(57)【要約】      （修正有）【課題】長手方向において均一な強度で、且つ短い区間において入射光のほぼ全てをファイバ側面から放出する光ファイバの端部構造を提供する。【解決手段】光ファイバの端部構造は、コアとクラッドとを備えた光ファイバ１０の一方の端部に設けられた端部構造であって、光ファイバ１０の一方の端部には先細のテーパ形状を有するテーパ部２０が存しており、テーパ部には、コアにまで達しているらせん状の溝４０、又は複数のリング状の溝が設けられている。【選択図】図１
2016009106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドとを備えた光ファイバの一方の端部に設けられた端部構造であって、
前記光ファイバの前記一方の端部には先細のテーパ形状を有するテーパ部が存しており、
前記テーパ部には、前記コアにまで達しているらせん状の溝、又は複数のリング状の溝が設けられている、光ファイバの端部構造。
【請求項２】
前記テーパ部の少なくとも一部において、前記コアが露出している、請求項１に記載されている光ファイバの端部構造。
【請求項３】
前記光ファイバの中心軸から前記溝までの距離は、前記一方の端部の先端にいくに連れて小さくなっている、請求項１又は２に記載されている光ファイバの端部構造。
【請求項４】
前記一方の端部の先端は、角が取られて丸みを帯びた形状を有している、請求項１から３のいずれか一つに記載されている光ファイバの端部構造。
【請求項５】
前記テーパ部の長さは１０ｍｍ以下である、請求項１から４のいずれか一つに記載されている光ファイバの端部構造。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載されている端部構造を有する光ファイバを備えた光照射部品であって、
前記光ファイバは前記クラッドの外面に保護被覆を備えているとともに、少なくとも前記端部構造の部分には前記保護被覆が存しておらず、
前記端部構造には透光性保護部材が被せられている、光照射部品。
【請求項７】
前記透光性保護部材は、前記保護被覆に固定されている、請求項６に記載されている光照射部品。
【請求項８】
前記透光性保護部材の内面と前記端部構造の表面との間には隙間が存している、請求項６又は７に記載されている光照射部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの端部構造及び光照射部品に関し、特にコアとクラッドとを備えた光ファイバの一方の端部に設けられた端部構造及びこの端部構造を有する光ファイバを備えた光照射部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、通信用途、レーザ伝送用途、センサ用途、医療用途など様々な用途に利用されている。例えば太陽光エネルギーの効果的利用のため、太陽光を光導体ケーブル（光ファイバ）に導入して反対側の端部から光を放出して照明として利用する技術が開示されている（特許文献１）。この特許文献１では、光導体ケーブルの光放出部分の表面に螺旋状の溝を刻設することにより、部屋の照明として部屋内に均一に光を放出することが開示されている。
【０００３】
また、医療の分野での光ファイバの利用例として、例えば、光線力学的治療法（ＰＤＴ：photodynamic therapy）や光線力学診断法（ＰＤＤ：Photodynamic Diagnosis）といったものを挙げることができる。
【０００４】
光線力学療法とは、光感受性薬（Photosensitizer）を生体に導入すると、胃、肺などの癌の部位に光感受性薬の薬剤が選択的に集中することを利用して、薬剤が選択的に集中した癌の部位に特定の波長の光を照射して癌細胞を破壊する療法である。また光線力学診断法とは、胃、肺などの癌の部位に光感受性薬の薬剤が選択的に集中することを利用して、特定波長の光を照射し、その蛍光から、胃、肺などの癌細胞の広がり範囲を把握する診断方法である。
【０００５】
このような光の照射に光ファイバが利用される。例えば、生体内の管状組織に挿入可能な光ファイバであって、ガラスコア層と、ガラスコア層を被覆する被覆コア層と、被覆コア層を被覆し、かつ光ファイバの長手方向において複数の開口部を備えるクラッド層とを備え、光ファイバの長手方向において開口部の幅は、光ファイバの入口部分において狭く、入口部分から光ファイバの長手方向において離隔するにしたがって、広く形成されることを特徴とする光ファイバが開示されている（特許文献２）。このような構成とすることにより、開口部において光ファイバの側面から光を放出することができて、光ファイバの長さの方向にシフトするにしたがって、光パワーは急激には減衰せず、緩やかに減衰するか、実質的にほとんど平坦な出力特性が得られる、という特徴を有しているとの記載がされている。
【０００６】
特許文献１，２には、光ファイバの側面からファイバ長手方向に沿って均一な強度で光を放出する技術が開示されている。このように光ファイバの側面から光を放出する他の方法としては、エッチングやサンドブラスト等で光ファイバ側面を粗面とする方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−１９５８０５号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、エッチングやサンドブラスト等で光ファイバ側面を粗面とするとファイバの機械的強度が低下するとともに、ファイバ長手方向に沿っての光の強度が不均一になる。すなわち、光ファイバ先端に近づくにつれて光の強度が低下する。さらには側面から十分に光を放出して、光ファイバ先端からの放出光を小さくするためには粗面とする光ファイバの長さを長くする必要があり、体内で使用するのには不利である。
【０００９】
また、特許文献１に開示された溝のピッチが光の進行方向に沿って順次短くなっている技術では、ファイバ長手方向に沿っての光の強度を均一にしやすくはなるが、側面から光のほとんどを放出させようとすると、溝を設ける部分の長さを短くすることができない。
【００１０】
特許文献２に開示された技術も特許文献１と同様に、ファイバ長手方向に沿っての光の強度を均一にしやすくはなるが、側面から光のほとんど全てを放出させようとすると、溝を設ける部分の長さを短くすることができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長手方向において均一な強度で、且つ短い区間において入射光のほぼ全てをファイバ側面から放出する光ファイバの端部構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光ファイバの端部構造は、コアとクラッドとを備えた光ファイバの一方の端部に設けられた端部構造であって、前記光ファイバの前記一方の端部には先細のテーパ形状を有するテーパ部が存しており、前記テーパ部には、前記コアにまで達しているらせん状の溝、又は複数のリング状の溝が設けられている構成を備えている。
【００１３】
前記テーパ部の少なくとも一部において、前記コアが露出していることが好ましい。
【００１４】
前記光ファイバの中心軸から前記溝までの距離は、前記一方の端部の先端にいくに連れて小さくなっていることが好ましい。
【００１５】
前記一方の端部の先端は、角が取られて丸みを帯びた形状を有していることが好ましい。
【００１６】
前記テーパ部の長さは１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
本発明の光照射部品は、上記の端部構造を有する光ファイバを備えた光照射部品であって、前記光ファイバは前記クラッドの外面に保護被覆を備えているとともに、少なくとも前記端部構造の部分には前記保護被覆が存しておらず、前記端部構造には透光性保護部材が被せられている構成を備えている。ここで、透光性保護部材の透光性とは、光ファイバから放出される光の透光性保護部材の通過後の強度割合が７５％以上であることをいう。
【００１８】
前記透光性保護部材は、前記保護被覆に固定されていることが好ましい。
【００１９】
前記透光性保護部材の内面と前記端部構造の表面との間には隙間が存していることが好ましい。隙間が存しているとは、透光性保護部材の内側の面と端部構造の表面とが非接触であって、両者の間に空間があることである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、光ファイバの端部にテーパ部を設け、そのテーパ部にさらに溝を設けることにより、短い区間において、光ファイバの側面から長手方向に均一な強度で、入射光のほぼ全てを放射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１に係る光ファイバの端部構造の模式的な図である。
【図２】実施形態１に係る光ファイバを用いた光照射部品の模式的な一部断面図である。
【図３】光ファイバの先端から放射される残留光の割合について説明した図である。
【図４】（ａ）は実施例に係る光ファイバの端部構造の模式的な図であり、（ｂ）は実施例に係る光の放射強度分布を示す図である。
【図５】（ａ）は比較例１に係る光ファイバの端部構造の模式的な図であり、（ｂ）は比較例１に係る光の放射強度分布を示す図である。
【図６】（ａ）は比較例２に係る光ファイバの端部構造の模式的な図であり、（ｂ）は比較例２に係る光の放射強度分布を示す図である。
【図７】（ａ）は比較例３に係る光ファイバの端部構造の模式的な図であり、（ｂ）は比較例３に係る光の放射強度分布を示す図である。
【図８】溝の部分の拡大断面図である。
【図９】実施形態２に係る光ファイバの端部構造の模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
【００２３】
（実施形態１）
実施形態１に係る光ファイバ１０の端部構造を図１に模式的に示す。光ファイバ１０は中心軸とその周りに光を通過させるコアを有し、コアの周囲にクラッドを有している。
【００２４】
この光ファイバ１０の一方の端部にはテーパ部２０が形成されている。テーパ部２０は数ｍｍから数十ｍｍの長さであって、ファイバ先端にいくに連れて径が小さくなる先細の形状を有している。長手方向において、テーパ部２０の途中から先はクラッドが全て除去されて、コアが剥き出しなっていることが好ましい。本実施形態ではテーパ部２０の一部においてコアが露出している。テーパ部２０の先端、すなわち、光ファイバ１０の先端３０は角が取られて丸みを帯びた形状であって、曲面で構成されている。
【００２５】
テーパ部２０には螺旋状の溝４０が設けられている。この溝４０はファイバ中心軸にそって螺旋状にほぼ先端３０まで形成されており、コアにまで達する深さを有している。溝４０の深さは一定にしている。従って、光ファイバ１０の中心軸から溝４０までの距離は、先端３０にいくに連れて小さくなっている。
【００２６】
本実施形態の光ファイバ１０の端部構造では、図１の左側から光ファイバ１０内を光が通ってくると、溝４０のコアに達した部分から光が光ファイバ１０外に放射される。
【００２７】
ここで図３に示すような、テーパ部がない通常の光ファイバ１１の端部に螺旋状の溝４１を設けた端部構造からの光の放射を考えてみる。溝４１は一定の深さであってコアにまで達しているので、図３の左側から光ファイバ１１中を光が進んできた場合、まず螺旋の左端の溝４１において光が光ファイバ１１の外部へ放射される。外部へ放射される光の量（強度）は、その溝４１の部分に到達した光ファイバ１１中の光の量（強度）に比例する。仮に、溝４１の左端の螺旋溝一周分の区間において到達光の５％が放射される（放射率５％）とすると、溝４１の深さは光ファイバ１１の先端３１まで同じであり、コアに刻まれた溝の深さも一定の同じ深さであるため、長手方向において溝４１のどの部分でも放射率は同じ螺旋溝一周分当たり５％となる。従って、溝４１が設けられている部分では光ファイバ１１中の光は減衰していくので、それに伴い、溝４１から放射される光も先端３１に向かうに従って減衰していく。
【００２８】
一方、本実施形態の光ファイバ１０の端部構造では、テーパ部２０が存していて、そのテーバ部２０に溝４０が形成されているので、光の放射率が先端３０にいくに連れて大きくなっている。そのため溝４０から放射される光は、テーパ角度と溝の深さ、溝のピッチを適切に調整することにより、長手方向において量（強度）を一定とすることができる。
【００２９】
さらにはテーパ部２０を設けることにより光を外部に放出させる効率を高めることができるため、長手方向における溝４１を形成した部分のファイバ長さが相対的に短くても、先端３０から放出される残留光の量（強度）を十分に小さくする（例えば５％未満）ことができる。テーパ部２０に入射する光の強度（全パワー）に対する、先端３０から放出される残留光の割合（残留パワー）を図３に示す式で表すと、本実施形態では外部放射の区間が短くても残留パワーを小さくすることができる。
【００３０】
また、テーパ部２０においてテーパの途中からコアが露出するような構成にすると、溝４０形成部分の長さがより短くても残留パワーを十分に小さくすることができる。ファイバ長手方向において、テーパ部２０における溝４０形成領域の長さのうちコアが露出している部分が５０％以上であることが好ましい。
【００３１】
さらに図３に示す光ファイバ１１では、先端３１が平面でファイバ側面との間が直角であって角があり、このような構造では残留光がファイバ中心軸に沿って放射される。一方本実施形態の光ファイバ１０の端部構造は、光ファイバ１０の先端３０が角が取られていて丸みを帯びており、先端面も曲面であるため、残留光がファイバ中心軸方向以外の周囲に広がり、この点でもファイバ側方へ放射される光の量を増やすことができる。
【００３２】
図２に、上述の光ファイバ１０を用いた光照射部品１００を示す。この光照射部品１００は、外面が樹脂等からなる保護被覆５０により覆われて保護された光ファイバ１０の一方の端部において、保護被覆５０を一部除去してテーパ部２０及び溝４０を形成したものを用い、テーパ部２０を保護するために透明なガラス製のキャップ（透光性保護部材）６０を被せている。キャップ６０はテーパ部２０全体を覆っているが、説明がしやすいように、図２ではキャップ６０のみを切断して断面として示している。保護被覆５０は、光ファイバ１０のクラッドの外面に設けられている。
【００３３】
キャップ６０は透明なガラス製であって、溝４０から放射される光を７５％以上透過させる。
【００３４】
キャップ６０の内面６２とテーパ部２０表面との間には隙間があって、キャップ６０とテーバ部２０とが接触してしまうことを防いでいる。これにより本実施形態に係る端部構造が傷ついてしまうことを防いでいる。また、キャップ６０は保護被覆５０に固定されている。図示は省略しているが、キャップ６０と保護被覆５０とは、接着剤により接着されて固定されている。
【００３５】
また、図１に示すように溝４０から放射される光は、斜め前方に強く放出される。なお前方とはファイバ中の光の進行方向であって、中心軸に沿った先端３０方向である。光の向きが斜め前方であるので、放射光が保護被覆５０や、保護被覆５０とキャップ６０との間の接着剤に当たりにくく、そのため保護被覆５０や接着剤の光による劣化や焼損を防ぐことができる。
【００３６】
本実施形態の光ファイバ１０を用いた光照射部品１００は、光を放射するテーパ部２０の長さが小さいためキャップ６０部分の長さを小さくできるので、医療用光照射部品として体内に挿入する場合に体への負担を少なくすることができる。
【００３７】
次に、本実施形態の光ファイバ１０の端部構造の製造方法を説明する。
【００３８】
保護被覆５０付きの光ファイバ１０を用意して、一方の端部の保護被覆５０を必要な長さ分除去する。
【００３９】
それから、光ファイバ１０をファイバ中心軸周りに回転させながら、光ファイバ１０にレーザ光を照射して光ファイバ１０の表面を蒸散させてテーパ部２０を形成する。このときファイバ中心軸に対して垂直にレーザ光を照射することが好ましい。レーザ光を固定して光ファイバ１０を中心軸方向に移動させ、その移動速度を変えることでテーパ部２０を形成することが好ましいが、レーザ光の方を移動させても構わない。
【００４０】
さらに、テーパ部２０の形成と同様に光ファイバ１０を回転させてレーザ光を照射する方法により溝４０を形成する。溝４０の形成では、光ファイバ１０の回転速度と中心軸方向の移動速度を調整して、溝４０の深さと螺旋のピッチを調節する。
【００４１】
このようにして、テーパ部２０及び溝４０を備えた端部構造を形成する。この後、キャップ６０を端部構造に被せて固定し、光照射部品１００を作製する。
【００４２】
このようにレーザ光で条件を選んで製造すると、図８に示すように溝４０の底およびテーパ部２０の表面との境界部分が丸みを帯びる。このように溝４０に角がなく、丸みを帯びていると光の放射方向が一方向だけではなく広がりがでるため、側方への光放射の均一性が向上する。
【００４３】
＜実施例と比較例＞
−実施例−
図４に実施例に係る光ファイバ１２の端部構造の模式図と光ファイバ１２側方への光の放射強度分布の測定結果を示す。光ファイバ１２は石英からなっており、径が６００μｍ、コア径が５５０μｍであり、クラッドの厚みが２５μｍである。光ファイバ１２のＮＡは０．２２である。光ファイバ１２の一方の端部に設けられたテーパ部２２の長さは１０ｍｍであり、先端３２の径が３５０μｍである。従って先端３２から８ｍｍまでの間においてはクラッドが存しておらず、コアが露出している。テーパ部２２には深さ４０μｍ、螺旋ピッチ３４０μｍの螺旋状の溝４２が設けられている。放射強度分布は、ＣＣＤカメラによりファイバ側面から撮影した画像において、各ピクセル毎の強度を解析することにより得られたものである。
【００４４】
この光ファイバ１２に他方の端部からＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ、強度３ｍＷ）の光を入射させたところ、テーパ部２２において光ファイバ１２の側方へ光が放射されて、図４（ｂ）に示すように、放射された光は長手方向の強度分布がほぼ均一であった。また、図３に示す式で算出した残留パワーは３％未満であった。
【００４５】
−比較例１−
図５に比較例１に係る光ファイバ１４の端部構造の模式図と光ファイバ１４側方への光の放射強度分布の測定結果を示す。光ファイバ１４の材質や構造、径は実施例の光ファイバ１２と同じである。光ファイバ１４の一方の端部には光放射部７４が設けられており、その長さは３０ｍｍである。光放射部７４にはテーパが施されておらず、単に溝４４が形成されているのみである。溝４４は、螺旋状であって深さ９０μｍ、螺旋ピッチ１１００μｍである。
【００４６】
この光ファイバ１４に他方の端部から実施例と同じ光を入射させたところ、光放射部７４において光ファイバ１４の側方へ光が放射された。図５（ｂ）に示すように、放射された光は入射側に近い方が強度が大きく、先端３４にいくに連れて強度が低下していき、光放射部７４のうち先端側の長さの半分程度の部分では低強度で同じ程度の光が放出された。つまり、比較例１に係る光ファイバ１４では、光放射部７４に一定深さ一定ピッチの溝４４を設けているだけなので、最初に放射される光は高強度であるが、その後どんどんと強度が下がり、長手方向において強度分布が非常に不均一であった。また、光放射部７４が３０ｍｍと長く、残留パワーは５％であった。
【００４７】
−比較例２−
図６に比較例２に係る光ファイバ１６の端部構造の模式図と光ファイバ１６側方への光の放射強度分布の測定結果を示す。光ファイバ１６の材質や構造、径は実施例の光ファイバ１２と同じである。光ファイバ１６の一方の端部には光放射部７６が設けられており、その長さは３０ｍｍである。光放射部７６にはテーパが施されておらず、単に溝４６が形成されているのみである。溝４６は螺旋状であって、深さは先端３６とは反対側のスタート部分が４５μｍ、先端３６では７５μｍであって先端３６にいくに連れて深くなっている。図６（ａ）では溝４６の幅が広くなっていくという描き方で、溝の深さが深くなっていくことを表している。また溝４６の螺旋ピッチは８４０μｍである。
【００４８】
この光ファイバ１６に他方の端部から実施例と同じ光を入射させたところ、光放射部７６において光ファイバ１６の側方へ光が放射された。図６（ｂ）に示すように、放射された光は長手方向の強度分布がほぼ均一であった。しかしながら光放射部７６は３０ｍｍであり、実施例の３倍の長さである。また、残留パワーは１０％と大きかった。
【００４９】
−比較例３−
図７に比較例３に係る光ファイバ１８の端部構造の模式図と光ファイバ１８側方への光の放射強度分布の測定結果を示す。光ファイバ１８の材質や構造、径は実施例の光ファイバ１２と同じである。光ファイバ１８の一方の端部には光放射部７８が設けられており、その長さは２０ｍｍである。光放射部７８にはテーパが施されておらず、単に溝４８が形成されているのみである。溝４８は螺旋状であって、深さは先端３８とは反対側のスタート部分が４５μｍ、先端３８では６５μｍであって先端３８にいくに連れて深くなっている。図７（ａ）では溝４８の幅が広くなっていくという描き方で、溝の深さが深くなっていくことを表している。また溝４８の螺旋ピッチは、比較例２よりも小さい５６０μｍである。
【００５０】
この光ファイバ１８に他方の端部から実施例と同じ光を入射させたところ、光放射部７８において光ファイバ１８の側方へ光が放射された。図７（ｂ）に示すように、放射された光は長手方向の中央部分の強度が大きく、強度分布は不均一であった。これは、比較例２よりも光放射部７８を短くするために螺旋ピッチを短くしたためと考えられる。また、残留パワーは１５％となり、比較例２よりも大きかった。
【００５１】
（実施形態２）
実施形態２に係る光ファイバ１５の端部構造を図９に模式的に示す。実施形態１の端部構造においては溝４０が螺旋状であるのに対し、本実施形態の端部構造では溝４５，４５，・・がリング状であって複数存している点が異なっているが、それ以外の材質や構造等は実施形態１と同じであるので、実施形態１と異なっている点を主に以下に説明を行う。
【００５２】
本実施形態では、ファイバ外周を一周しているリング状の溝４５，４５，・・がテーパ部２５に複数設けられている。隣り合う溝４５，４５同士の間隔は略一定であり、実施形態１の螺旋ピッチとほぼ等しい。溝４５，４５，・・の深さはそれぞれ同じである。
【００５３】
本実施形態においても実施形態１と同じ効果を奏する。
【００５４】
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
【００５５】
光ファイバはコアとクラッドを備えていれば、光ファイバの構造、素材、種類、径などは、どのようなものであっても構わない。例えば、コアが石英からなり、クラッドがポリマからなる光ファイバであってもよい。使用する光の波長、パワーについてもどのようなものでも構わない。
【００５６】
テーパ部や溝の加工方法も実施形態に記載された方法に限定されない。機械的な方法や溶剤や酸・アルカリ等で溶かす方法であっても構わない。テーパ部を光ファイバの先端にまで形成しなくても構わない。
【００５７】
溝はテーパ部のみに設けるのではなく、テーパ部に加えてテーパ加工をしていない部分にも設けても構わないし、ファイバ先端よりも手前までの形成でも構わない。また、溝の深さも一定である必要は無く、長さ方向で変えてもよい。
【００５８】
キャップはガラス製に限定されず、溝からの放射される光を７５％以上透過させる材質であればどのようなものでも構わない。
【００５９】
最初に一方の端部において一定の長さ分クラッドを除去してコアを露出させ、その部分にテーパ部と溝を形成しても構わない。または、テーパ部の全域においてコアが露出していなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように、本発明に係る光ファイバの端部構造は、発光する部分を短くでき、長さ方向に均一に発光させることができるので、医療用の光照射部品等として有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１０，１１，１２，１４，１５，１６，１８    光ファイバ
２０，２２，２５                            テーパ部
３０，３１，３２，３４，３５，３６，３８    先端
４０，４１，４２，４４，４５，４６，４８    溝
５０                                        保護被覆
６０                                        キャップ（透光性保護部材）
１００                                      光照射部品
【図１】
2016009106.tif 000003
【図２】
2016009106.tif 000004
【図３】
2016009106.tif 000005
【図８】
2016009106.tif 000006
【図９】
2016009106.tif 000007
【図４】
2016009106.tif 000008
【図５】
2016009106.tif 000009
【図６】
2016009106.tif 000010
【図７】
2016009106.tif 000011