JPS6223001A - 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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JPS6223001A
JPS6223001A JP16365985A JP16365985A JPS6223001A JP S6223001 A JPS6223001 A JP S6223001A JP 16365985 A JP16365985 A JP 16365985A JP 16365985 A JP16365985 A JP 16365985A JP S6223001 A JPS6223001 A JP S6223001A
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Yasuji Otsuka
大塚 保治
Yasuhiro Koike
康博 小池
Koichi Maeda
浩一 前田
Akio Takigawa
滝川 章雄
Yuichi Aoki
裕一 青木
Ikuo Tago
田子 育良
Shoji Mase
間瀬 昇次
▲吉▼田 元昭
Motoaki Yoshida
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 3−/  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
らの距離の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□ (/−//、2Ar2)     
(11式中、n(r)は中心軸からの距離rの点におけ
る屈折率、no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
周期りは(2)式で表わされる。
L−2π/v’r 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□ (/+//2Br2)     
  (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52−5g57号公報、特開昭51−/
乙39II号公報、特開昭j′ダグ−lり939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だで減少して
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
均一なり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を制御すること
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
異なる単量体を拡散する工程において母材の中心まで拡
散させることが非常に困難となる。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to=IIざ62グには単量体を
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Q、7mm以下と小さい。シまた、
再現性が悪いといった欠点を有する。
3−グ 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洛
、シかも一度に大全に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(7mm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。
′−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To(望ましくは50〜/ 00”C)時間1(、
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
(線形重合体)を3〜30%含んでいる。
この単量体Ha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Tl″01時間t1及び回
転数r1(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〜りO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0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Haとは異なる屈折率N
b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TiC,時間t2にて球の表面から中
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T3°
Cに加熱されている水中に分散させ、所定の時間t3及
び回転数r3(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ー  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 7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;トリメリド醗トリアリル、
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。
(21R1−R2−R3で表される化合物R1及びR3
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;R1及びR3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1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R2は以下に示され2価の基のうちから選択できる
C− C青3 −(C:H2CH20)m −CH2CH2−(m−0
〜20)−(GHz)P −(P−J 〜/j)(CH
2)iH −(J2−C−CH2−(i、j−t〜3)(CH2)
コH (3)  上記(1)と(2)の単量体の混合物、また
t′!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アリル類の5種のうちの
少なくとも7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、次のようなもの力(挙げられ
る。
(4)  CH2−0−COOYで表される化合物−(
CH2>IH(1−/〜ざ)、1−プロピル基、i−ブ
チル基、S−ブチル基、t−ブチル基、及び−(CH2
CH20)p−CH2CH3(P−/〜6)から成る群
から選ばれた基、または−(CF2)a  F(a−/
 〜/; ) 、−CH2(CFg )bH(b −/
−J’ )、(3H2CH20・CH2CF 3、− 
(CH2CH2O)cCF 2CF 2H(c =i 
〜II) 、−CH20H20−CH2(OF2)aF
(a−/〜6 )、−CH2(CFz)do(CF2)
IF (d−/”−J、/−/−ダ)及び−5i(OC
2H5)3から成る群より選ばれた基を表す。
(51CH2−CI(OC−R4で表される化合物量 ただし、式中R4は−(CH2)f−CH3(f−0−
2)、群より逗はれた基を表す。
(6J  (4)及び(5)の単量体の混合物。
単量体Maとして上記h)〜(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π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CB”4 I CC
l4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O 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−/、j69 ) 10り 
に開始剤としてBPO(過酸化ベンゾイル)o、i9ジ
クミルパーオキシドO0lりを加えた後温度’ro−9
0°C1時間t(、−j9分分子型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1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200り、及び分散剤と
してPTA (ポリビニルアルコール)0.3OL;1
を使用し、攪拌装置付きの7ラスフ中に加え、温度Tl
−ざO″C1回転数rl −rso (rpm)にて時
間t1−6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重置火、・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一部分)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’r2−30”Cに加温された容器中にあるjF
MA(メタクリル酸−2,2,2−)リフルオロエチル
)(重合体屈折率Nb−へ弘210)20り中に加え、
t2−o、s時間保持し、JFMA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jFMAから分離する為再び
吸引濾過する。そして最終的に温度T3−ざO′Cに加
熱されている容器中にある水200り中に加え、回転数
r3−2j′orpm、時間t3−/ざ時間にて重合を
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+0.1m
m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Q
、6朋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。得られた直径へ2Qmm
 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DAIjg開始剤としてBPOO
,OSり及びDBP0 (ジターシャリ−ブチルパーオ
キサイド)o、osgを加えた後、温度TQ−90”C
時間to−乙O分子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)75重量%から
成っていた。
次にこのゾルと共に溶媒として水200りそして分散剤
としてPVA /Jりを使用し、攪拌装置付きのフラス
コ中に加え、温度’r1−90°C1回転数r1−3!
;OrpmKて時間t1=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」プレポリマ一
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 値から
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T2−70”Cに加温された容器中にある3FM
A中に加えt2−ioo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jFMA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T3−qo′c
に加熱されている容器中にあるPVA /、!;qを含
む水200q中に加え、回転数r3−3s o rpm
時間j3−/J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。得られた全球しは全体の60%で
あった。
得られた直径へQ Qtnrn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円屈折率
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。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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. (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. (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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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02150154A (ja) * 1988-12-01 1990-06-08 Canon Inc ボタン電話システム
EP0617299A1 (en) * 1993-03-26 1994-09-28 Sumitomo Chemical Company, Limited Light diffusor and process for producing same
US7528350B2 (en) 2002-09-06 2009-05-05 Tyco Electronics Raychem Kk Process for producing PTC element/metal lead element connecting structure and PTC element for use in the process

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