JP6927758B2 - 光学ガラス、これを用いた光学素子、光学系、レンズ鏡筒、対物レンズ及び光学装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光学ガラス、光学素子及び光学装置に関する。
近年、高画素数のイメージセンサーを備えた撮像機器等が開発されており、これらに用いる光学ガラスとして、高分散低比重の光学ガラスが求められている。
本発明に係る第一の態様は、質量％で、ＳｉＯ２ の含有率：０％以上４％以下、Ｐ２Ｏ５ の含有率：１０％以上４０％以下、Ｂ２Ｏ３ の含有率：４％以上３０％以下、Ｎａ２Ｏの含有率：１％以上１１％以下、Ｋ２Ｏの含有率：５％以上２０％以下、ＴｉＯ２ の含有率：０．１５％以上２０％以下、ＺｒＯ２ の含有率：０％以上２％以下、ＺｎＯの含有率：０％以上１０％以下、Ｎｂ２Ｏ５ の含有率：２０％以上７０％以下であり、かつ、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ）：２５％より多く４１％以下、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＢ ２ Ｏ ３ の含有率の比（Ｂ ２ Ｏ ３ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．１５以上１．２３未満、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＴｉＯ ２ の含有率の比（ＴｉＯ ２ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．０１以上１．３未満、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＮｂ ２ Ｏ ５ の含有率の比（Ｎｂ ２ Ｏ ５ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．７以上２．８以下、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＮａ ２ ＯとＫ ２ Ｏの総含有率の比（（Ｎａ ２ Ｏ＋Ｋ ２ Ｏ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．４２以上０．８以下、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＴｉＯ ２ とＮｂ ２ Ｏ ５ の総含有率の比（（ＴｉＯ ２ ＋Ｎｂ ２ Ｏ ５ ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．９以上１．４３以下、である光学ガラスである。また、質量％で、ＳｉＯ ２ の含有率：０％以上４％以下、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率：１０％以上４０％以下、Ｂ ２ Ｏ ３ の含有率：４％以上３０％以下、Ｎａ ２ Ｏの含有率：１％以上１１％以下、Ｋ ２ Ｏの含有率：５％以上２０％以下、ＴｉＯ ２ の含有率：０％以上２０％以下、ＺｒＯ ２ の含有率：０％以上２％以下、ＺｎＯの含有率：０％以上１０％以下、Ｎｂ ２ Ｏ ５ の含有率：２０％以上７０％以下であり、かつ、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ）：２５％より多く４１％以下、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＢ ２ Ｏ ３ の含有率の比（Ｂ ２ Ｏ ３ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．１５以上１．２３未満、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＴｉＯ ２ の含有率の比（ＴｉＯ ２ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０以上１．３未満、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＮｂ ２ Ｏ ５ の含有率の比（Ｎｂ ２ Ｏ ５ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．７以上２．８以下、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＮａ ２ ＯとＫ ２ Ｏの総含有率の比（（Ｎａ ２ Ｏ＋Ｋ ２ Ｏ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．４４以上０．８以下、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＴｉＯ ２ とＮｂ ２ Ｏ ５ の総含有率の比（（ＴｉＯ ２ ＋Ｎｂ ２ Ｏ ５ ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．９以上１．４３以下、である光学ガラスである。また、質量％で、ＳｉＯ ２ の含有率：０％以上４％以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率：１０％以上４０％以下、Ｂ ２ Ｏ ３ の含有率：４％以上３０％以下、Ｎａ ２ Ｏの含有率：１％以上１１％以下、Ｋ ２ Ｏの含有率：５％以上２０％以下、ＴｉＯ ２ の含有率：０％以上２０％以下、ＺｒＯ ２ の含有率：０％以上２％以下、ＺｎＯの含有率：０％以上１０％以下、ＢａＯの含有率：１．７６％以上２０％以下、Ｎｂ ２ Ｏ ５ の含有率：２０％以上７０％以下であり、かつ、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ）：２５％より多く４１％以下、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＢ ２ Ｏ ３ の含有率の比（Ｂ ２ Ｏ ３ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．１５以上１．２３未満、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＴｉＯ ２ の含有率の比（ＴｉＯ ２ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０以上１．３未満、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＮｂ ２ Ｏ ５ の含有率の比（Ｎｂ ２ Ｏ ５ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．７以上２．８以下、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＮａ ２ ＯとＫ ２ Ｏの総含有率の比（（Ｎａ ２ Ｏ＋Ｋ ２ Ｏ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．４２以上０．８以下、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＴｉＯ ２ とＮｂ ２ Ｏ ５ の総含有率の比（（ＴｉＯ ２ ＋Ｎｂ ２ Ｏ ５ ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．９以上１．４３以下、である光学ガラスである。
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率：１０％以上４０％以下、Ｂ ２ Ｏ ３ の含有率：４％以上３０％以下、Ｎａ ２ Ｏの含有率：１％以上１１％以下、Ｋ ２ Ｏの含有率：５％以上２０％以下、ＴｉＯ ２ の含有率：０％以上２０％以下、ＺｒＯ ２ の含有率：０％以上２％以下、ＺｎＯの含有率：０％以上１０％以下、ＢａＯの含有率：１．７６％以上２０％以下、Ｎｂ ２ Ｏ ５ の含有率：２０％以上７０％以下であり、かつ、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ）：２５％より多く４１％以下、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＢ ２ Ｏ ３ の含有率の比（Ｂ ２ Ｏ ３ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．１５以上１．２３未満、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＴｉＯ ２ の含有率の比（ＴｉＯ ２ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０以上１．３未満、Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＮｂ ２ Ｏ ５ の含有率の比（Ｎｂ ２ Ｏ ５ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．７以上２．８以下、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＮａ ２ ＯとＫ ２ Ｏの総含有率の比（（Ｎａ ２ Ｏ＋Ｋ ２ Ｏ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．４２以上０．８以下、Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＴｉＯ ２ とＮｂ ２ Ｏ ５ の総含有率の比（（ＴｉＯ ２ ＋Ｎｂ ２ Ｏ ５ ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．９以上１．４３以下、である光学ガラスである。
本発明に係る第二の態様は、第一の態様の光学ガラスを用いた光学素子である。
本発明に係る第三の態様は、第二の態様の光学素子を含む光学系である。本発明に係る第四の態様は、第三の態様の光学系を含むレンズ鏡筒である。本発明に係る第五の態様は、第三の態様の光学系を含む対物レンズである。本発明に係る第六の態様は、第三の態様の光学系を含む光学装置である。
以下、本発明に係る実施形態（以下、「本実施形態」という。）について説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
本明細書中において、特に断りがない場合は、各成分の含有量は全て酸化物換算組成のガラス全重量に対する質量％（質量百分率）であるものとする。なお、ここでいう酸化物換算組成とは、本実施形態のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩等が溶融時に全て分解されて酸化物に変化すると仮定し、当該酸化物の総質量を１００質量％として、ガラス中に含有される各成分を表記した組成である。
本実施形態に係る光学ガラスは、質量％で、ＳｉＯ２成分：０％以上５％未満、Ｐ２Ｏ５成分：１０％以上４０％以下、Ｂ２Ｏ３成分：４％以上３０％以下、Ｎａ２Ｏ成分：０％以上１１％以下、Ｋ２Ｏ成分：５％以上２０％以下、ＴｉＯ２成分：０％以上２０％以下、ＺｒＯ２成分：０％以上２％以下、Ｎｂ２Ｏ５成分：２０％以上７０％以下であり、かつ、Ｐ２Ｏ５成分＋Ｂ２Ｏ３成分：２５％より多く４１％以下、Ｂ２Ｏ３成分／Ｐ２Ｏ５成分：０．１５以上１．２３未満、ＴｉＯ２成分／Ｐ２Ｏ５成分：０以上１．３未満、Ｎｂ２Ｏ５成分／Ｐ２Ｏ５成分：０．７以上２．８以下、である光学ガラスである。
従来、高分散化を実現するためにＴｉＯ２やＮｂ２Ｏ５といった成分の含有量を高くする手法が試みられている。しかしながら、これらの含有量が多くなると、透過率の低下や、比重の上昇を招く傾向がある。この点、本実施形態に係る光学ガラスは、高分散でありながら比重を低くすることが可能であるため、レンズの軽量化を実現できる。
ＳｉＯ２は、化学的耐久性を向上させ、耐失透性を低下させる成分である。ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、耐失透性が低下する傾向にある。このような観点から、ＳｉＯ２の含有量は、０％以上５％未満であり、好ましくは０％以上４％以下であり、より好ましくは０％以上３％以下である。ＳｉＯ２の含有量をかかる範囲とすることで、耐失透性を高め、化学的耐久性を良好にすることができる。
Ｐ２Ｏ５は、ガラス骨格を形成し、耐失透性を向上させ、屈折率と化学的耐久性を低下させる成分である。Ｐ２Ｏ５の含有量が少なすぎると、失透が生じ易くなる傾向にある。また、Ｐ２Ｏ５の含有量が多すぎると、屈折率と化学的耐久性が低下する傾向にある。このような観点から、Ｐ２Ｏ５の含有量は、１０％以上４０％以下であり、好ましくは２０％以上３０％以下であり、より好ましくは２０％以上２５％以下である。Ｐ２Ｏ５の含有量をかかる範囲とすることで、耐失透性を高め、化学的耐久性を良好にしながら高屈折率化を図ることができる。
Ｂ２Ｏ３は、ガラス骨格を形成し、耐失透性を向上させ、屈折率と化学的耐久性を低下させる成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、溶融性が悪化するとともに、失透が生じ易くなる傾向にある。また、Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、屈折率と化学的耐久性が低下する傾向にある。このような観点から、Ｂ２Ｏ３の含有量は、４％以上３０％以下であり、好ましくは１０％以上２０％以下であり、より好ましくは１０％以上１８％以下である。Ｂ２Ｏ３の含有量をかかる範囲とすることで、耐失透性を高め、化学的耐久性を良好にしながら高屈折率化を図ることができる。
Ｎａ２Ｏは、溶融性を向上させ、屈折率を下げる成分である。Ｎａ２Ｏの含有量が多すぎると、屈折率が低下する傾向にある。このような観点から、Ｎａ２Ｏの含有量は、０％以上１１％以下であり、好ましくは１％以上８％以下であり、より好ましくは１％以上５％以下である。Ｎａ２Ｏの含有量をかかる範囲とすることで、屈折率の低下を防ぐことができる。
Ｋ２Ｏは、溶融性を向上させ、屈折率と化学的耐久性を下げる成分である。Ｋ２Ｏの含有量は、５％以上２０％以下であり、好ましくは７％以上２０％以下であり、より好ましくは１０％以上２０％以下である。Ｋ２Ｏの含有量をかかる範囲とすることで、屈折率を低下させずに高い化学的耐久性を実現することができる。
ＴｉＯ２は、屈折率を上げ、透過率を下げる成分である。ＴｉＯ２の含有量が多いと透過率が悪化する傾向がある。このような観点から、ＴｉＯ２の含有量は、０％以上２０％以下であり、好ましくは０％以上１５％以下であり、より好ましくは１％以上１０％以下である。ＴｉＯ２の含有量をかかる範囲とすることで、屈折率を低下させずに高い透過率を実現することができる。
ＺｒＯ２は、屈折率を上げ、耐失透性を低下させる成分である。ＺｒＯ２の含有量が多いとガラスが失透しやすくなる傾向がある。かかる観点から、ＺｒＯ２の含有量は、０％以上２％以下であり、好ましくは０％以上１．５％以下であり、より好ましくは０％以上１％以下である。
Ｎｂ２Ｏ５は、屈折率と分散を高め、透過率を下げる成分である。Ｎｂ２Ｏ５の含有量が少ないと屈折率が低くなる傾向がある。また、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が多いと透過率が悪化する傾向がある。このような観点から、Ｎｂ２Ｏ５の含有量は、２０％以上７０％以下であり、好ましくは３０％以上６０％以下であり、より好ましくは３０％以上５５％以下である。Ｎｂ２Ｏ５の含有量をかかる範囲とすることで、屈折率や分散を低下させずに高い透過率を実現することができる。
Ｐ２Ｏ５とＢ２Ｏ３の含有量の和（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）は、２５％より多く４１％以下であり、好ましくは３０％以上４１％以下である。Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３をかかる範囲とすることで、屈折率を高くすることができる。
Ｐ２Ｏ５に対するＢ２Ｏ３の含有量の比（Ｂ２Ｏ３／Ｐ２Ｏ５）は、０．１５以上１．２３未満であり、好ましくは０．２以上１以下であり、より好ましくは０．４５以上１以下である。Ｂ２Ｏ３／Ｐ２Ｏ５をかかる範囲とすることで、屈折率を高くすることができる。
Ｐ２Ｏ５に対するＴｉＯ２の含有量の比（ＴｉＯ２／Ｐ２Ｏ５）は、０以上１．３未満であり、好ましくは０以上１以下であり、より好ましくは０％以上０．５以下である。ＴｉＯ２／Ｐ２Ｏ５をかかる範囲とすることで、屈折率と透過率を高くすることができる。
Ｐ２Ｏ５に対するＮｂ２Ｏ５の含有量の比（Ｎｂ２Ｏ５／Ｐ２Ｏ５）は、０．７以上２．８以下であり、好ましくは０．７以上２．５以下であり、より好ましくは０．７以上２．４以下である。Ｎｂ２Ｏ５／Ｐ２Ｏ５をかかる範囲とすることで、屈折率と透過率を高くすることができる。
本実施形態に係る光学ガラスは、任意成分として、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＷＯ３及びＴａ２Ｏ５からなる群より選ばれる一種以上を更に含有してもよい。
Ｌｉ２Ｏの含有量は、溶融性の観点から、好ましくは０％以上１０％以下であり、より好ましくは０％以上５％以下であり、更に好ましくは０％以上２％以下である。
ＭｇＯの含有量は、高分散化の観点から、好ましくは０％以上２０％以下であり、より好ましくは０％以上１５％以下であり、更に好ましくは０％以上１０％以下である。
ＣａＯの含有量は、高分散化の観点から、好ましくは０％以上２０％以下であり、より好ましくは０％以上１５％以下であり、更に好ましくは０％以上１０％以下である。
ＳｒＯの含有量は、高分散化の観点から、好ましくは０％以上２０％以下であり、より好ましくは０％以上１５％以下であり、更に好ましくは０％以上１０％以下である。
ＢａＯの含有量は、高分散化の観点から、好ましくは０％以上２０％以下であり、より好ましくは０％以上１０％以下であり、更に好ましくは０％以上５％以下である。
ＺｎＯの含有量は、高分散化の観点から、好ましくは０％以上２０％以下であり、より好ましくは０％以上１０％以下であり、更に好ましくは０％以上５％以下である。
Ａｌ２Ｏ３の含有量は、溶融性の観点から、好ましくは０％以上１０％以下であり、より好ましくは０％以上７％以下であり、更に好ましくは０％以上２％以下である。
Ｙ２Ｏ３の含有量は、溶融性の観点から、好ましくは０％以上１０％以下であり、より好ましくは０％以上７％以下であり、更に好ましくは０％以上５％以下である。
Ｌａ２Ｏ３の含有量は、溶融性の観点から、好ましくは０％以上１０％以下であり、より好ましくは０％以上７％以下であり、更に好ましくは０％以上５％以下である。また、コストの観点から、Ｌａ２Ｏ３は実質的に含有しないことがより更に好ましい。
Ｇｄ２Ｏ３は高価な原料であるため、その含有量は、好ましくは０％以上１０％以下であり、より好ましくは０％以上７％以下であり、更に好ましくは０％以上５％以下である。
Ｓｂ２Ｏ３の含有量は、ガラス溶融時の脱泡性の観点から、好ましくは０％以上１％以下である。
ＷＯ３の含有量は、透過率の観点から、好ましくは０％以上１０％以下であり、より好ましくは０％以上７％以下であり、更に好ましくは０％以上２％以下である。
Ｔａ２Ｏ５は高価な原料であるため、その含有量は、好ましくは０％以上５％以下であり、実質的に含有しないことがより好ましい。かかる観点から、本実施形態においては、Ｔａを実質的に含まないことが好ましい。
これらの含有量の好適な組み合わせとしては、Ｌｉ２Ｏ成分：０％以上１０％以下、ＭｇＯ成分：０％以上２０％以下、ＣａＯ成分：０％以上２０％以下、ＳｒＯ成分：０％以上２０％以下、ＢａＯ成分：０％以上２０％以下、ＺｎＯ成分：０％以上２０％以下、Ａｌ２Ｏ３成分：０％以上１０％以下、Ｙ２Ｏ３成分：０％以上１０％以下、Ｌａ２Ｏ３成分：０％以上１０％以下、Ｇｄ２Ｏ３成分：０％以上１０％以下、Ｓｂ２Ｏ３成分：０％以上１％以下、ＷＯ３成分：０％以上１０％以下、及びＴａ２Ｏ５成分：０％以上５％以下、である。
また、本実施形態に係る光学ガラスは、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５が以下の関係を満たすことが好ましい。
Ｐ２Ｏ５とＢ２Ｏ３の含有量の和（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）に対するＮａ２ＯとＫ２Ｏの含有量の和（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）の比（（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３））は、好ましくは０．２以上０．８以下であり、より好ましくは０．３以上０．６以下である。（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）をかかる範囲とすることで、分散を高くすることができる。
Ｐ２Ｏ５とＢ２Ｏ３の含有量の和（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）に対するＴｉＯ２とＮｂ２Ｏ５の含有量の和（ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５）の比（（ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５）／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３））は、好ましくは０．９以上１．６以下であり、より好ましくは１以上１．５以下である。（ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５）／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）をかかる範囲とすることで、分散を高くすることができる。
上述した条件の好適な組み合わせとしては、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）：０．２以上０．８以下、（ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５）／（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）：０．９以上１．６以下である。
なお、その他必要に応じて清澄、着色、消色や光学恒数値の微調整等の目的で、公知の清澄剤や着色剤、脱泡剤、フッ素化合物等の成分を前記ガラス組成に適量添加することが出来る。また、上記成分に限らず、本実施形態の光学ガラスの効果が得られる範囲でその他成分を添加することもできる。
本実施形態に係る光学ガラスの製造方法は、特に限定されず、公知の方法を採用することができる。また、製造条件は、適宜好適な条件を選択することができる。例えば、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等の原料を目標組成となるように調合し、好ましくは１１００〜１４００℃、より好ましくは１２００〜１３００℃にて溶融し、攪拌することで均一化し、泡切れを行った後、金型に流し成形する製造方法等を採用できる。このようにして得られた光学ガラスは、必要に応じてリヒートプレス等を行って所望の形状に加工し、研磨等を施すことで、所望の光学素子とすることができる。
原料は、不純物の含有量が少ない高純度品を使用するのが好ましい。高純度品とは、当該成分を９９．８５質量％以上含むものである。高純度品の使用によって、不純物量が少なくなる結果、光学ガラスの内部透過率を高くできる傾向がある。
次に、本実施形態の光学ガラスの物性値について説明する。
レンズの薄型化の観点からは、本実施形態に係る光学ガラスは、高い屈折率を有している（屈折率（ｎｄ）が大きい）ことが望ましい。しかしながら、一般的に、屈折率（ｎｄ）が高いほど比重が増大する傾向にある。かかる実情を踏まえれば、本実施形態に係る光学ガラスにおけるｄ線に対する屈折率（ｎｄ）は、１．７０〜１．７８の範囲であることが好ましく、１．７２〜１．７７の範囲であることがより好ましい。
本実施形態に係る光学ガラスのアッベ数（νｄ）は、２０〜３０の範囲であることが好ましく、２２〜２７の範囲であることがより好ましい。そして、本実施形態に係る光学ガラスについて、屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）の好ましい組み合わせは、ｄ線に対する屈折率（ｎｄ）が１．７０〜１．７８であり、かつ、アッベ数（νｄ）が２０〜３０である。かかる性質を有する本実施形態に係る光学ガラスは、例えば、他の光学ガラスと組み合わせることで、色収差や他の収差が良好に補正された光学系を設計可能である。
色収差補正の観点からは、本実施形態に係る光学ガラスは、ｄ線に対する屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）が、νｄ＋４０×ｎｄ−９６．４が０以下である関係を満たすことが好ましい。
レンズの軽量化の観点からは、本実施形態に係る光学ガラスは、低い比重を有していることが望ましい。しかしながら、一般的に、比重が大きいほど屈折率が低下する傾向にある。かかる実情を踏まえれば、本実施形態に係る光学ガラスの好適な比重（Ｓｇ）は、２．９を下限、３．６を上限とした、２．９〜３．６の範囲である。
レンズの収差補正の観点からは、本実施形態に係る光学ガラスは、大きな部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）を有することが望ましい。かかる実情を踏まえれば、本実施形態に係る光学ガラスの部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）は、好ましくは０．６以上である。
光学系の可視光透過率の観点からは、本実施形態に係る光学ガラスは、光路長１０ｍｍにおける内部透過率が８０％となる波長（λ８０）が、好ましくは４５０ｎｍ以下であり、より好ましくは４３０ｎｍ以下である。
本実施形態に係る光学ガラスは、高価な原料であるＴａ２Ｏ５等の含有量を低減すること、さらにはこれを含有しないことも可能であるため、原料コストの面でも優れている。
上述した観点から、本実施形態に係る光学ガラスは、例えば、光学機器が備える光学素子として好適に用いることができる。光学装置としては、とりわけ撮像装置や多光子顕微鏡として特に好適である。
＜撮像装置＞
図１に、本実施形態に係る光学ガラスを母材とするレンズ１０３（光学素子）を備えた撮像装置１（光学機器）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り、カメラボディ１０１のレンズマウント（不図示）にレンズ鏡筒１０２が着脱自在に取り付けられる。そして該レンズ鏡筒１０２のレンズ１０３を通した光がカメラボディ１０１の背面側に配置されたマルチチップモジュール１０６のセンサチップ（固体撮像素子）１０４上に結像される。このセンサチップ１０４は、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサー等のベアチップであり、マルチチップモジュール１０６は、例えばセンサチップ１０４がガラス基板１０５上にベアチップ実装されたＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）タイプのモジュールである。
図１に、本実施形態に係る光学ガラスを母材とするレンズ１０３（光学素子）を備えた撮像装置１（光学機器）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り、カメラボディ１０１のレンズマウント（不図示）にレンズ鏡筒１０２が着脱自在に取り付けられる。そして該レンズ鏡筒１０２のレンズ１０３を通した光がカメラボディ１０１の背面側に配置されたマルチチップモジュール１０６のセンサチップ（固体撮像素子）１０４上に結像される。このセンサチップ１０４は、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサー等のベアチップであり、マルチチップモジュール１０６は、例えばセンサチップ１０４がガラス基板１０５上にベアチップ実装されたＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）タイプのモジュールである。
このようなデジタルカメラ等に用いられる光学系には、より高い解像度、軽量化、小型化が求められる。これらを実現するには光学系に高屈折率なガラスを用いることが有効である。特に、高屈折率でありながらより低い比重（Ｓｇ）を有し、高いプレス成形性を有するガラスの需要は高い。かかる観点から、本実施形態に係る光学ガラスは、かかる光学機器の部材として好適である。なお、本実施形態において適用可能な光学機器としては、上述した撮像装置に限らず、例えばプロジェクタ等も挙げられる。光学素子についても、レンズに限らず、例えばプリズム等も挙げられる。
＜多光子顕微鏡＞
図２は、本実施形態に係る多光子顕微鏡２の構成の例を示すブロック図である。多光子顕微鏡２は、光学素子として、対物レンズ２０６、集光レンズ２０８、結像レンズ２１０を備える。以下、多光子顕微鏡２の光学系を中心に説明する。
図２は、本実施形態に係る多光子顕微鏡２の構成の例を示すブロック図である。多光子顕微鏡２は、光学素子として、対物レンズ２０６、集光レンズ２０８、結像レンズ２１０を備える。以下、多光子顕微鏡２の光学系を中心に説明する。
パルスレーザ装置２０１は、例えば、近赤外波長（約１０００ｎｍ）であって、パルス幅がフェムト秒単位の（例えば、１００フェムト秒の）超短パルス光を射出する。パルスレーザ装置２０１から射出された直後の超短パルス光は、一般に所定の方向に偏光された直線偏光となっている。
パルス分割装置２０２は、超短パルス光を分割し、超短パルス光の繰り返し周波数を高くして射出する。
ビーム調整部２０３は、パルス分割装置２０２から入射される超短パルス光のビーム径を、対物レンズ２０６の瞳径に合わせて調整する機能、試料Ｓから発せられる多光子励起光の波長と超短パルス光の波長との軸上の色収差（ピント差）を補正するために超短パルス光の集光及び発散角度を調整する機能、超短パルス光のパルス幅が光学系を通過する間に群速度分散により広がってしまうのを補正するために、逆の群速度分散を超短パルス光に与えるプリチャープ機能（群速度分散補償機能）等を有する。
パルスレーザ装置２０１から射出された超短パルス光は、パルス分割装置２０２によりその繰り返し周波数が大きくされ、ビーム調整部２０３により上記した調整が行われる。そして、ビーム調整部２０３から射出された超短パルス光は、ダイクロイックミラー２０４によりダイクロイックミラー２０５の方向に反射され、ダイクロイックミラー２０５を通過し、対物レンズ２０６により集光されて試料Ｓに照射される。このとき、走査手段（不図示）を用いることにより、超短パルス光を試料Ｓの観察面上に走査させてもよい。
例えば、試料Ｓを蛍光観察する場合には、試料Ｓの超短パルス光の被照射領域及びその近傍では、試料Ｓが染色されている蛍光色素が多光子励起され、赤外波長である超短パルス光より波長が短い蛍光（以下、「観察光」という。）が発せられる。
試料Ｓから対物レンズ２０６の方向に発せられた観察光は、対物レンズ２０６によりコリメートされ、その波長に応じて、ダイクロイックミラー２０５により反射されたり、あるいは、ダイクロイックミラー２０５を透過したりする。
ダイクロイックミラー２０５により反射された観察光は、蛍光検出部２０７に入射する。蛍光検出部２０７は、例えば、バリアフィルタ、ＰＭＴ（ｐｈｏｔｏ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ：光電子増倍管）等により構成され、ダイクロイックミラー２０５により反射された観察光を受光し、その光量に応じた電気信号を出力する。また、蛍光検出部２０７は、超短パルス光が試料Ｓの観察面において走査されるのに合わせて、試料Ｓの観察面にわたる観察光を検出する。
一方、ダイクロイックミラー２０５を透過した観察光は、走査手段（不図示）によりデスキャンされ、ダイクロイックミラー２０４を透過し、集光レンズ２０８により集光され、対物レンズ２０６の焦点位置とほぼ共役な位置に設けられているピンホール２０９を通過し、結像レンズ２１０を透過して、蛍光検出部２１１に入射する。
蛍光検出部２１１は、例えば、バリアフィルタ、ＰＭＴ等により構成され、結像レンズ２１０により蛍光検出部２１１の受光面において結像した観察光を受光し、その光量に応じた電気信号を出力する。また、蛍光検出部２１１は、超短パルス光が試料Ｓの観察面において走査されるのに合わせて、試料Ｓの観察面にわたる観察光を検出する。
なお、ダイクロイックミラー２０５を光路から外すことにより、試料Ｓから対物レンズ２０６の方向に発せられた全ての観察光を蛍光検出部２１１で検出するようにしてもよい。
また、試料Ｓから対物レンズ２０６と逆の方向に発せられた観察光は、ダイクロイックミラー２１２により反射され、蛍光検出部２１３に入射する。蛍光検出部１１３は、例えば、バリアフィルタ、ＰＭＴ等により構成され、ダイクロイックミラー２１２により反射された観察光を受光し、その光量に応じた電気信号を出力する。また、蛍光検出部２１３は、超短パルス光が試料Ｓの観察面において走査されるのに合わせて、試料Ｓの観察面にわたる観察光を検出する。
蛍光検出部２０７、２１１、２１３からそれぞれ出力された電気信号は、例えば、コンピュータ（不図示）に入力され、そのコンピュータは、入力された電気信号に基づいて、観察画像を生成し、生成した観察画像を表示したり、観察画像のデータを記憶したりすることができる。
次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。各表は、本実施例において作製した光学ガラスについて、各成分の酸化物基準の質量％による組成と各物性の評価結果を示す。なお、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜光学ガラスの作製＞
各実施例及び比較例に係る光学ガラスは、以下の手順で作製した。まず、各表に記載の組成（質量％）となるよう、酸化物、水酸化物、リン酸化合物（リン酸塩、正リン酸等）、炭酸塩、及び硝酸塩等から選ばれるガラス原料を秤量した。次に、秤量した原料を混合して白金ルツボに投入し、１１００〜１３００℃の温度で溶融させて攪拌均一化した。泡切れを行った後、適当な温度に下げてから金型に鋳込んで徐冷し、成形することで各サンプルを得た。
各実施例及び比較例に係る光学ガラスは、以下の手順で作製した。まず、各表に記載の組成（質量％）となるよう、酸化物、水酸化物、リン酸化合物（リン酸塩、正リン酸等）、炭酸塩、及び硝酸塩等から選ばれるガラス原料を秤量した。次に、秤量した原料を混合して白金ルツボに投入し、１１００〜１３００℃の温度で溶融させて攪拌均一化した。泡切れを行った後、適当な温度に下げてから金型に鋳込んで徐冷し、成形することで各サンプルを得た。
１．屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）
各サンプルの屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は、屈折率測定器（株式会社島津デバイス製造製：ＫＰＲ−２０００）を用いて測定及び算出した。ｎｄは、５８７．５６２ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示す。νｄは、以下の式（１）より求めた。ｎＣ、ｎＦ、はそれぞれ波長６５６．２７３ｎｍ、４８６．１３３ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示す。
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）・・・（１）
各サンプルの屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は、屈折率測定器（株式会社島津デバイス製造製：ＫＰＲ−２０００）を用いて測定及び算出した。ｎｄは、５８７．５６２ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示す。νｄは、以下の式（１）より求めた。ｎＣ、ｎＦ、はそれぞれ波長６５６．２７３ｎｍ、４８６．１３３ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示す。
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）・・・（１）
２．部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）
各サンプルの部分分散比（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）より求めた。ｎｇは、波長４３５．８３５ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示す。部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）の値は、小数点以下第４位までとした。
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）・・・（２）
各サンプルの部分分散比（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）より求めた。ｎｇは、波長４３５．８３５ｎｍの光に対するガラスの屈折率を示す。部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）の値は、小数点以下第４位までとした。
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）・・・（２）
３．内部透過率が８０％となる波長（λ８０）
１２ｍｍ厚と２ｍｍ厚の光学研磨された互いに平行な光学ガラス試料を用意し、厚み方向と平行に光が入射した際の波長２００〜７００ｎｍの範囲における内部透過率を測定した。そして、光路長１０ｍｍにおける内部透過率が８０％となる波長をλ８０とした。
１２ｍｍ厚と２ｍｍ厚の光学研磨された互いに平行な光学ガラス試料を用意し、厚み方向と平行に光が入射した際の波長２００〜７００ｎｍの範囲における内部透過率を測定した。そして、光路長１０ｍｍにおける内部透過率が８０％となる波長をλ８０とした。
４．比重（Ｓｇ）
各サンプルの比重（Ｓｇ）は、４℃における同体積の純水に対する質量比から求めた。
各サンプルの比重（Ｓｇ）は、４℃における同体積の純水に対する質量比から求めた。
以上より、本実施例の光学ガラスは、高分散でありながら低い比重を有していることが確認された。また、本実施例の光学ガラスは、着色が抑制され、透過性にも優れていることが確認された。
１・・・撮像装置、１０１・・・カメラボディ、１０２・・・レンズ鏡筒、１０３・・・レンズ、１０４・・・センサチップ、１０５・・・ガラス基板、１０６・・・マルチチップモジュール、２・・・多光子顕微鏡、２０１・・・パルスレーザ装置、２０２・・・パルス分割装置、２０３・・・ビーム調整部、２０４，２０５，２１２・・・ダイクロイックミラー、２０６・・・対物レンズ、２０７，２１１，２１３・・・蛍光検出部、２０８・・・集光レンズ、２０９・・・ピンホール、２１０・・・結像レンズ、Ｓ・・・試料
Claims (18)
- 質量％で、
ＳｉＯ２ の含有率：０％以上４％以下、
Ｐ２Ｏ５ の含有率：１０％以上４０％以下、
Ｂ２Ｏ３ の含有率：４％以上３０％以下、
Ｎａ２Ｏの含有率：１％以上１１％以下、
Ｋ２Ｏの含有率：５％以上２０％以下、
ＴｉＯ２ の含有率：０．１５％以上２０％以下、
ＺｒＯ２ の含有率：０％以上２％以下、
ＺｎＯの含有率：０％以上１０％以下、
Ｎｂ２Ｏ５ の含有率：２０％以上７０％以下であり、かつ、
Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ）：２５％より多く４１％以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＢ ２ Ｏ ３ の含有率の比（Ｂ ２ Ｏ ３ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．１５以上１．２３未満、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＴｉＯ ２ の含有率の比（ＴｉＯ ２ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．０１以上１．３未満、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＮｂ ２ Ｏ ５ の含有率の比（Ｎｂ ２ Ｏ ５ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．７以上２．８以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＮａ ２ ＯとＫ ２ Ｏの総含有率の比（（Ｎａ ２ Ｏ＋Ｋ ２ Ｏ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．４２以上０．８以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＴｉＯ ２ とＮｂ ２ Ｏ ５ の総含有率の比（（ＴｉＯ ２ ＋Ｎｂ ２ Ｏ ５ ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．９以上１．４３以下、
である光学ガラス。 - 質量％で、
ＳｉＯ ２ の含有率：０％以上４％以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率：１０％以上４０％以下、
Ｂ ２ Ｏ ３ の含有率：４％以上３０％以下、
Ｎａ ２ Ｏの含有率：１％以上１１％以下、
Ｋ ２ Ｏの含有率：５％以上２０％以下、
ＴｉＯ ２ の含有率：０％以上２０％以下、
ＺｒＯ ２ の含有率：０％以上２％以下、
ＺｎＯの含有率：０％以上１０％以下、
Ｎｂ ２ Ｏ ５ の含有率：２０％以上７０％以下であり、かつ、
Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ）：２５％より多く４１％以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＢ ２ Ｏ ３ の含有率の比（Ｂ ２ Ｏ ３ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．１５以上１．２３未満、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＴｉＯ ２ の含有率の比（ＴｉＯ ２ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０以上１．３未満、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＮｂ ２ Ｏ ５ の含有率の比（Ｎｂ ２ Ｏ ５ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．７以上２．８以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＮａ ２ ＯとＫ ２ Ｏの総含有率の比（（Ｎａ ２ Ｏ＋Ｋ ２ Ｏ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．４４以上０．８以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＴｉＯ ２ とＮｂ ２ Ｏ ５ の総含有率の比（（ＴｉＯ ２ ＋Ｎｂ ２ Ｏ ５ ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．９以上１．４３以下、
である光学ガラス。 - 質量％で、
ＢａＯの含有率：０％以上２０％以下
である、請求項１または２に記載の光学ガラス。 - 質量％で、
ＳｉＯ ２ の含有率：０％以上４％以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率：１０％以上４０％以下、
Ｂ ２ Ｏ ３ の含有率：４％以上３０％以下、
Ｎａ ２ Ｏの含有率：１％以上１１％以下、
Ｋ ２ Ｏの含有率：５％以上２０％以下、
ＴｉＯ ２ の含有率：０％以上２０％以下、
ＺｒＯ ２ の含有率：０％以上２％以下、
ＺｎＯの含有率：０％以上１０％以下、
ＢａＯの含有率：１．７６％以上２０％以下、
Ｎｂ ２ Ｏ ５ の含有率：２０％以上７０％以下であり、かつ、
Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ）：２５％より多く４１％以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＢ ２ Ｏ ３ の含有率の比（Ｂ ２ Ｏ ３ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．１５以上１．２３未満、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＴｉＯ ２ の含有率の比（ＴｉＯ ２ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０以上１．３未満、
Ｐ ２ Ｏ ５ の含有率に対するＮｂ ２ Ｏ ５ の含有率の比（Ｎｂ ２ Ｏ ５ ／Ｐ ２ Ｏ ５ ）：０．７以上２．８以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＮａ ２ ＯとＫ ２ Ｏの総含有率の比（（Ｎａ ２ Ｏ＋Ｋ ２ Ｏ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．４２以上０．８以下、
Ｐ ２ Ｏ ５ とＢ ２ Ｏ ３ の総含有率に対するＴｉＯ ２ とＮｂ ２ Ｏ ５ の総含有率の比（（ＴｉＯ ２ ＋Ｎｂ ２ Ｏ ５ ）／（Ｐ ２ Ｏ ５ ＋Ｂ ２ Ｏ ３ ））：０．９以上１．４３以下、
である光学ガラス。 - 質量％で、
Ａｌ２Ｏ３ の含有率：０％以上１０％以下
である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - 質量％で、
Ｓｂ２Ｏ３ の含有率：０％以上１％以下
である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - Ｔａを実質的に含まない、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- ｄ線に対する屈折率（ｎｄ）が１．７０〜１．７８の範囲である請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- アッベ数（νｄ）が２０〜３０の範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- ｄ線に対する屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）は、νｄ＋４０×ｎｄ−９６．４が０以下である関係を満たす、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 比重（Ｓｇ）が２．９〜３．６である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）が０．６以上であること、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 光路長１０ｍｍあたりの内部透過率が８０％となる波長（λ８０）が、４５０ｎｍ以下である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学ガラスを用いた、光学素子。
- 請求項１４に記載の光学素子を含む、光学系。
- 請求項１５に記載の光学系を含む、レンズ鏡筒。
- 請求項１５に記載の光学系を含む、対物レンズ。
- 請求項１５に記載の光学系を含む、光学装置。
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