(57)【要約】【課題】耐候性、特に水の存在下における耐候性に優れる鉛フリーのＬｉ系屈折率分布型レンズを製造できる屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物を提供する。【解決手段】モル％で表示して、40≦ＳｉＯ2≦65、1≦ＴｉＯ2≦10、0.1≦ＭｇＯ≦22、0.15≦ＺｎＯ≦15、2≦Ｌｉ2Ｏ≦18、2≦Ｎａ2Ｏ≦20、0≦Ｂ2Ｏ3≦20、0≦Ａｌ2Ｏ3≦10、0≦Ｋ2Ｏ≦3、0≦Ｃｓ2Ｏ≦3、0≦Ｙ2Ｏ3≦5、0≦ＺｒＯ2≦2、0≦Ｎｂ2Ｏ5≦5、0≦Ｉｎ2Ｏ3≦5、0≦Ｌａ2Ｏ3≦5、0≦Ｔａ2Ｏ5≦5を含み、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる少なくとも２つを、それぞれ0.1モル％以上15モル％以下含み、モル％で表示して、2≦ＭｇＯ+ＺｎＯ、0.07≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦0.93、6≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ≦38、0≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦11である、母材ガラス組成物とする。【選択図】図１
2008230956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル％で表示して、
４０≦ＳｉＯ2≦６５
１≦ＴｉＯ2≦１０
０．１≦ＭｇＯ≦２２
０．１５≦ＺｎＯ≦１５
２≦Ｌｉ2Ｏ≦１８
２≦Ｎａ2Ｏ≦２０
０≦Ｂ2Ｏ3≦２０
０≦Ａｌ2Ｏ3≦１０
０≦Ｋ2Ｏ≦３
０≦Ｃｓ2Ｏ≦３
０≦Ｙ2Ｏ3≦５
０≦ＺｒＯ2≦２
０≦Ｎｂ2Ｏ5≦５
０≦Ｉｎ2Ｏ3≦５
０≦Ｌａ2Ｏ3≦５
０≦Ｔａ2Ｏ5≦５
を含み、
ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる少なくとも２つを、それぞれ０．１モル％以上１５モル％以下含み、
モル％で表示して、
２≦ＭｇＯ+ＺｎＯ
０．０７≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．９３
６≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ≦３８
０≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦１１
である屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項２】
モル％で表示して、
３≦ＺｎＯ≦１５
６≦ＭｇＯ＋ＺｎＯ
０．１２≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．９３
である請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項３】
モル％で表示して、
２≦Ｌｉ2Ｏ＜１２
６≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＜３２
である請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項４】
モル％で表示して、
２≦ＭｇＯ≦２２
４≦ＺｎＯ≦１５
６≦ＭｇＯ＋ＺｎＯ
０．２５≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．８５
０≦ＣａＯ≦１５
０．１≦ＳｒＯ≦１５
０．１≦ＢａＯ≦１５
２≦ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２５
５≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦４７
２≦Ｌｉ2Ｏ＜１２
２≦Ｎａ2Ｏ≦１５
６≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＜２７
４１≦ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3≦７０
である請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項５】
モル％で表示して、
１≦Ｂ2Ｏ3≦１０
である請求項４に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項６】
モル％で表示して、
０≦Ｂ2Ｏ3≦１０
２≦ＭｇＯ≦１６
４≦ＺｎＯ≦８
６≦ＭｇＯ+ＺｎＯ≦２２
０．２５≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．８
０≦ＣａＯ≦１５
２≦ＳｒＯ≦１２
２≦ＢａＯ≦１２
４≦ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０
５≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦３６
５≦Ｌｉ2Ｏ＜１２
５≦Ｎａ2Ｏ≦１５
１０≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＜２７
０．７≦Ｌｉ2Ｏ／Ｎａ2Ｏ≦２
５０≦ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3≦７０
０．２≦ＺｒＯ2≦２
０．２≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦６
である請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項７】
モル％で表示して、
１≦Ｂ2Ｏ3≦１０
である請求項６に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項８】
モル％で表示して、
２≦ＴｉＯ2≦８
０≦Ｂ2Ｏ3≦１０
２≦ＭｇＯ≦１６
４≦ＺｎＯ≦８
６≦ＭｇＯ+ＺｎＯ≦２２
０．２５≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．８
０≦ＣａＯ≦１５
２≦ＳｒＯ≦１２
２≦ＢａＯ≦１２
４≦ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０
５≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦３６
５≦Ｌｉ2Ｏ＜１２
５≦Ｎａ2Ｏ≦１５
１０≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＜２７
０．７≦Ｌｉ2Ｏ／Ｎａ2Ｏ≦２
５０≦ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3≦７０
０．２≦ＺｒＯ2≦２
０．２≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦６
である請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項９】
モル％で表示して、
１≦Ｂ2Ｏ3≦１０
である請求項８に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項１０】
ＣａＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）、ＳｒＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）、およびＢａＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）から選ばれる少なくとも２つ以上の値が０．１以上である請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項１１】
ＣａＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）、ＳｒＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）、およびＢａＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）から選ばれる少なくとも２つ以上の値が０．２以上である請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項１２】
ＳｒＯおよびＢａＯを、それぞれ０．１モル％以上１５モル％以下含む、請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項１３】
ＳｒＯおよびＢａＯを、それぞれ２モル％以上１２モル％以下含む、請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項１４】
請求項１に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物からなるガラス素線に、イオン交換法により屈折率分布を賦与して得た、屈折率分布型レンズ。
【請求項１５】
ノイズ光を除去する構造を有する、請求項１４に記載の屈折率分布型レンズ。
【請求項１６】
請求項１４に記載の屈折率分布型レンズを備える光学製品。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光学製品を備える光学機器。
【請求項１８】
アルカリ金属元素の酸化物を成分として含むガラス組成物からなるガラス素線を、前記元素とは異なるアルカリ金属元素を含む溶融塩に浸漬して、前記ガラス素線中の前記元素と前記溶融塩中の前記元素とをイオン交換処理することにより、前記ガラス素線に屈折率分布を賦与する屈折率分布型レンズの製造方法であって、
前記ガラス組成物が、モル％で表示して、
４０≦ＳｉＯ2≦６５
１≦ＴｉＯ2≦１０
０．１≦ＭｇＯ≦２２
０．１５≦ＺｎＯ≦１５
２≦Ｌｉ2Ｏ≦１８
２≦Ｎａ2Ｏ≦２０
０≦Ｂ2Ｏ3≦２０
０≦Ａｌ2Ｏ3≦１０
０≦Ｋ2Ｏ≦３
０≦Ｃｓ2Ｏ≦３
０≦Ｙ2Ｏ3≦５
０≦ＺｒＯ2≦２
０≦Ｎｂ2Ｏ5≦５
０≦Ｉｎ2Ｏ3≦５
０≦Ｌａ2Ｏ3≦５
０≦Ｔａ2Ｏ5≦５
を含み、
ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる少なくとも２つを、それぞれ０．１モル％以上１５モル％以下含み、
モル％で表示して、
２≦ＭｇＯ+ＺｎＯ
０．０７≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．９３
６≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ≦３８
０≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦１１
である、屈折率分布型レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成分中に鉛を含まず、かつ耐候性に優れる屈折率分布型レンズの製造に適した、屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物に関する。また本発明は、このような屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物から得た屈折率分布型レンズとその製造方法、ならびに、上記屈折率分布型レンズを備える光学製品および光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
屈折率分布型レンズは、ロッド状あるいはファイバー状の形状を有するレンズであって、その断面内において、中心部から周辺部へ向けて変化する屈折率分布を有しており、例えば、内視鏡や光通信機器などの光学製品、光学機器類に幅広く用いられている。また、屈折率分布型レンズは、当該レンズをアレイ状に配列させたレンズアレイとして、複写機、ファクシミリ、ＬＥＤプリンタなどが備える結像光学素子に広範に使用されている。
【０００３】
屈折率分布型レンズは、例えば、イオン交換法により製造できる。具体的には、イオン交換法では、ロッド状あるいはファイバー状に成形された母材ガラス組成物（ガラス素線）を溶融塩中に浸漬し、上記組成物中に含まれるアルカリ金属元素と、溶融塩中に含まれるアルカリ金属元素（両元素の種類は互いに異なる）とを、イオンの相互拡散作用により交換することで、ガラス素線の内部に屈折率分布を賦与し、屈折率分布型レンズとしている。
【０００４】
特許文献１（特公昭51-21594号公報）には、Ｃｓを含むガラス素線を硝酸カリウムの溶融塩中においてイオン交換して得た、色収差の小さい屈折率分布型レンズが開示されている。特許文献２（特公昭59-41934号公報）には、Ｌｉ2ＯおよびＮａ2Ｏを含み、かつ開口角が大きい屈折率分布型レンズの製造に適したガラス組成物が開示されている。特許文献３（特公平7-88234号公報）には、Ｌｉ2ＯおよびＮａ2Ｏを含む屈折率分布型レンズ用ガラス組成物であって、両者のモル比を所定の範囲とすることにより、１３°以上の開口角および９０％以上の有効視野面積率を有する屈折率分布型レンズを製造できるガラス組成物が開示されている。
【０００５】
ところで、近年、環境問題への配慮から、実質的に鉛を含まない鉛フリーレンズが求められており、本出願人は、例えば、特許文献４（特開2001-139341号公報）、特許文献５（特開2002-121048号公報）、特許文献６（特開2002-211947号公報）、および特許文献７（特開2002-284543号公報）において、実質的に鉛を含まない屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物を開示している。
【０００６】
しかし、実質的に鉛を含まないガラス組成物を用いて、開口角の大きな屈折率分布型レンズを製造しようとすると、製造したレンズの特性、特に耐候性、が低下することがある。これは、レンズの開口角の増加に必要な成分であった鉛の含有を無くすためには、同じく開口角を増加させる作用を有するＬｉの含有量を増やす必要があり、これに伴って、ガラス組成物中のアルカリイオンの移動し易さ（易動度）が大きくなるためである。これに対して、本出願人は、アルカリイオンの移動を抑制するＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＭｇなどを加えるとともに、Ｌｉの含有量を適切に制御することにより、鉛を実質的に含まないながらも、アルカリイオンの易動度が抑制された屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物を開発し、特許文献８（特開2005-289775号公報）に開示している。
【０００７】
特許文献８に開示されたガラス組成物では、アルカリイオンの易動度が抑制されており、当該組成物を用いることによって、従来のＬｉ系鉛フリーガラス組成物を用いた場合に比べて、耐候性、強度、および開口角の再現性などの諸特性に優れた屈折率分布型レンズを製造できる。しかし、その耐候性は、特に水が存在する環境下において、必ずしも十分であるとはいえず、さらなる改善が望まれる。
【特許文献１】特公昭５１−２１５９４号公報
【特許文献２】特公昭５９−４１９３４号公報
【特許文献３】特公平７−８８２３４号公報
【特許文献４】特開２００１−１３９３４１号公報
【特許文献５】特開２００２−１２１０４８号公報
【特許文献６】特開２００２−２１１９４７号公報
【特許文献７】特開２００２−２８４５４３号公報
【特許文献８】特開２００５−２８９７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、実質的に鉛を含まない、Ｌｉ系の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物であって、耐候性、特に水が存在する環境下における耐候性（耐水性）、に優れる屈折率分布型レンズを製造できるガラス組成物を提供することを目的とする。
【０００９】
また本発明は、このようなガラス組成物から製造された、耐候性、特に耐水性、に優れる屈折率分布型レンズとその製造方法、ならびに当該レンズを備える光学製品および光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物（以下、単に「母材ガラス組成物」ともいう）は、モル％で表示して、
４０≦ＳｉＯ2≦６５
１≦ＴｉＯ2≦１０
０．１≦ＭｇＯ≦２２
０．１５≦ＺｎＯ≦１５
２≦Ｌｉ2Ｏ≦１８
２≦Ｎａ2Ｏ≦２０
０≦Ｂ2Ｏ3≦２０
０≦Ａｌ2Ｏ3≦１０
０≦Ｋ2Ｏ≦３
０≦Ｃｓ2Ｏ≦３
０≦Ｙ2Ｏ3≦５
０≦ＺｒＯ2≦２
０≦Ｎｂ2Ｏ5≦５
０≦Ｉｎ2Ｏ3≦５
０≦Ｌａ2Ｏ3≦５
０≦Ｔａ2Ｏ5≦５
を含み、
ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる少なくとも２つを、それぞれ０．１モル％以上１５モル％以下含み、
モル％で表示して、
２≦ＭｇＯ+ＺｎＯ
０．０７≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．９３
６≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ≦３８
０≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦１１
である。
【００１１】
本発明の屈折率分布型レンズは、上記本発明の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物からなるガラス素線に、イオン交換法により屈折率分布を賦与して得たレンズである。
【００１２】
本発明の光学製品は、上記本発明の屈折率分布型レンズを備える。
【００１３】
本発明の光学機器は、上記本発明の光学製品を備える。
【００１４】
本発明の屈折率分布型レンズの製造方法は、アルカリ金属元素の酸化物を成分として含むガラス組成物からなるガラス素線を、前記元素とは異なるアルカリ金属元素を含む溶融塩に浸漬して、前記ガラス素線中の前記元素と前記溶融塩中の前記元素とをイオン交換処理することにより、前記ガラス素線に屈折率分布を賦与する製造方法であって、前記ガラス組成物が、モル％で表示して、
４０≦ＳｉＯ2≦６５
１≦ＴｉＯ2≦１０
０．１≦ＭｇＯ≦２２
０．１５≦ＺｎＯ≦１５
２≦Ｌｉ2Ｏ≦１８
２≦Ｎａ2Ｏ≦２０
０≦Ｂ2Ｏ3≦２０
０≦Ａｌ2Ｏ3≦１０
０≦Ｋ2Ｏ≦３
０≦Ｃｓ2Ｏ≦３
０≦Ｙ2Ｏ3≦５
０≦ＺｒＯ2≦２
０≦Ｎｂ2Ｏ5≦５
０≦Ｉｎ2Ｏ3≦５
０≦Ｌａ2Ｏ3≦５
０≦Ｔａ2Ｏ5≦５
を含み、
ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる少なくとも２つを、それぞれ０．１モル％以上１５モル％以下含み、
モル％で表示して、
２≦ＭｇＯ+ＺｎＯ
０．０７≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．９３
６≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ≦３８
０≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦１１
である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明者らは、特許文献８に記載の母材ガラス組成物において、新たにＺｎＯを必須成分とするとともに、ＺｎＯおよびＭｇＯの含有率の合計、ならびにＺｎＯとＭｇＯとの含有比を制御することにより、当該ガラス組成物から製造した屈折率分布型レンズの耐候性を向上できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１６】
一般に、ＺｎＯの添加により、シリケート系ガラスの耐候性が改善するとされ、ガラス組成物中のアルカリ成分とＺｎＯとを置換したケースとして、例えば、V.Dimbleby, and W.E.S.Turner: Journal of the Society of Glass Technology, 10, 304(1926)などの報告例がある。しかし、シリケート系ガラスにおいて、アルカリ成分の含有量の大小がその耐候性に影響を与えることはよく知られており、ガラス中のアルカリ成分を、非アルカリ成分であるＺｎで置換した場合に、当該ガラスの耐候性が改善することは極めて自然な現象といえる。
【００１７】
一方、本発明者らが見出した現象は、これとは全く異なる。本発明では、アルカリ成分ではなく、ＭｇＯの一部をＺｎＯに置換している。Ｌｉ系母材ガラス組成物におけるこのような置換によって、イオン交換後に得られた屈折率分布型レンズの耐候性、特に耐水性、を向上できる現象は、従来、全く知られていなかった。
【００１８】
即ち、ＭｇＯおよびＺｎＯの含有量を制御した本発明の母材ガラス組成物によれば、諸特性に優れる、特許文献８に記載のＬｉ系鉛フリー屈折率分布型レンズに対して、さらに耐候性を向上させた屈折率分布型レンズを得ることができる。また、得られたレンズからは、耐候性に優れた高性能の屈折率分布型レンズアレイを形成でき、例えば、環境劣化、経時劣化の少ない、耐久性に優れる高品質な光学製品あるいは光学機器の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物］
本発明の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物は、モル％で表示して、
４０≦ＳｉＯ2≦６５
１≦ＴｉＯ2≦１０
０．１≦ＭｇＯ≦２２
０．１５≦ＺｎＯ≦１５
２≦Ｌｉ2Ｏ≦１８
２≦Ｎａ2Ｏ≦２０
０≦Ｂ2Ｏ3≦２０
０≦Ａｌ2Ｏ3≦１０
０≦Ｋ2Ｏ≦３
０≦Ｃｓ2Ｏ≦３
０≦Ｙ2Ｏ3≦５
０≦ＺｒＯ2≦２
０≦Ｎｂ2Ｏ5≦５
０≦Ｉｎ2Ｏ3≦５
０≦Ｌａ2Ｏ3≦５
０≦Ｔａ2Ｏ5≦５
を含み、
ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる少なくとも２つを、それぞれ０．１モル％以上１５モル％以下含み、
モル％で表示して、
２≦ＭｇＯ+ＺｎＯ
０．０７≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．９３
６≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ≦３８
０≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦１１
である。
【００２０】
本発明の母材ガラス組成物について、組成の限定理由を説明する。以下の記述において、組成を示す「％」表示は、全てモル％である。
【００２１】
（ＳｉＯ2）
ＳｉＯ2は、ガラスの網目構造を形成する必須成分である。ＳｉＯ2の含有率が４０％未満では、イオン交換後に屈折率分布型レンズとしての光学特性を発現させるために必要な他の成分の含有率が相対的に大きくなって、失透が生じやすくなる。また、当該含有率が４０％未満では、ガラス組成物としての化学的な耐久性が著しく低下する。一方、当該含有率が６５％を超えると、上記他の成分、例えば屈折率分布を形成するためのアルカリ成分や屈折率増加成分、物性値調整成分など、の含有率が制限され、実用的な母材ガラス組成物とすることが困難となる。よって、ＳｉＯ2の含有率を、４０％以上６５％以下とする。
【００２２】
（ＴｉＯ2）
ＴｉＯ2は、母材ガラス組成物の屈折率を増大させる作用を有する必須成分である。母材ガラス組成物の屈折率を増大させることにより、当該ガラス組成物から得られた屈折率分布型レンズの中心屈折率を増大させ、開口角θを大きくできる。また、ＴｉＯ2の含有率を増加させることにより、屈折率分布型レンズとしての屈折率分布を、より理想的な状態に近づけることができ、解像度に優れるレンズの製造が可能となる。ＴｉＯ2の含有率が１０％のときには、得られるレンズの解像度の低下は観察されないが、１％未満のときには解像度が明らかに低下して、実用的なレンズが得られない。一方、当該含有率が１０％を超えると、着色が強くなることで色収差が大きくなり、実用的なレンズが得られない。そこで、解像度が高く、色収差が小さいレンズを得るために、ＴｉＯ2の含有率を１％以上１０％以下とする。当該含有率は、２％以上８％以下が好ましい。
【００２３】
（ＭｇＯ）
ＭｇＯは、母材ガラス組成物の熔融温度を低下させ、イオン交換後における、レンズ中心部と周辺部との間の屈折率差（Δｎ）を大きくする作用を有する必須成分である。ＭｇＯの含有率が２２％を超えると、失透が生じやすくなる。また、２２％を超えてＭｇＯを含有させても、その他の成分の含有率を過度に減少させることとなり、実用的なガラス組成物が得られない。よって、ＭｇＯの含有率は、０．１％以上２２％以下とする。
【００２４】
２％以上の含有率とすることで十分な屈折率差を実現できること、また、２％以上の含有率とすることで、アルカリ土類金属酸化物（ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）の含有率を、アルカリイオンの易動度をさらに低下させることを目的として、より適切に制御できるようになることから、ＭｇＯの含有率は２％以上が好ましい。即ち、ＭｇＯの含有率は、２％以上２２％以下が好ましく、さらに好ましくは２％以上１６％以下である。
【００２５】
（ＺｎＯ、ＭｇＯ＋ＺｎＯ、ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ））
ＺｎＯは、母材ガラス組成物、ならびに当該組成物をイオン交換して得た屈折率分布型レンズの耐候性を向上させる作用を有する必須成分であり、本発明では、ＭｇＯの一部を置換するために加えられる成分である。
【００２６】
耐候性に優れる母材ガラス組成物または屈折率分布型レンズを得るためには、ＺｎＯの含有率は、０．１５％以上１５％以下である必要がある。このとき、ＭｇＯおよびＺｎＯの含有率の合計（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）を２％以上とし、ＭｇＯとＺｎＯとの含有比（モル比）を、ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）で表現して、０．０７≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．９３とすればよい。
【００２７】
より高い耐候性を得るためには、ＺｎＯの含有率を３％以上１５％以下とすることが好ましい。このとき、ＭｇＯ＋ＺｎＯは６％以上とすればよく、ＭｇＯとＺｎＯとの含有比は、それぞれの含有率の範囲から、下限が０．１２、即ち０．１２≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．９３、となる。耐失透性の観点からは、ＺｎＯの含有率は、８％以下が好ましい。
【００２８】
また、さらに高い耐候性を得るためには、ＺｎＯの含有率を４％以上１５％以下とすることが好ましく、ＭｇＯ＋ＺｎＯを６％以上とすることが好ましく、６％以上２２％以下とすることがより好ましい。ＭｇＯ＋ＺｎＯは、１５％以下としてもよい。また、ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）を、０．０７以上０．９以下とすることが好ましく、０．２５以上０．８５以下、０．２５以上０．８以下、０．３以上０．８以下になるほど、より好ましい。
【００２９】
（Ｌｉ2Ｏ）
Ｌｉ2Ｏは、必須成分であり、本発明の母材ガラス組成物をイオン交換して屈折率分布型レンズを得るために、最も重要な成分の一つである。Ｌｉ2Ｏの含有率が２％未満となると、イオン交換によって、十分な濃度分布、即ち十分な屈折率分布、を発現できず、屈折率分布型レンズを得ることができない。一方、当該含有率が１８％を超えると、失透が生じやすくなり、母材ガラス組成物の形成が困難となる他、ガラス組成物を形成できたとしても、その耐候性が悪化する。よって、Ｌｉ2Ｏの含有率を、２％以上１８％以下とする。Ｌｉ2Ｏの含有率は、２％以上１２％以下が好ましく、２％以上１２％未満がより好ましく、５％以上１２％以下、５％以上１２％未満、になるほど、さらに好ましい。
【００３０】
（Ｎａ2Ｏ）
Ｎａ2Ｏは、必須成分であり、母材ガラス組成物の熔融温度を低下させるとともに、本発明の母材ガラス組成物をイオン交換する際に、いわゆる混合アルカリ効果によってイオンの易動度を適度に保ち、当該組成物中のＬｉと溶融塩中のイオン（交換種）とのイオン交換を助ける作用を有する。イオン交換時におけるイオンの易動度を適度に保つことで、イオン交換速度を適度に調整でき、得られた屈折率分布型レンズの光学特性の調整が可能となる。Ｎａ2Ｏの含有率が２％未満では、母材ガラス組成物の熔融温度が著しく上昇し、ガラス素線の形成が困難となる。また、イオン交換時にイオンの易動度を適度に保つ効果を十分に得ることができない。一方、当該含有率が２０％を超えると、母材ガラス組成物としての化学的な耐久性が低下し、実用性に欠ける。よって、Ｎａ2Ｏの含有率を２％以上２０％以下とする。当該含有率は、２％以上１５％以下が好ましく、５％以上１５％以下がさらに好ましい。
【００３１】
（Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）
本発明の母材ガラス組成物では、Ｌｉ2ＯおよびＮａ2Ｏの含有率の合計（Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）を６％以上３８％以下とする。Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏを、この範囲とすることにより、屈折率分布型レンズとしたときに良好な解像度を得ることができる。Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏは、６％以上３２％未満が好ましく、６％以上２７％未満がより好ましく、１０％以上２７％未満がさらに好ましい。
【００３２】
（Ｌｉ2Ｏ／Ｎａ2Ｏ）
本発明の母材ガラス組成物では、Ｌｉ2ＯとＮａ2Ｏとの含有比（モル比）が、Ｌｉ2Ｏ／Ｎａ2Ｏで表現して、０．７以上２以下が好ましい。例えば、屈折率分布型レンズとして高い解像度が要求される場合には、上記比を、０．７以上１．５以下とするとよい。この範囲において、最も良好な解像度を得ることができる。また例えば、屈折率分布型レンズとして大きな開口角θが要求される場合には、上記比を、１．０以上２．０以下とするとよい。この範囲において、レンズの開口角θを極大とすることができる。
【００３３】
（ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）
ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯは、本発明の母材ガラス組成物中のアルカリイオンの易動度を小さくする作用を有する重要な成分の一つである。本発明の母材ガラス組成物は、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる少なくとも２つを、各々の含有率にして０．１％以上１５％以下含む。ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる２つの含有率が０．１％未満となると、残る１つの酸化物の含有率が相対的に大きくなることでエントロピーが低下して、当該酸化物に起因する結晶が生じやすくなり、失透が生じやすくなる。一方、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる少なくとも１つの酸化物の含有率が１５％を超えると、上記少なくとも１つの酸化物に起因する結晶が生じやすくなって、失透が発生しやすくなる。よって、本発明では、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる少なくとも２つのアルカリ土類金属酸化物を、各々の含有率にして０．１％以上１５％以下含む母材ガラス組成物とする。この少なくとも２つの酸化物の含有率は、それぞれ２％以上１２％以下が好ましい。
【００３４】
ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯは、この順に、アルカリイオンの易動度を低下させる効果が高い。よって、ＳｒＯおよびＢａＯの含有率をそれぞれ０．１％以上１５％以下とし、ＣａＯの含有率を０％以上１５％以下とすることが好ましい。また、ＳｒＯおよびＢａＯの含有率をそれぞれ２％以上１２％以下とし、ＣａＯの含有率を０％以上１５％以下とすることが、より好ましい。
【００３５】
より具体的には、本発明の母材ガラス組成物が、ＳｒＯおよびＢａＯを、それぞれ０．１％以上１５％以下含むことが好ましく、ＳｒＯおよびＢａＯを、それぞれ２％以上１２％以下含むことがより好ましい。
【００３６】
ＢａＯだけでも、母材ガラス組成物中のアルカリイオンの易動度を小さくすることが可能であるが、ＢａＯとともにＳｒＯを加えることにより、母材ガラス組成物を成形する際の結晶化を抑制できる。即ち、Ｂａの一部をＳｒに置換することにより、例えばＢａ−Ｔｉ−Ｏを含む結晶の生成が抑制され、成形時の結晶化（失透）を抑制できる。
【００３７】
また、母材ガラス組成物において許容できるアルカリイオンの易動度は、当該組成物から形成するガラス素線の線径によって異なるため、得たい屈折率分布型レンズのレンズ線径に応じて、生産コストとの兼ね合いを考慮した上で、ＢａＯ、ＳｒＯおよびＣａＯの含有率を選択すればよい。
【００３８】
本発明の母材ガラス組成物におけるＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの含有率の合計（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）は、２％以上２５％以下が好ましく、４％以上２０％以下がより好ましい。
【００３９】
本発明の母材ガラス組成物におけるＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの含有率の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）は、５％以上４７％以下が好ましく、５％以上３６％以下がより好ましい。
【００４０】
上記とは異なる観点から見て、本発明の母材ガラス組成物では、ＣａＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）、ＳｒＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）、およびＢａＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）から選ばれる少なくとも２つ以上の値が０．１以上であることが好ましく、上記少なくとも２つ以上の値が０．２以上であることがより好ましい。ＣａＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）、ＳｒＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）、およびＢａＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）から選ばれる２つの値が０．１未満になると、残る１つの値が大きくなる、即ち、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれる特定の１つの酸化物の含有率が相対的に大きくなる、ことでエントロピーが低下して、当該酸化物に起因する結晶が生じやすくなり、失透が発生しやすくなることがある。
【００４１】
本発明の母材ガラス組成物は、さらに下記の成分を含んでもよい。
【００４２】
（Ｂ2Ｏ3）
Ｂ2Ｏ3は、ガラスの網目構造を形成する任意成分であり、得られる屈折率分布型レンズの解像度および開口角θをほとんど変化させることなく、母材ガラス組成物のガラス化を促進し、その粘性を調整する作用を有する。また、若干ではあるが、母材ガラス組成物のイオン交換速度を遅くする作用も有する。
【００４３】
Ｂ2Ｏ3は、例えば、上述した各必須成分の含有率は本発明の範囲内であるが、組成物として見たときに一部の成分の含有率が相対的に大きくなり、ガラスとしての安定性が低下する（例えば失透を生じやすくなる）場合に、加えてもよい。Ｂ2Ｏ3の添加により、必須成分間の含有率の比率を変えることなく、相対的に大きくなった上記一部の成分の含有率を小さくすることができる。
【００４４】
得られるレンズの解像度および開口角θを変化させることなく添加できるＢ2Ｏ3の含有率は、２０％以下である。よって、Ｂ2Ｏ3の含有率を、０％以上２０％以下とする。当該含有率は、０％以上１０％以下が好ましく、本発明の母材ガラス組成物がＢ2Ｏ3を含む場合、その含有率は１％以上１０％以下が好ましい。
【００４５】
（Ａｌ2Ｏ3）
本発明の母材ガラス組成物は、任意成分としてＡｌ2Ｏ3を含んでいてもよく、その含有率は、０％以上１０％以下である。
【００４６】
（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3）
本発明の母材ガラス組成物におけるＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｂ2Ｏ3およびＡｌ2Ｏ3の含有率の合計（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3）は、４１％以上７０％以下が好ましく、５０％以上７０％以下がより好ましい。
【００４７】
（Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5）
本発明の母材ガラス組成物は、イオン交換後に得られる屈折率分布型レンズの屈折率の調整、あるいは耐候性の向上を目的として、上記各成分を含んでいてもよい。これら各成分の含有率は、合計で０％以上１１％以下とすればよく、本発明の母材ガラス組成物がこれらの成分を含む場合、その含有率の合計は０．２％以上６％以下が好ましい。また、特許文献８（特開2005-289775号公報）に記載されているように、これら各成分の含有率と、ＺｎＯの含有率との合計を１５％以下とすることが好ましい。
【００４８】
Ｙ2Ｏ3の含有率は、０％以上５％以下が好ましい。
【００４９】
ＺｒＯ2の含有率は、０％以上２％以下が好ましく、本発明の母材ガラス組成物がＺｒＯ2を含む場合、その含有率は０．２％以上２％以下が好ましい。
【００５０】
Ｎｂ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、およびＴａ2Ｏ5の含有率は、それぞれ、０％以上５％以下が好ましい。
【００５１】
（Ｋ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ）
Ｋ2ＯおよびＣｓ2Ｏは、混合アルカリ効果により、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯと同様に、アルカリイオンの易動度を小さくする作用を有する任意成分である。Ｋ2ＯおよびＣｓ2Ｏの含有率は、それぞれ、０％以上３％以下が好ましい。
【００５２】
（その他の成分）
本発明の母材ガラス組成物は、その他の成分として、ＧｅＯ2を０％以上１０％以下含んでいてもよい。また、添加物として、ＳｎＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3を、それぞれ０％以上１％以下含んでいてもよい。
【００５３】
本発明の母材ガラス組成物は、上記に例示した各成分から実質的になってもよい。その場合、ガラス組成物が含む各成分の含有率、ならびに各成分の含有率間の関係（合計および含有比）は、上述した各規定に従えばよい。
【００５４】
なお、「実質的になる」とは、含有率にして０．１％未満の不純物を許容する趣旨である。
【００５５】
（鉛）
本発明の母材ガラス組成物は、実質的に鉛（代表的な組成としてはＰｂＯ）を含まない。また、本発明の母材ガラス組成物を用いて形成される屈折率分布型レンズも実質的に鉛を含まない。なお、本明細書における「実質的に含まない」とは、含有率にして０．１モル％未満を意味している。
【００５６】
本発明の母材ガラス組成物の具体的な組成例を以下に示す。
【００５７】
本発明の母材ガラス組成物は、例えば、モル％で表示して、
４０≦ＳｉＯ2≦６５
１≦ＴｉＯ2≦１０
２≦ＭｇＯ≦２２
４≦ＺｎＯ≦１５
０≦ＣａＯ≦１５
０．１≦ＳｒＯ≦１５
０．１≦ＢａＯ≦１５
２≦Ｌｉ2Ｏ＜１２
２≦Ｎａ2Ｏ≦１５
０≦Ｂ2Ｏ3≦２０
０≦Ａｌ2Ｏ3≦１０
０≦Ｋ2Ｏ≦３
０≦Ｃｓ2Ｏ≦３
０≦Ｙ2Ｏ3≦５
０≦ＺｒＯ2≦２
０≦Ｎｂ2Ｏ5≦５
０≦Ｉｎ2Ｏ3≦５
０≦Ｌａ2Ｏ3≦５
０≦Ｔａ2Ｏ5≦５
を含み、
モル％で表示して、
６≦ＭｇＯ+ＺｎＯ
０．２５≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．８５
２≦ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２５
５≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦４７
６≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＜２７
４１≦ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3≦７０
０≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦１１
であってもよい。
【００５８】
また例えば、本発明の母材ガラス組成物は、モル％で表示して、
４０≦ＳｉＯ2≦６５
１≦ＴｉＯ2≦１０
２≦ＭｇＯ≦１６
４≦ＺｎＯ≦８
０≦ＣａＯ≦１５
２≦ＳｒＯ≦１２
２≦ＢａＯ≦１２
５≦Ｌｉ2Ｏ＜１２
５≦Ｎａ2Ｏ≦１５
０≦Ｂ2Ｏ3≦１０
０≦Ａｌ2Ｏ3≦１０
０≦Ｋ2Ｏ≦３
０≦Ｃｓ2Ｏ≦３
０≦Ｙ2Ｏ3≦５
０．２≦ＺｒＯ2≦２
０≦Ｎｂ2Ｏ5≦５
０≦Ｉｎ2Ｏ3≦５
０≦Ｌａ2Ｏ3≦５
０≦Ｔａ2Ｏ5≦５
を含み、
モル％で表示して、
６≦ＭｇＯ+ＺｎＯ≦２２
０．２５≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．８
４≦ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０
５≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦３６
１０≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＜２７
０．７≦Ｌｉ2Ｏ／Ｎａ2Ｏ≦２
５０≦ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3≦７０
０．２≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦６
であってもよい。
【００５９】
また例えば、本発明の母材ガラス組成物は、モル％で表示して、
４０≦ＳｉＯ2≦６５
２≦ＴｉＯ2≦８
２≦ＭｇＯ≦１６
４≦ＺｎＯ≦８
０≦ＣａＯ≦１５
２≦ＳｒＯ≦１２
２≦ＢａＯ≦１２
５≦Ｌｉ2Ｏ＜１２
５≦Ｎａ2Ｏ≦１５
０≦Ｂ2Ｏ3≦１０
０≦Ａｌ2Ｏ3≦１０
０≦Ｋ2Ｏ≦３
０≦Ｃｓ2Ｏ≦３
０≦Ｙ2Ｏ3≦５
０．２≦ＺｒＯ2≦２
０≦Ｎｂ2Ｏ5≦５
０≦Ｉｎ2Ｏ3≦５
０≦Ｌａ2Ｏ3≦５
０≦Ｔａ2Ｏ5≦５
を含み、
モル％で表示して、
６≦ＭｇＯ+ＺｎＯ≦２２
０．２５≦ＺｎＯ／（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≦０．８
４≦ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２０
５≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦３６
１０≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＜２７
０．７≦Ｌｉ2Ｏ／Ｎａ2Ｏ≦２
５０≦ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋Ａｌ2Ｏ3≦７０
０．２≦Ｙ2Ｏ3＋ＺｒＯ2＋Ｎｂ2Ｏ5＋Ｉｎ2Ｏ3＋Ｌａ2Ｏ3＋Ｔａ2Ｏ5≦６
であってもよい。
【００６０】
［屈折率分布型レンズとその製造方法］
本発明の屈折率分布型レンズは、上述した本発明の母材ガラス組成物からなるガラス素線に、イオン交換法により屈折率分布を賦与して得たレンズであり、耐候性、特に水の存在環境下における耐候性（耐水性）、に優れる。また、本発明のレンズは、高い解像度および大きな開口角θを実現できる、光学特性に優れた鉛フリーの屈折率分布型レンズである。本発明のレンズの用途は特に限定されず、例えば、以下に示す光学製品あるいは光学機器に用いることができる。なお、本発明のレンズは、使用光源の波長に依存する色収差が小さいため、カラースキャナ用途として特に好適である。
【００６１】
本発明の屈折率分布型レンズは、開口角θよりも大きな入射角を有する入射光がレンズの側面で反射することで発生するノイズ光（いわゆるホワイトノイズ（迷光））を除去する構造を、有していてもよい。このような構造としては、例えば、レンズの側面に設けられた吸収層あるいは散乱層が挙げられる。具体的には、吸収層となる着色層をレンズの側面に配置した、コア／クラッド構造を有するレンズとしたり、散乱層となる微細な凹凸部を側面に設けたレンズとしてもよい。
【００６２】
本発明の屈折率分布型レンズは、例えば、本発明の屈折率分布型レンズの製造方法により形成できる。
【００６３】
本発明の製造方法では、アルカリ金属元素の酸化物を成分として含むガラス組成物からなるガラス素線を、当該元素とは異なるアルカリ金属元素を含む溶融塩に浸漬して、ガラス素線中の上記アルカリ金属元素と、溶融塩中の上記アルカリ金属元素とをイオン交換処理することにより、上記ガラス素線に屈折率分布を賦与している。ここで、ガラス素線を構成するガラス組成物が、上述した本発明の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物である。
【００６４】
ガラス素線のイオン交換処理は、公知の方法に従えばよい。
【００６５】
［光学製品および光学機器］
本発明の光学製品の種類および構成は、上述した本発明の屈折率分布型レンズを備える限り特に限定されない。光学製品として、例えば、２以上の本発明の屈折率分布型レンズを、その光軸が互いに略平行となるようにアレイ状に配列したレンズアレイが挙げられる。光学特性に優れる本発明のレンズを備えるレンズアレイにより、個々のレンズの径を小さくしながら、広範囲の正立等倍像を得ることができる。
【００６６】
本発明の屈折率分布型レンズをアレイ状に配列してレンズアレイとする場合、その配列方法は特に限定されず、例えば、０次元から２次元の配列が考えられる。なお、０次元の配列とは、例えば、１つのレンズを単独で配置して、光学素子として用いることをいう。
【００６７】
図１に、本発明のレンズを２次元のアレイ状に配列して形成したレンズアレイの一例を示す。
【００６８】
図１に示すレンズアレイ１０は、２以上の本発明の屈折率分布型レンズ１１を備えており、各々のレンズ１１は、レンズ１１の光軸が互いに略平行になるように整列され、一対のＦＲＰ基板１２および黒色樹脂１３とともに一体化されている。このようなレンズアレイ１０は、一方のＦＲＰ基板１２の表面に、２以上のレンズ１１をほぼ平行に整列させ、他方のＦＲＰ基板１２によってレンズ１１を狭持した後、一対のＦＲＰ基板１２間の空間に黒色樹脂１３を充填し、全体を一体化して、さらにレンズ１１の端面を研磨することにより、形成できる。
【００６９】
本発明のレンズを備えるレンズアレイの構成は、図１に示す例に限定されない。レンズアレイを構成する各部分に用いる材料などは、レンズアレイに一般的に用いる材料と同様であればよい。また、レンズ１１の配列も図１に示す２列に限られず、レンズ１１を多数列に配列させることにより、大面積に対応したレンズアレイを形成してもよい。
【００７０】
本発明の光学製品、例えばレンズアレイ、は、耐候性、特に耐水性、に優れる。また例えば、高い解像度、大きな開口角θ、小さい色収差などの優れた光学特性を有し、スキャナ、複写機、ファクシミリなどの光学機器に幅広く用いることができる。
【００７１】
本発明の光学機器の種類および構成は、上述した本発明の光学製品、例えばレンズアレイ、を備える限り特に限定されない。このような光学機器としては、例えば、上記レンズアレイを画像読み取り装置に組み込んだ、スキャナ、複写機、ファクシミリなど、あるいは、上記レンズアレイを発光素子とともに画像形成装置に組み込んだ、光プリンタなど、が挙げられる。
【００７２】
図２に、本発明の光学機器の一例として、スキャナを例示する。図２に示すスキャナ３１は、筐体３２内に、線状照明体３３、ガラス板からなる原稿台３４、レンズアレイ１０および受光素子３６を備えている。レンズアレイ１０は、原稿台３４に原稿３５を配置した際に、線状照明体３３から原稿３５へ照射され、原稿３５の表面で反射した光が、受光素子３６に入射する光路３７上に配置されている。レンズアレイ１０は、上記反射した光を受光素子３６で結像させる結像光学系を構成している。
【００７３】
図３に、本発明の光学機器の別の一例として、光プリンタを例示する。図３に示す光プリンタ４１は、書込ヘッド（光書込ヘッド）４２により感光ドラム４３に光を露光させて画像（潜像）を形成し、形成した画像を用紙４４上に定着する装置である。書込ヘッド４２は、レンズアレイ１０と発光素子アレイとを備えており、レンズアレイ１０は、発光素子アレイから発せられた光を、感光ドラム４３上に露光させる結像光学系を構成している（より詳細にいえば、レンズアレイ１０は、その焦点が感光ドラム４３の表面に位置する、正立等倍光学系を構成している）。
【００７４】
図３に示す光プリンタ４１は、一般的な光プリンタと同様の構成を有しており、一般的な光プリンタと同様の機構により、用紙４４上に画像が形成される。具体的には、円筒状の感光ドラム４３の表面には、アモルファスＳｉなどの光導電性を有する材料（感光体）からなる感光層が形成されている。最初に、回転している感光ドラム４３の表面を、帯電器４６で一様に帯電させる。次に、書込ヘッド４２により、形成する画像に対応するドットイメージの光を感光ドラム４３の感光層に照射し、感光層における光が照射された領域の帯電を中和して、感光層に潜像を形成する。次に、現像器４７により感光層にトナーを付着させると、トナーは感光層の帯電状態に従って、感光層における潜像が形成された部分に付着する。次に、付着させたトナーを、転写器４８により、カセットから送られてきた用紙４４に転写した後に、用紙４４に定着器４９により熱を加えると、トナーが用紙４４に定着して画像が形成される。一方、転写の終了した感光ドラム４３は、消去ランプ５０により、帯電が全領域にわたって中和され、清掃器４０により感光層上に残ったトナーが除去される。
【００７５】
本発明の光学機器は、耐久性に優れ、例えばスキャナ、複写機、プリンタとした場合には、解像度の高い、鮮明な画像を再現できる。
【実施例】
【００７６】
以下、実施例により、本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
【００７７】
本実施例では、組成を変化させた母材ガラス組成物を１４種類（実施例１〜８、比較例１〜４、および参照例）作製し、作製した各サンプル、ならびに各サンプルをイオン交換して得た屈折率分布型レンズの諸特性を評価した。
【００７８】
［母材ガラス組成物および屈折率分布型レンズの作製］
最初に、以下の表１に示す各組成となるようにガラス原料を混合し、熔融して、熔融ガラスとした。次に、この熔融ガラスを紡糸してファイバー状とし、得られたガラスを適当な長さで切断し、さらに、切断した端面を研磨して、上記各組成を有するガラス組成物からなるガラス素線（直径３００μｍ）とした。
【００７９】
次に、上記のように形成したガラス素線を、当該素線を構成する組成物のガラス転移温度（Ｔｇ：表２参照）に加熱した硝酸ナトリウム溶融塩に浸漬し、イオン交換処理を施した。イオン交換処理は、表２の「ｔＩＥ（イオン交換時間）」欄に示す時間行った。次に、処理後のガラス素線を１周期長で切断し、さらに、切断した端面を研磨して、屈折率分布型レンズを得た。
【００８０】
【表１】
2008230956.tif 000003
【００８１】
【表２】
2008230956.tif 000004
【００８２】
［特性評価］
上記のように作製した母材ガラス組成物および屈折率分布型レンズに対して、以下に示す特性評価を行った。評価結果を以下の表３（失透、開口角、減量率、および耐候性）、ならびに表４（溶出成分）に示す。
【００８３】
（１）母材ガラス組成物の失透性の評価
ガラス素線を作製する際に得た溶融ガラスを冷却し、凝固後のガラス組成物の表面における結晶生成の程度を観察した。観察は目視により行い、ガラス組成物の表面に結晶が観察されなかった場合を「Ａ」、当該表面の５０ｍｍ四方に１〜１０個の結晶が観察された場合を「Ｂ」、当該表面の５０ｍｍ四方に１１個以上の結晶が観察された場合を「Ｃ」とした。
【００８４】
（２）屈折率分布型レンズの開口角θの評価
開口角θとは、レンズによって光束方向を変化させることが可能な最大入射角のことである。本実施例では、特許文献８（特開2005-289775号公報）に記載の方法により、屈折率分布型レンズの開口角θを評価した。具体的には、以下のように評価した。
【００８５】
最初に、上記のように作製した屈折率分布型レンズを適当な長さに切断し、その両方の端面を、当該端面が互いに平行となるように鏡面研磨した。次に、このレンズの一方の端面に格子状のパターンを接触させ、他方の端面から上記パターンの正立像を観察して、周期長Ｐを求め、求めた周期長Ｐから、レンズの屈折率分布係数√Ａを、√Ａ＝２π／Ｐの関係式を用いて算出した。このように算出した√Ａ、レンズの半径ｒ０、ならびに、プルフリッヒ屈折計を用いた全反射臨界角法により予め測定しておいたイオン交換前のガラス素線の屈折率Ｎｃ（表２参照）から、式ｓｉｎθ＝√Ａ・Ｎｃ・ｒ０に従い、レンズの開口角θを求めた。
【００８６】
（３）母材ガラス組成物の耐水性の評価（減量率評価および溶出成分測定）
母材ガラス組成物の耐水性は、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ−９９）に準拠して、温度９５℃、時間１時間の測定条件による減量率測定により評価した。減量率が小さいほど、耐水性に優れるガラス組成物であるといえる。例えば、サンプルＡの比重は２．９０１ｇ/ｃｍ3（表２参照）であり、減量率は０．０７％（表３参照）であった。
【００８７】
また、減量率評価の際に、組成物サンプルから水中に溶出した成分の量を、併せて測定した。Ｂ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＺｎについてはプラズマ発光分析法により、ＬｉおよびＮａについては炎光分析法により、水中に溶出した量を定量した。表４に、組成物サンプル１ｇあたりの各元素の溶出量（μｇ）を示す。
【００８８】
（４）屈折率分布型レンズの耐候性の評価
上記のように作製した屈折率分布型レンズについて、温度６０℃、相対湿度９０％、評価時間１０００時間の測定条件による恒温恒湿試験を行い、試験後のレンズに析出物が生じているか否か、また、析出物が生じている場合には析出した量、を、目視により評価し、評価結果を以下の判定基準にあてはめて、当該レンズの耐候性を評価した。
Ａ：析出物がないか、あっても僅かである。
Ｂ：析出物があるが、レンズ性能に影響がない。
Ｃ：析出物があり、レンズ性能が低下しているために用途が制限される。
Ｄ：析出物が多く、レンズ性能が大きく低下している。
なお、「レンズ性能に影響がない」とは、耐候性試験の前後におけるレンズの解像度（像再現率）の劣化率が１０％未満であることを意味し、「レンズ性能が低下しているため用途が制限される」とは、当該劣化率が１０％以上２０％未満であることを意味し、「レンズ性能が大きく低下している」とは、当該劣化率が２０％以上であることを意味する。
【００８９】
劣化率は、（耐候性試験前の像再現率−試験後の像再現率）／試験前の像再現率×１００（％）で表される数値であり、レンズの像再現率は、特許文献８（特開2005-289775号公報）に記載の方法により求めることができる。
【００９０】
【表３】
2008230956.tif 000005
【００９１】
【表４】
2008230956.tif 000006
【００９２】
表３、４に示すように、比較例１、３は、母材ガラス組成物としての減量率および溶出成分量が大きく（即ち、耐水性が悪く）、また、屈折率分布型レンズとしたときの耐候性に劣る結果となった。ＺｎＯを含み、ＭｇＯを含まない比較例２、４は、耐候性に優れていたが、失透が生じた。
【００９３】
これに対して、実施例１〜８は、母材ガラス組成物としての耐水性に優れるとともに、屈折率分布型レンズとしたときの耐候性に優れていた。特にＺｎＯの含有率が３モル％以上である実施例２−４、６−８は、母材ガラス組成物および屈折率分布型レンズの耐水性、耐候性に優れていた。また、実施例１〜８では、失透が生じないか、また生じたとしても僅かであって屈折率分布型レンズとしての使用に問題がないレベルであった。
【００９４】
なお、参照例であるサンプルＭはＰｂＯを成分に含むが、鉛フリーの母材ガラス組成物である実施例１〜８から作製した各屈折率分布型レンズにおいても、参照例と比べて使用上遜色ない特性が得られていた。
【００９５】
次に、実施例１〜８のガラス組成物から作製した各屈折率分布型レンズの側面に、ノイズ光の除去を目的として凹凸処理を施した後、複数の当該レンズを２次元に配列して、図１に示すようなレンズアレイを作製した。
【００９６】
作製したレンズアレイの光学特性として、特許文献８（特開2005-289775号公報）に記載されている方法（ＭＴＦ(Modulation Transfer Function)法）を用いて、像の再現性を評価したところ、実施例１〜８のいずれのガラス組成物から作製した屈折率分布型レンズにおいても、６０％以上の像再現率を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明によれば、諸特性に優れる、耐候性を向上させた屈折率分布型レンズを得ることができる。また、得られたレンズからは、耐候性に優れた高性能の屈折率分布型レンズアレイを形成でき、例えば、環境劣化、経時劣化の少ない、耐久性に優れる高品質な光学製品あるいは光学機器の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の屈折率分布型レンズを備える光学製品であるレンズアレイの構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の光学製品の１種であるレンズアレイを備える光学機器（スキャナ）の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の光学製品の１種であるレンズアレイを備える光学機器（光プリンタ）の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０  レンズアレイ
１１  屈折率分布型レンズ
１２  ＦＲＰ基板
１３  黒色樹脂
３１  スキャナ
３２  筐体
３３  線状照明体
３４  原稿台
３５  原稿
３６  受光素子
３７  光路
４１  光プリンタ
４２  書込ヘッド
４３  感光ドラム
４４  用紙
４５  発光素子アレイ
４６  帯電器
４７  現像器
４８  転写器
４９  定着器
５０  消去ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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