JP2016019705A - 導光体 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な光照射が可能な導光体を提供する。
【解決手段】本開示の導光体は、全体として椀形状を有し、かつ椀形状の中央に錐台形状の第１の穴６が設けられた湾曲部２と、湾曲部の底部に光学的に結合された光入射部３とを備える。湾曲部は、椀形状を規定する反射面ＳＡ及び第１の出射面ＳＢを有する。第１の穴は、反射面から第１の出射面に向かって断面積が大きくなる錐台形状を有する。湾曲部は、第１の穴の内部に配置された錐台部８を有し、錐台部８は、反射面から第１の出射面に向かって断面積が小さくなる錐体形状の第２の穴７を有する。第１の出射面は、複数の第１の傾斜構造１８を有する。各第１の傾斜構造は、湾曲部の内部を第１の出射面に向かって進む光が反射面に向かって反射する傾斜角を有する第１の傾斜面１１と、湾曲部の内部を第１の出射面に向かって進む光が透過する傾斜角を有する第２の傾斜面１２とを含む。
【選択図】図１

Description

本願は、導光体に関する。本願は、導光体を備える光プローブにも関する。

所望の領域に向けて光を照射する光プローブが様々な場面で使用されている。例えば、光プローブは、医療の現場においてレーザー光を患部に照射するために使用されることがある。光プローブは、典型的には、光ファイバーを有する。患部にレーザー光を照射する場合には、レーザー光を発生させるレーザー治療装置本体に光ファイバーの一端が接続される。以下では、レーザー治療装置本体と、光プローブとを備える装置をレーザー治療装置と呼ぶことがある。

レーザー治療装置は、例えば、光線力学的治療法（ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｅｒａｐｙ：以下、「ＰＤＴ」と略する。）に用いられる（例えば、特許文献１参照）。ＰＤＴとは、癌細胞に多く蓄積される光感受性物質へのレーザー光照射による光化学反応を利用した局所的治療法である。特許文献１に記載の技術では、光ファイバーを内視鏡（ファイバスコープ）に挿入する。そして、内視鏡の先端を患部付近に到達させ、レーザー治療装置本体において発生させたレーザー光を患部へ照射する。

特開２０００−１８９５２７号公報

例えば患部にレーザー光等の光を照射する場面において、患部が平面ではないことがある。患部が凹形状又は凸形状を有する場合であっても、効率的に光を照射したいという要求がある。凹形状又は凸形状の患部に対して例えば一括して光照射することにより、光を何度も照射する手間を省略し得る。光の照射範囲の拡大は、治療時間の短縮に貢献する。

本開示の例示的な実施形態として以下が提供される。

全体として椀形状を有し、かつ前記椀形状の中央に錐台形状の第１の穴が設けられた光透過性の湾曲部であって、前記椀形状を規定する反射面及び第１の出射面を有する湾曲部と、前記湾曲部の前記反射面側の底部に光学的に結合された光入射部とを備え、前記第１の穴は、前記反射面から前記反射面に対向する前記第１の出射面に向かって断面積が大きくなる錐台形状を有し、前記湾曲部は、前記第１の穴に整合する形状を有する錐台部であって、前記第１の穴の内部に配置された錐台部を有し、前記錐台部は、前記反射面から前記第１の出射面に向かって断面積が小さくなる錐体形状の第２の穴と、前記湾曲部の外部に露出する第２の出射面とを有し、前記湾曲部の前記第１の出射面は、前記錐体形状の頂点を中心とする同心円状の複数の第１の傾斜構造を有し、前記複数の第１の傾斜構造の各々は、前記湾曲部の内部を前記第１の出射面に向かって進む光が前記反射面に向かって反射する傾斜角を有する第１の傾斜面と、前記湾曲部の内部を前記第１の出射面に向かって進む光が透過する傾斜角を有する第２の傾斜面とを含む。

本開示によれば、効率的な光照射が可能な導光体を提供できる。

（ａ）及び（ｂ）は、本開示の導光体を備える光プローブの一例を示す斜視図であり、（ｃ）は、光ファイバー４の軸に沿って見たときの第１の出射面ＳＢを示す平面図である。 光プローブ１００をレーザー治療装置本体に接続した状態を示す図である。 図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す導光体１の模式的な断面図である。 （ａ）は、錐台部８を取り除いた状態の導光体１の外観の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す導光体１の断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、錐台部８の外観の一例を示す斜視図であり、（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）に示す錐台部８の模式的な断面図である。 導光体１内における光線の経路の一例を示す断面図である。 湾曲部２の底部の中央付近を拡大して示す断面図である。 湾曲部２における反射面ＳＡの一部を拡大して示す模式的な断面図である。 湾曲部２における第１の出射面ＳＢの一部を拡大して示す模式的な断面図である。 傾斜角を説明する模式的な断面図である。 湾曲部２の光出射面上に光拡散層３１を有する導光体１Ａの模式的な断面図である。 導光体１Ａの湾曲部２における第１の出射面ＳＢの一部を拡大して示す模式的な断面図である。 湾曲部２Ａにおける第１の出射面ＳＢの一部を拡大して示す模式的な断面図である。 本開示の導光体を備える光プローブの他の一例を示す模式的な断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１４に示す導光体１Ｂの外観の一例を示す斜視図である。 湾曲部２Ｂの一部を拡大して示す模式的な断面図である。 湾曲部２Ｂ内における光線の経路の一例を示す模式的な断面図である。

まず、本開示の一態様の概要を説明する。

本開示の一態様である導光体は、全体として椀形状を有し、かつ椀形状の中央に錐台形状の第１の穴が設けられた光透過性の湾曲部と、光入射部とを備える。湾曲部は、椀形状を規定する反射面及び第１の出射面を有する。光入射部は、湾曲部の反射面側の底部に光学的に結合されている。第１の穴は、反射面から反射面に対向する第１の出射面に向かって断面積が大きくなる錐台形状を有する。湾曲部は、第１の穴に整合する形状を有する錐台部であって、第１の穴の内部に配置された錐台部を有する。錐台部は、反射面から第１の出射面に向かって断面積が小さくなる錐体形状の第２の穴と、湾曲部の外部に露出する第２の出射面とを有する。湾曲部の第１の出射面は、錐体形状の頂点を中心とする同心円状の複数の第１の傾斜構造を有する。複数の第１の傾斜構造の各々は、湾曲部の内部を第１の出射面に向かって進む光が反射面に向かって反射する傾斜角を有する第１の傾斜面と、湾曲部の内部を第１の出射面に向かって進む光が透過する傾斜角を有する第２の傾斜面とを含む。

ある態様において、反射面は、椀形状における凸側の面である。

ある態様において、反射面は、椀形状における凹側の面である。

ある態様において、第２の穴は、樹脂によって充填されている。

ある態様において、第２の穴の錐体形状は、円錐形状である。

ある態様において、第１の穴の錐台形状は、円錐台形状である。

ある態様による導光体は、錐台部の側面と、錐台部の側面に対向する第１の穴の側面との間に内側反射膜を有する。

ある態様において、湾曲部の反射面は、錐体形状の頂点を中心とする同心円状の複数の第２の傾斜構造を有する。

ある態様において、湾曲部の反射面は、外側反射膜を有する。

ある態様において、光入射部は、湾曲部と接続された側とは反対側の端部にコリメートレンズを有する。

ある態様において、反射面及び第１の出射面のうちの一方は、概ね半球面であり、もう一方は、概ね半楕円面である。

本開示の他の一態様である光プローブは、上記のいずれかに記載の導光体と、光入射部に光学的に結合された光ファイバーとを備える。

以下に、本開示の導光板の一例を示す実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本開示の導光体を備える光プローブの一例を示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す光プローブ１００は、導光体１と、光ファイバー４とを有している。導光体１は、全体として椀形状の湾曲部２と、湾曲部２に接続された光入射部３とを有する。

湾曲部２は、椀形状を規定する反射面ＳＡ及び第１の出射面ＳＢを有する。図１（ａ）及び図１（ｂ）に例示する構成において、反射面ＳＡは、椀形状における凸側の面であり、第１の出射面ＳＢは、椀形状における凹側の面である。図１（ｃ）は、光ファイバー４の軸に沿って見たときの第１の出射面ＳＢを示す。図１（ｃ）に例示する構成において、湾曲部２の凹面には、同心円状の複数の溝９が形成されている。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、湾曲部２の椀形状の底部には、光入射部３が接続されている。図１（ａ）及び図１（ｂ）に例示する構成では、光入射部３は、概ね円筒形状を有している。ここでは、湾曲部２の凸面の側に、光入射部３における円筒形状の一方の端部が接続されている。光入射部３における円筒形状のもう一方の端部に、光ファイバー４が接続されている。光ファイバー４は、例えば光入射部３に挿入されることにより、湾曲部２に対して固定され得る。光入射部３は、光ファイバー４を接続するための部材を含んでいてもよい。光入射部３は、例えば円筒状のスリーブを含み、これを介して光ファイバー４と接続されていてもよい。

湾曲部２は、光透過性の材料から形成される。湾曲部２の材料の例は、アクリル樹脂、ポリカーボネート等の樹脂材料である。光入射部３は、光透過性の材料から形成される。光入射部３の材料の例は、アクリル樹脂、ポリカーボネート等の樹脂材料又はガラスである。光入射部３は、湾曲部２と一体成形されていてもよい。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、光入射部３は、湾曲部２と光ファイバー４との間に位置する。図１（ｂ）は、光ファイバー４側から見た、図１（ａ）の光プローブ１００を示す。光ファイバー４は、光入射部３に光学的に結合されており、光入射部３は、湾曲部２に光学的に結合されている。すなわち、光ファイバー４から出射した光が光入射部３中を進行する。光入射部３中を進行する光が湾曲部２に入射する。後述するように、実施の形態１では、光入射部３を介して湾曲部２に入射した光は、最終的に湾曲部２の凹面から出射する。

湾曲部２からの放射強度を概ね一定とする観点から、湾曲部２の全体形状として、反射面ＳＡと第１の出射面ＳＢとが平行であるよりも、光入射部３から離れるに従って反射面ＳＡと第１の出射面ＳＢとの間隔が小さくなる形状であると有益である。ここでは、湾曲部２の第１の出射面ＳＢは、全体として概ね半球面であり、湾曲部２の反射面ＳＡは、全体として概ね半楕円面である（後述する図３参照）。すなわち、湾曲部２は、全体として、光入射部３から離れるに従って反射面ＳＡと第１の出射面ＳＢとの間隔（湾曲部２の厚さといってもよい。）が小さくなる形状を有している。本明細書において、「半楕円面」は、長軸を含む平面で楕円面を半分に切断したときに得られる面、又は短軸を含む平面で長軸と垂直に楕円面を半分に切断したときに得られる面を意味する。第１の出射面ＳＢを概ね半楕円面とし、反射面ＳＡを半球面としてもよい。半楕円面に代えて、放物面、双曲面等の一部を反射面ＳＡ又は第１の出射面ＳＢの形状として採用してもよい。なお、楕円面、放物面、双曲面等の曲面は、回転体の表面形状に限定されない。

図２は、光プローブ１００をレーザー治療装置本体に接続した状態を示す。図２に示すレーザー治療装置本体５は、例えばＰＤＴに用いられるレーザー装置である。レーザー光を発生させるレーザー治療装置本体５に、レーザー光を患部に照射する光プローブ１００を接続することにより、ＰＤＴを行うレーザー治療装置を構成し得る。レーザー光源は、レーザー治療装置本体５内に備えられている。レーザー治療装置本体５から出射されるレーザー光は、光ファイバー４内を伝播し、導光体１の光入射部３に到達する。レーザー光は、光入射部３を介して湾曲部２へ入射し、湾曲部２の凹面から出射する。全体として椀形状を有する湾曲部２を備える光プローブ１００は、例えば子宮頸がん治療用のレーザー治療装置に使用することができる。光プローブ１００を子宮頸がん治療用のレーザー治療装置に用いる場合、子宮頸部を覆うように湾曲部２を配置してレーザー光を子宮頸部へ照射する。このとき、本開示の導光体を有する光プローブを用いることにより、患部のより広い領域に対して一括してレーザー光を照射できる。すなわち、本開示によれば、患部が平面でない場合であっても、効率的な光照射を行い得る。以下、導光体１の構造をより詳細に説明する。

図３は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す導光体１の模式的な断面を示す。湾曲部２は、椀形状の中央に錐台形状の第１の穴６を有する。図示するように、第１の穴６は、反射面ＳＡの側から、反射面ＳＡに対向する第１の出射面ＳＢの側に向かって断面積が大きくなる錐台形状を有している。湾曲部２は、第１の穴６の内部に配置された錐台部８を有する。典型的には、錐台部８は、第１の穴６に整合する形状を有する。すなわち、錐台部８は、第１の穴６を埋めるような形状に形成され得る。錐台部８は、湾曲部２の外部に露出する第２の出射面ＳＣを有する。図示するように、第２の出射面ＳＣは、第１の出射面ＳＢとともに椀形状の凹面を形成する。

錐台部８は、第２の穴７を有する。第２の穴７は、反射面ＳＡの側から第１の出射面ＳＢの側に向かって断面積が小さくなる錐体形状を有する。錐台部８は、湾曲部２と同じ材料から形成され得る。錐台部８は、湾曲部２と異なる材料から形成されていてもよい。例えば、透明な樹脂材料から湾曲部２が形成されている場合において、他の透明な樹脂材料から錐台部８が形成されていてもよい。湾曲部２を構成する材料とは異なる材料から錐台部８が形成される場合、錐台部８は、湾曲部２の屈折率よりも小さい屈折率を有する。なお、湾曲部２の複数の溝９は、錐台部８における第２の出射面ＳＣ上にも形成されている。第１の出射面ＳＢ上及び第２の出射面ＳＣ上の複数の溝９は、第２の穴７の錐体形状の頂点を中心とする同心円状の溝であり得る。

図４（ａ）は、錐台部８を取り除いた状態の導光体１の外観の一例を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す導光体１の断面を示す。ここでは、第１の穴６の錐台形状は、円錐台形状である。この円錐台形状における軸は、湾曲部２の椀形状の中心を通る軸であり得る。すなわち、第１の出射面ＳＢの側から湾曲部２の底部を見たとき、第１の穴６の輪郭は、椀形状の底を中心とする円であり得る。円錐台形状の軸と垂直な断面における、その円の面積は、反射面ＳＡの側から第１の出射面ＳＢの側に向かって大きくなっている。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、錐台部８の外観の一例を示し、図５（ｃ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す錐台部８の断面を示す。図５（ａ）は、第１の出射面ＳＢの側から錐台部８を見たときの斜視図であり、図５（ｂ）は、反射面ＳＡの側から錐台部８を見たときの斜視図である。上述したように、錐台部８は、第１の穴６に整合する形状を有し得る。従って、錐台部８は、湾曲部２の第１の穴６の円錐台形状の側面と相似な形状の外表面を有し得る。図示する例において、錐台部８は、その中央に第２の穴７を有する。第２の穴７は、例えば円錐形状を有する。錐台部８は、湾曲部２に設けられた第１の穴６にはめ込まれることにより、湾曲部２の底部の一部を構成する。錐台部８の錐体形状（ここでは円錐形状）の頂点は、湾曲部２の第１の出射面ＳＢの側に位置する。この第２の穴７は、空隙であってもよいし、例えば透明な樹脂等によって充填されていてもよい。第２の穴７が樹脂等によって充填される場合、第２の穴７に充填される材料の屈折率は、典型的には、湾曲部２の屈折率よりも小さい。第２の穴７に充填される材料の屈折率を調整することにより、第２の出射面ＳＣから出射する光線の角度を調整することができる。

図５（ａ）及び図５（ｃ）に例示する構成において、錐台部８の第２の出射面ＳＣには、第２の穴７の錐体形状の頂点を中心とする同心状の複数の溝９が形成されている。溝９の断面形状は、図５（ｃ）に示すように、複数の傾斜面が椀形状の径方向に連続的に配置された凹凸形状であり得る。

図６は、導光体１内における光線の経路の一例を示す。図６は、光ファイバー４の軸を含む平面で導光体１を切断したときの模式的な断面図である。図６中、光線の経路を点線によって模式的に示す。なお、他の図においても、光線の経路を点線によって模式的に示すことがある。図６に例示する構成では、光入射部３は、コリメートレンズ１０を有している。図示する例において、コリメートレンズ１０は、光入射部３の、湾曲部２が接続される側とは反対側の端部（光ファイバー４が接続される側の端部）付近に配置されている。光入射部３の端部がレンズ状の形状であってもよい。すなわち、光入射部３の端部がコリメートレンズの機能を有していてもよい。

光ファイバー４から出射した光は、コリメートレンズ１０を介して光入射部３へ入射する。光入射部３に入射した光は、光入射部３を伝播し、湾曲部２に入射する。湾曲部２に入射した光は、湾曲部２を伝播し、図６に模式的に示すように、湾曲部２の凹面から出射する。図示する例では、湾曲部２からの出射光線は、１点に収束している。湾曲部２から出射する光線の方向は、この例に限定されない。なお、以下では、説明の便宜のため、湾曲部２への入射光線のうち、第２の穴７に入射する光線の一群を中央光線束と呼び、第２の穴７よりも外側の部分に入射する光線の一群を外周光線束と呼ぶ。

図７は、湾曲部２の底部の中央付近を拡大して示す。図７中、白い矢印は、外周光線束ＰＢの進行方向を模式的に示し、ハッチングされた矢印は、中央光線束ＣＢの進行方向を模式的に示す。

中央光線束ＣＢは、第２の穴７と錐台部８との間の界面において屈折する。図７に模式的に示すように、屈折により、光線の進行方向は、光ファイバー４の軸に平行な方向から、椀形状の径方向外側に傾いた方向に変化する。錐台部８内へ入射した光線は、第２の出射面ＳＣに向かって進む。錐台部８内へ入射した光線は、第２の出射面ＳＣにおいて屈折し、湾曲部２の外部に出射する。このように、光入射部３を介して湾曲部２に入射する光のうちの少なくとも一部を錐台部８の第２の穴７に入射させることにより、錐台部８の、第２の出射面ＳＣの全体から光を出射させることができる。

外周光線束ＰＢは、湾曲部２と錐台部８との間の界面に入射する。典型的には、錐台部８の屈折率は湾曲部２の屈折率よりも小さい。従って、湾曲部２と錐台部８との間の界面に入射する光線の大部分は、錐台部８内には進入せず、湾曲部２と錐台部８との間の界面において反射される。湾曲部２と錐台部８との間の界面において反射された光線は、湾曲部２の反射面ＳＡへ向かって進行する。光の利用効率の観点から、錐台部８と湾曲部２との間の界面への入射光が全反射すると有益である。第１の穴６の錐台形状は、湾曲部２の屈折率及び錐台部８の屈折率を考慮して決定され得る。なお、錐台部８の側面と第１の穴６の錐台形状の表面（錐台部８の側面に対向する、第１の穴６の側面）とは、直接接していなくてもよい。例えば、錐台部８の側面と第１の穴６の錐台形状の表面との間に、湾曲部２の屈折率よりも小さい屈折率を有する材料から形成された接着層が介在していてもよい。あるいは、錐台部８の側面と第１の穴６の錐台形状の表面との間に空気又は油脂が介在していてもよい。錐台部８の側面と第１の穴６の錐台形状の表面との間に反射膜を設けてもよい。反射膜は、金属ペーストの塗布又は金属の蒸着等、公知の方法により形成することができる。

図８は、湾曲部２における反射面ＳＡの例示的な形状を示す。図８中、白い矢印は、錐台部８と湾曲部２との間の界面において反射された光の進行方向を模式的に示す。図示する例では、湾曲部２の反射面ＳＡは、それぞれが、入射した光を湾曲部２の第１の出射面ＳＢに向けて反射する傾斜面２１を含む複数の傾斜構造１９を有している。複数の傾斜構造１９は、第２の穴７（図８において不図示）の錐体形状の頂点を中心として同心円状に形成され得る。ここでは、複数の溝２９が反射面ＳＡに形成されることにより、反射面ＳＡに複数の傾斜構造１９が形成されている。溝２９は、反射面ＳＡの全体にわたって形成されていてもよいし、反射面ＳＡの一部分に形成されていてもよい。

傾斜面２１は、錐台部８と湾曲部２との間の界面において反射された光が第１の出射面ＳＢに向かって反射する傾斜角を有する。光ファイバー４の軸を含む断面における傾斜面２１の形状は、図８に示すような直線状であってもよいし、湾曲した形状であってもよい。光の利用効率の観点から、湾曲部２内を反射面ＳＡに向かって進む光が反射面ＳＡにおいて全反射すると有益である。例えば、湾曲部２の反射面ＳＡ上に反射膜を形成してもよい。傾斜面２１上に選択的に反射膜を形成してもよい。なお、錐台部８と湾曲部２との間の界面において反射された光を第１の出射面ＳＢに向けて反射することができれば、溝２９の形成は必須ではない。例えば、光ファイバー４の軸を含む断面における反射面ＳＡの形状は、湾曲した形状であってもよい。光ファイバー４の軸を含む断面における反射面ＳＡの曲面形状は、錐台部８と湾曲部２との間の界面において反射された光を第１の出射面ＳＢに向けて反射可能な形状に設計される。第１の面ＳＡ上に反射膜を形成した場合には、光ファイバー４の軸を含む断面における反射面ＳＡの形状を任意の形状に設定し得る。

ここで、図８に示すように光ファイバー４の軸方向に沿って反射面ＳＡから第１の出射面ＳＢに向かって湾曲部２を掘り下げることにより溝２９を形成する場合を考える。図示する例では、溝２９の形成によって、反射面ＳＡに傾斜面２１−１、傾斜面２１−２及び傾斜面２１−３が形成されている。傾斜面２１−１、傾斜面２１−２及び傾斜面２１−３の深さをそれぞれｈ１、ｈ２及びｈ３とする。傾斜面の深さは、光ファイバー４の軸方向に沿って測ったときの、湾曲部２の外表面から溝の最も深い部分までの距離を意味する（図８参照）。外周光線束ＰＢのうちの一部は、錐台部８と湾曲部２との間の界面において反射された後、傾斜面２１−１、傾斜面２１−２及び傾斜面２１−３に入射する。外周光線束ＰＢのうち、傾斜面２１−１、傾斜面２１−２及び傾斜面２１−３に入射する光線群の幅をＬとする（図７参照）。幅Ｌは、光ファイバー４の軸に垂直な方向（図７において水平方向）に沿って測った長さである。傾斜構造１９は、例えば、傾斜面の深さの合計が、外周光線束ＰＢのうち、それらの傾斜面に入射する光線群の幅Ｌよりも大きくなるように設計される。すなわち、ｈ１＋ｈ２＋ｈ３＞Ｌの条件を満たすように傾斜構造１９における形状が決定され得る。

なお、湾曲部２の反射面ＳＡの外側を遮光部材又は反射部材で覆ってもよい。これにより、反射面ＳＡからの光の漏れを抑制できる。遮光部材又は反射部材は、反射面ＳＡと対向するように配置されればよく、間隙を介して反射面ＳＡと対向していてもよい。

図９は、湾曲部２における第１の出射面ＳＢの例示的な形状を示す。図９は、湾曲部２のうち、錐台部８以外の部分を拡大して模式的に示している。図９中、白い矢印は、湾曲部２内部における光の進行方向を模式的に示し、ハッチングされた矢印は、湾曲部２から外部に出射する光の進行方向を模式的に示す。

図示する例では、第１の出射面ＳＢに、同心円状の複数の溝９が形成されている。ここでは、複数の溝９が形成されることにより、第２の穴７（図９において不図示）の錐体形状の頂点を中心とする同心状の複数の傾斜構造１８が第１の出射面ＳＢに形成されている。図示するように、複数の傾斜構造１８の各々は、第１の傾斜面１１と第２の傾斜面１２とを含む。図示する例では、複数の溝９が第１の出射面ＳＢに形成されることにより、複数の溝９の底部として第１の傾斜面１１が形成されている。

第１の傾斜面１１は、湾曲部２の内部を第１の出射面ＳＢに向かって進む光が反射面ＳＡに向かって反射する傾斜角を有する。第２の傾斜面１２は、湾曲部２の内部を第１の出射面ＳＢに向かって進む光が透過する傾斜角を有する。本明細書において、面の「傾斜角」は、その面の法線と光ファイバー４の軸とがなす角を意味する。すなわち、図１０に示すように、第１の傾斜面１１の傾斜角θ１１は、第１の傾斜面１１の法線Ｎ１１と光ファイバー４の軸とがなす角である。同様に、第２の傾斜面１２の傾斜角θ１２は、第２の傾斜面１２の法線Ｎ１２と光ファイバー４の軸とがなす角である。なお、図１０中において図の上下に延びる二点鎖線は、光ファイバー４の軸方向を模式的に示している。ここでは、傾斜構造１８の各々において、第１の傾斜面１１の傾斜角θ１１は、第２の傾斜面１２の傾斜角θ１２よりも大きい。第１の傾斜面１１の傾斜角θ１１は、湾曲部２の第１の出射面ＳＢにおける場所ごとに互いに異なり得る。同様に、第２の傾斜面１２の傾斜角θ１２も、湾曲部２の第１の出射面ＳＢにおける場所ごとに互いに異なり得る。なお、光ファイバー４の軸を含む断面における第１の傾斜面１１の形状及び／又は第２の傾斜面１２の形状は、直線状であってもよいし、湾曲した形状であってもよい。例えば、第２の傾斜面１２（又は第１の傾斜面１１）のそれぞれは、椀形状の凹面の一部を形成するような形状を有していてもよい。

上述したように、外周光線束ＰＢは、湾曲部２と錐台部８との間の界面に入射する。湾曲部２と錐台部８との間の界面において反射された光線が、湾曲部２の反射面ＳＡへ向かって進行する。湾曲部２と錐台部８との間の界面において反射された光線は、湾曲部２の反射面ＳＡ（典型的には傾斜面２１）においてさらに反射された後、湾曲部２の第１の出射面ＳＢへ向かって進行する。湾曲部２の第１の出射面ＳＢへ向かって進行する光の一部は、第１の傾斜面１１に入射し、残余の部分は、第２の傾斜面１２に入射する。従って、湾曲部２の内部において第１の出射面ＳＢへ向かって進行する光の一部は、湾曲部２の反射面ＳＡに向かって反射され、残余の一部は、第２の傾斜面１２において屈折し、傾斜面１２を透過して湾曲部２の外部へ出射される。第１の傾斜面１１において反射された光は、湾曲部２の反射面ＳＡに到達し、再度湾曲部２の第１の出射面ＳＢに向けて反射される。

傾斜構造１８の各々における、透過と反射との間の分割比は、湾曲部２内部における反射回数と第２の傾斜面１２における透過率とを考慮して決定すればよい。湾曲部２内部における反射回数が多いほど、湾曲部２内部において光が伝搬する距離は大きい。よく知られているように、光の強度は、光が伝搬する距離に対して指数関数的に減衰する。従って、湾曲部２の椀形状の中心から離れるにつれて第２の傾斜面１２の比率を大きくすると、湾曲部２の第１の出射面ＳＢにおける場所ごとの放射強度のばらつきを低減し得る。

なお、第１の出射面ＳＢの傾斜構造１８の各々において、第２の傾斜面１２のうち、反射面ＳＡの反対側に最も突出する部分Ｓ（後述する図１２参照）の放射強度が、第２の傾斜面１２の他の部分の放射強度と比較して低いことがある。以下に説明するように、湾曲部２の光出射面（ここでは凹面）上に光拡散層を配置してもよい。光拡散層を配置することにより、湾曲部２から出射される光をより均一にし得る。

図１１は、湾曲部２の光出射面上に光拡散層３１を有する導光体１Ａの模式的な断面を示す。図１２は、導光体１Ａの湾曲部２における第１の出射面ＳＢの例示的な形状を示す。図１２は、湾曲部２のうち、錐台部８以外の部分を拡大して模式的に示している。図１１に示すように、光拡散層３１は、湾曲部２における椀形状の凹形状と相似な形状を有し得る。図１２に示すように、光拡散層３１は、典型的には、傾斜構造１８の各々において第２の出射面ＳＢの反対側に最も突出する部分Ｓに接している。このとき、第２の傾斜面１２と光拡散層３１との間には、楔形の空間Ｇが形成される。第２の傾斜面１２と光拡散層３１との間に空間Ｇを設けると、第２の傾斜面１２からの光線の出射角の大きさは湾曲部２と空気との間の屈折率の関係で決まるので、出射角を算出しやすい。

光拡散層３１としては、可撓性を有する光拡散フィルムを使用することができる。例えば、透明な樹脂材料中にビーズが分散された光拡散フィルム、表面に微細な凹凸を有する透明な光拡散フィルム等を用いることができる。湾曲部２への光拡散フィルムの接合には、例えば、接着材を用いることができる。このとき、図１１に示すように、湾曲部２の椀形状の上端を覆うように光拡散フィルムを配置し、湾曲部２の椀形状の上端において湾曲部２と光拡散フィルムとを接着してもよい。あるいは、光拡散層３１として、湾曲部２における椀形状の凹形状と相似な形状を有する光拡散部材を湾曲部２の凹面にはめ込んでもよい。光拡散部材としては、例えば、内部にビーズが分散された透明樹脂シートを使用することができる。

第２の傾斜面１２の傾斜角は、第２の傾斜面１２への入射光線の入射角が臨界角よりも小さくなるような角度に設定されている。例えば、湾曲部２がアクリル樹脂から形成されている場合、ナトリウム原子のｄ線を使用したときのアクリル樹脂の屈折率は１．４９であるので、空気の屈折率を１とすれば臨界角の大きさは４２．１５度である。湾曲部２がポリカーボネートから形成されている場合、ナトリウム原子のｄ線を使用したときのポリカーボネートの屈折率は１．５９であるので、空気の屈折率を１とすれば臨界角の大きさは３８．９７度である。

図１３は、第１の出射面ＳＢの他の例示的な形状を示す。図１３に示す湾曲部２Ａの第１の出射面ＳＢにおける複数の傾斜構造１８Ａの各々は、第１の傾斜面１１と、第２の傾斜面１２Ａとを含んでいる。図１３に例示する構成において、第２の傾斜面１２Ａは、互いに異なる傾斜角を有する傾斜部分１２ａ及び傾斜部分１２ｂを含んでいる。第２の傾斜面１２Ａが傾斜部分１２ａ及び傾斜部分１２ｂを有することにより、傾斜構造１８Ａの各々において、互いに異なる方向に光を出射させることができる。このように、第２の傾斜面１２Ａは、２以上の傾斜部分を有していてもよい。

以上に説明したように、本開示では、湾曲部２の第１の出射面ＳＢは、第１の傾斜面１１及び第２の傾斜面１２を含む複数の傾斜構造１８を有している。第１の出射面ＳＢが第１の傾斜面１１及び第２の傾斜面１２を含む複数の傾斜構造１８を有するので、外周光線束ＰＢの一部を第２の傾斜面１２において透過させ、残余の一部を第１の傾斜面１１において反射させることができる。第１の傾斜面１１における反射光は、湾曲部２の反射面ＳＡに向かって進み、反射面ＳＡにおいて反射される。反射面ＳＡにおける反射光は、湾曲部２の第１の出射面ＳＢに向かって進み、その一部は第２の傾斜面１２を透過する。すなわち、湾曲部２の内部において反射を１回以上繰り返させることによって、湾曲部２の第１の出射面ＳＢのほぼ全域から光を出射させ得る。また、中央光線束ＣＢを錐台部８の第２の穴７に入射させることにより、第２の出射面ＳＣのほぼ全域から光を出射させ得る。結果として、湾曲部２の底部の中央付近に接続された光入射部３を介して光を入射させることにより、より広い範囲から光を出射させることができる。これにより、患部が平面ではない場合、例えば凹形状又は凸形状である場合であっても、患部の形状に合わせて光を出射し、患部全体にほぼ均等に光を照射することができる。また、湾曲部２の形状を患部の形状に合わせて設計し得、患部における位置の違いに関わらず、出射面を患部の近くに保つことができる。

実施の形態１では、湾曲部２の凹面の側から光が出射するので、盛り上がった部分にも光照射を行いやすい。なお、湾曲部２の第１の出射面ＳＢが有する傾斜構造１８における第１の傾斜面１１及び第２の傾斜面１２の面積比及び配置等を調整することにより、傾斜構造１８における透過と反射の比率を調整することができる。従って、傾斜構造１８における第１の傾斜面１１及び第２の傾斜面１２の面積比、配置等を調整することにより、湾曲部２の第１の出射面ＳＢにおける場所ごとの放射強度のばらつきを低減することが可能である。

（実施の形態２）
実施の形態２における実施の形態１との相違点は、概略的には、反射面ＳＡが椀形状における凹側の面であり、第１の出射面ＳＢが椀形状における凸側の面である点である。以下では、実質的に同じ機能を有する構成要素は実施の形態１と共通の参照符号を用い、その詳細な説明を省略する。

図１４は、本開示の導光体を備える光プローブの他の一例を示す。図１５（ａ）及び（ｂ）は、図１４に示す光プローブ１００Ｂが備える導光体１Ｂの外観の一例を示す。実施の形態２では、光入射部３を介して、湾曲部２Ｂの椀形状における凹側の面から凸側の面に向かって湾曲部２Ｂに光が入射する。図１４に示すように、ここでは、光入射部３は、湾曲部２Ｂの椀形状における凹面の側に光学的に結合されている。実施の形態２では、光入射部３を介して湾曲部２Ｂに入射した光は、最終的に湾曲部２Ｂの凸面から出射する。

図１４に示すように、湾曲部２Ｂの第１の穴６の内部には、錐台部８Ｂが配置されている。ここでは、錐台部８Ｂの第２の出射面ＳＣは、第１の出射面ＳＢとともに椀形状の凸面を形成する。錐台部８Ｂの内部には、実施の形態１と同様に、第２の穴７が形成されている。第１の出射面ＳＢ上及び第２の出射面ＳＣ上の複数の溝９は、第２の穴７の錐体形状の頂点を中心とする同心円状の溝であり得る（図１５（ａ）参照）。

図１６は、湾曲部２Ｂにおける第１の出射面ＳＢ及び反射面ＳＡの例示的な形状を示す。図１６は、湾曲部２Ｂのうち、錐台部８Ｂ以外の部分を拡大して模式的に示している。図１６に例示する構成では、湾曲部２Ｂの第１の出射面ＳＢは、全体として概ね半楕円面であり、反射面ＳＡは、全体として概ね半球面である。図示する例では、第１の出射面ＳＢには、実施の形態１と同様に複数の溝９が形成されている。これにより、第１の出射面ＳＢに複数の傾斜構造１８が形成されている。第１の出射面ＳＢの傾斜構造１８の各々において反射面ＳＡの反対側に最も突出する部分は、例えば、上述の半楕円面上に位置していてもよい。光ファイバー４の軸方向に沿って第１の出射面ＳＢから反射面ＳＡに向かって湾曲部２を掘り下げることにより溝９を形成する場合、溝９のそれぞれにおいて湾曲部２の外表面から最も深い部分が上述の半楕円面上に位置するように椀形状を設計してもよい。

また、図示する例では、反射面ＳＡには、複数の溝２９が形成されている。これにより、反射面ＳＡに複数の傾斜構造２０が形成されている。ここでは、複数の傾斜構造２０のそれぞれは、傾斜面２２ａ及び傾斜面２２ｂを含む。反射面ＳＡの傾斜構造２０の各々において第１の出射面ＳＢの反対側に最も突出する部分は、例えば、上述の半球面上に位置していてもよい。光ファイバー４の軸方向に沿って反射面ＳＡから第１の出射面ＳＢに向かって湾曲部２を掘り下げることにより溝２９を形成する場合、溝２９のそれぞれにおいて湾曲部２の外表面から最も深い部分が上述の半球面上に位置するように椀形状を設計してもよい。

図１７は、湾曲部２Ｂ内における光線の経路の一例を模式的に示す。実施の形態１と同様に、光ファイバー４から出射した光は、コリメートレンズ１０を介して光入射部３へ入射する。光入射部３に入射した光は、光入射部３を伝播し、湾曲部２Ｂに入射する。実施の形態２においては、湾曲部２Ｂに入射した光は、湾曲部２Ｂを伝播し、湾曲部２Ｂの凸面から出射する。湾曲部２Ｂからの光線は、例えば、光ファイバー４の軸に平行に出射される。

光入射部３を介して湾曲部２Ｂに入射した光のうち、第２の穴７に入射する光線の経路は、実施の形態１における光線の経路とほぼ同様であるので詳細な説明は省略する。錐台部８Ｂの第２の穴７に入射した光線は、第２の出射面ＳＣの全体から出射する。

一方、錐台部８Ｂの第２の穴７に入射しなかった光線は、湾曲部２Ｂと錐台部８Ｂとの間の界面において反射される。湾曲部２Ｂと錐台部８Ｂとの間の界面において反射された光線は、湾曲部２Ｂの第１の出射面ＳＢへ向かって進行する。実施の形態１と同様に、第１の出射面ＳＢは、複数の傾斜構造１８を有する。図示するように、複数の傾斜構造１８の各々は、第１の傾斜面１１と第２の傾斜面１２とを有している。湾曲部２Ｂと錐台部８Ｂとの間の界面において反射された後、第１の出射面ＳＢへ向かって進行する光線は、第１の傾斜面１１において反射面ＳＡに向けて反射される。第１の傾斜面１１において反射面ＳＡに向けて反射された光線の一部は、反射面ＳＡに形成された傾斜面２２ａに入射し、他の一部は、反射面ＳＡに形成された傾斜面２２ｂに入射する。傾斜面２２ａに入射した光線及び傾斜面２２ｂに入射した光線は、それぞれ、傾斜面２２ａ及び傾斜面２２ｂにおいて反射される。

傾斜面２２ａは、湾曲部２Ｂの内部を反射面ＳＡに向かって進む光が第１の出射面ＳＢの第１の傾斜面１１に向かって反射する傾斜角を有する。すなわち、傾斜面２２ａにおいて反射された光線は、図１７に模式的に示すように、典型的には、椀形状の径方向（図１７において水平方向）に沿って進行する。従って、傾斜面２２ａにおいて反射された光線は、第１の出射面ＳＢの第１の傾斜面１１においてさらに反射され、再度反射面ＳＡへ向かって進行する。反射面ＳＡへ向かって進行する光線の一部は、反射面ＳＡの傾斜面２２ａに入射し、第１の出射面ＳＢの第１の傾斜面１１に向けて反射される。このような過程を繰り返すことにより、湾曲部２Ｂの椀形状の中心から離れた位置まで光が伝搬する。

傾斜面２２ｂは、湾曲部２Ｂの内部を反射面ＳＡに向かって進む光が第１の出射面ＳＢの第２の傾斜面１２に向かって反射する傾斜角を有する。従って、傾斜面２２ｂにおいて反射された光線は、図１７に模式的に示すように、概ね光ファイバー４の軸方向（図１７において上下方向）に沿って進行し、第２の傾斜面１２を透過して湾曲部２Ｂの外部に出射する。なお、ここでは、傾斜構造１８の各々において、第１の傾斜面１１の傾斜角は、第２の傾斜面１２の傾斜角よりも大きい。また、ここでは、傾斜構造２０の各々において、傾斜面２２ａの傾斜角は、傾斜面２２ｂの傾斜角よりも大きい。このように、第１の出射面ＳＢが椀形状における凸側の面であっても、第１の出射面ＳＢの全体から光を出射させることが可能である。

以上に説明したように、本開示によれば、光照射の対象が凹形状又は凸形状を有する場合であっても、効率的な光照射を行い得る。本開示によれば、より広い範囲にレーザー光等の光を照射することが可能である。なお、実施の形態１及び実施の形態２において説明した導光体に入射する光はレーザー光に限らず、ＬＥＤ、ＣＣＦＬ（冷陰極管）等から出射した光であってもよい。ＬＥＤ、ＣＣＦＬ等の光源から出射した光を複合放物面集光器（Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ（ＣＰＣ））等により集光し、集光された光を導光体に入射させてもよい。光ファイバー４を用いる代わりに、レンズ又はミラーを用いて光入射部３に光を入射させてもよい。

子宮頸がん治療用のレーザー治療装置に本開示の光プローブ（例えば図１に示す光プローブ１００）を用いる場合、湾曲部２の直径はおよそ数センチと比較的小さいサイズであり得る。従って、例えば射出成形により、湾曲部２及び光入射部３の形状を一括して形成し得る。すなわち、射出成形により、湾曲部２の外形、光入射部３のコリメートレンズ１０などを一括して形成してもよい。その後、例えば熱プレス成形により、複数の溝９及び／又は複数の溝２９を湾曲部２に形成することができる。熱プレス成形では、プレス金型面に形成された形状を基材に転写する。これにより、湾曲部２に第１の傾斜構造１８及び／又は第２の傾斜構造１９を形成できる。熱プレス成形を適用して第１の傾斜構造１８及び／又は第２の傾斜構造１９を形成することにより、射出成形等と比べてより微細な凹凸を湾曲部２に形成することができる。

なお、前述した種々の態様は、矛盾が生じない限り互いに組み合わせることが可能である。

本開示の導光体又は光プローブは、例えば子宮頸がん治療用のレーザー治療装置に用いることができる。また、本開示の導光体は、曲面形状の表示面を有するような液晶表示装置のバックライトユニットに使用することもできる。

１ 導光体
２ 湾曲部
３ 光入射部
４ 光ファイバー
５ レーザー治療装置本体
６ 第１の穴
７ 第２の穴
８ 錐台部
９ 溝
１０ コリメートレンズ
１１ 第１の傾斜面
１２ 第２の傾斜面

Claims (12)

1. 全体として椀形状を有し、かつ前記椀形状の中央に錐台形状の第１の穴が設けられた光透過性の湾曲部であって、前記椀形状を規定する反射面及び第１の出射面を有する湾曲部と、
   前記湾曲部の前記反射面側の底部に光学的に結合された光入射部と
   を備え、
   前記第１の穴は、前記反射面から前記反射面に対向する前記第１の出射面に向かって断面積が大きくなる錐台形状を有し、
   前記湾曲部は、前記第１の穴に整合する形状を有する錐台部であって、前記第１の穴の内部に配置された錐台部を有し、
   前記錐台部は、前記反射面から前記第１の出射面に向かって断面積が小さくなる錐体形状の第２の穴と、前記湾曲部の外部に露出する第２の出射面とを有し、
   前記湾曲部の前記第１の出射面は、前記錐体形状の頂点を中心とする同心円状の複数の第１の傾斜構造を有し、
   前記複数の第１の傾斜構造の各々は、前記湾曲部の内部を前記第１の出射面に向かって進む光が前記反射面に向かって反射する傾斜角を有する第１の傾斜面と、前記湾曲部の内部を前記第１の出射面に向かって進む光が透過する傾斜角を有する第２の傾斜面とを含む導光体。
2. 前記反射面は、前記椀形状における凸側の面である請求項１に記載の導光体。
3. 前記反射面は、前記椀形状における凹側の面である請求項１に記載の導光体。
4. 前記第２の穴は、樹脂によって充填されている請求項１から３のいずれかに記載の導光体。
5. 前記第２の穴の前記錐体形状は、円錐形状である請求項１から４のいずれかに記載の導光体。
6. 前記第１の穴の前記錐台形状は、円錐台形状である請求項１から５のいずれかに記載の導光体。
7. 前記錐台部の側面と、前記錐台部の前記側面に対向する前記第１の穴の側面との間に内側反射膜を有する請求項１から６のいずれかに記載の導光体。
8. 前記湾曲部の前記反射面は、前記錐体形状の頂点を中心とする同心円状の複数の第２の傾斜構造を有する請求項１から７のいずれかに記載の導光体。
9. 前記湾曲部の前記反射面は、外側反射膜を有する請求項１から８のいずれかに記載の導光体。
10. 前記光入射部は、前記湾曲部と接続された側とは反対側の端部にコリメートレンズを有する請求項１から９のいずれかに記載の導光体。
11. 前記反射面及び前記第１の出射面のうちの一方は、概ね半球面であり、もう一方は、概ね半楕円面である請求項１から１０のいずれかに記載の導光体。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の導光体と、
    前記光入射部に光学的に結合された光ファイバーとを備える光プローブ。

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