光学玻璃、光学元件、光学系统、接合透镜、照相机用更换镜头、显微镜用物镜和光学装置

技术领域

本发明涉及光学玻璃、光学元件、光学系统、接合透镜、照相机用更换镜头、显微镜用物镜和光学装置。本发明要求2021年6月29日提交的日本专利申请号2021-107778的优先权，对于认可以文献引用的方式进行内容引入的指定国，将该申请中记载的内容以引用的方式引入到本申请中。

背景技术

光学玻璃被用于各种光学元件、光学装置等，例如，专利文献1中公开了在紫外到红外区域中使用的卤化物玻璃。为了扩大光学装置中所使用的光学系统的设计自由度，要求开发出具有高折射率的光学玻璃。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平07-081973号公报

发明内容

本发明的第一方式为一种光学玻璃，其中，以阳离子％表示，La

另外，本发明的第一方式为一种光学玻璃，其中，以阳离子％表示，La

另外，本发明的第一方式为一种光学玻璃，其中，以阳离子％表示，La

另外，本发明的第一方式为一种光学玻璃，采用悬浮熔炼法制造，其中，阳离子成分中：作为必需成分含有La

本发明的第二方式为一种光学元件，其使用了上述的光学玻璃。

本发明的第三方式为一种光学系统，其包含上述的光学元件。

本发明的第四方式为一种照相机用更换镜头，其包含：包含上述的光学元件的光学系统。

本发明的第五方式为一种显微镜用物镜，其包含：包含上述的光学元件的光学系统。

本发明的第六方式为一种光学装置，其包含：包含上述的光学元件的光学系统。

本发明的第七方式为一种接合透镜，其具有第1透镜要素和第2透镜要素，第1透镜要素和第2透镜要素中的至少一者为上述的光学玻璃。

本发明的第八方式为一种光学系统，其包含上述的接合透镜。

本发明的第九方式为一种显微镜用物镜，其包含：包含上述的接合透镜的光学系统。

本发明的第十方式为一种照相机用更换镜头，其包含：包含上述的接合透镜的光学系统。

本发明的第十一方式为一种光学装置，其包含：包含上述的接合透镜的光学系统。

附图说明

图1是示出将本实施方式的光学装置作为摄像装置的一例的立体图。

图2是示出将本实施方式的光学装置作为摄像装置的另一例的概要图，其是摄像装置的正面图。

图3是示出将本实施方式的光学装置作为摄像装置的另一例的概要图，其是摄像装置的背面图。

图4是示出本实施方式的多光子显微镜的构成的一例的框图。

图5是示出本实施方式的接合透镜的一例的概要图。

图6是本实施方式的气体喷射式的悬浮炉的整体构成的示意图。

图7是本实施方式的气体喷射式的悬浮炉的载台上的底座的放大示意图。

图8是对各实施例的光学常数值(ν

图9是对各实施例的光学常数值(ν

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式(以下称为“本实施方式”)进行说明。以下的本实施方式是用于对本发明进行说明的例示，并不意味着将本发明限定于以下的内容。本发明可以在其发明的宗旨的范围内适当地变形来实施。

另外，Q含量为“0～N％”这一表述所表述的情况包括：不包含Q成分的情况以及Q成分超过0％且为N％以下的情况。

另外，“不包含Q成分”这一表述是指：实质上不包含该Q成分，该构成成分的含量为杂质水平程度以下。杂质水平程度以下是指：例如，小于0.01％。

“耐失透稳定性”这一表述是指对于玻璃的失透的耐性。在此，所谓“失透”是指使玻璃升温到了玻璃化转变温度以上时或者使玻璃从熔液状态降温到了液相温度以下时发生的结晶化或者分相等导致的玻璃的透明性丧失的现象。

<光学玻璃>

本实施方式的光学玻璃，其中，以阳离子％表示，La

另外，本实施方式的光学玻璃为一种光学玻璃，其中，以阳离子％表示，La

另外，本实施方式的光学玻璃为一种光学玻璃，其中，以阳离子％表示，La

另外，本实施方式的光学玻璃为一种光学玻璃，其中，以阳离子％表示，La

另外，本实施方式的光学玻璃为一种光学玻璃，其用悬浮熔炼法制造，其中，阳离子成分中：作为必需成分含有La

需要说明的是，本说明书中，在没有特别声明的情况下，各成分的含量全部以阳离子％表示。阳离子％是指对象的阳离子的摩尔数相对于光学玻璃中含有的阳离子的总摩尔数之比。更具体而言，由SiO

本实施方式的光学玻璃是即使构成SiO

首先，对本实施方式的光学玻璃的各成分进行说明。

La

Ti

Zr

Si

Ta

Nb

Ga

Gd

Y

B

Al

Ba

Ti

La

La

Si

La

除此以外，可以根据需要出于澄清、着色、消色、光学常数值的微调等目的，向玻璃组成中适量添加公知的澄清剂、着色剂、脱泡剂、氟化合物等成分。另外，并不限于上述成分，也可以在可得到本实施方式的光学玻璃的效果的范围内添加其他成分。

原料优选使用杂质的含量少的高纯度品。高纯度品是指该成分包含99.85质量％以上。通过使用高纯度品，杂质量减少，结果具有能够提高光学玻璃的内部透射率的倾向。

接着，对本实施方式的光学玻璃的物性值进行说明。

从透镜的薄型化的方面出发，本实施方式的光学玻璃优选具有高折射率(折射率(n

本实施方式的光学玻璃的阿贝数(ν

从透镜的像差校正的方面出发，本实施方式的光学玻璃的部分色散比(P

－0.00607×ν

从透镜的像差校正的方面出发，本实施方式的光学玻璃优选具有正的异常色散性(ΔP

本实施方式的光学玻璃的玻璃化转变温度(T

本实施方式的光学玻璃的比重(S

本实施方式的光学玻璃的直径(D)优选为6mm以上、更优选为8mm以上、进一步优选为9mm以上、更进一步优选为10mm以上。在此所说的“直径”是指玻璃料滴的直径方向的最大值，在近似球形的情况下是指其直径值。

本实施方式的光学玻璃的厚度(T)优选为4mm以上、更优选为4.5mm以上、进一步优选为5mm以上。此处所说的“厚度”是指相对于玻璃料滴的直径的最大值(直径(D))的垂直方向的高度，在近似球形的情况下是指其直径值。

从上述观点出发，本实施方式的光学玻璃可以适合用作例如光学设备具备的光学元件。这样的光学元件包括反射镜、透镜、棱镜、滤光器等。另外，作为使用上述光学元件的光学系统，可以举出例如物镜、聚光透镜、成像透镜、照相机用更换镜头等。并且，这些光学系统可以适合用于各种光学装置：镜头更换式照相机、镜头非更换式照相机等摄像装置，荧光显微镜、多光子显微镜等显微镜装置。作为光学装置，不限于上述摄像装置、显微镜，还包括但不限于望远镜、双筒望远镜、激光测距仪、投影仪等。以下对其中的一例进行说明。

<摄像装置>

图1是将本实施方式的光学装置作为摄像装置的一例的立体图。摄像装置1是所谓的数字式单镜头反光照相机(可换镜头式照相机)，摄影镜头103(光学系统)具备以本实施方式的光学玻璃作为母材的光学元件。镜头镜筒102拆装自如地安装于照相机机身101的镜头座(未图示)。并且，通过了该镜头镜筒102的镜头103的光在配置于照相机机身101的背面侧的多芯片模块106的传感器芯片(固态摄像元件)104上成像。该传感器芯片104是所谓的CMOS图像传感器等裸芯片，多芯片模块106是将例如传感器芯片104以裸芯片方式安装在玻璃基板105上而成的COG(玻璃上芯片，Chip On Glass)型的模块。

图2和图3是将本实施方式的光学装置作为摄像装置的另一例的示意图。图2示出摄像装置CAM的正面图，图3示出摄像装置CAM的背面图。摄像装置CAM是所谓的数字静态照相机(非可换镜头式照相机)，摄影镜头WL(光学系统)具备以本实施方式的光学玻璃作为母材的光学元件。

摄像装置CAM中，若按下电源按钮(未图示)，则摄影镜头WL的快门(未图示)被打开，来自被摄体(物体)的光被摄影镜头WL会聚，在配置于像面的摄像元件上成像。在摄像元件上成像的被摄体像显示在配置于摄像装置CAM背后的液晶显示器M上。拍摄者一边观察液晶显示器M一边决定被摄体像的构图，之后按下释放按钮B1，利用摄像元件对被摄体像进行拍摄，并记录保存于存储器(未图示)中。

在摄像装置CAM中配置有在被摄体较暗的情况下发出辅助光的辅助光发光部EF、用于摄像装置CAM的各种条件设定等的功能按钮B2等。

对于在这样的数字照相机等中使用的光学系统，要求更高的分辨率、低色差、小型化。为了实现这些功能，在光学系统中使用色散特性彼此不同的玻璃是有效的。特别是对于色散低且具有更高的部分色散比(P

<显微镜>

图4是示出本实施方式的多光子显微镜2的构成的一例的框图。多光子显微镜2具备物镜206、会聚透镜208、成像透镜210。物镜206、会聚透镜208、成像透镜210中的至少一者具备以本实施方式的光学玻璃作为母材的光学元件。下面以多光子显微镜2的光学系统为中心进行说明。

脉冲激光装置201例如射出近红外波长(约1000nm)的、脉冲宽度为飞秒单位的(例如100飞秒的)超短脉冲光。刚从脉冲激光装置201射出后的超短脉冲光通常形成沿规定方向偏振的线性偏振光。

脉冲分割装置202对超短脉冲光进行分割，提高超短脉冲光的重复频率数后射出。

光束调整部203具有下述功能：对于从脉冲分割装置202入射的超短脉冲光的光束径，与物镜206的瞳径相应地进行调整的功能；为了校正从试样S发出的光的波长与超短脉冲光的波长在轴上的色差(焦点差)，对超短脉冲光的会聚和发散角度进行调整的功能；为了校正超短脉冲光的脉冲宽度在通过光学系统的期间由于群速度色散而变宽的情况，对超短脉冲光赋予相反的群速度色散的预啁啾功能(群速度色散补偿功能)等。

从脉冲激光装置201射出的超短脉冲光在脉冲分割装置202的作用下，其重复频率数增大，由光束调整部203进行上述调整。并且，从光束调整部203射出的超短脉冲光被分色镜204向分色镜的方向反射，通过分色镜205，被物镜206会聚而照射至试样S。此时，可以通过使用扫描装置(未图示)使超短脉冲光在试样S的观察面上进行扫描。

例如，在对试样S进行荧光观察的情况下，在试样S被超短脉冲光照射的区域及其附近，将试样S染色的荧光色素受到多光子激发，发出波长比红外波长的超短脉冲光更短的荧光(下文中称为“观察光”)。

从试样S向物镜206的方向发出的观察光被物镜206进行准直，根据其波长，被分色镜205反射或者透过分色镜205。

被分色镜205反射的观察光入射到荧光检测部207。荧光检测部207由例如阻断滤片、PMT(photo multiplier tube：光电倍增管)等构成，接收被分色镜205反射的观察光，输出与其光量相应的电信号。另外，荧光检测部207配合超短脉冲光在试样S的观察面上的扫描来检测试样S的观察面上的观察光。

需要说明的是，也可以通过将分色镜205从光路中移除而利用荧光检测部211检测从试样S向物镜206的方向发出的全部观察光。在该情况下，观察光被扫描装置(未图示)退扫描(descan)，透过分色镜204，被会聚透镜208会聚，通过设置在与物镜206的焦点位置大致共轭的位置的针孔209，透过成像透镜210，入射到荧光检测部211。

荧光检测部211例如由阻断滤片、PMT等构成，接收由成像透镜210在荧光检测部211的光接收面上成像的观察光，输出与其光量相应的电信号。另外，荧光检测部211配合超短脉冲光在试样S的观察面上的扫描来检测试样S的观察面上的观察光。

另外，从试样S向与物镜206相反的方向发出的观察光被分色镜212反射并入射到荧光检测部213。荧光检测部113例如由阻断滤片、PMT等构成，接收被分色镜212反射的观察光，输出与其光量相应的电信号。另外，荧光检测部213配合超短脉冲光在试样S的观察面上的扫描来检测试样S的观察面上的观察光。

由荧光检测部207、211、213分别输出的电信号被输入到例如计算机(未图示)中，该计算机可以基于所输入的电信号生成观察图像，对所生成的观察图像进行显示、或者对观察图像的数据进行存储。

<接合透镜>

图5是示出本实施方式的接合透镜的一例的示意图。接合透镜3是具有第1透镜要素301和第2透镜要素302的复合透镜。第1透镜要素和第2透镜要素中的至少一者使用本实施方式的光学玻璃。第1透镜要素和第2透镜要素藉由接合部件303进行接合。作为接合部件303，可以使用公知的粘接剂等。需要说明的是，所谓“透镜要素”是指构成单透镜或者接合透镜的各个透镜。

本实施方式的接合透镜在色差校正的方面是有用的，可以适合用于上述光学元件、光学系统、光学装置等。并且，包含接合透镜的光学系统特别适合用于照相机用更换镜头、光学装置等。需要说明的是，在上述方式中，对于使用2个透镜要素的接合透镜进行了说明，但并不限于此，也可以为使用3个以上的透镜要素的接合透镜。在制成使用3个以上的透镜要素的接合透镜的情况下，3个以上的透镜要素中的至少一个使用本实施方式的光学玻璃来形成即可。

<光学玻璃的制造方法>

本实施方式的光学玻璃例如可以使用悬浮炉来制造。悬浮炉包括静电式、电磁式、声波式、磁式和气体喷射式等，没有特别限定，优选在氧化物的悬浮熔解(熔炼)中使用气体喷射式的悬浮炉。下面，以使用气体喷射式的悬浮炉的制造方法作为一例来进行说明。

图6示出气体喷射式的悬浮炉的整体构成的示意图，图7是气体喷射式的悬浮炉的载台上的底座的放大示意图。

在气体喷射式的悬浮炉4中，原料M被配置于载台401上的底座402上。并且，从激光光源403出射的激光L经由反射镜404和反射镜405被照射到原料M上。被激光L的照射所加热的原料M的温度利用辐射温度计406进行监测。基于辐射温度计406所监测的原料M的温度信息，利用计算机407控制激光光源403的输出。另外，利用CCD相机408拍摄原料M的状态，将其输出到监视器409(参照图5)。需要说明的是，作为激光光源，例如可以使用二氧化碳激光。

在气体喷射式的悬浮炉4中，通过被送入底座的气体，使原料M处于悬浮的状态(参照图7)。被送入底座的气体的流量由气体流量调节器410进行控制。例如，可以从设有圆锥状孔的喷嘴喷射气体，在使原料M悬浮的状态下利用激光L进行非接触加热。当原料M熔解时，由于自身的表面张力而形成球形或椭圆体形状，并以该状态悬浮。

之后，当截断激光L时，成为熔液状态的原料被冷却，得到透明的玻璃。需要说明的是，气体的种类没有特别限定，可以适当采用公知的气体，例如可以举出氧气、氮气、二氧化碳、氩气、空气等。另外，喷嘴的形状和加热方式没有特别限定，可以适当采用公知的方法。

以往，例如在使用坩埚等容器来制造光学玻璃的情况下，需要较多地含有SiO

关于这点，本实施方式中，例如在通过使用上述悬浮炉的方法制造光学玻璃的情况下，由于容器与熔液不接触，因此能够最大限度地抑制异相成核。结果，大幅促进熔液的玻璃形成，即使是通过坩埚熔解无法制造的、网眼形成氧化物的含量少或完全不含网眼形成氧化物的组成也能发生玻璃化。通过采用该制造方法，能够制造以往不能玻璃化的本实施方式的组成系的光学玻璃。进而，还能制作上述的大型玻璃料滴。除此以外，本实施方式的光学玻璃的折射率高且阿贝数高。本实施方式的光学玻璃具有许多这样的优点，因此能够作为高折射低色散玻璃材料或宽波段透射材料来应用。

实施例

接着，对本发明的实施例和比较例进行说明。需要说明的是，本发明不受这些例子的限定。

<光学玻璃的制作>

使用图6和图7所示的气体喷射式的悬浮炉4，按照下述步骤制作了各实施例和比较例1、2的光学玻璃。首先，按照成为各表中记载的组成(阳离子％)的方式称量从氧化物选择的玻璃原料。也可以从氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐等中选择玻璃原料。接着，用氧化铝制研钵混合所称量的原料。将该原料以20MPa进行单向加压，成型为圆柱形的粒料。将所得到的粒料在电炉中于1000℃～1300℃在大气中烧制6小时～12小时，制作出烧结体。将所得到的烧结体粗粉碎，取50～4100mg设置于底座的喷嘴中。然后，一边喷射空气一边从上方照射二氧化碳激光，由此使原料熔解。熔解的原料由于自身的表面张力而成为球形或椭圆体形状，并在气体的压力下成为悬浮状态。在原料完全熔解的状态下截断激光输出，由此将原料冷却而得到各实施例的直径为6.88～15.40mm、厚度为4.6～6.4mm的玻璃料滴(玻璃球)。各实施例的玻璃均未在熔解中确认到可目视确认的挥发，也均未确认到气泡或失透。

比较例3的光学玻璃与通常的光学玻璃同样地使用坩埚按照以下的步骤来制作。首先，按照成为各表中记载的化学组成(阳离子％)的方式称量作为玻璃原料的氧化物、氢氧化物和碳酸盐。接着，将称量的原料混合，投入铂坩埚中，在1400℃左右的温度下熔融1小时左右，并搅拌均匀。之后，降低至适当的温度后，铸入到模具等中，进行缓冷，由此得到样品。

<物性评价>

图8和图9是对各实施例的光学常数值作图得到的图。

结晶化开始温度(T

结晶化开始温度(T

比重(S

各样品的比重(S

直径(D)、厚度(T)

各样品的直径(D)和各样品的厚度(T)使用电子游标卡尺进行测定。

折射率(n

实施例1～26中，对于实施例1～23，对样品实施90度的棱镜加工，使用折射率测定仪(Kalnew光学工业公司制造；“KPR-3000”)通过V型块法测定折射率，算出阿贝数、部分色散比和异常色散性。对于实施例24～26，对样品实施40度的棱镜加工，使用精密折射率测定仪(TRIOPTICS公司制造；“Spectro Master HR”)通过最小偏向角法测定折射率，算出阿贝数、部分色散比和异常色散性。

对于比较例1和2，使用棱镜耦合器(Metricon制造、“2010/M”型)通过棱镜耦合法测定折射率并算出阿贝数。对于比较例3，与实施例1～23同样地使用折射率测定仪(Kalnew光学工业公司制造；“KPR-3000”)通过V型块法测定折射率，算出阿贝数、部分色散比和异常色散性。

棱镜耦合法中，对玻璃试样进行研磨，使研磨面与单晶金红石棱镜密合，测定使测定波长的光入射时的全反射角，求出折射率。以473nm、594.1nm、656nm这三个波长各测定5次，将平均值作为测定值。进而，对于所得到的实测值，使用下述Drude-Voigt色散方程(数1)进行基于最小二乘法的拟合，计算出d射线(587.562nm)、F射线(486.133nm)、C射线(656.273nm)下的折射率和阿贝数(νd)。

[数1]

数学式1

(n：折射率，m：电子质量，c：光速度，e：元电荷，N：每单位体积的分子数，f：振子强度，λ

n

ν

部分色散比(P

各样品的部分色散比(P

P

异常色散性(ΔP

各样品的异常色散性(ΔP

F2：阿贝数ν

K7：阿贝数ν

异常色散性(ΔP

ΔP

各表中分别示出各实施例和各比较例的组成及其物性值。需要说明的是，只要没有特别声明，各成分的含量为阳离子％基准。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

比较例1和2得到比重比本实施方式的玻璃大的玻璃。比较例3得到折射率比本实施方式的玻璃低的玻璃。

由以上可以确认，各实施例的光学玻璃能够以高水平兼具高折射率、低色散性、低比重和耐失透稳定性。

符号说明

1…摄像装置、101…照相机机身、102…透镜镜筒、103…透镜、104…传感器芯片、105…玻璃基板、106…多芯片模块、CAM…摄像装置(非可换镜头式照相机)、WL…摄影镜头、M…液晶显示器、EF…辅助光发光部、B1…释放按钮、B2…功能按钮、2…多光子显微镜、201…脉冲激光装置、202…脉冲分割装置、203…光束调整部、204、205、212…分色镜、206…物镜、207、211、213…荧光检测部、208…会聚透镜、209…针孔、210…成像透镜、S…试样、3…接合透镜、301…第1透镜要素、302…第2透镜要素、303…接合部件、4…气体悬浮炉、401…载台、402…底座、403…激光光源、404、405…反射镜、406…辐射温度计、407…计算机、408…CCD相机、409…监视器、410…气体流量调节器、L…激光、M…原料。