操作，得到具有着色层的玻璃样本。

着色层的厚度以及具有着色层的部分的截面的显微镜照片示于图 17。与实施例4-2同样地测定OD。结果示于图17。

(实施例4-4)

除了在具有No.3的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面的两面上形成了Pt-Pd膜这一点之外，其他与实施例4-2同样地操作，得到具有着色层的玻璃样本。

使用1000号(#1000)的研磨剂研磨后的面比光学研磨面的表面粗糙度大。从图17可知，所形成的着色层的厚度根据玻璃的表面粗糙度发生变化。

实施例5：具有点图案的着色层的形成

在具有No.3的玻璃组成的玻璃样本的光学研磨面上，以点图案状形成了Pt-Pd膜。详情如下所述。

准备能够覆盖玻璃表面的程度的平坦性较高且具有点图案状的开口部的金属板。使该金属板紧密接触于玻璃样本的光学研磨面，并使其与该点图案状的开口部对准，从而形成了Pt-Pd膜。

剥离金属板，并对具有形成点图案状的Pt-Pd膜的玻璃样本与实施例1-3同样地进行热处理，从而得到具有着色层的玻璃样本。所得到的玻璃样本示于图10。

实施例6：由于着色层的除去而导致的透射率的变化

对于具有No.3的玻璃组成的玻璃样本，除了以使其厚度为750μm 的方式进行加工这一点之外，其他与实施例1-3同样地操作，得到具有着色层的玻璃样本。

通过显微镜观察具有着色层的部分的截面，并确认了着色层的厚度为110μm。另外，对于具有着色层的部分，与实施例1-1同样地测定OD。结果示于表4。

对于所得到的玻璃样本，以玻璃样本的厚度为660μm的方式从具有着色层的面开始研磨，并对于同一部分测定OD。结果示于表4。

同样地，以玻璃样本的厚度为610μm、500μm、380μm的方式进行研磨，并对于同一部分测定OD。另外，计算出自研磨前(没有研磨余量)的OD的变化量。OD结果示于表4。

【表4】

表4

厚度(μm)	750	660	610	500	380
						研磨余量(μm)	0	90	140	250	370
OD(1100nm)	1.52	0.86	0.06	0.08	0.02
						OD(1100nm)的变化量	-	-0.66	-1.45	-1.44	-1.49

根据表4，当玻璃样本的研磨余量超过140μm时，OD的变化量变小。就玻璃样本而言，当通过研磨除去着色层时，仅为非着色部(没有着色的透明的区域)。因此，结果是，再继续研磨，即使厚度较小， OD也几乎不发生变化。也就是说，根据研磨导致的OD变化量的结果可推定，玻璃样本的着色层的厚度超过90μm且不足140μm。这与基于截面的显微镜观察的着色层的厚度(110μm)一致。此外，研磨余量为140～370μm范围的OD的增减只是轻微的，可认为是测定误差。

《在玻璃主体上设有着色层的光学元件的具体例子》

如图1、图2所示，本实施方式的光学元件具有玻璃主体1，同时具有位于玻璃主体1的内部且光学元件的光学功能面上的着色层2。着色层2从玻璃主体1的表面遍及内部而存在。或者，着色层2也可以不位于玻璃主体1的表面而位于玻璃主体1的内部。

通过在玻璃主体1的内部且光学元件的遮光部分选择性地形成着色层2，如图3(图3-1、图3-2)、图4所示，在具有着色层2的部分遮挡光，在没有着色层2的部分使光透过，从而能够发挥所期望的光学功能。此时，通过着色层2吸收在没有着色层2的部分的内面发生反射的光，其结果是，能够得到抑制了杂散光的产生的良好的光学元件。进一步，着色层2与着色层以外的层(例如相邻的透光层)合作，能够发挥规定的光学功能。

着色层2的从玻璃主体1的表面至内部的厚度优选为1～300μm，更优选为20～200μm，进一步优选为30～150μm。通过满足这个条件，能够良好地发挥包括遮光性能在内的作为光学元件的功能。如果低于该条件的最下限的话(着色层2的厚度小于1μm的话)，则可能导致利用着色层2的遮光性能不够。如果超过该条件的最上限的话(着色层2的厚度大于300μm的话)，则可能导致向玻璃的内部侧突出的着色层由于形成着色层的光学元件的部位而遮挡倾斜地入射至光学元件的有效光线等作为光学元件的功能不够的情况发生。

就着色层2而言，优选波长750nm处的光学浓度OD为2.0以上，并且优选波长750nm处的光学浓度OD为3.0以上。在从可见光区域至红外区域的波长区域内，着色层2的光谱透射率随着波长变长而示出增加倾向。如果以光学浓度OD示出，则与光学浓度OD随着波长变长而示出减小倾向的情况同义。通过满足上述的条件，能够良好地发挥包括可见光区域的遮光性能在内的作为光学元件的功能。如果低于该条件的最下限的话(着色层2在波长750nm处的光学浓度OD小于2.0的话)，则有可能导致包括遮光性能在内的作为光学元件的功能不够的情况发生。

<将光学元件应用于视差屏障的例子>

参照图11、图12，说明将本实施方式的光学元件应用于视差屏障 (光学装置)的情况的优异性。图11为用于说明现有技术(例如专利文献1)的视差屏障的技术问题的图，图12为用于说明本实施方式的视差屏障的优异性的图。

通过具有透光部和遮光部的图案，作为实现透过狭缝的作用的光学元件，可以举出在即使没有偏光眼镜等特殊的眼镜等也能够实现立体观看的显示装置中使用的视差屏障。视差屏障为在玻璃等基板上具有多个条纹状等遮光部的光学元件，通过安装在液晶显示器等显示装置上，分离显示器上的右眼用图像与左眼用图像，使观察者的左眼仅能够视觉确认左眼用影像(左眼用像素L)，使右眼仅能够视觉确认右眼用影像(右眼用像素R)，能够实现立体观看。

一般情况下，视差屏障的遮光部通过蒸镀、印刷等方法在玻璃基板上形成铬或铝等金属材料、或者黑色的树脂材料。在此，玻璃基板通常被加工成具有较高的平滑性，因此，在液晶显示器装置的情况下，从液晶面板出射并透过彩色滤光片的光在玻璃基板中的视差屏障的面对遮光部的部分发生内部反射。尤其是在视差屏障的面对遮光部的部分中，由于玻璃基板的内面与形成的遮光材料存在折射率差，因此反射率较高，内部反射明显。存在如下情况：受到内部反射的光在玻璃基板的形成有彩色滤光片的面的内面受到进一步的内部反射，该光的一部分经由本来不能通过的透光部而向外漏出。这样的现象被称为交扰(クロストーク)，其导致视差图像的分离不足，立体图像的品质劣化。

在专利文献1中，为了抑制交扰，提案有如下方案：在形成彩色滤光片的面或者与视差屏障的遮光部相对向的位置设置具有光散射特性的凹凸部，通过使入射至该部位的成为交扰的原因的光散射来抑制，并且提供高品质的立体图像。在图11的例子中，视差屏障的多个遮光部从玻璃基板的下面向下方突出。在多个遮光部的上面设置有多个凹凸部(多个遮光部与多个凹凸部对应)。另外，在玻璃基板的下面中的未形成视差屏障的多个遮光部的部分(多个遮光部之间)形成有多个透光部。但是，即使在成为交扰的原因的光的路径的一部分设置具有光散射特性的凹凸部，由于会产生光的散射，因此，也存在扩散的光的一部分经由本来不能通过的透光部向外漏出的情况(参照图11的单点划线)，不能说抑制交扰的作用好。

在本实施方式中，将上述问题点作为重要的技术问题，光学元件具有视差屏障，且多个着色层构成视差屏障的多个遮光面(遮光部) 20A。更具体而言，在本实施方式中，如图12所示，设置从玻璃基板的表面遍及内部的多个着色层，该多个着色层形成视差屏障的多个遮光面20A。由此，与专利文献1同样地，能够实现视差屏障的本来目的即遮光功能。另外，在多个遮光面(遮光部)20A之间形成有多个透光面(透光部)20B。

进一步，由于本实施方式的着色层(遮光面)具有吸收光的功能，因此，除了从光源直接入射至着色层的光之外，在玻璃基板的出射面的透光面暂时反射之后返回到入射面，在入射面反射而再次到达出射面的光几乎全部被着色层吸收(参照图12的单点划线)。由此，能够减少向外部漏出的光而有效地抑制交扰。

另外，本实施方式的着色层(遮光面、遮光部)与透光面(透光部)几乎没有折射率差。因此，在与透光面的边界面不会产生反射光，入射至着色层的光到达与空气的边界面之前在进入着色层的过程中能量被吸收，因此不会产生杂散光。

另外，在如专利文献1所示设置具有光散射特性的凹凸部的情况下，进行凹凸加工需要花费工时，但如果在本实施方式中则可以节省这种加工的工时。

在此，作为遮光面的图案例示了条纹形状，但遮光面的宽度以及透光面的宽度只要是适合基于公知技术的目标立体效果(立体图像的视点数、视域角等)的尺寸即可，并不限定于本实施方式(图12)。

另外，为了减少摩尔纹(视差屏障的遮光图案与液晶面板的黑矩阵(用于防止彩色滤光片像素间边界处的混色等的遮光部件)之间的干涉条纹)，遮光图案并不限于垂直方向的条纹，可以基于公知的技术倾斜成特定的角度。另外，并不限于仅由直线构成的图案，可以是基于公知的技术将遮光面阶梯状地连结而得到的图案、或者连结圆弧而得到的图案等。

<将光学元件应用于波带片的例子>

参照图13、图14，对将本实施方式的光学元件应用于波带片(光学装置)的情况下的优异性进行说明。图13是用于说明现有技术(例如专利文献2)的波带片的技术问题的图，图14是用于说明本实施方式的波带片的优异性的图。

作为在透明的基板(例如玻璃基板)上形成有遮光图案的光学元件，已知有波带片。波带片是这样一种光学元件：透光部与遮光部的间隔具有根据距离中心的半径而有规律地变化的同心圆状的图案。波带片在拍摄元件的前方配置图案掩模，拍摄通过来自物体的入射光形成的拍摄元件上的图案掩模的影子，在根据数值运算获得物体的成像图像的方式中用作该图案掩模。

例如，在专利文献2中，提案有如下拍摄装置：在拍摄元件的前面配置波带片作为拍摄用图案，拍摄光强度通过该图案调制后的透射光，并计算与显影用图案的互相关函数，由此能够进行距离测量。在图13中，当拍摄有限距离的物体时，经由作为光栅图案的遮光部所形成的同心圆状的图案(图案掩模)投影该光栅图案。

用作拍摄用图案的波带片在玻璃等透明的基板上通过溅射或蒸镀、印刷等方法将铬或铝等金属材料、黑色的树脂材料形成为图案状。在图13的例子中，从玻璃基板的上面向上方突出有作为波带片的光栅图案的多个遮光部。在多个遮光部之间形成有多个透光部。

在使用这样的波带片的拍摄装置中，如果在玻璃基板的内面产生的反射光向外部漏出的话，则有可能会发生使本来形成的图案掩模的影子的像发生变化，或者使对比度降低等现象，并且有可能带来距离测量中产生误差等不良影响。来自物体的入射光透过波带片的透光部，并且一部分在玻璃基板的拍摄元件侧的内面发生反射。在玻璃基板的拍摄元件侧的内面发生反射的光的一部分可能会在玻璃基板的形成有光栅图案的一面的内面进一步发生反射，然后透过波带片的拍摄元件侧面而到达拍摄元件(参照图13的单点划线)。

在本实施方式中，将上述的问题点作为重要的技术问题，光学元件具有波带片，多个着色层构成波带片的多个遮光面(遮光部)20C。更具体而言，在本实施方式中，如图14所示，设置从玻璃基板的表面遍及内部的多个着色层，该多个着色层形成波带片的多个遮光面20C。由此，与专利文献2同样地，能够实现作为波带片的本来目的的遮光的功能。另外，在多个遮光面(遮光部)20C之间形成有多个透光面 (透光部)20D。

进一步，由于本实施方式的着色层(遮光面)具有吸收光的功能，因此，来自光源并在玻璃基板的出射面暂时发生反射后返回到入射面侧，在入射面发生反射而再次到达出射面的光几乎全部被着色层吸收，因此，能够减少向外部漏出的光(参照图14的单点划线)。

另外，本实施方式的着色层(遮光面、遮光部)与透光面(透光部)之间几乎没有折射率差。因此，在与透光面的边界面不会产生反射光，入射至着色层的光到达与空气的边界面之前在进入着色层的过程中能量被吸收，因此不会产生杂散光。

波带片的遮光面(遮光部)的图案例如可以为同心圆形状，但图案的形状和遮光面的宽度以及透光面的宽度只要是适合基于公知技术的目标图像再生的尺寸即可，并不限定于本实施方式(图14)。

<将光学元件应用于光学式编码器的玻璃光栅尺的例子>

参照图15A和图15B、图16A和图16B，对于将本实施方式的光学元件应用于光学式编码器(光学装置)的玻璃光栅尺(编码图案) 的情况下的优异性进行说明。图15A和图15B是用于说明现有技术(例如专利文献3)的光学式编码器的玻璃光栅尺的技术问题的图，图16A 和图16B是用于说明本实施方式的光学式编码器的玻璃光栅尺的优异性的图。

作为在透明的基板(例如玻璃基板)上形成有遮光图案的光学元件，已知有光学式编码器用的玻璃光栅尺。编码器为检测机械性位置和旋转的装置，光学式编码器主要由发光元件、作为遮挡光或者使其透过的零件的玻璃光栅尺、受光元件等构成。来自发光元件的光在玻璃光栅尺处被遮挡或者透过，通过受光元件能够检测透过玻璃光栅尺的光或者在玻璃光栅尺处发生反射的光，因此，能够测定位置和旋转。如果玻璃光栅尺在测长方向上发生位移的话，则出现在受光元件上的光的明暗图案会发生移动，从受光元件输出与明暗图案相对应的信号。

玻璃光栅尺为在玻璃等基板上形成有多个遮光部与透光部的光学元件，呈圆盘状或矩形形状。玻璃光栅尺的遮光部通过蚀刻、蒸镀、印刷等方法在玻璃基板上形成铬或铝等金属材料、黑色的树脂材料。在图15A、图15B的示例中，从玻璃基板的下面向下方突出有玻璃光栅尺的多个遮光部。在多个遮光部之间形成有多个透光部。

在使用这样的玻璃光栅尺的光学式编码器中，例如，由于光源装置的校准的偏差，存在对受光元件和玻璃光栅尺照射倾斜的平行光的状态下，在光栅尺的玻璃基板的内面发生反射，经由本来不能通过的透光部而向外部漏出的情况(参照图15A、图15B的单点划线)。图 15A例示了玻璃基板内的一次往复的反射路径，图15B例示了玻璃基板内的两次往复的反射路径。当发生这样的现象时，与检测无关的光 (杂散光)入射至受光元件，成为检测信号的噪音，成为使位置检测精度下降的主要原因。

在专利文献3中，为了防止在玻璃光栅尺的遮光部(刻度)发生反射的光在引线框等处发生反射而成为杂散光，提案通过CrO(氧化铬)或黑色等涂料等防反射部件形成遮光部。虽然这样的防反射部件由于具有吸收特性而具有吸收入射的光的一部分的效果，但是，由于在防反射部件与玻璃光栅尺的玻璃基板上存在折射率差，因此，无法防止在防反射部件与玻璃基板的边界面上的反射光的发生，不能说抑制杂散光的作用是充分的。

在本实施方式中，将上述问题点作为重要的技术问题，光学元件具有光学式编码器的玻璃光栅尺，多个着色层构成玻璃光栅尺的多个遮光面(遮光部)20E。更具体而言，在本实施方式中，如图16A、图 16B所示，设置从玻璃基板的表面遍及内部的多个着色层，该多个着色层形成玻璃光栅尺的多个遮光面20E。由此，与专利文献3同样地，能够实现作为光学式编码器的玻璃光栅尺的本来目的的遮光功能。另外，在多个遮光面(遮光部)20E之间形成有多个透光面(透光部)20F。

进一步，由于本实施方式的着色层具有吸收光的功能，因此，直接入射至玻璃基板的内面的着色部的光被着色层吸收，能够防止其入射至受光元件(参照图16A的单点划线)。在玻璃基板的内面的透光面发生反射的光朝向表面侧并在该表面发生反射且再次朝向内面，但被形成于内面侧的着色层几乎全部吸收，能够防止其入射至受光元件 (参照图16B的单点划线)。

在此例示了遮光面的图案为直线形状的情况(直线状排列的情况)，但遮光面的形状和宽度只要是适合用作编码图案即可，并不像本实施方式(图16A和图16B)那样受到限定。另外，例示了在矩形形状的玻璃光栅尺的遮光面上形成本实施方式的着色层的情况，但玻璃光栅尺的形状并不限定于矩形形状，例如也可以是圆盘状的玻璃光栅尺(盘状物)。

这样，本实施方式的光学功能面具有各透光面(透光部)与各遮光面(遮光部)相邻地交替配置的多个透光面(透光部)20B、20D、 20F与多个遮光面(遮光部)20A、20C、20E。另外，本实施方式的着色层20具有构成多个遮光面(遮光部)20A、20C、20E的多个着色层。在满足该构成的情况下，本实施方式的光学元件以及光学装置能够应用于视差屏障、波带片、光学式编码器的玻璃光栅尺以外的所有的光学元件以及光学装置。

<将光学元件应用于其他用途的例子>

除了上述的例子之外，本实施方式的光学元件还可以具有透镜、平行平板、防护玻璃(例如拍摄元件的防护玻璃等)、光学滤光片(例如IR截止滤光片、偏光滤光片、ND滤光片等)、分光镜和棱镜中的至少一个。在这种情况下，着色层可以位于透镜、平行平板、防护玻璃、光学滤光片、分光镜和棱镜中的至少一个的光学功能面上。

(产业上的可利用性)

本实施方式的光学元件以及光学装置例如能够应用于视差屏障、波带片、光学式编码器的玻璃光栅尺。

Claims

1.一种光学元件，其为具有玻璃主体的光学元件，其特征在于，

具有着色层，所述着色层位于所述玻璃主体的内部并且位于所述光学元件的光学功能面。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述着色层从所述玻璃主体的表面遍及内部而存在。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，

所述着色层的从所述玻璃主体的表面遍及内部的厚度为1～300μm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学元件，其特征在于，

所述着色层在波长750nm处的光学浓度(OD)为2.0以上。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光学元件，其特征在于，

所述光学功能面具有多个透光面与多个遮光面，各透光面与各遮光面相邻地交替配置，

所述着色层具有构成所述多个遮光面的多个着色层。

6.根据权利要求5所述的光学元件，其特征在于，

所述光学元件具有视差屏障，

所述多个着色层构成所述视差屏障的多个遮光面。

7.根据权利要求5所述的光学元件，其特征在于，

所述光学元件具有波带片，

所述多个着色层构成所述波带片的多个遮光面。

8.根据权利要求5所述的光学元件，其特征在于，

所述光学元件具有光学式编码器的玻璃光栅尺，

所述多个着色层构成所述玻璃光栅尺的多个遮光面。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的光学元件，其特征在于，

所述光学元件具有透镜、平行平板、防护玻璃、光学滤光片、分光镜和棱镜中的至少一个，

所述着色层位于所述透镜、所述平行平板、所述防护玻璃、所述光学滤光片、所述分光镜和所述棱镜中的至少一个的光学功能面。

10.一种光学装置，其具有根据权利要求1所述的光学元件。