JPH063497B2 - 極低温用フアイバ−スコ−プ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、極低温用ファイバースコープに係り，特に，
ファイバー，光学窓および対物レンズの表面への凝結や
結露を防止できるようにした極低温用ファイバースコー
プに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

液化天然ガス，液化プロパンガス，液体窒素，液体ヘリ
ウムなどを扱う極低温施設を建設するときには，これら
の施設を構築する材料の極低温化における振舞いを実験
によって確認する必要がある。このような実験の中で，
極低温に保たれている材料の状態を目で観察することも
重要である。材料を極低温に保持するには，一般的に
は，前述した極低温液体中に材料を浸漬する方式が最も
簡単である。このような方式を採用した場合には、試料
を直接肉眼で観察することはできない。そこで，ファイ
バースコープを用いて観察することが考えられる。

しかしながら，常温用のファイバースコープを用いた場
合には，ファイバー，光学窓および対物レンズの表面に
凝結や結露が生じ，良好な観察ができない問題があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は，このような事情に鑑みてなされたもので，そ
の目的とするところは，ファイバー，光学窓および対物
レンズの表面への凝結や結露の発生を防止でき，もって
極低温に保持されている物質の状態を良好に観察できる
極低温用ファイバースコープを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明によれば，光学鏡筒と、この光学鏡筒内に保持さ
れた対物レンズと，被覆管によって覆われるとともに一
端側が前記光学鏡筒に接続されてなるオプティカルファ
イバー束と，前記光学鏡筒内に存在している閉じられた
空間部分を真空引き可能とする排気路とを具備してなる
極低温用ファイバースコープが提供される。

〔発明の効果〕

本発明によれば，排気路を使って排気することにより、
対物レンズの位置している空間を真空雰囲気に保つこと
ができる。したがって，たとえ製作時に上記空間に空気
や水蒸気が存在していても真空雰囲気に保たれた時点で
これら空気や水蒸気は全て除去される。対物レンズの位
置している空間が極低温に冷却されたとき対物レンズの
表面に生じる凝結や結露は，対物レンズが位置している
空間に存在する空気や水蒸気によって起こる。しかし，
本発明では上記空間に存在していた空気や水蒸気が除去
されるので上述した凝結や結露は生じない。したがっ
て，良好な観察の実現に寄与することができる。

〔発明の実施例〕

以下，本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る極低温用ファイバー
スコープを用いて極低温に保たれている試料を観察して
いるときの模式図である。

すなわち，図中１は内部に極低温液体である液体ヘリウ
ムＨを収容してなるクライオスタットを示し，２はクラ
イオスタット１内に収容された試料を示している。

しかして，クライオスタット１の上壁を通して本発明に
係る極低温用ファイバースコープ１１が設置されてい
る。この極低温用ファイバースコープ１１は大きく別け
て，試料２に向けて光を照射する照明系１２と，試料２
の像を伝送する像伝送系１３とで構成されている。

照明系１２は，光源１４から出た光をフィルター１５に
導き，このフィルター１５で赤外線をカットし，この赤
外線のカットされた光をライトガイド１６の一端に導入
している。ライトガイド１６の他端側は、クライオスタ
ット１の上壁を通して試料２の近傍まで延びており，導
入された光を試料２の上面に向けて照射するように配置
されている。なお、ライトガイド１６は、副数本の光フ
ァイバーと、これらを被覆する被覆材とで構成されたも
のであるが，極低温下における被覆材の収縮に伴う圧縮
力によって光ファイバーに起こる細かい曲がりが原因し
て損失が増加するのを防止するためにエポキシ等で形成
された被覆材の厚みは，光ファイバー束の直径の1/4以
下に設定されている。一方，像伝送系１３は，具体的に
は第２図に示すように構成されている。すなわち，オプ
ティカルファイバー束１７と，このオプティカルファイ
バー束１７を覆う可撓性の被覆管８８とからなるイメー
ジガイド１８の一端部に光学鏡筒１９を同軸的に接続し
ている。なお、上記被覆管８８の厚みも前記ライトガイ
ド１６の場合と同様にオプティカルファイバー束１７の
直径1/4以下に設定されている。光学鏡筒１９内には，
例えば二段構成に対物レンズ２０，２１が配置されてお
り，これら対物レンズ２０，２１の周縁部は光学鏡筒１
９の内周面に対して極低温下においても機能の低下しな
い接着剤あるいは機械的手段等によって固定されてい
る。さらに，光学鏡筒１９の周壁でイメージガイド１８
と対物レンズ２０との間に位置する部分および対物レン
ズ２０と対物レンズ２１との間に位置する部分にはそれ
ぞれ透孔２３，２４が設けられている。光学鏡筒１９の
第２図中下端部下らイメージガイド１８の中途位置まで
の部分外周には，これらとの間に気密な空間２５を形成
するように外筒２６が配置されており，この外筒２６に
は上記空間２５を図示しない真空ポンプに接続するため
の配管２７が接続されている。そして、配管２７の途中
にはバルブ２８が設けられている。また，イメージガイ
ド１８の他端には第１図に示すように接眼レンズ２９が
取り付けられている。このように構成された像伝送系３
は，第１図に示すように外管２６側をクライオスタット
１内に差込み、その対物レンズ２１が試料２の上面に近
接するように配置されている。

上記のように構成された極低温用ファイバースコープを
用いてクライオスタット１内に収容されている試料２を
観察するには次のようにする。まず，クライオスタット
１内に試料２を配置し，続いて照明系１２および像伝送
系１３を第１図に示すように配置する。次に，配管２７
を真空ポンプに接続し，バルブ２８を“開”にして，空
間２５を充分に排気する。空間２５は透孔２３，２４を
介して光学鏡筒１９内と連通しているので，上記のよう
に排気すると光学鏡筒１９内および空間２５に存在して
いる空気や水蒸気は排気流にのって外部へと除去され
る。そして，充分に排気された時点でバルブ２８を
“閉”とする。つまり，封じ切った状態にする。なお，
像伝送系１３を製作した後に上記のように排気して封じ
切ってもよいし，また，バルブ２８を“開”にしたまま
で観察が終了するまで排気を継続してもよい。

このように排気が終了した時点あるいは充分に排気が行
われた時点でクライオスタット１内に液体ヘリウムＨを
導入する。そして，液体ヘリウムＨを導入開始した時点
から光源１４を点灯させ，接眼レンズ２９を通して試料
２を観察することによって，試料２の極低温下における
振舞いを視認することができる。

この場合，光学鏡筒１９内，つまり対物レンズ２０，２
１の周辺には空気や水蒸気が存在していないので，これ
らが極低温に冷却されたときに起り易いオプティカルフ
ァイバー束１７の端面17a，光学鏡筒１９の内面１９
ａ，対物レンズ２０，２１の表面への凝結や結露は全く
起こらない。したがって，試料２を良好に観察すること
ができ、結局，前述した効果が発揮される。なお，ライ
トガイド１６およびイメージガイド１８の被覆材の厚み
を各ファイバー束の直径の1/4を越える値に設定すると
損失が多くなって良好なコントラストを得ることができ
ない。したがって，実施例のように1/4以下に設定する
ことが好ましい。

第３図は，本発明の別の実施例に係る極低温用ファイバ
ースコープの要部だけを示すものである。

前記実施例では、光学鏡筒の先端部からイメージガイド
の途中までの部分外周に外管を配置し，この外管で排気
路を構成しているが，この実施例は光学鏡筒の内面に設
けられた溝およびイメージガイドのオプティカルファイ
バー束と可撓性被覆管との間の空間で排気路を構成した
ものである。

すなわち，この実施例における像伝送系１３ａは次のよ
うに構成されている。まず，イメージガイド３４とし
て，オプティカルファイバー束３１と，このファイバー
束３１との間に若干の空間３２を設けて上記ファイバー
束３１を覆う可撓性の被覆管３３とからなるものを用い
ている。このイメージファイバー３４の被覆管３３は，
イメージファイバー３４の両端部分に位置する部分が除
去されている。そして，除去されている部分にそれぞれ
筒状に形成されたホルダー３５，３６が装着されてい
る。ホルダー３５，３６は、内径がオプティカルファイ
バー束３１の外径とほぼ等しく形成されており、被覆管
３３側に位置する端部はそれぞれ被覆管３３の端面に気
密に接続されている。また、ホルダー３５，３６の内面
で対向する位置には，第４図（ｂ）にホルダー３６を代
表して示すように、それぞれ軸方向に延びて前述した空
間３２に通じる溝３７が２本形成されている。ホルダー
３５には，その内周面にこのホルダー３５に設けられた
２本の溝３７相互を通じさせる環状溝３８が形成されて
おり，さらに上記環状溝３８に連通する関係に配管３９
の一端が接続されている。配管３９の他端側にはバルブ
４０を介して図示しない真空ポンプに選択的に接続され
る。

しかして、ホルダー３６の第３図中下端側には光学鏡筒
４１が同軸的に，かつ気密に接続されている。この光学
鏡筒４１の内部には三段構成に対物レンズ４２，４３，
４４が固定されており，また光学鏡筒４１の第３図中下
端開口は透明板４５によって気密に閉塞されている。そ
して，光学鏡筒４１の内面には，第４図（ａ）にも示す
ように前記ホルダー３６に設けられた溝３７に通じる関
係に２本の溝４６が形成されている。これら溝４６は対
物レンズ４２と透明板４５との間の位置まで設けられて
いる。なお，第３図中４７は接眼レンズを示している。

このように像伝送系１３ａを構成しても前記実施例と同
様な効果を期待することができる。すなわち，配管３９
を真空ポンプに接続し，バルブ４０を“開”にして排気
すると，光学鏡筒４１内に存在している空気や水蒸気は
排気流にのり，光学鏡筒４１の内面に形成された溝４６
〜ホルダー３６に形成された溝３７〜空間３２〜ホルダ
ー３５に形成された溝３７を介して除去される。したが
って，前記実施例と全く同じ効果が得られることにな
る。そして，この場合には光学鏡筒４１に充分近い位置
まで可撓性をもたせることができるので，クライオスタ
ット内への設置の容易化に寄与することができる。

第５図は，本発明のさらに別の実施例に係る極低温用フ
ァイバースコープの要部だけを示すものである。

この実施例は、本発明を照明系と像伝送系とを一体にし
たものに適用した例である。

すなわち，イメージガイド５１の一部を５２をライトガ
イドとして使用している。光学鏡筒５３には対物レンズ
５４，５５を保持する柱状空間５６と，ライトガイド部
分５２を保持する複数の孔５７とが形成されている。柱
状空間５６の一端側にはイメージガイド５１のうち像伝
送に供される部分が嵌入されており，また各孔５７には
ライトガイド部分５２が嵌入されている。そして，柱状
空間５６および各孔５７の図中下端開口は透明板５８に
よって気密に閉塞されている。また，各孔５７内で，ラ
イトガイド部分５２の先端と透明板５８との間には光を
拡散させるためのレンズ５９が装着されている。柱状空
間５６と各孔５７との間に位置する壁で，レンズ５９を
境にして両側には柱状空間５６と各孔５７とを連通させ
る透孔６０，６１が形成されている。そして，柱状空間
５６を形成する壁の内面には第３図に示した実施例と同
様に排気系に通じる溝６２が設けられている。

このような構成であると，透孔６０，６１を介して柱状
空間５６と各孔５７とは連通しているので，溝６２を介
して排気すると，柱状空間５６および各孔５７，つまり
対物レンズ５５，５６が位置している空間およびレンズ
５９が位置している空間に存在する空気や水蒸気も排気
されることになり，結局，前記各実施例と同様な効果が
得られる。

なお，本発明は上記実施例に限定されるものではなく種
々変形することができる。たとえば対物レンズの数は実
施例の数に限定されるものではない。また，製作後に光
学鏡筒内だけを真空排気して封じ切るようにしてもよ
い。その他，本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形でき
ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る極低温用ファイバース
コープを実際に設置したときの模式図，第２図は同極低
温用ファイバースコープの要部縦断面図，第３図は本発
明の別の実施例に係る極低温用ファイバースコープの要
部縦断面図，第４図（ａ）は第３図におけるＸ−Ｘ線切
断矢視図，同図（ｂ）は第３図におけるＹ−Ｙ線切断矢
視図，同図（ｃ）は第３図におけるＺ−Ｚ線切断矢視
図，第５図は本発明のさらに別の実施例に係る極低温用
ファイバースコープの要部の局部的縦断面図である。 １…クライオスタット，２…試料，１２…照明系，１
３，１３ａ…像伝送系，１４…光源，１５…フィルタ
ー，１６，５２…ライトガイド，１８，３４，５１…イ
メージガイド，１９，４１，５３…光学鏡筒，２０，２
１，４２，４３，４４，５４，５５…対物レンズ，２６
…外管，２９，４７，…接眼レンズ，３５，３６…ホル
ダー，３７，４６，６２…溝，２７，３９…配管，２
８，４０…バルブ，Ｈ…液体ヘリウム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真田 和夫 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株式 会社佐倉工場内 (72)発明者 千吉良 定雄 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株式 会社佐倉工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学鏡筒と，この光学鏡筒内に保持された
   対物レンズと，被覆管によって覆われるとともに一端側
   が前記光学鏡筒に接続されてなるオプティカルファイバ
   ー束と，前記光学鏡筒内に存在している閉じられた空間
   部分を真空引き可能とする排気路とを具備してなること
   を特徴とする極低温用ファイバースコープ。