JP2003121663A

JP2003121663A - イメージガイド

Info

Publication number: JP2003121663A
Application number: JP2001316195A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Makishi; 康典眞喜志; Atsushi Uchiumi; 厚内海; Koji Okawa; 光司大川
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のイメージガイドは、コア、クラッド、サ
ポート層からなる３層構造の光ファイバ素線を多数本集
束し融着して形成されていた為、イメージガイド断面に
おけるコア占積率が低くなっていた。また、前記サポー
ト層は例えば純石英で形成されていた為に、迷光（ノイ
ズ光）が前記サポート層内を伝搬され、イメージガイド
の画質を劣化させていた。本発明は、イメージガイドの
コア占積率を高めると共に、画質向上を目的としてい
る。【解決手段】イメージガイドを構成する光ファイバ素線
の仮母材６を、コア５、クラッド層４ａ、サポート層３
ａから形成し、クラッド層４ａを内層クラッド４２ａと
外層クラッド４１ａとの２層で構成し、外層クラッド４
１ａの熱膨張係数が内層クラッド４２ａよりも低く、か
つ、外層クラッド４１ａの軟化温度が内層クラッド４２
ａよりも高く設定することにより、サポート層３ａを火
炎研磨により除去可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、複数本のコアを有
するイメージガイドに関する。

【０００２】

【従来の技術】医療分野に広く用いられるようになった
内視鏡は、胃、腸、耳鼻、気管支、尿管、血管などの生
体内深部の観察をはじめ、低侵襲的診断治療を実現可能
とする重要な手段として期待されている。また、工業分
野においても、従来から広く用いられている管路内観察
以外でも、電子基板の微細加工部など、目視では直接観
察する事が出来ない微細部の観察手段として利用されて
いる。上記内視鏡の画像伝達手段の一つとして、多数本
の光ファイバ素線を集束し溶融線引きされることによっ
て形成されたイメージガイドが広く用いられている。

【０００３】該イメージガイドは、例えば次の様な方法
で作製される。まず、前記光ファイバ素線の母材は、一
般にロッドインチューブ法によって、コア、クラッド
層、サポート層の３層構造で形成されている。図６は従
来の光ファイバ素線の元となる３層構造母材１６の断面
図を示しており、コア１９の外周にクラッド層１８とサ
ポート層１７とが順に形成されている。例えば、サポー
ト層１７となる純石英ガラスパイプの内周には、ＭＣＶ
Ｄ（ＭｏｄｉｆｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と呼ばれる内付け法によっ
て、クラッド層１８となるＢ、Ｆ等がドープされた石英
ガラス層が形成される。なお、Ｂ、Ｆは、石英ガラスの
屈折率を下げる為にドープされている。次に、前記パイ
プ内に、コアとなる例えばＧｅがドープされた石英ガラ
ス製のコアロッドが挿入され、ロッドインチューブ法に
よって前記コアロッドと前記パイプが加熱一体化（コラ
プシング）されて３層構造母材１６が形成される。な
お、Ｇｅは石英ガラスの屈折率を上げる為にドープされ
ている。次に、３層構造母材１６を溶融線引きすれば３
層構造の光ファイバ素線が作成される。このように形成
された多数本の光ファイバ素線を例えば石英ガラス製の
スキンパイプに詰め込み、これを溶融線引きし一体化す
れば、従来のイメージガイドが形成される。図７は該イ
メージガイド２０の断面図を示しており、２１はコア、
２２はクラッド層、２３はサポート層、２５はスキンパ
イプ層である。コア２１の外周にクラッド層２２とサポ
ート層２３とが順に形成されており、これらの組み合わ
せを画素２４と呼んでいる。スキンパイプ層２５内は、
多数の画素２４によって満たされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した、３層構造の
光ファイバ素線を用いてイメージガイド２０を形成した
場合、純石英ガラスによって形成されたサポート層２３
内を、画像情報として不要な迷光、つまりノイズ光が伝
搬してしまい、イメージガイド２０の画像を劣化させる
原因となっていた。また、イメージガイド２０の端面に
おけるサポート層２３が占める割合（占積率）が概ね１
０％もあった為に、イメージガイド２０の端面における
コア２１の占積率が小さくなっていた。その結果、コア
２１で伝搬される光量が少なくなり、伝搬される画像が
暗くなるという原因にもなっていた。

【０００５】そこで、上記画像劣化問題を改善する手段
として、上述の３層構造母材１６を形成後、その最外層
であるサポート層１７を除去し、コア１９とクラッド層
１８との２層構造化する方法が考えられる。サポート層
１７の除去手段としては、例えば、上記母材を火炎研磨
するファイヤポリッシング法や、あるいは、フッ酸に浸
漬させるフッ酸水溶液溶解法等がある。

【０００６】ところがクラッド層１８は、Ｂ、Ｆがドー
プされた石英ガラスである為、サポート層１７を構成し
ている純石英ガラスよりも軟化温度が低い。よって、３
層構造母材１６が火炎研磨された場合、サポート層１７
が除去されるに従って、クラッド層１８が火炎熱によっ
て軟化し、母材が歪んでしまうとうい問題が生じた。ま
た、サポート層１７の除去手段としてフッ酸水溶液溶解
法を用いたとしても、その後に行われる火炎研磨による
外径調整の際に、火炎熱によって母材に歪みが生じてし
まう。仮に、クラッド層１８のＢ、Ｆドープ濃度を下げ
ることによって軟化温度を上げ、更に、火炎研磨温度を
下げてサポート層１７の除去作業を行ったとしても、ク
ラッド層１８に生じる歪みは確実に抑えることは困難で
ある。また、サポート層１７の除去作業によって母材の
最外層にクラッド層１８が露出された場合、Ｂ、Ｆドー
プされて熱膨張係数が高められたクラッド層１８は、火
炎研磨による高温状態から常温へ移行していく温度変化
に伴って歪みが生じ、その影響で母材が割れやすくな
る。よって、コア層１９とクラッド層１８との２層構造
母材の製造が非常に困難であった。

【０００７】本発明は、上記を問題を解決するものであ
り、コア占積率が高く、画質が改善されたイメージガイ
ドを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】コアを中心にその外周に
屈折率を下げるドーパントが添加されたクラッド層が設
けられた光ファイバを、多数本集束し融着してなるイメ
ージガイドであって、前記クラッド層は内層クラッドと
外層クラッドとの２層で構成され、該外層クラッドの熱
膨張係数が前記内層クラッドよりも低く、かつ、前記外
層クラッドの軟化温度が前記内層クラッドよりも高いこ
とを特徴としている。

【０００９】前記外層クラッドの熱膨張係数が０．３×
１０^−６〜０．５×１０^−６ｄｅｇ ^−１であり、かつ、
軟化温度が１８００〜２０００℃であることを特徴とし
ている。

【００１０】

【作用】外層クラッドの熱膨張係数が内層クラッドより
も低く、かつ、外層クラッドの軟化温度が内層クラッド
よりも高く設定されているので、内層クラッドで生じる
熱膨張が外層クラッドによって抑制される。よって、前
記光ファイバの母材段階において、内層クラッドの熱膨
張による前記母材の歪みが抑制され、また、該歪みの影
響による前記母材の亀裂や割れ等の発生を抑制すること
が出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のイメージガイドに関し図
を用いて説明する。なお、本発明のイメージガイドと
は、多数本の光ファイバ素線を石英パイプに詰め込み、
これを溶融線引きして一体化することにより作製される
ものである。

【００１２】図２は、前記光ファイバ素線のクラッド層
を形成する為のクラッドパイプ２の断面を示している。
３は石英ガラス製のサポートパイプであって、その内周
には、ＭＣＶＤ法によって屈折率を下げる為にＢ、Ｆ系
化合物等がドープされたクラッド層４が形成されてお
り、クラッド層４は、外層クラッド４１と内層クラッド
４２との二層構成になっている。内層クラッド４２は、
ＢとＦとがドープされている多成分石英ガラス層であ
り、例えば、熱膨張係数は１×１０^−６〜４×１０ ^−６
ｄｅｇ^−１、軟化温度を１２００〜１８００℃となるよ
うに設定される。一方、外層クラッド４１は、内層クラ
ッド４２よりも熱膨張係数を下げ、かつ、内層クラッド
４２よりも軟化温度を上げる為に、熱膨張係数を大きく
高める要因となるＢはドープされず、少なくともＦがド
ープされて屈折率が下げられた石英ガラス層とし、例え
ば、熱膨張係数を０．３×１０^−６〜０．５×１０^−６
ｄｅｇ ^−１、軟化温度を１８００〜２０００℃となるよ
うに設定される。

【００１３】なお、上述した様なＭＣＶＤ法によって二
層クラッドを形成するには、サポートパイプ３の内側に
流す原料ガスをクラッド形成の途中で切り替えることに
よって容易に行うことが可能である。例えば、ＳｉＣｌ
_４＋ＳｉＦ_４＋Ｏ_２の原料ガスによってＦドープされた
外層クラッド４１を形成後、原料ガスをＳｉＣｌ_４＋Ｂ
Ｆ_３＋Ｏ_２に切り替えてＢとＦとがドープされた内層ク
ラッド４２を形成することが出来る。

【００１４】次に、上述した、二層クラッドが設けられ
たクラッドパイプ２に、前記光ファイバ素線のコアとな
る少なくともＧｅドープされて高ＮＡ化されたコアロッ
ドを挿入し、ロッドインチューブ法によって両者をコラ
プシングすることにより仮母材６が形成される。図３は
仮母材６の断面を示している。５はコア、４ａはクラッ
ド層、４２ａは内層クラッド、４１ａは外層クラッド、
３ａはサポートパイプ層である。コア５の外周には、内
層クラッド４２ａと外層クラッド４１ａとサポートパイ
プ層３ａとが、順に積層されている。なお、仮母材６の
サポートパイプ層３ａを除いた部分において、外層クラ
ッド４１ａの占積率が２〜２０％であり、かつ、外層ク
ラッド４１ａの占積率に対応させて内層クラッド４２ａ
の占積率が７０〜３０％となるように設定されているこ
とが好ましい。また、仮母材６の各サイズは、一例とし
て概ね、コア（５）径：φ８ｍｍ、内層クラッド（４２
ａ）外径：φ１４ｍｍ、外層クラッド（４１ａ）外径：
φ１５ｍｍ、サポートパイプ層（３ａ）外径：１６ｍｍ
である。

【００１５】次に、上記で作製された仮母材６の最外層
であるサポートパイプ層３ａが、火炎研磨法によって除
去され、続いて火炎研磨によって外径調整され、図４に
示された、コア５と内層クラッド４２ａと外層クラッド
４１ａとが中心から順に積層された母材６’となる。前
記火炎研磨の火炎温度は約２８００℃であるが、外層ク
ラッド４１ａの熱膨張係数が０．３×１０^−６〜０．５
×１０^−６ｄｅｇ^−１と低く、かつ、軟化温度が１８０
０〜２０００℃と高く設定されている為、内層クラッド
４２ａの外周に強化ガラスが設けたような構造となって
おり、外層クラッド４１ａの占積率が２〜２０％程度の
厚さであっても、外層クラッド４１ａは内層クラッド４
２ａの熱膨張に耐えうる強度を有している。よって、サ
ポートパイプ層３ａが除去されても、火炎研磨の熱の影
響による母材６’の歪みは大きく抑制される。なお、サ
ポートパイプ層３ａの除去手段としては、フッ酸水溶液
溶解法等によっても行うことが出来る。この場合も、サ
ポートパイプ層３ａ除去後、火炎研磨によって外径調整
されるが、この場合も、火炎研磨の影響による母材６’
の歪みは大きく抑制される。

【００１６】次に、図５に示すように、母材６’が溶融
線引きされて光ファイバ素線７が作製される。光ファイ
バ素線７の外径は概ね２００μｍ〜６００μｍとされ
る。光ファイバ素線７は任意の長さに切り分けられた
後、概ね１０００本〜３００００本程度の範囲で任意に
本数が選択され、石英ガラス製のスキンパイプ８に密に
詰め込まれてイメージガイド母材９が作製される。次
に、イメージガイド母材９が溶融線引きされてイメージ
ガイド１が完成する。イメージガイド１の外径は概ね
０．２ｍｍ〜２．０ｍｍである。例えば、約６０００本
の外径：３２０μｍの光ファイバ素線７を、外径：２８
ｍｍ、内径：２６ｍｍのスキンパイプ８に詰め込むと、
光ファイバ素線７がスキンパイプ８内でほぼ六方最密状
態となったイメージガイド母材９が作製される。次に、
イメージガイド母材９を溶融線引きして、外径：約３５
０μｍのイメージガイドが形成される。

【００１７】図１はイメージガイド１の断面図である。
１１はコア、１２内層クラッド、１３は外層クラッドで
あり、これらの組み合わせを画素１４と呼ぶ。また、１
５はスキンパイプ層である。スキンパイプ８に多数の光
ファイバ素線７が六方最密状態に詰め込まれたイメージ
ガイド母材を融着線引きしてイメージガイドを作製した
場合、図１に示したような、画素１４が規則正しく並ん
だハニカム構造のイメージガイド１が形成される。な
お、スキンパイプ８のサイズと、光ファイバ素線７のサ
イズ及び数との組み合わせは、多数の光ファイバ素線７
がスキンパイプ８内で密に充填されるように適宜設定さ
れる。また、複数の異なった外径の光ファイバ素線がス
キンパイプに詰め込まれたイメージガイド母材を用いて
イメージガイドを作製しても良く、この場合は画素の並
びに規則性はない。

【００１８】従来のイメージガイドは、上述したよう
に、サポート層を備えた光ファイバ素線が用いられて作
製されていた。仮に、従来の光ファイバ素線のコア外
径：１６０μｍ、クラッド外径：３００μｍ、サポート
パイプ層外径：３２０μｍとすると、コア占積率は２５
％となる。一方、本発明のイメージガイドは、サポート
パイプ層が備えられていない光ファイバ素線が用いられ
ている。該光ファイバ素線のコア外径と最外層であるク
ラッド（外層クラッド＋内層クラッド）外径とを、従来
の光ファイバ素線と同一に設定すれば、コア占積率は２
８．４％となり、本発明に係わる光ファイバ素線の方
が、コア占積率が３．４％高くなる。つまり、従来と本
発明の２種類の光ファイバ素線によって、それぞれ、同
一素線数で同一外径のイメージガイドを作製した場合、
本発明の方が占積率が３．４％高いイメージガイドを得
ることが出来る。なお、この場合の占積率にはスキンパ
イプ層は含まない。

【００１９】また、上述した、コア外径：１６０μｍ、
クラッド外径：３００μｍ、サポートパイプ層外径：３
２０μｍの従来の光ファイバ素線は、例えば内径：２６
ｍｍのスキンパイプには最密状態で約５９８０本詰め込
むことが出来る。一方、サポートパイプ層が備えていな
い本発明に係わる光ファイバ素線は、コア外径：１６０
μｍ、最外層であるクラッド（外層クラッド＋内層クラ
ッド）外径：３００μｍとなる。本発明に係わる光ファ
イバ素線は、内径：２６ｍｍのスキンパイプには最密状
態で約６８１０本詰め込むことが出来る。ここで両者の
詰め込み素線数を比較すれば、両者のコア外径は同じで
ありながら、本発明の方が約１．１４倍多く光ファイバ
素線を詰め込むことが出来ている。つまり、本発明の方
が、コアを高密度に備えたイメージガイドを得ることが
出来る。なお、この場合の占積率にはスキンパイプ層は
含まれない。

【００２０】なお、上記実施例で説明した母材６’の作
成方法以外にも、例えば、次の２種類の方法で作製する
ことが出来る。（１）コアロッドの外周に、プラズマＣＶＤ法によって
内層クラッドと外層クラッドとを順に形成させることに
よって、母材６’を作製する方法。（２）コアロッドの外周にプラズマＣＶＤ法によって内
層クラッドを形成させたロッドと、サポートパイプの内
周にＭＣＶＤ法によって外層クラッドを形成させたパイ
プとを用意し、該パイプに前記ロッドを挿入し、ロッド
インチューブ法にて仮母材を作製する。次に、火炎研磨
やフッ酸水溶液溶解法によってサポートパイプを取り除
くことによって、母材６’を作製する方法。

【００２１】また、上記実施例において、コアロッドに
は石英ガラスの屈折率を高める為に少なくともＧｅをド
ープしているがその限りではなく、Ｇｅ以外の屈折率を
高める為のドーパントが含有された石英ガラスであって
も良いし、あるいは、ドーパントが含有されていない純
石英ガラスをコアロッドとして用いても良い。また、内
層クラッドの石英ガラスにはＦ、Ｂが含有され、かつ、
外層クラッドの石英ガラスにはＢは含有されず少なくと
もＦが含有されたドーパント構成としているが、該ドー
パント構成はその限りではない。

【００２２】

【発明の効果】サポート層が除去されてコア占積率が向
上された光ファイバ素線によって本発明のイメージガイ
ドが作成されるので、該イメージガイドのコア占積率が
向上される。よって、同一外径で作成されたサポート層
を備えた従来のイメージガイドと比較すると、イメージ
ガイド中を伝搬される光量が増加し、つまり、本発明の
イメージガイドを備えた内視鏡による画像観察におい
て、より明るい画像を得ることが達成される。

【００２３】次に、サポート層を除去したことによっ
て、コア径を変えることなく光ファイバ素線の外径を小
さくすることが出来る。よって、該光ファイバ素線は従
来のサポート層を備えた光ファイバ素線よりも、より高
密度にスキンパイプに詰め込むことがめるようになた
為、イメージガイドの高解像度化が達成される。

【００２４】また、イメージガイドの画像劣化の原因と
なるノイズ光を伝搬していたサポート層を除去すること
が出来るので、イメージガイドの画質が鮮明になる。

【００２５】以上のように、サポート層が除去されたイ
メージガイドが作成可能になることによって、画像の明
るさ、解像度、鮮明度の向上が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイメージガイドの断面図である。

【図２】本発明に係わるクラッドパイプの断面図であ
る。

【図３】本発明に係わる光ファイバ素線の仮母材の断面
図である。

【図４】本発明に係わる光ファイバ素線の母材の断面図
である。

【図５】本発明に係わるイメージガイドの製造方法を説
明する為の工程図である。

【図６】従来のイメージガイドを構成する、光ファイバ
素線の母材の断面図である。

【図７】従来のイメージガイドの断面図である。

【符号の説明】

１イメージガイド１１コア１２内層クラッド１３外層クラッド層４クラッド層４１外層クラッド４２内層クラッド４ａクラッド層４１ａ内層クラッド４２ａ外層クラッド５コア７光ファイバ素線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアを中心にその外周に屈折率を下げる
ドーパントが添加されたクラッド層が設けられた光ファ
イバを、多数本集束し融着してなるイメージガイドであ
って、前記クラッド層は内層クラッドと外層クラッドと
の２層で構成され、該外層クラッドの熱膨張係数が前記
内層クラッドよりも低く、かつ、前記外層クラッドの軟
化温度が前記内層クラッドよりも高いことを特徴とする
イメージガイド。
【請求項２】前記外層クラッドの熱膨張係数が０．３
×１０^−６〜０．５×１０^−６ｄｅｇ^−１であり、か
つ、軟化温度が１８００〜２０００℃であることを特徴
とする、請求項１に記載のイメージガイド。