(57)【要約】  少なくとも１つの光拡散光ファイバを含む照明システムが開示されている。照明システムは、少なくとも１つの光拡散光ファイバを少なくとも１つの光源に光学的に結合する少なくとも１つの低散乱光伝導光ファイバを含む。光拡散光ファイバは、散乱光が連続的に放射される所定の長さを有する光源ファイバ部分を含む。光源ファイバ部分は、曲げることが可能であり、これには、コイル形状への巻回が含まれる。光拡散光ファイバは、光拡散光ファイバ内において伝播するガイド光をファイバの外側表面から外に散乱させるように構成された複数のナノサイズの構造を含む。
2014534565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システムにおいて、
２００ｎｍ〜２０００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する少なくとも１つの光源と、
前記少なくとも１つの光源に光学的に結合された入力端部を有すると共に出力端部をも有し、且つ、前記少なくとも１つの光源から受け取った前記光をガイド光として前記出力端部に供給するように構成された少なくとも１つの低散乱光伝導光ファイバと、
ガラスコアと、前記コアを取り囲むクラッドと、前記コア内に又はコア−クラッド境界に位置した複数のナノサイズの構造と、を有し、且つ、外側表面と、前記少なくとも１つの低散乱光伝導光ファイバの前記出力端部に光学的に結合された入力端部と、を更に有する少なくとも１つの光拡散光ファイバであって、前記低散乱光伝導光ファイバから前記ガイド光を受け取り、且つ、散乱光が連続的に放射される所定の長さを有する光源ファイバ部分を形成するために、前記ガラスコアから離れるように、且つ、前記外側表面を通じて、前記ナノサイズの構造によって前記ガイド光を散乱させるように構成された少なくとも１つの光拡散光ファイバと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光拡散光ファイバは、（ｉ）前記ガラスコアから離れるように、且つ、前記外側表面を通じて、前記ナノサイズの構造によって前記ガイド光を優先的に散乱させるためにその内部に形成された複数の曲がり、及び／又は、（ｉｉ）前記散乱光が実質的に均一な強度を有するような蛍光及び散乱種のうちの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
出力端部を有する少なくとも１つの光拡散光ファイバを更に有し、且つ、前記少なくとも１つの光拡散光ファイバを伝播して前記少なくとも１つの光源に向って戻るように前記ガイド光を反射させるべく前記出力端部に光学的に結合された少なくとも１つのミラーを更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項４】
焦点又は焦線を有するミラーを更に有し、且つ、前記光源ファイバ部分は、実質的に前記焦点において、又はほぼ前記焦線に沿って、配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項５】
前記光源ファイバ部分は、巻回されたセクションを有し、前記巻回されたセクションは、実質的に前記焦点において又は前記焦点ラインに沿って配設されていることを特徴とする請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
ループセクションを含む前記光源ファイバ部分を更に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光源は、第１及び第２光を生成する第１及び第２光源を有し、
前記少なくとも１つの低散乱光伝導光ファイバは、前記第１及び第２光源にそれぞれ接続された第１及び第２低散乱光伝導光ファイバを有し、且つ、
前記少なくとも１つの光拡散光ファイバは、前記第１及び第２光が前記少なくとも１つの光拡散光ファイバを通じて第１及び第２ガイド光とは反対方向に伝播するように、前記第１及び第２低散乱光伝導光ファイバに対して光学的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光拡散光ファイバは、マルチモードであり、且つ、（ｉ）５０μｍを上回ると共に５００μｍを下回る直径を有する前記ガラスコア及び（ｉｉ）ＮＡ＞０．２である開口数ＮＡのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光拡散光ファイバは、リボン、リボン積層体、及び丸い束のうちの少なくとも１つとして１つに結束された複数の光拡散光ファイバを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願に対する相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１１年１０月７日付けで出願された米国出願第１３／２６９０５５号明細書の優先権の利益を主張するものであり、この文献の内容に依拠すると共に、この文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、ナノサイズの構造を有する領域を有する光拡散光ファイバに関し、且つ、更に詳しくは、生物反応器、信号系、及び特殊照明用途を含む様々な用途におけるこの種のファイバを利用した照明システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバは、光を光源から遠隔場所まで供給する必要のある様々な用途に使用されている。光通信システムは、例えば、サービスプロバイダからシステムのエンドユーザーまで光を伝送するために光ファイバのネットワークに依存している。
【０００４】
通信用の光ファイバは、８００ｎｍ〜１６７５ｎｍの範囲の近赤外波長において動作するように設計されており、この波長範囲においては、吸収及び散乱に起因した相対的に低レベルの減衰しか存在しない。この結果、ファイバの一端に注入された光の大部分がファイバの他端から出射することが可能であり、ファイバの側部を通じて周辺方向に出射する量は、わずかでしかない。
【０００５】
最近、従来のファイバよりも曲げの影響を受けにくい光ファイバに対するニーズが拡大している。その理由は、光ファイバを厳しく曲げることを必要とする構成で配備される通信システムの数が益々増大しているからである。このニーズは、コア領域を取り囲む非周期的に配設された小さな空隙のリングを利用した光ファイバの開発に結び付いている。空隙を含むリングは、曲げ耐性を向上させるように機能することになり、即ち、ファイバは、通過する光信号の減衰の大きな変化を経験することなしに、相対的に小さな曲げ半径を有することができる。これらのファイバにおいては、空隙を含むリング領域は、空隙を含むリング領域を通じた光の伝播量を極小化するべく、コアからある程度の距離において光ファイバのクラッド内に配置されており、その理由は、光の伝播量の増大により、光損失が増大する可能性があるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光ファイバは、通常、光をファイバの一端からファイバの他端まで長距離にわたって効率的に供給するように設計されていることから、通常のファイバの側部から逃避する光は、ほとんど存在しておらず、且つ、従って、光ファイバは、拡張型の照明源の形成に使用するのに非常に適しているとは見なされていない。更には、バクテリアの成長や光バイオエネルギー及びバイオマス燃料の生産を含む特殊な照明、信号系、又は生物学的用途などのいくつかの用途が存在しており、この場合には、選択された量の光を指定のエリアまで効率的な方式で供給する必要がある。バイオマス成長の場合には、光エネルギーをバイオマスに基づいた燃料に変換するプロセスを開発するというニーズが存在している。特殊照明の場合には、光源は、細いものであることを要し、曲がり易いものであることを要し、且つ、様々な異なる形状への変更が容易であることを要する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、本開示の第１の態様は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長（λ）を有する光を生成する照明システムである。システムは、光源と、少なくとも１つの光拡散光ファイバと、を含む。光拡散光ファイバは、ガラスコアと、クラッドと、を有する。複数のナノサイズの構造（本明細書においては、「ナノ構造」とも呼称する）が、前記ガラスコア内に又はコア−クラッド境界に位置している。又、光ファイバは、外側表面と、光源に光学的に結合された一端と、をも含む。光ファイバは、ガイド光をガラスコアから離れるように且つ外側表面を通じて前記ナノサイズの構造によって散乱させてその長さにわたって実質的に均一な放射を放射する所定の長さを有する光源ファイバ部分を形成するように構成されており、前記ファイバは、前記波長において５０ｄＢ／ｋｍを上回る散乱誘発減衰を有する。いくつかの実施形態によれば、ファイバに結合された光源は、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長範囲の光を生成し、且つ、ファイバ被覆内の蛍光材料は、白色、緑色、赤色、又はＮＩＲ（近赤外）光を生成する。
【０００８】
いくつかの実施形態によれば、照明システムは、単一の光拡散光ファイバを含む。その他の実施形態によれば、照明システムは、複数の光拡散光ファイバを含む。これらの光拡散光ファイバは、まっすぐな構成で利用してもよく、或いは、曲げてもよい。
【０００９】
いくつかの例示用の実施形態によれば、照明システムは、生物成長システムに使用してもよく、且つ、生物物質を収容するように構成された内部を有する生物チャンバを更に含んでもよい。これらの実施形態においては、光源は、生物物質が影響を受け易い波長を有する光を生成する。ファイバは、ガイド光を、中心軸から離れるように、コアから外に、且つ、外側表面を通じて、散乱させて、その長さにわたって実質的に均一な放射を放射する所定の長さを有する光源ファイバ部分を形成するように、その内部に形成された複数の曲がりを有してもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態によれば、照明システムは、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光を生成する少なくとも１つの光源を含む。又、照明システムは、少なくとも１つの光源に光学的に結合された入力端部を有すると共に出力端部をも有し、且つ、少なくとも１つ光源から受け取った光をガイド光として出力端部に供給するように構成された少なくとも１つの低散乱光伝導光ファイバをも含む。又、照明システムは、ガラスコアと、第１クラッドと、前記コア内に又はコア−クラッド境界に位置した複数のナノサイズの構造と、を有する少なくとも１つの光拡散光ファイバをも有する。少なくとも１つの光拡散光ファイバは、外側表面と、少なくとも１つの低散乱光伝導光ファイバの出力端部に光学的に結合された入力と、を有する。少なくとも１つの光拡散光ファイバは、低散乱光伝導光ファイバからガイド光を受け取り、且つ、ガイド光をコアから離れるように且つ外側表面を通じて前記ナノサイズの構造によって散乱させて散乱光が連続的に放射される所定の長さを有する光源ファイバ部分を形成するように、構成されている。一例においては、光拡散光ファイバは、光源の特定の波長において５０ｄＢ／ｋｍを上回る散乱誘発減衰を有する。
【００１１】
いくつかの実施形態によれば、本発明の別の態様は、光を放射する光源から照明を実行する方法を含む。方法は、光を光源から光拡散光ファイバまでガイド光として低散乱光送信光ファイバを通じて伝導するステップを含む。光拡散光ファイバは、所定の長さと、ガラスコアと、コア−クラッド境界を定義する、取り囲んでいるクラッドと、外側表面と、ガラスコア内に又はコア−クラッド境界に配設されたナノサイズ構造と、を有する。ナノサイズの構造は、光拡散光ファイバ内において伝播するガイド光をコアから且つ外側表面から外に散乱させて光拡散光ファイバの長さにわたって連続的に放射されるガイド光を形成するように、構成されている。
【００１２】
本開示の少なくともいくつかの実施形態の１つの有利な特徴は、照明システム及び方法が、光を遠隔場所まで効率的に供給するという光ファイバの能力を利用しており、且つ、このようなファイバは、（例えば、曲げられたり、コイル状にされたり、又はまっすぐであるなどのように）異なる形状で配備された際にも、用途のニーズに整合するように、光を相対的に均一に散乱させるという点にある。更には、本開示のいくつかの実施形態の１つの有利な特徴は、本開示の例示用の実施形態のうちの少なくともいくつかによる光拡散光ファイバは、弱い波長依存性を有する照明を提供する能力を有するという点にあり、この場合に、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長範囲の散乱損失ＬＳは、λ−ｐに比例しており、ここで、ｐは、０以上であり、且つ、２未満であり、好ましくは、１未満であり、且つ、更に好ましくは、０．５未満であり、或いは、更に好ましくは、０．３未満である。本開示の少なくともいくつかの実施形態の別の有利な特徴は、（ファイバの軸から）前方９０度の散乱強度と後方散乱強度がほとんど同一となる（例えば、互いに３０％以内であり、且つ、好ましくは、互いに２０％以内である）ように、長さに沿って、且つ、ファイバの軸から離れる方向の角度空間内において、実質的に均一な散乱（例えば、最大値から５０％未満の、且つ、更に好ましくは、３０％未満の変動）を得る能力にある。
【００１３】
少なくともいくつかの実施形態においては、照明波長における光ファイバの側部を通じて到来する統合光強度の変動（即ち、拡散又は散乱光の強度変動）は、光ファイバのターゲット長において３０％未満である。
【００１４】
少なくともいくつかの実施形態においては、ファイバの平均散乱損失は、５０ｄＢ／ｋｍを上回っており、且つ、散乱損失は、任意の所与の０．２ｍの長さのファイバセグメントにわたって、３０％を上回って変化していない（即ち、散乱損失は、平均散乱損失の±３０％以内である）。少なくともいくつかの実施形態によれば、ファイバの平均散乱損失は、５０ｄＢ／ｋｍを上回っており、且つ、散乱損失は、０．０５ｍ未満の長さのファイバセグメントにわたって、３０％を上回って変化していない。少なくともいくつかの実施形態によれば、ファイバの平均散乱損失は、５０ｄＢ／ｋｍを上回っており、且つ、散乱損失は、０．０１ｍの長さのファイバセグメントにわたって、３０％を上回って変化していない（即ち、±３０％である）。
【００１５】
本開示のいくつかの実施形態によるファイバの、且つ、このファイバを利用した照明システムの、１つの有利な特徴は、ファイバが、光源として機能し、且つ、ファイバの端部から強力且つ局所的な光のビームを供給するのではなく、ファイバの側部を通じて光を均一に散乱させることによって望ましい媒体を照射するという点にある。更には、いくつかの実施形態においては、ファイバの使用により、有利には、電気的に駆動される光源が、１つ又は複数の光供給地点から離れたところに留まることができる。この事実は、水性の又は潜在的に爆発性の環境において最も有益であり、この場合には、電気コンポーネントを導電性又は反応性の環境から安全な距離に配置することができよう。
【００１６】
以上の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、いずれも、本開示の実施形態を表しており、且つ、特許請求されている本開示の特性及び特徴を理解するための概説又は枠組みの提供を目的としたものであることを理解されたい。添付の図面は、本開示の更なる理解を提供するために含まれており、且つ、本明細書に包含されると共にその一部を構成している。添付図面は、本開示の様々な実施形態を示しており、且つ、説明と共に、本開示の原理及び動作を説明するべく機能する。
【００１７】
本開示の更なる特徴及び利点については、以下の詳細な説明において記述することとするが、当業者には、部分的に、以下の説明から容易に明らかとなり、且つ、以下の詳細な説明、添付の請求項、並びに、添付の図面を含む本明細書に記述されている開示内容を実施することにより、認識されることなろう。添付の請求項は、以下の詳細な説明に包含されると共にその一部を構成している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光拡散光ファイバの例示用の実施形態の断面の概略側面図である。
【図２】方向２−２に沿って観察した際の図１の光ファイバの概略断面である。
【図３Ａ】光拡散光ファイバの例示用の実施形態における相対屈折率プロット対ファイバ半径の概略図である。
【図３Ｂ】光拡散光ファイバの別の例示用の実施形態における相対屈折率プロット対ファイバ半径の概略図である。
【図３Ｃ】光拡散光ファイバのガラスコアの例示用の構成を示す。
【図４Ａ】ｄＢ／ｍを単位とするファイバの減衰（損失）対波長（ｎｍ）を示す。
【図４Ｂ】ｄＢ／ｍを単位とするファイバの減衰（損失）対波長（ｎｍ）を示す。
【図５】単一のファイバ内の２つの光路を利用したファイバの配備形態を示す。
【図６Ａ】均一な張力（例Ａ）及び可変張力（例Ｂ）を有するように製造されたファイバにおけるファイバに沿った強度分布を示す。
【図６Ｂ】白色インクを有する及びインクを有していない散乱分布関数を示す。
【図７】図５に示されている（ファイバの後端部に結合された反射ミラーを有する）ファイバにおける及びその被覆内において白色インクを利用したファイバにおける散乱を示す。
【図８Ａ】照明システムの例示用の実施形態を示す。
【図８Ｂ】フラスコの形態の生物チャンバとの組合せにおいて使用される照明システムの例示用の実施形態を示す。
【図９Ａ】図８Ｂの照明システムに類似すると共に光拡散光ファイバの一端にミラーを含む例示用の照明システムの側面図である。
【図９Ｂ】図９Ａに類似しており、且つ、個々の複数の光拡散光ファイバに光学的に接続された複数の低散乱光伝導光ファイバを利用する照明システムの一例を示す。
【図１０Ａ】図９Ａのものに類似した別の例示用の照明システムであるが、光拡散光ファイバがループを形成するように湾曲している。
【図１０Ｂ】図１０Ａに類似しており、且つ、光拡散光ファイバの一端に光学的に結合されたミラーを更に含み、且つ、光が光源に戻ることを防止するために低散乱光伝導光ファイバ内に配設された任意選択のアイソレータを有する。
【図１０Ｃ】図１０Ａ及び図１０Ｂに類似しており、且つ、光拡散光ファイバの端部が光カプラに光学的に結合されている照明システムの一実施形態を示す。
【図１１】図１０Ｃのものに類似した照明システムの例示用の実施形態を示しているが、この場合には、２つの光源及び低散乱光伝導光ファイバの個々のセクションを使用し、光拡散光ファイバ内において逆伝播ガイド光を供給している。
【図１２Ａ】図９Ａのものに類似した照明システムの例示用の実施形態の側面図であるが、この場合には、光源は、複数の光源要素を含む。
【図１２Ｂ】図１２Ａに類似しており、且つ、対応する光拡散光ファイバが、選択された場所において個々の散乱光によって照明を提供することができるように低散乱光伝導光ファイバが曲げられている例示用の実施形態を示す。
【図１３Ａ】凹面ミラーを含む例示用の照明システムの断面図であり、この場合には、光拡散光ファイバの光源部分は、巻回構成を有しており、且つ、実質的に凹面ミラーの焦点において（即ち、凹面ミラーの焦点に又はその近傍に）配置されている。
【図１３Ｂ】図１３Ａに類似しており、且つ、円筒形ミラーの焦線にほぼ沿って配列された複数の光拡散光ファイバを含む照明システムの一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示の更なる特徴及び利点については、以下の詳細な説明において記述することとするが、当業者には、以下の説明から明らかとなり、或いは、請求項及び添付図面と共に以下の説明に記述されている開示内容を実施することにより、認識されることになろう。
【００２０】
以下、本開示の現時点における好適な実施形態を詳細に参照するが、その例は、添付図面に示されている。可能な場合には常に、図面の全体を通じて、同一又は類似の参照符号を使用し、同一又は類似の部分を参照する。本明細書に開示されている実施形態は、例に過ぎず、そのそれぞれは、本開示の特定の利益を含んでいることを理解されたい。
【００２１】
本開示の範囲内において、以下の例に対して様々な変更及び変形を実施してもよく、且つ、様々な例の側面を様々な方法で混合し、更なる例を実現してもよい。従って、本開示の真の範囲については、限定を伴うことなしに、本明細書に記述されている実施形態に鑑み、本開示の全体から理解することを要する。
定義
「水平の」、「垂直の」、「前面の」、「背面の」などのような用語とデカルト座標の使用は、図面における参照と、説明の容易性と、を目的としたものであり、従って、絶対的な向き及び／又は方向に対して本明細書又は請求項を厳格に限定するものと解釈してはならない。
【００２２】
以下の開示の説明においては、以下の用語及びフレーズは、ナノサイズの構造を有する光拡散光ファイバとの関連において使用されている。
【００２３】
「屈折率プロファイル」とは、屈折率又は相対屈折率と導波路（ファイバ）の半径の間の関係である。
【００２４】
「相対屈折率百分率」とは、次式のように定義されるものであり、
Δ（ｒ）％＝１００×［ｎ（ｒ）２−ｎＲＥＦ２）］／２ｎ（ｒ）２
ここで、ｎ（ｒ）は、特記されていない限り、半径ｒにおける屈折率である。相対屈折率百分率は、特記されていない限り、８５０ｎｍにおいて定義される。一態様においては、基準屈折率ｎＲＥＦは、８５０ｎｍにおいて１．４５２４９８の屈折率を有するシリカガラスであり、別の態様においては、８５０ｎｍにおけるクラッドガラスの最大屈折率である。本明細書において使用されている相対屈折率は、Δによって表され、且つ、その値は、特記されていない場合には、「％」を単位として付与される。領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦ未満であるケースにおいては、相対屈折率百分率は、負であり、且つ、低下領域又は低下屈折率を有するものとして参照され、且つ、最小相対屈折率は、特記されていない限り、相対屈折率が最も負である地点において算出される。領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦを上回っているケースにおいては、相対屈折率百分率は、正であり、且つ、その領域は、隆起したもの又は正の屈折率を有するものと表現することができる。
【００２５】
「アップドーパント」とは、本明細書においては、純粋なドーピングされてはいないＳｉＯ２に対して屈折率を上昇させる傾向を有するドーパントであると見なされている。「ダウンドーパント」とは、本明細書においては、純粋なドーピングされてはいないＳｉＯ２に対して屈折率を降下させる傾向を有するドーパントであると見なされている。アップドーパントは、アップドーパントではない１つ又は複数のその他のドーパントによって伴われている際に、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。同様に、アップドーパントではない１つ又は複数のその他のドーパントは、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。ダウンドーパントは、ダウンドーパントではない１つ又は複数のその他のドーパントによって伴われている際に、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。
【００２６】
同様に、ダウンドーパントではない１つ又は複数のその他のドーパントは、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域内に存在してもよい。
【００２７】
「αプロファイル」又は「アルファプロファイル」という用語は、「％」を単位とするΔ（ｒ）の観点において表現された相対屈折率プロファイルを意味しており、この場合に、ｒは、次式に従う半径であり、
Δ（ｒ）＝Δ（ｒｏ）（１−［｜ｒ−ｒｏ｜／（ｒ１−ｒｏ）］α）
ここで、ｒｏは、Δ（ｒ）が最大値である地点であり、ｒ１は、Δ（ｒ）％がゼロである地点であり、且つ、ｒは、ｒｉ＜ｒ＜ｒｆの範囲であり、ここで、Δは、先程定義したものあり、ｒｉは、αプロファイルの初期地点であり、ｒｆは、αプロファイルの最終地点であり、且つ、αは、実数である指数である。
【００２８】
本明細書において使用されている「パラボラ形」という用語は、従って、コア内の１つ又は複数の地点において２．０のα値からわずかに変化してもよい実質的にパラボラ形に成形された屈折率プロファイルと、わずかな変動及び／又は中心線ディップを有するプロファイルと、を含む。いくつかの例示用の実施形態においては、αは、８５０ｎｍにおいて計測した際に、１．５を上回り、且つ、２．５を下回り、更に好ましくは、１．７より大きくかつ２．３まで、且つ、更に好ましくは、１．８と２．３の間である。その他の実施形態においては、屈折率プロファイルの１つ又は複数のセグメントは、８５０ｎｍにおいて計測した際に、８を上回る、更に好ましくは、１０を上回る、更に好ましくは、２０を上回る、α値を有する実質的に階段状の屈折率の形状を有する。
【００２９】
「ナノ構造のファイバ領域」という用語は、例えば、ファイバの断面内に５０超の、１００超の、又は２００超の空隙などの多数の（５０超の）ガス充満空隙又はその他のナノサイズの構造を有する領域又はエリアを有するファイバを表している。ガス充満空隙は、例えば、ＳＯ２、Ｋｒ、Ａｒ、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、又はこれらの混合物を収容していてもよい。本明細書に記述されているナノサイズの構造（例えば、空隙）の断面サイズ（例えば、直径）は、１０ｎｍから１μｍまで変化してもよく（例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍ）、且つ、長さは、１ミリメートルから５０メートルまで変化してもよい（例えば、２ｍｍから５メートル又は５ｍｍから１ｍの範囲）。
【００３０】
標準的なシングルモード又はマルチモードの光ファイバにおいては、１３００ｎｍ未満の波長における損失は、レイリー散乱によって占められている。これらのレイリー散乱損失Ｌｓは、材料の特性によって決定され、且つ、通常は、可視波長（４００〜７００ｎｍ）において約２０ｄＢ／ｋｍである。又、レイリー散乱損失は、強力な波長依存性をも有しており（即ち、ＬＳ∝１／λ４であり、図４Ｂの比較ファイバＡを参照されたい）、これは、入力光の９５％超を放散するために、少なくとも約１ｋｍ〜２ｋｍのファイバが必要とされることを意味している。この種の更に短い距離のファイバは、相対的に低い照明効率を結果的にもたらすことになり、長い長さ（１ｋｍ〜２ｋｍ、又はこれ以上）の使用は、相対的に費用を所要する可能性があると共に管理が困難になる可能性もある。長さの長いファイバは、生物反応器又はその他の照明システムにおいて使用された際に、設置が面倒である場合もある。
【００３１】
照明用途の特定の構成においては、例えば、１〜１００メートルなどのように、相対的に短い長さのファイバを使用することが望ましい。これには、ファイバの曲がりにおける輝点を回避するための良好な角度散乱特性（ファイバの軸から離れたところにおける光の均一な放散）及び良好な曲げ性能を維持することができる一方で、ファイバからの散乱損失の増大が必要される。本明細書に開示されている本開示の実施形態のうちの少なくともいくつかの実施形態の望ましい属性は、ファイバ照明器の長さに沿った均一且つ大きな照度である。光ファイバは曲がり易いことから、光ファイバによれば、様々な照明形状を配備することができる。ファイバによって提供される照明が、３０％を上回って変化しないように、好ましくは、２０％未満において変化するように、且つ、更に好ましくは、１０％未満において変化するように、ファイバの曲がりの地点において（増大した曲げ損失に起因した）輝点を有していないことが好ましい。例えば、少なくともいくつかの実施形態においては、ファイバの平均散乱損失は、５０ｄＢ／ｋｍを上回っており、且つ、散乱損失は、任意の所与の０．２ｍの長さのファイバセグメントにわたって、３０％を上回って変化してはいない（即ち、散乱損失は、平均散乱損失の±３０％未満である）。少なくともいくつかの実施形態によれば、ファイバの平均散乱損失は、５０ｄＢ／ｋｍを上回っており、且つ、散乱損失は、０．０５ｍの長さ未満のファイバセグメントにわたって、３０％を上回って変化してはいない。少なくともいくつかの実施形態によれば、ファイバの平均散乱損失は、５０ｄＢ／ｋｍを上回っており、且つ、散乱損失は、０．０１ｍの長さのファイバセグメントにわたって、３０％を上回って変化してはいない（即ち、±３０％である）。少なくともいくつかの実施形態によれば、ファイバの平均散乱損失は、５０ｄＢ／ｋｍを上回っており、且つ、散乱損失は、０．０１ｍの長さのファイバセグメントわたって、２０％を上回って変化してはおらず（即ち、±２０％以内であり）、且つ、好ましくは、１０％以下だけ変化している（即ち、±１０％である）。
【００３２】
少なくともいくつかの実施形態においては、照明波長においてファイバの側部を通じて到来する統合（拡散）光強度の強度変動は、例えば、０．０２〜１００ｍの長さであってもよいファイバのターゲット長において、３０％未満である。特定の照明波長におけるファイバの側部を通じた統合光強度の強度は、クラッド又は被覆内に蛍光材料を内蔵することによって変化させることができることに留意されたい。蛍光材料によって散乱する光の波長は、ファイバ内を伝播する光の波長とは異なっている。
【００３３】
以下の例示用の実施形態のいくつかにおいては、本発明者らは、ファイバのコアエリア内に又はコアに近接した状態において配置されたナノ構造のファイバ領域（ナノサイズの構造を有する領域）を有するファイバの設計について記述している。ファイバの実施形態のいくつかは、５０ｄＢ／ｋｍを超過する散乱損失を有し（例えば、１００ｄＢ／ｋｍ超、２００ｄＢ／ｋｍ超、５００ｄＢ／ｋｍ超、１０００ｄＢ／ｋｍ超、３０００ｄＢ／ｋｍ超、５０００ｄＢ／ｋｍ超）、散乱損失（並びに、従って、照明、即ち、これらのファイバによって放射される光）は、角度空間において均一である。
【００３４】
ファイバ内の曲がりにおける輝点を低減又は除去するために、ファイバ内の９０°の曲がりにおける減衰の増大は、曲げ直径が５０ｍｍ未満である際に、５ｄＢ／曲がり未満（例えば、３ｄＢ／曲がり未満、２ｄＢ／曲がり未満、１ｄＢ／曲がり未満）であることが望ましい。例示用の実施形態においては、これらの低曲げ損失は、例えば、２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、及び５ｍｍ未満などの相対的に小さな曲げ直径においてさえも実現されている。好ましくは、減衰の合計増大は、５ｍｍの曲げ半径において、９０度の曲がり当たりに１ｄＢ未満である。
【００３５】
好ましくは、いくつかの実施形態によれば、曲げ損失は、まっすぐなファイバのコアにおける固有散乱損失以下である。固有散乱は、主には、ナノサイズの構造からの散乱に起因している。従って、光ファイバの少なくとも曲げ耐性を有する実施形態によれば、曲げ損失は、ファイバの固有散乱を超過してはいない。但し、散乱レベルは、曲げ直径の関数であることから、ファイバの曲げの配備形態は、その散乱レベルによって左右される。例えば、実施形態のいくつかにおいては、ファイバは、３ｄＢ／曲がり未満の、好ましくは、２ｄＢ／曲がり未満の、曲げ損失を有しており、且つ、ファイバは、輝点の形成を伴うことなしに、５ｍｍという小さな半径を有する円弧として曲げることができる。
【００３６】
又、以下の説明においては、散乱化学作用光が光反応性物質の全体を通じて提供又は供給されていると表現されるいくつかの実施形態においては、散乱化学作用光は、妥当な期間内において光反応性材料に対して光反応を実行するための十分な強度を有するものと仮定されている。
【００３７】
光拡散光ファイバ
図１は、中心軸（「中心線」）１６を有する光拡散光ファイバ（以下、「ファイバ」とも呼称する）の例示用の実施形態の断面の概略側面図である。図２は、図１の方向２−２に沿って観察した際の光拡散光ファイバ１２の概略断面である。ファイバ１２は、例えば、周期的又は非周期的なナノサイズの構造３２（例えば、空隙）を有するナノ構造のファイバ領域を有する様々なタイプの光ファイバのうちのいずれか１つであってもよい。例示用の実施形態においては、ファイバ１２は、３つのセクション又は領域に分割されたコア２０を含む。これらのコア領域は、中実の中心部分２２と、ナノ構造のリング部分（内側環状コア領域）２６と、内側環状コア領域２６を取り囲む外側中実部分２８と、である。クラッド領域４０（「クラッド」）が、環状コア２０を取り囲んでいると共に外側表面を有する。クラッド４０は、高開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）を提供するために低屈折率を有してもよい。クラッド４０は、例えば、ＵＶ又は熱硬化可能なフルオロアクリレート又はシリコーンなどの低屈折率ポリマーであってもよい。
【００３８】
任意選択の被覆４４がクラッド４０を取り囲んでいる。被覆４４は、低弾性の第１被覆層と、高弾性の第２被覆層と、を含んでもよい。少なくともいくつかの実施形態においては、被覆層４４は、アクリレートに基づいた又はシリコーンに基づいたポリマーなどのポリマー被覆を有する。少なくともいくつかの実施形態においては、被覆は、ファイバの長さに沿って一定の直径を有する。
【００３９】
後述するその他の例示用の実施形態においては、被覆４４は、コア２０からクラッド４０を通過する「放射光」の分布及び／又は特性を改善するように設計されている。クラッド４０の外側表面又は任意選択の被覆４４の外側表面は、本明細書に記述されているファイバ内を伝播する光が散乱によって出射することになるファイバ１２の「側部」４８を表している。
【００４０】
任意選択により、保護カバー又はシース（図示せず）がクラッド４０をカバーしている。ファイバ１２は、フッ素化されたクラッド４０を含んでもよいが、漏れ損失が照明特性を劣化させない長さが短い用途にファイバが使用される場合には、フッ素化されたクラッドは不要である。
【００４１】
いくつかの例示用の実施形態においては、ファイバ１２のコア領域２６は、図２の拡大挿入図に詳細に示されている例示用の空隙などのその内部に位置した複数の非周期的に配設されたナノサイズの構造（例えば、「空隙」）３２を有するガラスマトリックス（「ガラス」）３１を有する。別の例示用の実施形態においては、空隙３２は、フォトニック結晶の光ファイバなどのように、周期的に配設してもよい、この場合には、空隙は、通常、約１×１０−６〜１×１０−５ｍの直径を有する。又、空隙３２は、非周期的に又はランダムに配設してもよい。いくつかの例示用の実施形態においては、領域２６内のガラス３１は、フッ素がドーピングされたシリカであるが、その他の実施形態においては、ガラスは、ドーピングされてない純粋なシリカである。好ましくは、空隙の直径は、少なくとも１０ｎｍである。
【００４２】
ナノサイズの構造３２は、コア２０から離れるように、且つ、ファイバの外側表面に向って、光を散乱させる。次いで、散乱光は、望ましい照明を提供するために、ファイバ１２の外側表面を通じて「拡散」する。即ち、光の大部分は、ファイバ長に沿って、ファイバ１２の側部を通じて（散乱によって）拡散する。好ましくは、ファイバは、その長さにわたって実質的に均一な放射を放出し、且つ、ファイバは、放出される放射の１つ又は複数の波長（照明波長）において５０ｄＢ／ｋｍを上回る散乱誘発減衰を有する。好ましくは、散乱誘発減衰は、この波長において１００ｄＢ／ｋｍを上回っている。いくつかの実施形態においては、散乱誘発減衰は、この波長において５００ｄＢ／ｋｍを上回っており、且つ、いくつかの実施形態においては、１０００ｄＢ／ｋｍであり、２０００ｄＢ／ｋｍ超であり、且つ、５０００ｄＢ／ｋｍ超である。これらの高散乱損失は、標準的なシングルモード及びマルチモードの光ファイバにおけるレイリー散乱損失よりも約２．５〜２５０倍だけ大きい。
【００４３】
コア領域２２及び２８を構成するガラスは、Ｇｅ、Ａｌ、及び／又はＰなどのアップドーパントを含んでもよい。「非周期的に配設された」又は「非周期的分布」は、光ファイバ（図２に示されているものなど）の断面を取得した際に、空隙３２がファイバの一部に跨ってランダムに又は非周期的に分布することを意味している。ファイバの長さに沿った異なる地点において取得された類似の断面は、異なる断面空隙パターンを示すことになり、即ち、様々な断面は、異なる空隙パターンを有することになり、この場合に、空隙の分布と空隙のサイズは一致していない。即ち、空隙は、非周期的であり、即ち、空隙は、ファイバ構造内において周期的に配設されてはいない。これらの空隙は、光ファイバの長さに沿って（即ち、長手方向軸に対して平行に）、延伸されているが（細長くなっているが）、通常の長さの伝送ファイバの場合に、ファイバ全体の長さの全体にわたって延在してはいない。理論による拘束を望むものではないが、空隙は、ファイバの長さに沿って、１０メートル未満だけ、且つ、多くのケースにおいては、１メートル未満だけ、延在するものと考えられる。
【００４４】
後述する照明システムにおいて本明細書に使用されているファイバ１２は、プレフォーム固化条件を利用した方法によって製造することが可能であり、これらの方法は、固化されたガラスブランク内における大量のガスの捕獲を結果的にもたらすことによって固化ガラスの光ファイバプレフォーム内に空隙を形成する。これらの空隙を除去するためのステップを採用するのではなく、結果的に得られるプレフォームを使用し、空隙、即ち、ナノサイズの構造をその内部に形成する。結果的に得られるファイバのナノサイズの構造又は空隙を利用することにより、ファイバの長さに沿って、その側部を介して、ファイバから外に、光を散乱又はガイドする。即ち、光は、望ましい照明を提供するために、ファイバの外側表面を通じて、コア２０から離れるように、ガイドされる。
【００４５】
本明細書において使用されている空隙などのナノサイズの構造の直径とは、光ファイバをそのファイバの長手方向軸を横断する垂直の断面において見た際の最長のラインセグメントその終点ａ）である。ナノサイズの空隙を有する光ファイバを製造する方法については、米国特許出願第１１／５８３，０９８号明細書に記述されており、この内容は、引用により、本明細書に包含される。
【００４６】
上述のように、ファイバ１２のいくつかの実施形態においては、コアセクション２２及び２８は、ゲルマニウムによってドーピングされたシリカ、即ち、ゲルマニアドーピングシリカを有する。望ましい屈折率及び密度を得るべく、コア内において、且つ、特に、ファイバの中心線１６において又はその近傍において、ゲルマニウム以外のドーパントを単独で又は組合せにおいて利用してもよい。少なくともいくつかの実施形態においては、本明細書に開示されている光ファイバの相対屈折率プロファイルは、セクション２２及び２８において負ではない。これらのドーパントは、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐ、Ｇｅ、又はこれらの組合せであってもよい。少なくともいくつかの実施形態においては、光ファイバは、コア内に屈折率減少ドーパントを含んではいない。いくつかの実施形態においては、本明細書に開示されている光ファイバの相対屈折率プロファイルは、セクション２２、２４、及び２８において負ではない。
【００４７】
本明細書において使用されているファイバ１２のいくつかの例においては、コア２０は、純粋なシリカを有する。一実施形態においては、ファイバの好ましい属性は、生物物質が影響を受け易い又は光反応性物質内に光反応を生成する望ましいスペクトル範囲において光をファイバの外に散乱させる（即ち、光を拡散させる）能力である。別の実施形態においては、散乱光は、装飾的アクセント及び白色光の用途のために使用してもよい。散乱による損失の量は、ファイバ内のガラスの特性、ナノ構造の領域２６の幅、及びナノサイズの構造の密度を変化させることにより、増大させることができる。
【００４８】
本明細書において使用されているファイバ１２のいくつかの例においては、コア２０は、屈折率の勾配を有するコアであり、且つ、好ましくは、コアの屈折率プロファイルは、パラボラ形の（又は、実質的にパラボラ形の）形状を有しており、例えば、いくつかの実施形態においては、コア２０の屈折率プロファイルは、８５０ｎｍにおいて計測した際に、約２の、好ましくは、１．８〜２．３の、α値を有するα形状を有する。その他の実施形態においては、屈折率プロファイルの１つ又は複数のセグメントは、８５０ｎｍにおいて計測した際に、８超の、更に好ましくは、１０超の、更に好ましくは、２０超の、α値を有する実質的に階段状の屈折率の形状を有する。いくつかの実施形態においては、コアの屈折率は、中心線ディップを有してもよく、この場合に、コアの最大屈折率と、光ファイバ全体の最大屈折率と、は、中心線１６からわずかに離れた距離に配置されているが、その他の実施形態においては、コアの屈折率は、中心線ディップを有しておらず、且つ、コアの最大屈折率と、光ファイバ全体の最大屈折率と、は、中心線に配置されている。
【００４９】
例示用の実施形態においては、ファイバ１２は、シリカに基づいたコア２０と、（シリカに対して）低下した屈折率のポリマークラッド４０と、を有する。低屈折率のポリマークラッド４０は、好ましくは、負であり、更に好ましくは、−０．５％未満であり、且つ、更に好ましくは、−１％未満である、相対屈折率を有する。いくつかの例示用の実施形態においては、クラッド４０は、２０μｍ以上の厚さを有する。いくつかの例示用の実施形態においては、クラッド４０は、コアよりも低い屈折率と、１０μｍ以上の厚さ（例えば、２０μｍ以上）と、を有する。いくつかの例示用の実施形態においては、クラッドは、例えば、約１２５μｍ（例えば、１２０μｍ〜１３０μｍ、又は１２３μｍ〜１２８μｍ）などのＲｍａｘの２倍の外径を有する。その他の実施形態においては、クラッドは、例えば、６０又は８０μｍなどのように、１２０μｍ未満の直径を有する。その他の実施形態においては、クラッドの外径は、２００μｍ超、３００μｍ超、又は５００μｍ超である。いくつかの実施形態においては、クラッドの外径は、ファイバ１２の長さに沿って一定の直径を有する。いくつかの実施形態においては、ファイバ１２の屈折率は、半径方向の対称性を有する。好ましくは、コア２０の外径２Ｒ３は、ファイバの長さに沿って一定である。好ましくは、コアセクション２２、２６、２８の外径も、ファイバの長さに沿って一定である。一定という用語により、本発明者らは、平均値との関係における直径の変動が、１０％未満であり、好ましくは、５％未満であり、且つ、更に好ましくは、２％未満であることを意味している。
【００５０】
図３Ａは、図２に示されている例示用のファイバ１２における例示用の相対屈折率Δ対ファイバ半径のプロット（実線）である。コア２０は、例えば、１．７〜２．３（例えば、１．８〜２．３）のα値を特徴とした勾配を有するコアプロファイルを有してもよい。例示用の代替屈折率プロファイルは、破線によって表されている。コア領域２２は、半径方向において中心線から外向きに、その外半径Ｒ１まで延在し、且つ、最大屈折率ｎ１（並びに、相対屈折率百分率Δ１ＭＡＸ）に対応する相対屈折率プロファイルΔ１（ｒ）を有する。この実施形態においては、基準屈折率ｎＲＥＦは、クラッドにおける屈折率である。第２コア領域（ナノ構造の領域）２６は、最小屈折率ｎ２と、相対屈折率プロファイルΔ２（ｒ）と、最大相対屈折率インデックスΔ２ＭＡＸと、最小相対屈折率Δ２ＭＩＮと、を有し、この場合に、いくつかの実施形態においては、Δ２ＭＡＸ＝Δ２ＭＩＮである。第３コア領域２８は、最大屈折率ｎ３と、相対屈折率プロファイルΔ３（ｒ）と、最大相対屈折率Δ３Ｍａｘと、最小相対屈折率Δ３ＭＩＮと、を有し、この場合に、いくつかの実施形態においては、Δ３ＭＡＸ＝Δ３ＭＩＮである。この実施形態においては、環状クラッド４０は、屈折率ｎ４と、相対屈折率プロファイルΔ４（ｒ）と、最大相対屈折率Δ４ＭＡＸと、最小相対屈折率Δ４ＭＩＮと、を有する。いくつかの実施形態においては、Δ４ＭＡＸ＝Δ４ＭＩＮである。いくつかの実施形態においては、Δ１ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸであり、且つ、Δ３ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸである。いくつかの実施形態においては、Δ２ＭＩＮ＞Δ４ＭＡＸである。図２及び図３Ａに示されている実施形態においては、Δ１ＭＡＸ＞Δ３ＭＡＸ＞Δ２ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸである。この実施形態においては、領域の屈折率は、ｎ１＞ｎ３＞ｎ２＞ｎ４という関係を有する。
【００５１】
いくつかの実施形態においては、図３Ａに示されているように、コア領域２２、２８は、定数Δ１（ｒ）及びΔ３（ｒ）を有する実質的に一定の屈折率プロファイルを有する。これらの実施形態のいくつかにおいては、Δ２（ｒ）は、わずかに正であるか（０＜Δ２（ｒ）＜０．１％）、負であるか（−０．１％＜Δ２（ｒ）＜０）、或いは、０％である。いくつかの実施形態においては、Δ２（ｒ）の絶対値は、０．１％未満であり、好ましくは、０．０５％未満である。いくつかの実施形態においては、図３Ａに示されているように、外側クラッド領域４０は、定数Δ４（ｒ）を有する実質的に一定の屈折率プロファイルを有する。これらの実施形態のうちのいくつかにおいては、Δ４（ｒ）＝０％である。コアセクション２２は、Δ１（ｒ）≧０％という屈折率を有する。いくつかの実施形態においては、空隙によって充満された領域２６は、０．０５％未満の絶対値を有する負の屈折率を有する相対屈折率プロファイルΔ２（ｒ）を有しており、且つ、コア領域２８のΔ３（ｒ）は、例えば、正又はゼロであってよい。少なくともいくつかの実施形態においては、ｎ１＞ｎ２であり、且つ、ｎ３＞ｎ４である。
【００５２】
いくつかの実施形態においては、クラッド４０は、−０．０５％＜Δ４（ｒ）＜０．０５％という屈折率を有する。その他の実施形態においては、クラッド４０及びコア部分２０、２６、及び２８は、純粋な（ドーピングされてはいない）シリカを有してもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態においては、クラッド４０は、純粋な又はフッ素がドーピングされたシリカを有する。いくつかの実施形態においては、クラッド４０は、純粋な低屈折率のポリマーを有する。いくつかの実施形態においては、ナノ構造の領域２６は、複数の空隙３２を有する純粋なシリカを有する。好ましくは、ナノ構造の領域２６からなる空隙の存在を考慮した場合の最小相対屈折率及び平均有効相対屈折率は、いずれも、−０．１％未満である。空隙または空隙３２は、アルゴン、窒素、酸素、クリプトン、又はＳＯ２などの１つ又は複数のガスを収容していてもよく、或いは、実質的にガスを有していない真空を収容していてもよい。但し、任意のガスの存在又は不存在とは無関係に、ナノ構造の領域２６内の平均屈折率は、空隙３２の存在に起因して低下している。空隙３２は、ナノ構造の領域２６内においてランダムに又は非周期的に配設することが可能であり、且つ、その他の実施形態においては、空隙は、その内部において周期的に配設されている。
【００５４】
いくつかの実施形態においては、複数の空隙３２は、複数の非周期的に配設された空隙と、複数の周期的に配設された空隙と、を有する。
【００５５】
例示用の実施形態においては、コアセクション２２は、ゲルマニアドーピングシリカを有し、コアの内側環状領域２８は、純粋なシリカを有し、且つ、クラッド環状領域４０は、ガラス又は低屈折率のポリマーを有する。これらの実施形態のいくつかにおいては、ナノ構造の領域２６は、複数の空隙３２を純粋なシリカ中に有しており、且つ、これらの実施形態のうちの更にその他の実施形態においては、ナノ構造の領域２６は、フッ素によってドーピングされたシリカ中に複数の空隙３２を有する。
【００５６】
いくつかの実施形態においては、コアの外半径Ｒｃは、１０μｍを上回り、且つ、６００μｍを下回っている。いくつかの実施形態においては、コアの外半径Ｒｃは、３０μｍを上回ると共に／又は４００μｍを下回っている。例えば、Ｒｃは、１２５μｍ〜３００μｍであってもよい。その他の実施形態においては、コア２０の外半径Ｒｃ（図３Ａに示されている実施形態においては、Ｒｃ＝Ｒ３であることに留意されたい）は、５０μｍを上回り、且つ、２５０μｍを下回っている。コア２０の中心部分２２は、０．１Ｒｃ≦Ｒ１≦０．９Ｒｃの、好ましくは、０．５Ｒｃ≦Ｒ１≦０．９Ｒｃの範囲の半径を有する。ナノ構造のリング領域２６の幅Ｗ２は、好ましくは、０．０５Ｒｃ≦Ｗ２≦０．９Ｒｃ、好ましくは、０．１Ｒｃ≦Ｗ２≦０．９Ｒｃであり、且つ、いくつかの実施形態においては、０．５Ｒｃ≦Ｗ２≦０．９Ｒｃである（相対的に幅広のナノ構造の領域は、ナノサイズの構造の同一の密度において、相対的に大きな散乱誘発減衰を付与する）。中実のガラスコア領域２８は、０．１Ｒｃ＞Ｗ３＞０．９Ｒｃとなるように、幅Ｗｓ＝Ｗ３を有する。コア２０のそれぞれのセクションは、シリカに基づいたガラスを有する。ナノ構造の領域２６の半径方向の幅Ｗ２は、好ましくは、１μｍを上回る。例えば、Ｗ２は、５μｍ〜３００μｍであってもよく、且つ、好ましくは、２００μｍ以下であってもよい。いくつかの実施形態においては、Ｗ２は、２μｍを上回り、且つ、１００μｍ未満である。その他の実施形態においては、Ｗ２は、２μｍを上回り、且つ、５０μｍ未満である。その他の実施形態においては、Ｗ２は、２μｍを上回り、且つ、２０μｍを下回っている。いくつかの実施形態においては、Ｗ２は、少なくとも７μｍである。その他の実施形態においては、Ｗ２は、２μｍを上回り、且つ、１２μｍを下回っている。コア領域２８の幅Ｗ３は、（Ｒ３−Ｒ２）であり、且つ、その中間点Ｒ３ＭＩＤは、（Ｒ２＋Ｒ３）／２である。いくつかの実施形態においては、Ｗ３は、１μｍを上回り、且つ、１００μｍを下回っている。
【００５７】
ファイバ１２の開口数（ＮＡ）は、好ましくは、ファイバ内に光を導く光源のＮＡ以上である。好ましくは、ファイバ１２の開口数（ＮＡ）は、０．２を上回り、いくつかの実施形態においては、０．３を上回り、且つ、更に好ましくは、０．４を上回っている。
【００５８】
いくつかの実施形態においては、第１コア領域２２のコア外半径Ｒ１は、好ましくは、２４μｍ以上、且つ、５０μｍ以下、即ち、コア直径は、約４８〜１００μｍである。その他の実施形態においては、Ｒ１＞２４マイクロメートルであり、更にその他の実施形態においては、Ｒ１＞３０マイクロメートルであり、更にその他の実施形態においては、Ｒ１＞４０マイクロメートルである。
【００５９】
いくつかの実施形態においては、環状内側部分２６の半径方向の幅の５０％超において、｜Δ２（ｒ）｜＜０．０２５％であり、且つ、その他の実施形態においては、領域２６の半径方向の幅の５０％超において、｜Δ２（ｒ）｜＜０．０１％である。屈折率低下環状部分２６は、クラッドの相対屈折率が最初に−０．０５％未満の値に到達するところにおいて始まっており、半径方向を中心線から外向きに延在している。いくつかの実施形態においては、クラッド４０は、０．１％未満の最小絶対値を有する相対屈折率プロファイルΔ４（ｒ）を有しており、且つ、この実施形態においては、Δ４ＭＡＸ＜０．０５％であり、且つ、Δ４ＭＩＮ＞−０．０５％であり、且つ、屈折率低下環状部分２６は、最外側の空隙が見出されるところにおいて終了している。
【００６０】
クラッド構造４０は、半径Ｒ４まで延在しており、これは、光ファイバの最外側の表面でもある。いくつかの実施形態においては、クラッドの幅Ｒ４−Ｒ３は、２０μｍを上回っており、その他の実施形態においては、Ｒ４−Ｒ３は、少なくとも５０μｍであり、且つ、いくつかの実施形態においては、Ｒ４−Ｒ３は、少なくとも７０μｍである。
【００６１】
別の実施形態においては、コア２０の全体がナノ構造化されており（例えば、空隙によって充満されており）、且つ、コア２０は、クラッド４０によって取り囲まれている。コア２０は、「階段」状の屈折率デルタを有してもよく、或いは、例えば、１．８〜２．３のα値を有するαプロファイルを有する勾配状のコアプロファイルを有してもよい。
【００６２】
十分に固化した長さが１メートルで直径が２０ｍｍの純粋シリカの空隙なしコアケイン上に４７０グラムのＳｉＯ２（０．５ｇ／ｃｃ密度）のスート体を外部蒸着法（ｏｕｔｓｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＯＶＤ）によって堆積させることによってスートシリカ領域によって取り囲まれた固化した空隙なしシリカコア領域を有するプレフォーム組立体（しばしば、プレフォーム又は光プレフォームと呼称される）を結果的に得る例示用の一実施形態において、ファイバ１２の形成に使用される光プレフォーム（図示せず）を形成した。次いで、このプレフォーム組立体のスートクラッドを以下のように焼結させた。まず、プレフォーム組立体をヘリウムと３パーセントの塩素（ガスは、すべて容積百分率による）を有する雰囲気中において２時間にわたって１１００℃において炉の上部ゾーン部分内において乾燥させ、次いで、１００パーセントのＳＯ２（容積による）の焼結雰囲気中において、ほぼ１５００℃に設定された高温ゾーンを通じて、（ダウンドライブプロセスの際のスートプレフォームの外側における１００℃／分の温度上昇にほぼ対応する）２００ｍｍ／分において、ダウンドライブした。次いで、プレフォーム組立体を、再度（即ち、２度目に）、（ダウンドライブプロセスの際のスートプレフォームの外側におけるほぼ５０℃／分の温度上昇に対応する）１００ｍｍ／分の速度において、高温ゾーンを通じてダウンドライブした。次いで、プレフォーム組立体を、再度（即ち、３度目に）、（ダウンドライブプロセスの際のスートプレフォームの外側におけるほぼ２５℃／分の温度上昇に対応する）５０ｍｍ／分の速度において、高温ゾーンを通じてダウンドライブした。次いで、プレフォーム組立体を、再度（即ち、４度目に）、（ダウンドライブプロセスの際のスートプレフォームの外側におけるほぼ１２．５℃／分の温度上昇に対応する）２５ｍｍ／分の速度において、高温ゾーンを通じてダウンドライブし、次いで、ＳＯ２ぬかあわ入り(seeded)シリカによって被覆加工されたプレフォームにスートを焼結させるために、最終的に、６ｍｍ／分（ほぼ３℃／分の加熱速度）において焼結させた。それぞれのダウンドライブステップに続いて、プレフォーム組立体を２００ｍｍ／分において（１１００℃に設定された状態に留まっていた）炉の上部ゾーン部分内にアップドライブした。第１の一連の相対的に大きなダウンフィード速度を利用して光ファイバプレフォームの外側をグレージングした。この結果、プレフォーム内におけるガスの捕獲が促進される。次いで、プレフォームを１０００℃に設定されたアルゴンパージされた保持オーブン内に２４時間にわたって配置し、プレフォーム内の残っているヘリウムを除去した。次いで、このプレフォームを、約１７００℃に設定された従来のグラファイト再引抜炉上において、アルゴン雰囲気中において、直径が１０ｍｍであると共に長さが１メートルである空隙なしＳｉＯ２コアのＳＯ２ぬかあわ入り（即ち、ＳＯ２ガスを収容する非周期的に配置された空隙を収容する）シリカによって被覆加工されたケインに再引抜した。
【００６３】
１０ｍｍのケインのうちの１つを旋盤内に戻して配置し、更なる約１９０グラム（０．５２ｇ／ｃｃ密度）のＳｉＯ２スート体をＯＶＤによって堆積させた。次いで、この組立体のこのクラッドのスート体（オーバークラッドと呼称してもよい）を以下のように焼結させた。まず、組立体をヘリウムと３パーセントの塩素から構成された雰囲気中において１１００℃において２時間にわたって乾燥させ、次いで、スートを、ゲルマニア含有空隙なしシリカコア、シリカのＳＯ２ぬかあわ入りリング（即ち、ＳＯ２を収容する空隙を有するシリカ）、及び空隙なし被覆からなるプレフォームに焼結させるために、１００％のヘリウム（容積による）雰囲気中において、１５００℃に設定された高温ゾーンを通じて、５ｍｍ／分においてダウンドライブした。プレフォームを１０００℃に設定されたアルゴンパージされた保持オーブン内に２４時間にわたって配置し、プレフォームから残りのヘリウムを除去した。光ファイバのプレフォームをグラファイト抵抗炉上においてヘリウム雰囲気中において約１９００℃〜２０００℃において３ｋｍの長さの１２５マイクロメートルの直径の光ファイバに引抜した。光プレフォームの温度は、光ファイバの張力を監視及び制御することによって制御されており、この実施形態においては、ファイバの張力は、ファイバ引抜工程のそれぞれの部分（例えば、３ｋｍ長）において３０〜６００グラムという１つの値に保持した。引抜プロセスにおいては、低屈折率のシリコーンに基づいた被覆によってファイバを被覆した。
【００６４】
上述の別の１０ｍｍの空隙なしシリカコアのＳＯ２ぬかあわ入りシリカによって被覆加工されたケイン（即ち、第２ケイン）を利用し、例えば、図４Ｂに示されている光プレフォーム及びファイバを製造した。更に詳しくは、第２の１０ｍｍの空隙なしシリカコアのＳＯ２ぬかあわ入りシリカによって被覆加工されたケインを旋盤内に戻して配置し、約３７５０グラムの更なるＳｉＯ２（０．６７ｇ／ｃｃ密度）スート体をＯＶＤによって堆積させた。次いで、このクラッドのスート体（この組立体の場合には、オーバークラッドと呼称してもよい）を以下のように焼結させた。まず、組立体をヘリウムと３パーセントの塩素からなる雰囲気中において１１００℃において２時間にわたって乾燥させ、次いで、ゲルマニア含有空隙なしシリカコア、シリカのＳＯ２ぬかあわ入りリング（即ち、ＳＯ２を収容する空隙を有するシリカ）、及び空隙なしオーバークラッドを有するプレフォームを製造するようにスート体を焼結させるべく、１００％のヘリウム（容積による）雰囲気中において、１５００℃に設定された高温ゾーンを通じて、５ｍｍ／分においてダウンドライブした。この結果得られた光ファイバプレフォームを１０００℃に設定されたアルゴンパージされた保持オーブン内に２４時間にわたって配置し、プレフォームから残りのヘリウムを除去した。最終的に、上述のように、光ファイバプレフォームを５ｋｍの長さの１２５マイクロメートルの直径の光ファイバに引抜し、且つ、低屈折率ポリマーによって被覆した。
【００６５】
図３Ｂは、ファイバ１２の更に別の例示用の実施形態を概略的に示している。図３Ｂのファイバ１２は、相対屈折率Δ１を有するコア２０と、コア２０上に位置すると共にこれを取り囲んでいるナノ構造領域２６’と、を含む。コア２０は、「階段」状の屈折率プロファイルを有してもよく、或いは、例えば、１．８〜２．３のα値を有するαプロファイルを有する勾配状のコアプロファイルを有してもよい。
【００６６】
この例示用の実施形態（図３Ｂを参照されたい）においては、ナノ構造の領域２６’は、複数の空隙３２を有する環状のリングである。この実施形態においては、領域２６’の幅は、１〜２μｍほどに小さくてもよく、且つ、負の平均相対屈折率Δ２を有してもよい。クラッド４０がナノ構造の領域２６’を取り囲んでいる。クラッド４０の（半径方向の）幅は、１μｍほどに小さくてもよく、且つ、クラッドは、（純粋シリカに対して）負の、正の、又は０％の相対屈折率を有してもよい。
【００６７】
図３Ａ及び図３Ｂの例の間の主な相違点は、図３Ａに示されているナノ構造の領域は、コア２０内に配置されており、且つ、図３Ｂにおいては、ナノ構造の領域は、コア／クラッドの境界面に配置されているという点にある。屈折率低下環状部分２６’は、コアの相対屈折率が最初に−０．０５％未満の値に到達するところにおいて始まっており、中心線から半径方向に外向きに延在している。図３Ｂの実施形態においては、クラッド４０は、０．１％未満の最大絶対値を有する相対屈折率プロファイルΔ３（ｒ）を有しており、且つ、この実施形態においては、Δ３ＭＡＸ＜０．０５％であると共にΔ３ＭＩＮ＞−０．０５％であり、且つ、屈折率低下環状部分２６’は、最外側の空隙が空隙充満領域内において発生しているところにおいて終了している。
【００６８】
図３Ｂに示されている実施形態においては、コア２０の屈折率は、環状領域２６’の屈折率ｎ２を上回っており、且つ、クラッド４０の屈折率ｎ３も、屈折率ｎ２を上回っている。
【００６９】
図３Ｃは、製造された実際のファイバを表すファイバ１２の例示用のコア２０の概略断面図である。図２をも参照すれば、図３Ｃのコア２０は、約３３．４μｍの外半径Ｒ１を有する第１コア領域２２と、外半径Ｒ２＝４２．８μｍを有するナノ構造の領域２６と、外半径Ｒ３＝６２．５μｍを有する第３コア領域２８と、８２．５μｍの（図示せず）外半径Ｒ４を有するポリマークラッド４０（図２を参照されたい）を有する。この実施形態においては、コアの材料は、純粋なシリカ（ドーピングされていないシリカ）であり、クラッドの材料は、低屈折率のポリマー（例えば、Ｄｏｗ−Ｃｏｒｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｉｄｌａｎｄ，  ＭｉｃｈｉｇａｎからＱ３−６６９６という製品名で入手可能な１．４１３の屈折率を有するＵＶ硬化可能シリコーン）であり、この結果、ガラスコアとの関連において、ＮＡが０．３であるファイバが得られる。光ファイバ１２は、図４Ｂに表されているように、例えば、ＳＭＦ−２８ｅＲファイバなどの標準的なシングルモードの伝送ファイバと比べて、波長に対する相対的にフラットな（弱い）依存性を有していた。標準的なシングルモード（ＳＭＦ−２８Ｒなど）又はマルチモードの光ファイバにおいては、１３００ｎｍ未満の波長における損失は、レイリー散乱によって占められている。これらのレイリー散乱損失は、材料の特性によって決定され、且つ、通常は、可視波長（４００〜７００ｎｍ）において約２０ｄＢ／ｋｍである。レイリー散乱損失の波長依存性は、λ−ｐに比例しており、ここで、ｐ≒４である。少なくとも１つのナノ構造の領域を有するファイバ内の波長依存性散乱損失の指数は、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲において、少なくとも８０％にわたって（例えば、９０％超にわたって）、２未満であり、好ましくは、１未満である。４００ｎｍ〜１１００ｎｍの平均スペクトル減衰は、ファイバが４０ｇの張力によって引抜された際には、約０．４ｄＢ／ｍであり、且つ、ファイバ１２が９０ｇの張力によって引抜された際には、約０．１ｄＢ／ｍであった。この実施形態においては、ナノサイズの構造は、ＳＯ２ガスを収容している。本出願人らは、ナノ構造のリング内のＳＯ２が充満された空隙が散乱に対して大きく寄与していることを見出した。更には、ＳＯ２ガスを使用してナノ構造を形成した際には、このガスにより、熱の観点において反転可能な損失を得ることが可能であることが、即ち、６００℃未満において、ナノ構造のファイバは光を散乱させるが、６００℃超においては、同一のファイバが光をガイドすることになることが、判明した。又、ＳＯ２が付与するこのユニークな振る舞いは、同一のファイバを６００℃未満に冷却した際に、ファイバ１２は、光拡散光ファイバとして機能し、且つ、観察可能な散乱効果を再度生成するという点においても、反転可能である。
【００７０】
好適な実施形態においては、引抜プロセスにおいてファイバの張力を制御することにより、或いは、適切な引抜張力（例えば、３０ｇ〜１００ｇ、或いは、４０ｇ〜９０ｇ）を選択することにより、最小散乱照明強度が最大散乱照明強度の０．７未満とならないように、ファイバの長さに沿った照明の均一性が制御されている。
【００７１】
従って、いくつかの実施形態においては、最小散乱照明強度が最大散乱照明強度の０．７以上の照明の均一性をファイバの長さに沿って制御するようにファイバ１２を製造する方法は、引抜プロセスにおいてファイバの張力を制御するステップを含む。
【００７２】
ファイバ１２内におけるナノサイズの構造３２の存在（図２を参照されたい）は、光散乱に起因した損失を生成し、且つ、ファイバの外側表面を通じて散乱する光は、照明目的のために使用することができる。図４Ａは、図３Ｃのファイバ（ＳＯ２ガス充満空隙を有するファイバ）におけるｄＢ／ｍを単位とした減衰（損失）対波長（ｎｍ）のプロットである。図４Ａは、（ｉ）ファイバ１２は、可視波長範囲内において非常に大きな散乱損失を実現することができる（と共に、従って、高い照明強度を提供することができる）ことを示している。又、ファイバ１２の散乱損失は、可視波長範囲内における約０．０２ｄＢ／ｍの、或いは、５００ｎｍの波長における約２０ｄＢ／ｋｍのレイリー散乱損失と、１／λ４という相対的に強力な波長依存性と、を有する一般的な１２５μｍの勾配状屈折率のコアのマルチモードの匹敵するファイバ（ファイバＡは、ナノ構造の領域を有していない階段状屈折率のマルチモードファイバである）と比べた場合に、弱い波長依存性をも有する（ＬＳは、１／λ−ｐに比例しており、この場合に、ｐは、２未満であり、好ましくは、１未満であり、且つ、更に好ましくは、０．５未満である）。又、図４Ａ及び図４Ｂには、ファイバ１２の張力の効果も示されている。更に詳しくは、図４Ａ及び図４Ｂは、相対的に大きなファイバの引抜張力は、相対的に小さな散乱損失を結果的にもたらし、且つ、相対的に小さなファイバの引抜張力は、相対的に大きな散乱損失を有する、即ち、相対的に強力な照明を有する、ファイバセクションを結果的にもたらすことを示している。
【００７３】
図４Ａは、９０ｇ及び４００ｇという異なるファイバ張力において引抜された（コア内に空隙を有する）ファイバ１２の波長の関数として減衰を示している。図４Ｂは、異なるファイバの張力９０及び４０ｇにおいて引抜された（コア内に空隙を有する）異なる光拡散光ファイバ１２、正規化された損失を有する匹敵するマルチモードのファイバ（ファイバＡ）、及び１／λの損失依存性を有する理論的ファイバにおける波長の関数としての減衰を示している。図４Ｂのグラフは、損失の波長依存性を表していることに留意されたい。この例においては、ファイバ１２及びファイバＡにおける散乱のスロープを比較するべく、２つのプロットを容易に同一の図上において示すことができるように、低損失ファイバ（ファイバＡ）の損失に２０を乗算している。
【００７４】
なんらの特定の理論にも拘束されることなしに、例えば、９０ｇから４０ｇなどのように、引抜張力が減少した際の散乱損失の増大は、ナノ構造の平均直径の増大に起因するものと考えられる。従って、引抜プロセスにおいてファイバの張力を変化させることにより、ファイバの張力の効果を使用してファイバの長さに沿って一定の減衰（照明強度）を生成することができよう。例えば、α１ｄＢ／ｍの損失と長さＬ１を有する高張力Ｔ１において引抜された第１ファイバセグメントは、光パワーを入力レベルＰ０からＰ０ｅｘｐ（−α１＊Ｌ１／４，３４３）に減衰させることになる。第１ファイバセグメントに光学的に結合され、且つ、α２ｄＢ／ｍの損失と長さＬ２を有する相対的に小さな張力Ｔ２において引抜された第２ファイバセグメントは、光パワーをＰ０ｅｘｐ（−α１＊Ｌ１／４．３４３）からＰ０ｅｘｐ（−α１＊Ｌ１／４．３４３）ｅｘｐ（−α２＊Ｌ２／４．３４３）に更に減衰させることなる。第１及び第２ファイバセグメントの長さ及び減衰を調節することにより、連結されるファイバの長さに沿って均一な強度を提供することができる。
【００７５】
ファイバ１２の利点のうちの１つは、その長さに沿って均一な照明を提供するその能力にある。図５は、ファイバの長さに沿って実質的に均一な照明を結果的にもたらすと共に光源１５０からのガイド光１５２の２つの経路を利用するファイバ１２の構成を示している。この構成においては、ミラーＭがファイバ１２の端部１４に配置されている。入力端部１３において光源１５０によって光拡散光ファイバ１２に供給された入力光１５２は、ガイド光１５２としてファイバ１２内を伝播する。散乱光１５２Ｓとしてファイバ１２から外に散乱しないガイド光１５２の部分は（図５には、図示の容易性を目的として、この散乱光の部分のみが示されている）、ミラーＭによって反射され、且つ、ファイバ１２の軸に沿ってファイバ端部１３に向って戻るように伝播する。ファイバ１２の減衰及び長さが適切に選択された場合に、光源に戻るように供給される光出力パワーは、オリジナルの光パワーの２％〜５％パーセント未満である。一定の損失分布を有するファイバの散乱損失強度（図４Ａを参照されたい）は、ファイバの開始点において、相対的に高くなり、且つ、ファイバの端部においては、相対的に弱くなろう。但し、強度が高いファイバの開始点において散乱損失が相対的に低くなり、且つ、強度が低い端部において散乱損失が相対的に高くなるように、周期的に制御された張力（張力値は、炉の温度に関係付けられており、炉の温度は、１８００℃〜２１００℃において変化してもよい）によってファイバ１２が引抜された場合には、結果的に得られる散乱強度を（例えば、図６Ａの例Ｃに示されているように）相対的に変化に乏しいものに、即ち、一定に、することができる。ファイバの引抜張力を、例えば、４０ｇ〜４００ｇにおいて制御及び変更することにより、広い範囲の散乱誘発減衰（例えば、最大で６倍）を提供してもよい。又、図５のミラーＭを第１光源のものに類似した（２分の１又は２倍以内の、即ち、５０％〜２００％の範囲内の）パワー密度出力を有する第２光源によって置換することにより、相対的に均一な照明を生成するのみならず、ファイバによって散乱する光の品質を向上させてもよい。
【００７６】
本明細書に記述されている照明システムの例示用の実施形態の一態様は、散乱光強度の角度分布が角度空間内において均一である又はほぼ均一であるというものである。ファイバの表面から軸方向において散乱する光は、平均散乱強度に対して、５０％未満の、好ましくは、３０％未満の、好ましくは、２０％未満、且つ、更に好ましくは、１０％未満の変動を有する。ナノサイズの構造を有していない従来のシリカに基づいた光ファイバにおける主な散乱メカニズムは、レイリー散乱であり、これは、広い角度分布を有する。ナノ構造のリング内の空隙に起因して更なる散乱損失が存在しているファイバ１２は、図６Ａ（実施形態ａ及びｂ）及び図６Ｂ（実施形態ａ’）に示されているように、強力な前方成分を有する場合がある。但し、この分布は、光拡散光ファイバ１２の被覆の上部に散乱材料を配置することにより、補正することができる。ＴｉＯ２に基づいた白色インクを含む被覆を有するように製造されたファイバ１２（図６Ｂの実施形態ｂ’を参照されたい）は、前方への偏りが格段に小さな散乱光の角度分布を提供している。更なるＴｉＯ２インクの相対的に厚い層（例えば、１〜５μｍ）により、前方散乱成分を更に低減し、これにより、角度強度分布の均一性を増大させることができる。但し、図７に示されているように、照明設計が後方反射ミラーＭ又は更なる光源１５０（例えば、図５を参照されたい）に光学的に結合された１つ又は複数のファイバを利用してもよい場合には、従って、ファイバがＴｉＯ２に基づいた白色インク被覆層を有していない場合にも、この構成は、相対的にフラット（即ち、非常に均一な）角度散乱強度を提供する（図６Ａを参照されたい）。いくつかの実施形態においては、ファイバの長さに沿った制御されたインク被覆の変動（インク被覆の厚さ又は被覆内のインク濃度の変動）は、大きな角度（１５度超）でファイバから散乱された光の強度の相対的に均一な変動を生成する更なる方法を提供することになる。
【００７７】
いくつかの実施形態においては、インクは、散乱光を相対的に長い波長の光に変換する蛍光材料であってもよい。いくつかの実施形態においては、このような被覆を有する光拡散光ファイバ１２を、例えば、４０５ｎｍ又は４４５ｎｍのダイオードレーザなどのＵＶ光源に結合することにより、ファイバ１２によって白色光を放射することができる（外側表面から外に拡散させることができる）。例示用の実施形態における蛍光白色光の角度分布は、実質的に均一である（例えば、角度空間内において、２５〜４００％、好ましくは、５０％〜２００％、更に好ましくは、５０％〜１５０％、又は７０％〜１３０％、又は８０％〜１２０％である）。
【００７８】
照明システム構成
発光ダイオード（ＬＥＤ）や太陽光などの低コストの光源１５０に対して効率的に結合するには、ファイバ１２は、高ＮＡ及び大コア直径を有する必要がある。図２に示されているものに類似した設計によれば、マルチモードコア２０のサイズは、極大化させることが可能であり、且つ、最大で５００μｍの半径を有してもよい。クラッドの厚さは、例えば、約１５〜３０μｍ（例えば、約２０μｍ）などように、格段に小さなものであってもよい。例えば、一実施形態によれば、複数の光拡散光ファイバ１２を支持構造の周りに巻回してもよく、且つ、それぞれの光拡散光ファイバを１つ又は複数の光源に光学的に結合してもよい。複数のファイバ１２は、リボン、リボン積層体、又は丸い束のうちの少なくとも１つとして１つに結束することができる。又、ファイバの束又はリボン（即ち、複数のファイバの集合体）は、結合効率を向上させるために、光源の形状において構成することもできる。一般的な束／リボンの構造は、例えば、２〜３６本のファイバ１２を含むことが可能であり、或いは、最大で数百本のファイバ１２を含んでもよい。複数のファイバの組立体であるケーブル設計は、周知であり、且つ、リボン、複数のリボンの集合体、又は１つのチューブ内に集められたファイバを含むことができよう。このようなファイバは、１つ又は複数の光拡散光ファイバ１２を含んでもよい。
【００７９】
単一のファイバ
ファイバ１２に結合された明るい連続光源１５０は、後述するように、サイン又はディスプレイ照明、或いは、光反応の実行などの様々な用途の照明システムとして利用することができる。
【００８０】
照明システムが、１２５〜３００μｍのコア直径を有する単一のファイバ１２を利用している場合には、光をファイバ１２に供給する光源として、マルチモードのレーザダイオードを使用することができよう。図８Ａを構成する写真には、光を一方向において導く反射性被覆を有する単一のファイバ１２を使用した例示用の照明器具（表示画面用の明るい境界線照明器）が示されている。いくつかの実施形態によれば、１つ又は複数のファイバ１２を有する単一又は複数のファイバ照明は、例えば、ボートドック、釣り糸、又はルアの照明、並びに、ファイバ１２の小さな曲がり易いサイズと水中に安全に浸漬される能力が非常に望ましい関連用途などの水性環境において利用することができる。又、ファイバ１２は、出口照明、通路照明、室内検出器用のＩＲ放射の放出にも有用であろうし、或いは、着用者の視認性を更に改善するための、特に保護／反射性衣服などの、衣服において糸として使用してもよい。装飾的照明におけるファイバ１２の使用の例は多様であるが、いくつかの例は、装置照明及びエッジ効果、自動車／航空機照明、或いは、家庭及び家具照明における使用である。
【００８１】
図８Ｂは、生物成長システムにおいて使用される生物成長システム９８及び例示用の照明システム１００の例示用の実施形態を示しており、この場合には、生物チャンバ１７０は、内部１７２を有するフラスコの形態である。光源１５０及び光学結合システム１６０は、光源から低散乱光伝導光ファイバ１２Ａの入力端部１３Ａに光１５２を結合するように構成されている。光伝導光ファイバ１２Ａは、出力端部１４Ａを有し、この出力端部１４Ａは、例えば、スプライシング部材１６４を使用することにより、ファイバ１２の入力端部１３に光学的に結合されている。照明システム１００において、ファイバ１２は、第２光源として機能し、且つ、以下、光源ファイバとも呼称される。
【００８２】
図８Ｂの実施形態においては、光源ファイバ１２は、単一の逆巻回されたファイバから形成されている。光源ファイバ１２を支持構造の周りに巻回することにより、ガイド光がファイバの外側表面から散乱して実質的に均一な放射を放出する拡張光源を形成する光源ファイバ部分を形成することができることに留意されたい。光源ファイバ部分内の曲がりは、ファイバ１２における散乱量を改善するために形成されている。少なくとも１本のファイバを逆巻回することにより、光源ファイバ部分の長さに沿って放射の放出が減少する影響を補償して放射の均一性を向上させることができる。複数のファイバ１２が、それぞれのファイバが光源に結合された状態で支持構造の周りに順番に巻回されることができ、長い拡張光源を形成するために使用することができる。ファイバ１２は、様々な生物チャンバの形状に適するように構成することが可能であり、且つ、光を生物物質１８０の生物物質成長のために供給する。生物物質１８０は、例えば、藻類（例えば、藻コロニーやアオコ）又はバクテリア（例えば、シアノバクテリア）であってもよい。例示用の一実施形態においては、生物物質１８０は、水などの支持媒質１８４中に吊るしてもよい。
【００８３】
被覆
例示用の実施形態においては、ファイバ１２は、図２との関連において上述したように、被覆４４を含んでもよい。例示用の一実施形態においては、被覆４４は、改善された湿潤接着を提供するＵＶ硬化アクリレート被覆などの親水性被覆層を含む。被覆層は、ガラスに隣接する低弾性の第１被覆層（通常は、＜３ＭＰａ）と、相対的に高弾性の第２被覆層（通常、＞５０ＭＰａ）と、を有するＵＶ硬化可能被覆であってもよい。相対的に高弾性の第２被覆層は、（相対的に低弾性の）第１被覆層に隣接しており、且つ、その上部に位置している。又、単一層の被覆として又は複数層の被覆内の１つの層として適用されたその他の又は更なる被覆を利用してもよい。このような材料の例は、細胞成長媒質として機能する親水性被覆４４Ａ（図示せず）や逃避光に更なる散乱を提供する材料を含む被覆である。又、これらの被覆は、ファイバ１２の保護カバーとして機能してもよい。
【００８４】
被覆４４内において使用される例示用の親水性被覆４４Ａは、表面に対する細胞接着及び成長を改善するために一般に使用されるものであり、且つ、カルボン酸官能基及びアミン官能基を含んでいる（例えば、アクリル酸又はアクリルアミドを含む組成物）。更には、生物物質の成長に不可欠な栄養素のリザーバとして機能することにより、親水性被覆４４Ａを改善してもよい。
【００８５】
いくつかの例示用の実施形態においては、被覆４４は、放射光を変更するように機能する蛍光又は紫外線吸収微粒子を含む。又、入力光源のものとは異なる波長の光を生成するために、適切なアップ又はダウンコンバータ微粒子を被覆内に含んでもよい。又、放射光の色又は色相を変更するために、インク被覆層を適用してもよい。その他の被覆の実施形態は、更なる散乱をファイバから放射される光に提供する能力を有する微粒子を含む。更なる実施形態は、光反応の速度の増大のために使用可能な光活性触媒の被覆上への包含であってもよい。このような触媒の一例が、光触媒としてのルチルＴｉＯ２である。
【００８６】
いくつかの実施形態によれば、ファイバ１２は、ポリマー、金属、又はガラスのカバー（又は、被覆）内に封入してもよく、この場合には、前記被覆又はカバーは、２５０μｍを上回る最小外側寸法（例えば、直径）を有する。１つ又は複数のファイバが金属被覆を有する場合には、金属被覆は、光を優先的に所与のエリア内に導くことができるように、開口セクションを含んでもよい。又、これらの更なる被覆又はカバーは、ファイバ上に被覆された被覆について上述したものと同一の方式によって放射光を変更するべく又は反応に触媒作用を及ぼすべく、更なる化合物を含んでもよい。
【００８７】
上述のように、ファイバ１２は、ファイバの外側表面上に配設された親水性被覆を有してもよい。又、蛍光種（例えば、紫外線吸収物質）のみならず、放射光の更なる散乱を提供する能力を有する微粒子も、光ファイバの被覆内に配設してもよい。いくつかの実施形態によれば、ファイバ１２に結合された光源は、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長範囲の光を生成し、且つ、ファイバの被覆内の蛍光物質（蛍光種）は、白色、緑色、赤色、又はＮＩＲ（近赤外）光を生成する。
【００８８】
更には、更なる被覆層をファイバの外側表面上に設けてもよい。この層は、放射光を変更し、被覆材料の相互作用を変更するように構成してもよい。このような被覆の例は、限定を伴うことなしに、それぞれ、ポリ（２−アクリルアミド−２−メタンスルホン酸）、オルト−ニトロベンジル基、又はアゾベンゼン部分などの材料を含む被覆となろう。
例示用の照明システム構成
照明システムのいくつかの例示用の実施形態は、（ｉ）２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長λを有する光１５２を生成する光源１５０と、（ｉｉ）少なくとも１つの光拡散光ファイバ１２と、を含む。ファイバ１２は、コアと、クラッドと、コア内又はコア−クラッド境界に位置する複数のナノサイズの構造３２と、を有することを含む。この光ファイバは、外側表面と、光源に光学的に結合された少なくとも１つの端部と、を更に含む。上述のように、光拡散光ファイバ１２は、実質的に均一な放射をその長さにわたって放射する所定の長さを有する光源ファイバ部分を形成するべく、コアから離れるように、且つ、外側表面を通じて、ガイド光１５２Ｇを空隙などのナノサイズの構造によって散乱させるように構成されている。光拡散光ファイバ１２は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲（例えば、４００〜７００ｎｍ又は１μｍ〜２μｍ）の１つ又は複数の波長の場合に、５０ｄＢ／ｋｍを上回る散乱誘発減衰を有する。ファイバ１２は、コア２０から離れるように、且つ、指定された１つ又は複数のエリア内の外側表面を通じて、ナノサイズの構造３２によって光を優先的に散乱させるように、その内部に複数の曲がりを有してもよい。好ましくは、散乱光の照明強度の変動は、長さに沿って最大散乱照明強度の３０％未満である。
【００８９】
いくつかの実施形態によれば、散乱誘発減衰は、１００ｄＢ／ｋｍ〜６０００ｄＢ／ｋｍであるか、又はこれを上回っている。いくつかの実施形態においては、ファイバ１２の散乱に起因した減衰は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲に位置した１つ又は複数の波長の場合には、６０００ｄＢ／ｋｍ〜２００００ｄＢ／ｋｍである。いくつかの実施形態によれば、ファイバ１２は、０．５ｍ〜１００ｍの長さを有しており、散乱誘発減衰は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲に位置した１つ又は複数の波長の場合には、３００ｄＢ／ｋｍ〜５０００ｄＢ／ｋｍであり、且つ／又は、３ｄＢ／ファイバ長を上回っている。
【００９０】
その他の実施形態においては、ファイバ１２は、０．１ｍ〜０．５ｍの長さを有し、且つ、散乱誘発減衰は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲に位置した１つ又は複数の波長の場合に、５０００ｄＢ／ｋｍ〜２０，０００ｄＢ／ｋｍである。好ましくは、ナノサイズの構造３２は、１０ｎｍ超の、好ましくは、５０ｎｍ超の、更に好ましくは、１００ｎｍ超の、直径を有するガス充満空隙（例えば、ＳＯ２充満空隙）である。好ましくは、ファイバクラッドは、ガラス又はポリマーであり、且つ、少なくとも厚さが２０μｍである。クラッドは、前記コアとの組合せにおいて、０．２以上のＮＡを提供する。上述のように、ファイバの長さに沿った照明の均一性（最大強度から約３０％以内、且つ、好ましくは、最大強度から約２０％以内であり、且つ、更に好ましくは、最大強度から約１０％以内）は、引抜プロセスにおけるファイバの張力を制御することによって実現することができる。上述のように、照明の均一性は、光源に結合されたファイバの端部とは反対側のファイバの端部に結合された反射器を利用することにより、更に低減することができる。
【００９１】
従って、いくつかの実施形態によれば、光拡散光ファイバ１２は、光を散乱させるためのナノ構造によって少なくとも部分的に充満されたコアと、コアを取り囲むクラッドと、クラッドを取り囲む少なくとも１つの被覆と、を含む。例えば、コア及びクラッドは、第１及び第２被覆層により、且つ／又は、インク層により、取り囲んでもよい。いくつかの実施形態においては、インク層は、更なる吸収を提供すると共にファイバによって散乱される光のスペクトルを変更するために（例えば、１つ又は複数の更なる色を拡散光に提供するために）、顔料を含んでいる。その他の実施形態においては、被覆層のうちの１つ又は複数の被覆層は、ファイバの被覆から出射される光（ファイバによって拡散される光）が異なる波長を有するように、ファイバのコアを通じて伝播する光の波長を変換する微粒子を有する。いくつかの実施形態においては、インク層及び／又は被覆層は、コアからの散乱光を１つ又は複数の異なる波長の光に変換するために、燐光体を有してもよい。いくつかの実施形態においては、燐光体及び／又は顔料は、第１被覆内に分散されている。いくつかの実施形態においては、顔料は、第２被覆内に分散されており、いくつかの実施形態においては、顔料は、第１及び第２被覆内に分散されている。いくつかの実施形態においては、燐光体及び／又は顔料は、ポリマークラッド内に分散されている。好ましくは、ナノ構造は、ＳＯ２によって充満された空隙である。
【００９２】
いくつかの実施形態によれば、ファイバ１２は、第１被覆、第１被覆を取り囲む任意選択の第２被覆、及び／又は（例えば、クラッドの上部に又は被覆のうちの１つの被覆の上部に直接的に配置されたインク層を含む）。第１及び／又は第２被覆は、顔料、燐光体、蛍光物質、ＵＶ吸収物質、親水性物質、光変更物質（ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）、又はこれらの組合せのうちの少なくとも１つを有してもよい。
【００９３】
複数の光拡散光ファイバ１２は、リボン、リボン積層体、又は丸い束のうちの少なくとも１つとして１つに結束することができる。又、ファイバの束又はリボン（すなわち、複数のファイバの集合体）は、結合効率を増大させるために、光源の形状に構成することができる。通常の束／リボンの構造は、例えば、２〜３６本の光拡散光ファイバ１２を含むことが可能であり、或いは、ファイバの上下方向の積層を伴って、最大で数百本のファイバ１２を含んでもよい。
【００９４】
上述のように、光ファイバは、光ファイバの外側表面上に配設された親水性被覆を有してもよい。或いは、この代わりに、親水性被覆は、ファイバリボンの外側表面上に配設してもよい。又、リボンは、光拡散光ファイバ１２と光源の間に相対的に良好な結合を提供するために、光源の形状に構成してもよい。リボン構造から導出される利点は、個々のファイバの巻回が不要となるという点にあり、その理由は、リボンが波、螺旋、又は渦巻などの曲げ構造を形成してもよく、これにより、光を望ましいエリア内に散乱させることができるからである。更には、マルチファイバリボンを使用することにより、リボンの大きな積層体を実現する可能性が得られる。このようなリボン積層体は、相対的に集中した量の光を供給することになり、且つ、赤色レーザ、太陽光、発光ダイオード、又は点光源のガイダンスなどの様々な光源を使用する可能性をもたらすことになろう。例えば、一実施形態によれば、複数の光拡散光ファイバ１２を単一の光源又は複数の光源に光学的に結合してもよく、これらの光拡散光ファイバ１２は、リボン、リボン積層体、又は丸い束のうちの少なくとも１つとして１つに結束されている。更には、光を光拡散光ファイバに向って最小限の損失を伴って導く能力を有する伝送ファイバにより、光拡散光ファイバ１２の束又はリボンを１つ又は複数の光源に接続してもよい。この後者の構成は、光の供給エリアから離れた光源から光が収集される遠隔照明の用途に非常に有用であるものと期待される。
【００９５】
いくつかの実施形態によれば、光拡散光ファイバは、１）コアと、クラッドと、前記コア内に又はコア−クラッド境界に位置した複数のナノサイズの構造と、を含み、光ファイバは、外側表面を更に含み、且つ、（ｉ）コアから離れるように、且つ、外側表面を通じて、前記ナノサイズの構造によってガイド光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長において５０ｄＢ／ｋｍを上回る散乱誘発減衰を有するように、構成されており、且つ、２）クラッド又は少なくとも１つの被覆が燐光体又は顔料を含むように、１つ又は複数の被覆をも含む。いくつかの実施形態によれば、これらの顔料は、ファイバの外側表面によって提供される照明（拡散光）がファイバコアを通じて伝播する光のものとは異なる波長を有するように、光の波長を変更する能力を有してもよい。好ましくは、ナノ構造は、ＳＯ２によって充満された空隙である。
【００９６】
いくつかの実施形態によれば、光拡散光ファイバは、コアと、クラッドと、前記コア内に又はコア−クラッド境界に位置した複数のナノサイズの構造と、を含む。光ファイバは、外側表面を更に含み、且つ、（ｉ）コアから離れるように、且つ、外側表面を通じて、前記ナノサイズの構造によってガイド光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長において５０ｄＢ／ｋｍを上回る散乱誘発減衰を有するように、構成されており、この場合には、コアの全体がナノサイズの構造を含んでいる。このようなファイバは、クラッド又は少なくとも１つの被覆が燐光体又は顔料を含むように、少なくとも１つの被覆を任意選択によって含んでもよい。いくつかの実施形態によれば、ナノ構造は、ＳＯ２によって充満された空隙である。
【００９７】
いくつかの実施形態によれば、光拡散光ファイバ１２は、コア（例えば、ガラスコア）と、コアの全体がナノ構造を含むように前記コア内に位置した複数のナノサイズの構造と、を含み、光ファイバは、外側表面を更に含み、且つ、（ｉ）コアから離れるように、且つ、外側表面を通じて、前記ナノサイズの構造によってガイド光を散乱させ、且つ、照明波長において５０ｄＢ／ｋｍを上回る散乱誘発減衰を有するように、構成されており、この場合には、ファイバは、クラッドを含んでいない。いくつかの実施形態によれば、ナノ構造は、ＳＯ２によって充満された空隙である。ナノ構造のエリア内のＳＯ２充満空隙は、散乱に大きく寄与している（散乱を改善している）。
【００９８】
いくつかの実施形態によれば、光拡散光ファイバは、コア（例えば、ガラスコア）と、コアの全体がナノ構造を含むように前記コア内に位置した複数のナノサイズの構造と、を含み、前記光ファイバは、外側表面を更に有し、且つ、（ｉ）コアから離れるように、且つ、外側表面を通じて、前記ナノサイズの構造によってガイド光を散乱させ、且つ、照明波長において５０ｄＢ／ｋｍを上回る散乱誘発減衰を有するように、構成されており、この場合に、前記ファイバは、クラッドを含んではいない。いくつかの実施形態によれば、ファイバは、クラッド又は被覆が燐光体又は顔料を含むように、少なくとも１つの被覆を含む。いくつかの実施形態によれば、ナノ構造は、ＳＯ２によって充満された空隙である。上述のように、ナノ構造のエリア内のＳＯ２充満空隙は、散乱に大きく寄与している（散乱を改善している）。
【００９９】
更なる例示用の照明システム構成
図９Ａは、図８Ｂの照明システムに類似した例示用の照明システム２００の側面図である。低散乱光伝導光ファイバ１２Ａが、光学結合システム１６０を介して端部１３Ａにおいて光源１５０に光学的に結合されており、光学結合システム１６０は、一例においては、光ファイバコネクタであってもよい。低散乱光伝導光ファイバ１２Ａは、端部１４Ａを有し、端部１４Ａは、例えば、図示のように、スプライシング部材１６４を使用することにより、光拡散光ファイバ１２の入力端部１３に光学的に結合されている。又、光拡散光ファイバ１２は、入力端部１３とは反対側の端部１４をも有する。光源１５０は、ガイド光１５２Ｇとして光ファイバ１２Ａ及び１２内において伝播する光１５２を放射する。光拡散光ファイバ１２内において伝播するガイド光１５２Ｇは、散乱光１５２Ｓとしてファイバから外に散乱する。光拡散光ファイバ１２は、図８Ｂに示されているように、巻回されたコイルとして構成することも可能であり、或いは、任意の妥当な形状として構成することもできる。一例においては、図５に示されているものなどのように、ミラーＭが光拡散光ファイバ１２の端部１４に光学的に結合されている。一例においては、照明システム２００は、散乱光１５２Ｓ又はガイド光１５２Ｇが、例えば、ミラーＭによる反射により、光源１５０に戻ることを防止するために、低散乱光伝導光ファイバ１２Ａ内に配置された光アイソレータ１６８を含む。
【０１００】
図９Ｂは、図９Ａに類似しており、且つ、複数の低散乱光伝導光ファイバ１２Ａと、これらに対してそれぞれ光学的に接続された複数の光拡散光ファイバ１２と、を利用した照明システム２００の一例を示している。
【０１０１】
図１０Ａは、図９Ａに類似した、但し、光拡散光ファイバ１２が、例えば、ループを形成するように湾曲している別の例示用の照明システム２００である。図１０Ｂは、図１０Ａに類似しており、且つ、低散乱光伝導光ファイバ１２Ａ内の任意選択の光アイソレータ１６８と共に、光拡散光ファイバ１２の端部１４に光学的に結合されたミラーＭを更に含んでいる。
【０１０２】
図１０Ｃは、図１０Ａ及び図１０Ｂに類似しており、且つ、光拡散光ファイバ１２の端部１３及び１４が光カプラ１７０の個々のポート（図示せず）に光学的に結合されている照明システム２００の一実施形態を示している。低散乱光伝導光ファイバ１２Ａの端部１４Ａも、光カプラ１７０のポート（図示せず）に接続されている。この構成においては、低散乱光伝導光ファイバ１２Ａ内において伝播するガイド光１５２Ｇは、光カプラ１７０に進入し、且つ、光拡散光ファイバ１２内において反対方向に伝播するように分割されている。
【０１０３】
図１１は、図１０Ｃのものに類似した照明システム２００の例示用の実施形態を示しており、この場合には、２つの光源１５０及び低散乱光伝導光ファイバ１２Ａの個々のセクションは、光拡散光ファイバ１２内において散乱光１５２Ｓを生成する逆伝播ガイド光１０２Ｇを供給するように構成されている。
【０１０４】
図１２Ａは、図９Ａのものに類似しているが、光源１５０が複数の光源要素１５１を含む照明システム２００の例示用の実施形態の側面図である。このような３つの光源要素１５１−１、１５１−２、及び１５１−３は、例示を目的として示されたものであり、この場合に、光源要素は、それぞれ、波長λ１、λ２、及びλ３の光１５２を放射する。λ１、λ２、及びλ３の例示用の波長は、それぞれ、赤色、青色、及び緑色であってもよい。
【０１０５】
それぞれの光源要素１５１は、個々の低散乱光伝導光ファイバ１２Ａに光学的に結合されており、これらの低散乱光伝導光ファイバ１２Ａは、個々の光拡散光ファイバ１２に光学的に結合されている。従って、図１２Ａの照明システム２００は、複数波長を有する散乱光１５２（例えば、散乱光１５２Ｓ１、１５２Ｓ２、及び１５２Ｓ３）の形態で照明を提供することができる。
【０１０６】
図１２Ｂは、図１２Ａに類似しており、且つ、対応する光拡散光ファイバが、例えば、空間的に離隔した場所などの選択された場所から散乱光１５２Ｓを供給できるように、低散乱光伝導光ファイバ１２Ａが曲げられている例示用の実施形態を示している。一例においては、照明システム２００は、散乱光１５２Ｓが、望ましい方向において、対応する反射部材によって反射されるように、光拡散光ファイバセクション１２に対して配置された反射部材１７２を含む。反射部材１７２は、特定のタイプの反射を提供するために必要とされる、例えば、フラットな又は湾曲したものなどの任意の妥当な形状を有することができる。又、反射部材１７２は、鏡面反射性又は拡散反射性のものであってもよい。
【０１０７】
図１３Ａは、光源１５０と、光学結合システム１６０と、光学結合システム１６０に対して光学的に結合された低散乱光伝導光ファイバ１２Ａと、低散乱光伝導光ファイバに光学的に結合された光拡散光ファイバ１２と、を含む例示用の照明システム２００の断面図である。光拡散光ファイバ１２は、図８Ｂに示されているものに類似した巻回された構成を有する少なくとも１つのセクションを有する光源ファイバ部分１２’を含む。又、照明光システム２００は、反射性の凹表面２２２と、焦点ＦＰによって識別された焦点距離と、焦点が存在している光軸Ａ１と、を有する凹面ミラー２２０をも含む。光源ファイバ部分１２’は、実質的に焦点ＦＰにおける（即ち、焦点における又はその近傍における）場所である。この結果、巻回された光源ファイバ部分１２’からの散乱光１５２Ｓの一部を凹面ミラー表面２２２によって収集すると共に凹面ミラー表面２２２から実質的なコリメート光として反射することができる。一例においては、ミラーＭは、端部ミラーＭを有していない場合と比べて、凹面ミラーの表面２２０に到達する散乱光１５２Ｓの量を増大させるために、光拡散光ファイバ１２の端部１４に配設されている。
【０１０８】
図１３Ｂは、光拡散光ファイバ１２の束１２Ｂが凹面ミラーの焦線ＦＰＬにほぼ沿って延在している円筒形凹面ミラー２２０を含む別の例示用の照明システム２００の断面図である。この構成は、円筒形ミラー２２０の曲率（即ち、ジオプトリ）のプレーンと関連する方向において実質的にコリメートされた散乱光のビーム１５２Ｓを形成する。
【０１０９】
上述の説明は、本開示を例示するものに過ぎず、且つ、請求項によって定義されている本開示の特性及び特徴を理解するための概要の提供を目的としたものであることを理解されたい。添付図面は、本開示の更なる理解を提供するために含まれており、且つ、本明細書に包含されると共にその一部を構成している。添付図面は、本開示の様々な特徴及び実施形態を示しており、これらの特徴及び実施形態は、その説明と共に、本開示の原理及び動作を説明するように機能する。当業者には、添付の請求項によって定義されている本開示の精神及び範囲を逸脱することなしに、本明細書に記述されている本開示の好適な実施形態に対して様々な変更を実施することができることが明らかとなろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【国際調査報告】
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