WO2011108087A1 - 側方出射装置及びその製造方法 - Google Patents

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直文 丸山
福田　敏明
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東洋ガラス株式会社
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    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends

Definitions

  • the present invention is a side emission device that emits light propagating through an optical fiber to a side that forms an angle with respect to the optical axis of the optical fiber, and is particularly used as an optical probe for OCT (Optical Coherence Tomography).
  • OCT Optical Coherence Tomography
  • OCT inserts an optical probe into an organ such as a blood vessel or intestine of a patient, emits low-coherence light laterally from the tip, and uses the light that is reflected and returned from various locations inside the subject.
  • This is an optical coherence tomographic imaging method that obtains a precise tomographic image, and the basic technique thereof is disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-35946 (Patent Document 1), and the specific configuration of the optical probe is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-56786. (Patent Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-200823 (Patent Document 3), and the like.
  • FIG. 18 is a cross-sectional explanatory view of a conventional side emission device (optical probe) disclosed in Patent Documents 2 and 3.
  • a distal end holding portion 11 is attached to the distal end of the cylindrical shaft 10, the distal end of the optical fiber 2 inserted through the shaft 10 is fitted on the proximal end side of the distal end holding portion 11, and the prism 4 is bonded to the distal end side.
  • the rod lens 3 is fitted.
  • the entire body is covered with a transparent sheath 12 to prevent the subject from being damaged and to prevent the prism 4 and the rod lens 3 from falling off and remaining in the subject.
  • the present invention solves the problems of such a conventional side emission device, does not cause variations or deterioration of the beam quality due to the adhesive, and does not decrease reliability, and can be easily manufactured, and can be applied to a thin blood vessel having a small outer diameter. It is an object of the present invention to develop a side emission device that can also be used.
  • the present invention includes an optical fiber, a rod lens having one end fused to the end face of the optical fiber, and a prism fused to the other end of the rod lens. It has a basic shape that forms a flat exit surface parallel to the axis, and has a tip inclined surface with its tip portion cut obliquely, and light incident on the prism from the optical fiber is reflected by the tip inclined surface.
  • the side emission device is characterized in that it is emitted from the emission surface.
  • the optical fiber and the rod lens, and the rod lens and the prism are bonded by fusion, there is no adhesive layer in the optical path, and there is no variation in beam quality, beam quality deterioration due to peeling, and prism dropout. Further, it can be easily manufactured using a conventionally known fiber fusion apparatus. Since no shaft or sheath is required, the outer diameter can be made extremely small, and it can be used for very thin blood vessels.
  • the optical fiber is often a single mode fiber, but may be a polarization maintaining fiber, a multimode fiber, or a bundle fiber for image transmission.
  • the rod lens needs to be made of silica-based glass in order to be fused, and a so-called GI type fiber having a refractive index distribution in the core and a so-called GRIN lens having a refractive index distribution in the entire cross section can be used.
  • As the rod lens it is possible to use a fusion-bonded two (or three or more) GRIN lenses having different numerical apertures as disclosed in JP-A-2005-115097.
  • the prism needs to be made of silica-based glass for fusing.
  • the prism has a basic shape (so-called bowl shape) in which a part of the outer periphery of the cylinder is cut out to form a flat outgoing surface parallel to the axis, a polished base material (cylindrical base material) having a similar cross-sectional shape is formed. It can be easily manufactured by drawing (fibrosis) a part of the outer periphery of the material that has been polished to a flat shape, and can be easily fused to a rod lens in the state of an elongated fiber.
  • the inclination angle ( ⁇ in FIG. 3) of the inclined surface of the tip of the prism with respect to the emission surface is usually 45 °.
  • the light is emitted sideways at an angle of 90 ° with respect to the axis.
  • the light emission angle can be changed by changing the inclination angle ( ⁇ ) of the tip inclined surface.
  • the tip inclined surface can be coated with a mirror coating (Au coating or the like) or a half mirror coating (dielectric multilayer coating or the like) as necessary.
  • the present invention is the side emission device according to claim 1, wherein the most distal end portion of the prism is chamfered.
  • the subject By chamfering the leading edge of the prism, the subject is less likely to be damaged when the side emitting device is inserted directly into the subject without being covered with the sheath.
  • the chamfering for example, there is a method of smoothing the most advanced portion of the prism into a curved surface by electric discharge machining or laser machining.
  • this invention is a side emission apparatus of Claim 1 or 2 whose outer diameter of the said rod lens and the maximum diameter of the said prism are 2 times or less of an optical fiber diameter.
  • the rod lens and optical fiber axis automatically align due to the self-alignment effect due to the surface tension during fusion, so the coupling loss between the optical fiber and rod lens Is extremely low.
  • the outer diameter of the optical fiber is 125 ⁇ m
  • the outer diameter of the rod lens is suitably from 124 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • the maximum diameter of the prism is suitably 124 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • the outer diameter of the optical fiber is 80 ⁇ m
  • the outer diameter of the rod lens and the maximum diameter of the prism are suitably 79 to 160 ⁇ m. This is consistent with the purpose of the device for insertion into a thin blood vessel or the like.
  • the present invention also includes a step of cutting a part of the outer periphery of a cylindrical quartz glass base material to form a polished base material having a flat polished surface parallel to the axis, and extending the polished base material.
  • a cylindrical quartz glass base material is first manufactured.
  • This base material can be manufactured by a known method.
  • a part of the outer periphery of the base material is polished to form a polished base material having a flat polishing surface parallel to the axis.
  • This polishing can also be easily performed using a normal polishing apparatus.
  • this polished preform is stretched to form a prism fiber.
  • the polished base material can be drawn using an apparatus for drawing an optical fiber or a GRIN lens.
  • the manufacturing method of the present invention includes a step of fusing a prism fiber to a lens fiber before being cut as a rod lens or a rod lens, and cutting the fused prism fiber to form a tip inclined surface to form a prism.
  • a step of fusing a prism fiber to a lens fiber before being cut as a rod lens or a rod lens and cutting the fused prism fiber to form a tip inclined surface to form a prism.
  • the fusion work can be easily performed using a known fiber fusion apparatus.
  • the prism fiber can be made into a prism by cutting the prism fiber to a desired length and further polishing as necessary to form a tip inclined surface.
  • the present invention has an optical fiber and a prism lens fused to the end face of the optical fiber, and the prism lens is formed by cutting out a part of a cylindrical outer periphery and forming a flat emission surface parallel to the axis. It has a basic shape, has a tip inclined surface with its tip portion cut obliquely, and light incident into the prism lens from the optical fiber is reflected by the tip inclined surface and emitted from the exit surface. Side emission device.
  • the optical fiber and the prism lens are bonded by fusion, there is no adhesive layer in the optical path, and there is no variation in beam quality, beam quality deterioration due to peeling, and prism lens dropout. Further, it can be easily manufactured using a conventionally known fiber fusion apparatus. Since no shaft or sheath is required, the outer diameter can be made extremely small, and it can be used for very thin blood vessels. Furthermore, since the rod lens and the prism are integrated as a prism lens, the number of parts and the manufacturing process can be reduced, and labor saving and cost reduction can be realized.
  • the optical fiber is often a single mode fiber, but may be a polarization maintaining fiber, a multimode fiber, or a bundle fiber for image transmission.
  • the prism lens needs to be made of silica-based glass in order to be fused, and a so-called GI fiber having a refractive index distribution in the core and a so-called GRIN lens having a refractive index distribution in the entire cross section can be used.
  • the prism lens it is possible to use two (or three or more) GRIN lenses having different numerical apertures fused and joined. Since the prism lens has a basic shape in which a part of the outer periphery of the cylinder is cut out to form a flat emission surface parallel to the axis, a polished lens base material having a similar cross-sectional shape (the cylindrical lens base material) It can be easily manufactured by drawing (fibrosis) a part of the outer periphery polished into a flat surface, and can be easily fused to an optical fiber in the state of an elongated fiber.
  • the inclination angle ( ⁇ ) of the inclined front end surface of the prism lens with respect to the emission surface is normally 45 °, but the light emission angle can be changed by changing the inclination angle ( ⁇ ).
  • the tip inclined surface can be coated with a mirror coating (Au coating or the like) or a half mirror coating (dielectric multilayer coating or the like) as necessary.
  • the present invention is the side emission device according to claim 5, wherein the most distal end portion of the prism lens is chamfered.
  • the subject By chamfering the most advanced portion of the prism lens, the subject is less likely to be damaged when the side emitting device is inserted directly into the subject without being covered with the sheath.
  • the chamfering process for example, there is a method of smoothing the most advanced part of the prism lens into a curved surface by electric discharge machining or laser machining.
  • this invention is a side emission apparatus of Claim 5 or 6 whose maximum diameter of the said prism lens is 2 times or less of an optical fiber diameter.
  • the outer diameters of the optical fiber and the prism lens are close, the axes of the prism lens and the optical fiber are automatically aligned due to the self-alignment effect due to the surface tension during fusion. Is extremely low.
  • the outer diameter of the prism lens is suitably from 124 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • the outer diameter of the prism lens is suitably 79 to 160 ⁇ m. This also matches the purpose of the device for insertion into a thin blood vessel or the like.
  • the present invention also includes a step of notching a part of the outer periphery of the cylindrical lens base material to form a polished lens base material having a flat polished surface parallel to the axis, and extending the polished lens base material. Forming a prism lens fiber; fusing the prism lens fiber to an optical fiber; and cutting the prism lens fiber to form a tip inclined surface.
  • Item 8. A method for manufacturing a side emission device according to any one of Items 5 to 7.
  • a cylindrical lens base material made of quartz glass is manufactured.
  • This lens base material can be manufactured by a known method (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-115097).
  • a part of the outer periphery of the lens base material is polished to form a polished base material having a flat polishing surface parallel to the axis. This polishing can also be easily performed using a normal polishing apparatus.
  • the polished lens base material is stretched to form a prism lens fiber.
  • the polished lens base material can be drawn using an apparatus for drawing an optical fiber or a GRIN lens.
  • the manufacturing method of the present invention includes a step of fusing a prism lens fiber to an optical fiber, and a step of cutting the fused prism lens fiber to form a tip inclined surface to form a prism lens. Since the elongated prism lens fiber is fused to the optical fiber, the fusion work can be easily performed using a known fiber fusion apparatus. After this fusion, the prism lens fiber can be made into a prism lens by cutting the fiber for the prism lens to a desired length and further polishing as necessary to form a tip inclined surface.
  • the lateral emission device of the present invention does not use an adhesive, variations in beam quality caused by the adhesive layer are eliminated. Since the optical fiber and the rod lens, and the rod lens and the prism are integrally bonded by fusion, there is no possibility that the bonding of the bonded portion is peeled off and the beam quality is deteriorated. There is no need to cover it with a sheath. Since a conventional shaft or sheath is not required, the outer diameter of the lateral emission device becomes extremely thin, and can be used by being inserted into a very thin blood vessel. By fusing the rod lens and the prism as a prism lens, the number of parts and the manufacturing process can be reduced, and labor saving and cost reduction can be realized.
  • the prism or prism lens has a basic shape in which a part of the outer periphery of the cylindrical shape is cut out to form a flat emission surface parallel to the axis, an elongated fiber obtained by stretching a base material having a similar cross-sectional shape can be easily obtained. Since it can be manufactured and fused in a fiber state, the fusion work is also easy.
  • FIG. 1 is a front view of a side emission device 1.
  • FIG. 4 is an enlarged side view of a prism 4.
  • FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG. 3.
  • It is a perspective view of a base material. It is a perspective view of a ground base material.
  • FIG. 1 It is a side view of side emission device 1 'of an example. It is a front view of side emission device 1 '. 3 is a perspective view of a lens base material 8. FIG. 3 is a perspective view of a ground lens base material 9. FIG. It is explanatory drawing of the side emission apparatus manufacturing method of an Example. It is a section explanatory view of the conventional side emission device.
  • FIG. 1 to 4 relate to a side emission device 1 of the embodiment, FIG. 1 is a side view, FIG. 2 is a front view, FIG. 3 is an enlarged side view of a prism 4, and FIG. is there.
  • the side emission device 1 includes an optical fiber 2, a rod lens 3, and a prism 4.
  • the optical fiber 2 is a single mode optical fiber having an outer diameter of 125 ⁇ m, the coating 2a at the tip is removed, and the rod lens 3 is fused to the tip surface.
  • the rod lens 3 is a GRIN lens made of quartz glass and having an outer diameter of 125 ⁇ m, and the optical fibers 2 and the rod lens 3 are automatically aligned with each other due to the self-alignment effect at the time of fusion.
  • a ground base material 7 having a width of the surface 7a of about 3 mm is prepared, and the prism fiber 4 ′ drawn at a temperature of about 1900 ° C. is cut and obliquely polished to form the tip inclined surface 4a, and then discharged.
  • the cutting edge 4b is chamfered by processing, and the tip inclined surface 4a is further coated with Au.
  • the polished surface 7 a of the polished base material 7 is a plane parallel to the axis of the base material 6.
  • the temperature when the optical fiber is drawn is usually 2000 ° C., but when the fiber for the prism is drawn, it is desirable that the temperature is lower than about 1900 ° C.
  • the outgoing surface 4c of the drawn prism fiber When the drawing temperature is high, the outgoing surface 4c of the drawn prism fiber is rounded, and the outgoing light is affected by the curvature of the outgoing surface, becomes an elliptical shape, and the irradiation area is widened and sufficient spatial resolution may not be obtained. There is.
  • the stretching temperature is set to about 1900 ° C., the curvature of the exit surface 4c becomes extremely small and becomes a substantially flat surface with no practical problem.
  • the light emitted from the optical fiber 2 enters the rod lens 3 while diffusing, proceeds while converging inside the rod lens 3, enters the prism 4, is reflected by the tip inclined surface 4a, and is emitted from the exit surface 4c. .
  • the side emission device 1 can be easily manufactured by the manufacturing method shown in FIGS. 7A shows a state in which the lens fiber 3 ′ is fused to one end of the optical fiber 2, and FIG. 7B shows a state in which the lens fiber 3 ′ is cut to a predetermined length (after being cut, if necessary).
  • the surface of the rod lens 3 may be polished), (c) is the state where the prism fiber 4 'is fused to the end surface of the rod lens 3, and (d) is the prism fiber 4' cut and polished.
  • 1 shows a state in which a tip inclined surface is formed, and then the leading edge 4b is chamfered and Au coating is applied to the tip inclined surface 4a to form a prism 4.
  • the lens fiber 3 ′ is obtained by drawing a GRIN lens base material into a fiber shape.
  • (a) is a state in which a rod lens 3 prepared in advance is fused to one end of the optical fiber 2
  • (b) is a state in which a prism fiber 4 'is fused to the end face of the rod lens 3
  • (c) shows a state in which the prism fiber 4 ′ is cut and polished to form a tip inclined surface, and then the chamfering process of the tip portion 4b and Au coating of the tip inclined surface 4a are performed to form the prism 4.
  • FIG. 9A shows a state in which a prism fiber 4 ′ is fused to one end of a lens fiber 3 ′
  • FIG. 9B shows a state in which the lens fiber 3 ′ is cut into a predetermined length (after cutting, if necessary.
  • the cut surface may be polished
  • the rod lens 3 is formed
  • (c) is a state in which the end surface of the rod lens 3 is fused to one end of the optical fiber 2
  • (d) is the prism fiber 4 'cut and polished.
  • a state is shown in which the tip inclined surface is formed, and then the leading edge 4b is chamfered and the tip inclined surface 4a is Au coated to form the prism 4.
  • (a) is a state in which the prism fiber 4 ′ is fused to one end of the rod lens 3 prepared in advance
  • (b) is a state in which the end face of the rod lens 3 is fused to one end of the optical fiber 2
  • c) shows a state in which the prism fiber 4 ′ is cut and polished to form a tip inclined surface, and then the leading edge 4b is chamfered, and the tip inclined surface 4a is Au coated to form the prism 4.
  • FIG. 11 (a) is a state in which a prism fiber 4 ′ is fused to one end of a lens fiber 3 ′, and (b) is a lens fiber 3 ′ cut into a predetermined length (after cutting, if necessary (The cut surface may be polished.)
  • the rod lens 3 is formed, and the prism fiber is cut and polished to form the tip inclined surface, and then the chamfering process of the most advanced portion 4b and Au coating of the tip inclined surface 4a are performed.
  • a state in which the prism lens 4 with the prism is manufactured is shown, and (c) shows a state in which the rod lens with the prism is fused to one end of the optical fiber 2.
  • FIG. 12 shows a state in which a prism fiber 4 ′ is fused to one end of a rod lens 3 prepared in advance, and (b) shows a state in which the prism fiber is cut and polished to form a tip inclined surface. Chamfering of the tip portion 4b, Au coating of the tip inclined surface 4a is performed to form a prism 4, and a rod lens with a prism is manufactured, (c) is a state in which the rod lens with prism is fused to one end of the optical fiber 2. Is shown.
  • a side-emitting device 1 ′ shown in FIG. 13 has a prism lens 5 fused to the end face of an optical fiber 2.
  • the optical fiber 2 is a single mode optical fiber having an outer diameter of 125 ⁇ m, and the coating 2a at the tip is removed.
  • the polished surface 9 a of the polished lens base material 9 is a plane parallel to the axis of the lens base material 8.
  • the temperature at which a GRIN lens fiber having a numerical aperture of 0.17 is drawn is usually 1900 ° C., but when a fiber for a prism lens is drawn, it is preferably performed at about 1800 ° C., which is lower than this.
  • the drawing temperature is high, the outgoing surface 5c of the drawn prism lens fiber is rounded, the outgoing light is affected by the curvature of the outgoing surface, becomes an elliptical shape, the irradiation area is widened, and sufficient spatial resolution cannot be obtained. There is a fear.
  • the stretching temperature is set to about 1800 ° C., the curvature of the exit surface 5c becomes extremely small and becomes a substantially flat surface with no practical problem.
  • the light emitted from the optical fiber 2 enters the prism lens 5 while diffusing, travels while converging in the prism lens 5, is reflected by the tip inclined surface 5a, and is emitted from the emission surface 5c.
  • the side emission device 1 ′ can be easily manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 17A shows a state in which a prism lens fiber 5 ′ is fused to the tip of the optical fiber 2.
  • (B) shows a state in which the prism lens fiber 5 ′ is cut and polished to form a tip inclined surface, and then the leading edge 5b is chamfered and the tip inclined surface 5a is Au coated to form the prism lens 5. ing. Since this side emitting device 1 ′ has the same diameter as the optical fiber and is very thin, it is suitable for use in very thin blood vessels.
  • the method of forming the tip inclined surface on the prism or prism lens in addition to the method of cutting and polishing, a method of forming the inclined surface by cutting the prism fiber or the prism lens fiber with a laser is also possible. .
  • the side emission device of the present invention is used as an optical probe for OCT, an optical fiber module for optical communication such as coupling of a laser diode and a single mode fiber, an optical probe for a distance / displacement sensor, an optical probe for an endoscope, etc. Can be used as

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Abstract

　接着剤によるビーム品質のばらつきや劣化、信頼性の低下がなく、容易に製造でき、外径が小さく細い血管などにも使用可能な側方出射装置を開発する。　光ファイバの端面にロッドレンズの一端を融着し、そのロッドレンズの他端に、円柱形の外周の一部を切欠し軸線に平行な平面状の出射面を形成した基本形状をなし、その先端部を斜めに切欠した先端傾斜面を有するプリズムを融着すること、又は光ファイバの端面に円柱形の外周の一部を切欠し軸線に平行な平面状の出射面を形成した基本形状をなし、その先端部を斜めに切欠した先端傾斜面を有するプリズムレンズを融着することで前記課題を解決する。

Description

側方出射装置及びその製造方法
　本発明は、光ファイバ内を伝播してきた光を，光ファイバの光軸に対して角度をなす側方に出射する側方出射装置で、特にＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）の光プローブとして用いるのに好適なもの、及びその製造方法に関する。
　ＯＣＴは、患者の血管、腸などの器官に光プローブを挿入し、その先端から側方に低コヒーレンス光を出射し、被検体内部の各所で反射されて戻ってくる光を使って被検体内部の精密な断層画像を得る光コヒーレンス断層画像化法であり、その基本技術は特公平６－３５９４６号公報（特許文献１）に開示され、光プローブの具体的構成は特開平１１－５６７８６号公報（特許文献２）、特開２００８－２００２８３号公報（特許文献３）などに開示されている。
　図１８は、特許文献２、３に示されている従来の側方出射装置（光プローブ）の断面説明図である。
　筒状のシャフト１０の先端に先端保持部１１が装着され、先端保持部１１の基端側には、シャフト１０に挿通した光ファイバ２の先端が嵌着され、先端側にはプリズム４を接着したロッドレンズ３が嵌着されている。そして、被検体が傷つくのを防止し、かつプリズム４やロッドレンズ３が脱落して被検体内に残留するのを防止するため、全体を透明なシース１２で覆っている。
特公平６－３５９４６号公報 特開平１１－５６７８６号公報 特開２００８－２００２８３号公報
　前記従来の側方出射装置は、ロッドレンズとプリズムが接着剤で接着されているため光路に接着剤層が存在し、ビーム品質にばらつきが生じるという問題、又何らかの原因でロッドレンズとプリズムの接着が剥離すると間に隙間が生じてビーム品質が劣化し、最悪の場合にはプリズムからレンズが脱落するという問題がある。
　また、ロッドレンズ３及びプリズム４は非常に小さいものであるので、これらを接着する作業は煩雑で非能率的である。また、シャフト１０先端の先端保持部１１に光ファイバとロッドレンズを精密に嵌着しなければならないので、組み立て作業に熟練と時間を要し、製造効率が悪いという問題がある。
　さらに、シャフト１０やシース１２が不可欠なので外径が大きくならざるを得ず、非常に細い血管などに挿入できないという問題がある。
　本発明は、このような従来の側方出射装置の問題点を解決し、接着剤によるビーム品質のばらつきや劣化、信頼性の低下がなく、容易に製造でき、外径が小さく細い血管などにも使用可能な側方出射装置を開発することを課題とするものである。
〔請求項１〕
　本発明は、光ファイバと、該光ファイバの端面に一端を融着したロッドレンズと、該ロッドレンズの他端に融着したプリズムを有し、該プリズムが円柱形の外周の一部を切欠し軸線に平行な平面状の出射面を形成した基本形状をなし、その先端部を斜めに切欠した先端傾斜面を有し、光ファイバからプリズム内に入射した光が該先端傾斜面で反射し前記出射面から出射されることを特徴とする側方出射装置である。
　光ファイバとロッドレンズ、ロッドレンズとプリズムとが融着により接合されているので、光路に接着剤層がなく、ビーム品質のばらつき、剥離によるビーム品質の劣化、プリズムの脱落がない。また、従来周知のファイバ融着装置を用いて容易に製造できる。
　シャフトやシースを必要としないので、外径をきわめて小さくでき、非常に細い血管などにも使用できる。
　光ファイバは、多くの場合単一モードファイバであるが、偏波保持ファイバ、マルチモードファイバ、さらにはイメージ伝送用バンドルファイバであっても差し支えない。
　ロッドレンズは、融着するために石英系ガラスである必要があり、コアが屈折率分布を有するいわゆるＧＩ型ファイバや、断面全体が屈折率分布を有するいわゆるＧＲＩＮレンズを使用できる。
　ロッドレンズとしては、特開２００５－１１５０９７号公報に示されるような、異なる開口数を有する２種の（又は３種以上の）ＧＲＩＮレンズを融着接合したものを用いることもできる。
　プリズムは、融着するために石英系ガラスである必要がある。プリズムは、円柱の外周の一部を切欠し軸線に平行な平面状の出射面を形成した基本形状（いわゆる蒲鉾形）を有するので、これと相似の断面形状の研磨済母材（円柱形母材の外周の一部を平面状に研磨したもの）を延伸（ファイバ化）することで容易に製造でき、また、細長いファイバの状態でロッドレンズに容易に融着することができる。
　プリズムの先端傾斜面の出射面に対する傾斜角度（図３のθ）は通常４５°で、その場合光は軸線に対して９０°の角度で側方に出射する。先端傾斜面の傾斜角度（θ）を変更することで、光の出射角度を変更することができる。先端傾斜面には、必要に応じてミラーコート（Ａｕコートなど）、ハーフミラーコート（誘電多層膜コートなど）などのコーティングを施すことができる。
〔請求項２〕
　また本発明は、前記プリズムの最先端部が面取り加工されている請求項１に記載の側方出射装置である。
　プリズム最先端部を面取り加工することで、側方出射装置をシースで覆わずに直接被検体内部に挿入したときに、被検体が傷つきにくくなる。
　面取り加工は、例えば、プリズム最先端部を放電加工やレーザー加工などで曲面状に滑らかにする方法がある。
〔請求項３〕
　また本発明は、前記ロッドレンズの外径及び前記プリズムの最大径が光ファイバ径の２倍以下である請求項１又は２に記載の側方出射装置である。
　光ファイバとロッドレンズの外径が近似していると、融着の際の表面張力による自己配列効果によりロッドレンズと光ファイバの軸が自動的に一致するので、光ファイバとロッドレンズの結合損失がきわめて少なくなる。光ファイバの外径が１２５μｍの場合、ロッドレンズの外径は１２４μｍ～２５０μｍが適当である。プリズムの最大径も、同様に１２４μｍ～２５０μｍが適当である。光ファイバの外径が８０μｍの場合、ロッドレンズの外径及びプリズムの最大径は７９～１６０μｍが適当である。
　このことは、細い血管などに挿入するという本装置の目的にも合致している。
〔請求項４〕
　また本発明は、円柱形の石英ガラス母材の外周の一部を切欠し、軸線に平行な平面の研磨面を有する研磨済母材を形成するステップと、該研磨済母材を延伸してプリズム用ファイバを形成するステップと、該プリズム用ファイバをロッドレンズ又はロッドレンズとして切断する前のレンズファイバに融着するステップと、該プリズム用ファイバを切断して先端傾斜面を形成するステップを有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載した側方出射装置の製造方法である。
　本発明のプリズムを製造するには、先ず円柱形の石英ガラス母材を製造する。この母材は、周知の方法により製造できる。次に、この母材の外周の一部を研磨し、軸線に平行な平面の研磨面を有する研磨済母材を形成する。この研磨も、通常の研磨装置を用いて容易に行うことができる。次に、この研磨済母材を延伸してプリズム用ファイバを形成する。研磨済母材の延伸は、光ファイバやＧＲＩＮレンズを延伸する装置を用いて行うことができる。
　本発明の製造方法は、プリズム用ファイバをロッドレンズ又はロッドレンズとして切断する前のレンズファイバに融着するステップと、融着したプリズム用ファイバを切断して先端傾斜面を形成し、プリズムにするステップを有する。
　細長いプリズム用ファイバを、ロッドレンズ又はロッドレンズとして切断する前の細長いレンズファイバに融着するので、周知のファイバ融着装置を用いて融着作業を容易に行うことができる。この融着の後に、プリズム用ファイバを所望の長さに切断し、さらに必要に応じて研磨を行って先端傾斜面を形成することで、プリズム用ファイバをプリズムにすることができる。
〔請求項５〕
　また本発明は、光ファイバと、該光ファイバの端面に融着したプリズムレンズを有し、該プリズムレンズが円柱形の外周の一部を切欠し軸線に平行な平面状の出射面を形成した基本形状をなし、その先端部を斜めに切欠した先端傾斜面を有し、光ファイバからプリズムレンズ内に入射した光が該先端傾斜面で反射し前記出射面から出射されることを特徴とする側方出射装置である。
　本発明は、光ファイバとプリズムレンズが融着により接合されているので、光路に接着剤層がなく、ビーム品質のばらつき、剥離によるビーム品質の劣化、プリズムレンズの脱落がない。また、従来周知のファイバ融着装置を用いて容易に製造できる。
　シャフトやシースを必要としないので、外径をきわめて小さくでき、非常に細い血管などにも使用できる。
　さらに、ロッドレンズとプリズムが、プリズムレンズとして融合しているので、部品点数及び製造工程を少なくし、省力化とコストダウンを実現できる。
　光ファイバは、多くの場合単一モードファイバであるが、偏波保持ファイバ、マルチモードファイバ、さらにはイメージ伝送用バンドルファイバであっても差し支えない。
　プリズムレンズは、融着するために石英系ガラスである必要があり、コアが屈折率分布を有するいわゆるＧＩ型ファイバや、断面全体が屈折率分布を有するいわゆるＧＲＩＮレンズを使用できる。
　プリズムレンズとしては、前記の、異なる開口数を有する２種の（又は３種以上の）ＧＲＩＮレンズを融着接合したものを用いることもできる。
　プリズムレンズは、円柱の外周の一部を切欠し軸線に平行な平面状の出射面を形成した基本形状を有するので、これと相似の断面形状の研磨済レンズ母材（円柱形レンズ母材の外周の一部を平面に研磨したもの）を延伸（ファイバ化）することで容易に製造でき、また、細長いファイバの状態で光ファイバに容易に融着することができる。
　プリズムレンズの先端傾斜面の出射面に対する傾斜角度（θ）は通常４５°であるが、傾斜角度（θ）を変更することで、光の出射角度を変更することができる。先端傾斜面には、必要に応じてミラーコート（Ａｕコートなど）、ハーフミラーコート（誘電多層膜コートなど）などのコーティングを施すことができる。
〔請求項６〕
　また本発明は、前記プリズムレンズの最先端部が面取り加工されている請求項５に記載の側方出射装置である。
　プリズムレンズ最先端部を面取り加工することで、側方出射装置をシースで覆わずに直接被検体内部に挿入したときに、被検体が傷つきにくくなる。
　面取り加工は、例えば、プリズムレンズ最先端部を放電加工やレーザー加工などで曲面状に滑らかにする方法がある。
〔請求項７〕
　また本発明は、前記プリズムレンズの最大径が光ファイバ径の２倍以下である請求項５又は６に記載の側方出射装置である。
　光ファイバとプリズムレンズの外径が近似していると、融着の際の表面張力による自己配列効果によりプリズムレンズと光ファイバの軸が自動的に一致するので、光ファイバとプリズムレンズの結合損失がきわめて少なくなる。光ファイバの外径が１２５μｍの場合、プリズムレンズの外径は１２４μｍ～２５０μｍが適当である。光ファイバの外径が８０μｍの場合、プリズムレンズの外径は７９～１６０μｍが適当である。またこのことは、細い血管などに挿入するという本装置の目的にも合致している。
〔請求項８〕
　また本発明は、円柱形のレンズ母材の外周の一部を切欠し、軸線に平行な平面の研磨面を有する研磨済レンズ母材を形成するステップと、該研磨済レンズ母材を延伸してプリズムレンズ用ファイバを形成するステップと、該プリズムレンズ用ファイバを光ファイバに融着するステップと、該プリズムレンズ用ファイバを切断して先端傾斜面を形成するステップを有することを特徴とする請求項５～７のいずれかに記載した側方出射装置の製造方法である。
　本発明のプリズムレンズを製造するには、先ず、石英系ガラスでなる円柱形のレンズ母材を製造する。このレンズ母材は周知の方法（例えば特開２００５－１１５０９７号公報）により製造できる。次に、このレンズ母材の外周の一部を研磨し、軸線に平行な平面の研磨面を有する研磨済母材を形成する。この研磨も、通常の研磨装置を用いて容易に行うことができる。次に、この研磨済レンズ母材を延伸してプリズムレンズ用ファイバを形成する。研磨済レンズ母材の延伸は、光ファイバやＧＲＩＮレンズを延伸する装置を用いて行うことができる。
　本発明の製造方法は、プリズムレンズ用ファイバを光ファイバに融着するステップと、融着したプリズムレンズ用ファイバを切断して先端傾斜面を形成し、プリズムレンズにするステップを有する。
　細長いプリズムレンズ用ファイバを光ファイバに融着するので、周知のファイバ融着装置を用いて融着作業を容易に行うことができる。この融着の後に、プリズムレンズ用ファイバを所望の長さに切断し、さらに必要に応じて研磨を行って先端傾斜面を形成することで、プリズムレンズ用ファイバをプリズムレンズにすることができる。
　本発明の側方出射装置は、接着剤を使用しないので、接着剤層に起因するビーム品質のばらつきがなくなる。
　光ファイバとロッドレンズ、ロッドレンズとプリズムが融着により一体的に接合されるので、接合部の接着が剥離してビーム品質が劣化するおそれがなく、プリズムやロッドレンズが脱落して被検体内に残留するおそれもなくなり、シースで覆う必要がない。
　従来のようなシャフトやシースを必要としないので、側方出射装置の外径がきわめて細くなり、非常に細い血管などに挿入して使用することが可能となる。
　ロッドレンズとプリズムを、プリズムレンズとして融合することで、部品点数及び製造工程を少なくし、省力化とコストダウンを実現できる。
　プリズム又はプリズムレンズは、円柱形の外周の一部を切欠し軸線に平行な平面状の出射面を形成した基本形状を有するので、相似な断面形状を有する母材を延伸した細長いファイバを容易に製造でき、ファイバの状態で融着できるので、融着作業も容易である。
実施例の側方出射装置１の側面図である。 側方出射装置１の正面図である。 プリズム４の側面拡大図である。 図３におけるＡ－Ａ線断面図である。 母材の斜視図である。 研磨済母材の斜視図である。 実施例の側方出射装置製造方法の説明図である。 実施例の側方出射装置製造方法の説明図である。 実施例の側方出射装置製造方法の説明図である。 実施例の側方出射装置製造方法の説明図である。 実施例の側方出射装置製造方法の説明図である。 実施例の側方出射装置製造方法の説明図である。 実施例の側方出射装置１’の側面図である。 側方出射装置１‘の正面図である。 レンズ母材８の斜視図である。 研磨済レンズ母材９の斜視図である。 実施例の側方出射装置製造方法の説明図である。 従来の側方出射装置の断面説明図である。
　図１～４は実施例の側方出射装置１に関し、図１は側面図、図２は正面図、図３はプリズム４の側面拡大図、図４は図３におけるＡ－Ａ線断面図である。
　側方出射装置１は、光ファイバ２、ロッドレンズ３、プリズム４からなる。
　光ファイバ２は、外径１２５μｍの単一モード光ファイバで、先端部の被覆２ａを取り除き、その先端面にロッドレンズ３を融着している。
　ロッドレンズ３は石英系のガラスでなる外径１２５μｍのＧＲＩＮレンズであり、融着の際の自己配列効果により、光ファイバ２とロッドレンズ３の軸心は自動的に一致している。
　プリズム４は、石英ガラスで、直径ｄ＝１２５μｍの円柱の外周の一部をｇ＝１１μｍ切欠し、ｈ＝１１４μｍ残し、軸線に平行な平面状の出射面４ｃ（出射面の幅７４μｍ）を形成した基本形状を有する。（図４）
　プリズム４は、図５に示す直径Ｄ＝５．７ｍｍの円柱形石英ガラスの母材６の外周の一部を約０．７ｍｍ研磨し、図６に示すように残りの部分Ｈ≒５ｍｍで研磨面７ａの幅が約３ｍｍの研磨済母材７を作成し、これを約１９００℃の温度で延伸したプリズム用ファイバ４’を切断し、斜め研磨して先端傾斜面４ａを形成し、その後放電加工により最先端部４ｂに面取りを施し、さらに先端傾斜面４ａにＡｕコートを行ったものである。
　研磨済母材７の研磨面７ａは、母材６の軸心と平行な平面になっている。
　光ファイバを延伸する場合の温度は、通常２０００℃であるが、プリズム用ファイバを延伸する際は、これよりも低い１９００℃程度で行うことが望ましい。延伸温度が高いと、延伸したプリズム用ファイバの出射面４ｃが丸みを帯び、出射光が出射面の曲率の影響を受けて楕円形状になり、照射領域が広がり十分な空間分解能が得られないおそれがある。延伸温度を１９００℃程度にすると、出射面４ｃの曲率はきわめてわずかになり、実質的に平面となって実用上問題ない。
　光ファイバ２から出た光はロッドレンズ３内に拡散しながら入射し、ロッドレンズ３内を収束しながら進み、プリズム４に入射し、先端傾斜面４ａで反射し、出射面４ｃから出射される。
　側方出射装置１は、図７～図１２に示す製造方法により容易に製造することができる。
　図７において、（ａ）は光ファイバ２の一端にレンズファイバ３’を融着した状態、（ｂ）はそのレンズファイバ３’を所定長さに切断して（切断後、必要に応じて切断面を研磨してもよい）ロッドレンズ３にした状態、（ｃ）はロッドレンズ３の端面にプリズム用ファイバ４’を融着した状態、（ｄ）はプリズム用ファイバ４’を切断、研磨し、先端傾斜面を形成し、その後最先端部４ｂの面取り加工、先端傾斜面４ａのＡｕコートを行ってプリズム４にした状態を示している。
　なお、レンズファイバ３’は、ＧＲＩＮレンズ母材を延伸してファイバ状にしたものである。
　図８において、（ａ）は光ファイバ２の一端に予め作成したロッドレンズ３を融着した状態、（ｂ）はロッドレンズ３の端面にプリズム用ファイバ４’を融着した状態、（ｃ）はプリズム用ファイバ４’を切断、研磨し、先端傾斜面を形成し、その後最先端部４ｂの面取り加工、先端傾斜面４ａのＡｕコートを行ってプリズム４にした状態を示している。
　図９において、（ａ）はレンズファイバ３’の一端にプリズム用ファイバ４’を融着した状態、（ｂ）はレンズファイバ３’を所定長さに切断して（切断後、必要に応じて切断面を研磨してもよい）ロッドレンズ３にした状態、（ｃ）は光ファイバ２の一端にそのロッドレズ３の端面を融着した状態、（ｄ）はプリズム用ファイバ４’を切断、研磨し、先端傾斜面を形成し、その後最先端部４ｂの面取り加工、先端傾斜面４ａのＡｕコートを行ってプリズム４にした状態を示している。
　図１０において、（ａ）は予め作成したロッドレンズ３の一端にプリズム用ファイバ４’を融着した状態、（ｂ）は光ファイバ２の一端にそのロッドレズ３の端面を融着した状態、（ｃ）はプリズム用ファイバ４’を切断、研磨し、先端傾斜面を形成し、その後最先端部４ｂの面取り加工、先端傾斜面４ａのＡｕコートを行ってプリズム４にした状態を示している。
　図１１において、（ａ）はレンズファイバ３’の一端にプリズム用ファイバ４’を融着した状態、（ｂ）はレンズファイバ３’を所定長さに切断して（切断後、必要に応じて切断面を研磨してもよい）ロッドレンズ３にすると共に、プリズム用ファイバを切断、研磨し、先端傾斜面を形成し、その後最先端部４ｂの面取り加工、先端傾斜面４ａのＡｕコートを行ってプリズム４にし、プリズム付きロッドレンズを製作した状態、（ｃ）は光ファイバ２の一端にそのプリズム付きロッドレンズを融着した状態を示している。
　図１２において、（ａ）は予め作成したロッドレンズ３の一端にプリズム用ファイバ４’を融着した状態、（ｂ）はプリズム用ファイバを切断、研磨し、先端傾斜面を形成し、その後最先端部４ｂの面取り加工、先端傾斜面４ａのＡｕコートを行ってプリズム４にし、プリズム付きロッドレンズを製作した状態、（ｃ）は光ファイバ２の一端にそのプリズム付きロッドレンズを融着した状態を示している。
　図１３に示す側方出射装置１’は、光ファイバ２の端面にプリズムレンズ５を融着したものである。光ファイバ２は、外径１２５μｍの単一モード光ファイバで、先端部の被覆２ａを取り除いてある。
　プリズムレンズ５は、開口数０．１７のＧＲＩＮレンズで、直径ｄ＝１２５μｍの円柱の外周の一部をｇ＝１１μｍ切欠し、ｈ＝１１４μｍ残し、軸線に平行な平面状の出射面５ｃ（出射面の幅７４μｍ）を形成した基本形状を有する。（図１４）その先端部は、斜めに切欠した先端傾斜面５ａとなっている。
　プリズムレンズ５の全長は３００μｍである。
　プリズムレンズ５は、図１５に示す直径Ｄ＝５．０ｍｍの円柱形ＧＲＩＮレンズ母材８の外周の一部を約０．５ｍｍ研磨し、図１６に示すように残りの部分Ｈ≒４．５ｍｍで研磨面９ａの幅が約３ｍｍの研磨済レンズ母材９を作成し、これを約１８００℃の温度で延伸したプリズムレンズ用ファイバ５’を切断し、斜め研磨して先端傾斜面５ａを形成し、その後放電加工により最先端部５ｂに面取りを施し、さらに先端傾斜面５ａにＡｕコートを行ったものである。
　研磨済レンズ母材９の研磨面９ａは、レンズ母材８の軸心と平行な平面になっている。
　開口数０．１７のＧＲＩＮレンズファイバを延伸する場合の温度は、通常１９００℃であるが、プリズムレンズ用ファイバを延伸する際は、これよりも低い１８００℃程度で行うことが望ましい。延伸温度が高いと、延伸したプリズムレンズ用ファイバの出射面５ｃが丸みを帯び、出射光が出射面の曲率の影響を受けて楕円形状になり、照射領域が広がり十分な空間分解能が得られないおそれがある。延伸温度を１８００℃程度にすると、出射面５ｃの曲率はきわめてわずかになり、実質的に平面となって実用上問題ない。
　光ファイバ２から出た光はプリズムレンズ５内に拡散しながら入射し、プリズムレンズ５内を収束しながら進み、先端傾斜面５ａで反射し、出射面５ｃから出射される。
　側方出射装置１’は、図１７に示す製造方法により容易に製造することができる。
　図１７において、（ａ）は光ファイバ２の先端にプリズムレンズ用ファイバ５’を融着した状態である。（ｂ）はプリズムレンズ用ファイバ５’を切断、研磨し、先端傾斜面を形成し、その後最先端部５ｂの面取り加工、先端傾斜面５ａのＡｕコートを行ってプリズムレンズ５にした状態を示している。
　この側方出射装置１’は、光ファイバと同径で非常に細いものであるので、非常に細い血管などに用いるのに好適である。
　本発明において、プリズム又はプリズムレンズに先端傾斜面を形成する方法に関しては、切断・研磨による方法以外に、プリズム用ファイバ又はプリズムレンズ用ファイバをレーザーで切断し傾斜面を形成する方法も可能である。
　本発明の側方出射装置は、ＯＣＴの光プローブとして用いられる他、レーザーダイオードと単一モードファイバの結合など光通信用光ファイバモジュール、距離・変位センサー用光プローブ、内視鏡用光プローブなどとして用いることができる。
符合の説明
　１　側方出射装置
　２　光ファイバ
　２ａ　被覆
　３　ロッドレンズ
　３’　レンズファイバ
　４　プリズム
　４ａ　先端傾斜面
　４ｂ　最先端部
　４ｃ　出射面
　４’　プリズム用ファイバ
　５　プリズムレンズ
　５ａ　先端傾斜面
　５ｂ　最先端部
　５ｃ　出射面
　５’　プリズムレンズ用ファイバ
　６　母材
　７　研磨済母材
　７ａ　研磨面
　８　レンズ母材
　９　研磨済レンズ母材
　９ａ　研磨面
　１０　シャフト
　１１　先端保持部
　１２　シース
　Ｂ　出射光

Claims (8)

  1. 　光ファイバと、該光ファイバの端面に一端を融着したロッドレンズと、該ロッドレンズの他端に融着したプリズムを有し、該プリズムが円柱形の外周の一部を切欠し軸線に平行な平面状の出射面を形成した基本形状をなし、その先端部を斜めに切欠した先端傾斜面を有し、光ファイバからプリズム内に入射した光が該先端傾斜面で反射し前記出射面から出射されることを特徴とする側方出射装置。
  2. 　前記プリズムの最先端部が面取り加工されている請求項１に記載の側方出射装置。
  3. 　前記ロッドレンズの外径及び前記プリズムの最大径が光ファイバ径の２倍以下である請求項１又は２に記載の側方出射装置
  4. 　円柱形の石英ガラス母材の外周の一部を切欠し、軸線に平行な平面の研磨面を有する研磨済母材を形成するステップと、該研磨済母材を延伸してプリズム用ファイバを形成するステップと、該プリズム用ファイバをロッドレンズ又はロッドレンズとして切断する前のレンズファイバに融着するステップと、該プリズム用ファイバを切断して先端傾斜面を形成し、プリズムにするステップを有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載した側方出射装置の製造方法。
  5. 　光ファイバと、該光ファイバの端面に融着したプリズムレンズを有し、該プリズムレンズが円柱形の外周の一部を切欠し軸線に平行な平面状の出射面を形成した基本形状をなし、その先端部を斜めに切欠した先端傾斜面を有し、光ファイバからプリズムレンズ内に入射した光が該先端傾斜面で反射し前記出射面から出射されることを特徴とする側方出射装置。
  6. 　前記プリズムレンズの最先端部が面取り加工されている請求項５に記載の側方出射装置。
  7. 　前記プリズムレンズの最大径が光ファイバ径の２倍以下である請求項５又は６に記載の側方出射装置
  8. 　円柱形のレンズ母材の外周の一部を切欠し、軸線に平行な平面の研磨面を有する研磨済レンズ母材を形成するステップと、該研磨済レンズ母材を延伸してプリズムレンズ用ファイバを形成するステップと、該プリズムレンズ用ファイバを光ファイバに融着するステップと、該プリズムレンズ用ファイバを切断して先端傾斜面を形成するステップを有することを特徴とする請求項５～７のいずれかに記載した側方出射装置の製造方法。
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