JP2017536655A - 色の移動を生じる光ファイバ照明システム - Google Patents

色の移動を生じる光ファイバ照明システム Download PDF

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Abstract

光ファイバの長さに沿った色の移動を生じるよう構成された照明システムである。このシステムは、第１の入射端部および第２の入射端部と、ガラスコア（２０）と、ガラスコアを囲むクラッド（４０）と、外面とを有する光拡散光ファイバ（１２）を含み得る。光を散乱させるために、ガラスコア内またはコア−クラッド境界に、ナノサイズ構造（３２）が位置する。第１の光源（１５０ａ）は第１の入射端部に光学的に結合され、第２の光源（１５０ｂ）は第２の入射端部に光学的に結合される。光ファイバ内の、ファイバの各端部から発せられた光の接合部において、色の変化が生じ、第１の光源および第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することで、色の変化の位置が光ファイバの長さに沿って移動する。

Description

関連出願の相互参照
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条に基づき、２０１４年１０月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／０６２３８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。
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、ファイバの長さに沿った色の移動を生じることができる光拡散光ファイバに関する。
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。
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。
しかし、近年、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。その理由は、光ファイバをきつく曲げる必要がある構成で配置される通信システムが増えているからである。この必要性は、コア領域を囲む非周期的に設けられた小さい空隙のリングを用いた光ファイバの開発につながった。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（コアから或る距離の）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、それに従って、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。
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ため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、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。
曲げの影響を受けない光拡散光ファイバは、光を装飾および／または特徴を示すものとして用いる自動車、家電、建築、小売り、および他の市場において多くの用途を有する。しかし、既存の光拡散光ファイバから発せられる色のついた光の大部分は静止したものであり、発せられる光の変化は、光ファイバの全長に沿って１つの光の色から別の光の色へと完全に変化するもののみである。
従って、当該技術分野において、ファイバの長さに沿った色の移動を生じることができる光拡散光ファイバシステムの必要性が存在する。
本明細書は、ファイバの長さに沿った色の移動を生じることができる光拡散光ファイバを有する照明システムに関する。
一実施形態によれば、照明システムは、第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバであって、該光拡散光ファイバが、ガラスコアと、ガラスコアを囲むクラッドと、外面とを有し、ファイバ内に位置する、光を散乱させるよう構成された複数のナノサイズ構造を更に含む、光拡散光ファイバと、光拡散光ファイバの第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である第１の光源と、光拡散光ファイバの第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である第２の光源とを含み、光拡散光ファイバ内の、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との接合部において、色の変化が生じ、第１の光源および第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、色の変化の位置を光拡散光ファイバに沿って調節可能である。
一実施形態によれば、照明システムは、（i）第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバであって、該光拡散光ファイバが、ガラスコアと、ガラスコアを囲むクラッドと、外面とを有し、ガラスコア内またはコア−クラッド境界に位置する、光を散乱させるよう構成された複数のナノサイズ構造を更に含む、光拡散光ファイバと、（ii）光拡散光ファイバの第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である第１の光源と、（iii）光拡散光ファイバの第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、第１の波長、第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である第２の光源とを含む。光拡散光ファイバ内の、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との接合部において相互作用箇所が生じ、第１の光源および第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、相互作用箇所の位置を光拡散光ファイバに沿って調節可能である。
一実施形態によれば、本システムは、第１の光源への電力の入力を制御するよう構成された第１のポテンショメータと、第２の光源への電力の入力を制御するよう構成された第２のポテンショメータとを更に含む。
一実施形態によれば、第１の光源および第２の光源はＬＥＤである。
一実施形態によれば、光ファイバ内には、導光された光をナノサイズの空隙を介してコアから離れる方向に外面を通して優先的に散乱させるための複数の屈曲部が形成される。
一実施形態によれば、光ファイバは、０．５ｍ〜１００ｍの長さＬを有する。
一実施形態によれば、光ファイバはマルチモードファイバであり、（i）５０μｍより大きく且つ５００μｍ未満のコア径と、（ii）ＮＡ＞０．２である開口数ＮＡとを有する。
一実施形態によれば、光拡散光ファイバのコアはシリカを含み、コア内にはナノサイズの空隙が位置する。
一実施形態によれば、コア内にはナノサイズの空隙が位置し、コアは外径Ｒｃを有し、コアは、０．１Ｒｃ＜Ｒ１＜０．９Ｒｃである半径Ｒ１を有する中実の内側コア部分と、０．０５Ｒｃ＜Ｗ２＜０．９Ｒｃである幅Ｗ２を有するナノ構造領域と、０．１Ｒｃ＜Ｗｓ＜０．９Ｒｃである幅Ｗｓを有する中実の外側コア領域とを含み、コアの各部分はシリカガラスを含む。
一実施形態によれば、コアは、Ｇｅ、Ｆのうちの少なくとも１つのドーパントが添加されたシリカを含む。
一実施形態によれば、コア全体がナノサイズの空隙を含む。
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のいずれかを含む。
一実施形態によれば、本システムは、光ファイバの外面上に設けられたコーティングを更に含み、光ファイバのコーティング中には蛍光種が設けられる。
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。
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つを含む。
１つの態様によれば、自動車は、（i）第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバであって、該光拡散光ファイバが、ガラスコアと、ガラスコアを囲むクラッドと、外面とを有し、ガラスコア内またはコア−クラッド境界に位置する、光を散乱させるよう構成された複数のナノサイズ構造を更に含む、光拡散光ファイバと、（ii）光拡散光ファイバの第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である第１の光源と、（iii）光拡散光ファイバの第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、第１の波長、第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である第２の光源とを含む照明システムを含む。光拡散光ファイバ内の、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との接合部において相互作用箇所が生じ、第１の光源および第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、相互作用箇所の位置を光拡散光ファイバに沿って調節可能である。
１つの態様によれば、照明システムは、（i）第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバであって、該光拡散光ファイバが、ガラスコアと、ガラスコアを囲むクラッドと、外面とを有し、ガラスコア内またはコア−クラッド境界に位置する、光を散乱させるよう構成された複数のナノサイズ構造を更に含む、光拡散光ファイバと、（ii）光拡散光ファイバの第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である第１の光源と、（iii）光拡散光ファイバの第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、第１の波長、第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である第２の光源と、（iv）第１の光源への電力の入力を制御するよう構成された第１のポテンショメータと、（v）第２の光源への電力の入力を制御するよう構成された第２のポテンショメータとを含む。光拡散光ファイバ内の、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との接合部において相互作用箇所が生じ、第１のポテンショメータおよび第２のポテンショメータのうちの１つ以上を用いて第１の光源および第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、相互作用箇所の位置を光拡散光ファイバに沿って調節可能である。
一実施形態によれば、第１の光源および第２の光源はＬＥＤである。
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。
少なくとも１つの実施形態によれば、照明システムは、（i）第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバと、（ii）光拡散光ファイバの第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である第１の光源と、（iii）光拡散光ファイバの第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、第１の波長、第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である第２の光源とを含む。光拡散光ファイバ内の、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との接合部において相互作用箇所が生じ、第１の光源および第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、相互作用箇所の位置を光拡散光ファイバに沿って調節可能である。即ち、例えば、光源の少なくとも一方、幾つかの実施形態では両方は、調節可能なまたは可変の光強度を提供するよう構成される。幾つかの実施形態では、光源によって提供される光の強度は、他の手段（例えば、それぞれ異なる位置において異なる吸収特性を有する回転可能またはスライド可能な吸収フィルタ）によって調節され得る。
一実施形態によれば、照明システムは、第１の光源への電力の入力を制御するよう構成された第１のポテンショメータと、第２の光源への電力の入力を制御するよう構成された第２のポテンショメータとを更に含む。
一実施形態によれば、第１の光源および第２の光源はＬＥＤである。
本開示の目的で本明細書において用いられる例えば「水平」、「垂直」、「前」、「後」等の用語、およびデカルト座標の使用は、図面中における参照のため、および、説明を容易にするためのものであり、説明または特許請求の範囲のいずれにおいても、絶対的な向きおよび／または方向に厳密に限定することは意図しない。
以下の本開示の説明において、ナノサイズ構造を有する光拡散光ファイバに関連して、以下の用語および語句が用いられる。「屈折率プロファイル」とは、屈折率または相対屈折率と導波路（ファイバ）の半径との関係である。「相対屈折率パーセント」とは、Δ（ｒ）％＝１００×［ｎ（ｒ）２−ｎＲＥＦ ２）］／２ｎ（ｒ）２として定義され、式中、ｎ（ｒ）は、特に明記しない限り、半径ｒにおける屈折率である。相対屈折率パーセントは、特に明記しない限り、８５０ｎｍにおいて定められたものである。１つの態様において、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、別の態様では、８５０ｎｍにおけるクラッドガラスの最大屈折率である。本明細書において用いられる相対屈折率は、Δによって表され、その値は、特に明記しない限り、「％」の単位で与えられる。或る領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦより小さい場合には、相対屈折率パーセントは負であり、低下した領域、即ち低下した屈折率を有するものとして参照され、最小相対屈折率は、特に明記しない限り、相対屈折率が最も負である点において算出される。或る領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦより大きい場合には、相対屈折率パーセントは正であり、その領域は、上昇した領域である、即ち正の屈折率を有すると言える。
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。
本明細書において用いられる「αプロファイル」または「アルファプロファイル」という用語は、「％」を単位とするΔ（ｒ）（ここで、ｒは半径である）に関して表された相対屈折率プロファイルを指し、Δ（ｒ）は以下の式に従う。
Δ（ｒ）＝Δ（ｒｏ）（１−［｜ｒ−ｒｏ｜／（ｒ１−ｒｏ）］α）
式中、ｒｏはΔ（ｒ）が最大になる点であり、ｒ１はΔ（ｒ）％が０になる点であり、ｒはｒｉ≦ｒ≦ｒｆの範囲内であり、Δは上述の定義の通りであり、ｒｉはαプロファイルの最初の点であり、ｒｆはαプロファイルの最後の点であり、αは実数である指数である。
従って、本明細書において用いられる「放物線」という用語は、コア内の１以上の点において２．０のα値から僅かに変化し得る略放物線形状の屈折率プロファイル、並びに、小さいばらつきおよび／または中心線の沈みを有するプロファイルを含む。幾つかの実施形態では、αは１．５より大きく且つ２．５未満である。他の実施形態では、αは１．７より大きく且つ２．３未満である。更に他の実施形態では、αは８５０ｎｍにおいて測定された場合に１．８〜２．３である。他の実施形態では、屈折率プロファイルの１以上の部分が、８より大きいα値を有する略階段状の屈折率形状を有する。他の実施形態では、αは８５０ｎｍにおいて測定された場合に１０より大きい、または２０より大きい。
本明細書において用いられる「ナノ構造ファイバ領域」という用語は、ガスが充填された多数の（５０個を超える）空隙または他のナノサイズ構造（例えば、ファイバの断面において５０個を超える、１００個を超える、または２００個を超える空隙）を有する領域を有するファイバを指す。ガスが充填された空隙は、例えば、ＳＯ２、Ｋｒ、Ａｒ、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、またはそれらの混合物を含み得る。本明細書において記載されるナノサイズ構造（例えば、空隙）の断面サイズ（例えば、直径）は、１０ｎｍ〜１μｍ（例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍ）の範囲で様々であり得、長さは、１ミリメートル〜５０メートルの範囲（例えば、２ｍｍ〜５メートル、または５ｍｍ〜１ｍの範囲）で様々であり得る。
標準的なシングルモードまたはマルチモード光ファイバでは、１３００ｎｍ未満の波長における損失は、レイリー散乱によって支配される。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、可視波長（４００〜７００ｎｍ）については典型的には約２０ｄＢ／ｋｍである。レイリー散乱損失は、強い波長依存性も有し、これは、入射した光の９５％を超える光を放散させるには、少なくとも約１ｋｍ〜２ｋｍのファイバが必要であることを意味する。そのようなファイバの長さがより短い場合には、照明効率がより低くなり、一方、長い長さ（１ｋｍ〜２ｋｍ、またはそれ以上）を用いる場合には、よりコストがかかり得ると共に、管理が困難であり得る。バイオリアクターまたは他の照明システムにおいて、長い長さのファイバを用いる場合には、設置が面倒であり得る。
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しつつ、ファイバからの散乱損失を増加す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実施形態の少なくとも一部の望ましい属性は、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、ファイバによって供給される照明のばらつきは３０％を超えない。幾つかの実施形態では、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、少なくとも幾つかの実施形態では、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）。少なくとも幾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。少なくとも幾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％）。少なくとも幾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％）、幾つかの実施形態では１０％以下（即ち、±１０％）である。
少なくとも幾つかの実施形態では、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。
以下の例示的な実施形態の幾つかにおいて、ファイバのコア領域内に配置された、またはコアに非常に近接して配置されたナノ構造ファイバ領域（ナノサイズ構造を有する領域）を有するファイバ設計が記載される。ファイバの実施形態の幾つかは、５０ｄＢ／ｋｍを超える（例えば、１００ｄＢ／ｋｍより大きい、２００ｄＢ／ｋｍより大きい、５００ｄＢ／ｋｍより大きい、１０００ｄＢ／ｋｍより大きい、３０００ｄＢ／ｋｍより大きい、または５０００ｄＢ／ｋｍより大きい）散乱損失を有し、散乱損失（およびそれに従って照度、即ちこれらのファイバによって放射される光）は角度空間内において均一である。
ファイバにおける屈曲部としての明るい点を低減または解消するために、曲げ直径が５０ｍｍ未満であるとき、ファイバの９０°の屈曲部における減衰の増加は５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満（例えば、３ｄＢ／ｔｕｒｎ未満、２ｄＢ／ｔｕｒｎ未満、１ｄＢ／ｔｕｒｎ未満）であるのが望ましい。例示的な実施形態では、より小さい曲げ直径（例えば、２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、およびたとえ５ｍｍ未満）でも、低い曲げ損失が達成される。５ｍｍの曲げ半径において、減衰の増加の合計は、９０度の曲げ（ｔｕｒｎ）当たり１ｄＢ未満である。
幾つかの実施形態によれば、曲げ損失は、直線状のファイバのコアからの固有の散乱損失に等しいか、またはそれより低い。固有の散乱は、主に、ナノサイズ構造からの散乱に起因する。従って、少なくとも光ファイバの曲げの影響を受けない実施形態によれば、曲げ損失はそのファイバの固有の散乱を超えない。しかし、散乱レベルは曲げ直径の関数であるので、ファイバの曲げ配置は、その散乱レベルに依存する。例えば、実施形態の幾つかにおいて、ファイバは３ｄＢ／ｔｕｒｎ未満、および幾つかの実施形態では２ｄＢ／ｔｕｒｎ未満の曲げ損失を有し、ファイバを、明るい点を生じることなく、半径５ｍｍ程度の小さい半径を有する円弧状に曲げることができる。
また、以下の説明において、光反応性材料にわたって散乱した化学線が供給されるまたは届けられると記載されている幾つかの実施形態では、散乱した化学線は、光反応性材料に対して妥当な時間内に光反応を行うのに十分な強度を有するものとする。
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。
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１の光ファイバの方向２−２に沿って見た模式的な断面図 一実施形態による光拡散ファイバについてのファイバ半径に対する相対屈折率のプロットを模式的に示す 一実施形態による光拡散ファイバについてのファイバ半径に対する相対屈折率のプロットを模式的に示す 一実施形態による光拡散光ファイバを模式的に示す 一実施形態による光拡散光ファイバを模式的に示す 一実施形態による光拡散光ファイバ内における色の前線を模式的に示す 一実施形態による光拡散光ファイバ内における色の前線の移動を模式的に示す 一実施形態による光拡散光ファイバ内における色の前線の移動を模式的に示す
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。
本開示は、光拡散光ファイバの長さに沿った色の移動の外観を生じる装置、システム、およびデバイスの様々な実施形態を記載している。既存の曲げの影響を受けない光拡散光ファイバから発せられる光および色の大半は静止したものであるが、本出願人は、光拡散光ファイバの長さに沿った移動の外観を生じることが有益であることを認識した。
上記に鑑みて、様々な実施形態および実装例は、光の移動の外観を生じるよう設計された、ファイバの各端部に光源が光学的に接続された光拡散光ファイバを含む照明システムに関するものである。２つの光源は、強度を調節可能な、それぞれ異なる波長の光を発し、それらの光は、光ファイバの長さに沿った接合部において合わさる。２つの光源の一方または両方によって発せられる光の強度を調節することにより、光ファイバの長さに沿った接合部の位置が変わり、移動の外観が生じる。
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。
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。
光拡散光ファイバ
ここで、図１Ａを参照すると、光拡散ファイバの例示的な一実施形態の部分の模式的な側面図が開示されている。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」）１２のコア内に、複数の空隙が設けられている。
図２は、図１の方向２−２に沿って見た光拡散光ファイバ１２の一実施形態の模式的な断面図である。光拡散光ファイバ１２は、例えば、周期的または非周期的なナノサイズ構造３２（例えば空隙）を有するナノ構造ファイバ領域を有する様々なタイプの光ファイバの任意の１つであり得る。例示的な一実施形態では、ファイバ１２は、３つの部分または領域に分割されたコア２０を含む。これらのコア領域は、例えば、中実の中心部分２２と、ナノ構造リング部分（内側の環状コア領域）２６と、内側の環状コア領域を囲む中実の外側部分２８とであり得る。クラッド領域４０（「クラッド」）は、環状のコア２０を囲んでおり、外面を有する。クラッド４０は、高い開口数（ＮＡ）を提供するために低い屈折率を有し得る。クラッド４０は、例えば、紫外線硬化性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の低屈折率ポリマー材料であり得る。
必要に応じて設けられるコーティング４４がクラッド４０を囲んでいる。コーティング４４は、低弾性率の一次コーティング層と高弾性率の二次コーティング層とを含み得る。幾つかの実施形態では、コーティング層４４は、例えばアクリレート系またはシリコーン系ポリマー等のポリマーコーティングを含む。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４４は、コア２０からクラッド４０を通過する「放射光」の分布および／または性質を強化するよう設計される。クラッド４０の外面、または必要に応じて設けられるコーティング４４の外面は、ファイバ１２の「側面」４８を表し、そこを通して、本明細書において記載されるように、ファイバ内を進む光が散乱によって外に出る。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４０を覆う。ファイバ１２は、フッ素化されたクラッド４０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。
幾つかの例示的な実施形態では、光拡散ファイバ１２のコア領域２６は、非周期的に設けられた複数のナノサイズ構造（例えば、「空隙」）３２（例えば、図２の拡大された部分に詳細に示されている例示的な空隙等）を内部に有するガラスマトリックス（「ガラス」）３１を含む。別の例示的な実施形態では、空隙３２は周期的に設けられてもよく（例えばフォトニック結晶光ファイバ等）、この場合、空隙は典型的には約１×１０−６ｍ〜１０−５ｍの直径を有する。また、空隙３２は、材料内に非周期的またはランダムに設けられてもよい。幾つかの例示的な実施形態では、領域２６内のガラス３１はフッ素添加シリカであり、他の実施形態では、ガラスはドーピングされていない純粋なシリカである。空隙の直径は少なくとも１０ｎｍである。
ナノサイズ構造３２は、コア２０から離れる方向にファイバの外面に向かって光を散乱させる。次に、所望の照明を提供するために、散乱した光はファイバ１２の外面を通って「拡散され」る。即ち、光の大半は、ファイバの長さに沿ってファイバ１２の側面を通って（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より大きい減衰を有し得る。この波長については、散乱によって生じる減衰は１００ｄＢ／ｋｍより大きい。幾つかの実施形態では、この波長において、散乱によって生じる減衰は５００ｄＢ／ｋｍより大きく、幾つかの実施形態では、散乱によって生じる減衰は、例えば、１０００ｄＢ／ｋｍ、２０００ｄＢ／ｋｍより大きい、または５０００ｄＢ／ｋｍより大きいものであり得る。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。
コア領域２２および２８内のガラスは、例えばＧｅ、Ａｌ、および／またはＰ等のアップドーパントを含み得る。「非周期的に設けられた」または「非周期的分布」とは、（図２に示されているような）光ファイバの断面を見た際に、空隙３２がファイバの一部分にわたってランダムまたは非周期的に分布していることを意味する。ファイバの長さに沿ったそれぞれ異なる点において見た類似の断面は、それぞれ異なる断面空隙パターンを見せる。即ち、様々な断面は、それぞれ異なる空隙パターンを有し、空隙の分布および空隙のサイズは一致しない。即ち、空隙は非周期的である、即ち、空隙はファイバ構造内に周期的には設けられていない。これらの空隙は光ファイバの長さに沿って（即ち、縦軸に対して平行に）引き延ばされ（伸長され）ているが、伝送ファイバの典型的な長さについては、ファイバ全体の全長には延びていない。理論によって縛られることは望まないが、空隙は、ファイバの長さに沿って１０メートル未満、多くのケースでは１メートル未満延びていると考えられる。
本明細書において、後述する照明システムで用いられる光拡散光ファイバ１２は、固化したガラスブランク内に、かなりの量のガスが閉じ込められることにより、固化したガラス光ファイバプリフォーム内における空隙の形成を生じる、プリフォーム固化条件を用いる方法によって製造され得る。これらの空隙を除去する工程を行うのではなく、得られたプリフォームは、空隙、即ちナノサイズ構造を内部に有する光ファイバを形成するために用いられる。得られたファイバのナノサイズ構造、即ち空隙は、ファイバから出る光を、ファイバ長さに沿ってファイバの側面を介して散乱または導光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、ファイバの外面を通って、コア２０から離れる方向に導光される。
上述のように、ファイバ１２の幾つかの実施形態では、コアの部分２２および２８は、ゲルマニウムが添加されたシリカ、即ち、ゲルマニウム添加シリカを含む。光ファイバのコア内、特に、中心線１６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が、単独でまたは組み合わせて用いられてもよい。少なくとも幾つかの実施形態では、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、コアの部分２２および２８において負ではない。少なくとも幾つかの実施形態では、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。幾つかの実施形態では、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、部分２２および２８において負ではない。
本明細書において用いられるファイバ１２の幾つかの例では、コア２０は、純粋なシリカを含む。一実施形態において、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において、ファイバから出る光を散乱させる（光を拡散する）能力である。他の実施形態では、散乱した光は、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、ファイバ中のガラスの特性、ナノ構造領域２６の幅、およびナノサイズ構造のサイズおよび密度を変えることによって増加させることができる。
ファイバ１２の幾つかの実施形態では、コア２０は、屈折率の勾配を有するコアであり、コアの屈折率プロファイルは放物線（または略放物線）形状を有する。幾つかの実施形態では、例えば、コア２０の屈折率プロファイルは、８５０ｎｍにおいて測定されたα値が約２である（幾つかのケースでは１．８〜２．３である）α形状を有する。他の実施形態では、屈折率プロファイルの１以上の部分は、８５０ｎｍにおいて測定されたα値が８より大きい（幾つかのケースでは１０より大きい、または２０より大きい）略階段状の屈折率形状を有する。幾つかの実施形態では、コアの屈折率は、コアの最大屈折率および光ファイバ全体の最大屈折率が、中心線１６から小さい距離だけ離れて位置するような、中心線の沈みを有してもよいが、他の実施形態では、コアの屈折率には中心線の沈みはなく、コアの最大屈折率および光ファイバ全体の最大屈折率は中心線に位置する。
例示的な実施形態では、ファイバ１２は、シリカ系コア２０と、（シリカと比較して）低い屈折率のポリマークラッド４０とを有する。低屈折率ポリマークラッド４０は、負の（幾つかのケースでは−０．５％未満、または−１％未満の）相対屈折率を有し得る。幾つかの例示的な実施形態では、クラッド４０は２０μｍ以上の厚さを有する。幾つかの例示的な実施形態では、クラッド４０はコアより低い屈折率を有し、１０μｍ以上（例えば、２０μｍ以上）の厚さを有する。幾つかの例示的な実施形態では、クラッドは、Ｒｍａｘの２倍の外径（例えば、約１２５μｍ（例えば、１２０μｍ〜１３０μｍ、または１２３μｍ〜１２８μｍ））を有する。他の実施形態では、クラッドは１２０μｍ未満（例えば６０または８０μｍ）の直径を有する。他の実施形態では、クラッドの外径は、２００μｍより大きい、３００μｍより大きい、または５００μｍより大きい。幾つかの実施形態では、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。他の実施形態では、ファイバ１２の屈折率は半径方向に対称である。コア２０の外径はファイバの長さに沿って略一定であり、コアの部分２２、２６、２８の外径もファイバの長さに沿って略一定である。この項において用いられる「略一定」という用語は、平均値に関する直径のばらつきが、幾つかの実施形態では１０％未満、他の実施形態では５％未満、および更に他の実施形態では２％未満であることを意味する。
図３Ａは、図２に示されている例示的なファイバ１２についての、ファイバ半径に対する例示的な相対屈折率Δのプロットである（実線）。コア２０は、例えば、１．７〜２．３（例えば、１．８〜２．３）のα値によって特徴づけられる勾配のあるコアプロファイルを有してもよい。コア領域２２は、中心線から半径方向外側に、その外半径Ｒ１まで延び、最大屈折率ｎ１に対応する相対屈折率プロファイルΔ１（ｒ）（および相対屈折率パーセントΔ１ＭＡＸ）を有する。この実施形態では、基準屈折率ｎＲＥＦはクラッドにおける屈折率である。第２のコア領域（ナノ構造領域）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Δ２ＭＡＸと、最小相対屈折率Δ２ＭＩＮとを有し、幾つかの実施形態ではΔ２ＭＡＸ＝Δ２ＭＩＮである。第３のコア領域２８は、最大屈折率ｎ３と、最大相対屈折率Δ３ＭＡＸおよび最小相対屈折率Δ３ＭＩＮを有する相対屈折率プロファイルΔ３（ｒ）とを有し、幾つかの実施形態ではΔ３ＭＡＸ＝Δ３ＭＩＮである。この実施形態では、環状のクラッド４０は、屈折率ｎ４と、最大相対屈折率Δ４ＭＡＸおよび最小相対屈折率Δ４ＭＩＮを有する相対屈折率プロファイルΔ４（ｒ）とを有する。幾つかの実施形態ではΔ４ＭＡＸ＝Δ４ＭＩＮである。幾つかの実施形態では、Δ１ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸであり、Δ３ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸである。幾つかの実施形態ではΔ２ＭＩＮ＞Δ４ＭＡＸである。図２および図３Ａに示されている実施形態では、Δ１ＭＡＸ＞Δ３ＭＡＸ＞Δ２ＭＡＸ＞Δ４ＭＡＸである。この実施形態では、上記の領域の屈折率は、ｎ１＞ｎ３＞ｎ２＞ｎ４の関係を有する。
幾つかの実施形態では、コア領域２２、２８は、図３Ａに示されているように、一定のΔ１（ｒ）およびΔ３（ｒ）を有する略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幾つかにおいては、Δ２（ｒ）は、僅かに正であるか（０＜Δ２（ｒ）＜０．１％）、負であるか（−０．１％＜Δ２（ｒ）＜０）、または０％である。他の実施形態では、Δ２（ｒ）の絶対的な大きさは０．１％未満、実質的に０．０５％未満である。更に他の実施形態では、外側クラッド領域４０は、図３Ａに示されているように、一定のΔ４（ｒ）を有する略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幾つかにおいては、Δ４（ｒ）＝０％である。コアの部分２２は、Δ１（ｒ）≧０％である屈折率を有する。幾つかの実施形態では、空隙で埋められた領域２６は、０．０５％未満の絶対的な大きさ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、コア領域２８のΔ３（ｒ）は、例えば、正または０であり得る。少なくとも幾つかの実施形態では、ｎ１＞ｎ２であり、ｎ３＞ｎ４である。
幾つかの実施形態では、クラッド４０は、−０．０５％＜Δ４（ｒ）＜０．０５％の屈折率を有する。他の実施形態では、クラッド４０およびコアの部分２０、２６、および２８は、純粋な（ドーピングされていない）シリカを含み得る。或いは、クラッド４０は、純粋な低屈折率ポリマーを含み得る。幾つかの実施形態では、ナノ構造領域２６は、複数の空隙３２を含む純粋なシリカを含む。ナノ構造領域２６の最小相対屈折率および空隙の存在を考慮した平均実効相対屈折率は、共に−０．１％未満である。これらの空隙、即ち空隙３２は、例えば、アルゴン、窒素、酸素、クリプトン、またはＳＯ２等の１以上のガスを含んでもよく、または、ガスが実質的に存在しない真空を含んでもよい。しかし、ガスの有無に関係なく、ナノ構造領域２６における平均屈折率は、空隙３２の存在に起因して低くなる。空隙３２は、ナノ構造領域２６内にランダムまたは非周期的に設けられてもよく、他の実施形態では、空隙はナノ構造領域２６内に周期的に設けられる。幾つかの実施形態では、複数の空隙３２は、複数の非周期的に設けられた空隙と、複数の周期的に設けられた空隙とを含む。
例示的な実施形態では、コアの部分２２はゲルマニウム添加シリカを含み、コアの内側の環状の領域２８は純粋なシリカを含み、クラッドの環状の領域４０はガラスまたは低屈折率ポリマーを含む。これらの実施形態の幾つかにおいては、ナノ構造領域２６は、純粋なシリカ内に複数の空隙３２を含み、これらの実施形態の更に別の実施形態では、ナノ構造領域２６は、フッ素添加シリカ内に複数の空隙３２を含む。
幾つかの実施形態では、コアの外半径Ｒｃは１０μｍより大きく且つ６００μｍ未満である。幾つかの実施形態では、コアの外半径Ｒｃは３０μｍより大きく且つ／または４００μｍ未満である。例えば、Ｒｃは１２５μｍ〜３００μｍであり得る。他の実施形態では、コア２０の外半径Ｒｃは５０μｍより大きく且つ２５０μｍ未満である。コア２０の中心部分２２は、０．１Ｒｃ＜Ｒ１＜０．９Ｒｃの範囲内、幾つかのケースでは０．５Ｒｃ＜Ｒ１＜０．９Ｒｃの範囲内の半径を有する。ナノ構造リング領域２６の幅Ｗ２は、０．０５Ｒｃ＜Ｗ２＜０．９Ｒｃ、幾つかのケースでは０．１Ｒｃ＜Ｗ２＜０．９Ｒｃ、および他の実施形態では０．５Ｒｃ＜Ｗ２＜０．９Ｒｃであり得る（同じ密度のナノサイズ構造については、ナノ構造領域が広いほど、散乱によって生じる減衰が高くなる）。中実のガラスコア領域２８は、０．１Ｒｃ＜Ｗ３＜０．９Ｒｃである幅Ｗｓ＝Ｗ３を有する。コアの各部分２０はシリカ系ガラスを含む。ナノ構造領域２６の半径方向の幅Ｗ２は、１μｍより大きいものであり得る。例えば、Ｗ２は５μｍ〜３００μｍ、または幾つかのケースでは２００μｍ以下であり得る。幾つかの実施形態では、Ｗ２は２μｍより大きく且つ１００μｍ未満である。他の実施形態では、Ｗ２は２μｍより大きく且つ５０μｍ未満である。他の実施形態では、Ｗ２は２μｍより大きく且つ２０μｍ未満である。他の実施形態では、Ｗ２は少なくとも７μｍである。更に他の実施形態では、Ｗ２は２μｍより大きく且つ１２μｍ未満である。コア領域２８の幅Ｗ３は（Ｒ３−Ｒ２）であり、中点Ｒ３ＭＩＤは（Ｒ２＋Ｒ３）／２である。幾つかの実施形態では、Ｗ３は１μｍより大きく且つ１００μｍ未満である。
ファイバ１２の開口数（ＮＡ）は、光をファイバ内へと向かわせる光源のＮＡに等しいか、またはそれより大きいものであり得る。ファイバ１２の開口数（ＮＡ）は、０．２より大きい、幾つかの実施形態では０．３より大きい、および他の実施形態では０．４より大きいものであり得る。
幾つかの実施形態では、第１のコア領域２２のコア外半径Ｒ１は２４μｍ以上且つ５０μｍ以下、即ち、コア径は約４８〜１００μｍである。他の実施形態ではＲ１＞２４μｍであり、更に他の実施形態ではＲ１＞３０μｍであり、更に他の実施形態ではＲ１＞４０μｍである。
幾つかの実施形態では、環状の内側部分２６の半径方向の幅の５０％超について｜Δ２（ｒ）｜＜０．０２５％であり、他の実施形態では、領域２６の半径方向の幅の５０％超について｜Δ２（ｒ）｜＜０．０１％である。低下した屈折率の環状の部分２６は、クラッドの相対屈折率が最初に−０．０５％未満の値に達したところから始まり、中心線から半径方向外側に進む。幾つかの実施形態では、クラッド４０は、最大の絶対的な大きさが０．１％未満である相対屈折率プロファイルΔ４（ｒ）を有し、この実施形態ではΔ４ＭＡＸ＜０．０５％であり、Δ４ＭＩＮ＞−０．０５％であり、低下した屈折率の環状の部分２６は、最も外側の空隙が見出されるところで終わる。
クラッド構造４０は、光ファイバの最も外側の周囲でもある半径Ｒ４まで延びる。幾つかの実施形態では、クラッドの幅Ｒ４−Ｒ３は２０μｍより大きく、他の実施形態ではＲ４−Ｒ３は少なくとも５０μｍであり、幾つかの実施形態ではＲ４−Ｒ３は少なくとも７０μｍである。他の実施形態では、コア２０全体がナノ構造であり（例えば、空隙で埋められており）、コア２０はクラッド４０によって囲まれている。コア２０は、「階段状」の屈折率Δを有してもよく、または、例えば、α値が１．８〜２．３であるαプロファイルを有する勾配のあるコアプロファイルを有してもよい。
図３Ｂを参照すると、光拡散ファイバ１２の他の実施形態が模式的に開示されている。図３Ｂのファイバは、相対屈折率Δ１を有するコア２０と、コア２０を覆うように位置してコア２０を囲むナノ構造領域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、または、例えば、α値が１．８〜２．３であるαプロファイルを有する勾配のあるコアプロファイルを有してもよい。この実施形態では、ナノ構造領域２６′は、複数の空隙３２を有する環状のリングである。この実施形態では、領域２６′の幅は１〜２ｕｍ程度の小さいものであり得、負の平均相対屈折率Δ２を有し得る。クラッド４０はナノ構造領域２６′を囲む。クラッド４０の（半径方向の）幅は１μｍ程度の小さいものであり得、クラッドは（純粋なシリカと比較して）負の、正の、または０％の相対屈折率を有し得る。図３Ａの例と図３Ｂの例との主な相違は、図３Ａに示されているナノ構造領域は光拡散ファイバ１２のコア２０内に位置し、図３Ｂではコア／クラッド界面に位置することである。低下した屈折率の環状の部分２６′は、コアの相対屈折率が最初に−０．０５％未満の値に達したところから始まり、中心線から半径方向外側に進む。図３Ｂの実施形態では、クラッド４０は、最大の絶対的な大きさが０．１％未満である相対屈折率プロファイルΔ３（ｒ）を有し、この実施形態ではΔ３ＭＡＸ＜０．０５％であり、Δ３ＭＩＮ＞−０．０５％であり、低下した屈折率の環状の部分２６は、空隙で埋められた領域内の最も外側の空隙が生じているところで終わる。図３Ｂに示されている実施形態では、コア２０の屈折率は環状の領域２６′の屈折率ｎ２より大きく、クラッド４０の屈折率ｎ１も、屈折率ｎ２より大きい。
図３Ｃは、光ファイバ１２のコア２０の一実施形態を示す。このファイバは、約３３．４μｍの外半径Ｒ１を有する第１のコア領域２２と、外半径Ｒ２＝４２．８μｍを有するナノ構造領域２６と、外半径Ｒ３＝６２．５μｍを有する第３のコア領域２８と、８２．５μｍの外半径Ｒ４（図示せず）を有するポリマークラッド４０とを有する。この実施形態では、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ポリマー（例えば、米国ミシンガン州ミッドランドに所在するダウコーニング社からＱ３−６６９６の商品名で入手可能な１．４１３の屈折率を有する紫外線硬化性シリコーン）とし、これは、ガラスコアと共に、０．３のファイバＮＡを生じた。光ファイバ１２は、標準的なシングルモード伝送ファイバ（例えばＳＭＦ−２８ｅ（登録商標）ファイバ等）と比較して比較的平坦な（弱い）波長依存性を有した。標準的なシングルモード光ファイバ（例えばＳＭＦ−２８（登録商標）等）またはマルチモード光ファイバでは、１３００ｎｍ未満の波長における損失はレイリー散乱によって支配される。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、可視波長（４００〜７００ｎｍ）については典型的には約２０ｄＢ／ｋｍである。レイリー散乱損失の波長依存性は、ｐ≒４であるλ−ｐに比例する。４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲において、少なくとも１つのナノ構造領域を含むファイバにおける波長依存散乱損失の指数は２未満であり、少なくとも８０％（例えば９０％超）にわたって１未満であり得る。４００ｎｍ〜１１００ｎｍにおける平均スペクトル減衰は、ファイバが４０ｇの張力で引っ張られている場合には約０．４ｄＢ／ｍであり、ファイバ１２が９０ｇの張力で引っ張られている場合には約０．１ｄＢ／ｍであった。この実施形態では、ナノサイズ構造はＳＯ２ガスを含む。出願人は、ナノ構造リング内のＳＯ２が充填された空隙が、散乱に大きく寄与することを見出した。更に、ナノ構造を形成するためにＳＯ２を用いた場合には、ガスが、熱可逆的な損失を得ることを可能にする。即ち、６００℃より低い温度では、ナノ構造ファイバは光を散乱させるが、６００℃を超えると、同じファイバが光を導くようになる。このＳＯ２が付与する独特の挙動も、同じファイバを６００℃より低い温度に冷やした際には、ファイバ１２が光拡散光ファイバとして作用し、再び観察可能な散乱効果を生じる点で、可逆的である。
光拡散ファイバ１２内のナノサイズ構造の存在は、光の散乱に起因する損失を生じ、ファイバの外面を通した光の散乱は、照明の目的で用いられ得る。
コーティング
例示的な一実施形態では、ファイバ１２は、図２に関して上述したように、コーティング４４を含み得る。例示的な一実施形態では、コーティング４４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４４Ａ（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１２の保護カバーリングの役割もし得る。
コーティング４４において用いられる例示的な親水性コーティング４４Ａ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４４Ａ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。
幾つかの例示的な実施形態では、コーティング４４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。
幾つかの実施形態によれば、光拡散光ファイバ１２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。
上述のように、光拡散ファイバ１２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。幾つかの実施形態によれば、光拡散ファイバ１２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。
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。
色の前線を移動させる照明システム
図４を参照すると、色の前線を移動させる照明システム４００の一実施形態が示されている。照明システム４００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光拡散光ファイバ１２を含む。幾つかの例として、光拡散光ファイバ１２は、曲げの影響を受けない光ファイバであってもよく、または、複数の光拡散光ファイバを含んでもよい。複数のファイバのアセンブリであるケーブル設計がよく知られており、多くの他の構造および構成の中でも特に、リボン、複数のリボンの集合、または管内にまとめられたファイバを含み得る。そのようなファイバは、１以上の光拡散ファイバを含み得る。色の前線の移動は、各端部に異なる色の光を注入できる他のタイプの光拡散要素においても実現可能である。そのような光拡散要素は、例えば空気の線、二酸化チタンのような異物で構成された内包物、または導波路内の機械的欠陥等の何らかの散乱機構が導入されたガラスおよびプラスチックの両方を用いたプラスチック光ファイバまたはハイブリッドファイバを含み得る。他の可能な光拡散要素は、上述の散乱機構のうちの１以上を有するモールド成形または押出し成形されたプラスチックまたはガラス構造である。
例えば、本明細書において説明されるように、ファイバ１２は、コアと、クラッドと、コア内またはコア−クラッド境界に位置する複数のナノサイズ構造と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１２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構成するために、導光された光を、例えば空隙等のナノサイズ構造によって、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。ファイバ１２内には、ナノサイズ構造３２によって、コア２０から離れる方向に特定の領域内の外面を通して光を優先的に散乱させるように、複数の屈曲部が形成され得る。
再び図４を参照すると、照明システム４００は、光ファイバ１２の第１の端部に光学的に結合された第１の光源１５０ａ、および光ファイバ１２の第２の端部に光学的に結合された第２の光源１５０ｂ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。幾つか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。
図５に示されている一実施形態によれば、第１の光源は第１の波長２１０を有する光を発し、第２の光源は第２の波長２２０を有する光を発する。第１の波長２１０および第２の波長２２０は、通常はそれぞれ異なる波長である。例えば、第１の光源および第２の光源によって発せられる光の強度がほぼ等しい場合には、光は、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との重なりにおいて色の変化２３０を生じる。図面においては、色の変化２３０はソリッドな色として示されているが、色の変化２３０の具体的な色および／または強度は、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との相互作用箇所の長さに沿った任意の点において変わり得ることが当業者には認識されよう。例えば、図５を参照すると、色の変化２３０の第１の位置Ａにおける光の色は、色の変化２３０の第２の位置Ｂにおける光の色とは異なり得る。一実施形態によれば、光ファイバ１２に沿った色の変化２３０の特定の位置においてユーザによって観察される色は、ＣＩＥカラーマップ上の、光源１５０ａによって発せられた光の波長および光源１５０ｂによって発せられた光の波長に対応する２つの点間に引かれた線上の色に対応する。色の変化は、第１の波長２１０および第２の波長２２０の値、色の変化２３０の観察位置（例えば、ＡまたはＢ）の光源１５０ａおよび１５０ｂの一方または両方からの距離、および／または様々な他の要因を含むがそれらに限定されない様々な要因に起因する。
一実施形態によれば、例えば、光源１５０ａは、６３８ｎｍ（赤色）の波長を有する光を発してもよく、光源１５０ｂは、４４５ｎｍ（青色）の波長を有する光を発してもよい。色の変化２３０に沿った任意の点において観察される色は、ＣＩＥカラーマップ上の４４５ｎｍと６３８ｎｍとの間に引かれた線上の色に対応する。色の変化２３０に沿った或る位置において、ＣＩＥカラーマップ上の４４５ｎｍと６３８ｎｍとの間に引かれた線に沿ったどの点が観察されるかは、例えば、光源１５０ａおよび１５０ｂの電力レベルのバランスに依存する。例えば、赤色の光源（１５０ａ）が、青色の光源（１５０ｂ）より遥かに高い電力に設定された場合には、光ファイバ１２は、赤色のレーザ点に最も近い線のサブセットに沿った色のみを示し、その逆の場合には、逆になる。
第１の波長２１０および第２の波長２２０は典型的には調節可能であり、ファイバ１２に沿った移動の知覚を生じることに加えて、第１の光源および第２の光源によって発せられる光の色を変えられるようになっている。
光ファイバ１２内における移動の外観を生じるために、第１の光源および第２の光源は、調節可能な強度を有するよう構成される。例えば、第１の光源および第２の光源によって発せられる光の強度は、光ドライバに指示を送るコントローラによって制御されてもよい。コントローラは、予めプログラムされた指示によって指示されてもよく、または、ユーザ入力、センサ入力、時間、または様々な他の制御入力に応答してもよい。
図４に示されている一実施形態によれば、第１の光源１５０ａは、第１の光源への電力の入力を制御するポテンショメータ４１０ａを含む。同様に、第２の光源１５０ｂは、第２の光源への電力の入力を制御するポテンショメータ４１０ｂを含む。ポテンショメータ４１０ａおよび４１０ｂは、第１の光源および第２の光源への電力の入力をそれぞれ独立して指示するために、個々に制御され得る。ポテンショメータは、様々な制御機構を用いて、電子的に、および／またはリモートで制御され得る。例えば、ポテンショメータは、システム全体の制御回路内のコンポーネントであり得る。制御回路は、予めプログラムされた指示によって指示されてもよく、もしくはそれに応答してもよく、または、ユーザ入力、センサ入力、時間、もしくは様々な他の制御入力に応答してもよい。或いは、ポテンショメータのうちの１以上は、スイッチ、ノブ、または他の直接的な制御手段によって制御されてもよい。これは、第１の光源および／または第２の光源によって発せられる光の強度をユーザが直に調節することを可能にする。或いは、個々の光源の駆動電流を設定するドライバ、および、それらの出力電力は、他の変形例の中でも特に、アナログ電圧および／またはパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号によって制御されてもよい。これらの電圧またはＰＷＭ信号は、所望の色の移動効果をもたらすようプログラムされたマイクロコントローラによって発生され得る。電力バランス、変化速度、および変化の大きさは、マイクロコントローラによって制御され得るパラメータの一部である。マイクロコントローラは、リモート制御からのコマンドを受信するシステムにインターフェースされ得る。これらのコマンドは、上述のパラメータを調節してもよく、または、予めプログラムされた効果の集合を繰り返してもよい。
光ファイバ１２の長さに沿った移動の外観を生じるために、第１の光源および／または第２の光源によって発せられる光の強度が調節される。色の変化２３０の移動が図６〜図７に示されている。図６では、例えば、光源１５０ｂによって発せられる波長２２０を有する光の強度が増加されている。これは、ポテンショメータ４１０ｂに光源１５０ｂへの電力を増加させるよう指示し、それによって光源１５０ｂによって発せられる光の強度を増加させることによって達成できる。光源１５０ｂによって発せられる光の強度を増加させることに加えて、光源１５０ａによって発せられる光の強度を同時に減少させてもよい。或いは、光源１５０ａによって発せられる光の強度を減少させてもよい。光源１５０ａによって発せられる光の強度は、例えば、ポテンショメータ４１０ａに指示することによって制御され得る。
光源１５０ｂによって発せられる光の強度を増加させること、および／または、光源１５０ａによって発せられる光の強度を減少させることにより、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との相互作用箇所における色の変化２３０は、図５のほぼ中心から光源１５０ａに向かって左方向へと移動する。また、光の強度が調節される速度は、相互作用箇所２３０が光ファイバ１２の長さに沿って移動する速度を制御する。光源１５０ａおよび／または１５０ｂのうちの１以上の強度をゆっくりと増加または減少させると、色の変化２３０は光ファイバ１２の長さに沿ってゆっくりと移動し、一方、光源１５０ａおよび／または１５０ｂのうちの１以上の強度を速く増加または減少させると、色の変化２３０は光ファイバ１２の長さに沿って速く移動する。しかし、調節が非常に高速で行われると、移動はもはや人間の目によって知覚できなくなる。
例えば、図７では、光源１５０ａによって発せられる波長２１０を有する光の強度が増加されている。これは、例えば、ポテンショメータ４１０ａに光源１５０ａへの電力を増加させるよう指示し、それによって光源１５０ａによって発せられる光の強度を増加させることによって達成できる。光源１５０ａによって発せられる光の強度を増加させることに加えて、光源１５０ｂによって発せられる光の強度を同時に減少させてもよい。或いは、光源１５０ｂによって発せられる光の強度を減少させてもよい。光源１５０ａによって発せられる光の強度を増加させること、および／または、光源１５０ｂによって発せられる光の強度を減少させることにより、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との相互作用箇所における色の変化２３０は、光源１５０ｂに向かって右方向に移動する。
従って、光源１５０ａおよび／または１５０ｂを制御することによって、色の変化２３０の移動を、光ファイバ１２の長さに沿って端から端まで指示できる。図５〜図７では、第１の光源から発せられた光と第２の光源から発せられた光との相互作用箇所における色の変化２３０は、明確に定められた境界を有するものとして示されているが、これは説明の目的であることを理解されたい。色の変化２３０は、例えば、第１の波長２１０の光と第２の波長２２０の光との混合によって生じる色であり得る。例えば、第１の波長２１０が４７５ｎｍ前後の波長を有する青みがかった光であり、第２の波長２２０が５７５ｎｍ前後の波長を有する黄みがかった光である場合には、色の変化２３０は、ＣＩＥカラーマップ上の４７５ｎｍと５７５ｎｍとの間に引かれた線に沿って見出される色のうちの１以上として現れ得る。従って、光ファイバ１２に沿った移動は、ファイバの一端部から他端部までのこの色の変化２３０の移動であり得る。
更に別の代替例では、光ファイバ１２の長さに沿った色の変化２３０の移動の態様は、光ファイバ１２の長さ、光の拡散長に応じて様々であり得る。この態様は、光源１５０ａおよび１５０ｂを用いて移動を制御することに加えた態様、またはそれとは別の態様であり得る。例えば、第１の光源および／または第２の光源が所定の距離ｄ未満の長さまでしか拡散できないように、所定の距離ｄを有するロープを設けることによって、移動を光ファイバ１２の特定の領域に制限できる。光源１５０ａによって発せられる光の拡散長と光源１５０ｂによって発せられる光の拡散長との重なりは、光ファイバ１２の中央領域において重なり、色の変化２３０の移動はその領域に制限される。
図４〜図７に示されている照明システム４００は、多数の異なる構成に適応可能である。例えば、光ファイバ１２は、非常に短いファイバから、メートル台以上の非常に長いファイバまで多岐にわたり得る。光ファイバ１２が曲げの影響を受けないものである場合には、例えば、光ファイバ１２は、他の多くの変形例の中でも特に、曲げられ、巻かれ、または別様で、配置または設置される環境に適応され得る。従って、照明システム４００は多くの異なる用途を有し、本明細書に記載できるのはそのうちの少数に過ぎない。幾つかの実施形態によれば、例えば、光拡散光ファイバ１２を有する単一または複数のファイバ照明は、光拡散ファイバ１２の小さい柔軟なサイズおよび安全に水に漬けることが可能な能力が非常に望ましい水の環境（例えば、ボート用の桟橋、釣り糸またはルアーの照明用等）、およびそれに関連する用途で用いられ得る。光拡散ファイバ１２は、出口の照明、通路の照明、室内の検出器用のＩＲ放射を発することのために有用であり得、または、衣類（特に、着用者の視認性を更に高めるための保護／反射用衣類）における糸として用いられ得る。装飾照明における光拡散光ファイバ１２の使用の例は多様であるが、幾つかの例としては、家電の照明およびエッジ効果、自動車／航空機の照明、または、家庭および家具照明における使用が挙げられる。別の例としては、照明システムは、タッチセンサに沿って指をスライドさせると、色の変化２３０が指に対応して移動するような、タッチセンサ（制御装置）に関連したスライドダイヤル表示として用いられ得る。また、照明システムは、例えば家電等の装置に関連して、サイクルの状態を表示するために用いられ得る。例えば、洗濯機のサイクルの状態または別の予測可能もしくは検出可能な時間の進行を表示するために、色の変化は、ファイバの長さに沿って、全て青色の状態から全て赤色の状態まで移動し得る。一例として、本明細書に記載される照明システムは、前面から洗濯物を入れる方式の洗濯機の扉の表面上または周囲で、現在の洗濯サイクルの状態および残りの時間を示すよう用いられ得る。
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。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
照明システムにおいて、
第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバであって、該光拡散光ファイバが、ガラスコアと、該ガラスコアを囲むクラッドと、外面とを有し、前記ファイバ内に位置する、光を散乱させるよう構成された複数のナノサイズ構造を更に含む、前記光拡散光ファイバと、
前記光拡散光ファイバの前記第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、該第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第１の光源と、
前記光拡散光ファイバの前記第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、該第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第２の光源と、
を含み、
前記光拡散光ファイバ内の、前記第１の光源から発せられた前記光と前記第２の光源から発せられた前記光との接合部において、色の変化が生じ、
前記第１の光源および前記第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、前記色の変化の位置を、前記光拡散光ファイバに沿って調節可能である
ことを特徴とする照明システム。
実施形態２
前記第１の光源への電力の入力を制御するよう構成された第１のポテンショメータと、
前記第２の光源への電力の入力を制御するよう構成された第２のポテンショメータと、
前記ポテンショメータのうちの少なくとも一方を制御するよう構成されたマイクロコントローラと
を更に含む、実施形態１記載の照明システム。
実施形態３
前記第１の光源および前記第２の光源がＬＥＤである、実施形態１または２記載の照明システム。
実施形態４
前記光ファイバ内に、導光された光を前記ナノサイズの空隙を介して前記コアから離れる方向に前記外面を通して優先的に散乱させるための複数の屈曲部が形成された、実施形態１、２、または３記載の照明システム。
実施形態５
前記光ファイバが０．５ｍ〜１００ｍの長さＬを有する、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の照明システム。
実施形態６
前記光ファイバがマルチモードファイバであり、前記コアが、５０μｍより大きく且つ５００μｍ未満のコア径と、ＮＡ＞０．２である開口数ＮＡとを有する、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の照明システム。
実施形態７
前記光拡散光ファイバの前記コアがシリカを含み、前記ナノサイズの空隙が前記コア内に位置する、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の照明システム。
実施形態８
前記ナノサイズの空隙が前記コア内に位置し、前記コアが外径Ｒｃを有し、前記コアが、
０．１Ｒｃ＜Ｒ１＜０．９Ｒｃである半径Ｒ１を有する中実の内側コア部分と、
０．０５Ｒｃ＜Ｗ２＜０．９Ｒｃである幅Ｗ２を有するナノ構造領域と、
０．１Ｒｃ＜Ｗｓ＜０．９Ｒｃである幅Ｗｓを有する中実の外側コア領域と
を含み、
前記コアの各部分がシリカガラスを含む、
実施形態７記載の照明システム。
実施形態９
前記コアが、Ｇｅ、Ｆのうちの少なくとも１つのドーパントが添加されたシリカを含む、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の照明システム。
実施形態１０
前記コア全体がナノサイズの空隙を含む、実施形態１記載の照明システム。
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のいずれかを含む、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の照明システム。
実施形態１２
前記光ファイバの前記外面上に設けられたコーティングを更に含み、前記光ファイバの前記コーティング中に蛍光種が設けられた、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の照明システム。
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１〜１２のいずれか１つに記載の照明システム。
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つを含む、実施形態１〜１３のいずれか１つに記載の照明システム。
実施形態１５
前記第１の光源が、２つ以上の波長を有する光を発生するよう構成された、実施形態１記載の照明システム。
実施形態１６
前記第２の光源が、２つ以上の波長を有する光を発生するよう構成された、実施形態１記載の照明システム。
実施形態１７
実施形態１〜１６のいずれか１つに記載の照明システムを含むことを特徴とする自動車。
実施形態１８
照明システムにおいて、
第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバであって、該光拡散光ファイバが、ガラスコアと、該ガラスコアを囲むクラッドと、外面とを有し、前記ガラスコア内またはコア−クラッド境界に位置する、光を散乱させるよう構成された複数のナノサイズ構造を更に含む、前記光拡散光ファイバと、
前記光拡散光ファイバの前記第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、該第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第１の光源と、
前記光拡散光ファイバの前記第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、前記第１の波長、該第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第２の光源と、
前記第１の光源への電力の入力を制御するよう構成された第１のポテンショメータと、
前記第２の光源への電力の入力を制御するよう構成された第２のポテンショメータと
を含み、
前記光拡散光ファイバ内の、前記第１の光源から発せられた前記光と前記第２の光源から発せられた前記光との接合部において、色の変化が生じ、
前記第１のポテンショメータおよび前記第２のポテンショメータのうちの１つ以上を用いて前記第１の光源および前記第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、前記色の変化の位置を、前記光拡散光ファイバに沿って調節可能である
ことを特徴とする照明システム。
実施形態１９
前記第１の光源への電力の入力を制御するよう構成された前記第１のポテンショメータと、
前記第２の光源への電力の入力を制御するよう構成された前記第２のポテンショメータと
を更に含む、実施形態１８記載の照明システム。
実施形態２０
前記第１の光源および前記第２の光源がＬＥＤである、実施形態１８記載の照明システム。
実施形態２１
前記第１のポテンショメータおよび前記第２のポテンショメータのうちの少なくとも一方を制御するよう構成されたマイクロコントローラを更に含む、実施形態１８、１９または２０に記載の照明システム。
実施形態２２
照明システムにおいて、
第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバと、
前記光拡散光ファイバの前記第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、該第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第１の光源と、
前記光拡散光ファイバの前記第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、前記第１の波長、該第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第２の光源と、
を含み、
前記光拡散光ファイバ内の、前記第１の光源から発せられた前記光と前記第２の光源から発せられた前記光との接合部において、色の変化が生じ、
前記第１の光源および前記第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、前記色の変化の位置を、前記光拡散光ファイバに沿って調節可能である
ことを特徴とする照明システム。
実施形態２３
前記光ファイバが散乱機構を含む、実施形態２２記載の照明システム。
実施形態２４
前記散乱機構が、導波路内の複数の構造的欠陥を含む、実施形態２３記載の照明システム。
実施形態２５
前記散乱機構が、前記光ファイバ内の複数の空気の線を含む、実施形態２３記載の照明システム。
実施形態２６
前記第１の光源への電力の入力を制御するよう構成された第１のポテンショメータと、
前記第２の光源への電力の入力を制御するよう構成された第２のポテンショメータと
を更に含む、実施形態２２〜２５記載の照明システム。
１２ 光拡散光ファイバ
１６ 中心線
２０ コア
２２ 中実の中心部分
２６ ナノ構造リング部分（内側の環状コア領域）
２８ 中実の外側部分
４０ クラッド領域（クラッド）
４４ コーティング
３２ 複数のナノサイズ構造（空隙）
１５０ａ 第１の光源
１５０ｂ 第２の光源
２３０ 色の変化
４００ 照明システム
４１０ａ、４１０ｂ ポテンショメータ

Claims (10)

  1. 照明システムにおいて、
    第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバであって、該光拡散光ファイバが、ガラスコアと、該ガラスコアを囲むクラッドと、外面とを有し、前記ファイバ内に位置する、光を散乱させるよう構成された複数のナノサイズ構造を更に含む、前記光拡散光ファイバと、
    前記光拡散光ファイバの前記第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、該第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第１の光源と、
    前記光拡散光ファイバの前記第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、該第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第２の光源と、
    を含み、
    前記光拡散光ファイバ内の、前記第１の光源から発せられた前記光と前記第２の光源から発せられた前記光との接合部において、色の変化が生じ、
    前記第１の光源および前記第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、前記色の変化の位置を、前記光拡散光ファイバに沿って調節可能である
    ことを特徴とする照明システム。
  2. 前記第１の光源への電力の入力を制御するよう構成された第１のポテンショメータと、
    前記第２の光源への電力の入力を制御するよう構成された第２のポテンショメータと、
    前記ポテンショメータのうちの少なくとも一方を制御するよう構成されたマイクロコントローラと
    を更に含む、請求項１記載の照明システム。
  3. （i）前記第２の光源がＬＥＤであること、
    （ii）前記光ファイバ内に、導光された光を前記ナノサイズの空隙を介して前記コアから離れる方向に前記外面を通して優先的に散乱させるための複数の屈曲部が形成されていること、
    （iii）前記光ファイバが０．５ｍ〜１００ｍの長さＬを有すること、
    （iv）前記光ファイバがマルチモードファイバであり、前記コアが、５０μｍより大きく且つ５００μｍ未満のコア径と、ＮＡ＞０．２である開口数ＮＡとを有すること、および
    （v）前記コアが、Ｇｅ、Ｆのうちの少なくとも１つのドーパントが添加されたシリカを含むこと
    の条件のうちの少なくとも１つが満足された、請求項１または２記載の照明システム。
  4. 前記光拡散光ファイバの前記コアがシリカを含み、前記ナノサイズの空隙が前記コア内に位置し、前記コアが外径Ｒｃを有し、前記コアが、
    ０．１Ｒｃ＜Ｒ１＜０．９Ｒｃである半径Ｒ１を有する中実の内側コア部分と、
    ０．０５Ｒｃ＜Ｗ２＜０．９Ｒｃである幅Ｗ２を有するナノ構造領域と、
    ０．１Ｒｃ＜Ｗｓ＜０．９Ｒｃである幅Ｗｓを有する中実の外側コア領域と
    を含み、
    前記コアの各部分がシリカガラスを含む、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明システム。
  5. 前記コア全体がナノサイズの空隙を含む、請求項１記載の照明システム。
  6. （i）前記クラッドが、シリカ系ガラスまたはポリマーのいずれかを含み、および／もしくは、前記光ファイバの前記外面上にコーティングが設けられ、前記光ファイバコーティング中に蛍光種が設けられ、並びに／または
    （ii）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、もしくはそれらの組合せのうちの少なくとも１つを含む
    請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明システム。
  7. 前記第１の光源または前記第２の光源が、２つ以上の波長を有する光を発生するよう構成された、請求項１記載の照明システム。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明システムを含むことを特徴とする自動車。
  9. 照明システムにおいて、
    （i）第１の入射端部および第２の入射端部を有する光拡散光ファイバと、好ましくは（ａ）導波路内の複数の構造的欠陥または（ｂ）前記光ファイバ内の複数の空気の線を含む散乱機構と、
    （ii）前記光拡散光ファイバの前記第１の入射端部に光学的に結合され、第１の波長を有する光を発生するよう構成された第１の光源であって、該第１の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第１の光源と、
    （iii）前記光拡散光ファイバの前記第２の入射端部に光学的に結合され、第２の波長を有する光を発生するよう構成された第２の光源であって、前記第１の波長、該第２の光源から発せられる光の強度が調節可能である、前記第２の光源と
    を含み、
    前記光拡散光ファイバ内の、前記第１の光源から発せられた前記光と前記第２の光源から発せられた前記光との接合部において、色の変化が生じ、
    前記第１の光源および前記第２の光源のうちの１以上から発せられる光の強度を調節することにより、前記色の変化の位置を、前記光拡散光ファイバに沿って調節可能である
    ことを特徴とする照明システム。
  10. 前記第１の光源への電力の入力を制御するよう構成された第１のポテンショメータと、前記第２の光源への電力の入力を制御するよう構成された第２のポテンショメータとを更に含む、請求項９記載の照明システム。
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