JPH09127310A - Refractive index distribution type optical element - Google Patents

Refractive index distribution type optical element

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JPH09127310A
JPH09127310A JP28137795A JP28137795A JPH09127310A JP H09127310 A JPH09127310 A JP H09127310A JP 28137795 A JP28137795 A JP 28137795A JP 28137795 A JP28137795 A JP 28137795A JP H09127310 A JPH09127310 A JP H09127310A
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refractive index
lens
monomers
monomer
grin lens
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JP28137795A
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Satoshi Noda
野田  聡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a refractive index distribution type lens showing excellent correcting property for color aberration and a curvature of field. SOLUTION: This optical element consists of a synthetic resin which is a copolymer of at least two monomers (A) and (B). When each monomer (A) and (B) is polymerized separately, the refractive index n and the Abbe number νof each polymer are in the relation of n(A)>n(B) and ν(A)>ν(B), respectively. With the higher ratio of the monomer (A) compounded in the resin, the resin has the higher refractive index, higher refractive index and larger Abbe number. Thus, the obtd. element shows excellent correcting property for color aberration and the curvature of field.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、媒質が合成樹脂か
らなり、特に白色光源下で使用される光学機器に用いら
れる屈折率分布型光学素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gradient index optical element for use in an optical instrument whose medium is made of synthetic resin and which is used especially under a white light source.

【0002】[0002]

【従来の技術】屈折率分布型光学素子(以下、GRIN
レンズと記載する)は、レンズを構成する媒質内に屈折
率の分布を有する新しい光学素子である。媒質が均質で
ある従来のレンズでは、内部に入射した光線が直進する
のに対し、GRINレンズでは、入射光線が媒質内の屈
折率分布の影響で屈曲して進行する。具体的には、媒質
の屈折率の高い方向に向かって光は屈曲する。この性質
は、従来のレンズにはない様々な光学的な効果を発現す
ることができる。その効果を補正できる収差で簡単に説
明すると、像面湾曲と色収差について補正可能な点が他
の均質光学素子と異なる長所であり、なかでも色収差が
補正できる点が大きな長所である。現在各分野で使われ
始めている「非球面レンズ」についても、光学的効果は
大きく、多くの収差を制御し除去できる能力を有する
が、像面湾曲と色収差は理論的に制御できないことが判
っている。このようなことからGRINレンズは他の光
学素子には替え難い光学的効果を有している。
2. Description of the Related Art A gradient index optical element (hereinafter referred to as GRIN
Described as a lens) is a new optical element having a refractive index distribution in a medium forming the lens. In the conventional lens in which the medium is homogeneous, the light ray incident inside travels straight, whereas in the GRIN lens, the incident light ray bends and advances due to the influence of the refractive index distribution in the medium. Specifically, the light bends toward the direction in which the refractive index of the medium is high. This property can exhibit various optical effects not found in conventional lenses. To briefly explain the effect, it is possible to correct the field curvature and the chromatic aberration, which is an advantage different from other homogeneous optical elements. Among them, the great advantage is that the chromatic aberration can be corrected. The "aspherical lens" that is now being used in various fields has a large optical effect and has the ability to control and remove many aberrations, but it has been found that field curvature and chromatic aberration cannot be theoretically controlled. There is. For this reason, the GRIN lens has an optical effect that is difficult to replace with other optical elements.

【0003】カメラ、顕微鏡に代表されるような白色光
源下で使用される光学機器用のレンズは、色収差が充分
に除去されている必要がある。しかし色収差は光学設計
上、非常に厄介な収差の一つである。このため従来は、
接合レンズを使用するなどの工夫により収差補正を行っ
ているが、これが却って、ある程度以上レンズ枚数を減
らすことができない大きな要因になっており、レンズ系
の軽薄短小化の傾向を阻害する要因の一つとなってい
る。
A lens for an optical instrument used under a white light source represented by a camera or a microscope is required to have chromatic aberration sufficiently removed. However, chromatic aberration is one of the most troublesome aberrations in optical design. For this reason, conventionally,
Aberrations are corrected by using cemented lenses, but on the contrary, it is a major factor that the number of lenses cannot be reduced to a certain extent. It has become one.

【0004】GRINレンズは、この光学設計上の厄介
な色収差が制御できるが、その効果は、GRINレンズ
のある波長の屈折率分布の形状によるものではなく、異
なる波長間の屈折率分布の関係によって決定されるもの
である。
The GRIN lens can control this troublesome chromatic aberration in optical design, but its effect is not due to the shape of the refractive index distribution of a certain wavelength of the GRIN lens, but due to the relationship of the refractive index distribution between different wavelengths. It is decided.

【0005】このGRINレンズの特性は、媒質がガラ
スであっても合成樹脂であっても同じである。ガラスか
らなるGRINレンズは熱的、化学的に安定であるが、
製造が困難のため、非常に高価になる傾向がある。その
反面、合成樹脂からなるGRINレンズは、熱的、化学
的にはやや不安定な面があるものの、合成が比較的容易
で安価に製造できることや、比重が軽いという特徴があ
る。従って、適用適所の種々の要求仕様によってガラス
が合成樹脂かどちらのGRINレンズを使用するか決定
されるものであり、光学的に求められる特性は基本的に
同じである。
The characteristics of this GRIN lens are the same whether the medium is glass or synthetic resin. GRIN lenses made of glass are thermally and chemically stable,
Difficult to manufacture and tends to be very expensive. On the other hand, although the GRIN lens made of synthetic resin is somewhat thermally and chemically unstable, it is relatively easy to synthesize, inexpensive to manufacture, and has a low specific gravity. Therefore, which GRIN lens is used for the glass or the synthetic resin is determined by various required specifications at appropriate places, and the optically required characteristics are basically the same.

【0006】ガラスからなるGRINレンズについて
は、すでに色収差を制御するために種々の取り組みがな
されており、色収差を制御し、発生する色収差を非常に
小さくしたものや、通常の均質ガラスとは反対方向に色
収差を発生させるようなGRINレンズを実現する具体
的なガラス組成がすでに、特開平3−141302号公
報、特開平5−88003号公報に開示されている。
[0006] Regarding the GRIN lens made of glass, various efforts have already been made to control chromatic aberration. The chromatic aberration is controlled so that the generated chromatic aberration is very small, and the direction opposite to that of ordinary homogeneous glass is used. Specific glass compositions for realizing a GRIN lens that causes chromatic aberration have already been disclosed in JP-A-3-141302 and JP-A-5-88003.

【0007】色収差が従来の均質ガラスとは反対方向に
発生できるということは、GRINレンズに対して、あ
る曲率半径で球面加工を施してレンズ形状とし、光を通
した際に、レンズ面で出る色収差GRINレンズの媒質
内で発生する色収差の方向が反対であるため、特性を選
ぶことによってレンズ面で発生する色収差をGRINレ
ンズの媒質で発生する色収差で相殺し、GRINレンズ
全体として色収差の全く出ない単レンズが作製できるこ
とを意味している。
The fact that chromatic aberration can occur in the direction opposite to that of conventional homogeneous glass means that the GRIN lens is subjected to spherical surface processing with a certain radius of curvature to form a lens shape, which appears at the lens surface when light passes through. Chromatic aberration Since the direction of chromatic aberration generated in the medium of the GRIN lens is opposite, the chromatic aberration generated in the lens surface is canceled by the chromatic aberration generated in the medium of the GRIN lens by selecting the characteristic, and the chromatic aberration is not generated in the GRIN lens as a whole. This means that a single lens that does not exist can be manufactured.

【0008】色収差が従来の均質ガラスとは反対方向に
発生できるGRINレンズや発生する色収差が非常に小
さいGRINレンズのなかでも像面湾曲をも補正できる
ものに要求される素材の光学特性は、屈折率が高いとこ
ろほどアッベ数が大きいという点である。このように色
収差の除去と像面湾曲の除去の両立が可能な特性を有し
たGRINレンズは、光学設計上非常に有効な特性であ
る。一般には他の収差の補正も必要であるので、全ての
光学機器のレンズを単レンズにすることはできないが、
GRINレンズは光学設計に革新的な進歩をもたらすも
のであり、光学設計者からは屈折率が高いところほどア
ッベ数が大きいGRINレンズの実現が強く求められて
いる。なお、単レンズの代表的な例としてはコンタクト
レンズがある。
The optical characteristics of the material required for the GRIN lens capable of generating chromatic aberration in the direction opposite to that of the conventional homogeneous glass and the GRIN lens capable of correcting the field curvature among the GRIN lenses having very small chromatic aberration generated are refraction. The higher the rate, the higher the Abbe number. As described above, the GRIN lens having the characteristic that both the removal of chromatic aberration and the removal of field curvature can be achieved at the same time is a very effective characteristic in optical design. Generally, it is also necessary to correct other aberrations, so it is not possible to use a single lens for all optical devices,
The GRIN lens brings an innovative progress to the optical design, and there is a strong demand from the optical designer to realize a GRIN lens having a larger Abbe number at a higher refractive index. A contact lens is a typical example of the single lens.

【0009】なお、従来では特開平7−40455号公
報に開示されているように、屈折率分布を凹パワーにし
た負屈折率型GRINレンズにすることによって、△n
が大きく且つ媒質での色収差発生が大きいGRINレン
ズを、他の凸レンズで発生した色収差を相殺するように
組み合わせることで用いることもなされている。
Conventionally, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-40455, by using a negative refractive index type GRIN lens having a concave refractive power distribution, Δn
It is also used by combining a GRIN lens having a large chromatic aberration and a large chromatic aberration generated in a medium so as to cancel the chromatic aberration generated in another convex lens.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】合成樹脂からなるGR
INレンズは、色収差に対する取り組みはあまり活発と
は言えない。合成樹脂でGRINレンズを作製する方法
は、基本的には光学特性(特に屈折率)の異なるポリマ
ーとなるモノマー2種を共重合させるものである。従っ
てGRINレンズの光学特性は共重合させるモノマーが
単独でポリマーとなった時の光学特性からおおよその予
測ができる。
GR made of synthetic resin
IN lenses are not very active in addressing chromatic aberration. The method of producing a GRIN lens with a synthetic resin is basically a method of copolymerizing two kinds of monomers which are polymers having different optical characteristics (especially refractive index). Therefore, the optical characteristics of the GRIN lens can be roughly estimated from the optical characteristics when the monomer to be copolymerized becomes a polymer by itself.

【0011】現在光学用に実用的に使用可能と考えられ
るポリマーの光学特性を見ると、屈折率が高いものほど
アッベ数が小さいという傾向が顕著であって、モノマー
の単純な組み合わせだけでは、色収差が大きく発生する
特性となる傾向にある。そこで、ポリマーのアッベ数の
なるべく近いモノマーを選んで色収差の小さなGRIN
レンズを作製する試みもあるが、像面湾曲の補正まで考
えた検討はなされていない。
Looking at the optical properties of polymers which are considered to be practically usable for optics, there is a remarkable tendency that the higher the refractive index, the smaller the Abbe number. Tends to be a characteristic that occurs largely. Therefore, select a monomer whose polymer Abbe number is as close as possible, and use GRIN with small chromatic aberration.
There have been attempts to make lenses, but no consideration has been given to the correction of field curvature.

【0012】また先に述べたように、「光学用に実用的
に使用可能と考えられるポリマーの光学特性を見ると、
屈折率が高いものほどアッベ数が小さいという傾向が顕
著」であるため、アッベ数の近いポリマーは必然的に屈
折率も近いため、作製したGRINレンズの△nが小さ
いという欠点を有する。特に、屈折率が高いほどアッベ
数が大きい特性で、色収差が従来の均質ガラスとは反対
方向に発生するGRINレンズを作製しようとすると、
そのような特性を実現できるモノマー組み合わせは余り
多くなく、ほとんどの場合、△nが非常に小さなものに
限られる欠点を有する。
Further, as described above, "looking at the optical properties of polymers considered to be practically usable for optics,
Since the higher the refractive index is, the smaller the Abbe number tends to be remarkable. ”Therefore, a polymer having a close Abbe number necessarily has a similar refractive index, and thus the manufactured GRIN lens has a drawback that Δn is small. In particular, when it is attempted to manufacture a GRIN lens which has a characteristic that the higher the refractive index is, the larger the Abbe number is, and the chromatic aberration occurs in the direction opposite to the conventional homogeneous glass,
There are not many monomer combinations that can realize such properties, and in most cases, Δn is limited to those having a very small value.

【0013】ここで△nは、GRINレンズのパワー
(屈折力)を決定する大きなパラメータであって、一般
に△nが大きなGRINレンズ程、光学的な効果が高
い。その理由は複雑であるが、簡単に言えば、△nが大
きい程、GRINレンズ媒質内で余り収差を出さないよ
うに光線を曲げることが可能であるが、△nが小さいと
光を曲げる力が弱いため、GRINレンズ表面に強い曲
率で球面を付けてパワーを補うこととなり、結果として
球面で光を曲げる際に大きな収差が発生する。このため
レンズ系全体として収差が残ったり、球面で出た収差を
補正するために種々の工夫が必要になったりするため
に、収差を除去できたとしてもレンズ系が大きくなった
り、レンズ枚数削減に限界を生じる傾向が強い。また、
リレーレンズのようにレンズ長を長くして△nの小さい
なGRINレンズから充分なパワーを得る方法もある
が、この場合は、レンズ全体が非常に大きくなってしま
う。従ってGRINレンズ材料としては、リレーレンズ
など長い距離の像を伝送するような特殊な光学系を除く
と、一般には△nが大きな特性が望ましい。
Here, Δn is a large parameter that determines the power (refractive power) of the GRIN lens, and in general, the larger the Δn, the higher the optical effect. The reason is complicated, but in simple terms, the larger Δn is, it is possible to bend the light beam so as not to cause much aberration in the GRIN lens medium, but when Δn is small, the light bending force is large. Is weak, the spherical surface is attached to the surface of the GRIN lens with a strong curvature to supplement the power, and as a result, a large aberration occurs when the light is bent on the spherical surface. For this reason, aberrations remain in the entire lens system, and various measures are required to correct aberrations generated on the spherical surface.Even if the aberrations can be removed, the lens system will become large and the number of lenses will be reduced. There is a strong tendency to create limits. Also,
There is also a method of obtaining a sufficient power from a GRIN lens having a small Δn such as a relay lens by increasing the lens length, but in this case, the entire lens becomes very large. Therefore, it is desirable that the GRIN lens material generally have a large Δn, except for a special optical system such as a relay lens that transmits an image at a long distance.

【0014】一方、特開平7−40455号公報に開示
されているように、屈折率分布を凹パワーにすることに
よって、他の凸レンズで発生した色収差を相殺するもの
は、あくまで補正レンズであって、レンズ枚数を極限ま
で減らす軽薄短小化に対してはあまり大きな効果が期待
できない。
On the other hand, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-40455, it is a correction lens that cancels the chromatic aberration generated in another convex lens by making the refractive index distribution concave power. However, a great effect cannot be expected for the miniaturization of the light, thin, short, and miniaturized lenses.

【0015】本発明はこのような問題点を考慮してなさ
れたものであり、合成樹脂を媒質とすると共に、△nが
実用的に大きく、屈折率が高いところほどアッベ数が大
きい特性を有した共重合組成のGRINレンズを提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in consideration of such problems, and has a characteristic that a synthetic resin is used as a medium, Δn is practically large, and the higher the refractive index, the larger the Abbe number. It is an object of the present invention to provide a GRIN lens having the above copolymer composition.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項1の発明のGRINレンズは、合成樹脂からなり、少
なくとも2つのモノマーA、Bの共重合体であって、モ
ノマーA、Bが単独で重合したポリマーの屈折率nがn
(A)>n(B)であり、且つ、モノマーA、Bが単独
で重合したポリマーのアッベ数νがν(A)>ν(B)
であることを特徴とする。
The GRIN lens of the invention according to claim 1 which achieves the above object is a copolymer of at least two monomers A and B, wherein the monomers A and B are independent. Refractive index n of the polymer polymerized by
(A)> n (B), and the Abbe number ν of the polymer obtained by polymerizing the monomers A and B alone is ν (A)> ν (B)
It is characterized by being.

【0017】請求項2の発明のGRINレンズは、合成
樹脂からなり、少なくとも3つのモノマーA、B、Cの
共重合体であって、モノマーA、B、Cが単独で重合し
たポリマーのアッベ数νがν(C)>ν(A)>ν
(B)であり、且つ各モノマーの濃度分布がA凸、B
凹、C凹または、A凹、B凸、C凸であることを特徴と
している。
The GRIN lens according to the invention of claim 2 is a copolymer of at least three monomers A, B and C, which is made of a synthetic resin, wherein the monomers A, B and C are polymerized alone to obtain an Abbe number. ν is ν (C)> ν (A)> ν
(B) and the concentration distribution of each monomer is A convex, B
It is characterized in that it is concave, C concave, A concave, B convex, or C convex.

【0018】本発明の作用について説明するが、モノマ
ーの表記を簡略化するために、以下モノマーAをMA、
モノマーBをMB、モノマーCをMCと記載する。
The operation of the present invention will be described. In order to simplify the notation of the monomer, the monomer A will be referred to as MA,
The monomer B is described as MB and the monomer C is described as MC.

【0019】請求項1の発明は、2つのモノマーの共重
合によって屈折率分布を付与するGRINレンズレンズ
を構成する場合の2つのモノマー(MA、MB)の選定
条件を示したものであって、MA、MBが単独で重合し
たポリマーの屈折率がn(A)>n(B)である場合
に、MA、MBが単独で重合したポリマーのアッベ数が
ν(A)>ν(B)であれば、MAの含有比率が高いほ
ど、屈折率が高く且つアッベ数が大きくなる。これによ
り色収差、像面湾曲の補正に非常に優れたGRINレン
ズとなる。従来行われていたように、アッベス数が近い
モノマーの組み合わせであっても、n(A)>n(B)
で且つν(A)>ν(B)では、特に結像レンズでは光
学的な効果が全く異なる。ただし、POF(プラスチッ
ク光ファイバー)のような用途には従来のものと同様に
本発明のモノマー組成も使用可能である。
The invention of claim 1 shows the selection conditions of two monomers (MA, MB) in the case of forming a GRIN lens lens which gives a refractive index distribution by copolymerization of two monomers. When the refractive index of the polymer polymerized by MA and MB alone is n (A)> n (B), the Abbe number of the polymer polymerized by MA and MB alone is ν (A)> ν (B). If so, the higher the MA content ratio, the higher the refractive index and the larger the Abbe number. This makes the GRIN lens extremely excellent in correction of chromatic aberration and curvature of field. Even if a combination of monomers with similar Abbeth numbers is used, n (A)> n (B)
In addition, when ν (A)> ν (B), the optical effect is quite different especially in the imaging lens. However, the monomer composition of the present invention can be used for applications such as POF (plastic optical fiber) as in the conventional ones.

【0020】請求項2の発明は、通常の2つのモノマー
MA、MBの共重合によって屈折率分布を付与するGR
INレンズにさらに第3のモノマーMCを追加し、その
相互作用によってGRINレンズのアッベ数特性を制御
する組成の条件を示したものである。請求項1の場合、
2つのモノマーの共重合によって所望の屈折率分布、分
散分布を得たが、請求項2は、共重合する一方のモノマ
ーを2つのモノマーの共重合体にを置き換えた構成とな
っており、適当なモノマー対がない場合に有効である。
The invention of claim 2 is a GR which imparts a refractive index distribution by copolymerization of two ordinary monomers MA and MB.
It shows the composition condition in which the third monomer MC is further added to the IN lens and the Abbe number characteristic of the GRIN lens is controlled by the interaction thereof. In the case of claim 1,
Although the desired refractive index distribution and dispersion distribution were obtained by copolymerization of two monomers, claim 2 has a constitution in which one of the monomers to be copolymerized is replaced by a copolymer of two monomers, It is effective when there is no such monomer pair.

【0021】請求項2では、一方のモノマーを置き換え
ることから、請求項1の屈折率の低い方のモノマーを2
つのモノマーの共重合体に置き換えた場合と、請求項1
の屈折率の高い方のモノマーを2つのモノマーの共重合
体に置き換えた場合との2つのケースに分類できる。こ
れを屈折率で表現すると、前者はMAが単独で重合した
ポリマーの屈折率と、MB、MCの共重合によって得ら
れる屈折率曲線との関係が、図1(a)に示したよう
に、n(A)>n(B〜C)の場合であり、後者は、図
1(b)に示したように,n(A)<n(B〜C)の場
合である。なお、n(A)≒n(B〜C)となる場合は
屈折率分布型光学素子の△nが極めて小さくなるため不
適当である。
In claim 2, since one of the monomers is replaced, the monomer having the lower refractive index of claim 1 is replaced by 2
The case where it is replaced with a copolymer of one monomer, and
It can be classified into two cases, that is, a case in which the monomer having a higher refractive index is replaced with a copolymer of two monomers. When this is expressed by a refractive index, the former has a relationship between a refractive index of a polymer obtained by polymerizing MA alone and a refractive index curve obtained by copolymerization of MB and MC as shown in FIG. n (A)> n (B to C), and the latter is a case of n (A) <n (B to C) as shown in FIG. If n (A) ≈n (B to C), Δn of the gradient index optical element becomes extremely small, which is not suitable.

【0022】以下、この置き換えのそれぞれについて説
明する。図1(a)は請求項1の屈折率の低いモノマー
を2つのモノマーの共重合体に置き換えた場合であり、
MBとMCの共重合によって得られる光学特性は、それ
ぞれのモノマー特性の中間に位置することになり、その
位置は共重合させるモノマー比率によって決まる。しか
し、一般に光学ガラスの特性を示すnd−νd特性図上
では、組成と光学特性はリニアな関係にはなく、双曲線
関数になるので、単純な組成変化に対しては、ちょうど
光学ガラスのSF−F−LS−LLF系のように弓なり
の特性曲線を描き、図1(a)中の破線で示した特性を
示す。従って、MB、MCの適当な共重合比を選択する
ことによって、MAよりも屈折率が低く且つアッベ数の
小さい特性を示す仮想のモノマーMB´と等価な特性を
有した共重合体を得ることができる。
Each of these replacements will be described below. FIG. 1 (a) shows a case where the low refractive index monomer of claim 1 is replaced with a copolymer of two monomers,
The optical properties obtained by the copolymerization of MB and MC are located in the middle of the respective monomer properties, and the position is determined by the ratio of the monomers to be copolymerized. However, generally, on the nd-νd characteristic diagram showing the characteristics of the optical glass, the composition and the optical characteristics are not in a linear relationship and have a hyperbolic function. A characteristic curve having a bow shape is drawn like the F-LS-LLF system, and the characteristic shown by the broken line in FIG. 1A is shown. Therefore, by selecting an appropriate copolymerization ratio of MB and MC, it is possible to obtain a copolymer having properties equivalent to those of the hypothetical monomer MB ′ exhibiting properties of lower refractive index and smaller Abbe number than MA. You can

【0023】このMB、MC共重合比率を保ったままで
MAとの共重合を行うことで、屈折率が高いところほど
アッベ数が大きいという優れた分散分布特性を有した屈
折率分布型光学素子を得ることができる。この組成の場
合は、各モノマーの濃度分布がA凸、B凹、C凹のと
き、屈折率分布は凸分布で、凸レンズ作用を示す正屈折
力型GRINレンズとなる。一方、各モノマーの濃度分
布がA凹、B凸、C凸のとき、屈折率分布は凹分布で、
凹レンズ作用を示す負屈折率力型GRINレンズとな
る。
By performing copolymerization with MA while maintaining the MB / MC copolymerization ratio, a refractive index distribution type optical element having an excellent dispersion distribution characteristic that the Abbe number becomes larger as the refractive index becomes higher. Obtainable. In the case of this composition, when the concentration distribution of each monomer is A-convex, B-concave, and C-concave, the refractive index distribution is a convex distribution, and a positive refractive power type GRIN lens exhibiting a convex lens action is obtained. On the other hand, when the concentration distribution of each monomer is A concave, B convex, and C convex, the refractive index distribution is concave.
It becomes a negative index power type GRIN lens which exhibits a concave lens action.

【0024】図1(b)は請求項1の屈折率の高い方の
モノマーを2つのモノマーの共重合体に置き換えた場合
である。この場合、MBとMCの共重合によって得られ
る光学特性は、先の場合と同様、それぞれのモノマー特
性の中間に位置することになり、その位置は図1(b)
中の破線で示した特性を示す。従って、MB、MCの適
当な共重合比を選択することによって、MAとの共重合
で所望の特性を示す仮想のモノマーMB´と等価な特性
を有した共重合体を得ることができる。
FIG. 1 (b) shows the case where the monomer having a higher refractive index in claim 1 is replaced with a copolymer of two monomers. In this case, the optical characteristics obtained by the copolymerization of MB and MC are located in the middle of the respective monomer characteristics, as in the above case, and the position is shown in FIG. 1 (b).
The characteristic shown by the broken line is shown. Therefore, by selecting an appropriate copolymerization ratio of MB and MC, it is possible to obtain a copolymer having properties equivalent to the hypothetical monomer MB ′ which exhibits desired properties upon copolymerization with MA.

【0025】このMB、MC共重合比率を保ったままM
Aとの共重合を行うことで、この場合でも所望の分散分
布特性、つまり屈折率が高いところほどアッベ数が大き
いという優れた分散分布特性を有した屈折率分布型光学
素子を得ることができる。この組成の場合は、各モノマ
ーの濃度分布がA凸、B凹、C凹のとき、屈折率分布は
凹分布で、凹レンズ作用を示す負屈折力型GRINレン
ズとなり、各モノマーの濃度分布がA凹、B凸、C凸の
とき、屈折率分布は凸分布で、凸レンズ作用を示す正屈
折力型GRINレンズとなる。
While maintaining the MB and MC copolymerization ratio, M
By carrying out the copolymerization with A, even in this case, it is possible to obtain a refractive index distribution type optical element having a desired dispersion distribution characteristic, that is, an excellent dispersion distribution characteristic that the higher the refractive index, the larger the Abbe number. . In the case of this composition, when the concentration distribution of each monomer is A-convex, B-concave, and C-concave, the refractive index distribution is a concave distribution, which is a negative refractive power GRIN lens exhibiting a concave lens action, and the concentration distribution of each monomer is A In the case of concave, B-convex, and C-convex, the refractive index distribution is a convex distribution, and the lens has a positive refractive power type GRIN lens exhibiting a convex lens action.

【0026】仮想の共重合体MB´のアッベ数はMB、
MCの組成比によって自由に制御できる。言い換えれば
作製されるGRINレンズの分布特性(図1ではMA−
MB´の傾きに相当)が任意に制御できることであり、
光学特性によって求められるいかような特性(分散分布
特性)のGRINレンズであっても、数限りのあるモノ
マーの選定とその混合比の設定によって実現することが
できる。従って、得られる特性は屈折率が高いところほ
どアッベ数が大きいという分散分布特性に限定されな
い。
The Abbe number of the virtual copolymer MB 'is MB,
It can be freely controlled by the composition ratio of MC. In other words, the distribution characteristics of the GRIN lens produced (in FIG. 1, MA-
Corresponding to the gradient of MB ') can be controlled arbitrarily,
A GRIN lens having any characteristics (dispersion distribution characteristics) required by optical characteristics can be realized by selecting a limited number of monomers and setting the mixing ratio thereof. Therefore, the obtained characteristics are not limited to the dispersion distribution characteristics that the higher the refractive index, the larger the Abbe number.

【0027】図1で示したGRINレンズの分散分布特
性は、共重合するモノマーが互いの0〜100%に完全
交換するモデルで示している。つまり、図1(a)で
は、中心部分では全てがMAであり、外周部分ではMA
を全く含有しないGRINレンズを示していることにな
る。しかし、実際には、種々の制約からモノマーが完全
には交換せず、上述した例で言えば、GRINレンズの
中心にMB、MCが含まれる場合があり、またGRIN
レンズの周辺部にMAが含まれることがある。現実には
その両方である場合がほとんどである。その場合は、モ
ノマー組み合わせから推定される△nよりも△nは小さ
くなるが、分散分布(図では特性曲線の傾きに相当)は
変わらない。
The dispersion distribution characteristic of the GRIN lens shown in FIG. 1 is shown by a model in which the monomers to be copolymerized are completely exchanged to 0 to 100% of each other. That is, in FIG. 1 (a), all are MA in the central portion and MA in the outer peripheral portion.
It means that the GRIN lens does not contain at all. However, in reality, due to various restrictions, the monomers are not completely exchanged, and in the above example, the GRIN lens may include MB and MC at the center, and GRIN
MA may be included in the peripheral portion of the lens. In reality, it is almost always both. In that case, Δn is smaller than Δn estimated from the monomer combination, but the dispersion distribution (corresponding to the slope of the characteristic curve in the figure) does not change.

【0028】このように、請求項2は請求項1の一方の
モノマーを2つのモノマーの共重合体に置き換えたもの
であるが、この方法を更に拡張することにより、請求項
1の両方のモノマーを共に2つのモノマーの共重合体の
置き換えた構成が考えられる。図2はこの拡張した場合
の組成を示し、モノマーMA1及びMA2の共重合体M
A’と、モノマーMB及びMCの共重合体MB’とを結
ぶ曲線がGRINレンズの分散分布特性となる。
Thus, although claim 2 replaces one of the monomers of claim 1 with a copolymer of two monomers, by further expanding this method, both monomers of claim 1 can be obtained. A configuration in which a copolymer of two monomers is replaced together is also conceivable. FIG. 2 shows the composition of this expanded case, a copolymer M of monomers MA1 and MA2.
The curve connecting A'and the copolymer MB 'of the monomers MB and MC is the dispersion distribution characteristic of the GRIN lens.

【0029】本発明では、これをさらに拡張して、モノ
マーを2つ以上のモノマーの共重合体に置換することも
可能であり、これにより任意の屈折率分布、分散分布を
有した光学特性を得ることができる。
In the present invention, it is possible to further expand this and replace the monomer with a copolymer of two or more monomers, whereby optical characteristics having an arbitrary refractive index distribution and dispersion distribution can be obtained. Obtainable.

【0030】本発明に用いられるモノマーは、MAとし
ては、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート
(CR−39)、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリ
ル酸メチル(PMMA)、ポリメタクリル酸イソブチ
ル、ポリシクロヘキシルメタクリレート、ポリトリシク
ロデシルメタクリレート、ポリブロムアクリル酸メチ
ル、ポリメタクリル酸2、3−ジブロムプロピル、フタ
ル酸ジアリルポリマー、ポリスチレンなどがある。MB
としては、ポリメタクリル酸ペンタクロルフェニル、ポ
リメタクリル酸フェニル、フタル酸ジアリル、ポリ安息
香酸ビニル、ジアリルイソフタレートなどがあり、MC
としては、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メ
チル(PMMA)、ポリシクロヘキシルメタクリレー
ト、ポリトリシクロデシルメタクリレートやポリメタク
リル酸トリフルオロエチルをはじめとする含弗素ポリマ
ー等がある。
The monomers used in the present invention include, as MA, diethylene glycol bisallyl carbonate (CR-39), methyl polyacrylate, polymethyl methacrylate (PMMA), isobutyl polymethacrylate, polycyclohexyl methacrylate, polytricyclo. Examples include decyl methacrylate, polybromomethyl acrylate, poly (methacrylic acid) 2,3-dibromopropyl, diallyl phthalate polymer, and polystyrene. MB
Examples include poly (pentachlorophenyl methacrylate), poly (phenyl methacrylate), diallyl phthalate, poly (vinyl benzoate) and diallyl isophthalate.
Examples thereof include fluorine-containing polymers such as polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate (PMMA), polycyclohexyl methacrylate, polytricyclodecyl methacrylate and polyfluorotrimethacrylate.

【0031】以上のようなこれまで述べてきた条件を満
足するモノマーであれば上述したモノマーに限らず、M
A、MB、MCにどんなモノマーを用いても良い。ただ
し、合成樹脂GRINレンズを合成するための基本的な
モノマー選定条件を満足する必要があることは言うまで
もない。すなわち、この基本的な条件とは、例えば共重
合が行われること、共重合によって濁りを生じないこ
と、近紫外域から近赤外域にわたって可視域に充分な等
価率が確保できること、複屈折率が小さいこと、などが
ある。
The monomer is not limited to the above-mentioned monomer as long as it satisfies the above-mentioned conditions, and M
Any monomer may be used for A, MB and MC. However, it goes without saying that it is necessary to satisfy the basic monomer selection conditions for synthesizing the synthetic resin GRIN lens. That is, the basic conditions are, for example, that copolymerization is performed, that turbidity does not occur due to copolymerization, that a sufficient equivalent ratio can be secured in the visible region from the near-ultraviolet region to the near-infrared region, and the birefringence is There are small things.

【0032】なお、これまで示してきた屈折率やアッベ
数の条件は、適用する光学機器の仕様にあった基準波長
での条件であれば良いが、通常は、d線またはe線にお
ける屈折率(nd、ne)、アッベ数(νd、νe)で
考えれば良い。
The conditions of the refractive index and Abbe's number shown so far may be the conditions at the reference wavelength that meets the specifications of the optical equipment to be applied, but normally, the refractive index at the d-line or the e-line is used. (Nd, ne) and the Abbe number (νd, νe) may be considered.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施の形態1)MAとして、ジエチレングリコールビ
スアリルカーボネート(CR−39)、MBとしてシリ
コーンポリマーを選定し、△nが0.03と比較的大き
く、しかも屈折率が高いところほどアッベ数の大きなG
RINレンズを成形することができた。
(Embodiment 1) Diethylene glycol bisallyl carbonate (CR-39) is selected as MA, and a silicone polymer is selected as MB. Δn is a relatively large value of 0.03 and the refractive index is higher, the larger the Abbe number is G.
The RIN lens could be molded.

【0034】(実施の形態2)MAがポリブロムアクリ
ル酸メチル、MBがポリメタクリル酸フェニル、MCが
ポリメタクリル酸トリフルオロエチルであり、GRIN
レンズの径方向の組成分布は、MAが中心で最も多く周
辺に向かって減少しており、MBおよびMCは中心で最
も少なく周辺に向かって増加している。これにより中心
が屈折率1.54、アッベ数44、周辺が屈折率1.4
9、アッベ数41である△nが0.05の屈折率が高い
ところほどアッベ数の大きなGRINレンズを作製でき
た。
(Embodiment 2) MA is polybromomethyl acrylate, MB is polyphenyl methacrylate, MC is polyfluorotrimethacrylate, and GRIN
The composition distribution in the radial direction of the lens is such that MA is the largest at the center and decreases toward the periphery, and MB and MC are the smallest at the center and increases toward the periphery. As a result, the center has a refractive index of 1.54, the Abbe number is 44, and the periphery has a refractive index of 1.4.
9. A GRIN lens having a larger Abbe number could be manufactured at a place where the refractive index was 9 and Δn was 41, where Δn was 0.05.

【0035】(実施の形態3)MA、MB、MCは実施
の形態2と同じモノマーであるが、MBとMCの比が実
施の形態2が3:2であるのに対して、この実施の形態
では2:1とした。このことによって、△nが0.03
5と実施の形態2より小さいが、アッベ数の変化は6程
度とやや大きい特性を持ったGRINレンズとすること
ができた。このGRINレンズは、色収差が従来の均質
ガラスとは反対方向に発生できる特性を有していた。
(Embodiment 3) MA, MB, and MC are the same monomers as in Embodiment 2, but the ratio of MB to MC in Embodiment 2 is 3: 2, whereas in Embodiment 3 The form was 2: 1. As a result, Δn is 0.03
Although it is smaller than the fifth embodiment and the second embodiment, a GRIN lens having a slightly large Abbe number change of about 6 can be obtained. This GRIN lens had a characteristic that chromatic aberration could occur in the direction opposite to that of conventional homogeneous glass.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明では、屈折率が高いところほどア
ッベ数が大きい特性を有した合成樹脂製のGRINレン
ズを得ることができ、色収差の発生しない単レンズを作
製することなどが可能となり、白色光源下で使用するレ
ンズ系を従来より更に軽薄短小化することが可能とな
る。特に合成樹脂であることから、ガラスに比べ重量が
非常に軽いレンズ系とすることができる。また、合成樹
脂が本来有する含水性によって、装着性の良好なコンタ
クトレンズなどのレンズに好適に適用することができ
る。
According to the present invention, it is possible to obtain a GRIN lens made of synthetic resin having a characteristic that the Abbe number is larger as the refractive index is higher, and it is possible to manufacture a single lens without chromatic aberration. It is possible to make the lens system used under a white light source lighter, thinner, shorter, and smaller than before. In particular, since it is a synthetic resin, the lens system can be made much lighter in weight than glass. Further, due to the water content which the synthetic resin originally has, it can be suitably applied to a lens such as a contact lens having a good wearability.

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

【図1】(a)、(b)はモノマーの共重合で得られる
屈折率及びアッベ数の特性図である。
1A and 1B are characteristic diagrams of refractive index and Abbe number obtained by copolymerization of monomers.

【図2】さらにモノマーの共重合の数を多くした場合の
屈折率及びアッベ数の特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram of a refractive index and an Abbe number when the number of copolymerizations of monomers is further increased.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 合成樹脂からなり、少なくとも2つのモ
ノマーA、Bの共重合体であって、モノマーA、Bが単
独で重合したポリマーの屈折率nがn(A)>n(B)
であり、且つ、モノマーA、Bが単独で重合したポリマ
ーのアッベ数νがν(A)>ν(B)であることを特徴
とする屈折率分布型光学素子。
1. A copolymer of at least two monomers A and B, which is made of a synthetic resin, wherein the monomers A and B are independently polymerized to have a refractive index n of n (A)> n (B).
And the Abbe number ν of the polymer obtained by polymerizing the monomers A and B alone is ν (A)> ν (B).
【請求項2】 合成樹脂からなり、少なくとも3つのモ
ノマーA、B、Cの共重合体であって、モノマーA、
B、Cが単独で重合したポリマーのアッベ数νがν
(C)>ν(A)>ν(B)であり、且つ各モノマーの
濃度分布がA凸、B凹、C凹または、A凹、B凸、C凸
であることを特徴とする屈折率分布型光学素子。
2. A copolymer of at least three monomers A, B and C, which is made of a synthetic resin and comprises a monomer A,
Abbe number ν of polymer obtained by polymerizing B and C independently is ν
(C)> ν (A)> ν (B) and the concentration distribution of each monomer is A-convex, B-concave, C-concave or A-concave, B-convex, C-convex. Distributed optical element.
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