JP2007034063A - Method for manufacturing improved refractive index distribution type light transmitter according to self-propagating frontal polymerization utilizing heat storage effect - Google Patents

Method for manufacturing improved refractive index distribution type light transmitter according to self-propagating frontal polymerization utilizing heat storage effect Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light transmitter having a large refractive index between the center axis and the periphery, with respect to the refractive index distribution type light transmitter which is prepared by using self-propagating frontal polymerization utilizing heat storage effect and has the refractive index changed gradually from the center axis. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the refractive index distribution type light transmitter having the refractive index changed gradually from the center axis, by using the self-propagating frontal polymerization utilizing heat storage effect, the self-propagating frontal polymerization is caused to progress from the center part of a polymerization vessel toward the periphery part of the polymerization vessel and/or from the periphery part of the polymerization vessel toward the center part of the polymerization vessel, while using monomer, polymer and polymerization initiator as material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、蓄熱効果を利用する自発的フロンタルポリメリゼーションを利用した、屈折率が中心軸から徐々に変化する屈折率分布型の光伝送体の作製方法に関する。さらに、本発明はこのような方法により作製された光ファイバー、レンズ等の光伝送体に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a refractive index distribution type optical transmission body in which a refractive index gradually changes from a central axis, using spontaneous frontal polymerization using a heat storage effect. Furthermore, the present invention relates to an optical transmission body such as an optical fiber and a lens manufactured by such a method.

半径方向に連続的に屈折率が変化するレンズのことを屈折率分布(GRIN)型レンズと呼び、近年様々な光学デバイスへの応用が期待されている。GRIN型レンズは、均一屈折率レンズに比べ、光学特性に優れており、レンズの薄型化や収差を改善することができる。GRIN型レンズの作製方法として種々の方法が開発されている(特許文献1〜9を参照)。   A lens whose refractive index continuously changes in the radial direction is called a refractive index distribution (GRIN) type lens, and is expected to be applied to various optical devices in recent years. The GRIN type lens has superior optical characteristics compared to the uniform refractive index lens, and can reduce the thickness and aberration of the lens. Various methods have been developed as a method of manufacturing a GRIN lens (see Patent Documents 1 to 9).

本発明者は先に、モノマーとアリル基、アクリル基、メタクリル基、ビニル基のような二重結合を1つ以上有する多官能性モノマーとプロピオン酸系エステルおよびイソ酪酸系エステルあるいはフタル酸系エステルやアジピン酸系エステル等の低分子化合物(低分子ドーパント)と重合開始剤を用いた自発的フロンタルポリメリゼーション(フロンタル重合法)という方法を開発した(特許文献10参照)。自発的フロンタル重合法とは、蓄熱効果、ゲル効果、熱拡散という三つの要素により、重合容器中心部にフロントと呼ばれるポリマーとモノマーの境界面が形成され、このフロントが重合容器周辺部へ移動していく重合法である(図1)。この方法により、重合容器中心部から重合体を形成することが可能なので、気泡の混入を低減化できる。   The present inventor previously described a monomer and a polyfunctional monomer having one or more double bonds such as an allyl group, an acrylic group, a methacryl group, and a vinyl group, a propionic acid ester, an isobutyric acid ester, or a phthalic acid ester. And a method called spontaneous frontal polymerization (frontal polymerization method) using a low-molecular compound (low-molecular dopant) such as adipic acid ester and a polymerization initiator (see Patent Document 10). Spontaneous frontal polymerization is a polymer-monomer interface called the front at the center of the polymerization vessel due to the three factors of heat storage effect, gel effect, and thermal diffusion, and this front moves to the periphery of the polymerization vessel. This is a polymerization method (FIG. 1). By this method, it is possible to form a polymer from the central portion of the polymerization vessel, so that mixing of bubbles can be reduced.

特許976507号公報Japanese Patent No.976507 特許1858593号公報Japanese Patent No. 1858593 特開平5-173026号公報Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-173026 特開平5-241036号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-241036 特開平6-186441号公報JP-A-6-186441 特開平6-194530号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-19530 特開平8-54520号公報JP-A-8-54520 特開平8-62434号公報JP-A-8-62434 特開平9-269424号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-269424 WO 2004/068202WO 2004/068202

本発明は、前処理の必要もなく、また複雑な装置も必要とすることなく、簡易な装置を用いて、重合容器の材質を限定せずに、屈折率が中心軸から徐々に変化する屈折率分布型の光伝送体であって、気泡や空洞の混入がなく、透明性に優れた屈折率分布型の光伝送体を得ることを目的とする。具体的には、本発明は、熱効果を利用する自発的フロンタルポリメリゼーションを利用した、屈折率が中心軸から徐々に変化する屈折率分布型の光伝送体の作製方法であって、材料としてモノマー、ポリマーおよび重合開始剤を用いて、自発的フロンタルポリメリゼーションを重合容器中心部から重合容器周辺部に向かっておよび/または重合容器周辺部から重合容器中心部に向かって進行させることにより、中心軸と周辺との屈折率差が大きい光伝送体の作製方法を提供することを目的とする。また、本発明は自発的フロンタルポリメリゼーションを利用して屈折率分布型の光伝送体を作製する際に、重合容器を傾けることにより、屈折率の中心軸がレンズ中心からオフセットされた屈折率分布型の光伝送体の作製方法を提供することを目的とする。   The present invention does not require pre-treatment and does not require a complicated apparatus, and uses a simple apparatus, without limiting the material of the polymerization vessel, and the refractive index gradually changes from the central axis. It is an object of the present invention to obtain a refractive index distribution type optical transmission body that is a refractive index distribution type optical transmission body that is free of bubbles and cavities and has excellent transparency. Specifically, the present invention relates to a method for producing a refractive index distribution type optical transmission body in which a refractive index gradually changes from a central axis, using spontaneous frontal polymerization using a thermal effect, comprising: By allowing spontaneous frontal polymerization to proceed from the polymerization vessel center to the polymerization vessel periphery and / or from the polymerization vessel periphery to the polymerization vessel center using the monomer, polymer and polymerization initiator as An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical transmission body having a large refractive index difference between the central axis and the periphery. In addition, the present invention provides a refractive index in which the central axis of the refractive index is offset from the center of the lens by tilting the polymerization container when producing a refractive index distribution type optical transmission body using spontaneous frontal polymerization. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a distributed optical transmission body.

本発明者は先に、モノマーとアリル基、アクリル基、メタクリル基、ビニル基のような二重結合を1つ以上有する多官能性モノマーとプロピオン酸系エステルおよびイソ酪酸系エステルあるいはフタル酸系エステルやアジピン酸系エステル等の低分子化合物(低分子ドーパント)と重合開始剤を用いた自発的フロンタルポリメリゼーション(フロンタル重合法)という方法を開発した。   The present inventor previously described a monomer and a polyfunctional monomer having one or more double bonds such as an allyl group, an acrylic group, a methacryl group, and a vinyl group, a propionic acid ester, an isobutyric acid ester, or a phthalic acid ester. We have developed a method called spontaneous frontal polymerization (frontal polymerization method) using low molecular weight compounds (low molecular dopants) such as adipic acid esters and polymerization initiators.

本発明者は、さらに中心の屈折率と周辺の屈折率の差が大きい光伝送体の作製方法について鋭意検討を行った。   The present inventor has intensively studied a method for manufacturing an optical transmission body in which the difference between the refractive index at the center and the refractive index at the periphery is large.

その結果、フロンタルリメリゼーションを行わせるときに、モノマー、ポリマーおよび重合開始剤を混合し、ポリマーのモノマーに対する混合比を調節することにより、重合が開始される部位が変動することを見出した。すなわち、ポリマーの混合比が低い場合、重合は重合容器の中心から周辺部に向かって進行し、ポリマーの混合比が高い場合、重合は重合容器の周辺部から中心部に向かい、ポリマーの混合比が中程度の場合は、重合が重合容器中心部から周辺部および重合容器周辺部から中心部に向かう2方向に進行することを見出した。このように、重合の開始部位および進行方向を調整することにより、任意の屈折率分布を有する光伝送体を作製することができ、特に重合を2方向に進行させることにより、中心部と周辺部との屈折率差が大きい光伝送体を作製することができた。   As a result, it was found that the site where polymerization is initiated varies by mixing the monomer, the polymer and the polymerization initiator and adjusting the mixing ratio of the polymer to the monomer when performing frontal rimization. That is, when the mixing ratio of the polymer is low, the polymerization proceeds from the center of the polymerization vessel toward the peripheral portion, and when the mixing ratio of the polymer is high, the polymerization proceeds from the peripheral portion of the polymerization vessel toward the central portion. In the middle, the polymerization proceeds in two directions from the central portion of the polymerization vessel to the peripheral portion and from the peripheral portion of the polymerization vessel to the central portion. In this way, by adjusting the polymerization start site and the traveling direction, an optical transmission body having an arbitrary refractive index distribution can be produced. In particular, by allowing the polymerization to proceed in two directions, the central portion and the peripheral portion can be produced. Thus, an optical transmission body having a large difference in refractive index from the above could be produced.

本発明者は、さらにより任意の屈折率分布を有する光伝送体を作製するために、重合容器の中心軸に対して中心がずれた光伝送体の製造方法について鋭意検討を行った。その結果、重合を行わせるときに重合禁止剤を添加し、なおかつ重合容器を鉛直方向から傾けることにより、中心がずれた光伝送体が作製し得ることを見出した。   In order to produce an optical transmission body having an arbitrary refractive index distribution, the present inventor has intensively studied a method for manufacturing an optical transmission body whose center is shifted from the central axis of the polymerization vessel. As a result, it has been found that an optical transmission body with an off-center can be produced by adding a polymerization inhibitor during polymerization and tilting the polymerization vessel from the vertical direction.

すなわち、本発明の態様は以下のとおりである。
[1] 屈折率が中心軸から徐々に変化する屈折率分布型の光伝送体の作製方法において、モノマー、ポリマーおよび重合開始剤を重合容器内に充填し、重合容器を加熱し、ポリマーの添加量を調節することにより容器中心部から容器周辺部方向へのフロント形成重合反応および容器周辺部から容器中心方向へのフロント形成重合反応の一方または両方を進行させることを特徴とする屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[2] 屈折率が中心軸から徐々に変化する屈折率分布型の光伝送体の作製方法において、モノマー、ポリマーおよび重合開始剤を重合容器内に充填し、重合容器を加熱し、ポリマーの添加量を調節することにより容器中心部から容器周辺部方向へのフロント形成重合反応および容器周辺部から容器中心方向へのフロント形成重合反応の両方を進行させることを特徴とする[1]の屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[3] 重合容器内に充填する際に、ポリマーがモノマーに対して5〜10重量%含まれる[2]の屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[4] モノマーおよび/またはポリマーを2種類以上重合容器内に充填する、[1]から[3]のいずれかの屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[5] 加熱温度が50℃以下である、[1]から[4]のいずれかの屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[6] 重合開始剤の10時間半減期温度が20℃から70℃である[5]の屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[7] 重合開始剤が、有機過酸化物、過硫酸塩類およびアゾ系化合物からなる群から選択される[6]の屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[8] モノマーが、メタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステルである[1]から[7]のいずれかの屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[9] ポリマーが、ポリアルファメチルスチレンからなる群から選択される[1]から[8]のいずれかの屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[10] 重合容器を鉛直方向に対して10度から90度傾けることにより、重合容器内の高さの50%を超える長さの光伝送体を作製する[1]から[9]のいずれかの屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[11] 重合容器内の高さの75%以上の長さの光伝送体を作製する[10]の屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[12] さらに、重合容器内に重合禁止剤またはあるいは重合抑制剤を添加し、重合容器を鉛直方向に対して10度から90度傾けることにより、中心が重合容器の中心軸からずれた光伝送体を作製する[1]から[9]のいずれかの屈折率分布型の光伝送体の作製方法。
[13] 重合容器を鉛直方向に対して75度から90度傾ける[12]の屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[14] 重合禁止剤がハイドロキノン化合物もしくはその誘導体、2,2−ジフェニル−1ピクリルヒドラジルまたはニトロベンゼンである[12]または[13]の屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[15] 重合禁止剤の添加量がモノマーに対して、0.0001〜0.002重量%である[12]から[14]のいずれかの屈折率分布型の光伝送体の作製方法、
[16] ポリマーの代わりに、低分子化合物として、プロピオン酸系エステルまたはイソ酪酸系エステルを添加する[10]から[15]のいずれかの屈折率分布型の光伝送体の作製方法、ならびに
[17] [1]から[16]のいずれかの屈折率分布型の光伝送体の作製方法により作製された光伝送体。
That is, the aspects of the present invention are as follows.
[1] In a method of manufacturing a refractive index distribution type optical transmission body in which the refractive index gradually changes from the central axis, a monomer, a polymer and a polymerization initiator are filled in a polymerization vessel, the polymerization vessel is heated, and the addition of the polymer Refractive index distribution type characterized in that one or both of a front formation polymerization reaction from the container center to the container periphery and a front formation polymerization reaction from the container periphery to the container center proceed by adjusting the amount A method for producing an optical transmission body,
[2] In a method of manufacturing a refractive index distribution type optical transmission body in which the refractive index gradually changes from the central axis, a monomer, a polymer and a polymerization initiator are filled in a polymerization vessel, the polymerization vessel is heated, and the addition of the polymer The refractive index of [1], wherein both the front-forming polymerization reaction from the container center to the container periphery and the front-forming polymerization reaction from the container periphery to the container center are advanced by adjusting the amount A method for producing a distributed optical transmission body;
[3] A method for producing a refractive index distribution type optical transmission body according to [2], wherein the polymer is contained in an amount of 5 to 10% by weight with respect to the monomer when the polymerization container is filled.
[4] A method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of [1] to [3], wherein two or more types of monomers and / or polymers are filled in a polymerization vessel,
[5] A method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of [1] to [4], wherein the heating temperature is 50 ° C. or less,
[6] A method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to [5], wherein the polymerization initiator has a 10-hour half-life temperature of 20 ° C. to 70 ° C.,
[7] The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to [6], wherein the polymerization initiator is selected from the group consisting of organic peroxides, persulfates, and azo compounds,
[8] A method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of [1] to [7], wherein the monomer is methacrylic acid ester or acrylic acid ester;
[9] A method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of [1] to [8], wherein the polymer is selected from the group consisting of polyalphamethylstyrene.
[10] An optical transmission body having a length exceeding 50% of the height in the polymerization container is produced by tilting the polymerization container from 10 degrees to 90 degrees with respect to the vertical direction. Any one of [1] to [9] A method for producing a refractive index distribution type optical transmission body,
[11] A method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to [10], wherein an optical transmitter having a length of 75% or more of the height in the polymerization vessel is prepared;
[12] Further, by adding a polymerization inhibitor or a polymerization inhibitor in the polymerization vessel and tilting the polymerization vessel from 10 degrees to 90 degrees with respect to the vertical direction, the center is shifted from the central axis of the polymerization vessel. A method for producing a refractive index distribution type optical transmission body according to any one of [1] to [9].
[13] A method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to [12], wherein the polymerization vessel is tilted by 75 to 90 degrees with respect to the vertical direction.
[14] A method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to [12] or [13], wherein the polymerization inhibitor is a hydroquinone compound or a derivative thereof, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl or nitrobenzene,
[15] The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of [12] to [14], wherein the addition amount of the polymerization inhibitor is 0.0001 to 0.002% by weight based on the monomer,
[16] A method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of [10] to [15], wherein a propionic acid ester or an isobutyric acid ester is added as a low-molecular compound instead of a polymer;
[17] An optical transmission body manufactured by the refractive index distribution type optical transmission body manufacturing method according to any one of [1] to [16].

本発明の方法を用いることにより、重合容器内の中心部、周辺部または中心部および周辺部の両方からフロンタルポリメリゼーションを進行させることができ、作製する光伝送体の屈折率分布を自由に設計することができる。特に、重合容器の中心部および周辺部の両方からフロンタルポリメリゼーションを進行させる場合、中心部と周辺部の屈折率の差が大きい光伝送体を作製することができる。   By using the method of the present invention, the frontal polymerization can proceed from the central part, the peripheral part or both the central part and the peripheral part in the polymerization vessel, and the refractive index distribution of the optical transmission member to be produced can be freely set. Can be designed. In particular, when frontal polymerization is advanced from both the central portion and the peripheral portion of the polymerization vessel, an optical transmission body having a large difference in refractive index between the central portion and the peripheral portion can be produced.

このように屈折率分布を自由に設計できるので、任意の屈折率分布を有する光学レンズを得ることができる。また、中心部と周辺部の屈折率差が大きい光伝送体は、屈曲状態でも光伝送の損失の少ない光伝送ファイバーとして利用することができる。   Since the refractive index distribution can be freely designed in this way, an optical lens having an arbitrary refractive index distribution can be obtained. Further, an optical transmission body having a large difference in refractive index between the central portion and the peripheral portion can be used as an optical transmission fiber with little optical transmission loss even in a bent state.

さらに、本発明の方法により、中心がずれた光伝送体を作製することができる。中心をずらすことにより、不均一な屈折率を有するレンズを作製することができる。   Furthermore, the method of the present invention makes it possible to produce an optical transmission body whose center is shifted. By shifting the center, a lens having a non-uniform refractive index can be produced.

本発明の方法は、任意の形状の重合容器を用いて、任意の形状および任意の屈折率分布を有する、屈折率分布型光伝送体の製造を可能とする。   The method of the present invention makes it possible to produce a refractive index distribution type optical transmission body having an arbitrary shape and an arbitrary refractive index distribution by using a polymerization vessel having an arbitrary shape.

本発明に用いる重合容器の形状は、中空の球形状、あるいは中空の卵のような形状、さらには、円筒状など、容器外部から熱が伝わり蓄熱効果が誘発されるような形状であればよい。例えば、動物の水晶体を模した人工レンズを作製しようとする場合、水晶体の形状を有する容器を作製し重合容器として用いればよい。ここで、蓄熱効果とは内部に光伝送体の原料を含んだ重合容器を加熱した場合、加えた熱が容器外側から重合容器内の中心に集まり中心部分が他の部分に比較して加熱されることをいう。すなわち、上記の蓄熱効果が誘発されるような形状とは重合容器周辺から加えた熱が伝導により容器中心部に集中し得る形状をいう。重合容器の形状により、蓄熱される中心部分が決まるため、重合容器形状を設計して任意の位置から重合を開始させることができる。また、重合容器自体の反応性は必要としないため、金属、プラスチック、ガラス、陶磁器、セラミック等どのような材質のものでも用いることができる。さらに、可塑性の材質を用いることにより任意の形状を形成させることができる。   The shape of the polymerization vessel used in the present invention may be a hollow spherical shape, a shape like a hollow egg, or a shape such as a cylindrical shape that can transfer heat from the outside of the vessel and induce a heat storage effect. . For example, when an artificial lens imitating an animal crystalline lens is to be produced, a container having a crystalline lens shape may be produced and used as a polymerization container. Here, the heat storage effect means that when the polymerization container containing the light transmission material is heated inside, the added heat gathers from the outside of the container to the center of the polymerization container and the central part is heated compared to other parts. That means. That is, the shape in which the heat storage effect is induced means a shape in which heat applied from the periphery of the polymerization vessel can be concentrated in the center of the vessel by conduction. Since the central portion where heat is stored is determined by the shape of the polymerization container, the polymerization container shape can be designed to start polymerization from an arbitrary position. Further, since the polymerization container itself does not require reactivity, any material such as metal, plastic, glass, ceramics, ceramics can be used. Furthermore, an arbitrary shape can be formed by using a plastic material.

本発明の光伝送体の材料は、モノマー、ポリマーおよび重合開始剤等であり、これらの物質を重合容器内部に充填する。加熱による蓄熱効果により重合容器内の中心が一定温度以上になると、重合開始剤が作用し重合容器内の中心部で重合が始まり、また加熱により容器内部周辺部が一定温度以上になると周辺部でモノマーの重合が始まりモノマーとポリマーの境界面からなるフロントが形成され、フロントが中心部から重合容器内壁に向かっておよび/または周辺部から中心部に向かって移動しながら重合が進行していく(フロンタルポリメリゼーション)。   The material of the optical transmission body of the present invention includes a monomer, a polymer, a polymerization initiator, and the like, and these substances are filled in the polymerization container. When the center in the polymerization vessel reaches a certain temperature or higher due to the heat storage effect due to heating, the polymerization initiator acts and polymerization starts at the central portion in the polymerization vessel. Polymerization of the monomer begins, and a front composed of the interface between the monomer and the polymer is formed, and the polymerization proceeds while the front moves from the central part toward the inner wall of the polymerization vessel and / or from the peripheral part toward the central part ( Frontal polymerization).

ポリマーを低分子化合物の代わりに用いて重合させた場合、重合体に光ファイバーのクラッド層的な部分を形成させることが可能となる。すなわち、1回の単なる重合で、光を導波させる部分は屈折率分布を有し、かつ光を漏れないようにするクラッド層付きの光ファイバーの母材を作製することが可能となる。さらに、これを熱延伸すれば屈折率分布型光ファイバーとすることができる。また眼内レンズへの応用を考えた場合、現在生体適合性材料として注目を集めている2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)のポリマーを用いることができる。これをうまく人工水晶体材料表面付近に形成させることにより、その素子の生体適合性を高めることが可能となる。   When polymer is used instead of the low molecular weight compound, it is possible to form a clad layer portion of the optical fiber in the polymer. That is, it is possible to produce an optical fiber preform with a clad layer that has a refractive index distribution in a portion that guides light and that does not leak light by a single polymerization. Furthermore, if this is heat-stretched, a graded index optical fiber can be obtained. When considering application to intraocular lenses, a polymer of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC), which is currently attracting attention as a biocompatible material, can be used. By successfully forming this in the vicinity of the surface of the artificial crystalline lens material, the biocompatibility of the element can be improved.

本発明で用い得るモノマーとしては、アリル基、アクリル基、メタクリル基、ビニル基のような二重結合を1つあるいはそれ以上有する多官能性モノマーであって、透明な重合体を与えるものであれば限定されず、スチレン(1.592)、パラクロロスチレン(1.610)、アクリロニトリル(1.520)、メタクリロニトリル(1.520)、フェニル酢酸ビニル(1.567)、安息香酸ビニル(1.578)、ビニルナフタレン(1.682)、アクリル酸メチル(1.480)、メタクリル酸メチル(1.490)、アクリル酸エチル(1.469)、メタクリル酸エチル(1.485)、アクリル酸ブチル(1.463)、メタクリル酸ブチル(1.483)、メタクリル酸シクロヘキシル(1.507)、メタクリル酸フェニル(1.571)、メタクリル酸ベンジル(1.568)、メタクリル酸ナフチル(1.635)、メタクリル酸トリフルオロエチル(1.437)、メタクリル酸ヒドロキシエチル(1.512)等が挙げられる。かっこ内にはそれぞれのモノマーが重合したときの屈折率を示す。   Monomers that can be used in the present invention are polyfunctional monomers having one or more double bonds such as allyl group, acrylic group, methacryl group, and vinyl group, which give a transparent polymer. Without limitation, styrene (1.592), parachlorostyrene (1.610), acrylonitrile (1.520), methacrylonitrile (1.520), vinyl phenylacetate (1.567), vinyl benzoate (1.578), vinylnaphthalene (1.682), acrylic Methyl acetate (1.480), Methyl methacrylate (1.490), Ethyl acrylate (1.469), Ethyl methacrylate (1.485), Butyl acrylate (1.463), Butyl methacrylate (1.483), Cyclohexyl methacrylate (1.507), Methacrylic acid Phenyl (1.571), benzyl methacrylate (1.568), naphthyl methacrylate (1.635), triflate methacrylate Examples include oroethyl (1.437) and hydroxyethyl methacrylate (1.512). The refractive index when each monomer is polymerized is shown in parentheses.

この中でもスチレン、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロ、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル等のアルキル(メタ)アクリレート系モノマーが特に好ましい。   Among these, styrene, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, (meth) acrylic Alkyl (meth) acrylate monomers such as acid perfluoro and hydroxyethyl (meth) acrylate are particularly preferred.

本発明で用い得るポリマーとしては、上記モノマーの重合体や共重合体、さらにはポリアルファメチルスチレンや無水マレイン酸とビニルエーテルの共重合体、また2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)等の生体適合性ポリマー等が挙げられる。用いるポリマーの分子量は3千〜50万である。高分子量のものほど、低い濃度で重合容器周辺部からフロンタルポリメリゼーションが開始する。この中でもポリアルファメチルスチレンが特に好ましい。   Examples of the polymer that can be used in the present invention include polymers and copolymers of the above monomers, and also biocompatible materials such as polyalphamethylstyrene, a copolymer of maleic anhydride and vinyl ether, and 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC). Include a functional polymer. The molecular weight of the polymer used is 3,000 to 500,000. As the molecular weight increases, frontal polymerization starts from the periphery of the polymerization vessel at a lower concentration. Of these, polyalphamethylstyrene is particularly preferred.

また、モノマー、ポリマーともに複数の種類を含んでいてもよく、種類の異なるモノマーの混合比、種類の異なるポリマーの混合比も限定されない。例えば、複数種類のモノマーを用いる場合、より重合しやすいモノマーが光伝送体のより中心部で重合する。用いるモノマーの屈折率、溶解度、重合のしやすさ等を考慮し、モノマーおよびポリマーの種類を選択することにより所望の屈折率分布を有する光伝送体を作製することができる。   Moreover, both the monomer and the polymer may contain a plurality of types, and the mixing ratio of different types of monomers and the mixing ratio of different types of polymers are not limited. For example, when a plurality of types of monomers are used, a monomer that is more easily polymerized is polymerized at the center of the optical transmission body. In consideration of the refractive index, solubility, ease of polymerization, and the like of the monomer to be used, an optical transmission body having a desired refractive index distribution can be produced by selecting the type of monomer and polymer.

光伝送体を、動物の水晶体の屈折率分布を模した人工眼内レンズとして用いる場合、モノマーおよびポリマーは生体適合性物質である必要がある。ここで、生体適合性とは長期間にわたって生体に悪影響も強い刺激も与えず、本来の機能を果たしながら生体と共存できる材料の属性をいう。生体適合性モノマーとしては(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、グリセリンモノメタクリレート等が、生体適合性ポリマーとしてはMPCが例示できるが、これらに限定されるものではない。   When the light transmitter is used as an artificial intraocular lens simulating the refractive index distribution of an animal lens, the monomer and polymer must be biocompatible materials. Here, biocompatibility refers to an attribute of a material that can coexist with a living body while performing its original function without giving adverse effects or strong stimulation to the living body for a long period of time. Examples of the biocompatible monomer include hydroxyethyl (meth) acrylate and glycerin monomethacrylate, and the biocompatible polymer includes MPC. However, the biocompatible monomer is not limited thereto.

重合開始剤は、モノマーおよびポリマーに混合して用いる。重合開始剤としては公知のものを用いることができるが、本発明の重合反応は比較的低温、好ましくは50℃以下で進行するため重合開始剤も比較的低温で作用するものが好ましく、10時間半減期温度が重合時の温度以下、例えば40℃程度のものが好ましい。また、10時間半減期温度が重合時の温度以上の重合開始剤を用いることもできる。例えば、10時間半減期温度が約70℃以下の重合開始剤を用いることができる。この場合、重合反応の効率は低くなるが、重合が起こるので、本発明の光伝送体を得ることができる。用いる重合開始剤は、重合を進行させる温度により10時間半減期温度を指標に適宜選択することができる。重合開始剤の例として、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソバレロニトリル等のアゾ系化合物、パーオキシカーボネート類、パーオキシエステル類等の有機過酸化物、過硫酸塩類、過酸化ベンゾイル(10時間半減期温度約70℃)等が挙げられ、これらを単独でまたは適宜組合わせて用いることができる。重合開始剤は、モノマーに対して0.1〜10重量%混合すれば良い。   The polymerization initiator is used by mixing with a monomer and a polymer. As the polymerization initiator, known ones can be used. However, since the polymerization reaction of the present invention proceeds at a relatively low temperature, preferably 50 ° C. or less, it is preferable that the polymerization initiator also works at a relatively low temperature for 10 hours. The half-life temperature is preferably equal to or lower than the polymerization temperature, for example, about 40 ° C. A polymerization initiator having a 10-hour half-life temperature equal to or higher than the temperature at the time of polymerization can also be used. For example, a polymerization initiator having a 10-hour half-life temperature of about 70 ° C. or less can be used. In this case, the efficiency of the polymerization reaction is lowered, but polymerization occurs, so that the optical transmission body of the present invention can be obtained. The polymerization initiator to be used can be appropriately selected using a 10-hour half-life temperature as an index depending on the temperature at which the polymerization proceeds. Examples of polymerization initiators include azo compounds such as azobisisobutyronitrile and azobisisovaleronitrile, organic peroxides such as peroxycarbonates and peroxyesters, persulfates, benzoyl peroxide (10 Time half-life temperature of about 70 ° C.) and the like, and these can be used alone or in appropriate combination. The polymerization initiator may be mixed in an amount of 0.1 to 10% by weight with respect to the monomer.

このうち過硫酸塩類は主に水系の重合開始剤として用いられ、過硫酸塩類として過硫酸アンモニウムや、過硫酸ナトリウム、あるいは過硫酸カリウムが挙げられる。また、パーオキシカーボネート類としては、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート(10時間半減期温度40.5℃)、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネート(40.5℃)、ビス(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート(40.8℃)、ジ(2エトキシエチル)パーオキシジカーボネート(43.4℃)、ジ(2エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート(43.5℃)等が、パーオキシエステル類としては、クミルパーオキシネオデカノエート(36.5℃)、1,1,3,3テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート(40.7℃)、t-ヘキシルパーオキシネオデカノエート(44.5℃)、t-ブチルパーオキシネオデカノエート(46.4℃)等が挙げられる。   Among these, persulfates are mainly used as an aqueous polymerization initiator, and examples of persulfates include ammonium persulfate, sodium persulfate, and potassium persulfate. Peroxycarbonates include diisopropyl peroxydicarbonate (10-hour half-life temperature 40.5 ° C), di-n-propyl peroxydicarbonate (40.5 ° C), and bis (4-t-butylcyclohexyl) peroxydi. Carbonate (40.8 ° C), di (2 ethoxyethyl) peroxydicarbonate (43.4 ° C), di (2ethylhexyl) peroxydicarbonate (43.5 ° C), etc., as peroxyesters, cumylperoxyneodecano Ate (36.5 ° C), 1,1,3,3 tetramethylbutylperoxyneodecanoate (40.7 ° C), t-hexylperoxyneodecanoate (44.5 ° C), t-butylperoxyneodecanoate (46.4 ° C).

必要に応じて分子量調整剤を単独でまたは適宜に組み合わせて用いることもできる。分子量調整剤として、例えば四塩化炭素、四臭化炭素等のアルキルハライド類あるいはブチルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、2−ヒドロキシエチルメルカプタンあるいはチオグリコール酸オクチル等のメルカプタン類等が挙げられる。   If necessary, molecular weight modifiers can be used alone or in appropriate combination. Examples of the molecular weight modifier include alkyl halides such as carbon tetrachloride and carbon tetrabromide, and mercaptans such as butyl mercaptan, lauryl mercaptan, octyl mercaptan, dodecyl mercaptan, 2-hydroxyethyl mercaptan, and octyl thioglycolate. .

また、作製される重合体の透明性を阻害しない限り、多官能性モノマーを添加してもよい。こうすることにより、作製される重合体の剛性が増大すると同時に、耐薬品性にも優れたものとなる。多官能性モノマーとしてはエチレングリコールジメタクリレートや、ジビニルベンゼン等をモノマーに対して20重量%程度用いることができる。また、酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール、ヒンダードアミン等が挙げられる。   In addition, a polyfunctional monomer may be added as long as the transparency of the produced polymer is not impaired. By doing so, the rigidity of the produced polymer is increased, and at the same time, the chemical resistance is excellent. As the polyfunctional monomer, ethylene glycol dimethacrylate, divinylbenzene or the like can be used in an amount of about 20% by weight based on the monomer. Examples of the antioxidant include hindered phenols and hindered amines.

また、本発明の重合に際しては溶媒を使用することもできるが、溶媒を使用した場合には、重合後の溶媒除去工程が必要となり、また溶媒除去による弊害が生ずるため、通常は溶媒を用いずにモノマーそれ自体あるいは、ポリマーそれ自体を溶媒の代わりとして重合反応を行うことが望ましい。   In the polymerization of the present invention, a solvent can be used. However, when a solvent is used, a solvent removal step after the polymerization is necessary, and a bad effect due to the solvent removal occurs. It is desirable to carry out the polymerization reaction using the monomer itself or the polymer itself instead of the solvent.

本発明の方法において、重合容器に上記モノマー、ポリマーおよび重合開始剤等を所定の混合比で混合したものを充填し、重合を開始させる。この際、最初にモノマーにポリマーを溶かし、その溶液に重合開始剤を添加するのが好ましい。また、混合は充填と同時に行ってもよいし、重合容器内に充填してから行ってもよい。この際、混合物中の酸素による重合の抑制を防止するために混合物は窒素置換しておくことが望ましい。充填後重合容器を静置し加熱する。加熱は、例えば、材料を含んだ重合容器を所定の温度の水浴または油浴中に入れるか、あるいは所定の温度雰囲気下に置くことにより行えばよい。本発明の方法では重合を中心部および/または周辺部から開始させているため、重合時の体積収縮などで、気泡の発生が生じやすくなる。この原因は重合容器加熱によるモノマーの重合に伴う粘度上昇に由来するモノマーの供給停止であるが、低温で重合することにより、モノマーの重合が起こりにくくなるために、粘度が上昇せず、モノマーの供給が維持できるため、気泡の発生が抑制される。また高温での重合では、重合溶液自身の対流や、重合体自身が発生する重合熱による蓄熱効果の暴走が起こりやすくなるため、安定なフロントの形成が阻害されてしまい、連続的に変化する屈折率分布が得られなくなるため、より低温で重合することが望ましい。本発明の方法における加熱温度は、60℃以下、好ましくは50℃以下、特に好ましくは45℃以下である。   In the method of the present invention, a polymerization vessel is filled with a mixture of the above monomer, polymer, polymerization initiator and the like at a predetermined mixing ratio, and polymerization is started. At this time, it is preferable to first dissolve the polymer in the monomer and add the polymerization initiator to the solution. Further, the mixing may be performed simultaneously with the filling or may be performed after filling the polymerization container. At this time, the mixture is preferably substituted with nitrogen in order to prevent suppression of polymerization due to oxygen in the mixture. After filling, the polymerization vessel is allowed to stand and heated. The heating may be performed, for example, by placing the polymerization vessel containing the material in a water bath or oil bath at a predetermined temperature, or by placing it in a predetermined temperature atmosphere. In the method of the present invention, since the polymerization is started from the central portion and / or the peripheral portion, bubbles are likely to be generated due to volume shrinkage during the polymerization. This is because the supply of the monomer is stopped due to the increase in viscosity accompanying the polymerization of the monomer by heating the polymerization vessel, but since the polymerization of the monomer is difficult to occur by polymerization at a low temperature, the viscosity does not increase, Since the supply can be maintained, the generation of bubbles is suppressed. In high temperature polymerization, the convection of the polymerization solution itself and the thermal storage effect runaway caused by the polymerization heat generated by the polymer itself are likely to occur, so the formation of a stable front is hindered, and the refraction changes continuously. Since a rate distribution cannot be obtained, it is desirable to polymerize at a lower temperature. The heating temperature in the method of the present invention is 60 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower, particularly preferably 45 ° C. or lower.

重合容器を加熱することにより、熱が容器外側から容器内部に伝導していき、熱が容器の中心部に達し、その部分に蓄熱される。ここで容器の中心とは容器が容器表面のすべての点から等距離にある点、または容器表面がそれに対して対称となる点をいう。容器外部表面から与えられた熱は容器内を一定速度で伝導するため、重合は理論的には重合容器の中心で開始される。但し、容器形状や加熱の仕方により常に正確に容器の中心で蓄熱されるとは限らず、重合は容器中心付近で開始される。本明細書において、容器中心部とは上記定義の容器の中心付近の部分をさす。   By heating the polymerization vessel, heat is conducted from the outside of the vessel to the inside of the vessel, and the heat reaches the center of the vessel and is stored in that portion. Here, the center of the container means a point where the container is equidistant from all points on the surface of the container, or a point where the surface of the container is symmetrical. Polymerization is theoretically initiated at the center of the polymerization vessel because heat applied from the outer surface of the vessel is conducted at a constant rate in the vessel. However, heat is not always stored accurately in the center of the container depending on the shape of the container and the heating method, and the polymerization is started near the center of the container. In this specification, the container central portion refers to a portion near the center of the container defined above.

この際、ポリマーの濃度が低い場合、すなわちモノマーとポリマーの混合溶液の粘性が低い場合、容器中心部が蓄熱により一定温度に達し、容器中心部で重合が開始される。逆にポリマーの濃度が高い場合、すなわちモノマーとポリマーの混合溶液の粘性が高い場合、重合容器周辺部からの熱は中心に伝わりにくい、このため重合容器周辺部の温度が一定温度に達し、容器周辺部で重合が開始され、重合は周辺部から中心部へと進行する。また、ポリマーの濃度が中程度の場合、熱が中心部に蓄熱されるのと同時に、周辺部の温度も高くなる。このため、重合は容器中心部と周辺部の両方で開始される。重合が容器中心部と周辺部の両方で開始される場合のポリマーの濃度は、用いるモノマーおよびポリマーの種類により異なるが、ポリマーがモノマーに対して4重量%〜30重量%、好ましくは6重量%〜15重量%、さらに好ましくは6重量%〜12重量%の場合である。例えば、モノマーにメタクリル酸メチルを用い、ポリマーにポリアルファメチルスチレンの高分子量ポリマーを用いた場合、約6重量%であり、モノマーにメタクリル酸メチルおよびメタクリル酸ベンジルを用い、ポリマーにポリメチルメタクリレートを用いた場合、約10重量%である。   At this time, when the concentration of the polymer is low, that is, when the viscosity of the mixed solution of the monomer and the polymer is low, the center of the container reaches a certain temperature due to heat storage, and the polymerization is started at the center of the container. On the contrary, when the concentration of the polymer is high, that is, when the viscosity of the mixed solution of the monomer and the polymer is high, the heat from the periphery of the polymerization vessel is difficult to be transmitted to the center. Polymerization is started at the peripheral portion, and the polymerization proceeds from the peripheral portion to the central portion. In addition, when the polymer concentration is medium, heat is stored in the central portion, and at the same time, the temperature in the peripheral portion increases. For this reason, polymerization is initiated at both the center and the periphery of the vessel. The concentration of the polymer when the polymerization is initiated at both the center and the periphery of the container varies depending on the monomer used and the type of polymer, but the polymer is 4% to 30% by weight, preferably 6% by weight, based on the monomer. -15% by weight, more preferably 6-12% by weight. For example, when methyl methacrylate is used as the monomer and a high molecular weight polymer of polyalphamethylstyrene is used as the polymer, the amount is about 6% by weight, methyl methacrylate and benzyl methacrylate are used as the monomer, and polymethyl methacrylate is used as the polymer. When used, it is about 10% by weight.

熱の伝導または蓄熱により容器中心部または容器周辺部が一定温度に達したときにその部分で重合が開始される。重合が開始される温度は前述のように、特定の10時間半減期温度を有する重合開始剤を選択することで適宜調節することができる。例えば、10時間半減期温度が20℃から70℃の重合開始剤を用いればよい。   When the central part of the container or the peripheral part of the container reaches a certain temperature due to heat conduction or heat storage, polymerization is started at that part. As described above, the temperature at which the polymerization is initiated can be appropriately adjusted by selecting a polymerization initiator having a specific 10-hour half-life temperature. For example, a polymerization initiator having a 10-hour half-life temperature of 20 ° C. to 70 ° C. may be used.

容器中心部または周辺部で重合が開始され重合体ができると重合体のフロントが形成され、フロントが容器中心部から重合容器の内壁へ、あるいは容器周辺部から容器中心部へ進行しながら重合が進んでいく。容器内部で重合が完了するまで、温度を一定に保つ。重合が完了するまでの時間は、容器形状や容器の大きさ等により異なるが数時間から数日である。   When polymerization is started at the center or the periphery of the container and a polymer is formed, the front of the polymer is formed, and polymerization proceeds while the front proceeds from the container center to the inner wall of the polymerization container or from the container periphery to the container center. Go ahead. Keep the temperature constant until polymerization is complete inside the vessel. The time until the polymerization is completed is several hours to several days although it varies depending on the shape of the container and the size of the container.

前述のように、重合は重合容器中心部または容器周辺部から開始されるため、容器の形状により重合開始部位が決まり、重合開始部位すなわち、屈折率が最大または最小の部分が所望の部分になるように適宜容器形状を設計することができる。   As described above, since the polymerization is started from the central portion of the polymerization vessel or the peripheral portion of the polymerization vessel, the polymerization initiation site is determined by the shape of the vessel, and the polymerization initiation site, that is, the portion having the maximum or minimum refractive index becomes the desired portion. Thus, the container shape can be designed as appropriate.

本発明の作製方法により屈折率が中心軸より徐々に変化する屈折率分布型光伝送体を得ることができるが、上述のように用いるモノマー、低分子化合物の種類を変えることにより屈折率分布の制御が可能であり、所望の屈折率分布を有する光伝送体を得ることができる。   Although the refractive index distribution type optical transmission body in which the refractive index gradually changes from the central axis can be obtained by the production method of the present invention, the refractive index distribution can be changed by changing the type of the monomer and the low molecular compound used as described above. Control is possible, and an optical transmission body having a desired refractive index distribution can be obtained.

本発明の作製方法により得られる屈折率分布型光伝送体は、所望の形状を有する重合容器を用いて作製することにより加工せずに一括成型することもできるし、適当な形状の重合容器を用いて作製し、加工により所望の形状の光伝送体を得ることもできる。例えば、本発明の方法により得られた光伝送体を母材として研磨してレンズ形状に加工することができるし、延伸して光ファイバーとして用いることもできる。本発明の方法により作製された屈折率分布型光伝送体は、光ファイバー、眼鏡用レンズ、コンタクトレンズ等として利用可能である。   The refractive index distribution type optical transmission body obtained by the production method of the present invention can be formed by using a polymerization vessel having a desired shape without being processed, and a polymerization vessel having an appropriate shape can be formed. It is possible to obtain an optical transmission body having a desired shape by using and processing. For example, the optical transmission body obtained by the method of the present invention can be polished as a base material and processed into a lens shape, or can be stretched and used as an optical fiber. The gradient index optical transmitter manufactured by the method of the present invention can be used as an optical fiber, a spectacle lens, a contact lens, or the like.

さらに、本発明の方法によれば、任意の形状および任意の屈折率分布を有する光伝送体を作製することが可能である。特に重合容器の中心部および周辺部から重合を開始させる場合、中心部と周辺部の屈折率差が大きい光伝送体を作製することやクラッド層を有する重合体を作製することができる。中心部と周辺部の屈折率差が大きくさらにクラッド層を伴う光伝送体は、曲がった状態でも光伝送の損失が少なく、光ファイバーや画像転送用デバイスとして有用である。また、屈折率差の大きい光伝送体は、薄いディスク状態でも用いることができ、薄いレンズの作製に有用である。さらに、屈折率差が例えば動物特にヒトの水晶体を模した眼内レンズを作製することができる。眼内レンズを作製するためには生体適合性材料を用いる必要があり、また屈折率が1.3〜1.4と低いため重合したときの屈折率が低いモノマーやポリマーおよび屈折率の低い低分子化合物を用いる必要がある。これらの要件を満たすモノマーとしてメタクリル酸ヒドロキシエチルが、ポリマーとしてはMPCが低分子化合物としてH2Oが挙げられる。水晶体の形状や屈折率分布は公知であり、例えば劉龍輝ら、光学 30, 6 (2001) 407-413の記載に従って、眼内レンズの形状および屈折率分布を設計することができる。 Furthermore, according to the method of the present invention, it is possible to produce an optical transmission body having an arbitrary shape and an arbitrary refractive index distribution. In particular, when the polymerization is started from the central portion and the peripheral portion of the polymerization vessel, an optical transmission body having a large difference in refractive index between the central portion and the peripheral portion or a polymer having a cladding layer can be manufactured. An optical transmission body having a large refractive index difference between the central portion and the peripheral portion and further including a cladding layer has little optical transmission loss even in a bent state, and is useful as an optical fiber or an image transfer device. An optical transmission body having a large refractive index difference can be used even in a thin disk state, and is useful for manufacturing a thin lens. Furthermore, an intraocular lens whose refractive index difference simulates a crystalline lens of an animal, particularly a human, can be produced. In order to fabricate intraocular lenses, it is necessary to use a biocompatible material, and since the refractive index is as low as 1.3 to 1.4, a monomer or polymer having a low refractive index when polymerized and a low molecular compound having a low refractive index are used. There is a need. A monomer that satisfies these requirements is hydroxyethyl methacrylate, a polymer is MPC, and a low molecular weight compound is H 2 O. The shape and refractive index distribution of the crystalline lens are known, and the shape and refractive index distribution of the intraocular lens can be designed in accordance with, for example, the description of Liu Longki et al., Optics 30, 6 (2001) 407-413.

さらに、本発明は重合容器内で上記の方法でフロンタルポリメリゼーションを行う際に、重合容器を傾けて重合を開始させ、軸方向に長い光伝送体を作製する方法および光伝送体の屈折率分布の中心軸(中心)が重合容器の中心軸からずれた光伝送体を作製する方法を包含する。ここで、重合容器の中心軸とは容器が容器表面のすべての点から等距離にある線、または容器表面がそれに対して対称となる線をいう。また、光伝送体の中心とは、屈折率分布型の光伝送体において、屈折率分布において屈折率が最も大きくなる線または屈折率が最も小さくなる線をいう。   Furthermore, the present invention provides a method for producing an optical transmission body that is long in the axial direction by tilting the polymerization container when performing frontal polymerization in the polymerization container by the above method, and the refractive index of the optical transmission body. It includes a method of producing an optical transmission body in which the central axis (center) of the distribution is shifted from the central axis of the polymerization vessel. Here, the central axis of the polymerization container means a line where the container is equidistant from all points on the surface of the container, or a line where the surface of the container is symmetrical. The center of the optical transmission body means a line having the highest refractive index or a lowest refractive index in the refractive index distribution type optical transmission body.

この場合、ポリマーの代わりに低分子化合物(低分子ドーパント)を用いてもよい。用い得る低分子化合物としては、限定されないが高分子材料との相溶性を考えるとプロピオン酸系エステルおよびイソ酪酸系エステルあるいはフタル酸系エステルやアジピン酸系エステル等が挙げられる。低分子化合物の分子量は、用いるモノマーの分子量より大きい。低分子化合物としては、イソ酪酸メチル(1.384)、カプリル酸メチル(1.417)、H2O(1.333)、等が挙げられる。かっこ内は屈折率を示す。 In this case, a low molecular compound (low molecular dopant) may be used instead of the polymer. Low molecular compounds that can be used include, but are not limited to, propionic acid-based esters, isobutyric acid-based esters, phthalic acid-based esters, and adipic acid-based esters in view of compatibility with polymer materials. The molecular weight of the low molecular weight compound is larger than the molecular weight of the monomer used. Examples of the low molecular weight compound include methyl isobutyrate (1.384), methyl caprylate (1.417), H 2 O (1.333), and the like. The refractive index is shown in parentheses.

低分子化合物の屈折率は、用いるモノマーが重合して高分子となった場合に示す屈折率とは異なるが、モノマーが重合してできた高分子の屈折率よりも大きくても小さくてもよいが、光ファイバー、人工眼内レンズ等として使用するためには、低分子化合物の屈折率はモノマーからできた重合体の屈折率よりも小さい必要がある。小さい場合は、中心軸から外側に向かって屈折率が減少する屈折率分布型光伝送体が得られ、大きい場合は、中心軸から外側に向かって屈折率が増加する屈折率分布型光伝送体が得られる。用いるモノマーの種類、低分子化合物の種類およびモノマーと低分子化合物の混合比を変えることにより、所望の屈折率分布を有する光伝送体を作製することができる。この際、モノマーが重合してできた高分子化合物および低分子化合物の屈折率、溶解度、モノマーの重合のしやすさ等を考慮して用いるモノマーおよび低分子化合物の種類、混合比を決定することができる。   The refractive index of the low molecular weight compound is different from the refractive index shown when the monomer used is polymerized to become a polymer, but may be larger or smaller than the refractive index of the polymer obtained by polymerizing the monomer. However, in order to use it as an optical fiber, an artificial intraocular lens, etc., the refractive index of a low molecular compound needs to be smaller than the refractive index of a polymer made of a monomer. When it is small, a refractive index distribution type optical transmission body in which the refractive index decreases from the central axis toward the outside is obtained, and when large, the refractive index distribution type optical transmission body in which the refractive index increases from the central axis toward the outside is obtained. Is obtained. By changing the type of monomer used, the type of low molecular weight compound, and the mixing ratio of the monomer and low molecular weight compound, an optical transmission body having a desired refractive index distribution can be produced. At this time, the type and mixing ratio of the monomer and low molecular compound to be used should be determined in consideration of the refractive index, solubility, ease of polymerization of the monomer, and the like of the high molecular compound and low molecular compound obtained by polymerizing the monomer. Can do.

また、低分子化合物は複数の種類を含んでいてもよい。低分子化合物を用いた重合による光伝送体の作製は、WO 2004/068202の記載に従って行うことができる。   Moreover, the low molecular weight compound may include a plurality of types. Production of an optical transmission body by polymerization using a low molecular weight compound can be performed according to the description of WO 2004/068202.

軸方向に長い光伝送体は、フロンタルポリメリゼーションにおいて形成されるフロントが長くなることにより得られる。該光伝送体は、重合容器を軸方向に鉛直にして重合を行わせた場合に得られる光伝送体の長さが重合容器の軸方向の長さ(高さ)の50%程度であるのに対して、70%以上、好ましくは80%以上である。重合容器は、鉛直方向に対して、10度〜90度傾ければよい。   An optical transmission body that is long in the axial direction is obtained by a long front formed in frontal polymerization. In the optical transmission body, the length of the optical transmission body obtained when polymerization is performed with the polymerization container vertical in the axial direction is about 50% of the axial length (height) of the polymerization container. Is 70% or more, preferably 80% or more. The polymerization vessel may be tilted by 10 degrees to 90 degrees with respect to the vertical direction.

中心軸(中心)が重合容器の中心軸からずれた光伝送体は、重合を開始させるときの材料に重合禁止剤または重合抑制剤を添加すればよい。重合禁止剤や重合抑制剤を添加することにより重合を遅らせることができ、その分フロンタルポリメリゼーションにおいて、フロントの形成が遅れるので、光伝送体の中心をずらすことができる。重合重合禁止剤として、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、パラベンゾキノン等のハイドロキノン系重合禁止剤、2,2−ジフェニル−1ピクリルヒドラジルやニトロベンゼン等が挙げられる。重合禁止剤は、モノマーに対して、0.0001〜0.002重量%添加すればよい。さらに、重合を行わせるときに、重合容器を鉛直方向に対して、10度〜90度、好ましくは45度〜90度、さらに好ましくは、75度以上、特に好ましくは90度傾ければよい。この場合、フロンタルポリメリゼーションにおけるフロント形成が重合容器の中心軸より下方にずれ、光伝送体の上側の屈折率が小さくなる。   For the optical transmission body whose central axis (center) is deviated from the central axis of the polymerization vessel, a polymerization inhibitor or a polymerization inhibitor may be added to the material for starting the polymerization. By adding a polymerization inhibitor or a polymerization inhibitor, the polymerization can be delayed, and accordingly, the front formation is delayed in the frontal polymerization, so that the center of the optical transmission body can be shifted. Examples of the polymerization polymerization inhibitor include hydroquinone polymerization inhibitors such as hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether and parabenzoquinone, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl and nitrobenzene. The polymerization inhibitor may be added in an amount of 0.0001 to 0.002% by weight based on the monomer. Further, when the polymerization is performed, the polymerization vessel may be inclined at 10 to 90 degrees, preferably 45 to 90 degrees, more preferably 75 degrees or more, and particularly preferably 90 degrees with respect to the vertical direction. In this case, the front formation in the frontal polymerization is shifted downward from the central axis of the polymerization vessel, and the refractive index on the upper side of the optical transmission body is reduced.

中心がずれた光伝送体からは、削ることなく屈折率の不均一なレンズを作製することができ、焦点の位置を調節することができる。例えば、遠近両用レンズ等の作製に利用することができる。   A lens having a non-uniform refractive index can be produced from the optical transmission member whose center is shifted without being scraped, and the position of the focal point can be adjusted. For example, it can be used for producing a bifocal lens.

本発明の方法により得られた屈折率分布型光伝送体の屈折率分布は、屈折率分布定数および有効視野半径比を測定することにより大まかに予測することが可能である。さらに、光伝送体の径全域にわたる屈折率分布を測定するには、横方向干渉パターン法、後方散乱パターン法、収束法、空間フィルタリング法、ニアフィールドパターン法等の非破壊測定法と、縦方向干渉パターン法等の破壊測定法等を用いればよい。このうち、光ファイバー等の直径1〜2mm程度の光伝送体の測定には、測定時間、測定精度、試料作製の容易さ、楕円変形補正の容易さなどを考慮すると横方向干渉パターン法が好ましく、直径は10〜20mm程度の光伝送体の測定には、縦方向干渉パターン法が好ましい。光伝送体の屈折率の測定には、干渉顕微鏡を用いればよい。干渉顕微鏡は例えば、東ドイツ Carl Zeiss aus jena 社製の干渉位相差顕微鏡 Interphakoを用いればよい。   The refractive index distribution of the gradient index optical transmitter obtained by the method of the present invention can be roughly predicted by measuring the refractive index distribution constant and the effective field radius ratio. Furthermore, in order to measure the refractive index distribution over the entire diameter of the optical transmission body, non-destructive measurement methods such as transverse interference pattern method, backscatter pattern method, convergence method, spatial filtering method, near field pattern method, A destructive measurement method such as an interference pattern method may be used. Among these, the transverse interference pattern method is preferable for measuring an optical transmission body having a diameter of about 1 to 2 mm such as an optical fiber in consideration of measurement time, measurement accuracy, ease of sample preparation, ease of ellipse deformation correction, etc. The longitudinal interference pattern method is preferable for measuring an optical transmission body having a diameter of about 10 to 20 mm. An interference microscope may be used to measure the refractive index of the optical transmission body. For example, an interference phase contrast microscope Interphako manufactured by Carl Zeiss aus jena, East Germany may be used as the interference microscope.

本発明を以下の実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   The present invention will be specifically described by the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1 ポリマーとしてポリアルファメチルスチレンを用いた屈折率分布型光伝送体の作製
モノマーとしては、メタクリル酸メチル(Methyl methacrylate; MMA、和光純薬(株))を用いた。市販のMMA中に安定剤として微量に含まれる重合禁止剤を除去するため、様々な洗浄工程を経ていたが、ハイドロキノン及びハイドロキノンモノメチルエーテルという重合禁止剤はMMAを減圧蒸留する際のMMAの気化するような条件下では、液相中に存在し気化しないことが確認された。よって、市販のMMAを洗浄することなく、直接減圧下で得られた主留分(46〜47℃・760mmHg)を精製MMAとして重合に用いた。
Example 1 Production of Refractive Index Distribution Type Optical Transmitter Using Polyalphamethylstyrene as Polymer As a monomer, methyl methacrylate (MMA, MMA, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. In order to remove a polymerization inhibitor contained in a small amount as a stabilizer in commercially available MMA, various washing steps have been performed. However, polymerization inhibitors called hydroquinone and hydroquinone monomethyl ether vaporize MMA when MMA is distilled under reduced pressure. Under such conditions, it was confirmed that it was present in the liquid phase and did not vaporize. Therefore, the main fraction (46 to 47 ° C./760 mmHg) obtained directly under reduced pressure without washing the commercially available MMA was used for the polymerization as purified MMA.

ポリマーとしては、ポリアルファメチルスチレン、ロー(Poly(α-methylstyrene),low : PαMS,low、Aldrich Chemical Company)およびポリアルファメチルスチレン、ハイ(Poly(α-methylstyrene),high : PαMS,high、Aldrich Chemical Company)を用いた。ハイとローの違いは分子量である。これらは、市販のものをそのまま用いた。   Polymers include polyalphamethylstyrene, low (Poly (α-methylstyrene), low: PαMS, low, Aldrich Chemical Company) and polyalphamethylstyrene, high (Poly (α-methylstyrene), high: PαMS, high, Aldrich). Chemical Company). The difference between high and low is the molecular weight. These used the commercial thing as it was.

表1に用いたモノマーとポリマーの分子量と屈折率を示す。   Table 1 shows the molecular weight and refractive index of the monomers and polymers used.

Figure 2007034063
Figure 2007034063

重合開始剤としては、2,2’- アゾビスイソブチロニトリル(2,2’-Azobisisobutyronitrile : AIBN、和光純薬(株))を用いた。重合開始剤は市販のものをそのまま用いた。   As a polymerization initiator, 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. A commercially available polymerization initiator was used as it was.

GRINロッドレンズの作製
上記のように、モノマーに精製したMMA、ポリマーにPαMS,lowまたはPαMS,high、重合開始剤にAIBNを用いた。まず、MMAとPαMSを混合し、超音波脱気に1時間ほどかけて溶解させた。この溶液にAIBNを加え、窒素置換を1分間した後、超音波脱気に30分程度かけて脱気した。これを内径12mmのガラス管に入れて45℃の恒温槽(油浴)で約24時間重合させた。AIBNは、MMAに対して2wt%用いた。
Production of GRIN rod lens As described above, MMA purified as a monomer, PαMS, low or PαMS, high as a polymer, and AIBN as a polymerization initiator were used. First, MMA and PαMS were mixed and dissolved by ultrasonic degassing for about 1 hour. AIBN was added to this solution, and after substituting with nitrogen for 1 minute, it was deaerated over 30 minutes by ultrasonic deaeration. This was put into a glass tube having an inner diameter of 12 mm and polymerized in a 45 ° C. constant temperature bath (oil bath) for about 24 hours. AIBN was used at 2 wt% with respect to MMA.

ガラス管から取り出したバルク状のレンズを切削し、表面を研磨し、レンズを通してどのように見えるかを確認した。その後、厚さ1〜2mmの測定サンプルを作製し、干渉顕微鏡を用いて屈折率分布を測定した。干渉顕微鏡の概略図を図2に示す。光源(9)を出た光は、スリット(7)、コンデンサーレンズ(8)を通過して、サンプル(4)へと進む。このサンプルは浸漬液で覆われ、ガラスセル(5)内にセットされており、このガラスセルはステージ(6)上に乗せられている。浸漬液には、試料を侵さない流動パラフィン系の透明液体(nd= 1.473 / 23℃ )とNikon immersion oil(nd = 1.515 / 23℃ )を用いてnd= 1.492に調製したものを用いた。サンプルを出てきた光は対物レンズ(3)を通り干渉計内に入る。内部ではプリズムI(Pr-I)により光束が二つに分けられ、一方(左側)は、直接プリズムII(Pr-II)へ向かい、接眼レンズ(1)に到達する。もう一方(右側)は、シェアリング装置(2)により、光束は光軸に垂直にΔYpだけずれてプリズムIIへ向かう。プリズムIIで二つの光束は合成されるが、両者のずれΔYpは、接眼レンズ手前においても保持される。したがって、ここでΔYp離れた光線どうしが互いに干渉を起こし、干渉縞を生じる。 The bulk lens taken out from the glass tube was cut, the surface was polished, and it was confirmed how it looks through the lens. Thereafter, a measurement sample having a thickness of 1 to 2 mm was prepared, and the refractive index distribution was measured using an interference microscope. A schematic diagram of the interference microscope is shown in FIG. The light emitted from the light source (9) passes through the slit (7) and the condenser lens (8) and proceeds to the sample (4). This sample is covered with an immersion liquid and set in a glass cell (5), and this glass cell is placed on a stage (6). For the immersion liquid, use a liquid paraffin-based transparent liquid (n d = 1.473 / 23 ° C) and Nikon immersion oil (n d = 1.515 / 23 ° C) that does not attack the sample and n d = 1.492. It was. Light exiting the sample passes through the objective lens (3) and enters the interferometer. Inside, the light beam is divided into two by the prism I (Pr-I), and one (left side) directly goes to the prism II (Pr-II) and reaches the eyepiece lens (1). The other (right side) is directed to the prism II by the sharing device (2) with a deviation of ΔY p perpendicular to the optical axis. Although the two light beams are synthesized by the prism II, the deviation ΔYp between the two is held even in front of the eyepiece. Therefore, the rays separated by ΔY p here cause interference with each other, resulting in interference fringes.

このように、干渉位相差顕微鏡Interphakoを用いると、リファレンス試料を必要とせず、1つのサンプルを出た光線を対象にしているので、測定時の光軸あわせ等が不必要で、操作は簡便となり、測定精度も良い。   In this way, when using the Interphako Interferometer, the reference sample is not required, and the light beam from one sample is targeted, so there is no need to adjust the optical axis during measurement and the operation is simple. Measurement accuracy is also good.

屈折率分布は、縦方向干渉パターン法により行った。縦方向干渉パターン法には、Total-splitting法とPartial-splitting法の2種類があり、本実施例ではPartial-splitting法を用いた。これは、図3Aの左図に示されるように、像をシェアリング装置(2)によりサンプルに比べてわずかに移動、つまりサンプルの直径よりも非常に小さくずらす(ΔYp << 2Rp)。この方法は測定しようとするサンプルがある程度大きい場合でも測定が可能であるという利点がある。これに比べて、縦方向干渉パターン法のもう一つの方法であるTotal-splitting法では、シェアリング装置により、図3Bの左図に示されるように像をサンプルの直径よりも大きくずらす(ΔYp > 2Rp)。この方法は測定されるサンプルが小さい場合、例えば非常に細いファイバー等の場合には適している。 The refractive index distribution was performed by the longitudinal interference pattern method. There are two types of longitudinal interference pattern methods, the total-splitting method and the partial-splitting method, and the partial-splitting method is used in this embodiment. As shown in the left diagram of FIG. 3A, the image is moved slightly compared to the sample by the sharing device (2), that is, shifted much smaller than the sample diameter (ΔY p << 2R p ). This method has an advantage that measurement is possible even when a sample to be measured is somewhat large. On the other hand, in the Total-splitting method, which is another method of the longitudinal interference pattern method, the image is shifted larger than the diameter of the sample as shown in the left diagram of FIG. 3B (ΔY p > 2R p ). This method is suitable when the sample to be measured is small, for example very thin fibers.

実際に観測される干渉縞をそれぞれの場合について示すと、図3Aおよび図3Bの右図のようになる。図中の円の部分はガラスセル(5)内に置かれたサンプルの部分であり、その左右に横方向に見られる縞が干渉縞である。サンプルの左右の部分は、サンプルが入っている浸漬液のみの部分を通過した光による干渉縞であるため、屈折率の変化はなく直線状となる。また、この干渉縞で、サンプルの中心を通る縞を基準干渉縞と呼ぶ。この干渉縞の間隔Dは測定光の1波長のずれに相当する。このように、Partial-splitting法の場合に実際に干渉して縞となって測定されるのは、測定されるサンプルのシェアリングの幅だけ異なった位置を通過してきた光線同士であり、干渉顕微鏡内に見える像を屈折率に関してみると、図4Aのようになる。この図における斜線の重なりあっていない部分がこの干渉縞のずれを引き起こす屈折率の差を示している。このとき、基準干渉縞からの干渉縞のずれをdr(yp)とする。 The actually observed interference fringes are shown in the right diagrams of FIGS. 3A and 3B for each case. The circled portion in the figure is the portion of the sample placed in the glass cell (5), and the fringes seen in the horizontal direction on the left and right are interference fringes. Since the left and right portions of the sample are interference fringes due to light that has passed through the portion of the immersion liquid containing the sample, the refractive index does not change and is linear. In addition, the interference fringes passing through the center of the sample are referred to as reference interference fringes. The distance D between the interference fringes corresponds to a shift of one wavelength of the measurement light. In this way, in the case of the partial-splitting method, the light that actually interferes and becomes a fringe is measured by light beams that have passed through different positions by the sharing width of the sample being measured. The image seen inside is related to the refractive index as shown in FIG. 4A. In this figure, the portion where the diagonal lines do not overlap indicates the difference in refractive index that causes the interference fringes to shift. At this time, the deviation of the interference fringe from the reference interference fringe is defined as dr (y p ).

これに比べて、Total-splitting法の場合は、図4Bのように浸漬液のみを通過した光とサンプルのみを通過した光との干渉が縞となって測定される。そのために干渉縞パターンは中心軸で縞のずれが最大となる。このとき、基準干渉縞からの干渉縞のずれをΔR(Yp)とする。 In contrast, in the case of the Total-splitting method, as shown in FIG. 4B, the interference between the light passing through the immersion liquid and the light passing through only the sample is measured as a stripe. For this reason, the interference fringe pattern has the largest fringe shift on the central axis. At this time, the deviation of the interference fringe from the reference interference fringe is assumed to be ΔR (Y p ).

Partial-splitting法の干渉縞のずれΔR(Yp)とTotal-splitting法の干渉縞のずれR(Yp)の間には、ΔYpをシェアリング幅とすると、以下の式(I)のような関係がある。

Figure 2007034063
Partial-splitting method of displacement of the interference fringes ΔR and (Y p) between the displacement of the interference fringes of Total-splitting method R (Y p), when the [Delta] Y p and sharing width, the following formula (I) There is a relationship.
Figure 2007034063

GRINロッドの各部分での屈折率の変化は、この干渉縞パターンの基準干渉縞からのずれΔR(Yp)とその位置Ypを測定し、これをΔYp, Dを用いて計算される。 The change in the refractive index at each part of the GRIN rod is calculated using ΔY p , D by measuring the deviation ΔR (Y p ) of this interference fringe pattern from the reference interference fringe and its position Y p. .

縦方向干渉パターン法により、以下のように中心からの屈折率の変化が求められる。   By the longitudinal interference pattern method, the change in refractive index from the center is obtained as follows.

屈折率分布n(y)を有する厚さtの平板中を光線が通過する際、その光線はn(y)・tの光路を進んだことになる。真空中では、n = 1であるから、この真空をtだけ進んだ光線との波面のずれは、

Figure 2007034063
となる。Partial-splitting法では、屈折率分布がn(y)とn(y+Δy)の部分を通過する光線が波面のずれを生ずるので、そのずれの大きさは、
Figure 2007034063
となる。ここで、干渉縞のずれΔRと基準干渉縞1波長分のずれDと光線の波長λとの間には、
Figure 2007034063
の関係がある。 When a light beam passes through a flat plate having a refractive index distribution n (y) and having a thickness t, the light beam has traveled an optical path of n (y) · t. Since n = 1 in vacuum, the deviation of the wavefront from the light beam that has advanced this vacuum by t is
Figure 2007034063
It becomes. In the partial-splitting method, since the light beam passing through the portions of the refractive index distribution n (y) and n (y + Δy) causes a wavefront shift, the magnitude of the shift is
Figure 2007034063
It becomes. Here, between the interference fringe shift ΔR, the reference interference fringe shift D for one wavelength, and the light beam wavelength λ,
Figure 2007034063
There is a relationship.

ここで基準点y0での屈折率をn(y0)、干渉縞のずれをΔR(y0)とすると、各点

Figure 2007034063
において以下の式が成り立つ。 If the refractive index at the reference point y 0 is n (y 0 ) and the interference fringe shift is ΔR (y 0 ), then each point
Figure 2007034063
The following equation holds.

Figure 2007034063
Figure 2007034063

これらの総和をとると、

Figure 2007034063
となり、中心からの屈折率の変化が求められる。 Taking these sums together,
Figure 2007034063
Thus, a change in refractive index from the center is required.

本実施例により得られたサンプルの定常状態である部分を、厚さ約3mmのディスク状に切断し、この両端面を研磨し、厚さ約1〜2mmの測定サンプルを作製し、干渉顕微鏡を用いて測定した。本研究では、GRINロッドの中心から周辺にかけての屈折率分布を求めたいので、n(y) = 0とした。また、実際の測定では、1つのサンプルについて約10点の測定を行い、上記の関係式を用いて、ロッド全域にわたる屈折率分布を求めた。なお、この方法では、実際のサンプル長よりシェアリング幅を除いた部分の測定しかできないが、本研究においては、サンプル長は約10〜20mmに対して、シェアリング幅は0.05mmでよいので、実際上支障はなかった。   The portion of the sample obtained in this example in a steady state was cut into a disk shape having a thickness of about 3 mm, both end surfaces were polished, and a measurement sample having a thickness of about 1 to 2 mm was prepared. And measured. In this study, n (y) = 0 because we wanted to obtain the refractive index distribution from the center to the periphery of the GRIN rod. In actual measurement, about 10 points were measured for one sample, and the refractive index distribution over the entire rod area was obtained using the above relational expression. In this method, only the part of the actual sample length excluding the sharing width can be measured, but in this study, the sample length is about 10 to 20 mm, and the sharing width may be 0.05 mm. There was practically no problem.

モノマーにMMA、ポリマーにPαMS,lowを用いた組み合わせでは、PαMS,low の濃度がMMAに対して2wt%、4wt%、6wt%、8wt%、10wt%の5種類を作製した。開始剤はAIBNをMMAに対して2wt%用い、重合は45℃の恒温槽にて行った。   In the combination using MMA as the monomer and PαMS, low as the polymer, five concentrations of PαMS, low of 2 wt%, 4 wt%, 6 wt%, 8 wt% and 10 wt% with respect to MMA were prepared. The initiator was AIBN of 2 wt% with respect to MMA, and the polymerization was carried out in a constant temperature bath at 45 ° C.

表2にMMA-PαMS,lowにおける重合の挙動を示す。PαMS,low の濃度が2wt%、4wt%の場合、容器中心部にフロントが形成され、重合は中心部から周辺部に向かって進行したが、PαMS,low の濃度が6wt%、8wt%、10wt%の場合は、中心部にフロントは形成されず、周辺部から中心部に向かって重合が進行した。   Table 2 shows the polymerization behavior in MMA-PαMS, low. When the concentration of PαMS, low is 2 wt% and 4 wt%, a front is formed in the center of the container, and the polymerization proceeds from the center to the periphery, but the concentration of PαMS, low is 6 wt%, 8 wt%, and 10 wt%. In the case of%, no front was formed at the center, and polymerization proceeded from the periphery toward the center.

さらにPαMS,low の濃度が2wt%、6wt%、10wt%において実際に重合が進行している様子を図5、6および7に示した。図5では、容器中心部にフロントが形成され(図5(2))、容器周辺部に移動している様子がわかる(図5(4))。フロントが形成されてから周辺部に移動するまでおよそ3分で、重合が一気に進行している。図6では、中心部にはフロントは形成されず、周辺部(特に右側)から重合が進行しているように見える(図6(2)〜(4))。最後に図7は、周辺部(左右両側)から重合が進行している様子がわかる。また、図6および7を見れば明らかだが、重合の進行が図5と比べて緩やかである。MMA-PαMS,lowにおいて、中心部にフロントが形成され、中心部から重合が開始した(PαMS,low の濃度が2wt%、4wt%)場合は、重合の進行が激しく、周辺部から重合が開始した(PαMS,low の濃度が6wt%、8wt%、10wt%)の場合は、重合はゆっくりと進行した。   Further, FIGS. 5, 6 and 7 show that the polymerization is actually progressing at PαMS, low concentrations of 2 wt%, 6 wt% and 10 wt%. In FIG. 5, it can be seen that a front is formed at the center of the container (FIG. 5 (2)) and moves to the periphery of the container (FIG. 5 (4)). Polymerization proceeds at a stroke in about 3 minutes from the formation of the front to the periphery. In FIG. 6, the front part is not formed in the central part, and it seems that the polymerization proceeds from the peripheral part (particularly the right side) (FIGS. 6 (2) to (4)). Finally, FIG. 7 shows that the polymerization proceeds from the peripheral part (both left and right sides). Further, as apparent from FIGS. 6 and 7, the progress of polymerization is slower than that in FIG. In MMA-PαMS, low, a front is formed at the center, and when polymerization starts from the center (PαMS, low concentration is 2wt%, 4wt%), the polymerization proceeds rapidly and polymerization starts from the periphery. (PαMS, low concentration of 6 wt%, 8 wt%, 10 wt%), the polymerization proceeded slowly.

この写真は、ビデオカメラで撮影し編集したもので、重合の様子は動画であるとわかるが、静止画だとわかりづらい。周辺部から中心部に重合が進行している様子は、特にわかりづらい。   This photo was taken and edited with a video camera, and it can be seen that the superposition is a movie, but it is difficult to understand if it is a still image. It is particularly difficult to understand how the polymerization proceeds from the peripheral part to the central part.

Figure 2007034063
Figure 2007034063

図8にMMA-PαMS,lowにおける屈折率分布を示す。この図において、横軸は規格化半径、縦軸は屈折率差である。PαMS,lowの濃度が2wt%、4wt%のレンズは中心から周辺に向かって屈折率が上昇する分布になった。PαMS,low の濃度が6wt%のレンズは、規格化半径0〜0.7の間では屈折率が中心から周辺に向かって減少し、規格化半径0.7〜1.0では上昇する分布となった。PαMS,low の濃度が8wt%、10wt%のレンズは中心から周辺に向かって屈折率が減少する分布となり、PαMS,low の濃度によって屈折率分布の形状が異なった。   FIG. 8 shows the refractive index distribution in MMA-PαMS, low. In this figure, the horizontal axis represents the normalized radius and the vertical axis represents the refractive index difference. Lenses with PαMS, low concentrations of 2 wt% and 4 wt% showed a distribution in which the refractive index increased from the center toward the periphery. The lens with a PαMS, low concentration of 6 wt% has a distribution in which the refractive index decreases from the center to the periphery when the normalized radius is 0 to 0.7, and increases when the normalized radius is 0.7 to 1.0. A lens with a PαMS, low concentration of 8 wt% and 10 wt% has a distribution in which the refractive index decreases from the center toward the periphery, and the shape of the refractive index distribution differs depending on the concentration of PαMS, low.

これは、重合が中心部から開始されるか周辺部から開始されるかに関係する。中心部にフロントが形成され、重合が中心部から周辺部に進行した場合は、PαMS,lowが周辺部に押しやられる。そのため、屈折率の高いPαMS,lowが周辺部に多い組成となり、周辺部が中心部より屈折率が高くなる。一方、周辺部から重合が開始される場合、PαMS,lowが中心部に押しやられると考えられる。PαMS,lowが中心部に多い組成になり、中心部が周辺部より屈折率が高くなる。   This is related to whether the polymerization is started from the center or the periphery. When a front is formed in the center and polymerization proceeds from the center to the periphery, PαMS, low is pushed to the periphery. Therefore, PαMS, low having a high refractive index is a composition having a large amount in the peripheral portion, and the refractive index is higher in the peripheral portion than in the central portion. On the other hand, when polymerization is started from the peripheral part, it is considered that PαMS, low is pushed to the central part. PαMS, low has a large composition in the center, and the center has a higher refractive index than the periphery.

レンズ中心部と周辺部の屈折率差は、PαMS,lowの濃度が2wt%のレンズが一番大きく、逆に屈折率差が一番小さかったのは、PαMS,lowの濃度が6wt%のレンズだった。   The difference in refractive index between the center and the periphery of the lens is the largest for the lens with PαMS, low density of 2 wt%, and conversely, the difference in the refractive index is the smallest for the lens with PαMS, low density of 6 wt%. was.

モノマーにMMA、ポリマーにPαMS,highを用いた組み合わせでも、PαMS,lowを用いた場合同様に、PαMS,highの濃度がMMAに対して2wt%、4wt%、6wt%、8wt%、10wt%の5種類を作製した。開始剤はAIBNをMMAに対して2wt%用い、重合は45℃の恒温槽にて行った。   Even in the case of using a combination of MMA for the monomer and PαMS, high for the polymer, the concentration of PαMS, high is 2 wt%, 4 wt%, 6 wt%, 8 wt%, 10 wt% with respect to the MMA as in the case of using PαMS, low. Five types were produced. The initiator was AIBN of 2 wt% with respect to MMA, and the polymerization was carried out in a constant temperature bath at 45 ° C.

表3にMMA-PαMS,highにおける重合の挙動を示す。PαMS,high の濃度が2wt%、4wt%の場合、中心部にフロントが形成され、重合は中心部から周辺部に向かって進行した。PαMS,high の濃度が6wt%の場合は、重合は周辺部から開始されるが、その後中心部にフロントは形成され、フロントは周辺部に移動した。PαMS,high の濃度が8wt%、10wt%の場合は、中心部にフロントは形成されず、周辺部から中心部に向かって重合が進行した。   Table 3 shows the polymerization behavior in MMA-PαMS, high. When the concentration of PαMS, high was 2 wt% and 4 wt%, a front was formed at the center, and polymerization proceeded from the center toward the periphery. When the concentration of PαMS, high was 6 wt%, the polymerization was started from the peripheral part, but then the front was formed in the central part and the front moved to the peripheral part. When the concentration of PαMS, high was 8 wt% or 10 wt%, no front was formed in the central portion, and polymerization proceeded from the peripheral portion toward the central portion.

さらにPαMS,highの濃度が2wt%、6wt%、10wt%において実際に重合が進行している様子を図9、10および11に示した。図9から、中心部にフロントが形成され(図9(2))、周辺部に移動していく様子がわかる(図9(4))。フロントの形状はPαMS,lowの濃度が2wt%の場合と比べて細長い。モノマー、ポリマー、開始剤が入った混合溶液を重合容器に注入する量は一定にしたので、用いるポリマーによってフロントの形状が変わるのかもしれない。図(10)では、周辺部(右側)から重合が開始され(図10(2)〜図10(4))、中心部にフロントが形成され(図10(5))、周辺部に移動している(図10(6))。図11では、周辺部(左右両側)から重合が進行している様子がわかる。MMA-PαMS,lowのとき同様に、フロントが形成されてから周辺部に移動するまでにかかる時間は数分で、重合が急に進行している。   Further, FIGS. 9, 10 and 11 show the state in which the polymerization actually progresses at concentrations of PαMS, high of 2 wt%, 6 wt% and 10 wt%. From FIG. 9, it can be seen that the front is formed at the center (FIG. 9 (2)) and moves to the periphery (FIG. 9 (4)). The front shape is elongated compared to the case where PαMS, low concentration is 2 wt%. Since the amount of the mixed solution containing the monomer, polymer and initiator injected into the polymerization vessel is constant, the front shape may change depending on the polymer used. In FIG. (10), the polymerization is started from the peripheral part (right side) (FIGS. 10 (2) to 10 (4)), the front is formed in the central part (FIG. 10 (5)), and moves to the peripheral part. (FIG. 10 (6)). In FIG. 11, it can be seen that the polymerization proceeds from the peripheral part (both left and right sides). Similarly to the case of MMA-PαMS, low, the time taken from the formation of the front to the peripheral portion is several minutes, and the polymerization proceeds rapidly.

Figure 2007034063
Figure 2007034063

図12にMMA-PαMS,highにおける屈折率分布を示す。PαMS,highの濃度が2wt%、4wt%のレンズは中心から周辺に向かって屈折率が上昇する分布になった。PαMS,high の濃度が6wt%のレンズは、規格化半径0〜0.7の間では屈折率が中心から周辺に向かって上昇し、規格化半径0.7〜1.0では周辺部に向かって減少する分布となった。PαMS,high の濃度が8wt%、10wt%のレンズは中心から周辺に向かって屈折率が減少する分布となり、MMA-PαMS,low同様にPαMS,high の濃度によって屈折率分布の形状が異なった。PαMS,highの濃度が2wt%、4wt%の場合、PαMS,highが周辺部に押しやられ、周辺部にPαMS,highが多い組成になり、逆にPαMS,highの濃度が8wt%、10wt%の場合、PαMS,highが中心部に押しやられ、中心部にPαMS,highが多い組成になったと考えられる。PαMS,highの濃度が6wt%の場合、まずPαMS,highが周辺部から中心部に押しやられ、その後フロントの移動により周辺部に押しやられるので、図12のような周辺部に向かって上昇し、減少する屈折率分布になったと思われる。   FIG. 12 shows the refractive index distribution in MMA-PαMS, high. Lenses with PαMS, high concentrations of 2 wt% and 4 wt% have a distribution in which the refractive index increases from the center toward the periphery. A lens with a PαMS, high concentration of 6 wt% has a distribution in which the refractive index increases from the center toward the periphery when the normalized radius is 0 to 0.7, and decreases toward the periphery when the normalized radius is 0.7 to 1.0. It was. Lenses with a PαMS, high concentration of 8 wt% and 10 wt% have a distribution in which the refractive index decreases from the center to the periphery, and the shape of the refractive index distribution differs depending on the concentration of PαMS, high as with MMA-PαMS, low. When the concentration of PαMS, high is 2 wt% and 4 wt%, PαMS, high is pushed to the periphery, and the composition of PαMS, high is high in the periphery, conversely, the concentration of PαMS, high is 8 wt%, 10 wt% In this case, it is considered that PαMS, high was pushed to the center and the composition was rich in PαMS, high in the center. When the concentration of PαMS, high is 6 wt%, PαMS, high is first pushed from the periphery to the center, and then pushed to the periphery by the movement of the front, so it rises toward the periphery as shown in FIG. It seems that the refractive index distribution decreased.

屈折率差は、PαMS,highの濃度が2wt%のレンズが一番大きく、逆に屈折率差が一番小さかったのは、PαMS,highの濃度が8wt%のレンズだった。   Regarding the refractive index difference, the lens with the PαMS, high density of 2 wt% was the largest, and conversely the lens with the PαMS, high density of 8 wt% was the smallest.

系内温度変化の測定
自発的フロンタル重合法は、蓄熱効果、ゲル効果、熱拡散の三つの要素による。これら三つの要素は熱が関係してくるので、系内の温度変化を測定することは重要である。そこで、熱電対を用いて系内温度測定を行った。熱電対を重合容器中心部と周辺部の2箇所に取り付け、1分間隔で2点の温度を測定した。装置の概略を図13に示す。
Measurement of temperature change in the system The spontaneous frontal polymerization method is based on three factors: thermal storage effect, gel effect, and thermal diffusion. Since these three factors are related to heat, it is important to measure temperature changes in the system. Therefore, the temperature inside the system was measured using a thermocouple. Thermocouples were attached to two locations, the central portion and the peripheral portion of the polymerization vessel, and two temperatures were measured at 1 minute intervals. An outline of the apparatus is shown in FIG.

PαMS,lowの濃度が2wt%の場合において、系内温度変化測定結果を図14に示す。重合を開始してから90分くらいまでは容器中心部と周辺部の温度はほとんど変わらなかった。その後徐々に温度差が生じ、200分後には中心部と周辺部の温度差は2℃程度になった。220分頃に中心部にフロントが形成され、系全体、特に中心部の温度が急に上昇した。フロントが周辺部に達すると、系内の温度は下降した。   FIG. 14 shows the measurement results of the temperature change in the system when the concentration of PαMS, low is 2 wt%. Until about 90 minutes after the start of polymerization, the temperature at the center and the periphery of the container remained almost unchanged. Thereafter, a temperature difference gradually occurred, and after 200 minutes, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion became about 2 ° C. Around 220 minutes, a front was formed in the center, and the temperature of the entire system, especially the center, rose rapidly. When the front reached the periphery, the temperature in the system dropped.

次に、PαMS,lowの濃度が10wt%の場合において、系内温度変化測定結果を図15に示す。図14とはかなり異なる温度変化となった。重合が開始してから50分までは、中心部と周辺部にほとんど温度差はない。その後、中心部が1℃ほど高くなり、重合が開始してから315分後に中心部、周辺部ともに温度が一番高くなった。このときの温度は中心部が51.5℃、周辺部が47.3℃で図14のように爆発的に温度が上昇することはなかった。   Next, FIG. 15 shows the measurement results of the temperature change in the system when the concentration of PαMS, low is 10 wt%. The temperature change was quite different from that in FIG. From the start of polymerization until 50 minutes, there is almost no temperature difference between the central part and the peripheral part. Thereafter, the temperature of the central part increased by about 1 ° C., and the temperature became the highest in both the central part and the peripheral part 315 minutes after the start of polymerization. The temperature at this time was 51.5 ° C. at the center and 47.3 ° C. at the periphery, and the temperature did not explosively rise as shown in FIG.

PαMS,lowの濃度が2wt%の場合は、フロントが形成されたときに温度が爆発的に上昇したことから、重合が一気に進行していることがわかる。一方、PαMS,lowの濃度が10wt%の場合は、あまり温度の上昇もなく、上昇の仕方も緩やかだったことから、重合がゆっくり進行していると言うことができる。   When the concentration of PαMS, low is 2 wt%, the temperature rose explosively when the front was formed, indicating that the polymerization proceeded at once. On the other hand, when the concentration of PαMS, low is 10 wt%, it can be said that the polymerization is proceeding slowly because the temperature did not rise so much and the way of the rise was slow.

上記実施例より、PαMSの濃度による重合の挙動の違いについて以下のことが判明した。   From the above examples, the following was found regarding the difference in polymerization behavior depending on the concentration of PαMS.

実施例で示したように、PαMSの濃度によって重合の挙動は異なる。上記表1および表2からPαMS,low、PαMS,highを用いた場合、濃度によって3種類の重合の挙動が見られた。具体的に言うと、一つは中心部にフロントが形成され、周辺部に向かって重合が進行するタイプ、二つ目は周辺部から中心部に重合が進行するタイプ、最後に周辺部から重合が進行するが、その後中心部にフロントが形成され周辺部に向かって重合が進行するタイプである。このようにPαMSの濃度によって重合の挙動が異なるのは、MMA-PαMS混合溶液の粘性の違いによって生じると思われる。以下に3種類のタイプに分けて詳しく述べる。   As shown in the examples, the polymerization behavior varies depending on the concentration of PαMS. From Tables 1 and 2, when PαMS, low and PαMS, high were used, three types of polymerization behavior were observed depending on the concentration. Specifically, one is a type in which a front is formed in the center and polymerization proceeds toward the periphery, the second is a type in which polymerization proceeds from the periphery to the center, and finally polymerization from the periphery. However, this is a type in which a front is formed at the center and polymerization proceeds toward the periphery. The difference in the polymerization behavior depending on the concentration of PαMS seems to be caused by the difference in viscosity of the MMA-PαMS mixed solution. The details are divided into three types below.

(a) 中心部にフロントが形成され、周辺部に重合が進行するタイプ
このタイプは、PαMSの濃度が低い、すなわちMMA-PαMS混合溶液の粘性が低い場合で見られた重合の挙動である。
(a) A type in which a front is formed in the central part and polymerization proceeds in the peripheral part. This type is a polymerization behavior observed when the concentration of PαMS is low, that is, when the viscosity of the MMA-PαMS mixed solution is low.

重合を開始してからしばらくは、系の粘性が低いため、系内部で対流が起こる。そのため、周辺部と中心部で温度差は生じない。その後、系全体の転化率が上がり、系の粘性が高くなるので、対流は起きにくくなる。その結果、反応熱が蓄熱され、中心部が周辺部より温度が高くなる。この温度勾配により、中心部にフロントが形成され周辺部に重合が進行していく。図14からも明らかなように、重合が開始してしばらくは周辺部と中心部に温度差は生じていない。   Since the viscosity of the system is low for a while after the start of polymerization, convection occurs inside the system. Therefore, there is no temperature difference between the peripheral part and the central part. Thereafter, the conversion rate of the entire system increases and the viscosity of the system increases, so that convection hardly occurs. As a result, the reaction heat is stored, and the temperature of the central part is higher than that of the peripheral part. Due to this temperature gradient, a front is formed in the center and polymerization proceeds in the periphery. As apparent from FIG. 14, no temperature difference has occurred between the peripheral portion and the central portion for a while after the start of polymerization.

(b) 周辺部から中心部に重合が進行するタイプ
このタイプは、PαMSの濃度が高い、すなわちMMA-PαMS混合溶液の粘性が高い場合で見られた重合の挙動である。
(b) Type in which polymerization proceeds from the peripheral part to the central part This type is a polymerization behavior observed when the concentration of PαMS is high, that is, when the viscosity of the MMA-PαMS mixed solution is high.

最初から系の粘性が高いため、系内部の対流は生じにくい。そのため、油浴からの熱は周辺部には入ってくるが、中心部には伝熱しにくい。しかし、系内部は対流が起きにくいため反応熱は中心部に蓄熱されやすい。この条件では、重合熱が中心部に蓄熱される要素より周辺部に油浴から熱が入ってくる要素の方が強く重合に影響したと思われる。よって、周辺部から重合が進行したと考えられる。図15においても、周辺部の方が中心部より温度が高くなることはなかったが、周辺部と中心部の温度差は図14に比べて小さい。これは、先程述べた二つの要素が生じているためと思われる。   Since the viscosity of the system is high from the beginning, convection inside the system is unlikely to occur. For this reason, the heat from the oil bath enters the peripheral part, but it is difficult to transfer heat to the central part. However, since convection hardly occurs inside the system, the reaction heat is easily stored in the center. Under these conditions, it is considered that the element in which heat enters from the oil bath in the peripheral part has a stronger influence on the polymerization than the element in which the polymerization heat is stored in the central part. Therefore, it is considered that the polymerization progressed from the peripheral part. Also in FIG. 15, the temperature in the peripheral portion was not higher than that in the central portion, but the temperature difference between the peripheral portion and the central portion is smaller than that in FIG. 14. This seems to be due to the two factors mentioned above.

(c) 周辺部から重合が進行するが、中心部にフロントが形成されるタイプ
このタイプは、PαMS,highの濃度が6wt%の場合のみに見られた。これは、(b)の場合より系の粘性が低いので、重合熱が中心部に蓄熱される要素と周辺部に油浴から熱が入ってくる要素の両方による結果と思われる。この二つの要素が同じ程度重合に影響したのであろう。
(c) Type in which polymerization proceeds from the peripheral part, but a front is formed in the central part. This type was observed only when the concentration of PαMS, high was 6 wt%. This is because the viscosity of the system is lower than in the case of (b), and is considered to be a result of both the element in which the polymerization heat is stored in the central part and the element in which the heat enters from the oil bath in the peripheral part. These two factors may have affected the polymerization to the same extent.

さらに、上記実施例より屈折率分布の形状について以下のことが判明した。   Furthermore, the following was found from the above examples regarding the shape of the refractive index distribution.

屈折率分布の形状は、図8および12の結果からPαMSの濃度により異なる。すなわち、重合が中心部から進行するか周辺部から進行するか、つまり中心部にフロントが形成されるかどうかに関係してくる。   The shape of the refractive index distribution varies depending on the concentration of PαMS from the results of FIGS. That is, it is related to whether the polymerization proceeds from the central portion or the peripheral portion, that is, whether a front is formed at the central portion.

中心部にフロントが形成され周辺部にフロントが移動したという過程で重合が進行すれば、屈折率分布形成法により屈折率分布が形成されているはずである。   If the polymerization proceeds in the process where the front is formed in the central part and the front is moved to the peripheral part, the refractive index distribution should be formed by the refractive index distribution forming method.

一方、周辺部から中心部に重合が進行する場合、PαMSが中心方向に押しやられる。図16に概略を示す。まず周辺部にゲル層が形成される。重合の進行に伴いゲル層が中心方向に広がっていく。ここで、分子サイズの大きいPαMSはゲル層に拡散しにくいので、中心部にPαMSが多い組成となる。その結果、中心部から周辺部に向かって屈折率が減少する分布になると考えられる。屈折率分布形成法とは異なり、界面ゲル重合法と類似したことが起こっていると思われる。   On the other hand, when polymerization proceeds from the peripheral part to the central part, PαMS is pushed in the central direction. An outline is shown in FIG. First, a gel layer is formed around the periphery. As the polymerization proceeds, the gel layer spreads in the center direction. Here, since PαMS having a large molecular size is difficult to diffuse into the gel layer, the composition has a large amount of PαMS at the center. As a result, it is considered that the refractive index decreases from the center to the periphery. Unlike the refractive index profile formation method, it seems that something similar to the interfacial gel polymerization method has occurred.

モノマーにMMA、ポリマーにPαMSを用いた場合、PαMSの濃度を変化させることで凸型、凹型の分布形状を持つレンズを作製することが可能である。   When MMA is used as the monomer and PαMS is used as the polymer, it is possible to produce lenses having convex and concave distribution shapes by changing the concentration of PαMS.

さらに、実施例より得られた光伝送体の屈折率差について以下のことが判明した。   Furthermore, the following was found for the refractive index difference of the optical transmission body obtained from the examples.

MMA-PαMS,lowのレンズの屈折率差(Δnlow)を表4に、MMA-PαMS,highのレンズの屈折率差(Δnhigh)を表5にまとめた。ここで、屈折率差とは分布の最大屈折率から最小屈折率を引いたものである。Δnlowが大きい方から並べると、2wt%>4wt%>8wt%>10wt%>6wt%となり、またΔnhighが大きい方から並べると、2wt%>10wt%>6wt%>4wt%>8wt%となる。 The refractive index difference (Δn low ) of the MMA-PαMS, low lens is summarized in Table 4, and the refractive index difference (Δn high ) of the MMA-PαMS, high lens is summarized in Table 5. Here, the refractive index difference is obtained by subtracting the minimum refractive index from the maximum refractive index of the distribution. Arranged from the larger Δn low , 2wt%>4wt%>8wt%>10wt%> 6wt%, and arranged from the larger Δn high , 2wt%>10wt%>6wt%>4wt%> 8wt% Become.

一方、表1および表2より、重合が中心部から進行するか周辺部から進行するかの境目は、PαMSの濃度が6wt%程度ということができる。すなわちPαMSの濃度が6wt%の場合は、中心部から重合が進行する要素と周辺部から重合が進行する要素の両方があると思われる。PαMSを中心部に押しやる効果と周辺部に押しやる効果は互いに逆の方向に屈折率分布を形成しようとするため、打ち消しあいが起こり、屈折率差が小さくなると考えられる。   On the other hand, from Tables 1 and 2, it can be said that the concentration of PαMS is about 6 wt% at the boundary between whether the polymerization proceeds from the central portion or the peripheral portion. That is, when the concentration of PαMS is 6 wt%, it seems that there are both elements in which polymerization proceeds from the central part and elements in which polymerization proceeds from the peripheral part. The effect of pushing PαMS toward the center and the effect pushing toward the periphery try to form a refractive index distribution in opposite directions, so that cancellations occur and the difference in refractive index is considered to be small.

以上の考えをもとにPαMS の濃度による屈折率差の違いを考察する。なお、PαMSの濃度によって重合の挙動が異なるので、(a)2wt%、4wt%、6wt%の比較と(b)6wt%、8wt%、10wt%の比較を行う。   Based on the above thoughts, the difference in refractive index due to the concentration of PαMS will be discussed. Since the polymerization behavior varies depending on the concentration of PαMS, (a) a comparison of 2 wt%, 4 wt%, and 6 wt% and (b) a comparison of 6 wt%, 8 wt%, and 10 wt% are performed.

PαMSの濃度2wt%、4wt%、6wt%の比較
PαMSの濃度が6wt%の場合は、先ほど述べた理由より屈折率差は小さいと思われる。PαMSの濃度が4wt%の場合、中心部から重合が進行する要素と周辺部から重合が進行する要素の両方があるが、中心部にフロントが形成されていることから中心部から重合が進行する要素の方が強い。よって屈折率差は6wt%の場合より大きいと考えられる。最後にPαMSの濃度が2wt%の場合は、4wt%の場合に比べて中心部から重合が進行する要素は強く、周辺部から重合が進行する要素は弱いので、この3種類の中では一番屈折率差が大きいと思われる。まとめるとΔnは2wt%>4wt%>6wt%の順になると考えられる。測定結果では、Δnlowは、2wt%>4wt%>6wt%、Δnhighは、2wt%>6wt%>4wt%であった。
Comparison of PαMS concentrations 2wt%, 4wt%, 6wt%
When the concentration of PαMS is 6 wt%, the difference in refractive index seems to be small for the reason described above. When the concentration of PαMS is 4 wt%, there are both an element in which polymerization proceeds from the central part and an element in which polymerization proceeds from the peripheral part, but since the front is formed at the central part, the polymerization proceeds from the central part. The element is stronger. Therefore, it is considered that the refractive index difference is larger than the case of 6 wt%. Finally, when the concentration of PαMS is 2 wt%, the element that polymerizes from the center is strong and the element that polymerizes from the periphery is weak compared to the case of 4 wt%. It seems that the refractive index difference is large. In summary, Δn is considered to be in the order of 2 wt%> 4 wt%> 6 wt%. In the measurement results, Δn low was 2 wt%> 4 wt%> 6 wt%, and Δn high was 2 wt%> 6 wt%> 4 wt%.

PαMSの濃度6wt%、8wt%、10wt%の比較
PαMSの濃度が8wt%の場合は、6wt%の場合と比べて、中心部から重合が進行する要素は弱く、周辺部から重合が進行する要素は強いので、屈折率差は6wt%の場合より大きいと思われる。次に、PαMSの濃度が8wt%の場合は周辺部から重合が進行する要素は強いので、この3種類の中では一番屈折率差が大きいと考えられる。まとめるとΔnは10wt%>8wt%>6wt%の順になると考えられる。測定結果では、Δnlowは、8wt%>10wt%>6wt%、Δnhighは、10wt%>6wt%>8wt%であった。
Comparison of PαMS concentrations 6wt%, 8wt%, 10wt%
When the concentration of PαMS is 8 wt%, compared to the case of 6 wt%, the element that polymerizes from the center is weak and the element that polymerizes from the periphery is strong, so the difference in refractive index is 6 wt%. It seems big. Next, when the concentration of PαMS is 8 wt%, the element in which the polymerization proceeds from the peripheral portion is strong, so it is considered that the refractive index difference is the largest among these three types. In summary, Δn is considered to be in the order of 10 wt%> 8 wt%> 6 wt%. In the measurement results, Δn low was 8 wt%> 10 wt%> 6 wt%, and Δn high was 10 wt%> 6 wt%> 8 wt%.

もちろん、屈折率差には、含まれているPαMSの量という要素も関係する上、レンズの位置によって屈折率分布は異なるので一概に言うことはできないが、重合の挙動から観点から以上のことが考えられる。   Of course, the difference in refractive index is related to the amount of contained PαMS, and the refractive index distribution varies depending on the position of the lens. Conceivable.

実施例2 ポリマーとしてポリメチルメタクリレートを用いての光伝送体の作製
モノマーとして、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸ベンジル、ポリマーとしてポリメチルメタクリレートを用いて実施例1と同様に重合を行った。重合管は外径18mm,内径15mmのパイレックスガラスの試験管を用い、重合中は試験管を垂直に保った.重合温度は45℃である。用いたモノマーはMMA8.0g、BzMA2.0g、Poly(MMA)1.0g(モノマーに対して10wt%)であり、重合開始剤としてAIBN 0.2g(モノマーに対して2wt%)を用いた。これらを混ぜた後、30秒窒素置換、20分の超音波脱気を行ったあと、45℃の油浴で重合した。
Example 2 Production of Light Transmitter Using Polymethyl Methacrylate as Polymer Polymerization was conducted in the same manner as in Example 1 using methyl methacrylate and benzyl methacrylate as monomers and polymethyl methacrylate as a polymer. The polymerization tube used was a Pyrex glass test tube with an outer diameter of 18 mm and an inner diameter of 15 mm, and the test tube was kept vertical during the polymerization. The polymerization temperature is 45 ° C. Monomers used were 8.0 g of MMA, 2.0 g of BzMA, 1.0 g of Poly (MMA) (10 wt% based on the monomer), and 0.2 g of AIBN (2 wt% based on the monomer) was used as a polymerization initiator. After mixing these, nitrogen substitution for 30 seconds and ultrasonic degassing for 20 minutes were performed, followed by polymerization in an oil bath at 45 ° C.

本実施例によって得られた円柱状サンプルをディスク状に研磨し、干渉顕微鏡により測定した屈折率分布を図17に示す。図17に示すように、中心と周辺で屈折率分布の大きいものが得られた。   FIG. 17 shows a refractive index distribution measured by an interference microscope after polishing a cylindrical sample obtained in this example into a disk shape. As shown in FIG. 17, a large refractive index distribution was obtained at the center and the periphery.

実施例3 光伝送体の中心軸が重合容器中心軸からずれた光伝送体の作製
BzMA-EHMA共重合
重合管は外径18mm、内径15mmのパイレックスガラスの試験管を用い、重合中は試験管を水平(90度寝かせた)に保った。重合温度は44℃である。用いたモノマーはベンジルメタクリレート(BzMA) 12.0g、エチルヘキシルメタクリレート(EHMA)3.0gであり、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート(EGDMA)0.15g(モノマーに対して1wt%)、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.3g(モノマーに対して2wt%)、重合禁止剤としてモノメチルエーテルハイドロキノン(MEHQ)(1ppm程度)を用いた。これらを混ぜた後、30秒窒素置換、20分の超音波脱気を行ったあと、44℃の油浴で重合した。
Example 3 Production of an optical transmission body in which the central axis of the optical transmission body is deviated from the central axis of the polymerization vessel
BzMA-EHMA copolymerization A Pyrex glass test tube having an outer diameter of 18 mm and an inner diameter of 15 mm was used as the polymerization tube, and the test tube was kept horizontal (laid at 90 degrees) during the polymerization. The polymerization temperature is 44 ° C. The monomers used were 12.0 g of benzyl methacrylate (BzMA), 3.0 g of ethylhexyl methacrylate (EHMA), 0.15 g of ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) (1 wt% based on the monomer) as a crosslinking agent, and azobisiso as a polymerization initiator. Butyronitrile (AIBN) 0.3 g (2 wt% with respect to the monomer) and monomethyl ether hydroquinone (MEHQ) (about 1 ppm) were used as a polymerization inhibitor. After mixing these, nitrogen substitution for 30 seconds and ultrasonic degassing for 20 minutes were performed, followed by polymerization in an oil bath at 44 ° C.

上記条件により、重合した結果、重合管中心からずれた位置にフロントが生じた。   As a result of polymerization under the above conditions, a front was generated at a position shifted from the center of the polymerization tube.

重合開始から2時間後にフロントが確認できた。フロントが試験管下側到達したのがフロント形成から5分後、上側に到達したのが10分後であった。   The front was confirmed 2 hours after the start of polymerization. The front reached the lower side of the test tube 5 minutes after the front formation, and reached the upper side 10 minutes later.

この実験によって得られたサンプルをディスク状に研磨し、干渉顕微鏡により測定した屈折率分布を図19〜21に示す。   A sample obtained by this experiment was polished into a disk shape, and the refractive index distribution measured by an interference microscope is shown in FIGS.

図18は作製された円柱状レンズの断面を表しており、図における(1)の方向が重合の際に上になっていた側である。測定した断面を(1)-(2)、(3)-(4)および(5)-(6)であらわし、それぞれの屈折率分布のデータを図19、20および21に示した。   FIG. 18 shows a cross section of the produced cylindrical lens, and the direction (1) in the figure is the side on which polymerization was performed. The measured cross sections were represented by (1)-(2), (3)-(4) and (5)-(6), and the respective refractive index distribution data are shown in FIGS.

図19〜21に示すように、レンズの中心がずれたものが得られた。   As shown in FIGS. 19 to 21, a lens whose center was shifted was obtained.

BzMA-MMA共重合
重合管は外径15mm、内径12mmのパイレックスガラスの試験管を用い、重合中は試験管を水平に保った。重合温度は43℃であった。用いたモノマーはBzMA12.0g、MMA3.0gであり、重合開始剤としてAIBN 0.3g(モノマーに対して2wt%)、重合禁止剤としてMEHQ(10ppm程度)を用いた。これらを混ぜた後、30秒窒素置換、20分の超音波脱気を行ったあと、44℃の油浴で重合した。
BzMA-MMA copolymerization A Pyrex glass test tube having an outer diameter of 15 mm and an inner diameter of 12 mm was used as the polymerization tube, and the test tube was kept horizontal during the polymerization. The polymerization temperature was 43 ° C. The monomers used were BzMA 12.0 g and MMA 3.0 g, AIBN 0.3 g (2 wt% based on the monomer) was used as a polymerization initiator, and MEHQ (about 10 ppm) was used as a polymerization inhibitor. After mixing these, nitrogen substitution for 30 seconds and ultrasonic degassing for 20 minutes were performed, followed by polymerization in an oil bath at 44 ° C.

この実験によって得られた円柱状サンプルをディスク状に研磨し、干渉顕微鏡により測定した屈折率分布を以下に示す。   A cylindrical sample obtained by this experiment is polished into a disk shape, and a refractive index distribution measured by an interference microscope is shown below.

図22は作製されたレンズの断面を表しており、図における(1)の方向が重合の際に上になっていた側である。測定した断面を(1)-(2)、(3)-(4)および(5)-(6)であらわし,それぞれのデータを図23、24および25に示した。   FIG. 22 shows a cross section of the manufactured lens, and the direction of (1) in the figure is the side on which the polymerization was performed. The measured cross sections are represented by (1)-(2), (3)-(4) and (5)-(6), and the respective data are shown in FIGS.

図23〜25に示すように、レンズの中心がずれたものが得られた。   As shown in FIGS. 23 to 25, a lens whose center was shifted was obtained.

自発的フロンタルポリメリゼーションによる屈折率分布形成を示す図である。It is a figure which shows refractive index profile formation by spontaneous frontal polymerization. 干渉位相差顕微鏡の概略図である。It is the schematic of an interference phase contrast microscope. 縦方向干渉パターン法による、屈折率分布測定の原理を示す図である。AはPartial splitting法であり、BはTotal splitting法である。It is a figure which shows the principle of refractive index distribution measurement by the vertical direction interference pattern method. A is a partial splitting method, and B is a total splitting method. 干渉顕微鏡により観察される干渉パターンを示す図である。AはPartial splitting法のパターンであり、BはTotal splitting法のパターンである。It is a figure which shows the interference pattern observed with an interference microscope. A is a pattern of the partial splitting method, and B is a pattern of the total splitting method. MMA-PαMS,lowをポリマーとして用いた場合の(2wt%)重合の進行の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of progress of superposition | polymerization at the time of using MMA-P (alpha) MS, low as a polymer (2 wt%). MMA-PαMS,lowをポリマーとして用いた場合の(6wt%)重合の進行の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of progress of superposition | polymerization at the time of using MMA-P (alpha) MS, low as a polymer (6 wt%). MMA-PαMS,lowをポリマーとして用いた場合の(10wt%)重合の進行の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of advancing of superposition | polymerization when MMA-P (alpha) MS, low is used as a polymer (10 wt%). MMA-PαMS,lowをポリマーとして用いて作製した光伝送体の屈折率分布を示す図である。It is a figure which shows the refractive index distribution of the optical transmission body produced using MMA-P (alpha) MS, low as a polymer. MMA-PαMS,highをポリマーとして用いた場合の(2wt%)重合の進行の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of progress of superposition | polymerization when MMA-P (alpha) MS, high is used as a polymer (2 wt%). MMA-PαMS,highをポリマーとして用いた場合の(6wt%)重合の進行の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of advancing of superposition | polymerization when MMA-P (alpha) MS, high is used as a polymer (6 wt%). MMA-PαMS,highをポリマーとして用いた場合の(10wt%)重合の進行の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of advancing of superposition | polymerization when MMA-P (alpha) MS, high is used as a polymer (10 wt%). MMA-PαMS,highをポリマーとして用いて作製した光伝送体の屈折率分布を示す図である。It is a figure which shows the refractive index distribution of the optical transmission body produced using MMA-P (alpha) MS, high as a polymer. 熱電対を用いた系内温度測定装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the system temperature measuring apparatus using a thermocouple. PαMS,lowの濃度が2wt%の場合における系内温度変化測定結果を示す図である。It is a figure which shows the system temperature change measurement result in case the density | concentration of P (alpha) MS, low is 2 wt%. PαMS,lowの濃度が10wt%の場合における系内温度変化測定結果を示す図である。It is a figure which shows the system temperature change measurement result in case the density | concentration of P (alpha) MS, low is 10 wt%. 本発明の方法において、周辺部から中心部に向かってフロンタルポリメリゼーションが進行していく様子を示した図である。In the method of this invention, it is the figure which showed a mode that frontal polymerization progressed from a peripheral part toward a center part. モノマーとして、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸ベンジル、ポリマーとしてポリメチルメタクリレートを用いて作製した光伝送体の屈折率分布を示す図である。It is a figure which shows the refractive index distribution of the optical transmission body produced using methyl methacrylate and benzyl methacrylate as a monomer, and polymethylmethacrylate as a polymer. BzMA-EHMA共重合により中心をずらして作製した光伝送体において測定場所を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a measurement location in the optical transmission body produced by shifting the center by BzMA-EHMA copolymerization. 図18の断面図において、(1)-(2)方向で測定した屈折率分布を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a refractive index distribution measured in the (1)-(2) direction in the cross-sectional view of FIG. 18. 図18の断面図において、(3)-(4)方向で測定した屈折率分布を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a refractive index distribution measured in the (3)-(4) direction in the cross-sectional view of FIG. 18. 図18の断面図において、(5)-(6)方向で測定した屈折率分布を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a refractive index distribution measured in the (5)-(6) direction in the cross-sectional view of FIG. 18. BzMA-MMA共重合により中心をずらして作製した光伝送体において測定場所を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a measurement location in the optical transmission body produced by shifting the center by BzMA-MMA copolymerization. 図22の断面図において、(1)-(2)方向で測定した屈折率分布を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a refractive index distribution measured in the (1)-(2) direction in the cross-sectional view of FIG. 22. 図22の断面図において、(3)-(4)方向で測定した屈折率分布を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a refractive index distribution measured in the (3)-(4) direction in the cross-sectional view of FIG. 22. 図22の断面図において、(5)-(6)方向で測定した屈折率分布を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a refractive index distribution measured in the (5)-(6) direction in the cross-sectional view of FIG. 22.

符号の説明Explanation of symbols

1 接眼レンズ
2 シェアリング装置
3 対物レンズ
4 サンプル
5 ガラスセル
6 ステージ
7 スリット
8 コンデンサーレンズ
9 光源
10 熱電対
11 測定システム
12 コンピュータ
13 モノマー
14 フロント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Eyepiece 2 Sharing device 3 Objective lens 4 Sample 5 Glass cell 6 Stage 7 Slit 8 Condenser lens 9 Light source 10 Thermocouple 11 Measurement system 12 Computer 13 Monomer 14 Front

Claims (17)

屈折率が中心軸から徐々に変化する屈折率分布型の光伝送体の作製方法において、モノマー、ポリマーおよび重合開始剤を重合容器内に充填し、重合容器を加熱し、ポリマーの添加量を調節することにより容器中心部から容器周辺部方向へのフロント形成重合反応および容器周辺部から容器中心方向へのフロント形成重合反応の一方または両方を進行させることを特徴とする屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   In a method of manufacturing a refractive index distribution type optical transmission body in which the refractive index gradually changes from the central axis, a monomer, a polymer and a polymerization initiator are filled in a polymerization vessel, the polymerization vessel is heated, and the amount of polymer added is adjusted A refractive index distribution type optical transmission characterized in that one or both of a front formation polymerization reaction from the container center to the container periphery and a front formation polymerization reaction from the container periphery to the container center proceeds. How to make a body. 屈折率が中心軸から徐々に変化する屈折率分布型の光伝送体の作製方法において、モノマー、ポリマーおよび重合開始剤を重合容器内に充填し、重合容器を加熱し、ポリマーの添加量を調節することにより容器中心部から容器周辺部方向へのフロント形成重合反応および容器周辺部から容器中心方向へのフロント形成重合反応の両方を進行させることを特徴とする請求項1記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   In a method of manufacturing a refractive index distribution type optical transmission body in which the refractive index gradually changes from the central axis, a monomer, a polymer and a polymerization initiator are filled in a polymerization vessel, the polymerization vessel is heated, and the amount of polymer added is adjusted 2. The refractive index distribution type according to claim 1, wherein both the front formation polymerization reaction from the container center to the container periphery and the front formation polymerization reaction from the container periphery to the container center proceed. Of manufacturing an optical transmission body. 重合容器内に充填する際に、ポリマーがモノマーに対して5〜10重量%含まれる請求項2記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   3. The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to claim 2, wherein the polymer is contained in the polymerization vessel in an amount of 5 to 10% by weight based on the monomer. モノマーおよび/またはポリマーを2種類以上重合容器内に充填する、請求項1から3のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of claims 1 to 3, wherein two or more types of monomers and / or polymers are filled in a polymerization vessel. 加熱温度が50℃以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The manufacturing method of the refractive index distribution type optical transmission body according to claim 1, wherein the heating temperature is 50 ° C. or less. 重合開始剤の10時間半減期温度が20℃から70℃である請求項5記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to claim 5, wherein the polymerization initiator has a 10-hour half-life temperature of 20 to 70 ° C. 重合開始剤が、有機過酸化物、過硫酸塩類およびアゾ系化合物からなる群から選択される請求項6記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to claim 6, wherein the polymerization initiator is selected from the group consisting of organic peroxides, persulfates, and azo compounds. モノマーが、メタクリル酸エステルまたはアクリル酸エステルである請求項1から7のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of claims 1 to 7, wherein the monomer is methacrylic acid ester or acrylic acid ester. ポリマーが、ポリアルファメチルスチレンからなる群から選択される請求項1から8のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of claims 1 to 8, wherein the polymer is selected from the group consisting of polyalphamethylstyrene. 重合容器を鉛直方向に対して10度から90度傾けることにより、重合容器内の高さの50%を超える長さの光伝送体を作製する請求項1から9のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The optical transmission body having a length exceeding 50% of the height in the polymerization container is produced by tilting the polymerization container from 10 degrees to 90 degrees with respect to the vertical direction. A method of manufacturing a refractive index distribution type optical transmission body. 重合容器内の高さの75%以上の長さの光伝送体を作製する請求項10記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to claim 10, wherein an optical transmitter having a length of 75% or more of the height in the polymerization vessel is prepared. さらに、重合容器内に重合禁止剤または重合抑制剤を添加し、重合容器を鉛直方向に対して10度から90度傾けることにより、中心が重合容器の中心軸からずれた光伝送体を作製する請求項1から9のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   Further, a polymerization inhibitor or a polymerization inhibitor is added to the polymerization container, and the polymerization container is tilted from 10 degrees to 90 degrees with respect to the vertical direction to produce an optical transmission body whose center is deviated from the central axis of the polymerization container. A method for manufacturing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of claims 1 to 9. 重合容器を鉛直方向に対して75度から90度傾ける請求項12記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   13. The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to claim 12, wherein the polymerization container is tilted from 75 degrees to 90 degrees with respect to the vertical direction. 重合禁止剤がハイドロキノン化合物もしくはその誘導体、2,2−ジフェニル−1ピクリルヒドラジルまたはニトロベンゼンである請求項12または13に記載のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   14. The refractive index distribution type optical transmitter according to claim 12, wherein the polymerization inhibitor is a hydroquinone compound or a derivative thereof, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, or nitrobenzene. Method. 重合禁止剤の添加量がモノマーに対して、0.0001〜0.002重量%である請求項12から14のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of claims 12 to 14, wherein the addition amount of the polymerization inhibitor is 0.0001 to 0.002 wt% with respect to the monomer. ポリマーの代わりに、低分子化合物として、プロピオン酸系エステルまたはイソ酪酸系エステルを添加する請求項10から15のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法。   The method for producing a refractive index distribution type optical transmitter according to any one of claims 10 to 15, wherein a propionic acid ester or an isobutyric acid ester is added as a low-molecular compound instead of the polymer. 請求項1から16のいずれか1項に記載の屈折率分布型の光伝送体の作製方法により作製された光伝送体。   An optical transmission body manufactured by the method for manufacturing a refractive index distribution type optical transmission body according to any one of claims 1 to 16.
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