JPH0363490B2 - - Google Patents

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JPH0363490B2
JPH0363490B2 JP14207184A JP14207184A JPH0363490B2 JP H0363490 B2 JPH0363490 B2 JP H0363490B2 JP 14207184 A JP14207184 A JP 14207184A JP 14207184 A JP14207184 A JP 14207184A JP H0363490 B2 JPH0363490 B2 JP H0363490B2
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JP
Japan
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monomer
refractive index
spherical
lens
mold
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JP14207184A
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Japanese (ja)
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JPS6120714A (en
Inventor
Yasuji Ootsuka
Yasuhiro Koike
Juichi Aoki
Akio Takigawa
Koichi Maeda
Ikuo Tago
Motoaki Yoshida
Makuroofurin Hooru
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
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  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 1 発明の技術分野 本発明は、軸方向に屈折率分布を有する合成樹
脂光学素子の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 1. Technical Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a synthetic resin optical element having a refractive index distribution in the axial direction.

2 従来技術の説明 近年、球面レンズの収差補正を光軸方向に屈折
率分布をつけることに依つて行なう事が提案され
ており、たとえば球面と平面の屈折面に依つて形
成された凸レンズに於いては、光軸方向の屈折率
分布が、次に示す(1)又は(2)、 n(z)=n0(1−tz) (1) n(z)=n0√1− (2) (式中n(z)は球面の中心から光軸方向にz
の距離にある点の屈折率、n0は球面の中心の屈折
率、tは正の定数、zは球面の中心からの光軸方
向の距離)を満たす様であれば、レンズの球面収
差が飛躍的に減少することが理論的に示されてい
る。
2 Description of the Prior Art In recent years, it has been proposed to correct aberrations of spherical lenses by creating a refractive index distribution in the optical axis direction. Then, the refractive index distribution in the optical axis direction is as follows (1) or (2), n(z)=n 0 (1-tz) (1) n(z)=n 0 √1- (2 ) (In the formula, n(z) is z in the optical axis direction from the center of the spherical surface.
, n0 is the refractive index at the center of the spherical surface, t is a positive constant, and z is the distance from the center of the spherical surface in the optical axis direction) Theoretically, it has been shown that this can be dramatically reduced.

上記のような軸方向屈折率分布レンズは一般に
等屈折率面がすべて光軸に垂直であるような三次
元分布をもつが、これ以外に等屈折率面が曲面を
成すものも考えられる。
The above-mentioned axially graded index lens generally has a three-dimensional distribution in which all of the equirefractive index surfaces are perpendicular to the optical axis, but it is also possible to consider lenses in which the equirefractive index surfaces are curved.

この概念を拡大すれば、球面レンズに等屈折率
面が平面または或る曲率の球面である様な屈折率
分布をつける事に依つて収差を自由に決定する事
が出来ると考えられ、この技術は、単に1個のレ
ンズの収差補正のみならず、例えば、複数のレン
ズの組み合せから成るレンズシステム中で或るレ
ンズに関して要求される焦点距離と収差のあらゆ
る組合せを実現できるものとしても非常に有用で
ある。
Expanding this concept, it is thought that aberrations can be determined freely by giving a spherical lens a refractive index distribution such that the equirefractive index surface is a flat surface or a spherical surface of a certain curvature. is very useful not only for correcting aberrations of a single lens, but also for realizing all combinations of focal length and aberration required for a certain lens in a lens system consisting of a combination of multiple lenses. It is.

3 従来技術の問題点 この様な屈折率分布を形成する為には、素材中
に所定の屈折率分布を示現する組成分布を形成す
れば良く、たとえば無機ガラスを使用する場合に
はイオン交換やCBD法などの方法によつて形成
できる。しかしながら無機ガラスを使用する場
合、イオン交換にしてもCVDにしても、莫大な
熱や真空の設備を必要とし、余り実用的ではな
い。従つて、屈折率分布をもつた曲面レンズを製
造するには、有機ガラスが有利である。
3 Problems with the prior art In order to form such a refractive index distribution, it is sufficient to form a composition distribution that exhibits a predetermined refractive index distribution in the material. For example, when using inorganic glass, ion exchange or It can be formed by methods such as the CBD method. However, when using inorganic glass, both ion exchange and CVD require enormous amounts of heat and vacuum equipment, which is not very practical. Therefore, organic glasses are advantageous for manufacturing curved lenses with a refractive index distribution.

一方、合成樹脂を使用して光学機器などに使用
するレンズを製造することは近年盛んになつてお
り、プラスチツクレンズを用いたカメラも最近製
作されている。
On the other hand, the production of lenses for use in optical devices using synthetic resins has become popular in recent years, and cameras using plastic lenses have also recently been produced.

特に、球面収差が減少する非球面レンズを精密
射出成形によつて製造する試みが最近行なわれて
いるが、精密な形状精度を有する金型を製造する
ことは非常に難しく、更には射出成形によつて生
じる歪みを除去することも難しいので、所望の性
能が得られていないのが現状である。このような
欠陥は前記のような屈折率分布を形成した球面レ
ンズを製造することで大幅に改善することができ
る。前記のような屈折率分布を形成した球面レン
ズを製造する方法としては、平板又は円柱状の合
成樹脂母材に前記のような屈折率分布を形成した
後、後加工(切削、研磨等)をして球面レンズと
する方法が既に知られている。しかし、このよう
な方法では、切削又は研磨などの後加工に時間と
コストがかかり、更に、形成した屈折率分布を全
て有効に使えないなどという欠点がある。
In particular, attempts have been made recently to manufacture aspherical lenses that reduce spherical aberration by precision injection molding, but it is extremely difficult to manufacture molds with precise shape accuracy, and furthermore, injection molding is difficult. Since it is difficult to remove the resulting distortion, the current situation is that the desired performance cannot be obtained. Such defects can be significantly improved by manufacturing a spherical lens having the above-mentioned refractive index distribution. A method for manufacturing a spherical lens with the above-mentioned refractive index distribution is to form the above-mentioned refractive index distribution on a flat or cylindrical synthetic resin base material, and then perform post-processing (cutting, polishing, etc.). A method is already known in which a spherical lens is formed by using a spherical lens. However, such a method has disadvantages in that post-processing such as cutting or polishing requires time and cost, and furthermore, the formed refractive index distribution cannot be used effectively.

ところで、有機ガラスを用いて半径方向に屈折
率分布を有する自己集束性の光学素子を製造する
方法として良く知られているものに、例えば特公
昭52−5857に記載されているような2段階共重合
法が挙げられるが、これは、架橋性重合体を形成
する単量体を半ば重合させてゲル状態にしてお
き、その表面から別の単量体をゲル物体内へ拡散
させて単量体組成分布を形成し、次いで重合を完
結させることに依つて単量体組成分布を固定する
ものであり、この方法を軸方向分布レンズの製造
にそのまま適用した場合、屈折率分布の等分布面
形状が一様な平面または球面とならず局部的な歪
みを生じやすい。
By the way, a well-known method for manufacturing a self-focusing optical element having a radial refractive index distribution using organic glass includes a two-step process as described in Japanese Patent Publication No. 52-5857. One example is the polymerization method, which involves semi-polymerizing the monomers that form the crosslinkable polymer into a gel state, and then diffusing another monomer from the surface into the gel body to form the monomer. The monomer composition distribution is fixed by forming a composition distribution and then completing the polymerization, and if this method is applied directly to the manufacture of axially distributed lenses, the shape of the surface with a uniform distribution of refractive index will be obtained. The surface is not uniformly flat or spherical, and local distortions tend to occur.

すなわち、ゲル状態の物体表面は比較的大きい
凹凸を有しているため、このゲル体面から単量体
を拡散させると拡散単量体の等濃度面、言い換え
れば等屈折率分布面は上記のゲル体表面凹凸に従
つた歪みのある分布面となり、さらに単量体拡散
に伴なつて上記ゲル体が膨潤して等屈折率分布面
の歪みは一層拡大されるという問題がある。
In other words, since the surface of an object in a gel state has relatively large irregularities, when a monomer is diffused from this gel surface, the isoconcentration surface of the diffused monomer, in other words, the equirefractive index distribution surface, is the same as that of the above gel. There is a problem that the distribution surface is distorted according to the unevenness of the body surface, and furthermore, the gel body swells as the monomer diffuses, and the distortion of the uniform refractive index distribution surface is further expanded.

4 発明の目的 本発明の目的は、この様な軸方向屈折率分布を
有した球面レンズの製造方法において、上記の様
な成形上の困難を解決し得る一体成形法を提供す
ることにある。
4. Object of the Invention The object of the present invention is to provide an integral molding method that can solve the above-mentioned difficulties in molding in a method of manufacturing a spherical lens having such an axial refractive index distribution.

5 発明の概要 上記の目的を達成する本発明方法は、 (a) 重合体になつた時の屈折率及び単量体反応性
比が異なる、少くとも2種の単量体を含む単量
体混合物を対向する一対の平面壁と一定の曲率
半径の球面壁とを有する容器中に保持する工
程、および、 (b) その容器中の単量体混合物の各部分に加わる
エネルギーが重力及び慣性力に依るもの以外は
実質的に均一である様な条件に静置する等によ
り重合反応を遍在的に進行させて、析出する重
合体を重力および/または慣性力を用いて沈降
させ、単量体混合物の全体をゲル状態とする工
程、および、 (c) ゲル状態となつた単量体混合物を最終的に加
熱して重合を完結させる工程 を含む屈折率分布を有する合成樹脂光学素子を一
体成形に依つて製造する方法を要旨としている。
5 Summary of the Invention The method of the present invention which achieves the above objects comprises: (a) a monomer containing at least two types of monomers having different refractive indexes and monomer reactivity ratios when turned into polymers; (b) holding the mixture in a container having a pair of opposing planar walls and a spherical wall of constant radius of curvature; The polymerization reaction is allowed to proceed ubiquitously by standing under conditions that are substantially uniform except for those caused by and (c) a step of finally heating the monomer mixture in the gel state to complete the polymerization. The gist is a manufacturing method that relies on molding.

本発明に使用される単量体混合物に含まれる単
量体は複数であれば何種類でも良いが、その中で
少くとも2種類は次の様な条件を満たしていなく
てはならない。
The monomer mixture used in the present invention may contain any number of monomers as long as they are plural, but at least two of them must satisfy the following conditions.

(1) 単量体反応性比が異なる。(1) Different monomer reactivity ratios.

(2) それぞれの単量体から得られるホモポリマー
の屈折率が異なる。
(2) The refractive index of homopolymers obtained from each monomer is different.

以下、本発明に関して詳細に説明する。本発明
は基本的には重合体になつた時の屈折率及び単量
体反応性比が異なる2種以上の単量体の重合反応
に於ける知見を基礎に完成されたものである。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail. The present invention was basically completed based on the findings in the polymerization reaction of two or more types of monomers having different refractive indexes and monomer reactivity ratios when turned into polymers.

すなわち、下記条件を満足するようなX種類
(Xはすくなくとも2)の単量体M1,M2,M3
Mxの混合物を、例えば前述の特公昭52−5857に
記載の重合方法によつて重合する。一般に多元共
重合反応では次のようになる。
That is, X types (X is at least 2) of monomers M 1 , M 2 , M 3 ... that satisfy the following conditions.
The mixture of M x is polymerized, for example, by the polymerization method described in the aforementioned Japanese Patent Publication No. 52-5857. In general, multicomponent copolymerization reactions are as follows.

生長反応〜〜〜〜Mi※+Mj※の速度定数をKij
とすれば反応性比Rijは Rij=Kii/Kij と定義され、X元共重合にはX(X−1)個の反
応性比がある。
The rate constant of the growth reaction ~ ~ ~ ~ Mi * + Mj * is Kij
Then, the reactivity ratio Rij is defined as Rij=Kii/Kij, and there are X (X-1) reactivity ratios in the X element copolymerization.

本発明の単量体の組合せが満足すべき条件を示
す。いま、二つの整数i,jは1≦iおよびj≦
x,i<jなる関係があるとき、 (1) 反応性比に関して (Rij(Mi/Mj)n+1)/{(Mi/Mj)n+Rij}>1.
1 ここで(Mi/Mj)nは単量体Miと単量体Mj
の混合モル比である。
The monomer combinations of the present invention indicate the conditions to be satisfied. Now, two integers i and j are 1≦i and j≦
When there is a relationship x,i<j, (1) Regarding the reactivity ratio (Rij (Mi/Mj) n +1)/{(Mi/Mj) n +Rij}>1.
1 Here, (Mi/Mj) n is monomer Mi and monomer Mj
The mixing molar ratio of

(2) 屈折率に関して (2a)Ni(Miホモポリマーの屈折率)<Nj
(Mjホモポリマーの屈折率)又は、 (2b)Ni(¨¨¨¨¨¨)>Nj(¨¨¨¨¨) である必要がある。
(2) Regarding refractive index (2a) Ni (refractive index of Mi homopolymer) <Nj
(Mj homopolymer refractive index) or (2b)Ni(¨¨¨¨¨¨)>Nj(¨¨¨¨¨).

X=3の場合について具体的に説明する。三元
共重合では次の9種類の生長反応が競合しておこ
る。
The case where X=3 will be specifically explained. In ternary copolymerization, the following nine types of growth reactions occur in competition.

〜〜〜M1※ +M1→〜〜〜M1※ (速度定数K11) 〜〜〜M1※ +M2→〜〜〜M2※ ( 〃 K12) 〜〜〜M1※ +M3→〜〜〜M3※ ( 〃 K13) 〜〜〜M2※ +M1→〜〜〜M1※ ( 〃 K21) 〜〜〜M2※ +M2→〜〜〜M2※ (速度定数K22) 〜〜〜M2※ +M3→〜〜〜M3※ ( 〃 K23) 〜〜〜M3※ +M1→〜〜〜M1※ ( 〃 K31) 〜〜〜M3※ +M2→〜〜〜M2※ ( 〃 K32) 〜〜〜M3※ +M3→〜〜〜M3※ ( 〃 K33) 単量体反応性比は(3)式によつて定義される。 〜〜〜M 1 ※ +M 1 →〜〜〜M 1 ※ (Rate constant K 11 ) 〜〜〜M 1 ※ +M 2 →〜〜〜M 2 ※ ( 〃 K 12 ) 〜〜〜M 1 ※ +M 3 → 〜〜〜M 3 * ( 〃 K 13 ) 〜〜〜M 2 ※ +M 1 →〜〜〜M 1 ※ ( 〃 K 21 ) 〜〜〜M 2 ※ +M 2 →〜〜〜M 2 ※ (rate constant K 22 ) ~~~M 2 * +M 3 →~~~M 3 * ( 〃 K 23 ) ~~~M 3 * +M 1 → ~~~M 1 * ( 〃 K 31 ) ~~~M 3 * +M 2 →〜〜〜M 2 * ( 〃 K 32 ) 〜〜〜M 3 * +M 3 →〜〜〜M 3 * ( 〃 K 33 ) The monomer reactivity ratio is defined by equation (3).

R12=K11/K12 R21=K22/K21 R13=K11/K13 R31=K33/K31 R23=K22/K23 R32=K33/K32 (3) 本発明の単量体M1,M2,M3の組合せが満た
すべき条件は (1) 反応性比に関して (R12(M1/M2n+1)/{(M1/M2n+R21}>1.
1(4) (R13(M1/M3n+1)/{(M1/M3n+R31}>1.
1(5) (R23(M2/M3n+1)/{(M2/M3n+R23}>1.
1(6) ここで(Mi/Mj)nは単量体Miと単量体Mjの
混合モル比である。
R 12 =K 11 /K 12 R 21 =K 22 /K 21 R 13 =K 11 /K 13 R 31 =K 33 /K 31 R 23 =K 22 /K 23 R 32 =K 33 /K 32 (3 ) The conditions that the combination of monomers M 1 , M 2 , and M 3 of the present invention must satisfy are (1) Regarding the reactivity ratio (R 12 (M 1 /M 2 ) n +1)/{(M 1 /M 2 ) n + R 21 }>1.
1(4) (R 13 (M 1 /M 3 ) n + 1) / {(M 1 /M 3 ) n + R 31 }>1.
1(5) (R 23 (M 2 /M 3 ) n + 1) / {(M 2 /M 3 ) n + R 23 }>1.
1(6) where (Mi/Mj) n is the mixing molar ratio of monomer Mi and monomer Mj.

(2) 屈折率に関して (2a)ni(Miホモポリマーの屈折率)<n2
(M2ホモポリマーの屈折率)<n3(M3ホモポリ
マーの屈折率)又は、 (2b)n2>n2>n3 となる。ここで|n3−n2|および|n2−n1
はともに少なくとも0.005であることが好まし
い。
(2) Regarding refractive index (2a) ni (refractive index of Mi homopolymer) < n 2
(Refractive index of M 2 homopolymer) < n 3 (Refractive index of M 3 homopolymer) or (2b) n 2 > n 2 > n 3 . where |n 3 −n 2 | and |n 2 −n 1 |
are preferably both at least 0.005.

条件(1)は三元共重合の進行とともに最初単量体
M1が急速に重合し、次いで単量体M2が重合し、
単量体M3が最も遅れて重合することを示してい
る。言い換えれば重合初期に生成する共重合体は
単量体M1を多量に含んでいるが、重合の進行に
つれてM1の含有量は急速に低下し、かわつて単
量体M2の含有量が増加する。更に重合が進行す
ればM2の含有量も低下し、単量体M3の含有量が
増加することとなる。ここで条件(2a)が満足
されておれば、重合の進行とともに生成する共重
合体の屈折率が増すが、単量体の種類、単量体の
仕込比を調節することにより、共重合体の屈折率
を重合転化率とともに広い転化率の範囲にわたつ
てなだらかに増加させることができる。条件
(2b)が満足されていれば共重合体の屈折率は重
合転化率とともに低下する。
Condition (1) is that as the terpolymerization progresses, the initial monomer
M 1 rapidly polymerizes, then monomer M 2 polymerizes,
It shows that monomer M 3 polymerizes most slowly. In other words, the copolymer formed at the initial stage of polymerization contains a large amount of monomer M1 , but as the polymerization progresses, the content of M1 rapidly decreases until the content of monomer M2 decreases. To increase. As the polymerization progresses further, the content of M 2 also decreases, and the content of monomer M 3 increases. If condition (2a) is satisfied, the refractive index of the copolymer produced will increase as the polymerization progresses, but by adjusting the type of monomer and the monomer charging ratio, the refractive index of the copolymer will increase as the polymerization progresses. The refractive index of the polymer can be gradually increased with the polymerization conversion rate over a wide range of conversion rates. If condition (2b) is satisfied, the refractive index of the copolymer decreases with the polymerization conversion rate.

2種類の単量体M1,M2の組合せの場合には反
応性に関して(4)式が成立すればよい(ただしこの
場合R12,R21はそれぞれR1,R2と表わすのが普
通である)。
In the case of a combination of two types of monomers M 1 and M 2 , it is sufficient that equation (4) holds regarding the reactivity (However, in this case, R 12 and R 21 are usually expressed as R 1 and R 2 , respectively. ).

本発明においては、生成した共重合体と残存単
量体との親和性が之しいような単量体系を選ぶの
が望ましい。重合反応は系内の全域にわたつて等
しい速度で進行するから、重合熱の発生は系内の
あらゆる場所で等しく、温度の不均一を生ずるこ
とはなく、したがつて対流は起り得ない。
In the present invention, it is desirable to select a monomer system that has a good affinity between the produced copolymer and the remaining monomers. Since the polymerization reaction proceeds at the same rate throughout the system, the generation of polymerization heat is the same everywhere in the system, creating no temperature non-uniformity, and therefore no convection can occur.

析出共重合体が対流によつて移動させられるこ
とはない。析出共重合体は重力および/または慣
性力の作用によつて沈降するので重合反応の進行
とともに重合体層(単量体が含まれている)が形
成され、組成分布、ひいては屈折率分布が形成さ
れる。屈折率に関しては(2a)の条件が満足さ
れる単量体系では最初に析出沈降した部分の屈折
率が低く、最後に析出した部分が高くなる。
The precipitated copolymer is not transported by convection. Since the precipitated copolymer settles under the action of gravity and/or inertia, a polymer layer (containing monomers) is formed as the polymerization reaction progresses, forming a composition distribution and, ultimately, a refractive index distribution. be done. Regarding the refractive index, in a monomer system that satisfies the condition (2a), the refractive index of the part that is precipitated and precipitated first is low, and the refractive index of the part that is precipitated last is high.

条件(2b)の場合にはこの逆となる。The opposite is true for condition (2b).

本発明に使用することができる単量体として
は、透明な重合体を形成する単量体であることが
好ましいが、単一重合体が例えば高度の結晶性の
為に不透明になり易くても、共重合した場合に透
明になる様であれば、用いることができる。本発
明で使用できる単量体としては、ビニル基、アク
リル基、メタクリル基、アリル基などの重合性二
重結合を1種又は2種以上有した化合物が好適で
あり、例を挙げれば、塩化ビニル、酢酸ビニル、
スチレン、フエニル酢酸ビニル、安息香酸ビニ
ル、弗化ビニル、ビニルナフタレン、弗化ビニリ
デン、塩化ビニリデン、アクリル酸メチル、アク
リル酸エチル、アクリル酸2,2,2−トリフロ
ロエチル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フエ
ニル、アクリル酸ナフチル、メタクリル酸メチ
ル、メタクリル酸エチル、アクリロニトリル、メ
タクリル酸2,2,2−トリフロロエチル、メタ
クリル酸フエニル、メタクリル酸ベンジル、メタ
クリル酸ナフチル、メタクリル酸1,1,3−ト
リヒドロパーフロロプロピル、安息香酸アリル、
フエニルアリルエーテル、メタクリロニトリル、
α−メチルスチレン、パラクロロスチレン、ブタ
ジエン、1,5−ヘキサジエン、アクリル酸ビニ
ル、メタクリル酸ビニル、フタル酸ジビニル、イ
ソフタル酸ジビニル、ジビニルベンゼン、ジビニ
ルナフタレン、エチレングリコールジビニルエー
テル、α−ナフトエ酸ビニル、β−ナフトエ酸ビ
ニル、フタル酸ジアリル、イソフタル酸ジアリ
ル、アクリル酸アリル、メタクリル酸アリル、メ
タクリル酸β−メタリル、無水メタクリル酸、ジ
エチレングリコールビスアリルエーテル、ジエチ
レングリコールビスアリルカーボネート、テトラ
エチレングリコールジメタクリレート、ビスフエ
ノールAジメタクリレート、トリメリト酸トリア
リル、リン酸トリアリル、亜リン酸トリアリル、
ジフエニルジアリルシラン、ジフエニルジビニル
シランなどである。
Monomers that can be used in the present invention are preferably monomers that form transparent polymers, but even if a single polymer tends to become opaque due to, for example, a high degree of crystallinity, If it becomes transparent when copolymerized, it can be used. As monomers that can be used in the present invention, compounds having one or more types of polymerizable double bonds such as vinyl groups, acrylic groups, methacrylic groups, and allyl groups are suitable; vinyl, vinyl acetate,
Styrene, phenyl vinyl acetate, vinyl benzoate, vinyl fluoride, vinylnaphthalene, vinylidene fluoride, vinylidene chloride, methyl acrylate, ethyl acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, benzyl acrylate, acrylic acid Phenyl, naphthyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, acrylonitrile, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, phenyl methacrylate, benzyl methacrylate, naphthyl methacrylate, 1,1,3-trihydro methacrylate perfluoropropyl, allyl benzoate,
phenyl allyl ether, methacrylonitrile,
α-methylstyrene, parachlorostyrene, butadiene, 1,5-hexadiene, vinyl acrylate, vinyl methacrylate, divinyl phthalate, divinyl isophthalate, divinylbenzene, divinylnaphthalene, ethylene glycol divinyl ether, vinyl naphthoate, β-vinyl naphthoate, diallyl phthalate, diallyl isophthalate, allyl acrylate, allyl methacrylate, β-methallyl methacrylate, methacrylic anhydride, diethylene glycol bisallyl ether, diethylene glycol bisallyl carbonate, tetraethylene glycol dimethacrylate, bisphenol A dimethacrylate, triallyl trimellitate, triallyl phosphate, triallyl phosphite,
These include diphenyldiallylsilane and diphenyldivinylsilane.

この様な単量体の中から反応性比ならびに屈折
率の条件を満たす単量体を選び、その混合物に、
過酸化物やアゾ化合物などの熱ラジカル開始剤を
加えても良い。たとえば過酸化ベンゾイル、アゾ
ビスt−ブタン、アゾビスイソブチロニトリルな
どである。
Among these monomers, select monomers that satisfy the conditions of reactivity ratio and refractive index, and add to the mixture,
A thermal radical initiator such as a peroxide or an azo compound may be added. Examples include benzoyl peroxide, azobis-t-butane, and azobisisobutyronitrile.

単量体混合物は成形型に入れられ、所定の形状
に保持される。例えば、金属、ガラス等からなる
レンズ成形型の平面壁と球面壁で囲まれる成形空
間内に液状の単量体混合物を充填し、そのレンズ
中心軸を垂直にして静置するか、又は中心軸を軸
として回転させる。単量体混合物を充填した成形
型は、その各部分に加わるエネルギーが重力及び
慣性力を除いて実質的に均一である様な条件下に
静置される。すなわち、一方向から光が照射され
たり、近傍に発熱体のない様な条件である。熱を
加える場合には周囲から均一に加わる様にし、昇
温速度も、容器の中心部と周辺部の熱媒に熱触し
ている部分で温度勾配を生じない様な緩やかなも
のでなくてはならない。この様な条件下では、容
器内部の各部分に於いて重合反応が実質的に均一
に進行することになり、或る時点をとつてみれば
この容器内のどこを見ても同一組成の共重合体が
形成中であることになる。
The monomer mixture is placed in a mold and held in a predetermined shape. For example, a liquid monomer mixture is filled in a molding space surrounded by a flat wall and a spherical wall of a lens mold made of metal, glass, etc., and the lens is left standing with the center axis perpendicular to the center, or Rotate around the axis. The mold filled with the monomer mixture is placed under conditions such that the energy applied to each part of the mold is substantially uniform except for gravitational and inertial forces. That is, the conditions are such that light is irradiated from one direction and there is no heating element nearby. When applying heat, make sure that it is applied uniformly from the surrounding area, and that the rate of temperature rise is not so slow that a temperature gradient occurs between the center of the container and the parts that are in contact with the heating medium at the periphery. Must not be. Under such conditions, the polymerization reaction will proceed substantially uniformly in each part of the container, and at a certain point, the same composition will be found everywhere within the container. A polymer will be forming.

この様な条件に置かれた重合系に於いては、実
質的に方向性のある力としては重力および/また
は慣性力のみが働いており、系内で形成された重
合体はその合力方向へ析出して行く。
In a polymerization system under such conditions, only gravity and/or inertia force act as directional forces, and the polymer formed within the system moves in the direction of the resultant force. It begins to precipitate.

重合系内に於ける単量体混合物中での重合体の
析出が完了した後、重合を完結させるために加熱
する。重合体の析出は単に重合体のみでなく単量
体を含んだ形で起こるからである。
After precipitation of the polymer in the monomer mixture in the polymerization system is completed, heating is performed to complete the polymerization. This is because the precipitation of the polymer occurs in a form containing not only the polymer but also the monomer.

5 発明の効果 本発明方法によれば、球面収差の小さい球面レ
ンズのみならず、要求される焦点距離と球面収差
を有するレンズを一体成形することができ、後加
工などの工程が不要なので、現在製造されている
プラスチツク成形レンズと殆んど同等のコストで
精密な屈折率分布を有した球面レンズを製造する
ことができる。
5 Effects of the Invention According to the method of the present invention, not only a spherical lens with small spherical aberration, but also a lens with the required focal length and spherical aberration can be integrally molded, and there is no need for post-processing steps, so A spherical lens with a precise refractive index distribution can be manufactured at almost the same cost as manufactured plastic molded lenses.

また、本発明方法によれば、当初の析出共重合
体層は容器壁面上に形成され、後はこの重合体層
上に順次屈折率の異なる重合体層が析出積層して
いくので、上記容器壁を充分な平滑な面にしてお
けばこの容器壁面に沿つた局部歪みのない均一な
等屈折率分布面を得ることができ、このように容
器壁面を高度の平滑面とすることは前述した二段
階共重合法のようにゲル体表面を平滑化する場合
に比べて極めて容易である。
Furthermore, according to the method of the present invention, an initial precipitated copolymer layer is formed on the wall surface of the container, and later, polymer layers having different refractive indexes are sequentially deposited and laminated on this polymer layer. If the wall is made sufficiently smooth, it is possible to obtain a homogeneous refractive index distribution surface without local distortion along the wall of the container, and as mentioned above, making the wall of the container a highly smooth surface can be achieved. This method is much easier than the two-step copolymerization method in which the surface of the gel body is smoothed.

6 実施例 以下に実施例を用いて本発明を更に詳細に説明
する。
6 Examples The present invention will be explained in more detail below using examples.

本発明方法で成形できる軸方向屈折率分布レン
ズの種々の例を第1図A〜Fに示す。
Various examples of axial graded index lenses that can be formed by the method of the present invention are shown in FIGS. 1A to 1F.

これらのレンズ10は一方の屈折面11Aが平
面で他方の屈折面11Bが凸または凹の球面で構
成され、その内部にはレンズ光軸方向に変化する
屈折率分布が与えられている。そして等屈折率面
12は第1図B,Eのものは光軸に垂直であり、
A,Fに示したものは球面屈折面11Bとほぼ曲
率中心を一致させた球面形状をを成し、C,Dに
示したレンズは球面屈折面と反対方向に曲率中心
をもつ球面形状を成している。
Each of these lenses 10 has one refractive surface 11A that is a flat surface and the other refractive surface 11B that is a convex or concave spherical surface, and is provided with a refractive index distribution that changes in the lens optical axis direction. The equirefractive index surfaces 12 in FIGS. 1B and E are perpendicular to the optical axis,
The lenses shown in A and F have a spherical shape with the center of curvature almost coinciding with the spherical refractive surface 11B, and the lenses shown in C and D have a spherical shape with the center of curvature in the opposite direction to the spherical refractive surface 11B. are doing.

また、第1図A〜Fの各レンズにおいて屈折率
の増減方向は、球面屈折率面側を最大として平面
屈折面11Aに向けて順次減少する分布をもつ場
合と、逆に平面屈折面11A側を最大として球面
屈折面11B側に向けて順次減少する分布をもつ
場合の二通りがある。
Furthermore, in each of the lenses shown in FIGS. 1A to 1F, the direction of increase/decrease in the refractive index is such that there is a distribution in which the maximum is on the spherical refractive index surface side and the distribution decreases sequentially toward the flat refractive surface 11A, and vice versa. There are two cases in which the distribution has a maximum value of 0 and gradually decreases toward the spherical refractive surface 11B side.

上記のレンズ形状と屈折率分布の組み合せは単
一レンズで低収差とするかあるいは組み合せて使
用する他のレンズの収差を補正し得る正または負
の収差をもつレンズとする等の用途に応じて適宜
選択され、本発明方法はこれらいずれのタイプの
レンズも製造が可能である。次に製造方法の好適
例について説明する。
The combination of the above lens shape and refractive index distribution can be used as a single lens with low aberrations, or as a lens with positive or negative aberrations that can correct the aberrations of other lenses used in combination, depending on the application. If selected appropriately, the method of the present invention can produce any of these types of lenses. Next, a preferred example of the manufacturing method will be described.

第2図に示す様な平面型面2Aと凹球面型面2
Bで囲まれる成型空間をもつ成形型2に、たとえ
ばメタクリル酸メチルと安息香酸のビニルの混合
物に過酸化ベンゾイルを少量添加した混合物1を
入れて平面型面2Aを下にして静置する。この系
ではメタクリル酸メチルが先に重合して行き、メ
タクリル酸メチルモノマーが減少して行くと安息
香酸ビニルの重合する割合が増えて行く。生成し
たポリマーは平面型面2B上に漸次堆積してい
き、遂には成形型内の充填物全体がゲル状物とな
る。これに熱処理を加えて重合を完結させ、成形
型2より取り出すと球面側から光軸方向に屈折率
が除々に減少する凸レンズとなつている。
Planar mold surface 2A and concave spherical mold surface 2 as shown in Fig. 2
Mixture 1, for example, a mixture of methyl methacrylate and vinyl benzoate to which a small amount of benzoyl peroxide is added, is placed in a mold 2 having a molding space surrounded by B, and the mixture 1 is left standing with the flat mold surface 2A facing down. In this system, methyl methacrylate is polymerized first, and as the methyl methacrylate monomer decreases, the proportion of vinyl benzoate polymerized increases. The generated polymer gradually accumulates on the plane mold surface 2B, and finally the entire filling in the mold becomes a gel-like substance. When this is heat-treated to complete polymerization and taken out from the mold 2, it becomes a convex lens whose refractive index gradually decreases from the spherical side toward the optical axis.

このレンズは球面収差が非常に小さなレンズで
ある。第3図に示した様に球面型面2Bを下にし
て同様のことを行なえば、逆に球面側から光軸方
向に屈折率が徐々に増大する凸レンズとなるが、
この様なレンズは、絶対値が等しく符合が逆の球
面収差ができるレンズシステムで使用するのに適
している。
This lens has extremely small spherical aberration. If you do the same thing with the spherical surface 2B facing down as shown in FIG. 3, you will end up with a convex lens whose refractive index gradually increases from the spherical side toward the optical axis.
Such lenses are suitable for use in lens systems that produce spherical aberrations of equal absolute value and opposite sign.

また、同様のモノマー系で第5図に示した様な
平面型面2Aと凸球面型面2Cを対向して設けた
成形型を用いて球面側を下にして成形すると球面
収差の非常に小さな凹レンズを作ることができ、
第4図に示した様に平面側を下にして成形する
と、逆に球面収差の大きな凹レンズになるが、こ
の様なレンズは、凸レンズの場合と同様に絶対値
が等しく符合が逆の球面収差を補正する凹レンズ
を必要とするレンズシステムで有用である。
In addition, when molding with the spherical side facing down using a mold with a flat mold surface 2A and a convex spherical mold surface 2C facing each other as shown in Fig. 5 using the same monomer system, the spherical aberration is extremely small. Can make concave lenses,
When molded with the flat side facing down as shown in Figure 4, it becomes a concave lens with large spherical aberration, but like a convex lens, such a lens has spherical aberration with equal absolute values and opposite signs. Useful in lens systems that require a concave lens to correct for.

第1図Aに示した様な屈折率分布を有する凸レ
ンズを作製するには、第3図に示した様な成形型
に例えば前記と同様の組成のモノマー混合物を入
れ、内部がゲル状態となるまで容器を中心軸3の
まわりに回転させる。回転速度を適当に選べば、
型内壁球面に対して同心円の等屈折率球面の屈折
率分布を形成することができる。重合を完結させ
てとり出した凸レンズは、これもまた低球面収差
の凸レンズである。球面収差の大きさを制御する
には、成形型の回転速度を調節すれば良い。回転
速度が速いと、慣性力がより水平に近い方向に働
くので、ポリマー析出は成形型底面よりも周縁部
においてより速く、従つて完成したレンズは、そ
の等屈折率球面の曲率半径が型内壁球面の曲率半
径よりも小さなものとなる。回転速度が遅いとそ
の逆となる。
In order to produce a convex lens having a refractive index distribution as shown in FIG. 1A, a monomer mixture having the same composition as above is put into a mold as shown in FIG. 3, and the inside becomes a gel state. Rotate the container around the central axis 3 until. If you choose the rotation speed appropriately,
It is possible to form a refractive index distribution of an equirefractive index spherical surface that is concentric with the spherical surface of the mold inner wall. The convex lens taken out after completing the polymerization is also a convex lens with low spherical aberration. The magnitude of spherical aberration can be controlled by adjusting the rotation speed of the mold. When the rotational speed is high, the inertial force acts more horizontally, so polymer precipitation is faster at the periphery than at the bottom of the mold, so the finished lens has a radius of curvature of its equi-index sphere that is closer to the inner wall of the mold. It is smaller than the radius of curvature of a spherical surface. The opposite is true if the rotation speed is slow.

第1図Cに示した様なレンズを作製するには第
2図の様な成形型を用いて、これを中心軸3のま
わりに回転させる。同様に第1図Dの様なレンズ
を作製するには第5図の成形型を、第1図Fの様
なレンズを作製するには第4図に示した様な成形
型をそれぞれ用い、これらを中心軸3のまわりに
回転させる。
To manufacture a lens as shown in FIG. 1C, a mold as shown in FIG. 2 is used and rotated around the central axis 3. Similarly, to make a lens like that shown in FIG. 1D, the mold shown in FIG. 5 is used, and to make a lens like that shown in FIG. 1 F, a mold shown in FIG. 4 is used. These are rotated around the central axis 3.

本発明を実施するに当り、重合によつて単量体
混合物は体積収縮を起すことがあり、容積一定の
密閉された成形型を用いた場合、内部に気泡を生
じることもでてくる。これを防止するためには、
例えば、体積収縮に応じて縮むような容器を使用
するかあるいは次に述べる実施例のように単量体
混合物を補給するようにするとよい。
In carrying out the present invention, the monomer mixture may undergo volumetric contraction due to polymerization, and if a closed mold with a constant volume is used, air bubbles may be generated inside. To prevent this,
For example, it is advisable to use a container that shrinks in response to volumetric contraction, or to replenish the monomer mixture as in the following example.

第6図ないし第9図に示すように成形型2に外
部から成形空間に通じるモノマー補給孔4および
エアー抜き孔(図外)を一箇所ないし複数箇所に
設け、この補給孔4にモノマー溜め容器5を接続
し、この容器5内に単量体混合物1を充填してお
く。これにより成形型2内の単量体混合物が重合
して体積収縮を生じるとモノマー溜め容器5内の
単量体混合物がそのヘツド圧で順次成形型内に流
入し型内における気泡の発生が防止される。
As shown in FIGS. 6 to 9, the mold 2 is provided with a monomer replenishment hole 4 communicating with the molding space from the outside and an air vent hole (not shown) at one or more locations, and the replenishment hole 4 is provided with a monomer reservoir. 5 is connected, and the monomer mixture 1 is filled into the container 5. As a result, when the monomer mixture in the mold 2 polymerizes and shrinks in volume, the monomer mixture in the monomer storage container 5 sequentially flows into the mold under the head pressure, thereby preventing the generation of air bubbles in the mold. be done.

単量体混合物を成形型内に補給する方法として
は上記のように補給容器内に溜めた混合物液のヘ
ツド圧を利用する以外に大気圧以上の圧力を単量
体混合物に負荷して強制注入するようにしてもよ
い。
As a method of replenishing the monomer mixture into the mold, in addition to using the head pressure of the mixture liquid stored in the replenishment container as described above, there is also a method of forcibly injecting the monomer mixture by applying a pressure higher than atmospheric pressure to the monomer mixture. You may also do so.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明方法によつて得られる軸方向屈
折率分布型レンズの種々の例を示す断面図、第2
図は本発明方法で凸面レンズを製作する場合の一
実施例を示す断面図、第3図は本発明の他の実施
例を示す断面図、第4図は本発明方法で凹面レン
ズを製作する場合の一実施例を示す断面図、第5
図は凹面レンズ製作方法の他の実施例を示す断面
図、第6図ないし第9図はレンズ成形型に単量体
混合物の補給装置を付設した例を示す断面図であ
る。 1……単量体混合物、2……成形型、3……中
心軸、4……モノマー補給孔、5……モノマー溜
め容器、10……レンズ、12……等屈折率面。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing various examples of axially graded refractive index lenses obtained by the method of the present invention, and FIG.
The figure is a cross-sectional view showing one embodiment of manufacturing a convex lens using the method of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of manufacturing a concave lens using the method of the present invention. Sectional view showing an example of the case, No. 5
The figure is a sectional view showing another embodiment of the concave lens manufacturing method, and FIGS. 6 to 9 are sectional views showing an example in which a monomer mixture supply device is attached to the lens mold. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Monomer mixture, 2... Molding mold, 3... Central axis, 4... Monomer supply hole, 5... Monomer reservoir container, 10... Lens, 12... Equal refractive index surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 重合体になつた時の屈折率及び単量体反応性
比が異なる少くとも2種の単量体を含む単量体混
合物を平面の成形面と一定の曲率半径の球面成形
面とを有する成形型中に保持する工程、および、
前記混合物中で重合反応を遍在的に進行させて、
析出する重合体を重力および/または慣性力を用
いて沈降させ、単量体混合物の全体をゲル状態と
する工程、および、ゲル状態となつた単量体混合
物を最終的に加熱して重合を完結させる工程、を
含む屈折率分布を有する合成樹脂光学素子を一体
成形に依つて製造する方法。
1 A monomer mixture containing at least two types of monomers having different refractive indexes and monomer reactivity ratios when turned into a polymer has a flat molding surface and a spherical molding surface with a constant radius of curvature. holding it in a mold, and
allowing the polymerization reaction to proceed ubiquitously in the mixture;
A step in which the precipitated polymer is precipitated using gravity and/or inertial force to make the entire monomer mixture into a gel state, and the monomer mixture in the gel state is finally heated to perform polymerization. A method of manufacturing a synthetic resin optical element having a refractive index distribution by integral molding, the method comprising:
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