JPS6232401A - 合成樹脂球レンズの製造方法 - 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】 ！−／　　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□　（／　　　／／、２　Ａｒ２ン　　
　　（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□は中心軸における屈折率、人は正
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
周期りは（２）式で表わされる。

Ｌ−コπ／Ｖ丁　　　　　　　　　　　（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）　＝ｎｏ　（／＋　／／２　Ｂｒ２）　　　
　　　（３）式中ｎ　（ｒ）及びｎ。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鴛脂光伝送体の製造
方法は、特公昭！２−３！！；７号公報、特開昭！；／
−／６３９グ号公報、特開昭！；ｔ！−／／９９３９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、これが間頭となっている。

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
均一なりラッドをつけたものを集光素子として使用すれ
ばほぼ轍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
は極めて憚しく、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−μを乙２弘には単量体を仕
込んで懸濁重合に上りで透明ゲル粒子を得る方法が述べ
られている。しかし、上記出頭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開閉が残されて
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
することができるが、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−グ　従来の問題点を解決する手段 合成靭脂製屈折率勾配型球１／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■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−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、粒子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鉗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）〜１ａを所定
の温度１０２時間ｔｏ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
匿定】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
Ｔｌ″Ｃ１時間ｔ１及び攪拌回転数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２ｏ〜ワ０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Ｔ２°Ｃ１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Ｔ３°
Ｃに加熱されている水中に分散させ、所定の時間ｔ３及
び攪拌回転ｆｌ　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オリ、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
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；トリメリド酸トリアリル、
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）　　几１−Ｒ２−１３で表わされる化合物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；
　Ｉ’Ｌｌ及びｎ３のいずれか一方がビニル基、アクリ
へ基、メタクリル基及びビニルエステル基の参つの基の
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は以下に示されコ価
の基のうちから選択でき一〇　− ＯＨ３ −（ＯＨ２０Ｈ２０）　ｍ−０Ｈ２０Ｈ２−Ｃｍ−０〜
２の−（ＣＨ２）Ｐ−（Ｐ−，３〜１５） （ＯＩ（２）ｉＨ −ＣＨ２−Ｑ−ＯＨ２−（ｉ、ｊ　＝　／〜３）（Ｏ）
＋２　入１　Ｈ ■（ （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、ヒニルエステル類、アクリル酸エステ
ル類及びメタクリル酸エステル類の！；＠のうちの少な
くとも７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）　　ＣＨ２−Ｃ−Ｃ！ＯＯＹ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、−（ＣＨ２）
ｌＨ（ｌ−ｙ〜ｌ）、１−プロピル基、１−ブチル基、
Ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基。

及び−（ＯＨ２０Ｈ２０）　ｐ　　０１（２０Ｈ３（１
）　−／−４）から成る群から選ばれた基、または−（
ＣＦ’２　）ａ　−Ｆ’（ａ−７〜乙）　　、　　−０
Ｈ２（ＯＦ２）ｂ　Ｈ（ｂ−／〜、ｒ）　　。

−０Ｈ２０Ｈ２０−ＯＨ２０Ｆ３　、−　（ＯＨ２０Ｈ
２０）　Ｃ０Ｆ２０Ｆ２Ｈ（ｃ＝　／〜ＩＩ　）　、　
−０Ｈ２０Ｈ２０・ＯＨ２（ＯＦ２）　ａＦ（ａ−／−
６）　、　−０Ｈ２（ＯＦ２）　ｄＯ（ＯＦ２）　ｌ　
Ｆ　（ｄ−／〜ｊ　。

１−／Ｓ−り及び−ｓ　１（００２Ｈ，、）３　　から
成る群より選ばれた基を表す。

（５）　　ＯＨ２＝ＯＨＯＯ−Ｒ４で表される化合物た
だし、式中Ｒ４は−（ＯＨＭ）　ｆ　　ＯＨ３（ｆ−０
〜２　）　。

詳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】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１１節するには、
（３）項に挙げたように架橋性単量体Ｍａに不泡和基を
一つ有する単量体を添加する方法及び０Ｂｒ４　、０Ｏ
１４、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Ｄ人Ｉ（イソフタル酸ジアリル
）　（Ｎａ−／、３６９）　１０９　　に開始剤として
５ｐｏ（過酸化ベンゾイル）Ｏ，コクを加えた後、温度
Ｔｏ−９０℃時間ｔｏ−６２分子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分（ｍ彫型合体）２０
重量％から成っていた。

次に溶媒として水２００り、及び分散剤としてＰＶＡ（
ポリビニルアルコール）、２りが入っている攪拌装置付
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ｔｌ−ｓ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
リマ一部分）２３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Ｔ２−７０°Ｃに加温された容器中にあるｊ　Ｆ
ＭＡ　（メタクリル酸−２，２，２−）リフルオロエチ
ル）（Ｎｂ−八！７２１０）２０２中に加え、＋２−７
時間保持し、ＪＰ”ＭＡ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ｊＦＭＡから分離する為再び
吸引濾過する。そして最終的に温度Ｔ３−９０°Ｃうこ
加が〜されている容器中にある水２００ノ中に０口え、
回転％　ｒ３　””　３！；　Ｏｒｐｍ　、時間ｔ３−
　ｊｌＪ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雪脂製
球レンズを得た。

得られた球レンズはすべて所望の直径／、！；ｍｍ　　
に対してコ−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試験例２ まず単量体〜４ａとしてＤＡＩ　１０９．開始剤として
Ｂｌ’Ｏ□、／り及びＤＩ３ＰＯ（ジターシャリ−ブチ
ルパーオキサイド）０．７りを加えた後、温、ｌ　Ｔｏ
　−ｑＯ°Ｃ時間ｔｏ−７０分分子型合してゾルを得た
。

このゾルはメタ／−かに不溶な成分（線形重合体）２０
重遣％から成っていた。

次に溶媒として水２００９及び分散剤としてＰＶＡ（ポ
リビニルアルコール）／、ｓ９が入っている攪拌装置付
きフラスコ中に上述のゾルを微量定ｍポンプを用いて一
滴ずつ滴下１７て仕込み、）黒度ＴＩ　−ｑｏ℃、回転
数ｒ１−１００　ｒｐｍにて時間ｔ、ｌ　−３時間懸濁
型合を行ない、一部市合１．た球状の４明ゲル粒子を一
度に大量に製造１−た。この透問′−′ル粒子はメタノ
ールに不溶な成分（′＠状市合体部分及び線形重合体部
分）７５重量％、そｊ７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一部分）−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°Ｃに加温された容器中にある。？ＦＭ
Ａ中に加えｔ２−６０分間保持し１．、？ＦＭＡ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３Ｆ〜１．Ａ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−タＯ
′Ｃに加熱さねている容器中にあるＰＶＡ　Ｏ，３りを
含む水２００り中に加え、回転数ｒ３”ＪｊＯｒｐＩ！
１時間ｔ３−２ｔ時間量３て重合を完結さ１４、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！、’１０ｍｍ
に対して±０．０２　ｍｍの範囲内に入っていた。

得られた合成省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。

特許出願人　　日本板硝子株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   合することによつて、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。 ２）特許請求の範囲第１項記載の前記ゾルはメタノール
   に不溶な成分（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。