(57)【要約】光拡散光ファイバは、各ガラスロッドが互いに且つ光ファイバの長さと略平行に配向された、複数の細長いガラスロッドを含む導光コアを含む。ファイバは、ガラスコアを囲むクラッドであって、ガラスコアの屈折率と同様のまたはそれより低い屈折率を有するクラッドも含む。導光コアは、複数の細長いガラスロッド間に形成された複数の間隙を含み、複数の間隙は、光を導光コアから離れる方向にクラッドを通して散乱させる。
2018512610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光拡散光ファイバにおいて、
各ガラスロッドが互いに且つ前記光ファイバの長さと略平行に配向された、複数の細長いガラスロッドを含む導光コアと、
前記導光コアを囲むクラッドであって、前記導光コアの屈折率と同様のまたはそれより低い屈折率を有するクラッドと
を含み、
前記導光コアが、前記複数の細長いガラスロッド間に形成された複数の間隙を更に含み、該複数の間隙が、光を前記導光コアから離れる方向に前記クラッドを通して散乱させることを特徴とする、光拡散光ファイバ。
【請求項２】
前記複数の細長いガラスロッドが、複数の異なる直径を有する、請求項１記載の光拡散光ファイバ。
【請求項３】
複数の細長いガラスロッドが、ソーダライム、ボロシリケート、アルミノボロシリケート、シリカ、およびそれらの混合物から成る群から選択される材料を含む、請求項１記載の光拡散光ファイバ。
【請求項４】
複数の細長いガラスロッドが、約５０μｍ以下の直径を有する、請求項１記載の光拡散光ファイバ。
【請求項５】
前記導光コアの前記屈折率が約１．４６〜１．７５である、請求項１記載の光拡散光ファイバ。
【請求項６】
前記導光コアの直径が約１００〜２００μｍである、請求項１記載の光拡散光ファイバ。
【請求項７】
前記複数の間隙が、複数の異なるサイズを有する、請求項１記載の光拡散光ファイバ。
【請求項８】
散乱性ナノ粒子を有するポリマーを含む外側層を更に含む、請求項１記載の光拡散光ファイバ。
【請求項９】
光を発生するよう構成された光源と、
少なくとも１つの光拡散光ファイバであって、（i）各ガラスロッドが互いに且つ前記光ファイバの長さと略平行に配向された、複数の細長いガラスロッドを有する導光コアと、（ii）前記導光コアを囲むクラッドであって、前記導光コアの屈折率と同様のまたはそれより低い屈折率を有するクラッドとを含み、前記導光コアが、前記複数の細長いガラスロッド間に形成された複数の間隙を更に含み、該複数の間隙が、光を前記導光コアから離れる方向に前記クラッドを通して散乱させる、光拡散光ファイバと
を含むことを特徴とする、照明システム。
【請求項１０】
前記光拡散光ファイバが、その長さにわたって略均一な放射を発する、請求項９記載の照明システム。
【請求項１１】
前記クラッドが、シリカ系ガラスまたはポリマーを含む、請求項９記載の照明システム。
【請求項１２】
前記光拡散光ファイバが、前記ファイバの外面に付着されたコーティングを更に含む、請求項９記載の照明システム。
【請求項１３】
前記光源が、２００〜２０００ｎｍの波長範囲内の光を発生する、請求項９記載の照明システム。
【請求項１４】
前記光ファイバが、顔料、蛍光体、蛍光材料、紫外線吸収材料、親水性材料、光改変材料、またはそれらの組合せのうちの少なくとも１つを更に含む、請求項９記載の照明システム。
【請求項１５】
前記複数の細長いガラスロッドが、複数の異なる直径を有する、請求項９記載の照明システム。
【請求項１６】
前記複数の細長いガラスロッドが、ソーダライム、ボロシリケート、アルミノボロシリケート、シリカ、およびそれらの混合物から成る群から選択される材料を含む、請求項９記載の照明システム。
【請求項１７】
前記複数の細長いガラスロッドが、約５０μｍ以下の直径を有する、請求項９記載の照明システム。
【請求項１８】
前記導光コアの前記屈折率が約１．４６〜１．７５である、請求項９記載の照明システム。
【請求項１９】
前記導光コアの直径が約１００〜２００μｍである、請求項９記載の照明システム。
【請求項２０】
前記複数の間隙が、複数の異なるサイズを有する、請求項９記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条に基づき、２０１５年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／１１７，５５３号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、一般的に、照明用途で用いられる光拡散光ファイバに関し、より具体的には、光ファイバのコアにおいて複数の平行なガラスロッドによって形成される光散乱性の空気のラインを有する光拡散光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバは、光源からリモートの位置へと光を届けることが必要な様々な用途で用いられる。例えば、光通信システムは、サービスプロバイダからシステムのエンドユーザへと光を伝達するために、光ファイバのネットワークに依拠している。
【０００４】
通信用光ファイバは、吸収および散乱に起因する減衰が比較的低レベルである８００ｎｍ〜１６７５ｎｍの範囲内の近赤外波長で動作するよう設計されている。これは、ファイバの一端部に注入された光の大半が、ファイバの反対側の端部から出るのを可能にし、ファイバの側面を通って周辺に出る量はごく僅かである。
【０００５】
光ファイバは、典型的には、光をファイバの一端部からファイバの他端部へと長い距離にわたって効率的に届けるように設計されているので、典型的なファイバの側面から漏れる光は非常に少なく、従って、光ファイバは、長く延在する照明源を構成する際の使用にはあまり適していないと考えられている。しかし、例えば、選択された量の光を指定された領域に効率的に供給する必要がある、特殊な照明、サイン照明、または生物学的な用途（細菌の増殖、並びに、光バイオエネルギーおよびバイオマス燃料の生成を含む）等の多くの用途がある。バイオマスの成長については、光エネルギーをバイオマス系燃料に変換するプロセスを開発する必要がある。特殊照明については、光源は、薄く、柔軟で、様々な異なる形状に容易に変形される必要がある。
【０００６】
更に、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を有する必要性が高まっている。この必要性は、コア領域を囲む非周期的に配置された小さい空隙のリングを用いる光ファイバの開発につながっている。空隙を含むリングは、曲げの影響の受けにくさを高める役割をする。即ち、ファイバは、ファイバ内を伝搬する光信号の減衰に大きな変化を生じることなく、より小さい曲げ半径を有することができる。光ファイバの（コアから幾分離れた）クラッド内に、空隙を含むリング領域を配置することによって、光損失が抑制され、従って、空隙を含むリング領域を通って伝搬する光の量が抑制される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、光拡散光ファイバは製造コストが高く、それにより、それらの採用および可能な用途を狭めている。従って、当該技術分野において、より手頃なコストの光拡散光ファイバの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書は、光ファイバのコアにおいて複数の平行なガラスロッドによって形成される光散乱性の空気のラインを有する光拡散光ファイバに関する。
【０００９】
１つの態様によれば、光拡散光ファイバは、（i）各ガラスロッドが互いに且つ光ファイバの長さと略平行に配向された、複数の細長いガラスロッドを含む導光コアと、（ii）ガラスコアを囲むクラッドであって、ガラスコアの屈折率と同様のまたはそれより低い屈折率を有するクラッドとを有し、導光コアは、複数の細長いガラスロッド間に形成された複数の間隙を更に有し、複数の間隙は、光を導光コアから離れる方向にクラッドを通して散乱させる。
【００１０】
一実施形態によれば、光ファイバ内の複数の細長いガラスロッドは、２つ以上の異なる直径のものである。
【００１１】
一実施形態によれば、複数の細長いガラスロッドは、ソーダライム、ボロシリケート、アルミノボロシリケート、シリカ、およびそれらの混合物から成る群から選択される材料でできている。
【００１２】
一実施形態によれば、複数の細長いガラスロッドは約５０μｍ以下の直径を有する。
【００１３】
一実施形態によれば、ガラスコアの屈折率は約１．４６〜１．７５である。
【００１４】
一実施形態によれば、導光コアの直径は約１００〜２００μｍである。
【００１５】
一実施形態によれば、光ファイバは複数の間隙を有し、間隙は２以上の異なるサイズを有する。
【００１６】
１つの態様によれば、照明システムは、光を発生するよう構成された光源と、少なくとも１つの光拡散光ファイバとを有する。光拡散光ファイバは、（i）各ガラスロッドが互いに且つ光ファイバの長さと略平行に配向された、複数の細長いガラスロッドを含む導光コアと、（ii）ガラスコアを囲むクラッドであって、ガラスコアの屈折率と同様のまたはそれより低い屈折率を有するクラッドとを有し、導光コアは、複数の細長いガラスロッド間に形成された複数の間隙を有し、複数の間隙は、光を導光コアから離れる方向にクラッドを通して散乱させる。
【００１７】
一実施形態によれば、光拡散光ファイバは、その長さにわたって略均一な放射を発する。
【００１８】
一実施形態によれば、クラッドは、シリカ系ガラスまたはポリマーを含む。
【００１９】
一実施形態によれば、光拡散光ファイバは、ファイバの外面に付着されたコーティングを更に含む。
【００２０】
一実施形態によれば、光源は２００〜２０００ｎｍの波長範囲内の光を発生する。
【００２１】
一実施形態によれば、光ファイバは、顔料、蛍光体、蛍光材料、紫外線吸収材料、親水性材料、光改変材料、またはそれらの組合せのうちの少なくとも１つを更に含む。
【００２２】
一実施形態によれば、光ファイバは複数の細長いガラスロッドを含み、各ロッドは、２以上の異なる直径のうちの１つを有する。
【００２３】
一実施形態によれば、複数の細長いガラスロッドは、ソーダライム、ボロシリケート、アルミノボロシリケート、シリカ、およびそれらの混合物から成る群から選択される材料でできている。
【００２４】
一実施形態によれば、複数の細長いガラスロッドは約５０μｍ以下の直径を有する。
【００２５】
一実施形態によれば、ガラスコアの屈折率は約１．４６〜１．７５である。
【００２６】
一実施形態によれば、導光コアの直径は約１００〜２００μｍである。
【００２７】
一実施形態によれば、複数の間隙の各々は複数の異なるサイズのうちの１つのものである。
【００２８】
本開示の目的のために本明細書において用いられる「水平」、「垂直」、「前」、「後」等の用語、およびデカルト座標の使用は、図面における参照のため、および説明を容易にするためであり、説明において、または特許請求の範囲において、絶対的な向きおよび／または方向に関して厳密に限定することは意図しない。
【００２９】
本明細書において用いられる「アップドーパント」という用語は、ドーピングされていない純粋なＳｉＯ２と比べ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る。本明細書において用いられる「ダウンドーパント」という用語は、ドーピングされていない純粋なＳｉＯ２と比べて屈折率を低下させる傾向を有するドーパントであると見なされる。アップドーパントは、アップドーパントではない１以上の他のドーパントを伴った際に、光ファイバの負の相対屈折率を有する領域内に存在し得る。同様に、アップドーパントではない１以上の他のドーパントは、光ファイバの正の相対屈折率を有する領域内に存在し得る。ダウンドーパントは、ダウンドーパントではない１以上の他のドーパントを伴った際に、光ファイバの正の相対屈折率を有する領域内に存在し得る。同様に、ダウンドーパントではない１以上の他のドーパントは、光ファイバの負の相対屈折率を有する領域内に存在し得る。
【００３０】
照明用途の特定の構成においては、より短い長さ（例えば、１〜１００メートル）のファイバを用いるのが望ましいが、１メートルよりかなり短い長さ、および１００メートルよりかなり長い長さもあり得る。これには、ファイバの屈曲部における明るい点を回避するために、良好な角度散乱特性（ファイバの軸から離れる方向に均一な光の放散）および良好な曲げ性能を維持可能でありつつ、ファイバからの散乱損失を増加させることが必要である。本明細書において記載される本開示の少なくとも一部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高い照度である。光ファイバは柔軟であるので、様々な照明形状の配置が可能である。ファイバの屈曲点における（上昇した曲げ損失に起因する）明るい点は実質的に存在せず、ファイバによって提供される照明のばらつきは３０％を超えない。一部の実施形態では、照明のばらつきは２０％未満であり、１０％未満の場合もある。例えば、少なくとも一部の実施形態では、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍより大きく、０．２ｍの長さの任意の所与のファイバ部分にわたる散乱損失のばらつきは３０％を超えない（即ち、散乱損失は平均散乱損失の±３０％以内である）。少なくとも一部の実施形態によれば、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍより大きく、０．０５ｍ未満の長さのファイバ部分にわたる散乱損失のばらつきは３０％を超えない。少なくとも一部の実施形態によれば、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍより大きく、０．０１ｍの長さのファイバ部分にわたる散乱損失のばらつきは３０％を超えない（即ち、±３０％）。少なくとも一部の実施形態によれば、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍより大きく、０．０１ｍの長さのファイバ部分にわたる散乱損失のばらつきは２０％を超えず（即ち、±２０％）、一部の実施形態では１０％以下（即ち、±１０％）である。
【００３１】
少なくとも一部の実施形態では、ファイバのターゲット長さ（例えば、０．０２〜１００ｍの長さであり得る）についての、照明波長における、ファイバの側面を通ってくる積分（拡散）光強度の強度のばらつきは、３０％未満である。なお、特定の照明波長におけるファイバの側面を通る積分光強度の強度は、クラッドまたはコーティングに蛍光材料を組み込むことによって変わり得る。蛍光材料による光の散乱の波長は、ファイバ内を伝搬する光の波長とは異なる。
【００３２】
本発明の上記および他の態様は、以下に記載される実施形態から自明であると共に、それらの実施形態を参照して明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施形態による光拡散光ファイバの部分の模式的な側面図
【図２】図１の方向１２−１２に沿って見た光ファイバの模式的な断面図
【図３】一実施形態による光拡散光ファイバを有する照明システムの模式図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図面中、類似の参照文字は、異なる図面を通して、同じ部分を概ね参照している。また、図面は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ、本発明の原理を説明する際に強調されている。
【００３５】
本開示は、光拡散光ファイバの様々な実施形態を記載する。その長さに沿って光を発することができる光ファイバが製造されているが、本出願人は、より手頃なコストの別の方法を用いて光拡散光ファイバを作ることが有益であることを認識した。
【００３６】
上記に鑑みて、様々な実施形態および実装例は、光ファイバのコアにおいて複数の平行なガラス棒によって形成される光散乱性の空気のラインを有する光拡散光ファイバに関する。これらの光拡散光ファイバを製造するためのプロセスは、従来の製造プロセス（例えば、外面蒸着（「ＯＶＤ」）等）より手頃なコストであるのみならず、ファイバの適応性および従順性が高い。
【００３７】
ここで、添付の図面に例が示されている本開示の好ましい実施形態を詳細に参照する。可能な場合には常に、同一または類似の部分を参照するために、図面を通して同一または類似の参照番号が用いられる。本明細書において開示される実施形態は、本開示の特定の利益をそれぞれ組み込んだ単なる例であることを理解されたい。
【００３８】
本開示の範囲内の以下の例に対して様々な変形および変更が行われ得るものであり、それぞれ異なる例の態様が、更に別の例を達成するために様々に混合され得る。従って、本開示の真の範囲は、本明細書に記載される実施形態に照らしつつ、それらに限定されない、本開示全体から理解されるものである。
【００３９】
光拡散光ファイバ
ここで、図１を参照すると、一実施形態による光拡散光ファイバ１０の部分の模式的な側面図が開示されている。光拡散光ファイバ（以下、「ファイバ」）１０のコア内には複数の空隙が設けられており、ファイバは中心軸（「中心線」）１４を有する。
【００４０】
図２は、図１の軸１２−１２に沿って見た光拡散光ファイバ１０の一実施形態の模式的な断面図である。光拡散ファイバ１０は、例えば、周期的または非周期的な空隙を有するガラスロッド領域を有する様々なタイプの光ファイバのうちの任意の１つであり得る。例示的な一実施形態において、ファイバ１０は、２つの部分または領域に分割された環状のコア１８を含む。これらのコア領域は、例えば、中実の中心部分２０およびガラスロッド部分２２であり得る。一実施形態によれば、他のサイズの中で特に、コアの直径は１００〜２００μｍであり得る。更に別の実施形態によれば、ファイバ１０は、ガラスロッド部分２２を有するが中実の中心部分２０を有しない環状のコア１８を含む。
【００４１】
クラッド領域２４（「クラッド」）は環状のコア１８を囲んでおり、外面を有する。クラッド２４は、高い開口数（「ＮＡ」）を提供するための低い屈折率を有し得る。クラッド２４は、例えば、低屈折率ポリマー材料（例えば、紫外線もしくは熱硬化性フルオロアクリレート、またはシリコーン等）であり得る。一実施形態によれば、クラッドは、ガラスコアの屈折率と同様のまたはそれより低い屈折率を有する。
【００４２】
幾つかの例示的な実施形態では、光拡散ファイバ１０の導光コア１８は、図２の拡大部に詳細に示されている例示的なガラスロッド４０のように、各ガラスロッド４０が互いに且つ光ファイバの軸１４に沿った長さに略平行に配向された、複数の細長いガラスロッド４０を含む。これらのガラスロッドは、光ファイバの全長に沿って（即ち、縦軸に対して平行に）延伸されている（引き伸ばされている）。導光コア領域１８は、複数の細長いガラスロッド４０間に形成された複数の間隙（空気のラインとも称する）５０も含む。間隙は、光を導光コアから離れる方向にクラッドを通して散乱させる。ガラスロッド４０は、全てが前記直径のものであってもよく、幾つかの異なる直径のものであってもよく、またはランダムな直径を有してもよい。また、ガラスロッドは所定のパターンに配置されてもよく、またはランダムに配置されてもよい。間隙５０のサイズ、構造、およびパターンは、ガラスロッド４０のサイズ、構造、およびパターンに応じて異なる。一実施形態によれば、間隙５０は５０μｍ未満であり、約１〜５０μｍである。一実施形態によれば、光拡散光ファイバは、その長さにわたって略均一な放射を発する。光を散乱させるためにコア−クラッド界面における高い屈折率に依拠する従来技術の光ファイバとは対照的に、本明細書に記載または別様で想定される新規な光ファイバは、光を散乱させるために低い屈折率を用いる（即ち、光を導光コア１８から離れる方向にファイバの外面に向かって散乱させる間隙５０を用いる）。この低い屈折率は、間隙５０の固有の特徴である。
【００４３】
上述のように、間隙５０は、光を導光コア１８から離れる方向にファイバの外面に向かって散乱させる。次に、散乱光は、所望の照明を提供するためにファイバの外面１０を通して「拡散」される。即ち、光の大半は、ファイバ１０の側面を通して、ファイバの長さに沿って（散乱によって）拡散される。ファイバは、発せられる放射の波長（照明波長）において、散乱によって生じる５０ｄＢ／ｋｍを超える減衰を有し得る。散乱によって生じる減衰は、この波長について１００ｄＢ／ｋｍを超えるものである。一部の実施形態では、散乱によって生じる減衰は、この波長において５００ｄＢ／ｋｍを超え、一部の実施形態では、散乱によって生じる減衰は、例えば、１０００ｄＢ／ｋｍ、２０００ｄＢ／ｋｍを超える、または５０００ｄＢ／ｋｍを超えるものであり得る。これらの高い散乱損失は、標準的なシングルモード光ファイバおよびマルチモード光ファイバにおけるレイリー散乱損失より約２．５〜２５０倍高い。
【００４４】
一実施形態によれば、細長いガラスロッド４０は、広範囲のガラス材料（例えば、ソーダライム、ボロシリケート、アルミノボロシリケート、シリカ、および混合物等）でできている。領域２０および２２内のガラスは、アップドーパント（例えば、Ｇｅ、Ａｌ、および／またはＰ等）を含み得る。
【００４５】
光学コーティング６０はクラッド２４を囲んでいる。コーティング６０は、低弾性率の一次コーティング層および高弾性率の二次コーティング層を含み得る。一部の実施形態では、コーティング層６０は、ポリマーコーティング（例えば、アクリレート系またはシリコーン系ポリマー等）を含む。他の実施形態では、コーティングは、ファイバの長さに沿って一定の直径を有する。幾つかの例示的な実施形態では、コーティング６０は、コア１８からクラッド２４を通過する「放射光」の分布および／または性質を高めるよう設計される。クラッド２４の外面、または光学コーティング６０の外面は、本明細書において記載されるように、ファイバ内を移動して散乱によって外に出る光が通るファイバ１０の「側面」を表す。必要に応じて、保護カバーまたはシース（図示せず）がクラッド２４を光学的に覆う。ファイバ１０は、フッ素化されたクラッド２４を含み得るが、リーク損失によって照明特性が劣化しない短い長さの用途でファイバが用いられる場合には、フッ素化されたクラッドは必要ない。
【００４６】
本明細書において用いられる光拡散ファイバ１０は、コア部１８内に複数のガラスロッドを有する光ファイバを延伸することにより、遠心されたガラス光ファイバ内に間隙５０を形成させる方法によって製造され得る。一実施形態によれば、間隙のサイズは、円形の間隙については直径が約１〜５０μｍの範囲、または、略非円形の間隙の一方の側面から他方の側面までが約１〜５０μｍの範囲であり得る。このファイバの間隙は、光をファイバの長さに沿ってファイバの側面から出るよう散乱させるまたは案内するために用いられる。即ち、所望の照明を提供するために、光は、コア１８から離れる方向にファイバの外面を通って案内される。ファイバ内の間隙の数は、光拡散光ファイバの散乱損失を決定するものであり、間隙の数が多いほど散乱損失が大きくなる。従って、光ファイバの散乱損失は、ガラスロッド４０の数および／または直径を制御することによって設計でき、これは間隙５０のサイズおよび数を制御する。
【００４７】
上述のように、ファイバ１０の一部の実施形態では、コア部１８の１以上の部分は、ゲルマニウムがドープされたシリカ、即ち、ゲルマニウム添加シリカを含み得る。光ファイバのコア内、特に、中心線１６においてまたはその付近においては、所望の屈折率および密度を得るために、ゲルマニウム以外のドーパントも単独でまたは組み合わせて用いられ得る。少なくとも一部の実施形態では、本明細書において開示される光ファイバの相対屈折率プロファイルは、コア部１８の１以上の部分において負ではない。少なくとも一部の実施形態では、光ファイバは、コア内に、屈折率を低下させるドーパントを含まない。一部の実施形態では、本明細書において開示される光ファイバの相対屈折率プロファイルは、コア部１８の１以上の部分において負ではない。
【００４８】
本明細書において用いられるファイバ１０の幾つかの例では、コア部１８の１以上の部分は、純粋なシリカを含む。一実施形態では、ファイバの好ましい属性は、生物学的材料が感度を有する所望のスペクトル範囲内の光をファイバから出るように散乱させる（光を拡散する）能力である。別の実施形態では、散乱光は、装飾的なアクセントおよび白色光の用途で用いられ得る。散乱による損失の量は、他の選択肢の中でも特に、ファイバ中のガラスの特性、ガラスロッド４０の直径および数、並びに、クラッド２４または光学コーティング６０の特性を変えることによって増加可能である。
【００４９】
ファイバ１０のＮＡは、ファイバ内に光を向かわせる光源のＮＡに等しい、または光源のＮＡより大きいものであり得る。ファイバ１０の開口数（ＮＡ）は０．３より大きいものであり得、一部の実施形態では０．４より大きいものであり得、および他の実施形態では０．５より大きいものであり得る。一部の実施形態では、ＮＡは０．３〜０．７である。一実施形態によれば、他の範囲の中でも特に、コア領域の屈折率は約１．４６〜１．７５である。
【００５０】
例示的な一実施形態では、ファイバ１０は、図２に関して上述したように、コーティング６０を含み得る。例示的な一実施形態では、コーティング６０は、湿式接着を向上させる親水性コーティング層（例えば紫外線硬化性アクリレートコーティング等）を含む。コーティング層は、ガラスに隣接した低弾性率の一次コーティング層（典型的には＜３ＭＰａ）と、より高い弾性率の二次コーティング層（典型的には＞５０ＭＰａ）とを含む紫外線硬化性コーティングであり得る。より高い弾性率の二次コーティング層は、一次（低弾性率）コーティング層に隣接して、一次コーティング層を覆うように位置する。単層コーティングとして、または多層コーティングのうちの１つの層として施される他のまたは更なるコーティングも用いられ得る。そのような材料の例は、細胞成長媒質の役割をする親水性コーティング（図示せず）、または、漏れた光を更に散乱させる材料を含むコーティングである。これらのコーティングは、ファイバ１０の保護カバーリングの役割もし得る。
【００５１】
コーティング６０において用いられる例示的な親水性コーティングは、表面への細胞の付着および成長を向上させるために通常用いられているものであり、カルボキシル酸官能基およびアミン官能基を含むものである（例えば、アクリル酸またはアクリルアミドを含有する処方）。更に、親水性コーティングは、生物学的材料の成長に必須の栄養素の貯留層としの役割をすることによって強化され得る。
【００５２】
幾つかの例示的な実施形態では、コーティング６０は、放射光を改変する役割をする蛍光または紫外線吸収分子を含む。コーティングには、入射光源の波長とは異なる波長の光を生じるための適切なアップコンバータまたはダウンコンバータ分子も含まれ得る。発せられた光の色または色相を変えるためのインクコーティング層も施され得る。他のコーティングの実施形態は、ファイバから発せられた光を更に散乱させる機能がある分子を含む。更なる実施形態は、コーティング上に、光反応の速度を増加させるために用いられ得る光活性触媒を含み得る。そのような触媒の一例は、光触媒としてのルチルＴｉＯ２である。
【００５３】
一部の実施形態によれば、光拡散光ファイバ１０は、ポリマー、金属、またはガラスのカバーリング（またはコーティング）内に封入されてもよく、このコーティングまたはカバーリングは、２５０μｍより大きい最小外形寸法（例えば、直径）を有する。ファイバが金属コーティングを有する場合には、金属コーティングは、光を所与の領域に優先的に向かわせるための開口部を含み得る。これらの更なるコーティングまたはカバーリングは、ファイバ上にコートされたコーティングについて上述したのと同様に、発せられた光を変化させるためまたは反応を触媒するための、更なる化合物を含有し得る。
【００５４】
上述のように、光拡散ファイバ１０は、光ファイバの外面上に設けられた親水性コーティングを含み得る。また、光ファイバコーティング中には、発せられた光を更に散乱させる機能がある分子に加えて、蛍光種（例えば、紫外線吸収材料）も設けられ得る。一部の実施形態によれば、光拡散ファイバ１０に結合された光源は、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長範囲の光を発生し、ファイバコーティング中の蛍光材料（蛍光種）は、白色光、緑色光、赤色光、またはＮＩＲ（近赤外）光のいずれかを発生する。
【００５５】
更に、ファイバの外面上に更なるコーティング層が設けられ得る。この層は、放射光を改変するよう、コーティング材料の相互作用を変えるよう構成され得る。そのようなコーティングの例としては、例えば、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、またはアゾベンゼン部分等であるが、それに限定されない材料をそれぞれ含有するコーティングが挙げられる。
【００５６】
一実施形態によれば、本明細書において記載される光拡散光ファイバは、まず、ファイバのコアの全てまたは一部を作るために複数の平行なガラスロッドを組み合わせることによって形成され得る。コアには、例えば、低屈折率ポリマー等のクラッド材料がコーティングされてもよく、クラッド材料には、拡散性の層を有する二次コーティングがコーティングされてもよい。本明細書において記載されるまたは別様で想定される実施形態のいずれも、この製造プロセスに適したものであり得る。まず、ガラスロッドのスタック体が、棒状に再延伸されてもよく、得られた棒は、類似の材料またはより低い屈折率の異なる材料ガラスを有する構造内に配置されてもよく、得られたファイバが延伸されて、光拡散光ファイバが形成され得る。この製造プロセスは、光拡散光ファイバの空隙を生じるために従来用いられているＯＶＤプロセスより手頃なコストである。
【００５７】
光ファイバは、角度間隔内の散乱を均質化するために、コーティング６０上にインク層も有し得る。例えば、インク層は、白色インク（ＴｉＯ２ナノ粒子が入った二次コーティング材料）を含み得る。従って、光拡散層は、光散乱性ナノ粒子（例えば、０．５ｕｍより大きいサイズを有するＴｉＯ２、Ｚｒ、シリカ、他のガラス、または結晶等）を有するポリマーを有する外側層を含み得る。
【００５８】
照明システム
図３を参照すると、照明システム１００の実施形態は、例えば、本明細書において記載されるまたは別様で想定される光ファイバの実施形態のいずれかであり得る１以上の光拡散光ファイバ１０を含む。例えば、本明細書において記載されるように、ファイバ１０は、コア、クラッド、並びに、コア内またはコア−クラッド境界に位置する複数のガラスロッドおよび間隙を含む光拡散ファイバであり得る。この光ファイバは、外面を更に含み得る。上述のように、光拡散光ファイバ１０は、その長さにわたって放射を発する光源ファイバ部分を形成するために、間隙によって案内された光を、コアから離れる方向に外面を通して散乱させるよう構成される。照明システム１００は、光ファイバ１０の第１の端部に光学的に結合された第１の光源１２１０も含む。光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むがそれに限定されない様々な光源のうちの任意のものであり得る。一部の実施形態によれば、光源は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長λを有する光を発生する。
【００５９】
上述の説明は単に本発明を例示するものであり、特許請求の範囲によって定められる本発明の性質および特徴を理解するための概観を提供することを意図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、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は本発明の様々な特徴および実施形態を示しており、それらの説明と共に、本発明の原理および作用を説明する役割をするものである。添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された本発明の好ましい実施形態に対して様々な変形が行われ得ることが、当業者には自明であろう。
【００６０】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００６１】
実施形態１
光拡散光ファイバにおいて、
各ガラスロッドが互いに且つ前記光ファイバの長さと略平行に配向された、複数の細長いガラスロッドを含む導光コアと、
前記導光コアを囲むクラッドであって、前記導光コアの屈折率と同様のまたはそれより低い屈折率を有するクラッドと
を含み、
前記導光コアが、前記複数の細長いガラスロッド間に形成された複数の間隙を更に含み、該複数の間隙が、光を前記導光コアから離れる方向に前記クラッドを通して散乱させることを特徴とする、光拡散光ファイバ。
【００６２】
実施形態２
前記複数の細長いガラスロッドが、複数の異なる直径を有する、実施形態１記載の光拡散光ファイバ。
【００６３】
実施形態３
前記複数の細長いガラスロッドが、ソーダライム、ボロシリケート、アルミノボロシリケート、シリカ、およびそれらの混合物から成る群から選択される材料を含む、実施形態１記載の光拡散光ファイバ。
【００６４】
実施形態４
前記複数の細長いガラスロッドが、約５０μｍ以下の直径を有する、実施形態１記載の光拡散光ファイバ。
【００６５】
実施形態５
前記導光コアの前記屈折率が約１．４６〜１．７５である、実施形態１記載の光拡散光ファイバ。
【００６６】
実施形態６
前記導光コアの直径が約１００〜２００μｍである、実施形態１記載の光拡散光ファイバ。
【００６７】
実施形態７
前記複数の間隙が、複数の異なるサイズを有する、実施形態１記載の光拡散光ファイバ。
【００６８】
実施形態８
散乱性ナノ粒子を有するポリマーを含む外側層を更に含む、請求項１記載の光拡散光ファイバ。
【００６９】
実施形態９
光を発生するよう構成された光源と、
少なくとも１つの光拡散光ファイバであって、（i）各ガラスロッドが互いに且つ前記光ファイバの長さと略平行に配向された、複数の細長いガラスロッドを有する導光コアと、（ii）前記導光コアを囲むクラッドであって、前記導光コアの屈折率と同様のまたはそれより低い屈折率を有するクラッドとを含み、前記導光コアが、前記複数の細長いガラスロッド間に形成された複数の間隙を更に含み、該複数の間隙が、光を前記導光コアから離れる方向に前記クラッドを通して散乱させる、光拡散光ファイバと
を含むことを特徴とする、照明システム。
【００７０】
実施形態１０
前記光拡散光ファイバが、その長さにわたって略均一な放射を発する、実施形態９記載の照明システム。
【００７１】
実施形態１１
前記クラッドが、シリカ系ガラスまたはポリマーを含む、実施形態９記載の照明システム。
【００７２】
実施形態１２
前記光拡散光ファイバが、前記ファイバの外面に付着されたコーティングを更に含む、実施形態９記載の照明システム。
【００７３】
実施形態１３
前記光源が、２００〜２０００ｎｍの波長範囲内の光を発生する、実施形態９記載の照明システム。
【００７４】
実施形態１４
前記光ファイバが、顔料、蛍光体、蛍光材料、紫外線吸収材料、親水性材料、光改変材料、またはそれらの組合せのうちの少なくとも１つを更に含む、実施形態９記載の照明システム。
【００７５】
実施形態１５
前記複数の細長いガラスロッドが、複数の異なる直径を有する、実施形態９記載の照明システム。
【００７６】
実施形態１６
前記複数の細長いガラスロッドが、ソーダライム、ボロシリケート、アルミノボロシリケート、シリカ、およびそれらの混合物から成る群から選択される材料を含む、実施形態９記載の照明システム。
【００７７】
実施形態１７
前記複数の細長いガラスロッドが、約５０μｍ以下の直径を有する、実施形態９記載の照明システム。
【００７８】
実施形態１８
前記導光コアの前記屈折率が約１．４６〜１．７５である、実施形態９記載の照明システム。
【００７９】
実施形態１９
前記導光コアの直径が約１００〜２００μｍである、実施形態９記載の照明システム。
【００８０】
実施形態２０
前記複数の間隙が、複数の異なるサイズを有する、実施形態９記載の照明システム。
【符号の説明】
【００８１】
１０  光拡散光ファイバ
１８  導光コア
２０  中心部分
２２  ガラスロッド部分
２４  クラッド領域
４０  ガラスロッド
５０  間隙
６０  コーティング層
１００  照明システム
１２１０  第１の光源
【図１】
2018512610.tif 000003
【図２】
2018512610.tif 000004
【図３】
2018512610.tif 000005
【国際調査報告】
2018512610.tif 000006
2018512610.tif 000007