(57)【要約】      （修正有）【課題】鉛を含まないＳｉＯ２−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ系の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物の提供。これを用いた屈折率分布型レンズ、およびその製造方法の提供。【解決手段】基本ガラス組成がモル％で表示して、４９．０≦ＳｉＯ２≦６０．０、１１．０≦Ｌｉ２Ｏ≦１４．０、６．０≦Ｎａ２Ｏ≦１７．５、１０．０≦ＭｇＯ≦１８．０、０．１≦ＢａＯ≦３．０、２．０≦ＴｉＯ２≦１２．０、でかつ、０．０≦Ｂ２Ｏ３≦１５．０、からなり、実質的に鉛化合物を含まないことを特徴とする屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物である。またこのガラス組成物にイオン交換処理を施した屈折率分布型レンズである。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本ガラス組成が、モル％で表示して、
４９．０≦ＳｉＯ２≦６０．０、
１１．０≦Ｌｉ２Ｏ≦１４．０、
６．０≦Ｎａ２Ｏ≦１７．５、
１０．０≦ＭｇＯ≦１８．０、
０．１≦ＢａＯ≦５．０、
２．０≦ＴｉＯ２≦１２．０、
でかつ、
０．０≦Ｂ２Ｏ３≦１５．０、
からなり、実質的に鉛化合物を含まないことを特徴とする屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項２】
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において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
０．８≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．５
の範囲とした屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項３】
請求項２に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
１．０≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．３
の範囲とした屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項４】
請求項２に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
０．９≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．１５
の範囲とした屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項５】
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において、
前記ＭｇＯとＢａＯのモル％量を、ＭｇＯ：ＢａＯ＝１６：５〜１２：０．１とした屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項６】
請求項５に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物において、
前記ＭｇＯのモル％量が１４であり、ＢａＯのモル％量が２である屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物。
【請求項７】
イオン交換法により屈折率分布が形成された屈折率分布型レンズであって、
前記レンズの母材ガラス組成が、基本ガラス組成として、モル％で表示して、
４９．０≦ＳｉＯ２≦６０．０、
１１．０≦Ｌｉ２Ｏ≦１４．０、
６．０≦Ｎａ２Ｏ≦１７．５、
１０．０≦ＭｇＯ≦１８．０、
０．１≦ＢａＯ≦５．０、
２．０≦ＴｉＯ２≦１２．０、
でかつ、
０．０≦Ｂ２Ｏ３≦１５．０、
からなり、実質的に鉛化合物を含まないことを特徴とする屈折率分布型レンズ。
【請求項８】
請求項７に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
レンズ長１ピッチにおける最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、Δｆｍａｘ．≦３００μｍであり、
前記レンズの開口角θがθ≧１１．０°である屈折率分布型レンズ。
【請求項９】
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成のＬｉ２ＯとＮａ２Ｏの比が、
０．９≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．１５であり、
前記最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、
Δｆｍａｘ．≦１００μｍである屈折率分布型レンズ。
【請求項１０】
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成のＬｉ２ＯとＮａ２Ｏの比が、
１．１５＜Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．５である屈折率分布型レンズ。
【請求項１１】
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成のＬｉ２ＯとＮａ２Ｏの比が、
０．８≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ＜０．９である屈折率分布型レンズ。
【請求項１２】
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成におけるＭｇＯとＢａＯのモル％合計量が、
１２．０≦（ＭｇＯ＋ＢａＯ）≦１６．０であり、
前記最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、
Δｆｍａｘ．≦１００μｍである屈折率分布型レンズ。
【請求項１３】
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成のＭｇＯとＢａＯのモル％比が、
０．１０≦（ＢａＯ／（ＭｇＯ＋ＢａＯ））≦０．１５で、
前記最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、
Δｆｍａｘ．≦１００μｍである屈折率分布型レンズ。
【請求項１４】
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成におけるＢａＯのモル％含有量が、
１．０≦ＢａＯ≦３．０で、
前記最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、
Δｆｍａｘ．≦１００μｍである屈折率分布型レンズ。
【請求項１５】
第１のアルカリ金属含有のガラス素線を、少なくとも前記アルカリ金属と異なる第２のアルカリ金属含有の溶融塩に浸漬し、前記第１のアルカリイオンと前記第２のアルカリイオン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形成する屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記ガラス素線のガラス組成を、基本ガラス組成として、モル％で表示して、
４９．０≦ＳｉＯ２≦６０．０、
１１．０≦Ｌｉ２Ｏ≦１４．０、
６．０≦Ｎａ２Ｏ≦１７．５、
１０．０≦ＭｇＯ≦１８．０、
０．１≦ＢａＯ≦５．０、
２．０≦ＴｉＯ２≦１２．０、
でかつ、
０．０≦Ｂ２Ｏ３≦１５．０、
からなり、実質的に鉛化合物を含まないことを特徴とする屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
０．８≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．５
の範囲とした屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
１．０≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．３
の範囲とした屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
０．９≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．１５
の範囲とした屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記ＭｇＯとＢａＯのモル％量を、ＭｇＯ：ＢａＯ＝１６：５〜１２：０．１とした屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記ＭｇＯのモル％量が１４であり、ＢａＯのモル％量が２である屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項２１】
請求項１５から２０いずれか１項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記溶融塩が硝酸ナトリウムを含んでなる屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項２２】
請求項１５から２１いずれか１項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記溶融塩がさらに硝酸カリウムを含んでなる屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項２３】
請求項１５から２２いずれか１項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記イオン交換処理の処理温度を５２０℃未満とした屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記イオン交換処理の処理温度を５００℃以下とした屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項２５】
請求項１５から２４いずれか１項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記イオン交換処理の処理時間を３０時間以下とした屈折率分布型レンズの製造方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記イオン交換処理の処理時間を２５時間以下とした屈折率分布型レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率分布型を有するロッド状レンズを製造するのに適した母材ガラス組成物、およびそれを用いた屈折率分布型レンズに関する。特に屈折率分布型レンズとして、大きな開口角や優れた解像度などの光学特性を得るために、好適な屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物、およびそれを用いた屈折率分布型レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
屈折率分布型レンズは、ロッド状あるいはファイバー状レンズであって、その断面内で中心から周辺部方向へ向けて変化する屈折率分布を有している。この屈折率分布型レンズは、その両端面が平面でも光を結像できる特性を有している。このため、微小径のレンズに代表される小型のレンズも容易に作製でき、光学系部品として広く用いられている。
【０００３】
さらに、この屈折率分布型レンズをアレイ状に配列したロッドレンズアレイは、正立等倍像を得ることができる。またこのロッドレンズアレイは、レンズ端面の加工も平面研磨でよいという利点を有している。このため、複写機やファクシミリ、ＬＥＤアレイプリンター、液晶シャッタープリンター、マルチファンクションプリンター等の結像光学素子として、広範な用途に使用されている。
【０００４】
このような屈折率分布型レンズは、例えばイオン交換法により作製することができる。イオン交換法とは、修飾酸化物を構成し得る第１陽イオン（例えば、Ｌｉ＋）含有のガラス体を、修飾酸化物を構成し得る第２陽イオン（例えば、Ｎａ＋）含有の溶融塩とを高温で接触せしめることによって、ガラス体中の第１陽イオンを溶融塩中の第２陽イオンで置換する方法である（図１参照）。
【０００５】
このイオン交換法によって、ガラスロッド内の第１陽イオンと第２陽イオンの分布を変化させることができる。このガラスロッド内のイオン濃度の分布によって、ガラスロッドの屈折率が、その断面の中心から周辺部に向かって変化させることができる。このようにして、屈折率分布型レンズを作製することができる（図２参照）。なお、符号１１は屈折率分布曲線であり、その半径における屈折率を表している。
【０００６】
例えば、本出願人はすでに以下のような技術を開示している。
まず、特公昭５１−２１５９４号公報において、Ｃｓを含むガラスを硝酸カリウム溶融塩中でイオン交換し、色収差の優れた屈折率分布型レンズを開示している。
【０００７】
また、特公昭５９−４１９３４号公報において、屈折率分布型レンズ用のガラス組成物として、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏを含むガラス組成物を開示し、さらにこの組成物を用いて、より大きな開口角の屈折率分布型レンズを作製する方法も開示している。
【０００８】
さらに、特公平７−８８２３４号公報において、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏを含むガラス組成物を用い、Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ（モル比）を１．２５〜１．５として、１３°以上の開口角と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開示している。
【０００９】
また、特開２００１−１３９３４１公報、特開２００２−１２１０４８公報、特開２００２−２１１９４７公報、特開２００２−２８４５４３公報において、酸化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。
【００１０】
【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公報
【特許文献５】
特開２００２−１２１０４８公報
【特許文献６】
特開２００２−２１１９４７公報
【特許文献７】
特開２００２−２８４５４３公報
【００１１】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、上述の特公昭５１−２１５９４号公報に開示した屈折率分布型レンズでは、屈折率分布の形成物質であるＣｓを多量に含有させても、良好な屈折率分布は得られず、開口角は最大でも６°程度であった。
【００１２】
また、上述の特公昭５９−４１９３４号公報に開示した屈折率分布型レンズでは、その開口角が最大でも１０°程度であるので、さらなる改良が求められていた。
また記載された実施例について追試を行ったところ、酸化鉛を含む組成では分散の指標となるアッベ数が４０未満であった。近年、屈折率分布型レンズの用途拡大に伴い、さらなるアッベ数の増大が望まれている。
【００１３】
さらに、上述の特公平７−８８２３４号公報に開示した屈折率分布型レンズでは、その実施例はいずれもＰｂＯを含むものである。ＰｂＯを含むので、分散の指標となるアッベ数を大きくすることが困難であった。近年、屈折率分布型レンズの用途拡大に伴い、さらなるアッベ数の増大が望まれている。
【００１４】
そこで本出願人は、上述した特開２００１−１３９３４１公報、特開２００２−１２１０４８公報、特開２００２−２１１９４７公報、特開２００２−２８４５４３公報において、酸化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。
【００１５】
特開２００１−１３９３４１公報に開示した組成物は、（ＺｎＯ＋Ｙ２Ｏ３＋ＺｒＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋Ｉｎ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｔａ２Ｏ）を必須成分としている。
なおイオン交換処理温度が５２０℃と高く、また処理時間も４０時間以上かかっている例がほとんどで、長時間を要している。開口角θについては、最大で１２．４°のレンズが得られている。
【００１６】
特開２００２−１２１０４８公報に開示した組成物は、実質的にＴａ２Ｏ５、さらにはＺｒＯ２を含有し、その比率を特定したことを特徴とする屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物である。
なおイオン交換処理温度が５５０℃と高く、また処理時間も６０時間以上と、長時間を要している。開口角θについては、１５°以上のレンズが数多く得られている。
【００１７】
特開２００２−２１１９４７公報に開示した組成物は、Ｌａ２Ｏ３とＺｎＯを必須成分としている。
なおイオン交換処理温度が５２０℃と高く、また処理時間も５５時間以上と、長時間を要している。開口角θについては、最大で１２．３°のレンズが得られている。
【００１８】
特開２００２−２８４５４３公報に開示した組成物も、Ｌａ２Ｏ３とＺｎＯを必須成分としている。
なおイオン交換処理温度が５２０℃と高く、また処理時間も６０時間以上と、長時間を要している。開口角θについては、１５°以上のレンズが数多く得られている。
【００１９】
ところで、イオン交換法によって作製されるガラス製の屈折率分布型レンズにおいて、優れた光学特性を得るためには、母材ガラス組成が重要である。さらにこの母材ガラス組成は、相反する種々の条件を考慮しなければならない。
【００２０】
（１）レンズ母材として、透明なガラスが得られること。すなわち、失透を起こしにくいガラス組成であることが必要である
（２）レンズ母材として、所望の屈折率やアッベ数を有していることが必要である
（３）レンズ母材として、所望の屈折率分布が得られるように、十分な量の屈折率形成物質を含有していること。ＳｉＯ２−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ系母材ガラスでは、Ｌｉ２Ｏの含有量が重要となる
（４）実用的なガラスであること。すなわち、適度な溶融温度や化学的耐久性を有していることが重要である
【００２１】
さらに、目的とするレンズが光学特性として、明るさ（開口角）あるいは解像度（像面湾曲量）のいずれかを重要視するかによっても、母材ガラス組成は適宜選択されなければならない。
【００２２】
このように、様々な屈折率分布型レンズの用途に対して、求められる光学特性を満足するためには、相反する解像度と明るさを高次元で両立しなければならず、母材ガラスの各成分の含有量の調整は困難を極めていた。また、そのための簡便で有効な調整方法は開示されていなかった。
【００２３】
そこで本発明は、上述した状況を鑑みなされたものであって、ＳｉＯ２−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ系の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物において、鉛化合物を含まず、イオン交換処理温度が比較的低く、しかも処理時間が短くてよく、さらに像面湾曲量と開口角のバランスの取れた屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物の提供を目的とする。さらに、これを用い、開口角と像面湾曲量のバランスした屈折率分布型レンズの提供を目的とする。
【００２４】
また、様々な屈折率分布型レンズにおいて、必要な光学特性を得るために、母材ガラスの各成分の、簡便な調整技術の提供を目的とする。
【００２５】
【問題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者らは研究開発を重ねた結果、鉛化合物として酸化鉛を含まないＳｉＯ２−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ系の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物において、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率（以下、Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏを、Ｒ２Ｏ比と呼ぶことがある）を特定することによって、得られるレンズの解像度と明るさを一定領域で微調整可能な屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成域を見出した。
【００２６】
すなわち、本発明の第１形態である屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物は、請求項１に記載の発明として、
基本ガラス組成が、モル％で表示して、
４９．０≦ＳｉＯ２≦６０．０、
１１．０≦Ｌｉ２Ｏ≦１４．０、
６．０≦Ｎａ２Ｏ≦１７．５、
１０．０≦ＭｇＯ≦１８．０、
０．１≦ＢａＯ≦５．０、
２．０≦ＴｉＯ２≦１２．０、
でかつ、
０．０＜Ｂ２Ｏ３≦１５．０、
からなり、実質的に鉛化合物を含まないことを特徴とする屈折率分布型レンからなることを特徴とする。
【００２７】
請求項２に記載の発明として、
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において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
０．８≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．５
の範囲とした屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物である。
【００２８】
請求項３に記載の発明として、
請求項２に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
１．０≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．３
の範囲とした屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物である。
【００２９】
請求項４に記載の発明として、
請求項２に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
０．９≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．１５
の範囲とした屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物である。
【００３０】
請求項５に記載の発明として、
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において、
前記ＭｇＯとＢａＯのモル％量を、ＭｇＯ：ＢａＯ＝１６：５〜１２：０．１とした屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物である。
【００３１】
請求項６に記載の発明として、
請求項５に記載の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物において、
前記ＭｇＯのモル％量が１４であり、ＢａＯのモル％量が２である屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物である。
【００３２】
さらにまた本発明の第２形態である屈折率分布型レンズは、上記母材ガラス組成物にイオン交換処理を施してなることを特徴とする。
すなわち、請求項７に記載の発明として、
イオン交換法により屈折率分布が形成された屈折率分布型レンズであって、
前記レンズの母材ガラス組成が、基本ガラス組成として、モル％で表示して、
４９．０≦ＳｉＯ２≦６０．０、
１１．０≦Ｌｉ２Ｏ≦１４．０、
６．０≦Ｎａ２Ｏ≦１７．５、
１０．０≦ＭｇＯ≦１８．０、
０．１≦ＢａＯ≦５．０、
２．０≦ＴｉＯ２≦１２．０、
でかつ、
０．０≦Ｂ２Ｏ３≦１５．０、
からなり、実質的に鉛化合物を含まないことを特徴とする屈折率分布型レンズである。
【００３３】
請求項８に記載の発明として、
請求項７に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
レンズ長１ピッチにおける最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、Δｆｍａｘ．≦３００μｍであり、
前記レンズの開口角θがθ≧１１．０°である屈折率分布型レンズである。
【００３４】
請求項９に記載の発明として、
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成のＬｉ２ＯとＮａ２Ｏの比が、
０．９≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．１５であり、
前記最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、
Δｆｍａｘ．≦１００μｍである屈折率分布型レンズである。
【００３５】
請求項１０に記載の発明として、
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成のＬｉ２ＯとＮａ２Ｏの比が、
１．１５＜Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．５である屈折率分布型レンズである。
【００３６】
請求項１１に記載の発明として、
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成のＬｉ２ＯとＮａ２Ｏの比が、
０．８≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ＜０．９である屈折率分布型レンズである。
【００３７】
請求項１２に記載の発明として、
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成におけるＭｇＯとＢａＯのモル％合計量が、
１２．０≦（ＭｇＯ＋ＢａＯ）≦１６．０であり、
前記最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、
Δｆｍａｘ．≦１００μｍである屈折率分布型レンズである。
【００３８】
請求項１３に記載の発明として、
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成のＭｇＯとＢａＯのモル％比が、
０．１０≦（ＢａＯ／（ＭｇＯ＋ＢａＯ））≦０．１５で、
前記最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、
Δｆｍａｘ．≦１００μｍである屈折率分布型レンズである。
【００３９】
請求項１４に記載の発明として、
請求項８に記載の屈折率分布型レンズにおいて、
前記母材ガラス組成におけるＢａＯのモル％含有量が、
１．０≦ＢａＯ≦３．０で、
前記最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．が、
Δｆｍａｘ．≦１００μｍである屈折率分布型レンズである。
【００４０】
さらに本発明の第３形態である屈折率分布型レンズの製造方法は、上記母材ガラス組成物をイオン交換処理することを特徴とする。
【００４１】
すなわち、請求項１５に記載の発明として、
第１のアルカリ金属含有のガラス素線を、少なくとも前記アルカリ金属と異なる第２のアルカリ金属含有の溶融塩に浸漬し、前記第１のアルカリイオンと前記第２のアルカリイオン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形成する屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記ガラス素線のガラス組成を、基本ガラス組成として、モル％で表示して、
４９．０≦ＳｉＯ２≦６０．０、
１１．０≦Ｌｉ２Ｏ≦１４．０、
６．０≦Ｎａ２Ｏ≦１７．５、
１０．０≦ＭｇＯ≦１８．０、
０．１≦ＢａＯ≦５．０、
２．０≦ＴｉＯ２≦１２．０、
でかつ、
０．０≦Ｂ２Ｏ３≦１５．０、
からなり、実質的に鉛化合物を含まないことを特徴とする屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００４２】
請求項１６に記載の発明として、
請求項１５に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
０．８≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．５
の範囲とした屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００４３】
請求項１７に記載の発明として、
請求項１６に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
１．０≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．３
の範囲とした屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００４４】
請求項１８に記載の発明として、
請求項１６に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、モル％比で表示して、
０．９≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．１５
の範囲とした屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００４５】
請求項１９に記載の発明として、
請求項１５に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記ＭｇＯとＢａＯのモル％量を、ＭｇＯ：ＢａＯ＝１６：５〜１２：０．１とした屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００４６】
請求項２０に記載の発明として、
請求項１９に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記ＭｇＯのモル％量が１４であり、ＢａＯのモル％量が２である屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００４７】
請求項２１に記載の発明として、
請求項１５から２０いずれか１項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記溶融塩が硝酸ナトリウムを含んでなる屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００４８】
請求項２２に記載の発明として、
請求項１５から２１いずれか１項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記溶融塩がさらに硝酸カリウムを含んでなる屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００４９】
請求項２３に記載の発明として、
請求項１５から２２いずれか１項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記イオン交換処理の処理温度を５２０℃未満とした屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００５０】
請求項２４に記載の発明として、
請求項２３に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記イオン交換処理の処理温度を５００℃以下とした屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００５１】
請求項２５に記載の発明として、
請求項１５から２４いずれか１項に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記イオン交換処理の処理時間を３０時間以下とした屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００５２】
請求項２６に記載の発明として、
請求項２５に記載の屈折率分布型レンズの製造方法において、
前記イオン交換処理の処理時間を２５時間以下とした屈折率分布型レンズの製造方法である。
【００５３】
本発明による母材ガラス組成物において、上記各成分の組成範囲を限定した理由は、次のとおりである。
【００５４】
（ＳｉＯ２）
ＳｉＯ２はガラスの網目構造を形成する主要成分である。
ガラス組成物中のＳｉＯ２の含有量が４９．０モル％未満では、ガラスの失透および分相が発生し易くなる。
【００５５】
一方、ＳｉＯ２の含有量が６０．０モル％を超えると、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、物性値調整成分等の含有量が制限されてしまう。このため、屈折率分布を付与するための実用的なガラス組成物を得ることが極めて困難になる。
したがって、ＳｉＯ２の含有量を４９．０モル％以上、６０．０モル％以下とする。
【００５６】
（Ｌｉ２Ｏ）
Ｌｉ２Ｏは、本発明の母材ガラス組成物が適用されるイオン交換において、最も重要な成分の一つである。
ガラス組成物中のＬｉ２Ｏの含有量が１１．０モル％未満であれば、屈折率分布を形成させるイオン交換によって、付与される濃度分布の差を大きくすることができない。その結果、得られるレンズの断面方向の屈折率差が小さく、例えば１０．０°以上という開口角を持つ屈折率分布型レンズを得ることができなくなる。
【００５７】
一方、Ｌｉ２Ｏの含有量が１４．０モル％を超えると、ガラスの失透が発生し易くなり、レンズの母材ガラスの作製が困難になる。加えて、１４．０モル％を超えてＬｉ２Ｏを含有させても、得られる屈折率分布型レンズにおいて、解像度を表す最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．とレンズの明るさを表す開口角θが飽和してしまう。このため、母材ガラス作製の難易度の上昇と得られるレンズ性能を比較考慮すると、１４．０モル％を超えてＬｉ２Ｏを含有させることは有意義ではない。
【００５８】
したがって、Ｌｉ２Ｏの含有量を１１．０モル％以上、１４．０モル％以下とする。特に、Ｌｉ２Ｏの含有量を１２．０〜１３．０モル％とすると、得られる屈折率分布型レンズのΔｆｍａｘ．が極小となり、さらに開口角θが極大となるため、好ましい。
【００５９】
（Ｎａ２Ｏ）
Ｎａ２Ｏは、イオン交換速度の調整と母材ガラスの溶融温度を低下させるために必須の成分である。イオン交換速度を調整することによって、光学特性を調整することが可能となる。
【００６０】
ガラス組成物中のＮａ２Ｏの含有量が６．０モル％未満では、イオン交換によって形成されるレンズ中心部と外周部の屈折率差が大きくなり、Δｆｍａｘ．が増大してしまう。このため、０μｍ≦Δｆｍａｘ．≦３００μｍとする光学特性を得ることができない。加えて、母材ガラスの溶融温度が著しく上昇してしまい、レンズの母材ガラスの作製が困難となる。
一方、Ｎａ２Ｏの含有量が１７．５モル％より含有量を超えると、母材ガラスの化学耐久性が低下してしまい、実用性に欠けてしまう。
したがって、Ｎａ２Ｏの含有量を６．０モル％以上、１７．５モル％以下とする。
【００６１】
（Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率）
さらに本発明の母材ガラス組成物では、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率をある範囲に特定したことを特徴とする。
本発明では、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を、０．８≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ（モル％比）≦１．５の範囲とした。
【００６２】
例えば、レンズとして高い解像度を要求される場合は、０．９≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ（モル％比）≦１．１５の範囲を選択するとよい。この範囲では、最も良好な解像度を得ることができる。
【００６３】
また、レンズとして大きな開口角θを要求される場合は、１．０≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ（モル％比）≦１．３の範囲を選択するとよい。この範囲では、レンズの開口角θを極大とすることができる。
【００６４】
（ＭｇＯ）
ＭｇＯは、母材ガラスの溶融温度を低下させ、イオン交換後のレンズ中心部と外周部での屈折率差（＝Δｎ）を大きくするために必須の成分である。
ガラス組成物中のＭｇＯの含有量が１０．０モル％未満では、上述した効果への寄与が小さい。
一方、ＭｇＯの含有量が１８．０モル％を超えると、母材ガラスの失透が発生し易くなる。さらに、１８．０モル％を超えてＭｇＯを含有させても、その他の成分の添加量を極端に減少させてしまうので、実用的なガラスを得ることが困難となる。
したがって、ＭｇＯの含有量を１０．０モル％以上、１８．０モル％以下とする。
【００６５】
（ＢａＯ）
ＢａＯは母材ガラス組成物の屈折率を増大させる成分として、母材ガラス組成物の必須成分である。ただし、ＴｉＯ２の含有量の増量と関連して、５．０モル％を超えると、母材ガラスの失透が発生し易くなる。したがって、ＢａＯの含有量を５．０モル％以下とする。
さらに、１．０＜ＢａＯ≦３．０（モル％）の範囲とすると、Δｆｍａｘ．を最小にすることができる。
【００６６】
（ＴｉＯ２）
ＴｉＯ２は母材ガラス組成物の屈折率を増大させる成分で、母材ガラス組成物の必須成分である。母材ガラス組成物の屈折率を増大させることにより、屈折率分布型レンズの中心屈折率を高くすることができる。その結果、イオン交換後のレンズ中心部と外周部の屈折率差を大きくすることができ、開口角θを大きくすることができる。さらに、ＴｉＯ２を増加させても、得られるレンズのΔｆｍａｘ．の増加は小さいという利点を有する。
ガラス組成物中のＴｉＯ２の含有量が２．０モル％未満では、上述した効果が小さい。
一方、ＴｉＯ２の含有量が１２．０モル％を超えると、極端な着色が認められる。このため、レンズの母材ガラスとして実用的でない。
したがって、ＴｉＯ２の含有量を２．０モル％以上、１２．０モル％以下とする。
【００６７】
（Ｂ２Ｏ３）
Ｂ２Ｏ３は、ガラスの網目構造を形成する成分である。
Ｂ２Ｏ３の特徴は、得られるレンズのΔｆｍａｘ．や開口角θを変化させることなく、ガラス化を促進させ、ガラスの粘性を調整することができる成分である。ところで、必須成分の間の比率が目的とする値であっても、組成物としては相対的に各成分量が多くなり過ぎ、例えば失透を起こしてしまう場合がある。このような場合には、必須成分の間の比率を変えることなく、相対的に多くなる成分含有量を抑えるために、このＢ２Ｏ３を含ませるとよい。
【００６８】
得られるレンズのΔｆｍａｘ．と開口角θを変化させることなく、添加できるＢ２Ｏ３の量は１５モル％以下である。したがって、Ｂ２Ｏ３の含有量を１５モル％とする。
【００６９】
なお、本発明によるガラス組成物は、実質的に鉛化合物を含まない。
また、本発明によるガラス組成物は、実質的にＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ、ＺｒＯ２を含まないことが好ましい。
【００７０】
【発明の実施の形態】
まず、表１から表４に記載した各成分を調合溶融し、母材ガラス組成物を作製した。
このイオン交換処理前の母材ガラスについて、屈折率およびアッベ数を測定した。屈折率の測定は、プルフリッヒ屈折率計を用いて全反射臨界法により行った。またアッベ数は、各波長（Ｃ：６５６．３ｎｍ、ｄ：５８７．６ｎｍ、Ｆ：４８６．１ｎｍ）の屈折率より算出した。
【００７１】
本発明における母材ガラス組成物において、屈折率は少なくとも１．５０以上、アッベ数は少なくとも４０以上であることが好ましい。
【００７２】
この母材ガラス組成物を紡糸して、ファイバー状のガラス素線（直径０．６〜１．３ｍｍ）を準備した。各表に示した条件で、このガラス素線を硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合溶融塩中に浸漬してイオン交換処理（図１参照）を施した。
【００７３】
この結果、ガラス素線中のＬｉイオンが、混合溶融塩中のＮａイオンとイオン交換され、その濃度分布に基づく屈折率分布が形成される。こうして、屈折率分布型レンズである屈折率分布型レンズが作製された（図２参照）。
【００７４】
さらに、作製した屈折率分布型レンズの光学特性（明るさおよび解像度）を評価した。
屈折率分布型レンズの明るさは、開口角θによって評価することができる。開口角θの値が大きなレンズほど、明るいレンズである。
【００７５】
まず、開口角θの測定は以下の方法により行った。
作製したレンズを、予想される１ピッチ長程度の長さに切断し、両端面を平行に鏡面研磨する。このレンズの片側の端面に格子状のパターンを接触させ、反対側の端面から格子状のパターンの像が得られる長さを求める。これより屈折率分布定数と、レンズの半径とイオン交換前の母材ガラスの屈折率から、下記（１）式に示す近似式にしたがい、開口角θを求めた（図３参照）。
【００７６】
【数１】
θ＝２×π／Ｐ×ｎｄ×φ／２    ・・・（１）
ただし、θ：（°）、Ｐ：レンズピッチ長（ｍｍ）、ｎｄ：屈折率、φ：レンズ径（ｍｍ）
【００７７】
屈折率分布型レンズの解像度は、最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．によって評価することができる。Δｆｍａｘ．が小さなレンズほど、良好な解像度のレンズである。
【００７８】
最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．は、以下のように測定される。
まず物体面（ＯＰ）にある物体は、レンズにより焦点面（ＦＰ）に結像される。このとき、イオン交換後の屈折率分布の状態により、本来の焦点面（ＦＰ）上ではなく、その前や後に結像される。このときレンズ１ピッチ長当たりのズレ量を測定し、像面湾曲量と定義する。レンズ全面における像面湾曲量のうち、最大値をΔｆｍａｘ．として、レンズの解像度の評価に用いる（図４参照）。Δｆｍａｘ．≦５０μｍのレンズは、極めて解像度が高いといえる。なお、最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．は、レンズ長によって変化する。この明細書における最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．は、すべてレンズ１ピッチ長当たりの値である。
【００７９】
以下の実施例のガラス組成において、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＢａＯを基本構成物質と呼ぶことにする。なお、以下の実施例において、ガラス素線の直径は０．８ｍｍとした。
【００８０】
（実施例Ａ系列およびＢ系列）
まず、実施例Ａ−１のガラス組成を表１に示す。実施例Ａ−１のガラス組成において、基本構成物質のモル％量はそれぞれ、ＳｉＯ２：５６．０％、ＴｉＯ２：３．５％、ＭｇＯ：１４．０％、ＢａＯ：２．０％であった。実施例Ａ系列およびＢ系列では、この基本構成物質に、屈折率形成物質であるＬｉと同じアルカリ金属であるＮａの比率（Ｒ２Ｏ比）を変化させた。なおＲ２Ｏ比を変化させたことに伴い、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの合計量（モル％）は、２０．０から２４．３へ増加している。
【００８１】
なお、Ｒ２Ｏ比の変更に伴い、各成分の含有率が変化してしまう場合は、Ｂ２Ｏ３の量を調整して、各成分の含有率が変化しないようにした。
【００８２】
Ａ系列およびＢ系列の母材ガラスにおいて、その屈折率は約１．５７であり、またアッベ数は５２以上であった。
【００８３】
Ｒ２Ｏ比を１．５から１．０６に変化させると、イオン交換によって得られる屈折率分布型レンズの光学特性は、以下のように変化する。
すなわち、最大像面湾曲量は、３００μｍから５０μｍまで小さくなり、解像度が向上することが分かる。開口角は、いずれも１２°以上であった。
【００８４】
【表１】
2004250279.tif 000003
【００８５】
（実施例Ｃ系列）
この実施例Ｃ系列は、上述のＡ系列およびＢ系列の基本構成物質において、ＳｉＯ２については、５６．０から５２．０モル％に減少させ、ＴｉＯ２については、３．５から５．５モル％に増加させている。
Ｃ系列の母材ガラスにおいて、その屈折率は約１．５９であり、またアッベ数は４８以上であった。
【００８６】
またＲ２Ｏ比は、１．３０から１．００に変化させている。これに伴い、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの合計量（モル％）は、２１．８から２４．６へ増加している。
この結果、屈折率分布型レンズの光学特性は、以下のように変化する。
すなわち、最大像面湾曲量は、２００μｍから５０μｍまで小さくなり、解像度が向上することが分かる。一方開口角は、１３．３°から１．２°まで徐々に低下する傾向を示した。
【表２】
2004250279.tif 000004
【００８７】
【表３】
2004250279.tif 000005
【００８８】
（実施例Ｄ系列）
実施例Ｄ−１は、上述の実施例Ｃ−５の基本構成物質において、ＳｉＯ２の量をさらに、５２．０％から４９．５％に減少させている。なおＲ２Ｏ比は、実施例Ｃ−５と同じ１．０５である。
このＤ−１の母材ガラスにおいて、その屈折率は約１．５９であり、またアッベ数は４９であった。
【００８９】
この屈折率分布型レンズの光学特性は、最大像面湾曲量が５０μｍと、優れた解像度を有し、一方開口角も１２．７°と優れた値であった。
【００９０】
（実施例Ｅ系列）
実施例Ｅ−１は、上述の実施例Ｄ−１の基本構成物質において、ＴｉＯ２の量を、５．５％から７．５％に増加させている。なおＲ２Ｏ比は、実施例Ｄ−１と同じ１．０５である。
このＥ−１の母材ガラスにおいて、その屈折率は約１．６１であり、またアッベ数は４５以上であった。
【００９１】
この屈折率分布型レンズの光学特性は、最大像面湾曲量が５０μｍと、優れた解像度を有し、一方開口角も１３．２°と優れた値であった。
【００９２】
【表４】
2004250279.tif 000006
【００９３】
（実施例Ｍ系列）
実施例Ｍ系列は、上述の実施例Ｂ−２の基本構成物質において、ＭｇＯとＢａＯ比を変化させている。すなわち、ＭｇＯの量を１６．０％から１２．０％に、ＢａＯの量を０．１％から４．０％にそれぞれ変化させて、ＭｇＯとＢａＯ比を３．０から１６０に変化させている。
またＭｇＯとＢａＯの合計モル％は１６または１４である。なおＲ２Ｏ比は、実施例Ｂ−２と同じ１．０６である。
このＭ系列の母材ガラスにおいて、その屈折率は約１．５７であり、またアッベ数は約５２であった。
【００９４】
（実施例Ｅ−１）
実施例Ｅ−１は、実施例Ｄ−１の基本母材ガラス組成物において、ＴｉＯ２の含有量を増加させ、代わりにＢ２Ｏ３を減少させた実施例である。
実施例Ｄ−１の基本母材ガラス組成物より、ＴｉＯ２の含有量を増加させたので、母材ガラスの屈折率を大きくすることができる。そのため、イオン交換処理によって付与される屈折率分布の差が大きくなる。その結果、得られるレンズの開口角θを１３°以上と大きくすることができる。また実施例Ｅ−１は、最大像面湾曲量５０μｍと、解像度も良好であった。
【００９５】
実施例Ｍ−１〜Ｍ−４は、実施例Ｂ−２のＭｇＯおよびＢａＯの量比を変化させた実施例である。
いずれの実施例もモル％でＭｇＯが１４で、ＢａＯが２の実施例Ｂ−２よりΔｆｍａｘ．が増加している。
【００９６】
さらに実施例Ｍ−４は、実施例Ｂ−２のＭｇＯおよびＢａＯの含有比を維持したまま、その量を減少させた実施例である。
この場合も、ＭｇＯおよびＢａＯの含有比が実施例Ｂ−２と同じであるが、Δｆｍａｘ．は増加している。このことからも分かるように、Δｆｍａｘ．の極小値を得るには、ＭｇＯ：ＢａＯ＝１４：２（モル％）の量比に調整することが必要である。
【００９７】
（比較例１〜６）
表５に比較例１〜４を示した。比較例１〜４の母材ガラス組成物は、本発明の屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物における限定範囲のいずれかを満足しない例である。さらに、比較例１と２は、酸化鉛を含むガラス組成物である。
これら比較例より得られる屈折率分布型レンズでは、開口角が１０°以上ではあるが、Δｆｍａｘ．が１００μｍ以下のレンズは得られていない。また、分散の指標となるアッベ数が４０未満であり、レンズの母材ガラスとしては好ましくない。
【００９８】
表６に比較例５と６を示した。比較例５と６は、ＭｇＯとＢａＯの含有量比を満足しない例である。
これら比較例より得られる屈折率分布型レンズでは、Δｆｍａｘ．の測定が不可能であった。
【００９９】
以上の結果より、以下のことが明らかとなった。まず、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率について、まとめる。
【０１００】
（Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率）
本発明の母材ガラス組成物では、Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率を特定している。
Ｌｉ２ＯとＮａ２Ｏの比率（Ｒ２Ｏ比）とΔｆｍａｘ．の関係を、図５に示した。図５から明らかなように、Ｒ２Ｏ比が０．９〜１．１５のときに、Δｆｍａｘ．が１００μｍ以下となっている。またＲ２Ｏ比が１．０〜１．１のときに、Δｆｍａｘ．が５０μｍ以下となっている。さらにＲ２Ｏ比が１．０５のときに、Δｆｍａｘ．が極小になっていることが分かる。なお、グラフはそのときのＲ２Ｏ比において得られる最小のΔｆｍａｘ．を結んだ曲線である。
【０１０１】
例えば、レンズとして高い解像度を要求される場合は、０．９≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．１５（モル％比）の範囲を選択するとよい。この範囲では、最も良好な解像度を得ることができる。
なお、０．８≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ≦１．５（モル％比）の範囲外では、Δｆｍａｘ．＞３００μｍとなってしまう。
【０１０２】
また、Ｒ２Ｏ比と開口角θの関係を、上述した実施例の系列ごとにグラフ化した（図６）。
■：Ａ系列（実施例Ａ−１）
▲：Ｂ系列（実施例Ｂ−１、Ｂ−２）
●：Ｃ系列（実施例Ｃ−１〜Ｃ−６）
○：Ｄ系列（実施例Ｄ−１）
▼：Ｅ系列（実施例Ｅ−１）
【０１０３】
Ｒ２Ｏ比が０．９〜１．５の範囲において、Ｒ２Ｏ比が大きくなるにしたがって、開口角θが大きくなっていることが分かった。なお、Ｒ２Ｏ比が１以下の範囲では、あまり大きな開口角θは得られていない。
【０１０４】
レンズとして大きな開口角θを要求される場合は、１．０≦Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ（モル％比）の範囲を選択するとよい。この範囲では、１２°以上の開口角のレンズを得ることができる。
【０１０５】
Ｒ２Ｏ比を１．０〜１．５の範囲で増加させていくと、得られる屈折率分布型レンズの開口角θは増加していき、他方、屈折率分布型レンズのΔｆｍａｘ．は増加していく。
【０１０６】
このように、レンズの明るさ（開口角θ）と、レンズの解像度（Δｆｍａｘ．）は相反していることが分かる。そこで、要求される光学特性に応じて、Ｒ２Ｏ比を適宜選択するとよい。
【０１０７】
さらに、実施例Ｂ−２，Ｃ−５，Ｄ−１の結果より、同じＲ２Ｏ比であっても、母材ガラスのＳｉＯ２含有量を低下させることにより、開口角θを大きくすることができることが分かった。
【０１０８】
（ＭｇＯとＢａＯ）
本発明の母材ガラス組成物において、さらにＭｇＯとＢａＯのモル％合計量を、
１２．０≦（ＭｇＯ＋ＢａＯ）≦１８．０
にするとよい。
【０１０９】
ＭｇＯとＢａＯのモル％合計量をこの範囲とすると、得られるレンズのΔｆｍａｘ．を、１００μｍ以下にすることができる（図７参照）。なおグラフは、そのＭｇＯとＢａＯのモル％合計量において得られる最小のΔｆｍａｘ．を結んだ曲線である。図中の△は、比較例５と６のプロットであり、Δｆｍａｘ．の測定が不可能であったことを表している。
【０１１０】
また母材ガラス組成のＢａＯ／（ＭｇＯ＋ＢａＯ）のモル％比を、
０．１０≦（ＢａＯ／（ＭｇＯ＋ＢａＯ））≦０．１５
にするとよい。
【０１１１】
このＢａＯ／（ＭｇＯ＋ＢａＯ）のモル％比をこの範囲とすると、得られるレンズのΔｆｍａｘ．を、１００μｍ以下にすることができる（図８参照）。なおグラフは、その（ＢａＯ／（ＭｇＯ＋ＢａＯ））のモル％比において得られる最小のΔｆｍａｘ．を結んだ曲線である。図中の△は、比較例５と６のプロットであり、Δｆｍａｘ．の測定が不可能であったことを表している。
【０１１２】
加えて、母材ガラス組成物において、ＢａＯのモル％含有量を、
１．０≦ＢａＯ≦３．０で、
にするとよい。
【０１１３】
このＢａＯのモル％含有量をこの範囲とすると、得られるレンズのΔｆｍａｘ．を、１００μｍ以下にすることができる。
【０１１４】
特に、ＭｇＯ：ＢａＯ（モル％）＝１４：２とすると、得られるレンズのΔｆｍａｘ．を最も小さくすることができる。
【０１１５】
このように、屈折率分布型レンズの母材ガラス組成物において、上述したＲ２Ｏ比による調整に加えて、ＭｇＯとＢａＯの含有量を調整することによっても、得られる光学特性を補完的に調整することができる。
【０１１６】
（応用例）
上述した実施例で得られた屈折率分布型レンズ１を多数本準備し、これらを並列に配列して、２枚のＦＲＰ基板５１，５１の間に挟み黒色樹脂５２で接着固定し、さらに所定長さに切断し両端面を研磨してロッドレンズアレイ５を作製した（図９参照）。
【０１１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきたように、本発明における屈折率分布型レンズ用母材ガラス組成物は、ＳｉＯ２−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ系のガラス組成物であり、鉛化合物を含まず、イオン交換処理温度が比較的低く、しかも処理時間が短くてよく、さらに像面湾曲量と開口角のバランスの取れた屈折率分布型レンズを得ることができる母材ガラス組成物である。
【０１１８】
本発明の開示により、上記ガラス組成物を用いて、Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏのモル％比を制御することにより、得られるレンズの光学特性を調整することができる。またＭｇＯとＢａＯの量を制御することでも、得られるレンズの光学特性を調整することができる。さらにＳｉＯ２の含有量を少なくすることでも、得られるレンズの光学特性を調整することができる。
【０１１９】
本発明による屈折率分布型レンズの製造方法では、イオン交換における処理温度が最高でも５２０℃未満と、比較的低い温度でイオン交換処理が可能である。
【０１２０】
またイオン交換における処理時間も、直径１ｍｍのガラス素線に対して、最大でも３０時間、好ましくは２５時間以下、より好ましくは２０時間で処理が終了する。
【０１２１】
上述した特開２００１−１３９３４１公報、特開２００２−１２１０４８公報、特開２００２−２１１９４７公報、特開２００２−２８４５４３公報に開示された技術における処理時間は、ガラス素線の直径が１．１ｍｍの場合であった。
【０１２２】
本発明において上述した実施例では、直径０．８ｍｍのガラス素線を処理した場合である。この直径の差を考慮してもなお、イオン交換処理にかかる時間は、約２分の１程度になっていた。その結果、本発明の製造方法は、生産性に非常に優れていることが明らかとなった。
【０１２３】
また、これら低い処理温度と短い処理時間が相まって、イオン交換を施すガラス素線に対する熱の影響を抑えることができる。このため、得られた屈折率分布型レンズは、溶融塩によるレンズ表面の浸食を抑えることができ、得られたレンズの耐久性が向上するという効果を奏する。
【０１２４】
また製造方法においては、溶融塩の分解を防ぐことができ、溶融塩の長寿命化が図れる。その結果、製造コストを抑えることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】屈折率分布型レンズの製造におけるイオン交換法を説明する模式図である。
【図２】屈折率分布型レンズを説明する模式図である。
【図３】開口角θを説明する模式図である。
【図４】最大像面湾曲量（＝Δｆｍａｘ．）を説明する模式図である。
【図５】Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ（モル％比）と最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．との関係を示すグラフである。
【図６】Ｌｉ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ（モル％比）と開口角θとの関係を示すグラフである。
【図７】ＭｇＯ＋ＢａＯ（モル％量）と最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．との関係を示すグラフである。
【図８】ＢａＯ／（ＭｇＯ＋ＢａＯ）（モル％比）と最大像面湾曲量Δｆｍａｘ．との関係を示すグラフである。
【図９】本発明による屈折率分布型レンズを用いて、作製したロッドレンズアレイを説明する図である。
【符号の説明】
１：屈折率分布型レンズ
１１：屈折率分布曲線
２：ガラス素線
３：イオン交換炉
４：溶融塩
５：ロッドレンズアレイ
５１：ＦＲＰ基板
５２：黒色樹脂
【図１】
2004250279.tif 000007
【図２】
2004250279.tif 000008
【図３】
2004250279.tif 000009
【図４】
2004250279.tif 000010
【図５】
2004250279.tif 000011
【図６】
2004250279.tif 000012
【図７】
2004250279.tif 000013
【図８】
2004250279.tif 000014
【図９】
2004250279.tif 000015