[发明专利]用作有梯度折射率的透镜的母玻璃组合物

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及一种适用于生产有梯度折射率的透镜的玻璃组合物，该透镜具有在其截面中的折射率梯度。更具体地说，本发明涉及一种母玻璃(亦即在离子交换前的均质玻璃)组合物，可用作有梯度折射率的透镜，它的拉伸性和离子交换性能是优良的。

相关技术的描述

有梯度折射率的透镜是一种棒状透镜，它的截面上具有这样的折射率分布，即从中心向外周存在折射率的改变。它具有许多优点，例如，即使当它的两面是扁平的，还具有影像形成作用，并且它能容易地以微细透镜形式生产。由于有这样一些优点，有梯度折射率的透镜最近在光学系统中得到了广泛的应用，例如用于复印机，传真机，LED阵列打印机，以及液晶开关打印机等。

能够在如此宽广范围内应用的这种有梯度折射率的透镜，可通过离子交换过程来生产，在其中一种含有第一阳离子(它能构成一种改性的氧化物)的玻璃体与含有第二阳离子(它能构成一种改性的氧化物)的熔盐在高温中接触，来将玻璃体中的第一阳离子交换成熔盐中的第二阳离子，以此在该玻璃体中形成一种折射率分布，在其中折射率从玻璃体中心向外周呈梯度改变。

例如，已知使含有铯的玻璃体在熔化的硝酸钾中进行离子交换可得到一种具有优良色(像)差的有梯度折射率的透镜(见JP-B-51-214594；此处所用的术语“JP-B”是指“已审查过的日本专利公告”)。然而，这种透镜的角孔径或孔径张角(angular aperture)至多小至约10°。JP-B-59-41934披露了一种用于制取具有更大角孔径的有梯度折射率的透镜的方法，其中使含有锂的玻璃体在熔化硝酸钠中进行离子交换。还知晓有一种能够制得有梯度折射率的透镜的母玻璃组合物，得到的透镜具有13°或更大的角孔径，(见JP-A-7-88234；此处所用的术语“JP-A”是指“尚未审查的已公布的日本专利申请”)。

然而，JP-B-59-41934的后面实施例实验揭示出，含氧化铅的组合物的角孔径最大约为12°和阿贝数(阿贝数是光分散的指标)小至低于40。而且，JP-A-7-88234的一些实施例指出，使用5mol％或以上的氧化铅(这是为得到13°或更大角孔径所必需的)已制得这种母玻璃，它显示提高了光分散性和具有小于40的阿贝数。

鉴于这些普通透镜的问题和有梯度折射率的透镜扩大应用，现在需要一种减少了光分散的透镜，亦即有大的阿贝数，和具有大的角孔径的透镜。

发明概述

本发明的目的是消除上述问题，以提供一种母玻璃组合物而制取带有梯度折射率的透镜，它表现出减少了光分散、高度适于大量生产并具有13°或更大的角孔径。

本发明者们曾经进行了深入的研究旨在克服上述问题，结果发现了以下情况。可以制得一种基于SiO₂-TiO₂-Li₂O-Na₂O和不含氧化铅的玻璃作为所需要的折射率的玻璃，它是通过向上述成份中加入至少某一给定量的一种或多种并料成份制得的，这些成份是选自一些金属元素的氧化物，其范围是从具有原子序数为39的钇到具有原子序数为73的钽，排除镧系元素和不易引起玻璃着色的元素。而且通过加入一定比例的Ta₂O₅和ZrO₂和调节Ta₂O₅，ZrO₂，和Na₂O的总量至值不大于规定量所制成的这种玻璃不易遭受透明度消失。此外，通过加入总量不小于规定值的B₂O₃和GeO₂能制得一种在较低温度下能够容易地进行离子交换并且不易产生裂纹的玻璃，以此可降低玻璃转变点。

本发明提供了一种用于制造有梯度折射率的透镜的母玻璃组合物，它包含以下玻璃组份：

40-60摩尔％的SiO₂，

2-12摩尔％的TiO₂，

2-22摩尔％的MgO，

12-20摩尔％的Li₂O，

2-13摩尔％的Na₂O，

0-10摩尔％的GeO₂，

0-10摩尔％的B₂O₃，以及

0-5摩尔％的Al₂O₃，以及进一步包含有：

0-5摩尔％的ZnO，