JPH0788234B2

JPH0788234B2 - 光集束性レンズ

Info

Publication number: JPH0788234B2
Application number: JP61208026A
Authority: JP
Inventors: 清澄藤井; 秀也小木; 旭赤沢
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1986-09-05
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS6364941A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光集束性レンズ用ガラス組成物に関する。さら
に詳しくは、屈折率分布を持つ光集束性レンズをイオン
交換法で製造するに適したガラス組成物に関する。

〔従来の技術〕

修飾酸化物を構成し得る第１の陽イオンを含むガラス体
を、修飾酸化物を構成し得る第２の陽イオンを含む溶融
塩と高温で接触せしめてガラス体中の第１の陽イオンを
溶融塩中の第２の陽イオンで置換するイオン交換法によ
つて、ガラス体中に中心から周辺部に向けて変化する屈
折率分布を形成した光集束性レンズを製造できることは
知られている。

Tlを含むガラス体を硝酸カリ溶融塩中でイオン交換する
と、開口角が20〜30度の光集束性レンズが得られる。し
かし、この光集束性レンズは色収差が大きく、従つて単
一波長の光に使用するには適しているが、白色光に使用
するには適していない。

一方、Csを含むガラス体を硝酸カリ溶融塩中でイオン交
換すると、色収差が非常に小さい光集束性レンズが得ら
れる。しかし、このレンズは最大開口角が12度程度と小
さい欠点を有している。

また、Liを含むガラス体を硝酸ナトリウム溶融塩中でイ
オン交換して製造した光集束性レンズも知られている。
イオン交換されたままのレンズの周辺部は、理想屈折分
布から外れた分布を有するため、該周辺部を弗酸処理等
により除去して屈折率分布の良好な部分のみを光集束性
レンズとして使用せざるを得ない。

特公昭59−41934号公報には、上記の如き光集束性レン
ズの欠点を改良した光集束性レンズを供給することを目
的として、 SiO₂ 25〜68、TiO₂ 2〜16、B₂O₃ 0〜25、Al₂O₃ 0〜10、
SiO₂＋TiO₂＋B₂O₃＋Al₂O₃ 58〜77、MgO 4〜22、PbO 0〜
13、MgO＋PbO 4〜22、LiO 2〜18、Na₂O₃ 3〜22各モル％
の主要成分と La₂O₃ 0〜５、Y₂O₃ 0〜５、ZrO₂ 0〜３、K₂O 0〜３、Zn
O 0〜５、CaO 0〜３、SrO 0〜３、BaO 0〜３、SnO₂ 0〜
１、As₂O₃ 0〜0.5各モル％の安定化剤とからなる集束性
レンズの製造に適したガラス組成物、が提案されている。しかしながら、特公昭59−41934号
公報には、特に限られた範囲のLiおよびNa含量におい
て、色収差が小さく、開口角が大きくそして有効視野面
積が大きいガラス組成物が得られることは全く記載され
ていない。

〔発明が解決すべき問題点〕

本発明の目的は、色収差が小さく、開口角が大きくしか
も有効視野面積の大きな光集束性レンズを提供すること
にある。

本発明の他の目的は、上記特性のみならず実用的水準に
ある高い耐候性を備えた光集束性レンズを提供すること
にある。

本発明のさらに他の目的および利点は以下の説明から明
らかとなろう。

本発明によれば、本発明のかかる目的および利点は、ガ
ラス体をナトリウム化合物の溶融塩に接触せしめるイオ
ン交換に付することによって、ガラス体中に中心から周
辺部に向けて変化する屈折率分布を形成した棒状の光集
束性レンズにおいて、該ガラス体は下記組成： SiO₂ 25〜68モル％、 Li₂O 11〜13モル％、 Na₂O 8〜10モル％、 TiO₂ 2〜16モル％、 B₂O₃ 0〜25モル％、 Al₂O₃ 0〜10モル％、 MgO 4〜22モル％、 PbO 0〜13モル％、 La₂O₃ 0〜５モル％、 Y₂O₃ 0〜５モル％、 ZrO₂ 0〜３モル％、 K₂O 0〜３モル％、 ZnO 0〜５モル％、 CaO 0〜３モル％、 SrO 0〜３モル％、 BaO 0〜３モル％、 SnO₂ 0〜１モル％、 As₂O₃ 0〜0.5モル％を有し、且つ（ｉ）Li₂O/Na₂O（モル比） 1.25〜1.5 （ii）SiO₂＋TiO₂＋B₂O₃＋Al₂O₃ 58〜77モル％、および（iii）MgO＋PbO ４〜22モル％を満足するガラス組成物からなり、該光集束性レンズ
は、13゜以上の開口角（半角）及び90％以上の有効視野
面積率を有することを特徴とする光集束性レンズによっ
て達成される。

上記のとおり、本発明の研究によつて、ガラス組成物中
のLi₂OとNa₂Oの含量を相互の関連において限られた範囲
に特定することにより、上記の如き種々の優れた性質を
備えた光集束性レンズ用ガラス組成物が得られることが
明らかにされた。

例えば、ガラス組成物中のLi₂O含量のみをNa₂O含量とは
無関係に増加させても開口角の大きい光集束性レンズを
与えるガラス組成物を得ることはできない。開口角の大
きい光集束性レンズを与えるガラス組成物を得ようとし
て、Li₂Oのみならず、例えばTiO₂あるいはMgO等の含量
を増加させると、ガラスの失透性が増大する結果とな
る。

複写機、フアクシミリ、液晶シヤツタープリンター等の
光学系として使用可能な光集束レンズは、色収差が低
く、開口角が大きく、好ましくは少くとも13゜の最大入
射角（θ_max）を有することが望ましく、加えて有効視
野面積率が大きいことが好ましい。

本発明のガラス組成物は、Li₂OとNa₂Oとを含有し、光集
束性レンズを製造するに当つては、これを硝酸ナトリウ
ム溶融塩浴中でイオン交換するため、ガラス中にナトリ
ウムの濃度分布とリチウムの濃度分布とが形成された光
集束性レンズを与える。そのため、タリウムガラスの場
合のような色収差はなく、色収差が非常に小さい。

本発明のガラス組成物は、上記組成の範囲内で、Li₂O/N
a₂Oのモル比1.25〜1.5とすることにより、有効視野面積
率が高く且つ高い開口角を有する光集束性レンズを与え
ることができる。本発明に用いるガラス組成物は、例え
ば90％以上の有効視野面積率および少くとも13゜の開口
角（半角）即ち最大入射角（θ_max）を示す光集束性レ
ンズを与える。

ガラス組成物中のLi₂O含量が13モル％を超えると、ガラ
ス組成物の失透性が大きくなる。

また、ガラス組成物中のLi₂OとNa₂Oの合計量が23モルを
超えると、実用的に問題を生じ易い耐候性を示すものと
なりがちである。Li₂OとNa₂Oの合計量の下限を18モル％
とし且つLi₂O/Na₂Oの比を1.25〜1.5とすることが、本発
明のガラス組成物に大きいイオン交換速度を与えてい
る。

SiO₂はガラスの網目構造を形成する主要成分であり、25
モル％未満では、ガラスの耐失透性、耐久性を著るしく
低下する。また、SiO₂が68モル％を超えると屈折率形成
酸化物及びその他の修飾酸化物等の含有量が限定され、
屈折率差が小さくなり実用に充分な明るさのレンズを得
ることができなくなり、ときにはガラスの溶融温度の上
昇をもたらし、ガラスの成型を困難にする。

TiO₂は、適正な屈折率分布を形成する上で重要な成分で
あり、最低２モル％、最高16モル％のTiO₂を含有させる
ことができ、良好な屈折率分布を得ることができるが、
それを越えると失透しやすくなり、ガラスの成型が困難
となる。

TiO₂の好ましい範囲は６〜10モル％である。

Al₂O₃、B₂O₃はそれぞれ10モル％、25モル％まで含有さ
せうるがこれを越えると失透性が増大する。

また、SiO₂＋TiO₂＋B₂O₃＋Al₂O₃の合計量は58〜77モル
％である。

MgO、PbOはガラスの修飾酸化物として含有させるが、中
心と周辺の屈折率差も最も大きくする点において他の２
価金属の酸化物より優れている。MgO 4モル％未満では
屈折率差が小さくなり、又22モル％を越える良好な分布
が得られなくなる。

PbOは、屈折率差を小さくすることなく、失透性を改善
する上で最も優れており、０〜13モル％の範囲で含みう
る。これ以上含有させるとイオン交換速度の低下及びイ
オン交換中の変形、化学的耐久性を低下させる。

従つて、MgO＋PbOは４〜22モル％、望ましくは５〜20モ
ル％の範囲に抑える。

前記特公昭59−41934号に述べてあるとおり、本発明で
も、その他安定化剤として光集束性レンズとしての特性
を失わせない範囲でLa₂O₃:0〜５、Y₂O₃:0〜５、ZrO₂:0
〜３、K₂O:0〜３、ZnO:0〜５、CaO:0〜３、SrO:0〜３、
BaO:0〜３、SnO₂:0〜１、As₂O₃:0〜0.5、Sb₂O₃:0〜0.5
各モル％を加えることができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１〜６および比較例１〜４第１表に記載の組成のガラスを、ガラス棒（直径1.1m
m）として準備し、各ガラス棒を硝酸ナトリウム溶融塩
浴中で第１表に記載した条件下で処理してイオン交換せ
しめた。

なお、第１表中のモル％はSiO₂、MgO、BaO、PbO、Ti
O₂、Li₂O、Na₂O₃およびLa₂O₃の合計モル数を基準とする
ものであり、また重量％は上記と同じ各成分の合計重量
を基準とするものである。

第１表から明らかなとおり、本発明のガラス組成物（実
施例１〜６）はいずれも13度以上の最大入射角（θ_max
半角）すなわち26度以上の開口角（全角）を有し、しか
も有効視野面積率が70％以上を示すことがわかる。

これに対し、比較例１および２のガラス組成物は、いず
れも実施例１および２のガラス組成物と同じ割合でLi₂O
を含有するけれども、Li₂O/Na₂Oの比が本発明で規定す
る範囲を外れているため、開口角が大きいが有効視野面
積率が低く（比較例１）、あるいは有効視野面積率が大
きいが開口角が小さい（比較例２）。

また、比較例３および４のガラス組成物はLi₂Oを本発明
で規定する割合よりも多く含有し且つ本発明で規定する
範囲外のLi₂O/Na₂Oの比を有している。比較例３および
４のガラス組成物はいずれも開口角が充分に大きくな
く、さらに失透性が高い。さらに、比較剤１、３および
４のガラス組成物はイオン交換に非常に長い時間を必要
とする。

実施例７〜11 第２表に示したガラス組成物について、同様に、イオン
交換処理を行つた。第２表のガラス組成物は、第１表の
ガラス組成物と特にLa₂O₃及び／又はZrO₂の含量が相違
する点に注目されたい。第２表から、このようなガラス
組成物にあつても、LI₂OおよびNa₂Oを本発明で規定する
範囲とすれば、第１表のガラス組成物の場合と同様に大
きい開口角と大きい有効視野面積率を与えることがわか
る。La₂O₃はガラス組成物の屈折率を上げ、またZrO₂は
ガラス組成物の耐候性を上げる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス体をナトリウム化合物の溶融塩に接
触せしめるイオン交換に付するにとによって、ガラス体
中に中心から周辺部に向けて変化する屈折率分布を形成
した棒状の光集束性レンズにおいて、該ガラス体は下記
組成： SiO₂ 25〜68モル％、 Li₂O 11〜13モル％、 Na₂O 8〜10モル％、 TiO₂ 2〜16モル％、 B₂O₃ 0〜25モル％、 Al₂O₃ 0〜10モル％、 MgO 4〜22モル％、 PbO 0〜13モル％、 La₂O₃ 0〜５モル％、 Y₂O₃ 0〜５モル％、 ZrO₂ 0〜３モル％、 K₂O 0〜３モル％、 ZnO 0〜５モル％、 CaO 0〜３モル％、 SrO 0〜３モル％、 BaO 0〜３モル％、 SnO₂ 0〜１モル％、 As₂O₃ 0〜0.5モル％を有し、且つ（ｉ）Li₂O/Na₂O（モル比） 1.25〜1.5 （ii）SiO₂＋TiO₂＋B₂O₃＋Al₂O₃ 58〜77モル％、および（iii）MgO＋PbO ４〜22モル％を満足するガラス組成物からなり、該光集束性レンズ
は、13゜以上の開口角（半角）及び90％以上の有効視野
面積率を有することを特徴とする光集束性レンズ。