JPH11352307A - 光伝送体又は光伝送体アレイの使用方法、及びカラーイメージセンサ - Google Patents
光伝送体又は光伝送体アレイの使用方法、及びカラーイメージセンサInfo
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- JPH11352307A JPH11352307A JP10158004A JP15800498A JPH11352307A JP H11352307 A JPH11352307 A JP H11352307A JP 10158004 A JP10158004 A JP 10158004A JP 15800498 A JP15800498 A JP 15800498A JP H11352307 A JPH11352307 A JP H11352307A
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Abstract
色光源を用いた場合に、明確なカラー画像を少ない光
源、小さなスペースで伝達する方法を提供する。 【解決手段】 半径rが0.2mm≦r≦0.35mm
の円形断面を有し、下記式(1)におけるgが0.71
≦g≦1.32を満たし、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式(1)で規定す
る2次曲線で近似される分布を有する光伝送体の0.5
rよりも外側であって少なくとも0.75r〜Rの範囲
に、可視光及び近赤外光領域のうち少なくとも一部の波
長域の光を吸収する光吸収剤が均一に含有されてなる光
伝送体の一端から、赤緑青3原色のLED光源又は白色
光源から出射する光を入射させ、この光伝送体の他端か
ら透過光を出射させる方法。 n(L)=n0{1−(g2/2)L2} ・・・
(1)
Description
サ、並びにそれに好適な屈折率分布型光伝送体及び光伝
送体アレイの使用方法に関する。
明るさ、低コストなどの特長を有することから、原稿移
動型イメージスキャナー、FAX、LEDプリンターな
どの小型の等倍結像素子として使用されている。しか
し、ロッドレンズアレイは一部の共役長が長く開口数が
小さくて暗い品種を除いて、色収差が大きい欠点があ
る。このため、これらの用途は主としてモノクロ用途で
あり、色収差が小さく、且つ、共役長の短いカラー用途
のロッドレンズアレイの開発が要望されている。
いて、応用物理学会・光学懇話会の第17回サマー・セ
ミナーの論文集「レンズと光システムの設計」を引用し
て説明する。ロッドレンズのような2乗分布状媒質の集
束パラメータgは式(2)で与えられる。 g2=2×(n0−n(L))/(n0×L2) ・・・(2) ここで L:光軸からの半径方向の距離(mm) n0:光軸上の屈折率 n(L):光軸から半径方向に距離Lだけ離れた位置の屈
折率 である。
長依存性をもつため、gもまた波長依存性を示す。ここ
で、等倍結像するロッドレンズアレイの共役長は式
(3)によって決まるので、共役長が波長によって異な
ってくる。 TC=Z0−(2/(n0×g))×tan((Z0×g)/2)・・・(3 ) ここで、 TC:共役長(mm) Z0:ロッドレンズの長さ(mm) である。このため、白色光源下で画像伝送を行う場合に
は結像位置や倍率が色により異なるので解像力が低下す
る。
散が小さい材料を選びロッドレンズを製造することが、
従来から行われている。例えば、イオン交換法で製造さ
れるガラス製ロッドレンズにおいて,K.FUJII
(MOC/GRIN’93 KAWASAKI:G1
3)は、イオンの種類と濃度を選び、色収差低減を試み
ている。また、ガラス製のものと比べて波長分散の小さ
い材料であるMMA(メチルメタクリレート)系ポリマ
ー材料を用いて製造されているプラスチック製のロッド
レンズが提案されている(例えば特開平3−17410
5号公報)。
ーターを示す。図16は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。所定の波長λsにおいて共
役長TCsであるロッドレンズアレイ23を測定機に載
せるとき、基準矩形格子22とCCDイメージセンサ2
4の間の距離TCxを前記共役長TCsに等しい距離に調
整して固定する。基準矩形格子22は空間周波数が6ラ
インペア/mmであり、光源19から出射し分光器20を
通過した光線を拡散板21により拡散光に変換したもの
により、照明されている。この状態で分光器から出る光
線の波長を変え、MTF-波長特性を測定する。
ンズアレイ(三菱レイヨン(株)製品:RA89S),
図18はガラス製のロッドレンズアレイ(日本板硝子
(株)製品:SLA20D)について、以上の方法にお
いて所定波長λsを570nmとして、MTF-波長特性
を測定したものである。また、表1は原稿照明用光源と
して実用化されている3原色LEDのピーク波長について
前記の測定値を表にしたものである。
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。即ちこれらの光伝送体はカラーの画像
を伝えるための特性(以下この特性を「カラー特性」と
いう)を十分に備えていない。例えば300dpiカラ
ーイメージセンサに用いるためには同じ共役長において
6ラインペア/mmにおける赤緑青(以下適宜「RG
B」という)3原色のLED光源からの光でのMTFが
すべて55%以上であることが望ましい。また、このカ
ラーイメージセンサの工業生産を行うことを考えた場
合、赤のLED光源からの光によるMTFと青のLED
光源からの光でのMTFが共に50%以上である共役長
の上限値と下限値の差が0.2mm以上存在することが
望ましい。しかしこれらの光伝送体はこのような用途へ
の使用に耐えうる特性を備えていない。
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、第一にイメージセンサ本体が大き
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。
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。
として特開平4−251805号公報、及び特開平1−
105202号公報が開示されている。特開平4−25
1805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1−10
5202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。また、特開平
9−127353号公報には外周表面の位置から中心方
向に向かう100μm以内の所定範囲の部分に均一な濃
度で光吸収剤が含有されてなる光伝送体が提案されてい
る。さらに、特開平8−211242号公報には集束パ
ラメータgが0.7≦g≦15.0の光伝送体の外周か
ら光線吸収染料を含浸させてなる光伝送体が提案されて
いる。
51805号公報の光伝送体は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、染料を光
伝送体内部で濃度分布をつけて存在させ、光伝送体の全
域において光を吸収する。従って、この光伝送体は白色
光源又は、RGB3原色のLED光源から出射した光を
用いて明確で明るい像を狭いスペースで伝えるという目
的に資するものではない。
開平9−127353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、集束パラメータg
が小さく、光吸収剤の含有領域が適切に設定されていな
いため、共役長が長くカラー特性が依然として悪い。
送体は、ある一つの波長における解像度を向上させるた
めにレンズを細径化して集束パラメータgが大きい光伝
送体とするものであり、又、光伝送体をアレイ化した際
の光伝送体間のクロストークを防止するために外周部に
染料を導入するものである。この光伝送体も光吸収剤の
含有領域が適切でないためカラー特性が悪い。
伝えるためには、これらの光伝送体を、RGB3原色の
LED光源または白色光源からの光を透過させて用いる
ことは不可能であった。つまり、これらの光伝送体は、
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
体または光伝送体アレイ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センサの抱える問
題点を解決するものではない。
性を同時に満足する光伝送体及び光伝送体アレイは知ら
れておらず、光源としてRGB3原色のLED光源また
は白色光源を用いた場合に、明確なカラー画像を少ない
光源、小さなスペースで伝達する方法は知られていな
い。また多くの光源を必要とせず、コンパクトなカラー
イメージセンサも知られていない。
が0.2mm≦r≦0.35mmの円形断面を有し、下
記式(1)におけるgが0.71≦g≦1.32を満た
し、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
率分布が下記式(1)で規定する2次曲線で近似される
分布を有する光伝送体の0.5rよりも外側であって少
なくとも0.75r〜Rの範囲に、可視光及び近赤外光
領域のうち少なくとも一部の波長域の光を吸収する光吸
収剤が均一に含有されてなる光伝送体の一端から、赤緑
青3原色のLED光源又は白色光源から出射する光を入
射させ、この光伝送体の他端から透過光を出射させる方
法にある。
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。) 又、本発明の要旨は前記光伝送体の複数個を平行に配列
した光伝送体アレイの一端から、赤緑青3原色のLED
光源又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
る方法にある。
D光源もしくは白色光源、前記光伝送体アレイ、及び光
受光センサを順次配置したカラーイメージセンサにあ
る。
とは400〜750nm程度の波長域をいう。
体は集束パラメータgを高く設定することによってもカ
ラー特性を改善するものである。集束パラメータgを高
くするためには光伝送体の中心部と外周部の屈折率差が
大きくなるように材料を選択する方法、または光伝送体
の径を小さくする方法がある。しかし屈折率差の大きい
材料は波長分散が大きく、また光伝送体の径を小さくし
すぎると、光伝送体に光を透過させたときの光伝送体か
らの出射光量が小さくなってしまうので、単に屈折率差
を大きくしたり径を小さくすることのみではカラー特性
が良好で、出射光量が比較的大きい光伝送体を得ること
ができない。
特定の特性を有する光伝送体を選択し、更にその特定範
囲に光吸収剤を含有させる。即ち、本発明は、光吸収剤
を光伝送体に含有せしめ、光吸収剤が吸収する波長域の
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。光
吸収剤の吸収波長域を可視光及び近赤外光のうち特定波
長域のみとする場合には、特定波長域はある共役長にお
いて光伝送体のMTFが悪化する波長領域、即ち光伝送
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。光吸収剤の吸収波長域を可視光及び近赤外
光の全波長域とする場合には、光伝送体の有効径を全波
長域の光について絞り込むことができる。
い材料から構成されていても、カラー特性が良好な光伝
送体を得ることができ、また後述するように光吸収剤の
使用量や光伝送体内の光吸収剤の含有領域を調整するこ
とにより比較的大きい出射光量を保つことができる。本
発明の方法においてはこのような光伝送体にRGB3原
色のLED光源または白色光源からの光を透過させてい
るので、明確なカラー画像を少ない光源、小さなスペー
スで伝達することができる。
いられる光伝送体(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及び横断面図であ
る。斜線部2が光吸収剤を含有している層を示してい
る。光吸収剤が吸収する波長域の光に対しては中心の白
い部分にレンズ径が絞られている。図3は本発明におい
て用いられる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。なお、本発明
において光伝送体はプラスチック製であることが好まし
いが、ガラス製であってもよい。
rが0.2≦r≦0.35であり、かつ波長570nm
においてgが0.71≦g≦1.32であるものを用い
る。0.25≦r≦0.35であることが好ましく、
0.71≦g≦1.1であることが好ましい。gは0.
80≦g≦1.1であることが更に好ましく、0.85
≦g≦1.1であることが特に好ましい。
0.6rよりも外側であって、少なくとも0.75r〜
Rの範囲である。光吸収剤の含有領域を0.75rより
も中心側に広げると、光伝送体の各波長の光に対する波
長特性は良好になるが、その一方で出射光量が落ちる。
そのため光吸収剤は0.5rよりも中心側には含有させ
ない。この範囲内においては、光吸収剤の含有領域は光
伝送体に要求される波長特性と出射光量に応じて適宜設
定される。一方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
(R〜rの範囲)に屈折率分布の不整な部分が形成され
る。このRよりも外側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、この部分はフレア光
の除去等の目的で、黒色の光吸収剤あるいは拡散剤など
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。
うち特定波長域のみを吸収するものを用いることも可能
であり、全波長域を吸収するものを用いることも可能で
ある。
はないが、200nm以下の範囲が好ましく、100n
m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。
た性能を持つ光伝送体、例えば表1のRA89Sを使用
する場合、特定波長域を青の波長領域、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200
nm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60
0〜700nm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。
の発光波長が青色470nm、緑色525nm、赤色6
50nm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。
的な例として以下のものがあげられる。600〜700
nmに吸収のある三菱化学製Diaresin Blu
e4Gや同業他社の同等品が挙げられる。550〜65
0nmに吸収のある日本化薬製Kayaset Blu
e 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、400〜5
00nmに吸収のあるものとして、日本化薬製Kaya
sorb Yellow 2G、Orange G、Y
ellow 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 Yel
low 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 13
0、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。
ば黒色の染料が使用可能であり、特定波長域のみを吸収
する光吸収剤であって、吸収する波長域がそれぞれ異な
る光吸収剤を複数種混合したものも使用可能である。
ては光吸収剤の使用量と効果は比例する。光吸収剤によ
り吸収される波長域の光について、光吸収剤を含有しな
い光伝送体を通過する光と、光吸収剤を含有する光伝送
体の光吸収剤を含有する領域を通過する光とを比較した
とき、光吸収剤を含有する光伝送体を通過する光が、少
なくとも30%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50%以上更に好ましく
は80%以上吸収されている。
つの共役長においてRGB3原色のLED光源からの光
についてのMTFがそれぞれ55%以上であることが好
ましい。図11にその一例を示す。図11は本発明にお
いて用いられる光伝送体の一例をアレイ化して、共役長
毎に、RGB3原色LEDそれぞれからの光についての
MTFを測定したものである。この光伝送体において
は、共役長が約8.60mmから約8.70mmの範囲
でRGB3原色LEDからの光についてのMTFが55
%以上となっている。
からの光によるMTFと青のLED光源からの光でのM
TFが共に50%以上である共役長の上限値と下限値の
差(以下「ワーキングレンジ」という)は0.2mm以
上であることが好ましい。例えば図11の例において
は、8.55mmから8.75mmの範囲で赤及び青の
LED光源からの光についてMTFが50%以上となる
のでワーキングレンジは8.75−8.55=0.2
(mm)である。
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。
は光伝送体アレイの一端からRGB3原色のLED光源
又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。
を吸収する光吸収剤を導入した光伝送体を用いる場合
は、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。
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。
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LE
D光源について共役長ごとのMTFを測定し、赤と青の
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。
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、RG
B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。
する光吸収剤を導入した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みの透過量がある程
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の方法においては光量値は
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ため、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。
た光伝送体については、光量値が全波長域にわたって、
若干低下するが、例えばLEDの数を増やしたり冷陰極
管の蛍光物質の量を増やしたりして光源からの光の光量
を増加することにより対応可能である。
LED光源または白色光源からの光を直接光伝送体また
は光伝送体アレイに透過させる必要はなく、通常はこれ
らの光源からの光をある対象物に照射し、その反射光を
光伝送体又はそのアレイに透過させ、対象物の像を結像
させるようにして用いられる。
記の光伝送体アレイ、及び光受光センサを順次配列して
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。光源としては
RGB3原色のLED光源または白色光源が用いられ
る。また、光受光センサはRGB3原色のLED光源を
用いる場合は、モノクロ用センサ、3原色用の受光セン
サ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を用いることができる。
ける場合と同様にして設定することができる。光吸収剤
の吸収波長域における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。以上の点を除いて本発明
のカラーイメージスキャナーは公知の構造を有する。ま
た、本発明のカラーイメージセンサはカラープリンタ
ー、カラースキャナーなどの一部として用いることが可
能である。
ば次のようにして製造できる。
n1、n2、・・・、nN(Nは3以上の整数)であるN
個の未硬化状物を用意し、N、N−1、N−2、・・、
2番目の層のうち賦形後の光伝送体の0.75r〜Rの
領域を含む層に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。
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。
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。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。
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=1.37〜1.4
4)、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。
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単量体とそれに可溶な
重合体とで構成されていることが好ましい。
ジカル重合性ビニル単量体から生成する重合体と相溶性
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共
重合体(n=1.47〜1.50)、ポリ4−メチルペ
ンテン−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)アクリレート等が挙げられる。
を有する重合体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重
合体としては好適なものである。
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。
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。
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。
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。
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。
4GとHD−180の吸収スペクトルを図4及び図5に
示す。図4、図5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(300〜370n
m)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、未硬化状物層中を紫外線が透過
し、光重合が効率的に進行する。
形装置を用いて製造することができる。図6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。
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。
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。
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
−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
−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1
5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−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−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。
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。
の後長さ120cm、40Wのケミカルランプ12本が
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。
り、屈折率分布は中心部が1.512、外周部が1.4
68であり、分布は表3に示す通りであった。このレン
ズの集束パラメータgは波長570nmにおいてg=
0.88mm-1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。
フェノール樹脂板(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7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。
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
子としたイメージセンサを組み立てた。このイメージセ
ンサは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MT
Fが悪くなり鮮明な画像は得られなかった。
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。
アレイの特性を測定し、表3、表4−1、表4ー2、及
び図8の結果を得た。イメージセンサの性能は十分なも
のではなかった。
を混入し、複合紡糸ノズルの温度を50℃とし、ニップ
ローラーによるストランドファイバの引き取り速度を7
0cm/minとした点を除いて比較例1と同様の操作
を行いレンズを賦形した。なお、押し出し時の原液の粘
度は第1層が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。
り、その屈折率分布は表3に示すとおりであり、また集
束パラメータgは波長570nmにおいてg=0.57
mm-1であった。レンズの光吸収剤含有領域は表3に示
す。レンズ長を6.8mmとした点を除いて比較例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4−2、及び図9の結果を得た。イ
メージセンサの性能は十分なものではなかった。
を混入し、光重合強度を変更した以外は比較例3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3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。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4−2、及
び図10の結果を得た。イメージセンサの性能は十分な
ものではなかった。
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。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4−2、及
び図11の結果を得た。なお、図11中の矢印はワーキ
ングレンジを示している(図12〜図15についても同
じ)。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センサは、良好な画像が形成で
きた。
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。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4−2及び
図12(実施例2)、図13(実施例3)、図14(実
施例4)もしくは図15(実施例5)の結果を得た。
のLED光源を用いて比較例1と同様にして組み立てた
各イメージセンサは、良好な画像が形成できた。
と同様にして組み立てたイメージセンサは、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。
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。また明確なカラー画像を少ない光源、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センサが提供
される。
る。
す図である。
図である。
概略図である。
する共役長とMTF特性の関係を示す図である。
する共役長とMTF特性の関係を示す図である。
する共役長とMTF特性の関係を示す図である。
対する共役長とMTF特性の関係を示す図である。
対する共役長とMTF特性の関係を示す図である。
対する共役長とMTF特性の関係を示す図である。
対する共役長とMTF特性の関係を示す図である。
対する共役長とMTF特性の関係を示す図である。
対する共役長とMTF特性の関係を示す図である。
TF(moduration transfer function)の測定方法を
示す図である。
レイヨン(株):RA89S)のMTFの波長依存性を
表す図である。
(株):SLA20D)のMTFの波長依存性を表す図
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 半径rが0.2mm≦r≦0.35mm
の円形断面を有し、下記式(1)におけるgが0.71
≦g≦1.32を満たし、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式(1)で規定す
る2次曲線で近似される分布を有する光伝送体の0.5
rよりも外側であって少なくとも0.75r〜Rの範囲
に、可視光及び近赤外光領域のうち少なくとも一部の波
長域の光を吸収する光吸収剤が均一に含有されてなる光
伝送体の一端から、赤緑青3原色のLED光源又は白色
光源から出射する光を入射させ、この光伝送体の他端か
ら透過光を出射させる方法。 n(L)=n0{1−(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。) - 【請求項2】 請求項1の光伝送体の複数個を平行に配
列した光伝送体アレイの一端から、赤緑青3原色のLE
D光源又は白色光源から出射する光を入射させ、この光
伝送体アレイの他端から透過光を出射させる方法。 - 【請求項3】 光伝送体として、ある一つの共役長にお
いて、6ラインペア/mmの格子パターンに対する赤緑
青3原色のLED光源からの光についての解像度MTF
がそれぞれ55%以上である光伝送体を用いることを特
徴とする請求項1又は請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 光伝送体として、青のLED光源からの
光についてのMTFおよび赤のLED光源からの光につ
いてのMTFが共に50%以上である共役長の上限値と
下限値の差として定義されるワーキングレンジが0.2
mm以上である光伝送体を用いることを特徴とする請求
項1又は請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】 赤緑青3原色のLED光源もしくは白色
光源、請求項2の光伝送体アレイ、及び光受光センサを
順次配置したカラーイメージセンサ。
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CN104735327A (zh) * | 2015-04-08 | 2015-06-24 | 联想(北京)有限公司 | 成像装置和成像方法 |
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1998
- 1998-06-05 JP JP15800498A patent/JP4087503B2/ja not_active Expired - Fee Related
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