JP3794828B2 - 光伝送体、光伝送体アレイおよびプレートレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学技術なかでも光伝送技術に属するものであり、特に光伝送体、及び、これを用いた光伝送体アレイ、イメージセンサー、レンズプレート及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内部に連続的な屈折率分布を有する光伝送体は既に特公昭４７ー８１６号公報においてガラス製のものが提案されている。また、合成樹脂製のものは特公昭４７ー２８０５９号公報において提案されている。その後、様々な手法により得られるガラス製や合成樹脂製の光伝送体が提案されている。この屈折率分布型光伝送体は一般的には、その両端面を伝送体中心軸に垂直な平行平面となるように鏡面研磨して、単体で微小レンズとして使用されている。また、その多数を互いに平行となるようにしてアレイ状に配列し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と組み合わせて、あるいはＬＥＤプリンタの書き込みデバイス等を構成するのに広く用いられている。また、その多数を互いに平行となるようにして平面状に配列しプレート状のレンズ集合体（レンズプレート）としたものも、２次元の画像情報の読み取り、伝送あるいは表示のための装置の部品として用いられている。また、特定の用途においては、光伝送体の片端面または両端面を若干の曲率を有する球面形状となした上で使用される。
【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高い解像力を持つ光学特性に優れたレンズが求められている。これら高い解像力及び良好な画像コントラストを得る上で、いわゆるフレア光とクロストーク光が問題となる。
【０００４】
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的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結像に寄与しないぼやけた光が発生する。このフレア光がレンズの解像力及び画像のコントラストに悪影響を及ぼすのである。
【０００５】
上記のようなフレア光の発生を防止するため、従来はレンズアレイに使用する屈折率分布型レンズ素子の外周面を化学的エッチング等により微細な凹凸の粗面となし、これによりレンズ内で最外層に向かう光線を粗面での乱反射で外部へ逃がすとともに外周面に入射する外光を乱反射させてレンズ内への透光を抑制するようにしている。また、レンズ素子同志を結合する接着剤として黒色樹脂を使用している。これらのような対策を講じてもレンズ素子間を結合する接着剤中の黒色顔料が均一分散されずに、隣接するレンズ素子間に局部的に透明な部分ができたり、あるいはレンズアレイ組立時において上記接着剤の粘性が大きいため、接着剤樹脂がレンズ外周面の凹凸に十分になじまず、局部的に樹脂未含浸部を生じ、これに起因して光の漏れが発生して充分な光学性能が得られないという問題点があった。また、粗面としたレンズ外周面は微視的に見て鋭利な凹凸となっているために応力集中を生じやすく更に平均的な凹凸とは別に比較的深いクラックを伴っているために相対的に強度が弱く、レンズアレイの組立時にしばしば破損を生じるという問題があった。
【０００６】
合成樹脂製レンズの処理方法としては、特開平６−２２２２１８号公報等において、フレア光を生じる原因となる外周部の屈折率分布の不整な部分を溶剤や刃物を用いて削除する方法が提案されている。このように削除する方法は非常に効果的な手法であるが、削除した後のごみの処理や溶剤の回収の問題、あるいは切削刃が非常に寿命が短い等の問題があった。
【０００７】
また、特開平１−１０５２０２号公報においては、光伝送体の光伝送範囲近傍の光伝送体を構成する組成物中に光吸収剤が存在することを特徴とする光伝送体、光伝送体アレイ、及びその製造方法が提案されている。より詳細には、まず透明な光伝送体を製造し、溶剤に光吸収剤を溶解した溶液中に光伝送体を浸漬し、その外側から光吸収剤を拡散させて光伝送体中に光吸収剤を導入する技術が提案されている。この技術により従来問題となっていた点についてはそれなりの改善がされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
また、特開平９−１２７３５３号公報には、光伝送体（レンズ）の外周部に光吸収剤または光散乱剤を添加してフレア光をカットする技術が提案されている。この方法においてはフレア光についてはほぼ解決していると言える。しかし、多数の光伝送体を互いに平行に配列して光伝送体アレイ（レンズアレイ）とした場合に、隣接レンズ間をクロストークする光によりレンズアレイの光学的性能が低下するという問題があった。光吸収剤または光散乱剤の濃度を高めることによりクロストークのレベルは低下するが、この場合レンズアレイの光量が低下するという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き問題を解決するものとして、
中心から外周部に向かって屈折率が連続的に減少している円柱状の光伝送体アレイ用光伝送体であって、外周面から中心に向かう１００μｍ以内の部分に光吸収剤がほぼ均一に混在する光吸収剤混在層がＮ層（Ｎ≧２）形成されており、中心から外周部に向ってｎ層目（ｎ＝１，２，・・・・・，Ｎ）の光吸収剤混在層内における光吸収剤の濃度をｄnとしたとき、ｄn≧５ｄn-1であることを特徴とする光伝送体アレイ用光伝送体、
が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、以上の如き問題を解決するものとして、
中心から外周部に向かって屈折率が連続的に減少している円柱状の光伝送体アレイ用光伝送体であって、外周面から中心に向かう１００μｍ以内の部分に光吸収剤がほぼ均一に混在する光吸収剤混在層がＮ層（Ｎ≧２）形成されており、中心から外周部に向ってｎ層目（ｎ＝１，２，・・・・・，Ｎ）の光吸収剤混在層内における特定波長での吸光度をＡnとしたとき、Ａn≧５Ａn-1であることを特徴とする光伝送体アレイ用光伝送体、
が提供される。
【００１１】
本発明の一態様においては、最も外側の光吸収剤混在層は前記外周面を含む範囲に形成されている。また、本発明の一態様においては、１以外のｎについて、ｎ層目の光吸収剤混在層とｎ−１層目の光吸収剤混在層とが全て隣接している。
【００１２】
更に、本発明によれば、以上のような光伝送体を複数互いに平行になるようにし且つ隣接するものどうしが３０μｍ未満の間隔を持つようにして該光伝送体の中心軸の方向を横切る１つの方向に１列に配列してなる光伝送体配列を少なくとも１つ有することを特徴とする光伝送体アレイ、が提供される。
【００１３】
更に、本発明によれば、光源と以上のような光伝送体アレイと該光伝送体アレイにより画像が結像されるセンサーとを含むことを特徴とするイメージセンサー、が提供される。
【００１５】
更に、本発明によれば、以上のようなレンズプレートと、画像光源と、前記レンズプレートにより前記画像光源の画像が投写されるスクリーンとを含むことを特徴とする画像形成装置、が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光伝送体、光伝送体アレイ、イメージセンサー、レンズプレートおよび画像形成装置の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１及び図２は、それぞれ本発明の光伝送体である屈折率分布型レンズの一実施形態の中心軸を含む面での断面図及び中心軸と直交する面での断面図である。光伝送体（屈折率分布型レンズ）１は、中心軸４を対称中心とする実質上円柱形状をなしており、透光性を有する。光伝送体１は、中心軸４上の屈折率をｎ0 、屈折率分布定数をＡとしたとき、中心軸４から半径方向に距離ｒ離れた点での屈折率ｎ（ｒ）が、ほぼ次式
ｎ（ｒ）＝ｎ0 （１−Ａｒ2 ）
で表される屈折率分布を持つ。
【００１８】
光伝送体１は、外周面から１００μｍ以内の範囲に光吸収剤がほぼ均一に混在している光吸収剤混在層がＮ層（Ｎ≧２）形成されており、中心から外周部に向ってｎ層目（ｎ＝１，２，・・・・・，Ｎ）の光吸収剤混在層内における光吸収剤の濃度をｄn としたとき、
ｄn ＞ｄn-1
である。本実施形態においては、Ｎ＝２である。図１及び図２において、中心から外周部に向って１層目の光吸収剤混在層が符号２で示されており、２層目の光吸収剤混在層が符号３で示されている。２層目の光吸収剤混在層３は光伝送体１の外周面を含む範囲に形成されており、１層目の光吸収剤混在層２は２層目の光吸収剤混在層３と隣接してすぐ内側に位置している。
【００１９】
光伝送体１において、光吸収剤はその外周面から１００μｍ以内の所定厚さ範囲の部分に混在されている。この部分は従来法で製造された場合に屈折率分布が不整な部分を含んでいる。光吸収剤を添加する部分は、外周部の屈折率分布が不整な部分だけでなく、屈折率分布が良好な部分を含んでいても良い。但し、光吸収剤を添加する部分を外周面から１００μｍを超えて中心側まで広げると、光伝送体内を伝送される光量が著しく低下するため好ましくない。
【００２０】
光吸収剤についての前記ｄn ＞ｄn-1 という式を別の表現で表すと、ｎ層目の光吸収剤混在層内における特定波長での吸光度をＡn としたとき、
Ａn ＞Ａn-1
である。ここにおける特定波長とは、光伝送体に添加されている光吸収剤の吸収波長のうちの任意の１つの波長であって、実用的には可視光、近赤外光、近紫外光の波長域に設定される。光吸収剤が複数の種類存在する場合は１つの特定波長における複数の光吸収剤の吸光度の合計についてＡn ＞Ａn-1 が成り立っていれば良い（但し、複数の波長のそれぞれにおいて複数の光吸収剤の吸光度の合計についてＡn ＞Ａn-1 が成り立っていることが好ましい）。この特定波長の光を用いて光伝送体を使用することにより、本発明の効果が発揮される。吸光度の測定方法としては、各光吸収剤混在層を同じ厚さのフィルム状にして分光光度計で測定する方法や、各光吸収剤混在層について同じ重量を量り取って溶媒に溶解し分光光度計で測定する方法などがある。
【００２１】
光伝送体１は外周部に光吸収剤が分散されているためにその近傍付近で発生するフレア光は界面反射することなしに光吸収剤によって吸収される。さらに、ｄn ＞ｄn-1 （あるいはＡn ＞Ａn-1 ）であり、光吸収剤混在層３における光吸収剤の濃度が高いので、図３に示されているように多数の光伝送体１を互いに平行となるようにして光伝送体の方向と直交する方向にアレイ状（列状）に配列して光伝送体アレイ５とした場合に、隣接光伝送体１間をクロストークする光が大幅に減少するため、光伝送体アレイ５の性能が向上するという特徴がある。また、ｄn ≦ｄn-1 （あるいはＡn ≦Ａn-1 ）である場合に比べて、光伝送体１を伝送される光量を高く維持することができる。つまり、光伝送体１を構成する組成物中に厚み方向に光吸収剤がほぼ均一に混在している層が２層以上形成され、ｄn ＞ｄn-1 （あるいはＡn ＞Ａn-1 ）であるために、光伝送体アレイ５のクロストーク光が減少し且つ光伝送体アレイ５の伝送光量の低下は小さい。尚、図３において、光伝送体１どうしを接合する接着剤及び光伝送体１のアレイ状配列の維持のための側板などは、図示を省略されている。
【００２２】
光伝送体１は、ｄn ＞ｄn-1 （あるいはＡn ＞Ａn-1 ）であることを特徴としているが、光伝送体アレイ５におけるクロストーク光を効果的に減少させ、光量の低下を効果的に防ぐためには、さらに、
ｄn ≧２ｄn-1 （あるいはＡn ≧２Ａn-1 ）
であることが好ましい。また、さらに、
ｄn ≧５ｄn-1 （あるいはＡn ≧５Ａn-1 ）
である場合は、図４に示されているように多数の光伝送体１を互いに平行となるようにして光伝送体の中心軸の方向と直交する方向に平面状に配列してなるレンズプレート６においても、クロストーク光がほとんど観測されなくなるため特に好ましい。即ち、レンズプレート６においては、１本の光伝送体１が他の６本の光伝送体と接しているので、クロストークする光の量が光伝送体アレイ５と比べて多い。そのため、多数の光伝送体１を用いてレンズプレート６を構成する場合には、クロストーク光をより一層効果的に除去するために、ｄn ≧５ｄn-1 （あるいはＡn ≧５Ａn-1 ）とすることが好ましいのである。
【００２３】
光伝送体１の光吸収剤混在層２，３のそれぞれの中での光吸収剤の濃度はほぼ均一なものになっている。光伝送体１中を透過する光の分布を図２の断面内でみると、中心部を通過する光の方が周辺部を通過する光より多くなっている。従って、周辺部に行くに従い屈折率分布は悪くなるが実際の通過光の量は少なくなり、中心部に近くなるに従い屈折率分布の理想からのずれは少なくなり且つ通過する光の量は多くなる。このことから、光吸収剤は、屈折率分布が不整な部分（周辺部）に存在する方がフレア光の防止には効果的である。
【００２４】
光吸収剤としては、光伝送体１が用いられる光学系で使用される波長の光を吸収し得る種々の染料、顔料、色素が使用できる。光伝送体１での使用波長光を吸収する染料を組み合わせて用いることが特に有効である。光伝送体１を、例えば光伝送体アレイ５としてカラースキャナー等の用途に用いる場合には、ＲＧＢ各波長の光を吸収する染料を組み合わせて用いることが好ましい。可視光領域のすべての光を吸収することを目的とする場合には、多種の染料、顔料、色素を混合した黒色のものを選択できる。また、カーボンブラック、グラファイトカーボン等の光吸収剤も用いることができる。その他光を吸収する物質であれば特に限定されることはない。本発明においては、光吸収剤が光伝送体１を構成する組成物中に分散されて存在するのが好ましい。これは、有機高分子体中に染料分子、顔料分子が物理的あるいは化学的親和力の場で分散あるいは結合している状態である。
【００２５】
光伝送体１の光吸収剤混在層２，３に含有される光吸収剤の濃度は好ましくは０．００１〜１０重量％、更に好ましくは０．０１〜１重量％の範囲である。濃度が低すぎるとフレア光防止の効果やクロストーク光防止の効果が低い。
【００２６】
光伝送体アレイ５は光伝送体１を用いて従来公知の方法で作製することができる。光伝送体１が図３に示すように１列に配列され、あるいはそれを複数列用いて各列が互いに平行となるように配置されていれば、アレイの形状、材質等は問わない。光伝送体アレイ５においては光伝送体１の配列間隔が３０μｍ以上である場合はクロストーク光が非常に少なくなるため特に好ましい。ここで、光伝送体１の配列間隔とは、光伝送体１のある列において隣接する光伝送体どうしの中心間距離の平均値から光伝送体１の半径の平均値の２倍を減じた値である（配列間隔は列同士の間の間隔を言うものではない）。但し、隣接する光伝送体１どうしが密着するような場合を含めて、配列間隔が３０μｍ未満である場合においても、クロストーク光のレベル自体は低い。
【００２７】
また、ｄn ≧２ｄn-1 （あるいはＡn ≧２Ａn-1 ）である光伝送体１を用いた光伝送体アレイ５は、クロストーク光をさらに効果的にカットでき性能低下を一層抑制できるため、光伝送体１を３０μｍ未満の配列間隔で配列した場合でも、クロストーク光のレベルを一層低くすることができる。特に、隣接する光伝送体１どうしが密着した光伝送体アレイにおいてもクロストーク光による性能低下が抑制されるので、性能を低下させることなく、光伝送体１の寸法精度が良い場合には容易に配列精度をきわめて良好にすることができるという密着型の光伝送体アレイの利点を、十分に発揮させることができる。
【００２８】
本発明のイメージセンサーは、図５に示されているように、前記の光伝送体アレイ５および受光センサー３２を有する。読み取り原稿３３を照明するための光源３１を配置するのが好ましい。読み取り原稿３３を矢印方向に搬送しながら、光源３１により照明された読み取り原稿３３の画像を光伝送体アレイ５により受光センサー３２上に結像させて、読み取る。本発明のイメージセンサーは、光伝送体アレイ５の各光伝送体に混入してある光吸収剤の吸収波長にあわせた波長の光を用いてモノクロイメージセンサーとしても良いし、光伝送体に混入してある光吸収剤がＲＧＢ３原色を吸収するものである場合は、カラーイメージセンサーとしても良い。
【００２９】
カラーイメージセンサーとする場合は、光源３１としては、ＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源または白色光源を用いることが好ましい。また、受光センサー３２はＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源を用いる場合はモノクロ用受光センサー、３原色用受光センサーのいずれを用いることも可能である。白色光源を用いる場合は３原色用の受光センサーを用いることができる。
【００３０】
本発明のイメージセンサーはフレア光、クロストーク光の影響が少なく良好な画像読み取りが可能である。
【００３１】
次に、レンズプレート６について説明する。レンズプレート６は、ｄN ≧５ｄN-1 （あるいはＡN ≧５ＡN-1 ）である光伝送体１を密着させて平面状に配列してなるものである。
【００３２】
従来のレンズプレートにおいては、１本の光伝送体が他の６本の光伝送体と接するためクロストーク光が多く、クロストーク光により光伝送体からゴーストと呼ばれるぼやけた光が出射されて２次元画像表示性能に悪影響を及ぼしていた。しかし、本発明のレンズプレート６は、ｄn ≧５ｄn-1 （あるいはＡn ≧５Ａn-1 ）である光伝送体１を用いているために、光伝送体１を密着させて平面状に配列しているにもかかわらず、クロストーク光による性能の低下が殆ど無く、表示画面として用いた場合に鮮明な表示画像を形成することができる。本発明のレンズプレート６は、２次元の画像の表示や読み取り、伝送等の用途に好ましく使用することができる。
【００３３】
レンズプレート６は次のようにして作製することができる。即ち、多数の光伝送体を互いに平行になるようにして俵積み状に最密充填で密着配列する。光伝送体間の隙間に黒色の光吸収剤等を添加した接着剤を注入して光伝送体どうしを接着固定する。接着固定された光伝送体の集合体を光伝送体の中心軸と垂直に切断し、端面を鏡面に研磨して、図４に示されているような所定の厚さのレンズプレート６を得る。
【００３４】
本発明の２次元画像形成装置は、図６に示されているように、レンズプレート６を用いることを特徴としている。即ち、この画像形成装置は、２次元の表示画像を形成する画像光源としてのディスプレイ３５とレンズプレート６とディスプレイ３５の画像が投写されるスクリーン３６とからなり、ディスプレイ３５の表示画像の正立実像をスクリーン３６上に表示するように配置されたものである。正立実像は拡大、等倍、縮小のいずれでも良く、目的に応じて選択すればよい。正立実像の拡大または縮小を行う場合には、レンズプレートとスクリーンとの間に拡大または縮小用のレンズを配置する。また、ディスプレイ３５、スクリーン３６は公知の任意のものを用いることができる。本発明の２次元画像形成装置はクロストーク光による影響が非常に少ないため鮮明な画像を形成することができる。
【００３５】
以上、光吸収剤混在層の層数Ｎが２の場合について説明したが、Ｎが３以上の場合であっても同様にして本発明の実施をすることが可能である。例えば、Ｎ＝３の場合、本発明の光伝送体は、［３層目の光吸収剤混在層の光吸収剤濃度ｄ3 （又は吸光度Ａ3 ）］＞［２層目の光吸収剤混在層の光吸収剤濃度ｄ2 （又は吸光度Ａ2 ）］を満たし、且つ［２層目の光吸収剤混在層の光吸収剤濃度ｄ2 （又は吸光度Ａ2 ）］＞［１層目の光吸収剤混在層の光吸収剤濃度ｄ1 （又は吸光度Ａ1 ）］を満たす。光伝送体をレンズプレートに用いる場合には、本発明の光伝送体は、ｄ3 ＞５ｄ2 且つｄ2 ＞５ｄ1 （またはＡ3 ＞５Ａ2 且つＡ2 ＞５Ａ1 ）を満たすことが好ましい。
【００３６】
本発明の光伝送体１は次のようにして製造することができる。未硬化状態での粘度が１０3 〜１０8 ポイズなる物質であり、該物質を硬化した硬化物の屈折率ｎd がｎd1＞ｎd2＞・・・・＞ｎdX（Ｘ≧３）なるＸ個の未硬化状物を、この順に中心部から外周部へと積層する際に、中心部から少なくともＸ番目とＸ−１番目の未硬化状物に光吸収剤を混入させておき、それら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を行いながら、または相互拡散処理を行った後、糸状体を硬化処理することにより製造される。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、Ｘは４〜６の範囲であることが望ましい。
【００３７】
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物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。
【００３８】
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。
【００３９】
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（ｎd ＝１．４９）、スチレン（ｎd ＝１．５９）、クロルスチレン（ｎd ＝１．６１）、酢酸ビニル（ｎd ＝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（ｎd ＝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、などの他の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。
【００４０】
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。
【００４１】
ここに用い得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（ｎd ＝１．４９）、ポリメチルメタクリレート系コポリマー（ｎd ＝１．４７〜１．５０）、ポリ４ーメチルペンテンー１（ｎd ＝１．４６）、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ｎd ＝１．４６〜１．５０）、ポリカーボネート（ｎd ＝１．５０〜１．５７）、ポリフッ化ビニリデン（ｎd ＝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（ｎd ＝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（ｎd ＝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。
【００４２】
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部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及び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。
【００４３】
前記未硬化状物より形成した糸状物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。
【００４４】
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物を熱処理ないし光硬化処理を行う。
【００４５】
本発明の光伝送体１は例えば図７に示される糸状体成形装置を用いて製造することができる。図７は糸状体成形装置の模式的構成図であり、相互拡散部１２及び硬化処理部１３の部分だけを縦断面図で示してある。図７において、符号１０は同心円状複合ノズル、１１は押し出された未硬化の糸状体、１２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部、１３は未硬化状物を硬化させるための硬化処理部、１４は引き取りローラー、１５は製造された光伝送体、１６は巻き取り部、１７は不活性ガス導入口、１８は不活性ガス排出口である。糸状体１１から遊離する揮発性物質を相互拡散部１２及び硬化処理部１３から除去するため、不活性ガス導入口１７から不活性ガス例えば窒素ガスが導入される。
【００４６】
光重合に用いる光源としては１５０〜６００ｎｍ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。
【００４７】
【実施例】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
【００４８】
尚、実施例及び比較例において、屈折率分布及びレンズ性能（ＭＴＦ）の測定は下記の方法により行った。
【００４９】
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。
【００５０】
レンズ性能（ＭＴＦ）の測定
光伝送体の解像度を示すＭＴＦは、図８に示すように、光源１９、フィルター２０、拡散板２１、空間周波数４（または６）［ラインペア／ｍｍ：Ｌｐ／ｍｍ］を有する格子２２、中心軸に垂直な両端面を研磨した光伝送体を複数本並べた光伝送体アレイ２３、及びＣＣＤラインセンサー２４を配置し、格子２２を光伝送体アレイ２３の結像面に設置したＣＣＤラインセンサー２４に結像させて格子画像を読みとり、その測定光量の最大値（ｉMAX ）と最小値（ｉMIN ）とを測定し、次式
ＭＴＦ［％］＝｛（ｉMAX −ｉMIN ）／（ｉMAX ＋ｉMIN ）｝×１００
により求めた。
【００５１】
ここで空間周波数とは、図８の格子２２に示すごとく、白ラインと黒ラインとの組み合わせを１ラインとし、このラインの組み合わせが１ｍｍの幅の中に何組設けてあるかを示すものである。
【００５２】
実施例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、ポリメチルメタクリレートの〔η〕は全て同じ）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０．２５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−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−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、日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．０６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−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、日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．４０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物の屈折率が低くなるように配列し同時に押し出した。
【００５３】
複合紡糸ノズルの温度は５０℃、各層の吐出比は半径方向寸法の比で３５／３８／２０／６／１であった。
ついで長さ５５ｃｍの各層相互拡散処理部１２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した光照射硬化処理部１３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１４で引き取った。
【００５４】
得られた光伝送体は半径（ｒ0 ）が０．４７ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。光伝送体の外周面から３３μｍの厚さの部分に染色層（光吸収剤混在層）が形成されており、特に外周面から５μｍまでの部分に染料濃度が高い層が形成されていた。各層内における染料の濃度はほぼ均一であった。各層の吸光度を測定したところ、Ａ2 はＡ1 の約６倍であった（使用光の波長５７０ｎｍ：以下において同じ）。
【００５５】
この光伝送体複数本を用い、両側板としてフェノール樹脂板（厚さ１．２ｍｍ）２枚を用い、接着剤として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列に平行に密着させて配列し接着剤を充填し、接着剤を硬化させ、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（光伝送体アレイ）を制作した。この光伝送体アレイは５７０ｎｍにおけるフレア光、クロストーク光が少なく、４Ｌｐ／ｍｍの格子２２を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、５７０ｎｍの波長の光に対する共役長は１４．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは７８％であった。
【００５６】
この光伝送体アレイを用いて５７０ｎｍの発光波長を有するＬＥＤを光源とし、ＣＣＤを受光センサーとしたイメージスキャナを組み立てた。このイメージスキャナはフレア光、クロストーク光による影響が非常に少なく解像度が高く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することができた。
【００５７】
実施例２、参照例１、２
第４層，第５層への日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲの添加量を表１のように変更した以外は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００５８】
これらの光伝送体を用いて、実施例１と同様にして光伝送体アレイを得た。これらの光伝送体アレイを実施例１と同様に評価したところ表１に示すような性能であった。尚、各例において各層の吸光度を測定したところ、参照例１ではＡ２ はＡ１ の約１．５倍であり、参照例２ではＡ２ はＡ１ の約２倍であり、実施例２ではＡ２ はＡ１ の約５倍であった。
【００５９】
【表１】
これらの光伝送体アレイを用いて実施例１と同様に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フレア光、クロストーク光による影響が非常に少なく解像度が高く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することができた。
【００６０】
実施例３
染料の種類と添加量以外の第１層〜第５層形成用の原液組成を実施例１と同様とし、更に第３層形成用の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．００６重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．００６重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．００６重量部、第４層形成用の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．１２重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．１０重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．０８重量部、第５層形成用の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．３０重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．２０重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．１８重量部、を添加して実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、第３，４，５層形成用の原液とした。複合紡糸ノズルの温度を４２℃とし、各層の吐出比は半径方向寸法の比で３５／３８／２０／６／１とした。
【００６１】
実施例１に対して紫外線光量を１．８０倍とし、引き取り速度を２７０ｃｍ／ｍｉｎとし、その他の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００６２】
得られた光伝送体は半径（ｒ0 ）が０．２９５ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。光伝送体の外周部から８０μｍの厚さの部分に染色層が形成されており、外周面から３μｍまでの部分に染料濃度が最も高い層、そして、外周面から３〜２１μｍの部分、外周面から２１〜８０μｍの部分の順に染料濃度が低くなるように層が形成されていた。各層内における染料の濃度はほぼ均一であった。各層の吸光度を測定したところ、Ａ2 はＡ1 の約１５倍、Ａ3 はＡ2 の約２倍であった。
【００６３】
レンズ長４．１ｍｍとした点を除き、実施例１と同様にしてレンズアレイを製作した。この光伝送体アレイはＲＧＢ各波長におけるフレア光、クロストーク光が少なかった。６Ｌｐ／ｍｍの格子を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、５２５ｎｍの波長の光に対する共役長は９．９ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは８９％であった。
【００６４】
この光伝送体アレイを用いて４７０ｎｍ，５２５ｎｍ，６３０ｎｍの発光波長を有するＬＥＤを光源とし、ＣＣＤを受光センサーとしたカラーイメージスキャナを組み立てた。このカラーイメージスキャナはフレア光、クロストーク光による影響が非常に少なく解像度が高く、カラー画像をクリアに読みとることができた。
【００６５】
比較例１
染料を添加しないで第４，５層形成用原液を作製し、紫外線照射光量を０．９倍とした以外は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００６６】
得られた光伝送体は半径（ｒ0 ）が０．４７ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。
【００６７】
実施例１と同様にしてレンズアレイを製作した。４Ｌｐ／ｍｍの格子を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、５７０ｎｍの波長の光に対する共役長は１４．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは６５％であった。
【００６８】
実施例１と同様にして組み立てたイメージスキャナはフレア光とクロストーク光による影響で解像度が低く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することが困難であった。
【００６９】
比較例２
第１層〜第５層形成用の原液を比較例１と同様とし、更に４，５層目の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ（０．０６重量部）を用い、実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、４，５層目の原液とした。また、紫外線照射量を１．１倍とし、それ以外の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００７０】
この光伝送体の半径は０．４７ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。光伝送体の外周面から３３μｍの厚さの部分に染色層が形成されており、染色層内での染料の濃度はほぼ均一であった。
【００７１】
実施例１と同様にしてレンズアレイを製作した。４Ｌｐ／ｍｍの格子を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、比較例１のものと比べてフレア光が減少したためにＭＴＦが若干上昇し、５７０ｎｍの波長の光に対する共役長は１４．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは７３％であった。
【００７２】
実施例１と同様にして組み立てたイメージスキャナはクロストーク光による影響で解像度が若干低く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することが困難であった。
【００７３】
比較例３
第１層〜第５層形成用の原液を比較例１と同様とし、更に４，５層目の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．４０重量部を用い、実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、４，５層目の原液とした。また、紫外線照射量を１．６倍とし、それ以外の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００７４】
この光伝送体の半径は０．４７ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。光伝送体の外周部から３３μｍの厚さの部分に染色層が形成されており、染色層内での染料の濃度はほぼ均一であった。
【００７５】
実施例１と同様にしてレンズアレイを製作した。４Ｌｐ／ｍｍの格子を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、フレア光、クロストーク光がともに減少したためにＭＴＦは上昇し、５７０ｎｍの波長の光に対する共役長は１４．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは８０％であった。
【００７６】
実施例１と同様にして組み立てたイメージスキャナはクロストーク光による影響がほとんど無く解像度が高く画像をクリアに伝送することができた。しかし、レンズの透過光量が少ないため、読み取り速度を遅くする必要があり、読み取りの高速化には不利であることがわかった。
【００７７】
実施例４〜５、参照例３〜４
実施例１〜２、参照例１〜２の光伝送体を複数本を用い、断面Ｕ字型の複数の溝が互いに平行に等間隔に設けられたフェノール樹脂基板２枚を用いて、これら基板の間に前記溝に対応して光伝送体を互いに平行になるように４０μｍの間隔（光伝送体の中心間距離は９８０μｍ）で１列に配列した以外は実施例１と同様にして光伝送体アレイを作製した。
【００７８】
これらの光伝送体アレイを用いて実施例１と同様に組み立てたイメージスキャナはフレア光の影響が非常に少なく、クロストーク光による影響がほとんど無く解像度が高く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することができた。
【００７９】
実施例６〜７、参照例５〜６
光伝送体を２０μｍの間隔（光伝送体の中心間距離は９６０μｍ）で配列した
以外は実施例４〜５、参照例３〜４と同様にして光伝送体アレイを作製した。
【００８０】
これらの光伝送体アレイを用いて実施例１と同様に組み立てたイメージスキャナはフレア光の影響が非常に少なく、クロストーク光による影響が極めて少なく解像度が高く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することができた。
【００８１】
比較例４
比較例１の光伝送体を複数本を用いた以外は実施例６と同様にして光伝送体アレイを作製した。
【００８２】
この光伝送体アレイを用いて実施例１と同様に組み立てたイメージスキャナはフレア光による影響で解像度が低く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することが困難であった。
【００８３】
比較例５
比較例２の光伝送体を複数本を用いた以外は実施例１０と同様にして光伝送体アレイを作製した。
【００８４】
この光伝送体アレイを用いて実施例１と同様に組み立てたイメージスキャナはクロストーク光による影響で解像度が低く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することが困難であった。
【００８５】
実施例８
染料の種類と添加量以外の第１層〜第５層形成用の原液の組成を実施例１と同様とし、第４層の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．０６重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．０４重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．０４重量部、第５層の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ０．５０重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．２２重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．１４重量部、を添加して実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、第４，５層形成用の原液とした。
【００８６】
実施例１に対して紫外線光量を１．３０倍とし、それ以外の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。吸光度は、Ａ2 がＡ1 の約６倍であった。
【００８７】
得られた光伝送体を一定の長さに切断し平行に俵積み状に配列して密着最密充填にして２次元平面状にし、平面状に配列した光伝送体どうしの隙間にカーボンブラック２ｗｔ％添加したエピフォーム（ソマール社製）を充填し、接着剤を硬化させ、その後両端面を切断して研磨し、レンズ長６．６ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３００ｍｍのレンズプレートを作製した。
【００８８】
このレンズプレートを、Ａ４サイズのディスプレイと、Ａ４サイズの拡散板を用いたスクリーンとの間に配置し、ディスプレイの画像の正立等倍実像をスクリーン上に表示するような２次元画像形成装置を作製した。この画像形成装置を用いてスクリーン上にディスプレイに表示されているカラー画像を映し出したところフレア光やクロストーク光による影響が非常に少ない、鮮明なカラー画像を形成することができた。
【００８９】
実施例９
染料の種類と添加量以外の第１層〜第５層形成用の原液の組成を実施例１と同様とし、第４層の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．０６重量部、第５層の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．５０重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．２２重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．１４重量部、を添加して実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、第４，５層形成用の原液とした。
【００９０】
実施例１に対して紫外線光量を１．１０倍とし、それ以外の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。吸光度は、Ａ2 がＡ1 の約１４倍であった。
【００９１】
得られた光伝送体を用いて実施例１４と同様にして、レンズ長５．５ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３００ｍｍのレンズプレートを作製した。
【００９２】
このレンズプレートを、Ａ４サイズのディスプレイと、縦３００ｍｍ、横４３０ｍｍの拡散板を用いたスクリーンとの間に配置し、更にレンズプレートとスクリーンとの間に拡大用のレンズを配置して、ディスプレイの画像の正立拡大実像をスクリーン上に表示するような２次元画像形成装置を作製した。この画像形成装置を用いてスクリーン上にディスプレイに表示されているカラー画像を映し出したところフレア光やクロストーク光による影響が非常に少ない、鮮明なカラー画像を形成することができた。
【００９３】
比較例６
比較例１の光伝送体を用いて実施例１４と同様にして、レンズ長６．６ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３００ｍｍのレンズプレートを作製し、実施例１４と同様の２次元画像形成装置を作製した。この画像形成装置を用いてスクリーン上にディスプレイに表示されているカラー画像を映し出したところフレア光とクロストーク光による影響で、画像のぼけが見られ、表示が非常に不鮮明であった。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の光伝送体は、外周面から中心に向かう１００μｍ以内の部分に光吸収剤がほぼ均一に混在する層が２層以上形成されており、外側の光吸収剤混在層ほど光吸収剤の濃度や特定波長での吸光度が高くなっているため、光伝送体アレイとした場合に透過光量を多くとることができ、且つ隣接レンズ間のクロストーク光が少なく、光学性能は高い。さらに、本発明の光伝送体アレイを用いて作製したイメージセンサーはクロストーク光による読み取り画像の乱れが少ないため高性能の読み取りが可能である。また、本発明のレンズプレートはクロストーク光、フレア光の影響が少ないため２次元の画像を鮮明に伝送できる。本発明の２次元画像形成装置はディスプレイ上の表示画像をスクリーン上に鮮明に映し出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光伝送体の断面図である。
【図２】本発明の光伝送体の断面図である。
【図３】本発明の光伝送体アレイの模式的斜視図である。
【図４】本発明のレンズプレートの模式的斜視図である。
【図５】本発明のイメージセンサーの模式的構成図である。
【図６】本発明の画像形成装置の模式的構成図である。
【図７】本発明の光伝送体を製造するための製造装置の模式的構成図である。
【図８】光伝送体の解像度（ＭＴＦ）測定装置の模式的構成図である。
【符号の簡単な説明】
１ 光伝送体
２ 光吸収剤混在層
３ 光吸収剤混在層
４ 中心軸
５ 光伝送体アレイ
６ レンズプレート
１０ 同心円状複合ノズル
１１ 未硬化の糸状体
１２ 相互拡散部
１３ 硬化処理部
１４ 引き取りローラー
１５ 光伝送体
１６ 巻き取り部
１７ 不活性ガス導入口
１８ 不活性ガス排出口
１９ 光源
２０ フィルター
２１ 拡散板
２２ 格子
２３ 光伝送体アレイ
２４ ＣＣＤラインセンサー
３１ 光源
３２ 受光センサー
３３ 読み取り原稿
３５ ディスプレイ
３６ スクリーン
【発明の属する技術分野】
本発明は光学技術なかでも光伝送技術に属するものであり、特に光伝送体、及び、これを用いた光伝送体アレイ、イメージセンサー、レンズプレート及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内部に連続的な屈折率分布を有する光伝送体は既に特公昭４７ー８１６号公報においてガラス製のものが提案されている。また、合成樹脂製のものは特公昭４７ー２８０５９号公報において提案されている。その後、様々な手法により得られるガラス製や合成樹脂製の光伝送体が提案されている。この屈折率分布型光伝送体は一般的には、その両端面を伝送体中心軸に垂直な平行平面となるように鏡面研磨して、単体で微小レンズとして使用されている。また、その多数を互いに平行となるようにしてアレイ状に配列し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と組み合わせて、あるいはＬＥＤプリンタの書き込みデバイス等を構成するのに広く用いられている。また、その多数を互いに平行となるようにして平面状に配列しプレート状のレンズ集合体（レンズプレート）としたものも、２次元の画像情報の読み取り、伝送あるいは表示のための装置の部品として用いられている。また、特定の用途においては、光伝送体の片端面または両端面を若干の曲率を有する球面形状となした上で使用される。
【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高い解像力を持つ光学特性に優れたレンズが求められている。これら高い解像力及び良好な画像コントラストを得る上で、いわゆるフレア光とクロストーク光が問題となる。
【０００４】
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的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結像に寄与しないぼやけた光が発生する。このフレア光がレンズの解像力及び画像のコントラストに悪影響を及ぼすのである。
【０００５】
上記のようなフレア光の発生を防止するため、従来はレンズアレイに使用する屈折率分布型レンズ素子の外周面を化学的エッチング等により微細な凹凸の粗面となし、これによりレンズ内で最外層に向かう光線を粗面での乱反射で外部へ逃がすとともに外周面に入射する外光を乱反射させてレンズ内への透光を抑制するようにしている。また、レンズ素子同志を結合する接着剤として黒色樹脂を使用している。これらのような対策を講じてもレンズ素子間を結合する接着剤中の黒色顔料が均一分散されずに、隣接するレンズ素子間に局部的に透明な部分ができたり、あるいはレンズアレイ組立時において上記接着剤の粘性が大きいため、接着剤樹脂がレンズ外周面の凹凸に十分になじまず、局部的に樹脂未含浸部を生じ、これに起因して光の漏れが発生して充分な光学性能が得られないという問題点があった。また、粗面としたレンズ外周面は微視的に見て鋭利な凹凸となっているために応力集中を生じやすく更に平均的な凹凸とは別に比較的深いクラックを伴っているために相対的に強度が弱く、レンズアレイの組立時にしばしば破損を生じるという問題があった。
【０００６】
合成樹脂製レンズの処理方法としては、特開平６−２２２２１８号公報等において、フレア光を生じる原因となる外周部の屈折率分布の不整な部分を溶剤や刃物を用いて削除する方法が提案されている。このように削除する方法は非常に効果的な手法であるが、削除した後のごみの処理や溶剤の回収の問題、あるいは切削刃が非常に寿命が短い等の問題があった。
【０００７】
また、特開平１−１０５２０２号公報においては、光伝送体の光伝送範囲近傍の光伝送体を構成する組成物中に光吸収剤が存在することを特徴とする光伝送体、光伝送体アレイ、及びその製造方法が提案されている。より詳細には、まず透明な光伝送体を製造し、溶剤に光吸収剤を溶解した溶液中に光伝送体を浸漬し、その外側から光吸収剤を拡散させて光伝送体中に光吸収剤を導入する技術が提案されている。この技術により従来問題となっていた点についてはそれなりの改善がされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
また、特開平９−１２７３５３号公報には、光伝送体（レンズ）の外周部に光吸収剤または光散乱剤を添加してフレア光をカットする技術が提案されている。この方法においてはフレア光についてはほぼ解決していると言える。しかし、多数の光伝送体を互いに平行に配列して光伝送体アレイ（レンズアレイ）とした場合に、隣接レンズ間をクロストークする光によりレンズアレイの光学的性能が低下するという問題があった。光吸収剤または光散乱剤の濃度を高めることによりクロストークのレベルは低下するが、この場合レンズアレイの光量が低下するという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き問題を解決するものとして、
中心から外周部に向かって屈折率が連続的に減少している円柱状の光伝送体アレイ用光伝送体であって、外周面から中心に向かう１００μｍ以内の部分に光吸収剤がほぼ均一に混在する光吸収剤混在層がＮ層（Ｎ≧２）形成されており、中心から外周部に向ってｎ層目（ｎ＝１，２，・・・・・，Ｎ）の光吸収剤混在層内における光吸収剤の濃度をｄnとしたとき、ｄn≧５ｄn-1であることを特徴とする光伝送体アレイ用光伝送体、
が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、以上の如き問題を解決するものとして、
中心から外周部に向かって屈折率が連続的に減少している円柱状の光伝送体アレイ用光伝送体であって、外周面から中心に向かう１００μｍ以内の部分に光吸収剤がほぼ均一に混在する光吸収剤混在層がＮ層（Ｎ≧２）形成されており、中心から外周部に向ってｎ層目（ｎ＝１，２，・・・・・，Ｎ）の光吸収剤混在層内における特定波長での吸光度をＡnとしたとき、Ａn≧５Ａn-1であることを特徴とする光伝送体アレイ用光伝送体、
が提供される。
【００１１】
本発明の一態様においては、最も外側の光吸収剤混在層は前記外周面を含む範囲に形成されている。また、本発明の一態様においては、１以外のｎについて、ｎ層目の光吸収剤混在層とｎ−１層目の光吸収剤混在層とが全て隣接している。
【００１２】
更に、本発明によれば、以上のような光伝送体を複数互いに平行になるようにし且つ隣接するものどうしが３０μｍ未満の間隔を持つようにして該光伝送体の中心軸の方向を横切る１つの方向に１列に配列してなる光伝送体配列を少なくとも１つ有することを特徴とする光伝送体アレイ、が提供される。
【００１３】
更に、本発明によれば、光源と以上のような光伝送体アレイと該光伝送体アレイにより画像が結像されるセンサーとを含むことを特徴とするイメージセンサー、が提供される。
【００１５】
更に、本発明によれば、以上のようなレンズプレートと、画像光源と、前記レンズプレートにより前記画像光源の画像が投写されるスクリーンとを含むことを特徴とする画像形成装置、が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光伝送体、光伝送体アレイ、イメージセンサー、レンズプレートおよび画像形成装置の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１及び図２は、それぞれ本発明の光伝送体である屈折率分布型レンズの一実施形態の中心軸を含む面での断面図及び中心軸と直交する面での断面図である。光伝送体（屈折率分布型レンズ）１は、中心軸４を対称中心とする実質上円柱形状をなしており、透光性を有する。光伝送体１は、中心軸４上の屈折率をｎ0 、屈折率分布定数をＡとしたとき、中心軸４から半径方向に距離ｒ離れた点での屈折率ｎ（ｒ）が、ほぼ次式
ｎ（ｒ）＝ｎ0 （１−Ａｒ2 ）
で表される屈折率分布を持つ。
【００１８】
光伝送体１は、外周面から１００μｍ以内の範囲に光吸収剤がほぼ均一に混在している光吸収剤混在層がＮ層（Ｎ≧２）形成されており、中心から外周部に向ってｎ層目（ｎ＝１，２，・・・・・，Ｎ）の光吸収剤混在層内における光吸収剤の濃度をｄn としたとき、
ｄn ＞ｄn-1
である。本実施形態においては、Ｎ＝２である。図１及び図２において、中心から外周部に向って１層目の光吸収剤混在層が符号２で示されており、２層目の光吸収剤混在層が符号３で示されている。２層目の光吸収剤混在層３は光伝送体１の外周面を含む範囲に形成されており、１層目の光吸収剤混在層２は２層目の光吸収剤混在層３と隣接してすぐ内側に位置している。
【００１９】
光伝送体１において、光吸収剤はその外周面から１００μｍ以内の所定厚さ範囲の部分に混在されている。この部分は従来法で製造された場合に屈折率分布が不整な部分を含んでいる。光吸収剤を添加する部分は、外周部の屈折率分布が不整な部分だけでなく、屈折率分布が良好な部分を含んでいても良い。但し、光吸収剤を添加する部分を外周面から１００μｍを超えて中心側まで広げると、光伝送体内を伝送される光量が著しく低下するため好ましくない。
【００２０】
光吸収剤についての前記ｄn ＞ｄn-1 という式を別の表現で表すと、ｎ層目の光吸収剤混在層内における特定波長での吸光度をＡn としたとき、
Ａn ＞Ａn-1
である。ここにおける特定波長とは、光伝送体に添加されている光吸収剤の吸収波長のうちの任意の１つの波長であって、実用的には可視光、近赤外光、近紫外光の波長域に設定される。光吸収剤が複数の種類存在する場合は１つの特定波長における複数の光吸収剤の吸光度の合計についてＡn ＞Ａn-1 が成り立っていれば良い（但し、複数の波長のそれぞれにおいて複数の光吸収剤の吸光度の合計についてＡn ＞Ａn-1 が成り立っていることが好ましい）。この特定波長の光を用いて光伝送体を使用することにより、本発明の効果が発揮される。吸光度の測定方法としては、各光吸収剤混在層を同じ厚さのフィルム状にして分光光度計で測定する方法や、各光吸収剤混在層について同じ重量を量り取って溶媒に溶解し分光光度計で測定する方法などがある。
【００２１】
光伝送体１は外周部に光吸収剤が分散されているためにその近傍付近で発生するフレア光は界面反射することなしに光吸収剤によって吸収される。さらに、ｄn ＞ｄn-1 （あるいはＡn ＞Ａn-1 ）であり、光吸収剤混在層３における光吸収剤の濃度が高いので、図３に示されているように多数の光伝送体１を互いに平行となるようにして光伝送体の方向と直交する方向にアレイ状（列状）に配列して光伝送体アレイ５とした場合に、隣接光伝送体１間をクロストークする光が大幅に減少するため、光伝送体アレイ５の性能が向上するという特徴がある。また、ｄn ≦ｄn-1 （あるいはＡn ≦Ａn-1 ）である場合に比べて、光伝送体１を伝送される光量を高く維持することができる。つまり、光伝送体１を構成する組成物中に厚み方向に光吸収剤がほぼ均一に混在している層が２層以上形成され、ｄn ＞ｄn-1 （あるいはＡn ＞Ａn-1 ）であるために、光伝送体アレイ５のクロストーク光が減少し且つ光伝送体アレイ５の伝送光量の低下は小さい。尚、図３において、光伝送体１どうしを接合する接着剤及び光伝送体１のアレイ状配列の維持のための側板などは、図示を省略されている。
【００２２】
光伝送体１は、ｄn ＞ｄn-1 （あるいはＡn ＞Ａn-1 ）であることを特徴としているが、光伝送体アレイ５におけるクロストーク光を効果的に減少させ、光量の低下を効果的に防ぐためには、さらに、
ｄn ≧２ｄn-1 （あるいはＡn ≧２Ａn-1 ）
であることが好ましい。また、さらに、
ｄn ≧５ｄn-1 （あるいはＡn ≧５Ａn-1 ）
である場合は、図４に示されているように多数の光伝送体１を互いに平行となるようにして光伝送体の中心軸の方向と直交する方向に平面状に配列してなるレンズプレート６においても、クロストーク光がほとんど観測されなくなるため特に好ましい。即ち、レンズプレート６においては、１本の光伝送体１が他の６本の光伝送体と接しているので、クロストークする光の量が光伝送体アレイ５と比べて多い。そのため、多数の光伝送体１を用いてレンズプレート６を構成する場合には、クロストーク光をより一層効果的に除去するために、ｄn ≧５ｄn-1 （あるいはＡn ≧５Ａn-1 ）とすることが好ましいのである。
【００２３】
光伝送体１の光吸収剤混在層２，３のそれぞれの中での光吸収剤の濃度はほぼ均一なものになっている。光伝送体１中を透過する光の分布を図２の断面内でみると、中心部を通過する光の方が周辺部を通過する光より多くなっている。従って、周辺部に行くに従い屈折率分布は悪くなるが実際の通過光の量は少なくなり、中心部に近くなるに従い屈折率分布の理想からのずれは少なくなり且つ通過する光の量は多くなる。このことから、光吸収剤は、屈折率分布が不整な部分（周辺部）に存在する方がフレア光の防止には効果的である。
【００２４】
光吸収剤としては、光伝送体１が用いられる光学系で使用される波長の光を吸収し得る種々の染料、顔料、色素が使用できる。光伝送体１での使用波長光を吸収する染料を組み合わせて用いることが特に有効である。光伝送体１を、例えば光伝送体アレイ５としてカラースキャナー等の用途に用いる場合には、ＲＧＢ各波長の光を吸収する染料を組み合わせて用いることが好ましい。可視光領域のすべての光を吸収することを目的とする場合には、多種の染料、顔料、色素を混合した黒色のものを選択できる。また、カーボンブラック、グラファイトカーボン等の光吸収剤も用いることができる。その他光を吸収する物質であれば特に限定されることはない。本発明においては、光吸収剤が光伝送体１を構成する組成物中に分散されて存在するのが好ましい。これは、有機高分子体中に染料分子、顔料分子が物理的あるいは化学的親和力の場で分散あるいは結合している状態である。
【００２５】
光伝送体１の光吸収剤混在層２，３に含有される光吸収剤の濃度は好ましくは０．００１〜１０重量％、更に好ましくは０．０１〜１重量％の範囲である。濃度が低すぎるとフレア光防止の効果やクロストーク光防止の効果が低い。
【００２６】
光伝送体アレイ５は光伝送体１を用いて従来公知の方法で作製することができる。光伝送体１が図３に示すように１列に配列され、あるいはそれを複数列用いて各列が互いに平行となるように配置されていれば、アレイの形状、材質等は問わない。光伝送体アレイ５においては光伝送体１の配列間隔が３０μｍ以上である場合はクロストーク光が非常に少なくなるため特に好ましい。ここで、光伝送体１の配列間隔とは、光伝送体１のある列において隣接する光伝送体どうしの中心間距離の平均値から光伝送体１の半径の平均値の２倍を減じた値である（配列間隔は列同士の間の間隔を言うものではない）。但し、隣接する光伝送体１どうしが密着するような場合を含めて、配列間隔が３０μｍ未満である場合においても、クロストーク光のレベル自体は低い。
【００２７】
また、ｄn ≧２ｄn-1 （あるいはＡn ≧２Ａn-1 ）である光伝送体１を用いた光伝送体アレイ５は、クロストーク光をさらに効果的にカットでき性能低下を一層抑制できるため、光伝送体１を３０μｍ未満の配列間隔で配列した場合でも、クロストーク光のレベルを一層低くすることができる。特に、隣接する光伝送体１どうしが密着した光伝送体アレイにおいてもクロストーク光による性能低下が抑制されるので、性能を低下させることなく、光伝送体１の寸法精度が良い場合には容易に配列精度をきわめて良好にすることができるという密着型の光伝送体アレイの利点を、十分に発揮させることができる。
【００２８】
本発明のイメージセンサーは、図５に示されているように、前記の光伝送体アレイ５および受光センサー３２を有する。読み取り原稿３３を照明するための光源３１を配置するのが好ましい。読み取り原稿３３を矢印方向に搬送しながら、光源３１により照明された読み取り原稿３３の画像を光伝送体アレイ５により受光センサー３２上に結像させて、読み取る。本発明のイメージセンサーは、光伝送体アレイ５の各光伝送体に混入してある光吸収剤の吸収波長にあわせた波長の光を用いてモノクロイメージセンサーとしても良いし、光伝送体に混入してある光吸収剤がＲＧＢ３原色を吸収するものである場合は、カラーイメージセンサーとしても良い。
【００２９】
カラーイメージセンサーとする場合は、光源３１としては、ＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源または白色光源を用いることが好ましい。また、受光センサー３２はＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源を用いる場合はモノクロ用受光センサー、３原色用受光センサーのいずれを用いることも可能である。白色光源を用いる場合は３原色用の受光センサーを用いることができる。
【００３０】
本発明のイメージセンサーはフレア光、クロストーク光の影響が少なく良好な画像読み取りが可能である。
【００３１】
次に、レンズプレート６について説明する。レンズプレート６は、ｄN ≧５ｄN-1 （あるいはＡN ≧５ＡN-1 ）である光伝送体１を密着させて平面状に配列してなるものである。
【００３２】
従来のレンズプレートにおいては、１本の光伝送体が他の６本の光伝送体と接するためクロストーク光が多く、クロストーク光により光伝送体からゴーストと呼ばれるぼやけた光が出射されて２次元画像表示性能に悪影響を及ぼしていた。しかし、本発明のレンズプレート６は、ｄn ≧５ｄn-1 （あるいはＡn ≧５Ａn-1 ）である光伝送体１を用いているために、光伝送体１を密着させて平面状に配列しているにもかかわらず、クロストーク光による性能の低下が殆ど無く、表示画面として用いた場合に鮮明な表示画像を形成することができる。本発明のレンズプレート６は、２次元の画像の表示や読み取り、伝送等の用途に好ましく使用することができる。
【００３３】
レンズプレート６は次のようにして作製することができる。即ち、多数の光伝送体を互いに平行になるようにして俵積み状に最密充填で密着配列する。光伝送体間の隙間に黒色の光吸収剤等を添加した接着剤を注入して光伝送体どうしを接着固定する。接着固定された光伝送体の集合体を光伝送体の中心軸と垂直に切断し、端面を鏡面に研磨して、図４に示されているような所定の厚さのレンズプレート６を得る。
【００３４】
本発明の２次元画像形成装置は、図６に示されているように、レンズプレート６を用いることを特徴としている。即ち、この画像形成装置は、２次元の表示画像を形成する画像光源としてのディスプレイ３５とレンズプレート６とディスプレイ３５の画像が投写されるスクリーン３６とからなり、ディスプレイ３５の表示画像の正立実像をスクリーン３６上に表示するように配置されたものである。正立実像は拡大、等倍、縮小のいずれでも良く、目的に応じて選択すればよい。正立実像の拡大または縮小を行う場合には、レンズプレートとスクリーンとの間に拡大または縮小用のレンズを配置する。また、ディスプレイ３５、スクリーン３６は公知の任意のものを用いることができる。本発明の２次元画像形成装置はクロストーク光による影響が非常に少ないため鮮明な画像を形成することができる。
【００３５】
以上、光吸収剤混在層の層数Ｎが２の場合について説明したが、Ｎが３以上の場合であっても同様にして本発明の実施をすることが可能である。例えば、Ｎ＝３の場合、本発明の光伝送体は、［３層目の光吸収剤混在層の光吸収剤濃度ｄ3 （又は吸光度Ａ3 ）］＞［２層目の光吸収剤混在層の光吸収剤濃度ｄ2 （又は吸光度Ａ2 ）］を満たし、且つ［２層目の光吸収剤混在層の光吸収剤濃度ｄ2 （又は吸光度Ａ2 ）］＞［１層目の光吸収剤混在層の光吸収剤濃度ｄ1 （又は吸光度Ａ1 ）］を満たす。光伝送体をレンズプレートに用いる場合には、本発明の光伝送体は、ｄ3 ＞５ｄ2 且つｄ2 ＞５ｄ1 （またはＡ3 ＞５Ａ2 且つＡ2 ＞５Ａ1 ）を満たすことが好ましい。
【００３６】
本発明の光伝送体１は次のようにして製造することができる。未硬化状態での粘度が１０3 〜１０8 ポイズなる物質であり、該物質を硬化した硬化物の屈折率ｎd がｎd1＞ｎd2＞・・・・＞ｎdX（Ｘ≧３）なるＸ個の未硬化状物を、この順に中心部から外周部へと積層する際に、中心部から少なくともＸ番目とＸ−１番目の未硬化状物に光吸収剤を混入させておき、それら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を行いながら、または相互拡散処理を行った後、糸状体を硬化処理することにより製造される。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、Ｘは４〜６の範囲であることが望ましい。
【００３７】
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物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。
【００３８】
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。
【００３９】
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（ｎd ＝１．４９）、スチレン（ｎd ＝１．５９）、クロルスチレン（ｎd ＝１．６１）、酢酸ビニル（ｎd ＝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（ｎd ＝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、などの他の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。
【００４０】
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。
【００４１】
ここに用い得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（ｎd ＝１．４９）、ポリメチルメタクリレート系コポリマー（ｎd ＝１．４７〜１．５０）、ポリ４ーメチルペンテンー１（ｎd ＝１．４６）、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ｎd ＝１．４６〜１．５０）、ポリカーボネート（ｎd ＝１．５０〜１．５７）、ポリフッ化ビニリデン（ｎd ＝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（ｎd ＝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（ｎd ＝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。
【００４２】
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部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及び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。
【００４３】
前記未硬化状物より形成した糸状物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。
【００４４】
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物を熱処理ないし光硬化処理を行う。
【００４５】
本発明の光伝送体１は例えば図７に示される糸状体成形装置を用いて製造することができる。図７は糸状体成形装置の模式的構成図であり、相互拡散部１２及び硬化処理部１３の部分だけを縦断面図で示してある。図７において、符号１０は同心円状複合ノズル、１１は押し出された未硬化の糸状体、１２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部、１３は未硬化状物を硬化させるための硬化処理部、１４は引き取りローラー、１５は製造された光伝送体、１６は巻き取り部、１７は不活性ガス導入口、１８は不活性ガス排出口である。糸状体１１から遊離する揮発性物質を相互拡散部１２及び硬化処理部１３から除去するため、不活性ガス導入口１７から不活性ガス例えば窒素ガスが導入される。
【００４６】
光重合に用いる光源としては１５０〜６００ｎｍ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。
【００４７】
【実施例】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
【００４８】
尚、実施例及び比較例において、屈折率分布及びレンズ性能（ＭＴＦ）の測定は下記の方法により行った。
【００４９】
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。
【００５０】
レンズ性能（ＭＴＦ）の測定
光伝送体の解像度を示すＭＴＦは、図８に示すように、光源１９、フィルター２０、拡散板２１、空間周波数４（または６）［ラインペア／ｍｍ：Ｌｐ／ｍｍ］を有する格子２２、中心軸に垂直な両端面を研磨した光伝送体を複数本並べた光伝送体アレイ２３、及びＣＣＤラインセンサー２４を配置し、格子２２を光伝送体アレイ２３の結像面に設置したＣＣＤラインセンサー２４に結像させて格子画像を読みとり、その測定光量の最大値（ｉMAX ）と最小値（ｉMIN ）とを測定し、次式
ＭＴＦ［％］＝｛（ｉMAX −ｉMIN ）／（ｉMAX ＋ｉMIN ）｝×１００
により求めた。
【００５１】
ここで空間周波数とは、図８の格子２２に示すごとく、白ラインと黒ラインとの組み合わせを１ラインとし、このラインの組み合わせが１ｍｍの幅の中に何組設けてあるかを示すものである。
【００５２】
実施例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、ポリメチルメタクリレートの〔η〕は全て同じ）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０．２５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−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−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、日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．０６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−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、日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．４０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物の屈折率が低くなるように配列し同時に押し出した。
【００５３】
複合紡糸ノズルの温度は５０℃、各層の吐出比は半径方向寸法の比で３５／３８／２０／６／１であった。
ついで長さ５５ｃｍの各層相互拡散処理部１２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した光照射硬化処理部１３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１４で引き取った。
【００５４】
得られた光伝送体は半径（ｒ0 ）が０．４７ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。光伝送体の外周面から３３μｍの厚さの部分に染色層（光吸収剤混在層）が形成されており、特に外周面から５μｍまでの部分に染料濃度が高い層が形成されていた。各層内における染料の濃度はほぼ均一であった。各層の吸光度を測定したところ、Ａ2 はＡ1 の約６倍であった（使用光の波長５７０ｎｍ：以下において同じ）。
【００５５】
この光伝送体複数本を用い、両側板としてフェノール樹脂板（厚さ１．２ｍｍ）２枚を用い、接着剤として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列に平行に密着させて配列し接着剤を充填し、接着剤を硬化させ、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（光伝送体アレイ）を制作した。この光伝送体アレイは５７０ｎｍにおけるフレア光、クロストーク光が少なく、４Ｌｐ／ｍｍの格子２２を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、５７０ｎｍの波長の光に対する共役長は１４．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは７８％であった。
【００５６】
この光伝送体アレイを用いて５７０ｎｍの発光波長を有するＬＥＤを光源とし、ＣＣＤを受光センサーとしたイメージスキャナを組み立てた。このイメージスキャナはフレア光、クロストーク光による影響が非常に少なく解像度が高く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することができた。
【００５７】
実施例２、参照例１、２
第４層，第５層への日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲの添加量を表１のように変更した以外は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００５８】
これらの光伝送体を用いて、実施例１と同様にして光伝送体アレイを得た。これらの光伝送体アレイを実施例１と同様に評価したところ表１に示すような性能であった。尚、各例において各層の吸光度を測定したところ、参照例１ではＡ２ はＡ１ の約１．５倍であり、参照例２ではＡ２ はＡ１ の約２倍であり、実施例２ではＡ２ はＡ１ の約５倍であった。
【００５９】
【表１】
【００６０】
実施例３
染料の種類と添加量以外の第１層〜第５層形成用の原液組成を実施例１と同様とし、更に第３層形成用の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．００６重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．００６重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．００６重量部、第４層形成用の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．１２重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．１０重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．０８重量部、第５層形成用の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．３０重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．２０重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．１８重量部、を添加して実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、第３，４，５層形成用の原液とした。複合紡糸ノズルの温度を４２℃とし、各層の吐出比は半径方向寸法の比で３５／３８／２０／６／１とした。
【００６１】
実施例１に対して紫外線光量を１．８０倍とし、引き取り速度を２７０ｃｍ／ｍｉｎとし、その他の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００６２】
得られた光伝送体は半径（ｒ0 ）が０．２９５ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。光伝送体の外周部から８０μｍの厚さの部分に染色層が形成されており、外周面から３μｍまでの部分に染料濃度が最も高い層、そして、外周面から３〜２１μｍの部分、外周面から２１〜８０μｍの部分の順に染料濃度が低くなるように層が形成されていた。各層内における染料の濃度はほぼ均一であった。各層の吸光度を測定したところ、Ａ2 はＡ1 の約１５倍、Ａ3 はＡ2 の約２倍であった。
【００６３】
レンズ長４．１ｍｍとした点を除き、実施例１と同様にしてレンズアレイを製作した。この光伝送体アレイはＲＧＢ各波長におけるフレア光、クロストーク光が少なかった。６Ｌｐ／ｍｍの格子を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、５２５ｎｍの波長の光に対する共役長は９．９ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは８９％であった。
【００６４】
この光伝送体アレイを用いて４７０ｎｍ，５２５ｎｍ，６３０ｎｍの発光波長を有するＬＥＤを光源とし、ＣＣＤを受光センサーとしたカラーイメージスキャナを組み立てた。このカラーイメージスキャナはフレア光、クロストーク光による影響が非常に少なく解像度が高く、カラー画像をクリアに読みとることができた。
【００６５】
比較例１
染料を添加しないで第４，５層形成用原液を作製し、紫外線照射光量を０．９倍とした以外は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００６６】
得られた光伝送体は半径（ｒ0 ）が０．４７ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。
【００６７】
実施例１と同様にしてレンズアレイを製作した。４Ｌｐ／ｍｍの格子を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、５７０ｎｍの波長の光に対する共役長は１４．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは６５％であった。
【００６８】
実施例１と同様にして組み立てたイメージスキャナはフレア光とクロストーク光による影響で解像度が低く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することが困難であった。
【００６９】
比較例２
第１層〜第５層形成用の原液を比較例１と同様とし、更に４，５層目の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ（０．０６重量部）を用い、実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、４，５層目の原液とした。また、紫外線照射量を１．１倍とし、それ以外の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００７０】
この光伝送体の半径は０．４７ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。光伝送体の外周面から３３μｍの厚さの部分に染色層が形成されており、染色層内での染料の濃度はほぼ均一であった。
【００７１】
実施例１と同様にしてレンズアレイを製作した。４Ｌｐ／ｍｍの格子を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、比較例１のものと比べてフレア光が減少したためにＭＴＦが若干上昇し、５７０ｎｍの波長の光に対する共役長は１４．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは７３％であった。
【００７２】
実施例１と同様にして組み立てたイメージスキャナはクロストーク光による影響で解像度が若干低く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することが困難であった。
【００７３】
比較例３
第１層〜第５層形成用の原液を比較例１と同様とし、更に４，５層目の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．４０重量部を用い、実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、４，５層目の原液とした。また、紫外線照射量を１．６倍とし、それ以外の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。
【００７４】
この光伝送体の半径は０．４７ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であった。光伝送体の外周部から３３μｍの厚さの部分に染色層が形成されており、染色層内での染料の濃度はほぼ均一であった。
【００７５】
実施例１と同様にしてレンズアレイを製作した。４Ｌｐ／ｍｍの格子を用いてこのレンズアレイの特性を測定したところ、フレア光、クロストーク光がともに減少したためにＭＴＦは上昇し、５７０ｎｍの波長の光に対する共役長は１４．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは８０％であった。
【００７６】
実施例１と同様にして組み立てたイメージスキャナはクロストーク光による影響がほとんど無く解像度が高く画像をクリアに伝送することができた。しかし、レンズの透過光量が少ないため、読み取り速度を遅くする必要があり、読み取りの高速化には不利であることがわかった。
【００７７】
実施例４〜５、参照例３〜４
実施例１〜２、参照例１〜２の光伝送体を複数本を用い、断面Ｕ字型の複数の溝が互いに平行に等間隔に設けられたフェノール樹脂基板２枚を用いて、これら基板の間に前記溝に対応して光伝送体を互いに平行になるように４０μｍの間隔（光伝送体の中心間距離は９８０μｍ）で１列に配列した以外は実施例１と同様にして光伝送体アレイを作製した。
【００７８】
これらの光伝送体アレイを用いて実施例１と同様に組み立てたイメージスキャナはフレア光の影響が非常に少なく、クロストーク光による影響がほとんど無く解像度が高く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することができた。
【００７９】
実施例６〜７、参照例５〜６
光伝送体を２０μｍの間隔（光伝送体の中心間距離は９６０μｍ）で配列した
以外は実施例４〜５、参照例３〜４と同様にして光伝送体アレイを作製した。
【００８０】
これらの光伝送体アレイを用いて実施例１と同様に組み立てたイメージスキャナはフレア光の影響が非常に少なく、クロストーク光による影響が極めて少なく解像度が高く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することができた。
【００８１】
比較例４
比較例１の光伝送体を複数本を用いた以外は実施例６と同様にして光伝送体アレイを作製した。
【００８２】
この光伝送体アレイを用いて実施例１と同様に組み立てたイメージスキャナはフレア光による影響で解像度が低く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することが困難であった。
【００８３】
比較例５
比較例２の光伝送体を複数本を用いた以外は実施例１０と同様にして光伝送体アレイを作製した。
【００８４】
この光伝送体アレイを用いて実施例１と同様に組み立てたイメージスキャナはクロストーク光による影響で解像度が低く、光伝送体アレイは画像をクリアに伝送することが困難であった。
【００８５】
実施例８
染料の種類と添加量以外の第１層〜第５層形成用の原液の組成を実施例１と同様とし、第４層の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．０６重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．０４重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．０４重量部、第５層の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ０．５０重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．２２重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．１４重量部、を添加して実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、第４，５層形成用の原液とした。
【００８６】
実施例１に対して紫外線光量を１．３０倍とし、それ以外の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。吸光度は、Ａ2 がＡ1 の約６倍であった。
【００８７】
得られた光伝送体を一定の長さに切断し平行に俵積み状に配列して密着最密充填にして２次元平面状にし、平面状に配列した光伝送体どうしの隙間にカーボンブラック２ｗｔ％添加したエピフォーム（ソマール社製）を充填し、接着剤を硬化させ、その後両端面を切断して研磨し、レンズ長６．６ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３００ｍｍのレンズプレートを作製した。
【００８８】
このレンズプレートを、Ａ４サイズのディスプレイと、Ａ４サイズの拡散板を用いたスクリーンとの間に配置し、ディスプレイの画像の正立等倍実像をスクリーン上に表示するような２次元画像形成装置を作製した。この画像形成装置を用いてスクリーン上にディスプレイに表示されているカラー画像を映し出したところフレア光やクロストーク光による影響が非常に少ない、鮮明なカラー画像を形成することができた。
【００８９】
実施例９
染料の種類と添加量以外の第１層〜第５層形成用の原液の組成を実施例１と同様とし、第４層の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．０６重量部、第５層の原液中に日本化薬（株）製染料Ｂｌｕｅ ＡＣＲ ０．５０重量部、三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤ−１８０ ０．２２重量部、及び三井東圧染料（株）製染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭ−１４５０ ０．１４重量部、を添加して実施例１と同様にして７０℃にて加熱混練し、第４，５層形成用の原液とした。
【００９０】
実施例１に対して紫外線光量を１．１０倍とし、それ以外の条件は実施例１と同様にして光伝送体を得た。吸光度は、Ａ2 がＡ1 の約１４倍であった。
【００９１】
得られた光伝送体を用いて実施例１４と同様にして、レンズ長５．５ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３００ｍｍのレンズプレートを作製した。
【００９２】
このレンズプレートを、Ａ４サイズのディスプレイと、縦３００ｍｍ、横４３０ｍｍの拡散板を用いたスクリーンとの間に配置し、更にレンズプレートとスクリーンとの間に拡大用のレンズを配置して、ディスプレイの画像の正立拡大実像をスクリーン上に表示するような２次元画像形成装置を作製した。この画像形成装置を用いてスクリーン上にディスプレイに表示されているカラー画像を映し出したところフレア光やクロストーク光による影響が非常に少ない、鮮明なカラー画像を形成することができた。
【００９３】
比較例６
比較例１の光伝送体を用いて実施例１４と同様にして、レンズ長６．６ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３００ｍｍのレンズプレートを作製し、実施例１４と同様の２次元画像形成装置を作製した。この画像形成装置を用いてスクリーン上にディスプレイに表示されているカラー画像を映し出したところフレア光とクロストーク光による影響で、画像のぼけが見られ、表示が非常に不鮮明であった。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の光伝送体は、外周面から中心に向かう１００μｍ以内の部分に光吸収剤がほぼ均一に混在する層が２層以上形成されており、外側の光吸収剤混在層ほど光吸収剤の濃度や特定波長での吸光度が高くなっているため、光伝送体アレイとした場合に透過光量を多くとることができ、且つ隣接レンズ間のクロストーク光が少なく、光学性能は高い。さらに、本発明の光伝送体アレイを用いて作製したイメージセンサーはクロストーク光による読み取り画像の乱れが少ないため高性能の読み取りが可能である。また、本発明のレンズプレートはクロストーク光、フレア光の影響が少ないため２次元の画像を鮮明に伝送できる。本発明の２次元画像形成装置はディスプレイ上の表示画像をスクリーン上に鮮明に映し出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光伝送体の断面図である。
【図２】本発明の光伝送体の断面図である。
【図３】本発明の光伝送体アレイの模式的斜視図である。
【図４】本発明のレンズプレートの模式的斜視図である。
【図５】本発明のイメージセンサーの模式的構成図である。
【図６】本発明の画像形成装置の模式的構成図である。
【図７】本発明の光伝送体を製造するための製造装置の模式的構成図である。
【図８】光伝送体の解像度（ＭＴＦ）測定装置の模式的構成図である。
【符号の簡単な説明】
１ 光伝送体
２ 光吸収剤混在層
３ 光吸収剤混在層
４ 中心軸
５ 光伝送体アレイ
６ レンズプレート
１０ 同心円状複合ノズル
１１ 未硬化の糸状体
１２ 相互拡散部
１３ 硬化処理部
１４ 引き取りローラー
１５ 光伝送体
１６ 巻き取り部
１７ 不活性ガス導入口
１８ 不活性ガス排出口
１９ 光源
２０ フィルター
２１ 拡散板
２２ 格子
２３ 光伝送体アレイ
２４ ＣＣＤラインセンサー
３１ 光源
３２ 受光センサー
３３ 読み取り原稿
３５ ディスプレイ
３６ スクリーン
Claims (4)
- 中心から外周部に向かって屈折率が連続的に減少している円柱状の光伝送体アレイ用光伝送体であって、外周面から中心に向かう１００μｍ以内の部分に光吸収剤がほぼ均一に混在する光吸収剤混在層がＮ層（Ｎ≧２）形成されており、中心から外周部に向ってｎ層目（ｎ＝１，２，・・・・・，Ｎ）の光吸収剤混在層内における光吸収剤の濃度をｄnとしたとき、ｄn≧５ｄn-1であることを特徴とする光伝送体アレイ用光伝送体。
- 中心から外周部に向かって屈折率が連続的に減少している円柱状の光伝送体アレイ用光伝送体であって、外周面から中心に向かう１００μｍ以内の部分に光吸収剤がほぼ均一に混在する光吸収剤混在層がＮ層（Ｎ≧２）形成されており、中心から外周部に向ってｎ層目（ｎ＝１，２，・・・・・，Ｎ）の光吸収剤混在層内における特定波長での吸光度をＡnとしたとき、Ａn≧５Ａn-1であることを特徴とする光伝送体アレイ用光伝送体。
- 請求項１または請求項２に記載の光伝送体を複数互いに平行になるようにし且つ隣接するものどうしが３０μｍ未満の間隔を持つようにして該光伝送体の中心軸の方向を横切る１つの方向に１列に配列してなる光伝送体配列を少なくとも１つ有することを特徴とする光伝送体アレイ。
- 請求項１または２に記載の光伝送体を複数互いに平行になるようにして密着させて該光伝送体の中心軸の方向を横切る方向に平面状に配列してなることを特徴とするレンズプレート。
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