阅读说明：本技术 光纤束、内窥镜用镜体以及内窥镜 (Optical fiber bundle, endoscope body for endoscope, and endoscope ) 是由 高久英明 于 2018-03-27 设计创作，主要内容包括：本申请的光纤束(1)具有由多根光纤捆束而成的结构,其中多根光纤包括具有不同的数值孔径NA的两种以上的光纤(11、12)。(An optical fiber bundle (1) has a structure in which a plurality of optical fibers including two or more types of optical fibers (11, 12) having different numerical apertures NA are bundled.)

光纤束、内窥镜用镜体以及内窥镜

技术领域

本申请涉及光纤束、内窥镜用镜体以及内窥镜。

背景技术

通常的光纤束是由多根相同材料的光纤捆束而成的。这样的光纤束所得到的功能和性能有限。

例如，在将这样的光纤束作为光导而用于观察管内的情况下，存在如下问题:因构成光纤束的各光纤的光学特性的原因，只能充分观察管内的近前侧或者进深侧，不能同时很好地观察管内的近前侧和进深侧两者。作为用于解决该问题的方法，考虑通过将光纤束的出射端面的形状加工成例如凸形状、凹形状、波形状等非平坦形状，来调整光纤束的配光分布特性(例如，专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本实公昭52-010346号公报

专利文献2:日本特开平03-123311号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，光纤束的端面不易加工，特别是在光纤束直径较细的情况下非常困难。另外，仅通过改变光纤束的端面形状，不能根据需要大幅改变配光分布特性。

因此，本申请着眼于这一点而完成，其目的在于提供一种能够容易且自如地调整配光分布特性的光纤束、内窥镜用镜体以及内窥镜。

用于解决课题的手段

本申请的光纤束具有由多根光纤捆束而成的结构，所述多根光纤包括具有不同的数值孔径NA的两种以上的光纤。

根据本申请的光纤束，能够容易且自如地调整配光分布特性。

在本申请的光纤束中，所述多根光纤彼此仅在所述光纤束的两端部被固定，所述光纤束的两端面优选为光学研磨面。

这种光纤束是特别适于构造为光导的光纤束。

本申请的光纤束也可以构成为仅沿从所述光纤束的长度方向的一侧朝向另一侧的方向传输来自光源的光的光导。

本申请的光纤束也可以构成为使得所述光纤束的长度方向的一侧和另一侧中的至少任一者被分支的分支型光纤束。

这种光纤束特别适于构造为光导。

在本申请的光纤束中，优选为，所述多根光纤包括:纤芯和包层中的至少一者由多成分系玻璃构成的光纤中的至少一种。

在这种情况下，能够更容易且自如地调整配光分布特性。

在本申请的光纤束中，优选为，所述光纤束构成为光导，且表示该光纤束的配光分布特性的波形包括6个以上的反曲点。

在这种情况下，能够以良好的照度同时照射距出射端面的距离不同的地点。

在本申请的光纤束中，优选为，所述光纤束构成为光导，所述多根光纤包括具有第一数值孔径NA1的多根第一光纤和具有比所述第一数值孔径NA1大0.15以上的第二数值孔径NA2的多根第二光纤。

在这种情况下，能够以良好的照度同时照射距出射端面的距离不同的地点。

在本申请的光纤束中，优选为所述光纤束构成为光导，所述多根光纤包括具有第一数值孔径NA1的多根第一光纤和具有比所述第一数值孔径NA1大的第二数值孔径NA2的多根第二光纤，所述第二光纤的数量FN2相对于所述第一光纤的数量FN1的比率(FN2/FN1)为0.05～9。

在这种情况下，能够以良好的照度同时照射距出射端面的距离不同的地点。

本申请的内窥镜用镜体具有上述光纤束。

根据本申请的内窥镜用镜体，能够容易且自如地调整配光分布特性。

本申请的内窥镜具有上述内窥镜用镜体。

根据本申请的内窥镜，能够容易且自如地调整配光分布特性。

发明效果

根据本申请，能够提供一种能够容易且自如地调整配光分布特性的光纤束、内窥镜用镜体以及内窥镜。

附图说明

图1(a)是通过局部截面示意性地表示根据本申请的一个实施方式的光纤束的局部侧剖视图，图1(b)是示意性地表示图1(a)的光纤束的端部的横截面图。

图2是概略地表示根据本申请的一个实施方式的光纤束的一个变形例的横截面图。

图3是通过局部截面示意性地表示根据本申请的一个实施方式的光纤束的其他变形例的局部侧剖视图。

图4是用于说明实施例和对比例的实验方法的图。

图5是用于说明作为实施例及对比例的实验结果而得到的表示配光分布特性的波形的图。

图6是用于说明表示配光分布特性的波形的图。

图7是概略地表示具备根据本申请的一实施方式的光纤束的内窥镜的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本申请的实施方式进行示例性说明。

本申请的光纤束具有将多根光纤捆束而成的结构，这些多根光纤包括数值孔径NA不同的两种以上的光纤。本申请的光纤束在工业领域或医疗领域等多种领域中，可以用作光导、像导或各种传感器用光纤，特别优选用作工业用或医疗用内窥镜中使用的光导或像导(进一步说是光导)或显微镜用光导。

图1表示根据本申请的一个实施方式的光纤束1的一例。图1(a)是利用局部截面示意性地表示本实施方式的光纤束1的局部侧剖视图，图1(b)是示意性地表示图1(a)的光纤束1的一侧的端部1A的横截面图。另外，在图1的例子中，光纤束1的另一侧的端部1B以及光纤束1的两侧的端面也具有与图1(a)所示的横截面相同的结构。本实施方式的光纤束1构成为用于将来自光源的光向远离的场所传送的光导。

该光纤束1具有将数值孔径NA不同的两种光纤11、12捆束而成的结构。在本说明书中，有时将构成光纤束1的光纤11、12合称为“光纤组10”。在本例中，光纤组10由多根第一光纤11和多根第二光纤12构成。第一光纤11、第二光纤12分别是由纤芯11a、12a和覆盖其外周面的包层11b、12b构成的单芯光纤。

在图1的例子中，第二光纤12的数值孔径NA(以下也称为“第二数值孔径NA2”)大于第一光纤11的数值孔径NA(以下也称为“第一数值孔径NA1”)。

在图1的例子中，第一光纤11及第二光纤12的纤芯11a、12a具有圆形的截面形状，第一光纤11及第二光纤12的包层11b、12b具有圆形的外缘形状。

在光纤束1的两侧的端部1A、1B中，光纤组10的光纤11、12彼此通过粘接剂等固化剂40固定在管状的套筒2A、2B内。套筒2A、2B例如为金属制。光纤束1的光纤组10的两侧的端面10SA、10SB通过研磨处理形成为光学研磨面。光纤组10的两侧的端面10SA、10SB例如由平坦面构成。

在位于光纤束1的长度方向的两端部1A、1B之间的中间部，光纤组10在不被固化剂40等固定而仅被捆束的状态下，被具有挠性的外装管3包覆。由此，光纤束1能够容易地弯曲。外装管3例如由树脂管或蛇腹状的金属管等构成。

在图1的例子中，虽然光纤束1可以将长度方向的一侧或另一侧的任一者作为入射侧使用，但构成为将来自光源的光一次仅沿从任一侧朝向另一侧的一个方向传送，而不是一次沿双方向传送光。在图1的例子中，例如，光纤束1的一个端部1B作为入射侧使用，例如与未图示的光源装置连接。另外，光纤束1的另一端部1A作为射出侧使用。

通常，若设纤芯的折射率为n₁、包层的折射率为n₂、光纤的外部为空气(折射率为1)，则光纤的数值孔径NA由式(1)求出。

式(1)中，n₁为纤芯的折射率，n₂为包层的折射率，例如，在纤芯和包层由玻璃构成的情况下，使用日本光学玻璃工业会规格中的“光学折射率测定方法”测定获得。

式(1)中，θ是光纤的受光角(也称为孔径角)。由式(1)可知，光纤在纤芯的折射率n₁与包层的折射率n₂之差较大时，数值孔径NA变大，接受较宽角度范围的光，在较宽的角度范围射出光。相反，光纤在纤芯的折射率n₁与包层的折射率n₂之差较小时，数值孔径NA变小，接受较小角度范围的光，在较小的角度范围射出光。

本实施方式的光纤束1具有将数值孔径NA不同的两种以上(在图1的例子中为两种)的光纤11、12捆束而成的结构，因此，假设与具有仅将数值孔径NA相同的一种光纤捆束而成的结构的情况相比，能够得到不同的配光分布特性。

即，如上所述，以往一般的光纤束是将相同材料的光纤捆束而成，即，具有仅将数值孔径NA相同的光纤捆束而成的结构。例如，在使用该现有的光纤束作为光导来观察管内的情况下，在光量弱时，只能看到管内的近前侧，而管内的进深侧不能到达足够的光，另一方面，在光量强时，在管内的近前侧的内壁引起光晕等，难以同时良好地观察管内的近前侧和进深侧这两侧。这样，使用仅捆束数值孔径NA相同的光纤而得到的光纤束，以良好的照度同时照射距出射端面的距离不同的地点是非常困难的。特别是观察对象的管的内径越细，该问题越显著。

另一方面，在本实施方式的光纤束1中，由于具有将数值孔径NA不同的两种以上的光纤11、12捆束而成的结构，所以例如在作为光导使用的情况下，数值孔径NA较大的光纤12可以良好地对距出射端面的距离较近的对象物进行照明，同时数值孔径NA较小的光纤11可以良好地对距出射端面的距离较远的对象物进行照明。即，能够以良好的照度同时照射距出射端面的距离不同的地点。因此，例如，在将本实施方式的光纤束1作为光导来用于管内的观察的情况下，能够同时对管内的近前侧和进深侧良好地照明和观察。

而且，在本实施方式的光纤束1中，通过调整构成光纤束1的各种光纤11、12的各自的数值孔径NA、各种光纤11、12的数量比、各种光纤11、12的数量之和等，能够自由且容易地调整配光分布特性。

另外，如图1的例子所示，在光纤组10包括具有第一数值孔径NA1的多根第一光纤11和具有第二数值孔径NA2的多根第二光纤12的情况下，第二光纤12的第二数值孔径NA2优选比第一光纤11的第一数值孔径NA1大0.15以上，更优选大0.2以上，进一步优选大0.55以上。该结构特别适用于光纤束1构成为光导的情况，由此，能够同时以良好的照度照射距出射端面的距离不同的地点。例如，在将该光纤束1作为光导来用于管内的观察的情况下，能够更良好地观察管内的近前侧和进深侧双方。

另外，如图1的例子所示，在光纤组10包括具有第一数值孔径NA1的多根第一光纤11和具有比第一数值孔径NA1大的第二数值孔径NA2的多根第二光纤12的情况下，第二光纤12的数量FN2相对于第一光纤11的数量FN1的比率(FN2/FN1)优选为0.05～9，更优选为0.1～5.5，进一步优选为0.25～4。该结构特别适用于光纤束1构成为光导的情况，由此，能够同时以良好的照度照射距出射端面的距离不同的地点。例如，在将该光纤束1作为光导来用于管内的观察的情况下，能够更良好地观察管内的近前侧和进深侧双方。

另外，在该光纤束1中，优选表示其配光分布特性的波形包括6个以上的反曲点Q。

该结构特别适用于光纤束1构成为光导的情况，由此，能够同时以良好的照度照射距出射端面的距离不同的地点。

这里，所谓“表示配光分布特性的波形”，如图6示意性所示，是指将纵轴设为光强度、将横轴设为与光纤束1的出射端面10SA的角度(°)时的波形。作为得到该波形的方法，例如，如后面参照图4和图5说明的那样，有依据JIS C 6825:2009中规定的“光纤结构参数试验方法-光学特性”中记载的FFP法的方法。在该方法中，在将光源330压在光纤束1的入射端面10SB上的状态下，使光(例如白色光)射入。然后，使在受光面上粘贴有带针孔320a的光圈部件320的受光元件310沿着以光纤束1的出射端面10SA为中心的预定半径r的圆弧路径，以与光纤束1的出射端面垂直的方向为0°，在90°～-90°的角度范围内移动，其间，测定透过光纤束1的总光量。由此，得到表示配光分布特性的波形。

另外，所谓“反曲点Q”，是指表示配光分布特性的波形曲线的二次微分值表示0、并且在其前后二次微分值的符号逆转的点。

另外，本实施方式的光纤束1不限于图1的例子，可以是各种变形例。

例如，光纤束1也可以具有将数值孔径NA不同的三种以上的光纤捆束而成的结构。

构成光纤束1的各种光纤各自的数值孔径NA的调整，可以通过各种光纤各自的纤芯及包层的组成的调整来进行。

构成光纤束1的各种光纤的纤芯及包层分别可以由例如多成分系玻璃或石英系玻璃等任意组成的玻璃或塑料等构成。但是，若光纤束1包含:纤芯及包层中的至少一方由多成分系玻璃构成的至少一种光纤，则能够根据需要大幅改变各光纤的数值孔径NA，因此能够更容易且自如地调整配光分布特性。从同样的观点出发，更优选构成光纤束1的各种光纤的纤芯及包层分别由多成分系玻璃构成。

在图1的例子中，构成光纤束1的各种光纤11、12的外径(进而包层外径)和纤芯外径大致相同，但这不是必须的。例如，构成光纤束1的各种光纤的外径或芯径也可以互不相同。或者，构成光纤束1的各光纤的外径或芯径也可以互不相同。

另外，在图1的例子中，观察光纤束1的端部1A、1B的横截面或端面10SA、10SB时，构成光纤束1的各光纤11、12的间隔大致均匀，另外，各种光纤11、12随机排列，但这不是必须的。构成光纤束1的各光纤11、12的间隔或各种光纤11、12的排列可以任意选择。

另外，在图1的例子中，仅在光纤束1的两侧的端部1A、1B中，通过固化剂40将光纤组10的各光纤11、12彼此固定，但这不是必须的。

例如，如图2示意性表示的变形例那样，也可以仅在光纤束1的两侧的端部1A、1B，通过热熔接将光纤组10的各光纤11、12彼此固定而不使用固化剂40。在这种情况下，与图1的例子相比，能够消除各光纤11、12彼此的间隙，其结果，能够提高光纤束1的纤芯占有面积比率，因此能够提高光纤束1的光透过率进而提高光量。另外，所谓光纤束1的纤芯占有面积比率，是指在光纤束1的横截面中，光纤组10的各光纤11、12的纤芯11a、12a的面积之和相对于光纤组10的外缘的横截面积(进而套筒2A、2B的内周面的横截面积)的比例。

另外，通过固化剂40或热熔接等将光纤束1的光纤11、12彼此固定的部位可以是仅光纤束1的一侧的端部、或者光纤束1的全长范围的部分等任意的部位。但是，如图1的例子所示，在仅用光纤束1的两端部将光纤11、12彼此固定的情况下，由于能够容易地弯曲光纤束1的中间部，所以特别适合于作为光导使用的情况。

作为将光纤组10的端部固定在套筒2A的内周面上的方法，如图2所示，可以使用利用固化剂40等进行固定、或者利用热熔接进行固定等任意方法。

另外，在图1或图2的例子中，在光纤束1的全长上，光纤组10具有与套筒2A、2B的内周面的截面形状大致相同的大致圆形的横截面形状，但这不是必须的。光纤组10可以在光纤束1的长度方向的任意位置具有任意的横截面形状。例如，在光纤束1的出射端面中，光纤组10的形状一般可以是直线形状、四边形形状或圆环形状等任意形状。

另外，如图3示意性表示的其他变形例那样，光纤束1也可以构成为将光纤束的长度方向的一侧和另一侧中的至少任一方分支而得的分支型光纤束。这样的结构特别适合于将光纤束1用作光导的情况。

在图3的例子中，仅在光纤束1的一侧分支为两个分支光纤束。更具体地说，在光纤束1的一侧形成有:具有将NA不同的多种(在图例中为两种)光纤111、112捆束而成的光纤组110的分支光纤束；和具有将NA不同的多种(在图例中为两种)光纤211、212捆束而成的光纤组210的分支光纤束。在各分支光纤束的一侧的端部101A、201A中，光纤组110的各光纤111、112彼此、光纤组210的各光纤211、212彼此分别固定在套筒102A、202A内。并且，这些分支光纤束在光纤束1的中间部结合，在其另一侧构成将各分支光纤束的光纤组110、210彼此捆束而成的光纤组10。在光纤束1的另一侧的端部1B中，光纤组10的各光纤111、112、211、212彼此固定在套筒2B内。在图3的例子中，将光纤束1的各分支光纤束的端面110SA、210SA作为入射端面，将光纤束1的未分支的端面10SB作为出射端面，作为光导使用的情况下，例如，可以射出使多个光源的光量合起来的强光量的光。另一方面，在图3的例子中，将光纤束1的各分支光纤束的端面110SA、210SA作为出射端面，将光纤束1的未分支的端面10SB作为入射端面，作为光导使用的情况下，例如，可以用一个光源将光分配到多个任意的场所。

另外，也可以将光纤束的长度方向的一侧和另一侧的双方进行分支。另外，分支的数量也可以是三个以上。

各分支光纤束的光纤组110、210的结构可以彼此相同，也可以不同。各分支光纤束的光纤组110、210可以分别包括NA不同的多种光纤，也可以仅包括NA相同的一种光纤。

图7表示具备上述本申请的一实施方式(例如图1或图2的例子)所涉及的光纤束1的、内窥镜的一例。本例的内窥镜50是工业用或医疗用的内窥镜，具有镜体(内窥镜用镜体)60、光源70、控制部80和显示器90。镜体60具有操作部61和***部62。在镜体60的***部62和操作部61的内部设置有光导31和像导32。在镜体60的***部62的前端部配置有例如光导31的出射端、像导32的入射端、相对于像导32的入射端配置在更前端侧的光学系统(例如物镜)。光导31被配置为传输来自光源70的光，并从***部62的前端照射观察对象物。在本例中，光导31由根据本申请的一个实施方式的光纤束1构成。像导32配置为例如经由光学系统(物镜等)传送在其入射端成像的观察对象物的像。由像导32传送的像例如经由目镜(未图示)入射到控制部80。控制部80例如包括光检测器、ADC(模拟-数字转换器)、CPU、存储器(RAM、ROM等)而构成。控制部80基于从像导32入射的像进行图像处理等而生成图像信号，基于生成的图像信号，将观察对象物的图像显示在显示器90上。另外，控制部80还进行光源70的控制。

另外，代替光导31或在光导31的基础上，像导32也可以由本申请的一个实施方式的光纤束1构成。

另外，图7所示的内窥镜50只是一个例子，具备根据本申请的一个实施方式的光纤束1的内窥镜50也可以具有与图7不同的结构。

实施例

试制本申请的光纤束的实施例1～3及对比例1～2并通过实验进行了评价，以下参照图4及图5进行说明。图4是用于说明实验方法的图。图5是用于说明实验结果的图。

实施例1～3的光纤束是具有与参照图1说明的结构相同的结构的光导，其光纤组10是将具有第一数值孔径NA1的多个第一光纤11和具有第二数值孔径NA2的多个第二光纤12以随机排列的状态捆束而构成的。第一数值孔径NA1为0.13(孔径角2θ＝15°)，第二数值孔径NA2为0.87(孔径角2θ＝120°)，NA2-NA1＝0.74。这里，θ是上述式(1)的θ。对比例1的光纤束仅将第二光纤12捆束而构成其光纤组10。对比例2的光纤束仅将第一光纤11捆束而构成该光纤组10。在实施例1～3及对比例1～2中，如图5所示，仅第一光纤11的数量FN1与第二光纤12的数量FN2之比(FN1:FN2)不同，其他结构相同。具体而言，在对比例1中FN1:FN2＝0:100(即FN2/FN1＝无穷大)，在实施例1中FN1:FN2＝25:75(即FN2/FN1＝3)，在实施例2中FN1:FN2＝50:50(即FN2/FN1＝1)，在实施例3中FN1:FN2＝75:25(即FN2/FN1＝0.33)，在对比例2中FN1:FN2＝100:0(FN2/FN1＝0)。

在各实施例、对比例中，各光纤11、12的外径约为50μm，光纤组10的外径约为1mm。在各实施例、对比例中，光纤11、12的填充率(光纤11、12的横截面积之和相对于光纤组10的横截面积(进而套筒2A、2B的内周面的截面积)的比例)为约86％，光纤11、12的数量之和为约344根。在各实施例、对比例中，外装管3为尼龙网制，入射端侧的套筒2B为铝制，出射端侧的套筒2A为不锈钢制。对光纤束1的两侧的端面10SB、10SA进行平面加工及光学研磨。

在各实施例、对比例中，各光纤11、12的纤芯及包层分别由多成分系玻璃构成。在根据上述式(1)计算第一数值孔径NA1、第二数值孔径NA2时，使用日本光学玻璃工业会规格中的“光学折射率测定方法”测定得到纤芯的折射率n₁和包层的折射率n₂。

然后，对于实施例1～3及对比例1～2的光纤束，分别用以下说明的实验方法得到配光分布特性。实验根据JIS C 6825:2009中规定的“光纤结构参数试验方法-光学特性”中记载的FFP法进行。更具体地说，如图4所示，在将光源330压在光纤束1的入射端面10SB上的状态下，使白色光射入。作为光源330，使用了日本西铁城公司制的照明用LED(产品代码:CL-L230-C10N-A)。然后，沿着以光纤束1的出射端面10SA为中心的半径r＝50mm的圆弧路径，以与光纤束1的出射端面垂直的方向为0°，使在受光面上粘贴有带针孔320a的光圈部件320的受光元件310在90°～-90°的角度范围内移动，在此期间，测定透过光纤束1的总光量。图5表示作为其结果得到的、表示配光分布特性的波形，曲线图的纵轴表示由受光元件310测定的光强度，横轴表示与出射端面10SA的角度(°)。纵轴的数值是对于各光纤束1将角度为0°时的光强度作为1进行归一化的值。

如图5所示，仅由数值孔径NA较大的第二光纤12构成的对比例1，在较宽的角度范围内具有较强的光强度。使用对比例1的光纤束对管内进行照明时，不仅管内的进深侧，近前侧的照度也过强，结果无法充分观察管内。另一方面，仅由数值孔径NA较小的第一光纤11构成的对比例2，仅在0°附近具有强的光强度，在其外侧的角度范围不能获得充分的光强度。使用对比例2的光纤束对管内进行照明时，只照射管内的进深侧，不能充分观察近前侧。与此相对，由数值孔径NA不同的第一光纤11及第二光纤12构成的实施例1～3，除了在0°附近得到较强的光强度之外，在其外侧的角度范围内，得到不过强且不过弱的较佳光强度。因此，在使用各实施例1～3的光纤束对管内进行照明时，能够良好地对管内的内侧和进深侧双方进行照明和观察。

另外，表示对比例1、对比例2的配光分布特性的波形分别具有两个反曲点Q。实施例1～3的表示配光分布特性的波形分别具有6个以上的反曲点Q。

产业上的可利用性

本申请的光纤束例如可以作为光导、像导或传感器用光纤等，在工业领域或医疗领域等各种领域中利用，特别优选可以作为在工业用或医疗用的内窥镜中使用的光导或像导(进一步说是光导)或显微镜用的光导使用。

符号的说明

1:光纤束；

1A、1B、101A、201A:端部；

2A、2B、102A、202A:套筒；

3、103、203:外装管；

10、110、210:光纤组；

10SA、10SB、110SA、210SA:端面；

11、12、111、112、211、212:光纤；

11a、12a:纤芯；

11b、12b:包层；

31:光导；

32:像导；

40:固化剂；

50:内窥镜；

60:镜体(内窥镜用镜体)；

61:操作部；

62:***部；

70:光源；

80:控制部；

90:显示器；

310:受光元件；

320:光圈构件；

320a:针孔；

330:光源；

Q:反曲点。