JPH0476013A - 光学用素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学用素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、レンズ、プリズム、光ディスクなどの光学用素子
にはガラスが使用されていた。しかし、近年、軽量・小
型化のためプラスチックが使用されるようになってきて
いる。光学用素子に使用されるプラスチックには、一般
にポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタク
リレート、スチレン−メチルメタクリレート共重合体な
どが知られている。しかし、これらの重合体は分子内に
芳香環を持つため、配向歪や複屈折が生じ易く、特開昭
６１−１４６１７号公報に示されるように成形金型を工
夫する必要があった。そのためこれまでは、主にポリメ
タクリル酸メチルが光学用素子利料として使用されてい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

ポリメタクリル酸メチルは、光弾性係数が小さく、比較
的配向歪や複屈折が生じ難いので、ファインダー用レン
ズ、ＣＤ用レーザーピックアップレンズなど、高精度を
必要としない光学用素子に使用されてきた。

しかし、近年、より高精度が要求される光学用素子が求
められてきている。特にレーザー光を使用する追記型光
デイスク用レーザーピックアップレンズや光磁気ディス
ク用レーザーピックアップレンズ、追記型光ディスク、
光磁気ディスクなどは単に複屈折が小さいだけなく、面
内分布もないものが求められている。

ポリメタクリル酸メチルは、複屈折を小さ（することは
できるが、面内分布がまだ大きく、高精度が求められる
上記のような光学用素子には使用することはできない。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、ポリ
メタクリル酸メチルより光弾性係数の低減した、複屈折
及び面内分布の著しく小さい光学用素子を提供するもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、（Ａ）ホモポリマーとしたときの光弾性係数
の符号がポリメタクリル酸メチルと反対となる不飽和二
重結合を有する化合物、（Ｂ）メタクリル酸メチル及び
（Ｃ）必要に応じて用いられる（Ａ）又は（Ｂ）と共重
合可能な他の不飽和単量体 を共重合してなる重合体であって、その光弾性係数が１
．０　Ｘ　１０−”（ａｎｔ／ｄｙｎｅ）以下である重
合体からなる光学用素子に関する。

本発明における（Ａ）成分であるホモポリマーとしたと
きの光弾性係数の符号がポリメタクリル酸メチルと反対
となる不飽和二重結合を有する化合物としては、エステ
ルのアルコール成分部分に炭素原子数５以上の脂肪族又
は脂環式炭化水素基を有するメタクリル酸エステル及び
／又はＮ−置換マレイミドが好ましい。メタクリル酸エ
ステルの脂肪族炭化水素基の炭素原子数が５未満である
と、光弾性係数低減の効果が小さい傾向がある。

炭素原子数は、通常、２２以下である。

（Ａ）成分の化合物としては、例えば、メタクリル酸ヘ
キシル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル
酸ドデシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸う
ウロリル等のメタクリル酸脂肪族エステル、メタクリル
酸フルオロヘキシル、メタクリル酸クロロペンチル、メ
タクリル酸ブロモヘキシル等のメタクリル酸ハロゲン化
アルキルエステル、メタクリル酸エチレングリコールエ
ステル、メタクリル酸ポリエチレングリコールエステル
、メタクリル酸シアノアルキルエステル等のメタクリル
酸エステル、メタクリル酸シクロペンチル、メタクリル
酸シクロヘキシル、メタクリル酸メチルシクロヘキシル
、メタクリル酸トリメチルシクロヘキシル、メタクリル
酸ノルボルニル、メタクリル酸ノルボルニルメチル、メ
タクリル酸イソボルニル、メタクリル酸ボルニル、メタ
クリル酸メンチル、メタクリル漕フェンチル、メタクリ
ル酸アダマン−チル、メタクリル酸ジメチルアダマンチ
ル、メタクリル酸トリシクロ（５，２，１゜０２・６〕
デカ−８−イル、メタクリル酸トリシクロ（５，２，１
，０２・６〕デカ−３−メチル、メタクリル酸トリシク
ロ（５，２，１，０２・６〕デカ−４−メチル、メタク
リル酸シクロドデシル等がある。これらのうち、耐熱性
、レンズ特性の点から、メタクリル酸ノルボルニル、メ
タクリル酸ノルボルニルメチル、メタクリル酸トリシク
ロ（５，２，１，０２・６〕デカ−８−イル、メタクリ
ル酸トリシクロ（５，２，１，０２・６〕デカ３−メチ
ル、メタクリル酸トリシクロ（５，２゜１．０２・６〕
デカ−４−メチル等の脂環式炭化水素基を有するメタク
リル酸エステルが好ましい。

Ｎ−置換マレイミドとしては、例えば、Ｎ−メチルマレ
イミド、Ｎ−エチルマレイミド、Ｎ−プロピルマレイミ
ド、Ｎ−ブチルマレイミド等のＮアルキル置換マレイミ
ド、Ｎ−シクロへキシルマレイミド等のＮ−脂環式炭化
水素置換マレイミドなどが挙げられる。

これらの（Ａ）成分のホモポリマーの光弾性゛係数の符
号を知るには、一つの（Ａ）成分を単独で重合させて、
その成分のホモポリマーとしたものについて調べてもよ
いし、また、メタクリル酸メチルと一つの（Ａ）成分と
を比率を変えて共重合させて、いくつかのコポリマーと
したものについて調べてもよい。後者の場合は、ポリメ
タクリル酸メチルの光弾性係数の符号が負（−）である
ので、ある比率のコポリマーで符号が正（＋）になれば
、その一つの（Ａ）成分のホモポリマーの光弾性係数の
符号が正であることを知ることができる。

光弾性係数の調べ方としては、例えば、エリプソメータ
で二つの状態（荷重ありと荷重なし）の複屈折値を測定
し、この値から算出して行う方法等がある。

（Ａ）成分としては、上記のような化合物を１種類だ（
プでなく、２種類以りを併用してもよい。

（Ａ）成分は、（Ｂ）メタクリル酸メチル及び必要に応
じて用いられる（Ｃ）成分と共重合させて得られる重合
体の光弾性係数が］、　ＯＸ　１０−１ｓ（ｃｎｆ／ｄ
ｙｎｅ）になるような量で使用する。この量〔（Ａ）／
　〔（Ａ）＋　（Ｂ）　＋（Ｃ）〕（重量比）ｉ′Ａ、
好ましくは０．１・−〇、５、より好ましくは０．２〜
０．４の範囲である。この量が少なすぎても多すぎても
光弾性係数が増加する傾向がある。

さらに、光弾性係数を増加させない程度に必要に応じて
（Ｃ）成分と共重合させることができる。

（Ｃ）成分の（Ａ）又は（Ｂ）と共重合可能な他の不飽
和単量体としては、例えば、アクリル酸メチル、アクリ
ル酸エチル、アクリル酸クロロエチル、アクリル酸フル
オロメチル等のアクリル酸エステル、アクリロニトリル
、メタクロロニトリル等のシアン化ビニル化合物などが
挙げられる。

］二記（Ａ）、（Ｂ）及び必要に応じてさらに（Ｃ）成
分から得られる重合体は、光弾性係数が１、０　ｘ　ｌ
　Ｏ−”（ｃｍ／ｄｙｎｅ）以下でなければならない。

１．０　Ｘ　１０−”　（ｃｎ？／ｄｙｎｅ）を超える
と、光弾性係数が、ポリメタクリル酸メチルより小さな
値とならず、複屈折低減の効果がない。複屈折は、通常
、−１，４以上となる。

前記重合体の光弾性係数を１．０　ｘ　１０　”（ｃＪ
／ｄｙｎｅ）以下とすることは、（Ａ）、（Ｂ）及び（
Ｃ）成分の使用割合を調整することにより行うことがで
きる。光弾性係数が目的の範囲内にあるかどうかの確認
は、例えば、エリプソメータで２状態（荷重ありと荷重
なし）の複屈折値を測定してこの値から算出して行うこ
とができる。

前記重合体を得るための重合方法としては、塊状重合、
懸濁重合、乳化重合、溶液重合等の公知の方法を適用で
きる。光学用素子のためには、樹脂中への不純物の混入
などの点から塊状重合が、製品としてのハンドリングな
どの点から懸濁重合法が好ましい。

重合開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸
化ラウロイル、ジ−ｔ−ブチルペルオキシへキサヒドロ
テレフタレート、ｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘ
キサノエート、１，１−ジｔ−ブチルペルオキシ−３，
３，５−トリメチルシクロヘキサン等の有機過酸化物、
アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス−４−メトキシ
−２゜４−ジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロへ
キサノン−１−カルボニトリル、アゾジベンゾイル等の
アブ化合物、過硫酸カリウｊ５、過硫酸アンモニウム等
の水溶性触媒、過酸化物或いは過硫酸塩と還元剤の組み
合わせによるレドックス触媒など、通常のラジカル重合
に使用できるものはいずれも使用できる。重合開始剤は
、モノマーの総量〔（Ａ）　）　（Ｂ）−１−（Ｃ））
に対して０．０１〜１０重量％の範囲で使用されること
が好ましい。

重合調節剤として、メルカプタン系化合物、チオグリコ
ール、四臭化炭素、α−メチルスチレンダイマー等を分
子量調節のために必要に応じて添加することができる。

重合温度は、０〜２００°Ｃの間で適宜選択することが
好ましく、５０〜１２０℃がより好ましい。

溶液重合における溶媒としては、例えば、ベンゼン、ト
ルエン、ギシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブ
チルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジクロルエチレ
ン等を使用することができる。

懸濁重合は、水性媒体中で行われ、懸濁剤及び必要に応
じて懸濁助剤を添加して行う。懸濁剤としては、例えば
、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリアク
リルアミド等の水溶性品分子、燐酸カルシウム、ピロ燐
酸マグネシウム等の難溶性無機物質などがあり、水溶性
高分子はモノマーの総量に対して０．０３〜１重量％及
び難溶性無機物質はモノマーの総量に対して０．０５〜
０．５重量％の範囲で使用することが好ましい。

懸濁助剤としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリ
ウム等の陰イオン界面活性剤があり、懸濁剤として難溶
性無機物質を使用する場合には、懸濁助剤を併用するの
が好ましい。懸濁助剤は、モノマーの総量に対してｏ、
　ｏ　ｏ　ｉ〜０．０２重量％・の範囲で使用すること
が好ましい。

このようにして得られる重合体は、その分子量について
特に制限はないが、耐熱性、機械的物性の観点から、重
量平均分子量（ゲルパーミェーションクロマトグラフィ
ーによる標準ポリスチレンの検量線を用いて測定した場
合）が１００００〜１００００００の範囲のものが好ま
しく、この範囲のものは特に、成形材料として使用する
場合に好ましい。

これらの重合体には必要に応じて、該重合体の合成時又
は合成後にフェノール系、ホスファイト系、チオエーテ
ル系等の酸化防止剤を添加して成形材料とすることが好
ましい。

以上のような成形材料を用いて光学用素子を成形する場
合、成形法として射出成形法、圧縮成形法、マイクロモ
ールド法、フローティングモールド法、ローリンクス法
等の周知の成形法の何れを用いてもよいが、経済的には
射出成形法が望ましい。前記成形材料は配向歪が生じ難
いため、ポリメタクリル酸メチルの樹脂と比較して面内
での分布が小さく、高性能なプラスチック光学用素子を
得ることができる。場合により、重合と同時に成形する
注型成形によって成形してもよい。

本発明に係る光学用素子は、反射防止、帯電防止、表面
強度向上などのために、入射光側に弗化マグネシウム、
酸化シリコンなどが真空蒸着法、スパッタリング法、イ
オンブレーティング法などによって表面コーティングで
きる。本発明に係る光学用素子を構成する成形材料はコ
ーティングが容易で均質な表面を得やすい。

〔実施例〕

次に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、
本発明はこれらによって制限されるものではない。

実施例１ メタクリル酸メチル８０重量部、メタクリル酸シクロヘ
キシル２０重量部及び過酸化ラウロイル０．４重量部を
溶解してモノマー溶液とした。

別途大きざが１３５Ｘ２００ｍｍ、厚さが８ｍｍの２枚
のガラス板をテフロン製ガスケットで張り回し、２枚の
ガラス板の距離が３ｍｍになるようにしてガラスセルを
組み立てておいた。

前記のモノマー溶液を窒素でよくバブリングしてからガ
ラスセルに注入した。次いで６０±２℃に温度調節した
恒温槽に６時間、８０±５°Ｃに上げて４時間、その後
１００±２℃に温度調節された乾燥器内に８時間保持し
た。これを室温で静置放冷してガラス板を除去し、プラ
スチック板を得た。

実施例２〜１０ 第１表に示す組成比率のモノマーを用い、過酸化ラウロ
イル０．４重量部を溶解してモノマー溶液を作成し、実
施例１と同様にしてプラスチック板を得た。

比較例１ メタクリル酸メチル１００重量部及び過酸化ラウロイル
０．４重量部を溶解してモノマー溶液を作製し、実施例
１と同様にしてプラスチック板を得た。

このようにして得たプラスチック板について以下の試験
に従い、光線透過率、ガラス転移温度及び光弾性係数を
測定し、結果を第１表に示した。

光線透過率・・・ＡＳＴＭＩ　００３に準じて測定した
。

ガラス転移温度・・・重合体を塩化メチレンに溶解した
後メタノール中に投入し、重合体を沈殿、析出させる。

これをシ戸別、乾燥し、示差走査熱量計（ＤＳＣ７、パ
ーキンエルマー社製）にかけてガラス転移温度を測定し
た。

光弾性係数・・・エリプソメータ（ＡＥＰ−１００島津
製作所製）に光弾性係数測定用の荷重装置を取りつけ、
３点曲げ用の治具をセットした。

１２ｍｍＸ　］、　５０ｍｍＸ　３ｍｍ　（厚さ＝０．
３ｃｍ）の試験片を切りだし、これを支点間距離１００
ｍｍとした治具に入れ、エリプソメータのレーザー光が
荷重点からの距離２　ｍｍの所にくるようにし、真上か
ら２ｋｇの荷重をかけ、この時の複屈折値を測定した。

これから光弾性係数を求めた。

ただし、記号は下記のものを意味する。

ｎ。：荷重０（ｋｇ）における複屈折値（ｎｍ）ｎｌ：
荷重２　（ｋｇ）における複屈折値（ｎｍ）Ｍ　：曲げ
強度（ｋｇｆ／ｃｆｆｌ） Ａ　：光路長（試験片の厚さ）　　（ｃｍ）（以下余白
） 成形例１ 撹拌機及びコンデンサを備えた５１のセパラブルフラス
コに分散剤として塩基性リン酸カルシウムの１０重量％
水性懸濁液８３ｇ１　ドデシルベンゼンスルホン酸ナト
リウム０．００４　ｇ及び硫酸ナトリウム１ｇを純水２
４００ｇと共に加え、撹拌混合して懸濁媒体とした。こ
れに下記組成からなる組成物を加え、撹拌回転数２４０
　ｒｐｍとし、窒素雰囲気下に６５°Ｃで４時間、続い
て９８°Ｃで２時間重合させた。

組成 単量体 メチルメタクリレート　　　　　　　２０００ｇ重合開
始剤 過酸化ラウロイル　　　　　　　　　　　８ｇ重合調節
剤 ｎ−オクチルメルカプタン　　　　　　　４ｇ熱酸化防
止化合物 ４．４′　−ブチリデン−ビス（３−２ｇメチル−６−
ｔ−ブチルフェニル ジトリデシル）ホスファイト オクタデシル−３−（４’　−ヒドロ　　　２ｇキシ−
３１、５１−ジ−ｔ−ブチル フェニル）プロピオネート 得られた重合体粒子を酸洗、水洗、脱水後、真空乾燥し
た上で、射出成形法（ＩＳ−５０ＥＰ東芝機械■製）で
第２図に示す形状のレーザーピックアップレンズを成形
した。

成形例２ 単量体として メチルメタクリレー）　　　　　　　１４００ｇシクロ
ドデシルメタクリレ−）　　　　６００ｇを用いて成形
例１と同様にして合成を行い、レーザーピックアップレ
ンズを得た。

第１図には、荷重点からの距離と光弾性係数の関係を示
した。光弾性係数は測定場所によっても変わり、荷重点
からの距離が４ｍｍの所では、どの重合体も最小値を持
っているがＰＭＭＡはその点からズレると急激に光弾性
係数が増加する。しかし、本発明の重合体ではそれ程増
加しなかった。

特にシクロドデシルメタクリレート３０重量９６含有す
る重合体（実施例２）の光弾性係数は、ＰＭＭＡの約１
／１０にまで小さくなっている。

次に、上記成形例１及び２で得たレーザーピックアップ
レンズについて、複屈折を測定した。第３図に複屈折の
レンズ面内分布を示したが、本発明の重合体は面内分布
が小さかった。

〔発明の効果〕

本発明の光学用素子は、メタクリル酸メチルの単独重合
体からなるものに比べて複屈折が著しく小さく、面内分
布も極めて小さく、高精度の要求される用途に好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は荷重点からの距離と光弾性係数の関係図、第２
図はレーザーピックアップレンズの側面図及び第３図は
レンズ中心からの距離と複屈折の関係を示すグラフであ
る。 （■町婬凹酢

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（Ａ）ホモポリマーとしたときの光弾性係数の符号
   がポリメタクリル酸メチルと反対となる不飽和二重結合
   を有する化合物、 （Ｂ）メタクリル酸メチル及び （Ｃ）必要に応じて用いられる共重合可能な他の不飽和
   単量体 を共重合してなる重合体であって、その光弾性係数が１
   ．０×１０＾−＾１＾３（ｃｍ＾２／ｄｙｎｅ）以下で
   ある重合体からなる光学用素子。 ２、（Ａ）成分の不飽和二重結合を有する化合物が、エ
   ステルのアルコール部分に炭素原子数５以上の脂肪族又
   は脂環式炭化水素基を有するメタクリル酸エステル及び
   ／又はＮ−置換マレイミドである請求項１記載の光学用
   素子。 ３、（Ａ）／〔（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）〕（重量比）が
   ０．１〜０．５の範囲である請求項１又は２記載の光学
   用素子。