JP3874870B2 - Fiberscope and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP3874870B2 JP02561097A JP2561097A JP3874870B2 JP 3874870 B2 JP3874870 B2 JP 3874870B2 JP 02561097 A JP02561097 A JP 02561097A JP 2561097 A JP2561097 A JP 2561097A JP 3874870 B2 JP3874870 B2 JP 3874870B2
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は医療用内視鏡などに用いられる極細径のファイバスコープに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
工業施設などの配管や人体の血管などの内部を観察するために、従来から直径数百μm程度の極細径ファイバスコープが用いられている。この種の極細径ファイバスコープはイメージファイバの一端に接眼レンズをまた他端に対物レンズを装着した構成となっている。
一般にこのイメージファイバとしては石英系ガラスの極細径イメージファイバが用いられ、接眼レンズおよび対物レンズとしてはセルフォック(商品名)レンズなどの多成分系ガラスが用いられており、これらの接眼レンズおよび対物レンズは光学用エポキシ接着剤などの接着剤によって上記イメージファイバに接着されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このファイバスコープにおいては極細径のイメージファイバに極小のレンズを装着するため、イメージファイバとレンズの接着位置を調節するのに非常に手間がかかり、製造効率が低かった。
また、レンズの接着に使用されている接着剤は耐熱温度が低いため、ファイバスコープを高温下で使用することができず、用途が限定されていた。
【0004】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、高温下での使用が可能で、製造効率のよいファイバスコープを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては以下のような特徴を有するファイバスコープの製造方法を提供する。また、これらの製造方法によって製造されたファイバスコープを提供する。すなわち、
本発明の請求項1に係るファイバスコープの製造方法は、画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの先端を加熱して該先端に該画素ファイバに含まれるドーパントの拡散によるファイバ構造が消失された、組成が均一なレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程を有することを特徴とする。
本発明の請求項2に係るファイバスコープの製造方法は、画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの中途を加熱延伸しテーパー部を形成する加熱延伸工程と、該テーパー部を切断する工程と、該テーパー部の先端を加熱して球面部を形成する球面部形成工程とを有し、前記加熱延伸工程及び前記球面部形成工程により、前記画素ファイバに含まれるドーパントの拡散による、ファイバ構造が消失された組成が均一なレンズとして機能する球面部を形成することを特徴とする。
本発明の請求項3に係るファイバスコープの製造方法は、画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの端部を加熱して、前記画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて、ファイバ構造が消失された組成が均一な端部とするドーパント拡散工程と、前記端部の先端を加熱して該先端にレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程を有することを特徴とする。
本発明の請求項4に係るファイバスコープの製造方法は、画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの中途を加熱して、前記画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて、ファイバ構造が消失された組成が均一な拡散部を形成する拡散工程と、前記拡散部を加熱延伸しテーパー部を形成する加熱延伸工程と、該テーパー部を切断する工程と、該テーパー部の先端を加熱して該先端にレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程を有することを特徴とする。
本発明の請求項5に係るファイバスコープの製造方法は、請求項1乃至4のいずれか一項において、前記画素ファイバとして、ドーパントがコアのみ又はコアとクラッドの両方に含まれるものを用いることを特徴とする。
本発明の請求項6に係るファイバスコープは、請求項1乃至5いずれか一項に記載のファイバスコープの製造方法によって製造され、その先端にレンズとして機能する球面部を有することを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1〜4は本発明のファイバスコープの製造方法の例を示したもので、各製造工程におけるイメージファイバを、その長手方向にそった断面図で示したものである。
図1は本発明の第1の例を示すもので、図中符号1はイメージファイバ、2はイメージサークル、4はジャケット層であり、このイメージファイバ1は、例えば石英系ガラスからなるジャケット管内部に石英系ガラスファイバを多数本束ねて挿入して母材となし、この母材を端から加熱線引きして所定の径に調整して形成されたもので、前記複数のガラスファイバは線引きされた結果、相互に溶着しているが、個々のファイバ構造は保たれて画素を構成している。
【0007】
イメージファイバ1を構成する画素ファイバは、一般に光ファイバとして用いられているもので、その中心部に高屈折率のコアが設けられ、このコアの外周部にはコアよりも低屈折率のクラッドが設けられて構成されている。
前記コアは、好ましくはドーパントとしてゲルマニウムを含むSiO2からなり、前記クラッドは、好ましくはSiO2、あるいはドーパントとしてフッ素が添加されたSiO2からなるものである。ゲルマニウムを含むSiO2は通常酸化ゲルマニウムが添加されて形成されたものである。
【0008】
このイメージファイバ1を用いてファイバスコープを作製するには、まず図1に示すように、一対の放電電極6,6による放電によって、前記イメージファイバ1の一方の端部を加熱する。
すると、イメージファイバ1を構成する複数の画素ファイバのコアに含まれるゲルマニウムなどのドーパントがクラッドに拡散し、クラッドに含まれるフッ素などのドーパントが拡散して画素ファイバの組成が均一化され、ファイバ構造が消失し、かつ組成が均一な拡散部が形成される。これと同時にイメージファイバ1の先端では前記拡散部とジャケット層4が加熱されて丸められ、レンズとして機能する半球状の球面部2cが形成される。
【0009】
このようにしてイメージファイバ1の先端は、球面部2cと拡散部によって対物レンズとしての作用を有するものとなり(以下対物レンズ部とよぶことがある)、ファイバスコープが形成される。
前記対物レンズ部(球面部2c)の球面曲率半径Rは、イメージファイバ1の外径によってほぼ決定されるが、放電によって球面部2cを形成する場合には、放電電極6,6の放電強度、放電時間などの加熱条件を好適に設定することによって、再現性良く、所望のRを有する対物レンズ部を得ることができる。
イメージファイバ1の加熱方法としては、上述のように放電による方法あるいは酸水素炎などの加熱源によって加熱する方法があげられるが、加熱条件の調節が容易であるため、放電による方法が好ましい。
【0010】
このファイバスコープの対物レンズ部はイメージファイバ1からなるものであるので、対物レンズを接着剤で接着する場合と異なり、常にイメージファイバ1と対物レンズ部が一体化している。このため、イメージファイバ1が耐えられる範囲において、ファイバスコープを高温下で使用することができる。
また、イメージファイバ1の先端を加工して対物レンズ部とするので、従来のように対物レンズとイメージファイバの接着位置を調節する必要がなく、製造効率が向上する。
【0011】
図2は本発明の第2の例を示したもので、図3はその要部を拡大したものである。この第2の例は、加熱延伸工程と、球面部形成工程とからなる。
図中符号10はイメージファイバ、12はイメージサークル、14はジャケット層である。
まず、イメージファイバ10の中途を一対の放電電極6,6の間に配置し、このイメージファイバ10を加熱延伸してテーパー部12bを形成するとともに、このテーパー部12bがイメージファイバ10の先端方向に縮径し、かつこのイメージファイバ10の先端となるようにイメージファイバ10を分断する(加熱延伸工程)。
さらにこのテーパー部12bの先端を放電電極6,6によって加熱すると、この先端が丸められてジャケット層14に覆われた半球状の球面部12cが形成される(球面部形成工程)。
【0012】
前記加熱延伸工程と球面部形成工程において行われる加熱により、イメージファイバ10を構成する複数の画素ファイバにおいて、コアに含まれるゲルマニウムあるいはクラッドに含まれるフッ素などのドーパントの拡散による組成の均一化が進行し、組成が均一でファイバ構造が消失した拡散部が形成される。
このようにしてイメージファイバ10の先端は、前記テーパー部12b先端の球面部12cと、組成が均一な拡散部によって対物レンズとしての作用を有するものとなり(対物レンズ部とよぶ)、ファイバスコープが形成される。
【0013】
この例においては、イメージファイバ10の先端となるテーパー部12bの先端の外径を調節することによって、対物レンズ部(球面部12c)の球面曲率半径Rを任意に調節することができる。特に球面曲率半径Rが、例えばイメージファイバ10の外径の1/2よりも小さいものを得ることができるため焦点距離が小さくなり、大きな画角が必要な場合などに適している。
前記テーパー部12bの長さや外径は、加熱延伸工程の加熱条件、延伸長などを設定することによって調節することができる。
このファイバスコープの球面曲率半径Rは、前記テーパー部12b先端の外径を調節した上で、球面部形成工程の加熱条件を好適に設定することによって、再現性良く、所望のRを有する対物レンズ部を得ることができる。
【0014】
また、図1に示した第1の例のファイバスコープでは、先端部においてイメージファイバ1の外周付近の画素ファイバのコアに曲がりが生ずるため、周辺部にケラレ現象が生じ、画像比(画像径/イメージサークル径)が小さくなる場合がある。
画像径とは画像を伝搬することができる範囲の直径であり、イメージサークル径とは光が伝搬する範囲(以下イメージサークルとよぶ)の直径である。画像比はこれらの比で表されるもので、この値が大きい程イメージサークルが画像伝搬に有効に用いられ、ファイバスコープとして好ましい特性を有することになる。この第2の例においては、球面部12cから入射する光の導波路がテーパー部12bにて徐々に広がるようになっているため、画像比を大きくすることができ、場合によっては画像径とイメージサークル径を等しくすることができることもある。
【0015】
図4は本発明の第3の例における拡散工程を示したものである。
この第3の例においては、まずイメージファイバ10の中途を一対の放電電極6,6の間に配置し、イメージファイバ10を上下に動かして加熱範囲を調節しつつ加熱する。すると、加熱された部分において複数の画素ファイバに含まれるゲルマニウム、フッ素などのドーパントが拡散し、画素ファイバの組成が均一化し、ファイバ構造が消失した拡散部12aが形成される。
ついで、第2の例と同様にして、この拡散部12aを加熱延伸してテーパー部を形成し、その先端にレンズとして機能する球面部を形成してファイバスコープを得る。
【0016】
上述の第2の例において得られるものは、イメージファイバ10の加熱範囲が狭く、実際にはテーパー部12bの先端付近にしか拡散部が形成されないおそれがあり、その場合この拡散部と球面部12cからなる対物レンズ部の長さ(レンズ長)が短く、これを任意に調節することができないおそれがある。レンズ長とは球面部12cと拡散部に形成される結像面との距離を示すものである。
これに対してこの第3の例においては、広範囲に拡散部を形成することができ、レンズ長を任意に設定することが可能となるので、より有効である。
【0017】
また、この第3の例と第1の例を組み合わせる場合には、イメージファイバの一方の端部を加熱してこの端部に拡散部を形成した後、図1に示すようにしてイメージファイバの先端に球面部を形成してファイバスコープとする。
あるいは、図4に示したようにイメージファイバの中途を加熱して拡散工程を行った後、拡散部がイメージファイバの先端となるように任意の方法で切断し、図1に示すようにこの拡散部からなるイメージファイバの先端を加熱し、球面部を形成してファイバスコープとすることもできる。
【0018】
<製造条件例>
上述の第3の例において、第2の例を組み合わせた方法において、放電によって加熱する場合のファイバスコープの製造条件について具体的に示す。
この方法においては、図4に示した拡散工程と、図2、3に示した加熱延伸工程と球面部形成工程を経てファイバスコープを製造する。
イメージファイバとしては外径100〜1500μmのものが好適に用いられる。例えば外径200μmのものであればそのイメージサークル径は180μm程度、画素数は1600画素程度、画素ファイバ径は4.5μm程度である。
【0019】
各工程における好適な条件の設定範囲を以下に示す。
実際の製造においてはこれらの範囲から所望のファイバスコープが得られるように具体的な数値を設定する。
【0020】
(拡散工程)
放電パワー(%)*1 : 30〜120
1回の放電時間(秒) : 0.05〜2
放電回数 : 1〜1000
拡散長(mm)*2 : 0.01〜10
拡散スパン(mm)*3 : 0.01〜1
(加熱延伸工程)
放電パワー(%)*1 : 30〜120
1回の放電時間(秒) : 0.1〜30
放電回数 : 1〜100
延伸長(mm)*4 : 0.5〜10
(球面部形成工程)
放電パワー(%)*1 : 30〜120
1回の放電時間(秒) : 0.01〜10
放電回数 : 1〜100
【0021】
*1 放電パワー:電圧500V以上、放電電流20mAを100%としたときの値
*2 拡散長:拡散部の長さ
*3 拡散スパン:1回の放電後、放電電極をイメージファイバの長さ方向に移動して次の放電を行うときの移動量
*4 延伸長:加熱延伸工程において伸びた分のイメージファイバの長さ
【0022】
各工程の条件を上述の数値範囲から設定して作製したファイバスコープの特性の一例を以下に示す。
画角平均(deg.) : 35
作動距離(mm) : 6
画面比(画像径/イメージサークル径): 0.75
画角(画角平均)はレンズなどの結像系の入射ひとみの中心を視点として入射窓を見たときの視角で、結像可能な視角の目安を与えるものである。
作動距離は画像が結像する物距離を示し、通常この種のファイバスコープは作動距離3mm程度あるいは5mm程度のものが用いられている。
【0023】
【実施例】
上述の製造条件例に示された各工程の条件を以下のように設定してファイバスコープを作製した。
このとき外径:200μm、イメージサークル径:180μm、画素数:1600画素、画素ファイバ径:4.5μm、画素ファイバの比屈折率差Δ:3%のイメージファイバを用いた。
(拡散工程)
放電パワー(%)*1 : 100
1回の放電時間(秒) : 0.5
放電回数 : 6
拡散長(mm)*2 : 0.5
拡散スパン(mm)*3 : 0.1
(加熱延伸工程)
放電パワー(%)*1 : 80
1回の放電時間(秒) : 3.0
放電回数 : 1
延伸長(mm)*4 : 3.5
(球面部形成工程)
放電パワー(%)*1 : 70
1回の放電時間(秒) : 1
放電回数 : 1
【0024】
得られたファイバスコープの特性を以下に示す。
画角平均(deg.) : 36
作動距離(mm) : 4
画面比(画像径/イメージサークル径): 0.75
【0025】
さらに、このファイバスコープの解像度を評価するためにMTF値(modulation transfer function)を測定したところ、空間周波数10 (lp/mm)では0.88であり、空間周波数20 (lp/mm)では0.65であった。
以上の結果より、実用可能なファイバスコープが得られたことが確認された。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のファイバスコープの製造方法は、イメージファイバの先端あるいはイメージファイバの端部に形成したテーパー部の先端を加熱してレンズとして機能する球面部を形成し、かつイメージファイバを構成する複数の画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて対物レンズ部とするので以下のような効果が得られる。
すなわち、従来のように微小な対物レンズを極細径のイメージファイバに接着するための位置決めなどの難しい調整が必要ないため製造効率がよい。
また、前記対物レンズ部はイメージファイバからなるものなので、イメージファイバと常に一体化している。このため、イメージファイバが耐え得る範囲であればファイバスコープを高温下で使用することが可能である。
さらに、前記テーパー部を形成した後に、その先端に球面部を形成する方法においては、対物レンズ部の球面曲率半径Rを任意に調整することができ、また画像比を大きくすることができるという効果が得られる。
また、予めイメージファイバを加熱して拡散部を形成した後に、その先端に球面部の形成するか、あるいは前記拡散部にテーパー部を形成した後に球面部を形成することによって、対物レンズ部のレンズ長を任意に調整することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の例を示す説明図である。
【図2】 本発明の第2の例を示す説明図である。
【図3】 図2に示した第2の例の要部を示した拡大図である。
【図4】 本発明の第3の例における拡散工程を示す説明図である。
【符号の説明】
1…イメージファイバ 、2…イメージサークル、2c…球面部 、4…ジャケット層、10… イメージファイバ、12…イメージサークル、12a…拡散部 、12b…テーパー部 、12c…球面部 、14…ジャケット層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrafine fiberscope used for medical endoscopes and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, ultrafine fiberscopes with a diameter of several hundreds of μm have been used to observe the inside of piping in industrial facilities and blood vessels of human bodies. This type of ultrafine fiberscope has a configuration in which an eyepiece is attached to one end of an image fiber and an objective lens is attached to the other end.
In general, a quartz glass ultra-fine image fiber is used as the image fiber, and multicomponent glass such as a SELFOC (trade name) lens is used as the eyepiece and objective lens. These eyepiece and objective lens Was bonded to the image fiber by an adhesive such as an optical epoxy adhesive.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this fiberscope, since a very small lens is attached to an extremely small diameter image fiber, it takes much time to adjust the bonding position between the image fiber and the lens, and the manufacturing efficiency is low.
Further, since the adhesive used for bonding the lens has a low heat-resistant temperature, the fiberscope cannot be used at a high temperature, and its application is limited.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fiberscope that can be used at high temperatures and has high manufacturing efficiency.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a method for manufacturing a fiberscope having the following characteristics. Moreover, the fiberscope manufactured by these manufacturing methods is provided. That is,
The process of claim fiberscope according to 1 of the present invention, by heating plurality of pixels fibers, the leading edge of the welded image fiber in the jacket, the fiber structure by diffusion of the dopant included in the pixel fiber tip And a spherical portion forming step of forming a spherical portion that functions as a lens having a uniform composition .
Method for producing a fiberscope according to claim 2 of the present invention, the cutting plurality of pixels fibers, and heating and drawing step of forming the tapered portion by heating and drawing the middle of the welding in the jacketed image fiber, the tapered portion And a spherical surface forming step of forming a spherical surface portion by heating the tip of the tapered portion , and by the diffusion of dopant contained in the pixel fiber by the heating and stretching step and the spherical surface forming step. A spherical portion that functions as a lens having a uniform composition from which the fiber structure has disappeared is formed .
The method according to claim 3 fiberscope according to the present invention, plurality of pixels fibers, by heating the end portion of the welded image fiber in the jacket, by diffusing the dopant contained in the pixel fibers, fiber structures and having a dopant diffusion step but the loss has been composition uniform end and a spherical portion forming a spherical surface portion which functions as a lens in the tip to heat the tip of the end portion .
The method of manufacturing fiberscope according to claim 4 of the present invention, plurality of pixels fibers, heating the middle of the welded image fiber in the jacket, by diffusing the dopant contained in the pixel fibers, fiber structures heating and diffusion step of disappearance is composition to form a uniform spreading unit, the heating and drawing step of forming the tapered portion by heating and drawing said diffusion portion, and cutting the tapered portion, the distal end of the tapered portion and having a spherical portion forming a spherical surface portion which functions as a lens in the tip and.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fiberscope manufacturing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the pixel fiber includes a dopant contained only in the core or both the core and the clad. Features.
A fiberscope according to a sixth aspect of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a fiberscope according to any one of the first to fifth aspects, and has a spherical portion functioning as a lens at a tip thereof.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 4 show an example of a method for manufacturing a fiberscope according to the present invention, in which image fibers in each manufacturing process are shown in cross-sectional views along the longitudinal direction thereof.
FIG. 1 shows a first example of the present invention, in which reference numeral 1 is an image fiber, 2 is an image circle, 4 is a jacket layer, and this image fiber 1 is inside a jacket tube made of, for example, quartz glass. A plurality of quartz glass fibers are bundled and inserted into a base material, and the base material is formed by heating and drawing from the end to a predetermined diameter. The plurality of glass fibers are drawn. As a result, although they are welded to each other, the individual fiber structures are maintained to form the pixels.
[0007]
The pixel fiber constituting the image fiber 1 is generally used as an optical fiber. A core having a high refractive index is provided at the center thereof, and a clad having a refractive index lower than that of the core is provided on the outer periphery of the core. It is provided and configured.
The core is preferably made of SiO 2 containing germanium as a dopant, and the cladding is preferably made of SiO 2 or SiO 2 to which fluorine is added as a dopant. The SiO 2 containing germanium is usually formed by adding germanium oxide.
[0008]
In order to fabricate a fiberscope using the image fiber 1, first, one end of the image fiber 1 is heated by discharge with a pair of discharge electrodes 6 and 6 as shown in FIG. 1.
Then, a dopant such as germanium contained in the core of the plurality of pixel fibers constituting the image fiber 1 diffuses into the clad, and a dopant such as fluorine contained in the clad diffuses to make the composition of the pixel fiber uniform, and the fiber structure Disappears and a diffusion portion having a uniform composition is formed. At the same time, the diffusion part and the jacket layer 4 are heated and rounded at the tip of the image fiber 1 to form a hemispherical spherical part 2c that functions as a lens.
[0009]
In this way, the tip of the image fiber 1 has a function as an objective lens by the spherical portion 2c and the diffusion portion (hereinafter sometimes referred to as an objective lens portion), and a fiber scope is formed.
The spherical curvature radius R of the objective lens part (spherical part 2c) is substantially determined by the outer diameter of the image fiber 1, but when the spherical part 2c is formed by discharge, the discharge intensity of the discharge electrodes 6 and 6; By suitably setting the heating conditions such as the discharge time, an objective lens portion having a desired R can be obtained with good reproducibility.
As a heating method of the image fiber 1, a method using a discharge as described above or a method using a heating source such as an oxyhydrogen flame can be mentioned. However, since the heating conditions can be easily adjusted, a method using a discharge is preferable.
[0010]
Since the objective lens portion of the fiberscope is composed of the image fiber 1, the image fiber 1 and the objective lens portion are always integrated, unlike the case where the objective lens is bonded with an adhesive. For this reason, the fiberscope can be used at a high temperature as long as the image fiber 1 can withstand.
In addition, since the tip of the image fiber 1 is processed into the objective lens portion, it is not necessary to adjust the bonding position between the objective lens and the image fiber as in the prior art, and the manufacturing efficiency is improved.
[0011]
FIG. 2 shows a second example of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged view of a main part thereof. This 2nd example consists of a heating extending process and a spherical part formation process.
In the figure, reference numeral 10 denotes an image fiber, 12 denotes an image circle, and 14 denotes a jacket layer.
First, the middle of the image fiber 10 is disposed between the pair of discharge electrodes 6 and 6, the image fiber 10 is heated and stretched to form a tapered portion 12 b, and the tapered portion 12 b extends in the distal direction of the image fiber 10. The diameter of the image fiber 10 is reduced and the image fiber 10 is divided so as to be the tip of the image fiber 10 (heating and stretching step).
Further, when the tip of the tapered portion 12b is heated by the discharge electrodes 6 and 6, the tip is rounded to form a hemispherical spherical portion 12c covered with the jacket layer 14 (spherical portion forming step).
[0012]
Due to the heating performed in the heating drawing step and the spherical surface forming step, the composition of the plurality of pixel fibers constituting the image fiber 10 is made uniform by diffusion of a dopant such as germanium contained in the core or fluorine contained in the cladding. Thus, a diffusion portion having a uniform composition and disappearing fiber structure is formed.
In this way, the distal end of the image fiber 10 has a function as an objective lens (referred to as an objective lens portion) by the spherical portion 12c at the distal end of the tapered portion 12b and a diffusion portion having a uniform composition (called an objective lens portion), and a fiber scope is formed. Is done.
[0013]
In this example, the spherical radius of curvature R of the objective lens portion (spherical surface portion 12c) can be arbitrarily adjusted by adjusting the outer diameter of the distal end of the tapered portion 12b that becomes the distal end of the image fiber 10. In particular, since the spherical radius of curvature R can be obtained, for example, smaller than 1/2 of the outer diameter of the image fiber 10, it is suitable when the focal length is small and a large angle of view is required.
The length and outer diameter of the tapered portion 12b can be adjusted by setting the heating conditions, the stretching length, and the like in the heating and stretching step.
An objective lens having a desired radius R of the fiberscope has a desired reproducibility by adjusting the outer diameter of the tip of the tapered portion 12b and appropriately setting the heating conditions in the spherical portion forming step. Part can be obtained.
[0014]
Further, in the fiberscope of the first example shown in FIG. 1, the core of the pixel fiber in the vicinity of the outer periphery of the image fiber 1 is bent at the tip portion, so that the vignetting phenomenon occurs in the peripheral portion, and the image ratio (image diameter / The image circle diameter may be small.
The image diameter is a diameter in a range in which an image can be propagated, and the image circle diameter is a diameter in a range in which light propagates (hereinafter referred to as an image circle). The image ratio is represented by these ratios, and the larger this value, the more effectively the image circle is used for image propagation, and the more preferable characteristics as a fiberscope. In the second example, since the waveguide of light incident from the spherical surface portion 12c gradually spreads at the tapered portion 12b, the image ratio can be increased. In some cases, the image diameter and the image can be increased. In some cases, the circle diameter can be made equal.
[0015]
FIG. 4 shows the diffusion process in the third example of the present invention.
In the third example, first, the middle of the image fiber 10 is disposed between the pair of discharge electrodes 6 and 6, and the image fiber 10 is moved up and down to heat while adjusting the heating range. Then, germanium, fluorine and other dopants contained in the plurality of pixel fibers are diffused in the heated portion, the pixel fiber composition becomes uniform, and a diffusion portion 12a in which the fiber structure disappears is formed.
Next, in the same manner as in the second example, this diffusion portion 12a is heated and stretched to form a tapered portion, and a spherical portion functioning as a lens is formed at the tip thereof to obtain a fiberscope.
[0016]
What is obtained in the above-described second example is that the heating range of the image fiber 10 is narrow, and in reality, there is a possibility that a diffusion portion is formed only near the tip of the tapered portion 12b. In this case, the diffusion portion and the spherical portion 12c The length of the objective lens portion (lens length) consisting of the above may be short and cannot be arbitrarily adjusted. The lens length indicates the distance between the spherical surface portion 12c and the imaging surface formed on the diffusing portion.
On the other hand, the third example is more effective because the diffusion portion can be formed over a wide range and the lens length can be arbitrarily set.
[0017]
When combining the third example and the first example, after heating one end portion of the image fiber to form a diffusion portion at this end portion, as shown in FIG. A spherical portion is formed at the tip to form a fiber scope.
Alternatively, as shown in FIG. 4, after the diffusion process is performed by heating the middle of the image fiber, the diffusion part is cut by an arbitrary method so as to be the tip of the image fiber, and this diffusion is performed as shown in FIG. It is also possible to form a spherical portion by heating the tip of the image fiber consisting of a portion to form a fiberscope.
[0018]
<Examples of manufacturing conditions>
In the third example described above, the manufacturing conditions of the fiberscope in the case of heating by discharge in the method combining the second example will be specifically shown.
In this method, a fiberscope is manufactured through the diffusion process shown in FIG. 4 and the heating and stretching process and spherical surface forming process shown in FIGS.
An image fiber having an outer diameter of 100 to 1500 μm is preferably used. For example, if the outer diameter is 200 μm, the image circle diameter is about 180 μm, the number of pixels is about 1600 pixels, and the pixel fiber diameter is about 4.5 μm.
[0019]
The setting range of suitable conditions in each step is shown below.
In actual manufacturing, specific numerical values are set so that a desired fiberscope can be obtained from these ranges.
[0020]
(Diffusion process)
Discharge power (%) * 1 : 30-120
One discharge time (second): 0.05-2
Number of discharges: 1-1000
Diffusion length (mm) * 2 : 0.01 to 10
Diffusion span (mm) * 3 : 0.01-1
(Heat stretching process)
Discharge power (%) * 1 : 30-120
One discharge time (seconds): 0.1 to 30
Number of discharges: 1 to 100
Stretching length (mm) * 4 : 0.5 to 10
(Spherical surface forming process)
Discharge power (%) * 1 : 30-120
One discharge time (second): 0.01 to 10
Number of discharges: 1 to 100
[0021]
* 1 Discharge power: Value when the voltage is 500V or more and discharge current 20mA is 100% * 2 Diffusion length: Diffusion length * 3 Diffusion span: After one discharge, the discharge electrode is placed in the length direction of the image fiber * 4 Stretching length: The length of the image fiber that has been stretched in the heat-stretching process.
An example of the characteristics of a fiberscope manufactured by setting the conditions of each step from the above numerical range is shown below.
Angle of view average (deg.): 35
Working distance (mm): 6
Screen ratio (image diameter / image circle diameter): 0.75
The angle of view (average angle of view) is a viewing angle when viewing the entrance window with the center of the entrance pupil of an imaging system such as a lens as a viewpoint, and gives a standard of a viewing angle that can be imaged.
The working distance indicates an object distance at which an image is formed. Usually, this type of fiberscope has a working distance of about 3 mm or about 5 mm.
[0023]
【Example】
A fiberscope was manufactured by setting the conditions of each step shown in the above manufacturing condition example as follows.
At this time, an image fiber having an outer diameter of 200 μm, an image circle diameter of 180 μm, a number of pixels of 1600 pixels, a pixel fiber diameter of 4.5 μm, and a relative refractive index difference Δ of pixel fiber of 3% was used.
(Diffusion process)
Discharge power (%) * 1 : 100
One discharge time (second): 0.5
Number of discharges: 6
Diffusion length (mm) * 2 : 0.5
Diffusion span (mm) * 3 : 0.1
(Heat stretching process)
Discharge power (%) * 1 : 80
One discharge time (second): 3.0
Number of discharges: 1
Stretching length (mm) * 4 : 3.5
(Spherical surface forming process)
Discharge power (%) * 1 : 70
One discharge time (seconds): 1
Number of discharges: 1
[0024]
The characteristics of the obtained fiberscope are shown below.
Angle of view average (deg.): 36
Working distance (mm): 4
Screen ratio (image diameter / image circle diameter): 0.75
[0025]
Further, when the MTF value (modulation transfer function) was measured in order to evaluate the resolution of this fiberscope, it was 0.88 at a spatial frequency of 10 (lp / mm), and 0.8 at a spatial frequency of 20 (lp / mm). 65.
From the above results, it was confirmed that a practical fiberscope was obtained.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, the fiberscope manufacturing method of the present invention heats the tip of the image fiber or the tip of the tapered portion formed at the end of the image fiber to form a spherical portion that functions as a lens, Since the dopant contained in the plurality of pixel fibers to be formed is diffused to form the objective lens unit, the following effects can be obtained.
That is, since it is not necessary to perform difficult adjustments such as positioning for bonding a minute objective lens to an ultrafine image fiber as in the prior art, manufacturing efficiency is high.
Further, since the objective lens portion is made of an image fiber, it is always integrated with the image fiber. For this reason, the fiberscope can be used at a high temperature as long as the image fiber can withstand.
Further, in the method of forming the spherical portion at the tip after forming the tapered portion, the spherical radius of curvature R of the objective lens portion can be arbitrarily adjusted, and the image ratio can be increased. Is obtained.
In addition, after forming the diffusion part by heating the image fiber in advance, the spherical part is formed at the tip thereof, or the spherical part is formed after forming the taper part at the diffusion part, thereby forming the lens of the objective lens part. The effect that the length can be arbitrarily adjusted is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first example of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a second example of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view showing a main part of the second example shown in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a diffusion step in the third example of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image fiber, 2 ... Image circle, 2c ... Spherical surface part, 4 ... Jacket layer, 10 ... Image fiber, 12 ... Image circle, 12a ... Diffusion part, 12b ... Tapered part, 12c ... Spherical part, 14 ... Jacket layer

Claims (6)

画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの先端を加熱して該先端に前記画素ファイバに含まれるドーパントの拡散によるファイバ構造が消失された、組成が均一なレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程を有することを特徴とするファイバスコープの製造方法。 Plurality of pixels fibers, by heating the tip of the welded image fiber in the jacket, the fiber structure by diffusion of the dopant included in the pixel fiber tip is lost, the spherical portion whose composition functions as a uniform lens A method of manufacturing a fiberscope, comprising the step of forming a spherical surface. 画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの中途を加熱延伸しテーパー部を形成する加熱延伸工程と、該テーパー部を切断する工程と、該テーパー部の先端を加熱して球面部を形成する球面部形成工程とを有し、前記加熱延伸工程及び前記球面部形成工程により、前記画素ファイバに含まれるドーパントの拡散による、ファイバ構造が消失された組成が均一なレンズとして機能する球面部を形成することを特徴とするファイバスコープの製造方法。And heating and drawing step for forming a tapered portion pixel fibers more, and heat stretching the middle of welded image fiber in the jacket, and cutting the tapered portion, the spherical portion by heating the tip of the tapered portion A spherical surface functioning as a lens having a uniform composition in which the fiber structure has been eliminated by diffusion of the dopant contained in the pixel fiber by the heating and stretching step and the spherical surface forming step. A method of manufacturing a fiberscope, comprising forming a portion. 画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの端部を加熱して、前記画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて、ファイバ構造が消失された組成が均一な端部とするドーパント拡散工程と、前記端部の先端を加熱して該先端にレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程を有することを特徴とするファイバスコープの製造方法。 A dopant diffusion step in which a plurality of pixel fibers are heated in an end portion of an image fiber welded in a jacket to diffuse a dopant contained in the pixel fiber so that the fiber structure disappears and the composition has a uniform end portion. When manufacturing method of fiberscope characterized by having a spherical portion forming a spherical surface portion which functions as a lens to the tip by heating the tip of said end portion. 画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの中途を加熱して、前記画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて、ファイバ構造が消失された組成が均一な拡散部を形成する拡散工程と、前記拡散部を加熱延伸しテーパー部を形成する加熱延伸工程と、該テーパー部を切断する工程と、該テーパー部の先端を加熱して該先端にレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程を有することを特徴とするファイバスコープの製造方法。A diffusion step in which a plurality of pixel fibers are heated in the middle of an image fiber welded in a jacket to diffuse a dopant contained in the pixel fibers to form a diffusion portion having a uniform composition in which the fiber structure has been eliminated ; spherical to form the heating and drawing step for forming a tapered portion heating and drawing to the diffusion portion, and cutting the tapered portion, the spherical portion that serves as a lens to the tip by heating the tip of the tapered portion method for producing a fiber scope and having a part forming step. 前記画素ファイバとして、ドーパントがコアのみ又はコアとクラッドの両方に含まれるものを用いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のファイバスコープの製造方法。5. The fiberscope manufacturing method according to claim 1, wherein the pixel fiber includes a dopant that is contained only in the core or in both the core and the clad. 6. 請求項1乃至5いずれか一項に記載のファイバスコープの製造方法によって製造され、その先端にレンズとして機能する球面部を有することを特徴とするファイバスコープ。Produced by the production method of the fiberscope according to any one of claims 1 to 5, fiberscope characterized by having a spherical surface portion which functions as a lens on the tip.
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