JPS58120539A - 屈折率勾配型レンズの製造方法 - Google Patents

屈折率勾配型レンズの製造方法

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JPS58120539A
JPS58120539A JP286582A JP286582A JPS58120539A JP S58120539 A JPS58120539 A JP S58120539A JP 286582 A JP286582 A JP 286582A JP 286582 A JP286582 A JP 286582A JP S58120539 A JPS58120539 A JP S58120539A
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JP
Japan
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glass
alkali metal
refractive index
metal ions
rod
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JP286582A
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English (en)
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Hisao Hatta
八田 比佐雄
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Ohara Inc
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Ohara Inc
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 ロッド状ガラスを高温の塩浴中で処理しカラス中の陽イ
オンを屈折率効果の異゛逐′る別の陽イオンと交換し、
周面から中心に向うほぼ放物線状の屈折率勾配をもつロ
ッド状ガラスを作る方法は公知である。
仁のロッド状ガラスは、ロッド状のiま、またはワット
軸に直角方向に裁断してディスク状とし、もしくは延伸
してファイバー状にするなどして、複写機用レンズ、内
視鏡用レンズ、光情報伝達用各種器機などに用いられる
近来これらのガラスの局面と中心の屈折率の差Δ寡の大
きなものが望まれるようになり、そのため種々の方法が
提案されている。
上記提案の一つに、sio、 −Tl4o系ガラスをア
ルカリ金属溶融塩でイオン交換する方法がある。
しかし、この方法は極めて有毒なTム0が揮発しやすく
、製造工程に特別の配慮を要する不利がある。
また、Siへ−Bm On −Cts@α系、SiQ−
PbO−ZrO,−AL、 O,−BiO−BiO系、
SiQ−MgO−Liよ0− Nag O系のものも提
案されているが、これらのガラ2スはIn値が小さく 
+ 0.032〜−0.014以内であシ、イオン交換
速度も小さく、たとえば、直径4■のロッドの処理に通
常100時間以上を要する不利がある。
なお、多葉のAムαを含有させたSiO,−A74へ−
Latin −LitO−NatO−PbO系ガラスも
提案されているが、上記と同様ノル値を大きくできない
不利がある。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、比較的
短い処理時間で極めて大きな正又は負の屈折率勾配すな
わちIn値をもつロッド状ガラスを得る方法を提供すに
ある。
本発明者は、上記目的を達成するため試験研究を重ねて
いたととろ、Siへ−R,O系ガラス(但し、R,Oは
LttOlNag OおよびKtOの1種または2種以
上からなる。)に、Tie、、Gd、O,、LJLtO
sおよびY、 O,から選ばれた特定範囲量の成分を含
有させて前述のイオン交換処理をすると、極めて大きな
In値のものを比較的短時間の処理で得られるという意
外な知見を得、この知見にもとづき本発明を完成した。
本発明方法の特徴は、特許請求の範囲に記載のとおりで
あるが、その新規な点は、In値の向上のために、上記
Siα−R,O系の材料中に、重jlチで0〜30Is
のTiG、Gd、α、Lagαおよびθ〜22−のy、
 o、を上記4成分の合計で必須的に5〜42−含有さ
せ、もしTiGが51未満であるときは、G4αを5−
以上又はLawαとY、0.を合計量でi。
チリ上含有させたものを用いてアルカリ金属のイオン交
換を行うところにある0 以上のとおシ、本発明は、In値を問題とせず単にガラ
ス表面層のみをイオン交換して歪を発生させるガラス強
化法とは無縁であり、本発明の目的と効果は屈折率勾配
を有するロッド状ガラスのIn値の向上にあることに留
意すべきである。
本発明において、原ガラス材中のアルカリ金属イオン源
となる上記R,0成分の屈折率効果が溶融塩中のそれよ
り大であれば、得られたロッド状ガラスの屈折率は表面
から中心への大きな上昇勾配すなわち+ΔIn値示し、
アルカリ金属成分を逆転させれば、反対に−ΔIn値示
すことは当然である。
本発明の実施に用いる原ガラス材中に選択して必須的に
含有させるTiG、Gd、α、LILIα及びY、0、
の各成分は、いずれも無害成分であシ、シかも、イオン
交換処理速度を減ぜずに、Δ算の絶対値を著しく向上さ
せる効果がある0この効果の大きさの序列は一般にTi
へ> Gd、α> (LjLtOa、Y、O,)である
ことが発明者の実験によシ確認されている。。
上記4種の成分は、ガラスの安定性に与える影響等を考
慮して、その全体量ないし各成分ごとの使用量に差を設
ける要がある。
すなわち、上記4mの成分の1種又は2種以上の合計量
は、高い所望のIn値を得るために5重量%以上を費す
る。しかし、失透防止のため社重量%以内にとどめる0 上記各成分の各使用量は、ガラスの失透防止のため、T
iG、Gd、αまたはLag Osでは刃重量−1Y、
αでは四重量%以内とする。
TiGか5重量−未満のときは、所望のIn値を得るた
めに、Gdm0−が5重量%以上か又はLat Oa及
びη0.のいずれか1種又は2種の合計量が10重量−
以上であることを要する。
前記4種から選択された成分を含有する上記Siヘール
O系基礎ガラスの組成は、ガラスの溶融性、耐失透性お
よび所望のIn値等を得るため、Siへが30〜700
〜70重量%成分、すなわち、LhOlNag O>よ
びに、O成分の1種または2種以上の合計が5〜35重
量%であることが望ましい。゛これらの成分を含有する
ガラスにガラスの溶融性、清澄均質性、耐失透性、In
値、イオン交換速度および光学恒数等の改善のため、つ
ぎの各成分をそれぞれ一定の限度内で任意に添加できる
。たとえば、B、α20重量−1Aムα15重量−1Z
rOm 15重蓋チ、Tagα20重量−1Nb、0.
17重量−1Wα10重量%、Rb、 0およびC8□
Oの1種または2檜を合計で6重量−1Mg0SCaO
1sro、 BaQ、ZnOおよびPbOの11mまた
は2種以上°を合計で稔重量%、P、α、Geへ、Sn
へおよびBtu’sの1糧または2種以上を合計で3重
量%、Astαおよび8btOmを1allまたは2種
の合計で1重量−程度まで添加するなどである。上記各
金属酸化物の金属の弗化物を弗素(ド)の合計量で2重
量−程度添加することもできる。。
本発明の方法において、イオン交換逃理に用いる。F記
アルカリ金属イオンの一種以上を含む溶融塩は、硝酸塩
、硫酸塩および塩化物轡の一種を九は二釉以上の混合物
の形で用いることができる。
この溶融塩に、イオン交換特性を変えるため、必要に応
じ適宜量のMg、Ca、Sr、Ba、Znおよびpb等
の二価金属イオンまたは他の各種多価金属イオ/を添加
して用いてもよい。
つぎに、本発明の屈折率勾配型レンズの製造方法を実施
例について説明する。
実施例1 重i*で、Sin、 55.0 %、Tiへ20.01
!、t、tw。
15.0チ、Na、03.5−1B、O12,0チおよ
びAムα1.5%からなる酸化物ガラス組成が得られる
よう、勢の光学ガラス原料を秤量混合し、これを約13
oO℃の電気炉中で白金坩堝等を用いて浴融し、均質な
ガラスにした後、金型に鋳込み、徐冷した0徐冷後のガ
ラスから切断・研磨加工により直径4.0−の円形ロッ
ドを作シ、これを、重量−で、NaNα9596および
LiNα5チからなシ、このガラスの屈伏点よシ10℃
高い温度(530℃)に加熱した溶融塩にス時間浸漬し
、ガラス中の屈折率効果の高いLiイオンを溶融塩中の
よシ低い屈折率効果を与えるNaイオンと交換させた。
その後、このロッドから端面研磨して得た厚さ7箇のデ
ィスクは、比較的短時間の浸漬処理であるにも拘わらず
、大きな凸レンズ効果がみられた。さらに、このディス
クを厚さ0.1−に端面研磨し、干渉顕微鏡を用いて、
ディスクの外周部と中心の間のΔルを求めたところ、4
−0.052の大きな値を得ることができた。
実施例2 重量−テ、Sin、 55.0 %、 Tie、 5.
0 %、Gd、 0s20.0 %、早、013.O’
llt、NiO2,0%およびAムα5.0憾の組成を
有する直径8.0■のガラスロッド試料を天雄側1と同
様にして作成した後、これを重MチでNaN0.90チ
およびKNへ10−の組成を有し、このガラスの屈伏点
と転移点の中間温度0ω℃)K加熱した溶融塩中にπ時
間浸漬処理した。
処理後のガラスは、実施例1と同様に1μツドから得ら
れたディスクに大きな凸レンズ効果がみられ、Δ路の測
定値は+0.043の大きな値を示した。
つぎに、+Δ算値、すなわち凸レンズ効果を与える本発
明の他の実施例について、上記実施例と同様にして得ら
れた結果を原ガラス組成、ロッド試料の直径、イオン交
換処理条件(温度、時間)およびΔ3値とともに表1に
示す。ただし、イオン交換処理は、いずれも各ガラスの
屈伏点附近の温度に加熱し九NaNα単味の溶融塩を用
いて行なつ九。
また、−Δ3値、すなわち、凹レンズ効果を与える本発
明の方法の実施例について、十Δ乳値を与える上記実施
例と同様にして得られた結果を表2に示す。ただし、イ
オン交換処理は、いずれも各ガラスの転移点附近の温度
に加熱した95重量−のしiNO,と5重量%のNaN
0.の混合、溶融塩を用い、ガラス中の低屈折性のNa
イオンを溶融塩中の高屈折性を与えるLiイオンで交換
することにより行なつ九〇 上記のとおシ、本発明の方法によれば、比較的短時間の
塩浴処理で、ノ% > + 0.035またはΔ蕗< 
−0,014で、Δ柊の絶対値が大きく、シかも大口径
の屈折率勾配型レンズを容易に得ることができる。
本発明の方法は、上記の実施例に限定されることなく、
本発明の技術思想の範囲内で種々の改変を行なうことが
できる。たとえば、ガラスロッドの断面は、円形に限ら
ず、必要に応じ、楕円形、四角形i九はその他の多角形
であってもさしつかえない。また、イオン交換工程後、
ガラス試料に過大な歪を生じている場合は、除歪工程を
附加することもできる。
上述したとお)、本発明の屈折率勾配型レンズの製造方
法によると、°前記めとおシの特定組成範囲にある( 
Tiα+Gd、α+Lagα+ ytα)成分を台本す
るsio、 −R,0系ガラスのロッドをイオン交換処
理するものであるから、良好なイオン交換処理速度を維
持しつつ、正負いずれの場合もノ絡の絶対値の大きなロ
ッド、レンズを得ることができる。
これらのレンズは、ロッド、ディスクおよびファイバー
等の形状で使用し、Δ3値が正のレンズの場合は、一段
と開口数が大きく短焦点性であシ、またΔル値が負のレ
ンズの場合は、一層優れ九色収差補正効果等を発揮する
ので、有用である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 重i1.s−c、−t−レソtLO〜30*OTiOm
    、Gd、0.、Law Osと0〜22−のモヘとR1
    0(但し、R,OはbLo、Nag Oおよびに、Oの
    1種または2種以上からなる。)とを含有し、R10以
    外の上記成分の合計が5〜42−で、かつ、Tiへが5
    −未満の場合にはQd、αが5−以上又FiLawへと
    Lへの合計量が10チ以上であるS1α−R,0系ロツ
    ド状ガラスを、上記ガラスの屈伏点近傍から転移点まで
    の温度に加熱され、かつ、上記ガラス中のアルカリ金属
    イオンと異なるアルカリ金属イオンを含有する溶融塩と
    掃触させて、上記両アルカリ金属イオンのイオン交換に
    よシ、上記ガラスの半径方向にアルカリ金属イオンの濃
    度勾配を形成させる屈折率勾配型ロッド状ガラスの製造
    方法
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