JPS62206511A - 屈折率分布型ネガティブレンズ - 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〕 本発明は発散光、平行光、収束光のレンズ透過後におけ
る光線進行方向変換用として用いるネガティブレンズに
関する。

〔従来技術〕

平行光線を発散光に変換する場合、収束光を平行光に変
換する場合、収束光あるいは発散光の角度を変換する場
合等に使用されるレンズとして、球面収差及びコマ収差
が極めて小さい値が要求される場合には、一般に２個以
上の球面レンズを組合せたものが用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の組合せレンズは研磨及び貼り合せにｉ＜の工数が
かかり製造コストが高くつくとともに、軽量小型化が燦
しいという問題がある。

上記問題の改善策として非球面レンズも使用されるよう
になってきているが、非球面レンズは非球面の加工ある
いは測定が必ずしも容易ではなく、量産に適していると
は言い難い。

〔問題点を解決する手段〕

上記の問題を解決する本発明のネガティブレンズは、屈
折率が光軸方向に変化するとともに光軸に垂直な方向に
は一定であるような屈折率変化領域と、全体に屈折率が
一定の領域とを含み、前記屈折率変化領域を含むレンズ
面が球面であり、該領域の最小屈折率ｎ００を持つ点を
原点として、該原点から光軸上で２の距離にある部分の
屈折率ｎ　（Ｚ）をｎ　（Ｚｌ−ｎ００＋ｎＩＺ＋ｎ２
Ｚ”で表わすときｎ００−／　、　ｊ　ＯＡ−八７ｊ　
、　ｎ１＝０．０２〜０．／　’１１ｎ７Ｊｒ−１、ｎ
２＝−−０．０３〜＋０．０３１１１ｎ−２であり、且
つ前記屈折率変化領域はＺ＝０から少くと も５ｏ−Ｄ２／　（＃Ｒ（／十　／−２））（Ｄはレン
ズ口径、Ｒは最小屈折率ｎ００を含むレンズ面の曲率半
径）の厚み範囲に形成されていて、球面収差及びコマ収
差を補正した焦点距離が−２０〜−ｊ朋で開口数（ＮＡ
）が０．１〜０．３５である。

本発明の好ましい実施例では、屈折率変化領域を光線出
射面から一定深さまで設け、この領域に隣接して光線入
射面まで屈折率一定領域を設ける。

また他の好ましい実施例として、光線出射面及び入射面
のそれぞれから一定深さまで屈折率変化領域とするとと
もに、これら両領域の中間を屈折率一定領域とする。後
者の場合、両層折率変化領域におけるＳＯ１ｎ００　＋
ｎｌ　＋ｎＱｓＲの値は全て一致するか、あるいは１つ
以上の値が異なっていてよい。

〔作　用〕

本発明に係る屈折率分布型ネガティブレンズは、光軸方
向に屈折率勾配を有する領域を設けて、この屈折率変化
領域を含むレンズ面を球面としているので、球面上で中
心から外周に向けて同心円状に変化する屈折率勾配が付
与され、この屈折率勾配によって球面収差が補正され、
その球面によってコマ収差が補正される。

また平板状のガラス基板表面から深さ方向に、イオン交
換処理法等により屈折率勾配を形成して該面を球面加工
することにより球面上に同心円状の屈折率勾配を与える
ことができるので、短かい処理時間で薄い屈折率勾配層
であっても、球面の外周まで屈折率勾配の存在する大口
径の球面レンズを得ることができる。

〔実　施　例〕

以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図においてレンズ／は第１の屈折面２人が曲率半径
Ｒ１の凹球面となっており、レンズ面の側周を含む仮想
面と光軸３との交点Ｏを原点として、この原点Ｏから光
軸方向にＺｏの距離範囲にわたり屈折率変化領域ダが設
けてあり、残りの部分は屈折率一定領域よとしである。

上記の屈折率変化領域を内では、原点０から距離２にお
ける屈折率ｎ　（Ｚｌが、 ｎ（Ｚ）＝　ｎ００＋ｎＩＺ＋ｎ２Ｚ２　　　　　　　
　（１）で表わされる屈折率分布が与えられており、且
つ光軸に垂直な面内では屈折率が一定となっている。

（１）式においてｎｏＯは原点Ｏでのレンズ屈折率、ｎ
ｌ、ｎ２は定数で、光学系で用し）られる半導体レーザ
などの光源の波長における値である。

その屈折率値は、原点Ｏにおける値が最小であり、距離
ＺとともにＯ≦２≦Ｚｏの範囲で単調に増加し、ｎ００
−／、ｊＣ）−／、７！；　、ｎ１＝０．０２〜０．／
’Ａｆｎｍ−１、ｎＺ＝−０．０３〜０．０３ｔｎｍ−
２の範囲の値を持つ。またレンズ最外周での厚みをｔ／
とじた時、Ｚｏ≦２≦ｔｌの範囲ｊでは屈折率は一定値
をもつ。他方の屈折面２Ｂの曲率半径Ｒ２はコマ収差を
補正するように値が決定され、屈折率一定領域ｊの屈折
率値に依存してＲ２＞　０　、ＲＺ＝Ｑｐ　Ｒ２＜０の
値をもつ。

第１図においてＳｏはサグとよばれ、レンズ口径をＤと
すると ５ｏ＝Ｄ２／　（≠Ｒ１（／十ｖ’ア：で百７丁町ゴ”
））　　　（２１で与えられる。

そして本例レンズでは０点から上記サグＳｏよりも大き
な距離Ｚｏのｇｌｌ卯まで前述した屈折率勾配を与えで
ある。これにより、球面屈折面２人上には、屈折率が中
心で最大で外周に向けて半径方向に屈折率が漸減する同
心円状の屈折率分布が形成される。

第２図に本発明の他の実施例を示す。

本例はレンズｌの両面側にそれぞれ屈折率変化領域１お
よび４１３を設け、これらの中間に屈折率一定領域Ｓを
設けたものである。

すなわち０を原点きして０≦２≦Ｚｏの範囲で第１図の
レンズと同一式で示される屈折率分布を付与し、他方の
屈折面２Ｂの側周を含む仮想面と光軸３との交点をＱｌ
として、Ｏ≦２≦ｚｏｌの範囲で同一の屈折率分布 ｎ（Ｚｌ−ｎ００＋ｎ４Ｚ＋ｎ２Ｚ２（２１で表わされ
る。またｚｏＩは該レンズ面でのサグＳｏｌより大であ
る。ここでサグＳｏＩは、Ｓｏ”Ｄ２／　（ダＲ２（／
＋ｆ戸Ｔ「７四Ｆ））（３１である。

本発明に係るレンズの好適な製造方法について述べると
、ガラスの屈折率増加に寄与する／ａ＋陽イオン、例え
ばＬｉ、Ｏｓ、ＴＪ、Ａｇイオンの少なくとも１種のイ
オンを含む組成のガラス基板を、そのガラスの屈折率の
減少に寄与する１価陽イオンを含む溶融塩中に、基板ガ
ラスの転移点付近の温度で浸漬処理する。

上記浸漬処理で基板ガラスの両面から溶融塩に向けてガ
ラス内の前記イオンが拡散し、イオン濃度分布により表
面から内部に向って一様に増加する屈折率分布が形成さ
れる。

上記溶融塩としては硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物など
を用いることができる。浸漬処理の温度が一般に高い程
イオン交換速度が大きくなるため好都合であるが、高温
ではガラスの変形が起るためガラスの転移点付近の温度
が選ばれ、一般には転移点±５０″Ｃの範囲で行なうの
が望ましい。

上記のイオン交換処理の後、ガラス基板の片面または両
面を所定曲率半径の球面に、またレンズ厚みを所定の厚
みに加工する。

次に本発明の具体的実施例を示す。

実施例１ 第１表に示した組成の直径／Ｑｒｎｍ、厚さ２．３２闘
のガラス円板をモル比でＫＮＯ３／ＴｌＮ０３＝９９／
／の組成を持つ溶融塩中で４（７ｊ’ｃの温度で２９日
間の浸漬処理を行なった。

第　　７　　表 上記母材ガラスの転移点（Ｔｇ　）は４！、ｒ６°ｃ′
ｃあった。

同試料において両表面を各々Ｑ、／ｓｕｍの厚みだけ研
磨除去した後、厚み方向でのＴＩイオンの濃度分布をＸ
線マイクロアナライザーで測定した結果を第３図に示し
た。また厚み方向に屈折率分布を測定した結果、両表面
からそれぞれ〃、み０．！；６朋の１ｔｉｌで単調に増
加する屈折率分布であった。また表面の屈折率は八３７
７でありその表面から内部に向けてＯ≦２≦０．３６ｗ
ｍでの屈折率分布はｎ　（Ｚｌ　−／、３７７＋０．０
弘／７Ｚで表わされた。一方、両表面からそれぞれ０　
、ｊ　４ｍ１１１にわたって屈折率が変化しているのに
対し、残りの中心付近の厚み／　ｔｎｓのＲＮＢではイ
オン交換が生じておらず、母材と同一の／、６０σの均
一な屈折率を持っていた。

次に上記のガラス板の片ｌｌｌ１ｒｃ曲率半径Ｒ１−−
９，０コミｍ、他方の面に曲率半径ＲＺ＝／７９０闘の
球面加工を施し、レンズ径を６．Ｑｍｔｎに仕上げた。

得られたレンズの焦点距離は一／３．Ｏｍｌ開口数（Ｎ
Ａ）はＯｏ−であった。この系での球面収差（軸上収差
）の測定結果を第４’１ｌ（１）に示した。またこの系
での最大球面収差は３μｍ、コマ収差は≠μｍ以下であ
った。

実施例２〜Ｓ 各種の屈折率を有する母材ガラスを調整し、′基本的に
実施例／と同様のイオン交換処理を行ない、厚み方向に
種々の屈折率分布を持つレンズ母材を製作しその母材よ
りレンズを製作した。

第２表に得られたレンズ内部の屈折率分布の測定値及び
レンズ諸元を示す。

なお表中の光軸方向の距離２は、光腺出射側レンズ面の
側周を含む仮想面と光軸との交点（第１図の点Ｏに相当
）を原点とし、レンズ内部の方向への距離２を示してい
る。得られたレンズについて球面収差を第４！図（２）
〜（５）に示し、他の特性値は第３表に示した。

第　　コ　　表 弘 第　　３　　表 〔発明の効果〕 本発明によれば、板状ガラスを溶融塩中でイオン交換処
理するという簡単な工程で得られる板厚方向に屈折率分
布を有する材料を母材として、球面加工することにより
、球面収差、コマ収差の小さいネガティブレンズを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第３図は本発明のレンズ
に使用する母材ガラスの厚み方向でのＴＩ濃度分布の例
を示すグラフ、第ダ図（１）〜（５）は本発明の実施例
レンズの収差図である。 ｌ・・・・・・レンズ　２Ａ　、　ＪＢ・・・・・・屈
折面　３・・・・・・光軸ψ、＃Ａ、≠Ｂ・・・・・・
屈折率変化領域ｊ・・・・・・屈折率一定領域 特許出願人　日本板硝子株式会社 第１図 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）屈折率が光軸方向に変化するとともに光軸に垂直
   な方向には一定であるような屈折率変化領域と、全体に
   屈折率が一定の領域とを含み、前記屈折率変化領域を含
   むレンズ面が球面であり、該領域の最小屈折率ｎ＿０＿
   ０を持つ点を原点として、該原点から光軸上でＺの距離
   にある部分の屈折率ｎ（Ｚ）をｎ（Ｚ）＝ｎ＿０＿０＋
   ｎ＿１Ｚ＋ｎ＿２Ｚ＾２で表わすときｎ＿０＿０＝１．
   ５０〜１．７５、ｎ＿１＝０．０２〜０．１４ｍｍ＾−
   ＾１、ｎ＿２＝−０．０３〜＋０．０３ｍｍ＾−＾２で
   あり、且つ前記屈折率変化領域はＺ＝０から少くとも Ｓ＿０＝Ｄ＾２／｛４Ｒ（１＋√［（１−（Ｄ／２Ｒ）
   ＾２）］｝（Ｄはレンズ口径、Ｒは最小屈折率ｎ＿０＿
   ０を含むレンズ面の曲率半径） の厚み範囲に形成されていて、球面収差及びコマ収差を
   補正した焦点距離が−２０〜−５ｍｍで開口数（ＮＡ）
   が０．１〜０．３５であることを特徴とする屈折率分布
   型ネガティブレンズ。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記屈折率変化
   領域は、レンズの光線入射面又は光線出射面のいずれか
   一方の側に形成されている屈折率分布型ネガティブレン
   ズ。
3. （３）特許請求の範囲第１項において、前記屈折率変化
   領域は、レンズの光線入射面側及び光線出射面側の双方
   に形成されており、これら両領域の中間に屈折率一定領
   域が形成されている屈折率分布型ネガティブレンズ。
4. （４）少くとも１種の１価陽イオンを含む酸化物ガラス
   の板状体を、該ガラスの屈折率減少に寄与する１価陽イ
   オンを含む溶融塩に接触させて溶融塩中の前記陽イオン
   をガラス基板内に拡散させることにより、基板の片面ま
   たは両面から深部に向けて次第に増加する屈折率分布を
   一定深さまで形成して、それより深部は屈折率一定のま
   ま残し、しかる後少くとも一方の基板面を球面に加工す
   ることを特徴とする光軸方向に屈折率が変化する領域を
   含むネガティブレンズの製造方法。