JP3439496B2 - ファイバスコープの製造方法 - Google Patents

ファイバスコープの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は医療用内視鏡等に用いら
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】工業施設等の配管や人体の血管等の内部
を観察するために、従来から直径が1mm以下の極細径フ
ァイバスコープが用いられている。この種の極細径ファ
イバスコープは極細径の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。
【0003】一般にこのイメージファイバとしては石英
系ガラスからなる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、光学ガラスを研
磨して曲率をもたせたものや、イオン交換法によって屈
折率分布が形成された多成分系ガラスからなるセルフォ
ック(商品名:日本板ガラス社製)レンズ等が用いられて
いた。そしてこれらのレンズは光学用エポキシ接着剤等
の接着剤を用いて、次のようにして上記イメージファイ
バに接着されていた。
【0004】図5(a)〜(d)は従来から行われてい
る、イメージファイバにレンズを取り付ける方法の例を
工程順に示したものである。この方法では、まず図5
(a)に示すようにイメージファイバ11の先端部分
に、イメージファイバ11およびレンズ12の外径にほ
ぼ等しい内径を有する円筒状のスリーブ13を接着す
る。このスリーブ13としてはステンレスパイプや樹脂
製チューブ等が用いられる。次に、図5(b)に示すよ
うにイメージファイバ11の端面に接着剤14を塗布す
る。次いで、図5(c)に示すようにスリーブ13内に
レンズ12を挿入してイメージファイバ11端面に押し
付け、これらの端面どうしを突き合わせた状態とする。
この後、図5(d)に示すように加熱炉15等を用いて
接着剤14を加熱硬化させることによって、レンズ12
をイメージファイバ11に固着させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レンズ
として曲率を有するものを用いる場合には、レンズの直
径が1mm以下と小さいので、精度よく研磨加工して曲面
に形成するのが困難であった。セルフォックレンズを用
いる場合には、多成分系ガラスは耐放射線性に乏しいた
め、これを放射線が存在する環境下で使用することがで
きなかった。
【0006】また、レンズの接着に使用される接着剤の
塗布面積が小さいため接着強度が弱く、レンズの剥離が
生じる可能性があった。特に血管内視鏡等の医療分野で
の使用中にファイバスコープの対物レンズが体内に落下
すると、体内に取り残されたり、血流によって心臓等の
臓器に運ばれ臓器を傷つける恐れがある。またレンズの
接着のために用いられるスリーブは、レンズの剥離を防
止する効果を奏するが、スリーブの接着はイメージファ
イバの外径の増大につながるので、細径性の点から好ま
しくなかった。
【0007】さらに、接着剤は多くの場合、経時変化を
生じて接着強度が低下するという問題があった。またイ
メージファイバが体内に挿入される場合には滅菌処理が
行われるが、接着剤は耐熱温度が低く、滅菌時に100
℃以上の温度が印加されると、イメージファイバとレン
ズとの接着部の強度が劣化するという欠点もあった。
【0008】この発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、イメージファイバとレンズとの接着強度に優れ、高
信頼性を有するファイバスコープを提供することを目的
とするる。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のファイバスコープの製造方法は、石英系イ
メージファイバの端面と、グレーディドインデックス形
屈折率分布を有する石英系光ファイバの端面を突き合わ
せて、実質的に押し込むことなく融着接続せしめた後、
該石英系光ファイバを切断し、イメージファイバに得ら
れる像を確認しながらレンズを研磨し、最適長のロッド
レンズとするものである。
【0010】
【作用】本発明によれば、レンズとしてロッドレンズが
用いられているので、レンズの曲面加工等の困難な作業
を必要とせず、製造が容易であり、また精度の良いもの
が得られる。そしてイメージファイバおよびロッドレン
ズがともに石英系ガラスを用いてなるものであるので、
耐熱性、耐湿性、耐薬品性、耐放射線性に優れ、特に体
内に挿入される医療用ファイバスコープに用いられる場
合には、高い信頼性が得られる。またイメージファイバ
とロッドレンズとが融着により接続されているので、接
続強度が高く、接着剤の経時変化や、滅菌のための加熱
による強度低下の恐れがなく、接続部の信頼性が高いも
のである。さらに、極細径のファイバスコープを容易に
製造することができる。また加熱融着によりイメージフ
ァイバとロッドレンズとを接続するので、数時間の加熱
効果時間を要していた接着剤による従来の方法よりも接
続を短時間で行うことができ、生産性を向上させること
ができる。
【0011】
【実施例】以下、この発明を詳しく説明する。本発明で
用いられる石英系イメージファイバは、例えば石英系ガ
ラスファイバを多数本束ねて溶融一体化してなるものの
外周面上に保護被膜が好ましく形成されたものである。
そしてこのイメージファイバは所定の長さに切断され、
その端面が鏡面状に研磨されて用いられる。
【0012】本発明で用いられるロッドレンズは、イメ
ージファイバの外径とほぼ等しい外径を有する、石英系
ガラスからなる円柱状のもので、その軸中心に放物線状
の屈折率分布、すなわちグレーデッドインデックス形屈
折率分布を有するものである。そしてこのロッドレンズ
がイメージファイバの対物レンズとして、イメージファ
イバに接続して用いられる場合は、イメージファイバの
端面に像を結ぶように形成される。またロッドレンズの
両端面は鏡面状に研磨されて用いられる。このロッドレ
ンズとしては、屈折率分布が上記のような結像のために
最適化されたコアと、コアより屈折率が低いクラッドと
を有する二重構造のものであってもよく、またクラッド
がない構造のものであってもよい。
【0013】このような屈折率分布型ロッドレンズにあ
っては、近軸光線について屈折率分布が下記(I)式に
従う場合に、歪みのない像が得られることが知られてい
る。ここで、n0は光軸上の最大屈折率、Aは屈折率分
布係数である。
【0014】
【数1】
【0015】そして上記(I)式で与えられる屈折率分
布を有するロッドレンズは、下記(II)式に従って物体
の像を結像する。ここで、L1はロッドレンズと物体の
距離、L2はレンズと結像位置との距離、Zはロッドレ
ンズ長である。
【0016】
【数2】
【0017】本発明において、イメージファイバ端面に
取り付けられるロッドレンズは、ロッドレンズと結像位
置との距離L2が0〜数μmで、イメージファイバ端面
に結像するように形成される。
【0018】このようなロッドレンズを得るには、例え
ば、まずVAD法によって所望のグレーデッドインデッ
クス形屈折率分布を有するロッドレンズ用石英系光ファ
イバを作製する。このとき、酸水素火炎中で生じるガラ
ス微粒子SiO2に対する、ドーパントGeO2、TiO
2等の空間的濃度比率を制御することによって、所望の
屈折率分布に形成することができる。そして、得られた
ロッドレンズ用石英系光ファイバを、予め上記(II)式
によって求めたロッドレンズ長Zの長さに切断すること
によって、所望のロッドレンズを得ることができる。
【0019】本発明のファイバスコープは、このような
石英系ロッドレンズを石英系イメージファイバの端面に
融着して得られる。本発明において石英系ロッドレンズ
は、少なくともファイバスコープの対物レンズとして用
いられるが、対物レンズおよび接眼レンズの両方にこれ
を用いてもよい。
【0020】本発明のファイバスコープは、以下のよう
にして製造することができる。図1〜4は本発明のファ
イバスコープの製造方法の一実施例を工程順に示したも
のである。図中符号1はイメージファイバ、2はロッド
レンズ用光ファイバ、3はファイバ支持台をそれぞれ示
す。ここで用いられる2つのファイバ支持台3,3は、
イメージファイバ1およびロッドレンズ用光ファイバ2
を、その端面がどうしが対向するように支持するもの
で、任意の制御手段によってファイバ長さ方向およびこ
れに直交する2方向(図中、X,Y,Zで示す)に微動
可能に構成されている。
【0021】まずイメージファイバ1を周知の方法で作
製する。一方、VAD法を用いて石英系光ファイバを作
製する際に屈折率分布を制御して、所望のロッドレンズ
と同様の屈折率分布を有するロッドレンズ用光ファイバ
2を作製する。次いで図1に示すように、イメージファ
イバ1およびロッドレンズ用光ファイバ2をそれぞれ支
持台3,3に固定する。このとき、イメージファイバ1
およびロッドレンズ用光ファイバ2は、互いの端面が若
干の間隙を有して対向するように固定される。そして、
イメージファイバ1およびロッドレンズ用光ファイバ2
の光軸が一致するようにファイバ支持台3,3を微動さ
せ、支持台3,3の位置を調整する。この光軸を一致さ
せる操作は周知の任意の手法を用いて行うことができ
る。
【0022】次に図2に示すように、イメージファイバ
1の端面とロッドレンズ用光ファイバ2の端面との間隙
を1mm程度とし、かつこの端面の間隙を、対向する1対
のアーク放電端子4,4の間に位置させた状態でアーク
放電を行い、予備加熱する。この予備加熱は、イメージ
ファイバ1およびロッドレンズ用光ファイバ2の端面の
ゴミを除去するために行われ、後の融着工程における加
熱よりも低い温度で行われる。
【0023】予備加熱の後、図3に示すように、ファイ
バ支持台3、3をX方向に移動させてイメージファイバ
1およびロッドレンズ用光ファイバ2の端面を突き合わ
せ、アーク放電を行って、これら端面を実質的に押し込
むことなく加熱融着により接続させる。ここで、イメー
ジファイバ1とロッドレンズ用光ファイバ2との融着接
続は、アーク放電によって好適に行うことができるが、
本発明はこれに限られるものではなく、酸素・水素火炎
や、酸素・ブタン火炎を用いた方法など、適宜の方法に
よって行うことができる。
【0024】次いで図4に示すように、ロッドレンズ用
光ファイバ2を、融着接続部位から、上述のように予め
上記(II)式によって求めたロッドレンズ長Zの長さ
だけ離れた位置で切断する。あるいは、レンズが外径1
mm以下と極細径であるために、上記(II)式におけ
る屈折率分布係数Aを精密に測定することが困難である
等の場合には、融着接続部位から例えば数cm程度離れ
た位置で、ロッドレンズ用光ファイバ2を切断した後、
イメージファイバに得られる像を確認しながらレンズを
研磨し、最適長のロッドレンズ長にすることもできる。
【0025】(実施例1) まず、外径が200μmのイメージファイバを用意して
その端面を鏡面状に研磨した。次いで外径が上記イメー
ジファイバと同径の石英ロッドレンズ用光ファイバを
用意した。このロッドレンズ用光ファイバにおける屈折
率分布はグレーデッドインデックス形で、光軸上の最大
屈折率nは1.473、屈折率分布係数Aは2.07
とした。次に、イメージファイバおよびロッドレンズ用
光ファイバをそれぞれファイバ支持台に固定し光軸調整
を行った後、アーク放電により加熱し、実質的に押し込
むことなく融着接続した。さらに、融着接続部位から、
(II)式から求めたロッドレンズ長0.98mmだけ
離れた位置でロッドレンズ用光ファイバを切断した。こ
のようにしてイメージファイバの先端に石英ガラスから
なるロッドレンズが融着されたファイバスコープが得ら
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端面と、グ
レーデッドインデックス形屈折率分布を有する石英系光
ファイバの端面とを突き合わせて、これらを実質的に押
し込むことなく融着接続せしめた後、該石英系光ファイ
バを切断し、イメージファイバに得られる像を確認しな
がら石英系光ファイバを研磨し、最適長のロッドレンズ
とするものである。したがって、耐熱性、耐湿性、耐薬
品性、耐放射線性に優れ、信頼性が高いファイバスコー
プが得られる。また接続強度が高く、接続部の信頼性も
著しく向上させることができる。レンズの曲面加工等の
困難な作業を必要とせず、製造が容易であり、精度が良
いものが得られる。イメージファイバとレンズとの接続
に要する時間が短くて済み、生産性を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のファイバスコープの製造方法の例に
おける光軸調整工程の説明図である。
【図2】 本発明のファイバスコープの製造方法の例に
おける予備加熱工程の説明図である。
【図3】 本発明のファイバスコープの製造方法の例に
おける融着接続工程の説明図である。
【図4】 本発明のファイバスコープの製造方法の例に
おける切断工程の説明図である。
【図5】 従来のファイバスコープの製造方法の例を工
程順に示した説明図である。
【符号の説明】
1…イメージファイバ、2…ロッドレンズ用光ファイバ
(石英系光ファイバ) 2’…ロッドレンズ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−241311(JP,A) 特開 昭53−143244(JP,A) 特開 平3−54509(JP,A) 特開 平4−24605(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 23/26 G02B 6/26 G02B 6/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石英系イメージファイバの端面と、グレ
    ーデッドインデックス形屈折率分布を有する石英系光フ
    ァイバの端面とを突き合わせて、実質的に押し込むこと
    なく融着接続せしめた後、該石英系光ファイバを切断
    し、イメージファイバに得られる像を確認しなが石英系
    光ファイバを研磨し、最適長のロッドレンズとすること
    を特徴とするファイバスコープの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記石英系光ファイバの屈折率分布の形
    成のためのドーパントがTiO であることを特徴とす
    る請求項1記載のファイバスコープの製造方法。
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