(57)【要約】【課題】  実質的に鉛を含まないコアガラスやクラッドガラスを用いても、反りの小さい屈折率分布型ロッドレンズ、およびその製造方法を提供する。【解決手段】  コア／クラッド構造を有する屈折率分布型ロッドレンズにおいて、前記コアガラスと前記クラッドガラスとは、それぞれアルカリ金属酸化物を含み、かつ実質的に鉛を含まず、前記アルカリ金属酸化物を除くそれぞれの基本ガラス組成が異なり、前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍における熱膨張係数が、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍における熱膨張係数と等しいか、より小さく、かつ前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍におけるガラス転移温度が、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍におけるガラス転移温度と等しいか、より低いことを特徴とする屈折率分布型ロッドレンズである。【選択図】  図６
2006106324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアガラスと、該コアガラスを被覆するクラッドガラスからなるコア／クラッド構造を有し、イオン交換によって屈折率分布が付与された屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記コアガラスと前記クラッドガラスとは、それぞれアルカリ金属酸化物を含み、かつ実質的に鉛を含まず、前記アルカリ金属酸化物を除くそれぞれの基本ガラス組成が異なり、
前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍における熱膨張係数が、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍における熱膨張係数と等しいか、より小さく、
かつ前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍におけるガラス転移温度が、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍におけるガラス転移温度と等しいか、より低いことを特徴とする屈折率分布型ロッドレンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記クラッドガラス母材の熱膨張係数から、前記コアガラス母材の熱膨張係数を引いた熱膨張係数の差をΔαとしたとき、
Δαの範囲が、２×１０-7＜Δα＜２０×１０-7である屈折率分布型ロッドレンズ。
【請求項３】
請求項１に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記クラッドガラス母材のガラス転移温度から、前記コアガラス母材のガラス転移温度を引いたガラス転移温度の差をΔＴｇとしたとき、
ΔＴｇの範囲が、３℃＜ΔＴｇ＜６０℃である屈折率分布型ロッドレンズ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記コアガラス母材と前記クラッドガラス母材とは、それぞれのガラス母材を構成する酸化物の種類が、アルカリ金属酸化物を除いて少なくとも１種類以上異なり、
前記コアガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、該アルカリ金属酸化物は少なくともＬｉ2ＯとＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、該アルカリ金属酸化物は少なくともＮａ2Ｏである屈折率分布型ロッドレンズ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記コアガラス母材と前記クラッドガラス母材とは、それぞれのガラス母材を構成する酸化物の種類が、アルカリ金属酸化物を除いて同じであり、
前記コアガラス母材が、少なくともＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＭｇＯ，ＢａＯとアルカリ金属酸化物を含み、該アルカリ金属酸化物は少なくともＬｉ2ＯとＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材が、少なくともＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＭｇＯ，ＢａＯとアルカリ金属酸化物を含み、該アルカリ金属酸化物は少なくともＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材のＴｉＯ2／（ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）と、前記コアガラス母材のＴｉＯ2／（ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）とが異なり、
かつ、前記コアガラス母材および前記クラッドガラス母材におけるＭｇＯとＢａＯの総和が、それぞれ、
ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＜２５
である屈折率分布型ロッドレンズ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記コアガラス母材が、モル％表示で、
ＳｉＯ2 ：４５〜６５，
Ｌｉ2Ｏ ：  ３〜２０，
Ｎａ2Ｏ ：  ３〜１５，
Ｋ2Ｏ   ：  ０〜１０，
ＭｇＯ  ：  ０〜１５，
ＳｒＯ  ：  ０〜２０，
ＢａＯ  ：  ０〜２０，
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５，
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
かつ
ＺｎＯ＋ＴｉＯ2＋Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5：０〜２０，
かつ
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：６〜３５，
ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ：０〜２５，
であり、
前記クラッドガラス母材が、モル％表示で、
ＳｉＯ2 ：４５〜６５，
Ｌｉ2Ｏ ：  ０〜１５，
Ｎａ2Ｏ ：  ３〜３０，
Ｋ2Ｏ   ：  ０〜１０，
ＭｇＯ  ：  ０〜１５，
ＳｒＯ  ：  ０〜２０，
ＢａＯ  ：  ０〜２０，
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５，
Ｂｉ2Ｏ3：  ０〜１０，
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
かつ
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：３〜３５，
ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜２５，
かつ
Ｂｉ2Ｏ3＋ＺｎＯ＋ＴｉＯ2＋Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5：０〜２０，
である屈折率分布型ロッドレンズ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラスロッドにおいて、
前記クラッドガラスは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｒの群からなる酸化物を着色剤として１種以上含有し、前記着色剤の総量が０．１〜１０モル％である屈折率分布型ロッドレンズ。
【請求項８】
コアガラスと、該コアガラスをクラッドガラスにて被覆したコア／クラッド構造を有し、イオン交換によって屈折率の分布を付与する屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記コアガラスと前記クラッドガラスとは、それぞれアルカリ金属酸化物を含み、かつ実質的に鉛を含まず、前記アルカリ金属酸化物を除くそれぞれの基本ガラス組成が異なり、
前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍の熱膨張係数を、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍の熱膨張係数よりも大とし、
かつ前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍のガラス転移温度を、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍のガラス転移温度よりも高くしたガラスロッドを用い、
前記イオン交換後における、前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍の熱膨張係数を、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍の熱膨張係数と等しいか、より小さくし、
かつ前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍のガラス転移温度を、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍のガラス転移温度と等しいか、より低くしたことを特徴とする屈折率分布型ロッドレンズの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記クラッドガラスの熱膨張係数から、コアガラスの熱膨張係数を引いた熱膨張係数差をΔαとしたとき、
前記Δαの範囲を、
２×１０-7＜Δα＜２０×１０-7
とした屈折率分布型ロッドレンズの製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記クラッドガラスのガラス転移温度から、前記コアガラスのガラス転移温度を引いた温度差をΔＴｇとしたとき、
前記ΔＴｇの範囲を、
３℃＜ΔＴｇ＜６０℃
とした屈折率分布型ロッドレンズの製造方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記コアガラス母材と前記クラッドガラス母材との間で、それぞれを構成する酸化物のうちアルカリ金属酸化物以外の酸化物の種類を少なくとも１種類以上異ならせ、
前記コアガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、前記アルカリ金属酸化物は少なくともＬｉ2ＯとＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、前記アルカリ金属酸化物は少なくともＮａ2Ｏである屈折率分布型ロッドレンズの製造方法。
【請求項１２】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記コアガラス母材と前記クラッドガラス母材との間で、それぞれのガラス母材を構成する酸化物の種類が、アルカリ金属酸化物を除いて同じであり、
前記コアガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、前記アルカリ金属酸化物は少なくともＬｉ2ＯとＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、前記アルカリ金属酸化物は少なくともＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材のＴｉＯ2／（ＭｇＯ+ＳｒＯ＋ＢａＯ）と、前記コアガラス母材のＴｉＯ2／（ＭｇＯ+ＳｒＯ＋ＢａＯ）とを異ならせ、
かつ、前記コアガラス母材および前記クラッドガラス母材におけるＭｇＯとＢａＯの総和が、それぞれ、
ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＜２５
とした屈折率分布型ロッドレンズの製造方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記コアガラス母材の組成が、モル％表示で、
ＳｉＯ2 ：４５〜６５，
Ｌｉ2Ｏ ：  ３〜２０，
Ｎａ2Ｏ ：  ３〜１５，
Ｋ2Ｏ   ：  ０〜１０，
ＭｇＯ  ：  ０〜１５，
ＳｒＯ  ：  ０〜２０，
ＢａＯ  ：  ０〜２０，
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５，
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
かつ
ＺｎＯ＋ＴｉＯ2＋Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5：０〜２０，
かつ
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：６〜３５，
ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ：０〜２５，
であり、
前記クラッドガラス母材が、モル％表示で、
ＳｉＯ2 ：４５〜６５，
Ｌｉ2Ｏ ：  ０〜１５，
Ｎａ2Ｏ ：  ３〜３０，
Ｋ2Ｏ   ：  ０〜１０，
ＭｇＯ  ：  ０〜１５，
ＳｒＯ  ：  ０〜２０，
ＢａＯ  ：  ０〜２０，
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５，
Ｂｉ2Ｏ3：  ０〜１０，
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
かつ
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：３〜３５，
ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜２５，
かつ
Ｂｉ2Ｏ3＋ＺｎＯ＋ＴｉＯ2＋Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5：０〜２０，
である屈折率分布型ロッドレンズの製造方法。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記クラッドガラスに、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒの群からなる酸化物を着色剤としていずれか１種以上含有させ、前記着色剤の総量を０．５〜１０モル％とした屈折率分布型ロッドレンズの製造方法。
【請求項１５】
請求項８〜１４いずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記イオン交換は、前記ガラスロッドを前記コアガラスのガラス転移温度と同等か、より小であるような温度にて、ガラス体中の第一陽イオンを熔融塩中の第二陽イオンで交換する屈折率分布型ロッドレンズの製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜７いずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズが、複数本概略平行に整列した状態で一体化されているロッドレンズアレイ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のロッドレンズアレイを用いた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折率分布型ロッドレンズ、およびその製造方法に関し、さらに、この屈折率分布型ロッドレンズを用いたロッドレンズアレイ、およびこのロッドレンズアレイを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屈折率分布型ロッドレンズは、その断面内で中心から周辺に向けて変化する屈折率分布を持ったロッド状のレンズ作用を持つ光学素子である。このロッドレンズでは、両レンズ面が平坦でも結像作用を持ち、微小径のレンズも容易に作製できるなど多くの利点を持つ。
【０００３】
さらに、この屈折率分布型ロッドレンズをアレイ化したロッドレンズアレイ（図８参照）は、近年、ＬＥＤアレイプリンタ，液晶シャッタプリンタなどの画像書込装置、あるいはファクシミリ，スキャナなどの画像読取装置の光学系における結像レンズとして、広範な用途に使用されている。
【０００４】
（ガラスロッドの作製）
このような屈折率分布型ロッドレンズの母材であるガラスロッドの作製方法としては、その生産性の高さから、直接紡糸法が広く行われている。
【０００５】
（直接紡糸法（連続紡糸法））
直接紡糸法は、図１２に示すように、熔解，脱泡，清澄処理を行った熔解したガラス２００をヒータ７０より保温し、坩堝５のノズル中を流下させながら徐々に冷却し、ノズル下端から流出させ、熱延伸によって直径０．１〜４ｍｍ程度のガラスロッド（ファイバ）１０１を連続成形する。紡糸速度は、数十ｍ／分程度とすることが可能であり、また原料ガラスを連続投入して連続的に生産可能であるため、生産性がきわめて高い方法である。
【０００６】
しかし、この直接紡糸法では、熔融ガラスをノズル中で徐冷する際、失透が発生しやすいという欠点がある。特に、リチウム成分を多く含む屈折率分布型レンズ用母材ガラスでは、失透の発生を防止するため、添加物を加えるなどの対策がとられてきた（例えば、特公平８−１３６９１号公報参照）。
【０００７】
そこで、直接紡糸法においては、坩堝５００を内坩堝５１０と外坩堝５２０の二重にする二重紡糸法とすることによって、コアとこのコアを被覆するクラッドとからなる二重構造を有するガラスロッド１０２を、容易に作製することが可能である（図１３参照）。このとき、内坩堝５１０にはコアガラス２２０が、外坩堝５２０にはクラッドガラス３２０が、それぞれ熔融されている。ガラスロッド１０２は、ローラ８０にて引き出されている。
【０００８】
このクラッドガラスを失透の発生しにくいガラス組成物にすれば、直接紡糸法で失透が発生しやすい温度域において、コアガラスとノズル部との接触を回避することができる。このため、コアガラスにおける失透を防止でき、全体として生産性、紡糸性能が向上することが知られている（例えば、特公平５−７２３３７号公報）。
【０００９】
クラッドガラス組成物の設計では、基本的にアルカリ金属酸化物以外の成分は、コアガラス組成物に合わせることがよく行われる。これは、クラッドガラス組成物の種々のガラス物性を、コアガラス組成物のそれと合わせるためである。
【００１０】
さらには、ガラスロッドを二重構造にすると、一重構造に比べて、より優れた特徴を付与できる場合が多い。例えば、被覆ガラス組成物部分に着色成分を導入することで、複数個のロッドレンズを並べて使用する場合に、迷光除去の効果を付加する（例えば、ＷＯ ００／０４４０９ Ａ１  など参照）ことができる。また、イオン交換時にレンズ母材部分に生じる応力によって発生しやすいクラックを抑えたりすることができる。
【００１１】
また、本出願人は、着色クラッドに関する技術を、特開平１０−１３９４６８号公報、特開平１０−１３９４７２号公報、特開２００１−２５５４０６号公報などで開示している。
【００１２】
このため、被覆ガラスを用いたコア／クラッド構造を有する高機能性ロッドを量産する場合には、上述のように失透しにくいクラッドガラスを用いた直接紡糸法が、一般的に用いられる。
【００１３】
上述した屈折率分布型ロッドレンズアレイは、画像の書き込みや読み取りを行う機器の光学系に使用される。特に、フルカラー画像を扱うためには、ある程度の開口角を維持しつつ、色分散が小さいことが要求される。この色分散を低減させるため、ＰｂＯを成分として含有しない母材ガラス組成物が望ましい。
【００１４】
また、昨今の環境問題を鑑みると、鉛の使用が制限されつつある。例えば、ＥＵにおける有害物質の使用規制である、RoHS：Restrictions of Hazardous Substances や、WEEE：Waste from Electrical and Electronic Equipment などにおいて、鉛は厳しい削減対象物質として挙げられている。このように、最近では、屈折率分布型光学素子においても、鉛を含まないガラスにより構成されることが、世界的に強く求められている。
【００１５】
しかし、ＰｂＯを含まないガラス組成物は、坩堝を用いた紡糸の際に、極端に失透しやすい、という製造上の問題点を有している。
【００１６】
そこで、本発明者は、特開２００４−１５１６８２号公報にて、ＰｂＯを含有しない屈折率分布型ロッドレンズ用母材ガラスを、紡糸時に被覆する被覆用ガラスを提案した。このガラスは、ＰｂＯを含有せず、かつ、ＴｉＯ2またはＬａ2Ｏ3のいずれか一方または双方とも含有しないものである。
【００１７】
一方、特開昭６３−３０１９０１号公報では、イオン交換法により製造される屈折率分布型光学素子において、交換可能なイオンと着色成分とを有する光吸収体部分が、屈折率分布を有する透明誘電体部分の表面の少なくとも一部に存在するような屈折率分布型光学素子、およびその製造方法を開示している。
【００１８】
すなわち、二重坩堝の内側坩堝でコアガラスを加熱熔融し、外側坩堝でクラッドガラスを加熱熔融し、下部ノズルより引き出して両者を融着一体化して得られる二重ガラスロッドを、イオン交換させる。この工程を経て製造される屈折率分布型ロッドレンズを、外部光吸収体の熱膨張係数を透明コアとクラッドとの界面でのそれよりも等しいか、より小さくするように調整することによって、光学特性に優れ、強度が大きな屈折率分布型光学素子を容易に得る、とされる技術である。
【００１９】
【特許文献１】特公平８−１３６９１号公報
【特許文献２】特公平５−７２３３７号公報
【特許文献３】ＷＯ ００／０４４０９号パンフレット
【特許文献４】特開平１０−１３９４６８号公報
【特許文献５】特開平１０−１３９４７２号公報
【特許文献６】特開２００１−２５５４０６号公報
【特許文献７】特開２００４−１５１６８２号公報
【特許文献８】特開昭６３−３０１９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところで、このような屈折率分布型ロッドレンズを複数本束ねて製造されるロッドレンズアレイでは、各ロッドレンズの光学性能や、外形形状の揃っていることが要求される。例えば、ロッドが反るなどして、外形形状の揃ったロッドレンズが得られない場合には、解像できる空間周波数の低下や伝播する画像の歪みなど、レンズアレイとしての性能を大きく低下させる問題点があった。
【００２１】
イオン交換法による屈折率分布型ロッドレンズにおいて、例えばリチウムを含むガラスロッドを、硝酸ナトリウム熔融塩中でイオン交換するような場合、図７に示すように、レンズ周辺で熱膨張係数が大きくなるような熱膨張係数分布を持つロッドは、応力的に脆く、応力分布によって反るなどの欠点がしばしば起こった。
【００２２】
この応力的な脆さを解決する手段が、上述した特開昭６３−３０１９０１号公報に示されている。すなわち、「交換可能なイオンと着色成分とを有する光吸収体（クラッドガラス）部分の熱膨張係数が、屈折率を有する透明誘電体部分の境界付近の熱膨張係数と等しいか、より小である屈折率分布型光学素子」である。
【００２３】
なお、その実施例１に示されているのは、Ｌｉ2Ｏを２０モル％含むホウ珪酸塩ガラスのコアガラスの周囲にＬｉ2Ｏを２０モル％、着色成分であるＭｎＯを５モル％含むホウ珪酸塩ガラスの管状光吸収体ガラスを配列固定し、電気炉内で加熱することにより、融着一体化させてなるガラスロッドを、イオン交換することにより得られる屈折率分布を有するガラスロッドである。
【００２４】
しかしながら、熱膨張係数のみを、上述した特開昭６３−３０１９０１号公報のように調整しただけでは、上述した欠点を回避するには不十分であり、その改善策が求められていた。
【００２５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものである。その目的は、実質的に鉛を含まないコアガラスやクラッドガラスを用い、反りの小さい屈折率分布型ロッドレンズ、およびその製造方法を提供することである。加えて、この屈折率分布型ロッドレンズを用いたロッドレンズアレイ、およびこのロッドレンズアレイを用いた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
（予備検討）
そこで、コアガラスとクラッドガラス共に、鉛を含まない屈折率分布型ロッドレンズにおいて、以下の検討を行った。すなわち、コアガラスとクラッドガラスとにおいて、アルカリ金属酸化物を除く、その他のガラス組成を基本的に同じにして、試験的に二重紡糸を行った。その結果、紡糸開始後、数時間で失透が発生してしまった。
【００２７】
予備検討の結果より、実質的に鉛を含まないコアガラスとクラッドガラスとの組み合わせにおいて、アルカリ金属酸化物以外をコアガラスの組成に合わせたクラッドガラスを用いたのでは、極端に失透が発生しやすいことがわかった。したがって、この失透を回避するためには、アルカリ金属酸化物以外の成分の組成比も、大きく変更する必要のあることがわかった。
【００２８】
ところで、上述した特開昭６３−３０１９０１号公報に示されているように、クラッドの熱膨張係数が、コアの境界付近の熱膨張係数と等しいか、より小であるような屈折率分布型ロッドレンズであれば、ロッドレンズの表層部分には圧縮応力が働くようになる。つまり、レンズ周辺における熱膨張係数が小さくなるような熱膨張係数分布を持つロッドレンズとすることができ、反りの問題を解決できるものと思われる。
【００２９】
イオン交換法にて得られるコア／クラッド構造を有する屈折率分布型ロッドレンズでは、反りや変形の問題に関し、イオン交換温度も重要な因子である。また、イオン交換温度に関連して、コアガラスとクラッドのガラス転移温度も関係してくる。
【００３０】
コアのガラス転移温度を超えた温度でイオン交換すると、クラッドの熱膨張係数が、コアの境界付近の熱膨張係数と等しいか、より小であるような場合でも、発生した圧縮応力が緩和してしまうことになる。したがって、反りをもたらす引張応力に対抗することができない。さらには、ガラスロッドが変形してしまい、形状が揃わないという不具合も発生する。
【００３１】
一方、コアガラスのガラス転移温度付近およびそれ以下の温度でイオン交換すると、発生した圧縮応力が緩和することなく残存する。この圧縮応力と、反りもたらす引張応力とが相殺されることにより、反りによる形状の不具合が低減されるものと考えられる。
【００３２】
このように、コアガラスとクラッドガラスとにおける熱膨張係数の大小関係だけではなく、コアガラスとクラッドガラスとにおけるガラス転移温度も重要な因子である。
【００３３】
ところで、上述した特公平５−７２３３７号の具体例で示されたコアガラスとクラッドガラスとの組み合わせのように、アルカリ成分のみが異なるガラス同士の組み合わせでは、熱膨張係数の大小関係が決まれば、ガラス転移温度の大小も自ずと決まってくる。
【００３４】
しかし、アルカリ金属酸化物以外のガラス成分の組成比を変更した、コアガラスとクラッドガラスの組み合わせでは、熱膨張係数の大小関係だけで、ガラス転移温度の大小関係が決まるわけではない。
【００３５】
コア／クラッド構造を有するガラスロッドをイオン交換して得られる屈折率分布型ロッドレンズにおいて、レンズとして要求される開口角などから、そのコアガラスにおける屈折率分布に寄与するＬｉ含有率は、自ずと決まってくる。
【００３６】
そこで、所定のＬｉ含有率を持つコアガラスにおいて、アルカリ金属酸化物以外のガラス成分の組成比を変更した種々のクラッドガラスを作製した。これらガラスにおける熱膨張係数とガラス転移温度とを、汎用の熱機械分析装置を用いて測定した。さらに、これに組み合わされる種々のクラッドガラスについても同様に、その熱膨張係数とガラス転移温度とを測定した。
【００３７】
加えて、このクラッドガラスのガラス転移温度から、コアガラスのガラス転移温度を引いた温度差（ΔＴｇ）が０に等しいか、正であるコア／クラッドの組み合わせを種々検討した。
【００３８】
また、このクラッドガラスの熱膨張係数から、コアガラスの熱膨張係数を引いた熱膨張係数差（Δα）が０に等しいか、正であるコア／クラッドの組み合わせを種々検討した。
【００３９】
本発明者らは、この検討結果をふまえ、鋭意研究を重ねた結果、上述した目的を達成する発明に至った。
【００４０】
すなわち、請求項１に記載の屈折率分布型ロッドレンズは、
コアガラスと、該コアガラスを被覆するクラッドガラスからなるコア／クラッド構造を有し、イオン交換によって屈折率分布が付与された屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記コアガラスと前記クラッドガラスとは、それぞれアルカリ金属酸化物を含み、かつ実質的に鉛を含まず、前記アルカリ金属酸化物を除くそれぞれの基本ガラス組成が異なり、
前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍における熱膨張係数が、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍における熱膨張係数と等しいか、より小さく、
かつ前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍におけるガラス転移温度が、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍におけるガラス転移温度と等しいか、より低いことを要旨とする。
【００４１】
請求項２に記載の屈折率分布型ロッドレンズは、
請求項１に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記クラッドガラス母材の熱膨張係数から、前記コアガラス母材の熱膨張係数を引いた熱膨張係数の差をΔαとしたとき、
Δαの範囲が、２×１０-7＜Δα＜２０×１０-7であることを要旨とする。
【００４２】
請求項３に記載の屈折率分布型ロッドレンズは、
請求項１に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記クラッドガラス母材のガラス転移温度から、前記コアガラス母材のガラス転移温度を引いたガラス転移温度の差をΔＴｇとしたとき、
ΔＴｇの範囲が、３℃＜ΔＴｇ＜６０℃であることを要旨とする。
【００４３】
請求項４に記載の屈折率分布型ロッドレンズは、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記コアガラス母材と前記クラッドガラス母材とは、それぞれのガラス母材を構成する酸化物の種類が、アルカリ金属酸化物を除いて少なくとも１種類以上異なり、
前記コアガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、該アルカリ金属酸化物は少なくともＬｉ2ＯとＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、該アルカリ金属酸化物は少なくともＮａ2Ｏであることを要旨とする。
【００４４】
請求項５に記載の屈折率分布型ロッドレンズは、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記コアガラス母材と前記クラッドガラス母材とは、それぞれのガラス母材を構成する酸化物の種類が、アルカリ金属酸化物を除いて同じであり、
前記コアガラス母材が、少なくともＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＭｇＯ，ＢａＯとアルカリ金属酸化物を含み、該アルカリ金属酸化物は少なくともＬｉ2ＯとＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材が、少なくともＳｉＯ2，ＴｉＯ2，ＭｇＯ，ＢａＯとアルカリ金属酸化物を含み、該アルカリ金属酸化物は少なくともＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材のＴｉＯ2／（ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）と、前記コアガラス母材のＴｉＯ2／（ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）とが異なり、
かつ、前記コアガラス母材および前記クラッドガラス母材におけるＭｇＯとＢａＯの総和が、それぞれ、
ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＜２５
であることを要旨とする。
【００４５】
請求項６に記載の屈折率分布型ロッドレンズは、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、
前記コアガラス母材が、モル％表示で、
ＳｉＯ2 ：４５〜６５，
Ｌｉ2Ｏ ：  ３〜２０，
Ｎａ2Ｏ ：  ３〜１５，
Ｋ2Ｏ   ：  ０〜１０，
ＭｇＯ  ：  ０〜１５，
ＳｒＯ  ：  ０〜２０，
ＢａＯ  ：  ０〜２０，
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５，
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
かつ
ＺｎＯ＋ＴｉＯ2＋Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5：０〜２０，
かつ
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：６〜３５，
ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ：０〜２５，
であり、
前記クラッドガラス母材が、モル％表示で、
ＳｉＯ2 ：４５〜６５，
Ｌｉ2Ｏ ：  ０〜１５，
Ｎａ2Ｏ ：  ３〜３０，
Ｋ2Ｏ   ：  ０〜１０，
ＭｇＯ  ：  ０〜１５，
ＳｒＯ  ：  ０〜２０，
ＢａＯ  ：  ０〜２０，
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５，
Ｂｉ2Ｏ3：  ０〜１０，
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
かつ
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：３〜３５，
ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜２５，
かつ
Ｂｉ2Ｏ3＋ＺｎＯ＋ＴｉＯ2＋Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5：０〜２０，
であることを要旨とする。
【００４６】
請求項７に記載の屈折率分布型ロッドレンズは、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラスロッドにおいて、
前記クラッドガラスは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｒの群からなる酸化物を着色剤として１種以上含有し、前記着色剤の総量が０．１〜１０モル％であることを要旨とする。
【００４７】
請求項８に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法は、
コアガラスと、該コアガラスをクラッドガラスにて被覆したコア／クラッド構造を有し、イオン交換によって屈折率の分布を付与する屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記コアガラスと前記クラッドガラスとは、それぞれアルカリ金属酸化物を含み、かつ実質的に鉛を含まず、前記アルカリ金属酸化物を除くそれぞれの基本ガラス組成が異なり、
前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍の熱膨張係数を、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍の熱膨張係数よりも大とし、
かつ前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍のガラス転移温度を、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍のガラス転移温度よりも高くしたガラスロッドを用い、
前記イオン交換後における、前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍の熱膨張係数を、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍の熱膨張係数と等しいか、より小さくし、
かつ前記クラッドガラスの前記コア／クラッド界面近傍のガラス転移温度を、前記コアガラスの前記コア／クラッド界面近傍のガラス転移温度と等しいか、より低くしたことを要旨とする。
【００４８】
請求項９に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法は、
請求項８に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記クラッドガラスの熱膨張係数から、コアガラスの熱膨張係数を引いた熱膨張係数差をΔαとしたとき、
前記Δαの範囲を、
２×１０-7＜Δα＜２０×１０-7
としたことを要旨とする。
【００４９】
請求項１０に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法は、
請求項８に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記クラッドガラスのガラス転移温度から、前記コアガラスのガラス転移温度を引いた温度差をΔＴｇとしたとき、
前記ΔＴｇの範囲を、
３℃＜ΔＴｇ＜６０℃
としたことを要旨とする。
【００５０】
請求項１１に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法は、
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記コアガラス母材と前記クラッドガラス母材との間で、それぞれを構成する酸化物のうちアルカリ金属酸化物以外の酸化物の種類を少なくとも１種類以上異ならせ、
前記コアガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、前記アルカリ金属酸化物は少なくともＬｉ2ＯとＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、前記アルカリ金属酸化物は少なくともＮａ2Ｏであることを要旨とする。
【００５１】
請求項１２に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法は、
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記コアガラス母材と前記クラッドガラス母材との間で、それぞれのガラス母材を構成する酸化物の種類が、アルカリ金属酸化物を除いて同じであり、
前記コアガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、前記アルカリ金属酸化物は少なくともＬｉ2ＯとＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材が、少なくともＳｉＯ2とアルカリ金属酸化物を含み、前記アルカリ金属酸化物は少なくともＮａ2Ｏであり、
前記クラッドガラス母材のＴｉＯ2／（ＭｇＯ+ＢａＯ）と、前記コアガラス母材のＴｉＯ2／（ＭｇＯ+ＢａＯ）とを異ならせ、
かつ、前記コアガラス母材および前記クラッドガラス母材におけるＭｇＯとＢａＯの総和が、それぞれ、
ＭｇＯ＋ＢａＯ＜２５
としたことを要旨とする。
【００５２】
請求項１３に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法は、
請求項８〜１２のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記コアガラス母材の組成が、モル％表示で、
ＳｉＯ2 ：４５〜６５，
Ｌｉ2Ｏ ：  ３〜２０，
Ｎａ2Ｏ ：  ３〜１５，
Ｋ2Ｏ   ：  ０〜１０，
ＭｇＯ  ：  ０〜１５，
ＳｒＯ  ：  ０〜２０，
ＢａＯ  ：  ０〜２０，
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５，
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
かつ
ＺｎＯ＋ＴｉＯ2＋Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5：０〜２０，
かつ
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：６〜３５，
ＢａＯ＋ＳｒＯ＋ＭｇＯ：０〜２５，
であり、
前記クラッドガラス母材が、モル％表示で、
ＳｉＯ2 ：４５〜６５，
Ｌｉ2Ｏ ：  ０〜１５，
Ｎａ2Ｏ ：  ３〜３０，
Ｋ2Ｏ   ：  ０〜１０，
ＭｇＯ  ：  ０〜１５，
ＳｒＯ  ：  ０〜２０，
ＢａＯ  ：  ０〜２０，
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５，
Ｂｉ2Ｏ3：  ０〜１０
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
かつ
Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：３〜３５，
ＭｇＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜２５，
かつ
Ｂｉ2Ｏ3＋ＺｎＯ＋ＴｉＯ2＋Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5：０〜２０，
であることを要旨とする。
【００５３】
請求項１４に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法は、
請求項８〜１３のいずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記クラッドガラスに、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒの群からなる酸化物を着色剤としていずれか１種以上含有させ、前記着色剤の総量を０．５〜１０モル％としたことを要旨とする。
【００５４】
請求項１５に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法は、
請求項８〜１４いずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズの製造方法において、
前記イオン交換は、前記ガラスロッドを前記コアガラスのガラス転移温度と同等か、より小であるような温度にて、ガラス体中の第一陽イオンを熔融塩中の第二陽イオンで交換することを要旨とする。
【００５５】
請求項１６に記載のロッドレンズアレイは、
請求項１〜７いずれか１項に記載の屈折率分布型ロッドレンズが、複数本概略平行に整列した状態で一体化されていることを要旨とする。
【００５６】
請求項１７に記載の画像形成装置は、
請求項１６に記載のロッドレンズアレイを用いたことを要旨とする。
【００５７】
すなわち本発明は、基本ガラス組成が異なっているコア／クラッド構造の屈折率分布型ロッドレンズにおいて、コアガラスとクラッドガラスとの熱膨張係数の関係と、同じくガラス転移温度の関係とを、特定したことを要旨としている。
【００５８】
なお、本発明において、「基本ガラス組成が異なっている」とは、アルカリ金属酸化物を除く酸化物の種類が異なるか、あるいは酸化物の種類が同じであっても、その含有率が実質的に異なることを意味する。
【００５９】
また、本発明において、「酸化物の種類が同じでその含有率が実質的に異なる」とは、コアガラスとクラッドガラスの間で、ある酸化物の含有率が少なくとも０．５ｍｏｌ％相違していることを意味する。
【発明の効果】
【００６０】
実質的に鉛を含まずコア／クラッド構造を有するガラスロッドに、イオン交換法により屈折率分布を付与するために、このガラスロッドを熔融塩に浸漬してイオン交換温度にまで昇温すると、屈折率分布型ロッドレンズにおいて、コアガラスとクラッドガラスとの熱膨張係数差に起因して、レンズの側表面に圧縮応力が発生する。
【００６１】
イオン交換温度がコアガラスのガラス転移温度付近に設定されていると、二重構造のガラスロッド側表面部分のガラス転移温度よりもイオン交換温度が低いので、発生した圧縮応力が緩和することなく残存する。
【００６２】
その結果、本発明によると、圧縮応力と、コアガラス内の熱膨張係数分布により生じる引張応力とが相殺されるので、反りを低減することができる。
もちろん、本発明によれば、二重紡糸の際に失透をおさえることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
まず、本発明に用いるコア／クラッド構造を有するガラスロッドを、図１を用いて以下に説明する。
本発明に用いるガラスロッド１０は、コア２１とその周囲を被覆するクラッド３１の二重構造を有している（図１（ａ），（ｂ）参照）。また、このガラスロッド１０は、屈折率分布は付与されておらず、コア２１とクラッド３１はそれぞれの屈折率を有している（図１（ｃ）参照）。このガラスロッドをイオン交換処理することにより、図１（ｄ）のような屈折率分布が付与される。
【００６４】
つぎに、このコア／クラッド構造を有するガラスロッドを、直接紡糸法によって作製する手順を、以下に説明する。
【００６５】
図２に示すように、二重坩堝５０は、内坩堝５１および外坩堝５２から構成される。内坩堝５１および外坩堝５２に、それぞれコアガラス用カレットおよびクラッドガラス用カレットを投入し、二重坩堝内でそれぞれ加熱熔融する。そして、内坩堝より熔融したコアガラス２２と、外坩堝より熔融したクラッドガラス３２をノズル５３の下端部より引き出し紡糸して、両者を融着一体化した二重構造を有するガラスロッド１０を得ることができる。このとき、熔融したコアガラス２２は、スターラ９０で撹拌されている。ここで、ガラス融体の液面の高低差やノズルの位置および温度を調整することで、レンズとなるコア用母材ガラス部分の直径が約１．１〜０．３ｍｍで、クラッドガラス部分の厚みが約１５μｍのガラスロッドを得ることができる。
【００６６】
［実施例］
以下、本発明を具体化した実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６７】
コアガラスとクラッドガラスの組成を、それぞれ表１の実施例１から３の示したように調合して、図２に示した二重坩堝を用いて、コア／クラッド構造を有するガラスロッドを作製した。
【００６８】
【表１】
2006106324.tif 000003
【００６９】
このコアガラスとクラッドガラスの組み合わせで作製されたガラスロッドを、コアガラスのガラス転移温度付近に保持した硝酸ナトリウムの熔融塩中に浸漬し、イオン交換法により屈折率分布を形成させて、屈折率分布型ロッドレンズとした。
【００７０】
図３はイオン交換の様子を説明する概念図であり、例えば、ステンレス製の容器６０に、硝酸ナトリウムの熔融塩６１が入っている。この熔融塩６１中に、先ほど作製したガラスロッド１０を浸漬して、ガラス中にある第一陽イオン（Ｘ）であるＬｉイオンを、熔融塩中にある第二陽イオン（Ｙ）であるＮａイオンと交換して、屈折率分布を付与する。
【００７１】
一般に、歪み温度以下の温度において、ガラスは粘性流動を示さず、歪み温度にどんなに長くガラスを保持しても、ガラス内部の歪みを取り除くことができない。ガラスの保持温度が歪み温度よりも高くなるにつれ、応力の緩和速度は上昇し、徐冷点では１５分間保持すると、歪みは完全に取り除かれる。
【００７２】
本発明では、二重坩堝を用いて作製されたガラスロッドをイオン交換温度にまで昇温する際に、コアガラスとクラッドガラスとの熱膨張係数差に起因して、クラッドガラス部に圧縮応力を発生させる。図４は、その様子を説明する概念図である。
【００７３】
このとき、イオン交換温度をコアガラスのガラス転移温度付近に設定すると、二重構造のガラスロッド側表面部分のガラス転移温度よりも、イオン交換温度が小であるために、発生した圧縮応力が緩和することなく残存する。このクラッドガラス３１の圧縮応力が、コアガラス２１の引張応力を相殺することにより、反りなどによる形状の不具合が低減されるものと考えられる。
【００７４】
なお、イオン交換において、ガラス転移温度以上でイオン交換する場合には、自重により伸びが生じ、作製されたロッドレンズの上端と下端とにおける線径に差が生じる。さらに、コアガラスの屈伏温度以上でイオン交換を実施すると、この伸びは著しくなる。
【００７５】
また、コアガラスのガラス転移温度以上でイオン交換すると、適切な屈折率分布を形成させるために必要なイオン交換時間が短すぎるため、光学特性の揃ったレンズを安定して製造することが困難である。したがって、イオン交換温度はコアガラスのガラス転移温度と同等か、それ以下が望ましい。
【００７６】
ガラスロッドの反りによる収率を評価するために、１ロットにおいて、イオン交換を開始する際に熔融塩中に浸漬されたガラスロッドの本数Ａを測定した。
【００７７】
続いて、得られたガラスロッドの反り量を評価した。屈折率分布型ロッドレンズをアレイ状に配置して使用する際に、空間周波数の低下や伝播する画像の歪みなどレンズとしての性能を大きく低下させないためには、長さ３９０ｍｍのロッドレンズにおいて反りが２ｍｍ以下であるロッドレンズが望ましい。反りが２ｍｍ以下と判定されるロッドガラスの本数Ｃを測定した。
【００７８】
ここで、収率Ｇは、本数Ａに対する本数Ｃの割合（次式）で算出される。
（数１）
Ｇ＝Ｃ／Ａ×１００
この結果を表１に示した。
【００７９】
これより、本発明の実施例では、ロッドレンズアレイの作製に必要な形状を維持する屈折率分布型光学素子を、５０％以上の収率で得られることがわかった。
【００８０】
実施例１では、ΔαとΔＴｇとが好ましい範囲にある。このため、発生した圧縮応力によってイオン交換により発生する引張応力が相殺され、また発生した応力も緩和されにくいことから、７０％の収率が得られた。
【００８１】
実施例２では、ΔＴｇは実施例１よりも小さいために、発生した応力の緩和速度が大きいものの、Δαに起因する圧縮応力が残存し、イオン交換により発生する引張応力を相殺することが可能であり、５０％の収率であった。
【００８２】
実施例３では、ΔαとΔＴｇとが好ましい範囲にあり、８０％の収率が得られた。
【００８３】
［比較例］
以下、比較例について説明する。
コアガラスとクラッドガラスの組成を、表２および表３の比較例１から６のように調合し、実施例と同様に、コア／クラッド構造を有するガラスロッドを作製した。さらに、このガラスロッドを、上述の実施例と同様に、イオン交換法により屈折率分布を形成させて、屈折率分布型ロッドレンズとした。
【００８４】
このようにして作製された屈折率分布型ロッドレンズは、上述の実施例より、反りの量が多く、ロッドレンズアレイの作製に必要な形状を維持することができなかった。実施例と同様にして求めた収率Ｇは、４０％以下の収率であった（表２，表３参照）。
【００８５】
比較例１では、Δαが負であるために、以下のような不具合が生じた。すなわち、イオン交換のために温度を上昇させる段階より引っ張り応力が発生し、イオン交換後において反りの大きな素線が得られた。
【００８６】
比較例２では、ΔＴｇが小さすぎるために、以下のような不具合が生じた。すなわち、発生する圧縮応力がイオン交換温度により徐々に緩和されるため、引張応力を相殺する効果が薄れ、イオン交換して得られるロッドレンズの収率が低くなった。
【００８７】
比較例４では、Δαが小さすぎて発生する圧縮応力が小さいために、引張応力を相殺する効果が小さく、反りの大きな素線が得られた。
【００８８】
比較例６では、ΔＴｇが６０℃よりも大であるために、以下のような不具合が生じた。すなわち、二重紡糸装置を用いてガラスロッドを製造する際に、外坩堝に配置された被覆用ガラスが硬くなりすぎて、坩堝壁面とガラスとの摩擦抵抗が大きくなり、コアと被覆ガラスの形状、特に線径比が変動してしまった。
【００８９】
【表２】
2006106324.tif 000004
【００９０】
【表３】
2006106324.tif 000005
【００９１】
ここで、反りの発生するメカニズムについて検討する。
本発明による屈折率分布型ロッドレンズの製造において、コアガラスとクラッドガラスの界面におけるクラッドガラスの熱膨張係数が、コアガラスの熱膨張係数よりも小さい場合を考える。この場合に、イオン交換を実施すると、温度を上昇させる際にガラス表面に引張り応力が生じる。また、コアガラスのＬｉイオンがＮａイオンと置換することで、コアガラスの熱膨張係数は大きくなる。
一方、クラッドガラスでは、Ｌｉイオンが増えて熱膨張係数が小さくなる。この結果、ロッドレンズ内の熱膨張係数分布により生じた引っ張り応力に、昇温の際の引張り応力が加わることにより、反りが発生したものと考えられる。
【００９２】
また、二重構造のガラスロッド表面部分のガラス転移温度が、コアガラス部分のガラス転移温度と等しいか小である場合には、コアのガラス転移温度付近に設定されているイオン交換温度により発生する圧縮応力は緩和してしまう。
したがって、反りをもたらす引張応力と、これを相殺する圧縮応力が小さいか、または存在しないため、反りによる形状の不具合は改善されなかった。
【００９３】
イオン交換温度をクラッドのガラス転移温度とコアのガラス転移温度よりも高くするほど、コア／クラッド界面近傍で発生する応力が緩和される速度が上昇するので、クラッド組成のＴｇはコアよりも高いことが望ましく、さらにクラッドのＴｇよりも低い温度でイオン交換するのが望ましい。
【００９４】
上述した実施例と比較例とを総合的に勘案すると、熱膨張係数差Δαの好ましい範囲は、
２×１０-7＜Δα＜２０×１０-7
であり、より望ましいのは、
２×１０-7＜Δα＜１５×１０-7
であり、さらに望ましいのは、
２×１０-7＜Δα＜１０×１０-7
である。
【００９５】
さらに、ガラス転移温度差ΔＴｇの好ましい範囲は、
３℃＜ΔＴｇ＜６０℃
であり、より望ましいのは、
３℃＜ΔＴｇ＜４０℃
であり、さらに望ましいのは、
５℃＜ΔＴｇ＜３５℃
である。
【００９６】
図５に、本発明に用いるコア／クラッド構造のガラスロッドにおける熱膨張係数、およびガラス転移温度の分布の概念図を示した。本発明によるガラスロッドでは、クラッドガラス３１の熱膨張係数およびガラス転移温度が、コアガラス２１のそれらに比べて大である。
【００９７】
さらに、図６に、本発明による屈折率分布型レンズにおける熱膨張係数、およびガラス転移温度の分布図を示した。本発明による屈折率分布型レンズでは、イオン交換により屈折率分布が付与されている。これに伴って、熱膨張係数およびガラス転移温度も半径によって変化している。
【００９８】
図６から明らかなように、本発明による屈折率分布型レンズの特徴は、コア／クラッド界面近傍において、クラッドガラス３１の熱膨張係数が、コアガラス２１のそれと等しいか、より小さくなっており、かつクラッドガラス３１のガラス転移温度が、コアガラス２１のそれと等しいか、より小さいことである。
【００９９】
なお、従来技術によるコア／クラッド構造を有する屈折率分布型レンズにおける、熱膨張係数およびガラス転移温度の分布の概念図を図７に示した。図において、コアガラス２１０，クラッドガラス３１０である。
【０１００】
さらに上述した実施例を総合的に勘案すると、反りを改善するために好適であり、実質的に鉛を含まないコアガラス組成範囲は、以下の範囲に定めることができる。
【０１０１】
［コアガラス組成］
（ＳｉＯ2）
ＳｉＯ2は、ガラスの網目構造を形成する主要成分である。４５モル％未満では、ガラス化しにくく、レンズ成形が困難となり、６５モル％を超えると熔融温度が高くなり、実用的なガラスができなくなる。
【０１０２】
（Ｎａ2Ｏ）
Ｎａ2Ｏは、熔融温度を低下させるために必須の成分である。３モル％未満では、熔融温度が著しく上昇する。３０モル％より多いと、化学的耐久性が低下する。
【０１０３】
（Ｋ2Ｏ）
Ｋ2Ｏは必須成分ではないが、熔融温度を低下させるために用いられる。ただし、１０モル％より多いと、化学的耐久性が低下する。
【０１０４】
ここで、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏの総量を３５モル％以下とすることで、実用的な耐候性を損なうことなく、コア用母材ガラスの形成が行いやすくなる。
【０１０５】
（ＭｇＯ）
ＭｇＯは必須成分ではないが、熔融温度を調整するために用いる。ただし、１５モル％以上では、失透が起こりやすくなる。
【０１０６】
（ＳｒＯ）
ＳｒＯは必須成分ではないが、熔融温度を調整するために用いる。ただし、２０モル％以上では、失透が起こりやすくなる。
【０１０７】
（ＢａＯ）
ＢａＯは必須成分ではないが、熔融温度を調整するために用いる。ただし、２０モル％以上では、比重が大きくなりすぎる。また２０モル％以上では、失透が起こりやすくなる。
【０１０８】
さらに、ＭｇＯとＳｒＯとＢａＯの総量を２５モル％以下とすることで、失透が起こりにくく、かつ熔融が容易となる。
【０１０９】
ここで、Ｂ2Ｏ3はガラス形成能を高めるための成分であり、適宜、補助材として添加してもよい。その望ましい組成範囲（単位：モル％）はつぎの通りである。
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５
【０１１０】
また、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5は屈折率を高めるためにの成分であり、適宜、補助材として添加してもよい。それらの望ましい組成範囲（単位：モル％）はつぎの通りである。
【０１１１】
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
ただし、これらの総量が２０モル％を超えると、失透が発生しやすくなる。
【０１１２】
また、上記コアガラスに組み合わされ、実質的に鉛を含まないクラッドガラスの好適な組成範囲は、以下の範囲に定めることができる
【０１１３】
［クラッドガラス組成］
（ＳｉＯ2）
ＳｉＯ2は、ガラスの網目構造を形成する主要成分である。４５モル％未満ではガラス化しにくく、レンズ成形が困難となり、６５モル％を超えると熔融温度が高くなり、実用的なガラスができなくなる。
【０１１４】
（Ｎａ2Ｏ）
Ｎａ2Ｏは、熔融温度を低下させるために必須の成分である。３モル％未満では、熔融温度が著しく上昇する。３０モル％より多いと、化学的耐久性が低下する。
【０１１５】
（Ｋ2Ｏ）
Ｋ2Ｏは必須成分ではないが、熔融温度を低下させるために用いられる。ただし、１０モル％より多いと、化学的耐久性が低下する。
【０１１６】
ここで、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏの総量を３５モル％以下とすることで、実用的な耐候性を損なうことなく、クラッド用母材ガラスの形成が行いやすくなる。
【０１１７】
（ＭｇＯ）
ＭｇＯは必須成分ではないが、熔融温度を調整するために用いる。ただし、１５モル％以上では、失透が起こりやすくなる。
【０１１８】
（ＳｒＯ）
ＳｒＯは必須成分ではないが、熔融温度を調整するために用いる。ただし、２０モル％以上では、失透が起こりやすくなる。
【０１１９】
（ＢａＯ）
ＢａＯは必須成分ではないが、熔融温度を調整するために用いる。ただし、２０モル％以上では、比重が大きくなりすぎる。また２０モル％以上では、失透が起こりやすくなる。
【０１２０】
さらに、ＭｇＯとＢａＯの総量を、２５モル％以下とすることで、失透が起こりにくく、かつ熔融が容易となる。
【０１２１】
ここで、Ｂ2Ｏ3はガラス形成能を高めるための成分であり、適宜、補助材として添加してもよい。その望ましい組成範囲（単位：モル％）はつぎの通りである。
Ｂ2Ｏ3  ：  ０〜１５
【０１２２】
また、Ｂｉ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5は、屈折率を高めるために用いられる成分であり、適宜、補助材として添加してもよい。ただし、ＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3とは、実質的に同時には含まれないのがよい。各補助材の望ましい組成範囲（単位：モル％）はつぎの通りである。
【０１２３】
Ｂｉ2Ｏ3：  ０〜１０，
ＺｎＯ  ：  ０〜１０，
ＴｉＯ2 ：  ０〜１０，
Ｙ2Ｏ3  ：  ０〜  ７，
ＺｒＯ2 ：  ０〜  ７，
Ｎｂ2Ｏ5：  ０〜  ７，
Ｉｎ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｌａ2Ｏ3：  ０〜  ７，
Ｔａ2Ｏ5：  ０〜１０，
ただし、これらの総量が２０モル％を超えると、失透が発生しやすくなる。
【０１２４】
さらに、クラッドガラスには、着色成分として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉの酸化物の１種以上を含有してもよい。ただし、１０モル％を超えると、ガラスは失透が起こりやすくなる。もちろん、クラッドガラスには、上述した着色剤を含まなくてもよい。
【０１２５】
着色成分としては、上述のいずれの成分を含有してもよいが、結果としてクラッドガラス部の熱膨張係数およびガラス転移温度が、コアガラス部のそれぞれに対して、以下のような関係となるように調整されればよい。すなわち、クラッドガラスのコア／クラッド界面近傍における熱膨張係数が、コアガラスのコア／クラッド界面近傍における熱膨張係数よりも大であり、かつクラッドガラスのコア／クラッド界面近傍におけるガラス転移温度が、コアガラスのコア／クラッド界面近傍におけるガラス転移温度よりも大であることである。
【０１２６】
（応用例１：ロッドレンズアレイ）
本発明により得られる複数の屈折率分布型ロッドレンズを、平行に整列させ一体化することによって、ロッドレンズアレイを容易に得ることができる。図８に示したように、１枚のＦＲＰ基板４２の上に、上述した複数本の屈折率分布型ロッドレンズ４０・・・を実質的に平行に整列させ、別のＦＲＰ基板４２でロッドレンズを挟み込んだ。さらに、ロッドレンズ４０・・・の間形成された空間を、黒色樹脂４３で充填して固着一体化し、さらにレンズ端面を研磨した。このようにして、ロッドレンズアレイ４１を作製した。
【０１２７】
（応用例２：画像読取装置）
つぎに、ロッドレンズアレイを含んで構成される応用例について説明する。まず、画像形成装置の一つである画像読取装置について説明する。
【０１２８】
図９に画像読取装置７００を示した。画像読取装置７００は、筐体７０１に、線状照明体７０２、原稿台用ガラス板７０３、ロッドレンズアレイ７４１、および受光素子アレイ７０５を含んで構成されている。画像読取装置７００において、線状照明体７０２から出射された光は、原稿台用ガラス板７０３を通して原稿７０４の表面を照らし、その反射光がロッドレンズアレイ７４１にて受光素子アレイ７０５に結像するように構成されている。
【０１２９】
（応用例２：光書込装置）
さらに、ロッドレンズアレイを含んで構成された画像形成装置の一つである、光書込装置について説明する。ここでは、光プリンタを例に説明する。光プリンタは、書込みヘッド（光書込ヘッド）によって、感光ドラムに光を露光させ、感光ドラム表面上に画像を形成し、これを用紙上に定着するものである。この光書込ヘッドを備える光プリンタの原理図を図１０に示す。
【０１３０】
光書込装置の一例である光プリンタ８００では、円筒形の感光ドラム８０２の表面に、アモルファスＳｉ等の光導電性を持つ材料（感光体）が作られている。まず、回転している感光ドラム８０２の表面を、帯電器８０３で一様に帯電させる。そして、光書込ヘッド８０１で、印字するドットイメージの光を感光ドラム８０２の感光体上に照射し、光の当たったところの帯電を中和し、潜像を形成する。続いて、現像器８０４で感光体上の帯電状態にしたがって、トナーを感光体上につける。そして、このトナーを転写器８０７にて、カセット８０５から送られてきた用紙８０６上に転写する。用紙８０６は、定着器８０８にて熱を加えられ定着され、スタッカ８０９に送られる。一方、転写の終了した感光ドラム８０２は、消去ランプ８１０で帯電が全面にわたって中和され、清掃器８１１で残ったトナーが除去される。
【０１３１】
光書込ヘッドの構造を図１１に示す。光書込ヘッドは、発光素子アレイ８１２と、正立等倍光学系であるロッドレンズアレイ８４１とで構成され、レンズアレイの焦点が感光ドラム８０２上に結ぶようになっている。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】コア／クラッド構造を有する屈折率分布型レンズを説明する模式図である。
【図２】コア／クラッド構造を有するガラスロッドを紡糸する直接紡糸用装置の模式図である。
【図３】イオン交換処理の様子を説明する模式図である。
【図４】応力発生の様子を説明する模式図である。
【図５】本発明によるコア／クラッド構造を有するガラスロッドにおける熱膨張係数、およびガラス転移温度の分布を説明する概念図である。
【図６】本発明によるコア／クラッド構造を有する屈折率分布型レンズにおける熱膨張係数、およびガラス転移温度の分布を説明する概念図である。
【図７】従来技術によるコア／クラッド構造を有する屈折率分布型レンズにおける熱膨張係数の分布を説明する概念図である。
【図８】本発明による屈折率分布型ロッドレンズを用いて構成したロッドレンズアレイの斜視図である。
【図９】画像読取装置を説明する模式図である。
【図１０】光書込ヘッドを備える光プリンタの原理図である。
【図１１】光書込ヘッドの構造を説明する模式図である。
【図１２】直接紡糸用装置を説明する模式図である。
【図１３】二重紡糸用装置を説明する模式図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１０：コア／クラッド構造のガラスロッド
２１：コア
２２：熔融したコアガラス
３１：クラッド
３２：熔融したクラッドガラス
４０：コア／クラッド構造を有する屈折率分布型レンズ
５０：二重坩堝
５１：内坩堝
５２：外坩堝
５３：ノズル
５４：ノズル下端
６０：容器
６１：熔融塩
７０：ヒータ
８０：ローラ
９０：スターラ
１００：母材ロッド
１０１：ガラスロッド
１０２：コア／クラッド構造を有するガラスロッド
５：（一重）坩堝
５００：二重坩堝
５１０：内坩堝
５２０：外坩堝
２００：熔融したガラス
２２０：熔融したコアガラス
３２０：熔融したクラッドガラス
Ｘ：第一陽イオン
Ｙ：第二陽イオン
７００：画像読取装置
７０１：筐体
７０２：線状照明体
７０３：原稿台用ガラス板
７０４：原稿
７４１：ロッドレンズアレイ
７０５：受光素子アレイ
８００：光プリンタ
８０１：光書込ヘッド
８０２：感光ドラム
８０３：帯電器
８０４：現像器
８０５：カセット
８０６：用紙
８０７：転写器
８０８：定着器
８０９：スタッカ
８１０：消去ランプ
８１１：清掃器
８１２：発光素子アレイ
８４１：ロッドレンズアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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