WO2026014388A1 - 光拡散装置 - Google Patents

光拡散装置

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WO2026014388A1
WO2026014388A1 PCT/JP2025/024244 JP2025024244W WO2026014388A1 WO 2026014388 A1 WO2026014388 A1 WO 2026014388A1 JP 2025024244 W JP2025024244 W JP 2025024244W WO 2026014388 A1 WO2026014388 A1 WO 2026014388A1
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WO
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light
base end
region
optical fiber
distance
Prior art date
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PCT/JP2025/024244
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English (en)
French (fr)
Inventor
英明 長谷川
圭佑 武
淳一 長谷川
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/012—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor characterised by internal passages or accessories therefor
    • A61B1/018—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor characterised by internal passages or accessories therefor for receiving instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/067—Radiation therapy using light using laser light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating

Definitions

  • the present invention relates to a light diffusion device.
  • a known conventional light diffusion device is equipped with an optical fiber consisting of a core located radially toward the center and a cladding located on the outer periphery of the core, and laser light incident on the base end of the optical fiber is emitted from the tip end of the optical fiber and the outer surface near the tip end (see, for example, Patent Document 1).
  • the optical fiber of the conventional light diffusion device has a light transmission section that transmits the laser light incident on the base end, and a light emission section near the tip end that emits the laser light transmitted through the light transmission section.
  • Light diffusion devices are used in photoimmunotherapy, a cancer treatment method, by inserting the tip of an optical fiber into the human body and irradiating laser light onto drugs that have been administered and reach cancer cells. Light diffusion devices are also used by inserting them into the body along with endoscopes such as gastroscopes and catheters to irradiate the interior of the body or project light from inside the body onto its surface.
  • Conventional light diffusion devices emit light from the outer surface of the light emitting section by partially removing the cladding near the tip of the optical fiber to expose the core. In this case, if the cladding near the tip of the light emitting section is uniformly removed, more laser light will be emitted from the most proximal end of the light emitting section, and the laser light emitted toward the tip will become increasingly weaker. In light diffusion devices, it is desirable to ensure a certain length of the area from which laser light is emitted in the light emitting section, in order to improve treatment efficiency and ensure a large irradiation area.
  • the groove depth is made to increase more gradually with distance from the base end in order to lengthen the laser light emission area, the distribution of light intensity will become broader, and areas closer to the base end or the tip end will likely have insufficient laser light output.
  • irradiating a drug that has reached cancer cells with laser light irradiating the cancer cells with laser light that has insufficient light intensity will not be effective enough, and it is also desirable to avoid irradiating areas other than cancer cells as much as possible.
  • irradiation from those areas will be wasted, which is undesirable from the perspective of efficient energy utilization.
  • the peak of light intensity will shift toward the base end. As a result, it becomes more difficult for the laser light to reach the tip end of the light emitting section, and the intended purpose of lengthening the laser light emission area will not be achieved.
  • an object of the present invention is to provide a light diffusion device that is capable of emitting laser light with high light intensity over a longer area in the light emitting section.
  • the present invention has the following aspects:
  • a light diffusing device comprising an optical fiber having a core located at a center in a radial direction and a clad located on an outer peripheral side of the core, wherein light incident from a base end of the optical fiber is emitted from a vicinity of a tip end of the optical fiber, a light transmitting section that transmits light incident from a base end section toward a tip end section, and a light emitting section that is formed by removing a portion located on the outer circumferential side of the clad near the tip end section,
  • a light diffusing device having a region in the light emitting section where the rate of increase in light loss with respect to distance from the end on the base end side is smaller than that on the base end side.
  • grooves extending in a circumferential direction are periodically formed in a longitudinal direction in a portion located on an outer circumferential side of the cladding, At least one of the depth and width of the groove gradually increases from the end on the base end side toward the tip end side,
  • ⁇ 3> The light diffusing device according to ⁇ 2>, wherein an increasing rate of the depth or width of the groove with respect to the distance from the end on the base end side of the light emitting portion is smaller in the region than in the region on the tip end side.
  • ⁇ 4> The light diffusing device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the optical fiber is made of quartz.
  • ⁇ 5> The light diffusing device according to ⁇ 1>, wherein a portion of the light emitting portion located on an outer circumferential side of the cladding is roughened.
  • ⁇ 6> The light diffusing device according to ⁇ 1>, wherein the light emitting portion has two or more regions where the rate of increase in light loss with respect to distance from the end on the base end side is smaller than that on the base end side.
  • the present invention provides a light diffusion device that can emit laser light with high light intensity over a longer area in the light emitting section.
  • 1 is a schematic diagram of a light diffusing device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a cross-sectional view of a light exit portion of an optical fiber and its vicinity in a light diffusing device according to an embodiment that is an exemplary aspect of the present invention.
  • 3 is an enlarged horizontal cross-sectional view showing a part of the light emitting portion of the optical fiber of FIG. 2 .
  • 10 is a graph showing the relationship between the distance from the base end and the depth of the groove for light output portions having three different tapered structures.
  • 10 is a graph showing the relationship between the distance from the base end and the light intensity for light output portions with three different tapered structures.
  • 10 is a graph showing the relationship between the distance from the base end and the depth of the groove for light output portions of three tapered structures including the structure of this embodiment.
  • 10 is a graph showing the relationship between the distance from the base end and the light intensity for light output portions of three tapered structures including the structure of this embodiment.
  • the highest light intensity in each tapered structure is set to 1.
  • 10 is a cross-sectional view of a light emitting portion of an optical fiber in a light diffusing device according to Modification 1, which is an exemplary aspect of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a light exit portion of an optical fiber and its vicinity in a light diffusing device according to Modification 2, which is an exemplary aspect of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the distance from the base end and the optical loss for a light emitting portion whose tapered structure is controlled so as to have two optical loss increase rate decreasing regions.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a light diffusing device 1 according to an embodiment
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of a light emitting portion and its vicinity of an optical fiber in the light diffusing device 1.
  • the base end side of the optical fiber is indicated by arrow B
  • the tip end side is indicated by arrow T (the same applies to drawings showing light diffusing devices or parts thereof, including light diffusing devices other than those of the embodiment).
  • the light diffusion device 1 is a device that emits light incident on the base end 20BE of the optical fiber 20 from the tip vicinity 20TN.
  • a light source (not shown) for generating light is connected to the base end 20BE on the base end side B of the optical fiber 20 via a connector 10.
  • the light diffusion device 1 has a glass cap 11 covering the tip vicinity TN of the optical fiber 20, and the area of the optical fiber 20 other than the tip vicinity TN is covered with a nylon jacket 12.
  • a buffer layer 13 made of fluororesin is interposed between the optical fiber 20 and the jacket 12, bonding the jacket and optical fiber together, and the optical fiber 20 is protected by the jacket and buffer layer.
  • the outer diameter of the jacket 12 is approximately 1.5 mm
  • the length of the light diffusion device 1 (including the connector 10) is approximately 2000 mm
  • the outer diameter of the glass cap 11 is approximately 1.5 mm and its length is approximately 65 mm.
  • the light source generates visible light or laser light.
  • When generating laser light it has a semiconductor laser, and generates laser light by passing electricity through the semiconductor laser to cause laser oscillation.
  • the light source generates, for example, red laser light with a wavelength of 670 nm or more and 700 nm or less.
  • Optical fibers are generally made of resin (plastic) or quartz materials, but the optical fiber 20 in this embodiment is made of quartz materials.
  • the optical fiber 20 is a single-core optical fiber consisting of a core 21 located radially toward the center and a cladding 22 located on the outer periphery of the core 21.
  • the relative refractive index difference between the core 21 and the cladding 22 of the optical fiber 20 is, for example, 2% or more and 11% or less.
  • the optical fiber 20 preferably has an outer diameter of the cladding 22 of 250 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less. Furthermore, the optical fiber 20 preferably has an outer diameter of the core 21 of 200 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the cladding 22 preferably has a thickness of 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the numerical aperture (NA) of the optical fiber 20 used is preferably 0.5 or greater, and more preferably 0.6 or greater.
  • the optical fiber 20 has a light transmitting section 20a that transmits laser light incident from the base end 20BE toward the tip end side T, and a light emitting section 20b that causes the laser light transmitted through the light transmitting section 20a to exit from the outer surface by removing a portion located on the outer periphery of the cladding 22 within a predetermined range in the extension direction of the tip end side T.
  • the optical fiber 20 protrudes and is exposed from the buffer layer 13 exposed at the end of the tip side T of the jacket 12.
  • the exposed buffer layer 13 is fitted over the opening on the base side B of the glass cap 11.
  • the length of the buffer layer 13 in the longitudinal direction BT is approximately 1 to 2 mm, and it is preferable that the buffer layer 13 does not extend all the way into the glass cap 11.
  • the buffer layer 13 and glass cap 11 are fixed together with an adhesive.
  • the light output portion 20b of the optical fiber 20 has circumferentially extending grooves 23 periodically formed in the longitudinal direction (which is the same as the arrow direction on the base end side B and the arrow direction on the tip end side T, and will therefore be referred to as the "longitudinal direction BT" below) in a portion located on the outer periphery of the cladding 22.
  • the groove 23 is a bottomed groove, and is a single groove that extends in a spiral shape from the base end side B to the tip end side T.
  • the optical fiber 20 has an outer diameter of the cladding 22 of 788 ⁇ m, and the length in the longitudinal direction BT of the light output portion 20b in which the grooves 23 are provided is 30 mm.
  • the base-side unprocessed region 25 has a length of, for example, about 3 to 4 mm.
  • Figure 3 shows a further enlarged view of a portion of the light emitting portion 20b of the optical fiber 20.
  • the depth (d) of the groove 23 gradually increases (d1 ⁇ d2 ⁇ d3 ⁇ d4) from the end on the base end side B (position 23BE in Figure 2; hereinafter referred to as the "base end side end") towards the tip end TE.
  • the depth at its center position is taken as the depth (d) of the groove 23 (hereinafter sometimes simply referred to as "depth (d)").
  • the depth (d) increases uniformly with respect to the distance (z) from the base end 23BE, i.e., the rate of increase does not change. In other words, the depth (d) gradually increases from the base end 23BE toward the tip TE at a constant taper.
  • the angle ⁇ formed by the line L23b connecting the bottoms 23b of the grooves 23 and the line L24 (parallel to the longitudinal direction BT) connecting the outer circumferential surface 24 of the cladding 22 between the grooves 23 is an index showing the degree of taper of the depth (d) of the grooves 23.
  • the bottoms 23b of each groove 23 are inclined, forming a linear taper overall, but if, for example, the depth of the bottoms 23b of each groove 23 is constant and the depth (d) changes stepwise overall, it is only necessary to find the angle ⁇ formed by the line connecting the centers of each groove 23 in the longitudinal direction BT.
  • the laser light when a light source (not shown) is activated to emit laser light from the base end 20BE of the optical fiber 20, the laser light is transmitted through the light transmission section 20a and emitted from the light emission section 20b, which has a groove 23 on its outer periphery. At this time, the emission of laser light is most suppressed at the base end 23BE, which has the smallest depth (d), and as it progresses toward the tip end T, the depth (d) gradually increases, making it easier for the laser light to reach the tip end T of the light emission section 20b.
  • Tapered Structure 1 which has a large taper (angle ⁇ ) and a maximum depth (d) (122 ⁇ m) at the tip 20TE
  • Tapered Structure 2 which has a small taper (angle ⁇ ) and a depth (d) at the tip 20TE that is half that of Tapered Structure 1 (61 ⁇ m)
  • Uniform Structure in which the depth (d) is uniform from the base end 23BE to the tip 20TE and is equal to the maximum value (122 ⁇ m) in Tapered Structure 1.
  • the optical loss (1/cm) increases proportionally as the depth d ( ⁇ m) of the groove 23 increases.
  • Optical loss (1/cm) x 100 groove depth ( ⁇ m) Therefore, hereinafter, the actual groove depth d ( ⁇ m) in the verification of the embodiment is represented by 100 times the value shown as the optical loss (including the graph).
  • Figure 4 is a graph showing the relationship between the distance z ( ⁇ m) from the base end 23BE and optical loss for the light output section 20b with three different tapered structures.
  • the graph in Figure 4 is plotted with the distance z ( ⁇ m) from the base end 23BE on the horizontal axis and the optical loss on the vertical axis.
  • the slope of the graph represents the magnitude of the taper (angle ⁇ ).
  • Figure 5 is a graph showing the relationship between the distance z ( ⁇ m) from the base end 23BE and the light intensity (standard value) when laser light is incident from the base end 20BE and emitted from the outer surface of the light emitting portion 20b for a light diffusion device 1 equipped with a light emitting portion 20b having three tapered structures similar to those in Figure 4.
  • the graph in Figure 5 is plotted with the distance z ( ⁇ m) from the base end 23BE on the horizontal axis and the light intensity (standard value) on the vertical axis.
  • the light intensity here refers to the lateral irradiation intensity per 100 ⁇ m length when the input light is set to 1.0.
  • the optical loss increases more gradually with distance (z) to lengthen the laser light emission area, as in tapered structure 2, the distribution of light intensity becomes broader, and the laser light output tends to be incomplete in the areas closer to the base end 23BE and the tip end 20TE.
  • the depth (d) relative to the distance (z) is adjusted so that there is a region in the light emitting portion 20b where the rate of increase in depth (d) relative to the distance (z) from the base end portion 23BE is smaller than on the base end portion B or the tip end portion T.
  • the rate of increase in light loss is large up to a certain distance from the base end portion 23BE (region Ab, described below), the rate of increase in light loss is kept small in the next region (region Ax, described below), and then the rate of increase in light loss becomes large again from that region toward the tip end portion T (region At, described below).
  • Figure 6 is a graph showing the relationship between the distance z ( ⁇ m) from the base end 23BE and optical loss for the light output section 20b with three different tapered structures, including the structure of this embodiment.
  • the graph in Figure 6 is plotted with the distance z ( ⁇ m) from the base end 23BE on the horizontal axis and the optical loss on the vertical axis.
  • the slope of the graph represents the magnitude of the taper (angle ⁇ ).
  • tapered structure 3 the taper (angle ⁇ ) is larger than in tapered structures 1 and 2, and therefore the slope of the graph is also greater (see graph in Figure 4).
  • the optical loss increases linearly with distance z ( ⁇ m).
  • the rate of increase in optical loss with distance z ( ⁇ m) is 0 (zero).
  • the rate of increase in light loss is large in region Ab up to 5000 ⁇ m from the base end 23BE (the slope of the graph is steep), and is suppressed in the next region Ax, where the rate of increase in light loss is small (the slope of the graph is shallow), and then in region At on the tip end side T of region Ax, the rate of increase in light loss becomes large again.
  • the rate of increase in light loss with respect to the distance (z) from the base end side 23BE in the light emitting portion 20b is smaller in region Ax than on the base end side B of region Ax (i.e., region Ab), and is smaller in region Ax than on the tip end side T of region Ax (i.e., region At).
  • Figure 7 is a graph showing the relationship between the distance z ( ⁇ m) from the base end 23BE and the light intensity (standard value) when laser light is incident from the base end 20BE and emitted from the outer surface of the light emitting portion 20b for a light diffusion device 1 equipped with a light emitting portion 20b having three different tapered structures, including the structure of this embodiment similar to that of Figure 6.
  • the graph in Figure 7 is plotted with the distance z ( ⁇ m) from the base end 23BE on the horizontal axis and the light intensity (standard value) on the vertical axis.
  • the light intensity here refers to the lateral irradiation intensity per 100 ⁇ m length when the input light is set to 1.0.
  • Figure 8 shows a graph of the results shown in Figure 7, with the highest light intensity for each tapered structure being set to 1. For example, when using laser light to irradiate drugs that have reached cancer cells, a certain level of light intensity is required. Here, as an example, we will assume that the required light intensity is 0.8 or higher in the graph of Figure 8.
  • the region where a light intensity of 0.8 is ensured is the range indicated by the double-headed arrow a1, which includes the region between 5000 and 15000 ⁇ m, and is a relatively wide range (hereinafter, the region in this embodiment structure where the light intensity is 0.8 or higher, including the region between 5000 and 15000 ⁇ m, will be referred to as the "flat region a1").
  • the range of region b1 where a light intensity of 0.8 is ensured is not significantly different from the flat region a1 of the structure of this embodiment, as shown in Figure 8, but the light intensity is broadly spread out on both the base end side B and the tip end side T of region b1 (especially the latter).
  • bottom region b2 where a light intensity of 0.1 is achieved has a longer range than bottom region a2 of the structure of this embodiment. Therefore, in tapered structure 3, region b1 where a light intensity of 0.8 is ensured is only approximately 36% of bottom region b2.
  • the optical loss with respect to distance (z) is adjusted so that there is an area Ax in which the rate of increase in optical loss with respect to distance (z) from the base end 23BE in the light emitting section 20b is smaller than on the base end side B or the tip end side T, making it possible to emit laser light of high optical intensity over a longer area in the light emitting section 20b.
  • the optical intensity drops relatively sharply on the base end side B and the tip end side T, which are areas from which laser light of high optical intensity can be emitted, resulting in less wasted energy and making it possible to suppress irradiation of light of relatively low optical intensity to areas other than the target.
  • the depth (d) of the groove 23 can be measured, for example, by cutting a cross section of the area to be measured (for example, the dashed-dotted line X in Figure 3) and directly measuring the depth of the groove 23 (depth d2 in the cross section of the dashed-dotted line X) using a microscope. Alternatively, it can be measured non-destructively using a laser microscope.
  • Fig. 9 is a cross-sectional view of the light emitting portion 120b of the optical fiber in the light diffusing device according to Modification 1. Note that the glass cap is not shown in Fig. 9. The overall configuration of the light diffusing device in this modification is the same as that of the above embodiment, so please refer to Fig. 1 in the above embodiment.
  • Variation 1 differs from the above embodiment in that a non-processed region 125, where no groove 23 is provided, is provided midway in the longitudinal direction BT of the light emitting portion 120b.
  • the other configuration of Variation 1 is the same as in the above embodiment, so the same reference numerals are used in Figure 9 to omit detailed description thereof.
  • the light output portion 120b has its light loss adjusted with respect to distance (z) so that there is a region (in the above embodiment, this region is designated by the symbol Ax, and is similarly referred to as region Ax in this modified example) in which the rate of increase in light loss with respect to distance (z) from the base end portion 23BE at the light output portion 120b is smaller than on the base end portion B or the tip end portion T.
  • the unprocessed region 125 is provided between region Ax and the tip end portion T.
  • the depth (d) of the groove 23 gradually increases from the base end 23BE toward the tip end TE, so the bottom of the groove 23 gets closer and closer to the core 21 as it approaches the tip end TE.
  • the resistance to bending decreases as it approaches the tip end TE. In particular, it is prone to becoming brittle between the region Ax where the taper changes and its tip side T.
  • this modified example resistance to bending is increased by providing an unprocessed region 125 between this easily brittle region Ax and its tip end side T. Because the rest of the configuration is the same as the above embodiment, this modified example also allows laser light of high light intensity to be emitted over a longer region of the light emitting portion 120b, resulting in less wasted energy and preventing light irradiation of relatively low light intensity to areas other than the target.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view of the light emitting portion 120b of the optical fiber and its vicinity in the light diffusing device according to Modification 2. Note that the glass cap is not shown in Fig. 10. The overall configuration of the light diffusing device in this modification is the same as that of the above embodiment, so please refer to Fig. 1 in the above embodiment.
  • the optical fiber 220 is made of a resin (plastic) member.
  • the optical fiber 220 is a single-core optical fiber consisting of a resin (plastic) core 221 located radially toward the center, and a resin (plastic) cladding 222 located radially toward the outer periphery of the core 221.
  • the clad 222 is roughened to expose the core 221, and a roughened surface 223 is formed that is roughened down to the surface of the core 221.
  • the length in the longitudinal direction BT of the light emitting portion 220b on which the roughened surface 223 is formed is, for example, approximately 10 mm to 100 mm.
  • the depth of the roughened recess on the surface of core 221 gradually increases from base end 223BE toward tip 220TE. Furthermore, the rate of increase in the depth of the roughened recess with respect to the distance from base end 223BE (i.e., the rate of increase in light loss) is large up to a certain distance from base end 223BE, then the rate of increase in light loss is kept small in the next region, and then the rate of increase in light loss increases again from that region toward tip end T (this change in rate of increase is so slight that it does not appear in Figure 10).
  • the light diffusion device of the present invention can also be obtained by roughening the cladding 222 and core 221. Furthermore, by reducing the diameter of the core 221 to 3 ⁇ 4 or less, the frontal component emitted from the front of the tip end face of the optical fiber 220 can be reduced. Because the rest of the configuration is the same as in the above embodiment, this modified example also makes it possible to emit laser light with high light intensity over a longer region in the light emitting section 120b, resulting in less wasted energy and suppressing the irradiation of light with a relatively low light intensity on areas other than the target.
  • the present invention is not limited to this, and an example in which the width of the groove gradually increases is also acceptable.
  • the width of the groove increases, the light loss (1/cm) also increases proportionally, and this can be verified in the same way as the depth (d) of the groove 23, and the same functions and effects of the present invention are achieved.
  • both the depth and width of the groove may be changed.
  • the cross-sectional area of the groove calculated by multiplying the groove depth by the width, should be adjusted so that it gradually increases from the base end toward the tip.
  • the cross-sectional area of the groove with respect to distance should be adjusted so that there is a region where the rate of increase in the cross-sectional area of the groove with respect to distance from the base end of the light emitting portion is smaller than on the base end or tip end.
  • At least one of the depth and width of the groove gradually increases from the base end toward the tip, and there is a region where the rate of increase in at least one of the depth and width of the groove with respect to distance from the base end of the light emitting portion is smaller than on the base end side.
  • the light loss with respect to distance can be adjusted so that there is an area in the light output section where the rate of increase in light loss with respect to distance from the base end is smaller than on the base end or tip end.
  • the above embodiments and variations, as well as the above explanation, give examples of adjusting light loss with respect to distance so that there is an area in the light output section where the rate of increase in light loss with respect to distance from the base end is smaller than on both the base end and tip end sides, but this area does not necessarily have to be smaller than on the tip end side.
  • the present invention depending on the desired performance and various conditions, it is sufficient to adjust the light loss with respect to distance so that there is a region in the light output section where the rate of increase in light loss with respect to distance from the base end is smaller than at least the base end. Creating a region in which the rate of increase in light loss with respect to distance from the base end is smaller than at least the base end will create a region equivalent to a "flat region,” making it possible to emit laser light of high light intensity over a long region in the light output section.
  • regions of decreasing light loss increase rate regions in which the rate of increase in light loss with respect to distance from the base end of the light output section is smaller than that on the base end side
  • regions of decreasing light loss increase rate regions in which the rate of increase in light loss with respect to distance from the base end of the light output section is smaller in a certain region than in the region on the base end side of that region.
  • Figure 11 is a graph showing the relationship between the distance z from the base end and optical loss for a light output section in which the tapered structure is controlled to have two regions where the optical loss increase rate decreases.
  • the graph in Figure 4 has the distance z from the base end on the horizontal axis and the optical loss on the vertical axis, but it is a conceptual graph with no scale on either axis.
  • the slope of the graph represents the magnitude of the taper (angle ⁇ ).
  • optical loss can also be controlled by factors other than the magnitude of the taper (angle ⁇ ).
  • the rate of increase in optical loss is large in region Ab starting from the base end (steep gradient of the graph), and is suppressed to be small in the next region Ax1 (small gradient of the graph), and is suppressed to be even smaller in the next region Ax2 (smaller gradient of the graph).
  • the rate of increase in optical loss then becomes large again in region At on the distal end side of region Ax2 .
  • the rate of increase in light loss with respect to the distance (z) from the base end of the light emitting portion is smaller in region Ax1 than in the base end side of region Ax1 (i.e., region Ab), so region Ax1 is an optical loss increase rate decreasing region.
  • the rate of increase in light loss with respect to the distance (z) from the base end of region Ax2 with respect to the base end side of region Ax2 is smaller, so region Ax2 is an optical loss increase rate decreasing region. Therefore, the light emitting portion shown in the graph of FIG. 11 has two optical loss increase rate decreasing regions.
  • the radiation pattern from the light output portion of the optical fiber can be made flatter.
  • the number of optical loss increase rate reducing regions is not limited to one or two, and can be three or more.
  • Optical fiber 20a: optical transmission unit, 20b, 120b, 220b: light emitting section, 20BE: proximal end; 20TE, 220TE: tip, 21,221: Core, 22, 222: Clad, 23: groove, 23b: bottom, 23BE, 223BE: base end side end, 24: outer peripheral surface, 25: Proximal side unprocessed area, 125: Midway unprocessed area, 223: Roughened surface

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Abstract

光出射部におけるより長い領域で大きな光強度のレーザ光を出射することが可能な光拡散装置を提供する。　径方向の中心側に位置するコア（２１）と、コア（２１）の外周側に位置するクラッド（２２）と、からなる光ファイバ（２０）を備え、光ファイバ（２０）の基端部から入射した光を、光ファイバの先端部近傍から出射させる光拡散装置であって、基端部から入射した光を先端部（２０ＴＥ）に向かって伝送する光伝送部と、先端部近傍におけるクラッド（２２）の外周側に位置する部分を除去した光出射部（２０ｂ）と、を有し、光出射部（２０ｂ）における基端部側Ｂの端部（２３ＢＥ）からの距離ｚに対する光損失の増加率が、その基端部側Ｂに比して小さい領域を有する、光拡散装置。

Description

光拡散装置
　本発明は、光拡散装置に関する。
　従来の光拡散装置としては、径方向の中心側に位置するコアと、前記コアの外周側に位置するクラッドと、からなる光ファイバを備え、光ファイバの基端部から入射したレーザ光を、光ファイバの先端部および先端部近傍の外周面から出射させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の光拡散装置の光ファイバは、基端部から入射したレーザ光を伝送する光伝送部と、先端部近傍において前記光伝送部を伝送されたレーザ光を出射させる光出射部と、を有している。
　光拡散装置は、癌の治療法の１つである光免疫療法において、光ファイバの先端側を人体内に挿入し、人体に投与されて癌細胞に到達した薬剤にレーザ光を照射するために用いられている。また、光拡散装置は、胃カメラなどの内視鏡やカテーテル等と共に体内に挿入して、体内を照射したり、体内から体表面に投影させたりするためにも用いられている。
　従来の光拡散装置は、光ファイバの先端部近傍のクラッドを部分的に除去してコアを露出させることによって、光出射部の外周面から光を出射させている。このとき、光出射部の先端部近傍のクラッドを一様に除去すると、光出射部における最も基端部側で多くのレーザ光を出射し、先端部に向けて出射するレーザ光がどんどん弱くなってしまう。光拡散装置においては、施術の効率化や照射面積の確保の目的から、光出射部においてレーザ光が出射する領域の長さをある程度確保することが望まれる。
　光出射部において、クラッドの外周側に位置する部分に、周方向に延在する凹部（溝）を長手方向に周期的に形成し、基端部側からの距離に応じて溝の深さまたは幅が増加するようにする技術が開示されている（特許文献２参照）。以下、説明を容易にするために溝の深さに焦点を当てて説明するが、溝の幅についても同様である。
　特許文献２に記載の技術においては、溝の深さが最も小さい基端部側の端部ではレーザ光の出射が抑制され、徐々に溝の深さが大きくなることで、光出射部における先端部までレーザ光が届きやすくなる。そのため、特許文献２に記載の技術によれば、レーザ光の出射領域を長くすることができる。
　しかし、レーザ光の出射領域を長くするために基端部側の端部からの距離に対してより緩やかに溝の深さが大きくなるようにすると光強度の分布はブロードになり、基端部側寄りの領域や先端部側寄りの領域では、中途半端なレーザ光の出力になりやすい。例えば、癌細胞に到達した薬剤にレーザ光を照射する際に、光強度が不十分なレーザ光を癌細胞に照射しても効果を十分に発揮できないし、癌細胞以外の箇所に照射することも極力避けたい。また、何れの用途においても、光強度が不十分なレーザ光が出射する領域が多ければ、当該領域からの照射は無駄であり、エネルギーの有効利用の観点でも望ましくない。
　光強度の分布がより急峻になるようにして、光強度が不十分なレーザ光が出射する領域を少なくするべく、基端部側の端部からの距離に対してより急激に光損失が大きくなるようにすると、光強度のピークは基端部側にシフトする。その結果、光出射部における先端部側までレーザ光が届きにくくなり、レーザ光の出射領域を長くする所期の目的が達せられなくなってしまう。
特表２００１－５０２４３８号公報 特表２０２２－５０３３３２号公報
　したがって、本発明は、光出射部におけるより長い領域で大きな光強度のレーザ光を出射することが可能な光拡散装置を提供することを目的とする。
　上記目的は、以下の本発明により達成される。即ち、本発明の態様は、以下の通りである。
＜１＞
　径方向の中心側に位置するコアと、前記コアの外周側に位置するクラッドと、からなる光ファイバを備え、前記光ファイバの基端部から入射した光を、前記光ファイバの先端部近傍から出射させる光拡散装置であって、
　基端部から入射した光を先端部に向かって伝送する光伝送部と、先端部近傍における前記クラッドの外周側に位置する部分を除去した光出射部と、を有し、
　前記光出射部における基端部側の端部からの距離に対する光損失の増加率が、その基端部側に比して小さい領域を有する、光拡散装置。
＜２＞
　前記光出射部において、前記クラッドの外周側に位置する部分に、周方向に延在する溝が長手方向に周期的に形成されており、
　前記溝の深さ及び幅の少なくとも一方が、基端部側の端部から先端部に向けて漸次増加しており、
　前記光出射部における基端部側の端部からの距離に対する前記溝の深さ及び幅の少なくとも一方の増加率が、前記領域の基端部側に比して前記領域の方が小さい、＜１＞に記載の光拡散装置。
＜３＞
　前記光出射部における基端部側の端部からの距離に対する前記溝の深さまたは幅の増加率が、前記領域の先端部側に比して前記領域の方が小さい、＜２＞に記載の光拡散装置。
＜４＞
　前記光ファイバは石英製である、＜１＞～＜３＞のいずれかに記載の光拡散装置。
＜５＞
　前記光出射部において、前記クラッドの外周側に位置する部分が粗化されている、＜１＞に記載の光拡散装置。
＜６＞
　前記光出射部における基端部側の端部からの距離に対する光損失の増加率が、その基端部側に比して小さい領域を２か所以上有する、＜１＞に記載の光拡散装置。
　本発明によれば、光出射部におけるより長い領域で大きな光強度のレーザ光を出射することが可能な光拡散装置を提供することができる。
本発明の例示的態様である実施形態にかかる光拡散装置の概略図である。 本発明の例示的態様である実施形態にかかる光拡散装置における光ファイバの光出射部及びその近傍の横断面図である。 図２の光ファイバの光出射部の一部分を拡大して示す横拡大断面図である。 ３通りのテーパ構造の光出射部について、基端部側端部からの距離と溝の深さとの関係を表すグラフである。 ３通りのテーパ構造の光出射部について、基端部側端部からの距離と光強度との関係を表すグラフである。 本実施形態構造を含む３通りのテーパ構造の光出射部について、基端部側端部からの距離と溝の深さとの関係を表すグラフである。 本実施形態構造を含む３通りのテーパ構造の光出射部について、基端部側端部からの距離と光強度との関係を表すグラフである。 図７に示す結果において、それぞれのテーパ構造における、最も高い光強度を１としたグラフである。 本発明の例示的態様である変形例１にかかる光拡散装置における光ファイバの光出射部の横断面図である。 本発明の例示的態様である変形例２にかかる光拡散装置における光ファイバの光出射部及びその近傍の横断面図である。 光損失増加率減少領域を２箇所有するようにテーパ構造を制御した光出射部について、基端部側端部からの距離と光損失との関係を表すグラフである。
　以下、本発明の例示的態様である実施形態にかかる光拡散装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。以下の説明においては、本発明の基本的な考え方を説明するための実施形態にかかる光拡散装置１について、まず、詳細に説明し、その後、変形例１及び変形例２の２つの変形例について説明する。
（実施形態）
　図１は実施形態にかかる光拡散装置１の概略図であり、図２は光拡散装置１における光ファイバの光出射部及びその近傍の横断面図である。なお、光ファイバの基端部側を矢印Ｂ、先端部側を矢印Ｔで示す（実施例以外の光拡散装置を含め、光拡散装置またはその部分を示す図面において同様。）。
　光拡散装置１は、光ファイバ２０の基端部２０ＢＥから入射した光を先端部近傍２０ＴＮから出射させる装置であり、光ファイバ２０の基端部側Ｂの基端部２０ＢＥには、コネクタ１０を介して、光を発生させるための光源（不図示）が接続されている。本実施形態における光拡散装置１は、光ファイバ２０の先端部近傍ＴＮにガラスキャップ１１が被せられ、光ファイバ２０の先端部近傍ＴＮ以外の領域はナイロン製のジャケット１２に被覆されている。
　光ファイバ２０とジャケット１２との間には、フッ素樹脂からなるバッファ層１３が介在しており、ジャケットと光ファイバを接着しており、光ファイバ２０がジャケット、バッファ層で保護されている。
　本実施形態において、ジャケット１２の外径は約１．５ｍｍ、光拡散装置１の長さ（コネクタ１０を含む）は約２０００ｍｍ、ガラスキャップ１１の外径は約１．５ｍｍで長さは約６５ｍｍである。これら寸法は、勿論一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
　光源は、可視光乃至レーザ光を発生させるものである。レーザ光を発生させる場合には、半導体レーザを有し、半導体レーザに電気を流すことでレーザ発振を生じさせ、レーザ光を発生させる。光源は、例えば、６７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する赤色のレーザ光を発生させる。
　光ファイバは、一般に樹脂（プラスチック）製または石英製の部材からなるが、本実施形態における光ファイバ２０は、石英製の部材からなる。光ファイバ２０は、図２や図３に示すように、径方向の中心側に位置するコア２１と、コア２１の外周側に位置するクラッド２２と、からなるシングルコア光ファイバである。光ファイバ２０は、コア２１とクラッド２２との比屈折率差が、例えば２％以上１１％以下である。
　光ファイバ２０としては、例えば、クラッド２２の外径が、２５０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。また、光ファイバ２０は、コア２１の外径が、２００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。クラッド２２は、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
　用いる光ファイバ２０の開口数（ＮＡ）としては、０．５以上であることが好ましく、０．６以上であることがより好ましい。開口数が適切に大きい光ファイバ２０を用いることで、予め広角に光を光ファイバ２０内に入射させておくことで、光が周面の全面から放射しやすくなるため、クラッドを薄くする効果と相俟って、側面発光させることがより容易になる。
　光ファイバ２０は、図１に示すように、基端部２０ＢＥから入射したレーザ光を先端部側Ｔに向かって伝送する光伝送部２０ａと、先端側Ｔの延在方向の所定範囲内のクラッド２２の外周側に位置する部分を除去することによって光伝送部２０ａを伝送されたレーザ光を外周面から出射させる光出射部２０ｂと、を有している。
　図２に示すように、光ファイバ２０は、ジャケット１２における先端部側Ｔの端部から表出したバッファ層１３からさらに突出して露出している。表出したバッファ層１３にガラスキャップ１１の基端部側Ｂの開口が覆うように嵌合している。本実施形態において、バッファ層１３の長手方向ＢＴの長さは１～２ｍｍ程度であり、バッファ層１３は根元まではガラスキャップ１１に嵌入しないことが好ましい。バッファ層１３とガラスキャップ１１との間は接着剤により固定される。
　図２に示す通り、本実施形態において、光ファイバ２０の光出射部２０ｂには、クラッド２２の外周側に位置する部分に、周方向に延在する溝２３が長手方向（基端部側Ｂの矢印方向や先端部側Ｔの矢印方向と同じなので、以下、「長手方向ＢＴ」と表記する。）に周期的に形成されている。溝２３は底を有する有底溝であり、基端部側Ｂから先端部側Ｔに向けてらせん状に繋がった一条の溝である。本実施形態において、光ファイバ２０は、クラッド２２の外径が７８８μｍ、溝２３が設けられた光出射部２０ｂの長手方向ＢＴの長さが３０ｍｍである。
　なお、バッファ層１３とガラスキャップ１１との間を固定する接着剤が影響することを避けるため、バッファ層１３から露出した光ファイバ２０は、長手方向ＢＴの一定距離の基端側無加工領域２５を置いて、その先端部側Ｔに溝２３を設けることが好ましい。本実施形態において、基端側無加工領域２５としては、例えば３～４ｍｍ程度の長さとすることが好ましい。
　図３に、光ファイバ２０の光出射部２０ｂの一部分をさらに拡大して示す。図３に示す通り、溝２３の深さ（ｄ）は、基端部側Ｂの端部（図２における符号２３ＢＥの位置。以下、「基端部側端部」と称する。）から先端部ＴＥに向けて漸次増加（ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜ｄ４）している。なお、図３に示すように、溝２３の底２３ｂが傾斜している場合には、その中心位置の深さを溝２３の深さ（ｄ）（以下、単に「深さ（ｄ）」という場合がある。）とする。
　図３に示す例では、基端部側端部２３ＢＥからの距離（ｚ）に対する深さ（ｄ）は、一律に増加しており、即ち増加率に変化がない状態である。言い換えると、深さ（ｄ）は、一定のテーパがかかった状態で、基端部側端部２３ＢＥから先端部ＴＥに向けて漸次増加している。
　図３に示すように、溝２３の底２３ｂを結んだ直線Ｌ２３ｂと溝２３間のクラッド２２の外周面２４を結んだ直線Ｌ２４（長手方向ＢＴに対して平行）との成す角θが、溝２３の深さ（ｄ）のテーパの大きさを示す指標となる。なお、本実施形態では、各溝２３毎に底２３ｂが斜めになって、全体として一直線のテーパが形成されているが、例えば各溝２３毎に底２３ｂの深さが一定で、全体として階段状に深さ（ｄ）が変化している場合には、各溝２３の長手方向ＢＴの中心同士を結んだ直線により成す角θを求めればよい。
　この成す角θが小さければ、基端部側端部２３ＢＥからの距離（ｚ）に対して深さ（ｄ）の変化（増加量）がより緩やかであり、逆に成す角θが大きければ、基端部側端部２３ＢＥからの距離（ｚ）（以下、単に「距離（ｚ）」という場合がある。）に対して深さ（ｄ）の変化（増加量）がより急激になる。
　本実施形態にかかる光拡散装置１において、不図示の光源を作動させ光ファイバ２０の基端部２０ＢＥからレーザ光を入射させると、レーザ光は光伝送部２０ａを伝送され、外周に溝２３が設けられた光出射部２０ｂから出射する。このとき、深さ（ｄ）が最も小さい基端部側端部２３ＢＥではレーザ光の出射が最も抑制され、先端部側Ｔに進むにしたがって、徐々に深さ（ｄ）が大きくなることで、光出射部２０ｂにおける先端部側Ｔまでレーザ光が届きやすくなる。
　テーパ（成す角θ）を大きくし先端部２０ＴＥで深さ（ｄ）が最も大きく（１２２μｍ）なる「テーパ構造１」と、テーパ（成す角θ）を小さくし先端部２０ＴＥで深さ（ｄ）がテーパ構造１の半分（６１μｍ）になる「テーパ構造２」と、深さ（ｄ）が、基端部側端部２３ＢＥから先端部２０ＴＥまで一様に、テーパ構造１における最大値（１２２μｍ）と等しい「一様構造」の３通りのテーパ構造の光出射部２０ｂについて、基端部側端部２３ＢＥからの距離（ｚ）による光強度の分布について、以下検討する。
　溝２３の深さｄ（μｍ）が大きくなると、それに比例して光損失（１／ｃｍ）も大きくなるものと考えられる。本実施形態では、下記式により、光損失（１／ｃｍ）を計算している。
　光損失（１／ｃｍ）＝１００×溝の深さ（ｍ）
　光損失（１／ｃｍ）×１００＝溝の深さ（μｍ）
　そのため、以下、光損失として記された値（グラフを含む）の１００倍が、実施形態としての検証における実際の溝の深さｄ（μｍ）を表すものである。
　図４は、３通りのテーパ構造の光出射部２０ｂについて、基端部側端部２３ＢＥからの距離ｚ（μｍ）と光損失との関係を表すグラフである。図４のグラフは、横軸を基端部側端部２３ＢＥからの距離ｚ（μｍ）、縦軸を光損失として、プロットしたものである。グラフの傾きがテーパ（成す角θ）の大きさを表している。
　図５は、図４と同様の３通りのテーパ構造の光出射部２０ｂを備えた光拡散装置１について、基端部２０ＢＥからレーザ光を入射させて光出射部２０ｂの外周面から出射させた際の基端部側端部２３ＢＥからの距離ｚ（μｍ）と光強度（規格値）との関係を表すグラフである。図５のグラフは、横軸を基端部側端部２３ＢＥからの距離ｚ（μｍ）、縦軸を光強度（規格値）として、プロットしたものである。ここでいう光強度とは、入力光を１．０としたときの長さ１００μｍ当たりの側方照射強度である。
　図５のグラフから、まず、基端部側端部２３ＢＥから光損失が大きく、その後一様な一様構造では、基端部側端部２３ＢＥで最も光強度が大きく、距離ｚ（μｍ）が大きくなるにしたがってすぐに減衰してしまっているのがわかる。
　また、テーパ構造２のように、レーザ光の出射領域を長くするために距離（ｚ）に対してより緩やかに光損失が大きくなるようにすると光強度の分布はブロードになり、基端部側端部２３ＢＥ寄りの領域や先端部２０ＴＥ寄りの領域では、中途半端なレーザ光の出力になりやすい。
　また、テーパ構造１のように、光強度の分布がより急峻になるように、距離（ｚ）に対してより急激に光損失が大きくなるようにすると、光強度のピークは基端部側Ｂにシフトする。その結果、光出射部２０ｂにおける先端部２０ＴＥまでレーザ光が届きにくくなり、図５に示すように途中から光強度が徐々に低下してしまう。
　そこで、本実施形態では、光出射部２０ｂにおける基端部側端部２３ＢＥからの距離（ｚ）に対する深さ（ｄ）の増加率が、基端部側Ｂや先端部側Ｔに比して小さい領域が生ずるように、距離（ｚ）に対する深さ（ｄ）を調整している。即ち、基端部側端部２３ＢＥからある距離まで（後述する領域Ａｂ）は光損失の増加率が大きく、その次の領域（後述する領域Ａｘ）は光損失の増加率が小さく抑えられ、その領域より先端部側Ｔ（後述する領域Ａｔ）では、再び光損失の増加率が大きくなるようになっている。
　テーパ（成す角θ）をテーパ構造１よりさらに大きくし先端部２０ＴＥで深さ（ｄ）がさらに大きく（２００μｍ）なる「テーパ構造３」と、図４と同様の「一様構造」と、本実施形態構造の３通りのテーパ構造の光出射部２０ｂについて、基端部側端部２３ＢＥからの距離（ｚ）による光強度の分布について、以下検討する。
　図６は、本実施形態構造を含む３通りのテーパ構造の光出射部２０ｂについて、基端部側端部２３ＢＥからの距離ｚ（μｍ）と光損失との関係を表すグラフである。図６のグラフは、横軸を基端部側端部２３ＢＥからの距離ｚ（μｍ）、縦軸を光損失として、プロットしたものである。グラフの傾きがテーパ（成す角θ）の大きさを表している。
　テーパ構造３では、テーパ構造１や２に比してテーパ（成す角θ）が大きいため、グラフの傾きもより大きい（図４のグラフ参照）。テーパ構造１～３は何れも、距離ｚ（μｍ）に対して光損失が一次関数的に大きくなっている。即ち、テーパ構造１～３は何れも、距離ｚ（μｍ）に対して光損失の増加率が０（ゼロ）である。
　一方、本実施形態構造では、基端部側端部２３ＢＥから５０００μｍまでの領域Ａｂは光損失の増加率が大きく（グラフの傾きが大きく）、その次の領域Ａｘは光損失の増加率が小さく（グラフの傾きが小さく）抑えられ、領域Ａｘより先端部側Ｔの領域Ａｔは、再び光損失の増加率が大きくなるようになっている。言い換えれば、光出射部２０ｂにおける基端部側端部２３ＢＥからの距離（ｚ）に対する光損失の増加率が、領域Ａｘの基端部側Ｂ（即ち領域Ａｂ）に比して領域Ａｘの方が小さく、領域Ａｘの先端部側Ｔ（即ち領域Ａｔ）に比して領域Ａｘの方が小さくなるようになっている。
　図７は、図６と同様の本実施形態構造を含む３通りのテーパ構造の光出射部２０ｂを備えた光拡散装置１について、基端部２０ＢＥからレーザ光を入射させて光出射部２０ｂの外周面から出射させた際の基端部側端部２３ＢＥからの距離ｚ（μｍ）と光強度（規格値）との関係を表すグラフである。図７のグラフは、横軸を基端部側端部２３ＢＥからの距離ｚ（μｍ）、縦軸を光強度（規格値）として、プロットしたものである。ここでいう光強度とは、入力光を１．０としたときの長さ１００μｍ当たりの側方照射強度である。
　図７のグラフから、本実施形態構造では、距離ｚが５０００～１００００μｍの間と、１００００～１５０００μｍの間と、の２カ所にグラフのピークがある。そのため、光強度の高い領域が比較的幅広く存在していることがわかる。
　図７に示す結果において、それぞれのテーパ構造における、最も高い光強度を１としたグラフを図８に示す。例えば、癌細胞に到達した薬剤にレーザ光を照射するために用いる場合には、ある程度の光強度を要する。ここでは、一例として、図８のグラフにおける０．８以上が必要な光強度であるとする。
　光強度０．８が確保された領域は、５０００～１５０００μｍの間の領域を含んだ両矢印ａ１の範囲であり、比較的広い範囲となっている（以下、当該本実施形態構造における５０００～１５０００μｍを含む光強度０．８以上の領域を「フラット領域ａ１」と称する。）。
　一方、０．８未満の不十分な光強度の領域はなるべく狭い方がよい。例えば裾が広がった光強度０．１を底辺領域ａ２とすると、本実施形態構造では、底辺領域ａ２のおよそ４５％をフラット領域ａ１が占めている。
　これに対して、テーパ構造３では、光強度０．８が確保された領域ｂ１の範囲は、図８に示す通り、本実施形態構造のフラット領域ａ１と大きな差はないが、領域ｂ１の基端部側Ｂ及び先端部側Ｔの両側（特に後者）で光強度がブロードに広がっている。テーパ構造３において、光強度０．１の底辺領域ｂ２は、本実施形態構造の底辺領域ａ２に比して長い範囲になっている。そのため、テーパ構造３では、光強度０．８が確保された領域ｂ１が底辺領域ｂ２のおよそ３６％に過ぎない。
　以上のように、本実施形態では、光出射部２０ｂにおける基端部側端部２３ＢＥからの距離（ｚ）に対する光損失の増加率が、基端部側Ｂや先端部側Ｔに比して小さい領域Ａｘが生ずるように、距離（ｚ）に対する光損失を調整しているので、光出射部２０ｂにおけるより長い領域で大きな光強度のレーザ光を出射することができる。また、本実施形態では、光強度のレーザ光を出射することができる領域の基端部側Ｂや先端部側Ｔでは比較的急激に光強度が低下しているので、エネルギーの無駄が少なく、目標以外の箇所への比較的小さな光強度の光照射を抑制することができる。
　なお、本実施形態において、溝２３の深さ（ｄ）は、例えば、測定したい箇所の断面（例えば、図３における一点鎖線Ｘ）をカットして、溝２３の深さ（一点鎖線Ｘの断面では深さｄ２）を顕微鏡で直接計測すればよい。あるいは、レーザ顕微鏡で非破壊で測定することもできる。
（変形例１）
　図９は変形例１にかかる光拡散装置における光ファイバの光出射部１２０ｂの横断面図である。なお、図９においては、ガラスキャップの図示は省略されている。本変形例における光拡散装置の全体構成は、上記実施形態と同様であるため、上記実施形態における図１を参照されたい。
　変形例１においては、光出射部１２０ｂの長手方向ＢＴにおける途中に、溝２３を設けない中途無加工領域１２５が設けられている点が、上記実施形態とは異なっている。変形例１におけるその他の構成は、上記実施形態と同様なので、図９において上記実施形態と同じ符号を付すことでその詳細な説明を省略する。
　光出射部１２０ｂは、上記実施形態と同様、光出射部１２０ｂにおける基端部側端部２３ＢＥからの距離（ｚ）に対する光損失の増加率が、基端部側Ｂや先端部側Ｔに比して小さい領域（上記実施形態において、符号Ａｘで表される領域であり、本変形例においても同様に領域Ａｘと表記する。）が生ずるように、距離（ｚ）に対する光損失が調整されている。そして、中途無加工領域１２５は領域Ａｘとその先端部側Ｔとの間に設けられている。
　光出射部１２０ｂにおいて、溝２３の深さ（ｄ）は、基端部側端部２３ＢＥから先端部ＴＥに向けて漸次増加しているため、溝２３の底は先端部ＴＥに近づくにつれてコア２１にどんどん近づく。即ち、光出射部１２０ｂでは、先端部ＴＥに近づくにつれて曲げに対する耐性が低下する。特に、テーパが切り替わる領域Ａｘとその先端部側Ｔとの間において脆くなりやすい。
　本変形例では、この脆くなりやすい領域Ａｘとその先端部側Ｔとの間に中途無加工領域１２５を設けることで、曲げに対する耐性を高めている。その他は、上記実施形態と同様の構成であるため、本変形例においても、光出射部１２０ｂにおけるより長い領域で大きな光強度のレーザ光を出射することができ、エネルギーの無駄が少なく、目標以外の箇所への比較的小さな光強度の光照射を抑制することができる。
（変形例２）
　図１０は変形例２にかかる光拡散装置における光ファイバの光出射部１２０ｂ及びその近傍の横断面図である。なお、図１０においては、ガラスキャップの図示は省略されている。本変形例における光拡散装置の全体構成は、上記実施形態と同様であるため、上記実施形態における図１を参照されたい。
　変形例２においては、光ファイバ２２０は、樹脂（プラスチック）製の部材からなる。詳しくは、光ファイバ２２０は、図１０に示すように、径方向の中心側に位置する樹脂（プラスチック）製のコア２２１と、コア２２１の外周側に位置する樹脂（プラスチック）製のクラッド２２２と、からなるシングルコア光ファイバである。
　また、変形例２においては、光出射部２２０ｂのクラッド２２２の外周側に位置する部分に溝を設ける代わりに、クラッド２２２を粗化してコア２２１を露出させ、コア２２１の表面まで粗化した粗化面２２３が形成されている。粗化面２２３が形成された光出射部２２０ｂの長手方向ＢＴの長さは、例えば１０ｍｍ～１００ｍｍ程度にする。
　変形例２においては、このコア２２１の表面における粗化による凹部の深さが、基端部側端部２２３ＢＥから先端部２２０ＴＥに向けて漸次増加している。また、基端部側端部２２３ＢＥからの距離に対する粗化の凹部の深さの増加率（即ち、光損失の増加率）が、基端部側端部２２３ＢＥからある距離までは増加率が大きく、その次の領域は光損失の増加率が小さく抑えられ、その領域より先端部側Ｔでは、再び光損失の増加率が大きくなるようになっている（この増加率の変化は、微差であるため図１０には現れていない）。
　本変形例のように、クラッド２２２及びコア２２１を粗化することでも本発明に係る光拡散装置を得ることができる。なお、コア２２１の直径を３／４あるいはそれ以下まで小さくすることで、光ファイバ２２０の先端端面の前方から出射されるフロンタル成分を低減することができる。その他は、上記実施形態と同様の構成であるため、本変形例においても、光出射部１２０ｂにおけるより長い領域で大きな光強度のレーザ光を出射することができ、エネルギーの無駄が少なく、目標以外の箇所への比較的小さな光強度の光照射を抑制することができる。
　以上説明した実施形態及び変形例は、本発明の代表的な形態の例を示したに過ぎず、本発明は、これら実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の光拡散装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
　例えば、上記実施形態及び変形例１においては、基端部側端部２３ＢＥから先端部ＴＥに向けて、溝２３の深さ（ｄ）が漸次増加する態様を例示しているが、本発明はこれに限定されず、溝の幅が漸次増加する態様であっても構わない。この場合も、溝の幅が大きくなると、それに比例して光損失（１／ｃｍ）も大きくなるものと考えられ、溝２３の深さ（ｄ）と同様に検証することができ、かつ、同様に本発明に係る作用乃至効果が奏される。
　さらに、溝の深さと幅の両方を変化させても構わない。この場合、溝の深さに幅を乗じた、溝の断面積について、基端部側端部から先端部に向けて漸次増加するようにすればよい。即ち、光出射部における基端部側端部からの距離に対する溝の断面積の増加率が、基端部側や先端部側に比して小さい領域が生ずるように、距離に対する溝の断面積を調整すればよい。したがって、溝の深さ及び幅の少なくとも一方が、基端部側の端部から先端部に向けて漸次増加しており、光出射部における基端部側の端部からの距離に対する溝の深さ及び幅の少なくとも一方の増加率が、基端部側に比して小さい領域を有していればよい。
　何れにしても、本発明においては、光出射部における基端部側端部からの距離に対する光損失の増加率が、基端部側や先端部側に比して小さい領域が生ずるように、距離に対する光損失を調整すればよい。
　また、上記実施形態及び変形例、さらに上記説明においては、光出射部における基端部側端部からの距離に対する光損失の増加率が、基端部側及び先端部側の両方に比して小さい領域が生ずるように、距離に対する光損失を調整する例を挙げているが、前記領域は先端部側に比して必ずしも小さくなくても構わない。
　即ち、本発明において、所望とする性能や各種条件によっては、光出射部における基端部側端部からの距離に対する光損失の増加率が、少なくとも基端部側に比して小さい領域が生ずるように、距離に対する光損失を調整すればよい。基端部側端部からの距離に対する光損失の増加率が、少なくとも基端部側に比して小さい領域が生ずるようにすれば、それだけでも「フラット領域」に相当する領域が形成され、光出射部における長い領域で大きな光強度のレーザ光を出射することができる。
　上記実施形態及び変形例、さらに上記説明においては、光出射部における基端部側端部からの距離に対する光損失の増加率が、その基端部側に比して小さい領域を１か所有する例を挙げているが、当該領域は２箇所以上有することも好ましい態様である。詳しくは、「光出射部における基端部側端部からの距離に対する光損失の増加率」について、ある領域がその領域の基端部側の領域に比して小さくなっている場合の当該領域（以下、「光損失増加率減少領域」と称する）が、２以上有ることも好ましい態様である。
　図１１は、光損失増加率減少領域を２箇所有するようにテーパ構造を制御した光出射部について、基端部側端部からの距離ｚと光損失との関係を表すグラフである。図４のグラフは、横軸を基端部側端部からの距離ｚ、縦軸を光損失とするグラフであるが、何れの軸においてもスケールが無い概念的なグラフである。図４と同様、グラフの傾きがテーパ（成す角θ）の大きさを表している。勿論、テーパ（成す角θ）の大きさ以外の要素により光損失を制御してもよいことは上記説明と同様である。
　図１１のグラフに示される通り、基端部側端部から始まる領域Ａｂは光損失の増加率が大きく（グラフの傾きが大きく）、その次の領域Ａｘ１は光損失の増加率が小さく（グラフの傾きが小さく）抑えられ、さらにその次の領域Ａｘ２は光損失の増加率がより小さく（グラフの傾きがより小さく）抑えられている。そして、領域Ａｘ２より先端部側Ｔの領域Ａｔは、再び光損失の増加率が大きくなるようになっている。
　言い換えれば、光出射部における基端部側端部からの距離（ｚ）に対する光損失の増加率が、領域Ａｘ１の基端部側（即ち領域Ａｂ）に比して領域Ａｘ１の方が小さいので、領域Ａｘ１は光損失増加率減少領域になっている。また、光出射部における基端部側端部からの距離（ｚ）に対する光損失の増加率が、領域Ａｘ２の基端部側（即ち領域Ａｘ１）に比して領域Ａｘ２の方が小さいで、領域Ａｘ２は光損失増加率減少領域になっている。したがって、図１１のグラフに示される光出射部の態様は、光損失増加率減少領域を２個有している。
　以上のように光損失増加率減少領域を２個有することで、光ファイバの光出射部からの放射パターンをよりフラットにすることができる。この光損失増加率減少領域の個数としては、１個や２個に限定されず、３個以上であっても構わない。
１：光拡散装置、
１０：コネクタ、
１１：ガラスキャップ、
１２：ジャケット、
１３：バッファ層、
２０：光ファイバ、
２０ａ：光伝送部、
２０ｂ，１２０ｂ，２２０ｂ：光出射部、
２０ＢＥ：基端部、
２０ＴＥ，２２０ＴＥ：先端部、
２１，２２１：コア、
２２，２２２：クラッド、
２３：溝、
２３ｂ：底、
２３ＢＥ，２２３ＢＥ：基端部側端部、
２４：外周面、
２５：基端側無加工領域、
１２５：中途無加工領域、
２２３：粗化面

Claims (6)

  1. 　径方向の中心側に位置するコアと、前記コアの外周側に位置するクラッドと、からなる光ファイバを備え、前記光ファイバの基端部から入射した光を、前記光ファイバの先端部近傍から出射させる光拡散装置であって、
    　基端部から入射した光を先端部に向かって伝送する光伝送部と、先端部近傍における前記クラッドの外周側に位置する部分を除去した光出射部と、を有し、
    　前記光出射部における基端部側の端部からの距離に対する光損失の増加率が、その基端部側に比して小さい領域を有する、光拡散装置。
  2. 　前記光出射部において、前記クラッドの外周側に位置する部分に、周方向に延在する溝が長手方向に周期的に形成されており、
    　前記溝の深さ及び幅の少なくとも一方が、基端部側の端部から先端部に向けて漸次増加しており、
    　前記光出射部における基端部側の端部からの距離に対する前記溝の深さ及び幅の少なくとも一方の増加率が、前記領域の基端部側に比して前記領域の方が小さい、請求項１に記載の光拡散装置。
  3. 　前記光出射部における基端部側の端部からの距離に対する前記溝の深さまたは幅の増加率が、前記領域の先端部側に比して前記領域の方が小さい、請求項２に記載の光拡散装置。
  4. 　前記光ファイバは石英製である、請求項１～３のいずれかに記載の光拡散装置。
  5. 　前記光出射部において、前記クラッドの外周側に位置する部分が粗化されている、請求項１に記載の光拡散装置。
  6. 　前記光出射部における基端部側の端部からの距離に対する光損失の増加率が、その基端部側に比して小さい領域を２か所以上有する、請求項１に記載の光拡散装置。
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