JPH0527120A - ライトガイド構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イメージ光ファイバや超小型カメラあるいは
光ファイバセンサにおいて、可撓性のよい、しかも広範
囲に光束を放射できるライトガイド構造体を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 中央の光ファイバ等と捻じれの位置にライト
ガイド用光ファイバを配置する。その捻じれの位置の光
ファイバは、光ファイバテープを線状物の外側に螺旋状
に巻き付けることにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡や光センサとし
ての医療分野、あるいは監視カメラや光センサとしての
計測分野で使用されるイメージ光ファイバや先端部に超
小型カメラを取り付けたケーブル或いはセンシング用光
ファイバ等の線状物の先端部の先方を照明するライトガ
イド構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、中心の線状物の外側にその直径
より小さい多数の光ファイバを配置したものを使用して
いた。或いは中心部が空洞でその外側が鞘／芯／鞘の３
層構造になっている中空光ファイバの中空部に線状物を
挿入して使用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多数の
光ファイバを配置し線状物を取り囲む場合、繁雑な加工
作業を必要とするため、製造経費の負担が大きな問題で
あった。この方法を簡便に行なうためにプラスチック光
ファイバのテープを簾巻き状に巻き付ける方法もある
が、この方法で得られる簾巻き状のライトガイドは直管
状にしかならず、曲げて使用する用途には向かないもの
であった。また３層構造の中空ファイバの場合には、パ
イプ状になっているため可撓性が小さく、曲げると座屈
するという問題や線状物を中空部に挿入する際に傷がつ
いたり、折れたりするなどの問題があった。

【０００４】本発明で解決しようとする課題は、中心部
の線状物を曲げて使用するのに適したライトガイドを提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
検討した結果、光ファイバ又は光ファイバから構成され
る光ファイバテープを線状物の外側に螺旋状に巻き付け
ることにより、可撓性のよい、然も従来より外側に広範
囲に放射できるという特長を持った本発明のライトガイ
ド構造体に到達した。

【０００６】即ち、本発明は、線状物の先端部から照明
するライトガイド構造体において、光を出射する先端部
の構造が該線状物の外側に複数本の光ファイバを配置
し、線状物の中心軸と任意の光ファイバの中心軸とが捻
じれの位置にあることを特徴とするライトガイド構造体
である。その該線状物と捻じれの位置に光ファイバを配
置する構成は光ファイバテープを該線状物の外側に螺旋
状に巻き付けることにより達成する。

【０００７】ここで言う線状物とは、イメージを伝送す
る線状物即ちイメージ光ファイバ、イメージバンドル、
先端部に超小型カメラを取り付けた電気信号線、或いは
反射光を検出する光ファイバ、光ファイババンドル等を
表すが、該線状物が、イメージ光ファイバ、先端部に超
小型カメラを取り付けた電気信号線、あるいは光ファイ
バセンサであるとき、より特長を発揮する。

【０００８】該線状物とその外側の光ファイバの寸法の
関係は、特に限定するものではないが、例えば線状物の
外径が１ｍｍの場合には、光ファイバは０．１ｍｍ〜
０．５ｍｍ、線状物の外径が０．５ｍｍの場合には、光
ファイバの外径は０．０５〜０．２５ｍｍであることが
好ましい。該線状物の外側に配置される光ファイバは図
３に示すような構造をしているが、可撓性のよいプラス
チック光ファイバが好ましい。プラスチック光ファイバ
の材質に特に規定はないが、ＰＭＭＡを芯とするもの、
ポリスチレンを芯とするもの、ポリカーボネートを芯と
するものなどがよく使われる。ここで、捻じれの位置に
あるということは数学でいう２本の直線が同一平面上に
ないという位置関係にあることを示し、平行でなく、交
差もしないということである。線状物の中心軸と任意の
光ファイバの中心軸とが捻じれの位置にあることによ
り、中央の線状物を曲げる時、周辺の光ファイバが座屈
を起こすことなく全体をうまく曲げることができるので
ある。

【０００９】次に、光ファイバテープとは、光ファイバ
を並列に複数本並べてテープ状に結合したもので、成形
時にまだ固まっていない複数本の光ファイバ同士を軟ら
かい鞘材ポリマで溶着させて結合したもの或いは成形後
の光ファイバを接着剤で結合したもの等がある。例を図
４に示す。光ファイバテープを構成する光ファイバの本
数は２本以上であればよいが、例えば４本、８本、１６
本、など状況に応じて適切なものを選べば良い。光ファ
イバテープの束数であるが、１束がシンプルで好ましい
が、寸法の関係で必要ならば、２束以上に並列にしても
よいし、ライトガイドの光量が多く必要な場合には、２
段以上に重ねてもよい。

【００１０】線状物と光ファイバテープの関係である
が、線状物の直径をＤ、光ファイバテープを構成してい
る光ファイバの直径をｄ、本数をｎとして、光ファイバ
テープの束数をｍとする。光ファイバテープを線状物の
外側に螺旋状に隙間なく並べた場合、図５に示すよう
に、螺旋角度を線状物の中心軸と光ファイバテープを構
成する光ファイバの中心軸のなす角度と定義して、その
角度をθとすると、次の関係式がなりたつ。

【００１１】 この螺旋角度θはライトガイドとしての照明の方向に
大きな影響を与える。まず、最初にθ＝０、即ち線状物
と光ファイバのそれぞれの中心軸が平行の場合、線状物
を取り囲んだ光ファイバテープの先端の円周状の光の放
射部から出た光は、線状物の先端の先方の空間を光ファ
イバテープがつくっている円筒の側面を延長した面で区
分すると、その外側と内側の両方の部分を照明して外側
にはそれ程広がらない。

【００１２】次に、本発明のようにθが大きくなると、
光ファイバテープの先端から出た光はファイバが線状物
の光軸方向からθだけ傾いている分だけ外側に広がった
光束となり、中央部のみならず、周辺をも広く照明でき
るようになる。更にθが大きくなると中央部に光が当た
らなくなるドーナツ状の光束となり、中央部の照明とし
ては使えなくなるが、逆に周辺を更に広く照らすことが
できる。このように螺旋角度を適切に設計することによ
り、照明可能なドーナツ状の光束の範囲を任意に設計で
きる。例えば、中央部付近をも照らし更に周辺を従来よ
り広く照らす目的の場合は、θは光ファイバの開口数に
対応する角度以下が好ましい。例として光ファイバの開
口数＝０．５の場合は、θは３０度以下が好ましい。逆
にθが光ファイバの開口数に対応する角度より大きい場
合は、周辺を明るく照らす用途に最適である。

【００１３】以上は光ファイバテープを螺旋状に隙間な
く巻き付けた場合であるが、螺旋状に巻く光ファイバテ
ープ間に隙間が在っても構わない。例えば、３束の光フ
ァイテープを用いる場合、等間隔に隙間を空けることは
可能である。製造方法としては、予め螺旋状に賦形した
光ファイバテープの中空部に該線状物を挿入して製作す
る。例えば、光ファイバテープを該線状物の外径と概略
等しい外径の硬線に螺旋状に巻き付け、該テープを加熱
により螺旋状に賦形した後、硬線を取り除き、内側が中
空となった螺旋状光ファイバテープを得る。次に、得ら
れた螺旋状光ファイバテープの内側の中空部に、該線状
物を挿入することにより製作する。尚、ライトガイドの
製造方法は当該方法が好ましい。硬線とは鉄線、銅線等
の金属線や光ファイバの芯材より熱変形温度の高い樹脂
の線等である。この後、その上に保護被覆をすることが
多い。

【００１４】製造方法は、他に線状物に直接、光ファイ
バや光ファイバテープを巻き付けたのち、保護被覆をす
る方法もあるが、予め螺旋状に賦形した光ファイバテー
プの内側の中空部に、該線状物を挿入して製作する方法
が好ましい。次に、実施例に基づき更に詳細に説明す
る。

【００１５】

【実施例１】線状物として、直径１ｍｍのプラスチック
光ファイバ（旭化成工業〓製ＤＢ１０００）を１ｍ用い
た。光ファイバテープとして直径０．２５ｍｍのプラス
チック光ファイバを１４本並べたものを１束使用して、
予め外径１ｍｍの銅線に巻付け、１００℃のオーブン内
に３０分間加熱放置して螺旋状に賦形する。その後銅線
を取り除き、螺旋状光ファイバテープの内側の中空部に
線状物を挿入して本ライトガイド構造体を製作した。螺
旋の角度は約２７度であった。

【００１６】照明側端面は、螺旋上に巻かれた光ファイ
バテープを線状物と共に内径約１．６ｍｍφの金具に挿
入して接着材で固定し、両者を接着したものを線状物の
光軸に垂直になるように切断した後、端面を研磨した。
光源側端面は端面の近くで線状物と光ファイバテープを
分離して、光ファイバテープを単独に丸めて内径約１．
１ｍｍφの金具に挿入して接着した後、端面を研磨し光
の入射部とした。ＬＥＤの光を入射させて反対側の端面
から照明したところ、明るく照明できた。螺旋状ライト
ガイドを取り付けた線状物は自由に手で曲げることがで
き、操作が容易であった。ライトガイドから出た光は周
辺部をよく照らし、線状物の中心軸に対する光束の広が
り角度を測定すると約６０度であった。

【００１７】

【実施例２】線状物として、イメージを伝送できる直径
０．５ｍｍのプラチックイメージ光ファイバを１ｍ用い
た。光ファイバテープとして直径０．１ｍｍのプラスチ
ック光ファイバを９本並べたものを２束使用して、予め
外径０．５ｍｍの鉄線に重ねて巻付け、１００℃のオー
ブン内に３０分間加熱放置して螺旋状に賦形する。その
後鉄線を取り除き、螺旋状光ファイバテープの内側の中
空部に線状物を挿入して、本ライトガイド構造体を製作
した。螺旋の角度は約１７度であった。

【００１８】照明側端面は、螺旋上に巻かれた光ファイ
バテープを線状物と共に内径約０．７５ｍｍφの金具に
挿入して接着材で固定し、両者を接着したものを線状物
の光軸に垂直になるように切断した後、端面を研磨し
た。光源側端面は端面の近くで線状物と光ファイバテー
プを分離して、光ファイバテープを単独に丸めて内径約
０．７５ｍｍφの金具に挿入して接着した後、端面を研
磨し光の入射部とした。ハロゲンランプの光をレンズで
集光してそこから入射させて反対側の端面から照明した
ところ、明るく照明できた。螺旋状ライトガイドを取り
付けた線状物は自由に手で曲げることができ、操作が容
易であった。ライトガイドから出た光は周辺部をよく照
らし、線状物の中心軸に対する光束の広がり角度を測定
すると約５０度あった。中央部についても光が当り、幅
広い視野でイメージが伝送できた。

【００１９】

【比較例１】線状物として、実施例２と同じイメージを
伝送できる直径０．５ｍｍのプラスチックイメージ光フ
ァイバを１ｍ用いた。光ファイバテープとして直径０．
１ｍｍのプラスチック光ファイバを９本並べたものを２
束使用して、今度は線状物に簾巻き状に巻き付けた。光
ファイバの中心軸と線状物の中心軸は平行である。

【００２０】照明側端面は、簾巻き状に巻き付けた光フ
ァイバテープを線状物と共に内径約０．７５ｍｍφの金
具に挿入して接着材で固定し、両者を接着したものを線
状物の光軸に垂直になるように切断した後、端面を研磨
した。光源側端面は端面の近くで線状物と光ファイバテ
ープを分離して、光ファイバテープを単独に丸めて内径
約０．７５ｍｍφの金具に挿入して接着した後、端面を
研磨し光の入射部とした。ハロゲンランプの光をレンズ
で集光して、そこから入射させて反対側の端面から照明
した。簾巻き状ライトガイドを取り付けた線状物は直管
状であるので、手で曲げると座屈しそうで、曲げること
ができなかった。

【００２１】ライトガイドから出た光の広がりは線状物
の中心軸に対して約３０度程度であり、周辺部へも光の
広がりは少なかった。

【００２２】

【発明の効果】本発明のライトガイド構造体を使用する
と、線状物を必要に応じて自由に曲げることができるた
め、より細かな部分での用途に容易に対応できるように
なった。また、より外側に広範囲に光束を広げることが
できるようになり、ライトガイドの照射範囲を広げるこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のライトガイド構造体の１例を示す斜視
図である。

【図２】先端に金具をつけた本発明のライトガイド構造
体の１例を示す斜視図である。

【図３】参考図 光ファイバの１例

【図４】参考図 光ファイバテープの１例

【図５】螺旋角度θの説明

【図６】本発明のライトガイドを光ファイバテープで製
作した１例を示す斜視図である。

【図７】図６の例の一端を丸めて光源に接続しやすくし
た例を示す斜視図。

【図８】本発明のライトガイドを光ファイバテープ２段
で製作した１例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 線状物 ２ 光ファイバ ３ 金具 ４ コア ５ クラッド ６ 光ファイバテープ ７ 光ファイバテープ端面 ８ 光ファイバテープの端面を丸めたもの

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線状物の先端部から照明するライトガイ
   ド構造体において、光を出射する先端部の構造が該線状
   物の外側に複数本の光ファイバを配置し、線状物の中心
   軸と任意の光ファイバの中心軸とが捻じれの位置にある
   ことを特徴とするライトガイド構造体。
2. 【請求項２】 該線状物の外側の複数本の光ファイバ
   が、光ファイバテープを該線状物の外側に螺旋状に巻き
   付けたことにより構成される請求項１のライトガイド構
   造体。
3. 【請求項３】 該線状物が、イメージ光ファイバ、先端
   部に超小型カメラを取り付けた電気信号線、あるいは光
   ファイバセンサである請求項１または請求項２のライト
   ガイド構造体。