JP7441797B2 - 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
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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2018年11月30日に出願された日本国特許の出願番号2018-224548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。
本発明に係る第一の態様は、質量％で、Ｐ２Ｏ５含有率：２４.５％以上４１％以下、Ｎａ２Ｏ含有率：６％以上１７％以下、Ｋ２Ｏ含有率：５％以上１５％以下、Ａｌ２Ｏ３含有率：０％より大きく７％以下、ＴｉＯ２含有率：８％以上２１％以下、Ｎｂ２Ｏ５含有率：５％以上３８％以下であり、かつ、Ｐ２Ｏ５含有率に対するＴｉＯ２含有率の比（ＴｉＯ２／Ｐ２Ｏ５）：０．４５４８９４以上０．７以下である、光学ガラスである。また、質量％で、Ｐ２Ｏ５含有率：２４.５％以上４１％以下、Ｎａ２Ｏ含有率：６％以上１７％以下、Ｋ２Ｏ含有率：５％以上１５％以下、Ａｌ２Ｏ３含有率：０％より大きく７％以下、ＴｉＯ２含有率：１３．０６％以上２１％以下、Ｎｂ２Ｏ５含有率：５％以上３８％以下である、光学ガラスである。また、質量％で、Ｐ２Ｏ５含有率：２４.５％以上４１％以下、Ｎａ２Ｏ含有率：６％以上１７％以下、Ｋ２Ｏ含有率：６．２６％以上１５％以下、Ａｌ２Ｏ３含有率：０％より大きく７％以下、ＴｉＯ２含有率：８％以上２１％以下、Ｎｂ２Ｏ５含有率：５％以上３８％以下である、光学ガラスである。また、質量％で、Ｐ
２
Ｏ
５
含有率：２４.５％以上４１％以下、Ｎａ
２
Ｏ含有率：６％以上１７％以下、Ｋ
２
Ｏ含有率：５％以上１５％以下、Ａｌ
２
Ｏ
３
含有率：０％より大きく７％以下、ＴｉＯ
２
含有率：８％以上２１％以下、Ｎｂ
２
Ｏ
５
含有率：５％以上３８％以下、ＢａＯ含有率：１．６５％以上９％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。
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、Ｐ２Ｏ５成分：２４.５～４１％、Ｎａ２Ｏ成分：６～１７％、Ｋ２Ｏ成分：５～１５％、Ａｌ２Ｏ３成分：０％超７％以下、ＴｉＯ２成分：８～２１％、Ｎｂ２Ｏ５成分：５～３８％であり、かつ、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）が０．６３４以下である、光学ガラスである。
従来、高分散化を実現するためにＴｉＯ２やＮｂ２Ｏ５といった成分の含有量を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。
まず、本実施形態に係る光学ガラスの各成分を説明する。
Ｐ２Ｏ５は、ガラス骨格を形成し、耐失透性を向上させ、屈折率と化学的耐久性を低下させる成分である。Ｐ２Ｏ５の含有量が少なすぎると、失透が生じやすくなる傾向にある。また、Ｐ２Ｏ５の含有量が多すぎると、屈折率と化学的耐久性が低下する傾向にある。このような観点から、Ｐ２Ｏ５の含有量は２４．５％以上４１％以下である。この含有量の下限は、好ましくは２５％以上であり、より好ましくは２８％以上であり、この含有量の上限は、好ましくは４０％以下であり、より好ましくは３７％以下である。Ｐ２Ｏ５の含有量をかかる範囲とすることで、耐失透性を向上させ、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。
Ｎａ２Ｏ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。Ｎａ２Ｏ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、Ｎａ２Ｏの含有量は、６％以上１７％以下である。この含有量の下限は、好ましくは７％以上であり、より好ましくは８％以上であり、この含有量の上限は、好ましくは１５％以下であり、より好ましくは１４％以下である。
Ｋ２Ｏ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。Ｋ２Ｏ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、Ｋ２Ｏの含有量は、５％以上１５％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、この含有量の上限は、好ましくは１３％以下であり、より好ましくは１２％以下である。
Ａｌ２Ｏ３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。Ａｌ２Ｏ３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。このような観点から、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、０％超７％以下である。この含有量の下限は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１％以上であり、この含有量の上限は、好ましくは６．５％以下であり、より好ましくは５％以下であり、更に好ましくは４％以下である。
ＴｉＯ２は、屈折率を上げ、透過率を低下させる成分である。ＴｉＯ２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、ＴｉＯ２の含有量は、８％以上２１％以下である。この含有量の下限は、好ましくは９％以上であり、より好ましくは１０％以上であり、この含有量の上限は、好ましくは２０％以下であり、より好ましくは１９．５％以下であり、更に好ましくは１９％以下である。
Ｎｂ２Ｏ５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。Ｎｂ２Ｏ５の含有量が少ないと屈折率が低くなる傾向がある。また、Ｎｂ２Ｏ５の含有量が多いと透過率が悪化する傾向がある。このような観点から、Ｎｂ２Ｏ５の含有量は、５％以上３８％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、この含有量の上限は、好ましくは３６％以下であり、より好ましくは３４％以下である。
さらに、本実施形態に係る光学ガラスは、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＷＯ３及びＳｂ２Ｏ３からなる群より選ばれる一種以上を更に含んでもよい。
ＳｉＯ２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、その含有量の上限は、好ましくは３．５％以下であり、より好ましくは２％以下である。
Ｂ２Ｏ３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、その含有量の上限は、好ましくは１０％以下であり、より好ましくは７％以下である。
Ｂｉ２Ｏ３は、耐失透性の向上に有効な成分であるが、透過率性能を悪下させる成分である。透過率性能を悪化させない観点から、その含有量の上限は、好ましくは５％以下であり、より好ましくは３％以下である。
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、その含有量の上限は、好ましくは２％以下である。
Ｌｉ２Ｏ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、その含有量の上限は、好ましくは３．５％以下であり、より好ましくは２％以下である。
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、その含有量の上限は、好ましくは９．５％以下であり、より好ましくは８％以下である。
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％以下である。
ＳｒＯ成分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１．５％以下であり、より好ましくは０．５％以下である。
ＺｎＯ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、その含有量の上限は、好ましくは５％以下であり、より好ましくは４％以下である。
ＺｒＯ２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、その含有量の上限は、好ましくは６％以下であり、より好ましくは４％以下である。
Ｙ２Ｏ３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、その含有量の上限は、好ましくは１．５％以下であり、より好ましくは０．５％以下である。
Ｌａ２Ｏ３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、その含有量の上限は、好ましくは１．５％以下であり、より好ましくは０．５％以下である。
Ｇｄ２Ｏ３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、その含有量の上限は、好ましくは２％以下であり、より好ましくは０．５％以下である。
ＷＯ３の含有量は、高屈折率化、高分散化に有効な成分であるが、高価な原料であるため、その含有量の上限は、好ましくは３％以下であり、より好ましくは２％以下である。
Ｓｂ２Ｏ３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、その含有量の上限は、好ましくは０．４％以下であり、より好ましくは０．２％以下である。
本実施形態に係る光学ガラスは、高価な原料であるＴａ２Ｏ５の含有量を低減すること、更にはこれらを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。
これらの好適な組み合わせとしては、ＳｉＯ２成分：０～３．５％、Ｂ２Ｏ３成分：０～１０％、Ｂｉ２Ｏ３成分：０～５％、ＭｇＯ成分：０～２％、Ｌｉ２Ｏ成分：０～３．５％、ＣａＯ成分：０～９．５％、ＢａＯ成分：０～９％、ＳｒＯ成分：０～１．５％、ＺｎＯ成分：０～５％、ＺｒＯ２成分：０～６％、Ｙ２Ｏ３成分：０～１．５％、Ｌａ２Ｏ３成分：０～１．５％、Ｇｄ２Ｏ３成分：０～２％、ＷＯ３成分：０～３％、Ｓｂ２Ｏ３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。
Ｐ２Ｏ５とＢ２Ｏ３の含有量の総和（Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３）は、好ましくは２８～４３％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３０％以上であり、これらの含有量の総和の上限は、より好ましくは３９％である。Ｐ２Ｏ５＋Ｂ２Ｏ３をかかる範囲とすることで屈折率を高くすることができる。
Ｐ２Ｏ５に対するＢ２Ｏ３の比（Ｂ２Ｏ３／Ｐ２Ｏ５）は、好ましくは０以上０．２４以下である。そして、この比の下限は、より好ましくは０．０１５以上であり、この比の上限は、より好ましくは０．２１以下である。Ｂ２Ｏ３／Ｐ２Ｏ５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。
Ｐ２Ｏ５に対するＴｉＯ２の比（ＴｉＯ２／Ｐ２Ｏ５）は、好ましくは０．３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０．４以上であり、この比の上限は、より好ましくは０．６以下である。ＴｉＯ２／Ｐ２Ｏ５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。
Ｐ２Ｏ５に対するＮｂ２Ｏ５の比（Ｎｂ２Ｏ５／Ｐ２Ｏ５）は、好ましくは０．１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０．２以上であり、この比の上限は、より好ましくは１．２以下である。Ｎｂ２Ｏ５／Ｐ２Ｏ５をかかる範囲とすることで、屈折率を高くすることができる。
Ｌｉ２ＯとＮａ２ＯとＫ２Ｏの含有量の総和（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）は、好ましくは１４％以上２５％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１５％以上であり、これらの含有量の総和の上限は、より好ましくは２３％以下である。Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ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熔融性を向上させることができる。
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、本実施形態の光学ガラスの効果が得られる範囲でその他成分を添加することもできる。
本実施形態に係る光学ガラスの製造方法は、特に限定されず、公知の方法を採用することができる。また、製造条件は、適宜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）、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、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等の原料を目標組成となるように調合し、好ましくは１１００～１４００℃、より好ましくは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、本実施形態の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（Ｐｇ，Ｆ）が０．６３４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（Ｐｇ，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（Ｐｇ，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以上である。そして、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）の上限は、より好ましくは０．６３２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（ｎｄ）が大きい）ことが望ましい。しかしながら、一般的に屈折率が高いほど比重が増大する傾向にある。かかる実情を踏まえれば、本実施形態に係る光学ガラスにおけるｄ線に対する屈折率（ｎｄ）、１．６６～１．８１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１．６７以上であり、屈折率（ｎｄ）の上限は、より好ましくは１．８０以下である。
本実施形態に係る光学ガラスのアッベ数（νｄ）は、２２～３２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２３以上であり、更に好ましくは２４以上であり、アッベ数（νｄ）の上限は、より好ましくは２９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（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）の好ましい組み合わせは、屈折率（ｎｄ）が１．６６～１．８１であり、かつ、アッベ数（νｄ）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は、２．８を下限、３．４を上限とした２．８～３．４の範囲である。
異常分散性を示す値（ΔＰｇ，Ｆ）は、好ましくは０．０１９０～０．０３２０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０．０２００以上であり、更に好ましくは０．０２１０以上である。ΔＰｇ，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。
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（νｄ）が小さいこと）である。また、異常分散性を示す値（ΔＰｇ，Ｆ）及び部分分散比Ｐｇ，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。
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（Ｓｇ）を有し、高いプレス成形性を有するガラスの需要は高い。かかる観点から、本実施形態に係る光学ガラスは、かかる光学機器の部材として好適である。なお、本実施形態において適用可能な光学機器としては、上述した撮像装置に限らず、例えばプロジェクタ等も挙げられる。光学素子についても、レンズに限らず、例えばプリズム等も挙げられる。
＜多光子顕微鏡＞
図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。
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）、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。
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（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、ｄ線（波長５８７．５６２ｎｍ）の光に対するガラスの屈折率を示す。νｄは、以下の式（１）より求めた。ｎＣ、ｎＦは、それぞれ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。
νｄ＝（ｎｄ－１）／（ｎＦ－ｎＣ）・・・（１）
各サンプルの屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は、屈折率測定器（株式会社島津デバイス製造製：ＫＰＲ－２０００）を用いて測定及び算出した。ｎｄは、ｄ線（波長５８７．５６２ｎｍ）の光に対するガラスの屈折率を示す。νｄは、以下の式（１）より求めた。ｎＣ、ｎＦは、それぞれ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。
νｄ＝（ｎｄ－１）／（ｎＦ－ｎＣ）・・・（１）
２．部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）
各サンプルの部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）は、主分散（ｎＦ－ｎＣ）に対する部分分散（ｎｇ－ｎＦ）の比を示し、以下の式（２）より求めた。ｎｇは、ｇ線（波長４３５．８３５ｎｍ）に対するガラスの屈折率を示す。
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ－ｎＦ）／（ｎＦ－ｎＣ）・・・（２）
各サンプルの部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）は、主分散（ｎＦ－ｎＣ）に対する部分分散（ｎｇ－ｎＦ）の比を示し、以下の式（２）より求めた。ｎｇは、ｇ線（波長４３５．８３５ｎｍ）に対するガラスの屈折率を示す。
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ－ｎＦ）／（ｎＦ－ｎＣ）・・・（２）
３．異常分散性を示す値（ΔＰｇ，Ｆ）
各サンプルの異常分散性を示す値（ΔＰｇ，Ｆ）を以下に示す方法に準拠して求めた。
各サンプルの異常分散性を示す値（ΔＰｇ，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（νｄ）と部分分散比（Ｐｇ，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（νｄ）をとり、縦軸に部分分散比（Ｐｇ，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：νｄ＝３６．３３、Ｐｇ，Ｆ＝０．５８３４
ガラス「Ｋ７」の特性：νｄ＝６０．４７、Ｐｇ，Ｆ＝０．５４２９
まず、正常部分分散ガラスとして、以下に示すアッベ数（νｄ）と部分分散比（Ｐｇ，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（νｄ）をとり、縦軸に部分分散比（Ｐｇ，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：νｄ＝３６．３３、Ｐｇ，Ｆ＝０．５８３４
ガラス「Ｋ７」の特性：νｄ＝６０．４７、Ｐｇ，Ｆ＝０．５４２９
（２）ΔＰｇ，Ｆの算出
次に、横軸をアッベ数（νｄ）、縦軸を部分分散比（Ｐｇ，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（νｄ）に対応する基準線上の点と、その縦軸の値（Ｐｇ，Ｆ）との差分を、異常分散性を示す値（ΔＰｇ，Ｆ）として算出した。なお、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）が基準線の上側にある場合、ΔＰｇ，Ｆは正の値を有し、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）が基準線の下側にある場合、ΔＰｇ，Ｆは負の値を有する。
次に、横軸をアッベ数（νｄ）、縦軸を部分分散比（Ｐｇ，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（νｄ）に対応する基準線上の点と、その縦軸の値（Ｐｇ，Ｆ）との差分を、異常分散性を示す値（ΔＰｇ，Ｆ）として算出した。なお、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）が基準線の上側にある場合、ΔＰｇ，Ｆは正の値を有し、部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）が基準線の下側にある場合、ΔＰｇ，Ｆは負の値を有する。
４．比重（Ｓｇ）
各サンプルの比重（Ｓｇ）は、４℃における同体積の純水に対する質量比から求めた。
各サンプルの比重（Ｓｇ）は、４℃における同体積の純水に対する質量比から求めた。
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、１１００～１２５０℃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。
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、１１００～１２５０℃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。
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、かつ、大きなΔＰｇ,Ｆ及びＰｇ，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。
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)
- 質量％で、
Ｐ２Ｏ５含有率：２４.５％以上４１％以下、
Ｎａ２Ｏ含有率：６％以上１７％以下、
Ｋ２Ｏ含有率：５％以上１５％以下、
Ａｌ２Ｏ３含有率：０％より大きく７％以下、
ＴｉＯ２含有率：８％以上２１％以下、
Ｎｂ２Ｏ５含有率：５％以上３８％以下であり、かつ、
Ｐ２Ｏ５含有率に対するＴｉＯ２含有率の比（ＴｉＯ２／Ｐ２Ｏ５）：０．４５４８９４以上０．７以下である、光学ガラス。 - 質量％で、
Ｐ２Ｏ５含有率：２４.５％以上４１％以下、
Ｎａ２Ｏ含有率：６％以上１７％以下、
Ｋ２Ｏ含有率：５％以上１５％以下、
Ａｌ２Ｏ３含有率：０％より大きく７％以下、
ＴｉＯ２含有率：１３．０６％以上２１％以下、
Ｎｂ２Ｏ５含有率：５％以上３８％以下である、
光学ガラス。 - 質量％で、
Ｐ ２ Ｏ ５ 含有率：２４.５％以上４１％以下、
Ｎａ ２ Ｏ含有率：６％以上１７％以下、
Ｋ ２ Ｏ含有率：６．２６％以上１５％以下、
Ａｌ ２ Ｏ ３ 含有率：０％より大きく７％以下、
ＴｉＯ ２ 含有率：８％以上２１％以下、
Ｎｂ ２ Ｏ ５ 含有率：５％以上３８％以下である、
光学ガラス。 - 質量％で、
Ｐ ２ Ｏ ５ 含有率：２４.５％以上４１％以下、
Ｎａ ２ Ｏ含有率：６％以上１７％以下、
Ｋ ２ Ｏ含有率：５％以上１５％以下、
Ａｌ ２ Ｏ ３ 含有率：０％より大きく７％以下、
ＴｉＯ ２ 含有率：８％以上２１％以下、
Ｎｂ ２ Ｏ ５ 含有率：５％以上３８％以下、
ＢａＯ含有率：１．６５％以上９％以下である、
光学ガラス。 - 部分分散比（Ｐｇ，Ｆ）が０．６以上０．６３４以下である、
請求項１～４のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - 質量％で、
ＳｉＯ２含有率：０％以上３．５％以下、
Ｂ２Ｏ３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。 - 質量％で、
Ｌｉ２Ｏ含有率：０％以上３．５％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。 - 質量％で、
ＭｇＯ含有率：０％以上２％以下、
ＣａＯ含有率：０％以上９．５％以下、
ＢａＯ含有率：０％以上９％以下、
ＳｒＯ含有率：０％以上１．５％以下、
ＺｎＯ含有率：０％以上５％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。 - 質量％で、
Ｙ２Ｏ３含有率：０％以上１．５％以下、
Ｌａ２Ｏ３含有率：０％以上１．５％以下、
Ｇｄ２Ｏ３含有率：０％以上２％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。 - 質量％で、
Ｂｉ２Ｏ３含有率：０％以上５％以下、
ＺｒＯ２含有率：０％以上６％以下、
ＷＯ３含有率：０％以上３％以下、
Ｓｂ２Ｏ３含有率：０％以上０．４％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。 - 質量％で、
Ｐ２Ｏ５とＢ２Ｏ３の総含有率（P２O５＋B２O３）：２８％以上４３％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。 - 質量％で、
Ｐ２Ｏ５含有率に対するＢ２Ｏ３含有率の比（Ｂ２Ｏ３／Ｐ２Ｏ５）：０以上０．２４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。 - 質量％で、
Ｐ２Ｏ５含有率に対するＴｉＯ２含有率の比（ＴｉＯ２／Ｐ２Ｏ５）：０．３以上０．７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。 - 質量％で、
Ｐ２Ｏ５含有率に対するＮｂ２Ｏ５含有率の比（Ｎｂ２Ｏ５／Ｐ２Ｏ５）：０．１以上１．３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。 - 質量％で、
Ｌｉ２ＯとＮａ２ＯとＫ２Ｏの総含有率（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）：１４％以上２５％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。 - ｄ線に対する屈折率（ｎｄ）が、１．６６以上１．８１以下であり、かつ、
アッベ数（νｄ）が、２２以上３２以下である、
請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - 比重（Ｓｇ）が、２．８以上３．４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。 - ΔＰｇ，Ｆが、０．０１９０以上０．０３２０以下である、
請求項１～１７のいずれか一項に記載の光学ガラス。 - 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１～１８のいずれか一項に記載の光学ガラス。
- 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。
- 請求項２０に記載の光学素子を含む光学系。
- 請求項２１に記載の光学系を備える交換レンズ。
- 請求項２１に記載の光学系を備える光学装置。
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