JP3008361B2 - 屈折率分布型プラスチック光伝送体の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は解像度の変動率の素子間
差の少ない屈折率分布型プラスチック光伝送体であり、
かつ、太さ斑が少なく光伝送体アレイへの加工性に優れ
た屈折率分布型プラスチック光伝送体を効率よく作る方
法にある。

【０００２】

【従来の技術】棒状レンズの中心部から外周部に向って
屈折率が低下する屈折率分布型光伝送体の一種である棒
状レンズは、乾式複写機の画像伝送体として広く利用さ
れており、当該棒状レンズに関する発明が特公昭４７−
８１６号公報、特公昭４７−２８０９５号公報、国際公
開公報ＷＯ９１０５２７４号公報およびＷＯ９１０５２
７５号公報に示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特公昭４７−８１６号
公報に示された屈折率分布型光伝送体は、特殊な組成の
ガラスファイバを作り、このファイバをイオン交換する
ことにより、その中心から外周部に向って屈折率分布を
つけたものとなっている。そのため、連続生産すること
が難しく、その生産はバッチ生産であり、同一長で同一
性能を備えた短尺状の光学素子をバッチを異にして得る
ことが難しい。

【０００４】特公昭４７−２８０５９号公報に示された
屈折率分布型プラスチック光伝送体は、屈折率が相異な
り、かつ、特定の溶剤に対する溶解性の異なる２種以上
の重合体の混合物よりファイバ状物を作り、特定の溶剤
にて該ファイバ中の特定重合体を部分的に抽出して作ら
れている。この方法によって一応屈折率分布型プラスチ
ック棒状レンズを作ることはできるが、ゆらぎが大き
く、かつ、透明性が十分とは言えず、さらにレンズ特性
を向上した屈折率分布型光伝送体の開発が望まれてい
る。

【０００５】国際公開公報ＷＯ９１０５２７４号公報お
よび同ＷＯ９１０５２７５号公報には、屈折率が異なる
ｎ種の液状物質を同心円状複合紡糸ノズルより、n₁＞n₂
＞……＞n_Nとなるように組合せて紡出し、紡出物各層の
相互拡散を行った後、紫外線照射して重合硬化するプラ
スチック製屈折率分布型光伝送体の製法が開示されてい
る。

【０００６】この方法によると、従来開発されてきたガ
ラス製の屈折率分布型光伝送体に劣らない特性を備えた
光伝送体を得ることができ、その解像度を示すモデュレ
ーショントランスファーファンクション（以下ＭＴＦと
いう）が55％以上と高いものとすることができるが、50
日間程の長期間連続生産を行い、得られる光伝送体のＭ
ＴＦを測定した結果を図１に示した。

【０００７】図１に示すごとく、長期間生産して得られ
た屈折率分布型光伝送体の平均ＭＴＦは69.7％と高く、
その最高値は81.8％であるが、最低値は25.2％とばらつ
きが大きく、そのＣＶ値も12.8％と大きく、安定した性
能を備えた屈折率分布型光伝送体の製法としては問題が
あることが分かってきた。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】この方法による屈折率
分布型光伝送体の製造工程の概略を図２に示した。図２
は相互拡散部および硬化処理部だけを縦断面図とするも
のであり、図中の記号21は同心円状複合ノズル部、22は
押し出された未硬化状の糸状物、23は糸状物の各層の単
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
拡散部、24は未硬化物を硬化させるための硬化処理部、
25は引き取りローラー、26は製造された屈折率分布型プ
ラスチック光伝送体、27は巻き取り部、28は不活性ガス
導入口、29は不活性ガス排出口である。糸状物22中には
拡散性のある低分子量物が数層積層構造をとっており、
相互拡散部23で拡散させて屈折率分布をつけ、硬化処理
部24で硬化処理しており、不活性ガス導入口28から不活
性ガス、例えば窒素ガスが導入され、不要となった不活
性ガスはガス排出口29より排出される。30は紫外線ラン
プ収納部である。

【０００９】上記装置において、不活性ガス導入口２８
より導入される窒素ガスは、ガスボンベより精製装置を
経て導入されるものであり、その温度コントロールは全
くなされておらず、図１に示したごとく、この装置を長
期間にわたって運転したときの紫外線ランプ収納部（図
２中２９内）の温度変化を測定すると図３に示すごとき
温度変化が起っており、この温度変化と、図１に示した
得られる光伝送体のＭＴＦの変化とが対応することを見
出だし、紫外線ランプ収納部の温度変化±１℃以内に調
節することによってＣＶ値のより小さな光伝送体の製造
が可能な本発明を完成した。

【００１０】本発明の要旨とするところは、未硬化状態
での粘度が１０^３〜１０^８ポイズなる紫外線硬化型物質
であり、硬化した後の屈折率ｎが、ｎ_１＞ｎ_２＞ｎ_３…
…＞ｎ_Ｎ（ただしＮは２以上の整数）なるＮ個の未硬化
紫外線硬化型物質を、同心円状複合紡糸ノズルの中心か
ら外側に向って順次屈折率が低下するように配して、複
合紡糸ノズルより吐出した糸条物に、紫外線ランプ収納
部の温度変化を±１℃以内に調節して、紫外線照射して
硬化せしめることを特徴とする屈折率分布型プラスチッ
ク光伝送体の製法にある。

【００１１】本発明によって得られる屈折率分布型プラ
スチック光伝送体の性能はＭＴＦにて測定したものであ
り、このＭＴＦは、空間周波数４（ラインペア／mm：図
４の44に示すごとく白線と黒線の１対の組合せを１ライ
ンペアとし、この白線と黒線の組合せラインが１mm巾中
に何本あるかを示す値）を有する格子と屈折率分布型光
伝送体を複数本平行に並べて接合した光伝送体アレイ45
を図４に示すごとく配列する。図４において41は光源、
42は光学フィルター、43は拡散板、46はＣＣＤラインセ
ンサである。この装置にて格子像を屈折率分布型棒状レ
ンズを通してＣＣＤラインセンサ上に結像させ、その測
定光量の最大値i_maxと最小値i_minを図５に示すごとく測
定し、数式１にて算出したものである。

【００１２】

【数１】

【００１３】従来方法によって作った屈折率分布型光伝
送体のＭＴＦは図１に示すごとく大きく振れるのである
が、その原因は紫外線ランプ収納部の温度が図３に示す
ごとく変化するためである。

【００１４】そこで本発明者等は、紫外線ランプ収納部
の温度を図６に示すごとくその変動巾を±１℃以内、好
ましくは±０．５℃以内にコントロールすることによ
り、図７に示したごとくＭＴＦの平均値７７．５％、Ｍ
ＴＦの最大値８６．１％、最小値６６．６％、ＣＶ値
４．８％という優れた性能を備えた屈折率分布型光伝送
体を連続して作ることに成功した。

【００１５】紫外線ランプ収納部温度のコントロール
は、紫外線ランプ収納部に一定温度に制御された空気を
送り込むこと、紫外線ランプ収納部の外周部をウォータ
ージャケットで覆い、一定温度に制御された水を循環さ
せること等により行った。

【００１６】本発明を実施するに際して用いうる硬化し
うる物質としては、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に可溶性の重合体とよりなる組成
物などを用いることができ、そ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-オクタフルオロプロピル（メタ）アクリレ
ート、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロプロピル（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
ト類例えばエチル（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
リコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロ
パンジまたはトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリス
リトールジ、トリまたはテトラ（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）アクリレートなどのほかジ
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ポリ（メタ）アクリレートなどが
挙げられる。

【００１７】これらを糸状に賦形するには、１０^３〜１
０^８ポイズの粘度に保つことおよび得られる糸状物の径
変化の少ないものとするためには、前記の物質はビニル
系単量体と可溶性ポリマとにて構成されていることが好
ましい。ここに用いうるポリマとしては、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との相溶性が
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（ｎ＝１．４７〜１．５０）、ポリ−４−メチルペ
ンテン−１（ｎ＝１．４６）、エチレン／酢酸ビニルコ
ポリマ（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
エチレンコポリマ（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
プロペンコポリマ（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などが挙げら
れる。

【００１８】未硬化状液状物の粘度を調整するために加
えるポリマは、本発明を実施するに際して用いる数種の
未硬化液状物質中で同一の屈折率を有するポリマを用い
るのが望ましい。かくした場合には中心から表面に向っ
て連続的な屈折率分布を有するプラスチック光伝送体を
より容易に作ることができる。とくにポリメチルメタク
リレートは透明性に優れ、それ自体の屈折率も高いので
本発明の屈折率分布型光伝送体を作るに際して用いるポ
リマとして好適なものである。

【００１９】前記未硬化物より形成した糸状物を硬化す
るには、未硬化物中に光硬化触媒を添加しておくことが
好ましく、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'−イソプロピル−2-ヒドロキ
シ−2-メチル−プロピオフェノン、1-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。また場合により、パーオ
キサイド等の熱重合触媒を併用してもよい。

【００２０】紫外線照射を行う光源としては、150 〜60
0nm の波長の光を主波長とする炭素アーク灯、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、レーザ光等を挙げることができる。

【００２１】

【本発明の効果】本発明の方法によると紫外線ランプ収
納部の温度変化が図６に示すごとく、±１℃以内、好ま
しくは±０．７℃以内に保たれているため、光伝送体内
の屈折率分布コントロールを精密にコントロールするこ
とができ、図７に示したごときＭＴＦ変動率の小さな、
均一特性を備えた屈折率分布型プラスチック光伝送体を
作ることができる。

【００２２】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。

【００２３】

【実施例１】ポリメチルメタクリレート（［η］＝0.3
4,MEK中、25℃にて測定）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-ヒ
ドロキシシクロヘキシルフェニルケトン0.2 重量部、ハ
イドロキノン0.1 重量部とを60℃で加熱混練した未硬化
物を同心円型５層複合紡糸を行う際の第一層形成用原液
（中心部）とし、ポリメチルメタクリレート（［η］＝
0.34,MEK中、25℃にて測定）50重量部、ベンジルメタク
リレート15重量部、メチルメタクリレート35重量部、1-
ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン0.2 重量部、
ハイドロキノン0.1 重量部とを60℃で混練した未硬化物
を第二層形成用原液とし、ポリメチルメタクリレート
（［η］＝0.34,MEK中、25℃にて測定）50重量部、メチ
ルメタクリレート50重量部、1-ヒドロキシシクロヘキシ
ルフェニルケトン0.2 重量部、ハイドロキノン0.1 重量
部とを加熱混練した未硬化物を第三層形成用原液とし、
ポリメチルメタクリレート（［η］＝0.34,MEK中、25℃
にて測定）47重量部、メチルメタクリレート40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13重量部、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケト
ン0.2 重量部、ハイドロキノン0.1 重量部とを加熱混練
した未硬化物を第四層形成用原液とし、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-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケト
ン0.2 重量部、ハイドロキノン0.1 重量部とを加熱混練
した未硬化物を第五層形成用原液とした。この五種の原
液を同心円型複合ノズルを用い、ファイバストランドと
して同時に押し出した。この時の押し出し時の第一層の
成分の粘度は4.7 ×10⁴ ポイズ、第二層の成分の粘度は
3.7 ×10⁴ ポイズ、第三層の成分の粘度は2.9 ×10⁴ ポ
イズ、第四層の成分の粘度は2.5 ×10⁴ ポイズ、第五層
の成分の粘度は2.2 ×10⁴ ポイズであった。複合ノズル
の温度は60℃とした。

【００２４】紡糸ノズルより吐出されたファイバストラ
ンドを次いで45cm長の相互拡散部を通過させることによ
り、ファイバストランドの各層間のモノマの相互拡散を
行わせ、続いて12本の蛍光灯（長さ120cm,40Ｗ）を円状
に等間隔に配置された光照射部の中心をファイバストラ
ンド速度40cm／分で通過させることにより、ファイバス
トランド中のモノマを重合させ屈折率分布型プラスチッ
ク光伝送体とし、ニップローラで引き取った。ファイバ
ストランドを形成する際の各層の吐出比を（第一層）：
（第二層）：（第三層）：（第四層）：（第五層）＝7:
4:1.1:0.6:0.4とした。

【００２５】図２の紫外線ランプ収納部の下部に気体導
入口を設け、エアープロセッサで25℃に制御した空気を
送り込みながら50日間にわたって直径1.20mmの光伝送体
の連続生産を行った。得られた光伝送体の中心部の屈折
率は1.510、外周部の屈折率は1.480、g-値は0.332 であっ
た。紫外線ランプ収納部の温度は、50日間にわたり30℃
±0.4 ℃の間で制御することができた。光伝送体の性能
は、光伝送体複数本を用いてレンズ長11.5mmの光伝送体
アレイを作り、共役長22.8mmで４lp／mmなる格子を用い
てＭＴＦの評価を行うことにより調べた。本例におい
て、光伝送体レンズの性能のばらつきは非常に小さく、
この50日間でＭＴＦの平均値は76.0％であり、最高値8
0.2％、最低値68.0％と優れた性能安定性を示した。

【００２６】

【実施例２】実施例１において、紫外線ランプ収納部の
温度コントロールを温調した空気に代えて図２の紫外線
ランプ収納部をウォータージャケットで覆い、恒温水槽
にて23℃に制御された水をウォータージャケット中に循
環させて行う以外、実施例１で用いたものと同じ五種の
原液を用いて、実施例１と全く同じ様にしてファイバス
トランドを作り、単量体の拡散、硬化処理をし、直径1.
15mmの光伝送体を得た。得られた光伝送体の中心部の屈
折率は1.510、外周部の屈折率は1.480、g-値は0.347 であ
った。50日間にわたる連続生産を行ったが、紫外線ラン
プ収納部の温度は50日間にわたり28℃±0.6 ℃の間で制
御することができた。光伝送体の性能は、光伝送体複数
本を用いてレンズ長11.0mmの光伝送体アレイを作り、共
役長21.9mmにて４lp／mmなる格子を用いてＭＴＦの評価
を行うことにより調べた。本例において、光伝送体レン
ズの性能のばらつきは非常に小さく、50日間でのＭＴＦ
の平均値は74.5％、最高値80.7％、最低値67.0％と、こ
れも優れた性能の安定性を示した。

【００２７】実施例１および実施例２で得られた光伝送
体アレイを用いてＬＥＤを光源とし、ＣＣＤを受光素子
としたイメージスキャナを組み立てた。これらのイメー
ジスキャナは解像度が高く、鮮明な画像を伝送すること
ができた。

【００２８】

【比較例１】実施例１において、紫外線ランプ収納部の
温度制御を全く行わない以外、実施例１で用いたものと
同じ五種の原液を用いて、実施例１と全く同じ様にして
ファイバストランドを作り、単量体の拡散、硬化処理を
し、直径1.20mmの光伝送体を得た。光伝送体中心部の屈
折率は1.510、外周部の屈折率1.480、g-値は0.332 であっ
た。紫外線ランプ収納部の温度は、50日間で、35℃±2.
0 ℃の範囲内で変動し、実施例１でみられた様な安定性
を示さなかった。光伝送体の性能は、光伝送体複数本を
用いてレンズ長11.5mmの光伝送体アレイを作り、共役長
22.8mmにて４lp／mmなる格子を用いてＭＴＦの評価を行
うことにより調べた。本例においては、実施例１と比べ
て、長期間の連続生産により得られた光伝送体アレイの
ＭＴＦのばらつきは大きく、50日間でＭＴＦの平均値は
70.2％、最高値79.3％、最低値56.3％であった。また、
50日間にわたる光伝送体アレイのＭＴＦの変化は、紫外
線ランプ収納部の温度変化とほぼ対応して変化してい
た。本例でも、得られた光伝送体アレイを用いてＬＥＤ
を光源とし、ＣＣＤを受光素子としたイメージスキャナ
を組み立てたところ、これらのイメージスキャナの中に
は、解像度が低く、画像を鮮明に伝送することができな
いものが相当数存在していた。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法によって作られたプラスチック屈折率分
布型光伝送体のＭＴＦ変化を測定した図である。

【図２】本発明によって作ったプラスチック製屈折率分
布型光伝送体のＭＴＦ変化を示す図である。

【図３】従来法による紫外線ランプ収納部の温度変化の
測定図である。

【図４】ＭＴＦ測定装置の概略図である。

【図５】光量レベル測定図である。

【図６】本発明を実施した際の紫外線ランプ収納部の温
度変化測定図である。

【図７】本発明によって得られたプラスチック製屈折率
分布型光伝送体のＭＴＦ変化の測定図である。

【符号の説明】

２１ …… 同心円状複合ノズル部 ２２ …… 未硬化状の糸状物 ２３ …… 相互拡散部 ２４ …… 硬化処理部 ２５ …… 引取りローラー ２６ …… 屈折率分布型プラスチック光伝送体 ２７ …… 巻き取り部 ２８ …… 不活性ガス導入部 ２９ …… 不活性ガス排出部 ３０ …… 紫外線ランプ収納部 ４１ …… 光源 ４２ …… 光学フィルター ４３ …… 拡散板 ４４ …… 格子 ４５ …… 光伝送体アレイ ４６ …… ＣＣＤラインセンサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 孝幸 広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨ ン株式会社中央研究所内 (72)発明者 羽原 英明 広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨ ン株式会社中央研究所内 (72)発明者 小池 和權 広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内 (72)発明者 石丸 輝太 広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内 (56)参考文献 特開 平３−42604（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−213806（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 - 6/54

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 未硬化状態での粘度が１０^３〜１０^８ポ
   イズなる紫外線硬化型物質であり、この紫外線硬化型物
   質の硬化物の屈折率ｎが、ｎ_１＞ｎ_２＞ｎ_３……＞ｎ_Ｎ
   （ただし、Ｎは２以上の整数）なるＮ個の未硬化紫外線
   硬化型物質を、同心円状複合紡糸ノズルを用い、その中
   心から外側に向って順次屈折率が低くなるように分配
   し、ノズルより吐出した未硬化線状体を、紫外線ランプ
   収納部の温度変化を±１℃以内にコントロールして紫外
   線を照射して硬化せしめることを特徴とする屈折率分布
   型プラスチック光伝送体の製法。