JPS6247002A - 光学素子の製造方法 - 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、内部に屈折率分布を有する有機光学素子を高
品質且つ安価に製造する方法に関する。

（従来の技術） 従来、プラスチックレンズ等からなる有機光学素子は、
軽量、高＃衝撃性、成形が容易で研磨を必要としない、
材料が安価である、製造コストが低い等の種々の利点が
あるため、光学技術分野で広く使用されるようになって
いる。

また、このような有機系の光学素子としては。

一般的には無色であること、気泡の混入のないこと、歪
のないこと、屈折＝ｒ４’４が大であること等の各種の
性能が要求されているとともに、１個の光学素子におい
て、内部に例えば光軸方向あるいは半径方向に屈折率分
布を有する新たな光学素子も要求されている。

このような内部に屈折率分布を有する有機系の光学素子
を得る方法としては、例えば、（１）一旦成形した光学
素子の表面から、該光学素子とは異なる有機物を素子内
へ拡散させて、光学素子内で該有機物の濃度勾配を形成
する方法、（２）異なるモノマーを、構成モノマー濃度
の濃度勾配を生じるように共重合させる方法等が知られ
ている。

（発明が解決しようとしている問題点）−Ｆ記（１）の
拡散法は、有機物の拡散を系の温度や有機物の濃度等を
制御して、光学素子内に有機物の濃度勾配を形成するも
のであるが、この方法では有機物の光学素子内への拡散
が〃いため、例えば薄い光学素子等ではある程度可能で
あるものの、比較的大型の光学素子には工業的に適用で
きず、また表面の濃度はある程度コントロールできるも
のの、光学素子の中心部分の制御は殆ど不可能である。

従ってこのような拡散法では従来技術の要望に応えるこ
とができない。

また上記（２）の方法の１例は、主モノマーを所定の型
内で半重合（不完全重合）させ、ゲル状成形体とし、該
成形体に他のモノマーを含浸させて共重合する方法であ
るが、この方法では生モノマーの不完全重合の制御、他
のモノマーの含浸濃度の制御、それらのモノマー同士の
共重合の制御等が困難であり、また七ツマ−は互いに共
重合性を有するものに限定される等種々の制約があり、
実用化には程遠いものである。

また別の共重合法としては１重合速度の異なる２種以上
の七ツマ−を混合して光重合し、重合速度の高いモノマ
ーからなるポリマーを先に容器壁面に析出させ、次いで
コポリマーを析出させ、最後に重合速度の小さいモノマ
ーからなるポリマーを析出させるものであるが、これら
の方法も上記。７．□１，３、ヶ。。□。１□カ９□１
あ　　　　：： す、工業的価値は低い。またこれらの方法ではい　　　
　　　　　１ずれにしても未反応の七ツマ−が系内に存
在し、成形後の千ツマ−の揮発等による別の問題も生じ
る。

従って、本発明の目的は使用する有機材料に特に制限が
なく、任意の屈折率分布を有する任意のサイズの有機光
学素子を高品位且つ安価に提供することである。

本発明者は、上述の如き従来技術の問題点を解決して本
発明の目的を達成すべく鋭意研究の結果、２種以上の有
機粒子分散液を用意し、これらを混合比を変化させつつ
混合、供給および成形して光学素子を製造することによ
って一１上記の従来技術の問題点が解決されることを知
見して木発明を完成した。

（発明の開示） すなわち、本発明は、２種以上の有機粒子をそれぞれ含
有する分散液を使用し、その混合比を変化ｙせた混合分
散液を、成形器に供給して、半径方向に混合比変化を有
する成形物とし、必要に応じて固化および透明化するこ
とを特徴とする光学素子の製造方法である。

次に木発明の原理を、本発明の好ましい一実施態様を図
解的に説明する添付図面を参照して更に詳しく説明する
。

第１図は、２種の有機粒子をそれぞれ含有する分ｋＩα
を、混合比を変化させつつ混合し、且つ成形器に供給す
るための好ましい１例の方法を示すものであり、図中の
１は、容器４中に存在するある特定の有機粒子を表わし
、２は容器５中に存在し、」二足有機粒子１とは異なる
他の有機粒子を表わし、３．３′は撹拌手段を表わして
いる。

容器４中の撹拌手段３は、有機粒子ｌの均一分散性を確
保するために設置したものであるが、その分散状態が安
定であれば必要ではない。

また、６は有機粒子１を含む分散液１′を容器５中に供
給するための手段であり、７は混合された分散液を第２
図に例示する成形器１０に供給するための供給路であり
、８は供給路７の開閉および混合分散液の供給速度を調
整する手段例えばコックであり、９は混合分散液を成形
器１０に供給するための手段である。

説明の都合上、最も理解し易い例として、互いに異なる
有機粒子１および２を任意の液媒体中に分散させた分散
液１′および２′（勿論、本発明はこれらの分散液に限
定されるものではない。）とし、また最も簡単な供給方
法として単に重力を使用するサイホン方式（勿論、本発
明はこれらの方法に限定されるものではない、）を採用
し、更に容器４および５が同−容ｔｕつ同形状（勿論。

本発明はこれらの条件に限定されるものではない、）で
ある例により説明する。

供給路６および７中に分散液１′および２′を満たし、
内部の空気を無くした状態で、コック８を適当な流速に
なるように開く。

供給路７の先端から混合分散液を成形器１０に注入する
。最初に分散液２′が流出するに従って流出した量に相
当するかの分散液１′が供給路６を通って容器５中に流
入し、撹拌手段３′によって容器５中で分散液１′と分
散液２′とが均一に混合される。このようにすると混合
分散液の累積流出量が多くなるに従い、例えば第３図に
示す如く容器５中における有機粒子ｌの混合比率は、実
線ａで示す如く上昇する。一方、有機粒子２の混合比率
は、破線すで示す如く低下する。尚、第３図の横軸は混
合物の累積放出量を、縦軸は粒子混合物中の成分の存在
比を示す。

供給路７から流出する混合分散液は、第２ａ図に示すよ
うに適当な速度で回転している任意の形状の成形器１０
にその供給口から連続的に供給され、成形器１０の回転
によって生じる遠心力によって、有機粒子が成形器１０
の側壁面上に沈降分離して液媒体が分離する。この分離
した液媒体を適当な手段で除去することにより、成形物
１２が形成される。

この第２ａ図の如き成形器１０を使用するのは、分散体
中の有機粒子が極めて微細で一般的な濾材では液媒体か
ら分離が困難である場合に適している。すなわち、この
ような場合には１分散媒体として比較的揮発性の媒体を
使用して成形中あるいは成形後に液媒体をノに発により
除去したり、揮発性でない液媒体を使用した場合には成
形後に有機粒子から分離した液媒体を他の手段で除去す
ればよい。

また第２ａ図に示した成形器に代えて第２ｂ図に示した
如きフィルター形式の成形器を使用することもできる。

この場合には、供給路７の先端から流出した混合分散液
は、第２ｂ図に示すようにローター形状の回転している
成形器１０の中のフィルター１３上に遠心力によって堆
積する０分散媒体である液体１６はフィルター１３を通
過し、排出口１４を経て系外のタンク１５にたまる。フ
ィルター１３」−に残った混合粒子は堆積層すなわち成
形物１２を形成する。ｂｃいて供給路７より流出した混
合分散液は堆積層１２の上に移行し、まず混合分散液層
１１を形成するが、この層は形成されないかあるいはで
きるだけ薄い層となるように混合分散液の供給量および
濾過速度を調整するのが好ましい。

以上の如く形成された成形物１２は、半径方向（すなわ
ち、光学素子の半径方向）において外周から中心に向け
て有機粒子ｌの混合比が上昇している成形物１２となる
。この成形物１２中の有機粒子ｌと有機粒子２の存在比
は、第４図に示す如くに変化している。第４図において
縦軸は回転中心からの距離を表わし、横軸は有機粒子ｌ
と有機粒子２の存在比を示しており、破線Ｃは有機粒子
２の存在比を、実線ｄは有機粒子１の存在比を示してい
る。

上記の如き方法においては、いずれかあるいはすべての
分散液中に、例えば、各種ポリマー等の有機板凝固剤等
を溶解しておいたり、あるいは成形中または成形後にこ
れらの仮凝固剤等を添加して成形物の強度を向上させる
ことができる。これらの仮凝固剤は、有機粒子の種類に
よって不要である場合もある。

尚、第２ｂ図の如き成形器を使用して、フィルター１３
の下部から排気口１７を通じて吸引排気する場合には、
成形器の内外の圧力差は大きいので、フィルター１３は
剛性の高いステンレス焼結体のようなものを使用するか
、あるいは剛性の高い支持体により支持するのが好まし
い。

以上の如き原理によって、使用する有機粒子１と有機粒
子２とは、その種類を問わず、極めて容易に成分量が任
意に変化した成形物となる。このように成形された成形
物は、場合によってはそのまま使用し得るが、多くの場
合には常法に従い、更に固化および透明化処理を施すこ
とによって、半径方向に屈折率分布を有する光学素子と
なる。

以にが本発明の原理であるが、木発１１１１においては
−１−記の原理において使用する有機粒子は２種以上で
あり、且つ最終的に固化でき、場合によっては透明化し
得る種類の異なる有機粒子であればいずれも使用できる
。

本発明において有用な典型的な例としては、光学素子と
して使用し得る従来公知のポリマー、例えば、トリフル
オロエチル（メタ）アクリレート（尚、本明細書におけ
る（メタ）アクリレートとはアクリレートおよびメタク
リレートの双方を包含する意味である。以下同じ）、ト
リフルオロイソプロピル（メタ）アクリレート、２−メ
トキシエチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）ア
クリレート、メチル（メタ）アクリレート、シクロへキ
シル−α−ブロモアクリレート、Ｐ−シクロへキシルフ
ェニル（メタ）アクリレート、０−クロロベンジル（メ
タ）アクリレート、β−ナフチル（メタ）アクリレート
等の（メタ）アクリレートモノマーからなるホモポリマ
ーあるいはこれらのモノマー同士あるいは他のビニルモ
ノマーとのコポリマー等の（メタ）アクリレート系ポリ
マー；ビニルヘキシルエーテル、プロピオン酸ビニル、
４−メチル−１−ペンテン、弗化ビニリデン、イソブチ
ン、　（メタ）アクリロニトリル、スチレン、ｐ−イソ
プロピルスチレン、ビニルナ−ｙタレン、ビニルカルバ
ゾール、エチレン、プロピレン、ブタジェン、イソプレ
ン等ビニル系モノマーからなるホモポリマー、これらの
モノマー同士ｊ″６′”　ｉｆ　、ｍ　ｈ　Ｉ″＋　（
７）　％　／“−′他″″“−が″″　　　　　　　：
るコポリマー等の如きビニル系ポリマー：セルロースア
セテート、ニトロセルロース等のセルロース系ポリマー
；ポリトリメチレングリコールカーボネート等のポリカ
ーボネート系ポリマー；ポリ２；２−ビス（４−オギシ
フェニル）フロパンカーボネート、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステ
ル系ポリマー；ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６
１２等のポリアミド系ポリマー；ポリウレタン系ポリマ
ーあるいは上述のようなポリマー主成分とするブレンド
ポリマー等を好適に用いることができる。

上記の如きポリマーは本発明において特に好ましい例で
あるが、それら以外にも上記の如きポリマーを架橋させ
た架橋ポリマー、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素
樹脂、アルキ−、ド樹脂等の熱硬化性の樹脂あるいは熱
硬化した樹脂の微粉末も使用できるものである。

以上の如き各種ポリマーあるいは例示していないポリマ
ーにおいて、本発明において特に好ましいものは高い透
明性を有する非結晶性のポリマー、例えば（メタ）アク
リル系ポリマー、スチレン系ポリマー、ポリカーボネー
ト系ポリマーである。

以上の如き各種ポリマーはその種類を問わずいずれの組
合せでも使用できる点が本発明の１つの特徴である。す
なわち、従来技術の方法では互いに共東合性を有しない
モノマーは使用し得ないし、またヒニルボリマーと縮合
系または重伺加系のポリマーとを併用することも不可能
であったが１本発明方法ではこのような種々の制約は何
ら存在しないものである。

以」二の例は本発明で使用する有機粒子の好ましい例で
ある。このような有機粒子は、分散媒体中の分散液とし
て使用する。その分散液の濃度は分散液が流動性である
濃度であればよい。また使用す７−分散液媒体は、特に
限定されないが、プロセス上比較的除去し易い液体（例
えば揮発性液体）が好適である。有機粒子の分散にあた
っては、その分散安定性を良くするために、後で容易に
除去し得る前記の如き仮凝固剤、界面活性剤、分散剤、
保護コロイド等を用いてもよいのは当然である。また有
機粒子の沈降を防止するために有機粒子の比重に近い比
重を有する分散媒体を使用するのも好ましい方法である
。

以上の例は、本発明において特に好ましい例であり、こ
れらの有機粒子に対して副成分として他の任、姪の有機
材月も当然使用し得るものである。

例えば、これらの副成分が有機粒子であれば、上記有機
粒子の１種として使用でき、水溶液等の液状であれば、
仮凝固剤等の１種として使用してもよいし、成形後に成
形物に含浸させてもよい如くである６ 以上の如き本発明で使用する有機粒子は、いずれの粒径
のものでも、またいずれの形状のものでもよいが１分散
および混合の容易性および得られる成形物の均質性を考
慮すれば、約１〜３００ｕＬｍ、好ましくは約１〜５ル
ｍ程度の平均粒度を有するものが好適である。

以上の如き本発明で使用する有機粒子は、異なる２種以
上の混合物として使用する必要があり、２種以上であれ
ばその成分数は問わない。例えば、２種の成分を使用し
、前記の原理において説明した如く、両成分とも混合比
を変化させてもよいし、３成分であれば、そのうちｌ成
分は常に一定の混合比で、他の２成分の混合比を変化さ
せてもよく、また４成分とも混合比を変化させる等いず
れでもよい。

前記原理においては、使用する有機粒子の好ましい混合
方法の一方法を例示したが、２種以上の有機粒子の混合
比を変化させ得る限りその他の方法も随時利用できるも
のであって、本発明は前記例示の方法に限定されるもの
ではない。

例えば、第１図の方法においては供給路６および７はで
きるだけ容積を小さくした方が好ましく、従って供給路
７の代わりに第５図に示すように容器５の底部に供給路
７を設置するのも有効である。また、第１図の容器４お
よび５は前記の例示において回−容ＩＩｉ、でＦ］つ同
形状としたが、いずれか一方の容器の断面積が異るよう
にすれば、容器５からの流出はと容器４から容器５への
供給ｉｆの関係を変えることができ、このように容器の
形状を変えることによっても混合比の変化を自由に変え
ることができる。従って成形物中の材料の混合比および
光学素子中の屈折率分布を自由に変えることができる。

また、第６図に示したように密閉した混合室１８を設け
、そこから混合分散液を流出させる方法でもよい。この
場合には、流出星に相当する量の分散液が容器４および
５から供給される。この過程で供給路６および７に設け
たバルブ１９および／または２０を利用して混合分散液
の混合比ゆ波出量を調節することができる。

尚、混合室１８は目的によって密閉系でなくてもよく、
場合によっては無くてもよい。

第７図に示した例は、ポンプ２１および２２を用いて分
散液の流量を調節し、混合室１８中での混合分散液の混
合比を変化させる方法である。この例でも混合室１８は
場合によって無くてもよいし、また密閉系でなくてもよ
い。

また第８図に示した例のように混合室を設けず、各分散
液の流出口を近づけ、ノズル等の噴出手段２３を用いて
分散液を噴出させて混合する方法でもよい。更に第１図
、第５図、第６図、第７図、第８図に示す方法を組合せ
ることも可能であり、混合方法は前記例示の方法に限定
されるものではない。

また、以上の如くして得られた混合分散液を成形する方
法として、前記原理の説明部分において第２図に例示の
１例を述べたが、本発明はこのような例示の方法に限定
されるものではない。

すなわち、本発明方法は混合有機粒子を半径方向に連続
的に堆積して成形できる成形方法はいずれも採用し得る
ものである。

また、成形器を成形中あるいは成形後に適度の温度に加
熱しておくことにより、成形物を似焼、融着また１走焼
結させたり、仮凝固剤等中の溶媒を除去させたりして成
形物の強度を高め、後の工程を容易にすることもできる
。

以」二の如くして、２種以上の有機粒子の存在比の変化
が半径方向に層状に存在する成形物が得られるが、該成
形物がそのままで光学素子として使用し得るものは、そ
のまま成形物から取り出して使用する。一方、有機粒子
を用いているので、多くの場合には、成形物の強度を向
トさせるために、また透明性が不十分であるときは、そ
の透明性を向−ヒさせるために固化および透明化の処理
を行うことが好ましい。例えば、使用した有機粒子が、
有機ポリマー粒子である場合には、成形物を例えば８０
〜２５０℃程度の適当な温度で熱処理して有機粒子を融
着あるいは焼結させるととも番こ全体を透明化させる等
の従来公知の固化および透引化処理を施せばよい。

以上の如き未発ＩＪ１によれば、従来技術における如き
種々の材料の制限、得られる有機光学素子のサイズの制
限、高価な設備、長時間を要する欠へ、それにも関わら
ず所９！の屈折十分４１を有する［」的物が得られない
、製品が箸しく高価である等、種々の問題点が容易に解
決された。

すなわち、本発明によれば使用する有機粒子は、いずれ
の有機粒子でもよく、更に混合する成分数も何ら制限さ
れることなく、それらの混合成分の混合比が変化（直線
状、曲線状、段階状を問わず）している成形物を提供で
きることが明らかである。

従って、このような成形物を必要に応じて固化および透
明化することにより、半径方向に任意の屈折率分布を有
する有機光学素子が極めて簡単且つ安価に提供すること
ができる。そして、本発明により得られる有機光学素子
は、光フアイバー用材、ロッドレンズ等種々の光学素子
の製造に有用である。

次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。尚
、文中、部または％とあるのは重量基準である。

実施例１ 原料をポリ塩化ビニリデンとポリ弗化ビニリデンの粉末
とする。同形状および同容量の容器を２個用意する。一
方の容器にポリ弗化ビニリデン粉末の分散液を、他方に
はポリ弗化ビニリデン粉末とポリ塩化ビニリデン粉末の
分散液をそれぞれ同体植入れる。ポリ弗化ビニリデン粉
末とポリ塩化ビニリデン粉末の混合比は１：２とする。

前述の手法に従い、２個の容器に供給路をつけ、取り出
し管をポリ弗化ビニリデン分散液だけ入った容器につけ
て混合液を流出させる。

第２ａ図示の如き成形器を毎分４．５００回転の速度で
回転させ、その中心から上記の混合液を流入させる。成
形器を７０〜８０℃に加熱して溶剤の蒸発を促し、混合
液の流入速度を溶剤の蒸発速度に合わせる。

こうして成形器内で円板状の成形物を得る。これは外周
方向に順次ポリ弗化ビニリデンの存在比が高く、中心方
向に順次ポリ塩化ビニリデンの存在比が高くなっている
。

ポリ塩化ビニリデンの存在比は外周から内側部に向かっ
て０〜６７％となっている。

この成形物を以下に示すような加熱プログラムで所望の
加熱炉中で、真空ポンプで脱気操作を行いながら融着し
、本発明の光学素子を得た。

（１）成形体を成形器から取出すことなく、水平状態と
して、真空ポンプで脱気を行い３０分間保持する。

（２）２５０℃に昇温し、脱気状態で２時間保持する。

（３）３０ｋｇ／ｃｒｒｒ’の圧力下に２６５℃に昇温
し、脱気状態に３時間保持する。

（４）自然放冷する。

（５）常圧に戻す。

以上の工程で得られた本発明の有機光学素子の屈折率分
布を測定したところ、中央の屈折率が大きく外に向かっ
て小さくなる円板状の光学素子であり、これは光学素子
として有用である。

実施例２ 原料をポリスチレンとポリｔｅｒｔ−ブチルメタクリレ
ートの粉末とする。

第８図の装置の一方の容器にポリスチレンとポリｔｅｒ
ｔ−ブチルメタクリレートとの１：１混合物の分散液（
Ａ）を、他方にはポリスチレンとポリｔｅｒｔ−ブチル
メタクリレートとの１：４混合物の分散液（Ｂ）を入れ
る。

噴出装置を制御して両分散液の合計噴射量を一定にして
、第２ｂ図示の成形器中に、最初は分散液（Ａ）のみを
噴射し１次いで分散液（Ａ）の噴射量を徐々に減少させ
るとともに、分散液（Ｂ）の噴出量を増加させ、最後に
は分散液（Ｂ）のみを噴射する。成形器の濾過速度を分
散液の供給速度より幾分大になるようにフィルターの周
囲を減圧にする。

こうして円板状の成形物を得る。これは外周方向に向っ
てに順次ポリスチレンの存在比が高く。

中心方向に向って順次ポリｔｅｒｔ−ブチルメタクリレ
ートの存在比が高くなっている。

ポリスチレンの存在比は外周から中心に向かって５０％
から２０％となっている。

この成形物を以下に示すような加熱プログラムで所望の
加熱炉中で圧縮しながら融着し、本発明の光学素子を得
た。

（１）成形物を水平状態のまま炉の中に入れ、真空ポン
プで脱気を行い３０分間保持する。

（２）５０℃に昇温し、脱気状態で１時間保持する。

（３）３０ｋｇ／ｃｍ’の圧力下に１００℃に昇温し、
脱気状態に２時間保持する。

（４）自然放冷する。

（５）常圧に戻す。

以上の工程で得られた本発明の有機光学素子の屈折率分
布を測定したところ、外周付近の屈折率が１．５３と大
きく、中心付近が１．４９と小さくなる円板状の光学素
子であり、これは光学素子として有用である。

実施例３ 原料をブチルアクリレート−メチルメタクリレート１：
１コポリマー（Ａ）とポリβ−ナフチルメタクリレート
（Ｂ）の分散液とする。以下実施例２と同様にして分散
液の噴出量を制御して、外周付近がＢ１００％であり、
中心イ１近がＡとＢとが５０％ずつである成形物を得た
。以下実施例２と同様にして加熱処理を行い、本発明の
光学素子を得た。

以にの工程で得られた本発明の有機光学素子の屈折十分
４Ｊを測定したところ、外周付近の屈折率が１．６３と
大きく、中心付近が１．４８と小さくなる円板状の光学
素子であり、これは光学素子として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は１本発明方法を説明するための図である。 １：有機粒子　　　　　　２；有機粒子１′；分散液　
　　　　　２′；分散液３．３’、３″；撹拌手段 ４．５；容器　　　　　　６．７；供給路８；コック　
　　　　　　９；噴出装置１０；成形器　　　　　　１
１；分散液層１２：成形物（堆植層）　　１３；フィル
ター１４；排出口　　　　　　１５；排水タンク１６：
溶媒（分散媒）　　　１７；排気口１８；混合室　　　
　　　１９．２０：／ヘルプ２１．２２；ポンプ 第１図 第３図　　　　　　第４図 第５図 ；吉６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２種以上の有機粒子をそれぞれ含有する分散液を
   使用し、その混合比を変化させた混合分散液を、成形器
   に供給して、半径方向に混合比変化を有する成形物とし
   、必要に応じて固化および透明化することを特徴とする
   光学素子の製造方法。