JPH0585881B2 - - Google Patents

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JPH0585881B2
JPH0585881B2 JP16371984A JP16371984A JPH0585881B2 JP H0585881 B2 JPH0585881 B2 JP H0585881B2 JP 16371984 A JP16371984 A JP 16371984A JP 16371984 A JP16371984 A JP 16371984A JP H0585881 B2 JPH0585881 B2 JP H0585881B2
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JP
Japan
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refractive index
monomer
spherical
mold
lens
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JP16371984A
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Japanese (ja)
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Yasuji Ootsuka
Yasuhiro Koike
Juichi Aoki
Akio Takigawa
Koichi Maeda
Ikuo Tago
Motoaki Yoshida
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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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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、軸方向に変化する屈折率分布をもつ
合成樹脂光学素子の成形方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a method for molding a synthetic resin optical element having a refractive index distribution that changes in the axial direction.

<従来技術> 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、次に示す式(1)又は(2)、 n(z)=np(1−tz) (1) n(z)=np√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、np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。
<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. For example, in a convex lens formed by a spherical and flat refractive surface, The refractive index distribution in the optical axis direction is expressed by the following equation (1) or (2), n(z)=n p (1-tz) (1) n(z)=n p √1- (2 ) (In the formula, n(z) is z in the optical axis direction from the center of the spherical surface.
, n p 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), then the spherical aberration of the lens is 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.

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CVD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。
In order to form such a refractive index distribution, it is only necessary to form a composition distribution that exhibits a predetermined refractive index distribution in the material. For example, when using inorganic glass, methods such as ion exchange or CVD method can be used. It can be formed by twisting it. 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。
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.

<発明が解決しようとする問題点> 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。
<Problems to be Solved by the Invention> However, with this method, post-processing such as cutting or polishing takes time and cost, and furthermore, the formed refractive index distribution cannot be fully 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層
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 polymerization, and if this method is applied directly to the manufacture of axially distributed lenses, it will result in a uniform distribution layer shape with a refractive index distribution. 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
れば等屈折率分布層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
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, an equiconcentration surface of the diffused monomer, in other words, an equirefractive index distribution layer is formed on the gel surface. There is a problem that the distribution surface is distorted according to the unevenness of the body surface, and that the gel body swells as the monomer diffuses and the distortion of the uniform refractive index distribution surface is further expanded.

<問題点を解決する手段> 単量体反応性比および重合体になつたときの屈
折率が異なる二種以上の単量体を含む単量体混合
物を、対向する平面の型面と一定の曲率半径の球
面の型面とをもち、且つ、要部を透明とした成形
型中に充填し、この成形型内充填物に光または電
子線を前記いずれかの型面側から照射して成形型
の内壁面から単量体混合物の重合反応を開始させ
て生成した共重合体を析出させ、単量体混合物の
全体をゲル状態とする。
<Means for solving the problem> A monomer mixture containing two or more types of monomers having different monomer reactivity ratios and different refractive indexes when turned into polymers is placed in a constant position with the opposing plane mold surface. The material is filled into a mold having a spherical mold surface with a radius of curvature and whose main parts are transparent, and the filling material in the mold is irradiated with light or electron beams from either of the mold surfaces. The polymerization reaction of the monomer mixture is initiated from the inner wall surface of the mold, and the produced copolymer is precipitated, thereby turning the entire monomer mixture into a gel state.

次に、ゲル状態となつた単量体混合物を加熱し
て重合を完結させる。
Next, the monomer mixture in a gel state is heated to complete polymerization.

<作用> 共重合の進行とともに最も重合速度の早い特定
の単量体M1が急速に重合し、次いで単量体M2
M3……というように順次重合する。
<Function> As copolymerization progresses, the specific monomer M 1 with the highest polymerization rate rapidly polymerizes, followed by monomer M 2 ,
M 3 ... is polymerized in sequence.

この結果、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
るという反応が次々と生じる。
As a result, the copolymer formed at the initial stage of polymerization contains a large amount of monomer M1 , but as the polymerization progresses,
The content of M 1 decreases rapidly and is replaced by monomeric M 2
content increases. If the polymerization progresses further, M 2
A reaction occurs one after another in which the content of monomer M 3 also decreases and the content of monomer M 3 increases.

上記のように、被照射面において重合を開始さ
せ、重合反応を場所的に限定して重合反応の進行
と共に反応の起る場所が重合転化率の増大と共に
移動し、単量体を適当に選べば、重合開始位置か
ら深部に向けて次第に増大する屈折率分布あるい
は逆に減少する屈折率分布が重合体中に形成され
る。このようにして光または電子線をレンズ光軸
方向に照射すれば、所期の軸方向屈折率分布レン
ズが得られる。
As mentioned above, polymerization is started on the irradiated surface, the polymerization reaction is limited locally, and as the polymerization reaction progresses, the location where the reaction occurs moves as the polymerization conversion rate increases, and the monomer can be appropriately selected. For example, a refractive index distribution that gradually increases or, conversely, decreases from the polymerization initiation position toward the deep part is formed in the polymer. By irradiating light or electron beams in the direction of the optical axis of the lens in this manner, the desired axial gradient index lens can be obtained.

<発明の詳細な説明> 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。
<Detailed Description of the Invention> 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 satisfy the following conditions. Must-have.

(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 the homopolymer obtained from each monomer is different.

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。
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.
...M x mixture, for example,
Polymerize by the polymerization method described in . In general, multicomponent copolymerization reactions are as follows.

生長反応Mi※ +Mj→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→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<iと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 such that X,i<i (1) Regarding the reactivity ratio (Rij (Mi/Mj) n +1)/{(Mi/Mj) n +Rij}>1.
1 Here, (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)<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 the refractive index (2a) Ni (refractive index of Mi homopolymer) < Nj (Mj
(refractive index of homopolymer) 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※ ( 〃 K22) M2※ +M3→M3※ ( 〃 K23) M3※ +M1→M1※ ( 〃 K31) M3※ +M2→M2※ ( 〃 K32) M3※ +M3→M2※ ( 〃 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 * (〃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 2 * (〃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+R32}>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 32 }>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) n1(M1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) n1>n2>n3 となる。ここで|n3−n2|および|n2−n1|はと
もにすくなくとも0.005以上であることが好まし
い。
(2) Regarding the refractive index (2a) n 1 (refractive index of M 1 homopolymer) < n 2 (M 2
(refractive index of homopolymer) < n 3 (refractive index of M 3 homopolymer) or (2b) n 1 > n 2 > n 3 . Here, both |n 3 −n 2 | and |n 2 −n 1 | are preferably at least 0.005 or more.

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ールエーテル、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 bisaryl ether, diethylene glycol bisallyl carbonate, tetraethylene glycol dimethacrylate, bisphenol These include A dimethacrylate, triallyl trimellitate, triallyl phosphate, triallyl phosphite, diphenyldiallylsilane, diphenyldivinylsilane, and the like.

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. For example, benzoyl, azobis
-butane, azobisisobutyronitrile, etc.

<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。
<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. A spherical lens with a precise refractive index distribution can be manufactured at almost the same cost as currently manufactured plastic molded lenses.

また、本発明方法によれば、当初の析出重合体
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、上記容器壁を充分に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
屈折率分布層を得ることができ、このように容器
の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 polymer layer is formed on the container wall surface, and later, polymer layers having different refractive indexes are sequentially deposited and laminated on this polymer layer. If the surface of the container is made sufficiently smooth, it is possible to obtain a homogeneous refractive index distribution layer without local distortion along the wall surface of the container. This method is much easier than the two-step copolymerization method in which the surface of the gel body is smoothed.

<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。
<Example> The present invention will be described in further detail using Examples below.

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。そして等屈折率層
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 layers 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. ing.

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.

例えば第1図のBに示したレンズにおいて球面
側が高屈折率になつていて屈折率分布が前述の式
(1)または(2)で示されるものについては、単体レン
ズの球面収差が非常に小さい。
For example, in the lens shown in Figure 1B, the spherical side has a high refractive index, and the refractive index distribution is expressed by the above formula.
For those shown in (1) or (2), the spherical aberration of the single lens is extremely small.

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.

まず前述した条件(1)及び(2)を満足する単量体よ
り成る単量体混合物を調整する。
First, a monomer mixture consisting of monomers satisfying the above-mentioned conditions (1) and (2) is prepared.

単量体混合物の例としては、メタクリル酸メチ
ル−安息香酸ビニル系、メタクリル酸メチル−ア
クリロニトリル−安息香酸ビニル系などが挙げら
れる。この単量体混合物に過酸化ベンゾイルやベ
ンゾインメチルエーテルなどを0.001重量%〜10
重量%の範囲で加えてもよい。
Examples of monomer mixtures include methyl methacrylate-vinyl benzoate, methyl methacrylate-acrylonitrile-vinyl benzoate, and the like. Add benzoyl peroxide, benzoin methyl ether, etc. to this monomer mixture from 0.001% to 10% by weight.
It may be added in a range of % by weight.

このようにして調整した単量体混合物を第2図
に示すような成形型2内に注入する。
The monomer mixture thus prepared is poured into a mold 2 as shown in FIG.

この成形型2は凹球面の型面をもつ下型2Aと
平面の型面をもつ上型2Bから成り、上型2Bは
透明体で構成され、下型2Aは不透明体から成
る。上記成形型2内に単量体混合物1を、重合時
の体積収縮による気泡の発生や成形型からの離型
を防止するため高圧で注入する。
The mold 2 consists of a lower mold 2A having a concave spherical mold surface and an upper mold 2B having a flat mold surface, the upper mold 2B being made of a transparent material, and the lower mold 2A being made of an opaque material. The monomer mixture 1 is injected into the mold 2 at high pressure in order to prevent the generation of bubbles due to volume shrinkage during polymerization and to prevent release from the mold.

次に、透明な上型2Bの上方に配置した高圧水
銀ランプ等の光源から光または電子線3を単量体
混合物1に照射する。
Next, the monomer mixture 1 is irradiated with light or an electron beam 3 from a light source such as a high-pressure mercury lamp placed above the transparent upper mold 2B.

これにより、上型2Bの内壁面で重合反応が開
始され、光または電子線の透過光強度は深部に向
けて急激に減衰するため、光源から遠い箇所ほど
重合の進行が遅れ、上層から順次深部に向けて重
合が進行して、屈折率の異なるゲル層が積層形成
されていく。
As a result, a polymerization reaction is started on the inner wall surface of the upper mold 2B, and the transmitted light intensity of the light or electron beam is rapidly attenuated toward the deeper parts, so that the farther from the light source the polymerization progress is delayed, and the deeper the Polymerization progresses toward , and gel layers with different refractive indexes are formed in layers.

全体がゲル状態となつたら熱処理して重合を完
結させ成形型2から取り出すと、第1図Bに示す
ように等屈折率層12が光軸に垂直で光軸方向に
屈折率が直接的に変化する分布をもつ凸球面レン
ズ10が得られる。
When the whole becomes a gel state, it is heat-treated to complete polymerization and taken out from the mold 2. As shown in FIG. A convex spherical lens 10 with a varying distribution is obtained.

そして、単量体の組み合せとしてメタクリル酸
メチル−アクリロニトリル−安息香酸メチル系を
用いた場合には、光または電子線を照射して最初
に析出したゲル層はメタクリル酸メチルが最も多
く含まれるため低屈折率となり、重合が進むにつ
れて析出するゲル層の屈折率は高くなるため、上
記の場合、平面11Aが低屈折率で球面11B側
が高屈折率となり、このレンズは均一媒質を用い
たレンズに比べて球面収差は極めて小さい。そし
て単量体の組み合せを変えることにより屈折率の
勾配を逆にすることができる。
When methyl methacrylate-acrylonitrile-methyl benzoate is used as a monomer combination, the gel layer that first precipitates after irradiation with light or electron beams contains the most methyl methacrylate, so As the polymerization progresses, the refractive index of the gel layer that precipitates increases, so in the above case, the plane 11A has a low refractive index and the spherical surface 11B has a high refractive index, and this lens has a higher refractive index than a lens using a homogeneous medium. The spherical aberration is extremely small. By changing the combination of monomers, the gradient of the refractive index can be reversed.

また、一方の型面が凸球面の成形型を用いれば
第1図Eに示したような軸方向屈折率分布凹レン
ズが得られる。
Furthermore, if a mold in which one mold surface is a convex spherical surface is used, a concave lens with axially distributed refractive index as shown in FIG. 1E can be obtained.

また、成形型の球型面側を透明としてこの方向
から光または電子線を照射すれば、ゲル層は屈折
率が変化しつつ球殻状に順次積層形成されて第1
図のAあるいはFに示したような等屈折率層12
がレンズの球面屈折面11Bにほぼ沿つたカーブ
をもつ軸方向屈折率分布レンズが得られる。
In addition, if the spherical surface side of the mold is made transparent and irradiated with light or electron beam from this direction, the gel layer will be sequentially laminated in a spherical shell shape while changing its refractive index.
Equal refractive index layer 12 as shown in A or F in the figure
An axial gradient index lens having a curve substantially along the spherical refractive surface 11B of the lens is obtained.

次に、第1図のC,Dのように等屈折率層の曲
率中心がレンズ屈折面の曲率中心とは反対側にあ
るような分布形状をもつレンズの製法例について
説明する。
Next, an example of a method for manufacturing a lens having a distribution shape such that the center of curvature of the equal refractive index layer is on the opposite side to the center of curvature of the refractive surface of the lens, as shown in C and D in FIG. 1, will be described.

例えば第1図Cのレンズを成形する場合、第3
図に示すように透明体からなる成形型2の球面型
面側底壁を中央に小孔4を設けた遮光マスク5で
覆い、この遮光マスク5を介して光源6から光ま
たは電子線3を成形型2内の単量体混合物1に照
射する。
For example, when molding the lens shown in Figure 1C, the third
As shown in the figure, the bottom wall of the spherical mold surface of the mold 2 made of a transparent material is covered with a light-shielding mask 5 having a small hole 4 in the center, and light or an electron beam 3 is emitted from a light source 6 through the light-shielding mask 5. The monomer mixture 1 in the mold 2 is irradiated.

第4図イ,ロ,ハはゲル状の重合体が析出して
いく過程を模式的に示しており、同図のように遮
光マスクの孔4近傍の部分から重合が開始して以
後この孔部分を中心として深部に向け放射状に重
合が進行し屈折率の異なるゲル層6A,6B……
が順次球殻状に積層形成されていき、このように
して全体がゲル化した後、加熱処理等により重合
を完結させて成形型から取り出すと、等屈折率層
が球面を成し、且つその曲率中心がレンズの球面
屈折面の曲率中心とは反対側に第1図Cに示した
分布形状をもつ軸方向屈折率分布凸球面レンズが
得られる。
Figure 4 A, B, and C schematically show the process in which a gel-like polymer is precipitated. Gel layers 6A, 6B with different refractive indexes in which polymerization progresses radially toward the deep part from the center...
are sequentially formed in layers in the shape of a spherical shell, and after the whole is gelled in this way, the polymerization is completed by heat treatment etc. and when taken out from the mold, the equal refractive index layer forms a spherical surface and its An axial gradient index convex spherical lens having the distribution shape shown in FIG. 1C, with the center of curvature on the side opposite to the center of curvature of the spherical refractive surface of the lens, is obtained.

また、第5図に示すように凸球面型面と平面面
をもつ成形型の平面側を透明として、この平面側
に前述の遮光マスク5を設けてこちら側から光ま
たは電子線3を照射すれば第1図Dのような分布
形状をもつ軸方向屈折率分布凹球面レンズが得ら
れる。
Further, as shown in FIG. 5, the flat side of the mold having a convex spherical mold surface and a flat surface is made transparent, and the above-mentioned light-shielding mask 5 is provided on this flat side, and light or electron beam 3 is irradiated from this side. For example, an axial gradient index concave spherical lens having a distribution shape as shown in FIG. 1D can be obtained.

なお、本発明方法を実施するに当り、重合に依
つて単量体混合物は体積収縮を起すことがあり、
この収縮に伴なう気泡混入を防止する方法として
は、例えば単量体混合物を成形型内に高圧で充填
する方法、収縮分を考慮して成形型を設計する方
法、体積収縮に応じて縮む弾性成形型を使う方
法、光あるいは電子線を照射する面と反射側から
単量体混合物を補給する方法等が考えられる。
In carrying out the method of the present invention, the monomer mixture may undergo volumetric contraction due to polymerization.
Methods for preventing the inclusion of air bubbles due to this shrinkage include, for example, a method of filling a monomer mixture into a mold under high pressure, a method of designing a mold taking shrinkage into account, and a method of shrinking in accordance with volumetric shrinkage. Possible methods include using an elastic mold and supplying the monomer mixture from the light or electron beam irradiation side and the reflection side.

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

第1図は本発明方法で成形し得る軸方向屈折率
分布レンズの種々の例を示す断面図、第2図は本
発明の一実施例を示す断面図、第3図は第1図C
のタイプのレンズを本発明方法でつくる例を示す
断面図、第4図イ〜ハは第3図の方法でゲル層の
生成状態を段階的に示す断面図、第5図は第1図
Dのタイプのレンズを本発明方法でつくる例を示
す断面図である。 1……単量体混合物、2……成形型、3……光
または電子線、10……軸方向屈折率分布レン
ズ、12……等屈折率層。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing various examples of axial gradient index lenses that can be molded by the method of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing one embodiment of the present invention, and FIG.
4A to 4C are cross-sectional views showing stepwise formation of a gel layer by the method of FIG. 3, and FIG. FIG. 3 is a sectional view showing an example of manufacturing a lens of the type according to the method of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Monomer mixture, 2... Molding mold, 3... Light or electron beam, 10... Axial gradient index lens, 12... Equal refractive index layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a) 単量体反応性比と、重合体になつた時の
屈折率が異なる二種以上の単量体を含む単量体
混合物を、対抗する平面の型面と球面の型面と
を有し、且つ要部が透明な成形型中に保持する
工程、 (b) 前記成形型の要部を通して光または電子線を
前記いずれかの型面側から照射し、該照射部か
ら深部に向けて重合反応を進行させて生成した
共重合体を析出させ、単量体混合物の全体をゲ
ル状態とする工程、及び (c) ゲル状態となつた単量体混合物に加熱等の処
理を施して重合を完結させる工程、 とを備えた光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。
[Claims] 1 (a) A monomer mixture containing two or more types of monomers having different monomer reactivity ratios and different refractive indexes when turned into polymers is formed on opposing planar mold surfaces. (b) irradiating light or an electron beam from either of the mold surfaces through the main parts of the mold; A step of allowing the polymerization reaction to proceed from the irradiated part to the deep part and precipitating the produced copolymer to make the entire monomer mixture into a gel state; and (c) a step of turning the monomer mixture into a gel state into A method for manufacturing a synthetic resin optical element having a refractive index distribution in the optical axis direction, comprising: completing polymerization by performing a treatment such as heating.
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