KR100260568B1 - 그레이디드 인덱스형 플라스틱제 광 전송체 및 그 제조 방법 - Google Patents

그레이디드 인덱스형 플라스틱제 광 전송체 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반경(r0)이 0.45±0.1mm인 그레이디드 인덱스형 플라스틱제 광 전송체이고, 반경(r0)이 적어도 0.2r0-0.8r0범위인 굴절율 분포가 모드 분산을 최소로 하는 최적2차 곡선에 근사한 분포를 나타내는 광 전송체이며, 해상도를 나타내는 변조 전달 요소가 60% 이상으로 고해상이므로 복사기, 팩시밀리, 이미지 센서 등의 화상 전송용에 적당한 광 전송체, 및 그레이디드 인덱스형 광 전송체 프리포옴의 외주를 소정량 제거함으로써, 이 광 전송체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]
그레이디드 인덱스형 플라스틱제 광 전송체 및 그 제조 방법
[기술분야]
본 발명은 광 집속성 강 파이버, 광 집속성 봉상(棒狀) 렌즈, 광 센서 등 다양한 광 전송로로서 유용하게 이용할 수 있는 그레이디드 인덱스형(이하, GI형이라 한다) 플라스틱제 광 전송체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 고해상도로 색 수차가 적은 양질의 화상을 전송할 수 있는 광 전송체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
[배경 기술]
근래, 팩시밀리, 복사기, 이미지 센서 등의 화상 전송용으로서 봉상 광 전송체를 사용하는 경우가 많아지고 있다. 이러한 광 전송체는 고해상도로 색수차도 적은 양질의 화상을 전송할 수 있을 것, 또 대량 생산해도 광 전송체 간의 품질 오차가 적은 방법을 채용할 수 있을 것들이 요망되고 있다.
이와 같은 화상 전송용 광 전송체에는, 광 전송체 단면 내에 있어서, 그 중심부에서 외주부로 향해 연속적으로 굴절율을 작게해서 그 분포에 산형(山型) 경사를 준 GI형 광 전송체가 사용된다. 이러한 GI형 광 전송체가 일본국 특허 공고(소) 제47-816호 공보, 제47-28059호, EP 공개 공보 제208159호 공보 등에 나와 있다.
일본국 특허 공보(소) 제47-816호 공보에 개시된 GI형 광 전송체는 유리를 소재로 하여 이온 교환법으로 제조하고 있기 때문에, 그 생산성이 낮도 동일 형상에서 동일 성능을 구비한 것을 다른 롯(lot) 사이에서 생산하기 어렵고, 특히 일정한 공액길이(total conjugate length)에서 동일 길이의 봉상 렌즈로 동일 성능을 갖는 것을 다른 롯 사이에서 제조하기 어렵고, 그 결과 동일 성능을 가진 GI형 광 전송체의 길이가 고르지 않아서 취급이 곤란해지는 난점이 있었다.
일본국 특허 공소(소) 제47-28059호 공보에 개시된 GI형 플라스틱 광 전송체는 굴절율이 다르고 특정 용제에 대한 용해도가 다른 2 이상의 투명한 중합체의 혼합물로 이루어지는 봉상 또는 파이버상 부형물을 상기 용제에 침지(浸漬)하고, 그 성형물의 표면으로부터 그 중심부에 걸쳐 상기 2 이상의 중합체의 혼합 비율을 변화시킴으로써 제조된다. 이러한 방법으로 일단 플라스틱제 GI형 광 전송체를 제작할 수 있지만, 굴절율이 다른 2 이상의 중합체를 혼합한 것은 굴절율 분포에 혼란을 일으키기 쉽고 중심부로부터 외주 방향으로 향한 굴절율 분포를 최적의 분포 곡선에 따른 형태로 하는 것이 곤란하다. 또, 광 전송체의 투명성이 저하함과 동시에 광 산란을 일으키기 쉬워져서 GI형 광 전송체로서의 특성이 충분히 않아서 용도가 넓지 못하다.
EP 공개 특허 제0208159호 공보에는 적어도 한 종류의 열가소성 중합체(A)와, 중합한 경우에 중합체(A)와 서로 녹을 수 있고, 또 중합체(A)와는 다른 굴절율의 중합체가 되는 단량체(B)와의 균일 혼합물을 로드(rod) 모양으로 성형한 성형체의 표면에서 단량체(B)를 휘산시킴으로써 상기 성형물의 표면에서부터 중심부에 걸쳐서 단량체(B)의 농도 분포가 연속적으로 되게 한 후, 이 성형물 중의 미중합 단량체를 중합함으로써 GI형 플라스틱 광 전송체를 전송하는 제조방법이 개시되어 있다.
GI형 광 전송체의 굴절율 분포 곡선은 이상적으로 다음 식(3)에 이해 표시되는 2차 분포 곡선을 갖고 있고, 이러한 곡선은 제2도 중의 A에 도시한 곡선으로 된다.
N=No(1-ar2) (3)
그런데, 본 발명자 등의 검토에 따르면 종래 방법으로 제조된 GI형 광 전송체의 인터파코(interfaco) 간섭 현미경으로 측정한 굴절율 분포 곡선은 제2도 중의 B에 도시하는 바와 같이, 그 중심으로부터 반경 방향 0.5r0-0.75r0까지의 범위(제2도 중 c-d의 범위, 또한 e는 외주부를 나타낸다)는 비교적 식(3)에서 나타내는 최적 곡선에 가까운 형상의 굴절율 분포 곡선이 되지만, 이것보다도 외측 및 내측의 굴절율 분포는 그 형상이 최적 곡선에서 크게 벗어난 것으로 되어 있다.
식(4)에서 규정하는 최적 곡선에 거의 정확하게 따르는 굴절율 분포 곡선을 갖는 광 전송체를 이용하여 격자 모양을 관찰하면 제3(a)도에 도시하는 바와 같은 정상적인 격자상을 얻을 수 있지만, 상기 제2b도에 도시하는 바와 같이 굴절율 분포가 이상적인 것에서 벗어난 광 전송체를 이용하여 격자상을 관찰하면 제3(b)도 또는 제3(c)도에 도시하는 바와 같이 크게 왜곡된 격자상 밖에 얻어지지 않아서 정확한 화상전송이 불가능해 진다. 이와 같은 광 전송체의 해상도는 변조 전달 요소(modulation transfer factor)(이하, MTF라 한다)로 나타낼 수 있다. 종래 기술의 광 전송체 및 본 발명의 광 전송체의 MTF 값의 산출은 먼저 제4도에 도시하는 바와 같이 광원(42)의 광을 렌즈(43)으로 조정하여 격자 정수 4(라인 쌍/mm)를 갖는 격자(45)를 통한 광을 GI형 광 전송체(41)에 접촉하고, 이 광 전송체를 통과한 격자상을 CCD 센서(46)에서 판독하며 그 측정 광량의 최대값(imax)와 최소값(imin)을 제5도에 도시하는 바와 같이 측정해서 하기 식(4)에 의해 구했다. 여기서 격자 정수란 제4도의 격자에 도시한 바와 같이 백 라인과 흑 라인과의 1조의 조합을 1라인 쌍으로 해서 이 라인 쌍이 1mm 폭 내에 몇 개 설치되어 있는지를 나타내는 값이고, 이 라인쌍이 4개/mm인 것을 4라인 쌍/mm로서 표시했다.
상기 식(3)에서 규정하는 최적 곡선에 거의 정확하게 따르는 굴절율 분포를 갖는 GI형 플라스틱제 광 전송체는 아직 개발되어 있지 않다.
본 발명자들은 본 발명 이전에 LED 등의 단색 광원을 이용하여 팩시밀리나 이미지 센서용 광 전송체로서 유용하여 사용할 수 있을 만큼 해상도가 높고 색수차가 적은 GI형 프라스틱제 광 전송체를 얻을 목적으로 검토하여, 반경 r0가 0.5±0.1mm 범위 내에고, 중심축에서 외주면으로 향해 적어도 0.25r0-0.70r0범위인 굴절율 분포가 상기 식(3)에서 규정하는 굴절율 분포 곡선에 근사한 굴절율 분포를 가지고, 또 4 라인 쌍/mm인 격자상을 그 광 전송체를 통해 CCD 라인 센서상에 결상시켜서 측정한 최대 광량값(imax)와 최소 광량값(imin)을 측정하여 상기 식(4)에서 산출한 MTF가 40% 이상인 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 GI형 플라스틱제 광 전송체를 일본국 특허 출원(평) 제1-307636호에서 제안하였다.
본 발명에서 달성된 GI형 광 전송체의 반경 방향의 굴절율 분포는 제1도의 (II)에 도시하는 바와 같고, (3)식의 최적 곡선에 따르는 곡선 (I)에 일치한 부분이 많아져서, 실제로 이러한 광 전송체로 화상 전송을 행한 경우, 종래 개발되어 있던 플라스틱제 광 전송체의 화상 전송 특성에 비해 그 성능이 현저히 개선되었다.
그러나 이러한 GI형 광 전송체의 외주 근방, 특히 광 전송체의 중심으로부터의 반경을 r0로 했을 때 0.70r0보다 외주부의 굴절율은 식(3)의 최적 곡선에서 크게 벗어나게 되고, 이와 같은 광 전송체에 의해 전송된 화상의 주변부는 왜곡되거나 흐려져서 고화질의 화상 전송용 광 전송체로서는 반드시 만족된 것이라고는 할 수 없다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 0.70r0보다 외주부 영역을 흑색화하는 방법이 검토되어 나름대로 효과는 얻어지고 있으나 광 전송체 전체로서의 화상 전송효과는 흑색화에 의해 그 만큼 저하하는 문제가 있어서 충분하다고는 할 수 없다.
[발명의 개시]
그래서 본 발명자들은 제1도 중의 (I)에 도시한 바와 같은 굴절율 분포를 갖는 GI형 플라스틱제 광 전송체 프로포옴(preform)을 제조하여 제1도에 도시하는 C-E 영역에서 C-D영역(F)를 제거함으로써 상기 문제점을 현저히 개량한 GI형 광 전송체가 얻어지는 것을 발견하고 본 발명을 완성했다.
본 발명의 요지는 반경 r0가 0.45±0.1mm 범위 내에 있는 원형 단면을 갖는 GI형 플라스틱제 광 전송체이고, 그 광 전송체의 중심축으로부터 외주면으로 향해 적어도 0.25r0-0.8r0, 바람직하게는 0.25r0-0.85r0범위의 굴절율 분포가 하기 식(1)에서 규정하는 굴절율 분포 곡선에 근사한 굴절율 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 GI형 플라스틱제 광 전송체이다.
(상기 식 중, n0는 광 전송체의 중심축부의 굴절율로, 1.5±0.1의 범위 내에 있는 임의의 값이다. n(r)은 광 전송체의 중심축부에서 외주 방향으로의 거리 r의 위치부의 굴절율, g는 광 전송체의 굴절율 분포 정수를 나타내는 0.3-0.7의 값이고, r은 광 전송체의 중심축에서 외주 방향으로의 거리를 나타낸다.)
또, 반경 Lo가 0.5±0.1mm 범위 내에 있는 원형 단면을 갖는 GI형 플라스틱제 광 전송체 프로포옴의 중심축부로부터 외주면으로 향해 적어도 0.25Lo-0.70Lo 범위의 굴절율 분포가 하기 식(2)에서 규정하는 굴절율 분포 곡선에 근사한 굴절율 분포를 갖는 광 전송체 프로포옴의 외주를 제거하는 것을 특징으로 하는 상기 GI형 플라스틱제 광 전송체의 제조 방법에 관한 것이다.
(상기 식 중, No는 광 전송체 프리로옴의 중심축부의 굴절율로 1.5±0.1 범위 내에 있는 임의의 값이다. n(L)은 광 전송체 프로포옴의 중심축부에서 외주 방향으로의 거리 L의 위치부의 굴절율, g는 광 전송체 프로포옴의 굴절율 분포 정수를 나타내는 것으로 0.3-0.7의 값이고, L은 광 전송체의 중심축부에서 외주 방향으로의 거리를 나타낸다.)
본 발명의 GI형 플라스틱제 광 전송체는 그 중심축부에서 외주면으로 향해 적어도 0.25r0-0.8r0, 바람직하게는 0.25r0-0.85r0범위의 굴절율 분포가 상기 식(1)에서 규정하는 굴절율 분포의 최적 곡선에 근사한 굴절율 분포를 갖기 때문에, 4라인 쌍/mm인 격자상을 이 광 전송체를 통해 CCD 라인 센서 상에 결상시켜서 측정한 최대 광량값(imax)와 최소 광량값(imin)을 측정하여 상기 식(4)에서 산출한 MTF가 60% 이상인 특성을 지닐 수 있어서, 종래 개발되어 왔던 GI형 광 전송체에 비해 양호한 화상 전송이 가능하고 특히 주변부의 화상이 흐려지지 않는 우수한 광 전송체로 된다.
본 발명의 광 전송체는 반경 r0가 0.45±0.1mm 범위 내에 있는 원형 단면을 가지기 때문에, 적어도 r=0.25r0-0.8r0범위에서 굴절율 분포를 최적 분포로 할 수 있다. 반경 r0가 상기 범위보다 크면 0.25r0-0.8r0범위에서 식(1)을 만족하는 것으로 하기 곤란해진다. 한편, 반경 r0가 상기 하한 미만이면 취급성이 악화된다.
본 발명에 있어서, 굴절율 분포의 최적 곡선에 「근사」 한다는 것은 규정된 범위에 있어서 굴절율이 최적 곡선에서 ±0.0001 범위 내에 있는 것을 말한다.
상기 식(1)에 있어서, 중심축부의 굴절율 n0가 상기 규정 범위 외이면 MTF를 60% 이상으로 하기 곤란해진다. 또, 굴절율 분포 정수 g가 상기 규정 범위보다 크면 공액 길이가 너무 짧게 되어 동작하기 때문에 거리를 설정하기 곤란해진다. 역으로 너무 작으면 공액 길이가 길어지기 때문에 광 전송체를 내장한 팩시밀리나 이미지 스캐너 등을 소형화하기 곤란해진다.
이하, 본 발명의 GI형 광 전송체의 제조 방법과 함께 본 발명의 GI형 광 전송체에 대해서 다시 설명한다.
본 발명의 광 전송체는 특정 성능을 구비한 광 전송체 프로포옴을 제조하고, 이어서그 프리포옴의 외주부를, 예를 들면 물리적으로 벗겨내는 등으로 제거함으로써 얻어진다.
이러한 프로포옴은 경화 후의 굴절율이 서로 다르고 미경화 상태에서의 점도가 103-108포이즈인 3종류 이상의 미경화 액상 물질을 준비하고, 이러한 미경화 액상 물질을 중심부에서 외주부로 향해 점차 굴절율이 낮아지도록 하고, 또 동심원상으로 적층하도록, 예를 들면 다층 복합 방사 노즐로 공급하여 미경화 상태의 스트랜드 파이버로 부형(賦形)하며, 각층의 경화 후의 굴절율과 층의 두께를 스트랜드파이버로 한 때의 각 층의 중심 위치를 스트랜드 파이버로부터의 중심축에서의 거리를 횡축으로, 각층의 굴절율을 종축으로 구획했을 때 상기 식(2)에 일치하도록 하고, 다음에 스트랜드 파이버의 각 층간의 굴절율 분포가 연속적 굴절율 분포로 되도록 인접층 간의 물질의 상호 확산 처리를 실시하면서, 또는 상호 확산 처리를 실시한 후, 미경화 스트랜드 파이버를 경화시킴으로서 얻을 수 있다.
서로 굴절율이 다른 미경화 액상 물질을 2종류만 이용한 경우는 프리포옴의 중심부로부터 0.25Lo-0.70Lo 범위 내에서 굴절율 분포를 식(2)의 2차 곡선에 근사한 것으로 하기 곤란해진다. 따라서, 서로 굴절율이 다른 미경화 액상 물질은 3종류 이상이 것이 좋다. 역으로 종류를 많게 해도 굴절율 분포의 조정이 곤란하고, 결국 3-7 종류의 것이 보다 좋고, 3-5 종류인 것이 더욱 좋다.
본 발명에서 이용되는 미경화 액상 물질의 점도는 어느 것이나 103-108포이즈 범위인 것이 좋다. 점도가 103포이즈보다 작으면 부형시에 섬유가 절단되는 경우가 많아서 실모양으로 형성하기가 곤란해지는 경향이 있다. 점도가 108포이즈 보다 크면 부형 조제성이 불량해져서 각 층을 동심원 모양으로 배치하기 곤란해지거나 굵기가 고르지 않은 부형물로 되기 쉽다.
본 발명에서 이용하는 미경화 액상 물질은 경화, 즉 중합·가교(袈橋) 가능한 물질로, 래디컬 중합성 비닐 단량체 또는 그 단량체와 그 단량체에 가용인 폴리머 등으로 이루어지는 조성물 등을 이용할 수 있다.
이용 가능한 래디컬 중합성 비닐 단량체의 구체예로서는 메틸 메타크릴레이트(n=1.49), 스틸렌(n=1.59), 클로로스틸렌(n=1.61), 초산 비닐(n=1.47), 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 (메타)아크릴레이트, 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로펜틸(메타)아크릴레이트, 2,2,3,4,4,4-헥사 플루오로부틸 (메타)아크릴레이트, 2,2,2-트리플루오로에틸 (메타)아크릴레이트 등의 불소화 알킬 (메타)아크릴레이트(n=1.37-1.44), 굴절율 1.43-1.62인 (메타) 아크릴레이트류, 예를 들면 에틸(메타)아크릴레이트, 페닐 (메타)아크릴레이트, 벤질 (메타)아크릴레이트, 히드록시알킬 (메타)아크릴레이트, 알킬렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메티롤프로판 디(메타)아크릴레이트, 트리메티롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 디, 트리 또는 테트라(메타)아크릴레이트, 디글리세린 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트 및 디에틸렌 글리콜 비스(아릴 카보네이트), 불소화 알킬렌 글리콜 폴리(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
이들 미경화 액상 물질의 점도를 조정하고, 또 얻어지는 스트랜드파이버상 부형물의 중심부로부터 외주로 향해 굴절율 분포를 주기 위해, 상기 미경화 물질은 상기와 같은 비닐계 단량체와 그 비닐 단량체에 가용인 폴리머로 구성되어 있는 것이 좋다. 여기에 이용할 수 있는 폴리머는 상기 래디컬 중합성 비닐 단량체로부터 생성하는 폴리머와 상용성이 좋은 것이 필요하고, 그와 같은 폴리머로서는 예를 들면 폴리 메틸 메타크릴레이트(n=1.49), 폴리 메틸 메타크릴레이트계 코폴리머(n=1.047-1.50), 폴리-4-메틸펜텐-1(n=1.46), 에틸렌/초산 비닐 코폴리머(n=1.46-1.50), 폴리카보네이트(n=1.50-1.57),폴리 불화 비닐리덴(n=1.42), 불화 비닐리덴/테트라플루오로에틸렌 코폴리머(n=1.42-1.46), 불화 비닐리덴/테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 코폴리머(n=1.40-1.46), 폴리 불화 알킬 (메타)아크릴레이트 폴리머 등이 있다.
점도를 조정하기 위해 각 층에 동일한 굴절율을 갖는 폴리머를 이용하면 중심으로부터 표면으로 향해 연속적인 굴절율 분포를 갖는 플라스틱 광 전송체가 쉽게 얻어져서 바람직하다. 특히, 폴리 메틸 메타크릴레이트는 투명성이 우수하고, 또 그것 자체의 굴절율도 높아서 본 발명의 GI형 광 전송체를 제조할 때 이용하는 폴리머로서 적합하다.
상기 미경화물로 형성된 프트랜드 파이버를 경화하는데는 미경화 물질 중에 열경화 촉매 및/또는 미경화 촉매를 첨가해두는 것이 좋다. 즉, 열경화 촉매 및/또는 광경화 촉매를 함유하는스트랜드 파이버를 가열 처리하던가 또는 광조사, 바람직하게는 자외선을 주위에서 조사한다.
열 경화 촉매로서는 통상의 퍼옥사이드계 촉매(peroxide-catalyst)가 이용된다. 광 경화 촉매로서는 벤조페논, 벤조인 알킬 에테르, 4′-이소프로필-2-히드록시-2-메틸-프로피오페논, 1-히드록시사이크록실 페닐 케톤, 벤질 메틸 케탈, 2,2-디에톡시아세토페논, 클로로티옥산톤, 티옥산톤계 화합물, 벤조 페논계 화합물, 4-디메틸아미노 안식향산(安息香酸) 에틸, 4-디메틸아미노 안식향산 이소아밀, N-메틸디에탄올아민, 트리에틸아민 등이 있다.
광중합에 이용하는 광원으로서는 150-160nm 파장의 광을 발하는 탄소 아크등, 고압 수은등, 초고압 수은등, 저압 수은등, 케미칼 램프, 크세논 램프, 레이저 광 등이 있다.
광 전송체 프리포옴의 로드의 반경은 0.5±0.1mm 범위에 있을 필요가 있고, 이 범위보다 반경이 커지면 프리포옴 로드의 0.25Lo-0.70Lo 범위에서 식(2)에서 나타내는 최고식에 근사한 굴절율 분포로 하기 어려워져서, 본 발명의 목적으로 하는 고해상도의 GI형 광 전송체 프리포옴으로 하기가 곤란해진다.
프로포옴 로드의 제조에 있어서, 각 미경화 물질의 조성(모노머/폴리머 비, 굴절율 등) 각 층의 토출(吐出) 비율, 토출 노즐 온도, 상호 확산시의 온도, 시간, 광 또는 열경화(중합)조건 등을 적절히 조합함으로써 프로포옴 로드의 굴절율이 0.25Lo-0.70Lo 범위에서 식(2)의 2차식에 근사한 것으로 할 수 있다.
이러한 광 전송체 프리포옴의 외주부를 제거하는 방법으로서는, (1) 광 전송체 프리포옴의 외주를 용제로 팽윤(膨潤)시켜서 그 상태에서 소정 치수의 구멍 직경을 갖는 구멍을 통해 팽윤한 부분을 절삭하는 방법, (2) 광 전송체 프리포옴의 외주를 절삭물로 절삭하는 방법, (3) 광 전송체 프리포옴을 알칼리 용액 등에 침지하여 외주부를 용해 제거하는 방법 등을 들 수 있다.
(1)의 광 전송체 프리포옴을 용제로 팽윤시키는 방법은 플라스틱제 광 전송체 프리포옴을 플라스틱을 용해하는 능력이 있는 용제 중에 침지하여 소정 범위에서 팽윤시킨 후에 소정 구경의 원형 구멍 속을 통해 팽윤한 부분을 절삭하는 방법으로, 이용하는 용제의 종류, 용제로의 침지 시간, 팽윤 온도 및 원형 구멍의 치수에 따라 절삭폭 등을 조절할 수 있게 된다.
광 전송체 프리포옴용 플라스틱을 용해하는 용제로서는 클로로포름, 염화 메틸렌, 사염화 탄소, 메틸 에틸 케톤, 아세톤, 초산 에틸 등을 들 수 있다.
(2)의 절삭물로 광 전송체 프리포옴의 외주부를 절삭하는 방법은, 예를 들면 제6도의 절삭기의 사시도에 도시하는 바와 같은 방법으로 행할 수 있다. 제6도 중, 참조 번호(10)은 광 전송체 프리포옴이고, 참조 번호(11)은 본 발명의 고해상 특성을 가진 GI형 광 전송체이다. 절삭 톱니(22)는 1장이라도 좋으나 복수장 조합하여 이용하는 것이 좋고 복수장 조합한 절삭 톱니를 회전체(21)에 설치하여 구동원(24)로 회전시킴으로써 회전 중심의 구멍을 통과하는 광 전송체 프리포옴에 외주를 효율좋게, 또 프리포옴에 불필요한 흠집을 발생시키지 않고 절삭할 수 있다.
참조번호(12)는 광 전송체 프리포옴(10)을 절삭할 때 발생하는 열에 의한 프리포옴의 절삭 불량을 방지하기 위한 절삭유(切削油) 분무 장치이다. 참조 번호(30)은 본 발명의 GI형 광 전송체를 인수하기 위한 닙 롤러(nip roller)로, 프리포옴의 절삭 속도는 회전 톱니(22)의 회전 속도와 닙 롤러(30)의 인수 속도를 조절해서 행할 수 있다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 광 전송체의 굴절율 분포도, 제2도는 종래부터 개발되어온 광 전송체의 굴절율 분포도, 제3도는 광 전송체에서 관찰한 격자상을 도시한 도면으로, 그중 (a)는 굴절율 분포가 식(3)에서 규정하는 2차 곡선에 근사하는 것인 광 전송체를 이용하여 관찰한 격자상,(b), (c)는 각각 굴절율 분포가 이상 굴절율 분포가 아닌 광 전송체를 이용하여 관찰한 격자상이다.
제4도는 광 전송체에서 격자상을 관찰한 때, CCD 센서를 이용하여 투과 광량의 최대값(imax)와 최소값(imin)을 측정하는 장치를 도시한 도면, 제5도는 제4도의 장치로 측정한 최대와 최소 광량의 측정 결과를 도시한 도면, 제6도는 본 발명의 광 전송체를 제조하는데 이용하는 광 전송체 프리포옴의 외주 절삭 장치를 도시한 도면, 그리고 제7도는 본 발명의 광 전송체의 굴절율 분포를 도시한 도면이다.
[발명을 실시하기 위한 가장 양호한 형태]
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 또, 이하의 각 실시예에 있어서 사용한 복합 방사(紡絲) 노즐은 노즐의 각 층의 폭이 복수종의 미경화 액상 물질의 중심부부터 차례로 경화물의 굴절율이 낮아지고, 각 층의 경화 후의 굴절율과 층의 두께를 스트랜드 파이버로 한 때의 각 층의 중심 위치를 스트랜드 파이버로부터의 중심축부에서의 거리를 횡축으로, 각층의 굴절율을 종축으로 플롯했을 때, 상기 식(2)로 나타내는 2차 곡선 위로 가도록 설계된 것을 이용했다.
[실시예 1]
폴리 메틸 메타크릴레이트([η]=0.56, 메틸 에틸 케톤(MEK) 중 25℃에서 측정) 46중량부, 벤질 메타크릴레이트 44 중량부, 메틸 메타크릴레이트 10중량부, 1-히드록시시크로헥실 페닐 케톤 0.2중량부 및 하이드로퀴논 0.1중량부를 70℃로 가열 혼합하여 제1층(중심부) 형성용 미경화 액상 물질로 했다.
폴리 메틸 메타크릴레이트([η)=0.41, MEK 중 25℃에서 측정) 50중량부, 메틸 메타크릴레이트 50중량부, 1-히드록시시크로헥실 페닐 케톤 0.2중량부 및 하이드로퀴논 0.1중량부를 70℃에서 가열 혼합하여 제2층 형성용 미경화 액상 물질로 하고, 폴리 메틸 메타크리레이트([η)=0.34, MEK 중 25℃에서 측정) 45중량부, 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타 플루오로펜틸 메타크릴레이트 35중량부, 메틸 메타크릴레이트 20중량부, 1-히드록시시크로헥실 페닐 케톤 0.2중량부 및 하이드로퀴논 0.1중량부를 70℃에서 가열 혼합하여 제3층 형성용 미경화 액상 물질로 했다.
진 공액(true conjugate)형 3층 복합 방사 노즐을 구비한 성형 장치를 이용하여 상기 3종류의 미경화 액상 물질을 동시에 압출하여 스트랜드 파이버로 했다. 압출시의 점도는 제1층의 물질이 4.5×104포이즈, 제2층이 2.0×104포이즈, 제3층이 2.2×104포이즈 였다. 또, 복합 방사 노즐의 온도는 55℃로 했다. 이어서, 질소 분위기 하의 통내(筒內)를 90cm 통과시켜 각층 간의 상호 확산 처리를 행한 후, 길이 120cm, 40W의 형광등 12개를 원형으로 등간격으로 배치하여 이루어지는 조사부의 중심을 통과하도록 스트랜드 파이버를 주행시키고, 50cm/분의 속도로 반경(Lo) 0.50mm인 광 전송체 프리포옴을 닙 롤러로 인수했다. 토출량비는 제1층:제2층:제3층=1:1:1로 했다. 굴절율 분포는 중심부(No)가 1.512이고, 주변부가 1.470이며, 굴절율 분포 정수(g)는 0.52이고, 제1도 중의 (II)에 도시하는 바와 같이 그 중심에서 외면으로 향해 0.25Lo-0.75Lo 범위에서 식(2)를 만족하는 2차 곡선 (I)에 근사한 굴절율 분포 곡선을 가진다.
상기 광 전송체 프리포옴의 양단면을 연마하여, 렌즈 길이 7.2mm로 하고, 4라인 쌍/mm인 격자를 이용하여 측정한 MTF는 57%이고, 그 때의 공액 길이는 15.4mm였다. 얻어진 격자의 결상은 왜곡이 적은 선명한 상이었으나, 주변부에 왜곡이 확인되었다. 이러한 광 전송체 프리포옴 복수개를 제4도의 참조 번호(47)로 도시하는 바와 같은 구조의 렌즈 길이 7.1mm인 전송체 어레이에 조립하고, 이 광 전송체 어레이의 4라인 쌍/mm인 격자를 이용하여 측정한 MTF는 49%이고 공액 길이는 15.4mm였다.
상기 광 전송체 프리포옴을 10℃에서 보온한 클로로포름에 45초 침지하여 두께 1mm인 실리콘 고무제의 시트에 뚫은 미소한 구멍을 통해 클로로포름에서 팽윤한 부분(제1도 중의 F 부분)을 절삭하여 반경(r0)가 0.48mm인 광 전송체를 얻었다. 이러한 광 전송체의 굴절율 분포는 제1도 중의 I에 도시하는 바와 같이 중심축부(n0)가 1.512, 주변부가 1.474이고, 굴절율 분포 정수(g)는 0.52에서 제1도 중의 II에 도시하는 바와 같이 그 중심부에서 외주면으로 향해 0.24r0-0.820인 범위가 (1)식을 만족하는 2차 곡선 I에 근사한 굴절율 분포를 갖는다.
상기 광 전송체의 양단면을 연마하여 렌즈 길이 7.2mm로 하고, 4라인 쌍/mm인 격자를 이용하여 측정한 MTF는 65%이고, 그때의 공액 길이는 15.4mm였다. 또, 얻어진 격자의 결상은 표면을 절삭하기 전의 광 전송체 프리포옴과 비교하여 주변부도 포함하여 매우 왜곡이 적은 선명한 상이었다.
이러한 광 전송체 복수개를 제4도 중의 참조번호(47)로 도시하는 바와 같은 구조를 가진 렌즈 길이 7.2mm인 광 전송체 어레이에 조립하고, 이러한 광 전송체 어레이의 4라인 쌍/mm인 격자를 이용하여 측정한 MTF는 56%이고, 그 공액 길이는 15.4였다. 이러한 광 전송체 어레이에 LED를 광원으로 하고, CCD를 수광 소자로 해서 결합한 이미지 스캐너를 조립했다. 이 이미지 스캐너는 해상도가 높아서 선명한 화상을 전송할 수 있었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 이용한 제1층용 액상 물질을 제1층에 폴리 메틸 메타크릴레이트(([η]=0.40, MEK 중 25℃에서 측정) 50중량부, 메틸 메타크릴레이트 20중량부, 벤질메타크릴레이트 30중량부, 1-히드록시시크로헥실 페닐 케톤 0.2 중량부 및 하이드로퀴논 0.1 중량부를 65℃에서 가열 혼연한 것을 제2층 형성용 액상 물질로서 이용하여 실시예 1에서 이용한 제2층용 액상 물질을 제3층에 이용하고, 또 폴리메틸 메타크릴레이트([η]=0.40, MEK 중 25℃에서 측정) 50중량부, 메틸 메타크릴레이트 30중량부, 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 메타크릴레이트 20중량부, 1-히드록시시크로헥실 페닐 케톤 0.2 중량부 및 하이드로퀴논 0.1 중량부를 65℃에서 가열 혼연하여 제4층 형성용 액상 물질로 했다.
상기 4종류의 액상 무질을 동심원 모양의 4층 복합 노즐을 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 하여 동시에 압출해서 스트랜드 파이버로 했다. 압출시의 점도는 제1층의 액상물이 4.5×104포이즈, 제2층의 액상물이 4.0×104포이즈, 제3층의 액상물이 2.0×104포이즈, 제4층의 액상물이 2.2×104포이즈이고, 복합 노즐의 온도는 60℃였다.
이어서, 실시예 1과 동일하게 해서 경화하여 반경(Lo)가 0.48mm인 광 전송체 프리포옴을 얻었다. 토출비가 (제1층):(제2층):(제3층):(제4층)=2:1:1:1로 하여 얻은 광 전송체 프리포옴을 인터파코 간섭 현미경으로 측정한 굴절율 분포는 중심축부(No)가 1.513, 주변부가 1.479이고, 굴절율 분포 정수(g)는 0.53으로 제7도 중 III에 도시하는 바와 같이 그 중심으로부터 외주면으로 향해 0.2Lo-0.75Lo의 범위에서 (2)식으로 나타내는 2차 곡선 IV에 근사한 굴절율 분포를 가진다. 또, 4라인 쌍/mm인 격자를 이용하여 측정한 MTF는 렌즈 길이 7.1mm, 공액 길이 14.9mm에서 57%였다.
또 이러한 광 전송체 프리포옴을 복수개 조합하여 실시예 1과 동일하게 해서 광 전송체 어레이를 제조한 결과 MTF는 53%였다.
상기 광 전송체 프로포옴을 12.5℃로 보온한 크롤로포름에 45초 침지하여 두께 1mm인 실리콘 고무제의 시트에 뚫은 미소한 구멍을 통해 클로로포름으로 팽윤한 부분(제7도 중의 G 부분)을 절삭해서 반경(r0)가 0.445mm인 광 전송체를 얻었다. 이러한 광 전송체의 굴절율 분포는 중심축부(n0)가 1.512, 주변부가 1.481이고, 굴절율 분포 정수(g)는 0.53으로, 중심으로부터 외주면으로 향해 0.19r0-0.87r0범위가 (1)식을 만족하는 최적 곡선에 근사한 굴절율 분포를 갖는다.
상기 광 전송체의 양단면을 연마하여, 렌즈 길이를 7.1mm로 하고 4라인 쌍/mm인 격자를 이용하여 측정한 MTF는 71%이고, 그때의 공액 길이는 14.9mm였다. 또 얻어진 격자의 결상은 표면을 절삭하기 전의 광 전송체 프로포옴과 비교하여 주변부도 포함하여 매우 왜곡이 적은 선명한 상이 얻어졌다.
이러한 광 전송체 복수개를 제4도중의 참조 번호(47)로 도시하는 바와 같은 구조를 갖는 렌즈 길이 7.1mm인 광 전송체 어레이에 조립하고, 이러한 광 전송체 어레이를 4라인 쌍/mm인 격자를 이용하여 측정한 MTF는 그 공액 길이 14.9에서 63%였다. 이러한 광 전송체 어레이에 LED를 광원으로 해서 CCD를 수광 소자로서 결합한 이미지 스캐너를 조립했다. 이 이미지 스캐너는 해상도가 높아서 선명한 화상을 전송할 수 있었다.
[실시예 3]
실시예 2에서 이용한 제1층부터 제4층까지를 형성하기 위한 각각의 액상 물질과, 또 제5층 용액상 물질로서 실시예 1에서 제3층 형성에 이용한 것을 이용하여 이들의 각층 용액상 물질을 5층의 동심원상 복합 노즐로 공급해서 동시에 압출하여 스트랜드 파이버로해서 경화시켜서 광 전송체 프리포옴을 얻었다.
토출비가 (제1층):(제2층):(제3층):(제4층):(제5층)=3:1:1:1:2로 해서 얻은 광전송체 프리포옴(Lo:0.48mm)를 인터파코 간섭 현미경으로 측정한 굴절율 분포는 중심축부(No)가 1.514, 주변부가 1.469이고, 굴절율 분포 정수(g)는 0.57로 중심부로부터 외주면으로 향해 0.15Lo-0.79Lo 범위에서 (2)식으로 나타내는 최적 곡선에 근사한 굴절율 분포를 가졌다. 또, 4라인 쌍/mm인 격자를 이용하여 측정한 MTF는 렌즈 길이 8.0mm, 공액 길이 15.9mm에서 59%였다. 또, 이러한 광 전송체 프리포옴을 이용하여 실시예 1과 동일하게 해서 제조한 광 전송체 어레이의 MTF는 57%(4라인 쌍/mm인 격자로 측정)였다.
상기 광 전송체 프리포옴을 내수성 샌드페이퍼(2000번)를 이용하여 외주면부터 제거하여 반경(r0)가 0.44mm인 광 전송체를 얻었다. 이러한 광 전송체의 굴절율 분포는 중심축부(n0)가 1.514, 주변부가 1.472이고, 굴절율 분포 정수(g)는 0.57로, 중심으로부터 외주면으로 향해 0.13Lo-0.89Lo 범위에서 (1)식으로 나타내는 최적곡선에 근사한 굴절율 분포를 가지고, 실시예 1을 마찬가지로 측정한 MTF는 렌즈길이 8.0mm, 공액 길이 15.9mm에서 75%였다. 또 이러한 광 전송체를 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 하여 제조 전송체 어레이의 MTF는 71%(4라인 쌍/nn인 격자에서 측정)이고, 이 어레이를 이용한 이미지 스캐너는 매우 해상도가 높은 화면을 전송할 수 있다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명의 GI형 플라스틱제 광 전송체는 그 중심부로부터 적어도 0.25r0-0.800범위의 굴절율 분포가 식(1)에 나타내는 분포 곡선에 매우 근사한 것으로 되어 있기 때문에, 주변부 화상이 흐리지 않고 양질의 화상을 전송할 수 있고, 특히 고해상도가 요구되는 복사기, 팩시밀리, LED 프린터용 광 전송체로서 매우 유용하다.

Claims (3)

  1. 반경 r0가 0.45±0.1mm 범위 내에 있는 원형 단면을 갖는 그레이디드 인덱스형 플라스틱제 광 전송체로서, 상기 그 광 전송체의 중심축으로부터 외주면을 향하여 적어도 0.25r0-0.8r0, 범위의 굴절율 분포가 하기 식(1)에서 규정하는 굴절율 분포 곡선에 근사한 굴절율 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 그레이디드 인덱스형 플라스틱제 광 전송체.
    (상기 식 중, n0는 상기 광 전송체의 중심축부의 굴절율로서 1.5±0.1의 범위 내에 있는 임의의 값이고, n(r)은 상기 광 전송체의 중심축부에서 외주 방향으로의 거리 r의 위치부의 굴절율, g는 상기 광 전송체의 굴절율 분포 정수를 나타내는 0.3-0.7의 값이고, r은 광 전송체의 중심축에서 외주 방향으로의 거리를 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서, 플라스틱제 광 전송체의 중심축부로부터 외주면을 향하여 적어도 0.25r0-0.85r0범위의 굴절율 분포가 상기 식(1)에서 규정하는 굴절율 분포 곡선에 근사하는 굴절율 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 그레이디드 인덱스형 플라스틱제 광 전송체.
  3. 반경 Lo가 0.5±0.1mm 범위 내에 있는 원형 단면을 갖는 그레이디드 인덱스형 플라스틱제 광 전송체 프리포옴(preform)에서, 상기 광 전송체 프리포옴의 중심축부로부터 외주면을 향하여 적어도 0.25Lo-0.70Lo 범위의 굴절율 분포가 하기 식(2)에서 규정하는 굴절율 분포 곡선에 근사하는 굴절율 분포를 갖는 광 전송체 프리포옴의 외주를 제거하는 것을 특징으로 하는 제1항 기재의 그레이디드 인덱스형 플라스틱제 광 전송체의 제조 방법.
    (상기 식 중, no는 광 전송체의 중심축부의 굴절율로서 1.5±0.1 범위 내에 있는 임의의 값이고, n(L)은 상기 광 전송체의 중심부에서 외주 방향으로의 거리 L인 위치부의 굴절율, g는 상기 광 전송체의 굴절율 분포 정수로서 0.3-0.7의 값이고, L은 광 전송체의 중심축에서 외주 방향으로의 거리를 나타낸다.)
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