TW200540134A - Mother glass composition for graded index lens, graded index lens, manufacturing method of graded index lens, optical product and optical instrument using the same - Google Patents

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Taro Miyauchi
Kazuya Ohkawa
Tatsufumi Shiba
Tomizo Matsuyama
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Description

200540134 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種分度透鏡用母體玻璃組成物，其不含 鉛且適用於製造高品質的分度透鏡。本發明進一步關於一 種使用此分度透鏡用母體玻璃組成物之分度透鏡，及其之 製造方法。本發明又更關於一種設有此分度透鏡之光學製 品及光學儀器。 【先前技術】
分度透鏡係一種桿狀透鏡或纖維透鏡，其具有其截面中 折射率自中心朝周邊變化之折射率分佈。其折射率理想上 係以下式表示： n(r) = nc(l-Ar2/2) 其中nc係透鏡之光學軸的中心折射率，A係折射率分佈常 數，及r係自中心朝半徑之距離。 分度透鏡具有即使當兩側皆平坦時亦可形成影像之特 性，因此其可容易地製造典型上為微細（micro-fine)透鏡 之小透鏡，且其被廣泛地使用作為光學組件。 以陣列設置之分度透鏡的桿狀透鏡陣列可經由重疊來 自個別透鏡之正實像（1 : 1 )而涵蓋大尺寸影像。桿狀透鏡陣 列亦具有透鏡末端之加工可經由平面拋光而完成的優點。 由於有此等優點，因而分度透鏡被使用在寬廣應用範圍， 例如，影印機、傳真機、L E D印表機、液晶快門（s h u 11 e r ) 印表機及多功能印表機中之影像形成光學組件。分度透鏡 亦被使用作為通訊用透鏡。 5 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 此等分度透鏡可經由例如離子交換程序而製造。如圖1 所示，離子交換程序係使包含可構成改質氧化物之第一陽 * 離子（例如，L i +)之玻璃本體2在高溫下與包含可構成改質 4 氧化物之第二陽離子（例如，N a+)之熔融鹽4接觸，以使玻 璃本體中之第一陽離子與熔融鹽中之第二陽離子交換的程 序。元件符號3係表示離子交換槽。 可經由離子交換而改變第一陽離子及第二陽離子於玻 璃桿中之分佈。藉由玻璃桿中之離子濃度的分佈，可使玻 Φ 璃桿之折射率自其中心朝周邊改變，藉此可製得分度透鏡 (參照圖2 )。此外，元件符號6係折射率分佈曲線，其表 示在朝周邊之位置處的折射率。符號r係自中心朝半徑之 距離，0係透鏡之光學軸的中心，r 0係半徑，N c係透鏡之 中心部分的折射率，及Ne係透鏡之周邊部分的折射率。 J P - B - 5 1 _ 2 1 5 9 4 (此處所使用之術語「J P - B」係指「經審 查之日本專利公告」）揭示一種經由使包含C s之玻璃本體 於硝酸鉀熔融鹽中離子交換而製得之色差優異之分度透
鏡。 JP-B - 59 - 41934揭示一種作為分度透鏡用玻璃組成物之 包含L i 2 0及N a 2 0之玻璃組成物，及使用此組成物製造具 較大孔徑張角（angular aperture)之分度透鏡之方法。 JP-B-7-88234 揭示一種由包含 Li2〇 及 Na2〇(Li2〇/Na2〇 之莫耳比係自1 . 2 5至1 . 5 )之玻璃組成物製得之具1 3 °或 更大之孔徑張角及9 0 %或更高之有效視野面積比率的分度 透鏡。 6 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 基於環保的考量而需要無鉛透鏡。尤其在歐洲，鉛的使 用受到諸如「用舊電及電子設備指導（WEEE)」及「對有害 物質之使用禁令規則（R ο H S )」之法規禁止。 因此，J Ρ - A - 2 0 0 1 - 1 3 9 3 4 1 (此處所使用之術語「J Ρ - A」 係指「未經審查已公告之日本專利申請案」）、 JP-A- 2 0 0 2 - 1 2 1 0 4 8 > JP-A-2002-211947 及 J P _ A - 2 0 0 2 - 2 8 4 5 4 3中揭示不含氧化鉛之分度透鏡用母體 玻璃組成物。
在習知之無鉛分度透鏡中，L i之量增加而未使用鉛。其 理由為鉛係提高透鏡之孔徑張角的必要成分，因此必需使 用大量亦具有加寬孔徑張角效果的L i替代鉛，以免除鉛。 此外，為得到作為透鏡的特性，需將L i與N a之比維持於 特定範圍内，因此當提高Li的量時，亦必需提高Na的量。 鹼金屬離子之移動性會受玻璃基質（Si、Ti、Ba、Sr等 等）、驗金屬濃度及各驗金屬濃度之比的影響。一般而言， 當鹼金屬之濃度增加時，玻璃基質量即減小該部分的量， 結果玻璃的架構部分變稀薄，其產生鹼金屬離子易移動的 結構，以致鹼金屬離子移動性增加。因此，當L i濃度變高 時，總鹼金屬濃度變高，且鹼金屬離子移動性增力口。 當鹼金屬移動性過大時，會發生以下問題。 (1)耐天候牢度（weather fastness)低。 鹼金屬離子會經由與相對陰離子諸如碳酸根反應而產 生斑點或腐蚀。 由於鹼金屬離子易移動，因而即使係在室溫下亦易產生 7 3 ] 2XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 斑點，其導致品質劣化。 (2 )強度低。
在經由離子交換而形成組成物之自透鏡中心朝側面的 梯度時，會由於組成物之梯度而在中心部分與側面部分之 間產生熱膨脹係數差異。結果，於離子交換處理後於透鏡 中產生扭曲，或於透鏡中產生殘留應力，由此產生裂紋， 以致透鏡強度降低。當離子交換處理中之溫度提高時，在 離子交換時的玻璃黏度降低，因此扭曲或殘留應力的產生 受到玻璃本身之結構鬆弛的限制。另一方面，當溫度提高 時，離子之移動速度變得較快速且離子交換進行地太過快 速，以致很難調節離子交換且無法製得具高再現性的高品 質透鏡。因此，為製造高品質透鏡，需將離子交換溫度降 低至玻璃轉移點或更低，然而，其會導致透鏡強度降低。 已知一種於離子交換程序之後強化透鏡表面以改良透鏡強 度之方法，但此一方法耗時且會提高成本。 (3 )孔徑張角之再現性喪失。 由於離子易移動，因而在離子交換程序時易發生品質分 散。因此，無法穩定地製得高品質透鏡。 除了以上源自鹼金屬離子移動性之增加的問題外，習知 之無鉛分度透鏡尚具有以下缺點。 (4 )在抽絲時易產生結晶化（失玻化之傾向）。 此可歸因於使用大量的L i，舉例來說，其原因為形成 B a - T i - 0之晶體及其類似物。 (5)透鏡之色差大。 8 3 ] 2XP/發明說明書(補件)/94-07/941〗0703 200540134 此係由不適當的T i 0量所產生。 (6 )折射率分佈的形成效率低。 ’ 此可歸因於離子交換的效率差。結果，透鏡形成需要大 ‘ 量的L i，其產生以上的問題（1 )至（4 )，且同時導致成本增 加。 (7 )黏度的溫度相關性大。 黏度之溫度相關性係視組成物而定。當黏度之溫度相關 性大時，易發生透鏡性能的分散。因此，易發生以上（3 )
【發明内容】 本發明之目的為提供一種不含鉛、鹼金屬離子移動性受 到控制且高品質的分度透鏡，及提供此分度透鏡之製造方 法。 本發明之進一步的目的為提供一種使用於此分度透鏡 之分度透鏡用母體玻璃組成物，及提供一種設有使用此母 體玻璃組成物之分度透鏡的光學製品及光學儀器。
本發明如下。 (1 ) 一種分度透鏡用母體玻璃組成物，其包含以下之玻 璃成分（單位莫耳％): 40$ SiChS 65， 1 S Ti〇2$ 10， 0 S MgO S 22， 2 S L i 2〇 S 1 8， 2 S Na2〇 S 20， 9 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 0.1SCaO、SrO及Ba〇之任兩者.或兩者以上$15莫耳％。 (2 )如說明於以上第（1 )項中之分度透鏡用母體玻璃組 成物，其中L i 2 0之含量為2莫耳％或以上及低於1 2莫耳％， 且L i 2 0及N a 2 0之總含量為6莫耳％或以上及低於3 2莫耳％。 (3 )如說明於以上第（1 )項中之分度透鏡用母體玻璃組 成物，其中該玻璃成分包含（單位莫耳％ ):
2 $ MgOS 22， 0· 1 S SrO S 1 5， 0. 1 S BaO S 1 5， 2 S CaO + SrO + BaO S 25， 5S MgO + CaO + SrO + BaOS 47， 2 S Li2〇<l2， 2 S Na2〇 $ 1 5， 6 S Li2〇 + Na2〇<27， 41 S Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3$ 70， 0 S ZnOS 1 0， 0 S Y2〇3 S 5， 0 S Zr〇2 $ 2，及 OS ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+In2〇3 + La2〇3 + Ta2〇5$ 15 o (4 )如說明於以上第（1)項中之分度透鏡用母體玻璃組 成物，其中該玻璃成分包含（單位莫耳％ ): 10 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 0 S B2〇3 S 1 ο， 2 S MgO S 1 6， 0 S CaO S 1 5， 2 S SrO S 1 2， 2 S BaO S 1 2， 4S CaO + SrO + BaO$ 20，
MgO + CaO + SrO + BaO^ 36 5 5 S Li2〇<l2， 5 S Na2〇 $ 1 5， 1 0 g Li 2〇 + Na2〇<27， 0 S K2〇 $ 3， 0 S Cs2〇 S 3， 0· 7 S Li2〇/Na2〇S 2， 50^ Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3^ 70 0 S ZnO S 8， 0 S Y2〇3 S 5， 0.2SZr〇2^2，及 3 + T a 2 0 5 ^ 10 用母體玻璃 0. ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+In2〇3 + La2〇 (5 )如說明於以上第（1 )項中之分度透鏡 成物，其中該玻璃成分包含（單位莫耳％) 2S Ti〇2$ 8， 0 S B2〇3 S 1 0， 2 S MgO g 1 6， 0 S CaO g 1 5， 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 2 S SrO S 1 2， 2 S BaO S 1 2， 4 S CaO + SrO + BaO S 20， 5 S MgO + CaO + SrO + BaO $ 36， 5 S Li2〇<l 2，
Na2〇^ 15 5 1 0 S Li2〇 + Na2〇<27， 0 S K2〇 S 3，
0· 7S Li2〇/Na2〇S 2， 50$ Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3$ 70， 0 S ZnO $ 8， 0 S Y2〇3 S 5， (L 2 S Zr〇2 S 2，及 0· ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+in2〇3 + La2〇3 + Ta2〇5$ 10。
(6 )如說明於以上第（3 )至（5 )項任一項中之分度透鏡用 母體玻璃組成物’其中B 2 0 3之含量係自1至1 〇莫耳％。 (7 )如說明於以上第（1 )至（6 )項任一項中之分度透鏡用 母體玻璃組成物’其中Ca0/(Ca0+Sr0+Ba0)、
Sr0/(Ca0 + Sr0 + Ba0)及 BaO/(CaO + SrO + BaO)之任兩者或兩 者以上為0. 1或以上。 (8 )如說明於以上第〇)至（6 )項任一項中之分度透鏡用 母體玻璃組成物，其中CaO/(CaO+SrO+BaO)、
Sr0/(Ca0 + Sr0 + Ba0)及 BaO/(CaO + SrO + BaO)之任兩者或兩 12 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 者以上為0.2或以上。 (9 ) 一種分度透鏡，其中利用離子交換程序形成折射率 ' 分佈，且此分度透鏡包含如說明於以上第（1 )至（8 )項任一 ^ 項中之玻璃成分。 (10)—種分度透鏡之製造方法，其包括：將包含第一鹼 金屬之玻璃桿浸泡在包含不同於第一鹼金屬之第二鹼金屬 的熔融鹽中；及使第一鹼金屬離子與第二鹼金屬離子進行 離子交換，因而於玻璃桿中形成折射率分佈，其中該玻璃 φ 桿包含如說明於以上第（1 )至（8 )項任一項中之玻璃成分。 (1 1 )如說明於以上第（9 )項中之分度透鏡，其中設置一 用於排除雜光之手段。 (1 2 ) —種光學製品，其包括如說明於以上第（9 )或（1 1 ) 項中之分度透鏡。 (13)—種光學儀器，其包括如說明於以上第（12)項中之 光學製品。
Ba、Sr、Ca及Mg(依此次序）可有效減低鹼金屬離子之
移動性。 在分度透鏡用母體玻璃組成物中，鹼金屬離子之移動性 可經由調整玻璃成分之組成，及尤其係指定BaO、SrO及 CaO之量而作調整。經由確實含有Ba0、Sr0及CaO之任兩 者，可於離子交換中得到鹼金屬離子的適當移動性，且亦 可抑制失玻化。此外，經由降低L i 2 0之量，移動性之調整 變得較容易，且隨總鹼金屬濃度之降低，耐天候牢度亦獲 得改良。當使用根據本發明之玻璃組成物時，可製得具足 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 13
200540134 夠孔徑張角之透鏡。因此，由於在本發明可調整鹼 子之移動性，因而即使當提高離子交換溫度以降低 ' 成物之黏度時，仍可限制鹼金屬離子之移動性。結 " 製得具低殘留應力及高再現性之高品質分度透鏡。 制透鏡之扭曲。 根據本發明之玻璃組成物，由於T i 0 2之量經校正 可製得色差小的透鏡。當將本發明中製得之透鏡組 列時，可製得具良好性能之分度透鏡陣列，因而可 Φ 高品質之光學製品及光學儀器。 【實施方式】 本發明中之分度透鏡用母體玻璃組成物包含以下 璃成分（單位莫耳％): 40$ Si〇2$ 65， 1 $ Ti〇2$ 10， 0 $ MgO S 22， 2 S L i 2〇 $ 1 8， 2 $ Na2〇 S 20， 6 $ L i 2〇 + Na2〇 S 38，及
CaO、SrO及BaO之任兩者或兩者以上係自0.1 j 耳％。 在根據本發明之母體玻璃組成物中，指定各成分 的理由如下。 (Si〇2) S i 0 2係用於形成玻璃之網狀結構的主成分。 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 金屬離 玻璃組 果，可 亦可抑 ，因而 裝成陣 製得具 的玻 .15莫 之範圍 14 200540134 當玻璃組成物中之S i 0 2的濃度低於4 0莫耳°/◦時，必需相 對提高其他化學成分之濃度以呈現透鏡之特性，由此玻璃 變得易失玻化。同時當S i 0 2之濃度低於4 0莫耳°/◦時，化學 而寸用性明顯降低。 另一方面，當Si〇2之濃度超過65莫耳％時，用於形成折 射率分佈之鹼金屬成分、折射率提高成分及物性調整成分 的濃度受到限制。因此，極難製得可賦予折射率分佈之實 用的玻璃組成物。
因此，S i 0 2之濃度係自4 0至6 5莫耳％。 (Ti〇2) T i 0 2係用於提高母體玻璃組成物之折射率的成分，且其 係母體玻璃組成物的基本成分。經由提高母體玻璃組成物 之折射率，可提高分度透鏡之中心折射率。結果，透鏡之 中心折射率於離子交換處理之後升高，以致可加寬孔徑張 角 0 。此外，經由提高T i 0 2，折射率分佈變得較接近理想 分佈狀態，且解析度較佳。當T i 0 2之濃度為1 0莫耳％時， 未觀察到解析度之降低。另一方面，當Ti〇2之量低於1莫 耳％時，解析度明顯降低，以致其無法實際使用作為透鏡。 另一方面，當T i 0 2之濃度超過1 0莫耳％時，觀察到明顯 的著色。因此，由於色差因著色而變大，故其無法實際使 用作為透鏡用母體玻璃組成物。 為製得具小色差及高解析度之透鏡，T i 0 2之濃度係自1 至1 0莫耳％，及自2至8莫耳％更佳。 (MgO) 15 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703
200540134 M g 0係用於減小母體玻璃組成物之熔融溫度及提 子交換之後在透鏡之中心部分與周邊部分之間之折 (△ η )的成分。習知M g 0係無錯透鏡中之基本成分， 明人發現即使當以其他鹼土金屬替代MgO時，亦可 為透鏡的充分性能。 當M g 0之濃度超過2 2莫耳％時，母體玻璃組成物 化。此外，以超過2 2莫耳％之濃度添加M g 0會導致 分之添加量的顯著降低，以致很難製得實用的玻璃 當MgO之濃度低於2莫耳％時，需提高其他鹼土 含量，因而得到足夠的折射率差或減低離子移動性 果。考慮CaO、SrO及BaO之較佳濃度，MgO之含量 耳％或以上較佳。 因此，MgO之濃度係自0至22莫耳％較佳，自2 莫耳％更佳，及自2至1 6莫耳％又更佳。 (Li2〇) L i 2 0係可應用至本發明之母體玻璃組成物之在離 換處理中之其中一種最重要的成分。 當玻璃組成物中之L i 2 0之濃度低於2莫耳％時， 由離子交換所產生以形成折射率分佈之濃度分佈的 大。結果，此玻璃組成物無法產生作為透鏡之功能 另一方面，當Li2〇之濃度超過18莫耳％時，易潑 璃之失玻化，以致透鏡之母體玻璃的形成困難。此 天候牢度會劣化。 因此，L i 2 0之濃度係自2至1 8莫耳°/◦，自2至Π 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 高於離 射率差 但本發 得到作 易失玻 其他成 〇 k屬之 的效 係2莫 至22 子交 無法使 差異變 〇 ^生玻 外，財 !莫耳％ 16 200540134 較佳，2或以上及低於1 2莫耳％更佳，自5至1 2莫耳％又 更佳，及5或以上及低於1 2莫耳％最佳。 (Na2〇） N a 2 0具有藉由所謂的混合鹼金屬效應輔助L 1與待與L i 交換之離子交換物種之離子（包含於熔融鹽中之離子）之離 子交換，因而適當地維持離子移動性的效果。藉由適當地 維持離子移動性，可較佳地調整離子交換速度，且可調整 光學特性。
當玻璃組成物中之N a 2 0之濃度低於2莫耳％時，玻璃在 玻璃形成時硬化，而使得形成困難。此外，母體玻璃之熔 點極度升高，且透鏡之母體玻璃的製造變得困難。此外， 無法充分得到適當維持離子移動性的效果。 另一方面，當Na2〇之濃度超過20莫耳％時，母體玻璃 之化學耐用性降低，因此其不實用。 因此，N a 2 0之濃度係自2至2 0莫耳％較佳，自2至1 5 莫耳％更佳，及自5至1 5莫耳％又更佳。 (Li2〇 + Na2〇) 在本發明之母體玻璃組成物中，L i 2 0 + N a 2 0之總含量的 範圍係6SLi2〇 + Na2〇S38(莫耳％)。在此Li2〇 + Na2〇之範 圍内，可得到良好的解析度。其範圍係6 S L i 2 0 + N a 2 0 < 3 2 (莫耳 ％ )較佳，6 $ L i 2 0 + N a 2 0 < 2 7 (莫耳 ％ )更佳， 及 10SLi2〇 + Na2〇<27(莫耳 ％)又更佳。 (Li2〇/Na2〇) L i 2 0對N a 2 0之比係0 · 7 S L i 2 0 / N a 2 0 g 2 (莫耳比）較佳。 17 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 舉例來說，當需要作為透鏡之高解析度時，選擇0 . 7 S L 1 2 Ο / N a 2 0 S 1 . 5之範圍較佳。當該比率在此範圍内時，可 得到最佳的解析度。 此外，當需要作為透鏡之大孔徑張角0 時，選擇1 . 0 $ L i 2 0 / N a 2 0 S 2 . 0之範圍較佳。當該比率在此範圍内時， 可確保最大的孔徑張角 0 。 (CaO、SrO、B a Ο )
CaO、SrO及BaO係作為減小母體玻璃組成物之鹼金屬離 子移動性之成分之極端重要的成分。 當CaO、SrO及BaO之任兩者或兩者以上之濃度低於0.1 莫耳％時，一鹼土金屬氧化物之濃度變大，其導致熵降低， 且易產生源自該高濃度之鹼土金屬氧化物的晶體，且易失 玻化。 另一方面，CaO、SrO及BaO之任兩者或兩者以上超過 1 5莫耳％時，易產生源自高濃度之鹼土金屬的晶體且易失 玻化，以致玻璃組成物不適用於透鏡。 因此，C a 0、S r 0及B a 0之任兩者或兩者以上之濃度係自 0 . 1至1 5莫耳％，及自2至1 2莫耳％較佳。 可單獨藉由BaO而使離子交換速度變小，但可經由添加 SrO而得到限制在玻璃形成時之結晶的效果。換言之，經 由以S r取代一部分的B a，含有例如B a - T i - 0之晶體的形 成受到限制，以致可防止在玻璃形成時的結晶化（失玻化）。 B a 0、S r 0及C a 0 (依此次序）對降低鹼金屬離子移動性具 有高的效用。因此，S r 0及B a 0之濃度係自0 . 1至1 5莫耳 18 3 ] 2XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 %及C a 0之濃度係自0至1 5莫耳％較佳，S r 0及B a〇之濃度 係自2至1 2莫耳％及C a 0之濃度係自0至1 5莫耳％更佳。 ' CaO + SrO + BaO係自2至25莫耳％，及自4至20莫耳％特 * 佳 。
MgO + CaO + SrO + BaO係自5至47莫耳％，及自5至36莫耳 %特佳。 鹼金屬離子交換速度的適當值係視透鏡之直徑而改 變。在大透鏡的情況中，即使離子交換速度快速亦採用直 # 至離子交換完成為止的時間，且可採用足夠的結構鬆弛時 間，以致可製得具令人滿意性能的透鏡。因此，鑑於與製 造成本的平衡，可經由使用CaO及MgO替代BaO，而調整 驗土金屬之濃度。 C a 0 / ( C a 0 + S r 0 + B a 0 )、S r 0 / ( C a 0 + S r 0 + B a 0 )及 B a 0 / (CaO + SrO + BaO)之任兩者或兩者以上為0.1或以上較佳，及 0.2或以上更佳。當其低於0.1時，CaO、SrO及BaO之一 驗土金屬氧化物之濃度變大，其導致熵降低，且易產生源
自該高濃度之鹼土金屬氧化物的晶體且易失玻化，以致其 不適合作為透鏡用玻璃。 本發明之玻璃組成物可進一步包含以下成分。 (B2O3) B 2 0 3係用於形成玻璃之網狀結構的成分。B 2 0 3亦具有延 遲離子交換速度的效果，雖然效果不大。 B 2 0 3係可加速玻化，以調整玻璃黏度，且幾乎不改變製 得透鏡之解析度及孔徑張角β 的成分。順帶一提，會有在 19 312ΧΡ/發明說明書(補件)/94-07/94〗10703
200540134 基本成分之間的比係為標的值，但一部分成分之量 物相對地變得過大，且例如產生失玻化的情況。在 況，使用B2〇3於抑制相對地變得過大之成分的濃度 改變基本成分之間的比較佳。 可經添加而不會改變製得透鏡之解析度及孔徑張 之B 2 0 3的量為2 0莫耳％或以下。因此，B 2 0 3之濃度 至2 0莫耳％，自0至1 0莫耳％較佳，及自1至1 0 I 佳。
Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3 係自 41 至 70 莫耳 ％，及自 7 0莫耳％較佳。A 1 2 0 3可以自0至1 0莫耳％之濃度添 (Ζ η 0 ' Υ 2 0 3 ' Zr〇2、N b 2 0 5 λ I η 2 Ο 3 λ L a 2 Ο 3 λ Τ a 2 Ο 5) 為調整折射率及改良耐天候牢度，以上成分可以 例添加。以上成分之總量係自0至1 5莫耳％較佳， 至1 0莫耳％更佳。 ΖηΟ之濃度係自0至1 0莫耳％較佳，自0至8莫耳 Υ2〇3之濃度係自0至5莫耳％較佳。 Z r 0 2之濃度係自0至2莫耳％較佳，自0 . 2至2 ; 佳。 (K2〇、Cs2〇) K2O及Cs2〇係可藉由類似於Mg、Ca、Sr及Ba之 效應而減小鹼金屬離子之移動性之成分。K2〇之濃度 至3莫耳％較佳，及Cs2〇之濃度係自0至3莫耳％較 本發明之分度透鏡係一種其折射率藉由離子交換 而形成的分度透鏡，且分度透鏡之母體玻璃組成物 3 ] 2XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 隨組成 此一情 ，而不 角Θ 係自0 ;耳％更 50至 加。 下述比 自0.2 %更佳。 耳％更 混合驗 係自0 佳。 程序 包含根 20 200540134 據本發明之玻璃組成物。 根據用途，透鏡具有用於排除由在透鏡之側面反射來自 孔徑張角之大入射光所產生之雜光的構件較佳。 可經由在透鏡之側面設置吸收層或散射層而排除或降 低雜光。明確言之，已知一種於透鏡之側面提供有色層以 使透鏡成為芯/覆面（c 〇 r e / c 1 a d )結構之方法，或一種於透 鏡之側面形成微小不平坦之方法。雜光係指所謂的白色雜 光。
本發明之光學製品可包括零至二維排列的分度透鏡，以 致光學軸幾乎平行。 經由排列本發明之分度透鏡，可以小直徑透鏡得到寬廣 範圍的正實像（1 : 1 )。 本發明之光學儀器係使用此等光學製品之儀器。 視所使用光源之波長而定，根據本發明之透鏡的色差 小，因此，其適合於彩色掃描器用途。 可於本發明之玻璃組成物中分別加入濃度自0至5莫耳 %之1^2〇5、1112〇3、1^2〇3及丁32〇5，及自0至10莫耳％之6€〇2。 此外，分別可以自0至1莫耳％之量加入Sn〇2、As2〇3及Sb2〇3 作為添加劑。 以下組成物亦可得到如同本發明的相同效果： 組成物1 : 一種分度透鏡用母體玻璃組成物，其包含以下之玻璃成 分（單位莫耳％ ): 40 S Si〇2$ 65， 21 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 0 S M g 0 < 2， 2 S L i 2〇 S 1 8， 2 S Na2〇 S 20， 6 S L i 2〇 + Na2〇 S 38，及 C a 0、S r 0及B a 0之任兩者或兩者以上係自 0· 1 至 15
莫耳％。 組成物2 : 一種分度透鏡用母體玻璃組成物，其包含以 分（單位莫耳％ ): 之玻璃成 60<Si〇2$ 65 ， 1 S Ti〇2$ 10， 0 $ MgO S 22， 2$ Li2〇$ 18， 2 S Na2〇 S 20， 6 S L i 2〇 + Na2〇 $ 38，及
CaO、SrO及BaO之任兩者或兩者以上係自 莫耳％。 組成物3 : 一種分度透鏡用母體玻璃組成物，其包含以· 分（單位莫耳％ ): 40 $ Si〇2$ 65， 1 S T i 〇2<2， 0. 1 至 1 5 之玻璃成 0 S MgO S 22， 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 22 200540134 2 S L i 2〇 S 1 8， 2 S Na2〇 $ 20， 6SLi2〇 + Na2〇S38，及 C a 0、S r 0及B a 0之任兩者或兩者以上係自0 . 1至1 5 莫耳％。 組成物4 : 一種分度透鏡用母體玻璃組成物，其包含以下之玻璃成 分（單位莫耳％ ) ·· Φ 40^ SiOd 65， 1 $ Ti 〇2 S 1 0， 0 S MgO S 22， 2 S Li 2〇 S 1 8， 1 3<Na2〇 S 20， 15<Li2〇 + Na2〇S38，及
CaO、SrO及BaO之任兩者或兩者以上係自0.1至15 莫耳％。
組成物5 : 如說明於組成物2或3中之分度透鏡用母體玻璃組成 物，其包含以下之玻璃成分（單位莫耳％ ): 0 S B2〇3 S 20， 2 S MgO S 22， 0 $ CaO S 1 5， 0· 1 S SrO S 1 5， 0 · 1 S BaO $ 1 5， 23 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134
Ca0 + Sr〇 + Ba0S 25， 5S MgO + CaO + Sr〇 + BaOS 47， 2 S L i 2〇 S 1 2， 2 S Na2〇 S 1 5， 6S Li2〇 + Na2〇S 27， 41$ Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3$ 70， 0 S ZnO $ 1 0， 0 S Y2〇3 S 5， Φ 0 S Zr〇2 S 2，及
ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+Iri2〇3 + La2 組成物6 : 體玻璃組成物，其 如說明於組成物4中之分度透鏡用母 包含以下之玻璃成分（單位莫耳％): 0 S B2〇3 S 20， 2 S MgO S 22， 0 S CaO S 1 5，
0. 1 S SrO S 1 5， 0· 1 S BaO S 1 5， 2 $ CaO + SrO + BaO S 25， 5$ MgO + CaO + SrO + BaOS 47， 2$ Li2〇$ 12， 1 3<Na2〇 $ 1 5， 15<Li2〇 + Na2〇S 27， 4 1 ^ S i O2 + T i O2 + B2O3 +A 12〇3 ^ 70 > 24 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 及 ^ ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+Ir 組成物7 : 如說明於組成物2或3中之 物 其包含以下之玻璃成分（單 i2〇3 + La2〇3 + Ta2〇sS 15。 分度透鏡用母體玻璃組成 位莫耳％ ): 0 ^ B2〇3 ^ 10 2 ^ MgO^ 1 6
Ca0 + Sr0 + Ba0^ 20 M g 0 + C a 0 + S r 0 + B a 0 ^ 36 5 ^ Na2〇 ^ 1 5 10 ^ Li2〇 + Na2〇 ^ 27 ^ K2〇^ 3 0.7^ Li2〇/Na2〇^ 50^ Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3^ 70， 0 . 2 ^ Zr〇2 ^ 及 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 25 200540134 3 + La2〇3 + Ta2〇sS 10 〇 0. ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+Iri2( 組成物8 : 用母體玻璃組成物，其 如說明於組成物4中之分度透鏡 包含以下之玻璃成分（單位莫耳％ ): 〇 s b2〇3 S 1 0， 2 S MgO S 1 6， 0 S CaO $ 1 5， 2 S SrO $ 1 2，
4 S CaO + SrO + BaO S 20， 5S MgO + CaO + SrO + BaOS 36， 5S Li2〇$ 12， 1 3<Na2〇 S 1 5， 18<Li2〇 + Na2〇S 27， 0 S K2〇 S 3， 0 S Cs2〇 S 3，
0· 7 S Li 2〇/Na2〇 g 2， 50^ Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3^ 70 0 S ZnO S 8， 0 S Y2〇3 S 5， 0· 2 S Zr〇2 S 2，及 0. ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+In2〇 3 + La2〇3 + Ta2〇5$ 10。 組成物9 : 如說明於組成物2中之分度透鏡 用母體玻璃組成物，其 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 26 200540134 包含以下之玻璃成分（單位莫耳％): 2 S Ti 〇2 S 8， 〇 s b2〇3 S 1 0， 2 ^ M g 0 ^ 1 6 5 0 $ CaO S 1 5， 2 S SrO $ 1 2， 4 S CaO + SrO + BaO S 20，
5S MgO + CaO + SrO + BaOS 36， 5 S Na2〇 S 1 5， 10$ Li2〇 + Na2〇S 27， 0 S K2O S 3， 0 S CS2O S 3， 0.7^ Li 2〇/Na2〇 ^ 2 ^ 50S Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3$ 70， 0 S ZnO S 8， 0 S Y2〇3 S 5， 0. 2 S Zr〇2 $ 2，及 0· 2S ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+In2〇3 + La2〇3 + Ta2〇5$ 10。 組成物1 0 : 如說明於組成物4中之分度透鏡用母體玻璃組成物，其 包含以下之玻璃成分（單位莫耳％): 2$ Ti〇2$ 8， 27 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94 II0703 200540134 0 S B2〇3 S 1 ο， 2 S MgO S 1 6， 0 S CaO S 1 5， 2 S SrO S 1 2， 2 S BaO S 1 2， 4 S CaO + SrO + Ba〇 $ 20， 5S MgO + CaO + SrO + BaOS 36， 5$ Li2〇S 12，
18<Li2〇 + Na2〇S 27， 0 $ K2〇 $ 3， 0 S Cs2〇 S 3， 0· 7 S L i 2 0 / N a 2 0 S 2， 50$ Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3$ 70， 0 $ ZnO S 8， 0 S Y2〇3 S 5，
0· 2 S Zr〇2 S 2，及 0. 2S ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+In2〇3 + La2〇3 + Ta2〇5$ 10 o 組成物1 1 : 如說明於組成物9或1 0中之分度透鏡用母體玻璃組成 物，其中B 2 0 3之含量係自1至1 0莫耳％。 組成物1 2 : 如說明於組成物1至1 1任一者中之分度透鏡用母體玻 璃組成物，其中 Ca0/(Ca0+Sr0+Ba0)、 Sr0/(Ca0+Sr0+Ba0) 28 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 及Ba0/(Ca0 + Sr0 + Ba0)之任兩者或兩者以上為0.1或以上。 組成物1 3 : * 如說明於組成物7至1 1任一者中之分度透鏡用母體玻 •璃組成物，其中 CaOMCaO + SrO + BaO)、Sr(^(Ca0 + Sr0 + Ba0) 及Ba0/(Ca0 + Sr0 + Ba0)之任兩者或兩者以上為0.2或以上。
璃)°比 鹽子情 的延得 玻 米或度 鈉離何 物間變 。 體微H(溫酸的任成時制 下母 移 硝佳的 組換控 於備30P轉融最長各交之 明製： 璃炫 在或 在子成 說體徑玻之存短係離形 細熔(i,l之熱物間序佳鏡 詳及桿 M加成時程最透 更物璃下成下組佳換當 ， 例合 波卜組,)各最交，時 rJ3 吞又 施混 實的 較 分 比成成 Η 之 Η 換換因行時 U 之形H)t—交交，進當 你 示物及 子子 鏡下及 3 所成 1 圖 離離 透間， 實 2 組表照 2 行在 成時加 照 或將在參進且 形換增 參1 Μ 束)(15'而，會交本 J>明表，絲例 間 不子成 下 物將施 t 泡時 皆離， 。 1 本由 成由實 U 浸換下佳時難 實示 V 組經較 C 中交況 最長困 維條 纖之 玻 各 溫 換 。 較 子外短 序間 離此縮 程時此 。間 29 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94 0703 200540134
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評估 Li之使用效率 [Li]p/[Li]i (%) LO CO LO c^' CD T—H i—i CD CD CJD 〇〇* LO O- <JD 寸 CD OD 寸 CD cd 寸 CO csi CO 寸 § t»V>< /^~N oa OJ CSI CO <>5 r—i ◦· LO t—H r—i CNI CD r—H cz! r—H Q· CO r—H r—Η y Ή 影像 ◎ < ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 失玻化 OQ OQ PQ PQ OQ 0Q 0Q DQ PQ 條件 離子交換 E 2 Π3 CO oi r-H s 寸 LO CO CJi ai CO cz! ⑦ r-H r-H ai d CD CD CO <ji 溫度 (°C) 462. 4 丨462· 4 1502. 4 r-H σΐ OO CD CO 479. 4 CO LO 03 CO <N1 OO 寸 493. 3 498. 2 玻璃成分(mol%) Sb2〇3 1 1 CO d CO CD CO CD CO CZ5 CO CZ5 CO CD CO c CO CD ώ 1 1 CD r—H CD r—< cz> τ Ή CD 1 1 < CD T1 "H CD r—< CD T—H CD r-H ^ CQ • rH LO CO cz> LO LO CO LO CO LO CO LO CO LO CO LO CO LO CO LO CO • 1-H 00 CO T—( LO o od 呀 CD 呀· LO CNI oi LO CNI CNI* LO CNI oi LO 03 oi LO 03 oi LO CD <NI LO 〇 (ΝΪ m ^ CO CQ CZ5 <NI CZ) CNI c oi c CO ◦ CO O CO ◦ CO CD CO CD 寸 CD 〇 £ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 〇 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 OQ o 寸 o 寸 o CNI cz> ◦ 寸· o 寸· CD OO 〇> 寸 1 〇 CO CD 寸 C) 寸 CD oo CD CD ◦ CZ5 OO 1 1 ◦ o 1 1 1 ◦ ◦ CD ◦ CD CD 呀· CD 呀· s o Lro o od 1 o ci r—* CD 1 1 Ο Q CD LO 却· 1 1 1 1 1 1 1 1 Q 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10.7 〇> oi CD 05 cyi 寸 σ^* 寸 ai 寸 ai 寸 ai CD ai CD CJ^ • r-H LO ① LO ai LO CD OD ai 05 σι ai cn> 05 CD ai LO ai LQ CD t-H CNJ CNI (N1 CO CNI 寸 (N1 LO (Nl CD <N1 CO OO Csl 05 (N1 i e eoz.2I 寸6/ζ.046/ίρ}ϋ)_^^^總/dxrNIIro 200540134
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職 Li之使用效率 [Li]p/[Li]i (%) 65.6 55.8 64.5 CO 62.0 oo CD LO 71.7 68.5 60.0 63.6 36.5 58.8 37.2 64.8 nM張角 Θ (度） 1^i^9 1 LO C'd L Π-8 1 | 11.8 1 L— ——11.5 I 1 11.9 I 12.4 r ''< od Π.3 Π.7 oo od 11.2 oo csd 11.8 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ X X ◎ ◎ X ◎ 丨失玻化 ί PQ o λ Λ cv PQ o to ω o 1 離子交換 蕃S m t—H τ _H LO r 1 〇〇 卜· s οα od Lu^ 卜· CO 卜· 寸 cd CZ5 CD oo 寸 CO se 445.0 | 487.2 | I 481.3 | 「482.8 ] | 482.1 1 I 457.8 | I 481.0 | LO s | 452.0 | I微ο 1 | 525.0 | | 502.3 | | 350.0 | I 492.6 | 玻璃成 S CO 1 1 CO o CO CD 1 CO CD CO c=> CO 〇· CO CZ5 1 CO CD CO CD 1 CD I 1 ◦ r-H 〇> r-H 1 o r-H CD T-H ◦ r-H o r-H 1 ◦ r—H ◦ 1—* 1 <3 E-h LO CO LO LO LO CO LO CQ LO CO LO CO LO cd ◦ od 1 1 LO od LO cd CZJ LO cd 〇〇 ! 56.0 〇 (Ni LO ! 56.0 Γ 56.0 ί 56.0 y—i CO LO CD od LO o K CD CD LO 〇 <Ni LO 56.0 CD (Ni LO 440 56.0 S 1 LO oi 1 1 1 1 ◦ 呀· LO Ln 1 LO cd 1 ◦ 寸· ◦ oo 1 g Q CO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 § 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CD oo s ◦ od CD (n5 CD od 10.0 12.0 CD OO 1 1 o cd 1 1 ◦ CO 1 § 1 1 1 1 1 1 o od 10.0 1 s 1 1 s 1 s 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1 1 s l14〇J cz> ◦ '12. 〇l o o y ,ii □Ml Uiil o evi LiioJ L1MJ 〇» Ul〇J O OO 114.0 1 § 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 s 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CD ai ◦ oi ◦ CD o erf o 05 o ai o cr5 c erf c ai CD erf 15.0 o ai Q • rH LO ai CO c^* LO oi LO ai L〇 ai LILOJ LO LO ai LO ai LO ai LO ⑦· LO ai 19.0 LO cjS tbl交 例號 τ—^ <NJ CO 寸 LO CD 卜 oo c^> ◦ r-H t—i r-H CO (Ν m eo卜ou 寸6M046/ip}®)_s:^l^#/CIXZ ι e 200540134 結果，玻璃桿中之L i離子與混合熔融鹽中之N a離子交 換，且形成基於濃度分佈的折射率分佈。以此方式製得各 * 分度透鏡（參照圖2 )。 * 利用製得的母體玻璃組成物及分度透鏡，進行以下評 估。 (1 )失玻化之評估 將各母體玻璃組成物磨粉成直徑約1毫米之顆粒並以曱 醇徹底洗滌。將顆粒均勻置於長度2 0 0毫米、寬度1 2毫米 Φ 及深度8毫米之鉑船形容器中，先在1 , 3 0 0 °C下熔融1小 時，然後將船形容器於梯度爐（g r a d i e n t f u r n a c e )中在6 0 0 至 1，0 2 5 °C 下維持 1 2、1 8、2 4、4 8 及 1 0 0 小時。 其後利用顯微鏡觀察玻璃之失玻化的發生，並根據以下 標準評估。 A :於1 0 0小時内未失玻化。 B :於4 8小時内失玻化。 C ··於24小時内失玻化。
D :於1 8小時内失玻化。 E :於1 2小時内失玻化。 在工業製造玻璃中，等級C或以上的評估為較佳。 (2 )影像之評估 如下評估透鏡性能。將分度透鏡切割成適當長度（節距 P )，並將透鏡之兩側平行地鏡面抛光。節距P係圖5中之 P。在圖5，P ( 6 3 0 )係在6 3 0奈米波長下之節距，P ( 5 3 0 )係 在5 3 0奈米波長下之節距，P ( 4 7 0 )係在4 7 0奈米波長下之 33 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 節距，及r係透鏡之半徑。使一方格圖案與透鏡之一側接 觸，並由影像形狀如下評估透鏡性能。 1 ◎:圖案在整個側面清楚成像而無扭曲。 • 〇：在此側面之中心部分的圖案影像清晰，但在周邊部分 則稍微扭曲。 △:在此側面之中心部分的圖案影像清晰，但在周邊部分 極度扭曲。
X :影像在中心部分及周邊部分皆大大扭曲，且完全未發揮 作為透鏡的功能。 (3 )孔徑張角之評估 孔徑張角係可藉由透鏡改變光束方向的最大入射角（圖 4 )。孔徑張角係評估如下。 首先，將以上製得之分度透鏡切割成適當長度，及將透 鏡之兩側平行地鏡面拋光。使一方格圖案與透鏡之一側接 觸，並經由自相對側觀察方格圖案之正像而測得節距P。 經由使用2 7Γ / P之關係計算折射率分佈係數/-"7。藉由 / A、透鏡之半徑rO、及利用普菲立克（Pulfrich)折射計 利用全反射臨界方法測得之玻璃桿在離子交換前之折射率 N c根據下式測得孔徑張角0 : s i η 0 = / A · N c · r 0 由以上在0與N c之間之關係於實施例及比較實施例中 之玻璃桿在離子交換前之折射率係約1 . 5 9，且即使當概算 中心折射率時所得之孔徑張角0之差異亦夠小的事實來 看，在計算時將於離子交換後於分度透鏡之中心部分的折 34 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703
200540134 射率N c視為1 . 5 9。 在實施例中，測定各組成物以致孔徑張角成為約1 至1 2 . 9 °，但亦可經由任意改變組成物而使用其他角Z (4 ) L i之使用效率的評估 在離子交換程序中，離子交換自與熔融鹽接觸之玻 的周邊側開始，且離子交換逐漸朝玻璃桿的中心部分 行。理想上，在周邊部分的所有L i皆經離子交換，離 換之量朝中心部分逐漸減小，且L i於玻璃桿之中心部 全未離子交換，因而完成離子交換程序較佳。在此情 在製得分度透鏡之周邊部分與中心部分之間之L i濃肩 差異變得最大，且在透鏡之周邊部分與中心部分之間 射率的差異亦最大。然而，當持續離子交換程序直至 滿足作為透鏡性能之折射率分佈為止時，甚至在玻璃 心部分之一部分的L i實際上亦經離子交換。結果，在 桿中心部分的L i濃度降低，且在周邊部分與中心部分 之折射率的差異變小。因此，為得到期望的折射率差 慮到在玻璃桿中心部分的離子交換，需使母體玻璃組 中之L i濃度高，此會導致材料的高成本。此外，若f L i濃度高，則在形成母體玻璃時易發生失玻化，因此 伴隨降低製造條件之自由度的缺點。 將於離子交換前在玻璃桿中心部分之L i含量[L i ] i 於離子交換後在分度透鏡中心部分之L i含量[L i ] p的 [Li]p/[Li]i，定義為Li的使用效率。Li之使用效率 算如下。 312ΧΡ/發明說明書(補件)/94-07/94110703 0. 1 i。 璃桿 進 子交 分完 況， L的 之折 得到 桿中 玻璃 之間 ，考 成物 ί使 其會 與 比， 係計 35 200540134 在進行理想的離子交換及製造分度透鏡以致在玻璃桿 周邊部分之所有L i皆經離子交換，及在玻璃桿中心部分之 L i完全未離子交換的情況中，將在透鏡中心部分之折射率 表示為N c (理想），在透鏡周邊部分之折射率表示為N e (理 想），及將此等折射率之間的差表示為 △ N (理想），則形成 以下關係： △ N (理想）=N c (理想）- N e (理想）
另一方面，在實際進行離子交換的情況中，將在透鏡中 心部分之折射率表示為N c (透鏡），在透鏡周邊部分之折射 率表示為Ne(透鏡），及將此等折射率之差表示為 ΔΝ(透 鏡），則形成以下關係： △ N(透鏡）=Nc(透鏡）-Ne(透鏡） 在此，△ N (透鏡）係經由觀察透鏡節距P及由以下方程 式而付· s i η θ :ϊ π · r 0 · Ν c / Ρ = >/~( 2 · Nc ·~L Ν (透鏡） 其中 0 係孔徑張角，r 0係透鏡之半徑，Ν c係在離子交換 程序前之玻璃桿的折射率，及P係節距。於實施例及比較 實施例中之玻璃桿在離子交換程序前之折射率為1 . 5 9，及 在透鏡中心部分之折射率之變化對孔徑張角 β 的貢獻極 小，因此經由概算將N c視為1 . 5 9。 在此，由於將透鏡之周邊部分視為經充分離子交換，因 而可將N e (透鏡）概算為N e (理想）。因此，形成以下關係： △ N(透鏡）=Nc(透鏡）-Ne(透鏡） =N c (透鏡）-N e (理想） 36 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 由於本發明中之透鏡於離子交換前後之折射率差係與 L i含量成比例’因而在於透鏡中心部分之L i含量[L i ] i 與於離子交換後在透鏡中心部分之L i含量[L i ] p之間形成 以下關係： [L i ] p / [ L i ] i = △ N (透鏡）/ △ N (理想） 自以上方程式計算得L i之使用效率。L i之使用效率愈 高愈好，且工業製造中之L i的使用效率為4 0 %或以上較佳。 〈實施例1至8 >
如表1中之Ca0、Sr0及BaO所示，實施例1至8中之 組成物包含SrO及BaO。 在實施例1至8中，離子交換時間係自7. 3至1 2 · 2小 時，其在工業上適當。 影像之評估結果為◎，且在整個側面的圖案清晰成像而 無扭曲。 L i之使用效率係自6 2. 0至7 1 . 1 %，其顯示良好的結果。 〈實施例9至1 1 > 在實施例9至1 1中，T i 0 2之濃度係1 . 0莫耳％或2. 0莫 耳％，此係一低的值，其幾乎等於本發明中之T i 0 2之1莫 耳％之最低值。 在實施例9至1 1中，影像之評估結果分別為△、〇及 ◎，離子交換時間係自7. 8至1 2 . 7小時，且L i之使用效 率係6 1 . 9 %或以上，及結果良好。 〈實施例1 2及1 3 > 在實施例1 2中，T i 0 2之濃度為1 1莫耳％，其稍高，但 37 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 離子交換時間為6 . 0小時，且L i之使用效率為5 6 . 8 %，此 係良好的結果。 * 由實施例1 2及1 3，可看到高L i濃度導致短的離子交換 • 時間。 〈實施例1 4及1 5 > 在實施例1 4及1 5中，組成物分別包含濃度3莫耳％及6 莫耳％之B 2 0 3。在兩實施例中，未發生失玻化，且製得良好 的透鏡。 Φ 〈實施例1 6至2 0 > 實施例1 6及1 7中之組成物包含2 . 5莫耳％之K 2 0，實施 例1 8中之組成物包含1 . 0莫耳％之K 2 0，及實施例1 9中為 4 . 5莫耳％。 在實施例1 6至1 8中，離子交換時間係自8 . 7至1 7 . 6 小時，其係工業製造中之較佳值。 實施例1 9中之組成物包含高至4. 5莫耳％之K 2 0。因此， 影像評估之結果較實施例1 6至1 8中者差。當包含大量K 2 0
時，透鏡之有效面積變小。 〈實施例2 0及2 1 > 實施例2 0中之組成物包含1 . 0莫耳％之C s 2 0。實施例 2 0中之離子交換時間為1 2 . 3 0小時，其適合於工業製造。 實施例2 1中之組成物包含4 . 5莫耳％之高量的C s 2 0。因 此，影像評估之結果較實施例2 0中者差。當包含大量C s 2 0 時，透鏡之有效面積變小。 〈實施例2 2 > 38 312XP/發明說明書(補件)/94·07/94110703 200540134 在實施例2 2中，C a 0、S r 0及B a 0之濃度分別係0莫耳％、 2莫耳％及2莫耳％，及其之總量係4 . 0莫耳％，此係一稍小 的量，但失玻化、影像評估及L i之使用效率皆顯示良好的 結果。 〈實施例2 3至2 5 > 實施例23至25中之組成物除SrO及BaO外尚包含CaO, 但離子交換時間係自9 . 9至1 1 . 9小時，其適合於工業製 造，且影像評估亦顯示良好的結果。
〈實施例2 6及2 9 > 實施例26及29不含BaO但包含CaO及SrO。 在實施例2 6及2 9中，離子交換時間分別係9 . 4小時及 9 . 6小時，其係良好的值。失玻化為等級B且良好。 〈實施例2 7及2 8 > 實施例27及28中之組成物不含SrO但包含CaO及BaO。 在實施例2 7及2 8中，離子交換時間係1 0 . 4小時或1 0 . 0 小時，其良好，且失玻化顯示優異的結果。 〈比較實施例1 > 比較實施例1中之組成物包含6 . 0莫耳％之毒性P b 0。 當將比較實施例1與實施例1至2 9作比較時，可看到 實施例1至2 9在失玻化、影像評估及L i之使用效率上幾 乎與比較實施例1相等。 〈比較實施例2至8〉 比較實施例2至6中之組成物僅包含CaO、SrO及BaO 中的BaO，及比較實施例7及8僅包含CaO、SrO及BaO中 39 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 的 S r 0 〇 在比較實施例2中，離子交換時間短至1 . 5 0小時，此 _ 值不適合於工業製造。 • 比較實施例3至8的失玻化經評定為等級D或E，因此 失玻化差。 〈比較實施例9及1 0 > 比較實施例9及1 0不含T i 0 2。 在比較實施例9及1 0之評估中，影像評估結果的等級 Φ 為X，因此影像評估差。在比較實施例9中，失玻化的等級 為D，因此失玻化差。 〈比較實施例1 1及1 4 > 比較實施例1 1及1 4皆不含CaO、SrO及BaO。在比較實 施例1 1及1 4中，離子交換時間為3 . 4 0小時，此值不適合 於工業製造。 〈比較實施例1 2 > 比較實施例1 2中之組成物包含8. 0莫耳％之C a 0且不含 S r 0 及 B a 0 〇 比較實施例1 2中之失玻化為等級E，因此失玻化差。 〈比較實施例1 3〉 • 比較實施例1 3中之組成物包含1 9 . 0莫耳％之L i 2〇，其 - 係為過量。 比較實施例1 3中之失玻化為等級E，因此失玻化差。此 外，L i之使用效率為3 7. 2 %，其極低。 〈實施例3 0 > 40 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 利用如同實施例3之相同玻璃組成物及相同方式製備直 徑5 7 0微米之圓柱透鏡，且於透鏡之側面形成不平坦。將 製得之透鏡元件二維排列，且透鏡陣列之示意圖示於圖3。 如圖3所示，將複數個透鏡元件1 1二維排列，且以一 對玻璃纖維強化樹脂（F R P )基板1 2夾柱複數個透鏡元件 1 1。將黑色樹脂1 3填充於此對F R P基板1 2與複數個透鏡 元件1 1之間的空間中。
評估影像之再現性作為經如此構成之透鏡陣列的化學 特性。此評估係經由根據Μ T F (調變轉移函數）法測量影像 再現性之比率而進行。換言之，將指定的線圖置於透鏡陣 列的入射側上，使線圖透過濾色器及光擴散板照射iS素 燈，且將如此得到之影像透過透鏡陣列於輸出側上形成為 1 / 1之正像。此時，測量正像對入射影像之再現性的比率。 在本發明，對以開/關作為一組所顯示之矩形波的線 對，使用在1毫米距離中具有8組線對（8 1 p m )的線條圖案。 在實施例3 0之透鏡陣列中，影像再現率為6 8 %，其顯示 6 ◦ %或以上之良好值。 經由使用如此形成之透鏡陣列，可構成化學特性優異的 光學儀器。舉例來說，當將透鏡陣列像是實施例3 0中之透 鏡陣列於掃描器或影印機中構造成為影像讀出單元時，可 再現高解析度及鮮明影像。 此外，包括利用此一透鏡陣列及發光元件所構成之影像 寫入單元的印表機可再現高解析度及鮮明影像。 在圖3中，將包括二維排列之複數個透鏡元件的透鏡陣 41 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 列使用作為光學元件，但本發明並不受限於此。換言之， 可將包括零維排列透鏡元件之光學元件使用作為光學元 件。換言之，可將一透鏡使用作為一光學元件。亦可使用 包括一維排列之光學元件的透鏡陣列。此外，關於二維透 鏡陣列，光學元件不僅可以兩列製成，並且可排列複數個 列，以可應用至大面積。 〈實施例3 1 > 實施例3 0中所使用透鏡之各光源波長之一節距的測量
表 3 光源波長（n m ) 一節距（m m ) 470 14.335 630 14.355 630奈米及470奈米之光源波長之一節距中的差異為 0 . 0 2毫米，且平均變化率（經由將0. 0 2毫米除以在4 7 0奈 米及6 3 0奈米波長下之平均值所得之值）為0 . 1 3 8 3 %，其顯 示視使用光源而定，透鏡的色差小。MTF亦係如同實施例 2 8的相同良好值。根據本發明之透鏡可較佳地使用於例如 彩色掃描器。 本申請案係以2 0 0 4年4月5曰提出申請之曰本專利申 請案JP2004-110769為基礎，將其之全體内容倂入本文為 參考資料，如同經詳盡記述。 【圖式簡單說明】 圖1係說明在製造分度透鏡中之離子交換程序的圖式。 42 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 圖2係說明分度透鏡之圖式。 圖3係二維排列透鏡元件之透鏡陣列的概略圖式。 ‘ 圖4係說明孔徑張角 Θ 的圖式。 • 圖5係說明節距P的圖式。 【主要元件符號說明】 1 分度透鏡 2 玻璃桿 3 離子交換槽 Φ 4 熔融鹽 6 折射率分佈曲線 10 透鏡陣列 11 透鏡元件 12 F R P基板 13 黑色樹脂
312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 43

Claims (1)

  1. 200540134 十、申請專利範圍： 1 . 一種分度透鏡用母體玻璃組成物，其包含以下之玻璃 ^ 成分（單位莫耳％): ‘ 40 S Si〇2 S 65， 1 S T i 〇2 S 1 0， 0 S MgO $ 22， 2$ Li2〇S 18， 2 S Na2〇 S 20， Φ Li2〇 + Na2〇S 38，及 O.l^CaO、SrO及BaO之任兩者或兩者以上$15。 2 .如申請專利範圍第1項之分度透鏡用母體玻璃組成 物，其中該L i 2 0之含量為2莫耳°/◦或以上及低於1 2莫耳％， 且該Li2〇及Na2〇之總含量為6莫耳％或以上及低於32莫 耳％。 3 .如申請專利範圍第1項之分度透鏡用母體玻璃組成 物，其中該玻璃成分包含（單位莫耳％ ):
    0 S B2〇3 S 20， 2 S MgOS 22， 0 $ CaO S 1 5， 0.1^ SrO ^ 1 5 » 0. 1 S BaOS 1 5， 2 $ CaO + SrO + BaO S 25， M g 0 + C a 0 + S r 0 + B a 0 ^ 47 ? 2 S Li2〇<l2， 44 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 2 S N a 2 0 S 1 5， 6 S Li2〇 + Na2〇<27， ' 41$ Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Aim〇， • 0 S ZnO S 1 0， 〇 $ Y2〇3 $ 5， 0 S Zr 〇2 S 2，及 0$ ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+In2〇3 + La2〇3 + Ta2〇5$ 15 0 4 .如申請專利範圍第1項之分度透鏡用母體玻璃組成 ® 物，其中該玻璃成分包含（單位莫耳％ ): 0 $ β2〇3 $ 1 0， 2 $ MgO $ 1 6， 0 S CaO S 1 5， 2 ^ SrO^ 12 > 2 $ BaO S 1 2， 4 S CaO + SrO + BaO S 20， 5S MgO + CaO + SrO + BaOS 36，
    5S Li2〇<12， N a 2 0 ^ 15 j 1 0 S Li2〇 + Na2〇<27， 0 $ K2OS 3， 0 S Cs2〇 S 3， 0· 7 S Li2〇/Na2〇$ 2， 50S Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3$ 70， 0 S ZnO S 8， 45 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 0 S Υ2〇3 S 5， 0 . 2 $ Zr 〇2 S 2，及 0· 2$ ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+In2〇3 + La2〇3 + Ta2〇5$ 10。 - 5 .如申請專利範圍第1項之分度透鏡用母體玻璃組成 物，其中該玻璃成分包含（單位莫耳％ ): 2$ Ti〇2$ 8， 0 S β2〇3 S 1 0， 2 S MgO S 1 6， # 0 S CaO S 1 5， 2 S SrO $ 1 2， 2 S BaO $ 1 2， 4S CaO + SrO + BaOS 20， 5S MgO + CaO + SrO + BaOS 36， 5 S Li2〇<l 2， 5 S Na2〇 S 1 5， 1 0 $ L i 2〇 + Na2〇<27，
    0 S K2〇 $ 3， 0 S Cs2〇 S 3， 0.7^ Li2〇/Na2〇^ 2 ^ 50S Si〇2 + Ti〇2 + B2〇3 + Al2〇3$ 70， 0 S ZnO S 8， 0 S Y2〇3 S 5， 0· 2 S Zr〇2 $ 2，及 0· ZnO + Y2〇3 + Zr〇2 + Nb2〇5+In2〇3 + La2〇3 + TTa2〇5S 10。 46 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703 200540134 6 .如申請專利範圍第3項之分度透鏡用母體玻璃組成 物，其中該B 2 0 3之含量係自1至1 0莫耳％。 7 .如申請專利範圍第1項之分度透鏡用母體玻璃組成 物，其中 Ca0/(Ca0+Sr0+Ba0) 、 Sr0/(Ca〇+Sr0+Ba0)及 Ba0/(Ca0 + Sr0 + Ba0)之任兩者或兩者以上為0.1或以上。 8.如申請專利範圍第1項之分度透鏡用母體玻璃組成 物，其中 Ca0/(Ca0 + Sr0 + Ba0)、Sr0/(Ca0 + Sr0 + Ba0)及 Ba0/(Ca0 + Sr0 + Ba0)之任兩者或兩者以上為0.2或以上。
    9. 一種分度透鏡，其中利用離子交換程序形成折射率分 佈，且該分度透鏡包括申請專利範圍第1項之玻璃成分。 10. —種分度透鏡之製造方法，其包括：將包含第一鹼 金屬之玻璃桿浸泡在包含不同於該第一鹼金屬之第二鹼金 屬的熔融鹽中；及使該第一鹼金屬離子與該第二鹼金屬離 子進行離子交換，因而於玻璃桿中形成折射率分佈，其中 該玻璃桿包含申請專利範圍第1項之玻璃成分。 1 1 .如申請專利範圍第9項之分度透鏡，其中設置一用 於排除雜光之手段。 1 2 . —種光學製品，其包括申請專利範圍第9項之分度 透鏡。 1 3 . —種光學儀器，其包括申請專利範圍第1 2項之光學 製品。 47 312XP/發明說明書(補件)/94-07/94110703
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