JP2000028833A - イメージファイバ - Google Patents

イメージファイバ

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JP2000028833A JP10197011A JP19701198A JP2000028833A JP 2000028833 A JP2000028833 A JP 2000028833A JP 10197011 A JP10197011 A JP 10197011A JP 19701198 A JP19701198 A JP 19701198A JP 2000028833 A JP2000028833 A JP 2000028833A
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修 新治
Tsuyoshi Saito
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るく精細な画像を、クロストークがなく鮮
明な状態で伝送することが可能であり、曲げに対する耐
久性が高いプラスチック製のイメージファイバを提供す
ること。 【解決手段】 多数のプラスチック製の素線が配列され
て一体化されたイメージファイバであって、室温(25
℃)におけるイメージファイバの長さをL1で表し、無
荷重で120℃の雰囲気下に20分間放置した後のイメ
ージファイバの長さをL2で表したとき、下記の式 S=( L1− L2)/ L1×100 で表される自由収縮率S(%)が35%≦S≦65%の
範囲にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工業用光ファイバ
スコープなどに用いられるイメージガイド、特にいわゆ
るクラッド一体型のイメージファイバに関する。
【0002】
【従来の技術】工業用ファイバスコープなどに用いられ
ているイメージガイドを形態別に見ると、ファイバの両
端面の画素を構成する素線(一本の光ファイバ)が端面
でのみ集束固定され、中央部ではばらばらにすることに
より、イメージガイドを曲げやすくしたバンドル型と、
各素線のクラッドが全長にわたって溶融一体化されたク
ラッド一体型(以下、クラッド一体型のイメージガイド
を「イメージファイバ」という。)との2つがある。
【0003】バンドル型のイメージガイドを製造するた
めには、細い素線を製造した後にこれを配列する必要が
あるが、多数の細い素線を精度良く並べることは困難で
あり、素線の配列のために要するコストが高くなること
がある。また、ガラス製でバンドル型のイメージガイド
の製造方法としては、各素線のクラッドの外側に酸に溶
解し易い第2のクラッドを設け、クラッドを溶融一体化
した後に、酸水溶液などに浸漬して該第2のクラッドを
両端を除いて溶解させることも行われている。この方法
によれば素線の配列は容易であるが、酸水溶液などへの
浸漬という工程が付加され、製造工程が煩雑化する。
【0004】一方、イメージファイバであれば、多数の
素線を太径のパイプ内に並べた後、これを加熱延伸する
(いわゆる線引き)ことによってクラッドを加熱一体化
させることにより製造することができる。パイプに素線
を配列するときに素線が太いため、素線を並べることが
容易であるので、バンドル型のイメージガイドよりも簡
単に製造することができる。
【0005】次に、イメージファイバの素線の素材に着
目すると、素材には、石英ガラス、多成分ガラスなどガ
ラス製のものと、プラスチック製のものとがある。
【0006】ガラス製の素線は透明性に優れるものの、
ガラス製の素線を用いたバンドル型のイメージガイドで
は、繰り返し屈曲させることによって、径の小さい素線
が断線するため、長期にわたって使用することにより、
画素の欠陥数が増大し、使用に耐えなくなることがあ
る。また、ガラス製の一体型イメージファイバの外径が
数100μmより大きい場合にはほとんど曲げることが
できないため、外径が数100μmより大きいガラス製
のイメージファイバを用いるのであれば、上述の通り製
造が煩雑なハンドル型によらざるを得ない。
【0007】そこで、例えば、イメージファイバの曲げ
難さを解消するために、数千ものノズル孔を設けた口金
からコアを溶融押出しすることによってプラスチック製
イメージファイバを製造する技術が開発されている(特
開平1−86103号公報参照)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、プラスチッ
ク製のイメージファイバにおいては、曲げによる破断や
クラックの発生を防止するためにファイバの長手方向に
ポリマ鎖を配向させる必要がある。また、プラスチック
製のイメージファイバでは、ガラス製のものに比べてコ
ア/クラッド間の界面の均一性が悪く、このためにコア
が細いイメージファイバでは導光損失が大きいという問
題、ポリマの配向のために結晶化や複屈折が大きくなり
さらに損失が悪化するという問題が生じていた。
【0009】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
で、明るく精細な画像を、クロストークがなく鮮明な状
態で伝送することが可能であり、曲げに対する耐久性が
高いプラスチック製のイメージファイバを提供すること
を目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する本
発明のイメージファイバは、多数のプラスチック製の素
線が配列されて一体化されたイメージファイバであっ
て、室温(25℃)におけるイメージファイバの長さを
1で表し、無荷重で120℃の雰囲気下に20分間放
置した後のイメージファイバの長さをL2で表したと
き、下記の式S=( L1− L2)/ L1×100で表さ
れる自由収縮率S(%)が35%≦S≦65%の範囲に
ある。プラスチックを素線の素材として用いれば、ガラ
スに比べてヤング率が1/10程度と低く、同じ太さで
も10倍曲げ易くなるので、例えば1.0mm径、2.
0mm径などのイメージファイバも容易に得ることがで
きる。従って、曲がり易い数万画素のイメージファイバ
が容易に実現できる。例えば、素線のコア径が10μm
未満であれば、数mmの曲げ直径になるまでイメージフ
ァイバを曲げたとしても、光学的な伝送損失が起こらな
いものを得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】プラスチック製のイメージファイ
バを曲げることによって、素線にクラック、塑性変形に
よる白化などが生じる。一般に、曲げによるクラックを
防ぐには、コアおよびクラッドのポリマ鎖を配向させる
必要がある。しかし、配向が強過ぎると複屈折が大きく
なり、また結晶化が進むことにより透明性が失われ、さ
らにコア/クラッドの界面の不整が悪化する。本発明に
より、室温(25℃)におけるイメージファイバの長さ
をL1で表し、無荷重で120℃の雰囲気下に20分間
放置した後のイメージファイバの長さをL2で表したと
きに、自由収縮率S(%)が35%≦S≦65%の範囲
にあるイメージファイバは、ポリマの配向の程度が適当
であるために、屈曲による損失増加が小さく、また繰り
返し屈曲性に優れている。
【0012】プラスチック製のイメージファイバの一例
の初期(加熱前)の伝送損失を図1に示す。このイメー
ジファイバの自由収縮率(S)と曲げ損失および繰り返
し曲げ損失との関係を図2に示す。このイメージファイ
バは、後述する実施例2のものと同じ構造のものを用い
た。伝送損失等の評価方法は実施例1〜3における評価
方法と同様である。図2から、自由収縮率Sが65%を
越えると急激に初期損失が増大することが分かる。初期
損失の観点からは自由収縮率Sが55%以下であること
がより好ましい。また、図2に示すように、自由収縮率
が35%より小さい場合には、曲げによる伝送損失の増
大も、繰り返し屈曲による伝送損失の増大も著しく悪化
する。
【0013】本発明において、コアに用いられる素材は
特に限定されないが、例えば、アクリル(nd=1.4
9)、ポリスチレン(nd=1.59)、ポリカーボネ
ート(nd=1.59)などの透明で屈折率が高いもの
を用いることが好ましい。特に、高屈折率で透明性が高
く材料コストが低いものとして、ポリスチレン、ポリビ
ニルトルエンなどのスチレン系モノマ単位を50重量%
以上を含む塊状重合体を用いることが好ましい。また、
クラッドに用いられる素材も特に限定されないが、アク
リル、フッ素系アクリル樹脂(nd=1.40〜1.4
5)などの透明で屈折率が低いものを用いることが好ま
しい。特にアクリルが透明性が高く、材料コストが低い
点で好ましい。上記例示した素材のうち、コアの素材と
してポリスチレンを、クラッドの素材としてアクリルを
用いることで、ガラスでは容易でない0.10という大
きな屈折率差Δnが得られる。また、ポリスチレンをコ
アの素材に用い、ndが1.42のフッ素系アクリル樹
脂をクラッドの素材に用いることで、0.17という極
めて大きな屈折率差も得られる。コア/クラッドの屈折
率差Δnを大きくすることによって、同じコア径で比べ
た場合に、光を閉じこめる能力が高く、クロストークが
小さいイメージファイバが得られる。
【0014】本発明のイメージファイバを製造する方法
は特に限定されないが、素線をプラスチックパイプに充
填し、溶融一体化しながら線引きする方法(例えば、特
許第2519699号公報を参照)が有効な方法であ
る。すなわち、同公報に記載の方法によれば、素材の選
定の自由度が溶融押出し法によりイメージファイバを製
造する場合よりも極めて高く、パイプに充填される素線
のクラッドの厚さを変えることによりイメージファイバ
のクラッドの厚さを適宜調整することが可能であり、ま
た、画素数の増減も素線の太さを調整するだけで可能で
ある。この方法により、数万画素という多くの画素を持
つイメージファイバを容易に製造することが可能であ
る。なお、上記のパイプとしては、100mm径以上と
いうような、ガラスを素材に用いる場合よりもはるかに
大きな径のものを利用することができる。
【0015】
【実施例】(実施例1〜2)本発明を実施例に基づいて
さらに詳しく説明する。クラッドの厚さと太さとを変え
て素線を線引きし、クラッドと同じ材質のプラスチック
パイプに多数本の素線を充填した。これを、外径が0.
5mmになるように線引きし、実施例1および2のイメ
ージファイバを製造した。各実施例のイメージファイバ
の光学性能等を表1に示す。なお、表1にデータを示す
クロストーク性能の評価は、2mの長さのイメージファ
イバの入射側にファイバのNAより大きい対物レンズを
用いて静止画像を伝送し、片端面を接眼レンズで拡大し
て、目視でぼけを観察することにより行った。あわせ
て、明るさを目視で比較して相対比較を行った。また、
曲げ損失の評価は、2mの長さのサンプルの中央部を5
mm径の円筒に1回巻き付け、その前後で伝送損失を測
定し、測定誤差範囲で損失増加はないことを確認するこ
とにより行った。さらに、繰り返し曲げ損失の評価は、
2mの長さのサンプルを光源とパワーメータとに接続し
たまま、中央部を5mmの径の円筒に巻き付け、±90
度の繰り返し屈曲を500回行い、その前後での伝送損
失の増加がないことを確認することにより行った。
【0016】
【表1】
【0017】表1に示すように、ポリスチレン(PS
t)をコア材として選定し、クラッド材にアクリル(P
MMA)を用いることにより、屈折率差Δnおよび開口
数NAを大きくすることができる。画素数Nを5000
本にまで増やしても明るさ、クロストーク、伝送損失と
もに優れたものが製造できる。
【0018】(実施例3)ポリスチレン(PSt)をコ
ア材として用い、クラッド材にアクリル(PMMA)を
用いて、実施例2におけると同じ寸法の素線を製造し、
これを用いて外径が1.0mm、有効径Dが0.97m
mで画素数が16,000本のイメージファイバを製造
した。この実施例についての光学性能を表1にあわせて
示す。このイメージファイバの伝送損失は2.1dB/
mであり、自由収縮率Sは43%であった。画像性能を
評価したところ、実施例2と同様に明るく、クロストー
クがなく、しかも実施例2に比べて極めて精細な画像で
あった。また、巻き付け円筒の径を10mmにした他
は、実施例1〜2と同様にして機械性能を調べた結果、
伝送損失の増加は認められず、耐屈曲性に優れたイメー
ジファイバであった。
【0019】(比較例1〜2)表1に示す比較例のイメ
ージファイバを実施例3と同じ材料の素線を用いて製造
した。自由収縮率が低い比較例1では、曲げによってク
ラックが発生して、繰り返し曲げ特性が悪かった。ま
た、自由収縮率が高い比較例2では、伝送損失が大き
く、暗い画像しか得られなかった。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、明るく精細な画像を、
クロストークがなく鮮明な状態で伝送することが可能で
あり、曲げに対する耐久性が高いイメージファイバが得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラスチックイメージファイバの自由収縮率と
伝送損失との関係の一例を示す図である。
【図2】プラスチックイメージファイバの自由収縮率と
曲げ損失および繰り返し曲げ損失との関係の一例を示す
図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数のプラスチック製の素線が配列され
    て一体化されたイメージファイバであって、室温(25
    ℃)におけるイメージファイバの長さをL1で表し、無
    荷重で120℃の雰囲気下に20分間放置した後のイメ
    ージファイバの長さをL2で表したとき、下記の式 S=( L1− L2)/ L1×100 で表される自由収縮率S(%)が35%≦S≦65%の
    範囲にあることを特徴とするイメージファイバ。
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