JP7410929B2 - 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。本発明は2019年3月18日に出願された日本国特許の出願番号2019-049677の優先権を主張し、文献の参照による織り込みが認められる指定国については、その出願に記載された内容は参照により本出願に織り込まれる。

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。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、高分散低比重であるものが求められている。また、脈理品質の良いガラスを得るために液相温度の低い組成であることが求められている。

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：２７％以上４１％以下、ＴｉＯ_２含有率：８％以上２６％以下、Ｎｂ_２Ｏ_５含有率：５％以上３９％以下、Ａｌ_２Ｏ_３含有率：０％、ＷＯ _３ 含有率：０％以上３％以下、Ｌｉ_２ＯとＮａ_２ＯとＫ_２Ｏの総含有率（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）：１５％以上２６％以下、Ｐ_２Ｏ_５とＢ_２Ｏ_３の総含有率（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３）：３３．２８％以上４４％以下、Ｐ_２Ｏ_５の含有率に対するＴｉＯ_２の含有率の比（ＴｉＯ_２／Ｐ_２Ｏ_５）：０．２８以上０．７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、質量％で、Ｐ_２Ｏ_５含有率：２７％以上４１％以下、Ｎａ_２Ｏ含有率：７％以上１７％以下、Ｋ_２Ｏ含有率：５％以上１０％以下、ＴｉＯ_２含有率：８％以上２６％以下、Ｎｂ_２Ｏ_５含有率：５％以上３９％以下、Ａｌ_２Ｏ_３含有率：０％、ＷＯ _３ 含有率：０％以上３％以下、Ｐ_２Ｏ_５とＢ_２Ｏ_３の総含有率（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３）：３３．２８％以上４４％以下、Ｐ_２Ｏ_５の含有率に対するＴｉＯ_２の含有率の比（ＴｉＯ_２／Ｐ_２Ｏ_５）：０．２８以上０．７以下である、光学ガラスである。

本発明に係る第四の態様は、上述した光学ガラスを用いた光学素子である。

本発明に係る第五の態様は、上述した光学素子を含む光学系である。

本発明に係る第六の態様は、上述した光学系を備える交換レンズである。
本発明に係る第七の態様は、上述した光学系を備える対物レンズである。

本発明に係る第八の態様は、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：２７～４１％、Ｎａ_２Ｏ成分：７～１７％、Ｋ_２Ｏ成分：５～１０％、ＴｉＯ_２成分：８～２６％、Ｎｂ_２Ｏ_５成分：５～３９％であり、かつ、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）が、０．６３５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ＴｉＯ_２やＮｂ_２Ｏ_５といった成分の含有量を増やす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。また、本実施形態に係る光学ガラスは液相温度が良好で脈理の発生を抑制することができるため、高い生産性を実現できる。

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２７％以上４１％以下である。この含有量の下限は、好ましくは２７．５％以上であり、より好ましくは２８％以上である。この含有量の上限は、好ましくは３９％以下であり、より好ましくは３８％以下である。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。

Ｎａ_２Ｏは、熔融性を向上させ、化学的耐久性を低下させる成分である。また、Ｐ_ｇ，Ｆ値を低下させる成分でもある。Ｎａ_２Ｏの含有量が少なすぎると、熔融性が低下する傾向にある。このような観点から、Ｎａ_２Ｏの含有量は、７％以上１７％以下である。この含有量の下限は、好ましくは７．５％以上であり、より好ましくは８％以上である。この含有量の上限は、好ましくは１６％以下であり、より好ましくは１５％以下であり、更に好ましくは１４％以下である。

Ｋ_２Ｏは、熔融性を向上させ、化学的耐久性を低下させる成分である。また、Ｐ_ｇ，Ｆ値を増加させる成分でもある。Ｋ_２Ｏの含有量が少なすぎると、熔融性が低下する傾向にある。このような観点から、Ｋ_２Ｏの含有量は、５％以上１０％以下である。この含有量の下限は、好ましくは５％超であり、より好ましくは５．５％以上であり、更に好ましくは６％以上である。この含有量の上限は、好ましくは９．５％以下であり、より好ましくは９％以下である。

ＴｉＯ_２は、屈折率を上げ、透過率を低下させる成分である。また、Ｐ_ｇ，Ｆ値を増加させる成分でもある。ＴｉＯ_２の含有量が多いと、透過率が低下する傾向がある。このような観点から、ＴｉＯ_２の含有量は、８％以上２６％以下である。この含有量の下限は、好ましくは８．５％以上であり、より好ましくは９％以上であり、更に好ましくは１０％以上である。この含有量の上限は、好ましくは２４％以下であり、より好ましくは２３％以下であり、更に好ましくは２１％以下である。

Ｎｂ_２Ｏ_５は、屈折率と分散性を高め、透過率を低下させる成分である。また、Ｐ_ｇ，Ｆ値を増加させる成分でもある。Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量が少ないと、屈折率が低くなる傾向がある。また、Ｎｂ_２Ｏ_５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、Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は、５％以上３９％以下である。この含有量の下限は、好ましくは６％以上であり、より好ましくは７％以上であり、更に好ましくは８％以上である。この含有量の上限は、好ましくは３８％以下であり、より好ましくは３７％以下であり、更に好ましくは３５％以下である。

さらに、本実施形態に係る光学ガラスは、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌｉ_２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＷＯ_３及びＳｂ_２Ｏ_３からなる群より選ばれる１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、この含有量の上限は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは２．５％以下であり、更に好ましくは２％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

Ｂ_２Ｏ_３は、恒数調整に有効な成分であり、粘度を高める成分でもある。また、一定比率以上含有することで液相温度を悪化させる（高い値にしてしまう）成分である。この含有量の上限は、好ましくは４％未満であり、より好ましくは３．８％以下であり、更に好ましくは３．７％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

Ａｌ_２Ｏ_３は、化学的耐久性を向上させる一方で、耐失透性を低下させ、一定比率以上含有することで液相温度を悪化させる（高い値にしてしまう）成分である。また、Ｐ_ｇ，Ｆ値と粘度を高める成分でもある。この含有量の上限は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは２．５％以下であり、更に好ましくは２％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

Ｌｉ_２Ｏは、熔融性を向上させ、屈折率を上昇させる成分である。耐失透性を一層向上させる観点から、この含有量の上限は、好ましくは３．５％以下であり、より好ましくは３％以下であり、更に好ましくは２％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

ＣａＯ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、この含有量の上限は、好ましくは９．５％以下であり、より好ましくは９％以下であり、更に好ましくは８％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

ＢａＯ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、その上限は、好ましくは９％以下であり、より好ましくは８．５％以下であり、更に好ましくは８％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

ＺｎＯは、高屈折率化、高分散化に有効な成分であり、Ｐ_ｇ，Ｆ値を高める成分でもあるが、耐失透性を一層向上させる観点から、この含有量の上限は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは２％以下であり、更に好ましくは１．５％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

ＺｒＯ_２は、高屈折率化、高分散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、この含有量の上限は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは２％以下であり、更に好ましくは１．５％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

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、この含有量の上限は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは２％以下であり、更に好ましくは１％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

Ｇｄ_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、この含有量の上限は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは２．５％以下であり、更に好ましくは２％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

ＷＯ_３の含有量は、高屈折率化、高分散化に有効な成分であり、Ｐ_ｇ，Ｆ値を高める成分でもあるが、高価な原料であるため、この含有量の上限は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは２．５％以下であり、更に好ましくは２％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

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、この含有量の上限は、好ましくは０．４％以下であり、より好ましくは０．３％以下であり、更に好ましくは０．２％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０％超である。

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。ここで、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。

これらの好適な組み合わせとしては、ＳｉＯ_２成分：０～３％、Ｂ_２Ｏ_３成分：０～４％未満、Ａｌ_２Ｏ_３成分：０～３％、Ｌｉ_２Ｏ成分：０～３．５％、ＣａＯ成分：０～９．５％、ＢａＯ成分：０～９％、ＺｎＯ成分：０～３％、ＺｒＯ_２成分：０～３％、Ｙ_２Ｏ_３成分：０～３％、Ｇｄ_２Ｏ_３成分：０～３％、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。

Ｐ_２Ｏ_５とＢ_２Ｏ_３の含有量の総和（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３）は、好ましくは２８～４４％である。そして、これらの含有量の総和の下限は、より好ましくは２８．５％以上であり、更に好ましくは２９％以上である。これらの含有量の総和の上限は、より好ましくは４３％以下であり、更に好ましくは４２．５％以下である。Ｐ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３をかかる範囲とすることで屈折率を一層高くすることができる。

Ｐ_２Ｏ_５に対するＢ_２Ｏ_３の比（Ｂ_２Ｏ_３／Ｐ_２Ｏ_５）は、好ましくは０以上０．１５未満である。そして、この比の下限は、より好ましくは０．０１５以上であり、更に好ましくは０．０２以上である。この比の上限は、より好ましくは０．１３５以下であり、更に好ましくは０．１３以下である。Ｂ_２Ｏ_３／Ｐ_２Ｏ_５をかかる範囲とすることで、耐失透性を一層高め、屈折率を一層高くすることができる。

Ｐ_２Ｏ_５に対するＴｉＯ_２の比（ＴｉＯ_２／Ｐ_２Ｏ_５）は、好ましくは０．２８以上０．７以下である。そして、この比の下限は、より好ましくは０．３以上であり、更に好ましくは０．４以上である。この比の上限は、より好ましくは０．６８以下であり、更に好ましくは０．６６以下である。ＴｉＯ_２／Ｐ_２Ｏ_５をかかる範囲とすることで、高いＰ_ｇ，Ｆ値と高屈折率を実現することができる。

Ｐ_２Ｏ_５に対するＮｂ_２Ｏ_５の比（Ｎｂ_２Ｏ_５／Ｐ_２Ｏ_５）は、好ましくは０．１８以上１．３以下である。そして、この比の下限は、より好ましくは０．１９以上であり、更に好ましくは０．２以上である。この比の上限は、より好ましくは１．２８以下であり、更に好ましくは１．２６以下である。Ｎｂ_２Ｏ_５／Ｐ_２Ｏ_５をかかる範囲とすることで、高いＰ_ｇ，Ｆ値と高屈折率を実現することができる。

Ｌｉ_２ＯとＮａ_２ＯとＫ_２Ｏの含有量の総和（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）は、好ましくは１５％以上２６％以下である。そして、これらの含有量の総和の下限は、より好ましくは１６％以上であり、更に好ましくは１７％以上である。これらの含有量の総和の上限は、より好ましくは２５％以下であり、更に好ましくは２４％以下である。Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏをかかる範囲とすることで、化学的耐久性を低下させずに溶融性を向上させることができる。

Ｐ_２Ｏ_５成分に対するＴｉＯ_２成分とＮｂ_２Ｏ_５成分の含有量の総和の比（（ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５）／Ｐ_２Ｏ_５）は、好ましくは０．５以上２．０以下である。そして、この比の下限は、より好ましくは０．６以上であり、更に好ましくは０．７以上である。この比の上限は、より好ましくは１．８以下であり、更に好ましくは１．７以下である。（ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５）／Ｐ_２Ｏ_５をかかる範囲とすることで屈折率を増大させずにＰ_ｇ，Ｆ値を高めることができる。

Ｎａ_２Ｏ成分に対するＫ_２Ｏ成分の比（Ｋ_２Ｏ／Ｎａ_２Ｏ）は、好ましくは０．３～１．１である。そして、この比の下限は、より好ましくは０．３２以上であり、更に好ましくは０．３３以上である。この比の上限は、より好ましくは１．０以下であり、更に好ましくは０．９９以下である。Ｋ_２Ｏ／Ｎａ_２Ｏをかかる範囲とすることで、低い液相温度を実現することができる。

なお、その他に必要に応じて清澄、着色、消色や光学恒数の微調整等の目的で、公知の清澄剤や着色剤、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、適宜公的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）、硫酸塩、炭酸塩及び硝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、硫酸塩、炭酸塩、硝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１１００～１３００℃、更に好ましくは１１００～１２５０℃にて熔融し、撹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。

そして、本実施形態に係る光学ガラスの組成は、熔融しやすいため、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１１００～１２５０℃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、これらの原料が熔融し、目視で液面付近に確認できなくなるまでの時間をいう。

１１００～１２５０℃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、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）が０．６３５以下である。また、本実施形態に係る光学ガラスは、大きな部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）を実現するものであるため、レンズの収差補正に有効である。かかる観点から、本実施形態に係る光学ガラスの部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）の下限は、好ましくは０．６以上であり、より好ましくは０．６１０以上であり、更に好ましくは０．６１５以上である。そして、部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）の上限は、より好ましくは０．６３４以下であり、更に好ましくは０．６３３以下である。

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（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（ｎ_ｄ）、１．６６～１．８０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１．６７以上であり、更に好ましくは１．６８以上である。屈折率（ｎ_ｄ）の上限は、より好ましくは１．７８以下であり、更に好ましくは１．７７以下である。

本実施形態に係る光学ガラスのアッベ数（ν_ｄ）は、２２～３２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２３以上であり、更に好ましくは２４以上であり、アッベ数（ν_ｄ）の上限は、より好ましくは３１以下であり、更に好ましくは２８以下である。

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１．６６～１．８０であり、かつ、アッベ数（ν_ｄ）が２２～３２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、凹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（Ｓ_ｇ）は、２．８を下限、３．４を上限とした２．８～３．４の範囲である。

本実施形態に係る光学ガラスの異常分散性を示す値（ΔＰ_ｇ，Ｆ）は、好ましくは０．０１８０～０．０３２０である。この上限は、より好ましくは０．０３１５以下であり、更に好ましくは０．０３１０以下であり、この下限は、より好ましくは０．０１８５以上であり、更に好ましくは０．０２００以上である。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。

本実施形態に係る光学ガラスの液相温度は、好ましくは１０５０℃以下であり、より好ましくは１０４０℃以下であり、更に好ましくは１０３０℃以下である。この値を有するガラスとすることで、例えば、連続溶解時に引き出しパイプから低温での引き出しが可能となるため、脈理の発生が抑制され、生産性を高めることができる。また、溶解温度を高くする必要が無くなるため、ガラスと溶解槽との化学的な反応による異物の発生を抑制し、かつ、透過率を悪化させない溶解が可能となる。

上述した観点から、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、低比重、高分散（アッベ数（ν_ｄ）が小さいこと）である。また、異常分散性を示す値（ΔＰ_ｇ，Ｆ）及び部分分散比（Ｐ_ｇ，Ｆ）も大きくすることができる。本実施形態に係る光学ガラスは、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）、硫酸塩、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坩堝に投入し、１１００～１３００℃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）は、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．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。

５．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、１１５０～１２５０℃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。

６．液相温度
液相温度は、ガラス約０．１ｇを穴の空いた白金板に載せ、１０℃刻みの温度勾配がついた試験炉内で１８分間保持した後、炉から出して自然急冷し、倍率１００倍の顕微鏡で失透の有無を観察した。なお液相温度の値は、失透が生じない高温側の温度（℃）を記載した。

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、高分散でありながら低い比重を有しており、１０５０℃以下の低い液相温度を有し、かつ、大きなΔＰ_ｇ，Ｆ及びＰ_ｇ，Ｆ値を有していることが確認された。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。なお、比較例１～４は、失透のため各種物性値の測定が不可能であった。比較例５は、ガラスが濃黒褐色に着色したため、光学恒数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 (22)

1. 質量％で、
   Ｐ_２Ｏ_５含有率：２７％以上４１％以下、
   ＴｉＯ_２含有率：８％以上２６％以下、
   Ｎｂ_２Ｏ_５含有率：５％以上３９％以下、
   Ａｌ_２Ｏ_３含有率：０％、
   ＷＯ _３ 含有率：０％以上３％以下、
   Ｌｉ_２ＯとＮａ_２ＯとＫ_２Ｏの総含有率（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）：１５％以上２６％以下、
   Ｐ_２Ｏ_５とＢ_２Ｏ_３の総含有率（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３）：３３．２８％以上４４％以下、
   Ｐ_２Ｏ_５の含有率に対するＴｉＯ_２の含有率の比（ＴｉＯ_２／Ｐ_２Ｏ_５）：０．２８以上０．７以下である、
   光学ガラス。
2. 質量％で、
   Ｎａ_２Ｏ含有率：７％以上１７％以下、
   Ｋ_２Ｏ含有率：５％以上１０％以下、である、
   請求項１に記載の光学ガラス。
3. 質量％で、
   Ｐ_２Ｏ_５含有率：２７％以上４１％以下、
   Ｎａ_２Ｏ含有率：７％以上１７％以下、
   Ｋ_２Ｏ含有率：５％以上１０％以下、
   ＴｉＯ_２含有率：８％以上２６％以下、
   Ｎｂ_２Ｏ_５含有率：５％以上３９％以下、
   Ａｌ_２Ｏ_３含有率：０％、
   ＷＯ _３ 含有率：０％以上３％以下、
   Ｐ_２Ｏ_５とＢ_２Ｏ_３の総含有率（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｂ_２Ｏ_３）：３３．２８％以上４４％以下、
   Ｐ_２Ｏ_５の含有率に対するＴｉＯ_２の含有率の比（ＴｉＯ_２／Ｐ_２Ｏ_５）：０．２８以上０．７以下である、
   光学ガラス。
4. 質量％で、
   Ｌｉ_２ＯとＮａ_２ＯとＫ_２Ｏの総含有率（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）：１５％以上２６％以下である、
   請求項３に記載の光学ガラス。
5. 質量％で、
   ＳｉＯ_２含有率：０％以上３％以下、
   Ｌｉ_２Ｏ含有率：０％以上３．５％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、
   ＣａＯ含有率：０％以上９．５％以下、
   ＢａＯ含有率：０％以上９％以下、
   ＺｎＯ含有率：０％以上３％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、
   ＺｒＯ_２含有率：０％以上３％以下、
   Ｙ_２Ｏ_３含有率：０％以上３％以下、
   Ｇｄ_２Ｏ_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１～６のいずれか一項に記載の光学ガラス。
8. 質量％で、
   Ｐ_２Ｏ_５の含有率に対するＢ_２Ｏ_３の含有率の比（Ｂ_２Ｏ_３／Ｐ_２Ｏ_５）：０以上０．１５未満である、
   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、
   Ｐ_２Ｏ_５の含有率に対するＮｂ_２Ｏ_５の含有率の比（Ｎｂ_２Ｏ_５／Ｐ_２Ｏ_５）：０．１８以上１．３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の含有率に対するＴｉＯ_２とＮｂ_２Ｏ_５の総含有率の比（ＴｉＯ_２＋Ｎｂ_２Ｏ_５）／Ｐ_２Ｏ_５：０．５以上２．０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、
    Ｎａ_２Ｏの含有率に対するＫ_２Ｏの含有率の比（Ｋ_２Ｏ／Ｎａ_２Ｏ）：０．３以上１．１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. ｄ線に対する屈折率（ｎ_ｄ）が、１．６６以上１．８０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. アッベ数（ν_ｄ）が、２２以上３２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. 比重（Ｓ_ｇ）が、２．８以上３．４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. 異常分散性を示す値（ΔＰ_ｇ，Ｆ）が、０．０１８０以上０．０３２０以下である、
    請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学ガラス。
16. 前記光学ガラスの原料５０ｇを１１００℃以上１２５０℃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１～１５のいずれか一項に記載の光学ガラス。
17. 液相温度が、１０５０℃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. 請求項１～１７のいずれか一項に記載の光学ガラスを用いた光学素子。
19. 請求項１８に記載の光学素子を含む光学系。
20. 請求項１９に記載の光学系を備える交換レンズ。
21. 請求項１９に記載の光学系を備える対物レンズ。
22. 請求項１９に記載の光学系を備える光学装置。

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