(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの先端を加熱して、該先端に前記画素ファイバに含まれるドーパントの拡散によるファイバ構造が消失された、組成が均一なレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程を有することを特徴とするファイバスコープの製造方法。
【請求項２】
画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの中途を加熱延伸してテーパー部を形成する加熱延伸工程と、該テーパー部を切断する工程と、該テーパー部の先端を加熱して球面部を形成する球面部形成工程とを有し、前記加熱延伸工程及び前記球面部形成工程により、前記画素ファイバに含まれるドーパントの拡散による、ファイバ構造が消失された組成が均一なレンズとして機能する球面部を形成することを特徴とするファイバスコープの製造方法。
【請求項３】
画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの端部を加熱して、前記画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて、ファイバ構造が消失された組成が均一な端部とするドーパント拡散工程と、前記端部の先端を加熱して該先端にレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程とを有することを特徴とするファイバスコープの製造方法。
【請求項４】
画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの中途を加熱して、前記画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて、ファイバ構造が消失された組成が均一な拡散部を形成する拡散工程と、前記拡散部を加熱延伸してテーパー部を形成する加熱延伸工程と、該テーパー部を切断する工程と、該テーパー部の先端を加熱して該先端にレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程とを有することを特徴とするファイバスコープの製造方法。
【請求項５】
前記画素ファイバとして、ドーパントがコアのみ又はコアとクラッドの両方に含まれるものを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のファイバスコープの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれか一項に記載のファイバスコープの製造方法によって製造され、その先端にレンズとして機能する球面部を有することを特徴とするファイバスコープ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は医療用内視鏡などに用いられる極細径のファイバスコープに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工業施設などの配管や人体の血管などの内部を観察するために、従来から直径数百μm程度の極細径ファイバスコープが用いられている。この種の極細径ファイバスコープはイメージファイバの一端に接眼レンズをまた他端に対物レンズを装着した構成となっている。
一般にこのイメージファイバとしては石英系ガラスの極細径イメージファイバが用いられ、接眼レンズおよび対物レンズとしてはセルフォック(商品名)レンズなどの多成分系ガラスが用いられており、これらの接眼レンズおよび対物レンズは光学用エポキシ接着剤などの接着剤によって上記イメージファイバに接着されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このファイバスコープにおいては極細径のイメージファイバに極小のレンズを装着するため、イメージファイバとレンズの接着位置を調節するのに非常に手間がかかり、製造効率が低かった。
また、レンズの接着に使用されている接着剤は耐熱温度が低いため、ファイバスコープを高温下で使用することができず、用途が限定されていた。
【０００４】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、高温下での使用が可能で、製造効率のよいファイバスコープを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては以下のような特徴を有するファイバスコープの製造方法を提供する。また、これらの製造方法によって製造されたファイバスコープを提供する。すなわち、
本発明の請求項１に係るファイバスコープの製造方法は、画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの先端を加熱して、該先端に該画素ファイバに含まれるドーパントの拡散によるファイバ構造が消失された、組成が均一なレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程を有することを特徴とする。
本発明の請求項２に係るファイバスコープの製造方法は、画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの中途を加熱延伸してテーパー部を形成する加熱延伸工程と、該テーパー部を切断する工程と、該テーパー部の先端を加熱して球面部を形成する球面部形成工程とを有し、前記加熱延伸工程及び前記球面部形成工程により、前記画素ファイバに含まれるドーパントの拡散による、ファイバ構造が消失された組成が均一なレンズとして機能する球面部を形成することを特徴とする。
本発明の請求項３に係るファイバスコープの製造方法は、画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの端部を加熱して、前記画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて、ファイバ構造が消失された組成が均一な端部とするドーパント拡散工程と、前記端部の先端を加熱して該先端にレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程とを有することを特徴とする。
本発明の請求項４に係るファイバスコープの製造方法は、画素ファイバが複数、ジャケット内で溶着されたイメージファイバの中途を加熱して、前記画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて、ファイバ構造が消失された組成が均一な拡散部を形成する拡散工程と、前記拡散部を加熱延伸してテーパー部を形成する加熱延伸工程と、該テーパー部を切断する工程と、該テーパー部の先端を加熱して該先端にレンズとして機能する球面部を形成する球面部形成工程とを有することを特徴とする。
本発明の請求項５に係るファイバスコープの製造方法は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記画素ファイバとして、ドーパントがコアのみ又はコアとクラッドの両方に含まれるものを用いることを特徴とする。
本発明の請求項６に係るファイバスコープは、請求項１乃至５いずれか一項に記載のファイバスコープの製造方法によって製造され、その先端にレンズとして機能する球面部を有することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１〜４は本発明のファイバスコープの製造方法の例を示したもので、各製造工程におけるイメージファイバを、その長手方向にそった断面図で示したものである。
図１は本発明の第１の例を示すもので、図中符号１はイメージファイバ、２はイメージサークル、４はジャケット層であり、このイメージファイバ１は、例えば石英系ガラスからなるジャケット管内部に石英系ガラスファイバを多数本束ねて挿入して母材となし、この母材を端から加熱線引きして所定の径に調整して形成されたもので、前記複数のガラスファイバは線引きされた結果、相互に溶着しているが、個々のファイバ構造は保たれて画素を構成している。
【０００７】
イメージファイバ１を構成する画素ファイバは、一般に光ファイバとして用いられているもので、その中心部に高屈折率のコアが設けられ、このコアの外周部にはコアよりも低屈折率のクラッドが設けられて構成されている。
前記コアは、好ましくはドーパントとしてゲルマニウムを含むＳｉＯ2からなり、前記クラッドは、好ましくはＳｉＯ2、あるいはドーパントとしてフッ素が添加されたＳｉＯ2からなるものである。ゲルマニウムを含むＳｉＯ2は通常酸化ゲルマニウムが添加されて形成されたものである。
【０００８】
このイメージファイバ１を用いてファイバスコープを作製するには、まず図１に示すように、一対の放電電極６，６による放電によって、前記イメージファイバ１の一方の端部を加熱する。
すると、イメージファイバ１を構成する複数の画素ファイバのコアに含まれるゲルマニウムなどのドーパントがクラッドに拡散し、クラッドに含まれるフッ素などのドーパントが拡散して画素ファイバの組成が均一化され、ファイバ構造が消失し、かつ組成が均一な拡散部が形成される。これと同時にイメージファイバ１の先端では前記拡散部とジャケット層４が加熱されて丸められ、レンズとして機能する半球状の球面部２ｃが形成される。
【０００９】
このようにしてイメージファイバ１の先端は、球面部２ｃと拡散部によって対物レンズとしての作用を有するものとなり（以下対物レンズ部とよぶことがある）、ファイバスコープが形成される。
前記対物レンズ部（球面部２ｃ）の球面曲率半径Ｒは、イメージファイバ１の外径によってほぼ決定されるが、放電によって球面部２ｃを形成する場合には、放電電極６，６の放電強度、放電時間などの加熱条件を好適に設定することによって、再現性良く、所望のＲを有する対物レンズ部を得ることができる。
イメージファイバ１の加熱方法としては、上述のように放電による方法あるいは酸水素炎などの加熱源によって加熱する方法があげられるが、加熱条件の調節が容易であるため、放電による方法が好ましい。
【００１０】
このファイバスコープの対物レンズ部はイメージファイバ１からなるものであるので、対物レンズを接着剤で接着する場合と異なり、常にイメージファイバ１と対物レンズ部が一体化している。このため、イメージファイバ１が耐えられる範囲において、ファイバスコープを高温下で使用することができる。
また、イメージファイバ１の先端を加工して対物レンズ部とするので、従来のように対物レンズとイメージファイバの接着位置を調節する必要がなく、製造効率が向上する。
【００１１】
図２は本発明の第２の例を示したもので、図３はその要部を拡大したものである。この第２の例は、加熱延伸工程と、球面部形成工程とからなる。
図中符号１０はイメージファイバ、１２はイメージサークル、１４はジャケット層である。
まず、イメージファイバ１０の中途を一対の放電電極６，６の間に配置し、このイメージファイバ１０を加熱延伸してテーパー部１２ｂを形成するとともに、このテーパー部１２ｂがイメージファイバ１０の先端方向に縮径し、かつこのイメージファイバ１０の先端となるようにイメージファイバ１０を分断する（加熱延伸工程）。
さらにこのテーパー部１２ｂの先端を放電電極６，６によって加熱すると、この先端が丸められてジャケット層１４に覆われた半球状の球面部１２ｃが形成される（球面部形成工程）。
【００１２】
前記加熱延伸工程と球面部形成工程において行われる加熱により、イメージファイバ１０を構成する複数の画素ファイバにおいて、コアに含まれるゲルマニウムあるいはクラッドに含まれるフッ素などのドーパントの拡散による組成の均一化が進行し、組成が均一でファイバ構造が消失した拡散部が形成される。
このようにしてイメージファイバ１０の先端は、前記テーパー部１２ｂ先端の球面部１２ｃと、組成が均一な拡散部によって対物レンズとしての作用を有するものとなり（対物レンズ部とよぶ）、ファイバスコープが形成される。
【００１３】
この例においては、イメージファイバ１０の先端となるテーパー部１２ｂの先端の外径を調節することによって、対物レンズ部（球面部１２ｃ）の球面曲率半径Ｒを任意に調節することができる。特に球面曲率半径Ｒが、例えばイメージファイバ１０の外径の１／２よりも小さいものを得ることができるため焦点距離が小さくなり、大きな画角が必要な場合などに適している。
前記テーパー部１２ｂの長さや外径は、加熱延伸工程の加熱条件、延伸長などを設定することによって調節することができる。
このファイバスコープの球面曲率半径Ｒは、前記テーパー部１２ｂ先端の外径を調節した上で、球面部形成工程の加熱条件を好適に設定することによって、再現性良く、所望のＲを有する対物レンズ部を得ることができる。
【００１４】
また、図１に示した第１の例のファイバスコープでは、先端部においてイメージファイバ１の外周付近の画素ファイバのコアに曲がりが生ずるため、周辺部にケラレ現象が生じ、画像比（画像径／イメージサークル径）が小さくなる場合がある。
画像径とは画像を伝搬することができる範囲の直径であり、イメージサークル径とは光が伝搬する範囲（以下イメージサークルとよぶ）の直径である。画像比はこれらの比で表されるもので、この値が大きい程イメージサークルが画像伝搬に有効に用いられ、ファイバスコープとして好ましい特性を有することになる。この第２の例においては、球面部１２ｃから入射する光の導波路がテーパー部１２ｂにて徐々に広がるようになっているため、画像比を大きくすることができ、場合によっては画像径とイメージサークル径を等しくすることができることもある。
【００１５】
図４は本発明の第３の例における拡散工程を示したものである。
この第３の例においては、まずイメージファイバ１０の中途を一対の放電電極６，６の間に配置し、イメージファイバ１０を上下に動かして加熱範囲を調節しつつ加熱する。すると、加熱された部分において複数の画素ファイバに含まれるゲルマニウム、フッ素などのドーパントが拡散し、画素ファイバの組成が均一化し、ファイバ構造が消失した拡散部１２ａが形成される。
ついで、第２の例と同様にして、この拡散部１２ａを加熱延伸してテーパー部を形成し、その先端にレンズとして機能する球面部を形成してファイバスコープを得る。
【００１６】
上述の第２の例において得られるものは、イメージファイバ１０の加熱範囲が狭く、実際にはテーパー部１２ｂの先端付近にしか拡散部が形成されないおそれがあり、その場合この拡散部と球面部１２ｃからなる対物レンズ部の長さ（レンズ長）が短く、これを任意に調節することができないおそれがある。レンズ長とは球面部１２ｃと拡散部に形成される結像面との距離を示すものである。
これに対してこの第３の例においては、広範囲に拡散部を形成することができ、レンズ長を任意に設定することが可能となるので、より有効である。
【００１７】
また、この第３の例と第１の例を組み合わせる場合には、イメージファイバの一方の端部を加熱してこの端部に拡散部を形成した後、図１に示すようにしてイメージファイバの先端に球面部を形成してファイバスコープとする。
あるいは、図４に示したようにイメージファイバの中途を加熱して拡散工程を行った後、拡散部がイメージファイバの先端となるように任意の方法で切断し、図１に示すようにこの拡散部からなるイメージファイバの先端を加熱し、球面部を形成してファイバスコープとすることもできる。
【００１８】
＜製造条件例＞
上述の第３の例において、第２の例を組み合わせた方法において、放電によって加熱する場合のファイバスコープの製造条件について具体的に示す。
この方法においては、図４に示した拡散工程と、図２、３に示した加熱延伸工程と球面部形成工程を経てファイバスコープを製造する。
イメージファイバとしては外径１００〜１５００μｍのものが好適に用いられる。例えば外径２００μｍのものであればそのイメージサークル径は１８０μｍ程度、画素数は１６００画素程度、画素ファイバ径は４．５μｍ程度である。
【００１９】
各工程における好適な条件の設定範囲を以下に示す。
実際の製造においてはこれらの範囲から所望のファイバスコープが得られるように具体的な数値を設定する。
【００２０】
（拡散工程）
放電パワー（％）*1      ：  ３０〜１２０
１回の放電時間（秒）    ：  ０．０５〜２
放電回数                ：  １〜１０００
拡散長（ｍｍ）*2        ：  ０．０１〜１０
拡散スパン（ｍｍ）*3    ：  ０．０１〜１
（加熱延伸工程）
放電パワー（％）*1      ：  ３０〜１２０
１回の放電時間（秒）    ：  ０．１〜３０
放電回数                ：  １〜１００
延伸長（ｍｍ）*4        ：  ０．５〜１０
（球面部形成工程）
放電パワー（％）*1      ：  ３０〜１２０
１回の放電時間（秒）    ：  ０．０１〜１０
放電回数                ：  １〜１００
【００２１】
＊１  放電パワー：電圧５００Ｖ以上、放電電流２０ｍＡを１００％としたときの値
＊２  拡散長：拡散部の長さ
＊３  拡散スパン：１回の放電後、放電電極をイメージファイバの長さ方向に移動して次の放電を行うときの移動量
＊４  延伸長：加熱延伸工程において伸びた分のイメージファイバの長さ
【００２２】
各工程の条件を上述の数値範囲から設定して作製したファイバスコープの特性の一例を以下に示す。
画角平均（deg.）                    ：  ３５
作動距離（ｍｍ）                    ：  ６
画面比（画像径／イメージサークル径）：  ０．７５
画角（画角平均）はレンズなどの結像系の入射ひとみの中心を視点として入射窓を見たときの視角で、結像可能な視角の目安を与えるものである。
作動距離は画像が結像する物距離を示し、通常この種のファイバスコープは作動距離３ｍｍ程度あるいは５ｍｍ程度のものが用いられている。
【００２３】
【実施例】
上述の製造条件例に示された各工程の条件を以下のように設定してファイバスコープを作製した。
このとき外径：２００μｍ、イメージサークル径：１８０μｍ、画素数：１６００画素、画素ファイバ径：４．５μｍ、画素ファイバの比屈折率差Δ：３％のイメージファイバを用いた。
（拡散工程）
放電パワー（％）*1      ：  １００
１回の放電時間（秒）    ：  ０．５
放電回数                ：  ６
拡散長（ｍｍ）*2        ：  ０．５
拡散スパン（ｍｍ）*3    ：  ０．１
（加熱延伸工程）
放電パワー（％）*1      ：  ８０
１回の放電時間（秒）    ：  ３．０
放電回数                ：  １
延伸長（ｍｍ）*4        ：  ３．５
（球面部形成工程）
放電パワー（％）*1      ：  ７０
１回の放電時間（秒）    ：  １
放電回数                ：  １
【００２４】
得られたファイバスコープの特性を以下に示す。
画角平均（deg.）                    ：  ３６
作動距離（ｍｍ）                    ：  ４
画面比（画像径／イメージサークル径）：  ０．７５
【００２５】
さらに、このファイバスコープの解像度を評価するためにＭＴＦ値（modulation transfer function）を測定したところ、空間周波数１０ （ｌｐ／ｍｍ）では０．８８であり、空間周波数２０ （ｌｐ／ｍｍ）では０．６５であった。
以上の結果より、実用可能なファイバスコープが得られたことが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のファイバスコープの製造方法は、イメージファイバの先端あるいはイメージファイバの端部に形成したテーパー部の先端を加熱してレンズとして機能する球面部を形成し、かつイメージファイバを構成する複数の画素ファイバに含まれるドーパントを拡散させて対物レンズ部とするので以下のような効果が得られる。
すなわち、従来のように微小な対物レンズを極細径のイメージファイバに接着するための位置決めなどの難しい調整が必要ないため製造効率がよい。
また、前記対物レンズ部はイメージファイバからなるものなので、イメージファイバと常に一体化している。このため、イメージファイバが耐え得る範囲であればファイバスコープを高温下で使用することが可能である。
さらに、前記テーパー部を形成した後に、その先端に球面部を形成する方法においては、対物レンズ部の球面曲率半径Ｒを任意に調整することができ、また画像比を大きくすることができるという効果が得られる。
また、予めイメージファイバを加熱して拡散部を形成した後に、その先端に球面部の形成するか、あるいは前記拡散部にテーパー部を形成した後に球面部を形成することによって、対物レンズ部のレンズ長を任意に調整することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の例を示す説明図である。
【図２】  本発明の第２の例を示す説明図である。
【図３】  図２に示した第２の例の要部を示した拡大図である。
【図４】  本発明の第３の例における拡散工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１…イメージファイバ  、２…イメージサークル、２ｃ…球面部 、４…ジャケット層、１０… イメージファイバ、１２…イメージサークル、１２ａ…拡散部 、１２ｂ…テーパー部 、１２ｃ…球面部 、１４…ジャケット層
【図１】
0003874870.tif 000002
【図２】
0003874870.tif 000003
【図３】
0003874870.tif 000004
【図４】
0003874870.tif 000005