JPH07218741A - 液体コア光ガイド照明装置 - Google Patents
液体コア光ガイド照明装置Info
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Abstract
り、光源からの照射光の有効利用を保証する照明装置を
製造することを目的とする。 【構成】 光源と、フッ化炭化水素ポリマー材料製の管
状フレキシブルシースを有する光コア光ガイドとを有す
る照明装置である。光ガイドの内部は、グリコール;塩
化物、フッ化物、又はリン酸塩を含む塩溶液;フェニル
メチルシリコーンオイル(AN 140,n=1.5
7)、PCTFEオイル、ポリクロロトリフルオロエチ
レンオイル(nは約1.40)、又は純水で満たされて
いる。管状シースの内壁は、Teflon AF(登録
商標)の薄膜で被覆されており、この被覆の屈折率はシ
ース材料より小さい。
Description
備する照明装置に関する。
09,382号に記載されている。ドイツ特許40 2
4 445 Alから、液体コア光ガイドは既知であ
り、下記化1に示す一般式で表わされ、TEFLON
AFの登録商標でDupont社から市販されているア
モルファスフルオロポリマーの管を含む。
を妨げるためにポリマーの主鎖にスペーサーとして作用
するフッ素化された環状エーテルとの組合わせをベース
とする。このアモルファスフルオロポリマーは、ガラス
と同程度に透明であり、屈折率nが低い(ガラス転移温
度の上昇にともなって、nは1.315から1.29に
減少する)。このフルオロポリマーは比較的硬いので、
管状シースが比較的肉薄の場合でも、これから得られた
光ガイドが扱い難いだけでなく、管状に押出すことが難
しく(改質テフロンAF 2400は、押出すことがで
きない)、非常に高価である。このとき、小さな顆粒1
gのコストは約10ドルなので、押出しに必要な20k
gの1バッチは、約240,000ドルとなる。このこ
とは、1000〜2000mの長さを達成し得る押出し
について、壁の厚さに応じて1m当り約100ドルの価
格を引き起こす。
が容易であり、光源からの照射光の有効利用を保証する
照明装置を製造することを目的とする。
からなるフレキシブルな管を含み、非常に薄い内部被覆
又はTeflon AFの液体コア光ガイドの管状シー
スのライニングを有する光ガイドと組合わせた適切な光
源は、Dupont社製の屈折率n=1.31の改質A
F1600、又はn=1.30のAF2000、又はn
=1.29のAF2400は、約3μmの程度の非常に
薄い膜、即ち、その中に導かれる光の波長のオーダーで
利用可能であり、生産費に関してかなりの節約をもたら
すのみならず、光ガイドの透過率が驚くほどに改善さ
れ、これによって照明装置の光学的効率が改善されるこ
とがわかった。例えば、プローブ又は歯科用途において
用いられているような照明装置の光ガイドは、しばしば
大きく湾曲させる必要があるが、もちろん、光出力にお
けるいかなる減少も望ましいものでない。したがって、
特に光ガイドの屈曲において、かなり少ない透過率損失
は重大なことである。
ての基材として作用するためのみに必要であるので、本
発明の被覆により、フレキシブルな管材料の選択の自由
度が、前述の従来技術よりも大きくなる。光ガイド流体
と管材料との直接接触を引き起こすような被覆の欠陥が
ある場合の光の漏れが最少となるように、Teflon
AF被覆のための好ましい基材として、低い屈折率
(n=1.35のオーダー)を有するフッ化炭化水素が
与えられる(即ち、光ガイド流体、及びシースの基体材
料の屈折率nの差を、可能な限り大きくする。)。
ーポリマーHostaflon TFB(登録商標);
又は下記2〜化4に示す構造式を有するTeflon
PTFE、FEP、PFA;Dupont社製のTEF
ZEL、ETFE(登録商標);又はPCTFE(ポリ
クロロトリフルオロエチレン)又はPVDF(3M)で
ある。
実質的に高い屈折率を有しているので、モノエチレン、
ジエチレン、トリエチレン、及びテトラエチレンクリコ
ールのような光ガイド流体グリコール類は、好ましく適
切である。一方、管材料は、全て水蒸気が詰まっている
わけではないので、高湿度の環境に存在する水蒸気が、
やがて管を通して液体コア内に拡散し、内圧に望ましく
ない増加を引き起こす。しかしながら、開始直後に若干
の水がグリコールに加えられると、少量の水が管内部に
拡散して内圧がわずかの程度だけ増加するので、蒸気圧
差は減少する。このことは、光ガイドシースの端部に挿
入され、光ウインドウとして作用する石英又はガラスプ
ラグが強いられる危険性を減少させる。一方、光ガイド
シース8%の通常の管材料については、加えられる水の
量に制限があり、このとき屈折率間の差は非常に小さく
なる。本発明の被覆は、より多量の水を加えることを可
能とし、周囲から管への水蒸気の望ましくない拡散をさ
らに減少させることができるように、この範囲内の差を
保つことができる。この点において、少なくとも6又は
7%から10、15、20、又は30%までの量の水を
トリエチレングリコール又は他のグリコールに加えるこ
とは、成功をもって改善され、結果として得られる屈折
率の減少は許容可能となった。
を使用することによって、冬期の屋外での使用に重要な
光ガイドを得ることができる。本発明の被覆によって達
成された屈折率の差をより大きく保つことは、光ガイド
作用のための液体コアとして、純水を使用することを可
能にする。特に、Teflon AF 2400、即
ち、より高いガラス転移温度と、n=1.29というよ
り小さい屈折率とを有するAF材料を使用する場合に純
水の使用が可能となるが、被覆を形成することが幾分困
難となる。また、前述のドイツ特許40 24 445
から、生理食塩水は、一方の端部においてシース開口の
被覆に成功したことが立証された。
ン化物のような水性塩の溶液を作るために文献は使用さ
れる。ハロゲン化物としては、特に以下のような塩化物
及びフッ化物があげられる。
物溶液より優れた抵抗を短波長照射(UVB)に与え
る。塩化物溶液のうち、生理食塩水のような塩化ナトリ
ウム溶液は、医療用光ガイド用途において重要なもので
ある。また、適切なリン酸塩溶液としては、以下のもの
があげられる。
B)に与える。また一方、塩化物溶液は、UVA照射の
透過によく適合する。短波長照射(UVB)は、特にエ
キシマレーザー及び高圧水銀ランプにより供給される
が、それらの照射は塩化物化合物を破壊する傾向がある
ので、光ガイドの透過率の低下を引き起こす。上述の溶
液は、通常、光ガイド流体について可能な限り高い屈折
率を達成するために、高濃度で使用される。近赤外線照
射、例えば、タングステン−ハロゲンランプ光源からの
照射のために、さらに有用な光ガイド流体は、PCTF
Eオイル(n:約1.40)である。そのようなオイル
の屈折率は、1.40ないし1.41を越えるべきでな
い。内部被覆の好ましい厚さは5μmであり、この厚み
は約3μm未満とするべきでない。
onの3つの種類は、いわゆるAF1600、AF20
00、AF2400であり、それらの名称にしたがっ
て、それぞれ160℃、200℃、及び240℃の異な
るガラス転移温度を有する。Teflon AF160
0は、フッ化炭化水素を含有する液体に6重量%まで溶
解し、Teflon AF2400は、2重量%までし
か溶解しない。より大きな厚みをもってより迅速に被覆
を形成するので、第1に示した被覆材料の3倍高い溶解
度は、本発明の被覆のより容易な利用を可能にする。
高い抵抗を有するので、フッ化物及びリン酸塩溶液は、
比較的小さい屈折率を有する。このため、フッ化物及び
リン酸塩溶液は、通常の管材料を用いる場合には適切で
ない。ここで、本発明の被覆の結果、これらの溶液が、
はじめて光ガイド流体として非常に重要となり、特に、
UVB範囲(280nm<λ<330nm)において有
用な透過率が得られる。
F 粉末の溶液を塗布することによって達成することが
できる。フッ化炭化水素ポリマーからなる管材料の内部
への、Teflon AF被覆の安定性の高い付着が達
成されることは、驚くべきことである。フッ化炭化水素
ポリマーは、付着特性が乏しい(しかし、これとは対照
的に、“スリップ性”には非常に優れる)ことが知られ
ているので、このことは、必ずしも予測され得ることで
はない。また、この優れた付着性は、上述の光ガイド流
体でぬれた場合でも維持され、光ガイドが大きく曲げら
れた場合でも低下しない。このことは、長期間の使用に
おいて、非常に重要なことである。管材料それ自体への
被覆の付着性は非常に優れているので、ウインドウプラ
グが管の端部にしっかりと適合している場合でも被覆は
損傷を受けず、それは外れることがない。内圧の増加を
強いられるという危険性を減少させるために、本発明の
被覆は、管の両端部におけるウインドウプラグの密閉性
を改善する。この驚くほどに優れて安全な付着性は、P
TFE Teflon(n=1.34)、Teflon
PFA(n=1.34)、及びTeflon ETF
E(n=1.42)と同様に、特に、n=1.34の屈
折率を有するTeflon FEP、n=1.36の屈
折率を有するHostaflon TFPのようなフッ
化炭化水素のシース材料の主な利点であり、PCTEF
及びPVDFも含まれる。仮に、ある種の材料からなる
シースの内側への、本発明のTeflon AF被覆を
組み合わせが、ある位置において達成できず完全ではな
くなると、透過率のかなりの損失を危ぶむ必要がないよ
うに、そのような位置における光損失は、n>1.4の
光ガイド流体について極わずかに保つことができる。
光源10、365nmについて反射防止フィルムで被覆
された石英レンズ3つで構成された集光レンズ12、光
フィルター14、及び光ガイド16を含む。図示するよ
うに、好ましい態様において、光源10は、例えばHB
O200型の200Wの高圧水銀ランプ18、凹面反射
鏡20で構成される。
タングステン−ハロゲンランプのような、その他のガ
ス、又は蒸気放電ランプで構成されてもよい。光フィル
ター20は、イオンプレートされた薄膜フィルターであ
り、長波長照射、即ち、長波長可視光線及び近紫外線照
射を反射する。
ドパス)は、照明装置特有の使用に依存する。工業用接
着剤、及び歯科用ポリマーのための重合装置において、
UVA範囲(約330〜380nm)、UVA範囲+青
色スペクトル範囲(約330〜480nm)、又はUV
B+UVA+青色(約280〜480nm)が必要とさ
れる。そのような通過帯域の必要性は、薄膜干渉フィル
ターによって満たすことができる。
炭化水素ポリマーの柔軟な管状シース21を含む。この
シースは、特別な用途に適するように厚さを選択するこ
とができる。例えば、1/2mmとすることができ、シ
ース21の内側が被覆された本発明の薄膜被覆22のた
めの基材として作用する。管の内側は、光ガイド流体2
3で充填されるような形状であり、その両端部は石英又
はガラスプラグで密閉されている。これらのプラグは、
メカニカルシール(図示せず)によって、シース21に
しっかりと接続されている。
屈折率を有するTeflon AF2400で作られて
いる場合には、フッ化物又はリン酸塩溶液のような、屈
折率が比較的小さい光ガイド流体23を使用することが
できる。そのような溶液は、屈折率の差に起因して、U
VB光(280nm<λ<320nm)のような短波長
に対して優れた抵抗を与える。また、塩化物含量の低い
塩化物溶液を使用することができ、その溶液において
は、より少量の塩化物が短波長照射のもとで分解するこ
とができる。したがって、透過率はより小さい値に決定
される。
により得られた結果を示す。Teflon AF240
0及びTeflon AF1600の両方で5μm未
満、特に3μmの薄膜で被覆された特別なTeflon
FEP及びHostaflon TFBの管状シース
材料21は、種々の光ガイド流体23で満たされる。T
eflon AF1600の特別な被覆は、透過率を改
善すること、即ち低い光損失に関して優れた結果をもた
らす。光ガイド内への光の導入を促進するために隙間の
数を増やし、光ガイドが屈曲している間の透過率損失を
減少させる。また、この被覆は、基材シース21への被
覆22の優れた付着性に関して優れた結果をもたらす。
易には加工できないが、それはまた、純水の光コアを有
する光ガイドの製造を可能にするために被覆22を製造
することを可能にする。
1と、Teflon AFの被覆22とを有する光ガイ
ドの長期間の試験において、1年以上経過した後、シー
ス21からの被覆22の脱着を示す徴候がないことがわ
かった。鋭角に曲げた場合であっても、光ガイドの透過
率の一貫性は共存性の証拠であり、光ガイド流体でぬれ
た際も被覆の耐久性は保たれる。150Wのハロゲンラ
ンプ、200Wの高圧水銀ランプ、及び200WのHT
Iランプから集められた照射を伴う以下の機能試験にお
いてさえ、数100時間にわたって透過率が全く低下し
ない耐久性が観察された。即ち、そのようなエネルギー
付加状態において、被覆22の劣化は全く観察されなか
った。また、数千回の曲げを含む曲げ試験は、基材から
の被覆の脱着はもちろんのこと、被覆に全く損傷を与え
なかった。シース21の基材への被覆22の付着は非常
に優れているので、光のための入力及び出力ウインドウ
を形成し、きつく接合する円筒状の石英プラグ24が、
その中の挿入されても、被覆自体は脱着することがな
い。
ア光ガイドの特別なケースは別として、TFB材料のシ
ースをTeflon AF1600で被覆することは、
特に効果的である。即ち、通常の光ガイド流体(グリコ
ール、塩溶液)と組合わせて、その屈折率は、実質的に
n=1.45を越えないことを可能にする。
較して大きな屈折率(n=1.36)を有するので、T
eflon AF1600の被覆を用いることによっ
て、光学的により薄い媒体の屈折率を5/100までに
することができる。n=1.45を有する光ガイドを使
用する場合、このことは、入射光ビームについての全角
度を60°から80°に増加させ、R=7cmの曲率に
ついて5mmの有効直径を有する光ガイドについて、曲
げ損失を15%から5%未満に減少させる。
3 管材料:FEP材料のシース21の内部に被覆22とし
て、AF2400 を塗布した。
イドの透過率は、T=22%に達する(光ガイドの隙間
は、わずかに36°)。わずか10°の入射光につい
て、透過率は60%まで増加する。λ=308nmを有
する光源としてエキシマレーザー(XeCl)を使用し
た場合、透過率は60%に達する。これらの測定のため
の光ガイドは、R=30cmの曲率半径を有するU字型
である。光ガイド流体23と被覆22との屈折率の最少
の差(Δn=3/100−4/100)に起因して、こ
のウォーターコア光ガイドは、入射光の発散が非常に低
い照射源について特に適切である。即ち、レーザー照
射、好ましくは、H2 Oが優れたUV透過率を与えるの
で、λ=308nm(XeCl)における放射を有する
エキシマレーザーのUVレーザー照射が適切である。レ
ーザー光ガイドとして、ウォーターコアの有効直径は、
屈曲損失を最少にするために、5mm未満、例えば2m
m又は1mmとするべきである。基材シース21は、好
ましくは2mmの内径と、4mmの外径とを有し、FE
P、PTFE、PFA、ETFE、又はTFB材料で構
成される。クローズドループシステムなので、上述のよ
うなFEP基材を有するウォーターコア光ガイドは、5
か月を越える期間、その透過率を正確に維持する(管の
透過性に起因して、管の内部から外界へ拡散するH2 O
蒸気の危険性が存在するので、このウォーターコア光ガ
イドにおいては、より厚い壁、例えば1mmを有するこ
とが好ましい。)。
体コア23(n=1.45)、長さ230cm、内径5
mm、外径6mmでありフッ化炭化水素ターポリマーT
FBからなるシース21、2μm以上の厚さを有するA
F1600(n=1.31)の被覆22を有し、石英ガ
ラスプラグで両端部を封じた光ガイドである。
て、青色光l=430nmで行ない、AF1600の被
覆22を有する10個の光ガイドについて79.3%の
平均透過率を得た。屈曲損失は、r=7cmの円筒の周
囲に2回巻いた光ガイドについて測定し、ほぼ3%の減
少である76%の透過率が得られた。同様の条件の下、
10個の比較のための光ガイドについて測定したとこ
ろ、AF1600の被覆22なしでは、平均透過率は7
2.5%であり、屈曲においては64%であった。AF
16O0で被覆された光ガイドの平均透過率は、若干曲
げた状態又は直線状で9.4%大きく、このことは、強
く曲げた状態で、平均透過率を20%増加させる。
プロピレンとの共重合体(FEP) 内部被覆:Teflon AF 1600 液体:水性塩化カルシウム溶液 例 4 シース材料:テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロ
プロピレンとの共重合体(FEP) 内部被覆:Teflon AF 1600 液体:10重量%の水を含むトリエチレングリコール
(水含有量は、8〜15%の間で変えることができる) 例 5 シース材料:テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロ
プロピレン、及びフッ化ビニリデンのターポリマー 内部被覆及び液体は、例4と同様である。
量は例4と同様である) 例 7 シース材料は例3と同様である。
も3μm) 液体:下記化5に示す構造式で表わされるポリクロロト
リフルオロエチレン屈折率は、約1.40〜1.41で
ある
16…光ガイド 18…高圧水銀ランプ,20…反射板,21…シース,
22…被覆 23…光ガイド流体,24…ガラスプラグ。
Claims (24)
- 【請求項1】 光源と、これに光学的に接続された液体
コア光ガイドとを具備し、前記光ガイドは、フッ化炭化
水素ポリマー材料からなり、内壁を有する円筒管状であ
って、光ガイド流体の有効なコアを包囲するシースを含
み、前記シースの内壁は、テトラフルオロエチレンとフ
ッ素化された環状エーテル(Teflon AF)との
組合わせをベースとする、アモルファス共重合体の薄層
で被覆されていることを特徴とする照明装置。 - 【請求項2】 前記被覆の厚みが10μm未満である請
求項1に記載の照明装置。 - 【請求項3】 前記シースが、TFB材料(テトラフル
オロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、及びフッ化
ビニリデンのターポリマー)で構成される請求項1に記
載の照明装置。 - 【請求項4】 前記シースが、FEP材料(テトラフル
オロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合
体)で構成される請求項1に記載の照明装置。 - 【請求項5】 前記シースが、PFA材料(パーフルオ
ロアルコキシポリマー)で構成される請求項1に記載の
照明装置。 - 【請求項6】 前記シースが、PTFE材料(ポリテト
ラフルオロエチレン)で構成される請求項1に記載の照
明装置。 - 【請求項7】 前記シースが、ETFE材料(エチレン
とテトラフルオロエチレンとの共重合体)で構成される
請求項1に記載の照明装置。 - 【請求項8】 前記シースが、PVDF(ポリフッ化ビ
ニリデン)、PCTFE、及びPVDFからなる群から
選択された材料で構成される請求項1に記載の照明装
置。 - 【請求項9】 前記被覆の材料が、160℃ないし24
0℃のガラス転移温度を有する請求項1に記載の照明装
置。 - 【請求項10】 前記被覆のガラス転移温度が240℃
未満である請求項1に記載の照明装置。 - 【請求項11】 前記光ガイド流体が、モノ−、ジ−、
トリ−、及びテトラフルオロエチレングリコールからな
る群から選択された少なくとも1つの流体で構成される
請求項1に記載の照明装置。 - 【請求項12】 前記光ガイド流体が、アルカリ又はア
ルカリ土類金属の塩化物及びフッ化物を含む群から選択
された少なくとも1つの塩、好ましくはCaCl2 の水
性溶液を含有する、請求項1ないし10のいずれか1項
に記載の照明装置。 - 【請求項13】 前記光ガイド流体が、リン酸塩水性溶
液で構成される請求項1に記載の照明装置。 - 【請求項14】 前記光ガイド流体が、5%を越える水
を含む請求項11に記載の照明装置。 - 【請求項15】 前記光ガイド流体が、7%ないし15
%の水を含む請求項11に記載の照明装置。 - 【請求項16】 前記被覆の材料が、240℃のガラス
転移温度を有し(Teflon AF 2400)、前
記光ガイド流体が、純水、フッ化物を添加された水、リ
ン酸塩を添加された水、塩化物を添加された水を含む流
体の群から選択されたものである、請求項1又は4に記
載の照明装置。 - 【請求項17】 前記フッ化物の添加物が、カリウム、
カルシウム、及びアンモニウムのフッ化物、及びカルシ
ウム塩化物を含む添加物の群から選択され、n=1.4
4までの屈折率を生じる濃度を有する請求項16に記載
の照明装置。 - 【請求項18】 前記リン酸塩の添加物が、K2 HPO
4 、Na2 HPO4、及びNaH2 PO4 を含む添加物
の群から選択され、n=1.42までの屈折率を生じる
濃度を有する請求項16に記載の照明装置。 - 【請求項19】 前記光源が、高圧ガス又は蒸気放電ラ
ンプを含む請求項1に記載の照明装置。 - 【請求項20】 前記光源が、タングステン−ハロゲン
ランプを含む請求項1に記載の照明装置。 - 【請求項21】 光フィルターが、前記光源と前記液体
コア光ガイドとの間に挿入される請求項1に記載の照明
装置。 - 【請求項22】 光フィルターが、約330ないし38
0nmの通過帯域を有する請求項21に記載の照明装
置。 - 【請求項23】 光フィルターが、約330ないし48
0nmの通過帯域を有する請求項21に記載の照明装
置。 - 【請求項24】 光フィルターが、約280ないし48
0nmの通過帯域を有する請求項21に記載の照明装
置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US08/174,132 US5412750A (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Liquid-core light guide illuminator apparatus |
JP00522994A JP4041545B2 (ja) | 1993-12-28 | 1994-01-21 | 液体コア光ガイド照明装置 |
Applications Claiming Priority (2)
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US08/174,132 US5412750A (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Liquid-core light guide illuminator apparatus |
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JP (1) | JP4041545B2 (ja) |
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