TWI611227B - 影像光導纖維 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種不僅可避免製造上的問題，而且可提高畫質的影像光導纖維。本發明的影像光導纖維的數值孔徑NA是在0.70～0.90的範圍內，自芯的玻璃的100℃～300℃的線熱膨脹係數α₁ 中減去包層的玻璃的100℃～300℃的線熱膨脹係數α₂ 而得的值即線熱膨脹係數差Δα是在-3×10^{- 7} /℃～15×10^{- 7} /℃的範圍內，芯的玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁ 高於包層的玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂ ，芯佔有面積比率為25%以上，且畫素密度為0.1畫素/μm² 以上。

Description

影像光導纖維

本發明是有關於一種適合於例如醫療用或工業用的內視鏡等中用於圖像傳送的影像光導纖維。

通常，包括多個芯、以及與該多個芯共用的包層的影像光導纖維中，畫素密度越高，解析度越提高，另外，芯佔有面積比率越高，亮度越提高。若為了提高畫素密度而減小芯徑，則芯佔有面積比率降低。因此，為了提高畫質而提高畫素密度與芯佔有面積比率此兩者，為此，有效的是使芯間的包層的厚度(芯間的距離)變薄，但若芯間的包層的厚度過薄，則存在容易產生傳送光的串擾，無法充分提高畫質的顧慮。為了充分抑制串擾而必需的最小限度的芯間的包層的厚度依存於影像光導纖維的數值孔徑NA(numerical aperture)。數值孔徑NA越高，可使為了充分抑制串擾而必需的最小限度的芯間的包層的厚度越薄。

先前，為了提高數值孔徑NA，提出了由多成分玻璃來構成影像光導纖維(例如專利文獻1)。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2005-222087號公報

然而，於由多成分玻璃來構成影像光導纖維而提高數值孔徑NA的情況下，芯的玻璃(以下亦稱為「芯玻璃」)與包層的玻璃(以下亦稱為「包層玻璃」)需要具有大的折射率差，因此需要使芯玻璃以及包層玻璃的組成大為不同。於芯玻璃以及包層玻璃的組成大為不同的情況下，芯玻璃以及包層玻璃的各種物性可能大為不同，因此存在產生影像光導纖維的製造上的問題的顧慮。

因此，著眼於該方面而形成的本發明的目的在於提供一種不僅可避免製造上的問題，而且可提高畫質的影像光導纖維。

本發明的影像光導纖維為包括多個芯、以及與該多個芯共用的包層的影像光導纖維，並且所述芯以及所述包層分別包含多成分玻璃，所述影像光導纖維的數值孔徑NA是在0.70~0.90的範圍內，自所述芯的玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁中減去所述包層的玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂而得的值即線熱膨脹係數差△α是在-3×10^-7/℃~15×10^-7/℃的範圍內，所述芯的玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁高於所述包層的玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂，所述影像光導纖維的剖面中，相對於由所述包層的外周緣所劃分的畫面部的面積而言的所述多個芯的合計面積的比率即芯佔 有面積比率為25%以上，且所述影像光導纖維的剖面中，所述畫面部的每單位面積的畫素數即畫素密度為0.1畫素/μm²以上。

依據本發明的影像光導纖維，不僅可避免製造上的問題，而且可提高畫質。

本發明的影像光導纖維中，若所述芯的玻璃的折射率nd₁是在1.690~1.745的範圍內，玻璃轉移溫度Tg₁為605℃以上，且100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁為86×10^-7/℃以上，則較佳。

藉此，不僅可更確實地避免製造上的問題，而且可提高畫質。

本發明的影像光導纖維中，若以mol%來表述，所述芯的玻璃具有含有SiO₂：36%~48%、B₂O₃：7%~19%、Al₂O₃：0%~3.5%、ZnO：0%~4%、CaO：0%~4.5%、SrO：0%~4.5%、BaO：20%~33%、La₂O₃：4%~8%、Ta₂O₅：0.5%~3.5%、ZrO₂：0.5%~7%、 Li₂O：0%~8%、Na₂O：0%~5%、K₂O：0%~5%的組成，且Li₂O、Na₂O及K₂O的合計的比例為0%~8%，則較佳。

藉此，不僅可更確實地避免製造上的問題，而且可提高畫質。

本發明的影像光導纖維中，若所述包層的玻璃的折射率nd₂是在1.490~1.530的範圍內，玻璃轉移溫度Tg₂為570℃以下，且100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂為95×10^-7/℃以下，則較佳。

藉此，不僅可更確實地避免製造上的問題，而且可提高畫質。

本發明的影像光導纖維中，若以mol%來表述，所述包層的玻璃具有含有SiO₂：46%~67%、B₂O₃：7%~20%、Al₂O₃：1%~15%、MgO：0%~12%、CaO：0%~10%、ZnO：0%~11%、Li₂O：0%~6%、Na₂O：2%~20%、K₂O：0%~9%的組成，且MgO、CaO及ZnO的合計的比例為3%~14%， Li₂O、Na₂O及K₂O的合計的比例為6%~24%，則較佳。

藉此，不僅可更確實地避免製造上的問題，而且可提高畫質。

依據本發明，可提供一種不僅可避免製造上的問題，而且可提高畫質的影像光導纖維。

1‧‧‧影像光導纖維

1a‧‧‧入射端面

1b‧‧‧射出端面

2‧‧‧光導纖維

3‧‧‧物鏡

4‧‧‧目鏡

10‧‧‧鏡體

11‧‧‧操作部

12‧‧‧插入部

13‧‧‧前端部

20‧‧‧觀察對象物

30‧‧‧監視器

51‧‧‧芯

52‧‧‧包層

52a‧‧‧外周緣

60‧‧‧畫面部

70‧‧‧夾套層

80‧‧‧塗佈層

110‧‧‧單芯纖維束

120‧‧‧單芯纖維

151‧‧‧芯玻璃

152‧‧‧包層玻璃

170‧‧‧玻璃管

圖1是表示可搭載本發明的影像光導纖維的醫療用內視鏡的鏡體的一例的概略圖。

圖2是本發明的一實施形態的影像光導纖維的剖面圖。

圖3(a)及圖3(b)是用以對本發明的一實施形態的影像光導纖維的製造方法的一例進行說明的圖。

以下，參照圖式，對本發明的實施形態進行例示說明。

[使用影像光導纖維的內視鏡]

本發明的影像光導纖維(以下亦僅稱為「纖維」)是於例如醫療用或工業用的內視鏡等中用於圖像傳送。

圖1表示醫療用內視鏡的鏡體10的一例。鏡體10包括操作部11以及具有柔軟性的插入部12。插入部12於其前端側(與操作部11為相反側)具有前端部13。另外，插入部12於其前端部13側具有物鏡3。操作部11具有目鏡4。圖1的例子中，本發明的一實施形態的影像光導纖維1遍及插入部12與操作部11而延 伸存在於物鏡3與目鏡4之間。另外，光導纖維2亦遍及插入部12與操作部11而延伸存在。圖1的例子中，鏡體10與監視器30連接。而且，觀察對象物20的像經由物鏡3而於影像光導纖維1的入射端面1a上成像，該所成的像藉由影像光導纖維1而傳送，自其射出端面1b射出，經由目鏡4而輸出至監視器30。

但，本實施形態的影像光導纖維1並不限定於如圖1的例子所示般用於醫療用內視鏡的情況，例如亦可於工業用內視鏡等中用於圖像傳送。另外，本實施形態的影像光導纖維並不限定於用於圖像傳送的用途，亦可作為功率輸送(power delivery)(光傳送)用途而用於醫療用．工業用裝置中。該情況下，例如可用於傳送光線力學療法中的雷射光等、或傳送用於照明的燈．發光二極體(light emitting diode，LED)．雷射光等，所述光線力學療法是於成為標的的組織中導入光增感劑後，對生物體組織照射某波長的光而產生活性氧，藉此治療癌或感染症等的病灶。

[影像光導纖維的構成]

繼而，參照圖2，對本實施形態的影像光導纖維1的構成進行說明。圖2表示本實施形態的纖維1的剖面的一例。此外，纖維1的兩側的端面亦具有與剖面相同的構成。

纖維1包括多個芯51、以及與該多個芯51共用的包層52。包層52覆蓋各芯51的外周面。芯51及包層52如後所述，分別包含多成分玻璃。圖2的例子中，芯51具有圓形剖面，包層52的外周緣52a具有圓形剖面。進而，圖2的例子中，纖維1包括： 玻璃製的夾套層70，其覆蓋包層52的外周面；以及樹脂製(例如聚醯亞胺製)的塗佈層80，其覆蓋夾套層70。

此外，圖2中省略一部分的芯51，但芯51配置於共用的包層52內全部區域。

但，本實施形態的纖維1的構成並不限定於圖2的例子，纖維1只要包括多個芯51以及共用的包層52，則可為任意者。

此處，參照圖3(a)及圖3(b)，對本實施形態的纖維1的製造方法的一例進行說明。

首先，分別製造芯玻璃及包層玻璃。

然後，利用雙層坩堝法(double crucible method)紡絲一次，獲得芯玻璃與覆蓋其的包層玻璃形成為同心圓狀的單芯纖維。雙層坩堝法是使用芯用坩堝與包層用坩堝配設為同心圓狀的雙層坩堝，對各坩堝內的芯玻璃與包層玻璃進行加熱，自雙層坩堝的噴嘴中連續地引出(紡絲)單芯纖維。

然後，將單芯纖維於無塵室內裁斷為既定的長度，自經裁斷的單芯纖維中除去不良者。然後，如圖3(a)所示，將經裁斷的單芯纖維120中的剩餘者的10,000根~50,000根左右，於圓筒狀的玻璃管170內六方細密地集束(積層)，獲得單芯纖維束110。該單芯纖維120的積層根數成為影像光導纖維1的畫素數。玻璃管170包含構成影像光導纖維1的夾套層70的玻璃，此時的外徑例如為3cm~5cm，全長例如為16cm。圖3(a)及圖3(b)中，符號151、152分別表示單芯纖維120的芯玻璃、包層玻璃。此外， 圖3(a)及圖3(b)中省略一部分的單芯纖維120，但單芯纖維120配置於玻璃管170內全部區域。

然後，如圖3(b)所示，將單芯纖維束110加熱而進行熱熔接。此時，各單芯纖維120的外周緣的剖面形狀由圓形變化為六角形，各單芯纖維120間的間隙得以填埋，玻璃管170與各單芯纖維120相互一體化。一體化後，以玻璃不會破損的方式以既定的溫度及梯度來緩緩冷卻，獲得玻璃棒狀的預成型體(preform)。

然後，對預成型體的外周側進行研削、研磨，將預成型體成形為圓柱狀。

然後，對預成型體施加熱而細細地拉長(二次紡絲)，利用構成纖維1的塗佈層80的樹脂來實施被覆。

藉此，獲得影像光導纖維1。

所製造的影像光導纖維1的外徑(塗佈層80的外徑)例如為300μm~800μm。

但，本實施形態的纖維1亦可利用所述製造方法以外的任意方法來製造。

返回至圖2，對本實施形態的纖維1的構成進一步進行說明。包括分別包含多成分玻璃的芯51及包層52的本實施形態的纖維1滿足以下的條件(1)~條件(5)：

(1)纖維1的數值孔徑NA是在0.70~0.90的範圍內。

(2)自芯51的玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁中減去包層52的玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂而得的值即 線熱膨脹係數差△α(=α₁-α₂)是在-3×10^-7/℃~15×10^-7/℃的範圍內。

(3)芯51的玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁高於包層52的玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂。

(4)纖維1的剖面中，相對於由包層52的外周緣52a所劃分的畫面部60的面積而言的各芯51的合計面積的比率即芯佔有面積比率為25%以上。

(5)纖維1的剖面中，畫面部60的每單位面積的畫素數即畫素密度為0.1畫素/μm²以上。

關於條件(1)，若將芯玻璃的折射率設為nd₁，將包層玻璃的折射率設為nd₂，則纖維1的數值孔徑NA是根據

的式子來求出。芯玻璃的折射率nd₁、包層玻璃的折射率nd₂是使用日本光學硝子工業會標準中的「光學玻璃的折射率測定方法」來測定而得的值。

藉由如條件(1)般提高數值孔徑NA，不僅可充分抑制傳送光的串擾，而且可減小芯51間的包層52的厚度，因此可如條件(4)、條件(5)般提高芯佔有面積比率以及畫素密度，進而可提高畫質。

於數值孔徑NA小於0.70的情況下，為了抑制串擾，需要增 大芯51間的包層52的厚度，無法充分提高芯佔有面積比率及畫素密度。於數值孔徑NA超過0.90的情況下，需要使芯玻璃的折射率nd₁非常高，此可成為降低纖維1的短波長透過率的因素。

就同樣的觀點而言，纖維1的數值孔徑NA的較佳範圍為0.717~0.860的範圍，尤佳的範圍為0.717~0.780。

關於條件(2)，芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁、包層玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂是依據日本光學硝子工業會標準中的「光學玻璃的熱膨脹的測定方法」(使用具有石英玻璃製標準試樣支撐件的示差熱膨脹計(TMA))來測定而得的值。

藉由如條件(2)般設定線熱膨脹係數差△α，於纖維1的製造時，可減少纖維中產生的應變，進而可抑制纖維的破損。

於線熱膨脹係數差△α超過15×10^-7/℃的情況下，於纖維1的製造時，於藉由單芯纖維束110的熱熔接而使玻璃管170與各單芯纖維120一體化後的冷卻過程中，應變大量殘留，存在導致纖維破損的顧慮。於線熱膨脹係數差△α小於-3×10^-7/℃的情況下，存在無法於該冷卻過程中去除應變的顧慮。

就同樣的觀點而言，線熱膨脹係數差△α的較佳範圍為-3×10^-7/℃~9×10^-7/℃，尤佳的範圍為-3×10^-7/℃~5×10^-7/℃。

關於條件(3)，芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁、包層玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂是依據日本光學硝子工業會標準中的「光學玻璃的熱膨脹的測定方法」(使用具有石英玻璃製標準試樣支撐件 的示差熱膨脹計(TMA))來測定而得的值。

藉由滿足如條件(3)的芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁與包層玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂的關係，於纖維1的製造時，藉由單芯纖維束110的熱熔接而使玻璃管170與各單芯纖維120一體化時，可僅使包層玻璃152變形，因此可確實地維持芯玻璃151的剖面圓形形狀，進而可防止畫質的下降。

於芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁為包層玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂以下的情況下，於纖維1的製造時，藉由單芯纖維束110的熱熔接而使玻璃管170與各單芯纖維120一體化時，芯玻璃151可較包層玻璃152先變形，於包層玻璃152變形時，存在芯玻璃151無法保持其剖面圓形形狀的顧慮，進而存在畫質下降的顧慮。

自芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁中減去包層玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂而得的值(Tg₁-Tg₂)較佳為120℃~170℃，尤佳為120℃~150℃。

關於條件(4)，「纖維1的剖面中，由包層52的外周緣52a所劃分的畫面部60的面積」等於纖維1的剖面中的包層52的面積與各芯51的合計面積的和。

藉由如條件(4)般提高芯佔有面積比率，可提高圖像的亮度，進而可提高畫質。

於纖維1的芯佔有面積比率小於25%的情況下，光的透過率降低，所獲得的圖像變暗。

另一方面，若纖維1的芯佔有面積比率過高，則無法充分提 高畫素密度，因此纖維1的芯佔有面積比率的較佳範圍為25%~50%，更佳的範圍為30%~50%。

關於條件(5)，纖維1的畫素數與纖維1的芯51的數量相同。而且，畫素密度是將纖維1的畫素數除以纖維1的剖面中的畫面部60的面積而獲得的值。

藉由如條件(5)般提高畫素密度，可提高圖像的解析度，進而可提高畫質。

於纖維1的畫素密度小於0.1畫素/μm²的情況下，無法獲得充分的解析度。

另一方面，若欲過度提高纖維1的畫素密度，則存在芯51間的包層52的厚度過度變薄的顧慮、或芯佔有面積比率過度變小的顧慮，因此存在損及畫質的顧慮，故而纖維1的畫素密度較佳為0.1畫素/μm²~0.5畫素/μm²的範圍，尤佳為0.2畫素/μm²~0.4畫素/μm²的範圍。

依據本實施形態的纖維1，藉由如條件(1)、條件(4)、條件(5)般提高數值孔徑NA、芯佔有面積比率及畫素密度，不僅可充分抑制串擾，而且可提高圖像的亮度及解析度，因此可提高畫質。進而，本實施形態的纖維1中，為了如條件(1)般提高數值孔徑NA，需要使包含多成分玻璃的芯51以及包層52的玻璃的折射率以及組成大為不同，但可藉由條件(2)、條件(3)來避免由此可能產生的纖維的製造上的問題。

以下，對為了使纖維1滿足條件(1)~條件(5)而適 合的芯玻璃及包層玻璃的物性及組成依次進行說明。

[芯玻璃的物性]

藉由提高芯玻璃的折射率nd₁，可提高纖維1的數值孔徑NA。就該觀點而言，芯玻璃的折射率nd₁較佳為1.690以上。

另一方面，若芯玻璃的折射率nd₁過度升高，則芯玻璃的短波長下的透過率下降。就保持纖維1的色再現性的觀點而言，芯玻璃的折射率nd₁宜為1.745以下。

就同樣的觀點而言，芯玻璃的折射率nd₁更佳為1.695~1.715，尤佳為1.698~1.710。

若芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁過低，則於纖維1的製造時，藉由單芯纖維束110的熱熔接而使玻璃管170與各單芯纖維120一體化時，芯玻璃151容易變形，存在不再保持芯的剖面圓形形狀的顧慮。就該觀點而言，芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁較佳為605℃以上。

另一方面，若芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁過高，則於纖維1的製造時，紡絲步驟中的用以纖維化的紡絲溫度升高，存在引發芯玻璃的結晶化等使影像光導纖維1的質量劣化的顧慮。因此，芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁較佳為690℃以下。

就同樣的觀點而言，芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁更佳為630℃~710℃，尤佳為640℃~680℃。

關於條件(2)，如上所述，芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁是由與包層玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂ 的關係來限定。芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁宜為86×10^-7/℃以上。

另一方面，若芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁過高，則於纖維1的製造時，經一體化的預成型體容易殘留應變，預成型體破損的可能性升高。因此，芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁較佳為105×10^-7/℃以下。

就同樣的觀點而言，芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁更佳為86×10^-7/℃~100×10^-7/℃，尤佳為86×10^-7/℃~95×10^-7/℃。

[芯玻璃的組成]

若以mol%來表述，芯玻璃具有SiO₂：36%~48%、B₂O₃：7%~19%、Al₂O₃：0%~3.5%、ZnO：0%~4%、CaO：0%~4.5%、SrO：0%~4.5%、BaO：20%~33%、La₂O₃：4%~8%、Ta₂O₅：0.5%~3.5%、ZrO₂：0.5%~7%、Li₂O：0%~8%、Na₂O：0%~5%、K₂O：0%~5%的組成，且Li₂O、Na₂O及K₂O的合計的比例為0%~8%，則較佳。

以下，對以所述方式來限定芯玻璃的成分組成的較佳範圍的原因進行說明。此外，玻璃的成分組成中的含量的單位均為「mol%」，但以下只要無特別說明，則僅以「%」表示。

此外，本說明書中，於成分的含量的數值範圍中包含0的情況下，是指所述成分為任意成分。

<SiO₂>

SiO₂為可形成玻璃，且具有提高玻璃轉移溫度Tg₁的效果的成分。若SiO₂的含量少於36%，則難以將玻璃轉移溫度Tg₁設為605℃以上。另一方面，若SiO₂含量多於48%，則難以獲得玻璃轉移溫度Tg₁為690℃以下的芯玻璃。因此，SiO₂含量宜為36%~48%的範圍。SiO₂含量更佳為36%~45%的範圍，尤佳為36%~40%的範圍。

<B₂O₃>

B₂O₃為可形成玻璃，且具有將玻璃轉移溫度Tg₁抑制為低值的效果的成分。若B₂O₃含量少於7%，則難以獲得玻璃轉移溫度Tg₁為690℃以下的芯玻璃。另一方面，若B₂O₃含量多於19%，則難以獲得玻璃轉移溫度Tg₁為605℃以上的芯玻璃。因此，B₂O₃含量宜為7%~19%的範圍。B₂O₃含量更佳為12%~19%的範圍，尤佳為15%~19%的範圍。

<Al₂O₃>

Al₂O₃為具有抑制折射率nd₁上升，提高芯玻璃的耐久性的效果的成分。若Al₂O₃含量高，則芯玻璃的耐久性提高，但折射率nd₁降低。因此，Al₂O₃含量宜為0%~3.5%的範圍。Al₂O₃含量更佳為0%~2.0%的範圍，尤佳為0%~1.5%的範圍。

<ZnO>

ZnO為具有抑制100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁上升的效果的成分。若ZnO含量為4%以下，則可將芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁保持在86×10^-7/℃以上。另外，由於ZnO的高 純度原料的獲取性不高，故而隨著ZnO含量增加，混入雜質含量增加，由此芯玻璃的透過率變差。因此，ZnO含量宜為0%~4%的範圍。ZnO含量更佳為0%~2%的範圍，尤佳為0%~1%的範圍。

<CaO>

CaO為具有提高折射率nd₁的效果的成分。若CaO含量多於4.5%，則存在折射率nd₁超過1.745的顧慮。因此，CaO含量宜為0%~4.5%的範圍。CaO含量更佳為0%~4%的範圍，尤佳為0%~3.5%的範圍。

<SrO>

SrO為具有提高折射率nd₁的效果的成分。若SrO含量多於4.5%，則存在折射率nd₁超過1.745的顧慮。因此，SrO含量宜為0%~4.5%的範圍。SrO含量更佳為0%~4.2%的範圍，尤佳為0%~4%的範圍。

<ZnO+CaO+SrO>

ZnO、CaO、SrO的合計含量宜為0%~11%。若ZnO、CaO、SrO的合計含量超過11%，則玻璃穩定性並不良好，存在影像光導纖維1的製造良率下降的顧慮。ZnO、CaO、SrO的合計含量更佳為3%~9%的範圍，尤佳為5%~7%的範圍。

<BaO>

BaO為具有提高折射率nd₁且提高100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁的效果的成分。若BaO含量少於20%，則難以將折射率nd₁設為1.690以上，或者難以獲得100℃~300℃的線熱膨脹係數 α₁成為86×10^-7/℃以上的芯玻璃。另一方面，若BaO含量多於33%，則存在折射率nd₁超過1.745的顧慮。因此，BaO含量宜為20%~33%的範圍。BaO含量更佳為23%~30%的範圍，尤佳為25%~30%的範圍。

<La₂O₃>

La₂O₃具有提高折射率nd₁，提高芯玻璃的耐久性，且提高玻璃轉移溫度Tg₁的效果。若La₂O₃含量少於4%，則存在折射率nd₁變得過低，或者玻璃轉移溫度Tg₁變得過低的顧慮。另一方面，若La₂O₃含量多於8%，則存在折射率nd₁超過1.745的顧慮。因此，La₂O₃含量宜為4%~8%的範圍。La₂O₃含量更佳為4%~7%的範圍，尤佳為5%~6%的範圍。

<Ta₂O₅>

Ta₂O₅為具有提高折射率nd₁或玻璃轉移溫度Tg₁，提高玻璃穩定性，且提高玻璃的耐候性的效果的成分。若Ta₂O₅含量少於0.5%，則存在折射率nd₁變得過低，或者玻璃轉移溫度Tg₁變得過低的顧慮，另外，存在玻璃穩定性變差，影像光導纖維1的製造良率下降的顧慮。另一方面，若Ta₂O₅含量多於3.5%，則存在折射率nd₁變得過高，導致短波長側的透過率下降，或者玻璃轉移溫度Tg₁超過690℃的顧慮。因此，Ta₂O₅含量宜為0.5%~3.5%的範圍。Ta₂O₅含量更佳為0.5%~2%的範圍，尤佳為0.5%~1.5%的範圍。

<ZrO₂>

ZrO₂為具有提高折射率nd₁或玻璃轉移溫度Tg₁，提高玻璃的耐候性的效果的成分。若ZrO₂含量少於0.5%，則存在折射率nd₁變得過低，或者玻璃轉移溫度Tg₁變得過低的顧慮。另一方面，若ZrO₂含量多於7%，則存在折射率nd₁超過1.745的顧慮，另外，存在玻璃穩定性變差，影像光導纖維1的製造良率下降的顧慮。因此，ZrO₂含量宜為0.5%~7%的範圍。ZrO₂含量更佳為2%~3.5%的範圍，尤佳為2%~3%的範圍。

<Li₂O>

Li₂O為具有抑制玻璃轉移溫度Tg₁上升的效果的成分。若Li₂O含量多於8%，則存在玻璃轉移溫度Tg₁小於605℃的顧慮。因此，Li₂O含量宜為0%~8%的範圍。Li₂O含量更佳為0%~5%的範圍，尤佳為0%~3%的範圍。

<Na₂O>

Na₂O是與Li₂O同樣地，具有抑制玻璃轉移溫度Tg₁上升的效果的成分。若Na₂O含量多於5%，則存在玻璃轉移溫度Tg₁小於605℃的顧慮。因此，Na₂O含量宜為0%~5%的範圍。Na₂O含量更佳為0%~4%的範圍，尤佳為0%~3%的範圍。

<K₂O>

K₂O是與Li₂O、Na₂O同樣地，具有抑制玻璃轉移溫度Tg₁上升的效果的成分。若K₂O含量多於5%，則存在玻璃轉移溫度Tg₁小於605℃的顧慮。因此，K₂O含量宜為0%~5%的範圍。K₂O含量更佳為0%~2%的範圍，尤佳為0%~1%的範圍。

<Li₂O+Na₂O+K₂O>

若Li₂O、Na₂O、K₂O的合計含量超過8%，則存在玻璃轉移溫度Tg₁小於605℃的顧慮。因此，Li₂O、Na₂O、K₂O的合計含量宜為0%~8%的範圍。Li₂O、Na₂O、K₂O的合計含量更佳為0%~5%的範圍，尤佳為0%~3%的範圍。

[包層玻璃的物性]

若包層玻璃的折射率nd₂充分低於芯玻璃的折射率nd₁，則即便於使用具有比較低的折射率nd₁的芯玻璃的情況下，亦可提高影像光導纖維1的數值孔徑NA。就該觀點而言，包層玻璃的折射率nd₂較佳為1.530以下。

但，若使包層玻璃的折射率nd₂過低，則於包層玻璃的組成的性質上，存在玻璃轉移溫度Tg₂變得過高，100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得過小的顧慮。若考慮到適當保持與芯玻璃的熱物性關係，則包層玻璃的折射率nd₂宜為1.490以上。

若包層玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂過高，則於纖維1的製造時，存在紡絲步驟中的用以纖維化的紡絲溫度升高，引發玻璃的結晶化等使影像光導纖維1的質量劣化的顧慮。若考慮到所述條件(3)與所述芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁的較佳範圍，則包層玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂較佳為570℃以下。

另一方面，若包層玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂過低，則與芯玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁的差變得過大，於纖維1的製造時，存在紡絲步驟時僅包層先軟化的顧慮。因此，包層玻璃的玻璃轉移溫 度Tg₂較佳為500℃以上。

關於條件(2)，如上所述，包層玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂是由與芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁的差來限定。由於芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁的較佳下限值為86×10^-7/℃，故而包層玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂宜為71×10^-7/℃以上。

另一方面，若包層玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得過高，則芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁必須設定得非常高。若考慮到芯玻璃的熱物性，則包層玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂宜為95×10^-7/℃以下。

[包層玻璃的組成]

若以mol%來表述，包層的玻璃具有SiO₂：46%~67%、B₂O₃：7%~20%、Al₂O₃：1%~15%、MgO：0%~12%、CaO：0%~10%、ZnO：0%~11%、Li₂O：0%~6%、Na₂O：2%~20%、K₂O：0%~9%的組成，MgO、CaO及ZnO的合計的比例為3%~14%，且Li₂O、Na₂O及K₂O的合計的比例為6%~24%，則較佳。

以下，對以所述方式來限定包層玻璃的成分組成的較佳範圍的原因進行說明。

<SiO₂>

SiO₂是形成玻璃的骨架的主成分且容易玻璃化的成分，具有降低100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂的效果。若SiO₂的含量少於46%，則存在100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得過高的顧 慮。另一方面，若SiO₂含量多於67%，則存在玻璃轉移溫度Tg₂變得過高，且100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得過低的顧慮。因此，SiO₂含量宜為46%~67%的範圍。SiO₂含量更佳為49%~64%的範圍，尤佳為49%~63%的範圍。

<B₂O₃>

B₂O₃為可形成玻璃，具有將玻璃轉移溫度Tg₂抑制為低值且將100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂抑制為低值的效果的成分。若B₂O₃含量少於7%，則存在100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂提高而超過95×10^-7/℃的顧慮。另一方面，若B₂O₃含量多於20%，則存在100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得低於71×10^-7/℃的顧慮。因此，B₂O₃含量宜為7%~20%的範圍。B₂O₃含量更佳為10%~18%的範圍，尤佳為10.5%~17%的範圍。

<Al₂O₃>

Al₂O₃是具有抑制折射率nd₂上升，使玻璃轉移溫度Tg₂上升，且使包層玻璃的耐久性提高的效果的成分。若Al₂O₃含量小於1%，則包層玻璃的耐久性提高的效果變弱，玻璃轉移溫度Tg₂降低。相反，若Al₂O₃含量多於15%，則存在玻璃轉移溫度Tg₂變得過高的顧慮。因此，Al₂O₃含量宜為1%~15%的範圍。Al₂O₃含量更佳為2%~14%的範圍，尤佳為3%~12%的範圍。

<MgO>

MgO不僅是使玻璃的熔融溫度下降，使其容易玻璃化的成分，而且作為提高折射率的成分而發揮作用。若MgO含量多於 12%，則存在包層玻璃的折射率nd₂超過1.530的顧慮。因此，MgO含量宜為0%~12%的範圍。MgO的含量更佳為0%~10%的範圍，尤佳為0%~9%的範圍。

<CaO>

CaO是與MgO同樣地使玻璃的熔融溫度下降，使其更容易玻璃化的成分，且為具有提高折射率nd₂的效果的成分。若CaO含量多於10%，則存在折射率nd₂超過1.530的顧慮。因此，CaO含量宜為0%~10%的範圍。CaO含量更佳為0%~8%的範圍，尤佳為0%~5%的範圍。

<ZnO>

ZnO是與MgO或CaO同樣地使玻璃的熔融溫度下降，使其更容易玻璃化的成分，且為具有抑制100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂上升的效果的成分。若ZnO含量多於11%，則存在芯玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得低於71×10^-7/℃，玻璃轉移溫度Tg₂變得過低的顧慮。因此，ZnO含量宜為0%~11%的範圍。ZnO含量更佳為0%~10%的範圍，尤佳為0%~8%的範圍。

<MgO+CaO+ZnO>

於MgO、CaO、ZnO的合計含量超過14%的情況下，存在包層玻璃的折射率nd₂提高而超過1.530的顧慮。相反，於MgO、CaO、ZnO的合計含量小於3%的情況下，存在100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得高於95×10^-7/℃的顧慮。MgO、CaO、ZnO的合計含量宜為3%~14%的範圍。ZnO含量更佳為3%~10%的範 圍，尤佳為6%~10%的範圍。

<Li₂O>

Li₂O等鹼金屬氧化物是具有使玻璃的熔融溫度下降，使玻璃熔融更容易，且抑制玻璃轉移溫度Tg₂上升的效果的成分。若Li₂O含量多於6%，則存在玻璃轉移溫度Tg₁小於500℃的顧慮。因此，Li₂O含量宜為0%~6%的範圍。Li₂O含量更佳為0%~4.5%的範圍，尤佳為0%~4%的範圍。

<Na₂O>

Na₂O是與Li₂O同樣地，具有抑制玻璃轉移溫度Tg₂上升，提高100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂的效果的成分。若Na₂O含量少於2%，則存在100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得低於71×10^-7/℃的顧慮。相反，若Na₂O含量多於20%，則存在100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得高於95×10^-7/℃的顧慮。因此，Na₂O含量宜為2%~20%的範圍。Na₂O含量更佳為3%~18%的範圍，尤佳為5%~17.5%的範圍。

<K₂O>

K₂O是與Li₂O、Na₂O同樣地具有抑制玻璃轉移溫度Tg₂上升，提高100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂的效果的成分。若K₂O含量多於9%，則存在100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得高於95×10^-7/℃的顧慮。因此，K₂O含量宜為0%~9%的範圍。K₂O含量更佳為0%~7%的範圍，尤佳為0%~5%的範圍。

<Li₂O+Na₂O+K₂O>

若Li₂O、Na₂O、K₂O的合計含量超過24%，則存在100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得高於95×10^-7/℃的顧慮。相反，於Li₂O、Na₂O、K₂O的合計含量小於6%的情況下，存在100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂變得低於71×10^-7/℃的顧慮。因此，Li₂O、Na₂O、K₂O的合計含量宜為6%~24%的範圍。Li₂O、Na₂O、K₂O的合計含量更佳為9%~18.5%的範圍，尤佳為12%~17.5%的範圍。

此外，芯玻璃、包層玻璃只要不脫離本發明的目的，則均可為了改善熔融性以及擴大玻璃的穩定性，而於合計含量為數mol%以下的範圍內，含有通常的玻璃中所使用且未記載於本說明書中的其他成分。該情況下，亦包括其他成分在內，作為全部成分的合計含量成為100mol/%者而求出各成分的含量。

[芯玻璃、包層玻璃的製造方法]

繼而，對芯玻璃及包層玻璃的製造方法的一例進行說明。此外，芯玻璃及包層玻璃的製造方法宜分別相同，故而此處並不對該些加以區分，而僅稱為「玻璃」。

玻璃是將分別相當於各成分的原料的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等，以既定的比例秤量並充分混合而成者作為玻璃調配原料。此外，為了防止玻璃的著色，且為了脫泡，亦可於1mol%以下的範圍內添加具有還原效果的添加物(例如Sb₂O₃等)，不會對本發明的效果造成影響。

製造玻璃時，首先，將該玻璃調配原料投入至鉑製坩堝中，於加熱至1300℃~1500℃的玻璃熔融爐中熔融。繼而，將於高溫 下熔融的玻璃熔液以攪拌棒進行攪拌而澄清．均質化後，流入至預熱為適當溫度的模具中而成形。此後，以適當的溫度排程進行緩緩冷卻，獲得玻璃塊。

但，本實施形態的纖維1中使用的芯玻璃、包層玻璃亦可利用所述製造方法以外的任意方法來製造。

[實施例]

製作本發明的影像光導纖維的實施例1~實施例7及比較例1~比較例8，進行評價。一邊參照表1~表5一邊對其結果進行說明。將實施例1~實施例7及比較例1~比較例8的詳情示於表1中。

表1中，芯的欄中記載的名稱分別與表2中記載的芯1~芯16的名稱、表3中記載的芯17~芯33的名稱相對應。另外，表1中，包層的欄中記載的名稱分別與表4中記載的包層1~包層16的名稱、表5中記載的包層17~包層31的名稱相對應。例如，表1中的比較例纖維1包括：表2中記載的芯1、以及表5中記載的包層19。

表2、表3中示出芯1~芯33的組成、物性、以及後述的穩定性的評價結果。表4、表5中示出包層1~包層31的組成、物性、以及後述的穩定性的評價結果。

各比較例纖維、實施例纖維分別是使用表1中相對應的芯及包層的玻璃，參照圖3(a)及圖3(b)，利用所述製造方法來製造。

各實施例纖維的畫面部60的直徑(畫面徑)設為相互相同。另一方面，比較例纖維2、比較例纖維4~比較例纖維8的畫面徑設為相互相同，比較例纖維1、比較例纖維3的畫面徑設為相互不同者，且設為與比較例纖維2、比較例纖維4~比較例纖維8的畫面徑亦不同者。

關於表1中的「數值孔徑NA」、「線熱膨脹係數差△α(×10^-7/℃)」、「芯的玻璃轉移溫度Tg₁-包層的玻璃轉移溫度Tg₂(℃)」、「芯佔有面積比率(%)」、「畫素密度(畫素/μm²)」的內容，分別與條件(1)~條件(5)相關且如上所述。此外，芯佔有面積比率與畫素密度是藉由觀察測量各比較例纖維、實施例纖維的結構來算出。

表1中的「破裂的產生」表示於纖維的製造中單芯纖維束或者預成型體是否產生破裂。對於產生破裂的纖維，不進行如下所述的「USAF圖表」的試驗。

表1中的「USAF圖表的試驗結果」表示使用1951USAF測試圖案的畫質評價試驗的結果。USAF圖表的試驗中，準備於其中一面描繪有1951USAF測試圖案的紙張，使纖維的入射端面直接與紙張的所述其中一面接觸，且於對所述紙張的另一面照射光的狀態下，將自纖維的射出端面側射出的1951USAF測試圖案的圖像輸出至監視器，進行觀察。此外，1951USAF測試圖案的視野範圍(觀察範圍)於各比較例纖維、實施例纖維中設為相同。而且，相對性地對1951USAF測試圖案的觀察結果進行評價。作為其評 價結果而示於表1中的「優」、「良」、「可」、「不可」是以「畫質良好」至「畫質差」的順序，處於「優」>「良」>「可」>「不可」的關係。

表2、表3中所示的芯1~芯33分別是利用通常的熔融急冷法，使對應的組成物進行玻璃化而得者。具體而言，作為各自的原料化合物，以既定的比例來秤量SiO₂、H₃BO₃、Al(OH)₃、ZnO、CaCO₃、SrCO₃、BaCO₃、Ba(NO₃)₂、La₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZrO₂、Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃。此處，添加0.05mol%的Sb₂O₃作為脫泡劑。將該些成分混合後，使用鉑製坩堝，於1300℃的玻璃熔融爐中熔融約2小時。於熔融中，適時進行攪拌，使熔液均質化。然後流入至模具中而成形後，緩緩冷卻至室溫而獲得芯玻璃。

為了對所獲得的芯玻璃的熱性質、光學性質進行確認，而進行折射率nd₁、玻璃轉移溫度Tg₁、100℃~300℃的線熱熱膨脹係數α₁的測定。將其結果示於表2、表3中。

表2、表3的「穩定性」表示芯玻璃的穩定性的評價結果。將於進行2分鐘的所述攪拌的期間藉由目視而可確認到玻璃結晶化的情況評價為「不可」，將藉由目視而無法確認到玻璃結晶化的情況評價為「良」。

表4、表5中所示的包層1~包層31分別是利用通常的熔融急冷法，使對應的組成物進行玻璃化而得者。即，作為各自的原料化合物，以既定的比例來秤量SiO₂、H₃BO₃、Al(OH)₃、MgO、 CaCO₃、ZnO、Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃。此處，添加0.1mol%的Sb₂O₃作為脫泡劑。將該些成分混合後，使用鉑製坩堝，於1450℃的玻璃熔融爐中熔融約2小時。於熔融中，適時進行攪拌，使熔液均質化。然後流入至模具中而成形後，緩緩冷卻至室溫而獲得包層玻璃。

為了對所獲得的包層玻璃的熱性質、光學性質進行確認，而進行折射率nd₂、玻璃轉移溫度Tg₂、100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂的測定。將其結果示於表4、表5中。

表4、表5的「穩定性」表示包層玻璃的穩定性的評價結果。將於進行2分鐘的所述攪拌的期間藉由目視而可確認到玻璃結晶化的情況評價為「不可」，將藉由目視而無法確認到玻璃結晶化的情況評價為「良」。

如根據表1所判斷，實施例纖維於纖維的製造中無破裂的產生，另外，畫質高於比較例纖維。

[產業上之可利用性]

本發明的影像光導纖維可適合於例如醫療用或工業用的內視鏡等中用於圖像傳送。

1‧‧‧影像光導纖維

51‧‧‧芯

52‧‧‧包層

52a‧‧‧外周緣

60‧‧‧畫面部

70‧‧‧夾套層

80‧‧‧塗佈層

Claims (5)

1. 一種影像光導纖維，其包括多個芯、以及與所述多個芯共用的包層，並且所述芯以及所述包層分別包含多成分玻璃，所述影像光導纖維的數值孔徑NA是在0.70~0.90的範圍內，自所述芯的玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁中減去所述包層的玻璃的100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂而得的值即線熱膨脹係數差△α是在-3×10^-7/℃~15×10^-7/℃的範圍內，所述芯的玻璃的玻璃轉移溫度Tg₁高於所述包層的玻璃的玻璃轉移溫度Tg₂，所述影像光導纖維的剖面中，相對於由所述包層的外周緣所劃分的畫面部的面積而言的所述多個芯的合計面積的比率即芯佔有面積比率為25%以上，且所述影像光導纖維的剖面中，所述畫面部的每單位面積的畫素數即畫素密度為0.1畫素/μm²以上，所述畫素數與所述芯的數量相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述的影像光導纖維，其中所述芯的玻璃的折射率nd₁是在1.690~1.745的範圍內，玻璃轉移溫度Tg₁為605℃以上，且100℃~300℃的線熱膨脹係數α₁為86×10^-7/℃以上。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的影像光導纖維，其中以mol%來表述，所述芯的玻璃具有含有 SiO₂：36%~48%、B₂O₃：7%~19%、Al₂O₃：0%~3.5%、ZnO：0%~4%、CaO：0%~4.5%、SrO：0%~4.5%、BaO：20%~33%、La₂O₃：4%~8%、Ta₂O₅：0.5%~3.5%、ZrO₂：0.5%~7%、Li₂O：0%~8%、Na₂O：0%~5%、K₂O：0%~5%的組成，並且Li₂O、Na₂O及K₂O的合計的比例為0%~8%。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的影像光導纖維，其中所述包層的玻璃的折射率nd₂是在1.490~1.530的範圍內，玻璃轉移溫度Tg₂為570℃以下，並且100℃~300℃的線熱膨脹係數α₂為95×10^-7/℃以下。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的影像光導纖維，其中以mol%來表述，所述包層的玻璃具有含有SiO₂：46%~67%、B₂O₃：7%~20%、 Al₂O₃：1%~15%、MgO：0%~12%、CaO：0%~10%、ZnO：0%~11%、Li₂O：0%~6%、Na₂O：2%~20%、K₂O：0%~9%的組成，並且MgO、CaO及ZnO的合計的比例為3%~14%，Li₂O、Na₂O及K₂O的合計的比例為6%~24%。