JPH0652323B2

JPH0652323B2 - 合成樹脂球レンズの製造方法

Info

Publication number: JPH0652323B2
Application number: JP17212685A
Authority: JP
Inventors: 保治大塚; 康博小池; 浩一前田; 章雄滝川; 裕一青木; 育良田子; 昇次間瀬; 元昭吉田
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1985-08-05
Filing date: 1985-08-05
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS6232401A

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_０（１−１／２Ａｒ^２）（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_０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。

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_０（１＋１／２Ｂｒ^２）（３）式中、ｎ（ｒ）及びｎ_０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５１−１
６３９４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
ロッ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、ロッドレ
ンズの光軸が光学系の光軸とわずかにずれた場合、スキ
ュー光線により大きな収差を生じ現在、これが問題とな
っている。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ュー光線は、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ッ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、塊状重合によって、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。

そこで、完全な球状の透明ゲル粒子を一度に大量に製造
する方法として特願昭６０−４８６２４には単量体を仕
込んで懸濁重合によって透明ゲル粒子を得る方法が述べ
られている。しかし、上記出願に開示された方法ではゲ
ル粒子の粒径分散がかなり大きいという問題が残されて
いた。

更に単量体の代わりに予備重合したゾルを仕込んで懸濁
重合によって透明ゲル粒子を得る方法も検討されてお
り、この方法によるとゲル粒子の粒径分散をかなり小さ
くすることできるが、ある程度はやはり存在し、粒径を
一定にすることはできない。

３−４従来の問題点を解決する手段合成樹脂製屈折率勾配型球レンズの母材となる球状の透
明ゲル粒子を懸濁重合によって製造する際に、単量体を
予備重合したゾルを一滴ずつ滴下して仕込む。

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。そして、単
量体の代わりに予備重合したゾルを仕込むと懸濁重合中
における粒子の合着、離反を大きく抑制することができ
る為、得られるゲル粒子の粒径分数をかなり小さくする
ことができる。

ここでゾルを一滴ずつ滴下して、かつ一滴の体積が均一
であるならば、粒子の合着、離反等が全く起こらないの
で、得られる透明ゲル粒子の粒径は完全に一定となる。
尚、粒径の最大値はゾルの表面張力、粘度（すなわち転
化率）によって主に決定される。

従って、その後に続く拡散及び熱処理工程を経て、一度
に一定の性能を有する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を所定の
温度Ｔｏ，時間ｔ_０において予備重合し、ゲル化以前の
流動性を有しているゾルを製造する。この時ゾルは、メ
タノールに不溶な成分（線形重合体）を３〜３０％含ん
でいる状態が望ましい。

この単量体Ｍａから成るゾルを、マイクロシリンジ，微
量定量ポンプ等を用いて一滴ずつ、溶媒及び分散剤等が
入っている所定の容器中に滴下して仕込み、所定の温度
Ｔ_１℃、時間ｔ_１及び撹拌回転数ｒ_１（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％を含んでい
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Ｎ
ｂ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が入っている溶器中に
加え、所定の温度Ｔ_２℃，時間ｔ_２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っ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Ｔ_３℃
に加熱されている水中に分散させ、所定の時間ｔ_３及び
撹拌回転数ｒ_３（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、しかも、粒径が
一定であるので、一定の性能を有する球レンズを一度に
大量に得ることができる。

これらのレンズは通常の屈折率一様の球面レンズと比較
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
リル酸基，メタクリル酸基またはビニル基のうちの２種
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）Ｒ_１−Ｒ_２−Ｒ_３で表わされる化合物Ｒ_１及びＲ_３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；Ｒ_１及
びＲ_３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
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Ｒ_２は以下に示され２価の基のうちから
選択できる。

（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）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 −ＣＨ＝ＣＨ_２ −（ＣＨ_２）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，及び−（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｐ−ＣＨ_２ＣＨ_３（ｐ＝１〜
６）から成る群から選ばれた基，または−（ＣＦ_２）_ａ
−Ｆ（ａ＝１〜６），−ＣＨ_２（ＣＦ_２）_ｂＨ（ｂ＝１〜
８）， −ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ・ＣＨ_２ＣＦ_３，−（ＣＨ_２ＣＨ
_２Ｏ）_ｃＣＦ_２ＣＦ_２Ｈ（ｃ＝１〜４），−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ・ＣＨ_２（ＣＦ_２）
_ａＦ（ａ＝１〜６），−ＣＨ_２（ＣＦ_２）_ｄＯ（ＣＦ_２）_ｌ
Ｆ（ｄ＝１〜２，ｌ＝１〜４）及び−Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３から成る群よ
り選ばれた基を表す。

（５）で表される化合物ただし、式中Ｒ_４は−（ＣＨ_２）ｆ−ＣＨ_３（ｆ＝０〜
２），及び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ＣＢｒ_４，ＣＣｌ
_４，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まず、単量体ＭａとしてＤＡＩ（イソフタル酸ジアリ
ル）（Ｎａ＝1,569）10ｇに開始剤としてBPO（過酸化ベ
ンゾイル）０．２ｇを加えた後、温度Ｔ_０＝９０℃時間
ｔ_０＝６２分予備重合してゲル化以前の流動性を有して
いるゾルを製造した。このゾルはメタノールに不溶な成
（線形重合体）２０重量％から成っていた。

次に溶媒として水200ｇ，及び分散剤としてＰＶＡ（ポ
リビニルアルコール）２ｇが入っている撹拌装置付きフ
ラスコ中に上述のゾルをマイクロシリンジを用いて一滴
ずつ滴下して仕込み、温度ｔ_１＝５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％から成っていた。

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Ｔ_２＝７０℃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、ｔ_２＝１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Ｔ_３＝９０℃に加熱さ
れている容器中にある水２００ｇ中に加え、回転数ｒ_３
＝３５０rpm、時間ｔ_３＝24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
変化する合成樹脂製球レンズを得た。

得られた球レンズはすべて所望の直径１．５mmに対して
±０．０３mmの範囲内に入っていた。

得られた合成樹脂屈折率勾配型球レンズ中に形成された
屈折率分布は直径の８０％の範囲内でほぼ二乗分布であ
り、最大屈折率差は０．０４であった。

試験例２まず単量体ＭａとしてDAI１０ｇ，開始剤としてBPO０．
１ｇ及びDBPO（ジターシャリーブチルパーオキシサイ
ド）０．１ｇを加えた後、温度Ｔ_０＝９０℃時間ｔ_０＝
70分予備重合してゾルを得た。このゾルはメタノールに
不溶な成分（線形重合体）２０重量％から成っていた。

次に溶媒として水200ｇ及び分散剤としてPVA（ポリビニ
ルアルコール）１．５ｇが入っている撹拌装置付きフラ
スコ中に上述のゾルを微量定量ポンプを用いて一滴ずつ
滴下して仕込み、温度Ｔ_１＝９０℃、回転数ｒ_１＝100r
pmにて時間ｔ_１＝５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）２
５重量％から成っていた。

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Ｔ_２＝７０℃に加温された容器中にある３FMA中に加
えｔ_２＝６０分間保持し、３FMAを前記粒子中に拡散さ
せ、同時に重合させた。

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Ｔ_３＝９０℃に加
熱されている容器中にあるPVA０．３ｇを含む水２００
ｇ中に加え、回転数ｒ_３＝350rpm時間ｔ_３＝24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合成樹脂球レンズを得た。

得られた球レンズは、すべて所望の直径1.40mmに対して
±0.02mmの範囲内に入っていた。

得られた合成樹脂屈折率勾配型球レンズ中に形成された
屈折率分布は、直径の９０％以内でほぼ二乗分布であ
り、最大屈折率差は0.05であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者滝川章雄大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地日本板硝子株式会社内 (72)発明者青木裕一大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地日本板硝子株式会社内 (72)発明者田子育良大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地日本板硝子株式会社内 (72)発明者間瀬昇次大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地日本板硝子株式会社内 (72)発明者吉田元昭大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地日本板硝子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）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を予備重合してゲル化以前の流動性を有しているゾ
ルを形成する工程。（Ｂ）溶媒中に前記Ｍａゾルを一滴ずつ滴下して懸濁重
合することによって、更に重合させて球状の透明ゲル粒
子を形成する工程。（Ｃ）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って連続的に
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。（Ｄ）加熱等により重合を完結させて、前記屈折率分布
を固定化する工程の各工程を備えた合成樹脂屈折率勾配型球レンズを製造
する方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の前記ゾルはメ
タノールに不溶な成（線形重合体）を３〜３０％を含む
合成樹脂屈折率勾配型球レンズを製造する方法。