JPH08262242A - 可撓性光学繊維束 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明はクロストーク現象及び光抜け現象等の
不具合を低減し、明るさのある、細径で高画素化された
可撓性光学繊維束を得ることを目的とする。 【構成】３重層構造の光学ファイバ素線１１を複数本、
集束配列し、これらを高温高圧で一体化した後、加熱延
伸し、所望の長さに切断して得られる一体化された硬い
光学繊維束を作り、この硬い光学繊維束の所望部分を所
要程度残して、他の部分の酸溶解ガラスを酸にて溶解除
去して得られる可撓性光学繊維束１０において、前記３
重層構造の光学ファイバ素線１１におけるコア１２の半
径ａとクラッド１３の半径ｂとの比（ａ／ｂ）、及び前
記コア１２の半径ａと酸溶解ガラス１４を含む前記ファ
イバ素線１１の半径ｃとの比（ａ／ｃ）が、それぞれ次
の関係式 ０．５８＜（ａ／ｂ）＜０．６７ ０．４８＜（ａ／ｃ）＜０．５７ を満たす範囲にあることを特徴とする可撓性光学繊維
束。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば内視鏡のイメー
ジガイド等の用いられ得る可撓性光学繊維束に関する。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡のイメージガイドに用いられる光
学繊維束は特公昭５−２６１６４号公報、特開昭６３−
２１２３１号公報やＵＳＰ第４５６４２６１号明細書等
において既に提案されている。この種の可撓性光学繊維
束をイメージガイドとして用いた内視鏡としては例えば
図７に示すような構成となる。

【０００３】図７に示す内視鏡１は、複数本のファイバ
素線（単繊維）を束ねて構成されたイメージファイバ束
（光学繊維束）２を備える。このイメージファイバ束２
の入射端面２ａには図示しない照明光学系によって照明
された物体の像（Ｔ）が対物レンズ群３を介して結像さ
れる。入射端面２ａに結像された像（Ｔ）はイメージフ
ァイバ束の各ファイバ素線のコア層とクラッド層の境界
面で反射しながらそのコア層中を伝播し、イメージファ
イバ束２の出射端面２ｂから外へ出射される。出射端面
２ｂから出射された像（Ｔ）は接眼レンズ４を介して観
察されるようになっている。

【０００４】ところで、近年、例えば挿入部の外径が１
ｍｍ以下の細径な内視鏡の提案がなされ、これに伴って
挿入部の細経化のみならず、イメージガイドとしても細
く、高解像度のものが強く望まれてきている。これの要
望に応じるため、そのイメージガイドの高画素化が考え
られ、このため、イメージガイドの画素間（コア相互間
距離）が１０〜８μｍ以下のレベルの研究が対象となっ
てきている。

【０００５】しかしながら、このような高画素のイメー
ジファイバ束では光を伝達するファイバ素線におけるク
ラッドとコアとの境界からそのクラッド側へ光成分が漏
れ出して他のコアに混入する、いわゆるクロストーク現
象が起こり易くなる。

【０００６】このクロストーク現象は、光を伝達するフ
ァイバ素線におけるクラッドとコアに着眼した場合、そ
の透過しようとする光成分の波長をλとすると、そのク
ロストーク現象を低減するのに必要なクラッドの厚みχ
は、以下の関係が必要とされている。 χ≧２λ （λ：透過光波長） すなわち、従来の光学繊維束のファイバ素線（単繊維）
のコア外径ａとクラッド外径ｂとの比率の値を維持しな
がら加熱延伸し、その光学繊維束の高画素と細経化を図
るため、最終の状態で、コア相互間隔を１０μｍ以下に
加熱延伸率を大きくさせて細経化した場合には、前記ク
ロストーク現象の発生が特に著しく目立ってくる。

【０００７】しかし、前述した如く、最近では、これら
の細径の光学繊維束によるイメージガイドも高画素化が
強く望まれている。このため、一般にはコアの径を小さ
く（細く）するとともにコアを包括するクラッドも薄く
して画素密度（コアの密度）を大きくする必要がある。

【０００８】しかし、コア相互間の間隔が小さくなって
クラッドの厚さが透過光の波長λの２倍を大きく下回る
と、ファイバ素線間のモード結合によってクロストーク
現象が発生する。また、ファイバ素線がバラバラになっ
たイメージファイバ束の中間部分ではそのまま光が通り
抜ける、光抜け現象が発生し、画質を著しく低下させる
結果となる。

【０００９】このようなクロストーク現象や光抜け現象
による画質の低下を防止するためにはクラッドの厚みを
それなりに大きくする必要がある。そうすると、一般的
には光学繊維束の断面における単位面積当たりのコアの
占有率が小さくなってしまい、その結果、明るい画像を
得ることが出来なくなると共に高画素化も達成できなく
なる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような内
視鏡に適用される光学繊維束はその外径が３ｍｍ以下と
細い上に、高画素化を図るために、コア径が３〜８μｍ
程度しかない上にファイバ素線（単繊維）の本数（画素
数）は、数千〜数万本（画素）としているため、隣り合
ったファイバ素線の影響で必ずしも満足な画質が得られ
る訳ではない。

【００１１】図８はイメージファイバ束２の固めた端面
部分の状態を模式的に示す図であって、溶融一体化した
酸溶解ガラス５の中に、それぞれクラッドガラス６に包
囲されたコア７が互いに離間して配列されている。ま
た、両端部を除くイメージファイバ束２における中間部
では図９（ａ）（ｂ）に示すように、酸溶解ガラス５が
溶解除去されており、ファイバ素線８がそのあいだに隙
間９のあるバラバラの可撓性を有する状態になってお
り、コア７とそれを包囲するクラッドガラス６のみのフ
ァイバ素線８が単繊維の状態で多数本存在している。

【００１２】このような構造のイメージファイバ束２で
はこれを高画質化するに当たって、コアの半径ａ´を細
く、単繊維の本数（画素数）を多くした場合、クラッド
の半径ｂ´も小さく細くなり、単繊維のクラッド厚みχ
（＝ｂ´−ａ´）はそれらの径に比例して薄くなるた
め、特に可撓性を有する中間部においてのファイバ素線
８が単繊維の状態で多数本存在するところでは、クラッ
ド６から、その厚みに反比例して光り洩れを生じ易くな
り、また光り洩れを起こした光成分が隣り合った単繊維
に再進入したり、そのまま伝達されないロス光となって
しまうような現象がおきる。この現象は可視光線領域の
特に長波長側で生じやすい。また、クラッドの厚みが薄
くなるほど短波長側でも光抜け現象が起こりやすくな
る。

【００１３】よって、本発明における課題はクロストー
ク現象及び光抜け現象等の不具合を低減し、明るさのあ
る、細径で高画素化された可撓性光学繊維束を得ること
にある。

【００１４】

【課題を解決する手段および作用】本発明は可撓性光学
繊維束において、コアとコアの外周にこれを囲むように
設けられたクラッドと該クラッド部を囲むように設けら
れた酸溶解ガラスとからなる、３重層構造の光学ファイ
バ素線を複数本、例えば配列管（ジャケットパイプ）内
に挿入して集束配列し、これらを高温高圧で一体化した
後、加熱延伸し、所望の長さに切断して、例えば両端部
を研磨および保護膜処理を行って得られる、各酸溶解ガ
ラスが互いに融着されて一体化された硬い光学繊維束、
すなわちファイバコンジットを製作し、さらに、そのフ
ァイバコンジットの例えば両端部を所要の例えば数ｍｍ
程度残して、その中間部分の酸溶解ガラスを、酸にて溶
解除去して得られる可撓性光学繊維束において、前記３
重層構造の光学ファイバ素線のコアの半径ａとクラッド
の半径ｂとの比（ａ／ｂ）及び前記コアの半径ａと酸溶
解ガラスを含む素線の半径ｃとの比（ａ／ｃ）が、それ
ぞれ次の関係式 ０．５８＜（ａ／ｂ）＜０．６７ ０．４８＜（ａ／ｃ）＜０．５７ を満たす範囲にするものである。

【００１５】以上のような構成として、光学繊維束作成
時の素線の比率にすることにより、コア相互間距離を１
０μｍ以下の場合でも、光り抜けやクロストーク現象を
減少させ、十分な明るさを有する最適なクラッド厚にで
きる。この場合、光学繊維束の端面での、溶融一体化後
のコア、クラッド、酸溶解ガラスの関係についても上記
関係式と同様な関係に有り、コアの半径ａ′とクラッド
の半径ｂ’との比（ａ’／ｂ’）、及びコアの径２ａ′
と酸溶解ガラスを含むコア相互間距離２ｃ’との比（ａ
´／ｃ´）が、それぞれ次の関係式 ０．５８＜（ａ´／ｂ´）＜０．６７ ０．４８＜（ａ´／ｃ´）＜０．５７ を満たす範囲にあるようになる。

【００１６】また、前記各関係式の（ａ／ｂ）の範囲の
上限を越えた場合には、クラッドの厚さが薄くなるため
に光抜け現象やクロストーク現象が起こってしまう。ま
た、（ａ／ｂ）の範囲の下限を越えた場合には、コアの
光伝送有効面積が少なくなり、十分な明るさをもたせる
ことができなくなる。

【００１７】

【実施例】本発明の可撓性光学繊維束１０は図１で示す
ように複数のファイバ素線１１を束ねてなる。この光学
繊維束１０を製造する前の各ファイバ素線１１は図２で
示すように、コア１２とこれを包囲するクラッド１３及
びそのクラッド１３を包囲する酸溶解ガラス１４からな
る３層の積層構造のものとなっている。

【００１８】そして、この可撓性光学繊維束を製造する
場合には図１に示すように、配列管（ジャケットパイ
プ）１５の内部に多数のファイバ素線１１を挿入し、図
１および図３でそれぞれ示すように最も密な配列が得ら
れるべく各ファイバ素線１１を斜列（俵積み）の状態に
配列する。このように配列管１５内に多数のファイバ素
線１１を密に配列した後、これを高温高圧下で互いに圧
着させることにより一体化する。この後で外周の研削を
行い、加熱延伸してから所望の長さに切断する。図４は
高温圧着して加熱延伸処理した後の配列状態を示してお
り、各酸溶解ガラス１４が互いに融着される。そして、
溶融一体化した酸溶解ガラス１４の中にそれぞれ亀の子
形状に変形されたクラッドガラス１３にて包囲されたコ
ア１２が互いに離間して配列されている。これにより各
酸溶解ガラス１４が互いに融着されて多数のファイバ素
線１１が一体化され、全長にわたり硬い光学繊維束（イ
メージコンジット）が得られる。

【００１９】次に、その硬い光学繊維束の両端部を研磨
しかつ両端部に保護膜処理を行う。ついで、この光学繊
維束の両端部を数ｍｍ程度残して、その光学繊維束の中
間部分についての酸溶解ガラス１４のみを酸にて溶解除
去する。これにより両端部分のみが固く、中間部分のみ
が、ファイバ素線１１がバラバラになって可撓性を有す
る状態になり、イメージガイド用可撓性光学繊維束が得
られる。

【００２０】図３で示す加熱延伸前の状態で、例えばフ
ァイバ素線１１の外径（２ｃ）が、２９０μｍであると
き、配列管１５の内径がφ２０ｍｍの場合、約４２００
本のファイバ素線１１を挿入できる。これを加熱延伸
し、φ０．４７５ｍｍの光学繊維束を製造する場合、各
コア１２相互間の距離ｘはそれぞれ一定に保たれ、約
６．６μｍとなる。

【００２１】次に、光学繊維束の具体例１〜４を挙げ
る。 具体例１ 具体例２ 具体例３ 加熱延伸前の光学繊維束断面の コア径 （２ａ） １３７．８ １４５．５ １４９．９ クラッド径 （２ｂ） ２３９．０ ２４６．７ ２４７．７ 素線外径 （２ｃ） ２８８．１ ２９０．８ ２９０．８ ａ／ｂ ０．５８ ０．５９ ０．６１ ａ／ｃ ０．４８ ０．５０ ０．５２ 加熱延伸後の光学繊維束断面の コア径 （２ａ’） ３．３５ ３．４７ ３．５８ クラッド径（２ｂ’） ５．６０ ５．６５ ５．６８ コア間距離（２ｃ’） ６．６０ ６．６１ ６．６１ ａ´／ｂ´ ０．５９ ０．６１ ０．６３ ａ´／ｃ´ ０．５１ ０．５２ ０．５４ クラッド厚さ（a-b)／2 １．１３ １．０９ １．０５ 明るさ比 １．９ １．９ 具体例４ （比較例１） 加熱延伸前の光学繊維束断面の コア径 （２ａ） １５４．２ １７２．７ クラッド径 （２ｂ） ２４９．８ ２５０．５ 素線外径 （２ｃ） ２９０．８ ２９０．９ ａ／ｂ ０．６２ ０．６９ ａ／ｃ ０．５３ ０．５９ 加熱延伸後の光学繊維束断面の コア径 （２ａ´） ３．６８ ４．１２ クラッド径 （２ｂ´） ５．７２ ５．７６ コア間距離 （２ｃ´） ６．６１ ６．６１ ａ´／ｂ´ ０．６４ ０．７２ ａ´／ｃ´ ０．５６ ０．６２ クラッド厚さ １．０２ ０．８２ 明るさ比 １．５ １．０ 以上の各具体例１〜４はコア１２の径を小さくし、クラ
ッド１３の厚みを増した場合でもその明るさが明るく維
持され、また光学特性的にも長波長側の抜けの少ないイ
メージガイド用光学繊維束の例を示すものである。ま
た、図５はコア１２の相互間距離が６．６μｍの場合に
おける前記具体例２〜４と比較例の相対分光特性を示し
ているが、これを見るとクラッド１３の厚さが増すもの
程、特に長波長側の波長領域においての光抜けは減少し
ていることが知れる。

【００２２】さらに、コア１２の外径とクラッド１３の
外径の比ａ／ｂ、及びコア１２の外径と素線外径との比
（ａ／ｃ）が一定の光学繊維束で、コア相互間距離が異
なる場合、そのクラッド１３の厚みと光学性能の関係を
求めたものを比較例１〜４としてこれを以下に示し、ま
た、長さ１ｍのイメージガイド用光学繊維束のコア間距
離の違いによる分光透過率特性を図６に示す。

【００２３】 比較例１ 比較例２ 比較例３ 比較例４ 加熱延伸後の光学繊維束断面の コア部径 （２ａ´） ４．１２ ４．３４ ４．６５ ８．０６ クラッド部径（２ｂ´） ５．７６ ６．０３ ６．４６ １１．１９ コア間距離 （２ｃ´） ６．６１ ７．０ ７．５ １３．０ ａ´／ｂ´ ０．７２ ← ← ← ａ´／ｃ´ ０．６２ ← ← ← クラッド厚さ(a-b）／2 ０．８２ ０．８５ ０．９１ １．５７ 図６からも知れるように、コア部／クラッド部、並びに
コア部／素線の比率が同一で有る場合、コア部間距離が
短くなる（同じ繊維本数でイメージガイド外径を細くす
る）と、それに伴い、クラッド部の厚みが減少し、長波
長側の波長の光についての光抜けが大きくなってくる。
本発明はこの点を防止するために前記比率を取るように
可撓性光学繊維束を設計した。

【００２４】ただし、比較例４のように、コア部間距離
が１０μｍ以上と長く、クラッド部の厚さが十分な場合
は、本実施例による比率にしても、逆に、コア部占有面
積が減少する分、明るさが暗くなってしまうということ
になる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ア相互間距離が１０μｍ以下の、外径が細く、高画素の
可撓性光学繊維束の場合において、そのクラッド厚さが
相対的に増し、長波長側の波長の光の光り抜けやクロス
トーク現象を極力少なくできて細径で高画素化された可
撓性光学繊維束であっても明るくコントラストの良好な
画像を伝送でき、可撓性光学繊維束の品質の向上が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 光学繊維束を製造する場合において配列管内
に多数のファイバ素線を挿入して配列した状態の説明
図。

【図２】 光学繊維束を製造する前のファイバ素線の拡
大した断面図。

【図３】 ファイバ素線を配列した状態を拡大して示す
説明図。

【図４】 配列管内で各ファイバ素線が圧着された状態
の説明図。

【図５】イメージガイド用光学繊維束のコア間距離が一
定（６．６μｍ）の場合における相対分光特性図。

【図６】 長さ１ｍのイメージガイド用光学繊維束のコ
ア間距離の違いによる分光透過率特性図。

【図７】 可撓性光学繊維束をイメージガイドとして用
いた内視鏡の概略的な構成の説明図。

【図８】 その可撓性光学繊維束のコア、クラッドおよ
び酸溶解ガラスの状態を示す説明図。

【図９】 その可撓性光学繊維束の完成品の側面図。

【符号の説明】

１０…可撓性光学繊維束、１１…ファイバ素線、１２…
コア、１３…クラッド、１４…酸溶解ガラス、１５…配
列管（ジャケットパイプ）、ａ…コア半径、ｂ…クラッ
ド径、ｃ…素線外径。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コアとコアの外周にこれを囲むように設け
   られたクラッドと該クラッドを囲むように設けられた酸
   溶解ガラスとからなる、３重層構造の光学ファイバ素線
   を複数本、集束配列し、これらを高温高圧で一体化した
   後、加熱延伸し、所望の長さに切断して得られる、各酸
   溶解ガラスが互いに融着されて一体化された硬い光学繊
   維束を作り、この硬い光学繊維束の所望部分を所要程度
   残して、他の部分の酸溶解ガラスを酸にて溶解除去して
   得られる可撓性光学繊維束において、 前記３重層構造の光学ファイバ素線におけるコアの半径
   ａとクラッドの半径ｂとの比（ａ／ｂ）、及び前記コア
   の半径ａと酸溶解ガラスを含む前記ファイバ素線の半径
   ｃとの比（ａ／ｃ）が、それぞれ次の関係式 ０．５８＜（ａ／ｂ）＜０．６７ ０．４８＜（ａ／ｃ）＜０．５７ を満たす範囲にあることを特徴とする可撓性光学繊維
   束。
2. 【請求項２】ファイバ素線を配列管内に集束配列したと
   き、そのファイバ素線のコア相互間の間隔が１０μｍ以
   下の場合において、前記関係式を満たす範囲内にあるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の可撓性光学繊維束。