玻璃光学元件及其生产方法技术

本发明专利技术提供一种含有碱金属氧化物和碱土金属氧化物的玻璃光学元件，其包括在玻璃光学元件的暴露表面上或暴露表面附近的含有氟化物离子或氟化合物的端部。通过使表面与氢氟酸接触形成含有氟化物离子或氟化合物的端部。将作为本发明专利技术的玻璃光学元件的多个渐变型折射率棒形透镜排列，以此制造棒形透镜阵列。通过上述处理可以改善光学元件或透镜阵列的耐候性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括玻璃构成元件的光学器件，具体来说涉及用于改善玻璃器件的耐候性的技术。
技术介绍
含有碱金属的玻璃会产生下述现象由于碱金属离子的扩散运动而使碱金属沉积在其表面上。沉积的碱金属可能形成盐粘附在玻璃表面上，或者碱金属组分可能溶出玻璃表面，玻璃的表面结构可能发生变化。在高温高湿度环境中(例如在温度为80℃和湿度为90％RH的环境中)这种现象更为明显，这可能是在光学领域中玻璃的耐候性劣化的一个因素。为了防止这一现象和改善玻璃的耐候性，已知的主要有下面三种技术(1)热处理这是对玻璃的表面进行改性，包括在150℃或更高温度下加热玻璃，预先释放碱性和其他单价离子(例如参见JP-A 58-2243)。(2)离子交换处理这是对玻璃的表面进行改性，包括将玻璃浸渍在含有金属离子的熔融盐中，从而用即使在高温下也不易于释放的金属离子交换玻璃中易于释放的金属离子，这样可以赋予玻璃以金属离子释放阻力(例如参见JP-A 58-2243和JP-A 60-260445)。(3)化学处理这是对玻璃的表面进行改性，包括使玻璃与温水或酸水溶液接触，从而释放存在于玻璃表面附近的碱金属离子(例如参见JP-A11-171599)。本申请的专利技术人进行的玻璃透镜的耐候性的试验显示在高温高湿度环境中，二价碱土金属离子也可以沉积。但是，通过热处理难以释放二价碱土金属离子。进行离子交换处理时，玻璃部件可能开裂或变形或受损。化学处理也有问题，即玻璃部件在化学处理过程中可能开裂。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题而完成，其目的是提供一种具有良好的耐候性的玻璃光学元件，其中，能够防止碱金属和碱土金属从玻璃中释放。本专利技术的另一个目的是提供一种生产这种玻璃光学元件的方法，其中，能够防止碱金属和碱土金属从玻璃中释放。本专利技术的玻璃光学元件含有至少一种碱金属氧化物和至少一种碱土金属氧化物。在玻璃光学元件中，在玻璃光学元件的暴露于空气的暴露表面上或暴露表面附近设置含有氟化物离子或氟化合物的端部，以防止碱金属离子或碱土金属离子从暴露表面中释放。含有氟化物离子或氟化合物的端部可以在光学元件中形成保护层。保护层防止碱金属和碱土金属离子从玻璃中释放，因此，本专利技术的玻璃光学元件具有很高的耐候性。当玻璃光学元件是透镜，特别是渐变型折射率棒形透镜时，并且当在透镜表面上形成保护层时，保护层很有效。因此，本专利技术提供一种具有良好耐候性的透镜。顺便提及，术语“层”指的是玻璃中的一个区域，与其他区域相比，该区域具有不同的性质或含有特殊的材料。本专利技术还提供一种棒形透镜阵列，其包括多个棒形透镜，每一个都有具有预定长度的中心轴和具有预定直径的端面；和一对框架，二者之间放置棒形透镜；其中，棒形透镜的排列使棒形透镜的端面在共有平面上，使棒形透镜的中心轴相互平行，和每一个棒形透镜的端面上设置含有氟化物离子或氟化合物的端部，所述端部在玻璃光学元件的暴露在空气中的暴露表面上或暴露表面附近。因此，本专利技术提供一种具有良好耐候性的渐变型折射率棒形透镜阵列。具体来说，在透镜阵列中，构件透镜的端面需要排列在共有表面中，以为透镜阵列提供光学功能。因此，该表面通常需要暴露在透镜阵列的通用领域中，如成像装置和读像装置中。在透镜阵列的表面上单独提供保护膜等通常很困难。在这样的透镜阵列中，碱金属组分可以溶出在构件透镜的玻璃表面上，导致透镜的光学性能受损。相反，在本专利技术的棒形透镜阵列中，因为在每一个构件透镜中进行了防止碱金属组分从玻璃表面释放的处理，所以能够实现良好的耐候性。本专利技术的方法用于生产这样的含有至少一种碱金属氧化物和至少一种碱土金属氧化物的玻璃光学元件，该方法包括使要暴露在空气中的玻璃光学元件的至少一个表面与氢氟酸或与至少含有氢氟酸的酸混合物接触。根据本专利技术的方法，在玻璃表面上或附近可以形成含氟端部，因此，可以提供一种具有良好的耐候性的玻璃光学元件，其中，能够防止碱金属和碱土金属离子从玻璃中释放。提供的端部可以是层的形式。优选地是，至少使要暴露在空气中的玻璃光学元件的所述表面与氢氟酸或与至少含有氢氟酸的酸混合物接触，然后再与另一种酸接触。另外优选地是，所述的另一种酸是盐酸、硝酸或硫酸中的任何一种或其混合酸。根据该生产方法，可以在玻璃表面上形成含氟保护层，因此，可以提供一种具有良好的耐候性的玻璃光学元件，其中，能够防止碱金属和碱土金属从玻璃中释放。氢氟酸的浓度优选是0.0005-1当量浓度(normality)。如果浓度低于0.0005当量浓度，则不能充分形成含氟层；但是，如果高于1当量浓度，则玻璃自身可能受到腐蚀。优选除上述处理外还在150℃或更高温度下进行热处理。根据该生产方法，可以在玻璃表面上形成含氟保护层，因此，可以提供一种具有更高的耐候性的玻璃光学元件，其中，能够防止碱金属和碱土金属离子从玻璃中释放，通过热处理可以降低玻璃表面附近的碱金属浓度。如果在低于150℃的温度下进行热处理，则因为在这样低的温度下碱金属不可能在玻璃中移动，所以这样的热处理是无效的。该生产方法适用于通过用离子交换处理法赋予具有均一组成的样品玻璃(mother glass)以渐变型折射率分布而制造的渐变型折射率棒形透镜的玻璃光学元件。样品玻璃的组成优选在下面用mol％表示的范围内40≤SiO2≤65， 1≤TiO2≤10，0≤MgO≤22，2≤Li2O≤18，2≤Na2O≤20，条件是，6≤Li2O+Na2O≤38，CaO、SrO和BaO中的任意两种或多种占总组成的0.1-15mol％。用上述方法处理这种样品玻璃，可以得到本专利技术的具有良好的耐候性的玻璃光学元件。用渐变型折射率棒形透镜阵列在其中形成光源图像时，可以建构成像装置，其中，透镜阵列在预定的成像表面上形成图像。用渐变型折射率棒形透镜阵列在其中形成物像时，可以建构读像装置，其中，透镜阵列在预定的光电探测器上读取图像。在本专利技术中，可以在玻璃表面上或附近形成含氟保护层，因此，能够防止碱金属和碱土金属从玻璃中释放，所以本专利技术能够改善含有碱金属和碱土金属氧化物的玻璃光学元件的耐候性。附图说明图1A和1B是示出玻璃光学元件的表面附近在进行本专利技术的表面保护处理前后状况的示意图；图2是示出渐变型折射率棒形透镜的示意图；图3是示出成像装置的光学系统的示意图；图4是示出读像装置的光学系统的示意图；图5A和5B是示出在玻璃光学元件的表面附近金属离子浓度分布的图。具体实施例方式下面说明本专利技术的实施方案。(表面保护处理方法)作为一个一般的例子，下面的描述中考虑的玻璃中含有Na作为碱金属，含有Ba作为碱土金属。在这种玻璃表面周围，如图1A所示，在表面10附近，迁移性大的Na离子的浓度高，而迁移性小的Ba离子的浓度低。在本说明书中，Na浓度最高的位置和顶面之间的区域称为最外表面层12；Na和Ba的浓度均恒定的内部区域称为本体区域16；在前面两个区域之间的其中Na浓度和Mg浓度均变化的中间区域称为次表面层14。存在于最外表面层12中的高浓度的Na离子在与水接触时，易于溶出在水中，玻璃的表面状况会因此而改变。当用这种玻璃形成光学器件时，其在高温高湿度条件下没有充分的可靠性。因此，用于改善这种玻璃的耐候性的一种传统方法包括通过加热或用酸处理从中释放出Na离子，从而降低玻璃在以后的变化性。但是，这种方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有碱金属氧化物和碱土金属氧化物的玻璃光学元件，其包括在暴露于空气的玻璃光学元件的暴露表面上或暴露表面附近的含有氟化物离子或氟化合物的端部，用于防止碱金属离子或碱土金属离子从暴露表面中释放。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山田计，
申请(专利权)人：日本板硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]