JPH0740455A - 屈折率分布型プラスチックレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した屈折率分布を有する特性のバラツキ
の少ない口径の大きい安価な屈折率分布型プラスチック
レンズの製造方法を提供する。 【構成】 レンズ光軸の垂直方向に屈折率の勾配を持つ
屈折率分布型プラスチックレンズの製造方法において、
ロッド状の高分子のゲル母材に、該ゲル母材と屈折率の
異なる重合性モノマーを前記ゲル母材の外周面より拡散
させて、レンズ光軸の垂直方向に屈折率の勾配を有する
屈折率分布型ゲルロッドを製造した後、該ゲルロッドの
前記レンズ光軸方向の厚みを所定厚みに切断し、得られ
たゲル部材の端面に当接する面を所定形状にした型の前
記ゲル部材を入れ、圧縮しながら加熱して前記ゲル部材
と前記モノマーとの共重合を行いレンズ成形体を得るこ
とを特徴とする屈折率分布型プラスチックレンズの製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、屈折率分布型光学用樹
脂成型体及びその製造方法に係わり、特に複写機，ファ
クシミリ，ＬＥＤプリンタなどに使用される等倍型の読
取レンズや、カメラの色消しレンズ，ズームレンズ，フ
ァインダレンズ等に応用される屈折率分布型プラスチッ
クレンズ成型体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の屈折率分布型レンズは珪素や鉛等
を主成分とするガラスロッドに屈折率を大きくする元素
を添加し、次に屈折率を小さくする元素を加えた溶融液
に浸漬し、いわゆるイオン交換法によって、周辺部ほど
屈折率を低くする。このようにして得られた屈折率分布
を持つガラスロッドを形成し、さらにファイバの形に加
熱して小径化と同時に長尺化していた。

【０００３】そして従来の屈折率分布型ファイバは中心
部で屈折率が最も大きく、周辺部ほど小さくなる二乗分
布状（放物線状）の屈折率分布を持っていた。光は屈折
率の高い方に曲がる性質を持っているので、このような
ファイバに入射した入射光線は同じ周期の正弦曲線を描
いて進むことになる。この原理を利用してアレイ化した
レンズの長さ、物体面との距離を調整すれば正立等倍像
をつくることができるしまた、屈折率分布を中心部で屈
折率が最も小さく、周辺部ほど大きくなる分布を持たせ
ることにより凹型レンズとしても使用できることにな
る。

【０００４】一方近年、複写機，ファクシミリ，ＬＥＤ
プリンタなどが普及し、小型化，軽量化，低価格化など
の要望により光学用樹脂が読取レンズやレンズアレイや
光ケーブル等に加工，応用されてくるようになった。

【０００５】そして従来の屈折率分布型樹脂成型体はＯ
Ａ機器分野の読取用に開発され、等倍型結像素子や光フ
ァイバとしてアレイ化されて使用されてきた。

【０００６】また、従来のカメラ等に使用されている樹
脂レンズは光ファイバに比べると口径は大きく、アクリ
ル系樹脂等を加熱溶融して射出成型に加圧注入し、成型
後冷却して製作していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の樹脂材を使用し
た射出成型方式のレンズは比較的に口径を大きく出来る
が、均一な屈折率を持つ高分子樹脂でありレンズ面が球
面であるため凸レンズでも凹レンズでもレンズの厚み方
向の長さがどうしても大きくなりこの面からレンズの小
型化の障害となっていた。

【０００８】そして更に、球面レンズの場合は当然のこ
とながらレンズの厚みがレンズ光軸から半径方向に変化
するのでレンズ樹脂材のいわゆる成型時のヒケの外に熱
膨張係数による変化等も加わりレンズ設計上もレンズ製
作上も解決すべき課題があった。

【０００９】一方、屈折率分布型樹脂成型体のレンズ
は、曲面加工は当然ながら平板状に成型することが可能
であるため、上述の面で有利なレンズを製作することが
可能であるが別の課題をもっていた。

【００１０】すなわち、上述のように従来の屈折率分布
型樹脂成型体は、文字読取レンズや光ファイバのように
比較的口径が小さい場合には、加熱延伸し端面を研摩す
れば良いが、口径の大きいレンズでは所定の厚さに切断
し必ずレンズ面を研摩しないと表面の粗さからレンズと
しての機能を果たさないものであった。

【００１１】そして従来のレンズ面の研摩では、共重合
体の成分比率及び選択したモノマーの種類により、レン
ズ中心部から周辺部に向って硬度等の物理的特性に分布
が生じ、中心部と周辺部とでは研摩特性が変化し、充分
な面精度を維持できないという問題があった。

【００１２】また、研摩が可能であっても大量に処理を
する場合、レンズ面を研摩する方法では研摩費がかか
り、それだけレンズに仕上げるのに工程が多くかかるの
で他の面では低価格化の可能性があってもこの面で価格
が低下出来ないという課題もあった。

【００１３】このように切断に続いて研摩する工程によ
り大口径レンズを製作する方法ではレンズの低価格化に
は限界があり、研摩せずにレンズを製作する方法が必要
であった。

【００１４】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものである。すなわち安定した屈折率分布を有する
特性のバラツキの少ない口径の大きい安価な屈折率分布
型プラスチックレンズの製造方法を提供することを目的
としたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、レンズ光軸
の垂直方向に屈折率の勾配を持つ屈折率分布型プラスチ
ックレンズの製造方法において、ロッド状の高分子のゲ
ル母材に、該ゲル母材と屈折率の異なる重合性モノマー
を前記ゲル母材の外周面より拡散させて、レンズ光軸の
垂直方向に屈折率の勾配を有する屈折率分布型ゲルロッ
ドを製造した後、該ゲルロッドの前記レンズ光軸方向の
厚みを所定厚みに切断し、得られたゲル部材の端面に当
接する面を所定形状にした型に前記ゲル部材を入れ、圧
縮しながら加熱して前記ゲル部材と前記モノマーとの共
重合を行いレンズ成形体を得る方法又は前記屈折率分布
型ゲルロッドを加熱して前記ゲル部材と前記拡散モノマ
ーの共重合を行なった後に、該重合ロッドを前記レンズ
光軸方向で所定厚みに切断し、得られたレンズ部材の切
断面に前記モノマーと同一もしくは異なるモノマーをコ
ーティングしてレンズ成形体を得ることを特徴とする屈
折率分布型プラスチックレンズの製造方法によって達成
される。

【００１６】そして上記目的は、上記製造方法により作
られたレンズの光軸部と周辺部との屈折率差が0.02以上
であることを特徴とする屈折率分布型プラスチックレン
ズの製造方法によって、また上記製造方法により作られ
たレンズ面の表面粗さがRmax≦0.2μmであることを特徴
とする屈折率分布型プラスチックレンズの製造方法によ
って、また上記製造方法により作られたレンズの口径が
８mm以上であることを特徴とする屈折率分布型プラスチ
ックレンズの製造方法によって達成されるものである。

【００１７】

【作用】上記方法により製造される屈折率分布型プラス
チックレンズの製造方法において、使用される重合性モ
ノマーは従来公知の重合性官能基を有し、熱もしくは光
等により重合体となるモノマーであれば使用可能であ
る。例えばビニル系，アリル系，アクリル系，メタクリ
ル系，スチレン系，アセチレン系単量体等の不飽和基を
有するモノマーであり、透明な重合体を作製するものが
使用可能であり特に限定されない。

【００１８】ゲル母材を形成するモノマーは上記モノマ
ー中でも重合性不飽和基を複数有する化合物が好まし
く、例えばエチレングリコールジメタクリレート，ジエ
チレングリコールビスアリルカーボネート，ジビニルベ
ンゼン等が使用できる。また屈折率の同じ２種以上のモ
ノマーの組合せも使用可能である。拡散モノマーはゲル
母材との屈折率差が0.05以上と屈折率を有するモノマー
であれば使用可能であり、重合性官能基は単独でも複数
でも構わない。特にゲル母材との相溶性が良好で共重合
可能なモノマーが好ましい。屈折率差は0.05以上ないと
共重合体とした時の屈折率差が不充分であり、レンズ成
形体の厚みが厚くなり効果が小さくなる。

【００１９】これらのモノマーのゲル化と共重合には公
知の熱重合もしくは光重合開始剤を使用することが好ま
しく公知のラジカル開始剤を使用するのが良い。

【００２０】ゲル母材の作製方法には特に限定はない
が、ゲル化率（重合転化率）は15〜40％の範囲が拡散時
間を長くさせず、屈折率差を維持させるのに好ましい。
重合温度は使用する重合開始剤により前記ゲル化率を示
す条件を選べば良い。重合時間も同様であり特に限定さ
れるものではない。

【００２１】拡散モノマーの拡散は屈折率変化を観測し
ながら所望の屈折率分布を得られる条件を選択すること
ができる。通常温度は０〜80℃が好ましく、拡散時に圧
力を加えて拡散時間の短縮をしても良い。また拡散モノ
マーは液状でなく気体状として使用することも可能であ
る。

【００２２】得られた拡散済みのゲルロッドは公知の切
断方法により切断することができる。例えばホイールソ
ー，ワイヤーソー，カミソリ刃等が使用できる。切断レ
ンズの厚みは得られたレンズの屈折率差及び使用する光
学系のレンズ設計により適宜変更可能であり、切断加工
時に同一厚みで複数切断しても良く、また厚みを変更さ
せても良い。また同時に複数個の厚み違いのレンズをマ
ルチホイールソーやマルチワイヤーソー等の公知の手段
で切断することも可能である。

【００２３】得られた切断ゲルロッドの型にいれて圧縮
する時の荷重は１〜５kg／cm²が好ましくゲルロッドの
重合による体積収縮に型面が追随できるようにすること
が好ましい。また重合終了までにゲルロッドが荷重によ
りクラックが入らないように制御することが好ましい。

【００２４】

【実施例】次に本発明の実施例を添付した図面、図１，
図２により説明する。

【００２５】図１は本発明に基づく屈折率分布型プラス
チックレンズ成型体の製造方法を説明する図である。

【００２６】比較例１ 図１（ａ）において、内径12mm，外径14mm，長さ70mmの
底部にシリコンゴム栓を取付けたテフロン（登録商標）
チューブ11にＰＰＧインダストリー社製のジエチレング
リコールビスアリルカーボネート（CR-39）に日本油脂
製ラジカル重合開始剤パーロイルIPP-27をCR-39に対し
てラジカル重合開始剤（IPP）が２wt％となるように添
加し、よく混合した溶液を注入する。母材モノマーを注
入したテフロンチューブ11を50℃で約２時間予備重合し
ゲル状となったゲル母材ロッド１を図１（ｂ）のように
テフロンチューブ11より抜き出し、図１（ｃ）のように
拡散モノマーとして上記ラジカル重合開始剤を２wt％含
有したダイソー社製のジアリルイソフタレート（DAI）
を入れた口径20〜30mmの試験管12に室温で約20時間浸漬
させ、母材ゲルロッドの周辺部から中心部までDAIの含
有量が異なるゲルロッド２を得た。

【００２７】次に図１（ｄ）のように得られたゲルロッ
ド２を厚さ３mmに切断しレンズ試料３を得た。次にレン
ズ試料３を50℃で約20時間加熱しその後85℃で５時間加
熱し重合させレンズ試料３−１を得た〔図１（ｅ）〕。

【００２８】実施例１ 次に比較例１の重合済みのレンズ試料３−１をＭＭＡモ
ノマーでディッピングさせることにより端面コーティン
グしてレンズ試料３−２を得た〔図１（ｅ）〕。

【００２９】比較例２ また比較例１で得られた厚さ３mmに切断したレンズ試料
３を図１（ｆ）のように表面粗さがRmax0.02μm以下で
ある硝子製の硝子型13に入れ重合させ、レンズ試料３−
３を得た〔図１（ｇ）〕。

【００３０】実施例２ また比較例２の硝子型13の両面から図１（ｈ）のように
約50ｇの荷重をかけながら重合してレンズ試料３−４を
得た〔図１（ｉ）〕。

【００３１】すなわち、 比較例１：拡散済みゲルロッドを切断し、重合後研摩し
ない場合。

【００３２】実施例１：切断・重合し硬化したロッドの
端面の粗さを、ＭＭＡモノマーでディッピングさせるこ
とにより端面コーティングして本発明の範囲内にした場
合。

【００３３】比較例２：本発明の第２の方法で荷重をか
けない場合。

【００３４】実施例２：本発明の第２の方法の場合。

【００３５】上記結果を表にまとめると表１のようにな
る。

【００３６】

【表１】

【００３７】以上の結果から本発明の実施例に関しては
何れもレンズ特性として良好なレンズが研摩工程なしに
得られた。

【００３８】さらに本発明により作製したレンズを、例
としてレンズ付きフィルム（撮りっきりカメラ）のレン
ズ部分を改良して以下に述べる方法により評価した。

【００３９】実施例３ 内径８mm，外径10mm，長さ70mmの底部にシリコンゴム栓
を取付けたテフロンチューブにＰＰＧインダストリー社
製のジエチレングリコールビスアリルカーボネート（Ｃ
Ｒ-39）に日本油脂製ラジカル重合開始剤パーロイルＩ
ＰＰ-27をＣＲ-39に対してラジカル重合開始剤（ＩＰ
Ｐ）が２wt％となるよう添加し、よく混合した溶液を注
入する。母材モノマーを注入したテフロンチューブを50
℃で約２時間予備重合しゲル状となったゲル母材ロッド
をテフロンチューブより抜き出し、拡散モノマーとして
上記ラジカル重合開始剤を２wt％含有したダイソー社製
のジアリルイソフタレート（ＤＡＩ）を入れた口径30mm
の試料管に室温で約20時間浸漬させ、母材ゲルロッドの
周辺部から中心部までＤＡＩの含有量が異なるゲルロッ
ドを得た。

【００４０】得られたゲルロッドを厚さ３mmに切断し、
表面粗さ（Rmax）0.02μm以下のガラス製の型に入れ、
両側から約100ｇの荷重をかけながら、50℃で約20時間
加熱しその後85℃で５時間加熱し重合させた。得られた
レンズは口径８mmで表面粗さ（Rmax）0.006μmであり中
心部と周辺部との屈折率差は0.031の凹レンズであっ
た。

【００４１】得られた凹レンズを撮りっきりカメラの凸
レンズ５の前面（被写体側）に図２で示す配置で取付
け、レンズ保持のために周辺部１mmを使用したためレン
ズの有効径は６mmであった。

【００４２】実施例４ 実施例２で得た凹レンズを実施例３に準じて取付け、レ
ンズの有効径は10mmであった。

【００４３】比較例３ 実施例３のテフロンチューブの内径を６mm，外径を８mm
とした以外は同様にして取付け、有効径４mmであった。

【００４４】上記の撮りっきりカメラで同一被写体を撮
影した結果を表２に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】以上の実施例からも本発明のレンズをカメ
ラ用に使用するにはレンズ口径が８mm以上であれば昼夜
間の撮影にも問題なく使用できることがわかる。またこ
れらの実施例では周辺部の色のにじみ、いわゆる色収差
も改良できることがわかった。本発明の屈折率分布型レ
ンズを使用しないと、いわゆる色収差により、波長の異
なる光線は一点に焦点を結ばない。本実施例では図２に
示すように波長の異なる光線も一点fに焦点を結ぶ事が
わかる。そして良好なレンズの製造が研摩工程なしで達
成されたことがわかった。

【００４７】

【発明の効果】本発明により、安定した屈折率分布を有
する特性のバラツキの少ない口径の大きい安価な屈折率
分布型プラスチックレンズの製造方法が提供されること
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく屈折率分布型プラスチックレン
ズ成型体の製造方法を説明する図。

【図２】本発明に基づく屈折率分布型プラスチックレン
ズ成型体を撮りっきりカメラの凸レンズの前面に配置し
た図。

【符号の説明】

１ ゲル母材ロッド ２ ゲルロッド ３，３−１，３−２，３−３，３−４ レンズ試料 ４ 屈折率分布型プラスチックレンズ成型体 ５ 凸レンズ 11 テフロンチューブ 12 試験管 13 硝子型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 文生 東京都日野市さくら町１番地コニカ株式会 社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズ光軸の垂直方向に屈折率の勾配を
   持つ屈折率分布型プラスチックレンズの製造法方法にお
   いて、ロッド状の高分子ゲル母材に、該ゲル母材と屈折
   率の異なる重合性モノマーを前記ゲル母材の外周面より
   拡散させて、レンズ光軸の垂直方向に屈折率の勾配を有
   する屈折率分布型ゲルロッドを製造した後、加熱して前
   記ゲルロッドの前記レンズ光軸方向の厚みを所定厚みに
   切断し、得られたレンズ部材の切断面に前記モノマーと
   同一もしくは異なるモノマーをコーティングしてレンズ
   成形体を得ることを特徴とする屈折率分布型プラスチッ
   クレンズの製造方法。
2. 【請求項２】 レンズ光軸の垂直方向に屈折率の勾配を
   持つ屈折率分布型プラスチックレンズの製造方法におい
   て、ロッド状の高分子のゲル母材に、該ゲル母材と屈折
   率の異なる重合性モノマーを前記ゲル母材の外周面より
   拡散させて、レンズ光軸の垂直方向に屈折率の勾配を有
   する屈折率分布型ゲルロッドを製造した後、該ゲルロッ
   ドの前記レンズ光軸方向の厚みを所定厚みに切断し、得
   られたゲル部材の端面に当接する面を所定形状にした型
   の前記ゲル部材を入れ、圧縮しながら加熱して前記ゲル
   部材と前記モノマーとの共重合を行いレンズ成形体を得
   ることを特徴とする屈折率分布型プラスチックレンズの
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記ゲルロッドの前記光軸周辺部と前記
   外周面との屈折率差を0.02以上とすることを特徴とする
   請求項１または２記載の屈折率分布型プラスチックレン
   ズの製造方法。
4. 【請求項４】 前記レンズ成形体の表面粗さをRmax≦0.
   2μmとすることを特徴とする請求項１，２又は３記載の
   屈折率分布型プラスチックレンズの製造方法。
5. 【請求項５】 前記レンズ成形体の口径を８mm以上とす
   ることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の屈折
   率分布型プラスチックレンズの製造方法。