JPH09178901A - 屈折率分布型光学材料、及びその製造方法 - Google Patents
屈折率分布型光学材料、及びその製造方法Info
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- JPH09178901A JPH09178901A JP7339530A JP33953095A JPH09178901A JP H09178901 A JPH09178901 A JP H09178901A JP 7339530 A JP7339530 A JP 7339530A JP 33953095 A JP33953095 A JP 33953095A JP H09178901 A JPH09178901 A JP H09178901A
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Abstract
的とする。 【解決手段】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料に対して光照射してなり、位置によって屈
折率が異なる屈折率分布型光学材料。
Description
バ、複写機、ファクシミリ、LEDプリンタ、OHP等
に使用される等倍型、拡大型、縮小型読み取りレンズ、
波長選択透過板、視野選択フィルム、特に次世代各種液
晶ディスプレイに使われるマイクロレンズアレイ、ホロ
グラム、あるいはコンタクトレンズや眼鏡用レンズ、光
収束あるいは分散型レンズ等に用いられる光学材料に関
する。
量の情報を伝達する光通信の重要性は極めて大きい。日
本においては、光ファイバが、既に、北海道から九州ま
で敷設されている。しかし、これが拡張され、各家庭ま
でネットワーク化される為には、各種の問題が有る。
イバには、次のような問題が有る。先ず、石英ガラス製
の光ファイバは脆く、折れ易い。又、直径が数μm程度
のものしか作れていない。この為、光ファイバを接続し
たり、分岐が必要である。しかし、接続や分岐を多く必
要とすると、その作業は大変である。ところで、石英ガ
ラスに代わる光ファイバの材料としてプラスチックが提
案されている。このプラスチック製の光ファイバは大口
径のものを作れることから、接続や分岐の作業は容易で
ある。かつ、柔軟性も有る。このようなことから、近
年、その研究が盛んに行われている。
クス(SI)型光ファイバを図17に示す。このSI型
光ファイバはコア30とクラッド31とからなる。コア
30の屈折率はクラッド31の屈折率よりも大きい。し
かし、SI型光ファイバはパルス幅を短く出来ないの
で、大容量の情報を超高速で伝達することが出来ない。
インデェクス(GI)型光ファイバが提案された。尚、
このGI型光ファイバは、図18に示される如く、ファ
イバの半径向に沿って連続した屈折率分布を有する。例
えば、特開昭62−25705号公報では、屈折率及び
反応比の異なる二種類以上のビニルモノマ、及び光重合
開始剤を容器に入れ、光重合させることによって、図1
8に示される屈折率分布型の材料を得ている。特開平7
−56026号公報では、光反応性の活性基を有する重
合体Aと、この重合体Aより屈折率の低い化合物Bの拡
散溶液とを用い、重合体Aの外周からその内部に化合物
Bを拡散させ、外周部から中心部にかけて化合物Bの濃
度が次第に減少した濃度分布を有する材料を得る。この
後、光反応性の活性基と化合物Bとを反応させ、化合物
Bを固定し、図18に示される屈折率分布型の材料を得
ている。その他にも、特開昭62−209402号公
報、特開平3−192310号公報、WO93/195
05国際公開特許公報、特開平5−60931号公報、
WO94/04949国際公開特許公報なども知られて
いる。いずれも、二種類以上のポリマ(又はモノマ)を
ブレンドしたり、分散させたりして、図18に示される
屈折率分布型の材料を得ている。
ズの長さ、物体面との距離を調整して正立等倍像を作る
ことができる。そして、マイクロレンズや光ファイバに
よるアレイ化した長尺状のレンズについては、特開昭6
2−25705号公報、特開平5−80981号公報、
特開平3−174105公報などに記載が有る。ところ
で、屈折率分布型の材料(光ファイバ)は、式(1)で
表される屈折率分布曲線を有するものが理想的と言われ
ている。
の屈折率 n0 =光ファイバの中心部での屈折率 a=光ファイバの屈折率分布定数 前記の図18と式(1)との対比から判る通り、これま
でのGI型光ファイバは優れたものとは言えない。
混合することにより得た屈折率分布型の材料は、屈折率
分布にゆらぎが認められものが多い。かつ、透明性が低
下する。更には、光散乱も起こり易い。しかも、連続製
造が難しい為、長いものが得られ難い。又、ファイバの
径が細いものでは、明るさが不足する。逆に、ファイバ
の径が大きいと、多数本のファイバを並べてアレイ化し
たもので得られる画像は、画像の重なり度合いが不均一
となる。この結果、鮮明な画像が得られない。
の利用は難しい。従って、本発明は、屈折率分布型の光
学材料を提供することを目的とする。又、フレキシブル
で、大口径、かつ、長いものを得ることが出来る光学材
料を提供することを目的とする。又、ファイバだけでな
く、フィルム、板、その他どのような形状のものにも通
用可能な光学材料を提供することを目的とする。
ズ、光回路素子、液晶ディスプレイ、光IC、レーザプ
リンタ、ビデオカメラ等の光学素子、その他コンタクト
レンズや眼鏡用レンズとして利用できる光学材料を提供
することを目的とする。
ォトブリーチングを起こし得る原子団を有する材料に対
して光照射してなり、位置によって屈折率が異なること
を特徴とする屈折率分布型光学材料によって達成され
る。特に、フォトブリーチングを起こし得る原子団を有
する材料に対して光照射してなり、屈折率が中心位置か
ら外側に向かってほぼ連続的に変化してなることを特徴
とする屈折率分布型光学材料によって達成される。
原子団を有する材料に対して光照射してなり、屈折率が
中心位置から外側に向かってほぼ二次関数的に変化して
なることを特徴とする屈折率分布型光学材料によって達
成される。若しくは、フォトブリーチングを起こし得る
原子団を有する材料に対して光照射してなり、屈折率が
段階的に変化してなることを特徴とする屈折率分布型光
学材料によって達成される。
る原子団を有する材料は、フレキシブルな点から、プラ
スチック(樹脂、重合体)が好ましい。特に、フォトブ
リーチングを起こし得る原子団が主鎖及び/又は側鎖に
ある重合体が好ましい。例えば、フォトブリーチングを
起こし得る化合物Aと重合性モノマBとの反応・重合物
からなるプラスチック、フォトブリーチングを起こし得
る化合物Aと重合体Cとの反応物からなるプラスチッ
ク、フォトブリーチングを起こし得る化合物Aと重合体
Dとの混合物からなるプラスチックが挙げられる。更に
は、主鎖骨格にSiを持つシリコン系樹脂も挙げられ
る。
る化合物Aは、分子内でフォトブリーチングが起きる構
造を持つもの、分子間でフォトブリーチングが起きる構
造を持つものとに分けられる。例えば、光エネルギを吸
収して電子が分子内(原子団内)移動し、二重結合が切
断され、環化が起き得る構造を持つ。あるいは、二重結
合を持ち、更に前記二重結合が分子内(原子団内)で環
化し易い構造を有する。このような化合物としては、例
えば芳香族アルキレート、ヒドロ芳香族炭化水素系化合
物、ビシクロヘプタン、カルボン酸誘導体、ノルボルナ
ジエン誘導体、シクロオレフィン系化合物、高共役トロ
ポロン系化合物、無色のアゾ系化合物、アントラセン及
びその誘導体、アルデヒド類、ケトン類等が挙げられ
る。
は、二重結合又は三重結合を有する。このような化合物
としては、例えばビニル系化合物、アクリル系化合物、
メタクリル系化合物等が挙げられる。この他にも、p−
フェレンビスエチニルベンゼン、p−ジエチニルベンゼ
ン、3,3’−オキシジ(p−フェニレン)ビス2,
4,5−トリフェニルシクロペンタジエノン等の多フェ
ニル置換ポリフェニレン、或いはポリフェニレンエーテ
ル化合物をDiels−Alder反応により得た透明
な耐高温性重合体を用いることも出来る。
ングを起こし得る原子団を有する材料に対して不均一的
に光照射することを特徴とする屈折率分布型光学材料の
製造方法によって達成される。又、フォトブリーチング
を起こし得る原子団を有する材料に対して不均一的に光
照射することを特徴とする屈折率が段階的に変化してな
る屈折率分布型光学材料の製造方法によって達成され
る。特に、フォトブリーチングを起こし得る原子団を有
する材料に対して、屈折率が段階的に変化(減少または
増加、あるいはパルス状)するよう光照射することを特
徴とする屈折率分布型光学材料の製造方法によって達成
される。
物と重合性モノマとを反応させ、主鎖及び/又は側鎖に
フォトブリーチングを起こし得る原子団を有する材料を
得、この後、不均一的に光照射することを特徴とする屈
折率が段階的に変化してなる屈折率分布型光学材料の製
造方法によって達成される。特に、フォトブリーチング
を起こし得る化合物と重合性モノマとを反応させ、主鎖
及び/又は側鎖にフォトブリーチングを起こし得る原子
団を有する材料を得、この後、屈折率が段階的に変化
(減少または増加、あるいはパルス状)するよう光照射
することを特徴とする屈折率分布型光学材料の製造方法
によって達成される。
団を有する材料に対して不均一的に光照射することを特
徴とする屈折率が中心位置から外側に向かってほぼ連続
的に変化してなる屈折率分布型光学材料の製造方法によ
って達成される。特に、フォトブリーチングを起こし得
る原子団を有する材料に対して、屈折率が中心位置から
外側に向かってほぼ連続的に変化(減少または増加)す
るよう光照射することを特徴とする屈折率分布型光学材
料の製造方法によって達成される。
物と重合性モノマとを反応させ、主鎖及び/又は側鎖に
フォトブリーチングを起こし得る原子団を有する材料を
得、この後、不均一的に光照射することを特徴とする屈
折率が中心位置から外側に向かってほぼ連続的に変化し
てなる屈折率分布型光学材料の製造方法によって達成さ
れる。特に、フォトブリーチングを起こし得る化合物と
重合性モノマとを反応させ、主鎖及び/又は側鎖にフォ
トブリーチングを起こし得る原子団を有する材料を得、
この後、屈折率が中心位置から外側に向かってほぼ連続
的に変化(減少または増加)するよう光照射することを
特徴とする屈折率分布型光学材料の製造方法によって達
成される。
物を重合体に付加させ、主鎖及び/又は側鎖にフォトブ
リーチングを起こし得る原子団を有する材料を得、この
後、不均一的に光照射することを特徴とする屈折率が中
心位置から外側に向かってほぼ連続的に変化してなる屈
折率分布型光学材料の製造方法によって達成される。特
に、フォトブリーチングを起こし得る化合物を重合体に
付加させ、主鎖及び/又は側鎖にフォトブリーチングを
起こし得る原子団を有する材料を得、この後、屈折率が
中心位置から外側に向かってほぼ連続的に変化(減少ま
たは増加)するよう光照射することを特徴とする屈折率
分布型光学材料の製造方法によって達成される。
物と重合体とを混合し、この後、不均一的に光照射する
ことを特徴とする屈折率が中心位置から外側に向かって
ほぼ連続的に変化してなる屈折率分布型光学材料の製造
方法によって達成される。特に、フォトブリーチングを
起こし得る化合物と重合体とを混合し、この後、屈折率
が中心位置から外側に向かってほぼ連続的に変化(減少
または増加)するよう光照射することを特徴とする屈折
率分布型光学材料の製造方法によって達成される。
骨格にSiを持つシリコン系樹脂に、不均一的に光照射
することを特徴とする屈折率が中心位置から外側に向か
ってほぼ連続的に変化してなる屈折率分布型光学材料の
製造方法によって達成される。特に、フォトブリーチン
グを起こし得る主鎖骨格にSiを持つシリコン系樹脂
に、屈折率が中心位置から外側に向かってほぼ連続的に
変化(減少または増加)するよう光照射することを特徴
とする屈折率分布型光学材料の製造方法によって達成さ
れる。
は、フォトブリーチングを起こし得る原子団を有する材
料に対して光照射してなり、位置によって屈折率が異な
ることを特徴とする。特に、フォトブリーチングを起こ
し得る原子団を有する材料に対して光照射してなり、屈
折率が中心位置から外側に向かってほぼ連続的に変化
(減少または増加)してなることを特徴とする。或い
は、フォトブリーチングを起こし得る原子団を有する材
料に対して光照射してなり、屈折率が中心位置から外側
に向かってほぼ二次関数的に変化(減少または増加)し
てなることを特徴とする。若しくは、フォトブリーチン
グを起こし得る原子団を有する材料に対して光照射して
なり、屈折率が段階的に変化(減少または増加、あるい
はパルス状)してなることを特徴とする。
団を有する材料はプラスチックである。特に、フォトブ
リーチングを起こし得る原子団が主鎖及び/又は側鎖に
ある重合体である。例えば、フォトブリーチングを起こ
し得る化合物Aと重合性モノマBとの反応・重合物から
なるプラスチック、フォトブリーチングを起こし得る化
合物Aと重合体Cとの反応物からなるプラスチック、フ
ォトブリーチングを起こし得る化合物Aと重合体Dとの
混合物からなるプラスチックが挙げられる。更には、主
鎖骨格にSiを持つシリコン系樹脂も挙げられる。
は、分子内でフォトブリーチングが起きる構造を持つも
の、分子間でフォトブリーチングが起きる構造を持つも
のとに分けられる。例えば、光エネルギを吸収して電子
が分子内(原子団内)移動し、二重結合が切断され、環
化が起き得る構造を持つ。あるいは、二重結合を持ち、
更に前記二重結合が分子内(原子団内)で環化し易い構
造を有する。このような化合物としては、例えば芳香族
アルキレート〔例えば、1,2,4−トリ−t−ブチル
ベンセン、1,2−ジメチルベンゼン〕、ヒドロ芳香族
炭化水素系化合物〔例えば、1,2−ジヒドロフタリッ
クアンヒドライド、2−ピロン誘導体、4,5−ジフェ
ニル−2−ピロン誘導体、3−ヒドロキシフタル酸無水
物、ヒドロキシクマリン〕、アントラセン及びその誘導
体、ビシクロヘプタン、カルボン酸誘導体〔例えば、
〔2,2,1,0,0〕2,3−ジカルボキシレー
ト〕、ノルボルナジエン誘導体、シクロオレフィン系化
合物〔例えば、1,5−シクロヘキサジエン、1,5−
シクロオクタジエン、1,5,5−トリメチルジエノ
ン、1,4−ジフェニルブタジエン、1,6−ジフェニ
ルヘキサトリエン、1,2,3,4,5−ペンタフェニ
ルシクロヘキサジエン、1,3,5,3,8−ジメチル
オクタジエン〕、高共役トロポロン系化合物〔例えば、
γ−トロポロンメチル〕、無色のアゾ系化合物〔例え
ば、トリアゾロン〕、ケトン類〔例えば、アセトフェノ
ン、ヘキサフルオロアセトン〕、アルデヒド類〔例え
ば、トリフルオロアセトアルデヒド〕等が有る。
重結合又は三重結合を有する。このような化合物として
は、例えばビニル系化合物〔例えば、スチレン、塩化ス
チレン、酢酸ビニル、α−メチルスチレン、p−クロロ
スチレン、アクリロニトリル、フェニル酢酸ビニル、安
息香酸ビニル、ビニルナフタレン、塩化ビニリデン〕、
アクリル系化合物〔例えば、アクリル酸エチル、アクリ
ル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フ
ェニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸アダマンチ
ル、アクリル酸ボルニル、アクリル酸ヒドロキシアルキ
ル、アクリル酸パーフルオロアルキル、ジグリセリンテ
トラ(メタ)アクリレート〕、メタクリル系化合物〔例
えば、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸ヒドロ
キシアルキル、メタクリル酸ボルニル、メタクリル酸ナ
フチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸エ
チル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ブチル、メ
タクリロニトリル、メタクリル酸メチル、2,2,2−
トリフルオロエチルメタクリレート、4−メチルシクロ
ヘキシルメタクリレート、フルフリルメタクリレート、
1−フェニルエチルメタクリレート、1−フェニルシク
ロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート〕
等が挙げられる。
ンゼン、p−ジエチニルベンゼン、3,3’−オキシジ
(p−フェニレン)ビス2,4,5−トリフェニルシク
ロペンタジエノン等の多フェニル置換ポリフェニレン、
或いはポリフェニレンエーテル化合物をDiels−A
lder反応により得た透明な耐高温性重合体を用いる
ことも出来る。
方法は、フォトブリーチングを起こし得る原子団を有す
る材料に対して不均一的に光照射することを特徴とす
る。特に、フォトブリーチングを起こし得る原子団を有
する材料に対して、屈折率が中心位置から外側に向かっ
てほぼ連続的に変化(減少または増加)するよう光照射
することを特徴とする。あるいは、フォトブリーチング
を起こし得る原子団を有する材料に対して、屈折率が段
階的に変化(減少または増加、あるいはパルス状)する
よう光照射することを特徴とする。特に、フォトブリー
チングを起こし得る化合物と重合性モノマとを反応さ
せ、主鎖及び/又は側鎖にフォトブリーチングを起こし
得る原子団を有する材料を得、この後、屈折率が段階的
に変化(減少または増加、あるいはパルス状)するよう
光照射することを特徴とする。
物と重合性モノマとを反応させ、主鎖及び/又は側鎖に
フォトブリーチングを起こし得る原子団を有する材料を
得、この後、不均一的に光照射することを特徴とする。
特に、フォトブリーチングを起こし得る化合物と重合性
モノマとを反応させ、主鎖及び/又は側鎖にフォトブリ
ーチングを起こし得る原子団を有する材料を得、この
後、屈折率が中心位置から外側に向かってほぼ連続的に
変化(減少または増加)するよう光照射することを特徴
とする。
物を重合体に付加させ、主鎖及び/又は側鎖にフォトブ
リーチングを起こし得る原子団を有する材料を得、この
後、不均一的に光照射することを特徴とする。特に、フ
ォトブリーチングを起こし得る化合物を重合体に付加さ
せ、主鎖及び/又は側鎖にフォトブリーチングを起こし
得る原子団を有する材料を得、この後、屈折率が中心位
置から外側に向かってほぼ連続的に変化(減少または増
加)するよう光照射することを特徴とする。
物と重合体とを混合し、この後、不均一的に光照射する
ことを特徴とする。特に、フォトブリーチングを起こし
得る化合物と重合体とを混合し、この後、屈折率が中心
位置から外側に向かってほぼ連続的に変化(減少または
増加)するよう光照射することを特徴とする。又、フォ
トブリーチングを起こし得る主鎖骨格にSiを持つシリ
コン系樹脂に、不均一的に光照射することを特徴とす
る。特に、フォトブリーチングを起こし得る主鎖骨格に
Siを持つシリコン系樹脂に、屈折率が中心位置から外
側に向かってほぼ連続的に変化(減少または増加)する
よう光照射することを特徴とする。
の形状にしてから光照射(フォトブリーチング)しても
良い。あるいは、材料を光照射(フォトブリーチング)
してから所望の形状にしても良い。例えば、紫外線また
は可視光の照射(フォトブリーチング)により、屈折率
が中心位置から外側に向かって減少してなる光学材料を
得た後、これを延伸して光ファイバを得ることが出来
る。あるいは、ファイバ状のものを得た後、紫外線また
は可視光を照射(フォトブリーチング)して、光ファイ
バを得るようにしても良い。
たは可視光を照射(フォトブリーチング)して、マイク
ロレンズアレイを得ることが出来る。又、円板状、板
状、或いは各種成形物に合った形状のものを得、そして
位置によって照射時間や光強度を連続的(又は、不連続
的)に変化させて照射(フォトブリーチング)し、目的
に適った近眼、老眼、或いは遠近両用コンタクトレンズ
や眼鏡用レンズ、或いは光集束、光発散プラスチックレ
ンズを得ることが出来る。
る原子団を有する材料を、目的とする光学素子の形状に
応じて、例えばファイバ状、ロッド状、棒状、円板状、
レンズ形状、板状、フィルム状の形状に成形した後、目
的とする光学素子の屈折率分布を有するように紫外線ま
たは可視光を照射(フォトブリーチング)する。これに
よって、目的とする光学素子が得られる。あるいは、フ
ォトブリーチングを起こし得る原子団を有する材料を、
目的とする光学素子の屈折率分布を有するように紫外線
または可視光を照射(フォトブリーチング)した後、目
的とする光学素子の形状に成形する。これによっても、
目的とする光学素子が得られる。
象に基づくフォトブリーチングを利用した点に特徴が有
る。フォトブリーチングは、色素に紫外線や可視光を照
射することにより生じる褪色現象として知られている。
例えば、
=N−)の二重結合が切れ、フェニル基のHを貰うと共
に、環化し、発色の機能を失う。そして、一般的に、共
役結合を有する化合物に光照射すると、ある電子が光エ
ネルギを吸収して遷移(例えば、π→π* )が起きる。
場合によっては、電子の移動に伴って分子内で光化学反
応が起きる。そして、二重結合が減少すると、最大吸収
波長λmaxは短波長側にシフトし、かつ、吸光も弱く
なる。
と、図1に示される如く、吸光最大波長λmaxは短波
長側にシフトし、かつ、吸光も弱くなる。このフォトブ
リーチングに伴う物質の吸光係数は次の式(2)や式
(3)で示すように変化する。
時間、温度、照射光強度、波長などの関数となる。従っ
て、ブリーチング条件を変えることにより物質の吸光度
を制御できる。一方、屈折率変化と吸光係数とは式
(4)の関係を持っている。
により、吸光係数α及びλmax等の変化と連動して屈
折率は小さくなる。よって、ブリーチング条件(照射光
の波長や強度、照射時間、照射位置、温度)を選択する
ことにより半径rの二乗で変化する屈折率分布を得るこ
とが可能である。すなわち、屈折率が中心位置から外側
に向かって二次関数的に減少〔式(1)を満足〕する光
学材料を得ることが出来る。
せながら紫外線(又は、可視光)を照射し、その後、延
伸によってファイバ化することにより光ファイバが得ら
れる。従って、極めて簡単に光ファイバが得られる。
又、相分離が起きることもないので、光散乱が少なく、
透明度が向上などの利点がある。又、重合した後、精製
することにより、重合開始剤やゲル成分及び未反応モノ
マなどを除去することも出来る。従って、光学的品質及
び力学的強度の向上が図れる。更には、押出機、紫外線
照射装置、延伸機を用いることにより、特にこれらが結
合された装置を用いることにより長い屈折率分布型光フ
ァイバを簡単に作製できる。
は、150〜600nmの波長の光を発する炭素アーク
灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、低圧水銀灯、ケミカル
ランプ、キセノンランプ、レーザ光などが挙げられる。
を把握することは大事である。その為、次の予備実験を
行った。先ず、PMMAを合成した。そして、20g
(199.8mmol)のPMMAをテトラヒドロフラ
ン(THF)に溶かした。次いで、5g(33.8mm
ol)の無水フタル酸を均一に混ぜた。この混合溶液を
用いて、キャスト法により10μm厚のサンプル(薄
膜)を製作した。
チング)装置を用いて、前記サンプルに光を照射した。
照射時のサンプル温度は50℃、100℃である。照射
光の波長λは0.33μm、0.43μm、0.53μ
mである。光源の出力は70mW/cm2 である。照射
時間は400秒、800秒、1200秒である。尚、図
2中、1は光源、2,6はミラー、3,4はレンズ、5
はフィルタ、7はサンプル、8は台である。
を調べたので、図3〜図8(縦軸は屈折率の差Δn、横
軸は表面からの深さ)に示す。図3は、照射時のサンプ
ル温度が50℃、波長λが0.33μmの場合の屈折率
分布を示す。図3中、1は照射時間が0秒、2は照射時
間が400秒、3は照射時間が800秒、4は照射時間
が1200秒である。
℃、波長λが0.33μmの場合の屈折率分布を示す。
図4中、1は照射時間が0秒、2は照射時間が400
秒、3は照射時間が800秒、4は照射時間が1200
秒である。図5は、照射時のサンプル温度が50℃、波
長λが0.43μmの場合の屈折率分布を示す。図5
中、1は照射時間が0秒、2は照射時間が400秒、3
は照射時間が800秒、4は照射時間が1200秒であ
る。
℃、波長λが0.43μmの場合の屈折率分布を示す。
図6中、1は照射時間が0秒、2は照射時間が400
秒、3は照射時間が800秒、4は照射時間が1200
秒である。図7は、照射時のサンプル温度が50℃、波
長λが0.53μmの場合の屈折率分布を示す。図7
中、1は照射時間が0秒、2は照射時間が400秒、3
は照射時間が800秒、4は照射時間が1200秒であ
る。
℃、波長λが0.53μmの場合の屈折率分布を示す。
図8中、1は照射時間が0秒、2は照射時間が400
秒、3は照射時間が800秒、4は照射時間が1200
秒である。図3〜図8から次のことが判る。 (1) いずれの場合でも、サンプルの正面(表面、光
の入射面)からサンプルの裏面に向かって、屈折率が連
続に変化している。そして、サンプルの表面(深さ0)
では屈折率が最小である。又、回帰分析によれば、屈折
率分布のプロファイルは式(1)に近似したものであ
る。 (2) 照射光の波長が短いほど、屈折率の変化が大き
い。逆に、照射光の波長が長くなるほど、屈折率の変化
が小さい。 (3) 照射時の温度が高いほど、フォトブリーチング
の進行が速い。温度が低いと、フォトブリーチングの進
行は遅い。 (4) 屈折率の変化と照射時間とは一次式の関係では
ないが、照射時間が長くなるほど屈折率の変化が大きく
なる。
次のようにすることが好ましい。温度は高い程、ブリー
チングの進行が速い。しかし、ガラス転移温度Tgを大
きく越えた高すぎる温度では、材料の物理的特性の低下
が考えられるから、Tg−55℃〜Tg+55℃とす
る。照射光の波長は0.2μm〜0.4μmのものとし
た。もっと短波長の光を用いると、フォトブリーチング
の進行が速くなる。しかし、その場合、多くの結合が切
断される為、ポリマのダメージが大きくなる。従って、
0.2μm以上の波長のものを用いるのが好ましい。
チングの進行が速い。例えば、照射光の強度を10倍に
すると、同じ深度までのフォトブリーチング所要時間は
10分の1までに短縮できる。しかし、余りにも高いエ
ネルギーの為、多くの結合が切断される。かつ、余計な
光反応(例えば、分解、脱離など)が起こり易くなる。
従って、5〜700mW/cm2 程度の光源が望まし
い。
チングを起こし得る原子団(基)は化学的に固定(結
合)されていなくても良い。しかし、化学的に固定され
ていない場合には、性能の長期安定性に問題が考えられ
る。従って、実施例2〜実施例4では、フォトブリーチ
ングを起こし得る原子団(基)をポリマの主鎖や側鎖に
持たせるようにした。
l)、トリエチルアミン12.5g(123.3mmo
l)、THF80mlを500mlの4口フラスコに入
れて攪拌しながら、メタクリル酸クロリド13.3g
(127.2mmol)を滴下した。そして、一晩攪拌
した後、抽出し、カラムで精製した。
チル25gと重合開始剤AIBN30mgとを封管用ア
ンプルに入れ、65℃で24時間かけて重合させた。得
られたロッドを取り出し、両端をカットした。このロッ
ドを図2の光照射(フォトブリーチング)装置に装着し
た。そして、ロッドを回転数1000rpmで回転させ
ながら、波長が300nmの光をロッド周側面から照射
した。尚、光源の強さは70mW/cm2 である。又、
光源は150〜600nmの波長の光を発する高圧水銀
灯であるが、フィルタにより300nmの波長の光のみ
が照射される。照射時の温度は100℃である。
にセットし、間接加熱を行いながら熱延伸により直径
0.8mmの光ファイバを得た。この光ファイバは透明
であった。得られた光ファイバの屈折率分布を図9に示
す。この屈折率分布を最小自乗法により調べた結果、式
(1)に近似するものであった。
が同じであれば同じである。そして、表面(周側面)か
ら中心部に向けての光照射量は順に少なくなり、フォト
ブリーチングによる屈折率の変化が少なく、中心側ほど
屈折率は高い。尚、透明なプラスチックロッドを熱延伸
によりファイバ状にしてから、光照射しても良い。しか
し、大きな径のロッドを光照射した後、延伸してファイ
バ状にする方が製造の効率から有利である。
フタル酸無水物を側鎖にもつPMMA系のポリマを得
た。ヒドロキシフタル酸無水物とMMAとの割合は2
0:100(重量比)である。このポリマを再沈によっ
て精製した。
キャスト法で厚さ0.5mm、直径3cmの円形試料を
作製した。そして、図10の装置に装着し、波長が25
0nmの紫外光を照射した。尚、図10中、11は光
源、12,13はレンズ、14は絞り機構、15はフィ
ルタ、16はサンプル、17はモータである。光源11
の強さは700mW/cm2である。照射時の温度は9
0℃である。絞り機構14を1mm/minの速さで開
いたところ、中心部と周辺部との屈折率差は約0.01
5であった。
又、この材料の中心部を削ったところ更に強い凹レンズ
となった。そして、従来のレンズより厚みを薄く出来
た。すなわち、中心部から周辺部への照射時間の減少に
伴い、フォトブリーチングの進行程度が相対的に変わる
から、屈折率分布が生じる。尚、厚み方向に均一的な屈
折率にする必要がある為、照射光の強度を強くした。
口速度を調整することで制御できる。又、絞り機構14
の代わりに光散乱板を用いても良い。
黒い風船24を徐々に膨らませていく装置(図11)を
用いた。風船24の膨らみ速度は吹き込むガス流量によ
り制御される。ガス流量はマスフローコントローラ25
を使って5CCM〜500CCMの範囲内で自由に調整
できる。
ーチングを起こさせると、中心部から周辺部に向かって
照射時間は次第に長くなるので、中心部の屈折率が高
く、周辺部の屈折率が低くなる。従って、得られたもの
は凸レンズとなる。この場合、周辺部を削ることによ
り、薄型で、焦点距離が短い凸レンズを作製できる。
基板にキャスト法で膜厚0.3mm、直径3.5cmの
膜を作製した。次に、これを図11の装置にセットし、
波長が250nmの紫外光を照射した。尚、光源の強さ
は700mW/cm2 である。照射時の温度は90℃で
ある。風船24の膨らみ速度を制御するガスの流量は3
0CCMである。得られたサンプル16の中心部と周辺
部との屈折率差は約0.014であり、凸レンズであ
る。
く、滑塊26を移動可能に設けた照射装置を用いても同
様な凸レンズが得られる。すなわち、滑塊26を、図1
2中、左右方向に移動させることによって、サンプル1
6の、図12中、上下方向における位置によって照射量
が変動し、これによって屈折率分布型の凸レンズが得ら
れる。
置を用いれば、対応した屈折率分布を有するものが得ら
れる。尚、27は光散乱板である。又、図15に示す如
く、照射光を絞り、これを相対的に走査することによっ
て、屈折率がパルス状に変化した屈折率分布型光学材料
を得ることが出来る。又、図16に示す装置を用いれ
ば、屈折率が同心円状に変化(半径方向においてパルス
状に変化)した屈折率分布型光学材料を得ることが出来
る。
簡単に得られる。特に、接続が容易な大口径で、高密度
通信に対応できる屈折率分布型プラスチック光ファイバ
が簡単に得られる。又、次世代液晶ディスクプレイに使
われるマイクロレンズアレイが簡単に得られる。又、複
写機、レーザープリンタやファクシミリなどに利用され
る次世代の読み取りレンズが簡単に得られる。又、近
眼、老眼、遠近両用レンズ(眼鏡用のレンズやコンタク
トレンズ)、或いは光集束、光発散プラスチックレンズ
が簡単に得られる。
クトルの変化を示すグラフ
Claims (27)
- 【請求項1】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料に対して光照射してなり、位置によって屈
折率が異なることを特徴とする屈折率分布型光学材料。 - 【請求項2】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料に対して光照射してなり、屈折率が中心位
置から外側に向かってほぼ連続的に変化してなることを
特徴とする屈折率分布型光学材料。 - 【請求項3】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料に対して光照射してなり、屈折率が中心位
置から外側に向かってほぼ二次関数的に変化してなるこ
とを特徴とする屈折率分布型光学材料。 - 【請求項4】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料に対して光照射してなり、屈折率が段階的
に変化してなることを特徴とする屈折率分布型光学材
料。 - 【請求項5】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料がプラスチックからなることを特徴とする
請求項1〜請求項4いずれかの屈折率分布型光学材料。 - 【請求項6】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料が、フォトブリーチングを起こし得る化合
物と重合性モノマとの反応・重合物からなることを特徴
とする請求項1〜請求項5いずれかの屈折率分布型光学
材料。 - 【請求項7】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料が、フォトブリーチングを起こし得る化合
物と重合体との反応物からなることを特徴とする請求項
1〜請求項5いずれかの屈折率分布型光学材料。 - 【請求項8】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料が、フォトブリーチングを起こし得る化合
物と重合体との混合物からなることを特徴とする請求項
1〜請求項5いずれかの屈折率分布型光学材料。 - 【請求項9】 フォトブリーチングを起こし得る原子団
を有する材料が主鎖骨格にSiを持つシリコン系樹脂か
らなることを特徴とする請求項1〜請求項5いずれかの
屈折率分布型光学材料。 - 【請求項10】 フォトブリーチングを起こし得る原子
団は重合体の主鎖及び/又は側鎖にあることを特徴とす
る請求項1〜請求項9いずれかの屈折率分布型光学材
料。 - 【請求項11】 フォトブリーチングを起こし得る化合
物は、分子内でフォトブリーチングが起きる構造を持つ
ものであることを特徴とする請求項6〜請求項8いずれ
かの屈折率分布型光学材料。 - 【請求項12】 フォトブリーチングを起こし得る化合
物は、光エネルギを吸収して二重結合が切断され、環化
が起き得る構造を持つものであることを特徴とする請求
項6〜請求項8いずれかの屈折率分布型光学材料。 - 【請求項13】 フォトブリーチングを起こし得る化合
物は、二重結合を持ち、更に前記二重結合が分子内で環
化し易い構造を有するものであることを特徴とする請求
項6〜請求項8いずれかの屈折率分布型光学材料。 - 【請求項14】 フォトブリーチングを起こし得る化合
物は、分子間でフォトブリーチングが起きる構造を持つ
ものであることを特徴とする請求項6〜請求項8いずれ
かの屈折率分布型光学材料。 - 【請求項15】 フォトブリーチングを起こし得る化合
物は、芳香族アルキレート、ヒドロ芳香族炭化水素系化
合物、ビシクロヘプタン、カルボン酸誘導体、ノルボル
ナジエン誘導体、シクロオレフィン系化合物、高共役ト
ロポロン系化合物、無色のアゾ系化合物、アントラセン
及びその誘導体、アルデヒド類、ケトン類の群の中から
選ばれる少なくとも一つ以上であることを特徴とする請
求項6〜請求項8いずれかの屈折率分布型光学材料。 - 【請求項16】 重合性モノマは、二重結合又は三重結
合を有するものであることを特徴とする請求項6の屈折
率分布型光学材料。 - 【請求項17】 フォトブリーチングを起こし得る原子
団を有する材料に対して不均一的に光照射することを特
徴とする屈折率分布型光学材料の製造方法。 - 【請求項18】 フォトブリーチングを起こし得る原子
団を有する材料に対して不均一的に光照射することを特
徴とする屈折率が段階的に変化してなる屈折率分布型光
学材料の製造方法。 - 【請求項19】 フォトブリーチングを起こし得る化合
物と重合性モノマとを反応させ、主鎖及び/又は側鎖に
フォトブリーチングを起こし得る原子団を有する材料を
得、この後、不均一的に光照射することを特徴とする屈
折率が段階的に変化してなる屈折率分布型光学材料の製
造方法。 - 【請求項20】 フォトブリーチングを起こし得る原子
団を有する材料に対して不均一的に光照射することを特
徴とする屈折率が中心位置から外側に向かってほぼ連続
的に変化してなる屈折率分布型光学材料の製造方法。 - 【請求項21】 フォトブリーチングを起こし得る化合
物と重合性モノマとを反応させ、主鎖及び/又は側鎖に
フォトブリーチングを起こし得る原子団を有する材料を
得、この後、不均一的に光照射することを特徴とする屈
折率が中心位置から外側に向かってほぼ連続的に変化し
てなる屈折率分布型光学材料の製造方法。 - 【請求項22】 フォトブリーチングを起こし得る化合
物を重合体に付加させ、主鎖及び/又は側鎖にフォトブ
リーチングを起こし得る原子団を有する材料を得、この
後、不均一的に光照射することを特徴とする屈折率が中
心位置から外側に向かってほぼ連続的に変化してなる屈
折率分布型光学材料の製造方法。 - 【請求項23】 フォトブリーチングを起こし得る化合
物と重合体とを混合し、この後、不均一的に光照射する
ことを特徴とする屈折率が中心位置から外側に向かって
ほぼ連続的に変化してなる屈折率分布型光学材料の製造
方法。 - 【請求項24】 フォトブリーチングを起こし得る主鎖
骨格にSiを持つシリコン系樹脂に、不均一的に光照射
することを特徴とする屈折率が中心位置から外側に向か
ってほぼ連続的に変化してなる屈折率分布型光学材料の
製造方法。 - 【請求項25】 波長が0.2μm〜0.4μmの光を
照射することを特徴とする請求項17〜請求項24いず
れかの屈折率分布型光学材料の製造方法。 - 【請求項26】 5〜700mW/cm2 の強度の光を
照射することを特徴とする請求項17〜請求項25いず
れかの屈折率分布型光学材料の製造方法。 - 【請求項27】 光照射される材料はTg−55℃〜T
g+55℃(Tgはガラス転移温度)に保たれているこ
とを特徴とする請求項17〜請求項26いずれかの屈折
率分布型光学材料の製造方法。
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