JPS61217005A

JPS61217005A - 中空導波管

Info

Publication number: JPS61217005A
Application number: JP61055131A
Authority: JP
Inventors: ガゼリン・デクスター・ラークマン
Original assignee: KUMAN ELECTRO OPUTEIKUSU Inc; LA-KUMAN ELECTRO OPUTEIKUSU Inc
Current assignee: KUMAN ELECTRO OPUTEIKUSU Inc; LA-KUMAN ELECTRO OPUTEIKUSU Inc
Priority date: 1985-03-18
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1986-09-26
Also published as: AU5479786A; US4652083A; EP0195629A2; EP0195629A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、可撓性で、細径の中空導波管、特に医療用に
適した、ＣＯ２レーザ−エネルギーを高効率で伝送する
ことができる導波管に関する。

Ｃｏ２レーザーのほとんどは医療用に有効な手段である
ので、所望の手術部位にそのレーザービームを案内する
方法を改良するために研究が続けられてきた゛。主とし
て、レーザーは、レーザー光をアームの長手方向に縦断
させ、かつ所望の部位に向けさせるために、各ヒンジ部
において反射面で一緒にされた多くの大径の管状部材を
有する多部関節式アームと結合されてきた。

そのような関節式アームレーザーシステムは種々の医療
分野において最近広く受は入れられるようになったが、
代表的には、アームが手術医によって動かされることに
対しである程度の「抵抗」を示すので、一般に、それら
のシステムは使用するのに幾分不自由である。そのよう
なアームは、それらのサイズ及び乏しい可撓性のために
、医療用途の範囲が本質的に制限される。現在のＣＯ２
レーザーの手術における用途は、処置すべき部位に直接
接近するものに本質的に限定される。現在の技術は、Ｃ
Ｏ２レーザ−ビームを「向ける」ために比較的広く、し
かも短くかつまっすぐな内視鏡通路を必要とするので、
ＣＯ２レーザー内視鏡手術はまだまれである。さらに、
特に小さいスポットサイズを要求する手術に使用する場
合、大部分の関節式アームはビーム配列の問題を生じる
。また、特に精密な光学配列が要求される場合、これら
のアームは高価になυがちでもある。

本発明の目的は、長く、細く、もしくは可撓性の内視鏡
として突通すことができる、また別にに次的穿刺プロー
ブとして使用することができる、ＣＯ２レーザー放出線
を伝送するための小径の、可撓性ファイバーを提供する
ことＫある。

種々の光ファイバーがレーザーエネルギーの伝送媒体と
して提案されたが、今日まで、ＣＯ２レーザーの特徴で
あるＩ　Ｏ，６ミクロンの波長用に商業的に受は入れら
れるようになったものは一つもなかった。しかしながら
、１０．６ミクロンにおける赤外線光の伝送のための光
ファイバー又は光パイプが提案された。その−例として
は、日本国のホリパ・リミテッド（Ｈｏｒｉｂａ、Ｌｔ
ｄ、　）によって開発されたＫ　Ｒ；　Ｓ　−ｓ　、ｙ
アイパーのようなポリクリスタリンがあシ、他には、イ
ー・ガルミール（Ｅ　、Ｇａｒｍ　ｉ　ｒｅ）及びエム
・ミャギ（Ｍ、　Ｍｉｙａｇｉ　）によって提案された
種々の形態の可撓性、中空導波管がある。例えば、エム
・ミャギ等の「赤外線伝送用誘電体被覆金属導波管の伝
送特性：平板型導波管（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃ
ｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｄｉｅｌｅｃｔ
ｒｉｃ−Ｃｏａｔｅｄ　Ｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｗａｖｅｇ
ｕｉｄｅ　ｆｏｒ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｔｒａｎｓ　−
ｍｉｓｓｉｏｎ　：　５ｌａｂ　Ｗａｙｅｇｕｊｄｅ　
Ｍｏｄｅｌ　）　Ｊ、ＩＢＥＥジャーナル・オブ・ファ
ンタムエレクトロニクス、ＱＢ−１９巻、１２号（１９
８３年２月）及びそこに引用された文献参照。最近、ミ
ャギ等はｒｆ−スパッタリング、メッキ及びエツチング
技術によって形成された内側ゲルマニウム層を有する円
形のニッケル導波管を使用して赤外線を伝送するだめの
、誘電体で被覆された金属製の中空、可撓性導波管の製
造法を提案した。ミャギ等は、まっすぐな導波管の伝送
損失が非常に少ないと予言しているが、実際、現実の伝
送はほんのわずかな湾曲半径（２００１）でも実質的に
低下する。このことを理解するためには、伝送の機構を
考慮しなければならない。

可撓性の、細径中空導波管によるレーザー光の伝送は、
湾曲した導波管の内面に沿うビームの連続反射のために
犬なる損失をまねく。医療用ファイバーとして意図した
サイズ及び湾曲のために、光線は、代表的に８０°〜９
０°の範囲の入射角で壁に交差する。湾曲している中空
ファイバーは、内部反射の数を増し、かつ入射角を小さ
くする傾向にあるので、この中空ファイバーの損失は増
大する。一般に、入射角が９０’から８０°に減少する
と、１反射バウンド当たシの損失が増加する。

従って、本発明の目的は、８０°〜９０’の範囲の入射
角にわたって高い反射率を有する被膜を提供することで
ある。

湾曲している金属壁のむずかしさは、これらの入射角に
おいて、金属がＳ偏光だけに高い反射率を呈し、Ｐ偏光
に対しては低い反射率を示す（く９６％）傾向にあると
いうことである。１メートルの湾曲導波管の損失は１０
ｄＢオーダーのものである。ガルミール等は、金属壁が
Ｐ偏光だけを「受ける」ように導波管を入射ビームに対
して配向した金属／誘電体導波管を用いることによって
この問題を解決しようとした。しかしながら、誘電体壁
が、本質的に、導波管が誘電体の方向に沿ってまっすぐ
でなくてはならない、代表的には８９°を越す角度を要
求するはなはだ非常に大きい入射角でしか高い反射率を
呈しないので、この試みには欠点がある。

波長の４分の１の厚さの誘電体被膜で反射面を覆うこと
によってこの事態を改善するいくつかの方法が提案され
た。そのような被膜はＰ偏光に対して高い反射率を生じ
るが、Ｓ偏光に対しては低い反射率である。ミャギ等は
、Ｐ偏光を有利にするものとＳ偏光を有利にするものと
の中間の被膜の厚さを選択することによって妥協点く達
しようと試みた。かれらは約０．４〜５ミクロンの厚さ
のゲルマニウム被膜を選んだ。この被膜はまっすぐな導
波管では比較的良好な結果（＞９０％／メートルの伝達
率）をもたらしたが、湾曲導波管ではむしろ悪かった。

この異種性は次の二つの要因によると思われる。

即ち、１）まっすぐな導波管におけるＨｅ１１モードで
の伝送が湾曲導波管における非常に高い多次数モードの
伝送とうまく関連しない；及び２）誘電体被膜の虚部の
屈折率が湾曲導波管の伝送に非常に重要である。

本発明の目的は、何ケ所も湾曲していたとしても、十分
機能するようになされた、誘電体で被覆した導波管を提
供するごとである。

本発明者等は、複合した湾曲を受けている場合でも、１
メートルの部分にわたって６８チを越える程度で入射す
るＣＯ２レーザ−エネルギーを伝送することができる、
可撓性で、細い外径の、金属被覆の上にさらに誘電体を
被覆した中空導波管を発明した。本発明の導波管は、実
質的に大人の患者の食道を通すのに十分薄く、かつ内視
鏡の用途において安全である。

本発明の原理は、複素（即ち、実部十虚部）量として屈
折率を扱い、呈示された角度の指定範囲にわたりＰ及び
Ｓ偏光の両方を考慮することを前提としている。可撓性
て、細い直径の、中空導波管は、導波管によって伝送さ
れる光の波長の約８分の１に等しい厚さの適切な誘電材
でその内側壁を被覆した外側反射構造を有している。複
素屈折率の消衰係数が従来技術において示された波長の
４分の１の厚さより実質的に減少されるので、そのよう
な誘電体構造は、Ｐ及びＳ偏光の両方に対し、平均して
比較的小さい悪影響（即ち、損失）しか与えない。例え
ば、弗化トリウム（ＴｈＦ４　）及びセレン化亜鉛（Ｚ
ｎＳｅ）が００２レーザー放出線の伝送に適した誘電材
である。そのような好ましい実施態様において、銀が適
当な反射性外層であり、かつ誘電体の厚さは波長の８分
の１の厚さの約４０％（±２０％）である。好ましくは
、反射指数ｎは約２．６以下である。

本発明の原理は、可撓性（即ち、湾曲）導波管を通るレ
ーザーエネルギーの伝送を促進するように選択された材
料及び厚さの多層誘電体外側被膜を特徴とする。比較的
低い屈折率（例えば、ＴｈＦ＋又はＺｎＳｅ　）を有す
る同一材料の第一と第三の被膜及び比較的高い屈折率（
例えば、Ｇｅ）を有する中間層とを有する二種類の異な
る誘電材から成る三層の薄い被膜であるのが好ましい。

例えば、この配列は、低屈折率の誘電体媒体中のレーザ
ーエネルギーの波長の４分の１の厚さの約１．５倍（±
０．２）か、４分の１の厚さの帆５倍（±０．２）のど
ちらかの厚さを有するビームに最初に接触する層を含む
ことができる。このような場合、二つの内層は波長の４
分の１の厚さである。ゲルマニウムで第一と第三の層を
構成し、かつＴｈＦ４で中間層を構成することも適して
いる。

導波管壁体の材質は、■）内壁−必要な平坦度、なめら
かさ及び寸法調節度を得る／保持する能力、２）可撓性
、３）低損失性の誘電体外側被膜の利用度及び４）被膜
接着力をもって可とする。内壁は高反射性金属で被覆さ
れ、次いでその上に誘電体外側被膜で被覆される。

好ましい実施態様において、光パイプは、正方形の内部
断面及び接着力を付与するためにまずクロムで、次いで
銀で、次いで誘電体媒体中のレーザー光の波長の４分の
１の厚さの約０．５±０．２倍の厚さの弗化トリウムＴ
ｈＦ４かセレン化亜鉛ＺｎＳｅのいずれかの薄い誘電体
被膜で被覆された内側面を有するガイドを形成するため
に、接合された二本のほぼＶ形のアルミニウムロッドか
ら成る。そのような配列において、レーザー光のＰ及び
Ｓ偏光を一緒にした平均反射率は８０°〜９０’の範囲
のいかなる入射角でも９９．０％より高い。

本発明の原理は、正方形（又は長方形）断面を利用する
ことを前提としておシ、各対の対向する内壁は、Ｐ及び
Ｓ偏光を最適に行なうためにそれぞれ別個に設計された
、選択された複数の誘電体外側被膜を有している。好ま
しい実施態様において、内壁は反射性（例えば、銀）被
膜を有し、かつ一方の対向する二つの壁は波長の４分の
１の厚さの半分より薄い（好ましくは波長の４分の１の
厚さの２０％より薄い）誘電体外側被膜を有しておシ、
他方の対向する二つの壁は波長の４分の１の厚さの整数
倍（好ましくは１〜５の間）の厚さを有する。ＴｈＦ４
、Ｚｎ８ｅ及びＧｅ並びにそれらの組合せが適切な誘電
体材料である。

上記のように、導波管壁体の材質は、１）内壁に必要な
平坦度、なめらかさ及び寸法調節度を得る／保持する能
力、２）可撓性、３）低損失性の誘電体外側被膜の利用
度及び４）被膜接着力をもって可とする。内壁は高反射
性金属で被覆され、次いでその上に誘電体外側被膜で被
覆される。

一般に、内視鏡用を含む医療用に適するような導波管と
しては、Ｐ及びＳ偏光の一緒にした平均反射率が約８０
°〜約９０’の全ての入射角のＰ及びＳ偏光に対し９７
チより高く、好ましくは９９％より高くなければならな
い。このような広範な範囲の角度にわたυ高い反射率条
件を必要とする理由は、ビームが導波管を通って伝送さ
れるにしたがい、湾曲導波管が実際には入射角を小さく
するからである。内径ｄ及び湾曲半径凡の湾曲導波管で
考慮せねばならない極限入射角φは次式の関係によって
与えられる。

φ＝ｃｏｓ’９従って、ｄ　＝　ｌ　ｘｘ及び几＝１０（至）の導波管
であれば、極限入射角は８２°である。実際の医療用の
導波管は、実際にはなお小さい入射角となる不均一な湾
曲半径を有するのはもちろんである。しかしながら、１
關程度の内径を有する導波管では、入射角は通常８０°
〜９０’の範囲にある。

実際には、導波管の一部は第１図の略図に示したように
何箇所かの湾曲部を有しており、−次元光線として第１
図及び第２図に例示したレーザービームが導波管の一端
において導波管に直交する面に垂直な方向で導波管に入
射する。次いで、ビームは導波管の湾曲部によって決定
される間隔で導波管の内面から反射される。考慮中の、
即ち、約１ｕの内径及び３００１又はそれ以下の湾曲半
径を有するタイプの導波管においては、典型的には光線
は約１〜２鋤毎に内壁に衝突する。従って、１メートル
の長さの導波管においては、約７５回の反射、即ちパウ
ンドを生じることとなる。１バウンド当たり０．５％の
平均エネルギー損失を仮定すると、１メートルの導波管
は、導波管に入る光の６８％を伝送することとなる。ｌ
バウンド当たりの損失をちょうど０．５％増加して１チ
にすると、全体の伝送は約４７％に低下する。

本発明の目的において、「伝送率」は、１メートルの区
分の湾曲導波管によって伝送されるＣＯ２レーザ−エネ
ルギーのパーセントで示す。従って、６８％の伝送率と
は、ビームが７５回まで内部反射された後に、導波管に
入っている伝送中のＣＯ２レーザ−エネルギーの少なく
とも６８チを伝送する１メートルの区分の導波管を意味
する。

第２図、第３図及び第４図を参照して説明すると、参照
符号１０で示す可撓性中空導波管の直線区分の種々の態
様が示されている。導波管は、延性及び耐吸湿性を含む
機械特性に基づいて選択される、好ましくはステンレス
スチール又はアルミニウムから成る材質のチューブ２０
を含んでいる。

チューブ２０内に、　図示のように合わせた場合に、中
空角形の導波管を形成するために合わせることができる
金属製部片２５及び２６がある。各部片はワイヤーから
ミル加工されたもので、図示のようにそこに圧印された
溝、即ちｒＶＪを有している。部片２５及び２６に要求
される他の条件は、それらが、例えば真空室で接着性物
質によって容易に被覆されて、損失の少ない表面を形成
する、ということである。部片２５及び２６の内側壁１
００，１０１，２００および２０１は１０．６ミクロン
の入射光に対して光学的になめらかでもあらねばならな
い。機械力ロエの観点からプラスチツクはチューブ２０
の好ましい材料でありうるが、プラスチックは加熱する
ことができる温度を限定されているため、損失の少ない
被膜を得ることは困難である。ガイドの内側表面に、金
属被膜３０が被覆されている。被膜３０は、銀のような
、１０．６ミクロンの波長において高い正常入射の反射
体である。他の適切な金属被膜としては金及びアルミニ
ウムがある。銀被膜３０の厚さは重要ではないが、約１
００オングストロームより薄い範囲のものが好ましい。

銀被膜３０と基体２５及び２６との間の結合力を改善す
るために、好ましくはクロムである高接着性被膜４０が
銀被膜を被覆する前にチューブに被覆される。金属基体
に結合された銀被膜３０を介在して、多層５１　．５２
及び５３が薄い誘電体被膜５０を形成している。

すでに一般的に述べたように、本発明はλｍ１即ち８０
’の入射角における媒体中の光の波長、の関数である層
状の誘電体外側被膜を特徴とする。

さらに本発明は、波長の約８分の１．即ち、４分の１波
長基準の約半分の厚さの誘電体外側被膜を一つの特徴と
する。より詳細には、本発明の誘電体外側被膜は帆５±
０．２λｍ／４（但し、λｍは８０°の入射角における
媒体中の光の波長）であるべきである。

さらに厳密には、λｍは次式で与えられる：（式中、λ
は真空中の同一の光の波長及びｎは屈折率である）。

種々の誘電体被膜に生じる損失は、被膜の厚さ並びにＮ
、即ち材質の複素屈折率によって影響される。Ｎはｎ−
）−ｉｋ（但し、消衰係数には材質の吸収特性に関係す
る、虚部である）によって与えられる。実部、即ち屈折
率と単に通常型われるｎは、材質中の光の速度（又は波
長）に対する真空中の光の速度（又は波長）の比である
。ある種の物質は厚さにかかわらず、許容しえない高い
損失を示すが、ＴｈＦ４又はＺｎＳｅのような許容する
ことができる物質の最適な厚さは波長の４分のｌの厚さ
の約０．５倍の範囲内で一貫している。屈折率の虚部成
分ｋをできるだけ小さくすれば、損失は少なくなる。ｋ
の値をある小さい数に保つことが導波管の機能（即ち、
伝送）に重要である。ｋが材質の特性に関係するとして
も、ｋの大きさは適当な真空蒸着技術によってかなシの
程度まで品質制御できるものである。

ｋの値が減少すると、被膜の厚さの許容公差が大きくな
る。例えば、ｋ＝０を有する単−ＴｈＦＡ層では、約０
．６〜約２．３ミクロン（又は別の表現で、０．２〜０
．８λｍ／２）の範囲の厚さが８０°〜９０゜で９９％
よ）高いＰ及びＳの組合せ平均反射率を与える。一方、
ｋ＝２ｘｌｏ　　では、厚さが約０．４〜０．６λｍ　
／　２であるものだけが、反射率に関し上記最低限度の
値を与える。表１〜表３が詳細にこの比較を説明してい
る。

表　　　２に＝２ｘｌｏ−８を有する種々ノ厚さのＴｈＦ４で被覆
された銀の反射率損失Ｔ＝、６μ　　Ｔ＝１．２μ　　’ｒ＝ｔ、ｓμ　　Ｔ
＝２．４μ８１　２．７９　．１３１．５５　．２４　
１．１２　．７２　１，０１　３．８６８３　２．６４
　．１０　１．３０　．１９　．９１　．５６　．８０
　３．２８８５　２．２５　．０？　　、９９　．１３
　．６７　．４１　．５８　２．５２８７　１．５６　
．０４　．６２　．０８　．４１　．２５　．３５　１
．６０８９　．５６　．０１　．２１　　．０３　．１
４　．０８　．１２　．５５表　　　３に＝ｌｏ”−”を有する種々の厚さのＴｈＦａで被覆さ
れた銀の反射率損失Ｔ＝、６μ　　Ｔ＝１．２μ　　Ｔ＝１．８μ　　Ｔ＝
２．４μＢ１　２．４６　　。１３　１．２６　．２１
　．８６　．５３　．７３　２．５７８３　２．３２　
．１０　１．０５　．１６　．６９　．４９　．５８　
２．１Ｂ８５　１．９８　．０７　．８０　．１２　．
５１　．３０　．４２　１．６８８７　１．３７　．０
４　．５０　．０７　．３１　．１８　　。２６　１．
０６８９　．４９　．０１　　．１７　．０２　．１０
　．０６　．０９　．３６に値に関する許容被膜厚さの
同様々依存性が表４及び表５に示されるようにＺｎ８ｅ
で見いだせる。

表　　　４に＝ｉｏ−８を有する種々の厚さのＺｎ８ｅで被覆され
た銀の反射率損失Ｔ＝　、１μ　　Ｔ＝、４μ　　Ｔ＝、７μ　　　Ｔ＝
１．Ｏμ８１　３．９９　．１１　１．９８　．１６　
１．１６　．３４　．９２　２．０８８３　４．６８　
．０９　１．７６　．１２　．９３　．２６　．７２　
１．６６８５　５．４３　．０６　１．４１　．０９　
．６９　．１９　．５２　１．２１８７　５．６２　．
０４　　．９２　．０５　．４２　．１１　．３１　．
７４８９　２．９８　．０１　　．３２　．０２　．１
２　．０６　．１０　．２５表　　　５に＝ｌｏ−８を有する種々の厚さのＺｎ８ｅで被覆され
た銀の反射率損失 ’ｆ＝、ｌａ　　　Ｔ＝、４＃　　　Ｔ＝、７μ　　Ｔ
＝１．０μ８１　３．９７　．１１　１．９３　．１５
　１．０９　．３２　．８２　１．８８８５　５．４０
　．０６　１．３７　．０９　．６５　．１８　．４６
　１．０６８９　２．９７　．０１　　．３１　　．０
２　．１３　．０４　．０９　．２２１（＝Ｑでさえ、
高い屈折率では、許容しえない高い反射率損失が生じる
。例えば、１（＝Ｑでさえ、ゲルマニウムは表６に見ら
れるように低い反射率損失状態をけっして生じない。

表　　　６ｋ　＝　Ｏ、Ｏを有する種々の厚さのＧｅで被覆された
銀の反射率損失Ｔ　＝　、１／Ｊ　　　Ｔ＝　、３μ　　Ｔ＝、５μ　
　Ｔ＝、７μ８１　４．０４　．１２　２．７５　．２
０　２．３１　．３５　１．９０１１．０７８３　４．
６５　．０９　２．４６　．１６　１．６３　．６６　
　ｂ４８　９．４２８５　５．２３　．０？　　１．９
９　．１１　１．１９　．４７　１，０７　７．２６８
７　５．１１　．０４　１．３１　．０？　　、７３　
．２８　　．６４　４．６３８９　２．５２　．０１　
　．４６　．０２　．２４　．０９　　．２１　１．６
０に値が約２ｘｔｏ−”ｎより小さくなるように制御で
きる場合、本発明に従う多層誘電体を考慮することが機
能の点から有利になる。ｋ値を小さく保つことができれ
ば、大いに許容できる結果を与える広範な被膜構造があ
る。コンピュータモデリングから、′本発明者等は２層
から３層及びかなり変化する被膜厚さの範囲にある広範
な可能性のある被膜を見いだした。実際に、本発明者等
は、実際のコンピュータモデリングをしないで、良好な
被膜構造を規定する便利な式を解析的に与えることがで
きる方法はないということがわかった。

第４図に示した好ましい実施態様において、例えば、Ｇ
ｅから成る中間層を有するＴｈＦａである内側及び外側
層５１及び５３を有する三層の薄い誘電体被膜が示され
ている。表７のケース３に示すように、非常に優れた結
果が、最終（外側）ＴｈＦ４層５３の被膜厚さを１／４
λの厚さから約１．６７μに約４０％減少し、かつ他の
二層５２及び５１には１　／　４λの厚さを用いること
によって８１°〜８９°の入射角の範囲に対して得られ
る。

表　　　７三層全てとしてに＝１０−８を有する種々の厚さのＴｈ
Ｆ４／Ｇｅ／ＴｈＦ４積層体で被覆された銀の反射率損
失チ損失チ８１　．５２　６．０７　．５２　．９０　．６１　．
２０　．９９　．０７８３　．４２　７．１４　．４２
　．７３　．５０　．１５　．７６　．０５８５　．３
０　８．４４　．３１　．５４　．３８　．１１　．５
９　．０４８７　．１８　８．７４　．１９　．３３　
．２３　．０７　．３８　．０２８９　．０８　４．７
６　．０６　．１１　．０８　．０２　．１３　．０１
ケース１　：　２．７９μｍ、　０．６７μｍｓ　２．
７９１１ｍ（合計３／４波長）ケース２　：　２．３２
μｍ、　０．６７μｍ、　２．７９μｍ（合計２／４波
長）ケー、Ｘ　３　：　　１．６７μｍ、　　０．６７
μｍ１２．７９μｍ（合計２／４波長）ケース４　：　
１．１６μｍ、０．６７μｍ、　２．７９μｍ（合計Ｖ
４波長）表７、ケース３に示すように、上記の表は、最
大損失が８１０においてあま夛大きくない０．６１であ
シ、かつ平均損失が１反射当たり０．５１より実質的に
少ないことを示唆している。良好な結果が、最外ＴｈＦ
４層に１／４λの構造より約４０％厚い層を用いること
以外は、上記実施例におけると同一の配列の被膜を用い
ても得られる。その結果を表８に示す。最大損失は同様
に８１°において０．９８チであった。

表　　　８種々の厚さ０ＴｈＦ４／Ｇｅ／ＴｈＦ４積層体で被覆さ
れた銀の反射率損失チ損失チ８１　　．６２　２．６２　．８６　　．９８　１．４
９　　．５７８３　　．４９　２．４６　．６８　　．
８２　１．２０　　．４７８５　　．３５　２．０８　
．４９　　．６３　　．８７　　．３５８７　　．２１
　１．４３　　．３０　　．３９　　．５３　　．２１
８９　　．０７　０．５１　．１０　　．１３　　．１
８　　．０７ケース１　：　３．３４μｍ、　０．６７
／Ｊｍ、　２．７９μｍケース２　：　３．９０μｍ、
　０．６７μｍ、　２．７９μｍ　　゛ケース３　：　
４．４６μｍ、Ｑ、５７μｍ、　２．７９μｍｋＱ６＝
２ｘｌｏ　　　　ｋＴｈＦ４＝ｌＯ−８単一層被膜にお
けるように、損失かに値に応じて大いに変ることがわか
る。実際、ｋ＝Ｏの場合、２ｍ　／　４の厚さのＴｈＦ
４／Ｇｅ　／ＴｈＦ４三層体は非常に小さい損失しか与
えない。表９に示すように、Ｏでないに値を有すること
によってこの被膜は実質的に損失を増す。一般法則化が
なされるならば、ｋ値か１０　　の範囲で一定である場
合、少なくとも波長の４分の１の厚さでない被膜が必要
であるといえる。本発明者等は、ｋ　／　ｎが約１．５
ｘｌＯ−８より小さい限り、単一層被膜は最良の多層被
膜より劣るということを見いだした。

表　　　９１（＝Ｑ及びに≠Ｏを有する波長のｌ　／　４の厚さの
ＴｈＦ４／Ｇｅ／ＴｈＦ４積層体で被覆された銀の反射
率損失チ損失チ８１　　　．１０　　．２１　　　．５２　６．０７８
３　　　　．０８　　．２４　　　．４２　７．１４８
５　　　．０８　　．２８　　　．３０　８．３３８７
　　　．０４　　．２９　　　．１８　８．７４８９　
　　．０１　　．１６　　　．０６　４．７５他の誘電
体被膜の三層積層体５０をＧｅとＴｈＦ４の組合せに加
えて研究した。しかしながら、これらの最良の結果は、
屈折率の大きな比（４，０対１．３５　）によって生じ
た。

研究した一つの組合せはＡｇに被覆したＴｈＦａ／Ｚｎ
Ｓｅ／ＴｈＦ４層であった。この際、最適なＴｈＦ４／
Ｇｅ／ＴｈＦ４積層体はど良好な結果を与えたものはな
かったが、許容しうる被膜反射率を与える被膜構造の範
囲が実際にあるということがわかった。

第７ａ図〜第７ｄ図は、ｋ＝１０　　であると全て仮定
して、層の厚さの関数として与えた反射率損失のグラフ
を示している。カッコ内に（それぞれ）与えられた数字
は８１°におけるＰ及びＳ偏光に対する損失パーセント
である。Ｙ軸に沿って、第三層（即ち、金属に最も接し
たＴｈＦ４）がプロットされ、Ｙ軸に沿って、第二の層
がプロットされている。それぞれの図は異なる層の厚さ
く「Ａ」で示す）を有する第一層について示している。

図かられかるように１許容しうる構造の範囲が実際に存
在する。第一層の厚さが１．１６　（０，４λ／４）で
あシ、第二層の厚さが１．７９　（０，６５λ／４）で
あシ、かつ第三層の厚さが２．５　（０，９λ／４）で
ある場合、一つの最良の結果が生じる。この特有な構造
はＰ及びＳ偏光に対してそれぞれ０．８５チ及び０．４
５　％の損失を生じる。各層のに値をｌＸｌ０　　と仮
定した。

研究した他の構造は銀薄層に被覆されたＺｎＳｅ／Ｇｅ
／Ｚｎ８ｅ積層体であつ、た。他の多層被膜（ＴｈＦ＋
／Ｇｅ／ＴｈＦ４及びＴｈＦ＋／ＺｎＳｅ／ＴｈＦ４　
）と同様に、許容しうる結果を生じる広範な被膜構造（
種々の層厚）がある。この積層体を有する最適な被膜構
造は、各被膜が下記の厚さである場合である。

層１＝０．７１μ（０，６λｍ／４）層２＝０．６９ａ　（１，０λｍ／４）層３　＝　１．
１９μ（λｍ／４）三層のそれぞれが１Ｏ−８に等しいに値を有している場
合、８１’におけるＰ及びＳ偏光に対する反射率損失は
それぞれ０．６５　％及び０．１７％であると計算され
る。他の良好な構造は下記の通シである。

層１　＝　０．９　ｓ　ａ　（０，８λｍ／４）層２＝
０．４３μ（０，６３λｍ／４）層３　＝　１．１９μ
（λｍ／４）この際、計算された損失は８１°で０．８７％及び０．
１７％である。

第３図及び第５図に示すように、本発明の原理に従う正
方形の断面は、それぞれの対向する内壁１００と１０１
及び２００と２０１を規定している。本発明の原理に従
えば、壁１００及び１０１は選択された材料成分及び厚
さを有する第一の誘電体層を設けておシ、他方の対２０
０及び２０１は第二の選択された材料及び厚さを有して
いる。

この形態において、一方の対向する壁はＰ偏光のような
一方の偏光を最適に促進するように設計することができ
、他方の壁はＳ偏光のような他方の偏光を最適に伝送す
るように形成することができる。対１００と１０１及び
／又は２００と２０１は単一の誘電体層であるが、所望
により、多重誘電体層でも良いのは明らかである。

本発明の原理に従えば、対向する壁１００及び１０１は
媒体中を伝送すべき光の波長の４分の１の半分より薄い
、好ましくはそのような波長の４分の１の厚さの１０分
の２より薄い厚さを有している。そのような場合、他の
対２００及び２０１はその材料中の光の波長の４分の１
の整数倍、有利には波長の４分のｌの１±０．５倍の厚
さにする。

理想的には、後者の被膜はできるだけ波長の４分のｌの
厚さに近ずくようにする。

本発明の原理に従う材料は、Ｇｅ％ＴｈＦ＜及び／又は
Ｚｎ８ｅであるのが好ましい。それぞれの対の壁の異な
る厚さがそれぞれ別個の処理を必要とするので、所望に
より、それぞれ対の面に同−又は異なる材料が使用でき
るのは明らかである。

本発明の原理に従えば、正方形又はほぼ正方形の断面を
特徴とするが、長方形又はほぼ長方形の構造も利用でき
ることがわかるはずである。

本発明に従う被膜は、主に、許容しうる小さな範囲に誘
電体のに値を制御することがむずかしいことがわかった
場合に１他の被膜より利点がある。

高いに値でさえ、本発明に従って非常に低い損失の被膜
を得ることが可能である。しかるに、この試みは、壁に
非均−な被膜（即ち、隣接する壁の異なる被膜）を製造
することの非常な困難さ、及び約１０以下に平行度及び
垂直度を制御する必要性によってバランスされねばなら
ない。平行度及び垂直度の不足が、光線がガイドを通過
する際に偏光を維持することを低下させることから、こ
の第二の要求が起る。ねじれもこの結果を生じるが、１
メートルの長いファイバーの１〜２回の９０°のねじれ
はごくわずかの影響しか受けないであろう。

誘電被膜材の選択にかかわシなく、金属ガイド２０の好
ましい形状は第３図及び第５図に示すように正方形であ
る。第３図において、それぞれの部片はそこに成型され
たＶ形の溝を有し、対向する部片が接合される場合に、
正方形のガイドが得られる。二個の実質的にＶ形の部片
２０ａ及び２０ｂが別個に被覆され、次いでガイドを形
成するために接合されるので、正方形の形状は製造の容
易さの点で特に有利である。Ｖ形の部片２０ａ及び２０
ｂが、薄い誘電体被膜の供給源に対面する被覆すべき内
側面を有するそれらのそれぞれ先のとがった点でささえ
られて、真空室に置かれる場合、良く知られた真空蒸着
技術によって比較的均一の厚さの被膜が得られる。第６
図に示すような概して円形の断面のガイドも半円形の部
片２０ａ及び２Ｇｂを接合することによって製造できる
。

しかしながら、部片２０ａ及び２Ｇｂの円形の内側面は
、比較的均一な厚さの誘電体被膜を確実に得るために真
空蒸着工程中振動させられる必要がある。

製造後、ガイドが使用中に偶然に割れた場合の安全性を
考慮して、ガイド２０はプラスチック又は金属スリーブ
６０中に挿入するのが好ましい。

第５図に示す通）、金属ガイド２０がプラスチックスリ
ーブ６０中に容易に挿入できるように、金属ガイド２０
の内側は平坦な面を有しているが、外側は円形である。

製造中、各層中及びそれらの間の最小の機械応力で確実
に良好な層一層接合ができるように注意すべきである。

過剰の機械応力は少なくとも機能を低下し、並び忙それ
らの被膜を物理的に割シ、かつ裂くかもしれない。例え
ば、ＴｈＰ＋及びＧｅは引張応力を特徴としているので
、これらを組合せた場合には、良くない層一層接合をし
がちである。これに反し、Ｚｎ８ａは低い引張応力を特
徴としているので、Ｔｈａｎ又はＧｅのどちらとの組合
せも好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光パイプを通って移動する間にコヒーレント
光が受ける多重反射を概略的に説明する湾曲光パイプの
概略断面図である。第２図は本発明に従う中空金属導波管の直線区分の一部
断面図である。第３図は第２図の線３−３に沿って切断した断面図であ
る。第４図は！３図の線４−４に沿って切断した拡大断面図
である。第５図は本発明の導波管の別の実施態様を示す第３図と
同様な図である。第６図は本発明の導波管のさらに別の実施態様を示す第
３図と同様な図である。第７ａ図〜第７ｄ図はある実施態様における層１０・・
・中空導波管、２０・・・ガイド、３ｏ・・・金属被膜
、４０・・・高接着性被膜、５ｏ・・・誘電体被膜、１
００．１０１・・・第一の誘電体被膜、２００．２０１
・・・第二の誘電体被膜。特許出願人　　ラークマン・エレクトローオプテイクス
・インコーポレイテッド

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）細長い可撓性中空ハウジング；（ｂ）前記
ハウジングの内面上の、正常な入射において高い反射率
を有する金属被膜；（ｃ）前記反射性被膜の上を覆う多層の薄い誘電体被膜
：を備えた、内面反射によりレーザー光を高効率で伝送す
るための細径の、可撓性中空導波管。
（２）前記誘電体層が三層からなり、第一と第三の層が
第一に選択された誘電材であり、中間の層が第二の選択
された誘電材から成る特許請求の範囲第１項記載の導波
管。
（３）前記第一の選択された誘電材が前記第二の選択さ
れた誘電材の屈折率に比べて比較的低い屈折率を有する
特許請求の範囲第２項記載の導波管。
（４）前記第一及び第三の層がＴｈＦ４であり、かつ前
記第二の層がＺｎＳｅ及びＧｅから成る群から選択され
る特許請求の範囲第２項記載の中空導波管。
（５）前記第一及び第三の層がＺｎＳｅであり、かつ前
記第二の層がＧｅである特許請求の範囲第２項記載の中
空導波管。
（６）前記第一及び第三の層がＧｅであり、かつ前記第
二の層がＴｈＦ４である特許請求の範囲第２項記載の中
空導波管。
（７）前記誘電体層の最外層がその最外層の光の波長の
約８分の１から８分の３の間の厚さを有する特許請求の
範囲第２項記載の導波管。
（８）（ａ）内部表面及び内視鏡用途として十分使用可
能な細い内部表面および外部横断面を有するガイド；（ｂ）使用光の波長の正常な入射において光を高率で反
射することで特徴付けられる、前記金属ガイドの内面に
被覆した金属被膜；（ｃ）８０°〜９０°の範囲の全ての入射角に対し、９
８．５％より高くなるようなＰ及びＳ偏光を一緒にした
平均反射率を有する、前記金属被膜に被覆した多層誘電
体被膜；を備えた、ＣＯ２レーザー光を高効率で伝送するための
可撓性中空導波管。
（９）前記ガイドがアルミニウム製であり、かつ前記金
属被膜が銀である特許請求の範囲第８項記載の中空導波
管。
（１０）前記導波管の内側断面が正方形である特許請求
の範囲第８項記載の中空金属導波管。
（１１）前記導波管の内側断面が円形である特許請求の
範囲第８項記載の中空金属導波管。
（１２）（ａ）全体的に角形の内部断面を有する細長い
可撓性中空ハウジング；（ｂ）前記ハウジングの内面上で正常な入射において高
い反射率を有する金属被膜；（ｃ）レーザー光の第一の偏光に関与するように設けら
れた、前記内面の対向する第一の対上の第１の薄い誘電
体外側被膜；（ｄ）前記光の第二の偏光に関与するように設けられた
、前記内面の対向する第二の対上の、前記第一の外側被
膜とは異なる第二の薄い誘電体外側被膜；を備えた、内面反射によりレーザー光を高効率で伝送す
るための細径の、可撓性中空導波管。
（１３）前記内面の前記第一の対上の複合被膜が８０°
〜９０°の入射角において一方の偏光に対して高い反射
率を与え、かつ前記第二の対上の複合被膜が８０°〜９
０°の入射角において他方の偏光に対して高い反射率を
与える特許請求の範囲第１２項記載の導波管。
（１４）前記第一の外側被膜が前記第一の外側被膜材中
の光の波長の４分の１の半分以下の厚さを有する特許請
求の範囲第１３項記載の導波管。
（１５）前記第一の外側被膜が前記第一の外側被膜材中
の光の波長の４分の１の１０分の１以下の厚さを有する
特許請求の範囲第１４項記載の導波管。
（１６）前記第二の外側被膜が前記第二の外側被膜材中
の光の波長の４分の１以下の厚さを有する特許請求の範
囲第１２項記載の導波管。
（１７）前記第一及び第二の外側被膜が同一の材料であ
るが、それぞれ異なる厚さのものである特許請求の範囲
第１２項記載の導波管。
（１８）前記二対の対向する面の少なくとも一方が多層
誘電体外側被膜を有する特許請求の範囲第１３項記載の
導波管。
（１９）（ａ）細長い可撓性中空ハウジング；（ｂ）前
記ハウジングの内面上に被覆された高反射性被膜；（ｃ）レーザー光のＰ偏光及びＳ偏光の平均反射率が８
０°〜９０°の範囲のいかなる入射角に対しても９９．
０％より高くなるように、約２．６又はそれ以下の屈折
率ｎ及び誘電体媒体中におけるレーザー光の波長の０．
０７５〜０．１７５倍の範囲の厚さを有する前記反射性
被膜の上を覆う薄い誘電体被膜；を備えた、内面反射によりレーザー光を高効率で伝送す
るための細径の、可撓性中空導波管。
（２０）前記反射性被膜が銀、金及びアルミニウムから
成る群から選択される特許請求の範囲第１９項記載の中
空導波管。
（２１）前記誘電体被膜がＴｈＦ４及びＺｎＳｅから成
る群から選択される特許請求の範囲第１９項記載の中空
導波管。
（２２）前記ハウジングの内面が平坦であり、かつその
断面が正方形である特許請求の範囲第１９項記載の中空
導波管。
（２３）前記ハウジングに対する前記反射性被膜の接着
力を高めるための、前記ハウジングと前記反射性被膜と
の間に付与された被膜をさらに包含する特許請求の範囲
第１９項記載の中空導波管。