JPS6212633A - 屈折率分布型透明体の製造に適したガラス組成物 - Google Patents

屈折率分布型透明体の製造に適したガラス組成物

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JPS6212633A
JPS6212633A JP14684985A JP14684985A JPS6212633A JP S6212633 A JPS6212633 A JP S6212633A JP 14684985 A JP14684985 A JP 14684985A JP 14684985 A JP14684985 A JP 14684985A JP S6212633 A JPS6212633 A JP S6212633A
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JP
Japan
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0mol
refractive index
glass
glass composition
index distribution
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JP14684985A
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English (en)
Inventor
Yoshitaka Yoneda
嘉隆 米田
Yoshiyuki Asahara
浅原 慶之
Shigeaki Omi
成明 近江
Hiroyuki Sakai
裕之 坂井
Shin Nakayama
伸 中山
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/062Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

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】 本発明は、ガラス中のセシウムイオンを伯のアルカリイ
オンとイオン交換することによって高量【」数を有する
屈折率分布型レンズを製造するのに適したガラス組成物
に関づる。
ガラスを溶WA塩中に浸漬してガラスに含まれるアルカ
リイオンX+を溶融塩中の他のアルカリイオンX2と連
続的に交換させることにより、X+イオンの濃度がガラ
スの中心軸から周辺にかけて次第に減少する放物線状の
屈折率勾配を形成させるイオン交換法は、屈折率分布型
レンズの製造法として人聞生産性および再現性に優れて
いることから、最も一般的に用いられている。
ガラス中に含まれるX1イオン、すなわちドーパントイ
オンとしては、電子分極率の高いもの(TIl÷、C8
+、Rb÷など)と、他のイオンを分極させる能力の大
きいもの(Li+)が挙げられる。Tf”をドーパント
として用いた場合は、電子分極率が高いためガラス中心
軸と周辺部との屈折率差が大きく、開口数の高いレンズ
が作製できるが、ガラス溶解時にTfが揮発し、人体に
多大な書を及ぼす危険がある。これに加えて、T2含有
ガラスは屈折率の波長分散が大きく色収差が大であり、
白色光を光源としたとき解像力が大きく低下するという
欠点もある。
またLi+をドーパントにした場合は、これと置換する
イオンがli+より大ぎなイオンであるので、ガラス中
に内部歪が残留し、イオン交換後割れが発生しやすいの
で、屈折率差の大きなレンズを作製できない不都合があ
る。
こうした理由からC8+をドーパントにして、色収差が
小さく屈折率差の大きな屈折率分布型レンズが待望され
ている。しかしながら、C5+をドーパントイオンとし
てイオン交換法でレンズを作製すると (1)電子分極率がTf+より低く、ガラスの中心軸と
周辺で大きな屈折率差を形成できない (2拡散速瓜が遅く、長いイオン交換時間を必要として
生産性が悪い c3+屈折率差を大きくするためにCs1fiを増加さ
せるとC52025モル%以上ではガラスの耐候性が著
しく悪くなり、実用に適さなくなる などのさまざまな弊害がある。このため、従来のセシウ
ム含有屈折率分布型レンズは、せいぜい開口数が061
程度のものが生産されているにすぎない。
本発明は亜鉛と必要に応じて他の2(iiイオンを母材
ガラス中に含有させることによって、従来のガラス組成
では得ることのできなかった高開口数のセシウム含有屈
折率分布型レンズをイオン交換法で製造することができ
るガラス組成物を提供するものである。
すなわち、高開口数を有するセシウム含有屈折率分布型
レンズの製造に適した本発明のガラスは、モル%で30
〜75Si02.2〜25C820及び2〜40ZnO
を必須成分と含有し、任意成分として0〜15Na20
、O〜151 i20,0〜15に20.0〜15B2
0z 、0〜15Aj2203 、O〜15「102.
0〜7ZrO2,0〜5Ta205、O〜7Nb203
 、O〜5WO3、O〜15(L a 203+Y2O
3)、0〜2508010〜25Mg010〜25Sr
O10〜25Bao10〜25PbO10〜0.5(A
S203 +Sbz 03 )を含有する。
次にガラス組成限定範囲の詳細な説明を行う。
まず5iOzはガラスの耐候性の面から30モル%以上
必要であるが、75モル%を越えるとガラスの溶解温度
が高くなり過ぎ、実用、ヒ不適当である。
またドーパントC920を高濃度で含有させる意味でも
15モル%以下が好ましい。
ドーパントのC820(1が2モル%未満ではイオン交
換法で形成される屈折率差が小さ過ぎてレンズとしての
効果が期待できない。C320filを多くするにつれ
、屈折率差を大きくすることができるが、25モル%を
越えるとガラスの耐候性が著しく悪化するので不適当で
ある。ZnOは第1表に示すとおり、特に屈折率差を大
きくする効果とイオン交換速度を早くする効果を持って
いるので、本発明では2〜40モル%の範囲を可とする
NazOはガラスの溶解温度を適当な温度域に設定する
ため、アルカリ総量(C520+Na2O+に20+L
 iz O)を15〜30モル%に調節する目的で加え
る。その他にガラス溶解湿度を下げる目的で8203 
、Li2O,に20をそれぞれ0〜15モル%の範囲で
、またガラスの化学的耐久性を向上させる目的でAj2
20x 、TfOz 、Zr’02 、Ta205 、
Nb2O2、La20:l 。
Y203 、CablMQO,SrO,BadlPbO
をそれぞれ上記の範囲で含むことができ、さらに清澄剤
としてAszO3及び/又は5bzO3を0〜0.5モ
ル%の範囲で含むことができる。
上記の如き本発明のガラス組成物は、これを円柱状、板
状又は球状のガラス体に成型し、常法通りこれにイオン
交換法を適用すれば、近似的に次式で示されるような放
射線状の屈折率分布を有する高開口数の集光性レンズを
製造することができる。
n (r)2 =no2 (1−g2r2)ここで、n
(r):光軸に垂直な面内で光軸からの距離rでの屈折
率 no  :中心軸での屈折率 q  :正の常数 以下実施例について述べる。
実施例1 ガラスが10kg程度得られるように原料を秤量、混合
し、白金るつぼを用いて1300℃で10時間、泡脈理
の発生を防ぎながら溶融した後、金型に流し出して成型
、徐冷した。徐冷終了後、15s+iφの丸棒に加工し
、この丸棒を硝酸カリウム溶融塩中に各ガラスの屈伏点
付近の温度で所定時間浸漬してイオン交換した後、所定
の長さに切断し、その両端面をrtll P、してレン
ズとした。ガラス組成を種々変えて作製した各レンズの
中心部での屈折率(no)、中心部と周辺部との屈折率
差(Δn)、レンズの開口数(N、A、)と屈折率分布
が理想的な分布になるまでに要するイオン交換時間(1
゜E、)を第1表及び第2表に示す。
第1表の「実施例」は本発明の組成範囲のガラスであり
、第2表の「比較例」はこれ以外のガラスである。画表
の対比から本発明に係る組成のガラスを使用した場合に
は、従来のガラスに比べて2倍以上大きい屈折率差を持
つレンズが得られるとともに、レンズの作製に要するイ
オン交換時間を1/3以下に短縮することができること
がわかる。(以下余白) 実施例2 モル%で、44.3  S t 02.14.3  C
520゜+2.5 82 03  、8.3  N82
01 1.6  K2 012.5   ZnO,6,
3PbO,0,05Sb203.0.15△3203か
らなる組成のガラスが得られるように実施例1と同様に
して原料を溶解、成型し、厚さ 3.0++unの板材
に加工後、硝酸カリウム溶融塩中に浸&i L/て屈伏
点付近(500℃)で176時間イオン交換を施し、し
かる後、適当な寸法に切り出し、両端面を研磨してスラ
ブレンズとした(第1図参照)。このスラブレンズは第
2図(A)、(B) 、(C)に示Mように、厚さ方向
の中心から外周部−Yo及びYOに向って一方向のみ徐
々に減少する屈折率分布を有しており、レンズ中心部(
P)の屈折率はn。−1,5624、当該部分と厚さ方
向周辺部分(Q)との屈折率差はΔn= 0.0302
9、間口数(N、Δ、) = 0.306のスラブレン
ズであった。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例2で得た幅2XO,厚さ2Yo、長さ2
Zoのスラブレンズの斜視図であり、第2図(A) 、
(B)及び(C)はそれぞれ第1図に示すスラブレンズ
のX方向、Y方向及びZ方向における屈折率分布を示す
。 出 願 人  ホーヤ株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 モル%で SiO_2 30〜75 Cs_2O 2〜25 ZnO 2〜40 Na_2O 0〜15 Li_2O 0〜15 K_2O 0〜15 B_2O_3 0〜15 Al_2O_3 0〜15 TiO_2 0〜15 ZrO_2 0〜7 Ta_2O_5 0〜5 Nb_2O_3 0〜7 WO_3 0〜5 La_2O_3+Y_2O_3 0〜15 CaO 0〜25 MgO 0〜25 SrO 0〜25 BaO 0〜25 PbO 0〜25 As_2O_3+Sb_2O_3 0〜0.5から成る
    屈折率分布型透明体の製造に適したガラス組成物。
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