JPS5971830A - 屈折率分布型レンズ体の製造方法 - Google Patents

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】 本発明は合成樹脂からなる透明基板中に屈折率分布型レ
ンズ部分を形成したレンズ体を製造する方法に関する。

平行平面をもつ透明基板内に、光軸方向に二乗近似で変
化する屈折率分布および光軸を含む少なくとも一つの断
面内で光軸から遠ざかるにつれて二乗近似で次第に変化
する屈折率分布をもつ屈折率分布型レンズ部分を間隔を
おいてライン状にあるいはマトリクス状に多数形成した
平板レンズは知られている。

レンズ部分は光軸を含む全ての断面内で上記のような屈
折率分布をもつレンズすなわち円形レンズである場合も
あれば、７つの断面内で光軸から離れるにしたがい次第
に変化する屈折率分布をもち、これと直交する断面内で
は光軸からのｆ１２離によらず屈折率が一定であるよう
なレンズいわゆるカマボコ型レンズ（レンチキュラレン
ズ）である場合もある。

上述のような平板レンズは複写機、ファクシミリ、ディ
スプレイの光学系など種々の用途における画像伝送素子
として、あるいは光源と光ファイバーとの光結合系、光
ファイバーの中間に減衰器または分岐回路を挿入するた
めの平行光変換素子など光通信用の周辺デバイス等に有
用である。

上記のような平板レンズを合成樹脂を用いて製作する場
合、第３図に示すように屈折率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を一部重合して透明ゲル物体の基板１００をつ
くり、この基板面１０゜にレンズ部分に開口１０／を残
して感光性樹脂の塗布等によりマスク１０．２を施し、
この開口１０／を通して基板中に上記屈折率Ｈａとは異
なる屈折率Ｎｂの重合体（共重合体を含む）を形成する
単量体（単量体混合物を含む）１０３を拡散させ重合さ
せる方法が知られている。

この場合Ｎａ＞Ｎｂであれば基板中に形成されるレンズ
部分は凹レンズ作用をもち、Ｎ　ａ＜Ｎ　ｂであれば凸
レンズ作用をもつことになる。

また他の方法として、第１図に示すように上記と同様め
屈折率Ｎａの透明ゲル物体の基板１０ｉｌをっくり、こ
の基板面のレンズ部分に限定してマスク１０Ｓを施し、
周辺から基板１０ｉｌと重合してＮａとは異なる屈折率
Ｎｂの重合体をつくるような単量体７０乙を拡散する方
法もある。

この場合には、基板中に形成されるレンズ部分はＮ　ａ
＞Ｎ　ｂであれば凸レンズ作用を示し、Ｎａ＜Ｎｂであ
れば凹レンズ作用を示す。

ところが、上述した様な従来方法では、モノマーＭｂの
拡散を妨げる為に設けられるマスク／　０．２゜１０５
　とゲル基板ｉｏｏ、１ｏｉｉとの密着性が全稈良好で
ない限り、モノマー１０３　、１０１．はマスクとゲル
基板との間に侵入し、モノマー１０３．１０乙はゲル基
板の表面全体に拡散してしまい、レンズ体を形成するこ
とができないという問題をしばしば生じる。

本発明は上記従来の問題点を解決し、屈折率分布型平板
レンズの製造工程において７スクとゲル基板の密着性の
問題を回避し得る新規なプラスチック平板レンズの製造
方法を提供することを目的としている。

以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

本発明に従った方法では、まず網状重合体（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）Ｍ
ａを一部重合させて透明ゲルの基このようにして得られ
た透明ゲル体基板ｌは５〜９０％の上記単量体Ｍａが重
合してなる三次元網目状重合体を含んでいる。

本発明で使用する単量体Ｍａの好適例としては、ジアリ
ルフタレート、ジアリルイソフタレート。

ジアリルテレフタレート、ジエチレングリコールビスア
リルカーボネートの如きジアリルエステル；　トリメ　
リ　ド酸ト　リアリル　、リ　ン酸トリアリル。

亜リン酸トリアリルの如きトリアリルエステル；メタク
リル酸アリル、アクリル酸了りへの如き不飽和酸アリル
エステル；フタル酸ジビニル、イソフタル酸ジビニル、
テレフタル酸ジビルの如きビニルエステルを挙げること
ができるが、これらに限定されることなく、透明な網状
重合体を生成する単量体であれば如何なるものも使用す
ることが可能である。

また本発明で用いられる網状重合体としては、上述した
如き単量体Ｍａから得られるホモポリマー。

又はこれらの単量体の二種以上から得られる共重合体、
並びにこれら単量体Ｍａとスチレン、メタクリル酸エス
テル、または安息香酸ビニルなどの如き単量体との共重
合体が適当である。

次に上記ゲル体表面のマスキングを施すべき区域に限定
して光または電子線を照射して部分的に硬化させる。

照射する区域を限定する方法としては、例えば第１図（
イ）のように、ゲル体ｌに対して付着性をもたない材質
例えば弗素樹脂、金属等で遮光マスクｊをつくり、この
遮光マスク５に所定の屈折率分型レンズの平面パターン
に合せた円形、細長スリット等の形状の開口乙を設け、
この面に光または電子線７を照射する。

このように光または電子線を照射された部分では表面領
域における重合が最も効率良く進み、内部領域において
は光または電子線の減衰の為に重合開始率が表面領域よ
りも低い。線形分子鎖を形成する単量体の溶液などでは
分子鎖が溶液に溶けた状態なので動き易く、従って、表
面で重合が進行した分子鎖は内部へと動いて均一な高分
子溶液ができることになる。ところが、網状重合体を形
成する単量体Ｍａに依って形成されたゲル物体の場合に
は高分子鎖が移動することが起らず、照射した領域にお
いてのみ、また主として表面においてより高率に硬化し
てしまうことになる。従って、この透明ゲル物体は、光
または電子線が照射された部分の表面層が主として硬化
したものとなる。

この硬化部分ｉが単量体Ｍｂの拡散を妨げるマスクの機
能を果すことになる。これは透明ゲル物体に貼りつけた
ものでない為、はがれたり、マスクとゲル物体の間に単
量体Ｍｂが入り込んだりする様な事は完全に防止できる
。

前記透明ゲル物体に照射する光または電子線は、単量体
Ｍａの重合を開始し得るものならどの様なものでも良く
、この様な光または電子線には、通常光重合に用いられ
る紫外線、放射線重合に用いられるガンマ線、またはレ
ーザービームなどが挙げられる。

水銀ランプのような点光源より放射する紫外線などを使
用する場合には図示のように所定形状の開口乙な設けた
遮光マスクｊを用いればよいが、例えばレーザービーム
の如き絞られたビームを照射する場合には遮光マスクＳ
を使用せずにゲル体表面上を一端から順次走査してマス
ク層を設けるべき部分だけ照射を止めるように制御する
方法もとることができる。

また遮光マスクよとして従来同様に７オトレジストを使
用してもよい。

さらに必要ならばゲル基板中に増感剤を添加しておいて
もよい。

次に、以上のようにして硬化部分でマスク層ざを形成し
たゲル体の表面に、前記重合体ｐａの屈折率Ｎａとは異
なる屈折率Ｎｂをもつ重合体（共重合体を含む）を形成
する単量体（単量体混合物を含む）Ｍｂを接触させてゲ
ル体基板ｌ中に拡散させるとともに重合硬化させる。

例えばオ／図（ハ）に示すようにゲル体基板ｑの型Ａ 枠側壁２上に別の型枠側壁基を重ねてこの枠内に液状の
単量体９を注入する。

ここで用いられる単量体Ｍｂとしては、それが重合して
線形重合体を形成するものであっても、網状重合体を形
成するものであっても良い。この様な単量体Ｍｂには、
スチレン、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル
、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリロニトリル、ブタジ
ェン又はこれらの混合物が好適に使用できる。

単量体Ｍｂがゲル基板ｌ中に拡散していく際、ゲル基板
の硬化部分からなるマスク層ｇが存在しているため、こ
のマスク層ざ直下においては上記単量体が浸透し難い。

このためマスク層ｇの直下にはこのマスク層ざの中心で
単量体Ｍａの濃度が最も高く、周辺に向けて単量体Ｍｂ
の濃度が順次高Ｏ くなる濃度分布領域灸が形成される。

そして簡単量体Ｍａ１Ｍｂの屈折率ＩＪａｊＪｂが互い
に相違しているため、この濃度分布領域＼は中心での屈
折率がほぼＨａに等しく外周部での屈折率Ｎｂに向けて
連続的に屈折率が変化する屈折率分布型レンズとなる。

この屈折率分布型レンズ＼のレンズ作用は簡単量体Ｍ　
ａ　ｒ　Ｍ　ｂの屈折率ＮａｔＮｂ間の大小関係によっ
て異なり、Ｎａ＞Ｎｂであれば凸レンズ、Ｎａ＜Ｎｂで
あれば凹レンズとなる。

このようにして平面形状が円形の小さな硬化マスク層ｇ
を同一基板中に間隔をおいて多数形成し℃おくことによ
り、屈折率が光軸（基板法線）方向に連続的に変化し、
且つ基板面に平行な仮想面内においても屈折率が光軸か
ら離れるに従かい連続的に変化するような屈折率分布を
もった三次元屈折率分布型レンズｋをライン状あるいは
マトリクス状に配列した平板マルチレンズ体・を製造す
ることができる。

また硬化マスク層ざの平面形状を細長い線状に形成して
おくことにより、屈折率が光軸方向に連続的に変化する
とともに、上記マスク層ざを横断する方向の基板断面内
では屈折率が光軸から離れるに従い連続的に変化するが
上記マスク層ざの長手方向には屈折率が一様であるよう
ないわゆるレンチキュラレンズに相当する屈折率分布型
レンズ＼をもった平板レンズ体を製造することができる
。

オ、２図（イ）ないし仲）に本発明の他の実施例を示す
。

本例では前述実施例と同様にしてまず網状重合体（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）Ｈａを一部重合させて透明なゲル体基板ゲをつくり
、この基板ゲの表面の屈折率分布型レンズを形成すべき
箇所に限定して遮光マスクｊを設ける。

次いでこの面に光または電子線７を照射してゲル体基板
グの遮光マスク！で覆われた部分以外の表面付近を部分
的に硬化させて基板ｑと一体のマスク層ざを形成する。

次に前述例と同様にして硬化マスク層ざを形成したゲル
体基板面に、前記重合体ｐａの屈折率Ｈａとは異なる屈
折率Ｈｂをもつ重合体を形成する単量体９を接触させ、
ゲル体基板ｌ中に拡散させるとともに重合硬化させる。

これにより、硬化マスク層ざを形成しなかった（光／／ または電子線７が照射されていない）部分Ｈにおいて単
量体Ｍｂの濃度が最大であり、この点から基板内および
側縁に向けてＭｂの濃度が順次減少しＭａの濃度が高く
なる濃度分布領域１０が形成される。つまり中心におけ
る屈折率Ｎｂから外周での屈折率Ｎａまで連続的に屈折
率が変化している屈折率分布型レンズ１０が形成される
。

本例方法の場合にはＮｂ＞Ｎａならば屈折率分布型レン
ズ１０は凸レンズ作用をもち、Ｎ　ａ　＞　Ｎ　ｂなら
ば凹レンズ作用をもつ。

このようにして重合させた後、単量体Ｍｂの重合部分お
よび当初の硬化マスク層ざの部分を除去するように平面
研摩することにより、屈折率分布型の円形レンズあるい
はレンチキュラレンズを多数配列した平板レンズ体を得
ることができる。

実施例／ 屈折率が／、！；００／であるジエチレ゛ングリコール
ビスアリルカーボネー）　（ＣＲ−３９）に過酸化ヘン
ジイルを３重量％、及びベンゾフェノンを１重量％加え
、これを型に注入してｇｏ７ｃで２時間加熱して１０ｍ
ｍｘ２０ｍｍＸ、２Ｑｍｍの透明なゲル板を得た。この
ゲル板の、２Ｑｍｍｘ、２０ｍｍの面に直径／ｍｔｎ。

高さ１ｍｍの円錐状の真鍮ブロックをゲ）し板上にのせ
て遮光マスクとした。この面に超高圧水銀燈を用いて紫
外線を／、５′時間照射してから真鍮フ゛ロックを取り
除いてゲル板を屈折率が／、Ｊ乙７　であるベンジルメ
タクリレ−）　（ＢＺＭＡ）に浸漬し、　　ｑｓｏ′ｃ
で３時間保持し、次いでざ０°Ｃに昇流して７５時間放
置した。とり出して研摩すると、直径３　ｍｍの凸レン
ズができており、焦点距離は約１０Ｃｍであった。

実施例２ 屈折率が／、！；７２であるジアリルイソフタレー）　
（ＤＡＩＰ）に過酸化ベンシイ）ｂを３重量％、及びベ
ンゾフェノンを４重量％加え、これを型に泪三人してｇ
ｏ′Ｃで３時間加熱して１０ｍＴｎｘ、２Ｑｔｎｒｎ×
、２Ｑｍｍの透明なゲル板を得た。このゲル板の、２０
ｍｍｘｒｏｍｍの面に直径３ｍｍ　の穴をあけた黒色テ
フロン板を被せて遮光マスクとした。これに超高圧水銀
燈を用いて紫外線を７５時間照射してからテフロン板を
取り除いて基板を屈折率が／、グ３０であるハム３−ト
リヒドロパーフ０ロメタクリレートに浸漬し、ｓｏ”ｃ
でＳ時間保持し、次いでｇｏ’ｃに昇流して７３時間放
置した。とり出して研摩すると、直径３ｍｍの凸レンズ
ができており、焦点距離は約ざＣｍであった。

【図面の簡単な説明】

第７図（イ）ないしく二）は本発明の一実施例を段階的
に示す側断面図、第２図（イ）ないしく二）は本発明の
他の実施例を段階的１；示す側断面図り第３図およびオ
グ図は従来の方法を示す側断面図である。 ｌ・・・・・・・・単量体Ｍａのゲル体基板７・・・・
・・・・光または電子線　ざ・・・・・・・・硬化マス
ク層ワ・・・・・・・・単量体Ｍｂ　　１０・・・・・
・屈折率分布型レンズ第１図 第２図 第３図 第４図 手　　続　　補　　正　　書 昭和５７年ｌ／月２タ日 ＊Ｗｒｒ＆−ｇ　＃　　　　　　””Ｆ；ｆｊ”／　事
件の表示 特願昭５７−／ｇ２乙／乙号 １　　　　　　　″″ −発明の名称 屈折率分布型レンズ体の製造方法 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地名　称　
（ｌθ０）日本板硝子株式会社代表者　　刺　賀　信　
雄 グ代理人 ７　補正の内容 ■）　明細書オＳ頁最下行に「ジビル」とあるのを「ジ
ビニル」と補正する。 ２）　明細書オ乙頁オ／７〜／ざ行に１屈折率分型」と
あるのを「屈折率分布型」と補正する。 ３）　明細書オ／３頁オ１０行に１ゲル板を屈折率が」
とあるのを「ゲル板を重合体の屈折率が」と補正する。 ４）オ／３頁牙／７行に「屈折率が」とあるのを「重合
体の屈折率が」と補正する。 ５）　オ／ｑ頁オＳ行に「基板を屈折率が」とあるのを
「基板を重合体の屈折率が」と補正する。 −１５４＝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 網状重合体（共重合体を含む）を形成する単量体（単量
   体混合物を含む）を一部重合して透明ゲル体とし、この
   ゲル体の表面に所要部分を残してマスキングを施し、こ
   の面に前記重合体とは異なる屈折率をもつ重合体（共重
   合体を含む）を形成する単量体（単量体混合物を含む）
   を接触させて前記ゲル体中に拡散させるとともに重合さ
   せることにより、透明基板内に単一のまたは複数の屈折
   率分布型レンズ部分を形成するようにしたレンズ体の製
   造方法において、前記マスキングは、前記ゲル体表面の
   要部に限定して光または電子線を照射し前記ゲル体を部
   分的に硬化させることにより形成することを特徴とする
   屈折率分布型レンズ体の製造方法。