JP7715764B2 - Gradient index lens, rod lens array, image scanner, printer, inspection device, and glass composition - Google Patents
Gradient index lens, rod lens array, image scanner, printer, inspection device, and glass compositionInfo
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Description
本発明は、屈折率分布型レンズ、光学製品、光学機器、及び屈折率分布型レンズ用ガラス組成物、及び屈折率分布型レンズの製造方法に関する。 The present invention relates to a gradient index lens, an optical product, an optical device, a glass composition for a gradient index lens, and a method for manufacturing a gradient index lens.
従来、Charge-Coupled Device (CCD)を用いて被検体の表面の欠陥を観察する装置が知られている。例えば、特許文献1には、光源と、照射手段と、集光手段と、観察手段とを備えた表面欠陥装置が記載されている。観察手段は、結像レンズとCCDとからなっている。 Conventionally, devices that use a Charge-Coupled Device (CCD) to observe defects on the surface of an object are known. For example, Patent Document 1 describes a surface defect detection device equipped with a light source, an illumination means, a focusing means, and an observation means. The observation means consists of an imaging lens and a CCD.
特許文献2には、電子写真方式の複写機やプリンタの感光体ドラムの外観検査に適した検査装置が記載されている。この検査装置は、一列に並べられた複数の1次元CCDカメラで感光体ドラムを撮影するカメラ装置を備えている。 Patent Document 2 describes an inspection device suitable for visually inspecting the photosensitive drums of electrophotographic copiers and printers. This inspection device is equipped with a camera device that photographs the photosensitive drum using multiple one-dimensional CCD cameras arranged in a row.
一方、撮像センサとして密着型イメージセンサ(CIS)も知られている。CISはロッドレンズアレイを備えている。ロッドレンズアレイには、通常、屈折率分布型レンズが用いられる。 On the other hand, contact image sensors (CIS) are also known as imaging sensors. CISs are equipped with a rod lens array, which typically uses gradient index lenses.
例えば、特許文献3~5には、屈折率分布型レンズが記載されている。屈折率分布型レンズ又は屈折率分布型ロッドレンズは、中心から外周に向かって屈折率が連続的に減少している屈折率分布を有するロッド状(棒状)のレンズである。特許文献3に記載の屈折率分布型レンズにおいて、レンズの周表面における屈折率と中心軸における屈折率との差Δnは0.003以上である。特許文献3によれば、Δnが0.003よりも小さくなると開口角(2θ)が約10°よりも小さくなり、このことが望ましくないことが示唆されている。換言すると、特許文献3には、5°未満の開口角(θ)が望ましくないことが示唆されていると考えられる。 For example, Patent Documents 3 to 5 describe gradient index lenses. A gradient index lens or gradient index rod lens is a rod-shaped lens with a refractive index distribution in which the refractive index decreases continuously from the center to the periphery. In the gradient index lens described in Patent Document 3, the difference Δn between the refractive index at the peripheral surface of the lens and the refractive index at the central axis is 0.003 or greater. Patent Document 3 suggests that when Δn is less than 0.003, the aperture angle (2θ) becomes smaller than approximately 10°, which is undesirable. In other words, Patent Document 3 is thought to suggest that an aperture angle (θ) of less than 5° is undesirable.
特許文献4において実施例に係る屈折率分布型レンズの開口角は、約10.1~12.9°である。特許文献5において実施例に係る屈折率分布型レンズの開口角は、10.1~12.0°である。 In Patent Document 4, the aperture angle of the gradient index lens in the examples is approximately 10.1 to 12.9°. In Patent Document 5, the aperture angle of the gradient index lens in the examples is 10.1 to 12.0°.
特許文献1及び2には、屈折率分布型レンズを用いることは記載されていない。特許文献3~5に記載の屈折率分布型レンズは大きな開口角を有している。このことは、屈折率分布型レンズにおいて大きな被写界深度を実現する観点から有利とは言い難く、特許文献3~5に記載の屈折率分布型レンズの被写界深度は小さいと考えられる。屈折率分布型レンズの被写界深度が小さいと、例えば、対象物の厚みにばらつきがある場合に対象物において焦点が合う部分と焦点が合わない部分とが発生しうる。また、屈折率分布型レンズを備えた製品は、一般空調だけでなく、高温多湿な環境にも適用できれば、その製品の価値が高まりうる。 Patent Documents 1 and 2 do not mention the use of a gradient index lens. The gradient index lenses described in Patent Documents 3 to 5 have a large aperture angle. This is hardly advantageous from the perspective of achieving a large depth of field in a gradient index lens, and the gradient index lenses described in Patent Documents 3 to 5 are considered to have a small depth of field. If the depth of field of a gradient index lens is small, for example, when there is variation in the thickness of an object, some parts of the object are in focus and some are out of focus. Furthermore, if a product equipped with a gradient index lens can be used not only in general air conditioning but also in hot and humid environments, the value of the product can be increased.
このような事情に鑑み、本発明は、対象物の厚みにばらつきがある場合でも対象物において焦点が合う部分と焦点が合わない部分とが発生しにくく、高温多湿な環境でも適用可能な屈折率分布型レンズを提供する。 In view of these circumstances, the present invention provides a gradient index lens that is less likely to produce in-focus and out-of-focus areas on an object even when the object has variations in thickness, and that can be used in high-temperature, high-humidity environments.
本発明は、
屈折率分布型レンズであって、
1.5~3.0mmの被写界深度を有し、
前記被写界深度は、当該屈折率分布型レンズと結像位置との距離を一定に保った状態で作動距離の最大値から最小値を差し引いて決定され、
前記作動距離において、6本/mmの空間周波数における変調伝達関数(MTF)の値が30%以上であり、
3.5°~5.5°の開口角を有し、
日本光学硝子工業会規格(JOGIS)06‐2009に準拠して決定される耐水性が1級である、
屈折率分布型レンズを提供する。
The present invention provides
A gradient index lens,
It has a depth of field of 1.5 to 3.0 mm,
the depth of field is determined by subtracting the minimum value from the maximum value of the working distance while maintaining a constant distance between the gradient index lens and the image formation position;
At the working distance, the value of the modulation transfer function (MTF) at a spatial frequency of 6 lines/mm is 30% or more,
An aperture angle of 3.5° to 5.5°;
Water resistance is grade 1 as determined in accordance with the Japan Optical Glass Industry Association Standard (JOGIS) 06-2009.
A gradient index lens is provided.
本発明は、
光軸が平行になるように一列または二列以上に主走査方向に配列されている、上記の屈折率分布型レンズを備えた、ロッドレンズアレイを提供する。
The present invention provides
A rod lens array is provided which includes the above gradient index lenses arranged in one or more rows in the main scanning direction with their optical axes parallel to one another.
本発明は、
上記のロッドレンズアレイと、
ライン状受光素子と、
ライン状照明装置と、を備える
イメージスキャナを提供する。
The present invention provides
The rod lens array described above;
a linear light receiving element;
A linear lighting device
Provide an image scanner.
本発明は、
上記のロッドレンズアレイを備えるプリンタ、及び、上記のロッドレンズアレイを備える検査装置を提供する。
The present invention provides
There are provided a printer including the rod lens array, and an inspection device including the rod lens array .
本発明は、
モル%で表示して、
40%≦SiO
2
≦65%
1%≦TiO
2
≦10%
0.1%≦MgO≦22%
0.15%≦ZnO≦15%
0.5%≦Li
2
O<4%
2%≦Na
2
O≦20%
0%≦B
2
O
3
≦20%
0%≦Al
2
O
3
≦10%
0%≦K
2
O≦3%
0%≦Cs
2
O≦3%
0%≦Y
2
O
3
≦5%
0%≦ZrO
2
≦2%
0%≦Nb
2
O
5
≦5%
0%≦In
2
O
3
≦5%
0%≦La
2
O
3
≦5%
0%≦Ta
2
O
5
≦5%、を含み、
CaO、SrO、及びBaOからなる群より選ばれる少なくとも2つを、それぞれ0.1モル%以上15モル%以下含み、
モル%で表示して、
2%≦MgO+ZnO、
0.07≦ZnO/(MgO+ZnO)≦0.93、
2.5%≦Li
2
O+Na
2
O<24%、及び
0%≦Y
2
O
3
+ZrO
2
+Nb
2
O
5
+In
2
O
3
+La
2
O
3
+Ta
2
O
5
≦11%の条件を満たす、
ガラス組成物を提供する。
The present invention provides
Expressed in mole percent,
40%≦SiO 2 ≦65%
1%≦TiO 2 ≦10%
0.1%≦MgO≦22%
0.15%≦ZnO≦15%
0.5%≦Li2O < 4%
2%≦Na 2 O≦20%
0%≦B 2 O 3 ≦20%
0%≦ Al2O3 ≦ 10 %
0%≦K 2 O≦3%
0%≦Cs2O ≦ 3%
0%≦Y 2 O 3 ≦5%
0%≦ZrO 2 ≦2%
0%≦Nb 2 O 5 ≦5%
0%≦ In2O3 ≦ 5 %
0%≦La 2 O 3 ≦5%
0%≦Ta 2 O 5 ≦5%;
containing at least two selected from the group consisting of CaO, SrO, and BaO in an amount of 0.1 mol% or more and 15 mol% or less,
Expressed in mole percent,
2%≦MgO+ZnO,
0.07≦ZnO/(MgO+ZnO)≦0.93,
2.5%≦Li 2 O+Na 2 O<24%, and
The condition of 0%≦Y 2 O 3 +ZrO 2 +Nb 2 O 5 +In 2 O 3 +La 2 O 3 +Ta 2 O 5 ≦11% is satisfied.
A glass composition is provided .
上記の屈折率分布型レンズによれば、対象物の厚みにばらつきがある場合でも対象物において焦点が合う部分と焦点が合わない部分とが発生しにくく、高温多湿な環境でも適用可能である。The gradient index lens described above is less likely to produce in-focus and out-of-focus areas on an object even when the object has varying thicknesses, and is applicable even in hot and humid environments.
被検体の外観検査において収集される画像データは、被検体の欠陥を識別できる解像度を有していなければならない。一次元CCDセンサを備えたカメラを用いて高い解像度の画像データを得ようとすると、1つのカメラにおいて撮像できる有効幅は小さくなる。このため、1つのカメラで被検体の全体を撮像することが困難な場合がある。例えば、画像データにおいて必要とされる解像度に対応する画素サイズが90μmである場合、4096画素の一次元CCDセンサを備えたカメラで撮像できる領域の幅は約370mmである。この場合、1200mmの幅を有する被検体をくまなく検査するには一次元CCDセンサとカメラレンズとを備えた4台のカメラシステムを幅方向に並べる必要がある。一次元CCDセンサを備えた複数台のカメラシステムを搭載すると装置の製造コストが高くなる。加えて、被検体の種類の変更を変更する度に複数のカメラシステムの調整及びメンテナンスが必要になり、検査のランニングコストも高くなる。 Image data collected during visual inspection of an object must have a resolution sufficient to identify defects on the object. When attempting to obtain high-resolution image data using a camera equipped with a linear CCD sensor, the effective width that can be captured by a single camera becomes smaller. This can make it difficult to capture the entire object with a single camera. For example, if the pixel size corresponding to the required resolution of the image data is 90 μm, the width of the area that can be captured by a camera equipped with a 4096-pixel linear CCD sensor is approximately 370 mm. In this case, to thoroughly inspect an object with a width of 1200 mm, four camera systems equipped with linear CCD sensors and camera lenses must be arranged in the width direction. Installing multiple camera systems equipped with linear CCD sensors increases the manufacturing costs of the device. Additionally, adjustment and maintenance of multiple camera systems is required each time the type of object is changed, increasing the running costs of the inspection.
そこで、CISを用いて被検体の外観検査を行うことが考えられる。CISは、基板上に配置された複数の一次元受光素子と、ロッドレンズアレイとを備える。CISにおいて、ロッドレンズアレイは正立等倍像を形成する。CISを用いれば、1200mmの幅の一次元画像を1つのユニットで得ることができる。ロッドレンズアレイは、例えば複数のロッド状の屈折率分布型レンズを配列したものである。屈折率分布型レンズは、その半径方向に屈折率分布を有し、屈折率分布型レンズの半径方向において中心部から周辺部に向かって屈折率が変化する。ロッドレンズアレイを備えたCISは、CCDセンサとレンズとを備えた従来のカメラシステムに比べて、撮像素子と撮影対象の物体との間の距離を10分の1程度に低減でき、装置の小型化の点で有利である。一方、CISにおいて、撮影対象の物体とレンズとの間隔の許容範囲を示す特性値である被写界深度(DOF)が小さい。このことは、被検体の厚みにばらつきがある場合に、被検体において焦点が合う部分と焦点が合わない部分とが発生するという問題を引き起こす。このため、焦点が合わない部分の画像は鮮明でなく、欠陥の見落とし及び欠陥の誤認が発生する可能性がある。 Therefore, visual inspection of specimens using a CIS is considered. A CIS includes multiple one-dimensional light-receiving elements arranged on a substrate and a rod lens array. In a CIS, the rod lens array forms an erect, life-size image. Using a CIS, a one-dimensional image with a width of 1200 mm can be obtained with a single unit. A rod lens array, for example, is an array of multiple rod-shaped gradient index lenses. A gradient index lens has a refractive index distribution in its radial direction, with the refractive index varying from the center to the periphery in the radial direction of the lens. Compared to conventional camera systems equipped with a CCD sensor and lens, a CIS equipped with a rod lens array can reduce the distance between the image sensor and the object being imaged by approximately one-tenth, offering the advantage of compactness. However, a CIS has a small depth of field (DOF), a characteristic value that indicates the tolerance for the distance between the object being imaged and the lens. This can lead to the problem of in-focus and out-of-focus areas occurring on the specimen when the specimen's thickness varies. As a result, images of out-of-focus areas are not clear, which can lead to defects being overlooked or misidentified.
上記の通り、特許文献3~5に記載の屈折率分布型レンズの開口角は大きく、このことは屈折率分布型レンズのDOFを大きくする観点から有利とは言い難い。そこで、本発明者らは、屈折率分布型レンズにおいて所望の範囲のDOFを実現すべく、屈折率分布型レンズの製造のために用いられるガラス組成物の条件を抜本的に見直した。本発明者らは、多大な試行錯誤を重ねた結果、所望の範囲のDOFを実現できる屈折率分布型レンズを遂に見出した。なお、本発明に係る屈折率分布型レンズは、被検体の外観検査の技術分野だけでなく、イメージスキャナ、複写機、ファクシミリ、及びプリンタ等の画像形成の技術分野の全般にわたって利用可能である。 As mentioned above, the gradient index lenses described in Patent Documents 3 to 5 have large aperture angles, which is hardly advantageous from the perspective of increasing the DOF of the gradient index lens. Therefore, in order to achieve a desired range of DOF in a gradient index lens, the inventors thoroughly reviewed the conditions for the glass composition used to manufacture the gradient index lens. After extensive trial and error, the inventors finally discovered a gradient index lens that can achieve a desired range of DOF. The gradient index lens according to the present invention can be used not only in the technical field of visual inspection of specimens, but also throughout the technical field of image formation, such as image scanners, copiers, facsimiles, and printers.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Please note that the following description relates to one example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
屈折率分布型レンズ1bは、1.5~3.0mmの被写界深度(DOF)を有する。屈折率分布型レンズ1bのDOFは、作動距離の最大値から最小値を差し引いて決定される。屈折率分布型レンズ1bの作動距離において、6本/mmの空間周波数における変調伝達関数(MTF)の値が30%以上である。 The gradient index lens 1b has a depth of field (DOF) of 1.5 to 3.0 mm. The DOF of the gradient index lens 1b is determined by subtracting the minimum value from the maximum value of the working distance. At the working distance of the gradient index lens 1b, the modulation transfer function (MTF) value at a spatial frequency of 6 lines/mm is 30% or greater.
図1に示す通り、屈折率分布型レンズ1bのDOFは、例えば、レンズアレイ10aと
、ラインパターン3と、受光素子2とを光軸方向に所定間隔で配置し、レンズアレイ10aとラインパターン3との距離を変動させながらMTFの値を求めることによって決定できる。レンズアレイ10aは、複数の屈折率分布型レンズ1bを光軸と垂直な方向に配列することによって構成されている。ラインパターン3は、6本/mmの空間周波数に対応する白黒のラインペアを有する。受光素子2は、例えば、CCDセンサである。例えば、ハロゲンランプからの出射光をカラーフィルター及び光拡散板を通過させた後ラインパターン3に照射する。カラーフィルターは、例えば、波長500~600nmの範囲の光を透過させるものであってもよく、主として波長530nmを透過させるものであってもよい。このとき、MTFの値は、レンズアレイ10aに入射する前の、明部と暗部からなる所定の空間周波数を有するラインパターン3の像(入力像)に対する、レンズアレイ10aによって受光素子2に結像して得られる像(出力像)の再現率として決定できる。
As shown in FIG. 1 , the DOF of a gradient index lens 1b can be determined by, for example, arranging a lens array 10a, a line pattern 3, and a light-receiving element 2 at a predetermined interval along the optical axis and calculating the MTF value while varying the distance between the lens array 10a and the line pattern 3. The lens array 10a is configured by arranging multiple gradient index lenses 1b in a direction perpendicular to the optical axis. The line pattern 3 has black and white line pairs corresponding to a spatial frequency of 6 lines/mm. The light-receiving element 2 is, for example, a CCD sensor. For example, light emitted from a halogen lamp is passed through a color filter and a light diffuser plate and then irradiated onto the line pattern 3. The color filter may transmit light with a wavelength in the range of 500 to 600 nm, or may primarily transmit light with a wavelength of 530 nm. In this case, the MTF value can be determined as the reproduction ratio of the image (output image) obtained by focusing the image of the line pattern 3 (input image) on the light receiving element 2 by the lens array 10a, which has a predetermined spatial frequency consisting of bright and dark areas, before it is incident on the lens array 10a.
MTFの値が最大となるラインパターン3と受光素子2との距離(物点-結像点間距離)Dmaxを決定する。そのうえで、光軸に平行なZ軸の正方向(ΔL>0)及び負方向(Δ
L<0)にラインパターン3を移動させ、それぞれの位置でMTFの値を求める。これにより、所定のMTFの値の許容できる範囲を設定することで、作動距離の最大値及び最小値を求めることができる。その結果、屈折率分布型レンズ1bのDOFを決定できる。なお、ΔL>0において、ラインパターン3とレンズアレイ10aとの距離は、距離Dmax
に対応する作動距離よりも大きい。一方、ΔL<0において、ラインパターン3とレンズアレイ10aとの距離は、距離Dmaxに対応する作動距離よりも小さい。ΔL=0におい
て、ラインパターン3とレンズアレイ10aとの距離は、距離Dmaxに対応する作動距離
と等しい。
The distance D max between the line pattern 3 and the light receiving element 2 (distance between the object point and the image point) at which the MTF value is maximized is determined. Then, the positive direction (ΔL>0) and negative direction (Δ
The line pattern 3 is moved to a position (ΔL<0) and the MTF value is calculated at each position. This allows the maximum and minimum values of the working distance to be calculated by setting the allowable range of a predetermined MTF value. As a result, the DOF of the gradient index lens 1b can be determined. Note that when ΔL>0, the distance between the line pattern 3 and the lens array 10a is the distance D max
On the other hand, when ΔL<0, the distance between the line pattern 3 and the lens array 10a is smaller than the working distance corresponding to the distance Dmax . When ΔL=0, the distance between the line pattern 3 and the lens array 10a is equal to the working distance corresponding to the distance Dmax .
屈折率分布型レンズ1bは、そのDOFが上記の範囲にあるので、例えば、不均一な厚み、段差、凹凸を有する被検体の外観検査に適した画像データを得るのに有利である。このため、屈折率分布型レンズ1bは、被検体の外観検査の精度向上及び検査基準の高度化に寄与しうる。 Since the gradient index lens 1b has a DOF within the above range, it is advantageous for obtaining image data suitable for visual inspection of objects with uneven thickness, steps, or irregularities. Therefore, the gradient index lens 1b can contribute to improving the accuracy of visual inspection of objects and raising the level of inspection standards.
屈折率分布型レンズ1bのDOFは、望ましくは1.5mm以上であり、より望ましくは1.8mm以上であり、さらに望ましくは2mm以上である。屈折率分布型レンズ1bのDOFは、望ましくは2.8mm以下であり、より望ましくは2.5mm以下である。 The DOF of the gradient index lens 1b is preferably 1.5 mm or more, more preferably 1.8 mm or more, and even more preferably 2 mm or more. The DOF of the gradient index lens 1b is preferably 2.8 mm or less, and more preferably 2.5 mm or less.
MTFの値が最大となる物点-結像点間距離Dmaxに対応する作動距離は、例えば15
mm以上であり、望ましくは18mm以上である。物点-結像点間距離Dmaxがこれらの
範囲にあることにより、DOFが適切な範囲となる。このような屈折率分布型レンズ1bを含むロッドレンズアレイを検査装置に組み込むことにより、段差を有する対象物も検査できる。加えて、ロッドレンズアレイが対象物と適切な距離を保つことができ、光学系の組み立ての容易化を図ることができる。
The working distance corresponding to the object point-image point distance D max at which the MTF value is maximum is, for example, 15
mm or more, and preferably 18 mm or more. When the object point-to-image point distance D max is within this range, the DOF is in an appropriate range. By incorporating a rod lens array including such a gradient index lens 1b into an inspection device, it is possible to inspect objects with steps. In addition, the rod lens array can be kept at an appropriate distance from the object, making it easier to assemble the optical system.
屈折率分布型レンズ1bは、例えば、3~6°の開口角θを有する。これにより、屈折率分布型レンズ1bのDOFが所望の範囲に調整されやすい。屈折率分布型レンズ1bの開口角θは、例えば、図2に示すように定義される。開口角θは、屈折率分布型レンズ1bの光軸の一端に入射可能な光線と光軸とがなす角度の最大値である。図2において、F1は、被写体面であり、F2は受光素子等における受光面(結像面)である。Z0は、屈
折率分布型レンズ1bの長さである。Loは、MTFの値が最大となるときの被写体面F
1と屈折率分布型レンズ1bとの間の距離であり、Liは、MTFの値が最大となるとき
の結像面F2と屈折率分布型レンズ1bとの間の距離である。図2において、レンズアレイ10aは、略正立等倍結像系を構成しており、距離Liは、距離Loと略等しい。図2において、X0は、屈折率分布型レンズ1bの視野半径である。屈折率分布型レンズ1bの
開口角θは、例えば、実施例に記載の方法に従って決定できる。なお、実施例に記載の方
法において、イオン交換前のガラス素線の屈折率Ncの代わりに、屈折率分布型レンズ1bの中心における屈折率n0を用いて開口角θを決定してもよい。Nc又はn0は日本工業規格(JIS)B 7071-2:2018に記載のVブロック法を用いて求めることができる。
The gradient index lens 1b has an aperture angle θ of, for example, 3 to 6°. This makes it easy to adjust the DOF of the gradient index lens 1b to a desired range. The aperture angle θ of the gradient index lens 1b is defined, for example, as shown in FIG. 2. The aperture angle θ is the maximum value of the angle between the optical axis and a ray that can be incident on one end of the optical axis of the gradient index lens 1b. In FIG. 2, F1 is the object plane, and F2 is the light receiving surface (imaging surface) of a light receiving element or the like. Z 0 is the length of the gradient index lens 1b. L 0 is the object plane F when the MTF value is maximum.
where L i is the distance between the image plane F1 and the gradient index lens 1b, and L i is the distance between the image plane F2 and the gradient index lens 1b when the MTF value is maximized. In FIG. 2, the lens array 10a forms a substantially erect, equal-magnification imaging system, and the distance L i is substantially equal to the distance L o . In FIG. 2, X o is the field radius of the gradient index lens 1b. The aperture angle θ of the gradient index lens 1b can be determined, for example, according to the method described in the Examples. Note that in the methods described in the Examples, the aperture angle θ may be determined using the refractive index n o at the center of the gradient index lens 1b instead of the refractive index N c of the glass fiber before ion exchange. N c or n o can be determined using the V-block method described in Japanese Industrial Standards (JIS) B 7071-2:2018.
屈折率分布型レンズ1bの開口角θは、3.5°以上であってもよく、3.7°以上であってもよい。屈折率分布型レンズ1bの開口角θは、望ましくは5.5°以下であり、より望ましくは5.2°以下である。 The aperture angle θ of the gradient index lens 1b may be 3.5° or more, or may be 3.7° or more. The aperture angle θ of the gradient index lens 1b is preferably 5.5° or less, and more preferably 5.2° or less.
屈折率分布型レンズ1bは、例えば、0.130~0.230mm-1の屈折率分布定数(√A))を有していてもよい。なお、√Aは、Aの平方根を意味する。屈折率分布型レンズの半径rにおける屈折率をn(r)とすると、レンズの近軸領域でn(r)=n0×{1-(A/2)×r2}が成り立つ。屈折率分布定数√Aがこのような範囲にあれば、屈折率分布型レンズ1bの開口角θが所望の範囲に収まりやすい。その結果、屈折率分布型レンズ1bのDOFが所望の範囲に調整されやすい。 The gradient index lens 1b may have a refractive index distribution constant (√A) of, for example, 0.130 to 0.230 mm −1 . √A denotes the square root of A. If the refractive index of the gradient index lens at radius r is n(r), then n(r)=n 0 ×{1−(A/2)×r 2 } holds in the paraxial region of the lens. If the refractive index distribution constant √A is within this range, the aperture angle θ of the gradient index lens 1b is likely to fall within a desired range. As a result, the DOF of the gradient index lens 1b is likely to be adjusted to a desired range.
屈折率分布型レンズ1bの屈折率分布定数は、0.140mm-1以上であってもよく、0.145mm-1以上であってもよい。屈折率分布型レンズ1bの屈折率分布定数は、望ましくは0.210mm-1以下であり、より望ましくは0.205mm-1以下である。 The refractive index distribution constant of the refractive index gradient lens 1b may be 0.140 mm −1 or more, or may be 0.145 mm −1 or more. The refractive index distribution constant of the refractive index gradient lens 1b is preferably 0.210 mm −1 or less, and more preferably 0.205 mm −1 or less.
屈折率分布型レンズ1bにおける正立像の結像距離は、例えば、45~80mmである。このことは、屈折率分布型レンズ1bのDOFを所望の範囲に調整する観点から有利である。 The imaging distance of an erect image in the gradient index lens 1b is, for example, 45 to 80 mm. This is advantageous from the perspective of adjusting the DOF of the gradient index lens 1b to a desired range.
屈折率分布型レンズ1bにおける正立像の結像距離は、47mm以上であってもよく、50mm以上であってもよく、53mm以上であってもよく、54mm以上であってもよい。屈折率分布型レンズ1bにおける正立像の結像距離は、75mm以下であってもよく、70mm以下であってもよく、67mm以下であってもよい。 The imaging distance of an erect image in the gradient index lens 1b may be 47 mm or more, 50 mm or more, 53 mm or more, or 54 mm or more. The imaging distance of an erect image in the gradient index lens 1b may be 75 mm or less, 70 mm or less, or 67 mm or less.
屈折率分布型レンズ1bは、典型的には、ロッド状又はファイバー状のレンズである。屈折率分布型レンズ1bは、例えば、半径方向において図3Bに示すような屈折率分布を有する。ここで、図3Bにおいて原点における屈折率n0は、屈折率分布型レンズ1bの
中心軸における屈折率を意味する。rは、屈折率分布型レンズ1bの半径方向における位置を表す。
The gradient index lens 1b is typically a rod-shaped or fiber-shaped lens. The gradient index lens 1b has, for example, a refractive index distribution in the radial direction as shown in FIG. 3B. Here, the refractive index n 0 at the origin in FIG. 3B means the refractive index at the central axis of the gradient index lens 1b. r represents the position in the radial direction of the gradient index lens 1b.
屈折率分布型レンズ1bは、必要に応じて、開口角よりも大きな入射角を有する入射光がレンズの側面で反射してノイズ光(いわゆる、ホワイトノイズ(迷光))が発生することを防止する構造を有していてもよい。このような構造は、例えば、レンズの側面に設けられた光吸収層又は光散乱層でありうる。例えば、屈折率分布型レンズ1bは、光吸収層となる着色層がレンズの側面に配置されたコア-クラッド構造を有していてもよいし、光散乱層となる微細な凹凸部が側面に形成された構造を有していてもよい。 Gradient index lens 1b may, if necessary, have a structure that prevents incident light with an angle of incidence greater than the aperture angle from reflecting off the side surface of the lens and generating noise light (so-called white noise (stray light)). Such a structure may be, for example, a light-absorbing layer or a light-scattering layer provided on the side surface of the lens. For example, gradient index lens 1b may have a core-clad structure in which a colored layer that serves as a light-absorbing layer is disposed on the side surface of the lens, or a structure in which fine irregularities that serve as a light-scattering layer are formed on the side surface.
屈折率分布型レンズ1bは、典型的にはガラス製のレンズである。屈折率分布型レンズ用ガラス組成物は、モル%で示して、40%≦SiO2≦65%、0%≦TiO2≦10%、0.1%≦MgO≦22%、0.15%≦ZnO≦15%、0.5%≦Li2O<4%
、2%≦Na2O≦20%、0%≦B2O3≦20%、0%≦Al2O3≦10%、0%≦K2O≦3%、0%≦Cs2O≦3%、0%≦Y2O3≦5%、0%≦ZrO2≦2%、0%≦Nb2O5≦5%、0%≦In2O3≦5%、0%≦La2O3≦5%、及び0%≦Ta2O5≦5%を含む。加えて、屈折率分布型レンズ用ガラス組成物は、CaO、SrO、及びBaOからなる群より選ばれる少なくとも2つを、それぞれ0.1モル%以上15モル%以下含む。さらに、屈折率分布型レンズ用ガラス組成物は、モル%で表示して、2%≦MgO+
ZnO、0.07≦ZnO/(MgO+ZnO)≦0.93、2.5%≦Li2O+Na2O<24%、及び0%≦Y2O3+ZrO2+Nb2O5+In2O3+La2O3+Ta2O5≦
11%の条件を満たす。このようなガラス組成物を用いることにより、所望のDOFを有する屈折率分布型レンズを得ることができる。
The gradient index lens 1b is typically a glass lens. The glass composition for the gradient index lens has the following components in mole percent: 40%≦SiO 2 ≦65%, 0%≦TiO 2 ≦10%, 0.1%≦MgO≦22%, 0.15%≦ZnO≦15%, 0.5%≦Li 2 O<4%.
, 2%≦ Na2O ≦20%, 0%≦ B2O3 ≦ 20%, 0%≦ Al2O3 ≦10%, 0%≦ K2O ≦ 3%, 0%≦Cs2O≦3%, 0%≦ Y2O3 ≦ 5 %, 0%≦ZrO2 ≦ 2%, 0%≦ Nb2O5 ≦5%, 0%≦ In2O3 ≦ 5 %, 0%≦ La2O3 ≦5%, and 0%≦ Ta2O5 ≦ 5%. In addition, the glass composition for a refractive index gradient lens contains at least two elements selected from the group consisting of CaO, SrO, and BaO, each in an amount of 0.1 mol % to 15 mol %. Furthermore, the glass composition for a refractive index gradient lens contains, expressed in mol %, 2%≦MgO+
ZnO, 0.07≦ZnO/ ( MgO+ ZnO )≦0.93, 2.5%≦ Li2O + Na2O <24% , and 0%≦ Y2O3 + ZrO2 + Nb2O5 + In2O3 + La2O3 +Ta 2 O 5 ≦
By using such a glass composition, a gradient index lens having a desired DOF can be obtained.
屈折率分布型レンズ1bは、例えば、上記のガラス組成物からなるガラス素線をイオン交換処理することによって製造できる。 The gradient index lens 1b can be manufactured, for example, by subjecting a glass wire made of the above-mentioned glass composition to ion exchange treatment.
(SiO2)
SiO2は、ガラスの網目構造を形成する必須成分である。SiO2の含有率が40モル%未満では、イオン交換後に屈折率分布型レンズとしての光学特性を発現させるために必要な他の成分の含有率が相対的に大きくなって、失透が生じやすくなる。また、当該含有率が40モル%未満では、ガラス組成物としての化学的な耐久性が著しく低下する。一方、当該含有率が65モル%を超えると、他の成分、例えば屈折率分布を形成するためのアルカリ成分、屈折率増加成分、及び物性値調整成分など、の含有率が限定され、実用的なガラス組成物とすることが困難となる。このため、SiO2の含有率は、40モル%以上
65%モル以下である。
( SiO2 )
SiO2 is an essential component for forming the glass network structure. If the SiO2 content is less than 40 mol%, the contents of other components necessary for developing the optical properties of a gradient index lens after ion exchange become relatively large, making devitrification more likely. Furthermore, if the content is less than 40 mol%, the chemical durability of the glass composition is significantly reduced. On the other hand, if the content exceeds 65 mol%, the contents of other components, such as alkali components for forming a refractive index distribution, refractive index increasing components, and physical property adjusting components, are limited, making it difficult to produce a practical glass composition. For this reason, the SiO2 content is 40 mol% or more and 65 mol% or less.
(TiO2)
TiO2は、ガラス組成物の屈折率を増大させる作用を有する必須成分である。母材ガ
ラス組成物の屈折率を増大させることにより、当該ガラス組成物から得られた屈折率分布型レンズの中心屈折率を増大させることができる。また、TiO2の含有率を増加させる
ことにより、屈折率分布型レンズにおける屈折率分布を、より理想的な状態に近づけることができ、解像度に優れる屈折率分布型レンズの製造が可能となる。TiO2の含有率が
10モル%のときには、得られるレンズに基づく画像の解像度の低下は観察されないが、その含有率が1モル%未満のときには画像の解像度が明らかに低下して、実用的なレンズが得られない。一方、当該含有率が10モル%を超えると、着色が強くなることで色収差が大きくなり、実用的なレンズが得られない。そこで、画像の解像度を高めることができ、かつ、色収差が小さいレンズを得るために、TiO2の含有率は、1モル%以上10モ
ル%以下である。TiO2の含有率は、望ましくは2モル%以上8モル%以下である。
( TiO2 )
TiO2 is an essential component that increases the refractive index of the glass composition. Increasing the refractive index of the base glass composition can increase the central refractive index of the gradient index lens obtained from the glass composition. Furthermore, increasing the TiO2 content can bring the refractive index distribution in the gradient index lens closer to an ideal state, enabling the production of a gradient index lens with excellent resolution. When the TiO2 content is 10 mol%, no reduction in image resolution is observed based on the resulting lens. However, when the TiO2 content is less than 1 mol%, the image resolution is clearly reduced, making it impossible to obtain a practical lens. On the other hand, when the TiO2 content exceeds 10 mol%, the coloring becomes strong, resulting in large chromatic aberration, making it impossible to obtain a practical lens. Therefore, to obtain a lens that can increase image resolution and has small chromatic aberration, the TiO2 content is 1 mol% or more and 10 mol% or less. The TiO2 content is preferably 2 mol% or more and 8 mol% or less.
(MgO)
MgOは、ガラス組成物の熔融温度を低下させ、イオン交換後における、レンズ中心部と周辺部との間の屈折率差(Δn)を大きくする作用を有する必須成分である。MgOの含有率が22モル%を超えると、失透が生じやすくなる。また、MgOの含有率が22モル%を超えると、その他の成分の含有率が過度に減少し、実用的なガラス組成物を得られない。このため、MgOの含有率は、0.1モル%以上22モル%以下である。十分な屈折率差を実現する観点から、MgOの含有率は、望ましくは2モル%以上である。MgOの含有率が2モル%以上であると、アルカリ土類金属酸化物(CaO、SrO、BaO)の含有率を、アルカリイオンの易動度をさらに低下させることを目的としてより適切に制御できる。すなわち、MgOの含有率は、望ましくは2モル%以上22モル%以下であり、より望ましくは2%以上16%以下である。
(MgO)
MgO is an essential component that lowers the melting temperature of the glass composition and increases the refractive index difference (Δn) between the center and periphery of the lens after ion exchange. If the MgO content exceeds 22 mol%, devitrification is likely to occur. Furthermore, if the MgO content exceeds 22 mol%, the contents of other components are excessively reduced, making it impossible to obtain a practical glass composition. Therefore, the MgO content is 0.1 mol% or more and 22 mol% or less. From the viewpoint of achieving a sufficient refractive index difference, the MgO content is preferably 2 mol% or more. If the MgO content is 2 mol% or more, the content of alkaline earth metal oxides (CaO, SrO, BaO) can be more appropriately controlled to further reduce the mobility of alkali ions. That is, the MgO content is preferably 2 mol% or more and 22 mol% or less, more preferably 2% or more and 16% or less.
(ZnO、MgO+ZnO、ZnO/(MgO+ZnO))
ZnOは、ガラス組成物及び屈折率分布型レンズの耐候性を向上させる作用を有する。本発明に係るガラス組成物において、ZnOは、MgOの一部を置換するために加えてもよい。ガラス組成物及び屈折率分布型レンズの耐候性を高める観点から、ZnOの含有率は、0.15モル%以上15モル%以下である。このとき、MgO及びZnOの含有率の合計(MgO+ZnO)が2モル%以上であるように、MgO及びZnOの含有率が調整される。加えて、MgO及びZnOの含有率の合計に対するZnOの含有率の比(ZnO
/(MgO+ZnO)が、0.07≦ZnO/(MgO+ZnO)≦0.93となるように、MgO及びZnOの含有率が調整される。ガラス組成物及び屈折率分布型レンズの耐候性をより高める観点から、ZnOの含有率は、望ましくは3%モル以上15モル%以下である。この場合、MgO+ZnOが6モル%以上であってもよく、0.12≦ZnO/(MgO+ZnO)≦0.93の条件が満たされうる。耐失透性の観点から、ZnOの含有率は、望ましくは8モル%以下である。ガラス組成物及び屈折率分布型レンズの耐候性をさらに高める観点から、ZnOの含有率は、より望ましくは4モル%以上15モル%以下である。この場合、MgO+ZnOが6モル%以上であってもよく、MgO+ZnOが6モル%以上22モル%以下でありうる。MgO+ZnOは、15モル%以下であってもよい。また、ZnO/(MgO+ZnO)は、望ましくは0.07以上0.9以下であり、より望ましくは0.25以上0.85以下であり、さらに望ましくは0.25以上0.8以下であり、とりわけ望ましくは0.3以上0.8以下である。
(ZnO, MgO+ZnO, ZnO/(MgO+ZnO))
ZnO has the effect of improving the weather resistance of the glass composition and the gradient index lens. In the glass composition according to the present invention, ZnO may be added to replace a portion of MgO. From the viewpoint of improving the weather resistance of the glass composition and the gradient index lens, the content of ZnO is 0.15 mol % or more and 15 mol % or less. In this case, the contents of MgO and ZnO are adjusted so that the total content of MgO and ZnO (MgO + ZnO) is 2 mol % or more. In addition, the ratio of the content of ZnO to the total content of MgO and ZnO (ZnO
The contents of MgO and ZnO are adjusted so that the ratio ZnO/(MgO+ZnO) satisfies the following relationship: 0.07≦ZnO/(MgO+ZnO)≦0.93. From the viewpoint of further improving the weather resistance of the glass composition and the gradient index lens, the ZnO content is preferably 3 mol% or more and 15 mol% or less. In this case, MgO+ZnO may be 6 mol% or more, and the condition 0.12≦ZnO/(MgO+ZnO)≦0.93 may be satisfied. From the viewpoint of devitrification resistance, the ZnO content is preferably 8 mol% or less. From the viewpoint of further improving the weather resistance of the glass composition and the gradient index lens, the ZnO content is more preferably 4 mol% or more and 15 mol% or less. In this case, MgO+ZnO may be 6 mol% or more, and the condition ZnO+ZnO may be 6 mol% or more and 22 mol% or less. The sum of MgO and ZnO may be 15 mol % or less. ZnO/(MgO and ZnO) is preferably 0.07 to 0.9, more preferably 0.25 to 0.85, even more preferably 0.25 to 0.8, and particularly preferably 0.3 to 0.8.
(Li2O)
Li2Oは、必須成分であり、本発明のガラス組成物をイオン交換して屈折率分布型レ
ンズを得るために、最も重要な成分の一つである。従来、ガラス組成物におけるLi2O
の含有率が少ないと、イオン交換によって、十分な濃度分布、即ち十分な屈折率分布を発現できず、適切な屈折率分布型レンズを得ることができないと考えられていた。しかし、本発明者らは、Li2Oの含有率が4モル%以下であるガラス組成物であっても、所定の
条件でイオン交換を行うことにより、適切な屈折率分布を有し、かつ、大きなDOFを有する屈折率分布型レンズを作製できることを新たに見出した。Li2Oの含有率が4モル
%以下を超えると、得られる屈折率分布型レンズの開口角が大きくなりやすく、DOFが小さくなりやすい。Li2Oの含有率は、0.5モル%以上であり、望ましくは0.7モ
ル%以上であり、より望ましくは1モル%以上である。また、Li2Oの含有率は、4モ
ル%以下であり、望ましくは3.5モル%以下であり、より望ましくは3モル%以下であり、さらに望ましくは2モル%以下である。
( Li2O )
Li 2 O is an essential component and is one of the most important components for obtaining a gradient index lens by ion-exchanging the glass composition of the present invention.
It was previously thought that if the Li 2 O content was low, a sufficient concentration distribution, i.e., a sufficient refractive index distribution, could not be achieved by ion exchange, making it impossible to obtain an appropriate gradient index lens. However, the present inventors have newly discovered that even if a glass composition has a Li 2 O content of 4 mol % or less, by performing ion exchange under specified conditions, a gradient index lens having an appropriate refractive index distribution and a large DOF can be produced. If the Li 2 O content exceeds 4 mol %, the resulting gradient index lens is likely to have a large aperture angle and a small DOF. The Li 2 O content is 0.5 mol % or more, preferably 0.7 mol % or more, and more preferably 1 mol % or more. Furthermore, the Li 2 O content is 4 mol % or less, preferably 3.5 mol % or less, more preferably 3 mol % or less, and even more preferably 2 mol % or less.
屈折率分布型レンズ1bの特徴の一つは、Li2Oの含有率が様々な先行技術より少な
いことである。従前は、Li2Oの含有率を少なくできない製造工程上の理由があった。
本発明者らは、イオン交換法による1バッチあたりのガラス素線の処理量を制限すること及び溶融塩におけるLiの当初の含有量を少なくすること等の新たな工夫により、像面湾曲等のレンズの収差を抑制しつつ、開口角が従前より小さく、かつ実用的な解像度を備える屈折率分布型レンズが得られることを新たに見出した。
One of the features of the gradient index lens 1b is that it contains less Li 2 O than various prior art lenses. Previously, there were manufacturing process reasons that made it impossible to reduce the Li 2 O content.
The present inventors have newly discovered that, by employing new techniques such as limiting the amount of glass wire processed per batch by ion exchange and reducing the initial Li content in the molten salt, it is possible to obtain a gradient index lens that has a smaller aperture angle than conventional lenses and that has practical resolution while suppressing lens aberrations such as field curvature.
(Na2O)
Na2Oは、イオン交換の際に、いわゆる混合アルカリ効果によって、Liと、Liイ
オンを置換するイオン交換種のイオン(溶融塩中に含有されるイオン)とのイオン交換を助け、イオンの易動度を適度に保つ。イオン易動度を適度に保つことで、イオン交換速度を適度に調整でき、屈折率分布型レンズの光学特性を調整できる。ガラス組成物中のNa2Oの含有率が2モル%未満であると、ガラス成形時にガラスが硬くなるので、成形が困
難となる。加えて、ガラスの溶融温度が著しく上昇し、レンズの作製が困難となる。また、イオンの易動度を適度に保つ効果を十分に得ることが難しい。一方、Na2Oの含有率
が20%を超えると、ガラスの化学耐久性が低下し、実用性に欠ける。したがって、Na2Oの含有率は、2モル%以上であり、望ましくは5モル%以上であり、より望ましくは
10モル%以上である。また、Na2Oの含有率は、20モル%以下であり、望ましくは
17モル%以下である。
( Na2O )
During ion exchange, Na 2 O facilitates the ion exchange between Li and the ion-exchange species (ions contained in the molten salt) that replace the Li ions through the so-called mixed alkali effect, thereby maintaining appropriate ion mobility. Maintaining appropriate ion mobility allows for the ion exchange rate to be adjusted appropriately, thereby adjusting the optical characteristics of the gradient index lens. If the Na 2 O content in the glass composition is less than 2 mol%, the glass becomes hard during glass molding, making molding difficult. In addition, the melting temperature of the glass increases significantly, making lens fabrication difficult. Furthermore, it is difficult to fully achieve the effect of maintaining appropriate ion mobility. On the other hand, if the Na 2 O content exceeds 20%, the chemical durability of the glass decreases, making it impractical. Therefore, the Na 2 O content is 2 mol% or more, preferably 5 mol% or more, and more preferably 10 mol% or more. Furthermore, the Na 2 O content is 20 mol% or less, preferably 17 mol% or less.
(Li2O+Na2O)
上記の通り、ガラス組成物におけるLi2Oの含有率とNa2O含有率との合計(Li2
O+Na2O)は、2.5モル%以上24モル%未満である。Li2O+Na2Oがこの範
囲であると、このガラス組成物を用いて製造された屈折率分布型レンズによって良好な解像度の画像を得ることができる。Li2O+Na2Oは、望ましくは6モル%以上であり、より望ましくは10モル%以上である。
( Li2O + Na2O )
As described above, the sum of the Li 2 O content and the Na 2 O content in the glass composition (Li 2
The content of Li2O+ Na2O is 2.5 mol% or more and less than 24 mol%. When the content of Li2O + Na2O is within this range, a gradient index lens manufactured using this glass composition can provide an image with good resolution. The content of Li2O + Na2O is preferably 6 mol% or more, and more preferably 10 mol% or more.
(Li2O/Na2O)
Na2Oの含有率に対するLi2Oの含有率の比(Li2O/Na2O)が大きいと、ガラス組成物を用いて製造された屈折率分布型レンズの解像力が向上することがある。一方、Li2O/Na2Oが過剰に大きい(例えば1.0以上)と、ガラス組成物を用いて製造された屈折率分布型レンズの開口角が大きくなり、そのDOFが小さくなる傾向にある。このため、Li2O/Na2Oは、例えば、0.2以下であり、望ましくは0.15以下であり、より望ましくは0.1以下である。
( Li2O / Na2O )
When the ratio of the Li2O content to the Na2O content ( Li2O / Na2O ) is large, the resolution of a gradient index lens manufactured using the glass composition may be improved. On the other hand, when the Li2O / Na2O ratio is excessively large (for example, 1.0 or more), the gradient index lens manufactured using the glass composition tends to have a large aperture angle and a small DOF. Therefore, the Li2O / Na2O ratio is, for example, 0.2 or less, preferably 0.15 or less, and more preferably 0.1 or less.
上記のガラス組成物は、さらに以下の成分を含んでいてもよい。 The above glass composition may further contain the following components:
(B2O3)
B2O3は、ガラスの網目構造を形成する任意成分であり、得られる屈折率分布型レンズの解像力及び開口角θをほとんど変化させることなく、ガラス組成物のガラス化を促進し、その粘性を調整する作用を有する。また、若干ではあるが、ガラス組成物のイオン交換速度を遅くする作用も有する。B2O3は、例えば、上述した各必須成分の含有率は本発明の範囲内であるが、組成物として見たときに一部の成分の含有率が相対的に大きくなり、ガラスとしての安定性が低下する(例えば失透を生じやすくなる)場合に、加えてもよい。B2O3の添加により、必須成分間の含有率の比率を変えることなく、相対的に大きくなった上記一部の成分の含有率を小さくすることができる。得られる屈折率分布型レンズの解像力及び開口角を変化させることなく添加できるB2O3の含有率は、例えば、20%モル以下である。このため、B2O3の含有率は、0%モル以上20モル%以下である。当該含有率は、望ましくは0モル%以上10モル%以下であり、ガラス組成物がB2O3を含有する場合、その含有率は望ましくは1モル%以上10モル%以下である。
( B2O3 )
B2O3 is an optional component that forms a glass network structure. It promotes vitrification of the glass composition and adjusts its viscosity without substantially changing the resolving power and aperture angle θ of the resulting gradient index lens. It also slightly slows the ion exchange rate of the glass composition. While the contents of the above-mentioned essential components are within the ranges of the present invention, B2O3 may be added when the contents of some components become relatively high in the composition, reducing the stability of the glass (e.g., making it more susceptible to devitrification). Adding B2O3 reduces the relatively high contents of some of the components without changing the ratio of the contents of the essential components. The content of B2O3 that can be added without changing the resolving power and aperture angle of the resulting gradient index lens is, for example, 20 % mol or less. Therefore, the B2O3 content is between 0% mol and 20 mol%. The content is preferably 0 mol % or more and 10 mol % or less, and when the glass composition contains B 2 O 3 , the content thereof is preferably 1 mol % or more and 10 mol % or less.
(Al2O3)
屈折率分布型レンズ用ガラス組成物は、任意成分としてAl2O3を含んでいてもよく、その含有率は、0モル%以上10モル%以下である。
( Al2O3 )
The glass composition for a refractive index gradient lens may contain Al 2 O 3 as an optional component, and the content thereof is from 0 mol % to 10 mol %.
(SiO2+TiO2+B2O3)
屈折率分布型レンズ用ガラス組成物において、SiO2、TiO2、及びB2O3の含有率の合計(SiO2+TiO2+B2O3)は、例えば41モル%以上70モル%以下であり、望ましくは50モル%以上70モル%以下である。
(SiO 2 +TiO 2 +B 2 O 3 )
In the glass composition for a refractive index gradient lens, the total content of SiO 2 , TiO 2 , and B 2 O 3 (SiO 2 + TiO 2 + B 2 O 3 ) is, for example, 41 mol % or more and 70 mol % or less, and preferably 50 mol % or more and 70 mol % or less.
(Y2O3、ZrO2、Nb2O5、In2O3、La2O3、Ta2O5)
屈折率分布型レンズ用ガラス組成物は、イオン交換後に得られる屈折率分布型レンズの屈折率の調整、あるいは耐候性の向上を目的として、Y2O3、ZrO2、Nb2O5、In2O3、La2O3、及びTa2O5からなる群より選択される少なくとも1つの成分を含んで
いてもよい。これらの成分の含有率の合計は0モル%以上11モル%以下であり、屈折率分布型レンズ用ガラス組成物がこれらの成分を含む場合、これらの成分の含有率の合計は、望ましくは0.2モル%以上6モル%以下である。また、これらの成分の含有率とZnOの含有率との合計が15モル%以下であることが望ましい。
(Y 2 O 3 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , In 2 O 3 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 )
The glass composition for a gradient index lens may contain at least one component selected from the group consisting of Y2O3 , ZrO2 , Nb2O5 , In2O3 , La2O3 , and Ta2O5 for the purposes of adjusting the refractive index of the gradient index lens obtained after ion exchange or improving weather resistance. The total content of these components is 0 mol% or more and 11 mol% or less, and when the glass composition for a gradient index lens contains these components, the total content of these components is preferably 0.2 mol% or more and 6 mol% or less. Furthermore, the total content of these components and the content of ZnO is preferably 15 mol% or less.
(Y2O3)
Y2O3の含有率は、望ましくは0モル%以上5モル%以下である。
( Y2O3 )
The content of Y 2 O 3 is preferably 0 mol % or more and 5 mol % or less.
(ZrO2)
ZrO2の含有率は、望ましくは0モル%以上2モル%以下であり、屈折率分布型レン
ズ用ガラス組成物がZrO2を含む場合、その含有率は0.2モル%以上2モル%以下で
ある。
( ZrO2 )
The content of ZrO 2 is preferably 0 mol % or more and 2 mol % or less, and when the glass composition for a refractive index gradient lens contains ZrO 2 , the content thereof is 0.2 mol % or more and 2 mol % or less.
Nb2O5、In2O3、La2O3、及びTa2O5の含有率のそれぞれは、望ましくは0モル%以上5モル%以下である。 The content of each of Nb 2 O 5 , In 2 O 3 , La 2 O 3 and Ta 2 O 5 is preferably 0 mol % or more and 5 mol % or less.
(K2O、Cs2O)
K2O及びCs2Oは、混合アルカリ効果により、MgO、CaO、SrO、及びBaOと同様に、アルカリイオンの易動度を小さくする作用を有する任意成分である。K2O及
びCs2Oの含有率のそれぞれは、例えば、0モル%以上3モル%以下である。屈折率分
布型レンズ用ガラス組成物の耐水性を高める観点から、Cs2Oの含有率は、望ましくは
2モル%未満であり、より望ましくは0モル%以上1モル%以下であり、さらに望ましくは0.5モル%以下である。屈折率分布型レンズ用ガラス組成物の耐水性を高める観点から、屈折率分布型レンズ用ガラス組成物は、Cs2Oを実質的に含まないことが望ましい
。本明細書において「実質的に含まない」とは、当該成分の含有率が0.1モル%未満であることを意味する。
(K 2 O, Cs 2 O)
K2O and Cs2O are optional components that, like MgO, CaO, SrO, and BaO, have the effect of reducing the mobility of alkali ions due to the mixed alkali effect. The contents of K2O and Cs2O are each, for example, 0 mol% or more and 3 mol% or less. From the viewpoint of improving the water resistance of the glass composition for a refractive index gradient lens, the content of Cs2O is preferably less than 2 mol%, more preferably 0 mol% or more and 1 mol% or less, and even more preferably 0.5 mol% or less. From the viewpoint of improving the water resistance of the glass composition for a refractive index gradient lens, it is desirable that the glass composition for a refractive index gradient lens is substantially free of Cs2O . In this specification, "substantially free" means that the content of the component in question is less than 0.1 mol%.
(その他の成分)
屈折率分布型レンズ用ガラス組成物において、その他の成分として、GeO2を含んで
いてもよい。GeO2の含有率は0モル%以上10モル%以下でありうる。また、屈折率
分布型レンズ用ガラス組成物は、添加物として、SnO2、As2O3、及びSb2O3から
なる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。SnO2、As2O3、及びS
b2O3の含有率のそれぞれは、0モル%以上1モル%以下でありうる。屈折率分布型レンズ用ガラス組成物は、実質的に上記の成分からなってもよい。この場合、ガラス組成物が含む各成分の含有率、ならびに各成分の含有率間の関係(合計及び含有比)は、上述した各条件を満たす。本明細書において、「実質的に~からなる」とは、含有率にして0.1モル%未満の不純物を許容することを意味する。
(Other ingredients)
The glass composition for a refractive index gradient lens may contain GeO2 as another component. The content of GeO2 may be 0 mol% or more and 10 mol% or less. The glass composition for a refractive index gradient lens may also contain at least one additive selected from the group consisting of SnO2 , As2O3 , and Sb2O3 . SnO2 , As2O3 , and S
The content of each of the b2O3 components may be 0 mol % or more and 1 mol % or less. The glass composition for a refractive index gradient lens may consist essentially of the above components. In this case, the content of each component contained in the glass composition and the relationship between the contents of each component (total and content ratio) satisfy the above-mentioned conditions. In this specification, "consisting essentially of" means that impurities of less than 0.1 mol % are allowed.
(PbO)
屈折率分布型レンズ用ガラス組成物は、実質的に鉛(代表的な化合物としてはPbO)を含まない。また、屈折率分布型レンズ1bも実質的に鉛を含まない。
(PbO)
The glass composition for the gradient index lens is substantially free of lead (a typical compound is PbO), and the gradient index lens 1b is also substantially free of lead.
屈折率分布型レンズ用ガラス組成物において、例えば、日本光学硝子工業会規格(JOGIS)06-2009に準拠して決定される耐水性が1級である。この場合、屈折率分
布型レンズ用ガラス組成物が高い耐水性を有し、屈折率分布型レンズ用ガラス組成物を用いて製造された屈折率分布型レンズも高い耐水性を有しやすい。屈折率分布型レンズをなすガラスにおいても、JOGIS 06-2009に準拠して決定される耐水性が1級で
あってもよい。
The glass composition for a gradient index lens may have a water resistance of Grade 1 as determined in accordance with, for example, Japan Optical Glass Industry Standard (JOGIS) 06-2009. In this case, the glass composition for a gradient index lens has high water resistance, and a gradient index lens manufactured using the glass composition for a gradient index lens also tends to have high water resistance. The glass for forming a gradient index lens may also have a water resistance of Grade 1 as determined in accordance with JOGIS 06-2009.
屈折率分布型レンズ用ガラス組成物は、第一アルカリ金属元素の酸化物を含む。屈折率分布型レンズ1bは、例えば、以下の工程(I)及び(II)を含む方法によって製造できる。
(I)上記の屈折率分布型レンズ用ガラス組成物からなるガラス素線1aを形成する。
(II)屈折率分布型レンズ用ガラス組成物に含まれる第一アルカリ金属元素Qとは異なる第二アルカリ金属元素Rを含む溶融塩Sにガラス素線1aを浸漬して、ガラス素線1a中の第一アルカリ金属元素Qと溶融塩中の第二アルカリ金属元素Rとをイオン交換処理することにより、ガラス素線1aに屈折率分布を形成する。
The glass composition for a gradient index lens contains an oxide of a first alkali metal element. The gradient index lens 1b can be produced, for example, by a method including the following steps (I) and (II).
(I) A glass wire 1a is formed from the above-mentioned glass composition for a refractive index gradient lens.
(II) A glass wire 1a is immersed in a molten salt S containing a second alkali metal element R different from the first alkali metal element Q contained in the glass composition for a refractive index gradient lens, and an ion exchange treatment is performed between the first alkali metal element Q in the glass wire 1a and the second alkali metal element R in the molten salt, thereby forming a refractive index gradient in the glass wire 1a.
(II)の工程において、例えば、図3Aに示す通り、容器Vの内部の溶融塩Sにガラス
素線1aを投入し、溶融塩Sにガラス素線1aを所定時間浸漬する。溶融塩Sにおいて、例えば、硝酸カリウム及び硝酸ナトリウムの少なくとも1つが溶融している。ガラス素線1aを溶融塩Sに浸漬すると、例えば、ガラス素線1aに含まれるLi(リチウム)等の第一アルカリ金属元素Qの陽イオンが溶融塩S中に溶け出す。一方、溶融塩S中のK(カリウム)等の第二アルカリ金属元素Rの陽イオンがガラス素線1aに侵入する。溶融塩Sの温度及び溶融塩Sへのガラス素線1aの浸漬時間を調整することにより、第一アルカリ金属元素Qの陽イオンと第二アルカリ金属元素Rの陽イオンとのイオン交換を適切に制御できる。ガラス素線1aの内部には、特定の1価の陽イオンの濃度分布が生じ、この濃度分布に応じて、図3Bに示すような屈折率分布がガラス素線1aに形成される。これにより、ガラス素線1aから屈折率分布型レンズ1bを製造できる。
In step (II), for example, as shown in FIG. 3A , the glass fiber wire 1 a is placed in the molten salt S in a container V and immersed in the molten salt S for a predetermined time. The molten salt S contains, for example, at least one of potassium nitrate and sodium nitrate. When the glass fiber wire 1 a is immersed in the molten salt S, cations of a first alkali metal element Q, such as Li (lithium), contained in the glass fiber wire 1 a dissolve in the molten salt S. Meanwhile, cations of a second alkali metal element R, such as K (potassium), contained in the molten salt S penetrate the glass fiber wire 1 a. By adjusting the temperature of the molten salt S and the immersion time of the glass fiber wire 1 a in the molten salt S, the ion exchange between the cations of the first alkali metal element Q and the cations of the second alkali metal element R can be appropriately controlled. A concentration distribution of specific monovalent cations occurs within the glass fiber wire 1 a, and a refractive index distribution, as shown in FIG. 3B , is formed in the glass fiber wire 1 a according to this concentration distribution. In this way, a gradient index lens 1b can be manufactured from the glass wire 1a.
本発明に係る光学製品は、屈折率分布型レンズ1bを備える限り、特定の製品に限定されない。屈折率分布型レンズ1bを用いて、例えば、所定のレンズアレイを提供できる。この場合、レンズアレイは、屈折率分布型レンズ1bの配列に関し、0次元の配列、1次元の配列、又は2次元の配列を有し得る。0次元の配列とは、例えば、単一の屈折率分布型レンズ1bが配置された構成であり、単一の屈折率分布型レンズ1bからなる光学製品によって所望の作用を期待するものである。1次元の配列とは、特定方向に複数の屈折率分布型レンズ1bが一列に配列された構成である。その特定方向を主走査方向といい、主走査方向に垂直であり、かつ、光軸に垂直な方向を副走査方向という。複数の屈折率分布型レンズ1bは、それらの光軸が略平行になるように配列される。2次元の配列とは、1次元の配列に加え、それとは異なる方向にレンズが複数配列された構成である。例えば、主走査方向に沿って複数の屈折率分布型レンズ1bが二列以上に配列された構成が2次元の配列に該当し得る。レンズアレイ10bによれば、個々の屈折率分布型レンズの径が小さくても、広範囲の正立等倍像を得ることができる。 The optical product according to the present invention is not limited to a specific product as long as it includes a gradient index lens 1b. For example, a specific lens array can be provided using the gradient index lens 1b. In this case, the lens array may have a zero-dimensional, one-dimensional, or two-dimensional arrangement of the gradient index lenses 1b. A zero-dimensional arrangement is, for example, a configuration in which a single gradient index lens 1b is arranged, and the desired effect is expected from an optical product consisting of a single gradient index lens 1b. A one-dimensional arrangement is a configuration in which multiple gradient index lenses 1b are arranged in a row in a specific direction. This specific direction is referred to as the main scanning direction, and the direction perpendicular to the main scanning direction and perpendicular to the optical axis is referred to as the sub-scanning direction. The multiple gradient index lenses 1b are arranged so that their optical axes are approximately parallel. A two-dimensional arrangement is a configuration in which, in addition to a one-dimensional arrangement, multiple lenses are arranged in a different direction. For example, a configuration in which multiple gradient index lenses 1b are arranged in two or more rows along the main scanning direction can be considered a two-dimensional arrangement. With lens array 10b, it is possible to obtain a wide range of erect, life-size images even if the diameter of each gradient index lens is small.
例えば、屈折率分布型レンズ1bを用いて、図4に示すレンズアレイ10bを提供できる。レンズアレイ10bにおいて、複数の屈折率分布型レンズ1bが、それらの光軸が略平行になるように配列されている。レンズアレイ10bにおいて、複数の屈折率分布型レンズ1bは、2次元の配列をなすように二列に配置されている。レンズアレイ10bにおいて、複数の屈折率分布型レンズ1bは、例えば、一対の繊維強化プラスチック(FRP)基板5の間に配置されている。一対のFRP基板5の間において、複数の屈折率分布型レンズ1b同士の間の空間及びFRP基板5と屈折率分布型レンズ1bとの間の空間には黒色樹脂7が充填されている。これにより、一対のFRP基板5の間において、複数の屈折率分布型レンズ1bが一体化されている。このようなレンズアレイ10bは、例えば、下記のように作製できる。まず、一方のFRP基板5の表面に、複数の屈折率分布型レンズ1bをほぼ平行に配列させ、他方のFRP基板5によってレンズを狭持する。その後、一対のFRP基板5の間の空間に黒色樹脂7を充填し、全体を一体化する。さらに、必要に応じて屈折率分布型レンズ1bの端面が研磨される。 For example, the lens array 10b shown in FIG. 4 can be provided using gradient index lenses 1b. In the lens array 10b, multiple gradient index lenses 1b are arranged so that their optical axes are approximately parallel. In the lens array 10b, the multiple gradient index lenses 1b are arranged in two rows to form a two-dimensional array. In the lens array 10b, the multiple gradient index lenses 1b are arranged, for example, between a pair of fiber-reinforced plastic (FRP) substrates 5. Between the pair of FRP substrates 5, the spaces between the multiple gradient index lenses 1b and the spaces between the FRP substrates 5 and the gradient index lenses 1b are filled with black resin 7. This integrates the multiple gradient index lenses 1b between the pair of FRP substrates 5. Such a lens array 10b can be fabricated, for example, as follows. First, multiple gradient index lenses 1b are arranged approximately parallel on the surface of one FRP substrate 5, and the lenses are sandwiched between the other FRP substrate 5. The space between the pair of FRP substrates 5 is then filled with black resin 7 to integrate the entire structure. Furthermore, the end faces of the gradient index lens 1b are polished as necessary.
レンズアレイ10bは、様々な観点から変更可能であり、レンズアレイを構成する各部分の材料には、レンズアレイの作製において公知の材料を用いてもよい。また、複数の屈折率分布型レンズ1bの配列は、二列に限定されない。複数の屈折率分布型レンズ1bは、一列に配列されていてもよいし、三列以上に配列されていてもよい。屈折率分布型レンズ1bを多数列に配列すると、大面積に対応可能なレンズアレイを提供できる。 The lens array 10b can be modified in various ways, and the materials for each component of the lens array may be materials known in the art for manufacturing lens arrays. Furthermore, the arrangement of the multiple gradient index lenses 1b is not limited to two rows. The multiple gradient index lenses 1b may be arranged in a single row, or in three or more rows. By arranging the gradient index lenses 1b in multiple rows, a lens array that can accommodate a large area can be provided.
屈折率分布型レンズ1bは、上記の光学性能を備えるプラスチック製ロッドレンズでありうる。プラスチック製ロッドレンズは、例えば共重合法、ゾル-ゲル法、及び相互拡散法などの方法で作製できる。特に相互拡散法では、中心から外周に向かって屈折率が段階的に小さくなる樹脂を同心円状に積層したうえで、屈折率が連続的になるように層間の物資の相互的な拡散を行う。このような処理を行った後にさらに加熱延伸して棒状のロッド
レンズを得る。プラスチック製ロッドレンズは、その材質の特性上、取扱いが簡便で一般的に廉価であり、場合によってはメリットがある。
The gradient index lens 1b can be a plastic rod lens having the above-mentioned optical performance. Plastic rod lenses can be produced by methods such as copolymerization, sol-gel, and mutual diffusion. In particular, the mutual diffusion method involves concentrically stacking resins whose refractive index gradually decreases from the center to the periphery, and then mutual diffusion of materials between the layers so that the refractive index becomes continuous. After this process, the material is further heated and stretched to obtain a rod-shaped rod lens. Due to the characteristics of the material, plastic rod lenses are easy to handle and generally inexpensive, which can be advantageous in some cases.
屈折率分布型レンズ1bを備えたレンズアレイは、大きなDOFを有し、場合によっては耐候性に優れ、スキャナ、複写機、ファクシミリ、プリンタ、CIS、及びラインカメラ等の光学機器に幅広く用いることができる。さらには、屈折率分布型レンズ1bを備えたレンズアレイは、特に耐水性(耐湿性)に優れることから、オフィスなどの一般空調だけでなく、高温多湿な状況に晒される工場、保管倉庫又は輸送トラックなどの物流を含めた多様な環境においても、上記の光学機器などに適用可能である。 Lens arrays equipped with gradient index lenses 1b have a large DOF and, in some cases, excellent weather resistance, making them suitable for a wide range of optical equipment, including scanners, copiers, facsimiles, printers, CISs, and line cameras. Furthermore, because lens arrays equipped with gradient index lenses 1b are particularly water-resistant (moisture-resistant), they can be applied to the above optical equipment in a variety of environments, including not only general air conditioning in offices, but also factories, storage warehouses, and logistics facilities exposed to high temperatures and humidity, such as transport trucks.
レンズアレイ10bを用いて、例えば、図5に示すCISスキャナ100を提供できる。CISスキャナ100は、例えば、レンズアレイ10bと、筐体11と、ライン状受光素子12、ライン状照明装置13、原稿台14とを備える。ライン状受光素子12は、レンズアレイ10bの主走査方向に延びている。図5においてX軸に平行な方向が主走査方向であり、Y軸に平行な方向が副走査方向である。ライン状照明装置13は、レンズアレイ10bの主走査方向に延びている。原稿台14はガラス板によって形成されている。原稿台14をなすガラス板は、筐体11の開口を覆うように配置される。レンズアレイ10b、ライン状受光素子12、及びライン状照明装置13は、筐体11の内部に配置されている。ライン状照明装置13から原稿台14の上に置かれた原稿Pへ、線状に照明光が照射される。原稿Pの表面で反射した光が、ライン状受光素子12に入射するようにレンズアレイ10bが配置されている。レンズアレイ10b及びライン状受光素子12を含むスキャナ機構を副走査方向に走査すること又は原稿台14の上に置かれた原稿Pを副走査方向に搬送することによって、原稿Pに関する二次元の画像データを得ることができる。 Using the lens array 10b, for example, a CIS scanner 100 as shown in FIG. 5 can be provided. The CIS scanner 100 includes, for example, the lens array 10b, a housing 11, a linear light receiving element 12, a linear illuminator 13, and a document table 14. The linear light receiving element 12 extends in the main scanning direction of the lens array 10b. In FIG. 5, the direction parallel to the X axis is the main scanning direction, and the direction parallel to the Y axis is the sub-scanning direction. The linear illuminator 13 extends in the main scanning direction of the lens array 10b. The document table 14 is formed of a glass plate. The glass plate constituting the document table 14 is arranged to cover the opening of the housing 11. The lens array 10b, the linear light receiving element 12, and the linear illuminator 13 are arranged inside the housing 11. Illumination light is linearly irradiated from the linear illuminator 13 onto a document P placed on the document table 14. Lens array 10b is arranged so that light reflected from the surface of document P is incident on linear light receiving elements 12. Two-dimensional image data of document P can be obtained by scanning the scanner mechanism including lens array 10b and linear light receiving elements 12 in the sub-scanning direction, or by transporting document P placed on document table 14 in the sub-scanning direction.
レンズアレイ10bは、大きなDOFを有する屈折率分布型レンズ1bを備えているので、例えば、皺又は見開きの部分などにより、原稿Pの一部が浮いた部分においても、読み取られた画像の品質が良好になりやすい。 The lens array 10b is equipped with gradient index lenses 1b that have a large DOF, so the quality of the scanned image is likely to be good even in areas where parts of the original P are raised due to, for example, wrinkles or open pages.
レンズアレイ10bを用いて、例えば、図6に示すスキャナ300を提供できる。スキャナ300は、筐体31と、ライン状受光素子32と、ライン状照明装置33と、第一スペーサ34aと、第二スペーサ34bと、基板35とを備えている。スキャナ300では、ライン状照明装置33が筐体31の外部に配置されている。例えば、スキャナ300において、読取を予定する原稿Pの部分とライン状受光素子32との光学的配置を適切に調整するために、レンズアレイ10bは、第一スペーサ34a及び第二スペーサ34bによって筐体31に対し位置決めされて固定されている。スキャナ300は、被検体の外観を検査する装置に適用されてもよく、原稿Pの代わりに被検体(検査対象物)からの画像を得るために使用されてもよい。この場合、ライン状照明装置33から出射された光線が被検体に照射され、被検体の表面で反射した光はレンズアレイ10bの結像作用によって、ライン状受光素子32に結像される。ライン状受光素子32は、被検体の表面の1次元の画像情報を逐次電気信号に変換し、出力できる。 The lens array 10b can be used to provide, for example, the scanner 300 shown in FIG. 6. The scanner 300 includes a housing 31, a linear light receiving element 32, a linear illumination device 33, a first spacer 34a, a second spacer 34b, and a substrate 35. In the scanner 300, the linear illumination device 33 is disposed outside the housing 31. For example, in the scanner 300, the lens array 10b is positioned and fixed relative to the housing 31 by the first spacer 34a and the second spacer 34b to appropriately adjust the optical alignment between the portion of the document P to be read and the linear light receiving element 32. The scanner 300 may also be used in a device for inspecting the appearance of an object, or may be used to obtain an image of the object (inspection target) instead of the document P. In this case, light emitted from the linear illumination device 33 is irradiated onto the object, and light reflected from the surface of the object is imaged on the linear light receiving element 32 by the imaging effect of the lens array 10b. The linear light-receiving element 32 can sequentially convert one-dimensional image information of the surface of the subject into electrical signals and output them.
レンズアレイ10bを用いて、例えば、図7に示すプリンタ500を提供できる。プリンタ500は、書込ヘッド51と、感光ドラム52と、帯電器53、現像器54と、転写器55と、定着器56と、消去ランプ57と、清掃器58と、給紙カセット59とを備えている。レンズアレイ10bは、書込ヘッド51の内部に配置されている。プリンタ500は、電子写真方式のプリンタである。書込ヘッド51は、レンズアレイ10bと、発光素子アレイ(図示省略)とを備えている。レンズアレイ10bは、発光素子アレイから発せられた光を、感光ドラム52上に露光させる結像光学系を構成している。詳細には、レンズアレイ10bは、その焦点が感光ドラム52の表面に位置しており、正立等倍光学系を構成している。感光ドラム52の表面には、アモルファスSiなどの光導電性を有する
材料(感光体)からなる感光層が形成されている。最初に、回転している感光ドラム52の表面が帯電器53によって均一に帯電する。次に、書込ヘッド51によって、形成する画像に対応するドットイメージの光が感光ドラム52の感光層に照射され、感光層において光が照射された領域の帯電が中和され、感光層に潜像が形成される。次に、現像器54によって感光層にトナーを付着させると、トナーは感光層の帯電状態に従って、感光層における潜像が形成された部分に付着する。次に、付着したトナーを、転写器55によって、カセットから送られてきた用紙に転写し、その後、定着器56によって用紙を加熱すると、トナーが用紙に定着して画像が形成される。一方、転写の終了した感光ドラム52の帯電は消去ランプ57によって全領域にわたって中和され、その後、清掃器58によって感光層上に残ったトナーが除去される。
The lens array 10b can be used to provide, for example, a printer 500 as shown in FIG. 7 . The printer 500 includes a writing head 51, a photosensitive drum 52, a charger 53, a developing unit 54, a transfer unit 55, a fixing unit 56, an erase lamp 57, a cleaner 58, and a paper feed cassette 59. The lens array 10b is disposed inside the writing head 51. The printer 500 is an electrophotographic printer. The writing head 51 includes the lens array 10b and a light-emitting element array (not shown). The lens array 10b forms an imaging optical system that exposes light emitted from the light-emitting element array onto the photosensitive drum 52. More specifically, the lens array 10b has its focal point located on the surface of the photosensitive drum 52, forming an erect, equal-magnification optical system. A photosensitive layer made of a photoconductive material (photoconductor) such as amorphous silicon is formed on the surface of the photosensitive drum 52. First, the surface of the rotating photosensitive drum 52 is uniformly charged by a charger 53. Next, a write head 51 irradiates the photosensitive layer of the photosensitive drum 52 with light of a dot image corresponding to the image to be formed. The charge in the irradiated areas of the photosensitive layer is neutralized, forming a latent image on the photosensitive layer. Next, a developer 54 applies toner to the photosensitive layer, and the toner adheres to the areas of the photosensitive layer where the latent image is formed, depending on the charge state of the photosensitive layer. Next, a transfer unit 55 transfers the adhered toner to paper fed from a cassette. The paper is then heated by a fuser 56, fixing the toner to the paper and forming an image. Meanwhile, after transfer, the charge on the photosensitive drum 52 is neutralized across the entire area by an eraser lamp 57, and then a cleaner 58 removes any toner remaining on the photosensitive layer.
レンズアレイ10bを用いて、例えば、図8に示す検査装置700を提供できる。検査装置700は、CISスキャナ71と、ライン状状照明装置72と、制御器73と、出力装置74と、搬送装置75と、搬送制御装置76とを備えている。CISスキャナ71の内部にはレンズアレイ10bが配置されている。搬送装置75は、例えばベルトコンベヤーである。搬送装置75は、プリント基板、テキスタイル、及び紙等の被検体Tを搬送する。搬送制御装置76は、搬送装置75を制御するためのデジタルコンピュータであり、搬送装置75の搬送速度を調整するための制御信号を搬送装置75に向かって出力する。CISスキャナ71及びライン状照明装置72は、例えば、搬送装置75の上方に配置されており、被検体Tは、搬送装置75によってCISスキャナ71の真下を通過する。CISスキャナ71及びライン状照明装置72は、被検体Tの明瞭な画像データが得られるように配置されている。制御器73は、被検体Tの画像データを形成するためのデジタルコンピュータである。被検体TがCISスキャナ71の真下を通過するときに、制御器73は、CISスキャナ71から1次元の画像情報を連続的に取得する。加えて、制御器73は、搬送制御装置76から被検体Tの搬送位置情報を取得する。制御器73は、CISスキャナ71から取得した1次元の画像情報と、搬送制御装置76から取得した搬送位置情報とに基づいて計算処理を行い、2次元の画像情報を形成する。形成された2次元の画像情報は、制御器73に予め記憶された、異物、ワレ、ピンホール等の欠陥を特徴づける情報と比較される。これにより、制御器73は、被検体Tにおける欠陥の有無、欠陥の数、及び欠陥の位置を特定する。制御器73は、この比較結果に基づいて、被検体Tの良否を判断してもよい。出力装置74は、例えばモニターであり、制御器73によって形成された2次元の画像情報を表示する。 Using the lens array 10b, for example, an inspection device 700 as shown in FIG. 8 can be provided. The inspection device 700 includes a CIS scanner 71, a linear illumination device 72, a controller 73, an output device 74, a conveyor device 75, and a conveyor control device 76. The lens array 10b is disposed inside the CIS scanner 71. The conveyor device 75 is, for example, a belt conveyor. The conveyor device 75 conveys specimens T, such as printed circuit boards, textiles, and paper. The conveyor control device 76 is a digital computer for controlling the conveyor device 75 and outputs a control signal to the conveyor device 75 to adjust the conveying speed of the conveyor device 75. The CIS scanner 71 and linear illumination device 72 are disposed, for example, above the conveyor device 75, and the specimens T pass directly below the CIS scanner 71 by the conveyor device 75. The CIS scanner 71 and linear illumination device 72 are disposed so as to obtain clear image data of the specimens T. The controller 73 is a digital computer that generates image data of the inspected object T. As the inspected object T passes directly beneath the CIS scanner 71, the controller 73 continuously acquires one-dimensional image information from the CIS scanner 71. In addition, the controller 73 acquires transport position information of the inspected object T from the transport control device 76. The controller 73 performs calculations based on the one-dimensional image information acquired from the CIS scanner 71 and the transport position information acquired from the transport control device 76 to generate two-dimensional image information. The generated two-dimensional image information is compared with information that characterizes defects such as foreign matter, cracks, and pinholes, pre-stored in the controller 73. The controller 73 thereby identifies the presence or absence of defects in the inspected object T, the number of defects, and their locations. The controller 73 may determine the quality of the inspected object T based on the comparison results. The output device 74 is, for example, a monitor, and displays the two-dimensional image information generated by the controller 73.
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。 The present invention will be explained in more detail below using examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.
(ガラス組成物の調製及び屈折率分布型レンズの作製)
表1に示す組成となるようにガラス原料を混合し、混合物を熔融して、実施例1~4、比較例1~3、及び参考例1に係る熔融ガラス(ガラス組成物)を得た。表1における数値はモル%を示す。各ガラス組成物における所定の成分のモル%基準の含有率の関係を表2に示す。各熔融ガラスを紡糸してファイバー状に成形し、得られたガラスファイバーを所定の長さで切断し、切断面を研磨した。これにより、各実施例、各比較例、及び参考例1に係るガラス素線を得た。各ガラス素線の直径(線径)は、560μmであった。次に、各ガラス素線を構成するガラス組成物のガラス転移温度付近に加熱した硝酸ナトリウム溶融塩に各ガラス素線を浸漬し、イオン交換処理を行った。これにより、各ガラス素線に屈折率分布を形成した。その後、イオン交換処理後のガラス素線を1周期長に切断し、切断した端面を研磨して、各実施例、各比較例、及び参考例1に係る屈折率分布型レンズを得た。
(Preparation of Glass Composition and Fabrication of Gradient Index Lens)
Glass raw materials were mixed to obtain the compositions shown in Table 1, and the mixtures were melted to obtain glass melts (glass compositions) according to Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 3, and Reference Example 1. The numerical values in Table 1 indicate mol %. The relationships between the mol % contents of predetermined components in each glass composition are shown in Table 2. Each glass melt was spun into a fiber, and the resulting glass fiber was cut to a predetermined length and the cut surface was polished. This resulted in glass strands according to each Example, Comparative Example, and Reference Example 1. Each glass strand had a diameter (filament diameter) of 560 μm. Next, each glass strand was immersed in a sodium nitrate molten salt heated to a temperature near the glass transition temperature of the glass composition constituting the glass strand, thereby performing an ion exchange treatment. This resulted in a refractive index distribution in each glass strand. The glass strands after the ion exchange treatment were then cut to a periodic length, and the cut end surfaces were polished to obtain refractive index distribution lenses according to each Example, Comparative Example, and Reference Example 1.
(特性評価)
上記のように作製した屈折率分布型レンズを適当な長さに切断して得られたサンプルの切断面を鏡面研磨した。次に、このサンプルの一方の端面に格子状のパターンが記載されたシートを接触させ、サンプルの他方の端面からそのパターンの正立像を観察して、各屈折率分布型レンズの周期長Pを決定した。次に、√A=2π/Pの関係に基づいて、各屈折率分布型レンズの屈折率分布係数√Aを決定した。次に、屈折率分布係数√A、屈折率分布型レンズの半径r0、及びイオン交換処理前のガラス素線の屈折率Ncの値と、下記
の式(1)に示す関係に基づいて、各屈折率分布型レンズの開口角θを決定した。結果を表3に示す。なお、屈折率Ncは、1.60であり、各屈折率分布型レンズの光軸における屈折率とみなすことができた。
θ=sin-1{√A・Nc・r0} 式(1)
(Characteristics evaluation)
The gradient index lenses prepared as described above were cut to an appropriate length, and the cut surfaces of the resulting samples were mirror-polished. Next, a sheet bearing a grid pattern was placed in contact with one end surface of the sample, and an upright image of the pattern was observed from the other end surface of the sample to determine the periodic length P of each gradient index lens. Next, the refractive index distribution coefficient √A of each gradient index lens was determined based on the relationship √A = 2π/P. Next, the aperture angle θ of each gradient index lens was determined based on the refractive index distribution coefficient √A, the radius r0 of the gradient index lens, and the refractive index Nc of the glass fiber before ion exchange treatment, as shown in Equation (1) below. The results are shown in Table 3. The refractive index Nc was 1.60, which could be considered the refractive index at the optical axis of each gradient index lens.
θ=sin -1 {√A・Nc・r 0 } Formula (1)
屈折率Ncは、各実施例、各比較例、及び参考例1に係るガラス組成物の屈折率を評価することで求めた。ガラス組成物からなる母材ガラスを切り出して15mm平方の断面積を有する直方体状の試料を作製し、JIS B 7071-2:2018に記載のVブロック法に従って屈
折率Ncを評価した。本方法ではVブロックプリズムに試料を載せ、分光された光線を通した際に試料で曲げられた光線の偏角を測定する。本方法は、この偏角の値と既知のVブロックプリズムの屈折率から、相対的に試料の屈折率を計算する方法である。評価には島津製作所製のKPR-3000を用いた。
The refractive index Nc was determined by evaluating the refractive index of the glass compositions of each Example, Comparative Example, and Reference Example 1. A rectangular parallelepiped sample with a cross-sectional area of 15 mm square was cut out of a glass matrix composed of the glass composition, and the refractive index Nc was evaluated according to the V-block method described in JIS B 7071-2:2018. In this method, the sample is placed on a V-block prism, and the deviation angle of the light beam bent by the sample when a dispersed light beam passes through it is measured. This method calculates the refractive index of the sample relative to the deviation angle value and the known refractive index of the V-block prism. A Shimadzu KPR-3000 was used for the evaluation.
(耐水性評価)
JOGIS 06-2009に準拠して各ガラス組成物の耐水性を評価した。各ガラス
組成物から作製した試料を沸騰水中に1時間置いて減量率を測定し、減量率に応じて各ガラス組成物の耐水性を評価した。JOGIS 06-2009における耐水性は、1級か
ら6級に区分されており、耐水性が1級であるガラスは、耐候性、特に水分に対して優れた耐久性を持つといえる。
(Water resistance evaluation)
The water resistance of each glass composition was evaluated in accordance with JOGIS 06-2009. A sample prepared from each glass composition was placed in boiling water for one hour to measure the weight loss rate, and the water resistance of each glass composition was evaluated according to the weight loss rate. JOGIS 06-2009 classifies water resistance into grades 1 to 6, and glass with a grade 1 water resistance can be said to have excellent weather resistance, particularly durability against moisture.
(DOFの測定)
各屈折率分布型レンズに対し、その側面にノイズ光の除去を目的に所定の処理(凹凸形成処理)を施した。その後、複数の各屈折率分布型レンズを2次元に配列して、図4に示すような複数の屈折率分布型レンズが2列に配列されたレンズアレイを作製した。このようにして、各実施例、各比較例、及び参考例1に係るレンズアレイを得た。1mmの間隔に6組の黒白のラインペアを有するラインパターンを準備した。すなわち、このラインパターンは、6本/mmの空間周波数を有していた。ハロゲンランプからの出射光をカラーフィルター(透過中心波長:530nm、半値全幅15nm)を通過させてラインパターンに照射した。図1に示すように、MTFの値が最大となる位置に、ラインパターン、各レンズアレイ、及び受光素子を配置した。このときの、レンズアレイと受光素子との間の距離をレンズ-結像位置間距離Loと決定した。結果を表3に示す。その後、ラインパタ
ーンを光軸方向に移動させながら、各位置でMTFの値を求め、ΔLとMTFの値との関係からMTFの値が30%以上となる作動距離の範囲を特定した。そのうえで、作動距離の最大値から最小値を差し引いて、各屈折率分布型レンズの被写界深度(DOF)を決定した。結果を表3に示す。また、図9に、実施例2、比較例3、及び参考例1に係るレンズアレイにおける、MTFの値とΔLとの関係を示す。
(DOF Measurement)
Each gradient index lens underwent a predetermined treatment (irregularity formation treatment) on its side surface to remove noise light. Then, a plurality of gradient index lenses were arranged two-dimensionally to produce a lens array in which a plurality of gradient index lenses were arranged in two rows, as shown in Figure 4. In this manner, lens arrays according to each Example, Comparative Example, and Reference Example 1 were obtained. A line pattern with six pairs of black and white lines spaced 1 mm apart was prepared. That is, this line pattern had a spatial frequency of 6 lines/mm. Light emitted from a halogen lamp was passed through a color filter (transmission center wavelength: 530 nm, full width at half maximum: 15 nm) and irradiated onto the line pattern. As shown in Figure 1, the line pattern, each lens array, and light-receiving element were positioned at the position where the MTF value was maximized. The distance between the lens array and the light-receiving element at this time was determined as the lens-to-imaging position distance L o . The results are shown in Table 3. The line pattern was then moved in the optical axis direction, and the MTF value was determined at each position. The range of working distances where the MTF value was 30% or greater was identified from the relationship between ΔL and the MTF value. The depth of field (DOF) of each gradient index lens was then determined by subtracting the minimum value from the maximum value of the working distance. The results are shown in Table 3. Figure 9 also shows the relationship between the MTF value and ΔL for the lens arrays of Example 2, Comparative Example 3, and Reference Example 1.
表1に示す通り、各実施例に係る屈折率分布型レンズを備えたレンズアレイにおけるDOFは、1.5~3.0mmの範囲にあり、各実施例に係る屈折率分布型レンズが所望のDOFを有することが示唆された。加えて、各実施例に係るガラス組成物の耐水性は1級であった。一方、各比較例に係る屈折率分布型レンズを備えたレンズアレイにおけるDOFは小さかった。参照例1に係る屈折率分布型レンズを備えたレンズアレイにおけるDOFは2.4mmであった。しかし、参照例1に係るガラス組成物の耐水性は4級であり、
参照例1に係るガラス組成物は各実施例に係るガラス組成物と比べると耐水性の点で劣っていることが示唆された。
As shown in Table 1, the DOF in the lens arrays equipped with the gradient index lenses according to each Example was in the range of 1.5 to 3.0 mm, suggesting that the gradient index lenses according to each Example had the desired DOF. In addition, the water resistance of the glass compositions according to each Example was Grade 1. On the other hand, the DOF in the lens arrays equipped with the gradient index lenses according to each Comparative Example was small. The DOF in the lens array equipped with the gradient index lenses according to Reference Example 1 was 2.4 mm. However, the water resistance of the glass composition according to Reference Example 1 was Grade 4,
It was suggested that the glass composition of Reference Example 1 was inferior in water resistance to the glass compositions of each Example.
1a ガラス素線
1b 屈折率分布型レンズ
2 受光素子
3 ラインパターン
10a、10b レンズアレイ
100 CISスキャナ
300 スキャナ
500 プリンタ
700 検査装置
1a Glass wire 1b Gradient index lens 2 Light receiving element 3 Line pattern 10a, 10b Lens array 100 CIS scanner 300 Scanner 500 Printer 700 Inspection device
Claims (7)
1.5~3.0mmの被写界深度を有し、
前記被写界深度は、当該屈折率分布型レンズと結像位置との距離を一定に保った状態で作動距離の最大値から最小値を差し引いて決定され、
前記作動距離において、6本/mmの空間周波数における変調伝達関数(MTF)の値が30%以上であり、
3.5°~5.5°の開口角を有し、
日本光学硝子工業会規格(JOGIS)06‐2009に準拠して決定される耐水性が1級である、
屈折率分布型レンズ。 A gradient index lens,
It has a depth of field of 1.5 to 3.0 mm,
the depth of field is determined by subtracting the minimum value from the maximum value of the working distance while maintaining a constant distance between the gradient index lens and the image formation position;
At the working distance, the value of the modulation transfer function (MTF) at a spatial frequency of 6 lines/mm is 30% or more,
An aperture angle of 3.5° to 5.5°;
Water resistance is grade 1 as determined in accordance with the Japan Optical Glass Industry Association Standard (JOGIS) 06-2009.
Gradient index lens.
ロッドレンズアレイ。 10. A lens system comprising: the gradient index lenses according to claim 1, which are arranged in one or more rows in the main scanning direction so that their optical axes are parallel to one another;
Rod lens array.
ライン状受光素子と、
ライン状照明装置と、を備える
イメージスキャナ。 The rod lens array according to claim 2;
a linear light receiving element;
An image scanner comprising: a linear illumination device.
前記外観検査装置は、前記ロッドレンズアレイが搭載されたCISスキャナと、
検査対象物を搬送するための搬送装置と、
制御装置と、を含み、
前記搬送装置によって搬送される検査対象物の一次元画像情報を連続的に取得することによって前記検査対象物の二次元画像情報を形成する前記外観検査装置に用いられる、
請求項2に記載のロッドレンズアレイ。 A rod lens array for use in a visual inspection device,
The visual inspection device includes: a CIS scanner equipped with the rod lens array;
a transport device for transporting the inspection object;
a control device;
The visual inspection device forms two-dimensional image information of an inspection object by continuously acquiring one-dimensional image information of the inspection object conveyed by the conveying device,
The rod lens array according to claim 2 .
40%≦SiO2≦65%
1%≦TiO2≦10%
0.1%≦MgO≦22%
0.15%≦ZnO≦15%
0.5%≦Li2O<4%
2%≦Na2O≦20%
0%≦B2O3≦20%
0%≦Al2O3≦10%
0%≦K2O≦3%
0%≦Cs2O≦3%
0%≦Y2O3≦5%
0%≦ZrO2≦2%
0%≦Nb2O5≦5%
0%≦In2O3≦5%
0%≦La2O3≦5%
0%≦Ta2O5≦5%、を含み、
CaO、SrO、及びBaOからなる群より選ばれる少なくとも2つを、それぞれ0.1モル%以上15モル%以下含み、
モル%で表示して、
2%≦MgO+ZnO、
0.07≦ZnO/(MgO+ZnO)≦0.93、
2.5%≦Li2O+Na2O<24%、
Li 2 O/Na 2 O≦0.2、及び
0%≦Y2O3+ZrO2+Nb2O5+In2O3+La2O3+Ta2O5≦11%の条件を満たす、
ガラス組成物。 Expressed in mole percent,
40%≦SiO 2 ≦65%
1%≦TiO 2 ≦10%
0.1%≦MgO≦22%
0.15%≦ZnO≦15%
0.5%≦ Li2O <4%
2%≦Na 2 O≦20%
0%≦B 2 O 3 ≦20%
0%≦ Al2O3 ≦ 10%
0%≦K 2 O≦3%
0%≦ Cs2O ≦3%
0%≦Y 2 O 3 ≦5%
0%≦ZrO 2 ≦2%
0%≦Nb 2 O 5 ≦5%
0%≦ In2O3 ≦ 5%
0%≦La 2 O 3 ≦5%
0%≦Ta 2 O 5 ≦5%;
containing at least two selected from the group consisting of CaO, SrO, and BaO in an amount of 0.1 mol% or more and 15 mol% or less,
Expressed in mole percent,
2%≦MgO+ZnO,
0.07≦ZnO/(MgO+ZnO)≦0.93,
2.5%≦ Li2O + Na2O <24%,
The conditions of Li2O /Na2O ≦ 0.2 and 0 % ≦ Y2O3 + ZrO2+Nb2O5 + In2O3 + La2O3 + Ta2O5 ≦ 11% are satisfied .
Glass composition.
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