JP7325253B2 - 光学ガラス、光学素子、光学系、交換レンズ及び光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学ガラス、光学素子、光学系、交換レンズ及び光学装置に関する。

撮像機器等に使用可能な光学ガラスとして、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、０．６２以上０．６９以下の部分分散比（θ_ｇ，Ｆ）を有し、１５以上２７以下のアッベ数を有する光学ガラスが開示されている。

特開２０１１－１４４０６４号公報

本発明に係る第一の態様は、質量％で、Ｐ_２Ｏ_５含有率：２５％以上４０％以下、ＢａＯ含有率：２７％以上４７％以下、Ａｌ_２Ｏ_３含有率：０％より大きく８％以下、ＣａＯ含有率：０％より大きく２０％以下、Ｌｉ_２Ｏ含有率：０％以上１％以下であり、Ｌａ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３とＬｕ_２Ｏ_３の総含有率（Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌｕ_２Ｏ_３）：０％以上５％以下、ＴｉＯ_２とＮｂ_２Ｏ_５の総含有率（ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５）：４．２８％以上１０％以下、Ｌｉ _２ ＯとＮａ _２ ＯとＫ _２ Ｏの総含有率（Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ）：０％以上５％以下である、光学ガラスである。また、質量％で、Ｐ_２Ｏ_５含有率：２５％以上４０％以下、ＢａＯ含有率：２７％以上４２．５１％以下、Ａｌ_２Ｏ_３含有率：０％より大きく８％以下、ＣａＯ含有率：０％より大きく２０％以下であり、Ｌａ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３とＬｕ_２Ｏ_３の総含有率（Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌｕ_２Ｏ_３）：０％以上５％以下、ＴｉＯ_２とＮｂ_２Ｏ_５の総含有率（ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５）：４．２８％以上１０％以下、Ｌｉ _２ ＯとＮａ _２ ＯとＫ _２ Ｏの総含有率（Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ）：０％以上５％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、上述した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、上述した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、上述した光学系を備える交換レンズである。

本発明に係る第五の態様は、上述した光学系を備える光学装置である。

図１は、本実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子を備える撮像装置の斜視図である。 図２は、本実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子を備える撮像装置の他の例の正面図である。 図３は、図２の撮像装置の背面図である。 図４は、本実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子を備える多光子顕微鏡の構成の例を示すブロック図である。 図５は、各実施例の光学恒数値をプロットしたグラフである。

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。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、複合塩等が熔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、Ｐ_２Ｏ_５成分：２５～４０％、ＢａＯ成分：２７～４７％、Ａｌ_２Ｏ_３成分：０超～８％、ＣａＯ成分：０超～２０％、Ｌｉ_２Ｏ成分：０～１％であり、Ｌａ_２Ｏ_３成分とＹ_２Ｏ_３成分とＧｄ_２Ｏ_３成分とＬｕ_２Ｏ_３成分の総量（Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌｕ_２Ｏ_３）：０～５％である、光学ガラスである。

従来、Ｐ_２Ｏ_５等をガラス構成成分とした上で、ＴｉＯ_２やＮｂ_２Ｏ_５等の含有比率を高くすることによって、屈折率（ｎ_ｄ）や部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）等を大きくしようとする手法等が試みられている。しかしながら、ＴｉＯ_２やＮｂ_２Ｏ_５等の含有比率が高くなると、アッベ数（ν_ｄ）が低下してしまう傾向にあり、屈折率（ｎ_ｄ）や部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）との両立が困難である。このように、従来の手法では、これらの光学恒数がトレードオフの関係に陥りやすいため、光学素子等の光学部品の用途に応じた性能要求に十分に対応できないといった問題があった。

こういった問題に関して、本実施形態に係る光学ガラスは、光学素子等の光学部品の多種多様な性能要求に応えることができる程度に、アッベ数（ν_ｄ）、屈折率（ｎ_ｄ）、Ｐ_ｇ，Ｆ、ΔＰ_ｇ，Ｆ等の光学恒数をバランスよく調整することができる。例えば、高屈折率、大きい部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）を有しながら、アッベ数（ν_ｄ）も大きく、ΔＰ_ｇ，Ｆが正である光学ガラスを実現することが可能である。即ち、本実施形態に係る光学ガラスは、各種光学部品の性能要求に応じて、こういった光学恒数を柔軟に調整することができる。その結果、光学部品の用途に応じた材料選択の幅が広がるものである。例えば、本実施形態に係る光学ガラスは、凸レンズ等に適した異常分散性を有しながら、かつ、アッベ数（ν_ｄ）を一定の大きさに維持することができ、かかる光学ガラスは凸レンズ等の光学素子に好適に使用できるであろう。

まず、本実施形態に係る光学ガラスの各成分を説明する。

Ｐ_２Ｏ_５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。Ｐ_２Ｏ_５の含有量が少なすぎると、失透が生じやすくなる傾向にある。また、Ｐ_２Ｏ_５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、Ｐ_２Ｏ_５の含有量は、２５％以上４０％以下である。この含有量の下限は、好ましくは２６％であり、より好ましくは２７％である。この含有量の上限は、好ましくは３７％であり、より好ましくは３３％である。Ｐ_２Ｏ_５の含有量をかかる範囲とすることで、耐失透性を向上させ、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。

ＢａＯは、屈折率を上昇させ、低分散化する（アッベ数（ν_ｄ）を大きくする）成分である。ＢａＯの含有量が少なすぎると屈折率が低下する傾向にある。また、ＢａＯの含有量が多すぎると失透が生じやすくなる傾向にある。このような観点から、ＢａＯの含有量は、２７％以上４７％以下である。この含有量の下限は、好ましくは２７．５％であり、より好ましくは２８％である。この含有量の上限は、好ましくは４６％であり、より好ましくは４４％である。

Ａｌ_２Ｏ_３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。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると化学的耐久性が低下する傾向にある。また、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると失透が生じやすくなる傾向にある。このような観点から、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、０％超８％以下である。この含有量の下限は、好ましくは２％であり、より好ましくは２．５％であり、更に好ましくは３％である。この含有量の上限は、好ましくは８％であり、より好ましくは７％であり、更に好ましくは６％である。

ＣａＯは、屈折率を上昇させ、低分散化する（アッベ数を大きくする）成分である。ＣａＯの含有量が少なすぎると屈折率が低下する傾向にある。また、ＣａＯの含有量が多すぎると失透が生じやすくなる傾向にある。このような観点から、ＣａＯの含有量は、０％超２０％以下である。この含有量の下限は、好ましくは１％であり、より好ましくは２％であり、更に好ましくは３％である。この含有量の上限は、好ましくは１８％であり、より好ましくは１７％であり、更に好ましくは１６％である。

Ｌｉ_２Ｏは熔融性を向上させる成分である。耐失透性を悪化させない観点から、Ｌｉ_２Ｏの含有量は、０％以上１％以下である。この含有量の下限は、０％超であってもよい。この含有量の上限は、好ましくは１％未満であり、より好ましくは０．５％であり、更に好ましくは実質的に含有しないことである。

なお、本明細書中において「実質的に含有しない」とは、当該成分が、不純物として不可避的に含有される濃度を超えて、ガラス組成物の特性に影響する構成成分として含有されないことを意味する。例えば、製造過程における１００ｐｐｍ以下程度のコンタミネーションについては、実質的に含有されていないものとする。

そして、本実施形態の光学ガラスでは、Ｌａ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３とＬｕ_２Ｏ_３の総量（Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌｕ_２Ｏ_３）は、０～５％である。そして、この総量の下限は、好ましくは０．５％であり、より好ましくは１％であり、この総量の上限は、好ましくは４％である。この総量をかかる範囲とすることで、耐失透性を高め、屈折率を高くすることができる。

さらに、本実施形態に係る光学ガラスは、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＳｒＯ、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＷＯ_３及びＳｂ_２Ｏ_３からなる群より選ばれる一種以上を更に含んでもよい。

ＳｉＯ_２は、恒数調整に有効な成分であり、耐失透性を一層向上させる観点から、ＳｉＯ_２は、０％以上３％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．１％である。この含有量の上限は、より好ましくは２％であり、更に好ましくは１％である。

Ｂ_２Ｏ_３は、耐失透性を向上させる成分である。屈折率を低下させない観点から、Ｂ_２Ｏ_３は、０％以上１４％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは３％である。この含有量の上限は、より好ましくは１３％であり、更に好ましくは９％である。

Ｎａ_２Ｏは熔融性を向上させる成分である。耐失透性を悪化させない観点から、Ｎａ_２Ｏは、０％以上５％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．５％である。この含有量の上限は、より好ましくは４％である。

Ｋ_２Ｏは、熔融性を向上させる成分である。耐失透性を維持する観点から、Ｋ_２Ｏは、０％以上７％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．５％である。この含有量の上限は、より好ましくは６％であり、更に好ましくは４％である。

ＺｎＯは、高屈折率化に有効な成分であり、ガラス転移温度を低下させる成分である。そして、耐失透性を一層向上させる観点から、ＺｎＯは、０％以上１５％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．５％である。この含有量の上限は、より好ましくは１４％であり、更に好ましくは７％である。

ＴｉＯ_２は、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）を増大させる成分である。そして、アッベ数（ν_ｄ）を低下させない観点から、ＴｉＯ_２は、０％以上７％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．５％である。この含有量の上限は、より好ましくは５％であり、更に好ましくは３％である。

Ｎｂ_２Ｏ_５は、高屈折率化に有効な成分であり、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）を増大させる成分である。アッベ数（ν_ｄ）を低下させない観点から、Ｎｂ_２Ｏ_５は、０％以上１０％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．５％である。この含有量の上限は、より好ましくは９％であり、更に好ましくは８％である。

ＭｇＯは、高屈折率化に有効な成分であり、耐失透性を一層向上させる観点から、ＭｇＯは、０％以上８％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．５％である。この含有量の上限は、より好ましくは７％であり、更に好ましくは４％である。

ＳｒＯは、高屈折率化に有効な成分であり、耐失透性を一層向上させる観点から、ＳｒＯは、０％以上５％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．５％である。この含有量の上限は、より好ましくは４％であり、更に好ましくは２％である。

Ｙ_２Ｏ_３は、高屈折率化に有効な成分であり、耐失透性を一層向上させる観点から、Ｙ_２Ｏ_３は、０％以上５％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．１％である。この含有量の上限は、より好ましくは３％であり、更に好ましくは２％である。

Ｌａ_２Ｏ_３は、高屈折率化に有効な成分であり、耐失透性を一層向上させる観点から、Ｌａ_２Ｏ_３は、０％以上４％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．５％である。この含有量の上限は、より好ましくは３％であり、更に好ましくは２．５％である。

ＷＯ_３は、高屈折率化に有効な成分であるが、高価な原料であるため、ＷＯ_３は、０％以上３％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．１％である。この含有量の上限は、より好ましくは２％であり、更に好ましくは１．５％である。

Ｓｂ_２Ｏ_３は、脱泡剤として有効であるが、一定量以上含有するとガラスの透過率性能を悪化させてしまう。ガラスの透過率性能を向上させるため、Ｓｂ_２Ｏ_３は、０％以上０．４％以下であることが好ましい。そして、この含有量の下限は、より好ましくは０％超であり、更に好ましくは０．０３％である。この含有量の上限は、より好ましくは０．２５％であり、更に好ましくは０．２％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Ｔａ_２Ｏ_５の含有量を低減すること、更にはこれらを実質的に含有しないことも可能であるため、原料コスト面でも優れている。

これらの成分についての好適な組み合わせとしては、ＳｉＯ_２成分：０～３％、Ｂ_２Ｏ_３成分：０～１４％、Ｎａ_２Ｏ成分：０～５％、Ｋ_２Ｏ成分：０～７％、ＺｎＯ成分：０～１５％、ＴｉＯ_２成分：０～７％、Ｎｂ_２Ｏ_５成分：０～１０％、ＭｇＯ成分：０～８％、ＳｒＯ成分：０～５％、Ｙ_２Ｏ_３成分：０～５％、Ｌａ_２Ｏ_３成分：０～４％、ＷＯ_３成分：０～３％、Ｓｂ_２Ｏ_３成分：０～０．４％である。

加えて、各成分の組み合わせや割合については、以下の好適例が更に挙げられる。

ＴｉＯ_２とＮｂ_２Ｏ_５の総量（ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５）は、好ましくは３～１０％である。そして、この総量の下限は、より好ましくは３．５％であり、更に好ましくは４％であり、この総量の上限は、より好ましくは９％であり、更に好ましくは８％である。この総量をかかる範囲とすることで、耐失透性を高め、屈折率を高くすることができる。

ＣａＯに対するＢａＯの比（ＢａＯ／ＣａＯ）は、好ましくは０．５～１７である。そして、この比の下限は、より好ましくは１．０であり、更に好ましくは１．５であり、この比の上限は、より好ましくは１４であり、更に好ましくは１１である。この比をかかる範囲とすることで、耐失透性を高め、屈折率を高くすることができる。

Ｐ_２Ｏ_５に対するＣａＯの比（ＣａＯ／Ｐ_２Ｏ_５）は、好ましくは０．０５～０．７である。そして、この比の下限は、より好ましくは０．０７であり、更に好ましくは０．０９であり、この比の上限は、より好ましくは０．６５であり、更に好ましくは０．６である。この比をかかる範囲とすることで、耐失透性を高め、屈折率を高くすることができる。

Ｌｉ_２ＯとＮａ_２ＯとＫ_２Ｏの総量（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）は、好ましくは０～５％である。そして、この総量の下限は、より好ましくは０．５％であり、更に好ましくは１％であり、この総量の上限は、より好ましくは４％であり、更に好ましくは３％である。

なお、その他必要に応じて清澄、着色、消色や光学恒数の微調整等の目的で、公知の清澄剤、着色剤、脱泡剤、フッ素化合物等の成分をガラス組成に適量添加することができる。また、上述した成分に限らず、本実施形態に係る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。好適例の一つとしては、上述した各原料に対応する酸化物、水酸化物、リン酸化合物（リン酸塩、正リン酸等）、炭酸塩、硝酸塩及び硫酸塩等から選ばれる１種をガラス原料として選択し、これを混合し、１１００～１４００℃の温度で熔融させて攪拌均一化する工程を行い、その後、冷却して、成形する工程を含む方法が挙げられる。

より具体的には、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、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℃にて熔融し、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、所望の光学ガラスや光学素子を得ることができる。このような観点から、上述した温度の上限は、より好ましくは１３５０℃であり、更に好ましくは１３００℃であり、より更に好ましくは１２５０℃である。

そして、本実施形態に係る光学ガラスの組成は、融解しやすいため、攪拌均一化が容易であり、生産効率に優れる。すなわち、光学ガラスの原料５０ｇを１３００～１３５０℃の温度で加熱したときの、当該原料が融解するまでの時間が、好ましくは１５分未満であり、より好ましくは１３分以下であり、更に好ましくは１０分以下である。ここでいう「融解するまでの時間」とは、光学ガラスの構成に必要な原料に対する加熱保持を開始した時点から、これらの原料が融解し、目視で液面付近に確認できなくなるまでの時間をいう。

１３００～１３５０℃の温度範囲において、上述したような短時間でガラス原料が融解するため、残存するガラス原料がガラス中へ混入することを抑制できる。また、残存するガラス原料を無理に融解させようとして、高温での加熱や長時間の加熱保持を行うと、ガラスの生産効率の低下や透過率悪化の原因となり得るが、本実施形態によればかかる不具合も発生しない。

また、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、本実施形態に係る光学ガラスの諸物性値について説明する。

本実施形態に係る光学ガラスは、大きい部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）を実現可能であるから、レンズの収差補正に特に有効である。かかる観点から、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）は、０．５４以上であることが好ましい。そして、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）の下限は、より好ましくは０．５５である。また、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）の上限は、好ましくは０．５８であり、より好ましくは０．５７である。

そして、本実施形態に係る光学ガラスは、異常分散性を示す値（ΔＰ_ｇ，Ｆ）が、０超０．０１４０以下であることが好ましい。この異常分散性を示す値（ΔＰ_ｇ，Ｆ）の上限は、より好ましくは０．０１３５であり、更に好ましくは０．０１３０である。そして、異常分散性を示す値（ΔＰ_ｇ，Ｆ）の下限は、より好ましくは０．００１０であり、更に好ましくは０．００２０である。ΔＰ_ｇ，Ｆは、異常分散性の指標であり、後述する実施例に記載の方法に準拠して求めることができる。

また、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（ｎ_ｄ）が大きい）ことが望ましい。しかしながら、一般的に屈折率が高いほど耐失透性が低下する傾向になる。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（ｎ_ｄ）は、１．６２～１．６８の範囲であることが好ましい。そして、屈折率（ｎ_ｄ）の下限は、より好ましくは１．６４であり、屈折率（ｎ_ｄ）の上限は、より好ましくは１．６７である。本実施形態に係る光学ガラスは、このような高い屈折率を実現することができる。さらには、この程度に高い屈折率であっても、優れた耐失透性を維持できる。

さらに、本実施形態に係る光学ガラスのアッベ数（ν_ｄ）は、５０～５７の範囲であることが好ましい。そして、アッベ数（ν_ｄ）の下限は、より好ましくは５１であり、更に好ましくは５２であり、アッベ数（ν_ｄ）の上限は、より好ましくは５６であり、更に好ましくは５５である。

そして、本実施形態に係る光学ガラスについて、屈折率（ｎ_ｄ）とアッベ数（ν_ｄ）の好ましい組み合わせは、屈折率（ｎ_ｄ）が、１．６２～１．６８の範囲であり、かつ、アッベ数（ν_ｄ）が、５０～５７の範囲である。かかる性質を有する光学ガラスは、例えば、他の光学ガラスと組み合わせ、凸レンズ群中の凸レンズとして使用することで、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。

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、比重が低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は、３．９以下であることが好ましい。そして、この下限は、好ましくは３．５である。

このように、本実施形態に係る光学ガラスは、高屈折率、低分散でありながら、従来ではなし得なかった程度の低比重を実現できるものである。さらに、本実施形態に係る光学ガラスは低コストにも寄与する。ここでいう低コストは、原料費が高い材料を使用しなくても優れた物性を発現できることや、低比重の光学ガラスを使用することで各種製品の製造費を低減できること等から達成される。

本実施形態に係る光学ガラスは、原料コストが安価であり、低分散（アッベ数（ν_ｄ）が大きいこと）である。さらに、本実施形態に係る光学ガラスは、ΔＰ_ｇ，ＦやＰ_ｇ，Ｆを所定の大きさに制御しつつ、低分散を維持することもできる。またさらに、低比重とすること等もできる。本実施形態に係る光学ガラスは、こういった特性を発現可能であるから、カメラや顕微鏡等の光学装置の備えるレンズ等の光学素子として好適である。このような光学素子には、ミラー、レンズ、プリズム、フィルタ等が含まれる。これら光学素子を含む光学系としては、例えば、対物レンズ、集光レンズ、結像レンズ、カメラ用交換レンズ等が挙げられ、特に凸レンズ等に好適に使用できる。そして、これらは、レンズ交換式カメラ、レンズ非交換式カメラ等の撮像装置、多光子顕微鏡等の顕微鏡に用いることができる。なお、光学装置としては、上述した撮像装置や顕微鏡に限られず、ビデオカメラ、テレコンバーター、望遠鏡、双眼鏡、単眼鏡、レーザー距離計、プロジェクタ等も含まれる。以下にこれらの一例を説明する。

＜撮像装置＞
図１は、本実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子を備える撮像装置の斜視図である。

撮像装置１はいわゆるデジタル一眼レフカメラ（レンズ交換式カメラ）であり、撮影レンズ１０３（光学系）は本実施形態に係る光学ガラスを母材とする光学素子を備えたものである。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、当該レンズ鏡筒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２は、本実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子を備える撮像装置の他の例の正面図であり、図３は、図２の撮像装置の背面図である。

この撮像装置ＣＡＭはいわゆるデジタルスチルカメラ（レンズ非交換式カメラ）であり、撮影レンズＷＬ（光学系）は本実施形態に係る光学ガラスを母材とする光学素子を備えたものである。

撮像装置ＣＡＭは、不図示の電源ボタンを押すと、撮影レンズＷＬのシャッタ（不図示）が開放されて、撮影レンズＷＬで被写体（物体）からの光が集光され、像面に配置された撮像素子に結像される。撮像素子に結像された被写体像は、撮像装置ＣＡＭの背後に配置された液晶モニタＬＭに表示される。撮影者は、液晶モニタＬＭを見ながら被写体像の構図を決めた後、レリーズボタンＢ１を押し下げて被写体像を撮像素子で撮像し、メモリ（不図示）に記録保存する。

撮像装置ＣＡＭには、被写体が暗い場合に補助光を発光する補助光発光部ＥＦ、撮像装置ＣＡＭの種々の条件設定等に使用するファンクションボタンＢ２等が配置されている。

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（Ｓ_ｇ）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４は、本実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子を備える多光子顕微鏡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、対物レンズ２０６、集光レンズ２０８、結像レンズ２１０を備える。対物レンズ２０６、集光レンズ２０８、結像レンズ２１０のうち少なくとも１つは、本実施形態に係る光学ガラスを母材とする光学素子を備えたものである。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により上述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２１３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、以下の実施例及び比較例の説明をするが、本発明は以下の実施例により何ら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、硝酸塩及び硫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坩堝に投入し、１３００～１４００℃の温度で７０分程度熔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（ｎ_ｄ）とアッベ数（ν_ｄ）
各サンプルの屈折率（ｎ_ｄ）及びアッベ数（ν_ｄ）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。ｎ_ｄは、ｄ線（波長５８７．５６２ｎｍ）の光に対するガラスの屈折率を示す。ν_ｄは、以下の式（１）より求めた。ｎ_Ｃ、ｎ_Ｆは、それぞれＣ線（波長６５６．２７３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１３３ｎｍ）に対するガラスの屈折率を示す。

ν_ｄ＝（ｎ_ｄ－１）／（ｎ_Ｆ－ｎ_Ｃ）・・・（１）

２．部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）
各サンプルの部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）は、主分散（ｎ_Ｆ－ｎ_Ｃ）に対する部分分散（ｎ_ｇ－ｎ_Ｆ）の比を示し、以下の式（２）より求めた。ｎ_ｇは、ｇ線（波長４３５．８３５ｎｍ）に対するガラスの屈折率を示す。

Ｐ_ｇ，Ｆ＝（ｎ_ｇ－ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ－ｎ_Ｃ）・・・（２）

３．異常分散性を示す値（ΔＰ_ｇ，Ｆ）
各サンプルの異常分散性を示す値（ΔＰ_ｇ，Ｆ）を以下に示す方法に準拠して求めた。

（１）基準線の作成
まず、正常部分分散ガラスとして、以下に示すアッベ数（ν_ｄ）と部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）を有する２つのガラス「Ｆ２」及び「Ｋ７」を基準材として用いた。そして、各ガラスについて、横軸にアッベ数（ν_ｄ）をとり、縦軸に部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）をとり、２つの基準材に対応する２点を結ぶ直線を基準線とした。

ガラス「Ｆ２」の特性：ν_ｄ＝３６．３３、Ｐ_ｇ，Ｆ＝０．５８３４
ガラス「Ｋ７」の特性：ν_ｄ＝６０．４７、Ｐ_ｇ，Ｆ＝０．５４２９

（２）ΔＰ_ｇ，Ｆの算出
次に、横軸をアッベ数（ν_ｄ）、縦軸を部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）としたグラフ上に各実施例の光学ガラスに対応する値をプロットし（図５参照）、上述した硝種のアッベ数（ν_ｄ）に対応する基準線上の点と、その縦軸の値（Ｐ_ｇ，Ｆ）との差分を、異常分散性を示す値（ΔＰ_ｇ，Ｆ）として算出した。なお、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）が基準線の上側にある場合、ΔＰ_ｇ，Ｆは正の値を有し、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）が基準線の下側にある場合、ΔＰ_ｇ，Ｆは負の値を有する。

４．ガラス原料の融解時間
ガラス原料の融解時間は、ガラス原料５０ｇをよく混合した上で白金坩堝に入れ、１３００～１４００℃の温度で加熱保持を開始したときから、ガラス原料が融解するまでの時間を意味する。本実施例においては、白金坩堝中のガラス液面に目視でガラス原料の溶け残りが確認できなくなったことにより、ガラス原料が融解したと判断した。

５．比重（Ｓ_ｇ）
各サンプルの比重（Ｓ_ｇ）は４℃における同体積の純水に対する質量比から求めた。

各表に、各実施例及び各比較例の組成及びその物性値をそれぞれ示す。なお、特に断りがない限り、各成分の含有量は質量％基準である。

図５は、各実施例の光学恒数値をプロットしたグラフである。

本実施例の光学ガラスは、高屈折率かつ低分散でありながら、ΔＰ_ｇ,Ｆ及びＰ_ｇ，Ｆが大きいことが確認された。また、ガラス作製時におけるガラス原料の融解時間が短いため、生産効率に優れることが確認された。さらに、本実施例の光学ガラスの比重は、３．９以下であり、低比重であることも確認された。すなわち、本実施例の光学ガラスは光学系の軽量化にも寄与できる。なお、比較例１～３は失透のため各種物性値の測定が不可能であった。

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、ＣＡＭ…撮像装置、ＷＬ…撮影レンズ、ＥＦ…補助光発光部、ＬＭ…液晶モニタ、Ｂ１…レリーズボタン、Ｂ２…ファンクションボタン

Claims (23)

1. 質量％で、
   Ｐ_２Ｏ_５含有率：２５％以上４０％以下、
   ＢａＯ含有率：２７％以上４７％以下、
   Ａｌ_２Ｏ_３含有率：０％より大きく８％以下、
   ＣａＯ含有率：０％より大きく２０％以下、
   Ｌｉ_２Ｏ含有率：０％以上１％以下であり、
   Ｌａ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３とＬｕ_２Ｏ_３の総含有率（Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌｕ_２Ｏ_３）：０％以上５％以下、
   ＴｉＯ_２とＮｂ_２Ｏ_５の総含有率（ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５）：４．２８％以上１０％以下、
   Ｌｉ _２ ＯとＮａ _２ ＯとＫ _２ Ｏの総含有率（Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ）：０％以上５％以下である、
   光学ガラス。
2. 質量％で、
   Ｐ_２Ｏ_５含有率：２５％以上４０％以下、
   ＢａＯ含有率：２７％以上４２．５１％以下、
   Ａｌ_２Ｏ_３含有率：０％より大きく８％以下、
   ＣａＯ含有率：０％より大きく２０％以下であり、
   Ｌａ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３とＬｕ_２Ｏ_３の総含有率（Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌｕ_２Ｏ_３）：０％以上５％以下、
   ＴｉＯ_２とＮｂ_２Ｏ_５の総含有率（ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５）：４．２８％以上１０％以下、
   Ｌｉ _２ ＯとＮａ _２ ＯとＫ _２ Ｏの総含有率（Ｌｉ _２ Ｏ＋Ｎａ _２ Ｏ＋Ｋ _２ Ｏ）：０％以上５％以下である、
   光学ガラス。
3. 質量％で、
   ＳｉＯ_２含有率：０％以上３％以下、
   Ｂ_２Ｏ_３含有率：０％以上１４％以下である、
   請求項１又は２に記載の光学ガラス。
4. 質量％で、
   Ｎａ_２Ｏ含有率：０％以上５％以下、
   Ｋ_２Ｏ含有率：０％以上７％以下である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の光学ガラス。
5. 質量％で、
   ＺｎＯ含有率：０％以上１５％以下、
   ＭｇＯ含有率：０％以上８％以下、
   ＳｒＯ含有率：０％以上５％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。
6. 質量％で、
   ＴｉＯ_２含有率：０％以上７％以下、
   Ｎｂ_２Ｏ_５含有率：０％以上１０％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。
7. 質量％で、
   Ｙ_２Ｏ_３含有率：０％以上５％以下、
   Ｌａ_２Ｏ_３含有率：０％以上４％以下である、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の光学ガラス。
8. 質量％で、
   ＷＯ_３含有率：０％以上３％以下、
   Ｓｂ_２Ｏ_３含有率：０％以上０．４％以下である、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の光学ガラス。
9. 質量％で、
   ＣａＯ含有率に対するＢａＯ含有率の比（ＢａＯ／ＣａＯ）：０．５以上１７以下である、
   請求項１～８のいずれか一項に記載の光学ガラス。
10. 質量％で、
    Ｐ_２Ｏ_５含有率に対するＣａＯ含有率の比（ＣａＯ／Ｐ_２Ｏ_５）：０．０５以上０．７以下である、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の光学ガラス。
11. 質量％で、
    ＴｉＯ _２ とＮｂ _２ Ｏ _５ の総含有率（ＴｉＯ _２ ＋Ｎｂ _２ Ｏ _５ ）：５．２７％以上１０％以下である、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学ガラス。
12. 質量％で、
    Ｂ _２ Ｏ _３ 含有率：０％より大きく１４％以下である、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の光学ガラス。
13. 質量％で、
    ＴｉＯ _２ 含有率：０％より大きく７％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。
14. 質量％で、
    K _２ O含有率：０％より大きく７％以下である、
    請求項１～１３のいずれか一項に記載の光学ガラス。
15. 部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）が、０．５４以上である、
    請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学ガラス。
16. ｄ線に対する屈折率（ｎ_ｄ）が、１．６２以上１．６８以下の範囲であり、かつ、
    アッベ数（ν_ｄ）が、５０以上５７以下の範囲である、
    請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学ガラス。
17. ΔＰ_ｇ，Ｆが、０より大きく０．０１４０以下である、
    請求項１～１６のいずれか一項に記載の光学ガラス。
18. 前記光学ガラスの原料５０ｇを１３００℃以上１３５０℃以下の温度で加熱したときの、前記原料が融解するまでの時間が、１５分未満である、
    請求項１～１７のいずれか一項に記載の光学ガラス。
19. 比重（Ｓ_ｇ）が、３．９以下である、
    請求項１～１８のいずれか一項に記載の光学ガラス。
20. 請求項１～１９のいずれか一項に記載の光学ガラスを用いた光学素子。
21. 請求項２０に記載の光学素子を含む光学系。
22. 請求項２１に記載の光学系を備える交換レンズ。
23. 請求項２１に記載の光学系を備える光学装置。

Images