JPS6311548A

JPS6311548A - 屈折率分布ガラスの製造方法

Info

Publication number: JPS6311548A
Application number: JP15690186A
Authority: JP
Inventors: Hisao Hatta; 八田　比佐雄
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 1986-07-02
Filing date: 1986-07-02
Publication date: 1988-01-19

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、収差の改善されたレンズや光導波路等に用い
る屈折率分布ガラスの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近来、高次の屈折率分布を有する単レンズを半導体レー
ザーのコリメーターレンズや光ディスクのピックアップ
対物レンズ等として用いる試みがなされており、たとえ
ば、特開昭８０−１４０３０１９号公報には、高次の球
面収差を補正する上で望ましい屈折率分布型レンズとし
て、ロッド縦断面における半径方向の屈折率分布がレン
ズの光軸付近で負の勾配、周辺部で正の勾配を有し、ロ
ッド縦断面における屈折率分布が全体としてＷ型の波形
を呈するもの（以下この種の屈折率分布をＷ型という）
が開示されている。

また、収差補正用のレンズとして、上記の屈折率分布と
は逆の分布を有するもの（以下Ｍ型という）も特公昭４
Ｂ−３７０９８号公報により知られている。

ところが、これら高次の屈折率分布を有するガラスを効
率的に製造する方法については未だ知られていない。

また同様に高次の屈折率分布を有するガラスとして、光
導波路用等のものが知られており、たとえば、特開昭８
０−２３７４０５号公報には、先導波路を得るため、ガ
ラスをこのガラスの屈折率増大に′８！ｇ−する陽イオ
ンを含む溶融塩に接触させて、上記イオンをガラス中に
拡散させた後、このガラスの屈折率減少に寄与する陽イ
オンを含む溶融塩に再１ｇ接触させる２段階のイオン交
換処理を行う方法が知られている。

しかし、このような方法による場合は、イオン交換の処
理工程が複雑であり、屈折率分布の制御が困難になり易
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、収差の改善されたレンズ等に用いる
Ｗ型またはＭ型等の高次の屈折率分布を有するガラスを
効率的に製造し得る方法を提供するところにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、上記目的を達成するため種々の試験研究を
重ねた結果、５ｉ０２−　Ｒ２０系ガラスを高温の塩浴
と接触させ、ガラス中の陽イオンを塩浴中の別種の陽イ
オンと交換して屈折率分布ガラスを製造するに際し、こ
れらの陽イオンの屈折率効果と拡散速度差を利用し、ガ
ラスの屈折率を増大させるイオン交換と減少させるイオ
ン交換とを同時に異なる反応速度で行わせることにより
、１回の処理で所望のＷ型またはＭ型等の高次の屈折率
分布を形成させ得ることをみいだし、本発明炎なすに至
った。

未発明にかかる屈折率分布ガラスの製造方法の特徴は、
特許請求の範囲に記載のとおり、ＳｉＯ□−Ｒ２０系ガ
ラスを高温の温浴と接触させ、ガラス中の陽イオンを屈
折率効果の異なる塩浴中の別種の陽イオンと交換して屈
折率分布ガラスを製造する方法において、あらかじめ上
記のガラス中または塩浴中に屈折率効果の大きい陽イオ
ンと屈折率効果の小さい陽イオンをそれぞれ１種以上含
有させるとともに他方の塩浴またはガラス中には、これ
らのイオンに対し中間の屈折率効果を有する陽イオンを
１種以上含有させるところにある。

本発明において、ガラス中に屈折率効果の大きい１種以
上の陽イオンと屈折率効果の小さい１種以上の陽イオン
をそれぞれ含有させた場合には、これらの中間の屈折率
効果をもつ１種以上の陽イオンを含有させた塩浴を用い
、またガラス中に中間の屈折率効果を有する１種以上の
陽イオンを含有させた場合には、ガラス中の陽イオンよ
り屈折率効果の大きい１種以上の陽イオンと屈折率効果
の小さい１種以上の陽イオンをそれぞれ含有させた塩浴
を用いることが必要である。この際。

これらの陽イオンのガラスに与える屈折率効果の序列は
、１価のイオンについては、一般に↑ヒ〉Ｌビ＞　Ｃｓ
”＞　Ｒｂ”＞　Ｎａ”＞　Ｋ”　Ｃ７）関係にあり、
またガラス中におけるこれらの陽イオンの拡散速度は、
一般にＬｉ”＞　Ｎａ”＞　Ｋ”　＞　Ｒｂ”＞　Ｔビ
＞　Ｃｓ”の関係にあるので、これらの特性を考慮して
、所望の屈折率分布を得るようガラス中および塩浴中に
上記所要の陽イオンを適宜含有させる。

たとえば、ガラスの形状をロッド状とし、あらかじめガ
ラス中に屈折率効果の大きいＬｉ＋と小さいＫ”を含有
させるとともに、他方の塩浴中には、これらの中間の屈
折率効果を有するＮａ＋を含有させた場合には、各陽イ
オンの拡散速度がＬｉ”＞Ｎａ”＞　Ｋ＋の関係にある
ので、反応の前期は２主としてガラス中のＬｉ２と塩浴
中のＮａ＋とのイオン交換がガラス園辺部から中心部に
向って行われ、後間には、ガラス中のに′″と塩浴中の
Ｎａ＋とのイオン交換がガラス周辺部から追従して行わ
れる。

したがって、十分な時間処理することにより、ガラス中
心部と周辺部の屈折率がその中間部の屈折率より大きい
Ｗ型の屈折率分布を形成させることができる。この際半
径方向の屈折率分布を時間の推移と共に、第１図のａ、
　ｂおよびＣに示すとおり順次変化させ得る。

また、ガラスの形状をロッド状とし、ガラス中にＣｓ”
ｌ　Ｋ＋を含有させ、塩浴中にＨａ＋を含有させた場合
には、屈折率の序列がＣｓ”＞　Ｈａ”＞　Ｋ”であり
、拡散速度はＮａ”＞　Ｋ”　＞　Ｃｓ＋であるから、
前期は、主としてガラス中のに′″と塩浴中のＨａ”と
のイオン交換が行われ、つぎに、ガラス中のＣ８＋と塩
浴中のＨａ＋とのイオン交換が行われるので、時間の推
移とともに第２図ａ、　　ｂおよびＣに示すＭ型の屈折
率分布を形成させることができる。

さらに、ガラス中にＮａ“を、また塩浴中にＬビとに１
をそれぞれ含有させると、拡散速度の相違から、前期は
、主としてＮａ”ｇ　Ｌｉ”＆の交換が行われ、ついで
、主としてＮａ”とＫ“との交換が行われるので、同様
にＭ型の屈折率分布を形成し得る。

未発明の実施において、用いるＳｉＯ□−Ｒ２０系ガラ
スの組成は、実用上要求されるガラスの溶融性や耐失透
性等を満たし、かつ、所望の屈折率分布を得るため、重
量％でＳｉＯ□成分が１０〜８５％、Ｒ２Ｏ成分、すな
わち、Ｌ＋２０　、　Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃ
ｓ２ＯおよびＴｌ２Ｏ等の１種または２種以上の合計が
５〜６０％であることが望ましい、そして、ガラスの溶
融性、均質性、耐失透性、化学的耐久性、光学恒数、イ
オン交換速度および屈折率分布状態等の改善または調整
のため、８２０３５０％、Ａ１２０３３０％、ＺｒＯ２
２０％、Ｔａ２０５３０％、Ｎｂ２０５３０％、ｌ１１
０３３０％、ＴｌＯ２４０％、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３
およびＹ２Ｏ３の１種または２種以上の合計量５０％、
ＭｇＯ、ＣａＯ１ＳｒＯおよびＢａＯの１種または２種
以上の合計量６０％、ＺｎＯ、ＰｂＯおよびＣｄＯの１
種または２種以上の合計針８０％、２２０５２０％、　
ＧｅＯ２５０％、５ｎ０２５％、　Ｂｉ２Ｏ３４０％、
　５ｂ２０３３０％、　　Ａｓ２Ｏ３２％、　−ヒ記各
金屈元素の１種または２種以上の弗化物のＦとしての合
計１２０％、およびＶ、　Ｃｒ、　Ｎｏ、　Ｍｎ、　Ｆ
ｅ、Ｇｏ、　Ｎｉ、Ｃｕ、　Ｓｅ、　Ｃｅ、　Ｎｄ等の
酸化物や硫化物等の１種または２部以上の合計量５％程
度をそれぞれ限度とし、これらの成分の１種または２種
以−ヒを必要に応じ導入し得る。

また、本発明の実施において、イオン交換処理に用いる
塩浴は、前記の１価金属イオンを含む硝酸塩、１＆酸塩
および塩化物等を単独または２種以上の混合物の形で用
いることができるが、イオン交換特性を調整したりする
ため、必要に応じ、適当量のＭｇ　　やＺｎ　　等の２
価金属イオンやＴｉ　　　やＺｒ　　　等の他の各種多
価金属イオンの１種または２種以上を添加してもよい。

なお、本発明の実施において、用いるガラスの形状は特
に限定されるものではなく、目的に応じ、横断面が円形
、楕円形および多角形のロッド状ガラス、球状ガラスお
よび板状ガラス等を適宜選定し、また必要に応じ、公知
の技術を付加し、これらのガラスの全体または１部に所
ψの屈折率分布を形成し得る。

〔実施例〕つぎに、本発明にかかる屈折率分布ガラスの製造方法を
実施例に即して説明する。

実施例１゜ＷｙＥの屈折率分布ガラスを得るため、重量％で、Ｓｉ
０□　５０％、８２０３５％、　Ｔｉ０２１４．７％、
Ｌｉ２Ｏ１０％、Ｋ２Ｏ１５％、Ａ１２０３５％および
Ａｓ２Ｏ３Ｇ、３％、の組成からなるガラスが得られる
ように、通常使用されている酸化物、炭酸塩および硝酸
塩等のガラス原料を秤量混合し、これを約１３００℃の
電気炉中で白金坩堝を用いて溶融し、脱泡均質化後、金
型に鋳込み徐冷してガラスブロックを得た。ついで、こ
のガラスブロックから切断・研磨加工により、直径４．
０■の円形ロッドを作成し、これを５００°ＣのＮａＮ
Ｏ３塩浴中に、それぞれ４８時間、８６時間および１４
４時間浸漬してイオン交換処理を行つた・処理後のロッドを厚さ０．１ｍｍのディスク状に切断Φ
研磨し、干渉顕微鏡を用いて屈折率分布状態を測定（測
定波長；８３２．８ｎ婁）したところ、これらは、第１
図に示したΔＨａ　（中心部から中間部までの屈折率差
）およびΔＮｂ（中間部から周辺部までの屈折率差）に
ついて、下記（表−１）の値を有するＷ型圧折率分布ガ
ラスであることが分った。

表−１実施例２゜Ｍ型の屈折率分布ガラスを得るため、重量′３６で、Ｓ
ｉＯ□４４．８％、　ＴｉＯ２５％、Ｌａ２Ｏ３１０％
、Ｋ２Ｏ１０％。

Ｃｓ２Ｏ３０％およびＡｓ２Ｏ３０，２％の組成を有す
るガラスのブロックから、前記実施例１と同様にして、
直径２．０■の円形ロッドを作成し、　５５０℃のＮａ
ＮＯ３塩浴中に、それぞれ９６時間、１９２時間および
２８８時間浸漬してイオン交換を行った。処理後の各ロ
ッドから厚ざ０．１ｍｍのディスクを作成し、屈折率分
布を測定したところ、これらは、第２図に示したΔＮａ
およびΔＮｂについて、下記（表−２）の値を有するＭ
型圧折率分布ガラスであることが分った。

表−２実施例３゜Ｍ型の屈折率分布ガラスを得るため、重量％でＳｉＯ□
　４７％、８２０３５％、Ｔｉ０２１０％、Ｇｄ２０３
７．７％、Ｎａ２Ｏ２５％、ＺｒＯ２５％およびＡｓ２
Ｏ３０，３％の組成を有するガラスから前記実施例と同
様にして作成した直径５．Ｏｌの円形ロッドをＬｉＮＯ
３３０％とＫＮＯ３７０％を有する４７０℃の塩浴中に
４８時間、８６時間および１４４時間浸漬してイオン交
換処理を行った後、前記実施例と同様に厚さ０．１１曹
のディスクを作成し、屈折率分布を測定したところ、こ
れらは、ΔＮａおよびΔＮｂについて、下記（表−３）
の値を有するＭ型圧折率分布ガラスであることが分った
。

表−３実施例４〜７つぎに、Ｗ型態折率分布ガラスを与える本発明の別の実
施例（Ｎｏ、４〜Ｎｏ、７）について、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）、
ΔＮａおよびΔＮｂの数値を表−４に示す。

（以下余白）上記の実施例から明らかなとおり、本発明においては、
用いるガラスの形状、ガラスの組成、塩浴の種類と組成
、処理温度および時間等を適宜選択・制御することによ
り、１回の比較的簡単な処理で、所望の屈折率分布を得
ることができる。

なお、上記実施例においては、ガラスの形状がロッド状
の場合について説明したが、本発明の方法は、前述のと
おり、上記実施例に限定されるものではなく、たとえば
光導波路用等の材料を得るためガラス基板の一部に同様
に高次の屈折率分布を形成させたりすることもできる。

〔発明の効果〕

上述のとおり、本発明にかかる屈折率分布ガラスの製造
方法は、比較的簡単な処理で所望のＷ型またはＭ型等の
高次の屈折率分布を形成し得るので、収差の改善された
各種のレンズ用材料や光導波路用材料等を効率的に製造
するに好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明におけるロッド状ガラスのＷ型圧折率
分布を示す説明図、第２図は１本発明におけるロッド状
ガラスのＭ型圧折率分布を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

ＳｉＯ＿２−Ｒ＿２Ｏ系ガラス（Ｒは１価の金属元素）
を高温の塩浴と接触させ、ガラス中の陽イオンを塩浴中
の別種の陽イオンと交換して屈折率分布ガラスを製造す
る方法において、ガラスまたは塩浴中に屈折率効果の大
きい陽イオンと小さい陽イオンをそれぞれ１種以上含有
させるとともに、他方の塩浴またはガラス中には中間の
屈折率効果を有する陽イオンの１種以上を含有させるこ
とを特徴とする屈折率分布ガラスの製造方法。