光学玻璃、由光学玻璃构成的光学元件、光学系统、更换镜头以及光学装置

摘要

本发明涉及光学玻璃、由光学玻璃构成的光学元件、光学系统、更换镜头以及光学装置。一种光学玻璃，其中，以阳离子的摩尔％表示，La

说明书

本申请是分案申请，其原申请的申请号为201880060542.4，申请日为2018年4月9日，发明名称为“光学玻璃、由光学玻璃构成的光学元件、光学系统、更换镜头以及光学装置”。

技术领域

本发明涉及光学玻璃、由光学玻璃构成的光学元件、光学系统、更换镜头以及光学装置。本发明要求2017年9月21日提交的日本专利申请号2017-181028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，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。然而，若按照光学玻璃的折射率提高的方式来调整组成，则存在难以玻璃化的倾向。

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，以阳离子的摩尔％表示，La

(La

本发明的第二方式是由第一方式的光学玻璃构成的光学元件。

本发明的第三方式是使用了第二方式的光学元件的光学系统。

本发明的第四方式是具备第三方式的光学系统的更换镜头。

本发明的第五方式是具备第二方式的光学元件的光学装置。

附图说明

图1是具备使用了本实施方式涉及的光学玻璃的光学元件的多光子显微镜的构成的示例的框图。

图2是具备使用了本实施方式涉及的光学玻璃的光学元件的摄像装置的立体图。

图3A是示出气体喷射式的悬浮炉的整体构成的示意图的图。

图3B是示出气体喷射式的悬浮炉的载台上的底座的放大示意图的图。

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示例，并不意味着将本发明限定于以下的内容。

以下，对本实施方式中的光学玻璃的成分组成和物性等进行说明。需要说明的是，本说明书中，在没有特别限定的情况下，各成分的含量全部以阳离子的摩尔％表示。

<光学玻璃>

本实施方式所涉及的光学玻璃为如下的光学玻璃，其中，以阳离子的摩尔％表示，La

(La

各阳离子的形式没有特别的限定，例如以后述的氧化物的形式含有在光学玻璃中。本实施方式涉及的光学玻璃是即使构成SiO

作为稀土成分的La

La

Y

Gd

与上述的稀土成分同样，作为过渡金属成分的Zr

Zr

Hf

Ta

本实施方式涉及的光学玻璃满足下述式(1)所表示的关系。除了上述的稀土氧化物以外，还按照满足式(1)所表示的关系的方式混配有Zr

(La

进一步，式(1)优选满足下述式(1a)，更优选满足下述式(1b)。通过满足上述条件，与仅含有稀土成分、过渡金属成分中的任一种的光学玻璃相比，能够以更高的水平兼顾高折射率和低色散性这两者。

(La

(La

对式(1)的上限值没有特别限定，从维持玻璃的耐失透性的观点出发，优选为2400(％)

2400(％)

2000(％)

本实施方式涉及的光学玻璃优选进一步含有选自由Ga

Ga

Al

Si

B

Ti

W

碱土金属氧化物R

从能够进一步提高本实施方式涉及的光学玻璃的物性的观点出发，作为上述各成分的优选的组合，可以举出：Ga

此外，本实施方式涉及的光学玻璃即使不含有构成网眼形成氧化物的成分也能够玻璃化，能够赋予高物性。从该观点出发，作为本实施方式涉及的光学玻璃，可以制成实质上不含B

本实施方式涉及的光学玻璃只要处于不妨碍实现其目的的范围内，也可以进一步含有其它任意成分。

接着，对本实施方式的光学玻璃的物性值进行说明。

本实施方式涉及的光学玻璃能够优选用作涉及高折射率区域的光学玻璃。从这样的观点出发，本实施方式的光学玻璃在d射线(波长：587.562nm)下的折射率(n

本实施方式涉及的光学玻璃是具有低色散性(阿贝数(ν

本实施方式涉及的光学玻璃中，由Δn

此处，Δn

本实施方式涉及的光学玻璃适合作为相机、显微镜、双筒望远镜等光学装置所具备的透镜等光学元件、相机用更换镜头所具备的透镜等光学元件。作为光学装置，尤其特别适合作为多光子显微镜。

<多光子显微镜>

图1是示出使用了本实施方式涉及的光学玻璃的多光子显微镜1的构成的示例的框图。多光子显微镜1具备使用了本实施方式涉及的光学玻璃作为光学元件的、物镜106、聚光透镜108、成像透镜110。以下，以多光子显微镜1的光学系统为中心进行说明。

脉冲激光装置101例如射出近红外波长(约1000nm)的、脉冲宽度为飞秒单位(例如，100飞秒)的超短脉冲光。从脉冲激光装置101刚射出后的超短脉冲光通常形成沿规定方向偏振的直线偏振光。

脉冲分割装置102对超短脉冲光进行分割，提高超短脉冲光的重复频率而射出。

光束调整部103具有下述功能：根据物镜106的瞳径来调整从脉冲分割装置102入射的超短脉冲光的光束直径的功能；为了校正从试样S发出的多光子激发光的波长与超短脉冲光的波长在轴上的色像差(焦点差)而调整超短脉冲光的会聚和发散角度的功能；为了对于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发生的展宽进行校正而对超短脉冲光赋予相反的群速度色散的预啁啾(pre-chirp)功能(群速度色散补偿功能)；等等。

对于从脉冲激光装置101射出的超短脉冲光，利用脉冲分割装置102使其重复频率增大，利用光束调整部103进行上述的调整。并且，由光束调整部103射出的超短脉冲光被分色镜104向分色镜105的方向反射，通过分色镜105并由物镜106会聚而照射至试样S。此时，可以通过使用扫描单元(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的被超短脉冲光照射的区域及其附近，对将试样S染色的荧光色素进行多光子激发，发出波长比属于红外波长的超短脉冲光短的荧光(以下称为“观察光”)。

从试样S向物镜106的方向发出的观察光由物镜106进行准直，根据其波长，由分色镜105反射或者透过分色镜105。

经分色镜105反射的观察光入射到荧光检测部107。荧光检测部107例如由抑止滤光片、PMT(photo multiplier tube：光电增倍管)等构成，接受经分色镜105反射的观察光，输出与其光量相对应的电信号。另外，荧光检测部107配合超短脉冲光在试样S的观察面上的扫描而检测出试样S的观察面上的观察光。

另一方面，透过了分色镜105的观察光经扫描单元(未图示)解扫描(descan)，透过分色镜104，被聚光透镜108会聚，通过设置在与物镜106的焦点位置大致共轭的位置的针孔109，透过成像透镜110，入射到荧光检测部111。荧光检测部111例如由抑止滤光片、PMT等构成，接受由成像透镜110在荧光检测部111的受光面成像的观察光，输出与其光量相对应的电信号。另外，荧光检测部111配合超短脉冲光在试样S的观察面上的扫描而检测出试样S的观察面上的观察光。

需要说明的是，也可以从光路中取下分色镜105，由此利用荧光检测部111检测出从试样S向物镜106的方向发出的全部的观察光。

另外，从试样S向与物镜106相反的方向发出的观察光被分色镜112反射，入射到荧光检测部113。荧光检测部113例如由抑止滤光片、PMT等构成，接受经分色镜112反射的观察光，输出与其光量相对应的电信号。另外，荧光检测部113配合超短脉冲光在试样S的观察面上的扫描而检测出试样S的观察面上的观察光。

由荧光检测部107、111、113分别输出的电信号例如被输入到计算机(未图示)中，该计算机基于所输入的电信号生成观察图像，可以显示出所生成的观察图像或存储观察图像的数据。

<摄像装置>

使用了本实施方式涉及的光学玻璃的光学元件能够优选用于摄像装置。图2示出具备使用了本实施方式涉及的光学玻璃的光学元件的摄像装置的立体图。摄像装置2(光学装置)具备以本实施方式涉及的光学玻璃为母材的透镜203(光学元件)。

摄像装置2是所谓的数码单镜反光相机，透镜镜筒202可自由装卸地安装在相机机身201的透镜安装座(未图示)上。并且，通过了透镜镜筒202的透镜203的光在配置于相机机身201的背面侧的多芯片模块206的传感器芯片(固态摄像元件)204上成像。该传感器芯片204是所谓的CMOS图像传感器等裸芯片。多芯片模块206例如是传感器芯片204在玻璃基板205上进行裸芯片安装而得到的COG(玻璃上芯片，Chip On Glass)型模块。

需要说明的是，光学装置并不限于这样的摄像装置，例如包括投影仪等广泛的装置。光学元件也并不限于透镜，例如包括棱镜等广泛的元件。

<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为一例来进行说明。

图3示出气体喷射式的悬浮炉的整体构成的示意图。图中，图3A是悬浮炉的整体构成的示意图，图3B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3中，原料M被配置于载台301上的底座302上。并且，从激光光源303出射的激光L经由镜304和镜305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306进行监测。基于辐射温度计306所监测的原料M的温度信息，利用计算机307控制激光光源303的输出。另外，利用CCD相机308拍摄原料M的状态，将其输出到监测器309(参照图3A)。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3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3B)。被送入底座的气体的流量由气体流量调节器310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。之后截断激光L，则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。

本实施方式涉及的光学玻璃的组成系至今难以玻璃化。例如，在使用通常所使用的坩埚等容器来制造光学玻璃的情况下，现有技术中需要较多地含有SiO

另一方面，在本实施方式中，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涉及的组成系的光学玻璃。本实施方式涉及的光学玻璃的折射率高且阿贝数高。因此，能够作为高折射低分散玻璃材料或宽波段透射材料来应用。

实施例

接着，对以下的实施例及比较例进行说明，但本发明不受以下实施例的任何限定。

(各实施例的光学玻璃的制作)

使用图3A、图3B所示的气体喷射式的悬浮炉3，按照下述步骤制作了各实施例的光学玻璃。首先，以达到规定的化学组成的方式称量选自氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐等中的原料，之后用氧化铝制研钵进行混合。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℃下在大气中烧制6小时～12小时，制作出烧结体。将所得到的烧结体粗粉碎，取几十mg设置于底座的喷嘴。然后，一边喷射氧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玻璃。需要说明的是，在各实施例中得到了直径为2mm～3mm的透明的玻璃球。关于各实施例的玻璃，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。

(各比较例的光学玻璃的制作)

各比较例的光学玻璃按照下述步骤制作。首先，以达到规定的化学组成的方式称量选自氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐等中的原料。接着，将称量的原料混合并投入铂坩埚，在1350℃的温度下熔融1小时左右，搅拌均质化。然后，在降低到适当的温度后，浇铸到模具等中，进行缓慢冷却，由此得到各样品。

(折射率的测定)

玻璃的折射率测定使用棱镜耦合器(Metricon制造、“2010/M”型)进行测定。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，使用以下的Drude-Voigt的分散式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(ν

[数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

另外，阿贝数(ν

[数2]

关于各实施例和各比较例的光学玻璃，在各表中分别示出成分组成(阳离子摩尔％基准)、折射率(n

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

[表9]

[表10]

[表11]

[表12]

[表13]

[表14]

[表15]

由以上内容可以确认：各实施例的光学玻璃均满足(La

符号说明

1...多光子显微镜、101...脉冲激光装置、102...脉冲分割装置、103...光束调整部、104、105、112...分色镜、106...物镜、107、111、113...荧光检测部、108...聚光透镜、109...针孔、110...成像透镜、S...试样、2...摄像装置、201...相机机身、202...透镜镜筒、203...透镜、204...传感器芯片、205...玻璃基板、206...多芯片模块、3...气体悬浮炉、301...载台、302...底座、303...激光光源、304、305...镜、306...辐射温度计、307...计算机、308...CCD相机、309...监测器、310...气体流量调节器、L..激光、M...原料