JP2019074744A - 光拡散性光ファイバ束、光拡散性光ファイバ束を含む照明システム及び光拡散性光ファイバ束をポリマー光ファイバに取り付ける方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光拡散性光ファイバ束、光拡散性光ファイバ束を含む照明システム及び光拡散性光ファイバ束をポリマー光ファイバに取り付ける方法【解決手段】光拡散性光ファイバ束５００は透光性外被５０２及び、透光性外被内に配置された、複数本の光拡散性光ファイバ１００を含む。複数本の光拡散性光ファイバのそれぞれは、複数のナノサイズ空孔を含むガラスコアを有する。複数本の光拡散性光ファイバは透光性外被の長さに沿って、複数本の光拡散性光ファイバが絡み合わないように、延びる。【選択図】図５

Description

関連出願の説明

本出願は、２０１３年１月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／７５１４３７号及び２０１３年２月１日に出願された米国仮特許出願第６１／７５９６３７号及び２０１３年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／８２６９８０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及び特許出願の明細書の内容に依存し、これらの明細書の内容はそれぞれ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ファイバ束に関し、さらに詳しくは、光拡散性光ファイバ束、光拡散性光ファイバ束を含む照明システム及び光拡散性光ファイバ束をポリマー光ファイバに取り付ける方法に関する。

光ファイバは、光が光源から目標領域に送られる、広範な用途に用いられる。例えば、照明用途、標識用途、生物学的用途、等のような、いくつかの用途において、光拡散性光ファイバを通って伝搬する光がファイバの長さに沿って径方向に外向きに散乱され、よってファイバ長に沿う目標領域を照明するように、光拡散性光ファイバを用いることができる。

光拡散性光ファイバは、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源のような、ランベルト放射パターンで光を放射する光源（例えば、ランベルトの余弦法則にしたがう放射パターンをもって光を放射する光源）に結合することができる。ランベルト放射パターンで光を放射する光源に光拡散性光ファイバが結合される場合に、光拡散性光ファイバは放射される光を高効率で取り込むことが望ましいであろう。

したがって、放射される光を高効率で取り込む別の光拡散性光ファイバ束、光拡散性光ファイバ束を含む照明システム及び光拡散性光ファイバ束をポリマー光ファイバに取り付ける方法が必要とされている。

一実施形態にしたがえば、光拡散性光ファイバ束は透光性外被及び、透光性外被内に配置された、複数本の光拡散性光ファイバを有する。複数本の光拡散性光ファイバのそれぞれは複数のナノサイズ空孔を含むガラスコアを有する。複数本の光拡散性光ファイバは、複数本の光拡散性光ファイバが絡み合わないように、透光性外被の長さに沿って延びる。

別の実施形態において、照明システムは光を放射するための光源及び光源に光結合された光拡散性光ファイバ束を備える。放射された光の少なくとも一部が光拡散性光ファイバ束に入る。光拡散性光ファイバ束は透光性外被及び、透光性外被内に配置された、複数本の光拡散性光ファイバを有する。複数本の光拡散性光ファイバのそれぞれは複数のナノサイズ空孔を含むガラスコアを有する。複数本の光拡散性光ファイバは、複数本の光拡散性光ファイバが絡み合わないように、透光性外被の長さに沿って延びる。

また別の実施形態において、光拡散性光ファイバ束をポリマー光ファイバに取り付ける方法は光拡散性光ファイバ束を提供する工程を含む。光拡散性光ファイバ束は透光性外被及び、透光性外被内に配置された、複数本の光拡散性光ファイバを有する。複数本の光拡散性光ファイバのそれぞれは複数のナノサイズ空孔を含むガラスコアを有する。複数本の光拡散性光ファイバは、複数本の光拡散性光ファイバが絡み合わないように、透光性外被の長さに沿って延びる。方法はさらに、ポリマー光ファイバを提供する工程、ポリマー光ファイバの挿入端を軟化させる工程及び、光拡散性光ファイバ束の端部をポリマー光ファイバの軟化した挿入端に挿入し、よって光拡散性光ファイバ束をポリマー光ファイバに取り付ける工程を含む。

本明細書に説明される実施形態の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、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施することによって認められるであろう。

上記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１Ａは、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、ファイバのコア部分に複数のナノサイズ空孔を含む光拡散性光ファイバの断面を簡略に示す。 図１Ｂは、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、ファイバのコア部分に複数のナノサイズ空孔を含む光拡散性光ファイバの断面を簡略に示す。 図１Ｃは、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、ファイバのコア部分に複数のナノサイズ空孔を含む光拡散性光ファイバの断面を簡略に示す。 図２は、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、図１Ａの光拡散性光ファイバの屈折率プロファイルを簡略に示す。 図３は、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、図１Ｂの光拡散性光ファイバの屈折率プロファイルを簡略に示す。 図４は、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、図１Ａの光拡散性光ファイバの相対屈折率プロファイルを簡略に示す。 図５は、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、光拡散性光ファイバ束を含む照明システムを簡略に示す。 図６は、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、複数の光拡散性光ファイバ束を含む照明システムを簡略に示す。 図７は、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、複数の光拡散性光ファイバ束と光源の間に光学配置されたカップリング光学系を備える照明システムを簡略に示す。 図８は、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう、複数本の光拡散性光ファイバの端部に取り付けられたポリマー光ファイバを備える照明システムを簡略に示す。

光拡散性光ファイバ束、光拡散性光ファイバ束を含む照明システム及び光拡散性光ファイバ束をポリマー光ファイバに取り付ける方法の、それらの例が添付図面に示される、様々な実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、全図面にわたって同じ参照数字が同じかまたは同様の要素を指して用いられる。図５は、透光性外被内に配置された複数本の光拡散性光ファイバを有する光拡散性光ファイバ束に光源が光結合された照明システムを簡略に示す。透光性外被内に配置された複数本の光拡散性光ファイバのそれぞれは複数のナノサイズ空孔を含むガラスコアを有する。複数本の光拡散性光ファイバは、複数本の光拡散性光ファイバが絡み合わないように、透光性外被の長さに沿って延びる。透光性外被内の複数本の光拡散性光ファイバの無絡み合い配置は、絡み合っていないファイバは曲げ中に自由に動き得るから、光拡散性光ファイバ束の曲げ能力を高めることができる。透光性外被内の複数本の光拡散性光ファイバの無絡み合い配置は光拡散性光ファイバ束の可撓性を高めることもできる。光拡散性光ファイバ束、光拡散性光ファイバ束を含む照明システム及び光拡散性光ファイバ束をポリマー光ファイバに取り付ける方法を、添付図面を具体的に参照して、本明細書で一層詳細に説明する。

本明細書の光拡散性光ファイバを説明するため、以下の用語が本明細書で用いられる。

術語「屈折率プロファイル」は、本明細書に用いられるように、屈折率または相対屈折率とファイバの半径の間の関係である。

術語「相対屈折率％」は、本明細書に用いられるように、

と定義される。ここで、ｎ(ｒ)は、別途に指定されない限り、半径ｒにおける屈折率である。相対屈折率％は、別置に指定されない限り、８５０ｎｍにおいて定められる。一態様において、基準屈折率ｎ_ＲＥＦは８５０ｎｍにおいて１.４５２４９８のシリカガラスの屈折率である。別の態様において、ｎ_ＲＥＦは８５０ｎｍにおけるクラッド層の最大屈折率である。本明細書に用いられるように、相対屈折率はΔで表され、その値は、別途に指定されない限り、「％」単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ_ＲＥＦより小さい場合、相対屈折率％は負であり、陥没領域または陥没屈折率を有すると称され、最小相対屈折率は、別途に指定されない限り、相対屈折率が最も負である点において計算される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎ_ＲＥＦより大きい場合、相対屈折率％は正であり、その領域は隆起しているまたは正屈折率を有するということができる。

術語「アップドーパント」は、本明細書に用いられるように、ガラスの屈折率を純粋なアンドープＳｉＯ_２に対して高めるドーパントを指す。術語「ダウンドーパント」は、本明細書に用いられるように、ガラスの屈折率を純粋なアンドープＳｉＯ_２に対して低める性質を有するドーパントを指す。アップドーパントは、アップドーパントではない１つ以上の他のドーパントがともなう場合、光ファイバの負の相対屈折率を有する領域内に存在することができる。同様に、アップドーパントではない１つ以上の他のドーパントが光ファイバの正の相対屈折率を有する領域内に存在することができる。ダウンドーパントは、ダウンドーパントではない１つ以上の他のドーパントがともなう場合、光ファイバの正の相対屈折率を有する領域内に存在することができる。同様に、ダウンドーパントではない１つ以上の他のドーパントが光ファイバの負の相対屈折率を有する領域内に存在することができる。

術語「αプロファイル」または「アルファプロファイル」は、本明細書に用いられるように、％を単位とするΔ(ｒ)で表される、相対屈折率プロファイルを指し、ここでｒは半径であり、式：

にしたがう。ここで、ｒ_０はΔ(ｒ)が最大になる点であり、ｒ_１はΔ(ｒ)％が０になる点であって、ｒは、上のΔの定義域，ｒ_ｉ≦ｒ≦ｒ_ｆ，内にあり、ｒ_ｉはαプロファイルの始点、ｒ_ｆはαプロファイルの終点であり、αは実数の指数である。

術語「放物型」は、本明細書に用いられるように、コア内の１つ以上の点においてα値が２.０から若干変わり得る、実質的に放物形状の相対屈折率プロファイルを含み、また小さな変動及び／または中心ディップをもつプロファイルも含む。いくつかの実施形態例において、αは、８５０ｎｍで測定して、１.５より大きくて２.５より小さく、さらに好ましくは１.７より大きくて２.３より小さく、さらに一層好ましくは１.８より大きくて２.３より小さい。他の実施形態において、屈折率プロファイルの１つ以上のセグメントは、α値が、８５０ｎｍで測定して、８より大きく、さらに好ましくは１０より大きく、さらに一層好ましくは２０より大きい、実質的にステップ型の屈折率形状を有する。

術語「ナノサイズ空孔」は、本明細書に用いられるように、断面直径が５０ｎｍから２μｍの空孔を表す。

術語「ナノ構造化領域」は、本明細書に用いられるように、ファイバの断面内に多数の（例えば、５０より多い）ナノサイズ空孔を含むファイバの領域または区域を表す。

術語「透光性外被」は、本明細書に用いられるように、外被の少なくとも一部の厚さを通して光を透過させることができる透明または半透明の外被を表す。

図１Ａをここで参照すれば、光拡散性光ファイバ１００の一実施形態が簡略に示されている。光拡散性光ファイバ１００は一般に、ナノ構造化リング１０６を含むコア領域１０２及びクラッド層１０８を有する。図１Ａに示される実施形態において、コア領域１０２はシリカベースガラスで形成され、屈折率ｎを有する。コア領域１０２は光拡散性光ファイバ１００の中心線から半径Ｒ_ＯＣまで広がる。いくつかの実施形態において、コア領域１０２の半径Ｒ_ＯＣは１０μｍ≦Ｒ_ＯＣ≦６００μｍであるようにとることができる。いくつかの実施形態において、コア領域１０２の半径Ｒ_ＯＣは３０μｍ≦Ｒ_ＯＣ≦４００μｍであるようにとることができる。いくつかの実施形態において、コア領域１０２の半径Ｒ_ＯＣは１２５μｍ≦Ｒ_ＯＣ≦３００μｍであるようにとることができる。いくつかの実施形態において、コア領域１０２の半径Ｒ_ＯＣは５０μｍ≦Ｒ_ＯＣ≦２００μｍであるようにとることができる。いくつかの実施形態において、コア領域１０２の半径Ｒ_ＯＣは約９０μｍにとることができる。

いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバ１００のコア領域１０２は、コアの屈折率プロファイルが放物型の（または実質的に放物型の）形状を有するような、分布屈折率コアである。例えば、いくつかの実施形態において、コア領域１０２の屈折率プロファイルは、α値が、８５０ｎｍで測定して、約２、好ましくは１.８と２.３の間の、α形状を有する。別の実施形態において、コア領域１０２の屈折率プロファイルの１つ以上のセグメントは、α値が、８５０ｎｍで測定して、８より大きく、さらに好ましくは１０より大きく、さらに一層好ましくは２０より大きい、ステップ型屈折率形状を有する。いくつかの実施形態において、コア領域の屈折率は中心ディップを有し、コアの最大屈折率及び光ファイバ全体の最大屈折率は光拡散性光ファイバ１００の長軸１０５から少し外れた所にある。しかし、別の実施形態において、コア領域１０２の屈折率に中心ディップはなく、コア領域１０２の最大屈折率及び光拡散性光ファイバ全体の最大屈折率は中心線上にある。

コア領域のナノ構造化リング１０６はシリカベースガラスで形成され、一般に複数のナノサイズ空孔を含む。いくつかの実施形態において、ナノ構造化リング１０６の幅Ｗは０.１Ｒ_ＯＣ≦Ｗ≦Ｒ_ＯＣであることが好ましい。いくつかの実施形態において、ナノ構造化リング１０６の幅Ｗは約５μｍから約２４０μｍの間である。

ナノサイズ空孔１０７は光拡散性光ファイバ１００のコア領域１０２内を伝搬している光を、光がコア領域１０２から径方向に外側に向けられ、よって光拡散性光ファイバ及び光拡散性光ファイバを囲む空間を照明するように、散乱させるために用いられる。

ナノ構造化リング１０６内に含まれるナノサイズ空孔１０７は一般に約５０ｎｍから約２μｍの直径を有する。本明細書に説明されるいくつかの実施形態において、ナノサイズ空孔１０７は約０．５ｍｍから約１ｍの長さを有する。

ナノサイズ空孔１０７はガラスを含んでいないという意味において空孔である。しかし、本明細書に説明される実施形態において、ファイバがそれから線引きされる光ファイバプリフォームの形成中に空孔内に導入される気体で空孔を満たすことができる。例えば、ナノサイズ空孔１０７は、ＳＯ_２，Ｋｒ，Ａｒ，ＣＯ_２，Ｎ_２，Ｏ_２またはこれらの混合気で満たすことができる。あるいは、ナノサイズ空孔１０７はいかなる気体も実質的に含まないようにすることができる。しかし、いずれの気体の有無にかかわらず、ナノ構造化リング１０６の平均屈折率ｎ_２は、ナノサイズ空孔の存在により、シリカガラスに対して低められる。

本明細書に説明される実施形態において、ナノ構造化リング１０６は、散乱誘起減衰損の所望の増大を達成するため、コア領域１０２内の異なる位置に配置することができる。図１Ａに示される光拡散性光ファイバ１００の実施形態を参照すれば、ナノ構造化リング１０６はコア領域１０２内に配置されている。詳しくは、この実施形態において、コア領域１０２は、複数のナノサイズ空孔１０７を含むナノ構造化リング１０６で隔てられた、内コア領域１０３及び外コア領域１０４を有する。ナノ構造化リング１０６は内コア領域１０３を囲んで内コア領域１０３及び外コア領域１０４のいずれとも直接に接触している。内コア領域１０３はシリカベースガラスで形成されて屈折率ｎ_１を有することができる。外コア領域１０４もシリカベースガラスで形成されて屈折率ｎ_３を有することができる。一般に、内コア領域１０３の屈折率ｎ_１及び外コア領域１０４の屈折率ｎ_３はナノ構造化リング１０６の屈折率ｎ_２より大きい。

いくつかの実施形態において、内コア領域１０３は、０.１Ｒ_ＯＣ≦Ｒ_ＩＣ≦０.９Ｒ_ＯＣの範囲にある半径Ｒ_ＩＣを有する。いくつかの実施形態において、内コア領域１０３は、０.１Ｒ_ＯＣ≦Ｒ_ＩＣ≦０.６Ｒ_ＯＣの範囲にある半径Ｒ_ＩＣを有する。

図１Ａをまだ参照すれば、光拡散性光ファイバ１００はさらに、コア領域１０２を囲んでコア領域１０２に直接に接触する、クラッド層１０８を有することができる。クラッド層１０８は、光拡散性光ファイバ１００の開口数（ＮＡ）を大きくするために、低屈折率を有する材料で形成することができる。例えば、ファイバの開口数は約０.３より大きく、さらに好ましくは約０.４より大きくすることができる。一実施形態において、クラッド層１０８は、ＵＶ硬化性または熱硬化性のフルオロアクリレートまたはシリコーンのような、低屈折率高分子材料で形成することができる。別の実施形態において、クラッド層１０８は、例えばフッ素のような、ダウンドーパントで下げドープされたシリカガラスで形成することができる。クラッド層１０８は一般に、コア領域１０２の屈折率より小さい、さらに詳しくは、内コア領域１０３の屈折率ｎ_１及び外コア領域１０４の屈折率ｎ_３より小さい、屈折率ｎ_４を有する。いくつかの実施形態において、クラッド層１０８の屈折率ｎ_４はナノ構造化リング１０６の屈折率ｎ_３よりも小さくすることができる。特定の実施形態の１つにおいて、クラッド層１０８は、シリカガラスに対する相対屈折率が負である低屈折率ポリマークラッド層である。例えば、クラッド層の相対屈折率は約−０.５％より小さく、さらに一層好ましくは−１％より小さく、することができる。

クラッド層１０８は一般にコア領域１０２の外半径Ｒ_ＯＣから半径Ｒ_ＣＬまで広がる。いくつかの実施形態において、クラッド層１０８の半径方向幅（すなわち、Ｒ_ＣＬ−Ｒ_ＯＣ）は約１０μｍより大きい。いくつかの実施形態において、クラッド層１０８の半径方向幅（すなわち、Ｒ_ＣＬ−Ｒ_ＯＣ）は約１５μｍより大きい。

図１Ａ及び２を参照すれば、図２は図１Ａの光拡散性光ファイバ１００の屈折率プロファイルをグラフで示す。図２に示されるように、内コア領域１０３の屈折率ｎ_１及び内外コア領域１０４の屈折率ｎ_３はナノ構造化リング１０６の屈折率ｎ_２より大きい。例えば、図１Ａに示される実施形態において、内コア領域１０３及び外コア領域１０４は、内コア領域１０３の屈折率ｎ_１及び外コア領域１０４の屈折率ｎ_３がナノ構造化リング１０６のアンドープシリカガラスの屈折率より大きくなるように、Ｇｅ，Ａｌ，Ｐまたは同様のアップドーパントのような、ドーパントを含むシリカベースガラスで形成することができる。さらに、この例においては、図２に示される屈折率プロファイルに表されるように、内コア領域１０３及び外コア領域１０４に用いられるドーパントの相対量及び／またはタイプを異ならせて、ｎ_１＞ｎ_３となるようにすることができる。さらに、ナノ構造化リング１０６は、ナノ構造化リングの屈折率ｎ_２が内コア領域１０３または外コア領域１０４のいずれの屈折率よりも有意に小さくなるように下げドープしたシリカガラスで形成することができる。本例の屈折率プロファイルでは、ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２＞ｎ_４である。しかし、内コア領域及び外コア領域がナノ構造化リングより大きな屈折率を有し、大きな開口数をもつ光拡散性光ファイバの開口数を容易に大きくするためにクラッド層の屈折率がコア領域の屈折率より小さくなっている限り、他のプロファイルも可能であり得ることは当然である。

例えば、内コア領域１０３，外コア領域１０４及びナノ構造化リング１０６は本明細書においてドーパントを含むとして説明されているが、ｎ_１及びｎ_３がｎ_２より大きくなっている限り、これらの領域の１つ以上をドーパント無しで形成できることは当然である。例えば、一実施形態において、内コア領域１０３及び外コア領域１０４はドーパント無しで形成することができ、ナノ構造化リング１０６が下げドープされる。あるいは、内コア領域１０３及び外コア領域１０４は上げドープすることができ、ナノ構造化リング１０６はドーパント無しで形成される。

次に図１Ａ，２及び４を参照すれば、図１Ａに示される光拡散性光ファイバのコア領域及びクラッド層領域の一例の相対屈折率プロファイルがグラフで表されている。基準屈折率ｎ_ＲＥＦはクラッド層１０８の屈折率である。この実施形態において、内コア領域１０３は、この実施形態においては一定である、最大屈折率ｎ_１に対応する相対屈折率プロファイルΔ１を有する。ナノ構造化リング１０６は、最小屈折率ｎ_２，相対屈折率プロファイルΔ２(ｒ)，最大相対屈折率Δ２_ＭＡＸ，及び最少相対屈折率Δ２_ＭＩＮを有する。外コア領域１０４は、最大相対屈折率Δ３_ＭＡＸが、この実施形態においては一定である、最大屈折率ｎ_３に対応する相対屈折率プロファイルΔ３(ｒ)を有する。この実施形態において、クラッド層１０８は、この実施形態においては一定である、屈折率ｎ_４に対応する相対屈折率プロファイルΔ４(ｒ)を有する。この実施形態において、それぞれの領域の屈折率には以下の関係、ｎ_１＞ｎ_３＞ｎ_２＞ｎ_４がある。

図１Ａを再び参照すれば、光拡散性光ファイバ１００は、必要に応じて、クラッド層１０８を囲んでクラッド層１０８に直接に接触する、被覆層１１０を有することができる。例えば、一実施形態において、被覆層１１０は低弾性率一次被覆層及び、低弾性率一次被覆層を囲む、高弾性率二次被覆層を含む。いくつかの実施形態において、被覆層１１０はアクリレートベースまたはシリコーンベースのポリマーのようなポリマー被覆を含む。少なくともいくつかの実施形態において、被覆層１１０は光拡散性光ファイバの長さに沿って一定の直径を有する。

いくつかの実施形態において、被覆層１１０は、コア領域１０２から径方向に放射されてクラッド層１０８を通過した光の分布及び／または性質を強めるために用いることができる。例えば、いくつかの実施形態において、被覆層１１０は被覆層１１０の最外表面上に散乱性材料を有することができる。散乱性材料は、光拡散性光ファイバ１００のコア領域１０２から散乱された光の角度分布を規定する、ＴｉＯ_２ベース白色インクを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態において、インク層は約１μｍから約５μｍの厚さを有することができる。別の実施形態において、インク層の厚さ及び／またはインク層内の顔料の濃度は、大角度（すなわち、約１５°より大きい角度）で光拡散性光ファイバ１００から散乱される光の強度により一様な変化を与えるように、ファイバの軸長に沿って変化させることができる。

あるいは、またはさらに、被覆層１１０はコア領域１０２から散乱された光をより長波長の光に変換する蛍光材料を含むことができる。いくつかの実施形態において、そのような蛍光材料をもつ光拡散性光ファイバ１００を、例えば４０５ｎｍＵＶＬＥＤまたは４４５ｎｍＵＶＬＥＤのような、ＵＶ光源に結合することによって白色光を光拡散性光ファイバから放射することができる。コア領域１０２から散乱された光源からのＵＶ光は、光拡散性光ファイバ１００から白色光が放射されるように、被覆層内の材料に蛍光発光させる。

図１Ｂ及び３を次に参照すれば、別の実施形態において、光拡散性光ファイバ１２０は、上述したような、ナノ構造化リング１０６を含むコア領域１０２，クラッド層１０８及び被覆層１１０を有する。しかし、この実施形態において、ナノ構造化リング１０６は、クラッド層１０８がナノ構造化リング１０６を囲んで、ナノ構造化リングに直接に接触しているような、コア領域１０２の最外領域である。ナノ構造化リング１０６は複数のナノサイズ空孔を含む。さらに、この実施形態において、コア領域１０２は、上述したように、ステップ型屈折率プロファイルを有することができ、あるいは、α値が例えば約１.８以上で約２.３以下の、分布屈折率プロファイルを有することができる。この実施形態においては、図３に示されるように、コア領域の屈折率ｎ_１は一般にクラッド層１０８の屈折率ｎ_４より大きく、続いてクラッド層１０８の屈折率ｎ_４はナノ構造化リング１０６の屈折率ｎ_２より大きく、よってｎ_１＞ｎ_４＞ｎ_２である。

図１Ｃを次に参照すれば、別の実施形態において、光拡散性光ファイバ１３０は、図１Ａ及び１Ｂに関して上述したように、コア領域１０２，クラッド層１０８及び被覆層１１０を有する。しかし、この実施形態においては、全コア領域１０２がナノ構造化されるように、コア領域１０２の全体がナノサイズ空孔１０７を含む。この実施形態において、コア領域１０２は、上述したように、ステップ型屈折率プロファイルを有することができ、あるいは、α値が例えば約１.８以上で約２.３以下の、分布屈折率プロファイルを有することができる。

図５を次に参照すれば、放射された光の少なくとも一部が光拡散性光ファイバ束５００に入るように、光源５５０に光結合された光拡散性光ファイバ束５００を含む照明システムの一実施形態が簡略に示されている。光拡散性光ファイバ束５００は透光性外被５０２及び、透光性外被５０２内に配置された、複数本の光拡散性光ファイバ１００を有する。複数本の光拡散性光ファイバ１００は、複数本の光拡散性光ファイバ１００が絡み合わないように、透光性外被５０２の長さに沿って延びる。いくつかの実施形態において、複数本の光拡散性光ファイバ１００は「ルースチューブ」構成で透光性外被５０２内に延びることができる。いくつかの実施形態において、複数本の光拡散性光ファイバのそれぞれの長軸は透光性外被５０２の長さに沿う与えられた場所において相互に実質的に平行である。いくつかの実施形態において、複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれは透光性外被５０２内に独立配置される。本明細書に用いられるように、「独立配置」は隣接する別の光透過性光ファイバに結合または接合されていない光拡散性光ファイバを表す。光拡散性光ファイバ１００は透光性外被５０２の長さに沿って絡み合っていないから、光拡散性光ファイバ束５００は、光拡散性光ファイバ１００が透光性外被５０２内で絡み合っている場合よりも、可撓性が高くなることができ、容易に曲がり得る。例えば、いくつかの実施形態において、複数本の光拡散性光ファイバ１００が絡み合っていない光拡散性光ファイバ束５００は、光拡散性光ファイバが絡み合っている光拡散性光ファイバ束の最小曲げ半径より小さい最小曲げ半径を有する。さらに、透光性外被５０２で絡み合うことがない光拡散光ファイバ１００は透光性外被５０２の長さに沿う高められた放射特性を規定することができる。

図５をまだ参照すれば、透光性外被５０２は複数本の光拡散性光ファイバ１００を囲包する。いくつかの実施形態において、透光性外被５０２はポリマーで形成される。例えば、透光性外被５０２は、ポリ塩化ビニル、透明化ポリプロピレンまたはポリカーボネートで形成することができる。別の実施形態において、透光性外被５０２は別の透光性ポリマーで形成することができる。いくつかの実施形態において、透光性外被５０２は、散乱剤または蛍光体を、あるいは散乱剤及び蛍光体のいずれも、含むことができる。いくつかの実施形態において、透光性外被５０２は非吸光性材料で形成することができる。

図５に示される実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００は円形束である。しかし、別の実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００は、光拡散性光ファイバ束５００がリボンスタック、リボン、等である実施形態におけるように、非円形とすることができることは当然である。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００は、光源５５０と光拡散性光ファイバ束５００の間の結合効率を高めるため、光源５５０の形状に合わせて構成される。例えば、光源５５０が正方形につくられていれば、光拡散性光ファイバ束５００の断面が正方形になるように光拡散性光ファイバ束５００を構成することができる。同様に、光源５５０が円形であれば、図５に示されるように、光拡散性光ファイバ束５００を円形束とすることができる。しかし、別の実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００が光源５５０とは異なる形状をとり得ることは当然である。

図５に示される光拡散性光ファイバ束５００は１２本の光拡散性光ファイバ１００を含む。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００は、それぞれが約２５０μｍから約３００μｍの直径を有する、１２本の光拡散性光ファイバ１００を含むことができる。１２本の光拡散性光ファイバ１００を含む実施形態は標準の製造プロセスを用いて透光性外被５０２内に封入することができる。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００は、光拡散性光ファイバ束５００が１２本から８０本のファイバを含んでいる実施形態におけるように、１２本より多いかまたは少ない光拡散性光ファイバ１００を含むことができる。別の実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００は１２本より少ないファイバまたは８０本より多いファイバを含むことができる。

いくつかの実施形態において、複数本の光拡散性光ファイバ１００は、光拡散性光ファイバ束５００と光源５５０の間の結合効率を高めるため、透光性外被５０２の端部から突き出ることができる。別の実施形態において、複数本の光拡散性光ファイバ１００の内の少なくとも１本は、光拡散性光ファイバ１００の光源５５０に最も近い端部が光源５５０から放射された光の光拡散性光ファイバ１００のコア内への結合効率を高めるために剥き出しにされている実施形態におけるように、光拡散性光ファイバ１００の光源５５０に近い端部はクラッド層１０８及び／または被覆層１１０を有していないことがあり得る。

図５をまだ参照すれば、いくつかの実施形態において、光が光源５５０からカップリングファイバ５１０を通って光拡散性光ファイバ１００内に伝搬するように、カップリングファイバ５１０の第１の端部５１０ａを複数本の光拡散性光ファイバ１００の内の少なくとも１本の端部に取り付けることができ、カップリングファイバ５１０の第２の端部５１０ｂを光源５５０の近くに配置することができる。いくつかの実施形態において、カップリングファイバ５１０は光伝導ファイバまたはポリマー光ファイバとすることができる。いくつかの実施形態において、複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの端部をカップリングファイバの第１の端部に結合させ、カップリングファイバの第２の端部を光源５５０の近くでまとめ合わせて、光源５５０からの、カップリングファイバを通って複数本の光拡散性光ファイバ１００内に伝送される、光を取り込むことができる。

図５をまだ参照すれば、光源５５０はランベルト型光源である。例えば、いくつかの実施形態において、光源５５０は少なくとも１つのＬＥＤを含む。別の実施形態において、光源５５０は、コリメート化光源（例えば、レーザ、ランプ、等）によって照明された反射性表面のような、ＬＥＤ以外のランベルト型光源とすることができる。いくつかの実施形態において、光源５５０は、光源５５０がレーザダイオード、等である実施形態におけるように、ランベルト型ではない光源とすることができる。

図６を次に参照すれば、光源５５０に光結合された複数の光拡散型光ファイバ束５００を含む照明システムの一実施形態が簡略に示されている。図６に示されるように、複数の光拡散型光ファイバ束５００のそれぞれは光源５５０に、放射された光の少なくとも一部が複数の光拡散型光ファイバ束５００に入るように、光結合される。

いくつかの実施形態において、複数の光拡散性光ファイバ束５００は、光源５５０と複数の光拡散性光ファイバ束５００の間の結合効率を高めるため、光源の形状に合わせて配置することができる。例えば、光源５５０が円形である実施形態では、複数の光拡散性光ファイバ束５００を円形配置で構成することができる。同様に、光源５５０が正方形である実施形態では、複数の光拡散性光ファイバ束５００を正方形配置で構成することができる。複数の光拡散性光ファイバ束５００は、円形構成、リボンスタック構成、リボン構成、等を含む、様々な構成で配置することができる。

図６に示されるように、複数の光拡散性光ファイバ束５００を光源５５０に結合することにより、光源５５０から放射された光を、単一の光拡散性光ファイバ束５００が用いられた場合よりも大きな率で、複数の光拡散性光ファイバ束５００により伝送することができる。

図７を次に参照すれば、複数の光拡散性光ファイバ束５００と光源５５０の間に光学配置されたカップリング光学系５７０を含む照明システムの一実施形態が簡略に示されている。カップリング光学系５７０は光源５５０から放射された光を複数の光拡散性光ファイバ束５００の内の１つ以上の方向に集束することができる。いくつかの実施形態において、カップリング光学系５７０は放物型集光器を含むことができる。いくつかの実施形態において、カップリング光学系５７０は円錐型集光器を含むことができる。図７に示される実施形態は複数の光拡散性光ファイバ束５００の方向に光を集束しているカップリング光学系５７０を含んでいるが、別の実施形態においては、カップリング光学系５７０が単一の光拡散性光ファイバ束５００の方向に光源５５０からの光を集束できることは当然である。

図７に示されるように、光源５５０と複数の光拡散性光ファイバ束５００の間にカップリング光学系５７０が光学配置されている照明システムでは、カップリング光学系５７０を含んでいない照明システムより大きな割合で、光源５５０によって放射された光を複数の光拡散性光ファイバ束５００によって取り込むことができる。

図８を次に参照すれば、光源５５０及び、複数本の光拡散性光ファイバ１００の端部に取り付けられた、ポリマー光ファイバ５９０を含む照明システムが簡略に示されている。複数本の光拡散性光ファイバ１００は第１の端部１０２ａを有する第１の光拡散性光ファイバ１００ａ及び第１の端部１０２ｂを有する第２の光拡散性光ファイバ１００ｂを含む。ポリマー光ファイバ５９０は第１の光拡散性光ファイバ１００ａの第１の端部１０２ａ及び第２の光拡散性光ファイバ１００ｂの第１の端部１０２ｂに取り付けられる。

図８をまだ参照すれば、いくつかの実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０は光拡散性光ファイバ束５００の複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの端部に取り付けることができる。別の実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０は光拡散性光ファイバ束５００の複数本の光拡散性光ファイバ１００の内の少なくとも１本の端部には取り付けられない。

さらに、図８に示される実施形態においては複数本の光拡散性光ファイバ１００がポリマー光ファイバ５９０に挿入されているが、別の実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０は、複数本の光拡散性光ファイバ１００に突き当てるかまたは複数本の光拡散性光ファイバ１００から隔てることができる。

さらに、いくつかの実施形態において、それぞれが複数本の光拡散性光ファイバ１００を含む、複数の光拡散性光ファイバ束５００をポリマー光ファイバ５９０に取り付けることができる。例えば、複数の光拡散性光ファイバ束５００のそれぞれの複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの端部を束ね合わせて、光源５５０に光結合される、一括束にすることができる。複数の光拡散性光ファイバ束５００のそれぞれの複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの端部が束ね合わされて一括束になっている実施形態においては、複数本の光拡散性光ファイバ１００の端部がクラッド層１０８及び／または被覆層１１０を有していないことがあり得る。

図８に示されるように、光拡散性光ファイバ束５００の端部をポリマー光ファイバ５９０に結合することにより、ポリマー光ファイバ５９０は光源５５０から放射された光を集めて、この光を光拡散性光ファイバ束５００の複数本の光拡散性光ファイバ１００に有効に導き入れることができる。

いくつかの実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０の直径は複数本の光拡散性光ファイバ１００の直径と実質的に一致する。別の実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０の直径は複数本の光拡散性光ファイバ１００の直径より大きくするかまたは小さくすることができる。いくつかの実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）で形成される。しかし、別の実施形態においてポリマー光ファイバ５９０が、パーフルオロ化ポリマー（例えば、ポリパーフルオロブテニルビニルエーテル）のような、ＰＭＭＡ以外のポリマーで形成され得ることは当然である。いくつかの実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０はフッ素化ポリマークラッド層を有する。

光拡散性光ファイバ束５００は様々な手段で図８のポリマー光ファイバ５９０に取り付けることができる。例えば、一実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００及びポリマー光ファイバ５９０が提供される。ポリマー光ファイバ５９０の挿入端が軟化される。次いで、光拡散性光ファイバ束５００の一端がポリマー光ファイバ５９０の軟化した挿入端に挿入され、よって、ポリマー光ファイバ５９０を冷却すると、光拡散性光ファイバ束５００がポリマー光ファイバ５９０に取り付けられる。いくつかの実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０はポリマー光ファイバを加熱することによって軟化される。ポリマー光ファイバ５９０は約１５０℃から約２８０℃の範囲の温度に加熱される。例えば、いくつかの実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０はポリマー光ファイバ５９０を２００℃より高い温度で数秒間加熱することによって軟化される。いくつかの実施形態において、付着促進剤が光拡散性光ファイバ束５００の端部及びポリマー光ファイバ５９０の挿入端の少なくとも一方に施される。例えば、付着促進剤が光拡散性光ファイバ束５００に施される実施形態において、付着促進剤は、トリアルコキシシラン、トリアリールオキシシランまたはアリールオキシ−アルコキシシランのような、シランを含むことができる。しかし、付着促進剤が光拡散性光ファイバ束５００に施される実施形態において、付着促進剤がチタン酸塩またはジルコン酸塩である実施形態におけるように、付着促進剤がシランではない場合もあることは当然である。

いくつかの実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０に挿入される光拡散性光ファイバ束５００の端部が透光性外被５０２を有していないことがあり得る。さらに、いくつかの実施形態において、ポリマー光ファイバ５９０に挿入される複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの端部はクラッド層１０８及び／または被覆層１１０を有していないことがあり得る。例えば、いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００の端部から透光性外被５０２を除去することができ、複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの端部からクラッド層１０８及び／または被覆層１１０を剥き取ることができ、複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの剥き出しにされた端部を押し束ねてポリマー光ファイバ５９０の挿入端に挿入することができる。

いくつかの実施形態において、それぞれが複数本の光拡散性光ファイバ１００を含む、複数の光拡散性光ファイバ束５００をポリマー光ファイバ５９０に取り付けることができる。例えば、複数の光拡散性光ファイバ束５００のそれぞれの複数本の光拡散性光ファイバ１００の端部を束ね合わせて一括束にすることができる。複数の光拡散性光ファイバ束５００のそれぞれの複数本の光拡散性光ファイバ１００の端部が束ね合わされて一括束になっているいくつかの実施形態において、複数本の光拡散性光ファイバ１００の端部は、ポリマー光ファイバ５９０への挿入の前に複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの端部からクラッド層１０８及び／被覆層１１０が剥き取られている場合のように、クラッド層１０８及び／または被覆層１１０を有していないことがあり得る。

いくつかの実施形態において、複数本の光拡散性光ファイバ１００と光源５５０の結合効率を高めるため、光拡散性光ファイバ束５００の端部にポリマー端を形成することができる。例えば、光拡散性光ファイバ束５００の端部を光拡散性光ファイバ束５００の端部より大きな金型内に挿入することができ、液体重合性材料を金型に流し込むことができ、液体重合性材料を固化させて光拡散性光ファイバ束５００の端部にポリマー端を形成することができる。いくつかの実施形態において、ポリマー端は、ＵＶ硬化、熱硬化、等によって固化させることができる。別の実施形態において、ポリマー端は、光拡散性光ファイバ束５００の端部を囲む金型内に熱可塑性ポリマーを射出成形することによって光拡散性光ファイバ束５００の端部に形成することができる。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバ束５００の端部にポリマー端を形成する前に、光拡散性光ファイバ束５００の端部から透光性外被５０２を除去することができ、複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの端部からクラッド層１０８及び／または被覆層１１０を剥き取ることができ、複数本の光拡散性光ファイバ１００のそれぞれの剥き出しにされた端部を押し束ねることができる。

本明細書に説明されるような、透光性外被内に配置された複数本の絡み合っていない光拡散性光ファイバを含む光拡散性光ファイバ束は、光拡散性光ファイバ束の曲げ能力を高め得ること、光拡散性光ファイバ束の可撓性を高め得ること、及び／または光拡散性光ファイバ束の放射特性を高め得ることが、今では了解されるはずである。さらに、本明細書に説明されるように、ランベルト型光源に結合された光拡散性光ファイバ束は、ランベルト型光源から放射された光を効率的に取り込むことができる。本明細書に説明されるように、ファイバまたはファイバ束に光結合される光源の形状に配置された、単一の光拡散性光ファイバ束内の複数本の光拡散性光ファイバまたは複数の光拡散性光ファイバ束は、光源とファイバまたはファイバ束の間の結合効率を高めることができる。さらに、本明細書に説明されるように、カップリング光学系が光源と光拡散性光ファイバ束の間に光学配置されている照明システムは放射された光を効率的に取り込むことができる。最後に、本明細書に説明されるように、複数本の光拡散性光ファイバが光源に光結合されたポリマー光ファイバに取り付けられている光拡散性光ファイバ束は、放射された光をポリマー光ファイバを通して複数本の光拡散性光ファイバに効率的に導き入れることができ、よって光拡散性光ファイバ束による光取込みを強化することができる。

すなわち、少なくともいくつかの実施形態にしたがえば、光拡散性光ファイバ束は（ｉ）透光性外被及び（ii）透光性外被内に配置された複数本の光拡散性光ファイバを含み、複数本の光拡散性光ファイバのそれぞれはガラスコア及び複数のナノサイズ空孔を有し、複数本の光拡散性光ファイバは透光性外被の長さに沿って延びる。透光性外被はポリマーで形成することができ、好ましくはポリマー内に埋め込まれているかまたは透光性外被の外表面上に配されている、散乱剤を含むことができる。いくつかの実施形態にしたがえば、照明システムは本明細書に説明される光拡散性光ファイバ束に結合される光を放射するための光源を、放射された光の少なくとも一部が光拡散性光ファイバ束に入るように、有することができる。光源と光拡散性光ファイバ束の間にカップリング光学系を配置することができる。光拡散性光ファイバ束の端部にポリマー光ファイバを取り付けることもできる。照明システムは光源に光結合された複数の光拡散性光ファイバ束を含むこともできる。例えば、光源は発光ダイオードまたはレーザを含むことができる。例えば、光源は形状（例えば、円形状または正方形状）を有し、複数の光拡散性光ファイバ束は、光源の形状に一致するように、一括光拡散性光ファイバ束として配置される。

用語「実質的に」または「約」は、いかなる量的な比較、値、測定またはその他の表現にも帰因させ得る、本質的な不確定性の程度を表すために本明細書に用いられ得ることに注意されたい。これらの用語は、量的表現を、当該の主題の基本機能に変化を生じさせずに、言明された基準から変え得る程度を表すためにも用いられる。

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特許請求項及び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。

１００，１２０，１３０ 光拡散性光ファイバ
１０２ コア領域
１０３ 内コア領域
１０４ 外コア領域
１０６ ナノ構造化リング
１０７ ナノサイズ空孔
１０８ クラッド層
１１０ 被覆層
５００ 光拡散性光ファイバ束
５０２ 透光性外被
５１０ カップリングファイバ
５５０ 光源
５７０ カップリング光学系
５９０ ポリマー光ファイバ

Claims (7)

1. 光拡散性光ファイバ束において、
   透光性外被、及び
   それぞれが複数のナノサイズ空孔を含むガラスコアを有する、前記透光性外被内に配置された複数本の光拡散性光ファイバであって、前記透光性外被の長さに沿って、該複数本の光拡散性光ファイバが絡み合わないように延びる複数本の光拡散性光ファイバ、
   を備える光拡散性光ファイバ束。
2. 前記複数本の光拡散性光ファイバが、第１の端部を有する第１の光拡散性光ファイバ及び第１の端部を有する第２の光拡散性光ファイバを含み、前記光拡散性光ファイバ束が、前記第１の光拡散性光ファイバの前記第１の端部及び前記第２の光拡散性光ファイバの前記第１の端部に取り付けられたポリマー光ファイバをさらに含み、よって前記複数本の光拡散性光ファイバを前記ポリマー光ファイバと結合することを特徴とする請求項１に記載の光拡散性光ファイバ束。
3. 前記複数本の光拡散性光ファイバの内の少なくとも１本の端部に取り付けられたカップリングファイバをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光拡散性光ファイバ束。
4. （ｉ）前記透光性外被がポリマーで形成される、及び／または
   （ii）前記透光性外被が散乱剤または蛍光体を含むか、あるいは散乱剤及び蛍光体のいずれも含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光拡散性光ファイバ束。
5. 前記ポリマーが、ポリ塩化ビニル、透明化ポリプロピレンまたはポリカーボネートである、ことを特徴とする請求項４に記載の光拡散性光ファイバ束。
6. 前記複数本の光拡散性光ファイバの内の少なくとも１本が約１５０μｍより小さい半径を有する、及び／または
   （ii）前記ガラスコアが約９０μｍの半径を有する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光拡散性光ファイバ束。
7. 前記複数本の光拡散性光ファイバが、１２本〜８０本の光拡散性光ファイバを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光拡散性光ファイバ束。

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