JPH0252241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、屈折率分布を形成した集束性の光フ
アイバ、光導波路あるいは屈折率分布型レンズ等
に利用しうる合成樹脂光伝送体及びその製造方法
に関する。

〔発明の背景〕

従来、ガラス又は合成樹脂から成る光伝送体が
種々開発されており、例えば医療機器、デイスプ
レイ装置、光表示装置の分野のみならず、最近で
は光通信機器などの情報伝達機器の分野にまで用
途が広がつている。これらの伝送体には比較的高
い屈折率を有するコア部分と比較的低い屈折率を
有するクラツド層よりなるステツプインデツクス
形のものと周辺部から中心軸に向つて連続的に屈
折率が増大する屈折率分布を有するグレーテイツ
ドインデツクス形のものがあり、最近、合成樹脂
において後者の構造を有する伝送体が開発される
ようになつてきた。しかし、その製造は極めて難
しく、現在まだ実用に供するものは製造されてい
ない。

これまでに開発された屈折率分布型の光伝送用
合成樹脂体の製法としては、例えば金属イオン交
換による方法、屈折率の異なる２種類以上の透明
な重合体混合物より成る合成樹脂体から特定成分
を溶剤によつて抽出させる方法、高屈折率金属イ
オンを脱着するなどの外部への拡散による方法、
合成樹脂の半ゲル化した材料に屈折率の異なる単
量体を内部拡散させて重合させる方法、あるいは
屈折率の異なる２種類の単量体を混合して予備重
合させ、表面より未重合単量体を選択的に揮発さ
せた後再び重合を行つて屈折率を変化させる方法
によるもの等が知られている。しかし、これらの
製造方法による光伝送用合成樹脂は溶剤や単量体
溶液に浸したりあるいは半ゲル化した合成樹脂を
用いるために、合成樹脂が変形したり、浸食され
る等の問題がある。さらに、金属イオン交換法等
で用いられている金属イオンを含有するスチレン
とメタクリル酸の共重合体やα―オレフインや
α，β―エチレン型不飽和カルボン酸との共重合
体などから成るアイオノマーは一般に光学部品と
して使うには透明性の点で問題があり、光伝送用
の合成樹脂としては適当でない。また、半ゲル状
の合成樹脂に内部拡散した単量体を新たに重合さ
せることは製造工程が多くなると共にラジカル重
合反応の制御が困難になるため、屈折率分布の制
御が非常に難しいという欠点があつた。この欠点
は２種類の単量体を混合して予備重合させ、表面
より未重合単量体を揮散させた後、再重合させる
方法においても同様に問題となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術の問題点を解決し、
合成樹脂中に導入した有機カルボン酸の濃度を連
続的に変化させることによつて屈折率分布を形成
した集束性の光フアイバ、光導波路、あるいは屈
折率分布型レンズ等の合成樹脂光伝送体及びその
製造方法を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明を概説すれば、本発明は合成樹脂光伝送
体の製造方法に関する発明であつて、有機カルボ
ン酸の金属塩を含有する透明な合成樹脂の中心軸
から周辺に向つて有機カルボン酸の連続的な濃度
変化をもたせることによつて屈折率分布を形成し
てなる合成樹脂光伝送体の製造方法において、該
有機カルボン酸の金属塩を含有する透明な合成樹
脂が、下記一般式： 〔式中R₁は水素原子又はメチル基、Ｍは金属元
素、ｎは金属の原子価、R₂は炭素４以上の有機
基を表わす〕で表わされる単位を含有する共重合
体であり、該合成樹脂を、式R₂COOH〔R₂は前記
と同じ意味を有する〕で表わされる有機カルボン
酸を溶出する有機溶媒で処理してその合成樹脂の
表面から該有機カルボン酸を外部へ拡散させるこ
とによつて有機カルボン酸の連続的な濃度変化を
生ぜしめて屈折率分布を形成することを特徴とす
る。

本発明者等は、前記従来技術の欠点を改善すべ
く鋭意研究を重ねた結果、特定の有機カルボン酸
はその濃度を変化させることにより透明樹脂の屈
折率を調整しうることを知り、この屈折率調整用
の有機カルボン酸を金属塩の形で高分子鎖中に導
入した透明な合成樹脂を合成し、そして合成樹脂
そのものは変質させず、有機カルボン酸のみを溶
解するような溶媒で処理することにより有機カル
ボン酸を外部へ拡散させて、合成樹脂の中心部か
ら表面に向つて連続的に有機カルボン酸の濃度変
化をもたせることによつて所定の屈折率分布を形
成しうることを見出だし、本発明に到達した。

即ち、炭素数４以上の飽和または不飽和の基を
有する有機カルボン酸が合成樹脂の屈折率調整用
として機能することを見出だし、該有機カルボン
酸を水素結合またはイオン結合などを介して合成
樹脂中の高分子側鎖に結合せしめた合成樹脂を製
造し、ついで該合成樹脂を有機カルボン酸を溶出
しうる有機溶媒で処理して所定の屈折率分布を有
する合成樹脂光伝送体を得るものである。

次に、有機カルボン酸を結合させた合成樹脂並
びにその製法について概説すると、メタクリル酸
もしくはアクリル酸と炭素数４以上の飽和または
不飽和の基を有する有機カルボン酸との混合物の
金属塩を、ラジカル重合可能な単量体と共重合さ
せることにより透明な合成樹脂を合成する。この
合成樹脂は少なくとも一般式 〔式中R₁は水素またはメチル基、Ｍは金属原子、
ｎは金属の原子価、R₂は炭素数４以上の飽和ま
たは不飽和の有機基を表わす〕で表わされる基を
有しており、一般式R₂COOH〔R₂は前記と同じ意
味を有する〕で表わされる有機カルボン酸が金属
とイオン結合して、または一部遊離の形で存在し
ている。

そして、本発明の金属を含む合成樹脂は高分子
側鎖にかさ高い分子がイオン結合しているため、
樹脂の結晶化がおさえられ、従来のアイオノマー
に比し光学的透明性が大巾に向上することもわか
つた。

これらの合成樹脂は目的とする光伝送体の種類
に応じて繊維状、棒状、板状に既知の方法によつ
て成形する。このようにして成形した合成樹脂
を、合成樹脂は溶解しないが、上記屈折率調整用
の有機カルボン酸を溶解するような有機溶媒、例
えばアルコール類、ケトン類、エーテル類に室温
又は加温しながら一定時間浸漬することによつて
上記有機カルボン酸を合成樹脂表面から溶媒内へ
拡散させることができる。

この時、浸漬温度と時間を調整することによつ
て屈折率分布の状態を自由に変えることができる
が、通常、上記カルボン酸の拡散が合成樹脂の中
心軸まで到達した時点をもつて浸漬操作を停止
し、常圧または減圧下に加熱乾燥する。

なお、プラスチツク光フアイバを製造する場合
には、棒状に成形した合成樹脂に屈折率分布を形
成させた後紡糸して繊維状としても良い。

本発明における屈折率調整用の有機カルボン酸
としては炭素数４以上の飽和又は不飽和の基を有
する有機カルボン酸であれば何れでも使用できる
が、屈折率分布を形成する方法によつて適当なも
のを選ぶことができる。すなわち、本発明におい
て合成樹脂体の表面から中心軸に向けて屈折率を
連続的に高くしようとするならば、高屈折率のベ
ンゼン核二重結合、又はハロゲン（ただしフツ素
は除く）を含有する有機カルボン酸を用いる必要
がある。その例としては、例えばケイ皮酸、３―
フエニルプロピオン酸、４―フエニル酪酸、マレ
イン酸モノベンジル等がある。一方、合成樹脂体
の表面から中心軸に向けて屈折率を連続的に低く
しようとするならば、低屈折率の飽和脂肪族カル
ボン酸か水素の一部又はすべてのフツ素で置換し
たフツ化炭化水素基を有する有機カルボン酸を選
ぶことができる。

光伝送用合成樹脂体の屈折率分布は、金属を含
有する共重合体の組成、合成樹脂の寸法、形状、
合成樹脂内の屈折率調整用の有機カルボン酸の種
類及び濃度、溶媒の種類、外部拡散処理の温度及
び時間等によつて決まる。

以上のような本発明の製造方法によつて、各種
の形状及び性能を有する合成樹脂光伝送体を得る
ことができることがわかつた。これらの具体例の
いくつかを図面を用いて説明する。

第１図は、中心軸から周辺部に向かつて連続的
に屈折率が低下しているフアイバ状光伝送体及び
その製造工程を示す概略図であり、伝送体１の端
部より入射した光２は内部を全反射することなし
に、連続的に自己集束しながら進行するものであ
る。これは、光線の位相速度及び反射損失が防止
されているため、光パルス多重通信及び画像伝送
が可能な光伝送体として使用できる。

第２図は、平面内に作成された光導波路及びそ
の製造工程を示す概略図で、合成樹脂の断面図で
示した。高屈折率の有機カルボン酸を含有する合
成樹脂３（ａ図）の表面に金属又は有機の薄膜な
どからなるマスク４を作成した（ｂ図）後、溶媒
５に浸漬して、上記高屈折率の有機カルボン酸を
溶媒中に拡散させ、光導波路部分６を形成する。
その後、金属又は有機薄膜などのマスクは酸又は
有機溶剤などで溶解除去する。これは光IC等の
導波路として応用が期待できるものである。

第３図は、平面内に作成された光導波路及びそ
の製造工程を示す概略図である。低屈折率の有機
カルボン酸を含有する合成樹脂７に第２図と同様
にマスク４を作成した（ａ図）後、溶媒に浸漬し
て、上記低屈折率の有機カルボン酸を溶媒中に拡
散させ、光導波路部分６を形成する（ｂ図）。そ
の後、マスクを溶解除去し、表面を低屈折率材料
８で被覆する（ｃ図）。

第４図は、平面内に作成された光導波路及びそ
の製造工程を示す概略図である。高屈折率の有機
カルボン酸を含有する合成樹脂３を用いて、第３
図と同様な方法で光導波路部分を形成する。

第５図は中心軸から周辺部に向かつて連続的に
屈折率が低下している屈折率分布型レンズ９の模
式図である。

第５図において、左端から入射された光２は、
レンズ９の右端で収束しており、薄く切断するこ
とによりレンズとして使用しうる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例について説明する。なお、
部は重量部を意味する。

実施例 １ ２―ヒドロキシエチルメタクリレート25部を含
むベンゼン中にアクリル酸24部、ケイ皮酸21部を
溶解して45℃に保持しながら、水酸化バリウム８
水塩を90℃で２日間空気中乾燥を行つた水酸化バ
リウムの１水和塩〔Ba（OH）₂・H₂O〕30部を
徐々に加えて反応を行わせた。この溶液に含まれ
る水とベンゼンを減圧下で除いて単量体組成物を
得た。この組成物50部、ビニルトルエン50部及び
重合開始剤としてジミリスチルポーオキシカーボ
ネート0.2部からなる混合液を内径３mm、長さ200
mmのポリエチレンチユーブに入れ、両端を閉じて
60℃で４時間、さらに90℃で４時間硬化した後、
透明な重合体を取出した。その後、この透明重合
体をエタノールに浸漬し、約70℃で７時間放置
し、次にこれを50℃で３時間乾燥した。

得られた棒状重合体の化学分析を行つたとこ
ろ、表面部におけるケイ皮酸又はケイ皮酸の陰イ
オンの存在は極くわずかであつた。一方、中心部
は初期に重合した透明重合体とほぼ同等の組成で
あることがわかつた。中心部の屈折率は1575であ
り、また、表面部の屈折率は1556であつた。これ
らのことから、ケイ皮酸又はケイ皮酸の陰イオン
の濃度が中心軸より周辺部に連続的に低下してお
り、屈折率分布を形成した棒状体が作成されてい
ることが確認できた。

次にこの棒状重合体の両端15mmを切断し、その
端面を中心軸に垂直な平面となるよう研磨し、棒
の一端より光を入射させると、光は棒状内部を全
反射することなしに、自己集束的に進行すること
が確かめられた。

以上のことにより、この棒状体は第１図のよう
な構造を有する光伝送体として使用できることが
確かめられた。

実施例 ２ 実施例１の単量体組成物55部、ビニルトルエン
45部及びジミリスチルパーオキシカーボネート
0.2部からなる混合液を、シリコーンで離型処理
した30×50mmのガラス板及び２mmシリコーンゴム
ガスケツトから成る鋳型の中に流し込み、60℃で
４時間、さらに90℃で４時間硬化した。次に、５
×50×0.1mmのフイルムをマスクとして先の平板
状の透明重合体に密着させ、メタクリル酸タリウ
ム塩を含むエタノールに浸漬し、約70℃で４時間
放置し、次にマスクをはがしてこれを45℃４時間
乾燥した。ここで、エタノールに含まれるメタク
リル酸タリウムは外部拡散の速度を調節するため
に新たに加えた成分である。

得られた透明な板の端面を研磨し、一端より光
を入射させると、光はマスクでおおわれていた部
分を全反射することなしに屈曲しながら進行する
ことが確かめられた。

以上のことにより、この透明な板は第２図に示
すような光導波路部分を形成しているのがわか
る。

実施例 ３ ２―ヒドロキシエチルメタクリレート34部にア
クリル酸18部、カプリン酸11部を溶解して45℃に
保持しながら、水酸化バリウム８水塩37部を徐々
に加えて反応を行わせた。この溶液に含まれる水
を減圧下で除いて単量体組成物を得た。この組成
物67部、スチレン33部及び重合開始剤としてジミ
リスチルパーオキシジカーボネート0.2部からな
る混合液を、シリコーン離型した30×50mmのガラ
ス板及び２mmのシリコーンゴムガスケツトからな
る鋳型の中に流し込み、60℃で４時間、さらに90
℃４時間硬化した。次に、第３図に示すような形
状を有するフイルムをマスクとして先の平板状の
透明重合体に0.2mmの間隔をおいて密着させ、ア
セトンに浸漬し、約50℃で４時間放置した後、マ
スクをはがしてこれを45℃３時間乾燥した。

得られた透明板の端面を研磨し、一端より光を
入射させると、光はマスクでおおわれていない部
分を全反射することなしに屈曲しながら進行する
ことが確かめられた。以上のことにより、この透
明な板は第３図に示すような光導波路部分を形成
しているのがわかる。

実施例 ４ メタクリル酸45部、オクタフルオロカプロン酸
（Ｈ（CF₂CF₂）₂CH₂COOH）19部をベンゼンに溶
解して50℃に保持しながら、一酸化鉛（PbO）36
部を徐々に加えて反応を行わせた。この溶液に含
まれる水とベンゼンを減圧下で除いて単量体組成
物を得た。この組成物60部、クロルスチレン40部
及び重合開始剤としてジミリスチルパーオキシジ
カーボネート0.2部からなる混合液を、実施例３
と同様の方法で重合体を行つた。次に、第３図に
示すような形状を有するフイルムをマスクとして
先の平板状の透明重合体に0.2mmの間隔をおいて
密着させ、エタノールに浸漬し、約70℃で４時間
放置し、次にマスクをはがしてこれを45℃４時間
乾燥した。

得られた透明な板の端面を研磨し、一端より光
を入射させると、光はマスクでおおわれていない
部分を全反射することなしに屈曲しながら進行す
ることが確かめられた。以上のことから、この透
明板は第３図に示すような光導波路部分を形成し
ているのがわかる。

実施例 ５ 実施例１で得られた屈折率分布を有する棒状体
を光線の進路周期が1/4波長になるような長さで
切断した。この端面を研磨し、棒の一端より光を
入射させると、光は自己集束して像を結ぶことが
確かめられた。そのため、この棒状体は第５図に
示すような構造を有する屈折率分布型レンズとし
て使用できることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、合成樹脂のもつ透明性等の性
質を損うことなく比較的簡単な工程により合成樹
脂光伝送体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

各図は、本発明により、製造される合成樹脂光
伝送体の例を示すもので、第１図は、中心軸から
周辺に向かつて連続的に屈折率の低下した本発明
のフアイバ状光伝送体の模式図、第２図〜第４図
は、平面内部に屈折率の異なる光導波路部分を有
する光伝送体及びその製造工程の概略図、第５図
は、中心軸から周辺に向かつて連続的に屈折率の
低下した屈折率分布型レンズの模式図である。 １……フアイバ状光伝送体、２……入射光、３
……高屈折率の有機カルボン酸を含有する合成樹
脂、４……マスク、５……溶媒、６……光導波路
部分、７……低屈折率の有機カルボン酸を含有す
る合成樹脂、８……被覆材、９……屈折率分布型
レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有機カルボン酸の金属塩を含有する透明な合
   成樹脂の中心軸から周辺に向つて有機カルボン酸
   の連続的な濃度変化をもたせることによつて屈折
   率分布を形成してなる合成樹脂光伝送体の製造方
   法において、該有機カルボン酸の金属塩を含有す
   る透明な合成樹脂が、下記一般式： 〔式中R₁は水素原子又はメチル基、Ｍは金属元
   素、ｎは金属の原子価、R₂は炭素４以上の有機
   基を表わす〕で表わされる単位を含有する共重合
   体であり、該合成樹脂を、式R₂COOH〔R₂は前記
   と同じ意味を有する〕で表わされる有機カルボン
   酸を溶出する有機溶媒で処理してその合成樹脂の
   表面から該有機カルボン酸を外部へ拡散させるこ
   とによつて有機カルボン酸の連続的な濃度変化を
   生ぜしめて屈折率分布を形成することを特徴とす
   る合成樹脂光伝送体の製造方法。