JP7031675B2 - 光学ガラス、光学ガラスからなる光学素子、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、光学ガラスからなる光学素子、光学系、交換レンズ及び光学装置に関する。本発明は2017年9月21日に出願された日本国特許の出願番号2017-181028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。しかしながら、光学ガラスの屈折率が高くなるように組成を調整すると、ガラス化が困難な傾向にあった。

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、Ｌａ^３＋、Ｙ^３＋、及びＧｄ^３＋成分の総量が５～６５％、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、及びＴａ^５＋成分の総量が５～６５％、かつ下記式（１）で表される関係を満たす、光学ガラスである。
（Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）×（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）≧９５８．４（％）^２ ・・・（１）

本発明の第二の態様は、第一の態様の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、第二の態様の光学素子を用いた光学系である。

本発明の第四の態様は、第三の態様の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、第二の態様の光学素子を備える光学装置である。

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。 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。 ガスジェット式の浮遊炉の全体構成の模式図を示す図である。 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を示す図である。

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。

本実施形態における光学ガラスの成分組成及び物性等について、以下に説明する。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。

＜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、Ｌａ^３＋、Ｙ^３＋、及びＧｄ^３＋成分の総量が５～６５％、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、及びＴａ^５＋成分の総量が５～６５％、かつ下記式（１）で表される関係を満たす、光学ガラスである。
（Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）×（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）≧４００（％）^２ ・・・（１）

各カチオンの態様は特に限定されないが、例えば、後述する酸化物の態様で光学ガラスに含有される。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。さらには、高い屈折率と屈折率の波長依存性が低い光学ガラスとすることができる。一般に、光学ガラスに関しては、高屈折率と低い分散（屈折率の波長依存性）とを両立させることは困難であり、両者はトレードオフの傾向に陥りやすいという問題がある。このようなことから、高屈折率かつ低分散性である光学ガラスを実現することも困難であった。この点、本実施形態に係る光学ガラスは、上述した成分組成を有することでこのような特性を付与することができる。

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６５％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５～６５％であり、好ましくは３０～６０％であり、より好ましくは４０～５５％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、その含有量は、好ましくは０～６５％であり、より好ましくは２０～６０％であり、更に好ましくは３０～５５％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、その含有量は、好ましくは０～１０％であり、より好ましくは０～７％であり、更に好ましくは０～５％である。そして、Ｌａ^３＋と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ガラスの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、その含有量は、好ましくは０～２０％であり、より好ましくは０～１５％であり、更に好ましくは０～１０％である。そして、Ｌａ^３＋とＧｄ^３＋を、ともに含有することが好ましい。

遷移金属成分であるＺｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｔａ^５＋は、上述した希土類成分と同様に低分散性を大きく損なわずにガラスの屈折率を高める効果を有する成分であるが、希土類成分より屈折率を高める効果が更に大きい。Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｔａ^５＋は、例えば酸化物換算組成では、それぞれＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５として含まれる。Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｔａ^５＋の総量（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）が少ないと上述した効果が十分でなく、これらの総量が６０％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、（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）は、５～６５％であり、好ましくは２０～６０％であり、より好ましくは３０～６０％である。

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ガラスの屈折率を高める効果を有する。屈折率とガラスの耐失透性の観点から、その含有量は、好ましくは０～１５％であり、より好ましくは０～１０％であり、更に好ましくは０～８％である。

Ｈｆ^４＋は、例えば、酸化物換算組成ではＨｆＯ_２として含まれる成分である。Ｈｆ^４＋は、低分散性を維持しつつガラスの屈折率を高める効果を有する。屈折率とガラスの耐失透性の観点から、その含有量は、好ましくは０～１０％であり、より好ましくは０～７％であり、更に好ましくは０～５％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ガラスの屈折率を高める効果や、ガラスの耐失透性を高める効果を有する。このような観点から、この含有量は、好ましくは５～６５％であり、より好ましくは１０～５０％であり、更に好ましくは１５～４０％である。

本実施形態に係る光学ガラスは、下記式（１）で表される関係を満たす。上述した希土類酸化物に加えて、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｔａ^５＋といった特定の遷移金属成分を式（１）で表される関係を満たすよう配合することで、高屈折率と低分散性を高いレベルで両立させることができる。
（Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）×（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）≧４００（％）^２ ・・・（１）

さらに、式（１）は、下記式（１ａ）を満たすことが好ましく、下記式（１ｂ）を満たすことがより好ましい。かかる条件を満たすことで、希土類成分や遷移金属成分をいずれか一方のみを含有した光学ガラスと比べても、高屈折率と低分散性の両方を一層高いレベルで両立させることができる。
（Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）×（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）≧８００（％）^２ ・・・（１ａ）
（Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）×（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）≧１２００（％）^２ ・・・（１ｂ）

式（１）の上限値については、特に限定されないが、ガラスの耐失透性を維持する観点から２４００（％）^２以下であることが好ましく（下記式（１ｃ参照）、２０００（％）^２以下であることがより好ましい（下記式１ｄ参照）。
２４００（％）^２≧（Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）×（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）≧４００（％）^２ ・・・（１ｃ）
２０００（％）^２≧（Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）×（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）≧４００（％）^２ ・・・（１ｄ）

本実施形態に係る光学ガラスは、さらに、Ｇａ^３＋、Ａｌ^３＋、Ｓｉ^４＋、Ｂ^３＋、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｔｉ^４＋、Ｎｂ^５＋、及びＷ^６＋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。これらは１種のみならず２種以上を用いてもよい。各カチオンの態様は特に限定されないが、例えば、後述する酸化物の態様として光学ガラスに含有することができる。このような成分を更に含有することで、光学ガラス製造時におけるガラス形成能を向上させることができる。

Ｇａ^３＋は、例えば、酸化物換算組成ではＧａ_２Ｏ_３として含まれる成分である。Ｇａ^３＋は、高屈折率と低分散の維持しつつ、ガラスの安定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、その含有量は、好ましくは０～６０％であり、より好ましくは０超～３０％（０％を超えて３０％以下）であり、更に好ましくは０超～１５％（０％を超えて１５％以下）である。

Ａｌ^３＋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、ガラスの安定性や紫外透過率を向上させることができる。このような効果と屈折率との観点から、その含有量は、好ましくは０～２０％であり、より好ましくは０～１０％であり、更に好ましくは０～５％であり、より更に好ましくは０％である。

Ｓｉ^４＋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＋は、ガラス形成能を向上させやすくすることができる。このような効果と屈折率との観点から、その含有量は、好ましくは０～３０％であり、より好ましくは０～２０％であり、更に好ましくは０～１０％であり、より更に好ましくは０％である。本実施形態に係る光学ガラスは、網目形成酸化物を構成するＳｉ^４＋の含有量を低減して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。

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。Ｂ^３＋は、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＋は、揮発性が高い成分であるため、過剰に導入するとガラスの組成変動を招き、脈理品質を悪化させることがある。また、過剰に導入すると屈折率が低下することがある。このような観点から、その含有量は、好ましくは０～１０％であり、より好ましくは０～５％であり、更に好ましくは０～３％であり、より更に好ましくは０％である。本実施形態に係る光学ガラスは、網目形成酸化物を構成するＢ^３＋の含有量を低減して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。

Ｔｉ^４＋、Ｎｂ^５＋は、例えば、酸化物換算組成ではそれぞれＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５として含まれる成分である。Ｔｉ^４＋、Ｎｂ^５＋は、ガラスの屈折率を一層向上させることができる。このような効果と分散性との観点から、その含有量は、それぞれ、好ましくは０～２０％であり、より好ましくは０～１０％であり、更に好ましくは０～５％である。

Ｗ^６＋は、例えば、酸化物換算組成ではＷＯ_３として含まれる成分である。Ｗ^６＋は、屈折率を高めることができる。このような効果と分散性との観点から、その含有量は、好ましくは０～１０％であり、より好ましくは０～５％であり、更に好ましくは０％である。

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。Ｒ^２＋は上述した希土類成分と類似の効果を有するが、過剰に導入すると高屈折率性を損なうことがある。このような観点から、Ｒ^２＋成分の総量は、好ましくは０～１０％であり、より好ましくは０～５％であり、更に好ましくは０～３％である。

本実施形態に係る光学ガラスの物性を一層向上できる観点から、上述した各成分の好適な組み合わせとしては、Ｇａ^３＋成分が０～６０％、Ａｌ^３＋成分が０～２０％、Ｓｉ^４＋成分が０～３０％、及びＢ^３＋成分が０～１０％であることが挙げられる。また、Ｔｉ^４＋成分が０～２０％、Ｎｂ^５＋成分が０～２０％、Ｗ^６＋成分が０～１０％、及びＲ^２＋（Ｒ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群より選ばれるいずれか１種以上を表す。）成分が０～１０％、であることが挙げられる。

さらに、本実施形態に係る光学ガラスは、網目形成酸化物を構成する成分を含有せずともガラス化が可能であり、高い物性を付与することができる。かかる観点から、本実施形態に係る光学ガラスとして、Ｂ^３＋成分とＳｉ^４＋成分を実質的に含まない光学ガラスとすることができ、両成分の総量が０％である光学ガラスとすることができる。

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、本実施形態の光学ガラスの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、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、本実施形態の光学ガラスのｄ線（波長：５８７．５６２ｎｍ）における屈折率（ｎ_ｄ）は、好ましくは１．９３～２．１５であり、より好ましくは１．９５～２．１２であり、更に好ましくは１．９８～２．１０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であり、より好ましくは２７～３７であり、更に好ましくは２９～３５である。

本実施形態に係る光学ガラスは、Δｎ_ｄ＝ｎ_ｄ－０．０１０２３ν_ｄ＋２．２９８８で表されるΔｎ_ｄが０．０２以上であることが好ましく、０．０４以上であることがより好ましく、０．０６以上であることが更に好ましい。

ここで、Δｎ_ｄは、２硝種のガラス「Ｊ－ＬＡＳＦ０８」と「Ｊ－ＬＡＳＦＨ１６」（ともに光ガラス株式会社製造の硝種名）について、横軸にアッベ数、縦軸に屈折率としてプロットし、２点を結んで求められた基準線からの差である。本実施形態に係る光学ガラスが有する低分散性（ν_ｄ）と高屈折率（ｎ_ｄ）の関係性を示したものであり、本実施形態に係る光学ガラスが、低分散性と高屈折率を高いレベルで両立できることを示すものである。Ｌａ^３＋、Ｙ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、Ｔａ^５＋を導入するとΔｎ_ｄが高くなる傾向にあり、Ｓｉ^４＋、Ｂ^３＋、Ａｌ^３＋、Ｔｉ^４＋、Ｎｂ^５＋、Ｗ^６＋を導入するするとΔｎ_ｄが低くなる傾向にある。

本実施形態に係る光学ガラスは、カメラや顕微鏡、双眼鏡等の光学装置の備えるレンズ等の光学素子、カメラ用交換レンズの備えるレンズ等の光学素子として好適である。光学装置としては、とりわけ多光子顕微鏡として特に好適である。

＜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多光子顕微鏡１の構成の例を示すブロック図である。多光子顕微鏡１は、本実施形態に係る光学ガラスを光学素子として用いた、対物レンズ１０６、集光レンズ１０８、結像レンズ１１０を備える。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により上記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、撮像装置に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を示す。撮像装置２（光学装置）は、本実施形態に係る光学ガラスを母材とするレンズ２０３（光学素子）を備えている。

撮像装置２は、いわゆるデジタル一眼レフカメラであり、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。

なお、光学装置はこのような撮像装置に限らず、例えば、プロジェクタ等といった幅広い装置が包含される。光学素子についてもレンズに限らず、例えば、プリズム等といった幅広い素子が包含される。

＜光学ガラスの製造方法＞
本実施形態の光学ガラスは、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３は、ガスジェット式の浮遊炉の全体構成の模式図を示す。図中、図３Ａは、浮遊炉の全体構成の模式図であり、図３Ｂ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３Ａ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３Ｂ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。

本実施形態に係る光学ガラスの組成系は、これまでガラス化させることが困難であった。例えば、通常使用されている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、従来技術では必要であった。例えば、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３といった希土類酸化物や、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５といった遷移金属酸化物はいずれも網目形成酸化物ではないため、それらを多量に含有し、上記した網目形成酸化物の含有量が少ないガラス組成の場合、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。

一方、本実施形態においては、例えば、上記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。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。そのため、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３Ａ、図３Ｂ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、数十ｍｇ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、原料を冷却してガラスを得た。なお、各実施例では直径２～３ｍｍの透明なガラス球を得た。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は、以下の手順に準拠して作製した。まず、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、１３５０℃の温度で１時間程度熔融し、攪拌均質化した。その後、適当な温度に下げてから金型等に鋳込み、徐冷することにより、各サンプルを得た。

（屈折率の測定）
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。なお、屈折率の値は、小数点以下第４位までとした。

（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。

各実施例及び各比較例の光学ガラスについて、成分組成（カチオンモル％基準）、屈折率（ｎ_ｄ）、アッベ数（ν_ｄ）、及びΔｎ_ｄを各表にそれぞれ示す。Δｎ_ｄ＝ｎ_ｄ－０．０１０２３ν_ｄ＋２．２９８８の基準線の作成等については、上述した基準線の作成手法に準拠して行うことができる。基準材として、異なるアッベ数（ν_ｄ）と屈折率（ｎ_ｄ）を有する２硝種のガラス「Ｊ－ＬＡＳＦ０８」と「Ｊ－ＬＡＳＦＨ１６」（ともに光ガラス株式会社製造の硝種名）を採用し、これらをもとにして基準線を作成できる。

以上より、各実施例の光学ガラスは、いずれも（Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）×（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）≧４００（％）^２を満たしており、Δｎ_ｄが０．０２以上を有していた。また、各実施例の光学ガラスは、高屈折率性と低分散性を同時に満たしてい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、Ｓ・・・試料、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

Claims (12)

1. カチオンのモル％表示で、
   Ｌａ^３＋、Ｙ^３＋、及びＧｄ^３＋成分の総量が５～６５％、
   Ｚｒ^４＋、Ｈｆ^４＋、及びＴａ^５＋成分の総量が５～６５％、かつ
   下記式（１）で表される関係を満たす、光学ガラス。
   （Ｌａ^３＋＋Ｙ^３＋＋Ｇｄ^３＋）×（Ｚｒ^４＋＋Ｈｆ^４＋＋Ｔａ^５＋）≧９５８．４（％）^２ ・・・（１）
2. さらに、Ｇａ^３＋、Ａｌ^３＋、Ｓｉ^４＋、Ｂ^３＋、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｔｉ^４＋、Ｎｂ^５＋、及びＷ^６＋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、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、
   Ｇａ^３＋成分が０～６０％、
   Ａｌ^３＋成分が０～２０％、
   Ｓｉ^４＋成分が０～３０％、
   Ｂ^３＋成分が０～１０％、
   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、
   Ｔｉ^４＋成分が０～２０％、
   Ｎｂ^５＋成分が０～２０％、
   Ｗ^６＋成分が０～１０％、
   Ｒ^２＋（Ｒ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群より選ばれるいずれか１種以上を表す。）成分が０～１０％、
   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. さらに、カチオンのモル％表示で、
   Ｂ^３＋成分とＳｉ^４＋成分の総量が０％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. ｄ線における屈折率（ｎ_ｄ）が１．９３～２．１５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. アッベ数（ν_ｄ）が、２５～４０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. ｎ_ｄ－０．０１０２３ν_ｄ＋２．２９８８が０．０２以上である、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学ガラス。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の光学ガラスからなる光学素子。
10. 請求項９に記載の光学素子を用いた光学系。
11. 請求項１０に記載の光学系を備える交換レンズ。
12. 請求項１０に記載の光学系を備える光学装置。

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