JPH0943402A - 屈折率分布型光伝送体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる重合反応性を有する光伝送体材料を選
択した場合に、それぞれで重合度合いが制御され、ムラ
なく、十分に重合された屈折率分布型光伝送体を製作す
る。 【解決手段】 光伝送体の中心から半径方向に屈折率分
布を有することを特徴としたプラスチック屈折率分布型
光伝送体を製造する際に、互いに異なる２種類以上の重
合開始剤を互いに光伝送体母材料中で拡散分布させ、互
いに異なる２種類以上の重合開始剤の濃度が光伝送体の
中心から半径方向にそれぞれ、光伝送体の半径に対して
略二乗分布を有するようにした製造方法であって、前記
光伝送体母材料を作製する際に用いる重合開始剤として
互いに異なる重合開始剤を用い（Ｓ１，Ｓ３）、互いに
異なる２種類以上の重合開始剤の濃度が光伝送体の中心
から半径方向にそれぞれ、光伝送体の半径に対して略二
乗分布を有するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカメラ、光ディス
ク、内視鏡、光通信用レンズなど結像光学系に用いられ
る屈折率分布型プラスチックレンズ等の屈折率分布型光
伝送体の製造方法に関し、特に、製造段階における重合
度合を良好な状態に保つことで良好な性能を有する屈折
率分布型光伝送体を製造可能な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラスチックによるラジアル屈折
率分布型レンズ（以下GRINレンズ）の開発が試みられて
いる。このレンズの材料としてプラスチックを用いた場
合、材料の選択に制限はあるものの、例えば『応用物
理』第54巻第2 号（1985年発行）の第１２３頁〜１２９
頁にも示されているように、大口径・低コスト化・小型
軽量において有利であってカメラ等の複合レンズ系への
応用が期待されている。

【０００３】従来、GRINレンズの作製方法として、例え
ば以下の方法が開示されており、一般に行なわれてい
る。 ２段階共重合法：特公昭52-005857 号公報に記載され
ているように、モノマーを一部重合させたゲル状のロッ
ドに対し、屈折率の異なるモノマーを拡散させ、分布を
形成させた後、重合する。但し、重合開始剤についての
濃度分布については何等触れられていない。

【０００４】膨潤揮発法による屈折率分布型光伝送体
の作製方法：特開昭59-86003号公報に記載されているよ
うに、重合開始剤として複数用いても良いとの記載はあ
る。しかし、それらの濃度分布状態、濃度勾配の方向、
重合開始剤の選択規定に関しては、何等触れられていな
い。

【０００５】反応性比法による屈折率分布型光伝送体
の作製方法：特公昭54-30301号公報に記載されているよ
うに、共重合反応性比の異なるモノマーにより屈折率勾
配を有するプラスチック光伝送体を製造する方法が記載
されている。これは、二段階共重合法によるものではな
いが、重合反応性の異なる光伝送体材料が分布を形成す
ることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】屈折率分布型光伝送体
の作製においては、屈折率分布型光伝送体としての必然
性から、光学特性の異なる材料を組み合わせて用いる必
要がある。しかし、それは同時に化学的特性、即ち重合
反応性の異なる材料の選択を招くことがある。

【０００７】これは屈折率分布型光伝送体としての性能
を顕著に出そうとして、例えば、屈折率の大きく異な
る、即ち化学構造の大きく異なる材料の組合せを選択し
た場合に一層助長されるものである。

【０００８】その際、上述した従来例の既存技術では光
伝送体作製の各工程において重合反応性の異なる材料を
一律な重合環境下で扱うことになる。この結果、材料毎
の重合反応性の違いから重合反応性の制御が材料によっ
て不十分となる。従って、場合によっては屈折率分布性
の極端な悪化を招き、光伝送特性や硬度等の実用性、耐
候性に劣った光伝送体となって、もはや実用に耐えない
状況も生じることがある。

【０００９】本発明はこのような屈折率分布型光伝送体
特有の問題点を解決するためになされたものであって、
異なる重合反応性を有する光伝送体材料の組み合わせを
選択した場合であっても、重合度合いが制御され、ムラ
なく、十分に重合された屈折率分布型光伝送体を製作す
ることが可能な、屈折率分布型光伝送体の製造方法を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本件出願の発明者は、従
来提案されているプラスチックGRIN光伝送体における各
種の問題点を改良すべく鋭意研究を行った結果、重合ム
ラを改善するにあたって重合開始剤の分布特性が重要で
あることを新たに見出し、本発明を完成させた。

【００１１】従って、以下の分布に従った重合開始剤を
用いた製造方法により所望の屈折率分布型光伝送体を作
製することが可能になる。 （１）すなわち、上記の課題を解決する第１の発明は、
光伝送体の中心から半径方向に屈折率分布を有すること
を特徴としたプラスチック屈折率分布型光伝送体の製造
方法であって、互いに異なる２種類以上の重合開始剤を
互いに拡散分布させることにより、 光伝送体の半径に対
して光伝送体の中心から半径方向にそれぞれ略二乗分布
を有するようにしたことを特徴とするものである。

【００１２】このように、拡散による分布形成法による
屈折率分布型光伝送体の製造方法において、互いに異な
る２種類以上の重合開始剤を互いに拡散分布させること
で、光伝送体の中心部と外周部とで重合反応性の異なる
材料を用いた場合であっても、製造工程中における重合
反応をそれぞれ独立に制御することが可能となるため、
重合反応を十分に、かつ、材料の濃度分布形成が抑制さ
れることなく、すなわち屈折率の二乗分布性が優れたも
のとなる。

【００１３】尚、２種類以上の重合開始剤の濃度を略二
乗分布にするとは、前記光伝送体の中心部材料に用いる
重合開始剤、及び外周部材料に用いる重合開始剤として
互いに異なる重合開始剤を用いることにより行う。

【００１４】従って、作製された屈折率分布型光伝送体
について屈折率分布，光伝送特性，硬度，耐候性などの
点で良好な性能を確保することができるようになる。 （２）また、第２の発明は、モノマーを一部重合させた
ゲル状のロッドに対して屈折率の異なるモノマーを拡散
させて分布を形成させた後に重合させることにより、ロ
ッドの中心から半径方向に屈折率分布を有するプラスチ
ック屈折率分布型光伝送体を製造する製造方法であっ
て、前記ゲル状のロッドを作製する際に用いる重合開始
剤及び拡散に用いる重合開始剤として互いに異なる重合
開始剤を用い、互いに異なる２種類以上の重合開始剤の
濃度が光伝送体の中心から半径方向にそれぞれ、光伝送
体の半径に対して略二乗分布を有するようにすることを
特徴とするものである。

【００１５】このように、いわゆる二段階共重合法によ
る屈折率分布型光伝送体の製造方法において、ゲル状の
ロッドを作製する際に用いる重合開始剤と、拡散に用い
る重合開始剤とで、互いに異なる重合開始剤を用いるこ
とで、光伝送体の中心部と外周部とで重合反応性の異な
る材料を用いた場合であっても、製造工程中における重
合反応をそれぞれ独立に制御することが可能となるた
め、重合反応を十分に、かつ、材料の濃度分布形成が抑
制されることなく、すなわち屈折率の二乗分布性が優れ
たものとなる。

【００１６】尚、２種類以上の重合開始剤の濃度を略二
乗分布にするとは、前記ゲル状のロッドを作製する際に
用いる重合開始剤及び拡散に用いる重合開始剤として互
いに異なる重合開始剤を用いることにより行う。

【００１７】従って、作製された屈折率分布型光伝送体
について屈折率分布，光伝送特性，硬度，耐候性などの
点で良好な性能を確保することができるようになる。 （３）また、前記の第１若しくは第２の発明の製造方法
において、２種類以上の重合開始剤の濃度分布の凹凸方
向が互いに異なる方向であるようにすることで、更に良
好な結果を得られることを見出した。

【００１８】すなわち、光伝送体の中心部と外周部とで
重合反応性の異なる材料を用いた場合であっても、それ
ぞれの材料の濃度分布に応じて２種類以上の重合開始剤
の濃度分布の凹凸方向が互いに異なる方向で存在するた
め、製造工程中における重合反応をそれぞれ独立に制御
することが可能となり、重合反応を十分に、かつ、材料
の濃度分布形成が抑制されることなく、すなわち屈折率
の二乗分布性が優れたものとなる。

【００１９】尚、２種類以上の重合開始剤の濃度を略二
乗分布にするとは、前記ゲル状のロッドを作製する際に
用いる重合開始剤及び拡散に用いる重合開始剤として互
いに異なる重合開始剤を用いることにより行う。

【００２０】従って、作製された屈折率分布型光伝送体
について屈折率分布，光伝送特性，硬度，耐候性などの
点で良好な性能を確保することができるようになる。 （４）また、前述した（１），（２），（３）のいずれ
かの製造方法において、２種類以上の重合開始剤とし
て、10時間選定半減期温度が互いに異なるものを用いる
ことで更に良好な結果を得られることを新たに見出し
た。この場合、特に（３）の製造方法において良い結果
が得られた。

【００２１】尚、ここで、10時間選定半減期温度とは、
10時間後に重合開始剤の濃度が1/2 となるような温度の
ことであり、反応速度を表す指標のことである。この場
合、特に、重合開始剤の反応性が光伝送体の中心部と外
周部とで異なるものとなるため、光伝送体の中心部と外
周部とで重合反応性の異なる材料を用いた場合であって
も、製造工程中における重合反応をそれぞれ独立に制御
することが可能となるため、重合反応を十分に、かつ、
材料の濃度分布形成が抑制されることなく、すなわち屈
折率の二乗分布性が優れたものとなる。

【００２２】従って、作製された屈折率分布型光伝送体
について屈折率分布，光伝送特性，硬度，耐候性などの
点で良好な性能を確保することができるようになる。 （５）そして、前述した（１）〜（３）において使用す
る２種類以上の重合開始剤として、10時間選定半減期温
度が互いに10℃以上異なるものを用いることで、更に良
好な結果を得られることを新たに見出した。この場合、
特に（３）の製造方法において良い結果が得られた。

【００２３】この場合、特に、重合開始剤の反応性が光
伝送体の中心部と外周部とでより顕著に異なるものとな
るため、光伝送体の中心部と外周部とで重合反応性の異
なる材料を用いた場合であっても、製造工程中における
重合反応をそれぞれ独立に制御することが可能となるた
め、重合反応を十分に、かつ、材料の濃度分布形成が抑
制されることなく、すなわち屈折率の二乗分布性が優れ
たものとなる。

【００２４】従って、作製された屈折率分布型光伝送体
について屈折率分布，光伝送特性，硬度，耐候性などの
点で良好な性能を確保することができるようになる。

【００２５】

【発明の実施の態様】以下に、本発明の実施の態様を詳
細に説明する。ここでは、屈折率分布型光伝送体として
プラスチックGRINレンズの場合を例にして幾つかの条件
で実際に作製してその結果を評価した。

【００２６】尚、重合開始剤の濃度分布は硬化後のプラ
スチック光伝送体中に残存する重合開始剤の分解物の赤
外吸収スペクトル（以下、ＦＴ−ＩＲ）を測定すること
により求めた。

【００２７】ここで、屈折率分布型光伝送体の中心から
半径方向の重合開始剤の理想の濃度分布は以下の式
（ａ）になるようにする。また、中心から半径の20％ま
での濃度分布を以下の（ｂ）式で近似した場合に、理想
濃度分布と近似濃度分布とのずれ率ΔC2( ％) について
も考える。

【００２８】このずれ率ΔC2は、下記（ｄ）式で示され
る近似式（ｂ）における中心と半径r における濃度差Δ
Cb(r) に対する、下記（ｃ）式で示される理想分布式
（ａ）における中心と半径r における濃度差ΔCa(r) の
割合で示すことができる。これを（ｅ）式に示す。

【００２９】 C1(r) = C(0)+k ₂r ²+k ₄ r ⁴ +k ₆r ⁶ + … （ａ） C(0)：中心の屈折率、 r ：中心からの距離、k ₂ 、k
₄ 、k ₆ …：分布係数、以下同様) C2(r) = C(0)+k ₂r ² （ｂ） ΔCa(r) = k ₂ r ² +k ₄ r ⁴ +k ₆r ⁶ + … （ｃ） ΔCb(r) = k ₂ r ² （ｄ） ΔC2( ％) = （-k ₄ r ⁴-k ₆ r⁶ - …）／（k ₂ r ²）×100 （ｅ） 前記、重合開始剤の濃度分布性はΔC2( ％) ＝±20％以
内、さらに好ましくはΔC2( ％) ＝±10％であることが
略二乗分布として好ましい。

【００３０】以下、本発明の製造方法について説明す
る。 (1) 重合開始剤：重合開始剤は公知の熱重合もしくは
光重合開始剤を使用することが好ましく、公知のラジカ
ル開始剤を使用できる。

【００３１】例えば、ジイソプロピルパーオキシジカー
ボネート( 以下ＩＰＰ) 、過酸化ベンゾイル( 以下ＢＰ
Ｏ) 、アゾビスイソブチロニトリル( 以下AIBN) 、tert
- ブチル過炭酸パーオキシドなどが使用できる。

【００３２】重合開始剤の一例と一般に良く知られてい
る10時間選定半減期温度を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】(2) モノマー：ゲル母材と拡散に用いる
モノマーとしては、重合性官能基を有し、熱もしくは活
性エネルギー線などにより重合体となるモノマーであれ
ば使用可能である。

【００３５】例えばビニル系、アリル系、アクリル系、
メタクリル系、スチレン系、アセチレン系モノマー等の
不飽和基を有するモノマーを１種あるいは複数混合して
使用しても良い。

【００３６】具体的には例えばエチレングリコールジメ
タクリレート、ジエチレングリコールビスアリルカーボ
ネート、ジビニルベンゼン、ジアリルイソフタレート、
ジアリルテレフタレート等が使用できる。

【００３７】光伝送体の低屈折率側材料としては、2,2,
2 トリフルオロエチルメタクリレート( 以下３ＦＭＡ)
、2,2,3,3 テトラフルオロプロピルメタクリレート
（以下４ＦＭＡ）、2,2,3,3,3 ペンタフルオロプロピル
メタクリレート( 以下５ＦＭＡ) 、2,2,2 トリフルオロ
エチルアクリレート( 以下３ＦＡ) 、2,2,3,3 テトラフ
ルオロプロピルアクリレート( 以下４ＦＡ) 、2,2,3,3,
3 ペンタフルオロプロピルアクリレート( 以下５ＦＡ)
、メチルメタクリレート、トリメチロールプロパント
リアクレート（以下Ｍ３０９）、ジペンタエリスリトー
ルペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ
アクリレート（以下Ｍ４００）、ポリエステルアクリレ
ート類、ＣＲ−３９などが好ましい。

【００３８】また、光伝送体の高屈折率側材料として
は、ジアリルイソフタレート( 以下ＤＡＩ) 、ジアリル
テレフタレート( 以下ＤＡＴ) 、ジアリルフタレート(
以下ＤＡＰ) 、安息香酸ビニル( 以下ＶＢ) 、2,4,6-ト
リブロモフェニルアクリレート( 以下３Ｂｒ−Ａ) 、ヒ
ドロキシエチルトリブロモフェノールアクリル酸エステ
ル( 以下３Ｂｒ−ＡＥ) 、ジヒドロキシエチルテトラブ
ロモビスフェノールメタクリル酸エステル( 以下４Ｂｒ
−ＭＥ) 、ＴＳ−８６( 株式会社トクヤマ製プラスチッ
ク材料) 、スチレン、オルト−クロロスチレン、ビスフ
ェノールA-EO変性ジアクリレート、などが好ましい。

【００３９】尚、高屈折率側及び低屈折率側においてこ
れらの材料を一種もしくは互いに複数種を組み合わせて
用いても良い。 (3) 作製手順：屈折率分布型光伝送体の作製は、光伝
送体の母材料に対し、それとは屈折率の異なる材料を連
続的に濃度分布させる方法、例えば二段階共重合法を応
用し、以下の〜の手順で行なった。これを図１を参
照して説明する。

【００４０】母材の調製：母材モノマーと所定量の重
合開始剤Ａを混合する（図１Ｓ１）。 ゲル母材の作製：モノマー液を熱または活性エネルギ
ー線などによって一部重合させゲル母材を得る（図１Ｓ
２）。

【００４１】光伝送体母材のゲル化率は 5〜40％である
ことが好ましい。5 ％以下では形状を保持したゲル状態
とならず、また40％以上では重合が進みすぎているため
にそのゲル構造中へモノマーが拡散しづらい。

【００４２】ここで、ゲル母材のゲル化率とは、重合に
用いたモノマー重量：Ｗ（Ｍ）に対する、重合後のポリ
マー重量：Ｗ（Ｐ）の比率（百分率：％）であり、即ち
次式で示されるものをいう。

【００４３】 ゲル化率（％）＝｛Ｗ（Ｐ）／Ｗ（Ｍ）｝×１００ 尚、Ｗ（Ｐ）は従来法に基づき、モノマーを溶解し、ポ
リマーを溶解しない溶剤を用いてゲル母材を所定の方法
で処理した際の溶解しない部分の重量である。

【００４４】尚、ゲル母材が空気に触れるような場合に
は、作製雰囲気を窒素，ヘリウム，アルゴンなどの不活
性ガスで置換、あるいはモノマー液中に溶存した酸素を
脱気する等して除去することが望ましい。

【００４５】拡散モノマーの調製：拡散モノマーと所
定量の重合開始剤Ｂを混合する。ここで、拡散モノマー
としては、目的とする光学分布特性に応じて適宜、ゲル
母材用のモノマーとは異なる光学特性を有する拡散モノ
マーを選択して用いる（図１Ｓ３）。

【００４６】拡散：前記拡散モノマー液中に前記ゲル
母材を所定の条件で浸積せる（図１Ｓ４）。尚、拡散に
用いるモノマー量はゲル母材中のモノマーと十分に置換
される量であることが好ましく、また、ゲル母材がモノ
マー液中に浸る以上の量であることが好ましい。拡散モ
ノマー液面上にゲル母材が出るような場合には、モノマ
ー液面上が窒素，ヘリウム，アルゴンなどの不活性ガス
雰囲気であることが好ましい。拡散モノマー中にガスを
通じる必要がある場合も、不活性ガスを使用することが
好ましい。

【００４７】硬化：拡散済みのゲル母材を熱もしくは
活性エネルギー線（光、放射線）などによって残留モノ
マー成分を十分に重合させる（図１Ｓ５）。ゲル母材へ
の拡散が終了した後、さらに重合させ、重合を完結させ
る。重合は熱あるいは紫外線、電子線、放射線等の活性
エネルギー線等のいずれを使用しても良い。このとき、
ゲル母材は真円になる様に重合する。

【００４８】切断、研磨：ロッド端面を切断、研磨等
してプラスチック光伝送体を得る（図１Ｓ６）。重合の
完結したゲル母材は、両端を研磨した後ロッドレンズと
して用いても、また、切断した後研磨し、レンズとして
用いても良い。

【００４９】(4) 屈折率分布：尚、屈折率分布型光伝
送体の中心から半径方向の屈折率分布が（ｆ）式で、ま
た中心から半径の20％までの屈折率分布によって、その
理想の屈折率分布が下記（ｇ）式でそれぞれ近似して表
すとき、（ｊ）式の二乗分布ずれ率：Δn2( ％) は下記
（ｈ）式で示される中心と半径：r における屈折率差：
Δnb(r) に対する、下記（ｉ）式で示される中心と半
径：r における屈折率差：Δna(r) の割合を示す。

【００５０】 n1(r) = n(0)+A₂ r ² +A ₄r ⁴ +A ₆r ⁶ + … …（ｆ） ここで、n(0)：中心の屈折率，r ：中心からの距離，A
₂ 、A ₄ 、A ₆ …：分布係数 n2(r) = n(0)+A ₂ r ² …（ｇ） Δna(r)= A ₂ r ² +A ₄ r ⁴ +A ₆ r ⁶ + … …（ｈ） Δnb(r)= A ₂ r ² …（ｉ） Δn2( ％) = （-A ₄ r ⁴-A ₆ r ⁶ -…）／（A ₂ r ² ）×100 …（ｊ） 前記、屈折率分布性はΔn2( ％) ＝±20％以内、さらに
好ましくはΔn2( ％)＝±10％であることが略二乗分布
として好ましい。

【００５１】(5) 硬度 硬度はビッカース硬度計を用いてＰＭＭＡ（ポリメチル
メタクリレート）の硬度に対する相対値で評価した。Ｐ
ＭＭＡを１００とするときおよそ３０以上が実用レベル
である。

【００５２】以上、説明したように、本発明の製造方法
によって屈折率分布型光伝送体を作製することにより、
光伝送体の中心部と外周部とで重合反応性の異なる材料
を用いた場合であっても、製造工程中における重合反応
をそれぞれ独立に制御することが可能となるため、重合
反応を十分に、かつ、材料の濃度分布形成が抑制される
ことなく、すなわち屈折率の二乗分布性が優れたものと
なる。

【００５３】従って、作製された屈折率分布型光伝送体
について屈折率分布，光伝送特性，硬度，耐候性などの
点で良好な性能を確保することができるようになる。

【００５４】

【実施例】ここで、本発明の製造方法に従って屈折率分
布型光伝送体を作製し、その効果を比較例と比較して検
証する。

【００５５】尚、屈折率分布の測定方法は以下のように
して行なった。カールツァイス社製干渉顕微鏡インター
ファコを用いてプラスチックGRIN光伝送体を観測した際
に得られる干渉縞の傾きを解析することにより、所定の
光学的解析手法を用いて屈折率を求めた。

【００５６】＜実施例１＞ 中心部材料として４ＦＭＡとＭ３０９ を重量比で85：15となるよう混合し、そこに重合開始剤
としてＩＰＰ（ジイソプロピルパーオキシジカーボネー
ト）を0.05wt％混合し、直径14mmφの円筒容器に入れ40
℃に加熱することにより重合転化率10％のゲル母材を形
成した。

【００５７】拡散材料としてのＤＡＴに重合開始剤と
してのＢＰＯを2wt ％添加したものを拡散剤として調液
する。この後、前記のゲル母材を所定量の拡散剤を入
れた容器に注入し、密栓の後、15℃で、20時間保持し、
ゲル母材中に拡散剤を拡散させた。

【００５８】その際のゲルの重量に対する拡散モノマー
量の比率は8 倍量とした。拡散終了後、拡散剤中から
ゲルロッドを取り去り、温度プログラム付きの加熱装置
にて10℃から90℃に20時間かけて昇温し、加熱すること
により重合を完結させた。

【００５９】硬化後は冷却し、切断、研磨等の加工の
後、プラスチックGRIN光伝送体を得た。 このプラスチックGRIN光伝送体を中心から周辺方向に
ＦＴ−ＩＲ法にてＩＰＰあるいはＢＰＯの濃度分布を評
価したところ、ＩＰＰ濃度は中心から周辺部方向に略二
乗分布で低下し、また、それとは逆に、ＢＰＯ濃度は中
心から周辺部方向に略二乗分布で増加するものであっ
た。

【００６０】更に、中心と半径6.0mm の屈折率差：以
下、Δn(r=6.0mm)をカールツァイス社製の干渉顕微鏡を
用いて評価したところ、Δn(r=6.0mm)=0.10 、二乗分布
ずれ率：Δn2(r=6.0mm)=−2 ％と少なく、良好な性能で
あった。更に、硬度を調べた結果、十分な硬度を有する
ものであった。このように、所望の特性を満足する凹型
分布を有するプラスチックGRIN光伝送体を得た。

【００６１】この場合に得られた濃度分布を図２に示
す。この図２からも明らかなように、実施例１により得
られたプラスチック光伝送体における濃度分布は略二乗
分布であった。

【００６２】＜実施例２＞ 中心部材料：４ＦＭＡとＭ４００ を重量比で85：15となるよう混合し、そこに重合開始剤
としてＩＰＰ（ジイソプロピルパーオキシジカーボネー
ト）を0.05wt％混合し、直径14mmφの円筒容器に入れ40
℃に加熱することにより重合転化率２０％のゲル母材を
形成した。

【００６３】拡散材料としてＶＢに重合開始剤として
のＢＰＯを2wt ％添加したものを拡散剤として調液し
た。この後、前記ゲル母材を所定量の拡散剤を入れた容
器に注入し、密栓の後、15℃で、20時間保持し、ゲル母
材中に拡散剤を拡散させた。

【００６４】その際のゲルの重量に対する拡散モノマー
量の比率は8 倍量とした。 拡散終了後、拡散剤中からゲルロッドを取り去り、温
度プログラム付きの加熱装置にて20℃から90℃に20時間
かけて昇温し、加熱することにより重合を完結させた。
硬化後は冷却し、切断、研磨等の加工の後、プラスチッ
クGRIN光伝送体を得た。

【００６５】このプラスチックGRIN光伝送体を中心か
ら周辺方向にＦＴ−ＩＲ法にてＩＰＰあるいはＢＰＯの
濃度分布を評価したところ、ＩＰＰ濃度は中心から周辺
部方向に略二乗分布で低下し、また、それとは逆に、Ｂ
ＰＯ濃度は中心から周辺部方向に略二乗分布で増加する
ものであった。

【００６６】更に、中心と半径6.0mm の屈折率差：以
下、Δn(r=6.0mm)をカールツァイス社製の干渉顕微鏡を
用いて評価したところ、Δn(r=6.0mm)=0.10 、二乗分布
ずれ率：Δn2(r=6.0mm)=+2％と少なく、良好な性能であ
った。更に、硬度を調べた結果、十分な硬度を有するも
のであった。このように、所望の特性を満足する凹型分
布を有するプラスチックGRIN光伝送体を得た。

【００６７】この場合に得られた濃度分布を図３に示
す。この図３からも明らかなように、実施例２により得
られたプラスチック光伝送体における濃度分布は略二乗
分布であった。

【００６８】＜実施例３＞ 中心部材料としてのＤＡＴに重合開始剤としてのＢＰ
Ｏを2wt ％添加したものを直径14mmφの円筒容器に入れ
70℃に加熱することにより重合転化率25％のゲル母材を
形成した。調液したのち、前記ゲルを所定量の拡散剤を
入れた容器に注入し、密栓の後、15℃で、20時間保持
し、ゲル母材中に拡散剤を拡散させた。その際のゲルの
重量に対する拡散モノマー量の比率は8 倍量とした。

【００６９】拡散材料としての５ＦＡに重合開始剤と
してＩＰＰ( ジイソプロピルパーオキシジカーボネー
ト) を0.1wt ％混合し、調液したのち、ゲル母材を所定
量の拡散剤を入れた容器に注入し、密栓の後、15℃で、
20時間保持し、ゲル母材中に拡散剤を拡散させた。その
際のゲルの重量に対する拡散モノマー量の比率は8 倍量
とした。

【００７０】拡散終了後、拡散剤中からゲルロッドを
取り去り、温度プログラム付きの加熱装置にて20℃から
90℃に20時間かけて昇温し、加熱することにより重合を
完結させた。硬化後は冷却し、切断、研磨等の加工の
後、プラスチックGRIN光伝送体を得た。

【００７１】このプラスチックGRIN光伝送体を中心か
ら周辺方向にＦＴ−ＩＲ法にてＩＰＰあるいはＢＰＯの
濃度分布を評価したところ、ＢＰＯ濃度は中心から周辺
部方向に略二乗分布で低下し、また、それとは逆に、Ｉ
ＰＰ濃度は中心から周辺部方向に略二乗分布で増加する
ものであった。更に、中心と半径6.0mm の屈折率差：以
下、Δn(r=6.0mm)をカールツァイス社製の干渉顕微鏡を
用いて評価したところ、Δn(r=6.0mm)=0.11 、二乗分布
ずれ率：Δn2(r=6.0mm)=-2％と少なく、良好な性能であ
った。更に、硬度を調べた結果、十分な硬度を有するも
のであった。このように、所望の特性を満足する凸型分
布を有するプラスチックGRIN光伝送体を得た。

【００７２】この場合に得られた濃度分布を図４に示
す。この図４からも明らかなように、実施例３により得
られたプラスチック光伝送体における濃度分布は略二乗
分布であった。

【００７３】＜実施例４＞ 中心部材料：４ＦＭＡとＭ３０９を重量比で85：15と
なるよう混合し、そこに重合開始剤としてtert- ブチル
パーオキシ2-エチルヘキサネートを2wt ％混合し、直径
14mmφの円筒容器に入れ40℃に加熱することにより重合
転化率10％のゲル母材を形成した。

【００７４】拡散材料としてＤＡＴに重合開始剤とし
てＢＰＯを2wt ％添加したものを拡散剤として調液し
た。この後、前記ゲル母材を所定量の拡散剤を入れた容
器に注入し、密栓の後、15℃で、20時間保持し、ゲル母
材中に拡散剤を拡散させた。

【００７５】この場合、tert- ブチルパーオキシ2-エチ
ルヘキサネートとＢＰＯの10時間選定半減温度差は6
℃、ゲルの重量に対する拡散モノマー量の比率は8 倍量
とした。

【００７６】拡散終了後、拡散剤中からゲルロッドを
取り去り、温度プログラム付きの加熱装置にて20℃から
90℃に20時間かけて昇温し、加熱することにより重合を
完結させた。硬化後は冷却し、切断、研磨等の加工の
後、プラスチックGRIN光伝送体を得た。

【００７７】このプラスチックGRIN光伝送体を中心か
ら周辺方向にＦＴ−ＩＲ法にてＩＰＰあるいはＢＰＯの
濃度分布を評価したところ、ＩＰＰ濃度は中心から周辺
部方向に略二乗分布で低下し、また、それとは逆に、Ｂ
ＰＯ濃度は中心から周辺部方向に略二乗分布で増加する
ものであった。更に、中心と半径6.0mm の屈折率差：以
下、Δn(r=6.0mm)をカールツァイス社製の干渉顕微鏡を
用いて評価したところ、Δn(r=6.0mm)=0.10 、二乗分布
ずれ率：Δn2(r=6.0mm)=+10 ％と若干大きく、十分な硬
度を有する凹型分布を有するプラスチックGRIN光伝送体
を得た。

【００７８】この場合に得られた濃度分布を図５に示
す。この図５からも明らかなように、実施例４により得
られたプラスチック光伝送体における濃度分布は略二乗
分布であった。

【００７９】＜実施例５＞ 中心部材料として４ＦＭＡとＭ３０９ を重量比で85：15となるよう混合し、そこに重合開始剤
としてＩＰＰ（ジイソプロピルパーオキシジカーボネー
ト）を0.05wt％混合し、直径14mmφの円筒容器に入れ40
℃に加熱することにより重合転化率10％のゲル母材を形
成した。

【００８０】拡散材料としてのＤＡＴに重合開始剤と
しての２，４−ジクロロベンゾイルパーオキシドを2wt
％添加したものを拡散剤として調液する。この後、前記
のゲル母材を所定量の拡散剤を入れた容器に注入し、
密栓の後、15℃で、20時間保持し、ゲル母材中に拡散剤
を拡散させた。

【００８１】その際のゲルの重量に対する拡散モノマー
量の比率は8 倍量とした。 拡散終了後、拡散剤中からゲルロッドを取り去り、温
度プログラム付きの加熱装置にて10℃から90℃に20時間
かけて昇温し、加熱することにより重合を完結させた。

【００８２】硬化後は冷却し、切断、研磨等の加工の
後、プラスチックGRIN光伝送体を得た。 このプラスチックGRIN光伝送体を中心から周辺方向に
ＦＴ−ＩＲ法にてＩＰＰあるいは２，４−ジクロロベン
ゾイルパーオキシドの濃度分布を評価したところ、ＩＰ
Ｐ濃度は中心から周辺部方向に略二乗分布で低下し、ま
た、それとは逆に、２，４−ジクロロベンゾイルパーオ
キシド濃度は中心から周辺部方向に略二乗分布で増加す
るものであった。

【００８３】更に、中心と半径6.0mm の屈折率差：以
下、Δn(r=6.0mm)をカールツァイス社製の干渉顕微鏡を
用いて評価したところ、Δn(r=6.0mm)=0.10 、二乗分布
ずれ率：Δn2(r=6.0mm)=８％と少なく、良好な性能であ
った。更に、硬度を調べた結果、十分な硬度を有するも
のであった。このように、所望の特性を満足する凹型分
布を有するプラスチックGRIN光伝送体を得た。

【００８４】この場合に得られた濃度分布を図３に示
す。この図３からも明らかなように、実施例５により得
られたプラスチック光伝送体における濃度分布は略二乗
分布であった。

【００８５】＜実施例６＞ 中心部材料としてのＤＡＴ、揮発性材料として５ＦＡ
の混合物に重合開始剤ＡとしてＩＰＰ（ジイソプロピル
パーオキシジカーボネート）を0.1wt ％、重合開始剤Ｂ
としてＢＰＯを2wt ％添加したものを直径14mmφの円筒
容器に入れ70℃に加熱することにより重合転化率25％の
ゲル母材を形成した。その後、前記ゲルを窒素雰囲気中
に密栓の後、40℃で20時間保持し、ゲル母材から未重合
のモノマーを揮発させた。

【００８６】揮発終了後、窒素雰囲気中からゲルロッ
ドを取り去り、温度プログラム付きの加熱装置にて20℃
から90℃に20時間かけて昇温し、加熱することにより重
合を完結させた。硬化後は冷却し、切断、研磨等の加工
の後、プラスチックGRIN光伝送体を得た。

【００８７】このプラスチックGRIN光伝送体を中心か
ら周辺方向にＦＴ−ＩＲ法にてＩＰＰあるいはＢＰＯの
濃度分布を評価したところ、ＢＰＯ濃度は中心から周辺
部方向に略二乗分布で低下し、また、それと同方向に、
ＩＰＰ濃度は中心から周辺部方向に略二乗分布で増加す
るものであった。更に、中心と半径6.0mm の屈折率差：
以下、Δn(r=6.0mm)をカールツァイス社製の干渉顕微鏡
を用いて評価したところ、Δn(r=6.0mm)=0.04 、二乗分
布ずれ率：Δn2(r=6.0mm)=16％と若干大きいものの、実
用可能なレベルにあった。更に、硬度を調べた結果、十
分な硬度を有するものであった。このように、所望の特
性を満足する凸型分布を有するプラスチックGRIN光伝送
体を得た。

【００８８】この場合に得られた濃度分布を図８に示
す。この図８からも明らかなように、実施例６により得
られたプラスチック光伝送体における濃度分布は略二乗
分布であった。

【００８９】次に、本発明の特徴となる条件を満たさな
い範囲で実験を行い、これを比較例として説明する。 ＜比較例１＞ 中心部材料：４ＦＭＡとＭ３０９を重量比で85：15と
なるよう混合し、 そこに重合開始剤としてＩＰＰ( ジイ
ソプロピルパーオキシジカーボネート) を1wt％混合し、
直径14mmφの円筒容器に入れ40℃に加熱することによ
り重合転化率10％のゲル母材を形成した。

【００９０】拡散材料としてのＤＡＴに重合開始剤と
してのＩＰＰを1wt ％添加したものを拡散剤として調液
した。この後、前記ゲル母材を所定量の拡散剤を入れた
容器に注入し、 密栓の後、 15℃で、 20時間保持し、 ゲル
母材中に拡散剤を拡散させた。その際のゲルの重量に対
する拡散モノマー量の比率は8 倍量とした。

【００９１】拡散終了後、 拡散剤中からゲルロッドを
取り去り、 温度プログラム付きの加熱装置にて20℃から
90℃に20時間かけて昇温し、 加熱した。冷却後、 加熱装
置から取り出したが、硬度の不十分なロッドが得られ
た。このロッドを切断、 研磨等の加工の後、 プラスチッ
クGRIN光伝送体を得た。

【００９２】このプラスチックGRIN光伝送体は中心か
ら周辺部方向のＩＰＰ濃度は図６に示すように略一定で
あり、 また、 Δn(r=6.0mm)は0.02、 二乗分布ずれ率：Δ
n2(r=6.0mm)=+80 ％と大きく、 充分な性能が得られなか
った。また、硬度も不十分なものであった。

【００９３】＜比較例２＞ 中心部材料としてのＤＡＴに重合開始剤としてのＢＰ
Ｏを5wt ％添加したものを直径14mmφの円筒容器に入れ
70℃に加熱することにより重合転化率25％のゲル母材を
形成した。調液したのち、前記ゲルを所定量の拡散剤を
入れた容器に注入し、密栓の後、15℃で、20時間保持
し、ゲル母材中に拡散剤を拡散させた。その際のゲルの
重量に対する拡散モノマー量の比率は8 倍量とした。

【００９４】拡散材料としての５ＦＡに重合開始剤と
してＩＰＰ( ジイソプロピルパーオキシジカーボネー
ト) を１wt％混合し、調液したのち、ゲル母材を所定量
の拡散剤を入れた容器に注入し、密栓の後、15℃で、10
時間保持し、ゲル母材中に拡散剤を拡散させた。その際
のゲルの重量に対する拡散モノマー量の比率は8 倍量と
した。

【００９５】拡散終了後、拡散剤中からゲルロッドを
取り去り、温度プログラム付きの加熱装置にて20℃から
90℃に20時間かけて昇温し、加熱することにより重合を
完結させた。硬化後は冷却し、切断、研磨等の加工の
後、プラスチックGRIN光伝送体を得た。

【００９６】このプラスチックGRIN光伝送体を中心か
ら周辺方向にＦＴ−ＩＲ法にてＩＰＰあるいはＢＰＯの
濃度分布を評価したところ、ＢＰＯ濃度は中心から周辺
部方向に二乗分布ズレ値：５０％の二乗分布から大きく
ずれた状態で分布し、また、それとは逆方向に、ＩＰＰ
濃度は中心から周辺部方向に二乗分布ズレ値：５０％の
二乗分布から大きくずれた状態で分布するものであっ
た。更に、中心と半径6.0mm の屈折率差：以下、Δn(r=
6.0mm)をカールツァイス社製の干渉顕微鏡を用いて評価
したところ、Δn(r=6.0mm)=0.09 、二乗分布ずれ率：Δ
n2(r=6.0mm)=５０％と大きく、実用レベルではなかっ
た。更に、硬度も不十分なものであった。

【００９７】この場合に得られた濃度分布を図７に示
す。この図７からも明らかなように、比較例２により得
られたプラスチック光伝送体における濃度分布は二乗分
布から大きくはずれたものであった。

【００９８】＜評価結果＞以上のような各実施例及び比
較例を比較，評価すると、以下の表２のようにまとめる
ことができる。

【００９９】

【表２】

【０１００】以上のように、ゲル状のロッドを作製する
際に用いる重合開始剤及び拡散に用いる重合開始剤とし
て互いに異なる重合開始剤を用いる等により、互いに異
なる２種類以上の重合開始剤を互いに光伝送体母材料中
で拡散分布させ、互いに異なる２種類以上の重合開始剤
の濃度が光伝送体の中心から半径方向にそれぞれ、光伝
送体の半径に対して略二乗分布を有するようにしたこと
で、異なる重合反応性を有する光伝送体材料の組み合わ
せを選択した場合であっても、重合度合いが制御され、
ムラなく、十分に重合された屈折率分布型光伝送体を製
作することが可能になった。

【０１０１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、光伝送体の
中心から半径方向に屈折率分布を有することを特徴とし
たプラスチック屈折率分布型光伝送体を製造する際に、
互いに異なる２種類以上の重合開始剤を互いに光伝送体
母材料中で拡散分布させ、互いに異なる２種類以上の重
合開始剤の濃度が光伝送体の中心から半径方向にそれぞ
れ、光伝送体の半径に対して略二乗分布を有するように
した発明によれば、異なる重合反応性を有する光伝送体
材料の組み合わせを選択した場合であっても、重合度合
いが制御され、ムラなく、十分に重合された屈折率分布
型光伝送体を製作することが可能になった。

【０１０２】また、モノマーを一部重合させたゲル状の
ロッドに対して屈折率の異なるモノマーを拡散させて分
布を形成させた後に重合させることにより、ロッドの中
心から半径方向に屈折率分布を有するプラスチック屈折
率分布型光伝送体を製造する際に、ゲル状のロッドを作
製する際に用いる重合開始剤及び拡散に用いる重合開始
剤として互いに異なる重合開始剤を用い、互いに異なる
２種類以上の重合開始剤の濃度が光伝送体の中心から半
径方向にそれぞれ、光伝送体の半径に対して略二乗分布
を有するようにした発明によれば、異なる重合反応性を
有する光伝送体材料の組み合わせを選択した場合であっ
ても、重合度合いが制御され、ムラなく、十分に重合さ
れた屈折率分布型光伝送体を製作することが可能になっ
た。

【０１０３】また、２種類以上の重合開始剤の濃度分布
の凹凸方向が互いに異なる方向になるようにしたこと
で、異なる重合反応性を有する光伝送体材料のそれぞれ
で重合度合いが更に適した状態に制御され、ムラなく、
十分に重合された屈折率分布型光伝送体を製作すること
が可能になった。

【０１０４】また重合開始剤として、10時間選定半減期
温度が互いに異なるものを用いることによっても、異な
る重合反応性を有する光伝送体材料のそれぞれで重合度
合いが更に適した状態に制御され、ムラなく、十分に重
合された屈折率分布型光伝送体を製作することが可能に
なった。

【０１０５】更に、重合開始剤として、10時間選定半減
期温度が互いに10℃以上異なるものを用いることによっ
ても、異なる重合反応性を有する光伝送体材料のそれぞ
れで重合度合いが更に適した状態に制御され、ムラな
く、十分に重合された屈折率分布型光伝送体を製作する
ことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の態様の一例のプラスチックラジ
アルGRIN光伝送体製造方法の手順を示すフローチャート
である。

【図２】実施例１の濃度分布の特性を示す特性図であ
る。

【図３】実施例２及び５の濃度分布の特性を示す特性図
である。

【図４】実施例３の濃度分布の特性を示す特性図であ
る。

【図５】実施例４の濃度分布の特性を示す特性図であ
る。

【図６】比較例における濃度分布の特性を示す特性図で
ある。

【図７】比較例２における濃度分布の特性を示す特性図
である。

【図８】実施例６の濃度分布の特性を示す特性図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 孝行 東京都日野市さくら町１番地 コニカ株式 会社内 (72)発明者 松本 和正 東京都日野市さくら町１番地 コニカ株式 会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光伝送体の中心から半径方向に屈折率分
   布を有することを特徴としたプラスチック屈折率分布型
   光伝送体の製造方法であって、 互いに異なる２種類以上の重合開始剤を互いに拡散分布
   させることにより、 光伝送体の半径に対して光伝送体の
   中心から半径方向にそれぞれ略二乗分布を有するように
   したことを特徴とした屈折率分布型光伝送体の製造方
   法。
2. 【請求項２】 モノマーを一部重合させたゲル状のロッ
   ドに対して屈折率の異なるモノマーを拡散させて分布を
   形成させた後に重合させることにより、ロッドの中心か
   ら半径方向に屈折率分布を有するプラスチック屈折率分
   布型光伝送体を製造する製造方法であって、 前記ゲル状のロッドを作製する際に用いる重合開始剤及
   び拡散に用いる重合開始剤として互いに異なる重合開始
   剤を用いることにより、 互いに異なる２種類以上の重合開始剤が光伝送体の半径
   に対して光伝送体の中心から半径方向にそれぞれ略二乗
   分布を有するようにしたことを特徴とする屈折率分布型
   光伝送体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記２種類以上の重合開始剤の濃度分布
   の凹凸方向が互いに異なる方向であることを特徴とする
   請求項１または２記載の屈折率分布型光伝送体の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記重合開始剤として、10時間選定半減
   期温度が互いに異なるものを用いることを特徴とする請
   求項３記載の屈折率分布型光伝送体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記重合開始剤として、10時間選定半減
   期温度が互いに10℃以上異なるものを用いることを特徴
   とする請求項３記載の屈折率分布型光伝送体の製造方
   法。