JPH0238334A - 屈折率分布ガラス体の製造方法 - Google Patents
屈折率分布ガラス体の製造方法Info
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- JPH0238334A JPH0238334A JP63189095A JP18909588A JPH0238334A JP H0238334 A JPH0238334 A JP H0238334A JP 63189095 A JP63189095 A JP 63189095A JP 18909588 A JP18909588 A JP 18909588A JP H0238334 A JPH0238334 A JP H0238334A
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
- C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、屈折率分布をもったガラス体の製造方法に関
し、特にイオン交換法で屈折率分布をガラス体中に形成
した後、この分布を滑らかに修正するための後処理方法
に関する。
し、特にイオン交換法で屈折率分布をガラス体中に形成
した後、この分布を滑らかに修正するための後処理方法
に関する。
屈折率分布型レンズは、屈折率が中心軸上で最大で外周
に向けて半径方向に漸減する分布をもつロッド状のレン
ズであり、このような屈折率分布型レンズ、あるいはこ
のレンズを列状に多数配列したレンズアレイは、複写機
、ファクシミリ装置、光プリンタ、光通信機器等の光学
系に広く使用されている。
に向けて半径方向に漸減する分布をもつロッド状のレン
ズであり、このような屈折率分布型レンズ、あるいはこ
のレンズを列状に多数配列したレンズアレイは、複写機
、ファクシミリ装置、光プリンタ、光通信機器等の光学
系に広く使用されている。
このような屈折率分布型レンズ（以下ｒＧＩレンズ」と
呼ぶ）をガラスから成形する方法として、レンズ母材ガ
ラスの組成中に、イオン交換可能な１！、 Ｌｉ 、
Ｃｓなどの一価陽イオンを酸化物として含有させ、この
母材ガラスを細長いファイバー状に成形した後、ＮａＮ
Ｏｓ ｒ ＫＮＯ，、Ｔ／！Ｎｏ３などの単独塩又は混
合塩の溶融塩中に浸漬し、ガラス中の上記イオンと溶融
塩中のＫ 、 Ｎａ等のイオンとの交換により、ガラス
ファイバー中心から外周に向けて変化するイオン濃度分
布に基づく屈折率分布を形成し、イオン交換処理を終え
たファイバーを所定長に切断し、両端面を研磨すること
によってＧＩレンズを得る方法が知られている。
呼ぶ）をガラスから成形する方法として、レンズ母材ガ
ラスの組成中に、イオン交換可能な１！、 Ｌｉ 、
Ｃｓなどの一価陽イオンを酸化物として含有させ、この
母材ガラスを細長いファイバー状に成形した後、ＮａＮ
Ｏｓ ｒ ＫＮＯ，、Ｔ／！Ｎｏ３などの単独塩又は混
合塩の溶融塩中に浸漬し、ガラス中の上記イオンと溶融
塩中のＫ 、 Ｎａ等のイオンとの交換により、ガラス
ファイバー中心から外周に向けて変化するイオン濃度分
布に基づく屈折率分布を形成し、イオン交換処理を終え
たファイバーを所定長に切断し、両端面を研磨すること
によってＧＩレンズを得る方法が知られている。
上記のようなイオン交換処理で得られるガラスロンド中
の屈折率分布は、滑らかな曲線状となっていないため、
レンズの光学性能を向上させる目的で、イオン交換処理
後に別途熱処理を行ない、ガラス中で若干のイオン移動
を与えて屈折率分布を滑らかな曲線に修正することが行
なわれている。
の屈折率分布は、滑らかな曲線状となっていないため、
レンズの光学性能を向上させる目的で、イオン交換処理
後に別途熱処理を行ない、ガラス中で若干のイオン移動
を与えて屈折率分布を滑らかな曲線に修正することが行
なわれている。
上記後加熱処理の加熱媒体としては、一般に空気やシリ
カサンドのような粒子が用いられている。
カサンドのような粒子が用いられている。
しかしながら、加熱媒体として空気等の気体を用いた場
合、熱対流が激しく、特に加熱炉の上下方向で著しい温
度差を生じ易く、このため長尺のレンズ母材ガラスファ
イバーを炉内に垂直保持した場合、熱拡散速度の差のた
め場所によって屈折率分布形状に大きなバラツキを生じ
、このため得られるレンズの光学性能がばらつくという
問題がある。
合、熱対流が激しく、特に加熱炉の上下方向で著しい温
度差を生じ易く、このため長尺のレンズ母材ガラスファ
イバーを炉内に垂直保持した場合、熱拡散速度の差のた
め場所によって屈折率分布形状に大きなバラツキを生じ
、このため得られるレンズの光学性能がばらつくという
問題がある。
このように光学性能にばらつきのあるレンズを多数集積
してレンズアレイを構成した場合、アレイの光学特性は
悪いものになる。
してレンズアレイを構成した場合、アレイの光学特性は
悪いものになる。
また、シリカサシトのような固体粒子を用いた場合、加
熱処理は一般にガラスの軟化点に近い高温で行なうため
、ガラスが変形し、砂跡が残るという重大な問題がある
。
熱処理は一般にガラスの軟化点に近い高温で行なうため
、ガラスが変形し、砂跡が残るという重大な問題がある
。
また固体粒子では、攪拌機構を設置し難いため、良好な
温度均一性が得られないといった問題もある。
温度均一性が得られないといった問題もある。
イオン交換処理後の加熱処理を、イオン交換で用いた溶
融塩よりも拡散速度の遅い溶融塩中で行なう。
融塩よりも拡散速度の遅い溶融塩中で行なう。
ＣＩレンズの製造におけるイオン交換処理用溶融塩とし
てはＮａＮＯ３が最も一般的であり、Ｎ ａ Ｎ Ｏ。
てはＮａＮＯ３が最も一般的であり、Ｎ ａ Ｎ Ｏ。
をイオン交換処理に用いた場合、本発明の後加熱処理用
溶融塩としては、にＮｏ、 、 ＲｈＮ０． 、 Ｃｓ
Ｎ０． 。
溶融塩としては、にＮｏ、 、 ＲｈＮ０． 、 Ｃｓ
Ｎ０． 。
Ｃａ（ＮＯｚ）ｚ 、 ５ｒ（ＮＯｘ）ｚ 、 Ｂａ（
ＮＯｘ）ｚのうちの一種、又は二種以上を混合した溶融
塩が好適である。
ＮＯｘ）ｚのうちの一種、又は二種以上を混合した溶融
塩が好適である。
第１表に、上記溶融塩の各特性を示す。
第１表
＊ ２０°Ｃ前後における値
本発明の後加熱処理は、イオン交換処理で得らレタカラ
ス中のイオン濃度分布を修正するために行なうものであ
り、したがってイオン交換処理温度よりも高い温度で行
なうことが必要である。
ス中のイオン濃度分布を修正するために行なうものであ
り、したがってイオン交換処理温度よりも高い温度で行
なうことが必要である。
処理温度を高くするということは、ガラスの変形にとっ
ては不利な方向であり、ＮａＮ０．中でのイオン交換処
理を終えた後の加熱処理は、ＮａＮ０．よりもより比重
の重い、つまり被処理ガラス体の自重負荷を軽減させる
浮力の大きい溶融塩、例えばＲｂＮＯ３、ＣｓＮＯ３、
５ｒ（ＮＯ３）ｚ ＋ Ｂａ（ＮＯ：＋）ｚを用いるの
がより有利である。ただし、他の溶融塩でも、空気中で
加熱処理を加える方法に比較すれば圧倒的に有利である
。
ては不利な方向であり、ＮａＮ０．中でのイオン交換処
理を終えた後の加熱処理は、ＮａＮ０．よりもより比重
の重い、つまり被処理ガラス体の自重負荷を軽減させる
浮力の大きい溶融塩、例えばＲｂＮＯ３、ＣｓＮＯ３、
５ｒ（ＮＯ３）ｚ ＋ Ｂａ（ＮＯ：＋）ｚを用いるの
がより有利である。ただし、他の溶融塩でも、空気中で
加熱処理を加える方法に比較すれば圧倒的に有利である
。
本発明方法によれば、溶融塩中で後加熱処理を行なうた
め、レンズ母材ガラスファイバーの長さ方向における温
度分布の均一性が非常に良好であり、このため得られる
レンズの光学性能が母材ファイバー中の位置によらず常
に一定している。
め、レンズ母材ガラスファイバーの長さ方向における温
度分布の均一性が非常に良好であり、このため得られる
レンズの光学性能が母材ファイバー中の位置によらず常
に一定している。
また、溶融塩は母材ガラスファイバーに与える浮力が大
きいため、ガラスの重力方向への伸び変形を防止する効
果がある。
きいため、ガラスの重力方向への伸び変形を防止する効
果がある。
以下本発明を、具体的実施例について詳細に説明する。
〈実施例１〉
５ｉＯｚ ５５ モ）Ｌｔ％（以下モル％表示）、Ｍｇ
０１２％、Ｂａ０２％、ＰｂＯ６％、 Ｔｉ１ｔ ５％
、ＬｉｚＯ１２％、ＮａｚＯ８％の組成から成るガラス
を、直径０．９ａｍ、長さ３００Ｍのファイバーに成形
して、４５０°ＣのＮａＮＯｓ溶融塩中に浸漬し、５４
時間のイオン交換処理を行なった後、切断研磨してＣＩ
レンズを作製した。得られたレンズの最大入射角は１４
．０度、レンズの有効視野半径は９５％であった。
０１２％、Ｂａ０２％、ＰｂＯ６％、 Ｔｉ１ｔ ５％
、ＬｉｚＯ１２％、ＮａｚＯ８％の組成から成るガラス
を、直径０．９ａｍ、長さ３００Ｍのファイバーに成形
して、４５０°ＣのＮａＮＯｓ溶融塩中に浸漬し、５４
時間のイオン交換処理を行なった後、切断研磨してＣＩ
レンズを作製した。得られたレンズの最大入射角は１４
．０度、レンズの有効視野半径は９５％であった。
なお「有効視野半径」とは、レンズの形状半径を１００
％として、良好な画像の得られる範囲の半径の比率を表
わした数値である。
％として、良好な画像の得られる範囲の半径の比率を表
わした数値である。
次いで上記レンズ母材ファイバーを、４８０℃に保持し
たＫＮＯｚ １００％、ＣｓＮ０：＋ １００％、５
０％Ｃａ（ＮＯ＋）ｚ ５０％ＫＮＯ３，５０％ｌ１
ａ（ＮＯ＋）ｚ ５０％ＫＮＯ３の４種類の溶融塩中
にそれぞれ浸漬して、３０分間の加熱処理を行なった。
たＫＮＯｚ １００％、ＣｓＮ０：＋ １００％、５
０％Ｃａ（ＮＯ＋）ｚ ５０％ＫＮＯ３，５０％ｌ１
ａ（ＮＯ＋）ｚ ５０％ＫＮＯ３の４種類の溶融塩中
にそれぞれ浸漬して、３０分間の加熱処理を行なった。
また比較例として、同一のレンズ母材ファイバーを４８
０°Ｃの空気中で加熱処理した。
０°Ｃの空気中で加熱処理した。
この加熱処理後のレンズの最大入射角と有効視野半径を
測定したところ、溶融塩で加熱処理したものはいずれも
、ファイバーの長さ方向の位置によらず、レンズの最大
入射角が１４．０度、有効視野半径は９５％で一定であ
り、イオン交換処理後のこれら数値と比較して性能の劣
化は全く見られなかった。
測定したところ、溶融塩で加熱処理したものはいずれも
、ファイバーの長さ方向の位置によらず、レンズの最大
入射角が１４．０度、有効視野半径は９５％で一定であ
り、イオン交換処理後のこれら数値と比較して性能の劣
化は全く見られなかった。
これに対して、空気中で加熱処理したファイバーから得
られたレンズは、母材ファイバーの上部から切り出した
レンズについて、最大入射角が０．１度低下していると
ともに、有効視野半径が１５％低下していた。
られたレンズは、母材ファイバーの上部から切り出した
レンズについて、最大入射角が０．１度低下していると
ともに、有効視野半径が１５％低下していた。
上記のように、本発明による加熱処理の有無によって、
レンズの最大入射角と有効視野半径は数値的には変化が
ないが、収差（画像のわん曲）の点から見れば明らかに
加熱処理を加えた方が改善されている。この収差改善効
果を見るために、前記各種溶融塩中で加熱処理を施した
レンズ母材ガラスファイバーと、比較例のファイバーに
ついて、それぞれレンズを切り出し、２列にア、レイ化
してそのＭＴ Ｆ （Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎ
ｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ）光学性能を測定した。
レンズの最大入射角と有効視野半径は数値的には変化が
ないが、収差（画像のわん曲）の点から見れば明らかに
加熱処理を加えた方が改善されている。この収差改善効
果を見るために、前記各種溶融塩中で加熱処理を施した
レンズ母材ガラスファイバーと、比較例のファイバーに
ついて、それぞれレンズを切り出し、２列にア、レイ化
してそのＭＴ Ｆ （Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎ
ｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ）光学性能を測定した。
このＭＴＦは、矩形波格子パターンの像をＣＯＤイメー
ジセンサで受光し、その光量レベルからレンズアレイの
レスポンス関数ＭＴＦを次式にて算出したものである。
ジセンサで受光し、その光量レベルからレンズアレイの
レスポンス関数ＭＴＦを次式にて算出したものである。
ここで、ｉ（Ｗ）ｍａｘ 、 ｉ（Ｗ）ｗｉｎは空間周
波数Ｗ（ｊ２ｐ／ｍｕ）における矩形波応答の極大値、
極小値である。
波数Ｗ（ｊ２ｐ／ｍｕ）における矩形波応答の極大値、
極小値である。
すなわち、ＭＴＦが１００％に近い程原画に忠実な像が
形成されていることになる。
形成されていることになる。
測定は、光源波長５５５ｒ＋＋ｗ、テストチャート周波
数６Ｊｐ／ｍｍの条件で行なった。
数６Ｊｐ／ｍｍの条件で行なった。
測定の結果、イオン交換処理のみの場合ＭＴＦ値が５６
％であったのに対して、前述の各種溶融塩中で後加熱処
理した母材ファイバーから製作したレンズアレイは、第
２表に示すようにいずれも高いＭＴＦ値を示した。
％であったのに対して、前述の各種溶融塩中で後加熱処
理した母材ファイバーから製作したレンズアレイは、第
２表に示すようにいずれも高いＭＴＦ値を示した。
これに対し、イオン交換処理後に、空気中で後加熱処理
を行なった比較例の母材ファイバーから製作したレンズ
アレイは、第３表に示すようにレンズを切り出したファ
イバー上の位置によってＭＴＦ値に著しい差があった。
を行なった比較例の母材ファイバーから製作したレンズ
アレイは、第３表に示すようにレンズを切り出したファ
イバー上の位置によってＭＴＦ値に著しい差があった。
第 ３ 表 （比較例）
以上の結果から、空気中での後加熱処理では、一定した
性能のレンズあるいはレンズアレイを大量生産すること
は非常に困難であるのに対し、溶融塩中で加熱処理する
ことで、バラツキの非常に少ない高性能のレンズあるい
はレンズアレイを製作できることが解る。
性能のレンズあるいはレンズアレイを大量生産すること
は非常に困難であるのに対し、溶融塩中で加熱処理する
ことで、バラツキの非常に少ない高性能のレンズあるい
はレンズアレイを製作できることが解る。
な・お、溶融塩中で加熱処理を行なった場合、ガラスと
溶融塩界面（レンズ周面）において更にイオン交換が進
み、レンズ外周部での分布が（ずれるのではないかとの
懸念もあったが、前述の結果のようにこのような悪影響
はほとんど生じていない。
溶融塩界面（レンズ周面）において更にイオン交換が進
み、レンズ外周部での分布が（ずれるのではないかとの
懸念もあったが、前述の結果のようにこのような悪影響
はほとんど生じていない。
この理由としては次のように考えられる。
（１） Ｋ、 Ｒｈ、 Ｃｓ （−価陽イオン）の
硝酸塩を後加熱処理に用いた場合は、イオン交換に用い
られるＮａＮ０＋中のＮａ”イオンに比べて、よりイオ
ン半径の大きいＫ” 、 Ｒｂ” 、 Ｃｓ”イオンは
ガラス中への拡散速度が遅いため、数十分間程度の加熱
処理では、容易にガラス中へ拡散しない。
硝酸塩を後加熱処理に用いた場合は、イオン交換に用い
られるＮａＮ０＋中のＮａ”イオンに比べて、よりイオ
ン半径の大きいＫ” 、 Ｒｂ” 、 Ｃｓ”イオンは
ガラス中への拡散速度が遅いため、数十分間程度の加熱
処理では、容易にガラス中へ拡散しない。
つまりレンズ周辺部でのイオン交換速度は、後加熱処理
にさほど影響を与えない。
にさほど影響を与えない。
（２） Ｃａ ＋ Ｓｒ ＋ Ｂａ（二価陽イオン）
の硝酸塩を後加熱処理に用いた場合は、−価イオンに比
べて二価であるということから電場強度が強くなり、極
端に拡散速度が遅いため、（１）と同じ理由により加熱
処理にさほど影響を与えない。
の硝酸塩を後加熱処理に用いた場合は、−価イオンに比
べて二価であるということから電場強度が強くなり、極
端に拡散速度が遅いため、（１）と同じ理由により加熱
処理にさほど影響を与えない。
〈実施例２〉
実施例１で用いたものと同じＬｉ系ガラスについて、後
加熱処理に存効な溶融塩組成の範囲及び処理条件の範囲
について調べた。
加熱処理に存効な溶融塩組成の範囲及び処理条件の範囲
について調べた。
その結果、
（ｉ ） ＸＣ３ＮＯ３ｙＫＮＯ３（ｘ＝Ｏ〜１００
χ、ｙ ＝ １００χ〜０χ）（ｉｉ） ｘＣａ（Ｎ
Ｏｘ）ｚ ｙＫＮ（ｈ（ｘ＝３０〜７０χ、ｙ−７０
χ〜３ｏｚ）（ｉｉｉ） ｘＢａ（ＮＯｚ）ｚ ｙ
ＫＮＯｚ（ｘ−３０〜７０χ、ｙ＝７０Ｘ〜３０χ）の
各溶融塩組成で、処理温度はイオン交換処理温度よりも
２０〜５０°Ｃ高い温度（４７０〜５００°Ｃ）、処理
時間は望ましくは１０〜３０分間最大でも１時間以内の
各範囲が特に良好な結果が得られることが解った。
χ、ｙ ＝ １００χ〜０χ）（ｉｉ） ｘＣａ（Ｎ
Ｏｘ）ｚ ｙＫＮ（ｈ（ｘ＝３０〜７０χ、ｙ−７０
χ〜３ｏｚ）（ｉｉｉ） ｘＢａ（ＮＯｚ）ｚ ｙ
ＫＮＯｚ（ｘ−３０〜７０χ、ｙ＝７０Ｘ〜３０χ）の
各溶融塩組成で、処理温度はイオン交換処理温度よりも
２０〜５０°Ｃ高い温度（４７０〜５００°Ｃ）、処理
時間は望ましくは１０〜３０分間最大でも１時間以内の
各範囲が特に良好な結果が得られることが解った。
本発明によれば、イオン交換処理によってレンズ母材ガ
ラス体中に形成された屈折率分布、特に中心部の分布を
熱拡散あるいは熱歪み除去により滑らかに修正できると
ともに、この分布修正加熱処理に際して、媒体が溶融塩
であるため、気体・固体に比べ熱均−性が良く、しかも
５００°Ｃ近い高温度においても安定した加熱を行なう
ことができ、この結果レンズ母材ガラスファイバー中の
場所間あるいはファイバー間でバラツキのない安定した
高品質の屈折率分布型レンズを得ることができる。さら
に、溶融塩は比重が大きく、したがって浸漬処理される
ガラス材の自重負荷が浮力によって大きく軽減され、ガ
ラス材に伸び変形を生じ難いという利点がある。
ラス体中に形成された屈折率分布、特に中心部の分布を
熱拡散あるいは熱歪み除去により滑らかに修正できると
ともに、この分布修正加熱処理に際して、媒体が溶融塩
であるため、気体・固体に比べ熱均−性が良く、しかも
５００°Ｃ近い高温度においても安定した加熱を行なう
ことができ、この結果レンズ母材ガラスファイバー中の
場所間あるいはファイバー間でバラツキのない安定した
高品質の屈折率分布型レンズを得ることができる。さら
に、溶融塩は比重が大きく、したがって浸漬処理される
ガラス材の自重負荷が浮力によって大きく軽減され、ガ
ラス材に伸び変形を生じ難いという利点がある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ガラス体を溶融塩中に浸漬して、ガラス体中のイオンと
溶融塩中のイオンとの交換により、ガラス体中に中心か
ら周辺に向けて変化する屈折率分布を形成する屈折率分
布ガラス体の製造方法において、 前記イオン交換処理の後に、前記溶融塩よりも拡散速度
の遅い溶融塩中にガラス体を浸漬し加熱することにより
、屈折率分布の修正を行なうことを特徴とする屈折率分
布ガラス体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63189095A JPH0238334A (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 屈折率分布ガラス体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63189095A JPH0238334A (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 屈折率分布ガラス体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0238334A true JPH0238334A (ja) | 1990-02-07 |
Family
ID=16235258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63189095A Pending JPH0238334A (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 屈折率分布ガラス体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0238334A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002303170A (ja) * | 2001-04-02 | 2002-10-18 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ジェット推進型滑走艇 |
-
1988
- 1988-07-28 JP JP63189095A patent/JPH0238334A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002303170A (ja) * | 2001-04-02 | 2002-10-18 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ジェット推進型滑走艇 |
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