JP7401106B2 - イメージングファイバ装置を形成する方法、イメージングファイバ装置、及びイメージングファイバ装置を含むファイバアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ装置、例えば、空間的にコヒーレントなイメージングファイバ、及び光ファイバ装置を製造する方法に関する。

コヒーレントなイメージングファイバ（ファイババンドルと呼ばれることもある）は、そのそれぞれがファイバの長さに沿って画像の一部を伝送する何千もの導光コアを含み得る。各コアは、画像を構築するピクセルとして機能し得る。

高解像度の画像を構築するために、ファイバのコアを互いに近づけて配置し得る。コアを互いにどれだけ近づけ得るかには限界がある可能性がある。コア同士が近づきすぎると、１つのコアの光がそのコアから別のコアに結合することがある。コア間のこのような光の結合は、透過画像を劣化させる可能性がある。

結合効果を軽減する１つの方法は、一般にファイバの開口数（ＮＡ）を用いて測定される、コアと周囲のクラッドとの間の屈折率コントラストを増加させることである。既知のファイバは、高価なガラスドーピング及びテンパリング技術を使用することによって、０．３を超えるＮＡを得ることができる。

９０年後半から０．７を超えるＮＡを有するフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）が、中空のキャピラリを使用して空気の有効屈折率に近い有効屈折率を有するクラッドを形成することによるスーパーコンティニウム発生などの用途のために存在してきた。

既知のファイバ（例えば、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社から入手可能なもの）は、クラッドガラスと比較して高い屈折率を有する特殊ガラスから作られた均一なコアの積層アレイを含み、高い屈折率のコントラストを提供する。Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社はまた、格子間ガラスがエッチング除去され、分離したコアの束がファイバの両端で接合されかつファイバ長に沿って空気によって分離されたままにされた、吸収性の格子間元素を有するファイバ又は浸出ファイババンドルを提供する。

株式会社フジクラは、ドープシリカガラスをベースとするイメージングファイバを製造している。クロストークは、ランダムなサイズの変化及びランダムな空間分布を有する高ＮＡ（～０．４）ステップコアを使用することによって抑制され得る。このようなファイバを経済的に製造するための原料を得ることは困難であろう。その結果、製造コストが高くなる可能性がある。

非特許文献１は、横方向アンダーソン局在に基づく空気シリカイメージングファイバの性能について記載している。ファイバの構造は、シリカガラスと空気のランダムな横方向の配置である。ファイバは、長さに沿って空間的にコヒーレントであり得る。非特許文献１はまた、４０５ｎｍで半径２０ｃｍに曲げられた長さ９０ｃｍのファイバによって２０μｍの分解能を示している。

非特許文献２は、空気孔間のポリマーコア内に光を導くか又は空気チャネル自体内に光を導く、１１２個の空気孔の正方形アレイについて記載している。ファイバは積層されていないが、モノリシック構造のプリフォームから線引きされる。ファイバはポリマーで作られ、９１個のソリッドコアと１１２個の空気孔を含んでいる。４２μｍの分解能でのイメージングが示されている。

非特許文献３は、内視鏡赤外線熱イメージングのために設計された２４５個の反共振ガラス中空光ファイバのアレイで構成されるイメージングファイバについて記載している。光は反共振によって導かれる。非特許文献３は、２μｍを超える波長で、９０ｃｍのファイバによって約５００μｍの分解能で動作する。

非特許文献４は、超格子ＰＣＦの製造及び使用について記載している。ＰＣＦにはコアが１つしかない。超格子クラッドを提供するために多重積層（マルチスタッキング）が行われる。第１の層は、中実ロッドで囲まれた内部キャピラリで構成される。

非特許文献５は、高出力レーザ応用のためのマルチコアＰＣＦ構造について記載している。各ファイバのコア数は４０未満である。

Zhao et al., "Image Transport Through Meter-Long Randomly Disordered Silica-Air Optical Fiber", Scientific Reports (2018) Eijkelenborg, "Imaging with microstructured polymer fibre", Opt. Express 12, 342-346 (2004) Kobayashi, "Multi-element hollow-core anti-resonant fibre for infrared thermal imaging," Opt. Express24, 26565-26574 (2016) Ming-Leung et al., "Superlattice Microstructured Optical Fibre," Materials 7, no. 6, 4567-4573 (2014) Michaille et al., "Multicore Photonic Crystal Fibre Lasers for High Power/Energy Applications," IEEE 15, 328-336 (2009)

本発明の第１の態様では、光ファイバ装置を形成する方法であって、少なくとも１つの一次スタックを形成するようにコアロッド及びクラッドロッドを配置し、各一次スタックはスタック配置で配置された複数のコアロッド及び複数のクラッドロッドを含み、それによりクラッド領域内に複数のコア領域を形成することと、少なくとも１つの一次スタックから複数の線引きされたスタックを形成するために線引きプロセスを行うこととを含み、複数のコアロッド及びクラッドロッドは、複数のスタックが所望の配置で一緒に積層されるように選択された形状を有するようにさらに配置され、スタック配置は、クラッドロッドの少なくとも部分的な外層を含み、それにより所望の配置で積層されたときにそれぞれの隣接するスタックのコア領域間に分離を提供し、前記方法は、複数の線引きされたスタックを所望の配置で一緒に積層して更なるスタックを形成することと、更なるスタックを線引きすることと、線引きされた更なるスタックを使用して光ファイバ装置を形成することとをさらに含む方法が提供される。光ファイバ装置は、イメージングファイバ装置を含み得る。

上記の方法は、改善された分解能及び／又は広い機能スペクトル範囲を有する光ファイバを形成することを可能にし得る。方法はまた、光ファイバ装置を形成するための単純化された又は効率的な方法を提供し得る。

線引きプロセスは、少なくとも１つの一次スタックを線引きして少なくとも１つの線引きされた一次スタックを形成することと、少なくとも１つの線引きされた一次スタックを切断することとを含み得る。

クラッドロッドは、クラッド領域が少なくとも部分的にエアクラッド領域を含むようにキャピラリチューブを含み得る。

スタック配置は、それぞれの隣接するスタックの１つ以上の縁が所望の配置で協働して、前記それぞれのスタックのコア領域間に前記分離を提供するようなものであり得る。

スタック配置は、各スタックが少なくとも１つのクラッドロッドを含む少なくとも１つの外縁を含むようなものであり得る。

スタック配置は、各スタックがクラッドロッドから成る１つ以上の外縁を含むようなものであり得る。

スタック配置は、各スタックがクラッドロッドから成る外層を含むようなものであり得る。

複数の線引きされたスタックのそれぞれは、実質的に同じスタック配置及び／又は選択された形状を有し得る。

スタック配置及び／又は所望の配置は、コアロッド及びクラッドロッドの規則的なアレイを含み得る。

スタックを所望の配置で積層することは、複数の線引きされたスタックの１つ以上の向きを制御又は変更することをさらに含み得る。

スタック配置は、更なるスタックがクラッド領域内に複数のコア領域の実質的に均一な分布を含むようなものであり得る。

スタック配置は、配置されたスタックがクラッド領域内で複数のコア領域の非対称分布を含むようなものであり得る。

スタック配置は、配置されたスタックがコアロッド及びクラッドロッドの非対称分布を含むようなものであり得、所望の配置は、更なるスタックがコア領域の対称分布を含むようなものであり得る。

スタック配置は、更なるスタックがコアロッド及びクラッドロッドの繰り返しパターンを含むようなものであり得る。

選択された形状は、不規則な形状を含み得る。

選択された形状は、正方形、長方形、ひし形、平行四辺形、六角形、正多角形のうちの少なくとも１つを含み得る。

スタック配置は、六角形の充填配置、ハニカム配置、六角形の格子配置、千鳥状の列配置の少なくとも１つを含み得る。

各スタックについて、それぞれの複数のコアロッド及びそれぞれの複数のクラッドロッドは、各コア領域がクラッドロッドによって少なくとも部分的に囲まれるようにスタック配置で配置され得る。

複数のコア領域は、１つ以上の内側コア領域及び１つ以上の縁コア領域を含むことができ、スタック形態は、１つ以上の内側コア領域をクラッドロッドで囲むことを含み得る。

スタック配置は、各コアロッドがその最も近い隣接するコアロッドから少なくとも１つのクラッドロッドによって分離されるようなものであり得る。

複数のコア領域のそれぞれは、単一のコアロッドから形成され得る。

各コアロッドは、シリカ、Ｇｅドープシリカ、フッ素ドープシリカ、ホウ素ドープシリカ、アルミニウムドープシリカ、ケイ酸塩ガラスのうちの少なくとも１つを含み得る。

各クラッドロッドは、シリカ、Ｇｅドープシリカ、フッ素ドープシリカ、ホウ素ドープシリカ、アルミニウムドープシリカ、ケイ酸塩ガラスのうちの少なくとも１つを含み得る。

複数のコア領域のそれぞれは、不均一な屈折率分布を含み得る。

スタック配置及び／又は所望の配置は、各コア領域について、前記コア領域に最も近い隣接コア領域が前記コア領域に対して異なる屈折率分布を含むようなものであり得る。

スタック配置及び／又は所望の配置は、各コア領域について、前記コア領域に最も近い隣接コア領域が前記コア領域に対して異なる有効屈折率を含むようなものであり得る。

スタック配置及び／又は所望の配置は、各コア領域について、前記コア領域に最も近い隣接コア領域の隣が実質的に同じ屈折率分布又は有効屈折率を含むコア領域を含むようなものであり得る。

各コア領域は、内側コア領域及び外側コア領域を有し得る。スタック配置は、各コアロッドについて、前記コアロッドの最も近い隣接コアロッドが、異なる内側コア領域サイズの外側コア領域サイズに対する比を含むようなものであり得る。

内側コア領域及び外側コア領域は、それぞれ、内部屈折率分布の境界及びそれらのクラッド領域への境界によって画定され得る。

内側コア領域及び外側コア領域のうちの少なくとも一方は、ドープされたコア領域を含み得る。

方法は、少なくとも１つのプリフォームを線引きすることによってコアロッドを得ることをさらに含み得る。

ロッドは、０．５ｍｍから１０ｍｍの間、任意選択で１ｍｍから５ｍｍの間の外側サイズを有し得る。

各スタックの幅は、１０ｍｍから１００ｍｍの間であり得る。

各ロッドの開口数は、０．５０未満、任意選択で０．４５未満であり得る。

各コアロッドは、コア及びクラッドを含み得る。

方法は、光ファイバの端部領域に封止プロセスを行うことをさらに含み得る。

封止プロセスは、
少なくとも部分的に透明な充填材料、例えば、樹脂及び／又は接着剤及び／又はガラス及び／又はゾルゲルを用いて端部領域におけるロッド間の孔を塞ぐことと、
例えばファイバテーパリングリグを用いて、端部領域でロッドを潰す／圧縮することと、
端部領域を融解させることと、
端部領域を研磨することと
のうちの少なくとも１つを含み得る。

前記ガラスは、低い溶融温度を有し得る。

方法は、少なくとも１つの一次スタックの線引きプロセスが行われる第１の線引き温度を制御すること及び／又は更なるスタックの線引きが行われる更なる線引き温度を制御することをさらに含み得る。

第１の線引き温度は、摂氏１８００度から２０００度の間であり得る。第１の線引き温度は、摂氏１８５０度から１９５０度の間であり得る。第１の線引き温度は、摂氏１８９０度から１９１０度の間であり得る。

更なる線引き温度は、摂氏１８００度から２０００度の間であり得る。更なる線引き温度は、摂氏１８５０度から１９５０度の間であり得る。更なる線引き温度は、摂氏１８９０度から１９１０度の間であり得る。

方法は、少なくとも１つの一次スタックの線引きプロセスが行われる第１の線引き張力を制御すること及び／又は更なるスタックの線引きが行われる更なる線引き張力を制御することをさらに含み得る。

第１の線引き張力は、少なくとも３００グラム重であり得る。第１の線引き張力は、３００グラム重から１０００グラム重の間であり得る。第１の線引き張力は、５００グラム重から８００グラム重の間であり得る。

更なる線引き張力は、少なくとも３００グラム重であり得る。第１の線引き張力は、３００グラム重から１０００グラム重の間であり得る。更なる線引き張力は、５００グラム重から８００グラム重の間であり得る。

独立して提供され得る本発明の第２の態様によれば、クラッド領域内にコア領域を含む光ファイバ装置であって、コア領域は前記コア領域を少なくとも部分的に囲むように配置されたクラッドロッドによって分離される装置が提供される。

コア領域及びクラッド領域は、ユニットセルの繰り返しパターンでのコアロッド及びクラッドロッドの配置から形成され得、各ユニットセルは、クラッドロッドによって囲まれた少なくとも１つのコアロッドを含む。

コア領域は、各コア領域について、前記コア領域に最も近い隣接コア領域が異なる屈折率分布を有するように配置され得る。

コア領域は、各コア領域について、前記コア領域に最も近い隣接コア領域の隣が実質的に同じ屈折率分布を有するように配置され得る。

光ファイバ装置は、イメージングに用いるように構成され得る。

装置は、可視光、紫外光、赤外光のうちの少なくとも１つを透過するように構成され得る。

光カプラが、光ファイバ装置と光源及び／又は光検出器とに結合され得る。

独立して提供され得る本発明の更なる態様では、バアセンブリであって、本発明の第２の態様による又は本明細書に記載された光ファイバ装置又は本発明の第１の態様による又は本明細書に記載された方法を用いて形成された光ファイバ装置と、少なくとも１つの更なる光ファイバ及び／又は少なくとも１つのキャピラリチューブと、イメージングファイバ装置と少なくとも１つの光ファイバ及び／又は少なくとも１つのキャピラリチューブとを入れるパッケージとを含むファイバアセンブリを提供され得る。パッケージは、例えば、ガラスチューブ又はポリマーチューブを含み得る。光ファイバ装置は、イメージングファイバ装置を含み得る。

ファイバアセンブリは、光ファイバ装置を光源及び／又は光検出器に結合するように構成された光カプラをさらに含み得る。

ファイバアセンブリは、更なる光ファイバ又はそれぞれの更なる光ファイバを少なくとも１つの感知装置に結合するように構成された更なるカプラをさらに含み得る。

ファイバアセンブリは、キャピラリチューブ又はそれぞれのキャピラリチューブを流体注入デバイス、例えば注射器に結合するように構成されたコネクタをさらに含み得る。

ファイバアセンブリの遠位端は、ヒト又は動物の対象者に挿入するように構成され得る。

本発明の一態様における任意の特徴は、あらゆる適切な組み合わせで、本発明の他の態様に適用され得る。例えば、装置の特徴は、方法の特徴として適用され得、逆もまた同様である。

本発明の実施形態は、非限定的な例として本明細書に記載され、以下の図に示されている。
ファイバ線引き装置の概略図である。 一実施形態の方法を概略的に示すフローチャートである。 クラッドロッド及びコアロッドの積層配置の一部の概略図である。 図４（ａ）は第１の一次スタックの概略図であり、図４（ｂ）はジャケット付きの第１の二次スタックの概略図である。 図５（ａ）は第１の一次スタックの概略図であり、図５（ｂ）は第２の二次スタックの一部の概略図である。 図６（ａ）は第３の一次スタックの概略図であり、図６（ｂ）は第３の二次スタックの一部の概略図である。 ２つ以上のタイプのコアロッドを使用する一次スタック配置の概略図である。 図８（ａ）は第１のファイバの走査電子顕微鏡から得られた画像であり、図８（ｂ）は第１のファイバの拡大図である。 第１のファイバを用いて得られたテスト画像の実験的なイメージングの結果を、既知のファイバを用いて得られた比較結果と共に示す。 第２のファイバを用いて得られたテスト画像の実験的なイメージングの結果を示す。 第１のファイバを用いて得られたテスト画像の実験的なイメージングの結果を示す。 ファイバ端面の実験的な画像である。 透過白色光の顕微鏡写真を示す。

ここで、イメージングファイバ、例えば空間的にコヒーレントなイメージングファイバ、及びイメージングファイバを製造する方法を説明する。形成されたイメージングファイバは、クラッド領域内に複数のコア領域を有する。イメージングファイバのクラッド領域は、中空の空気で満たされたチューブ又はキャピラリから形成される。ファイバは、複数のコア領域がクラッド領域内に配置され、コア領域がクラッドロッドによって分離されるように形成される。形成されたイメージングファイバは、光を受信するための第１の端部及び光を送信するための第２の端部を有する長手方向の長さを有する。

使用中、光はイメージングファイバの第１の端部に導入され、イメージングファイバの第２の端部に導かれる。光は、コア領域を通ってイメージングファイバを透過する。ファイバを通過する光は、クラッド領域によってコア領域を通過するように実質的に制限される。コア領域は、光閉じ込め領域と呼ばれることもある。

図１は、加熱要素２０及びファイバ引っ張り機構２２を含むファイバ線引き装置１０の概略図である。ファイバ線引き装置１０は、上述のイメージングファイバを形成するために使用される。ファイバ線引き装置の他の構成要素は、明確にするために省略されている。図１は縮尺通りには描かれていない。

本実施形態では、ファイバ線引き装置１０は、電気通信機器のアイテムであり、線引きされたファイバの直径をミクロン以内に制御するように構成される。他の実施形態では、あらゆる好適なファイバ線引き装置が使用され得る。

ファイバ線引き装置１０は、コア部３２及びクラッド部３４を含むファイバプリフォーム３０を線引きするように構成される。

いくつかの実施形態では、ファイバのコア部３２は、ドープされた部分を有さない。いくつかの実施形態では、コア部３２は、ドープされた部分を有する。いくつかの実施形態では、コア部３２は、内側コア部及び外側コア部を有し、内側コア部は、第１の屈折率分布及び／又は有効屈折率を有し、外側コア部は、第２の異なる屈折率分布及び／又は有効屈折率を有する。

ファイバプリフォーム３０を線引きするために、ファイバプリフォームは、矢印４０で示される方向（図１では下向き）に引っ張り機構によって引っ張られる。

ファイバプリフォーム３０は、柔らかくなって線引きされ得るように加熱要素２０によって加熱される。ファイバプリフォーム３０は、長さが増加し断面が減少するように引っ張り機構２２によって引っ張られる。ファイバ引っ張り装置１０の生産物は、元のファイバプリフォーム３０と実質的に同じコアサイズのクラッドサイズに対する比を有するが、はるかに小さい断面を有するコアロッド１０２である。引っ張り機構は、引っ張りベルト（図示せず）を含む。

コアサイズのクラッドサイズに対する比（例えば、コア径のクラッド径に対する比）は、コア対クラッド比と呼ばれることがある。クラッドサイズは、外側サイズと呼ばれることもある。

ファイバ線引き装置１０は、クラッドプリフォーム（図１には図示せず）を線引きしてクラッドロッドを形成するようにさらに構成される。クラッドプリフォームは、中央部及びクラッド部を有する。この実施形態では、クラッドプリフォームは、クラッド部によって囲まれた空のチャネルである中央部を有するＦ３００シリカガラスチューブである。線引きされるとき、クラッドプリフォームは、ファイバ線引き装置内でプリフォーム３０が占めるのと同じ場所に配置される。

クラッドプリフォームを線引きするために、クラッドプリフォームは、矢印４０で示される方向（図１では下向き）に引っ張り機構によって引っ張られる。

クラッドプリフォームは、柔らかくなって線引きされ得るように加熱要素２０によって加熱される。クラッドプリフォームは、長さが増加し断面が減少するように引っ張り機構２２によって引っ張られる。ファイバ引っ張り装置１０の生産物は、元のファイバプリフォーム３０と実質的に同じクラッドサイズの内側サイズに対する比を有するが、はるかに小さい断面を有するクラッドロッド１０４である。

この実施形態では、コアプリフォームとクラッドプリフォームを線引きするための同じ装置が示されている。いくつかの実施形態では、異なる装置が使用される。

図２は、一実施形態による光ファイバ装置を形成する方法を概略的に示すフローチャートである。光ファイバ装置は、マルチコア光ファイバ装置である。この実施形態では、形成された光ファイバ装置は、空気で満たされたクラッドロッドを有する格子型の形状に配置された１１，３４３個のコアを含むコヒーレントなイメージングファイバである。他の実施形態では、光ファイバ装置は、あらゆる数のコアを含むあらゆる好適な光ファイバ装置、例えば、数百、数千、又は数万のコアを含むあらゆる好適な光ファイバ装置であり得る。

製造されたファイバは、クラッド領域内に複数のコア領域を有する。ファイバのコア領域は、各コア領域がエアクラッド光ガイドを提供するようにクラッドロッドによって分離される。使用中、光はファイバ装置の第１の端部に導入され、ファイバ装置の第２の端部に伝播する。光は、クラッドロッドによってイメージングファイバの複数のコア領域に閉じ込められる。いくつかの実施形態では、各コア領域は、単一のコアロッドから形成される。代替的な実施形態では、コア領域は、２つ以上のコアロッドによって形成され得る。

図２のステージ５０ａでは、ファイバ線引き装置１０を使用して、１つ以上のタイプのファイバプリフォーム３０を線引きして、図３に符号１０２で示すコアロッドを形成する。低屈折率のクラッドを有する個々のコアロッドは、単一のタイプのファイバプリフォームから線引きされる。いくつかの実施形態では、各コアロッドは、それぞれが同じ材料組成、コア径及びクラッド径を有する１つ以上のファイバプリフォームを含む単一タイプのファイバプリフォームから線引きされる。いくつかの実施形態では、コアロッドは、例えば、異なる材料組成、コア径及び／又はクラッド径を有する２つ以上のタイプのファイバプリフォームから線引きされる。

本実施形態では、ファイバプリフォーム３０は、シリカから形成されるマルチモード電気通信グレードのプリフォームである。ファイバプリフォーム３０は、大量生産用に設計されている。

ファイバプリフォーム３０は、２５ｍｍの外径及び５０ｃｍの長さを有する。ファイバプリフォーム３０は、第１の屈折率によって特徴付けられるクラッド部３４と、ピーク屈折率によって特徴付けられるコア部３２とを含む。

この実施形態では、コアロッドはシリカガラスで作られている。この実施形態では、ファイバプリフォーム３０のコア部は、ゲルマニウムをドープしたステップインデックスコア部である。他の実施形態では、ファイバプリフォーム３０は、例えば、放物線状のグレーテッドインデックスプロファイルを有するグレーテッドインデックスを有する。いくつかの実施形態では、ファイバプリフォーム３０は、ドープ部分を有さない。

ファイバプリフォーム３０は、標準サイズを有する既製の構成要素であると見なすことができる。

ファイバプリフォーム３０は、ファイバ線引き装置１０を用いてあるサイズまで線引きされる。例えば、ファイバ線引き装置１０は、ファイバ線引き装置１０を第１の速度で動作させ、１メートルの長さのロッドを切断して第１の複数のコアロッド１０２を形成することにより、ファイバプリフォーム３０の長さを第１のサイズまで線引きして複数のコアロッド１０２を形成し得る。他の実施形態では、あらゆる長さのロッドが使用され得る。

図２のステージ５０ｂでは、ファイバ線引き装置１０を使用して、より多くのタイプのクラッドプリフォーム（図示せず）の１つを線引きして、図３に符号１０４で示すクラッドロッドを形成する。いくつかの実施形態では、クラッドロッドは、形成されるクラッド領域がエアクラッド領域であるようにキャピラリチューブである。以下では、クラッドロッドはキャピラリと呼ばれることもある。いくつかの実施形態では、形成されるクラッド領域は、空気の有効屈折率と実質的に等しい有効屈折率を有する。

低屈折率のクラッドを有する個々のクラッドロッドは、単一のタイプのクラッドプリフォームから線引きされる。いくつかの実施形態では、各クラッドロッドは、それぞれが同じ材料組成、内径及びクラッド径を有する１つ以上のクラッドプリフォームを含む単一タイプのクラッドプリフォームから線引きされる。いくつかの実施形態では、クラッドロッドは、２つ以上のタイプのファイバプリフォーム、例えば、異なる材料組成、コア径及び／又はクラッド径を有する２つ以上のタイプのファイバプリフォームから線引きされる。

本実施形態では、クラッドプリフォームは、Ｆ３００シリカガラスチューブである。クラッドプリフォームは、大量産用に設計されている。クラッドプリフォームは、２５ｍｍの外径及び１ｍの長さを有する。

クラッドプリフォームは、ファイバ線引き装置１０を用いてあるサイズまで線引きされる。例えば、ファイバ線引き装置１０は、ファイバ線引き装置１０を第２の速度で動作させ、１メートルの長さのクラッドロッドを切断して第１の複数のクラッドロッド１０２を形成することにより、ファイバプリフォーム３０の長さを第１のサイズに線引きして複数のクラッドロッド１０４を形成し得る。他の実施形態では、あらゆる長さのロッドが使用され得る。

ステージ５０ａでは、コアプリフォームは、第１の直径を有するコアロッド１０２を形成するように線引きされ、ステージ５０ｂでは、クラッドプリフォームは、第１の直径と実質的に等しい直径を有するクラッドロッド１０４を形成するように線引きされる。いくつかの実施形態では、コアロッド及びクラッドロッドは、積層を可能にし得る等しい直径を有するように線引きされる。他の実施形態では、他の積層配置において、コアロッド及びクラッドロッドは、互いに異なる直径を有し得る。

いくつかの実施形態では、コアロッド及び／又はクラッドロッドは、０．５ｍｍから１０ｍｍの範囲の外径を有する。いくつかの実施形態では、コアロッド及び／又はクラッドロッドは、１ｍｍから５ｍｍの範囲の外径を有する。本実施形態では、コアロッド及びクラッドロッドは、１．８５ｍｍの外径を有する。

他の実施形態では、あらゆる好適な線引きプロセス及び線引き装置が使用され得る。例えば、ファイバ線引きプロセスは、An Introduction to Fibre Optic Imaging, Schott North America, Second Edition, Schott, 2007の８ページに記載されているようなものであり得る。

以下の説明において、コアサイズ及び／又は外側サイズを有するロッドへの言及は、ロッドの長さに垂直な方向にコアサイズ及び／又は外側サイズを有するロッド、例えば、コア径及び／又は外径、及び／又はコア断面積及び／又は外側断面積を有するロッドを指す。

光を透過するように構成されたあらゆる適切なコアロッド１０２、例えば、赤外光、可視光及び／又は紫外光を透過するように構成されたあらゆるロッドが使用され得る。

図２のステージ５２では、それぞれステージ５０ａ及び５０ｂで形成された複数のコアロッド１０２及び複数のクラッドロッド１０４が六角形アレイに積層されて、一次スタック１００と呼ばれ得るロッドのスタックを形成する。実施形態による一次スタックは、図４、５、６及び７に示されている。配置及び積層という用語は、要素の垂直配置を説明するために交換可能に使用され得ることに留意されたい。一次スタックは、副格子と呼ばれることもある。

スタックは、その幅によって特徴付けることができる。一次スタックは六角形の形状であるため、幅は、平らな縁と対向する平らな縁部との間で測定され得る。いくつかの実施形態では、線引きされる前の一次スタックのこの幅は、１０ｍｍから１００ｍｍの間である。

図３は、一次スタック１００の断面の一部の図である。一次スタックの一部のみが示されている。実施形態による異なるタイプの一次スタックが、図４、５、６及び７に示されている。一次スタックの各列は、コアロッド１０２及びクラッドロッド１０４を有する。コアロッド及びクラッドロッドは、コアロッド１０２がクラッドロッドによって互いに分離されるように配置される。コアロッド１０２及びクラッドロッド１０４は、各コアロッドがその最も近い隣接するものからクラッドロッドによって分離されるように積層される。図３から図７において、斜線の円はコアロッドを表し、白い円はクラッドロッドを表す。

上述のように、図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）及び図７は、実施形態による一次積層配置を示す。

本実施形態では、一次スタック１００は、図４（ａ）に示すように、５７個のコアロッド１０２を有し、コアロッド１０２のそれぞれは、少なくとも部分的に、クラッドロッド１０４によって囲まれている。一次スタックは６つの辺を有する六角形の形状を有する。

本実施形態では、六角形の一次スタックは、複数列のクラッドロッド１０４及びコアロッド１０２から成る。本実施形態では、一次スタックは１７個の列を有する。一次スタックの配置を説明するために、一次スタックは、上部セクション、下部セクション、及び中間セクションを有すると見なすことができる。上部セクションは、中間セクションによって下部セクションに結合される。

本実施形態では、下部セクションは、９個のコアロッドから成る１番目の（最も低い）列を有する。下部セクションの後続の（より高い）各列は、１つの追加コアを有し、下の列に隣接するが、コアロッドサイズの半分ずらされるように配置される。８番目の最も高い列が１６個のコアロッドを有するように、下部セクションには１番目の列を含む８個の列ある。中間セクションは、１７個のコアロッドから成る１つの列を有し、この列も、下部セクションの８番目の最も高い列からコアロッドサイズの半分だけずらされるように配置されている。

上部セクションは、下部のセクションを回転又は反転したものである。上側セクションは、１７個のコアから成る１番目の（最も低い）列を有する。上部セクションの後続の（より高い）各列は、１つ少ないコアを有し、下の列に隣接するが、コアサイズの半分ずらされるように配置される。８番目の最も高い列は９個のコアを有するように、上部セクションには１番目の（最も低い）列を含む８個の列がある。

上部セクション、下部セクション及び中間セクションが一緒に配置されると、一次スタックは、コアロッド１０２のための六角形の充填配置を提供する。六角形の充填配置は、コアの端を表す全ての円が接触しかつ前記円の間に重なりがないようなものである。

本実施形態では、コアロッド１０２を文字Ａで示し、クラッドロッドを文字Ｂで示す場合、一次スタックにおいて、各列は文字列「ＢＡＢ」を用いて生成した文字の配列で表され得る。例えば、コアロッドとクラッドロッドの１０ロッド幅の列は、ＢＡＢＢＡＢＢＡＢＢで表すことができる。列方向のロッドを考えると、一次スタック内の隣接するコアロッドは、２つのクラッドロッドによって分離されている。

本実施形態では、一次スタックは六角形の形状を有する。一次スタックは、本実施形態では六角形である選択された形状を有すると見なすことができる。他の実施形態では、選択された形状は、あらゆる形状、例えば、長方形、平行四辺形、菱形又は正方形であり得る。選択された形状は、例えば、多面体を含み得る。いくつかの実施形態では、選択された形状は、選択された形状を有する一次スタックが、選択された形状を有する他の一次スタック及び／又は１つ以上の更なる選択された形状を有する他の一次スタックと積層されるように選択される。

ロッド１０２及び１０４が一次スタック１００として積層されると、ロッド１０２、１０４の端部は、ロッド１０２、１０４間の相対移動を阻止するように固定され、六角形として配置されたロッドの一次スタック１００を保持する。本実施形態では、ロッド１０２、１０４は、両端が手作業でＰＴＦＥテープを用いてテーピングされている。本実施形態では、ロッド１０２、１０４は、あらゆる好適な方法で六角形スタック内に一緒に保持され得る。他の実施形態では、ロッドは、テーピングに加えて又はテーピングの代わりとして、両端が融着によって固定され得る。

他の実施形態では、多くの一次スタック１００が、ステージ５２で形成され、各一次スタックは、ロッド１０２、１０４の六角形アレイである。

図２のステージ５４及び５６では、六角形アレイを形成する一次スタック１００は、ファイバ線引き装置１０を用いて線引きされ、複数の線引きされたスタックを形成する。

ファイバ線引き装置１０は、ファイバ線引き装置１０を動作させて一次スタックを線引きして線引きされた一次スタックを形成し、１メートルの長さの線引きされた一次スタックを切断して複数の線引きされたスタックを形成することにより、ある長さの一次スタック１００を線引きして複数の線引きされたスタックを形成する。他の実施形態では、あらゆる長さの線引きされた一次スタックが使用され得る。

複数の線引きされたスタックは、複数のスタック又は複数のケーンと呼ばれることもある。線引きされた各スタックは、ロッドの六角形アレイである。

複数の線引きされたスタックは、その後、以下に説明するように再びスタックされる。このステージでは、線引きされたスタックは、一次スタックの幅よりも小さい幅を有する。本実施形態では、ステージ５２で形成されるスタック１００の総数は１９９である。

いくつかの実施形態では、引っ張り機構２２の引っ張りベルトは、線引き前に適切に準備されなければならない。いくつかの実施形態では、引っ張りベルトは清潔で柔らかくなければならず、これにより外側クラッドロッドを押しつぶすのを防ぐことができる。

上述のように、ステージ５４では、形成された一次スタック１００は、複数の線引きされたスタックを形成するために線引きされる。線引きされた各スタックは、線引き後も実質的に六角形のままである。本実施形態では、線引きされた各スタックは、（平らな縁から反対側の平らな縁まで測定された）１．２ｍｍの厚さを有する。これは、最も幅が広い位置で約３１．４５ｍｍの幅を有する一次スタックの厚さと比較され得る。

線引きプロセスの間、一次スタックは加熱され、各一次スタックのロッドは、一次スタックの隣接するロッドに融合される。格子間の空隙が、各一次スタックのロッド間に残る。

ステージ５４で一次スタックを線引きするとき、炉の温度の選択が重要である。温度が高すぎてクラッドロッドが熱くなりすぎると、ガラスが流れ始め、クラッドロッドが崩壊する可能性がある。ガラスが低温すぎると、線引きされたスタックが張力により破損する可能性がある。

いくつかの実施形態では、温度は、ステージ５４で、摂氏１８００度から２０００度の間の一次線引き温度範囲にあるように制御される。他の実施形態では、一次線引き温度範囲は摂氏１８５０度から１９５０度の間である。他の実施形態では、一次線引き温度範囲は摂氏１８９０度から１９１０度の間である。

ステージ５６では、形成された複数の線引きされたスタックが、二次スタック１１０と呼ばれ得る六角形アレイに一緒に積層される。二次スタックは、所望の配置に従って配置される。六角形アレイは、ハニカムアレイと呼ばれることもある。線引きされたスタックのうちの１９９個が、一緒にスタックされて二次スタックを形成する。二次スタックの一実施形態を図４（ｂ）に示す。

二次スタックは、更なるスタックと呼ばれることもある。二次スタックは、超格子と呼ばれることもある。二次スタックの所望の配置は、二次スタック配置と呼ばれることがある。

いくつかの実施形態では、複数の一次スタックを積層して二次スタックを形成することは、一次スタックの向きを制御することを含む。いくつかの実施形態では、複数のスタックを積層することは、２つ以上の隣接する一次スタックの縁を整列させることを含み、それにより二次スタック配置に従って二次スタックを提供する。いくつかの実施形態では、複数のスタックの二次配置への積層は、一次スタックを回転させるか又は他の方法で配向ずることを含む。

いくつかの実施形態では、二次スタックは、同一又はほぼ同一のコンポーネントのスタックである。

六角形アレイ又はハニカムアレイが記載されているが、いくつかの実施形態では、あらゆる千鳥状の列配置又は好適な充填配置が使用され得る。

いくつかの実施形態では、線引きされた一次スタックの二次スタック配置における積層は、ロッドの繰り返し配置を形成する。

線引きされた一次スタックは、一次ユニットセルと見なすことができ、その結果、（この実施形態では六角形である）前記ユニットセルの形状は、ユニットセルが容易に積層されることを可能にし得る。二次スタックは、一次ユニットセルが空間を満たすようにタイリングされるように、一次ユニットセルのタイリングとみなすことができる。一次ユニットセルは、モザイク状の配置で配置され得る。

他の実施形態では、一次ユニットセルは、例えば、長方形、平行四辺形、菱形、又は正方形など、一緒に積層され得るあらゆる規則的な幾何学的形状を有し得る。

更なる実施形態では、各一次ユニットセルは、かみ合い形状（例えば、ジグソーピースに似ていると見なすことができる形状）を有する。このような実施形態では、ステージ５６で、ユニットセルは、それらがかみ合うように配置される。

いくつかの実施形態では、ステージ５２で形成された複数の一次スタックのそれぞれは、ステージ５６で一次スタックの積層を可能にするために同じスタック配置で形成される。いくつかの実施形態では、ステージ５２における複数の一次スタックのそれぞれは、ステージ５６における一次スタックの積層を可能にするために、同じ選択された形状を有するように形成される。

ステージ５８で、二次スタックはジャケットチューブ内に配置される。この実施形態では、シリカジャケットの内径／外径は１９／２５ｍｍである。ジャケットチューブと二次スタックとの間に充填ガラスを加えて、ジャケットチューブ内に二次スタックを保持する。充填ガラスは、固体ガラスロッド、例えば、純粋なシリカケーンを含む。固体ガラスロッドは、光を透過するように構成されていない。ステージ５８で形成されたジャケット付きの積層されたプリフォームは、１１，３４３個のコアを有する。ステップ５８で製造された二次スタック、ジャケットチューブ及び充填ガラスは、イメージングファイバ用の最終的なプリフォームを提供すると見なすことができる。

ステージ６０及び６２で、最終的なプリフォームは、ファイバ線引き装置１０又は更なる線引き装置を用いて２回線引きされる。

ステージ６０で、最終的なプリフォームは直径４．３ｍｍまで線引きされる。線引きプロセスの間、二次スタックは加熱され、各一次スタックのロッドは、それらが接触する点で、他の一次スタックからの隣接するロッドに融合される。格子間の空隙が、異なる一次スタックのロッド間及び各二次ユニットセル内のロッド間に残る。

真空アタッチメントを使用してコア間のギャップから空気を吸引し、ロッド間のギャップを除去して最終的なアセンブリを提供する。格子間原子を崩壊させ、プリフォームを作製するのに真空が利用される。本実施形態では、このステップは線引きステージ６０で行われる。他の実施形態では、このステップは、線引きステージ５４で行われる。

最終的なプリフォームが最初に直径４．３ｍｍまで線引きされると記載されているが、最終的なプリフォームに適したあらゆる直径が使用され得る。いくつかの実施形態では、ステージ６０及びステージ６２は、線引きの別個のステージではなく、イメージングファイバを形成するための単一の線引きプロセスとして行われる。

ステージ６２で、線引きされたプリフォームは、ファイバ線引き装置１０又は更なる線引き装置を用いて更に線引きされてイメージングファイバを形成する。ステージ６２で、様々なサイズのイメージングファイバが形成され得る。

ステージ６０で二次スタックを線引きするか又はステージ６２で最終的なプリフォームを線引きするとき、炉の温度の選択が重要である。いくつかの実施形態では、温度は、ステージ６０及び／又はステージ６２で、摂氏１８００度から２０００度の間であるように制御される。他の実施形態では、温度は摂氏１８５０度から１９５０度の間であるように制御される。他の実施形態では、温度は摂氏１８９０度から１９１０度の間であるように制御される。

ステージ６２の線引きプロセスは、この実施形態ではコヒーレントなイメージングファイバである光ファイバ装置をもたらす。コヒーレントなイメージングファイバは、可視光、赤外光及び／又は紫外光を透過するように構成され得る。コヒーレントなイメージングファイバは、導光素子の繰り返し配置で配置された導光素子（この場合の導光素子は、コヒーレントなイメージングファイバを形成するために線引きされたロッドのコアである）のアレイを形成すると見なすことができる。上述のように、導光素子をクラッドロッドで囲むことにより、導光素子間のクロストークを低減することができる。

状況によっては、一次スタック又は二次スタックを線引きするときに、これらのスタックの変形がある場合がある。例えば、スタックのねじれがある場合がある。状況によっては、ある種の歪みにより、このようなかみ合いユニットセルが他のユニットセルとうまくかみ合うことが妨げられる場合がある。かみ合わない規則的な形状（例えば、正方形又は六角形）を使用すると、歪みに対する耐性が高くなる場合がある。

上記実施形態では、２つの積層ステップ、一次積層ステップと２次積層ステップが行われる。いくつかの実施形態では、１つ以上の中間の積層及び／又は線引きステップが行われる。いくつかの実施形態では、一次スタックが中間スタック配置に従って一緒に積層されて中間スタックを形成し、中間スタックが一緒に積層されて二次スタックを形成するように、中間積層ステップが行われる。

光ファイバ装置を形成する更なるステージは、細菌及び他の材料が侵入できないように、ファイバの端面に封止プロセスを行うことを含む。封止プロセスは、実施形態によるいくつかの異なる方法で行われ得る。いくつかの実施形態では、孔は、硬化すると端面を平らに研磨することができる封止材料、例えば、樹脂又は接着剤を用いて塞ぐことができる。封止材料は、少なくとも部分的に光学的に透明である。封止材料は、対象のスペクトル領域の波長を有する光を透過させる。封止材料はまた、高い光学品質のものであり得る。封止材料は、例えば、樹脂、接着剤、低融点ガラス、又はゾルゲルであり得る。

更なる実施形態では、ファイバの端部は、ファイバテーパリングリグ上で又は他の方法で潰される。これにより、コアが端面で互いに接近するため、分解能が向上することもある。上述のようにドープされたコアを使用することによって、これらは、画像のコヒーレンスを維持しながら、潰された短い領域から端面までの弱い光ガイドとして機能する。いくつかの実施形態では、もう１つの選択肢は、ファイバスプライサを使用して、端面を溶融して固体ガラスのビードにすることである。ビードは潜在的にレンズとして機能することができ、不要な場合は、端面にガラスの「窓」のみを残して、研磨して戻すことができる。

他の実施形態では、ファイババンドルの端面に光学部品、例えば端窓又はレンズが取り付けられる。あらゆる好適な取り付け方法、例えば、接着又は融着を使用され得る。光学部品は、ファイババンドルの面全体を覆うように寸法設計され得る。

他の実施形態では、封止プロセスは、光ファイバのジャケットのためのエンドシールとして、光学素子、例えばレンズ又は窓を使用することを含む。光ファイバのジャケットは、両端が光学部品で終端される。

イメージングファイバに適切な仕上げ又は封止ステップ行うことによって、例えば、医療環境で使用される場合に、汚染の可能性を低減することができる。

製造されたファイバの主な利点は、シリカ内で透過可能なあらゆる波長での高い分解能と極めて広い機能スペクトル範囲である。それらはまた、コヒーレントファイババンドルのコアに一般に使用されるドープされた材料と比較して、純粋なシリカガラスから作られ得、これにより、より安価なファイバを作ることができる可能性がある。

いくつかの実施形態では、一次スタックの線引き中の温度を制御することに加えて又はその代わりに、一次スタックを線引きするプロセス中に、張力が、３００グラム重から１０００グラム重の間、任意選択で５００グラム重から８００グラム重の間の力に対応する範囲であるように制御される。いくつかの実施形態では、二次スタックの線引き中の温度を制御することに加えて又はその代わりに、二次スタックの線引き中に、張力が、３００グラム重から１０００グラム重の間、任意選択で５００グラム重から８００グラム重の間の範囲であるように制御される。

上記の張力は、グラム重のメートル単位で与えられるが、第１又は第２の張力が２．９４ニュートンから９．８１ニュートンの間、任意選択で４．９０ニュートンから７．８５ニュートンの間の範囲であり得るという点で、ニュートンでの同等の張力範囲も適切であることが理解されるであろう。

ステージ５２では、複数のコアロッド１０２及びクラッドロッド１０４が一次スタック１００に配置される。図４（ａ）、図５（ａ）及び図６（ａ）は、実施形態による一次スタックの積層配置を示す。一次スタックは、互いにスタックされたときにそれぞれの隣接するスタックのコアロッド間の分離を提供するために、クラッドロッドの少なくとも部分的な外層を有する。

図４（ａ）、図５（ａ）、及び図６（ａ）に示す一次スタックは六角形である。いくつかの実施形態では、一次スタックは、一次スタックの外縁に配置された少なくとも１つのコアロッドを有する。このような実施形態では、配置の外縁に存在するコアロッドは、外縁コアロッドと呼ばれ得、配置の外縁にないコアロッドは、内側コアロッドと呼ばれ得、その結果、一次配置は、内側コアロッド、縁コアロッド及びクラッドロッドの配置として説明される。いくつかの実施形態では、一次スタックは、外縁に位置するコアを有さず、したがって縁コアロッドを有さない。

図４（ａ）は、実施形態による第１の一次積層配置で配置された第１の一次スタックである。クラッドロッド１０４及びコアロッド１０２が示されている。クラッドロッドの完全な外層１２２が、第１の一次積層配置の外側の周囲に設けられる。一次スタックが二次スタック内で一緒に積層されるとき、各一次スタックのクラッドロッドの完全な外層は、隣接する一次スタックのコアロッド間の分離を提供する。

第１の一次スタック配置で配置された第１の一次スタックは、縁コアロッドを有さない。一次スタックの外層は、１つのロッドの厚さの層であり、この実施形態では、前記外縁は、クラッドロッドを含み、コアロッドを含まない。したがって、第１の一次スタックの全ての内側コアロッドは、クラッドロッドによって囲まれている。

図４（ｂ）は、図４（ｂ）を参照して説明されるように形成された複数の一次スタック１００ａを含む二次スタックと、ジャケットチューブ１２６と、充填ガラス１２８とを含む最終ジャケット配置を示す。クラッドロッドの完全な外層は、図４（ｂ）の配置で見られる。

いくつかの実施形態では、図４（ｂ）に示すように、二次スタックで使用されるすべての一次スタックは同一である。いくつかの実施形態では、２つ以上のタイプの一次スタックが二次スタックを形成するために使用される。このような実施形態では、縁コアロッドなしで形成された一次スタックは、コアロッドが二次スタックに配置されたときに分離されたままであるように、縁コアロッドを用いて形成された一次スタックに隣接して配置され得る。

図５（ａ）は、実施形態による第２の一次積層配置で配置された第２の一次スタック１００ｂである。クラッドロッド１０４及びコアロッド１０２が示されている。図４（ａ）の一次スタック１００ａと同様に、図５（ａ）の一次スタック１００ｂは六角形であり、したがって６つの外縁を有する。これらの外縁のうちの３つは、クラッドロッドから形成され、外側クラッド縁と呼ばれ得る。六角形の６つの外縁に上端から時計回りに順番に番号が付けられている場合、第１の外側クラッド縁１３２ａは一次スタックの第４の縁に設けられ、第２の外側クラッド縁１３２ｂは一次スタックの第５の縁に設けられ、第３の外側クラッド縁１３２ｃは一次スタックの第６の縁に設けられる。

第２の一次スタック配置で配置された第２の一次スタック１００ｂは、２つ以上の縁コアロッドを有する。さらに詳細には、第２の一次スタック１００ｂの３つの縁が、２つ以上の縁コアロッドを有する。図５（ａ）の第２の一次スタック１００ｂは、内側コアロッド、外側コアロッド、及びクラッドロッドの配置であると説明され得る。したがって、内側コアロッドは、第２の一次スタックではクラッドロッドによって囲まれている。図３に示すように、内側のコアロッドは６つのクラッドロッドで囲まれている。外側コアロッドは、第２の一次スタック１００ｂではクラッドロッドによって部分的に囲まれている。図３に示すように、縁コアロッドは４つのクラッドロッドで囲まれている。

第２の一次積層配置に従って配置された２つ以上の一次スタックを積層することによって、一次スタックのクラッド縁が協働して、隣接するスタックのコアロッド間の分離を提供し、隣接する一次スタックの縁コアが接触するのを防ぐ。

第２の一次積層配置の３つ以上の縁は外側クラッド縁であるが、異なる数の外側クラッド縁を設けてもよい。

図５（ｂ）は、第２の一次スタック配置で配置された一次スタックから形成された二次スタックの一部を示す。図５（ｂ）から分かるように、二次スタックにあるとき、隣接する一次スタックの外縁１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃが協働して、隣接する一次スタックのコアロッド間の分離を提供し、それにより、隣接する一次スタックのコアロッド間の分離を提供する。

第２の一次積層配置は、一次スタック間の境界が画像品質への影響を低減し得るという利点を提供し得る。しかしながら、隣接するスタックのコアロッド間の分離を提供するために一次スタックの向きを制御しなければならないので、二次スタックの形成はより困難な可能性がある。

一次スタック１００ｂは非対称の一次スタックであると見なすことができ、非対称性は六角形の片側のみにコアロッドの縁を有することによって提供される。

図６（ａ）は、第３の一次スタック配置で配置された第３の一次スタック１００ｃである。上述の第１及び第２の一次スタック配置とは対照的に、第３の一次スタック配置は、不規則な形状の六角形である。さらに詳細には、第３の一次スタック１００ｃは、３辺が第１の長さを有し、３辺が第２の長さを有する６つの辺を有する。この実施形態では、第３の一次スタックの第１、第３及び第５の縁は、長さが９個のロッドであり、第３の一次スタックの第２、第４及び第６の縁は、長さが８個のロッドである。

図６（ｂ）は、第３の一次スタック配置で配置された一次スタックから形成された二次スタックの一部を示す。図６（ｂ）から分かるように、隣接するスタックの一次スタック配置の外縁は、隣接するスタックのコアロッド間の分離を提供するように協働する。図６（ｂ）は、コアロッドとクラッドロッドの均一な分布の一例を示す。分布の内側コアロッドは完全にクラッドロッドで囲まれ、分布の外側（縁）コアロッドは部分的に囲まれている。

第３の一次積層配置は、シームレスな二次スタックの利点を提供し得る。しかしながら、隣接するスタックのコアロッド間の分離を提供するために一次スタックの向きを制御しなければならないので、二次スタックの形成はより困難な可能性がある。

第３の一次スタック１００ｃは非対称の一次スタックであると見なすことができ、非対称性は一次スタック１００ｃの不規則な辺を有することによって提供される。非対称の一次スタック１００ｃを用いて形成される二次スタックは対称である。

図５（ａ）及び図６（ａ）の一次スタックは、図４（ｂ）に示すように、ジャケット及び充填ガラスと共に二次スタック配置で配置され、ファイバプリフォームを形成することが理解されるであろう。

隣接するスタックのコアロッド間に分離を提供することによって、コア間結合を低減することができる。

いくつかの実施形態では、一次スタック配置は、例えば図６（ｂ）に示すように、二次スタックがコアロッド及びクラッドロッドの均一な分布を含むようなものである。いくつかの実施形態では、一次スタック配置は、例えば、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示されるように、コアロッド及びクラッドロッドの非対称分布である。いくつかの実施形態では、一次スタック配置は、コアロッド及びクラッドロッドの非対称分布であり、二次スタック配置は、図６（ｂ）に示すようにコアロッドの対称分布である。

いくつかの実施形態では、一次スタックは、コアロッド及びクラッドロッドの規則的なアレイであり、任意選択で、二次スタックは、コアロッド及びクラッドロッドの規則的なアレイである。

いくつかの実施形態では、二次スタックは、内側一次スタックと外側一次スタックの配置と見なすことができ、内側一次スタックはすべての側面で他の一次スタックによって囲まれ、外側一次スタックは二次スタックの縁にある。いくつかの実施形態では、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、内側一次スタックが二次スタック内にあるとき、内側一次スタックの縁コアロッドはコアロッドによって完全に囲まれる。

図４（ｂ）、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、いくつかの実施形態では、二次スタックは、コアロッド及びクラッドロッドの繰り返しパターンである。いくつかの実施形態では、繰り返されるユニットは、一次スタック、例えば、図４（ｂ）である。いくつかの実施形態では、一次スタックは、繰り返されるユニットが一次スタックよりも小さいユニットであるように一緒に積層する。例えば、図６（ｂ）は、６つのクラッドロッドによって囲まれた単一のコアロッドを含むユニットセルを示す。一次スタックは、このユニットセルを用いて生成できる二次スタックを生成するために一緒に積層する。

図４（ｂ）、図５（ｂ）及び図６（ｂ）は、二次スタックでは、各コアロッドがその最も近い隣接するコアロッドから少なくとも１つのクラッドロッドによって分離されることをさらに示す。

図４、図５及び図６は、六角形の選択された形状を有すると説明され得る六角形の一次スタック配置を示しているが、いくつかの実施形態では、選択された形状は、あらゆる好適な形状、例えば、正方形、長方形、平行四辺形、菱形である。

更なる実施形態では、プロセスのステージ５０ａで、２つ以上のタイプのドープされたプリフォームが使用され得る。このような実施形態では、異なる屈折率分布を有するコアロッドが、クラッドロッドと共に一次スタック内に配置される。次いで、ドープされたコアプリフォームから形成されたコアロッドは、隣接するコアが同じ屈折率分布を有さないように、一次配置で積層される。

隣接するコア領域が同じ屈折率を有さないようにファイバを形成することによって、コア間結合をさらに低減することができる。さらに詳細には、光はそれぞれのタイプのコアで異なるように伝搬する可能性があり、隣接するコア間を移動することができない可能性があるため、隣接するコアロッド間の結合を減少させることができる。

図７は、クラッドロッド及び３つの異なるタイプのコアロッドを用いて形成され、各タイプのコアロッドが異なる屈折率分布を有する、実施形態による一次スタックを示す。コアロッドは、電気通信グレードのプリフォームから線引きされる。

各タイプのコアロッドは、異なる直径のゲルマニウムをドープしたステップインデックスコアを有する。一実施形態では、これらのプリフォームにおけるコアのクラッドに対する比は、０．３５、０．４２及び０．４８であった。最も近い隣接するものの有効屈折率は、一次スタック及び二次スタックにおけるコアロッドの配置によって同一になることが防止される。

屈折率分布は、有効屈折率によって特徴付けられ得る。異なるタイプのコアロッドは、文字Ａ、Ｂ及びＣで表される。コアロッド及びクラッドロッドは、各コアロッドの最も近い隣接するものが異なる屈折率分布又は有効屈折率を有するように、一次スタックに配置される。図７は、各コアロッドの最も近い隣接するものが異なる有効屈折率を有するような一次配置を示す。

この実施形態では、コアロッドのクラッドに対するコアの異なる比率が、コア領域に対して異なる屈折率分布を提供する。コア領域の異なる屈折率分布は、様々な方法又は組成を用いて達成され得ることが理解されるであろう。

いくつかの実施形態では、コアロッドは、内側コア部及び外側コア部を有するプリフォームから形成され、内側コア部及び外側コア部は、異なる屈折率分布を有する。したがって、前記プリフォームから線引きされるコアロッドは、不均一な屈折率分布を有する。いくつかの実施形態では、形成されたファイバが、内側コアサイズの外側コアサイズに対する比が異なる最も近い隣接するコア領域を有するように、異なるコアロッドが使用される。内側コア領域及び外側コア領域は、それぞれ、内部屈折率分布の境界及びクラッド領域への境界によって画定され得る。

いくつかの実施形態では、内側コア領域はドープされ、外側コア領域はドープされない。

不均一な屈折率分布を有するコアロッドの場合、前記コアロッドから形成されたコア領域を透過する光の特性は、不均一な屈折率分布に従って移動する。

いくつかの実施形態では、コアロッドは、ドープ領域を有さない。いくつかの実施形態では、コアロッドは、クラッド、内側コア領域及び外側コア領域を有する。いくつかの実施形態では、内側コア領域は、内側コア領域が外側コア領域よりも高い屈折率を有するようにドープ領域を含む。いくつかの実施形態では、コア領域は、コア領域がステップインデックスプロファイルを含むようにドープされる。いくつかの実施形態では、コア領域は、コア領域がグレーテッドインデックスプロファイルを含むようにドープされる。

上記では、コアロッド及びクラッドロッドという用語が使用されている。コアロッドは、少なくとも１つの材料を含む中心部分であって、第１の屈折率プロファイルによって特徴付けられる中心部分と、第２の屈折率プロファイルによって特徴付けられる第２の材料を含むクラッドとを含み、クラッドは、第１の部分の有効屈折率よりも低い有効屈折率を有し、それにより光を中心部分に閉じ込めるロッドを指すことができる。

上述の実施形態では、クラッドロッドは中空のシリカチューブである。いくつかの実施形態では、クラッドロッドは、第１の有効屈折率プロファイルによって特徴付けられるコア材料と、第２の有効屈折率によって特徴付けられるクラッド材料を含むクラッドとを含み、第２の有効屈折率が第１の有効屈折率よりも高いロッドを指すことができる。

図７は単なる例示であり、各コアロッドの最も近い隣接するものが異なる屈折率分布を有するようにコアロッドの他の配置が可能であることが理解されるであろう。

図８から図１３は、製造された２つのファイバを用いて得られた実験結果を示す。特に、３種類のコアロッドを用いて形成したファイバを用いた結果を示す。

図８（ａ）は、製造されたファイバの走査型電子顕微鏡画像を示す。図８（ｂ）は、図８（ａ）の製造ファイバの領域の拡大図である。図３～図７では、コアロッドは灰色の円で表され、クラッドロッドは白い円で表されているが、図８（ａ）及び図８（ｂ）の顕微鏡画像では、コアロッドは白く見え、クラッドロッドは黒く見えることが理解されるであろう。製造されたファイバのコアは直径が約１．９μｍであり、コアとコアの間隔は約３．５μｍ（中心から中心まで測定）である。

以下では、製造プロセス及び実施形態に従って得られた結果についてさらに説明する。

製造
最初に、構造の基本要素をすべて外径１．８５ｍｍに線引きした。キャピラリは、Ｆ３００シリカガラスチューブから線引きし、コアは、それぞれが異なる直径のゲルマニウムをドープしたステップインデックスコアを有する、３つの電気通信グレードのプリフォームのセットから線引きした。これらのプリフォームのコアのクラッドに対する比は０．３５、０．４２及び０．４８であった。このようにドープされた材料を使用すると、最も近い隣接するコアの有効屈折率が同一になるのを防ぐことができ、したがってコア間結合を低減することができる。

これらのケーン及びキャピラリを、図４（ａ）に示すように、第１の一次積層配置で５７コアアレイを形成するように積層した。このスタックを、ジャケットなしで１．２ｍｍの平面から平面の厚さに線引きした。

次いで、１９９個の５７コアのケーンを六角形アレイに積層し、内径／外径１９／２５ｍｍのシリカジャケットに挿入し、端に純粋なシリカケーンを充填し、１１，３４３個のコアを有するプリフォームを作製した。このタイプのプリフォームを図４（ｂ）に示す。これを、最終的にいくつかの異なるサイズのファイバに線引きする前に直径４．３ｍｍのケーンに線引きした。

２つの異なるサイズのエアクラッドファイバについて以下で説明する。第１のファイバは、約３．５μｍの同じコア間隔を有する直径５３５μｍの変形例、第２のファイバは、高分解能、短波長アプリケーション用の直径３３５μｍのファイバである。第１のファイバを既知のファイバ、フジクラのＦＩＧＨ－３０－６５０と比較した。上述のように、図８は、製造されたファイバの断面、特に第１のファイバ（５３５μｍの変形例）の断面を示す。

特性評価
ファイバの特性評価を３つの部分で行い、全てのテストを、約１５ｃｍの半径に巻かれた１メートルを超える長さのエアクラッドファイバで行った。

Ａ．ＵＳＡＦテストターゲット画像
米国空軍テストターゲットを用いてファイバの最大分解能を評価した。これは、スーパーコンティニウム白色光源によってターゲットが裏面照射されるゼロ作動距離イメージング設定で行われた。図９及び１０の画像を生成するために、ファイバの出力端で帯域通過フィルタを使用した。

図９は、実施形態に従って形成された第１のファイバ（５３５μｍのエアクラッドファイバ）及び既知のファイバ、ＦＩＧＨ－３０－６５０Ｓの両方を用いて、５００から１０００ｎｍまでの波長範囲にわたって撮影されたこれらの画像のセットを示す。さらに詳細には、上の列の画像は、第１のファイバを用いて取得され、左から右に、波長５００ｎｍ、８５０ｎｍ及び１０００ｎｍで取得されている。下の列の画像は、第２の既知のファイバを用いて取得され、左から右に、波長５００ｎｍ、８５０ｎｍ、及び１０００ｎｍで取得されている。

図９は、シリコンＣＣＤカメラを用いて撮影された、５３５μｍのエアクラッドイメージングファイバとフジクラのＦＩＧＨ－３０－６５０ＳによるＵＳＡＦテストターゲット画像の比較を示す。グループ７に示されている個々の線幅は、２．１９μｍ～３．９１μｍの範囲である。

グループ７が各画像の右上に表示され、グループ６のエレメント１が下に表示されている。エアクラッドファイバを用いて撮影したすべての画像では、グループ７のエレメント３がはっきりと見える。これは、１６１．３線対／ｍｍ（ＬＰ／ｍｍ）、すなわち３．１μｍの分解能に相当する。ＦＩＧＨ－３０－６５０Ｓでは、グループ７のエレメント３は、波長７００ｎｍ以下の光を用いた場合のみ可視であり、グループ６のエレメント１（６４ＬＰ／ｍｍ又は７．８１μｍ）さえも８００ｎｍを越えると失われる。

図１０は、高分解能の外径３３５μｍのエアクラッドファイバと５００ｎｍのバンドパスフィルタを用いて撮影したＵＳＡＦテストターゲットのグループ７の画像を示す。図１０は、グループ７のエレメント６（２２８．１ＬＰ／ｍｍ、２．１９μｍ）でさえ３５３μｍのエアクラッドファイバと５００ｎｍの照明を用いてはっきりと見えるため、これらのファイバを用いて達成可能な高解像度を示している。

図１１は、５３５μｍのエアクラッドファイバとＳＷＩＲカメラを用いて１０ １６００ｎｍで撮影されたＵＳＡＦテストターゲットのグループ６の画像である。図１１は、エアクラッドファイバを用いて達成され得る長波長特性を示すために、５３５μｍの変形例及び赤外線カメラを用いた１６００ｎｍでのグループ６の画像を示す。結合による分解能の損失はあるが、これが波長の増加と共に生じる割合は、従来のファイバの場合よりもはるかに低い。

Ｂ．開口数
ファイバのコアの選択の開口数（ＮＡ）は、ナイフエッジ測定を用いて見出した。ビームプロファイルの端は、パワーがピークの１０％に低下する点とした。これは、スーパーコンティニウム光源を単一コアに結合し、５００ｎｍ及び１０００ｎｍの帯域通過フィルタで出力をフィルタリングすることによって、２つの波長で行った。ＮＡは、５００ｎｍ及び１０００ｎｍでそれぞれ０．４１±０．０５及び０．４４±０．０５である。

Ｃ．ドープされたコアの重要性
図１１は、コアに結合したときの出力ファイバ端面の近接場を示す（円で囲んだ部分）。六角形は、副格子スタックの境界を示す。１２００ｎｍの光を３３５μｍファイバの丸で囲まれたコアに結合することにより、図１１の画像が生成された。

同じようにドープされたコアの結合された群（すべての最も近い隣接するもの）はすぐに分かり、構造の結合特性に強い影響があることを示している。また、二重キャピラリ境界により副格子（六角形）スタックの境界を横切ってコア間で結合される電力が大幅に減少することも注目される。

テーパ構造
コア間の結合は、コア間隔及び屈折率ステップだけでなく伝播距離に左右され得る。影響を受ける長さが十分に短い場合、遠位端でのコア間隔を局所的に減少させることによって、画像解像度をさらに改善することができる。これは、内視鏡の全長を傷つけることなく、より大きなファイバを先細りにすることによって達成することができる。

外径６００μｍのエアクラッドイメージングファイバを加熱し、小さな炎の中で引き伸ばした。狭い領域を裂いて、端面の直径が３１０μｍで、長さが９．５ｃｍの先細りの先端を形成し、１ｍの直径６００μｍのファイバに取り付けた。

図１３は、テーパ無し（左）及びテーパ有り（中央）のファイバの透過フラッド照射白色光の顕微鏡写真を示す。５００ｎｍで撮像された最小のＵＳＡＦグループ７のエレメントを右側に示す。

減少したコア間隔は１．２μｍで、空気孔はこのプロセスを生き延びた。

テーパ端に配置されたＵＳＡＦテストターゲットのグループ７を、５００ｎｍバンドパスフィルタを介して画像化した（図９（右））。同じ波長のより小さい均一なファイバ（図１０）と比較して、グループ７のエレメントは明らかにより良く解像されている。なお、画像スケールの違いは、テーパの付随的な拡大効果によるものである。

空気とシリカの間の屈折率ガイダンスに基づくエアクラッドイメージングファイバの製造技術を明示した。ファイバは、２μｍまでの高解像度イメージング、又はフジクラのＦＩＧＨ－３０－６５０Ｓと同様の解像度の１６００ｎｍでの広帯域イメージングのために作られ得るが、その最大機能波長を倍にする。ファイバを異なるサイズに線引きすることにより、あらゆる用途に必要な波長（シリカ自体の透過スペクトルによってのみ制限される）で最大の解像度のためにこれらのファイバを最適化することは簡単である。

この技術は、次世代の内視鏡技術、特に、蛍光マーカー色素の近赤外イメージング及び産業界における赤外線イメージングに依存する技術の開発のためのプラットフォームを提供し得る。

本発明は純粋に例として上述したものであり、詳細の変更を本発明の範囲内で行うことができることが理解され得る。

上記では、第１及び第２の積層ステージについて説明したが、更なる実施形態では、任意の数の多重積層の繰り返しを使用することができる。例えば、ロッドは、２回、３回、４回、又は５回積層しかつ／又は線引きすることができる。

上記の実施形態では、コアロッドは、ドープされているか又はドープされていないシリカガラスから作られる。いくつかの実施形態では、コアロッドは、シリカ、Ｇｅドープシリカ、フッ素ドープシリカ、ホウ素ドープシリカ、アルミニウムドープシリカ、ケイ酸塩ガラスのうちの少なくとも１つから作られる。

上記の実施形態では、クラッドロッドは中空シリカキャピラリである。いくつかの実施形態では、クラッドロッドは、シリカ、Ｇｅドープシリカ、フッ素ドープシリカ、ホウ素ドープシリカ、アルミニウムドープシリカ、ケイ酸塩ガラスのうちの少なくとも１つから作られる。

更なる実施形態では、コアロッド又はコア領域は、不均一な屈折率分布を有する。コアロッドの少なくとも１つは、内側コア領域及び外側コア領域を有し得、内側コア領域は、ドープされたコア領域を含む。

更なる実施形態では、図２のプロセスの結果として生じるイメージングファイバは、複数のセンシングファイバ及びキャピラリチューブと共にパッケージ化されて、多機能ファイバ装置を形成する。イメージングファイバ、センシングファイバ及びキャピラリチューブは、パッケージと呼ばれることがある更なるガラス又はポリマーチューブ内に配置される。更なるガラス又はポリマーチューブは、イメージングファイバ、センシングファイバ及びキャピラリチューブよりも短くてもよい。パッケージには、エポキシ樹脂を用いて所定の位置に固定されているイメージングファイバ、センシングファイバ、キャピラリチューブが含まれている。

明細書及び（必要に応じて）特許請求の範囲及び図面に開示された各特徴は、単独で又は適切な組合せで提供され得る。

Claims (19)

1. イメージングファイバ装置を形成する方法であって、
   少なくとも１つの一次スタックを形成するようにコアロッド及びクラッドロッドを配置し、各一次スタックはスタック配置で配置された複数のコアロッド及び複数のクラッドロッドを含み、それによりクラッド領域内に複数のコア領域を形成することと、
   前記少なくとも１つの一次スタックから複数の線引きされたスタックを形成するために線引きプロセスを行うことと
   を含み、
   前記複数のコアロッド及びクラッドロッドは、前記複数の線引きされたスタックが所望の配置で一緒に積層されるように選択された形状を有するようにさらに配置され、
   前記スタック配置は、クラッドロッドの少なくとも部分的な外層を含み、それにより前記所望の配置で積層されたときにそれぞれの隣接するスタックのコア領域間に分離を提供し、
   前記方法は、
   複数の線引きされたスタックを前記所望の配置で一緒に積層して更なるスタックを形成することと、
   前記更なるスタックを線引きすることと、
   線引きされた前記更なるスタックを使用してイメージングファイバ装置を形成することと
   をさらに含み、
   前記クラッドロッドは、前記クラッド領域が少なくとも部分的にエアクラッド領域を含むようにキャピラリチューブを含む、方法。
2. 前記線引きプロセスは、前記少なくとも１つの一次スタックを線引きして少なくとも１つの線引きされた一次スタックを形成することと、前記少なくとも１つの線引きされた一次スタックを切断することとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記スタック配置は、それぞれの隣接するスタックの１つ以上の縁が前記所望の配置で協働してそれぞれのスタックのコア領域間に前記分離を提供するようなものである、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記スタック配置は、それぞれのスタックが少なくとも１つのクラッドロッドを含む少なくとも１つの外縁を含むようなものである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記スタック配置は、各スタックがクラッドロッドから成る１つ以上の外縁を含むようなものである、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記スタック配置は、各スタックがクラッドロッドから成る外層を含むようなものである、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記スタック配置及び／又は前記所望の配置は、コアロッド及びクラッドロッドの規則的なアレイを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記スタック配置は、前記更なるスタックが前記クラッド領域内に前記複数のコア領域の均一な分布を含むようなものであり、かつ／又は、前記スタック配置は、配置されたスタックが前記クラッド領域内で前記複数のコア領域の非対称な分布を含むようなものである、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記スタック配置は、配置されたスタックがコアロッド及びクラッドロッドの非対称分布を含むようなものであり、前記所望の配置は、前記更なるスタックがコア領域の対称分布を含むようなものである、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記選択された形状は不規則な形状を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記選択された形状は、正方形、長方形、菱形、平行四辺形、六角形、正多角形のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記スタック配置は、六角形の充填配置、ハニカム配置、六角形の格子配置、千鳥状の列配置の少なくとも１つを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 各スタックについて、それぞれの複数のコアロッド及びそれぞれの複数のクラッドロッドは、各コア領域がクラッドロッドによって少なくとも部分的に囲まれるように前記スタック配置で配置される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記スタック配置は、各コアロッドがその最も近い隣接するコアロッドから少なくとも１つのクラッドロッドによって分離されるようなものである、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記スタック配置及び／又は前記所望の配置は、各コア領域について、前記コア領域に最も近い隣接コア領域が前記コア領域に対して異なる屈折率分布を含むようなものである、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記イメージングファイバ装置の端部領域に封止プロセスを行うことをさらに含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの一次スタックの線引きプロセスが行われる第１の線引き温度を制御すること、及び／又は、前記更なるスタックの線引きが行われる更なる線引き温度を制御することをさらに含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. クラッド領域内に複数のコア領域を含むイメージングファイバ装置であって、前記コア領域は、前記コア領域を少なくとも部分的に囲むように配置されたクラッドロッドによって分離され、前記クラッドロッドは、前記クラッド領域が少なくとも部分的にエアクラッド領域を含むようにキャピラリチューブを含む、イメージングファイバ装置。
19. ファイバアセンブリであって、
    請求項１８に記載のイメージングファイバ装置と、
    少なくとも１つの更なる光ファイバ及び／又は少なくとも１つのキャピラリチューブと、
    前記イメージングファイバ装置と前記少なくとも１つの更なる光ファイバ及び／又は少なくとも１つのキャピラリチューブとを入れるパッケージと
    を含むファイバアセンブリ。
    

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