JP3193492B2 - 屈折率分布を有したガラス体 - Google Patents

屈折率分布を有したガラス体

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、屈折率分布を有したガ
ラス体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、屈折率分布を有したガラス体に
は、イオン交換法によるLi,Cs,Tl等のアルカリ
金属に濃度分布を有したセルフォック、分子スタッフィ
ング法によるLi,Cs,Tl等に濃度分布を有したガ
ラス体(特公昭60−54891号公報)、ゾルゲル法
によるPb、TiまたはGeに濃度分布を有したガラス
体がある(特開平3−295818号公報、特開昭60
−145917号公報、特開昭60−14598号公
報)。
【0003】また、色収差をも加味し、La,Y,Gd
等の元素に濃度分布を有した、光学的に優れた特性を持
つ屈折率分布型光学素子の組成が特開平3−14130
2号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のセ
ルフォックや、アルカリ金属またはPb、Ti若しくは
Geに濃度分布を有する屈折率分布を有したガラス体
は、色収差を補正する光学的効果が高くなかった。そこ
で、色収差をも加味した、光学的効果の高い屈折率分布
型光学素子が、特開平3−141302号公報に提案さ
れ、La,Y,Gdに濃度分布を有した屈折率分布型光
学素子の組成分布について述べられているが、La,
Y,Gdに濃度分布を付与する場合、多量にガラス中に
これらの元素を含有させる必要がある。しかし、La,
Y,Gd等の希土類元素を含むガラスはガラス化が難し
く、更に、屈折率分布を付与するためにガラス中に希土
類元素の濃度分布を付与するため、ガラスの部分により
組成が異なり、部分的に失透したり、大きな屈折率差を
付与するために多量にガラスに含有させることは困難で
あった。したがって、所望のガラスが得られず、ひいて
は大きな屈折率差を持った光学的に効果の高い屈折率分
布を有したガラス体を得ることが困難であった。
【0005】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されもので、希土類元素に濃度分布を有し、これらの元
素を多量に含有して屈折率分布を有し、また色分散をも
考慮した光学的効果の高い屈折率分布を有したガラス体
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の屈折率分布を有したガラス体は、La,
Y,Gdのうちの少なくとも1種の元素に濃度分布を有
し、Al,P,Bのうちの少なくとも1種の元素を含む
組成とした。また、色収差補正のために分散特性を考慮
して、更にNb,Ta,Ti,Pb,Zr,Bi,S
b,Ag,Sn,In,Tlのうちの少なくとも1種の
元素を含む組成としてもよい。
【0007】
【作用】希土類元素を多量に含むガラスの作製が困難な
理由は、例えばSiO2 と希土類元素の酸化物の2成分
系を考えたとき、双方の酸化物の融点が高いこと、液−
液不混和領域が存在することのためと考えられる。不混
和がおこるのは、系に形成される相の相対的自由エネル
ギーに依存する。液相−液相間の相分離は、シリカが網
目形成の条件に従いながら、陽イオンが自分の周りに酸
素イオンを引きつけて最低のエネルギーの酸素配列をと
ろうとする、陽イオン間の競合から起こるとされてい
る。修飾イオンや中間イオン(この場合は希土類元素)
は網目構造の中でSiと置換する能力が限られており、
酸素との強い結合エネルギーのため、最小のエネルギー
状態のときに高濃度では入り得ない。そこで、最もエネ
ルギーの低い状態は系が2つの液相に分離して1つが網
目形成体(シリカ)に富む相に、もう一つが修飾イオン
に富む相になる。
【0008】そこで、鋭意検討した結果、La,Y,G
dなどの希土類元素に濃度分布を有し屈折率分布を有し
たシリカ系ガラスに、Al,P,Bから選んだ少なくと
も1つの元素を添加すると、La,Y,Gdなどの希土
類元素に濃度分布を有していても、これらの元素を多量
に含有して屈折率分布を有したガラス体を作製できるこ
とを見い出した。これは、Al,P,Bは網目構造中の
Si等の元素と置換する能力が高いので、液−液分離が
起こりにくくなったためと考えられる。
【0009】この効果は、光学的な色収差補正能力に注
目したときに希土類元素と組み合わされるNb,Ta,
Ti,Pb,Zr,Bi,Sb,Ag,Sn,In,T
lを含む系においても同様である。したがって、La,
Y,Gdなどの希土類元素に濃度分布を有していても、
これらのLa,Y,Gdなどの希土類元素を多量に含有
し、さらにNb,Ta,Ti,Pb,Zr,Bi,S
b,Ag,Sn,In,Tlを多量に含む色収差補正能
力のある屈折率分布を有したガラス体を作製することが
できる。これらNb,Ta,Ti,Pb,Zr,Bi,
Sb,Ag,Sn,In,Tlの元素には、濃度分布が
付与されていてもよいし、濃度分布が付与されていなく
てもよい。
【0010】本発明の屈折率分布を有したガラス体は、
例えば図1(A)および(B)に示すような特公平3−
141302号公報に示されている、金属種bと金属種
cとが互いに反対方向の濃度分布、図2(A)および
(B)に示すように、金属種dが勾配をもって分布し、
金属種eが略平坦に分布する濃度分布、図3(A)およ
び(B)に示すように、金属種fが金属種gと同方向に
金属種fより小さな勾配をもって分布する濃度分布等に
対して特に有効であるが、金属種の分布形状は図1から
図3に示したように、径方向に分布を有したものに限ら
ず、光軸方向に金属種の分布を有したもの、球状に金属
種の分布を有したもの等にも適用することができる。な
お、これらの適用は、色分散特性が優れた屈折率分布を
有するガラス体に限ったものではなく、ガラス体を得ら
れるという点で効果を有する。
【0011】以上のことは、ここで説明したようにSi
2 を主成分としたものに限られているわけではなく、
2 3 などを主成分としたガラスにも同様に適用でき
る。Al,P,Bの添加量は、少量でも効果はあり、特
に制限されない。例えばAlの場合、濃度分布があるた
めにガラスの部分により希土類元素との原子数比は異な
っているが、(希土類元素の数/Alの数)は6以下で
あることが望ましく、最も効果的であるのは1付近の場
合である。Pの場合は(希土類元素の数/Pの数)は4
以下であることが望ましく、最も効果的であるのは1付
近の場合である。Bの場合は、(希土類元素の数/Bの
数)は6以下であることが望ましく、最も効果的である
のは1から2付近の場合である。
【0012】Al,P,Bを複数用いる場合は、希土類
元素との原子数比(希土類元素の数/Al+P+B)は
Al,P,Bを単独で用いる場合よりも更に少なくても
よく、これらの元素は分布を有していてもよいし、有し
ていなくてもよい。また、これらの成分に分布を付与す
ることにより色分散特性をも制御することができる。特
にPを用いる場合は、ガラスの化学的耐久性が低下する
ため、過剰に用いることは好ましくなく、希土類元素の
濃度分布に対して、各位置で必要最低量が添加されるよ
うに濃度分布させるのが好ましい。
【0013】また、本発明の屈折率分布を有したガラス
体は、例えばイオン交換法、分子スタッフィング法、ゾ
ルゲル法、薄いガラスを重ねて融着させるガラス積層
法、CDV法、VAD法等、またはそれ以外のどのよう
な製造方法においても適用することができる。
【0014】
【実施例1】本実施例は、図4に示したような形状に金
属種に分布を有したものであり、中心部のAl2 3
2 3 の含有量が23(mol比)、TiO2 の含有
量が0(mol比)であって、周辺部のY2 3 の含有
量が0(mol比)になるように中心部から周辺部に向
けてY2 3 の含有量がほぼ放物線状に減少するような
分布をしており、また、周辺部のAl2 3 の含有量が
23(mol比)で、TiO2 の含有量が7(mol
比)になるように、中心部より周辺部に向けてTiO2
の含有量がY2 3 の含有量分布とは反対方向のほぼ放
物線状に増加する径方向の屈折率分布を有したガラス体
である。
【0015】このガラス体は部分的な失透や結晶化は見
られなかった。また、このガラス体の屈折率分布を測定
したところ、中心部は、nd :1.666,νd :5
3、周辺部はnd :1.533,νd :48であり、光
学的に有効な光学特性を有していた。
【0016】
【実施例2〜8】これらの実施例は、図1(A)および
(B)と同様の分布を有したもので、表1に記載のよう
に、Al,P,Bから選んだ成分をa群、互いに反対方
向の濃度分布を持つ成分がそれぞれb群、c群に記載し
た酸化物換算含有mol比である。各実施例2〜8で得
られたガラス体には、失透している部分や結晶化してい
る部分は見られず、かつ効果の高い光学素子であった。
【0017】
【表1】
【0018】
【実施例9〜13】実施例9〜13は図2(A)および
(B)に示したような形状に金属種に分布を有したもの
であり、表2に記載のようにAl,P,Bから選んだ成
分をa群、ガラス中に勾配をもって分布する金属種をd
群、ガラス中の金属原子の数が略平坦に分布した金属種
をe群に記載した酸化物換算含有mol比である。各実
施例9〜13で得られたガラス体には、失透している部
分や結晶化している部分は見られず、かつ光学的効果の
高い光学素子であった。
【0019】
【表2】
【0020】
【実施例14〜18】実施例14〜18は図3(A)お
よび(B)に示したような形状に金属種に分布を有した
ものであり、表3に記載のようにAl,P,Bから選ん
だ成分をa群、ガラス中に勾配をもって分布する金属種
を、それぞれf群、g群としたときの酸化物換算含有m
ol比である。各実施例14〜18で得られたガラス体
には、失透している部分や結晶化している部分は見られ
ず、かつ光学的効果の高い光学素子であった。
【0021】
【表3】
【0022】なお、上記実施例では半径方向にほぼ放物
線状の分布をしているものについて述べたが、金属の分
布形状は放物線状の分布形状に制限されているものでは
なく、これ以外の分布形状についても原理的に何等制限
されるものではない。屈折率分布が非常に小さかった
り、実質上屈折率差が0であっても、分散特性に分布を
有していれば、本発明は同様に適用することができる。
また、La,Y,Gd等の希土類元素と組み合わせられ
る元素は実施例に述べられているものに限られておら
ず、本発明の効果を損なわない範囲において、ガラス作
製上や耐性向上のための成分を更に添加してもよい。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明の屈折率分布を有
したガラス体によれば、希土類元素に濃度分布を有し、
これらの元素を多量に含有した屈折率分布を有したガラ
ス体を作製することが可能となり、色分散等をも考慮し
た光学的効果の高い屈折率分布を有したガラス体を製造
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】金属種bと金属種cとが互いに反対方向の濃度
分布を有しているときの金属種の含有量分布を示す概念
図である。
【図2】金属種dが勾配をもって分布し、金属種eが略
平坦に分布しているときの金属種の含有量分布を示す概
念図である。
【図3】金属種fが金属種gと同方向に、金属種gの勾
配より小さな勾配をもって分布してるいときの金属種の
含有量分布を示す概念図である。
【図4】本発明の実施例1により得られたガラス体の金
属原子の分布を示す図である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】希土類元素であるLa、Y、Gdのうちの
    少なくとも1種の元素に濃度分布を有し、 Al、P、
    Bのうちの少なくとも1種の元素を含むことを特徴とす
    る屈折率分布を有したガラス体。
  2. 【請求項2】希土類元素であるLa、Y、Gdのうちの
    少なくとも1種の元素に濃度分布を有し、Al、P、B
    のうちの少なくとも1種の元素およびNb、Ta、T
    i、Pb、Zr、Bi、Sb、Ag、Sn、In、Tl
    のうちの少なくとも1種の元素を含むことを特徴とする
    屈折率分布を有したガラス体。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、Alを含む場
    合は前記希土類元素とAlとの原子数比が6以下、Pを
    含む場合は前記希土類元素とPとの原子数比が4以下、
    Bを含む場合は前記希土類元素とBとの原子数比が6以
    下であることを特徴とする屈折率分布を有したガラス
    体。
  4. 【請求項4】請求項1または2において、前記Al、
    P、Bのうち2種類以上を含むことを特徴とする屈折率
    分布を有したガラス体。
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