(57)【要約】【課題】 像導伝管の光ファイバ素線の対物部にレンズ等の別部品を取り付けることなく、該光ファイバ素線の端面を成形して、従来の対物部の機能を素線端面に持たせることにより、作製時に煩雑で困難な作業を必要とすることなく、高精度で且つ高い信頼性が得られるようにして、従来の問題を克服すること。【解決手段】 光を伝搬させるコアを有する光ファイバ素線を複数本束ねて形成する像導伝管を前提として、  一部又は全ての光ファイバ素線のコア先端に円錐形状のコア突出部が形成されており、  上記光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、上記コア突出部の表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満であることである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝搬させるコアを有する光ファイバ素線を複数本束ねて形成する像導伝管において、
一部又は全ての光ファイバ素線のコア先端に円錐形状のコア突出部が形成されており、
上記光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、上記コア突出部の表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満であることを特徴とする像導伝管。
【請求項２】
光を伝搬させるコアを有する光ファイバ素線を複数本束ねて像導伝管を形成し、
次に、この像導伝管の端面をエッチングすることにより、上記光ファイバ素線の一部又は全てのコア先端において、該コアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、該コアの表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満である円錐形状のコア突出部を形成することを特徴とする像導伝管の作製方法。
【請求項３】
光を伝搬させるコアを有する光ファイバ素線を複数本束ねて形成した像導伝管を用いて対象物体の像を伝達する伝送光学部と、
上記像導伝管の端面及びその近傍に現れる物体像を結像して受光し、物体像を電気信号に変換する固体撮像素子と、
上記固体撮像素子から得られる電気信号を映像信号に処理する制御部とを備えた像導伝管撮像装置において、
上記像導伝管を形成する光ファイバ素線の一部又は全てのコア先端に円錐形状のコア突出部が形成されており、
上記光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、上記コア突出部の表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満であることを特徴とする像導伝管撮像装置。
【請求項４】
上記像導伝管を形成する光ファイバ素線の集光状態が所望の状態となるように、上記傾斜角が所定の値に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の像導伝管撮像装置。
【請求項５】
上記像導伝管を形成する光ファイバ素線の集光状態が所望の状態となるように、上記コア突出部の根元の径が所定の値に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の像導伝管撮像装置。
【請求項６】
上記像導伝管を形成する光ファイバ素線の集光状態が所望の状態となるように、上記傾斜角と上記コア突出部の根元の径が所定の値に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の像導伝管撮像装置。
【請求項７】
光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、該コアの表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満である円錐形状のコア突出部を形成した光ファイバ素線を複数本束ねた像導伝管を用いて、対象物体の像を伝達し、
上記像導伝管の端面及びその近傍に現れる物体像を固体撮像素子で結像して受光し、
上記固体撮像素子から得られる電気信号を映像信号に処理することにより像情報を取得することを特徴とする像導伝管撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバ素線を複数本束ねて形成する像導伝管（イメージファイバ）及びその作製方法に関する。この像導伝管は内視鏡などに用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
像導伝管撮像装置などに用いられている像導伝管を形態別に見ると、像導伝管を形成する各素線（一本の光ファイバ）が両端面でのみ集束固定され、中央部ではバラバラにされることにより、像導伝管を曲げ易くしたバンドル型と、各素線のクラッドが全長にわたって溶融一体化されたクラッド一体型の２つがある。
バンドル型の像導伝管を製造するには、細い光ファイバ素線を製造した後に、これを多数本配列することにより行う。また、ガラス製であってバンドル型の像導伝管を製造するには、各素線のクラッドの外側に酸に溶解し易い第２のクラッドを設けて、該第２のクラッドを溶融一体化した後に、酸水溶液などに浸漬して該第２のクラッドを両端を除いて溶解させることによって行う。
一方、クラッド一体型の像導伝管であれば、多数の素線を太径のパイプ内に並べた後、これを加熱延伸（いわゆる線引き）することによって、クラッドを加熱一体化させることにより製造することができる。
素線の素材に着目すると、素材には石英ガラス、多成分ガラスなどのガラス製のものと、プラスチック製のものがある。
【０００３】
像導伝管撮像装置は、光ファイバ素線を複数本束ねて形成した像導伝管を用いて対象物体の像を伝達する伝送光学部と、前記像導伝管の端面及びその近傍に現れる物体像を結像して受光する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から得られる映像信号を制御する制御部とを備えている。
像導伝管の対物部には、通常の対物レンズを設けたものや、セルホックレンズ又はロッドレンズと呼ばれる円柱状の屈折率分布型レンズが取り付けられているものもある。このようなレンズとイメージファイバとの接続は、レンズとイメージファイバをそれぞれ適宜の把持手段で把持し、軸合せなどのアライメントを行った後、光学用エポキシ樹脂系接着剤などの接着剤を用いて接着する方法、あるいは熱収縮性スリーブなどのスリーブを用いて両者を接続する方法などによって行われている。
しかしながら、このような方法においては、レンズの外径が細くなるとその長さが非常に短いものとなるため、レンズの把持が困難となる。このため、取付作業に手間を要し、かつ取付精度を保つために長時間を必要とする欠点があった。また、接着剤による接続では、その信頼性に不安が残ることもあり、更にスリーブを用いるものでは、外径が太くなる問題がある。
【０００４】
このような問題に対しては、特開平７−３３３４６３号公報（光学部品付きファイバの製法）に記載された製法では、イメージファイバ先端にプレカーサを融着し、その後に該プレカーサを切断することにより、ロッドレンズなどの光学部品を先端に取り付けたイメージファイバを作製している。また、特開平８−１６０２７５号公報（ロッド状光学部品）に記載されたものでは、イメージファイバとロッドレンズの接着に黒色樹脂を用いて、端面に互いにかみ合う凸凹を設け、ロッドレンズの脱落防止を図っている。
しかし、像導伝管に対して何らかの対物部を後で取り付けることに変わりはなく、取り付け強度などの信頼性や取り付け精度を確保するための作業上の手間は、全く同じである。
【０００５】
また、像導伝管の光ファイバ素線の対物部にレンズを接続する場合、多数の微小レンズが配列されたレンズアレイを作製し、このレンズアレイに対して光ファイバ素線を接続することも考えられるが、微小レンズアレイ自体の作製が難しいばかりでなく、該微小レンズアレイとそれぞれの光ファイバ素線とを正確に位置合わせして接続することは、更に困難なことである。
【特許文献１】特開平７−３３３４６３号公報
【特許文献２】特開平８−１６０２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、像導伝管の光ファイバ素線の対物部にレンズ等の別部品を取り付けることなく、該光ファイバ素線の端面を成形して、従来の対物部の機能を素線端面に持たせることにより、作製時に煩雑で困難な作業を必要とすることなく、高精度で且つ高い信頼性が得られるようにして、従来の問題を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に対する解決手段は、光ファイバ素線のコア先端に円錐形状のコア突出部を形成し、該光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、上記コア突出部の表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満であることが基本である。
【０００８】
〔解決手段１〕（請求項１に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段１は、光を伝搬させるコアを有する光ファイバ素線を複数本束ねて形成する像導伝管を前提として、
一部又は全ての光ファイバ素線のコア先端に円錐形状のコア突出部が形成されており、
上記光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、上記コア突出部の表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満であることである。
〔作 用〕
像導伝管を構成するそれぞれの光ファイバ素線は、そのコア先端に円錐形状のコア突出部が形成され、該光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、該コア突出部の表面における法線の傾斜角が、該伝搬光の全反射角未満であるので、像導伝管はその端面から離れた位置に焦点を持つことになる。
【０００９】
〔解決手段２〕（請求項２に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段２は、光を伝搬させるコアを有する光ファイバ素線を複数本束ねて像導伝管を形成し、次に、この像導伝管の端面をエッチングすることにより、上記光ファイバ素線の一部又は全てのコア先端において、該コアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、該コアの表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満である円錐形状のコア突出部を形成する像導伝管の作製方法である。
〔作 用〕
光ファイバ素線を複数本束ねて像導伝管を形成した後、この像導伝管の端面をエッチングすることにより、各光ファイバ素線の端面に円錐形状のコア突出部が形成されるので、光ファイバ素線の軸方向においてコア突出部の位置が揃った像導伝管を作製することができる。また、該円錐形状のコア突出部を同じ形状で高精度に作製することができる。
【００１０】
〔解決手段３〕（請求項３に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段３は、光を伝搬させるコアを有する光ファイバ素線を複数本束ねて形成した像導伝管を用いて対象物体の像を伝達する伝送光学部と、
上記像導伝管の端面及びその近傍に現れる物体像を結像して受光し、物体像を電気信号に変換する固体撮像素子と、
上記固体撮像素子から得られる電気信号を映像信号に処理する制御部とを備えた像導伝管撮像装置を前提として、
上記像導伝管を形成する光ファイバ素線の一部又は全てのコア先端に円錐形状のコア突出部が形成されており、
上記光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、上記コア突出部の表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満であることである。
〔作 用〕
像導伝管を形成する光ファイバ素線として、該光ファイバ素線のコア先端において、該コアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、該コアの表面における法線の傾斜角が、伝搬光の全反射角未満である円錐形状のコア突出部を形成したものを用いているので、像導伝管はその端面から離れた位置に焦点を有しており、対物光学系を必要としないシンプルな構成で且つ信頼性の高い像導伝管撮像装置とすることができる。
【００１１】
〔実施態様１〕（請求項４に対応）
実施態様１は、上記解決手段３の像導伝管撮像装置において、像導伝管を形成する光ファイバ素線の集光状態が所望の状態となるように、傾斜角が所定の値に設定されていることである。
〔作 用〕
像導伝管を形成する光ファイバ素線において、傾斜角を所定の値に設定することにより、所望する光スポット径や集光位置に変更することができる。
【００１２】
〔実施態様２〕（請求項５に対応）
実施態様２は、上記解決手段３の像導伝管撮像装置において、像導伝管を形成する光ファイバ素線の集光状態が所望の状態となるように、コア突出部の根元の径が所定の値に設定されていることである。
〔作 用〕
像導伝管を形成する光ファイバ素線において、コア突出部の根元の径を所定の値に設定することにより、所望する光スポット径や集光位置に変更することができる。
【００１３】
〔実施態様３〕（請求項６に対応）
実施態様３は、上記解決手段３の像導伝管撮像装置において、像導伝管を形成する光ファイバ素線の集光状態が所望の状態となるように、傾斜角とコア突出部の根元の径が所定の値に設定されていることである。
〔作 用〕
像導伝管を形成する光ファイバ素線において、傾斜角とコア突出部の根元の径を所定の値に設定することにより、所望する光スポット径や集光位置に変更することができる。
【００１４】
〔解決手段４〕（請求項７に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段４は、光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、該コアの表面の一部又は全面における法線の傾斜角が、上記伝搬光の全反射角未満である円錐形状のコア突出部を形成した光ファイバ素線を複数本束ねた像導伝管を用いて、対象物体の像を伝達し、
上記像導伝管の端面及びその近傍に現れる物体像を固体撮像素子で結像して受光し、
上記固体撮像素子から得られる電気信号を映像信号に処理することにより像情報を取得する像導伝管撮像方法である。
〔作 用〕
光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、該コアの表面における法線の傾斜角が、該伝搬光の全反射角未満である円錐形状のコア突出部を、該コア先端に形成した光ファイバ素線によって作製した像導伝管を用いて、対象物体の像を伝達しているので、像導伝管の先に対物光学系を必要とすることなく、信頼性の高い撮像をすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果を主な請求項毎に整理すると、次ぎのとおりである。
(１) 請求項１に係る発明
像導伝管を構成するそれぞれの光ファイバ素線は、そのコア先端に円錐形状のコア突出部が形成されているので、像導伝管端面から離れた位置に焦点を持つ像導伝管を提供することができる。
(２) 請求項２に係る発明
光ファイバ素線を複数本束ねて形成した像導伝管の端面をエッチングすることにより、各光ファイバ素線の端面に円錐形状のコア突出部が形成されるので、光ファイバ素線の軸方向においてコア突出部の位置が揃った信頼性の高い像導伝管を、煩雑で困難な作業を必要とすることなく、高い精度で比較的容易に作製することができる。
【００１６】
(３) 請求項３に係る発明
像導伝管を形成する光ファイバ素線として、該光ファイバ素線のコア先端に、円錐形状のコア突出部を形成したものを用いることにより、像導伝管はその端面から離れた位置に焦点を有しており、対物光学系を必要としないシンプルで、且つ精度や強度に関して信頼性の高い像導伝管撮像装置を提供することができる。
(４) 請求項４に係る発明
像導伝管を形成する光ファイバ素線において、傾斜角を所定の値に設定することにより、所望する光スポット径や集光位置に変更することができるので、適切な分解能やワーキングディスタンスを選択することが可能となる。
【００１７】
(５) 請求項５に係る発明
像導伝管を形成する光ファイバ素線において、コア突出部の根元の径を所定の値に設定することにより、所望する光スポット径や集光位置に変更することができるので、適切な分解能やワーキングディスタンスを選択することが可能となる。
(６) 請求項６に係る発明
像導伝管を形成する光ファイバ素線において、傾斜角とコア突出部の根元の径を所定の値に設定することにより、所望する光スポット径や集光位置に変更することができるので、適切な分解能やワーキングディスタンスを選択することが可能となる。
【００１８】
(７) 請求項７に係る発明
光ファイバ素線のコアを伝搬する伝搬光の光軸に対する、該コアの表面における法線の傾斜角が、該伝搬光の全反射角未満である円錐形状のコア突出部を、該コア先端に形成した光ファイバ素線によって作製した像導伝管を用いて、対象物体の像を伝達しているので、像導伝管の先に対物光学系を必要とすることなく、精度に関して信頼性の高い像導伝管撮像方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
像導伝管の光ファイバ素線の対物部にレンズ等の別部品を取り付けることなく、また作製時に煩雑で困難な作業をすることなく、高精度で且つ高い信頼性を有する像導伝管を得るという目的を、光ファイバ素線の端面を特定の形状に成形するという単純な構成により実現した。
【実施例】
【００２０】
本発明の実施例について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は本発明の像導伝管を使用した像導伝管撮像装置の説明図であり、図２は本発明の像導伝管に使用するファイバ素線の拡大断面図である。また、図３及び図４はそのファイバ素線の特性を示すグラフである。
先ず、本発明の像導伝管１を使用した像導伝管撮像装置１０を図１に基づいて説明する。
像導伝管１は、対物光学系機能をもち、物体像を伝達する作用を行うものであり、多数の光ファイバ素線１３を束ねて構成されている。固体撮像素子２は、像導伝管１の射出端面に現れ結像光学系６によって結像された物体像を電気信号に変換する。カメラコントロールユニット３では、該固体撮像素子２から得られる電気信号を映像信号に処理して、映像信号による画像がテレビモニタ５に映し出されるようになっている。
【００２１】
次に、本発明の像導伝管１に使用される光ファイバ素線１３を図２に基づいて説明する。
この光ファイバ素線１３は、光導波部２１と突出部２２を備えており、該光導波部２１はコア３１の周囲にクラッド３２が設けられた光ファイバにて構成されている。この光ファイバ素線１３のコア３１内を伝搬する光４１(以下、伝搬光という)は、該コア３１の突出部２２に達した後、この突出部２２を介して光ファイバ素線１３外に射出される。ここで、該突出部２２の表面２２aは、円錐テーパ形状であって、該表面２２aの法線４３と伝搬光４１の光軸４２との成す角θ(以下、傾斜角θという)が、伝搬光４１における全反射角未満となる形状に形成されている。このことにより、光ファイバ素線１３に入射した伝搬光の大部分が、屈折光として光ファイバ素線１３の外部に射出され、この射出された光は、光ファイバ素線１３の先端から数１００ｎｍ〜数μｍ程度離れた位置において集光し、高い光強度を有する光スポットを形成する。
【００２２】
上記光ファイバ素線１３において、これから外部へ射出された光が、その先端から離れた位置において集光し、高い光強度を有する光スポットを形成する現象は、傾斜角θが伝搬光における全反射角未満である場合の固有の現象である。
従来においては、傾斜角θを全反射角以上に形成されてなるものとして光プローブがあるが、このような光プローブにおいては、その先端部近傍において光強度が最も高く、先端から離れるにつれ急速に低下し、先端から離れた位置においては強度の低い光スポットしか形成し得ない。
図３において、光ファイバ素線１３の各傾斜角毎における、光ファイバ素線先端と集光スポットとの距離の推移についてその一例を示す。この図に示されている特性は、コア突出部２２の根元の径Ｄが２μｍ、コア３１の屈折率が１.５３で射出媒質が空気である場合であり、全反射角４０°を境にそれを下回る入射角度（傾斜角）においては、光ファイバ素線１３の先端から数１００ｎｍ〜数μｍ程度離れた位置において集光していることを表している。
【００２３】
上記光スポット径は、コア突出部２２の根元の径Ｄ、傾斜角θ、及び伝搬光４１の波長によって制御することができる。このことを利用して、必要な測定分解能と同程度の光スポット径となるように、該コア突出部２２の根元の径Ｄ、傾斜角θ、及び伝搬光４１の波長を決定することができる。
光スポット径を小さくする場合は、コア突出部２２の根元の径Ｄを小さく、傾斜角θを大きく、また伝搬光として波長の短い光を用いることにより実現することができる。逆に、光スポット径を大きくする場合には、コア突出部２２の根元の径Ｄを大きく、傾斜角θを小さく、また伝搬光として波長の長い光を用いればよい。
図４において、光ファイバ素線１３のコア突出部の表面２２aに関する傾斜角θが１０°、コア突出部２２の根元の径Ｄが２μｍ、コア３１の屈折率が１.５３で射出媒質が空気である場合であって、伝搬光４１の波長を変化させたときの光スポット径の推移について示している。
任意のスポット径を形成する一例として数値の具体例を示すと、屈折率が１.５のコア２０aから空気中に光が射出される場合において、光スポット径を０.４μｍ (半値全幅)に制御する際は、コア突出部２２の根元の径Ｄを２μｍ、傾斜角θを２０°、伝搬光４１の波長を０.４μｍとすればよい。因みに、この場合において、光ファイバ素線先端と集光スポットとの距離は１.２μｍとなる。
【００２４】
本発明の像導伝管１は、一般の像導伝管を前述のようなプロセスで複数の光ファイバ素線から作製して、端面を研磨等で整えた後、エッチングすることによって、各々の光ファイバ素線の先端に上記円錐形状を同じ形状で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】は、本発明の像導伝管を用いた像導伝管撮像装置の概略を説明する模式図である。
【図２】は、本発明の像導伝管に使用するファイバ素線の拡大断面図である。
【図３】は、本発明の像導伝管に使用するファイバ素線のコア突出部の表面の傾斜角に対する、ファイバ素線先端と集光スポットとの距離の推移を示す図である。
【図４】は、本発明の像導伝管に使用するファイバ素線のコア突出部の表面の傾斜角が１０°の場合において、伝搬光の波長の変化に対する光スポット径の推移を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１‥‥像導伝管                        ２‥‥固体撮像素子
３‥‥カメラコントロールユニット      ５‥‥テレビモニタ
６‥‥結像光学系
１０‥‥像導伝管撮像装置              １３‥‥光ファイバ素線
２１‥‥光導波部                      ２２‥‥コアの突出部
２２a‥‥コア突出部の表面
３１‥‥コア                          ３２‥‥クラッド
４１‥‥伝搬光                        ４２‥‥光軸
４３‥‥法線
【図１】
2006071662.tif 000003
【図２】
2006071662.tif 000004
【図３】
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【図４】
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