JPH04240601A - 光学素子作成方法 - Google Patents

光学素子作成方法

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JPH04240601A
JPH04240601A JP2400191A JP2400191A JPH04240601A JP H04240601 A JPH04240601 A JP H04240601A JP 2400191 A JP2400191 A JP 2400191A JP 2400191 A JP2400191 A JP 2400191A JP H04240601 A JPH04240601 A JP H04240601A
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polymer
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Takaaki Miyashita
宮下 隆明
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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】
【0001】
【技術分野】本発明は、光学素子作成方法に関し、より
詳細には、屈折率分布が半径方向に存在する屈折率分布
型レンズ、およびレンズアレイの作成方法に関する。例
えば、レンズアレイとしては、ファクシミリ、イメージ
スキャナの原稿読み取り部、光プリンタヘッド等の結像
素子に適用されるものである。
【0002】
【従来技術】本発明に係る従来技術を記載した公知文献
としては、例えば、Y.Koike Y.Takeza
wa and Y.Ohtsuka,「NewInte
rfacial−gel copolymerizat
ion technique for steric 
GRIN polymer optical wave
guides and lens arrays」(A
ppl.Opt.27, 3,P.486〜P.491
,1988)がある。 これは、Inerfacial−gel copoly
merizaation technique、すなわ
ち界面ゲル不均一共重合法を用いてのレンズアレイ作成
法に関するものである。
【0003】PMMA(polymethyl met
hacrylate)の透明プラスチック板に複数個の
穴をあけ中空部を形成し、MMA(Methyl me
thacrylate)とVPAc(Vinyl ph
enylacetate)を4/1(wt./wt.)
の比で混合した液状モノマーに重合開始剤であるハイド
ロキノンを加え前記の中空部に注入し加熱する。次に、
PMMAの表面が液状モノマーにより膨潤されゲル層が
形成される。次に、ゲル内で共重合が開始(ゲル効果)
され反応が中心部にすすむ。屈折率分布は以下のように
形成される。混合したモノマーの屈折率n、反応性rは
、MMA(nm、rm)とVPAc(nv、rv)とで
は、nm<nv、rm>1、rv<1となり、PMMA
の管壁に近い部分(外周部分)は反応性が高く屈折率の
低いMMA組成比が高く、円柱の中心に向かってVPA
cの比が高くなる。したがって、円柱の中心から周辺に
むかい屈折率が除々に低くなるように半径方向に屈折率
分布が形成される。
【0004】図9(a)〜(d)は、界面ゲル不均一共
重合法におけるラジアルGRIN導波管の手順ダイヤグ
ラムであり、図10は、2−DラジアルGRINレンズ
アレイを示す図である。透明プラスチック部材をベース
にアレイレンズを形成しているため、図11に示すよう
に隣接レンズ間のクロストークが大きく(有効結像光以
外の光が像面に伝達される量が多い)結像性能を著しく
低下させている。また、レンズの配設位置、およびGR
INレンズの長さの設定が不十分で空間での像合成がで
きる構成になっていない。
【0005】
【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、屈折率分布型レンズを形成するベース板(フレ
ーム)を光吸収部材で形成し、隣接レンズ間のクロスト
ークを低減する構造とし結像性能の向上をはかること、
また、屈折率分布型レンズを形成するベース板(フレー
ム)のレンズを形成する中空部の内壁を、レンズを形成
するモノマーの構成材料と同一の透明材料で被覆してバ
リアー層とすることで、屈折率分布レンズを重合形成す
る際に生じるベース内壁との拡散部分にフレームの光吸
収部材が拡散することを防止して透過損失を低減するこ
と、さらに、GRINレンズの配設位置、長さを適切に
定め正立等倍像を得る関係を満たし、レンズ間の像合成
ができる構成とすることで任意の面積をカバーするレン
ズアレイを容易に得るようにした光学素子作成方法を提
供することを目的としてなされたものである。
【0006】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、(1)
屈折率naを有する網状重合体(共重合体を含む)Pa
を形成する単量体Maと、重合開始剤と、前記屈折率n
aとは異なる屈折率nbを有する重合体Pbを形成する
単量体Mbとを混合し、中空部分以外が光吸収部材で充
填形成され、該中空部分の内壁面が前記Pbとほぼ同一
の材料で被覆形成された中空の円筒容器に前記混合物を
注入し、該混合物を熱または光等により重合させ、半径
方向に屈折率分布を形成すること、或いは、(2)屈折
率naを有する網状重合体(共重合体を含む)Paを形
成する単量体Maと、重合開始剤と、前記屈折率naと
は異なる屈折率nbを有する重合体Pbを形成する単量
体Mbとを混合し、中空部分以外が光吸収部材で充填形
成され、該中空部分の内壁面が前記Pbとほぼ同一の材
料で被覆形成されている中空の円筒を複数個密集して板
状に配設した容器に前記混合物を注入し、該混合物を熱
または光等により重合させ、半径方向に屈折率分布を形
成すること、或いは、(3)屈折率naを有する網状重
合体(共重合体を含む)Paを形成する単量体Maと、
重合開始剤と、前記屈折率naとは異なる屈折率nbを
有する重合体Pbを形成する単量体Mbとを混合し、中
空部分以外が光吸収部材で充填形成され、該中空部分の
内壁面が前記Pbとほぼ同一の材料で被覆形成されてい
る中空の円筒が複数個密集して板状に配設した容器に前
記混合物を注入し、該混合物を熱または光等により重合
させ、半径方向に屈折率分布を形成して作成した板状の
レンズアレイの厚さTを、屈折率分布レンズの光線蛇行
周期をPとして、P/2≦T≦Pの関係を満たし正立等
倍像を得るようにレンズアレイを形成したことを特徴と
したものである。以下、本発明の実施例に基づいて説明
する。
【0007】図1は、本発明による光学素子作成方法の
一実施例を説明するための図で、図中、1はフレーム、
2は中空部分である。中空部分2に屈折率naを有する
網状重合体(共重合体を含む)Paを形成する単量体M
a、重合開始剤、および、前記屈折率naとは異なる屈
折率nbを有する重合体Pbを形成する単量体Mbとを
混合して、中空部分2以外が光吸収部材で充填形成され
、該中空部分2の内壁表面が重合体Pbとほぼ同一の材
料で形成されている中空の円筒容器、すなわちフレーム
1に注入し、加熱することにより重合させ、半径方向に
屈折率分布を形成する。図1の例は、外形が矩形形状の
ものを示す。モノマーの液体をフレーム1の内部に充填
する際にプレート4で片側を封止すると液体が漏れるの
を防止できる。
【0008】ここで、フレーム1はカーボン等の光吸収
剤等を分散されたPMMA,PC,PS,ABS,AS
等を射出成形や注形成形等の方法で作成する。単量体M
aとして、例えば、メタクリレート系のエチレンジメタ
クリレート、ベンジルメタクリレート、βメタリルメタ
クリレート等重合をつかさどる基を2種類以上有するモ
ノマーを選択する。単量体Mbとして、例えば、2.2
.2トリフロロエチルメタクリレート、1.1.5トリ
ヒドロパーフロロペンチルメタクリレート等フッ素を含
んだメタクリル酸系のモノマー、あるいは、ベンジルア
クリレート、ビニルフェニルアクリレート等を選択する
。モノマーMaの重合体ポリマーPaの屈折率をna、
モノマーMbの重合体ポリマーPbの屈折率をnbとす
ると、na>nbとなる。また、重合開始剤にはヒドロ
キノン、ベンジルパーオキサイド等任意のものを使用で
きる。モノマーMa,Mbを充填する前にフレーム1の
中空部内壁にモノマーMbとして用いる材料と同一の材
料モノマーで薄い層を形成(スプレー法、ディッピング
法等の方法で形成)し、加熱等の方法で重合させ次工程
の反応層を形成する。
【0009】図2に屈折率分布の形成工程を示す。図中
、3はモノマーの充填物、4はベース板、5はゲル化表
面、11は薄層で、その他、図1と同じ作用をする部分
は同一の符号を付してある。図の左側には工程を、右側
には屈折率分布を示す。図(a)にはフレーム1のみの
状態、図(b)にはMa、Mbの2種類を混合したモノ
マーをフレーム中空部に充填した状態、図(c)には加
熱を開始してフレームと混合モノマーとの境界部よりゲ
ル化が開始された状態、図(d)には重合が完了して光
軸を中心として半径方向に屈折率分布が形成された状態
を示す。
【0010】図3は、本発明による光学素子作成方法の
他の実施例を示す図で、図中、6は外形を円柱体にした
フレームである。このフレーム6の形状は用途により最
適な形状に選択することができる。
【0011】図4は、本発明による光学素子作成方法の
更に他の実施例を示す図で、図中、7は外形が直方体の
フレームである。屈折率naを有する網状重合体(共重
合体を含む)Paを形成する単量体Ma、重合開始剤、
および、前記屈折率naとは異なる屈折率nbを有する
重合体Pbを形成する単量体Mbを混合して、中空の円
筒が複数個密集して板状に配設され、中空部分以外が光
吸収部材で充填形成され、該中空部分の内壁が重合体P
bと同一の材料で被覆形成されている高分子材料の容器
、すなわちフレーム7に注入し、加熱することにより重
合させ、半径方向に屈折率分布を形成したものである。
【0012】図5は、アレイレンズに形成した際の像合
成状態を示す図である。それぞれのレンズで各レンズの
径以上の領域をカバーするように諸元を定め、各レンズ
で形成される像を合成することができる。
【0013】図6は、本発明による光学素子作成方法の
更に他の実施例を示す図である。2次元配列されたレン
ズ間の合成光量分布の不均一性(光量ムラ)をより低減
するために、レンズを千鳥配列したものである。このよ
うにすることで、レンズの配列周期に応じて発生する光
量ムラを低減することができる。
【0014】図7は、GRINレンズアレイの厚さTを
適切に定めることにより正立実像が形成される状態を示
す図である。この例では、レンズ厚は(3/4)P(P
:GRINレンズの光線蛇行周期)に、設定されている
【0015】図8(a),(b)は、1列あるいは2列
のレンズアレイを形成した例で、ファクシミリ、イメー
ジスキャナの原稿読み取り部、光プリンタヘッド等の結
像素子として用いられる。
【0016】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 (1)請求項1に対応する効果;屈折率分布型レンズを
形成するフレームを光吸収部材で形成するため、レンズ
開口以外からの不要な光を遮断することができ、レンズ
セル等が不要になるなど構造が容易になる。また、フレ
ームを最初から必要な形状に加工しておくことができ、
組付けが容易になるなどの効果も期待できる。また、フ
レーム本体を光吸収部材で形成し、レンズを形成する中
空部の内壁表面にMbモノマーを用いて透明な薄層を被
覆形成してあるため、Mb、Maモノマーが重合する際
に内壁に形成されたMbポリマーとの間で重合が開始さ
れて拡散層が形成されるが、内壁に形成されたMbポリ
マー層がバリアーとなり、フレーム本体の光吸収部材の
レンズ部への拡散を防止できる。 (2)請求項2に対応する効果;屈折率分布型レンズを
形成するベース板を光吸収部材で形成するため、隣接レ
ンズ間のクロストークを低減することができ結像性能の
向上がはかれる。 (3)請求項3に対応する効果;GRINレンズの配設
位置、長さを適切に定めて正立等倍像を得る関係を満た
し、レンズ間の像合成ができる構成とすることで任意の
面積をカバーするレンズアレイを容易に得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光学素子作成方法の一実施例を説
明するための図である。
【図2】屈折率分布の形成工程を示す図である。
【図3】本発明による光学素子作成方法の他の実施例を
示す図である。
【図4】本発明による光学素子作成方法の更に他の実施
例を示す図である。
【図5】レンズアレイに形成した際の像合成状態を示す
図である。
【図6】本発明による光学素子作成方法の更に他の実施
例を示す図である。
【図7】GRINレンズアレイの厚さを適切に定めるこ
とにより得られる正立実像の形成状態を示す図である。
【図8】1列あるいは2列のレンズアレイを形成した例
を示す図である。
【図9】界面ゲル不均一共重合法におけるラジアルGR
IN導波管の手順ダイヤグラムを示す図である。
【図10】2−DラジアルGRINレンズアレイを示す
図である。
【図11】隣接レンズ間のストロークを示す図である。
【符号の説明】
1  フレーム 2  中空部分

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  屈折率naを有する網状重合体(共重
    合体を含む)Paを形成する単量体Maと、重合開始剤
    と、前記屈折率naとは異なる屈折率nbを有する重合
    体Pbを形成する単量体Mbとを混合し、中空部分以外
    が光吸収部材で充填形成され、該中空部分の内壁面が前
    記Pbとほぼ同一の材料で被覆形成された中空の円筒容
    器に前記混合物を注入し、該混合物を熱または光等によ
    り重合させ、半径方向に屈折率分布を形成することを特
    徴とする光学素子作成方法。
  2. 【請求項2】  屈折率naを有する網状重合体(共重
    合体を含む)Paを形成する単量体Maと、重合開始剤
    と、前記屈折率naとは異なる屈折率nbを有する重合
    体Pbを形成する単量体Mbとを混合し、中空部分以外
    が光吸収部材で充填形成され、該中空部分の内壁面が前
    記Pbとほぼ同一の材料で被覆形成されている中空の円
    筒を複数個密集して板状に配設した容器に前記混合物を
    注入し、該混合物を熱または光等により重合させ、半径
    方向に屈折率分布を形成することを特徴とする光学素子
    作成方法。
  3. 【請求項3】  屈折率naを有する網状重合体(共重
    合体を含む)Paを形成する単量体Maと、重合開始剤
    と、前記屈折率naとは異なる屈折率nbを有する重合
    体Pbを形成する単量体Mbとを混合し、中空部分以外
    が光吸収部材で充填形成され、該中空部分の内壁面が前
    記Pbとほぼ同一の材料で被覆形成されている中空の円
    筒を複数個密集して板状に配設した容器に前記混合物を
    注入し、該混合物を熱または光等により重合させ、半径
    方向に屈折率分布を形成して作成した板状のレンズアレ
    イの厚さTを、屈折率分布レンズの光線蛇行周期をPと
    して、P/2≦T≦Pの関係を満たし正立等倍像を得る
    ようにレンズアレイを形成したことを特徴とする光学素
    子作成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0875908A (ja) * 1994-09-08 1996-03-22 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光学的2次元画像伝送装置
WO2001035148A1 (fr) * 1999-11-10 2001-05-17 Hamamatsu Photonics K.K. Lentille optique et systeme optique

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WO2001035148A1 (fr) * 1999-11-10 2001-05-17 Hamamatsu Photonics K.K. Lentille optique et systeme optique

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