JP2011248022A - Diffusing optical fiber and optical component for medical use using such diffusing optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光等の光線を広い範囲に照射するための拡散型光ファイバ及びそれを用いた医療用光部品に関する。 The present invention relates to a diffusion optical fiber for irradiating a light beam such as a laser beam over a wide range, and a medical optical component using the same.
医療分野においては、紫外域から近赤外域、赤外域にわたる種々のレーザ光が、生体組織の光化学治療、生体組織の溶着、心血管の経皮的冠状動脈形成術後の再狭窄防止、不整脈の治療のための心筋組織のアブレーションといった様々な治療に用いられている。それらのレーザ光を生体組織へ照射する方法として、光ファイバを用いた方法が検討されている。しかし、光ファイバから出射した光は指向性が強く、生体組織の狭い範囲にしか照射することができない。そこで、光ファイバの先端に光を拡散させるための構造を設けることで、生体組織の広範囲に均一な光を照射できるようにした医療用光ファイバが提案されている（特許文献１〜７参照）。
In the medical field, various laser beams ranging from the ultraviolet region to the near-infrared region and the infrared region are used for photochemical treatment of living tissue, welding of living tissue, prevention of restenosis after cardiovascular percutaneous coronary angioplasty, and arrhythmia. It is used for various treatments such as ablation of myocardial tissue for treatment. As a method for irradiating the living tissue with such laser light, a method using an optical fiber has been studied. However, the light emitted from the optical fiber has a strong directivity and can be irradiated only to a narrow range of the living tissue. Therefore, a medical optical fiber has been proposed in which a structure for diffusing light is provided at the tip of the optical fiber so that uniform light can be irradiated over a wide range of living tissue (see
なお、医療以外の分野でもレーザ光や発光ダイオードの光を拡散させる光拡散板が開発され、デイスプレイや看板、ＬＣＤバックライト、自動車用ライト等に適用されている。このような光拡散板の例として、マイクロレンズアレイやホログラフィーを利用したもの、表面を荒削りしたスリガラス、球状の無機微粒子を含んだポリマ板、ガラス板面に乳白色膜を形成したもの、拡散機能とレンズ機能を組み合わせた拡散レンズからなる光拡散板等が挙げられ、これらは多くの企業から提案され、製品化されている。 Note that light diffusion plates that diffuse laser light and light from light emitting diodes have been developed in fields other than medical treatment, and are applied to displays, signs, LCD backlights, automobile lights, and the like. Examples of such light diffusion plates include those using microlens arrays and holography, ground glass with a rough surface, polymer plates containing spherical inorganic fine particles, those with a milky white film formed on the glass plate surface, diffusion function and Examples include a light diffusing plate composed of a diffusing lens combined with a lens function, and these have been proposed and commercialized by many companies.
ところが、前述の特許文献１〜７に記載の医療用光ファイバには次のような問題がある。
特許文献１には、光ファイバの先端に中空状のポリエチレン製拡散体を装着した医療用光ファイバが記載されている。特許文献１の医療用光ファイバでは、拡散体の中空部に光ファイバの先端部が配置されており、当該先端部からの反射戻り光による光量の減衰があるため、生体に十分な光量を照射することが難しい。
However, the medical optical fibers described in
特許文献２には、ライトガイドファイバの出射端側（生体側）に光学部材を配置し、この光学部材の生体側の面を除く少なくとも一面に光拡散面を形成した医療用光ファイバが記載されている。しかし、特許得文献２の医療用光ファイバにおいても、光学部材の出射端面からの反射戻り光に加えて生体からの反射戻り光による光量の減衰があり、やはり生体に十分な光量を照射することが難しい。
特許文献３に記載の医療用光ファイバは、ファイバの先端から突出するコアガラスの周側面に所定パターンの凹溝構造を備える。しかし、コアガラスのように直径が非常に小さい部材の周側面に凹溝構造を形成することはきわめて難しく、また、形成できたとしても生体面に向かって光量を均一に拡散させることは難しい。
The medical optical fiber described in
特許文献４に記載の医療用光ファイバは、光ファイバの出射端に金属線材から成るコイル状光拡散体が装着されているが、このコイル状光拡散体での光の減衰が大きいため、生体面に十分な光量を照射することが難しい。
In the medical optical fiber described in
特許文献５には、光学繊維束から成るライトガイドの先端部に凹レンズを設け、当該凹レンズの凹面曲率を多重構造にして光を拡散させる医療用の照明光学系が記載されている。しかし、微小サイズの凹レンズの凹面曲率を多重構造に形成することは現実的に難しく、低価格で製造することに課題がある。
特許文献６には、光ファイバの先端部を弾丸状（楕円体状）に加工することによって出射光を拡散させることが記載されている。しかし、光ファイバの先端を弾丸状にすることによる光の拡散効果は十分ではない。 Patent Document 6 describes that emitted light is diffused by processing the tip of an optical fiber into a bullet shape (ellipsoidal shape). However, the effect of diffusing light by making the tip of the optical fiber into a bullet shape is not sufficient.
特許文献７には、複数の光ファイバと複数の投光素子からなる投光ブロックと複数の拡散素子から構成された視覚刺激装置が記載されている。この視覚刺激装置では、光ファイバの本数分だけ拡散素子を必要とする上、光ファイバの本数以上の十分に広い範囲に光を拡散させることが難しい。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、広範囲に十分な光量を均一に照射することができる拡散型光ファイバ及び医療用光部品を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a diffusion optical fiber and a medical optical component that can uniformly irradiate a sufficient amount of light over a wide range.
上記課題を解決するために成された本願の第１発明は、
コア部と、該コア部の外周を覆い該コア部よりも屈折率が低いクラッド部とを有する光ファイバと、
前記光ファイバの一方の端部に設けられ、前記コア部の屈折率と等しいか又は前記コア部の屈折率よりも高い屈折率を有する、光透過性材料から成る球状或いは楕円体状の拡散体とを備えた拡散型ファイバであって、
前記光ファイバの一方の端部において、前記コア部は前記クラッド部から前記拡散体内に突出していることを特徴とする。
The first invention of the present application made to solve the above problems is
An optical fiber having a core part and a cladding part covering the outer periphery of the core part and having a refractive index lower than that of the core part;
A spherical or ellipsoidal diffuser made of a light-transmitting material, provided at one end of the optical fiber, having a refractive index equal to or higher than the refractive index of the core. A diffusion fiber comprising:
At one end of the optical fiber, the core part protrudes from the clad part into the diffuser.
第１の発明においては、前記光ファイバは、前記コア部よりも屈折率が低い保護層内に配置されていると良い。
この場合、前記光ファイバは、前記保護層内に所定の間隔を置いて複数配置されていると良く、特に、複数個の光ファイバは、少なくとも1μmの間隔をおいて前記保護層内に配置されていると良い。
In 1st invention, it is good for the said optical fiber to be arrange | positioned in the protective layer whose refractive index is lower than the said core part.
In this case, a plurality of the optical fibers may be arranged in the protective layer with a predetermined interval, and in particular, the plurality of optical fibers are arranged in the protective layer with an interval of at least 1 μm. Good to be.
また、前記拡散体の外径寸法は、前記光ファイバの外径寸法の１〜４倍の大きさであることが好ましく、前記光ファイバが保護層内に配置されている場合は、前記拡散体の外径寸法は、前記保護層の外径寸法の１〜４倍の大きさであることが好ましい。 The outer diameter of the diffuser is preferably 1 to 4 times the outer diameter of the optical fiber. When the optical fiber is disposed in a protective layer, the diffuser The outer diameter of the protective layer is preferably 1 to 4 times the outer diameter of the protective layer.
コア部がクラッド部から突出する部分の長さは、0.5mmよりも長く、6mmよりも短いことが好ましい。また、前記突出部分は、先細り形状に加工されていることが好ましい。 The length of the part where the core part protrudes from the clad part is preferably longer than 0.5 mm and shorter than 6 mm. Moreover, it is preferable that the protruding portion is processed into a tapered shape.
前記拡散体は、透明又は乳白色のガラス材料、高分子材料から構成すると良い。また、前記拡散体に、光散乱部材を混入したり、拡散体の表面に粗面加工を施したり、多数の凹部を網目状、或いは蜂の巣状に形成したりすると良い。このような構成によれば、光ファイバを伝搬してきた光をより広い範囲に拡散して放射することができる。 The diffuser may be made of a transparent or milky white glass material or polymer material. In addition, it is preferable that a light scattering member is mixed in the diffuser, the surface of the diffuser is roughened, or a large number of concave portions are formed in a mesh shape or a honeycomb shape. According to such a configuration, light propagating through the optical fiber can be diffused and radiated over a wider range.
本願の第２発明は医療用光部品であって、上記した拡散型ファイバと、前記拡散型ファイバの他端部に光を入射させる光源とを備えることを特徴とする。
この場合、複数の光源から、波長が異なる複数のレーザ光を前記拡散型ファイバに入射させるように構成すると、より多くの病変部の探知や治療などに適用することができる。
A second invention of the present application is a medical optical component, comprising the above-described diffusion fiber and a light source that makes light incident on the other end of the diffusion fiber.
In this case, if a plurality of laser beams having different wavelengths are incident on the diffusing fiber from a plurality of light sources, it can be applied to detection and treatment of more lesions.
本発明によれば、光ファイバの他端部から入射したレーザ光は該光ファイバ内を拡散体に向けて伝搬し、コア部の突出部分から拡散体内に出射する。そして、拡散体内に出射されたレーザ光は、拡散体から広い範囲に拡散して放射される。このとき、突出部分からの光は拡散体内に直接出射するため、反射戻り光による光量の減衰がない。従って、本発明の拡散型ファイバを用いることにより、生体組織の広い領域に十分な光量のレーザ光を照射することができ、内視鏡用照明光学部品としても利用できる。また、このように広い範囲にレーザ光を照射することができるため、本発明の拡散型ファイバやこれを用いた医療用光部品は、生体組織の光化学治療、生体組織の溶着、心血管の経皮的冠状動脈形成術後の再狭窄防止、不静脈などの治療のための心筋組織のアブレーション等に関する治療 、生体組織の酸素化状態の探知、生体組織（腫瘍組織や癌などの生体組織）の加熱装置としても利用できるようになる。この場合、上記レーザ光として１つの波長か複数波長の光源を用いることによって、より多くの病変部の探知や治療などに適用することができる。 According to the present invention, laser light incident from the other end of the optical fiber propagates in the optical fiber toward the diffuser, and exits from the protruding portion of the core into the diffuser. The laser light emitted into the diffuser is diffused and emitted from the diffuser over a wide range. At this time, since the light from the protruding portion is directly emitted into the diffuser, there is no attenuation of the light amount due to the reflected return light. Therefore, by using the diffusing fiber of the present invention, it is possible to irradiate a wide area of a living tissue with a sufficient amount of laser light, and it can also be used as an illumination optical component for an endoscope. In addition, since the laser beam can be irradiated over such a wide range, the diffusion fiber of the present invention and the medical optical component using the same are used for photochemical treatment of living tissue, welding of living tissue, cardiovascular treatment. Prevention of restenosis after percutaneous coronary angioplasty, treatment related to ablation of myocardial tissue for the treatment of veins, detection of oxygenated state of living tissue, living tissue (living tissue such as tumor tissue and cancer) It can also be used as a heating device. In this case, by using a light source of one wavelength or a plurality of wavelengths as the laser light, it can be applied to detection and treatment of more lesions.
具体的には、本発明では、コア部の一方の端部が、該コア部の屈折率と等しいか又は前記コア部よりも高い屈折率を有した、光透過性材料から成る拡散体で覆われているので、光ファイバのコア部内を伝搬してきた光は前記拡散体内で放射され、当該拡散体の形状である球状又は楕円体状に拡がり、拡散体の外側に一様に拡散、放射される。つまり、レーザ光や発光ダイオードの光を上記光ファイバ内に入射、伝搬させるとその出射光は拡散体によって球状か楕円体状に一様に広がり、生体に照射される。従って、第１発明の拡散型光ファイバを用いて、生体組織の病変部を探知、あるいは治療することができる。 Specifically, in the present invention, one end portion of the core portion is covered with a diffuser made of a light transmissive material having a refractive index equal to or higher than the refractive index of the core portion. Therefore, the light propagating in the core part of the optical fiber is radiated in the diffuser, spreads into the spherical or ellipsoidal shape of the diffuser, and is uniformly diffused and emitted outside the diffuser. The That is, when laser light or light from a light emitting diode is incident and propagated in the optical fiber, the emitted light is uniformly spread in a spherical shape or an ellipsoid shape by the diffuser, and is irradiated on the living body. Therefore, a lesioned part of a living tissue can be detected or treated using the diffusing optical fiber of the first invention.
また、本発明の構成では、反射戻り光による光の減衰はほとんど無く、光ファイバ内を伝送させてその光ファイバの出射端で上記光を一様に拡散させて生体組織に広く照射することができる。
また、拡散体を構成する光透過性材料は、その透過率が光ファイバ内を伝送する光信号について、少なくとも50%よりも高く100%に近い値のものを用いることができる。
Further, in the configuration of the present invention, there is almost no attenuation of the light due to the reflected return light, and the light can be transmitted through the optical fiber and uniformly diffused at the emission end of the optical fiber to widely irradiate the living tissue. it can.
Further, as the light transmissive material constituting the diffuser, a material whose transmittance is higher than at least 50% and close to 100% can be used for the optical signal transmitted through the optical fiber.
上記構成において、前記光ファイバを前記コア部よりも屈折率が低い保護層内に所望の間隔を置いて複数個配置し、前記保護層の一端及び光ファイバの一端から突出するコア部を前記拡散体で覆うようにした、いわゆるマルチコアファイバ構造とすれば、より広い容積に一様にレーザ光を拡散させて生体組織に照射することができる。例えば、９個のコア部を備えたマルチコアファイバの場合には、コア部が１つの場合に比して少なくとも９倍の容積全体に光を拡散させることが可能となる。このようにコア部が多いほど生体組織のより広い範囲に光を拡散させて照射させることができる。 In the above configuration, a plurality of the optical fibers are arranged at a desired interval in a protective layer having a lower refractive index than the core part, and one end of the protective layer and one core part protruding from one end of the optical fiber are diffused. If a so-called multi-core fiber structure covered with a body is used, a living tissue can be irradiated by diffusing laser light uniformly over a larger volume. For example, in the case of a multi-core fiber having nine core parts, light can be diffused over the entire volume at least nine times that in the case of one core part. As described above, the more core portions, the more light can be diffused and irradiated in a wider area of the living tissue.
例えば、マルチコアファイバは、例えば屈折率の低いガラスの保護層内に孔を開けて該孔に光ファイバを挿入することで容易に実現することができる。この場合、隣接する光ファイバの間隔が少なくとも1μmとなるように該光ファイバを保護層内に配置することが望ましい。また、マルチコアファイバに用いる光ファイバとしては、ガラス材料、プラスチック材料からなる光ファイバ、シングルモードファイバ、マルチモードファイバなど、適宜のものを用いることができる。 For example, a multi-core fiber can be easily realized by making a hole in a glass protective layer having a low refractive index, for example, and inserting the optical fiber into the hole. In this case, it is desirable to arrange the optical fibers in the protective layer so that the interval between adjacent optical fibers is at least 1 μm. As the optical fiber used for the multi-core fiber, an appropriate one such as an optical fiber made of a glass material or a plastic material, a single mode fiber, or a multi mode fiber can be used.
拡散体の外径寸法を光ファイバのクラッド部又は保護層の外径寸法の１〜４倍の大きさにすると、生体内に挿入する際に不都合が生じることなく生体組織の極めて広い範囲にレーザ光を拡散させて照射することができる。ただし、拡散体の外径寸法があまり大きいと生体内に挿入する際に不都合を生じるので、外径寸法が125μmの光ファイバを用いることが好ましい。この場合の拡散体の外径寸法は、125μm〜0.5mmとなる。マルチコアファイバ構造の光ファイバの外径寸法は250μm程度となるため拡散体の外径寸法が大きくなり、250μm〜1mm程度になる。また、光ファイバの外周にプラスチックの被覆材を被覆した場合でも当該光ファイバの外径は250μm程度になり、この場合も、拡散体の外径寸法は250μm〜1mm程度になる。したがって拡散体の外径寸法が1mm程度であれば、生体内挿入する上で特に問題にならない。 If the outer diameter of the diffuser is 1 to 4 times larger than the outer diameter of the cladding portion of the optical fiber or the protective layer, the laser can be applied to a very wide range of living tissue without causing any inconvenience when inserted into the living body. Light can be diffused and irradiated. However, if the outer diameter of the diffuser is too large, there will be inconvenience when inserted into the living body, so it is preferable to use an optical fiber having an outer diameter of 125 μm. In this case, the outer diameter of the diffuser is 125 μm to 0.5 mm. Since the outer diameter of the optical fiber having a multi-core fiber structure is about 250 μm, the outer diameter of the diffuser is increased to about 250 μm to 1 mm. Even when the outer periphery of the optical fiber is coated with a plastic coating material, the outer diameter of the optical fiber is about 250 μm. In this case, the outer diameter of the diffuser is about 250 μm to 1 mm. Therefore, when the outer diameter of the diffuser is about 1 mm, there is no particular problem in inserting into the living body.
また、コア部がクラッド部から突出する部分の長さを0.5mmよりも長く、6mmよりも短くすると、クラッド部から突出するコア部を前記拡散体で確実に覆うことができる。クラッド部から突出するコア部の長さが長い場合は、拡散体の形状は球状ではなく先端方向に細長く伸びた楕円体状にすることが好ましい。このようにすることによって、光ファイバ内を伝搬してきたレーザ光を上記拡散体内に球状又は楕円体状に放射させることができ、前記拡散体から出た後は拡散されて生体組織の広い領域に照射することができるようになる。 Further, when the length of the portion of the core portion protruding from the cladding portion is longer than 0.5 mm and shorter than 6 mm, the core portion protruding from the cladding portion can be reliably covered with the diffuser. When the length of the core portion protruding from the clad portion is long, the shape of the diffuser is preferably not an spherical shape but an ellipsoidal shape extending elongated in the tip direction. By doing so, the laser beam propagating through the optical fiber can be emitted into the diffuser in the form of a sphere or an ellipsoid, and after exiting the diffuser, it is diffused and spreads over a wide area of biological tissue. It becomes possible to irradiate.
前記クラッド部から突出するコア部の形状は先細り形状に加工することによって、レーザ光が当該コア部の先鋭形状方向に伝搬するに伴ってより大きい角度で前面に放射されるため、拡散体内に球状か楕円体状により一様に放射させることができ、さらに、拡散体内に放射された光は該拡散体を出た後もほぼ一様に極めて広い範囲に拡散されて生体組織の広い領域に照射することができるようになる。コア部の突出部分を先細り形状に加工する方法としては、光ファイバが例えばガラス材料から成る場合にはフッ酸かフッ酸の水溶液の中に入れてエッチング処理する方法が挙げられる。 The core part protruding from the clad part is processed into a tapered shape so that laser light is emitted to the front surface at a larger angle as it propagates in the sharpened direction of the core part. In addition, the light radiated into the diffuser can be emitted uniformly, and the light radiated into the diffuser is diffused almost uniformly over a wide area after leaving the diffuser to irradiate a wide area of living tissue. Will be able to. As a method of processing the projecting portion of the core portion into a tapered shape, for example, when the optical fiber is made of a glass material, a method of etching in hydrofluoric acid or an aqueous solution of hydrofluoric acid can be mentioned.
前記拡散体は、透明又は乳白色のガラス材料か高分子材料で構成すれば、光ファイバの先端部に容易に製作可能である。また、生体内に挿入しても害が無く、また長期的に使用することが可能となる。上記ガラス材料としては、例えば水ガラスとしてケイ酸カリウム（K2SiO3）の水溶液、ケイ酸ナトリウム（Na2SiO3）の水溶液、ケイ酸リチウム（Li2SiO3）の水溶液、アンモニウムシリケートの水溶液を硬化させたガラスを用いることができ、高分子材料としてポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸イソブチルなどを用いることができる。 If the diffuser is made of a transparent or milky white glass material or a polymer material, it can be easily manufactured at the tip of the optical fiber. Moreover, there is no harm even if it inserts in the living body, and it can be used for a long time. Examples of the glass material include, as water glass, an aqueous solution of potassium silicate (K 2 SiO 3 ), an aqueous solution of sodium silicate (Na 2 SiO 3 ), an aqueous solution of lithium silicate (Li 2 SiO 3 ), and an aqueous solution of ammonium silicate. Can be used, and polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyisobutyl methacrylate, or the like can be used as the polymer material.
前記拡散体には、光散乱部材を混入させることによって該拡散体内で光散乱を積極的に起こさせて光をより広い範囲に拡散させることができ、この結果、生体組織の更に広い領域に光を照射することができる。光散乱部材の材料として、屈折率の異なる微粒子か金属微粒子が好ましい。これらの微粒子のサイズは1μmから50μmの範囲が好ましい。上記微粒子のサイズが小さい場合にはその数量を多くし、サイズが大きい場合には少なくするのがよい。ここで、上記微粒子の数量は、光ファイバ内を伝送する光信号に対する拡散体の透過率が50%よりも高く、100%に近い値になるような範囲で決めると良い。 By mixing a light scattering member into the diffuser, it is possible to actively cause light scattering in the diffuser and diffuse the light to a wider range. As a result, the light diffuses into a wider area of the living tissue. Can be irradiated. As a material for the light scattering member, fine particles having different refractive indexes or metal fine particles are preferable. The size of these fine particles is preferably in the range of 1 μm to 50 μm. When the size of the fine particles is small, the quantity is increased, and when the size is large, the quantity is preferably decreased. Here, the number of the fine particles may be determined within a range in which the transmittance of the diffuser with respect to the optical signal transmitted through the optical fiber is higher than 50% and close to 100%.
また、上記拡散体の表面部に多数の凹凸を有する粗面加工すると、その表面部からの光の拡散を更に広い範囲に広げることができるようになる。拡散体の表面部に形成する凹凸は0.1μmから5μm程度の深さであることが好ましい。 Further, if the roughened surface having a large number of irregularities on the surface portion of the diffuser, the diffusion of light from the surface portion can be expanded to a wider range. The unevenness formed on the surface of the diffuser is preferably about 0.1 to 5 μm deep.
さらに、上記拡散体の表面部に、多数の小さな四角形状の凹部から成る蜂の巣状に加工することによっても、その表面部からの光を拡がりをもって広い範囲に拡散させて放射することができる。小さな四角形状の凹部は、その平面形状の面積が小さいほど光の拡散は大きくなり、その面積は10μm２から200μm２の範囲が好ましい。 Further, by processing the surface portion of the diffuser into a honeycomb shape composed of a large number of small rectangular recesses, the light from the surface portion can be spread and radiated to a wide range. In the small rectangular recess, the smaller the plane area, the greater the light diffusion, and the area is preferably in the range of 10 μm 2 to 200 μm 2 .
更にまた、拡散型ファイバは、その外周全体を補強部材としての高分子材料の樹脂層（例えば、シリコン樹脂、ＵＶ樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂など）、あるいは金属層（Ａｌ、Ｃｕなど）で覆うようにすると、強度が増し、生体内に挿入したときに破損したり破壊したりすることを防止できる。 Furthermore, the diffusion fiber is entirely covered with a polymer resin layer (for example, silicon resin, UV resin, nylon resin, polyethylene resin, etc.) or a metal layer (Al, Cu, etc.) as a reinforcing member. By doing so, the strength increases, and it can be prevented from being broken or destroyed when inserted into the living body.
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
図１は、本発明の実施例１に係る拡散型ファイバを示す。同図（a）は実施例１の拡散型ファイバの外観図、同図（b）は横断面図、同図（c）はX1-X1線に沿う縦断面図である。実施例１の拡散型ファイバ１は、高屈折率のコア部２と該コア部２の外周を覆う前記コア部２よりも低屈折率のクラッド部３から成る光ファイバ４と、この光ファイバ４の一方の端部に設けられた球状の拡散体５とから構成されている。
FIG. 1 shows a diffusing fiber according to
図１の（c）に示すように、光ファイバ４の一方の端部においてコア部２の一端部はクラッド部３の一端部から長さＬだけ突出しており、この突出部（以下、「突出部２Ａ」という）を覆うように拡散体５が光ファイバ４の一端部に取り付けられている。
前記突出部２Ａは、コア部２の外周全体をクラッド部３で被覆した後、クラッド部３の一部を除去し、コア部２の一端部をむき出しにすることで形成することができる。クラッド部３の一部を除去する方法としては、例えばクラッド部３がガラス材料から成る場合には、フッ酸、或いはフッ酸水溶液に光ファイバを入れ、クラッド部３を部分的にエッチングする方法がある。この場合、コア部２の一端部（つまり、突出部２Ａ）の外周から完全にクラッド部３が除去されていなくても良く、クラッド部３の一部が突出部２Ａの外周に残っていても良い。
また、コア部２の一方の端部を除く部分の外周にのみクラッド部３を形成することで、コア部２の突出部２Ａを形成しても良い。
As shown in FIG. 1C, at one end of the
The protruding
Moreover, you may form the
前記拡散体５は、コア部２の屈折率と等しいかそれよりも高い値の屈折率を有する光透過性材料からなる中実の部材で、その光透過性材料からなる中実の部材の屈折率の上限値は、それに用いる材料で選定することができる。すなわち、コア部及びクラッド部を容易に覆い、接着性の良い材料を重要視して選ぶことができる。コア部にガラス材料を用いた場合にはその光透過性材料からなる中実の部材の屈折率の上限値は１．５程度、高分子材料を用いた場合には１．６程度まで高い値の材料を選定することができる。また、拡散体５は、光ファイバ４内を伝送される光信号に対して50％よりも大きく、100％に近い透過率となるように材料を選定すると良い。
The
前記拡散体５の材料としては、例えば水ガラスや高分子材料などを用いることができる。水ガラスとしては例えばケイ酸カリウム（K2SiO3）の水溶液、ケイ酸ナトリウム（Na2SiO3）の水溶液、ケイ酸リチウム（Li2SiO3）の水溶液、アンモニウムシリケートの水溶液を硬化させたガラスを用いることができる。高分子材料としては、例えばポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸イソブチルを用いることができる。上記拡散体５は、広い範囲に光を放射・拡散させる必要性から、クラッド部３の外径と同程度から４倍程度の外径であることが好ましい。
る。
As the material of the
The
本実施例に係る拡散型ファイバ１が石英ガラス系のシングルモードファイバである場合、クラッド部３の外径は125μm、コア部２の直径は10μmにすると良い。また、突出部２Ａの長さＬは、光ファイバ４の製作性を考慮すると最小でも0.5mm程度に、生体内での拡散領域を考慮すると最大でも6mm程度にすると良い。さらに、コア部２とクラッド部３の比屈折率差Δ（＝［（コア部２の屈折率ｎc−クラッド部３の屈折率ｎｃｌ）/コア部２の屈折率ｎc］×100（％））が0.5％となるように、コア部２及びクラッド部３の材料を選定すると良い。
When the
上記構成の拡散型ファイバ１において、拡散体５が取り付けられた側とは反対側の光ファイバ４の端面からレーザ光Ｌａを入射させると、当該レーザ光Ｌａはコア部２内を伝搬して前記拡散体５に向かう。そして、拡散体５の内部に突出した突出部２Ａから拡散体５の内部に放射され、拡散体５の表面全体から一様に広がり放射される。また、実施例１の拡散型ファイバ１では、突出部２Ａを中実状の拡散体５の内部に配置して突出部２Ａからの光が直接拡散体５の内部に放射されるようにしたため、反射戻り光による光の減衰をほとんどなくすことができる。従って、拡散型ファイバ１を医療用光ファイバとして用いた場合に、生体内の広い範囲に十分な光量の光を照射することができる。
In the diffusing
なお、上記拡散型ファイバ１を生体内に挿入して使用する場合は、当該拡散型ファイバ１の外周部全体を補強部材で被覆するとよい。補強用材料としては、高分子材料の樹脂層（例えば、シリコン樹脂、UV樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂など）、あるいは金属層（Al、Cuなど）を用いることができる。
In addition, when inserting and using the said
図２は本発明の実施例２に係る拡散型ファイバを示す。同図（a）は実施例２の拡散型ファイバの外観図、同図（b）は横断面図、同図（c）はX2-X2線に沿う縦断面図である。実施例２の拡散型ファイバ７は、突出部２Ａの先端が丸く加工されている点が実施例１の拡散型ファイバ１と異なる。突出部２Ａの先端を丸くすることで、突出部２Ａからの光を拡散体５内全体に一様に放射させることができる。
FIG. 2 shows a diffusion fiber according to
突出部２Ａを丸く加工する方法としては、バーナ等の加熱源で前記突出部２Ａを加熱したり、炭酸ガスレーザを前記突出部２Ａに照射したりする方法を用いることができる。
As a method for processing the
図３は本発明の実施例３に係る拡散型ファイバを示す。同図（a）は実施例３の拡散型ファイバの外観図、同図（b）は横断面図、同図（c）はX3-X3線に沿う縦断面図である。実施例３の拡散型ファイバ８は、保護層１０内に所定の間隔を置いて配置された複数本（図３に示す例では５本）の光ファイバ４と、前記該保護層１０の一端部に設けられた球状の拡散体５とを有する。各光ファイバ４は、実施例１の光ファイバ４と同様の構造を有しており、高屈折率のコア部２と該コア部２の外周を覆う低屈折率のクラッド部３から成る。コア部２の一端部はクラッド部３から長さＬだけ突出する突出部２Ａとなっている。突出部２Ａを形成する方法は実施例１に示したとおりである。
FIG. 3 shows a diffusing fiber according to
光ファイバ４は、コア部２及びクラッド部３の一端部が保護層１０の一端部から突出した状態で該保護層１０内に配置されている。従って、実施例３の拡散型ファイバ８では、コア部２の突出部２Ａだけでなく、保護層１０から突出するクラッド部３の一部も拡散体５内に位置する。前記拡散体５は、実施例１と同様、コア部２の屈折率と等しいかそれよりも高い屈折率を有する光透過性材料で形成されている。
The
保護層１０内に配置された光ファイバ４の間隔は、拡散型ファイバ８の他端から入射されるレーザ光Ｌａが光ファイバ４と効率良く結合するような長さが選ばれ、最小でも1μm程度、最大でも10μm程度であることが好ましい。
また、保護層１０の材料としては、光ファイバ４のコア部２の屈折率よりも低い屈折率のガラス材料や高分子材料が用いられる。
The distance between the
Further, as the material of the
なお、保護層１０の屈折率は光ファイバ４のクラッド部３の屈折率と同程度かそれよりも低い値が好ましいが、わずかに高い値でも問題はない。
また、上記光ファイバ４は、シングルモードファイバ、マルチモードファイバのいずれでも良い。光ファイバ４がマルチモードファイバであるとき、その外径は125μmにすると良い。レーザ光Ｌａと拡散型ファイバ８の結合効率を考えると、上記光ファイバ４のクラッド部３は薄い方が好ましい。
The refractive index of the
The
図３に示す例では、拡散型ファイバ８は５本の光ファイバ４を用いているので、５本のレーザ光Ｌａを５本の光ファイバ４内にそれぞれ入射させ、拡散体５から放射させることになる。従って、１本の光ファイバを用いた場合に比べて５倍以上の容積に光を拡散して放射することができる。
In the example shown in FIG. 3, the
図４は本発明の実施例４に係る拡散型ファイバを示す。同図（a）は実施例４の拡散型ファイバの外観図、同図（b）は横断面図、同図（c）はX4-X4線に沿う縦断面図である。この実施例４の拡散型ファイバ１２では、コア部２の突出部２Ａが先細り形状(テーパ状）に加工されている。コア部２の先端形状の加工方法としては、光ファイバ４がガラス材料から成る場合には該光ファイバ４の先端をフッ酸かフッ酸の水溶液の中に入れてエッチング処理する方法が挙げられる。また、光ファイバ４がプラスチック材料から成る場合には、機械的に削り取ることによって先端をテーパ状に加工する方法がある。この場合、突出部２Ａの最先端は先鋭状でなくても良く、例えば楕円体状や球状であっても良い。
FIG. 4 shows a diffusing fiber according to
突出部２Ａを先細り形状にすることで、突出部２Ａからの光は前方に強く放射される。従って、拡散体５の前方に位置する物体により強く光を照射することができる。尚、突出部２Ａの先細り形状の傾斜角度は一定でも良く、先端に向かって徐々に傾斜角度を大きくしたり、小さくしたりしても良い。
By making the
図５は本発明の実施例５に係る拡散型ファイバを示す。同図（a）は実施例５の拡散型ファイバの外観図、同図（b）は横断面図、同図（c）はX5-X5線に沿う縦断面図である。この実施例５の拡散型ファイバ１４は、拡散体１５の内部に光散乱部材が混入させた点が上記実施例４と異なる。拡散体１５は、コア部２の屈折率と等しいかそれよりも高い屈折率を有する光透過性材料から形成され、例えば透明、あるいは乳白色のガラス材料や高分子材料を用いることができる。
FIG. 5 shows a diffusion fiber according to
光散乱部材としては、拡散体１５とは屈折率の異なる無機あるいは有機の微粒子、金属微粒子が好ましい。光散乱部材となる微粒子のサイズは1μmから50μmの範囲が好ましい。微粒子のサイズが小さい場合にはその数量を多くし、サイズが大きい場合には少なくするのがよい。光拡散部材の数量は、拡散体１５の透過率が、光ファイバ４内を伝送される光信号に対して50％よりも大きく、100％に近い値となる範囲で決めると良い。拡散体１５を透明、あるいは乳白色のガラス材料や高分子材料で形成すれば、その中に光散乱部材を容易に混入させることができる。
As the light scattering member, inorganic or organic fine particles or metal fine particles having a refractive index different from that of the
このような拡散体２４を得る方法として、ケイ酸ナトリウム（Na2SiO3）の水溶液内に粒径が数μmから数十μmの範囲のSiO2粒子を分散させた溶液を、クラッド部３から突出するコア部２の一端部に被覆した後、加熱し、硬化させる方法がある。
別の方法として、ポリシランをキシレンに溶かした溶液内にSiO2粒子を分散させ、その溶液をクラッド部３から突出するコア部２の一端部に被覆後、加熱し、硬化させる方法もある。
As a method for obtaining such a
As another method, there is a method in which SiO 2 particles are dispersed in a solution in which polysilane is dissolved in xylene, and the solution is coated on one end portion of the
このような構成の拡散型ファイバ１４を用いれば、光ファイバ１の他端部から入射してコア部２内を伝播してきたレーザ光を、拡散体１５内で積極的に散乱させることができるため、より広い範囲にレーザ光を拡散させることができる。従って、拡散型ファイバ１４を生体内に挿入して使用したときに、生体組織の更に広い領域にレーザ光を照射することができる。
If the
図６は本発明の実施例６に係る拡散型ファイバを示す。同図（a）は実施例６の拡散型ファイバの外観図、同図（b）は横断面図、同図（c）はX6-X6線に沿う縦断面図である。この実施例６の拡散型ファイバ１６は、拡散体１７の表面を粗面加工した点が実施例４と異なる。粗面加工することで、拡散体１７の表面には多数の小さな凹凸が形成されるため、突出部２Ａから拡散体１７内に出射した光を、拡散体１７の表面からより一層広い範囲に放射することができる。
FIG. 6 shows a diffusing fiber according to Embodiment 6 of the present invention. (A) is an external view of the diffusion fiber of Example 6, (b) is a transverse sectional view, and (c) is a longitudinal sectional view taken along line X6-X6. The
本実施例６では、拡散体１７の材料としてガラス材料、プラスチック材料、ガラスとプラスチックの混合材料等を用いることができる。また、拡散体１７表面の粗面構造は、深さが0.1μmから5μm程度の多数の凹凸から構成されていると良い。多数の凹凸を形成する方法としては、例えばサンドペーパーで拡散体１７の表面を荒削りする方法がある。
In the sixth embodiment, a glass material, a plastic material, a mixed material of glass and plastic, or the like can be used as the material of the
図７は本発明の実施例７に係る拡散型ファイバを示す。同図（a）は実施例７の拡散型ファイバの外観図、同図（b）は横断面図、同図（c）はX7-X7線に沿う縦断面図である。この実施例７はマルチファイバ構造の例を示すものであり、拡散型ファイバ１８は、複数（図７では５）のコア部２がクラッド部３内に埋め込まれて成る光ファイバ４と、光ファイバ４の一端部に設けられた拡散体５を有している。前記コア部２は、クラッド部３よりも高い屈折率を有しており、その一端部である突出部２Ａは長さＬだけクラッド部３の一端部から拡散体５内に突出している。実施例７のクラッド部３は、実施例３の保護層１０を兼ねている。
FIG. 7 shows a diffusion fiber according to
拡散型ファイバ１８を生体内に挿入して用いること、拡散体５から放射される光の範囲を広くすることを考慮すると、クラッド部３におけるコア部２の間隔は5〜150μmの範囲が好ましい。一方、拡散型ファイバ１８の他端から入射されるレーザ光Ｌａと当該ファイバ１８の結合効率を高くすることを考慮すると、コア部２の間隔は1μm程度にすることが好ましく、拡散体５からできるだけ広い範囲に光を拡散して放射することを考えるならコア部２の間隔は10μmまで広げると良い。
Considering that the
図８は本発明の実施例８に係る拡散型ファイバを示す。同図（a）は実施例８の拡散型ファイバの外観図、同図（b）は横断面図、同図（c）はX8-X8線に沿う縦断面図である。この実施例８はマルチモードファイバの例を示し、拡散型ファイバ２１のコア部２の直径は30μm以上100μm以下、クラッド部３の直径は125μm程度である。このような構成の拡散型ファイバ２１においても、実施例１と同様の作用・効果を得ることができる。
FIG. 8 shows a diffusion fiber according to Example 8 of the present invention. (A) is an external view of the diffusion fiber of Example 8, FIG. (B) is a transverse sectional view, and (c) is a longitudinal sectional view taken along line X8-X8. Example 8 shows an example of a multimode fiber, in which the diameter of the
図９は本発明の実施例９に係る拡散型ファイバを示す。同図（a）は実施例９の拡散型ファイバの外観図、同図（b）は横断面図、同図（c）はX9-X9線に沿う縦断面図である。この実施例９の拡散型ファイバ２３は、拡散体２４が楕円体状である点及び、拡散体２４内に光散乱部材が混入されている点が実施例１と異なる。上記光散乱部材としては、実施例５と同様、拡散体２４とは屈折率が異なる無機或いは有機の微粒子か金属微粒子を用いることができる。
FIG. 9 shows a diffusion fiber according to Embodiment 9 of the present invention. (A) is an external view of the diffusion fiber of Example 9, (b) is a transverse sectional view, and (c) is a longitudinal sectional view taken along line X9-X9. The
実施例５と同様、本実施例に係る拡散体２４も、ケイ酸ナトリウム（Na2SiO3）の水溶液内に粒径が数μmから数十μmの範囲のSiO2粒子を分散させた溶液を、クラッド部３から突出するコア部２の一端部に被覆した後、加熱し、硬化させる方法、或いは、ポリシランをキシレンに溶かした溶液内にSiO2粒子を分散させ、その溶液をクラッド部３から突出するコア部２の一端部に被覆後、加熱し、硬化させる方法により得ることができる。
Similar to Example 5, the
図１０は本発明の実施例１０に係る拡散型ファイバの外観斜視図を示す。この実施例１０の拡散型ファイバ２５は、拡散体２６の表面に多数の小さな四角形状の凹部を蜂の巣状に形成した点が実施例１と異なる。
FIG. 10 shows an external perspective view of a diffusion fiber according to Example 10 of the present invention. The diffusing
蜂の巣構造は、球状の拡散体をポリマ溶液で形成した後、蜂の巣構造に対応する内面構造を有する金属容器(金型）内に前記拡散体を入れて加熱、硬化させ、その後、金属容器から球状拡散体を取り出すことで形成することができる。
前記拡散型ファイバ２５の他端部からレーザ光Ｌａを入射させると、そのレーザ光Ｌａはコア部２内を伝搬して突出部２Ａから拡散体２６内に放射される。拡散体２６内に放射されたレーザ光は、拡散体２６表面の蜂の巣状面に伝搬して蜂の巣状面に垂直な方向に強く直進するように放射され、その結果、広い範囲に放射される。
In the honeycomb structure, a spherical diffuser is formed from a polymer solution, and then the diffuser is placed in a metal container (mold) having an inner surface structure corresponding to the honeycomb structure and heated and cured. It can be formed by removing the diffuser.
When the laser beam La is incident from the other end of the
このように、拡散体２６表面を蜂の巣状に加工することによって、拡散体２６内に放射されたレーザ光を小さな面積の四角い平面形状部分で拡がりをもって広い範囲に拡散・放射させることができる。拡散体２６の表面での光の拡散は、蜂の巣構造を構成する多数の四角い凹部の平面形状の面積が小さいほど大きくなり、拡散体２６の表面積や生体内の照射領域の大きさ等を考慮すると平面形状の面積は10μm２から200μm２の範囲が好ましい。
Thus, by processing the surface of the
図１１は本発明の実施例１１に係る拡散型ファイバの外観斜視図を示す。この実施例１１の拡散型ファイバ２８は、クラッド部３の外周が被覆材２９で覆われている点が実施例１と異なる。被覆材２９は高分子材料或いは金属材料から成る。このような構成により、拡散型ファイバ２８を補強することができ、生体内に挿入したときに光ファイバ４が破断して生体を傷つけてしまうことを避けることができる。
FIG. 11 is an external perspective view of a diffusion fiber according to Example 11 of the present invention. The diffusing
図１２は本発明の実施例１２に係る医療用光部品の概略構成図を示す。実施例１２の医療用光部品３０は、例えば実施例１１に示す拡散型ファイバ２８と、この拡散型ファイバ２８の拡散体とは反対側の端面から波長λ1のレーザ光を入射させる光源３１と、光源３１と拡散型ファイバ２８の間に配置されたレンズ３２からなる。光源３１からのレーザ光Ｌａは、レンズ３２によって集光され、拡散型ファイバ２８に入射される。レーザ光の波長λ1としては、可視域の波長、例えば0.81μmを用いる。
FIG. 12 shows a schematic configuration diagram of a medical optical component according to
医療用光部品３０では、長さは50cm程度から100cm程度の拡散型ファイバ２８を用いることが好ましい。
また、医療用光部品３０に用いる拡散型ファイバ２８の比屈折率差Δ（＝〔（コア部の屈折率―クラッド部の屈折率）/コア部の屈折率〕×100（％））は、0.1％から7％の範囲が好ましい。
In the medical
Further, the relative refractive index difference Δ (= [(refractive index of the core portion−refractive index of the cladding portion) / refractive index of the core portion) × 100 (%)) of the
図１３は本発明の実施例１３に係る医療用光部品の概略構成図を示す。実施例１３に係る医療用光部品４０は、波長λ1のレーザ光Ｌａ１と波長λ2のレーザ光Ｌａ２を合波器４１で合波し、拡散型ファイバ２８の端面から入射させた点が実施例１２と異なる。
光源３１ａから出射した波長λ1のレーザ光Ｌａ１は、集光レンズ３２ａを通って合波器４１に入射する。一方、光源３１ｂから出射した波長λ2のレーザ光Ｌａ２は、集光レンズ３２ｂを通って合波器４１に入力される。ここで、レーザ光Ｌａ２の波長λ2としては可視域の波長、たとえば0.63μmを用いると良い。
FIG. 13: shows the schematic block diagram of the medical optical component which concerns on Example 13 of this invention. The medical
The laser beam La1 having the wavelength λ1 emitted from the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではない。
例えば、実施例１３においては波長が異なる２本のレーザ光を合波して拡散型ファイバ内に入射させたが、波長が異なる３本以上のレーザ光を合波して拡散型ファイバ内に入射させても良い。この場合、レーザ光の波長帯として、半導体レーザの波長帯（0.8μm帯）、He-Neレーザ（波長0.63μm帯）、アルゴンガスレーザ（0.47μm帯）、Er:YAGレーザ（2.94μm帯）などを用いることができる。
拡散型ファイバは１本だけで用いる他、複数本を束ねて用いることができる。
図７に示す実施例７の拡散型ファイバにおいては、複数の微細なコアがバンドル状に構成されたコア部を用いることができる。
図８に示す実施例８の拡散型ファイバにおいては、コア部の代わりにバンドルファイバを用いることができる。
In addition, this invention is not limited to an above-described Example.
For example, in Example 13, two laser beams having different wavelengths are combined and entered into the diffusion fiber, but three or more laser beams having different wavelengths are combined and incident into the diffusion fiber. You may let them. In this case, the wavelength band of the laser light includes the semiconductor laser wavelength band (0.8 μm band), He-Ne laser (wavelength 0.63 μm band), argon gas laser (0.47 μm band), Er: YAG laser (2.94 μm band), etc. Can be used.
In addition to using only one diffusion fiber, a plurality of fibers can be bundled and used.
In the diffusion fiber of Example 7 shown in FIG. 7, a core portion in which a plurality of fine cores are configured in a bundle shape can be used.
In the diffusion fiber of Example 8 shown in FIG. 8, a bundle fiber can be used instead of the core portion.
１，７，８，１２，１４，１６，１８，２１，２３，２５，２８…拡散型ファイバ
２…コア部
２Ａ…突出部
３…クラッド部
４…光ファイバ
５，１５，１７，２４，２６…拡散体
１０…保護層
２９…被覆材
３０，４０…医療用光部品
３１，３１ａ，３１ｂ…光源
３２，３２ａ，３２ｂ…レンズ
４１…合波器
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記光ファイバの一方の端部に設けられ、前記コア部の屈折率と等しいか又は前記コア部の屈折率よりも高い屈折率を有する、光透過性材料から成る球状或いは楕円体状の拡散体とを備え、
前記光ファイバの一方の端部において、前記コア部は前記クラッド部から前記拡散体内に突出していることを特徴とする拡散型光ファイバ。 An optical fiber having a core part and a cladding part covering the outer periphery of the core part and having a refractive index lower than that of the core part;
A spherical or ellipsoidal diffuser made of a light-transmitting material, provided at one end of the optical fiber, having a refractive index equal to or higher than the refractive index of the core. And
A diffusion type optical fiber, wherein at one end of the optical fiber, the core portion protrudes from the cladding portion into the diffuser.
前記拡散型ファイバの他端部に光を入射させる光源とを備えることを特徴とする医療用光部品。 The diffusion fiber according to any one of claims 1 to 13,
A medical optical component comprising: a light source that causes light to enter the other end of the diffusion fiber.
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