CN1135411C - 折射率分布型光学元件和折射率分布型棒状透镜阵列 - Google Patents

折射率分布型光学元件和折射率分布型棒状透镜阵列 Download PDF

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Abstract

一种折射率分布型光学元件具有用离子交换方法制成的芯/包层结构。该元件在包层玻璃中包括金属氧化物颜料。包层玻璃包括基体玻璃和包括如下金属氧化物的颜料：0.3至4.0wt.%CoO；1.0至12.0wt.%Fe2O3；0.0至2.0wt.%NiO；以及0.0至0.2wt.%Cr2O3，在除去颜料的基体玻璃总量看作100wt.%的情况下。折射率分布型光学元件防止在折射率偏离规则抛物线分布的部分发生光学性能的降低，也防止闪耀光进入。即使当用于使用白光照明的光学装置时，元件也具有高分辨率。还提供了由折射率分布型光学元件形成的棒状透镜阵列。

Description

折射率分布型光学元件和折射率分布型棒状透镜阵列
本发明涉及包括芯/包层结构的折射率沿着半径方向分布的折射率分布型光学元件和折射率分布型棒状透镜阵列，尤其是涉及包层玻璃成分的改进。
折射率分布型光学元件的折射率在半径方向上相应于抛物线分布而变化，例如聚光透镜，即使当透镜具有平表面时也具有与球面透镜一样的成象功能。这种光学装置具有容易制造极小直径和单焦点透镜的优点。折射率分布型光学元件广泛用于光学装置的光学头，包括光学打印机、传真机、激光打印机，等等。这样的折射率分布型光学元件包括折射率分布型棒状透镜、折射率分布型光纤等等。
为了制造折射率分布型光学元件，广泛使用把玻璃棒浸入熔融盐的离子交换方法，以便分布折射率。例如，可以通过把含有包括Li+、Tl+、Cs+、Ag+等等阳离子的玻璃棒浸入包括硝酸钠和硝酸钾等等的熔融盐中，以便用熔融盐中的阳离子交换包含在玻璃中的阳离子，制造折射率分布型棒状透镜。
不使用熔融盐，可以通过加热使得玻璃棒与包层玻璃之间进行离子交换，同时或之后形成芯/包层棒状透镜，该芯/包层棒状透镜是由于用一层含有钠离子或钾离子的包层玻璃覆盖上述玻璃棒而形成，来制造含有芯/包层结构的折射率分布型棒状透镜。芯/包层棒状透镜可以使用双坩埚方法、管棒方法等等。
当使用离子交换方法制造棒状透镜时，因为离子交换过程主要是由于扩散现象而进行，主要围绕侧面折射率分布通常偏离抛物线分布(二次曲线分布)，图1示出芯/包层棒状透镜的截面和其中的折射率分布。根据图1，透镜具有圆形截面，而且透镜在中心部分具有芯，同心包层围绕着所述芯。折射率分布曲线示于透镜截面图的下面。横轴r表示与芯的中心的径向距离，纵轴n表示折射率。确定离子交换处理之前芯和包层的玻璃成分，使得在离子交换处理之后，尤其是当包层的厚度与芯直径比较而言制成相当大时，折射率在芯与包层之间的分界面上连续变化。
当传输包括图象的数据时，通过芯端面附近折射率偏离规则的抛物线分布的部分的光束导致光学畸变和象差，降低折射率分布型棒状透镜的光学性能。而且进入折射率分布型棒状透镜的光通过邻近端面的部分(通常称为闪耀光)，也降低折射率分布型棒状透镜的光学性能。
为了防止降低透镜的光学性能和闪耀光进入，日本专利公报S63-301901A公开了一种防止闪耀光进入的方法，是在制造折射率分布型光学元件的同时，通过把分别含有Li+等等阳离子的芯/包层玻璃棒浸入熔融盐中预定的时间，例如包括硝酸钠的熔融盐，以便用存在于熔融盐中的钠离子交换包含在芯/包层玻璃棒中的锂离子，在包层中形成包括颜料的玻璃吸光层，所述颜料由包括Mn、Cr、Co、Ni、Fe、Cu、Ag、Ti、Pb、Ru、Cd、V、Mo等等的金属离子构成，以便防止闪耀光进入。日本专利公报S63-301901A的发明中的例子中所使用的颜料包括MnO、CoO或者MnO和CoO的组合物，这种颜料对于使用单色光照明的光学装置是可以使用的，但是当用于使用白光照明的光学装置时不能提供足够的分辨率。
日本专利公报H10-139472A提出一种具有玻璃包层的折射率分布型光学元件，所述包层由吸光玻璃构成，该玻璃包括CoO、MnO和Cr2O3作为颜料，例如1.5wt.％CoO、1.0wt.％MnO和0.4wt.％Cr2O3，以便防止闪耀光进入和提高外径精度。该颜料容易导致芯和包层玻璃失去透明性，而且对于芯和包层玻璃的玻璃成分的应用受限制。
本发明的目的在于提供一种折射率分布型光学元件，该元件防止在折射率分布偏离规则抛物线分布的部分发生光学性能的降低，也防止闪耀光进入，以便即使当用于使用白光照明的光学装置时，光学装置也具有高分辨率，和提供用折射率分布型光学元件形成的棒状透镜阵列。
本发明的折射率分布型光学元件具有用离子交换方法制成的芯/包层结构。该元件在包层玻璃中包括金属氧化物颜料。包层玻璃包括基体玻璃和包括如下金属氧化物的颜料：
在除去颜料的基体玻璃总量看作100wt.％的情况下，
0.3至4.0wt.％CoO；
1.0至12.0wt.％Fe2O3；
0.0至2.0wt.％NiO；以及
0.0至0.2wt.％Cr2O3。(wt.％意为重量百分比)
本发明的折射率分布型棒状透镜阵列以如下方式制造：即排列多个上述折射率分布型光学元件，使得它们的所有光轴互相平行，然后粘接。
在本发明中，包含在包层玻璃中的金属氧化物颜料(后面将简称为颜料)被加入基体玻璃成分中(除去颜料的基体玻璃材料的成分)，作为额外成分，它的含量用根据包层基体玻璃总量的重量百分比表示，即颜料占作为100wt.％的基体玻璃的总量的重量百分比(后面将简称为“添加量”)。
本发明的折射率分布型光学元件防止在折射率分布偏离规则抛物线分布的部分发生光学性能的降低，也防止闪耀光进入。尤其是，因为通过加CoO、Fe2O3，如果需要还可以加确定量的NiO和/或Cr2O3，可以有效除去波长在整个可见光范围内的光，可以制造这样的含有芯/包层结构的折射率分布型光学元件，即即使当用于使用白光照明的光学装置时，也具有高分辨率。
图1示出折射率分布型棒状透镜的折射率分布曲线。
图2是制造本发明的折射率分布型棒状透镜的双结构玻璃棒的旋压炉的截面图。
图3是例1的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图4是例3的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图5是例4的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图6是例5的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图7是例6的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图8是例7的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图9是例8的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图10是例9的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图11是例10的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图12是对比例1的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
图13是对比例3的包层玻璃的光谱透射率特性的曲线图。
首先描述关于包含在包层玻璃中的包括金属氧化物的颜料。
选择包含在包层玻璃中作为颜料的金属氧化物，该颜料原则上不受离子交换的影响。通常，随着颜料含量的增加，玻璃的密度、韧性、热膨胀率等等发生变化。在形成芯/包层玻璃棒时，例如在利用双坩埚旋压处理过程中，大量的颜料容易导致失去透明性。因此，颜料含量最好能够降低到这样的范围内，即不丧失对预定波长的光的吸收能力。而且，最好减少颜料使得随着离子交换而提高的折射率能够近似为抛物线分布。从这点来看，CoO适合做颜料。
当包括CoO时，由于Co2+离子，玻璃变得易于强烈吸收波长在520至680nm的光。因为吸收强度依赖于CoO的含量，当CoO含量变大时，玻璃能够有效去除进入包层中的光，使之对成象不起作用。从这点来看，考虑到前面所述，CoO含量在0.3至4.0wt.％范围内，较好是在0.4至2.5wt.％范围内，更好是在0.5至1.5wt.％范围内。
当使用白光照明时，必须考虑去除波长在整个可见光范围内的光。当只使用上述CoO时，吸收波长等于或小于500nm的光是不够的。加入Fe离子作为吸收波长等于或者小于500nm的短波长光的金属离子。Fe3+强烈吸收波长在380至460nm的光。为了吸收波长相对短的光必须含有Fe2O3。然而，因为当含有过多Fe2O3时玻璃容易变得不透明，所以最好不使用过多的Fe2O3。根据包层的基体玻璃的成分，Fe2O3的含量确定在1.0至12.0wt.％范围内。
也就是，当使用含有大量MgO的玻璃作为包层的基体玻璃时，因为发生失去透明性的可能性相当大，在基体玻璃总量作为100wt.％时，在MgO的含量等于或高于5wt.％情况下，Fe2O3的添加量最好在1.0至4.0wt.％范围内。尤其是当添加NiO作为颜料时，Fe2O3的含量最好在1.0至2.5wt.％范围内。然而，当颜料不包括NiO时，Fe2O3的含量最好在1.5至4.0wt.％范围内。
在使用具有少量MgO的玻璃作为包层的基体玻璃时，因为产生失去透明性的可能性下降，还可以额外添加Fe2O3。因为Fe2O3的吸收率低于CoO，最好使得Fe2O3的含量尽可能大，以便提高对于波长在380至460nm的光的吸收率，以便改善该波长范围内的分辨率。在基体玻璃总量作为100wt.％时，在MgO的含量低于5wt.％的情况下，Fe2O3的添加量可以高达12.0wt.％。尤其是当颜料包括后加入的NiO时，Fe2O3的添加量最好在6.0至12.0wt.％范围内。
在本发明中，包层玻璃中特别包含Co2+离子和Fe3+离子以便有效地去除波长在整个可见光范围内的光。
NiO是非必要成分，但是最好添加，因为NiO吸收波长在420至500nm可见光范围内的光，该范围在含有CoO和Fe2O3时被CoO和Fe2O3吸收的范围之间延伸。当NiO含量过大时，玻璃容易失去透明性。因此，最好使得NiO含量尽可能小。NiO含量在0.0至2.0wt.％范围内，较好是在0.2至2.0wt.％范围内，更好是在0.2至1.0wt.％范围内。
已知的吸收可见光范围内波长较短的光的其他金属氧化物有Cr和Mn.Mn和Cr分别可以如下方式作为Co、Fe和Ni的额外补充添加物。
Cr2O3是非必要成分，它象Fe3O3一样强烈吸收波长在380至430nm的光，而且它的吸收率比Fe2O3高。然而，Cr2O3容易导致包层玻璃失去透明性，尤其是包括锂的玻璃。Cr2O3的添加量可以高达0.2wt.％，而不导致玻璃失去透明性。
MnO是非必要成分，当以Mn3+离子形式存在于玻璃中时强烈吸收波长在440至500nm的光。然而，当与Fe2O3同时存在时，MnO以Mn2+离子形式存在，而且吸收很少或不吸收光。因此，虽然安全添加量高达1.0wt.％，但是MnO不适合于作颜料。
含有上述颜料的包层基体玻璃在离子交换之前的希望成分如下所示，假设在离子交换处理之前基体玻璃总量作为100wt.％。
[包层玻璃的基体玻璃的成分(在离子交换处理之前)]
0 wt.％Li2O；
14至28wt.％Na2O；
2.5至15wt.％MgO；
2至10wt.％BaO；
0至25wt.％PbO；
2至10wt.％TiO2；以及
45至60wt.％SiO2。
同时，芯玻璃的希望成分在离子交换处理之前如下所示，假设总量作为100wt.％。
[芯玻璃的成分(在离子交换处理之前)]
3至12wt.％Li2O；
0至15wt.％Na2O；
2.5至15wt.％MgO；
2至10wt.％BaO；
0至25wt.％PbO；
2至10wt.％TiO2；以及
45至60wt.％SiO2。
离子交换处理的结果是包层玻璃和芯玻璃的成分不均匀分布，但是是沿着径向方向不均匀，尤其是Li2O和Na2O。利用离子交换处理制造的折射率分布型光学元件的包层基体玻璃和芯玻璃分别具有如下所示的“平均”成分。(应该注意其总量百分比是100wt.％)。最好包层玻璃中的Na2O含量大于芯玻璃中的含量，而芯玻璃中的Li2O含量大于包层玻璃中的含量。在此，“平均”意味着假设如下所示的包层玻璃和芯玻璃的成分均匀分布的状态。
[包层基体玻璃的平均成分(在离子交换处理之后)]
0.5至12wt.％Li2O；
14至28wt.％Na2O；
2.5至15wt.％MgO；
2至10wt.％BaO；
0至25wt.％PbO；
2至10wt.％TiO2；以及
45至60wt.％SiO2。
[芯玻璃的平均成分(在离子交换处理之后)]
2至9wt.％Li2O；
0.5至25wt.％Na2O；
2.5至15wt.％MgO；
2至10wt.％BaO；
0至25wt.％PbO；
2至10wt.％TiO2；以及
45至60wt.％SiO2。
本发明的折射率分布型光学元件可以如下方式制造：首先，根据传统方法，利用原始包层玻璃和原始芯玻璃制造芯/包层玻璃棒，所速原始包层玻璃由于向基体玻璃中添加颜料而具有制备的预定成分，然后暴露于熔融盐例如硝酸钠中预定时间，以便把存在于芯/包层玻璃中的锂离子替换为存在于熔融盐中的钠离子。
本发明的折射率分布型光学元件最好包括直径为100至1000μm的芯玻璃和厚度为1至100μm的玻璃包层，假设玻璃包层的厚度最好为芯玻璃直径的1至25％，而且芯玻璃的折射率常数(g)为0.1至4，而且厚度为100μm的包层玻璃对波长为380至680nm的所有光的透射率等于或小于75％。
本发明的折射率分布型棒状透镜阵列以如下方式制造：把50至1000件上述本发明的折射率分布型光学元件排列成一列或二至四列，以便形成锯齿形结构，其中每件的光轴互相平行，而且每件的两端分别形成一个平面，并互相粘接。
[例子]
下面，将参考例子描述实现本发明的方式。
(例1、对比例1至4)
包层玻璃具有如表1至3所示的成分，呈中空圆柱形，厚度为0.5mm，内径为30.5mm，插入内部的芯玻璃棒直径为30mm。把它们在650℃的电炉上加热，并利用拉伸辊拉伸，使得中空圆柱形的包层玻璃和芯玻璃棒融接并彼此成为一体，形成外径为300μm、芯直径为295μm(包层的厚度将为2.5μm)的芯/包层玻璃棒。在后面给出的表1、3和表2中，颜料的量表示为重量百分比，把除去颜料的基体玻璃总量作为100wt.％。
把玻璃棒切割成长度为大约1m的段，然后浸入槽内保持在大约445℃的硝酸钠的熔融盐中大约24小时，使得存在于玻璃棒中的锂离子和存在于熔融盐中的钠例子交换。然后，把棒状透镜从槽中取出，并进行切割和对两端抛光，以便形成长度为4.13至4.01mm的折射率分布的棒状透镜。表4示出关于棒状透镜的外径、长度和芯轴上的折射率(n0)、折射率常数(g)和TC(物与以等效放大倍率所成的正象之间的距离)，其中折射率常数(g)是以如下方式确定的常数，即中心轴上的折射率表示为n0，在半径(r)方向上的折射率(n)分布近似依据下面的公式：
n＝n0(1-gr2)
折射率在芯与包层之间的分界面上连续变化。
大约200件折射率分布型棒状透镜以如下方式排列成两列形成锯齿形结构，即所有各件的光轴互相平行，然后用粘合剂互相粘接形成棒状透镜阵列。测量棒状透镜阵列在470nm、530nm和660nm的MTF值(调制传递函数)，取网格图案的空间频率为12Lp/mm，使用白光照明。结果示于表4中。MTF表示作为空间频率的函数的物和象的对比度之比。当MFT达到100％时，图象以高分辨率精确再现原物。
在对比例2中，含有包括CoO、MnO和Cr2O3的颜料，不能测量棒状透镜阵列的光学性能，因为在炉中热拉伸处理期间包层玻璃中经常失去透明性，结果，使得获得的两种玻璃不均匀。
(例2至10)
芯和包层含有如表1和2所示成分的双层结构玻璃棒，利用双坩埚通过旋压以如下方式制造。在图2中，双坩埚1包括内坩埚2和外坩埚3。芯玻璃的碎玻璃填入内坩埚2中，而包层玻璃的碎玻璃填入外坩埚3中，它们在坩埚1中被加热并分别融化。然后，利用拉伸辊(未示出)通过下部口6，分别把芯玻璃4从内坩埚2中拉出和把包含颜料的包层玻璃5从外坩埚3中拉出，以便形成芯/包层玻璃棒，使得芯玻璃和包层玻璃彼此融接成一体。产生的敏感玻璃棒用与例1同样的方法进行离子交换处理，以便产生棒状透镜和棒状透镜阵列，测量它们的光学性能并示于表4中。
就上述例子和对比例的包层玻璃而言，例1的包层玻璃(含有1.0wt.％CoO和3.0wt％Fe2O3)的光谱透过率特性示于图3中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，例3(含有1.0wt.％CoO、2.0wt％Fe2O3和0.5wt％NiO)的示于图4中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，例4(含有1.0wt.％CoO和10.0wt％Fe2O3)的示于图5中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，例5(含有1.0wt.％CoO、6.0wt％Fe2O3和1.0wt％NiO)的示于图6中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，例6(含有2.0wt.％CoO和6.0wt％Fe2O3)的示于图7中，(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，例7(含有3.5wt.％CoO和3.0wt％Fe2O3)的示于图8中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，例8(含有3.5wt.％CoO和10.0wt％Fe2O3)的示于图9中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，例9(含有1.0wt.％CoO、3.0wt％Fe2O3和1.75wt％NiO)的示于图10中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，例10(含有1.0wt.％CoO、10.0wt％Fe2O3和1.75wt％NiO)的示于图11中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，对比例1(含有1.0wt.％CoO)的示于图12中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)，及对比例3(含有1.0wt.％CoO和0.5wt％NiO3)的示于图13中(其中玻璃的厚度表示为0.1mm)。
                                                                  表1
例           1           2           3           4           5
    芯   包层     芯   包层     芯   包层     芯   包层   芯   包层
[％.tw]分成璃玻体基   Li2O     4.2   0.0     5.5   0.0     4.2   0.0     4.2   0.0   4.2   0.0
  Na2O     8.3   16.4     7.6   17.9     8.3   16.4     8.3   16.6   8.3   16.6
  MgO     8.4   8.1     8.0   7.6     8.4   8.1     8.4   4.5   8.4   4.5
  PbO     20.0   19.1     19.2   18.1     20.0   19.1     20.0   19.1   20.0   19.1
  BaO     4.6   4.4     5.0   4.7     4.6   4.4     4.6   4.3   4.6   4.3
  TiO2     4.2   4.0     6.2   5.9     4.2   4.0     4.2   3.7   4.2   3.7
  SiO2     50.3   48.0     48.5   45.8     50.3   48.0     50.3   51.8   50.3   51.8
[％.tw]料颜   CoO     0   1.0     0   1.0     0   1.0     0   1.0   0   1.0
  Fe2O3     0   3.0     0   3.0     0   2.0     0   10.0   0   6.0
NiO 0 0 0 0 0 0.5 0 0 0 1.0
  MnO     0   0     0   0     0   0     0   0   0   0
Cr2O3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
表2
例           6           7           8           9           10
  芯     包层   芯     包层   芯   包层   芯     包层   芯   包层
[％.tw]分成璃玻体基   Li2O   4.2     0.0   4.2     0.0   4.2   0.0   4.2     0.0   4.2   0.0
  Na2O   8.3     16.6   8.3     16.6   8.3   16.6   8.3     16.6   8.3   16.6
MgO 8.4 4.5 8.4 4.5 8.4 4.5 8.4 4.5 8.4 4.5
PbO 20.0 19.1 20.0 19.1 20.0 19.1 20.0 19.1 20.0 19.1
  BaO   4.6     4.3   4.6     4.3   4.6   4.3   4.6     4.3   4.6   4.3
  TiO2   4.2     3.7   4.2     3.7   4.2   3.7   4.2     3.7   4.2   3.7
  SiO2   50.3     51.8   50.3     51.8   50.3   51.8   50.3     51.8   50.3   51.8
[％.tw]料颜   CoO   0     2.0   0     3.5   0   3.5   0     1.0   0   1.0
  Fe2O3   0     6.0   0     3.0   0   10.0   0     3.0   0   10.0
NiO 0 0 0 0 0 0 0 1.75 0 1.75
MnO 0 0 0 0 0 0 0 0 0   0
  Cr2O3   0     0   0     0   0   0   0     0   0   0
                                                         表3
对比例           1           2             3            4
  芯     包层     芯     包层     芯     包层     芯     包层
[％.tw]分成璃玻体基   Li2O   4.2     0.0     4.2     0.0     4.2     0.0     4.2     0.0
  Na2O   8.3     16.4     8.3     16.4     8.3     16.4     8.3     16.4
  MgO   8.4     8.1     8.4     8.1     8.4     8.1     8.4     8.1
  PbO   20.0     19.1     20.0     19.1     20.0     19.1     20.0     19.1
BaO 4.6 4.4 4.6 4.4 4.6 4.4 4.6 4.4
  TiO2   4.2     4.0     4.2     4.0     4.2     4.0     4.2     4.0
  SiO2   50.3     48.0     50.3     48.0     50.3     48.0     50.3     48.0
[％.tw]料颜   CoO   0     1.0     0     1.0     0     1.0     0     1.0
  Fe2O3   0     0     0     0     0     0     0     0
  NiO   0     0     0     0     0     0.5     0     0
  MnO   0     0     0     0.75     0     0     0     1.5
  Cr2O3   0     0     0     0.25     0     0     0     0
                                                      表4
例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
外径[mm]  0.30   0.30  0.30  0.30  0.30  0.30  0.30  0.30  0.30  0.30
长度[mm]  4.13   4.01  4.13  4.13  4.13  4.13  4.13  4.13  4.13  4.13
中心轴上的折射率(n0)  1.612   1.630  1.612  1.612  1.612  1.612  1.612  1.612  1.612  1.612
折射率常数(g)  0.891   0.930  0.891  0.891  0.891  0.891  0.891  0.891  0.891  0.891
TC[mm]  9.20   8.37  9.20  9.20  9.20  9.20  9.20  9.20  9.20  9.20
MTF  470nm  71.8   71.6  72.3  76.0  75.4  73.2  72.5  75.3  75.2  76.5
 530nm  73.8   73.9  74.5  75.3  74.8  76.5  77.3  77.2  75.0  75.1
 660nm  75.6   75.5  76.1  75.9  75.7  77.1  77.7  77.6  75.8  75.6
对比例   1     2  3   4
外径[mm]   0.30     -  0.30   0.30
长度[mm]   4.13     -  4.13   4.13
中心轴上的折射率(n0)   1.612     -  1.612   1.612
折射率常数(g)   0.891     -  0.891   0.891
TC[mm]   9.20     -  9.20   9.20
MTF  470nm   51.5     -  54.0   56.2
 530nm   75.0     -  73.8   73.4
 660nm   75.3     -  71.1   72.0
与对比例1、3和4比较，例1至10分别在波长470nm、530nm和660nm具有高MTF值。相反，对比例1、3和4在波长470nm具有低MTF值，这表明这些对比例在用白光照明时分辨率降低。虽然颜料成分彼此相同，而芯和包层基体玻璃成分彼此不同，例1和2不发生失去透明性现象。相反，虽然芯和包层的基体玻璃与例1的成分相同，对比例2中发生失去透明性现象。
如上所详述，根据本发明，通过处理双玻璃棒，所述双玻璃棒具有芯/包层结构，而且在包层玻璃中含有至少包括CoO和Fe的颜料，用离子交换方法，可以提供折射率分布型棒状透镜以及棒状透镜阵列，所述折射率分布型棒状透镜具有相当高的外径精度，很少或不受通过折射率不规则分布的边缘部分的光的影响，并防止闪耀光进入，以便即使当用于使用白光照明的光学装置时也具有高分辨率。

Claims (13)

1.一种折射率分布型光学元件，具有用离子交换方法制成的芯/包层结构，其中所述折射率分布型光学元件包括包层玻璃，该包层玻璃包括基体玻璃和作为颜料的金属氧化物，
其中所述包层玻璃包括如下作为所述颜料的金属氧化物：
0.3至4.0重量份CoO；
1.0至12.0重量份Fe2O3；
0.0至2.0重量份NiO；以及
0.0至0.2重量份Cr2O3；
在基体玻璃总量看作100重量份的情况下。
2.如权利要求1所述的折射率分布型光学元件，其中包层玻璃包括所述金属氧化物：
0.5至1.5重量份CoO；
1.5至4.0重量份Fe2O3；以及
0重量份NiO；
在基体玻璃总量看作100重量份的情况下。
3.如权利要求1所述的折射率分布型光学元件，其中包层玻璃包括所述金属氧化物：
0.5至1.5重量份CoO；
1.0至2.5重量份Fe2O3；以及
0.2至2.0重量份NiO；
在基体玻璃总量看作100重量份的情况下。
4.如权利要求2所述的折射率分布型光学元件，其中在基体玻璃总量看作100重量份的情况下，基体玻璃包括等于或大于5重量份的MgO。
5.如权利要求3所述的折射率分布型光学元件，其中在基体玻璃总量看作100重量份的情况下，基体玻璃包括等于或大于5重量份的MgO。
6.如权利要求1所述的折射率分布型光学元件，其中包层玻璃包括所述金属氧化物如下：
0.5至1.5重量份CoO；
6.0至12.0重量份Fe2O3；以及
0重量份NiO；
在除去颜料的基体玻璃总量看作100重量份的情况下。
7.如权利要求1所述的折射率分布型光学元件，其中包层玻璃包括所述金属氧化物如下：
0.5至1.5重量份CoO；
5.0至8.0重量份Fe2O3；以及
0.2至2.0重量份NiO；
在基体玻璃总量看作100重量份的情况下。
8.如权利要求6所述的折射率分布型光学元件，其中在基体玻璃总量看作100重量份的情况下，基体玻璃包括小于5重量份的MgO。
9.如权利要求7所述的折射率分布型光学元件，其中在基体玻璃总量看作100重量份的情况下，基体玻璃包括小于5重量份的MgO。
10.如权利要求1至9任何一项所述的折射率分布型光学元件，其中所述包层玻璃的所述基体玻璃平均含有如下金属氧化物：
0.5至12重量份Li2O；
14至28重量份Na2O，其中Li2O和Na2O的总量在15至29重量份范围内；
2.5至15重量份MgO；
2至10重量份BaO；
0至25重量份PbO；
2至10重量份TiO2；以及
45至60重量份SiO2；
在基体玻璃总量看作100重量份的情况下，构成芯的玻璃平均含有如下金属氧化物：
2至9重量份Li2O；
0.5至25重量份Na2O，其中Li2O和Na2O的总量在4至29重量份范围内；
2.5至15重量份MgO；
2至10重量份BaO；
0至25重量份PbO；
2至10重量份TiO2；以及
45至60重量份SiO2；
在基体玻璃总量看作100重量份的情况下，其中包层玻璃中的Na2O含量大于构成芯的玻璃中的含量，而构成芯的玻璃中的Li2O含量大于包层玻璃中的含量。
11.如权利要求1至9任何一项所述的折射率分布型光学元件，其中玻璃包层的厚度在1至100μm范围内，而且厚度为100μm的包层玻璃对波长为380至680nm的所有光的透射率等于或小于75％。
12.如权利要求1至9任何一项所述的折射率分布型光学元件，其中芯玻璃直径在100至1000μm范围内，而且其中玻璃包层的厚度在芯玻璃直径的1至25％范围内。
13.一种由多个如权利要求1至9任何一项所述的折射率分布型光学元件构成的折射率分布型棒状透镜阵列，其中多个光学元件以如下方式排列，即它们的所有光轴互相平行，而且所述元件彼此粘接。
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