JPH0459609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、イメージスコープの光伝送路として
好適な石英ガラス系のマルチプルフアイバに関す
る。 従来の技術 純石英ガラスからなるコアロツドを用いて製造
したマルチプルフアイバは、耐放射線性などに優
れている反面、そのコアロツドの線引き温度が
2000℃以上にも達する高温であるためにマルチプ
ルフアイバの製造に高度の技術を必要とする問題
がある。 一方、ドーパント入り石英ガラスからなるコア
ロツドは、ドーパントの種類、ドーパント量など
を変えることによりクラツド層との屈折率差を大
きくすることができる結果、画素数が多くて外径
の小さい、しかして可撓性に優れたマルチプルフ
アイバの製造を可能とする有利性を有している。 解決を要すべき問題点 ところで、一般にドーパント入り石英ガラス製
のロツドは、CVD法、VAD法などで製造するこ
とができるが、いずれの方法で製造したものにせ
よ、これまでのロツドはその中心に屈折率の最大
値を有し、外表面に向かつて屈折率が低下するグ
レーデドインデツクス形のものであり、しかもそ
の屈折率分布が後記する第５図に示す曲線２のよ
うにロツド中心より外表面に向かつて急激に低下
するタイプのものである。 そのため、かかるコアロツドを用いてマルチプ
ルフアイバを製造した場合、得られたマルチプル
フアイバはその画素としての各フアイバにおける
中心部のみが明るくて中心より離れるに従い急激
に暗くなり、細径のマルチプルフアイバとするほ
ど滲み現象が大きくなつて伝送画像が極めて見づ
らいものになるという問題があつた。 問題解決の手段 本発明は、グレーデドインデツクス形のコアを
有するマルチプルフアイバでありながら、上記の
問題が克服された、したがつて細径でも鮮明で且
つ明るい画像を伝送できるマルチプルフアイバを
提供しようとするものである。 すなわち、本発明は「コアの上に、順次、ドー
プト石英ガラスからなる第１クラツド層、ドープ
ト石英ガラスからなる第２クラツド層および純石
英ガラスからなる第３クラツド層を有する石英ガ
ラス系光フアイバの多数本が互いに融着した構造
を有し、上記コアの屈折率分布がコアの半径を
r₁、コアの中心部における最大屈折率値をn₀、コ
アの最外部に置ける最小屈折率値をn₁としたとき
コアの中心軸から半径0.65r₁の位置における屈折
率n₂が下式を満足する値を有し、且つ第１クラツ
ド層は第２クラツド層よりも低屈折率を有し、第
２クラツド層は第３クラツド層よりも低屈折率を
有することを特徴とする石英ガラス系マルチプル
フアイバである。 n₂≧n₁＋0.65（n₀−n₁）。」 作用並びに効果 本発明のマルチプルフアイバ中に含まれている
個々の光フアイバは、そのコアは中心部より半径
0.65r₁までの区間においては屈折率の低下の程度
が従来のものと比較して小さく、かつ一定値以上
の屈折率を有しているので、マルチプルフアイバ
における各画素は少なくともその中心部より半径
0.65r₁までの区間は勿論のこと、それより多少外
側の領域でさえ実用上充分な明るさを有する。さ
らに本発明においては、次の構成要素を必須のも
のとして有し、それらの相乗作用により伝送画像
が従来品と比較して頗る鮮明である。 即ち、コアの上にドープト石英ガラスからなる
第１クラツド層を有するため、コアの高屈折率と
第１クラツド層の低屈折率とから極めて大きな実
効開口率が実現される。なお、コアと第１クラツ
ド層が共にドープト石英ガラスからなる場合、オ
ープト石英ガラスは一般に線引き時の高温度で過
流動を起こして異常変形し易いが、それらの上に
高溶融粘度を有する純石英ガラスからなる第３ク
ラツド層が存在するので上記の異常変形が防止さ
れ、各画素の配列性が向上する。また更に、第１
クラツド層の屈折率を小さくするためにドーパン
トを多量に含有するドープド石英ガラスを用いる
と、該ガラスは熱膨張係数も大となり、この層が
熱膨張係数の小さい純石英ガラスの第３クラツド
層と直接接触構造であると、線引き直後あるいは
その後において第１クラツド層又は第３クラツド
層がひび割れする問題もあるが、第１クラツド層
と第３クラツド層の中間の屈折率を有し而して熱
膨張係数の点においても中間である第２クラツド
層がそれら層間に介在するので上記のひび割れ問
題も解消する。この結果、本発明においては第１
クラツド層は上記したひび割れ問題を懸念するこ
となく、その屈折率を従来以上に低下せしめるこ
とができる。 実施例 以下、図面にもとづき本発明を説明する。第１
図は参考例の断面図、第２図は第１図の部分拡大
断面図である。第３図は本発明の他の実施例の断
面図、第４図は第３図の部分拡大断面図である。
第５図は従来の、および本発明のマルチプルフア
イバを構成する光フアイバのコア（マルチプルフ
アイバへの線引き前の、したがつて通常は円形断
面を有する。）における屈折率分布曲線を示す。 第６図は、本発明のマルチプルフアイバを画像
伝送体として利用したイメージスコープ例の断面
図である。 第６図において、１は画像伝送体として用いら
れている本発明のマルチプルフアイバ、２はマル
チプルフアイバ１の先端に取りつけられた対物レ
ンズ、３はマルチプルフアイバ１の後端に取りつ
けられた着脱自在形のアイピース、３１はアイピ
ース３内に設置された接眼レンズ、４は照明用の
ライトガイドである。ライドガイド４の先端部分
の少なくとも一定長は、マルチプルフアイバ１と
併設されてマルチプルフアイバの全長を保護する
保護管５中に収められており、残余後部は分岐し
て保護管６中に収められている。イメージスコー
プが可撓性よりも耐熱性が要求される場合、保護
管５および保護管としてはステンレス、チタン、
銅などの金属製のものが用いられ、可撓製が特に
要求される場合には、有機高分子、たとえばナイ
ロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化
ビニルなどの可撓製のものが用いられる。 マルチプルフアイバ１は多数本の光フアイバ７
が互いに融着した構造を有する。８はマルチプル
フアイバの最外部に設けられたスキン層、９はた
とえば熱硬化性有機高分子や熱可塑性有機高分子
からなる補強層である。 第２図および第４図において、D_fは光フアイ
バ７の径、D_cはコア７１の径（なおコア７１は
平均半径r₁有するものとする）、T₁は第１クラツ
ド層７２の厚み、T₂は第２クラツド層７３の厚
み、T₃は第３クラツド層７４の厚み、D_nはマル
チプルフアイバの径、T_sはスキン層８の厚み、
T_pは補強層９の厚みをそれぞれ示す。 マルチプルフアイバ１は、通常、上記光フアイ
バ７と同じ断面構成を有する断面円形の光フアイ
バ母材の10²〜10⁷本、特に10³〜10⁶本を天然石英
ガラスまたは合成石英ガラス、好ましくは合成石
英ガラスからなるスキンパイプ（第１図または第
３図のスキン層８の形成材料）中に整列状態にて
充填し、ついでスキンパイプごと線引きして製造
することができる。この線引きの際の光フアイバ
同士の融着により、各光フアイバは第２図または
第４図に示す通り断面６角形に、または６角形が
少々又はかなり崩れた形状に変形する。したがつ
て、以下において特に断らない限り上記D_f，D_c，
T₁，T₂，T₃の各値は、断面６角形における図示
する通りの平行部分の値を代表的に示すが、６角
形からかなり変形した形状のものについては、そ
の形状と断面積の等しい６角形についての図示す
る通りの平行部分の値を示すものとする。なお、
コア７１の屈折率分布については、第５図にてコ
アが平均半径r₁の断面円形を有するものとして説
明するが、コアが６角形あるいはその他の円以外
の断面形状を有するときはそれら断面と等しい面
積の円についての説明が該当するものとする。 各光フアイバ７は、該光フアイバ断面における
コア７１の占積率が少なくとも20％であることが
好ましい。コア占積率が20％未満であるとコア７
１の光伝送量が乏しくて明るい画像の伝送が困難
である。なおコア占積率が過大であると、マルチ
プルフアイバの可撓性を犠牲にする場合以外はク
ラツド層が薄くなり過ぎて伝送画像に滲み現象が
生じて鮮明な画像が得難い問題がある。したがつ
てコア占積率は、70％以下、特に25〜60％とする
ことが特に好ましい。 本発明においては、一般に第２クラツド層７３
の光フアイバ７における断面占積率は、第１クラ
ツド層７２のそれより大であることが好ましく、
具体的には第１クラツド層７２の断面占積率の
1.1〜６倍、特に1.1〜５倍、さらには２〜５倍で
あることが好ましい。また、第２図において、
D_f，T₁，T₂の各値はそれぞれ３〜15μｍ、0.05〜
1.5μｍ、0.2〜3μｍ程度、好ましくはそれぞれ３
〜10μｍ、0.1〜1.2μｍ、0.5〜2μｍ程度である。第
４図において、D_f，T₁，T₂，T₃の各値はそれぞ
れ３〜16μｍ、0.03〜1.2μｍ、0.15〜2.5μｍ、0.01
〜1.5μｍ程度、好ましくはそれぞれ3.5〜15μｍ、
0.05〜1.0μｍ、0.2〜2.0μｍ、0.05〜0.8μｍ程度で
ある。 第５図において、曲線１が本発明実施例マルチ
プルフアイバ１を構成する各光フアイバ７のコア
７１における屈折率分布曲線であり、曲線２は参
考のために示した通常の通信用GI形光フアイバ
の製造に用いられているコア用ロツドにおける屈
折率分布曲線である。曲線１において、コア７１
の中心r₀の屈折率n₀（通常は最大屈折率を有す
る。）とコア最外部r₁の屈折率n₁（通常は最小屈折
率を有する。）との差Δn、すなわちn₀−n₁は、
0.015〜0.080、好ましくは0.02〜0.050、特に好ま
しくは0.02〜0.04である。 曲線１に示す屈折率分布においては、コアの中
心r₀より平均半径r₂、すなわち0.65r₁までの区間
において屈折率の低下が緩やかであり、コアの平
均半径r₂から平均半径r₁すなわちコアの最外部ま
での区間においては屈折率が急激に低下してい
る。換言すると、区間r₀らr₂においては屈折率の
変化が小さい。しかも半径r₂の位置における屈折
率n₂がn₁＋0.65（Δn）（たとえばΔnが0.025のと
き、n₁＋0.65×0.025＝n₁＋0.016）以上の値を有
している。 したがつてコア７１は、その屈折率分布は１種
のGI形でありながら中心部r₀よりr₂の区間におい
ては屈折率の低下が小さく、かつ一定値以上の屈
折率を有しているので、その区間は勿論のことそ
れより多少外側の領域でさえ実用上充分な明るさ
を有する。 上記した理由から、コア７１の外側部における
屈折率の変化が急激であり、コアの中心部におけ
る屈折率の変化が緩慢であるほど好ましく、した
がつてr₂における屈折率n₂は、下式(2)を満足する
ことが一層好ましい。 n₂≧n₁＋0.65（n₀−n₁） ……(2) さらに曲線１は、r₂（＝0.65r₁）の屈折率n₂が、
上記の値を有するだけでなく、しかもr₃（＝0.5r₁）
の屈折率n₃および／またはr₄（＝0.33r₁）の屈折率
n₄は、それぞれ下式(1)及び(2)にて示す値を有する
ことが好ましい。 n₃≧n₁＋0.67（n₀−n₁） ……(1) n₄≧n₁＋0.70（n₀−n₁） ……(2) 曲線１においては、さらにコアの平均半径
0.7r₁の位置においてn₁＋0.50′（Δn）の屈折率条件
を満足し、かつ上記した屈折率分布条件を満足す
るものは特に好ましい。 コアの上記した屈折率分布は、石英ガラスの屈
折率を高める作用をなすドーパント、たとえばゲ
ルマニウムや燐などを用い、VAD法、CVD法な
どにてドーパント量を上記屈折率分布にしたがつ
て加減することにより達成することができる。ド
ーパントとして好ましいものは、ゲルマニウムま
たはそれを主成分とするものである。 一般的に伝送画像の鮮明さの観点から、コア７
１の最外部の屈折率n₁（最小屈折率）と第１クラ
ツド層７２との屈折率差は大きいほど好ましい。
また、第１クラツド層は第２クラツド層よりも好
ましくは少なくとも0.004、特に少なくとも
0.006、さらに特に少なくとも0.008低い屈折率を
有することが好ましい。 第１クラツド層および第２クラツド層７３は、
いずれも弗素および／または硼素あるいはそれら
の少なくとも１種を主成分とするドーパントによ
りドーピングされた石英ガラスにて構造されるこ
とが好ましい。特に好ましくはドーパントプリカ
ーサとしてBCl₃、BF₃あるいはそれらの混合物を
用いてドープした純石英ガラスである。これに対
して第３クラツド層７４は、線引き温度が少なく
とも1800℃の純石英ガラス、特に純度99.99重量
％以上の高純度のものにて構成されていることが
好ましい。その場合には次に述べる利点がある。 すなわちマルチプルフアイバ１の断面の中心よ
り少なくとも半径80％以内の部分に存在する光フ
アイバが可及的に規則的なハニカム構造に互いに
融着していると（この半径80％以内の部分に多少
のハニカム構造が崩れた部分や暗点などの欠陥部
分が存在していてもよく、また上記ハニカム構造
についても幾何学的６角形の集合のみでなく多少
変形した６角形の集合であつても差し支えない
が）、一般に鮮明な伝送画像が得られ、そのよう
なマルチプルフアイバ１は、100〜5000本程度の
比較的少数の光フアイバを含み且つ外径（D_n）
0.5mm以下の細径ものとして可撓性の要求される
種々の用途に適している。 なお上記の線引き温度とは、被検石英ガラスを
もつて製造した内径23mm、外径26mmの管を加熱軟
化して内径2.3mm、外径2.6mmの縮小管を毎分0.5ｍ
で線引きするときの線引き張力が500ｇ以下とな
る最低温度と定義される。 第１図および第３図において、スキン層８の厚
さは少なくとも3μｍ程度、特には５〜20μｍとす
ることが好ましい。また、補強層９の厚さは少な
くとも5μｍ程度、特には10〜150μｍとすること
が好ましい。 本発明のマルチプルフアイバは、たとえばコア
７１の構成用ロツドと第１クラツド層７２用ガラ
ス、第２クラツド層７２用ガラスなどを有するパ
イプとを用いてロツド・イン・チユーブ法により
光フアイバ母材を得、ついで光フアイバ母材の多
数本をスキンパイプ中に整列充填し、スキンパイ
プごと線引きすることにより製造することができ
る。 実施例１〜10、比較例１〜３ 下表には各実施例、比較例において用いた光フ
アイバ母材の詳細な構造、該光フアイバ母材の
5000本を純石英ガラス管に緻密に充填して該純石
英ガラス管毎2100℃で線引きして得たマルチプル
フアイバの構造、並びに各マルチプルフアイバの
伝送画質についての性能を示す。表中に示す各屈
折率は、20℃における波長0.90μｍの赤外線につ
いての値である。またn₁の値は、1.453である。 伝送画質については、つぎに述べる方法により
評価した。 各実施例および比較例のマルチプルフアイバか
ら長さ５ｍのサンプルを採取し、両端にそれぞれ
レンズを取りつけてイメージスコープ（接眼レン
ズ倍率：40倍、対物レンズ視野角：60度）を作成
し、対物レンズから５ｍ離れた位置にある30Wの
蛍光灯を直視した。一般にマルチプルフアイバ中
の各クラツド層の光閉じ込め効果が乏しい程、蛍
光灯の発光部周辺に強い着色が存在するように観
察される。そこで、蛍光灯の発光部周辺の着色度
に応じて下記の通りに等級付けした。 優：着色が観察されない。 良：極薄くはあるが、赤色または緑色の着色が観
察される。 可：かなり強い着色が観察される。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は参考例の断面図、第２図は第１図の部
分拡大断面図である。第３図は本発明の他の実施
例の断面図、第４図は第３図の部分拡大断面図で
ある。第５図は従来の、および本発明のマルチプ
ルフアイバを構成する光フアイバのコアにおける
屈折率分布曲線を示す。第６図は、本発明のマル
チプルフアイバを画像伝送体として利用したイメ
ージスコープ例の断面図である。 １：マルチプルフアイバ、２：対物レンズ、
３：アイピース、３１：接眼レンズ、４：照明用
のライトガイド、５：保護管、６：保護管、７：
マルチプルフアイバ１を構成する光フアイバ、７
１：コア、７２：第１クラツド層、７３：第２ク
ラツド層、７４：第３クラツド層、８：スキン
層、９：補強層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コアの上に、順次、ドープド石英ガラスから
   なる第１クラツド層、ドープド石英ガラスからな
   る第２クラツド層および純石英ガラスからなる第
   ３クラツド層を有する石英ガラス系光フアイバの
   多数本が互いに融着した構造を有し、上記コアの
   屈折率分布がコアの半径をr₁、コアの中心部にお
   ける最大屈折率値をn₀、コアの最外部似置ける最
   小屈折率値をn₁としたときコアの中心軸から半径
   0.65r₁の位置における屈折率n₂が下式を満足する
   値を有し、且つ第１クラツド層は第２クラツド層
   よりも低屈折率を有し、第２クラツド層は第３ク
   ラツド層よりも低屈折率を有することを特徴とす
   る石英ガラス系マルチプルフアイバ、 n₂≧n₁＋0.65（n₀−n₁）。 ２ コアは、ゲルマニウムまたはそれを主成分と
   するドーパントによりグレーデドインデツクス形
   にドーピングされた石英ガラスからなるものであ
   る特許請求の範囲第１項に記載の石英カラス系マ
   ルチプルフアイバ。 ３ 第１クラツド層及び第２クラツド層が弗素お
   よび／または硼素あるいはそれらの少なくとも１
   種を主成分とするドーパントによりドーピングさ
   れた石英ガラスからなるものである特許請求の範
   囲第１項乃至第２項のいずれかに記載の石英ガラ
   ス系マルチパルフアイバ。