JP2021196604A - Optical fiber - Google Patents

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Satoshi Matsuba
皓紀 光野
Akinori Mitsuno
健二 平本
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Abstract

To provide an optical fiber having excellent uniformity in radiation.SOLUTION: An optical fiber includes a core and at least one layer of a cladding, the optical fiber having an emission end face of a protruded shape, in which a flatness ratio E of the protruded part, a numerical aperture X of the optical fiber, and a refractive index N of the core satisfy a relation of -1.3≤E×X/N≤0.5.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光ファイバとそれを用いた内視鏡照明用機器、眼下手術照明用プローブ、血管用カテーテルに関するものである。 The present invention relates to an optical fiber, an endoscope lighting device using the optical fiber, a probe for subocular surgical lighting, and a vascular catheter.

内視鏡手術や眼科手術においては、一般的に、光ファイバの一端から光を入射させ、出射端面から光を照射させて患部を観察する方法がとられている。光の照射角度が大きいほど、患部周辺を広く観察することができるため、開口数の大きい光ファイバが好ましく用いられる。さらに光の照射範囲を広げるためには、出射端面近傍にレンズを設置する方法や、端面を加熱や切削により加工する方法が有効である。しかしながら、レンズは一般に高価であり、その使用により設計が複雑になるため、簡易的に処理しやすい、端面加工が好ましく利用されている。 In endoscopic surgery and ophthalmic surgery, a method is generally adopted in which light is incident from one end of an optical fiber and light is irradiated from the exit end surface to observe the affected area. The larger the light irradiation angle, the wider the area around the affected area can be observed. Therefore, an optical fiber having a large numerical aperture is preferably used. In order to further widen the irradiation range of light, it is effective to install a lens near the emission end face or to process the end face by heating or cutting. However, lenses are generally expensive, and their use complicates the design. Therefore, end face processing, which is easy to process easily, is preferably used.

光ファイバの端面にレンズを形成する方法として、(a)所定長の端部が露出したプラスチック光ファイバを準備する工程、(b)プラスチック光ファイバの該端部の先端に、加熱されたレンズ形成用型を押し付けて該端部の一部若しくは全体を軟化・溶融させて該端部の先端をレンズ形状に形成する加熱工程、及び(c)プラスチック光ファイバの該端部の先端にレンズ形成用型が押し付けられた状態で、若しくは、プラスチック光ファイバの該端部からレンズ形成用型を引き離した後で、プラスチック光ファイバの該端部を強制冷却する急冷却工程、を含むことを特徴とするプラスチック光ファイバ端面加工法(例えば、特許文献1参照)が提案されている。また、光を光源から導入する基端部と導入された光を放射する先端光放射部を有する光ファイバであって、前記先端光放射部の先端面が湾曲した凹凸面を形成し、前記湾曲した凹凸面を介して前記導入された光が放射状に放射される、光照射用光ファイバー(例えば、特許文献2参照)が提案されている。 As a method for forming a lens on the end face of the optical fiber, (a) a step of preparing a plastic optical fiber having an exposed end portion of a predetermined length, and (b) forming a heated lens at the tip of the end portion of the plastic optical fiber. A heating step in which a mold is pressed to soften or melt a part or the whole of the end portion to form the tip of the end portion into a lens shape, and (c) for forming a lens on the tip of the end portion of a plastic optical fiber. It comprises a rapid cooling step of forcibly cooling the end of the plastic optical fiber while the mold is pressed or after the lens forming mold is separated from the end of the plastic optical fiber. A plastic optical fiber end face processing method (see, for example, Patent Document 1) has been proposed. Further, it is an optical fiber having a base end portion for introducing light from a light source and a tip light emitting portion for radiating the introduced light, and the tip surface of the tip light emitting portion forms a curved uneven surface, and the bending surface is formed. There has been proposed a light irradiation optical fiber (see, for example, Patent Document 2) in which the introduced light is radiated radially through the uneven surface.

特開平8−75935号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-75935 国際公開第2015/133119号International Publication No. 2015/133119

特許文献1〜2に記載されるように、ファイバ先端にレンズや凹凸面を形成することにより、ファイバの光出射端部周辺を明るく照らすことができるものの、その形状やコアの屈折率、ファイバの開口数などによって光の出射方向が異なるため、照射均一性が不十分である課題があった。 As described in Patent Documents 1 and 2, by forming a lens or an uneven surface at the tip of the fiber, it is possible to brightly illuminate the periphery of the light emitting end of the fiber, but the shape, the refractive index of the core, and the fiber Since the light emission direction differs depending on the numerical aperture and the like, there is a problem that the irradiation uniformity is insufficient.

そこで、本発明の主な目的は、照射均一性に優れた光ファイバを提供することにある。 Therefore, a main object of the present invention is to provide an optical fiber having excellent irradiation uniformity.

本発明は、コアと少なくとも1層のクラッドを有する光ファイバであって、出射端面が凸形状を有し、凸部の偏芯率Eと、光ファイバの開口数Xと、コアの屈折率Nが、−1.3≦E×X/N≦0.5の関係を満たす光ファイバである。 The present invention is an optical fiber having a core and at least one layer of clad, and the emission end face has a convex shape, the eccentricity E of the convex portion, the numerical aperture X of the optical fiber, and the refractive index N of the core. Is an optical fiber that satisfies the relationship of −1.3 ≦ E × X / N ≦ 0.5.

本発明によれば、照射均一性に優れた光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 optical fiber having excellent irradiation uniformity.

本発明の実施の形態に係る光ファイバの断面模式図である。It is sectional drawing of the optical fiber which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る光ファイバにおける扁平率を表す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flatness in the optical fiber which concerns on embodiment of this invention. 光ファイバにおける扁平率と出射光の進行方向の一例を表す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the flatness in an optical fiber and the traveling direction of an emitted light. 光ファイバにおける扁平率と出射光の進行方向の別の一例を表す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the flatness in an optical fiber and the traveling direction of an emitted light.

以下、本発明に係る光ファイバの好適な実施の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the optical fiber according to the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and the present invention is variously modified according to an object and an application. can do.

本発明の実施の形態に係る光ファイバは、コアと、少なくとも1層のクラッドを有する。
本発明の実施の形態の光ファイバのコアを形成する材料としては、プラスチックやガラスなどが挙げられる。
ガラスとしては、例えば、石英ガラス、フッ化物ガラス、カルコゲナイドガラス、ホウ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、ゲルマネートガラス、ケイ酸塩ガラス等が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
The optical fiber according to the embodiment of the present invention has a core and at least one layer of clad.
Examples of the material forming the core of the optical fiber according to the embodiment of the present invention include plastic and glass.
Examples of the glass include quartz glass, fluoride glass, chalcogenide glass, borate glass, phosphate glass, germanate glass, silicate glass and the like. Two or more of these may be used.

多成分ガラスとしては、SiO・Al・B系や、SiO・ZnO・PbO系等が挙げられる。それら成分の割合を調整して屈折率を合わせこむことができる。
プラスチックとしては、例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、メチルメタクリレートを重合成分に含む重合体(例えば、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、置換スチレン、N−置換マレイミドなどを共重合したもの)、それらを高分子反応したグルタル酸無水物、グルタルイミドなどの変性重合体、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィン等が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、生産性、透光性、耐環境性などの点から、メチルメタクリレートを主成分とする(共)重合体が好ましい。ここで、「主成分とする」とは、重合体を構成するモノマーの50モル%以上を占めることを指す。重合体を構成するモノマー中、メチルメタクリレートを70モル%以上含むことが好ましく、90モル%以上含むことがより好ましい。
Examples of the multi-component glass include SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 system, SiO 2 , ZnO, PbO system, and the like. The refractive index can be adjusted by adjusting the ratio of these components.
As the plastic, for example, polymethylmethacrylate (PMMA), a polymer containing methylmethacrylate as a polymerization component (for example, (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid, substituted styrene, N-substituted maleimide, etc. were copolymerized. Things), glutaric acid anhydride obtained by polymerizing them, modified polymers such as glutarimide, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, cycloolefin and the like. Two or more of these may be used. Among these, a (co) polymer containing methyl methacrylate as a main component is preferable from the viewpoints of productivity, translucency, environmental resistance and the like. Here, "mainly composed" means that it occupies 50 mol% or more of the monomers constituting the polymer. The monomer constituting the polymer preferably contains 70 mol% or more of methyl methacrylate, and more preferably 90 mol% or more.

コアには、さらに酸化防止剤などの安定剤やその他添加剤を、透光性に影響しない範囲で少量含有してもよい。
本発明の実施の形態に係る光ファイバは、少なくとも1層のクラッドを有する。クラッドを2層以上有してもよい。
The core may further contain a stabilizer such as an antioxidant and other additives in a small amount as long as it does not affect the translucency.
The optical fiber according to the embodiment of the present invention has at least one layer of cladding. It may have two or more layers of cladding.

コアがPMMAである場合、クラッドを形成する重合体としては、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体が好ましく、フッ化ビニリデン/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がより好ましい。さらには、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体がより好ましい。かかる共重合体は、PMMAから形成されるコアとの密着性、透明性および柔軟性に優れ、曲げ状態における光量損失を低減することができる。クラッドを2層以上有する場合、コア側に位置する最内層のクラッドが、かかる重合体から形成されることが好ましい。ここで、最内層のクラッドとは、クラッドを1層有する場合は当該クラッドを指し、クラッドが複数層で形成される場合は、その中で最も内側に位置するクラッドを指す。 When the core is PMMA, the polymer forming the clad is preferably vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer, and more preferably vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer. Further, vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer is more preferable. Such a copolymer is excellent in adhesion to a core formed from PMMA, transparency and flexibility, and can reduce light loss in a bent state. When the clad has two or more layers, it is preferable that the innermost clad located on the core side is formed from such a polymer. Here, the clad of the innermost layer refers to the clad when it has one clad, and refers to the clad located on the innermost side when the clad is formed of a plurality of layers.

本発明の実施の形態に係る光ファイバにおいて、最内層のクラッドのガラス転移温度は、−60〜95℃が好ましい。ガラス転移温度が−60℃以上であると、クラッドが柔軟性を有するため、端面加工しやすい。ガラス転移温度が95℃以下であると、クラッドにクラックが入りにくく、端面加工しやすく、照射均一性をより向上させることができる。より好ましくは、−50〜50℃である。よりさらに好ましくは、−20〜20℃である。ここで、「クラッドのガラス転移温度」とは、当該クラッドを構成する成分のガラス転移温度を意味し、示差走査熱量計(DSC)を用いて、JIS K 7121−1987に記載された方法により、昇温レート:10℃/minの条件で測定することができる。 In the optical fiber according to the embodiment of the present invention, the glass transition temperature of the innermost clad is preferably −60 to 95 ° C. When the glass transition temperature is −60 ° C. or higher, the clad has flexibility, so that end face processing is easy. When the glass transition temperature is 95 ° C. or lower, cracks are less likely to occur in the clad, end face processing is easy, and irradiation uniformity can be further improved. More preferably, it is −50 to 50 ° C. Even more preferably, it is -20 to 20 ° C. Here, the "glass transition temperature of the clad" means the glass transition temperature of the component constituting the clad, and is described in JIS K 7121-1987 using a differential scanning calorimeter (DSC). The temperature rise rate: can be measured under the condition of 10 ° C./min.

本発明の実施の形態に係る光ファイバは、出射端面において凸形状を有する。凸形状としては、湾曲面を有するレンズ形状や、頂部を有する円錐形状などが挙げられる。凸形状を有することにより、端面からの光の照射均一性を向上させることができる。 The optical fiber according to the embodiment of the present invention has a convex shape at the emission end face. Examples of the convex shape include a lens shape having a curved surface, a conical shape having a top, and the like. By having a convex shape, the uniformity of irradiation of light from the end face can be improved.

図1に、本発明の実施の形態に係る光ファイバの断面模式図を示す。図1の上図は凸形状がレンズ形状である場合の一例を、下図は凸形状が円錐形状である場合の一例を示す。光ファイバは、一定のファイバ径を有する部分(A)と凸形状を有する凸部(C)を有し、凸部(C)は、ファイバ径が小さくなる箇所(B)から、端面の先端までの部分を指す。 FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to an embodiment of the present invention. The upper figure of FIG. 1 shows an example of the case where the convex shape is a lens shape, and the lower figure shows an example of the case where the convex shape is a conical shape. The optical fiber has a portion (A) having a constant fiber diameter and a convex portion (C) having a convex shape, and the convex portion (C) is from a portion (B) where the fiber diameter becomes smaller to the tip of an end face. Refers to the part of.

図2に、本発明の実施の形態に係る光ファイバにおける扁平率を表す模式図を示す。ファイバ径が小さくなる箇所(B)における半径aと、凸部(C)の光ファイバ長手方向の距離bから、扁平率Eは、E=1−(b/a)によって算出される。すなわち、半径aが同じ場合、距離bが大きいほど、扁平率Eは小さくなる。 FIG. 2 shows a schematic diagram showing the flatness of the optical fiber according to the embodiment of the present invention. The flatness E is calculated by E = 1- (b / a) from the radius a at the portion (B) where the fiber diameter becomes small and the distance b in the optical fiber longitudinal direction of the convex portion (C). That is, when the radius a is the same, the larger the distance b, the smaller the flattening E.

図3〜4に、光ファイバにおける扁平率と出射光の進行方向の一例を表す模式図を示す。図中の(1)〜(5)は、各々(1)扁平率E=1、(2)扁平率E=0.75、(3)扁平率E=0.5、(4)扁平率=0、(5)扁平率E=−1の凸形状を表す。一般的に、コアの屈折率は空気の屈折率よりも大きいために、光ファイバ端面から出射される光は、扁平率がプラスの場合は、光ファイバ内部の光の進行方向に比べて、光ファイバの長手方向に対してより垂直方向に進行する。一方、扁平率がマイナスの場合は、光ファイバ内部の光の進行方向に比べて、光ファイバの長手方向に対してより平行な方向に進行する。扁平率の絶対値が大きい方が、出射光の偏光の度合いが大きくなる。図3に対して、図4は、光ファイバの開口数が大きい場合の模式図であり、図3に比べて、出射する光は、光ファイバの長手方向に対してより垂直方向に進行する。ここで、開口数とは、コアの屈折率とクラッドの屈折率から、開口数=((コアの屈折率)−(クラッドの屈折率)1/2により算出することができる。 FIGS. 3 to 4 show a schematic diagram showing an example of the flatness of the optical fiber and the traveling direction of the emitted light. In the figure, (1) to (5) are (1) flattening E = 1, (2) flattening E = 0.75, (3) flattening E = 0.5, and (4) flattening =, respectively. 0, (5) Represents a convex shape with a flattening E = -1. In general, since the refractive index of the core is larger than the refractive index of air, the light emitted from the end face of the optical fiber is light when the flatness is positive, as compared with the traveling direction of the light inside the optical fiber. It travels more perpendicular to the longitudinal direction of the fiber. On the other hand, when the flatness is negative, the light travels in a direction more parallel to the longitudinal direction of the optical fiber than the traveling direction of the light inside the optical fiber. The larger the absolute value of the flattening, the greater the degree of polarization of the emitted light. With respect to FIG. 3, FIG. 4 is a schematic view when the numerical aperture of the optical fiber is large, and compared to FIG. 3, the emitted light travels in a direction more perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber. Here, the numerical aperture can be calculated from the refractive index of the core and the refractive index of the clad by the numerical aperture = ((refractive index of the core) 2- (refractive index of the clad) 2 ) 1/2.

本発明者らは、このように、光ファイバ端面から出射される光は、扁平率Eが大きくなるほど、光ファイバの長手方向に対してより垂直の方向に進行し、開口数Xが大きくなるほど、光ファイバの長手方向に対してより垂直の方向に進行すること、さらに、コアの屈折率Nが大きくなるほど、端面における光の屈曲性が大きくなる傾向にあることを見出した。そして、これらの関係性を鋭意検討した結果、凸部の扁平率Eと、光ファイバの開口数Xと、コアの屈折率Nが、−1.3≦E×X/N≦0.5の関係を満たす場合に、照射均一性が向上することを見出した。E×X/Nの値が−1.3よりも小さい場合、端面から出射される光が、光ファイバの長手方向に対してより平行な方向に進行し、垂直方向には進行しにくいため、照射均一性が低下する。E×X/Nの値は、−1.2以上がより好ましく、−1.1以上がさらに好ましい。一方、E×X/Nの値が0.5よりも大きい場合、端面における反射が大きくなり、端面から出射される光が、光ファイバの長手方向に対してより垂直な方向に進行し、平行方向には進行しにくいため、照射均一性が低下する。 As described above, the present inventors proceed in a direction more perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber as the flatness E becomes larger, and the light emitted from the end face of the optical fiber travels in a direction more perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber, and the numerical aperture X becomes larger. It has been found that the light travels in a direction more perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber, and that the greater the refractive index N of the core, the greater the flexibility of light at the end face. As a result of diligent examination of these relationships, the flatness E of the convex portion, the numerical aperture X of the optical fiber, and the refractive index N of the core are −1.3 ≦ E × X / N ≦ 0.5. It has been found that irradiation uniformity is improved when the relationship is satisfied. When the value of E × X / N is smaller than −1.3, the light emitted from the end face travels in a direction more parallel to the longitudinal direction of the optical fiber and is difficult to travel in the vertical direction. Irradiation uniformity is reduced. The value of E × X / N is more preferably −1.2 or higher, and even more preferably −1.1 or higher. On the other hand, when the value of E × X / N is larger than 0.5, the reflection on the end face becomes large, and the light emitted from the end face travels in the direction more perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber and is parallel. Since it is difficult to proceed in the direction, the irradiation uniformity is reduced.

本発明の実施の形態に係る光ファイバの開口数は、0.40以上が好ましい。開口数が0.40以上であると、照射範囲を広くし、照射均一性をより向上させることができる。開口数は、0.45以上がより好ましい。 The numerical aperture of the optical fiber according to the embodiment of the present invention is preferably 0.40 or more. When the numerical aperture is 0.40 or more, the irradiation range can be widened and the irradiation uniformity can be further improved. The numerical aperture is more preferably 0.45 or more.

本発明の実施の形態に係る光ファイバの外径は、0.1〜3.0mmが好ましい。柔軟性を向上させる観点から、光ファイバの外径は、1.5mm以下がより好ましい。胆管や膵管に挿入できる内視鏡の観察用プローブに用いる場合、撮像素子ならびに処置用鉗子とともに光ファイバを収納する必要性や、胆管や膵管に挿入する際に観察用プローブが90度屈曲させる必要性を考慮すると、光ファイバの外径は、1.0mm以下がさらに好ましい。 The outer diameter of the optical fiber according to the embodiment of the present invention is preferably 0.1 to 3.0 mm. From the viewpoint of improving flexibility, the outer diameter of the optical fiber is more preferably 1.5 mm or less. When used for an endoscope observation probe that can be inserted into the bile duct or pancreatic duct, it is necessary to store the optical fiber together with the imaging element and treatment forceps, and the observation probe needs to be bent 90 degrees when it is inserted into the bile duct or pancreatic duct. Considering the property, the outer diameter of the optical fiber is more preferably 1.0 mm or less.

本発明の実施の形態に係るファイバの断面積Aに占めるコアの断面積Bの比(B/A)割合は、入射光量を多くする観点から、50%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上がさらに好ましい。 The ratio (B / A) ratio of the cross-sectional area B of the core to the cross-sectional area A of the fiber according to the embodiment of the present invention is preferably 50% or more, more preferably 70% or more from the viewpoint of increasing the amount of incident light. , 80% or more is more preferable.

本発明の実施の形態に係る光ファイバのコアに対するクラッドの偏芯量は、10μm以下が好ましい。偏芯量が10μm以下であると、端面研磨により凸部を綺麗に作製することができる。偏芯量は、7μm以下がより好ましく、5μm以下がさらに好ましい。ここで、偏芯量は、コアの中心とクラッドから形成される仮想円の中心とのずれを表す指標であり、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、上下のクラッドの厚みの差の2乗と、左右のクラッド厚みの差の2乗を足した値の平方根の絶対値により算出することができる。 The amount of eccentricity of the clad with respect to the core of the optical fiber according to the embodiment of the present invention is preferably 10 μm or less. When the amount of eccentricity is 10 μm or less, the convex portion can be neatly produced by polishing the end face. The amount of eccentricity is more preferably 7 μm or less, further preferably 5 μm or less. Here, the amount of eccentricity is an index showing the deviation between the center of the core and the center of the virtual circle formed from the clad, and is the difference in the thickness of the upper and lower clad 2 in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber. It can be calculated by the absolute value of the square root of the value obtained by adding the square of the square of the difference between the left and right clad thicknesses.

本発明の実施の形態に係る光ファイバは、例えば、コアとクラッドを形成する材料を溶融紡糸した後、端面を凸形状に加工することにより得ることができる。 The optical fiber according to the embodiment of the present invention can be obtained, for example, by melt-spinning a material forming a core and a clad and then processing the end face into a convex shape.

端面加工により凸形状を形成する方法としては、例えば、金型を用いて熱プレス加工する方法、端面を凸形状に切削する方法などが挙げられる。これらの中でも、凸形状を精度よく形成する観点から、端面を凸形状に切削する方法が好ましい。端面の切削には、材料や形状に合わせて、切削片刃を任意に選択して用いることができる。 Examples of the method of forming a convex shape by end face processing include a method of hot pressing using a die, a method of cutting an end face into a convex shape, and the like. Among these, a method of cutting the end face into a convex shape is preferable from the viewpoint of forming a convex shape with high accuracy. For cutting the end face, a cutting single-edged blade can be arbitrarily selected and used according to the material and shape.

切削刃は、光ファイバの端面を切削して所定形状に形成するものであり、その刃先の形状は、形成する光ファイバ端面の形状に応じて決定される。例えば、光ファイバ端面を凸型の半球面(レンズ)に形成する場合には、切削刃の刃先の形状は凹型の半円状となる。また、光ファイバ端面を円錐形状に形成する場合、光ファイバの端面を斜めに削るような片刃が用意され、その中に光ファイバを入れて、その片刃が光ファイバの端面を回るように機構で、光ファイバの先端を円錐状に削るような構造等が考えられる(例えば、鉛筆削りと同じ機構と同じ)。 The cutting blade is formed by cutting the end face of an optical fiber into a predetermined shape, and the shape of the cutting edge thereof is determined according to the shape of the end face of the optical fiber to be formed. For example, when the end face of the optical fiber is formed into a convex hemisphere (lens), the shape of the cutting edge of the cutting blade is a concave semicircle. In addition, when forming the end face of an optical fiber into a conical shape, a single-edged blade is prepared that cuts the end face of the optical fiber diagonally. , A structure such as cutting the tip of an optical fiber into a conical shape can be considered (for example, the same mechanism as that used for sharpening a pencil).

また、クラッドの破断伸度は100〜800%の範囲にあることが好ましい。100%以上であると、光ファイバの伸度が増加し、破断しにくくなり、作業性が向上する。800%以内であると、切削時にクラッド伸びやすくならないため、切削しやすく、切削屑が出にくい。より好ましくは、300〜650%である。 Further, the breaking elongation of the clad is preferably in the range of 100 to 800%. When it is 100% or more, the elongation of the optical fiber increases, it becomes difficult to break, and the workability is improved. If it is within 800%, the clad does not easily stretch during cutting, so that it is easy to cut and cutting chips are hard to be generated. More preferably, it is 300 to 650%.

本発明の実施の形態に係る光ファイバは、自動車や航空機、船舶、電車等の移動体内の配線、AV機器、家庭内機器、オフィス機器等の短距離通信用配線、医療用内視鏡照明、カテーテル用照明、顕微鏡照明、ロボット用導光センサー、工業機器用光電センサー、自動車衝突センサー、壁面装飾用照明、室内照明等の用途に好適に用いることができる。特に、照射均一性が求められる、内視鏡用途、眼科手術用途、カテーテルの用途に好適である。すなわち、前述の光ファイバを有する内視鏡照明用機器や、前述の光ファイバを眼科手術用照明として有する眼科手術照明用プローブや、前述の光ファイバをカテーテル用照明または光センサーとして有する血管用カテーテルなどに好適に用いることができる。 The optical fiber according to the embodiment of the present invention includes wiring in a moving body such as an automobile, an aircraft, a ship, and a train, wiring for short-distance communication such as AV equipment, home equipment, and office equipment, and medical endoscope lighting. It can be suitably used for applications such as catheter lighting, microscope lighting, light guide sensor for robots, photoelectric sensor for industrial equipment, automobile collision sensor, wall decoration lighting, and interior lighting. In particular, it is suitable for endoscopic applications, ophthalmic surgery applications, and catheter applications where uniform irradiation is required. That is, an endoscope lighting device having the above-mentioned optical fiber, an ophthalmologic surgery lighting probe having the above-mentioned optical fiber as lighting for ophthalmic surgery, and a vascular catheter having the above-mentioned optical fiber as a catheter lighting or an optical sensor. It can be suitably used for such purposes.

これらの照明や照明用機器において、光源としては、一般の白熱電球より明るいハロゲンランプや、高輝度で自然光に近いキセノンランプ、高輝度の光源としてLEDなどを好適に用いることができる。 In these lightings and lighting devices, as a light source, a halogen lamp brighter than a general incandescent lamp, a xenon lamp having high brightness and close to natural light, and an LED as a high brightness light source can be preferably used.

以下、本発明を実施例により、更に詳細に説明する。なお、各実施例および比較例において用いたコア材料、クラッド材料および各実施例および比較例により作製した光ファイバの評価は、以下の方法により行った。
クラッド材料の組成比:固体19F−NMR(Bruker社製AVANCE NEO 400)を用いて求めた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The core material and clad material used in each Example and Comparative Example and the optical fiber produced by each Example and Comparative Example were evaluated by the following methods.
Composition ratio of clad material: Obtained using solid 19F-NMR (AVANCE NEO 400 manufactured by Bruker).

コアおよびクラッドの屈折率:アッベ屈折率計を使用して、室温25℃雰囲気において測定した。 Refractive index of core and clad: Measured in an atmosphere at room temperature of 25 ° C. using an Abbe refractive index meter.

クラッドのガラス転移温度(Tg):示差熱分析装置((株)島津製作所製 DSC−50)を用い、窒素気流下、昇温速度:20℃/分の条件で昇温しながら発生する熱量を測定し、ベースラインと熱量の変曲点との接線をガラス転移温度とした。 Clad glass transition temperature (Tg): Using a differential thermal analyzer (DSC-50 manufactured by Shimadzu Corporation), the amount of heat generated while raising the temperature under the condition of a nitrogen stream and a heating rate of 20 ° C / min. The measurement was performed, and the tangent line between the baseline and the heat change point was defined as the glass transition temperature.

コアに対するクラッドの偏芯量:光ファイバの長手方向に垂直な断面を研磨した後、顕微鏡を用いて拡大観察し、上下左右の4点についてクラッドの厚みを測定した。上下の厚みの差の2乗と左右の厚みの差の2乗を足した値の平方根の絶対値を求めた。
照射均一性:光ファイバの端面から2cm話した位置に光を照射し、下記基準に基づいて、目視により評価した。3以上であれば、実用上使用することができる。
5:均一に発光している。
4:ほとんど均一に発光している。
3:概ね均一に発光している。
2:一部に発光ムラが認められる。
1:全体的に発光ムラが認められる。
Amount of eccentricity of the clad with respect to the core: After polishing the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber, magnified observation was performed using a microscope, and the thickness of the clad was measured at four points on the top, bottom, left and right. The absolute value of the square root of the value obtained by adding the square of the difference between the upper and lower thicknesses and the square of the difference between the left and right thicknesses was obtained.
Irradiation uniformity: Light was irradiated to a position 2 cm away from the end face of the optical fiber, and visually evaluated based on the following criteria. If it is 3 or more, it can be practically used.
5: It emits light uniformly.
4: It emits light almost uniformly.
3: Light is emitted almost uniformly.
2: Light emission unevenness is observed in some parts.
1: Light emission unevenness is observed as a whole.

クラッドの破断伸度:クラッド単体でASTM D638に準拠したサンプルを作製し、ASTM D638の方法で行った。試験速度は5mm/分で行った。 Fracture elongation of the clad: A sample compliant with ASTM D638 was prepared with the clad alone, and the sample was prepared by the method of ASTM D638. The test speed was 5 mm / min.

本実施例で用いるモノマーの略号は以下のとおりである。
PMMA:ポリメチルメタクリレート
2F:フッ化ビニリデン
4F:テトラフルオロエチレン
6F:ヘキサフルオロプロピレン
MMA:メチルメタクリレート
4FM:テトラフルオロプロピルメタクリレート
5FM:ペンタフルオロプロピルメタクリレート
8FM:オクタフルオロペンチルメタクリレート
PS:ポリスチレン。
The abbreviations of the monomers used in this example are as follows.
PMMA: Polymethylmethacrylate
2F: Vinylidene fluoride
4F: Tetrafluoroethylene
6F: Hexafluoropropylene
MMA: Methyl Methacrylate
4FM: Tetrafluoropropyl methacrylate
5FM: Pentafluoropropyl methacrylate
8FM: Octafluoropentyl methacrylate
PS: Polystyrene.

[実施例1]
クラッド材として表1の共重合比の弗化ビニリデン(2F)/テトラフルオロエチレン(4F)共重合体(屈折率1.41)を複合紡糸機に供給した。さらに、連続魂状重合によって製造したPMMA(屈折率1.49、重量分子量7.8万)をコア材として複合紡糸機に供給して、240℃にてコア、クラッドを芯鞘複合溶融紡糸し、ファイバ径1000μm(コア径980μm、クラッド厚10.0μm)のベアファイバを得た。得られたベアファイバについて、切削により端面に凸形状を形成する端面加工を施した。扁平率は0.9であった。
こうして得られた光ファイバを前記の評価方法により評価した結果を表1に示した。
[Example 1]
As a clad material, a vinylidene (2F) / tetrafluoroethylene (4F) copolymer having a copolymerization ratio shown in Table 1 (refractive index 1.41) was supplied to the composite spinning machine. Further, PMMA (refractive index 1.49, weight molecular weight 78,000) produced by continuous soul-like polymerization is supplied to a composite spinning machine as a core material, and the core and clad are core-sheath composite melt-spun at 240 ° C. , A bare fiber having a fiber diameter of 1000 μm (core diameter of 980 μm and clad thickness of 10.0 μm) was obtained. The obtained bare fiber was subjected to end face processing to form a convex shape on the end face by cutting. The flattening was 0.9.
Table 1 shows the results of evaluation of the optical fiber thus obtained by the above evaluation method.

[実施例2〜5]
扁平率を表1のとおりに変更した以外は実施例1と同様にして光ファイバを得た。これらの光ファイバについて実施例1と同様に評価した結果を表1に示した。
[Examples 2 to 5]
An optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the flatness was changed as shown in Table 1. Table 1 shows the results of evaluation of these optical fibers in the same manner as in Example 1.

[実施例6〜20]
表1〜2に示すクラッド材を用いて、扁平率を表1〜2のとおりに変更した以外は実施例1と同様にして光ファイバを得た。これらの光ファイバについて実施例1と同様に評価した結果を表1〜2に示した。
[Examples 6 to 20]
Using the clad material shown in Tables 1 and 2, an optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the flatness was changed as shown in Tables 1 and 2. The results of evaluating these optical fibers in the same manner as in Example 1 are shown in Tables 1 and 2.

[実施例21〜25]
コア材を多成分ガラス(SiO:34質量%、B:5質量%、NaO:4質量%、CaO:8質量%、BaO:33質量%、ZnO:12質量%、ZrO:4質量%)に変更し、扁平率を表2のとおりに変更した以外は実施例1と同様にして光ファイバを得た。これらの光ファイバについて実施例1と同様に評価した結果を表2に示した。
[Examples 21 to 25]
The core material multicomponent glass (SiO 2: 34 wt%, B 2 O 3: 5 wt%, Na 2 O: 4 wt%, CaO: 8 wt%, BaO: 33 wt%, ZnO: 12 wt%, ZrO 2 : 4% by mass) was changed, and an optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the flatness was changed as shown in Table 2. Table 2 shows the results of evaluation of these optical fibers in the same manner as in Example 1.

[実施例26〜30]
凸形状を円錐とした以外は、実施例1〜5と同様にして光ファイバを得た。これらの光ファイバについて実施例1と同様に評価した結果を表3に示した。
[Examples 26 to 30]
An optical fiber was obtained in the same manner as in Examples 1 to 5, except that the convex shape was a cone. Table 3 shows the results of evaluation of these optical fibers in the same manner as in Example 1.

[実施例31]
偏芯量を表3のとおりに変更した以外は実施例1と同様にして光ファイバを得た。これらの光ファイバについて実施例1と同様に評価した結果を表3に示した。
[Example 31]
An optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of eccentricity was changed as shown in Table 3. Table 3 shows the results of evaluation of these optical fibers in the same manner as in Example 1.

[実施例32]
コアをポリスチレンに変更した以外は実施例1と同様にして光ファイバを得た。これらの光ファイバについて実施例1と同様に評価した結果を表3に示した。
[Example 32]
An optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the core was changed to polystyrene. Table 3 shows the results of evaluation of these optical fibers in the same manner as in Example 1.

[実施例33〜37]
表2に示すクラッドに変更した以外は実施例1と同様にして光ファイバを得た。これらの光ファイバについて実施例1と同様に評価した結果を表3に示した。
[Examples 33 to 37]
An optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the clad was changed to the clad shown in Table 2. Table 3 shows the results of evaluation of these optical fibers in the same manner as in Example 1.

[比較例1〜2]
コア材として多成分ガラスを採用し、扁平率を表3のとおりに変更した以外は実施例1と同様にして光ファイバを得た。これらの光ファイバについて実施例1と同様に評価した結果を表3に示した。
[Comparative Examples 1 and 2]
An optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that a multi-component glass was used as the core material and the flatness was changed as shown in Table 3. Table 3 shows the results of evaluation of these optical fibers in the same manner as in Example 1.

Figure 2021196604
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Figure 2021196604
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(A) 一定のファイバ径を有する部分
(B) ファイバ径が小さくなる箇所
(C) 凸形状を有する凸部
a ファイバ径が小さくなる箇所(B)における半径
b 凸部(C)の光ファイバ長手方向の距離b
(1) 扁平率E=1の場合の凸形状
(2) 扁平率E=0.75の場合の凸形状
(3) 扁平率E=0.5の場合の凸形状
(4) 扁平率=0の場合の凸形状
(5) 扁平率E=−1の場合の凸形状
(A) A portion having a constant fiber diameter (B) A portion where the fiber diameter becomes smaller (C) A convex portion having a convex shape a A radius at a portion where the fiber diameter becomes smaller (B) b The optical fiber length of the convex portion (C) Directional distance b
(1) Convex shape when flattening E = 1 (2) Convex shape when flattening E = 0.75 (3) Convex shape when flattening E = 0.5 (4) Flattening = 0 (5) Convex shape when flattening E = -1

Claims (10)

コアと少なくとも1層のクラッドを有する光ファイバであって、出射端面が凸形状を有し、凸部の扁平率Eと、光ファイバの開口数Xと、コアの屈折率Nが、−1.3≦E×X/N≦0.5の関係を満たす光ファイバ。 An optical fiber having a core and at least one layer of clad, the emission end surface has a convex shape, and the flatness E of the convex portion, the numerical aperture X of the optical fiber, and the refractive index N of the core are -1. An optical fiber that satisfies the relationship of 3 ≦ E × X / N ≦ 0.5. 最内層のクラッドのガラス転移温度が−60〜95℃である請求項1に記載の光ファイバ。 The optical fiber according to claim 1, wherein the glass transition temperature of the innermost clad is −60 to 95 ° C. 開口数Xが0.40以上である請求項1または2に記載の光ファイバ。 The optical fiber according to claim 1 or 2, wherein the numerical aperture X is 0.40 or more. コアがポリメチルメタクリレートを含有する請求項1〜3のいずれかに記載の光ファイバ。 The optical fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the core contains polymethylmethacrylate. コアに対するクラッドの偏芯量が10μm以下である請求項1〜4のいずれかに記載の光ファイバ。 The optical fiber according to any one of claims 1 to 4, wherein the amount of eccentricity of the clad with respect to the core is 10 μm or less. クラッドの破断伸度が100〜800%である請求項1〜5のいずれかに記載の光ファイバ The optical fiber according to any one of claims 1 to 5, wherein the breaking elongation of the clad is 100 to 800%. 請求項1〜6のいずれかに記載の光ファイバを有する内視鏡照明用機器。 An endoscope lighting device having the optical fiber according to any one of claims 1 to 6. 請求項1〜6のいずれかに記載の光ファイバを眼科手術用照明として有する眼科手術照明用プローブ。 A probe for ophthalmic surgery lighting having the optical fiber according to any one of claims 1 to 6 as lighting for ophthalmic surgery. 請求項1〜6のいずれかに記載の光ファイバをカテーテル用照明または光センサーとして有する血管用カテーテル。 A vascular catheter having the optical fiber according to any one of claims 1 to 6 as a catheter illumination or an optical sensor. 請求項1〜6のいずれかに記載の光ファイバを有する生体内照明用機器。 An in-vivo lighting device having the optical fiber according to any one of claims 1 to 6.
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