JP6782322B2 - 光拡散光ファイバー、ファイバーバンドル及び照明システム - Google Patents
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Description
されるため、標準的なファイバーの側面から光は殆ど漏洩しない。従って、光ファイバーは長尺の照明源に適しているとは見なされない。にもかかわらず、特殊照明、看板、あるいは細菌増殖、光・生物エネルギー及びバイオマス燃料の製造を含む、生物学的用途のように、一定量の光を効率よく指定領域に照射する必要がある用途が多く存在している。バイオマス成長においては、光エネルギーをバイオマスに基づく燃料に変換するプロセスの開発が必要である。特殊照明において、光源は薄く柔軟性に富み容易に多様な形状に変更可能でなければならない。
「水平」、「垂直」、「前」、「後」等の用語及びデカルト座標は、図面の参考及び説明を容易にするために使用したものであり、説明及びクレームにおいて絶対的な配向及び/又は方向を厳密に限定することを意図したものではない。
白色光用途として散乱光を用いることができる。ファイバーのガラス特性、ナノ構造化領域26の幅、及びナノサイズ構造体のサイズ及び密度を変更することにより、散乱損失を増加させることができる。
発光ダイオード(LED)や太陽光のような安価な光源にファイバーを効率よく接続するためには、高い開口数と大きなコア径が必要である。図2と同様の構成により、マルチモード・コアのサイズを最大にすることができ、半径を最大500μmまでとすることができる。クラッドの厚さはこれより遥かに小さく、例えば、略15〜30μm(例えば、略20μm)である。例えば、1つの実施の形態によれば、複数の光拡散ファイバー12を支持体に巻設し、各々の光拡散光ファイバーを光源又は複数の光源に光学的に接続することができる。複数の光拡散光ファイバー12をリボン、リボンスタック、及び円バンドルの少なくとも1つにバンドル化することができる。結合効率を向上させる光源の形状にファイバー・バンドル又はリボン(即ち、多数のファイバーの集合体)を構成することができる。標準的なバンドル/リボン構造は、例えば、光拡散ファイバー12を2〜36又は最大で数百まで含むことができる。多数のファイバーを集めたケーブル構成がよく知られており、リボン、多数のリボンの集合体、又は管にまとめられたファイバーを含むことができる。このようなファイバーは1つ以上の光拡散ファイバー12を含むことができる。
光拡散ファイバーに接続された明るい連続した光源は、看板や表示装置の照明等各種用途に用いることができる。コア径が125〜300μmの1つのファイバー12を照明システムに使用する場合、ファイバー12に光を供給する光源として、マルチモード・レーザー・ダイオードを使用することができる。1方向に光を向ける反射膜を備えた1つのファイバー12を用いた例示的な照明器具(表示スクリーンの周縁照明器具)を図8Aに示す。一部の実施の形態によれば、水生環境、例えば、ボート桟橋、釣り糸又はルアー、及び小さく柔軟性に富む光拡散ファイバー12及び水中に沈めても安全であることが要求される関連用途に光拡散ファイバー12を用いた1つ又は多数のファイバー照明を用いることができる。また、光拡散ファイバー12は出口照明、通路照明、ルームディテクター用赤外線放射、あるいは衣類の糸、特に着用者が目立つようにする保護/反射衣類の糸としても有用である。装飾照明における光拡散ファイバー12の使用例は多岐にわたり、その幾つかの例には、電化製品の照明及びエッジ効果、自動車/航空機照明、家庭及び家具照明が挙げられる。
例示的実施の形態において、ファイバー12が、図2に関連して説明した被膜44を備えている。1つの例示的実施の形態において、被膜44が湿粘着性を向上させるUV硬化アクリレート被膜のような親水性被膜層を備えている。被膜はガラスに隣接した低弾性率一次被膜層(一般に<3MPa)及び高弾性率二次被膜層(一般に>50MPa)から成るUV硬化被膜であってよい。高弾性率二次被膜層は一次(低弾性率)被膜層の上部に隣接している。単一層又は多層被膜層として形成された別の被膜層又は付加被膜層を設けることもできる。かかる材料の例として、細胞増殖媒体として機能する親水性被膜44A(図示せず)や漏出した光を更に散乱する材料を含む被膜が挙げられる。また、このような被膜は、ファイバー12の保護被膜としても機能する。
一部の例示的実施の形態による照明システムは(i)200nm〜2000nmの範囲の少なくとも1つの波長λを有する光を生成する光源と(ii)少なくとも1つの光拡散光ファイバー12とを備えている。ファイバー12はコア、クラッド、及びコア内部又はコアとクラッドとの境界に複数のナノサイズ構造体32を有している。光ファイバーは外面及び光源に光学的に接続された少なくとも1つの端部を有している。前記のように、光拡散光ファイバー12は、空孔のようなナノサイズ構造体を介し、外面を通しコアから導波光を散乱するよう構成され、全体にわたり略均一な放射エネルギーを放出する長さを有する光源ファイバー領域を形成している。この光拡散光ファイバー12の散乱減衰量は、200nm〜2000nm(例えば、400〜700nm又は1μm〜2μm)の波長範囲内の1つ以上の波長に対し50dB/kmを超えるものである。ファイバー12は、ナノサイズ構造体32を介し、指定領域の外面を通しコアから光を選択的に散乱するよう複数の湾曲部を有することができる。散乱光の照度偏差は長さに沿った最大散乱照度の30%未満であることが好ましい。一部の実施の形態によれば、散乱減衰量が100dB/km〜6000dB/km又はそれ以上である。一部の実施の形態において、200nm〜2000nmの1つ以上の波長に対し、ファイバー12の散乱減衰量が6000dB/km〜20000dB/kmである。一部の実施の形態によれば、ファイバー12の長さが0.5m〜100mであり、200nm〜2000nmの1つ以上の波長に対し、散乱減衰が300dB/km〜5000dB/km及び/又は3dB超/ファイバー長である。別の実施の形態において、ファイバーの長さが0.1m〜0.5mであり、200nm〜2000nmの1つ以上の波長に対し、散乱減衰が5000dB/km〜20,000dB/km。ナノサイズ構造体32は、直径10nm、好ましくは50nm、より好ましくは100nmを超える、ガス入り空孔(例えば、SO2入り空孔)であることが好ましい。ファイバーのクラッドが少なくとも厚さ20μmのガラス又はポリマーから成ることが好ましい。前記コアとクラッドとの組合せにより0.2以上のNAが得られる。前記のように、ファイバーの線引き工程において、ファイバーの張力を制御することにより、ファイバーの長さに沿った照度の均一性(最大強度の略30%、好ましくは略20%、更に好ましくは10%以内)が得られる。前記のように、光源に接続されたファイバーの端部と反対側の端部に反射体を接続することにより照度の均一性を更に向上させることができる。
20 コア領域
22 密な中心領域(第1のコア領域)
26 ナノ構造化リング領域(内側環状コア領域)
28 密な外側領域(第3のコア領域)
31 ガラス
32 空孔
40 クラッド領域
44 光学被膜
48 側面
98 生体増殖システム
100 照明システム
150 光源
160 光学接続系
170 生体室
180 生体材料
184 支持媒体
Claims (13)
- 外面を有する光拡散光ファイバーであって、
(i)ガラス・コアと、
(ii)複数のナノサイズ構造体を有する領域と、
(iii)前記コアを囲み、該コアよりも低い屈折率を有する低屈折率クラッドと、
を備え、
前記ナノサイズ構造体は、前記ガラス・コア内、または、該ガラス・コアと前記低屈折率クラッドの間の境界に位置して、前記ナノサイズ構造体は10nm〜1×10−6mの断面サイズと1mm〜50mの長さを有し、該コアから前記外面を通して導波光を散乱するように選択されたサイズ及び組成を有することを特徴とする光拡散光ファイバー。 - 外面を有する光拡散光ファイバーであって、
(i)ガラス・コアと、
(ii)複数のナノサイズ構造体を有する領域と、
(iii)前記コアおよび前記複数のナノサイズ構造体を囲むクラッドと、
を備え、
前記光拡散光ファイバーにより提供される散乱減衰が、該光拡散光ファイバー内における光の伝搬方向に対して30°以上である散乱角度においてピーク強度を有するように、前記複数のナノサイズ構造体が、前記コアから前記外面を通して導波光を散乱するように選択されたサイズ及び組成を有して、配置され、
前記ナノサイズ構造体は、10nm〜1×10−6mの断面サイズと1mm〜50mの長さとを有することを特徴とする光拡散光ファイバー。 - 前記光拡散光ファイバーの一定の長さにわたる散乱減衰が、200nm〜2000nmの少なくとも1つの波長に対して50dB/kmを超えるものである、請求項1または2に記載の光拡散光ファイバー。
- 前記ファイバーが、前記波長に対して100〜20000dB/kmの散乱減衰を有するものである、請求項3に記載の光拡散光ファイバー。
- (i)0.5m〜100mの長さを有し、前記波長に対する前記ファイバーの散乱減衰が、300dB/km〜5000dB/kmであるか、または
(ii)0.5m〜100mの長さLを有し、前記ファイバーの散乱減衰が、3dB/Lより大きいものである、請求項4に記載の光拡散光ファイバー。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の光拡散光ファイバーを、
含む照明システム。 - 200nm〜500nmの波長範囲の光を発生する光源を、
更に含む、請求項6に記載の照明システム。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の光拡散光ファイバーと、
200nmより長い照明光波長を有するUVである光源と、
を含む照明システム。 - 前記光源が、405nmまたは445nmの波長を有するものである、請求項8に記載の照明システム。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載のファイバーを、
含むファイバー・バンドル。 - 200nm〜2000nmの少なくとも1つの波長に対して50dB/kmを超える散乱減衰を有し、各々が、ガラスを含むコア、一次クラッド、および、前記コア内、または、該コアと前記一次クラッドの間の境界に位置する複数のナノサイズ構造物を含む光拡散光ファイバーを、
含み、
前記ナノサイズ構造物は、前記ファイバーの一定の長さにわたり略均一な放射光の放出として、前記コアから前記外面を通して導波光を散乱するように選択されたサイズ及び組成を有し、
前記ナノサイズ構造物は、10nm〜1×10−6mの断面サイズと1mm〜50mの長さとを有するものであることを特徴とするファイバー・バンドル。 - 200nm〜2000nmの少なくとも1つの波長に対して50dB/kmを超える散乱減衰を有し、各々が、ガラスを含むコア、一次クラッド、および、前記コア内、または、該コアと前記一次クラッドの間の境界に位置する複数のナノサイズ構造物を含む光拡散光ファイバーを、
含み、
前記ナノサイズ構造物は、前記ファイバーの一定の長さにわたり略均一な放射光の放出として、前記コアから前記外面を通して導波光を散乱するように選択されたサイズ及び組成を有し、
前記ナノサイズ構造物は、10nm〜1×10 −6 mの断面サイズと1mm〜50mの長さとを有し、
前記光拡散光ファイバーは、リボン、リボンスタック、または円バンドルの少なくとも1つにバンドル化されていることを特徴とする、ファイバー・バンドル。 - 前記バンドル化された光拡散光ファイバーを、その中にまとめる管を、
更に含む、請求項11または12に記載のファイバー・バンドル。
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