JPH0664202B2 - 合成樹脂球レンズの製造方法 - Google Patents

合成樹脂球レンズの製造方法

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JPH0664202B2
JPH0664202B2 JP16365985A JP16365985A JPH0664202B2 JP H0664202 B2 JPH0664202 B2 JP H0664202B2 JP 16365985 A JP16365985 A JP 16365985A JP 16365985 A JP16365985 A JP 16365985A JP H0664202 B2 JPH0664202 B2 JP H0664202B2
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育良 田子
昇次 間瀬
元昭 ▲吉▼田
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Description

【発明の詳細な説明】 3−1 産業上の利用分野 本発明は球の中心から周辺に向けて法線方向に屈折率が
変化する屈折率分布を有する合成樹脂製球レンズを製造
する方法に関する。
3−2 従来技術の説明 屈折率分布を有するレンズとして、半径方向に中心軸か
らの距離を2乗にほぼ比例して減少する屈折率の分布を
有する透明棒状体が知られている。この透明棒状体は凸
レンズ作用を有し、またその屈折率分布は(1)式で近
似される。
n(r)=n(1−1/2Ar) (1) 式中、n(r)は中心軸からの距離rの点における屈折
率、nは中心軸における屈折率、Aは正の定数を各々
表わす。
このような透明棒状体中を光束は蛇行して伝播し、その
周期Lは(2)式で表わされる。
また(3)式で近似されるように、中心軸からの距離の
2乗にほぼ比例して増大する屈折率分布を有する場合に
は透明棒状体は凹レンズ作用を有する光伝送体となる。
n(r)=n(1+1/2Br) (3) 式中n(r)及びnは前記に同じであり、Bは正の定
数である。
このような屈折率分布を有する合成樹脂光伝送体の製造
方法は、特公昭52−5857号公報、特開昭51−16394号公
報、特開昭54−119939号公報などに記載されている。
3−3 発明が解決しようとする問題点 上記のように、半径方向に屈折率分布を有する円柱状の
ロッドレンズはオプトエレクトロニクス分野において集
光、結像素子として注目されている。しかし、ロッドレ
ンズの光軸が光学系の光軸とわずかにずれた場合、スキ
ュー光線により大きな収差を生じ現在、これが問題とな
っている。
しかし、球レンズではこのようなレンズの光軸が存在し
ないため軸ずれによるスキュー光線は、存在しない。屈
折率が中心点から外周に向けてほぼ二乗分布で減少して
いる球レンズを適当な屈折率を有する媒体中に埋め込ん
だもの、あるいは、このような球レンズの周囲に屈折率
均一なクラッドをつけたものを集光素子として使用すれ
ばほぼ無収差の集光を実現できる。
しかし、従来技術では球状に屈折率分布と制御すること
は極めて難しく、このような球レンズは未だ得られてい
ない。屈折率勾配を有する合成樹脂製球レンズを製造す
るには、まず球状の母材を得ることが必要であるが、母
材として重合が完結したものを使用すると後の屈折率の
異なる単量体を拡張する工程において母材の中心まで拡
散させることが必常に困難となる。そこで母材として、
一部重合した球状の透明ゲル粒子を使用するのである
が、塊状重合によって、この球状の透明ゲル粒子を得よ
うとしても、完全な球を得るのは難しく、また一度に大
量のゲル粒子を安定に得ることも不可能であるため、大
量生産にも向いていない。
そこで、完全な球状の透明ゲル粒子を一度に大量に製造
する方法として特願昭60−48624には単量体を仕込んで
懸濁重合によって透明ゲル粒子を得る方法が述べられて
いる。
しかし、この方法では、ゲル粒子の粒径分散がかなり大
きく、球の径がほぼ0.8mm以下と小さい。また、再現性
が悪いといった欠点を有する。
3−4 従来の問題点を解決する手段 合成樹脂屈折率勾配型球レンズの母材となる球状の透明
ゲル粒子を懸濁重合によって製造する際に単量体を予備
重合したゾルを仕込む。
3−5 発明の作用効果 球状の透明ゲル粒子を製造する方法として、懸濁重合を
採用すれば、完全に球状のゲル粒子を得ることができ
る。しかも一度に大量の製造することができる。そし
て、単量体の代わりに予備重合したゾルを仕込むと懸濁
重合中における粒子の合着、離反を大きく抑制すること
ができる為、得られるゲル粒子の粒径分散を小さくする
ことができ、再現性良く1mm以上の球を得ることができ
る。
従って、その後に続く拡散及び熱処理工程を経て、一度
に一定の性能を有する、前述のように球の中心から周辺
に向けて法線方向上に屈折率が変化する屈折率分布を有
する合成樹脂製球レンズを大量生産できる確率が高くな
る。
3−6 実施例 以下本発明に係る合成樹脂製球レンズの製造方法を実施
例に基づき説明する。
まず、屈折率Naの網状重合体(共重合体を含む)Paを形
成する単量体(単量体混合物を含む)Maを所定の温度T
(望ましくは50〜100℃)時間tにおいて予備重合
し、ゲル化以前の流動性を有しているゾルを製造する。
この時ゾルはメタノールに不溶な成分(焦形重合体)を
3〜30%含んでいる。
この単量体Maから成るゾルを溶媒及び分散剤と共に所定
の容器に入れ、所定の温度T℃、時間t及び回転数
(rpm)において懸濁重合を行ない、一部重合させ
て球状の透明ゲル粒子を一度に大量に製造する。このと
きゲル粒子が溶剤に不溶な成分(網状重合体)を20〜90
重量%含んでいる重合未完の状態としておく。
上記のように製造した球状の透明ゲル粒子は所定の容器
中の重合系に分散しているので、この重合系を吸引濾過
して、透明ゲル粒子を分離する。
次に分離された上記粒子を前記Naとは異なる屈折率Nbを
有する重合体(共重合体を含む)Pbを形成する単量体
(単量体混合物を含む)Mbが入っている容器中に加え、
所定の温度T℃、時間Tにて、球の表面から中心に
向けて単量体Nbを拡散させると共に重合させ、屈折率が
球の中心から周辺に向かって法線方向に連続的に変化す
る屈折率分布を、前記透明ゲル粒子中に形成する。
その後、拡散後の透明ゲル粒子を前記単量体Mbから分離
する為、再び吸引濾過する。そして最終的に重合を完結
するために、今度は所定の容器中で所定の温度T℃に
加熱されている水中に分散させ、所定の時間t及び回
転数r(rpm)において熱処理を行なう。
このようにして大量に得られた合成樹脂製球レンズには
すべて中心から周辺に向けて法線方向に連続的に変化す
る屈折率分布が形成されており、しかも粒径分散が小さ
いので、一定の性能を有する球レンズを一度に大量に得
ることができる確率が高い。
これらのレンズは通常の屈折率一様の球面レンズと比較
すると、球面収差のみならずコマ収差も補正されてい
る。
上述の実施例におけるレンズ母材としての透明ゲル物体
の原料となるべき単量体Maとしては、アリル基、アクリ
ル酸基、メタクリル酸基またはビニル基のうちの2種類
以上の基を有する単量体を用いることができる。次に単
量体Maの具体例を挙げる。
(1) アリル化合物 フタル酸ジアリル、イソフタル酸ジアリル、テレフタル
酸ジアリル、ジエチレングリコールビスアリルカーボネ
ート等のジアリルエステル;トリメリト酸トリアリル、
リン酸トリアリル、亜リン酸トリアリル等のトリアリル
エステル;メタクリル酸アリル、アクリル酸アリル等の
不飽和酸アリルエステル。
(2) R‐R‐Rで表される化合物 R及びRがいずれもビニル基、アクリル基、ビニル
エステル基、またはメタクリル基である化合物:R及び
のいずれか一方がビニル基、アクリル基、メタクリ
ル基及びビニルエステル基の4つの基のうちのいずれか
であり、他方が残りの3つの基のうちのいずれかである
化合物。ここでRは以下に示され2価の基のうちから
選択できる。
(0−,P−またはm−異性体) (0−,P−またはm−異性体) (3) 上記(1)と(2)の単量体の混合物、または
モノビニル化合物、ビニルエステル類、アクリル酸エス
テル類及びメタクリル酸エステル類の5種のうちの少な
くとも1種と上記(1)または(2)の単量体(または
その混合物)との混合物。
また単量体Mbとしては、次のようなものが挙げられる。
(4) で表される化合物 ただし、式中Xは水素原子またはメチル基、 −(CH)lH(l=1〜8)、i−プロピル基、i−ブ
チル基、S−ブチル基、t−ブチル基、 及び−(CHCHO)−CHCH(p=1〜6)から
成る群から選ばれた基、または−(CH−F(a=
1〜6)、−CH(CFH(b=1〜8)、−CH
CHO・CHCH、−(CHCHO)CFCFH(c
=1〜4)、−CHCHO・CH(CFF(a=1
〜6)、−CH(CFO(CF)lF(d=1〜2、
l=1〜4)及び−Si(OCから成る群より選
ばれた基を表す。
(5) で表される化合物 ただし、式中Rは−(CH−CH(f=0〜
2)、−(CHH(g=1〜3)、 及び から成る群より選ばれた基を表す。
(6) (4)及び(5)の単量体の混合物。
単量体Maとして上記(1)〜(3)、単量体Mbとして
(4)〜(6)のいずれも組み合わせることができる。
また上記透明ゲル物体のゲル化状態を調節するには、
(3)項に挙げたように架橋性単量体Maに不飽和基を一
つ有する単量体を添加する方法及びCBr,CClメルカ
プタン類等の連鎖移動剤を添加する方法、または両者を
併用する方法が有効である。
次に本発明の試験例について説明する。
試験例1 まず、単量体Maとして、DAI(イソフタル酸ジアリル)
(重合体屈折率Na=1.569)10gに開始剤としてBPO(過
酸化ベンゾイル)0.1gジクミルパーオキシド0.1gを加え
た後温度T=90℃、時間t=59分予備重合してゲル
化以前の流動性を有しているゾルを製造した。このゾル
はメタノールに不溶な成分(線形重合体)10重量%から
成っていた。
次にこのゾルを、溶媒として水200g、及び分散剤として
PVA(ポリビニルアルコール)0.30gを使用し、撹拌装置
付きのフラスコ中に加え、温度T=80℃、回転数r
=250(rpm)にて時間t=6時間懸濁重合を行ない、
一部重合した球状の透明ゲル粒子を一度に大量に製造し
た。この透明ゲル粒子は、メタノールに不溶な成分(網
状重合体部分及び線形重合体部分)75重量%、メタノー
ルに可溶な成分(単量体及び低分子量プレポリマー部
分)25重量%から成っていた。
次に、上記により製造した透明ゲル粒子を重合系から分
離するために吸引濾過し、その後、分離された前記粒子
を温度T=30℃に加温された容器中になる3FMA(メタ
クリル酸−2,2,2−トルフルオロエチル)(重合体屈折
率Nb=1.4210)20g中に加え、t=0.5時間保持し、3F
MAを前記粒子中に拡散させ同時に重合させる。
その後拡散後の前記粒子を3FMAから分離する為再び吸引
濾過する。そして最終的に温度T=80℃に加熱されて
いる容器中にある水200g中に加え、回転数r=250rp
m、時間t=18時間にて重合を完結させ、球の中心か
ら周辺に向けて法線方向に連続的に屈折率が変化する合
成樹脂製球レンズを得た。得られた全球レンズのうち、
所望の直径1.20±0.1mmの球レンズは全体の50%以上で
あった。単量体から懸濁重合を開始した従来の方法の場
合、平均の球径は0.6mmであり粒径分散は非常に大きか
った。本法により、従来の方法に比べ、約2倍の球径を
有するレンズを安定良く作製することができた。得られ
た直径1.20mmの球レンズ中に形成された屈折率分布を干
渉顕著鏡により測定すると第1図のようであった。第1
図で横軸は、球の半径Rpに対する距離rの比を表わし、
縦軸は同点での屈折率である。
試験例2 まず単量体MaとしてDAI5g開始剤としてBPO0.05g及びDBP
O(ジターシャリーブチルパーオキサイド)0.05gを加え
た後、温度T=90℃、時間t=60分予備重合してゾ
ルを得た。このゾルはメタノールに不溶な成分(線形重
合体)15重量%から成っていた。
次にこのゾルと共に溶媒として水200gそして分散剤とし
てPVA1.5gを使用し、撹拌装置付きのフラスコ中に加
え、温度T=90℃、回転数r=350rpmにて時間t
=3時間懸濁重合を行ない、一部重合した球状の透明ゲ
ル粒子を一度に大量に製造した。この透明ゲル粒子はメ
タノールに不溶な成分(網状重合体部分及び線形重合体
部分)75重量%、そしてメタノールに可溶な成分(単量
体及び低分子量プレポリマー部分)25重量%から成って
いた。
次に上記により製造した透明ゲル粒子を重合系から分離
するために吸引濾過し、その後分離された前記粒子を温
度T=70℃に加温された容器中にある3FMA中に加えt
=100分間保持し、3FMAを前記粒子中に拡散させ、同
時に重合させる。
その後、拡散後の前記粒子を3FMAから分離する為に再び
吸引濾過する。そして最終的に温度T=90℃に加熱さ
れている容器中にあるPVA1.5gを含む水200g中に加え、
回転数r=350rpm時間t=13時間にて重合を完結さ
せ、球の中心から周辺に向けて法線方向に連続的に屈折
率が変化する合成樹脂球レンズを得た。得られた全球レ
ンズのうち、所望の直径1.00±0.05mmの球レンズは全体
の60%であった。
得られた直径1.00mmの球レンズ中に形成された屈折率分
布を干渉顕微鏡により測定すると第2図のようであっ
た。第2図で縦軸は中心からr/Rpの距離における屈折
率nと中心点の屈折率nとの差を示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法で得られる球レンズの断面内屈折率
分布の一例を示すグラフ、第2図は他の屈折率分布例を
示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝川 章雄 兵庫県西宮市仁川町2−2 (72)発明者 青木 裕一 兵庫県西宮市段上町6−18―11 (72)発明者 田子 育良 兵庫県西宮市段上町6−18―11 (72)発明者 間瀬 昇次 兵庫県西宮市段上町6−18―11 (72)発明者 ▲吉▼田 元昭 兵庫県川西市湯山台2−44―9

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】屈折率Naの網状重合体(共重合体を含む)
    Paを形成する単量体(単量体混合物を含む)Maを予備重
    合してゲル化以前の流動性を有しているゾルを形成する
    工程
  2. 【請求項2】前記Maゾルを溶媒及び分散剤などと共に容
    器に入れ、懸濁重合によって、更に重合させて、球状の
    透明ゲル粒子を形成する工程
  3. 【請求項3】前記Naとは異なる屈折率Nbを有する重合体
    (共重合体を含む)Pbを形成する単量体(単量体混合物
    を含む)Mb中に前記球状透明ゲル粒子を加え、球の表面
    から中心に向けて単量体Mbを拡散させると共に重合さ
    せ、屈折率が球の中心から周辺に向かって連続的に変化
    する屈折率分布を前記透明ゲル粒子中に形成する工程
  4. 【請求項4】加熱等により重合を完結させて、前記屈折
    率分布を固定化する工程を含む屈折率分布を有する合成
    樹脂屈折率勾配型球レンズを製造する方法。
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JPWO2004023499A1 (ja) 2002-09-06 2006-01-05 タイコ エレクトロニクス レイケム株式会社 Ptc素子と金属リード要素との接続構造体の製造方法及びその製造方法に用いられるptc素子

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