JPH03141302A - 屈折率分布型光学素子 - Google Patents
屈折率分布型光学素子Info
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- JPH03141302A JPH03141302A JP1280897A JP28089789A JPH03141302A JP H03141302 A JPH03141302 A JP H03141302A JP 1280897 A JP1280897 A JP 1280897A JP 28089789 A JP28089789 A JP 28089789A JP H03141302 A JPH03141302 A JP H03141302A
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- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
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- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
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- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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
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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。
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に関する。
屈折率分布型光学素子は、その優れた収差補正能力から
次世代の光学系に欠くことのできない光学素子として注
目されている。
次世代の光学系に欠くことのできない光学素子として注
目されている。
現在すでに市販されている５ＥＬＦＯＣ（登録商標）レ
ンズやスラブレンズをはじめ、多（の企業、研究機関で
研究開発されている種々の屈折率分布型光学素子がある
。
ンズやスラブレンズをはじめ、多（の企業、研究機関で
研究開発されている種々の屈折率分布型光学素子がある
。
屈折率分布型光学素子は、その媒質に屈折率分布を付け
ることによって媒質自体にパワー（屈折力）を持たせた
ものである。そのパワーは、屈折率分布によって決定さ
れるものであって、パワーを太き（するためには、屈折
率ｎの勾配差（以下Δｎという。）を大きくすれば良い
。従って、現在このΔｎを大きくすることが屈折率分布
型光学素子の研究開発に与えられた大きな課題であり、
多くの研究者によってΔｎを大きくするための研究がな
されている。例えば、５ＥＬＦＯＣレンズの名称で市販
されている光学素子は、イオン交換によりＴｌの濃度勾
配を付けることによってΔｎを大きくしている。又、二
重イオン交換法を用いてＡｇの濃度勾配を付けることに
よってΔｎ″、０．１としたレンズが得られている（第
２８回ガラス討論会）。
ることによって媒質自体にパワー（屈折力）を持たせた
ものである。そのパワーは、屈折率分布によって決定さ
れるものであって、パワーを太き（するためには、屈折
率ｎの勾配差（以下Δｎという。）を大きくすれば良い
。従って、現在このΔｎを大きくすることが屈折率分布
型光学素子の研究開発に与えられた大きな課題であり、
多くの研究者によってΔｎを大きくするための研究がな
されている。例えば、５ＥＬＦＯＣレンズの名称で市販
されている光学素子は、イオン交換によりＴｌの濃度勾
配を付けることによってΔｎを大きくしている。又、二
重イオン交換法を用いてＡｇの濃度勾配を付けることに
よってΔｎ″、０．１としたレンズが得られている（第
２８回ガラス討論会）。
又、ゾルゲル法によりｐｂとＫの濃度勾配を付与し、Δ
ｎ ＝ ０．０４としたレンズ（Ｊ、 Ｎｏｎ−ｃｒｙ
、 ｓａｔ。
ｎ ＝ ０．０４としたレンズ（Ｊ、 Ｎｏｎ−ｃｒｙ
、 ｓａｔ。
１００、５０６．１９８８）や、Ｔｉ又はＧｅの濃度勾
配によりΔｎ＝０．０３としたレンズ（Ｅｌｅｃｔ、
Ｌｅｔｔ ２２９９（１９８６）、 Ｅｌｅｃｔ、 Ｌ
ｅｔｔ ２２．１１０８ （１９８６） ）等が得られ
ている。
配によりΔｎ＝０．０３としたレンズ（Ｅｌｅｃｔ、
Ｌｅｔｔ ２２９９（１９８６）、 Ｅｌｅｃｔ、 Ｌ
ｅｔｔ ２２．１１０８ （１９８６） ）等が得られ
ている。
ところで、現在までの屈折率分布型光学素子の開発は、
Δｎを太き（、外径を大きくというアプローチが多く、
光学素子の持つ色収差を小さくしようとする取組みは遅
れている。而も、屈折率分布型光学素子は、優れた収差
補正能力があるためにレンズの構成枚数を激減させるこ
とが可能であるが、色収差の補正はレンズ枚数が減る程
困難になるという矛盾がある。従って、屈折率分布型光
学素子を含み且つ色収差をも十分に補正したレンズ系を
作るには、場合によっては色消し用のレンズを加えるな
どの手段を講じる必要も出てくるため、屈折率分布型光
学素子のメリットが半減してしまう。
Δｎを太き（、外径を大きくというアプローチが多く、
光学素子の持つ色収差を小さくしようとする取組みは遅
れている。而も、屈折率分布型光学素子は、優れた収差
補正能力があるためにレンズの構成枚数を激減させるこ
とが可能であるが、色収差の補正はレンズ枚数が減る程
困難になるという矛盾がある。従って、屈折率分布型光
学素子を含み且つ色収差をも十分に補正したレンズ系を
作るには、場合によっては色消し用のレンズを加えるな
どの手段を講じる必要も出てくるため、屈折率分布型光
学素子のメリットが半減してしまう。
そこで、少ないレンズ枚数で色収差をも補正されたレン
ズ系を作るためには、レンズ−枚−枚で発生する色収差
自体を小さくすることが大切になる。そのため、屈折率
分布型光学素子の媒質に要求される特性としては次のよ
うな特性が望まれる。
ズ系を作るためには、レンズ−枚−枚で発生する色収差
自体を小さくすることが大切になる。そのため、屈折率
分布型光学素子の媒質に要求される特性としては次のよ
うな特性が望まれる。
径方向屈折率分布型光学素子では、光線の通る位置（軸
からの距離）により媒質の屈折率が異なり、光線の屈折
率が変わるようになっている。今ｎｒ ｎｃ であると仮定すると、第３図（Ａ）のように屈折率の高
い部位では光線が太き（屈折するため、屈折率の低い部
位に比べ光線の波長の違いによる広がりは大きくなる。
からの距離）により媒質の屈折率が異なり、光線の屈折
率が変わるようになっている。今ｎｒ ｎｃ であると仮定すると、第３図（Ａ）のように屈折率の高
い部位では光線が太き（屈折するため、屈折率の低い部
位に比べ光線の波長の違いによる広がりは大きくなる。
つまりアツベ数ν４が一定であれば、屈折率ｎ、が大き
くなると色収差（ｎｐｎｃ）も太き（なる。従って、色
収差（ｎｒｎｃ）を小さくするためには、第３図（Ｂ）
のように屈折率の高い部位でアツベ数ν、が大きいこと
が望ましい。つまり、媒質の特性として高屈折率−低分
散〜低屈折率−高分散に変化する特性が良いことになる
。
くなると色収差（ｎｐｎｃ）も太き（なる。従って、色
収差（ｎｒｎｃ）を小さくするためには、第３図（Ｂ）
のように屈折率の高い部位でアツベ数ν、が大きいこと
が望ましい。つまり、媒質の特性として高屈折率−低分
散〜低屈折率−高分散に変化する特性が良いことになる
。
又、軸方向屈折率分布型光学素子では、第４図（Ａ）、
（Ｂ）に示した一般的な色消し接合レンズ（ダブレ
ット）の場合に得られる結論と同等に考えることができ
る。従って、高屈折率媒質レンズと低屈折率媒質レンズ
との接合を第４図（Ｃ）。
（Ｂ）に示した一般的な色消し接合レンズ（ダブレ
ット）の場合に得られる結論と同等に考えることができ
る。従って、高屈折率媒質レンズと低屈折率媒質レンズ
との接合を第４図（Ｃ）。
（Ｄ）のように同一レンズ内で媒質に屈折率分布を持た
すことによって実現するものであるから、径方向屈折率
分布型光学素子と同様に、高屈折率−低分散〜低屈折率
−高分散に変化する特性が望ましいことが言える。
すことによって実現するものであるから、径方向屈折率
分布型光学素子と同様に、高屈折率−低分散〜低屈折率
−高分散に変化する特性が望ましいことが言える。
これは、第５図に示したｎ４−ν４図上でＡ方向に光学
特性が変化する素子の方がＢ方向に変化するものより色
収差補正の点で優れていることを示している（特開昭６
０−２１８６１４号公報参照）。
特性が変化する素子の方がＢ方向に変化するものより色
収差補正の点で優れていることを示している（特開昭６
０−２１８６１４号公報参照）。
しかし、現在開発されている屈折率分布型光学素子は、
Δｎを太き（することを目標としたものが多く、Ｔ Ｉ
” ＋Ｋ” 、 Ａｇ” ＯＮａ＋などのイオン交換
で得られるものは、屈折率（ｎ、）が大きい程アツベ数
が小さくなる。即ち、第５図のＢ方向の分布である。
Δｎを太き（することを目標としたものが多く、Ｔ Ｉ
” ＋Ｋ” 、 Ａｇ” ＯＮａ＋などのイオン交換
で得られるものは、屈折率（ｎ、）が大きい程アツベ数
が小さくなる。即ち、第５図のＢ方向の分布である。
又、ゾルゲル法によるＰｂやＴｉの濃度勾配によるもの
も、Δｎは大きいものの屈折率（ｎ６）が大きい程アツ
ベ数が小さくなる。即ち、第５図のＢ方向の分布である
。
も、Δｎは大きいものの屈折率（ｎ６）が大きい程アツ
ベ数が小さくなる。即ち、第５図のＢ方向の分布である
。
従って、Δｎが大きく球面収差、像面湾曲収差。
歪曲収差などの補正能力は大きいが、色収差補正の点か
らは必ずしも優れた光学素子とは言えない。
らは必ずしも優れた光学素子とは言えない。
本発明は、上記問題点に鑑み、色収差補正の点で優れた
即ち屈折率が大きくなるにつれてアツベ数も大きくなる
屈折率分布型光学素子を提供することを目的としている
。
即ち屈折率が大きくなるにつれてアツベ数も大きくなる
屈折率分布型光学素子を提供することを目的としている
。
〔課題を解決するための手段及び作用〕本願発明者は、
ガラス中に付与される屈折率に寄与する金属として次に
挙げるＡ群の金属で酸化物ｍｏ ＩＸ換算で１０〜４０
ｍｏｌＸ望ましくは１５〜３０ｍｏｌＸと、Ｂ群の金属
で酸化物ｍｏｌ％換算で２〜１５ｍｏｌＸ望ましくは５
〜１０ｍｏｌＸとが互いに反対方向の濃度分布を有する
屈折率分布型光学素子が、色収差補正の点で優れている
ことを鋭意研究の結果突き止めた。Ａ群の金属は、Ｂａ
、 Ｌａ、 Ｓｒ、 Ｃａ。
ガラス中に付与される屈折率に寄与する金属として次に
挙げるＡ群の金属で酸化物ｍｏ ＩＸ換算で１０〜４０
ｍｏｌＸ望ましくは１５〜３０ｍｏｌＸと、Ｂ群の金属
で酸化物ｍｏｌ％換算で２〜１５ｍｏｌＸ望ましくは５
〜１０ｍｏｌＸとが互いに反対方向の濃度分布を有する
屈折率分布型光学素子が、色収差補正の点で優れている
ことを鋭意研究の結果突き止めた。Ａ群の金属は、Ｂａ
、 Ｌａ、 Ｓｒ、 Ｃａ。
Ｇｅ、 Ｚｒ、 Ｙ、 Ｚｎであり、Ｂ群の金属は、Ｔ
ａ、 Ｎｂ。
ａ、 Ｎｂ。
Ｐｂ＋ Ｔｉ、 Ｂｉ、 Ｚｎ、 Ｚｒである。これら
の群から選ばれた１種類以上ずつの金属元素が第１図に
示したように互いに反対方向の濃度分布で含有された屈
折率分布型光学素子が、本願発明の目的を達成するもの
である。第１図（Ａ）及び（Ｂ）に示したものは、それ
ぞれの分布方向が反転したものであって媒質のパワーが
正パワーか負パワーかの差しかなく、色収差補正という
観点ではどちらも同等の効果を持っており、本願発明は
その両方を含んでいる。
の群から選ばれた１種類以上ずつの金属元素が第１図に
示したように互いに反対方向の濃度分布で含有された屈
折率分布型光学素子が、本願発明の目的を達成するもの
である。第１図（Ａ）及び（Ｂ）に示したものは、それ
ぞれの分布方向が反転したものであって媒質のパワーが
正パワーか負パワーかの差しかなく、色収差補正という
観点ではどちらも同等の効果を持っており、本願発明は
その両方を含んでいる。
Ａ群、Ｂ群の金属の酸化物換算含有ｍｏｌＸにはそれぞ
れ巾が設けられているが、それはＡ、Ｂ各群から選出す
る金属種によってそれぞれ最適ｍｏｌＸの組合せが少し
ずつ異なることと、Ａ、Ｂ各群の金属の含有ｍｏ１％の
差を種々変化させることによって色収差の発生量（第５
図Ａ方向の角度に相当する）を任意に変えたものが得ら
れることを示すものである。
れ巾が設けられているが、それはＡ、Ｂ各群から選出す
る金属種によってそれぞれ最適ｍｏｌＸの組合せが少し
ずつ異なることと、Ａ、Ｂ各群の金属の含有ｍｏ１％の
差を種々変化させることによって色収差の発生量（第５
図Ａ方向の角度に相当する）を任意に変えたものが得ら
れることを示すものである。
以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
。
。
！上里亘男
本実施例は、中心部のＺｒＬの含有量が３０ｍｏｌＸ。
Ｔｉｅ、の含有量がＯｍｏ１％であって、周辺部のＺｒ
Ｏ２の含有量がＯｍｏｌＸになるように中心部から周辺
部に向けてＺｒＯ□の含有量がほぼ放物線状に減少する
分布をしており、又周辺部のＴｉｅ、の含有量が１２．
５ｍｏｌＸになるように中心部より周辺部に向けてＴｉ
１ｔの含有量がＺｒＯ，の含有量分布とは反対方向のほ
ぼ放物線状に増加する分布をしている径方向屈折率分布
型光学素子である。本実施例の屈折率分布を測定したと
ころ、中心部でｎ ａ −１，６５１３Ｔ シロ＝
４２．８であり、周辺部ではｎａ ＝ １．５６８２゜
ν、＝３８．３という値を得、Δｎ＝−０，０８３２゜
Δシ、＝−４．６という第５図のＡ方向の分布であるこ
とがわかった。本実施例は、色収差補正能力が優れてい
ると判断でき、非常に有用な屈折率分布型光学素子とし
て使用可能である。
Ｏ２の含有量がＯｍｏｌＸになるように中心部から周辺
部に向けてＺｒＯ□の含有量がほぼ放物線状に減少する
分布をしており、又周辺部のＴｉｅ、の含有量が１２．
５ｍｏｌＸになるように中心部より周辺部に向けてＴｉ
１ｔの含有量がＺｒＯ，の含有量分布とは反対方向のほ
ぼ放物線状に増加する分布をしている径方向屈折率分布
型光学素子である。本実施例の屈折率分布を測定したと
ころ、中心部でｎ ａ −１，６５１３Ｔ シロ＝
４２．８であり、周辺部ではｎａ ＝ １．５６８２゜
ν、＝３８．３という値を得、Δｎ＝−０，０８３２゜
Δシ、＝−４．６という第５図のＡ方向の分布であるこ
とがわかった。本実施例は、色収差補正能力が優れてい
ると判断でき、非常に有用な屈折率分布型光学素子とし
て使用可能である。
Ｌ２実施伊〜第１８実施
これらの実施例は、下記表に記載のように、互いに反対
方向の濃度分布を持つ成分が夫々Ａ群。
方向の濃度分布を持つ成分が夫々Ａ群。
Ｂ群に記載した酸化物換算含有ｍｏ１％の金属である場
合も同様に第５図の六方向の分布であり、色収差補正能
力の優れたものであった。
合も同様に第５図の六方向の分布であり、色収差補正能
力の優れたものであった。
第１９実施 〜第２１ 施
第１実施例〜第１８実施例は、第１図の凹凸２方向に分
布している成分が１種類ずつという単純な系であったが
、第１９実施例〜第２１実施例は、多成分が夫々分布し
ているという複雑な系である。
布している成分が１種類ずつという単純な系であったが
、第１９実施例〜第２１実施例は、多成分が夫々分布し
ているという複雑な系である。
しかし、効果は同様であった。
第２２実施 〜第２７実施
これらの実施例は、成分の割合を変えることによって色
収差補正能力（第５図のＡ方向の傾きに相当）が異なる
ようにしたものである。第２２実施例から第２７実施例
にかけてＴｉｅ！の含有量が増加しており、それに従っ
てΔｎ、Δνが変化し、特にΔνの符号の変化をも含め
て色収差補正能力を任意に変え事が出来ることがわかる
。その様子を第２図のｎｄ−シロ図に示した。
収差補正能力（第５図のＡ方向の傾きに相当）が異なる
ようにしたものである。第２２実施例から第２７実施例
にかけてＴｉｅ！の含有量が増加しており、それに従っ
てΔｎ、Δνが変化し、特にΔνの符号の変化をも含め
て色収差補正能力を任意に変え事が出来ることがわかる
。その様子を第２図のｎｄ−シロ図に示した。
尚、これらの分布は、径方向屈折率分布型光学素子、軸
方向屈折率分布型光学素子の両方において有効な効果を
発揮する。又、媒質のパワーの正負に関係なく、色収差
補正に役立つことは言うまでもない。
方向屈折率分布型光学素子の両方において有効な効果を
発揮する。又、媒質のパワーの正負に関係なく、色収差
補正に役立つことは言うまでもない。
ム
うでないものとを示す図である。
上述の如く、本発明による屈折率分布型光学素子は、色
収差補正の点で優れている即ち屈折率が大きくなるにつ
れてアツベ数も大きくなるという実用上重要な利点を有
している。
収差補正の点で優れている即ち屈折率が大きくなるにつ
れてアツベ数も大きくなるという実用上重要な利点を有
している。
第１図は本発明による屈折率分布型光学素子の濃度分布
を示す図、第２図は第２２実施例乃至第２７実施例の屈
折率とアツベ数との関係を示す図、第３図は屈折率が一
定の場合とそうでない場合との分散性を示す図、第４図
は色消し接合レンズの原理を示す図、第５図は屈折率分
布型光学素子の屈折率とアツベ数の関係のうち好ましい
ものとそ第 図 第２図 第３図 νｄ 定 理想的状態 （Ｃ） （Ｄ） 第５図 ｄ
を示す図、第２図は第２２実施例乃至第２７実施例の屈
折率とアツベ数との関係を示す図、第３図は屈折率が一
定の場合とそうでない場合との分散性を示す図、第４図
は色消し接合レンズの原理を示す図、第５図は屈折率分
布型光学素子の屈折率とアツベ数の関係のうち好ましい
ものとそ第 図 第２図 第３図 νｄ 定 理想的状態 （Ｃ） （Ｄ） 第５図 ｄ
Claims (1)
- 酸化物換算含有ｍｏｌ％が１０〜４０ｍｏｌ％である
Ｂａ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｚｎのうち
から選ばれた少なくとも一種の金属と、酸化物換算含有
ｍｏｌ％が２〜１５ｍｏｌ％であるＴａ、Ｎｂ、Ｐｂ、
Ｔｉ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｚｒのうちから選ばれた少なくとも
一種の金属とが、互いに反対方向の濃度分布を有してい
る屈折率分布型光学素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1280897A JP2659101B2 (ja) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | 屈折率分布型光学素子 |
| US07/602,647 US5166827A (en) | 1989-10-27 | 1990-10-24 | Gradient index optical element |
| DE4034027A DE4034027C2 (de) | 1989-10-27 | 1990-10-26 | Optisches Element mit Brechzahlgradient |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1280897A JP2659101B2 (ja) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | 屈折率分布型光学素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03141302A true JPH03141302A (ja) | 1991-06-17 |
| JP2659101B2 JP2659101B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=17631469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1280897A Expired - Fee Related JP2659101B2 (ja) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | 屈折率分布型光学素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5166827A (ja) |
| JP (1) | JP2659101B2 (ja) |
| DE (1) | DE4034027C2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5818644A (en) * | 1995-11-02 | 1998-10-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Gradient index optical element and method for making the same |
| JP2010249873A (ja) * | 2009-04-10 | 2010-11-04 | Canon Inc | 光学系、及びそれを用いた撮像装置 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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