JP3301760B2

JP3301760B2 - グレーデッドインデックス型プラスチック製光伝送体及びその製法

Info

Publication number: JP3301760B2
Application number: JP50606592A
Authority: JP
Inventors: 吉弘魚津; 興造三瀬; 暢彦豊田; 芳彦星出
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: KR100260568B1; DE69213866D1; EP0527239A4; DE69213866T2; KR930700857A; US5287222A; TW255016B; EP0527239B1; WO1992015901A1; EP0527239A1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、光集束性光ファイバ、光集束性棒状レン
ズ、光センサーなど種々の光伝送路として有用に利用し
得るグレーデッドインデックス型（以下GI型という）プ
ラスチック製光伝送体及びその製法に係り、特に高解像
度で色収差の少い良質の画像伝送を可能とさせる光伝送
体及びその製法に関する。

背景技術近年、ファクシミリ、複写機、イメージセンサー等の
画像伝送用として棒状光伝送体を使用することが多くな
っている。かかる光伝送体は高解像で色収差も少ない良
質の画像伝送を可能とさせるものであること、及び、大
量生産しても光伝送体間の品質のばらつきが少ない製法
が採用可能であることが望まれていた。

このような画像伝送用光伝送体には、光伝送体断面内
において、その中心部から外周部に向かって連続的に屈
折率を小さくして、その分布に山型の傾斜を付けたGI型
光伝送体が使用される。かかるGI型光伝送体が日本特公
昭47−816号公報、同47−28059号公報、EP公開公報第20
8159号公報等に示されている。

特公昭47−816号公報に示されたGI型光伝送体はガラ
スを素材とし、イオン交換法で作成しているため、その
生産性は低く同一形状で同一性能を備えたものを、異な
るロット間で生産することは難しく、特に一定の共役長
（total conjugate length）で同一の長さの棒状レンズ
で同一性能を備えたものを異なるロット間で作ることは
難しく、その結果、同一性能を備えたGI型光伝送体の長
さは不揃いとなり、その取扱いが困難になるという難点
があった。

特公昭47−28059号公報に示されたGI型プラスチック
光伝送体は、屈折率が異なり、かつ特定の溶剤に対する
溶解度が異なる二以上の透明な重合体の混合物よりなる
棒状またはファイバ状賦形物を、前記溶剤に浸漬し、該
成形物の表面からその中心部にかけて前記二以上の重合
体の混合割合を変化させたものとすることによって作ら
れている。この方法によって一応プラスチック製GI型光
伝送体を作ることはできるが、屈折率の異なる二以上の
重合体を混合したものは屈折率分布に乱れを生じ易く、
中心部から外周方向に向かっての屈折率分布を最適の分
布曲線に沿った形のものとすることが困難である。また
光伝送体の透明性が低下するとともに光散乱を起こし易
いものとなり、GI型光伝送体としての特性が十分でなく
その用途開発は進んでいない。

EP公開特許0208159号公報には、少なくとも一種の熱
可塑性重合体（Ａ）と、重合した場合に重合体（Ａ）と
相溶し得、かつ重合体（Ａ）とは異なった屈折率の重合
体となる単量体（Ｂ）との均一混合物をロッド状に成形
した成形体の表面より、単量体（Ｂ）を揮散せしめるこ
とによって、該成形物の表面から中心部にかけて単量体
（Ｂ）の連続的な濃度分布を与えた後、該成形物中の未
重合単量体を重合することによりGI型プラスチック光伝
送体を作る方法が示されている。

GI型光伝送体の屈折率分布曲線は理想的には次式
（３）によって表わされる二次分布曲線を有すべきとさ
れ、かかる曲線は図２中のＡに示した曲線となるといわ
れている。

Ｎ＝N₀（１−ar²）（３）ところが本発明者等の検討によると上記の従来方法に
よって作られたGI型光伝送体のインターファコ干渉顕微
鏡にて測定した屈折率分布曲線は図２中のＢに示すごと
く、その中心から半径方向0.5r₀〜0.75r₀までの範囲
（同図中、ｃ〜ｄの範囲、ちなみにｅは外周部を示
す。）は比較的式（３）で示される最適曲線に近い形状
の屈折率分布曲線となるが、それよりも外側及び内側の
屈折率分布はその形状が最適曲線から大きくはずれたも
のとなっている。

式（３）で規定する最適曲線にほぼ正確に従うような
屈折率分布曲線を有する光伝送体を用いて格子模様を観
察すると図３（ａ）に示すような正常な格子像を得るこ
とができるが、上述の図2Bに示すように屈折率分布が理
想的な屈折率分布からはずれたものである光伝送体を用
いて格子像を観察すると図３（ｂ）又は（ｃ）に示すよ
うに大きくゆがんだ格子像しか得られず、正確な画像伝
送を行い得ないものとなっている。このような光伝送体
の解像度はモデュレーション・トランスファー・ファク
ター（以下、MTFという）で示すことができる。従来技
術の光伝送体、及び、本発明の光伝送体のMTF値の算出
は、先ず図４に示すごとく、光源（42）の光をレンズ
（43）にて調整し、格子定数４（ラインペア/mm）を有
する格子（45）を通った光をGI型光伝送体（41）に当
て、この光伝送体を通過した格子像をCCDセンサ（46）
にて読取り、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、下記（４）式により求めた。
ここで格子定数とは図４の格子に示すごとく、白ライン
と黒ラインとの１組の組合わせを１ラインペアとしこの
ラインペアが1mmの巾内に何本設けられているかを示す
値であり、このラインペアが４本/mmのものを４ライン
ペア/mmとして表示した。

MTF（％）＝｛（i_max−i_min）／（i_max＋i_min）｝ ×100 （４）前述の式（３）で規定する最適曲線にほぼ正確に従う
屈折率分布を有しているGI型プラスチック製光伝送体は
未だ開発されていない。

本発明者等は本発明以前にLED等の単色光源を用い、
ファクシミリやイメージセンサー用の光伝送体として有
用に使用し得る程に解像度が高く、色収差が少ないGI型
プラスチック製光伝送体を得ることを目的として検討
し、半径r₀が0.5±0.1mmの範囲内にあり、中心軸部から
外周面に向かって少なくとも0.25r₀〜0.70r₀の範囲の屈
折率分布が前記式（３）で規定する屈折率分布曲線に近
似の屈折率分布を備えており、かつ、４ラインペア/mm
である格子像を該光伝送体を通してCCDラインセンサ上
に結像させて測定した最大光量値i_maxと最小光量値i_min
とを測定し、前記式（４）で算出したMTFが40％以上で
あるという特性を備えていることを特徴とするGI型プラ
スチック製光伝送体を日本特願平１−307636号で提案し
た。

この発明で達成されたGI型光伝送体の半径方向の屈折
率分布は図１の［II］に示した通りであり、（３）式の
最適曲線に従う曲線［Ｉ］に一致した部分が多くなり、
実際にこの光伝送体にて画像伝送を行った場合、従来開
発されていたプラスチック製光伝送体の画像伝送特性に
比べ、その性能は著しく改良されたものとなった。

しかしこのGI型光伝送体の外周近傍、特に光伝送体の
中心からの半径をr₀としたとき、0.70r₀より外周部の屈
折率は式（３）の最適曲線から大きくはずれたものとな
り、このような光伝送体によって伝送された画像の周辺
部は歪んだり、ぼけたりし、高画質の画像伝送用の光伝
送体としては必ずしも満足したものとは言えない。この
ような不都合を除くため、0.70r₀より外周部の領域を黒
色化する方法が検討され、それなりの効果は得られては
いるが、光伝送体全体としての画像伝送効果は黒色化に
よりその分だけ低下するという問題があり充分なものと
は言えない。

発明の開示そこで本発明者等は図１中の［Ｉ］に示したごとき屈
折率分布を備えたGI型プラスチック製光伝送体プリフォ
ームを作り、図１に示すＣ〜Ｅの領域よりＣ〜Ｄの領域
（Ｆ）を除去することにより、上述した難点を著しく改
良し得たGI型光伝送体が得られることを見出し本発明を
完成した。

本発明の要旨とするところは、請求項１の発明は、未
硬化の状態での粘度が10³〜10⁸ポイズである３個以上の
未硬化物質を、硬化後の屈折率が中心から外周面に向か
って順次屈折率が小さ＜なるような配置で同心円状に積
層した未硬化状態のストランドファイバに賦形し、該ス
トランドファイバの各層間の屈折率分布が連続的屈折率
分布となるように隣接層間の物質の相互拡散処理を施し
ながら、又は相互拡散処理した後、該ストランドファイ
バを硬化処理することを特徴とする、半径r₀の円形断面
を有し、光伝送体の中心軸部から外周面に向かって少な
くとも0.25r₀〜0.8r₀の範囲の屈折率分布が下記式
（１）で規定する屈折率分布曲線に近似の屈折率分布を
備えていることを特徴とするグレーテッドインデックス
型プラスチック製光伝送体の製法である。

ｎ（ｒ）＝n₀｛１−（g²/2）r²｝（１）（上記式中、n₀は該光伝送体の中心軸部の屈折率、ｎ
（ｒ）は該光伝送体の中心軸より外周方向への距離ｒの
位置部の屈折率、ｇは該光伝送体の屈折率分布定数、ｒ
は該光伝送体の中心軸部より外周方向への距離を示
す。）また、請求項２の発明は、得られるプラスチック製光
伝送体の中心軸部から外周面に向かって少なくとも0.25
r₀〜0.85r₀の範囲の屈折率分布が上記式（１）で規定す
る屈折率分布曲線に近似の屈折率分布を備えていること
を特徴とするグレーテッドインデックス型プラスチック
製光伝送体の製法である。

請求項３の発明は、得られるプラスチック製光伝送体
の半径r₀が0.45±0.1mmの範囲内にあり、n₀が1.5±0.1
の範囲内にあり、ｇが0.3〜0.7の値であることを特徴と
するグレーテッドインデックス型プラスチック製光伝送
体の製法である。

そして、請求項４の発明は、未硬化の状態での粘度が
10³〜10⁸ポイズである３個以上の未硬化物質を、硬化後
の屈折率が中心から外周面に向かって順次屈折率が小さ
＜なるような配置で同心円状に積層した未硬化状態のス
トランドファイバに賦形し、該ストランドファイバの各
層間の屈折率分布が連続的屈折率分布となるように隣接
層間の物質の相互拡散処理を施しながら、又は相互拡散
処理した後、該ストランドファイバを硬化処理して、半
径L₀の円形断面を有し、光伝送体の中心軸部から外周面
に向かって少なくとも0.25L₀〜0.70L₀の範囲の屈折率分
布が下記式（２）で規定する屈折率分布曲線に近似の屈
折率分布を備えたグレーデッドインデックス型プラスチ
ック製光伝送体プリフォームを製造し、この光伝送体プ
リフォームの外周部を除去することを特徴とするグレー
テッドインデックス型プラスチック製光伝送体の製法で
ある。

ｎ（Ｌ）＝n₀｛１−（g²/2）L²｝（２）（上記式中、n₀は該光伝送体の中心軸部の屈折率、ｎ
（Ｌ）は該光伝送体の中心軸より外周方向への距離Ｌの
位置部の屈折率、ｇは該光伝送体の屈折率分布定数、Ｌ
は該光伝送体の中心軸部より外周方向への距離を示す。

更に、請求項５の発明は、上記請求の範囲第１項〜第
４項のいずれかに記載のグレーテッドインデックス型プ
ラスチック製光伝送体の製法により得られるグレーテッ
ドインデックス型プラスチック製光伝送体である。

本発明のGI型プラスチック製光伝送体は、その中心軸
部から外周面に向かって少なくとも0.25r₀〜0.8r₀、好
ましくは0.25r₀〜0.85r₀の範囲の屈折率分布が上記式
（１）で規定する屈折率分布の最適曲線に近似の屈折率
分布を備えているため、４ラインペア/mmである格子像
を該光伝送体を通してCCDラインセンサ上に結像させて
測定した最大光量値i_maxと最小光量値i_minとを測定し、
上記式（４）で算出したMTFが60％以上であるという特
性を備えることが可能となり、従来開発されてきたGI型
光伝送体に比べ良質な画像伝送を行うことができ、特に
周辺部の画像ボケのない優れた光伝送体となる。

本発明の光伝送体は半径r₀が0.45±0.1mmの範囲内に
ある円形断面を有しているため、少なくともｒ＝0.25r₀
〜0.8r₀の範囲で屈折率分布を最適分布のものとするこ
とができる。半径r₀が上記範囲より大きいと0.25r₀〜0.
8r₀の範囲で式（１）満足するものとすることが困難に
なる。一方、半径r₀が上記下限未満であるとハンドリン
グ性が劣るようになる。

本発明において、屈折率分布の最適曲線に「近似」し
ているとはその規定された範囲において屈折率が最適曲
線から±0.0001の範囲内にあることを言う。

上記式（１）において、中心軸部の屈折率n₀が上記規
定範囲外であるとMTFを60％以上にすることが困難とな
る。又、屈折率分布定数ｇが上記規定範囲より大きいと
共役長が短くなりすぎて作動するための距離を設定する
のが困難となる。逆に小さくなりすぎると共役長が長く
なるため光伝送体を組み込んだファクシミリやイメージ
スキャナ等を小型化することが困難となる。

以下、本発明のGI型光伝送体の製法と共に本発明のGI
型光伝送体について更に説明する。

本発明の光伝送体は特定の性能を備えた光伝送体プリ
フォームを製造し、次いでそのプリフォームの外周部を
例えば物理的にはぎ取る等して除去することによって得
られる。

このプリフォームは硬化後の屈折率が互いに異なり、
未硬化状態での粘度が10³〜10⁸ポイズである３種以上の
未硬化液状物質を用意し、この未硬化液状物質を中心部
から外周面に向かって順次屈折率が低くなるようにし、
かつ、同心円状に積層するように、例えば多層複合紡糸
ノズルに供給して未硬化状態のストランドファイバに賦
形し、各層の硬化後の屈折率と層の厚みをストランドフ
ァイバにしたときの各層の中心位置をストランドファイ
バからの中心軸からの距離を横軸に、各層の屈折率を縦
軸にプロットしたとき、前記式（２）に一致するように
し、次いで、このストランドファイバの各層間の屈折率
分布が連続的屈折率分布となるように隣接層間の物質の
相互拡散処理を施しながら、あるいは相互拡散処理を施
した後、未硬化ストランドファイバを硬化せしめること
によって得ることができる。

互いに屈折率の異なる未硬化液状物質を２種のみ用い
た場合はプリフォームの中心部から0.25L₀〜0.70L₀の範
囲内で屈折率分布を式（２）の二次曲線に近似したもの
とすることが困難となる。従って、互いに屈折率の異な
る未硬化液状物質は３種以上であることが好ましい。逆
に種類を多くしても屈折率分布の調整が難しく、結局３
〜７種であることがより好ましく、３〜５種であること
が更に好ましい。

本発明において用いられる未硬化液状物質の粘度はい
ずれもが10³〜10⁸ポイズの範囲にあることが好ましい。
粘度が10³ポイズより小さいと賦形の際に糸切れが多発
して糸状物の形成が困難となる傾向にある。粘度が10⁸
ポイズより大きいと賦形操作性が不良となり、各層を同
心円状に配置させることが困難になったり、太さ斑の大
きい賦形物になり易くなる。

本発明で用いる未硬化液状物質は硬化即ち重合・架橋
可能な物質であり、ラジカル重合性ビニル単量体又は該
単量体と該単量体に可溶なポリマーとからなる組成物な
どを用いることができる。

用い得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、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（メタ）アクリ
レート、トリメチロールプロパントリ（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
レート並びに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
リレート等が挙げられる。

これら未硬化液状物質の粘度を調整し、かつ、得られ
るストランドファイバ状賦形物の中心部から外周へ向か
って屈折率分布をもたせるため、前記の未硬化物質は上
述のようなビニル系単量体と該ビニル単量体に可溶なポ
リマーとから構成されていることが好ましい。ここに用
いうるポリマー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、
そのようなポリマーとしては、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＝1.047〜1.50）、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
ー（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ピレンコポリマー（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
ーなどがあげられる。

粘度を調整するため各層に同一の屈折率を有するポリ
マーを用いると、中心から表面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易いので
好ましい。とくに、ポリメチルメタクリレートは透明性
に優れ、かつ、それ自体の屈折率も高いので本発明のGI
型光伝送体を作るに際して用いるポリマーとして好適で
ある。

前記未硬化物より形成されたストランドファイバを硬
化するには未硬化物中に熱硬化触媒及び／又は光硬化触
媒を添加しておくことが好ましい。即ち、熱硬化触媒及
び／又は光硬化触媒を含有するストランドファイバを加
熱処理するか又は光照射、好ましくは紫外線を周囲から
照射する。

熱硬化触媒としては、通常のパーオキサイド系触媒が
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'−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。

光重合に用いる光源としては、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、レーザー
光などがあげられる。

光伝送体プリフォームのロッドの半径は0.5±0.1mmの
範囲にあることが必要であり、この範囲より半径が大き
くなると、プリフォームロッドの0.25L₀〜0.70L₀の範囲
で式（２）で示す最高式に近似した屈折率分布のものと
することが難しくなり、本発明の目的とする高解像度の
GI型光伝送体製造用のプリフォームとすることが難しく
なる。

プリフォームロッドの製造にあたって、各未硬化物質
の組成（モノマー／ポリマー比、屈折率など）各層の吐
出割合、吐出ノズル温度、相互拡散時の温度、時間、光
又は熱硬化（重合）条件等を適切に組み合わせることに
よりプリフォームロッドの屈折率が0.25L₀〜0.70L₀の範
囲で式（２）の二次式に近似したものとすることができ
る。

この光伝送体プリフォームの外周部を除去する方法と
しては、（１）光伝送体プリフォームの外周を溶剤で膨
潤させてその状態で所定の寸法の孔径を有する穴に通し
て膨潤した部分を削り取る方法、（２）光伝送体プリフ
ォームの外周を刃物によって切削する方法、（３）光伝
送体プリフォームをアルカリ溶液などに浸漬し、外周部
を溶解除去する方法等を挙げることができる。

（１）の光伝送体プリフォームを溶剤で膨潤させる方
法は、プラスチック製光伝送体プリフォームをそのプラ
スチックを溶解する能力のある溶剤中に浸漬し所定範囲
で膨潤させた後に、所定の口径の円形の穴の中を通し、
膨潤した部分を削り取る方法であり、用いる溶剤の種
類、溶剤への浸漬時間、膨潤温度及び円形の穴の寸法に
よって、削り幅などの調節が可能となる。

光伝送体プリフォーム用プラスチックを溶解する溶剤
としては、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、
メチルエチルケトン、アセトン、酢酸エチル等を挙げる
ことができる。

（２）の刃物によって光伝送体プリフォームの外周部
を削り取る方法は、例えば、図６の切削器の斜視図に示
すような方法で行うことができる。同図中、（10）は光
伝送体プリフォームであり、（11）は本発明の高解像特
性を備えたGI型光伝送体である。切削歯（22）は１枚で
もよいが、複数枚組み合わせて用いるのがよく、複数枚
組み合わせた切削歯を回転体（21）に取り付け、駆動源
（24）で回転させることにより回転中心の穴を通過する
光伝送体プリフォームに外周を効率よく、かつ、プリフ
ォームに不要な傷を発生させることなく切削できる。

（12）は光伝送体プリフォーム（10）を切削する際に
発生する熱によるプリフォームの切削不良を防止するた
めの切削油吹き付け装置である。（30）は本発明のGI型
光伝送体を引き取るためのニップローラーであり、プリ
フォームの切削速度は回転歯（22）の回転速度とニップ
ローラー（30）の引き取り速度を調節することによって
行える。

図面の簡単な説明図１は本発明の光伝送体の屈折率分布を示す図、図２
は従来より開発されてきた光伝送体の屈折率分布を示す
図、図３は光伝送体で観察した格子像を示す図であり、
その内、（ａ）は屈折率分布が式（３）で規定する二次
曲線に近似するものである光伝送体を用いて観察した格
子像、（ｂ）、（ｃ）は各々屈折率分布が理想屈折率分
布より離れた光伝送体を用いて観察した格子像である。

図４は光伝送体で格子像を観察した際、CCDセンサを
用いて透過光量の最大値（i_max）と最小値（i_min）を測
定する装置を示す図、図５は図４の装置で測定した最大
光量と最小光量の測定結果を示す図、図６は本発明の光
伝送体を作成するのに用いる光伝送体プリフォームの外
周切削装置を示す図、そして図７は本発明の光伝送体の
屈折率分布を示す図である。

発明を実施するための最良の形態以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。な
お、以下の各実施例において、使用した複合紡糸ノズル
はノズルの各層の幅が、複数種の未硬化液状物質を中心
部から順次硬化物の屈折率が低くなり、各層の硬化後の
屈折率と層の厚みをストランドファイバにしたときの各
層の中心位置をストランドファイバからの中心軸部から
の距離を横軸に、各層の屈折率を縦軸にプロットしたと
き、前記式（２）で示される二次曲線にのるように設計
されたものを用いた。

実施例１ポリメチルメタクリレート（［η］＝0.56、メチルエ
チルケトン（MEK）中25℃にて測定）46重量部、ベンジ
ルメタクリレート44重量部、メチルメタクリレート10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重量部及びハイドロキノン0.1重量部を70℃に加熱混合
して第１層（中心部）形成用未硬化液状物質とした。

ポリメチルメタクリレート（［η］＝0.41、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
重量部及びハイドロキノン0.1重量部を70℃に加熱混合
して第２層形成用未硬化液状物質とし、ポリメチルメタ
クリレート（［η］＝0.34、MEK中25℃にて測定）45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35重量部、メチルメタクリレート20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
部及びハイドロキノン0.1重量部を70℃に加熱混合して
第３層形成用未硬化液状物質とした。

トルーコンジュゲート型３層複合紡糸ノズルを備えた
成形装置を用い、上記３種類の未硬化液状物質を同時に
押し出してストランドファイバとした。押し出し時の粘
度は第１層の物質が4.5×10⁴ポイズ、第２層が2.0×10⁴
ポイズ、第３層が2.2×10⁴ポイズであった。また、複合
紡糸ノズルの温度は55℃とした。次いで、窒素雰囲気下
の筒内を90cm通過させて各層間の相互拡散処理を行った
後、長さ120cm、40Wの蛍光灯12本を円状に等間隔に配置
してなる照射部の中心を通るようにストランドファイバ
を走行させ、50cm/分の速度で半径（L₀）0.50mmの光伝
送体プリフォームをニップローラーで引き取った。吐出
量比は第１層：第２層：第３層＝1:1:1とした。屈折率
分布は中心部（N₀）が1.512で、周辺部が1.470であり、
屈折率分布定数（ｇ）は0.52で、図１中の［II］に示す
ようにその中心から外面に向かって0.25L₀〜0.75L₀の範
囲で式（２）を満足する二次曲線［Ｉ］に近似した屈折
率分布曲線を有していた。

上記光伝送体プリフォームの両端面を研磨し、レンズ
長7.2mmとし、４ラインペア/mmの格子を用いて測定した
MTFは57％であり、その時の共役長は15.4mmであった。
得られた格子の結像は歪みの少ない鮮明な像であった
が、周辺部に歪みが認められた。この光伝送体プリフォ
ーム複数本を図４の47に示すような構造のレンズ長7.1m
mの光伝送体アレイに組み上げ、この光伝送体アレイの
４ラインペア/mmの格子を用いて測定したMTFは49％で共
役長は15.4mmであった。

上記光伝送体プリフォームを10℃に保温したクロロホ
ルムに45秒浸漬し、厚さ1mmのシリコンゴム製のシート
にあけた微小の穴を通してクロロホルムで膨潤した部分
（図１中のＦの部分）を削り取り、半径（r₀）が0.48mm
の光伝送体を得た。この光伝送体の屈折率分布は図１中
Ｉに示すごとく中心軸部（n₀）が1.512、周辺部が1.474
であり、屈折率分布定数（ｇ）は0.52で図１中IIに示す
ごとく、その中心部から外周面に向かって0.24r₀〜0.82
r₀の範囲が（１）式を満足する二次曲線Ｉに近似した屈
折率分布を有していた。

上記光伝送体の両端面を研磨し、レンズ長7.2mmと
し、４ラインペア/mmの格子を用いて測定したMTFは65％
であり、その時の共役長は15.4mmであった。また得られ
た格子の結像は表面を削り取る前の光伝送体プリフォー
ムと比較して、周辺部をも含めて非常に歪みの少ない鮮
明な像であった。

この光伝送体複数本を図４中の47に示すような構造を
もつレンズ長7.2mmの光伝送体アレイに組み上げ、この
光伝送体アレイの４ラインペア/mmの格子を用いて測定
したMTFは56％であり、その共役長は15.4であった。こ
の光伝送体アレイにLEDを光源とし、CCDを受光素子とし
て結合したイメージスキャナーを組み立てた。このイメ
ージスキャナーは解像度の高いものであり、鮮明な画像
を伝送することができた。

実施例２実施例１で用いた第１層用液状物質を第１層に、ポリ
メチルメタクリレート（［η］＝0.40、MEK中、25℃に
て測定）50重量部、メチルメタクリレート20重量部、ベ
ンジルメタクリレート30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重量部及びハイドロキノン
0.1重量部を65℃で加熱混練したものを第２層形成用液
状物質として用い、実施例１で用いた第２層用液状物質
を第３層に用い、更に、ポリメチルメタクリレート
（［η］＝0.40、MEK中、25℃にて測定）50重量部、メ
チルメタクリレート30重量部、2,2,3,3−テトラフルオ
ロプロピルメタクリレート20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重量部及びハイドロキ
ノン0.1重量部を65℃で加熱混練し第４層形成用液状物
質とした。

前記の４種類の液状物質を同心円状４層複合ノズルを
用い実施例１と同様にして同時に押し出しストランドフ
ァイバとした。押し出し時の粘度は第１層の液状物が4.
5×10⁴ポイズ、第２層の液状物が4.0×10⁴ポイズ、第３
層の液状物が2.0×10⁴、第４層の液状物が2.2×10⁴ポイ
ズであった。複合ノズルの温度は60℃であった。

次いで実施例１と同様にして硬化し半径（L₀）が0.48
mmの光伝送体プリフォームを得た。吐出比が（第１
層）：（第２層）：（第３層）：（第４層）＝2:1:1:1
として得た光伝送体プリフォームをインターファコ干渉
顕微鏡により測定した屈折率分布は中心軸部（N₀）が1.
513、周辺部が1.479であり、屈折率分布定数（ｇ）は0.
53で、図７中IIIに示すごとくその中心から外周面に向
かって0.2L₀〜0.75L₀の範囲で（２）式で示される二次
曲線IVに近似した屈折率分布を有していた。また、４ラ
インペア/mmの格子を用いて測定したMTFはレンズ長7.1m
m、共役長14.9mmで57％であった。

更にこの光伝送体プリフォームを複数本組み合わせ実
施例１と同様にして光伝送体アレイを作成した結果その
MTFは53％であった。

上記光伝送体プリフォームを12.5℃に保温したクロロホ
ルムに45秒浸漬し、厚さ1mmのシリコンゴム製のシート
にあけた微小の穴を通してクロロホルムで膨潤した部分
（図７中のＧの部分）を削り取り、半径（r₀）が0.445m
mの光伝送体を得た。この光伝送体の屈折率分布は中心
軸部（n₀）が1.512、周辺部が1.481であり、屈折率分布
定数（ｇ）は0.53で、中心から外周面に向かって0.19r₀
〜0.87r₀の範囲が（１）式を満足する最適曲線に近似し
た屈折率分布を有していた。

上記光伝送体の両端面を研磨し、レンズ長7.1mmと
し、４ラインペア/mmの格子を用いて測定したMTFは71％
であり、その時の共役長は14.9mmであった。また得られ
た格子の結像は表面を削り取る前の光伝送体プリフォー
ムと比較して、周辺部をも含めて非常に歪みの少ない鮮
明な像であった。

この光伝送体複数本を図４中の47に示すような構造を
もつレンズ長7.1mmの光伝送体アレイに組み上げ、この
光伝送体アレイを４ラインペア/mmである格子を用いて
測定したMTFは、その共役長14.9で63％であった。この
光伝送体アレイにLEDを光源とし、CCDを受光素子として
結合したイメージスキャナーを組み立てた。このイメー
ジスキャナーは解像度の高いものであり、鮮明な画像を
伝送することができた。

実施例３実施例２で用いた第１層から第４層までを形成するた
めの各々の液状物質と、更に、第５層形成溶液状物質と
して、実施例１で第３層形成に用いたものを用い、これ
らの各層用液状物質を５層の同心円状複合ノズルに供給
して同時に押し出し、ストランドファイバとし、硬化さ
せて光伝送体プリフォームを得た。

吐出比が（第１層）：（第２層）：（第３層）：（第
４層）：（第５層）＝3:1:1:1:2として得た光伝送体プ
リフォーム（L₀:0.48mm）をインターファコ干渉顕微鏡
により測定した屈折率分布は中心軸部（N₀）が1.514、
周辺部が1.469であり、屈折率分布定数（ｇ）は0.57
で、中心部から外周面に向かって0.15L₀〜0.79L₀の範囲
で（２）式で示される最適曲線に近似した屈折率分布を
有していた。また、４ラインペア/mmの格子を用いて測
定したMTFはレンズ長8.0mm、共役長15.9mmで59％であっ
た。更に、この光伝送体プリフォームを用いて実施例１
と同様にして作成した光伝送体アレイのMTFは57％（４
ラインペア/mmの格子で測定）であった。

上記光伝送体プリフォームを耐水性のサンドペーパー
（2000番）を用いて、外周面から除去し、半径（r₀）が
0.44mmの光伝送体を得た。この光伝送体の屈折率分布は
中心軸部（n₀）が1.514、周辺部が1.472であり、屈折率
分布定数（ｇ）は0.57で、中心から外周面に向かって0.
13L₀〜0.89L₀の範囲で（１）式で示される最適曲線に近
似した屈折率分布を有しており、実施例１を同様に測定
したMTFはレンズ長8.0mm、共役長15.9mmで75％であっ
た。更にこの光伝送体を用いて実施例１と同様にして作
成した光伝送体アレイのMTFは71％（４ラインペア/mmの
格子で測定）であり、このアレイを用いたイメージスキ
ャナは非常に解像度の高い画像を伝送することができ
た。

産業上の利用可能性本発明のGI型プラスチック製光伝送体は、その中心部
から少なくとも0.25r₀〜0.80r₀の範囲の屈折率分布が式
（１）で示される分布曲線に極めて近似したものとなっ
ているため、周辺部の画像ボケがなく良質な画像伝送を
行うことができ、特に高解像度が要求される複写機、フ
ァクシミリ、LEDプリンタ用の光伝送体として極めて有
用なものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者星出芳彦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工場内 (56)参考文献特開昭48−90254（ＪＰ，Ａ) 特開平１−265208（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−119939（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−12509（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 3/00 G02B 6/00 - 6/02 G02B 6/10 G02B 6/16 - 6/22 G02B 6/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】未硬化の状態での粘度が10³〜10⁸ポイズで
ある３個以上の未硬化物質を、硬化後の屈折率が中心か
ら外周面に向かって順次屈折率が小さくなるような配置
で同心円状に積層した未硬化状態のストランドファイバ
に賦形し、該ストランドファイバの各層間の屈折率分布
が連続的屈折率分布となるように隣接層間の物質の相互
拡散処理を施しながら、又は相互拡散処理した後、該ス
トランドファイバを硬化処理することを特徴とする、半
径r₀の円形断面を有し、光伝送体の中心軸部から外周面
に向かって少なくとも0.25r₀〜0.8r₀の範囲の屈折率分
布が下記式（１）で規定する屈折率分布曲線に近似の屈
折率分布を備えていることを特徴とするグレーテッドイ
ンデックス型プラスチック製光伝送体の製法。ｎ（ｒ）＝n₀｛１−（g²/2）r²｝（１）（上記式中、n₀は該光伝送体の中心軸部の屈折率、ｎ
（ｒ）は該光伝送体の中心軸より外周方向への距離ｒの
位置部の屈折率、ｇは該光伝送体の屈折率分布定数、ｒ
は該光伝送体の中心軸部より外周方向への距離を示
す。）
【請求項２】得られるプラスチック製光伝送体の中心軸
部から外周面に向かって少な＜とも0.25r₀〜0.85r₀の範
囲の屈折率分布が上記式（１）で規定する屈折率分布曲
線に近似の屈折率分布を備えていることを特徴とする請
求の範囲第１項記載のグレーテッドインデックス型プラ
スチック製光伝送体の製法。
【請求項３】得られるプラスチック製光伝送体の半径r₀
が0.45±0.1mmの範囲内にあり、n₀が1.5±0.1の範囲内
にあり、ｇが0.3〜0.7の値であることを特徴とする請求
の範囲第１項又は第２項記載のグレーテッドインデック
ス型プラスチック製光伝送体の製法。
【請求項４】未硬化の状態での粘度が10³〜10⁸ポイズで
ある３個以上の未硬化物質を、硬化後の屈折率が中心か
ら外周面に向かって順次屈折率が小さ＜なるような配置
で同心円状に積層した未硬化状態のストランドファイバ
に賦形し、該ストランドファイバの各層間の屈折率分布
が連続的屈折率分布となるように隣接層間の物質の相互
拡散処理を施しながら、又は相互拡散処理した後、該ス
トランドファイバを硬化処理して、半径L₀の円形断面を
有し、光伝送体の中心軸部から外周面に向かって少なく
とも0.25L₀〜0.70L₀の範囲の屈折率分布が下記式（２）
で規定する屈折率分布曲線に近似の屈折率分布を備えた
グレーテッドインデックス型プラスチック製光伝送体プ
リフォームを製造し、この光伝送体プリフォームの外周
部を除去することを特徴とするグレーテッドインデック
ス型プラスチック製光伝送体の製法。ｎ（Ｌ）＝n₀｛１−（g²/2）L²｝（２）（上記式中、n₀は該光伝送体の中心軸部の屈折率、ｎ
（Ｌ）は該光伝送体の中心軸より外周方向への距離Ｌの
位置部の屈折率、ｇは該光伝送体の屈折率分布定数、Ｌ
は該光伝送体の中心軸部より外周方向への距離を示す。
【請求項５】請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記
載のグレーテッドインデックス型プラスチック製光伝送
体の製法により得られるグレーテッドインデックス型プ
ラスチック製光伝送体。