JPH01503576A - 勾配の大きい光学的密度を有する伝導光線用コンセントレータ、形状の大きいレンズおよび複合レンズ、並びにこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 勾配の大きい光学的密度を有する伝導 光線用コンセントレータ、形状の大きいレンズおよび複合レンズ、並びに これらの製造方法 技術分野 本発明は、一般的に放射エネルギーを方向づける装置に関し、更に詳しくは、光 学的密度の勾配又は、３次元の屈折率を有する光学的に屈折可能な媒体を使用し た伝導光線を真中する装置および小型の光学システムに関する。

背景技術 入射した電磁放射線を光電池のような受光素子に気中する多くの装置が、報告さ れている０例えば、シュアン、シー、ミナノ、ヨセ、エチ、ルイツ、およびアン トニオ・ルーツによって「応用光字」主ユ、３９６０（１９８３年）に掲載され た「誘電管に浸したコレクタを有するｉ＆艮かつ理想的な２次元コンセントレー タの設計」で、著者は、複合した抛！Ｉｌｌ＋級形のコンセントレータの幾何学 的薬中は、誘電透過性媒体を使用してこのコンセントレータを充満した場合、屈 折率のファクターによって増加することが可能であると述べている。更に、１９ ７８年９月１９日付でローランド・ウィンストンに付与された「屈折螺体を有す る円筒状放射エネルギー指向装置」と題する米国特許第４，１１４．５９２号で 、この発明者は、エネルギー藁中モードで動作可能な、相対する屈折側面を有す る放射エネルギー伝導装置を使用し、これによって、入射領域に入射するエネル ギーは、この入射領域よりも寸法の小さい出射領域に向かい、そこに集中するこ とを説明している。ここで説明されている全ての装置は屈折壁を有している３本 発明と特に関係のあるのは、第４コラム、５０−６８行の第２図の議論であり、 ここでウィンストンは、入射光線を湾曲せ、その結果、装置の全長を短くするた め、勾配のある屈折率を有する非均質光学材料のを使用を説明している。この目 的を達成するのに最も適した勾配は、一般的に円筒形の装置の軸に沿ってより大 きい屈折率を有し、この屈折率がこの軸から離れるにしたがって小さくなるよう な勾配であると説明されている。これは純粋に半径方向の勾配として知られてい る。この半径方向の変化以外に光学的密度の縦方向の変化については教示されて いない。

また本発明に関係するのは、この米国特許の第３図であり、これは非均質屈折媒 体と屈折壁との組合わせを教示している。２つの媒体が示されているが一無数の 媒体が可能である。この媒体では、装置の半径の関数として光学的密度が増加す る。このような分布を使用する上述の目的は、装置全体のコストを削減すること である。すなわち、最も内側の領域には水を漏たしてもよい０例えば、第５コラ ム、６４−６８行および第６コラム、１−３４行費照。

１９８０年１２月２３日付でローランド・ウィンストンに付与された「エネルギ ー伝導」と題する米国特許４，２４０．６９２号で、この発明者は集中モードと 放出モードで選択的に動作することのできる放射エネルギー伝導装置を開示して いる。ウィンストンの第４．１１４，５９２号の特許とは興なって、ここでは、 上述したように、ミラーで写された屈折境界面が使用され伝導およびガイド面が 異なった屈折率を有する媒体の境界に形成されている。

半径方向の光学的屈折の勾配は、プラスチックとガラスのサンプルで形成されて いる。１９７３年２月７日付でロバ−１−、ニス・ムアーに付与された「屈折率 の勾配を有するプラスチック光学エレメント」と題する米国特許第３．７１８， ３８３号において、発明者は、ある形状に形成された高分子マトリックスの光軸 と直角な方向に屈折率の連続した勾配を形成するため、このマトリックスに対し て希釈剤を放散することを説明している。この希釈剤と高分子材料は異なった屈 折特表千１−５０３５７６　（５） して直角な半径方向の距離に実質的に比例する屈折率の角度的に対称な半１方向 の勾配が、プラスチックのマトリックス材料よりも低い屈折率を有する希釈剤を このマトリックスの中央コアからマトリックス内に放散することによって形成さ れる。同様に、屈折率が半径の外方向に減少しなければならない正のレンズの場 合、プラスチック・ロッドの外部から内側方向への希釈剤の放散が必要である。

１９７５年１月７日付でミツジ、ヨシャガワに対して付与された「屈折率の勾配 を有する光学ガラス体」に対する米国特許第ｍｌ、８５９．１０３号において、 この発明者は、ガラスに含まれているタリウム−イオンを外部アルカリ金属イオ ンによって代替した結果得られるガラス体の中実軸からこのガラス体の周囲の表 面に対して連続的に減少する屈折率の製作について説明している。Ｔｌ２Ｏを含 有するガラスが選択されたが、その理由は、タリウム・イオンがガラスに高い屈 折率を与えるからである。必要なイオンの代替を行うプロセスは、ガラスの物体 を十分な放散が発生ずるのに十分なだけの時間選択された溶融塩に接触させるこ とである。Ｎ＝Ｎ　（１−ａｒ２）の関係にしたがう屈折率の分布がガラス棒の 中で生じたが、ここでｒは半径方向の中心からの距離であり、ａは正の定数であ り、Ｎｏはガラス体の中実軸に対して直角なこのガラス体の断面の中心における 屈折率である。

１９７７年１０月１１日イ寸でスチュアート、イー、ミラーに付与された「分散 の少ない光ファイバーＪと題する米国特許第４．０５３，２０４号および１９７ ８年２月２８日にフランク・ビンセント・グイマルセ口およびジョン・チャール ス・ウィリアムスに付与された「勾配のついた屈折率を有する光ファイバー」と 題する米国特許第４．０７６．３８０号において、発明者は、勾配のついた屈折 率を有する光ファイバーを開示しているが、この光ファイバーは、これを通過す る光のパルスの分散特性を改善するため、反復的に変化する不連続な縦方向の領 域内での半径方向での勾配を有している。前者の特許の場合、これらの領域は、 光学的な屈折率が一定の材料の各層の厚さを変化させることによって達成され、 後者の特許の場合、異なった屈折率を有する層が光ファイバーの長手方向に沿っ て螺旋形に配設されている。いずれの光ファイバーにおいても、これらの屑を形 成するため化学気相法が使用される。

１９８７年９月２９日付けでシュン、ハラトリおよびシゲユキ、スダに付与され なｒ屈折率分布型レンズを有する投影装置」に対する米国特許第４．６９６゜５ ５２号において、これらの発明者は、対称物を照明する照明システムおよび対称 物の像を投影するための屈折率分布型レンズを有する投影装置を開示している。

らの距離の２乗に実質的に比例する屈折率の分布とこの光軸の方向に単調に変化 する屈折率の分布を有している。このレンズの特徴は、長さが約１８ｍｍ、直径 が０．５ｍｍ＜光軸に対して直角）の寸法、および０゜０５未満の屈折率の変化 にある。

本明細嘗の目的のため、「光軸Ｊという用語を本発明の屈折物質を通って内側に 伸び、光の通路に使用されるこの物質の入射面および出射面の両方を通過する仮 想ｉＩＩ線を意味するものとして定義する０本発明の選択された実施例に対して ２つ以、ヒの光軸が存在する可能性があるが、一般的に、この先軸は材料の幾何 学的な対称性によってに画成される。いずれの場合でも、屈折物質の屈折率の変 化は光軸に対して形成される。

また本明細嘗の目的のため、我々は、「双方向の勾配」という用語を通常相互に 直交する２つの方向の各々に沿って生ずる屈折率の勾配として定義する。最債に 、［光ｊという用語は、赤外線から可視光線を通って紫外線に至る周波数スペク トルの！離放射線として定義される。

これらの特許文献および科学技術文献から著しく欠落しているものは、伝導され た光を集中させる、またはこの光を方向づける、またはこれらの両方を行う装置 に関する記述、および屈折率の変化の方向に実質的な厚さを有する３次元で変化 する屈折率を有する装置に関する記述である。更に、屈折率がかなりの程度に変 化し軸方向のかなりの程度の寸法にわたって光学的密度の分布が単調に変化する ことについては説明されていない、上記したハフトリ等は双方向に勾配が変化す る屈折率を有するレンズを開示しているが、このレンズには、ここで使用されて いる用語としての実質的な厚さがなく、ここで使用されている用語としての実質 的な屈折率の変化がない。

したがって、本発明の目的は、屈折率に大きな勾配、すなわち、少なくとも０． １の勾配を有し、かつ大きな形状、すなわち光軸と直角な方向に少なくとも約５ ｍｍの大きさを有する光線指向装置を提供することである。

本発明の他の目的は、現存する装置よりも大きなゲインを有する非追跡型伝導光 線コンセントレージョンおよび収萬装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、現存する装置よりも小さくかつ軽量の伝導光学システ ムを提供することである。

本発明の更に他の目的は、広範な許容角度を有する非追跡型伝導太陽エネルギー 収集装置を提供することである。

本発明の他の目的は、伝導光線のイメージ縮小装置または拡大装置を提供するこ とである。

本発明の更に池の目的は、大きな双方向の勾配を有する一体ｆｌｌＩ３１のガラ ス製品を製造するプロセスおよび特表千１−５０３５７６　（６） るプロセスを提供することである。

本発明の他の目的は、複合レンズとして協動する少なくとも２つの個別のレンズ によって与えられる伝導特性と同じ伝導特性を１個の一体化されたレンズで生じ させることである。

本発明のこれら以外の目的、効果および新規な特徴は、部分的には以下の説明に よって明らかになり、部分的には当業者が下記の説明を検討することによって明 らかになり、または本発明を実行することによって習得されるであろう０本発明 の目的および効果は、特に添付の特許請求の範囲で開示されている装置とその組 み合わせによって実現し達成されることができる。

の　云 ここで実施され広範囲に説明されるように１本発明の目的にしたがって、上述お よびその他の目的を達成するため、光線指向装置が提供され、この装置は、屈折 率に双方向の勾配のついた伝導性屈折材料を有している。このような光線指向装 置の実例は、レンズ、コンセントレータなどのイメージおよび非イメージ装置を 含んでいる。

本発明の光線指向装置の特徴は、屈折率に大きな勾配のあることである。大きな 勾配、すなわち相当程度の勾配とは、少なくとも約０．１の屈折率の変化をＺ味 する。更に、これらの装置は、０．３を超える屈折率の勾配を有することも可能 であり、更に０．５というような屈折率の勾配を有する従来技術によるガラス製 品では今迄開いたことのない値を有するようにすることも可能である。

本発明の光線指向装置の別の特徴は、大きな形状、すなわち光軸に直角な方向に 少なくとも約５ｍｍの寸法を有して製造された装置の実質的な厚さである。

本発明の１実施例において、本発明の非追跡型伝導光線コンセントレータは、一 般的に平坦な入射面および出射面を有すると共に双方向に屈折率の勾配を有す有 する伝導性屈折材料を含み、この勾配は光軸と直角な方向で一般的に変化すると 共に、屈折媒体の入射面から出射面の方向でこの光軸に対して平行な方向に一般 的に変化する。ｍつかの状況では、この屈折材料は、入射面に入射し、屈折材料 によって入射面に指向されたエネルギーが、屈折材料の出射面に実質的に指向さ れるように輪郭を設けられた側壁としての反射境界を有してもよい、同様に、こ の反射境界は、入射面と出射面との境界は伸びる光軸を中心として対称的に配設 された対向面であり、屈折材料によって入射面が出射面よりも大きい領域を有す る装置が形成されるように一般的に輪郭を設けられてもよい。

本発明の他の実施例において１本発明の非追跡型伝導光線コンセントレータ装置 は、一般的に平坦な入射面および出射面を有すると共に、その屈折率の双方向の 勾配のついた伝導性屈折材料を含み、この勾配は。

光軸と直角の方向に一般的に減少すると共に屈折媒体の入射面から出射面の方向 でこの先軸と平行な方向に一般的に増加する。

本発明の他の特徴において、本発明の目的と目標にしたがって、イメージ縮小装 置またはイメージ拡大装置は伝導性屈折材料を有し、この伝導性屈折材料は一般 的に平坦な入射面と出射面を有すると共に、屈折率の双方向の傾斜を有し、この 傾斜は、それぞれ、光軸に対して直角な方向に一般的に減少または増加し、入射 面から光軸の長さの約１／２の位置の範囲で屈折媒体の入射面から出射面に向か う方向でこの先軸に対して、それぞれ一般的に増加または減少し、更に光軸のほ ぼ中央の位置から装置の出射面に至までの範囲で光軸に沿った方向と光軸から半 径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を実質的に有している。１！っか の状況では、この屈折材料は、その光軸に沿って実質的に一定の屈折率を有して もよい。

本発明の他の特徴において１本発明の目的と目標にしたがって、双方向に勾配の ついた屈折率を有する製品を製造するプロセスは、ガラス状で減少する屈折率と 同一の膨張係数を有する一連の粉末化されたガラスのサンプルを製造する工程、 選択された形状を有するるるつぼの底部領域に最大の屈折率または最小の屈折率 を有する粉末ガラス・サンプルの一部を載置する工程、このサンプルを機械的に 圧縮する工程、薄い肉厚と選択された外径を有する円筒管を使用して、るつぼの 壁と最大屈折率または最小屈折率を有する粉末ガラス・サンプル層の上で始まる このるつぼの中央部の空間との間に環状領域を形成する工程、形成された環状領 域で各々選択された高さを有する粉末ガラス・サンプルの連続層を形成し、各層 の上に次の層が設けられる前に、この各層を機械的に圧縮する工程であって、各 層はその直ぐ下の層の屈折率よりも小さい屈折率または大きい屈折率を有するガ ラス粉末によってそれぞれ構成され、最小の屈折率または最大の屈折率を有する 粉末ガラス・サンプルが環状領域の最上部層をそれぞれ占めるところの前記の工 程、円筒管を取り外す工程、中央の空間に最大の屈折＊または最小の屈折率を有 する粉末ガラス・サンプルをそれぞれ充満させ、このサンプルを機械的に圧縮す る工程、このようにして製造された粉末ガラス・サンプルのアブセンブリを。

使用されている粉末ガラス・サンプルの最高軟化温度以上の温度に選択された時 間加熱する工程、溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する 工程、および溶融ガラスをるつぼから取り外す工程を有している。中間の屈折率 を有するガラス粉末は、最大の屈折率および最小の屈折率を有する粉末ガラス材 料の混合物から得られることが望ましい。

本発明の利点および効果は、同様の現存する装置よりも大きいコンセントレージ ョンと小さい全体の寸法を有する非追跡型伝導光線コンセントレータおよび指向 装置を提供すること、および現在の複合レンズの機能を達成するインターフェー スを使用しない単独レンズを設計する能力を提供することである。更に、本発明 のプロセスによって、屈折率に大きな変化を有する一体構造のガラス製品が提供 される。

図面の簡単な説明 本明細書に含まれ、本明細書の一部を形成し、この説明と共に本発明の４つの実 施例を示す添付図は、本発明の詳細な説明するのに役立つ、以下で行う議論は円 筒対称および更に一般的な形状のトラフに対して質的に当てはまるものであるが 、単純化のため全てのゲインはトラフ形状に対して引用されているものである。

第１図は、本発明のプロセス（第１ａ図）にしたがヮて製造されたガラスのサン プルを通過するＨｅＮｅレーザー放射線のディジタル化されたカメラのイメージ から引き出されたトレースを均質なガラスのサンプル〈第１ｂ図）を通過するＨ ｅＮｅレーザーの放射線の同様に引き出されたイメージと比較して示す。

コンセントレータの対称軸に沿い、その軸に沿った任意の５つの点の位置におけ る、その対称軸がらの距離に屈折率が依存することを示すために選択したアルゴ リズムの関数の形をグラフで示している。第２ａ図は、３！！続的に段階を設は 勾配をつけて選択されたコンセントレータの形状の軸に沿って選択された５つの 点の位置を示し、第２ｂ図は、レンズの対称軸がらの半径方向の距離の関数とし てのこれらの位置における屈折率の値を示すが、このレンズの対称軸はまた、そ の先軸でもある。このアルゴリズムは、本発明の理解を助けるため、以下で示さ れる計算された曲線の幾つがで使用されたが、これ以外の関数の形でも改良され たコンセントレータの特性を与えることができる。

第３８図ないし第３ｃ図は、同じ物理的な寸法を有し以下で円錐形と円筒形とを 組合わせたエレメントと呼ばれる一連の円錐形と円筒形の断面を有する屈折エレ メントを通る光の通ｎのコンピューターで作成した比較を示す、第３ａ図は、均 質な屈折率を有する材料で作られたれた屈折エレメントを説明し、第３ｂ図は純 粋に半径方向に傾斜した屈折率を有する屈折エレメントを説明し、第３ｃ図は１ ０°の入射光線に対して上に示した第２図のアルゴリズムにしたがう双方向の屈 折率を有する同じ形状のエレメントを説明する。計算されたゲインは、それぞれ 、１．３±０．１．４゜第４ａ図ないし第４ｅ図は、抛物線上の断面を有する屈 折エレメントのグループのコンピュータで作成した比較を示し、第４ｆ図ないし 第４ｇ図は、特定の３次元の形状における勾配のプロフィルの実例を示す。

第４ａ［２は均質な屈折率を有する屈折エレメントを説明し、第４ｂ区は屈折率 が純粋に半径方向に分布した類似の形状の屈折エレメントを説明し、第４ａｌｌ は１０°の入射光に対して第２図に示すアルゴリズムにしたがって変化する双方 向の屈折率を有する屈折エレメントを説明する。計算されたゲインは、それぞれ 、２．９±０．１．４．１±０．１、および６．９±０．１である。第４ｄ１２ は、第４ｃ区の屈折エレメントの屈折率の分布と同じ屈折率の分布について抛物 線の形状を有するエレメントの屈折境界壁の形状を若干変化することの効果と示 す、このゲインは８．５±０．１２増加する。第４ｅ図は、抛物線上の屈折境界 壁を有する均質な屈折率の屈折エレメントにたいして屈折率を増加する効果を示 す、このゲインは、期待通りに増加する（事実３．９土０．１）、第４ｆ図は、 ３次元の円錐形の第４ａ［ｌないし第４ｅ図のエレメントの全ての勾配のプロフ ィルを示す、第５ｇｌ！ｌは、トラフ形に引き伸ばされた第４ａ図ないし第４ｅ 図のエレメントの全ての勾配のプロフィルを示す。

第５ａ図は、円錐形の断面を有すると共に１通常のに示すアルゴリズムにしたが う複合双方向屈折率を有する屈折エレメントのコンピューターで作成した答を示 す、この複合屈折エレメントは、７．０±０．１の計算されたゲインを有するイ メージ縮小装置として動作する。

第６ａ区および第６ｂ図は、屈折率の縦方向の勾配の影響を識別する目的のため の円筒形の断面を有する２つの屈折エレメントのコンピューターで作成した比較 を示す、第６ａ図は、純粋に半径方向の屈折率の勾配を有する屈折エレメントを 説明し、第６ｂ図は双方向の屈折率の分布を有する同様の形状の屈折エレメント を説明する。これらの２つの図に対する半径方向の屈折率の勾配は同じ様に選択 された。

Ｅｌ　ｆ−めの　のノ 簡単に説明すれば、本発明は選択された屈折率の勾配を有するガラス製の光指向 装置すなわち光伝導装置の製造プロセス、および双方向（光軸に対して半径方向 および縦方向に）または３次元のいずれかで選択された屈折率の勾配を有する製 品を教示する。このような製品は、光学産業、光フアイバー産業および太陽エネ ルギー技術産業において種々の用途を有し、その目的は、単一の一体的なレンズ を使用して、光をファイ特表千１−５０３５７６　（８） の光を気中させて光電池のようなエネルギーを島台させる。またはエネルギーを 変換させる、またはその両方を行う装置に光を＾中またはその方向に光を向ける ため、複合レンズ・システムを設計することであり、本発明の装置には種々の用 途がある。

本発明の好適な実施例に対して詳細な説明を行うが。

それらの実施例の例は添付図に示されている。さて図面に転じて、第１ａｌ１ｇ は、本発明のプロセスにしたがって製造されたガラスのサンプルを通過するＨｅ Ｎｅレーザのデジタル化されたカメラのイメージから得られたトレースを示す、 ヘリウム・ネオン・レーザからの光線１０は、断面で示され、その屈折率が双方 向に勾配を有する（半径方向および縦方向に）断面で示した場合はぼ長方形の屈 折ガラス・エレメントを通過するにしたがって１曲線１２となる。媒体内におけ る光線ｋＫの進行方向は、屈折材料の表面の性質とは関係なしに制御することが できる。出射光３０は、Ｔ！Ｌ＆ｉ的に進行する。この挙動は、第１ｂ図に示す 均質なガラスのサンプル二を通過するＨｅＮｅレーザー放射線の同様にして得ら れたトレースと比較される。この均質なガラス・サンプルを通過する光線上ユは 湾曲しないことが明らかである０本発明のプロセスにしたがって製造されたサン プルに個別の境界が存在するという証拠はない。

屈折率が双方向に勾配を有している屈折装置の望ましい特性の例として調査され た屈折率の関数の形は次に示される。

ｒ＋−ａ−ｂ＊　［ｘ／Ｂ　（ｚ）　］　２　傘［１−ｚ／Ｄ（ｔｏｔ）］、　 （１） ここで、Ｘは屈折率エレメントの選択された光軸からの距離であり２はこの先軸 に沿った距離であり、２＝０はこのエレメントの入射面に位置し、ａは最大屈折 率であり、ｂは屈折率に所定の最大の差（ａ−ｂ）を与えるように選択され、Ｂ （ｚ＞は屈折率エレメントの境界の関数によって示された形であり、Ｄ　（ｔｏ ｔ）は特定の効果を達成するようにレンズの設計者が２方向にレンズを０頭する ことを可能にする調整可能なパラメーターである０円筒対称性を有するレンズの 場合、等式１の関数の形によって、屈折率は３次元的に表されることを述べなけ ればならない、はぼトラフの形を有する非追跡型太陽熱コンセントレータは有用 な形状であるが、その理由は、温度帯における太陽の季節的な変化が約４５°で あるのに対し、この季節的な変化に対して直角な方向の日々の変化は１８０°で あるからである。したがって、このような形状を有するコンセントレータの構造 では、実質的な屈折率材料が節約可能である。このような場合、等式１は一般的 にトラフの長軸であるものに対して、直角なこのトラフの断面すなわち対称面の 屈折率の変化を説明している。

円筒形と円錐形の組み合わせの伝導コンセントレータについて等式１で説明した アルゴリズムの関数の形をグラフで示す、第２ａ図は、選択されたコンセントレ ータの形状の光軸に沿って選択された５つの点の位置を示し、第２ｂ図は、レン ズの光軸からの半径方向の距離の関数としてのこれらの位置における屈折率の値 を示す、上述したように、光軸は、一般的に円筒形のレンズの対称軸＋　Ｉ−ラ フの対称軸または単に屈折エレメントを通過する光線の通路を形成するために選 択された軸である０図示のアルゴリズムは、本発明の理解を助けるために全後出 てくる計算された曲線の全てで使用されたが、他の関数の形も他の所望のコンセ ン１〜レータおよび複合レンズの特性を与えることができる。

本発明を一般的に説明したが、かなりの寸法を有し、第１式に示される屈折率の 変化を近似している伝導された光を気中する屈折エレメントを製造する下記の特 定の例が本発明を更に示すものとして与えられている。

複数のレンズで椙成された複合レンズシステムの特性を有する一体レンズを製造 するためには基本的に同じプロセスを適用することが可能である。

え−一一旦 一体楕遣のガラスのサンプルで制御されたプロフィルを有する双方向に勾配のあ る屈折率を作るため、異なった特性を有する２つのガラスの組成が得られた。

各ガラスは、３５０のブリット（Ｇｒｉｔ）・サイズに粉砕された調合物（ｆｒ ｉｔ）の形をしていた。第１のガラスすなわち、鉗−ホウ酸ガラスは基本的に下 記の酸化物すなわち、鉛酸化物ホウ素酸化物、およびアルミ酸化物から構成され た。このガラスは微細化剤として使用される添加物と共に少量のシリコン酸化物 。

カルシウム酸化物およびナトリウム酸化物を含有していた。このガラスは、スベ ツシャリティー・ガラス会社（フィラデルフィア州オールズマンから胴入された 。

屈折率は１．９７であり、軟化温度は３５０℃であり、熱膨張係数は１０１０２ Ｘ１０−７／ａｍ／”Ｃであった。第２のガラス、すなわちナトリウム・ホウケ イ酸ガラスは主として下記の酸化物すなわち二酸化シリコン、酸化ホウ素、酸化 ナトリウム、酸化アルミおよび酸化カリウムによって構成された。この第２ガラ スはまた少量の酸化カルシウムと酸化ｎを含有していた。

このガラスは、同様にスペツシャリティー・ガラス会社から購入された。このガ ラスの屈折率は１．５７であり、軟化温度は９５０℃であり、熱膨張係数は９７ Ｘ１０　７ｃｍ／ｃｍ／’Ｃであった。

粉末にされたガラスは、重量を基準にして混合され、下記のように符号をつけら れた。

＃ｌ　屈折率１．９７のガラス１．００％特表千１−５０３５７６　（ｇ） ＃２　Ｆｐ、折率１．９７のガラス９０％、屈折率１．５７のガラス１０％ ＃３　屈折率１．９７のガラス８０％、屈折率１．５７のガラス２０％ ＃４　屈折率１．９７のガラス７０％、屈折率１．５７のガラス３０％ ＃５　屈折率１．９７のガラス６０％、屈折率１．５７のガラス４０％ ＃６　屈折犯１．９７のガラス４０％、屈折率１．５７のガラス６０％ ＃７　Ｅｔｆｒ率１．９７のガラス３０％、屈折率１．５７のガラス７０％ ＃８　屈折率１．９７のガラス２０％、屈折率１．５７のガラス８０％ ＃９　屈折率１．９７のガラス１０％、屈折率１．５７のガラス９０％ ＃１０　屈折率１．５７のガラス１００％＃１のガラス粉末的１ｍｌが、２５ｍ １の容量、３ｃｍの上部直径、　２ｃｍの底部直径、および４ｃｍの高さを有す る一般的に円筒形のプラチナと金の合金でできたるつぼの底に入れられた、この 粉末は、突き棒を使用して圧縮された。約２ｃｍの外径を有する肉厚の薄い円筒 状のスリーブが次にるつぼ内に配設され、その結果、これは圧縮された＃１のガ ラスの層の上【二同じ直線になった。このスリーブは、次に連続する番号のガラ スの混合物の各々約０．５ｃｃの連続する層で取囲まれ、各々の混合物は次に大 きい番号のガラスの混合物が付加される前に約０．４ｃｍの高さに機械的に圧縮 された。このるつぼは、＃１０のガラス粉末が加えられて圧縮された場合、はぼ 一杯になった。このスリーブは２次に取外され中心部は、＃１のガラスの粉末で 満たされ、その圧縮された高さは最終的に＃１０の粉末のレベルと同じになった 。これらのガラス粉末の屈折率は、これらのガラスの成分のパーセンテージに従 って変化することが期待され、その結果、これによって作られた混合物を溶解す ることによって屈折率が双方向に勾配を有することが期待された。ｆｉ最終的勾 配は、軸の部分における１、９７の高さからこのサンプルの外部における低い値 まで変化し、サンプルの上部からその底部へと増加する。このるつぼは電気キル ン内に載置され、ガラス粉末の表面に吸収されたガスをＷＩ御しながら放出する ため徐々に１０００℃に加熱された。このサンプルは約１０時間この温度に保持 された。使用されているるつぼの全体の寸法にしたがって、より長い時間または より短い時間が採用され、サンプルが大きい場合には、より長い時間が採用され た。この温度は、使用された全てのガラスが焼きなましされるよう十分遅い速度 で下げられた。一般的ンプルがＭ温に違した後、これはるつぼから取外された。

このガラスは、サンプルの上部に小さなりラックを作っただけで、るつぼの壁か ら容易に取り外された。

この領域は研削によって除去された。平坦な入射面および出射面（サンプルの上 部および底部）は、また研磨によって作られた。研ｒ！ｊｉ後のこのガラスのサ ンプルの大きさは厚みが約２．５ｃｍ、上部の直径が約２゜５ｃｍ、底部の直径 が約２．０ｃｍであった。

サンプルが大形の場合、発明者が屈折率の変化を洒定するために使用できる方法 が今のところ存在しないため、屈折率の正確な分布はめられなかった。しかし、 上で説明した方法にしたがって製造されたガラスのサンプルの硬度は、このガラ スの中心から半径の外方向にほぼ単調に増加し、このサンプルの軸と平行な方向 でこのサンプルに沿って、しかしこのサンプルの軸から離れて下方向にほぼ単調 に減少している。この挙動は予期されたものであるが、その理由は、より高い屈 折率を有するガラスはより低い屈折率を有するガラスよりもより低い硬度を有し ているからである。この製品の軸に沿った屈折率はほぼ一定である。

上で説明したように、本発明のプロセスにしたがって製造された製品には、観察 できる程度の境界は存在しない、したがって、屈折率の勾配に対して事実上何ら かの関数的な形を有する屈折エレメントは、適当なガラス・サンプルを選択する ことによって容易に製造することができる、もし特定のアルゴリズムに密接に近 似していることが望ましければ、多くの中間の屈折率を有するガラスを使用する ことができる。更に、中間の屈折率を有するガラスが、より大き゛い屈折率とよ り小さい屈折率を有する粉末ガラスを適切な比率で組合わせることによって、こ のようなガラスから製造されることが可能であり、この適切な比率は、最初のガ ラスの個々の屈折率と実質的に直線的な方法における所望の中間屈折率に関係し ている。

特定の用途における調合物の層の数は、ガラスの溶融に対する抵抗と希望する屈 折率の変化（勾配）によって決まる。２つの構成物が分離する傾向のある場合、 またはより大きな勾配が希望される場合には、異なった屈折率を有するより多く の層が必要とされる。Ｅｌ！台物を溶解することによって製造することのできる 光軸に対して直角方向に最も薄い製品は約５ｍｍであると見積もられている。

双方向に勾配のついた屈折率を有する屈折エレメントの性質を一層良く理解する ため、コンピューターのモデルが開発され、これによって、このエレメントの入 射面に入射する光線の通路を種々のパラメータに対して目視可能に表示すること ができる。この光に追従してできる光線の通路は、ムーア（Ｊ、Ｏｐｔ、Ｓ。

ｃ、Ａｍ、且、１１９５　（１９７５））によって開特表千１−５０３５７６　 （１０） の等式の解は、屈折率のプロフィルの半径方向の導関数および方位角の導関数の 両方を考慮した正確な数値アルゴリズムによって実行された。ｙＪ査された種々 の形状および屈折率の分布に対する利点を表す数字は、下記の式によって与えら れるゲインすなわちコンセントレージョン・ファクターである。

ゲイン；（入射領域／出射領域）＊ （到達数／入射数）、　（２） ここで到達数は、実際に出射面に到達した光線の数であり、光線の入射角によっ て屈折エレメントから反射される数が相当数ある。ここで報告されている計算さ れたゲインは、全てトラフ形状に対するものである。

円筒対称である装置の場合、ゲインはもつと高くなる。

したがって、相対的なゲインは−これらのシステムに対して更にπ著になる。

利点を表す他の数字は、入射光線の角度の変化に伴う出カスボッ）−のシフ）・ である、調査された全ての状況においてこの出カスボットは所定の形状と光学的 密度の範囲に対して、双方向の勾配のある場合に、ｆｌもシフトしなかった。純 粋に半径方向に分布している鳩舎にシフトは一層大きい０例えば、以下の第６図 に対する議論を讐照のこと、したがって、屈折率が軸方向に変化していることに よる有益な効果は、光の入射角度が変化するにしたがって、出射する光が非常に 遠く出力ビームのシフトを制御することが効果的である状況が存在する可能性が あるといわなければならない。

本発明の装置によってこのような制御を実行することが可能になる。光学システ ムおよびレンズを設計する場合のこの別の自由度は、我々の発明の重要な特徴を 表わしている０区面に戻って、双方向勾配を発生するために使用されたアルゴリ ズムは、最適化されたものではなく、屈折率の範囲およびコンセントレータまた は複合レンズの大きさおよび形状は、最適な性能を得るように研究されたもので はない、コンセントレータまたは複合レンズを設計する場合には、種々の考慮が 必要であり、これには希望するスポットの大きさや、２つを識別するための伝導 プロセスにおける吸収量の削減などがある。屈折エレメントの形状は入射角度が 小さい場合には、重要ではないことが分っているが、その理由は、鋭角の場合に は、境界部分に当たる光が殆どないからである。同じ理由で、入射角が小さい場 合には屈折コーテングも必要ではない、実際屈折コーテングは殆どの場合必要で はない、内部反射の合計に対する角度を超過しない限り、殆どの光線は屈折エレ メントによって失われない、更に、光学分野の当業者にとってこの開示を読めば 、我々の発明は、曲面を有する入口および出口を使用し場合、更に有効な他の特 Ｗ４’；３　ａ図ないし第３Ｃ図は、−組の円錐形と円筒形の断面によって形成 される屈折ニレメンｌ−ｕを通過する光の通路のコンピュータによって作成した 比較を示す、第３ａ図は、均質な屈折率を有する材料で作られた屈折エレメント を説明し、第３ｂ図は、純粋に半径方向に勾配のついた屈折率を有する屈折エレ メントを説明し、第３Ｃ図は、入射角１０°に対して上述した第２図で示される アルゴリズムにしたがって、双方向の屈折率を有する同様の形状のエレメントを 説明している。出ロセルＬ旦の大きさは、入射角が通常士１０°の場合に、屈折 エレメントに当たる全ての光がこの屈折エレメントから反射することのないよう に選択されている。計算されたゲインは、それぞれ。

１．３±０．１．４．１±０．１、および６．９±０．１である。第３ａ図に示 す装置では、７本の光が逃げているが、第３図のこれ以外の装置では、逃げる光 は一本も存在しない。

第４３図ないし第４ｅ図は、抛物線の断面を有する屈折エレメント１互のグルー プのコンピュータで作成した比較を示す、第４ａｔｌは、均質な屈折率を有する 屈折エレメントを説明し、第４ｂ図は、純粋に半径方向の屈折率の分布を有する 同様の形状の屈折エレメントを説明し、第４Ｃ図は、１０度の入射光に対して第 ・２図で説明するアルゴリズムにしたがって変化する双計算されたゲインは、そ れぞれ２．９±０．１．４．１±０．１、および６．９±０．１である。第４ｄ 図は、第４ｃ図の屈折エレメントの屈折率の分布と同じ分布を有する抛物線の断 面を有するエレメントの反射境界壁の形状を若干変更することによって得られる 効果を示す、このゲインは８．５土０．１に増加する。第４ｅｌｌは、抛物線の 反射境界壁を有する屈折率の均質な屈折エレメントに対してこの屈折率を増加す る場合の効果を示す、このゲインは期待通りに増加する（事実３．９±Ｏ，ｌ） 、第４ａ図に示す装置では、３本の光線が逃げたが、第４図のその他の装置では 逃げた光線はなかった。

第４ｆ図および第４ｇ図は、３次元における第４８図ないし第４ｅ図の全ての勾 配のプロフィルを示す。

第４ｆｌＺは、垂直線を中心として勾配のプロフィルを回転させることによって 得られる３次元の円錐形の物体を示す、第４ｇ図は、勾配のプロフィルをこれに 対して直角な軸に沿って変換することによって得られる３次元のトラフ形状の物 体を示す。

第５ａ図は、円錐形の断面を有する屈折ニレメン）・２８のコンピューターで作 成された答および通常の入射口に対して第５ｂ図に示すように逆転された第２区 に示すアルゴリズムによる複合双方向屈折率を示す。

複合屈折エレメントは、計算されたゲイン７．０±０゜１を有するイメージ縮小 装置として動作する。

特表千１−５０３５７６　（１１） 第６ａ図および第６ｂ図は、屈折率の縦方向の勾配の効果を識別する目的のため 、円筒形の断面を有する２つの屈折エレメントユ」、のコンピューターで作成し た比較を示す、第６ａ図は、純粋に半径方向に勾配のついた屈折率を有する屈折 エレメントを説明し、第６ｂ図は、双方向に分布する屈折率を有する同様の形状 の屈折エレメントを説明している。これら２つの図面の半径方向の屈折率の勾配 は同じになるように選択され、下記に示す関数の形を有している。

ｎ＝＝Ａ（ｚ＞＋Ｂ　（ｚ）傘ｘ２　（３）ここで、ＡとＢは２、すなわち円筒 軸に沿った距離の関数であり、Ｘはこの軸から測定された半径である。

純粋に半径方向の屈折率の焦点の大きさは直径が約０．０３５３　（０，１４イ ンチ）であり、出口面先立は直径が約０．２３３　（０，９１インチ）であり、 焦点スポットは０．１９３ｃｍ　（０，７フインチ）だけシフトしている。双方 向の勾配に対する同様のパラメーターはそれぞれ０．０４５３（０，１８インチ ）と０．１９３３＜０．７フインチ）であり、焦点スポットは０．１５ｃｎ　（ ０，５９インチ）だけシフトしている。この軸に沿った屈折率の勾配を使用する ことによって、２つの効果が生じることが観察できる。第１にスポットの大きさ が若干増加する。さらに大切なことは、入射光線の入射角度が＋１０°から一１ ０°に変ある。これは、光のコンセントレータとして使用された場合、屈折率の ゲイン全体に影響を与える。これら２つのエレメントに対するゲインは、それぞ れ本発明の光線指向装置は、たとえば２光学産業、光フアイバー産業および太陽 エネルギー技術産業等で、光線をファイバーに接続し、角度的に大きく変化して いるソースから光電池のようなエネルギー収電、またはエネルギー変換、または それらの両方を行う装置に光を集中しその方向に光を指向するために、皐−の一 体的なレンズを使用した複合レンズ・システムを設計する目的のため、程々の用 途を有している。

本発明の幾つかの好適な実施例に関する上記の説明は、図示と説明のなめに行わ れたものである。したがって、本発明をここに開示した正確な形態に限定するこ とを１＋２するものではなく明らかに多くの変更と変形が上記の教示に照らして 可能である。たとえば、光軸に直角な方向に伝播している軸方向および半径方向 に勾配のついた屈折率を有するトラフ形状のコンセントレータもまた本発明の範 囲内である。他の例として、湾曲した入射面および出射面と協動し伝導用光学装 置に対して双方向または３次元的に勾配のついた屈折率を使用することによって 本発明の可能な用途の範囲が増加する。これらの実施例は本発明のＷｐＪとその 実際上の用途を最もよく明らかにするために選択され説明されたものであり、こ れによって当業者は本発明を種々の実施例および検討されている特定の用途に対 して最適な種々の変形で利用することが可能である０本発明の範囲は添付の請求 の範囲によって規定されるべきである。

Ｆｉｇ、　１ｂ。

Ｆｉｇ、　３ｃ。

Ｆｉｑ、　４ｂ。

Ｆｉａ、　６ａ。

国際調査報告

Claims (62)

【特許請求の範囲】
1. １．光軸、入射面および出射面を有し、光軸が入射面と出射面を通過する伝導性 屈折材料によって構成され、更に（ａ）その伝導性屈折材料の屈折率の双方向の 勾配であって、光軸と直角の方向に変化すると共に屈折媒体の入射面から出射面 の方向でこの光軸に平行な方向に変化するところの勾配および（ｂ）光軸と直角 の方向に少なくとも約５ｍｍの最小幅を有する光線指向装置。
2. ２．入射面が一般的に平坦である、ところの請求項１記載の光線指向装置。
3. ３．出射面が一般的に平坦である、ところの請求項１記載の光線指向装置。
4. ４．入射面と出射面との両方が一般的に平坦である、ところの請求項１記載の光 線指向装置。
5. ５．半径方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項１記載の光線 指向装置。
6. ６．半径方向の勾配が一般的に２次関数の形を有す、ところの請求項１記載の光 線指向装置。
7. ７．縦方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項１記載の光線指 向装置。
8. ８．半径方向の勾配と縦方向の勾配の両方が一般的に単調な勾配である、ところ の請求項１記載の光線指向装置。
9. ９．前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請求 項１記載の光線指向装置。
10. １０．屈折率が光軸に沿って実質的に一定である、ところの請求項１記載の光線 指向装置。
11. １１．光線用コンセントレータによつて構成される、ところの請求項１記載の光 線指向装置。
12. １２．勾配が光軸と直角の方向で一般的に減少し、光軸と平行な方向で一般的に 増加する、ところの請求項１１記載の光線指向装置。
13. １３．入射面に入射し、前記屈折材料によって上記の入射面に指向されたエネル ギーが上記の屈折材料の出射面に実質的に指向されろように輪郭を設けられた反 射境界によって更に構成され、ところの請求項１２記載の光線指向装置。
14. １４．前記反射境界が入射面と出射面との境界に伸びる光軸を中心として対称的 に配設された対向面であり、前記屈折材料によって入射面が出射面よりも大きい 領域を有する装置が形成されるように一般的に輪郭を設けられている、ところの 請求項１３記載の光線指向装置。
15. １５．前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請 求項１４記載の光線指向装置。
16. １６．前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に面対称であり、この面対称は 上記の屈折材料を通って伝播して一般的にトラフの形状の装置を形成する、とこ ろの請求項１４記載の光線指向装置。
17. １７．前記反射境界が、反射材料によってコーティングされている、ところの請 求項１４記載の光線指向装置。
18. １８．イメージ縮小装置によって構成される、ところの請求項１記載の光線指向 装置。
19. １９．勾配が光軸と直角の方向で一般的に減少すると共に入射面から出射面の方 向で光軸の長さの約１／２の長さの位置迄光軸と平行な方向で一般的に増加し、 光軸のほぼ中央の位置から上記の装置の出射面に至までの範囲で光軸に沿った方 向と光軸から半径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を実質的に有する 、ところの請求項１８記載の光線指向装置。
20. ２０．イメージ拡大装置によって構成される、ところの請求項１記載の光線指向 装置。
21. ２１．勾配が光軸と直角の方向で一般的に増加し、入射面から光軸の長さの約１ ／２の長さの範囲で屈折媒体の入射面から出射面に向かう方向で光軸と平行に一 般的に減少し、光軸のほぼ中央の位置から上記の装置の出射面に至までの範囲で 光軸に沿った方向と光軸から半径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を 実質的に有する、ところの請求項１８記載の光線指向装置。
22. ２２．光軸、入射面および出射面を有し、光軸が入射面と出射面を通過する伝導 性屈折材料によって構成され、更に（ａ）その伝導性屈折材料の屈折率の双方向 の勾配であって、光軸と直角の方向に一般的に減少すると共に屈折媒体の入射面 から出射面の方向でこの光軸に平行な方向に一般的に増加するところの勾配およ び（ｂ）光軸と直角の方向に少なくとも約５ｍｍの最小幅を有する非追跡型伝導 光線用コンセントレータ。
23. ２３．入射面が一般的に平坦である、ところの請求項２２記載の光線用コンセン トレータ。
24. ２４．出射面が一般的に平坦である、ところの請求項２２記載の光線用コンセン トレータ。
25. ２５．入射面と出射面との両方が一般的に平坦である、ところの請求項２２記載 の光線用コンセントレータ。
26. ２６．入射面に入射し、上記の屈折材料によって前記入射面に指向されたエネル ギーが上記の屈折材料の出射面に実質的に指向されるように輪郭を設けられた反 射境界によって更に構成される、ところの請求項２２記載の光線用コンセントレ ータ。
27. ２７．前記反射境界が入射面と出射面との境界に伸びる光軸を中心として対称的 に配設された対向面であり、前記屈折材料によって入射面が出射面よりも大きい 領域を有する装置が形成されるように一般的に輪郭を設けられている、ところの 請求項２６記載の光線用コンセントレータ。
28. ２８．前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請 求項２７記載の光線用コンセントレータ。
29. ２９．前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に面対称であり、この面対称は 上記の屈折材料を通って伝播して一般的にトラフの形状の装置を形成する、とこ ろの請求項２７記載の光線用コンセントレータ。
30. ３０．前記反射境界が、反射材料によってコーティングされている、ところの請 求項２７記載の光線用コンセントレータ。
31. ３１．半径方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項２２記載の 光線用コンセントレータ。
32. ３２．半径方向の勾配が一般的に２次関数の形を有する、ところの請求項３１記 載の光線用コンセントレータ。
33. ３３．縦方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項２２記載の光 線用コンセントレータ。
34. ３４．半径方向の勾配と縦方向の勾配の両方が一般的に単調な勾配である、とこ ろの請求項２２記載の光線用コンセントレータ。
35. ３５．屈折率が光軸に沿って実質的に一定である、ところの請求項２２記載の光 線用コンセントレータ。
36. ３６．入射面および出射面を有し、かつ（ａ）伝導性屈折材料の屈折率の双方向 の勾配であって、光軸と直角の方向に一般的に減少すると共に、入射面から出射 面の方向で光軸の長さの約１／２の位置迄光軸と平行な方向で一般的に増加し、 光軸のほぼ中央の位置から装置の出射面に至までの範囲で光軸に沿った方向と光 軸から半径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を実質的に有する上記の 双方向の勾配、および（ｂ）光軸と直角の方向に少なくとも約５ｍｍの最小幅を 有する上記の伝導性屈折材料によって構成されることを特徴とするイメージ縮小 装置。
37. ３７．入射面が一般的に平坦である、ところの請求項３６記載のイメージ縮小装 置。
38. ３８．出射面が一般的に平坦である、ところの請求項３６記載のイメージ縮小装 置。
39. ３９．入射面と出射面との両方が一般的に平坦である、ところの請求項３６記載 のイメージ縮小装置。
40. ４０．前記屈折材料は、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請 求項３６記載のイメージ縮小装置。
41. ４１．半径方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項３６記載の イメージ縮小装置。
42. ４２．半径方向の勾配が一般的に２次関数の形を有する、ところの請求項４１記 載のイメージ縮小装置。
43. ４３．縦方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項３６記載のイ メージ縮小装置。
44. ４４．半径方向の勾配と縦方向の勾配の両方が一般的に単調な勾配である、とこ ろの請求項３６記載のイメージ縮小装置。
45. ４５．屈折率が光軸に沿って実質的に一定である、ところの請求項３６記載のイ メージ縮小装置。
46. ４６．（ａ）伝導性屈折材料の屈折率の双方向の勾配であって、光軸と直角の方 向に一般的に増加すると共に、屈折媒体の入射面から出射面の方向で入射面から 光軸の長さの約１／２の長さの範囲の光軸と平行な方向で一般的に減少し、光軸 のほぼ中央の位置から装置の出射面に至までの範囲で光軸に沿った方向と光軸か ら半径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を更に実質的に有するところ の勾配、および（ｂ）光軸と直角の方向に少なくとも約５ｍｍの最小幅を有する 伝導性屈折材料によって構成されるイメージ拡大装置。
47. ４７．入射面が一般的に平坦である、ところの請求項４６記載のイメージ拡大装 置。
48. ４８．出射面が一般的に平坦である、ところの請求項４６記載のイメージ拡大装 置。
49. ４９．入射面と出射面との両方が一般的に平坦である、ところの請求項４６記載 のイメージ拡大装置。
50. ５０．前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請 求項４６記載のイメージ拡大装置。
51. ５１．半径方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項４６記載の イメージ拡大装置。
52. ５２．半径方向の勾配が一般的に２次関数の形を有する、ところの請求項５１記 載のイメージ拡大装置。
53. ５３．縦方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項４６記載のイ メージ拡大装置。
54. ５４．半径方向の勾配と縦方向の勾配の両方が一般的に単調な勾配である、とこ ろの請求項４６記載のイメージ拡大装置。
55. ５５．屈折率が光軸に沿って実質的に一定である、ところの請求項４６記載のイ メージ拡大装置。
56. ５６．屈折ガラス製品の構成部品から中間の屈折率を有する屈折ガラス製品の製 造方法であって、ガラス状で選択された屈折率と同一の膨脹係数を有する２つの ガラスのサンプルを選択する工程、前記サンプルを選択されたグリットに粉末化 する工程、 前記粉末の適切な重量比率にしたがって、選択されたガラスの屈折率の実質的に 組合わせである前記屈折製品の所望の最終屈折率を反映する比率で、形成された これら２つの粉末を重量基準で混合する工程、前記サンプルを機械的に圧縮する 工程、このようにして製造された前記粉末ガラス・サンプルの混合物を使用され ている粉末ガラス・サンプルの高い方の軟化温度以上の温度に選択された時間加 熱する工程、および 溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する工程、 から成る屈折ガラス製品の製造方法。
57. ５７．勾配のある屈折率を有する屈折ガラス製品の製造方法であって、 ガラス状で異なった屈折率と同一の膨脹係数を有する少なくとも２つの粉末化さ れたガラスのサンプルを製造する工程、 第１粉末ガラス・サンプルを選択された形状を有するるつぼの１つの領域に載置 する工程、前記サンプルを機械的に圧縮する工程、第２粉末ガラス・サンプルを 第１粉末ガラス・サンプルの近傍でこれに接触して載置する工程、前記第２サン プルを機械的に圧縮する工程、このようにして製造された粉末ガラス・サンプル のアッセンブリを、使用されている粉末ガラス・サンプルの最高軟化温度以上の 温度に選択された時間加熱する工程、 溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する工程、および 溶融ガラスをるつぼから取り外す工程、から成る屈折ガラス製品の製造方法。
58. ５８．中間の屈折率を有するガラス粉末が、最大および最小の屈折率を有する粉 末ガラス材料の混合物から得られる、ところの請求項５７記載の方法。
59. ５９．双方向に勾配のついた屈折率を有する製品を製造する方法であって、 ガラス状で減少する屈折率と同一の膨脹係数を有する１組の粉末化されたガラス のサンプルを製造する工程、 選択された形状を有すると共に更に選択された高さ迄ほぼ円筒形の断面を有する るつぼの底部領域に最大屈折率を有する粉末ガラス・サンプルを載置する工程、 前記サンプルを機械的に圧縮する工程、薄い肉厚と選択された外径を有する円筒 管を使用して、るつぼの壁と最大屈折率を有する粉末ガラス・サンプルの上で始 まるこのるつぼの中央部の空間との間に環状領域を形成する工程、 形成された環状領域で各々選択された高さを有する粉末ガラス・サンプルの連続 層を形成し、各層の上に次の層が設けられる前に、この各層を機械的に圧縮する 工程であって、各層はその直ぐ下の層の屈折率よりも小さい屈折率を有するガラ ス粉末によって構成され、最も小さい屈折率を有する粉末ガラス・サンプルが環 状領域の最上部層を占めるところの工程、円筒管を取り外す工程、 中央の空間に最大の屈折率を有する粉末ガラス・サンプルを充満させ、このサン プルを機械的に圧縮する工程、 このようにして製造された粉末ガラス・サンプルのアッセンブリを、使用されて いる粉末ガラス・サンプルの最高軟化温度以上の温度に選択された時間加熱する 工程、 溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する工程、および 溶融ガラスをるつぼから取り外す工程、から成る方法。
60. ６０．中間の屈折率を有するガラス粉末が最大および最小の屈折率を有する粉末 ガラス材料の混合物から得られる、ところの請求項５９記載の方法。
61. ６１．双方向に勾配のついた屈折率を有する製品を製造する方法であって、 ガラス状で減少する屈折率と同一の膨脹係数を有する１組の粉末化されたガラス のサンプルを製造する工程、 選択された形状を有すると共に更に選択された高さ迄ほぼ円筒形の断面を有する るつぼの底部領域に最小の屈折率を有する粉末ガラス・サンプルを載置する工程 、 前記サンプルを機械的に圧縮する工程、薄い肉厚と選択された外径を有する円筒 管を使用して、るつぼの壁と最小の屈折率を有する粉末ガラス・サンプルの上で 始まるこのるつぼの中央部の空間との間に環状領域を形成する工程、 形成された環状領域で各々選択された高さを有する粉末ガラス・サンプルの連続 層を形成し、各層の上に次の層が設けられるこの各層を機械的に圧縮する工程で あって、各層がその直ぐ下の層の屈折率よりも大きい屈折率を有するガラス粉末 によって構成され、最も大きい屈折率を有する粉末ガラス・サンプルが環状領域 の最上部層を占めるところの工程、 円筒管を取り外す工程、 中央の空間に最小の屈折率を有する粉末ガラス・サンプルを充満させ、このサン プルを機械的に圧縮する工程、 このようにして製造された粉末ガラス・サンプルのアッセンブリを、使用されて いる粉末ガラス・サンプルの最高軟化温度以上の温度に選択された時間加熱する 工程、 溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する工程、および 溶融ガラスをるつぼから取り外す工程、から成る方法。
62. ６２．中間の屈折率を有するガラス粉末が最大および最小の屈折率を有する粉末 カラス材料の混合物から得られる、ところの請求項６１記載のプロセス。