JPH0980240A

JPH0980240A - 光伝送体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0980240A
Application number: JP7238450A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Uozu; 吉弘魚津; Yoshihiro Ieda; 善弘家田; Toshinori Sumi; 敏則隅
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】解像度が高いレンズ用等の光伝送体を提供す
る。【構成】中心から外周部に向かって屈折率が連続的に
減少してなる有機重合体製透明光伝送体において、この
有機重合体成分に非相溶な重合体成分が混在されたポリ
マーブレンド層をその外周部に有することを特徴とする
光伝送体。及び、中心から外周部に向かって屈折率が連
続的に減少してなる有機重合体製透明光伝送体を、この
有機重合体を溶解可能な単量体であって重合硬化後はこ
の有機重合体と非相溶である重合体となる単量体中に浸
漬してこの光伝送体を膨潤させた後にこの単量体を光重
合させることを特徴とする前記光伝送体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光集束性光ファイバ、光
集束性棒状レンズ、光センサー等種々の光伝送路として
利用できるプラスチック光伝送体及びその製造方法に関
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、合成樹脂体のものは特公昭
４７ー２８０５９号において提案されている。その後様
々な手法によりガラス製合成樹脂製の光伝送体が提案さ
れている。これらの光伝送体の１種として良く知られた
ものに屈折率分布型のものがある。この屈折率分布型光
伝送体は一般的には、その両端面を中心軸に垂直な平行
平面に鏡面研磨し、単体で微小レンズとして使用されて
いる。またその多数を密接配列して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
等のラインセンサ部品として、またＬＥＤプリンタの書
き込みデバイス等に広く用いられている。また、特定の
用途においては片端面または両端面を若干の曲率の球面
にして使用される。そして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おり、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
レア光が問題となる。

【０００３】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体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
ズ体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。

【０００４】上記のようなフレア光の発生防止のため、
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行って
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、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、樹脂がレンズ外周面の凹凸
に十分になじまず、局部的に未含浸部を生じ、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
と言う問題点があった。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。

【０００５】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
物を用いて削除した光伝送体及び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、溶剤の回収、切
削刃が非常に寿命が短い等の問題があった。

【０００６】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。

【０００７】これらにおいては、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】ところで、この方法に
より得られる光伝送体においては、光伝送体の最外層ま
で光吸収剤が存在しておりまた外周の方がその存在量が
多くなっている。そしてこれらの光伝送体を単レンズと
して用いる場合は他の部材と固着するために接着剤が用
いられる。また、光伝送体アレイとする場合にはレンズ
同志及び基板と固着させるために接着剤が用いられる。

【０００９】ところがこのように光伝送体の最外周部に
まで光吸収剤が存在しており更に外周部にいくにつれて
光吸収剤の量が多く存在している場合には、接着剤によ
って吸収剤が接着剤層に拡散する、接着剤と吸収剤が反
応して相互作用を起こす、吸収剤の光線吸収ピークがシ
フトする、接着剤の硬化が阻害される等の弊害が起こり
易い点が問題である。

【００１０】またこの方法では溶剤を用いるために光伝
送体内部に溶剤が残留して、この溶剤によってレンズ性
能が経時変化する点が問題である。また、溶剤を用いて
染色する方法では、溶剤処理によって光伝送体の外形寸
法が変化し寸法斑が生じやすい点も問題であった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、中心か
ら外周部に向かって屈折率が連続的に減少してなる有機
重合体製透明光伝送体において、この有機重合体成分に
非相溶な重合体成分が混在されたポリマーブレンド層を
その外周部に有することを特徴とする光伝送体にある。
また本発明の要旨は、中心から外周部に向かって屈折率
が連続的に減少してなる有機重合体製透明光伝送体を、
この有機重合体を溶解可能な単量体であって重合硬化後
はこの有機重合体と非相溶である重合体となる単量体中
に浸漬してこの光伝送体を膨潤させた後にこの単量体を
光重合させることを特徴とする前記光伝送体の製造方法
にある。

【００１２】以下、本発明の光伝送体及びその製造方法
について詳細に説明する。図１及び図２はそれぞれ本発
明の光伝送体の一例である屈折率分布型レンズの側断面
図、横断面図である。レンズ素材１は、中心軸４上の屈
折率をＮ₀、屈折率分布定数をＡとすれば、中心軸から
半径方向に距離ｒ離れた点での屈折率Ｎ（ｒ）が、ほぼ
次式の関係で表される屈折率分布を持つ透明な円柱体で
ある。

【００１３】Ｎ（ｒ）＝Ｎ₀（１−Ａｒ²）・・・・（１）本発明の光伝送体は、その外周部の屈折率分布が不整な
部分に、その有機重合体成分に非相溶な重合体成分が混
在された白化状態のポリマーブレンド層をその外周部に
有していることを特徴としている。このポリマーブレン
ド層は２以上のポリマーがある程度の大きさのドメイン
を形成し、光を散乱するために白色を呈する。レンズ外
周部近傍で発生するフレア光はこのポリマーブレンド層
によって効果的に散乱される。

【００１４】本発明における白化状態のポリマーブレン
ド層は外周部から１００μｍ程度以内の屈折率分布の不
整な部分に存在することが好ましい。また、そのポリマ
−ブレンド層の厚みはおよそ５〜１００μｍ程度である
ことが好ましい。

【００１５】理想的には屈折率分布の不整な部分の全体
に亘ってこのポリマーブレンド層が存在することが好ま
しいが、屈折率分布の不整な部分の一部分にでもポリマ
ーブレンド層が存在することによって、確実にその部分
に起因するフレア光の除去は行えるのでレンズ性能を向
上することができる。

【００１６】本発明に用いる光伝送体は有機重合体製の
ものである。この光伝送体は先ず公知の方法によって外
周部に屈折率分布不整がある有機重合体製の光伝送体前
駆体を製造し、次いでこの光伝送体前駆体の外周部に前
駆体を構成する有機重合体と非相溶な重合体を混在させ
ることによって製造することができる。

【００１７】このような製造方法の例として、光伝送体
前駆体を、その有機重合体を溶解可能な単量体であって
重合硬化後はその有機重合体と非相溶である重合体とな
る単量体中に浸漬してこの光伝送体前駆体を膨潤させた
後にこの単量体を光重合させる方法を挙げることができ
る。

【００１８】浸漬方法としてはバッチ法、連続法のいず
れも採用できる。また、単量体中への光伝送体前駆体の
浸漬時間，浸漬時の温度等によって含浸量、含浸部の厚
みの制御が可能であり、ポリマーブレンド層の厚みを制
御することができる。

【００１９】光伝送体前駆体は、特公昭４７−２８０５
９号公報に示されているような屈折率が相異なり、かつ
特定の溶剤に対する溶解度が異なる二以上の透明な重合
体を混合したものを棒状又はファイバー状にした後、前
記溶剤に浸漬して、該成型物の表面より前記重合体の一
部を抽出するという方法で製造することができる。ま
た、ヨーロッパ公開特許０２０８１５９号公報に示され
ているように少なくとも一種類の熱可塑性重合体（Ａ）
と、重合した場合に重合体（Ａ）と相溶し、かつ重合体
（Ａ）とは異なった屈折率の重合体となる単量体（Ｂ）
との均一混合物をロッド状に成形した成形体の表面よ
り、単量体（Ｂ）を揮散させることにより、該成型物の
表面から内部にかけて単量体（Ｂ）の連続的な濃度分布
を与えた後、該成型物中の未重合単量体を重合するとい
う方法によっても製造することができる。更に、特開平
３−１７４１０５号公報等に記載されているように未硬
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ｎがｎ₁＞ｎ₂＞ｎ₃・
・・・ｎ_N（Ｎ≧３）なるＮ個の未硬化状物質を中心か
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態のストランドフ
ァイバーに賦形し、該ストランドファイバーの各層間の
屈折率分布が連続的屈折率分布となるように隣接層間の
物質の相互拡散処理を施した後に、又相互拡散処理を施
しながら、未硬化ストランドファイバーを硬化処理する
ことによっても製造することができる。これらの中で
は、レンズ特性をより効果的に高められることを考慮す
ると、３番目に記載した相互拡散処理法によって製造さ
れた光伝送体前駆体を用いることが好ましい。

【００２０】光伝送体前駆体を構成する有機重合体Ａを
溶解可能であって重合硬化後はその有機重合体Ａと非相
溶である重合体Ｂとなる単量体ｂは、その重合硬化後に
おいて有機重合体Ａと非相溶であればよく、その種類は
特に限定されない。

【００２１】光伝送体前駆体を構成する有機重合体Ａと
してメチルメタクリレート、フッ素化アルキルメタクリ
レート、フッ化ビニリデン等の単独重合体、共重合体又
は単独重合体のブレンド物等を用いることができる。

【００２２】これらの有機重合体Ａと非相溶な重合体Ｂ
を形成する単量体ｂとしてはベンジルメタクリレート，
フェニルメタクリレート等の高屈折率の単量体が挙げら
れる。単量体ｂは混合物でもよく、これらの高屈折率単
量体同士の混合物あるいは他のメチルメタクリレート等
の単量体との混合物でもよい。これらの高屈折率単量体
単独ではレンズ外周部の組成物に対する溶解性が非常に
悪いために、実際にはメチルメタクリレート等との混合
物として用いることが好ましい。

【００２３】前記単量体ｂを重合硬化するには単量体中
に熱重合触媒あるいは光重合触媒を添加しておくことが
好ましい。熱重合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。光重合触媒としてはベン
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。

【００２４】光重合に用いる光源としては１５０〜６０
０ｎｍ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。

【００２５】

【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及びレン
ズ性能（ＭＴＦ）の測定は下記の方法により行った。

【００２６】（１）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。

【００２７】（２）レンズ性能（ＭＴＦ）の測定光伝送体の解像度を示すＭＴＦは、空間周波数４（ライ
ンペア／ｍｍ，Ｌｐ／ｍｍ）を有する格子、光軸に垂直
な両端面を研磨した単レンズあるいは図３の２３に示す
ような光伝送体を複数本並べたアレイ、及び光源を図３
に示すように配列し、結像面に設置したＣＣＤラインセ
ンサーにより格子画像を読みとり（図４）、その測定光
量の最大値（ｉ_MAX）と最小値（ｉ_MIN）を図４に示すご
とく測定し、次式により求めた。

【００２８】

【数式１】

【００２９】ここで空間周波数とは、図３の格子に示す
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。

【００３０】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）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（〔η〕＝０．４０，ＭＥＫ中，２５℃にて測定）
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
（〔η〕＝０．４０，ＭＥＫ中，２５℃にて測定）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（〔η〕＝０．４０，ＭＥＫ中，２５℃にて測
定）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７
０℃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（〔η〕＝０．４０，ＭＥＫ中，２５
℃にて測定）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。

【００３１】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。複合紡糸ノズルの温度は５
５℃であった。押し出し時の粘度は第１層の成分が４．
５×１０⁴ポイズ、第２層が３．８×１０⁴ポイズ、第３
層が３．５×１０⁴ポイズ、第４層が２．９×１０⁴ポイ
ズ、第５層が３．２×１０⁴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。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、７０ｃｍ／ｍｉｎの速
度でニップローラーで引き取った。

【００３２】得られた光伝送体は半径（ｒ₀）が０．４
７ｍｍ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。この光伝送体の両端面を研磨
してレンズ長６．６ｍｍとし、５７０ｎｍの波長の光に
よる４Ｌｐ／ｍｍの格子を用いて測定したところ、共役
長は１４．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは６５％
であった。またこの光伝送体を７４０ｎｍの波長におい
て同様に４Ｌｐ／ｍｍの格子を用いて測定したところ、
共役長は１５．４ｍｍであり共役長におけるＭＴＦは６
１％であった。

【００３３】この光伝送体を用い、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２重量％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６．６ｍｍのレンズアレイを製作し
た。５７０ｎｍの波長の光により、４Ｌｐ／ｍｍの格子
を用いて測定したところ、共役長は１４．４ｍｍであり
共役長におけるＭＴＦは６３％であった。

【００３４】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
キャナはフレア光による影響で解像度が若干低く画像を
クリアに伝送することが困難であった。

【００３５】比較例２比較例１で製造した光伝送体を温度３５℃のクロロホル
ム中に１分間浸漬して膨潤させた。次いでこの光伝送体
を半径０．２５ｍｍの穴をあけたシリコ−ンゴムの穴の
中を強制的に通過させた。光伝送体の外周部から半径方
向の３５μｍの深さの部分が削除された。

【００３６】得られた光伝送体の両端面を研磨して比較
例１と同様にして単レンズ、レンズアレを製作し、単レ
ンズ特性、レンズアレイ特性を評価し、表１の結果を得
た。

【００３７】この光伝送体アレイを７０℃に設定した熱
風乾燥機中に２４時間放置したところレンズ特性の変化
が起きた。レンズ特性を測定したところＭＴＦが約１０
％低下し、共役長が約１ｍｍ長くなっていた。これは、
レンズ中に残存するクロロホルムの拡散によるものと推
定された。

【００３８】実施例１ベンジルメタクリレート５０重量部，メチルメタクリレ
ート５０重量部，ハイドロキノン０．１重量部，１−ヒ
ドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．５重量部か
らなる光重合性単量体混合物を５０℃に加熱した槽を準
備した。

【００３９】比較例１の方法で製造した光伝送体を、こ
の槽の一端から他端に向けて４分間かけて連続的に通過
させることによって光伝送体の外周部から単量体混合物
を含浸させた。その後４ｋＷの水銀ランプ３本を配置し
た光重合部を通過させることによって単量体を重合硬化
させた。レンズの直径は９９０μｍとなり、レンズの有
効径は８７０μｍとなった。８７０μｍより外周部側の
部分では重合体成分が相分離して白化した。

【００４０】このようにして得られた光伝送体の両端面
を研磨して比較例１と同様にして単レンズ、レンズアレ
を製作し、単レンズ特性、レンズアレイ特性を評価し、
表１の結果を得た。

【００４１】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
キャナはフレア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。この光伝送体
を７０℃に設定した熱風乾燥機中に２４時間放置しても
レンズ特性は変化しなかった。また、その後同じ状態に
５００時間続けて放置してもレンズ特性は変化しなかっ
た。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【発明の効果】本発明の光伝送体は外周部の屈折率分布
が不整な部分に相互に非相溶な重合体が混在したポリマ
ーブレンド層が存在するためにフレア光を簡単に抑制す
ることができ、解像度の高いレンズ、レンズアレイを提
供することができる。また、本発明の製法では溶剤を用
いないために光伝送体内部に溶剤が残留して、レンズ性
能が経時変化するという問題も生じない。

【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】光伝送体の解像度（ＭＴＦ）測定装置の概略を
示す図である。

【図４】ＣＣＤセンサーにより解像度を測定した図であ
る。

【符号の簡単な説明】

１レンズ素材２重合体混在層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心から外周部に向かって屈折率が連続
的に減少してなる有機重合体製透明光伝送体において、
この有機重合体成分に非相溶な重合体成分が混在された
ポリマーブレンド層をその外周部に有することを特徴と
する光伝送体。
【請求項２】中心から外周部に向かって屈折率が連続
的に減少してなる有機重合体製透明光伝送体を、この有
機重合体を溶解可能な単量体であって重合硬化後はこの
有機重合体と非相溶である重合体となる単量体中に浸漬
してこの光伝送体を膨潤させた後にこの単量体を光重合
させることを特徴とする請求項１に記載の光伝送体の製
造方法。