DE3874615T2

DE3874615T2 - Optischer gegenstand mit brechungsindex und verfahren zu seiner herstellung.

Info

Publication number: DE3874615T2
Application number: DE8888304947T
Authority: DE
Inventors: Kohei Nakata; Takashi Serizawa; Seiichi Shingaki; Haruo Tomono
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2008-06-01
Also published as: JPS63301901A; EP0294152B1; DE3874615D1; US4971423A; EP0294152A3; EP0294152A2; JP2557388B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND ZUGEHÖRIGER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Bauelement vom Gradientenindex-Typ und einen Prozeß zur Herstellung dieses Bauelements auf der Grundlage eines Ionenaustauschprozesses, bei dem ein transparenter dielektrischer Körper in einem geschmolzenen Salz getränkt oder veranlaßt wird, mit einem geschmolzenen Salz in Berührung zu gelangen, welches ein Ion enthält, das einen Gradientenindex oder einen Brechungsindex-Gradienten schafft, damit ein Austausch zwischen dem Ion in dem geschmolzenen Salz und einem Ion in dem transparenten dielektrischen Körper veranlaßt wird, um so einen Gradientenindex in dem transparenten dielektrischen Körper zu bilden.
Ein Ionenaustauschprozeß der oben beschriebenen Art ist zur Herstellung eines optischen Bauelements vom Gradientenindex-Typ bekannt (JP-A-63 190 732). Wie in Figur 15 gezeigt ist, wird beispielsweise ein mit A&spplus; bezeichnetes Kation wie Li&spplus;, Tl&spplus; oder Cs&spplus; in einem geschmolzenen Salz 2, wie zum Beispiel Natriumnitrat oder Kaliumnitrat, getränkt, so daß das Ion (A&spplus;) in dem Glas ausgetauscht wird durch das Kation (B&spplus;) in dem geschmolzenen Salz, um eine Stablinse mit einer Brechungsindexverteilung zu erhalten, wie sie in Figur 16 dargestellt ist. Es ist ebenfalls bekannt, die Außenfläche der Stablinse aufzurauhen und darauf ein lichtabsorbierendes Material aufzubringen, welches einen höheren Brechungsindex als die Stablinse besitzt, um so die Streuung der Linse herabzusetzen (Tokko-Sho (JP-B) 50-37550, Tokkai-Sho (JP-A) 50-44844).
Im allgemeinen ist es jedoch schwierig, ein lichtabsorbierendes Material auf den Umfang einer Stablinse aufzubringen, um einen konstanten Außendurchmesser der Stablinse nach der Beschichtung zu erhalten. In einem Stablinsenfeld, welches ein Bündel paralleler Stablinsen umfaßt, müssen die jeweiligen Stablinsen gleichförmige optische Eigenschaft und Außendurchmesser besitzen, so daß eine Verringerung der Genauigkeit des Außendurchmessers beim Aufbringen eines lichtabsorbierenden Materials um die Stablinsen herum vermieden werden sollte und eine diesbezügliche Verbesserung gewünscht wurde.
Ferner ergibt sich in dem Fall, daß ein Li&spplus; enthaltender Glasstab einem Ionenaustausch in geschmolzenem Natriumnitrat zur Herstellung einer Stablinse nach dem Ionenaustauschprozeß ausgesetzt wird, ein Problem insofern, als der Umfangsabschnitt einer Linse einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten erhält, wie in Figur 17 gezeigt ist. Ein Stab mit einer solchen Verteilung des Wärmeausdehnungskoeffizienten neigt zur Brüchigkeit bei Beanspruchung, so daß während seines Einsatzes häufig die Entstehung von Rissen oder ein Bruch auftritt. Weiter wird dann, wenn der Umfang einer Stablinse mit einem lichtabsorbierenden Material überzogen ist, welches einen höheren Brechungsindex als die Stablinse besitzt, um Streuung zu vermeiden, eine Brechungsindexverteilung, wie sie in Figur 18 dargestellt ist, erreicht, so daß ein weiteres Problem entsteht, nämlich eine Zunahme der Fresnel-Reflexion an der Grenze zwischen der Stablinse und dem lichtabsorbierenden Material.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Bauelement vom Gradientenindex-Typ zu schaffen, welches einen lichtabsorbierenden Oberflächenabschnitt aufweist und dennoch eine hohe Abmessungsgenauigkeit besitzt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Bauelements vom Gradientenindex-Typ mit einem lichtabsorbierenden Oberflächenabschnitt, welches dennoch frei von Rißbildungen in dem lichtabsorbierenden Abschnitt ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Bauelements vom Gradientenindex-Typ, das einen transparenten Kern und einen lichtabsorbierenden Oberflächenabschnitt besitzt, das geringe Reflexion an der Grenze zwischen dem transparenten Kern und dem lichtabsorbierenden Oberflächenabschnitt verursacht und frei von Streuung ist.
Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum effektiven Herstellen eines optischen Bauelements vom Gradientenindex-Typ der oben beschriebenen Art anzugeben.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein optisches Bauelement vom Gradientenindex-Typ anzugeben, welches eine dreidimensional variierende Form des lichtabsorbierenden Abschnitts enthält, der eine Färbungskomponente aufweist, und einen Prozeß zur Herstellung des Bauelements anzugeben.
Erfindungsgemäß wird ein durch den Ionenaustauschprozeß erzeugtes optisches Bauelement vom Gradientenindex-Typ geschaffen, welches umfaßt:
einen transparenten dielektrischen Körper, der ein durch Ionenaustausch eingeführtes Ion enthält und einen variierenden Brechungsindex aufweist, und
einen lichtabsorbierenden Abschnitt, der an mindestens einem Teil der Oberfläche des transparenten dielektrischen Körpers angeordnet ist und das Austauschion sowie eine Färbungskomponente enthält.
Gemäß eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Prozeß zum Herstellen eines optischen Bauelements vom Gradientenindex-Typ nach dem Ionenaustauschprozeß geschaffen, welcher aufweist:
Bereitstellen eines ein auszutauschendes Ion enthaltenden transparenten dielektrischen Körpers mit einem lichtabsorbierenden Abschnitt, der ein auszutauschendes Ion und eine Färbungskomponente in zumindest einem Teil der Oberfläche des transparenten dielektrischen Körpers enthält, und
Veranlassen, daß das transparente Dielektrikum in einem geschmolzenen Salz getränkt oder in Berührung mit einem geschmolzenen Salz gebracht wird, welches ein Ion enthält, das eine Brechungsindexverteilung aufweist, um dadurch einen Ionenaustausch durch den lichtabsorbierenden Abschnitt hindurch zu bewirken.
Das optische Bauelement vom Gradientenindex-Typ wird dadurch gebildet, daß ein Teil des optischen Bauelements mit einem lichtabsorbierenden Abschnitt einem Ionenaustausch unterzogen wird. Demzufolge ist es nicht notwendig, einen lichtabsorbierenden Abschnitt zu bilden, nachdem das optische Bauelement vom Gradientenindex-Typ gefertigt wurde. Aus diesem Grund ist das optische Bauelement frei von einer Verringerung der Abmessungsgenauigkeit, verursacht durch das Aufbringen eines lichtabsorbierenden Materials nach der Fertigung eines optischen Bauelements vom Gradientenindex-Typ. Weiterhin wurde der lichtabsorbierende Abschnitt in dem optischen Bauelement vom Gradientenindex-Typ mittels Ionenaustausch erhalten, ähnlich wie der transparente dielektrische Kernabschnitt, und besteht aus einem ähnlichen Material wie der transparente dielektrische Abschnitt. Demzufolge ist es einfach, den Brechungsindex des lichtabsorbierenden Abschnitts und den Brechungsindex des transparenten dielektrischen Abschnitts in der Nachbarschaft der Grenze zwischen beiden Abschnitten in etwa auszugleichen, so daß die Reflexion an der Grenze minimiert werden kann. Selbst für den Fall, daß der transparente dielektrische Abschnitt und der lichtabsorbierende Abschnitt sich aus verschiedenen Materialtypen zusammensetzen, lassen sich die Brechungsindizes beider Abschnitte in der Nachbarschaft der Grenze zwischen ihnen durch geeignete Materialauswahl ausgleichen.
Weiterhin ist es durch geeignete Auswahl des Materials für den lichtabsorbierenden Abschnitt möglich, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des lichtabsorbierenden Abschnitts im wesentlichen gleich oder kleiner zu machen als denjenigen des transparenten dielektrischen Abschnitts in der Nachbarschaft der Grenze zwischen beiden Abschnitten. Wenn das optische Bauelement des Gradientenindex-Typs durch Abkühlung nach dem Ionenaustausch ausgebildet wird, so kann durch diese Maßnahmen der Kern des Bauelements selbst in Richtung auf die Mitte schrumpfen, so daß eine in Richtung auf die Mitte wirkende Spannung auftritt, wodurch das resultierende optische Bauelement vom Gradientenindex-Typ mit verbesserter mechanischer Festigkeit geschaffen wird.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher unter Berücksichtigung der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines Wärmestreck-Schritts im Beispiel 1;
Figur 2 ist eine Schnittansicht eines Doppelwandtiegels gemäß einer Modifizierung des Beispiels 1;
Figur 3 ist eine Schnittansicht einer Doppelstablinse gemäß Beispiel 1;
Figur 4 ist eine graphische Darstellung, die die Brechungsindexverteilung der Stablinse gemäß Beispiel 1 veranschaulicht;
Figur 5 ist eine graphische Darstellung, die die Verteilung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Stablinse gemäß Beispiel 1 zeigt;
Figur 6 ist eine Schnittansicht einer Dreifachstablinse gemäß Beispiel 3;
Figur 7 ist eine Schnittansicht, die eine Ausgestaltung von Dreifachstablinsen gemäß Beispiel 3 zeigt;
Figur 8 ist eine Schnittansicht einer einteiligen Linsenanordnung gemäß Beispiel 3;
Figur 9 ist eine Schnittansicht einer Stablinse mit lichtabsorbierenden Abschnitten gemäß Beispiel 4;
Figur 10 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung von Stablinsen gemäß Beispiel 4 zeigt;
Figur 11 ist eine schematische Ansicht einer Stablinse mit konischem Kern gemäß Beispiel 5;
Figur 12 ist eine schematische Ansicht, die einen Glaskörper mit einem keilförmigen lichtabsorbierenden Abschnitt gemäß Beispiel 6 zeigt;
Figur 13 ist eine Schnittansicht einer axialen Linse, die man durch eine Teiländerung der Transmittanz des Beispiels 6 erhält;
Figur 14 ist eine axiale Linse mit sektorförmigen lichtabsorbierenden Abschnitten gemäß einer Modifizierung des Beispiels 6;
Figur 15 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Prinzips des Ionenaustauschs;
Figur 16 ist eine graphische Darstellung der Brechungsindexverteilung einer Stablinse des Standes der Technik;
Figur 17 ist eine graphische Darstellung der Verteilung des Wärmeausdehnungskoeffizienten einer Stablinse des Standes der Technik; und
Figur 18 ist eine graphische Darstellung einer Brechungsindexverteilung einer zum Stand der Technik gehörigen Stablinse, die mit einem lichtabsorbierenden Material überzogen ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete transparente dielektrische Körper enthält ein transparentes dielektrisches Material, welches ein Ion für den Ionenaustausch enthält, das heißt ein (ionen-)austauschbares Ion. Beispiele für dieses Material können optisches Glas und Kristalle enthalten, wie beispielsweise LiNbO&sub3; und LiTaO&sub5;, es können verschiedene Arten von Gläsern in geeigneter Weise allgemein benutzt werden. Der lichtabsorbierende Abschnitt des in Berührung mit der Oberfläche des transparenten dielektrischen Körpers befindlichen Materials enthält ein austauschbares Ion und eine Färbungskomponente, und die Ionenaustausch-Reaktion wird durch diesen Abschnitt hindurch bewirkt, um eine Brechungsindexverteilung in dem transparenten dielektrischen Körper zu erhalten. Das austauschbare Ion kann vorzugsweise ein Kation sein, beispielsweise Li&spplus;, Na&spplus;, K&spplus;, Rb&spplus;, Cs&spplus;, Tl&spplus; oder Ag&spplus;. Das geschmolzene Salz enthält ebenfalls ein austauschbares Ion, welches sich von dem austauschbaren Ion in dem transparenten dielektrischen Körper unterscheidet, vorzugsweise jedoch aus derselben Gruppe von Kationen, wie sie oben angegeben wurde, ausgewählt wird. Das austauschbare Ion in dem geschmolzenen Salz kann insbesondere vorzugsweise Natrium oder Kalium sein.
Das austauschbare Ion, das in dem lichtabsorbierenden Abschnitt enthalten ist, und das austauschbare Ion in dem transparenten dielektrischen Körper können entweder gleich oder verschieden sein. Das in dem lichtabsorbierenden Abschnitt enthaltene austauschbare Ion kann ebenfalls das gleiche wie das austauschbare Ion in dem geschmolzenen Salz sein.
Der lichtabsorbierende Abschnitt besitzt eine Lichtabsorptions- Funktion und hat die Aufgabe, Streulicht zu verringern.
Genauer gesagt, der lichtabsorbierende Abschnitt kann sich aus einer oder mehrerer Arten von Glas zusammensetzen, welche ein Metallion enthalten, zum Beispiel dasjenige von Mn, Cr, Co, Ni, Fe, Cu, Ag, Ti, Pb, Ru, Cd, V oder Mo als Färbungskomponente.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Prozeß können in einfacher Weise verschiedene optische Bauelemente vom Gradientenindex-Typ erhalten werden, die dreidimensional variierende lichtabsorbierende Abschnitte enthalten.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Figuren 1 und 3 veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung. Speziell zeigt Figur 3 eine Stablinse mit einer lichtabsorbierenden Schicht, und Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des Prozesses zum Herstellen der Linse.
Gemäß Figur 1 ist ein zylindrisches, lichtabsorbierendes Glas 4, welches ein austauschbares Ion und eine Färbungskomponente enthält, so angeordnet, daß es stabförmiges Kernglas 3 umgibt, und beide Teile werden von einem elektrischen Ofen 5 erwärmt und durch Ziehrollen 6 abgezogen, um durch Verschmelzung des Kernglases 3 und des lichtabsorbierenden Glases 4 einen Doppelglasstab 7 zu erhalten. Der Doppelglasstab wird auf geeignete Länge geschnitten und in einem geschmolzenen Salz getränkt, welches ein austauschbares Ion enthält, um dadurch einen Ionenaustausch zwischen dem austauschbaren Ion in dem Doppelglasstab und dem austauschbaren Ion in dem geschmolzenen Salz zu bewirken. Nach dem Ionenaustausch wird der Doppelstab zu einer Stablinse geformt, die einen transparenten Kern 8 und eine den Kern 8 umgebende, lichtabsorbierende Schicht 9 enthält, wie in Figur 3 gezeigt ist.
Die nach dem erfindungsgemäßen Prozeß durch Verschmelzung eines transparenten dielektrischen Körpers und eines lichtabsorbierenden Elements hergestellte Stablinse vom Gradientenindex-Typ wird mit einer Brechungsindexverteilung ausgestattet, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, und mit einer Verteilung des Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgestattet, wie sie in Figur 5 gezeigt ist.
Beispielsweise ist es möglich, eine Stablinse mit einer Brechungsindexverteilung zu erhalten, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, wobei der Brechungsindex im wesentlichen kontinuierlich von der Mitte des transparenten Kerns aus in Richtung auf den Umfang abnimmt und an der Grenze zwischen dem transparenten Kern und dem lichtabsorbierenden Abschnitt im wesentlichen denselben Wert aufweist (zum Beispiel einen Brechungsindex-Unterschied von 0,001 oder weniger), indem die Mengen der austauschbaren Ionen oder die Menge der Färbungskomponente in dem transparenten dielektrischen Körper und dem lichtabsorbierenden Element gesteuert werden. Die so erhaltene Brechungsindexverteilung gemäß Figur 4 unterscheidet sich deutlich von derjenigen, die in Figur 18 gezeigt ist, und die durch den herkömmlichen Prozeß des Aufbringens eines lichtabsorbierenden Materials erhalten wird. Beispielsweise kann der Brechungsindex des lichtabsorbierenden Abschnitts gesenkt werden durch (1) Verringern von Li&sub2;O und statt dessen Erhöhen von Na&sub2;O oder (2) Verringern von PbO, TiO&sub2; oder ZrO&sub2; im Vergleich zum Inhalt der Glaszusammensetzung, die den transparenten Kern bildet.
Es ist ferner möglich, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des äußeren lichtabsorbierenden Abschnitts so einzustellen, daß er im wesentlichen gleich oder kleiner ist als derjenige an der Grenze zwischen dem transparenten Kern und dem lichtabsorbierenden Abschnitt, wie in Figur 5 gezeigt ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des lichtabsorbierenden Abschnitts kann beispielsweise gesenkt werden durch (1) Erhöhen B&sub2;O&sub3; oder Al&sub2;O&sub3; oder (2) Erhöhen von SiO&sub2; gegenüber demjenigen des transparenten Kerns.
Die derartige Verteilungsmuster des Brechungsindex und des Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisende Stablinse zeigt optische Eigenschaften und Festigkeiten, die wesentlich besser sind als diejenigen bei herkömmlichen Stablinsen. Demzufolge ist es möglich, die Schritte der Oberflächenaufrauhung zum Vermeiden von Streuungen und der Aufbringung eines lichtabsorbierenden Materials nach dem Ionenaustausch fortzulassen. Ferner wird die Genauigkeit des Außendurchmessers der Stablinse bei dem Schmelzschritt des transparenten Kerns und des lichtabsorbierenden Elements gemäß der Erfindung auf einem gewissen Wert gewährleistet, so daß man mühelos einen Wert der Außendurchmesser-Genauigkeit erhält, der speziell für die Herstellung eines Linsenfeldes erforderlich ist.
Die Verschmelzung eines transparenten dielektrischen Körpers und eines lichtabsorbierenden Materials kann außerdem in der in Figur 2 dargestellten Weise erfolgen, wonach die jeweiligen Stoffe in einem Doppelwandtiegel 18 durch Wärme geschmolzen werden, so daß ein transparentes dielektrisches Material 8a in einem Innentiegel erschmolzen wird, ein lichtabsorbierendes Material 9a, welches ein Austaschion und eine Färbungskomponente enthält, erschmolzen wird und beide Stoffe über untere Düsen und Ziehrollen 6 abgezogen werden, um eine einstückig verschmolzene Struktur beider Stoffe zu erhalten.
Wenn weiterhin die Formen des transparenten dielektrischen Körpers und des lichtabsorbierenden Abschnitts es gestatten, kann man Glaspulver, welches eine Färbungskomponente enthält, auf den Kern sprühen, um eine Heißverschmelzung zu bewirken, oder man kann einen transparenten dielektrischen Körper eines Glasrohlings verwenden, welcher Ag&spplus;-Ionen oder Pb&spplus;&spplus;-Ionen enthält, um dessen Fläche mittels Wasserstoff zu reduzieren und Ag oder Pb auszufällen und so eine integrale lichtabsorbierende Schicht zu bilden.
Figuren 11, 13 und 14 zeigen eine Gradientenindex-Linse mit einer speziellen Form eines lichtabsorbierenden Abschnitts, der eine Färbungskomponente enthält und einem Ionenaustausch unterzogen wurde.
Im folgenden wird die Erfindung spezieller anhand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Wie in Figur 1 gezeigt ist, wurde ein Glaskern 3 mit einem Durchmesser von 30 mm aus Borsilikatglas folgender Zusammensetzung, die 20 Mol.-% SiO&sub2; enthielt, geschaffen. Kernglas-Zusammensetzung (Mol.-%)
Um das Kernglas 3 herum wurde ein hohlzylindrisches, lichtabsorbierendes Glas 4 mit einer Dicke von 0,7 mm angeordnet, welches ein Borsilikatglas der folgenden Zusammensetzung mit 5 Mol.-% MnO als Färbungskomponente enthielt. Zusammensetzung des lichtabsorbierenden Glases (Mol.-%)
Das Kernglas 3 und das lichtabsorbierende Glas 4 wurden relativ zueinander fixiert, in einem Elektroofen 5 auf 650º C erwärmt und mittels Ziehrollen 6 gestreckt, um einen Doppelglasstab 7 mit einem Durchmesser von 1 mm (Kerndurchmesser = 0,955 mm, Dicke der lichtabsorbierenden Schicht = 0,022 mm) zu erhalten, bei dem das Kernglas und das lichtabsorbierende Glas durch Verschmelzung vereinigt waren.
Der Glasstab wurde zu einer Länge von 1 m geschnitten und in ein Schmelzbad aus Natriumnitrat gezogene, um einen Ionenaustausch zwischen dem Li&spplus;-Ion in dem Glasstab und dem Na&spplus;-Ion in dem geschmolzenen Salz zu bewirken. Nach dem Ionenaustausch enthielt der Glasstab einen transparenten Kern 8 mit einer Brechungsindexverteilung und einer lichtabsorbierenden Schicht 9. Die Brechungsindexverteilung und die Verteilung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases nach dem Ionenaustausch sind in Figur 4 bzw. Figur 5 dargestellt. Der Brechungsindex war an der Grenze des transparenten Kerns und der lichtabsorbierenden Schicht identisch und nahm im wesentlichen kontinuierlich ab. Der Wärmeausdehnungskoeffizient war in der lichtabsorbierenden Schicht im Vergleich zu demjenigen des transparenten Kerns an der Grenze gleich oder sogar kleiner.
Genauer gesagt: Die Brechungsindizes des Glasstabes an den jeweiligen Teilen mit verschiedenen radialen Abständen hatten die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Werte. Brechungsindex nd radialer Abstand (mm)
Andererseits hatten die Wärmeausdehnungskoeffizienten in radialer Richtung des Glasstabes die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Werte. Wäremeausdehnungskoeffizient α radialer Abstand (mm)
Der so erhaltene Glasstab zeigte eine gute Wirkung der Beseitigung der Streuung und eine verbesserte Festigkeit aufgrund einer mäßigen, durch die lichtabsorbierende Schicht aufgebrachten Dichtkraft.

Beispiel 2

Es wurde eine Stablinse in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, indem ein Stabglas und ein lichtabsorbierendes Glas mit folgenden Zusammensetzungen verwendet wurden. Kernglaszusammensetzung (Mol.-%)
Die Zusammensetzung des lichtabsorbierenden Glases wurde erhalten, indem drei Mol CoO bis 100 Mol der Kernglaszusammensetzung hinzugefügt wurden.
Die Brechungsindizes (nd) und die Wärmeausdehnungskoeffizienten (α) der Stablinse, gemessen entlang dem radialen Abstand von der Mitte aus, hatten die unten gezeigten Werte. radialer Abstand (mm)

Beispiel 3

Es wurde eine Dreifachstablinse 11, wie sie in Figur 6 gezeigt ist, hergestellt, indem die gemäß Beispiel 1 hergestellte Stablinse, die den transparenten Kern 8 und die lichtabsorbierende Schicht 9 enthält, mit einer zweiten lichtabsorbierenden Schicht 10 aus einer Glaszusammensetzung überzogen wurde, die gebildet wurde durch Hinzufügen einer geringen Menge B&sub2;O&sub3; als Erweichungspunkt- Senkungskomponente zu der Zusammensetzung des lichtabsorbierenden Glases (Erweichungspunkt = 600º C) für die erste lichtabsorbierende Schicht 9, um einen Erweichungspunkt von 590º C zu erhalten. Mehrere auf diese Weise gebildete Dreifachstablinsen wurden gemäß Figur 7 angeordnet und unter Druck auf eine Temperatur des Erweichungspunkts des zweiten lichtabsorbierenden Glases 10 erwärmt.
Als Ergebnis wurde die zweite lichtabsorbierende Schicht 10, die einen niedrigeren Erweichungspunkt besaß, aufgeweicht, um die Lücken unter den Doppelglasstäben zu füllen, die einen transparenten Kern 8 und eine lichtabsorbierende Schicht 9 enthielten, um so ein lückenfüllendes, lichtabsorbierendes Material zu bilden. Als Ergebnis bildete das sich ergebende integrale Linsenfeld eine Linsenanordnung aus Vollglas, die eine spürbar verbesserte Durabilität besaß. Da weiterhin die Außendurchmessergenauigkeit der Einheitsstablinsen gut war, zeigte das Linsenfeld gute optische Eigenschaften.

Beispiel 4

Um einen transparenten Glaskern mit einem Durchmesser von 30 mm wurden an sechs Stellen, die den Umfang in sechs gleiche Teile unterteilten, dünne Stangen mit einem Durchmesser von 1 mm aus lichtabsorbierendem Glas, welches als austauschbares Ion Li enthielt, angeordnet. Die Struktur wurde erwärmt und in ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 gestreckt, um eine Stablinse zu erhalten, wie sie in Figur 9 gezeigt ist, und die einen transparenten Kern 8 und lokale lichtabsorbierende Abschnitte 13 enthält, die in Teilen des Umfangs des Kerns eingebettet sind. Mehrere derartig hergestellte Stablinsen wurden so angeordnet, daß sie einander an ihren lichtabsorbierenden Abschnitten berührten, und sie wurden mit einem Klebstoff aneinander befestigt, um ein Linsenfeld zu erhalten, wie es in Figur 10 gezeigt ist. Ein solches Linsenfeld zeigt einen bevorzugt verstärkten Lichtabsorptionseffekt an Kontaktabschnitten zwischen Stablinsen, wo sich ein besonders effektiver Streulicht-Verhinderungseffekt zeigt, so daß es zweckmäßigerweise zur Bildübertragung verwendet wird.

Beispiel 5

Gemäß Figur 11 wurden ein transparenter konischer Glaskern 8, der als austauschbares Ion Li enthielt, und ein lichtabsorbierendes Element 14, welches als austauschbares Ion Li und als Färbungskomponenten Co und Mn enthielt, durch Führen jeweils hergestellt und zusammengefügt, woran sich zum Vereinigen eine Wärmeschmelzung anschloß. Der vereinigte Körper wurde über das lichtabsorbierende Element in einem geschmolzenen Salz aus NaNO&sub3; einem Ionenaustausch unterzogen, wodurch eine Stablinse mit einheitlicher konischer Form und dennoch einer äußeren zylindrischen Gestalt zur einfachen Handhabung erhalten wurde. Eine derartige Linse zeigt eine Brechungsindexverteilung und eine Verteilung des Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie sie in Figur 4 bzw. Figur 5 dargestellt ist, und sie eignet sich zur Photokopplung.

Beispiel 6

Gemäß Figur 12 wurde eine transparente flache Glasplatte 15 mit der gleichen Zusammensetzung wie das Kernglas in Beispiel 1 sowie ein keilförmiges lichtabsorbierendes Element 16, welches Li als austauschbares Ion und Co als Färbungskomponente enthielt, durch Schleifen vorbereitet und mittels Wärmeschmelzung zusammengefügt. Der integrierte Körper wurde durch das lichtabsorbierende Element 16 in geschmolzenem Salz aus NaNO&sub3; einem Ionenaustausch unterzogen. Nach dem Ionenaustausch wurde das transparente Element 15 durch Schleifen mit einer sphärischen Seite versehen, um eine axiale Linse 17 mit lokal variierender Transmittanz zu erhalten. Weiter wurde gemäß Figur 14 ein dünnes, sektorförmiges lichtabsorbierendes Element 19 anstelle des obigen keilförmigen lichtabsorbierenden Elements 16 durch Wärmeverschmelzung auf ein transparentes Glaselement aufgebracht, wodurch eine axiale Linse mit lokal unterschiedlicher Transmittanz erhalten wurde. Diese axialen Linsen eignen sich zum optischen Schalten.

Claims

1. Unter Verwendung einer Ionenaustauschquelle mittels Ionenaustauschprozeß hergestelltes optisches Bauelement vom Gradientenindex-Typ, umfassend:

- einen transparenten dielektrischen Körper, der ein Austauschion enthält und einen variierenden Brechungsindex aufweist, und

- einen lichtabsorbierenden Abschnitt, der zumindest an einem Teil der Oberfläche des transparenten dielektrischen Körpers angeordnet ist und das Austauschion und eine Färbungskomponente enthält;

wobei das in dem transparenten dielektrischen Körper enthaltene Austauschion aus der Ionenaustauschquelle mittels Ionenaustausch durch den lichtabsorbierenden Abschnitt hindurch eingeführt ist.

2. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem der lichtabsorbierende Abschnitt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der im wesentlichen gleich oder kleiner als derjenige des transparenten dielektrischen Körpers in der Nähe der Grenze zu dem lichtabsorbierenden Abschnitt ist.

3. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem der lichtabsorbierende Abschnitt und der transparente dielektrische Körper in der Nähe der Grenze zwischen ihnen im wesentlichen gleiche Brechungsindizes besitzen.

4. Optisches Bauelement nach Anspruch 3, bei dem der lichtabsorbierende Abschnitt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der in der Nähe der Grenze bezüglich des lichtabsorbierenden Abschnitts im wesentlichen gleich oder kleiner als derjenige des transparenten dielektrischen Körpers ist.

5. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem der transparente dielektrische Körper mindestens ein auszutauschendes Ion aufweist, welches aus der Gruppe Li&spplus;, Na&spplus;, K&spplus;, Rb&spplus;, Cs&spplus;, Tl&spplus; und Ag&spplus; ausgewählt.

6. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem der transparente dielektrische Körper und der lichtabsorbierende Abschnitt die gleichen Spezies von auszutauschenden Ionen enthalten.

7. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem der transparente dielektrische Körper und der lichtabsorbierende Abschnitt unterschiedliche Spezies von auszutauschenden Ionen enthalten.

8. Optisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Färbungskomponente mindestens eine Spezies ist, die aus der Gruppe Mn, Cr, Co, Ni, Fe, Cu, Ag, Ti, Pb, Ru, Cd, V und Mo ausgewählt ist.

9. Verfahren zum Herstellen eines optischen Bauelements vom Gradientenindex-Typ entsprechend dem Ionenaustauschprozeß, umfassend:

- Schaffen eines transparenten, ein auszutauschendes Ion enthaltenden dielektrischen Körpers mit einem lichtabsorbierenden Abschnitt, der ein auszutauschendes Ion und eine Färbungskomponente zumindest in einem Teil der Oberfläche des transparenten dielektrischen Körpers enthält, und

- Veranlassen, daß das transparente Dielektrikum in einem geschmolzenen Salz getränkt oder in Berührung mit einem geschmolzenen Salz gebracht wird, welches ein Austauschion enthält, welches einen variierenden Brechungsindex erzeugt, um so einen Ionenaustausch durch den lichtabsorbierenden Abschnitt hindurch zu bewirken.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das auszutauschende Ion mindestens ein Kation ist, welches aus der Gruppe Li&spplus;, Na&spplus;, K&spplus;, Rb&spplus;, Cs&spplus;, Tl&spplus; und Ag&spplus; ausgewählt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der transparente dielektrische Körper und der lichtabsorbierende Abschnitt dieselbe Spezies von auszutauschenden Ionen enthalten.

12. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der transparente dielektrische Körper und der lichtabsorbierende Abschnitt unterschiedliche Spezies von auszutauschenden Ionen enthalten.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Färbungskomponente mindestens eine Spezies ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe Mn, Cr, Co, Ni, Fe, Cu, Ag, Ti, Pb, Ru, Cd, V und Mo.