JPH0971436A - 吸収体ガラス及びファイバオプティックプレート - Google Patents
吸収体ガラス及びファイバオプティックプレートInfo
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- JPH0971436A JPH0971436A JP8172427A JP17242796A JPH0971436A JP H0971436 A JPH0971436 A JP H0971436A JP 8172427 A JP8172427 A JP 8172427A JP 17242796 A JP17242796 A JP 17242796A JP H0971436 A JPH0971436 A JP H0971436A
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Abstract
至る広い吸収帯を有するFOP用吸収体ガラス、及びこ
れを用いたFOPを提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の吸収体ガラスは、SiO2 を重
量百分率で18〜40%含有し、更にFeOの含有率と
Fe2O3の含有率との和が重量百分率で20%以上であ
ることを特徴とする。また、本発明の吸収体ガラスは、
重量百分率でSiO2 :18〜40%と、B2 O3 :0
〜10%と、TiO2 :0〜15%と、BaO:25〜
40%と、La2 O3 :4〜20%と、FeO:3〜3
0%と、Fe2 O3 :3〜30%と、Co2 O3 :0〜
15%とを含むことを特徴としてもよい。
Description
ックプレート(FOP)に用いることができる吸収体ガ
ラス、及びこの吸収体ガラスを用いて製造されたFOP
に関する。
P)は、複数のオプティカルファイバで構成された板状
のイメージ素子であり、イメージインテンシファイアや
CRTのフェースプレート、CCDカップリング等、光
学機器の光導波路として利用されている。
に垂直な断面図である。図1(a)に示されるように、
FOP500は、高屈折率のコアガラス502と、コア
ガラス502を被覆する低屈折率のクラッドガラス50
4と、迷光を吸収する吸収体ガラス506とから構成さ
れる。
ガラスをクラッドガラスで被覆した細いシングルファイ
バと、吸収体ファイバとの集合体を、ファイバ方向に整
列させて、高温高圧で融着させる。これをファイバ方向
に対して垂直に切断して、図1(a)に示されるような
断面を有するFOPを得る。
面図である。図1(b)に示されるように、FOPに入
射した光は、ファイバ内で全反射を繰り返し、入射面か
ら出射面に高い解像度で効率よく伝達される。このと
き、全反射しないでコアガラスから漏れる光が一部生じ
るが、これを他のコアガラスに入射させないために、吸
収体ガラスが配置される。FOPの基本的な構造及び特
性は、例えば「光学ファイバ」(長尾和美、共立出版、
1974)や、中山らの文献(テレビジョン学会技術報
告、Vol.4,No.53,pp.1-6,IPU90-44,Sept.1990 )に記載
されている。
O、Ni2 O3 、CoO、Co2 O3、Cr2 O3 、C
uO、MnO2 、SnO、V2 O5 、WO3 等の迷光吸
収のための酸化物着色剤が含有される。吸収体ガラスの
特性を向上させるためには、広い吸収波長帯を有する酸
化物着色剤を選ぶ必要がある。また、FOP製造の際の
高温高圧下での融着やファイバ化の線引等の工程に際し
て、退色を生じたり、拡散等によりコアの失透を生じた
りしない点にも留意して酸化物着色剤を選択する必要が
ある。
2 O3 ,La2 O3 ,BaO,TiO2 の5成分を基本
成分とし、PbO,CdO,Bi2 O3 ,As2 O3 ,
Sb2 O3 ,F,Clを含まないFOP用吸収体ガラス
が開示されている。この文献では、ガラス化が可能な各
成分の含有率に関しても言及されており、例えば、着色
効果を与えるとされるFe2 O3 は、15%以上含有さ
せるとガラスが不安定になることが記載されている。
ならず近赤外域によるイメージ伝送も多用されるように
なっているが、従来のFOPは、550nm附近の可視
光における吸収性の高い吸収体ガラスが用いられている
ものの、近赤外域での迷光吸収能力が不足しているた
め、近赤外域でのイメージは解像度の劣化が避けられな
い。
吸収体ガラスでは、800nmにおいて良好な吸収をも
つことが示されているものの、590nm附近を中心と
する可視光領域の吸収率は示されていない。また、着色
剤酸化物の含有率を増加させて広い帯域にわたって高い
吸収能力を維持するための方策に関しても言及されてい
ない。
視光領域を経て近赤外領域に至る広い吸収帯を有するF
OP用吸収体ガラス、及びこの吸収体ガラスを用いて製
造されたFOPを提供することである。
亘り安定して大きな吸収率を有するFOP用吸収体ガラ
ス、及びこの吸収体ガラスを用いて製造されたFOPを
提供することである。
に鑑み鋭意研究の結果、ガラスにFeOとFe2 O3と
を共に含ませることができ、且つ、このガラスが紫外領
域から可視光領域を経て近赤外領域に至る広い吸収帯を
有することを見出した。更に、この知見に基づいて試作
研究を重ねた結果、高い吸収率を得る目的でFeOとF
e2 O3 とを共に高い含有率でガラスに含有させなおか
つガラス化させるためには、SiO2 の含有率も同時に
高くすることが有効であることを見出し本発明を完成さ
せるに至った。また、FeO又はFe2 O3 を単独で用
いる場合でも同様に、SiO2 の含有率を増加させるこ
とによりFeO又はFe2 O3 を高い含有率で含有させ
ることができることも見出された。
2 を重量百分率で18〜40%含有し、更にFeOの含
有率とFe2O3の含有率との和が重量百分率で20%以
上であることを特徴とする。
率でSiO2 :18〜40%と、B2 O3 :0〜10%
と、TiO2 :0〜15%と、BaO:25〜40%
と、La2 O3 :4〜20%と、FeO:3〜30%
と、Fe2 O3 :3〜30%と、Co2 O3 :0〜15
%とを含むことを特徴としてもよい。
とFeOとFe2 O3 とが重量百分率で、 (SiO2 の含有率)+(FeOの含有率)+(Fe2
O3 の含有率)>35% の関係を有することを特徴としてもよい。
とFeOとFe2 O3 とが重量百分率で、 (SiO2 の含有率)+(FeOの含有率)+(Fe2
O3 の含有率)>50% の関係を有することを特徴としてもよい。
率で3〜6%のNi2 O3 を更に含むことを特徴として
もよい。
率で、SiO2 :20〜35%と、B2 O3 :0〜6%
と、TiO2 :5〜12%と、BaO:25〜35%
と、La2 O3 :7〜10%と、FeO:3〜9%と、
Fe2 O3 :7〜21%と、Co2 O3 :0〜10%と
を含むことを特徴としてもよい。
Co2 O3 とを実質的に含まないことを特徴としてもよ
い。
率で、SiO2 :23〜31%と、B2 O3 :0〜6%
と、TiO2 :7〜11%と、BaO:30〜32%
と、La2 O3 :7〜8%と、FeO:3〜5%と、F
e2 O3 :8〜12%とを含み、CoOとCo2 O3 と
を実質的に含まないことを特徴としてもよい。
率で、SiO2 :28〜31%と、TiO2 :7〜11
%と、BaO:30〜32%と、La2 O3 :7〜8%
と、FeO:6〜9%と、Fe2 O3 :15〜21%と
を含み、CoOとCo2 O3 とを実質的に含まないこと
を特徴としてもよい。
を実質的に含まないことを特徴としてもよい。
O3 とを高い含有率で含むことができるため、可視光域
から近赤外域までの広い範囲で大きな吸収率を示す。S
iO2 の含有率も併せて高くすることにより、ガラス化
のためのこれら酸化鉄の含有量の上限が大幅に緩和さ
れ、これら酸化鉄の含有率が高く且つ安定なガラスを得
ることが出来る。
質的に含まない態様では、吸収体ガラスから他の部分へ
拡散しやすいCo2+及びCo3+を含まないため、この吸
収体ガラスをFOPに用いれば、コバルトイオンのコア
への拡散によりコアの透過率が損われる問題が解消され
る。この吸収体ガラスはCoO及びCo2 O3 を含まな
いがFeO及びFe2 O3 を含むため、広い範囲で良好
な吸収能力を有する。
物質成分に着目して説明する。
ある。添加することによりガラス化が容易になるが、必
ずしも含有する必要はない。含有率が10%を越えると
ガラスの密度が小さくなるため、吸収体ガラスとしての
吸収能力が低下する。
成するための酸化物であり、本発明に必須である。含有
率が18%未満の場合は、以下に述べる着色剤を多量に
含有させることができない。また、40%を越える場合
は、着色剤の含有率を大きくすることができないため、
吸収能力が低下する。
剤を多量に含有させる際に、TiO2 を添加することに
よりガラス化が容易となる。また、ガラスを硬くする作
用も併せもつ。但し、含有率が15%を越えれば逆にガ
ラス化が困難になる。5%未満の場合は添加の効果は少
なくなるが、必ずしも含有している必要はなくゼロ%で
もよい。
数を大きくする作用がある。BaO含有率が5%未満の
場合に着色剤を多量に含有させようとしてもガラス化し
なくなり、40%を越えれば着色剤を含有させる余地が
なくなる。
スの密度を大きくする作用がある。ガラスの密度が大き
くなるため着色剤の吸収能力が向上する。含有率4%未
満では添加の効果は少なく、20%を越えればガラス化
が困難になる。
を有する着色剤である。含有率が3%未満の場合は、吸
収体ガラスの近赤外域の吸収特性が不十分となる。30
%を越えれば、ガラス化が困難となる。
けて良好な吸収特性を有する着色剤である。含有率が3
%未満では吸収体ガラスの吸収特性が不十分であり、含
有率30%を越えれば、ガラス化が困難となる。
する着色剤であるが、本発明に必須ではない。含有率が
15%を越える場合はガラス化が困難となる。尚、後述
するが、Co2 O3 を含む吸収体ガラスを用いて作製さ
れたFOPにおいて、Co3+がコア部分へ拡散して伝送
特性が損なわれたため、好ましくはCo2 O3 を含有し
なくてもよい。
施例を説明する。尚、添付した各図面において、同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
造方法について簡単に説明する。本実施例での各成分
は、次の様な原料形態であった: 成分物質 原料 B2 O3 ホウ酸(H3 BO3 ) SiO2 無水ケイ酸(SiO2 ) TiO2 酸化チタン(TiO2 ) BaO 炭酸バリウム(BaCO3 ) La2 O3 酸化ランタン(La2 O3 ) FeO 酸化鉄(I)(FeO) Fe2 O3 酸化鉄(II)(Fe2 O3 ) Co2 O3 酸化コバルト(II)(Co2 O3 )。
石英坩堝に投入し1250℃に加熱して、ラフメルトを
行う。ほぼ全ての成分が溶融したところで、石英坩堝か
ら溶融物を取り出し、急冷してカレットとする。これを
繰り返す。次に、出来上がったカレットを白金坩堝に投
入し、1350℃に加熱して溶融する。このときの溶融
の時間は2時間である。2時間溶融する間に3回、白金
棒で溶融物を攪拌し、溶融物の均質化を行う。2時間経
過後、徐々に温度を下げ、溶融物が適当な粘度に致った
ところで、棒状のキャビティーを有する型に溶融物を流
し込む。炉内温度が予め720℃〜730℃に設定され
た電気炉内にこの溶融物を型ごと入れてアニール処理を
行う。そして、電気炉内で溶融物が一定の温度になった
ところで、電気炉の電源を切り、溶融物を自然冷却す
る。ここで、吸収体ガラスの棒が完成した。そして、吸
収体ガラスの棒を型から取り出し、所定の寸法に研削、
研磨した後、FOP用吸収体ガラスファイバに加工す
る。
化物の選択を行った。ここで、本発明の目的は、紫外〜
可視〜近赤外に致る広い帯域で良好な吸収特性を得る事
であり、特に近赤外域の吸収特性を改善しつつ可視域の
吸収も良好に維持することを目指した。近赤外域の良好
な吸収特性を与えるものはCu2+とFe2+がよく知られ
ており、これらを含む酸化物を吸収体ガラスに含有させ
る事を念頭に置き、更に紫外域〜可視域にも良好な吸収
特性を与えるような組成を探索した。広い帯域において
吸収能力を得るため、着色剤酸化物として少なくともF
eOとFe2 O3 とを含有させることとした。そして、
着色剤酸化物の含有量をできるだけ増加させることによ
り高い吸収能力を得ようとした。この際、着色剤酸化物
の組み合わせや含有量がガラス化の程度に影響を及ぼす
ことに留意しつつ、探索を行った。
a2 O3 16%、BaO36%、TiO2 8%、FeO
2.4%、Fe2 O3 5.6%、Co2 O3 1%、Cu
O6%の組成の吸収体ガラスを上記の方法により作製し
た。この吸収体ガラス(以下、EMAと略記する)の7
90nmにおける透過率を測定したところ、厚さ250
μmのEMAで0.5%であった。即ち、このEMAは
近赤外域で非常に良好な吸収能力を有することが明らか
になった。
共に線引してFOPを作製したところ、EMAが結晶化
してしまった。この線引の際の温度条件を変えた試作を
更に行ったが、EMAを結晶化させないための温度条件
が非常に狭く限られることが判明し、即ち線引の際の温
度制御が著しく困難であることが明らかになった。ま
た、EMA中のCu2+がコアに容易に拡散し、コアが著
しく着色されてしまった。このFOPの分光透過率は、
可視域〜近赤外域で大幅に低下したものとなり、実用に
供しないことが明らかになった。従って、本発明のEM
Aには、Cuイオンを含まないこととした。
えて、従来から用いられる着色剤酸化物を約5〜6%前
後としたEMAを作製して、ガラス化及び790nm近
辺での吸収を評価した。CuOに換えた着色剤酸化物に
は、Ni2 O3 、MnO2 、Co2 O3 、SnO、V2
O5 、WO3 及びCr2 O3 をそれぞれ単独で用いた。
その結果、MnO2 、SnO、V2 O5 、WO3 又はC
r2 O3 を用いた場合は、ガラス化が充分ではなく、N
i2 O3 又はCo2 O3 を約5〜6%前後として用いた
場合に、ガラス化が充分に達成されることが明らかにな
った。
適化の検討を行った。上記の製造工程により、組成の異
なる12種類のEMAを作製した。そして、それぞれに
関して、波長約300nm〜約1,000nmの範囲で
透過率を測定した。これら12種類のガラスの組成を、
以下の表1及び表2に示す。尚、これらは全て、良好に
ガラス化した。
に対して、波長300nm〜1,000nmの広い帯域
にわたる分光透過率を測定して、EMAの吸収特性を評
価した。これら全てのEMAが300nm〜1,000
nmにわたって比較的良好な吸収能力を有することが確
認された。また、近赤外域である波長790nmに対す
る透過率を、表1及び表2に併せて示した。
は、波長790nmに対して、この中では最も高い透過
率(即ち低い吸収率)を呈したが、実用に供しないレベ
ルではない。
着色剤酸化物として、FeO及びFe2 O3 と共に含有
させたNo.57〜61では、FeOとFe2 O3 の含
有率の合計が最も高いNo.58が、最も低い透過率を
示した。
3 の含有率の合計がNo.58に近いレベルであるN
o.70、71では、EMAのガラス転移点(Tg)及
び屈伏点(At)が改善された。
且つこれらの含有率を22.2%としたNo.75、7
6では、透過率が著しく改善された。
の含有量を高めれば、他の着色剤酸化物を用いることな
く充分高い吸収率を得ることができることが明らかにな
った。
2 O3 を共に用いて、且つこれらの含有量を高める検討
を行った結果が、表2に示されるNo.74及びNo.
80である。これらは共に波長790nmに対して著し
く良好な吸収性能を示した。
o.76及びNo.80においては、SiO2 が重量百
分率で18〜40%含有され、FeOの含有率とFe2
O3の含有率との和が重量百分率で20%以上になって
いる。
の透過率を更に詳しく調べた。このとき、比較のため
に、本発明に従わない従来品として、SiO2 19%、
B2 O3 6%、La2 O3 16%、BaO36%、Ti
O2 8%、FeO2.4%、Fe2 O3 5.6%、Co
2 O3 1%の組成をもつ従来品EMAを用いた。まず、
厚さによる透過率の変化を、比較的良好な結果が得られ
たNo.58、No.70と共に図2に示す。この図2
に示されるように、従来品と比較してNo.58、7
0、74及び80は、波長790nmに対して良好な吸
収特性を有することが示され、特にNo.74及びN
o.80は著しく良好であった。
4、No.80及び従来品の分光透過率のスペクトルを
図3に示す。図3に示されるように、従来品に比べてN
o.74及びNo.80は共に、全波長域にわたって著
しく良好な吸収特性を発揮したことが示された。
Aを用いて、公知のコア及びクラッドと共に開口数
(N.A.)が1であるFOPを作製し、厚さ3mmの
FOPに対する分光透過率を測定した。この時の分光透
過率のスペクトルを、図4に示す。図4に示されるよう
に、従来品EMAを用いたFOPでは、近赤外域で透過
率が上昇し迷光が多く吸収体の効果が小さいことが示さ
れる。これに対して、本発明のEMA(No.80)を
用いたFOPは、近赤外域での透過率の立ち上がりがな
く迷光の吸収を効果的に行っていることがわかる。この
FOPは、開口数(N.A.)が1であるものを用いて
おり、拡散光の場合、コア部分に入射した光は全てファ
イバ内で全反射を繰り返し、同一ファイバの反対側より
出射する。しかし、それ以外のクラッド部、吸収体部に
入射した光は、吸収体の能力が不完全であれば屈折を繰
り返し、減衰しながら同一角度で出射する。このため、
FOPのコア部分で伝送されたイメージにこれら迷光成
分が加わり、伝送イメージはその解像度が劣化する。従
って、本発明に従ったFOPは、近赤外の迷光を大幅に
吸収し且つ紫外域〜可視域にわたっても同様に迷光を大
幅に吸収することができるため、広い範囲で良好な解像
度を維持しつつイメージを伝送することが可能となる。
ラスは、近赤外の迷光を大幅に吸収し且つ紫外域〜可視
域にわたっても同様に迷光を大幅に吸収することができ
る。このため、この吸収体ガラスを用いて製造されたF
OPは、広い範囲で良好な解像度を維持しつつイメージ
を伝送することが可能となる。
Pのコアの模式的な断面図である。
対する透過率の関係を表すグラフである。
過率のチャートである。
分光透過率のチャートである。
ガラス、504…クラッドガラス、506…吸収体ガラ
ス。
Claims (12)
- 【請求項1】 SiO2を重量百分率で18〜40%含
有し、更にFeOの含有率とFe2O3の含有率との和が
重量百分率で20%以上であることを特徴とする吸収体
ガラス。 - 【請求項2】 重量百分率で、 SiO2:18〜40%と、 B2O3:0〜10%と、 TiO2:0〜15%と、 BaO:25〜40%と、 La2O3:4〜20%と、 FeO:3〜30%と、 Fe2O3:3〜30%と、 Co2O3:0〜15%とを含むことを特徴とする吸収体
ガラス。 - 【請求項3】 SiO2とFeOとFe2O3とが重量百
分率で、 (SiO2の含有率)+(FeOの含有率)+(Fe2O
3の含有率)>35% の関係を有することを特徴とする請求項2に記載の吸収
体ガラス。 - 【請求項4】 SiO2とFeOとFe2O3とが重量百
分率で、 (SiO2の含有率)+(FeOの含有率)+(Fe2O
3の含有率)>50% の関係を有することを特徴とする請求項1又は2のいず
れかに記載の吸収体ガラス。 - 【請求項5】 重量百分率で3〜6%のNi2O3を更に
含むことを特徴とする請求項2に記載の吸収体ガラス。 - 【請求項6】 重量百分率で、 SiO2:20〜35%と、 B2O3:0〜6%と、 TiO2:5〜12%と、 BaO:25〜35%と、 La2O3:7〜10%と、 FeO:3〜9%と、 Fe2O3:7〜21%と、 Co2O3:0〜10%とを含むことを特徴とする吸収体
ガラス。 - 【請求項7】 CoOとCo2O3とを実質的に含まないこ
とを特徴とする請求項1、2又は6のいずれかに記載の
吸収体ガラス。 - 【請求項8】 重量百分率で、 SiO2:23〜31%と、 B2O3:0〜6%と、 TiO2:7〜11%と、 BaO:30〜32%と、 La2O3:7〜8%と、 FeO:3〜5%と、 Fe2O3:8〜12%とを含み、CoOとCo2O3とを実
質的に含まないことを特徴とする吸収体ガラス。 - 【請求項9】 重量百分率で、 SiO2:28〜31%と、 TiO2:7〜11%と、 BaO:30〜32%と、 La2O3:7〜8%と、 FeO:6〜9%と、 Fe2O3:15〜21%とを含み、CoOとCo2O3とを
実質的に含まないことを特徴とする吸収体ガラス。 - 【請求項10】 B2O3を実質的に含まないことを特徴
とする請求項9に記載の吸収体ガラス。 - 【請求項11】 複数の光ファイバを束ねた状態で一体
化することによって形成され、 入射した光を伝搬し、コアガラスからなる複数のコア
と、 前記コアのそれぞれの外周部を覆い、前記コアガラスよ
りも屈折率が低いクラッドガラスからなるクラッドと、 前記複数のコアの間に配置され、前記コアから漏れ前記
クラッドに入射した迷光を吸収し、吸収体ガラスからな
る吸収体とを備え、 前記吸収体ガラスが、SiO2を重量百分率で18〜4
0%含有し、更にFeOの含有率とFe2O3の含有率と
の和が重量百分率で20%以上であることを特徴とする
ファイバオプティックプレート。 - 【請求項12】 複数の光ファイバを束ねた状態で一体
化することによって形成され、 入射した光を伝搬し、コアガラスからなる複数のコア
と、 前記コアのそれぞれの外周部を覆い、前記コアガラスよ
りも屈折率が低いクラッドガラスからなるクラッドと、 前記複数のコアの間に配置され、前記コアから漏れ前記
クラッドに入射した迷光を吸収し、吸収体ガラスからな
る吸収体とを備え、 前記吸収体ガラスが、重量百分率で SiO2:18〜40%と、 B2O3:0〜10%と、 TiO2:0〜15%と、 BaO:25〜40%と、 La2O3:4〜20%と、 FeO:3〜30%と、 Fe2O3:3〜30%と、 Co2O3:0〜15%とを含むことを特徴とするファイ
バオプティックプレート。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17242796A JP4046786B2 (ja) | 1995-07-04 | 1996-07-02 | ファイバオプティックプレート |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7-168711 | 1995-07-04 | ||
JP16871195 | 1995-07-04 | ||
JP17242796A JP4046786B2 (ja) | 1995-07-04 | 1996-07-02 | ファイバオプティックプレート |
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Publication Number | Publication Date |
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JP17242796A Expired - Lifetime JP4046786B2 (ja) | 1995-07-04 | 1996-07-02 | ファイバオプティックプレート |
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