JPH04502216A - 光軸に沿って変化する屈折率を有するガラス部材の製造方法 - 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】 韮ＪＬＵｊＬ 本発明は一般的に放射エネルギーを伝えるための器具１例えばレンズに関するも ので、より具体的には少なくとも１つの次元において屈折率の勾配を有する光学 的屈折ガラスに関するものである。

！−量−技」１ 径方向屈折光学勾配（ｒａｄｉａｌ　ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　 ｇｒａｄｉｅｎｔ）はプラスチック及びガラスのサンプルで実現されている。米 国特許第３，７１８，３８３号“屈折率勾配をもつプラスチック光学素子”（ロ バート・ムーア、１９７３年２月２７日）では、成形した重合体マトリックスの 中へ希釈剤を拡散させて、その先軸に垂直な方向に屈折率の連続した勾配を生じ させることを記載している０円筒形サンプルにおいて、光軸に直角な径方向距離 に実質的に比例した屈折率の、角度的に対称な径方向勾配が、プラスチックマト リックスより屈折率の低い希釈剤をマトリックスの中へその中心コアから拡散さ せることにより形成され得る。同様に、径方向外方に屈折率が減少しなければな らない正のレンズのためには、プラスチック棒に対し外にある希釈剤の内方拡散 が要求される。

米国特許第３，８５９，１０３号“屈折率勾配をもつ光学ガラス体”（ミツギ・ ヨシャガワ、１９７５年１月７日）においては、ガラス物品の中心軸から周辺面 へ連続的に減少する屈折率を、ガラスの中に含まれたタリウムイオンを外部のア ルカリ金属イオンで置き換えた結果生成することを記載している。タリウムイオ ンはガラスに高屈折率を与えるからＴＱ、０含有ガラスが選ばれた。所要のイオ ンの置き換えを実現するための方法は、ガラス物品を選ばれた塩と相当な拡散を 行なわせるのに十分な時間の間接触させることである。関係式Ｎ＝＝Ｎｆｌ（１ −ａ　ｒ”）に従う屈折率の分布がガラス体に生じる。ここでｒは中心から径方 向への距離、ａは正の定数、Ｎ、はガラス体の中心軸に垂直な断面の中心におけ る屈折率である。

チュワート・イー・ミラー、　１９７７年１０月１１日）、及び第４，０７６． ３８０号“段階的屈折率光ファイバーｎ（フランク・ビンセント・ディマーセロ 及びジョン・チャールス・ウィリアムス、１９７８年２月２８日）においては、 光ファイバーを通る光パルスの分散特性を改良するため、繰返し変化する個別の 長手方向ゾーンにおいて径方向勾配をもつ段階的屈折率光ファイバーが記載され ている。

前者特許においては、前記ゾーンは一定な光学的屈折率材料から成る各層の厚さ を変えることにより実現され、他方後者の特許においては異なる屈折率の複数層 がファイバーの長さ沿いに螺旋パターンで配置される。

米国特許第４，６９６，５５２号″屈折率分布型レンズをもつ投影装置”（シュ ン・ハラトリ及びシゲユキ・スダ、１９８７年９月２９日）には、物品を照明す る照明システムと物品の映像を投影するための屈折率分布型レンズとをもつ投影 装置が開示されている。このレンズは光軸に重直な断面における光軸からの距離 の２乗に実質的に比例する屈折率分布と、光軸の方向に単調に変化する屈折率分 布とをもっている。このレンズは、長さ約１８腸■と径（光軸に垂直な）約０． ５　ｍｇ＋の次元と、　０．０５以下の屈折率の変化とにより特徴づけられる。

本明細書の目的上、ここに“光軸”とは１本発明の屈折性材料の内部に延びてい て、この材料の光の通過に適した入口と出口表面の両方を通る仮想直線を意味す るものと定義する０本発明の成る選ばれた実施例には１つ以上の光軸があること もあるが、一般に光軸は材料の幾何学的材称性により単一に定義されるであろう 、いずれにしても、屈折性材料の屈折率の変化は光軸に対して定義できるであろ う、同じく本明細書の目的上。

パ２方向勾配”とは、通常互いに直交する２方向の各々に沿って生じる屈折率の 勾配をさすと定義する。最後に、パ光”とは赤外線から可視光を通り紫外線まで の範囲の周波数スペクトル内の電磁放射と定義される。

特許文献並びに科学工学文献に特に欠けているのは、著しい屈折率の変化と共に 、且つ軸方向の相当な寸法にわたって光学密度の単調に変動する分布の記載であ る。前記ハラトリの特許は、屈折率を変化させる２方向勾配をもつレンズを開示 しているが、そのようなレンズはそこに用いられている用語が示すように実質的 厚みをもたず、また屈折率の著しい変化をもたない。

マクロ勾配光学密度透過光集中体、レンズ及び大形の複合レンズにおける最近の 進歩が本出願人に譲渡された特許出願Ｎｏ。

０７／２０６，１０９及び０７／２０６，１１０　（１９８８年６月１７日出願 ）に開示されている。これら出願はガラス粉又はフリットを使って光学素子を製 作することを開示している。すなわち、第１組成物から第２組成物へ小さいステ ップで１例えばフリット層ごとに１０％変化で変わる一連のフリット混合物をル ツボにいれて融解する。

フリット法で導かれた光学素子は意図されている目的に適当である。しかしそれ でも、改良された光学素子を得るためには加工技術に進歩が要求される。

見」Ｌ立］Ｌ元 本発明によれば、溶解ガラス部材から成る光学素子、並びにこれを製造する方法 が提供される。この方法においては、多数のガラスプレートが積み重ねられて、 −緒に溶解される。積み重ねられた堆積（ブロック）は、−格上が１つのガラス 組成のプレートから成り、−格下が他のガラス組成のプレートから成る。

中間のガラスプレートは２つのガラスの均質混合物から成る。

２つの端部部材が、所望の屈折率の変化、同様な熱膨張係数。

及び軟化温度に基づいて選択される。

溶解の後、複合ガラスのブロックは熱応力の影響を最小限にするためアニーリン グ工程により室温にされる。ついでこのブロックはレンズその他の光学素子を形 成するため造形される。

本発明の方法は少ない時間しか要さず、従来方法における気相拡散や融解塩拡散 などより面倒でない条件の下で遂行される。

さらに、光軸に沿う１０　＋ｕ＋及びそれより大きい厚みをもつ大きな幾何学形 状のブロックが容易に調製される。その上、屈折率におけるマクロ勾配、すなわ ち光軸に沿って０．１のオーダー及び０．５にさえ達する勾配が実現される。

図面の簡単な説明 第１図は溶解前の積み重ねた直線的形状を有する多数ガラスブロックの斜視図で ある。

第２図は溶解前の積み重ねた円盤形の多数ガラスブロックの斜視図である。

第３図は第１図と同様な多数ガラスブロックの斜視図であるが、より大きいブロ ックを作るため横に積んだ、溶解前の斜視図である。

第４図は、Δｎと位置の座標上に、溶解ガラス中の距離と共に現実に変化した屈 折率（実線）と、多項式に従って計算した屈折率の変化（破ａ）とを示すグラフ である。

第５図は、Δｎと位置の座標上に、他の溶解ガラス中の距離と共に現実に変化し た屈折率（実線）と、多項式に従って計算した屈折率の変化（破線）とを示すグ ラフである。

日　る二め　の７ 図面を参照すると、同じ符号は全体を通じて同じ要素を示すもので、溶解前のガ ラスプレート１２の堆積１０が第１図に示されている０本発明の実施においては 多数のプレートが用いられる。

プレートの数は本方法にとって臨界的ではないけれども１本発明の利益を実現す るには少なくとも５枚のプレートを用いなければならない、少ないプレートは屈 折率の大きな変化を制御可能な態様で実現しないかもしれない。

理論上は、望むだけ多くのプレートを使えるけれども、炉の寸法などの考慮、二 次引き抜き及びロールがけなどの処理能力。

隣接プレートの溶解のための所要時間及び温度条件、最終溶解寸法、所望の屈折 率変化（Δｎ）、及び最初のプレート厚さがすべて最も経済的なプレート使用枚 数を決定する要素となる。

一般に、これまで最良の結果は５枚から８枚のプレートで実現されている。

個々のプレート１２の厚さは、溶解した特定の最終ブロック１０を得るのに望ま れるように調整され得る０例えば、各３ｍｎ＋厚の個々のプレートを使用して２ ４　＋＋＋ａ厚のブロックを作ることができる。

少なくとも約ＩＩ＋ｌＩｍの実際的プレート厚が製造の容易さのため有用である 。プレート厚は少なくとも一部は隣接プレート間の拡散速さに基づいて選択され る。好適なプレート厚は約１．８から３Ｉ１ｍの範囲である。

ブロックの寸法は、所望の最終厚と製造技術とに依存するが、理論上は数センチ メートル厚でもよく、ただそのように厚いブロックを無応力状態で製造する能力 によってのみ制限される。

屈折率の所望範囲が選択され、各々特定の屈折率をもつ２つの端部部材が所望の 屈折率変化を与えるため選択される。端部部材は第１図に１２ｂ（底部）と１２ ｔ（頂部）として示されている。

・中間プレート部材１２ｉ１．１２ｉ２等々は、端部部材の粉末を所望の割合で 混合して隣接プレート間で所望の屈折率変化を得るようにして調製され得る０例 えば所望のΔｎが０．４６で縦に積んだプレートの総数が８である場合、各プレ ートは約０．０６６で変化する。また例えば、プレート８枚のブロックにおいて 、１２ｉ１はプレート１２ｂの組成の１２．５％とプレート１２ｔの組成の８７ ．５％とから成る。その他の中間プレート部材の組成はこれに応じて決定される 。

プレートは１粒径約３２５メツシュ（＜４４μ論）から１．６層ｍの範囲のフリ ット又は粉末から製造され得る。ついで、フリット又は粉末は回転タンブラ−内 で混合され、ガラス成分が互いにランダムに分散し合うようにされる。

所望の組成のフリット又は粉末が型又はルツボに入れられ、昇温に加熱される。

この昇温は種々の要因、すなわち２種のガラスの間の相対的化学的相違、型又は ルツボ材料（例えば、１５００℃でのプラチナ変色鉛被覆ガラス）１人間又は機 器の損傷を起こす可能性のある高蒸気圧での元素の存在（例えば鉛）、相分離ガ ラスの形成の可能性、及び撹拌を要するかどうかなど番；依存する。

一般に、加熱は前記諸要因と矛盾しないで、最高の溶解温度をもつ成分ガラスの 溶解温度より上の成る温度でなされる。この温度は、プレートの泡立ちがなくな るまで、典型的に約２時間から６時間その温度に維持される。ついでプレートを ７ニーリングして、以後の処理中に破断する可能性を減じられる。加熱は大気圧 条件でなされ得る。さもなければ、加熱は気泡の除去に助けとなるよう真空でな され得る。

最後に、プレートを作るその他の方法には、プラチナ、アルミナ又はシリカの高 純度ルツボに基礎ガラスのばら物材料を入れ、普通の対流により又は撹拌により 混合を起こさせる。混合物に組成の不均一性と泡がなくなった時、溶融ガラスを 加熱板の上へ、又は黄銅若しくは鉄の型に注ぎ込む、この結果のガラスはブロッ ク又はスラブの形であり得るから、次に切断して適当なプレート寸法にすればよ い、再び、プレート又はブロックを７ニーリングして溶解前の破断を防止する。

このような技術はガラス工業で周知である。

大量の抜ガラスを製造するためのその他の今日のガラス作り技術１例えばフロー ト法、垂直引き抜き法及びオーバーフロー法も使用することができる。

プレート１２は所望の形に積み上げられる０重力の影響があるため、最も密度の 高いガラスが底に置かれ、堆積１０の頂部へ向って次第に密度が減少するように する。他方、ガラスの密度を合わせることにより屈折率の複雑な曲線を創り出す ことができる。

プレート１２は、堆積１０を溶解中その形に保持することを可能にする型（図示 せず）の中に積むことができる。しかし、型は、溶解中に堆積ｌブロックの潰れ を防止する何らかの拘束手段が存在するなら、省くことができる。型の組成物に はガラスと実質的に不活性であるもの１例えばｐｔ及び９５％Ｐｔ−５％Ａ　ｕ 。

並びに典型的なセラミック例えばアルミナが含まれる。

堆積の中には個々のプレート組成物によって成る軟化温度の範囲があるが、好適 には大体同じ軟化温度の端部部材ガラスを選択するのがよい、同様な軟化温度を もつ組成物の使用は溶解及びアニーリングを容易にする０例えば、複数ガラスプ レートが所与の温度で大体同じ粘度であると、種の拡散についてより良い制御を 確実にする。

第１図に略示した直線的以外の種々の形状を使用し得ることは理解されよう０例 えば、第２図に示した円盤状のガラスを上に与えたと同じ考察に従って使用する ことができる。さらに。

プレートは、垂直のほかに、第３図に略示したように横に溶解することができる 。各水準におけるプレートは大体同じ組成をもつが１本発明はかような形状に限 定されるものではない。

所望の堆積１０が炉の中に入れられ、成る期間加熱される。特定の使用時間一温 度曲線を決定する種々の考察がある０例えば、成るガラスは室温で炉に入れ、数 時間にわたり溶解温度にすればよい、しかし、不透明化しやすいガラスは数分で 溶解温度に達しなければならないかもしれない、これにより結晶の核及び成長が 最小化されることが確保されるが、溶解温度に予熱されていた炉を使用すること を要することがある。

もし個々のプレート１２が前以てアニーリングされているなら。

堆積ＩＯは直接溶解温度の炉に入れても悪い影響はない、しがし、アニーリング されていないと、プレートが割れて空気が堆積の中に入り、より長い溶解時間を 必要とし、これが勾配曲線を乱すことがある。

層間に捕らえられた空気を除去し、溶解温度での熱衝撃を減少させるため真空を 用いた予熱工程を使用することができる。

予熱温度は最も高い軟化温度より約２００℃上であることを要し。

真空のレベルは水銀柱２０から２５インチの間である。しかし、プレート表面が 非常に滑らかであるなら、真空の使用は最小効果しかもたないようである。

特定の１枚又は数枚のプレート１２内に泡があると、−格下の層から始まって一 時に１つの層を順次に融かすことにより溶解した堆積１０が組み立てられる。こ の方法は泡が異なる屈折率の層を通過することなく表面に立ち上がることを可能 にし、これにより屈折率位置の制御をより精密に維持させる。

溶解の時間は種々の要因に依存し、例えば隣接しているいずれか２つのプレート 間の化学的相違、プレートの厚さ、ガラスが層分離し又は不透明化することへの 温度の抑制、及び型の材料などに依存する。約１．５から８時間の間の溶解時間 が十分な溶解温度は、堆積１０を構成しているプレート１２の各々の粘度が十分 低くなるように、十分高くなければならない。一般に。

好適な溶解温度は最大軟化温度の大体２倍である。溶解工程中、構成分の安定な 拡散が限定された距離にわたって起こるから、その結果の屈折率は滑らかな位置 の関数となる。

溶解に続いて、溶解した堆積１０はひび割れなしに室温に下げなければならない 。これはアニーリング工程によりなされる。

多くのルートをとることができるが、当業者はここにおける開示並びにガラスア ニーリング一般の知識に基づいて、ガラス組成の特定の組合せにいたる最適なル ートを開発できるであろう。

一般に、アニーリング温度は多くの構成プレート組成の中の最大軟化温度より低 くなければならず、また型又は処理材料、ガラスの基礎的成分、及びそれらの相 互作用をも考慮に入れなければならない、最適ガラスにとって、これら考察は、 ガラス成分と例えば型との反応による変色を避けるため１重要である。

アニーリング工程は典型的に約１５から６０時間を要する。

溶解したブロック１０はついで１周知の技法を用いて整形され研磨される。仕上 げられたブロックは例えばレンズとして、又はその他光伝送装置として成形され 得る。全光軸に沿って変化する屈折率をもつ大形レンズを本発明の教示に従って 作ることができる。

屈折率の変化は全く実質的なものとされ得る。少なくとも約０．０８５のΔｎが 、融解塩法につきものの問題に頼ることなく、又は気相拡散法につきものの過度 の処理時間を要することなく、本発明の教示により定常的に実現される。従来法 では得られなかった０、５に達する屈折率の変化が、特に本発明で得ることので きる大形のものについて１本発明の方法により同様に実現可能である。現在、約 ０．０８５から０．１の範囲のΔｎをもつ光学ガラスは容易に製造されている。

本発明の方法は特定のタイプのガラスに限定されない、２つの端部部材が加熱中 に２つの相を形成しない限り、多くの対の端部部材ガラスを使用できる０例えば 、ホウ酸鉛ガラスをホウ酸ナトリウムガラスと組合せることができ、カリウムバ リウム鉛ガラスをカリウムボロシリケートガラスと組合せることができ、及びア ルミノ−ボロシリケートガラスをカリウムソーダ鉛ガラスと組合せることができ る。最後の２対のガラスのタイプは光学品位ガラスを生じる代表的組成物である 。

上の　口 本発明に従って調製された溶解ガラスはレンズ及びその他関連する分野、すなわ ち０．０８５及びそれ以上の大きいＡｎが要求される分野及び光軸に沿って大き い厚さが望まれる分野に用途を見出すと期待される。

去−」［−ター 五一よ この例では屈折率が光軸に沿って優勢的に二次曲線的に変動するように選択した 。

各々１０２　ｍｍ　Ｘ　３８　ａｍ　Ｘ　３　ａｍの寸法である１６枚のガラス プレートをＰｔ−Ａｕ製型の中に配列して寸法２０４　＋ｓｍ　Ｘ　３８　ａｍ 　Ｘ２４０１１１の堆積を形成した。底の層は市販のホウ酸鉛ガラス（フィラデ ルフィア・オルズマーのスベシアルティ・グラス・インコポレイテッドの５ｐ４ ５７）から成り、これは分析により８２．５ｖｔ％のＰｂ０．１１．５ｗｔ％の ＢｚＯｘ、　３．０ｗｔ％のＡら０１．１　、０％ｌｔ％のＣａｏ；１％以下の Ｓｉｎ、、Ｎａ、Ｏ，に、Ｏであって、屈折率１．９７であると認められた。こ のガラスは密度６．２　ｇ／ｃ＋ａ″、熱膨張係数１０４　Ｘ　１０−’ｃｍ／ ｃｍ／”Ｃ、軟化温度３７０℃であった。

−格上の層は市販のナトリウムボロシリケート・ガラス（スペシアルティ・グラ ス・インコーホレーテッドの５Ｐ７１２）から成り、これは分析により４６．Ｏ ｖｔ％のＳｉ０　、１６．０ｗｔ％のＢｔＯ，。

１４、Ｏｖｔ％のＮａｇ　０　、１４．０ｗｔ％のＡｎ、Ｏ，、５，０ｗｔ％の に、Ｏ；１％以下のＰｂＯ，ＣａＯであって、屈折率１．５１であると認められ た。このガラスの密度は２．４　ｇ７ｃｍ”、熱膨張係数は９７Ｘ１０−’ｃｏ ／ｃ＋ｓ／　”Ｃ１軟化温度は６２８℃であった。

各層の平均屈折率変化は約０．０６６であった。プレート群の屈折率の精密な値 は最終的に得られる曲線が所望の二次勾配曲線を達成するように選択された。

中間層は、上記ガラス組成物の粉末の大体選ばれた混合物でプレートを鋳造する ことにより作られた。混合物は生成する組成物が所要の中間屈折率をもつように 選ばれた。

堆積物は１０００℃に加熱され、構成プレートを一緒に融解させるためその温度 に６時間保持された。溶解に続いて、得られたブロックは約１５時間にわたり低 屈折率ガラスの軟化温度より以下に下げ、その温度に３時間保持し、ついで２５ 時間にわたり高屈折率ガラスのアニーリング温度に（ここでは３３５℃に）下げ 、その温度に約２時間保持し、ついで約２時間にわたり２７５℃（構成ガラスの 最低ひずみ点）に下げ、最後に炉を切って（約１０から１２時間）室温に下げる ことによりアニーリングされた。

研磨の後、ブロックは軸方向に傾斜した屈折率、すなわち光軸に沿って底部から 頂部へ変化する屈折率を示した。屈折率曲線を測定するため、断面の垂直スライ スを取り、光学的に研磨した。在来の干渉計技法を使って屈折率を垂直位置の関 数として測定した。結果は、滑らかに変化する屈折率を示し、これは周知のレン ズ設計コンピュータプログラムに使用するのに直接適゛した単純な多項式に適合 した６所望の優勢的に二次的な曲線は次の式に合うと認められた。

Ａｎ　＝０．００７３１７１１　＋　０．０４８４８０３ｘ−０，０Ｏ１６２７ ４５ｘ”ここでＸは試料の頂部からの距ｎ　（０，６３２８μｍの波長において ）である、プロットした曲線を第４図に示すが、ここで実線は現実の測定データ を表わし、破線は上記の式から計算された値を表わす。

■−え この例では、屈折率が光軸に沿って優勢的に直線的に変化するように選択した。

各々５１ｍ＋ａ　Ｘ　５１ｍｍ　Ｘ　２　ｍｍの４枚のガラスプレートと、１枚 の５１ｍｍＸｓ１ｍ＋ｌｌＸ６　ｉｎのガラスプレートをＰｔ−Ａｕ製の型に入 れて寸法５１ａ＋ｍ　Ｘ　５１＋ｎａ＋　Ｘ　１４ｍｍの堆積物を形成した。各 プレートは例１で用いた２つの基礎的成分の大体の粉末混合物から鋳造された。

屈折率の範囲は１．６６から１．５６であり、対応する密度範囲は３．６４から ２．８３　ｇ／ｃｍ３であった。隣接する層間の屈折率の差は一定な０．０２５ であり、所望の線状勾配を導いた。

堆積物は１０４０℃に加熱され、８時間保持されて成分プレートを一緒に溶解し た。溶解に続いて生成したブロックは、６００℃に８時間低下させることにより アニーリングされ、そこに４時間保持された。２時間５００℃に下げ３時間保持 、１０時間４５０℃に下げ３時間保持、そして最後に炉を切って約１１時間室温 に冷却することによりアニーリング工程を完了した。

研磨しトリミングした後、ブロックは軸方向に傾斜した屈折率を示した。屈折率 曲線は例１と同様に測定した。結果は再び滑らかに変化する屈折率を示し、Ａｎ 　＝０．０８６９であった。所望の優勢的に直線状の線形は次の式に適合すると 認められた。

Δｎ＝　−０，００１１０７１＋　０．００２４２４９４２ｘ　−０，００２３ ８２９５ｘ”＋　０．０００１３０３７５　ｘ　” ここで又は資料の底部からの距Ｍ　（０，６３２８μｍの波長で）である。

プロットした曲線を第５図に示す。ここで実線は現実の測定データを表わし、破 線は上記式から計算した値である。

五−主 この例で屈折率は直線勾配を生じるように選ばれた。各々２５　ｍｔａ　Ｘ　２ ５　ｍｍ　Ｘ　３　ｍｍの５枚の層をＰｔ−Ａｕの型に入れて、２５ｍ＋ｗＸ２ ５　ｍ＋５Ｘ１５　ｎ＋＋１１の寸法の堆積物を形成した。

底部の層は、スコツト・グラス・チクノロシーズ・インコーホレイテッド（ペン シルベニア、デュリア）から取引名ＢａＦ４で入手できるカリウムバリウム鉛ガ ラスであった。スコツトの材料安全性データシートによると、このようなガラス は２１〜５０％のシリカ、２１〜５０％の酸化鉛、１１〜２０％の酸化バリウム 、１〜１０％の酸化カリウム、１〜１０％の酸化亜鉛、１％以下の酸化ナトリウ ム、１％以下の二酸化ヒ素により与えられる組成をもつ。

このガラスの屈折率は１．６０５６．膨張係数は３．５　ｇ／ｃｍ’、軟化温度 は６９４℃であった。

頂部の層は、スコツト・グラス・チクノロシーズ・インコーホレーテッド（ペン シルベニア、デュリア）から取引名に７で入手できるカリウムボロシリケートか ら成っていた。スコツトの材料安全性データシートによると、このようなガラス は、５１％以上のシリカ、１１〜２０％の酸化カリウム、１〜ｌＯ％の酸化ホウ 素、１〜１０％の酸化ナトリウム、１〜１０％の酸化亜鉛、１％以下の酸化鉛、 酸化チタン、及び二酸化ヒ素から成る組成をもつ、このガラスの屈折率は１．５ １１１．膨張係数は９７　Ｘ　１０−’Ｃｍ／ｃｍ／℃、密度２．５４　ｇ／ｃ ＋ｍ３．軟化温度７１２℃であった。

各層の屈折率は約０．０２７で変化し、所望の直線状勾配線形をもたらした。中 間プレートは大体選ばれた粉末の混合物から鋳造された。粉末は２つの基礎ガラ スの固体ブロックから調製された。

プレートは、１４００℃に２時間加熱し、ついで急速に５００℃に冷却し、そこ で６時間アニーリングを完了するため保持されて調製された。プレート混合物は 生成する均質な混合物が所要の中間屈折率をもつように選ばれた。

堆積物は、底部層から始めて各層を順次融解することにより組立てられた。堆積 物は９６０℃に１／２時間予熱し、ついで１４００℃の溶解炉に８時間入れられ た。その結果の溶解ブロックを溶解炉から取りだし、放冷して約２５分で室温に した。ブロックは、ついで５００℃に２時間加熱し、ついでその温度に６時間ア ニールのため維持された。ブロックをついで３００℃に２時間冷却し、ついで約 ６時間放冷して室温にした。

研磨の後、生成したブロックは軸方向に傾斜した屈折率を示し、屈折率は光軸に 沿って底部から頂部へ変化した。屈折率は。

位置の関数として優勢的に直線形を示すように滑らかに変化するように見えた・ 産皿血走！ 上記と同様なガラスブロックを６層、７層及び８層で調製した。屈折率の変化の 例は０．１．０．２及び０．４６であった。アニーリングスケジュールはブロッ クの質量に比例して定められた。各側において、滑らかに変化する屈折率が観測 される。

１を置、　ｍｍ 国際調査報告

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．光軸に沿って変化する屈折率を有するガラス部材を製作する方法であって、 （ａ）頂部プレートと底部プレートとの間に多数の中間ガラスプレートの堆積物 を形成するように積み重ねること、前記頂部プレートは第１の選ばれた屈折率と 第１の軟化温度を有する組成のガラスから成るものとし、前記底部プレートは第 ２の選ばれた屈折率と第２の軟化温度とを有する組成のガラスから成るものとし 、前記多数の中間ガラスプレートは各々前記頂部プレートと底部プレートの中間 の組成から成り、前記第１の組成から第２の組成へ変わる組成の変化を実現する ように堆積されること、 （ｂ）前記堆積物を、前記プレートを溶解して溶解堆積物を形成するように溶解 温度に加熱すること、及び（ｃ）前記溶解堆積物を室温に冷却することから成る 方法。
2. ２．前記第１の軟化温度と第２の軟化温度は大体同じである請求の範囲１に記載 の方法。
3. ３．前記ガラスプレートは溶解中流れないように拘束されている請求の範囲１に 記載の方法。
4. ４．前記ガラスプレートは、該ガラスプレートの組成に対し前記溶解温度で実質 的に不活性である材料から成る形の中に積み重ねられる請求の範囲３に記載の方 法。
5. ５．５枚から８枚のガラスプレートが垂直に積み重ねられる請求の範囲１に記載 の方法。
6. ６．プレートを横に積み重わることを含む請求の範囲１に記載の方法。
7. ７．前記横に積み重ねたプレートがすべて所与のレベルで同じ組成をもつ請求の 範囲６に記載の方法。
8. ８．各ガラスプレートは約１．８から３．０ｍｍ厚の範囲である請求の範囲１に 記載の方法。
9. ９．前記屈折率が光軸に沿って少なくとも約０．０８５ずつ変動する請求の範囲 １に記載の方法。
10. １０．前記ガラス部材は前記光軸に沿って少なくとも約１０ｍｍの厚さをもつ請 求の範囲１に記載の方法。
11. １１．前記溶解温度が前記堆積物のいずれかのガラスプレートの最大軟化温度の 大体２倍である請求の範囲１に記載の方法。
12. １２．前記堆積物の加熱は約１．５時間から８時間の範囲の時間前記溶解温度に 維持される請求の範囲１１に記載の方法。
13. １３．前記溶解堆積物の冷却は、該堆積物をそのガラスプレートのいずれかの最 大軟化温度より低い温度にアニーリングすることを含む請求の範囲１に記載の方 法。
14. １４．前記冷却は約１５〜６０時間の範囲の期間行なわれる請求の範囲１１に記 載の方法。
15. １５．光軸と、該光軸に沿って少なくとも約０．０８５の屈折率変化をもたらす 滑らかに変化する屈折率をもつ溶解ガラスブロック。
16. １６．前記ガラス部材が光軸に沿って少なくとも約１０ｍｍの厚みを有する請求 の範囲１５に記載の溶解ガラスブロック。