JP3105522B2 - 屈折率分布型光学素子の製造方法 - Google Patents
屈折率分布型光学素子の製造方法Info
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S65/00—Glass manufacturing
- Y10S65/901—Liquid phase reaction process
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の製造方法に関す
る。
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
たものである。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。例えば、SELFOCレンズの名称で市販さ
れている光学素子は、イオン交換によりTlの濃度勾配を
付けることによってΔｎを大きくしている。又、二重イ
オン交換法を用いてAgの濃度勾配を付けることによって
Δｎ≒0.1としたレンズが得られている（第28回ガラス
討論会）。
けることによって媒質自体にパワー（屈折力）を持たせ
たものである。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。例えば、SELFOCレンズの名称で市販さ
れている光学素子は、イオン交換によりTlの濃度勾配を
付けることによってΔｎを大きくしている。又、二重イ
オン交換法を用いてAgの濃度勾配を付けることによって
Δｎ≒0.1としたレンズが得られている（第28回ガラス
討論会）。
又、ゾルゲル法によりPbとＫの濃度勾配を付与し、Δ
ｎ＝0.04としたレンズ（J.Non−cry.sol.100,506,198
8）や、Ti又はGeの濃度勾配によりΔｎ＝0.03としたレ
ンズ（Elect.Lett,22,99（1986）,Elect.Lett,22,1108
（1986））等が得られている。
ｎ＝0.04としたレンズ（J.Non−cry.sol.100,506,198
8）や、Ti又はGeの濃度勾配によりΔｎ＝0.03としたレ
ンズ（Elect.Lett,22,99（1986）,Elect.Lett,22,1108
（1986））等が得られている。
ところで、現在までの屈折率分布型光学素子の開発
は、Δｎを大きく、外径を大きくというアプローチが多
く、光学素子自身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。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、レンズ系の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充分に補正し
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講じる必要も出てくるため、屈
折率分布型光学素子のメリットが半減してしまう。
は、Δｎを大きく、外径を大きくというアプローチが多
く、光学素子自身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。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、レンズ系の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充分に補正し
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講じる必要も出てくるため、屈
折率分布型光学素子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り、屈折率分布型光
学素子自身の色収差を小さくすることが重要となる。そ
のため、屈折率分布型光学素子の媒質に要求される特性
としては次のような特性が望まれる。
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り、屈折率分布型光
学素子自身の色収差を小さくすることが重要となる。そ
のため、屈折率分布型光学素子の媒質に要求される特性
としては次のような特性が望まれる。
径方向屈折率分布型光学素子では、光線の通る位置
（軸からの距離）により媒質の屈折率が異なり、光線の
屈折率が変わるようになっている。今、 が一様であると仮定すると、第１図（ａ）のように屈折
率の高い部位では光線が大きく屈折するため、屈折率の
低い部位に比べ光線の波長の違いによる広がりは大きく
なる。つまりアッベ数νｄが一定であれば、屈折率ndが
大きくなると色収差（nF−nc）も大きくなる。従って、
色収差（nF−nc）を小さくするためには、第１図（ｂ）
のように屈折率の高い部位でアッベ数νｄが大きいこと
が望ましい。つまり、媒質の特性として高屈折率・低分
散〜低屈折率・高分散に変化する特性が良いことにな
る。
（軸からの距離）により媒質の屈折率が異なり、光線の
屈折率が変わるようになっている。今、 が一様であると仮定すると、第１図（ａ）のように屈折
率の高い部位では光線が大きく屈折するため、屈折率の
低い部位に比べ光線の波長の違いによる広がりは大きく
なる。つまりアッベ数νｄが一定であれば、屈折率ndが
大きくなると色収差（nF−nc）も大きくなる。従って、
色収差（nF−nc）を小さくするためには、第１図（ｂ）
のように屈折率の高い部位でアッベ数νｄが大きいこと
が望ましい。つまり、媒質の特性として高屈折率・低分
散〜低屈折率・高分散に変化する特性が良いことにな
る。
また、軸方向屈折率分布型光学素子では、第２図
（ａ），（ｂ）に示した一般的な色消し接合レンズ（ダ
ブレット）の場合に得られる結論と同等に考えることが
できる。このように、軸方向屈折率分布型光学素子は、
高屈折率媒質レンズと低屈折率媒質レンズとの接合を第
２図（ｃ），（ｄ）のように同一レンズ内で媒質に屈折
率分布を持たすことによって実現するものであるから、
径方向屈折率分布型光学素子と同様に、高屈折率・低分
散〜低屈折率・高分散に変化する特性が望ましいことが
言える。これは、第３図に示したnd−νｄ図上で、Ａ方
向に光学特性が変化する素子の方が、素子の方がＢ方向
に変化するものより色収差補正の点で優れていることを
示している（特開昭60−218614号公報参照）。
（ａ），（ｂ）に示した一般的な色消し接合レンズ（ダ
ブレット）の場合に得られる結論と同等に考えることが
できる。このように、軸方向屈折率分布型光学素子は、
高屈折率媒質レンズと低屈折率媒質レンズとの接合を第
２図（ｃ），（ｄ）のように同一レンズ内で媒質に屈折
率分布を持たすことによって実現するものであるから、
径方向屈折率分布型光学素子と同様に、高屈折率・低分
散〜低屈折率・高分散に変化する特性が望ましいことが
言える。これは、第３図に示したnd−νｄ図上で、Ａ方
向に光学特性が変化する素子の方が、素子の方がＢ方向
に変化するものより色収差補正の点で優れていることを
示している（特開昭60−218614号公報参照）。
しかし、現在開発されている屈折率分布型光学素子に
おいてこの様な特性のものは少なく、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。
おいてこの様な特性のものは少なく、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
きくと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しているが、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・低分散型となってしまい、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、同様に色収差は大
きく発生してしまう。
するものである。例えば、イオン交換法では、Δｎを大
きくと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しているが、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・低分散型となってしまい、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、同様に色収差は大
きく発生してしまう。
更に、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。Li+の含有量を増やすことによ
ってΔｎを改善することはできるものの、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。
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。Li+の含有量を増やすことによ
ってΔｎを改善することはできるものの、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発生の小さ
いものは得られていない。
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発生の小さ
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。しかしながら、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
数の変化特性はやはり高屈折率・高分散〜低屈折率・低
分散型であって、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Tl+ 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。しかしながら、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
数の変化特性はやはり高屈折率・高分散〜低屈折率・低
分散型であって、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Tl+ Na+型のイオン交換によ
るものに近いものである。
また、特公昭62−15492号公報にドーパント金属とし
てNb、Ta、Sc、Ｙ、La、或いはThを用いることによって
色収差（分散）を小さくすることができることが示され
ている。しかし、この方法は、屈折率が高屈折率から低
屈折率に変化するに従って分散が高分散から低分散に変
化する事に変わりはなく、その分散値の変化量が小さい
に過ぎない。すなわち、分散は、つまりはアッベ数の逆
数で示されるものであるので、特公昭62−15492号公報
記載の方法は、本願明細書の第３図のＢ方向分布である
ことに変わりはなく、その角度をなるべく図中の矢印が
立つ様にしたにすぎないものである。
てNb、Ta、Sc、Ｙ、La、或いはThを用いることによって
色収差（分散）を小さくすることができることが示され
ている。しかし、この方法は、屈折率が高屈折率から低
屈折率に変化するに従って分散が高分散から低分散に変
化する事に変わりはなく、その分散値の変化量が小さい
に過ぎない。すなわち、分散は、つまりはアッベ数の逆
数で示されるものであるので、特公昭62−15492号公報
記載の方法は、本願明細書の第３図のＢ方向分布である
ことに変わりはなく、その角度をなるべく図中の矢印が
立つ様にしたにすぎないものである。
さらに、特公昭60−6295号公報には、分子スタッフィ
ング法を何度も繰り返すという多重ドープ法が開示され
ているが、この方法では、１度にドープできるドーパン
トの量が少ないため、実用に耐えうるΔｎが得られない
事と、ドープの度に炉中にいれて高温で焼成するという
非実用的な工程によっているという２つの問題点があっ
た。
ング法を何度も繰り返すという多重ドープ法が開示され
ているが、この方法では、１度にドープできるドーパン
トの量が少ないため、実用に耐えうるΔｎが得られない
事と、ドープの度に炉中にいれて高温で焼成するという
非実用的な工程によっているという２つの問題点があっ
た。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、Δｎが、実用的に十分大きく且つアッベ数の特性変
化が高屈折率・低分散〜低屈折率・高分散であって、色
収差補正能力の優れた屈折率分布型光学素子をはじめと
し、種々の特性を持った屈折率分布型光学素子の製造方
法を提供することを目的とする。
で、Δｎが、実用的に十分大きく且つアッベ数の特性変
化が高屈折率・低分散〜低屈折率・高分散であって、色
収差補正能力の優れた屈折率分布型光学素子をはじめと
し、種々の特性を持った屈折率分布型光学素子の製造方
法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に係る屈折率分
布型光学素子の製造方法は、骨格内に組み込まれた第１
のドーパントによる第１の濃度勾配を有する多孔質体を
形成する工程と、前記多孔質体を第２のドーパントを含
んだ溶液中に浸漬することによって、前記多孔質体に前
記第２のドーパントによる第２の濃度勾配を付与する工
程とを有している。
布型光学素子の製造方法は、骨格内に組み込まれた第１
のドーパントによる第１の濃度勾配を有する多孔質体を
形成する工程と、前記多孔質体を第２のドーパントを含
んだ溶液中に浸漬することによって、前記多孔質体に前
記第２のドーパントによる第２の濃度勾配を付与する工
程とを有している。
請求項２に係る屈折率分布型光学素子の製造方法にお
いては、前記第１の濃度勾配を有する多孔質体が、アル
コキシドを原料としたゾルゲル法によって合成されたゲ
ル、またはCVD法によって合成されたスートである。
いては、前記第１の濃度勾配を有する多孔質体が、アル
コキシドを原料としたゾルゲル法によって合成されたゲ
ル、またはCVD法によって合成されたスートである。
請求項３に係る屈折率分布型光学素子の製造方法にお
いては、前記第１の濃度勾配が、前記多孔質体の中心か
ら外側に向かって徐々に前記第１のドーパントの濃度が
低くなるような濃度勾配であり、前記第２の濃度勾配
が、前記多孔質体の中心から外側に向かって徐々に前記
第２のドーパントの濃度が高くなるような濃度勾配であ
る。
いては、前記第１の濃度勾配が、前記多孔質体の中心か
ら外側に向かって徐々に前記第１のドーパントの濃度が
低くなるような濃度勾配であり、前記第２の濃度勾配
が、前記多孔質体の中心から外側に向かって徐々に前記
第２のドーパントの濃度が高くなるような濃度勾配であ
る。
〔作 用〕 上記構成の本発明の屈折率分布型光学素子の製造方法
においては、予め、その骨格内に組み込まれた第１のド
ーパントによる第１の濃度勾配を有する多孔質体を形成
するから、第１のドーパントのドープ量を大きくでき、
従って、Δｎを十分に大きくできる。さらに、本発明に
おいては、第１の濃度勾配を有する多孔質体を第２のド
ーパントを含んだ溶液中に浸漬することによって、多孔
質体に第２のドーパントによる第２の濃度勾配を付与す
るから、第２の濃度勾配を第１の濃度勾配とは独立した
ものとすることができる。従って、本発明によれば、い
ままで考えられなかったような種々の分布特性を持った
屈折率分布型光学素子が得られる。例えば、第１のドー
パントとして屈折率を高めるドーパントを選び、第２の
ドーパントとしてアッベ数を高めるドーパントを選べ
ば、Δｎが十分に大きく、且つ屈折率と分散が高屈折率
・低分散〜低屈折率・高分散という色収差補正能力の優
れた光学素子が得られる。
においては、予め、その骨格内に組み込まれた第１のド
ーパントによる第１の濃度勾配を有する多孔質体を形成
するから、第１のドーパントのドープ量を大きくでき、
従って、Δｎを十分に大きくできる。さらに、本発明に
おいては、第１の濃度勾配を有する多孔質体を第２のド
ーパントを含んだ溶液中に浸漬することによって、多孔
質体に第２のドーパントによる第２の濃度勾配を付与す
るから、第２の濃度勾配を第１の濃度勾配とは独立した
ものとすることができる。従って、本発明によれば、い
ままで考えられなかったような種々の分布特性を持った
屈折率分布型光学素子が得られる。例えば、第１のドー
パントとして屈折率を高めるドーパントを選び、第２の
ドーパントとしてアッベ数を高めるドーパントを選べ
ば、Δｎが十分に大きく、且つ屈折率と分散が高屈折率
・低分散〜低屈折率・高分散という色収差補正能力の優
れた光学素子が得られる。
高屈折率・低分散〜低屈折率・高分散という色収差補
正能力の優れた屈折率分布型光学素子を得るためには、
一つの光学素子内に選ばれた金属の組み合わせにより凹
凸の独立した多重分布を持たせれば良いことが、特願平
１−280897号に示されている。本発明によれば、その様
な分布を持ったガラスの製造が可能となる。この場合、
第１のドーパントとしては、Ba,La,Sr,Ca,Ge,Zr,Yおよ
びZnからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属を、
第２のドーパントとしては、Ta,Nb,Pb,Ti,Bi,Zn及びZr
からなる群より選ばれた少なくとも一種以上の金属をそ
れぞれ用いることが好ましい。
正能力の優れた屈折率分布型光学素子を得るためには、
一つの光学素子内に選ばれた金属の組み合わせにより凹
凸の独立した多重分布を持たせれば良いことが、特願平
１−280897号に示されている。本発明によれば、その様
な分布を持ったガラスの製造が可能となる。この場合、
第１のドーパントとしては、Ba,La,Sr,Ca,Ge,Zr,Yおよ
びZnからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属を、
第２のドーパントとしては、Ta,Nb,Pb,Ti,Bi,Zn及びZr
からなる群より選ばれた少なくとも一種以上の金属をそ
れぞれ用いることが好ましい。
なお、濃度勾配が「凸型」とは、例えば第４図（ａ）
のような棒状の光学素子を考えた場合、その中心からの
距離ｒを横軸、イオン濃度を縦軸にとったとき、第４図
（ｂ）に示すように、中心から外側へ徐々に濃度が低く
なるような分布のことをいい、凹型はこの逆の場合をい
う。
のような棒状の光学素子を考えた場合、その中心からの
距離ｒを横軸、イオン濃度を縦軸にとったとき、第４図
（ｂ）に示すように、中心から外側へ徐々に濃度が低く
なるような分布のことをいい、凹型はこの逆の場合をい
う。
また、第１のドーパントとして屈折率を高める作用の
ある金属を選び、この金属によって濃度勾配を持たせた
多孔質体を予め形成し、次に第２のドーパントとして屈
折率を高める金属を選び、多孔質体をこの第２のドーパ
ントを含んだ溶液中に浸漬することによって屈折率を高
める作用のあるドーパントに更に大きい濃度勾配を持た
せた多重ドープとすることもできる。
ある金属を選び、この金属によって濃度勾配を持たせた
多孔質体を予め形成し、次に第２のドーパントとして屈
折率を高める金属を選び、多孔質体をこの第２のドーパ
ントを含んだ溶液中に浸漬することによって屈折率を高
める作用のあるドーパントに更に大きい濃度勾配を持た
せた多重ドープとすることもできる。
骨格内に組み込まれた第１のドーパントによる第１の
濃度勾配を有する多孔質体を形成する方法としては、次
に述べる２種の方法が好ましくは用いられる。
濃度勾配を有する多孔質体を形成する方法としては、次
に述べる２種の方法が好ましくは用いられる。
まず１つの方法は、アルコキシドを原料としたゾルゲ
ル法により先ずウェットゲルを作製し、適当に熟成させ
た後、適当な溶出液によってドーパントを溶出させた後
に乾燥させて、骨格中に第１のドーパント金属の濃度勾
配を持ったドライゲルを得る方法である。ここで、原料
をアルコキシドを用いるのは、ドーパントの原料として
硝酸塩のような、金属塩を用いたゾルゲル法では、金属
塩がSi骨格の間に沈着して濃度分布を形成しているだけ
と考えられるため、次の工程でドライゲルを溶剤中に浸
漬した際、金属塩の溶解、再拡散が起き、最初の工程で
付与したドーパントの分布が崩れてしまうが、アルコキ
シドを原料として合成したドライゲルでは、ゲル中の金
属は、ゲルの骨格中においてSi−Ｏ−Ｍの形をとって結
合していると考えられ、一般の溶剤によって溶け出す事
なく固定されており、ドーパントの分布が崩れることが
無いからである。
ル法により先ずウェットゲルを作製し、適当に熟成させ
た後、適当な溶出液によってドーパントを溶出させた後
に乾燥させて、骨格中に第１のドーパント金属の濃度勾
配を持ったドライゲルを得る方法である。ここで、原料
をアルコキシドを用いるのは、ドーパントの原料として
硝酸塩のような、金属塩を用いたゾルゲル法では、金属
塩がSi骨格の間に沈着して濃度分布を形成しているだけ
と考えられるため、次の工程でドライゲルを溶剤中に浸
漬した際、金属塩の溶解、再拡散が起き、最初の工程で
付与したドーパントの分布が崩れてしまうが、アルコキ
シドを原料として合成したドライゲルでは、ゲル中の金
属は、ゲルの骨格中においてSi−Ｏ−Ｍの形をとって結
合していると考えられ、一般の溶剤によって溶け出す事
なく固定されており、ドーパントの分布が崩れることが
無いからである。
また、ドライゲルは、乾燥したまま用いても良いが、
仮焼してゲルの骨格を強化してから用いても良い。又、
乾燥させる前のウェットゲルの状態でも良い。
仮焼してゲルの骨格を強化してから用いても良い。又、
乾燥させる前のウェットゲルの状態でも良い。
もう１つの方法は、CVD法（VAD法）によってSiCl4と
ドーパント金属の塩化物等をキャリアーガスと共に酸水
素バーナー中に送り込むと同時に、サブストレート上に
ドーパント金属の塩化物の反応性をコントロールするた
めの温度分布を付与することにより合成したドーパント
金属に濃度勾配を持ったスートを得るものである。スー
トは、気相反応で合成されたガラス微粉末の集合体であ
る。従って、多くの空隙があり、且つ金属はガラス化さ
れており、一般の溶剤によっては溶け出すことなく安定
に固定されている。
ドーパント金属の塩化物等をキャリアーガスと共に酸水
素バーナー中に送り込むと同時に、サブストレート上に
ドーパント金属の塩化物の反応性をコントロールするた
めの温度分布を付与することにより合成したドーパント
金属に濃度勾配を持ったスートを得るものである。スー
トは、気相反応で合成されたガラス微粉末の集合体であ
る。従って、多くの空隙があり、且つ金属はガラス化さ
れており、一般の溶剤によっては溶け出すことなく安定
に固定されている。
続いて次の工程として、得られた第１のドーパントに
よって、第１の濃度勾配を持った多孔質体の中に、第１
のドーパントと同じまたは違う第２のドーパントの濃度
勾配を付与する。
よって、第１の濃度勾配を持った多孔質体の中に、第１
のドーパントと同じまたは違う第２のドーパントの濃度
勾配を付与する。
これは、ドーパントに付与する分布形状の凹凸によっ
て若干方法が異なる。先ず、凸分布を付与する場合だ
が、これは極一般的な分子スタッフィング法の手法によ
る。つまり、先の工程で得た多孔質体を第２のドーパン
トの溶液中に浸漬して十分にスタッフィングした後、適
当な溶媒中に浸漬することによって、第２のドーパント
をアンスタッフィングさせ、第２のドーパントに凸形状
の濃度勾配を付与する。
て若干方法が異なる。先ず、凸分布を付与する場合だ
が、これは極一般的な分子スタッフィング法の手法によ
る。つまり、先の工程で得た多孔質体を第２のドーパン
トの溶液中に浸漬して十分にスタッフィングした後、適
当な溶媒中に浸漬することによって、第２のドーパント
をアンスタッフィングさせ、第２のドーパントに凸形状
の濃度勾配を付与する。
次に、凹分布を付与する場合だが、まず先の工程で得
た多孔質体を適当な溶媒中に浸漬することによって、多
孔質体の孔中に溶媒を充分に満たす。次に、これを第２
のドーパントの溶液中に浸漬して第２のドーパントに凹
形状の濃度勾配を付与する。なお、ゾルゲル法によって
得られたウェットゲルを用いたときは、前半の「適当な
溶媒中への浸漬」は省略できる。
た多孔質体を適当な溶媒中に浸漬することによって、多
孔質体の孔中に溶媒を充分に満たす。次に、これを第２
のドーパントの溶液中に浸漬して第２のドーパントに凹
形状の濃度勾配を付与する。なお、ゾルゲル法によって
得られたウェットゲルを用いたときは、前半の「適当な
溶媒中への浸漬」は省略できる。
このようにして、第２のドーパントに濃度勾配を付与
した後、分布固定を行って乾燥の上、焼成して緻密なガ
ラス体とする。
した後、分布固定を行って乾燥の上、焼成して緻密なガ
ラス体とする。
本発明によって、１つの屈折率分布型光学素子内のド
ーパントに２つの独立した濃度分布をもったものが得ら
れる。特に本方法を用いて優れた色収差補正能力を持っ
た屈折率分布型光学素子を得るには、先に述べた特願平
１−280897号に示されているようなドーパント分布を作
れば良い。しかし、多孔質体中にドーパントをドープす
ることに関しては、ドープできる量に制約がある。それ
は、分子スタッフィング法の欠点であるが、ドーパント
を溶液として孔内に供給せねばならず、ドーパントの溶
媒への溶解度によって大きく制約されるからである。さ
らに、ドーパントの孔内固定は、温度による溶解度差ま
たは溶媒交換による溶解度差によっているため、更に制
約を受けることになる。そのため、分子スタッフィング
法の応用である後の工程は、ドープ量の少ない方の分布
とすることが望ましい。
ーパントに２つの独立した濃度分布をもったものが得ら
れる。特に本方法を用いて優れた色収差補正能力を持っ
た屈折率分布型光学素子を得るには、先に述べた特願平
１−280897号に示されているようなドーパント分布を作
れば良い。しかし、多孔質体中にドーパントをドープす
ることに関しては、ドープできる量に制約がある。それ
は、分子スタッフィング法の欠点であるが、ドーパント
を溶液として孔内に供給せねばならず、ドーパントの溶
媒への溶解度によって大きく制約されるからである。さ
らに、ドーパントの孔内固定は、温度による溶解度差ま
たは溶媒交換による溶解度差によっているため、更に制
約を受けることになる。そのため、分子スタッフィング
法の応用である後の工程は、ドープ量の少ない方の分布
とすることが望ましい。
従って、先の工程に於てドーパントに大きな濃度分布
を付与しなければならない。そのためには、先の工程
は、ゾルゲル法によって十分大きな濃度勾配を持ったゲ
ルとするのが望ましい。しかし、ゾルゲル法にも欠点が
あり、分布付与をドーパント金属の溶出によっているた
め、原理的に凸分布の方が作り易い。
を付与しなければならない。そのためには、先の工程
は、ゾルゲル法によって十分大きな濃度勾配を持ったゲ
ルとするのが望ましい。しかし、ゾルゲル法にも欠点が
あり、分布付与をドーパント金属の溶出によっているた
め、原理的に凸分布の方が作り易い。
以上のことから、第１のドーパントの濃度勾配をアル
コキシドを原料としたゾルゲル法によって凸型に形成
し、第２のドーパントの濃度勾配を分子スタッフィング
法の応用で凹型に形成することが、最も有効である。
コキシドを原料としたゾルゲル法によって凸型に形成
し、第２のドーパントの濃度勾配を分子スタッフィング
法の応用で凹型に形成することが、最も有効である。
（第１実施例） シリコンテトラメトキシド12.6ml,n−ブタノール18.3
ml,2N（２規定）−塩酸1.5ml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5.7gを18.3mlのｎ−
ブタノールに溶液に溶かして滴下し、さらにｎ−ブタノ
ール13.7ml、Ｎ−Ｎジメチルホルムアミド3.9ml及び0.3
N−アンモニア水22.5ml混合溶液を滴下してゾルを調整
した。このゾルを直径18mm（φ18）のポリプロピレン容
器に注ぎ、密封して50℃の炉中に入れてゲル化させた
後、そのまま熟成させた。
ml,2N（２規定）−塩酸1.5ml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5.7gを18.3mlのｎ−
ブタノールに溶液に溶かして滴下し、さらにｎ−ブタノ
ール13.7ml、Ｎ−Ｎジメチルホルムアミド3.9ml及び0.3
N−アンモニア水22.5ml混合溶液を滴下してゾルを調整
した。このゾルを直径18mm（φ18）のポリプロピレン容
器に注ぎ、密封して50℃の炉中に入れてゲル化させた
後、そのまま熟成させた。
次に、3Nの硫酸中に浸漬して、ジルコニウムの分布を
付与したあと乾燥させ、ジルコニウムに凸の濃度勾配を
持ったドライゲルを得た。
付与したあと乾燥させ、ジルコニウムに凸の濃度勾配を
持ったドライゲルを得た。
このドライゲルをエタノール中に浸漬してドライゲル
細孔中にエタノールを満たした後、塩化チタンのエタノ
ール溶液中に２時間浸漬してからジエチルエーテル中に
再び浸漬することによって、ゲル中の溶媒を交換させる
ことにより、ゲル細孔内壁に塩化チタンを析出させ、分
布の固定を施して乾燥させた。
細孔中にエタノールを満たした後、塩化チタンのエタノ
ール溶液中に２時間浸漬してからジエチルエーテル中に
再び浸漬することによって、ゲル中の溶媒を交換させる
ことにより、ゲル細孔内壁に塩化チタンを析出させ、分
布の固定を施して乾燥させた。
これによりできたドライゲルは、先のジルコニウムの
凸分布を保ったまま、細孔中に塩化チタンの凹状の濃度
勾配を有していた。
凸分布を保ったまま、細孔中に塩化チタンの凹状の濃度
勾配を有していた。
最後に、このドライゲルを管状炉に入れ、1100℃まで
加熱して焼成したところ、孔のない透明ガラス体が得ら
れた。
加熱して焼成したところ、孔のない透明ガラス体が得ら
れた。
このガラス体には、ジルコニウムとチタンの濃度分布
が存在しており、ガラスの中心部から周辺部に向かって
屈折率が低下し、且つアッベ数が減少していた。これ
は、第３図のＡ方向（右下がり）の特性である。
が存在しており、ガラスの中心部から周辺部に向かって
屈折率が低下し、且つアッベ数が減少していた。これ
は、第３図のＡ方向（右下がり）の特性である。
（第２実施例） SiCl4,GeCl4を原料ガスとして、VAD法によって中心組
成で85mol％−SiO2,15mol％−GeO2となるように、直径1
0mm（φ10）のスートを合成した。
成で85mol％−SiO2,15mol％−GeO2となるように、直径1
0mm（φ10）のスートを合成した。
このスートを水中に浸漬し、スート内部まで十分水を
浸入させた後、0.5mol/のPb（CH3COO）２水溶液中に5
0分間浸漬した。
浸入させた後、0.5mol/のPb（CH3COO）２水溶液中に5
0分間浸漬した。
次に、このスートを０℃アセトン中に素早く浸漬して
Pb分布の固定を行い、乾燥の上焼成して透明ガラス体を
得た。
Pb分布の固定を行い、乾燥の上焼成して透明ガラス体を
得た。
このガラス体は、内部でGeが凸状に、Pbが凹状に濃度
分布しており、第１実施例と同様の分散特性を有してい
た。
分布しており、第１実施例と同様の分散特性を有してい
た。
（第３実施例） イットリウムトリｉ−プロポキシドを適当な溶媒に溶
解し、シリコンテトラエトキシドの部分加水分解溶液に
加えて１時間還流加熱した。
解し、シリコンテトラエトキシドの部分加水分解溶液に
加えて１時間還流加熱した。
この溶液中にホルムアミドと希アンモニア水混合液を
攪拌しながら滴下し、ゾルを得た。60℃炉中にてゲル化
させ、数日間熟成の後、3N−塩酸中に浸漬してゲル中に
イットリウムの凸状濃度分布を付与した。
攪拌しながら滴下し、ゾルを得た。60℃炉中にてゲル化
させ、数日間熟成の後、3N−塩酸中に浸漬してゲル中に
イットリウムの凸状濃度分布を付与した。
このゲルをｉ−プロパノール中に浸漬し、ゲル中の残
存塩を洗浄した後、乾燥せずに引き続いてチタンテトラ
ｉ−プロポキシドのｉ−プロパノール溶液中に浸漬して
ゲル中にチタンの凹状分布を付与した。
存塩を洗浄した後、乾燥せずに引き続いてチタンテトラ
ｉ−プロポキシドのｉ−プロパノール溶液中に浸漬して
ゲル中にチタンの凹状分布を付与した。
その後、このゲルを乾燥、焼成して透明ガラス体を得
た。
た。
このガラス体の内部では、イットリウムが凸状に、チ
タンが凸状に濃度分布しており、第１実施例と同様の光
学特性を有していた。
タンが凸状に濃度分布しており、第１実施例と同様の光
学特性を有していた。
以上では、径方向屈折率分布型光学素子を念頭におい
て実施例を述べたが、軸方向屈折率分布型光学素子にお
いてもゲル又はスートなどの多孔質体の形状を変更する
ことによって本発明を適用し得ることは言うまでもな
い。
て実施例を述べたが、軸方向屈折率分布型光学素子にお
いてもゲル又はスートなどの多孔質体の形状を変更する
ことによって本発明を適用し得ることは言うまでもな
い。
又、２つの分布の方向を同方向にすることにより、そ
れぞれの分布が持つΔｎを合わせ持ったΔｎの大きな光
学素子も作製可能であるし、２つの分布の方向を問わ
ず、分布の多重によって特に外周部での分布の制御（分
布係数の高次の項の制御）も可能である。
れぞれの分布が持つΔｎを合わせ持ったΔｎの大きな光
学素子も作製可能であるし、２つの分布の方向を問わ
ず、分布の多重によって特に外周部での分布の制御（分
布係数の高次の項の制御）も可能である。
このように、種々の特性を持った非常に多岐にわたっ
た光学素子の作製ができるのである。
た光学素子の作製ができるのである。
以上のように、本発明の屈折率分布型光学素子の製造
方法によれば、ドーパントの単純な濃度勾配だけでは成
し得なかった種々の特性を持った屈折率分布型光学素子
が得られる。
方法によれば、ドーパントの単純な濃度勾配だけでは成
し得なかった種々の特性を持った屈折率分布型光学素子
が得られる。
中でも、Δｎが実用的に十分大きく且つアッベ数の特
性変化が高屈折率・低分散〜低屈折率・高分散である色
収差補正能力の優れた屈折率分布型光学素子が得られ
る。
性変化が高屈折率・低分散〜低屈折率・高分散である色
収差補正能力の優れた屈折率分布型光学素子が得られ
る。
第１図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ径方向屈折率分布
型光学素子の屈折率と分散の関係を説明するための光路
図、第２図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ軸方向屈折率分布
型光学素子の屈折率と分散の関係を説明するための光路
図、第３図は屈折率−分散特性を示すグラフ、第４図
（ａ）および（ｂ）はそれぞれ濃度勾配の型を説明する
ための斜視図及びグラフである。
型光学素子の屈折率と分散の関係を説明するための光路
図、第２図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ軸方向屈折率分布
型光学素子の屈折率と分散の関係を説明するための光路
図、第３図は屈折率−分散特性を示すグラフ、第４図
（ａ）および（ｂ）はそれぞれ濃度勾配の型を説明する
ための斜視図及びグラフである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 3/00 C03C 1/00 - 14/00
Claims (3)
- 【請求項１】骨格内に組み込まれた第１のドーパントに
よる第１の濃度勾配を有する多孔質体を形成する工程
と、前記多孔質体を第２のドーパントを含んだ溶液中に
浸漬することによって、前記多孔質体に前記第２のドー
パントによる第２の濃度勾配を付与する工程とを有する
ことを特徴とする屈折率分布型光学素子の製造方法。 - 【請求項２】前記第１の濃度勾配を有する多孔質体が、
アルコキシドを原料としたゾルゲル法によって合成され
たゲル、またはCVD法によって合成されたスートである
ことを特徴とする請求項１記載の屈折率分布型光学素子
の製造方法。 - 【請求項３】前記第１の濃度勾配が、前記多孔質体の中
心から外側に向かって徐々に前記第１のドーパントの濃
度が低くなるような濃度勾配であり、前記第２の濃度勾
配が、前記多孔質体の中心から外側に向かって徐々に前
記第２のドーパントの濃度が高くなるような濃度勾配で
ある請求項１または２記載の屈折率分布型光学素子の製
造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02162139A JP3105522B2 (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 屈折率分布型光学素子の製造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02162139A JP3105522B2 (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 屈折率分布型光学素子の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0455339A JPH0455339A (ja) | 1992-02-24 |
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Family
ID=15748779
Family Applications (1)
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| JP02162139A Expired - Fee Related JP3105522B2 (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 屈折率分布型光学素子の製造方法 |
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|---|---|
| US (1) | US5171344A (ja) |
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| US5262896A (en) * | 1992-01-29 | 1993-11-16 | Lightpath Technologies, L.P. | Refractive elements with graded properties and methods of making same |
| US5439495A (en) * | 1992-09-11 | 1995-08-08 | Olympus Optical Co., Ltd. | Solution doping of sol gel bodies to make graded index glass articles |
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| JPH09202652A (ja) * | 1995-11-24 | 1997-08-05 | Olympus Optical Co Ltd | 屈折率分布型光学素子の製造方法 |
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| JPH11100216A (ja) * | 1997-07-30 | 1999-04-13 | Olympus Optical Co Ltd | 屈折率分布型光学素子とその製造方法 |
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| EP1195360A1 (de) * | 2000-09-01 | 2002-04-10 | Degussa AG | Verfahren zur Herstellung von SiO2-TiO2-Gläsern mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizient |
| FR2930372B1 (fr) * | 2008-04-18 | 2011-05-27 | St Microelectronics Sa | Element et module optique imageur pour composant semi-conducteur optique, procede pour le traitement d'un element optique imageur et appareil de captation d'images |
| US9293197B2 (en) | 2011-08-15 | 2016-03-22 | Lockheed Martin Corporation | Reconfigurable phase change material masks for electro-optical compressive sensing |
| US9340446B1 (en) | 2013-02-04 | 2016-05-17 | Lockheed Martin Corporation | Optical apparatus and method of forming a gradient index device |
| US10133039B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-11-20 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Gradient index infrared transmitting optics and method for making same |
| US10437083B1 (en) | 2014-10-20 | 2019-10-08 | Lockheed Martin Corporation | Individually addressable infrared mask array |
| US9969647B2 (en) | 2016-05-17 | 2018-05-15 | Lockheed Martin Energy, Llc | Glass composites having a gradient index of refraction and methods for production thereof |
| US9908808B1 (en) | 2016-08-18 | 2018-03-06 | Lockheed Martin Corporation | Ternary glass materials with low refractive index variability |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS5734502A (en) * | 1980-08-11 | 1982-02-24 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Near parabolic optical transmission body and its production |
| FR2520352B1 (fr) * | 1982-01-22 | 1986-04-25 | Europ Propulsion | Structure composite de type refractaire-refractaire et son procede de fabrication |
| JPS59146946A (ja) * | 1983-02-04 | 1984-08-23 | Hoya Corp | 厚さ方向にのみ屈折率勾配を有するスラブ状レンズの製造法 |
| US4907864A (en) * | 1987-08-19 | 1990-03-13 | John E. Fetzer Foundation | Macro-gradient optical density transmissive light concentrators, lenses and compound lenses of large geometry |
-
1990
- 1990-06-20 JP JP02162139A patent/JP3105522B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-06-18 US US07/717,417 patent/US5171344A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0455339A (ja) | 1992-02-24 |
| US5171344A (en) | 1992-12-15 |
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