JP3953647B2 - イメージファイバ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用光ファイバスコープなどに用いられるイメージガイド、特にいわゆるクラッド一体型のイメージファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業用ファイバスコープなどに用いられているイメージガイドを形態別に見ると、ファイバの両端面の画素を構成する素線（一本の光ファイバ）が端面でのみ集束固定され、中央部ではばらばらにすることにより、イメージガイドを曲げやすくしたバンドル型と、各素線のクラッドが全長にわたって溶融一体化されたクラッド一体型（以下、クラッド一体型のイメージガイドを「イメージファイバ」という。）との２つがある。
【０００３】
バンドル型のイメージガイドを製造するためには、細い素線を製造した後にこれを配列する必要があるが、多数の細い素線を精度良く並べることは困難であり、素線の配列のために要するコストが高くなることがある。また、ガラス製でバンドル型のイメージガイドの製造方法としては、各素線のクラッドの外側に酸に溶解し易い第２のクラッドを設け、クラッドを溶融一体化した後に、酸水溶液などに浸漬して該第２のクラッドを両端を除いて溶解させることも行われている。この方法によれば素線の配列は容易であるが、酸水溶液などへの浸漬という工程が付加され、製造工程が煩雑化する。
【０００４】
一方、イメージファイバであれば、多数の素線を太径のパイプ内に並べた後、これを加熱延伸する（いわゆる線引き）ことによってクラッドを加熱一体化させることにより製造することができる。パイプに素線を配列するときに素線が太いため、素線を並べることが容易であるので、バンドル型のイメージガイドよりも簡単に製造することができる。
【０００５】
次に、イメージファイバの素線の素材に着目すると、素材には、石英ガラス、多成分ガラスなどガラス製のものと、プラスチック製のものとがある。
【０００６】
ガラス製の素線は透明性に優れるものの、ガラス製の素線を用いたバンドル型のイメージガイドでは、繰り返し屈曲させることによって、径の小さい素線が断線するため、長期にわたって使用することにより、画素の欠陥数が増大し、使用に耐えなくなることがある。また、ガラス製の一体型イメージファイバの外径が数１００μｍより大きい場合にはほとんど曲げることができないため、外径が数１００μｍより大きいガラス製のイメージファイバを用いるのであれば、上述の通り製造が煩雑なハンドル型によらざるを得ない。
【０００７】
そこで、例えば、イメージファイバの曲げ難さを解消するために、数千ものノズル孔を設けた口金からコアを溶融押出しすることによってプラスチック製イメージファイバを製造する技術が開発されている（特開平１−８６１０３号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラスチック製のイメージファイバにおいては、曲げによる破断やクラックの発生を防止するためにファイバの長手方向にポリマ鎖を配向させる必要がある。また、プラスチック製のイメージファイバでは、ガラス製のものに比べてコア／クラッド間の界面の均一性が悪く、このためにコアが細いイメージファイバでは導光損失が大きいという問題、ポリマの配向のために結晶化や複屈折が大きくなりさらに損失が悪化するという問題が生じていた。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、明るく精細な画像を、クロストークがなく鮮明な状態で伝送することが可能であり、曲げに対する耐久性が高いプラスチック製のイメージファイバを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明のイメージファイバは、多数のプラスチック製の素線が配列されて一体化されたイメージファイバであって、室温（２５℃）におけるイメージファイバの長さをＬ1で表し、無荷重で１２０℃の雰囲気下に２０分間放置した後のイメージファイバの長さをＬ2で表したとき、下記の式
Ｓ＝（ Ｌ1− Ｌ2）／ Ｌ1×１００
で表される自由収縮率Ｓ（％）が３５％≦Ｓ≦６５％の範囲にある。プラスチックを素線の素材として用いれば、ガラスに比べてヤング率が１／１０程度と低く、同じ太さでも１０倍曲げ易くなるので、例えば１．０ｍｍ径、２．０ｍｍ径などのイメージファイバも容易に得ることができる。従って、曲がり易い数万画素のイメージファイバが容易に実現できる。例えば、素線のコア径が１０μm未満であれば、数ｍｍの曲げ直径になるまでイメージファイバを曲げたとしても、光学的な伝送損失が起こらないものを得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
プラスチック製のイメージファイバを曲げることによって、素線にクラック、塑性変形による白化などが生じる。一般に、曲げによるクラックを防ぐには、コアおよびクラッドのポリマ鎖を配向させる必要がある。しかし、配向が強過ぎると複屈折が大きくなり、また結晶化が進むことにより透明性が失われ、さらにコア／クラッドの界面の不整が悪化する。本発明により、室温（２５℃）におけるイメージファイバの長さをＬ1で表し、無荷重で１２０℃の雰囲気下に２０分間放置した後のイメージファイバの長さをＬ2で表したときに、自由収縮率Ｓ（％）が３５％≦Ｓ≦６５％の範囲にあるイメージファイバは、ポリマの配向の程度が適当であるために、屈曲による損失増加が小さく、また繰り返し屈曲性に優れている。
【００１２】
プラスチック製のイメージファイバの一例の初期（加熱前）の伝送損失を図１に示す。このイメージファイバの自由収縮率（Ｓ）と曲げ損失および繰り返し曲げ損失との関係を図2に示す。このイメージファイバは、後述する実施例２のものと同じ構造のものを用いた。伝送損失等の評価方法は実施例１〜３における評価方法と同様である。図２から、自由収縮率Ｓが６５％を越えると急激に初期損失が増大することが分かる。初期損失の観点からは自由収縮率Ｓが５５％以下であることがより好ましい。また、図２に示すように、自由収縮率が３５％より小さい場合には、曲げによる伝送損失の増大も、繰り返し屈曲による伝送損失の増大も著しく悪化する。
【００１３】
本発明において、コアに用いられる素材は特に限定されないが、例えば、アクリル（ｎd＝１．４９）、ポリスチレン（ｎd＝１．５９）、ポリカーボネート（ｎd＝１．５９）などの透明で屈折率が高いものを用いることが好ましい。特に、高屈折率で透明性が高く材料コストが低いものとして、ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン系モノマ単位を５０重量％以上を含む塊状重合体を用いることが好ましい。また、クラッドに用いられる素材も特に限定されないが、アクリル、フッ素系アクリル樹脂（ｎd＝１．４０〜１．４５）などの透明で屈折率が低いものを用いることが好ましい。特にアクリルが透明性が高く、材料コストが低い点で好ましい。上記例示した素材のうち、コアの素材としてポリスチレンを、クラッドの素材としてアクリルを用いることで、ガラスでは容易でない０．１０という大きな屈折率差Δnが得られる。また、ポリスチレンをコアの素材に用い、ｎdが１．４２のフッ素系アクリル樹脂をクラッドの素材に用いることで、０．１７という極めて大きな屈折率差も得られる。コア／クラッドの屈折率差Δｎを大きくすることによって、同じコア径で比べた場合に、光を閉じこめる能力が高く、クロストークが小さいイメージファイバが得られる。
【００１４】
本発明のイメージファイバを製造する方法は特に限定されないが、素線をプラスチックパイプに充填し、溶融一体化しながら線引きする方法（例えば、特許第２５１９６９９号公報を参照）が有効な方法である。すなわち、同公報に記載の方法によれば、素材の選定の自由度が溶融押出し法によりイメージファイバを製造する場合よりも極めて高く、パイプに充填される素線のクラッドの厚さを変えることによりイメージファイバのクラッドの厚さを適宜調整することが可能であり、また、画素数の増減も素線の太さを調整するだけで可能である。この方法により、数万画素という多くの画素を持つイメージファイバを容易に製造することが可能である。なお、上記のパイプとしては、１００ｍｍ径以上というような、ガラスを素材に用いる場合よりもはるかに大きな径のものを利用することができる。
【００１５】
【実施例】
（実施例１〜２）
本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明する。クラッドの厚さと太さとを変えて素線を線引きし、クラッドと同じ材質のプラスチックパイプに多数本の素線を充填した。これを、外径が０．５ｍｍになるように線引きし、実施例１および２のイメージファイバを製造した。各実施例のイメージファイバの光学性能等を表１に示す。なお、表１にデータを示すクロストーク性能の評価は、２ｍの長さのイメージファイバの入射側にファイバのＮＡより大きい対物レンズを用いて静止画像を伝送し、片端面を接眼レンズで拡大して、目視でぼけを観察することにより行った。あわせて、明るさを目視で比較して相対比較を行った。また、曲げ損失の評価は、２ｍの長さのサンプルの中央部を５ｍｍ径の円筒に１回巻き付け、その前後で伝送損失を測定し、測定誤差範囲で損失増加はないことを確認することにより行った。さらに、繰り返し曲げ損失の評価は、２ｍの長さのサンプルを光源とパワーメータとに接続したまま、中央部を５ｍｍの径の円筒に巻き付け、±９０度の繰り返し屈曲を５００回行い、その前後での伝送損失の増加がないことを確認することにより行った。
【００１６】
【表１】
【００１７】
表１に示すように、ポリスチレン（ＰＳｔ）をコア材として選定し、クラッド材にアクリル（ＰＭＭＡ）を用いることにより、屈折率差Δｎおよび開口数ＮＡを大きくすることができる。画素数Ｎを５０００本にまで増やしても明るさ、クロストーク、伝送損失ともに優れたものが製造できる。
【００１８】
（実施例３）
ポリスチレン（ＰＳｔ）をコア材として用い、クラッド材にアクリル（ＰＭＭＡ）を用いて、実施例２におけると同じ寸法の素線を製造し、これを用いて外径が１．０ｍｍ、有効径Ｄが０．９７ｍｍで画素数が１６，０００本のイメージファイバを製造した。この実施例についての光学性能を表１にあわせて示す。このイメージファイバの伝送損失は２．１ｄＢ／ｍであり、自由収縮率Ｓは４３％であった。画像性能を評価したところ、実施例２と同様に明るく、クロストークがなく、しかも実施例２に比べて極めて精細な画像であった。また、巻き付け円筒の径を１０ｍｍにした他は、実施例１〜２と同様にして機械性能を調べた結果、伝送損失の増加は認められず、耐屈曲性に優れたイメージファイバであった。
【００１９】
（比較例１〜２）
表１に示す比較例のイメージファイバを実施例３と同じ材料の素線を用いて製造した。自由収縮率が低い比較例１では、曲げによってクラックが発生して、繰り返し曲げ特性が悪かった。また、自由収縮率が高い比較例２では、伝送損失が大きく、暗い画像しか得られなかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、明るく精細な画像を、クロストークがなく鮮明な状態で伝送することが可能であり、曲げに対する耐久性が高いイメージファイバが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラスチックイメージファイバの自由収縮率と伝送損失との関係の一例を示す図である。
【図２】プラスチックイメージファイバの自由収縮率と曲げ損失および繰り返し曲げ損失との関係の一例を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用光ファイバスコープなどに用いられるイメージガイド、特にいわゆるクラッド一体型のイメージファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業用ファイバスコープなどに用いられているイメージガイドを形態別に見ると、ファイバの両端面の画素を構成する素線（一本の光ファイバ）が端面でのみ集束固定され、中央部ではばらばらにすることにより、イメージガイドを曲げやすくしたバンドル型と、各素線のクラッドが全長にわたって溶融一体化されたクラッド一体型（以下、クラッド一体型のイメージガイドを「イメージファイバ」という。）との２つがある。
【０００３】
バンドル型のイメージガイドを製造するためには、細い素線を製造した後にこれを配列する必要があるが、多数の細い素線を精度良く並べることは困難であり、素線の配列のために要するコストが高くなることがある。また、ガラス製でバンドル型のイメージガイドの製造方法としては、各素線のクラッドの外側に酸に溶解し易い第２のクラッドを設け、クラッドを溶融一体化した後に、酸水溶液などに浸漬して該第２のクラッドを両端を除いて溶解させることも行われている。この方法によれば素線の配列は容易であるが、酸水溶液などへの浸漬という工程が付加され、製造工程が煩雑化する。
【０００４】
一方、イメージファイバであれば、多数の素線を太径のパイプ内に並べた後、これを加熱延伸する（いわゆる線引き）ことによってクラッドを加熱一体化させることにより製造することができる。パイプに素線を配列するときに素線が太いため、素線を並べることが容易であるので、バンドル型のイメージガイドよりも簡単に製造することができる。
【０００５】
次に、イメージファイバの素線の素材に着目すると、素材には、石英ガラス、多成分ガラスなどガラス製のものと、プラスチック製のものとがある。
【０００６】
ガラス製の素線は透明性に優れるものの、ガラス製の素線を用いたバンドル型のイメージガイドでは、繰り返し屈曲させることによって、径の小さい素線が断線するため、長期にわたって使用することにより、画素の欠陥数が増大し、使用に耐えなくなることがある。また、ガラス製の一体型イメージファイバの外径が数１００μｍより大きい場合にはほとんど曲げることができないため、外径が数１００μｍより大きいガラス製のイメージファイバを用いるのであれば、上述の通り製造が煩雑なハンドル型によらざるを得ない。
【０００７】
そこで、例えば、イメージファイバの曲げ難さを解消するために、数千ものノズル孔を設けた口金からコアを溶融押出しすることによってプラスチック製イメージファイバを製造する技術が開発されている（特開平１−８６１０３号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラスチック製のイメージファイバにおいては、曲げによる破断やクラックの発生を防止するためにファイバの長手方向にポリマ鎖を配向させる必要がある。また、プラスチック製のイメージファイバでは、ガラス製のものに比べてコア／クラッド間の界面の均一性が悪く、このためにコアが細いイメージファイバでは導光損失が大きいという問題、ポリマの配向のために結晶化や複屈折が大きくなりさらに損失が悪化するという問題が生じていた。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、明るく精細な画像を、クロストークがなく鮮明な状態で伝送することが可能であり、曲げに対する耐久性が高いプラスチック製のイメージファイバを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明のイメージファイバは、多数のプラスチック製の素線が配列されて一体化されたイメージファイバであって、室温（２５℃）におけるイメージファイバの長さをＬ1で表し、無荷重で１２０℃の雰囲気下に２０分間放置した後のイメージファイバの長さをＬ2で表したとき、下記の式
Ｓ＝（ Ｌ1− Ｌ2）／ Ｌ1×１００
で表される自由収縮率Ｓ（％）が３５％≦Ｓ≦６５％の範囲にある。プラスチックを素線の素材として用いれば、ガラスに比べてヤング率が１／１０程度と低く、同じ太さでも１０倍曲げ易くなるので、例えば１．０ｍｍ径、２．０ｍｍ径などのイメージファイバも容易に得ることができる。従って、曲がり易い数万画素のイメージファイバが容易に実現できる。例えば、素線のコア径が１０μm未満であれば、数ｍｍの曲げ直径になるまでイメージファイバを曲げたとしても、光学的な伝送損失が起こらないものを得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
プラスチック製のイメージファイバを曲げることによって、素線にクラック、塑性変形による白化などが生じる。一般に、曲げによるクラックを防ぐには、コアおよびクラッドのポリマ鎖を配向させる必要がある。しかし、配向が強過ぎると複屈折が大きくなり、また結晶化が進むことにより透明性が失われ、さらにコア／クラッドの界面の不整が悪化する。本発明により、室温（２５℃）におけるイメージファイバの長さをＬ1で表し、無荷重で１２０℃の雰囲気下に２０分間放置した後のイメージファイバの長さをＬ2で表したときに、自由収縮率Ｓ（％）が３５％≦Ｓ≦６５％の範囲にあるイメージファイバは、ポリマの配向の程度が適当であるために、屈曲による損失増加が小さく、また繰り返し屈曲性に優れている。
【００１２】
プラスチック製のイメージファイバの一例の初期（加熱前）の伝送損失を図１に示す。このイメージファイバの自由収縮率（Ｓ）と曲げ損失および繰り返し曲げ損失との関係を図2に示す。このイメージファイバは、後述する実施例２のものと同じ構造のものを用いた。伝送損失等の評価方法は実施例１〜３における評価方法と同様である。図２から、自由収縮率Ｓが６５％を越えると急激に初期損失が増大することが分かる。初期損失の観点からは自由収縮率Ｓが５５％以下であることがより好ましい。また、図２に示すように、自由収縮率が３５％より小さい場合には、曲げによる伝送損失の増大も、繰り返し屈曲による伝送損失の増大も著しく悪化する。
【００１３】
本発明において、コアに用いられる素材は特に限定されないが、例えば、アクリル（ｎd＝１．４９）、ポリスチレン（ｎd＝１．５９）、ポリカーボネート（ｎd＝１．５９）などの透明で屈折率が高いものを用いることが好ましい。特に、高屈折率で透明性が高く材料コストが低いものとして、ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン系モノマ単位を５０重量％以上を含む塊状重合体を用いることが好ましい。また、クラッドに用いられる素材も特に限定されないが、アクリル、フッ素系アクリル樹脂（ｎd＝１．４０〜１．４５）などの透明で屈折率が低いものを用いることが好ましい。特にアクリルが透明性が高く、材料コストが低い点で好ましい。上記例示した素材のうち、コアの素材としてポリスチレンを、クラッドの素材としてアクリルを用いることで、ガラスでは容易でない０．１０という大きな屈折率差Δnが得られる。また、ポリスチレンをコアの素材に用い、ｎdが１．４２のフッ素系アクリル樹脂をクラッドの素材に用いることで、０．１７という極めて大きな屈折率差も得られる。コア／クラッドの屈折率差Δｎを大きくすることによって、同じコア径で比べた場合に、光を閉じこめる能力が高く、クロストークが小さいイメージファイバが得られる。
【００１４】
本発明のイメージファイバを製造する方法は特に限定されないが、素線をプラスチックパイプに充填し、溶融一体化しながら線引きする方法（例えば、特許第２５１９６９９号公報を参照）が有効な方法である。すなわち、同公報に記載の方法によれば、素材の選定の自由度が溶融押出し法によりイメージファイバを製造する場合よりも極めて高く、パイプに充填される素線のクラッドの厚さを変えることによりイメージファイバのクラッドの厚さを適宜調整することが可能であり、また、画素数の増減も素線の太さを調整するだけで可能である。この方法により、数万画素という多くの画素を持つイメージファイバを容易に製造することが可能である。なお、上記のパイプとしては、１００ｍｍ径以上というような、ガラスを素材に用いる場合よりもはるかに大きな径のものを利用することができる。
【００１５】
【実施例】
（実施例１〜２）
本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明する。クラッドの厚さと太さとを変えて素線を線引きし、クラッドと同じ材質のプラスチックパイプに多数本の素線を充填した。これを、外径が０．５ｍｍになるように線引きし、実施例１および２のイメージファイバを製造した。各実施例のイメージファイバの光学性能等を表１に示す。なお、表１にデータを示すクロストーク性能の評価は、２ｍの長さのイメージファイバの入射側にファイバのＮＡより大きい対物レンズを用いて静止画像を伝送し、片端面を接眼レンズで拡大して、目視でぼけを観察することにより行った。あわせて、明るさを目視で比較して相対比較を行った。また、曲げ損失の評価は、２ｍの長さのサンプルの中央部を５ｍｍ径の円筒に１回巻き付け、その前後で伝送損失を測定し、測定誤差範囲で損失増加はないことを確認することにより行った。さらに、繰り返し曲げ損失の評価は、２ｍの長さのサンプルを光源とパワーメータとに接続したまま、中央部を５ｍｍの径の円筒に巻き付け、±９０度の繰り返し屈曲を５００回行い、その前後での伝送損失の増加がないことを確認することにより行った。
【００１６】
【表１】
表１に示すように、ポリスチレン（ＰＳｔ）をコア材として選定し、クラッド材にアクリル（ＰＭＭＡ）を用いることにより、屈折率差Δｎおよび開口数ＮＡを大きくすることができる。画素数Ｎを５０００本にまで増やしても明るさ、クロストーク、伝送損失ともに優れたものが製造できる。
【００１８】
（実施例３）
ポリスチレン（ＰＳｔ）をコア材として用い、クラッド材にアクリル（ＰＭＭＡ）を用いて、実施例２におけると同じ寸法の素線を製造し、これを用いて外径が１．０ｍｍ、有効径Ｄが０．９７ｍｍで画素数が１６，０００本のイメージファイバを製造した。この実施例についての光学性能を表１にあわせて示す。このイメージファイバの伝送損失は２．１ｄＢ／ｍであり、自由収縮率Ｓは４３％であった。画像性能を評価したところ、実施例２と同様に明るく、クロストークがなく、しかも実施例２に比べて極めて精細な画像であった。また、巻き付け円筒の径を１０ｍｍにした他は、実施例１〜２と同様にして機械性能を調べた結果、伝送損失の増加は認められず、耐屈曲性に優れたイメージファイバであった。
【００１９】
（比較例１〜２）
表１に示す比較例のイメージファイバを実施例３と同じ材料の素線を用いて製造した。自由収縮率が低い比較例１では、曲げによってクラックが発生して、繰り返し曲げ特性が悪かった。また、自由収縮率が高い比較例２では、伝送損失が大きく、暗い画像しか得られなかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、明るく精細な画像を、クロストークがなく鮮明な状態で伝送することが可能であり、曲げに対する耐久性が高いイメージファイバが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラスチックイメージファイバの自由収縮率と伝送損失との関係の一例を示す図である。
【図２】プラスチックイメージファイバの自由収縮率と曲げ損失および繰り返し曲げ損失との関係の一例を示す図である。
Claims (1)
- 多数のプラスチック製の素線が配列されて一体化されたイメージファイバであって、室温（２５℃）におけるイメージファイバの長さをＬ1で表し、無荷重で１２０℃の雰囲気下に２０分間放置した後のイメージファイバの長さをＬ2で表したとき、下記の式
Ｓ＝（ Ｌ1− Ｌ2）／ Ｌ1×１００
で表される自由収縮率Ｓ（％）が３５％≦Ｓ≦６５％の範囲にあることを特徴とするイメージファイバ。
Priority Applications (1)
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| JP19701198A JP3953647B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | イメージファイバ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19701198A JP3953647B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | イメージファイバ |
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Family Applications (1)
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| JP19701198A Expired - Fee Related JP3953647B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | イメージファイバ |
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1998
- 1998-07-13 JP JP19701198A patent/JP3953647B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
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