(57)【要約】【課題】空隙の発生や貼り合せ部となる接着剤の剥離を防止し、その結果として良好な画像情報の品質を保持することができる光学部品の固着方法を提供する。【解決手段】光学部品１１および１３より大きな熱膨張係数をもつ金属等の材料から成るスリーブ１５を使用し、高温度Ｔ２（℃）にて、光学部品１１および１３接合面間に空隙を生じないように突き合わせた状態で、接着剤で光学部品１１および１３を固着する。この接合部は、Ｔ２（℃）よりも低い高温度Ｔ１（℃）で使用に供されたときは、光学部品１１および１３の接合面に圧縮力を発生させる。固着温度Ｔ２（℃）よりも１０〜２０℃高い高温度Ｔ３（℃）で使用に供されたときは、光学部品１１および１３の接合面に引っ張り張力が発生するが、これをスリーブ１５内周に塗布した樹脂等１７の接着力で相殺する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突き合わせ面のある光学部品をスリーブ内に収納して固定する光学部品の固定方法において、
前記スリーブは、
前記光学部品より熱膨張係数の大きな材料からなり、加温によってスリーブが光学部品よりも伸びた状態で固定のための接着剤を硬化させることで、使用温度範囲において突き合わせ面に圧縮応力を発生させる、あるいは引張り応力が接着力以下になるように固定したことを特徴とする光学部品の固着方法。
【請求項２】
前記複数の光学部品と前記スリーブとの間を接着剤を用いて固着することを特徴とする請求項１記載の光学部品の固着方法。
【請求項３】
前記接着剤は、
熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２記載の光学部品の固着方法。
【請求項４】
前記複数の光学部品と前記スリーブとの間を機械的に固着することを特徴とする請求項１記載の光学部品の固着方法。
【請求項５】
請求項１記載の光学部品の固着方法により製作されたファイバスコープ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空隙の発生や貼り合せ部となる接着剤の剥離を防止し、その結果として良好な画像情報の品質を保持することができる光学部品の固着方法、およびファイバスコープに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学部品の固着方法により接続されたものとしては、図１０に示すようなものが知られている。
【０００３】
例えば２５℃の常温度（Ｔｏ）において、固定すべきイメージファイバ１１１と光学レンズ１１３は、スリーブ１１５に内接して相対して収納されている。イメージファイバ１１１および光学レンズ１１３の外周部とスリーブ１１５内周部との隙間は接着剤等１１７が充填されることにより固定されている。この他の例としては、図１３に示すように、イメージファイバ１２１と光学レンズ１２３の接合面に貼り合せ部となる接着剤等１２９が塗布されている場合もある。図１０に示す接着剤等１１７および図１３に示す接着剤等１２７に代わって、機械的にイメージファイバおよび光学レンズを固定する方法も知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１２７４３３号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−１６２５０８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１および図１２に示すように、この接合部が高温度Ｔ１（℃）で使用される場合、金属等の材料から成るスリーブ１１５の熱膨張係数は、光学レンズ１１３および石英ガラスを主成分とするイメージファイバ１１１の熱膨張係数よりはるかに大きいため、イメージファイバ１１１と光学レンズ１１３の長さ方向に、接合面から互いに離れ合う引っ張り張力Ｔｓ１が発生する。この結果、イメージファイバ１１１と光学レンズ１１３の接合面間に空隙１１９を生じたり、あるいは空隙１１９が生じないまでもイメージファイバ１１１先端部に作用する残留張力により歪みが生じたり、場合によっては破断にいたることも考えられるので、画像情報の品質劣化が生じるという問題があった。
【０００７】
同様に、図１４および図１５に示すように、イメージファイバ１２１と光学レンズ１２３の接合面に貼り合せ部となる接着剤等１２９が存在する場合においても、高温度Ｔ１（℃）使用時に、スリーブ１２５の方がイメージファイバ１２１と光学レンズ１２３より伸びた状態になるため、イメージファイバ１２１と光学レンズ１２３の長さ方向に、接合面から互いに離れ合う引っ張り張力Ｔｓ１が発生し、貼り合せ部となる接着剤等１２９が剥離したり空隙１２８が生じたりする。
このような場合、剥離部分で等厚干渉が生じ、その結果、干渉縞が発生したり、反射が生じたりするなどして画像情報の品質劣化の原因となる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、空隙の発生や貼り合せ部となる接着剤の剥離を防止し、その結果として良好な画像情報の品質を保持することができる光学部品の固着方法、およびファイバスコープを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、スリーブへの光学部品の固着方法において、前記スリーブは、前記光学部品より熱膨張係数の大きな部材からなり、高温度下でスリーブが伸びた状態で、前記光学部品をスリーブに固定し、使用される温度で、前記光学部品の接合面に引っ張り張力が作用して画像情報が劣化することを回避することを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、接着剤で固着する方法を要旨とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、熱硬化性樹脂を用いて固着させる方法を要旨とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、機械的に固着する方法を要旨とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１の固着方法で製作されたファイバスコープを要旨とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、イメージファイバの接合部の状態を説明するための縦断面図であり、常温度Ｔｏ（℃）から温度上昇させて、高温度Ｔ２（℃）固着時における様子を示す図である。
【００１６】
固着すべきイメージファイバ１１と光学レンズ１３、これを収納する熱膨張係数の大きなスリーブ１５、これら両者の隙間を充填する接着剤等１７、およびイメージファイバ１１と光学レンズ１３の接合面間に貼り合せ部の接着剤等１９から構成される。
【００１７】
イメージファイバ１１は、ガラスやプラスチック等を主原料とし、多数のコアを持つマルチコアファイバで、２次元画像をそのままイメージファイバの一端から他端に伝送できる媒体である。
【００１８】
光学レンズ１３は、石英あるいは多成分系ガラスからなり、対物レンズおよび接眼レンズとして使用され、画像をイメージファイバ１１に結合させる、あるいはファイバの画像を眼球やカメラに結像させる役割を果たしている。
【００１９】
スリーブ１５は、金属管であり、イメージファイバ１１および光学レンズ１３より大きな熱膨張係数を有する。一般的には耐腐食性を重要視してステンレスが使用されることが多いが、加工性の良い銅または銅合金、アルミニウムを用いても良い。
【００２０】
接着剤等１７は、熱硬化型接着剤が好ましいが、これに代わるものとして、紫外線硬化型樹脂や、バネ・ねじを使用したり、半田付けするなど、機械的保持方法でも良い。
【００２１】
貼り合せ部（接着剤等）１９は、透明樹脂を用いるが、必ずしも必要ではない。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態に係る光学部品に適用可能な固着方法について具体的に説明する。
【００２３】
なお、以下の説明において用いる温度Ｔｏ〜Ｔ３はそれぞれ、室内温度としての常温度をＴｏ（例：２５℃）、使用される温度をＴ１（例：１００℃）、光学部品を固着した時の温度をＴ２（例：１２０℃）として扱うこととする。
【００２４】
図１に示すように、イメージファイバ１１は、その被覆を除去された先端部の外周部分に、接着剤１７が塗布される。同様に光学レンズ１３外周部分にも接着剤１７が塗布される。通常は貼り合せ部接着剤等１９により、上記部品は既に貼り合されている。
【００２５】
接着剤等１７および１９が塗布されたイメージファイバ１１と光学レンズ１３は、その直径より大きな内径を有するスリーブ１５に収納され、加熱装置８１内で常温度Ｔｏ（℃）から高温度Ｔ２（℃）に加熱され接着剤が硬化し固着される。このとき、熱硬化性樹脂が流動性を失なう前に、スリーブ１５の温度上昇がＴ２（℃）に達する必要がある。通常は、熱硬化性樹脂の硬化に必要な時間より短時間でＴ２（℃）に昇温することにより、上記固着がなされる。
【００２６】
なお、加熱装置８１は、セラミックヒータ、高周波誘導加熱、カーボンヒータ、ニクロム線等を熱源とし、加熱装置８１内で固着すべき光学部品とスリーブを、均一な温度に制御できるものである。
【００２７】
図１は、スリーブ１５を常温度Ｔｏから温度上昇させてＴ２（℃）に加熱した状態で接着剤を硬化させ、イメージファイバ１１と光学レンズ１３をスリーブ１５内で固着する工程を示す。イメージファイバ１１と光学レンズ１３の熱膨張係数は、金属等から成るスリーブ１５の熱膨張係数に比較して十分小さいのでほぼ無視できる。固着作業時の温度Ｔ２（℃）でのスリーブ１３の長さは、Ｌｏ＋ΔＬ２とする。ここで、Ｌｏ：常温度２５℃でのスリーブ長、ΔＬ２：  Ｔ２（℃）でのスリーブ長の変化量  ΔＬ２＝Ｌｏｋ（Ｔ２−２５）、ｋ：線膨張係数（１／℃）である。
【００２８】
このようにしてＴ２（℃）で固着されたイメージファイバ１１と光学レンズ１３の固着部分の縦断面図は、図２に示すとおりである。
【００２９】
次に、図３に示すように、例えば雰囲気を常温度Ｔｏ（２５℃）に戻したときは、スリーブ１３の長さはＬｏとなり、イメージファイバ１１と光学レンズ１３の接合面に互いに押し合う残留圧縮力Ｆｏが生じる。
【００３０】
図４に示すようにＴ２（℃）より使用温度Ｔ１（℃）が低い場合には、イメージファイバ１１と光学レンズ１３間には接合面をはさんで圧縮力Ｆ１が生じる。
【００３１】
次に、図４に示すように、この固定された接合部を使用に供する温度Ｔ１（℃）にしたとき、スリーブ１５の長さは、Ｌｏ＋ΔＬ１となる。
【００３２】
ここで、ΔＬ１：  Ｔ１（℃）でのスリーブ長の変化量  ΔＬ１＝Ｌｏｋ（Ｔ１−２５）である。Ｔ１＜Ｔ２であるから、使用温度Ｔ１（℃）におけるスリーブ１５の長さは、固定作業時の温度Ｔ２（℃）のときよりΔＬ２−ΔＬ１＝Ｌｏｋ（Ｔ２−Ｔ１）だけ縮み、イメージファイバ１１と光学レンズ１３の接合面に互いに押し合う圧縮力Ｆ１が生じている。なお、Ｔ１＝Ｔ２の時は、前記接合面に応力が生じない。
【００３３】
従って、イメージファイバ１１と光学レンズ１３の接合面で空隙の発生や、イメージファイバ１１内部に張力が存在しないのでイメージファイバ１１の歪み・破断を防止することができる。その結果として、良好な画像情報を得ることができる。
【００３４】
次に、図５に示すように固着された温度Ｔ２（℃）より使用に供する温度Ｔ１（℃）が高い場合、例えばＴ１がＴ２より１０〜２０℃高いとき、イメージファイバ１１と光学レンズ１３の接合面には互いに離れ合う引っ張り張力Ｔｓ３が発生するが、スリーブ１５内周に塗布された接着剤１７により、このＴｓ３を相殺する摩擦力Ｆｆが働くため均衡がとれ、接合面が離れない。その結果、接合面での貼り合せ部接着剤１９の剥離や空隙が生じず、良好な画像情報を得ることができる。
【００３５】
上記の固着方法が適用できる光学部品としては、イメージファイバ、光学レンズ、ウィンドー、絞り等が挙げられる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
次に、図６に示すように、イメージファイバと光学レンズの固着以外の例として、光学レンズ２１とウィンドー２３の高温度Ｔ２（℃）で固着された縦断面図を示す。
【００３７】
図６において、光学レンズ２１とウィンドー２３の外周部分に接着剤２７が塗布され、次に、接合面に貼り合せ部接着剤２９が塗布される。
【００３８】
接着剤等２７および２９が塗布された光学レンズ２１とウィンドー２３は、その直径より大きな内径を有するスリーブ２５に収納され、加熱装置内で常温度Ｔｏ（℃）から高温度Ｔ２（℃）に急速に加熱され固着される。このとき、熱硬化性樹脂が硬化する前に、スリーブ２５の温度上昇がＴ２（℃）に達する必要がある。なお、以下の説明では、光学レンズ２１とウィンドー２３の熱膨張係数は、金属等から成るスリーブ２５の熱膨張係数に比較して十分小さいので無視できるものとする。固着時の温度Ｔ２（℃）での、光学レンズ２１とウィンドー２３に接しているスリーブ２５の長さを、Ｌｏ＋ΔＬ２とする。ここで、Ｌｏ：常温度２５℃での前記スリーブ長、ΔＬ２：前記スリーブ長の変化量  ΔＬ２＝Ｌｏｋ（Ｔ２−２５）、ｋ：熱膨張係数（１／℃）である。
【００３９】
次に、雰囲気を常温度Ｔｏ（℃）に戻したときは、前記スリーブ長はＬｏとなり縮むので、光学レンズ２１とウィンドー２３の接合面には互いに押し合う残留圧縮力Ｆｏが生じる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
次に、図７に示すように、イメージファイバと光学レンズの固着以外の例として、絞り３１とウィンドー３３の高温度Ｔ２（℃）で固着された縦断面図を示す。
【００４１】
図７において、絞り３１とウィンドー３３の外周部分に接着剤３７が塗布されていて、通常、接合面は貼り合せ部接着剤３９によりすでに接着されているが、ここで塗布しても良く、また接着しなくても良い。
【００４２】
接着剤等３７が塗布された絞り３１とウィンドー３３は、その直径より大きな内径を有するスリーブ３５に収納され、加熱装置内で常温度Ｔｏ（℃）から高温度Ｔ２（℃）に加熱され、接着剤が硬化し固着される。このとき、熱硬化性樹脂の流動性が失われる前に、スリーブ３５の温度上昇が硬化温度Ｔ２（℃）に達する必要がある。なお、以下の説明では、絞り３１とウィンドー３３の熱膨張係数は、金属等から成るスリーブ３５の熱膨張係数に比較して十分小さいので無視できるものとする。固着時の温度Ｔ２（℃）での、絞り３１とウィンドー３３に接しているスリーブ３５の長さを、Ｌｏ＋ΔＬ２とする。ここで、Ｌｏ：常温度２５℃での前記スリーブ長、ΔＬ２：前記スリーブ長の変化量  ΔＬ２＝Ｌｏｋ（Ｔ２−２５）、ｋ：熱膨張係数（１／℃）である。
【００４３】
次に、雰囲気を常温度Ｔｏ（２５℃）に戻したときは、前記スリーブ長はＬｏとなり縮むので、絞り３１とウィンドー３３の接合面には互いに押し合う残留圧縮力Ｆｏが生じる。
【００４４】
（第４の実施の形態）
次に、図８に示すように、イメージファイバと１個の光学レンズの固着以外の例として、イメージファイバ４１と光学レンズ４３の高温度Ｔ２（℃）で固着された縦断面図を示す。
【００４５】
図８において、イメージファイバ４１と光学レンズ４３の外周部分に接着剤４７が塗布され、次に、接合面に貼り合せ部接着剤４９が塗布される。
【００４６】
接着剤等４７および４９が塗布されたイメージファイバ４１と光学レンズ４３は、その直径より大きな内径を有するスリーブ４５に収納され、加熱装置内で常温度Ｔｏ（℃）から高温度Ｔ２（℃）に加熱され接着剤が硬化し固着される。このとき、熱硬化性樹脂の流動性が失われる前に、スリーブ４５の温度上昇がＴ２（℃）に達する必要がある。なお、以下の説明では、イメージファイバ４１と光学レンズ４３の熱膨張係数は、金属等から成るスリーブ４５の熱膨張係数に比較して十分小さいので無視できるものとする。固着時の温度Ｔ２（℃）での、イメージファイバ４１と光学レンズ４３に接しているスリーブ４５の長さを、Ｌｏ＋ΔＬ２とする。ここで、Ｌｏ：常温度２５℃での前記スリーブ長、ΔＬ２：前記スリーブ長の変化量  ΔＬ２＝Ｌｏｋ（Ｔ２−２５）、ｋ：熱膨張係数（１／℃）である。
【００４７】
次に、雰囲気を常温度Ｔｏ（２５℃）に戻したときは、前記スリーブ長はＬｏとなり縮むので、イメージファイバ４１と光学レンズ４３の接合面には互いに押し合う残留圧縮力Ｆｏが生じる。
【００４８】
図９に示すように、本発明の光学部品の固着方法を適用した製品の例としてファイバスコープが挙げられる。
【００４９】
ファイバスコープは、基本構成として、直接画像伝送可能なイメージファイバ５１と、その両端に、対物側には１ないし複数の光学レンズ５３および５４、接眼側には接眼レンズ６３、構成部品を収納するシャーシ６５からなる。対物側の光学レンズの目的は、対象とする物体の像をイメージファイバ５１端面に結ばせることである。一方、接眼レンズ６３の目的は、イメージファイバ５１で伝送された画像を投影することである。なお、接眼レンズ６３を通して、肉眼で直接観測することも可能だが、接眼レンズ６３後方にカメラマウントを介してＣＣＤカメラに結合させ、モニタ画面で観測することもできる。
【００５０】
なお、対物側の最外部には、図９に示すように、防塵、防滴、防湿等を目的とするウィンドー５５を設けてもよい。
【００５１】
また、本実施の形態では、イメージファイバ５１と光学レンズ５４の接合、および光学レンズ５３とウィンドー５５の接合が挙げられる。
【００５２】
観測対象とする対物側領域に照明が全く存在しないか、あっても照度が不十分で接眼部側まで良好な画像伝送が困難なとき、接眼部側から照明に足りる光量を、光源６７から照明用バンドルファイバ６１を介して、対物側に伝送することもある。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、光学部品より熱膨張係数の大きな部材からなるスリーブに、光学部品を収納し、高温度下で固着し、使用に供する温度で、光学部品の接合面に引っ張り張力の発生を回避あるいは低減させることで、空隙の発生や接着剤の剥離を防止し、その結果として良好な画像情報の品質を保持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るイメージファイバと光学レンズの固着方法を説明するための縦断面図であり、イメージファイバと光学レンズをスリーブ内に挿入および固着する工程を示す図である。
【図２】イメージファイバと光学レンズの接合部の状態を説明するための縦断面図であり、高温度Ｔ２（℃）固着時における様子を示す図である。
【図３】イメージファイバと光学レンズの接合部の状態を説明するための縦断面図であり、常温度Ｔｏ（℃）使用時の様子を示す図である。
【図４】イメージファイバと光学レンズの接合部の状態を説明するための縦断面図であり、使用温度Ｔ１（℃）＜高温度Ｔ２（℃）の時の様子を示す図である。
【図５】イメージファイバと光学レンズの接合部の状態を説明するための縦断面図であり、Ｔ１（℃）＞Ｔ２（℃）での様子を示す図である。
【図６】光学レンズとウィンドーの接合部の状態を説明するための縦断面図であり、高温度Ｔ２（℃）固着時における様子を示す図である。
【図７】絞りとウィンドーの接合部の状態を説明するための縦断面図であり、高温度Ｔ２（℃）固着時における様子を示す図である。
【図８】２個の光学レンズとイメージファイバの接合部の状態を説明するための縦断面図であり、高温度Ｔ２（℃）固着時における様子を示す図である。
【図９】イメージファイバの応用製品としてのファイバスコープの縦断面図である。
【図１０】従来の実施の形態に係る、常温度Ｔｏ（℃）固着時における縦断面図である。
【図１１】従来のイメージファイバと光学レンズの接合部の状態を説明するための縦断面図であり、高温度Ｔ１（℃）での使用時の様子を示す図である。
【図１２】従来のイメージファイバと光学レンズの接合部の状態を説明するための断面図である。
【図１３】従来のイメージファイバと光学レンズの接合部の常温度Ｔｏ（℃）での状態を説明するための縦断面図である。
【図１４】従来のイメージファイバと光学レンズの接合部の温度Ｔ１（℃）での状態を説明するための縦断面図である。
【図１５】イメージファイバと光学レンズの接合部に剥離が生じた場合の状態を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１１、３１、４１、５１  イメージファイバ
１２  被覆
１３、２１、４２、４３、５３、５４  光学レンズ
１５、２５、３５、４５、５６  スリーブ
１７、２７、３７、４７、５７  接着剤等
１９、２９、３９、４９、５８、５９  貼り合せ部（接着剤等）
２３、３３、５５  ウィンドー
３１  絞り
５２  イメージファイバ被覆
６１  照明用バンドルファイバ
６３  接眼レンズ
６５  シャーシ
８１  加熱装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005040180.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005040180.tif 000015
【図１４】
2005040180.tif 000016
【図１５】
2005040180.tif 000017