JPH0530845B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

３−１ 産業上の利用分野 本発明は球の中心から周辺に向けて法線方向に
屈折率が変化する屈折率分布を有する合成樹脂製
球レンズを製造する方法に関する。 ３−２ 従来技術の説明 屈折率分布を有するレンズとして、半径方向に
中心軸からの距離の２乗にほぼ比例して減少する
屈折率の分布を有する透明棒状体が知られてい
る。この透明棒状体は凸レンズ作用を有し、また
その屈折率分布は(1)式で近似される。 ｎ(r)＝n_p（１−１／2Ar²） (1) 式中、ｎ(r)は中心軸からの距離ｒの点における
屈折率、n_pは中心軸における屈折率、Ａは正の定
数を各々表わす。 このような透明棒状体中を光束は蛇行して伝播
し、その周期Ｌは(2)式で表わされる。 Ｌ＝2π／√ (2) また(3)式で近似されるように、中心軸からの距
離の２乗にほぼ比例して増大する屈折率分布を有
する場合には透明棒状体は凹レンズ作用を有する
光伝送体となる。 ｎ(r)＝n_p（１＋１／2Br²） (3) 式中ｎ(r)及びn_pは前記に同じであり、Ｂは正の
定数である。 このような屈折率分布を有する合成樹脂光伝送
体の製造方法は、特公昭52−5857号公報、特開昭
51−16394号公報、特開昭54−119939号公報など
に記載されている。 ３−３ 発明が解決しようとする問題点 上記のように、半径方向に屈折率分布を有する
円柱状のロツドレンズはオプトエレクトロニクス
分野において集光、結像素子として注目されてい
る。しかし、ロツドレンズの光軸が光学系の光軸
とわずかにずれた場合、スキユー光線（迷光）に
より大きな収差を生じ現在、これが問題となつて
いる。しかし、球レンズではこのようなレンズの
光軸が存在しないため軸ずれによるスキユー光線
は、存在しない。屈折率が中心点から外周に向け
てほぼ二乗分布で減少している球レンズを適当な
屈折率を有する媒体中に埋め込んだもの、あるい
は、このような球レンズの周囲に屈折率均一なク
ラツドをつけたものを集光素子として使用すれば
ほぼ無収差の集光を実現できる。 しかし、従来技術では球状に屈折率分布を制御
することは極めて難しく、このような球レンズは
未だ得られていない。屈折率勾配を有する合成樹
脂製球レンズを製造するには、まず球状の母材を
得ることが必要であるが、母材として重合が完結
したものを使用すると後の屈折率の異なる単量体
を拡散する工程において母材の中心まで拡散させ
ることが非常に困難となる。そこで母材として、
一部重合した球状の透明ゲル粒子を使用するので
あるが、塊状重合によつて、この球状の透明ゲル
粒子を得ようとしても、完全な球を得るのは難し
く、また一度に大量のゲル粒子を安定に得ること
も不可能であるため、大量生産にも向いていな
い。 ３−４ 従来の問題点を解決する手段 屈折率勾配球レンズの母材となる球状の透明ゲ
ル粒子を製造する方法として懸濁重合を使用す
る。 ３−５ 発明の作用効果 球状の透明ゲル粒子を製造する方法として、懸
濁重合を採用すれば、完全に球状のゲル粒子を得
ることができ、しかも一度に大量に製造すること
ができる為、その後に続く拡散及び熱処理工程を
経て、前述のように球の中心から周辺に向けて法
線方向に屈折率が変化する屈折率分布を有する合
成樹脂製球レンズを大量生産することができる。 ３−６ 実施例 以下本発明に係る合成樹脂製球レンズの製造方
法を実施例に基づき説明する。 まず、屈折率Naの網状重合体（共重合体を含
む）Paを形成する単量体（単量体混合物を含む）
Maを開始剤、溶媒及び分散剤と共に所定の容器
に入れ、所定の温度T₁℃、時間t₁及び回転数r₁
（rpm）において懸濁重合を行ない、一部重合さ
せて球状の透明ゲル粒子を一度に大量に製造す
る。このときゲル粒子が溶剤に不溶な成分（網状
重合体）を20〜90重量％含んでいる重合未完の状
態としておく。 上記のように製造した球状の透明ゲル粒子は所
定の容器中の重合系に分散しているので、この重
合系を吸引濾過して、透明ゲル粒子を分離する。 次に分離された上記粒子を前記Naとは異なる
屈折率Nbを有する重合体（共重合体を含む）Pb
を形成する単量体（単量体混合物を含む）Mbが
入つている容器中に加え、所定の温度T₂℃、時
間t₂にて、球の表面から中心に向けて単量体Mb
を拡散させると共に重合させ、屈折率が球の中心
から周辺に向かつて法線方向に連続的に変化する
屈折率分布を、前記透明ゲル粒子中に形成する。 その後、拡散後の透明ゲル粒子を前記単量体
Mbから分離する為、再び吸引濾過する。そして
最終的に重合を完結するために、今度は所定の容
器中で所定の温度T₃℃に加熱されている水中に
分散させ、所定の時間t₃及び回転数r₃（rpm）にお
いて熱処理を行なう。 このようにして一度に大量に得られた合成樹脂
製球レンズにはすべて中心から周辺に向けて法線
方向に連続的に変化する屈折率分布が形成されて
おり、このレンズは通常の屈折率一様な球面レン
ズと比較すると球面収差のみならず、コマ収差も
補正されている。 上述の実施例におけるレンズ母材としての透明
ゲル物体の原料となるべき単量体Maとしては、
アリル基、アクリル基、メタクリル酸基またはビ
ニル基のうちの２種類以上の基を有する単量体を
用いることができる。次に単量体Maの具体例を
挙げる。 (1) アリル化合物 フタル酸ジアリル、イソフタル酸ジアリル、
テレフタル酸ジアリル、ジエチレングリコール
ビスアリルカーボネート等のジアリルエステ
ル；トリメリト酸トリアリル、リン酸トリアリ
ル、亜リン酸トリアリル等のトリアリルエステ
ル；メタクリル酸アリル、アクリル酸アリル等
の不飽和酸アリルエステル。 (2) R₁−R₂−R₃で表される化合物 R₁及びR₃がいずれもビニル基、アクリル基、
ビニルエステル基、またはメタクリル基である
化合物；R₁及びR₃のいずれか一方がビニル基、
アクリル基、メタクリル基及びビニルエステル
基の４つの基のうちのいずれかであり、他方が
残りの３つの基のうちのいずれかである化合
物。ここでR₂は以下に示され２価の基のうち
から選択できる。 −（CH₂CH₂O）ｍ−CH₂CH₂− （ｍ＝０〜20） −（CH₂）Ｐ− （Ｐ＝３〜15） (3) 上記(1)と(2)の単量体の混合物、またはモノビ
ニル化合物、ビニルエステル類、アクリル酸エ
ステル類及びメタクリル酸エステル類の５種の
うちの少なくとも１種と上記(1)または(2)の単量
体（またはその混合物）との混合物。 また単量体Mbとしては、次のようなものが
挙げられる。 (4)

【式】で表される化合物 ただし、式中Ｘは水素原子またはメチル基、
Ｙは

【式】

【式】− CH＝CH₂、−（CH₂）lH（ｌ＝１〜８）、ｉ−プ
ロピル基、ｉ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−
ブチル基、

【式】

【式】（ｈ＝０〜２） 及び−（CH₂CH₂O）ｐ−CH₂CH₃（ｐ＝１〜
６）から成る群から選ばれた基、または−
（CF₂）ａ−Ｆ（ａ＝１〜６）、−CH₂（CF₂）bH
（ｂ＝１〜８）、−CH₂CH₂O・CH₂CF₃、−
（CH₂CH₂O）ｃ CF₂CF₂H（ｃ＝１〜４）、−
CH₂CH₂O・CH₂（CF₂）aF（ａ＝１〜６）、−
CH₂（CF₂）dO（CF₂）lF（ｄ＝１〜２、ｌ＝１
〜４）及び−Si（OC₂H₅）₃から成る群より選ば
れた基を表す。 (5)

【式】で表される化合物 ただし、式中R₄は−（CH₂）ｆ−CH₃（ｆ＝
０〜２）、−（CH₂）gH（ｇ＝１〜３）、

【式】及び

【式】（ｈ＝０〜２） から成る群より選ばれた基を表す。 (6) (4)及び(5)の単量体の混合物。 単量体Maとして上記(1)〜(3)、単量体Mbとし
て(4)〜(6)のいずれも組み合わせることができる。 また上記透明ゲル物体のゲル化状態を調節する
には、(3)項に挙げたように架橋性単量体Maに不
飽和基を一つ有する単量体を添加する方法及び
CBr₄，CCl₄、メルカプタン類等の連鎖移動剤を
添加する方法、または両者を併用する方法が有効
である。 次に本発明の試験例について説明する。 試験例 １ 単量体MaとしてDAI（イソフタル酸ジアリル）
（Na＝1.569）10ｇ、開始剤としてBPO（過酸化ベ
ンゾイル）0.30ｇ、溶媒として水200ｇ、及び分
散剤としてPVA（ポリビニルアルコール）0.30ｇ
を使用し、撹拌装置付きのフラスコ中に加え、温
度T₁＝80℃、回転数r₁＝250（rpm）にて時間t₁＝
６時間懸濁重合を行ない、一部重合した球状の透
明ゲル粒子を一度に大量に製造した。この透明ゲ
ル粒子は、メタノールに不溶な成分（網状重合体
部分及び線形重合体部分）75重量％、メタノール
に可溶な成分（単量体及び低分子量プレポリマー
部分）25重量％から成つていた。 次に、上記により製造した透明ゲル粒子を重合
系から分離するために吸引濾過し、その後、分離
された前記粒子を温度T₂＝30℃に加温された容
器中にある3FMA（メタクリル酸−２，２，２−
トリフルオロエチル）（Nb＝1.4210）20ｇ中に加
え、t₂＝0.5時間保持し、3FMAを前記粒子中に
拡散させ同時に重合させる。 その後拡散後の前記粒子を3FMAから分離する
為再び吸引濾過する。そして最終的に温度T₃＝
80℃に加熱されている容器中にある水200ｇ中に
加え、回転数r₃＝250rpm、時間t₃＝18時間にて重
合を完結させ、球の中心から周辺に向けて法線方
向に連続的に屈折率が変化する直径２mmφの合成
樹脂製球レンズを得た。 得られた球レンズ中に形成された屈折率分布を
干渉顧微鏡により測定すると第１図のようであつ
た。第１図で横軸は、球の半径Rpに対する距離
ｒの比を表わし、縦軸は同点での屈折率である。 試験例 ２ 単量体MaとしてDAI5ｇ、開始剤として
BPO0.05ｇ及びDBPO（ジターシヤリーブチルパ
ーオキサイド）0.05ｇ、溶媒として水200ｇそし
て水散剤としてPVA1.5ｇを使用し、撹拌装置付
きのフラスコ中に加え、温度T₁＝90℃、回転数
r₁＝350rpmにて時間t₁＝３時間懸濁重合を行な
い、一部重合した球状の透明ゲル粒子を一度に大
量に製造した。この透明ゲル粒子はメタノールに
不溶な成分（網状重合体部分及び線形重合体部
分）75重量％、そしてメタノールに可溶な成分
（単量体及び低分子量プレポリマー部分）25重量
％から成つていた。 次に上記により製造した透明ゲル粒子を重合系
から分離するために吸引濾過し、その後分離され
た前記粒子を温度T₂＝70℃に加温された容器中
にある3FMA中に加えt₂＝100分間保持し、
3FMAを前記粒子中に拡散させ、同時に重合させ
る。 その後、拡散後の前記粒子を3FMAから分離す
る為に再び吸引濾過する。そして最終的に温度
T₃＝90℃に加熱されている容器中にあるPVA1.5
ｇを含む水200ｇ中に加え、回転数r₃＝350rpm時
間t₃＝13時間にて重合を完結させ、球の中心から
周辺に向けて法線方向に連続的に屈折率が変化す
る直径1.46mmφの合成樹脂製球レンズを得た。 得られた球レンズ中に形成された屈折率分布を
干渉顧微鏡により測定すると第２図のようであつ
た。第２図で縦軸は中心からｒ／Rpの距離にお
ける屈折率ｎと中心点の屈折率n_pとの差を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法で得られる球レンズの断面
内屈折率分布の一例を示すグラフ、第２図は他の
屈折率分布例を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 屈折率Naの網状重合体（共重合体を含む）
   Paを形成する単量体（単量体混合物を含む）Ma
   を懸濁重合によつて一部重合させて、球状の透明
   ゲル粒子を形成する工程。 ２ 前記Naとは異なる屈折率Nbを有する重合体
   （共重合体を含む）Pbを形成する単量体（単量体
   混合物を含む）Mb中に前記球状透明ゲル粒子を
   加え、球の表面から中心に向けて単量体Mbを拡
   散させると共に重合させ、屈折率が球の中心から
   周辺に向かつて連続的に変化する屈折率分布を前
   記透明ゲル粒子中に形成する工程。 ３ 加熱等により重合を完結させて、前記屈折率
   分布を固定化する工程を含む屈折率分布を有する
   合成樹脂屈折率勾配型球レンズを製造する方法。