JP6024747B2 - 光学ガラス、光学素子、光学系および光学装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光学ガラス、光学素子、光学系および光学装置に関する。
従来から、ＰｂＯを含有せずに、屈折率ｎｄが１．５２〜１．５８、アッベ数νｄが５０〜５７の所定の光学恒数を有し、かつ負の異常分散性を有する光学ガラスが知られている（たとえば特許文献１）。
しかしながら、可視域の短波長側の領域から紫外域にかけて負の異常分散性を有し、かつ、化学的耐久性が十分な光学ガラスが無かったため、この領域における色光について、二次スペクトルとして示される残存色収差が十分に除去するような光学設計ができないという問題がある。
本発明の第１の態様によると、光学ガラスは、重量百分率で、ＳｉＯ２が１５〜２８％、Ｂ２Ｏ３が１３〜３１％、Ａｌ２Ｏ３が４〜２７％、Ｔａ２Ｏ５が０〜１９％、ＺｒＯ２が０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５が０〜１０％、Ｌｉ ２ Ｏが０〜５％、ＭｇＯが０〜５％、ただし、Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＺｒＯ２≧７．１％、を含み、かつ、屈折率ｎｄが１．５４〜１．６１未満、アッベ数νｄが５０〜５７の範囲の光学恒数を有し、かつ、異常分散性を示すΔＰｇ，Ｆが−０．００４以下である。
本発明の第２の態様によると、第１の態様の光学ガラスにおいて、Ｎａ２Ｏが０〜４％、Ｋ２Ｏが０〜７％、ＣａＯが０〜８％、ＳｒＯが０〜１５％、ＢａＯが０〜２７％、ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２９％、ＺｎＯが０〜１２％、を含むことが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第２の態様の光学ガラスにおいて、酸化物基準の重量百分率で、（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）の値が０．２５以上、０．６２以下であることが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第２の態様の光学ガラスにおいて、酸化物基準の重量百分率で、（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）の値が０．２５以上、０．６２以下であり、かつ「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」（日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６−２００８）に基づいて測定される耐水性の等級が３等級以上の化学的耐久性を有することが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第１乃至４のいずれか一態様の光学ガラスにおいて、厚さを１０ｍｍとした場合、内部透過率８０％となる光線の波長が３８０ｎｍ以下であることが好ましい。
本発明の第６の態様によると、光学素子は第１乃至５のいずれか一態様の光学ガラスからなる。
本発明の第７の態様によると、光学系は第６の態様の光学素子を含んで構成される。
本発明の第８の態様によると、光学装置は第７の態様の光学系を備えることが好ましい。
本発明の第２の態様によると、第１の態様の光学ガラスにおいて、Ｎａ２Ｏが０〜４％、Ｋ２Ｏが０〜７％、ＣａＯが０〜８％、ＳｒＯが０〜１５％、ＢａＯが０〜２７％、ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２９％、ＺｎＯが０〜１２％、を含むことが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第２の態様の光学ガラスにおいて、酸化物基準の重量百分率で、（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）の値が０．２５以上、０．６２以下であることが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第２の態様の光学ガラスにおいて、酸化物基準の重量百分率で、（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）の値が０．２５以上、０．６２以下であり、かつ「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」（日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６−２００８）に基づいて測定される耐水性の等級が３等級以上の化学的耐久性を有することが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第１乃至４のいずれか一態様の光学ガラスにおいて、厚さを１０ｍｍとした場合、内部透過率８０％となる光線の波長が３８０ｎｍ以下であることが好ましい。
本発明の第６の態様によると、光学素子は第１乃至５のいずれか一態様の光学ガラスからなる。
本発明の第７の態様によると、光学系は第６の態様の光学素子を含んで構成される。
本発明の第８の態様によると、光学装置は第７の態様の光学系を備えることが好ましい。
本発明によれば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−（Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５）系の光学ガラスは、屈折率ｎｄが１．５４〜１．６１未満、アッベ数νｄが５０〜５７の範囲の光学恒数と、負の異常分散性を有することができる。
図面を参照しながら、本発明の実施の形態による光学ガラスについて説明する。本発明に係る光学ガラスは、環境汚染物質であるＰｂＯおよびＡｓ２Ｏ３を実質的に含有しない、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−（Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５）系の特定組成域の光学ガラスである。ここで実質的に含有しないとは、不純物として不可避的に含有される濃度を越えて、ガラス組成物の特性に影響する実質的な構成成分として含有されないことを意味する。この光学ガラスは、高い化学的耐久性を有し、可視域の短波長側から紫外域にかけて大きな負の異常分散性を示す。以下の説明においては、ｎｄは、波長５８７．５６２ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示す。また、νｄは以下の式（１）で表される。なお、ｎＦは波長４８６．１３３ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示し、ｎＣは波長６５６．２７３ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示す。屈折率はいずれも２２℃における値である。
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ） …（１）
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ） …（１）
部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）は、主分散（ｎＦ−ｎＣ）に対する部分分散（ｎｇ−ｎＦ）の比を示し、以下の式（２）で表される。なお、ｎｇは波長４３５．８３５ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示す。
（Ｐｇ，Ｆ）＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ） …（２）
異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）は、正常分散性を有するガラスとしてＦ２およびＫ７の２硝種を基準とした部分分散比標準線からの偏りを示す。すなわち、縦軸を部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）、横軸をアッベ数νｄとする座標上で、２硝種を結ぶ直線と、比較対象のガラスの値との縦座標の差分が、部分分散比の偏り、すなわち異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）となる。上記の座標系で、部分分散比の値が、基準となる硝種を結ぶ直線よりも上側に位置する場合にはガラスは正の異常分散性（＋△Ｐｇ，Ｆ）を示し、下側に位置する場合にはガラスは負の異常分散性（−△Ｐｇ，Ｆ）を示す。本発明に係る光学ガラスでは、後述するように負の異常分散性（−△Ｐｇ，Ｆ）が（△Ｐｇ，Ｆ）≦−０．００４を満たすように形成される。なお、以下の説明においては、異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）を示す値の絶対値が大きい場合に、異常分散性が大きいと記載する。
（Ｐｇ，Ｆ）＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ） …（２）
異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）は、正常分散性を有するガラスとしてＦ２およびＫ７の２硝種を基準とした部分分散比標準線からの偏りを示す。すなわち、縦軸を部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）、横軸をアッベ数νｄとする座標上で、２硝種を結ぶ直線と、比較対象のガラスの値との縦座標の差分が、部分分散比の偏り、すなわち異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）となる。上記の座標系で、部分分散比の値が、基準となる硝種を結ぶ直線よりも上側に位置する場合にはガラスは正の異常分散性（＋△Ｐｇ，Ｆ）を示し、下側に位置する場合にはガラスは負の異常分散性（−△Ｐｇ，Ｆ）を示す。本発明に係る光学ガラスでは、後述するように負の異常分散性（−△Ｐｇ，Ｆ）が（△Ｐｇ，Ｆ）≦−０．００４を満たすように形成される。なお、以下の説明においては、異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）を示す値の絶対値が大きい場合に、異常分散性が大きいと記載する。
厚さが１０ｍｍのガラスを内部透過率８０％で透過する光線の波長はλ８０と呼ばれている。これは、日本光学硝子工業会規格「光学ガラスの内部透過率の測定方法」（ＪＯＧＩＳ）に準じて、ガラスの表面の反射損失を含まず内部透過率８０％で透過する光線の波長を示したものである。λ８０の値が小さいほど、光線波長域の短波長側でのガラスの光線透過率は良好となる。
図１〜４に本発明の第１〜第２４の実施の形態による光学ガラスの組成と光学恒数について示す。まず、第１〜第２４の実施の形態の各光学ガラスの成分の組成範囲について説明する。
ＳｉＯ２はガラス形成酸化物として不可欠の成分である。ＳｉＯ２の含有量、すなわち重量百分率が光学ガラスの重量に対して１５％未満の場合には、光学ガラスの化学的耐久性が不十分となる。また、ＳｉＯ２の含有量が３６％以上の場合には、光学ガラスの異常分散性が目標に達しない。したがって、光学ガラスの化学的耐久性と異常分散性とが良好となる範囲として、ＳｉＯ２の含有量が１５％〜３６％に設定される。上記の観点から、より好ましい態様として、ＳｉＯ２の含有量は、重量百分率で下限値を１７%とすることができ、上限値を２８%とすることができる。
ＳｉＯ２はガラス形成酸化物として不可欠の成分である。ＳｉＯ２の含有量、すなわち重量百分率が光学ガラスの重量に対して１５％未満の場合には、光学ガラスの化学的耐久性が不十分となる。また、ＳｉＯ２の含有量が３６％以上の場合には、光学ガラスの異常分散性が目標に達しない。したがって、光学ガラスの化学的耐久性と異常分散性とが良好となる範囲として、ＳｉＯ２の含有量が１５％〜３６％に設定される。上記の観点から、より好ましい態様として、ＳｉＯ２の含有量は、重量百分率で下限値を１７%とすることができ、上限値を２８%とすることができる。
Ｂ２Ｏ３も、ＳｉＯ２と同様にガラス形成酸化物として不可欠の成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量が重量百分率で１３％未満の場合には、光学ガラスの溶融時粘性が高くなるとともに、光学ガラスの異常分散性が抑制される。また、Ｂ２Ｏ３の含有量が３１％を超えると、光学ガラスの化学的耐久性が低くなる。したがって、光学ガラスの異常分散性、溶融時粘度および化学的耐久性が良好となる範囲として、Ｂ２Ｏ３の含有量が１３％〜３１％に設定される。上記の観点から、より好ましい態様として、Ｂ２Ｏ３の含有量は、重量百分率で上限値を３０%とすることができる。
ＺｒＯ２は、光学ガラスの化学的耐久性を高くするとともに、屈折率を高め、異常分散性を大きくする効果を有する。しかし、ＺｒＯ２の含有量が重量百分率で１０％を超えると、光学ガラスは失透しやすくなる。そのため、光学ガラスが失透せずに、安定的に製造できる範囲として、ＺｒＯ２の含有量は０〜１０％の範囲に設定される。上記の観点から、より好ましい態様として、ＺｒＯ２の含有量は、重量百分率で下限値を０．５%とすることができ、上限値を６%とすることができる。
Ｎｂ２Ｏ５は光学ガラスの異常分散性を大きくする効果を有する。さらに、Ｎｂ２Ｏ５は光学ガラスの屈折率やアッベ数を調整するために有効な成分である。しかし、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が重量百分率で１０％を超えると、光学ガラスが失透しやすくなる。このため、光学ガラスが失透せずに、安定的に製造できる範囲として、Ｎｂ２Ｏ５の含有量は０〜１０％に設定される。上記の観点から、より好ましい態様として、Ｎｂ２Ｏ５の含有量は、重量百分率で下限値を１．５%とすることができ、上限値を６%とすることができる。
Ｌｉ２Ｏは光学ガラスの溶融を促進する成分であるが、Ｌｉ２Ｏの含有量は重量百分率で５％を超えると失透性が増大する傾向にある。そこで、本発明の一態様として、Ｌｉ２Ｏの含有量は、重量百分率で５％を上限とすることができる。また、より好ましい態様として、Ｌｉ２Ｏの含有量は、重量百分率で下限値を１%とすることができ、上限値を３%とすることができる。Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏはともに光学ガラスの溶融を促進する成分であるが、光学ガラスの化学的耐久性を低下させる成分でもある。このため、本発明の一態様においては、Ｎａ２Ｏの含有量は重量百分率で４％まで、Ｋ２Ｏの含有量は重量百分率で７％までに設定される。上記の観点から、より好ましい態様として、Ｎａ２Ｏの含有量は、重量百分率で下限値を２%とすることができ、上限値を３%とすることができる。また、Ｋ２Ｏの含有量は、重量百分率で下限値を２%とすることができ、上限値を６%とすることができる。
なお、ガラスの融解性の観点から、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量の下限値を、重量百分率で２．５％としてもよい。
なお、ガラスの融解性の観点から、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量の下限値を、重量百分率で２．５％としてもよい。
ＭｇＯおよびＣａＯは光学ガラスの化学的耐久性を向上させ、屈折率およびアッベ数を調整することができる成分である。しかし、ＭｇＯおよびＣａＯは光学ガラスを失透させやすくする性質を有している。したがって、本発明の一態様において、ＭｇＯの含有量は重量百分率で５％まで、ＣａＯの含有量は重量百分率で８％までに設定される。より好ましい態様として、ＭｇＯの含有量は、重量百分率で下限値を０．５%とすることができ、上限値を４%とすることができる。また、ＣａＯの含有量は、重量百分率で下限値を２%とすることができ、上限値を６%とすることができる。
ＳｒＯは光学ガラスの屈折率およびアッベ数を調整することができる成分であるが、光学ガラスの異常分散性を抑制させる。このため、本発明の一態様においては、ＳｒＯの含有量は重量百分率で１５％までに設定される。より好ましい態様として、ＳｒＯの含有量は、重量百分率で下限値を３%とすることができ、上限値を１２%とすることができる。
ＢａＯはガラス化範囲（融液法においてガラスとなり得る組成の範囲）を拡大させ、光学ガラスの異常分散性を増大させる成分である。しかし、ＢａＯは、光学ガラスの屈折率を必要以上に増大させる効果を有する成分でもあるので、本発明の一態様においては、ＢａＯの含有量は重量百分率で２７％までに設定される。より好ましい態様として、ＢａＯの含有量は、重量百分率で下限値を４%とすることができ、上限値を２４%とすることができる。そして、光学ガラスの異常分散性と屈折率とのバランスを考慮すると、上述したＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計の含有量は重量百分率で２９％以下とすることができる。
ＺｎＯはガラス化範囲を拡大させる成分であるが、光学ガラスの異常分散性を抑制させる。このため、本発明の一態様においては、ＺｎＯの含有量は重量百分率で１２％までに設定される。より好ましい態様として、ＺｎＯの含有量は、重量百分率で下限値を２%とすることができ、上限値を１２%とすることができる。
Ａｌ２Ｏ３は、光学ガラスの溶融粘度を低下させるとともに、失透を起こりやすくする成分だが、光学ガラスの化学的耐久性を向上させる効果を有する。このため、Ａｌ２Ｏ３の含有量が重量百分率で４％未満の場合には光学ガラスの化学的耐久性が低下する傾向にある。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量が２７％よりも多い場合には、溶融粘度が大きくなり、また、失透しやすくなる傾向にある。したがって、本発明の一態様においては、光学ガラスの失透を抑えつつ十分な化学的耐久性となるように、Ａｌ２Ｏ３の含有量は４％〜２７％に設定される。より好ましい態様として、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、重量百分率で下限値を６%とすることができ、上限値を２６%とすることができる。
Ｔａ２Ｏ５は光学ガラスの屈折率を高め、異常分散性を増大させる成分である。しかし、Ｔａ２Ｏ５は溶融ガラス内に未溶融物を生じやすい。したがって、本発明の一態様においては、Ｔａ２Ｏ５の含有量は重量百分率で１９％までとされる。より好ましい態様として、Ｔａ２Ｏ５の含有量は、重量百分率で下限値を２%とすることができ、上限値を１５%とすることができる。そして、光学ガラスの異常分散性が目標値を達成するために、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５の合計の含有量は７．１％以上に設定される。なお、光学ガラスの脱泡を行うために、公知の脱泡剤であるＳｂ２Ｏ３を添加することができる。ただし、Ｓｂ２Ｏ３の含有量は重量百分率で３％までで十分である。本発明に係る光学ガラスの組成物においては、添加量が重量は重量百分率で０．３％以下であっても十分な脱泡効果が得られる。
次に、図５を参照しながら、本発明に係る光学ガラスの光学恒数について説明する。図５は光学ガラスの異常分散性を示す。図５においては、縦軸を部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）、横軸をアッベ数νｄとする。実線で示す直線Ｌ１は、Ｆ２およびＫ２の２硝種を結んだ直線である。なお、Ｆ２およびＫ２のアッベ数νｄと部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）は以下の通りである。
Ｆ２：アッベ数νｄ＝３６．３３、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）＝０．５８３４
Ｋ２：アッベ数νｄ＝６０．４７、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）＝０．５４２９
Ｆ２：アッベ数νｄ＝３６．３３、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）＝０．５８３４
Ｋ２：アッベ数νｄ＝６０．４７、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）＝０．５４２９
図５に、各実施の形態による光学ガラスの各々の部分分散性をプロットして示す。図５に示すように、各実施の形態の光学ガラスは、その部分分散性が、直線Ｌ１の下部に位置する。すなわち光学ガラスが負の異常分散性を有する。図中の破線で示す直線Ｌ２は、異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）が−０．００４を示す。したがって、実施の形態による光学ガラスの異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）が−０．００４を下回る。
図１に、上述した組成範囲の成分を含有するとともに、上記の負の異常分散性および光学恒数を有する第１および第２の実施の形態による光学ガラスを示す。すなわち、第１および第２の実施の形態の光学ガラスは、屈折率ｎｄが１．５４〜１．６１の範囲、アッベ数νｄが５０〜５７の範囲となる光学特性を有し、異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）≦−０．００４となっている。さらに、第１および第２の実施の形態の光学ガラスは、λ８０が３８０ｎｍ以下なので、可視光線波長領域から紫外線波長領域の光線透過率が良好である。
図７に示す第３および第５比較例による光学ガラスと、第１および第２の実施の形態による光学ガラスとの対比を行う。第３比較例の光学ガラスでは異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）の値が−０．００３６、第５比較例の光学ガラスでは異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）の値が−０．００２６である。すなわち、上記比較例の光学ガラスの異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）は−０．００４以下ではなく、異常分散性は大きいものではない。
上述のような異常分散性が十分ではない光学ガラスを用いて光学系を構成する場合、以下のような問題がある。異なるアッベ数νｄを有する正、負の異常分散性が十分ではない光学ガラスによって構成された光学系は、２色光についての色収差の除去ができたとしても、２色光以外の他の色光については二次スペクトルとして示される残存色収差を除去し切れない。
これに対して、異常分散性が大きい光学ガラスを用いて光学系を構成すれば、以下の作用効果を有する。正、負の異常分散性が十分に大きい光学ガラスを組み合わせて構成された光学系は、紫外域において上記の２色光の色収差に加えて、２色光以外の他の色光の残存色収差を除去できる。したがって、ＰｂＯやＡｓ２Ｏ３のような環境に好ましくない化合物を含有することなく、負の異常分散性が大きい第１および第２の実施の形態の光学ガラスの開発は各種光学レンズ系の設計上、極めて有用である。
第３〜第２４の実施の形態による光学ガラスの構成を、図１〜４に示す。第３〜第２４の各実施の形態の光学ガラスは、第１および第２の実施の形態の光学ガラスが有する特性に加えて、酸化物基準の重量百分率で、以下の式（３）が満たされるように構成されている。その結果、第３〜第２４の実施の形態による光学ガラスは、より高い化学的耐久性を有している。なお、以下の説明においては、光学ガラスの化学的耐久性を評価する指標として、「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」（日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６−２００８）に基づいて測定される光学ガラスの耐水性（以下、粉末法耐水性と呼ぶ）を用いるものとする。
０．２５≦（Ｂ２Ｏ３成分の含有率）／（ＳｉＯ２成分の含有率＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有率×２＋ＺｒＯ２成分の含有率×２．５）≦０．６２ …（３）
０．２５≦（Ｂ２Ｏ３成分の含有率）／（ＳｉＯ２成分の含有率＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有率×２＋ＺｒＯ２成分の含有率×２．５）≦０．６２ …（３）
本発明者らは、上記の式（３）を導出するにあたり、Ｂ２Ｏ３は光学ガラスの化学的耐久性を低下させる成分であり、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２は光学ガラスの化学的耐久性を向上させる成分であると推論し、以下の考察を行った。
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２の含有量に対するＢ２Ｏ３の含有量に基づいて求めた何らかの指標と光学ガラスの化学的耐久性および失透との間には相関があるのではないかと考えた。そこで、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２の各含有量に対する重み付け（係数）を種々変更して求めた指標と粉末法耐水性との関係を検討した。その結果、上記の式（３）に示した、（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）を指標とすると、指標の値が０．６２以下となる場合には、粉末法耐水性は３等級となり、０．６２を超える場合には４等級となることを見出した。
第３〜第２４の実施の形態による光学ガラスについて、上記指標と粉末法耐水性試験の等級との関係を調べた。その結果を、図６に示す。図６では、横軸を（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）、縦軸を粉末法耐水性等級としている。図６に示すように、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２の合計の含有量に対するＢ２Ｏ３の含有量の比に対して、３等級のプロット（黒色）と４等級のプロット（白色）とが重複せずに階段状に並んでいる。すなわち、（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）を０．６２以下とすることによって、粉末耐水性等級が３等級となる光学ガラスが得られ、４等級となる光学ガラスとを分離できることが示されている。
一方、（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）の値が０．２５未満の場合には、生成される光学ガラスは失透しやすくなることがわかった。したがって、生成される光学ガラスの化学的耐久性および失透の抑制を考慮して、（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）の値の下限値を０．２５とした。すなわち、（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）の値が０．２５以上０．６２以下となる範囲を、光学ガラスの化学的耐久性と失透の抑制とを満足する指標の値の範囲として設定した。
図１〜図４に示した第３〜第２４の各実施の形態の光学ガラスは、屈折率ｎｄが１．５４〜１．６１の範囲、アッベ数νｄが５０〜５７の範囲となる光学特性を有し、異常分散性（△Ｐｇ，Ｆ）≦−０．００４となっている。さらに、第３〜第２４の各実施の形態の光学ガラスは、λ８０が３８０ｎｍ以下なので、可視光線波長領域から紫外線波長領域の光線透過率が良好である。
さらに、第３〜第２４の各実施の形態の光学ガラスは、粉末法耐水性等級が３等級である。すなわち、第２〜第２４の各実施の形態の光学ガラスは、図７、８に示す第１，２，４，６〜１１比較例の光学ガラスのように粉末法耐水性等級が４等級であるものと比較して、高い化学的耐久性を有している。したがって、ＰｂＯやＡｓ２Ｏ３のような環境に好ましくない化合物を含有することなく、従来の光学ガラスと同等もしくはそれ以上の化学的耐久性を有し、負の異常分散性をより増大させた光学ガラスを形成できるので、各種光学レンズ系の設計に有効となる。
上述した本発明に係る光学ガラスの生成方法について説明する。光学ガラスを製造する際に、上述した酸化物、炭酸塩および硝酸塩等の通常の光学ガラス原料が、所定の割合で秤量混合される。ガラス原料の混合物は白金ルツボに投入され、ガラス組成の溶融の難易度に応じて１３００度〜１４５０度の温度で３〜４時間程度溶融される。そして、溶融されたガラス原料が攪拌均質化された後、適当な温度まで冷却されてから金型等に鋳込み徐冷されることによって、光学ガラスが生成される。
本発明に係る光学ガラスを所望の形状に加工して、レンズやプリズム、回折格子、フレネルレンズ、フライアイレンズ等の光学素子を形成できる。また、これらの光学素子の表面には必要に応じて各種のコーティングを施してもよい。光学ガラスは上記のようなλ８０を有しているので、可視域の短波長側から紫外域にかけても光線透過率が良好な光学素子の形成が可能となる。
さらに、上記の光学素子を他の光学ガラスと組み合わせて光学系を構成することができる。上記の通り、光学素子は可視域の短波長側から紫外域にかけても大きな負の異常分散性を有しているので、形成される光学系は可視域から紫外域の波長範囲で色収差を低減することができる。
本発明の態様の光学素子を用いた光学系を用いて、可視域から紫外域にかけての広い波長範囲の光を利用する撮像装置、顕微鏡、レーザ装置、露光装置等の光学装置を製造することができる。より具体的には、たとえばｈ波長線（４０５ｎｍ）の励起光を用いる共焦点蛍光顕微鏡の光学系に利用すれば、色収差が低減された高解像度で高品位な試料画像を取得できる。
図９に、本発明に係る光学ガラスを用いて作製された光学素子としてのレンズを備えた光学装置の一例としての撮像装置１を示す。撮像装置１はいわゆるデジタル一眼レフカメラであって、ボディ２のレンズマウント（不図示）に、撮影レンズ３が着脱可能に取り付けられるように構成されている。撮影レンズ３は複数の光学素子としてのレンズ４と、これらレンズ４を固定するレンズ鏡筒５とからなる。本発明に係る光学ガラスを用いて作製された光学素子としてのレンズは、これら複数の光学素子としてのレンズ４のうちの少なくとも１つとして撮影レンズ３に組み込まれている。
ボディ２の内部には、マルチチップモジュール８が設けられている。マルチチップモジュール８は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等のセンサチップ（固体撮像素子）６が、ガラス基板７上にベアチップ実装されたＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎ Ｇｌａｓｓ）タイプのモジュールである。この撮像装置１は、レンズ鏡筒５に取り付けられたレンズ４を通過した被写体からの光束が、マルチチップモジュール８のセンサチップ６上に結像される。その結果、色収差が軽減された高画質の画像を撮像することができる。なお、撮像装置１は、デジタル一眼レフカメラに限定されず、レンズ交換式カメラやコンパクトカメラ、工業用カメラ、スマートフォン用カメラモジュール等の撮像手段を有する種々の光学装置が含まれる。
図１０に、本発明に係る光学ガラスを用いて作製された光学素子としてのレンズを備えた光学装置の一例として、コンフォーカル（共焦点）顕微鏡１０の要部構成を示す。なお、説明の都合上、ｘ軸、ｙ軸からなる座標系を図示の通りに設定する。コンフォーカル顕微鏡１０は、光源１１と、照明光学系１２と、ビームスプリッタ１３と、ピンホールマスク１４と、対物光学系１５と、リレー光学系１６と、光検出器１７とを備えている。照明光学系１２と、対物光学系１５と、リレー光学系１６とは、それぞれ複数の光学素子としてのレンズを備えている。本発明に係る光学レンズを用いて作製された光学素子としてのレンズは、照明光学系１２、対物光学系１５およびリレー光学系１６を構成するレンズのうちの少なくとも１つとして組み込まれる。特に、対物光学系１５を構成するレンズの一部に組み込むことが、色収差を低減する点から好ましい。
光源１１からは、Ａｒレーザ光や、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光、Ｋｒ−Ａｒレーザ光等のレーザ光が発せられる。このレーザ光は、ｘ軸＋方向に進み、照明光学系１２を介してビームスプリッタ１３に導かれて、ｙ軸−方向に反射される。ビームスプリッタ１３で反射されたレーザ光は、ピンホールマスク１４に設けられたピンホール１４ｈを通過した後、対物光学系１５により被検物１８の１点に集光して被検物１８を照射する。照射されたレーザ光は、被検物１８からの戻り光としてｙ軸＋方向に進み、対物光学系１５を介してピンホールマスク１４に導かれる。この戻り光には、被検物１８からの反射光、蛍光、ラマン散乱光が含まれる。
ピンホール１４ｈは、対物光学系１５の焦点位置と共役となるように設けられており、被検物１８からの戻り光のうちの蛍光を通過させる働きを有している。ピンホール１４ｈを通過した蛍光は、ビームスプリッタ１３を通過してリレー光学系１６によって集光されて光検出器１７に結像される。光検出器１７は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等によって構成される撮像素子であり、リレー光学系１６により結像された像の輝度分布を検出して、画像信号として出力する。上述したように、コンフォーカル顕微鏡１０は、本発明に係る光学ガラスを用いて作製された光学素子としてのレンズを備えているので、色収差が低減された高解像度で高品位な被検物の画像を取得できる。なお、図１０に示すコンフォーカル顕微鏡１０の構成は一例であり、本発明の光学装置は、図示の構成に限定されるものではない。
また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１２年第１０２６１５号（２０１２年４月２７日出願）
日本国特許出願２０１２年第１０２６１５号（２０１２年４月２７日出願）
Claims (8)
- 重量百分率で、
ＳｉＯ２が１５〜２８％、
Ｂ２Ｏ３が１３〜３１％、
Ａｌ２Ｏ３が４〜２７％、
Ｔａ２Ｏ５が０〜１９％、
ＺｒＯ２が０〜１０％、
Ｎｂ２Ｏ５が０〜１０％、
Ｌｉ ２ Ｏが０〜５％、
ＭｇＯが０〜５％、
ただし、Ｔａ２Ｏ５＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＺｒＯ２≧７．１％、を含み、かつ、
屈折率ｎｄが１．５４〜１．６１未満、アッベ数νｄが５０〜５７の範囲の光学恒数を有し、かつ、
異常分散性を示すΔＰｇ，Ｆが−０．００４以下である光学ガラス。 - 請求項１に記載の光学ガラスにおいて、
Ｎａ２Ｏが０〜４％、
Ｋ２Ｏが０〜７％、
ＣａＯが０〜８％、
ＳｒＯが０〜１５％、
ＢａＯが０〜２７％、
ただし、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２９％、
ＺｎＯが０〜１２％、
を含む光学ガラス。 - 請求項２に記載の光学ガラスにおいて、
酸化物基準の重量百分率で、
（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）の値が０．２５以上、０．６２以下である光学ガラス。 - 請求項２に記載の光学ガラスにおいて、
酸化物基準の重量百分率で、
（Ｂ２Ｏ３成分の含有量）／（ＳｉＯ２成分の含有量＋Ａｌ２Ｏ３成分の含有量×２＋ＺｒＯ２成分の含有量×２．５）の値が０．２５以上、０．６２以下であり、かつ「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）」（日本光学硝子工業会規格ＪＯＧＩＳ０６−２００８）に基づいて測定される耐水性の等級が３等級以上の化学的耐久性を有する光学ガラス。 - 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学ガラスにおいて、
厚さを１０ｍｍとした場合、内部透過率８０％となる光線の波長が３８０ｎｍ以下である光学ガラス。 - 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
- 請求項６に記載の光学素子を含んで構成された光学系。
- 請求項７に記載の光学系を備える光学装置。
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