Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3084126B2 - Light transmission optical system using fine image fiber - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3084126B2 - Light transmission optical system using fine image fiber - Google Patents

Light transmission optical system using fine image fiber

Info

Publication number
JP3084126B2
JP3084126B2 JP04110317A JP11031792A JP3084126B2 JP 3084126 B2 JP3084126 B2 JP 3084126B2 JP 04110317 A JP04110317 A JP 04110317A JP 11031792 A JP11031792 A JP 11031792A JP 3084126 B2 JP3084126 B2 JP 3084126B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
mode
image
optical system
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP04110317A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH05303020A (en
Inventor
勝 白岩
勝也 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp, Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Corp
Priority to JP04110317A priority Critical patent/JP3084126B2/en
Publication of JPH05303020A publication Critical patent/JPH05303020A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3084126B2 publication Critical patent/JP3084126B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高画質の細径イメージ
ファイバを用いた光伝達光学系に関する。
The present invention relates to a light transmitting optical system using a small-diameter image <br/> Fiber high quality.

【0002】[0002]

【従来の技術】イメージファイバを用いた内視鏡とし
て、従来、例えば図26に示すようなものがある。この
内視鏡1は、図示しない照明光学系で照明された物体の
像を、対物レンズ2で複数のファイバーが束ねられたイ
メージファイバ3の入射端面に結像させ、この像をイメ
ージファイバ3で伝送して射出端面から接眼レンズ4等
によって観察するようにしたものである。このような内
視鏡は近年細径化が進み、血管内を観察できるような、
外形が1mm以下のイメージファイバを用いたものが作
られている。このように、外形の小さい内視鏡において
は、非常に細いイメージファイバを用いるために画素数
が少なく低解像であった。
2. Description of the Related Art As an endoscope using an image fiber, there is a conventional endoscope as shown in FIG. The endoscope 1 forms an image of an object illuminated by an illumination optical system (not shown) on an incident end face of an image fiber 3 in which a plurality of fibers are bundled by an objective lens 2, and this image is formed by the image fiber 3. This is transmitted and observed from the exit end face by the eyepiece lens 4 or the like. In recent years, such endoscopes have become smaller in diameter, so that the inside of blood vessels can be observed.
A fiber using an image fiber having an outer shape of 1 mm or less has been manufactured. As described above, an endoscope having a small external shape has a small number of pixels and a low resolution because an extremely thin image fiber is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この様な細径イメージ
ファイバは各ファイバーを別々にせず、クラッドを共有
した構造のものが主に用いられている。そのため、隣接
するファイバー間でクロストークが起こらないように、
十分に厚いクラッドを設ける必要があった。 しかしな
がら、近年では、これらの極細径のイメージファイバも
高画素化が望まれている。そのために、コア径を小さく
してクラッドを薄くする必要があるが、コア径が小さく
なってクラッド厚が光の波長の数倍以下になると、隣接
するイメージファイバ間で光のモードが混ざり合う現象
が生じ、従来問題にならなかったファイバー間のモード
結合によるクロストークが発生して、画質が著しく低下
することになる。クロストークを減少させるために、従
来、コアの形状や配列をランダムにする技術が知られて
いるが、ランダム構造は画面が見づらいという欠点を有
する。このようなクロストークによる画質の低下を防止
するためには、クラッドの厚みを大きくする必要がある
が、そうすると、今度はファイバ束断面積におけるコア
の占有率が小さくなってしまい、明るい画像を得ること
ができず、高画素化もできないという欠点が残る。この
ように、従来の技術では、イメージファイバはクロスト
ークの影響を避けるために解像力をあまり向上させるこ
とができなかった。
As such a small-diameter image fiber, those having a structure in which a clad is shared without using each fiber separately are mainly used. Therefore, to prevent crosstalk between adjacent fibers,
It was necessary to provide a sufficiently thick cladding. However, in recent years, it has been desired to increase the number of pixels in these ultrafine image fibers as well. Therefore, it is necessary to make the cladding thinner by reducing the core diameter.However, when the core diameter becomes smaller and the cladding thickness becomes several times the wavelength of light or less, the light modes are mixed between adjacent image fibers. This causes crosstalk due to mode coupling between fibers, which has not been a problem in the related art, and the image quality is significantly reduced. In order to reduce the crosstalk, a technique of randomly arranging the shapes and arrangements of the cores is conventionally known, but the random structure has a drawback that the screen is difficult to see. In order to prevent the image quality from deteriorating due to such crosstalk, it is necessary to increase the thickness of the clad. However, in this case, the occupation ratio of the core in the fiber bundle cross-sectional area is reduced, and a bright image is obtained. And the disadvantage that the number of pixels cannot be increased remains. As described above, in the related art, the image fiber cannot improve the resolving power so much to avoid the influence of the crosstalk.

【0004】本発明は、このような課題に鑑みて、細径
で配列が整列のイメージファイバを用いたものであっ
て、クロストークによる画質の劣化を抑制してより細く
且つ解像力の優れた細径イメージファイバを用いた光伝
達光学系を提供することを目的とする。
[0004] In view of the above problems, the present invention uses an image fiber having a small diameter and an array, and suppresses the deterioration of image quality due to crosstalk. and to provide a light transmitting optical system using a radial image Fiber.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明による細
径イメージファイバを用いた光伝達光学系は、連続した
クラッド内に直径5μm以下のコアを複数配列して構成
されたイメージファイバの入射端面に、入射光学系によ
り光を集光し、前記イメージファイバの射出端面まで伝
送する光伝達光学系において、前記イメージファイバの
各コアのLP 01 モードのモード関数と前記入射光学系の
点像振幅分布が下記の条件式を満足するようにしたこと
を特徴とする。 但し、Δ(r)≡E 01 (r)−F(r)であり、E 01 (r)はLP 01
モードのモード関数、F(r)は入射光学系の点像振幅分
布である。 また、本発明による光伝達光学系は、下記の
条件式を満足するのが好ましい。 FNo.≧a/(λu) (10′) 但し、FNo.は入射光学系によって決定されるFナン
バー、λはイメージファイバを伝送される光の波長、u
はコアのLP 01 モードの固有値、aはコアの半径であ
る。 また、本発明による光伝達光学系においては、前記
入射光学系は、その点像振幅分布がファイバーのLP 01
モードのモード関数とほぼ一致するように、収差を発生
させるのが好ましい。 前述したイメージファイバにおけ
るクロストークの現象は、論文「イメージファイバーの
伝送特性」(電子通信学会論文誌 '83.11 vol.J66-C N
o.11 )により解析されており、論文内に示された数式
によってクロストークの様子が推察できる。この論文内
に示されているクロストークパラメータ(論文内では漏
話パラメータと呼んでいる)という値(以下、B値とい
う)は、クロストークの大小関係を示す値であり、B値
が大きいほどクロストークは著しくなる。LP01モード
のB値は、具体的には以下に示す式で与えられている。 B=〔{−2u01 2 001d/a)}/{v2
1 201)}〕・z/β(1)
SUMMARY OF THE INVENTION
Optical transmission system using diameter image fiber is continuous
Multiple cores with a diameter of 5μm or less are arranged in the cladding
The incident optical system
Light and converge it to the exit end of the image fiber.
A light transmission optical system for transmitting the image fiber;
The mode function of the LP 01 mode of each core and the
The point image amplitude distribution must satisfy the following condition:
It is characterized by. However, Δ (r) ≡E 01 (r) −F (r), and E 01 (r) is LP 01
The mode function of the mode, F (r) is the point image amplitude of the incident optical system.
It is cloth. Further, the light transmission optical system according to the present invention has the following
It is preferable to satisfy the conditional expression. FNo. ≧ a / (λu) (10 ′) where FNo. Is the F-number determined by the incident optical system
Bar, λ is the wavelength of light transmitted through the image fiber, u
Eigenvalues of the core LP 01 mode, a is the radius Der core
You. In the light transmission optical system according to the present invention,
The incident optical system uses a fiber LP 01
Generates aberrations so that they almost match the mode function of the mode
It is preferred that The phenomenon of crosstalk in the image fiber described above is described in the paper "Transmission Characteristics of Image Fiber" (Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, '83 .11 vol.J66-CN)
o.11), and the crosstalk can be inferred from the equations shown in the paper. The value of a crosstalk parameter (referred to as a crosstalk parameter in the paper) shown in this paper (hereinafter referred to as a B value) is a value indicating a magnitude relationship between crosstalks. The talk becomes noticeable. The B value in the LP01 mode is specifically given by the following equation. B = [{-2u 01 2 K 001 d / a)} / {v 2 K
1 201 )}] · z / β (1)

【0006】ここで、u01,ω01はLP01モードの固有
値、aはファイバーのコア半径、dは同じくファイバー
のピッチ、zはファイバーの長さ、βはLP01モードの
伝搬定数、Km はm次の第2種変形ベッセル関数であ
る。又、vはファイバーのスペックにより決定される正
規化周波数であり、下記の(2)式で表される。 v=ka√(n1 2 −n2 2 ) (2) 但し、k=2π/λ(λはファイバ内を伝搬する光の波
長)、n1 ,n2 は夫々コアとクラッドの屈折率であ
る。尚、その他の高次のモードについても、上述の論文
中に示された考え方によりB値を求めることができる。
Here, u 01 and ω 01 are eigenvalues of the LP 01 mode, a is the core radius of the fiber, d is the pitch of the fiber, z is the length of the fiber, β is the propagation constant of the LP 01 mode, K m Is an m-th order modified Bessel function of the second kind. Further, v is a normalized frequency determined by the specifications of the fiber, and is represented by the following equation (2). v = ka√ (n 1 2 −n 2 2 ) (2) where k = 2π / λ (λ is the wavelength of light propagating in the fiber), and n 1 and n 2 are the refractive indexes of the core and the cladding, respectively. is there. It should be noted that the B value can be determined for the other higher-order modes according to the concept described in the above-mentioned paper.

【0007】ところで、上述の論文の考え方に基づい
て、上述の場合と同スペック(光の波長は500nm,
ファイバーのコア径は1.95μm,画素間隔は3.6
8μm,NA=0.49,ファイバー長は1.5m)の
イメージファイバについて、B値を計算してみると、下
記の表1のような値が得られる。 表1から、LP01モードのB値が最も少ない値であるこ
とがわかる。従って、LP01モードのクロストークが最
も少ないことが推察される。
[0007] By the way, based on the idea of the above-mentioned paper, the same specifications as in the above case (the wavelength of light is 500 nm,
The core diameter of the fiber is 1.95 μm, and the pixel interval is 3.6.
When the B value is calculated for an image fiber of 8 μm, NA = 0.49, and fiber length is 1.5 m), the values shown in Table 1 below are obtained. Table 1 shows that the B value in the LP01 mode is the smallest value. Therefore, it is inferred that the LP01 mode has the least crosstalk.

【0008】ファイバーで伝送される光は、各モードの
線形結合であるとして、これをEtotal とすると、この
Etotal は次式(3)で表される。 ここで、Amlは各モードにかかるウエイトであり、Eml
は各モードの電界分布関数(モード関数)である。この
ウエイトAmlは、ファイバー端面に入射する光の電界分
布関数に依存し、次の式により求めることができる。 ここで、O(r,θ)は入射光の電界分布であり、r,
θはファイバーのコア中心を原点とする極座標を示すも
のであり、rが距離、θが角度である。
If the light transmitted through the fiber is a linear combination of each mode, and this is Etotal, this Etotal is expressed by the following equation (3). Here, A ml is the weight applied to each mode, and E ml
Is an electric field distribution function (mode function) of each mode. The weight A ml depends on the electric field distribution function of the light incident on the fiber end face, and can be obtained by the following equation. Here, O (r, θ) is the electric field distribution of the incident light, and r,
θ indicates polar coordinates with the center of the fiber as the origin, where r is the distance and θ is the angle.

【0009】前述したように、クロストークの大きさは
LP01モードが最も少ないため、LP01モードのウエイ
トが最も大きく、且つ他のモードのウエイトが小さくな
るような入射光を与えると、(3)式により、ファイバ
ーで伝送されるトータルのクロストークが最も少なくな
ることが分かる。次に、上述のような入射光を与える方
法について説明する。図1は1つのファイバーに光が入
射する様子を拡大して示したものである。点光源から発
せられた光は、対物レンズによりファイバーの入射端に
集光され、コアに入射する。図1では、対物レンズの光
軸がコアの中心軸と一致しているように描かれている。
点光源の像は対物レンズにおける回折により拡がるた
め、図に示されたような強度分布を持つ。この像の電界
分布関数は点像振幅分布と呼ばれ、 で与えられる。尚、Jm (x)はm次のベッセル関数、
λはファイバー内を伝搬する光の波長、FNo.は入射
光学系の開口(Fナンバー)である。この点像振幅分布
の像がファイバー端面に結像して、ファイバー内に複数
のモードが励振されるとき、各モードのウエイトは
(4)式のO(r,θ)を(5)式に置き換えたものと
なる。(4)式は入射光の関数を各モードのモード関数
で展開していることを示しており、コアの中心に結像し
ている場合を考えると、点像振幅分布の形がLP01モー
ドのモード関数の形とほぼ等しいときにLP01モードの
ウエイトが最も大きくなり、他のモードのウエイトが小
さくなる。
[0009] As described above, since the size of the crosstalk LP smallest 01 mode, LP 01 mode Wait for the largest, if and weight of the other mode is such give incident light small, (3 Equation (1) shows that the total crosstalk transmitted by the fiber is minimized. Next, a method for providing the above-described incident light will be described. FIG. 1 shows an enlarged view of light incident on one fiber. The light emitted from the point light source is condensed by the objective lens at the incident end of the fiber, and enters the core. In FIG. 1, the optical axis of the objective lens is drawn so as to coincide with the central axis of the core.
Since the image of the point light source is spread by diffraction in the objective lens, it has an intensity distribution as shown in the figure. The electric field distribution function of this image is called point image amplitude distribution, Given by Note that J m (x) is an m-order Bessel function,
λ is the wavelength of light propagating in the fiber, FNo. Denotes an aperture (F number) of the incident optical system. When the image of the point image amplitude distribution is formed on the end face of the fiber and a plurality of modes are excited in the fiber, the weight of each mode is obtained by converting O (r, θ) of the equation (4) into the equation (5). Will be replaced. (4) shows that by expanding the function of the incident light mode function of each mode, considering the case that focused on the center of the core, the point image form of the amplitude distribution is LP 01 mode wait LP 01 mode when substantially equal to the shape of the mode function is greatest, the weight of the other modes is reduced.

【0010】このとき、LP01モードのモード関数と入
射光学系の点像振幅分布をどの程度一致させれば良いか
については、以下の式を満たすことが望ましい。 ここで、Δr≡E01(r)−F(r)であり、E
01(r)はLP01モードのモード関数、F(r)は入射
光学系の点像振幅分布である。
[0010] At this time, for either it is sufficient to what extent match point image amplitude distribution of the incident optical system mode function of LP 01 mode, it is desirable to satisfy the following equation. Here, Δr≡E 01 (r) −F (r), and Er
01 (r) is a mode function of the LP01 mode, and F (r) is a point image amplitude distribution of the incident optical system.

【0011】次に、LP01モードのウエイトを最大にす
るための、入射光学系のFNo.を決定する方法につい
て述べる。LP01モードのモード関数は具体的には、 と表される。モード関数は(7−1)式及び(7−2)
式から理解できるように、コア内にそのパワーが集中し
ている。従って、モード関数の形状はコア内の関数であ
る(7−1)式が支配的である。よって、LP01モード
のウエイトを大きくするためには、入射光の関数(5)
式とコア内のモード関数(7−1)式をほぼ等しくすれ
ばよい(図1参照)。
[0011] Next, in order to maximize the weight of the LP 01 mode, FNo of the input optical system. The method for determining is described. Specifically, the mode function of LP 01 mode is It is expressed as The mode function is given by the formulas (7-1) and (7-2).
As can be seen from the equation, the power is concentrated in the core. Therefore, the shape of the mode function is dominated by the expression (7-1) which is a function in the core. Therefore, in order to increase the weight of the LP 01 mode, the incident light function (5)
The equation and the mode function (7-1) in the core may be made substantially equal (see FIG. 1).

【0012】入射光の関数(5)式とコア内のモード関
数(7−1)式をほぼ等しくするためのFNo.は、以
下のように考えることができる。即ち、(5)式,(7
−1)式は共に第1種ベッセル関数を含む疑似周期関数
であり、この2つの関数が最初に0となる点をほぼ等し
くすると、点像振幅分布とモード関数はほぼ同じ形とな
る。夫々が最初に0となる点は、各式(5),(7−
1)中の()内の値が夫々3.8317、2.4048
となる点である。従って、()内の係数が夫々3.83
17、2.4048となるように、ファイバーのスペッ
クに対して入射光学系のFNo.を決定すれば、LP01
モードが比較的大きく励振され、クロストークの少ない
画像が得られる。この二つの関数(5),(7−1)式
の値が0になる点を一致させた時のFNo.は、 FNo.≒1.97a/(λu01) (8) となる。
An FNo. For making the function (5) of the incident light and the mode function (7-1) in the core substantially equal. Can be considered as follows. That is, equation (5), (7
Equation -1) is a pseudo-periodic function including the Bessel function of the first kind. If the points where these two functions become 0 first are almost equal, the point image amplitude distribution and the mode function have almost the same form. The point where each of them is initially 0 is determined by the equations (5) and (7−
The values in parentheses in 1) are 3.8317 and 2.4048, respectively.
This is the point. Therefore, the coefficients in parentheses are 3.83 respectively.
17 and 2.4048 so that the FNo. Is determined, LP 01
The mode is excited relatively large, and an image with little crosstalk is obtained. When the points where the values of the two functions (5) and (7-1) become zero are matched, the FNo. Is FNo. ≒ 1.97a / (λu 01 ) (8)

【0013】しかし、実際にウエイトを計算してみる
と、図2に示すように(5)式が最初に0になる点r1
は、(7−1)式が最初に0になる点r2 より大きい方
が、図2においてコア半径内における両曲線の軌跡がよ
り近似することになり、他のモードに対するLP01モー
ドのウエイトが大きくなるので好ましい。その時の
(8)式の係数は、図3の表2で係数を変化させた時
(但し、コア半径は1μm、λは600nm、u01
2.00657)のウエイトが示すように、1.97で
はなくて2.2程度となる。そのため、FNo.の値が
1.97a/(λu01)で示す値の±20%程度の範囲
内であればLP01モードのウエイトが十分大きく、他の
モードのウエイトは殆ど無視でき、クロストークを最小
限に留めることができる。
However, when the weight is actually calculated, as shown in FIG. 2, the point r 1 at which the equation (5) first becomes 0 is obtained.
Is (7-1) equation towards first greater than the point r 2 becomes zero is will be the locus of the two curves are more closely in the core radius in Fig. 2, the weight of the LP 01 mode for other modes Is preferred. Coefficient when the (8) thereof, when changing the coefficients in Table 2 in FIG. 3 (where the core radius is 1 [mu] m, lambda is 600 nm, u 01 is 2.00657) As the weight of 1. It is about 2.2 instead of 97. Therefore, FNo. Values 1.97a / (λu 01) as long as it is within the range of ± 20% of the value indicated by the LP 01 mode Waits is sufficiently large, the weight of the other modes is almost negligible, minimizing crosstalk Can be fastened.

【0014】又、上述した図2により、 FNo.≒2.2a/(λu01) (9) で得られる(9)式がLP01モードのウエイトを最大に
するFNo.の条件であるが、他のモードのウエイトを
計算すると、(9)式を中心に或る範囲ではLP 01モー
ドのウエイトに対して十分小さい値をとることになる。
よって、この範囲内であれば、LP01モード以外のクロ
ストークの影響が少ないため、画質の低下も少ない。
又、図4から理解できるように、ファイバーのコア径が
同一であれば、NAが大きいほどLP01モードの電界分
布がコア内に良く閉じ込められる。つまり、コア径が同
一であれば、イメージファイバのNAが大きい方がクロ
ストークの面で有利であり、石英系のイメージファイバ
(一般にNA=0.3程度)より多成分系のイメージフ
ァイバ(一般にNA=0.4以上)の方が、NAを大き
くできて有利である。
Further, according to FIG. 2 described above, FNo. ≒ 2.2a / (λu01Equation (9) obtained by (9) is LP01Maximize mode weight
FNo. Condition, but the weight of other modes
When calculated, LP is within a certain range around equation (9). 01Mo
The value will be a sufficiently small value for the weight of C.
Therefore, within this range, LP01Other than mode
Since the influence of Stoke is small, there is little deterioration in image quality.
In addition, as can be understood from FIG.
If the same, the larger the NA, the lower the LP01Mode electric field component
The fabric is well confined within the core. That is, the core diameter is the same.
If it is 1, the larger the NA of the image fiber
Advantageous in terms of Stoke, quartz-based image fiber
(Generally NA = about 0.3)
Fiber (in general, NA = 0.4 or more) increases NA
This is advantageous.

【0015】今まで、モード関数と点像振幅分布の関係
について、コアの中心のみ論じてきたが、コア全体につ
いてもコアの中心だけ考えておけば十分であることを、
次に説明する。図5の表3(A),(B)に、FNo.
を変えた場合の(8)式又は(9)式の右辺の係数(F
No.×λu01/a)と、各モードのウエイトを示す。
表(A)はコアの中心における各モードのウエイトを振
幅で表示したものであり、表(B)はコア全体について
積分した場合の各モードのウエイトを強度比として表示
したものである。表3(A),(B)において、コア中
心のみについて考えた場合もコア全体について考えた場
合も、LP01モードの占めるウエイトは同様の傾向を示
すことがわかる。又、LP01モードのウエイトの二乗を
Wとすると、この値が全モードのウエイトの二乗の中に
占める割合をおよそ50%以上にすれば、LP01モード
以外のクロストークの影響が小さくなる。図6は上述の
Wの値を、係数(FNo.・λu01/a)を横軸にとっ
て示したものである。ファイバーの仕様はコア直径a=
1.95mm、NA=0.5、λ=600nmとして計
算した。
So far, only the center of the core has been discussed with respect to the relationship between the mode function and the point image amplitude distribution, but it is sufficient to consider only the center of the core for the entire core.
Next, a description will be given. Tables 3 (A) and (B) in FIG.
Is changed, the coefficient (F) on the right side of equation (8) or (9) is changed.
No. × λu 01 / a) and the weight of each mode.
Table (A) shows the weight of each mode at the center of the core as an amplitude, and Table (B) shows the weight of each mode when integrated over the entire core as an intensity ratio. Table 3 (A), (B), the case of considering the entire core also thought about only the core center, the weight occupied by the LP 01 mode is found to exhibit a similar trend. Further, when the square of the weight of the LP 01 mode is W, if the ratio within this value is squared weights of all modes than about 50%, the influence of crosstalk than LP 01 mode is reduced. FIG. 6 shows the value of W with the coefficient (FNo. · Λu 01 / a) plotted on the horizontal axis. Fiber specification is core diameter a =
Calculated as 1.95 mm, NA = 0.5, λ = 600 nm.

【0016】この図から理解できるように、Wを約50
%以上とするためには、(9)式の右辺の係数が1.4
〜8の範囲内であればよい。これを式で表すと、下記
(10)式のようになる。 8・a/(λu01)≧FNo.≧1.4・a/(λu01) (10) 又、クラッドの厚みが或る程度確保できる場合、(1
0)式の範囲を外れていても下記(10′)式を満足し
ていればクロストークは十分に少なく、実用上問題はな
い。 FNo.≧a/(λu01) (10′) 以上説明したように、入射光学系のFNo.によって点
像振幅分布とLP01モードのモード関数とを同一形状に
近づけることができ、適切なFNo.を選択することに
よってイメージファイバのクロストークを最小にするこ
とができる。
As can be understood from this figure, W is about 50
%, The coefficient on the right side of the equation (9) is 1.4.
It may be within the range of ~ 8. This can be expressed by the following equation (10). 8 · a / (λu 01 ) ≧ FNo. ≧ 1.4 · a / (λu 01 ) (10) Also, if the thickness of the cladding can be secured to some extent, (1
Even if the value is out of the range of the expression (0), if the following expression (10 ') is satisfied, the crosstalk is sufficiently small, and there is no practical problem. FNo. ≧ a / (λu 01 ) (10 ′) As described above, the FNo. The point image amplitude distribution and the mode function of the LP01 mode can be made close to the same shape by using the appropriate FNo. The crosstalk of the image fiber can be minimized by selecting.

【0017】ところで、同一の目的を達成するために、
光学系の収差によって点像振幅分布の形状を変えること
について、次に説明する。即ち、LP01モードのモード
関数の広がりが大きい場合、前述のFNo.による方法
では、ファイバーのNAに対し(8)式を満足する光学
系の射出NA(=1/〔2FNo.〕)の方がかなり小
さくなることがある。この場合、ファイバーで伝送でき
る光量よりもかなり少ない光量だけしかファイバー内に
入射させないことになり、そうするとクロストークは少
ないが十分な明るさが得られないということになる。こ
れを避けるためには、入射光学系のFNo.を小さくし
たまま収差を発生させることにより、点像振幅分布の形
状をLP01モードの形状に近づければよい。その場合、
収差を発生させる手段として、通常の球面或いは非球面
レンズを用いてもよいし、位相フィルターや水晶フィル
ターを用いてもよい。或いは、光学系等が微細なもので
あるから、ホログラム光学素子(HOE)等を用いるよ
うにしてもよい。
By the way, in order to achieve the same object,
Changing the shape of the point image amplitude distribution by the aberration of the optical system will be described next. That is, when the spread of the mode function of LP 01 mode is large, the aforementioned FNo. In the method according to the above, the emission NA (= 1 / [2FNo.]) Of the optical system satisfying the expression (8) may be considerably smaller than the NA of the fiber. In this case, only a significantly smaller amount of light than the amount of light that can be transmitted by the fiber is made to enter the fiber, so that crosstalk is small but sufficient brightness cannot be obtained. To avoid this, the FNo. By generating an aberration while reducing the may be brought close to the shape of the point image amplitude distribution in the shape of a LP 01 mode. In that case,
As means for generating aberration, a normal spherical or aspherical lens may be used, or a phase filter or a quartz filter may be used. Alternatively, a hologram optical element (HOE) or the like may be used because the optical system or the like is fine.

【0018】又、モード関数の形状は上述した(7−
1)式及び(7−2)式に示すように、固有値に依存す
る。固有値は波長によって変化するから、モード関数の
形状も波長によって異なるものになる。従って、或る波
長だけでLP01モードのウエイトを大きくできても、他
の波長ではLP01モード以外のモードのウエイトが大き
くなることが考えられる。これを防ぐためには、入射光
学系に色収差を発生させることで、広い波長域(例えば
可視域である400nmから600nm)で点像振幅分
布とLP01モードのモード関数との形状がほぼ等しくな
るようにすればよい。特にクロストークの大小を示すB
値は、(1)式と(2)式からわかるように、波長が長
いほど急激に大きな値になる。この様子をグラフで示す
と図7のようになる。従って、色収差に関して、その発
生のさせ方は短波長側よりも長波長側を重視して、モー
ド関数と点像振幅分布を略同一形状にした方がよい。
又、観察系が波長に対して感度分布を持つときには、そ
の分光感度に応じて感度の高い波長域を重視して、モー
ド関数と点像振幅分布を略同一形状にすることが望まし
い。
The shape of the mode function is described above (7-
As shown in the expressions 1) and (7-2), it depends on the eigenvalue. Since the eigenvalue changes with the wavelength, the shape of the mode function also changes with the wavelength. Therefore, even if possible to increase the weight of the LP 01 mode only certain wavelengths, in other wavelengths is contemplated that the wait mode other than LP 01 mode is increased. In order to prevent this, chromatic aberration is generated in the incident optical system so that the point image amplitude distribution and the mode function of the LP01 mode become almost equal in a wide wavelength range (for example, 400 nm to 600 nm which is a visible range). What should I do? In particular, B indicating the magnitude of crosstalk
As can be seen from Equations (1) and (2), the value increases rapidly as the wavelength is longer. FIG. 7 shows this state in a graph. Therefore, regarding the generation of chromatic aberration, it is preferable that the mode function and the point image amplitude distribution have substantially the same shape, giving importance to the long wavelength side rather than the short wavelength side.
Further, when the observation system has a sensitivity distribution with respect to wavelength, it is desirable that the mode function and the point image amplitude distribution have substantially the same shape, giving importance to a wavelength region having high sensitivity according to the spectral sensitivity.

【0019】同様に、ファイバーのコアとクラッドの素
材についても、コア材として波長で屈折率が変化しない
低分散ガラス、クラッド材として波長で屈折率が大きく
変わる高分散ガラスを夫々使用することにより、長波長
側でのコアとクラッドの屈折率差を大きくすることがで
きる。これによって(2)式における√(n1 2 −n 2
2 )(ファイバーのNAに相当する)を変化させ、モー
ド関数を調整して長波長側のLP01モードのモード関数
の裾の広がりを低減させることができる。
Similarly, the fiber core and the cladding element
The refractive index does not change with wavelength as a core material
Low dispersion glass, high refractive index at wavelength as clad material
Long wavelength by using high-dispersion glass
The difference in the refractive index between the core and the cladding on the side
Wear. Thus, √ (n) in equation (2)1 Two-N Two
Two) (Equivalent to the NA of the fiber)
Function on the long wavelength side01Mode function of mode
Can be reduced.

【0020】ところで、今までの説明は前述の論文「イ
メージファイバの伝送特性」で解析されている内容も含
めて、イメージファイバを構成する各々のファイバーの
伝搬定数βが互いに等しいという理想的な状態のみを対
象として、クロストークの発生について検討した。従っ
て、伝搬定数βが互いに異なるファイバー同士ではクロ
ストークは発生しないものと考えている。しかしなが
ら、実際には伝搬定数が異なるファイバー相互間でもク
ロストークが発生する。この現象は、各々のファイバー
間の伝搬定数の差が小さいほどその発生量が大きいこと
が一般に知られている。よって、この影響をなるべく受
けないようにすることが望まれる。そのためには、イメ
ージファイバを構成する互いに隣接するファイバーの伝
搬定数の差をなるべく大きくすることが必要である。
By the way, the description so far includes the ideal condition that the propagation constant β of each fiber constituting the image fiber is equal to each other, including the contents analyzed in the above-mentioned paper “Transmission characteristics of image fiber”. We examined the occurrence of crosstalk only for the subject. Therefore, it is considered that crosstalk does not occur between fibers having different propagation constants β. However, crosstalk actually occurs between fibers having different propagation constants. It is generally known that the smaller the difference between the propagation constants of the fibers, the greater the amount of this phenomenon. Therefore, it is desirable to minimize this effect. For that purpose, it is necessary to make the difference in the propagation constant between adjacent fibers constituting the image fiber as large as possible.

【0021】ファイバー間で伝搬定数を異ならしめるた
めには、隣接するファイバー同士の規格化周波数vの値
を互いに変えるようにすればよい。しかしながら、各フ
ァイバーがマルチモードファイバーであるイメージファ
イバにおいては、複数のモードが存在するため、夫々の
モードについて互いに伝搬定数が近似しないようにしな
ければならない。一般に、クロストークが問題になるよ
うなイメージファイバは、各ファイバーが非常に細い、
例えばコア直径が5μm以下程度のイメージファイバで
ある。このようなイメージファイバの各ファイバーは規
格化周波数v値が小さく、ファイバー内のモードの数も
比較的少ない(数個からせいぜい十数個である)。よっ
て、低次のモードの伝搬定数のみを考えればよく、LP
01モードとLP11モードの重なりがないようにすれば十
分である。つまり、最もv値の大きいファイバーのLP
11モードの伝搬定数より、最もv値の小さいファイバー
のLP01モードの伝搬定数の方が大きければよいので、
下式(11)を満足すればよい。 b11max ≦b01min (11) 但し、bml=(βml 2 −k2 2 2 )/(k2 1 2
2 2 2 )、k=2π/λ、βmlはLPmlモードの伝
搬定数である。(尚、b値についてはオーム社「光ファ
イバー」(1983年出版)等を参照されたい。)各モ
ードにおけるb値とv値との関係を示すと、図8のよう
になる。
In order to make the propagation constant different between the fibers, it is sufficient to change the value of the normalized frequency v between adjacent fibers. However, in an image fiber in which each fiber is a multimode fiber, there are a plurality of modes, and it is necessary to make the propagation constants of each mode not approximate to each other. Generally, image fibers in which crosstalk is a problem, each fiber is very thin,
For example, it is an image fiber having a core diameter of about 5 μm or less. Each fiber of such an image fiber has a small normalized frequency v value, and the number of modes in the fiber is relatively small (from several to at most ten). Therefore, only the propagation constant of the lower-order mode needs to be considered, and LP
It is sufficient if there is no overlap between the 01 mode and the LP 11 mode. That is, the LP of the fiber with the largest v value
Since the propagation constant of the LP 01 mode of the fiber having the smallest v value should be larger than the propagation constant of the 11 mode,
What is necessary is to satisfy the following expression (11). b 11max ≦ b 01min (11) where, b ml = (β ml 2 -k 2 n 2 2) / (k 2 n 1 2 -
k 2 n 2 2 ), k = 2π / λ, β ml are LP ml mode propagation constants. (For the b value, see "Optical Fiber" (published in 1983) and the like.) The relationship between the b value and the v value in each mode is as shown in FIG.

【0022】ところで、前述したように、LP01モード
のウエイトが大きければ、高次のモードは全く無視して
よい。N種のv値のファイバーを持つイメージファイバ
において、n番目に小さいv値のファイバーのb値をb
01n として、Δb01n を次の(12)式で定義すると
き、Δb01n が(13)式を満足すればクロストークは
起こりにくい。 Δb01n =b01n −b01(n-1) (12) Δb=(b01max −b01min )/(N−1) (13) 但し、N≧3、n≧2である。ここで、b値は伝搬定数
βを角振動数kで規格化したものであり、b01n はn番
目に小さいv値のファイバーとn−1番目に小さいv値
のファイバーとのLP 01モードのb値の差、Nは異なる
v値を有するファイバーの種類の数である。
By the way, as described above, LP01mode
If the weight of is large, ignore higher-order modes altogether
Good. Image fiber with N kinds of v-value fibers
, The b value of the fiber having the nth smallest v value is b
01nAs Δb01nIs defined by the following equation (12).
And Δb01nIf equation (13) is satisfied, the crosstalk is
Less likely. Δb01n= B01n-B01 (n-1) (12) Δb = (b01max-B01min) / (N−1) (13) where N ≧ 3 and n ≧ 2. Where the b value is the propagation constant
β is normalized by the angular frequency k, and b01nIs the nth
Fiber with the smallest v value and the n-1st smallest v value
LP with fiber 01Difference of b value of mode, N is different
It is the number of fiber types having a v-value.

【0023】(13)式の値がある程度ばらついてもク
ロストークを少なくする効果は期待でき、その幅はおよ
そ±20%程度である。又、(13)式に対し、Δbが
±20%を越えると隣接するファイバーの伝搬定数が近
接した値となり、クロストークが増大する。従って、こ
の条件を考慮して(13)式を書き直すと、下式のよう
になる。 0.8(b01max −b01min )/(N-1) ≦Δb01n ≦1.2(b01max −b01min )/(N-1) (13′) ここで、v値を変えることは、(2)式から明らかなよ
うにコア径或いはコア(又はクラッド)の屈折率を変え
ることである。b値と正規化周波数v値との関係は図8
に示されている。LP01モードのb値と正規化周波数v
値の関係式は、v値が2〜12くらいの範囲で(14)
式で近似できる。 b≒1.04×1/(0.047v2 +0.73v) (14) b値のv値に対する変化率は、 Δb/Δv=(0.094v+0.73)/(0.047v2 +0.73v)2 (15) となる。
Even if the value of the expression (13) varies to some extent, the effect of reducing the crosstalk can be expected, and its width is about ± 20%. When Δb exceeds ± 20% with respect to the expression (13), the propagation constant of the adjacent fiber becomes a close value, and the crosstalk increases. Therefore, when the equation (13) is rewritten in consideration of this condition, the following equation is obtained. 0.8 ( b01max− b01min ) / (N−1) ≦ Δb01n ≦ 1.2 ( b01max− b01min ) / (N−1) (13 ′) Here, changing the v value is expressed by equation (2). As is evident from the above, it is to change the core diameter or the refractive index of the core (or clad). FIG. 8 shows the relationship between the b value and the normalized frequency v value.
Is shown in LP 01 mode b values and the normalized frequency v
The relational expression of the value is (14) when the v value is in the range of about 2 to 12.
It can be approximated by an equation. b ≒ 1.04 × 1 / (0.047v 2 + 0.73v) (14) the rate of change with respect to v values of b value, Δb / Δv = (0.094v + 0.73) / (0.047v 2 + 0.73v 2 ) (15)

【0024】又、Δvは、 Δv=〔(0.04v+0.73)2 2 /(0.094 v+0.73)〕Δb ≒0.73v2 Δb (16) となり、Δbを一定値にする条件を考えると、N種類の
コア径のファイバーに対し夫々のb値をb1 ,b2 ,‥
‥,bn ,‥‥bN とすると、b1 〜bN を等分するv
n は、およそ vn =vn-1 +Kvn-1 2 (bN −b1 )/(N−1) (17) で表すことができる。上式(17)中の係数Kは、前述
の式より約0.73程度であるが、或る程度幅があって
もよく、その範囲はおよそ(18)式程度であることが
望ましい。 0.5≦K≦1 (18)
Δv is given by Δv = [(0.04v + 0.73) 2 v 2 /(0.094 v + 0.73)] Δb ≒ 0.73v 2 Δb (16) Considering the condition for setting Δb to a constant value , And N kinds of core diameters, the respective b values are b 1 , b 2 , ‥
If ‥, b n , ‥‥ b N , v that equally divides b 1 to b N
n can be expressed approximately v n = v n-1 + Kv n-1 2 (b N -b 1) / (N-1) (17). The coefficient K in the above equation (17) is about 0.73 from the above equation, but may have a certain width, and the range is preferably about the equation (18). 0.5 ≦ K ≦ 1 (18)

【0025】又、特に内視鏡等においては、先端部が複
雑な構造でイメージファイバのスペースが十分に確保で
きないため、イメージファイバが非常に細くなり、LP
01モードでさえもコア内に十分閉じ込めることができな
い場合がある。そのような場合、図9(A)に示すよう
な先端部のみ細くしたファイバーを束ねて、同図(B)
に示すように、先端のみ細くして中間部が太いイメージ
ファイバを用いれば、細部ではクロストークが起こり易
くても、細部の長さが十分短ければクロストークは問題
にならず、中間部以降ではコア径が大きいためにLP01
モードは十分コア内に閉じ込められ、クラッドも厚いた
めクロストークの少ないイメージファイバを提供でき
る。
Further, particularly in an endoscope or the like, since the distal end portion has a complicated structure and a sufficient space for the image fiber cannot be secured, the image fiber becomes extremely thin, and the LP becomes low.
Even in 01 mode, it may not be possible to sufficiently confine it in the core. In such a case, fibers having only a thin end portion are bundled as shown in FIG.
As shown in the figure, if an image fiber with only a thin tip and a thick middle part is used, crosstalk is likely to occur in the details, but if the length of the details is short enough, the crosstalk will not be a problem. LP 01 due to large core diameter
Since the mode is sufficiently confined in the core and the cladding is thick, an image fiber with less crosstalk can be provided.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の第一実施例について説明す
る。本実施例においては、ファイバーのコア径は2μ
m、ファイバー間のピッチは4μm、ファイバーの長さ
は1.5m、NAは0.5としてイメージファイバを構
成し、このイメージファイバの入射端面に位置する対物
レンズはFNo.1.81として、両者を組み合わせ
た。本実施例の構成によって得られる対物光学系の点像
振幅分布と、コア内のLP 01モードのモード関数との関
係を示すと、図10のようになる。図中、破線は点像振
幅分布、実線はLP01モードのモード関数を夫々示すも
のである。この時の光の波長は600nmである。又、
本実施例についての(10)式に関する係数は、 FNo.λu01/a≒2.23 となる。又、この時の(4)式で計算したウエイトの値
とB値の大きさとの関係を示すと、下記表4のようにな
る。
The first embodiment of the present invention will be described below.
You. In this embodiment, the core diameter of the fiber is 2 μm.
m, pitch between fibers is 4μm, length of fiber
Is 1.5 m and NA is 0.5 to construct the image fiber.
The objective located at the entrance end face of this image fiber
The lens is FNo. Combine both as 1.81
Was. Point image of the objective optical system obtained by the configuration of the present embodiment
Amplitude distribution and LP in core 01The relation between the mode and the mode function
FIG. 10 shows the relationship. In the figure, the broken line indicates the point image
Width distribution, solid line is LP01The mode function of each mode is also shown
It is. The wavelength of the light at this time is 600 nm. or,
The coefficient relating to the expression (10) for this embodiment is represented by FNo. λu01/A≒2.23. Also, the weight value calculated by equation (4) at this time
Table 4 below shows the relationship between and the magnitude of the B value.
You.

【0027】 表4から理解できるように、コアの中心に点像を入れた
場合、LP01モード以外のウエイトはほとんど0にな
る。又、LP01モード以外はB値が大きく非常にクロス
トークが多いモードであるが、本実施例ではこれらのウ
エイトがほぼ0になるため、クロストークが低減される
ことがわかる。以上のように、本実施例は、ファイバー
の配列が整列で細径のイメージファイバを用い、クロス
トークを減少させることができるため、より細く且つ解
像力の優れたイメージファイバが得られる。
[0027] As can be seen from Table 4, when placed in the point image in the center of the core, the weight of the non-LP 01 mode is almost 0. The modes other than the LP01 mode are modes in which the B value is large and the amount of crosstalk is very large. However, in this embodiment, since these weights are almost zero, it can be seen that the crosstalk is reduced. As described above, in this embodiment, since the image fibers are arranged in a line and the image fibers having a small diameter are used, and the crosstalk can be reduced, an image fiber which is finer and has excellent resolution can be obtained.

【0028】次に、本発明の第二実施例について説明す
る。本第二実施例は、第一実施例のイメージファイバ
に、FNo.が2.05の対物レンズを組み合わせたも
のである。光の波長が500nmのときの点像振幅分布
とLP01モードのモード関数とをグラフで示すと、図1
1のようになり、点像振幅分布は破線で、又LP01モー
ドのモード関数は実線で夫々示されている。又、このと
きの各モードのウエイトとB値の大きさとの関係を示す
と、下記の表5のようになる。 本実施例の場合、波長500nmでLP01モード以外の
モードはウエイトがほぼ0になっている。しかし、例え
ば目視で観察する時などは、人間の目の感度は約500
nm付近にピークを持ち(暗順応)、その後波長が長く
なるほど感度が低下する。従って、この場合、長波長側
でクロストークが多少増加しても特に画質に悪影響を与
えることにはならない。このように、使用するピーク波
長にLP01モードのウエイトを最大にする波長を合わせ
ると、クロストークを減少させる効果が高い。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the image fiber of the first embodiment has an FNo. Is a combination of a 2.05 objective lens. When the wavelength of light indicates a mode function point image amplitude distribution and LP 01 mode when the 500nm graphically, Figure 1
Becomes 1 like, the point image amplitude distribution in broken lines, also Mode function of LP 01 mode is shown respectively in solid lines. Table 5 below shows the relationship between the weight of each mode and the magnitude of the B value at this time. In the case of this embodiment, the weight is almost 0 in modes other than the LP01 mode at a wavelength of 500 nm. However, for example, when observing visually, the sensitivity of the human eye is about 500
It has a peak near nm (dark adaptation), and then the sensitivity decreases as the wavelength increases. Therefore, in this case, even if the crosstalk slightly increases on the long wavelength side, the image quality is not particularly adversely affected. Thus, combined with the wavelength of the weight of the LP 01 mode in the maximum peak wavelength used, the effect of reducing crosstalk is high.

【0029】次に、第三実施例について説明する。上述
の実施例はコア径の同一なファイバーに関するものであ
るが、本実施例はコア径の異なる6種類のファイバーを
束ねたイメージファイバを用いたものである。夫々のフ
ァイバーのコア直径、v値、伝搬定数βを表6で示す。
但し、これらの数値は、ファイバーのコアの屈折率が
1.595、クラッドの屈折率が1.516、ファイバ
ー内を伝搬する光の波長λが600nmのときの値であ
る。表6
Next , a third embodiment will be described. Although the above-described embodiments relate to fibers having the same core diameter, this embodiment uses an image fiber in which six types of fibers having different core diameters are bundled. Table 6 shows the core diameter, v value, and propagation constant β of each fiber.
However, these numerical values are values when the refractive index of the fiber core is 1.595, the refractive index of the cladding is 1.516, and the wavelength λ of light propagating in the fiber is 600 nm. Table 6

【0030】本実施例では、6種類のファイバーのv値
の差Δvを、(17)式を用いて、係数Kの値を0.8
として算出し、夫々のv値を決定した。表6から理解で
きるように、夫々のファイバーの伝搬定数βは、その値
がほぼ等間隔に異なっている。表6で示すような6種類
のファイバーを束ねてイメージファイバを構成すること
で、伝搬定数の近いファイバーが隣接して配置された場
合でも、その伝搬定数の差がある程度の大きさを有して
いるため、クロストークの少ないイメージファイバが得
られる。このような異なるコア径を有するファイバーを
束ねる場合、3種類以上のファイバーが備えられていれ
ば、同じコア径を有するファイバーを互いに隣接するこ
となく配列させることが可能である。しかし、実際に数
千本のファイバーを規則的に配列することは極めて困難
である。これに対し、本実施例のようにコア径の種類を
増やすことにより、ランダムにファイバーを混ぜた場合
であっても、同一のコア径を有するファイバーが隣接配
置される確率は減少する。又、コア径の異なるファイバ
ーの種類を増やしすぎると伝搬定数βの差が小さくな
り、クロストークが増加してしまうので、コア径の異な
るファイバーの種類は3〜7種類程度であることが望ま
しい。
In this embodiment, the difference Δv between the v values of the six types of fibers is calculated by using the equation (17) to set the value of the coefficient K to 0.8.
, And the respective v values were determined. As can be understood from Table 6, the values of the propagation constant β of each fiber are different at substantially equal intervals. By forming an image fiber by bundling six types of fibers as shown in Table 6, even when fibers having similar propagation constants are arranged adjacently, the difference in the propagation constants has a certain magnitude. Therefore, an image fiber with less crosstalk can be obtained. When bundling fibers having different core diameters, if three or more types of fibers are provided, fibers having the same core diameter can be arranged without being adjacent to each other. However, it is extremely difficult to arrange thousands of fibers regularly. On the other hand, by increasing the types of core diameters as in the present embodiment, even if fibers are mixed at random, the probability that fibers having the same core diameter are arranged adjacently decreases. Further, if the types of fibers having different core diameters are excessively increased, the difference in the propagation constant β becomes small and crosstalk increases. Therefore, it is desirable that the types of fibers having different core diameters be about 3 to 7 types.

【0031】次に本発明の第四実施例について説明す
る。本実施例では、比較的高NAのイメージファイバが
用いられている。このイメージファイバのスペックは、
コア径2μm、ピッチ4μm、NA0.68、波長58
7.56nm、入射光学系のFNo.は1.78であ
る。本実施例における入射光学系の点像振幅分布とLP
01モードのモード関数との関係について示すと、図12
のようになる。又、各モード関数のウエイトを示すと、
表7のようになる。 本実施例の場合、イメージファイバのNAが大きいため
に、低次のモード関数はコア内に良く閉じ込められるこ
とになり、クロストークを減らすためには望ましい。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, an image fiber having a relatively high NA is used. The specifications of this image fiber are
Core diameter 2 μm, pitch 4 μm, NA 0.68, wavelength 58
7.56 nm, FNo. Is 1.78. Point image amplitude distribution and LP of the incident optical system in the present embodiment
FIG. 12 shows the relationship between the 01 mode and the mode function.
become that way. In addition, when the weight of each mode function is shown,
Table 7 below. In the case of this embodiment, since the NA of the image fiber is large, the low-order mode function is well confined in the core, which is desirable for reducing crosstalk.

【0032】次に、以下の実施例では、イメージファイ
バのクロストークを減らすための別の手法について説明
する。図13及び図14は、第五実施例に関するもので
ある。図13はイメージファイバを構成する1本のファ
イバーを示すものであり、このファイバー6は、コア7
内の屈折率がファイバーの軸方向に高屈折率と低屈折率
に変化するように構成されている(図では、高屈折率領
域は高、低屈折率領域は低とのみ表示されている)。つ
まり、ファイバー内の光の進行方向に沿って屈折率が変
化し、上述の(2)式のv値を変化させるようになってい
る。この場合、屈折率の変化は周期的でも非周期的でも
よい。このようなファイバーを、例えば隣接するファイ
バー間で互いに異なる屈折率の領域が対向して位置する
ように(各ファイバーの軸方向位置をずらしたり、屈折
率の変化の周期をずらしたりして)束ねたものが、図1
4に示すイメージファイバである。このような構造にす
ることで、イメージファイバの隣接するファイバーのモ
ードが異なるために、クロストークが減少するという効
果を得られる。
Next, in the following embodiment, another method for reducing the crosstalk of the image fiber will be described. 13 and 14 relate to the fifth embodiment. FIG. 13 shows one fiber constituting the image fiber.
(The high refractive index region is indicated only as high and the low refractive index region is indicated only as low in the figure.) . That is, the refractive index changes along the traveling direction of the light in the fiber, and the v value in the above equation (2) is changed. In this case, the change in the refractive index may be periodic or aperiodic. Such fibers are bundled so that, for example, regions having different refractive indices are opposed to each other between adjacent fibers (by shifting the axial position of each fiber or the period of change in refractive index). Figure 1
4 is an image fiber shown in FIG. By adopting such a structure, since the modes of the adjacent fibers of the image fiber are different, the effect of reducing the crosstalk can be obtained.

【0033】又、図15及び図16は第五実施例の変形
例であり、図15に示す1本のファイバーはクラッド8
内の屈折率が軸方向に高屈折率と低屈折率に変化するよ
うに構成されている。そして、このようなファイバー
を、例えば隣接するファイバー間で互いに異なる屈折率
の領域が対向して位置するように(各ファイバーの軸方
向位置をずらして)束ねたものが、図16に示すイメー
ジファイバである。
FIGS. 15 and 16 show a modification of the fifth embodiment. One fiber shown in FIG.
The inner refractive index changes in the axial direction between a high refractive index and a low refractive index. An image fiber shown in FIG. 16 is obtained by bundling such fibers so that, for example, regions having different refractive indices are opposed to each other between adjacent fibers (by shifting the axial position of each fiber). It is.

【0034】図17及び図18は夫々図14及び図16
の更に別の構成例を示すものであり、図17において
は、イメージファイバは各ファイバー6のコア7の高屈
折率領域と低屈折率領域とが軸方向に直交する方向に夫
々揃えられて変化している。又、図18においては、各
ファイバー6のクラッド8の高屈折率領域と低屈折率領
域とが軸方向に直交する方向に夫々揃えられて変化して
いる。図14,図16,図17及び図18に示すイメー
ジファイバの構成例の場合、図に示された各ファイバー
6の高屈折率領域同士と低屈折率領域同士の各値は、必
ずしも夫々等しい値である必要はない。
FIGS. 17 and 18 correspond to FIGS. 14 and 16, respectively.
FIG. 17 shows another example of the configuration. In FIG. 17, the image fiber changes in such a manner that the high refractive index region and the low refractive index region of the core 7 of each fiber 6 are aligned in the direction orthogonal to the axial direction. are doing. In FIG. 18, the high refractive index region and the low refractive index region of the clad 8 of each fiber 6 are aligned and changed in the direction orthogonal to the axial direction. In the case of the configuration example of the image fiber shown in FIGS. 14, 16, 17, and 18, the values of the high refractive index regions and the low refractive index regions of each fiber 6 shown in the drawings are not necessarily equal to each other. Need not be.

【0035】図19は第六実施例を示すものである。本
実施例においては、イメージファイバは、複屈折性を有
するファイバー10がその複屈折方向が異なるように並
べられている。図19において、矢印の方向の屈折率は
これと直交する方向の屈折率より高いことを示すもので
ある。ファイバーの並べ方は、画像の見やすさを考慮す
れば六方最密構造の方がよいが、ランダム配列構造であ
ってもよい。本実施例においては、隣接するファイバー
同士のモード関数が異なるために、クロストークが少な
い。又、図19のイメージファイバの変形例として、図
20に示すファイバー11のように、屈折率の高い光の
振動方向が、隣接するファイバーのうち距離が遠いファ
イバーの方を向くように(本実施例では垂直方向)配列
させてもよい。このような構造にすると、屈折率の低い
振動方向の光は、クロストークの方向が、隣接するファ
イバーのうち距離の遠い方のファイバーになるため、ク
ロストークが少ないという利点がある。
FIG. 19 shows a sixth embodiment. In this embodiment, the image fibers are arranged such that the birefringent fibers 10 have different birefringence directions. In FIG. 19, the refractive index in the direction indicated by the arrow is higher than the refractive index in the direction orthogonal to the direction indicated by the arrow. The arrangement of the fibers is preferably a hexagonal close-packed structure in consideration of the visibility of the image, but may be a random array structure. In this embodiment, since the mode functions of adjacent fibers are different, crosstalk is small. Further, as a modification of the image fiber of FIG. 19, as in a fiber 11 shown in FIG. 20, the vibration direction of light having a high refractive index is directed to a fiber having a longer distance among adjacent fibers (this embodiment). (In the example, the vertical direction). With such a structure, light having a low refractive index in an oscillating direction has an advantage that crosstalk is small because the direction of crosstalk is a fiber that is farther among adjacent fibers.

【0036】又、図21及び図22は第七実施例を示す
ものであり、1本のファイバー13の母材にその軸方向
の中心軸を中心にねじりが加えられている。このような
ファイバー13を束ねて、図22に示すようなイメージ
ファイバを構成するようにした。尚、図中、矢印はねじ
れの方向を示すものであり、各ファイバーで同一方向に
ねじれが加えられている。そのため、各ファイバー13
にねじりのストレス等が残されているので、2つの円偏
向に対するファイバーの屈折率が異なり、図20の実施
例と類似の作用効果が得られる。尚、図23に示すよう
に、ファイバー13に対してねじれの方向が逆のファイ
バー14を混在させてイメージファイバを構成するよう
にしてもよい。
[0036] Further, FIGS. 21 and 22 are intended to show the seventh embodiment, twisting about the central axis of the axial direction base material of single fiber 13 are added. Such fibers 13 are bundled to form an image fiber as shown in FIG. In the figure, the arrow indicates the direction of the twist, and the twist is applied in the same direction for each fiber. Therefore, each fiber 13
Since the torsional stress and the like remain, the refractive index of the fiber with respect to the two circular deflections differs, and the same operation and effect as the embodiment of FIG. 20 can be obtained. As shown in FIG. 23, an image fiber may be formed by mixing fibers 14 whose twisting direction is opposite to that of the fibers 13.

【0037】図24(A)は、先端部を細径化したイメ
ージファイバの実施例である。このイメージファイバ1
6は、先端部が従来のイメージファイバ(同図(B)参
照)と比較して口金径17が小さく形成され、中間部1
8においてファイバー径が広く形成されている。このよ
うに構成することで、スペースに無駄がなくクロストー
クの少ないイメージファイバが得られる。
FIG. 24A shows an embodiment of an image fiber in which the distal end portion is reduced in diameter. This image fiber 1
Reference numeral 6 indicates that the tip portion is formed to have a smaller die diameter 17 as compared with a conventional image fiber (see FIG. 1B),
8, the fiber diameter is widened. With this configuration, it is possible to obtain an image fiber with little space and little crosstalk.

【0038】尚、上述の各実施例において、イメージフ
ァイバの各コアに入射する光の量を増加させるために、
イメージファイバの入射端面にマルチレンズを設けるよ
うにしてもよい。例えば、図25に示す例では、イメー
ジファイバ20の入射端面に、マルチレンズとしてホロ
グラム光学素子(HOE)21が設けられている。ホロ
グラム光学素子21は微細な形のレンズを作製するのに
有利であるから、高性能で安価であるという利点があ
る。
In each of the above embodiments, to increase the amount of light incident on each core of the image fiber,
A multi-lens may be provided on the incident end face of the image fiber. For example, in the example shown in FIG. 25, a hologram optical element (HOE) 21 is provided as a multi-lens on the incident end face of the image fiber 20. Since the hologram optical element 21 is advantageous for producing a lens having a fine shape, there is an advantage that it is high-performance and inexpensive.

【0039】[0039]

【発明の効果】上述のように、本発明による光伝達光学
系によれば、ファイバー径をより細くできると共にクロ
ストークによる画質の劣化を低減させ、しかも優れた解
像力が得られる。
As described above, the light transmission optics according to the present invention
According to the system, the fiber diameter can be made smaller, the deterioration of image quality due to crosstalk is reduced, and excellent resolution is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】入射光学系による点像振幅分布とファイバー内
のモード関数とをほぼ一致させた場合の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram when a point image amplitude distribution by an incident optical system and a mode function in a fiber are almost matched.

【図2】ファイバーのコア径に対する点像振幅分布とモ
ード関数との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a point image amplitude distribution with respect to a fiber core diameter and a mode function.

【図3】表2は、(8)式及び(9)式の右辺の係数を
変化させた場合の各モードのウエイトの変化を示す表で
ある。
FIG. 3 is a table showing a change in weight in each mode when the coefficient on the right side of Expressions (8) and (9) is changed.

【図4】イメージファイバのNAを変化させた場合のパ
ワー分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a power distribution when the NA of the image fiber is changed.

【図5】表3の(A)は、FNo.を変えた場合の、コ
ア中心における各モードのウエイトを振幅で示す表、
(B)はFNo.を変えた場合の、コア全体における各
モードのウエイトを強度比で示す表である。
FIG. 5 (A) in Table 3 shows FNo. Table showing the weight of each mode at the center of the core by amplitude when
(B) is FNo. 7 is a table showing the weight of each mode in the entire core in the case of changing.

【図6】LP01モードのウエイトの二乗Wに対する
(8)式及び(9)式の右辺の係数の関係を示す図であ
る。
[6] LP 01 mode for the square W of the weight (8) and (9) is a diagram showing the relationship of the coefficients of the right-hand side of the equation.

【図7】クロストークのパラメータであるB値とファイ
バー内を伝搬する光の波長λとの関係を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a B value which is a parameter of crosstalk and a wavelength λ of light propagating in a fiber.

【図8】各モードに関し、b値と正規化周波数v値との
関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a b value and a normalized frequency v value for each mode.

【図9】(A)は先端部を細径化したファイバーの要部
断面図、(B)は先端部を細径化したイメージファイバ
の要部正面図である。
FIG. 9A is a cross-sectional view of a main part of a fiber whose distal end is reduced in diameter, and FIG. 9B is a front view of a main part of an image fiber whose distal end is reduced in diameter.

【図10】本発明の第一実施例について、入射光学系の
点像振幅分布とファイバー内のモード関数との関係を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a point image amplitude distribution of an incident optical system and a mode function in a fiber in the first embodiment of the present invention.

【図11】第二実施例について、図10と同様な図であ
る。
FIG. 11 is a view similar to FIG. 10 for a second embodiment.

【図12】第四実施例について、図10と同様な図であ
る。
FIG. 12 is a view similar to FIG. 10 for a fourth embodiment.

【図13】第五実施例に関するファイバーのコアの屈折
率を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a refractive index of a fiber core according to a fifth embodiment.

【図14】図13に示すファイバーを束ねたイメージフ
ァイバの構成図である。
14 is a configuration diagram of an image fiber obtained by bundling the fibers shown in FIG.

【図15】第五実施例の変形例に関して、ファイバーの
クラッドの屈折率を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a refractive index of a cladding of a fiber according to a modification of the fifth embodiment.

【図16】図15に示すファイバーを束ねたイメージフ
ァイバの構成図である。
16 is a configuration diagram of an image fiber obtained by bundling the fibers shown in FIG.

【図17】第五実施例についてのイメージファイバの別
の構成例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating another configuration example of the image fiber according to the fifth embodiment.

【図18】第五実施例の変形例についての別の構成例を
示す図17と同様な図である。
FIG. 18 is a view similar to FIG. 17, showing another configuration example of a modification of the fifth embodiment.

【図19】第六実施例についての各ファイバー内の屈折
率の高い方向を矢印で示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing, with arrows, directions in which the refractive index in each fiber is high in the sixth embodiment.

【図20】同じく図19の変形例である。FIG. 20 is a modification example of FIG.

【図21】第七実施例について、ファイバーの母材にね
じれを加えた状態を示す略斜視図である。
FIG. 21 is a schematic perspective view showing a state where a fiber preform is twisted in the seventh embodiment.

【図22】図21に示すファイバーを束ねたイメージフ
ァイバの端面図である。
FIG. 22 is an end view of an image fiber obtained by bundling the fibers shown in FIG. 21;

【図23】図22の変形例を示すイメージファイバの端
面図である。
FIG. 23 is an end view of an image fiber showing a modification of FIG. 22;

【図24】イメージファイバの先端部を示す図であり、
(A)は本実施例のもの、(B)従来技術のものを示す
図である。
FIG. 24 is a diagram showing a tip of an image fiber;
(A) is a diagram showing the one of the present embodiment, and (B) is a diagram showing the one of the prior art.

【図25】イメージファイバの入射端面にホログラム光
学素子を配設した要部断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view of a main part in which a hologram optical element is provided on an incident end face of an image fiber.

【図26】イメージファイバを用いた内視鏡の一般的な
光学系を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a general optical system of an endoscope using an image fiber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……内視鏡、3,16……イメージファイバ、2……
対物レンズ、6,10,11,13,14……ファイバ
ー、7……コア、8……クラッド。
1 endoscope, 3, 16 image fiber, 2 ...
Objective lens, 6, 10, 11, 13, 14 ... fiber, 7 ... core, 8 ... clad.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】連続したクラッド内に直径5μm以下のコ
アを複数配列して構成されたイメージファイバの入射端
面に、入射光学系により光を集光し、前記イメージファ
イバの射出端面まで伝送する光伝達光学系において、 前記イメージファイバの各コアのLP01モードのモード
関数と前記入射光学系の点像振幅分布が下記の条件式を
満足するようにしたことを特徴とする光伝達光学系。 但し、Δ(r)≡E 01 (r)−F(r)であり、E 01 (r)はLP 01
モードのモード関数、F(r)は入射光学系の点像振幅分
布である。
1. A light condensed by an incident optical system on an incident end face of an image fiber constituted by arranging a plurality of cores having a diameter of 5 μm or less in a continuous clad and transmitted to an exit end face of the image fiber. In the transmission optical system, the mode function of the LP01 mode of each core of the image fiber and the point image amplitude distribution of the incident optical system satisfy the following conditional expression.
A light transmission optical system characterized by satisfying . However, Δ (r) ≡E 01 (r) −F (r), and E 01 (r) is LP 01
The mode function of the mode, F (r) is the point image amplitude of the incident optical system.
It is cloth.
【請求項2】下記の条件式を満足することを特徴とする
請求項1に記載の光伝達光学系。 FNo.≧a/(λu) (10′) 但し、FNo.は入射光学系によって決定されるFナン
バー、λはイメージファイバを伝送される光の波長、u
はコアのLP01モードの固有値、aはコアの半径であ
る。
2. The light transmission optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied. FNo. ≧ a / (λu) (10 ′) where FNo. Is the F number determined by the incident optical system, λ is the wavelength of light transmitted through the image fiber, u
The eigenvalues of the core LP 01 mode, a is the radius of the core.
【請求項3】前記入射光学系は、その点像振幅分布がフ
ァイバーのLP01モードのモード関数とほぼ一致するよ
うに、収差を発生させたことを特徴とする請求項1に記
載の光伝達光学系。
3. An optical transmission system according to claim 1, wherein said incident optical system generates an aberration such that a point image amplitude distribution substantially coincides with a mode function of an LP01 mode of the fiber. Optical system.
JP04110317A 1992-04-28 1992-04-28 Light transmission optical system using fine image fiber Expired - Fee Related JP3084126B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04110317A JP3084126B2 (en) 1992-04-28 1992-04-28 Light transmission optical system using fine image fiber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04110317A JP3084126B2 (en) 1992-04-28 1992-04-28 Light transmission optical system using fine image fiber

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000134288A Division JP2000356717A (en) 2000-01-01 2000-04-28 Image fiber with small diameter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05303020A JPH05303020A (en) 1993-11-16
JP3084126B2 true JP3084126B2 (en) 2000-09-04

Family

ID=14532658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04110317A Expired - Fee Related JP3084126B2 (en) 1992-04-28 1992-04-28 Light transmission optical system using fine image fiber

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3084126B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05303020A (en) 1993-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5916525B2 (en) Multi-core fiber
US5479550A (en) Image fiber
RU96122040A (en) OPTICAL WAVEGUIDE WITH POSITIVE DISPERSION
JPH0894864A (en) Image fiber and its production
RU96123578A (en) SINGLE-MODE OPTICAL WAVEGUIDE WITH A LARGE EFFECTIVE AREA
CA2253579A1 (en) Single mode optical fiber having multi-step core structure and method of fabricating the same
US4529267A (en) Illuminating system for endoscopes
WO2004097479A1 (en) Multi-bandwidth collimator
JP7364192B2 (en) Multi-core optical fiber and fiber optic cable
JP3084126B2 (en) Light transmission optical system using fine image fiber
JP4901599B2 (en) Quartz-based image fiber for near infrared and its manufacturing method
JPH11174345A (en) Wide visual field ocular
JP2000356717A (en) Image fiber with small diameter
EP1356335B1 (en) An apparatus for providing an image of a remote object accessible only through an aperture of finite diameter
JPH0359511A (en) Eyepiece
JPH0815535A (en) Image fiber
JP7505664B1 (en) Multi-core optical fiber
JP2005222087A (en) Image fiber and its manufacturing method
JP4104846B2 (en) Optical fiber
CN104345383A (en) Bending-insensitive broadband dispersion flat single-mode optical fiber
JPH06324222A (en) Image fiber
JP3805384B2 (en) Image fiber
US20250044503A1 (en) Reduced crosstalk betweeen cores of a multicore fiber
JPS61137104A (en) Image fiber
JPH09159910A (en) Objective lens

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20000620

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080630

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090630

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees