WO2023189051A1 - 光学ガラス、光学素子、カメラ用交換レンズ、顕微鏡用対物レンズ、接合レンズ、光学系、光学装置、反射素子、位置測定装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to optical glass, optical elements, interchangeable lenses for cameras, objective lenses for microscopes, cemented lenses, optical systems, optical devices, reflective elements, and position measuring devices.
- the present invention claims priority of the Japanese patent application number 2022-053320 filed on March 29, 2022, and for designated countries where incorporating by reference to documents is allowed, the contents described in the application are Incorporated into this application by reference.
- optical glass used in these devices has characteristics of high refractive index, high dispersion, and low anomalous dispersion, as well as a near-infrared refractive index of about 2.
- the first aspect according to the present invention is, in terms of mol%, TeO 2 content: 40 to 85%, ZnO content: 10 to 40%, and one of B 2 O 3 and Bi 2 O 3 ; It is an optical glass containing one of La 2 O 3 and WO 3 .
- TeO 2 content 40-85%, ZnO content: 10-40%
- B 2 O 3 content 0-10%
- Bi 2 O 3 content 0-10%.
- a second aspect of the present invention is an optical element using the above-mentioned optical glass.
- a third aspect of the present invention is an optical device including the above-described optical element.
- a fourth aspect of the present invention is a reflective element comprising the above-mentioned optical element.
- a fifth aspect according to the present invention is a position measuring device including the above-described reflective element.
- a sixth aspect of the present invention is an interchangeable lens for a camera that includes the above-mentioned optical element.
- a seventh aspect of the present invention is a microscope objective lens including the above-mentioned optical element.
- An eighth aspect of the present invention includes a first lens element and a second lens element, and at least one of the first lens element and the second lens element is the above-mentioned optical glass. , is a cemented lens.
- a ninth aspect of the present invention is an optical system including the above-mentioned cemented lens.
- a tenth aspect of the present invention is an interchangeable lens for a camera that includes the above-mentioned optical system.
- An eleventh aspect of the present invention is a microscope objective lens including the above-mentioned optical system.
- a twelfth aspect of the present invention is an optical device including the above-described optical system.
- FIG. 1 is a perspective view showing an example of an imaging device using an optical device according to the present embodiment.
- FIG. 7 is a schematic diagram showing another example in which the optical device according to the present embodiment is used as an imaging device, and is a front view of the imaging device.
- FIG. 7 is a schematic diagram showing another example in which the optical device according to the present embodiment is used as an imaging device, and is a rear view of the imaging device.
- FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a multiphoton microscope according to the present embodiment. It is a schematic diagram showing an example of the cemented lens concerning this embodiment.
- 6A and 6B are schematic diagrams showing an example of a position measuring device using a reflective element according to this embodiment. It is a graph plotting v d and P g , F of each example.
- this embodiment is an illustration for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention to the following content.
- the present invention can be implemented with appropriate modifications within the scope of its gist.
- the optical glass according to the present embodiment has a TeO 2 content of 40 to 85% and a ZnO content of 10 to 40% in mol%, and contains one of B 2 O 3 and Bi 2 O 3 and La It is an optical glass containing either one of 2 O 3 and WO 3 .
- TeO 2 content 40-85%
- ZnO content 10-40%
- B 2 O 3 content 0-10%
- Bi 2 O 3 content 0-10%.
- each component is expressed as mol% of each component based on the total number of moles of glass having an oxide equivalent composition.
- oxide equivalent composition here refers to the oxide equivalent composition, assuming that the oxides, complex salts, etc. used as raw materials for the glass components of this embodiment are completely decomposed and converted into oxides when melted.
- the composition shows each component contained in the glass, with the total number of moles being 100 mol%.
- the expression that the Q content is "0 to N%" includes cases where the Q component is not included and cases where the Q component is more than 0% and not more than N%.
- the expression "does not contain Q component” means that the Q component is not substantially contained, and indicates that the content of this component is below the impurity level.
- low the impurity level means, for example, less than 0.01%.
- devitrification resistance stability means the resistance of glass to devitrification.
- devitrification refers to the loss of transparency of glass due to crystallization or phase separation that occurs when the temperature of glass is raised above the glass transition temperature or when the temperature is lowered from the molten state to below the liquidus temperature. It means a phenomenon.
- the optical glass according to this embodiment can realize a glass having characteristics of a near-infrared region refractive index of about 2 while having high refractive index, high dispersion, and low anomalous dispersion.
- TeO 2 is a component that can improve the refractive index and anti-devitrification stability. From this point of view, the content of TeO 2 is 40 to 85% in mol%. The lower limit of this content is preferably 45%, more preferably 47%, and even more preferably 50%. Moreover, the upper limit of this content rate is preferably 80%, more preferably 70%, and still more preferably 65%.
- ZnO is a component that improves devitrification resistance and lowers the partial dispersion ratio. If the ZnO content is too low, the devitrification resistance stability tends to decrease. If the ZnO content is too high, the partial dispersion ratio tends to decrease. From this point of view, the content of ZnO is 10 to 40% in terms of mol%. The lower limit of this content is preferably 12%, more preferably 15%, and even more preferably 18%. Moreover, the upper limit of this content rate is preferably 35%, more preferably 30%, and even more preferably 25%.
- the glass according to this embodiment preferably contains one of B 2 O 3 and Bi 2 O 3 in addition to TeO 2 and ZnO.
- B 2 O 3 when B 2 O 3 is included, Bi 2 O 3 may or may not be added to the optical glass of this embodiment.
- WO 3 when La 2 O 3 is included, WO 3 may or may not be added to the optical glass of this embodiment.
- B 2 O 3 is a component constituting the network-forming oxide. Since B 2 O 3 is a highly volatile component, if it is introduced in excess, it may cause compositional fluctuations in the glass during manufacturing, and may cause striae to become apparent. From this point of view, the content of B 2 O 3 is 0 to 20% in mol%. The lower limit of this content is preferably 2%, more preferably 4%, and still more preferably 5%. Moreover, the upper limit of this content rate is preferably 16%, more preferably 14%, and even more preferably 12%.
- Bi 2 O 3 is a component that increases the refractive index and partial dispersion ratio. If the content of Bi 2 O 3 is too high, the transmittance tends to deteriorate and the dispersion tends to increase. If the content of Bi 2 O 3 is too low, the meltability tends to decrease. From this point of view, the content of Bi 2 O 3 is 0 to 10% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 2%, more preferably 3%, and even more preferably 4%.
- the upper limit of this content rate is preferably 9%, more preferably 8%, and still more preferably 7%.
- La 2 O 3 has the effect of increasing the refractive index without impairing low dispersion, and can maintain the devitrification resistance stability of the glass.
- specific gravity tends to increase.
- the content of La 2 O 3 is 0 to 15% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 2%, more preferably 4%, and even more preferably 6%.
- the upper limit of this content rate is preferably 13%, more preferably 11%, and even more preferably 10%.
- the content of WO 3 is 0 to 20% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 2%, more preferably 4%, and even more preferably 6%.
- the upper limit of this content rate is preferably 18%, more preferably 16%, and even more preferably 14%.
- Y 2 O 3 is a component that can increase the refractive index without impairing low dispersion, and in particular, by coexisting with La 3+ in the glass, the anti-devitrification stability can be further improved.
- the content of Y 2 O 3 is 0 to 15% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 1%, more preferably 2%, and even more preferably 3%.
- the upper limit of this content rate is preferably 13%, more preferably 10%, and even more preferably 8%.
- Gd 2 O 3 is a component that can increase the refractive index without impairing low dispersion, and in particular, by coexisting with La 3+ in the glass, the anti-devitrification stability can be further enhanced.
- the content of Gd 2 O 3 is 0 to 15% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 1%, more preferably 2%, and still more preferably 3%.
- the upper limit of this content rate is preferably 13%, more preferably 10%, and even more preferably 8%.
- the optical glass according to this embodiment contains at least one of Y 2 O 3 , La 2 O 3 and Gd 2 O 3 .
- the lower limit of this content is preferably more than 0%, more preferably 3%, and still more preferably 4%.
- the upper limit of this content rate is preferably 13%, more preferably 11%, and even more preferably 10%.
- Li 2 O is a component that lowers ⁇ P g,F and improves the meltability of glass. If this content is too high, the devitrification resistance stability will decrease and the Abbe number will increase. From this point of view, the content of Li 2 O is 0 to 10% in terms of mol%.
- the lower limit of this content is preferably 1%, more preferably 2%, and even more preferably 3%.
- the upper limit of this content rate is preferably 8%, more preferably 6%, and even more preferably 5%.
- Na 2 O is a component that lowers ⁇ P g,F and improves the meltability of glass. If this content is too high, the devitrification resistance stability will decrease and the Abbe number will increase. From this point of view, the content of Na 2 O is 0 to 10% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 1%, more preferably 2%, and even more preferably 3%.
- the upper limit of this content rate is preferably 8%, more preferably 6%, and even more preferably 5%.
- K 2 O is a component that lowers ⁇ P g,F and improves the meltability of glass, but compared to Li 2 O and Na 2 O, it lowers the devitrification resistance of the glass and lowers the Abbe number. It has a great raising effect. From this point of view, the content of K 2 O is 0 to 10% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 1%, more preferably 2%, and still more preferably 3%.
- the upper limit of this content rate is preferably 8%, more preferably 6%, and even more preferably 5%.
- the content of SrO is 0 to 5% by mole from the viewpoint of high dispersion.
- the lower limit of this content is preferably 0.5%, more preferably 1%, and even more preferably 2%.
- the upper limit of this content is preferably 4%, more preferably 3.5%, still more preferably 3%.
- BaO is a component that does not significantly increase ⁇ P g,F and improves the devitrification resistance stability of the glass. When BaO is not contained, the devitrification resistance stability of the glass decreases. From this point of view, the content of BaO is 0 to 5% by mole. The lower limit of this content is preferably 0.5%, more preferably 1%, and even more preferably 2%. Further, the upper limit of this content is preferably 4%, more preferably 3.5%, still more preferably 3%.
- the content of CaO is 0 to 10% by mole from the viewpoint of high dispersion.
- the lower limit of this content is preferably 1%, more preferably 2%, and even more preferably 3%.
- the upper limit of this content is preferably 9%, more preferably 8%, and still more preferably 6%.
- MgO is a component that increases the Abbe number, it has a greater effect of increasing ⁇ P g,F than BaO. From this point of view, the MgO content is 0 to 10% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 1%, more preferably 2%, and even more preferably 3%.
- the upper limit of this content rate is preferably 9%, more preferably 8%, and even more preferably 7%.
- Al 2 O 3 is a component that can improve the meltability during optical glass production and the devitrification resistance stability of optical glass. From this point of view, the content of Al 2 O 3 is 0 to 5% in mol%. The lower limit of this content is preferably 0.5%, more preferably 1%, and even more preferably 1.5%. Further, the upper limit of this content is preferably 4%, more preferably 3%, and even more preferably 2%.
- TiO2 can increase the refractive index and maintain low specific gravity at the same time. From the viewpoint of such effects and the content of rare earth components and transition metal components, the content of TiO 2 is 0 to 5% by mole.
- the lower limit of this content is preferably 0.5%, more preferably 1%, and even more preferably 1.5%.
- the upper limit of this content is preferably 4%, more preferably 3%, and even more preferably 2%.
- ZrO 2 has the effect of increasing devitrification resistance and refractive index while maintaining low dispersion. If this content is too low, dispersibility becomes high, and if it exceeds 5%, the glass tends to devitrify. From this point of view, the content of ZrO 2 is 0 to 5% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 0.5%, more preferably 1%, and even more preferably 1.5%.
- the upper limit of this content is preferably 4%, more preferably 3.5%, still more preferably 3%.
- Nb 2 O 5 can further improve the low dispersion properties of glass.
- the content of Nb 2 O 5 is 0 to 5% in mol%.
- the lower limit of this content is preferably 0.5%, more preferably 1%, and even more preferably 1.5%.
- the upper limit of this content is preferably 4%, more preferably 3.5%, still more preferably 3%.
- Ta 2 O 5 has the effect of increasing devitrification resistance while maintaining low dispersibility. From this point of view, the content of Ta 2 O 5 is 0 to 5% in mol%. The lower limit of this content is preferably 0.5%, more preferably 1%, and even more preferably 1.5%. Further, the upper limit of this content is preferably 4%, more preferably 3.5%, still more preferably 3%.
- the ratio of the total content (mol%) of Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 and Gd 2 O 3 to the TeO 2 content (mol %) is 0 to 0.8.
- the lower limit of this ratio is preferably 0.2, more preferably 0.4, and even more preferably 0.6.
- the upper limit of this ratio is preferably 0.78, more preferably 0.76, and still more preferably 0.74.
- the lower limit of this total content is preferably 0.5%, more preferably 1%, and even more preferably 2%.
- the upper limit of this total content is preferably 8%, more preferably 6%, and still more preferably 5%.
- a suitable combination of these contents is Li 2 O content: 0 to 10%, Na 2 O content: 0 to 10%, and K 2 O content: 0 to 10%.
- the lower limit of this total content is preferably 11%, more preferably 12%, and even more preferably 13%.
- the upper limit of this total content is preferably 35%, more preferably 30%, and still more preferably 25%.
- the method for manufacturing the optical glass according to this embodiment is not particularly limited, and any known method can be adopted. Furthermore, suitable manufacturing conditions can be selected as appropriate. For example, raw materials such as oxides, carbonates, nitrates, sulfates, etc. are mixed to a target composition, preferably melted at 1100 to 1400°C, homogenized by stirring, and foam removed. A manufacturing method such as pouring into a mold can be adopted.
- the lower limit of the melting temperature mentioned above is more preferably 1200°C, and the upper limit is more preferably 1350°C, still more preferably 1300°C.
- the optical glass thus obtained can be processed into a desired shape by reheat pressing or the like as necessary, and then polished or the like to form a desired optical element.
- a high-purity product is one that contains 99.85% by mass or more of the component. By using a high-purity product, the amount of impurities is reduced, which tends to increase the internal transmittance of optical glass.
- the optical glass according to this embodiment has a high refractive index (a large refractive index (n d )).
- the higher the refractive index (n d ) the lower the transmittance tends to be.
- the refractive index (n d ) for the d-line in the optical glass according to this embodiment is in the range of 1.95 to 2.2.
- the lower limit of the refractive index (n d ) is more preferably 1.96, and even more preferably 1.98.
- the upper limit of the refractive index (n d ) is preferably 2.15, more preferably 2.1, and still more preferably 2.07.
- the optical glass according to this embodiment has a refractive index (n 1550 ) at 1550 nm in the range of 1.9 to 2.1. is preferred.
- the lower limit of the refractive index (n 1550 ) at 1550 nm is more preferably 1.91, and even more preferably 1.93.
- the upper limit of the refractive index (n 1550 ) at 1550 nm is more preferably 2.0, and even more preferably 1.997.
- the Abbe number ( ⁇ d ) of the optical glass according to this embodiment is preferably in the range of 15 to 30.
- the lower limit of the Abbe number ( ⁇ d ) is more preferably 16, and even more preferably 18.
- the upper limit of the Abbe number (v d ) is more preferably 27, and even more preferably 25.
- the optical glass according to this embodiment has a large partial dispersion ratio (P g , F ).
- the partial dispersion ratio (P g , F ) of the optical glass according to the present embodiment is expressed by the following formula (1). -0.00607 ⁇ vd+0.752 ⁇ P g , F ⁇ -0.00607 ⁇ vd+0.762...(1) It is preferable that it satisfies, or preferably 0.55 to 0.68.
- the lower limit of the partial dispersion ratio (P g , F ) is more preferably 0.57, still more preferably 0.59.
- the upper limit of the partial dispersion ratio (P g , F ) is more preferably 0.68, still more preferably 0.66.
- the optical glass according to this embodiment has large anomalous dispersion ( ⁇ P g , F ).
- the value ( ⁇ P g , F ) indicating the anomalous dispersion property of the optical glass according to this embodiment is 0.002 or more.
- the lower limit of the value ( ⁇ P g , F ) indicating anomalous dispersion is more preferably 0.004, and even more preferably 0.006.
- the upper limit of the value ( ⁇ P g , F ) indicating anomalous dispersion is not particularly limited, but may be set to 0.040, for example.
- the optical glass according to the present embodiment can be suitably used, for example, as an optical element included in an optical device.
- optical elements include mirrors, lenses, prisms, filters, reflective devices, reflective elements, and the like.
- examples of optical systems in which the above-mentioned optical elements are used include objective lenses, condensing lenses, imaging lenses, interchangeable lenses for cameras, and position measuring devices.
- imaging devices such as interchangeable lens cameras and non-interchangeable lens cameras
- various optical devices of microscope devices such as fluorescence microscopes and multiphoton microscopes
- position measuring devices such as laser trackers.
- Such optical devices are not limited to the above-mentioned imaging devices and microscopes, but also include, but are not limited to, telescopes, binoculars, laser distance meters, projectors, and the like. An example of these will be explained below.
- FIG. 1 is a perspective view showing an example of an imaging device using an optical device according to this embodiment.
- the imaging device 1 is a so-called digital single-lens reflex camera (interchangeable lens camera), and the photographing lens 103 (optical system) is equipped with an optical element whose base material is the optical glass according to this embodiment.
- a lens barrel 102 is detachably attached to a lens mount (not shown) of a camera body 101. The light passing through the lens 103 of the lens barrel 102 forms an image on a sensor chip (solid-state imaging device) 104 of a multi-chip module 106 arranged on the back side of the camera body 101.
- a sensor chip solid-state imaging device
- the sensor chip 104 is a bare chip such as a so-called CMOS image sensor, and the multi-chip module 106 is, for example, a COG (Chip On Glass) type module in which the sensor chip 104 is bare chip mounted on a glass substrate 105.
- COG Chip On Glass
- FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing other examples in which the optical device according to this embodiment is used as an imaging device.
- FIG. 2 shows a front view of the imaging device CAM
- FIG. 3 shows a back view of the imaging device CAM.
- the imaging device CAM is a so-called digital still camera (non-interchangeable lens camera), and the photographing lens WL (optical system) includes an optical element having the optical glass according to the present embodiment as a base material.
- the imaging device CAM In the imaging device CAM, when the power button (not shown) is pressed, the shutter (not shown) of the photographic lens WL is opened, and the light from the subject (object) is collected by the photographic lens WL and placed on the image plane. The image is formed on the image sensor.
- the subject image formed on the imaging device is displayed on a liquid crystal monitor M placed behind the imaging device CAM. After determining the composition of the subject image while looking at the liquid crystal monitor M, the photographer presses down the release button B1 to capture the subject image with the image sensor, and records and saves the subject image in a memory (not shown).
- the imaging device CAM includes an auxiliary light emitting unit EF that emits auxiliary light when the subject is dark, a function button B2 used for setting various conditions of the imaging device CAM, and the like.
- the optical glass according to this embodiment is suitable as a member of such optical equipment.
- the optical equipment applicable to this embodiment is not limited to the above-mentioned imaging device, but also includes, for example, a projector.
- the optical element is not limited to lenses, but may also include prisms and the like.
- FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the multiphoton microscope 2 according to this embodiment.
- the multiphoton microscope 2 includes an objective lens 206, a condensing lens 208, and an imaging lens 210. At least one of the objective lens 206, the condensing lens 208, and the imaging lens 210 includes an optical element whose base material is the optical glass according to this embodiment.
- the optical system of the multiphoton microscope 2 will be mainly explained below.
- the pulse laser device 201 emits ultrashort pulsed light having a near-infrared wavelength (approximately 1000 nm) and a pulse width of femtoseconds (for example, 100 femtoseconds), for example.
- the ultrashort pulsed light immediately after being emitted from the pulsed laser device 201 is generally linearly polarized light that is polarized in a predetermined direction.
- the pulse splitting device 202 splits the ultrashort pulse light, increases the repetition frequency of the ultrashort pulse light, and emits it.
- the beam adjustment unit 203 has a function of adjusting the beam diameter of the ultrashort pulsed light incident from the pulse splitter 202 to match the pupil diameter of the objective lens 206, and a function of adjusting the beam diameter of the ultrashort pulsed light incident from the pulse splitter 202, and adjusting the wavelength of the light emitted from the sample S and the ultrashort pulsed light.
- a function that adjusts the focusing and divergence angle of ultrashort pulsed light to correct axial chromatic aberration (focus difference) with respect to wavelength, and the pulse width of ultrashort pulsed light is adjusted by group velocity dispersion while passing through the optical system. In order to correct for the spread, it has a pre-chirp function (group velocity dispersion compensation function) that gives an opposite group velocity dispersion to the ultrashort pulse light.
- the repetition frequency of the ultrashort pulse light emitted from the pulse laser device 201 is increased by the pulse splitting device 202, and the above-mentioned adjustment is performed by the beam adjustment section 203.
- the ultrashort pulse light emitted from the beam adjustment unit 203 is reflected by the dichroic mirror 204 in the direction of the dichroic mirror, passes through the dichroic mirror 205, is focused by the objective lens 206, and is irradiated onto the sample S.
- the observation surface of the sample S may be scanned with ultrashort pulsed light by using a scanning means (not shown).
- the fluorescent dye with which the sample S is stained is multiphoton excited in the area of the sample S that is irradiated with ultrashort pulsed light and in the vicinity thereof, and the ultrashort pulsed light having an infrared wavelength is excited. Fluorescence with a shorter wavelength (hereinafter referred to as "observation light”) is emitted.
- Observation light emitted from the sample S in the direction of the objective lens 206 is collimated by the objective lens 206, and depending on its wavelength, is reflected by the dichroic mirror 205 or transmitted through the dichroic mirror 205.
- the observation light reflected by the dichroic mirror 205 enters the fluorescence detection section 207.
- the fluorescence detection unit 207 is configured with, for example, a barrier filter, a PMT (photo multiplier tube), etc., receives the observation light reflected by the dichroic mirror 205, and outputs an electrical signal according to the amount of light. . Furthermore, the fluorescence detection unit 207 detects observation light across the observation surface of the sample S as the ultrashort pulse light scans the observation surface of the sample S.
- the observation light is descanned by a scanning means (not shown), transmitted through a dichroic mirror 204, and condensed by a condensing lens 208.
- the light passes through the hole 209, passes through the imaging lens 210, and enters the fluorescence detection section 211.
- the fluorescence detection unit 211 is composed of, for example, a barrier filter, a PMT, etc., receives observation light that is imaged on the light receiving surface of the fluorescence detection unit 211 by the imaging lens 210, and outputs an electric signal according to the amount of light. Further, the fluorescence detection unit 211 detects observation light across the observation surface of the sample S as the ultrashort pulse light is scanned on the observation surface of the sample S.
- the fluorescence detection unit 113 is configured of, for example, a barrier filter, a PMT, etc., receives the observation light reflected by the dichroic mirror 212, and outputs an electrical signal according to the amount of light. Furthermore, the fluorescence detection unit 213 detects observation light across the observation surface of the sample S as the ultrashort pulse light scans the observation surface of the sample S.
- the electrical signals output from each of the fluorescence detection units 207, 211, and 213 are input to, for example, a computer (not shown), and the computer generates an observation image based on the input electric signals, and the generated observation image. Images can be displayed and data of observed images can be stored.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a cemented lens according to this embodiment.
- the cemented lens 3 is a compound lens having a first lens element 301 and a second lens element 302. At least one of the first lens element and the second lens element uses the optical glass according to this embodiment.
- the first lens element and the second lens element are joined together via a joining member 303.
- a known adhesive or the like can be used as the bonding member 303.
- the term "lens element” refers to each lens constituting a single lens or a cemented lens.
- the cemented lens according to this embodiment is useful from the viewpoint of chromatic aberration correction, and can be suitably used in the above-mentioned optical elements, optical systems, optical devices, and the like.
- the optical system including the cemented lens can be particularly suitably used in interchangeable lenses for cameras, optical devices, and the like.
- the above-mentioned aspect demonstrated the cemented lens using two lens elements, it is good also as a cemented lens using three or more lens elements without being limited to this. In the case of a cemented lens using three or more lens elements, at least one of the three or more lens elements may be formed using the optical glass according to this embodiment.
- the glass according to this embodiment can also be used as a reflective element (retroreflector) 402 of a position measuring device 401 such as a laser tracker, as shown in FIG. 6A.
- the position measuring device 401 includes an irradiation unit 403 that projects light onto a reflective element 402 and a light receiving unit 404 that receives light reflected by a reflector.
- the reflective element 402 can be attached to a part of a workpiece (measurement object) 405 such as a robot arm, a machine tool, an airplane casing, or the like. Any number of reflective elements can be attached to the workpiece.
- the shape of the reflective element 402 may be a combination of a hemispherical glass according to this embodiment and a hemispherical glass different from this embodiment, and is preferably cat's eye glass (spherical glass).
- the position measuring device 401 directs the irradiation unit 403 toward the reflective element 402 provided on the workpiece 405 and irradiates it with measurement light.
- the light reflected by the reflective element 402 is received by the light receiving section 404.
- the position measuring device 401 measures the distance to the reflective element 402 based on the time from when the reflective element is irradiated with light to when the reflected light is received, and calculates the measured distance and the direction in which the measurement light is irradiated (elevation angle and The three-dimensional position of the reflective element 402 is determined from the azimuth angle).
- a method for measuring the distance a method may be used in which a reference light serving as a standard and a measurement light reflected back from the reflection element 402 are made to interfere with each other, and the distance is determined from the phase difference between the two lights.
- Optical glasses according to each Example and Comparative Example were produced using the following procedure. First, glass raw materials selected from oxides, hydroxides, phosphoric acid compounds (phosphates, orthophosphoric acid, etc.), carbonates, nitrates, etc. are weighed so that they have the composition (mass%) listed in each table. did. Next, the weighed raw materials were mixed and put into a platinum crucible, melted at a temperature of 750 to 1100°C, and homogenized by stirring. After removing the bubbles, each sample was obtained by lowering the temperature to an appropriate temperature, casting it into a mold, slowly cooling it, and molding it.
- FIG. 7 is a graph plotting P g, F and v d of each example and comparative example.
- n d Refractive index
- ⁇ d Abbe number
- n d refractive index
- ⁇ d Abbe number
- n C and n F indicate the refractive index of glass for light with wavelengths of 656.273 nm and 486.133 nm, respectively.
- ⁇ d (n d -1)/(n F -n C )...(2)
- Partial dispersion ratio (P g , F )
- the partial variance ratio (P g , F ) of each sample indicates the ratio of the partial variance (n g ⁇ n F ) to the main variance ( n F ⁇ n C ), and was determined from the following equation (3).
- n g represents the refractive index of glass for light with a wavelength of 435.835 nm.
- the value of the partial variance ratio (P g , F ) was set to three decimal places.
- P g , F (n g ⁇ n F )/(n F ⁇ n C ) (3)
- Anomalous dispersion ( ⁇ P g,F ) The anomalous dispersion ( ⁇ P g,F ) of each sample indicates the deviation from the partial dispersion ratio standard line based on two glass types, F2 and K7, which are glasses having normal dispersion. That is, on the coordinates where the vertical axis is the partial dispersion ratio (P g, F ) and the horizontal axis is the Abbe number ⁇ d , the difference in the vertical coordinate between the straight line connecting the two glass types and the value of the glass to be compared is the partial This results in a bias in the dispersion ratio, that is, anomalous dispersion ( ⁇ P g,F ).
- the glass In the above coordinate system, if the value of the partial dispersion ratio is located above the straight line connecting the reference glass types, the glass exhibits positive anomalous dispersion (+ ⁇ P g,F ) and is located below. In this case, the glass exhibits negative anomalous dispersion (- ⁇ P g,F ).
- the Abbe numbers ⁇ d and partial dispersion ratios (Pg, F) of F2 and K7 are as follows.
- Each table shows the composition and physical property values of each example. Note that unless otherwise specified, the content of each component is based on mol%.
- the optical glass of this example has a refractive index in the near-infrared region of about 2 while having high refraction, high dispersion, and low anomalous dispersion.
- SYMBOLS 1 Imaging device, 101... Camera body, 102... Lens barrel, 103... Lens, 104... Sensor chip, 105... Glass substrate, 106... Multi-chip module, CAM...Imaging device (non-interchangeable lens camera), WL...Photographing lens, M...LCD monitor, EF...auxiliary light emitter, B1...release button, B2...function button , 2... Multiphoton microscope, 201... Pulse laser device, 202... Pulse splitting device, 203... Beam adjustment section, 204, 205, 212... Dichroic mirror, 206...
- Objective lens 207, 211, 213...Fluorescence detection unit, 208...Condensing lens, 209...Pinhole, 210...Imaging lens, S...Sample, 3...Cemented lens, 301 ... first lens element, 302 ... second lens element, 303 ... joining member, 401 ... position measuring device, 402 ... reflection element, 403 ... irradiation section, 404 ... ... Light receiving part, 405 ... Workpiece
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Abstract
モル%で、TeO2含有率:40~85%、ZnO含有率:10~40%、であり、B2O3とBi2O3のいずれか一種と、La2O3とWO3のいずれか一種とを含む、光学ガラス。
Description
本発明は、光学ガラス、光学素子、カメラ用交換レンズ、顕微鏡用対物レンズ、接合レンズ、光学系、光学装置、反射素子、位置測定装置、に関する。本発明は2022年3月29日に出願された日本国特許の出願番号2022-053320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。
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、高屈高分散、低異常分散でありながら、近赤外域屈折率が2程度の特性を持つ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、モル%で、TeO2含有率:40~85%、ZnO含有率:10~40%であり、B2O3とBi2O3のいずれか一種と、La2O3とWO3のいずれか一種とを含む、光学ガラスである。また、モル%で、TeO2含有率:40~85%、ZnO含有率:10~40%、B2O3含有率:0~10%、Bi2O3含有率:0~10%、であり、Y2O3、La2O3、Gd2O3のうち少なくとも一種を含む、光学ガラスである。
本発明に係る第二の態様は、上述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、上述の光学素子を備える、光学装置である。
本発明に係る第四の態様は、上述の光学素子を備える、反射素子である。
本発明に係る第五の態様は、上述の反射素子を備える、位置測定装置である。
本発明に係る第六の態様は、上述の光学素子を備える、カメラ用交換レンズである。
本発明に係る第七の態様は、上述の光学素子を備える、顕微鏡用対物レンズである。
本発明に係る第八の態様は、第一のレンズ要素と第二のレンズ要素とを有し、前記第一のレンズ要素と前記第二のレンズ要素の少なくとも一つは上述の光学ガラスである、接合レンズである。
本発明に係る第九の態様は、上述の接合レンズを含む、光学系である。
本発明に係る第十に態様は、上述の光学系を含む、カメラ用交換レンズである。
本発明に係る第十一の態様は、上述の光学系を含む、顕微鏡用対物レンズである。
本発明に係る第十二の態様は、上述の光学系を含む、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。
本実施形態に係る光学ガラスは、モル%で、TeO2含有率:40~85%、ZnO含有率:10~40%であり、B2O3とBi2O3のいずれか一種と、La2O3とWO3のいずれか一種とを含む、光学ガラスである。また、モル%で、TeO2含有率:40~85%、ZnO含有率:10~40%、B2O3含有率:0~10%、Bi2O3含有率:0~10%、であり、Y2O3、La2O3、Gd2O3のうち少なくとも一種を含む、光学ガラスである。
本明細書中において、特に断りがない場合は、各成分の含有率は、全て酸化物換算組成のガラスの総モル数に対する各成分のモル%表示であるものとする。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、当該酸化物の総モル数を100モル%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。
また、Q含有率が「0~N%」という表現は、Q成分を含まない場合及び、Q成分が0%を超えてN%以下である場合を含む表現である。
また、「Q成分を含まない」という表現は、このQ成分を実質的に含まないことを意味し、この構成成分の含有率が不純物レベル程度以下であることを指す。不純物レベル程度以下とは、例えば、0.01%未満であることを意味する。
また、「耐失透安定性」という表現は、ガラスの失透に対する耐性のことを意味する。ここで「失透」とは、ガラスをガラス転移温度以上に昇温した際、あるいは融液状態から液相温度以下に降温した際に生じる結晶化又は分相等により、ガラスの透明性が失われる現象のことを意味する。
本実施形態に係る光学ガラスは、高屈高分散、低異常分散でありながら、近赤外域屈折率が2程度の特性を持つガラスを実現できる。
以下、本実施形態に係る光学ガラスの成分組成を説明する。
TeO2は、屈折率と耐失透安定性を高めることができる成分である。かかる観点から、TeO2の含有率は、モル%で40~85%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは45%であり、より好ましくは47%であり、更に好ましくは50%である。また、この含有率の上限は、好ましくは80%であり、より好ましくは70%、更に好ましくは65%である。
ZnOは、耐失透安定性を向上させ、部分分散比を下げる成分である。ZnOの含有率が少なすぎると、耐失透安定性が低下する傾向にある。ZnOの含有率が多すぎると、部分分散比が低下する傾向にある。かかる観点から、ZnOの含有率は、モル%で10~40%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは12%であり、より好ましくは15%であり、更に好ましくは18%である。また、この含有率の上限は、好ましくは35%であり、より好ましくは30%、更に好ましくは25%である。
本実施形態に係るガラスは、TeO2とZnOに加えてB2O3とBi2O3のうちいずれか一成分を含むことが好ましい。例えば、B2O3を含む場合、Bi2O3は本実施形態の光学ガラスに添加されてもよいし、されなくてもよい。さらに、La2O3とWO3のうちいずれか一成分をさらに含むことが好ましい。例えば、La2O3を含む場合、WO3は本実施形態の光学ガラスに添加されてもよいし、されなくてもよい。
B2O3は、網目形成酸化物を構成する成分である。B2O3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。かかる観点から、B2O3の含有率は、モル%で0~20%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは2%であり、より好ましくは4%であり、更に好ましくは5%である。また、この含有率の上限は、好ましくは16%であり、より好ましくは14%、更に好ましくは12%である。
Bi2O3は、屈折率と部分分散比を高める成分である。Bi2O3の含有率が多すぎると透過率が悪化し、また分散が上昇する傾向にある。Bi2O3の含有率が少なすぎると、熔融性が低下する傾向にある。かかる観点から、Bi2O3の含有率は、モル%で0~10%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは2%であり、より好ましくは3%であり、更に好ましくは4%である。また、この含有率の上限は、好ましくは9%であり、より好ましくは8%、更に好ましくは7%である。
La2O3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、ガラスの耐失透安定性を維持することができる。しかし、この含有率が高まると高比重化しやすくなる。かかる観点から、La2O3の含有率は、モル%で0~15%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは2%であり、より好ましくは4%であり、更に好ましくは6%である。また、この含有率の上限は、好ましくは13%であり、より好ましくは11%、更に好ましくは10%である。
WO3の含有率は、透過率の観点から、モル%で0~20%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは2%であり、より好ましく4%であり、更に好ましくは6%である。また、この含有率の上限は、好ましくは18%であり、より好ましくは16%、更に好ましくは14%である。
Y2O3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La3+とガラス中に共存させることで耐失透安定性を一層向上させることができる。かかる観点から、Y2O3の含有率は、モル%で0~15%である。そして、この含有率の下限は、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。また、この含有率の上限は、好ましくは13%であり、より好ましくは10%、更に好ましくは8%である。
Gd2O3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La3+とガラス中に共存させることで耐失透安定性を一層高めることができる。かかる観点から、Gd2O3の含有率は、モル%で0~15%である。そして、この含有率の下限は、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。また、この含有率の上限は、好ましくは13%であり、より好ましくは10%、更に好ましくは8%である。
本実施形態に係る光学ガラスは、Y2O3、La2O3及びGd2O3を少なくとも一つを含むことが好ましい。Y2O3、La2O3及びGd2O3の総含有率(ΣLn2O3;ただし、Ln=Y、La、Gd)は、モル%で0~15%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは0超%であり、より好ましくは3%であり、更に好ましくは4%である。また、この含有率の上限は、好ましくは13%であり、より好ましくは11%、更に好ましくは10%である。(Y2O3+La2O3+Gd2O3)をかかる範囲とすることで光学ガラスの屈折率と耐失透安定性を向上することができる。
Li2Oは、ΔPg,Fを低下させ、ガラスの熔融性を向上させる成分である。この含有率が多すぎると、耐失透安定性が低下し、アッベ数が上昇する。かかる観点から、Li2Oの含有率は、モル%で0~10%である。そして、この含有率の下限は、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。また、この含有率の上限は、好ましくは8%であり、より好ましくは6%、更に好ましくは5%である。
Na2Oは、ΔPg,Fを低下させ、ガラスの熔融性を向上させる成分である。この含有率が多すぎると、耐失透安定性が低下し、アッベ数が上昇する。かかる観点から、Na2Oの含有率は、モル%で0~10%である。そして、この含有率の下限は、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。また、この含有率の上限は、好ましくは8%であり、より好ましくは6%、更に好ましくは5%である。
K2Oは、ΔPg,Fを低下させ、ガラスの熔融性を向上させる成分であるが、Li2OやNa2Oと比較してガラスの耐失透安定性を低下させ、アッベ数を上昇させる効果が大きい。かかる観点から、K2Oの含有率は、モル%で0~10%である。そして、この含有率の下限は、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。また、この含有率の上限は、好ましくは8%であり、より好ましくは6%、更に好ましくは5%である。
SrOの含有率は、高分散化の観点から、モル%で0~5%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%であり、更に好ましくは2%である。また、この含有率の上限は、好ましくは4%であり、より好ましくは3.5%、更に好ましくは3%である。
BaOは、ΔPg,Fを大きく上昇させず、ガラスの耐失透安定性を向上させる成分である。BaOを含有しない場合、ガラスの耐失透安定性が低下する。かかる観点から、BaOの含有率は、モル%で0~5%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%であり、更に好ましくは2%である。また、この含有率の上限は、好ましくは4%であり、より好ましくは3.5%、更に好ましくは3%である。
CaOの含有率は、高分散化の観点から、モル%で0~10%である。そして、この含有率の下限は、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。また、この含有率の上限は、好ましくは9%であり、より好ましくは8%、更に好ましくは6%である。
MgOは、アッベ数を上昇させる成分であるが、BaOと比較してΔPg,Fを上昇させる効果が大きい。かかる観点から、MgOの含有率は、モル%で0~10%である。そして、この含有率の下限は、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。また、この含有率の上限は、好ましくは9%であり、より好ましくは8%、更に好ましくは7%である。
Al2O3は、光学ガラス製造時の熔融性や、光学ガラスの耐失透安定性を高めることができる成分である。かかる観点から、Al2O3の含有率は、モル%で0~5%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%であり、更に好ましくは1.5%である。また、この含有率の上限は、好ましくは4%であり、より好ましくは3%、更に好ましくは2%である。
TiO2は、屈折率を高め、同時に低比重を維持することができる。このような効果や、希土類成分や遷移金属成分の含有率との観点から、TiO2の含有率は、モル%で0~5%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%であり、更に好ましくは1.5%である。また、この含有率の上限は、好ましくは4%であり、より好ましくは3%、更に好ましくは2%である。
ZrO2は、低分散性を維持しつつ、耐失透安定性及び屈折率を高める効果を有する。この含有率が低すぎると分散性が高くなり、5%を超えるとガラスが失透しやすくなる。かかる観点から、ZrO2の含有率は、モル%で0~5%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%であり、更に好ましくは1.5%である。また、この含有率の上限は、好ましくは4%であり、より好ましくは3.5%、更に好ましくは3%である。
Nb2O5は、ガラスの低分散性を一層向上させることができる。かかる観点から、Nb2O5の含有率は、モル%で0~5%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%であり、更に好ましくは1.5%である。また、この含有率の上限は、好ましくは4%であり、より好ましくは3.5%、更に好ましくは3%である。
Ta2O5は、低分散性を維持しつつ、耐失透安定性を高める効果を有する。かかる観点から、Ta2O5の含有率は、モル%で0~5%である。そして、この含有率の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%であり、更に好ましくは1.5%である。また、この含有率の上限は、好ましくは4%であり、より好ましくは3.5%、更に好ましくは3%である。
TeO2含有率(モル%)に対するBi2O3、B2O3、Y2O3、La2O3及びGd2O3の総含有率(モル%)の比((Bi2O3+B2O3+Y2O3+La2O3+Gd2O3)/TeO2)は、0~0.8である。そして、この比の下限は、好ましくは0.2であり、より好ましくは0.4であり、更に好ましくは0.6ある。この比の上限は、好ましくは0.78であり、より好ましくは0.76であり、更に好ましくは0.74である。Bi2O3+B2O3+Y2O3+La2O3+Gd2O3)/TeO2をかかる範囲とすることで、耐失透安定性を維持することができる。
Li2OとNa2OとK2Oの総含有率(ΣA2O;ただし、A=Li、Na、K)は、熔融性や屈折率や化学的耐久性の観点から、モル%で0~10%である。そして、この総含有率の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%であり、更に好ましくは2%である。この総含有率の上限は、好ましくは8%であり、より好ましくは6%であり、更に好ましくは5%である。
これらの含有率の好適な組み合わせとしては、Li2O含有率:0~10%、Na2O含有率:0~10%、及びK2O含有率:0~10%である。かかる組み合わせとすることで、熔融性を高め、化学的耐久性の低下を防ぐことができる。
SrO、BaO、CaO、MgO及びZnOの総含有率(ΣEO;ただし、E=Sr、Ba、Ca、Mg、Zn)は、熔融性や屈折率や化学的耐久性の観点から、モル%で10~40%である。そして、この総含有率の下限は、好ましくは11%であり、より好ましくは12%であり、更に好ましくは13%である。この総含有率の上限は、好ましくは35%であり、より好ましくは30%であり、更に好ましくは25%である。かかる組み合わせとすることで、熔融性を維持し、屈折率と化学的耐久性を向上することができる。
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℃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等を採用できる。上述した融解温度の下限は、より好ましくは1200℃であり、また上限は、より好ましくは1350℃であり、更に好ましくは1300℃である。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、不純物の含有率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にある。
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ガラス組成に適量添加することができる。また、上記成分に限らず、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。
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)が高いほど透過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におけるd線に対する屈折率(nd)は、1.95~2.2の範囲であることが好ましい。そして、屈折率(nd)の下限は、より好ましくは1.96であり、更に好ましくは1.98である。屈折率(nd)の上限は、好ましくは2.15であり、より好ましくは2.1であり、更に好ましくは2.07である。
近赤外域での使用の観点からは、本実施形態に係る光学ガラスは、本実施形態に係る光学ガラスにおける1550nmにおける屈折率(n1550)は、1.9~2.1の範囲であることが好ましい。そして、1550nmにおける屈折率(n1550)の下限は、より好ましくは1.91であり、更に好ましくは1.93である。1550nmにおける屈折率(n1550)の上限は、より好ましくは2.0であり、更に好ましくは1.997である。
本実施形態に係る光学ガラスのアッベ数(νd)は、15~30の範囲であることが好ましい。そして、アッベ数(νd)の下限は、より好ましくは16であり、更に好ましくは18である。アッベ数(νd)の上限は、より好ましくは27であり、更に好ましくは25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、以下の式(1)
-0.00607×vd+0.752<Pg,F<-0.00607×vd+0.762 ・・・(1)
を満たすことが好ましく、あるいは、0.55~0.68であることが好ましい。そして、部分分散比(Pg,F)の下限は、より好ましくは0.57であり、更に好ましくは0.59である。部分分散比(Pg,F)の上限は、より好ましくは0.68であり、更に好ましくは0.66である。
-0.00607×vd+0.752<Pg,F<-0.00607×vd+0.762 ・・・(1)
を満たすことが好ましく、あるいは、0.55~0.68であることが好ましい。そして、部分分散比(Pg,F)の下限は、より好ましくは0.57であり、更に好ましくは0.59である。部分分散比(Pg,F)の上限は、より好ましくは0.68であり、更に好ましくは0.66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、大きな異常分散性(ΔPg,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異常分散性を示す値(ΔPg,F)は、0.002以上であることが好ましい。そして異常分散性を示す値(ΔPg,F)の下限は、より好ましくは0.004であり、更に好ましくは0.006である。また、異常分散性を示す値(ΔPg,F)の上限は特に限定されないが、例えば、0.040としてもよい。
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。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、反射装置、反射素子等が含まれる。また上記光学素子が用いられる光学系としては、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、位置測定装置等が挙げられる。そして、これらの光学系は、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、蛍光顕微鏡や多光子顕微鏡等の顕微鏡装置の各種光学装置、レーザートラッカーなどの位置測定装置に好適に使用できる。かかる光学装置は、上述した撮像装置や顕微鏡に限られず、望遠鏡、双眼鏡、レーザー距離計、プロジェクタ等も含まれるが、これらに限られない。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装置を撮像装置とした一例を示す斜視図である。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、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は、本実施形態に係る光学装置を撮像装置とした一例を示す斜視図である。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、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及び図3は、本実施形態に係る光学装置を撮像装置とした他の例を示す概略図である。図2は、撮像装置CAMの正面図を示し、図3は、撮像装置CAMの背面図を示す。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、電源ボタン(不図示)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ーMに表示される。撮影者は、液晶モニターM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、メモリー(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、低い色収差、小型化が求められる。これらを実現するには光学系に分散特性が互いに異なるガラスを用いることが有効である。特に、低分散でありながらより高い部分分散比(Pg,F)を有するガラスの需要は高い。このような観点から、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。
<顕微鏡>
図4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、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。
図4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、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、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。
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。その場合、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。
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。
<接合レンズ>
図5は、本実施形態に係る接合レンズの一例を示す概略図である。接合レンズ3は、第一のレンズ要素301と第二のレンズ要素302とを有する複合レンズである。第一のレンズ要素と第二のレンズ要素の少なくとも1つは、本実施形態に係る光学ガラスを用いる。第一のレンズ要素と第二のレンズ要素は、接合部材303を介して接合されている。接合部材303としては、公知の接着剤等を用いることができる。なお、「レンズ要素」とは、単レンズ又は接合レンズを構成する各々のレンズのことを意味する。
図5は、本実施形態に係る接合レンズの一例を示す概略図である。接合レンズ3は、第一のレンズ要素301と第二のレンズ要素302とを有する複合レンズである。第一のレンズ要素と第二のレンズ要素の少なくとも1つは、本実施形態に係る光学ガラスを用いる。第一のレンズ要素と第二のレンズ要素は、接合部材303を介して接合されている。接合部材303としては、公知の接着剤等を用いることができる。なお、「レンズ要素」とは、単レンズ又は接合レンズを構成する各々のレンズのことを意味する。
本実施形態に係る接合レンズは、色収差補正の観点で有用であり、上述した光学素子や光学系や光学装置等に好適に使用できる。そして、接合レンズを含む光学系は、カメラ用交換レンズや光学装置等にとりわけ好適に使用できる。なお、上述の態様では2つのレンズ要素を用いた接合レンズについて説明したが、これに限られず、3つ以上のレンズ要素を用いた接合レンズとしてもよい。3つ以上のレンズ要素を用いた接合レンズとする場合、3つ以上のレンズ要素のうち少なくとも1つが本実施形態に係る光学ガラスを用いて形成されていればよい。
本実施形態に係るガラスは、図6Aに示されるように、レーザートラッカーなどの位置測定装置401の反射素子(レトロリフレクタ)402としても使用できる。位置測定装置401は、反射素子402へ光を投光する照射部403と、リフレクタで反射した光を受光する受光部404とが一体になっている。反射素子402は、ロボットのアーム、工作機器、飛行機の筐体などの被加工物(計測対象物)405の一部に取り付けることができる。反射素子は被加工物に任意の数だけ取り付けることができる。反射素子402の形状は、半球状の本実施形態に係るガラスと半球状の本実施形態とは異なるガラスを貼り合わせたものでもよいし、好ましくは、キャッツアイガラス(球状ガラス)がよい。
次に位置測定装置401の動作について図6A,図6Bを用いて説明する。初めに、図6Aのように、位置測定装置401は被加工物405に設けられた反射素子402の方向に照射部403を向け、測定光を照射する。次に、図6Bのように反射素子402で反射した光を受光部404で受光する。位置測定装置401は、反射素子に光を照射した時間から反射光を受光するまでの時間に基づいて反射素子402までの距離を測定し、測定された距離と測定光を照射した方向(仰角および方位角)から、反射素子402の三次元位置を決定する。距離の測定方法としては、基準となる参照光と、反射素子402で反射して戻って来た測定光とを干渉させ、2つの光の位相差から距離を求める方法であってもよい。
次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。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、750~1100℃の温度で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。
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、750~1100℃の温度で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。
<物性評価>
図7は、各実施例及び比較例のPg,Fとνdをプロットしたグラフである。
図7は、各実施例及び比較例のPg,Fとνdをプロットしたグラフである。
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(2)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)・・・(2)
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(2)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)・・・(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(3)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3位までとした。
Pg,F=(ng-nF)/(nF-nC)・・・(3)
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(3)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3位までとした。
Pg,F=(ng-nF)/(nF-nC)・・・(3)
異常分散性(ΔPg,F)
各サンプルの異常分散性(ΔPg,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(ΔPg,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(+ΔPg,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(-ΔPg,F)を示す。なお、F2およびK7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
K7:アッベ数νd=60.47、部分分散比(Pg,F)=0.5429
ΔPg,F=Pg,F-(-0.0016777×νd+0.6443513)・・・(4)
各サンプルの異常分散性(ΔPg,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(ΔPg,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(+ΔPg,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(-ΔPg,F)を示す。なお、F2およびK7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
K7:アッベ数νd=60.47、部分分散比(Pg,F)=0.5429
ΔPg,F=Pg,F-(-0.0016777×νd+0.6443513)・・・(4)
各表に、各実施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、各成分の含有率はモル%基準である。式中の「ΣA2O」は、Li2OとNa2OとK2Oの総含有率;(A=Li、Na、K)を示す。式中の「ΣEO」は、SrOとBaOとCaOとMgOとZnOの総含有率;(E=Sr、Ba、Ca、Mg、Zn)を示す。式中の「ΣLn2O3」は、Y2O3とLa2O3とGd2O3の総含有率;(Ln=Y、La、Gd)を示す。比較例は、光学ガラスを得ることができなったため、物性については「測定不可」であった。
以上より、本実施例の光学ガラスは、高屈高分散、低異常分散でありながら2程度の近赤外域屈折率を有し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、CAM・・・撮像装置(レンズ非交換式カメラ)、WL・・・撮影レンズ、M・・・液晶モニター、EF・・・補助光発光部、B1・・・レリーズボタン、B2・・・ファンクションボタン、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、3・・・接合レンズ、301・・・第一のレンズ要素、302・・・第二のレンズ要素、303・・・接合部材、401・・・位置測定装置、402・・・反射素子、403・・・照射部、404・・・受光部、405・・・被加工物
Claims (30)
- モル%で、
TeO2含有率:40~85%、
ZnO含有率:10~40%、であり、
B2O3とBi2O3のいずれか一種と、
La2O3とWO3のいずれか一種とを含む、光学ガラス。 - モル%で、
B2O3含有率:0~20%、
Bi2O3含有率:0~10%、である、請求項1に記載の光学ガラス。 - モル%で、
La2O3含有率:0~15%、
WO3含有率:0~20%、である、請求項1または2に記載の光学ガラス。 - モル%で、
Y2O3含有率:0~15%、
Gd2O3含有率:0~15%、である、請求項1~3のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - モル%で、
TeO2含有率:40~85%、
ZnO含有率:10~40%、
B2O3含有率:0~20%、
Bi2O3含有率:0~10%、であり。
Y2O3、La2O3、Gd2O3のうち少なくとも一種を含む、光学ガラス。 - モル%で、
B2O3含有率:0超~20%、
Bi2O3含有率:0超~10%、である、請求項5に記載の光学ガラス。 - モル%で、
Y2O3含有率:0~15%、
La2O3含有率:0~15%、
Gd2O3含有率:0~15%、である、請求項5または6に記載の光学ガラス。 - WO3含有率:0~20%である、請求項5~7のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- Y2O3、La2O3及びGd2O3の総含有率(ΣLn2O3;ただし、Ln=Y、La、Gd):0~15%、
である、請求項1~8のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - モル%で、
Li2O含有率:0~10%、
Na2O含有率:0~10%、
K2O含有率:0~10%、
である、請求項1~9のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - モル%で、
SrO含有率:0~5%、
BaO含有率:0~5%、
CaO含有率:0~10%、
MgO含有率:0~10%、
である、請求項1~10のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - モル%で、
Al2O3含有率:0~5%、
TiO2含有率:0~5%、
ZrO2含有率:0~5%、
Nb2O5含有率:0~5%、
Ta2O5含有率:0~5%、
である、請求項1~11のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - モル%で、
TeO2含有率に対するBi2O3、B2O3、Y2O3、La2O3及びGd2O3の総含有率の比((Bi2O3+B2O3+Y2O3+La2O3+Gd2O3)/TeO2):0~0.8である、請求項1~12のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - モル%で、
Li2O、Na2O及びK2Oの総含有率(ΣA2O;ただし、A=Li、Na、K):0~10%である、請求項1~13のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - モル%で、
SrO、BaO、CaO及びMgOの総含有率(ΣEO;ただし、E=Sr、Ba、Ca、Mg):10~40%である、請求項1~14のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - d線における屈折率(nd)が、1.95~2.2である、請求項1~15のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- アッベ数が、15~30である、請求項1~16のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 部分分散比(Pg,F)が、0.55~0.68である、請求項1~17のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 1550nmにおける屈折率(n1550)が、1.9~2.1である、請求項1~18のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 請求項1~19に記載のいずれか一項の光学ガラスを用いた、光学素子。
- 請求項20に記載の光学素子を備える、光学装置。
- 請求項20に記載の光学素子を備える、反射素子。
- 計測対象物に設けられた反射素子と、
前記反射素子に測定光を照射する照射部と、
前記反射素子によって反射された測定光を受光する受光部とを備え、
前記反射素子は請求項22に記載の反射素子である位置測定装置。 - 請求項20に記載の光学素子を備える、カメラ用交換レンズ。
- 請求項20に記載の光学素子を備える、顕微鏡用対物レンズ。
- 第一のレンズ要素と第二のレンズ要素とを有し、
前記第一のレンズ要素と前記第二のレンズ要素の少なくとも一つは、請求項1~19のいずれか一項に記載の光学ガラスである、接合レンズ。 - 請求項26に記載の接合レンズを含む、光学系。
- 請求項27に記載の光学系を含む、カメラ用交換レンズ。
- 請求項27に記載の光学系を含む、顕微鏡用対物レンズ。
- 請求項27に記載の光学系を含む、光学装置。
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JP2004043294A (ja) * | 2002-05-22 | 2004-02-12 | Asahi Glass Co Ltd | 光学ガラスおよびレンズ |
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- 2023-02-24 WO PCT/JP2023/006625 patent/WO2023189051A1/ja unknown
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