JP4901599B2 - 近赤外用石英系イメージファイバおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
さらに、血液中における赤外光領域のイメージングについても、開示されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2においては、血液中のヘモグロビンによる赤外光の散乱を考慮したイメージファイバ結合型赤外イメージング装置および方法が示されているが、
イメージファイバの具体的構造については、開示されていない。
B=|[{−2u01 2K0(2w01D/d)}/{V2K1 2(w01)}]・Z/β|
V=πd(n1 2−n2 2)1/2/λ
で表されるクロストークパラメータBが、前記波長領域において、1000以下を満たすことを特徴とする近赤外用石英系イメージファイバが提供される。
前記共通クラッドに対する前記コアの中心軸での比屈折率差Δは3.0%〜4.5%であり、コア間隔Dとコアの直径dの比D/dが1.2〜3.0であり、ファイバ径が500μm以下であることを特徴とする近赤外用石英系イメージファイバが提供される。
(近赤外用石英系イメージファイバの基本構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバの模式的断面構造図を示す。
ここで、n(r)はコア1の中心軸からの距離rにおける屈折率、n1はコア1の中心軸における屈折率、Δは共通クラッド2に対するコア1の中心軸での比屈折率差を表す。共通クラッド2は、純粋な石英または屈折率降下剤である、例えばフッ素(F)若しくはボロン(B)が添加された石英で構成される。共通クラッド2では、屈折率は略一定である。
このような近赤外用石英系イメージファイバ10は、以下のように作製することができる。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバ(ファイバ径300μm)を適用した近赤外用イメージカメラを用いて撮影した波長1.6μm帯における画像例である。コントラストCの値として約0.5以上を確保して、画像を観測した例を示している。
一般に、解像度(分解能)は、白黒ピッチの縞がどの程度の細かさまで判別できるかで決定される。また、イメージファイバの解像度は、視野内で判別できる白黒の縞の最大組数(lp:line pair)で決定される。
一般に、コントラストCは、明るい部分の輝度Xbと、暗い部分の輝度Xdを測定し、C=(Xb−Xd)/(Xb+Xd)・100(%)で決定される。
本発明の第1の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバにおいては、その特性上、使用波長領域での透過率が高い方が望ましい。観測される画像の明るさに影響するからである。
複数のコアと共通クラッドを備えたマルチコア構造のイメージファイバにおいて、コアのピッチが小さくなるとクロストークが生じることは一般に知られている。このクロストークを表すパラメータとして、クロストークパラメータBが知られている。
V=πd(n1 2−n2 2)1/2/λ
ここで、u01、w01はLP01モードの固有値、Dはコア間隔、dはコアの直径、Zはイメージファイバの長さ、βはLP01モードの伝播定数、Kmはm次の第2種変形ベッセル関数、Vは規格化周波数、λは光の波長、n1はコア1の中心軸における屈折率、n2は共通クラッド2の屈折率である。
本発明の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバにおいて、コア1を共通クラッド2中に、整列して配置するのではなく、ランダムに配列とすることもクロストークを減らす上では有効である。
本発明の第1の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバにおいて、ファイバパラメータとクロストークパラメータB(コントラストCに相当)との関係を以下に説明する。
図7は、本発明の第1の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバにおいて、比屈折率差Δを4.5%、屈折率分布係数αを2.2、クロストークパラメータBを1000とした時の、波長λをパラメータとして表したD/dとコア間隔Dの関係を示す。
図10は、本発明の第1の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバにおいて、比屈折率差Δを4.5%、屈折率分布係数αを2.2、クロストークパラメータBを1000とした時の、波長λをパラメータとして表したコアの直径dとコア間隔Dの関係を示す。
図13は、本発明の第1の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバにおいて、比屈折率差Δを4.5%、屈折率分布係数αを2.2、クロストークパラメータBを1000とした時の、波長λをパラメータとして表したクラッド厚さ(D−d)/2とコア間隔Dの関係を示す。
図16は、近赤外領域において構造が最適化された,本発明の第1の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバの損失特性(ラインB)と、近赤外領域において構造が最適化されていない可視光用のイメージファイバの損失特性(ラインA)の比較図である。
本発明の第1の実施の形態に係る近赤外用石英系イメージファイバの損失特性(ラインB)によれば、波長約1300nm〜約1500nmの範囲において、最大損失約1.4dB/mの急峻な損失のピークが存在する.一方、波長約1000nm〜約約1300nmおよび波長約1500nm〜約2000nmの範囲には有効な窓領域が存在し、近赤外用石英系イメージファイバの損失特性も約0.5dB/m以下とすることができ、更に望ましくは約0.2dB/m以下とすることができる。
(a)まず、既知のVAD法により、SiCl4及びGeCl4を出発原料として、石英コアプリフォームスートを作製した。
上記のように、本発明は第1の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。
2…共通クラッド
10…近赤外用石英系イメージファイバ
12…イメージサークル
14…石英ガラスジャケット
16…被覆層
Claims (9)
- ほぼ同質の光ファイバ素線を複数用いて線引形成される近赤外用石英系イメージファイバであって、
純粋石英またはFまたはBを含む石英からなる共通クラッドと、
前記共通クラッドを貫通する、Geを含む石英からなる複数のコアとを備え、
1000nm〜1300nm及び1500nm〜2000nmの波長領域において、前記共通クラッドに対する前記コアの中心軸での比屈折率差Δが3.0%〜4.5%であり、コア間隔Dとコアの直径dの比D/dが1.2〜3.0であり、
u01、w01をLP01モードの固有値、Zをイメージファイバの長さ、βをLP01モードの伝播定数、Kmをm次の第2種変形ベッセル関数、Vを規格化周波数、λを光の波長、n1を前記コアの中心軸における屈折率、n2を前記共通クラッドの屈折率として、
B=|[{−2u01 2K0(2w01D/d)}/{V2K1 2(w01)}]・Z/β|
V=πd(n1 2−n2 2)1/2/λ
で表されるクロストークパラメータBが、前記波長領域において、1000以下を満たしており、
前記波長範囲において、コントラストの値が0.5以上、損失が0.5dB/m以下であり、イメージ伝送可能となっていることを特徴とする近赤外用石英系イメージファイバ。 - 前記複数のコアは、前記共通クラッド内において、ランダムに配列されることを特徴とする請求項1に記載の近赤外用石英系イメージファイバ。
- ファイバ径が500μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の近赤外用石英系イメージファイバ。
- コア間隔Dが4.5μm〜10μmであり、コアの直径dが1.5μm〜4.5μmであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の近赤外用石英系イメージファイバ。
- コア間隔Dが4.5μm〜10μmであり、クラッド厚が0.5μm〜3.5μmであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の近赤外用石英系イメージファイバ。
- ほぼ同質の光ファイバ素線を複数用いて線引形成される近赤外用石英系イメージファイバであって、
純粋石英またはFまたはBを含む石英からなる共通クラッドと、
前記共通クラッドを貫通する、Geを含む石英からなる複数のコアとを備え、
1000nm〜1300nmの波長領域において、前記共通クラッドに対する前記コアの中心軸での比屈折率差Δが3.0%〜4.5%であり、コア間隔Dとコアの直径dの比D/dが1.2〜3.0であり、コア間隔Dが4.5〜6μmであり、ファイバ径が300μm以下であり、
u 01 、w 01 をLP 01 モードの固有値、Zをイメージファイバの長さ、βをLP 01 モードの伝播定数、K m をm次の第2種変形ベッセル関数、Vを規格化周波数、λを光の波長、n 1 を前記コアの中心軸における屈折率、n 2 を前記共通クラッドの屈折率として、
B=|[{−2u 01 2 K 0 (2w 01 D/d)}/{V 2 K 1 2 (w 01 )}]・Z/β|
V=πd(n 1 2 −n 2 2 ) 1/2 /λ
で表されるクロストークパラメータBが、前記波長領域において、1000以下を満たしており、
前記波長範囲において、コントラストの値が0.5以上、損失が0.5dB/m以下であり、イメージ伝送可能となっていることを特徴とする近赤外用石英系イメージファイバ。 - ほぼ同質の光ファイバ素線を複数用いて線引形成される近赤外用石英系イメージファイバであって、
純粋石英またはFまたはBを含む石英からなる共通クラッドと、
前記共通クラッドを貫通する、Geを含む石英からなる複数のコアとを備え、
1500nm〜2000nmの波長領域において、前記共通クラッドに対する前記コアの中心軸での比屈折率差Δが3.0%〜4.5%であり、コア間隔Dとコアの直径dの比D/dが1.2〜3.0であり、コア間隔Dが6μm〜10μmであり、ファイバ径が500μm以下であり、
u 01 、w 01 をLP 01 モードの固有値、Zをイメージファイバの長さ、βをLP 01 モードの伝播定数、K m をm次の第2種変形ベッセル関数、Vを規格化周波数、λを光の波長、n 1 を前記コアの中心軸における屈折率、n 2 を前記共通クラッドの屈折率として、
B=|[{−2u 01 2 K 0 (2w 01 D/d)}/{V 2 K 1 2 (w 01 )}]・Z/β|
V=πd(n 1 2 −n 2 2 ) 1/2 /λ
で表されるクロストークパラメータBが、前記波長領域において、1000以下を満たしており、
前記波長範囲において、コントラストの値が0.5以上、損失が0.5dB/m以下であり、イメージ伝送可能となっていることを特徴とする近赤外用石英系イメージファイバ。 - n(r)をコアの中心軸からの距離rにおける屈折率、n1をコアの中心軸における屈折率、Δを共通クラッドに対するコアの中心軸での比屈折率差とし、
n(r)=n1[1−2Δ(2r/d)α]1/2 (0≦2r≦d)
で表される屈折率分布係数αは、2.0〜3.0であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の近赤外用石英系イメージファイバ。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載の近赤外用石英系イメージファイバの製造方法であって、
SiCl4及びGeCl4を出発原料として、石英コアプリフォームスートを作製する工程と、
前記プリフォームスートを焼結炉にて、加熱して透明ガラス化し、ガラスロッドを形成する工程と、
前記ガラスロッドの外周に、外付け法若しくはジャケット法により、近赤外用石英系イメージファイバの共通クラッドとなるフッ素添加ガラス若しくは純粋石英ガラスを形成し、光ファイバプリフォームを形成する工程と、
前記光ファイバプリフォームを線引きして、光ファイバ素線を作成する工程と、
前記光ファイバ素線を所定の長さで切断し、2000本〜10000本の光ファイバ素線を形成する工程と、
前記光ファイバ素線を所定の石英管に挿入し、線引きして、近赤外用石英系イメージファイバを作製する工程
とを有することを特徴とする近赤外用石英系イメージファイバの製造方法。
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