JP2014066923A - Endoscope and endoscope light guide fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、ガラスからなるコアとプラスチックからなるクラッドとを具備するプラスチッククラッド光ファイバである内視鏡用ライトガイドファイバ及び前記内視鏡用ライトガイドファイバを具備する内視鏡に関する。 Embodiments described herein relate generally to an endoscope light guide fiber that is a plastic clad optical fiber including a glass core and a plastic clad, and an endoscope including the endoscope light guide fiber.
図1に示すように光ファイバ10は光を透過するコア11と、コア11の外周面に設けられている、光がコア側面から外へ漏れないように反射するクラッド12と、から構成されている。そして、プラスチッククラッド光ファイバでは、コア11にはガラスが、クラッド12にはコア11よりも屈折率の低いプラスチックが用いられている。なお、コア11の外径D1のクラッド12(光ファイバ10)の外径D2に対する割合(D1/D2)は用途により大きく異なる。
As shown in FIG. 1, the
特開平7−218734号公報には、石英をコアとし、フルオロアリキル基を有する樹脂をクラッドとする通信用光ファイバが開示されている。この光ファイバは、コアの屈折率n1=1.49、クラッドの屈折率n2=1.37であり、開口数NA=0.51であった。なお、通信用光ファイバでは、例えば、コア外径D1が15μmのときクラッド外径D2は125μmであり、D1/D2=12%である。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-218734 discloses a communication optical fiber having quartz as a core and a resin having a fluoroalkyl group as a clad. This optical fiber had a core refractive index n1 = 1.49, a clad refractive index n2 = 1.37, and a numerical aperture NA = 0.51. In the communication optical fiber, for example, when the core outer diameter D1 is 15 μm, the cladding outer diameter D2 is 125 μm, and D1 / D2 = 12%.
一方、内視鏡用ライトガイドファイバは、通信用光ファイバと異なり、多くの光を導光するように、D1/D2が大きい。また、内視鏡は、近くにある被写体の広い範囲を観察するために、広画角、例えば画角θ1が140度〜170度の撮像光学系が使用される。このため、ライトガイドが導光した光を凹レンズで、広画角化している。 On the other hand, unlike an optical fiber for communication, an endoscope light guide fiber has a large D1 / D2 so as to guide a large amount of light. The endoscope uses an imaging optical system having a wide angle of view, for example, an angle of view θ1 of 140 degrees to 170 degrees in order to observe a wide range of nearby subjects. For this reason, the light guided by the light guide is widened by a concave lens.
しかし、広画角化のための凹レンズの径は、ライトガイドの径よりも10〜20%大きい。例えば、ライトガイドの径が1mmの場合、凹レンズの径は、1.1〜1.2mmとなる。このため、内視鏡の小径化の支障となるおそれがあった。また、凹レンズのコストだけでなく、アライメント調整等の作業も製造コストを下げる妨げとなるおそれがあった。さらに、凹レンズは色収差等を考慮して設計されるが、特に照射範囲の外周部において色収差の影響が顕著になるおそれがあった。 However, the diameter of the concave lens for widening the angle of view is 10 to 20% larger than the diameter of the light guide. For example, when the diameter of the light guide is 1 mm, the diameter of the concave lens is 1.1 to 1.2 mm. For this reason, there existed a possibility of becoming a hindrance to the diameter reduction of an endoscope. Moreover, not only the cost of the concave lens but also the operations such as alignment adjustment may hinder the production cost. Further, the concave lens is designed in consideration of chromatic aberration and the like, but there is a possibility that the influence of the chromatic aberration becomes remarkable particularly in the outer peripheral portion of the irradiation range.
このため、高い開口数(NA)の内視鏡用ライトガイドファイバ及び照明光学系に凹レンズが不要な内視鏡が求められていた。 Therefore, there has been a demand for an endoscope that does not require a concave lens in an endoscope light guide fiber and an illumination optical system having a high numerical aperture (NA).
なお、図2に示すように、光ファイバ10は、数百本以上が束ねられて、例えばシリコーンチューブ6Aの内部に充填され、ライトガイド6として使用される。
As shown in FIG. 2, hundreds or more of
本発明の実施形態は、照明光学系に凹レンズが不要な内視鏡及び高い開口数の内視鏡用ライトガイドファイバを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an endoscope that does not require a concave lens in an illumination optical system and a light guide fiber for an endoscope with a high numerical aperture.
本発明の実施形態の内視鏡は、屈折率n1が、1.61以上1.74以下のガラスからなるコアと、屈折率n2が、1.33以上1.44以下のプラスチックからなるクラッドと、からなり、前記コアの外径が前記クラッドの外径の90%以上99.6%以下で、開口数NAが0.899以上0.997以下である複数の光ファイバを有するライトガイドが挿通され、前記ライトガイドが導光した光を、凹レンズに替えて平板状のカバーガラスを介して先端部から出射する挿入部と、前記挿入部の基端に配された操作部と、操作部から延出し前記ライトガイドを光源装置と接続するライトガイドコネクタが配設されたユニバーサルコードと、を具備する。 An endoscope according to an embodiment of the present invention includes a core made of glass having a refractive index n1 of 1.61 to 1.74, and a clad made of plastic having a refractive index n2 of 1.33 to 1.44. A light guide having a plurality of optical fibers each having an outer diameter of the core of 90% to 99.6% of an outer diameter of the clad and a numerical aperture NA of 0.899 to 0.997. The light guide guided by the light guide is inserted from a distal end portion through a flat cover glass instead of a concave lens, an operation portion disposed at the base end of the insertion portion, and an operation portion. And a universal cord provided with a light guide connector for connecting the light guide to the light source device.
また、別の実施形態の内視鏡用ライトガイドファイバは、屈折率n1が、1.61以上1.74以下のガラスからなるコアと、屈折率n2が、1.33以上1.44以下のプラスチックからなるクラッドと、を具備し、開口数NAが0.899以上0.997以下である。 Moreover, the light guide fiber for endoscopes of another embodiment has a core made of glass having a refractive index n1 of 1.61 to 1.74, and a refractive index n2 of 1.33 to 1.44. A clad made of plastic, and a numerical aperture NA of 0.899 or more and 0.997 or less.
本発明によれば、照明光学系に凹レンズが不要な内視鏡及び高い開口数の内視鏡用ライトガイドファイバを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an endoscope that does not require a concave lens in the illumination optical system and an endoscope light guide fiber having a high numerical aperture.
最初に、図3を用いて、実施形態の内視鏡1について簡単に説明する。
図3に示すように、内視鏡1を具備する医療用の内視鏡システム20は、画像信号を処理するプロセッサ21と、内視鏡画像を表示するモニタ22と、使用者が使用条件等を設定するための入力部23と、光源装置24と、を具備する。
First, the
As shown in FIG. 3, a
内視鏡1は、先端部32に内視鏡画像を撮像する撮像部33が配設されライトガイド6が挿通された挿入部31と、挿入部31の基端に配された操作部37と、操作部37から延出し、ライトガイドコネクタ34及び電子コネクタ36が配設されたユニバーサルコード38と、を具備する。
The
ライトガイドコネクタ34が光源装置24と接続されると、光源装置24が発生した光は、ライトガイド6により導光されて、平板状のカバーガラス30を介して先端部32から出射する。すなわち、内視鏡1では、照明光は、凹レンズにより高画角化されない。
When the
CCD等の撮像部33からの撮像信号は、電子コネクタ36を介してプロセッサ21に伝達される。
An imaging signal from the
挿入部31は、例えば、屈曲性を適度に保つため外周部に厚さ0.2mmのSUS304からなるフレックス及び蛇菅等を有し、外径は15mmである。低侵襲化のために挿入部31の細径化は重要であり、そのためライトガイド6の直径も、例えば径1.8mmと細径化されている。
The
なおライトガイド6の内視鏡用ライトガイドファイバ(光ファイバ)10ではコア11の外径D1が、クラッド12の外径D2の90%以上99.6%以下である。前記範囲内であれば、大光量の照射光を効率良く導光できる。
In the endoscope light guide fiber (optical fiber) 10 of the
そして、内視鏡2の先端部32には、ライトガイド6が導光した光が出射されるカバーガラス30と、撮像部33に被写体像を結像する撮像光学系の凹レンズ35と、が配設されている。照明光の画角θ2は、撮像光学系の画角θ1を考慮して決定されるが、ライトガイド6の光ファイバ10は、高NAであるため、凹レンズで広画角化する必要がない。
The
ここで、画角θ2は、開口数NAと、(式1)の関係がある。 Here, the angle of view θ2 is related to the numerical aperture NA and (Equation 1).
NA=sinθ2 ・・・(式1) NA = sinθ2 (Formula 1)
すなわち、凹レンズを使用しなくとも、光ファイバ10の開口数NAが0.899以上であれば、照明光の画角θ2として、128度を得られる。ここで、θ2=128度は、広画角仕様の撮像光学系の画角θ1=140度よりも小さいが、実用上、許容可能な下限である。
That is, even if the concave lens is not used, if the numerical aperture NA of the
また、光ファイバ10の開口数NAが0.940であれば、θ2=140度となるため好ましい。また、開口数NAが0.996であれば、θ2=170度となる。一方、NA>0.997では、θ2>170度となり、カバーガラス30の側面で反射され前方に照射されない成分が生じるため好ましくない。
Further, if the numerical aperture NA of the
すなわち、光ファイバ10の開口数NAは、0.899以上0.996以下であり、好ましくは0.940以上0.996以下である。
That is, the numerical aperture NA of the
開口数NAは、コア11のガラスの屈折率n1及びクラッド12のプラスチックの屈折率n2から、(式2)で示される。なお、屈折率n1、n2はe線における値である。
The numerical aperture NA is expressed by (Equation 2) from the refractive index n1 of the glass of the
NA=(n12−n22)1/2 ・・・(式2) NA = (n1 2 −n2 2 ) 1/2 (Formula 2)
クラッド12に用いるプラスチックとしては、屈折率n2及びコアガラスへの被覆処理を考慮すると、アモルファスフッ素樹脂、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)を用いることが好ましい。プラスチックとしては、屈折率の制約の範囲であれば、アモルファスフッ素樹脂、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の単体に限らず、複数のプラスチックの混合物でも良い。
As the plastic used for the
以下の試作は、アモルファスフッ素樹脂として、屈折率n2=1.34のサイトップ(旭硝子株式会社製)、FEPとして屈折率n2=1.43のプラスチックを用いて行った。 The following trial manufacture was performed using CYTOP (made by Asahi Glass Co., Ltd.) having a refractive index of n2 = 1.34 as an amorphous fluororesin, and plastic having a refractive index of n2 = 1.43 as FEP.
クラッド12に用いる材料としては、サイトップ等に限られるものではなく、入手が比較的容易な、屈折率n2が1.33以上1.44以下のプラスチックを用いることができる。
The material used for the
一方、光を導光するコア11のガラス(コアガラス)は、光ファイバ10の開口数NAを上記範囲内とするため及び内視鏡1の仕様を満足するためには、屈折率n1は、1.61以上1.74以下である必要があり、好ましくは1.64以上1.74以下である。すなわち、屈折率n1が1.64以上の鉛フリーガラスは後述するように内視鏡1に特に適している。
On the other hand, the refractive index n1 of the glass of the
図4に示した、「A」の範囲が、NAが0.899以上0.996以下の範囲を満足し、かつ、屈折率n1が、1.61以上1.74以下である。一方、「B」の範囲が、NAが0.899以上0.996以下の範囲を満足し、かつ、屈折率n1が1.64以上1.74以下である。 In the range of “A” shown in FIG. 4, NA satisfies the range of 0.899 to 0.996, and the refractive index n1 is 1.61 to 1.74. On the other hand, the range of “B” satisfies the range of NA from 0.899 to 0.996, and the refractive index n1 is from 1.64 to 1.74.
光ファイバ10は、高い開口数(NA)であり、凹レンズで広画角化する必要がない。このため、内視鏡1は、広画角化のための凹レンズを有していないが、画角θ2が、128度以上170度以下の照明光を照射可能である。
The
そして、内視鏡1は、小径化が容易で、製造コストが低く、さらにレンズによる色収差が発生することがない。
The
なお、内視鏡1では、カバーガラス30に、光散乱機能があることが好ましい。これは内視鏡1は、照明光学系に凹レンズを使用しないため、各光ファイバ10が点光源のようになり、照射光にムラが生じるのを防止するためである。平板状のカバーガラス30に光散乱機能を付与するには、すりガラスにしたり、微小粒子を分散したりする。なお、カバーガラス30はライトガイド6側の内面だけが散乱面で、外面は鏡面であることが、汚れの付着防止の観点から好ましい。また、図3に示すようにカバーガラス30とライトガイド6とは高屈折率の接着剤30Aなどで接合して間に空気層が介在しないようにすることが、反射防止のため好ましい。
In the
ここで、上記の屈折率n1を満足する高屈折率ガラスとしては鉛ガラスが知られているが、環境対応のため、鉛を含まないガラス(鉛フリーガラス)が要求されている。 Here, lead glass is known as a high refractive index glass satisfying the above refractive index n1, but glass containing no lead (lead-free glass) is required in order to cope with the environment.
さらに、医療内視鏡は被検者の体内に挿入後に内視鏡の先端部等の位置を確認するためにX線を照射しながら使用される。ガラスはX線被曝により、化学結合の一部が切断されたり歪が生じたりして着色する。医療内視鏡のライトガイドファイバ用ガラスには、高いX線耐性が要求されている。しかし、公知の鉛フリーガラスは鉛含有ガラスに比べると、X線耐性に対して十分な検討がされてはいなかった。 Furthermore, the medical endoscope is used while being irradiated with X-rays in order to confirm the position of the distal end portion of the endoscope after being inserted into the body of the subject. Glass is colored by X-ray exposure, with some chemical bonds being broken or distorted. High X-ray resistance is required for the light guide fiber glass of a medical endoscope. However, the known lead-free glass has not been sufficiently studied for X-ray resistance compared to lead-containing glass.
また、医療内視鏡では、白色光を用いた通常光観察だけでなく、照射光の波長特性を利用した種々の特殊光観察が行われる。例えば、狭帯域光観察(NBI:Narrow Band Imaging)は、血液中のヘモグロビンに吸収されやすい狭帯域化された2つの波長、例えば390nm〜445nmの第1波長帯の照明光と、530nm〜550nmの第2波長帯の光を照射し、粘膜表層の毛細血管、粘膜微細模様の強調表示することによって腫瘍組織を容易に見分ける方法であり、青色光領域の画像情報が非常に重要である。 In medical endoscopes, not only normal light observation using white light but also various special light observations using the wavelength characteristics of irradiation light are performed. For example, narrow band imaging (NBI) is performed by illuminating light in a first wavelength band of 390 nm to 445 nm and two wavelengths that are easily absorbed by hemoglobin in blood, for example, 530 nm to 550 nm. It is a method of easily distinguishing tumor tissue by irradiating light in the second wavelength band and highlighting the capillaries and mucous fine patterns on the mucosal surface layer, and the image information of the blue light region is very important.
このため、医療内視鏡のライトガイドファイバ用の鉛フリーガラスには、ファイバ化の容易性すなわち紡糸性があること及び前記範囲の屈折率n1であることに加えて、X線耐性及び青色光透過率を考慮すると、以下の条件式を満足することが好ましい。なお、「〜」は、「以上、以下」を意味する。 For this reason, lead-free glass for light guide fibers of medical endoscopes is easy to be fiberized, that is, spinnable, and has a refractive index n1 in the above range, as well as X-ray resistance and blue light. Considering the transmittance, it is preferable to satisfy the following conditional expression. “˜” means “above and below”.
(A) (SiO2+B2O3):20〜55wt%
(B) SiO2:20〜55wt%
(C) B2O3:0〜10wt%
(D) X:(BaO+SrO+La2O3+Lu2O3+Ta2O5+Gd2O3+WO3+Nb2O5+Y2O3
):25〜72wt%
(E) ZnO:0〜30wt%
(F) Al2O3:0〜10wt%
(G) ZrO2:0〜8wt%
(H) (Na2O+K2O):0〜10wt%
(I) Sb2O3:0〜0.35wt%
以下、上記条件について説明する。
(A) (SiO 2 + B 2 O 3 ): 20 to 55 wt%
(B) SiO 2: 20~55wt%
(C) B 2 O 3 : 0 to 10 wt%
(D) X: (BaO + SrO + La 2 O 3 + Lu 2 O 3 + Ta 2 O 5 + Gd 2 O 3 + WO 3 + Nb 2 O 5 + Y 2 O 3
): 25-72 wt%
(E) ZnO: 0 to 30 wt%
(F) Al 2 O 3: 0~10wt%
(G) ZrO 2 : 0 to 8 wt%
(H) (Na 2 O + K 2 O): 0 to 10 wt%
(I) Sb 2 O 3: 0~0.35wt%
Hereinafter, the above conditions will be described.
(A) (SiO2+B2O3):20〜55wt%
(B) SiO2:20〜55wt%
(C) B2O3:0〜10wt%
(A) (SiO 2 + B 2 O 3 ): 20 to 55 wt%
(B) SiO 2: 20~55wt%
(C) B 2 O 3 : 0 to 10 wt%
条件(A)〜条件(C)は、ガラスネットワークフォーマー成分を限定している。SiO2が20〜55wt%なのは安定したガラスを得るためである。B2O3量は、0〜2wt%がより好ましい。B2O3は、ガラスの結晶化防止、及びX線耐性の向上に効果がある。 Conditions (A) to (C) limit the glass network former component. The reason why SiO 2 is 20 to 55 wt% is to obtain a stable glass. The amount of B 2 O 3 is more preferably 0 to 2 wt%. B 2 O 3 is effective in preventing crystallization of glass and improving X-ray resistance.
(D) X:(BaO+SrO+La2O3+Lu2O3+Ta2O5+Gd2O3+WO3+Nb2O5+Y2O3):25〜72wt% (D) X: (BaO + SrO + La 2 O 3 + Lu 2 O 3 + Ta 2 O 5 + Gd 2 O 3 + WO 3 + Nb 2 O 5 + Y 2 O 3 ): 25 to 72 wt%
条件(D)は、BaO、SrO、La2O3、Lu2O3、Ta2O5、Gd2O3、WO3、Nb2O5又はY2O3の少なくともいずれかを含み、その総量が25〜72wt%であることを示している。条件(D)は、屈折率n1が、1.61〜1.74を達成するための条件である。なお、屈折率n1を1.61以上とするためには、(BaO+SrO+La2O3+Lu2O3+Ta2O5+Gd2O3+WO3+Nb2O5+Y2O3)は、39〜46wt%が好ましい。 Condition (D) includes at least one of BaO, SrO, La 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Gd 2 O 3, WO 3, Nb 2 O 5, or Y 2 O 3 , It shows that the total amount is 25 to 72 wt%. Condition (D) is a condition for achieving a refractive index n1 of 1.61 to 1.74. In order to make the refractive index n1 1.61 or more, (BaO + SrO + La 2 O 3 + Lu 2 O 3 + Ta 2 O 5 + Gd 2 O 3 + WO 3 + Nb 2 O 5 + Y 2 O 3 ) is 39 to 46 wt%. Is preferred.
BaOは、高屈折率、青領域での高透過率を得るための必須成分であり、溶融性及び安定性に効果があり、効果があり悪影響が発現しない(以下、単に「効果がある」という)のは、(D1)BaO:15〜35wt%、好ましくは25〜30wt%である。(D2)SrOの含有量は0〜15wt%であり、BaOの含有量を超えないことが好ましい。 BaO is an essential component for obtaining a high refractive index and a high transmittance in the blue region, has an effect on meltability and stability, has an effect, and does not exhibit an adverse effect (hereinafter simply referred to as “effective”). ) Of (D1) BaO: 15 to 35 wt%, preferably 25 to 30 wt%. (D2) The content of SrO is 0 to 15 wt%, and preferably does not exceed the content of BaO.
ここで、BaOを26.87wt%、La2O3を9.27wt%、Ta2O5を3.00wt%、すなわち(BaO+SrO+La2O3+Lu2O3+Ta2O5+Gd2O3+WO3+Nb2O5+Y2O3)が39.14wt%有するLa-Ba-Si-B系ガラスを例にB2O3量との関係を説明する。La2O3/B2O3がモル%比で1以上であればガラス中のホウ素(B)が3配位をとるためX線照射により少し着色するが、回復も早い。La2O3/B2O3がモル%比で、1未満であるとガラス中のホウ素(B)が4配位の構造をとるため、X線照射により強く着色し回復も遅い。 Here, 26.87wt% of BaO, La 2 O 3 to 9.27wt%, Ta 2 O 5 of 3.00 wt%, i.e. (BaO + SrO + La 2 O 3 + Lu 2 O 3 + Ta 2 O 5 + Gd 2 O 3 + WO 3 The relationship with the amount of B 2 O 3 will be described using a La—Ba—Si—B glass having (Nb 2 O 5 + Y 2 O 3 ) of 39.14 wt% as an example. If La 2 O 3 / B 2 O 3 is 1 or more in terms of mol%, boron (B) in the glass has a 3-coordination and is slightly colored by X-ray irradiation, but recovery is also fast. When La 2 O 3 / B 2 O 3 is less than 1 in terms of mol%, boron (B) in the glass has a 4-coordinate structure, and thus it is strongly colored by X-ray irradiation and recovery is slow.
すなわち、B2O3の含有量と深い関係があるが、(D3)La2O3の含有量は、結晶化する可能性が徐々に高くならないため、12.0wt%以下(3.6mol%)以下が好ましく、より好ましくは(D4)9.3wt%(2.8mol%)以下である。 That is, although there is a deep relationship with the content of B 2 O 3, the content of (D3) La 2 O 3 does not gradually increase the possibility of crystallization, so that it is 12.0 wt% or less (3.6 mol% ) Or less, more preferably (D4) 9.3 wt% (2.8 mol%) or less.
(E) ZnO:0〜30wt%
(F) Al2O3:0〜10wt%
(G) ZrO2:0〜8wt%
(E) ZnO: 0 to 30 wt%
(F) Al 2 O 3: 0~10wt%
(G) ZrO 2 : 0 to 8 wt%
条件(E)〜条件(G)は、高透過率を達成するための条件である。白金ルツボで熔融を行う場合には不純物として混入するPt量を減らすため、比較的低温(例えば1000〜1300℃)、かつ、短時間(例えば6時間)で熔融する必要がある。Al2O3及びZrO2は融点の高い難熔成分であるため、低温かつ短時間の熔融では、十分均質にならず、数十nm〜数百μmの微粒子となってガラス中に残ってしまうことがある。これらの粒子は、通常の光路長が数mm〜数十mmのレンズ等では問題にならないが、医療用内視鏡のように数mの長さのものでは、特に青色光透過率の大きな低下が問題になる。 Conditions (E) to (G) are conditions for achieving high transmittance. When melting with a platinum crucible, in order to reduce the amount of Pt mixed as an impurity, it is necessary to melt at a relatively low temperature (for example, 1000 to 1300 ° C.) and for a short time (for example, 6 hours). Since Al 2 O 3 and ZrO 2 are difficult-to-melt components with high melting points, they are not sufficiently homogeneous when melted at a low temperature for a short time, and remain in the glass as fine particles of several tens to several hundreds of μm. Sometimes. These particles do not pose a problem for lenses having a normal optical path length of several mm to several tens of mm. However, when the particles have a length of several meters such as medical endoscopes, the blue light transmittance is greatly reduced. Becomes a problem.
また、石英ツルボ熔融の場合でも、高温では、石英ルツボが侵食されてガラスへSiO2が溶け出すため、脈理及び歪の原因になりガラスが割れるなど歩留まりが悪くなったり、所望の屈折率が得られなかったりするおそれがある。このため、石英ツルボ熔融の場合でも、熔融温度を低くする必要がある。このため、以下の条件(F1)及び(F2)を満たすことが特に好ましい。 In addition, even in the case of quartz crucible melting, at a high temperature, the quartz crucible is eroded and SiO 2 melts into the glass, causing striae and distortion, resulting in poor yield, such as glass cracking, and a desired refractive index. It may not be obtained. For this reason, even in the case of quartz crucible melting, it is necessary to lower the melting temperature. For this reason, it is particularly preferable to satisfy the following conditions (F1) and (F2).
(F1) Al2O3:0wt%
(G1) ZrO2:0wt%
(F1) Al 2 O 3 : 0 wt%
(G1) ZrO 2 : 0 wt%
なお、条件(E)のZnOは任意成分であるが、高屈折率かつ青領域での高透過率を得るため、溶融性及び安定性に効果があるため、(E1)4〜16wt%含有することが、より好ましい。 In addition, although ZnO of the condition (E) is an optional component, in order to obtain a high refractive index and a high transmittance in the blue region, it has an effect on meltability and stability. Therefore, (E1) 4 to 16 wt% is contained. It is more preferable.
(H) (Na2O+K2O):0〜10wt%
条件(H)の(Na2O+K2O)は、Na2O、又はK2Oの少なくともいずれか意味しており、ガラスの結晶化を抑制するため、及び、粘度調整のためである。Na2O及びK2Oは、屈折率を低くするため多すぎると所望の屈折率が得られないことがある。このため、より好ましくは、(H1)4〜10wt%である。
(H) (Na 2 O + K 2 O): 0 to 10 wt%
The condition (H) (Na 2 O + K 2 O) means at least one of Na 2 O and K 2 O, in order to suppress crystallization of the glass and to adjust the viscosity. If Na 2 O and K 2 O are too much to reduce the refractive index, the desired refractive index may not be obtained. For this reason, (H1) 4-10 wt% is more preferable.
(I) Sb2O3:0〜0.35wt%
条件(I)は、高い青色光透過率のための条件である。Sb2O3はガラスの均質化(ガラスの原料の熔解及び泡を抜く清澄作用)を促進するため、一般的光学ガラスでは、0.3〜0.5wt%添加される。しかし、前記添加量では、Sb2O3は青色光を固有吸収するため着色が顕著であり、かつ、X線耐性にも悪影響があり、コアガラスの仕様を満たす特性を得ることができない。
(I) Sb 2 O 3: 0~0.35wt%
Condition (I) is a condition for high blue light transmittance. Sb 2 O 3 is added in an amount of 0.3 to 0.5 wt% in a general optical glass in order to promote homogenization of glass (melting of glass raw materials and clarification to remove bubbles). However, at the added amount, Sb 2 O 3 inherently absorbs blue light, so that coloring is remarkable, and the X-ray resistance is also adversely affected, so that characteristics satisfying the specifications of the core glass cannot be obtained.
Sb2O3は、青領域の光を吸収する。さらに、白金ルツボから白金の溶出を促進する作用があるため、Sb2O3添加ガラスは青領域での吸収が大きくなりやすい。このため、青色光透過率の観点からは、Sb2O3添加量は少ないことが望ましい。しかし、Sb2O3を含有しないガラスは、製造時に攪拌不足による不均質化・脈理、また部分的な酸素欠陥による吸収が発生しやすくなることから添加量0wt%は好ましくない。Sb2O3は(I1):0〜0.050wt%、がより好ましい。 Sb 2 O 3 absorbs light in the blue region. Furthermore, because of the effect of promoting the dissolution of platinum from a platinum crucible, Sb 2 O 3 doped glass is likely to increase the absorption in the blue region. For this reason, it is desirable that the amount of Sb 2 O 3 added is small from the viewpoint of blue light transmittance. However, glass that does not contain Sb 2 O 3 is not preferred to be added in an amount of 0 wt% because it tends to generate heterogeneity and striae due to insufficient stirring during production and absorption due to partial oxygen defects. Sb 2 O 3 is more preferably (I1): 0 to 0.050 wt%.
(J) (Na2SO4+K2SO4):0.26〜1.63wt%。
条件(J)は、Na2SO4又はK2SO4の少なくともいずれかを所定量含むことを示しており、条件(I)のもとでの、均質化実現のための必須条件である。すなわち、条件(I)のSb2O3量は、一般的な光学ガラスの含有量より少ないため、原料を熔かす能力が不足しており、不均質(とけ残り)を防止するためには、高温かつ長時間の熔融が必要となる。
(J) (Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 ): 0.26 to 1.63 wt%.
Condition (J) indicates that a predetermined amount of at least one of Na 2 SO 4 and K 2 SO 4 is included, and is an essential condition for realizing homogenization under condition (I). That is, since the amount of Sb 2 O 3 in condition (I) is less than the content of general optical glass, the ability to melt the raw material is insufficient, and in order to prevent inhomogeneity (residual residue), High temperature and long melting time is required.
Na2SO4又はK2SO4は熔解の途中(例えば890℃)で分解してSO2ガスと酸素ガスとを発生するため、物理的バブリングにより原料の熔融を促進する。ガラス原料中に添加するNa2SO4又はK2SO4の量が、上記範囲未満では原料の熔融の促進が不十分となり、上記範囲を超えると熔融は進むが過剰なSO2ガスがスカムと呼ばれるSiO2やアルカリ金属などの相対的に比重の軽い元素を含む泡状の固体を生成するため、不均質の原因となる。 Na 2 SO 4 or K 2 SO 4 decomposes during melting (for example, 890 ° C.) to generate SO 2 gas and oxygen gas, so that melting of the raw material is promoted by physical bubbling. If the amount of Na 2 SO 4 or K 2 SO 4 added to the glass raw material is less than the above range, the melting of the raw material will be insufficiently promoted, and if it exceeds the above range, melting proceeds but excessive SO 2 gas is scum. Since a foam-like solid containing an element having a relatively low specific gravity such as SiO 2 or alkali metal is generated, it causes inhomogeneity.
次に、ガラス原料は、一般的に不純物を含む。遷移金属の不純物等は可視光域に吸収をもつため、コアガラスのように高透過率を必要とするガラスの製造において問題となるため、最低限にすべきである。 Next, the glass raw material generally contains impurities. Since impurities of transition metals have absorption in the visible light region, they become a problem in the production of glass that requires high transmittance such as core glass, and should be minimized.
コアガラスでは、具体的には、Feの含有量が3ppm以下、Crの含有量が0.03ppm以下、Coの含有量が0.01ppm以下、及びNiの含有量が0.02ppm以下であることが、より好ましい。 Specifically, in the core glass, the Fe content is 3 ppm or less, the Cr content is 0.03 ppm or less, the Co content is 0.01 ppm or less, and the Ni content is 0.02 ppm or less. Is more preferable.
ここで、実施形態のコアガラスの原料の調合には、不純物の混入を避けるため、ステンレスもしくは鉄等の金属容器又はビーカー等のガラス容器ではなく、紙容器又はプラスチック容器を用いた。ガラス融液の作製にはジルコニアを添加した白金ルツボ又は石英ルツボを使用し、サファイア棒にて攪拌を行った。 Here, in order to avoid mixing impurities, a paper container or a plastic container was used for the preparation of the core glass raw material of the embodiment, instead of a metal container such as stainless steel or iron or a glass container such as a beaker. A platinum crucible to which zirconia was added or a quartz crucible was used for producing the glass melt, and stirring was performed with a sapphire rod.
なお、以下の組成より明らかなように、実施形態のコアガラスの組成は融点が比較的低くなるように設計されているために1000℃〜1300℃、熔融時間が2時間〜8時間と比較的低温かつ短時間で熔融することができ、白金ルツボを用いた場合でも、不純物の混入は抑制されている。Ptが混入するとガラスは青色光領域に吸収をもつため、透過率及び光量に悪影響がでる。Pt量は、好ましくは0.2ppm以下である。 As is clear from the following composition, the composition of the core glass of the embodiment is designed such that the melting point is relatively low, so that the melting time is relatively relatively low, 1000 ° C. to 1300 ° C., and the melting time is 2 hours to 8 hours. It can be melted at a low temperature and in a short time, and even when a platinum crucible is used, mixing of impurities is suppressed. When Pt is mixed, the glass has an absorption in the blue light region, which adversely affects the transmittance and the amount of light. The amount of Pt is preferably 0.2 ppm or less.
試作した光ファイバのコアガラスの組成及び光ファイバの特性を(表1)に示す。 The composition of the core glass of the prototype optical fiber and the characteristics of the optical fiber are shown in (Table 1).
「ガラス化」は、原料が均一に溶解しファイバ化できたものを「○」と評価した。青色透過率(T400)は、波長400nmの光の透過率を30cm厚のガラスサンプルと1cm(10mm)厚のガラスサンプルとを作り、表面反射を計算により除く方法により算出した。そして、青色透過率(T400)が、90%/m以上を「○」と評価した。 “Vitrification” was evaluated as “◯” when the raw material was uniformly melted to form a fiber. The blue transmittance (T400) was calculated by making the transmittance of light having a wavelength of 400 nm into a glass sample having a thickness of 30 cm and a glass sample having a thickness of 1 cm (10 mm), and removing surface reflection by calculation. And blue transmittance (T400) evaluated 90% / m or more as "(circle)".
X線耐性(XRD)は、2.5GyのX線照射後に64ルーメン/mm2の光を600分導光する回復処理を行うX線耐性試験後の380nm〜750nmの光量がX線耐性試験前の光量の68%以上を「○」と評価した。 X-ray resistance (XRD) is the amount of light from 380 nm to 750 nm after the X-ray resistance test in which a recovery process of guiding light of 64 lumens / mm 2 for 600 minutes after 2.5 Gy X-ray irradiation is performed before the X-ray resistance test. 68% or more of the amount of light was evaluated as “◯”.
また、主成分組成はEPMAにより、不純物含有量は、ICP−MSにより測定した。なお、組成等を示した場合に、含有量の範囲として「0%」を含む材料は必須成分ではなく任意成分であることを意味している。また不純物含有量の表示において、「未満」表示は測定限界以下を意味している。 The main component composition was measured by EPMA, and the impurity content was measured by ICP-MS. In addition, when a composition etc. are shown, it means that the material which contains "0%" as a range of content is not an essential component but an arbitrary component. In the display of the impurity content, “less than” means that the measurement limit is not exceeded.
(表1)
(Table 1)
すなわち、屈折率n1が、1.61以上1.74以下のガラスからなるコアと、屈折率n2が、1.33以上1.44以下のプラスチックからなるクラッドと、を具備する光ファイバは、開口数NAが0.899以上0.997以下であるため、内視鏡用として凹レンズを用いることなく、広画角の照明光を照射可能である。 That is, an optical fiber including a core made of glass with a refractive index n1 of 1.61 or more and 1.74 or less and a clad made of plastic with a refractive index n2 of 1.33 or more and 1.44 or less is an aperture. Since the number NA is 0.899 or more and 0.997 or less, illumination light with a wide field angle can be irradiated without using a concave lens for an endoscope.
なお、例えば、組成Eのガラスからなるコアを有するファイバは、屈折率n2=1.34のサイトップ、又は、屈折率n2=1.43のFEPからなるクラッドとの組み合わせでは所望のNAが得られないが、例えば屈折率n2=1.40のプラスチックからなるクラッドとの組み合わせでは所望のNAが得られる。 For example, a fiber having a core made of glass of composition E can obtain a desired NA in combination with a CYTOP having a refractive index n2 = 1.34 or a clad made of FEP having a refractive index n2 = 1.43. However, for example, a desired NA can be obtained in combination with a clad made of plastic having a refractive index n2 = 1.40.
特に、屈折率n1が、1.64以上のガラスからなるコアを具備する光ファイバは、屈折率n2=1.34のサイトップと組み合わせた場合、NA=0.945、画角は142度と高画角な内視鏡の撮像範囲である140度を照明することができるため、内視鏡用途に特に適している。一方、屈折率n1が、1.74超のコアを有するファイバは、ガラス化が困難であり作製が容易ではない。 In particular, an optical fiber having a core made of glass with a refractive index n1 of 1.64 or more has an NA = 0.945 and an angle of view of 142 degrees when combined with Cytop having a refractive index n2 = 1.34. Since it is possible to illuminate 140 ° which is an imaging range of an endoscope with a high angle of view, it is particularly suitable for an endoscope application. On the other hand, a fiber having a core with a refractive index n1 of more than 1.74 is difficult to vitrify and is not easy to manufacture.
また、条件(A)〜条件(I)を満足するコアガラス組成の光ファイバは、医療内視鏡として必要十分な青色光透過率及びX線耐性を有している。 An optical fiber having a core glass composition that satisfies the conditions (A) to (I) has a necessary and sufficient blue light transmittance and X-ray resistance as a medical endoscope.
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…内視鏡
6…ライトガイド
6A…シリコーンチューブ
10…内視鏡用ライトガイドファイバ
11…コア
12…クラッド
20…内視鏡システム
30…カバーガラス
30A…接着剤
DESCRIPTION OF
Claims (8)
挿入部の基端に配された操作部と、
操作部から延出し、前記ライトガイドを光源装置と接続するライトガイドコネクタが配設されたユニバーサルコードと、を具備することを特徴とする内視鏡。 A core made of glass with a refractive index n1 of 1.61 or more and 1.74 or less and a clad made of plastic with a refractive index n2 of 1.33 or more and 1.44 or less, and the outer diameter of the core is A light guide having a plurality of optical fibers having a diameter of 90% to 99.6% of the outer diameter of the cladding and a numerical aperture NA of 0.899 to 0.997 is inserted, and the light guided by the light guide An insertion part that emits light from the tip part through a flat cover glass instead of the concave lens;
An operation unit arranged at the proximal end of the insertion unit;
An endoscope comprising: a universal cord extending from an operation unit and provided with a light guide connector for connecting the light guide to a light source device.
屈折率n2が、1.33以上1.44以下のプラスチックからなるクラッドと、を具備し、
開口数NAが0.899以上0.997以下であることを特徴とする内視鏡用ライトガイドファイバ。 A core made of glass having a refractive index n1 of 1.61 or more and 1.74 or less;
A clad made of plastic having a refractive index n2 of 1.33 or more and 1.44 or less,
An endoscope light guide fiber having a numerical aperture NA of 0.899 or more and 0.997 or less.
(A) (SiO2+B2O3):20〜55wt%
(B) SiO2:20〜55wt%
(C) B2O3:0〜10wt%
(D) (BaO+SrO+La2O3+Lu2O3+Ta2O5+Gd2O3+WO3+Nb2O5+Y2O3):25〜72wt%
(E) ZnO:0〜30wt%
(F) Al2O3:0〜10wt%
(G) ZrO2:0〜8wt%
(H) (Na2O+K2O):0〜10wt%
(I) Sb2O3:0〜0.35wt% The light guide fiber for an endoscope according to claim 5, wherein the glass has the following composition.
(A) (SiO 2 + B 2 O 3 ): 20 to 55 wt%
(B) SiO 2: 20~55wt%
(C) B 2 O 3 : 0 to 10 wt%
(D) (BaO + SrO + La 2 O 3 + Lu 2 O 3 + Ta 2 O 5 + Gd 2 O 3 + WO 3 + Nb 2 O 5 + Y 2 O 3 ): 25 to 72 wt%
(E) ZnO: 0 to 30 wt%
(F) Al 2 O 3: 0~10wt%
(G) ZrO 2 : 0 to 8 wt%
(H) (Na 2 O + K 2 O): 0 to 10 wt%
(I) Sb 2 O 3: 0~0.35wt%
(F1) Al2O3:0wt%
(G1) ZrO2:0wt%
(I1) Sb2O3:0〜0.050wt%、
(J) (Na2SO4+K2SO4):0.26〜1.63wt%。 The light guide fiber for an endoscope according to claim 6, wherein the glass has the following composition.
(F1) Al 2 O 3 : 0 wt%
(G1) ZrO 2 : 0 wt%
(I1) Sb 2 O 3 : 0 to 0.050 wt%,
(J) (Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 ): 0.26 to 1.63 wt%.
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