JP7765147B2 - Light irradiation device and light irradiation method - Google Patents
Light irradiation device and light irradiation methodInfo
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Description
本発明は、光照射装置及び光照射方法に関する。 The present invention relates to a light irradiation device and a light irradiation method.
側面発光する光拡散ファイバは、蛍光灯やネオン管といった放電管と同様、照明、広告、装飾等の用途で用いることができる（例えば特許文献１）。 Side-emitting light-diffusing fibers can be used for lighting, advertising, decoration, and other purposes, similar to discharge tubes such as fluorescent lamps and neon tubes (see, for example, Patent Document 1).
ＬＥＤ等の光源を被光照射対象の近傍に設置し、光源からの光を直接的に被光照射対象に照射する光照射方法がある。また、光源に接続した光ファイバを被光照射対象の近傍まで延ばし、光源からの光を光ファイバを介して間接的に被光照射対象に照射する光照射方法がある。これらの光照射方法において、被光照射対象の表面が凹凸面である場合、凹凸による影が影響して被光照射対象に均一に光を照射することが困難であるという問題がある。 One light irradiation method involves placing a light source such as an LED near the object to be illuminated, and directly irradiating the object with light from the light source. Another light irradiation method involves extending an optical fiber connected to the light source to the vicinity of the object to be illuminated, and indirectly irradiating the object with light from the light source via the optical fiber. With these light irradiation methods, if the surface of the object to be illuminated is uneven, shadows caused by the unevenness can have an effect, making it difficult to uniformly illuminate the object with light.
本発明の課題は、表面に凹凸を有する被光照射対象に対し、凹凸による影の影響を軽減して光を均一に照射することができる光照射装置を提供することである。 The objective of the present invention is to provide a light irradiation device that can uniformly irradiate light onto an object having an uneven surface while reducing the effect of shadows caused by the unevenness.
本発明は、光源と、前記光源からの光を導光するとともに側面発光する光拡散ファイバと、前記光拡散ファイバが埋設されて前記光拡散ファイバから側面発光した光を透過して外部に出射する塊状のゴム又は樹脂で構成された光出射部とを備え、前記光源は、前記光出射部の外部に設けられており、一端が前記光源に接続されるとともに他端が前記光拡散ファイバに接続された光ファイバを更に備え、前記光出射部の被光照射対象への光出射面が５℃～３５℃で可塑性を有する材料で形成されている光照射装置である。 The present invention is a light irradiation device comprising: a light source; a light diffusion fiber that guides light from the light source and emits light from the side; and a light emitting section made of a block of rubber or resin in which the light diffusing fiber is embedded and through which the light emitted from the side of the light diffusing fiber passes and is emitted to the outside; the light source is provided outside the light emitting section and further comprises an optical fiber having one end connected to the light source and the other end connected to the light diffusing fiber; and the light emitting surface of the light emitting section that emits light to an object to be irradiated is made of a material that is plastic at 5°C to 35°C.
本発明は、本発明の光照射装置を用いた光照射方法であって、前記光源からの光を前記光出射部に埋設された光拡散ファイバに導光させて前記光拡散ファイバを側面発光させ、前記光拡散ファイバから側面発光した光を、前記光出射部を透過させて外部に出射させることにより被光照射対象に照射する光照射方法である。 The present invention is a light irradiation method using the light irradiation device of the present invention, in which light from the light source is guided to a light diffusion fiber embedded in the light emission section, causing the light diffusion fiber to emit light from the side, and the light emitted from the side from the light diffusion fiber is transmitted through the light emission section and emitted to the outside, thereby irradiating an object to be illuminated with light.
本発明によれば、塊状の光出射部に埋設された光拡散ファイバを側面発光させ、その光拡散ファイバから側面発光した光を、光出射部を透過させるとともに拡散させて外部に出射させ、それを被光照射対象に照射することにより、表面に凹凸を有する被光照射対象に対しても、凹凸による影の影響を軽減して光を均一に照射することができる。 According to the present invention, a light-diffusing fiber embedded in a block-shaped light-emitting section is made to emit light from the side, and the light emitted from the side of the light-diffusing fiber is transmitted through the light-emitting section and diffused before being emitted to the outside. This light is then irradiated onto an object to be illuminated. This makes it possible to irradiate light evenly onto an object with an uneven surface, reducing the effect of shadows caused by the unevenness.
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。 The following describes the embodiments in detail with reference to the drawings.
（実施形態１）
図１Ａ及びＢは、実施形態１に係る光照射装置１０を示す。この光照射装置１０は、局所的な光の照射を必要とする化学表面処理、薄膜形成、医療等の多くの分野において使用することができる。
(Embodiment 1)
1A and 1B show a light irradiation device 10 according to embodiment 1. This light irradiation device 10 can be used in many fields that require localized light irradiation, such as chemical surface treatment, thin film formation, and medicine.
実施形態１に係る光照射装置１０は、光源１１と、光ファイバ１２と、光拡散ファイバ１３と、光出射部１４とを備える。 The light irradiation device 10 according to the first embodiment includes a light source 11, an optical fiber 12, a light diffusion fiber 13, and a light emitting unit 14.
光源１１は、特に限定されないが、例えばレーザで構成される。光源１１のレーザとしては、例えば半導体レーザ、発光ダイオード、固体レーザ、ガスレーザ等が挙げられる。光源１１のレーザは、小型で可搬性に優れるとともに制御性もよく、また光ファイバ１２との光結合効率が高いという観点から、これらのうちの半導体レーザが好ましい。光源１１のレーザが発するレーザ光の波長は、用途により適宜選択されるが、概ね紫外波長から赤外波長までの範囲である。レーザ光の出力形態は、連続光（ＣＷ）であっても、パルス光であっても、いずれでもよい。レーザ光の出力は、用途により適宜選択されるが、概ね数ｍＷ～数十Ｗ程度である。 Light source 11 is not particularly limited, but may be composed of a laser, for example. Examples of lasers for light source 11 include semiconductor lasers, light-emitting diodes, solid-state lasers, and gas lasers. Of these, semiconductor lasers are preferred for light source 11 because they are small, highly portable, and easy to control, and they also have high optical coupling efficiency with optical fiber 12. The wavelength of the laser light emitted by the laser of light source 11 is selected appropriately depending on the application, but is generally in the range from ultraviolet to infrared wavelengths. The output form of the laser light may be either continuous wave (CW) light or pulsed light. The output power of the laser light is selected appropriately depending on the application, but is generally in the range from several mW to several tens of W.
光ファイバ１２は、一端が光源１１に接続されて光源１１からの光を導光する。光ファイバ１２は、典型的には、相対的に屈折率が高いコア及びそれを被覆する相対的に屈折率が低いクラッド並びにそれを更に被覆する被覆層を有する。光ファイバ１２は、特に種類は限定されないが、例えばコア及びクラッドが石英で形成された石英系ファイバであってもよく、コア及びクラッドが樹脂で形成されたプラスチック系ファイバであってもよく、コアが石英及びクラッドが樹脂でそれぞれ形成されたハイブリッド系ファイバであってもよい。被覆層の形成材料としては、例えば光硬化型アクリル樹脂等が挙げられる。光ファイバ１２は、導光する光源１１からの光に対して伝送損失が少ないものであることが好ましい。 One end of the optical fiber 12 is connected to the light source 11 and guides light from the light source 11. The optical fiber 12 typically has a core with a relatively high refractive index, a cladding with a relatively low refractive index that covers the core, and a coating layer that further covers the cladding. The type of optical fiber 12 is not particularly limited, but it may be, for example, a quartz-based fiber in which the core and cladding are made of quartz, a plastic-based fiber in which the core and cladding are made of resin, or a hybrid-based fiber in which the core is made of quartz and the cladding is made of resin. Examples of materials that can be used to form the coating layer include photocurable acrylic resin. It is preferable that the optical fiber 12 has low transmission loss for the light from the light source 11 that it guides.
光拡散ファイバ１３は、一端が光ファイバ１２の他端に接続されて光ファイバ１２を介して入射する光源１１からの光を導光するとともに側面発光する。光拡散ファイバ１３は、典型的には、図２に示すように、相対的に屈折率が高いコア１３１及びそれを被覆する相対的に屈折率が低いクラッド１３２並びにそれを更に被覆する被覆層１３３を有する。光拡散ファイバ１３では、コア１３１及び／又はクラッド１３２に光散乱体１３４が分散するように添加されているが、光散乱体１３４をコア１３１に添加すると材料コストが高くなるので、図２に示すように、光散乱体１３４がコア１３１に添加されずにクラッド１３２に添加された構成であることが好ましい。なお、被覆層１３３にも光散乱体１３４が添加されていてもよい。 One end of the light diffusing fiber 13 is connected to the other end of the optical fiber 12, and it guides light from the light source 11 incident through the optical fiber 12 while emitting light from the side. As shown in FIG. 2, the light diffusing fiber 13 typically has a core 131 with a relatively high refractive index, a cladding 132 with a relatively low refractive index that covers the core 131, and a coating layer 133 that further covers the core 131. In the light diffusing fiber 13, light scatterers 134 are added to the core 131 and/or cladding 132 so that they are dispersed. However, adding light scatterers 134 to the core 131 increases material costs, so it is preferable to add light scatterers 134 to the cladding 132 rather than the core 131, as shown in FIG. 2. Note that light scatterers 134 may also be added to the coating layer 133.
光拡散ファイバ１３は、コア１３１が石英及びクラッド１３２がシリコーン系樹脂等の樹脂でそれぞれ形成されたハイブリッド系ファイバであることが好ましいが、石英系ファイバ又はプラスチック系ファイバであってもよい。被覆層１３３の形成材料としては、例えばフッ素樹脂等が挙げられる。 The light diffusing fiber 13 is preferably a hybrid fiber in which the core 131 is made of quartz and the cladding 132 is made of a resin such as a silicone resin, but it may also be a quartz fiber or a plastic fiber. Examples of materials that can be used to form the coating layer 133 include fluororesins.
光拡散ファイバ１３のコア１３１の直径は、例えば１０μｍ以上２０００μｍ以下である。光拡散ファイバ１３のコア１３１は光ファイバ１２のコア１３１に接続されるが、光拡散ファイバ１３のコア１３１の直径は光ファイバ１２のコア１３１の直径よりも大きいことが好ましい。クラッド１３２の外径は、例えば１００μｍ以上１００００μｍ以下である。被覆層１３３の外径は、例えば２００μｍ以上２００００μｍ以下である。 The diameter of the core 131 of the light diffusing fiber 13 is, for example, 10 μm or more and 2000 μm or less. The core 131 of the light diffusing fiber 13 is connected to the core 131 of the optical fiber 12, but it is preferable that the diameter of the core 131 of the light diffusing fiber 13 is larger than the diameter of the core 131 of the optical fiber 12. The outer diameter of the cladding 132 is, for example, 100 μm or more and 10,000 μm or less. The outer diameter of the coating layer 133 is, for example, 200 μm or more and 20,000 μm or less.
光散乱体１３４は、特に限定されないが、例えば有機材料、無機材料、セラミックス材料又は金属材料の粒状物で構成される。有機材料としては、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂やポリスチレン（ＰＳ）樹脂等が挙げられる。無機材料としては、例えば石英等が挙げられる。セラミックス材料では、例えば光透過性のＴｉＯ２等が挙げられる。金属材料では、例えばアルミニウムや金等が挙げられる。また、光散乱体１３４は、微細な気泡で構成されていてもよい。光散乱体１３４の粒径は、例えば０．１μｍ以上３０μｍ以下である。 The light scatterer 134 is not particularly limited, and may be made of, for example, granular organic material, inorganic material, ceramic material, or metallic material. Examples of organic materials include polymethyl methacrylate (PMMA) resin and polystyrene (PS) resin. Examples of inorganic materials include quartz. Examples of ceramic materials include light-transmitting TiO2 . Examples of metallic materials include aluminum and gold. The light scatterer 134 may also be made of fine bubbles. The particle size of the light scatterer 134 is, for example, 0.1 μm or more and 30 μm or less.
光出射部１４は、塊状に形成されており、光拡散ファイバ１３が埋設されて光拡散ファイバ１３から側面発光した光を透過して外部に出射する。ここで、本出願における「塊状」とは、光拡散ファイバ１３を、その外形が現れるように層状に被覆するものを排除した形状であることを意味する。具体的な光出射部１４の形状としては、例えば立方体、直方体、平面形状が多角形、円形、楕円形などの板状体、平面形状が多角形、円形、楕円形などの柱状体、球状体、半球体等が挙げられる。光出射部１４は、光拡散ファイバ１３から側面発光した光を透過する透明乃至半透明の材料で形成されている。かかる材料としては、例えばシリコーンゴム、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、形状記憶ポリマー等が挙げられる。これらの材料は、架橋構造を有するものであっても、未架橋のものであっても、いずれでもよい。 The light-emitting section 14 is formed in a block shape, with the light-diffusing fiber 13 embedded therein. The light emitted from the side of the light-diffusing fiber 13 passes through and exits to the outside. Here, "block-shaped" in this application refers to a shape in which the light-diffusing fiber 13 is shaped without any layered covering that would reveal its outer shape. Specific shapes of the light-emitting section 14 include, for example, a cube, a rectangular parallelepiped, a plate-like body with a planar shape such as a polygonal, circular, or elliptical shape, a column-like body with a planar shape such as a polygonal, circular, or elliptical shape, a sphere, and a hemisphere. The light-emitting section 14 is formed from a transparent or translucent material that transmits the light emitted from the side of the light-diffusing fiber 13. Examples of such materials include silicone rubber, silicone resin, urethane resin, fluororesin, and shape-memory polymer. These materials may have a cross-linked structure or may not be cross-linked.
光出射部１４に埋設された光拡散ファイバ１３は、真っ直ぐに一次元的に配索されていてもよいが、光拡散ファイバ１３から側面発光した光を光出射部１４の外部に均一に出射させる観点から、例えば九十九折り状や渦巻き状に二次元的に配策された構造体、又は、例えば図１Ａ及びＢに示すコイル状やランダムに三次元的に配策された構造体を形成していることが好ましい。光拡散ファイバ１３は、漏洩光を効率よく得る観点から、曲げ変形部分を多く含むことが好ましい。光拡散ファイバ１３は、光出射部１４の外部での側面発光及び先端出射による損失を生じるのを回避する観点から、光ファイバ１２に接続された一端及び先端の他端のいずれも光出射部１４内に設けられていることが好ましい。 The light diffusing fiber 13 embedded in the light output section 14 may be arranged straight and one-dimensionally. However, from the viewpoint of uniformly emitting light emitted from the side of the light diffusing fiber 13 to the outside of the light output section 14, it is preferable that the light diffusing fiber 13 be arranged two-dimensionally, for example, in a zigzag or spiral shape, or that it be arranged three-dimensionally, for example, in a coil shape or randomly, as shown in Figures 1A and 1B. From the viewpoint of efficiently obtaining leaked light, it is preferable that the light diffusing fiber 13 include many bent and deformed portions. From the viewpoint of avoiding losses due to side emission and tip emission outside the light output section 14, it is preferable that both the end connected to the optical fiber 12 and the other tip end of the light diffusing fiber 13 be located within the light output section 14.
実施形態１に係る光照射装置１０を用いた光照射方法では、図１Ａに示すように、光出射部１４を被光照射対象２０に対向させて配置し、光源１１をオンにすると、光源１１からの光は、光ファイバ１２により導光される。光ファイバ１２により導光された光は、光拡散ファイバ１３に入射した後、光拡散ファイバ１３により導光されるとともに側面発光される。光拡散ファイバ１３から側面発光された光は、光出射部１４内を透過するとともに光出射部１４内の全方位に拡散された後、光出射部１４の外部に出射される。光出射部１４の外部に出射された光は、被光照射対象２０に照射される。つまり、光出射部１４は、その全域が均一に発光する新光源を構成する。 In the light irradiation method using the light irradiation device 10 according to embodiment 1, as shown in FIG. 1A, the light output unit 14 is positioned facing the target 20 to be illuminated. When the light source 11 is turned on, light from the light source 11 is guided by the optical fiber 12. The light guided by the optical fiber 12 enters the light diffusion fiber 13, where it is guided by the light diffusion fiber 13 and emitted from the side. The light emitted from the side of the light diffusion fiber 13 passes through the light output unit 14 and is diffused in all directions within the light output unit 14 before being emitted to the outside of the light output unit 14. The light emitted to the outside of the light output unit 14 is irradiated onto the target 20 to be illuminated. In other words, the light output unit 14 constitutes a new light source that emits light uniformly throughout its entire area.
実施形態１に係る光照射装置１０によれば、光拡散ファイバ１３から側面発光した光を、光出射部１４を透過させるとともに拡散させて外部に出射させ、それを被光照射対象２０に照射することにより、表面に凹凸を有する被光照射対象２０に対しても、凹凸による影の影響を軽減して光を均一に照射することができる。 With the light irradiation device 10 according to embodiment 1, light emitted from the side of the light diffusion fiber 13 is transmitted through the light emitting section 14, diffused, and emitted to the outside, and then irradiated onto the object to be irradiated 20. This reduces the effect of shadows caused by the unevenness, allowing for uniform irradiation of light even on an object to be irradiated 20 with an uneven surface.
また、図３に示すように、光出射部１４と被光照射対象２０の凹凸の表面との間に、光出射部１４を形成する樹脂材料と同一又は類似の液状樹脂材料３０を介在させてもよい。このようにすれば、光出射部１４からの光が空間を介さずに被光照射対象２０に照射されるので、凹凸による影の影響をより効果的に軽減することができる。なお、光出射部１４から被光照射対象２０への光の照射前に液状の樹脂材料を硬化させて固化させてもよい。 Also, as shown in FIG. 3, a liquid resin material 30 that is the same as or similar to the resin material forming the light emitting portion 14 may be interposed between the light emitting portion 14 and the uneven surface of the object to be illuminated 20. In this way, light from the light emitting portion 14 is irradiated onto the object to be illuminated 20 without passing through a space, more effectively reducing the effect of shadows caused by unevenness. Note that the liquid resin material may be cured and solidified before light is irradiated from the light emitting portion 14 onto the object to be illuminated 20.
（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る光照射装置１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は、実施形態１と同一符号で示す。
(Embodiment 2)
4 shows a light irradiation device 10 according to embodiment 2. Note that parts with the same names as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals as those in embodiment 1.
実施形態２に係る光照射装置１０では、光出射部１４が所定温度（例えば２５℃のような特定の温度や常温（５℃～３５℃）のような温度範囲）で可塑性を有する柔らかい材料で形成されている。実施形態２に係る光照射装置１０によれば、光出射部１４が可塑性を有して容易に変形するので、光出射部１４を被光照射対象２０の凹凸の表面に対応するように変形させて接触させ、光出射部１４からの光を空間を介さずに被光照射対象２０に照射することにより、凹凸による影の影響をより効果的に軽減することができるとともに、被光照射対象２０に対して光出射部１４との接触面を介して光を均一に照射することができる。なお、光出射部１４と被光照射対象２０との間の空気層を排除して光出射部１４から被光照射対象２０に照射される光の光量を高める観点からは、それらの間に水や屈折率調整剤等の液体材料を介在させてもよい。またさらに被光照射対象２０に接する面に吸盤を形成することで、被光照射対象２０に対する密着性をより上げることができる。 In the light irradiation device 10 according to the second embodiment, the light output section 14 is formed of a soft material that is plastic at a predetermined temperature (for example, a specific temperature such as 25°C or a temperature range such as room temperature (5°C to 35°C)). According to the light irradiation device 10 according to the second embodiment, the light output section 14 is plastic and easily deformed. Therefore, the light output section 14 is deformed to conform to the uneven surface of the target 20 and contacts it. Light from the light output section 14 is then irradiated onto the target 20 without passing through a space. This effectively reduces the effect of shadows caused by the unevenness and enables the target 20 to be uniformly irradiated with light via the contact surface with the light output section 14. Note that, to eliminate the air gap between the light output section 14 and the target 20 and increase the amount of light irradiated from the light output section 14 onto the target 20, a liquid material such as water or a refractive index adjuster may be interposed between them. Furthermore, by forming a suction cup on the surface that comes into contact with the object to be irradiated (20), adhesion to the object to be irradiated (20) can be further improved.
また、光出射部１４が変形しても、光拡散ファイバ１３は、柔軟性が高く、かつ、光の散乱方向の範囲も広いので、光出射部１４内に供給する光の分布の変化は小さい。一方、ＬＥＤのような固体光源を光出射部に埋設した構成の場合、光出射部が変形すると、固体光源は、光の出射方向が限定されているので、光の出射方向も変化し、これにより発出射部内に供給する光の分布も大きく変化し、最終的に被光照射対象への光照射分布も偏ってしまう。 Furthermore, even if the light emitting section 14 is deformed, the light diffusing fiber 13 is highly flexible and has a wide range of light scattering directions, so the change in the distribution of light supplied within the light emitting section 14 is small. On the other hand, in the case of a configuration in which a solid-state light source such as an LED is embedded in the light emitting section, when the light emitting section is deformed, the light emission direction also changes because the solid-state light source has a limited light emission direction. This causes a significant change in the distribution of light supplied within the light emitting section, and ultimately leads to a biased light irradiation distribution on the illuminated object.
可塑性を有する材料としては、シリコーンゴム、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、形状記憶ポリマー等が挙げられる。光出射部１４を形成する可塑性を有する材料は、柔軟性が高いことに加え、紫外波長から赤外波長までの広範囲の波長域の光の透光性が優れるという観点から、これらのうちのシリコーンゴム及びシリコーン樹脂が好ましい。光出射部１４を形成する可塑性を有する材料のタイプＡデュロメータで測定される硬さは、例えばＡ１０以上Ａ９０以下である。光出射部１４を形成する可塑性を有する材料は、被光照射対象２０との高い密着性が得られるという観点から、タック性を有することが好ましい。かかるタック性を有する材料としては、例えばシリコーンゲルやウレタンゲル等のゲル状材料が挙げられる。好ましいゲル状材料のアスカーＣ硬度計で測定される硬さは、例えば０以上７以下である。その他の構成及び作用効果は、実施形態１と同一である。なお形状記憶ポリマーは、加熱や光照射により記憶形状に戻すことが可能である。照射時に被光照射対象に合わせて記憶した形状に戻すことで、より被光照射対象表面に沿うことができ、より効率的に光を照射することが可能となる。 Examples of plastic materials include silicone rubber, silicone resin, urethane resin, fluororesin, and shape-memory polymer. Silicone rubber and silicone resin are preferred for the plastic material forming the light-emitting portion 14, due to their high flexibility and excellent light transmittance across a wide wavelength range, from ultraviolet to infrared. The hardness of the plastic material forming the light-emitting portion 14, as measured with a Type A durometer, is, for example, A10 to A90. The plastic material forming the light-emitting portion 14 preferably has tackiness, as this provides high adhesion to the light-irradiated object 20. Examples of such tackiness include gel-like materials such as silicone gel and urethane gel. The hardness of preferred gel-like materials, as measured with an Asker C hardness scale, is, for example, 0 to 7. Other configurations and effects are the same as those of the first embodiment. Shape-memory polymers can be restored to their memorized shape by heating or light irradiation. By returning to the memorized shape that matches the object being irradiated at the time of irradiation, it can conform more closely to the surface of the object being irradiated, making it possible to irradiate light more efficiently.
光出射部１４は、少なくとも被光照射対象２０への光出射面が可塑性を有する材料で形成されていればよいので、図５に示すように、常温（５℃～３５℃）で可塑性を有さない例えばウレタン樹脂やアクリル樹脂のような硬い材料で形成された内側コア部１４１に光拡散ファイバ１３の構造体が埋設され、その内側コア部１４１を被覆するように常温（５℃～３５℃）で可塑性を有する例えばシリコーン樹脂のような柔らかい材料で形成された外側被覆部１４２が設けられたものであってもよい。また、このような構成によれば、光出射部１４の各部の硬さや光透過性の調整を図ることができる。 The light output section 14 only needs to be made of a plastic material, at least for the light output surface toward the irradiated object 20. Therefore, as shown in FIG. 5, the light diffusing fiber 13 structure may be embedded in an inner core section 141 made of a hard material that has no plasticity at room temperature (5°C to 35°C), such as urethane resin or acrylic resin, and the inner core section 141 may be covered by an outer coating section 142 made of a soft material that has plasticity at room temperature (5°C to 35°C), such as silicone resin. Furthermore, with this configuration, the hardness and light transmittance of each section of the light output section 14 can be adjusted.
その他の構成及び作用効果は、実施形態１と同一である。 Other configurations and effects are the same as those of embodiment 1.
（実施形態３）
図６は、実施形態３に係る光照射装置１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は、実施形態１と同一符号で示す。
(Embodiment 3)
6 shows a light irradiation device 10 according to embodiment 3. Note that parts with the same names as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals as those in embodiment 1.
実施形態３に係る光照射装置１０では、光出射部１４に光散乱体１４３が分散するように添加されている。実施形態３に係る光照射装置１０によれば、光出射部１４に光散乱体１４３が添加されているので、光散乱体１４３による光の多重散乱効果が生じることにより、被光照射対象２０に対してより均一に光を照射することができるとともに、光出射部１４からの光の取り出し効率を高めることができる。 In the light irradiation device 10 according to the third embodiment, light scatterers 143 are added to the light output section 14 so that they are dispersed. According to the light irradiation device 10 according to the third embodiment, the light scatterers 143 are added to the light output section 14, and the light scatterers 143 create a multiple scattering effect of light, allowing light to be irradiated more uniformly onto the target 20 to be irradiated, and increasing the efficiency of light extraction from the light output section 14.
光散乱体１４３は、光拡散ファイバ１３に添加されるものと同様、特に限定されないが、例えば有機材料、無機材料、セラミックス材料又は金属材料の粒状物で構成される。有機材料としては、例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂やポリスチレン（ＰＳ）樹脂等が挙げられる。無機材料としては、例えば石英等が挙げられる。セラミックス材料では、例えば光透過性のＴｉＯ２等が挙げられる。金属材料では、例えばアルミニウムや金等が挙げられる。また、光散乱体１４３は、微細な気泡で構成されていてもよい。光散乱体１４３の粒径は、例えば０．１μｍ以上３０μｍ以下である。 The light scatterers 143, like those added to the light diffusing fiber 13, are not particularly limited and may be composed of granules of, for example, an organic material, an inorganic material, a ceramic material, or a metal material. Examples of organic materials include polymethyl methacrylate (PMMA) resin and polystyrene (PS) resin. Examples of inorganic materials include quartz. Examples of ceramic materials include light-transmitting TiO2 . Examples of metal materials include aluminum and gold. The light scatterers 143 may also be composed of fine bubbles. The particle size of the light scatterers 143 is, for example, 0.1 μm or more and 30 μm or less.
実施形態３に係る光照射装置１０は、実施形態２の構成が組み合わされたものであってもよい。また、その他の構成及び作用効果は、実施形態１と同一である。 The light irradiation device 10 according to embodiment 3 may be a combination of the configuration of embodiment 2. Furthermore, the other configurations and effects are the same as those of embodiment 1.
（実施形態４）
図７は、実施形態４に係る光照射装置１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は、実施形態１と同一符号で示す。
(Embodiment 4)
7 shows a light irradiation device 10 according to embodiment 4. Note that parts with the same names as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals as those in embodiment 1.
実施形態４に係る光照射装置１０では、光出射部１４に蛍光体１４４が分散するように添加されている。実施形態４に係る光照射装置１０によれば、光出射部１４に蛍光体１４４が添加されているので、光拡散ファイバ１３からの光により励起された蛍光体１４４が、光源１１では得られない波長の蛍光を被光照射対象２０の近傍で発することにより、その蛍光を減衰前に被光照射対象２０に照射することができる。例えば、医療における光線力学的治療（ＰＤＴ）では、投与された光感受性物質を励起する光を大型の色素レーザや固体レーザで発生させ、光ファイバにより照射部位まで伝送しているが、実施形態４に係る光照射装置１０を用いれば、治療に必要な光を照射部位（患部）に密着した光出射部１４内で発生するので、光の減衰は少なく、高い治療効果が期待できる。蛍光体１４４としては、例えば波長４４０ｎｍ付近の青色光を励起光として黄色を発光するＹ３Ａｌ５Ｏ１２や赤色を発するＣａＡｌＳｉＮ３などが挙げられる。 In the light irradiation device 10 according to the fourth embodiment, a phosphor 144 is added to the light emitting unit 14 so that it is dispersed. According to the light irradiation device 10 according to the fourth embodiment, since the phosphor 144 is added to the light emitting unit 14, the phosphor 144 is excited by light from the light diffusing fiber 13 and emits fluorescence of a wavelength that cannot be obtained by the light source 11 in the vicinity of the target 20 to be irradiated with light. This allows the fluorescence to be irradiated to the target 20 before it attenuates. For example, in photodynamic therapy (PDT) in medicine, light that excites an administered photosensitizer is generated by a large dye laser or solid-state laser and transmitted to the target via optical fiber. However, when the light irradiation device 10 according to the fourth embodiment is used, the light required for treatment is generated within the light emitting unit 14 that is in close contact with the target (affected area), so light attenuation is small and a high therapeutic effect can be expected. The phosphor 144 may be, for example, Y 3 Al 5 O 12, which emits yellow light when excited by blue light with a wavelength of about 440 nm, or CaAlSiN 3, which emits red light.
実施形態４に係る光照射装置１０は、実施形態２及び／又は実施形態３の構成が組み合わされたものであってもよい。また、その他の構成及び作用効果は、実施形態１と同一である。 The light irradiation device 10 according to embodiment 4 may be a combination of the configurations of embodiment 2 and/or embodiment 3. Furthermore, the other configurations and effects are the same as those of embodiment 1.
（実施形態５）
図８Ａ及びＢは、実施形態５に係る光照射装置１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は、実施形態１と同一符号で示す。
(Embodiment 5)
8A and 8B show a light irradiation device 10 according to embodiment 5. Note that parts with the same names as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals as those in embodiment 1.
実施形態５に係る光照射装置１０では、光出射部１４における光拡散ファイバ１３の埋設位置から被光照射対象２０側とは反対側に光反射構造１４５が層状に設けられている。実施形態５に係る光照射装置１０によれば、光拡散ファイバ１３の埋設位置から被光照射対象２０側とは反対側に光反射構造１４５が設けられているので、光拡散ファイバ１３から被光照射対象２０側とは反対側に側面発光した光も光反射構造１４５に反射して被光照射対象２０に照射することにより、被光照射対象２０に光を効率的に照射することができる。 In the light irradiation device 10 according to the fifth embodiment, a light reflecting structure 145 is provided in a layered form on the side opposite the target 20 from the embedded position of the light diffusing fiber 13 in the light output section 14. According to the light irradiation device 10 according to the fifth embodiment, the light reflecting structure 145 is provided on the side opposite the target 20 from the embedded position of the light diffusing fiber 13. Therefore, light emitted from the side of the light diffusing fiber 13 opposite the target 20 is also reflected by the light reflecting structure 145 and irradiated onto the target 20, thereby enabling efficient irradiation of light onto the target 20.
光反射構造１４５は、図８Ａに示すように、光出射部１４の外側に貼設されていてもよい。また、光反射構造１４５は、図８Ｂに示すように、光出射部１４の内部に埋設されていてもよい。さらに、光反射構造１４５は、図８Ｂに示すように、光を集光するように光拡散ファイバ１３側が凹状に湾曲して形成されていてもよい。 The light reflecting structure 145 may be attached to the outside of the light emitting section 14, as shown in FIG. 8A. Alternatively, the light reflecting structure 145 may be embedded inside the light emitting section 14, as shown in FIG. 8B. Furthermore, the light reflecting structure 145 may be formed with a concave curve on the side facing the light diffusing fiber 13 so as to focus light, as shown in FIG. 8B.
光反射構造１４５は、例えば金属膜で構成されていてもよい。また、光反射構造１４５は、ジルコニアや酸化チタン等の高反射粒子を添加した樹脂層で構成されていてもよい。 The light reflecting structure 145 may be composed of, for example, a metal film. Alternatively, the light reflecting structure 145 may be composed of a resin layer to which highly reflective particles such as zirconia or titanium oxide have been added.
実施形態５に係る光照射装置１０は、実施形態２、実施形態３及び実施形態４のうちの１つ又は２つ以上の構成が組み合わされたものであってもよい。また、その他の構成及び作用効果は、実施形態１と同一である。 The light irradiation device 10 according to embodiment 5 may be a combination of one or more of the configurations of embodiments 2, 3, and 4. The other configurations and effects are the same as those of embodiment 1.
（実施形態６）
図９は、実施形態６に係る光照射装置１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は、実施形態１と同一符号で示す。
(Embodiment 6)
9 shows a light irradiation device 10 according to embodiment 6. Note that parts with the same names as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals as those in embodiment 1.
実施形態６に係る光照射装置１０では、光出射部１４の表面にキャビティ１４６が形成されている。実施形態６に係る光照射装置１０を用いれば、図１０Ａに示すように、光出射部１４のキャビティ１４６に被光照射対象２０としての光硬化性樹脂を入れ、それに光出射部１４からの光を照射して硬化させ、図１０Ｂに示すように、それを光出射部１４から脱型して樹脂成形品４０の製造を行うことができる。このとき、光出射部１４が柔らかいゴム状材料で形成されていれば、樹脂成形品４０の脱型を容易に行うことができる。また、光硬化性樹脂が紫外線（ＵＶ）硬化型性樹脂の場合、紫外線照射表面近傍に酸素が存在すると硬化不良を生じることがあるが、実施形態６に係る光照射装置１０を用いれば、紫外線照射表面近傍に酸素が存在しないので、そのような硬化不良を回避することができる。 In the light irradiation device 10 according to embodiment 6, a cavity 146 is formed on the surface of the light emitting portion 14. Using the light irradiation device 10 according to embodiment 6, as shown in FIG. 10A, a photocurable resin serving as the target 20 to be irradiated is placed in the cavity 146 of the light emitting portion 14, irradiated with light from the light emitting portion 14 to cure it, and then, as shown in FIG. 10B, the resin molded product 40 can be produced by demolding it from the light emitting portion 14. If the light emitting portion 14 is made of a soft, rubber-like material, the resin molded product 40 can be easily demolded. Furthermore, if the photocurable resin is an ultraviolet (UV) curable resin, the presence of oxygen near the UV-irradiated surface can cause poor curing. However, using the light irradiation device 10 according to embodiment 6, the absence of oxygen near the UV-irradiated surface can prevent such poor curing.
実施形態６に係る光照射装置１０は、実施形態２、実施形態３、実施形態４及び実施形態５のうちの１又は２以上の構成が組み合わされたものであってもよい。また、その他の構成及び作用効果は、実施形態１と同一である。 The light irradiation device 10 according to embodiment 6 may be a combination of one or more of the configurations of embodiments 2, 3, 4, and 5. The other configurations and effects are the same as those of embodiment 1.
（その他の実施形態）
上記実施形態１～６では、光源１１と光拡散ファイバ１３とを光ファイバ１２を介して接続し、光源１１から光出射部１４までを光ファイバ１２で導光する構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、光源１１と光拡散ファイバ１３とを直接接続し、光源１１から光出射部１４までを光拡散ファイバ１３で導光する構成であってもよい。
(Other embodiments)
In the above embodiments 1 to 6, the light source 11 and the light diffusion fiber 13 are connected via the optical fiber 12, and the light is guided from the light source 11 to the light emitting section 14 by the optical fiber 12. However, this is not particularly limited to this, and the light source 11 and the light diffusion fiber 13 may be directly connected, and the light may be guided from the light source 11 to the light emitting section 14 by the light diffusion fiber 13.
上記実施形態１～６では、光源１１、光ファイバ１２、光拡散ファイバ１３及び光出射部１４がいずれも単一である構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、いずれか１つ又は２つ以上が複数である構成であってもよい。 In the above embodiments 1 to 6, the light source 11, optical fiber 12, light diffusion fiber 13, and light emitting section 14 are all configured as a single component, but this is not particularly limited, and any one or more of these may be configured as multiple components.
本発明は、光照射装置及び光照射方法の技術分野について有用である。 The present invention is useful in the technical fields of light irradiation devices and light irradiation methods.
１０ 光照射装置
１１ 光源
１２ 光ファイバ
１３ 光拡散ファイバ
１３１ コア
１３２ クラッド
１３３ 被覆層
１３４ 光散乱体
１４ 光出射部
１４１ 内側コア部
１４２ 外側被覆部
１４３ 光散乱体
１４４ 蛍光体
１４５ 光反射構造
１４６ キャビティ
２０ 被光照射対象
３０ 液状樹脂材料
４０ 樹脂成形品
10 Light irradiation device 11 Light source 12 Optical fiber 13 Light diffusion fiber 131 Core 132 Cladding 133 Coating layer 134 Light scattering body 14 Light emitting portion 141 Inner core portion 142 Outer coating portion 143 Light scattering body 144 Fluorescent material 145 Light reflecting structure 146 Cavity 20 Light irradiation target 30 Liquid resin material 40 Resin molded product
Claims (8)
前記光源からの光を導光するとともに側面発光する光拡散ファイバと、
前記光拡散ファイバが埋設されて前記光拡散ファイバから側面発光した光を透過して外部に出射する塊状のゴム又は樹脂で構成された光出射部と、
を備え、
前記光源は、前記光出射部の外部に設けられており、
一端が前記光源に接続されるとともに他端が前記光拡散ファイバに接続された光ファイバを更に備え、
前記光出射部の被光照射対象への光出射面が５℃～３５℃で可塑性を有する材料で形成されている光照射装置。 A light source and
a light diffusing fiber that guides light from the light source and emits light from a side surface;
a light emitting portion made of a block of rubber or resin in which the light diffusing fiber is embedded and which transmits light emitted from the side surface of the light diffusing fiber and emits the light to the outside;
Equipped with
the light source is provided outside the light emitting unit,
an optical fiber having one end connected to the light source and the other end connected to the light diffusing fiber;
A light irradiation device in which the light emitting surface of the light emitting part that emits light toward the object to be irradiated is formed of a material that has plasticity at 5°C to 35°C.
前記光出射部に光散乱体が分散するように添加されている光照射装置。 The light irradiation device according to claim 1,
A light irradiation device in which light scattering materials are added to the light exit portion so as to be dispersed therein.
前記光出射部に蛍光体が分散するように添加されている光照射装置。 The light irradiation device according to claim 1,
A light irradiation device in which a phosphor is added to the light emitting part so as to be dispersed.
前記光出射部における前記光拡散ファイバの埋設位置から被光照射対象側とは反対側に光反射構造が設けられている光照射装置。 The light irradiation device according to claim 1,
a light irradiating device in which a light reflecting structure is provided on the side opposite to the object to be irradiated from the position where the light diffusing fiber is embedded in the light emitting portion;
前記光拡散ファイバの先端が前記光出射部内に設けられている光照射装置。 The light irradiation device according to claim 1,
The light irradiating device has a tip of the light diffusing fiber provided inside the light emitting portion.
前記光拡散ファイバと前記光ファイバとの接続部が前記光出射部内に設けられている光照射装置。 The light irradiation device according to claim 1,
A light irradiation device in which a connection portion between the light diffusing fiber and the optical fiber is provided within the light emitting portion.
前記光出射部の前記被光照射対象への光出射面が前記被光照射対象の凹凸の表面に対応するように変形されて前記被光照射対象に接触させられることにより前記光出射部からの光を空間を介さずに前記被光照射対象に照射するように構成された光照射装置。A light irradiation device configured such that the light emitting surface of the light emitting unit toward the object to be irradiated is deformed to correspond to the uneven surface of the object to be irradiated and is brought into contact with the object to be irradiated, thereby irradiating light from the light emitting unit onto the object to be irradiated without passing through space.
前記光源からの光を前記光出射部に埋設された光拡散ファイバに導光させて前記光拡散ファイバを側面発光させ、前記光拡散ファイバから側面発光した光を、前記光出射部を透過させて外部に出射させることにより被光照射対象に照射する光照射方法。 A light irradiation method using the light irradiation device according to any one of claims 1 to 7,
A light irradiation method in which light from the light source is guided to a light diffusion fiber embedded in the light emitting section, causing the light diffusion fiber to emit light from the side, and the light emitted from the side from the light diffusion fiber is transmitted through the light emitting section and emitted to the outside, thereby irradiating an object to be illuminated with light.
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