JP3290714B2 - Method of manufacturing refractive index distribution type optical element - Google Patents

Method of manufacturing refractive index distribution type optical element

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JP3290714B2
JP3290714B2 JP26948792A JP26948792A JP3290714B2 JP 3290714 B2 JP3290714 B2 JP 3290714B2 JP 26948792 A JP26948792 A JP 26948792A JP 26948792 A JP26948792 A JP 26948792A JP 3290714 B2 JP3290714 B2 JP 3290714B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、カメラ、顕微鏡等の光
学レンズとして利用される屈折率分布型光学素子のゾル
・ゲル法による製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a gradient index optical element used as an optical lens of a camera, a microscope or the like by a sol-gel method.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、ゾル・ゲル法により屈折率分布
型光学素子を作製する方法として、特開平3−2698
18号公報、J.Non−Cryst.Solids.
99.(160−167)に記載された方法が知られて
いる。これは、骨格形成金属酸化物の他に屈折率分布を
付与するための金属成分をゾル及びゲル中に導入し、屈
折率分布が径方向に放物線状となるように金属成分に分
布を付与し、目的の屈折率分布を有するガラス体を得る
方法である。詳しく説明すると、以下のようになる。
2. Description of the Related Art Generally, a method of manufacturing a refractive index distribution type optical element by a sol-gel method is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-2698.
No. 18, JP. Non-Cryst. Solids.
99. The method described in (160-167) is known. This is because, in addition to the skeleton-forming metal oxide, a metal component for imparting a refractive index distribution is introduced into the sol and the gel, and the distribution is imparted to the metal component such that the refractive index distribution becomes parabolic in the radial direction. And a method for obtaining a glass body having a desired refractive index distribution. This will be described in detail below.

【0003】まず、分布付与する第1の金属成分の鉛を
酢酸鉛として含有するゾルを調製し、その後、ゲル化す
ることにより湿潤ゲルを作製する。そして、該ゲルを各
種溶媒、即ち、イソプロパノール(以下、「IPA」と
略記する)、IPAとアセトンとの8:2体積比の溶
媒、IPAとアセトンとの5:5体積比の溶媒、アセト
ンに順次浸漬する。このように徐々に酢酸鉛の溶解度の
低い溶媒に浸漬していくことにより、酢酸鉛の微結晶を
ゲル中の細孔の壁面に析出させ、固定する。次に、該ゲ
ルを分布付与液中に浸漬し、ゲルに金属組成の分布を付
与する。ここで用いる分布付与液には、エタノールを用
い、その液中には第2の金属成分のカリウムを酢酸カリ
ウムとして添加しておく。この第2の金属成分であるカ
リウムは、第1の金属成分である鉛の凸形状によるガラ
スの熱膨張係数の変動を補償するために用いられるもの
である。
[0003] First, a sol containing lead as a first metal component to be distributed as lead acetate is prepared and then gelled to produce a wet gel. The gel is then dissolved in various solvents, i.e., isopropanol (hereinafter abbreviated as "IPA"), a solvent having a 8: 2 volume ratio of IPA and acetone, a solvent having a 5: 5 volume ratio of IPA and acetone, and acetone. Soak sequentially. By gradually immersing in a solvent having a low solubility of lead acetate in this way, microcrystals of lead acetate are deposited on the wall surfaces of the pores in the gel and fixed. Next, the gel is immersed in a distribution imparting liquid to impart a distribution of the metal composition to the gel. Ethanol is used for the distribution imparting liquid used here, and potassium as the second metal component is added to the liquid as potassium acetate. Potassium, which is the second metal component, is used to compensate for fluctuations in the coefficient of thermal expansion of glass due to the convex shape of lead, which is the first metal component.

【0004】ここに、エタノールに対する酢酸鉛の溶解
度は比較的高いため、ゲル中にエタノールが浸入するこ
とによって、一旦ゲル細孔壁に析出、固定した酢酸鉛の
微結晶は溶解・溶出されるとともに、分布付与液中に含
まれる酢酸カリウムは分布付与溶媒を介してゲル内に浸
入する。この際に形成される分布の形状は、分布付与液
への浸漬時間等により制御できる。このゲルを再びIP
Aからアセトンへと段階的に順次浸漬させることによ
り、第1及び第2の金属成分はゲル細孔の壁面に微結晶
として析出され、再度固定される。このゲルを乾燥し、
得られたドライゲルを焼成することにより、径方向に屈
折率分布を有するガラス体が得られる。これにより作製
されたガラスの径方向の組成分布は、図5に示すよう
に、鉛に凸、カリウムに凹の分布を有するものであり、
その屈折率分布は、図6に示すように、凸形状を有する
ものであった。
Here, since the solubility of lead acetate in ethanol is relatively high, when ethanol infiltrates into the gel, the fine crystals of lead acetate once precipitated and fixed on the pore walls of the gel are dissolved and eluted. The potassium acetate contained in the distribution-imparting liquid enters the gel via the distribution-imparting solvent. The shape of the distribution formed at this time can be controlled by the immersion time in the distribution imparting liquid and the like. This gel is again IP
By immersing stepwise from A into acetone, the first and second metal components are deposited as microcrystals on the wall surfaces of the gel pores and fixed again. Dry this gel,
By firing the obtained dry gel, a glass body having a refractive index distribution in the radial direction can be obtained. As shown in FIG. 5, the composition distribution in the radial direction of the glass produced in this way has a distribution of convexities in lead and concaves in potassium.
The refractive index distribution had a convex shape as shown in FIG.

【0005】また、屈折率分布型光学素子において、光
学設計上効果の高いものを得るためには、凸、凹の複合
分布からなる組成分布を付与しなければならないことが
特開平3−80133号公報に開示されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 3-80133 discloses that in order to obtain a high refractive index distribution type optical element having a high optical design effect, a composition distribution consisting of a composite distribution of convex and concave portions must be provided. It is disclosed in the gazette.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
の方法を用いて作製した透明なガラス体は、表面に亀裂
の生じるものが多く、光学素子として用いるには不十分
なものであった。亀裂の原因は、径方向に組成分布を有
することから生じる熱膨張係数(以下「α」と略記す
る)の分布によるものであり、鉛によるαの凸形状分布
をカリウムによって補償しようとしたものが、カリウム
の導入によりαが凹形状分布となってしまったものと考
えられる。
However, the transparent glass body produced by the above-mentioned prior art method often has cracks on the surface, which is insufficient for use as an optical element. The cause of the cracks is due to the distribution of the coefficient of thermal expansion (hereinafter abbreviated as “α”) resulting from having a composition distribution in the radial direction. It is considered that α became a concave distribution due to the introduction of potassium.

【0007】この点について、作製したガラス体の組成
分布を調べ、それからαの径方向分布を概算したとこ
ろ、図7に示すように、凹の分布形状であった。すなわ
ち、このαの分布によって焼成後のガラスの円周方向に
引張り応力が生じ、これが亀裂の発生の原因となってい
ることが考えられる。
In this regard, the composition distribution of the produced glass body was examined, and the radial distribution of α was roughly estimated. As a result, a concave distribution shape was obtained as shown in FIG. That is, it is considered that tensile stress is generated in the circumferential direction of the fired glass due to the distribution of α, and this causes cracks.

【0008】ここで、図5のカリウムの組成に着目し、
中心部と周辺部との差を小さくすれば、図7のαの分布
も径方向で一定になると考えられる。この際、径方向の
屈折率分布の形状を変化させないものにするためには、
分布付与時間を従来方法と同じにし、分布付与液中のカ
リウム塩の濃度を減少させれば良いと考えられる。
Here, paying attention to the composition of potassium in FIG.
If the difference between the central part and the peripheral part is reduced, the distribution of α in FIG. 7 is considered to be constant in the radial direction. At this time, in order not to change the shape of the refractive index distribution in the radial direction,
It is considered that the distribution applying time should be the same as the conventional method, and the concentration of the potassium salt in the distribution applying liquid should be reduced.

【0009】しかしながら、この場合でも亀裂が回避さ
れることはなかった。この組成分布の形状を調べてみる
と、図8において実線で示すように、カリウムについて
は所望の分布になったが、同時に鉛の分布形状も変化し
てしまい、目的の組成分布形状でなかった。
However, even in this case, cracking was not avoided. When examining the shape of this composition distribution, as shown by a solid line in FIG. 8, potassium had a desired distribution, but at the same time, the distribution shape of lead also changed and was not the intended composition distribution shape. .

【0010】また、亀裂を回避するために、分布付与時
間を短くすること等も考えられるが、単にその時間を変
化させるだけでは亀裂を回避することはできず、実際、
凹凸形状が同時に変化し、所望の屈折率分布を得ること
ができないという欠点を有し、いずれにしても所望の光
学素子を得ることは不可能であった。
In order to avoid cracks, it is conceivable to shorten the distribution giving time. However, it is not possible to avoid cracks by merely changing the time.
There is a drawback that the uneven shape changes at the same time, and a desired refractive index distribution cannot be obtained. In any case, it is impossible to obtain a desired optical element.

【0011】さらに、これらの欠点を有する従来の方法
では、上述のごとく、金属成分の凹形状、凸形状を各々
変化させることは不可能であるため、組成分布に所望の
凹凸形状が含まれれば、光学設計上効果の高い光学素子
を作製することが可能であったにも拘らず、実質上その
作製は不可能であった。
Furthermore, in the conventional method having these disadvantages, as described above, it is impossible to change the concave shape and the convex shape of the metal component, respectively. Although it was possible to manufacture an optical element having a high optical design effect, it was practically impossible.

【0012】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、ゲル中の夫々の金属成分について個別に
組成分布形状の制御が行え、ゲル焼成の際に亀裂がな
く、かつ所望の屈折率分布を有する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。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is possible to individually control the composition distribution shape of each metal component in a gel, to have no cracks when firing the gel, and to obtain a desired shape. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gradient index optical element having a refractive index distribution.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ゾル・ゲル法により屈折率分布型光学素
子を製造するにあたり、シリカゾルを調製する工程と、
このシリカゾルにシリコン以外の金属種から選択した第
1の金属成分を金属塩として導入した後、ゲル化する工
程と、この湿潤ゲルを、前記第1の金属成分と異なる第
2の金属成分およびプロトンを供給する化合物を含む溶
液に浸漬する工程とを備えることとした。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a gradient index optical element by a sol-gel method, comprising the steps of: preparing a silica sol;
A step of introducing a first metal component selected from metal species other than silicon as a metal salt into the silica sol and then gelling the gel, and forming the wet gel with a second metal component and a proton different from the first metal component. Immersing in a solution containing a compound for supplying

【0014】[0014]

【作用】以下に、従来の方法での欠点をその作用面から
明らかにし、その後に本発明について、前記欠点を解決
するための作用について説明する。
In the following, the disadvantages of the conventional method will be clarified from the viewpoint of its operation, and thereafter, the operation of the present invention for solving the aforementioned disadvantages will be described.

【0015】従来の方法の考えでは、ゲル中に存在する
屈折率分布付与に寄与する第1の金属成分M1 のM1
に対し、ある程度の溶解度を有する分布付与液を用いた
場合、その分布の形成は分布付与液がゲル内に浸入し、
細孔壁に析出していた第1の金属成分M1 のM1 塩を溶
解し、分子であるM1 塩としてゲル外に溶出していたも
のと考えていた。一方、第2の金属成分M2 として分布
付与液中にM2 塩を存在させていたが、この分布の形成
は分布付与液のゲル内への拡散と共に分子であるM2
として浸入し、第2の金属成分M2 はその後の処理によ
り第1の金属成分M1 と共にゲル内の細孔壁に微結晶と
して析出するものと考えていた。
According to the conventional method, when a distribution-providing liquid having a certain degree of solubility is used for the M 1 salt of the first metal component M 1 which contributes to the provision of the refractive index distribution present in the gel, The formation of the distribution is such that the distribution imparting liquid enters the gel,
It was thought that the M 1 salt of the first metal component M 1 precipitated on the pore walls was dissolved and eluted out of the gel as a molecule M 1 salt. On the other hand, the M 2 salt was present in the distribution-imparting liquid as the second metal component M 2 , but the formation of this distribution was accompanied by the diffusion of the distribution-imparting liquid into the gel and the infiltration as a molecular M 2 salt, the second metal component M 2 was considered to precipitate with the first metal component M 1 by subsequent processing as microcrystals pore walls within the gel.

【0016】しかしながら、このような従来の仮定、す
なわち、分子全体として溶解するという仮定のみでは、
上記の欠点を有する結果が生じ得ないことから、本発明
者等は、新しく次のような仮定を考えた。
However, only the conventional assumption, that is, the assumption that the molecule dissolves as a whole,
The present inventors have newly considered the following assumption since a result having the above-described disadvantage cannot be generated.

【0017】すなわち、ゲル細孔壁に析出した第1の金
属成分M1 のM1 塩に対し、溶解度のある程度高い溶媒
を分布付与に用いた場合に、第1の金属成分M1 が金属
塩、すなわちM1 塩の分子として分布付与液中に溶出す
るだけではなく、実際の分布付与は第1の金属成分のM
1 + イオンと分布付与液中の第2の金属成分のM2 +
オンとの間で溶媒を介して起こるイオン交換も無視でき
ないものであると仮定した。この仮定のもとでは、ゲル
内部の第1の金属成分M1 はM1 + イオンとしてゲル外
部に、分布付与液中の第2の金属成分M2 はM2 + イオ
ンとしてゲル内部に相互に拡散していく。このイオン交
換の際の電荷のバランスを考えると、分布付与液中のM
2 塩の濃度を単純に減少させても、第2の金属成分M2
一方の分布形状のみを制御することは不可能であり、第
1の金属成分M1 についての濃度も変化してしまい、所
望の組成の分布、すなわち各組成分布の各々の制御は行
い得ないこととなる。
That is, when a solvent having a high degree of solubility is used for imparting a distribution to the M 1 salt of the first metal component M 1 precipitated on the pore wall of the gel, the first metal component M 1 becomes a metal salt. That is, in addition to eluting into the distribution-imparting solution as molecules of the M 1 salt, the actual distribution is determined by the M 1 of the first metal component.
It was assumed ion exchange which occurs through solvent between 1 + ion and M 2 + ions of the second metal component in the distribution imparting solution is also not negligible. Under this assumption, the first metal component M 1 inside the gel is outside the gel as M 1 + ions, and the second metal component M 2 in the distribution applying liquid is inside the gel as M 2 + ions. It spreads. Considering the charge balance during this ion exchange, the M
Even if the concentration of the disalt is simply reduced, the second metal component M 2
It is impossible to control only one of the distribution shapes, the concentration of the first metal component M 1 also changes, and the distribution of a desired composition, that is, each of the composition distributions cannot be controlled. Becomes

【0018】ここで、分布付与液中の第2の金属成分M
2 のM2 塩の濃度を減少させるとともに、M1 ・M2
外の物質で分布付与液中で解離する物質Xを分布付与液
中に添加することを考えた。これにより、分布付与液中
には、金属のM2 + イオン及び、解離物質より生成する
+ イオンとが混在することとなる。このとき、ゲル内
のM1 + イオンとゲル外のM2 + イオンとのイオン交換
が上記と同様に行われるとともに、ゲル内のM1 + イオ
ンとゲル外のX+ イオンとのイオン交換も同時に起こ
り、第1及び第2の金属成分のM1 とM2 との分布形状
が所望の形状になる。すなわち、第3成分として物質X
を分布付与液中に加えることにより、第2の金属成分M
2 の濃度を減少させたことによる第1の金属成分M1
溶出量の減少、つまりM2 + イオンの不足分をX+ イオ
ンが補完するような形となり、第1の金属成分M1 の溶
出量を減らすことなく、第2の金属成分M2 のゲル内部
での濃度勾配を減らすことができる。
Here, the second metal component M in the distribution imparting liquid is used.
It was considered that the concentration of the M 2 salt of No. 2 was reduced, and that a substance X other than M 1 and M 2 that dissociated in the distribution applying liquid was added to the distribution applying liquid. As a result, M 2 + ions of the metal and X + ions generated from the dissociated substance are mixed in the distribution imparting liquid. At this time, the ion exchange between the M 1 + ion in the gel and the M 2 + ion outside the gel is performed in the same manner as described above, and the ion exchange between the M 1 + ion in the gel and the X + ion outside the gel is also performed. At the same time occurs, the distribution shape of the M 1 and M 2 of the first and second metal component is desired shape. That is, the substance X as the third component
Is added to the distribution-imparting liquid, whereby the second metal component M
Reduction of the first elution amount of the metal component M 1 due to reduced 2 concentration, i.e. the shortage of M 2 + ions will form such as X + ions complement, the first metal component M 1 without reducing the elution amount, it is possible to reduce the concentration gradient of a gel inside the second metal component M 2.

【0019】このような第1の金属成分M1 の凸形状分
布、第2の金属成分M2 の凹形状分布の制御が各々にお
いて可能であれば、M1 の屈折率寄与とM2 の屈折率寄
与からの屈折率分布を所望の凸形状にするとともに、M
1 のα寄与とM2 のα寄与からのα分布を所望である径
方向で一定にすることが可能となる。このことは屈折率
分布と熱膨張係数との関係に留まるものではなく、一般
に組成の変化に依存するガラスの2つの特性に着目した
場合、その各々を個別に制御することが可能となる。こ
こで、屈折率寄与とは、一般には原子屈折等といわれる
ものであり、α寄与とは、各成分を加えたときの線熱膨
張係数等をいうものである。
If it is possible to control the convex shape distribution of the first metal component M 1 and the concave shape distribution of the second metal component M 2 , respectively, the contribution of the refractive index of M 1 and the refraction of M 2 are possible. The refractive index distribution from the index contribution to a desired convex shape, and M
The α distribution from the α contribution of 1 and the α contribution of M 2 can be made constant in a desired radial direction. This is not limited to the relationship between the refractive index distribution and the coefficient of thermal expansion. In general, when attention is paid to two characteristics of glass that depend on a change in composition, each of them can be individually controlled. Here, the refractive index contribution is generally referred to as atomic refraction and the like, and the α contribution is a coefficient of linear thermal expansion when each component is added.

【0020】但し、この場合、物質Xがガラス特性に影
響を与えるものでは所望の特性を得ることができないた
め、その影響を与えないものである必要がある。このよ
うに考えると、物質Xは、X+ イオンとしてプロトンを
供給する酢酸、硝酸、硫酸、炭酸、リン酸、ホウ酸、乳
酸、クエン酸等の酸や水等が一般的に望ましく、それ以
外には着目した2つのガラス特性に影響を与えないプロ
トン以外のカチオンを供給するものであれば、条件を満
たし得る。ガラス特性として、熱膨張係数と屈折率の組
合せを考えた場合、プロトン以外には、アンモニウムイ
オン(アルキルアンモニウムイオンを含む)等、ゲル焼
成時に分解してNOX ,SOX ,COX等となり除去で
きる元素のカチオン、またはアルミニウムイオン等がそ
の条件を満たす。
However, in this case, since the desired properties cannot be obtained if the substance X affects the glass properties, it is necessary that the substance X does not affect the glass properties. Considering this, the substance X is generally preferably an acid such as acetic acid, nitric acid, sulfuric acid, carbonic acid, phosphoric acid, boric acid, lactic acid, citric acid, or water that supplies protons as X + ions, and other substances. The condition can be satisfied as long as it supplies cations other than protons that do not affect the two glass properties of interest. As glass properties, when considering a combination of thermal expansion coefficient and refractive index, the addition protons, such as an ammonium ion (including alkylammonium ions), decomposes during gel firing NO X, SO X, becomes CO X eliminator A cation of an element that can be formed or an aluminum ion satisfies the condition.

【0021】さらに、物質Xに求められる条件として、
分布付与される金属種のアニオンと同種のアニオンを形
成するものであれば、アニオンのサイズ、アニオンの移
動等の問題もなく、所望の金属種の移動のみを制御する
ことが可能になると考えられ、かかる金属種のアニオン
と同種のものであることが望まれる。
Further, as a condition required for the substance X,
It is considered that it is possible to control only the movement of the desired metal species as long as it forms an anion of the same kind as the anion of the metal species to which the distribution is imparted, without problems such as the size of the anion and the movement of the anion. It is desired that the anion is the same as the anion of the metal species.

【0022】例えば、金属種が酢酸塩であれば、物質X
として酢酸、酢酸アンモニウム、酢酸アルミニウム等が
望ましく、金属種が硝酸塩であれば、硝酸、硝酸アンモ
ニウム、硝酸アルミニウム等が望ましい。
For example, if the metal species is acetate, the substance X
Acetic acid, ammonium acetate, aluminum acetate and the like are preferable, and when the metal species is a nitrate, nitric acid, ammonium nitrate, aluminum nitrate and the like are preferable.

【0023】なお、制御し得る2つのガラス特性として
は、上記の屈折率と熱膨張係数との関係にとどまらず、
屈折率とガラス転移点、屈折率とアッベ数等その他の諸
特性についての制御も可能である。更には、そのガラス
内での分布の状況については、上記の凸形状と一定形状
とした組合せに限られず、凸形状と凹形状との組合せ、
凹形状と一定形状とした組合せ等、様々な組合せの制御
が可能であり、その凹凸の変化の度合いについても様々
な度合いを制御することが可能である。
The two glass properties that can be controlled are not limited to the above-mentioned relationship between the refractive index and the coefficient of thermal expansion.
It is also possible to control other characteristics such as the refractive index and the glass transition point, and the refractive index and the Abbe number. Furthermore, the state of distribution in the glass is not limited to the combination of the above convex shape and a fixed shape, but a combination of a convex shape and a concave shape,
It is possible to control various combinations such as a combination of a concave shape and a fixed shape, and it is also possible to control various degrees of the change of the unevenness.

【0024】[0024]

【実施例1】テトラメチルシリケート30ml、テトラ
エチルシリケート30ml、トリエチルボレート12.
4mlを混合し、これに1/100規定の塩酸水溶液2
5mlを加えて室温で1時間攪拌し、部分加水分解反応
を行った。ここに1.25mol/lの酢酸鉛水溶液1
07.63mlと酢酸15.35mlを混合したものを
添加した。これをさらに室温で激しく3分攪拌した後、
2分間静置し、φ35のポリプロピレン製容器に分注
し、室温でゲル化させた。得られたゲルを30℃で5日
間の熟成を行い、さらに60℃のIPA:水=8:2の
混合溶媒を用いた酢酸鉛の0.61mol/l溶液中に
浸漬し、酢酸の除去、及びゲルの熟成を行った。このゲ
ルをIPA、IPA:アセトン=8:2,5:5、アセ
トンの順に各2日間浸漬することにより、ゲル細孔中に
酢酸鉛の微結晶を析出、固定させた。
Example 1 30 ml of tetramethyl silicate, 30 ml of tetraethyl silicate, triethyl borate
4 ml, and 1 / 100N hydrochloric acid aqueous solution 2
5 ml was added and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour to perform a partial hydrolysis reaction. Here, 1.25 mol / l lead acetate aqueous solution 1
A mixture of 07.63 ml and 15.35 ml of acetic acid was added. This was further stirred vigorously at room temperature for 3 minutes,
The mixture was allowed to stand for 2 minutes, dispensed into a φ35 polypropylene container, and gelled at room temperature. The obtained gel was aged at 30 ° C. for 5 days, and further immersed in a 0.61 mol / l solution of lead acetate at 60 ° C. using a mixed solvent of IPA: water = 8: 2 to remove acetic acid. And aging of the gel. This gel was immersed in the order of IPA, IPA: acetone = 8: 2, 5: 5, and acetone for 2 days each to precipitate and fix microcrystals of lead acetate in the gel pores.

【0025】得られた均質ゲルを0.305mol/l
の酢酸カリウムのエタノール溶液であり、かつ0.15
3mol/lの酢酸のエタノール溶液となるように調節
した溶液150mlに16時間浸漬して分布付与させた
後、IPA:アセトン=5:5、アセトン、アセトンの
順に各2日間浸漬することにより、酢酸鉛、酢酸カリウ
ムの微結晶をゲル細孔中に析出、固定させた。これを3
0℃で5日間乾燥した後、570℃まで昇温させて焼結
することにより亀裂のない無色透明のガラス体が得られ
た。
The obtained homogeneous gel was treated with 0.305 mol / l
A solution of potassium acetate in ethanol and 0.15
After immersing in 150 ml of a solution adjusted to be a 3 mol / l acetic acid ethanol solution for 16 hours to give a distribution, IPA: acetone = 5: 5, acetone, and acetone are immersed in this order for 2 days each to obtain acetic acid. Microcrystals of lead and potassium acetate were precipitated in the gel pores and fixed. This is 3
After drying at 0 ° C. for 5 days, the mixture was heated to 570 ° C. and sintered to obtain a colorless and transparent glass body without cracks.

【0026】このガラス体の組成分布を調べたところ、
図1に示すように、径方向に鉛成分の凸形状分布、カリ
ウム成分の凹形状分布を有し、図2に示すような屈折率
分布を有する屈折率分布型光学素子であった。
When the composition distribution of this glass body was examined,
As shown in FIG. 1, the refractive index distribution type optical element had a convex distribution of a lead component and a concave distribution of a potassium component in the radial direction, and had a refractive index distribution as shown in FIG.

【0027】[比較例1]実施例1と同様のゲルを作製
し、0.305mol/l酢酸カリウムのエタノール溶
液に浸漬し、16時間の分布付与操作を行った。得られ
たゲルを565℃で焼結することにより得られたガラス
体にはクラックが発生した。すなわち、酢酸カリウムの
濃度の変化のみでは、亀裂の回避は図れなかった。な
お、このガラス体の径方向の組成分布は図3に示すもの
であった。
Comparative Example 1 A gel similar to that in Example 1 was prepared, immersed in an ethanol solution of 0.305 mol / l potassium acetate, and subjected to a distribution providing operation for 16 hours. Cracks occurred in the glass body obtained by sintering the obtained gel at 565 ° C. That is, cracks could not be avoided only by changing the concentration of potassium acetate. The composition distribution in the radial direction of the glass body was as shown in FIG.

【0028】[0028]

【実施例2】実施例1と同様にしてゾルを調製し、その
後の処理等も同様に行い、分布付与時間を16時間から
8時間へと、また、分布付与液を0.305mol/l
の酢酸カリウムのエタノール溶液であり、かつ、0.1
20mol/lの酢酸のエタノール溶液へと変化させ
た。この場合も亀裂の生じないガラス体が得られた。そ
して、この時の屈折率分布は図4に示すものとなった。
図4において、実線が本実施例の8時間分布付与のもの
を示し、破線は16時間分布付与のものを示す。これに
より、分布付与時間を16時間から8時間に変化させる
ことにより、鉛の凸形状を制御することができ、これと
共にカリウムの凹形状をも制御すれば、亀裂の生じない
屈折率型光学素子を作製することが可能となることがわ
かった(ただし、分布付与時間が異なることから、屈折
率の分布も多少異なってくる)。
Example 2 A sol was prepared in the same manner as in Example 1, and the subsequent treatment and the like were performed in the same manner. The distribution applying time was changed from 16 hours to 8 hours, and the distribution applying liquid was 0.305 mol / l.
Ethanol solution of potassium acetate, and 0.1
The solution was changed to a 20 mol / l acetic acid ethanol solution. In this case also, a glass body free of cracks was obtained. The refractive index distribution at this time was as shown in FIG.
In FIG. 4, the solid line indicates the one provided with the 8-hour distribution in this embodiment, and the broken line indicates the one provided with the 16-hour distribution. Thus, by changing the distribution giving time from 16 hours to 8 hours, the convex shape of lead can be controlled, and if the concave shape of potassium is also controlled, the refractive index type optical element free from cracks can be formed. Was found to be possible (however, the distribution of the refractive index is slightly different due to the different distribution giving time).

【0029】[0029]

【実施例3】テトラメチルシリケート15ml、テトラ
エチルシリケート15ml、トリエチルボレート6.2
mlを混合し、これに12.5mlの1/100規定の
塩酸水溶液を加えて室温で1時間攪拌し、部分加水分解
反応を行った。ここに、1.25mol/lの酢酸バリ
ウム水溶液53.82mlと酢酸15.35mlを混合
したものを添加し、激しく3分間攪拌した後、2分間静
置し、これをφ12のポリプロピレン製容器に分注し室
温でゲル化させた。その後、30℃で7日間熟成し、さ
らに60℃の0.65mol/l酢酸バリウム溶液中で
熟成し、酢酸の除去を行った後、メタノール、エタノー
ル、アセトンに順次浸漬することにより酢酸バリウムの
固定を行った。
Example 3 15 ml of tetramethyl silicate, 15 ml of tetraethyl silicate, 6.2 of triethyl borate
Then, 12.5 ml of a 1/100 N hydrochloric acid aqueous solution was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour to perform a partial hydrolysis reaction. To this, a mixture of 53.82 ml of a 1.25 mol / l barium acetate aqueous solution and 15.35 ml of acetic acid was added, and the mixture was vigorously stirred for 3 minutes, then allowed to stand for 2 minutes, and transferred to a φ12 polypropylene container. Pour and gel at room temperature. After aging at 30 ° C. for 7 days, further aging in a 0.65 mol / l barium acetate solution at 60 ° C. to remove acetic acid, followed by successive immersion in methanol, ethanol and acetone to fix barium acetate. Was done.

【0030】得られた均質ゲルを0.305mol/l
の酢酸カリウムのエタノール溶液であり、かつ0.30
5mol/lの酢酸のエタノール溶液となるように調節
した溶液20ml中で2時間分布付与させ、さらにメタ
ノール、エタノール、アセトンに順次浸漬することによ
り分布形状を固定した。次に、これを30℃で乾燥した
ところ、径方向にバリウムの凸形状分布、カリウムの凹
形状分布を有するゲルが得られた。このゲルを650℃
で焼結することにより、亀裂のない透明のガラス体が得
られた。
The obtained homogeneous gel was treated with 0.305 mol / l
Ethanol solution of potassium acetate, and 0.30
The distribution was given for 2 hours in 20 ml of a solution adjusted to be a 5 mol / l acetic acid ethanol solution, and the distribution shape was fixed by successive immersion in methanol, ethanol and acetone. Next, when this was dried at 30 ° C., a gel having a convex shape distribution of barium and a concave shape distribution of potassium in the radial direction was obtained. 650 ° C
By sintering, a transparent glass body without cracks was obtained.

【0031】このガラス体の光学特性を調べると、中心
部で高屈折率−低分散、周辺部で低屈折率−高分散であ
る組成分布を有する光学設計上効果の高い屈折率分布型
光学素子であった。
Examination of the optical properties of this glass body reveals that a refractive index distribution type optical element having a composition distribution of high refractive index and low dispersion in the center and low refractive index and high dispersion in the peripheral portion and having a high optical design effect and high optical design effect. Met.

【0032】[0032]

【実施例4】テトラメチルシリケート15ml、テトラ
エチルシリケート15ml、トリエチルボレート6.2
mlを混合し、これに12.5mlの1/l00規定の
塩酸水溶液を加えて室温で1時間攪拌し、部分加水分解
反応を行った。ここに1.25mol/lの硝酸鉛水溶
液53.82mlを添加し、激しく3分間攪拌した後、
2分間静置し、これをφ12のポリプロピレン製容器に
分注し、室温でゲル化させた。その後、ゲルを30℃で
7日間熟成し、さらに60℃の0.65mol/l硝酸
鉛溶液中で熟成後、メタノール、エタノール、アセトン
に順次浸漬することにより、硝酸鉛の固定を行った。
Example 4 15 ml of tetramethyl silicate, 15 ml of tetraethyl silicate, 6.2 of triethyl borate
Then, 12.5 ml of a 1 / 100N aqueous hydrochloric acid solution was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour to perform a partial hydrolysis reaction. 53.82 ml of a 1.25 mol / l aqueous solution of lead nitrate was added thereto, and the mixture was vigorously stirred for 3 minutes.
The mixture was allowed to stand for 2 minutes, dispensed into a polypropylene container of φ12, and gelled at room temperature. Thereafter, the gel was aged at 30 ° C. for 7 days, further aged in a 0.65 mol / l lead nitrate solution at 60 ° C., and immersed sequentially in methanol, ethanol and acetone to fix lead nitrate.

【0033】得られた均質ゲルを0.305mol/l
の硝酸カリウムのエタノール溶液であり、かつ0.15
3mol/lの硝酸のエタノール溶液となるように調製
した溶液20ml中で2時間分布付与させ、さらにメタ
ノール、エタノール、アセトンに順次浸漬することによ
り分布形状を固定した。次に、これを30℃で乾燥した
ところ、径方向に鉛の凸形状分布、カリウムの凹形状分
布を有するゲルが得られた。このゲルを焼結することに
より、亀裂のない透明のガラス体が得られた。
The obtained homogeneous gel was treated with 0.305 mol / l
0.15 ethanol solution of potassium nitrate and 0.15
The distribution was given for 2 hours in 20 ml of a solution prepared to be a 3 mol / l nitric acid ethanol solution, and the distribution shape was fixed by successive immersion in methanol, ethanol and acetone. Next, when this was dried at 30 ° C., a gel having a convex shape distribution of lead and a concave shape distribution of potassium in the radial direction was obtained. By sintering this gel, a transparent glass body without cracks was obtained.

【0034】[0034]

【発明の効果】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、ゲル中のそれぞれの金属成
分について個別に組成分布形状の制御が行え、亀裂がな
く、所望の屈折率分布を持った様々な光学特性を有する
屈折率分布型光学素子を作製することができる。
As described above, according to the method of manufacturing the gradient index optical element of the present invention, the composition distribution shape of each metal component in the gel can be individually controlled, and there is no crack and the desired A gradient index optical element having various optical characteristics with a refractive index distribution can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1で得られたガラス体における
金属成分の組成分布を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a composition distribution of a metal component in a glass body obtained in Example 1 of the present invention.

【図2】同実施例1のガラス体の屈折率分布を示すグラ
フである。
FIG. 2 is a graph showing a refractive index distribution of the glass body of Example 1.

【図3】比較例1で得られたガラス体の金属成分の組成
分布を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a composition distribution of a metal component of a glass body obtained in Comparative Example 1.

【図4】本発明の実施例2のガラス体の屈折率分布を示
グラフである
FIG. 4 is a graph showing a refractive index distribution of a glass body of Example 2 of the present invention.

【図5】従来方法により作製したガラス体における金属
成分の組成分布を示すグラフである。
FIG. 5 shows a metal in a glass body produced by a conventional method.
It is a graph which shows the composition distribution of a component .

【図6】従来方法により作製したガラス体の屈折率分布
を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a refractive index distribution of a glass body manufactured by a conventional method.

【図7】従来方法により作製したガラス体の組成分布か
ら概算した熱膨張係数の径方向分布を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing a radial distribution of a thermal expansion coefficient estimated from a composition distribution of a glass body produced by a conventional method.

【図8】従来方法においてカリウムの濃度を変化させた
場合の金属成分の組成分布を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a composition distribution of a metal component when the concentration of potassium is changed in a conventional method.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−277525(JP,A) 特開 昭61−183136(JP,A) 特開 昭63−64928(JP,A) 特開 昭60−42239(JP,A) 特開 平4−260609(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 8/00 - 8/04 C03C 21/00 C03B 20/00 C03B 37/00 C03B 37/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-63-277525 (JP, A) JP-A-61-183136 (JP, A) JP-A-63-64928 (JP, A) 42239 (JP, A) JP-A-4-260609 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C03B 8/00-8/04 C03C 21/00 C03B 20/00 C03B 37/00 C03B 37/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリカゾルを調製する工程と、このシリ
カゾルにシリコン以外の金属種から選択した第1の金属
成分を金属塩として導入した後、ゲル化する工程と、こ
の湿潤ゲルを、前記第1の金属成分と異なる第2の金属
成分およびプロトンを供給する化合物を含む溶液に浸漬
する工程とを備えたことを特徴とする屈折率分布型光学
素子の製造方法。
A step of preparing a silica sol; a step of introducing a first metal component selected from metal species other than silicon as a metal salt into the silica sol; and then gelling the wet gel. Dipping in a solution containing a second metal component different from the metal component and a compound that supplies protons.
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