JP2515889B2 - 屈折率分布型光学素子及びその製造方法 - Google Patents
屈折率分布型光学素子及びその製造方法Info
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- JP2515889B2 JP2515889B2 JP1214733A JP21473389A JP2515889B2 JP 2515889 B2 JP2515889 B2 JP 2515889B2 JP 1214733 A JP1214733 A JP 1214733A JP 21473389 A JP21473389 A JP 21473389A JP 2515889 B2 JP2515889 B2 JP 2515889B2
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、屈折率分布型光学素子及びその製造方法に
関する。
関する。
屈折率分布型光学素子は、その優れた収差補正能力か
ら次世代の光学系に欠くことのできない光学素子として
注目されている。
ら次世代の光学系に欠くことのできない光学素子として
注目されている。
現在すでに市販されているSELFOC（登録商標）レンズ
やスラブレンズをはじめ、多くの企業，研究機関で研究
開発されている種々の屈折率分布型光学素子がある。
やスラブレンズをはじめ、多くの企業，研究機関で研究
開発されている種々の屈折率分布型光学素子がある。
屈折率分布型光学素子は、その媒質に屈折率分布を付
けることによって媒質自体にパワー（屈折力）を持たせ
るものである。そのパワーは、屈折率分布によって決定
されるものであって、パワーを大きくするためには、屈
折率ｎの勾配差（以下Δｎという。）を大きくすれば良
い。従って、現在このΔｎを大きくすることが屈折率分
布型光学素子の研究開発に与えられた大きな課題であ
り、多くの研究者によってΔｎを大きくするための研究
がなされている。
けることによって媒質自体にパワー（屈折力）を持たせ
るものである。そのパワーは、屈折率分布によって決定
されるものであって、パワーを大きくするためには、屈
折率ｎの勾配差（以下Δｎという。）を大きくすれば良
い。従って、現在このΔｎを大きくすることが屈折率分
布型光学素子の研究開発に与えられた大きな課題であ
り、多くの研究者によってΔｎを大きくするための研究
がなされている。
ところで、現在までの屈折率分布型光学素子の開発
は、上述した如く、Δｎを大きく、外径を大きくという
アプローチが多いが、光学素子の持つ色収差を小さくし
ようとする取組みは遅れている。而も、屈折率分布型光
学素子は、優れた収差補正能力があるためにレンズの構
成枚数を激減させることが可能であるが、色収差の補正
はレンズ枚数が減る程困難になるという矛盾がある。従
って、屈折率分布型光学素子を含み且つ色収差をも十分
に補正したレンズ系を作るには、場合によっては、色消
し用のレンズを加えるなどの手段をこうじる必要も出て
くるため、屈折率分布型光学素子を用いることのメリッ
トが半減してしまう。
は、上述した如く、Δｎを大きく、外径を大きくという
アプローチが多いが、光学素子の持つ色収差を小さくし
ようとする取組みは遅れている。而も、屈折率分布型光
学素子は、優れた収差補正能力があるためにレンズの構
成枚数を激減させることが可能であるが、色収差の補正
はレンズ枚数が減る程困難になるという矛盾がある。従
って、屈折率分布型光学素子を含み且つ色収差をも十分
に補正したレンズ系を作るには、場合によっては、色消
し用のレンズを加えるなどの手段をこうじる必要も出て
くるため、屈折率分布型光学素子を用いることのメリッ
トが半減してしまう。
そこで、少ないレンズ枚数で色収差をも補正されたレ
ンズ系を作るためには、レンズ一枚一枚で発生する色収
差自体を小さくすることが大切になる。そのための屈折
率分布型光学素子の媒質に要求される特性は、媒質が高
屈折率−低分散〜低屈折率−高分散に変化することであ
る。そして、本件と同一の出願人による特願平１−1112
92号によれば、Li2Oを5mol％以上含み且つアッベ数が50
以上であるガラス母材を、Na+,K+,Rb+のうちの少なくと
も一種以上を含んだ溶融塩中に浸漬することか、又は、
Na2O,K2O,Rb2Oのうち少なくとも一種以上を5mol％含み
且つアッベ数が50以上であるガラス母材を、Li+を含ん
だ溶融塩中に浸漬することにより、上記特性の屈折率分
布型光学素子が得られることが述べられている。即ち、
Li+とNa+やK+とのイオン交換によりTl+を利用したもの
より色分散特性の良好な屈折率分布型光学素子が得られ
ることに注目して、系統的に種々のLi系ガラスのイオン
交換実験を行なった。この実験では、素材の光学特性と
してガラス母材のndo,νdo（中心部の値）と、イオン交
換後のndex,νdex（最外周での値）を測定し、Δn,Δν
を求めて検討した。その結果、屈折率分布型光学素子と
して得られる特性にガラス母材の特性が大きく関与して
いるということを知るに至った。特に、Δνはガラス母
材のアッベ数νｄによってほぼ決定づけられることが明
らかになった。
ンズ系を作るためには、レンズ一枚一枚で発生する色収
差自体を小さくすることが大切になる。そのための屈折
率分布型光学素子の媒質に要求される特性は、媒質が高
屈折率−低分散〜低屈折率−高分散に変化することであ
る。そして、本件と同一の出願人による特願平１−1112
92号によれば、Li2Oを5mol％以上含み且つアッベ数が50
以上であるガラス母材を、Na+,K+,Rb+のうちの少なくと
も一種以上を含んだ溶融塩中に浸漬することか、又は、
Na2O,K2O,Rb2Oのうち少なくとも一種以上を5mol％含み
且つアッベ数が50以上であるガラス母材を、Li+を含ん
だ溶融塩中に浸漬することにより、上記特性の屈折率分
布型光学素子が得られることが述べられている。即ち、
Li+とNa+やK+とのイオン交換によりTl+を利用したもの
より色分散特性の良好な屈折率分布型光学素子が得られ
ることに注目して、系統的に種々のLi系ガラスのイオン
交換実験を行なった。この実験では、素材の光学特性と
してガラス母材のndo,νdo（中心部の値）と、イオン交
換後のndex,νdex（最外周での値）を測定し、Δn,Δν
を求めて検討した。その結果、屈折率分布型光学素子と
して得られる特性にガラス母材の特性が大きく関与して
いるということを知るに至った。特に、Δνはガラス母
材のアッベ数νｄによってほぼ決定づけられることが明
らかになった。
この関係をさらに整理することによりLi+K+,Li+N
a+等による等Li+の濃度勾配によって屈折率分布を得る
組成系において、屈折率分布光学特性を上記特性とする
ためには、ガラス母材のアッベ数を50以上にすべきとい
う重大な条件を見い出すことができ、その技術を完成し
たのである。
a+等による等Li+の濃度勾配によって屈折率分布を得る
組成系において、屈折率分布光学特性を上記特性とする
ためには、ガラス母材のアッベ数を50以上にすべきとい
う重大な条件を見い出すことができ、その技術を完成し
たのである。
しかし、現在開発されている屈折率分布型光学素子に
おいてこの様なものは少なく、実現しているものであっ
てもΔｎは非常に小さい値にとどまっている。
おいてこの様なものは少なく、実現しているものであっ
てもΔｎは非常に小さい値にとどまっている。
それは、主に屈折率分布型光学素子の製造方法に起因
するものである。例えば、イオン交換法では、Δｎを大
きくするためにガラス修飾酸化物（ガラス形成に直接関
係しないもの）を構成するものとしてガラスの中に導入
されている１価イオンであるTl+とNa+やK+とのイオン交
換により濃度勾配を付与いているが、Tl+を使用すると
Δｎが大きくとれる反面アッベ数の変化特性は高屈折率
−高分散〜低屈折率−低分散となってしまい、色収差が
大きく発生してしまう。又、Ag+とNa+との交換によって
もΔｎは大きくとれるものの、色収差は大きく発生して
しまう。更に、上述の如く、Li+を利用して色収差を大
きく改善した例もあるが、これはその反面Δｎが小さく
なり、その効果は充分に発揮されていない。即ち、Li+
の含有量を増すことによってΔｎの改善は見られるもの
の、ガラス母材の耐性や、揮発し易いアルカリ成分をガ
ラス母材中に安定して溶かし込む技術の難しさから限度
があり、現実に十分な効果を発揮するレベルのものは得
られていない。イオン交換法では、二価以上のイオンの
交換スピードが極めて遅いことから実質的に１価の陽イ
オンでしか濃度勾配を付与することができないため、そ
の分布付与のためのイオン濃度勾配のバリエーションが
極端に限られており、上記の如くΔｎが大きく且つ色収
差の小さいものは得られていない。
するものである。例えば、イオン交換法では、Δｎを大
きくするためにガラス修飾酸化物（ガラス形成に直接関
係しないもの）を構成するものとしてガラスの中に導入
されている１価イオンであるTl+とNa+やK+とのイオン交
換により濃度勾配を付与いているが、Tl+を使用すると
Δｎが大きくとれる反面アッベ数の変化特性は高屈折率
−高分散〜低屈折率−低分散となってしまい、色収差が
大きく発生してしまう。又、Ag+とNa+との交換によって
もΔｎは大きくとれるものの、色収差は大きく発生して
しまう。更に、上述の如く、Li+を利用して色収差を大
きく改善した例もあるが、これはその反面Δｎが小さく
なり、その効果は充分に発揮されていない。即ち、Li+
の含有量を増すことによってΔｎの改善は見られるもの
の、ガラス母材の耐性や、揮発し易いアルカリ成分をガ
ラス母材中に安定して溶かし込む技術の難しさから限度
があり、現実に十分な効果を発揮するレベルのものは得
られていない。イオン交換法では、二価以上のイオンの
交換スピードが極めて遅いことから実質的に１価の陽イ
オンでしか濃度勾配を付与することができないため、そ
の分布付与のためのイオン濃度勾配のバリエーションが
極端に限られており、上記の如くΔｎが大きく且つ色収
差の小さいものは得られていない。
又、ゾルゲル法による開発も進められており、TiやG
e,Zrなど屈折率を高め且つガラス形成酸化物（ガラスを
形成するために元から含まれているもの）を構成する金
属元素をウェットゲルから酸などによって溶出させてそ
の濃度勾配を付与する方法があるが、この方法ではある
程度大きなΔｎが得られるものの、アッベ数の変化特性
は高屈折率−高分散〜低屈折率−低分散であって、色収
差が大きく発生してしまい、屈折率分布型光学素子の特
性はTi+Na+型のイオン交換によるものに近いものであ
る。
e,Zrなど屈折率を高め且つガラス形成酸化物（ガラスを
形成するために元から含まれているもの）を構成する金
属元素をウェットゲルから酸などによって溶出させてそ
の濃度勾配を付与する方法があるが、この方法ではある
程度大きなΔｎが得られるものの、アッベ数の変化特性
は高屈折率−高分散〜低屈折率−低分散であって、色収
差が大きく発生してしまい、屈折率分布型光学素子の特
性はTi+Na+型のイオン交換によるものに近いものであ
る。
本発明は、上記問題点に鑑み、Δｎが実用的に十分大
きく且つアッベ数の変化特性が高屈折率−低分散〜低屈
折率−高分散であって色収差が小さいものを初めとし種
々の特性の屈折率分布型光学素子及びその製造方法を提
供することを目的とする。
きく且つアッベ数の変化特性が高屈折率−低分散〜低屈
折率−高分散であって色収差が小さいものを初めとし種
々の特性の屈折率分布型光学素子及びその製造方法を提
供することを目的とする。
本発明による屈折率分布型光学素子は、ガラス形成酸
化物を構成する元素の濃度勾配による屈折率分布と、ガ
ラス修飾酸化物を構成する陽イオンの濃度勾配による屈
折率分布とが同一光学素子内に存在し、且つ前記両屈折
率分布が互いに独立的に存在していることを特徴とする
ものである。
化物を構成する元素の濃度勾配による屈折率分布と、ガ
ラス修飾酸化物を構成する陽イオンの濃度勾配による屈
折率分布とが同一光学素子内に存在し、且つ前記両屈折
率分布が互いに独立的に存在していることを特徴とする
ものである。
又、本発明による屈折率分布型光学素子の製造方法
は、ガラス母材のガラス形成酸化物を構成する元素に濃
度勾配を与えて上記ガラス母材に第１の屈折率分布を持
たせる第１工程と、上記ガラス母材のガラス修飾酸化物
を構成する陽イオンに濃度勾配を与えて上記ガラス母材
に第２の屈折率分布をもたせる第２工程とを備えている
ことを特徴としており、更に、前記第２工程が、少なく
とも１価の陽イオンを１種類以上含有した溶融塩中に前
記第１工程によって形成されたガラス母材を浸漬させる
イオン交換法によって行なわれることを特徴としてい
る。以下、これらの点について詳細に説明する。
は、ガラス母材のガラス形成酸化物を構成する元素に濃
度勾配を与えて上記ガラス母材に第１の屈折率分布を持
たせる第１工程と、上記ガラス母材のガラス修飾酸化物
を構成する陽イオンに濃度勾配を与えて上記ガラス母材
に第２の屈折率分布をもたせる第２工程とを備えている
ことを特徴としており、更に、前記第２工程が、少なく
とも１価の陽イオンを１種類以上含有した溶融塩中に前
記第１工程によって形成されたガラス母材を浸漬させる
イオン交換法によって行なわれることを特徴としてい
る。以下、これらの点について詳細に説明する。
本件の発明者は、例えばまずゾルゲル法によって２価
の屈折率に大きく寄与する金属元素の濃度分布を持たせ
たガラス母材を作り且つそのガラス母材に例えばイオン
交換することによってTl+等の１価イオンの濃度分布を
持たせて該２価金属元素の濃度分布とは独立したイオン
濃度分布を持たせることにより、Δｎが実用的に十分大
きく且つ色収差特性の良い屈折率分布型光学素子が得ら
れることを見い出した。即ち、これら二つの工程を経て
互いに独立した金属元素又はイオンの濃度分布付与を行
なうにあたっては、個々の工程において濃度分布を持た
せたい金属元素又はイオンのみの濃度を変化させ、他の
金属元素又はイオンの濃度は全く固定されていなければ
ならないが、本件発明者は、種々の検討を重ねた結果、
イオン交換においては１価イオンのみが交換され、２価
以上の金属元素は実質的に固定されたまま何ら影響を受
けないことに着目し、既に１価イオンでないものによっ
て濃度勾配を付与したガラスを１価イオンでイオン交換
する手法を用いることにした。即ち、予め１価イオンで
ない金属元素に濃度勾配を付与でき且つその後の第２工
程であるイオン交換でイオン交換するための１価イオン
をガラス母材中に導入できる工程即ち第１工程としてゾ
ルゲル法を選定した。そして、イオン交換工程で１価イ
オンの交換を阻害しない金属元素であって第１工程で濃
度勾配をもたせる元素としては、ガラス形成酸化物を構
成する元素が良いということがわかってきた。
の屈折率に大きく寄与する金属元素の濃度分布を持たせ
たガラス母材を作り且つそのガラス母材に例えばイオン
交換することによってTl+等の１価イオンの濃度分布を
持たせて該２価金属元素の濃度分布とは独立したイオン
濃度分布を持たせることにより、Δｎが実用的に十分大
きく且つ色収差特性の良い屈折率分布型光学素子が得ら
れることを見い出した。即ち、これら二つの工程を経て
互いに独立した金属元素又はイオンの濃度分布付与を行
なうにあたっては、個々の工程において濃度分布を持た
せたい金属元素又はイオンのみの濃度を変化させ、他の
金属元素又はイオンの濃度は全く固定されていなければ
ならないが、本件発明者は、種々の検討を重ねた結果、
イオン交換においては１価イオンのみが交換され、２価
以上の金属元素は実質的に固定されたまま何ら影響を受
けないことに着目し、既に１価イオンでないものによっ
て濃度勾配を付与したガラスを１価イオンでイオン交換
する手法を用いることにした。即ち、予め１価イオンで
ない金属元素に濃度勾配を付与でき且つその後の第２工
程であるイオン交換でイオン交換するための１価イオン
をガラス母材中に導入できる工程即ち第１工程としてゾ
ルゲル法を選定した。そして、イオン交換工程で１価イ
オンの交換を阻害しない金属元素であって第１工程で濃
度勾配をもたせる元素としては、ガラス形成酸化物を構
成する元素が良いということがわかってきた。
これらの研究をふまえ、まず第１工程としてゾルゲル
法によってガラス形成酸化物の構造物であって且つ屈折
率を変化させる金属元素例えばTi,Nb,Zr,Geに濃度分布
を付与し、Na+,K+,Ti+,Cs+,Li+,Rb+,Ag+などの１価イオ
ンを均一に含有させたゲル体を作成して乾燥・焼結を行
なってガラス母材を得る。
法によってガラス形成酸化物の構造物であって且つ屈折
率を変化させる金属元素例えばTi,Nb,Zr,Geに濃度分布
を付与し、Na+,K+,Ti+,Cs+,Li+,Rb+,Ag+などの１価イオ
ンを均一に含有させたゲル体を作成して乾燥・焼結を行
なってガラス母材を得る。
勿論、これだけで充分屈折率分布型光学素子としての
能力はあるが、そのガラス母材をさらに他の１価イオン
を含む溶融塩中に浸漬して即ちイオン交換によって上記
価イオンに別の濃度分布を与える。このようにして１つ
のガラス母材にガラス形成酸化物を構成する元素の濃度
分布（第１工程のゾルゲル法により付与）及びガラス修
飾酸化物を構成する陽イオンの濃度分布（第２工程のイ
オン交換により付与）を独立して有する屈折率分布型光
学素子が得られた。
能力はあるが、そのガラス母材をさらに他の１価イオン
を含む溶融塩中に浸漬して即ちイオン交換によって上記
価イオンに別の濃度分布を与える。このようにして１つ
のガラス母材にガラス形成酸化物を構成する元素の濃度
分布（第１工程のゾルゲル法により付与）及びガラス修
飾酸化物を構成する陽イオンの濃度分布（第２工程のイ
オン交換により付与）を独立して有する屈折率分布型光
学素子が得られた。
この屈折率分布型光学素子は濃度分布を付与する成分
の組合せや量的関係を種々変えることによって、多くの
性格を持った屈折率分布型光学素子となる。例えば、第
１図（Ａ）に示したように、第１工程で屈折率に大きく
寄与する金属元素ａに濃度分布Ａを設け、第２工程で屈
折率に大きく寄与する金属イオンｂにＡと同方向の濃度
分布Ｂを付けると、得られた屈折率分布型光学素子のΔ
ｎは金属元素ａと金属イオンｂによるΔｎの和となるた
め、第１図に示した如く非常に大きなΔｎが得られる。
尚、図中Ｃは交換されてきた金属イオンｃの濃度分布
を、ｒは光学素子の半径を示している。
の組合せや量的関係を種々変えることによって、多くの
性格を持った屈折率分布型光学素子となる。例えば、第
１図（Ａ）に示したように、第１工程で屈折率に大きく
寄与する金属元素ａに濃度分布Ａを設け、第２工程で屈
折率に大きく寄与する金属イオンｂにＡと同方向の濃度
分布Ｂを付けると、得られた屈折率分布型光学素子のΔ
ｎは金属元素ａと金属イオンｂによるΔｎの和となるた
め、第１図に示した如く非常に大きなΔｎが得られる。
尚、図中Ｃは交換されてきた金属イオンｃの濃度分布
を、ｒは光学素子の半径を示している。
又、第２図（Ａ）の様に屈折率に大きく寄与する金属
元素ａ及び金属イオンｂの濃度分布A,Bが逆方向になる
様にすることによって、金属元素ａと金属イオンｂの持
つ分散特性の差を利用した全く新しい分散特性を持った
屈折率分布型光学素子が得られる。今回本件発明者は特
にこの濃度分布に着目し、色収差の優れたまさに理想的
な屈折率分布型光学素子が得られることを見い出した。
尚、第２図（Ａ）の濃度分布による屈折率分布は第２図
（Ｂ）の如くになる。
元素ａ及び金属イオンｂの濃度分布A,Bが逆方向になる
様にすることによって、金属元素ａと金属イオンｂの持
つ分散特性の差を利用した全く新しい分散特性を持った
屈折率分布型光学素子が得られる。今回本件発明者は特
にこの濃度分布に着目し、色収差の優れたまさに理想的
な屈折率分布型光学素子が得られることを見い出した。
尚、第２図（Ａ）の濃度分布による屈折率分布は第２図
（Ｂ）の如くになる。
更に、濃度分布A,Bが２つの独立とした分布であるこ
とを積極的に利用した例として、第２工程でのイオン交
換を短時間で止めると第３図（Ａ）の濃度分布Ｂのよう
になるので、第１工程で付与した屈折率分布の高次成分
を補正して第３図（Ｂ）のような屈折率分布にすること
がで可能である。特に、屈折率の高次の項を生かした特
性を出したり、又収差が極端に劣化する場合には高次成
分の補正により第１工程での屈折率分布の誤差を第２工
程でうまく補正することも可能である。又、組成や２つ
の濃度分布の比を適当に選ぶことによって、全体として
Ｗ型やＭ型と呼ばれる屈折率分布の途中に変曲点を持つ
様なものも得ることができる。
とを積極的に利用した例として、第２工程でのイオン交
換を短時間で止めると第３図（Ａ）の濃度分布Ｂのよう
になるので、第１工程で付与した屈折率分布の高次成分
を補正して第３図（Ｂ）のような屈折率分布にすること
がで可能である。特に、屈折率の高次の項を生かした特
性を出したり、又収差が極端に劣化する場合には高次成
分の補正により第１工程での屈折率分布の誤差を第２工
程でうまく補正することも可能である。又、組成や２つ
の濃度分布の比を適当に選ぶことによって、全体として
Ｗ型やＭ型と呼ばれる屈折率分布の途中に変曲点を持つ
様なものも得ることができる。
この様に、１つの光学素子内に全く別個に組成成分や
その含有量を調整することにより２つの濃度分布を独立
して制御して付与してやれば、それら２つの濃度分布の
相互作用によって多くの種類の屈折率分布を付与するこ
とができる。
その含有量を調整することにより２つの濃度分布を独立
して制御して付与してやれば、それら２つの濃度分布の
相互作用によって多くの種類の屈折率分布を付与するこ
とができる。
尚、第１工程で濃度分布を付与する元素としては非金
属元素でも良いことは言うまでも無い。
属元素でも良いことは言うまでも無い。
以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。
る。
第１実施例 テトラメトキシシラン（TMOS）19.29mlとメタノール1
3.2mlと2N−塩酸2.45−mlを混合して60℃に加温し、時
計皿で蓋をしてスターラーで撹拌した。約１時間後ヒー
タを切り室温に戻してから、テトラチタン酸ｎブチル1
1.75mlを13.20mlのメタノールで希釈した溶液をゆっく
りと加えた。さらに撹拌を続け、メタノール13.20ml,純
水17.24ml及び9.78mlの1N−アンモニア水と混合した溶
液を１滴/1秒のスピードで滴下した。滴下の終了した液
をさらに１時間室温で撹拌してからテフロン管の中に流
し込み密閉して一昼夜放置したところ、すこし白濁した
ゲルになった。このゲルを熟成の後塩酸中に浸漬してチ
タンの濃度分布を付与し、メタノールでよく洗浄した
後、硝酸タリウム，硝酸バリウムの混合溶液中に再度浸
漬し、乾燥・焼結してチタンの濃度分布を持ち且つタリ
ウムイオン，バリウムイオンを均一に含有するシリカ系
ガラス母材を得た。このガラス母材を硝酸ナトリウムを
主成分とする溶融塩中に浸漬してガラス母材のタリウム
イオンと塩中のナトリウムイオンを交換させた。こうし
て得られたガラス母材の屈折率分布を測定したところ、
Δｎ＝0.13の中央部の屈折率が最も高い屈折率分布型光
学素子になっていることがわかった。そして、この屈折
率分布型光学素子の屈折率−分散の関係は第４図のの
如くであった。イオン交換処理前ではΔｎ＝0.07であっ
たことからイオン交換法によりΔｎの値は約２倍に向上
したことになる。又、チタンの濃度分布を持たないガラ
ス母材をイオン交換したところΔｎ＝0.06であった。こ
の様に２つの濃度分布により大きなΔｎが得られること
がわかった。
3.2mlと2N−塩酸2.45−mlを混合して60℃に加温し、時
計皿で蓋をしてスターラーで撹拌した。約１時間後ヒー
タを切り室温に戻してから、テトラチタン酸ｎブチル1
1.75mlを13.20mlのメタノールで希釈した溶液をゆっく
りと加えた。さらに撹拌を続け、メタノール13.20ml,純
水17.24ml及び9.78mlの1N−アンモニア水と混合した溶
液を１滴/1秒のスピードで滴下した。滴下の終了した液
をさらに１時間室温で撹拌してからテフロン管の中に流
し込み密閉して一昼夜放置したところ、すこし白濁した
ゲルになった。このゲルを熟成の後塩酸中に浸漬してチ
タンの濃度分布を付与し、メタノールでよく洗浄した
後、硝酸タリウム，硝酸バリウムの混合溶液中に再度浸
漬し、乾燥・焼結してチタンの濃度分布を持ち且つタリ
ウムイオン，バリウムイオンを均一に含有するシリカ系
ガラス母材を得た。このガラス母材を硝酸ナトリウムを
主成分とする溶融塩中に浸漬してガラス母材のタリウム
イオンと塩中のナトリウムイオンを交換させた。こうし
て得られたガラス母材の屈折率分布を測定したところ、
Δｎ＝0.13の中央部の屈折率が最も高い屈折率分布型光
学素子になっていることがわかった。そして、この屈折
率分布型光学素子の屈折率−分散の関係は第４図のの
如くであった。イオン交換処理前ではΔｎ＝0.07であっ
たことからイオン交換法によりΔｎの値は約２倍に向上
したことになる。又、チタンの濃度分布を持たないガラ
ス母材をイオン交換したところΔｎ＝0.06であった。こ
の様に２つの濃度分布により大きなΔｎが得られること
がわかった。
第２実施例 テトラメトキシシラン（TMOS）16.46mlとイソプロパ
ノール19.1mlと2N−塩酸1.88mlを混合して60℃に加温
し、１時間撹拌した。室温まで放冷した後、チオブエト
キシド4.375gを19.1mlのイソプロパノールに溶かした溶
液を２滴/1秒位の速さで滴下した。さらに、イソプロパ
ノール19.1ml,純水13.05ml及び25mlの1N−アンモニア水
を混合した溶液を１滴/1秒の速さを超えない様にゆっく
りと滴下した。この様にして調整したゾルを直径16mmの
テフロン管の中に分注して密閉して放置してゲル化させ
た。このゲルに第１実施例と同様にしてニオブの濃度分
布付与を行なってからナトリウムを導入し、そして乾燥
・焼結して直径6mm弱のガラス母材を得た。そして、こ
のガラス母材を硝酸タリウムを多量に含む溶融塩中に浸
漬してイオン交換処理を行なった。
ノール19.1mlと2N−塩酸1.88mlを混合して60℃に加温
し、１時間撹拌した。室温まで放冷した後、チオブエト
キシド4.375gを19.1mlのイソプロパノールに溶かした溶
液を２滴/1秒位の速さで滴下した。さらに、イソプロパ
ノール19.1ml,純水13.05ml及び25mlの1N−アンモニア水
を混合した溶液を１滴/1秒の速さを超えない様にゆっく
りと滴下した。この様にして調整したゾルを直径16mmの
テフロン管の中に分注して密閉して放置してゲル化させ
た。このゲルに第１実施例と同様にしてニオブの濃度分
布付与を行なってからナトリウムを導入し、そして乾燥
・焼結して直径6mm弱のガラス母材を得た。そして、こ
のガラス母材を硝酸タリウムを多量に含む溶融塩中に浸
漬してイオン交換処理を行なった。
こうして得られたガラス母材の特性を測定したところ
Δｎ＝0.04であり且つアッベ数の変化はΔν＝６という
ものであった。しかし、その方向は、第４図のの如
く、ガラス中央部が高屈折率−低分散で、周辺に向かう
に従って屈折率が低下しながらアッベ数が小さく（分散
が大きく）なるものであった。これは色収差補正上非常
に有効な分布である。
Δｎ＝0.04であり且つアッベ数の変化はΔν＝６という
ものであった。しかし、その方向は、第４図のの如
く、ガラス中央部が高屈折率−低分散で、周辺に向かう
に従って屈折率が低下しながらアッベ数が小さく（分散
が大きく）なるものであった。これは色収差補正上非常
に有効な分布である。
第３実施例 テトラメトキシシラン12.58ml,n−ブタノール18.3ml,
2N−HC11.5mlによって部分加水分解した溶液に、ジルコ
ニウムｎ−ブトキシド5.73gを18.3mlのｎ−ブタノール
に溶かした溶液を滴下し、さらにｎ−ブタノール13.73m
l,純水16.49ml,N−Ｎジメチルホルムアシド3.9ml及び1N
−アンモニア水6mlの混合液を滴下してゲル化し熟成の
後ジルコニウムの濃度分布を付与し、その後40％ナトリ
ウムメトキシドのメタノール溶液に浸漬してから乾燥・
焼結してガラス母材を得た。このガラス母材を硝酸タリ
ウム溶融塩中で165hrイオン交換をさせたところ第４図
のに示した如く、Δｎ＝0.02でΔν＝10の高屈折率−
低分散〜低屈折率−高分散方向の分散分布特性を持つ屈
折率分布型光学素子であることがわかった。
2N−HC11.5mlによって部分加水分解した溶液に、ジルコ
ニウムｎ−ブトキシド5.73gを18.3mlのｎ−ブタノール
に溶かした溶液を滴下し、さらにｎ−ブタノール13.73m
l,純水16.49ml,N−Ｎジメチルホルムアシド3.9ml及び1N
−アンモニア水6mlの混合液を滴下してゲル化し熟成の
後ジルコニウムの濃度分布を付与し、その後40％ナトリ
ウムメトキシドのメタノール溶液に浸漬してから乾燥・
焼結してガラス母材を得た。このガラス母材を硝酸タリ
ウム溶融塩中で165hrイオン交換をさせたところ第４図
のに示した如く、Δｎ＝0.02でΔν＝10の高屈折率−
低分散〜低屈折率−高分散方向の分散分布特性を持つ屈
折率分布型光学素子であることがわかった。
この様に、２つの濃度分布の方向等を選択することに
よってΔｎの極端に大きなものや色収差の優れたものが
できることがわかった。
よってΔｎの極端に大きなものや色収差の優れたものが
できることがわかった。
第４実施例 第３実施例において第２工程のイオン交換の時間を15
hrで中止して屈折率分布を測定したところ、第５図に示
した如く外周部のみが放物線状分布から外れて少し屈折
率が高くなった分布になっていることが確認された。こ
の様にして高次成分の制御が可能である。２つの濃度分
布は完全に独立しているものであるから、イオン交換時
間や塩の組成を変えることによって、中心部の屈折率分
布形状を全く変えることなく外周部分の屈折率分布形状
を種々変えた屈折率分布型光学素子が作成可能である。
hrで中止して屈折率分布を測定したところ、第５図に示
した如く外周部のみが放物線状分布から外れて少し屈折
率が高くなった分布になっていることが確認された。こ
の様にして高次成分の制御が可能である。２つの濃度分
布は完全に独立しているものであるから、イオン交換時
間や塩の組成を変えることによって、中心部の屈折率分
布形状を全く変えることなく外周部分の屈折率分布形状
を種々変えた屈折率分布型光学素子が作成可能である。
以上のように、本発明によれば、ガラス形成酸化物と
ガラス修飾酸化物を構成する金属イオンとに独立した分
布を持たせることによって、材料設計上の自由度が増
し、多くの屈折率分布のバリエーションが得られた。例
えば、Δｎの大きなものや高次成分を生かしたものなど
が簡単に得られたが、中でも２つの分布の高屈折率成分
の分布を凹凸反対にし且つガラス修飾酸化物を構成する
金属イオンとしてTl+やAg+を使うことによって色収差の
優れたアッベ数の変化が高屈折率−低分散〜低屈折率−
高分散の方向に変化し且つ実用的なΔｎを持つ屈折率分
布型光学素子を得ることができた。
ガラス修飾酸化物を構成する金属イオンとに独立した分
布を持たせることによって、材料設計上の自由度が増
し、多くの屈折率分布のバリエーションが得られた。例
えば、Δｎの大きなものや高次成分を生かしたものなど
が簡単に得られたが、中でも２つの分布の高屈折率成分
の分布を凹凸反対にし且つガラス修飾酸化物を構成する
金属イオンとしてTl+やAg+を使うことによって色収差の
優れたアッベ数の変化が高屈折率−低分散〜低屈折率−
高分散の方向に変化し且つ実用的なΔｎを持つ屈折率分
布型光学素子を得ることができた。
第１図（Ａ），（Ｂ）乃至第３図（Ａ），（Ｂ）は夫々
本発明の屈折率分布型光学素子の製造方法の各工程によ
り付与される金属元素又は金属イオンの濃度分布とそれ
らにより得られた光学素子の屈折率分布を示す図、第４
図は第１実施例乃至第３実施例の屈折率とアッベ数との
関係を示す図、第５図は第４実施例の屈折率分布を示す
図である。
本発明の屈折率分布型光学素子の製造方法の各工程によ
り付与される金属元素又は金属イオンの濃度分布とそれ
らにより得られた光学素子の屈折率分布を示す図、第４
図は第１実施例乃至第３実施例の屈折率とアッベ数との
関係を示す図、第５図は第４実施例の屈折率分布を示す
図である。
Claims (4)
- 【請求項１】ガラスを構成する２価以上の元素の濃度勾
配による屈折率分布と、１価の陽イオンの濃度勾配によ
る屈折率分布とが同一の光学素子内に、相互独立に形成
されていることを特徴とする屈折率分布型光学素子。 - 【請求項２】ガラス母材を構成する２価以上の元素に濃
度勾配を与えて上記母材に第一の屈折率分布を持たせる
第１工程と、上記ガラス母材の１価の陽イオンに濃度勾
配を与えて上記ガラス母材に第二の屈折率分布を持たせ
る第２工程とを備えた屈折率分布型光学素子の製造方
法。 - 【請求項３】上記第２工程が、少なくとも１価の陽イオ
ンを１種類以上含有した溶融塩中に上記第１工程によっ
て得られたガラス母材を侵漬させるイオン交換法によっ
て行われることを特徴とする請求項（２）に記載の屈折
率分布光学素子の製造方法。 - 【請求項４】上記第１の工程がゾルゲル法であることを
特徴とする請求項（２）に記載の屈折率分布型光学素子
の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1214733A JP2515889B2 (ja) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | 屈折率分布型光学素子及びその製造方法 |
| DE19904026312 DE4026312C2 (de) | 1989-08-21 | 1990-08-20 | Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements |
| US08/012,785 US5356840A (en) | 1989-08-21 | 1993-02-02 | Distributed index of refraction type optical element and method of making the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1214733A JP2515889B2 (ja) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | 屈折率分布型光学素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0380133A JPH0380133A (ja) | 1991-04-04 |
| JP2515889B2 true JP2515889B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=16660708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1214733A Expired - Fee Related JP2515889B2 (ja) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | 屈折率分布型光学素子及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2515889B2 (ja) |
| DE (1) | DE4026312C2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5356840A (en) * | 1989-08-21 | 1994-10-18 | Olympus Optical Co., Ltd. | Distributed index of refraction type optical element and method of making the same |
| KR100463586B1 (ko) * | 2000-08-31 | 2004-12-29 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 이온교환에 의한 고굴절율 유리비드의 제조방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5734502A (en) * | 1980-08-11 | 1982-02-24 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Near parabolic optical transmission body and its production |
| EP0287345A1 (en) * | 1987-04-16 | 1988-10-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Glass composition for and method for preparation of gradient index lens |
-
1989
- 1989-08-21 JP JP1214733A patent/JP2515889B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-08-20 DE DE19904026312 patent/DE4026312C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4026312C2 (de) | 1995-06-14 |
| JPH0380133A (ja) | 1991-04-04 |
| DE4026312A1 (de) | 1991-02-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |