專利名稱：：分級(jí)折射率透鏡的制作方法
背景技術(shù)：
：本發(fā)明涉及一種折射率分布型透鏡(以下稱之為分級(jí)折射率透鏡)，其中對(duì)棒形透鏡，其折射率是沿著徑向改變。尤其是，本發(fā)明涉及一種通過(guò)用銀離子交換處理玻璃原材料而在其徑向形成一個(gè)折射率分布的分級(jí)折射率透鏡。一種折射率分布型光學(xué)元件，其中在截面上的折射率是從中心沿著半徑以拋物線形改變，甚至當(dāng)它的兩個(gè)側(cè)面都是平面時(shí)作為球透鏡也具有同樣的成象特性。由于這種類型的光學(xué)元件具有多種優(yōu)點(diǎn)，例如具有小直徑和短焦距的透鏡可易于制得，所以，它廣泛地用于復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)和類似設(shè)備的光學(xué)元件頭以及其它的光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中。這種折射率分布型光學(xué)元件包括分級(jí)折射率透鏡和折射率分布型光纖。在相關(guān)技術(shù)中，通過(guò)拉伸和在熔融鹽中浸泡而進(jìn)行離子交換的后續(xù)步驟而制得并用作折射率分布型光學(xué)元件(例如透鏡)的玻璃包括以下主要的三種(1)含鉈玻璃，(2)含鈀玻璃，和(3)含鋰玻璃。由于含鉈玻璃具有很高的電極化特性，所以，它能做成具有極大孔徑角的分級(jí)折射率透鏡。然而，這種透鏡增加了色差，并因而特別不能用于處理彩色圖像的光學(xué)系統(tǒng)中。含銫玻璃與含鉈玻璃不同，它降低了色差。然而，由于不可能在玻璃中加入大量的銫，所以，由含銫玻璃制得的透鏡限于具有小孔徑角的那些透鏡。而且，這種玻璃有一個(gè)缺點(diǎn)，即它們具有極高的熔融溫度。含鋰玻璃降低了色差，而且具有適中的熔融溫度，并因此而得到廣泛應(yīng)用。然而，由于含有大量鋰離子的玻璃很容易結(jié)晶化，所以，不能用它來(lái)制作大孔徑角的分級(jí)折射率透鏡。所以，具有大孔徑角的透鏡由含鉈玻璃制得。然而，由于含鉈玻璃是毒性的，所以，從環(huán)境污染的觀點(diǎn)來(lái)看，生產(chǎn)含有大量鉈的玻璃和采用含大量鉈的熔融鹽都是不適宜的。除了上述離子以外，JP-A-61-261238和JP-A-62-100451中認(rèn)為采用銀離子能夠?qū)崿F(xiàn)折射率大的差異(在此所用的“JP-A”一詞是指“未審查而公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)”)。相對(duì)于采用鉈的情況而言，由于采用銀離子可以降低色差，所以，從制作用于彩色圖像處理的透鏡的觀點(diǎn)來(lái)看，采用銀離子是有利的。因?yàn)殂y離子通常易于成為膠質(zhì)，所以，為了避免銀離子形成膠質(zhì)，以上所引用的參考文獻(xiàn)提出了一種含有大量磷成分的玻璃組分。但是，這種含有大量磷成分的玻璃組分具有很差的耐候性且不適于實(shí)際應(yīng)用。這種含有大量磷成分的玻璃組分還有這樣的問(wèn)題在離子交換過(guò)程中，它與硝酸鹽反應(yīng)，在該玻璃的表面產(chǎn)生一種反玻璃化物質(zhì)，而使得該玻璃本身部分地溶解在熔鹽中。當(dāng)采用一種除了硝酸鹽以外的熔料例如硫酸鹽或鹵化物時(shí)，也有問(wèn)題，那就是由于這種熔料對(duì)金屬和玻璃的高腐蝕性，所以，不容易得到一種用于盛放該熔鹽的合適容器。在JP-A-4-2629中公開(kāi)了一種玻璃組分，它是對(duì)JP-A-62-100451中所提出的玻璃組分的改進(jìn)。但是，這種玻璃組分仍然在熔鹽中沒(méi)有足夠穩(wěn)定性和耐候性，因而不適于實(shí)際的應(yīng)用。另一方面，已知硅鋁酸鹽玻璃是一種不含磷成分的玻璃組分，其中銀離子不會(huì)形成膠質(zhì)。通常，在硅酸鹽玻璃中加入一種堿，以打開(kāi)硅酸鹽骨架，形成一種非橋接氧(以下稱為“NBO”)而與堿離子牢固地鍵結(jié)。當(dāng)一種其中具有NBO的玻璃進(jìn)行離子交換以摻入銀離子于其中時(shí)，則所加入的銀離子將因NBO而減少，形成銀膠質(zhì)，因而使該玻璃著色。所以，這種玻璃不能用作透鏡。相反，當(dāng)把Al2O3加入到一種硅酸鹽玻璃中時(shí)，該Al2O3以AlO4-的形式摻入并與堿結(jié)合。因此，玻璃中NBO量減少，并且銀離子以離子形式穩(wěn)定存在。由于AlO4與堿離子以1∶1的比例結(jié)合，所以，當(dāng)[M]/[Al]是1時(shí)([M]和[Al]分別表示堿離子和AlO4-的摩爾濃度)，玻璃中NBO量很小(在某些玻璃中變?yōu)榱?。因而，其中含有的銀離子大部分穩(wěn)定的玻璃是其中[M]/[Al]為1的玻璃。順便說(shuō)一下，為了增大具有折射率徑向分布的透鏡的孔徑角，需要增加折射率的徑向差異。折射率的差異幾乎是與銀離子的濃度成比例。為了使玻璃具有增大的孔徑角，應(yīng)該含有大量的被銀離子置換的堿。為了使銀離子穩(wěn)定地存在于硅鋁酸鹽玻璃中，隨著該玻璃中堿濃度的增加，需要增加Al2O3的濃度。然而，增加了Al2O3濃度的玻璃的熔融溫度提高，因而，很難由它生產(chǎn)出有滿意質(zhì)量(沒(méi)有裂紋、氣泡等)的玻璃制品。盡管可以采用一種降低玻璃中Al2O3濃度的技術(shù)以降低熔融溫度，但是，這將導(dǎo)致能夠含有而不形成膠質(zhì)的銀離子量減少，使得不可能獲得折射率大的差異。已知把B2O3混合到玻璃中能有效地降低熔融溫度且可抑制銀離子形成膠質(zhì)(GlastechBer.,64[8]199(1991)；Appl.Opt.,31[25]5221(1992)；J.Non-Cryst.Solids,11337(1989))。(在玻璃中，硼象鋁一樣是三價(jià)的)然而，玻璃中B2O3的濃度太高會(huì)導(dǎo)致玻璃的耐用性降低和銀離子的離子交換速度下降等問(wèn)題。因而，可混合到玻璃中的B2O3濃度是有限的。JP-A-4-219341中給出除了用B2O3以外，可以使用BeO、CaO、Ga2O3、La2O3、MgO、Nb2O3、Ta2O5、Yb2O3、ZnO和ZrO2作為成分以代替Al2O3，并可抑制銀離子形成膠質(zhì)。但是，其中沒(méi)有說(shuō)明這種替代是否能降低熔融溫度。如上所述，在相關(guān)的技術(shù)中沒(méi)有一種技術(shù)能成功地提供具有大徑向差異的折射率的徑向分布并具有完全滿意的性能的高質(zhì)量透鏡。發(fā)明簡(jiǎn)介本發(fā)明的一個(gè)目的是解決上述相關(guān)技術(shù)中存在的問(wèn)題，它提供一種高耐用的優(yōu)質(zhì)透鏡，該透鏡具有光學(xué)設(shè)計(jì)所需要的折射率徑向分布，并且具有滿意的質(zhì)量，即它由具有低熔融溫度和能滿足實(shí)際應(yīng)用中的離子交換速率并能使銀離子穩(wěn)定存在于玻璃中的一種玻璃成分制得。本發(fā)明提供一種通過(guò)對(duì)一種玻璃原材料進(jìn)行銀離子交換處理而在該玻璃原材料中形成一種具有徑向折射率分布的分級(jí)折射率透鏡，這種玻璃原材料是由含有以下組分的玻璃成分所構(gòu)成15＜Na2O3≤30mol％10＜Al2O3≤25mol％27.5≤SiO2≤55mol％3≤B2O3≤18mol％2.5≤MgO≤18mol％0≤Ta2O5≤5mol％0≤La2O3≤3mol％0≤BaO≤3mol％和0≤ZrO2≤3mol％即，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)把MgO加入到硅鋁硼酸鹽玻璃中，可以降低這種玻璃的熔融溫度而同時(shí)保持較高的耐用性，而且，銀離子可以以離子狀態(tài)穩(wěn)定地存在于玻璃中。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了一種具有必要的折射率的徑向分布的透鏡。已知，多價(jià)離子通常能大幅度地降低單價(jià)離子的擴(kuò)散速度。然而，已有報(bào)道表明，MgO和ZnO提供比較少地降低離子交換速度的多價(jià)離子(R.H.Doremus,“GlassScience2nd.ed.”,P.278,JohnWiley&amp;Sons)并且這些多價(jià)離子可以減少玻璃中的NBO(Appl.Opt.,31[25]5221(1992)。然而，本發(fā)明人所做的實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)把ZnO加入到一種硅鋁硼酸鹽玻璃中時(shí)，在該玻璃中會(huì)發(fā)生相分離。加入MgO完全不會(huì)導(dǎo)致這樣的相分離。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的目的可以通過(guò)在硅鋁硼酸鹽玻璃中加入MgO而作為一種玻璃組分以用作一種生產(chǎn)具有折射率徑向分布的透鏡的玻璃原材料。由此完成本發(fā)明。在本發(fā)明中，玻璃組分優(yōu)選是以下組分18≤Na2O≤30mol％15≤Al2O3≤25mol％30≤SiO2≤50mol％5≤B2O3≤18mol％3≤MgO≤15mol％0≤Ta2O5≤3mol％0≤La2O3≤3mol％0≤BaO≤3mol％和0≤ZrO2≤3mol％本發(fā)明中的玻璃組分更優(yōu)選的是以下組分20≤Na2O≤30mol％15≤Al2O3≤22.5mol％3O≤SiO2≤45mol％7≤B2O3≤15mol％5≤MgO≤12.5mol％0≤Ta2O5≤3mol％0≤La2O3≤3mol％0≤BaO≤3mol％和0≤ZrO2≤3mol％附圖簡(jiǎn)述圖1是表示光束通過(guò)一個(gè)分級(jí)折射率透鏡的示意圖；圖2說(shuō)明一種用以確定縱向球面像差的方法的示意圖；圖3是實(shí)施例1得到的分級(jí)折射率透鏡的折射率分布的圖示；圖4A和4B分別是實(shí)施例2和3得到的分級(jí)折射率透鏡的折射率分布的圖示；圖5A和5B分別是實(shí)施例4和5得到的分級(jí)折射率透鏡的折射率分布的圖示；圖6是實(shí)施例6得到的分級(jí)折射率透鏡的折射率分布的圖示；圖7是實(shí)施例1得到的分級(jí)折射率透鏡的縱向球面像差的圖示；圖8A和8B分別是實(shí)施例2和3得到的分級(jí)折射率透鏡的縱向球面像差的圖示；圖9A和9B分別是實(shí)施例4和5得到的分級(jí)折射率透鏡的縱向球面像差的圖示；圖10是實(shí)施例6得到的分級(jí)折射率透鏡的縱向球面像差的圖形表示。本發(fā)明的詳細(xì)描述以下將說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的模式。首先，給出關(guān)于本發(fā)明中所用的玻璃原材料的玻璃組分的一種解釋。如果玻璃組分中所含的MgO的濃度低于2.5mol％，則降低熔融溫度的效應(yīng)并由此提供的質(zhì)量的滿意度不夠。MgO的濃度超過(guò)18mol％是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@樣高濃度的MgO會(huì)導(dǎo)致玻璃中銀離子穩(wěn)定性很差。由此，MgO的濃度為2.5≤MgO≤18mol％，優(yōu)選的是3≤MgO≤15mol％，更好的是5≤MgO≤12.5mol％。被銀離子置換以形成折射率分布的最佳堿離子是鈉離子，它們與銀離子具有高的互擴(kuò)散系數(shù)，并能夠在一個(gè)短的離子交換時(shí)間內(nèi)置換銀離子。如果鈉離子的濃度為15mol％或更低，則不能得到需要的差異。如果其濃度超過(guò)30mol％，則玻璃降低了耐用性并且不適于實(shí)際應(yīng)用。因此，Na2O的濃度為15＜Na2O≤30mol％，優(yōu)選的是18≤Na2O≤30mol％，更好的是20≤Na2O≤30mol％。Al2O3是必要的組分，它是使銀離子穩(wěn)定存在于玻璃中所必需的。如上所述，從消除玻璃中的NBO的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，[Na]/[Al]最好是1。然而，在本發(fā)明中，甚至當(dāng)[Na]/[Al]不為1時(shí)，在玻璃中加入的B2O3和MgO也能使銀離子穩(wěn)定地存在于玻璃中。太高的Al2O3濃度會(huì)導(dǎo)致太高的熔融溫度，并因此難以生產(chǎn)質(zhì)量滿意的玻璃制品。所以，Al2O3的濃度為10＜Al2O3≤25mol％，優(yōu)選的是15≤Al2O3≤25mol％，更好的是15≤Al2O3≤22.5mol％。B2O3用于降低玻璃的熔融溫度以利于質(zhì)量滿意的玻璃制品的生產(chǎn)。B2O3還能有效地抑制離子交換時(shí)所引起的玻璃裂紋的產(chǎn)生。然而，如果B2O3的濃度低于3mol％，那么這些效果是不夠的。如果B2O3的濃度超過(guò)18mol％，則玻璃的耐用性降低，并且不適于實(shí)際應(yīng)用。因此，B2O3的濃度為3≤B2O3≤18mol％，優(yōu)選的是5≤B2O3≤18mol％，更好的是7≤B2O3≤15mol％。SiO2是形成玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的主要成分。如果SiO2的濃度低于27.5mol％，那么該玻璃的化學(xué)耐用性將大大降低。如果SiO2的濃度超過(guò)55mol％，不僅限制了有助于形成折射率分布的氧成分含量和別的氧成分含量，而且也使這種玻璃具有過(guò)高的熔融溫度，這使其難以獲得質(zhì)量滿意的玻璃制品。因此，SiO2的濃度為27.5≤SiO2≤55mol％，優(yōu)選的是30≤SiO2≤50mol％，更好的是30≤SiO2≤45mol％。本發(fā)明中可以加入Ta2O5，目的在于改進(jìn)母玻璃的折射率和折射率分布并由此增加透鏡設(shè)計(jì)的自由度。然而，玻璃中Ta2O5的濃度太高會(huì)引起銀離子與鈉離子之間置換的速度變低并在玻璃中發(fā)生相分離。所以，Ta2O5的濃度為5mol％或更低，最好是3mol％或更低。還可以以類似Ta2O5而加入La2O3和BaO，以改進(jìn)母玻璃的折射率和折射率分布。然而，La2O3和BaO有這樣的問(wèn)題，即這兩種成分在降低銀離子與鈉離子之間置換速度方面更有效，而且，La2O3和BaO的濃度太高會(huì)引起玻璃中的相分離。所以，La2O3的濃度和BaO的濃度分別為3mol％或更低。為了提高母玻璃的耐用性，本發(fā)明中可以加入ZrO2。然而，玻璃中ZrO2的濃度太高有這樣的問(wèn)題，即玻璃將具有太高的熔融溫度，同時(shí)銀離子與鈉離子之間置換的速度太低。因此，ZrO2的濃度最好為3mol％或更低。另外，只要其加入不負(fù)面地影響生產(chǎn)的這種具有折射率徑向分布的透鏡的性能，就可以加入Nb2O5、Sb2O3、WO3和Y2O3。這些成分的量在基于上述主要成分的總量，可以如下0≤Nb2O5≤3mol％，0≤Sb2O3≤1mol％，0≤WO3≤1mol％和0≤Y2O3≤1mol％。所得到的玻璃以耐用性評(píng)價(jià)(耐水性和耐酸性)。采用粉末方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，這種方法是日本光學(xué)玻璃工業(yè)學(xué)會(huì)所采用的一種標(biāo)準(zhǔn)方法。通過(guò)以下的方法來(lái)制作本發(fā)明的具有折射率徑向分布的透鏡。首先，由上述玻璃成分形成的圓柱形玻璃原材料進(jìn)行離子交換，例如把它浸入一種熔鹽中，通過(guò)銀離子置換玻璃中所含的全部堿離子。在這個(gè)處理過(guò)程中所采用的熔鹽的實(shí)例包括一種含有5-30mol％硝酸銀和95-70mol％硝酸鈉的熔鹽混合物以及一種含有50-100mol％氯化銀和0-50mol％氯化鋅和0-30mol％硫化銀的熔鹽混合物。然而，從腐蝕性來(lái)看，優(yōu)選采用含有硝酸銀的熔鹽混合物。適當(dāng)選擇處理的條件，對(duì)于含有硝酸銀的熔鹽混合物的溫度范圍是300-420°，對(duì)于含有氯化銀的熔鹽混合物的溫度范圍是450-550°，而且，處理過(guò)程的周期是3-30天。對(duì)所有堿離子都已被銀離子置換了的玻璃棒進(jìn)行離子交換，例如，通過(guò)把玻璃棒再浸入熔鹽中以在玻璃中形成銀離子濃度的分布，并由此形成折射率的拋物線狀的分布。用于這種處理過(guò)程的熔鹽實(shí)例包括硝酸鈉和氯化鈉。但是，從腐蝕性來(lái)看，優(yōu)先采用熔融硝酸鈉。對(duì)熔融硝酸鈉處理?xiàng)l件的適當(dāng)選擇是在溫度范圍350-500℃之間，處理過(guò)程的周期是1-20天。用光學(xué)特性即折射率分布和球面像差來(lái)評(píng)價(jià)所獲得的分級(jí)折射率透鏡。以下描述所采用的評(píng)價(jià)方法。具有折射率徑向分布的透鏡中的折射率分布可以用以下方程式表示n(r)2=n02·{1-(g·r)2+h4·(g·r)4+h6·(g·r)6+…}其中，r是離開(kāi)光軸的距離，n(r)是在距離光軸r處所測(cè)得的折射率，n0是在光軸處所測(cè)得的折射率，r0是透鏡有效部分的半徑，g是折射率分布的二次系數(shù)，和h4、h6……是四次、六次……折射率分布系數(shù)。用以下的方式通過(guò)對(duì)銀濃度分布的計(jì)算來(lái)粗略地確定所制得的透鏡的折射率分布。測(cè)量透鏡中心的折射率n0和透鏡邊緣部分的折射率，用X-射線微分析儀測(cè)定透鏡中銀濃度的徑向分布。根據(jù)折射率分布與銀的濃度分布成比例的假設(shè)，可以計(jì)算出透鏡中折射率的分布。如圖1所示，光束以平行于光軸的方式入射到棒形透鏡上，周期性地迂回通過(guò)透鏡。在近軸范圍，周期P的長(zhǎng)度由以下方程式?jīng)Q定P=2π/g當(dāng)棒形透鏡的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)到P/4時(shí)，入射到透鏡一端的平行束可以會(huì)聚到另一端。用以下方法確定所獲得的棒形透鏡(長(zhǎng)度為P/4)的縱向球面像差(見(jiàn)圖2)。(1)棒形透鏡的長(zhǎng)度取P/4。(2)在距離光軸h處用一束氦-氖激光光束(波長(zhǎng)為632.8nm)以平行于光軸方式照射在透鏡的一端。(3)分別從距離透鏡另一端L1和L2處測(cè)量激光光束中心和光軸之間的距離D1和D2。(4)從L1、L2、D1和D2來(lái)計(jì)算對(duì)于光束高度h的球面像差值SA。以下將參照實(shí)施例和對(duì)比例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不應(yīng)限制在以下實(shí)施例，除非偏離了本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。實(shí)施例1具有表1所示組分的玻璃材料在鉑坩堝中加熱到1450℃而熔融，然后澆鑄。用粉末方法來(lái)評(píng)價(jià)這玻璃的耐用性。結(jié)果，其耐水性和耐酸性分別為二級(jí)和三級(jí)。這些結(jié)果表明，在玻璃中加入MgO是改善而不是破壞耐用性。由所獲得的玻璃塊切割而得到直徑為25mm的玻璃棒。加熱和拉伸該玻璃棒，從而制得直徑為1mm的玻璃棒。將該玻璃棒浸入含有20mol％硝酸銀和80mol％硝酸鈉的400℃的熔鹽混合物中6天，以通過(guò)存在于該熔鹽中的銀離子置換玻璃中含有的鈉離子。該處理過(guò)程中的置換程度為98％。把這種玻璃浸入僅含有硝酸鈉的400℃的熔鹽中16小時(shí)進(jìn)行處理。這樣，便得到一個(gè)折射率徑向分布的透鏡。由上述方法來(lái)確定這種透鏡的折射率分布，并且，發(fā)現(xiàn)如圖3所示，它的折射率分布近于拋物線形。這種折射率的分布被認(rèn)為是適于作為具有折射率徑向分布的透鏡。表2中給出了這種透鏡的光學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果，其中n0和g的值是在波長(zhǎng)632.8nm處測(cè)定的，在圖7中，它表示縱向球面像差的測(cè)定結(jié)果。實(shí)施例2和3將含有的MgO濃度不同于表1(加入的MgO在實(shí)施例2中代替B2O3而在實(shí)施例3中代替Al2O3)所示的實(shí)施例1的相應(yīng)玻璃組分的玻璃材料分別在鉑坩堝中加熱到1450℃和1400℃熔融，然后澆鑄。用粉末方法來(lái)評(píng)價(jià)所得玻璃的耐用性。結(jié)果，每種玻璃的耐水性和耐酸性都是二級(jí)的。這樣，這些玻璃呈現(xiàn)更高的耐候性。直徑為25mm的玻璃棒是由所獲得的每種玻璃塊切割而得的。加熱和拉伸該玻璃棒，從而制得直徑為1mm的玻璃棒。將該玻璃棒浸入含有20mol％硝酸銀和80mol％硝酸鈉的360℃的熔鹽混合物中10天(實(shí)施例2)或11天(實(shí)施例3)，以通過(guò)存在于該熔鹽中的銀離子置換玻璃中所含的鈉離子。該處理過(guò)程中的置換程度為94％(實(shí)施例2)和95％(實(shí)施例3)。實(shí)施例2中把這種玻璃浸在僅含有硝酸鈉的400℃的熔鹽中處理17.5小時(shí)，實(shí)施例3中是把這種玻璃浸在僅含有硝酸鈉的380℃的熔鹽中處理22小時(shí)，這樣，便得到折射率徑向分布的透鏡。這樣所形成的折射率分布如實(shí)施例1所獲得的那樣近于拋物線形，如圖4A(實(shí)施例2)和4B(實(shí)施例3)所示。這種折射率的分布被認(rèn)為適于作為具有折射率徑向分布的透鏡。n0和g的值和縱向球面像差是以與實(shí)施例1同樣的方式測(cè)定的，并在表2和圖8A(實(shí)施例2)和8B(實(shí)施例3)中分別表示了結(jié)果。實(shí)施例4和5將含有的Na2O濃度不同于表1所示的實(shí)施例1的相應(yīng)玻璃組分的玻璃材料分別在鉑坩堝中加熱到1450℃(實(shí)施例4)和1425℃(實(shí)施例5)熔融，然后澆鑄。用粉末方法來(lái)評(píng)價(jià)所得玻璃的耐用性。結(jié)果，實(shí)施例4中所獲得的玻璃的耐水性和耐酸性都是二級(jí)的，實(shí)施例5中所獲得的玻璃的耐水性和耐酸性都是三級(jí)的。直徑為25mm的玻璃棒是由所獲得的每種玻璃切割而得的。加熱和拉伸該玻璃棒，從而制得直徑為1mm的玻璃棒。將該玻璃棒浸入含有20mol％硝酸銀和80mol％硝酸鈉的360。的熔鹽混合物中13天(實(shí)施例4)或10天(實(shí)施例5)，通過(guò)存在于該熔鹽中的銀離子置換玻璃中所含的鈉離子。該處理過(guò)程中的置換程度為91％(實(shí)施例4)和96％(實(shí)施例5)。實(shí)施例4中把這種玻璃浸在僅含有硝酸鈉的420℃的熔鹽中處理14小時(shí)，實(shí)施例5中是把這種玻璃浸在僅含有硝酸鈉的440℃的熔鹽中處理8.5小時(shí)，這樣，便得到折射率徑向分布的透鏡。這樣所形成的折射率分布象實(shí)施例1所獲得的那樣近于拋物線形，如圖5A(實(shí)施例4)和5B(實(shí)施例5)所示。n0和g的值和縱向球面像差分別示于表2和圖9A(實(shí)施例4)和9B(實(shí)施例5)中。實(shí)施例5中所獲得的透鏡具有比其它透鏡稍大的g值。實(shí)施例6具有不同于實(shí)施例1中的玻璃組分是在于它還含有Ta2O5作為折射率改良劑，如表1所示(加入Ta2O5以代替Al2O3)，將該玻璃材料在鉑坩堝中被加熱到1425℃熔融，然后澆鑄。得到的玻璃的折射率高于實(shí)施例10.02。用粉末方法來(lái)評(píng)價(jià)所得玻璃的耐用性。結(jié)果，該玻璃的耐水性和耐酸性分別為二級(jí)和三級(jí)。直徑為25mm的玻璃棒是由所獲得的玻璃塊切割而得的。加熱和拉伸該玻璃棒，從而制得直徑為1mm的玻璃棒。將該玻璃棒浸在含有20mol％硝酸銀和80mol％硝酸鈉的400℃的熔鹽混合物中9天，通過(guò)存在于該熔鹽中的銀離子置換玻璃中所含的鈉離子。該處理過(guò)程中的置換程度為93％。把這種玻璃浸在僅含有硝酸鈉的360℃的熔鹽中處理26小時(shí)，這樣，便得到具有折射率徑向分布的透鏡。這樣所形成的折射率分布象實(shí)施例1所獲得的那樣近于拋物線形，如圖6所示。這種折射率的分布被認(rèn)為是適于作為具有折射率徑向分布的透鏡。n0和g的值和縱向球面像差分別示於表2和圖10中。對(duì)比例1和2分別將具有表1所示組分的玻璃原材料在鉑坩堝中熔融，然后澆鑄。這種熔融物所需的溫度為1550℃(對(duì)比例1)和1525°(對(duì)比例2)，這比在實(shí)施例中所采用的熔融溫度高100-150℃。用粉末方法來(lái)評(píng)價(jià)所得玻璃的耐用性。結(jié)果，每種玻璃的耐水性和耐酸性都是三級(jí)，因此，這些玻璃表現(xiàn)出比實(shí)施例中所得的玻璃有較低的耐用性。表1表2<tablesid="table1"num="001"><table>n0g(1/mm)實(shí)施例11.63830.613實(shí)施例21.64030.628實(shí)施例31.64880.632實(shí)施例41.60130.562實(shí)施例51.66680.855實(shí)施例61.65830.568</table></tables>如上所述，根據(jù)本發(fā)明，有可能提供一種通過(guò)在一種硅鋁硼酸鹽玻璃中以給定比例加入MgO而得到具有折射率徑向分布的高質(zhì)量透鏡。這種透鏡具有光學(xué)設(shè)計(jì)所需要的折射率分布，并具有包括滿意耐用性在內(nèi)的高性能。由它制得透鏡的玻璃原材料具有低熔融溫度和足夠滿足實(shí)際應(yīng)用的離子交換速度，并能使銀離子穩(wěn)定存在于其中。如果充分說(shuō)明，在本申請(qǐng)中已提出要求享受它們的外國(guó)優(yōu)先權(quán)的每個(gè)外國(guó)專利申請(qǐng)的整個(gè)公開(kāi)文本已引入本文作為參考。權(quán)利要求1．一種通過(guò)對(duì)棒形玻璃原材料以銀離子進(jìn)行離子交換而在所述的棒材的徑向形成折射率分布而獲得的分級(jí)折射率透鏡，其中的玻璃原材料包含以下組分的玻璃成分15＜Na2O≤30mol％，10＜Al2O3≤25mol％，27.5≤SiO2≤55mol％，3≤B2O3≤18mol％，2.5≤MgO≤18mol％，0≤Ta2O5≤5mol％，0≤La2O3≤3mol％，0≤BaO≤3mol％和0≤ZrO2≤3mol％。2．如權(quán)利要求1所述的分級(jí)折射率透鏡，其中的玻璃成分包含以下組分18≤Na2O≤30mol％，15≤Al2O3≤25mol％，30≤SiO2≤50mol％，5≤B2O3≤18mol％，3≤MgO≤15mol％，0≤Ta2O5≤3mol％，0≤La2O3≤3mol％，0≤BaO≤3mol％和0≤ZrO2≤3mol％。3．如權(quán)利要求1所述的分級(jí)折射率透鏡，其中的玻璃成分包含以下組分20≤Na2O≤30mol％，15≤Al2O3≤22.5mol％，30≤SiO2≤45mol％，7≤B2O3≤15mol％，5≤MgO≤12.5mol％，0≤Ta2O5≤3mol％，0≤La2O3≤3mol％，0≤BaO≤3mol％和0≤ZrO2≤3mol％。4．如權(quán)利要求1所述的分級(jí)折射率透鏡，其中的玻璃成分還含有以下組分0≤Nb2O5≤3mol％，0≤Sb2O3≤1mol％，0≤WO3≤1mol％，和0≤Y2O3≤1mol％，這些組分的含量基于Na2O、Al2O3、SiO2、B2O3、MgO、Ta2O5、La2O3、BaO和ZrO2的總量為100mol％而計(jì)算。全文摘要一種分級(jí)折射率透鏡,是通過(guò)對(duì)棒形玻璃原材料以銀離子進(jìn)行離子交換處理而在所述的棒材的徑向形成折射率分布而獲得的,其中的玻璃原材料包含以下的玻璃成分:15<Na文檔編號(hào)C03C3/068GK1298842SQ00136848公開(kāi)日2001年6月13日申請(qǐng)日期2000年12月1日優(yōu)先權(quán)日1999年12月1日發(fā)明者山口淳,橘高重雄申請(qǐng)人:日本板硝子株式會(huì)社