JPS63288930A - 屈折率分布型レンズ用ガラス組成物 - Google Patents

屈折率分布型レンズ用ガラス組成物

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JPS63288930A
JPS63288930A JP12386087A JP12386087A JPS63288930A JP S63288930 A JPS63288930 A JP S63288930A JP 12386087 A JP12386087 A JP 12386087A JP 12386087 A JP12386087 A JP 12386087A JP S63288930 A JPS63288930 A JP S63288930A
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JP
Japan
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glass
mol
lens
index lens
refractive index
Prior art date
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JP12386087A
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English (en)
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Seiichi Aragaki
新垣 誠一
Kohei Nakada
耕平 中田
Takashi Serizawa
芹沢 高
Haruo Tomono
晴夫 友野
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラス組成物、さらに詳しくはイオン交換法に
よる屈折率分布型レンズの製造に適したガラス組成物に
関するものである。
〔従来の技術〕
中心軸から外周面に向け、て半径方向にほぼ二乗分布で
屈折率が連続的に変化している透明の円柱体はレンズ作
用を持っており、屈折率分布型レンズとして良く知られ
ている。
この屈折率分布型レンズはその両端面を光軸に垂直な平
行平面に研磨して、単レンズは主に光通信用部品の材料
として、また該レンズを多数密接配列したレンズアレイ
は複写機・ファクシミリの結像素子として広く使用され
てきている。
この屈折率分布型レンズを工業的に生産している方法と
してイオン交換法が良く知られている。
この方法はガラス中にTI、 Cs、 Li、 Rbの
ような1僅の陽イオンを含有さ゛せ、このガラスを硝酸
ナトリウムのような溶融塩に浸漬して1僅の陽イオン同
士(例えばTI”″とNa” )のイオン交換を行なわ
せて屈折率分布を形成するというものである。
従来この屈折率分布型レンズ用ガラスとしてTI金含有
Cs含有のものが多く研究されてきたが、前者は開口角
θが大きいレンズ(θ=20°程度)が得られるが色収
差が非常に大きく、また後者は色収差は比較的小さいが
開口角が最大でも6°程度しかとれないという欠点があ
った。これらの欠点は近年の複写機・ファクシミリ等の
高性能化に伴なう上記レンズの高開口、高解像の必要性
に対して大きな問題となってきている。
このため近年Li含有ガラスが多く研究されるようにな
ってきている。このガラスの場合、硝酸ナトリウム溶融
塩中でイオン交換することにより色収差はCs含有の場
合よりもさらに小さくなり、かつ開口角も9゛〜12°
程度のものが得られている(特開昭58−125632
.特公昭59−41934)。
しかしながら従来のLi含有ガラスでは、屈折率分布型
レンズ内の色収差を低減することのみに重点がおかれ、
−かつ屈折率差を大きくとるための必須成分としてTi
O2を多く含ませていたためにガラスの分散が増加し、
得られたレンズ自体が高分散になるという傾向があった
。屈折率分布型レンズにおいて、この分散の大小はレン
ズ人出射面の屈折効果の大小に直接影習を与え、高分散
のガラスはど色収差の低減をはかることが困難であった
また従来のLi含有ガラスはその組成にアルカリ金属を
多く含むため、化学的耐久性が悪く、イオン交換時に溶
融塩により浸食されたり、研磨したレンズ端面にヤケを
起こしやすいという欠点があった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、前記従来のLi含有屈折率分布型レン
ズ用組成物の欠点を解消し、より低分散でかつ化学的耐
久性のすぐれた屈折率分布型レンズを得るためのガラス
組成物を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち本発明は、モル%表示で下記組成よりなる屈折
率分布型レンズ用ガラス組成物である。
Li2O3〜22 Na20  0〜20 K2O0〜20 但し Na2O+に、0  :l〜20AI2030〜
20 82030〜25 TiO22〜25 Sin、   40〜62 Zr023〜10 Ge020〜20 Mg0     0〜20 Sn02   0〜l0 pbo      o〜15 T820F、   0〜l0 Nb205  0〜IO 但し Ta205+Nb2051N15本発明の主たる
特徴は、ガラス組成中に得られたレンズの屈折率差を大
きくとるための成分としてTiO2を2〜25モル%含
み、かつ低分散のレンズを得るための成分としてTa2
05とNb2O5を和で1〜15モル%含ませ、さらに
レンズの化学的耐久性を向上させるためにZrO□を3
〜10モル%含ませたことである。
次に本発明のガラス組成の範囲限定理由について述べる
Li2Oは屈折率分布を形成する成分でありガラス中に
3〜22モル%含有させる。3モル%未満ではイオン交
換により充分な屈折率差を得ることができず、かつ22
モル%を超えるとガラスの失速が起こる。開口数が9°
以上のレンズを得るためには8モル%以上であることが
望ましく、かつ20モル%以下であれば失速が完全に防
止できるのでガラス成形の歩留が良くより好ましい。
Na2O及びK2Oはガラス化領域を広くし、かつガラ
ス組成物の溶解性を良くするのに役立つ。また溶融塩が
Na塩である場合のガラス組成物中のNa2O、及び溶
融塩かに塩である場合のガラス組成物中のK2Oはそれ
ぞれLi量とNa”又はK“とのイオン交換のドライビ
ング・フォースとなり、多ければ多いほどイオン交換速
度は大きくなる。
(Na20◆K2O)の量としては3モル%以上20モ
ル%以下含ませる。Na、O又はK2Oが3モル%未満
ではイオン交換速度が著しく低下し、20モル%を越え
ると化学的耐久性が低下する。また溶融塩がNa塩の場
合のガラス組成物中のに、0、及び溶融塩かに塩の場合
のガラス組成物中のNa2Oはそれぞれ前記Li+とN
a+又はに0とのイオン交換を阻害するので混在しない
ことが望ましいが、屈折率分布形成に悪影響を与えない
範囲なら混在してもかまわな、  い。
AI、0.及びB2O3はそれぞれ20モル%、25モ
ル%まで含有させつるが、これを越えると面者は粘性の
増大と共にガラス溶融、成形が困難となり、後者は化学
的耐久性が低下する。
Tie、は屈折率差を大きくとるための必須成分であり
Li含有ガラスにおいてその効果はかなり大きい。Li
量が同じでもTie、を含む場合と含まない場合とでは
屈折率差は通常数倍異なる。Tie2の効果は2モル%
以上で特に大きく、25モル%を越えると失透を生じ易
くなる。
前記Tie2の屈折率差を増大させる効果ftTi0□
量が8モル%を越えると徐々に飽和してくるので、さら
に屈折率差を上げるためにPbO,MgOをそれぞれ1
5モル%、20モル%を上限として加えると非常に効果
がある。この上限値を越えると、PbOの場合にはガラ
スが変形しやすくなり、かつイオン交換速度の低下がお
こる。MgOの場合は失透を生じやすくなりガラスの成
形が困難となる。さらにPbO,MgOの添加は色収差
の改善にも役立ち、高開口・低色収差レンズを実現させ
る。
前記Tie2の屈折率差を増大させる効果は高開口のレ
ンズを得るために必須のものであるが、その含有量が増
えるにつれ分散も大きくなる。そこで本発明では屈折率
を上げつつ分散を大きくしない成分としてTa205又
はNb2O5をlθモル%上限として含有させる。それ
を越えるとガラスの安定性が低下する。分散を大きくし
ない効果はTa203)Nb205> Tie、の順で
ありTa2O,又はNb2O3単独でもあるいは双方を
含んでいても充分な効果が得られる。
また、(TiO□+ Ta20B + Nb2O,)の
合計は3モル%未満ではその効果が不充分であり32モ
ル%を越えると失透を生じやすくなる。
SiO□はガラスの網目形成の主成分であり、40モル
%未満では失透や化学的耐久性の低下が起り、62モル
%を越えると屈折率分布形成酸化物や他の酸化物の含有
量が制限され充分な屈折率差が得られずかつ粘性の増大
とともにガラス溶解に高温を要し作業性が低下する。Z
rO2は本発明の特徴となる成分で10モル%を上限と
して含有させることができる。これを越えると失透が生
じ易くなる。
ZrO,はガラスの化学的耐久性を著しく向上させ、特
にイオン交換時の溶融塩による侵食を防ぐ効果がある。
例えばZrO,を含まないガラス棒とZrO□を含むガ
ラス棒の側周面を研磨したものを500℃に保った硝酸
ナトリウム溶融塩中K2O時間浸漬した後取り出すと、
前者の側周面は数拾μの凹凸部をもったマット面になる
が、後者の場合はほとんど変化がない。この溶融塩によ
るガラス表面の浸食のため屈折率分布はレンズ周辺部で
乱れを生じ、レンズの有効視野径はかなり低下する。
またガラス表面が浸食された場合には屈折率分布の対称
性が悪くなり非点収差の増大となってレンズの光学性能
を低下させる。また、この表面の浸食により微細なりラ
ックを生じレンズの機械的強度も低下する。以上揚げた
問題はZrO,を含有させることによって解決すること
ができ、有効視野の大きいレンズを歩留り良く作製する
ことが可能となる。
ZrO2の含有量については3モル%未満では上記効果
が充分あられれないのでそれ以上であることが必要であ
り、4モル%以上が望ましい。5n02もZrO,と同
様な効果があり10モル%を上限として含有させること
により上記効果はさらに増大する。
これを越えると失速が生じ易くなる。SnO,は還元さ
れやすい成分なので通常数モル%以上含有させる場合に
はガラスの溶解を酸化雰囲気で行なうことが望ましい。
5n02の含有量は他の酸化物との兼ね合いで調整すれ
ばよく、通常1〜5モル%程度含有させることにより充
分効果が上がる。また(Zr02+5nO2)の量は5
〜12モル%であることが望ましく、それ以上大きくす
ると失透を起しやすくなる。
z「02とSnO□の効果はイオン交換後のレンズの化
学的耐久性を向上させ、このレンズを用いた光学素子の
耐候性の向上にも寄与する。
GeO2はガラスの屈折率を上げるため20モル%を上
限として含有されつる。これを越えると失透を生じ易く
なる。
本発明では上述した成分と他に屈折率分布型レンズとし
ての特性を損なわない範囲でガラス安定化剤として次の
酸化物を下記の範囲で含有させることができる。
Ca0 0〜6 Sr0 0〜6 Ba0 0〜5zn
OO〜5Rb200〜5La2030〜5Y203(1
〜3  Gd2O,(1〜3  Ga203(1〜3I
n、03  (1〜3    CeO20〜3    
No3    (1〜3^52030〜3Sb2030
〜3 〔実施例〕 第1表に示す実施例及び比較例のガラスがそれぞれ約8
にg得られるように各種原料を用いてバッチ調合し、こ
れを充分混合した(13jZの白金ルツボを用いて13
50℃で2時間溶解した後キャスト、急冷してカレット
を作製した。次にカレットを同じ<3ILの白金ルツボ
に投入し、1300℃で4時間再溶解した後ブロック状
にキャストして均質で泡、脈理のないガラス母材ブロッ
クを得た。このガラスブロックから直径20mm、長さ
200+*a+のガラス丸棒を切り出した後この丸棒を
ガラス延伸炉を用いて延伸し、直径1mmのガラス棒試
料を得た。
またガラスブロックの一部を切り出しプリズム試料を作
製してスペクトロメータによる屈折率の測定及びアツベ
数の算出を行なった。
次に、前記直径1f1111のガラス棒を第1表に示す
処理条件で溶融塩中に浸漬してイオン交換を行ない、比
較例No、l、 No、2及び実施例No、lNNo、
5の屈折率分布型レンズを得・た。これらのレンズにつ
いて中心屈折率、屈折率分布を測定し、その値を用いて
開口角を算出した。
第1表から明らかなように、比較例のガラスのTiO2
の一部をTa205.Nb、0.に置換することにより
udは増加し、高開口を維持しつつより低分散のガラス
母材が得られる。こうして得られたガラス母材を用いて
作製した屈折率分布型レンズは従来のレンズに比べ低分
散となり、端面の屈折効果が小さく低色数のレンズを実
現することができた。
また実施例のレンズは比較例のそれに比べ化学的耐久性
にすぐれており、端面を研磨したレンズを90℃の温水
中に浸漬し端面にアルカリ成分等のヤケを生じはじめる
時間を測定した耐水性テストでは約5〜10倍の耐水時
間を示した。
(発明の効果) 以」二詳述したように、本発明のガラス組成物により低
分散で、かつ化学的耐久性にすぐれた屈折率分布型レン
ズを得ることが可能となりその工業的価値は極めて大き
い。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)モル%表示で下記組成よりなる屈折率分布型レン
    ズ用ガラス組成物。 Li_2O 3〜22 Na_2O 0〜20 K_2O 0〜20 但しNa_2O+K_2O 3〜20 Al_2O_3 0〜20 B_2O_3 0〜25 TiO_2 2〜25 SiO_2 40〜62 ZrO_2 3〜10 GeO_2 0〜20 MgO 0〜20 SnO_2 0〜10 PbO 0〜15 Ta_2O_5 0〜10 Nb_2O_5 0〜10 但しTa_2O_5+Nb_2O_5 1〜15
  2. (2)モル%表示で Li_2Oが8〜20、TiO_2が2〜20、Ta_
    2O_5が1〜10、Nb_2O_5が1〜10で、か
    つTiO_2+Ta_2O_5+Nb_2O_5が4〜
    32の組成である特許請求の範囲第1項記載のガラス組
    成物。
JP12386087A 1987-04-16 1987-05-22 屈折率分布型レンズ用ガラス組成物 Pending JPS63288930A (ja)

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EP88303311A EP0287345A1 (en) 1987-04-16 1988-04-13 Glass composition for and method for preparation of gradient index lens

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1236693A1 (en) * 2001-02-21 2002-09-04 Gemmindustria Gaia Ferrando S.p.A. A material, particularly for artificial stones of ornamental articles, a process for the preparation of this material and artificial stone made using this process
JP2012240907A (ja) * 2011-05-24 2012-12-10 Ohara Inc 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子
WO2018051754A1 (ja) * 2016-09-14 2018-03-22 旭硝子株式会社 強化レンズおよび強化レンズの製造方法

Cited By (3)

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