JP3396118B2 - 屈折率分布型光学素子及び屈折率分布型光学素子を用いた光学機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近赤外線吸収能力
を備えた屈折率分布型光学素子及び屈折率分布型光学素
子を用いた光学機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＶカメラやビデオカメラ、スチルビデ
オカメラに代表されるＣＣＤイメージセンサなどの電子
撮像素子上に結像させるレンズ系には、撮像素子の前に
赤外線カットフィルターが一般的に配置されている。こ
れは、撮像素子が紫外部から近赤外部までの広い波長範
囲に感度を有しており、人の比視感度と比べて感度領域
が大きく異なり、実用上補正が必要であるからである。
紫外部の波長領域の光は、レンズに用いる光学ガラスが
紫外域の光を吸収して透過しないため、別段の対策を必
要としない場合が多いが、光学ガラスは近赤外域におい
て充分な透過率を有しているために特別の対策を施さね
ばならない。

【０００３】通常は上述したように、撮像素子の前に赤
外線カットフィルターを配置し、レンズ系を透過する近
赤外光をこのフィルターによって吸収させることによっ
て撮像素子への到達を阻止している。より具体的には、
撮像素子の前に配するローパスフィルターと接合して用
いることが多い。これらを接合するのは、各フィルター
を別個に配するとスペースが多く必要なこと、フィルタ
ーを押さえる鏡枠構造が複雑になること、フィルター面
の数が増して光の反射ロスが増したり、多重反射による
フレア等の問題が発生することなどによる。

【０００４】赤外線カットフィルターを配置する目的
は、叙述した比視感度の補正だけでなく他の目的もあ
る。例えば医用内視鏡の場合、近赤外域の波長を有する
ＹＡＧレーザ（１０６０ｎｍ付近）やまたそれに代わる
半導体レーザ（８００〜９００ｎｍ付近）を用いて、内
視鏡下で内臓組織の切除手術などを行う際に、患部に照
射したレーザ光が患部やその周辺で反射して内視鏡の対
物レンズに入射することがある。すると、電子撮像素子
はこの波長領域に充分な感度を有するために不都合を生
じることになる。特に、レーザは組織を焼き切るため、
かなりの光量を入射するので、反射してきたレーザ光を
充分にカットする必要がある。また、その他の近赤外域
の光がどんな理由で、どんな経路であっても、電子撮像
素子に導かれないようにする必要がある。

【０００５】また、光量の強いレーザーメスなどは、電
子撮像素子に限らず、例えば直接肉眼で観察する場合に
観察者の眼に入射すると網膜を損傷するなどの問題が生
ずる惧れがあるため、観察光学系の内部で遮断すること
が必要である。

【０００６】現在使われている赤外線カットフィルター
は、リン酸塩ガラスにＣｕＯをドープしたものが多く用
いられている。一般にリン酸塩ガラスは化学的耐久性が
高くないため、高温高湿の環境下での使用や保管・輸送
に際し、フィルター表面にヤケのようなものを生じて曇
ってしまうなどの不具合がある。このため先に述べたロ
ーパスフィルターとの接合の際に、赤外線カットフィル
ターをローパスフィルターでサンドイッチ状に挟んで接
合し、赤外線カットフィルターが外気と極力接触しない
構造にする必要がある。また、特開昭６２−１２８９４
３号公報、特開平４−２１４０４３号公報に記載される
ように、ガラス組成にアルミニウムやフッ素などをドー
プするなどして、リン酸塩ガラス化学的耐久性に少しで
も向上させるような努力がなされているが、必ずしも満
足な特性が得られているわけではない。

【０００７】以上、ＣＣＤイメージセンサなどの電子撮
像素子を含む光学系における近赤外域の光の除去を例と
して従来技術を説明したが、その他にも、フィルムや乾
板の感光特性に応じて光学機器の分光透過率を設定する
場合や、光源のスペクトルに合わせて色温度を補正する
機能を付与する場合、光源が発する熱線（赤外線）を遮
断する場合など、特定の波長の光を除去したり、異なる
波長の相対的な光強度を変更したい場合がある。あるい
は、撮像上の都合や光学系の制約で明るさ絞りを使えな
い場合に、結像、観察に用いる範囲を越えた過剰な光量
を全波長域に亘って取り除きたい場合などがある。

【０００８】赤外線カットフィルターの製造について
は、上述したものは溶融法で作製されている。一方最近
のニューガラスと呼ばれる新しい機能性のガラスの製造
方法の一つとして注目されている「ゾルゲル法」によっ
て赤外線カットガラスやそれを含む着色ガラスを作製す
る方法が開発されている。例えば、特公昭６０−３０１
３号公報、特開昭６２−１４８３２９号公報、特開平３
−２８１３３号公報などでは、ゾル中に着色成分を予め
含有させる方法が記載されており、特開昭６２−２１６
９３０号公報では、ゾル中に着色イオン成分を含浸させ
る方法が記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】現在、レンズ系は軽薄
短小化が急ピッチで進められている。そのために従来に
ない新しい光学素子を積極的に取り入れる動きがある。
その一つとして非球面レンズがある。非球面レンズは、
光線の制御の自由度が大きいため、レンズ系の軽薄短小
化に大きく寄与する優れた効果を有し、民生品を含めた
至る所で利用されている。しかしその反面、非球面レン
ズは色収差の補正や像面湾曲には効果がないことが理論
的に判明しており、潜在能力にも限界がある。

【００１０】このためさらにレンズ系の軽薄短小化を進
めたり、軽薄短小でありながらさらに性能を向上させる
ための新しい光学素子として、屈折率分布型光学素子
（以下ＧＲＩＮレンズと記載する。）が注目されてい
る。このＧＲＩＮレンズは非球面レンズで補正できる収
差に加え、色収差や像面湾曲も補正できるため、レンズ
の軽薄短小化を極限まで進めるためには欠くことのでき
ない「次世代の光学素子」として大きな注目を浴びてい
る。

【００１１】このＧＲＩＮレンズを用いたレンズ系で
は、レンズ枚数を従来の均質球面レンズからなるレンズ
系の１／２から１／４程度まで減少させることができ
る。このようにレンズ枚数を極限まで減少させると、赤
外線カットフィルタを初めとするフィルタ類などのレン
ズ以外の光学要素の数のウエイトが高くなり、これらの
フィルタ類の存在が更なるレンズ系の小型化、コストダ
ウンの大きな障壁となってくる。

【００１２】球面レンズや非球面レンズは、レンズを研
磨やモールド加工によって作製するが、その際に光学ガ
ラスの代わりに赤外線カットフィルター用ガラスを用い
てレンズを作製し、これによりレンズと赤外線カットフ
ィルターの役目を兼ねさせる技術を本出願人は先に、開
発した。これはレンズ枚数という観点では赤外線カット
フィルターを廃止するものであるが、赤外線カットフィ
ルターの光学恒数が自由に選択できず、レンズ設計上の
汎用性に欠ける欠点を有するのに加えて、凸レンズであ
れ凹レンズであれレンズは厚みが一様でないため、通過
する光線高によって赤外線カット効果にバラツキが出る
欠点がある。これをなるべく避けるためには赤外線カッ
トフィルター用ガラスで作製するレンズの形状を、光線
高によって余り変化のない形状にするなどの制約を設け
ざるを得ない。しかし、光線高によって余り変化のない
形状にすることは、同心に近いメニスカスレンズや、曲
率の小さな凸または凹レンズとなり、結果として、パワ
ーの弱いレンズに限定され、このレンズのパワーが弱い
ことは軽薄短小化への大きな障害となる。

【００１３】本発明は以上の従来技術の問題点を考慮し
ており、レンズ系を構成する光学要素の数を更に減少さ
せることを可能とする屈折率分布型光学素子及び屈折率
分布型光学素子を用いた光学機器を提供するものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、屈折率分布型光学素子の径方向の中心部から
周辺までの内部全体に、結像、観察に用いる範囲以外の
近赤外線を吸収する成分を含有させ、屈折率分布型光学
素子に近赤外線をカットするフィルタ作用を付与するも
のである。即ち、ロッド状の光学素子の径方向に屈折率
分布を形成する屈折率調整成分を有し、且つ該光学素子
の径方向の中心部から周辺までの内部全体に近赤外線を
吸収する少なくとも一種の成分を有し、該光学素子内を
透過する光を該素子内部で屈曲させながら前記少なくと
も一種の成分で近赤外線を吸収させる屈折率分布型光学
素子とするものである。又電子撮像素子の前に光学素子
を配置し、該電子撮像素子に観察像を結像させる光学機
器において、前記光学素子はロッド状であってその径方
向に屈折率分布を形成する屈折率調整成分を有し且つ該
光学素子の径方向の中心部から周辺までの内部全体に近
赤外線を吸収する少なくとも一種の成分を有する屈折率
分布型光学素子とし、該屈折率分布型光学素子により該
素子内部を透過する光を屈曲させながら近赤外線を吸収
させて観察像を前記電子撮像素子に形成させる光学機器
とするものである。この光学機器において、電子撮像素
子の前に配置した光学素子、即ち屈折率分布型光学素子
と該電子撮像素子の受光面はそれぞれ平面として貼り付
けた構成とする。

【００１５】ここで、近赤外線を吸収する成分として
は、酸化物表記でＣｕＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＶＯ_２より
選ばれた少なくとも一種の成分であり、マトリックスを
ガラスとする。前記少なくとも一種の成分での金属はい
ずれも遷移金属であることから、ｄ電子遷移によってＣ
ｕ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｃｏ^２＋、Ｖ^４＋がそれぞれ近赤外
部に吸収を示すことを利用する。

【００１６】さらに、近赤外線を吸収する成分として
は、アントラキノン類、フタロシアニン化合物、ナフタ
ロシアニン化合物、クロム金属錯塩化合物、コバルト錯
塩化合物、六塩化タングステンと塩化スズの重合物、ジ
オチール系金属錯体、スクアリリウム化合物、酸化剤ド
ープアセチレン系ポリマー、チオ尿素と硫化銅の混合
物、イモニュム系材料、Ｃｕ^２＋より選ばれた少なくと
も一種の成分であり、マトリックスをプラスチックとす
る。

【００１７】本発明の、径方向の中心部から周辺までの
内部全体に近赤外線を吸収する成分を含有して近赤外線
カットフィルタ作用を有する屈折率分布型光学素子で
は、マトリックスがガラス、プラスチックに関わらず、
近赤外線を吸収する成分が径方向に濃度分布していても
良く、この場合における近赤外線を吸収する成分の径方
向濃度分布が、レンズ肉厚（ロッド状光学素子の長手方
向肉厚）と成分濃度とが相反する関係とし、レンズの径
方向各位置による近赤外線吸収能が略一定であっても良
い。

【００１８】本発明の屈曲率分布型光学素子の製造方法
は、ゾルゲル法によって製造するＧＲＩＮレンズ製造技
術による方法であり、焼成後のガラス中で酸化物表記で
ＣｕＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＶＯ_２より選ばれた少なくと
も一種の成分を形成するための近赤外線吸収成分となる
原材料を金属アルコキシドやキレート、それらの誘導体
として、あるい金属塩や錯体として含んだゾルを調整
し、ゲル化させる工程を有する。これによってゲル中に
近赤外線吸収成分を予め導入し、このゲルに対して屈折
率調整成分の濃度分布で屈折率分布を付与する処理を行
う際に、同時に近赤外線吸収成分の濃度分布付与をした
り、それとは別のプロセスで近赤外線吸収成分の濃度分
布を付与する。

【００１９】本発明の屈折率分布型光学素子の別の製造
方法は、同様にゾルゲル法による方法であり、ウェット
ゲルまたはドライゲルまたは仮焼ゲルを、焼成後のガラ
ス中でＣｕＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＶＯ_２より選ばれた少
なくとも一種の成分を形成するための原材料を含んだ溶
液または液体と接触させる工程を有する。これによりゲ
ル中に近赤外線吸収成分を後工程で添加することができ
る。接触させる方法としては、最も一般的にはゲルを近
赤外線吸収成分を含有した溶液中に浸漬させるとか、霧
状、泡状、またはシャワー状にした液体に接触させる。
その際に溶液や液体による処理時間や濃度、温度、溶媒
の選択、後処理の条件の設定等によって近赤外線吸収成
分に濃度分布を付けたり均一にしたりする。プラスチッ
クをマトリックスとしたＧＲＩＮレンズの場合は、共重
合を用いて製造する。例えば、高屈折率ポリマーを与え
る架橋性モノマーＭ_１を一部重合させたゲルロッドを、
低屈折率ポリマーを与えるモノマーＭ_２中に浸漬するか
（浸漬法）、モノマーＭ_２を蒸気雰囲気中に曝して（気
相法）、Ｍ_１とＭ_２を共重合させることによってＧＲＩ
Ｎレンズを得る。その際、架橋性モノマーＭ_１またはモ
ノマーＭ_２の中に近赤外線吸収成分を含ませておくこと
によって、共重合体中に近赤外線吸収成分を導入する。
このＧＲＩＮレンズ中に濃度分布を付与する考え方は、
基本的にガラスのＧＲＩＮレンズの場合と同じである。

【００２０】請求項１の作用は、光学素子の径方向に屈
折率分布を形成する屈折率調整成分を有したロッド状の
屈折率分布型光学素子に、結像、観察に用いる範囲以外
の近赤外線を吸収する成分を含有させることで、屈折率
分布型光学素子内部で屈折、屈曲しながら光学素子内を
透過する際に、添加成分によって結像、観察に不必要ま
たは有害な近赤外線が吸収され、これにより最終的に観
察あるいは結像される像には近赤外線の関与をさせなく
するもので、これによって、従来のレンズ系を構成する
光学素子の赤外線カットフィルタを用いなくすることが
できて光学要素の数を減少させるのである。

【００２１】また本発明の屈折率分布型光学素子では、
光学素子の径方向に屈折率分布を形成する屈折率調整成
分を有する光学素子に、更に添加成分として近赤外線を
吸収する成分を含有させることで、屈折率分布型光学素
子内部で近赤外線を吸収して除去でき、従って、ＣＣＤ
などの電子撮像素子上に結像するレンズ系を有する光学
機器にこの屈折率分布型光学素子を用いることで、電子
撮像素子に到達する前に近赤外線はカットされた状態に
なっており、赤外線カットフィルタを用いなくても近赤
外線を含まない像を電子撮像素子上に形成することがで
きる。

【００２２】複数枚のレンズを組み合わせた組み合わせ
レンズ系の場合には、複数のレンズ（またはＧＲＩＮレ
ンズ）に赤外線カット効果を分担させることが可能であ
るが、レンズ系がＧＲＩＮレンズ１枚の単レンズであれ
ば、そのＧＲＩＮレンズ１枚で充分な赤外線カット効果
が発揮できるように、近赤外線を吸収する成分を充分に
含有させる。

【００２３】一般にＧＲＩＮレンズは、光学設計的に肉
厚のレンズになることが多い。その理由を簡単に言え
ば、作製できるＧＲＩＮレンズの△ｎには制限があるの
で、ＧＲＩＮ媒質長を長くして、ＧＲＩＮレンズで光を
より多く屈曲させるようにするため、またはＧＲＩＮ媒
質内で徐々に光線を曲げることで収差の発生を低く抑え
るためである。このことは、通常の赤外線カットフィル
ターの厚さが厚くとも１〜２ｍｍであることを考える
と、ＧＲＩＮレンズに赤外線カット効果を持たせること
により、ＧＲＩＮレンズ中の近赤外線吸収成分の濃度が
低い場合でも、ＧＲＩＮレンズ１枚で充分な近赤外線カ
ット効果を得ることが容易となる。このことは、ＧＲＩ
Ｎレンズ中への赤外吸収成分の導入量を低く抑えられる
ことを示しており、ＧＲＩＮレンズ作製上有利となる。

【００２４】以上のような屈折率分布型光学素子を電子
画像入力用の光学機器に組み込む場合においては、少な
くとも近赤外線を吸収する成分を含有したＧＲＩＮレン
ズと、電子撮像素子とを備えることで光学機器の使用が
可能となる。ＧＲＩＮレンズの優れた光学的効果を存分
に引き出せば、最低のレンズ枚数としてはＧＲＩＮレン
ズ１枚で構成可能であり、このＧＲＩＮレンズが赤外線
カット能を有することで、あとは電子撮像素子があれば
光学系を成立させることができる。

【００２５】この光学機器では、通常行われているよう
に、電子撮像素子の受光部が整然と配列されていること
に起因して発生する「モアレ」を除去する目的でローパ
スフィルターを配しても良いが、用途によってはローパ
スフィルタを配することがなくても、充分に動作可能な
結像システムとなる。ローパスフィルターを必要としな
い光学機器としては、高周波成分の無い像に用いる医用
内視鏡などがあるが、これは撮影する像の種類や必要な
像の品質によって決定されるものであって、医用内視鏡
に限定するものではない。また、用いられる電子撮像素
子には特に制限はなく、ＣＣＤ、ＣＭＤ、ＳＩＴ、ＡＭ
Ｉなどの固体撮像素子や撮像管など、いかなるタイプの
撮像素子であってもそれらの撮像原理に関わらず、像を
電気信号に変換できるものではあれば全て使用できる。

【００２６】赤外線カット効果を付与するための具体的
な組成として、ガラス中に酸化物表記でＣｕＯ、Ｆｅ
Ｏ、ＣｏＯ、ＶＯ_２より選ばれた少なくとも一種の成分
を存在させる。この組成における金属はいずれも遷移金
属であることから、ｄ電子遷移によって、Ｃｕ^２＋、Ｆ
ｅ^２＋、Ｃｏ^２＋、Ｖ^４＋がそれぞれ近赤外部に吸収を
示すことを利用している。従って、ガラス中のこれらの
イオンの量によって吸収率も変化する。そのためＧＲＩ
Ｎレンズの場合には、ＧＲＩＮレンズの厚みを考慮して
含有量を決定する。

【００２７】ＧＲＩＮレンズのガラス成分については、
少なくとも「ＳｉＯ_２、ＣｕＯ及び少なくとも１種の屈
折率調整成分」からなることが望ましく、さらにＡｌ_２
Ｏ_３を添加することが望ましい。それぞれの成分におい
て、必須成分であるＳｉＯ_２は、ガラス骨格を形成する
基本成分である。赤外線カットフィルターは通常リン酸
（Ｐ_２Ｏ_５）を骨格成分にしたものがほとんどである
が、リン酸は化学的耐久性が極めて悪いが、ＳｉＯ_２は
高い耐久性を示す。

【００２８】また、必須成分ＣｕＯは、上述したように
近赤外線を吸収する成分である。このＣｕＯは、Ｃｕ
Ｏ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＶＯ_２の中でも最も近赤外域の吸
収に適した成分である。

【００２９】さらにまた、必須成分として少なくとも１
種の屈折率調整成分が必要である。ＧＲＩＮレンズを形
成するにあたって、ガラス中に屈折率分布を与える成分
は最低１種あれば良く、１種あればＧＲＩＮレンズを形
成できる。しかし、１種の屈折率調整成分では、ＧＲＩ
Ｎレンズの分散特性は高分散分布特性になるため、凸分
布では均質レンズのそれに比して非常に色収差の発生が
大きくなるため用途が限られる。また凹分布では、面で
発生する色収差と媒質で発生する色収差が打ち消し合う
ために用途がある。より有効なＧＲＩＮレンズとするた
めには、少なくとも２種の屈折率調整成分を含有させて
媒質内で色収差の補正を行い、低分散分布、負分散分布
と呼ばれる色収差補正能力を有したＧＲＩＮレンズにす
ることが望ましい。そのような特性のＧＲＩＮレンズを
実現するためには、特開平３−１４１３０２号公報、特
開平５−８８００３号公報などに示されるように、原子
価が２価以上の複数の屈折率調整成分により濃度分布を
付与して分布を複合化する。特にＧＲＩＮレンズ１枚で
電子撮像光学系を形成する場合は、ＧＲＩＮレンズの分
散特性として、低分散分布、負分散分布と呼ばれる特性
であることが必須となる。

【００３０】前記添加することが望ましいＡｌ_２Ｏ_３は
ガラス化を促進し、またガラスの熱的、化学的耐久性を
向上させる作用を有しているが、最も重要な作用は、ガ
ラス中で近赤外線吸収成分であるＣｕＯを安定化させる
ことにある。ＣｕＯは、ガラス中で還元されるとＣｕ_２
Ｏとなり、赤色を呈するいわゆる「銅赤ガラス」となる
傾向があるので、ガラス中での安定化が必要である。

【００３１】その他の添加成分として、少なくとも１種
のアルカリまたはアルカリ土類を加えることが有効であ
る。これは、ガラス化を助長すると共に、屈折率分布調
整成分によって発生したＧＲＩＮガラス中の熱膨張係数
の分布の低減を行う作用を有し、ＧＲＩＮガラス中の熱
膨張係数分布の低減または均一化のために濃度分布を持
たせて含有させることも有効である。

【００３２】ＧＲＩＮレンズの中に添加する近赤外線カ
ット成分の量については、含有濃度によってカット能が
変化するので、適宜設定する。含有濃度が高ければ近赤
外域の透過率は下がるが、一部可視域にも生ずる吸収に
よって近赤外のみならず、可視域の「赤」の透過率も低
下する。人間の目から見れば、ガラスは青色透明に見え
るが、その青色がさらに濃くなる傾向にある。また、反
対に含有濃度が低い場合は、上記の逆であって、近赤外
域のカット能力が低くなり、電子撮像素子によって得た
像の感度補正が不十分になる。

【００３３】ＧＲＩＮレンズ中に近赤外線カット能力を
持たせた場合、ＧＲＩＮレンズの形状によって近赤外線
カット効果が電子撮像素子上で均一でなくなる場合があ
る。例えば、単一のＧＲＩＮレンズで撮影レンズ系を構
成する場合、特に画角を大きく取ろうとすると、端面が
凹レンズ形状になる傾向がある。その場合は、ＧＲＩＮ
レンズに添加する近赤外線吸収成分に径方向の濃度分布
を付与し、レンズ中心部分の濃度を高くすることによっ
て、レンズ厚による赤外線カット効果の不均一さをキャ
ンセルする。

【００３４】ＧＲＩＮレンズが凹レンズ形状で且つ該レ
ンズ内の近赤外線吸収成分の分布が均一であれば、レン
ズ中心ほどレンズ厚さが薄く、近赤外線カット能力が小
さくなる傾向があるので、近赤外線カット成分のレンズ
中心側濃度を高くすれば良く、凸レンズ形状であればそ
の反対である。厳密には、コンピュータによって光線追
跡してレンズ内の光線の通り方を調べ、軸外光線等の斜
めに入射する光をも考慮して濃度分布を付与することが
望ましい。ＧＲＩＮレンズ内では光線が曲がって進行す
るため、光路長は必ずしも見かけのレンズの厚みでは決
まらないので注意を要する。

【００３５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１） テトラメチルシリケート５０ｍｌに０．０１規定の塩酸
２５ｍｌを加えて１時間攪拌し、部分加水分解反応を行
った。これに１．５ｍｏｌ／ｌの酢酸バリウム水溶液９
８ｍｌと酢酸４０ｍｌを混合したものを添加した。これ
をさらに３分間程攪拌した後、内径１０ｍｍに真円度の
高い穴加工を施したテトラフルオロエチレン（商標名テ
フロン）からなるシール密閉容器に注ぎ入れ、容器に蓋
をして密閉し室温でゲル化させた。得られたゲルを５日
間熟成し、さらに６０℃のＩＰＡ：水＝６：４の混合溶
媒を用いた酢酸バリウムの０．４５ｍｏｌ／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
をメタノール：エタノール：７：３、エタノール、エタ
ノール：アセトン＝５：５、アセトンの順に浸漬するこ
とにより、ゲル細孔中に酢酸バリウムの微結晶を析出、
固定させた。

【００３６】得られた均質ゲルを０．３ｍｏｌ／ｌの酢
酸カリウムのメタノール溶液であり、かつ０．０５ｍｏ
ｌ／ｌの酢酸第二銅のメタノール溶液となるように調製
した溶液１５０ｍｌに８．５時間浸漬して分布付与させ
た後、エタノール：アセトン＝５：５、アセトン、アセ
トンの順に浸漬することにより、酢酸バリウム、酢酸カ
リウム、酢酸第二銅の微結晶をゲル細孔中に析出、固定
させた。

【００３７】このゲルを６０℃の乾燥空気中で１０日間
乾燥させてドライゲルとした。得られたドライゲルを管
状炉により酸素およびヘリウムをフローしながら７５０
℃まで昇温して焼結することにより割れのない直径約
３．４ｍｍ、△ｎ≒０．０４８のＧＲＩＮロッドが得ら
れた。この焼結体のロッドは、全体に青みがかった透明
色を呈しており、可視〜赤外域の分光透過率を測定を行
ったところ、８００ｎｍ付近から長波長域（近赤外域）
での透過率が低く、可視域では問題のない高い透過率を
示した。

【００３８】この青いＧＲＩＮロッドの屈折率分布を測
定し、その値を用いて設計したＣＣＤ上への結像用単レ
ンズの断面及び結像時の光路を図１に示す。同図におけ
るレンズは片面が平面、反対側の面（入射面）が浅い凹
面形状をした長さ１１ｍｍのロッドレンズである。

【００３９】図２及び図３はこのレンズ１を用いて作製
した光学機器を示し、セラミックス基板５にＣＣＤ４が
取り付けられている。このＣＣＤ４の受光面に対して、
その撮像面３を光軸アライメントを施して貼り付けし
て、ロッドレンズ１を起立状に取り付けた。６はＣＣＤ
４の電極と、セラミックス基板５に形成した信号処理回
路とを接続する結線である。なお、ロッドレンズ１は絞
り２のＶ溝を利用し、図示しない方法で固定した。この
ような構造で、撮像試験を行ったところ、充分に実用可
能と考えられるカラー映像が得られた。このことから、
ＣＣＤ４と青いＧＲＩＮレンズ１という２つのコンポー
ネントのみでカラーカメラが構成できることが判った。
この場合、信号処理回路をも一体化させることで、さら
に小型となり、超小型の光学機器とすることができる。

【００４０】（実施の形態２） 実施の形態１では、作製したＧＲＩＮレンズを平凹に研
磨したが、青いＧＲＩＮレンズを両平面に研磨し、その
一方の面に均質ガラスで別に作製した肉薄の平凹レンズ
を平面で相互に接合させた。この構造で同様に試験した
ところ、やや像は劣るものの、実施の形態１とほぼ近い
レベルの像を得ることができた。ただし、レンズ接合の
際に、形状で決まる凹レンズの光軸と媒質で決まるＧＲ
ＩＮレンズの光軸と一致度の悪いレンズでは片ボケなど
の像の劣化が著しかった。

【００４１】（実施の形態３） シリコンテトラエトキシド１８０ｍｌ、エタノール８０
ｍｌ及び２Ｎ濃度の塩酸１３ｍｌを混合し、シリコンア
ルコキシドの部分加水分解を行った。次にジルコニウム
ノルマルブトキシド８５ｗｔ％濃度のノルマルブタノー
ル溶液６０ｇ、銅（ＩＩ）メトキシドを２−ジメチルア
ミノメタノールに溶解させた溶液４５ｍｌを加え、１時
間攪拌した。続いてこの溶液の中に、水、エタノール、
１規定アンモニア水の混合溶液を充分に攪拌しながらゆ
っくり滴下してゾルを調製した。

【００４２】得られたゾルを内径１０ｍｍに仕上げたポ
リプロピレン製の容器に注ぎ、容器の両端を密閉して一
昼夜室温中で静置し、ウェットゲルを得た。このウェッ
トゲルを６０℃の恒温槽中に入れて５日間熟成させた
後、熟成させたウェットゲルを３Ｎ濃度の硫酸中に１時
間１５分浸漬して、ジルコニウム成分を溶出させ、予め
用意した体積比が１：２のメタノール、エタノール混合
アルコール中に一昼夜浸漬してウェットゲル中の硫酸分
を洗浄した。この際、処理液の色が無色透明からほとん
ど変化していなかったので、銅成分はほとんど溶出しな
かったと考えられる。

【００４３】洗浄を終えたウェットゲルを内径１６．５
ｍｍのポリメチルペンテン製の蓋付き管内に入れ、予め
ピンホールを開けた蓋を被せ、６０℃恒温槽中に入れて
乾燥させ、ジルコニウム成分に濃度勾配のついた透明で
クラックのないドライゲルを得た。

【００４４】続いてこのドライゲルを管状炉中にいれ、
１０７５℃まで途中温度保持を行いながら昇温して焼成
を行ったところ、直径約３ｍｍで周辺ほど青い透明なロ
ッド状のＧＲＩＮレンズが得られた。このレンズを凸形
状に研磨してレンズ系に用いることで、レンズ全体の青
色はほぼ均一化された。

【００４５】（実施の形態４） テトラメチルシリケート３０ｍｌ、トリエチルボレート
７．２ｍｌ、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド２．３ｍ
ｌを混合し、これに０．０１規定の塩酸１５ｍｌ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
れに２ｍｏｌ／ｌの酢酸カリウム水溶液８０．７ｍｌと
１．２ｍｏｌ％の酢酸３６．８ｍｌ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、３
分間静置し、内径１０ｍｍの円柱形状に穴加工を施した
テフロン製容器に注ぎ込み、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、さらに酢酸鉛
及び酢酸カリウムのエタノール溶液中に浸漬し、ゲルの
熟成を行った。このゲルをイソプロピルアルコール（以
下ＩＰＡと略記する）：水＝５：５の混合溶媒、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、酢酸カリウムの微結晶を析出、固定させた。

【００４６】得られた均質ゲルを０．２ｍｏｌ／ｌの酢
酸鉛のメタノール溶液に１時間４５分間浸漬して分布付
与させた後、再び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って、酢酸
鉛、酢酸カリウムの微結晶を固定させた。その際、ＩＰ
Ａおよびアセトン中に塩化第一鉄を飽和になるまで予め
溶解させておいた。これを３０℃で５日間乾燥した後、
６３０℃まで昇温させて焼結することにより全体に均一
に青いから深い緑みがかったような透明なロッド状のＧ
ＲＩＮレンズとなった。

【００４７】このＧＲＩＮレンズの分光透過率を測定し
たところ、銅を含有させて作製したＧＲＩＮレンズに比
べ、可視域での透過率の低下が見られたものの、赤外域
での吸収が大きかった。このＧＲＩＮレンズを用いて手
術用内視鏡対物レンズを組むことによって、半導体レー
ザ等をレーザメスに用いた機器への適応が可能となっ
た。

【００４８】本発明では、以下の付記項を含むものであ
る。

【００４９】（付記項１） 近赤外線を吸収する成分が径方向に濃度分布しているこ
とを特徴とする屈折率分布型光学素子。

【００５０】（付記項２） 近赤外線を吸収する成分の径方向濃度分布が、レンズ肉
厚と成分濃度とが相反する関係にあり、レンズの径方向
各位置による近赤外線吸収能が略一定であることを特徴
とする付記項２記載の屈折率分布型光学素子。

【００５１】（付記項３） ゾルゲル法による製造において、ＣｕＯ，ＦｅＯ，Ｃｏ
Ｏ，ＶＯ_２から選ばれる少なくとも一種の成分を含んだ
溶液が近赤外線の吸収成分の分布付与溶液であることを
特徴とする屈折率分布型光学素子の製造方法。

【００５２】（付記項４） 少なくとも近赤外線を吸収する成分を含有した屈折率分
布型光学素子と、電子撮像素子とにより構成されたこと
を特徴とする光学機器。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明の屈折率分布型光学
素子では、従来のように光学素子とは別体として設けら
れていた赤外線カットフィルタを用いなくても、光学素
子自体が該フィルタ機能を有するため、赤外線カットフ
ィルタの分だけレンズ系を小型化でき、特にレンズ系の
全長の短縮が可能となる。この効果を、赤外線カットフ
ィルタを用いていたレンズ系を有する光学機器に適用す
れば、電子撮像素子の前面に必ず配置されていた赤外線
カットフィルタの機能が屈折率分布型光学素子に内蔵さ
れ、それに伴ってレンズ系の性能を損なうことなく全長
の短縮を実現することができる。したがって、例えば医
用内視鏡のような光学機器では、腹腔内においても内視
鏡先端部がより曲げ易くなり、腹腔内の観察や治療がし
易くなるという効果を奏する。また、従来のように光学
素子とは別体の赤外線カットフィルタを用いないことに
より、該フィルタを通過する際の光の反射面がなくなる
ことから、赤外線カットフィルタ面での光量ロスやフレ
アの発生がなくなり、より鮮明な像が得られる。さらに
赤外線カットフィルタを用いないことによる部品点数の
低減により、部品代、組み立て工数などのコストの低減
と故障発生率の低減が実現できる効果がある。本発明の
屈折率分布型光学素子および屈折率分布型光学素子を用
いた光学機器では、屈折率分布型光学素子をシリカ系ガ
ラスによって構成することにより、化学耐久性が飛躍的
に向上するため、医療機器等の消毒で行われる薬液や、
高温高圧滅菌等に対しても充分に耐えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１におけるＧＲＩＮレンズの測定を
示す正面図である。

【図２】実施の形態１の光学機器の正面図である。

【図３】実施の形態１の光学機器の平面図である。

【符号の説明】

１ ＧＲＩＮレンズ ２ 絞り ３ 撮像面 ４ ＣＣＤ ５ セラミックス基板 ６ 結線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−270138（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−97469（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−267675（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−295818（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−321562（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−179656（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−178861（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−53994（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−105202（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 3/00 G02B 5/22

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッド状の光学素子の径方向に屈折率分
   布を形成する屈折率調整成分を有し、且つ該光学素子の
   径方向の中心部から周辺までの内部全体に近赤外線を吸
   収する少なくとも一種の成分を有し、該光学素子内を透
   過する光を該素子内部で屈曲させながら前記少なくとも
   一種の成分で近赤外線を吸収させることを特徴とする屈
   折率分布型光学素子。
2. 【請求項２】 前記近赤外線を吸収する成分は、Ｃｕ
   ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｃｏ^２＋、Ｖ^４＋のいずれかを含有す
   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。
3. 【請求項３】 前記近赤外線を吸収する成分は、径方向
   に濃度分布してい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。
4. 【請求項４】 前記近赤外線を吸収する成分は、該成分
   の径方向濃度と前記ロッド状光学素子の長手方向肉厚と
   が相反する関係で、径方向に濃度分布していることを特
   徴とする請求項１または請求項３記載の屈折率分布型光
   学素子。
5. 【請求項５】 電子撮像素子の前に光学素子を配置し、
   該電子撮像素子に観察像を結像させる光学機器におい
   て、前記光学素子はロッド状であってその径方向に屈折
   率分布を形成する屈折率調整成分を有し且つ該光学素子
   の径方向の中心部から周辺までの内部全体に近赤外線を
   吸収する少なくとも一種の成分を有する屈折率分布型光
   学素子とし、該屈折率分布型光学素子により該素子内部
   を透過する光を屈曲させながら近赤外線を吸収させて観
   察像を前記電子撮像素子に形成させることを特徴とする
   光学機器。
6. 【請求項６】 前記電子撮像素子の前に配置した光学素
   子の面と該電子撮像素子の受光面は、それぞれ平面とし
   て貼り付けしたことを特徴とする請求項５記載の光学機
   器。