JP7491310B2 - 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6月6日に出願された日本国特許の出願番号2019-106096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。

光学ガラスは、様々な光学素子や光学装置に用いられており、例えば、特許文献１には紫外から赤外領域に用いられるハロゲン化物ガラスが開示されている。光学装置に用いられる光学系の設計の自由度を広げるために、高い屈折率を有する光学ガラスの開発が求められている。

特開平０７－０８１９７３号公報

本発明の第一の態様は、カチオンのモル％表示で、Ｓｉ^４＋の含有率が、５％以上２０％以下、Ａｌ^３＋の含有率が、１８％以上３５％以下、Ｌａ^３＋、Ｙ^３＋及びＧｄ^３＋の総含有率が、１５％以上５０％以下、Ｚｒ^４＋の含有率が、２％以上１５％以下、Ｔａ ^５＋の含有率が、８％以上３０％以下、Ｇｄ ^３＋ の含有率が、０％以上１０％以下、であり、かつ、Ｓｉ^４＋及びＡｌ^３＋の総含有率に対するＡｌ^３＋の含有率の比（Ａｌ^３＋／（Ｓｉ^４＋＋Ａｌ^３＋））が、０．５以上０．８５以下である、光学ガラスである。

本発明の第二の態様は、上述した光学ガラスからなる光学素子である。

本発明の第三の態様は、上述した光学素子を用いた光学系である。

本発明の第四の態様は、上述した光学系を備える交換レンズである。

本発明の第五の態様は、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多光子顕微鏡の構成の例を示すブロック図である。 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斜視図である。 図３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４は、図３の撮像装置の背面図である。 図５は、ガスジェット式の浮遊炉の全体構成の模式図である。 図６は、ガスジェット式の浮遊炉のステージ上の台座の拡大模式図である。 図７は、各実施例及び各比較例の光学恒数値をプロットしたグラフである。

以下、本発明の実施形態（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。

＜光学ガラス＞
本実施形態に係る光学ガラスは、カチオンのモル％表示で、Ｓｉ^４＋成分が、５～２０％、Ａｌ^３＋成分が、１８～３５％、Ｌａ^３＋、Ｙ^３＋及びＧｄ^３＋成分の総量が、１５～５０％、Ｚｒ^４＋成分が、２～１５％、Ｔａ^４＋成分が、８～３０％、であり、かつ、Ａｌ^３＋／（Ｓｉ^４＋＋Ａｌ^３＋）が、０．５～０．８５である。なお、本明細書中において、特に断らない場合は、各成分の含有量は全てカチオンのモル％表示であるものとする。また、各カチオンの態様は特に限定されないが、例えば、酸化物等の態様で光学ガラスに含有され得る。

本実施形態に係る光学ガラスは、ＳｉＯ_２やＢ_２Ｏ_３等の網目形成酸化物を構成するカチオンの含有量が低くともガラス化することができる新規な光学ガラスである。そして、本実施形態に係る光学ガラスは、高い屈折率、低い分散性（屈折率の波長依存性）及び耐失透性を高いレベルで兼ね備えることができる。さらに、本実施形態の組成とすることで、大型のガラスゴブを安定して作製することができる。

まず、本実施形態に係る光学ガラスの各成分について説明する。

Ｓｉ^４＋成分は、例えば、酸化物換算組成ではＳｉＯ_２として含まれ、網目形成酸化物を構成する成分である。Ｓｉ^４＋成分は、高い熔融性や耐失透性を高めることができる成分である。この含有量が５％未満であるとガラスが失透しやすくなり、２０％を超えると十分な熔融性が得られない。このような観点から、この含有量は５～２０％である。そして、これらの効果を一層向上させる観点から、この含有量の下限は、好ましくは６％であり、より好ましくは７％であり、この含有量の上限は、好ましくは１５％であり、より好ましくは１０％である。

Ａｌ^３＋成分は、例えば、酸化物換算組成ではＡｌ_２Ｏ_３として含まれる成分である。Ａｌ^３＋は、光学ガラス製造時の成分安定性や、光学ガラスの耐失透性を高めることができる成分である。この含有量が、１８％未満であるとガラスが失透しやすくなり、３５％を超えると光学ガラス製造時の成分安定性が低下し、製造上の不具合が発生しやすくなる。このような観点から、この含有量は１８～３５％である。そして、これらの効果を一層向上させる観点から、この含有量の下限は、好ましくは１９％であり、より好ましくは２０％であり、この含有量の上限は、好ましくは３０％であり、より好ましくは２５％である。

希土類成分であるＬａ^３＋、Ｙ^３＋、Ｇｄ^３＋は、低分散性を損なわずに屈折率を高めることができる成分であり、例えば、酸化物換算組成ではそれぞれＬａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３として含まれる。Ｌａ^３＋、Ｙ^３＋、及びＧｄ^３＋の総量（Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）が少ないと上述した効果が十分でなく、この総量が５０％を超えるとガラスが失透しやすくなる。このような観点から、Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋は１５～５０％である。そして、これらの効果を一層向上させる観点から、これらの総量の下限は、好ましくは２５％であり、より好ましくは３５％であり、これらの総量の上限は、好ましくは４５％であり、より好ましくは４０％である。

Ｌａ^３＋は、例えば、酸化物換算組成ではＬａ_２Ｏ_３として含まれる成分である。Ｌａ^３＋は、低分散性を損なわずに屈折率を高める効果を有し、また、ガラスの耐失透性を維持することができる。このような観点から、この含有量は、好ましくは０～５０％である。その上限は、より好ましくは４７％であり、更に好ましくは４５％である。

Ｙ^３＋は、例えば、酸化物換算組成ではＹ_２Ｏ_３として含まれる成分である。Ｙ^３＋は、低分散性を損なわずに屈折率を高めることができる成分であり、特にＬａ^３＋とガラス中に共存させることで耐失透性を一層向上させることができる。このような観点から、この含有量は、好ましくは０～５０％である。その上限は、より好ましくは１０％であり、更に好ましくは５％である。そして、Ｌａ^３＋及びＹ^３＋を、ともに含有することが好ましい。

Ｇｄ^３＋は、例えば、酸化物換算組成ではＧｄ_２Ｏ_３として含まれる成分である。Ｇｄ^３＋は、低分散性を損なわずに屈折率を高めることができる成分であり、特にＬａ^３＋とガラス中に共存させることで耐失透性を一層高めることができる。このような観点から、この含有量は、好ましくは０～５０％である。その上限は、より好ましくは１０％であり、更に好ましくは５％である。そして、Ｌａ^３＋及びＧｄ^３＋を、ともに含有することが好ましい。

Ｚｒ^４＋は、例えば、酸化物換算組成ではＺｒＯ_２として含まれる成分である。Ｚｒ^４＋は、低分散性を維持しつつ、耐失透性を高める効果を有する。この含有量が２％未満であると分散性が高くなり、１５％を超えるとガラスが失透しやすくなる。このような観点から、この含有量は２～１５％である。そして、これらの効果を一層向上させる観点から、この含有量の下限は、好ましくは５％であり、より好ましくは８％であり、この含有量の上限は、好ましくは１３％であり、より好ましくは１２％である。

Ｔａ^５＋は、例えば、酸化物換算組成ではＴａ_２Ｏ_５として含まれる成分である。Ｔａ^５＋は、低分散性を維持しつつ、耐失透性を高める効果を有する。この含有量が８％未満であると分散性が高くなり、３０％を超えるとガラスが失透しやすくなる。このような観点から、この含有量は８～３０％である。そして、これらの効果を一層向上させる観点から、この含有量の下限は、好ましくは９％であり、より好ましくは１０％であり、この含有量の上限は、好ましくは２０％であり、より好ましくは１５％である。

本実施形態に係る光学ガラスは、Ａｌ^３＋／（Ｓｉ^４＋＋Ａｌ^３＋）が、０．５～０．８５の関係を満たす。かかる関係を満たすよう配合することで、熔融性と耐失透性を高いレベルで両立させることができる。これらの効果を一層向上させる観点から、Ａｌ^３＋／（Ｓｉ^４＋＋Ａｌ^３＋）の下限は、好ましくは０．６であり、より好ましくは０．７であり、この上限は、好ましくは０．８であり、より好ましくは０．７５である。

本実施形態に係る光学ガラスは、さらに、アルカリ土類金属であるＭｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋及びＢａ^２＋からなる群より選ばれる少なくとも１つの成分を含有することが好ましい。これらのアルカリ土類金属酸化物Ｒ^２＋（Ｒ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのいずれか１種以上を表す。）は、例えば、酸化物換算組成ではＲＯとして含まれる成分である。これらは１種のみならず２種以上を用いてもよい。このような成分を更に含有することで、ガラスの熔融性を一層向上させることができる。

そして、上述した効果を一層向上させる観点から、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋及びＢａ^２＋成分の総量は、好ましくは０～１５％である。この総量の上限は、より好ましくは１０％であり、更に好ましくは５％である。

Ｔｉ^４＋は、例えば、酸化物換算組成ではＴｉＯ_２として含まれる成分である。Ｔｉ^４＋は、低分散性を一層高めることができる。このような効果や、希土類成分や遷移金属成分の含有量との観点から、この含有量は、好ましくは０～１０％である。そして、その含有量の上限は、より好ましくは７％であり、更に好ましくは４％である。

Ｎｂ^５＋は、例えば、酸化物換算組成ではＮｂ_２Ｏ_５として含まれる成分である。Ｎｂ^５＋は、ガラスの低分散性を一層向上させることができる。この効果を一層向上させる観点から、この含有量は、好ましくは０～３０％である。そして、この含有量の下限は、より好ましくは３％であり、更に好ましくは５％であり、この含有量の上限は、より好ましくは２０％であり、更に好ましくは１０％である。

Ｂ^３＋は、例えば、酸化物換算組成ではＢ_２Ｏ_３として含まれ、網目形成酸化物を構成する成分である。そして、Ｐ^５＋は、例えば、酸化物換算組成ではＰ_２Ｏ_５として含まれ、網目形成酸化物を構成する成分である。ガラス形成能を向上させやすくすることができる。その一方で、Ｂ^３＋やＰ^５＋は、揮発性が高い成分であるため、過剰に導入すると製造時においてガラスの組成変動を招き、脈理を顕在化させることがある。本実施形態に係る光学ガラスは、かかるＢ^３＋やＰ^５＋の含有量を低減乃至含有せずともガラス化が可能であり、優れた物性を付与することができる。

上述した観点から、Ｂ^３＋の含有量は、好ましくは０～５％であり、より好ましくは０～３％であり、更に好ましくは０％である。そして、かかる観点から、Ｂ^３＋は、実質的に含有しないことが好ましい。なお、本明細書において「実質的に含有しない」とは、当該成分を積極的に添加しないことを意味し、不可避的に含有されることを除外するものではない。

また、上述した観点から、Ｐ^５＋の含有量は、好ましくは０～５％であり、より好ましくは０～３％であり、更に好ましくは０％である。そして、かかる観点から、Ｐ^５＋は、実質的に含有しないことが好ましい。

アルカリ金属Ｍ^＋（Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｃｓ^＋）は、例えば、酸化物換算組成ではＭ_２Ｏとして含まれ、網目形成酸化物を構成する成分である。その一方で、これらアルカリ金属Ｍは、揮発性が高い成分であるため、過剰に導入すると製造時においてガラスの組成変動を招き、脈理を顕在化させることがある。本実施形態に係る光学ガラスは、これらアルカリ金属Ｍ^＋の含有量を低減乃至含有せずともガラス化が可能であり、優れた物性を付与することができる。

上述した観点から、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｃｓ^＋の含有量の総量は、好ましくは０～５％であり、より好ましくは０～３％であり、更に好ましくは０％である。そして、かかる観点から、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋及びＣｓ^＋は、実質的に含有しないことが好ましい。

本実施形態に係る光学ガラスは、その目的達成に支障のない範囲であれば、その他の任意成分を更に含有してもよい。

次に、本実施形態に係る光学ガラスの物性について説明する。

本実施形態に係る光学ガラスは、その結晶化ピーク温度（Ｔ_ｐ）とガラス転移温度（Ｔ_ｇ）の差（ΔＴ＝Ｔ_ｐ－Ｔ_ｇ）は、好ましくは１３０℃以上であり、より好ましくは１６０℃以上であり、更に好ましくは１７０℃以上であり、より更に好ましくは１８０℃以上である。ΔＴは、耐失透性の指標として用いることができる。一般的に、ΔＴが高いことは、ガラスの耐失透性が高いことを意味する。そして、本実施形態において、結晶化ピーク温度（Ｔ_ｐ）とガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は、いずれも示差熱分析によって測定できる。

本実施形態に係る光学ガラスは、高屈折率領域に関するものとして好適に使用できる。このような観点から、本実施形態に係る光学ガラスのｄ線（波長：５８７．５６２ｎｍ）における屈折率（ｎ_ｄ）は、好ましくは１．９５～２．０５である。かかる観点から、この下限は、より好ましくは１．９７であり、更に好ましくは１．９９であり、この上限は、より好ましくは２．０３であり、更に好ましくは２．０１である。

本実施形態に係る光学ガラスは、低分散性を有する（アッベ数（ν_ｄ）が高い）ガラスである。本実施形態に係る光学ガラスのアッベ数（ν_ｄ）は、好ましくは２５～４０である。かかる観点から、この下限は、より好ましくは２７であり、更に好ましくは２９であり、この上限は、より好ましくは３７であり、更に好ましくは３５である。

本実施形態に係る光学ガラスは、厚さが厚い光学ガラスとすることができる。具体的には、本実施形態に係る光学ガラスの厚みの最大値は、好ましくは６ｍｍ以上であり、より好ましくは６．２ｍｍ以上であり、更に好ましくは６．４ｍｍ以上である。ここでいう「厚みの最大値」とは、レンズ形状の場合は厚み方向の最大値をいい、略球形の場合はその直径値をいう。

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。

＜多光子顕微鏡＞
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多光子顕微鏡の構成の例を示すブロック図である。

多光子顕微鏡１は、対物レンズ１０６、集光レンズ１０８、結像レンズ１１０を備える。対物レンズ１０６、集光レンズ１０８、結像レンズ１１０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１の光学系を中心に説明する。

パルスレーザ装置１０１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１０１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１０２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１０３は、パルス分割装置１０２から入射される超短パルス光のビーム径を、対物レンズ１０６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１０１から射出された超短パルス光は、パルス分割装置１０２によりその繰り返し周波数が大きくされ、ビーム調整部１０３により上述した調整が行われる。そして、ビーム調整部１０３から射出された超短パルス光は、ダイクロイックミラー１０４によりダイクロイックミラー１０５の方向に反射され、ダイクロイックミラー１０５を通過し、対物レンズ１０６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１０６の方向に発せられた観察光は、対物レンズ１０６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１０５により反射されたり、あるいは、ダイクロイックミラー１０５を透過したりする。

ダイクロイックミラー１０５により反射された観察光は、蛍光検出部１０７に入射する。蛍光検出部１０７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１０５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１０７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１０５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１０４を透過し、集光レンズ１０８により集光され、対物レンズ１０６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１０９を通過し、結像レンズ１１０を透過して、蛍光検出部１１１に入射する。蛍光検出部１１１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１１０により蛍光検出部１１１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１１１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１０５を光路から外すことにより、試料Ｓから対物レンズ１０６の方向に発せられた全ての観察光を蛍光検出部１１１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１０６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１１２により反射され、蛍光検出部１１３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１１２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１１３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１０７、１１１、１１３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。

＜撮像装置＞
本実施形態に係る光学ガラスを用いた光学素子は、デジタル一眼レフカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置にも好適に用いることができる。

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斜視図である。

撮像装置２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２０３（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２０１のレンズマウント（不図示）にレンズ鏡筒２０２が着脱自在に取り付けられる。そして、レンズ鏡筒２０２のレンズ２０３を通した光が、カメラボディ２０１の背面側に配置されたマルチチップモジュール２０６のセンサチップ（固体撮像素子）２０４上に結像される。このセンサチップ２０４は、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサー等のベアチップである。マルチチップモジュール２０６は、例えば、センサチップ２０４がガラス基板２０５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３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４は、図３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、小型化等が求められる。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。かかる観点から、本実施形態に係る光学ガラスは、かかる光学装置の部材として好適である。

＜光学ガラスの製造方法＞
本実施形態に係る光学ガラスは、例えば、浮遊炉を用いて製造することができる。浮遊炉には、静電式、電磁式、音波式、磁気式、及びガスジェット式等があり、特に限定されるものではないが、酸化物の浮遊熔解にはガスジェット式の浮遊炉を用いることが好ましい。以下、ガスジェット式の浮遊炉を用いる製造方法を一例として説明する。

図５は、ガスジェット式の浮遊炉の全体構成の模式図を示し、図６は、ガスジェット式の浮遊炉のステージ上の台座の拡大模式図である。

ガスジェット式の浮遊炉３では、原料Ｍは、ステージ３０１上の台座３０２に配置される。そして、レーザ光源３０３から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー３０４とミラー３０５を介して原料Ｍへ照射される。レーザ光Ｌの照射により加熱される原料Ｍの温度は、放射温度計３０６でモニタされる。放射温度計３０６がモニタする原料Ｍの温度情報に基づき、レーザ光源３０３の出力がコンピュータ３０７によって制御される。また、原料Ｍの状態はＣＣＤカメラ３０８によって撮像され、それがモニタ３０９へ出力される（図５参照）。なお、レーザ光源としては、例えば、炭酸ガスレーザを使用できる。

ガスジェット式の浮遊炉３では、台座に送り込まれるガスによって原料Ｍが浮遊する状態にある（図６参照）。台座に送り込まれるガスの流量は、ガス流量調節器３１０によって制御される。例えば、円錐状の孔を設けたノズルからガスを噴射し、原料Ｍを浮遊させた状態でレーザ光Ｌによる非接触加熱を行うことができる。原料Ｍが熔解すると自身の表面張力によって球形、又は楕円体形状となりその状態で浮遊する。

その後、レーザ光Ｌを遮断すると融液状態となった原料は冷却され、透明なガラスが得られる。なお、ガスの種類は特に限定されず、公知のものを適宜採用することができ、例えば、酸素、窒素、二酸化炭素、アルゴン、空気等が挙げられる。また、ノズルの形状や加熱方式は特に限定されず、公知の方法を適宜採用することができる。

従来において、例えば、るつぼ等の容器を用いて光学ガラスを製造する場合、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２等の網目形成酸化物を多く含ませてガラス形成能を高めることが必要であった。そのため、網目形成酸化物でない材料を多量に含有し、上述した網目形成酸化物の含有量が少ないガラス組成とした場合には、容器－融液界面を起点とした結晶化（不均一核生成）が発生して、ガラス化できないことが多いといった事情があった。また、各種光学機器の光学レンズの材料としてガラスゴブが用いられることがあるが、このガラスゴブについては大型なものを安定して作製できることが望まれている。

この点、本実施形態では、例えば、上述した浮遊炉を用いる方法によって光学ガラスを製造する場合、容器と融液の接触がないため、不均一核生成を最大限抑制することができる。結果、融液のガラス形成を大きく促進し、るつぼ熔解では製造不可能な、網目形成酸化物の含有量が少ない、或いは一切含まない組成であってもガラス化することが可能になる。かかる製造方法を採用することで、従来ではガラス化させることができなかった本実施形態に係る組成系の光学ガラスを製造することができる。さらに、上述したような大型のガラスゴブも作製することができる。加えて、本実施形態に係る光学ガラスは、高屈折率かつ高アッベ数である。本実施形態に係る光学ガラスはこのような利点を多々有するため、高屈低分散硝材や広帯域透過材料としての応用が可能である。

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。

（各実施例の光学ガラスの作製）
各実施例の光学ガラスは、図５及び図６に示すガスジェット式の浮遊炉３を用い、以下の手順に準拠して作製した。まず、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等から選ばれる原料を所定の化学組成となるよう可秤量した後、アルミナ製乳鉢で混合した。この原料を２０ＭＰａで一軸加圧し円柱形のペレットに成形した。得られたペレットを電気炉で１０００～１３００℃、大気中で６～１２時間焼成し、焼結体を作製した。得られた焼結体を粗く砕き、５００～６００ｍｇを採取して台座のノズルに設置した。そして、酸素ガスを噴射しながら炭酸ガスレーザを上方から照射することで原料を熔解させた。熔解した原料は、自身の表面張力で球形又は楕円体形状になり、ガスの圧力で浮遊状態とした。原料が完全に熔解した状態でレーザ出力を遮断することで、原料を冷却して直径６ｍｍのガラス球を得た。各実施例のガラスについては、いずれも熔解中に視認できる揮発は確認されず、泡や失透についても確認されなかった。

（各比較例の光学ガラスの作製）
各比較例の光学ガラスも、図５及び図６に示すガスジェット式の浮遊炉３を用い、上記の実施例と同様の手順で作製した。

（ガラスゴブの作製）
各実施例及び各比較例において直径６ｍｍの略球形のガラスゴブを作製できた場合は、「ガラス化」と記載し、成分が結晶化したことにより十分に熔融しなかった場合は「失透」と記載した。

（結晶化ピーク温度（Ｔ_ｐ）、ガラス転移温度（Ｔ_ｇ）、その温度差（ΔＴ）の測定）
結晶化ピーク温度（Ｔ_ｐ）と、ガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は、いずれも昇温過程における示差熱分析（昇温温度１０℃／分）によって測定し、Ｔ_ｐ－Ｔ_ｇを温度差（ΔＴ）とした。

（屈折率及びアッベ数の測定）
ガラスの屈折率測定は、プリズムカプラ（Ｍｅｔｒｉｃｏｎ製、モデル「２０１０／Ｍ」）を用いて測定した。ガラス試料を研磨し、研磨面を単結晶ルチルプリズムに密着させ、測定波長の光を入射させた際の全反射角を測定して屈折率を求めた。４７３ｎｍ、５９４．１ｎｍ、６５６ｎｍの３波長で各５回測定し、平均値を測定値とした。さらに、得られた実測値に対し、以下のＤｒｕｄｅ－Ｖｏｉｇｔの分散式を用いて最小二乗法によるフィッティングを行い、ｄ線（５８７．５６２ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１３３ｎｍ）、Ｃ線（６５６．２７３ｎｍ）における屈折率と、アッベ数（ν_ｄ）を算出した。

（ｎ：屈折率、ｍ：電子質量、ｃ：光速度、ｅ：電荷素量、Ｎ：単位体積当たりの分子数、ｆ：振動子強度、λ_０：固有共鳴波長、λ：波長）

また、アッベ数（ν_ｄ）は以下の式で定義される。

（ｎ_ｄ：ｄ線における屈折率、ｎ_Ｆ：Ｆ線における屈折率、ｎ_Ｃ：Ｃ線における屈折率）

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、各成分の含有量はカチオン％基準である。

図７は、各実施例及び各比較例の光学恒数値をプロットしたグラフである。

以上より、各実施例の光学ガラスは、高屈折率、低分散性及び耐失透性を高いレベルで兼ね備え、かつ、大型のガラスゴブを安定して作製できることが確認された。

１…多光子顕微鏡、１０１…パルスレーザ装置、１０２…パルス分割装置、１０３…ビーム調整部、１０４，１０５，１１２…ダイクロイックミラー、１０６…対物レンズ、１０７，１１１，１１３…蛍光検出部、１０８…集光レンズ、１０９…ピンホール、１１０…結像レンズ、２…撮像装置、２０１…カメラボディ、２０２…レンズ鏡筒、２０３…レンズ、２０４…センサチップ、２０５…ガラス基板、２０６…マルチチップモジュール、３…ガス浮遊炉、３０１…ステージ、３０２…台座、３０３…レーザ光源、３０４，３０５…ミラー、３０６…放射温度計、３０７…コンピュータ、３０８…ＣＣＤカメラ、３０９…モニタ、３１０…ガス流量調節器、Ｌ…レーザ光、Ｍ…原料、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 (14)

1. カチオンのモル％表示で、
   Ｓｉ^４＋の含有率が、５％以上２０％以下、
   Ａｌ^３＋の含有率が、１８％以上３５％以下、
   Ｌａ^３＋、Ｙ^３＋及びＧｄ^３＋の総含有率が、１５％以上５０％以下、
   Ｚｒ^４＋の含有率が、２％以上１５％以下、
   Ｔａ ^５＋の含有率が、８％以上３０％以下、
   Ｇｄ ^３＋ の含有率が、０％以上１０％以下、であり、かつ、
   Ｓｉ^４＋及びＡｌ^３＋の総含有率に対するＡｌ^３＋の含有率の比（Ａｌ^３＋／（Ｓｉ^４＋＋Ａｌ^３＋））が、０．５以上０．８５以下である、
   光学ガラス。
2. さらに、カチオンのモル％表示で、
   Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋及びＢａ^２＋の総含有率が、０％以上１５％以下である、
   請求項１に記載の光学ガラス。
3. さらに、カチオンのモル％表示で、
   Ｔｉ^４＋の含有率が、０％以上１０％以下である、
   請求項１又は２に記載の光学ガラス。
4. さらに、カチオンのモル％表示で、
   Ｎｂ^５＋の含有率が、０％以上３０％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. Ｂ^３＋ の含有率が、０％以上５％以下、
   Ｐ ^５＋ の含有率が、０％以上５％以下である、
   請求項１～４のいずれか一項に光学ガラス。
6. Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋及びＣｓ^＋ の総含有率が、０％以上５％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. 結晶化ピーク温度（Ｔ_ｐ）－ガラス転移温度（Ｔ_ｇ）で表される差（ΔＴ）が、１３０℃以上である、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の光学ガラス。
8. ｄ線における屈折率（ｎ_ｄ）が、１．９５以上２．０５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. アッベ数（ν_ｄ）が、２５以上４０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. 厚みの最大値が、６ｍｍ以上である、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の光学ガラス。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
12. 請求項１１に記載の光学素子を用いた光学系。
13. 請求項１２に記載の光学系を備える交換レンズ。
14. 請求項１２に記載の光学系を備える光学装置。

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