JPH01319703A

JPH01319703A - 合成樹脂光発散素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01319703A
Application number: JP63154078A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Otsuka; 大塚　保治; Yasuhiro Koike; 康博小池; Koichi Maeda; 浩一前田; Motoaki Yoshida; 元昭吉田
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1989-12-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、光発散効率を高めた合成樹脂光発散素子に関
するものである。

〈従来技術〉下記＋１）式で近似されるような屈折率分布を有する透
明棒状体は、凸レンズ作用を有し、棒状体中を進む光束
は中心軸に沿って蛇行する。その周期りは（２）式で表
される。ここでｎｏは中心軸からｒの距離にある屈折率
、Ａは正の定数（屈折率分布定数）である。

ｎ　（ｒ）　＝ｆｉ、　　（Ｉ　　Ａｒ”　／２）　　
　　（１）Ｌ＝２π／Ａ＋　／ｚ　　　　　　　　　　
　　（２）また、屈折率分布が（３）式で表される場合
には凹レンズ作用を示す。ここでＢは正の定数である。

ｎ　（ｒ）　＝ｎｏ　　（１＋Ｂ　ｒ２／　２）　　　
　（３１従来、上記（１）式で表される屈折率が中心軸
から周辺に向かって徐々に低くなる屈折率分布を有する
光伝送体は、その屈折率分布による光の伝送性、集光性
から光伝送用ファイバー、マイクロレンズ等に用いられ
ている。

ガラス製マイクロレンズとしては日本板硝子（株）から
セルフォックゝレンズとして市販され、光通信分野、光
情報処理分野で注目されている。

特に、アレイ化したセルフォック８レンズアレイは、複
写機、ファックス、プリンター等の分野で読み取り系レ
ンズとして広く使用されている。

しかし、上記（３）式で表される屈折率が中心軸から周
辺に向かって徐々に高くなる屈折率分布を有する光伝送
体はその屈折率分布によって光が発散されるために、応
用範囲が限られていた。

また、上記（１）式あるいは（３）式で表される屈折率
分布を有する合成樹脂製光伝送体の製造方法としては、
特開昭４８−９０２５４、特開昭５１−１６３９４、特
開昭５１−８７０４９、または特開昭５４−１）９９３
９などに述べられている。

一方、最近は溶液中などに効率良く一様に光をみちびき
たいという要求が出てきている。この要求を満たすため
に、現在は光の発散効率を高めるために外周表面を散乱
面にした屈折率均一な透明棒状体が用いられている。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、屈折率均一な透明棒状体を使用した場合
は外周表面を散乱面にしても屈折率の関係から多くの光
は棒状体を通過するため、光の発散効率が低いのが問題
点である。従って、実際の要求には不十分である。

く問題点を解決するための手段〉上記従来の問題点を解決するために、本発明は屈折率が
中心軸から周辺に向かって徐々に高くなる屈折率分布を
有する合成樹脂光発散型光伝送体を用い、その外周表面
を散乱面にすることによって光発散効率を大幅に高めた
。かかる素子を製造する好適な方法としては、屈折率Ｎ
ａの網状重合体ｐａを生成する１種または複数種の単量
体Ｍａを不完全に重合させて自己保形成を有する透明ゲ
ル状母材を形成する工程、前記透明ゲル状母材重合体（
共重合体を含む）Ｐｂ（その屈折率をＮｂとし、Ｎａ＜
Ｎｂである）を形成する１種または複数種の単量体Ｍｂ
を液相状態、気相状態または霧滴状態で拡散させつつ重
合させる工程、及び重合を完結させる工程を経て屈折率
が中心軸から周辺に向かって徐々に高くなる屈折率分布
を有する合成樹脂光発散型光伝送体を得た後、その外周
表面を機械的方法、化学的方法により散乱面にする。

上記方法において単量体Ｍａとしては重合して透明で屈
折率がＮａの網状重合体Ｐａを生成することができる単
量体が使用されるが、この単量体は単一の単量体であっ
ても複数種の単量体混合物であってもよい。このような
単量体Ｍａとしてはアリル基アクリル酸基、メタクリル
酸基及びビニル基のような二重結合を含む基を各々２個
以上有するか、これらのうちの２種類以上を同時に有す
る単量体が好適である。次に単量体Ｍａの具体例を挙げ
る。

（１）　　アリル化合物及びその混合物フタル酸ジアリ
ル、イソフタル酸ジアリル、テレフタル酸ジアリル、ジ
エチレングリコールビスアリールカーボネート等のジア
リルエステル；トリメリド酸トリアリル、リン酸トリア
リル、亜リン酸トリアリル等のトリアリルエステル；メ
タクリル酸アリル、アクリル酸アリル等の不飽和酸アリ
ルエステル。

（２）　　Ｒ＋　−Ｒｚ　　Ｒｚで表される化合物及び
その混合物Ｒ，及びＲ１かいずれもビニル基、アクリル基、ビニル
エステル基、またはメタクリル酸基である化合物；Ｒ１
及びＲ１のいずれか一方がビニル基、アクリル基、メタ
クリル酸基及びビニルエステル基の４つの基のうちいず
れかである化合物。

ここでＲ２は以下に示される２価の基のうちから選択で
きる。

（３）上記（１）と（２）の単量体の混合物、またはモ
ノビニル化合物、ビニルエステルＩＩＭアクリル酸エス
テル類の５種のうちから少なくとも１種と上記（１）ま
たは（２）の単量体（またはその混合物）との混合物。

本発明において、単量体Ｍｂとしては、それが重合した
ときに上記屈折率Ｎａより大きい屈折率Ｎｂを有する透
明な重合体ｐｂを形成するものが選ばれる。この単量体
Ｍｂは単一の単量体であっても複数種の単量体混合物で
あってもよい。また、重合体Ｐｂは網状重合体、線形重
合体のいずれであってもよい。

これらＮａ、Ｎｂの屈折率差Ｎｂ−Ｎａは０．００５以
上であることが望ましく、この差が小さすぎると所望の
屈折率勾配が得られない。

また、特に単量体Ｍｂを気相状態で拡散させる場合は比
較的高い蒸気圧を有するものであるのが好ましく、例え
ば拡散温度において５ｍｍ１）ｇよりも高い飽和蒸気圧
を有するものが好ましい。このような単量体の例として
はスチレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステ
ル、アリルエステル、酢酸ビニル、塩化ビニル及びこれ
らの混合物が挙げられる。

〈作　用〉本発明によれば、透明棒状体の内部に、屈折率が中心軸
から周辺に向かって徐々に高くなる屈折率分布が存在し
ているため、入射された光はその屈折率分布によって外
周表面方向に強制的に曲げられ、発散する。従って、外
周表面を散乱面に加工すれば光の発散効率は、従来の散
乱外周表面を有する均質な透明棒状体と比較して非常に
増大する。

つまり外周表面が鏡面状態である場合、外周面に到達し
た光の一部は空気との界面で反射してしまい外側へ発散
しないので、発散効率が悪くなる。

〈実施例〉以下、本発明を実施例を用いて更に詳細に説明する。

実施例１重合開始材として３．Ｏｗｔ％過酸化ヘンゾイル（ＢＰ
Ｏ）を？溶解させたジエチレングリコールビスアリール
カーボネート（ＣＲ−３９、ポリマー屈折率１．５０）
を３ｍｍφのテフロンチューブ中で８０℃４６分加熱し
て予備重合し、自己保形性のあるゲルロッド（ＧＲ）を
得た。このゲルロッドをＮｔガスによりテフロンチュー
ブから押しだし、メタクリル酸ベンジル（ＢｚＭＡ、ポ
リマー屈折率１．５７）液中に４０℃１０分間浸せきし
ＧＲ中にＢｚＭＡを拡散共重合させた。その後、８０℃
１６時間加熱し重合を完結させた。

こうして、屈折率が中心から周辺に向けて徐々に高くな
る合成樹脂製光発散型光伝送体を得た。

製造した合成樹脂製光発散型光伝送体は周辺まで（３）
弐に相当する屈折率分布を有しており、その屈折率差は
約０．０３あった。

その屈折率分布曲線を第１図（Ａ）に示す。

その後、光発散効率を高めるため、この光発散型光伝送
体の外周面をサンドペーパー（＃２４０）で処理して凹
凸散乱面とした。このようにして得られた光発散素子の
反射光強度を以下のようにして測定した。

側面からの反射光強度を測定するために図２の様な装置
を用いた。偏光板２Ａを通過させたＨｅ−Ｎｅレーザー
光源１のビーム径をエキスパンダー３にて拡大し偏光板
２Ｂ及び直径２ｍｍのピンホール４を通過後、得られた
光発散素子（直径３．８ｍｍ）　５の端面に入射させた
。素子５側面からの反射光強度は、ＴＶカメラ６にカメ
ラコントローラ７を介して接続したインテンシテイ−デ
イスプレィ装置８を用いて測定した。その測定結果を第
３図（ａ）に示す。比較例として屈折率均一の素子の場
合も第３図（ｃ）に示した。屈折率均一の素子の場合は
殆ど発散光は観察されなかったが、本実施例の素子の完
敗光強度は非常に大きいことがわかる。

実施例２実施例１と同様に重合開始剤として３．Ｏｗｔ％ＢＰＯ
を溶解させたＣＲ−３９を４１φのテフロンチューブ中
で８０℃４６分加熱して予備重合し、自己保形性のある
ＧＲを得た。このＧＲをＢｚＭＡ４０℃３０分間浸せき
しＧＲ中にＢｚＭＡを拡散共重合させた。その後、８０
℃１６時間加熱し重合を完結させた。

製造した合成樹脂製光発散型光伝送体は中心から周辺ま
でほぼ直線状の屈折率分布を有しておりその屈折率差は
約０．０１５であった。その屈折率分布曲線を第１図（
Ｂ）に示す。

その後、実施例１と同様に光発散効率を高めるためこの
光発散型光伝送体の外周面をサンドペーパー（＃２４０
）で処理した。

このようにして得られた光発散素子の反射光強度を実施
例１と同様にして測定した。

その測定結果を屈折率均一な素子の場合と比較して第３
図（ｂ）に示す。本実施例の素子の発散光強度は非常に
大きいことがわかる。

〈発明の効果〉本発明によれば、屈折率均一な透明体の側周面を光散乱
面とした従来のものに比べて、光の発散効率が非常に良
好であり、したがって液中等において光を周囲均一に照
射する場合等に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる屈折率分布素子の例を示す屈折
率分布グラフ、第２図は本発明の素子の発散光強度を測
定する装置の一例を示す側面図、第３図は本発明品（ａ
、ｂ）と従来品（Ｃ）との発散光強度の比較を示すグラ
フである。１・・・レーザ光源、２Ａ、２Ｂ・・・偏光板、３・・
・ビームエキスパンダー、４・・・ピンホール、５・・
・光発散素子、６・・・ＴＶカメラ、７・・・カメラコ
ントローラ、８・・・インテンシテイ−デイスプレィ装
置。特許出願人　　日本板硝子株式会社合成樹脂製光発散型光伝送体の屈折率分布第１図発散光強度測定装置第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）屈折率が中心軸から周辺に向かって徐々に高くな
る屈折率分布を有する合成樹脂光伝送体の外周表面を散
乱面とした合成樹脂光発散素子。
（２）屈折率Ｎａの網状重合体Ｐａを生成する１種また
は複数種の単量体Ｍａを不完全に重合させて自己保形成
を有する透明ゲル状母材を形成する工程、前記透明ゲル
状母材重合体（共重合体を含む）Ｐｂ（その屈折率をＮ
ｂとし、Ｎａ＜Ｎｂである）を形成する１種または複数
種の単量体Ｍｂを拡散させつつ重合させる工程、及び重
合を完結させる工程を含むことを特徴とする合成樹脂光
発散素子の製造方法。