KR102103134B1 - 광 면역 요법에 사용하기 위한 광 확산 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 단부 반사 표면(810) 및 측벽(822)을 구비하는 포켓이 달린 피쳐(821)를 구비하는 엔드 캡 부재(820)를 포함하는 확산기 차광 디바이스를 제공하고; 포켓이 달린 피쳐의 형상은 원위 단부 표면(801)을 구비하는 확산기(800)의 원위 부분(830)의 외부 형상에 대응하고; 포켓이 달린 피쳐는 원위 부분과 맞물리고; 포켓이 달린 피쳐의 측벽의 중첩 섹션(815)은 원위 부분의 측벽(802)을 둘러싸고 원위 부분으로부터 출력되는 광의 적어도 95 %가 원위 부분의 측벽을 빠져 나가는 것을 방지하고; 단부 반사 표면은 원위 단부 표면으로부터 출력되는 임의의 전방 전파 광을 차단하고 원위 단부 표면에서 나오는 광의 적어도 80 %를 확산기를 향해 다시 리턴하고; 엔드 캡 부재는 열 전도성이고; 엔드 캡 부재의 길이(831) 및 직경(832)은 원위 단부 표면의 표면적의 적어도 1,000 %인 외부 표면적을 제공하고; 그리고 디바이스는 확산기 방사 조도 핫 스팟의 생성을 감소시킨다.
Description
출원일의 이익의 주장
본 출원은, 모두 2017년 10월 23일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Frontal Light Diffusing Device for Use in Photoimmunotherapy"인 미국 특허 출원 제15/790,110호 및 발명의 명칭이 "Cylindrical Light Diffusing Device for Use in Photoimmunotherapy"인 미국 특허 출원 제15/790,113호 및 발명의 명칭이 "Light Diffusing Devices for Use in Photoimmunotherapy"인 국제 특허 출원 제PCT/UC2017/057787호의 일부 계속 출원이며, 2016년 10월 25일자로 출원된 발명의 명칭이 "Light Diffusing Device for Use in Photoimmunotherapy"인 미국 가출원 제62/412,606호 및 2017년 7월 7일자로 출원된 발명의 명칭이 "Frontal Light Diffusing Device for Use in Photoimmunotherapy"인 미국 가출원 제62/529,507호의 출원일의 이익을 주장하는데, 상기 특허 문헌은 모든 목적을 위해 참조에 의해 본원에 통합된다.
발명의 분야
본 발명은 광 면역 요법(photoimmunotherapy; "PIT"), 광역학 요법(photodynamic therapy; "PDT") 또는 유기체, 세포 또는 비세포(acellular) 유기체(organism)의 조직에 대한 다른 광 활성화 치료(light activated treatment)를 수행하기 위한 의료 디바이스 및 PIT, PDT 또는 다른 광 활성화 요법에서의 이러한 의료 디바이스를 사용하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 치료 중인 영역에 PIT, PDT 또는 다른 광 요법을 위한 소망되는 조명 패턴 및 파장의 광을 전달하기 위한 광섬유 확산기 디바이스(fiber optic diffuser device)이다.
PIT, PDT 및 다른 광 활성화 요법은 다양한 병 및 질병을 치료하기 위해 사용되어 왔다. PIT 및 PDT 및 다른 광 활성화 요법은, 전자기 방사선(예를 들면, 레이저 광, LED 광, 등등과 같은 광)에 의해 활성화되는 외인성 또는 내인성 감광제 또는 물질의 사용을 종종 수반한다. PIT는, 광 활성화 가능한 분자에 결합되는 암 표적 단일 클론 항체(cancer targeting monoclonal antibody)로 구성되는 신약 시스템을 기반으로 한다. 표적제(targeting agent)는 리간드, 바이러스 캡시드, 펩타이드, 리포좀, 나노 입자, 등등과 같은 다른 모이어티를 포함할 수 있다. 이 약물 결합체는, 결합체가 암세포에 결합되어 종양 부위에서의 광 매개 활성화시 항암 활동을 획득할 때까지 약리학적으로 활성이 아니다. 약물의 종양 표적화 및 컨텍스트 정밀도 활성화는, 정교한 암 특이성을 제공하고 주변의 건강한 조직에 대한 손상 없이 신속한 암세포 사멸을 허용한다. PIT의 항암 활동은 매우 효과적이며 그것은 다수의 타입의 단일 클론 항체 및 기타 표적 모이어티와 작용하며, 따라서 플랫폼은 광범위한 암 항원 및 종양 타입의 표적화를 가능하게 한다. 본 발명은 종양 부위를 표적화하는 것으로 제한되지 않는다는 것을 유의해야 한다. 대신, 본 발명은, 질병(들)을 치료 또는 예방하기 위해, 박테리아, 균류, 바이러스, 프리온, 등등을 포함하는 다른 세포 및 비세포 유기체를 표적화하기 위해 또한 사용될 수 있다.
PIT 및/또는 PDT 광원에 대한 기본 요건은 외인성 또는 내인성 감광제(photosensitizer)의 활성화 스펙트럼(일반적으로 피크 흡광도의 파장)과 매치하는 것 및 경제적으로 그리고 높은 효율성으로 표적 조직에 전달 가능한 적절한 전력을 이 파장에서 생성하는 것이다. 통상적으로, 수십 분 내에 치료를 전달하기 위해, 최대 수백 mW cm-2의 방사 조도(irradiance)에서 630-850 nm 범위에서 1-5 W의 사용 가능한 전력이 필요하다. 또한, 소스는 임상 환경에서 신뢰 가능해야 하고 비용 효율적이어야 한다.
치료될 영역("치료 영역")의 조명을 위해, "마이크로 렌즈 확산기(micro lens diffusers)"로 또한 종종 칭해지는, 일반적으로 원통형 및 정면(표면) 확산기가 일반적으로 사용된다. 광섬유 원통형(측면 발사(side firing)) 및 표면(전면 발사(front firing)) 확산기는, 예를 들면, 광학 커넥터에 의해 광원에 직접적으로 연결될 수 있는 부착된 확산 섹션을 갖는 50 내지 1000 ㎛ 코어 직경의 원형 코어/클래딩 구조체를 갖는 다중 모드 섬유 어셈블리(multimode fiber assembly)로 구성된다.
I. 종래의 원통형 광 확산기
도 1은, 하나의 단부 상의 광원(도시되지 않음)에 연결되는 광학 커넥터(10), 광섬유(12) 및 다른 단부 상의 원통형 확산기(16)를 포함하는 전형적인 상업적으로 이용 가능한 원통형 광 확산 디바이스(100)의 예를 도시한다. 동작 동안, 광섬유(12)는 원통형 확산기(16)와 광 통신하여 원통형 확산기(16)로 하여금 원통형 확산기(16)의 종방향 길이(longitudinal length)(19)에 걸치는 종방향 방사상 대칭의 방사 조도 분포(longitudinally radial-symmetric irradiance distribution)(18)로 광을 아웃 커플링하게(out-couple) 한다.
광섬유(12)가 원통형 확산기(16)에 진입하기 바로 이전에 취해진 광섬유(12)의 코어를 통과하는 수직(즉, 폭 방향(latitudinal)) 단면(도 1에서 "11"로 도시됨)에서의 방사 조도의 맵이 도 2에서 도시된다. 이 예시적인 실시형태에서, 사용되는 광원은 1 와트의 발사 전력(launch power)을 갖는 690 nm 레이저이고, 이 전력은, 확산기(16)의 종방향 길이의 중심(17)에서 측정된 방사 조도(18)가 150 mW/cm2일 때까지 조정되었다. 이 측정은 확산기(16)의 언급된 위치의 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어져 취해진다. 원통형 확산기(16)("리드 섬유(lead fiber)")까지 이르는 광원으로부터의 광섬유(12)는 2 미터 길이이다. 광섬유(12)는 700 ㎛ 외경(outer diameter; "OD") 유리 코어 및 740 ㎛ OD의 클래딩을 갖는다. 동작 동안, 광섬유(12)는 0.22의 개구수(numerical aperture; "NA")의 각도 분포를 갖는 레이저 광으로 채워진다. 단면(11)은 2 미터 리드 섬유(12) 이후에 취해진다. 방사 조도의 맵의 중심을 통과하는 수직 및 수평 단면으로부터 취해지는 도 2의 관련된 방사 조도 분포 그래프는, 광섬유(12)의 코어에서의 방사 조도 분포("코어 방사 조도 분포")의 불량한 공간 균일성이 존재한다는 것을 나타낸다. 그래프의 중심에 있는 큰 값은, 섬유 코어의 에지 근처보다 그것의 중심에서 훨씬 더 높은 방사 조도가 존재한다는 것을 나타낸다. 도 2의 상부의 그래프는 수평 단면의 방사 조도 분포를 도시하고, 한편 도 2의 우측의 그래프는 수직 단면의 방사 조도 분포를 도시한다. 도 2에서 도시되는 바와 같이, 그래프 둘 모두는 두 개의 축을 갖는다: 하나의 축은 폭(예를 들면, 직경)을 mm 단위로 도시하고 다른 축은 방사 조도를 Watt/cm2 단위로 도시한다.
광섬유(12)의 코어 방사 조도 분포가 불량한 공간 균일성을 가질 뿐만 아니라, 원통형 확산기(16)의 방사 조도 방출 섹션의 외측 표면을 따르는 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포("확산 방사 조도 분포")도, 도 3에서 도시되는 바와 같이, 이상적이지 않은 방사 조도 분포로 이어지는 불량한 공간 균일성을 또한 입증한다. 방사 조도 균일성이, 최적의 의료 치료 효능을 위한 광 전력/표면적 단위의 정확한 방사 조도를 의미하는 적절한 "선량 측정(dosimetry)"의 요구를 충족하지 않을 것이기 때문에 이 균일하지 않은 방사 조도 분포는 바람직하지 않다. 도 3에서, 수평 축은 원통형 확산기(16)의 길이(19)를 측정하기 위해 사용되는 종방향 길이(mm 단위)를 나타내고, 수직 축은 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어진 거리에서 Watt/cm2 단위로 측정된 원통형 확산기(16)의 표면에서의 아웃 커플링된 방사 조도를 도시한다.
도 4는, 하나의 단부 상의 광원(도시되지 않음)에 연결되는 광학 커넥터(20), 광섬유(22) 및 다른 단부 상의 원통형 확산기(26)를 포함하는 전형적인 상업적으로 이용 가능한 원통형 광 확산 디바이스(200)에 대한 예이다. 동작 동안, 광섬유(22)는 모드 믹서(24) 및 원통형 확산기(26)와 광 통신하여 원통형 확산기(26)로 하여금 원통형 확산기(26)의 종방향 길이(29)에 걸치는 종방향 방사상 대칭의 방사 조도 분포(28)로 광을 아웃 커플링하게 한다.
도 5는, 광섬유(22)가 원통형 확산기(26)에 진입하기 바로 이전에 취해진 광섬유(22)의 코어를 통과하는 수직 단면(도 4에서 "21"로 도시됨)에서의 방사 조도의 맵을 도시한다. 이 예시적인 실시형태에서, 사용되는 광원은 1 와트의 발사 전력을 갖는 690 nm 레이저이고, 이 전력은 확산기(26)의 종방향 길이의 중심(27)에서 측정된 방사 조도(28)가 150 mW/cm2일 때까지 조정되었다. 이 측정은 확산기(26)의 언급된 위치의 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어져 취해진다. 원통형 확산기(26)("리드 섬유")에 이르는 광원으로부터의 광섬유(22)는 2 미터 길이이다. 광섬유(22)는 700 ㎛ OD 유리 코어 및 740 ㎛ OD의 클래딩을 갖는다. 동작 동안, 광섬유(22)는 0.22의 개구수("NA")의 각도 분포를 갖는 레이저 광으로 채워진다. 단면(21)은 2 미터 리드 섬유(22) 이후에 취해졌다. 도 2와는 달리, 방사 조도의 맵의 중심을 통과하는 수직 및 수평 단면으로부터 취해진 도 5에서 도시되는 관련된 방사 조도 분포 그래프는, 모드 믹서(24)가 광섬유(22)와 함께 사용될 때, 섬유(22)의 코어에서의 방사 조도 분포의 고도의 균일성(예를 들면, 최적의 코어 방사 조도 분포)을 나타내는 "탑 햇(top hat)" 방사 조도 분포 프로파일이 달성된다(즉, 전체 단면의 방사 조도 분포의 변동이 평균 방사 조도의 +/- 20 % 미만이다). 도 2와 유사하게, 도 5의 상부의 그래프는 수평 단면의 방사 조도 분포를 도시하고, 한편 도 5의 우측의 그래프는 수직 단면의 방사 조도 분포를 도시한다. 도 5에서 도시되는 바와 같이, 그래프 둘 모두는 두 개의 축을 갖는다: 하나의 축은 폭(예를 들면, 직경)을 mm 단위로 도시하고 다른 축은 방사 조도를 Watt/cm2 단위로 도시한다.
도 3에서 도시되는 그래프와는 대조적으로, 원통형 확산기(26)의 방사 조도 방출 섹션의 외측 표면을 따르는 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포(예를 들면, 확산 방사 조도 분포)는, 도 6에서 도시되는 바와 같이 최적의 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포로 이어지는 공간 균일성을 나타낸다. 도 6은, 아웃 커플링된 방사 조도 분포의 변동이, 방사상으로 방출된 방사 조도 분포(예를 들면, 최적의 확산 방사 조도 분포)의 관점에서 원통형 확산기에 대한 평균("I0") 광학 방사 조도의 +/- 20 % 미만을 갖는 "탑 햇"이어야 한다는 것을 도시한다. 도 6의 수평 축은 종방향 길이를 mm 단위로 나타내고, 수평 화살표는 원통형 확산기(26)의 길이(29)를 나타낸다. 도 6의 수직 축은 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어진 거리에서 Watt/cm2 단위로 측정된 원통형 확산기(26)의 표면에서의 아웃 커플링된 방사 조도를 도시한다.
상기에서 도시되는 바와 같이, 종래의 원통형 확산기에 대한 "탑 햇" 방사 조도 분포를 달성하기 위해, 광섬유 내에서의 (예를 들면, 유효 모드 믹서를 사용한) 최적의 모드 믹싱이 요구된다. 도 4에서 도시되는 모드 믹서(24)는, 일련의 다섯 개의 연속적인 교대하는 좁은 반경 굴곡부(consecutive alternating tight radius bend)에 의해 광섬유(22)에서 생성된다. 다른 종래의 모드 믹싱 방법(도시되지 않음)은 광섬유(22)를 대상(예를 들면, 맨드릴) 주위로 단단히 다수 회 감는 것이다. 이들 인기 있는 형태의 모드 믹싱은, 종종 50 % 이상의 손실로 나타나는 증가된 송신 손실을 대가로 공간적 균일성을 생성한다. 추가적으로, 이들 기술은 또한 광섬유(22) 내에 응력 지점(stress point)을 생성한다. 광섬유에 응력을 인가하는 것은 문제가 되는데, 그 이유는, 마이크로 굴곡(micro-bending)이 광섬유 벤딩력을 유리 섬유의 최대 피로 한계까지 밀어 부칠 때, 그것이 이러한 광섬유에 대한 비가역적 손상으로 이어질 수 있기 때문이다. 또한, 이들 원통형 확산기 섬유 어셈블리는, 1 와트를 초과할 수 있는 광학 파워(optical power)와 함께 때때로 사용되고, 이것은 섬유 코어로부터 손실되는 광으로부터의 열 가열에 기인하여 최대 피로 한계를 더욱 더 낮춘다. 이 열 가열 문제는 유리 및 폴리머 재료 둘 모두에 악영향을 끼칠 수 있다. 열적으로 파괴된 모드 믹서가 실제로 발생하였는데, 이것은 이들 종래의 모드 믹서를, 설명된 발명에 따른 대안예로 대체하는 하나의 주요한 원동력(driver)을 나타낸다.
효과적인 모드 믹서 그 자체는 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 달성하기에 불충분하다는 것을 유의한다. 효과적인 광 확산기 또는 확산 섹션이 또한 필요하다. 원통형 확산기의 경우, 확산기 섹션은, "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 달성하기 위해 확산기 섹션의 추가적인 엘리먼트 및/또는 프로세싱을 일반적으로 사용한다. 도 7에서 도시되는 바와 같이, 하나의 종래의 방법은 섬유 팁(30)(확산 섹션)의 클래딩을 제거하고 노출된 섬유 코어를 플루오르화수소산으로 에칭하거나 또는 그것을 연마 장치 상에서 연마하는 것이다. 그 다음, 광택을 지운(frosted) 외관을 갖는 결과적으로 나타나는 원뿔형 팁은 보호성 투명 외피(protective transparent envelope)(32)로 피복된다. 도 8을 참조하면, 다른 종래의 방법은, 보호성 테프론 외장(protective Teflon sheath)(38)에 넣어지는 투명한 에폭시 또는 실리콘 엘라스토머 내에 매립되는 미크론 사이즈의 티타늄 산화물(TiO2) 입자로 구성되는 산란 매질(36)을 함유하는 별개의 확산기(34)를 제조하는 것이다. 그 다음, 플라스틱 플러그(42)에 부착되는 반사기(40)가 외장(sheath)(38)의 개방 원위 단부(open distal end) 안으로 삽입된다. 코팅된 플러그(42)의 목적은, 순방향 전파에서 살아남은 임의의 광을, 그 임의의 광이 재분포될 수 있는 산란 매질(36)을 통해 다시 반사시켜, 방출 프로파일의 균일성을 향상시키는 것이다. 구성의 또 다른 방법은, 광섬유의 클래딩이 기계적으로 제거되어 코어의 표면을 거칠게 남겨 두는 두 가지 이전 방법의 하이브리드로서 설명될 수 있다. 그 다음, 이 표면은 실리콘 엘라스토머로 코팅되고, 실리콘 엘라스토머 상으로 티타늄 산화물 입자가 함침된 엘라스토머의 제2 층이 퇴적된다. 최종적으로, 전체 확산 팁은 외부 PTFE 튜브 내에 넣어지는데, 외부 PTFE 튜브는, 결국에는, 상기에서 설명된 방법과 유사한 그리고 도 8에서 도시되는 방식으로 반사성 엔드 캡으로 종단된다. 이들 설명된 기술은 값이 비싸고, 노동 집약적이며 시간 소모적이다. 그러므로, 이들 광 확산기는 매우 고가이다.
광섬유 표면의 외부 상에 광 산란 피쳐(예를 들면, 디봇(divot), 스레드, 노치, 일반적인 조면화(roughing), 또는 등등)를 갖는 것과 같은 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 생성할 수 있는 광 확산기를 제공하는 다른 종래의 기술이 존재한다는 것을 유의해야 한다. 이들 기술은 노동 집약적이며 광 출력 패턴의 결과적으로 나타나는 동질성(homogeneity)은, 최대 +/- 5 %까지 변할 수 있는 일정한 섬유 직경에 크게 의존하여, 제조 프로세스에서 일정하고 반복 가능한 결과를 달성하는 것을 번거롭게 만든다. 더구나, 섬유의 평활한 외부 표면 상의 광 산란 피쳐는, 종종, 섬유의 기계적 강도에 영향을 끼치고, 그 결과, 예를 들면, 인장 강도가 실질적으로 저하된다.
II. 종래의 정면 광 확산기
도 37a를 참조하면, 전형적인 정면(표면) 확산기(500)의 예시적인 실시형태는, 광섬유 커넥터(503)를 통해 550 ㎛ 직경의 코어를 갖는 광섬유(506)(예를 들면, 원통형 광섬유) 상으로 도입되는 690 nm의 광을 제공받는다. 광섬유(506)의 원위 단부 출력 면(510)에 위치되는 1/4 피치, 1 mm 직경의 그레이디드 인덱스(graded index; "GRIN") 렌즈 컴포넌트(504)가 아웃 커플링된 광(502)을 생성한다. 소망되는 치료 영역(즉, 표적)(508)이 광섬유(506)의 직경(예를 들면, 550 ㎛)보다 훨씬 더 큰 직경(예를 들면, 42 mm)을 가지기 때문에, 렌즈 컴포넌트(504)의 효과는, 제1 근사치까지, 광섬유(506)의 출력 면(510)의 이미지를 표적(508) 상으로 형성하는 것인데, 표적(508)은 렌즈 컴포넌트(504)로부터 적어도 어떤 스탠드오프 거리(512)(예를 들면, 64 mm) 떨어져 위치된다. 이러한 양식에서, 도 37c에서 도시되는 바와 같이, 표적(508)을 따르는 단면의 공간 방사 조도 분포는, 도 37b에서 도시되는 바와 같이, 510의 단면을 따르는 공간 방사 조도 분포에 밀접하게 관련된다. 이 예시적인 실시형태는 낮은 손실(예를 들면, -0.25 dB)을 나타내는데, 이 경우, 1.0 W 입력 전력은 도 37c의 방사 조도 분포를 생성하기에 충분하다는 것을 유의한다. 원통형 섬유(506)의 510에서의 섬유 공간 방사 조도 분포는 통상적으로 균일하지 않고, 표적(508)에서 균일하지 않은 표적 공간 방사 조도 분포를 초래한다. 이것은, 표적(508)의 전체 치료 영역에 걸쳐 일정하고 균일한 공간 방사 조도 분포가 요구되는 PIT 및 PDT 애플리케이션에 대해 이상적이지 않다.
도 38a를 참조하면, 통상적인 종래 기술은, 도 37c에서 도시되는 바와 같은 표적(508)에서의 균일하지 않은 표적 공간 방사 조도 분포의 문제를, 렌즈 컴포넌트(504)보다 앞서 미리 결정된 이격된 위치에서 섬유(506) 내에 모드 믹싱 섹션(520)을 포함시키는 것에 의해 해결한다. 모드 믹싱 섹션(520)의 효과는, 도 38b에서 도시되는 바와 같이, 510에서의 균일하지 않은 단면 공간 방사 조도 분포를, 도 38c에서 도시되는 바와 같이, 514에서 유의미하게 더욱 균일한 단면 공간 방사 조도 분포로 변환하는 것이다. 따라서, 도 38d에서 도시되는 바와 같이, 표적(508)에서 렌즈 컴포넌트(504)에 의해 생성되는 표적 공간 방사 조도 분포는, 또한 더욱 균일한 공간 방사 조도 분포를 가질 것이다.
통상적인 종래 기술 모드 믹싱 섹션(520)은 더욱 균일한 섬유 공간 방사 조도 분포를 생성할 뿐만 아니라, 또한, 섬유(506)의 출력에서 더욱 균일한 각도 강도 분포를 생성한다. 그러나, 도 38a에서 도시되는 바와 같이 표적(508)을 조명하기 위해 투사 렌즈(projection lens)(504)를 사용하는 경우, 각도 강도 분포는 공간 방사 조도 분포만큼 중요하지 않다. 이것은, 투사 렌즈(504)에 의해 형성되는 이미지가 본질적으로, 방출 각도에 관계없이, 섬유(506) 내의 하나의 위치로부터 표적(508) 상의 한 위치로 모든 광을 매핑하고 있기 때문이다.
상기에서 논의되는 바와 같이, 종래 기술에서 발견되는 모드 믹싱 섹션(520)은 도 39a 및 도 39b에서 도시되는 바와 같은 하나 이상의 좁은 반경 굴곡부의 사행형 섹션(serpentine section), 도 39C에서 도시되는 바와 같은 좁은 반경 루프의 코일형 섹션(coiled section), 또는 도 39d에서 도시되는 바와 같은 좁은 반경 나선형의 다수의 턴을 갖는 섹션으로 구성될 수 있다. 모드 믹싱 섹션(520)의 다른 기술 분야에서 개시된 실시형태가 또한 사용될 수도 있다(예를 들면, 그레이디드 및 스텝 인덱스 섬유의 교대적인 섹션 등). 그러나, 이들 기술 모두는, 그들이 모드 믹싱 섹션(520)에서 높은 손실을 생성하는 것을 대가로 양호한 모드 믹싱을 생성한다는 심각한 결점이 문제가 되고 있다. 하나의 예시적인 종래 기술의 실시형태에서, 도 38a의 구성은, 7.5 mm 반경 굴곡부를 갖는 도 39a에서 도시되는 바와 같이 형성되는 모드 믹싱 섹션(520)의 추가로 도 37a의 구성과 동일하다. 이 실시형태는 -2.32 dB의 손실을 나타내며, 도 38d에서 도시되는 표적에서 방사 조도 분포를 생성하기 위해 3.25 와트의 입력 전력을 필요로 한다.
최악의 경우, 이들 손실은 모드 믹싱 섹션(520)을 가열하기에 충분한 섬유(506)로부터 전력 누출을 의미하고, 결과적으로 확산기(500)의 치명적인 고장으로 나타나고 심지어 오퍼레이터 및 환자에게 안전 문제를 제시한다. 더욱 난해한 단점은, 이들 타입의 모드 믹서 섹션(520)에 의해 초래되는 손실이 디바이스마다 변하는 경향이 있어서, 일관된 제품을 생산하는 것을 어렵게 만들고 상이한 광원과의 단일의 디바이스의 페어링으로부터의 출력을 교정하는 것을 어렵게 만든다.
렌즈 컴포넌트(504)는, 구형, 비구면, 그레이디드 인덱스 및 회절 엘리먼트를 포함하는 광학 엘리먼트 중 하나 이상의 조합으로 구성될 수도 있다는 것을 유의한다. 통상적인 종래 기술에서, 섬유(506) 및 렌즈(504)는 종종 일회용 어셈블리의 일부이고, 렌즈 컴포넌트(504)는 작은 직경을 갖는 경향이 있다.
도 40a를 참조하면, 이것은 렌즈 컴포넌트(504)로부터 나오는 광(502)의 빔이 발산하는 조건을 생성한다. 통상적인 투사 렌즈(504)의 발산 본질은, 도 40a에서 스탠드오프 거리(520, 512, 522)에 각각 위치되는 표적 포지션 위치(516, 508 및 518)에서 상이한 빔 사이즈로 나타난다. 표적이 포지션(516)으로부터 이동되어, 508을 지나고, 518에서 종료함에 따라, 결과적으로 나타나는 빔의 총 전력은 동일하다. 그러나, 도 40b의 표적 공간 방사 조도 분포에서 도시되는 바와 같이, 표적 위치 상의 방사 조도 분포의 사이즈는 거리에 따라 더 커지고 방사 조도의 값은 떨어진다. 이것은, 조명되는 영역이 증가하는 동안 렌즈 컴포넌트(504)의 출력 면으로부터의 거리의 함수로서 빔의 방사 조도(전력/면적)의 크기가 떨어지기 때문에, 이상적이지 않으며, 결과적으로, 방사 조도가 소망되는 치료 값을 충족하는 좁은 범위의 스탠드오프 값으로만 나타난다.
본 발명의 피쳐 및 독창적인 양태는, 다음의 상술된 설명, 청구범위, 및 도면의 판독시 더욱 명백해질 것인데, 다음은 도면의 간단한 설명이다:
도 1은 종래 기술의 예시적인 원통형 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 2는 도 1의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 3은 도 1의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 4는 모드 믹서를 활용하는 종래 기술의 예시적인 원통형 광 확산 디바이스의 그래프 묘사이다;
도 5는 도 3의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 6은 도 3의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 7은 종래 기술의 예시적인 원통형 광 확산기의 그래픽 묘사이다;
도 8은 다른 종래 기술의 예시적인 원통형 광 확산기의 그래픽 묘사이다;
도 9는 본 발명에 따른 원통형 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 10은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부(diffusing proximal end) 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형(non-circular) 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 11은 본 발명에 따른 원통형 광 확산 디바이스의 다른 실시형태의 그래픽 묘사이다;
도 12는 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 13은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 14은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 15은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 16은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 17은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 18은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 19는 광 확산 섹션의 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 20은 광 확산 섹션의 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 21은 광 확산 섹션의 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 22은 내부 산란 피쳐의 다른 세트가 중첩된 광 확산 섹션의 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 23은 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션의 종방향 단면도이다;
도 24는 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션의 종방향 단면도이다;
도 25는 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션의 종방향 단면도이다;
도 26은 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션의 종방향 단면도이다;
도 27는 도 9 및 도 14의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 28은 도 9, 도 10, 및 도 14의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 29는, 정사각형 형상의 코어 섬유의 사행 광선(skew ray) 및 자오선(meridional ray)의 투사된 경로를 갖는 정사각형 형상의 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 30은 사행 광선 및 자오선의 투사된 경로를 갖는 원형 형상의 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 31은 본 발명에 따른 예시적인 원통형 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 32는 도 31의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 33은 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 원형 형상의 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 34는 예 II의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 35는 도 11 및 도 12의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 36은 도 11, 및 도 12의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 37a는 종래 기술의 예시적인 정면 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 37b는 도 37a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(510)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 37c는 도 37a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 표적의 수직 단면(508)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 38a는 모드 믹싱 섹션을 갖는 종래 기술의 예시적인 정면 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 38b는 도 38a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(510)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 38c는 도 38a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(514)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 38d는 도 38a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 표적의 수직 단면(508)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 39a는 작은 반경을 갖는 네 개의 1/4 턴(turn)을 갖는 종래 기술의 광섬유 모드 믹싱 섹션의 그래픽 묘사이다;
도 39b는 작은 반경을 갖는 열두 개의 1/4 턴을 갖는 종래 기술의 광섬유 모드 믹싱 섹션의 그래픽 묘사이다;
도 39c는, 섬유의 축에 수직인 축 둘레에 형성되는 세 개의 작은 반경 루프를 갖는 종래 기술의 광섬유 모드 믹싱 섹션의 그래픽 묘사이다;
도 39d는 섬유의 축에 평행한 축 둘레에 형성되는 두 개의 나선형 루프를 갖는 종래 기술의 광섬유 모드 믹싱 섹션의 그래픽 묘사이다;
도 40a는 다양한 스탠드오프 거리(520, 512, 522)에 있는 표적 치료 영역과 함께 도시되는 종래 기술의 정면 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 40b는 도 40a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 다양한 스탠드오프 거리(520, 512, 522)에 있는 표적 치료 영역의 수직 단면(516, 508, 518)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 41a는 본 발명에 따른 정면 광 확산 디바이스의 예시적인 실시형태의 그래픽 묘사이다;
도 41b는 도 41a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(608)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 41c는 도 41a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(610)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 41d는 도 41a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 표적의 수직 단면(614)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 42a는 본 발명에 따른 정면 광 확산 디바이스의 다른 예시적인 실시형태의 그래픽 묘사이다;
도 42b는 도 42a의 정면 광 확산 디바이스의 수직 단면(718)을 따르는 그리고 도 42a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 두 개의 스탠드오프 거리(724, 726)에 있는 표적 치료 영역의 수직 단면(720, 722)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다; 그리고
도 43은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 44는 확산기의 패싯에 의해 야기되는 불균일한 광 방출을 갖는 확산기의 원위 부분의 그래픽 묘사이다;
도 45는 확산기의 패싯에 의해 야기되는 불균일한 광 방출을 갖는 확산기의 원위 부분의 그래픽 묘사이다;
도 46은 확산기의 단부 처리(end treatment)로부터의 후방 산란에 의해 야기되는 불균일한 광 방출을 갖는 확산기의 원위 부분의 그래픽 묘사이다;
도 47은 확산기의 원위 부분 및 확산기로부터 벗어날 수 있고 불균일한 광 방출을 생성할 수 있는 광선의 기하학적 형상의 그래픽 묘사이다;
도 48은 본 발명에 따른 확산기 차광 디바이스(diffuser light blocking device)의 하나의 실시형태를 사용하여 캐핑되는(capped) 확산기의 원위 부분의 종방향 단면도이다;
도 49는도 48에서 도시되는 확산기 차광 디바이스의 종방향 단면도이다;
도 50은 본 발명에 따른 확산기 차광 디바이스의 다른 실시형태를 사용하여 캐핑되는 확산기의 원위 부분의 종방향 단면도이다; 그리고
도 51은 도 50에서 도시되는 확산기 차광 디바이스의 종방향 단면도이다.
도 1은 종래 기술의 예시적인 원통형 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 2는 도 1의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 3은 도 1의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 4는 모드 믹서를 활용하는 종래 기술의 예시적인 원통형 광 확산 디바이스의 그래프 묘사이다;
도 5는 도 3의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 6은 도 3의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 7은 종래 기술의 예시적인 원통형 광 확산기의 그래픽 묘사이다;
도 8은 다른 종래 기술의 예시적인 원통형 광 확산기의 그래픽 묘사이다;
도 9는 본 발명에 따른 원통형 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 10은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부(diffusing proximal end) 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형(non-circular) 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 11은 본 발명에 따른 원통형 광 확산 디바이스의 다른 실시형태의 그래픽 묘사이다;
도 12는 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 13은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 14은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 15은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 16은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 17은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 18은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 19는 광 확산 섹션의 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 20은 광 확산 섹션의 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 21은 광 확산 섹션의 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 22은 내부 산란 피쳐의 다른 세트가 중첩된 광 확산 섹션의 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 23은 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션의 종방향 단면도이다;
도 24는 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션의 종방향 단면도이다;
도 25는 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션의 종방향 단면도이다;
도 26은 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션의 종방향 단면도이다;
도 27는 도 9 및 도 14의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 28은 도 9, 도 10, 및 도 14의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 29는, 정사각형 형상의 코어 섬유의 사행 광선(skew ray) 및 자오선(meridional ray)의 투사된 경로를 갖는 정사각형 형상의 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 30은 사행 광선 및 자오선의 투사된 경로를 갖는 원형 형상의 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 31은 본 발명에 따른 예시적인 원통형 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 32는 도 31의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 33은 내부 산란 피쳐를 갖는 위치에서의 원형 형상의 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 34는 예 II의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 35는 도 11 및 도 12의 원통형 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면에서의 방사 조도의 맵 및 그것의 관련된 방사 조도 분포 그래프이다;
도 36은 도 11, 및 도 12의 원통형 광 확산 디바이스의 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 37a는 종래 기술의 예시적인 정면 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 37b는 도 37a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(510)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 37c는 도 37a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 표적의 수직 단면(508)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 38a는 모드 믹싱 섹션을 갖는 종래 기술의 예시적인 정면 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 38b는 도 38a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(510)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 38c는 도 38a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(514)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 38d는 도 38a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 표적의 수직 단면(508)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 39a는 작은 반경을 갖는 네 개의 1/4 턴(turn)을 갖는 종래 기술의 광섬유 모드 믹싱 섹션의 그래픽 묘사이다;
도 39b는 작은 반경을 갖는 열두 개의 1/4 턴을 갖는 종래 기술의 광섬유 모드 믹싱 섹션의 그래픽 묘사이다;
도 39c는, 섬유의 축에 수직인 축 둘레에 형성되는 세 개의 작은 반경 루프를 갖는 종래 기술의 광섬유 모드 믹싱 섹션의 그래픽 묘사이다;
도 39d는 섬유의 축에 평행한 축 둘레에 형성되는 두 개의 나선형 루프를 갖는 종래 기술의 광섬유 모드 믹싱 섹션의 그래픽 묘사이다;
도 40a는 다양한 스탠드오프 거리(520, 512, 522)에 있는 표적 치료 영역과 함께 도시되는 종래 기술의 정면 광 확산 디바이스의 그래픽 묘사이다;
도 40b는 도 40a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 다양한 스탠드오프 거리(520, 512, 522)에 있는 표적 치료 영역의 수직 단면(516, 508, 518)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 41a는 본 발명에 따른 정면 광 확산 디바이스의 예시적인 실시형태의 그래픽 묘사이다;
도 41b는 도 41a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(608)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 41c는 도 41a의 정면 광 확산 디바이스의 광섬유의 수직 단면(610)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 41d는 도 41a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 표적의 수직 단면(614)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다;
도 42a는 본 발명에 따른 정면 광 확산 디바이스의 다른 예시적인 실시형태의 그래픽 묘사이다;
도 42b는 도 42a의 정면 광 확산 디바이스의 수직 단면(718)을 따르는 그리고 도 42a의 정면 광 확산 디바이스에 의한 두 개의 스탠드오프 거리(724, 726)에 있는 표적 치료 영역의 수직 단면(720, 722)을 따르는 공간 방사 조도 분포의 그래프이다; 그리고
도 43은 광 확산 섹션의 확산 근위 단부 바로 이전의 위치에서의 본 발명에 따른 비 원형 코어 섬유의 예시적인 실시형태의 수직 단면도이다;
도 44는 확산기의 패싯에 의해 야기되는 불균일한 광 방출을 갖는 확산기의 원위 부분의 그래픽 묘사이다;
도 45는 확산기의 패싯에 의해 야기되는 불균일한 광 방출을 갖는 확산기의 원위 부분의 그래픽 묘사이다;
도 46은 확산기의 단부 처리(end treatment)로부터의 후방 산란에 의해 야기되는 불균일한 광 방출을 갖는 확산기의 원위 부분의 그래픽 묘사이다;
도 47은 확산기의 원위 부분 및 확산기로부터 벗어날 수 있고 불균일한 광 방출을 생성할 수 있는 광선의 기하학적 형상의 그래픽 묘사이다;
도 48은 본 발명에 따른 확산기 차광 디바이스(diffuser light blocking device)의 하나의 실시형태를 사용하여 캐핑되는(capped) 확산기의 원위 부분의 종방향 단면도이다;
도 49는도 48에서 도시되는 확산기 차광 디바이스의 종방향 단면도이다;
도 50은 본 발명에 따른 확산기 차광 디바이스의 다른 실시형태를 사용하여 캐핑되는 확산기의 원위 부분의 종방향 단면도이다; 그리고
도 51은 도 50에서 도시되는 확산기 차광 디바이스의 종방향 단면도이다.
I. 종래의 모드 믹서가 없이 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포를 제공하는 광 확산 디바이스
도 9 내지 도 26을 참조하면, 본 발명은, 모드 믹서(예를 들면, 도 4에서 도시되는 24)를 사용할 필요 없이 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포(즉, 최적의 코어 방사 조도 분포)를 제공하는 비 원형 코어 섬유(302)를 갖는 광 확산 디바이스(300)를 제공한다. 본 발명의 광 확산 디바이스(300)는, 상기에서 설명된 공지의 광 확산기 및/또는 확산 섹션을 사용할 필요 없이 방사상 대칭의 종방향 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포(즉, 최적의 확산 방사 조도 분포)로 방사 조도를 방출한다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 디바이스(300)는 인입 광섬유(lead-in optical fiber)(304) 및 적어도 하나의 광학 커넥터(306)를 더 포함한다. 동작 동안, 도 9 및 도 11에서 도시되는 바와 같이, 인입 광섬유(304)의 하나의 단부는 광원(도시되지 않음)과 광 통신하고, 한편 인입 광섬유(304)의 다른 단부는 적어도 하나의 광학 커넥터(306)를 통해 비 원형 코어 섬유(302)의 근위 단부와 광 통신한다. 비 원형 코어 섬유(302)는 확산 근위 단부(310) 및 확산 원위 단부(312)를 갖는 광 확산 섹션(308)을 더 포함한다.
도 9 및 도 11에서 도시되는 예시적인 실시형태에서, 광 확산 섹션(308)은 비 원형 코어 섬유(302)의 원위 단부 근처에 위치된다. 또한, 비 원형 코어 섬유(302)는, 비 원형 코어 섬유(302)의 원위 단부로부터의 표면 또는 정면 광 방출을 방지하는 광 차단 수단(light blocking means)(314)(예를 들면, 물리적 캡, 알루미늄 퇴적과 같은 코팅, 또는 등등)을 옵션 사항으로(optionally) 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 광 차단 수단(314)은 치료 영역을 과도하게 비추는 것을 피하면서 광을 회전시키고 그것을 재사용하는 거울이다. 그것은 고도로 효율적인 광 확산 디바이스를 제공하는데, 그 이유는 발사된 광의 약 6 %만이 인입 광섬유(304)로 다시 커플링되기 때문이다.
하나의 실시형태에서, 인입 광섬유(304)는 추가적인 광학 커넥터(306)를 통해 광원에 연결된다. 인입 광섬유(304)는 상기에서 설명되는 광섬유(12, 22)를 포함하는 그러나 이것으로 제한되지는 않는 임의의 종래의 광섬유일 수 있다. 적어도 하나의 광학 커넥터(306)는, 동작 동안, 인입 광섬유(304)를 연결하여 비 원형 코어 섬유(302)와 광 통신하는 것을 허용한다. 적어도 하나의 광학 커넥터(306)에 대한 대안예는, 인입 광섬유(304)와 비 원형 코어 섬유(302) 사이의 종래의 접착제 접합부 또는 용융 접합부이다. 더구나 그리고 대안적인 예시적 실시형태에서, 비 원형 코어 섬유(302)는 실제로 인입 광섬유(304)로서 또한 역할을 하고(결과적으로 단일의 광섬유가 되고), 적어도 하나의 광학 커넥터(306), 접착제/용융 접합부, 또는 다른 종래의 연결 수단을 통해 광원에 연결된다. 적어도 하나의 광학 커넥터(306)는 임의의 기술 분야에서 개시된 광학 커넥터(예를 들면, SMA 커넥터 또는 등등)일 수 있다.
도 13 내지 도 18 각각은, 광 확산 섹션(308)(도 9 및 도 11 참조)의 확산 근위 단부(310) 바로 이전에 있는 위치(316)에서의 비 원형 코어 섬유(302)의 수직(즉, 폭 방향) 단면도를 도시한다. 도 10, 도 12 및 도 19 내지 도 22 각각은 도 9 및 도 11에서 도시되는 바와 같은 광 확산 섹션(308)의 확산 원위 단부(312)의 수직 단면도를 도시한다. 비 원형 코어 섬유(302)는 섬유 코어(350)를 포함한다. 비 원형 코어 섬유(302)는 도 10, 도 12 내지 도 14 및 도 16 내지 도 18에서 도시되는 바와 같은 클래딩(352)을 옵션 사항으로 포함할 수도 있다. 섬유 코어(350)는, (도 10 및 도 12 내지 도 15에서 도시되는 바와 같은) 육각형, (도 16 내지 도 18에서 도시되는 바와 같은) 정사각형, 직사각형, 삼각형, 팔각형, 다른 정다각형(regular polygon) 및 비 정다각형(non-regular polygon)과 같은 비 원형의 기하학적 형상(geometry)을 갖는다. 따라서, 코어 내부에서 균질한 방사 조도를 달성할 수 있는 광범위한 잠재적인 비 원형 코어 형상이 존재한다. 몇몇 형상 특성은 형상을 본 발명에 특히 잘 적합되게 만든다. 비록 방사상 대칭이 필수는 아니지만, 그것은 제조의 용이성 및 방사상 대칭 출력의 방사 조도 패턴을 촉진하는 이점을 제공한다. 형상의 접선(tangent)이 급격하게 변하는 단면 프로파일에서의 변곡점(inflection point)의 포함은, 인접한 광선을 상이한 방향으로 전송하는 것에 의해 더 나은 믹싱을 조장한다. 패싯의 포함도 또한 자체 집속 거동(self-focusing behavior)을 방지하는 것에 의해 더 나은 믹싱을 촉진한다. 재진입을 방지하는 기하학적 형상은 제조에서 도움이 되며 물리적으로 약한 구조체를 방지한다. 결합된 이들 형상 특성은, 비 원형 코어 기하학적 형상에 대한 기초로서 정다각형 형상의 사용을 장려하는 경향이 있다. 또한, 나선형 또는 트위스트 형상을 갖는 코어도 또한 코어에서 공간적으로 균질한 방사 조도를 생성하는 데 중요할 수 있다는 것을 또한 유의해야 한다.
클래딩(352)은 섬유 코어(350)와 동일한 비 원형 수직(즉, 폭 방향) 단면 기하학적 형상을 가질 수도 있다(예를 들면, 도 12, 도 13 및 도 16 참조). 대안적으로, 클래딩(352)은, 섬유 코어(350)와 동일한 일반적인 형상을 갖는 내부 표면 기하학적 형상(356)을 갖는 원형의 외부 표면 기하학적 형상(354)을 가질 수도 있다(예를 들면, 도 10, 도 14, 도 17 및 도 18 참조).
도 15, 도 19 내지 도 22를 참조하면, 본 발명의 몇몇 예시적인 실시형태에서, 클래딩(352)은 존재하지 않지만 그러나 섬유 코어(350)와 동심이며 섬유 코어(350)를 방사상으로 둘러싸는(그러나 타이트하게 클래딩되지 않는) 커버(covering)(360)와 섬유 코어(350) 사이에서 엔클로징된 개방 캐비티(enclosed open cavity) 또는 환경(예를 들면, 공기)(358)으로 대체된다. 커버(360)는 임의의 적절한 기술 분야에서 개시된 폴리머 재료(예를 들면, Pebax®)일 수 있고 도 11, 도 12, 도 15, 도 18 내지 도 22에서 도시되는 바와 같이 형상이 일반적으로 원형이다. 커버(360)는 비 원형 코어 섬유(302)에 대한 추가적인 보호를 제공한다. 커버(360)는 투명 또는 반투명할 수 있다. 투명한 경우, 커버(360)는 어떠한 광 산란도 제공하지 않으며 따라서 광의 추가 손실은 없다. 반투명한 경우, 커버(360)에 의한 내부 산란은 확산 방사 조도 분포의 균일성을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있다. 그러나, 커버(360)에 의한 너무 많은 내부 산란은 흡수에 기인하는 과도한 광 손실을 야기할 수 있다.
도 12 및 도 18에서 도시되는 바와 같이, 섬유 코어(350) 및 클래딩(352)을 상이한 수직 단면 기하학적 형상으로 믹싱 및 매칭하고 그들을 엔클로징된 개방 캐비티(358) 및/또는 커버(360)와 결합시키는 것이 가능하다. 예를 들면 그리고 도 18을 참조하면, 비 원형 코어 섬유(302)의 수직 단면도는 그것의 섬유 코어(350)가 정사각형 기하학적 형상을 갖는다는 것을 나타낸다. 그것의 클래딩(352)의 내부 표면 기하학적 형상(356)은 이 정사각형 기하학적 형상과 매치하고, 한편 그것의 클래딩(352)의 외부 표면 기하학적 형상(354)은 형상이 원형이다. 비 원형 코어 섬유(302)는, 클래딩(352)과 커버(360) 사이에 끼워지는 엔클로징된 개방 캐비티(358)를 더 포함한다. 커버(360)는 원형의 기하학적 형상을 갖는다.
디바이스(300)의 하나의 예시적인 실시형태에서 그리고 도 9 및 도 14를 참조하면, 비 원형 코어 섬유(302)의 섬유 코어(350)는 외접하는 φ660 ㎛ 직경의 원 내에 육각형의 기하학적 형상을 갖는 폴리(메틸 메타크릴레이트)("PMMA")로 구성된다. 섬유 코어(350)는, 섬유 코어(350)와 동일한 육각형의 기하학적 형상을 갖는 내부 표면 기하학적 형상(356)을 갖는 클래딩(352)에 의해 클래딩된다. 그러나, 클래딩(352)의 외부 표면 기하학적 형상(354)은 원형이다. 클래딩(352)은 φ740 ㎛ OD를 갖는 실리콘으로 구성된다. 디바이스(300)의 인입 섬유(304)는 200 ㎛ OD의 유리 코어 및 230 ㎛ OD의 클래딩을 갖는다. 비 원형 코어 섬유(302)의 길이는 30 cm이다. 동작 동안, 코어 광섬유(302)는 0.22의 NA의 각도 분포를 갖는 레이저 광으로 채워진다. 다른 실시형태는, 다양한 투명 또는 반투명 유리 및 폴리머를 활용하는 것을 비롯하여, 코어 및 클래딩 둘 모두에 대해 상이한 재료를 포함할 수 있다는 것을 유의해야 한다. 확산기의 전체 길이가 짧으면, 흡광도가 주요 관심사는 아니지만, 재료는 주목하는 파장에서 불투명하지 않아야 한다. 예를 들면, 확산기가 UV 조명을 제공하기 위해 사용되면, 실리카 코어 광 가이드가 적합하고, 반면 중파(mid wave) IR 광의 사용은 형석 또는 할로겐화은 유리(silver halide glass)의 사용을 권장할 것이다. PMMA, 폴리 카보네이트(PC) 및 폴리스티렌(PS)을 비롯한 그러나 이들로 제한되지는 않는, 광범위한 사출 성형 가능 폴리머 재료가 가시광 및 근IR(near IR) 애플리케이션에 대해 적절하다. 에폭시 및 실리콘을 포함하는 다양한 캐스터블 재료(castable material)도 또한 주목된다. 모든 경우에, 재료가, 용융 또는 잔금 발생(crazing)과 같은 부작용 없이, 필요한 양의 광학 파워를 핸들링할 수 있는 것을 보장하기 위해 주의를 기울여야 한다.
도 27은 확산 근위 단부(310) 바로 이전에 취해진 섬유 코어(350)를 통과하는 수직 단면(도 9에서 "316"으로 도시됨)에서의 방사 조도의 맵을 도시한다. 사용되는 광원은 0.125 와트의 발사 전력을 갖는 690 nm 레이저이며, 이 전력은, 광 확산 섹션(308)의 종방향 길이의 중심(307)에서 측정된 방사 조도가 150 mW/cm2일 때까지 조정되었다. 이 측정은 광 확산 섹션(308)의 언급된 위치의 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어져 취해진다. 이 위치(316)까지 이르는 광원으로부터의 광섬유(인입 섬유(304) 및 비 원형 코어 섬유(302)의 조합)의 총 길이는 2 미터 길이이다. 방사 조도의 맵의 중심을 통과하는 수직 및 수평 단면으로부터 취해지는 도 27에서 도시되는 관련된 방사 조도 분포 그래프는, 모드 믹서(24)를 필요로 하는 상기에서 논의된 종래의 원통형 광 확산 디바이스(200)(도 5에서 도시됨)와 동일한 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포를 도시한다. 이 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포는 섬유 코어(350)에서의 방사 조도 분포(즉, 최적의 코어 방사 조도 분포)의 고도의 균일성을 나타낸다. "탑 햇" 코어 방사 조도 분포 및/또는 최적 코어 방사 조도 분포는 본 명세서의 이하에서 섬유 코어(350)의 단면의 모든 방사 조도가, 섬유 코어(350)의 단면의 평균 방사 조도의 적어도 +/- 20 % 이내에 있게 하는 것으로 정의될 것인데, 섬유(22)의 코어에서 방사 조도 분포의 고도의 균일성을 나타낸다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 적어도 +/- 20 % 값은 +/- 15 % 범위, 또는 심지어 +/- 10 % 범위로 더 감소될 수 있다.
완벽하게 대칭인 원통형 광 가이드에서 전파할 수 있는 두 가지 타입의 광선의 검사는, 본 발명의 비 원형 코어 섬유(302)가 섬유 코어(350)에서 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포를 제공할 수 있는 방법을 이해하는 데 도움을 줄 수도 있다. 광이, 섬유 코어(350)의 중심 부분을 결코 통과하지 않으면서 섬유 코어(350)의 외부 에지 주위에서 나선형으로 진행하는 "사행 광선(skew ray)"으로서, 전방으로 전파하는 것이 가능하다. 이것은, 원형 형상의 코어 섬유(301)의 수직 단면도를 도시하는 도 30에서 묘사되는데, 여기서, 전파하는 사행 광선(366)의 투사된 경로는 섬유 코어(351)의 에지 근처에 항상 머물러 있다. 광 가이드의 중심 축에서 시작하는 광선이 섬유 코어(351)의 중심 축을 통해 항상 다시 교차하도록 평면 상에 놓이는 경로를 갖는 자오선(368)을 갖는 것이 또한 가능하다. 유사한 전파 광선의 투사된 경로를 갖는 정사각형 형상의 비 원형 코어 섬유(302)의 수직 단면도를 도시하는 도 29를 비교 및 참조하면. 사행 광선(370)은 섬유 코어(350)의 중심 축을 가로지르지 않으면서 여전히 전파하지만, 그러나 이제 그것의 경로는, 그것의 에너지가, 몇몇 위치에서는, 섬유 코어(350)의 에지 근처에서 발견될 수 있고 한편 다른 위치에서는 그것이 섬유 코어(350)의 중심에 더 가깝게 발견될 수 있도록 하는 그러한 것이다. 섬유 코어(350)의 중심 축 상에서 시작하는 자오선(372)은, 축과 다시는 교차하지 않으면서 섬유 코어(350)의 영역의 많은 것을 샘플링하는 경로를 가질 수 있다. 이들 두 가지 예는, 일정 범위의 상이한 발사 각도를 갖는 광선의 큰 세트를 비 원형 코어 섬유(302) 안으로 도입하는 것이, 단지 몇몇 번만의 내부 반사에 대응하는 짧은 전파 길이 이후에 "탑 햇 코어 방사 조도 분포를 산출할 수 있는 방법을 설명한다.
본 연구는, 도 14에서 도시되는 비 원형 코어 섬유(302)를, 비 원형 코어 섬유(302)의 상기에서 논의된 상이한 실시형태 중 임의의 것으로 대체하는 것이, 소망되는 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포(예를 들면, 도 13 내지 도 18)를 디바이스(300)가 제공하는 것을 여전히 허용할 것이다는 것을 나타낸다. 예를 들면, 도 13의 섬유 코어(350)는 도 14에서 도시되는 섬유 코어(350)와 동일하다. 그들 둘 모두는 외접하는 φ660 ㎛ 직경의 원 내에 육각형의 기하학적 형상을 갖는 PMMA로 구성된다. 도 13의 비 원형 코어 섬유(302)는 도 14의 코어 섬유와는 상이한데, 그 이유는 도 13의 클래딩(352)이 육각형의 기하학적 형상을 갖기 때문이다. 도 13의 클래딩(352)은 외접하는 φ740 ㎛ 직경의 원 내의 플루오르화 폴리머로 구성된다.
다른 예시적인 실시형태에서 그리고 도 15를 참조하면, 섬유 코어(350)는, PMMA 대신 폴리스티렌으로 구성된다는 점을 제외하면, 도 14의 섬유 코어와 동일한 기하학적 형상 및 치수를 갖는다. 그러나, 도 15의 비 원형 코어 섬유(302)는 클래딩(352)을 갖지 않는다. 대신, 그것(302)은 엔클로징된 개방 캐비티(358) 및 커버(360)를 더 포함한다. 커버(360)는 φ1000 ㎛ OD 및 φ900 ㎛ 내경(inner diameter; "ID")을 갖는 반투명 Pebax® 수지로 구성된다. 이 예시적인 실시형태에서, 개방 캐비티(358)에 포함된 포획된 공기는, 광이 섬유 코어(350) 내에 포함되는 것을 보장하는 클래딩으로서 작용한다.
도 16 내지 도 17에서 도시되는 예시적인 실시형태는, 500 ㎛×500 ㎛ 정사각형 기하학적 형상을 갖는 PMMA로 구성되는 동일한 섬유 코어(350)를 사용한다. 도 16의 비 원형 코어 섬유(302)는 540 ㎛×540 ㎛ 정사각형 기하학적 형상을 갖는 플루오르화 폴리머로 구성되는 클래딩(352)을 갖는다. 도 17의 비 원형 코어 섬유(302)는, 그것이 정사각형 내부 표면 기하학적 형상(356) 및 원형의 외부 표면 기하학적 형상(354)을 가지기 때문에, 상이한 클래딩(352)을 갖는다. 클래딩(352)은 φ740 ㎛ 직경의 OD를 갖는 실리콘으로 구성된다.
다른 예시적인 실시형태에서 그리고 도 18을 참조하면, 섬유 코어(350)는, PMMA 대신 폴리스티렌으로 구성된다는 점을 제외하면, 도 17의 섬유 코어(350)와 동일한 기하학적 형상 및 치수를 갖는다. 둘 모두 동일한 클래딩(352)을 갖는다. 그러나, 도 18의 비 원형 코어 섬유(302)는 엔클로징된 개방 캐비티(358) 및 커버(360)를 더 포함한다. 커버(360)는 φ1000 ㎛ OD 및 φ900 ㎛ ID를 갖는 반투명 Pebax® 수지로 구성된다.
여전히 다른 예시적인 실시형태에서 그리고 도 12를 참조하면, 비 원형 코어 섬유(302)는, 엔클로징된 개방 캐비티(358)를 더한 도 13에서 도시되는 코어 섬유 및 커버(360)의 조합이다. 커버(360)는 φ1000 ㎛ OD 및 φ900 ㎛ ID를 갖는 반투명 Pebax® 수지로 구성된다.
상기에서 논의되는 바와 같이, 다양한 형상, 재료, 클래딩(352), 및 커버(360)를 갖는 본 발명의 비 원형 코어 섬유(302)는, 모드 믹서를 필요로 하지 않는 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포를 제공할 수 있고, 따라서, 덜 비싸고 더 강건한 광 확산 디바이스(300)를 제공한다. 본 발명의 비 원형 코어 섬유(302)는, "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 제공하기 위해 상기에서 설명된 종래의 조명 확산기 또는 확산 섹션 중 하나와 연계하여 사용될 수 있다.
II. "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 제공하는 원통형 광 확산 디바이스
디바이스(300)가 그러한 종래의 광 확산기 또는 확산 섹션을 사용하지 않으면서 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 제공하기 위해서는, 디바이스(300)는 도 9 및 도 11에서 도시되는 바와 같이 광 확산 섹션(308) 내부에, 바람직하게는 레이저에 의해 새겨지거나 또는 기록되는, 내부의(즉, 섬유 코어(350)의 외부 표면에 도달하지 않는) 산란 피쳐(362)를 포함해야만 한다.
"탑 햇" 확산 방사 조도 분포는, 본 명세서에서, 아웃 커플링된 방사 조도의 종방향 변동이, 방사상으로 방출되는 방사 조도 분포(예를 들면, 도 6 참조)의 관점에서, 원통형 확산기에 대한 평균("I0") 광학 방사 조도의 ± 20 % 미만이 되게 하는 것으로 정의되는데, 고도의 균일성을 나타낸다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 적어도 +/- 20 % 값은 +/- 15 % 범위, 또는 심지어 +/- 10 % 범위로 더 감소될 수 있다.
내부 산란 피쳐(362)는 일반적으로 확산 근위 단부(310)에서 시작하고 확산 원위 단부(312)에서 끝난다. 피쳐(362)는 도 10, 도 12, 도 19 내지 도 22에서 도시되는 바와 같이 다양한 형상 및 패턴일 수 있다. 도 10, 도 12, 도 19 내지 도 22는, 광 확산 섹션(308)의 확산 원위 단부(312)의 수직(즉, 폭 방향) 단면도를 도시한다. 예를 들면, 피쳐(362)는, (i) 도 10, 도 12 및 도 19에서 도시되는 바와 같이 60° 증분으로 섬유 코어(350)의 중심 축 주위로 배향되는 세 개의 원통, (ii) 도 20에서 도시되는 바와 같이 섬유 코어(350)의 중심 축에 동심인 단일의 라인의 구체; (iii) 도 21에서 도시되는 바와 같이 60° 증분으로 섬유 코어(350)의 중심 축 주위로 반경에 중심을 두며, 선형, 비선형, 나선형 패턴, 또는 의사 랜덤 패턴으로 섬유 코어(350)의 미리 결정된 종방향 길이를 따라 분포되는 타원형 피쳐(예를 들면, 타원형 또는 구형인 피쳐)의 대칭 어레이; 및 (iv) 광 확산 섹션(308)의 길이를 따르는 상이한 종방향 위치에 위치되는 원통의 후속하는 쌍이 섬유 코어(350)의 중심 축을 중심으로 상이한 각도에 배향되는, 쌍의 각각의 원통이 섬유 코어(350)의 중심 축으로부터 미리 결정된 거리 떨어져 위치되는 평행한 원통(361)의 쌍(예를 들면, 평행한 원통(363)의 쌍은 섬유의 상이한 단면에 위치되고 쌍(361)에 대해 60°에서 클록된다)일 수 있다. 본원에서 논의되는 실시형태가 60° 증분을 사용하지만, 45°, 72°, 90°, 120°, 180° 증분과 같은 그러나 이들로 제한되지 않는 다른 미리 결정된 패턴이 또한 적합할 수도 있다는 것을 유의한다.
각각의 산란 피쳐(362)는 적절한 기술 분야에서 개시된 레이저에 의해 생성될 수 있다. 예를 들면, 1.5 와트의 평균 전력에서의 집속된 모드 고정식 532 nm 10 피코초의 레이저 펄스는 도 10에서 도시되는 피쳐(362)를 생성할 수 있는데, 그 피쳐(362)는 세 개의 원통으로 구성되고, 각각은 직경이 대략 27 ㎛이고 길이가 270 ㎛이며, 60° 증분으로 섬유 코어(350)의 중심 축을 중심으로 배향된다. 다른 예에서, 0.4의 개구수를 갖는 대물 렌즈를 통해 집속되는 2.0 와트의 평균 전력에서의 일련의 520 nm 400 펨토초 레이저 펄스는 도 43에서 도시되는 피쳐(362)(하기에서 더 상세하게 논의됨)를 생성할 수 있는데, 각각의 피쳐는 60°의 증분으로 섬유 코어(350)의 중심 축을 중심으로 하는 직경이 대략 40 ㎛인 구체이다. 본원에서 논의되는 실시형태가 60° 증분을 사용하지만, 45°, 72°, 90°, 120°, 180°, 등등과 같은 다른 정도의 증분도 또한 적합하다는 것을 유의한다.
피쳐(362)의 각각의 산란 특성은 재료, 기하학적 형상 및 프로세싱에 의해 변한다. 길이당 또는 피쳐(362)당 산란되는 광의 비율은, 비 원형 코어 섬유(302) 밖에서 광이 산란되는 것에 기인하여 광 확산 섹션(308)에서 길이당 광의 밀도가 감소함에 따라 증가해야만 한다. 이것은 단위 길이당 피쳐(362)의 수 또는 피쳐(362)의 사이즈를 길이의 함수로서 변경시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 수용 가능한 리턴 광(return light)의 양에 따라, 사이즈에서의 선형적인 증가가 충분할 수도 있지만 그러나 사이즈 대 길이에서의 비선형적 증가가 선호될 수도 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 단위 길이당 피쳐(362)의 수는 증가될 수도 있고, 한편 피쳐(362)의 사이즈는 길이의 함수로서 감소될 수도 있다. 피쳐(362)당 산란의 양을 변경하기 위해 기술 분야에서 숙련된 자가 프로세싱 파라미터를 변경하는 것도 또한 가능하다는 것을 유의해야 한다.
내부 산란 피쳐(362)가 도 9 및 도 11에서 도시되는 바와 같이 비 원형 섬유 코어(350)의 중심 축(364)을 따라 광 확산 섹션(308)에 분포되는 경우, 광은 광 확산 섹션(308)을 따라 전파하고 광 확산 섹션(308) 자체에서 발생하는 일정한 믹싱이 존재한다. 섬유 코어(350)의 중심에서의 광이 내부 산란 피쳐(362)와 조우하고 광 확산 섹션(308) 밖으로 산란됨에 따라, 광 재분배는 섬유 코어(350)의 중심에서의 방사 조도가 보충되는 것을 보장한다. 이것은, 산란 피쳐(362)가 더 작게 유지되는 것 및 광 확산 섹션(308)의 중심을 향해 위치되는 것을 허용하면서 균일한 방출 패턴을 달성하는 산란 피쳐(362)의 패턴을 발견하는 도전 과제를 단순화시켜, 더 나은 방출 특성을 갖는 잠재적으로 물리적으로 더 견고한 디바이스로 나타나게 된다.
도 23 내지 도 26을 참조하면, 피쳐(362)는 또한 다양한 패턴으로 종방향으로 이격될 수 있다. 예를 들면, 피쳐(362)는 도 23에서 도시되는 바와 같이 섬유 코어(350)의 중심 축(364)과 동심인 균일한 선형적 방식으로 종방향으로 배열될 수 있다. 피쳐(362)는 도 24에서 도시되는 바와 같이 단위 길이당 피쳐(362)의 수를 변경시키는 것에 의해 균일하지 않은 선형적 방식으로 종방향으로 배열될 수 있다. 도 24에서, 단위 길이당 피쳐(362)의 수는 광 확산 섹션(308)의 확산 근위 단부(310)로부터 확산 원위 단부(312)까지 진행하면서 증가한다. 상기에서 그리고 대안예에서 논의되는 바와 같이, 단위 길이당 피쳐(362)의 수는 광 확산 섹션(308)의 확산 근위 단부(310)로부터 확산 원위 단부(312)로 진행하면서 감소될 수도 있지만, 그러나 피쳐(362)의 사이즈는 광 확산 섹션(308)의 확산 근위 단부(310)로부터 확산 원위 단부(312)로 진행하면서 증가될 수도 있다.
더구나, 피쳐(362)는 도 25에서 도시되는 바와 같이 사이즈에서 선형적 증가를 가지면서 균일한 선형적 방식으로 종방향으로 배열될 수 있다. 최종적으로, 피쳐(362)는 도 26에서 도시되는 바와 같이 사이즈에서 비선형적 증가를 가지면서 균일한 방식으로 종방향으로 배열될 수 있다.
III. "탑 햇" 공간 방사 조도 분포를 제공하는 정면 광 확산 디바이스
도 41a를 참조하면, 본 발명은, 광섬유 커넥터(603), 원통형 광섬유 섹션(602), 비 원형 코어 섬유 섹션(604), 두 개의 섬유 섹션을 결합하는 섬유 스플라이스(fiber splice)(605), 및 렌즈 컴포넌트(606)를 포함하는 정면 광 확산 디바이스(600)를 제공한다. 디바이스(600)의 동작 동안, 원통형 광섬유 섹션(602)은 비 원형 코어 섬유 섹션(604)과 광 통신하고, 비 원형 코어 섬유 섹션(604)은 또한 렌즈 컴포넌트(606)와 광 통신한다. 비 원형 코어 섬유 섹션(604)은, 상기에서 논의되는 옵션 사항의(optional) 광 차단 수단(314)을 포함하지 않는다는 점을 제외하면, (모드 믹서를 사용할 필요 없이) "탑 햇" 코어 방사 조도 분포를 제공하는 상기 논의된 비 원형 코어 섬유(302)와 동일한 특성을 가질 수 있다. 단면은 더 나은 믹싱 효과를 생성하는 것을 돕기 위해 비 원형 코어 섬유 섹션(604)의 종방향 길이를 따라 또한 변할 수 있다, 예를 들면, 코어의 외측 치수가 증가되고 그 다음 감소되는 604의 하나 이상의 영역이 존재할 수 있거나, 또는 604의 코어는 직선의 압출 대신 다양한 양의 비틀림(twist)(즉, 섬유 섹션(604)의 종방향 축을 중심으로 하는 회전)을 가질 수 있거나, 또는 604의 비 원형 프로파일은 하나의 형상으로부터 다른 것으로(예를 들면, 육각형으로부터 정사각형으로) 변할 수 있다는 것을 유의한다. 비 원형 코어 섬유 섹션(604)은, 전파 광의 손실이 거의 또는 전혀 없도록 전파 광의 몇 번의 내부 반사를 야기하는 공간 모드 믹서로서 작용한다.
하기에서 그리고 하나의 예시적인 실시형태에서 논의되는 바와 같이, 동작 동안, 원통형 광섬유 섹션(602)은 단면(608)에서 측정될 때 도 41b에서 도시되는 광의 불균일한 섬유 공간 방사 조도 분포를 갖는다. 비 원형 코어 섬유 섹션(604)은 단면(610)에서 측정될 때 도 41c에서 도시되는 상당히 더 균일한 믹싱된 섬유 공간 방사 조도 분포를 출력한다. 표적 단면(614)에서 렌즈 컴포넌트(606)에 의해 생성되는 도 41d에서 도시되는 표적 공간 방사 조도 분포도 또한 더욱 균일하다. 따라서, 610에서 측정되는 믹싱된 공간 방사 조도 분포 및 614에서 측정되는 표적 공간 방사 조도 분포 둘 모두는 소망되는 "탑 햇" 공간 방사 조도 분포를 갖는다. "탑 햇" 공간 방사 조도 분포 및/또는 최적의 공간 방사 조도 분포는 이하에서, 방출된 방사 조도 분포의 관점에서, 아웃 커플링된 공간 방사 조도 분포의 변동이, 정면 확산기에 대한 평균("I0") 광학 방사 조도의 +/- 20 % 미만이 되게 하는 것으로 정의될 것인데, 관련 위치에서의(예를 들면, 610에서 및/또는 표적(614)에서의) 공간 방사 조도 분포의 고도의 균일성을 나타낸다. 몇몇 예시적인 실시형태에서, 적어도 +/- 20 % 값은 +/- 15 % 범위, 또는 심지어 +/- 10 % 범위로 더 감소될 수 있다.
종래 기술에서, 전파 각도의 믹싱은, 섬유 코어를 따라 전파한 광의 몇몇 광선이, 섬유의 임계각을 초과하는 각도로 섭동되어 방출되고, 그 결과 송신 손실 및 주변 재료의 국소적 가열과 같은 다른 원치 않는 효과로 나타나게 된다는 것을 의미한다. 비 원형 코어 섬유 섹션(604)은, 그들이 전파할 수 없도록 각을 변경하지 않고, 비 원형 코어 섬유 섹션(604)의 광학 축에 대한 각각의 광선의 각도를 유지하면서 그들은 광선의 경로를 재배치하기만 한다. 상기에서 논의되는 바와 같이, 제어된 양의 각도 믹싱이 비 원형 코어 섬유 섹션(604)의 영향에 포함될 수 있도록 믹싱 섹션의 길이를 따라 비 원형 코어 섬유 섹션(604)의 형상 또는 사이즈에서 변동을 생성하는 것이 가능한데, 대응하는 송신 손실을 초래하는 것에 의해 임의의 증가된 각도 믹싱이 또한 수반될 것이다는 것을 주목한다.
본 발명의 하나의 대안적인 실시형태에서, 비 원형 코어 섬유 섹션(604)은 광원으로부터 투사 렌즈(예를 들면, 606)까지 연장될 수 있거나, 또는, 도 41a에서 도시되는 바와 같이, 짧은 섹션(604)은 원통형 섬유 섹션(602) 이후에 그리고 렌즈 컴포넌트(606) 이전에 활용될 수 있다. 원통형 섬유(602)의 섹션이 비 원형 코어 섬유 섹션(604)과 렌즈 컴포넌트(606) 사이에서 사용되는 경우, 그것은 너무 길지 않아야 한다는(예를 들면, 0.25 미터 미만 또는 등등) 주의를 기울여야 하거나 또는 606 이전에 측정되는 믹싱된 공간 방사 조도 분포는 다시 균일하지 않게 될 수 있다는 것을 유의한다.
비 원형 코어 섬유(302)에 대해 상기에서 논의되는 바와 같이, 비 원형 코어 섬유 섹션(604)은 표준 광섬유 커넥터(605)를 사용하여 연결되는 별개의 조각의 재료일 수 있거나 또는 접착제에 의해 원통형 섬유 섹션(602)의 하나의 단부에 영구적으로 고정될 수 있거나 또는 심지어 용융 접합 기술(fusion bonding technique)(예를 들면, 용접 또는 등등)에 의해 적소에 용융될 수 있다. 비 원통형 섹션(non-cylindrical section)(604)을 섬유(602)의 다른 원통형 섹션으로 성형 또는 엠보스 가공하는 것도 또한 가능하다. 원통형 섬유 섹션(602)과 비 원형 코어 섬유 섹션(604) 사이의 접합을, 최소화된 손실, 예를 들면, 매칭 사이즈 및 최대 전파 각도로 제작하기 위해서는 주의가 필요하다.
도 41a를 참조하면 그리고 디바이스(600)의 하나의 예시적인 실시형태에서, 원통형 광섬유 섹션(602)은 630 ㎛ OD의 클래딩으로 피복되는 600 ㎛ OD의 코어를 갖는 유리로 구성되는 코어 섬유로 구성된다. 그것은 0.22와 0.26 사이인 개구수(NA)를 갖는다. 비 원형 섬유 코어 섹션(604)은 길이가 적어도 50 mm이고, 680 ㎛ OD의 클래딩을 갖는, 600 pm ID의 육각형의 기하학적 형상을 갖는 유리로 구성된다. 렌즈 컴포넌트(606)는 1/4 피치, 1 mm 직경 GRIN 렌즈로 구성된다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 사용되는 광원은 2.4 와트의 발사 전력을 갖는 690 nm 레이저이며, 이 전력은, 64 mm인 스탠드오프(예를 들면, 616)를 가지고 측정했을 때 표적(614)에서 측정된 방사 조도가 42 mm 내부 직경을 갖는 탑 햇 분포를 가지면서 150 mW/cm2일 때까지 조정되었다. 이 실시형태는 -0.36 dB의 낮은 송신 손실을 나타낸다. 광원으로부터 투사 렌즈(606)까지의 광섬유(원통형 광섬유 섹션(602) 및 비 원형 코어 섬유 섹션(604)의 조합)의 총 길이는 2 미터 길이이다.
동작 동안, 원통형 광섬유 섹션(602)은 단면(608)에서 측정될 때 도 41b에서 도시되는 광의 불균일한 섬유 공간 방사 조도 분포를 갖는다. 비 원형 코어 섬유 섹션(604)은 단면(610)에서 측정될 때 도 41c에서 도시되는 상당히 더 균일한 믹싱된 섬유 공간 방사 조도 분포를 출력한다. 표적 단면(614)에서 렌즈 컴포넌트(606)에 의해 생성되는 도 41d에서 도시되는 표적 공간 방사 조도 분포도 또한 더욱 균일하다. 따라서, 610에서 측정되는 믹싱된 공간 방사 조도 분포 및 614에서 측정되는 표적 공간 방사 조도 분포 둘 모두는 소망되는 "탑 햇" 공간 방사 조도 분포를 갖는다.
도 40a 및 도 40b에서 도시되는 바와 같이, 종래 기술의 정면 일루미네이터(illuminator)는 발산하는 빔을 갖는다. 이것은, 소망되는 방사 조도 레벨을 달성하기 위해, 오퍼레이터가 치료의 지속 기간 동안 표적 구역으로부터 매우 특정한 스탠드오프에서 일루미네이터를 유지하도록 강제한다. 이상적인 정면 일루미네이터는 스탠드오프 거리에 관계없이 표적 상에서 동일한 방사 조도를 가질 것이다. 추가적으로, 이상적인 정면 일루미네이터는 또한, 표적 상에서 조명 패턴의 사이즈 및 형상이 용이하게 조정되는 것을 허용할 것이다.
도 42a를 참조하면, 본 발명은, 근위 커넥터(proximal connector)(703), 원위 종단(distal termination)(705), 및 시준 렌즈 어셈블리(collimation lens assembly)(704)를 갖는 광섬유(702)를 포함하는 이들 목표를 충족시키는 정면 광 확산 디바이스(700)를 제공한다. 광섬유(702)는 원통형 섬유, 비 원형 코어 섬유(예를 들면, 302, 604), 또는 상기에서 논의되는 이들의 조합일 수 있다. 시준 렌즈 어셈블리(704)는, 투명 광학 재료, 즉 유리, 수정, 투명 폴리머, 또는 반사성 재료로 구성될 수 있는 시준 렌즈(706)를 포함한다. 시준 렌즈(706)는 단일의 광학 엘리먼트 또는 광학 엘리먼트의 조합으로 구성될 수 있다. 시준 렌즈(706)는, 구면, 비구면, 굴절, 회절 또는 반사 표면의 임의의 조합을 가질 수 있고, 재료는 그레이디드 인덱스 프로파일을 가질 수 있다. 섬유(702)의 자연 발산 광 출력(708)은, 그것이 시준 렌즈(706)와 조우할 때까지 팽창하도록 허용된다. 섬유(702)는, 그것의 출력 면(710)이 대략적으로 시준 렌즈(706)의 후방 초점 길이(712)에 있도록 위치된다. 가변 어퍼쳐(714)가 시준 렌즈(704)의 출력 또는 그 근처에 위치되는데, 여기서, 그것은 광 출력(708)의 일부를 차단하여, 714 내의 개구에 대응하는 범위를 갖는 광 출력 빔(716)을 생성할 수 있다. 도 42a에서 도시되는 바와 같이, 섬유(702)로부터의 광 출력(708)의 중앙 부분만이 어퍼쳐(714)를 통과하도록 허용된다(즉, 시준된 광 출력(716)). 이러한 결과적으로 나타나는 시준된 광 출력(716)은, (i) 근접 장(near field)(예를 들면, 724의 스탠드오프 거리에 있는 단면(720)), (ii) 원거리 장(far field)(예를 들면, 726의 스탠드오프 거리에 있는 단면(722)), 및 이하 "편평한 방사 조도 분포"로 정의되는 근접 장과 원거리 장 사이의 거리에서 본질적으로 동일한 크기(예를 들면, 값에서 +/- 20 % 미만 차이, 값에서 +/- 15 % 미만 차이, 또는 심지어 값에서 +/- 10 % 미만 차이)인 도 42b에서 도시되는 바와 같은 "탑 햇" 방사 조도 분포를 갖는다.
섬유(702) 외부에서의 광선의 팽창 원뿔(expanding cone)은 시준 렌즈(706)를 오버필하도록(overfill) 의도적으로 허용된다. 도 42b에서의 플롯의 실선은, 도 42a에서 도시되는 위치(718)에서 측정되는 방사 조도 분포이다. 높은 변동을 갖는 분포의 부분은, 시준 렌즈(704)의 구조체 상에 착륙하도록 허용되고 차단, 반사 또는 흡수된다. 방사 조도 분포의 균일한 중심 부분만이 시준 렌즈(706) 및 가변 어퍼쳐(714) 둘 모두를 통과하여 출력 빔(716)을 생성하고, 결과적으로, 도 42b에 점선으로서 도시되는 편평한 방사 조도 분포(720)로 나타난다.
시준 렌즈(704)의 출력 측에 위치되는 어퍼쳐(714)는, 소망되지 않는 광 출력(708)의 부분을 차단한다. 바람직한 실시형태에서, 어퍼쳐(714)는, 빔 사이즈가 직경 1 mm로부터 12 mm까지 변하는 것을 허용하는 아이리스(iris)이다. 대안적으로, 어퍼쳐(714)는 정사각형, 직사각형, 또는 심지어 비대칭 광 출력을 생성하도록 구성될 수 있다.
어퍼쳐(714) 이후의 시준된 광 출력(716)은 매우 낮은 발산을 가지며, 그 결과, 광 출력(718)은, 도 42a의 위치(720)에 있는 근접 장에서, 도 42a의 위치(722)에 있는 원거리 장에 있을 때와 대략 동일한 사이즈이다. 도 42b를 참조하면, 단면(720)(점선으로 도시됨) 및 단면(722)(일점쇄선(dash-dot line)으로 도시됨)에서의 이러한 결과적으로 나타나는 편평한 방사 조도 분포는 상부가 편평한(flat top) 방사 조도 분포에 매우 가깝고 빔 사이즈는 거리에 따라 유의미하게 변하지 않는다(이하 "편평한 방사 조도 분포"로서 정의됨).
정면 광 확산 디바이스(700)의 하나의 예시적인 실시형태에서, 입력 섬유는 400 ㎛의 코어 직경 및 430 ㎛의 클래드 직경을 가지며 0.29의 개구수를 갖는 1.01 와트의 690 nm 광으로 채워진다. 시준 렌즈(706)는 25 mm 직경 및 75 mm의 초점 길이를 갖는 평면-볼록 렌즈(plano-convex lens)로 구성된다. 이 실시형태에서, 720에서 150 mWatt/cm2의 직경 12 mm의 빔을 생성할 때 핸드 피스(hand piece)에 의해 흡수되는 초과 광학 파워의 양은 0.85 Watts 미만인데, 이것은 핸드 피스의 본체에 의해 쉽게 소산된다. 도 41a 내지 도 42b를 참조하면, 단면(720)에서의 편평한 방사 조도 분포는 어퍼쳐(714)로부터 100 mm의 스탠드오프 거리(724)에서 측정되고, 단면(722)에서의 편평한 방사 조도 분포는 어퍼쳐(714)로부터 200 mm의 스탠드오프 거리(726)에서 측정된다.
이 실시형태(700)의 성능은 몇 가지 유리한 특성을 제시한다. 첫째, 광 출력의 사이즈 및 기하학적 형상은 표적에서 방사 조도(mWatt/cm2)에 대한 변동 없이 넓은 범위에 걸쳐 조정될 수 있다. 둘째, 표적 상에 생성되는 방사 조도는 프로젝터와 표적 사이의 스탠드오프 거리에 거의 의존하지 않는다. 이들 피쳐는 광원의 출력을 교정하여 소망되는 레벨의 치료 광을 생성하는 것을 쉽게 만들고 소망되는 노출 레벨을 달성하도록 오퍼레이터가 일루미네이터를 배치하는 것을 더 쉽게 만든다. 수정되지 않은 원통형 광섬유(702)의 광 출력이 도 42a에서 사용되었다는 것을 유의한다. 도 42b의 718보다 더 균일하고 상부가 편평한 각도 분포를 생성한 각도 모드 믹싱 섹션 또는 비 원형 코어 섬유 섹션(예를 들면, 302, 606)이 사용되면, 더 넓은 출력 빔이 획득될 수 있다. 추가적으로, 비 원형 코어 입력 섬유가 사용될 수 있다.
IV. 확산기 차광 디바이스
확산기가 PIT/PDT 애플리케이션에서 사용되는 경우, 확산기는 주변 조직이 42 ℃를 초과하는 어떠한 열 조건도 생성하지 않는 것이 중요한데, 42 ℃를 초과하는 임의의 열 조건은 주변 조직에 세포 손상을 야기할 수 있고 치료의 효과를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 500 ㎛ 직경 코어를 갖는 확산기의 원위 단부에 100 mW의 전방 전파 광(forward propagating light )이 남아 있는 경우, 바로 그 원위 표면에서의 투과 방사 조도는 50 Watts/cm2일 수 있을 것이고, 이것은 주변 조직에 열 손상을 야기하기에 충분한 것 이상이다. 투과된 광을 감소시키기 위해 확산기의 원위 단부에서 차광 수단이 활용되는 경우, 열 상승을 경험하고 확산기 표면 온도가 42 ℃를 초과하게 하기에 충분한 광 에너지를 확산기가 흡수하지 않는 것이 중요하다.
또한, 광 출력이 명시된 치료 레벨을 초과하는 국소 영역인 어떠한 "방사 조도 핫 스팟"(이하 "확산기 방사 조도 핫 스팟(diffuser irradiance hot spot)(들)로 정의됨)도 확산기가 산출 또는 생성(이하, 집합적으로 "생성"으로 지칭됨)하지 않는 것이 중요하다. 예를 들면, 치료 프로토콜이 150 mW/cm2를 명시하는 경우, 그 레벨보다 20 % 넘게 더 큰 국소 방사 조도는 그 국소 영역에서 PIT/PDT 화합물을 조기에 표백하여, 치료의 종료 이전에 그들을 비활성화하고 그에 의해, 그것의 전체적인 효과를 감소시킬 수 있다.
확산기의 원위 단부에는, 확산기를 통해 전파되는 광과 상호 작용하여 확산기 방사 조도 핫 스팟을 생성할 수 있는 특성이 존재한다. 도 44에서 도시되는 확산기(850)의 원위 단부(851)를 참조하면, 통상적인 제조 프로세스 동안 제조 변동(manufacturing variation)으로서 의도치 않게 생성될 수도 있는 완전히 수직인 평면으로부터의 칩, 경사(bevel) 또는 다른 편차와 유사한, 작은 패싯(852)이 확산기(850)의 원위 면(853) 상에서 도시된다. 차광 수단으로서 거울(854)이 원위 표면(853)에 적용되는 것으로 도시되어 있다. 원위 단부(851)가 생성된 이후 거울(854)이 적용되었기 때문에, 패싯(852)도 또한 거울이 달린다. 패싯(852)과 상호 작용하는 광선(856)은 확산기(850)로 다시 지향되지 않고, 대신, 국소화된 불균일한 방사 조도 출력(858)으로서 상방으로 확산기(850)의 측면(855) 밖으로 반사된다. 이 반사된 방사 조도는 확산기(850)의 나머지에서와 같이 등방적으로 산란되지 않고, 다소 방향성이 있어서, 불균일한 방사 조도 출력의 국소 영역을 생성한다. 예를 들면, 확산기(850)의 원위 단부(851)에 남아 있는 100 mW의 전방 전파 광이 존재하고, 패싯(852)이 확산기(850)의 단면적의 5 %를 나타내고, 패싯(852) 상으로의 입사광의 80 %가 거울이 달린 표면(857)으로부터 반사되고, 측면(855)을 통해 밖으로 지향되는 전력이 확산기(850)의 표면 근처에서 1 mm2 영역을 조사하는 경우, 패싯(852)에 의해 생성되는 국소화된 방사 조도는 400 mW/cm2일 수 있을 것이다. 이 방사 조도는 또한 확산기(850)의 나머지로부터의 방사 조도 출력과 결합될 수도 있어서, 수용 불가능한 확산기 방사 조도 핫 스팟 조건을 생성한다.
도 45는 별개의 거울 컴포넌트(864)가 차광 수단으로서 제공되는 원치 않는 패싯(862)을 갖는 확산기(860)의 유사한 원위 단부(861)를 도시한다. 확산기(860)에서의 전방 전파 광(868) 중 일부는 패싯(862)을 통해 투과하고, 거울(864)를 바이패스하고, 국소화된 불균일한 출력(869)으로서 귀결될 것이다. 전방 전파 광(866) 중 일부는 패싯(862)으로부터 내부 전반사를 겪고 결국에는 확산기(860)의 측면(863) 밖으로 지향되어, 국소화된 불균일한 방사 조도 출력(867)의 상이한 영역을 생성할 것이다. 광 중 일부는 패싯(862)과 상호 작용할 것이지만 그러나 거울(864)에 의해 적절하게 지향될 것이고 확산기(860)의 코어(865)로 리턴될 것이다. 예를 들면, 확산기(860)의 원위 단부(861)에 남아 있는 100 mW의 전방 전파 광이 존재하고, 패싯(862)이 확산기(860)의 단면적의 5 %를 나타내고, 패싯(862) 상으로의 입사광의 30 %가 측면(863) 밖으로 1 mm2 영역 안으로 투과되고, 30 %가 측면(863) 밖의 1 mm2 영역 안으로 내부 전반사되고, 나머지는 적절하게 반사 및 재포착되는 경우, 투과된 빔과 반사된 빔 둘 모두로부터의 국소화된 방사 조도는 150 mW/cm2일 수 있을 것이다. 이들 국소화된 방사 조도가 확산기(860)의 나머지로부터의 광과 결합되면, 동일한 제조 결함에 의해 다수의 수용 불가능한 확산기 방사 조도 핫 스팟 조건이 야기될 수 있다.
도 46은, 산란 화합물(872)이 차광 수단으로서 제공되는 다른 확산기(870)의 원위 단부(871)를 도시한다. 전방 전파 광(874)은 872로부터 후방 산란될 것인데, 이 경우, 후방 산란된 광 중 일부는, 광선(876)으로서 확산기(870)의 측면(873)으로부터 빠져 나갈 것이다. 확산기(870)의 본체로부터 산란되는 광이 등방적으로 4p 스테라디안 안으로 산란될 수도 있을 것이지만, 872로부터 산란되는 모든 광 에너지는 2p 스테라디안 안으로 있을 것이다. 이것은, 광선(876)이 확산기(870)의 본체에 의해 생성되는 방사 조도의 두 배만큼 많은 국소화된 방사 조도를 생성하여, 수용 불가능한 확산기 방사 조도 핫 스팟을 생성할 수도 있을 것이다는 것을 의미한다. 이것은, 의도치 않은 성능 문제에 기여할 수 있는 설계 선택의 예이다.
불균일한 방사 조도 출력의 다른 잠재적 근본 원인은, 단부 처리의 균일성에 관련될 수 있다. 예를 들면, 확산기의 원위 단부가 금속 퇴적에 의해 형성되는 반사기를 가지지만 반사기가 공극(void)을 갖는 경우, 불균일한 방출 패턴이 초래될 수도 있다. 이것은, 의도치 않은 성능 문제에 기여할 수 있는 제조 변동의 다른 예이다. 설계 문제와 제조 변동의 조합은, 치료 명세를 초과하며 치료 효능을 감소시키는 확산기의 원위 단부 근처에서 관찰되는 확산기 방사 조도 핫 스팟을 초래할 수 있다. 이들 제조 변동을 해결하는 또는 스크리닝하는 프로세스는 증가된 제조 복잡성, 감소된 부품 수율, 및 증가된 생산 비용을 야기할 수 있다.
따라서, 투과된 광을 동시에 차단하고, 확산기 방사 조도 핫 스팟의 생성을 차단하며, 주변 조직에서 수용 불가능한 열 조건의 생성을 방지할 수 있는 확산기에 대한 단부 처리를 제공할 필요가 있다. 이상적으로, 이 솔루션은 또한 확산기의 단부를 보호하는 데 도움이 되어야 하며 제조 또는 설치하는 데 복잡하거나 또는 비용이 많이 들지 않을 것이다. 솔루션이 사소한 제조 변동 및 몇몇 설계 문제를 정정하고 그에 의해 제조 프로세스를 단순화하여, 수율을 증가시키고 비용을 낮추는 것이 특히 유리할 것이다.
확산기 방사 조도 핫 스팟을 생성할 수 있는 확산기의 원위 단부로부터의 광을 차단하기 위해서는, 도 47에서 묘사되는 바와 같은 후방 전파 광의 봉쇄를 좌우하는 내부 전반사의 물리학을 이해하는 것이 유용하다. 도 47은 확산기(880)의 원위 단부(881)를 도시한다. 1.42를 초과하는 굴절률을 갖는 재료로 만들어지는 확산기의 경우, 스넬의 법칙(Snell's Law)은, 확산기(880)의 내부 상에서 45°도보다 더 큰 법선(Θ)으로부터의 각도에서 내부에서 입사되는 광선(886)은 내부적으로 전반사될(totally internally reflected; TIR) 것이고 확산기(880) 내부에 포함될 것이다는 것을 나타낸다. 이 임계 각도 미만의 광선(885)은 확산기(880)의 측면(883)을 빠져 나가 확산기 방사 조도 핫 스팟의 생성에 기여할 수 있다. 따라서, 광선(885)을 차단, 흡수, 반사, 또는 후방 산란시킬 수 있는 확산기(880)에 대한 단부 처리는 확산기 방사 조도 핫 스팟의 생성을 상당히 감소시킬 수 있다. 포함될 필요가 있는 최악의 경우의 광선은, 광선(886)으로서 확산기(880)의 극단 코너로부터 산란되는 또는 다르게는 재지향되는 입사 광선(884)에 의해 도시된다. 888로서 도시되는 직경을 갖는 확산기(880)의 하부 코너로부터 45° 각도를 가정하면, 직경(888)과 동일한 치수를 갖는 차단 영역(889)은 탈출하는 광선(885)을 차단하기에 충분할 것이다. 따라서, 확산기(880)의 적어도 직경의 차단 치수를 갖는 단부 처리가 소망된다.
차광 수단이 완벽한 거울을 포함하는 경우, 모든 입사광은 방향을 바꿀 것이고 차광 수단은 광 에너지를 흡수하지 않고 그것을 열로 변환하지 않을 것이다. 따라서, 낮은 흡광도를 갖는 고도로 반사성의 후면 반사기(back reflector)를 사용한 단부 처리가 소망된다. 또한, 차광 수단이 광 에너지를 흡수하지만 그러나 너무 작은 표면적을 갖는 경우, 표면적당 열 에너지는 높을 수 있고, 수용 불가능한 온도 상승을 초래할 수 있을 것이다. 예를 들면, 100 mW의 광 에너지가 입사 전력의 단지 1 %만을 흡수하는 얇은 500 ㎛ 직경의 거울 코팅 상으로 입사하면, 거울 층의 총 외부 표면적은 0.2 mm2 미만을 가질 것이고 흡수되는 열 전력의 1 mW를 확산기 본체로부터 멀어지게 방출 또는 도통시킬 것이다. 대조적으로, 예를 들면, 적어도 1 mm 길이×0.7 mm 직경의 치수를 갖는 열 확산 컴포넌트와 열 접촉하는 동일한 사이즈의 거울을 갖는 단부 처리는, 미러 그 자체의 외부 표면적보다 13 배 더 큰 외부 표면적을 가질 것이다. 동일한 1 mW의 광 에너지 흡수를 소산시키기 위한 이 증가된 표면적은 상당히 더 낮은 열 상승으로 나타날 것이다. 따라서, 확산기 단면의 표면적의 적어도 10 배(즉, 1,000 %)인 외부 표면적을 갖는 우수한 열 전도성을 갖는 재료로 구성되는 단부 처리가 소망된다.
도 48 내지 도 51을 참조하면, 본 발명은 확산기에 대한 이상적인 단부 처리의 앞서 소망된 특성 모두를 동시에 충족하는 확산기 차광 디바이스를 제공한다. 확산기 차광 디바이스는 본 명세서에서 상기에서 논의되는 차광 수단(314)으로서 역할을 할 수 있다.
도 48 내지 도 51에서 도시되는 바와 같이, 확산기 차광 디바이스는, 원위 단부 표면(801)을 갖는 확산기(800)의 원위 부분(830)을 수용하고 둘러싸도록 설계되는 포켓 피쳐(821)를 갖는 엔드 캡 부재(end cap member)(820)를 포함한다. 포켓 피쳐(821)는 측벽(822) 및 단부 반사 표면(810)을 포함한다. 포켓 피쳐(804)의 형상은, 원위 부분(830)이 포켓 피쳐(821)와 맞물리고 그 내부에 적합되는 것을 허용하는 확산 섹션(800)의 원위 부분(830)의 외부 형상에 일반적으로 대응한다. 측벽(822)은, 길이(830)를 갖는 확산기(800)의 원위 부분(830)의 측벽(802)을 둘러싸는(예를 들면, 중첩하는) 중첩 섹션(815)을 갖는다. 측벽(822)은, 엔드 캡 부재(820)를 포함하는 확산기 차광 디바이스를 확산기(800)에 부착하며, 동시에 높은 각도 불균일성의 광이 확산기 방사 조도 핫 스팟을 생성하는 것을 또한 방지하는 기계적 수단을 동시에 제공한다. 측벽(822)의 중첩 섹션(815)은 확산기(800)의 원위 부분(830)의 측벽(803)을 둘러싸도록 설계되고, 원위 부분(830)의 광 출력의 적어도 95 %(바람직하게는 적어도 97 %, 더욱 바람직하게는 적어도 98 %)가 원위 부분(830)의 측벽(803) 밖으로 빠져 나가는 것을 확산기 차광 디바이스가 방지하는 것을 허용한다. 반사성 단부 표면(810)은, 확산기(800)의 원위 단부 표면(801)으로부터 방출되는 광을 다시 확산기(800)를 향해 리턴, 반사, 또는 역산란하고(이하, 일괄적으로 "리턴"으로 칭해짐), 동시에, 원위 단부 표면(801)으로부터 출력되는 임의의 전방 전파 광을 차단한다. 반사성 단부 표면(810)은 원위 단부 표면(801)으로부터 출력되는 광의 적어도 80 %를 확산기(800)를 향해 다시 리턴한다.
엔드 캡 부재(820)는, 확산기(800)의 원위 부분(830)으로부터 출력되는 광의 흡수에 의해 생성되는 열이 엔드 캡 부재(820)를 통해 분산되는 것을 허용하는 열 전도성이다. 엔드 캡 부재(820)를 포함하는 확산기 차광 디바이스는, 입사광을 흡수, 반사 또는 역산란하는 임의의 불투명 재료로 구성될 수도 있다. 그것은, 그들이 차단된 광의 흡수에 의해 생성되는 임의의 열 에너지를 분산 및 소산시킬 수 있는 알루미늄과 같은 열 전도성 금속 재료로 형성되는 경우에, 유용하다.
도 50 내지 도 51을 참조하면 그리고 대안적인 실시형태에서, 엔드 캡 부재(820)는 슬리브(835) 및 슬리브(835)에 삽입되는 로드(840)로 구성된다. 슬리브(835)는, 확산기(800)와 로드(840) 둘 모두를 부착하는 기계적 수단을 제공하면서, 불균일한 광 방출을 차단하는 길이(830)를 갖는 중첩 섹션(815)을 제공한다. 로드(840)는, 임의의 전방 전파 광을 차단하면서, 확산기(800)의 원위 단부 표면(801)으로부터 방출되는 광을 확산기(800)를 향해 다시 리턴시키는 단부 반사 표면(810)을 제공한다.
상기에서 언급되는 바와 같이, 슬리브(835) 및 로드(840)는 열 전도성인 것이 유리하다. 또한, 투과된 광을 차단하고 생성되는 임의의 열 에너지를 분산시킴에 있어서 추가로 지원하기 위해서는, 로드(840)가 알루미늄, 금, 은, 구리, 스테인레스 스틸, 니켈, 임의의 적절한 금속 합금, 또는 높은 열 전도성을 갖는 임의의 적절한 세라믹과 같은 열 전도성 금속 재료로 구성되는 것이 유리하다.
단부 반사 표면(810)은, 기계 가공(machining), 기계적 연마, 전기 연마, 화학적 퇴적, 진공 퇴적, 또는 페인트 유사 화합물의 도포와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 기술에 의해 형성될 수 있다. 이상적으로, 반사 표면(810)은, 원위 단부 표면(801)으로부터 입사광의 적어도 80 %, 바람직하게는 90 %보다 더 많은, 더욱 바람직하게는 98 %보다 더 많은 입사광을 리턴해야 한다. 일반적으로, 확산기(800)를 향해 더 많은 광이 반사될수록, 엔드 캡 부재(820)에 의해 흡수되는 광은 더 적고, 관찰되는 주변 조직 및 컴포넌트에서의 열 상승은 더 적다. 따라서, 엔드 캡 부재(820)는 원위 부분(830)으로부터 출력되는 광의 적어도 80 %(바람직하게는 적어도 90 %, 더욱 바람직하게는 적어도 98 %)를 리턴해야 한다.
엔드 캡 부재(820)의 외부 표면이 42 ℃를 초과하는 것 및 주변 조직에 세포 손상을 야기하는 것을 방지하는 것이 중요하다. 길이(831) 및 직경(832)은, 확산기(800)의 원위 단부 표면(801)의 표면적보다 더 큰 확산기 차광 디바이스의 엔드 캡 부재(820)의 외부 표면적을 생성하여, 입사광의 흡수에 의해 생성되는 임의의 열 에너지의 분산 및 소산을 지원한다. 엔드 캡 부재(820)의 길이(831) 및 직경(832)은, 확산기(800)의 원위 단부 표면(801)의 표면적의 적어도 1,000 %(1,000 %에서부터 2,000 %까지의 바람직한 범위, 1,500 %에서부터 2,000 %까지 더욱 선호됨, 1,700 %에서부터 1,900 %까지 더욱더 선호됨, 그리고 1,800 %에서 가장 선호됨)인 외부 표면적을 제공하는 것이 바람직하다.
도 48 및 도 50을 참조하면, 엔드 캡 부재(820)가 원위 부분(830)과 맞물리는 경우, 확산기(800)의 원위 단부 면(801)과 엔드 캡 부재(820)의 단부 반사 표면(810, 845) 사이에 공동 또는 공극(이하, 일괄적으로 "공극"으로 지칭됨)(825)이 존재할 가능성이 있다. 공극 섹션(825)은 확산기(800) 재료의 굴절률과 매치하는 화합물로 충전될 수도 있어서, 확산기(800)의 원위 단부 표면(801)에서 광이 임의의 결함과 상호 작용하는 것으로부터 TIR을 감소시키는 것에 의해 불균일한 방사 조도를 추가로 감소시킬 수도 있다. 공극(825) 내의 화합물은 전체 어셈블리를 함께 유지하는 데 도움이 되는 역할을 하는 접착 특성을 가질 수도 있다. 추가적으로, 공극(825)은, 투과된 광을 섬유로 다시 산란시키는 것을 돕는, 티타늄 산화물 충전 에폭시(titanium oxide filled epoxy)와 같은 산란 재료로 충전될 수도 있다.
상기에서 언급되는 바와 같이, 자신의 엔드 캡 부재(820)를 포함하는 본 발명의 확산기 차광 디바이스는, 본 명세서에서 상기에서 설명되는 원통형 광 확산 디바이스(예를 들면, 300)에 대해 상기에서 논의되는 차광 수단(314)으로서 역할을 할 수 있다. 하나의 예에서, 원통형 광 확산 디바이스는 480 ㎛ 클래딩 OD를 갖는 육각형 코어 섬유와 같은 비 원형 섬유 코어를 갖는 광섬유로 구성된다. 비 원형 섬유 코어는, 광 확산 섹션 및 섬유 코어의 중심 축을 따라 광 확산 섹션의 섬유 코어 내에서 분포되는 내부 산란 피쳐를 포함하는데, 광 확산 섹션은 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 제공하고, 그에 의해, 방사상으로 방출된 방사 조도의 변동이 평균("I0") 광학 방사 조도의 +/- 15 % 이내에 있도록 광 확산 섹션으로부터 종방향으로 제한한다. 본 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션은 10 mm, 20 mm, 30 mm 또는 40 mm의 길이를 가질 수도 있다. 대안적으로, 그러한 길이는 대략 10 mm에서부터 40 mm까지의 범위에 이를 수 있다. 원통형 광 확산 디바이스는, 엔드 캡 부재(820)를 포함하는 본 발명의 확산기 차광 디바이스를 더 포함한다. 이 예시적인 실시형태에서, 엔드 캡 부재는 1.0 mm 깊이의 포켓이 달린 피쳐(821)를 갖는 0.7 mm OD 및 1.5 mm 길이를 갖는 알루미늄으로 구성된다.
예 I
하나의 실시형태에서 그리고 도 31을 참조하면, 원통형 광 확산 디바이스(400)가 제공되는데, 여기서 그것(400)이 디바이스(100)의 종래의 원형 광섬유(12) 대신 비 원형 코어 섬유(302)를 갖는다는 것을 제외하면, 그것(400)은 상기에서 논의되는 원통형 광 확산 디바이스(100)와 정확히 동일하다. 비 원형 코어 섬유(302)의 수직(즉, 폭 방향) 단면도는 도 14에서 도시되는 실시형태와 동일하다. 1 와트의 발사 전력을 갖는 690 nm 레이저를 광원으로 사용하고, 확산기(16)의 종방향 길이의 중심(17)에서 측정된 방사 조도가 150 mW/cm2가 될 때까지 전력을 조정하는 것에 의해, 도 32에서 도시되는 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포가 나타났다. 150 mW/cm2의 방사 조도 측정 값은 확산기(16)의 언급된 위치의 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어져 측정된다. 도 32는, 원통형 확산기(16) 바로 이전에 취해진 비 원형 코어 섬유(302)를 통과하는 수직 단면(예를 들면, 도 31에서 "11"로 도시됨)에서의 코어 방사 조도 분포를 도시한다. 방사 조도의 맵의 중심을 통과하는 수직 및 수평 단면으로부터 취해진 도 32에서 도시되는 관련된 방사 조도 분포 그래프는, 모드 믹서(24)를 필요로 하는 상기에서 논의된 종래의 원통형 광 확산 디바이스(200)와 동일한 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포를 나타낸다. 이 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포는 섬유 코어(350)에서의 방사 조도 분포의 고도의 균일성을 나타낸다. 이것은, 원통형 확산기(16) 이전에 비 원형 코어 섬유(302)를 포함하는 것이 디바이스(400)의 방사 조도 또는 광 출력 특성을 향상시킬 수 있다는 것을 입증한다. 그러나, 디바이스(400)는, 원통형 확산기(16)의 구성이 발사 조건을 고려하도록 최적화되지 않는 한, 도 6, 도 28 및 도 35에서 도시되는 바와 같은 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 달성할 수 없다는 것을 유의한다. 본 발명은, 도 6, 도 28 및 도 36에서 도시되는 바와 같은 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 전달하기 위해 이러한 최적화된 원통형 확산기(16)를 갖는 디바이스(400)를 포함한다.
예 II
본 발명의 다른 실시형태에서, 원통형 광 확산 디바이스가 제공된다. 이 디바이스는, 이제 원통형 확산기(16)가 도 33에서 도시되는 바와 같은 내부 산란 피쳐(362)를 포함하는 발광 섹션(light emitting section)을 갖는 종래의 원형 코어 광섬유이다는 것을 제외하면, 예 I의 상기에서 논의되며 도 31에서 도시되는 디바이스(400)와 동일한 컴포넌트를 갖는다. 도 33은, 내부 산란 피쳐(362)를 포함하는, 자신의 클래딩(352) 및 자신의 원형 섬유 코어(351)를 갖는 이 원형 코어 섬유(301) 발광 섹션의 수직 단면도를 도시한다. 0.2 와트 발사 전력을 갖는 690 nm 레이저를 광원으로서 사용하고 원형 코어 섬유의 광 확산 섹션의 길이 방향 길이의 중심(17)에서 측정되는 방사 조도가 150 mW/cm2일 때까지 전력을 조정하면, 이 디바이스는, 일반적으로 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 제공하는 도 34에서 도시되는 확산 방사 조도 분포로 나타나게 되었다. 150 mW/cm2의 방사 조도 측정치는, 광 확산 섹션의 언급된 위치의 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어져 측정된다. 도 34에서 도시되는 확산 방사 조도 분포는, 특히 도 3에서 도시되는 디바이스(100)의 확산 방사 조도 분포와 비교할 때, 도 6, 도 28 및 도 36에서 도시되는 최적의 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포에 더 가깝다. 본 명세서의 목적을 위해, 용어 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포는 도 34에서 도시되는 일반적인 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포 및 도 6, 도 28 및 도 36에서 도시되는 최적의 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 둘 모두 포함해야 한다.
도 34는, 광이 발광 섹션에서 전방으로 전파됨에 따라, 광이 후속하는 산란 피쳐와 조우하고 광 확산 섹션을 벗어날 때 광섬유의 광학 축에서의 방사 조도가 점차적으로 고갈될 것이기 때문에 소망되는 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 방출하도록 의도되는 광 확산 섹션을 생성하기 위해 원형 코어 광섬유에서 내부 산란 피쳐(362)를 사용하는 경우 차선의 효율성 및 효력에 대한 잠재성이 존재한다는 것을 도시한다. 이 원형 코어 광 확산 섹션 내에서 믹싱하는 모드가 없기 때문에, 수직 단면 방사 조도 패턴은 덜 균일할 것인데, 방사 조도는 섬유 코어의 에지 근처에서 더 높고 산란 피쳐가 위치되는 중심 근처에서 고갈된다.
이것은, 내부 산란 피쳐(362)를 포함하는 광 방출 섹션에 대해 원형 섬유 코어보다 비 원형 섬유 코어(350)를 사용하는 것이 더욱 바람직하다는 것을 입증한다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 본 예에서 제시되는 원통형 광 확산 디바이스 및 그것의 일반적인 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 포함하는데, 그 이유는, 이 디바이스 및 그것의 일반적인 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포가 소정의 애플리케이션에 대해 충분하다는 것이 가능하기 때문이다.
예 III
디바이스(300)의 하나의 실시형태에서 그리고 도 9, 도 10, 및 도 14를 참조하면, 디바이스(300)는 비 원형 코어 섬유(302), 인입 광섬유(304), 적어도 하나의 광학 커넥터(306)를 포함한다. 동작 동안, 인입 광섬유(304)는 적어도 하나의 광학 커넥터(306)를 통해 (i) 광원(도시되지 않음) 및 (ii) 비 원형 코어 섬유(302)와 광 통신한다. 인입 섬유(304)는 200 ㎛ OD의 유리 코어 및 230 ㎛ OD의 클래딩을 갖는다. 비 원형 코어 섬유(302)의 길이는 30 cm인데, 비 원형 코어 섬유(302)는 원위에서 알루미늄 퇴적의 반사 코팅으로 만들어지는 차광 수단(314) 안으로 종단된다. 동작 동안, 비 원형 코어 섬유(302)는 0.22의 NA의 각도 분포를 갖는 레이저 광으로 채워진다.
도 10 및 도 14를 참조하면, 비 원형 코어 섬유(302)의 섬유 코어(350)는 외접하는 φ660 ㎛ 직경의 원 내에 육각형의 기하학적 형상을 갖는 PMMA로 구성된다. 섬유 코어(350)는, 섬유 코어(350)와 동일한 육각형의 기하학적 형상을 갖는 내부 표면 기하학적 형상(356)을 갖는 클래딩(352)에 의해 클래딩된다. 그러나, 클래딩(352)의 외부 표면 기하학적 형상(354)은 원형이다. 클래딩(352)은 φ740 ㎛ OD를 갖는 실리콘으로 구성된다.
비 원형 코어 섬유(302)는 확산 근위 단부(310) 및 확산 원위 단부(312)를 갖는 광 확산 섹션(308)을 더 포함한다. 광 확산 섹션(308)은 종방향 길이가 10.8 mm이며, 내부 산란 피쳐(362)는 확산 근위 단부(310)에서 시작하고 확산 원위 단부(312)에서 끝난다. 피쳐(362)는 세 개의 원통의 27 개의 세트로 구성된다. 각각의 원통은 직경이 대략 27 ㎛이고 길이가 270 ㎛이며 도 9 및 도 10에서 도시되는 바와 같이 60° 증분으로 중심 축(364)을 중심으로 배향된다. 피쳐(362)의 27 개의 세트는 다음의 공식에 기초하여 비선형적 방식으로 배열된다: zi = 0.5i + 0.0045i2 - 0.0003i3, 여기서, 인덱스 i는 0에서부터 26까지의 값을 갖는 정수이고, zi는 축(364)을 따르는 i 번째 피쳐(362)의 상대적 z 위치이다. 본 발명은 이 공식, 피쳐(362)의 사이즈, 확산 섹션(308)의 단위 길이당 피쳐(362)의 수, 또는 피쳐(362)당 산란의 양으로 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 대신, 본 발명은 다른 적절한 간격, 사이즈, 단위 길이당 피쳐(362)의 수, 및 피쳐(362)당 산란의 양을 포함한다.
더구나, 디바이스(300)의 다음의 특성은, 디바이스(300)의 확산 방사 조도 분포를 추가로 최적화하기 위해 조정될 수도 있다: 확산 섹션(308)의 종방향의 길이 및 직경, 섬유 코어(350) 및 임의의 클래딩(352)의 사이즈 및 기하학적 형상, 피쳐(362)의 산란 특성, 광원 및/또는 인입 섬유(304)로부터 나오는 최대 각도, 및 비 원형 코어 섬유(302)의 원위 단부에서의 광 차단 수단(314)의 포함. 이 최적화는 실험적으로 또는 광선 추적 CAD 프로그램을 사용하여 수행될 수 있다. 최적의 확산 방사 조도 분포를 결정함에 있어서의 공통 요인은, 섬유 코어(350)의 증분 체적당 광 밀도에서 선형적 감소가 존재하기 때문에, 증분 체적당 유효 산란에서 선형적 증가를 설계하는 것이다.
상기에서 논의되는 바와 같이, 도 27은 디바이스(300)의 본 예시적인 실시형태에 대한 확산 근위 단부(310) 바로 이전에 취해진 섬유 코어(350)를 통과하는 수직 단면(도 9에서 "316"으로 도시됨)에서의 방사 조도의 맵을 도시한다. 사용되는 광원은 0.125 와트 발사 전력을 갖는 690 nm 레이저이며, 이 전력은 광 확산 섹션(308)의 종방향 길이의 중심(307)에서 측정된 방사 조도가 150 mW/cm2일 때까지 조정되었다. 이 측정은 광 확산 섹션(308)의 언급된 위치의 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어져 취해진다. 이 위치(316)까지 이르는 광원으로부터의 광섬유(인입 섬유(304) 및 비 원형 코어 섬유(302)의 조합)의 총 길이는 2 미터 길이이다. 동작 동안, 비 원형 코어 섬유(302)는 0.22의 NA의 각도 분포를 갖는 레이저 광으로 채워진다.
방사 조도의 맵의 중심을 통과하는 수직 및 수평 단면으로부터 취해진 도 27에서 도시되는 관련된 방사 조도 분포 그래프는, 모드 믹서(24)를 포함하는 상기에서 논의된 종래의 원통형 광 확산 디바이스(200)와 동일한 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포를 나타낸다. 이 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포는 섬유 코어(350)에서의 방사 조도 분포의 고도의 균일성(예를 들면, 최적의 코어 방사 조도 분포)을 나타낸다.
도 28은 디바이스(300)의 이러한 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션(308)의 외측 표면을 따르는 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포(예를 들면, 확산 방사 조도 분포)를 도시한다. 확산 방사 조도 분포는, 광 확산 섹션(308)의 외측 표면을 따르는 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도의 공간적 균일성을 나타내는 최적의 "탑 햇" 방사 조도 분포를 나타낸다. 도 28의 수평 축은 종방향의 길이를 mm 단위로 나타내고, 수평의 화살표는 광 확산 섹션(308)의 종방향의 길이를 나타낸다. 도 28의 수직 축은 중심 축으로부터 0.75 mm 거리에서 Watt/cm2 단위로 측정된 광 확산 섹션(308)의 표면에서의 아웃 커플링된 방사 조도를 도시한다.
예 IV
예시적인 실시형태에서 그리고 도 11 및 도 12를 참조하면, 디바이스(300)는 비 원형 코어 섬유(302), 인입 광섬유(304), 적어도 하나의 광학 커넥터(306)를 포함한다. 동작 동안, 인입 광섬유(304)는 적어도 하나의 광학 커넥터(306)를 통해 (i) 광원(도시되지 않음) 및 (ii) 비 원형 코어 섬유(302)와 광 통신한다. 인입 섬유(304)는 200 ㎛ OD의 유리 코어 및 230 ㎛ OD의 클래딩을 갖는다. 비 원형 코어 섬유(302)의 길이는 30 cm인데, 비 원형 코어 섬유(302)는 원위에서 알루미늄 퇴적의 반사 코팅으로 만들어지는 차광 수단(314) 안으로 종단된다.
도 12를 참조하면, 비 원형 코어 섬유(302)는 외접하는 φ660 ㎛ 직경의 원 내에 육각형의 기하학적 형상을 갖는 PMMA로 구성되는 섬유 코어(350)를 포함한다. 섬유 코어(350)는, 섬유 코어(350)와 동일한 육각형의 기하학적 형상인 내부 표면 기하학적 형상(356)을 갖는 클래딩(352)에 의해 클래딩된다. 그러나, 클래딩(352)의 외부 표면 기하학적 형상(354)은 원형이다. 클래딩(352)은 φ740 ㎛ OD를 갖는 폴리머로 구성된다. 비 원형 코어 섬유(302)는 엔클로징된 개방 캐비티(358) 및 커버(360)를 더 포함한다. 커버(360)는 φ1000 ㎛ OD 및 φ900 ㎛ ID를 갖는 반투명 Pebax® 수지로 구성된다. 커버는 그 단부 중 하나 또는 둘 모두에서 열 밀봉된다.
비 원형 코어 섬유(302)는 확산 근위 단부(310) 및 확산 원위 단부(312)를 갖는 광 확산 섹션(308)을 더 포함한다. 광 확산 섹션(308)은, 자신의 내부 산란 피쳐(362)를 포함하는 예 III의 상기에서 설명되는 실시형태의 광 확산 섹션(308)과 정확히 동일하다.
도 35는 디바이스(300)의 본 예시적인 실시형태에 대한 확산 근위 단부(310) 바로 이전에 취해진 섬유 코어(350)를 통과하는 수직 단면(도 11에서 "316"으로 도시됨)에서의 방사 조도의 맵을 도시한다. 사용되는 광원은 0.125 와트 발사 전력을 갖는 690 nm 레이저이며, 이 전력은 광 확산 섹션(308)의 종방향 길이의 중심(307)에서 측정된 방사 조도가 150 mW/cm2일 때까지 조정되었다. 이 측정은 광 확산 섹션(308)의 언급된 위치의 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어져 취해진다. 이 위치(316)까지 이르는 광원으로부터의 광섬유(인입 섬유(304) 및 비 원형 코어 섬유(302)의 조합)의 총 길이는 2 미터 길이이다. 동작 동안, 비 원형 코어 섬유(302)는 0.22의 NA의 각도 분포를 갖는 레이저 광으로 채워진다.
방사 조도의 맵의 중심을 통과하는 수직 및 수평 단면으로부터 취해진 도 35에서 도시되는 관련된 방사 조도 분포 그래프는, 모드 믹서(24)를 갖는 상기에서 논의된 종래의 원통형 광 확산 디바이스(200)와 동일한 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포를 나타낸다. 이 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포는 섬유 코어(350)에서의 방사 조도 분포의 고도의 균일성을 나타낸다.
도 36은 디바이스(300)의 이러한 예시적인 실시형태의 광 확산 섹션(308)의 외측 표면을 따르는 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도 분포(예를 들면, 확산 방사 조도 분포)를 도시한다. 확산 방사 조도 분포는, 광 확산 섹션(308)의 외측 표면을 따르는 아웃 커플링된 종방향 방사상 대칭 방사 조도의 공간적 균일성을 나타내는 최적의 "탑 햇" 방사 조도 분포를 나타낸다. 도 36의 수평 축은 종방향의 길이를 mm 단위로 나타내고, 수평의 화살표는 광 확산 섹션(308)의 종방향의 길이를 나타낸다. 도 36의 수직 축은 중심 축으로부터 0.75 mm 거리에서 Watt/cm2 단위로 측정된 광 확산 섹션(308)의 표면에서의 아웃 커플링된 방사 조도를 도시한다.
예 V
예시적인 실시형태에서 그리고 도 11 및 도 43을 참조하면, 디바이스(300)는 비 원형 코어 섬유(302), 인입 광섬유(304), 적어도 하나의 광학 커넥터(306)를 포함한다. 동작 동안, 인입 광섬유(304)는 적어도 하나의 광학 커넥터(306)를 통해 (i) 광원(도시되지 않음) 및 (ii) 비 원형 코어 섬유(302)와 광 통신한다. 인입 섬유(304)는 200 ㎛ OD의 유리 코어 및 230 ㎛ OD의 클래딩을 갖는다. 비 원형 코어 섬유(302)의 길이는 30 cm인데, 비 원형 코어 섬유(302)는 원위에서 알루미늄 퇴적의 반사 코팅으로 만들어지는 차광 수단(314) 안으로 종단된다.
도 43을 참조하면, 비 원형 코어 섬유(302)는 외접하는 φ460 ㎛ 직경의 원 내에 육각형의 기하학적 형상을 갖는 유리로 구성되는 섬유 코어(350)를 포함한다. 섬유 코어(350)는, 섬유 코어(350)와 동일한 육각형의 기하학적 형상인 내부 표면 기하학적 형상(356)을 갖는 클래딩(352)에 의해 클래딩된다. 그러나, 클래딩(352)의 외부 표면 기하학적 형상(354)은 원형이다. 클래딩(352)은 φ480 ㎛ OD를 갖는 유리로 구성된다. 비 원형 코어 섬유(302)는 엔클로징된 개방 캐비티(358) 및 커버(360)를 더 포함한다. 커버(360)는 φ1000 ㎛ OD 및 φ800 ㎛ ID를 갖는 반투명 Pebax® 수지로 구성된다. 커버는 그 단부 중 하나 또는 둘 모두에서 열 밀봉된다.
비 원형 코어 섬유(302)는 확산 근위 단부(310) 및 확산 원위 단부(312)를 갖는 광 확산 섹션(308)을 더 포함한다. 광 확산 섹션(308)은 종방향 길이가 11.3 mm이며, 내부 산란 피쳐(362)는 확산 근위 단부(310)에서 시작하고 확산 원위 단부(312)에서 끝난다. 피쳐(362)는 6 개의 타원의 37 개의 세트로 구성된다. 각각의 타원은 40 ㎛ 직경을 갖는 대략 구형이며, 섬유 코어(350)의 중심 축으로부터 100 ㎛ 떨어져 위치되고, 도 43에서 도시되는 바와 같이 60° 증분으로 분포된다. 피쳐(362)의 37 개의 세트는 다음의 공식에 기초하여 비선형적 방식으로 배열된다: zi = 0.35i + 0.00015i2 - 0.000032i3 , 여기서, 인덱스 i는 0에서부터 36까지의 값을 갖는 정수이고, zi는 축(364)을 따르는 i 번째 피쳐(362)의 상대적 z 위치이다. 본 발명은 이 공식, 피쳐(362)의 사이즈, 확산 섹션(308)의 단위 길이당 피쳐(362)의 수, 또는 피쳐(362)당 산란의 양으로 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 대신, 본 발명은 다른 적절한 간격, 사이즈, 단위 길이당 피쳐(362)의 수, 및 피쳐(362)당 산란의 양을 포함한다.
광원 및 총 길이는 예 IV의 상기에서 설명되는 실시형태와 정확히 동일하고, 수직 단면(316)에서의 방사 조도의 맵은 도 35에서 도시되는 것의 +/- 10 % 이내의 값을 갖는다. 소스가 실시형태 IV에서와 동일한 방식으로 조정되는 경우, 확산 방사 조도 분포는 도 36에서 도시되는 바와 같이 +/- 20 % 이내에 있는 값을 갖는 최적의 "탑 햇" 방사 조도 분포를 나타낸다.
예 VI
예시적인 실시형태에서 그리고 도 41a를 참조하면, 본 발명은, 광섬유 커넥터(603), 원통형 섬유 섹션(602), 비 원형 코어 섬유(604), 광학 커넥터(605)의 쌍, 및 렌즈 컴포넌트(606)를 포함하는 정면 광 확산 디바이스(600)를 제공한다. 동작 동안, 원통형 섬유 섹션(602)은, (i) 광섬유 커넥터(603)를 통해 광원(도시되지 않음)에 광 통신하고, (ii) 비 원형 코어 섬유 섹션(604)도 또한 렌즈 컴포넌트(606)와 광 통신한다.
광섬유 커넥터(603)는 SMA 스타일이고 원통형 섬유 섹션(602)은 200 ㎛ OD의 유리 코어 및 220 ㎛ OD의 클래딩 및 700 ㎛ OD의 Tefzel 재킷을 갖는다. 광섬유 커넥터(605)의 쌍은 SMA 스타일이고 비 원형 코어 섬유(604)는, 외접하는 460 ㎛ 직경을 갖는 육각형 유리 코어 및 480 ㎛ 외경을 갖는 원통형 유리 코어를 가지며, 직경 1.05 mm 직경의 Tefzel 재킷에 의해 피복된다. 렌즈 컴포넌트(606)는, 광학 에폭시를 사용하여 비 원형 코어 섬유(604)의 원위 단부에 부착되는 0.8 mm OD를 갖는 0.5 NA, 1/4 피치 GRIN 렌즈이다. 비 원형 코어 섬유의 길이는 30 cm이고, 정면 광 확산 디바이스(600)의 결합된 길이는 2 m이다.
사용되는 광원은, 2.2 와트의 0.22 NA 발사 전력을 인입 섬유(602)에 커플링시키는 690 nm 레이저이며, 이 전력은, 도 41d의 +/- 10 % 이내에 있는 값을 갖는40 mm 내부 직경을 갖는 탑 햇 분포를 가지면서 80 mm의 스탠드오프(616)를 갖는 표적(614)에서 측정된 방사 조도가 150 mW/cm2일 때까지 조정된다.
명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 본 명세서 및 도면(예를 들면, 도 2 및 도 3, 도 5 및 도 6, 도 27 및 도 28, 도 34 내지 도 36)에서 제시되는 모든 확산 방사 조도 분포 데이터는, 섬유 코어 또는 확산기 중 어느 하나의 적용 가능한 위치의 중심 축으로부터 0.75 mm 떨어져 취해진다는 것을 유의한다.
본 발명의 방법은 소망되는 치료 부위에 감광성 약 조성물을 도포하는 것; 설명되는 디바이스(300, 400)를 소망되는 치료 부위의 세포 사이 내부에 배치하는 것 및 치료 부위 내에 위치되는 표적 세포를 디바이스(300)에 의해 전달되는 광을, 감광성 약 조성물에 의해 흡수되는 파장에서 치료 사이트에 적용하는 것을 더 포함한다.
비록 본 발명에 따른 PIT, PDT 및 다른 광 활성화 요법을 위한 광섬유 광 확산 디바이스 및 방법이 본원의 상기에서 설명하였지만, 본 발명이 유리하게 사용될 수도 있는 방식을 예시하는 목적을 위해, 본 발명은 이에 제한되지 않는다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 기술 분야의 숙련된 자에게 발생할 수도 있는 임의의 및 모든 수정예, 변동예, 또는 등가적 배열이 첨부된 청구범위에서 정의되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다.
Claims (20)
- 길이, 직경, 및 포켓이 달린 피쳐(pocketing feature)를 갖는 엔드 캡 부재(end cap member)를 포함하는 확산기 차광 디바이스로서,
a. 상기 확산기 차광 디바이스는 외부 형상 및 원위 단부 표면을 가지는 원위 부분을 갖는 광 확산기와 맞물리도록 설계되고;
b. 상기 포켓이 달린 피쳐는 측벽 및 단부 반사 표면(end reflective surface)을 포함하고;
c. 상기 포켓이 달린 피쳐의 형상은 상기 광 확산기의 상기 원위 부분의 상기 외부 형상에 대응하고;
d. 상기 포켓이 달린 피쳐는 상기 원위 부분과 맞물리고;
e. 상기 포켓이 달린 피쳐의 상기 측벽의 중첩 섹션은 상기 원위 부분의 측벽을 둘러싸고 상기 원위 부분으로부터 출력되는 광의 적어도 95 %가 상기 원위 부분의 상기 측벽 밖으로 빠져 나가는 것을 방지하고;
f. 상기 단부 반사 표면은 상기 원위 단부 표면으로부터 출력되는 임의의 전방 전파 광(forward propagating light)을 차단하고 상기 원위 단부 표면에서 나오는 광의 적어도 80 %를 상기 광 확산기를 향해 다시 리턴하고;
g. 상기 엔드 캡 부재는, 상기 원위 부분으로부터 출력되는 상기 광의 흡수에 의해 생성되는 열이 상기 엔드 캡 부재를 통해 분산되는 것을 허용하는 열 전도성이고;
h. 상기 엔드 캡 부재의 상기 길이 및 상기 직경은, 원위 단부 표면의 표면적의 적어도 1,000 %인 외부 표면적을 제공하며; 그리고
i. 상기 확산기 차광 디바이스는 확산기 방사 조도 핫 스팟(diffuser irradiance hot spot)의 생성을 감소시키는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 원위 단부 표면과 상기 단부 반사 표면 사이에 공극(void)이 존재하는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제2항에 있어서,
상기 공극은 확산기 재료의 굴절률과 매치하는 화합물로 충전되는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제2항에 있어서,
상기 공극은 티타늄 산화물 충전 에폭시(titanium oxide filled epoxy)로 충전되는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제2항에 있어서,
상기 공극을 충전하기 위해 화합물이 사용되고 상기 화합물은, 접착성, 광 산란, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 특성을 갖는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 포켓이 달린 피쳐의 상기 측벽의 중첩 섹션은 상기 원위 부분으로부터 출력되는 상기 광의 적어도 98 %가 상기 원위 부분의 상기 측벽 밖으로 빠져 나가는 것을 방지하는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 엔드 캡 부재는 알루미늄으로 구성되는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 엔드 캡 부재는 생체 적합성인(biocompatible), 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 엔드 캡 부재는 슬리브 및 로드로 구성되되: (i) 상기 로드는 상기 슬리브 안으로 삽입되고; (ii) 상기 슬리브는 상기 중첩 섹션을 포함하는 상기 포켓이 달린 피쳐의 상기 측벽을 제공하고 상기 로드는 상기 포켓이 달린 피쳐의 상기 단부 반사 표면을 제공하는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 단부 반사 표면은, 상기 원위 단부 표면으로부터 나오는 상기 광의 적어도 98 %를 상기 광 확산기를 향해 다시 리턴하는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 엔드 캡 부재는 상기 원위 부분으로부터 출력되는 광의 적어도 80 %를 리턴하는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 엔드 캡 부재는 상기 원위 부분으로부터 출력되는 광의 적어도 90 %를 리턴하는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 엔드 캡 부재는 상기 원위 부분으로부터 출력되는 상기 광의 적어도 98 %를 리턴하는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 엔드 캡 부재의 상기 외부 표면적은 상기 원위 단부 표면의 상기 표면적의 1,000 %에서부터 2,000 %까지의 범위에 이르는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 엔드 캡 부재의 상기 외부 표면적은 상기 원위 단부 표면의 상기 표면적의 1,500 %에서부터 2,000 %까지의 범위에 이르는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 엔드 캡 부재의 상기 외부 표면적은 상기 원위 단부 표면의 상기 표면적의 1,700 %에서부터 1,900 %까지의 범위에 이르는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 길이, 직경, 및 포켓이 달린 피쳐를 갖는 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스로서,
a. 상기 확산기 차광 디바이스는 외부 형상 및 원위 단부 표면을 가지는 원위 부분을 갖는 광 확산기와 맞물리도록 설계되고;
b. 상기 포켓이 달린 피쳐는 측벽 및 단부 반사 표면을 포함하고;
c. 상기 포켓이 달린 피쳐의 형상은 상기 광 확산기의 상기 원위 부분의 상기 외부 형상에 대응하고;
d. 상기 포켓이 달린 피쳐는 상기 원위 부분과 맞물리고;
e. 상기 포켓이 달린 피쳐의 상기 측벽의 중첩 섹션은 상기 원위 부분의 측벽을 둘러싸고 상기 원위 부분으로부터 출력되는 광의 적어도 95 %가 상기 원위 부분의 상기 측벽 밖으로 빠져 나가는 것을 방지하고;
f. 상기 단부 반사 표면은 상기 원위 단부 표면으로부터 출력되는 임의의 전방 전파 광을 차단하고 상기 원위 단부 표면에서 나오는 광의 적어도 90 %를 상기 광 확산기를 향해 다시 리턴하고;
g. 상기 엔드 캡 부재는, 상기 원위 부분으로부터 출력되는 상기 광의 흡수에 의해 생성되는 열이 상기 엔드 캡 부재를 통해 분산되는 것을 허용하는 열 전도성이고;
h. 상기 엔드 캡 부재의 상기 길이 및 상기 직경은, 상기 원위 단부 표면의 표면적의 적어도 1,700 %에서부터 1,900 % 까지인 외부 표면적을 제공하고;
i. 상기 확산기 차광 디바이스는 확산기 방사 조도 핫 스팟의 생성을 감소시키며; 그리고
j. 상기 원위 단부 표면과 상기 단부 반사 표면 사이에 공극이 존재하는, 엔드 캡 부재를 포함하는 확산기 차광 디바이스. - 원통형 광 확산 디바이스로서,
비 원형 섬유 코어 및 확산기 차광 디바이스를 구비하는 섬유(fiber)를 포함하되:
a. 상기 비 원형 섬유 코어는 "탑 햇" 코어 방사 조도 분포를 제공하고 정다각형의 폭 방향 단면 형상을 가지며;
b. 광 확산 섹션은 확산 근위 단부 표면, 확산 원위 단부 표면, 및 상기 섬유 코어의 중심 축을 따라 상기 광 확산 섹션의 상기 섬유 코어 내에 분포되는 내부 산란 피쳐를 구비하고, 상기 광 확산 섹션은 "탑 햇" 확산 방사 조도 분포를 제공하는 것에 의해, 방사상으로 방출된 방사 조도의 변동을 평균("I0") 광학 방사 조도의 +/- 15 % 이내에 있도록 상기 광 확산 섹션으로부터 종방향으로 제한하고;
c. 상기 광 확산 섹션은 외부 형상을 갖는 원위 부분을 더 포함하고 상기 원위 부분은 상기 확산 원위 단부 표면을 포함하고;
d. 상기 확산기 차광 디바이스는 길이, 직경, 및 포켓이 달린 피쳐를 갖는 엔드 캡 부재로 구성되되:
i) 상기 포켓이 달린 피쳐는 측벽 및 단부 반사 표면을 포함하고;
ii) 상기 포켓이 달린 피쳐의 형상은 상기 광 확산 섹션의 상기 원위 부분의 상기 외부 형상에 대응하고;
iii) 상기 포켓이 달린 피쳐는 상기 원위 부분과 맞물리고;
iv) 상기 포켓이 달린 피쳐의 상기 측벽의 중첩 섹션은 상기 원위 부분의 측벽을 둘러싸고 상기 원위 부분으로부터 출력되는 광의 적어도 95 %가 상기 원위 부분의 상기 측벽 밖으로 빠져 나가는 것을 방지하고;
v) 상기 단부 반사 표면은 상기 확산 원위 단부 표면으로부터 출력되는 임의의 전방 전파 광을 차단하고 상기 확산 원위 단부 표면에서 나오는 광의 적어도 80 %를 상기 확산 섹션을 향해 다시 리턴하고;
vi) 상기 엔드 캡 부재는, 상기 원위 부분으로부터 출력되는 상기 광의 흡수에 의해 생성되는 열이 상기 엔드 캡 부재를 통해 분산되는 것을 허용하는 열 전도성이고;
vii) 상기 엔드 캡 부재의 상기 길이 및 상기 직경은, 확산 원위 단부 표면의 표면적의 적어도 1,000 %인 외부 표면적을 제공하고; 그리고
viii) 상기 확산기 차광 디바이스는 확산기 방사 조도 핫 스팟의 생성을 감소시키는, 원통형 광 확산 디바이스. - 제18항에 있어서,
상기 정다각형은 육각형인, 원통형 광 확산 디바이스. - 제18항에 있어서,
상기 광 확산 섹션은 10 mm에서부터 40 mm까지의 범위에 이르는, 원통형 광 확산 디바이스.
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