JPH04154628A - 屈折率分布型光学素子の製造方法 - Google Patents

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。

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係り、特
に光学レンズなどの製造に適用されるゾル・ゲル法によ
る屈折率分布型光学素子の製造方法に関する。

［従来の技術］ 一般に、屈折率分布を有する屈折率分布型光学素子の製
造方法として、ゾル・ゲル法が用いられている。

従来、上記ゾル・ゲル法により、屈折率分布を付与する
方法として、例えばＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｎ−Ｃ
ｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　５ｏｌｉｄｓ、　Ｖｏｌ、　８
５　（１９８６１、ｐｐ、　２４４−２４６゜Ｐｒｅｐ
ａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｒａｄｉｅｎｔ−Ｉｎｄｅｘ
　Ｇｌａｓｓ　Ｒｏｄｓ　ｂｙｔｈｅ　５ｏｌ−Ｇｅｌ
　Ｐｒｏｃｅｓｓ”に記載される方法が知られている。

この方法は、少なくとも一種の屈折率分布を付与するた
めの金属成分を含有するシリカゾルを調整し、ゲル化さ
せた後に、このウェットゲルを上記金属成分を溶解・拡
散しつる水溶液などの溶液に浸漬し、屈折率分布を付与
する金属成分を溶出後、ゲル中の溶媒を交換して、ゲル
内の細孔に金属塩の微結晶を沈殿させて分布を固定し、
乾燥・焼成するという方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来までの方法により、屈折率分布付与を行い、得られ
たガラス体の屈折率分布を測定すると、第５図に示すよ
うに、ガラス体中心部で屈折率が高（、外周部で低い、
屈折率差△ｎとなるものが得られる。しかし、得られた
ガラス体の外周部での屈折率分布に乱れが生じているた
めに、得られたガラス体の全てを使用することはできな
かった。従来法では、この外周部の乱れを取り除くため
に、ガラス体を得た後に外周部のみを削り取らなければ
ならず、工数が増え、更に有効径が小さくなってしまっ
た。

ゾル・ゲル法によると、一般に大口径のガラス体を得る
ことは困難であるため、ガラス体を小さく加工すること
は好ましくなく、また、加工する場合は、非常に高い加
工精度が要求されるという問題点があった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、屈折率分布に乱れが無く、より大きな有効径の屈折率
分布型光学素子を得ることができ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。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の屈折率分布型光学
素子の製造方法は、少なくとも１種類の屈折率分布を付
与するための金属成分を含んだゾルを調整する工程と、
前記ゾルをゲル化させた後、分布付与を行う金属成分の
滴出を行い、ウェットゲル中の溶媒を置換して、ゲルの
細孔内に金属塩の微焼結を沈殿させる工程と、前記ゲル
の周囲を一層以上の緩衝層で覆い、ゲルの表面を気相に
直接曝すこと無しに乾燥する工程を有している。その後
、緩衝層を取り除（か、またはそのまま焼結してガラス
化することにより、最終的な屈折率分布型光学素子を製
造することができる゛・［作用］ 本発明の発明者は、第５図に示したガラス体の外周部の
屈折率分布の乱れは、金属成分の微結晶をゲルの細孔内
に沈殿させた後のゲルの乾燥工程において生じ、この分
布の乱れは、以下に述べる機構により発生していること
を見いだした。

ゲルの細孔内に金属塩の微結晶を沈殿させた、濃度分布
付与直後のゲルは、溶媒で満たされている。このときの
金属成分の濃度分布は、第６図に示すようなもので、分
布の乱れは見られない。しかし、続いて行われる乾燥工
程において、ゲル中の溶媒は気相と接触しているゲルの
外周部から蒸発して、ゲルは乾燥してゆく。したがって
、ゲルの中心部に存在している溶媒は、外周部に存在し
ていた溶媒が蒸発することにより発生する毛管力などに
より、徐々にゲルの外周部に移動して蒸発してゆく。こ
のときに、ゲルの外周部で溶媒は蒸発するが、溶媒に溶
解して外周部に移動してきた金属成分はゲルに取り残さ
れるため、金属成分の結晶が析出するものである。

すなわち、ゲル中に存在している溶媒は、金属成分の微
結晶を生じさせるものであるため、金属成分の溶解度は
低いが極わずかには溶解し、また、ゲル内でのシラノー
ルの重縮合反応が進行しているため、水が生成するので
、ゲル中の液体はわずかに金属成分の溶解度を持つ。し
たがって、ゲル内の液体が蒸発していくときに、ゲル内
の液体にわずかに溶解して、ゲルの中心部に存在してい
た金属成分が、金属塩としてゲルの外周部に取り残され
るために、最終的に得られたガラス体には外周部に屈折
率分布の乱れが生じてしまうのである。

そこで、本発明は、第１図（ａｌ及び（ｂ）に示すよう
に、ウェットゲル１の表面を気相に直接接触させないよ
うに、緩衝層２を１層以上設けて乾燥することとした。

これにより、ウェットゲル１中の液体は緩衝層２を通し
て蒸発していく。つまり、気相はゲルには直接接触せず
、緩衝層２に接触しているので、ウェットゲル１中の液
体は緩衝層２で蒸発するため、第２図に示すように、分
布の乱れている部分は緩衝層２の内部のみとなって、ウ
ェットゲル１中の分布にはみられなくなる。

［実施例］ （第１実施例） ７　ｍＱのＳｉ　（ＯＣＨ＝ｌ　４と７　ｍｇのＳｌ　
（ＯＣＪｓｌ　４に、ＨＣ９，を含む濃度が１　ｍｏρ
／Ｉ２のほう酸水溶液１５ｎ＋１２と０．２５ｍｏｇ、
／Ｊ２の酢酸［６０ｍ＃。

０．５ｍｏｆｆ／　１２の硝酸鉛１０ｍβを加えて加水
分解してゾルを調製し、内径２０ｍｍの円筒ガラス容器
内でゲル化させて、ウェットゲルを作成した。

このゲルの一部を濃度が５ｍｏβ　２の硝酸カリラム水
溶液に浸漬した後、アセトンに浸漬して微結晶を沈殿さ
せて濃度分布を付与したウェットゲルを得た。このゲル
を円筒型容器の中に置き、周囲にゼラチンを流し込んで
冷却してゼラチンを固化させた。この後に、電気炉で乾
燥して焼結し、ガラス化したところ、緩衝層のゼラチン
は燃焼して消失し、直径的７ｍｍのガラスロッドが得ら
れた。

このガラスロッドを軸に直角に切断して径方向の屈折率
分布を測定したところ、第３図に示すように、屈折率分
布に乱れは見られなかった。

（第２実施例） 第１実施例と同様にしてゾルを調製し、４０闘×４０ｍ
ｍＸ　３０ｍｍの直方体のガラス容器内でウェットゲル
を作成し、第１実施例と同様にして屈折率分布を付与し
たウェットゲルを得た。このゲルの表面を多孔質ガラス
で覆い、電気炉中で乾燥した後、多孔質ガラスを取り外
して焼結し、ガラス化したところ、厚さが約１０ｍｍの
ガラス板が得られた。

このガラス板の厚み方向に屈折率分布を測定したところ
、第４図に示すような屈折率分布が得られ、外周部には
屈折率の乱れはみもれなかった。

（第３実施例） 第１実施例と同様にして濃度分布を付与したウェットゲ
ルを得た。このゲルをゲルの径とほぼ等しい孔を開けた
寒天に入れて、電気炉中で乾燥した後、焼結し、ガラス
化したところ、第１実施例と同様のガラス体が得られた
。

（第４実施例） 第１実施例と同様にして濃度分布を付与したウェットゲ
ルを得た。このゲルをゲルの径よりやや小さい孔を開け
たスポンジに入れた後に、円筒型容器の中に置き、１ｍ
ｏ　１２のＳｉ　（ＯＣｔＨｓｌ　４と４ｍｏ　Ｉ２の
アルコール、塩酸を含む水４ＩＴｌＯＩ２からなる溶液
を加水分解したゾルを流し込んでゲル化させた。その後
に、電気炉中で乾燥し、緩衝層として設けたスポンジと
ゲルを取り除いて、焼結し、ガラス化したところ、第１
実施例と同様のガラス体が得られた。

なお、上ｇｄ実施例において、乾燥時にゲルの周囲に設
ける緩衝層はゼラチン、多孔質ガラス、寒天、スポンジ
、ゲルを用いたが、本発明はかかる実施例に限定される
ものではなく、高分子ゲル。

海綿、不織布など、ゲル中の液体を透過することのでき
るものであればどのようなものでもよい。

［発明の効果１ 以上のように、本発明の製造方法を用いて、屈折率分布
型光学素子を製造することにより、外周部の加工をする
ことなしに、容易にガラス体の外周部まで屈折率分布の
乱れのない有効径の大きな屈折率分布型光学素子を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ及び（ｂｌはそれぞれ本発明の製造方法に
おける乾燥工程を示す斜視図及び平面図、第２図は本発
明の製造方法による乾燥後のゲル中における金属成分の
濃度分布を示すグラフ、第３図及び第４図はそれぞれ本
発明の製造方法の第１実施例及び第２実施例で得られた
ガラス体の屈折率分布を示すグラフ、第５図は従来法に
よるガラス体の屈折率分布を示すグラフ、第６図は乾燥
工程前のゲル中における金属成分の濃度分布を示すグラ
フである。 ・・・ウェットゲル ・・・緩衝層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ゾル・ゲル法による屈折率分布型光学素子の製造
   方法において、屈折率分布を付与する成分の濃度勾配を
   持ったウェットゲルの周囲に、ウェットゲルに含まれて
   いる液体が透過することのできる一層以上の緩衝層を設
   けて乾燥を行うことを特徴とする屈折率分布型光学素子
   の製造方法。