JP2006018114A - 分岐ファイババンドル - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の分岐端から出力される光量の差を少なくすることができ、かつ、光源側から入射される光の光軸と、光の入射部端面である集束端の中心部との間に多少ずれが生じた場合であっても、複数の分岐端から出射する光量の差を許容範囲に抑え得る分岐ファイババンドルを提供する。
【解決手段】 分岐ファイババンドルは、集束端の中心部に端面が位置する１本の中心部ファイバ１Ａと、集束端の周縁部の外側寄りに端面が位置する６本の外寄り周縁部ファイバ３Ａと、これら６本の外寄り周縁部ファイバ３Ａと交互に配置されつつ集束端の周縁部の内側寄りに端面が位置する６本の内寄り周縁部ファイバ４Ｂ，４Ｃと、中心部ファイバ１Ａと１２本の周縁部ファイバ３Ａ，４Ｂ，４Ｃとに挟まれた集束端の中間部に端面が位置する６本の中間部ファイバ２Ｂ，２Ｃとを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光ファイバを束ねたファイババンドルの一端を複数に分岐させた分岐ファイババンドルに関する。

ファイババンドルの集束側から入射された光（ハロゲンランプの光）を複数に分岐させて出射する治療用ライトガイドが、例えば特許文献１に開示されている。このライトガイドでは、集束側で１本に束ねられた複数本の光ファイバをランダムに振り分けて複数の束に分割し、複数の分岐端が構成されている。これにより、集束側の端部（集束端）から光を入射すると、分岐側の端部（分岐端）に取り付けられた導光部材（通常は１本のシリンドリカルファイバ）から均一な光量の光が出射され、複数の患部に同時に光を照射して治療等に用いることができる。

また、分岐端に取り付けられた導光部材を、特許文献２に開示された光透過性チューブ、特許文献３に開示された外側被覆、若しくは特許文献４に開示された留置針の外管によって被覆することも可能であり、これにより患部に差し込んで光を照射することができる。
特開２００２−２２８８５３号公報（第３―４頁、第４図） 特許２８６９０２０号公報（第４―５頁、第４図） 特表２００２−５１８１４７号公報（第１５頁、第１図） 特許３０８２１２３号公報（第２頁、第５図）

半導体レーザ装置を光源として上記従来の技術を適用した場合、レーザ光の出射部に使用されるファイバ（光源用ライトガイド）の直径はハロゲンランプの場合の１／１０程度、具体的には４００μｍ〜６００μｍである。そこで、上記の直径に合わせた治療用ライトガイドをファイババンドルによって製作しようとすると、ファイババンドルを構成する光ファイバの本数は１８〜１９本程度に制限されてしまう。この１８〜１９本のファイバを複数の束に分割して分岐ファイババンドルを構成したとき、複数の分岐端から出射される光の光量を略均一にするのは困難である。また、分岐ファイババンドルの集束端に入射される光の光軸と、この集束端の中心軸との間に多少ずれが生じた場合、略均一な光量で複数に分岐させて光を出射することが困難である。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、複数の分岐端から出力される光量の差を少なくすることができ、かつ、光源側から入射される光の光軸と、光の入射部端面である集束端の中心部との間に多少ずれが生じた場合であっても、複数の分岐端から出射する光量の差を許容範囲に抑え得る分岐ファイババンドルを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係る分岐ファイババンドルは、一端が３つのファイババンドルに分岐された分岐端であり、他端が１つのファイババンドルに束ねられた集束端である分岐ファイババンドルであって、集束端の中心部に端面が位置する中心部ファイバと、集束端の周縁部に端面が位置する複数本の周縁部ファイバと、中心部ファイバと周縁部ファイバとに挟まれた集束端の中間部に端面が位置する複数本の中間部ファイバと、を備え、第１の分岐端は、中心部ファイバと複数本の周縁部ファイバとで構成され、第２および第３の分岐端は、それぞれ、複数本の中間部ファイバと複数本の周縁部ファイバとで構成され、かつ、第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する複数本の周縁部ファイバと、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する複数本の中間部ファイバとは、それぞれ、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう交互に配置されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、各分岐端を構成するファイバが、光源装置のライトガイド等の光出射端面と、集束端の光入射端面との間の光学結合による損失量の多少に応じて、中心部、中間部および周縁部ファイバの三種から選択される。例えば、光学結合に起因する入射光の損失が少ない中心部ファイバを含む第１の分岐端は、入射光の損失の大きい周縁部ファイバを含むことにより、第２および第３の分岐端からの出射強度との均一化が達成される。一方、各分岐端を構成する周縁部ファイバと中間部ファイバが、集束端の端面において分散配置されるようにしたので、光源装置に対する集束端の取り付け位置が中心位置からずれた場合でも、各分岐端からの出射光強度を略一定に維持できる。

第１態様の分岐ファイババンドルについては、集束端は、１本の中心部ファイバと、第１の分岐端を構成する６本と、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各３本とからなる計１２本の周縁部ファイバと、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各３本からなる計６本の中間部ファイバと、を束ねて構成されており、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各３本の周縁部ファイバは、集束端で第１の分岐端を構成する６本の周縁部ファイバよりも中心部ファイバに近い位置に配置されていることを特徴としてもよい。

このように１９本のファイバで３分岐ファイババンドルを構成すれば、集束端と３つの分岐端の両方で各ファイバを稠密に集束できるので、分岐ファイババンドル自体を細径としつつ、各分岐端からの出射光を高密度で変動が少なく、しかも略均一な光量で出射できる。

本発明の第２態様に係る分岐ファイババンドルは、一端が３つのファイババンドルに分岐された分岐端であり、他端が１つのファイババンドルに束ねられた集束端である分岐ファイババンドルであって、集束端の周縁部に端面が位置する複数本の周縁部ファイバと、集束端の中心部と周縁部ファイバとに挟まれた集束端の中間部に端面が位置する複数本の中間部ファイバと、を備え、第１、第２および第３の分岐端は、それぞれ、複数本の中間部ファイバと複数本の周縁部ファイバとで構成され、かつ、第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する複数本の中間部ファイバと、第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する複数本の周縁部ファイバとは、それぞれ、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう順に配置されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、集束端の中心部には光伝送に寄与するファイバがないところから、各分岐端は、集束端での光の損失量が異なる中間部および周縁部ファイバの双方から構成されることとなり、各分岐端からの出射強度の均一化が達成される。一方、各分岐端を構成する周縁部ファイバと中間部ファイバが、集束端の端面において分散配置されるようにしたので、光源装置に対する集束端の取り付け位置が変動した場合でも、各分岐端からの出射光強度を略一定に維持できる。

第２態様の分岐ファイババンドルについては、集束端は、第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各４本からなる計１２本の周縁部ファイバと、第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各２本からなる計６本の中間部ファイバと、を束ねて構成されており、第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各４本の周縁部ファイバは、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が中心部を挟んで対向するように配置されていることを特徴としてもよい。

このように１８本のファイバで３分岐ファイババンドルを構成すれば、集束端と３つの分岐端の両方で各ファイバを稠密に集束できるので、分岐ファイババンドル自体を細径としつつ、各分岐端からの出射光を高密度にできる。また、集束端で同一の分岐端の周縁部ファイバ同士が中心部を挟んで対向するので、光源装置と集束端の取り付けにおける軸ずれに起因する光量変動が少なく、しかも略均一な光量で出射できる。

本発明の第３態様に係る分岐ファイババンドルは、一端が２つのファイババンドルに分岐された分岐端であり、他端が１つのファイババンドルに束ねられた集束端である分岐ファイババンドルであって、集束端の中心部に端面が位置する中心部ファイバと、集束端の周縁部に端面が位置する複数本の周縁部ファイバと、中心部ファイバと周縁部ファイバとに挟まれた集束端の中間部に端面が位置する複数本の中間部ファイバと、を備え、第１の分岐端は、中心部ファイバと複数本の中間部ファイバと複数本の周縁部ファイバとで構成され、第２の分岐端は、第１の分岐端よりも多い複数本の中間部ファイバと複数本の周縁部ファイバとで構成され、かつ、第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する複数本の中間部ファイバは、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が３つ以上隣り合わないように配置され、第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する複数本の周縁部ファイバは、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう交互に配置されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、各分岐端を構成するファイバが、光源装置のライトガイドを経由して集束端に入射される光の損失量の多少に応じて、中心部、中間部および周縁部ファイバの三種から選択される。例えば、損失量が最小となる中心部ファイバを含む第１の分岐端は、入射光の損失の大きい周縁部ファイバを含むことにより、第２の分岐端からの出射強度との均一化が達成される。一方、各分岐端を構成する周縁部ファイバと中間部ファイバが、集束端の端面において分散配置されるようにしたので、光源装置に対する集束端の取り付け位置が中心位置からずれた場合でも、各分岐端からの出射光強度を略一定に維持できる。

第３態様の分岐ファイババンドルについては、集束端は、１本の中心部ファイバと、第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する各６本からなる計１２本の周縁部ファイバと、第１の分岐端を構成する２本と、第２の分岐端を構成する４本とからなる計６本の中間部ファイバと、を束ねて構成されており、第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する６本の中間部ファイバは、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が中心部ファイバを挟んで対向するように配置されていることを特徴としてもよい。

このように１９本のファイバで２分岐ファイババンドルを構成すれば、集束端と２つの分岐端の両方で各ファイバを稠密に集束できるので、分岐ファイババンドル自体を細径としつつ、各分岐端からの出射光を高密度にできる。また、集束端で同一の分岐端の周縁部ファイバ同士が中心部を挟んで対向するので、光源装置と集束端の取り付けにおける軸ずれに起因する光量変動が少なく、しかも略均一な光量で出射できる。

本発明の第４態様に係る分岐ファイババンドルは、一端が２つのファイババンドルに分岐された分岐端であり、他端が１つのファイババンドルに束ねられた集束端である分岐ファイババンドルであって、集束端の周縁部に端面が位置する複数本の周縁部ファイバと、集束端の中心部と周縁部ファイバとに挟まれた集束端の中間部に端面が位置する複数本の中間部ファイバと、を備え、第１および第２の分岐端は、それぞれ、複数本の中間部ファイバと複数本の周縁部ファイバとで構成され、かつ、第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する複数本の中間部ファイバは、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう交互に配置され、第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する複数本の周縁部ファイバは、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が少なくとも２つ隣り合うように配置されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、集束端の中心部には光伝送に寄与するファイバがないところから、各分岐端は、集束端に入射される光の軸ずれによる損失量が異なる中間部および周縁部ファイバの双方から構成されることとなり、各分岐端からの出射強度の均一化が達成される。一方、各分岐端を構成する周縁部ファイバと中間部ファイバが、集束端の端面において分散配置されるようにしたので、光源装置に対する集束端の取り付け位置がいずれの方向に偏移した場合でも、各分岐端からの出射光強度を略一定に維持できる。

第４態様の分岐ファイババンドルについては、集束端は、第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する各６本からなる計１２本の周縁部ファイバと、第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する各３本からなる計６本の中間部ファイバと、を束ねて構成されており、第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する１２本の周縁部ファイバは、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が２つずつ隣り合うように配置されていることを特徴としてもよい。

このように１８本のファイバで２分岐ファイババンドルを構成すれば、集束端と２つの分岐端の両方で各ファイバを稠密に集束できるので、分岐ファイババンドル自体を細径としつつ、各分岐端からの出射光を高密度にできる。また、集束端で同一の分岐端の周縁部ファイバ同士が２つずつ隣り合って配置されるので、光源装置と集束端の取り付けにおける軸ずれに起因する光量偏移が少なく、しかも略均一な光量を維持できる。

本発明によれば、光源側からライトガイド等を介して分岐ファイババンドルの集束端に入射される光を、略均一な光量で複数に分岐させて光を出射することが可能になる。また、光源側から集束端に入射される光の光軸と、集束端における入射部端面の中心部との間で、いずれの方向に軸ずれが生じた場合でも、各分岐端から出射される光量を略均一に維持することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る分岐ファイババンドルの好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、本実施形態に係る３分岐ファイババンドルの使用状態を示し、同図（ａ）は全体構成図、同図（ｂ）は、ここで用いられているコネクタの内部構成を示す模式図である。

図１（ａ）に示すように、光線治療用の３分岐ファイババンドル１を構成する光ファイバ（個々には図示せず）の一端側は、１本に束ねられて集束端となり、他端側は３本に分岐されて３分岐端となっている。ファイババンドル１の集束端は、光源装置７の筐体に設けられたコネクタ６１を介して光源側ライトガイド７２の一端に光学接続され、この光源側ライトガイド７２の他端は光源装置７の筐体内部に設けられた半導体レーザ装置７１に光学接続されている。ファイババンドル１の３つの分岐端には、それぞれコネクタ６２を介して３本のシリンドリカルファイバ８が接続されている。

半導体レーザ装置７１からのレーザ光を光源装置７の筐体外部に導く光源側ライトガイド７２は、直径が４００μｍ〜６００μｍの光ファイバで構成されている。３分岐ファイババンドル１は、直径が１１０μｍ程度の光ファイバを束ねて構成され、集束端での光ファイバは１８本または１９本、各分岐端での光ファイバは６本または７本になっている。シリンドリカルファイバ８は先端側に光散乱部を有しており、集束端側から光が入射されると、先端から数ｍｍの部分において光を放射し散乱する。この光を放射し散乱する光散乱部は、長さ５ｍｍから６０ｍｍまで、５ｍｍ間隔で調整が可能である。

図１（ｂ）に示すように、コネクタ６１は一対のフェルール６１１，６１２を内蔵しており、一方のフェルール６１１には光源側ライトガイド７２を構成する太径の光ファイバが、他方のフェルール６１２には３分岐ファイババンドル１を構成する１８本または１９本の細径の光ファイバが束ねられて差し込まれるように保持される。このようなフェルールを用いたコネクタとして、光ファイバの軸同士の位置合わせと接続を行うＳＭＡ９０５コネクタを用いた場合、ファイバの軸合わせでの位置ずれは最大３０μｍであり、この程度の軸のずれが生じても、光を略均一な光量で複数に分岐させられるように考慮する必要がある。

なお、分岐ファイババンドル１の３つの分岐端側と、３本のシリンドリカルファイバ８の基端側を接続する３つのコネクタ６２は、サイズなどが異なるものの基本構成はコネクタ６１と同様である。本発明では、コネクタ６２における軸ずれは特に問題にしないので、詳細な説明は省略する。

図２および図３は、１９本の光ファイバで３分岐ファイババンドル１を構成した第１実施形態を示し、図２は、３分岐ファイババンドル１の集束端と光源側ライトガイド７２との接続部分の断面構造（フェルール等は図示を省略）を模式的に示す図であり、図３（ａ）は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で矢視した３分岐ファイババンドル１の集束端の端面図である。なお、図２は、図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ線で切断した場合の端面図であるから、図２では１９本のファイバのうちファイバ１Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ａの５本のみが描かれている。

図２に示すように、分岐ファイババンドル１の集束端の端面１Ｓと、光源側ライトガイド７２の出射面７Ｓは対向しており、好ましくはマッチングオイル（屈折率整合液）を介して当接ないし密着されている。図示された５本のファイバ１Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ａのうち、３本のファイバ１Ａ，３Ａ，３Ａが第１の分岐端Ａの一部（７本中の３本）を構成し、１本のファイバ２Ｂが第２の分岐端Ｂの一部（６本中の１本）を構成し、１本のファイバ２Ｃが第３の分岐端Ｃの一部（６本中の１本）を構成するように、プラスティック製の保護カバー１Ｚにより被覆されて３つのファイババンドルに分岐されている。本実施形態の３分岐ファイババンドル１が備える１９本の光ファイバの直径はそれぞれ１１４μｍであり、分岐ファイババンドル１の集束端の直径Ｓ１は６３０μｍであり、光源側ライトガイド７２の光出射端面の直径Ｓ２は４００μｍ〜６００μｍである。

図３（ａ）は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で矢視した３分岐ファイババンドル１の集束端の端面図であり、図３（ｂ）は、上記ファイババンドル１の３つの分岐端（第１の分岐端Ａ、第２の分岐端Ｂおよび第３の分岐端Ｃ）それぞれの端面を示す端面図である。

図３（ａ）に示すように、第１実施形態の分岐ファイババンドルは１９本の光ファイバを３分岐して構成される。すなわち、集束端の中心部に端面が位置する１本の中心部ファイバ１Ａと、集束端の周縁部の外側寄りに端面が位置する６本の外寄り周縁部ファイバ３Ａと、これら６本の外寄り周縁部ファイバ３Ａと交互に配置されつつ集束端の周縁部の内側寄りに端面が位置する６本の内寄り周縁部ファイバ４Ｂ，４Ｃと、中心部ファイバ１Ａと１２本の周縁部ファイバ３Ａ，４Ｂ，４Ｃとに挟まれた集束端の中間部に端面が位置する６本の中間部ファイバ２Ｂ，２Ｃとを備える。

３つの分岐端のうち、第１の分岐端Ａは、１本の中心部ファイバ１Ａと６本の外寄り周縁部ファイバ３Ａとの、計７本の光ファイバで構成される。第２の分岐端Ｂは、３本の中間部ファイバ２Ｂと３本の内寄り周縁部ファイバ４Ｂとの、計６本の光ファイバで構成される。第３の分岐端Ｃは、３本の中間部ファイバ２Ｃと３本の内寄り周縁部ファイバ４Ｃとの、計６本の光ファイバで構成される。

６本の中間部ファイバ２Ｂ，２Ｃは、それぞれ、中心部ファイバ１Ａに関して６回回転対称性（６０度回転に関して対称性）を有するとともに、集束端で同一の分岐端Ｂ，Ｃのファイバ同士が隣り合わないよう交互に配置されている。６本の外寄り周縁部ファイバ３Ａと、３本の内寄り周縁部ファイバ４Ｂと、３本の内寄り周縁部ファイバ４Ｃとからなる計１２本の周縁部ファイバ３Ａ，４Ｂ，４Ｃについても、中心部ファイバ１Ａに関して６回回転対称性（６０度回転に関して対称性）を有する。そして、計１２本の周縁部ファイバ３Ａ，４Ｂ，４Ｃは集束端で同一の分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう交互に配置され、かつ、中心部ファイバ１Ａを含む第１の分岐端Ａを構成する６本の周縁部ファイバ３Ａが「外寄り」、すなわち中心部ファイバ１Ａから遠い側に位置する光ファイバとなっている。

図３（ｂ）に示すように、３つの分岐端Ａ〜Ｃそれぞれの端面には、７本、６本および６本のファイバの端面が位置する。配置の順序は如何様にもできるが、分岐端をできるだけ細くするためには、図示のような６回回転対称性の配置が好ましい。なお、分岐端Ｂ，Ｃの中心部は空洞とせず、光伝送に寄与しないダミーファイバを介在させてもよい。

第１実施形態の３分岐ファイババンドル１が備える１９本のファイバは、集束端の端面１Ｓで図３（ａ）のように配置されるが、光源側ライトガイド７２の出射面７Ｓから出射される光の出射面積と、集束端の端面１Ｓに入射されて３つの分岐端Ａ，Ｂ，Ｃに分岐されていく光の入射面積との関係を試算すると、分岐端Ａ、ＢおよびＣを構成する光ファイバが集束端の端面１Ｓにおいて占める面積（以下、これを「有効分岐面積」という。）は、それぞれ２２．３％、２６．７％、２６．７％となる。多少の差違はありつつも、略均一（最大差は４．４％となり、許容値とされる５％以内）に分散されているため、光源側ライトガイド７２を経由して半導体レーザ装置７１からの光を集束端の端面１Ｓに入射すると、略均一な光量で３つに分岐させて光を出射できることが確認できる。

また、図３（ａ）の配置において、集束端の端面１Ｓに入射される光の光軸と、集束端の端面１Ｓの中心部との間に多少ずれ（以下、この「ずれ量」を「入射軸ずれ量」という。）が生じた場合であっても、上記３つの分岐端Ａ〜Ｃを構成するファイバが集束端の端面１Ｓにおいて占める面積は、略均一に分散されている。例えば、入射軸ずれ量が３０μｍの場合、分岐端Ａ、ＢおよびＣについての有効分岐面積は、それぞれ２２．３％、２５．４％、２５．４％となる。多少の偏移は生じつつも、略均一（最大差は３．１％となり、５％以内）に分散されているので、半導体レーザ装置７１からの光を略均一な光量で３つに分岐させて光を出射できることがわかる。

図４は、第１実施形態の有用性を確認するための試算例を説明する図であり、３分岐ファイババンドル１を３本の太径のファイバ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃで構成した場合の集束端の端面を示している。

第１実施形態に係る図３（ａ）の場合は、１９本の細径のファイバにより３分岐ファイババンドル１が構成されるが、この場合の有効入射断面積（３つの分岐端Ａ，Ｂ，Ｃについての有効分岐面積の総計）は７５．７％（１つの分岐端あたり約２５％）である。これに対して、図４のように３本の太径のファイバ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃで集束端を構成した場合は、３つの分岐端Ａ，Ｂ，Ｃについての有効分岐面積の総計で３７．１％（１つの分岐端あたり１２．３％）であり、第１実施形態の場合は入射光の利用効率が非常に高いことがわかる。

なお、３分岐ファイババンドル１は、中心の１本と周辺の６本からなる計７本のファイバでも構成できるが、光の欠損が多いので有用性がない。また、図３（ａ）の１９本の構成に対して、さらに外側に１８本のファイバを配置し、集束側を３７本として３分岐させた構成も可能であるが、ファイババンドル自体が太くなりすぎることから有用性が低下する。

図５は、第１実施形態の有用性を確認するための比較例１を説明する図であり、同図（ａ）は集束端の端面図、同図（ｂ）は３つの分岐端Ａ〜Ｃそれぞれの端面図である。

図５（ａ）に示すように、３分岐ファイババンドル１の集束端において、分岐端Ｂを構成する１本の中心部ファイバ１Ｂと２本の中間部ファイバ２Ｂと２本の外寄り周縁部ファイバ３Ｂとは、図面において横方向に一列に並ぶように配置され、外寄り周縁部ファイバ３Ｂに隣接する内寄り周縁部ファイバ４Ｂを加えて６本で分岐端Ｂを成している。分岐端Ａは、分岐端Ｂを構成する６本のファイバ１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，４Ｂからなる並びの一方側（図面における上側）の７本のファイバ２Ａ，３Ａ，４Ａで構成され、分岐端Ｃは、分岐端Ｂを構成する６本のファイバ１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，４Ｂからなる並びの他方側（図面における下側）の６本のファイバ２Ｃ，３Ｃ，４Ｃで構成されている。

図５（ａ）に示す分岐ファイババンドル１の場合は、３つの分岐端Ａ，Ｂ，Ｃについての有効分岐面積は、それぞれ２７．６％、２３．１％、２３．１％と略均一（最大差は４．５％となり、５％以内）に分散されている。しかしながら、図面の上下方向での入射軸ずれ量が３０μｍとなると、上記の分岐端Ａ，Ｂ，Ｃに分岐されていく有効分岐面積は、それぞれ３０．３％、２２．３％、１７．８％となる。図３に示した第１実施形態と比較して、大きなアンバランスが生まれる（最大差は１２．５％となり、５％超）ことがわかる。

図６は、第１実施形態の有用性を確認するための比較例２を説明する図であり、同図（ａ）は集束端の端面図、同図（ｂ）は３つの分岐端Ａ〜Ｃそれぞれの端面図である。

図６（ａ）に示すように、３分岐ファイババンドル１の集束端において、分岐端Ａは１本の中心部ファイバ１Ａと６本の中間部ファイバ２Ａとからなる７本のファイバで構成され、分岐端Ｂは６本の外寄り周縁部ファイバ３Ｂで構成され、分岐端Ｃは６本の内寄り周縁部ファイバ４Ｃで構成されている。この比較例２の場合は、３つの分岐端Ａ，Ｂ，Ｃについての有効分岐面積は、それぞれ３１．２％、１７．８％、２６．７％となる。図３に示した第１実施形態と比較して、大きなアンバランスが生まれる（最大差は１３．４％となり、５％超）ことがわかる。

さらに、図面の上下方向に３０μｍの入射軸ずれ量が生じると、上記の分岐端Ａ，Ｂ，Ｃにおける有効分岐面積は、それぞれ３１．２％、１７．８％、２３．１％となる。図３に示した第１実施形態と比較して、大きなアンバランスが生まれる（最大差は１３．４％となり、５％超）ことがわかる。

図７は、第２実施形態に係る３分岐ファイババンドル１を示し、同図（ａ）は、１８本のファイバを配置した集束端の端面図であり、同図（ｂ）は、３つの分岐端Ａ〜Ｃそれぞれの端面図である。

図７（ａ）に示すように、分岐ファイババンドルは、集束端の周縁部の外寄りに端面が位置する６本の外寄り周縁部ファイバ３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、集束端の周縁部の内寄りに端面が位置する６本の内寄り周縁部ファイバ４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、集束端の中心部と周縁部ファイバ３，４とに挟まれた中間部に端面が位置する６本の中間部ファイバ２Ａ，２Ｂ，２Ｃとを備える。

第１の分岐端Ａは、２本の中間部ファイバ２Ａと、２本の外寄り周縁部ファイバ３Ａと、２本の内寄り周縁部ファイバ４Ａとで構成されている。そして、２本の中間部ファイバ２Ａ同士と、２本の外寄り周縁部ファイバ３Ａ同士と、２本の内寄り周縁部ファイバ４Ａ同士は、集束端の中心部に対して互いに対向する位置関係にある。第２の分岐端Ｂも同様に、２本の中間部ファイバ２Ｂと、２本の外寄り周縁部ファイバ３Ｂと、２本の内寄り周縁部ファイバ４Ｂとで構成されている。そして、分岐端Ａと同様に、２本の中間部ファイバ２Ｂ同士と、２本の外寄り周縁部ファイバ３Ｂ同士と、２本の内寄り周縁部ファイバ４Ｂ同士は、集束端の中心部に対して互いに対向する位置関係にある。第３の分岐端Ｃも分岐端Ａ，Ｂと同様に、２本の中間部ファイバ２Ｃと、２本の外寄り周縁部ファイバ３Ｃと、２本の内寄り周縁部ファイバ４Ｃとで構成されている。そして、分岐端Ａ，Ｂと同様に、２本の中間部ファイバ２Ｃ同士と、２本の外寄り周縁部ファイバ３Ｃ同士と、２本の内寄り周縁部ファイバ４Ｃ同士は、集束端の中心部に対して互いに対向する位置関係にある。

以上のように構成されることで、分岐端Ａ、ＢおよびＣをそれぞれ構成する６本の中間部ファイバと１２本の周縁部ファイバとは、それぞれ、集束端の中心部に関して６回回転対称性を有することになる。また、同一の分岐端のファイバ同士が周縁部で隣り合わないように、かつ、同一の分岐端のファイバ同士が中間部で隣り合わないように、しかも、同一の分岐端のファイバ同士が中間部と周縁部の間で一組ずつ隣り合うように配置される。なお、集束端の中心部には、光伝送に寄与しないダミーファイバを配置してファイバの配列や組付けを容易にしてもよい。また、図７（ｂ）に示すように、３つの分岐端Ａ〜Ｃそれぞれの端面における各６本のファイバの配列順序は如何様にもできるが、分岐端をできるだけ細くするためには、図示のような６回回転対称性の配置が好ましい。

第２実施形態に係る３分岐ファイババンドル１において、３つの分岐端Ａ，Ｂ，Ｃについての有効分岐面積は全て２３．４％と均一である。空洞となっている中心部にファイバを備えた場合、それが集束端の端面１Ｓにおいて占める面積は４．５％であることから、光の利用効率は低下するが、均一な光量で３つに分岐させ得る点では特に優れている。

また、図７（ａ）の配置において、入射軸ずれ量が３０μｍとなった場合、分岐端Ａ、ＢおよびＣについての有効分岐面積は、それぞれ２２．５％、２０．３％、２３．０％となる。多少の変動は生じつつも、略均一（最大差は３．０％となり、５％以内）に分散されているので、半導体レーザ装置７１からの光を略均一な光量で３つに分岐させて光を出射できることがわかる。

図８は、第３実施形態に係る２分岐ファイババンドル１を示し、同図（ａ）は１９本のファイバを配置した集束端の端面図であり、同図（ｂ）は、２つの分岐端Ａ、Ｂそれぞれの端面図である。

図８（ａ）に示すように、２分岐ファイババンドルは、集束端の中心部の端面が位置する１本の中心部ファイバ１Ａと、集束端の周縁部の外寄りに端面が位置する６本の外寄り周縁部ファイバ３Ｂと、集束端の周縁部の内寄りに端面が位置する６本の内寄り周縁部ファイバ４Ａと、中心部ファイバ１Ａと周縁部ファイバ３Ｂ,４Ａとに挟まれた中間部に端面が位置する６本の中間部ファイバ２Ａ，２Ｂとを備える。

第１の分岐端Ａは、中心部ファイバ１Ａと、集束端において中心部ファイバ１Ａの両側に位置する２本の中間部ファイバ２Ａと、６本の内寄り周縁部ファイバ４Ａとで構成されている。そして、２本の中間部ファイバ２Ａと各２本の内寄り周縁部ファイバ４Ａは、集束端で互いに隣接する位置関係にある。第２の分岐端Ｂは、互いに隣接する各２本の中間部ファイバ２Ｂと、６本の外寄り周縁部ファイバ３Ｂとで構成されている。そして、４本の中間部ファイバ２Ｂと４本の外寄り周縁部ファイバ３Ｂは、集束端で互いに隣接する位置関係にある。

以上のように構成されることで、分岐端Ａを構成する１本の中心部ファイバ１Ａと２本の中間部ファイバは、図面上において一列に並ぶことになる。また、分岐端Ａを構成する１２本の周縁部ファイバは、中心部に関して６回回転対称性を有するとともに、集束端で同一の分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう交互に配置されている。なお、分岐端ＡおよびＢそれぞれの端面には、図８（ｂ）に示すように、９本および１０本のファイバの端面が位置する。

第３実施形態に係る２分岐ファイババンドル１において、分岐端ＡおよびＢについての有効分岐面積は、それぞれ４０．１％および３７．８％となる。多少の差違はあるものの、略均一（最大差は２．３％となり、５％以内）の光量で２つに分岐させて光を出射することができる。また、入射軸ずれ量が３０μｍとなっても、分岐端ＡおよびＢについての有効分岐面積は、それぞれ３６．５％、３６．５％と均一である。

図９は、第３実施形態の有用性を確認するための比較例３を説明する図であり、同図（ａ）は集束端の端面図、同図（ｂ）は分岐端Ａ，Ｂそれぞれの端面図である。

図９（ａ）に示すとおり、分岐端Ａ，Ｂを構成するファイバは、集束端において両側に明確に分離して配置される。すなわち、分岐端Ｂは１本の中心部ファイバ１Ｂと、互いに隣接する２本の中間部ファイバ２Ｂと、この２本の中間部ファイバ２Ｂに隣接する３本の内寄り周縁部ファイバ４Ｂと、この３本の内寄り周縁部ファイバ４Ｂに隣接する４本の外寄り周縁部ファイバ３Ｂとで構成される。また、分岐端Ａは残りの９本のファイバ２Ａ，３Ａ，４Ａで構成される。

この比較例３の場合は、分岐端ＡおよびＢについての有効分岐面積は、それぞれ３６．５％、３７．８％となり、略均一（最大差は１．３％となり、５％以内）に分散されている。しかしながら、入射軸ずれ量が３０μｍになると、分岐端ＡおよびＢについての有効分岐面積は、それぞれ３１．２％、４０．９％と大きく変動し、最大差は９．７％となって許容範囲とされる５％を超えてしまう。

図１０は、第４実施形態に係る２分岐ファイババンドル１を示し、同図（ａ）は１８本のファイバを配置した集束端の端面図であり、同図（ｂ）は、２つの分岐端Ａ，Ｂそれぞれの端面図である。

図１０（ａ）に示すように、２分岐ファイババンドルは、集束端の周縁部の外寄りに端面が位置する６本の外寄り周縁部ファイバ３Ａ，３Ｂと、集束端の周縁部の内寄りに端面が位置する６本の内寄り周縁部ファイバ４Ａ，４Ｂと、中心部と周縁部ファイバ３，４とに挟まれた中間部に端面が位置する６本の中間部ファイバ２Ａ，２Ｂとを備える。

第１の分岐端Ａは、集束端の中間部において互いに隣接しない位置関係にある３本の中間部ファイバ２Ａと、この３本の中間部ファイバ２Ａとそれぞれ隣接する３本の内寄り周縁部ファイバ４Ａと、この３本の内寄り周縁部ファイバ４Ａとそれぞれ隣接する３本の外寄り周縁部ファイバ３Ａとで構成されている。そして、１本の中間部ファイバ２Ａと１本の内寄り周縁部ファイバ４Ａと１本の外寄り周縁部ファイバ３Ａとが互いに隣接し合い、３本のファイバ２Ａ，３Ａ，４Ａで一組となった３組のファイバ群が三方に分散している。第２の分岐端Ｂは、中心部に関して６０度回転した対象の位置関係にある計９本のファイバ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂから構成される。

第４実施形態に係る２分岐ファイババンドル１においては、分岐端Ａ，Ｂについての有効分岐面積は、全て３３．７％と均一である。空洞となっている中心部にファイバを備えた場合、それが集束端の端面１Ｓにおいて占める面積は４．５％であるところから、光の利用効率は低下するが、均一な光量で２つに分岐させ得る点では特に優れている。また、入射軸ずれ量が３０μｍの場合、分岐端Ａ，Ｂについての有効分岐面積は、両者とも３４．３％であり、均一に光は分散されている。

本発明に係る分岐ファイババンドルの有用性を確認するため、動物実験を行ったので説明する。図１のように光源装置７およびシリンドリカルファイバ８に接続した分岐ファイババンドル１を用いて、癌を患った検体動物である犬に癌治療を施した。治療を行った犬は、メスで１３歳のヨークシャテリアであり、図１１（ａ）の患部写真（癌治療前）に示されるように、大きさが３．３ｃｍ×２．４ｃｍ×１．７ｃｍの耳垢腺癌を患っていた。図１１（ｂ）は、一端が３つに分岐された分岐ファイババンドルを用いた癌治療中の患部写真であり、図１１（ｃ）は、癌治療の２ヵ月後の患部写真である。

まず、図１１（ｂ）の写真のように、半透明な留置針の外管を約１０ｍｍ間隔に癌の患部に穿孔挿入しておく。留置針の外管を挿入しておくことにより、該留置針の外管に挿入するシリンドリカルファイバと癌の組織との接触を原因とした変性によるシリンドリカルファイバの破損を防止できる。また、半透明な留置針を用いることにより、約９８％の光の透過率を得ることができる。

次に、光源装置７からの光を３分岐ファイババンドル１を経由してシリンドリカルファイバに入射し、患部に光を照射して抗腫瘍効果（壊死効果）により癌を壊死させる治療（光線力学的治療法）を行った。

その結果、癌治療の２ヵ月後、図１１（ｃ）に示すように、癌治療後の癌の大きさは、２．９ｃｍ×２．１ｃｍ×１．５ｃｍと癌治療前に比べて小さくなった。また、治療時間は、光を分岐させなかった（分岐ファイババンドルを用いなかった）場合に比べて三分の一の時間に短縮できた。さらに、外科的手術による癌の切除を行う場合と異なり、癌を有する耳を切除する必要はなく、また手術の痕跡を残すことなく治療が可能であった。これにより、検体のＱＯＬ（生活の質）の向上にもつながる。

また、マウス結腸癌のような直径１ｃｍ以上の癌に対して光を分岐させないレーザ光を照射して治療を行っても癌の生存部が残ってしまうが、上記のように複数分岐させたレーザ光を用いて治療を行うことで、直径１ｃｍ以上の癌に対しても癌の生存部を残さずに壊死させることができる。さらに、光を分岐させないレーザ光を照射して治療を行った場合、ファイバを患部に複数回挿入して治療することになり、ＰＤＴ薬剤のＰｈｏｔｏｂｌｅａｃｈｉｎｇ（光退色）の問題が発生してしまうが、上記のように複数分岐させたレーザ光を用いて治療を行うことで、ＰＤＴ薬剤の光退色問題を発生させずに癌を壊死させることができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光源装置７からレーザ光を外部に取り出すコネクタ６１のフェルール６１２（図１参照）に、伝熱性の材料からなる放熱部材（図示せず）を取り付け、光源装置７の筐体内部に設けたファン（図示せず）で冷却してもよい。また、分岐バンドルファイバを構成する光ファイバは１８本または１９本に限らず、例えば外寄り周縁部ファイバの１本を欠損させて３分岐させ、あるいは外寄り周縁部ファイバの２本を欠損させて２分岐させるような構成も、光の利用効率などは低下するが不可能ではない。

図１（ａ）は、本実施形態に係る３分岐ファイババンドルの全体構成図であり、図１（ｂ）は、コネクタの内部構成を示す模式図である。 ３分岐ファイババンドルの集束端と光源側ライトガイドとの接続部分の断面構造を模式的に示す図である。 図３（ａ）は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で矢視した３分岐ファイババンドルの集束端の端面図であり、図３（ｂ）は、３つの分岐端それぞれの端面図である。 図４は、３分岐ファイババンドルを３本の太径のファイバ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃで構成した場合の集束端の端面図である。 図５（ａ）は、比較例１の集束端の端面図であり、図５（ｂ）は、３つの分岐端それぞれの端面図である。 図６（ａ）は、比較例２の集束端の端面図であり、図６（ｂ）は、３つの分岐端それぞれの端面図である。 図７（ａ）は、１８本のファイバを配置した集束端の端面図であり、図７（ｂ）は、３つの分岐端それぞれの端面図である。 図８（ａ）は、１９本のファイバを配置した集束端の端面図であり、図８（ｂ）は、３つの分岐端それぞれの端面図である。 図９（ａ）は、比較例３の集束端の端面図であり、図９（ｂ）は、２つの分岐端それぞれの端面図である。 図１０（ａ）は、１８本のファイバを配置した集束端の端面図であり、図１０（ｂ）は、２つの分岐端それぞれの端面図である。 図１１（ａ）、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、それぞれ、癌治療前、癌治療中、癌治療後の、患部写真である。

符号の説明

１…分岐ファイババンドル、１Ａ，１Ｂ…中心部ファイバ、１Ｓ…端面、１Ｚ…保護カバー、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…中間部ファイバ、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…ファイバ、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…周縁部ファイバ、６１，６２…コネクタ、６１１，６１２…フェルール、７…光源装置、７１…半導体レーザ装置、７２…光源側ライトガイド、７３…放熱部材、７４…送風装置、７５…送風方向、７Ｓ…出射面、８…シリンドリカルファイバ、Ａ…第１の分岐端、Ｂ…第２の分岐端、Ｃ…第３の分岐端、Ｐ…中心部、Ｓ１,Ｓ２…直径。

Claims (8)

1. 一端が３つのファイババンドルに分岐された分岐端であり、他端が１つのファイババンドルに束ねられた集束端である分岐ファイババンドルであって、
   前記集束端の中心部に端面が位置する中心部ファイバと、
   前記集束端の周縁部に端面が位置する複数本の周縁部ファイバと、
   前記中心部ファイバと前記周縁部ファイバとに挟まれた前記集束端の中間部に端面が位置する複数本の中間部ファイバと、を備え、
   第１の分岐端は、前記中心部ファイバと複数本の前記周縁部ファイバとで構成され、
   第２および第３の分岐端は、それぞれ、複数本の前記中間部ファイバと複数本の前記周縁部ファイバとで構成され、かつ、
   前記第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する複数本の前記周縁部ファイバと、前記第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する複数本の前記中間部ファイバとは、それぞれ、前記集束端で同一の前記分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう交互に配置されている、
   ことを特徴とする分岐ファイババンドル。
2. 前記集束端は、
   １本の前記中心部ファイバと、
   前記第１の分岐端を構成する６本と、前記第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各３本とからなる計１２本の前記周縁部ファイバと、
   前記第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各３本からなる計６本の前記中間部ファイバと、
   を束ねて構成されており、
   前記第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各３本の前記周縁部ファイバは、前記集束端で前記第１の分岐端を構成する６本の前記周縁部ファイバよりも前記中心部ファイバに近い位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分岐ファイババンドル。
3. 一端が３つのファイババンドルに分岐された分岐端であり、他端が１つのファイババンドルに束ねられた集束端である分岐ファイババンドルであって、
   前記集束端の周縁部に端面が位置する複数本の周縁部ファイバと、
   前記集束端の中心部と前記周縁部ファイバとに挟まれた前記集束端の中間部に端面が位置する複数本の中間部ファイバと、を備え、
   第１、第２および第３の分岐端は、それぞれ、複数本の前記中間部ファイバと複数本の前記周縁部ファイバとで構成され、かつ、
   前記第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する複数本の前記中間部ファイバと、前記第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する複数本の前記周縁部ファイバとは、それぞれ、前記集束端で同一の前記分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう順に配置されている、
   ことを特徴とする分岐ファイババンドル。
4. 前記集束端は、
   前記第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各４本からなる計１２本の前記周縁部ファイバと、
   前記第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各２本からなる計６本の中間部ファイバと、
   を束ねて構成されており、
   前記第１、第２および第３の分岐端をそれぞれ構成する各４本の前記周縁部ファイバは、前記集束端で同一の前記分岐端のファイバ同士が前記中心部を挟んで対向するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の分岐ファイババンドル。
5. 一端が２つのファイババンドルに分岐された分岐端であり、他端が１つのファイババンドルに束ねられた集束端である分岐ファイババンドルであって、
   前記集束端の中心部に端面が位置する中心部ファイバと、
   前記集束端の周縁部に端面が位置する複数本の周縁部ファイバと、
   前記中心部ファイバと前記周縁部ファイバとに挟まれた前記集束端の中間部に端面が位置する複数本の中間部ファイバと、を備え、
   第１の分岐端は、前記中心部ファイバと複数本の前記中間部ファイバと複数本の前記周縁部ファイバとで構成され、
   第２の分岐端は、前記第１の分岐端よりも多い複数本の前記中間部ファイバと複数本の前記周縁部ファイバとで構成され、かつ、
   前記第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する複数本の前記中間部ファイバは、前記集束端で同一の前記分岐端のファイバ同士が３つ以上隣り合わないように配置され、
   前記第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する複数本の前記周縁部ファイバは、前記集束端で同一の前記分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう交互に配置されている、
   ことを特徴とする分岐ファイババンドル。
6. 前記集束端は、
   １本の前記中心部ファイバと、
   前記第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する各６本からなる計１２本の前記周縁部ファイバと、
   前記第１の分岐端を構成する２本と、前記第２の分岐端を構成する４本とからなる計６本の前記中間部ファイバと、
   を束ねて構成されており、
   前記第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する６本の前記中間部ファイバは、前記集束端で同一の前記分岐端のファイバ同士が前記中心部ファイバを挟んで対向するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の分岐ファイババンドル。
7. 一端が２つのファイババンドルに分岐された分岐端であり、他端が１つのファイババンドルに束ねられた集束端である分岐ファイババンドルであって、
   前記集束端の周縁部に端面が位置する複数本の周縁部ファイバと、
   前記集束端の中心部と前記周縁部ファイバとに挟まれた前記集束端の中間部に端面が位置する複数本の中間部ファイバと、を備え、
   第１および第２の分岐端は、それぞれ、複数本の前記中間部ファイバと複数本の前記周縁部ファイバとで構成され、かつ、
   前記第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する複数本の前記中間部ファイバは、前記集束端で同一の前記分岐端のファイバ同士が隣り合わないよう交互に配置され、
   前記第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する複数本の前記周縁部ファイバは、前記集束端で同一の前記分岐端のファイバ同士が少なくとも２つ隣り合うように配置されている、
   ことを特徴とする分岐ファイババンドル。
8. 前記集束端は、
   前記第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する各６本からなる計１２本の前記周縁部ファイバと、
   前記第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する各３本からなる計６本の前記中間部ファイバと、
   を束ねて構成されており、
   前記第１および第２の分岐端をそれぞれ構成する１２本の前記周縁部ファイバは、前記集束端で同一の前記分岐端のファイバ同士が２つずつ隣り合うように配置されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載の分岐ファイババンドル。

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