JP6067319B2

JP6067319B2 - 中空型光ファイバ及び複合型光ファイバ、並びにそれらの製造方法

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Publication number: JP6067319B2
Application number: JP2012231222A
Authority: JP
Inventors: 達也植田; 堅斎藤
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: JP2014081596A

Description

本発明は光ファイバに関する。より詳細には、本発明は中空型光ファイバおよび該中空型光ファイバの中空部に芯状光ファイバを具備する複合型光ファイバに関する。

医療用途などで用いられる内視鏡（ファイバースコープ）は、通常、図６に示すような断面構造の複合型光ファイバを備えている。すなわち、イメージファイバ１１と、該イメージファイバ１１の周囲を囲むように配置された複数のライトガイドファイバ１２とを具備する。またファイバースコープは、ライトガイドファイバ１２の端部に光源を備えており、該光源からの光はライトガイドファイバ１２を介して伝達され、被写体を照らす。照らされた被写体はイメージファイバ１１の先端に配置された対物レンズによって捉えられ、イメージファイバ１１を介して伝達され、光電変換素子を介して、画像として写し出される。

ところで、複合型光ファイバは、一層の小型化が求められている。しかしながら、小型化を実現するためにイメージファイバを小径化することは、画像の精細度の観点からは好ましくない。一方、複合型光ファイバを小型化するために、ライトガイドファイバを小径化することは、ライトガイドファイバの断面積である光伝送面積の低下に繋がり、被写体の照明能力の観点からは好ましくない。

特開平１０−３２８１２８号公報

従って、本発明が解決しようとする課題は、ファイバースコープに好適に用いられる複合型光ファイバと、その、照明能力および精細度を低下させることなく、小型化を実現することにある。

前記の課題を解決すべく、本発明は、
［１］同心状に配置され、一体に連結した、筒状部Ａ、筒状部Ｂ、および筒状部Ｃを具備し、
前記筒状部Ｂの内側に前記筒状部Ａが位置すると共に、前記前記筒状部Ｂの外側に前記筒状部Ｃが位置しており、
前記筒状部Ａの屈折率ａと前記筒状部Ｂの屈折率ｂと前記筒状部Ｃの屈折率ｃとは条件［ａ＜ｂ，かつｃ＜ｂ］を満足する
中空型光ファイバ；
［２］上記［１］の中空型光ファイバの前記筒状部Ａの内側に、さらに芯状光ファイバを具備してなる複合型光ファイバ；
［３］前記中空型光ファイバと前記芯状光ファイバとが互いに連結している、上記［２］の複合型光ファイバ；
［４］前記中空型光ファイバと前記芯状光ファイバとが互いに連結されていない、上記［２］の複合型光ファイバ；
［５］屈折率ｃの熱可塑性樹脂からなる筒状部材Ｃ’（以下、単に「筒状部材Ｃ’」と称する）の内側に屈折率ｂの熱可塑性樹脂からなる筒状部材Ｂ’ （以下、単に「筒状部材Ｂ’」と称する）が同心状に配置され、該筒状部材Ｂ’の内側に屈折率ａの熱可塑性樹脂からなる筒状部材Ａ’ （以下、単に「筒状部材Ａ’」と称する）が同心状に配置され、これらが加熱延伸により一体に連結される上記［１］の中空型光ファイバの製造方法；および、
［６］筒状部材Ｃ’の内側に、筒状部材Ｂ’が同心状に配置され、該筒状部材Ｂ’の内側に筒状部材Ａ’が同心状に配置され、該筒状部材Ａ’の内側に熱可塑性樹脂からなる芯状部材が配置され、これらが加熱延伸により一体に連結される上記［２］または［３］のいずれかの複合型光ファイバの製造方法；を提供する。

芯状光ファイバの周囲に本発明の中空型光ファイバをライトガイドファイバとして設けた本発明の複合型光ファイバは、従来技術のライトガイドファイバよりも小さい外径で、従来と同じ光伝送面積を実現できる。すなわち、ライトガイドファイバの光伝送面積を低下させることなく、かつ、芯状光ファイバからなるイメージファイバを小径化することなく、複合型光ファイバの小型化が実現できるので、照明能力および精細度の低下のない、小型化された複合型光ファイバを実現できる。

本発明の中空型光ファイバの一実施形態の断面図である。本発明の中空型光ファイバの製造方法を示す概略図である。本発明の複合型光ファイバの一実施形態の断面図である。本発明の複合型光ファイバの製造方法を示す概略図である。本発明の他の実施形態の複合型光ファイバの断面図である。従来の複合型光ファイバの断面図である。

本発明の中空型光ファイバは、同心状に配置され、一体に連結した、筒状部Ａ、筒状部Ｂ、および筒状部Ｃを具備する。前記筒状部Ｂの内側に前記筒状部Ａが位置するとともに、前記前記筒状部Ｂの外側に前記筒状部Ｃが位置する。すなわち、中空型光ファイバは筒状部Ａの内側に中空部を有する。筒状部Ａの屈折率ａと筒状部Ｂの屈折率ｂと筒状部Ｃの屈折率ｃとは条件［ａ＜ｂ，かつｃ＜ｂ］を満足する。すなわち、筒状部Ａ、筒状部B、および筒状部Ｃのうち、中間に位置する筒状部Ｂの屈折率が両側に位置する筒状部Ａおよび筒状部Ｃの屈折率よりも大きい。かかる屈折率の条件を満たすことによって、筒状部Ａおよび筒状部Ｃがクラッドとして、また筒状部Ｂがコアとする、中空型光ファイバとして機能する。筒状部Ａと筒状部Ｂとの境界において、又、筒状部Ｂと筒状部Ｃとの境界において、屈折率は連続的に変化していてもよい。屈折率ａと屈折率ｃとは同一でも異なっていてもよく、どちらが大きくてもよいが、前記筒状部Ａと前記筒状部Ｃとを別材料で構成させる格別な意味合いはないから、ａとｃが同一であることが好ましい。

本発明の中空型光ファイバは、筒状部Ａ、筒状部B、および筒状部Ｃと同心状に配置され、一体に連結した、他の筒状部を備えていてもよい。該他の筒状部は、たとえば、筒状部Ａの内側に配置されていても筒状部Ｃの外側に配置されていてもよい。

本発明の中空型光ファイバを製造するにあたっては、例えば前記筒状部材Ｃ’の内側に前記筒状部材Ｂ’が配置され、前記筒状部材Ｂ’の内側に前記筒状部材Ａ’が配置される。必要に応じて別の筒状部材も配置される。かかる複数の筒状部材を同心状に配置したものが加熱延伸されることで、筒状部材Ａ’、筒状部材Ｂ’、および筒状部材Ｃ’は、それぞれ一体に連結して筒状部Ａ、筒状部Ｂ、および筒状部Ｃを形成し、本発明の中空型光ファイバが得られる。

筒状部材Ａ’、筒状部材Ｂ’および筒状部材Ｃ’は、例えばガラスアンプル中に入れた単量体を遠心回転させながら重合したのち、ガラスを除去することで得られる。

本発明の複合型光ファイバは、前記した本発明の中空型光ファイバと、該中空型光ファイバの筒状部Ａの内側（すなわち中空部）に位置する芯状光ファイバとを具備する。芯状光ファイバは１本でも２本以上でもよいが、イメージファイバとして用いる観点からは、該芯状光ファイバは全体として、複数のコアを備えることが望ましい。芯状光ファイバが全体として複数のコアを備える具体例としては、クラッド中に有する多芯型の芯状光ファイバを用いる方法；または、クラッド中に１または複数のコアを有する芯状光ファイバを複数用いる方法；が挙げられる。中空型光ファイバと芯状光ファイバとは、互いに連結していても、連結していなくてもよいが、互いに連結していることが好ましい。

本発明の複合型光ファイバを製造するにあたっては、例えば前記筒状部材Ｃ’の内側に前記筒状部材Ｂ’が配置され、前記筒状部材Ｂ’の内側に前記筒状部材Ａ’が配置される。必要に応じて別の筒状部材も配置される。この結果、筒状部材Ａ’の内側に生じる中空部に、熱可塑性樹脂からなる芯状部材がさらに配置され、加熱延伸されることで、筒状部材Ａ’、筒状部材Ｂ’、筒状部材Ｃ’、および芯状部材が一体に連結し、筒状部Ａ、筒状部Ｂ、筒状部Ｃおよび芯状光ファイバから構成される複合型光ファイバが得られる。

本発明の複合型光ファイバは、前述した本発明の中空型光ファイバと、芯状光ファイバをそれぞれ別々に作製し、中空型光ファイバの中空部に、芯状光ファイバを配置させる（例えば、挿入する）ことによっても製造できる。
尚、このようにして製造された複合型光ファイバにあっては、中空型光ファイバと芯状光ファイバは、通常、互いに連結していない。

本発明の複合型光ファイバをファイバースコープに用いる場合には、中空型光ファイバはライトガイドファイバとして、一方、芯状光ファイバはイメージファイバとして機能する。

以下、具体的な実施形態を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。本発明の特長が大きく損なわれない限り、各種の変形例や応用例も本発明の範囲に含まれる。

図１は本発明の中空型光ファイバＸの断面図である。

図１中、１は円筒状のコアである。コア１の内径はｒ１１であり、外径はｒ１２である。コア１を構成する透明樹脂素材の屈折率はｂである。コア１を構成する透明樹脂素材としては、例えばポリスチレン（屈折率：１．５９）、ポリカーボネート（屈折率：１．５８）、ＰＭＭＡ（屈折率：１．４９４）等が用いられる。

図１中、２は前記コア１の内側に位置する円筒状のクラッド（内側クラッド）である。内側クラッド２の内径はｒ２１であり、外径はｒ２２（ｒ２２＝ｒ１１）である。内側クラッド２を構成する透明樹脂素材の屈折率ａはコア１の屈折率ｂより小さい。３はコアの外側に位置する円筒状のクラッド（外側クラッド）である。外側クラッド３の内径はｒ３１（ｒ３１＝ｒ１２）であり、外径はｒ３２である。外側クラッド３を構成する透明樹脂素材の屈折率ｃはコア１の屈折率ｂより小さい。内側クラッド２や外側クラッド３には、例えばＰＭＭＡ（屈折率：１．４９４）、フッ素含有ＰＭＭＡ（屈折率：１．４２）等の樹脂が用いられる。

コア１と内側クラッド２とは互いに連結している。コア１と外側クラッド３とは互いに連結している。コア１を伝送される光は、全反射現象により、コア１内に閉じ込められている。

図１中、４は中空部である。中空部４に芯状光ファイバを具備することで、本発明の複合型光ファイバとなる。

図２は中空型光ファイバＸの製造方法の例を示す概略図である。
すなわち、筒状部材Ｃ’の内側に筒状部材Ｂ’が配置（挿入）され、該筒状部材Ｂ’の内側に筒状部材Ａ’が配置（挿入）され、かかる状態で加熱延伸することにより、中空型光ファイバＸが得られる。筒状部材Ｃ’が外側クラッド３を形成し、筒状部材Ｂ’がコア１を形成し、筒状部材Ａ’が内側クラッド２を形成する。

中空型光ファイバＸの製造方法の具体例をさらに詳細に述べる。
外側クラッド３を形成する筒状部材Ｃ’として、フッ素含有ＰＭＭＡ製（屈折率：１．４２）のパイプ（内径：１０１ｍｍ、外径：１０５ｍｍ）を用意した。コア１を形成する筒状部材Ｂ’として、ＰＭＭＡ製（屈折率：１．４９４）のパイプ（内径：７６ｍｍ、外径：１００ｍｍ）を用意した。内側クラッド２を形成する筒状部材Ａ’として、フッ素含有ＰＭＭＡ製（屈折率：１．４２）のパイプ（内径：７１ｍｍ、外径：７５ｍｍ）を用意した。筒状部材Ｃ’の内側に同心状に筒状部材Ｂ’を挿入し、該筒状部材Ｂ’の内側に同心状に筒状部材Ａ’を挿入した。これを加熱延伸することにより、中空型光ファイバＸが得られた。得られた中空型光ファイバＸの外径は１．１ｍｍ、内径は０．８ｍｍ、厚さは０．１５ｍｍであった。また、コア１の厚さは１１０μｍ、内側クラッド２の厚さは２０μｍ、外側クラッド３の厚さは２０μｍであった。また、中空型光ファイバＸのコア（光伝送部：ライトガイドファイバ）１の断面積（光伝送面積）は０．３２８ｍｍ２であった。

これに対して、図６に示すような従来の構成において、外径０．８ｍｍの光ファイバの周囲に、直径が０．１５ｍｍのライトガイドファイバ（クラッド部の厚さは２０μｍ、コア部の直径１１０μｍ）が複数配置された複合型光ファイバにおいては、ライトガイドファイバが密に配置された場合でも総断面積（光伝送面積）は０．１９０ｍｍ２に過ぎない。このことから、本発明の中空型光ファイバと同じ光伝送面積を図６に示すような構成で実現するには、さらにコア部の直径を広げる必要があり、本発明の複合型光ファイバよりも大型化することになる。

図３は、本発明の実施形態になる複合型光ファイバＺの断面図である。

図３中、Ｘは中空型光ファイバ（図１参照）である。Ｙは非中空構造（密実構造）の芯状光ファイバである。この芯状光ファイバＹは、コアの周囲がクラッドで囲まれている従来の光ファイバと同一なものでもよく、詳細を省略している。

図３に示す複合型光ファイバＺは、芯状光ファイバＹが中空型光ファイバＸの中空部４内に配置（内装）されたものであり、中空型光ファイバＸと光ファイバＹとは互いに連結している。

図４は、図３で示した複合型光ファイバＺの製造方法を示す概略図である。芯状部材Ｗを筒状部材Ａ’の内側に配置（挿入）し、加熱延伸することにより、中空型光ファイバＸと光ファイバＹとが互いに連結した複合型光ファイバＺが得られる。

図５は本発明の他の実施形態の複合型光ファイバＺの断面図である。中空型光ファイバＸと光ファイバＹとは互いに連結していない。かかる複合型光ファイバＺは、例えば芯状光ファイバＹを中空型光ファイバＸの中空部４に挿入することで作製できる。この場合、挿入を容易にするため、中空型光ファイバＸの内径は芯状光ファイバＹの外径よりも大きくすることが好ましく、かかる光ファイバＸの内径と芯状光ファイバＹの外径の差は１μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましく。１００〜２００μｍの範囲であることが特に好ましい。

Ｘ中空型光ファイバ
Ｙ芯状光ファイバ
Ｚ複合型光ファイバ
Ｗ芯状部材
Ａ’ 筒状部材Ａ’
Ｂ’ 筒状部材Ｂ’
Ｃ’ 筒状部材Ｃ’
１コア
２クラッド（内側クラッド）
３クラッド（外側クラッド）
４中空部
１１イメージファイバ
１２ライトガイドファイバ

Claims

中空型光ファイバと芯状光ファイバを具備してなる複合型光ファイバであって、
前記中空型光ファイバは、
同心状に配置されて一体の筒状部Ａ、筒状部Ｂ、および筒状部Ｃを具備し、
前記筒状部Ｂの内側に前記筒状部Ａが位置すると共に、前記筒状部Ｂの外側に前記筒状部Ｃが位置しており、
前記筒状部Ａの屈折率ａと前記筒状部Ｂの屈折率ｂと前記筒状部Ｃの屈折率ｃとは条件［ａ＜ｂ，かつｃ＜ｂ］を満足してなり、
前記芯状光ファイバは前記中空型光ファイバの前記筒状部Ａの内側に位置しており、
前記中空型光ファイバと前記芯状光ファイバとは一体であり、
前記芯状光ファイバは複数のコアを具備してなる
ことを特徴とする複合型光ファイバ。
前記芯状光ファイバはクラッド中に複数のコアを有する多芯型の芯状光ファイバである
ことを特徴とする請求項１の複合型光ファイバ。
前記芯状光ファイバは複数の芯状光ファイバを具備する
ことを特徴とする請求項１の複合型光ファイバ。
請求項１〜請求項３いずれかの複合型光ファイバの製造方法であって、
屈折率ｃの熱可塑性樹脂からなる筒状部材Ｃ’の内側に屈折率ｂの熱可塑性樹脂からなる筒状部材Ｂ’が同心状に配置され、該筒状部材Ｂ’の内側に屈折率ａの熱可塑性樹脂からなる筒状部材Ａ’が同心状に配置され、該筒状部材Ａ’の内側に熱可塑性樹脂からなる芯状部材が配置され、これらが加熱延伸により一体に形成されることを特徴とする複合型光ファイバの製造方法。