專利名稱：：芯/包層結(jié)構(gòu)的折射率分布型光學(xué)元件的玻璃組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種玻璃組合物，該玻璃組合物適于按照使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法制造在半徑方向上具有折射率分布的折射率分布型光學(xué)元件；本發(fā)明還涉及使用該玻璃組合物制造的折射率分布型光學(xué)元件。在斷面內(nèi)從中心向半徑方向折射率呈拋物線狀變化的(2乘分布)折射率分布型光學(xué)元件，即使它的端面是平面也具有和球面透鏡一樣的成像作用，微小徑、短焦距的透鏡也容易制作，由于具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于復(fù)印機(jī)、光印刷機(jī)、傳真裝置的光學(xué)鏡頭等。過(guò)去，作為在紡絲后工序中通過(guò)向熔融鹽中浸漬以實(shí)施離子交換從而制造折射率分布型光學(xué)元件(例如棒狀透鏡)用的玻璃，主要有(1)鉈系，(2)銫系，(3)鋰系，3個(gè)種類。鉈系中，因?yàn)樗碾娮臃謽O率很大，雖然能制造出孔徑角(開(kāi)口角)非常高的折射率分布型棒狀透鏡，但它的反面色象差很大，特別是不能用作顏色對(duì)應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)。銫系中，和鉈系剛好相反，色象差很小，但由于在玻璃中不能含量太多，所以只能得到小的折射率差。進(jìn)而，玻璃的熔融溫度也非常高。由于銫原料價(jià)格很高，銫系玻璃也變得價(jià)格相當(dāng)高，具有不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題。與這些相對(duì)的，鋰系中，可以得到適度的折射率差，而且色象差也極小，所以有望作為在光學(xué)性能方面具有高性能的折射率分布型棒狀透鏡用的玻璃，并已得到實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，玻璃的熔融溫度也適當(dāng)。然而，鋰系玻璃由于非常容易引起失透(透明消失)，所以在它的紡絲中必須注意。為抑制鋰系玻璃失透的發(fā)生，作為紡絲成折射率分布型棒狀透鏡的母線的方法，有用失透性低的玻璃覆蓋失透性高的鋰系玻璃外側(cè)進(jìn)行紡絲的方法(特公平5-72337號(hào)公報(bào))。另外，在該公報(bào)中所示折射率分布型透鏡的母線，通過(guò)紡絲后離子交換而被賦予折射率分布。以下對(duì)鋰系玻璃組合物進(jìn)行論述。特開(kāi)昭63-64941號(hào)公報(bào)中，示出適于作為通過(guò)離子交換法賦予折射率分布的光聚焦性透鏡用玻璃組合物，把SiO2、TiO2、MgO作為主要成分，混合堿成分Li2O和Na2O，并規(guī)定其摩爾比。Li2O的最大濃度為15(摩爾)％。作為適于相同離子交換法的玻璃組合物，在特公昭59-41934號(hào)公報(bào)中示出，把SiO2、TiO2、MgO+PbO、Li2O、Na2O作為主要成分的玻璃組合物。Li2O的最大濃度為18(摩爾)％。在文獻(xiàn)“SovietJ.GlassPhy.&Chem.1979.Vol.5p207”中，論述到通過(guò)堿離子的組合賦予大折射率差的方法，最好采用鋰和鈉組合。進(jìn)而也談及到鋰硅酸鹽玻璃的失透性和化學(xué)穩(wěn)定性(耐久性)。這些研究結(jié)果公開(kāi)了一種玻璃組合物，以摩爾％表示，為SiO240％，B2O320％，Al2O36.5％，Li2O25％，Na2O5％，ZrO23.5％。此外，作為鋰含量多的玻璃組合物，如下所示。文獻(xiàn)“J.Am.Ceram.Soc，1969，Vol.52，p169”中公開(kāi)了一種玻璃組合物，以摩爾％表示，為SiO275.0％、Li2O25.0％的玻璃組合物，進(jìn)而，公開(kāi)了一種Li2O的一部分置換成Na2O，K2O，Cs2O的玻璃組合物。文獻(xiàn)“J.Am.Ceram.Soc.，1972，Vol.55，p254”中公開(kāi)了一種組合物，以摩爾％表示，為SiO250.0％，Al2O325.0％，Li2O25％的玻璃組合物。文獻(xiàn)“J.Non-CrystallineSolids，1980.Vol38，p705”中公開(kāi)了一種玻璃組合物，以摩爾％表示，為SiO274％，Li2O25％，P2O51％的玻璃組合物。文獻(xiàn)“ICG.1980，Vol.12，p385”中公開(kāi)了一種玻璃組合物，以摩爾％表示，為SiO265.0％，B2O34.5％，Al2O312.5％，Li2O18.0％，和SiO260.0％，Al2O310.0％，Li2O30.0％的玻璃組合物。文獻(xiàn)“J.MaterialScience，1983.Vol.18，p1049”中公開(kāi)了一種玻璃組合物，以摩爾％表示，為SiO266.75％，Li2O23.45％，K2O1.00％，ZnO8.00％，P2O50.80％的玻璃組合物。文獻(xiàn)“J.Am.Ceram.Soc.，1984，Vol.67，p270”中公開(kāi)了幾種玻璃組合物，以摩爾％表示，為SiO276.9％，Li2O23.1％的玻璃組合物；SiO271.4％，Li2O28.6％的玻璃組合物；SiO250％，Al2O320％，Li2O20％的玻璃組合物；SiO250％，Al2O325％，Li2O25％的玻璃組合物；SiO272.5％，Al2O37.25％，Li2O20.25％的玻璃組合物；SiO269.4％，Al2O36.95％，Li2O23.65％的玻璃組合物；SiO266.7％，Al2O36.65％，Li2O26.65％的玻璃組合物；SiO264.1％，Al2O36.4％，Li2O29.5％的玻璃組合物。作為制造折射率分布型棒狀透鏡的方法，除了上述實(shí)施離子交換處理的方法外，還知道很多使用雙層坩堝的通過(guò)芯/包層之間熱相互擴(kuò)散賦與折射率分布的方法(例如，特公昭47-824號(hào)公報(bào)、特公昭47-26983號(hào)公報(bào)、特公昭49-48774號(hào)公報(bào)、特公昭62-21737號(hào)公報(bào))。在使用這種雙層坩堝的芯/包層之間的熱相互擴(kuò)散法中，將折射率不同的2種玻璃裝入具有同軸噴嘴的雙層坩堝內(nèi)，加熱使其軟化，使兩種玻璃同時(shí)從噴嘴流出。這時(shí)，從內(nèi)側(cè)坩堝流出的芯用玻璃組合物和從外側(cè)坩堝流出的包層用玻璃組合物，在高溫下相接觸，使能構(gòu)成芯用玻璃組合物中修飾氧化物的第1陽(yáng)離子和能構(gòu)成包層用玻璃組合物中修飾氧化物的第2陽(yáng)離子進(jìn)行置換，從其中心在向著半徑方向上形成連續(xù)變化的折射率分布，從而制得折射率分布型棒狀透鏡。在利用上述熱相互擴(kuò)散法制得的折射率分布型棒狀透鏡中，在玻璃紡絲過(guò)程中，由于賦予折射率分布的陽(yáng)離子相互間進(jìn)行熱擴(kuò)散，紡成的玻璃纖維直接成為折射率分布型棒狀透鏡，具有短時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行制造的優(yōu)點(diǎn)。這種折射率分布型棒狀透鏡的折射率分布曲線示于圖1。標(biāo)號(hào)1為芯玻璃，標(biāo)號(hào)2為包層玻璃。分布曲線3表示折射率沿著半徑r方向變化時(shí)，在芯玻璃1的中心處，具有最高的折射率n。這種折射率分布，按擴(kuò)散原理，表示在芯玻璃內(nèi)部進(jìn)行2乘分布，在包層玻璃內(nèi)由2乘分布向外的分布。另外，本說(shuō)明書(shū)中把通過(guò)高粘性流體間產(chǎn)生的各離子相互熱擴(kuò)散而形成折射率分布的方法稱之為熱擴(kuò)散法。把固體和液體(熔融鹽)之間產(chǎn)生各離子交換而形成折射率分布的方法稱之為離子交換法。進(jìn)而，把芯/包層結(jié)構(gòu)的棒狀物在熔融鹽中浸漬形成折射率分布的方法也稱作離子交換法。在上述特公平5-72337號(hào)公報(bào)中所示方法中，由于必需實(shí)施離子交換處理，所以必需用失透性低的玻璃覆蓋，而且厚度要非常之薄。為抑制失透，用失透性低的玻璃覆蓋，其厚度過(guò)厚時(shí)，離子交換不能很好進(jìn)行，作為折射率分布型棒狀透鏡就不能獲得良好的光學(xué)特性。而為很好進(jìn)行離子交換，用失透性低的玻璃覆蓋厚度過(guò)薄時(shí)，不能抑制失透發(fā)生。因此將上述失透性高的鋰系玻璃外側(cè)用失透性低的玻璃覆蓋，進(jìn)行紡絲的方法中，可紡絲的玻璃中Li2O最大濃度可達(dá)15摩爾％，孔徑角最大可達(dá)15.3度(特開(kāi)昭63-64941號(hào)公報(bào))。而所說(shuō)的孔徑角如圖2所示，相對(duì)于折射率分布型棒狀透鏡4的中心軸線5，入射光線6允許的最大入射角為θmax，當(dāng)折射率分布常數(shù)為，軸上折射率為no，ro為用作透鏡的部分的半徑時(shí)，表示為再有，根據(jù)離子交換法，在制造折射率分布型棒狀透鏡的方法中，一旦將折射率分布型棒狀透鏡用的母材玻璃進(jìn)行紡絲制成母線后，其問(wèn)題是不僅必須要在熔融鹽中浸漬進(jìn)行離子交換處理，而且其制造要用很長(zhǎng)的時(shí)間。進(jìn)而，由于離子交換法基本是分批處理，所以可制造的棒狀透鏡的長(zhǎng)度自然受到限制。對(duì)此，在熱相互擴(kuò)散法中，由于使用雙層坩堝制造，所以只要連續(xù)供給芯和包層的原料，就能連續(xù)紡絲，可制造的玻璃棒長(zhǎng)度原理上不受限制。因此不僅能制造折射率分布型棒狀透鏡，而且，如果紡絲時(shí)能使線徑很細(xì)，則能制造出折射率分布型的長(zhǎng)纖維。使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法，這一觀念本身很久以前就是公知技術(shù)，大部分是以鉈系玻璃進(jìn)行，使用這種方法，對(duì)鋰系玻璃進(jìn)行紡絲的實(shí)例非常之少。據(jù)本發(fā)明者所知，雖然在特開(kāi)昭52-121333號(hào)公報(bào)、特開(kāi)昭52-124013號(hào)公報(bào)中記載了折射率分布型棒狀透鏡，但玻璃中的Li2O濃度都低于11.3摩爾％，因此，它的孔徑角很小。本發(fā)明的目的是提供一種適于制造色象差很小、孔徑角很大的折射率分布型光學(xué)元件用的芯/包層結(jié)構(gòu)的玻璃組合物。本發(fā)明的另一目的是提供將上述玻璃組合物用作母組合物制造的折射率分布型光學(xué)元件。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種將上述玻璃組合物用作母組合物來(lái)制造折射率分布型光學(xué)元件的制造方法。本發(fā)明是按照使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法制造芯/包層結(jié)構(gòu)的折射率分布型光學(xué)元件用的玻璃組合物，其中芯用玻璃組合物包括以下主要成分18＜Li2O≤30摩爾％0≤Na2O≤12摩爾％0≤PbO≤5摩爾％8≤MgO≤18摩爾％0.5≤BaO≤5摩爾％1≤TiO2≤10摩爾％40≤SiO2≤65摩爾％但是18＜(Li2O+Na2O)≤30摩爾％50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％包層用玻璃組合物包含以下主要成分18＜R2O≤30摩爾％，(R2O＝Na2O+K2O)0≤PbO≤5摩爾％8≤MgO≤18摩爾％0.5≤BaO≤5摩爾％1≤TiO2≤10摩爾％40≤SiO2≤65摩爾％但是50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％進(jìn)而，當(dāng)將芯和上述包層玻璃組合物中的上述主要成分的總量設(shè)為100摩爾％時(shí)，另外可以含有以下至少1種作為穩(wěn)定劑0≤ZrO2≤3摩爾％0≤Sb2O3≤1摩爾％0≤BPO4≤4摩爾％0≤ZnO≤3摩爾％0≤La2O3≤3摩爾％0≤Y2O3≤3摩爾％0≤Al2O3≤3摩爾％0≤As2O3≤1摩爾％這時(shí)，芯用玻璃組合物的總堿金屬濃度(R2O芯＝Li2O+Na2O)和包層用玻璃組合物的總堿金屬濃度(R2O包層＝Na2O+K2O)之比，最好是R2O芯/R2O包層＝0.8～1.2本發(fā)明中，由于芯用玻璃的Li2O濃度可以取為18＜Li2O≤30摩爾％的高濃度，通過(guò)使用芯用玻璃，可以獲得具有最大孔徑角為25.3度的折射率分布型棒狀透鏡。在使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法中，將芯用玻璃的外側(cè)用包層玻璃覆蓋。這具有和上述特公平5-72337號(hào)公報(bào)中記載的抑制失透的方法相同的作用。在使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法中，和離子交換法不同，覆蓋的包層用玻璃的厚度在制法上沒(méi)有限制。因此，通過(guò)控制芯用玻璃的失透性也就是控制包層用玻璃的厚度，將易引起失透的Li2O濃度為18＜Li2O≤30摩爾％的玻璃組合物用作芯用玻璃，可以進(jìn)行折射率分布型棒狀透鏡的紡絲。而在離子交換法中，玻璃中Li2O和Na2O的濃度比如果不是特定值(特開(kāi)昭63-64941號(hào)公報(bào)中記載為1.2～1.6)，可降低折射率分布型棒狀透鏡的光學(xué)特性。然而，按照本發(fā)明的采用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法，即使芯用玻璃中Li2O和Na2O的濃度之比不落入上述范圍內(nèi)，可知仍能獲得光學(xué)特性優(yōu)良的折射率分布型棒狀透鏡。觀察所成的象，可知，在芯用玻璃中雖然含有Na2O較好，但即使無(wú)Na2O也可以獲得一定程度的性能。玻璃中總堿金屬濃度(＝Li2O+Na2O+K2O)對(duì)玻璃的化學(xué)耐久性影響很大。若根據(jù)本發(fā)明，由于可以控制芯用玻璃中Li2O的濃度和Na2O的濃度無(wú)關(guān)，所以可使總堿金屬分配在鋰中，把Li2O濃度為18＜Li2O≤30摩爾％的玻璃組合物作芯用玻璃，可對(duì)折射率分布型棒狀透鏡進(jìn)行紡絲。芯用玻璃中Li2O濃度在18摩爾％以下，孔徑角不可能很大，而超過(guò)30摩爾％時(shí)，玻璃的失透性又過(guò)高，即使使用雙層坩堝的熱擴(kuò)散法，紡絲也是不可能的。因此，芯用玻璃的Li2O濃度最好在18＜Li2O≤30摩爾％之間，更好為18＜Li2O≤25摩爾％，為20≤Li2O≤25摩爾％更好?？倝A金屬濃度，從芯用玻璃的化學(xué)耐久性考慮，最好在30摩爾％以下。因此，Na2O濃度最好在12摩爾％以下，在10摩爾％以下更好，在3≤Na2O≤7摩爾％之間尤其好。根據(jù)以上所述，Na2O和Li2O的濃度之比，沒(méi)有必要限定在特公昭59-41934號(hào)公報(bào)中所記載的1.2～1.6之間。SiO2是形成玻璃網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的主要成分，不足40摩爾％時(shí)，會(huì)產(chǎn)生失透性，化學(xué)耐久性顯著降低。而SiO2濃度超過(guò)65摩爾％時(shí)，形成折射率分布的氧化物及其它氧化物的含量受到限制，所獲得的折射率差很小，得不到具有充分實(shí)用孔徑角的折射率分布型棒狀透鏡。而且，玻璃的熔融溫度提高了，玻璃成形也很困難。因此，SiO2濃度最好為40≤SiO2≤65摩爾％，為50≤SiO2≤60摩爾％更好。TiO2對(duì)形成適宜折射率分布是很重要的成分，也是本發(fā)明玻璃組合物的必需成分。其含量最好是根據(jù)Li2O和其它成分的含量作適當(dāng)調(diào)整。然而，TiO2濃度不足1摩爾％時(shí)，對(duì)于折射率分布的形成不能獲得充分效果，當(dāng)超過(guò)10摩爾％時(shí)，失透性增高，玻璃難以成形。特別是本發(fā)明的玻璃組合物，若含Li2O太多，很容易產(chǎn)生失透現(xiàn)象。因此，如上述TiO2，雖是必需成分，但考慮到失透現(xiàn)象，盡可能在形成適宜折射率分布的范圍內(nèi)控制其含量。因此，TiO2濃度最好為1≤TiO2≤10摩爾％，更好為2≤TiO2≤7摩爾％，在3≤TiO2≤6摩爾％之間尤其好。另外，對(duì)于特公昭59-41934號(hào)公報(bào)中記載的玻璃組合物，由于利用離子交換法賦予折射率分布，所以必須含TiO22摩爾％以上。也有記載可含高達(dá)16摩爾％。然而，本發(fā)明由于通過(guò)熱相互擴(kuò)散法賦予折射率分布，作為T(mén)iO2的下限值，為1摩爾％以上即可，上限值可為10摩爾％。SiO2+TiO2是形成玻璃網(wǎng)孔的成分，和上述含SiO2的上下限理由相同，最好為50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％。MgO、PbO作為玻璃的修飾氧化物而含有，就中心和周邊的折射率差最大這一點(diǎn)考慮，比其它的RO氧化物要好。特別是，MgO在形成適宜折射率分布上是很重要的成分，而在本發(fā)明的玻璃組合物中是必需成分。MgO濃度不足8摩爾％時(shí)，折射率差變小，超過(guò)18摩爾％時(shí)，得不到良好的折射率分布。PbO雖不是必需成分，不使折射率差變小，但就改善失透性這一點(diǎn)考慮，最好含量為0≤PbO≤5摩爾％。PbO濃度超過(guò)5摩爾％時(shí)，化學(xué)耐久性降低。因此，MgO+PbO最好是8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％，更好是10≤(MgO+PbO)≤20摩爾％。本發(fā)明中，作為其它穩(wěn)定劑，在不失去作為折射率分布型棒狀透鏡特性的范圍內(nèi)，相對(duì)于上述主要成分100摩爾％，可以添加0≤ZrO2≤3摩爾％，0≤Sb2O3≤1摩爾％，0≤BPO4≤4摩爾％，0≤ZnO≤3摩爾％，0≤La2O3≤3摩爾％，0≤Y2O3≤3摩爾％，0≤Al2O3≤3摩爾％，0≤As2O3≤1摩爾％。作為和上述芯用玻璃同時(shí)使用的包層用玻璃，除堿金屬以外的成分最好和芯用玻璃相同。在包層用玻璃組合物中，由于Li2O的總量全部置換成R2O(Na2O+K2O)，所以比芯用玻璃耐失透性高。而且由于具有和芯用玻璃相同的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，所以很容易產(chǎn)生熱相互擴(kuò)散，并很容易獲得近似于理想的拋物線分布(2乘分布)的折射率分布。進(jìn)而，由于玻璃的構(gòu)成成分大致相同，所以和芯用玻璃的密度也大致相同。在使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法中，最重要的是芯用玻璃和包層用玻璃的密度要相近。這是因?yàn)楫?dāng)2種玻璃的密度差異很大時(shí)，從雙層坩堝流出的各玻璃的流出速度和流出量會(huì)不同，所以難以控制紡絲。另外，由于得不到適于熱相互擴(kuò)散的流量比，也就不能相互間很好地進(jìn)行熱擴(kuò)散，也就得不到近似于拋物線的折射率分布。在使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法中，在芯用玻璃和包層用玻璃之間，離子進(jìn)行相互擴(kuò)散。因此，芯用玻璃中的堿金屬離子和包層用玻璃中堿金屬離子的個(gè)數(shù)(濃度)最好相近。而芯用玻璃中堿金屬離子和包層用玻璃中堿金屬離子的個(gè)數(shù)顯著不同時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的沒(méi)有相互擴(kuò)散的對(duì)應(yīng)離子的離子，相互間的熱擴(kuò)散也就不能很好進(jìn)行。因此，芯用玻璃中所含總堿金屬(Li2O+Na2O)的濃度和包層用玻璃中所含總堿金屬(Na2O+K2O)濃度之比，最好為0.8～1.2之間。圖1為折射率分布型透鏡的折射率分布曲線圖。圖2為折射率分布型透鏡的孔徑角示意圖。圖3為用于本發(fā)明的折射率分布型棒狀透鏡的雙層坩堝的示意圖。圖4為表示Li2O含量和孔徑角之間的關(guān)系的棒狀曲線圖。圖5為利用本發(fā)明的折射率分布型棒狀透鏡成象成網(wǎng)格圖案時(shí)的照片和透鏡部分的掃描圖。以下利用實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明。但是，本發(fā)明并不限于以下實(shí)施倒。首先，對(duì)使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法進(jìn)行說(shuō)明。圖3示出了使用雙層坩堝的熱擴(kuò)散紡絲爐的概略剖面圖。堝部分的結(jié)構(gòu)是雙層結(jié)構(gòu)，由在中心處設(shè)置的內(nèi)堝11和環(huán)狀圍繞在內(nèi)堝11外側(cè)的外堝12構(gòu)成。從內(nèi)堝11下底部分延伸出芯噴嘴13，從外堝12下底部分延伸出和芯噴嘴13形成雙層結(jié)構(gòu)的包層噴嘴14，以及接著噴嘴14繼續(xù)延伸出進(jìn)行相互熱擴(kuò)散的紡絲噴嘴15。具有這種雙層結(jié)構(gòu)的白金制雙層坩堝，在其內(nèi)堝11內(nèi)，由碎玻璃投入機(jī)20投入芯用玻璃的碎玻璃并熔融；在外堝12內(nèi)，由碎玻璃投入機(jī)20投入包層用玻璃的碎玻璃并熔融。熔融玻璃分別由芯噴嘴13和包層噴嘴14的雙層坩堝內(nèi)向下流出，在合流部16處合流，形成芯/包層結(jié)構(gòu)。另外，堝內(nèi)的玻璃，最好使用攪拌器22進(jìn)行攪拌，使其均勻。也可以將來(lái)自于分別設(shè)置的熔融堝的熔融芯用玻璃和熔融包層用玻璃以熔融狀態(tài)直接供入各自的坩堝內(nèi)。進(jìn)而為使芯/包層的比例一定，最好將各堝的玻璃液面水平保持一定。合流以后，外堝形成延長(zhǎng)的單重紡絲噴嘴15，在該紡絲噴嘴15內(nèi)通過(guò)期間，芯和包層各自所含的1價(jià)堿金屬離子在芯/包層之間進(jìn)行相互間的熱擴(kuò)散，結(jié)果形成折射率分布。雙層坩堝的合流部位和紡絲噴嘴部分，分割成幾個(gè)加熱區(qū)17。通過(guò)分別控制這些加熱區(qū)17的溫度，來(lái)控制各個(gè)離子的相互擴(kuò)散的狀態(tài)，圖3中，分割成6個(gè)區(qū)。作為加熱區(qū)17的溫度條件，根據(jù)所用玻璃的成分不同，將溫度控制在例如從雙層噴嘴部分的液相溫度的溫度域(約1000度左右)到紡絲噴嘴端部的作業(yè)溫度的溫度域(約600度左右)。通過(guò)加熱區(qū)17，由紡絲噴嘴端部向下流出的玻璃，由拉伸輥?zhàn)?圖中未示出)以一定速度拉出，并卷繞在卷繞輥上。在拉伸并卷繞的途中，設(shè)置線徑測(cè)量裝置(圖中未示出)，隨時(shí)測(cè)量紡絲玻璃的線徑，控制玻璃原料的投入量和卷繞輥的卷繞速度，使線徑保持一定。將這樣卷繞的芯/包層結(jié)構(gòu)的線狀玻璃，按規(guī)定長(zhǎng)度進(jìn)行切斷，制成折射率分布型棒狀透鏡。使用上述雙層坩堝，制作折射率分布型棒狀透鏡(試料)時(shí)，玻璃組合物、玻璃組合物的各種特性、穩(wěn)定劑的添加量、孔徑角的測(cè)定結(jié)果等，分別示于表1～表9。表1中示出了制作試料(1)～(4)所用芯/包層用玻璃的主要成分。主要成分的總量設(shè)為100摩爾％。各主要成分中，特別是Li2O和Na2O的含量可進(jìn)行變化。表1在制作表1各試料時(shí)所用芯/包層用玻璃中添加穩(wěn)定劑的添加量示于表2。添加量為將上述主要成分的總量設(shè)為100摩爾％時(shí)的相對(duì)量(摩爾％)表示。表2在制作試料(1)～(4)時(shí)，所用芯/包層用玻璃的各種特性示于表3。其中，Nd為折射率，D為密度，Tg為玻璃轉(zhuǎn)變溫度，At為玻璃軟化溫度，α為熱膨脹系數(shù)。表3對(duì)于以上各試料(1)～(4)的各多個(gè)樣品，改變紡絲條件，測(cè)定線徑、芯比、孔徑角(θ)，結(jié)果分別示于表4、表5。其中，所測(cè)定的孔徑角，是假設(shè)包層部分也具有聚焦作用并將玻璃整體作為透鏡進(jìn)行測(cè)定的。另一方面，芯比表示芯部分的半徑與透鏡整體的半徑之比(％)。由表4、表5可知，可獲得最大為25.3度的孔徑角。表4</tables>表5<>進(jìn)而，為對(duì)上述孔徑角的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較，制作比較試料(5)～(8)，在此折射率分布型棒狀透鏡中所用芯/包層用玻璃的主要成分示于表6。表6</tables>制作各比較試料(5)～(8)時(shí)所用芯/包層用玻璃中添加的穩(wěn)定劑的量示于表7。表7</tables>對(duì)于表6、表7的比較試料(5)～(8)的各多個(gè)樣品，測(cè)定線徑、芯比、孔徑角(θ)，結(jié)果分別示于表8、表9。表8表9</tables>從表9可知，芯用玻璃組合物中，含31摩爾％Li2O的比較試料(8)產(chǎn)生失透現(xiàn)象。而且還知道，當(dāng)芯用玻璃組合物中所含Li2O低于18摩爾％時(shí)，孔徑角不會(huì)很大。以上表4、表5所示試料(1)～(4)，和表8表9所示比較試料(5)～(7)，Li2O含量(摩爾％)和孔徑角的關(guān)系示于圖4的棒狀圖中。橫軸為L(zhǎng)i2O的含量(摩爾％)，縱軸為孔徑角(θ)。棒狀線①～④表示試料(1)～(4)的孔徑角分布，棒狀線⑤～⑦表示比較試料(5)～(7)的孔徑角分布。從圖4的棒狀圖可知，孔徑角(θ)大體上隨Li2O含量成比例增大。特公昭59-41934號(hào)公報(bào)中記載，即使增加Li2O的含量(濃度)，折射率差未必會(huì)按直線關(guān)系增大。然而，利用熱相互擴(kuò)散法賦予折射率分布的本發(fā)明，卻沒(méi)能觀察到這種傾向。圖5示出了利用本發(fā)明的折射率分布型棒狀透鏡成像為網(wǎng)格圖案時(shí)的圖。(A)為照片，(B)為透鏡部分的掃描圖。在除去透鏡包層部分的芯部形成鮮明的網(wǎng)格狀圖案，可知獲得了優(yōu)質(zhì)的棒狀透鏡。另外，在以上實(shí)施例中，雖例證說(shuō)明了折射率分布型棒狀透鏡，但本發(fā)明也可適用于折射率分布型纖維。正如以上所說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明，可以得到適于制造按照使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法制作的芯/包層結(jié)構(gòu)的折射率分布型光學(xué)元件的、含Li2O的芯用玻璃組合物和與此對(duì)應(yīng)的包層用玻璃組合物。進(jìn)而，使用這些玻璃組合物，可制得色象差小、孔徑角大、耐久性高的折射率分布型棒狀透鏡或纖維。并不像上述特公昭59-41934號(hào)公報(bào)中所述，本發(fā)明沒(méi)有必要含有大量的TiO2，仍能有效地避免玻璃組合物的失透現(xiàn)象。權(quán)利要求1.一種用于按照使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法制作芯/包層結(jié)構(gòu)的折射率分布型光學(xué)元件的玻璃組合物，其特征在于，其中芯用玻璃組合物的主要成分為18＜Li2O≤30摩爾％0≤Na2O≤12摩爾％0≤PbO≤5摩爾％8≤MgO≤18摩爾％0.5≤BaO≤5摩爾％1≤TiO2≤10摩爾％40≤SiO2≤65摩爾％但是，18＜(Li2O+Na2O)≤30摩爾％50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％其中包層用玻璃組合物的主要成分為18＜R2O≤30摩爾％，(R2O＝Na2O+K2O)0≤PbO≤5摩爾％8≤MgO≤18摩爾％0.5≤BaO≤5摩爾％1≤TiO2≤10摩爾％40≤SiO2≤65摩爾％但是，50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％。2.按照權(quán)利要求1記載的玻璃組合物，其特征是當(dāng)將上述主要成分的總量設(shè)為100摩爾％時(shí)，上述芯用和包層用各玻璃組合物中還可以附加含有以下至少1種作為穩(wěn)定劑，0≤ZrO2≤3摩爾％0≤Sb2O3≤1摩爾％0≤BPO4≤4摩爾％0≤ZnO≤3摩爾％0≤La2O3≤3摩爾％0≤Y2O3≤3摩爾％0≤Al2O3≤3摩爾％0≤As2O3≤1摩爾％。3.按照權(quán)利要求1或2記載的玻璃組合物，其特征是上述芯用玻璃組合物(Li2O+Na2O)的濃度和上述包層用玻璃組合物(Na2O+K2O)的濃度之比為0.8～1.2。4.一種折射率分布型光學(xué)元件，其特征是將芯用的母玻璃組合物和包層用的母玻璃組合物作為材料，按照使用雙層坩堝的熱擴(kuò)散法制作的芯/包層結(jié)構(gòu)的折射率分布型光學(xué)元件，上述芯用的母玻璃組合物主要成分為18＜Li2O≤30摩爾％0≤Na2O≤12摩爾％0≤PbO≤5摩爾％8≤MgO≤18摩爾％0.5≤BaO≤5摩爾％1≤TiO2≤10摩爾％40≤SiO2≤65摩爾％但是，18＜(Li2O+Na2O)≤30摩爾％50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％上述包層用的玻璃組合物的主要成分為18＜R2O≤30摩爾％，(R2O＝Na2O+K2O)0≤PbO≤5摩爾％8≤MgO≤18摩爾％0.5≤BaO≤5摩爾％1≤TiO2≤10摩爾％40≤SiO2≤65摩爾％但是，50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％。5.按照權(quán)利要求4記載的折射率分布型光學(xué)元件，其特征是當(dāng)將上述主要成分的總量設(shè)為100摩爾％時(shí)，上述芯用和包層用的各母玻璃組合物中可附加含有以下至少1種作為穩(wěn)定劑，0≤ZrO2≤3摩爾％0≤Sb2O3≤1摩爾％0≤BPO4≤4摩爾％0≤ZnO≤3摩爾％0≤La2O3≤3摩爾％0≤Y2O3≤3摩爾％0≤Al2O3≤3摩爾％0≤As2O3≤1摩爾％。6.按照權(quán)利要求4或5記載的折射率分布型光學(xué)元件，其特征是上述芯用母玻璃組合物(Li2O+Na2O)的濃度和上述包層用母玻璃組合物(Na2O+K2O)的濃度之比為0.8～1.2。7.一種折射率分布型光學(xué)元件的制造方法，其特征是在按照使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法制造芯/包層結(jié)構(gòu)的折射率分布型光學(xué)元件時(shí)，將上述芯用玻璃組合物投入上述雙層坩堝的內(nèi)堝內(nèi)，將上述包層用玻璃組合物投入上述雙層坩堝的外堝內(nèi)，在上述內(nèi)堝和外堝的合流部形成上述的芯/包層結(jié)構(gòu)，上述芯用玻璃組合物主要成分為18＜Li2O≤30摩爾％0≤Na2O≤12摩爾％0≤PbO≤5摩爾％8≤MgO≤18摩爾％0.5≤BaO≤5摩爾％1≤TiO2≤10摩爾％40≤SiO2≤65摩爾％但是，18＜(Li2O+Na2O)≤30摩爾％50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％上述包層用的玻璃組合物的主要成分為18＜R2O≤30摩爾％，(R2O＝Na2O+K2O)0≤PbO≤5摩爾％8≤MgO≤18摩爾％0.5≤BaO≤5摩爾％1≤TiO2≤10摩爾％40≤SiO2≤65摩爾％但是，50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％。8.一種玻璃組合物，該玻璃組合物用于按照使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法制作芯/包層結(jié)構(gòu)的折射率分布型光學(xué)元件，其特征在于，以Li2O、SiO2、TiO2、MgO作為必需成分，且Li2O的含量為18＜Li2O≤30摩爾％。9.一種玻璃組合物，該玻璃組合物用于按照使用雙層坩堝的熱相互擴(kuò)散法制作芯/包層結(jié)構(gòu)的折射率分布型光學(xué)元件，其特征在于其主要成分為18＜Li2O≤30摩爾％0≤Na2O≤12摩爾％0≤PbO≤5摩爾％8≤MgO≤18摩爾％0.5≤BaO≤5摩爾％1≤TiO2≤10摩爾％40≤SiO2≤65摩爾％但是，18＜(Li2O+Na2O)≤30摩爾％50≤(SiO2+TiO2)≤66摩爾％8≤(MgO+PbO)≤22摩爾％。10.按照權(quán)利要求9記載的玻璃組合物，特征是當(dāng)將上述主要成分的總量設(shè)為100摩爾％時(shí)，上述玻璃組合物中可附加含有以下至少一種作為穩(wěn)定劑，0≤ZrO2≤3摩爾％0≤Sb2O3≤1摩爾％0≤BPO4≤4摩爾％0≤ZnO≤3摩爾％0≤La2O3≤3摩爾％0≤Y2O3≤3摩爾％0≤Al2O3≤3摩爾％0≤As2O3≤1摩爾％。全文摘要本發(fā)明提供了一種適于色象差小、孔徑角大的折射率分布型光學(xué)元件的芯/包層結(jié)構(gòu)的玻璃組合物。棒狀透鏡的芯用玻璃組合物主要成分為18<Li文檔編號(hào)C03B37/02GK1182720SQ97122428公開(kāi)日1998年5月27日申請(qǐng)日期1997年11月5日優(yōu)先權(quán)日1996年11月6日發(fā)明者山口淳,藤井清澄,橘高重雄申請(qǐng)人:日本板硝子株式會(huì)社