JP2017517724A

JP2017517724A - 光拡散性ファイバ温度表示装置

Info

Publication number: JP2017517724A
Application number: JP2016566216A
Authority: JP
Inventors: セバスチャンバウコ，アンソニー
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2014-05-02
Filing date: 2015-05-01
Publication date: 2017-06-29
Also published as: WO2015168536A1; EP3137866A1; EP3137866B1; US10175121B2; US20150316424A1

Abstract

光拡散性ファイバは１つ以上のセグメント及び光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティングを有する。サーモクロミックコーティングは、第１の温度において不透明であり、第２の温度において透明である。装置の温度を検出するためのシステムは、装置、装置に熱結合された光拡散性ファイバ及び光拡散性ファイバに光結合された光源を備える。装置の温度を検出するための方法は、装置に光拡散性ファイバを熱結合させる工程、光拡散性ファイバに光源を光結合させる工程及び透過光に対して光拡散性ファイバを監視する工程を含む。

Description

関連出願の説明

本出願は２０１４年５月２に日に出願された米国仮特許出願第６１／９８７８９０号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記仮特許出願の明細書の内容に依拠し、上記仮特許出願の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。

本明細書は全般には光拡散性ファイバ（ＬＤＦ）に関し、さらに詳しくは、サーモクロミックコーティングが施されている光拡散性ファイバを有する温度表示装置に関する。

装置の温度監視は、接触センサ、サーモレジスタまたは、ボロメータのような、温度センサのような、いくつものデバイスで行うことができる。これらのデバイスは、デバイスからの信号をコンピュータにまたは装置の温度プロファイル監視の担当者に送ることができる場合には十分である。しかし、装置の温度プロファイル監視担当者に装置の温度を送ることができないか、温度プロファイルの監視に必要なセンサの数が多すぎるか、または装置が置かれている環境がセンサに適合しない、用途が存在する。他の温度センサは作動しないかまたは効率が悪い条件下で作動する温度表示装置が必要とされている。

一実施形態にしたがえば、光拡散性ファイバは１つ以上のセグメント及び光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティングを有する。サーモクロミックコーティングは第１の温度において不透明であり、サーモクロミックコーティングは第２の温度において透明である。

別の実施形態にしたがえば、装置の温度を検出するためのシステムは、装置、装置に熱結合された光拡散性ファイバ及び光拡散性ファイバに光結合された光源を備える。光拡散性ファイバは少なくとも２つのセグメント及び光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティングを有する。サーモクロミックコーティングは第１の温度において不透明であり、サーモクロミックコーティングは第２の温度において透明である。

別の実施形態において、装置の温度を検出するための方法は、光拡散性ファイバを装置に熱結合させる工程、光源を光拡散性ファイバに光結合させる工程及び透過光に対して光拡散性ファイバを監視する工程を含む。光拡散性ファイバは少なくとも２つのセグメント及び光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティングを有する。サーモクロミックコーティングは第１の温度において不透明であり、サーモクロミックコーティングは第２の温度において透明である。

さらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を含み、また添付図面も含む、本明細書に説明される実施形態を実践することで認められるであろう。

上述の全般的説明及び以下の詳細な説明のいずれもが様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。

図１は一実施形態にしたがう光拡散性光ファイバの一区画の簡略な側面図である。図２Ａは図１の光ファイバの、方向２−２に沿って見られるような、簡略な断面である。図２Ｂは光ファイバの断面の簡略な拡大図である。図３は一実施形態にしたがう光拡散性光ファイバを備えるシステムの略図である。図４は一実施形態にしたがう光拡散性光ファイバを備えるシステムの略図である。図５は一実施形態にしたがう光拡散性光ファイバ及び光検出器を備えるシステムの略図である。

それらの例が添付図面に示されている実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、同じかまたは同様の参照数字が全図面を通して同じかまたは同様の要素を指して用いられる。本明細書に開示される実施形態が例示に過ぎず、それぞれの実施形態が、他の実施形態において併用することができる、本開示のいくつかの利点を取り入れていることは当然である。

本開示の範囲内で以下の例に様々な改変及び変形がなされ得るし、様々な実施形態の態様はまた別の実施形態を達成するために様々な仕方で組み合わせることができる。したがって、本開示の範囲は、本明細書に説明される実施形態の、ただしこれらには限定されない、観点において、本開示の全体から理解されるべきである。

「上げドーパント」は、本明細書において、純アンドープＳｉＯ_２に対して屈折率を高めるような性質を有するドーパントと見なされる。「下げドーパント」は、本明細書において、純アンドープＳｉＯ_２に対して屈折率を低めるような性質を有するドーパントと見なされる。上げドーパントは、上げドーパントではない１つ以上の別のドーパントがともなう場合、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在し得る。同様に、上げドーパントではない１つ以上の別のドーパントが正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在し得る。下げドーパントは、下げドーパントではない１つ以上の別のドーパントがともなう場合、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在し得る。

術語「ナノ構造化ファイバ領域」はファイバの断面に、多数の（５０より多い）ガス充填空孔またはその他のナノサイズ構造、例えば、５０より多く、１００より多くまたは２００より多くの、空孔を含む領域または区域を有するファイバを表す。ガス充填空孔は、例えば、ＳＯ_２、Ｋｒ、Ａｒ、ＣＯ_２、Ｎ_２、Ｏ_２またはこれらの混合気を入れることができる。本明細書に説明されるようなナノサイズ構造（例えば空孔）の断面寸法（例えば直径）は１０ｎｍから１μｍまで（例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で）変わることができ、長さは１ｍｍから５０ｍまで（例えば、２ｍｍ〜５ｍまたは５ｍｍ〜１ｍの範囲で）変わることができる。

図１は実施形態にしたがう光拡散性ファイバの一区画の簡略な側面図である。図１に示される光拡散性ファイバは、中心軸（中心線）１６を有する、光拡散性ファイバ（以降、ＬＤＦと称する）１２のコア内に複数の空孔を有する。図２Ａは図１の方向２−２に沿って見られるようなＬＤＦ１２の簡略な断面である。ＬＤＦ１２は、例えば、周期的または非周期的なナノサイズ構造３２（例えば空孔）を有するナノ構造化ファイバ領域をもつ様々なタイプの光ファイバのいずれかとすることができる。いくつかの実施形態において、ファイバ１２は３つの分画または領域に分割されたコア２０を有する。これらのコア領域は、中実中央領域２２、ナノ構造化リング領域（内側環状コア領域）２６及び、内側環状コア領域２６を囲んでいる外側中実領域２８である。いくつかの実施形態において、クラッド領域（クラッド層）４０が環状コア２０を囲み、外表面を有する。

ファイバ１２のいくつかの実施形態において、コアの領域２２及び２８はゲルマニウムがドープされたシリカを含む。所望の屈折率及び密度を得るため、光ファイバのコア内に、特に中心線１６にまたはその近傍に、ゲルマニウム以外のドーパントを、単独でまたは組み合わせて、用いることができる。いくつかの実施形態において、光ファイバの相対屈折率プロファイルは領域２２及び２８において非負である。これらのドーパントは、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐ、Ｇｅまたはこれらの組合せとすることができる。いくつかの実施形態において、光ファイバはコアに屈折率下げドーパントを含有していない。

いくつかの実施形態において、ＬＤＦ１２のコア領域２６は、例えば、ＬＤＦ１２のコア領域２６の拡大図である、図２Ｂに詳細に示される空孔のような、非周期的に配された複数のナノサイズ構造３２がその中に存在しているガラスマトリクス（ガラス）３１を有する。別の実施形態において、空孔３２は、フォトニック結晶光ファイバにおけるように、周期的に配することができる。

「非周期的に配される」または「非周期的分布」は、光ファイバの断面を（図２Ａに示されるように）とったときに、空孔３２がファイバの一領域にわたってランダムにまたは非周期的に分布していることを意味する。したがって、そのような実施形態において、ファイバの長さに沿う異なる点においてとられた同様の断面は異なる断面空孔パターンを示すであろう。すなわち、様々な断面は、空孔の分布及び空孔のサイズが一致しない、異なる空孔パターンを有するであろう。これらの空孔は光ファイバの長さに沿って（すなわち、縦軸に平行に）引き延ばされる（細長にされる）が、伝送ファイバの一般的な長さに対して全ファイバの全長にわたって延びることはない。理論にはこだわらず、ファイバの長さに沿う空孔の延びが１０ｍになることはなく、多くの場合１ｍになることはないと考えられる。

実施形態にしたがえば、空孔の直径は、約１５ｎｍ以上のように、約１０ｎｍ以上であり得る。別の実施形態において、空孔の直径は、約２５ｎｍ以上のように、約２０ｎｍ以上であり得る。いくつかの実施形態において、空孔の直径は、約４５ｎｍ以下のように、約５０ｎｍ以下であり得る。別の実施形態において、空孔の直径は、約３５ｎｍ以下のように、約４０ｎｍ以下であり得る。

実施形態のＬＤＦ１２は、かなりの量のガスが固結ガラスブランクに閉じ込められ、よって固結ガラス光ファイバプリフォーム内に空孔の形成がおこる結果になるプリフォーム固結条件を用いる方法によって作製することができる。これらの空孔を除去する工程をとるのではなく、得られたプリフォームは空孔、またはナノサイズ構造、を内部に有する光ファイバを形成するために用いられる。得られたファイバのナノサイズ構造または空孔はファイバ長に沿い、ファイバの側面を介して、ファイバの外に光を散乱またな誘導するために用いられる。すなわち、所望の照明を与えるため、光はコア２０から離れ、ファイバの外表面を通して、誘導される。ナノサイズ空孔を有する光ファイバを作製する方法は、例えば、米国特許第７４５０８０６号明細書に説明されている。上記特許明細書はその全体が本明細書に参照として含められる。

いくつかの実施形態において、クラッド層４０の厚さは２０μｍ以上である。実施形態において、クラッド層は１２０μｍ以上で約１３０μｍ以下の外径を有する。別の実施形態において、クラッド層は１２０μｍより小さい、例えば、約６０μｍ以上から約８０μｍ以下までの、直径を有する。いくつかの実施形態において、クラッド層の外径はファイバ１２の長さに沿って一定である。一定とは、直径の平均値に対する変動が、５％より小さく、さらには２％より小さいように、１０％より小さいことを意味する。

実施形態において、ファイバ長に沿う照明の一様性は、ドロープロセス中のファイバ張力を制御することで、または適切な（例えば、３０ｇと１００ｇの間または４０ｇと９０ｇの間の）ドロー張力を選択することで、最小散乱照明強度が最大散乱照明強度の０.７より小さくならないように制御される。光拡散性光ファイバ１２は２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内の１つ以上の波長に対して５０ｄＢ/ｋｍより大きい散乱誘起減衰を有する。ファイバ１２は、ナノサイズ構造３２によって散乱された光がコア２０から離れて指定された領域内の外表面を通るように、ファイバに形成された複数の曲げを有することができる。実施形態において、長さに沿う散乱光の照明強度の偏差は最大散乱照明強度の３０％より小さい。いくつかの実施形態にしたがえば、散乱誘起減衰は１００ｄＢ/ｋｍと６０００ｄＢ/ｋｍの間であるか、またはさらに大きい。いくつかの実施形態において、ファイバ１２の散乱による減衰は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内にある１つ以上の波長に対して６０００ｄＢ/ｋｍ〜２００００ｄＢ/ｋｍである。いくつかの実施形態にしたがえば、ファイバ１２は０.５ｍと１００ｍの間の長さを有し、散乱誘起減衰は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内にある１つ以上の波長に対して３００ｄＢ/ｋｍと５０００ｄＢ/ｋｍの間であり、及び／またはファイバ長で３ｄＢより大きい。別の実施形態において、ファイバ１２は０.１ｍと０.５ｍの間の長さを有し、散乱誘起減衰は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内にある１つ以上の波長に対して５０００ｄＢ/ｋｍと２００００ｄＢ/ｋｍの間である。ナノサイズ構造３２は、直径が１０ｎｍより大きい、好ましくは５０ｎｍより大きい、さらに好ましくは１００ｎｍより大きい、ガス充填空孔（例えばＳＯ_２充填空孔）であることが好ましい。

実施形態にしたがえば、ファイバ１２は、図２Ａに示されるように、サーモクロミックコーティング４４を有する。実施形態において、サーモクロミックコーティング４４は、第１の温度において不透明であり、第２の温度において透明である、サーモクロミックな顔料または染料を含む。様々なサーモクロミックな顔料及び染料をコーティングに用いることができる。例えば、実施形態において、サーモクロミックな非顔料または染料はロイコ染料または液晶とすることができる。実施形態において、サーモクロミックな顔料または染料は、QCR Solutions Corp.社、H.W. Sands Corp.社、LCR Hallcrest社、Chromic Technologies, Inc., (CTI)社、またはマツイインターナショナル社で製造されている色素とすることができる。サーモクロミック染料は適するプラスチックまたはポリマーのキャリアまたはキャリア混合物に添加することができる。実施形態において、キャリアは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル及び、例えば、メタクリレートのポリマー、アクリル酸メチルのポリマー、アクリル酸エチルのポリマー、等のような、アクリルポリマーから選ぶことができる。サーモクロミックな顔料または染料は、サーモクロミックな染料または顔料とキャリアの混合物（以降「サーモクロミックコーティング」と称する）を、第１の温度において不透明にし、第２の温度において透明にするいずれかの量でキャリアに添加することができる。サーモクロミックコーティング内のサーモクロミック顔料の量が、用いられる、サーモクロミックな顔料または染料のタイプ及びキャリアのタイプに依存して変わるであろうことは当然である。

キャリアと混合されると、サーモクロミックコーティング４４をＬＤＦ１２に施すことができる。実施形態において、サーモクロミックコーティングは、サーモクロミックコーティング材料にＬＤＦ１２を浸すことによるか、サーモクロミックコーティング材料をＬＤＦ１２上にスプレイ塗布することによるか、サーモクロミックコーティング材料をＬＤＦ１２上にスピン塗布することによるか、ＬＤＦ１２とコーティング４４を共押出しすることによるか、先に形成されたコーティングにＬＤＦ１２を押出し挿入することによるか、あるいは、塗装のような、いずれかのタイプの物理的塗布により、施すことができる。サーモクロミックコーティング材料がＬＤＦ１２に施された後、加熱、サーモクロミックコーティングの光／放射線への曝露、または周囲条件におけるサーモクロミックコーティング材料の乾燥によるように、サーモクロミックコーティング材料を硬化させることができる。実施形態にしたがえば、サーモクロミックコーティング４４はＬＤＦ１２の周表面を覆うが、ＬＤＦ１２の、図２Ａに示されるような、断面端は露出されるようにＬＤＦ１２はコーティングされるかまたは切断される。

実施形態において、サーモクロミックコーティング４４を含む、ＬＤＦ１２の太さは、約１７５μｍ以上から約３２５μｍ以下までのように、約１５０μｍ以上から約３５０μｍ以下までとすることができる。別の実施形態において、ＬＤＦ１２の太さは、約２２５μｍ以上から約２７５μｍ以下までのように、約２００μｍ以上から約３００μｍ以下までとすることができる。また別の実施形態において、ＬＤＦ１２の太さは約２５０μｍとすることができる。実施形態において、サーモクロミックコーティング４４は、約３５μｍ以上から約６５μｍ以下までのように、約３０μｍ以上から約７０μｍ以下までの厚さを有することができる。別の実施形態において、サーモクロミックコーティング４４は、約４５μｍ以上から約５５μｍ以下までのように、約４０μｍ以上から約６０μｍ以下までの厚さを有することができる。また別の実施形態において、サーモクロミックコーティング４４の厚さは約５０μｍとすることができる。

実施形態において、サーモクロミックコーティングはサーモクロミックコーティングの転移温度以下の温度で不透明であり、サーモクロミックコーティングは転移温度より高い温度で透明である。別の実施形態において、サーモクロミックコーティングはサーモクロミックコーティングの転移温度より高い温度で不透明であり、サーモクロミックコーティングは転移温度以下の温度で透明である。

実施形態において、サーモクロミックコーティング４４が施されているＬＤＦ１２（以降「サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ」と称する）はセグメントを有する。本明細書に用いられるように、「セグメント」は、サーモクロミックコーティングの温度がサーモクロミックな顔料または染料の転移温度より低い温度からサーモクロミックな顔料または染料の転移温度より高い温度に推移すると、不透明から透明に、または透明から不透明に、転移するサーモクロミックコーティング付ＬＤＦの離散的領域である。与えられるいかなる熱源にも同じ特定の長さで対応することはない。むしろ、いずれのセグメントの長さも、そのセグメントが接触している熱源に対応するであろう。例えば、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦは、１０ｍ長とし、周囲条件において不透明とすることができる。サーモクロミックコーティングの転移温度より高い温度を有する熱源をサーモクロミックコーティング付ＬＤＦの内の２ｃｍに与えて、熱源が与えられているサーモクロミックコーティング付ＬＤＦのその２ｃｍを不透明から透明に転移させることができる。いかなる特定の理論にもこだわらず、ＬＤＦ１２及びサーモクロミックコーティング４４は非常に薄いから、またＬＤＦ１２及びサーモクロミックコーティング４４は良好な熱導体ではない材料でつくられるから、不透明から透明へのサーモクロミックコーティング４４の転移は熱源が存在する２ｃｍに限定されると考えられる。ＬＤＦ１２及びサーモクロミックコーティング４４の物理的寸法及び低熱伝導度のため、不透明から透明に転移するＬＤＦのセグメントは相対的に熱源と同じ長さであると考えられる。

実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦのそれぞれのセグメントは、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦの温度に依存して不透明または透明であり得る。したがって、実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦの第１のセグメント群は第１のセグメント群の温度が転移温度より高い場合に透明とすることができ、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦの第２のセグメント群は第２のセグメント群の温度が転移温度以下である場合に不透明とすることができる。別の実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦの第１のセグメント群は第１のセグメント群の温度が転移温度より低い場合に透明とすることができ、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦの第２のセグメント群は第２のセグメント群の温度が転移温度以上の場合に不透明とすることができる。

図３を参照すれば、実施形態は装置３００の温度を検出するためのシステムも含む。システムの実施形態は、（ａ）装置３００、（ｂ）装置３００に熱結合されたサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２及び（ｃ）サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２に光結合された光源３１０を備える。

実施形態において、装置３００のタイプは限定されず、温度を監視することが望ましいいかなる装置でもあり得る。例えば、装置は、サーバのようなコンピュータコンポーネント、熱交換基または反応チャンバのようなプロセス装置とすることができる。いずれの装置の温度もシステムの実施形態にしたがって監視され得ることが理解されよう。

実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、熱絶縁性ではない、いずれかの接着剤（図示せず）によって装置３００に熱結合させることができる。例えば、接着剤の温度は、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２が結合されている装置３００の温度と同じかほぼ同じであるべきである。接着剤の例には熱性エポキシ及び銅テープがある。接着剤は装置３００及び／またはサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２のいずれかにまたはいずれにも施され、装置３００とサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２を熱結合させるため、装置３００とサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の間に配置される。別の実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、装置３００とサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の全長の間の物理的接触を維持し、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２に一定の張力を保つような態様で、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２に沿う様々な位置に配置された機械的締結具３３０の使用によって装置３００に熱結合させることができる。機械的締結具３３０を用いる実施形態において、機械的締結具の数、位置及び寸法は、機械的締結具３３０が可能な限りサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の小さい表面積を覆うように選ぶことができる。機械的締結具の例には、ステープル、Ｕ字形釘またはコンジットファスナーがある。

いくつかの実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２を光源３１０に直接、物理的に接続することで、光源３１０に光結合される。別の実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２と光源３１０を光結合させるために光伝送デバイスを用いることができる。別の実施形態において、システムは２つの光源３１０、３２０を備え、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の第１の末端が第１の光源３１０に光結合され、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の第２の末端が第２の光源３２０に光結合される。

上述したように、また図２Ａを参照すれば、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、その全長にわたって実質的に一様な光放射を透過させる光源ファイバを形成するため、光がナノサイズ構造３２により散乱され、コア２０から離れて、外表面４８を通って放射されように構成される。したがって、実施形態において、光源３１０、３２０に光結合されたサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、サーモクロミックコーティング４４が透明状態にある場合は光を透過させ、サーモクロミックコーティング４４が不透明状態にある場合は光を透過させない。したがって、実施形態において、また図３を参照すれば、装置３００の温度を検出するためのシステムはサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２を備え、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２が第１の温度にあるときは光を透過させ（図において破線で表される）、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２が第２の温度にあるときは光を透過させない（図において実線で表される）。いくつかの実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２のセグメントは装置３００の異なる領域３００ａ〜３００ｉに熱結合され、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の第１の群のセグメント１２ａは、光を透過させる、転移温度より高い温度を有する装置の領域３００ｃ、３００ｄ及び３００ｈに熱結合され、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の第２の群のセグメント１２ｂは、光を透過させない、転移温度以下の温度を有する装置の領域３００ａ、３００ｂ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ及び３００ｉに熱結合される。別の実施形態において、また図４を参照すれば、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の第１の群のセグメント１２ａは、光を透過させる、転移温度より低い温度を有する装置の領域３００ａ、３００ｂ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ及び３００ｉに熱結合され、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の第２の群のセグメント１２ｂは、光を透過させない、第１の温度以上の温度を有する装置の領域３００ｃ、３００ｄ及び３００ｈに熱結合される。光を透過させるセグメント群におけるセグメントの数及び光を透過させないセグメント群におけるセグメントの数に制限はなく、セグメントのそれぞれの群が１セグメントまたは１つより多くのセグメントを有し得ることが理解されよう。

実施形態にしたがえば、また図５を参照すれば、装置３００の１つ以上の領域の温度は、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の１つ以上のセグメントが光を透過させているか否かを監視することで、観察することができる。いくつかの実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２の観察は、装置３００に熱結合されているサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２を目視観察している人によって達成され得る。そのような実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、約４００ｎｍ以上から約７００ｎｍ以下までのような、可視領域内の波長を有する光を透過させることができる。別の実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、約５２５ｎｍ以上から約５７５ｎｍ以下までのような、約５００ｎｍ以上から約６００ｎｍ以下までの波長を有する光を透過させることができる。また別の実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は約５５０ｎｍの波長を有する光を透過させることができる。

別の実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２が光を透過させているか否かを監視するため、光検出器５００を用いることができる。いくつかの実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２が光を透過させているか否かを監視するため、２つ以上の光検出器５００を用いることができる。サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２が光を透過させているか否かを監視するために１つ以上の光検出器５００が用いられる実施形態において、１つ以上の光検出器５００はコンピュータまたは光が検出されると作動される警報器５１０に接続させることができる。実施形態において、１つ以上の光検出器５００は、ある波長の光がサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２を透過し、１つ以上の光検出器５００で観察されると警報器を作動するように構成することができる。そのような実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、約４００ｎｍ以上から約２０００ｎｍ以下までのような、約３５０ｎｍ以上から約３０００ｎｍ以下までの波長を有する光を透過させることができる。

実施形態において、複数本の光拡散性ファイバを束ね合わせて、リボン、リボンスタックまたは円形バンドルの内の少なくとも１つにすることができる。いくつかの実施形態において、ファイバのバンドルまたはリボン（すなわち、複数本のファイバの集合体）は、結合効率を高めるため、光源の形状に合わせて配列することができる。一般的なバンドル／リボン構造は、例えば２本〜３６本の光拡散性ファイバを有することができ、あるいはファイバを大いにスタックすることにより、数１００本までのファイバを有することができる。実施形態にしたがえば、ファイバリボンの外表面上にサーモクロミックコーティングを配することができる。リボン構造で得られる一利点は、リボンは波形、螺旋形または渦巻形のような曲げ構造を形成することができ、よって所望の領域への光の散乱を可能にすることができるから、個々のファイバを巻く必要がなくなり得ることである。さらに、マルチファイバリボンの使用により、大きなリボンスタックを得る可能性が与えられる。そのようなリボンスタックはより集中した量の光を提供するであろうし、赤色レーザ、太陽光、発光ダイオードのような異なる光源の使用、または点光源の誘導、の可能性も開くであろう。例えば、一実施形態にしたがえば、複数本の光拡散性光ファイバを単光源または複数の光源に光結合させることができ、同時に、光拡散性ファイバは束ね合わされて、リボン、リボンスタックまたは円形バンドルの内の少なくとも１つにされる。さらに、光拡散性ファイバのバンドルまたはリボンは、最小の損失で光を光拡散性ファイバに向けて導くことができる、伝送ファイバによって光源に接続することができる。

別の実施形態は装置の温度を検出するための方法を含む。この方法の実施形態は、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２を装置３００に熱結合させる工程、光源３１０、３２０をサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２に光結合させる工程、及び透過光に対してサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２を監視する工程を含む。実施形態にしたがう方法は、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２のセグメントを装置３００の異なる領域３００ａ〜３００ｉに、装置３００の異なる領域３００ａ〜３００ｉの温度が監視され得るように、熱結合させる工程も含むことができる。いくつかの実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、１つ以上の光検出器５００により、透過光に対して監視され得る。いくつかの実施形態にしたがえば、１つ以上の光検出器５００は、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２から透過光が検出されると警報器を作動するように構成することができる。いくつかの実施形態において、１つ以上の光検出器５００はサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２から透過する特定の波長の光を検出するように構成することができる。そのような実施形態において、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２は、約４００ｎｍ以上から約２０００ｎｍ以下までのような、約３５０ｎｍ以上から約３０００ｎｍ以下までの波長を有する光を透過させることができる。

方法の実施形態にしたがえば、また図３を参照すると、装置３００の領域３００ａ〜３００ｉの温度が転移温度より高いかまたは低いかを、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２のセグメント１２ａが熱結合されている装置３００の領域３００ｃ、３００ｄ及び３００ｈの温度が転移温度より高いときにセグメント１２ａが光を透過させる（図に破線で示される）ように、またサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２のセグメント１２ｂが熱結合されている装置３００の領域３００ａ、３００ｂ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ及び３００ｉの温度が転移温度以下であるときにセグメント１２ｂが光を透過させない（図に実線で示される）ように、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２を構成することによって、決定することができる。別の実施形態において、また図４を参照すると、装置３００の領域３００ａ〜３００ｉの温度が転移温度より高いかまたは低いかを、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２のセグメント１２ａが熱結合されている装置３００の領域３００ａ、３００ｂ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ及び３００ｉの温度が転移温度より低いときにセグメント１２ａが光を透過させるように、またサーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２のセグメント１２ｂが熱結合されている装置３００の領域３００ｃ、３００ｄ及び３００ｈの温度が転移温度以上であるときにセグメント１２ｂが光を透過させないように、サーモクロミックコーティング付ＬＤＦ１２を構成することによって、決定することができる。

上述の実施形態にしたがう方法及び温度表示装置により、装置の様々な領域の温度を１本のサーモクロミックコーティング付ＬＤＦだけで監視することが可能になる。さらに、温度の読みをエンドユーザに送るための、配線またはその他の態様が必要ではなく、したがって本明細書に開示されるような温度表示装置は、従来の温度監視装置の使用が可能になり得ない、クリアランスが小さい場所に配置することができる。さらに、上に開示される温度表示装置は、腐食性化学環境または放射能環境のような、従来の温度監視装置には適していない環境に配置することができる。

本明細書に説明される実施形態に、特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明される様々な実施形態の改変及び変形が添付される請求項またはそれらの等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
光拡散性ファイバにおいて、
１つ以上のセグメント、及び
前記光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティング、
を有し、
前記サーモクロミックコーティングは第１の温度において不透明であり、前記サーモクロミックコーティングは第２の温度において透明である、
光拡散性ファイバ。

実施形態２
前記第１の温度が転移温度であり、
前記サーモクロミックコーティングが前記転移温度以下の温度において不透明であり、前記サーモクロミックコーティングが前記転移温度より高い温度において透明である、
実施形態１に記載の光拡散性ファイバ。

実施形態３
前記光拡散性ファイバが、１つより多くのセグメントを有し、前記サーモクロミックコーティングが少なくとも第１のセグメントにおいて前記第１のセグメントの温度が前記転移温度より高い場合に透明であり、前記サーモクロミックコーティングが少なくとも第２のセグメントにおいて前記第２のセグメントの温度が前記転移温度以下である場合に不透明であるように、構成される、実施形態２に記載の光拡散性ファイバ。

実施形態４
前記第１の温度が転移温度であり、
前記サーモクロミックコーティングが前記転移温度以上の温度において不透明であり、前記サーモクロミックコーティングが前記転移温度より低い温度において透明である、
実施形態１に記載の光拡散性ファイバ。

実施形態５
前記光拡散性ファイバが、１つより多くのセグメントを有し、前記サーモクロミックコーティングが少なくとも第１のセグメントにおいて前記第１のセグメントの温度が前記転移温度より低い場合に透明であり、前記サーモクロミックコーティングが少なくとも第２のセグメントにおいて前記光拡散性ファイバの温度が前記転移温度以上である場合に不透明であるように、構成される、実施形態４に記載の光拡散性ファイバ。

実施形態６
前記光拡散性ファイバが、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内の１つ以上の波長に対し、５０ｄＢ/ｋｍより大きい散乱誘起減衰を有する、実施形態１に記載の光拡散性ファイバ。

実施形態７
前記サーモクロミックコーティングが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル及びアクリルポリマーからなる群から選ばれるキャリアを有する、実施形態１に記載の光拡散性ファイバ。

実施形態８
前記サーモクロミックコーティングの厚さが約３０μｍから約７０μｍまでである、実施形態１に記載の光拡散性ファイバ。

実施形態９
装置の温度を検出するためのシステムにおいて、前記システムが、
光拡散性ファイバ、前記光拡散性ファイバは、
少なくとも２つのセグメント、及び
前記光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティング、
を有し、
前記サーモクロミックコーティングは第１の温度において不透明であり、前記サーモクロミックコーティングは第２の温度において透明である、
及び
前記光拡散性ファイバに光結合された光源、
を備える、システム。

実施形態１０
装置をさらに備え、前記光拡散性ファイバの前記セグメントが前記装置の異なる領域に熱結合される、実施形態９に記載のシステム。

実施形態１１
前記第１の温度が転移温度であり、
前記光拡散性ファイバが前記転移温度より高い温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させるように構成される、及び
前記光拡散性ファイバが前記転移温度以下の温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させないように構成される、
実施形態１０に記載のシステム。

実施形態１２
前記第１の温度が転移温度であり、
前記光拡散性ファイバが前記転移温度より低い温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させるように構成される、及び
前記光拡散性ファイバが前記転移温度以上の温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させないように構成される、
実施形態１０に記載のシステム。

実施形態１３
前記光拡散性ファイバから透過された光を検出するように構成された、少なくとも１つの光検出器をさらに備える、実施形態９に記載のシステム。

実施形態１４
複数の光検出器が前記光拡散性ファイバから透過された光を検出するように構成され、
前記複数の光検出器のそれぞれが透過光に対して前記光拡散性ファイバの異なるセグメントを監視するように構成される、
実施形態９に記載のシステム。

実施形態１５
前記少なくとも１つの光検出器に接続された警報器をさらに備え、前記少なくとも１つの光検出器が前記光拡散性ファイバから透過されている光を検出したときに作動するように前記警報器が構成される、実施形態１３に記載のシステム。

実施形態１６
装置の温度を検出するための方法において、前記方法が、
光拡散性ファイバであって、
少なくとも２つのセグメント、及び
前記光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティング、
を有し、
前記サーモクロミックコーティングは第１の温度において不透明であり、前記サーモクロミックコーティングは第２の温度において透明である、
光拡散性ファイバを前記装置に熱結合させる工程、
光源を前記光拡散性ファイバに光結合させる工程、及び
透過光に対して前記光拡散性ファイバを監視する工程、
を含む、方法。

実施形態１７
前記光拡散性ファイバを熱結合させる前記工程が前記光拡散性ファイバのセグメントを前記装置の異なる領域に熱結合させる工程を含む、実施形態１６に記載の方法。

実施形態１８
透過光に対して前記光拡散性ファイバを監視する前記工程が光検出器によって前記光拡散性ファイバを監視する工程を含む、実施形態１６に記載の方法。

実施形態１９
前記第１の温度が転移温度であり、
前記光拡散性ファイバが前記転移温度より高い温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させるように構成される、及び
前記光拡散性ファイバが前記転移温度以下の温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させないように構成される、
実施形態１６に記載の方法。

実施形態２０
前記第１の温度が転移温度であり、
前記光拡散性ファイバが前記転移温度より低い温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させるように構成される、及び
前記光拡散性ファイバが前記転移温度以上の温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させないように構成される、
実施形態１６に記載の方法。

１２光拡散性ファイバ（ＬＤＦ）
１６中心軸（中心線）
２０コア
２２中実中央領域
２６ナノ構造化リング領域（内側コア領域）
２８外側中実領域
３１ガラスマトリクス（ガラス）
３２ナノサイズ構造（空孔）
４０クラッド領域（クラッド層）
４４サーモクロミックコーティング
４８サーモクロミックコーティング付ＬＤＦの外表面
３００装置
３１０，３２０光源
３３０機械的締結具
５００光検出器
５１０警報器

Claims

光拡散性ファイバにおいて、
１つ以上のセグメント、及び
前記光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティング、
を有し、
前記サーモクロミックコーティングは第１の温度において不透明であり、前記サーモクロミックコーティングは第２の温度において透明である、
ことを特徴とする光拡散性ファイバ。
前記第１の温度が転移温度であり、
前記サーモクロミックコーティングが、
前記転移温度以下の温度において不透明であり、前記転移温度より高い温度において透明である、及び
前記転移温度以上の温度において不透明であり、前記転移温度より低い温度において透明である、
の内の一方である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光拡散性ファイバ。
前記光拡散性ファイバが、１つより多くのセグメントを有し、前記サーモクロミックコーティングが少なくとも第１のセグメントにおいて前記第１のセグメントの温度が前記転移温度より高い場合に透明であり、前記サーモクロミックコーティングが少なくとも第２のセグメントにおいて前記第２のセグメントの温度が前記転移温度以下である場合に不透明であるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の光拡散性ファイバ。
装置の温度を検出するためのシステムにおいて、前記システムが、
光拡散性ファイバ、前記光拡散性ファイバは、
少なくとも２つのセグメント、及び
前記光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティング、
を有し、
前記サーモクロミックコーティングは第１の温度において不透明であり、前記サーモクロミックコーティングは第２の温度において透明である、
前記光拡散性ファイバに光結合された光源、及び
装置、
を備え、
前記光拡散性ファイバの前記セグメントは前記装置の異なる領域に熱結合され、
前記第１の温度が転移温度であり、
前記光拡散性ファイバが前記転移温度より高い温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させる、及び
前記光拡散性ファイバが前記転移温度以下の温度を有する前記装置の領域に熱結合されたセグメントからは光を透過させない、
ことを特徴とするシステム。
装置の温度を検出するための方法において、前記方法が、
光拡散性ファイバであって、
少なくとも２つのセグメント、及び
前記光拡散性ファイバの少なくとも一領域上のサーモクロミックコーティング、
を有し、
前記サーモクロミックコーティングは第１の温度において不透明であり、前記サーモクロミックコーティングは第２の温度において透明である、
光拡散性ファイバを前記装置に熱結合させる工程、
光源を前記光拡散性ファイバに光結合させる工程、及び
透過光に対して前記光拡散性ファイバを監視する工程、
を含むことを特徴とする方法。