JP2003197046A - 遠隔画像システム用の光透過性コアを包囲する信号導体を有するケーブル - Google Patents

遠隔画像システム用の光透過性コアを包囲する信号導体を有するケーブル

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JP2003197046A
JP2003197046A JP2001384417A JP2001384417A JP2003197046A JP 2003197046 A JP2003197046 A JP 2003197046A JP 2001384417 A JP2001384417 A JP 2001384417A JP 2001384417 A JP2001384417 A JP 2001384417A JP 2003197046 A JP2003197046 A JP 2003197046A
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Eric Eichelberger
エリック・アイチェルバーガー
Theron V Page Jr
セロン・ヴイ・ペイジ，ジュニアー
Chanramany Riel
チャンラマニー・リール
Kristin Ngo
クリスティン・ンゴ
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Ludlow Co LP
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来技術の欠点を解消する光画像システムを
提供する 【解決手段】 第１端および第２端を有する可撓性ケー
ブルを備えた光画像システム。ケーブルは、可撓性光導
管を含む中央コア・エレメントを有し、多数のワイヤが
コア・エレメントを包囲して、コアの中心が規定する軸
と同軸状のチューブを形成する。ケーブルは、ワイヤを
包囲し、ワイヤから均一に離間されている、導電性シー
ルド層を有する。電子機器は、ケーブルの第１端に接続
され、光導管に結合された照明器と、ワイヤに接続され
た表示装置とを有する。画像変換器は、ケーブルの第２
端に接続され、更にワイヤに接続されている。ワイヤ
は、相互に均等に離間され、更にコアが規定する軸から
均等に離間されている撚り対線とするとよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多重ワイヤ・ケー
ブルに関し、更に特定すれば遠隔画像システム用ケーブ
ルに関する。
【０００２】
【従来の技術】遠隔画像システムは、通常では人の観察
や従来の画像機器では到達し得ない物体を視認するため
に用いられる。視認のために配置される画像変換器は、
サイズが限られたものに制限され、視認のために信号を
遠隔地に送信する。例えば、外科医は光学プローブを用
いて、診断または外科手術のために内部の解剖学的組織
を視認する。かかるシステムは、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）が記録した画像を外部表示画面に送信するために、
微細化した多重ワイヤ・ケーブル構造体が必要となる。
【０００３】外科手術およびその他の用途では、ケーブ
ル・サイズを極力縮小することが望ましい。直径を制限
すると、所望の柔軟性が容易に得られる。しかしなが
ら、詳細なリアル・タイム画像にはかなりの帯域幅が必
要であり、所与の周波数能力を有する多くの別個の導体
が必要となる。かなりの数の導体が必要なときに望まし
くない程にかさばるケーブルを回避するために、非常に
細い導体が用いられている。高信号周波数において電気
的ノイズおよび干渉を抑制するために、導体は通常遮蔽
されている。典型的な手法の１つでは、細い同軸ワイヤ
を用い、これらを束ねてケーブルを形成する。各ワイヤ
はそれ自体のシールドを含み、高周波における干渉に対
して適切な保護を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】多重同軸構造体は、適
当であるものの、欠点もいくつかある。細い同軸配線の
製造コストは、多くの用途では、受け入れ難い程高い。
非常に細い同軸ワイヤを終端するモードは、複雑で費用
がかかる。そして、同軸ワイヤは、コア導体およびシー
ルド間に所与の空間を必要とするために、かさばって望
ましくない。
【０００５】低電圧差動信号（ＬＶＤＳ）通信では、撚
り対線配線が効果的に用いられている。しかしながら、
ある種の用途において必要な最も細い径のワイヤおよび
高周波では、撚り対線に重大な欠点がある。問題の１つ
は、撚り対線を共に束ねて適切な導電性シールド層で包
囲するときに、これらがシールドに対して異なる電気的
特性を有することである。対の一部が他よりもシールド
に近接することは不可避であり、共通モード・インピー
ダンス差や信号が異なる対を通って異なる時点で到達す
る信号スキューが生ずる。かかるスキューは、使用可能
な信号レートを抑えてしまうが、これは、多数のライン
を必要とする細く柔軟なケーブルに必要な極小導体には
特別な懸念である。
【０００６】既存のシステムには光源がなく、光ケーブ
ル束を通じて光を導くためには、外科医の手中に第２の
ケーブルを必要とするという更に別の欠点がある。別個
のケーブルの調整のため外科手術が難しくなり、しかも
患者にはより大きな手術用開口が必要となる。更にま
た、２本のケーブルを纏める作業によって、ケーブルが
著しく剛直化し、その全体的サイズのために、望ましい
柔軟性が失われてしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の欠
点を解消するに当たり、第１端および第２端を有する可
撓性ケーブルを備えた光画像システムを提供する。ケー
ブルは、可撓性光導管を含む中央コア・エレメントを有
し、多数のワイヤがコア・エレメントを包囲して、コア
の中心によって規定される軸と同軸のチューブを形成す
る。ケーブルは、ワイヤを包囲し、ワイヤから均一に離
間した導電性シールド層を有する。電子機器をケーブル
の第１端に接続し、照明器を光導管と結合し、表示装置
をワイヤに接続する。画像変換器をケーブルの第２端に
接続し、ワイヤに接続する。ワイヤは、互いに等しく離
間し、コアによって規定される軸から等しく離間した撚
り対線とするとよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、高周波信号または高速デ
ータ伝送用の可撓性ケーブル構造体１０を示す。ケーブ
ルは、コア１２、コア周囲に螺旋状に巻き回した１組の
撚り対線ワイヤ１４、および外側シールド部１６を含
む。
【０００９】コアは、光透過性光ファイバの束２０から
成る可撓性光導管を有する。ファイバは、内径０．１６
０、および外径０．２００の螺旋状金属外装層２２によ
って巻き回されている。外装層２２は、円筒形状を備
え、後に圧力がかかってもその断面が著しく変形せず、
ケーブルの軸から対の均一な間隔を保存するように機能
する。外装は、螺旋状に巻き回された単一の薄いテープ
２３の帯状体によって絶縁されている。テープは、低摩
擦フッ化ポリマ膜であり、約０．０５１ｍｍ（０．００
２インチ）の厚さ、３．１７５ｍｍ（０．１２５イン
チ）の幅を有し、４５％重なり合って巻き回されてい
る。好適な実施形態では、導管は２０５０本のファイバ
によって構成され、各々、全直径３．５ｍｍに対して、
開口数が．６６、直径が７０ミクロン、ファイバ充填密
度が８０％である。
【００１０】撚り対線ワイヤ１４は、各々、互いに絶縁
され、同一形状の１対の鞘に密閉された、２本の螺旋撚
り対線を含む。これについては以下で論ずる。９対の撚
り対線が設けられているが、この数は、個々の用途の必
要性に応じて、無制限に変更することができる。各撚り
対線の鞘は、０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）の直
径を有し、各々、その全長にわたってコアの表面と接す
ることができ、更に隣接する対鞘の各々とも接すること
ができる。これによって、各対をコア導体および隣接す
る対から同じ距離のところに保持するように確実に制御
する。
【００１１】好適な実施形態では、対はコア周囲を螺旋
状に巻き回す。各対がコア周囲を１回巻くと、全巻角度
（wrap angle）は５０．８ｍｍ（２．０インチ）のケー
ブル長に及ぶ。全巻角度は、対の鞘の直径およびコアの
鞘の直径のばらつきを吸収するために、多少変更しても
よい。対が互いにそしてコアと接するようなサイズとす
ると、対の直径が公称値よりも僅かに大きく変化しただ
けで、あるいはコアの直径が公称値よりも僅かに小さく
変化しただけで、少なくとも１対がコアとの接触から押
し出されることになる。しかしながら、意図的に対のサ
イズを多少小さくしているので（そして、コアのサイズ
を大きくしているので）、この問題を防ぐことができ
る。この場合、対がコアと平行である場合に対間に生ず
ると予想される間隙の形成は、これらを螺旋状に巻き回
すことによって防止する。全巻角度は、実際には、対お
よびコアの幾何学的形状によって決められ、対の直径が
小さい程全巻角度は大きくなる（そして、対の１回の螺
旋状回転の長さが減少する）。
【００１２】撚り対線は、単一の薄いテープ２６の帯状
体によって螺旋状に巻き回され、中間製造段階の間、そ
してケーブルの寿命が来るまで、対をコアに対して保持
する。テープを多少引っ張って、対をコアに対して偏倚
させ、使用中にケーブルが撓んだときに間隙の形成を防
止する。テープは、約０．１０２ｍｍ（０．００４イン
チ）の厚さを有する低摩擦フッ化ポリマ膜とする。テー
プ幅が１２．７ｍｍ（０．５インチ）、対およびコアの
束の外径が７．３６６ｍｍ（０．２９０インチ）とする
と、テープを巻く毎に３０％重なり合わせ、２５．４ｍ
ｍ（１インチ）で約３回巻き回すようにする。
【００１３】導電性シールド３２は、束周囲を緊密に巻
き回す。シールドは、３８ＡＷＧ銅ワイヤの網組外被で
あり、少なくとも９０％の被覆率が指定されている。ス
ペーサ鞘の寸法を制御することによって、各ワイヤ対か
ら等しくシールドを離間させる。
【００１４】壁厚が０．７６２ｍｍ（０．０３０イン
チ）の外鞘３４が、シールドを緊密に包囲し、損傷に対
する保護となっている。外鞘は、可撓性ポリウレタンで
形成され、好ましくは、シールド周囲に同時押出成形す
る。完成したケーブルは、９．９０６ｍｍ（０．３９０
インチ）の外径を有する。
【００１５】図２は、単一の撚り対線１４を詳細に示
す。対の各ワイヤは、３２ＡＷＧ銅の導体４０を有し、
壁厚が約０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）のフッ化
ポリマ材の絶縁鞘によって包囲されている。各ワイヤ
は、鞘が被せられると、０．３８１ｍｍ（０．０１５）
インチの外径を有する。ワイヤは、螺旋状に巻き回さ
れ、撚り率は２５．４ｍｍ（１インチ）当たり３回転で
ある。用途によっては、撚り率を異なる率に設計し、隣
接する対間における望ましくない干渉を回避するとよい
場合もある。代替実施形態では、撚り率は、２つの異な
る値を交互に取り、隣接する対が相互作用（interact）
しないようにする。ワイヤは、その全長にわたって、軸
上で互いに接触している。好適な実施形態では、ワイヤ
は、ポリマ材のカバー４４によって密閉されている。カ
バーは、ワイヤ周囲に同時押出成形され、外径は１．１
４３ｍｍ（０．０４５インチ）、即ち、対の直径の１−
１／２倍である。
【００１６】好適な実施形態において図示し説明したよ
うに、このケーブルは、対当たり１００ないし６５５Ｍ
ビット／秒のデータ・レートを可能にすることがわかっ
ている。これは、長さが１８ないし３．０４８ｍ（１２
０インチ）のケーブルについてである。採用した極細ワ
イヤは、接続した構成要素が楽に動かなければならない
用途に対し、可撓性を確保する必要があるが（計算機ま
たは電子機器に接続する入力デバイスまたは変換器の場
合のように）、他の目的のために更に長いケーブル長が
必要になるにしたがって、より大きな導体が必要となる
と考えられる。これらは、好適な実施形態について開示
し図示した概念を採用するが、繰り返し可撓性（repeat
ed flexibility）が要求される場合には、さほど適して
いない。
【００１７】ケーブル１０は、図４に示すように、画像
システム５０に用いられる。このシステムは、機器５
２、ケーブル１０、およびカメラ５４を含む。ケーブル
１０は、第１端５６が機器に接続され、第２端６０がカ
メラに接続されている。
【００１８】機器は、コネクタ６４を備えたハウジング
６２を有する。光ファイバ導管６６が、ハウジング内を
貫通し、集光レンズ７２を通って、コネクタ６４から電
球７０のような照明源まで達している。集光レンズ７２
は、光源を導管に結合する。１組の電気ワイヤ７４が、
コネクタからハウジング内の電子回路エレメント７６ま
で達している。電子表示画面８０が、電子的に回路に接
続されている。回路は、ケーブルを通じて、電子的にエ
ンコードされた動画情報を受け取るように機能し、これ
をデコードして画面上に表示する。
【００１９】機器のコネクタは、ハウジング内の光導管
６６をケーブルの光ファイバ束２０と接続するのに適切
なインターフェースを含む。同様に、コネクタは、ワイ
ヤ７４をケーブルのワイヤに接続する構成部品を含む。
代替実施形態では、ケーブルをハウジングに永続的に取
り付け、コネクタを不要としたり、光ファイバが光源ま
で達し、ケーブル・ワイヤが回路に直接接続するように
してもよい。
【００２０】カメラ５４は、電荷結合素子（ＣＣＤ）８
６を内蔵するチャンバ８４を規定するハウジング８２を
有する小型のデバイスである。代替実施形態では、変換
器の表面上で形成された画像の再生のためにデコード可
能な電子信号を発生するのに適した電子画像変換器であ
れば、いずれでも用いることができる。ハウジング内の
レンズ９０は、ＣＣＤの画像表面の軸上に位置し、画像
表面上に物体９２の画像を形成する。ケーブルのワイヤ
１４は、ＣＣＤに接続され、対応する電子画像９２’が
画面８０上に表示される。
【００２１】物体の照明は、光ファイバ束によって伝送
される光によって行われる。ファイバ束２０の端部は、
画像レンズ９０に隣接して位置するので、射出した光は
レンズの光軸方向に照射する。代替実施形態では、ファ
イバの端部は、画像レンズを中心として、同軸状に分散
してもよい。動作において、カメラは機器からは離れ
て、そして画像する物体に隣接して配置される。医学的
用途では、カメラは患者の体内に配置される場合もあ
る。カメラは、内視鏡のような外科用機器と共に装着さ
れる場合もある。
【００２２】以上、好適な実施形態および代替実施形態
に関して論じたが、本発明をこれらに限定することは意
図していない。例えば、螺旋状外装の保護を必要とする
センサまたはエレメントを、光ファイバ束で置換しても
よい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態によるケーブ
ル構造体の切欠斜視図である。
【図２】図２は、本発明の好適な実施形態によるケーブ
ル構造体要素の切欠斜視図である。
【図３】図３は、本発明の好適な実施形態によるケーブ
ル構造体の端部断面図である。
【図４】図４は、本発明の好適な実施形態によるケーブ
ル構造体を用いた画像システムの切欠斜視図である。
【符号の説明】
１０：可撓性ケーブル構造体 １２：コア １４：撚り対線ワイヤ １６：外側シールド部 ２２：螺旋状金属外装層 ２３、２６：テープ ３２：導電性シールド ３４：外鞘 ５２：機器 ５４：カメラ ６２：ハウジング ６４：コネクタ ７０：電球 ７２：集光レンズ ７４：電気ワイヤ ７６：電子回路エレメント ８０：電子表示画面 ８２：ハウジング ８４：チャンバ ８６：電荷結合素子（ＣＣＤ） ９０：レンズ ９２：物体 ９２’：電子画像
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｂ 11/06 Ｈ０１Ｂ 11/06 (72)発明者 セロン・ヴイ・ペイジ，ジュニアー アメリカ合衆国オレゴン州97068，ウエス ト・リン，サウス・ウエスト・チャーチ ル・ダウンズ・ドライブ 6136 (72)発明者 チャンラマニー・リール アメリカ合衆国ワシントン州98682，ヴァ ンクーバー，ノース・イースト・サーティ セカンド・ストリート 16305 (72)発明者 クリスティン・ンゴ アメリカ合衆国オレゴン州97206，ポート ランド，サウスイースト・セヴンティー ス・アベニュー 3516 Ｆターム(参考） 2H001 BB02 DD06 DD24 FF02 KK17 KK22 KK24 2H046 AA69 AD18 5G309 KA03 5G319 DA03 DA04 DB04 DC01 DC07 EA01 EB04 EC06 ED01

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケーブル構造体であって、 中央にある光透過可撓性コア・エレメントと、 前記コア・エレメントを包囲する複数の撚り対線と、か
    ら成り、前記撚り対線が、相互に等しく離間され、前記
    コア周囲にチューブを形成することを特徴とするケーブ
    ル構造体。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の構造体において、前記撚
    り対線は互いに接することを特徴とする構造体。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の構造体において、前記撚
    り対線は前記コアに接することを特徴とする構造体。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の構造体において、前記撚
    り対線は、前記コアによって規定される軸から均等に離
    間されていることを特徴とする構造体。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の構造体において、前記コ
    アは、光ファイバの束を含むことを特徴とする構造体。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の構造体であって、更に、
    前記撚り対線を包囲し、これらから均等に離間されてい
    る、導電性シールド層を含むことを特徴とする構造体。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の構造体であって、更に、
    前記ケーブルの第１端において前記コアと結合されてい
    る照明源と、前記ケーブルの逆側の第２端において前記
    撚り対線に接続されている光変換器とを含むことを特徴
    とする構造体。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の構造体であって、更に、
    前記ケーブルの第２端において前記撚り対線に接続され
    ている表示装置を含むことを特徴とする構造体。
  9. 【請求項９】 請求項１記載の構造体において、各ワイ
    ヤを封止し、円筒状外面を形成することを特徴とする構
    造体。
  10. 【請求項１０】 ケーブル構造体であって、 光透過性光導管を含む中央コア・エレメントと、 前記コア・エレメントを包囲する複数の導電性ワイヤ
    と、から成り、前記ワイヤが、前記コアから均等に離間
    され、前記コア周囲にチューブを形成し、 前記ワイヤが相互に均等に離間されている、ことを特徴
    とするケーブル構造体。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の構造体において、前
    記撚り対線は互いに接することを特徴とするケーブル構
    造体。
  12. 【請求項１２】 請求項１０記載の構造体において、前
    記撚り対線は前記コアに接することを特徴とするケーブ
    ル構造体。
  13. 【請求項１３】 請求項１０記載の構造体において、前
    記ワイヤは互いに接することを特徴とするケーブル構造
    体。
  14. 【請求項１４】 請求項１０記載の構造体において、前
    記コアは、光ファイバの束を含むことを特徴とする構造
    体。
  15. 【請求項１５】 請求項１０記載の構造体であって、更
    に、前記ワイヤを包囲し、これらから均等に離間されて
    いる導電性シールド層を含むことを特徴とする構造体。
  16. 【請求項１６】 請求項１０記載の構造体であって、更
    に、前記ケーブルの第１端において前記コアと結合され
    ている照明源と、前記ケーブルの逆側の第２端において
    前記撚り対線に接続されている光変換器とを含むことを
    特徴とする構造体。
  17. 【請求項１７】 請求項１８記載の構造体であって、更
    に、前記ワイヤに接続され、前記変換器が発生する画像
    を表示するように動作可能な表示装置を含むことを特徴
    とする構造体。
  18. 【請求項１８】 請求項１０記載の構造体において、前
    記ワイヤは、各々、撚り対線であることを特徴とする構
    造体。
  19. 【請求項１９】 光画像システムであって、 第１端および第２端を有する可撓性ケーブルであって、 可撓性光導管を含む中央コア・エレメントと、 前記コア・エレメントを包囲し、前記コアの中心によっ
    て規定された軸と同軸状のチューブを形成する複数のワ
    イヤと、 前記ワイヤを包囲し、これらから均等に離間されている
    導電性シールド層と、を含む、可撓性ケーブルと、 前記ケーブルの第１端に接続され、前記光導管に結合さ
    れた発光体と、前記ワイヤに接続された表示装置とを有
    する、電子機器と、 前記ケーブルの第２端に接続され、かつ前記ワイヤに接
    続された画像変換器と、から成ることを特徴とする光画
    像システム。
  20. 【請求項２０】 請求項１９記載のシステムにおいて、
    前記ワイヤは、相互に均等に離間され、前記コアが規定
    する軸から均等に離間されている撚り対線であることを
    特徴とするシステム。
JP2001384417A 2001-07-26 2001-12-18 遠隔画像システム用の光透過性コアを包囲する信号導体を有するケーブル Pending JP2003197046A (ja)

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