(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源及びこの光源に光学的に接続された液体コア光ガイドを有する照明装置であって、この液体コア光ガイドは、フッ化炭化水素ポリマー材料から成る筒管状のシースから構成され、このシースは、内壁を有しかつ光ガイド流体の有効なコアを包囲する照明装置において、
このシースの内壁は、テトラフルオロエチレンとフッ素化された環状エーテルとの組み合わせに基づくアモルファス共重合体（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ)の薄層で被覆されており、
きつく合わせたウインドウプラグが、光ガイドの端部に設けられており、
このシースは、ＦＥＰ材料（テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体）又はＰＦＡ材料（パーフルオロアルコキシポリマー）から成り、
光ガイド流体は、Ｋ2ＨＰＯ4、Ｎａ2ＨＰＯ4、ＮａＨ2ＰＯ4を含むリン酸塩の水溶液から成り、
前記薄層の厚さが５μｍ未満であり、及び
前記光ガイドは、２８０〜４８０ｎｍの範囲の波長の光の伝送に適合している、
上記照明装置。
【請求項２】
被覆の材料が、１６０℃〜２４０℃のガラス転移温度を有する請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
光源は、高圧ガス又は蒸気放電ランプを有する請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
光源は、Ｈｇ高圧ランプを有する請求項３に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光源と液体コア光ガイドとを具備する照明装置に関する。
【０００２】
そのような照明装置は、米国特許第４，００９，３８２号に記載されている。ドイツ特許４０  ２４  ４４５  Ａｌから、液体コア光ガイドは既知であり、下記化１に示す一般式で表わされ、ＴＥＦＬＯＮ  ＡＦの登録商標でＤｕｐｏｎｔ社から市販されているアモルファスフルオロポリマーの管を含む。
【０００３】
【化１】
0004041545.tif 000002
前記ポリマーは、テトラフルオロエチレンと、環化反応を妨げるためにポリマーの主鎖にスペーサーとして作用するフッ素化された環状エーテルとの組合わせをベースとする。このアモルファスフルオロポリマーは、ガラスと同程度に透明であり、屈折率ｎが低い（ガラス転移温度の上昇にともなって、ｎは１．３１５から１．２９に減少する）。このフルオロポリマーは比較的硬いので、管状シースが比較的肉薄の場合でも、これから得られた光ガイドが扱い難いだけでなく、管状に押出すことが難しく（改質テフロン（登録商標）ＡＦ ２４００は、押出すことができない）、非常に高価である。このとき、小さな顆粒１ｇのコストは約１０ドルなので、押出しに必要な２０ｋｇの１バッチは、約２４０，０００ドルとなる。このことは、１０００〜２０００ｍの長さを達成し得る押出しについて、壁の厚さに応じて１ｍ当り約１００ドルの価格を引き起こす。
【０００４】
本発明は、中程度の費用であって、取扱いが容易であり、光源からの照射光の有効利用を保証する照明装置を製造することを目的とする。
【０００５】
液体で充填され、フッ化炭化水素ポリマーからなるフレキシブルな管を含み、非常に薄い内部被覆又はＴｅｆｌｏｎ（登録商標） ＡＦの液体コア光ガイドの管状シースのライニングを有する光ガイドと組合わせた適切な光源は、Ｄｕｐｏｎｔ社製の屈折率ｎ＝１．３１の改質ＡＦ１６００、又はｎ＝１．３０のＡＦ２０００、又はｎ＝１．２９のＡＦ２４００は、約３μｍの程度の非常に薄い膜、即ち、その中に導かれる光の波長のオーダーで利用可能であり、生産費に関してかなりの節約をもたらすのみならず、光ガイドの透過率が驚くほどに改善され、これによって照明装置の光学的効率が改善されることがわかった。例えば、プローブ又は歯科用途において用いられているような照明装置の光ガイドは、しばしば大きく湾曲させる必要があるが、もちろん、光出力におけるいかなる減少も望ましいものでない。したがって、特に光ガイドの屈曲において、かなり少ない透過率損失は重大なことである。
【０００６】
また、管材料は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）被覆についての基材として作用するためのみに必要であるので、本発明の被覆により、フレキシブルな管材料の選択の自由度が、前述の従来技術よりも大きくなる。光ガイド流体と管材料との直接接触を引き起こすような被覆の欠陥がある場合の光の漏れが最少となるように、Ｔｅｆｌｏｎ （登録商標）ＡＦ被覆のための好ましい基材として、低い屈折率（ｎ＝１．３５のオーダー）を有するフッ化炭化水素が与えられる（即ち、光ガイド流体、及びシースの基体材料の屈折率ｎの差を、可能な限り大きくする。）。
【０００７】
好ましい基材は、Ｈｏｅｃｈｓｔ社製 ターポリマーＨｏｓｔａｆｌｏｎ ＴＦＢ（登録商標）；又は下記２〜化４に示す構造式を有するＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ；Ｄｕｐｏｎｔ社製のＴＥＦＺＥＬ、ＥＴＦＥ（登録商標）；又はＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）又はＰＶＤＦ（３Ｍ）である。
【０００８】
【化２】
0004041545.tif 000003
【化３】
0004041545.tif 000004
【化４】
0004041545.tif 000005
多少の全反射を達成するための発明に係る被覆材料より実質的に高い屈折率を有しているので、モノエチレン、ジエチレン、トリエチレン、及びテトラエチレンクリコールのような光ガイド流体グリコール類は、好ましく適切である。一方、管材料は、全て水蒸気が詰まっているわけではないので、高湿度の環境に存在する水蒸気が、やがて管を通して液体コア内に拡散し、内圧に望ましくない増加を引き起こす。しかしながら、開始直後に若干の水がグリコールに加えられると、少量の水が管内部に拡散して内圧がわずかの程度だけ増加するので、蒸気圧差は減少する。このことは、光ガイドシースの端部に挿入され、光ウインドウとして作用する石英又はガラスプラグが強いられる危険性を減少させる。一方、光ガイドシース８％の通常の管材料については、加えられる水の量に制限があり、このとき屈折率間の差は非常に小さくなる。本発明の被覆は、より多量の水を加えることを可能とし、周囲から管への水蒸気の望ましくない拡散をさらに減少させることができるように、この範囲内の差を保つことができる。この点において、少なくとも６又は７％から１０、１５、２０、又は３０％までの量の水をトリエチレングリコール又は他のグリコールに加えることは、成功をもって改善され、結果として得られる屈折率の減少は許容可能となった。
【０００９】
さらに、水とグリコール不凍液との混合物を使用することによって、冬期の屋外での使用に重要な光ガイドを得ることができる。本発明の被覆によって達成された屈折率の差をより大きく保つことは、光ガイド作用のための液体コアとして、純水を使用することを可能にする。特に、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ ２４００、即ち、より高いガラス転移温度と、ｎ＝１．２９というより小さい屈折率とを有するＡＦ材料を使用する場合に純水の使用が可能となるが、被覆を形成することが幾分困難となる。また、前述のドイツ特許４０ ２４ ４４５から、生理食塩水は、一方の端部においてシース開口の被覆に成功したことが立証された。
【００１０】
また、アルカリ及びアルカリ土類のハロゲン化物のような水性塩の溶液を作るために文献は使用される。ハロゲン化物としては、特に以下のような塩化物及びフッ化物があげられる。
【００１１】
ｎ≦１．４５のＣａＣｌ2 溶液
ｎ≦１．４のＫＦ溶液
ｎ≦１．４２のＣｓＦ溶液
ｎ≦１．４０のＮａＣｌ溶液
より適切な光ガイド流体なので、フッ化物溶液は、塩化物溶液より優れた抵抗を短波長照射（ＵＶＢ）に与える。塩化物溶液のうち、生理食塩水のような塩化ナトリウム溶液は、医療用光ガイド用途において重要なものである。また、適切なリン酸塩溶液としては、以下のものがあげられる。
【００１２】
ｎ≦１．４２のＫ2 ＨＰＯ4 溶液
ｎ≦１．４２のＮａ2 ＨＰＯ4 溶液
ｎ≦１．４２のＮａＨ2 ＨＰＯ4 溶液
これらも、塩化物溶液より優れた抵抗を短波長（ＵＶＢ）に与える。また一方、塩化物溶液は、ＵＶＡ照射の透過によく適合する。短波長照射（ＵＶＢ）は、特にエキシマレーザー及び高圧水銀ランプにより供給されるが、それらの照射は塩化物化合物を破壊する傾向があるので、光ガイドの透過率の低下を引き起こす。上述の溶液は、通常、光ガイド流体について可能な限り高い屈折率を達成するために、高濃度で使用される。近赤外線照射、例えば、タングステン−ハロゲンランプ光源からの照射のために、さらに有用な光ガイド流体は、ＰＣＴＦＥオイル（ｎ：約１．４０）である。そのようなオイルの屈折率は、１．４０ないし１．４１を越えるべきでない。内部被覆の好ましい厚さは５μｍであり、この厚みは約３μｍ未満とするべきでない。
【００１３】
本発明の被覆のために使用されるＴｅｆｌｏｎ（登録商標）の３つの種類は、いわゆるＡＦ１６００、ＡＦ２０００、ＡＦ２４００であり、それらの名称にしたがって、それぞれ１６０℃、２００℃、及び２４０℃の異なるガラス転移温度を有する。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ１６００は、フッ化炭化水素を含有する液体に６重量％まで溶解し、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ２４００は、２重量％までしか溶解しない。より大きな厚みをもってより迅速に被覆を形成するので、第１に示した被覆材料の３倍高い溶解度は、本発明の被覆のより容易な利用を可能にする。
【００１４】
短波長照射（ＵＶＢ）に対して塩化物より高い抵抗を有するので、フッ化物及びリン酸塩溶液は、比較的小さい屈折率を有する。このため、フッ化物及びリン酸塩溶液は、通常の管材料を用いる場合には適切でない。ここで、本発明の被覆の結果、これらの溶液が、はじめて光ガイド流体として非常に重要となり、特に、ＵＶＢ範囲（２８０ｎｍ＜λ＜３３０ｎｍ）において有用な透過率が得られる。
【００１５】
本発明の被覆の製造は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ 粉末の溶液を塗布することによって達成することができる。フッ化炭化水素ポリマーからなる管材料の内部への、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ被覆の安定性の高い付着が達成されることは、驚くべきことである。フッ化炭化水素ポリマーは、付着特性が乏しい（しかし、これとは対照的に、“スリップ性”には非常に優れる）ことが知られているので、このことは、必ずしも予測され得ることではない。また、この優れた付着性は、上述の光ガイド流体でぬれた場合でも維持され、光ガイドが大きく曲げられた場合でも低下しない。このことは、長期間の使用において、非常に重要なことである。管材料それ自体への被覆の付着性は非常に優れているので、ウインドウプラグが管の端部にしっかりと適合している場合でも被覆は損傷を受けず、それは外れることがない。内圧の増加を強いられるという危険性を減少させるために、本発明の被覆は、管の両端部におけるウインドウプラグの密閉性を改善する。この驚くほどに優れて安全な付着性は、ＰＴＦＥ Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）（ｎ＝１．３４）、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標） ＰＦＡ（ｎ＝１．３４）、及びＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＥＴＦＥ（ｎ＝１．４２）と同様に、特に、ｎ＝１．３４の屈折率を有するＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ、ｎ＝１．３６の屈折率を有するＨｏｓｔａｆｌｏｎ ＴＦＰのようなフッ化炭化水素のシース材料の主な利点であり、ＰＣＴＥＦ及びＰＶＤＦも含まれる。仮に、ある種の材料からなるシースの内側への、本発明のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ被覆の組み合わせが、ある位置において達成できず完全ではなくなると、透過率のかなりの損失を危ぶむ必要がないように、そのような位置における光損失は、ｎ＞１．４の光ガイド流体について極わずかに保つことができる。
【００１６】
図面に非常に単純に示された照明装置は、光源１０、３６５ｎｍについて反射防止フィルムで被覆された石英レンズ３つで構成された集光レンズ１２、光フィルター１４、及び光ガイド１６を含む。図示するように、好ましい態様において、光源１０は、例えばＨＢＯ２００型の２００Ｗの高圧水銀ランプ１８、凹面反射鏡２０で構成される。
【００１７】
光源は、例えば、キセノン高圧ランプ又はタングステン−ハロゲンランプのような、その他のガス、又は蒸気放電ランプで構成されてもよい。光フィルター２０は、イオンプレートされた薄膜フィルターであり、長波長照射、即ち、長波長可視光線及び近紫外線照射を反射する。
【００１８】
光フィルターのスペクトル通過帯域（バンドパス）は、照明装置特有の使用に依存する。工業用接着剤、及び歯科用ポリマーのための重合装置において、ＵＶＡ範囲（約３３０〜３８０ｎｍ）、ＵＶＡ範囲＋青色スペクトル範囲（約３３０〜４８０ｎｍ）、又はＵＶＢ＋ＵＶＡ＋青色（約２８０〜４８０ｎｍ）が必要とされる。そのような通過帯域の必要性は、薄膜干渉フィルターによって満たすことができる。
【００１９】
液体コア光ガイドは、上述のようなフッ化炭化水素ポリマーの柔軟な管状シース２１を含む。このシースは、特別な用途に適するように厚さを選択することができる。例えば、１／２ｍｍとすることができ、シース２１の内側が被覆された本発明の薄膜被覆２２のための基材として作用する。管の内側は、光ガイド流体２３で充填されるような形状であり、その両端部は石英又はガラスプラグで密閉されている。これらのプラグは、メカニカルシール（図示せず）によって、シース２１にしっかりと接続されている。
【００２０】
被覆２２が、ｎ＝１．２９の比較的小さい屈折率を有するＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ２４００で作られている場合には、フッ化物又はリン酸塩溶液のような、屈折率が比較的小さい光ガイド流体２３を使用することができる。そのような溶液は、屈折率の差に起因して、ＵＶＢ光（２８０ｎｍ＜λ＜３２０ｎｍ）のような短波長に対して優れた抵抗を与える。また、塩化物含量の低い塩化物溶液を使用することができ、その溶液においては、より少量の塩化物が短波長照射のもとで分解することができる。したがって、透過率はより小さい値に決定される。
【００２１】
以下に、数ヵ月にわたって行なわれた試験により得られた結果を示す。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ２４００及びＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ１６００の両方で５μｍ未満、特に３μｍの薄膜で被覆された特別なＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ及びＨｏｓｔａｆｌｏｎ ＴＦＢの管状シース材料２１は、種々の光ガイド流体２３で満たされる。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ１６００の特別な被覆は、透過率を改善すること、即ち低い光損失に関して優れた結果をもたらす。光ガイド内への光の導入を促進するために隙間の数を増やし、光ガイドが屈曲している間の透過率損失を減少させる。また、この被覆は、基材シース２１への被覆２２の優れた付着性に関して優れた結果をもたらす。
【００２２】
Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ２４００は、非常に容易には加工できないが、それはまた、純水の光コアを有する光ガイドの製造を可能にするために被覆２２を製造することを可能にする。
【００２３】
また、フッ化炭化水素ポリマーのシース２１と、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦの被覆２２とを有する光ガイドの長期間の試験において、１年以上経過した後、シース２１からの被覆２２の脱着を示す徴候がないことがわかった。鋭角に曲げた場合であっても、光ガイドの透過率の一貫性は共存性の証拠であり、光ガイド流体でぬれた際も被覆の耐久性は保たれる。１５０Ｗのハロゲンランプ、２００Ｗの高圧水銀ランプ、及び２００ＷのＨＴＩランプから集められた照射を伴う以下の機能試験においてさえ、数１００時間にわたって透過率が全く低下しない耐久性が観察された。即ち、そのようなエネルギー付加状態において、被覆２２の劣化は全く観察されなかった。また、数千回の曲げを含む曲げ試験は、基材からの被覆の脱着はもちろんのこと、被覆に全く損傷を与えなかった。シース２１の基材への被覆２２の付着は非常に優れているので、光のための入力及び出力ウインドウを形成し、きつく接合する円筒状の石英プラグ２４が、その中の挿入されても、被覆自体は脱着することがない。
【００２４】
ＡＦ２４００が必要とされるウォーターコア光ガイドの特別なケースは別として、ＴＦＢ材料のシースをＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ１６００で被覆することは、特に効果的である。即ち、通常の光ガイド流体（グリコール、塩溶液）と組合わせて、その屈折率は、実質的にｎ＝１．４５を越えないことを可能にする。
【００２５】
ＴＦＢ材料は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰと比較して大きな屈折率（ｎ＝１．３６）を有するので、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ１６００の被覆を用いることによって、光学的により薄い媒体の屈折率を５／１００までにすることができる。ｎ＝１．４５を有する光ガイドを使用する場合、このことは、入射光ビームについての全角度を６０°から８０°に増加させ、Ｒ＝７ｃｍの曲率について５ｍｍの有効直径を有する光ガイドについて、曲げ損失を１５％から５％未満に減少させる。
【００２６】
例  １：ウォーターコア光ガイド
光ガイド２３：高度に脱イオンされた純水  ｎ＝１．３３
管材料：ＦＥＰ材料のシース２１の内部に被覆２２として、ＡＦ２４００
を塗布した。
【００２７】
長さ  １５０ｃｍ、内径＝５ｍｍ、外径＝６ｍｍ
２つの石英プラグＳｉＯ2 は、それぞれ２０ｍｍ長
被覆２２の厚さ、約２ｍｍ
ｌ＝４３０ｎｍ、及び入射光角度６０°において、光ガイドの透過率は、Ｔ＝２２％に達する（光ガイドの隙間は、わずかに３６°）。わずか１０°の入射光について、透過率は６０％まで増加する。λ＝３０８ｎｍを有する光源としてエキシマレーザー（ＸｅＣｌ）を使用した場合、透過率は６０％に達する。これらの測定のための光ガイドは、Ｒ＝３０ｃｍの曲率半径を有するＵ字型である。光ガイド流体２３と被覆２２との屈折率の最少の差（Δｎ＝３／１００−４／１００）に起因して、このウォーターコア光ガイドは、入射光の発散が非常に低い照射源について特に適切である。即ち、レーザー照射、好ましくは、Ｈ2 Ｏが優れたＵＶ透過率を与えるので、λ＝３０８ｎｍ（ＸｅＣｌ）における放射を有するエキシマレーザーのＵＶレーザー照射が適切である。レーザー光ガイドとして、ウォーターコアの有効直径は、屈曲損失を最少にするために、５ｍｍ未満、例えば２ｍｍ又は１ｍｍとするべきである。基材シース２１は、好ましくは２ｍｍの内径と、４ｍｍの外径とを有し、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、又はＴＦＢ材料で構成される。クローズドループシステムなので、上述のようなＦＥＰ基材を有するウォーターコア光ガイドは、５か月を越える期間、その透過率を正確に維持する（管の透過性に起因して、管の内部から外界へ拡散するＨ2 Ｏ蒸気の危険性が存在するので、このウォーターコア光ガイドにおいては、より厚い壁、例えば１ｍｍを有することが好ましい。）。
【００２８】
例  ２
８％のＨ2 Ｏが加えられたトリエチレングリコールの液体コア２３（ｎ＝１．４５）、長さ２３０ｃｍ、内径５ｍｍ、外径６ｍｍでありフッ化炭化水素ターポリマーＴＦＢからなるシース２１、２μｍ以上の厚さを有するＡＦ１６００（ｎ＝１．３１）の被覆２２を有し、石英ガラスプラグで両端部を封じた光ガイドである。
【００２９】
透過率の測定は、６０°の入射角について、青色光ｌ＝４３０ｎｍで行ない、ＡＦ１６００の被覆２２を有する１０個の光ガイドについて７９．３％の平均透過率を得た。屈曲損失は、ｒ＝７ｃｍの円筒の周囲に２回巻いた光ガイドについて測定し、ほぼ３％の減少である７６％の透過率が得られた。同様の条件の下、１０個の比較のための光ガイドについて測定したところ、ＡＦ１６００の被覆２２なしでは、平均透過率は７２．５％であり、屈曲においては６４％であった。ＡＦ１６Ｏ０で被覆された光ガイドの平均透過率は、若干曲げた状態又は直線状で９．４％大きく、このことは、強く曲げた状態で、平均透過率を２０％増加させる。
【００３０】
例３
シース材料：テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体（ＦＥＰ）
内部被覆：Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ １６００
液体：水性塩化カルシウム溶液
例４
シース材料：テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体（ＦＥＰ）
内部被覆：Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ １６００
液体：１０重量％の水を含むトリエチレングリコール（水含有量は、８〜１５％の間で変えることができる）
例５
シース材料：テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、及びフッ化ビニリデンのターポリマー
内部被覆及び液体は、例４と同様である。
【００３１】
例  ６
シース材料及び被覆は、例４と同様である。
【００３２】
液体：テトラエチレングリコール（水含有量は例４と同様である）
例  ７
シース材料は例３と同様である。
【００３３】
被覆：例３と同様、厚さ５μｍ（少なくとも３μｍ）
液体：下記化５に示す構造式で表わされるポリクロロトリフルオロエチレン
屈折率は、約１．４０〜１．４１である
【化５】
0004041545.tif 000006
例  ８
シース材料及び被覆は、例５と同様である。
【００３４】
液体：フェニルメチルシリコーンオイル
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照明装置の一例を示す図。
【符号の説明】
１０…光源，１２…集光レンズ，１４…光フィルター，１６…光ガイド
１８…高圧水銀ランプ，２０…反射板，２１…シース，２２…被覆
２３…光ガイド流体，２４…ガラスプラグ。
【図１】
0004041545.tif 000007