JP4365704B2

JP4365704B2 - 光伝送体の製造方法

Info

Publication number: JP4365704B2
Application number: JP2004078743A
Authority: JP
Inventors: 彰佐藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: JP2005266321A

Description

本発明は、工業用や医療用のファイバスコープの画像伝送媒体として使用される多成分系のイメージファイバなどの光伝送体の製造方法に関する。

一般に、ファイバスコープの画像伝送媒体として使用される多成分系の光ファイバによって形成されるイメージガイドは集合型と一体型がある。一体型イメージガイドは多数本の画素素線を配列管内に規則正しく配列し、これを加熱一体化（融着）してプリフォームを得た後、このプリフォームを引き伸ばして製造される。この場合、イメージガイドの製造時には、コア部とクラッド層よりなる画素素線を直接ジャケットパイプ（配列管）に多数本束ねて挿入し、画素素線とジャケットパイプとを加熱一体化する方法が一般に知られている。なお、先行技術文献情報はない。

上記従来構成のイメージガイドでは、プリフォームを得る際の融着条件により、一体化時にプリフォーム内に気泡が発生することがある。この気泡はプリフォームを引き延ばして製造されたイメージガイド内にそのまま存在し、画像伝送時に黒点となって画質を著しく劣化させてしまう。

プリフォーム内の気泡は画素素線表面の異物や、寸法等によっても発生するが、発生の最も大きな原因は画素素線および構成ガラスの組成に基く軟化点の相違によるものと考えられている。すなわち、ジャケットパイプに多数本束ねて挿入された画素素線とジャケットパイプとを加熱一体化する際に、ジャケットパイプの軟化点が一番低いと加熱一体化される前に、クラッド層が、泡等を巻き込んだまま一体化してしまう。

さらには、泡の巻き込みだけでなく、プリフォームの曲がり・偏芯が発生し、画素素線の配列が乱れ、画素素線部の偏芯等が生じてしまう可能性がある。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、イメージガイドなどの光伝送体の製造時に気泡の発生や、画素素線の配列の乱れを防止して画質の向上を図ることができるイメージガイドなどの光伝送体の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、コア部とこのコア部の外側に設けられたクラッド層とからなる光ファイバの画素素線を互いに平行状態で多数本束ねて配列管内に挿入する工程と、前記画素素線を前記配列管内で充填した後、前記配列管よりも大径なジャケットパイプに移し替えを行い隙間を前記画素素線で埋める工程と、前記画素素線が充填された前記ジャケットパイプを更にガラスパイプに挿入し、これらを加熱一体化したプリフォームを得るプリフォーム成形工程と、前記プリフォームを成形した後、延伸する延伸工程とを具備し、前記コア部用のガラス材料、前記クラッド層用のガラス材料、前記ジャケットパイプ用のガラス材料及び前記ガラスパイプ用のガラス材料の軟化点は、前記コア部用のガラス材料＞前記ガラスパイプ用のガラス材料＞前記ジャケットパイプ用のガラス材料≧前記クラッド層用のガラス材料の関係に設定され、かつ前記コア部、前記クラッド層、前記ジャケットパイプ及び前記ガラスパイプの隣接するガラス材料間の線膨張係数差は、±５×１０ ^−７の範囲に設定され、さらに前記プリフォーム成形工程の加熱一体化時の融着温度を前記クラッド層及び前記ジャケットパイプのガラスの融着温度付近に設定したことにより、前記コア部が変形することなくクラッド層同志、あるいはクラッド層とジャケットパイプとの融着を行うことを特徴とする光伝送体の製造方法である。

請求項２の発明は、前記プリフォーム成形工程は、前記ガラスパイプ内で内容物を加熱一体後、得られるプリフォーム状態において研削工具で前記ガラスパイプを研削除去する工程と、前記ガラスパイプが研削除去された後、最外周に配置される前記ジャケットパイプ層に光学研磨処理を施す工程とを具備することを特徴とする請求項１に記載の光伝送体の製造方法である。

本発明によれば、光伝送体の製造時に気泡の発生や、画素素線の配列の乱れを防止して画質の向上を図ることができる光伝送体とその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態を図１および図２を参照して説明する。図１は例えば光学式の内視鏡装置に内蔵されるイメージガイド１の製造中の状態の概略構成を示すものである。図１中で、参照符号２は、イメージガイド１の製造時に使用するジャケットパイプ、３は光ファイバの画素素線である。この光ファイバの画素素線３は図２に示すように軸心部に配置されるコア部４とこのコア部４の外周面側に設けられたクラッド層５とからなる。コア部４は、光伝播用のガラス材料で形成され、クラッド層５はコア部４よりも屈折率がわずかに低いガラス材料で形成されている。

このイメージガイド１は次の光伝送体の製造方法によって製造される。このイメージガイド１の製造時には、予め図示しない金属製の配列管内に光ファイバの画素素線３を互いに平行状態で多数本束ねて挿入する工程が行なわれる。さらに、光ファイバの画素素線３を配列管内で充填した後、配列管よりも大径なジャケットパイプ２に移し替えを行い隙間を画素素線３で埋める工程が行なわれる。

その後、画素素線３が充填されたジャケットパイプ２を更にガラスパイプ６に挿入し、これらを加熱一体化したプリフォームを得るプリフォーム成形工程が行なわれる。このようにプリフォームを成形した後、続いて、延伸させて光伝送体成形体を形成する延伸工程が行なわれる。

また、プリフォーム成形工程では、ガラスパイプ６内で内容物を加熱一体後、得られるプリフォーム状態において例えばガラス旋盤等の研削工具でガラスパイプ６を研削除去する工程がさらに行なわれる。そして、ガラスパイプ６が研削除去された後、最外周に配置されるジャケットパイプ２の層に光学研磨処理を施す工程が行なわれる。

また、本実施の形態ではコア部４用のガラス材料、クラッド層５用のガラス材料、ジャケットパイプ２用のガラス材料及びガラスパイプ６用のガラス材料の軟化点は、コア部４用のガラス材料＞ガラスパイプ６用のガラス材料＞ジャケットパイプ２用のガラス材料≧クラッド層５用のガラス材料の関係に設定されている。さらに、本実施の形態ではコア部４、クラッド層５、ジャケットパイプ２及びガラスパイプ６のそれぞれの線膨張係数差は、±５×１０^−７の範囲に設定されている。

そこで、上記構成の光伝送体の製造方法によって製造されたイメージガイド１では次の効果を奏する。すなわち、イメージガイド１の製造時には、加熱一体化時の融着温度をクラッド層５及びジャケットパイプ２のガラスの融着温度付近に設定することにより、コア部４が変形することなくクラッド層５同志、あるいはクラッド層５とジャケットパイプ２との融着を行うことができる。従って、気泡の発生や光ファイバの画素素線３の配列乱れが防止される。

さらに、ジャケットパイプ２のガラス層は最外周に残るものであるから耐久性等が必要となり、ガラス組成等が限られてきてしまう。そのため、本実施の形態ではコア部４用のガラス材料、クラッド層５用のガラス材料、ジャケットパイプ２用のガラス材料及びガラスパイプ６用のガラス材料の軟化点を、コア部４用のガラス材料＞ガラスパイプ６用のガラス材料＞ジャケットパイプ２用のガラス材料≧クラッド層５用のガラス材料の関係に設定している。これにより、ジャケットパイプ２のガラス層の外側に捨てガラスとなるガラスパイプ６を使用することで、ジャケットパイプ２のガラス組成の選択域が広げられる。

また、捨てガラスとなるガラスパイプ６を加熱一体化した後得られるプリフォームをガラス旋盤等で研削除去し、かつジャケットパイプ２までも同時に研削し、所望の径まで任意に調整することができる。その後、光学研磨処理でプリフォームの外周のキズを除去することができるため、光ファイバの画素素線３の画素部径をイメージガイド１の外径に対して大きく取れ、より細経化できる。

更には、上記の様な構成にしてガラス組成を決定する際に、それぞれ隣接するガラス同志の線膨張係数の差が±５×１０^−７程度の範囲に設定したので、隣接するガラス同志の線膨張係数差が大きい場合のように加熱一体化時にクラック等が発生することを防止することができる。

さらに、イメージガイド１の製造時に、プリフォームを加熱延伸して得られる光伝送体成形体で、仮にジャケットパイプ２よりクラッド層５の屈折率が高い場合には、ジャケットパイプ２とクラッド層５との間では、画素部の融着一体化したクラッド層５が光学ファイバのコアの役割を果たし、ジャケットパイプ２のガラス層がクラッド層の役割を果たす。この場合には得られたイメージガイド１の画像伝送に必要としない光まで伝えてしまう迷光の現象が発生するおそれがある。そこで、本実施の形態ではコア部４の屈折率をｎ１、クラッド層５の屈折率をｎ２、ジャケットパイプ２の屈折率をｎ３としたとき、ｎ１＞ｎ３＞ｎ２の関係に設定することにより、これらの迷光を防止できる。そのため、特に細径のイメージガイド１で、高画質の画像伝送を行うことができる。

また、図３（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態を示すものである。図３（Ａ）は本実施の形態のライトガイドなどの光伝送体が内蔵されている電子内視鏡装置１１のシステム全体の概略構成を示すものである。この電子内視鏡装置１１のシステムは、撮像手段を備えた電子内視鏡１２と、電子内視鏡１２に照明光を供給する光源装置１３と、電子内視鏡１２に対応する信号処理を行なうビデオプロセッサ１４と、ビデオプロセッサ１４から出力される映像信号表示するモニタ１５と、ビデオプロセッサ１４と接続され、例えば映像信号を記録するＶＴＲデッキ１６およびビデオディスク１７と、映像信号を映像としてプリントアウトするビデオプリンタ１８とから構成される。

電子内視鏡１２は、細長い挿入部１９を有する。挿入部１９の基端には、太幅の操作部２０が連結されている。挿入部１９には細長い可撓管部２１と、湾曲自在な湾曲部２２と、先端構成部２３とが設けられている。そして、可撓管部２１の基端部が操作部２０に連結されている。湾曲部２２には図示しない湾曲操作ワイヤの先端部が連結されている。

図３（Ｂ）に示すように先端構成部２３の先端面には、観察光学系の観察窓２４と、一対の照明窓２５，２６と、処置具挿通チャンネル２７の先端チャンネル孔２７ａとが配設されている。観察光学系の観察窓２４にはカバーガラスの後方に、対物レンズが配設されている。この対物レンズの結像位置にはＣＣＤなどの撮像素子が配設されている。この撮像素子には信号ケーブルの一端部が接続されている。各照明窓２５，２６には、それぞれカバーガラスの後方に、ライトガイドファイバ束２８の先端部が配設されている。

また、撮像素子の信号ケーブルや、ライトガイドファイバ束２８や、処置具挿通チャンネル２７や、湾曲操作ワイヤなどは挿入部１９の内部を通して操作部２０側に延出されている。そして、撮像素子の信号ケーブルや、ライトガイドファイバ束２８や、処置具挿通チャンネル２７や、湾曲操作ワイヤなどは挿入部１９の内部に内蔵物として内装されている。

操作部２０には湾曲操作ノブ２９や、処置具挿入口３０が配設されているとともに、ユニバーサルコード３１の一端部が連結されている。湾曲操作ノブ２９は操作部２０に内蔵された湾曲操作機構に連結されている。この湾曲操作機構には湾曲操作ワイヤの基端部が連結されている。そして、湾曲操作ノブ２９の操作によって湾曲操作機構を介して湾曲操作ワイヤが牽引操作され、湾曲部２２が湾曲操作ノブ２９の操作方向に遠隔操作されるようになっている。

処置具挿入口３０は、操作部２０の前寄りの部分に配置されている。この処置具挿入口３０には処置具挿通チャンネル２７の基端部が連結されている。そして、この処置具挿入口３０から処置具が挿入されるようになっている。

ユニバーサルコード３１の他端部には光用コネクタ３２と、電気信号用コネクタ３３とが設けられている。光用コネクタ３２は光源装置１３と、電気信号用コネクタ３３はビデオプロセッサ１４とそれぞれ接続されている。ここで、信号ケーブルや、ライトガイドファイバ束２８は、操作部２０からユニバーサルコード３１内に挿通されている。そして、信号ケーブルは電気信号用コネクタ３３に接続されている。さらに、ライトガイドファイバ束２８の他端部は光用コネクタ３２に接続されている。

光源装置１３には、光源ランプ３３と、集光レンズ３４とが設けられている。そして、光源装置１３の光源ランプ３３から放射される照明光が集光レンズ３４を介してライトガイドファイバ束２８の入射端面に集光され、ライトガイドファイバ束２８に照明光が入射されるようになっている。

また、本実施の形態のライトガイドファイバ束２８は、第１の実施の形態のイメージガイド１と同様に構成されている光伝送体によって形成されている。

次に、上記構成の本実施の形態の作用について説明する。本実施の形態の電子内視鏡装置１１のシステムでは、光源装置１３より出射された照明光は、ライトガイドファイバ束２８の入射端からライトガイドファイバ束２８に入射され、このライトガイドファイバ束２８を通して挿入部１９の先端構成部２３側に伝達される。そして、このライトガイドファイバ束２８の先端の出射端より出射される照明光が挿入部１９の先端構成部２３の照明窓２５，２６から前方に出射される。

本実施の形態のライトガイドファイバ束２８は、第１の実施の形態のイメージガイド１と同様に構成されている光伝送体によって形成されているので、第１の実施の形態のイメージガイド１と同様にライトガイドファイバ束２８の製造時に、気泡の発生や光ファイバの画素素線３の配列乱れが防止される。そのため、クラッド層５の光が従来のようにライトガイドファイバ束２８の素線以外に捨てられることはないので、ライトガイドファイバ束２８を通して伝送される照明光の伝送効率を高めることができる。

そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態のライトガイドファイバ束２８では第１の実施の形態のイメージガイド１と同様の効果が得られる。

さらに、クラッド層５より屈折率の低いジャケットパイプ２のコート層を光ファイバの画素素線の束の外側に設けることにより、コア部４のガラス層とクラッド層５の境界面を突き抜け、クラッド層５に入り込んだ光をジャケットパイプ２のコート層で反射させて再びコア部４内に導き、光伝送させることができる。そのため、小さな断面積で十分な光量を得ることができる光ファイバを提供することができる。

それに加え、特に電子内視鏡１２の挿入部１９に本実施の形態のライトガイドファイバ束２８を配設することにより、挿入部１９を太径化することなく、十分な光量の照明光を伝送することができるので、十分な光量で観察が行なえる効果がある。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、第２の実施の形態ではライトガイドファイバ束２８が電子内視鏡装置１１の挿入部１９に内装される場合について述べたが、これに限定されず、例えば手術用顕微鏡、あるいは、システム顕微鏡の挿入部に内装される場合にも同様に適用される。さらに、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
記
（付記項１）コア部と該コア部の外側に設けられたクラッド層とからなる光ファイバ素線を互いに平行状態で多数本束ねて配列管内に挿入し、加熱一体化した後、延伸して得られる光伝送体の製造方法において、画素素線を金属配列管内で最密充填した後、ジャケットパイプに移し替えを行い隙間を画素素線で埋める工程と画素素線が充填されたジャケットパイプを更にガラスパイプに挿入し、これらを加熱一体化したプリフォームを得た後、延伸して得る光伝送体の製造方法。

（付記項２）コア部と該コア部の外側に設けられたクラッド層とからなる光ファイバ素線を互いに平行状態で多数本束ねて配列管内に挿入し、加熱一体化した後、延伸して得られる光伝送体の画素素線を金属配列管内で最密充填した後、ジャケットパイプに移し替えを行い、隙間を上記画素素線で埋める工程と、上記画素素線が充填されたジャケットパイプを更にガラスパイプに挿入し、これらを加熱一体化したプリフォームを得た後、延伸して得る光伝送体。

（付記項３）上記コア部及び上記クラッド層及び上記ジャケットパイプ、上記ガラスパイプの軟化点が、上記コアガラス＞上記ガラスパイプ＞上記ジャケットパイプ≧上記クラッド層の関係になっていることを特徴とする付記項２に記載の光伝送体。

（付記項４）上記ガラスパイプは、加熱一体後、得られるプリフォーム状態においてガラス旋盤等で研削除去され、上記ジャケットパイプ層が最外周にあり、光学研磨処理を施してある付記項２に記載の光伝送体。

（付記項５）上記コア部及び上記クラッド層及び上記ジャケットパイプ、上記ガラスパイプのそれぞれの線膨張係数差が、±５×１０^−７の範囲なるべく近いものである付記項２に記載の光伝送体。

（付記項６）上記コア部の屈折率をｎ１、前記クラッド層の屈折率をｎ２、上記ジャケットパイプの屈折率をｎ３としたとき、ｎ１＞ｎ３＞ｎ２である付記項２に記載の光伝送体。

（付記項７）上記光伝送体の本体は、イメージガイド用の光ファイバ束である付記項２に記載の光伝送体。

本発明は、イメージガイドや、ライトガイドなどの光伝送体の製造方法を実施して光伝送体を製造、使用する技術分野で有効である。

本発明の第１の実施の形態のイメージガイドの横断面図。第１の実施の形態のイメージガイドの画素素線の配列状態を示す要部の横断面図。本発明の第２の実施の形態を示すもので、（Ａ）はライトガイドなどの光伝送体が内蔵されている電子内視鏡のシステム全体の概略構成図、（Ｂ）は内視鏡の先端構成部の先端面を示す平面図。

符号の説明

２…ジャケットパイプ、３…画素素線、４…コア部、５…クラッド層、６…ガラスパイプ。

Claims

コア部とこのコア部の外側に設けられたクラッド層とからなる光ファイバの画素素線を互いに平行状態で多数本束ねて配列管内に挿入する工程と、
前記画素素線を前記配列管内で充填した後、前記配列管よりも大径なジャケットパイプに移し替えを行い隙間を前記画素素線で埋める工程と、
前記画素素線が充填された前記ジャケットパイプを更にガラスパイプに挿入し、これらを加熱一体化したプリフォームを得るプリフォーム成形工程と、
前記プリフォームを成形した後、延伸する延伸工程と
を具備し、
前記コア部用のガラス材料、前記クラッド層用のガラス材料、前記ジャケットパイプ用のガラス材料及び前記ガラスパイプ用のガラス材料の軟化点は、前記コア部用のガラス材料＞前記ガラスパイプ用のガラス材料＞前記ジャケットパイプ用のガラス材料≧前記クラッド層用のガラス材料の関係に設定され、かつ前記コア部、前記クラッド層、前記ジャケットパイプ及び前記ガラスパイプの隣接するガラス材料間の線膨張係数差は、±５×１０ ^−７の範囲に設定され、さらに前記プリフォーム成形工程の加熱一体化時の融着温度を前記クラッド層及び前記ジャケットパイプのガラスの融着温度付近に設定したことにより、前記コア部が変形することなくクラッド層同志、あるいはクラッド層とジャケットパイプとの融着を行うことを特徴とする光伝送体の製造方法。
前記プリフォーム成形工程は、前記ガラスパイプ内で内容物を加熱一体後、得られるプリフォーム状態において研削工具で前記ガラスパイプを研削除去する工程と、
前記ガラスパイプが研削除去された後、最外周に配置される前記ジャケットパイプ層に光学研磨処理を施す工程と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の光伝送体の製造方法。