JP3945849B2 - OPTICAL TRANSMITTER, OPTICAL TRANSMITTER ARRAY, USE THEREOF, AND COLOR IMAGE SENSOR - Google Patents

Description

【０００９】
図１６、図１７、表１によっても明らかなようにこれらの光伝送体には、短共役長、明るさ、低色収差を同時に満足するものはなく、広い波長領域の照明光源を使用する用途において十分な機能を有しているとはいえない。
【００１０】
従ってこれらの光伝送体を用い、白色光源又は、ＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源から出射した光を光伝送体の一端から入射させ、他端から透過光を出射させる従来の方法において、十分に明確な像を伝えるためには多くの光源と広いスペースが必要となる。
【００１１】
一方光伝送体内に光吸収剤を導入するものとして特開平４−２５１８０５号公報、特開平１−１０５２０２号公報が開示されている。特開平４−２５１８０５号公報は、染料濃度が異なる複数の紡糸原液を多層紡糸した屈折率分布型光伝送体であり、染料は光伝送体内部の全体に亘って存在している。特開平１−１０５２０２号公報は光伝送体の表面下に光吸収物質を含有する層が形成されている光伝送体である。
【００１２】
また従来のカラーイメージスキャナは低色収差であるが開口角が小さく、長い共役長を有しているガラス製のレンズアレイを用いてシステム構成が行われている。このため、第一にイメージスキャナ本体が大きくならざるを得ず、第二に取り込める光量値が非常に少なく、明るさを補う必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで特開平４−２５１８０５号公報の光伝送体は全可視光線及び近赤外光線に対し光伝送体からの出射光の光量分布を均一化することを目的としており、染料濃度を光伝送体内部で分布をつけ全波長域の光を吸収する構成であって、特定波長域の光のみを選択的に吸収するものではない。従って、短共役長、明るさ、低色収差を同時に満足するという目的に資するものではない。
【００１４】
また特開平１−１０５２０２号公報の光伝送体はフレア光を吸収することを目的とするものであり、表面下に光吸収剤を含有せしめる構成をとるものであるので、使用される光吸収剤は実質的に黒色である。従って可視光線及び近赤外光線のうち特定波長域の光のみを吸収し、残りを透過するものではない。
以上のようにこれらの技術は色収差の改善に寄与するものではなく、同様の目的を達することはできない。
【００１５】
また、光伝送体または光伝送体アレイの一端から、ＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源または白色光源を入射させ、この光伝送体の他端から透過光を出射させる従来の方法及び、従来のカラーイメージスキャナーの抱える問題点も解決されるものではない。
【００１６】
即ち従来は、短共役長、明るさ、低色収差を同時に満足する光伝送体及び光伝送体アレイは知られていない。また明確な像を少ない光源、小さなスペースで伝達する方法も知られていない。また多くの光源を必要とせず、コンパクトなカラーイメージスキャナーも知られていない。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、半径ｒなる円形断面の屈折率分布型光伝送体の外周部に可視光及び近赤外光領域のうち特定波長域の光のみを吸収する光吸収剤を含有してなる屈折率分布型光伝送体である。
【００１８】
本発明の要旨は半径ｒなる円形断面の光伝送体の中心軸から外周部に向かって少なくとも０．３ｒ〜Ｒ（０．８ｒ≦Ｒ≦ｒ）の範囲における屈折率分布が下記の式（１）で規定する２次曲線で近似される分布を有し、可視光及び近赤外光領域のうち特定波長域の光のみを吸収する光吸収剤を、少なくともＲを含む半径方向内側の一定領域に含有してなる屈折率分布型光伝送体である。
ｎ（Ｌ）＝ｎ₀｛１ー（ｇ²／２）Ｌ²｝ ・・・ （１）
（但し、式中ｎ₀は光伝送体の中心部の屈折率、Ｌは光伝送体の中心部からの距離（０≦Ｌ≦ｒ）、ｇは光伝送体の屈折率分布定数、及びｎ（Ｌ）は光伝送体の中心軸から距離Ｌの位置の屈折率を示す。）
また、本発明の要旨は、前記の光伝送体の複数個を平行に配列した光伝送体アレイである。
【００１９】
更に、本発明の要旨は、前記の光伝送体または前記の光伝送体アレイの一端から、ＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源または白色光源から出射する光を入射させ、この光伝送体または光伝送体アレイの他端から透過光を出射させる方法である。
【００２０】
また、本発明の要旨は光源、前記の光伝送体アレイ及び光受光センサーを順次配置したカラーイメージセンサーである。
【００２１】
本発明においては可視光及び近赤外光領域とは４００〜７５０ｎｍ程度の波長域をいう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２はそれぞれ本発明の光伝送体（以下適宜レンズという）の一例である屈折率分布型光伝送体の縦断面図、横断面図である。また、図３及び図４は屈折率分布が不整な領域において最外周部を含む一部の領域に光吸収剤が存在せず、二種類の光吸収剤が含まれている場合の光伝送体の縦断面図、横断面図である。斜線部２が特定波長域を吸収する第一の光吸収剤を含有している層を示している。二重斜線部５は第一の光吸収剤に加えて第二の光吸収剤が含まれている層を示している。この図から分かるように第一の光吸収剤が吸収する波長域の光に対しては中心の白い部分に、第二の光吸収剤が吸収する波長域の光に対しては中心の白い部分と斜線部にレンズ径が絞られている。図５は本発明の光伝送体の屈折率分布特性の一例である。このレンズ素材１は、０．１３ｒ〜０．８３ｒの範囲の屈折率分布が式（１）に近似されている。
【００２３】
本発明は特定波長域の光を吸収する光吸収剤を前記領域に含有せしめ、特定波長域の光に対して光伝送体の有効素子径を絞り込むことによってその特定波長域に対する解像度を向上させ、並びに光伝送体の波長依存性を少なくすることを特徴としている。従って特定波長域はある共役長において光伝送体の波長特性が劣る波長領域に設定される。そうすることによって光伝送体の有効径をそれぞれの特定波長域の光のみに対して絞り込むことができ、絞り込む領域の広さに応じて該波長領域の光に対する特性を向上させることができる。
【００２４】
特定波長域の範囲は特に限定されるものではないが、２００ｎｍ以下の範囲が好ましく、１００ｎｍ以下の範囲が更に好ましい。特定波長域は不連続な複数の領域に設定することもできる。例えば赤と青の光を吸収するように特定波長域を波長４００〜５００ｎｍ及び波長６００〜７００ｎｍに設定することもできる。その場合それぞれの特定波長域が２００ｎｍ以下の範囲であることが好ましく、１００ｎｍ以下の範囲であることが更に好ましい。
【００２５】
例えば赤と緑の波長特性の光に対して優れた性能を持つ光伝送体（例えば表１のＲＡ８９）を使用する場合、特定波長領域を青の波長領域、即ち少なくとも一部が波長４００〜５００ｎｍを含む２００ｎｍの範囲またはその中心を波長４００〜５００ｎｍにおく２００ｎｍの範囲に設定することが望ましい。また、青と緑の波長領域の光に対して優れた特性を有する光伝送体を使用する場合、特定波長領域を少なくとも一部が波長６００〜７００ｎｍを含む２００ｎｍの範囲またはその中心を波長６００〜７００ｎｍにおく２００ｎｍの範囲に設定することが望ましい。
【００２６】
この場合現在一般に用いられているＬＥＤの発光波長が青色４７０ｎｍ、緑色５２５ｎｍ、赤色６５０ｎｍであることに鑑み、できるだけ複数の色の光を吸収しないように特定波長域を設定することが望ましい。
【００２７】
用いられる光吸収剤は前記の理由から、吸収波長域が２００ｎｍ以下であるものが好ましく、１００ｎｍ以下であるものが更に好ましい。
用いられる光吸収剤の代表的な例として以下のものがあげられる。６００〜７００ｎｍに吸収のある三菱化学製Ｄｉａｒｅｓｉｎ Ｂｌｕｅ ４Ｇや同業他社の同等品が挙げられる。５５０〜６５０ｎｍに吸収のある日本化薬製Ｋａｙａｓｅｔ Ｂｌｕｅ ＡＣＲや同業他社の同等品が挙げられる。その他の波長領域に対して有効な光吸収剤としては、４００〜５００ｎｍに吸収のあるものとして、日本化薬製Ｋａｙａｓｏｒｂ Ｙｅｌｌｏｗ ２Ｇ、Ｏｒａｎｇｅ Ｇ、Ｙｅｌｌｏｗ Ａ−Ｇ、Ｙｅｌｌｏｗ Ｅ−Ｇとそのそれぞれの同業他社の同等品、三井東圧染料のＭＳ Ｙｅｌｌｏｗ ＨＤー１８０とその同業他社の同等品があげられる。５００〜６００ｎｍに吸収のあるものとして、日本化薬製Ｋａｙａｓｏｒｂ Ｒｅｄ Ｇ、Ｒｅｄ １３０、Ｒｅｄ Ｂとその同業他社の同等品及び三井東圧染料ＭＳ Ｍａｇｅｎｔａ ＨＭー１４５０とその同業他社同等品があげられる。これらの染料は単独で用いることも可能であり、また、複数を組み合わせて用いることも可能である。
【００２８】
本発明の光伝送体においては光吸収剤の使用量と効果は比例する。光吸収剤を含有する層を通過する光のうち、特定波長域の光がそれ以外の波長の光と比較して、少なくとも５０％程度吸収されていれば実用上十分な効果が発現する。但し、好ましくは８０％以上更に好ましくは９０％以上吸収されていることが望ましい。
【００２９】
光吸収剤を含有する領域は外周部であればよく、特に限定されない。光吸収剤を含有する領域の広さと本発明の効果は比例し、光吸収剤の含有領域は特定波長領域の光に対する光伝送体の波長特性をどの程度改善するかにより決定される。好ましい態様においては少なくともＲを含む半径方向内側であり、少なくとも０．７５ｒ〜Ｒの範囲であることが更に好ましい。なお、光吸収剤を複数組み合わせて使用する場合に光吸収剤の含有領域を複数設定することも可能である。図３及び図４はその一例を図示したものである。
【００３０】
また現在の工業生産技術では光伝送体の全体にわたって屈折率分布が式（１）に近似されるものは知られていない。従って現在の光伝送体は製造時に外周部に屈折率分布の不整な部分が形成される。この外周部付近の屈折率分布の不整な部分はレンズの結像に寄与しない部分であり、この部分は本質的に全波長域におけるレンズ性能を向上する目的で、本発明においても黒色の光吸収剤あるいは拡散剤を導入することが出来る。また、その部分を物理的に削除する事もできる。
【００３１】
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作成することができる。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。
【００３２】
本発明の方法において使用する光伝送体の特定波長域は該光源から出射する可視光及び近赤外光のうち、一部の波長領域に設定される。特定波長域の設定は光伝送体を使用する共役長において、前記のように波長特性が劣る光の波長領域に設定することが好ましい。
なお、光源として白色光源を用いる場合、十分な効果を得るためには、特定波長域を不連続な複数の領域に設定することが望ましい。特定波長領域を青の波長領域及び赤の波長領域、即ち特定波長域の中心を、波長４００〜５００ｎｍ及び６００〜７００ｎｍにおくそれぞれ２００ｎｍ以下の範囲に設定することがさらに望ましい。
【００３３】
また、共役長の決定は以下のように行われるのが望ましい。ＲＧＢ３原色のＬＥＤを用いる場合光吸収剤を含有していないレンズにおいてそれぞれのＬＥＤ光源について共役長ごとのＭＴＦを測定し、ＲとＢの光のＭＴＦが同一となる共役長にレンズの共役長を設定する。白色光源を用いる場合はＲＧＢ３原色のＬＥＤを用いる場合に準じて代表的な光の波長を選定し、その光について同様に共役長を設定することができる。
【００３４】
本発明において用いられるＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源としては、ＲＧＢそれぞれの光源を多数アレイ状に配列したものを用いることができる。また、ＲＧＢのＬＥＤ光源に導光体を配置したものを用いることもできる。白色光源としては冷陰極管などを用いることができる。
【００３５】
本発明の光伝送体を使用すると、選択した特定波長域に対応する波長の光の透過量がある程度低下する。しかし、ＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源を使用する場合は、その波長域のＬＥＤ発光強度を向上させることあるいはその波長域のＬＥＤの数を増やすことによって対応できる。白色光源として通常用いられる冷陰極管を用いる場合、冷陰極管内の蛍光物質の組成割合を特定波長域の光を出す蛍光物質の量を増やすように変更することによって、その特定波長の光量を上げることができる。このようにして本発明において光量値は若干下がるものの、特定波長域における光伝送体の特性が著しく改善される。その結果として全波長域の光について明確な像を伝達することが可能となる。
【００３６】
本発明のカラーイメージセンサーは光源、前記の光伝送体アレイ、及び光受光センサーを順次配列して組み立てられる。従来のカラーイメージセンサと比較して非常にコンパクトな設計になっている。また、光源としてはＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源または白色光源を用いることが可能である。また、光受光センサーはＲＧＢ３原色のＬＥＤ光源を用いる場合は、モノクロ用センサー、３原色用の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。
なお光源として白色光源を用いた場合、前記本発明の方法における場合と同様に特定波長域を設定することが望ましい。特定波長域の光量低下については前記の方法で同様に対応することができる。
【００３７】
本発明の光伝送体は例えば次のようにして製造できる。
硬化させた後に得られる硬化物の屈折率がｎ₁、ｎ₂、・・・、ｎ_N（Ｎは３以上の整数）であるＮ個の未硬化状物を用意し、賦形後の外周層、好ましくはＮ，Ｎ−１、Ｎ−２、・・、２番目の層のうち賦形後の光伝送体の少なくともＲを含む半径方向内側の領域を含む層、更に好ましくは０．７５ｒ〜Ｒの領域を含む層に前記特定波長域の光を吸収するような光吸収剤を混入させておく。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）に賦形する。次に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。
【００３８】
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は少なくとも４以上であることが好ましい。また製造の容易さを考慮するとＮは６以下程度であることが好ましい。しかしながら高性能の光伝送体を得るためにはＮを１０以上にすることも可能である。各層の厚みは異なっていてもよく同程度であってもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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からなる組成物等を用いることができる。
【００４１】
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ポリ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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硬化処理ないし光硬化処理を行う。
【００４７】
本発明の製法において、光吸収剤と単量体の分子量の大小関係は特に限定されないが、未硬化状物として前記単量体と重合体との混合物を使用し、光吸収剤として前記のものを使用する場合は、光吸収剤の方が単量体よりも分子量がはるかに大きいので、未硬化状物中における拡散速度がはるかに遅い。従って光吸収剤を実質的に拡散させることなく、未硬化状物層相互間において単量体を拡散させることができる。即ち光吸収剤の半径方向の実質的濃度が均一な光伝送体が得られる。
【００４８】
尚、重合硬化に長時間を要する熱重合の場合は、光吸収剤が拡散して、遮光層内の濃度が不均一となり、また、屈折率分布が正常な部分にまで光吸収剤等が移動して光伝送体の透光機能が損なわれるおそれがある。このため短時間で重合可能な光重合によって硬化させることが望ましい。
【００４９】
ところで光重合法により重合硬化させるためには、未硬化状物層中を光重合用の光を透過させることが必要である。しかしながら、光吸収剤の種類は多くあり、光吸収の波長依存性は様々である。即ち、光伝送体の伝送光を吸収するとともに重合に用いる光をそれと同等以上に吸収する光吸収剤も存在する。従って光重合法により重合硬化処理する場合は、光伝送体の伝送光を吸収するが、重合用の光を吸収せず透過させる特性を有する光吸収剤を用いることが望ましい。
光伝送体の伝送光として実際に用いられる光は通常波長が４００〜７５０ｎｍの可視光から近赤外光の範囲のものである。一方、光重合に用いる光の発光波長は通常３００〜３７０ｎｍの紫外線である。よって４００〜７５０ｎｍの波長域の吸光度係数が、３００〜３７０ｎｍにおける吸光度係数の、２倍以上である光吸収剤を用いることが好ましい。
【００５０】
このような光吸収剤の例であるＢｌｕｅ ４ＧとＨＤー１８０の吸収スペクトルを図６及び図７に示す。図６、図７において縦軸は吸光度係数,横軸は光の波長を示す。それぞれ紫外線域（３００〜３７０ｎｍ）の吸収が少なく、そこでの吸光度は光伝送体の実使用波長域６５０あるいは４７０ｎｍのそれぞれの波長での吸光度の１／２以下であることがわかる。このような光吸収剤を使用すると、未硬化状物層中紫外線が透過し、光重合が効率的に進行する。
【００５１】
本発明の光伝送体は例えば図８の糸状体成形装置を用いて製造することができる。図８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。図中の記号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。
【００５２】
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。
【００５３】
【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の測定は、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行った。
【００５４】
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。）５０重量部、ベンジルメタクリレート３６重量部、メチルメタクリレート１４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５１重量部、メチルメタクリレート４９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４８重量部、メチルメタクリレート３７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１５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４５重量部、メチルメタクリレート２５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３０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４２重量部、メチルメタクリレート１５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４３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物の屈折率が低くなるように配列し同時に押し出した。
【００５５】
複合紡糸ノズルの温度は４２℃であった。押し出し時の粘度は第１層の成分が５．８×１０⁴ポイズ、第２層が４．９×１０⁴ポイズ、第３層が４．７×１０⁴ポイズ、第４層が３．９×１０⁴ポイズ、第５層が４．５×１０⁴ポイズであった。第１層から第５層の吐出比は半径の比で３５／３８／２０／６／１であった。
【００５６】
ついで長さ５５ｃｍの各層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光照射部の中心にストランドファイバを通過させて、１７０ｃｍ／ｍｉｎの速度でニップローラーで引き取った。
【００５７】
得られた光伝送体は半径が０．３ｍｍであり、屈折率分布は中心部が１．５１２、外周部が１．４６８であり、分布は表３に示す通りであった。この光伝送体の両端面を研磨してレンズ長４．２ｍｍとし、６ラインペア／ｍｍの格子を用いてこの単レンズの特性を測定したところ、表３の結果を得た。
【００５８】
更に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４．２ｍｍのレンズアレイを製作した。６ラインペア／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、表４−１の結果を得た。また６５０ｎｍ、５２５ｎｍ、４７０ｎｍをピーク波長とするＲＧＢ３原色ＬＥＤから発する光に対する共役長とＭＴＦ特性の関係は図９に示す。この図から分かるようにどのような共役長においても３つの波長域でＭＴＦが５０％以上にはならない。またアレイがもっとも良い特性を示す共役長と３つの波長に対するＭＴＦを表４−２に示すが、不十分なものであった。
【００５９】
この光伝送体アレイを用いて６５０ｎｍ、５２５ｎｍ、４７０ｎｍをピーク波長とするＲＧＢ３原色のＬＥＤを又は白色光源を光源とし、ＣＣＤを受光素子としたイメージスキャナを組み立てた。このイメージスキャナは５２５ｎｍの単色光で用いた場合は鮮明な画像を形成できるが、その他の波長の光が関与してくるとＭＴＦが悪くなり鮮明な画像は得られなかった。
【００６０】
比較例２
比較例１において原液中に表２に記載のように光吸収剤を混入し、光重合強度を変更した以外は比較例１と同様な操作を行いレンズを賦形した。レンズの屈折率分布は比較例１と同じであった。レンズの光吸収剤含有領域は表３に示す。
【００６１】
比較例１と同様の条件でレンズ及びレンズアレイの特性を測定し、表３、表４−１、表４ー２、図１０の結果を得た。イメージスキャナの性能は十分なものではなかった。
【００６２】
実施例１
比較例１において原液中に表２に記載のように光吸収剤を混入し、光重合強度を変更した以外は比較例１と同様の操作を行いレンズを賦形した。レンズの屈折率分布は比較例１と同じであった。レンズの光吸収剤含有領域は表３に示す。
【００６３】
比較例１と同様の条件でレンズ及びレンズアレイの特性を測定し、表３、表４−１、表４ー２、図１１の結果を得た。比較例１のＬＥＤ光源を用いて比較例１と同様にして組み立てたイメージスキャナは、良好な画像が形成できた。
【００６４】
実施例２〜実施例４
比較例２において原液中に表２に記載のように光吸収剤を混入し、光重合強度を変更した以外は比較例２と同様の操作を行いレンズを賦形した。レンズの屈折率分布は比較例１と同じであった。レンズの光吸収剤含有領域は表３に示す。
【００６５】
比較例１と同様の条件でレンズ及びレンズアレイの特性を測定し、表３、表４−１、表４ー２及び図１２（実施例２）、図１３（実施例３）、もしくは図１４（実施例４）の結果を得た。
【００６６】
実施例２及び実施例３において比較例１のＬＥＤ光源を用いて比較例１と同様にして組み立てた各イメージスキャナは、良好な画像が形成できた。
【００６７】
実施例４において比較例１と同様にして組み立てたイメージスキャナは、ＬＥＤ光源を用いた場合も白色光源を用いた場合も良好な画像が形成できた。
【００６８】
【表２】

【００６９】
【表３】

【００７０】
【表４】

【００７１】
【発明の効果】
本発明により、短共役長、明るさ、低色収差を同時に満足する光伝送体、光伝送体アレイが提供される。また明確な像を少ない光源、小さなスペースで伝達する方法が提供される。更に多くの光源を必要とせず、コンパクトなカラーイメージスキャナーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光伝送体の縦断面図である。
【図２】本発明の光伝送体の横断面図である。
【図３】本発明の光伝送体の縦断面図である。
【図４】本発明の光伝送体の横断面図である。
【図５】本発明の光伝送体の屈折率分布特性の一例である。
【図６】本発明で用いるＢｌｕｅ ４Ｇの吸収特性を示す図である。
【図７】本発明で用いるＨＤー１８０の吸収特性を示す図である。
【図８】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。
【図９】比較例１の光伝送体アレイの３原色ＬＥＤに対する共役長とＭＴＦ特性の関係を示す図である。
【図１０】比較例２の光伝送体アレイの３原色ＬＥＤに対する共役長とＭＴＦ特性の関係を示す図である。
【図１１】実施例１の光伝送体アレイの３原色ＬＥＤに対する共役長とＭＴＦ特性の関係を示す図である。
【図１２】実施例２の光伝送体アレイの３原色ＬＥＤに対する共役長とＭＴＦ特性の関係を示す図である。
【図１３】実施例３の光伝送体アレイの３原色ＬＥＤに対する共役長とＭＴＦ特性の関係を示す図である。
【図１４】実施例４の光伝送体アレイの３原色ＬＥＤに対する共役長とＭＴＦ特性の関係を示す図である。
【図１５】ロッドレンズアレイの解像度の目安であるＭＴＦ（moduration transfer function）の測定方法を示す図である。
【図１６】プラスチック製のロッドレンズアレイ（三菱レイヨン（株）：ＲＡ８９Ｓ）のＭＴＦの波長依存性を表す図である。
【図１７】ガラス製のロッドレンズアレイ（日本板硝子（株）：ＳＬＡ２０Ｄ）のＭＴＦの波長依存性を表す図である。
【符号の簡単な説明】
１ レンズ素材
２ 光吸収剤含有層
３ 光吸収剤の存在しない最外周部
５ 二種の光吸収剤含有層
１０ 同心円状複合ノズル
１２ 相互拡散部
１３ 硬化処理部
１５ 光伝送体
１９ 光源
２０ 分光器
２１ 拡散板
２２ 基準矩形格子
２３ 光伝送体アレイ
２４ ＣＣＤイメージセンサー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color image sensor, a refractive index distribution type optical transmitter and an optical transmitter array suitable for the color image sensor.
[0002]
[Prior art]
Since the rod lens array has features such as a short conjugate length, brightness, and low cost, it is used as a small-size image forming element such as a document moving type image scanner, a FAX, and an LED printer. However, the rod lens array has a drawback in that it has a large chromatic aberration except for some types having a long conjugate length and a small numerical aperture and are dark. Therefore, these applications are mainly monochrome applications, and there is a demand for the development of a rod lens array for color applications with small chromatic aberration and a short conjugate length.
[0003]
First, the chromatic aberration of the rod lens will be explained with reference to the paper “Design of lenses and optical systems” in the 17th Summer Seminar of the Japan Society of Applied Physics / Optical Society. The focusing parameter g of a square distribution medium such as a rod lens is given by equation (2).
g ² = 2 * (n ₀ -N (L)) / (n ₀ * L ² (2)
here
L: Distance in the radial direction from the optical axis
n ₀ : Refractive index on the optical axis
n (L): Refractive index at a distance L from the optical axis in the radial direction
It is.
[0004]
In the formula (2), n ₀ And n (L) both have wavelength dependence, so g also shows wavelength dependence. Accordingly, the conjugate length of the rod lens array that forms an equal magnification image is determined by the equation (3), and therefore the conjugate length varies depending on the wavelength.
TC = Z ₀ -(2 / (n ₀ * G)) * tan ((Z ₀ * G) / 2) ... (3)
here,
TC: conjugate length
Z ₀ : Rod lens length
It is.
For this reason, when image transmission is performed under a white light source, the image forming position and magnification differ depending on the color, so that the resolving power decreases.
[0005]
Thus, in order to reduce chromatic aberration, it has been conventionally performed to manufacture a rod lens by selecting a material having a small wavelength dispersion. For example, in a glass rod lens manufactured by an ion exchange method, K.K. FUJII (MOC / GRIN '93 KAWASAKI: G13) attempts to reduce chromatic aberration by selecting the type and concentration of ions. In the case of plastic rod lenses, some plastics are manufactured using a MMA (methyl methacrylate) polymer material, which is a material with relatively small wavelength dispersion (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-174105). ).
[0006]
The data for a commercially available rod lens array is shown below.
FIG. 15 is a diagram showing a method for measuring an MTF (moduration transfer function), which is a measure of the resolution of the rod lens array. When the rod lens array 23 having the conjugate length TCs at the predetermined wavelength λs is placed on the measuring machine, the distance TC between the reference rectangular grating 22 and the CCD image sensor 24 _x Conjugated length TC _s Adjust to a distance equal to and fix. The reference rectangular grating 22 has a spatial frequency of 6 line pairs / mm, and is illuminated by a light beam emitted from the spectroscope 20 converted into diffused light by the diffusion plate 21. In this state, the wavelength of light emitted from the spectrometer is changed, and the MTF-wavelength characteristic is measured.
[0007]
FIG. 16 shows a commercially available plastic rod lens array (Mitsubishi Rayon Co., Ltd. product: RA89S). FIG. 17 shows a glass rod lens array (Nippon Sheet Glass Co., Ltd. product: SLA20D). _s Measured MTF-wavelength characteristics with 570 nm.
Table 1 shows the measured values for the peak wavelengths of the three primary color LEDs that have been put to practical use as the light source for document illumination.
[0008]
[Table 1]

[0009]
As apparent from FIGS. 16, 17, and Table 1, none of these optical transmitters satisfy the short conjugate length, the brightness, and the low chromatic aberration at the same time, and in an application using an illumination light source in a wide wavelength region. It cannot be said that it has sufficient functions.
[0010]
Therefore, a sufficiently clear image is obtained in the conventional method in which light emitted from a white light source or an LED light source of three primary colors of RGB is made incident from one end of the optical transmitter and transmitted light is emitted from the other end. A lot of light sources and a large space are necessary to convey the message.
[0011]
On the other hand, JP-A-4-251805 and JP-A-1-105202 have been disclosed as introducing an optical absorber into an optical transmission body. Japanese Patent Laid-Open No. 4-251805 is a refractive index distribution type optical transmission body in which a plurality of spinning stock solutions having different dye concentrations are spun, and the dye is present throughout the optical transmission body. Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-105202 is an optical transmission body in which a layer containing a light absorbing material is formed below the surface of the optical transmission body.
[0012]
A conventional color image scanner has a system configuration using a lens array made of glass having low chromatic aberration but a small aperture angle and a long conjugate length. For this reason, first, the image scanner main body must be large, and secondly, the amount of light that can be captured is very small, and it is necessary to compensate for the brightness.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the light transmission body of Japanese Patent Laid-Open No. 4-251805 aims at uniformizing the light quantity distribution of the light emitted from the light transmission body with respect to all visible rays and near infrared rays. In this configuration, the light distribution in the entire wavelength range is absorbed and only the light in the specific wavelength range is not selectively absorbed. Therefore, it does not contribute to the purpose of simultaneously satisfying the short conjugate length, brightness, and low chromatic aberration.
[0014]
In addition, the optical transmission body disclosed in JP-A-1-105202 is intended to absorb flare light and has a structure in which a light absorber is contained below the surface. Is substantially black. Therefore, it absorbs only light in a specific wavelength region out of visible light and near infrared light, and does not transmit the rest.
As described above, these techniques do not contribute to the improvement of chromatic aberration, and cannot achieve the same purpose.
[0015]
In addition, a conventional method of causing an RGB light source or a white light source to enter from one end of an optical transmitter or an optical transmitter array and emitting transmitted light from the other end of the optical transmitter, and a conventional color image scanner. The problems we have are not solved.
[0016]
That is, conventionally, an optical transmitter and an optical transmitter array that simultaneously satisfy a short conjugate length, brightness, and low chromatic aberration are not known. Also, there is no known method for transmitting a clear image with a small light source and a small space. Also, a compact color image scanner that does not require many light sources is not known.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention is that the outer peripheral portion of the gradient index optical transmission body having a circular section having a radius r contains a light absorber that absorbs only light in a specific wavelength region in the visible light and near infrared light regions. It is a refractive index distribution type optical transmission body.
[0018]
The gist of the present invention is that the refractive index distribution in the range of at least 0.3r to R (0.8r ≦ R ≦ r) from the central axis of the optical transmission body having a circular section having a radius r toward the outer periphery is represented by the following formula (1). A light absorber that has a distribution approximated by a quadratic curve defined in (4) and absorbs only light in a specific wavelength region in the visible light and near-infrared light regions, and a constant region on the radially inner side including at least R. Is a refractive index distribution type optical transmission body.
n (L) = n ₀ {1- (g ² / 2) L ² } (1)
(However, n in the formula ₀ Is the refractive index of the central part of the optical transmission body, L is the distance from the central part of the optical transmission body (0 ≦ L ≦ r), g is the refractive index distribution constant of the optical transmission body, and n (L) is the optical transmission body The refractive index at a position of a distance L from the central axis is shown. )
The gist of the present invention is an optical transmitter array in which a plurality of the optical transmitters are arranged in parallel.
[0019]
Furthermore, the gist of the present invention is that light emitted from an LED light source or a white light source of RGB three primary colors is incident from one end of the light transmission body or the light transmission body array, and the light transmission body or the light transmission body array. In this method, transmitted light is emitted from the other end.
[0020]
Further, the gist of the present invention is a color image sensor in which a light source, the above-mentioned optical transmission body array, and a light receiving sensor are sequentially arranged.
[0021]
In the present invention, the visible light and near infrared light regions refer to a wavelength region of about 400 to 750 nm.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view, respectively, of a gradient index optical transmission body which is an example of the optical transmission body (hereinafter referred to as a lens as appropriate) of the present invention. 3 and 4 show an optical transmission body in the case where the light absorber is not present in a part of the region including the outermost peripheral portion in the region where the refractive index distribution is irregular, and two kinds of light absorbers are contained. FIG. 2 is a longitudinal sectional view and a transverse sectional view. A hatched portion 2 indicates a layer containing a first light absorber that absorbs a specific wavelength region. A double hatched portion 5 indicates a layer containing a second light absorber in addition to the first light absorber. As can be seen from this figure, the central white part is for the light in the wavelength range absorbed by the first light absorber, and the central white part is for the light in the wavelength range that is absorbed by the second light absorber. The lens diameter is narrowed to the shaded area. FIG. 5 is an example of the refractive index distribution characteristic of the optical transmission body of the present invention. The lens material 1 has a refractive index distribution in the range of 0.13r to 0.83r approximated by the expression (1).
[0023]
The present invention includes a light absorber that absorbs light in a specific wavelength region in the region, and improves the resolution for the specific wavelength region by narrowing down the effective element diameter of the optical transmitter with respect to the light in the specific wavelength region, In addition, it is characterized in that the wavelength dependency of the optical transmission body is reduced. Therefore, the specific wavelength region is set to a wavelength region where the wavelength characteristic of the optical transmission body is inferior at a certain conjugate length. By doing so, the effective diameter of the optical transmission body can be narrowed down to only the light in each specific wavelength range, and the characteristics for the light in the wavelength range can be improved according to the size of the narrowed range.
[0024]
The range of the specific wavelength range is not particularly limited, but is preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less. The specific wavelength region can be set to a plurality of discontinuous regions. For example, the specific wavelength range can be set to a wavelength of 400 to 500 nm and a wavelength of 600 to 700 nm so as to absorb red and blue light. In that case, each specific wavelength region is preferably in the range of 200 nm or less, and more preferably in the range of 100 nm or less.
[0025]
For example, when using an optical transmission body (for example, RA89 in Table 1) having excellent performance with respect to light having red and green wavelength characteristics, the specific wavelength region is a blue wavelength region, that is, at least a part of the wavelength is 400 to 500 nm. It is desirable to set a range of 200 nm including or a range of 200 nm with the center at a wavelength of 400 to 500 nm. In addition, when using an optical transmission body having excellent characteristics with respect to light in the blue and green wavelength regions, the specific wavelength region is at least partly in the range of 200 nm including the wavelength of 600 to 700 nm or the center of the wavelength 600 to It is desirable to set in the range of 200 nm to be 700 nm.
[0026]
In this case, it is desirable to set a specific wavelength range so as not to absorb light of a plurality of colors as much as possible in view of the emission wavelengths of LEDs that are generally used at present being blue 470 nm, green 525 nm, and red 650 nm.
[0027]
The light absorber used preferably has an absorption wavelength range of 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less, for the reasons described above.
The following is mentioned as a typical example of the light absorber used. Examples include Mitsubishi Chemical's Diaresin Blue 4G that absorbs at 600 to 700 nm and equivalents from other companies in the same industry. Examples include Kayset Blue ACR manufactured by Nippon Kayaku, which absorbs at 550 to 650 nm, and equivalents from other companies in the same industry. As light absorbers effective for other wavelength regions, those having absorption at 400 to 500 nm include Nippon Kayaku's Kayasorb Yellow 2G, Orange G, Yellow AG, Yellow EG and their respective businesses. Other company's equivalents, Mitsui Toatsu Dye's MS Yellow HD-180 and its competitors' equivalents. Examples of those having absorption at 500 to 600 nm include Kaysorb Red G, Red 130, Red B, and equivalents of the same industry, and Mitsui Toatsu Dye MS Magenta HM-1450 and equivalents of the same company. These dyes can be used alone or in combination of two or more.
[0028]
In the optical transmission body of the present invention, the amount of light absorber used and the effect are proportional. In light passing through the layer containing the light absorber, light in a specific wavelength region is at least about 50% absorbed as compared with light having other wavelengths, so that a practically sufficient effect is exhibited. However, it is desirable that 80% or more, more preferably 90% or more is absorbed.
[0029]
The area | region containing a light absorber should just be an outer peripheral part, and is not specifically limited. The area of the light-absorbing agent-containing area is proportional to the effect of the present invention, and the light-absorbing-agent containing area is determined by how much the wavelength characteristic of the optical transmission body with respect to light in a specific wavelength region is improved. In a preferred embodiment, it is more preferably at least radially inside including R and in a range of at least 0.75r to R. In addition, when using combining multiple light absorbers, it is also possible to set two or more containing areas of a light absorber. 3 and 4 illustrate an example thereof.
[0030]
Also, in the current industrial production technology, it is not known that the refractive index distribution is approximated by the formula (1) over the entire optical transmission body. Therefore, in the current optical transmission body, an irregular portion of the refractive index distribution is formed on the outer peripheral portion at the time of manufacture. The irregular portion of the refractive index distribution in the vicinity of the outer peripheral portion is a portion that does not contribute to the image formation of the lens. An agent or a diffusing agent can be introduced. It is also possible to physically delete that part.
[0031]
The optical transmission element array in the present invention can be prepared by a conventionally known method using the optical transmission element. The shape and material of the array are not limited as long as the optical transmission bodies are arranged in parallel in one or more rows.
[0032]
The specific wavelength range of the optical transmission body used in the method of the present invention is set to a part of the wavelength range of visible light and near infrared light emitted from the light source. The specific wavelength range is preferably set to the wavelength range of light having inferior wavelength characteristics as described above in the conjugate length using the optical transmitter.
In addition, when using a white light source as a light source, in order to acquire sufficient effect, it is desirable to set a specific wavelength range to a some discontinuous area | region. More preferably, the specific wavelength region is set to a blue wavelength region and a red wavelength region, that is, the center of the specific wavelength region is set to a range of 200 nm or less respectively at wavelengths of 400 to 500 nm and 600 to 700 nm.
[0033]
The determination of the conjugate length is desirably performed as follows. When using RGB three-primary-color LEDs, the MTF for each conjugate length is measured for each LED light source in a lens that does not contain a light absorber, and the conjugate length of the lens is set to a conjugate length where the MTFs of R and B light are the same. Set. When a white light source is used, a representative wavelength of light is selected in accordance with the case of using RGB three primary color LEDs, and the conjugate length can be set similarly for the light.
[0034]
As the LED light source of RGB three primary colors used in the present invention, a light source in which a large number of RGB light sources are arranged in an array can be used. In addition, an RGB LED light source in which a light guide is arranged can be used. A cold cathode tube or the like can be used as the white light source.
[0035]
When the optical transmission body of the present invention is used, the transmission amount of light having a wavelength corresponding to the selected specific wavelength range is reduced to some extent. However, in the case of using RGB three primary color LED light sources, this can be dealt with by improving the LED emission intensity in the wavelength region or increasing the number of LEDs in the wavelength region. When using a cold-cathode tube that is usually used as a white light source, the amount of the fluorescent material in the cold-cathode tube is changed so as to increase the amount of the fluorescent material that emits light in a specific wavelength region, thereby increasing the amount of light at the specific wavelength. be able to. In this way, although the light quantity value is slightly lowered in the present invention, the characteristics of the optical transmission body in a specific wavelength region are remarkably improved. As a result, a clear image can be transmitted for light in the entire wavelength range.
[0036]
The color image sensor of the present invention is assembled by sequentially arranging a light source, the above-described light transmission body array, and a light receiving sensor. Compared to conventional color image sensors, the design is very compact. Further, as the light source, it is possible to use an LED light source of RGB three primary colors or a white light source. When the light receiving sensor uses RGB three primary color LED light sources, either a monochrome sensor or a three primary color light receiving sensor can be used. When a white light source is used, a light receiving sensor for three primary colors can be used.
When a white light source is used as the light source, it is desirable to set a specific wavelength region as in the case of the method of the present invention. The above method can be used to cope with a decrease in the amount of light in a specific wavelength region.
[0037]
The optical transmission body of the present invention can be manufactured, for example, as follows.
The refractive index of the cured product obtained after curing is n ₁ , N ₂ , ..., n _N (N is an integer of 3 or more) N uncured materials are prepared, and the outer peripheral layer after shaping, preferably N, N-1, N-2,. A light absorber that absorbs light in the specific wavelength region is mixed in a layer including a region inside the radial direction including at least R, more preferably a layer including a region of 0.75r to R of the optical transmission body after shaping. Let me. An uncured laminate in which these uncured materials are arranged so that the refractive index decreases sequentially from the center toward the outer peripheral surface, and concentrically stacked in multiple layers (hereinafter referred to as “thread-like body” as appropriate). Shape it. Next, the filamentous material is manufactured by curing the filamentous material while performing the mutual diffusion treatment of the material between adjacent layers so that the refractive index distribution between the respective layers of the filamentous material becomes a continuous distribution or after performing the mutual diffusion treatment. The
[0038]
In order to make the refractive index distribution of the obtained optical transmission body close to an ideal distribution, N is preferably at least 4 or more. In consideration of ease of production, N is preferably about 6 or less. However, N can be increased to 10 or more in order to obtain a high-performance optical transmission body. The thicknesses of the layers may be different or the same.
[0039]
The uncured material used in the present invention has a viscosity of 10 ^Three -10 ⁸ It is preferably poise and curable. If the viscosity is too small, thread breakage occurs during shaping, and it is difficult to form a thread. On the other hand, if the viscosity is too large, the operability is poor at the time of shaping, and the concentricity of each layer is impaired, or a filamentous body having a large thickness is liable to be formed.
[0040]
As a substance constituting the uncured material, a radical polymerizable vinyl monomer or a composition comprising the monomer and a polymer soluble in the monomer can be used.
[0041]
Specific examples of the radical polymerizable vinyl monomer include methyl methacrylate (n = 1.49), styrene (n = 1.59), chlorostyrene (n = 1.61), vinyl acetate (n = 1.47). 2,2,3,3-tetrafluoropropyl (meth) acrylate, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentyl (meth) acrylate, 2,2,3,4,4 , Fluorinated alkyl (meth) acrylates such as 2,4-hexafluorobutyl (meth) acrylate and 2,2,2-trifluoroethyl (meth) acrylate (n = 1.37 to 1.44), refractive index 1.43 ~ 1.62 (meth) acrylates such as ethyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, hydroxyalkyl (meth) acrylate, alkylene glycol (meth) acrylate, trimethylo Rupropanedi or tri (meth) acrylate, pentaerythritol di, tri or tetra (meth) acrylate, diglycerin tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, diethylene glycol bisallyl carbonate, fluorinated alkylene glycol poly (meth) An acrylate etc. are mentioned.
[0042]
In order to easily adjust the viscosity of the uncured material when forming the filament from these uncured materials, and to have a continuous refractive index distribution from the center to the outer periphery of the filament, The material is preferably composed of a vinyl monomer and a soluble polymer.
[0043]
The polymer that can be used here needs to have good compatibility with the polymer produced from the radical polymerizable vinyl monomer, for example, polymethyl methacrylate (n = 1.49), polymethyl methacrylate copolymer ( n = 1.47-1.50), poly-4-methylpentene-1 (n = 1.46), ethylene / vinyl acetate copolymer (n = 1.46-1.50), polycarbonate (n = 1) .50 to 1.57), polyvinylidene fluoride (n = 1.42), vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer (n = 1.42 to 1.46), vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexa Examples thereof include a fluoropropene copolymer (n = 1.40 to 1.46) and a polyfluorinated alkyl (meth) acrylate polymer.
[0044]
In order to adjust the viscosity, it is preferable to use a polymer having the same refractive index in each layer because a plastic optical transmission body having a continuous refractive index distribution from the center toward the outer periphery can be obtained. In particular, polymethylmethacrylate is excellent in transparency and has a high refractive index, so that it is suitable as a polymer for use in preparing the gradient index optical transmission body of the present invention.
[0045]
In order to cure the filamentous material formed from the uncured material, it is preferable to add a thermosetting catalyst or a photocuring catalyst to the uncured material. As the thermosetting catalyst, a normal peroxide-based or azo-based catalyst is preferably used. Is used. Photocuring catalysts include benzophenone, benzoin alkyl ether, 4'-isopropyl-2-hydroxy-2-methylpropiophenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, benzyl methyl ketal, 2,2-diethoxyacetophenone, chlorothioxanthone, thioxanthone compounds, benzophenone Examples thereof include ethyl compounds, ethyl 4-dimethylaminobenzoate, isoamyl 4-dimethylaminobenzoate, N-methyldiethanolamine, and triethylamine.
[0046]
Next, in order to cure the uncured product, ultraviolet rays are preferably applied from the surroundings in the cured part, and the filamentous material containing the thermosetting catalyst and / or the photocuring catalyst is subjected to heat curing treatment or photocuring treatment.
[0047]
In the production method of the present invention, the magnitude relationship between the molecular weight of the light absorber and the monomer is not particularly limited, but a mixture of the monomer and the polymer is used as an uncured product, and the above-described one is used as the light absorber. Is used, the light absorber has a much higher molecular weight than the monomer, so the diffusion rate in the uncured product is much slower. Accordingly, the monomer can be diffused between the uncured material layers without substantially diffusing the light absorber. That is, an optical transmission body in which the substantial concentration of the light absorber in the radial direction is uniform can be obtained.
[0048]
In the case of thermal polymerization that requires a long time for polymerization and curing, the light absorber diffuses, the concentration in the light shielding layer becomes non-uniform, and the light absorber moves to a portion where the refractive index distribution is normal. As a result, the light transmission function of the optical transmission member may be impaired. For this reason, it is desirable to cure by photopolymerization capable of polymerization in a short time.
[0049]
By the way, in order to polymerize and cure by the photopolymerization method, it is necessary to transmit light for photopolymerization through the uncured material layer. However, there are many types of light absorbers, and the wavelength dependency of light absorption varies. That is, there exists a light absorber that absorbs the light transmitted through the optical transmission body and absorbs the light used for the polymerization to the same level or higher. Therefore, in the case of polymerizing and curing by the photopolymerization method, it is desirable to use a light absorber that absorbs the transmitted light of the optical transmission body but has a property of transmitting the polymerization light without absorbing it.
The light actually used as the transmission light of the optical transmission body is usually in the range of visible light to near infrared light having a wavelength of 400 to 750 nm. On the other hand, the emission wavelength of light used for photopolymerization is usually 300 to 370 nm. Therefore, it is preferable to use a light absorber having an absorbance coefficient in the wavelength region of 400 to 750 nm that is twice or more of the absorbance coefficient at 300 to 370 nm.
[0050]
6 and 7 show absorption spectra of Blue 4G and HD-180, which are examples of such light absorbers. 6 and 7, the vertical axis represents the absorbance coefficient, and the horizontal axis represents the wavelength of light. It can be seen that there is little absorption in the ultraviolet region (300 to 370 nm), and the absorbance there is less than or equal to ½ of the absorbance at each wavelength in the actual use wavelength region 650 or 470 nm of the optical transmission body. When such a light absorber is used, ultraviolet rays pass through the uncured material layer, and photopolymerization proceeds efficiently.
[0051]
The optical transmission body of the present invention can be manufactured using, for example, the thread-like body forming apparatus shown in FIG. FIG. 8 is a process diagram schematically showing the filamentous body forming apparatus, in which only the portions of the interdiffusion unit 12 and the curing processing unit 13 are shown in a longitudinal sectional view. In the figure, symbol 10 is a concentric composite nozzle, 11 is an uncured extruded filament, 12 is an interdiffusion section for diffusing the monomers of each layer of the filament to give a refractive index distribution, 13 Is a curing processing unit for curing the uncured material, 14 is a take-up roller, 15 is a manufactured light transmission body, 16 is a winding unit, 17 is an inert gas inlet, and 18 is an inert gas outlet. is there. In order to remove the volatile substance released from the filament 11 from the interdiffusion unit 12 and the curing processing unit 13, an inert gas such as nitrogen gas is introduced from the inert gas inlet 17.
[0052]
Examples of the light source used for photopolymerization include a carbon arc lamp that generates light having a wavelength of 150 to 600 nm, a high-pressure mercury lamp, a medium-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, a chemical lamp, a xenon lamp, and a laser beam.
[0053]
【Example】
The present invention will be specifically described below with reference to examples. In Examples and Comparative Examples, the refractive index distribution was measured by a known method using an Interfaco interference microscope manufactured by Carl Zeiss.
[0054]
Comparative Example 1
50 parts by weight of polymethyl methacrylate ([η] = 0.40, measured in MEK at 25 ° C., the same is used in the following examples and comparative examples), 36 parts by weight of benzyl methacrylate, 14 parts by weight of methyl methacrylate Part, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone 0.25 part by weight and hydroquinone 0.1 part by weight were kneaded at 70 ° C. to obtain a stock solution for forming the first layer. 51 parts by weight of polymethyl methacrylate, 49 parts by weight of methyl methacrylate, 0.25 part by weight of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone and 0.1 part by weight of hydroquinone were heated and kneaded at 70 ° C. to obtain a stock solution for forming the second layer. 48 parts by weight of polymethyl methacrylate, 37 parts by weight of methyl methacrylate, 15 parts by weight of 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentyl methacrylate, 0.25 part by weight of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, hydroquinone 0.1 parts by weight was heated and kneaded at 70 ° C. to obtain a third layer forming stock solution. 45 parts by weight of polymethyl methacrylate, 25 parts by weight of methyl methacrylate, 30 parts by weight of 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentyl methacrylate, 0.25 part by weight of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, hydroquinone 0.1 parts by weight was heated and kneaded at 70 ° C. to obtain a fourth layer forming stock solution. 42 parts by weight of polymethyl methacrylate, 15 parts by weight of methyl methacrylate, 43 parts by weight of 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentyl methacrylate, 0.25 part by weight of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, hydroquinone 0.1 parts by weight was heated and kneaded at 70 ° C. to obtain a fifth layer forming stock solution. These five types of undiluted solutions were arrayed sequentially from the center using a concentric five-layer composite nozzle so that the refractive index of the uncured product was lowered and extruded simultaneously.
[0055]
The temperature of the composite spinning nozzle was 42 ° C. The viscosity at the time of extrusion is 5.8 × 10 for the first layer component ^Four Poise, second layer is 4.9 × 10 ^Four Poise, third layer is 4.7 × 10 ^Four Poise, the fourth layer is 3.9 × 10 ^Four Poise, 5th layer is 4.5 × 10 ^Four It was a poise. The ejection ratio from the first layer to the fifth layer was 35/38/20/6/1 in terms of radius.
[0056]
Next, the strand fiber was passed through the center of the light irradiating portion disposed at equal intervals in a circular manner at 12 chemical lamps having a length of 120 cm and passing through 40 W chemical lamps after passing through each layer interdiffusion treatment portion having a length of 55 cm, and 170 cm / min. It was taken up with a nip roller at a speed of.
[0057]
The obtained optical transmission body had a radius of 0.3 mm, the refractive index distribution was 1.512 at the center and 1.468 at the outer periphery, and the distribution was as shown in Table 3. When both ends of this optical transmission body were polished to a lens length of 4.2 mm and the characteristics of this single lens were measured using a 6 line pair / mm grating, the results shown in Table 3 were obtained.
[0058]
Furthermore, using this optical transmission body, two phenolic resins (thickness 1.2 mm) are used for the side plates, and an epiform (manufactured by Somar) to which 2 wt% of carbon black is added is used as the adhesive. The optical transmitters were arranged in a row and filled with an adhesive, the adhesive was cured, and then both end surfaces were cut and polished to produce a lens array with a lens length of 4.2 mm. The characteristics of this lens array were measured using a 6 line pair / mm grating, and the results shown in Table 4-1 were obtained. Also, FIG. 9 shows the relationship between the conjugate length and the MTF characteristic for light emitted from the RGB three primary color LEDs having peak wavelengths of 650 nm, 525 nm, and 470 nm. As can be seen from this figure, the MTF does not exceed 50% in the three wavelength regions at any conjugate length. Table 4-2 shows the conjugate length at which the array exhibits the best characteristics and the MTFs for the three wavelengths, which are insufficient.
[0059]
Using this optical transmitter array, an image scanner was constructed using LEDs of RGB three primary colors having peak wavelengths of 650 nm, 525 nm, and 470 nm or a white light source as a light source and a CCD as a light receiving element. When this image scanner is used with monochromatic light of 525 nm, a clear image can be formed. However, when light of other wavelengths is involved, the MTF deteriorates and a clear image cannot be obtained.
[0060]
Comparative Example 2
In Comparative Example 1, a light absorber was mixed into the stock solution as shown in Table 2, and the lens was shaped by the same operation as in Comparative Example 1 except that the photopolymerization intensity was changed. The refractive index distribution of the lens was the same as in Comparative Example 1. The light absorber-containing regions of the lens are shown in Table 3.
[0061]
The characteristics of the lens and lens array were measured under the same conditions as in Comparative Example 1, and the results shown in Table 3, Table 4-1, Table 4-2, and FIG. 10 were obtained. The performance of the image scanner was not sufficient.
[0062]
Example 1
In Comparative Example 1, a lens was formed by the same operation as in Comparative Example 1 except that the stock solution was mixed with a light absorber as shown in Table 2 and the photopolymerization intensity was changed. The refractive index distribution of the lens was the same as in Comparative Example 1. The light absorber-containing regions of the lens are shown in Table 3.
[0063]
The characteristics of the lens and lens array were measured under the same conditions as in Comparative Example 1, and the results shown in Table 3, Table 4-1, Table 4-2, and FIG. 11 were obtained. The image scanner assembled in the same manner as Comparative Example 1 using the LED light source of Comparative Example 1 was able to form a good image.
[0064]
Example 2 to Example 4
In Comparative Example 2, a light absorber was mixed in the stock solution as shown in Table 2, and the lens was shaped by the same operation as in Comparative Example 2 except that the photopolymerization intensity was changed. The refractive index distribution of the lens was the same as in Comparative Example 1. The light absorber-containing regions of the lens are shown in Table 3.
[0065]
The characteristics of the lens and lens array were measured under the same conditions as in Comparative Example 1, and Table 3, Table 4-1, Table 4-2, FIG. 12 (Example 2), FIG. 13 (Example 3), or FIG. The result of (Example 4) was obtained.
[0066]
Each image scanner assembled in the same manner as in Comparative Example 1 using the LED light source of Comparative Example 1 in Example 2 and Example 3 was able to form a good image.
[0067]
The image scanner assembled in the same manner as in Comparative Example 1 in Example 4 was able to form a good image both when an LED light source was used and when a white light source was used.
[0068]
[Table 2]

[0069]
[Table 3]

[0070]
[Table 4]

[0071]
【The invention's effect】
The present invention provides an optical transmitter and an optical transmitter array that simultaneously satisfy a short conjugate length, brightness, and low chromatic aberration. In addition, a method for transmitting a clear image with a small light source and a small space is provided. Furthermore, a compact color image scanner is provided that does not require many light sources.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an optical transmission body of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical transmission body of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an optical transmission body of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical transmission body of the present invention.
FIG. 5 is an example of a refractive index distribution characteristic of the optical transmission body of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the absorption characteristics of Blue 4G used in the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the absorption characteristics of HD-180 used in the present invention.
FIG. 8 is a schematic view of a manufacturing apparatus for manufacturing the optical transmission body of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the conjugate length and the MTF characteristic for the three primary color LEDs of the optical transmission element array of Comparative Example 1;
10 is a diagram showing the relationship between the conjugate length and the MTF characteristics for the three primary color LEDs of the optical transmission element array of Comparative Example 2. FIG.
11 is a graph showing the relationship between the conjugate length and the MTF characteristics for the three primary color LEDs of the optical transmission element array of Example 1. FIG.
12 is a graph showing the relationship between the conjugate length and the MTF characteristics for the three primary color LEDs in the optical transmission element array of Example 2. FIG.
13 is a graph showing the relationship between the conjugate length and the MTF characteristics for the three primary color LEDs in the optical transmission element array of Example 3. FIG.
14 is a graph showing the relationship between the conjugate length and the MTF characteristic for the three primary color LEDs of the optical transmission element array of Example 4. FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating a method of measuring an MTF (moduration transfer function) that is a measure of the resolution of a rod lens array.
FIG. 16 is a diagram showing the wavelength dependence of MTF of a plastic rod lens array (Mitsubishi Rayon Co., Ltd .: RA89S).
FIG. 17 is a diagram showing the wavelength dependence of MTF of a glass rod lens array (Nippon Sheet Glass Co., Ltd .: SLA20D).
[Brief description of symbols]
1 Lens material
2 Light absorber containing layer
3 Outermost periphery without light absorber
5 Two types of light absorber containing layers
10 Concentric composite nozzle
12 Interdiffusion section
13 Curing section
15 Optical transmitter
19 Light source
20 Spectrometer
21 Diffuser
22 Reference rectangular grid
23 Optical Transmitter Array
24 CCD image sensor

Claims (4)

Refractive index distribution type optical transmission comprising a light absorber that absorbs only light in a specific wavelength region in the visible light and near infrared light region in the outer peripheral portion of the refractive index distribution type optical transmission member having a circular section having a radius r. The specific wavelength region is a discontinuous two region, and the centers of the two specific wavelength regions are set to a visible light region having a wavelength of 400 to 500 nm and a wavelength of 600 to 700 nm, respectively. An optical transmission body . An optical transmitter array in which a plurality of the optical transmitters according to claim 1 are arranged in parallel. From one end of claims 1 optical transmission article array of light transmission member or claim 2 wherein the wherein the light is incident emitted from RGB3 primary colors LED light source or a white light source, the other end of the optical transmission member or optical transmission article array A method of emitting transmitted light from a light source. A color image sensor in which a light source, the light transmitter array according to claim 2 and a light receiving sensor are sequentially arranged.

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