JPH10221540A

JPH10221540A - 光伝送体、その製法及び光伝送体アレイ

Info

Publication number: JPH10221540A
Application number: JP9023949A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Uozu; 吉弘魚津; Norifumi Hirota; 憲史廣田
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-21
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: JP3850941B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光量ムラが小さく、かつ十分な光量値を持つ
レンズ及びレンズアレイの提供。【解決手段】半径ｒ₀なる円形断面の屈折率分布型光
伝送体において、中心から半径方向の距離が０〜Ｒ
（０．８５ｒ₀≦Ｒ＜ｒ₀）の範囲で中心から半径方向外
側に向かって屈折率が連続的に減少し、距離がＲ〜ｒ₀
の範囲で中心から半径方向外側に向かって屈折率が連続
的に上昇していることを特徴とする光伝送体。前記光伝
送体の複数個を一列以上平行に配列した光伝送体アレ
イ。複数の未硬化状物を同心円状に積層し、隣接層間の
成分の相互拡散処理及びまたは最外周層の成分の揮発処
理を行いながら、またはこれらの処理を行った後、積層
体を硬化処理する光伝送体の製法において最外周層から
低屈折率成分を相対的に多く揮発させるように最外周層
の未硬化状物を調製し、揮発処理を行う前記光伝送体の
製法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種の光伝送路とし
て利用できるプラスチック光伝送体、その製法及び光伝
送体アレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】屈折率分布型光伝送体は一般的には、そ
の両端面を中心軸に垂直な平行平面に鏡面研磨し、単体
で微小レンズとして使用されている。またその多数を密
接配列して接着一体化してレンズアレイの形態として複
写機、ファクシミリ、スキャナ等のラインセンサ部品と
して、またＬＥＤプリンタの書き込みデバイス等に広く
用いられている。また、特定の用途においては片端面ま
たは両端面を若干の曲率の球面にして使用されている。

【０００３】画像伝送に用いられる屈折率分布型レンズ
及びレンズアレイにおいては結像面における光量ムラが
問題になる。図１に示すようにレンズ素子が結像面にお
いてＥ（Ｘ）=Ｅ₀（１−（Ｘ／Ｘ₀）²）^1/2（１）で示されるような光量分布を持つとき、レンズ素子は当
然光量ムラを持つ。一方レンズ素子が多数本配列された
レンズアレイの結像面における光量分布は１本１本のレ
ンズ素子の光量の和となる。そのためレンズアレイにお
いてもレンズの配列ピッチによって周期的な光量ムラが
生じる。このようにして起こる光量ムラにより、レンズ
またはレンズアレイを用いて画像を伝送する場合に問題
が生じる。例えばレンズアレイを複写機、ファクシミ
リ、スキャナ等のラインセンサ部品等に用いる場合に、
読みとりムラ等が生じ、このムラを少なくするために電
気信号に補正をかけなければならないなどの問題が生じ
る。

【０００４】このような問題を解決しようとするものに
特開平４−２５１８０５号公報がある。これは光伝送体
中に光吸収性物質を濃度分布が連続的に変化するように
存在させて光量ムラを小さくするというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この光伝送体
はレンズ中心部に染料を入れるためにレンズの光量が低
下するという問題があった。

【０００６】以上のように従来は光量ムラが小さく、か
つ十分な光量値を持つレンズ及びレンズアレイは提供さ
れていない。また、このようなレンズを容易に製造する
方法も提供されていない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、半径ｒ
₀なる円形断面の屈折率分布型光伝送体において、中心
から半径方向の距離が０〜Ｒ（０．８５ｒ₀≦Ｒ＜ｒ₀）
の範囲で中心から半径方向外側に向かって屈折率が連続
的に減少し、距離がＲ〜ｒ₀の範囲で中心から半径方向
外側に向かって屈折率が連続的に上昇していることを特
徴とする光伝送体である。

【０００８】また本発明の要旨は、前記の光伝送体の複
数個を一列以上平行に配列した光伝送体アレイである。

【０００９】更に本発明の要旨は、硬化させた後に得ら
れる硬化物の屈折率がｎ₁、ｎ₂、・・・、ｎ_N（Ｎ≧
３）であるＮ個の未硬化状物を同心円状に積層して、中
心部から外周部に向かって屈折率が順次減少したファイ
バ状の未硬化状物積層体を形成し、この積層体の各層間
の屈折率分布が連続的に変化するように隣接層間の成分
の相互拡散処理及びまたは最外周層の成分の揮発処理を
行いながら、またはこれらの処理を行った後、積層体を
硬化処理して屈折率分布型ファイバを製造する方法にお
いて、最外周層から低屈折率成分を相対的に多く揮発さ
せるように最外周層の未硬化状物を調製し、揮発処理を
行うことを特徴とする前記光伝送体の製造方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光伝送体（以下適
宜レンズという）及びその製造方法について詳細に説明
する。屈折率分布型レンズでは、一方の端面から入射し
た光線はレンズ体内をサインカーブを描いて進行し他端
面から出射して結像するのであるが、一般にレンズ体内
の屈折率分布は必ずしも理想的な分布に一致しているわ
けではない。特に外周部付近で理想分布から外れてお
り、この外周部付近での屈折率分布の歪みとレンズ外周
面を通してレンズ内に入る外光に起因してレンズ周辺に
フレア光と呼ばれるぼやけた光が発生する。本発明の光
伝送体においては光伝送体の外周部付近で屈折率が上昇
しているために、フレア光の量が増加し、その結果光量
ムラが小さくなる。

【００１１】図２は本発明の光伝送体の屈折率分布の一
例である。レンズ素材１は、中心軸４上の屈折率を
Ｎ₀、屈折率分布定数をＡとすれば、中心軸から半径方
向に０〜０．８５ｒ₀の範囲では屈折率Ｎ（ｒ）が、ほ
ぼ次式の関係で表される屈折率分布を持つ透明な円柱体
である。

【００１２】Ｎ（ｒ）＝Ｎ₀（１−Ａｒ²）（２）本発明はレンズ素材１の中心から半径方向の距離がＲ〜
ｒ₀の範囲の部分の屈折率が中心から半径方向外側に向
かって連続的に上昇していることを特徴としている。こ
のためその近傍で発生するフレア光の量が多くレンズ素
子の光量ムラが減少する。さらにレンズ素子を複数本配
列してレンズアレイを形成した場合、フレア光が隣接す
るレンズとの界面で反射、散乱、透過するためにレンズ
の配列ピッチによって生じる周期的な光量ムラが小さく
なる。

【００１３】外周部の屈折率は中心からの距離がＲの位
置の屈折率に対して、０．００３以上大きいことが好ま
しく、０．００５以上大きいことがより好ましい。

【００１４】屈折率が半径方向外側に向かって上昇して
いる部分の厚さは５〜５０μｍであることが好ましい。
厚さが薄すぎるとフレア光の増加の効果が小さく、また
厚さが厚すぎるとレンズ性能が低下する。

【００１５】本発明における光伝送体アレイは前記の光
伝送体を用いて従来公知の方法で製造することができ
る。光伝送体が一列または複数列で平行に配置されてい
れば、アレイの形状、材質等は問わない。

【００１６】本発明の光伝送体は次のようにして製造で
きる。硬化後の屈折率ｎがｎ₁＞ｎ₂＞・・・・＞ｎ
_N（Ｎ≧３）なるＮ個の未硬化状物を中心から外周面に
向かって順次屈折率が低くなるような配置で、かつ、同
心円状に複層積層した未硬化状の積層体（以下適宜「糸
状体」と称する）に賦形し、糸状体の各層間の屈折率分
布が連続的分布となるように隣接層間の物質の相互拡散
処理及びまたは最外周層の成分の揮発処理を行いなが
ら、またはこれらの処理を行った後、積層体を硬化処理
して屈折率分布型ファイバを製造する方法において、最
外周層から低屈折率成分を相対的に多く揮発させるよう
に最外周層の未硬化状物を調製し、揮発処理を行うこと
により製造される。

【００１７】得られる光伝送体の屈折率分布を理想的な
分布に近づけるために、Ｎは４〜６の範囲であることが
望ましい。

【００１８】本発明における光伝送体の製造時の未硬化
積層体の各層の厚みはレンズ性能の発現が可能な条件に
設定される。

【００１９】本発明に用いられる未硬化状物質は、粘度
が１０³〜１０⁸ポイズで硬化性のものであることが好ま
しい。粘度が小さすぎると賦形に際し糸切れが生じるよ
うになり糸状体の形成が困難である。また粘度が大きす
ぎると賦形時に操作性が不良となり各層の同心円性が損
なわれたり、太さ斑の大きな糸状体となりやすいので好
ましくない。

【００２０】この未硬化状物を構成する物質としてはラ
ジカル重合性ビニル単量体または該単量体と該単量体に
可溶な重合体とよりなる組成物などを用いることができ
る。ラジカル重合性ビニル単量体の具体例としてはメチ
ルメタクリレート（ｎ＝１．４９）、スチレン（ｎ＝
１．５９）、クロルスチレン（ｎ＝１．６１）、酢酸ビ
ニル（ｎ＝１．４７）、2,2,3,3-テトラフルオロプロピ
ル（メタ）アクリレート、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフル
オロペンチル（メタ）アクリレート、2,2,3,4,4,4-ヘキ
サフルオロブチル（メタ）アクリレート、2,2,2-トリフ
ルオロエチル（メタ）アクリレート等のフッ素化アルキ
ル（メタ）アクリレート（ｎ＝１．３７〜１．４４）、
屈折率１．４３〜１．６２の（メタ）アクリレート類た
とえばエチル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）
アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、ヒドロ
キシアルキル（メタ）アクリレート、アルキレングリコ
ール（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ
又はトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトール
ジ、トリ又はテトラ（メタ）アクリレート、ジグリセリ
ンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトー
ルヘキサ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコール
ビスアリルカーボネート、フッ素化アルキレングリコー
ル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。

【００２１】これら未硬化状物から糸状体を形成する際
の未硬化状物の粘度調整を容易にするため、及び糸状体
の中心から外周へ向かい連続的な屈折率分布を持たせる
ため、前記の未硬化状物はビニル系単量体と可溶性ポリ
マーとで構成されていることが好ましい。

【００２２】ここに用いうるポリマーとしては、前記の
ラジカル重合性ビニル単量体から生成するポリマーと相
溶性が良いことが必要であり、例えばポリメチルメタク
リレート（ｎ＝１．４９）、ポリメチルメタクリレート
系コポリマー（ｎ＝１．４７〜１．５０）、ポリ４ーメ
チルペンテンー１（ｎ＝１．４６）、エチレン／酢酸ビ
ニル共重合体（ｎ＝１．４６〜１．５０）、ポリカーボ
ネート（ｎ＝１．５０〜１．５７）、ポリフッ化ビニリ
デン（ｎ＝１．４２）、フッ化ビニリデン／テトラフル
オロエチレン共重合体（ｎ＝１．４２〜１．４６）、フ
ッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン／ヘキサフル
オロプロペン共重合体（ｎ＝１．４０〜１．４６）、ポ
リフッ化アルキル（メタ）アクリレートポリマー等が挙
げられる。

【００２３】粘度を調整するため、各層に同一の屈折率
を有するポリマーを用いた場合には中心から外周に向か
って連続的な屈折率分布を有するプラスチック光伝送体
が得られるので好ましい。特に、ポリメチルメタクリレ
ートは透明性に優れ、屈折率も高いので本発明の屈折率
分布型光伝送体を作成するに際して用いるポリマーとし
ては好適なものである。

【００２４】最外周層の未硬化状物は揮発処理におい
て、低屈折率成分が揮発しやすいように調製される。例
えば最外周層の未硬化状物がビニル系単量体と可溶性ポ
リマーから構成される場合、単量体として相対的に低屈
折率のものを用いることが望ましい。その際、揮発性成
分を二種類以上用いる場合は低屈折率成分を高屈折率成
分よりも多量に用いることが好ましく、また低屈折率成
分として高揮発性のものを用いることが好ましい。

【００２５】前記未硬化状物より形成した糸状体を相互
拡散処理を行いながら、または相互拡散処理を行った
後、最外周層の成分の一部を揮発させる。揮発処理は低
屈折率成分が相対的に多くかつ外周部の屈折率を上昇さ
せるのに十分な量程度揮発するように行われる。低屈折
率成分を多く揮発させればさせるほど、得られる光伝送
体の外周部の屈折率は上昇する。この場合、好ましくは
高屈折率成分をできるだけ揮発させないように、更に好
ましくは全く揮発させないように揮発処理を行う。揮発
させる成分の揮発量のコントロールはどのように行われ
てもよく、例えば揮発処理部に導入される不活性ガスの
流量によって制御することができる。

【００２６】前記相互拡散処理および外周面からの揮発
処理を行った糸状体を硬化するには未硬化状物中に熱硬
化触媒あるいは光硬化触媒を添加しておくことが好まし
く、熱硬化触媒としては普通パーオキサイド系又はアゾ
系の触媒が用いられる。光硬化触媒としてはベンゾフェ
ノン、ベンゾインアルキルエーテル、4'ーイソプロピルー
2ーヒドロキシー2ーメチルプロピオフェノン、1ーヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン、ベンジルメチルケタ
ール、2,2-ジエトキシアセトフェノン、クロロチオキサ
ントン、チオキサントン系化合物、ベンゾフェノン系化
合物、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルア
ミノ安息香酸イソアミル、Ｎ−メチルジエタノールアミ
ン、トリエチルアミンなどが挙げられる。

【００２７】次いで未硬化状物を硬化させるには、硬化
部において好ましくは紫外線を周囲から作用させ、熱硬
化触媒及び／又は光硬化触媒を含有する糸状体を熱処理
ないし光硬化処理を行う。

【００２８】本発明の光伝送体は例えば図３の糸状体成
形装置を用いて製造することができる。図３は糸状体成
形装置を図式的に示す工程図であり、相互拡散処理部２
及び硬化処理部３の部分だけを縦断面図で示してある。
図中の記号９は同心円状複合ノズル、１は押し出された
未硬化の糸状体、２は糸状体の各層の単量体を相互に拡
散させて屈折率分布を与えるための相互拡散処理部、３
は未硬化状物を硬化させるための硬化処理部、４は引き
取りローラー、５は製造された光伝送体、６は巻き取り
部、７は不活性ガス導入口、８は不活性ガス排出口であ
る。相互拡散処理部２及び硬化処理部３において糸状体
１から遊離する揮発性物質を除去するため、不活性ガス
導入口７から不活性ガス例えば窒素ガスが導入される。

【００２９】光重合に用いる光源としては１５０〜６０
０ｎｍの波長の光を発生する炭素アーク灯、高圧水銀
灯、中圧水銀灯、低圧水銀灯、超高圧水銀灯、ケミカル
ランプ、キセノンランプ、レーザー光等が挙げられる。

【００３０】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。尚、実施例及び比較例において屈折率分布及び光量
分布の測定は下記の方法により行った。Ｉ．屈折率分布の測定カールツアイス社製インターファコ干渉顕微鏡を用いて
公知の方法により測定した。ＩＩ．レンズアレイの光量ムラの測定レンズアレイの光量ムラは白色光源に５７０ｎｍの干渉
フィルターを組み合わせてＣＣＤを用いて測定した。光
量ムラの値は、 △Ｉ=（Ｉmax.−Ｉmin.）／Ｉmin.×１００（％）で計算して求めた。

【００３１】比較例１ポリメチルメタクリレート（〔η〕＝０．４０，ＭＥＫ
中，２５℃にて測定、以下実施例、比較例中において同
様のものを用いる。）５２重量部、ベンジルメタクリレ
ート３５重量部、メチルメタクリレート１３重量部、１
ーヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５重
量部及びハイドロキノン０．１重量部を７０℃に加熱混
練して第１層形成用原液とした。ポリメチルメタクリレ
ート４８重量部、ベンジルメタクリレート１０重量部、
メチルメタクリレート３５重量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オ
クタフルオロペンチルメタクリレート７重量部、１ーヒ
ドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．２５重量
部、ハイドロキノン０．１重量部を７０℃に加熱混練し
て第２層形成用原液とした。ポリメチルメタクリレート
４７重量部、メチルメタクリレート３０重量部、2,2,3,
3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルメタクリレート２３
重量部、１ーヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
０．２５重量部、ハイドロキノン０．１重量部を７０℃
に加熱混練して第３層形成用原液とした。ポリメチルメ
タクリレート４０重量部、メチルメタクリレート１８重
量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチルメタク
リレート４２重量部、１ーヒドロキシシクロヘキシルフ
ェニルケトン０．２５重量部ハイドロキノン０．１重量
部を７０℃に加熱混練して第４層形成用原液とした。ポ
リメチルメタクリレート３７重量部、メチルメタクリレ
ート４重量部、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチ
ルメタクリレート５９重量部、１ーヒドロキシシクロヘ
キシルフェニルケトン０．２５重量部、ハイドロキノン
０．１重量部を７０℃に加熱混練して第５層形成用原液
とした。この５種類の原液を同心円状５層複合ノズルを
用い中心から順次未硬化状物の屈折率が低くなるように
配列し同時に押し出した。複合紡糸ノズルの温度は４８
℃であった。各層の吐出比は半径の比で１層目から順に
３４．７／３８．７／１９．５／６．３／０．８であっ
た。

【００３２】ついで長さ３０ｃｍの相互拡散処理部を通
しその後長さ１２０ｃｍ、４０Ｗのケミカルランプ１２
本を円状に等間隔に配設された硬化処理部の中心にスト
ランドファイバを通過させて１２０ｃｍ／ｍｉｎの速度
でニップローラーで引き取った。相互拡散処理部におけ
る窒素流量は５０Ｌ／ｍｉｎであった。

【００３３】得られた光伝送体は半径ｒ₀が０．４６５
ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部
が１．４６９であった。外周部での屈折率の上昇は見ら
れなかった。この光伝送体複数本を用い、側板にはフェ
ノール樹脂（厚さ１．２ｍｍ）２枚を用い、接着剤には
カーボンブラックを２ｗｔ％添加したエピフォーム（ソ
マール社製）を用い、側板の間に光伝送体を１列に配列
し接着剤を充填し、接着剤を硬化し、その後両端面を切
断して研磨し、レンズ長６．６ｍｍのレンズアレイを製
造した。レンズアレイの光量を測定したところ通常のレ
ンズアレイで見られるようなレンズ配列ピッチに対応し
た周期的な光量ムラが顕著に見られ、光量ムラは１９％
であった。

【００３４】実施例１第１層目〜第５層目の原液を比較例１と同様とし、相互
拡散処理部における窒素流量８０Ｌ／ｍｉｎとし、複合
紡糸ノズルから出た糸状体の単量体の揮発を盛んにした
以外は比較例１と同様にして光伝送体を製造した。揮発
した単量体は主として硬化後の屈折率が低い2,2,3,3,4,
4,5,5-オクタフルオロペンチルメタクリレートであっ
た。

【００３５】この光伝送体の半径は０．４６５ｍｍであ
り、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４
７３であった。光伝送体の外周部から約３５μｍの部分
でレンズの中心部から外周部に向かって連続的に屈折率
が約０．００４上昇していた。

【００３６】比較例１と同様にしてレンズアレイを製造
して光量を測定した結果、レンズ配列ピッチに対応した
周期的な光量ムラは見られたものの光量ムラの値は１０
％であり比較例１のレンズアレイの場合に比較して小か
った。

【００３７】実施例２複合紡糸ノズル温度を４０℃、各層の吐出比を半径の比
で１層目から順に３４．３／３８．５／２０．１／６．
１／１．０とし、紡糸速度を１５０ｃｍ／ｍｉｎ、窒素
流量を７２Ｌ／ｍｉｎとした以外は実施例１と同様にし
て光伝送体を得た。得られた光伝送体の半径は０．３１
５ｍｍであった。

【００３８】この光伝送体の屈折率分布は中心部が１．
５１２、外周部が１．４７７であった。光伝送体の外周
部から約３０μｍの部分でレンズの中心部から外周部に
向かって屈折率が約０．００６上昇していた。

【００３９】比較例１と同様にしてレンズアレイを製造
して光量を測定した結果、レンズ配列ピッチに対応した
周期的な光量ムラは見られたものの光量ムラの値は１２
％で比較例１のレンズアレイの場合に比較して小さかっ
た。

【００４０】

【発明の効果】本発明の光伝送体及び光伝送体アレイは
光量ムラが小さくかつ十分な光量値を有する。また、本
発明の光伝送体の製法によればこのような光伝送体を容
易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光伝送体の光量分布を示す図である。

【図２】本発明の光伝送体の屈折率分布を示す図であ
る。

【図３】本発明の光伝送体を製造するための製造装置の
概略図である。

【符号の簡単な説明】

１未硬化の糸状体２相互拡散処理部３硬化処理部４引き取りローラー５光伝送体６巻き取り部７不活性ガス導入口８不活性ガス排出口９同心円状複合ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半径ｒ₀なる円形断面の屈折率分布型光
伝送体において、中心から半径方向の距離が０〜Ｒ
（０．８５ｒ₀≦Ｒ＜ｒ₀）の範囲で中心から半径方向外
側に向かって屈折率が連続的に減少し、距離がＲ〜ｒ₀
の範囲で中心から半径方向外側に向かって屈折率が連続
的に上昇していることを特徴とする光伝送体。
【請求項２】式（１）の関係を満たす請求項１に記載
の光伝送体。ｎ（ｒ₀）−ｎ（Ｒ）≧０．００３（１）（ただしｎ（ｒ₀）、ｎ（Ｒ）はそれぞれ中心からの距
離がｒ_0、Ｒの位置における屈折率である。）
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の光伝送
体の複数個を一列以上平行に配列した光伝送体アレイ。
【請求項４】硬化させた後に得られる硬化物の屈折率
がｎ₁、ｎ₂、・・・、ｎ_N（Ｎ≧３）であるＮ個の未硬
化状物を同心円状に積層して、中心部から外周部に向か
って屈折率が順次減少したファイバ状の未硬化状物積層
体を形成し、この積層体の各層間の屈折率分布が連続的
に変化するように隣接層間の成分の相互拡散処理及びま
たは最外周層の成分の揮発処理を行いながら、またはこ
れらの処理を行った後、積層体を硬化処理して屈折率分
布型ファイバを製造する方法において、最外周層から低
屈折率成分を相対的に多く揮発させるように最外周層の
未硬化状物を調製し、揮発処理を行うことを特徴とする
請求項１に記載の光伝送体の製造方法。