JPH04122901A - 屈折率分布レンズの製造方法 - Google Patents

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、球面収差や色収差を少なくできる屈折率分布
レンズの製造方法に関する。

従来の技術 カメラ、光記録ディスク装！、光通信結合部レーザープ
リンタなどの光学系の場合、従来の球面レンズでは球面
収差２色収差などの各種収差の問題があり、これらの影
響を少なくするため、多数枚のレンズを組合せて構成し
ている。これらのレンズ枚数を減らしたり、あるいは全
体の大きさを小さくするため、非球面レンズ、屈折率分
布レンズなどが導入、あるいは検討されている。

従来の屈折率分布レンズには、王なものとしてイオン交
換により屈折率分布をもたせる方法、ゾル−ゲル法と呼
ばれるセラミンクスの製造方法を用いるものなどが知ら
れている。

イオン交換法は、母材ガラスを拡散させたいイオンを含
む溶融塩に接触させ、表面からのイオン交換により、母
材ガラス中に表面から内部に向けてイオン分布を形成し
、これにより屈折率分布を形成するもので、例えば特開
昭６２−４７８２６号公報などにその一例が記載されて
いる。

ゾル−ゲル法は、母材ガラスの原料を溶液状態で混ぜそ
の後ゲル化した後、このウエントゲルを乾燥、さらにこ
れに屈折率分布を生しさセるイオン溶液中でイオン交換
し、これを乾燥、ドライゲルとし、高温で焼成したもの
で、例えば特開平１５１３３５号公報などにその一例が
記載されている。

しかしイオン交換法では、表面からのイオン拡散工程で
その分布が決定されるため、表面付近にしか屈折率の分
布が形成できず、また拡散できるイオンの種類が限られ
ているため、屈折率の違いを大きくできないといった課
題があった。

またゾル−ゲル法では、高温で焼成する時の収縮率が数
１０％もあるため、大型のものを作ろうとしてもひび割
れが生ずることや、やはり材料選択の自由度が限られる
ため、屈折率の違いを大きくすることができないなどの
課題があった。

これらの課題を解決する一つの方法として、ガラスレン
ズにプラスチックを接合させた２種類以上の屈折率の異
なる物資から成る、いわゆる／Ｓイブリント型の接合レ
ンズが知られているが、ガラスとプラスチックの熱膨張
率が大きく異なるため、すべてガラスで形成されたもの
よりも光学的性能およびその温度依存性が劣るという課
題があった。

一方、屈折率の異なるガラス等の透光板を複数枚接合し
、これを所要の平面形状に切断した後、その両面または
片面を球面に研磨する軸方向屈折率分布レンズの製造方
法が、特開昭６１−２９５２４５号公報に報告されてい
る。この方法を用いれば、大型で屈折率分布の違いも大
きくすることができ、かつ表面形状を球面に加工するこ
とができる。しかし、この方法では切断および研磨の工
程が入るため、量産性に問題があり、実際には非常に高
価なものとなる。また平板を用いそのまま接合すること
から、屈折率の異なる界面の形状を任意に制御できない
などの課題があった。

発明が解決しようとする課題 上記従来の屈折率分布レンズの製造方法では、切断、研
磨の工程を必要とし、量産性が悪（高価になり、また屈
折率の異なる界面部分の形状を任意に制御できないとい
う課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、大型で、屈
折率分布の違いが大きく、表面形状を任意に加工でき、
かつ切断、研磨といった工程を必要とせず、−発成形で
製造できるため極めて量産性に冨みかつ安価に作る二よ
ができ、また屈折率の異なる界面の形状を任意に制御で
きる屈折率分布レンズの製造方法を提供することを目的
とする。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明の屈折率分布レンズ
の製造方法は、基本的には屈折率の異なるガラス基体を
少なくとも２個以上重ね合わせ、酸素非含有雰囲気にお
いて熱と圧力を加えることによって表面形状を所定の形
状に加工するとともにガラス基体同士を接合するように
したものである。さらにそのガラス基体の表面形状をあ
らかじめ所定の形状に加工しておいたり、後処理として
熱処理を行ったり、ガラス基体の軟化点温度の組合せを
工夫したり、ガラス基体端面に低融点ガラス層を設ける
などして、さらにその量産性を高めたり、材料選定の自
由度を増すことによって性能の制御できる範囲を広げた
りしたものである。

作用 上記の構成により、大型で、屈折率の違いが太き（かつ
その値を広範囲に制御でき、表面形状および屈折率の異
なる界面の形状を任意に制御でき、かつ切断、研磨など
の工程を必要としない一発成形で製造できることから極
めて高い量産性が得られ、かつ安価で高性能の屈折率分
布レンズが得られる。

実施例 以下本発明の一実施例における屈折率分布レンズの製造
方法について、その構造とともに図面を参照しながら説
明する。

（実施例１） 第１図は本発明の第一の実施例における屈折率分布レン
ズの製造方法により製作したレンズの側面図である。図
において、１は片側が球面状で他方がほぼ平面状の屈折
率ｎ１のガラス基体、２はやはり片側が球面状でガラス
基体１と接する側がほぼ平面状で、ガラス基体ｌと異な
る屈折率ｎ２のガラス基体である。光軸方向に２種類の
屈折率の異なるガラス基体からなる両面が球面状の屈折
率分布レンズの構造となっている。

次に本構成の屈折率分布レンズの製造方法を説明する。

まず屈折率ｎ、の平板状ガラス基体と屈折率ｎ２の平板
状ガラス基体を重ね合わせて、その表面形状が所定の球
面形状に加工され、かつ貴金属などでコーティングされ
たタングステンカーバイド（ＷＣ）からなる金型に納め
て圧力をかける。酸素非含有雰囲気で、この状態で金型
の温度を上げて行き、所定の温度および圧力でガラス基
体表面を軟化させてガラス基体表面形状を金型の形状に
あわせる。その時適当なガラス材料を用いることにより
、ガラス基体と金型表面が接着することなくガラス基体
面同士の接合を行わせることができる。そのままの状態
で適当な温度まで下げた後加圧を中止し、冷却後に金型
より取りだせば、第１図に示す構造の軸方向屈折率分布
レンズが得られる。屈折率の異なるガラス基体は通常色
分散特性も異なることが多いが、この方法によれば、屈
折率と色分散特性の組合せも自由に設定することができ
る。

ガラス基体と金型およびガラス基体とガラス基体の融着
温度の関係は、適当な貴金属でコーティングした金型を
用いることにより、ガラス基体と金型の融着温度をガラ
ス基体とガラス基体の融着温度よりも高温に設定するこ
とができる。たとえばコーティング用貴金属として、白
金、イリジウムなどを用い、ガラス基体として５００　
’Ｃより少し低い温度に軟化点を有するはう珪酸鉛を主
成分とする系のガラス基体を用い、温度として５００°
Ｃ９圧力４０ｋｇ／ｃｆｆｌ程度の熱および圧力をかけ
ることにより、表面形状を金型の形状に合わせて加工す
るとともに、ガラス基体同士を接合することができる。

これはコーティング用貴金属と酸化物であるガラス基体
の融着よりも、酸化物同士であるガラス基体同士の反応
がより低温で起こり易いからである。

ガラス基体の屈折率や色分散特性は、その組成や添加す
る不純物の種類と量を変えることにより種々のものが得
られる。これにより変化できる範囲は、拡散で得られる
変化に比べ数倍から一桁大きい。

（実施例２） 第２図は本発明の第二の実施例における屈折率分布レン
ズの製造方法により製作したレンズの側面図である。第
２図において、３は片側が非球面状で、他方はほぼ平面
状の屈折率ｎ３のガラス基体、４は片側が球面もしくは
非球面状で、ガラス基体３と接する側がほぼ平面状で、
ガラス基体３と異なる屈折率ｎ４のガラス基体である。

光軸方向に２種類の屈折率の異なるガラス基体からなり
、その両面もしくは片面が非球面状の屈折率分布レンズ
の構造となっている。

このレンズの製造方法は、金型の形状が実施例１と異な
るのみで、製造方法そのものは実施例１と全く同一であ
る。すなわち実施例１で用いた金型の形状をあらかしめ
所望の非球面形状に加工しておけばよい。

（実施例３） 第３図は本発明の第三の実施例における屈折率分布レン
ズの製造方法により製作したレンズの側面図である０図
において、５は片側が球面もしくは非球面状で他方はほ
ぼ平面状の屈折率ｎ５のガラス基体、６はやはり片側が
球面もしくは非球面状で他方の面がほぼ平面状で、ガラ
ス基体５と異なる屈折率ｎ６のガラス基体である。７は
その両面がほぼ平面状でガラス基体５，６と異なる屈折
率ｎ７からなるガラス基体である。光軸方向に３種類の
屈折率の異なるガラス基体からなり、その両面もしくは
片面が球面もしくは非球面状の屈折率分布レンズの構造
となっている。

本構成の屈折率分布レンズの製造方法は、実施例１にお
いて重ね合わせたガラス基体が２種類であったものを３
種類にしたものであり、他は全く同様である。

以下同様にして重ね合わせの枚数を増していくことによ
り、軸方向の屈折率の違いを増していくことができる。

またその屈折率の値と順番を種々組み合わせることによ
り、軸方向に所望の屈折率分布を有する屈折率分布レン
ズを形成することができる。

（実施例４） 第４図は本発明の第四の実施例における屈折率分布レン
ズの製造方法により製作したレンズの側面図である。図
６ごおいて、８は両面が球面もしくは非球面状で屈折率
ｎ８のガラス基体、９はやはり両面が球面もしくは非球
面状でガラス基体８と異なる屈折率ｎ、のガラス基体で
ある。両表面が球面もしくは非球面でかつ屈折率の変わ
る界面部分が球面もしくは非球面の光軸方向の屈折率分
布レンズの構造となっている。

本構成の屈折率分布レンズの製造方法は、実施例１にお
いて、重ね合わせるガラス基体の少なくとも一つをあら
かしめ、その両面を所望の球面もしくは非球面形状に加
工した物を用いることにより得られる。第４図の構造の
場合、屈折率ｎ８のガラス基体８を所望の形状に加工し
た金型に納めて、実施例１に示した方法によりその両面
を所望の球面もしくは非球面状に加工しておく。次に屈
折率ｎ、の平板状ガラス基体（最終９になるガラス）と
重ね合わせて、所望の形状に加工した金型に納め、実施
例１の方法に従って、表面の加工およびガラス基体同士
の接合を行うことにより、実施例４の構造が得られる。

本実施例ではガラス基体の表面形状をあらかしめ加工す
る一実施例として加温加圧方法を用いたが、この方法に
限られるものではなく、研削、研磨等の他の方法で加工
したものを用いてもよい。

（実施例５） 第５図は本発明の第五の実施例における屈折率分布レン
ズの製造方法により製作したレンズの側面図である。図
において、１０は両側が球面もしくは非球面状で屈折率
ｎゎのガラス基体、１１はやはり両側が球面もしくは非
球面状でガラス基体１０と異なる屈折率ｎＩ＋のガラス
基体、１２はやはり両側が球面もしくは非球面状でガラ
ス基体１０．１１と異なる屈折率ｎｒ１のガラス基体で
ある。３種類の異なる屈折率のガラス基体からなる両表
面が球面もしくは非球面でかつ屈折率の変わる界面部分
が球面もしくは非球面の光軸方向の屈折率分布レンズの
構造となっている。

本構成の屈折率分布レンズの製造方法は、実施例４にお
いて、重ね合わせるガラス基体をすべてあらかしめその
両面が所望の球面もしくは非球面形状に加工した物を用
いることムこより得られる。

第４図の構造の場合、屈折率ｎゎ”１１．ｎ＋１のガラ
ス基体１０．１１．１２をそれぞれ所望の形状に加工し
た金型に納めて、実施例１に示した方法により、その両
面を球面もしくは非球面状に加工しでおく。次にその３
種類の加工したガラス基体を凹凸がうまくかみ合うよう
に重ね合わせて所望の形状に加工した金型に納め、実施
例１の方法に従って、表面の加工およびガラス基体同士
の接合を行うことにより、実施例５の構造が得られる。

同様にして、重ね合わせて枚数を増していくことができ
、これにより光軸方向の屈折率分布をより広範囲に制御
することができる。

（実施例６） 第６図は本発明の第六の実施例における屈折率分布レン
ズの製造方法により製作したレンズの側面ｌである。

図において、１３は片側が球面もしくは非球面状で他方
はほぼ平面状の屈折率ｎゎのガラス基体、１４はやはり
片側が球面もしくは非球面状で他方の面がほぼ平面状で
ガラス基体１３と異なる屈折率ｎ４のガラス基体である
。１５はその両面がほぼ平面状でガラス基体１３．１４
と異なる屈折率”Ｉ５を有し、その軟化点温度が両端に
用いたガラス基体１３．１４の軟化点温度よりも低いガ
ラス基体である。このように光軸方向に３種類の屈折率
の異なるガラス基体１３．１４．１５からなり、基本構
成は実施例３と同しである。

本構成の屈折率分布レンズの製造方法は、基本的には実
施例１と同しである。異なる点は中間のガラス基体１５
としてその軟化点の温度が両端部に用いたガラス基体１
３．１４の軟化点の温度よりも低いものを用いた点であ
る。これにより、製造条件がより広い範囲で設定できる
。例えば実施例１の場合、金型とガラス基体が融着せず
にガラス基体とガラス基体の接合を良好に融着できる範
囲は１０°Ｃ程度しかなく、そのためガラス材料の選択
の幅がある程度限られるが、本製造方法によればその範
囲を中間に用いるガラス基体１５の軟化点の温度と両端
に用いるガラス基体１３．１４の軟化点温度の範囲のな
かでガラス材料の選択を行うことができ、屈折率分布の
制御範囲をより大きくとることができる。軟化点温度の
低いものほど一般に反応が活性であるため、ガラス基体
同士の接合反応がより容易におこるからである。但し両
端に用いるガラス基体１３．１４の軟化点温度よりも中
間に用いるガラス基体１５の融点の温度を高く設定して
おかなければならない。融点以上の温度にすると、加圧
による変形が大きくなりすぎるためである。しかし一般
にはガラスの軟化点と融点の温度差はかなり大きくでき
るため、制御可能温度範囲を実施例１の場合よりも広く
できることに間違いはない。具体的には中間に用いるガ
ラス基体１５として軟化点４５０°Ｃ以下のものを用い
ることにより、その制御可能温度範囲を５０°Ｃ以上に
広げられる。

本実施例の製造方法は、あらかしめ中間に用いるガラス
基体１５の加工温度をその軟化点にあわせて設定してや
ることにより、実施例４，５の構造のものについても同
様に適用することができる。

（実施例７） 第７図は本発明の第七の実施例における屈折率分布レン
ズの製造方法により製作したレンズの側面図である。図
において、１６は片側が球面もしくは非球面状で他方は
ほぼ平面状の屈折率ｎ６のガラス基体で、その平面状の
部分には低融点ガラス１７の層が形成されている。

実施例１の製造方法において、一方のガラス基体例えば
ガラス基体２に本実施例低融点ガラス１７を用いること
により製造できる温度範囲の幅をさらに広げることがで
きる。例えば低融点ガラス１７として、融点４００°Ｃ
のガラスを用いることにより、実施例１の製造方法にお
いても製造可能な温度範囲の幅を１００°Ｃ程度に広げ
ることができる。低融点ガラス１７の層の厚みは数ミク
ロン程度あればよく、これはガラス基体１６の厚み数■
に比べて、はとんど無視することができるから、レンズ
として考える場合も近億的に無視することができ、材料
選択の自由度が増す。

また厚みが薄いため表面加工時の温度が融点より高くて
も、全体の形状には変化を与えることはない。

実施例３．４．５いずれの場合においても、ガラス基体
同士が接触する面の少なくとも一方の面に、低融点ガラ
スの層を設けておくことにより、同一の構成の屈折率分
布レンズを形成することができる。

低融点ガラス１７の層の形成は、ガラス粉末を液体に分
散して塗布あるいはスピンコーティングしたり、ペース
ト状にして印刷したり、スバ、タリングなどの物理的膜
形成方法などによって形成できる。

またガラスに限られるものではなく、光学的に悪影響を
与えるものでなければよい。

（実施例日） 次に実施例１．６または７の方法で所定温度で加圧し、
表面形状の加工およびガラス基体同士の接合後、圧力を
除去してガラス基体の軟化点温度以下の酸素含有雰囲気
により熱処理を行った。具体的には４００°Ｃの空気中
で２時間程度の熱処理である。その結果、実施例１．６
または７の方法で作製した場合に、一部の試料で発生し
たガラス基体接合部の微小散乱様をほぼなくすことがで
きた。微小散乱様は主に接合部に残された接合反応不完
全部分や小さい気泡であり、ある程度以上大きいものが
ある場合には、光学的特性を損なうため好ましくない。

実施例１．６または７で光学的特性の好ましくないと判
断されるものが、製造工程変動により数％程度見られた
が、本実施例の熱処理を行うことにより除去できた。こ
れは酸素含有雰囲気での熱処理により、接合部の反応が
進み、接合反応不完全部および気泡が消滅したことによ
ると考えられる。したがって後からの熱処理を導入する
ことにより、さらに生産性を上げるとともに光学的特性
の改善を図ることが可能である。熱処理温度としては、
ガラス基体の軟化点温度よりも高くすると表面形状が変
形しやすいので、それ以下の温度においてできるだけ高
温が好ましい。

また酸化物であるガラス基体の接合反応を促進するため
には、熱処理雰囲気に酸素を含有させることが必要であ
る。

発明の効果 本発明は以上説明したような構成と構造方法から成るも
ので、以下に記載する効果を有する。

まず第一に、金型による加圧成形で表面形状の加工とガ
ラス基体の接合を行うことができる、いわゆる−発成形
で製造できるので、大型のものを大量かつ安価に作るこ
とができる。第二に、ガラス基体の材料組成を変えるこ
とにより、その屈折率および色分散特性を広範囲で制御
することができる。またガラス基体としてあらかしめそ
の表面形状を所定の形状に加工したものを用いれば、屈
折率の異なる部分の界面形状を任意に制御することがで
きる。第三に、製造可能な温度範囲を広げることかでき
、量産の面からまた材料選択の自由度が増すことから性
能的にも好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図はそれぞれ本発明の第一〜第七の実施例
における屈折率分布レンズの製造方法により製作したレ
ンズの側面図である。 １〜】６・・・・・・ガラス基体。 代理人の氏名　弁理士小鍜治明　ほか２名筆 第 第 図 図 図 ず、２ 刀゛う又１１体 第 図 第 図 第 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）屈折率の異なる複数個のガラス基体を重ね合わせ
   、酸素非含有雰囲気において熱と圧力を加えることによ
   り表面形状を所定の形状に加工するとともにガラス基体
   同士を接合することを特徴とする屈折率分布レンズの製
   造方法。
2. （２）屈折率の異なるガラス基体を３個以上重ね合わせ
   、そのうち金型と接触しない部分に用いるガラス基体と
   してその軟化温度が金型と接触する部分に用いるガラス
   の軟化温度よりも低いものを用い、酸素非含有雰囲気に
   おいて熱と圧力を加えることにより表面形状を所定の形
   状に加工するとともにガラス基体同士を接合することを
   特徴とする屈折率分布レンズの製造方法。
3. （３）ガラス基体同士が接触する面に前記ガラス基体の
   軟化温度よりも低い軟化温度または融点の層を有する屈
   折率の異なる複数個のガラス基体を重ね合わせ、酸素非
   含有雰囲気において熱と圧力を加えることにより表面形
   状を所定の形状に加工するとともにガラス基体同士を接
   合することを特徴とする屈折率分布レンズの製造方法。
4. （４）ガラス基体の軟化温度よりも低い軟化温度または
   融点の層が低融点ガラスである請求項３記載の屈折率分
   布レンズの製造方法。
5. （５）重ね合わせるガラス基体のうち１個以上のガラス
   基体の表面形状を予め所定の形状に加工したものを用い
   ることを特徴とする請求項１、２または３記載の屈折率
   分布レンズの製造方法。
6. （６）表面形状を所定の形状に加工するとともにガラス
   基体同士を接合した後、圧力を除去してガラス基体の軟
   化温度以下の酸素含有雰囲気において熱処理を行うこと
   を特徴とする請求項１、２または３記載の屈折率分布レ
   ンズの製造方法。