KR0151706B1 - 굴절용 분포형 플라스틱제 광전송체 및 그 제조방법 - Google Patents

굴절용 분포형 플라스틱제 광전송체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

분포된 굴절율을 갖는 형태의 광전송 플라스틱 제품은 0.4 내지 0.6㎜ 범위의 반경(ro)의 횡단면을 갖는다. 광전송 제품의 굴절율 분포는 중앙축으로부터 제품의 원주면을 향하여 연장되는 적어도 0.25 ro내지 0.70 ro의 범위에서 설정된 이상적인 굴절율 분포곡선에 거의 접근된다. 제품의 중앙부에서 굴절율 no는 1.4 내지 1.6의 범위에 있다. 이러한 제품은 0.15㎜-1이상 및 0.3㎜-1이하의 굴절율 분포상수와 적어도 55%의 변조 전달 함수를 갖는다. 상기 광전송 제품은 각각 103및 108프와즈간의 점도를 갖는 경화되지 않는 액체 기판으로부터 제조된다. 경화될 때 n1n2n3......nN의 굴절율 n을 갖는 경화되지 않은 N(N≥2)개의 액체 기판은 굴절율 n이 중앙부로부터 원주부를 향하여 연속적으로 감소되고 경화되지 않은 스트랜드 섬유를 형성하도록 차례로 동심으로 적층된다. 확산층이나 그후에 경화되지 않은 스트랜드 섬유는 경화되므로써 광전송 제품의 제조가 완료된다.

Description

[발명의 명칭]
굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체 및 그 제조방법
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은, 백색 광원을 사용하는 복사기에 쓰이는 상 전송 배열체 뿐만 아니라 포물선형 광섬유와, 막대형 수렴 렌즈 및 광 센서등과 같은 광전송 라인에 유용한 광전송체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
[배경기술]
단면상에서 중심으로부터 외주를 향해 차례로 분포된 굴절율을 갖는 광전송체는 일본 특허 공보 제47-816호와 일본 특허 공보 제47-28059호 및, 유럽 특허 공보 제0,208,159호에 개시된다.
일본 특허 공보 제47-816호에 개시된 굴절율 분포형 광전송체는 유리로 만들어져 있으며 이온 교환 방법으로 조립되어 있다. 그러나, 상기 방법은 생산성이 낮고 동일형상(특히 동일 길이)과 동일 성능을 갖는 제품을 제조할 수 없다. 동일한 성능을 가질지라도, 조립된 굴절율 분포형 광전송체는 다른 길이를 가지며, 취급상 여러 문제점을 일으킨다.
일본 특허 공보 제47-28059호에 개시된 굴절율 분포형 플라스틱 광전송체는 굴절율이 다르며 특수 용제에 대하여 용해도가 다른 두개 이상의 투명한 중합체를 혼합하여 만들었다. 상기 혼합 중합체는 막대 또는 섬유형태를 가지며 그 표면으로부터 중합체의 일부가 추출되도록 용제에 침전되므로써 상기 표면으로부터 중심을 향하여 중합체의 혼합 비율을 변화시킨다. 상기 방법의 광전송체가 다른 굴절율을 갖는 두개이상의 중합체를 혼합 제조하여 굴절율의 변동을 일으키고 그 투명도를 저하시키며 광분산을 발생시키기 때문에, 상기 제품은 굴절율 분포형 광전송체로서는 사용될 수 없다. 따라서, 상기 방법의 적용과 함께 개량을 기대할 수 없다.
유럽 특허 공보 제0,208,159호에는 적어도 한 종류의 열가소성 중합체(A)와, 중합시 상기 중합체(A)와 필적할 수 있고 상기 중합체(A)의 굴절율과는 다른 굴절율을 갖는 중합체를 형성하는 단량체(B)가 혼합되어 막대와 같은 형상으로 성형되는 방법이 개시된다. 성형된 본체의 표면에서 단량체(B)는 표면으로부터 형성된 재료의 내부를 향해 단량체(B)를 연속적으로 분포하도록 휘발되고, 그 다음에 성형된 본체에 있는 중합되지 않은 단량체는 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체를 형성하도록 중합화된다.
굴절율 분포형 광전송체의 이상적인 굴절율 분포 곡선은 다음과 같다.
N = No(1-ar2)
상기 곡선은 제2도의 곡선 a와 동일한 것으로 여겨진다.
그러나, 하기에 설명될 조건하에서 인터파코 간섭 현미경을 사용한 본 발명자의 연구와 측정에 의하면, 상기 방법에 따라 제조된 굴절율 분포형 광전송체는 제2도의 굴절율 분포 곡선b를 제공한다. 중심으로부터 0.5 ro내지 0.75 ro, 까지의 반경 범위(즉, 제2도의 c에서 d의 범위 : e는 최외부를 표시한다.)에 있어서, 곡선 b는 식(1)로 표시된 이상곡선과 비교적 유사하다. 그러나, 상기 범위의 외부와 내부 측면에 있어서, 굴절율 분포는 이상적인 곡선에서 크게 벗어난다.
이와 같은 광전송체에서 그리드 패턴을 관찰하면, 상기 광전송체가 식(1)에서 정의된 2차 곡선을 거의 정확히 따르는 굴절율 패턴을 갖는다면 제3a도에 도시된 바와 같은 정상적인 그리드 상을 구비할 것이다. 그러나, 광전송체의 굴절율 분포가 제2도의 곡선 b로 도시된 바와 같이 이상 굴절율 분포로부터 벗어난다면 정확한 상을 전달하지 못하므로 제3b도 및 제3c도에 도시된 바와 같은 일그러진 그리드 상을 나타낼 것이다. 이러한 경우에, 제품의 해상도를 나타내는 변조 전달 함수는 30% 이하로 매우 낮은데, 이것은 복사기의 광전송체로 사용될 수 없다.
따라서, 제2도의 곡선 b로 도시된 바와 같은 굴절율 분포를 갖는 종래의 굴절율 분포형 광전송체는, 제2도의 곡선 d의 위치보다 더 외부로 제거되는 솔벤트 공정에 의해 절단 또는 회피되어야 하기 때문에 비교적 이상적인 굴절율 분포를 갖는 광 통로에 광전송체를 제공한다. 그러나, 고도의 해상도를 갖는 광전송체를 제공하는 것은 어렵고 그 생산성이 매우 낮으며 또한 균일한 특성을 갖는 제품을 연속적으로 생산하는 것이 매우 어렵다.
[발명의 설명]
본 발명의 목적은 백색 광원을 사용하는 복사기에 적용될 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체를 제공하고자 하는 것이다. 종래의 광전송체와 비교하면, 본 발명에 따른 광전송체는 해상도가 높고, 매우 밝으며 또한 생산성이 매우 높다.
본 발명의 목적은 반경이 ro인 원형단면을 갖는 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체를 제공하는 것이며, 상기 굴절율 분포는 중심축에서 광전송체의 외주면을 향해 적어도 0.25ro내지 0.70ro범위에서 하기 식(1)으로 정의된 굴절율 분포 곡선과 거의 비슷하다.
상기 식(1)에서,
상기 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체는 4라인-쌍/㎜의 그리드 상이 CCD 라인 센서상에서 광전송체를 통하여 형성되고, 상의 광 량의 최대값(imax)과 최소값(imin)이 측정될 때, 하기 식(2)으로 계산되며, 적어도 55%의 변조 이송 함수(여기에서는 MTF라 한다.)를 갖는다.
본 발명은 또한 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 103에서 108프와즈 사이의 점도와 경화시 n1n2n3......nN의 굴절율 n을 각각 갖는 경화되지 않은 N(N≥2)개의 액상기판을 준비하는 단계와, 경화되지 않은 스트랜드 섬유를 형성하기 위하여 굴절율이 적층 기판의 중심에서 외주를 향해 연속적으로 감소되는 방식으로 상기 기판을 동심적으로 적층하는 단계와, 굴절율이 층사이에서 연속 분포되도록 인접층간의 기판을 상호 확산시키는 단계와, 그리고 동시에 또는 후에 가공되지 않은 스트랜드 섬유를 경화시키는 단계를 포함한다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 굴절율 분포형 광전송체의 실시예의 굴절율 분포 곡선이 도시된 도면.
제2도는 종래 기술의 방법에 따라 형성된 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체의 굴절율 분포 곡선이 도시된 도면.
제3a도 내지 제3c도는 상기 광전송체에 의해 얻어진 그리드 상의 실시예를 나타낸 사시도.
제4도는 광전송체의 해상도를 측정하기 위한 장치의 개략도.
제5도는 CCD센서로 측정된 그리드 상의 광 량 레벨이 도시된 그래프.
제6도는 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체를 성형하기 위해 사용되는 장치의 개략도.
제7도는 렌즈 용량 측정장치의 개략도.
제8도는 본 발명의 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체의 실시예의 굴절율 분포 곡선이 도시된 도면.
[발명의 양호한 실시예]
제1도의 곡선 b로 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광전송체의 굴절율 분포 곡선은 중심축으로부터 적어도 0.25 ro내지 0.70 ro, 바람직하게는 0.20 ro내지 0.75 ro의 범위에서, 식(1)으로 표시된 이상적인 굴절율 분포 곡선[제1도의 곡선 a]과 일치하게 된다. 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체의 중심축으로부터 0.25 ro내지 0.70 ro의 범위에서, 식(1)으로 표시된 제1도의 굴절율 분포 곡선(a)과 유사하지 않은 굴절율 분포 곡선을 갖는다면, 상기 광전송체는 상을 정확히 전달할 수 없거나 또는 복사기에 적용될 광전송체의 요구 사항을 만족시킬 수 없으며 따라서, 상기 목적에 적용될 수 없다.
본 발명의 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체는 no가 1.4보다는 크거나 같고 1.6보다는 적거나 같은(즉, 1.4≤no≤1.6) 수치를 가져야만 한다. 상기 수치가 1.6을 초과한다면 플라스틱제 광전송체를 생산하기 어렵고, 상기 수치가 1.4보다 작다면 제품의 중심축과 외주에서 굴절율의 편차가 확대되지 않을 것이며 따라서, 뛰어난 해상 능력과 상전달 특성을 갖는 광전송체를 가능하게 한다.
수치 g는 하기식(3)에 의해 정의된다.
상기 식(3)은 렌즈 길이와 상 형성 길이를 나타낸다. 수치 g가 0.3㎜-1보다 클때 광전송체는 색수차를 가질 것이므로, 백색 광원을 사용하는 광전송체용에 적합하지 않다. 수치 g가 0.15㎜-1보다 작다면 광전송체는 상 형성 길이가 길어지며 이를 취급하는데 어려움이 있을 것이다.
본 발명의 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체가 복사기등에 사용될 때, 단일 제품 대신에 복수개의 상기 제품들은 일부 제품에 의해 제공된 상들이 상을 형성하도록 상호 중첩되는 광전송 재료의 배열체를 형성하는 방법으로 단일 행열 또는 복수 행열로 배열되어 있다. 중첩된 상의 가시도는 각 광전송체의 직경에 좌우되는 중첩도에 의존된다. 깨끗한 상을 얻기 위하여 상기 반경(ro)은 0.4 내지 0.6㎜의 범위에 있어야만 한다. 상기 제품이 이들 보다 더 얇다면 상기 제품은 밝기가 부족하게 되며 균일한 분포로 제조하는 것이 어렵다. 상기 제품이 상기 치수보다 더 두껍다면 광전송체의 배열체에 의해 제공된 상은 서로 불균형하게 겹칠 것이고 따라서 깨끗한 상을 전달하지 못한다.
본 발명의 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체의 해상도를 표시하는 MTF는 다음과 같이 측정된다. 즉, 제4도에 도시된 바와 같이, 광원(42), 필터(43), 확산판(44), 그리드(45) 및, 복수개의 굴절율 분포형 광전송체(41)로 구성된 배열체(47)는 해상도 측정 장치를 형성한다. 공간 진동수 4(라인-쌍/㎜)를 갖는 그리드상은 CCD 라인 센서(46)상에 상을 형성하도록 광전송체를 통과한다. 형성된 그리드 상이 판독되고, 상의 광 량의 최대치(imax) 및 최소치(imin)는 제5도에 도시된 바와 같이 측정된다. 측정된 최대치와 최소치에 따라서, MTF는 하기 방정식으로부터 계산된다.
여기에서, 그리드 상수는 밀리미터 당 라인수(라인-쌍/㎜)이고, 각 라인은 제4도의 그리드(45)에 도시된 바와 같은 한쌍의 흑백라인을 포함한다.
본 발명의 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체의 MTF는 55% 이상이어야 한다. MTF가 55% 이하라면, 광전송체는 낮은 해상도를 갖게되고 팩시밀리 같은 복사기에 사용될 때 깨끗한 상을 형성시키지 못한다.
본 발명의 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체는 하기 방법으로 조립될 수 있다.
비경화 상태의 점도가 103내지 108프와즈이고 경화된 상태에서의 굴절율(n)이 n1n2n3......nN인 N개(N≥2)의 비경화 액상기판을 준비하고, 상기 비경화 액상기판을 중심에서 외주면을 향하여 그 순차 굴절율이 작게 되도록 동심 형태로 복수 적층하여 비경화 상태의 스트랜드 섬유를 형성시킨다. 스트랜드 섬유 기판은 비경화 스트랜드 섬유가 경화되는 동안 층 사이에 연속적인 굴절율 분포가 제공되도록 인접층 사이에서 서로 확산된다.
g값이 0.3gg≥0.15인 굴절율 분포형 광전송체이며, N≥2인 광전송체의 중 심층과 최외층과의 n1-nN의 편차를 적절한 범위로 할 수 있고 그 중심으로부터 0.25 ro내지 0.75 ro범위내의 굴절율 분포를 상기 식(1)의 곡선과 유사한 것으로 하는 것이 용이하게 되어 본 발명의 광전송체를 제조하는 것이 용이하게 된다. 따라서, N은 2 또는 2 이상이어야 하고, 양호하게는 2 내지 7, 보다 양호하게는 3 내지 5 이어야 한다.
본 발명의 실행에 있어서, 각각의 비경화 액상 기판은 103내지 108프와즈에서 경화 가능해야 한다. 점도가 103프와즈 이하이면, 스트랜드가 쉽게 부숴지며, 스트랜드와 같은 형상을 이루는 것이 어렵게 된다. 점도가 108프와즈 이상이면, 기판에 있어서 불규칙한 직경의 형성이나 동심성의 저하를 초래하는 좋지 못한 결과를 초래할 위험이 있다.
본 발명의 실행시 사용되는 액상 기판은 기본적인 중합성 비닐 단량체 또는 단량체로 용해 가능한 단량체와 중합체를 갖는 혼합물이다.
상기 중합성 비닐 단량체로는 예를 들면, 메틸 메타크릴레이트(n=1.49)와, 스티렌(n=1.59)과, 크로스티렌(n=1.61), 비닐 아세테이트(n=1.47)와, 2, 2, 3, 3-테트라 플루오르프로필(메타) 아크릴레이트, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, 옥타플루오르프로필(메타) 아크릴레이트, 2, 2, 3, 4, 4, 4-헥사플루오르-프로필(메타) 아크릴레이트 및 2, 2, 2-트리플루오르-에틸(메타) 아크릴레이트 같은 플루오르 알킬(메타) 아크릴레이트(n=1.37 내지 1.44)와, 에틸(메타) 아크릴레이트, 페닐(메타) 아크릴레이트, 벤질(메타) 아크릴레이트, 하이드로옥실알킬(메타) 아크릴레이트, 알킬에네질콜디(메타) 아크릴레이트, 트리메틸올프로판-디 혹은 트리(메타) 아크릴레이트, 펜타에르쓰리톨-디, -트리, 혹은 -테트라(메타) 아크릴레이트, 디글리세린테트라(메타) 아크릴레이트, 디 펜타에르쓰리톨 헥사(메타) 아크릴레이트, 디 에틸렌-글리콜리콜바살리카보네이트, 플루오르 알킬렌글리콜폴리(메타) 아크릴레이트 등과 같은 1.43 내지 1.62의 굴절율을 갖는(메타) 아크릴레이트 등이 있다.
상기 경화된 액상 기판의 점도를 조절하고, 얻어진 스트랜드 섬유의 굴절율이 중심으로부터 스트랜드 섬유의 외면쪽으로 분포되도록 비경화 액상기판은 양호하게는 비닐계 단량체와 가용성 중합체로 혼합된다. 사용될 수 있는 중합체는 기본적인 중합이 가능한 비닐 단량체로부터 만들어진 양호한 호환성을 갖는 중합체를 가져야 한다. 상기 중합체로는 예를 들어, 폴리(메틸메타크릴레이트)(n=1.49), 폴리(메틸 메타크릴레이트)-기본 코폴리머(n=1.47 내지 1.50), 폴리-4-메틸렌 펜텐-1(n=1.46), 에틸렌/비닐 아세테이트 코폴리머(n=1.46 내지 1.50), 폴리카보네이트(n=1.50 내지 1.57), 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(n=1.42), 비닐 리덴 플루오라이드/테트라 플루오르 에틸렌 코폴리머(n=1.42 내지 1.46), 비닐리덴 플루오라이드/테트라 플루오르 에틸렌/헥사 플루오르 프로펜 코폴리머(n=1.40 내지 1.46) 및 폴리(알킬 플루오라이드)(메타) 아크릴레이트 폴리머 등이 있다.
점도 조절을 위해, 각층에 동일한 굴절율을 갖는 중합체를 사용하면 중심으로부터 기판의 표면쪽으로 연속적으로 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체가 형성될 수 있다. 특히, 폴리(메틸 메타 크릴레이트)는 우수한 투명도와 높은 굴절율을 가지므로, 본 발명의 굴절율 분포형 광전송체의 제조에는 매우 적합하게 사용된다.
비경화 기판으로부터 형성된 스트랜드 섬유를 경화시키기 위해, 비경화 기판에 열경화성 촉매 및 광 촉매를 부가하는 것이 바람직하다. 열경화성 촉매 및 광촉매를 포함하는 섬유 스트랜드는 광선, 바람직하게는 자외선으로 가열되거나 조사된다.
열경화성 촉매는 과산화수소계 촉매이고, 광 중합 촉매는 벤조펜온, 벤조인 알킬에테르, 4'-이소프로필-2-하이드록시-2-메틸-프로피오펜온, 1-하이드록시 사이클로 헥실페닐-케톤, 벤질메틸케팔, 2, 2-디에속시 아세토펜온, 클로로씨옥산톤, 씨옥산-기본 혼합물, 벤조펜온-기본 혼합물, 4-디 메틸 아미노 벤조익 에틸, 4-디 메틸 아미노 벤조익 이소아밀 N-메틸디-에탄놀아민, 트리에틸아민 등이 있다.
광중합에 사용된 광원은 탄소 아크 램프, 고압 수은 램프, 저압 수은 램프, 화학 램프, 크세논 램프, 또는 150 내지 600㎚의 파장을 갖는 광원을 방출하는 레이저 빔 등이다.
본 발명의 광전송체를 형성하기 위하여 예를 들면 제6도에 도시된 장치를 형성하는 스트랜드 섬유가 사용된다. 동심의 복합 노즐(61)은 비경화 스트랜드 섬유(62)를 압출하는데, 이것은 비경화 기판을 경화시키기 위한 경화부(64)를 통하는 것과 마찬가지로 굴절율 분포를 부여하는 스트랜드 섬유의 각 층의 단량체를 상호 확산시키는 상호 확산부(63)를 통해 통과된다. 스트랜드 섬유는 인출 롤러(65)사이를 통과하여 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체(66)로서 권취부(67) 주위에 권취된다. 스트랜드 섬유(62)로부터 나온 휘발성 기판을 제거하기 위하여 질소가스와 같은 불활성 가스가 불활성 가스 유입포트(68)로부터 유입되며 배출 포트(69)로부터 배출된다.
상술된 방법에 의해 얻어진 굴절율 분포형 광전송체는 낮은 굴절율을 갖는 피복층을 갖는다. 피복층은 트리플루오로알킬아크릴레이트, 펜타플루오로알킬아크릴레이트, 헥사플루오로알킬아크릴레이트, 펜타플루오로알킬아크릴레이트, 헥사플루오로알킬아크릴레이트, 플루오로알킬에네디아크릴레이트, 1, 1, 2, 2, 테트라하이드로 헵타데카플루오로데실아크릴레이트, 헥사네디올디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 디펜타에리시리톨헥사아크릴레이트 등을 혼합시켜 형성할 수 있다. 필요시 응용성 및 굴절율을 조절하도록 플루오로화된 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트가 추가된다. 또한, 광중합 개시제를 첨가하는 것도 가능하다.
본 발명은 실시예를 참조로 이하 상세히 시술된다.
실시예의 굴절율 및 렌즈 성능은 하기와 같이 측정된다.
[I. 렌즈성능의 측정]
[평가장치]
렌즈성능은 제7도에 도시된 평가장치로 측정된다.
[시료의 준비]
실시예에 따라 준비된 각각의 광전송체는 광빔의 주기(λ)의 약1/4(λ/4)의 길이로 절단된다. 주기(λ)는 제품을 통과하는 He-Ne 레이저 빔의 파형으로부터 결정된다. 제품을 시료의 양단면을 서로 평행하게 하고 길이방향 축에 직각이 되도록 광택제로 폴리싱시키므로써 측정될 시료가 얻어진다.
[측정방법]
제7도에 도시된 바와 같이, 광학대(71)상에 시료대(76)가 위치되며 측정될 시료(78)가 상기 시료대(76)상에 위치된다. 광원(72)으로부터의 광이 집광렌즈(73)를 통해 통과되도록 다이아그램(74)이 조절되며, 다이아프램(74), 유리판(75) 및 전체가 시료의 단면을 조사한다. 그 후 광이 폴라로이드(폴라로이드사의 상표)의 막상에 촛점 형성되도록 시료(78) 및 폴라로이드 카메라(77)가 조절된다. 사각 그리드의 상이 촬영되며 그리드의 일그러짐이 관찰된다. 유리판(75)은 크롬판 광마스킹 유리이며, 그위의 크롬막은 0.1㎜의 사각 그리드 패턴을 형성하도록 정밀하게 처리된다.
[II. 굴절율 분포의 측정]
칼 자이스사(Carl Zeiss company)에 의해 제조된 인터파코 간섭 현미경이 이러한 측정을 위하여 사용된다.
[실시예 1]
중량비 52인 폴리(메틸 메타크릴레이트)(메틸에틸케톤(MEK) 25℃에서 측정된 [η]=0.34)와, 중량비 35의 벤질메타크릴레이트와, 중량비 13인 메틸메타크릴레이트와, 중량비 0.2의 1-하이드록시시크로헥실페닐케톤과, 중량비 0.1의 하이드로퀴논은 제1층(중심부)을 형성하기 위하여 경화되지 않은 기판을 원액으로 형성하도록 가열되고 60℃에서 혼합된다. 중량비 50인 폴리(메틸 메타크릴레이트)(MEK 25℃에서 측정된[η]=0.34)와, 0.2 중량비의 1-하이드록시시크로 헥실페닌케톤과, 0.1 중량비의 하이드로퀴논은 제2층을 형성하기 위하여 경화되지 않은 기판을 원액으로 형성하도록 가열되어 60℃에서 혼합된다. 중량비 50인 폴리(메틸 케타크릴레이트)(MEK 25℃에서 측정된 [η]=0.34)와, 50 중량비의 메틸메타크릴레이트와, 0.2 중량비의 1-하이드록시시크로헥실페닐케톤과, 0.1 중량비의 하이드로퀴논은 제3층(외층부)을 형성하기 위하여 경화되지 않은 기판을 원액으로 형성하도록 가열되어 혼합된다. 동심의 스트랜드 섬유를 형성하기 위하여 3종류의 원액이 복합 노즐로부터 동시에 압출된다. 이러한 압출중 제1층 성분의 점도는 4.7x104프와즈이며 제2층 성분은 3.7x104프와즈, 제3층 성분의 점도는 2.9x104프와즈이다. 복합 노즐의 온도는 60℃이다. 제6도에 도시된 것처럼, 노즐로부터 압출된 스트랜드 섬유(62)는 길이가 45㎝인 상호 확산부를 통하여 통과되는데 이것은 스트랜드 섬유의 층사이에서 단량체를 상호 확산시킨다. 그 후 스트랜드 섬유는 40㎝/분의 속도에서 링 형태로 등거리로 배열된 플루오르리슨트 램프(길이 120㎝, 출력 40W)로 구성된 광 조사부의 중심을 통하여 통과되며, 그 결과 스트랜드 섬유내의 단량체는 닙(nip) 롤러에 의해 견인되는 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체를 형성하도록 폴리싱된다.
스트랜드 섬유를 형성할때, 제1, 2, 3층의 토출량의 비율은 7 : 4 : 1이다. 따라서 이와 같이 형성된 광전송체는 인터파코 간섭 현미경의 측정에 의해 중심부에서는 0.508, 외주부에서는 1.498의 굴절율과 0.20㎜-1의 굴절율 분포상수(g)와, 0.59㎜ 반경(ro)을 갖는다. 제8도에 도시된 바와 같이, 광전송체의 굴절율 분포는 중심부로부터 제품의 외주면을 향하여 0.15 ro내지 0.75 ro의 범위에서 식(1)과 거의 유사하다. 광전송체의 양단면은 18.4㎜의 렌즈 두께로 폴리싱되며 따라서 MTF는 4 라인-쌍/㎜의 그리드로 측정되는데, MTF는 42.4㎜의 공액길이 에서 60%이다. 얻어진 그리드 상은 단지 약간의 일그러짐만 가질 정도로 선명하다.
제4도에 표시번호 47로 표시된 것처럼 18.4㎜의 렌즈길이를 갖는 광전송체 배열체를 형성하기 위하여 실시예 1과 유사한 방법으로 다수의 광전송체가 사용되는데, MTF는 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정되며 MTF는 52%이다. 이때 광전송체 배열체를 형성하는 막대형 렌즈의 공액길이는 42.4㎜이다. 이러한 광전송체 배열체, LED 광원, 및 CCD소자를 수용하는 광은 영상 스캐너내로 조립되는데, 이는 고해상도 및 선명한 상을 이송시킬 수 있다.
[실시예 2]
중량비 47인 폴리(메틸 메타크릴레이트)(MEK 25℃에서 측정된 [η]=0.34)와, 중량비 40의 메틸 메타크릴레이트와, 중량비 13인 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, 옥타플루오로펜틸메타크릴레이트와, 중량비 0.2의 1-하이드록시시크로헥실펜틸메타크릴레이트와, 중량비 0.1의 하이드로퀴논으로 제조된 원액을 형성하는 제4층과 실시예 1에서 사용된 3종류의 원액은 경화되지 않은 기판을 형성하기 위하여 가열되고 60℃에서 혼합되며, 그 후 4종류의 원액이 동심의 스트랜드 섬유를 형성하기 위하여 동심의 제4층 성분 스피닝 노즐로부터 동시에 압출된다. 이러한 압출중 제1,2,3층의 점도는 실시예1과 거의 동일하며 제4층 형성성분의 점도는 2.5x104프와즈로 된다. 복합 노즐의 온도는 60℃이다.
그 후 각종 굴절율을 갖는 형태의 광전송체를 제공하기 위해 실시예1과 동일한 공정이 실시된다.
스트랜드 섬유를 형성할때, 제1,2,3,4층의 토출량은 7 : 4 :1 :0.5이다. 따라서 이와 같이 형성된 광전송체는 인터파코 간섭 현미경의 측정에 의해 중심부에서는 1.507, 외주부에서는 1.496의 굴절율과 0.20㎜-1의 굴절율 분포상수(g)와, 0.6㎜의 반경(ro)을 갖는다. 광전송체의 굴절율 분포는 중심부로부터 제품의 외주면을 향하여 연장되는 0.15 ro내지 0.80 ro의 범위에서 식(1)과 거의 유사하다. 광전송체의 양단면은 18.4㎜의 렌즈 두께로 폴리싱되며 따라서 MTF는 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정되어 MTF는 42.4㎜의 공액길이에서 65%인 것으로 발견된다. 18.4㎜의 렌즈길이를 갖는 광전송체 배열체를 형성하기 위하여 실시예1과 유사한 방법으로 다수의 광전송체가 사용된다. 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정된 장치의 MTF는 42.4㎜의 공액 길이에서 58%이다. 이러한 광전송체 배열체, LED광원, 및 CCD소자를 수용하는 광은 영상 스캐너내로 조립되는데, 이는 고해상도 및 선명한 상을 이송시킬 수 있다.
[실시예 3]
실시예2에서 사용되었던 4종류의 원액이 제1 및 제4층을 형성하기 위하여 원액으로 사용된다. 중량비 40인 폴리(메틸 메타크릴레이트)(MEK 25℃에서 측정된 [η]=0.34)와, 중량비 18의 메틸메타크릴레이트와, 중량비 42인 2, 2, 3, 3, 4, 4, 6, 6 옥타플루오로펜틸메타크릴레이트와, 중량비 0.2의 1-하이드록시시크로헥실페닐케톤과, 중량비 0.1의 하이드로퀴논 이 제5층을 형성하기 위하여 가열되며 60℃에서 혼합되며 그 후 5종류의 원액이 동심의 스트랜드 섬유를 형성하기 위하여 복합 노즐로부터 동시에 압출된다. 이러한 압출중 제1, 2, 3층의 점도는 실시예2의 것과 거의 동일하며 제5층 형성 성분의 점도는 2.2x104프와즈로 된다. 복합 노즐의 온도는 60℃이다.
그 후 굴절율 분포형 광전송체를 제공하기 위해 실시예1과 동일한 공정이 실시된다. 스트랜드 섬유를 형성할때, 제1, 2, 3, 4, 5층의 충전량은 7:4 : 1.1 : 0.6 : 0.4이다. 따라서 이와 같이 형성된 광전송체는 인터파코 간섭 현미경의 측정에 의해 중심부에서는 1.507, 외주부에서는 1.494의 굴절율과 0.20㎜-1의 굴절율 분포상수(g)와, 0.6㎜의 반경(ro)을 갖는다. 광전송체의 굴절율 분포는 중심부로부터 제품의 외주면을 향하여 연장되는 0.15 ro내지 0.85 ro의 범위에서 식(1)과 거의 유사하다. 광전송체의 양단면은 17.8㎜의 렌즈 두께로 폴리싱되며 따라서 MTF는 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정되어 MTF는 32.6㎜의 공액길이에서 72%인 것으로 발견된다. 다수의 광전송체가 실시예1과 유사한 방법으로 17.8㎜의 렌즈길이를 갖는 광전송체 배열체로 형성된다. 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정된 장치의 MTF는 32.6㎜의 공액 길이에서 65%이다. 이러한 광전송체 배열체, LED광원, 및 CCD소자를 수용하는 광은 영상 스캐너내로 조립되는데, 이는 고해상도 및 선명한 상을 이송시킬 수 있다.
[비교 실시예 1]
실시예2에서 사용된 것과 동일한 4종류의 원액은 제1, 2, 3, 4층의 토출량 비율이 1 : 1 : 1 : 1의 비율로 사용된다. 스트랜드 섬유를 형성하기 위한 다른 조건은 실시예2와 동일하다. 단량체는 확산되며, 0.55㎜의 직경(ro)과 인터파코 간섭 현미경에 의해 중심부에서는 1.506, 외주부에서는 1.486으로 측정된 분포 굴절율과, 0.29㎜-1의 굴절율 분포상수(g)를 갖는 광전송체를 제공하기 위하여 경화 공정이 실시된다. 제품의 굴절율 분포 반경범위의 10%내에서만 식(1)과 일치된다. 광전송체의 양단면은 13.5㎜의 렌즈 길이로 폴리싱되며, 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정된 제품의 MTF는 24.7㎜의 공액 길이에서 22%로 된다. 다수의 광전송체가 실시예1과 유사한 방법으로 13.5㎜의 렌즈길이를 갖는 광전송체 배열체로 조립된다. 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정된 장치의 MTF는 24.7㎜의 공액 길이에서 19%이다. 이러한 광전송체 배열체, LED광원 및, CCD소자를 수용하는 광은 영상 스캐너내로 조립되는데, 이는 매우 좋지 않은 해상도를 제공한다.
[실시예 4]
중량비 51인 폴리(메틸 메타크릴레이트)(MEK 25℃에서 측정된 [η]=0.34)와, 중량비 20의 벤질메타크릴레이트와, 중량비 29의 메틸메타크릴레이트와, 중량비 0.2의 1-하이드록시시크로헥실펜틸페닐케톤과, 중량비 0.1의 하이드로퀴논이 제1층을 형성하기 위한 원액과 마찬가지로 경화되지 않은 기판을 형성하기 위하여 가열되고 60℃에서 혼합된다. 실시예1에서 사용된 제3층을 형성하기 위한 원액은 제2층을 형성하기 위한 원액으로 사용된다. 실시예2에서 사용된 제4층을 형성하기 위한 원액은 제3층을 형성하기 위한 원액으로 사용된다. 이러한 3종류의 원액은 실시예1과 유사한 방법으로 분포된 굴절율을 갖는 형태의 광전송 재료를 준비하기 위하여 사용된다. 이때 제1층 형성 성분의 점도는 4.5x104프와즈이다.
스트랜드 섬유를 형성할 때, 제1, 2, 3층의 토출량은 7 : 3 : 1이다. 따라서 이와 같이 형성된 광전송체는 인터파코 간섭 현미경의 측정에 의해 중심부에서는 1.500, 외주부에서는 1.490의 굴절율과 0.25㎜-1의 굴절율 분포상수(g)와, 0.46㎜의 반경(ro)을 갖는다. 광전송체의 굴절율 분포는 중심부로부터 제품의 외주면을 향하여 연장되는 0.15 ro내지 0.81 ro의 범위에서 식(1)과 거의 유사하다. 광전송체의 양단면은 15.6㎜의 렌즈 두께로 폴리싱되며 따라서 MTF는 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정되어 MTF는 29.0㎜의 공액길이에서 62%인 것으로 발견된다. 15.6㎜의 렌즈길이를 갖는 광전송체 배열체를 형성하기 위하여 실시예1과 유사한 방법으로 다수의 광전송체가 사용된다. 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정된 장치의 MTF는 29.0㎜의 공액 길이에서 55%이다. 이러한 광전송체 배열체, LED광원, 및 CCD소자를 수용하는 광은 영상 스캐너내로 조립되는데, 이는 고해상도 및 선명한 상을 이송시킬 수 있다.
[실시예 5]
중량비 50의 메틸 메타크릴레이트와, 중량비 50인 2, 2, 3, 3 테트라플루오로프로필메타크릴레이트로 구성된, 중량비 50의 폴리머[A](no=1.456)(MEK 25℃에서 측정된[η]=1.00)와, 중량비 0.2의 1-하이드록시시크로헥실펜틸메타크릴케톤과, 중량비 0.1의 하이드로퀴논은 경화되지 않은 기판을 제1층을 형성하는 원액으로 형성하기 위하여 가열되고 60℃에서 혼합된다. 48 중량비의 상술의 폴리머[A]와, 22 중량비의 2, 2, 3, 3 - 테트라플루오로프로필메타크릴레이트와, 30 중량비의 메타크릴레이트와, 0.2 중량비의 1-하이드록시시크로헥실페닐케톤과, 0.1 중량비의 하이드로퀴논은 제2층을 형성하기 위하여 경화되지 않은 기판을 원액으로 형성하도록 가열되어 60℃에서 혼합된다. 46 중량비의 상술의 폴리머[A]와, 44 중량비의 2, 2, 3, 3 - 테트라플루오로프로필메타크릴레이트와, 10 중량비의 메타크릴레이트와, 0.2 중량비의 1-하이드록시시크로헥실페닐케톤과, 0.1 중량비의 하이드로퀴논은 제3층을 형성하기 위하여 경화되지 않은 기판을 원액으로 형성하도록 가열되어 60℃에서 혼합된다. 이러한 세종류의 원액은 제1층 형성 성분을 위한 4.0x104프와즈와 제2층 형성 성분을 위한 3.3x104프와즈와 제3층 형성 성분을 위한 3.1x104프와즈의 점도에서 실시예1과 유사한 방법으로 복합물을 형성하도록 회전된다.
스트랜드 섬유를 형성할때, 제1, 2, 3층의 토출량은 7 : 4 : 1이다. 이와 같이 준비된 광전송체는 인터파코 간섭 현미경의 측정에 의해 중심부에서는 1.472, 외주부에서는 1.459의 굴절율과 0.27㎜-1의 굴절율 분포상수(g)와, 0.50㎜의 반경(ro)을 갖는다. 광전송체의 굴절율 분포는 중심부로부터 제품의 외주면을 향하여 연장되는 0.15 ro내지 0.78 ro의 범위에서 식(1)과 거의 유사하다. 광전송체의 양단면은 14.0㎜의 렌즈 두께로 폴리싱되며 따라서 MTF는 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정되어 MTF는 29.0㎜의 공액길이에서 64%인 것으로 발견된다. 14.0㎜의 렌즈길이를 갖는 광전송체 배열체를 형성하기 위하여 실시예1과 유사한 방법으로 다수의 광전송체가 사용된다. 4라인-쌍/㎜의 그리드로 측정된 장치의 MTF는 29㎜의 공액 길이에서 57%이다. 이러한 광전송체 배열체, LED 광원, 및 CCD 소자를 수용하는 광은 영상 스캐너내로 조립되는데, 이는 고해상도 및 선명한 상을 이송시킬 수 있다.
[산업상의 이용가능성]
동일한 종류의 종래 광전송체와 비교하였을 때 본 발명의 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체는 제품의 중심부로부터 적어도 0.25 ro내지 0.75 ro의 범위에서 식(1)의 이상적인 분포 곡선에 거의 접근되기 때문에 본 발명의 광전송체는 외주부를 절단하지 않고서도 우수한 렌즈 특성을 제공한다. 따라서 본 발명의 굴절율 분포형 광전송체는 백색광원을 사용하는 복사기의 상전달 장치나 거의 포물선형의 광섬유나 막대형 수렴 렌즈 및 광센서에 적용될 수 있다.
본 발명의 광전송체는 경화되지 않은 기판으로부터 3층 이상을 동심으로 압출시키는 다층 압출 방법에 의해 효과적으로 제조될 수 있다.

Claims (4)

  1. 반경이 ro(0.4≤ro(㎜)≤0.6)인 원형 단면과, 광전송체의 중심축에서의 굴절율 no(1.4≤no≤1.6)을 갖는 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체에 있어서, 상기 광전송체는 그것의 중심축으로부터 광전송체의 외주면을 향해 확장되는 0.25 ro내지 0.70 ro범위에서 식(r)=no[1-(g2/2)r2]...(1)(상기 식(1)에서, n(r)은 광전송체의 중심축으로부터 반경 r만큼 떨어진 위치에서의 굴절율; g는 광전송체의 굴절율 분포상수(㎜-1); r은 광전송체의 중심축으로부터 외주면까지의 거리(㎜)이며; 0.15≤g(㎜-1)0.3이다)에 의해 형성된 굴절율 분포 곡선과 일치하는 굴절율 분포를 가지며, 4라인-쌍/㎜의 그리드 상이 광전송체를 통과하여 CCD라인 센서상에 형성되고 상의 광 량의 최대값(imax)과 최소값(imin)이 측정될 때, 하기식(2)에 따라 계산된 변조 전달함수(MTF)가 적어도 55%인 것을 특징으로 하는 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체.
  2. 제1항에 있어서, 광전송체의 중심축으로부터 외주면을 향하여 0.20 ro내지 0.75 ro의 범위에서의 굴절율 분포는 상기 식(1)에 의해 형성된 굴절율 분포 곡선과 유사한 것을 특징으로 하는 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체.
  3. 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체의 제조방법에 있어서, 비경화 상태에서의 점도가 103내지 108프와즈이고 경화된 상태에서의 굴절율이 n(n1n1n3......nN)인 비경화 액상 물질을 준비하는 단계와, 굴절율이 중심으로부터 적층 물질의 외주를 향하여 감소되는 방식으로 물질을 동심으로 적층시켜 비경화된 스트랜드 섬유를 형성하는 단계와, 상기 스트랜드 섬유의 각층간의 굴절율 분포가 연속적인 굴절율 분포가 되도록 인접층간의 물질의 상호 확산 처리를 행하는 단계와, 상기 확산 단계와 동시에 또는 확산 단계후에 비경화된 스트랜드 섬유를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체 제조방법.
  4. 반경이 ro(0.4≤ro(㎜)≤0.6)인 원형 단면과, 광전송체의 중심축에서의 굴절율 no(1.4≤no≤0.6)을 갖는 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체 배열체에 있어서, 상기 광전송체 배열체는 단일 또는 복수의 라인에 배치된 다수의 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체의 조립체를 포함하며, 상기 각각의 굴절율 분포형 플라스틱제 광전송체는 반경이 ro인 원형 단면을 가지며, 광전송체의 중심축으로부터 외주면을 향해 확장되는 0.25 ro내지 0.70 ro범위에서 식 n(r)=no[1-(g2/2)r2]...(1)(상기 식(1)에서, n(r)은 광전송체의 중심축으로부터 반경 r만큼 떨어진 위치에서의 굴절율; g는 광전송체의 굴절율 분포 상수(㎜-1); r은 광전송체의 중심축으로부터 외주면까지의 거리(㎜)이며; 0.15≤g(㎜-1)0.3이다)에 의해 형성된 굴절율 분포 곡선과 일치하는 굴절율 분포를 가지며, 4라인-쌍/㎜의 그리드 상이 광전송체를 통과하여 CCD 라인 센서상에 형성되고 상의 광 량의 최대값(imax)과 최소값(imin)이 측정될 때, 하기 식(2)에 따라 계산된 변조 전달함수(MTF)가 적어도 55%인 것을 특징으로 하는 광전송체 배열체.
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