JP4718577B2 - 複数の長さ部分をもった柔軟なイメージ束 - Google Patents

Description

本発明はファイバスコープに関わり、特にファイバスコープにおいて利用される光学ファイバ束を製造する方法に関する。

医療用および工業用の柔軟（フレキシブル）なファイバスコープにおいては、コヒーレントに整列された、ファイバ束を形成する光学ファイバの束を使ってイメージが伝達される。ファイバ束におけるファイバの数は、用途および束の大きさに依存して１０００から５０，０００まで変動する。一画素を表すことができるそれぞれのファイバは、イメージの小さな部分を伝達し、そして、それぞれのファイバからのイメージの組み合わせがイメージ全体を生成する。そのため、一の端部から他の端部へと正確にイメージを伝達するために、ファイバ束におけるファイバのコヒーレントな整列が束の先端部と基端部とで必要とされる。先端部はイメージが位置する端部に対応し、また基端部はイメージが観察される端部に対応する。

図１は、基端部１０１、先端部１０２、および基端部と先端部とにわたる伝達領域１０３を有するファイバ束１００を表すものである。ファイバ束１００は、コヒーレントに整列された複数のファイバ１０４〜１１０を有する。コヒーレントな整列というのは、一の端部におけるすべての他のファイバに対する一のファイバの位置が、他の端部と同じとなるべきことを意味する。そんなものとして、すべての他のファイバに対するそれぞれのファイバの中心点を隔てる測定された距離は、ファイバ束の基端部および先端部において同じとなる。光学ファイバに対して、コヒーレントに整列されたファイバをファイバ束の全長さにわたるようにすることが可能である一方で、伝達領域１０３に非コヒーレント整列されたファイバを有することが許容できる。

ファイバスコープに対して、イメージファイバ束は、柔軟なファイバスコープが曲がった開口またはチャネルを通して観測を可能にするよう曲げられるように、先端部と基端部との間で柔軟である（すなわち曲げることが可能である）必要がある。ファイバが破断前のある特定の曲げ半径に曲げられうることはよく知られている。ガラスファイバが曲がる時、ファイバの曲げ半径に逆比例する引張力がファイバに生じる。もし、引張力がファイバの引張強度よりも大きければ、ファイバは破断することになる。破断したファイバは、伝達されたイメージ内のダークスポット（暗点）を意味する。通常、ガラスファイバは、自身の半径の１００〜５００倍の曲げ半径に曲げられる時に破断することになる。従って、ファイバ直径が小さくなればなるほど、達成できる曲げ半径が小さくなる。

コヒーレントに整列されたファイバと、ファイバを破断することなくファイバスコープを曲げることができるのに十分小さなファイバ直径の目的を達成するために、エッチング可能なファイバ束が利用された。図２Ａ〜図２Ｅは、エッチング可能なファイバ束１５０が形成される方法を表すものである。ステップ１（ａ）において、個々のファイバ１５１が、基端部１５２と、先端部１５３と、伝達領域１５４とをもった束を形成するように集められる。ファイバ１５１は、基端部１５２および先端部１５３において少なくともコヒーレントに整列される。ステップ１（ｂ）において、ファイバ１５１は酸可溶性ガラス１５５でコーティングされ、そして、ファイバ束１５０が硬質となり、個々のファイバ１５１が熱的に結合されるように焼かれる。ステップ１（ｃ）において、束１５０の基端部１５２と先端部１５３は、これらの熱的に結合された端部を酸から保護するようにする耐酸性のコーティング１５６でコーティングされる。ステップ１（ｄ）において、この束は、伝達領域１５４のガラス１５５を溶解する酸浴に入れられる。束１５０の基端部１５２と先端部１５３は耐酸性のコーティング１５６によって保護される。ステップ１（ｅ）において、耐酸性のコーティング１５６が溶剤で剥離される。このプロセスの結果、コヒーレントに整列されたファイバ１５１の硬質の端部１５２、１５３、および個々の独立したファイバをもった端部の間にある完全な伝達領域１５４にわたる柔軟な部分、を有するファイバ束１５０となる。強化された端部はコヒーレント性を提供する一方で、分離されたファイバは柔軟性（すなわち、曲げ可能性）を提供する。

ファイバスコープは様々な長さに製造され、様々な直径のファイバを利用することが知られている。通常、個々のファイバは５から１５マイクロメートルの直径を持っている。１，０００から５０，０００本のファイバを有しうるファイバ束は、通常、用途に応じて０．２ｍｍから２ｍｍである。

イメージファイバ束の問題の１つは、その製造コストと工程歩留りである。イメージファイバは脆く、製造工程の間に破断しやすい。許容できるファイバスコープは、破断したファイバがイメージを伝達しないで視野の中にダークスポットとして見られることになるので、ファイバ束の中央エリアに２つ以上の破断したファイバを持つべきではない。束におけるファイバの数（１，０００から５０，０００）、束の長さ（１００ｍｍから３０００ｍｍ）、および小さいファイバのサイズ（５マイクロメートルから１５マイクロメートル）を与える場合、破断したファイバをもたないファイバスコープを製造することは非常に挑戦的である。例えば、２００ｍｍの長さと２０，０００本のファイバとをもった１．０ｍｍのファイバ束は、もしも２つ以上の破断したファイバを持っているならば（すなわち、ファイバの０．０１％以下が破断している場合）、製造プロセスの最後にスクラップにされることになる。高いスクラップ比率の蓋然性を与えると、ファイバスコープの製造コストを低く保つこと、および適時な方法でファイバスコープを供給することは、挑戦的でありうる。

必要なものは、減少したコストで製造することができるファイバスコープである。スクラップ率を最小にし、またはファイバ束の工程歩留りを増やすようなプロセスを利用して、このようなファイバスコープを製造することができるならば、有益であろう。このようなプロセスがファイバ束をスクラップ化するのに関係するコストを最小にできるならば、やはり有益であろう。

これらの目的は複数のイメージファイバを束に整列する段階と、少なくとも３つの領域に複数のイメージファイバを結合して、使用可能な長さ部分と、少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分とによってイメージファイバ束を形成する段階と、不良なイメージファイバに対するイメージファイバ束を検査する段階とを含むイメージファイバ束を製造する方法によって達成される。この方法は、許容できる不良の数を有する少なくとも３つの結合された領域の間に少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分を特定する段階と、少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分をイメージファイバ束から分離する段階と、をも含む。

本発明の他の局面は、イメージファイバが少なくとも３つの結合された領域においてコヒーレントに整列されることである。

さらに他の局面は、少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分を分離する段階は、少なくとも３つの結合された領域の少なくとも１つにイメージファイバ束を切断する段階を含む。

さらなる他の局面は、この方法が、少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分によってファイバスコープを構成する段階を含むことである。

さらに他の局面は、複数の整列されたイメージファイバと、整列されたイメージファイバを結合する少なくとも３つの結合された領域と、結合された領域の間に配置された柔軟な領域と、を含むイメージファイバ束を提供することである。結合された領域の間隔は、ファイバスコープのための複数の規格化（標準化）された長さに対応する。

本発明のまたさらに他の局面は、結合された領域が、イメージファイバ束の基端部と、イメージファイバ束の先端部と、基端部と先端部との間に配置された中間ポイントとに形成されることである。基端部から先端部への距離は、第１のファイバスコープの規格化された長さに対応し、基端部から中間ポイントへの距離は、第２のファイバスコープの規格化された長さに対応する。整列された複数のイメージファイバは、少なくとも３つの結合された領域において硬く結合される。柔軟な領域は、結合されていない複数の独立したイメージファイバを有する。

本発明の他の局面、およびその特別の特徴と利点は、以下の図面と添付の詳細な説明とを考慮することから一層明白になるであろう。

図３Ａ〜図３Ｅおよび図４Ａ〜図４Ｃは、異なった長さの複数のファイバスコープのためのイメージファイバ束２００を製造するプロセスを表す。ステップ２（ａ）において、個々のファイバ２０１が、基端部２０２、先端部２０３、および伝達領域２０４をもった束を形成するように集められる。ファイバ束２００の中でいくつかのポイント２０５〜２０８を特定することも可能である。個々のファイバ２０１は、これらのポイント２０５〜２０８のそれぞれにおいて少なくともコヒーレントに整列される。そんなものとして、ファイバがポイント２０５〜２０８でコヒーレントに整列され、そしてこれらの領域の間のエリアではコヒーレントに整列されないようにすることが可能である。

それぞれポイント２０５〜２０８またはそのポイントを合わせたものは、様々な規格化されたファイバスコープの長さのような、使用可能なファイバスコープの長さに対応することができる。このような規格化されたファイバスコープの長さは、工業的に規格化された長さ、または企業の製品ラインにおける長さのバリエーションに由来しうるものである。ポイント２０５と２０８との間の距離は長さ部分（Ａ）を形成し、最も長い長さ、例えば３０００ｍｍ、のファイバスコープに対応する。ポイント２０５と２０７との間の距離は下位長さ部分（Ｂ）を形成し、より短い長さ、例えば２０００ｍｍ、のファイバスコープに対応する。ポイント２０６と２０８との間の距離は下位長さ部分（Ｃ）を形成し、これも上記と同じ長さ、２０００ｍｍ、のファイバスコープに対応しうるが、さらに短い長さ、例えば１５００ｍｍのファイバスコープに対応できる。使用可能なファイバスコープの長さは、等しい長さのポイント２０５と２０６の間（下位長さ部分（Ｄ））、２０６と２０７との間（下位長さ部分（Ｅ））、および２０７と２０８との間（下位長さ部分（Ｆ））、例えばそれぞれ１０００ｍｍ、に存在することもできる。他の下位長さ部分Ｄ〜Ｆは等しくないこともありうる。例えば、下位長さ部分Ｄに対して１５００ｍｍ、下位長さ部分Ｅに対して５００ｍｍ、および下位長さ部分Ｆに対して１０００ｍｍのようにである。合計では、ファイバ束の全体的な長さは長いファイバスコープに対応し、一方で、全体的な束の内の特定した下位長さ部分の長さは、規格化された長さの短いファイバスコープに対応する。上述の例では、全てが短い長さのファイバスコープによって使用可能な下位長さ部分をもったファイバスコープ束の使用について論じたが、その一方で、下位長さ部分の一部のみが使用可能な長さに対応する、という可能性もある。例えば、長さ部分ＤとＥが小さなファイバスコープに対応できる一方で、長さ部分Ｆが中間の長さであるか、あるいは非常に短くて、規格化されたファイバスコープの長さに対応しないことがある。

ステップ２（ｂ）において、ファイバ２０１は酸可溶性ガラス２２０（２（ｂ’））のようなエッチング可能な材料でコーティングされ、そして、ファイバ束２００が硬質となり、個々のファイバ２０１が熱的に結合されるように焼かれる（２（ｂ’’））。ステップ２（ｃ）において、ファイバ束２００は、それぞれのポイント２０５〜２０８の近傍で、耐酸性のコーティング２３０のような耐エッチング液コーティングでコーティングされる。結果として、ファイバ束２００は、それぞれのポイント２０５〜２０８と周囲の領域に保護された酸可溶性ガラス２２０を有することになり、また、ポイント間のエリアにおいて露出された酸可溶性ガラスを有することになる。これは、保護された、また露出された断続的な領域を有するファイバ束２００を形成する。

ステップ２（ｄ）において、この束は、ポイント２０５〜２０８の保護された領域間のエリアにおけるガラス２２０を溶解する酸浴のようなエッチング液に入れられる。酸可溶性ガラスが溶解された後、この束は酸性溶液から取り出され、ステップ２（ｅ）において、水中ですすぐことによって酸が洗浄される。ステップ２（ｆ）において、耐酸性のコーティング２３０が溶剤で剥離され、ステップ２（ｇ）において再び水ですすがれる。このプロセスの結果、複数の下位長さ部分（Ｂ〜Ｆ）を有するファイバ束２００となる。それら下位長さ部分は、同時に、連続的に、あるいは両者の組み合わせのいずれかによって結合して、ファイバ束の全長（Ａ）を形成する。ファイバ束２００は、ポイント２０５〜２０８のまわりの熱的に結合されたファイバの硬質の領域２２０’〜２２０’’’’と、ポイント２０５〜２０８のそれぞれにおいてコヒーレントに整列されたファイバと、をさらに有する。ファイバ束２００は、一連のポイント２０５および２０６、２０６および２０７、そして２０７および２０８の間に、独立した個々のファイバをもった柔軟な領域２０１’〜２０１’’’、すなわち熱的に結合されないファイバをも有する。

ステップ２（ｈ）において、イメージファイバ束２００は不良に対して検査される。このような検査は、ファイバ束２００を全体的に検査すること、様々な下位長さ部分（Ｂ〜Ｆ）を検査すること、および／または、破断したファイバに対して柔軟な領域２０１’−２０１’’’のそれぞれを検査することから成ることができる。

もし破断したファイバが検出されないならば、あるいは、ファイバ束２００の全長さ部分（Ａ）にわたって許容できる数の不良が検出されるならば、２つの選択肢を続行することができる。第１は、ステップ（ｉ）において、ファイバ束２００の全体が一つのファイバスコープに統合される。第２に、ステップ（ｊ）において、ファイバ束２００を、下位長さ部分（Ｂ〜Ｆ）に分離され、短い長さのファイバスコープに統合されるように、１つ以上の中間ポイント２０６、２０７において切断することができる。例えば、下位長さ部分（Ｃ）と（Ｄ）を形成するようにファイバ束２００を中間ポイント２０６において切断することができ、そして、それらの下位長さ部分のそれぞれを個々のファイバスコープに統合できる。あるいは、ファイバ束２００を、小さなファイバスコープに統合されるようなそれぞれの下位長さ（Ｄ〜Ｆ）をもった下位長さ部分（Ｄ〜Ｆ）を形成するように中間ポイント２０６と２０７に切断することができる。他の選択肢は、下位長さ部分（Ｄ）と（Ｅ）が工業的に規格化されたファイバスコープの長さに対応するが、一方で下位長さ部分（Ｆ）はそうではないような状況にありうる。ファイバ束２００を、小さなファイバスコープに統合されるような下位長さ（Ｄ）と（Ｅ）をもった下位長さ部分（Ｄ〜Ｆ）を形成するように中間ポイント２０６と２０７に切断することができるが、一方で下位長さ部分（Ｆ）はスクラップにされる。

もし許容できない数の破断したファイバがすべての下位長さ部分（Ｂ〜Ｆ）よりも少なく検出されるならば、破断したファイバの許容できない数を含んだ下位長さ部分（Ｂ〜Ｆ）のステップ（ｊ）において、それらの下位長さ部分はファイバ束２００から分離され、スクラップとされる。次に、不良を含まないか、または許容できる不良の数を含む残りの下位長さ部分は、ファイバスコープに統合され得る。例えば、下位長さ部分（Ｆ）が破断したファイバの許容できない数を含みうる。それでも、不良が下位長さ部分（Ｂ）では検出されない。結果として、ファイバ束２００は、下位長さ部分（Ｂ）から下位長さ部分（Ｆ）を分離するポイント２０７において切断される。次に、下位長さ部分（Ｂ）がより短いファイバスコープに統合される。あるいは、下位長さ部分（Ｂ）は下位長さ部分（Ｄ）と（Ｅ）にさらに分けられ、それはさらにより短いファイバスコープに統合される。

もし破断したファイバの許容できない数が、束２００のすべての下位長さ部分（Ｂ〜Ｆ）にわたって検出されるならば、ステップ２（ｈ）において、束２００の全部がスクラップにされる。

上述の方法およびファイバ束は、束の全長さにわたって不良を持たないスクラップにされた束を利用することが可能な方法を提供する。それ故、全体的な工程歩留りの増加とスクラップ廃棄の減少をもたらす。全体的に、このような方法とファイバ束は、ファイバスコープを製造するコストを減らす。

本発明を、部材や特徴やステップなどの特別な配置を参照しつつ説明してきたが、これらは可能なすべての配置の特徴、ステップを使い果たすことを意図したものではなく、実際には、当業者にとって多くの変更と変化が確認可能であろう。

イメージファイバ束の基端部および先端部を表す図である。 図２Ａはイメージファイバ束を製造するステップを表す図であり、図２Ｂはイメージファイバ束を製造する第２のステップを表す図であり、図２Ｃはイメージファイバ束を製造する第３のステップを表す図であり、図２Ｄはイメージファイバ束を製造する第４のステップを表す図であり、図２Ｅはイメージファイバ束を製造する第５のステップを表す図である。 図３Ａは本発明のイメージファイバ束を製造するステップを表す図であり、図３Ｂは本発明のイメージファイバ束を製造する第２のステップを表す図であり、図３Ｃは本発明のイメージファイバ束を製造する第３のステップを表す図であり、図３Ｄは本発明のイメージファイバ束を製造する第４のステップを表す図であり、図３Ｅは本発明のイメージファイバ束を製造する第５のステップを表す図である。 図３Ａ〜３Ｅの方法の第１の部分を示すフローチャートを表す。 図３Ａ〜３Ｅの方法の第２の部分を示すフローチャートを表す。 図３Ａ〜３Ｅの方法の第２の部分を示すフローチャートを表す。

符号の説明

２００ イメージファイバ束
２０１ ファイバ
２０１’〜２０１’’’ ファイバの柔軟な領域
２０２ 基端部
２０３ 先端部
２０４ 伝達領域
２０５〜２０８ ポイント
２０６、２０７ 中間ポイント
２２０ 酸可溶性ガラス
２２０’〜２２０’’’’ ファイバの硬質の領域
２３０ コーティング

Claims (24)

1. 複数のイメージファイバを束に整列する段階と、
   少なくとも３つの領域に複数のイメージファイバを結合して、基端部で結合された領域と、先端部で結合された領域と、前記基端部で結合された領域と前記先端部で結合された領域との間にある少なくとも１つの中間で結合された領域と、によってイメージファイバ束を形成する段階であって、少なくとも１つの柔軟な領域が前記基端部で結合された領域と前記中間で結合された領域との間に配置され、少なくとも１つの柔軟な領域が前記先端部で結合された領域と前記中間で結合された領域との間に配置されており、前記少なくとも３つの結合された領域の間隔が、使用可能な長さ部分と、前記使用可能な長さ部分よりも短くてファイバスコープにおける使用に有効な少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分とを形成するようにする段階と、
   選択された数未満の不良を有する少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分を特定するために、不良なイメージファイバに対するイメージファイバ束を検査する段階と、
   イメージファイバ束から少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分を分離する段階と、を有することを特徴とするイメージファイバ束を製造する方法。
2. 使用可能な長さ部分と使用可能な下位長さ部分とは、ファイバスコープのために規格化された長さに対応することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 複数のイメージファイバは、少なくとも３つの結合された領域においてコヒーレントに整列されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 少なくとも３つの結合された領域は硬質であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 柔軟な領域が、結合されていない複数の独立したイメージファイバを有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記少なくとも３つの結合された領域及び前記少なくとも３つの結合された領域の間に配置された前記柔軟な領域を形成する段階に先立って、イメージファイバ束の全長さに沿ってエッチング可能な材料によって複数のイメージファイバを結合する段階を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. エッチング可能な材料によって複数のイメージファイバを結合する段階は、酸可溶性ガラスによって複数のイメージファイバをコーティングすることを有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記少なくとも３つの結合された領域及び前記少なくとも３つの結合された領域の間に配置された前記柔軟な領域を形成する段階に先立って、前記エッチング可能な材料によって複数のイメージファイバを結合する段階の後に、少なくとも３つの結合された領域のそれぞれに耐エッチング液コーティングによってイメージファイバ束をコーティングする段階をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 耐エッチング液コーティングは耐酸性のコーティングであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記少なくとも３つの結合された領域及び前記少なくとも３つの結合された領域の間に配置された前記柔軟な領域を形成する段階に先立って、前記少なくとも３つの結合された領域のそれぞれに耐エッチング液コーティングによってイメージファイバ束をコーティングする段階の後に、イメージファイバ束にエッチング液を塗布する段階をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. イメージファイバ束にエッチング液を塗布する段階は、硬質である少なくとも３つの結合された領域と、少なくとも３つの結合された領域間に配置された柔軟な領域とを形成することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 複数のイメージファイバは、少なくとも３つの結合された領域においてコヒーレントに整列され、柔軟な領域に結合されないことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分を分離する段階は、少なくとも３つの結合された領域の少なくとも１つにイメージファイバ束を切断する段階を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分によってファイバスコープを構成する段階をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. イメージファイバ束から分離された少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分は、少なくとも２つのより小さな使用可能な下位長さ部分を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. 前記中間で結合された領域は、基端部で結合された領域から、基端部で結合された領域と中間で結合された領域との間に使用可能な下位長さ部分を形成するような距離にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 基端部で結合された領域と中間で結合された領域との間の使用可能な下位長さ部分は、ファイバスコープのために規格化された長さに対応することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 基端部で結合された領域から先端部で結合された領域までの使用可能な長さ部分は、より長いファイバスコープのために規格化された長さに対応することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 中間で結合された領域は、先端部で結合された領域から、先端部で結合された領域と中間で結合された領域との間に使用可能な下位長さ部分を形成するような距離にもあることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 先端部で結合された領域と中間で結合された領域との間の使用可能な下位長さ部分は、ファイバスコープのために規格化された長さに対応することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 複数のイメージファイバは、基端部で結合された領域、先端部で結合された領域、および中間で結合された領域においてコヒーレントに整列されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
22. 複数のイメージファイバを束に整列する段階と、
    少なくとも３つの領域に複数のイメージファイバを結合して、少なくとも２つの前記結合された領域の間の使用可能な長さ部分と、少なくとも２つの前記結合された領域の間にあって、前記使用可能な長さ部分よりも短い少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分とによってイメージファイバ束を形成する段階と、
    選択された数未満の不良を有する少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分を特定するために、不良なイメージファイバに対するイメージファイバ束を検査する段階と、
    イメージファイバ束から選択された数未満の不良を有する少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分を分離する段階と、を有することを特徴とするイメージファイバ束を製造する方法。
23. 選択された数未満の不良を有している少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分を、イメージファイバ束から分離する段階をさらに有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 選択された数未満の不良を有している少なくとも１つの使用可能な下位長さ部分によってファイバスコープを構成する段階をさらに有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。

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