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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-31
(45)【発行日】2022-06-08
(54)【発明の名称】光ファイバ
(51)【国際特許分類】
G02B 6/00 20060101AFI20220601BHJP
G02B 6/02 20060101ALI20220601BHJP
【ＦＩ】
G02B6/00 326
G02B6/02 411
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020126351
(22)【出願日】2020-07-27
(62)【分割の表示】P 2018084938の分割
【原出願日】2018-04-26
(65)【公開番号】P2020181209
(43)【公開日】2020-11-05
【審査請求日】2020-07-27
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000003263
【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504176911
【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】谷口 浩一
(72)【発明者】
【氏名】金 正高
(72)【発明者】
【氏名】田中 正俊
(72)【発明者】
【氏名】山本 和久
(72)【発明者】
【氏名】石野 正人
【審査官】奥村 政人
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１３／１９１６９０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１７－５２３５７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５２３６０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１４２４２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１７１６３８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／００－ ６／０２
Ｇ０２Ｂ ６／２４５－６／２５
Ｇ０２Ｂ ６／４４－ ６／５４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コアを有し且つ接合部を有さない光ファイバであって、前記コアに接触して前記コアの外側の全周を覆うように設けられたクラッドを有し、
前記クラッドは、前記コアに接触して前記コアの外側の全周を覆うように設けられるとともに、ガラス材料又はポリマー材料で形成され、且つ側面発光のための光散乱因子又は発光因子を含む第１クラッド部分と、前記コアに接触して前記コアの外側の全周を覆うように設けられるとともに、ガラス材料又はポリマー材料で形成され、且つ前記第１クラッド部分が含む前記光散乱因子又は発光因子を含まず且つ側面発光のための蓄光因子を含む第２クラッド部分とを有する光ファイバ。
【請求項2】
請求項１に記載された光ファイバにおいて、前記第１及び第２クラッド部分は、長さ方向に隣接して配設されている光ファイバ。
【請求項3】
請求項１又は２に記載された光ファイバにおいて、前記第２クラッド部分は、前記クラッドのうちの前記第１クラッド部分以外の部分で構成されている光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバに関する。
【背景技術】
【0002】
照明等に用いられる側面発光する光ファイバが知られている。例えば、特許文献１には、コア及びクラッドが光散乱物質を含む側面発光型光ファイバが開示されている。特許文献２には、コアの外側を覆うように、クラッド、光散乱物質を含む散乱層、及び発光体層が順に設けられた光拡散性ファイバが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５３４１３９１号公報
【文献】特表２０１５－５１０６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の課題は、多様な用途に対応することができる側面発光の光ファイバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、コアを有し且つ接合部を有さない光ファイバであって、前記コアの外側を覆うように設けられた側面発光機能層を有し、前記側面発光機能層は、側面発光のための光散乱因子又は発光因子を含む第１機能層部分と、前記第１機能層部分が含む前記光散乱因子又は発光因子を含まず且つ側面発光のための蓄光因子を含む第２機能層部分とを有する。
【発明の効果】
【0006】
本発明は、コアの外側を覆うように設けられた側面発光機能層が、側面発光のための機能性因子を含む第１機能層部分と、それを含まない第２機能層部分とを有するので、第１機能層部分の側面発光位置を自在に設定することができ、そのため多様な用途に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】実施形態１に係る光ファイバの斜視図である。
【図1B】実施形態１に係る光ファイバの内部構造を示した斜視図である。
【図1C】実施形態１に係る光ファイバの縦断面図である。
【図2A】実施形態１に係る光ファイバの製造方法の第１説明図である。
【図2B】実施形態１に係る光ファイバの製造方法の第２説明図である。
【図3A】実施形態１に係る光ファイバの第１変形例の縦断面図である。
【図4】実施形態１に係る光ファイバの第２変形例の内部構造を示した斜視図である。
【図5】実施形態２に係る光ファイバの内部構造を示した斜視図である。
【図6A】実施形態２に係る光ファイバの製造方法の第１説明図である。
【図6B】実施形態２に係る光ファイバの製造方法の第２説明図である。
【図7】実施形態２に係る光ファイバの第１変形例の内部構造を示した斜視図である。
【図8A】実施形態２に係る光ファイバの第２変形例の横断面図である。
【図8B】実施形態２に係る光ファイバの第３変形例の横断面図である。
【図8C】実施形態２に係る光ファイバの第４変形例の横断面図である。
【図9A】実施形態３に係る光ファイバの斜視図である。
【図9B】実施形態３に係る光ファイバの縦断面図である。
【図10】実施形態３に係る光ファイバの製造方法の説明図である。
【図11】実施形態３に係る光ファイバの変形例の斜視図である。
【図12】実施形態４に係る光ファイバの斜視図である。
【図13】実施形態４に係る光ファイバの製造方法の説明図である。
【図14】実施形態４に係る光ファイバの第１変形例の斜視図である。
【図15A】実施形態４に係る光ファイバの第２変形例の横断面図である。
【図15B】実施形態４に係る光ファイバの第３変形例の横断面図である。
【図15C】実施形態４に係る光ファイバの第４変形例の横断面図である。
【図16A】第１及び第２クラッド部分並びに第１及び第２被覆層部分が長さ方向に隣接して配設されたその他の実施形態の第１の光ファイバの縦断面図である。
【図16B】第１及び第２クラッド部分並びに第１及び第２被覆層部分が周方向に隣接して配設されたその他の実施形態の第１の光ファイバの横断面図である。
【図17A】第１及び第２クラッド部分並びに第１及び第２被覆層部分が長さ方向に隣接して配設されたその他の実施形態の第２の光ファイバの縦断面図である。
【図17B】第１及び第２クラッド部分並びに第１及び第２被覆層部分が周方向に隣接して配設されたその他の実施形態の第２の光ファイバの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【0009】
（実施形態１）
図１Ａ～Ｃは、実施形態１に係る光ファイバ１０を示す。実施形態１に係る光ファイバ１０は、例えば、交差点の横断歩道等の注意喚起表示装置、駅ホームでの線路内転落防止表示装置、階段などの注意喚起照明、地震災害時の避難誘導表示システム、植物工場等で用いられる照明装置、光ファイバの側面発光を利用した空間光通信などに適用されるものである。
図１Ａ～Ｃは、実施形態１に係る光ファイバ１０を示す。実施形態１に係る光ファイバ１０は、例えば、交差点の横断歩道等の注意喚起表示装置、駅ホームでの線路内転落防止表示装置、階段などの注意喚起照明、地震災害時の避難誘導表示システム、植物工場等で用いられる照明装置、光ファイバの側面発光を利用した空間光通信などに適用されるものである。
【0010】
実施形態１に係る光ファイバ１０は、光ファイバ素線１１と被覆層１２とを備える。実施形態１に係る光ファイバ１０は、接合部を有さない連続ファイバである。光ファイバ素線１１は、コア１１１及びクラッド１１２を有する。クラッド１１２は、コア１１１の外側を覆うように設けられた側面発光機能層を構成する。クラッド１１２は、側面発光のための機能性因子１３を含む第１クラッド部分１１２ａと、第１クラッド部分１１２ａが含む機能性因子１３を含まない第２クラッド部分１１２ｂとを有する。
【0011】
以上の構成を有する実施形態１に係る光ファイバ１０によれば、コア１１１の外側を覆うように設けられた側面発光機能層を構成するクラッド１１２が、側面発光のための機能性因子１３を含む第１クラッド部分１１２ａと、それを含まない第２クラッド部分１１２ｂとを有するので、第１クラッド部分１１２ａの側面発光位置を自在に設定することができ、そのため多様な用途に対応することができる。
【0012】
ここで、光ファイバ素線１１のコア１１１の形成材料としては、例えば、純粋石英、多成分ガラス、ゲルマニウムのような屈折率を高めるドーパントがドープされた石英などのガラス材料；アクリル系樹脂などのポリマー材料が挙げられる。コア１１１は、典型的には、断面形状が円形であり、その直径は例えば１０μｍ以上２０００μｍ以下である。なお、コア１１１の断面形状は、三角形や矩形等の多角形であってもよい。
【0013】
光ファイバ素線１１のクラッド１１２は、コア１１１を被覆するように設けられている。クラッド１１２の断面外郭形状は、典型的には円形であり、その直径、つまり、光ファイバ素線１１の外径は、例えば１００μｍ以上１００００μｍ以下である。なお、クラッド１１２の断面外郭形状は、三角形や矩形等の多角形であってもよい。
【0014】
クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａは、コア１１１の全周を被覆する円筒部分を構成しているとともに、長さ方向に間隔をおいて複数設けられている。クラッド１１２の第２クラッド部分１１２ｂは、第１クラッド部分１１２ａ以外の部分を構成している。したがって、クラッド１１２における第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂは、長さ方向に交互に相互に隣接して配設されている。第１クラッド部分１１２ａの長さは、例えば０．１ｍｍ以上１０００００ｍｍ以下であり、また、第１クラッド部分１１２ａ間の間隔、つまり、第２クラッド部分１１２ｂの長さは、例えば０．１ｍｍ以上１０００００ｍｍ以下である。なお、第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂの長さは、目的により適宜設計されるので、その最大値は上記に限定されるものではない。また、この構造は、第１クラッド部分１１２ａの長さ及び間隔がそれぞれ均一である周期的構造であっても、第１クラッド部分１１２ａの長さ及び間隔のうちの少なくとも一方が不均一である非周期的構造であっても、どちらでもよい。
【0015】
第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂの形成材料としては、例えば、多成分ガラス、フッ素のような屈折率を低くするドーパントがドープされた石英などのガラス材料；シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、フッ化ビニリデン系樹脂、フッ素系樹脂などのポリマー材料が挙げられる。第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂは、両者がガラス材料で形成されていても、前者がガラス材料及び後者がポリマー材料でそれぞれ形成されていても、両者がポリマー材料で形成されていても、いずれでもよい。なお、本出願における「光ファイバ素線」は、ガラス材料のみで形成され、ポリマー材料で形成された部分を有さないものも含む。また、第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂの屈折率は、機能性因子１３による側面発光機能が高くなるように調整されている。
【0016】
機能性因子１３は、第１クラッド部分１１２ａに分散して含まれる。かかる機能性因子１３としては、例えば、光散乱因子、発光因子、蓄光因子が挙げられる。
【0017】
光散乱因子としては、例えば、酸化チタン、酸化カルシウム、ガラス、セラミックスなどの粉状の無機材料；アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂などの粉状の有機材料；金、銀、銅、アルミニウムなどの粉状の金属材料；気泡；レーザ照射によって導入されるガラスの構造欠陥等が挙げられる。光散乱因子の径は、例えば数ｎｍ以上１００μｍ以下である。光散乱因子の濃度は、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａへの上記材料の分散性、コア１１１を伝送する光の減衰量、光散乱因子による多重散乱効果等を考慮して適宜設定される。なお、光の多重散乱効果は、散乱光のスペックル強度に影響を与えるので、スペックル強度の調整には、光散乱因子の径及び濃度を選択して設定することが好ましい。また、光散乱因子として、光反射性材料を分散することで、第１クラッド部分１１２ａを光反射構造とすることができる。
【0018】
発光因子としては、例えば、希土類元素が添加された無機材料、半導体量子ドット等の粉状材料が挙げられる。具体的には、例えば、赤色蛍光体のＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋（ＣＡＳＮ）、緑色蛍光体のＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ３＋（ＣＳＯ）、青色蛍光体の（Ｓｒ，Ｂａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋（ＳＢＣＡ）、黄色蛍光体のＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（ＹＡＧ）、半導体量子ドットのＣｄＳｅ、ＣｄＳｅＴｅ等が挙げられる。発光因子は、励起光となる光ファイバ１０に入力する伝送光の波長及び発光波長を考慮して適宜選択される。発光因子の粒子径は、例えば数ｎｍ以上１００μｍ以下である。発光因子の濃度は、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａへの分散性、コア１１１を伝送する光の減衰量、発光因子の発光効率等を考慮して適宜設定される。
【0019】
蓄光因子としては、アルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ２Ｏ４）系、硫化亜鉛（ＺｎＳ）系等の粉状材料が挙げられる。蓄光因子は、励起光となる光ファイバ１０に入力する伝送光の波長及び燐光波長を考慮して適宜選択される。蓄光因子の粒子径は、例えば数ｎｍ以上１００μｍ以下である。蓄光因子の濃度は、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａへの分散性、コア１１１を伝送する光の減衰量、蓄光因子の残高輝度や残光時間等を考慮して適宜設定される。
【0020】
第１クラッド部分１１２ａは、これらの機能性因子１３のうちの１種又は２種以上を含むことが好ましい。つまり、第１クラッド部分１１２ａは、１種又は２種以上の光散乱因子、１種又は２種以上の発光因子、及び１種又は２種以上の蓄光因子のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【0021】
実施形態１に係る光ファイバ１０において、コア１１１の入力端に光を入力すると、その光は、長さ方向に伝送されると共に、コア１１１からクラッド１１２に抜け、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａにおいて、機能性因子１３と反応し、そして、それにより側面発光が得られる。すなわち、コア１１１からの光が光散乱因子で散乱し、その散乱光が側面発光として得られる。コア１１１からの光によって発光因子が励起状態とされ、それが基底状態に戻る際に放出される光が側面発光として得られる。コア１１１からの光を蓄光因子が蓄え、それを放出する燐光が側面発光として得られる。なお、コア１１１からクラッド１１２に抜ける光の量は、それらの形成材料の屈折率で制御することができる。また、コア１１１に光を入力する光源としては、例えば、半導体レーザ（ＬＤ）、ガスレーザ、固体レーザ（波長変換方式の物も含む）、ファイバレーザ等が挙げられる。光源が出力する光は、例えば、波長が２００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である紫外光、可視光、赤外光であることが好ましい。
【0022】
第２クラッド部分１１２ｂは、第１クラッド部分１１２ａが含む機能性因子１３とは異なる側面発光のための機能性因子を含む構成であってもよい。例えば、第１クラッド部分１１２ａが光散乱因子又は発光因子を含み、且つ第２クラッド部分１１２ｂが蓄光因子を含んでいてもよい。この場合、光ファイバ１０に光を入力したときには、第１クラッド部分１１２ａからの散乱光又は発光、及び第２クラッド部分１１２ｂからの燐光が側面発光として得られる一方、光ファイバ１０への光の入力を遮断したときには、第１クラッド部分１１２ａからの側面発光は停止されるものの、第２クラッド部分１１２ｂからの燐光による側面発光だけが一定時間継続して得られる。また、第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂを発光させるエネルギーは、コア１１１から同時並列に供給されるため、遅延無く、高効率な並列発光動作が可能である。なお、クラッド１１２は、第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂが含むのとは更に異なる側面発光のための機能性因子を含む第３クラッド部分を有していてもよい。なお、これらのクラッド１１２の各部分においては、同じ種類の機能性因子を粒子径や濃度を変えて含んでいてもよい。例えば、光の入力端に近い側のクラッド１１２の部分では、伝送される光の強度が強いので、機能性因子の濃度を低くして、側面発光の強度を抑える一方、光の入力端から遠い側のクラッド１１２の部分では、伝送される光の強度が低くなるので、機能性因子の濃度を高くして、側面発光の強度を高めるようにし、それにより長さ方向の側面発光の強度バランスをとるようにしてもよい。
【0023】
一方、第２クラッド部分１１２ｂは、第１クラッド部分１１２ａが含む機能性因子１３を含むあらゆる側面発光のための機能性因子を含まない構成であってもよい。光ファイバの全長に渡って機能性因子を含ませた場合、光ファイバの入力端から側面発光させたい部分までの伝送距離が長いと、その部分に達するまでに伝送光のパワーが低下するため、使用可能な光ファイバの長さに制約が生じる。しかしながら、このように第２クラッド部分１１２ｂがあらゆる側面発光のための機能性因子を含んでいなければ、光ファイバ１１の入力端から側面発光させたい第１クラッド部分１１２ａまでの伝送距離が長くても、機能性因子を含まない第２クラッド部分１１２ｂにおける伝送光のパワーの低下を抑制することができ、したがって、使用可能な光ファイバ１０の長さの制約を解消することができる。
【0024】
被覆層１２は、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａからの側面発光が透過可能なポリマー材料で形成されていることが好ましく、その形成材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ナイロン系樹脂、フッ素系樹脂などのポリマー材料が挙げられる。被覆層１２は、単一層で構成されていても、複数層で構成されていても、どちらでもよい。被覆層１２の断面外郭形状は、通常は円形であり、その直径、つまり、光ファイバ１０の外径は、例えば２００μｍ以上３００００μｍ以下である。
【0025】
実施形態１に係る光ファイバ１０は、例えば、まず、光ファイバ素線１１を線引きし、その光ファイバ素線１１の外周に、図２Ａに示すように、周方向に全周に渡って延びるコの字溝１１２ａ’を、長さ方向に間隔をおいて複数形成した後、図２Ｂに示すように、それらのコの字溝１１２ａ’に第１クラッド部分１１２ａの形成材料を埋め込み、その上に被覆層１２を設けることにより製造することができる。光ファイバ素線１１へのコの字溝１１２ａ’の形成加工方法としては、例えば、レーザアブレーション加工、機械加工、エッチング加工等が挙げられる。また、コの字溝１１２ａ’への第１クラッド部分１１２ａの形成材料の埋め込み加工としては、例えば、コの字溝１１２ａ’を形成した光ファイバ素線１１を、機能性因子１３を含む液状の第１クラッド部分１１２ａの形成材料に浸漬して引き上げることによりコの字溝１１２ａ’に形成材料を充填し、ダイス等を通して余分な形成材料を除去した後、加熱或いは光を照射してコの字溝１１２ａ’に充填した形成材料を硬化させる加工等が挙げられる。
【0026】
なお、実施形態１に係る光ファイバ１０は、図３Ａ及びＢに示すように、被覆層１２の周方向の一部分（図３Ａ及びＢでは半周部分）に、光反射性材料１５を分散させて含ませた構成であってもよい。このような構成によれば、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａからの光が光反射性材料１５に反射し、そのため被覆層１２の光反射性材料１５を含ませていない部分のみから側面発光が得られるので、光反射性材料１５を含ませる部分の設定により、側面発光の方向を制御することができる。光反射性材料１５としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウムなどの粉状の金属材料や酸化チタンなどの粉状のセラミックス材料等が挙げられる。
【0027】
また、実施形態１に係る光ファイバ１０は、図４に示すように、所定長の単一の第１クラッド部分１１２ａが設けられた構成であってもよい。
【0028】
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る光ファイバ１０を示す。なお、実施形態１と同一構成及び名称の部分は、実施形態１と同一符号を用いて示す。
図５は、実施形態２に係る光ファイバ１０を示す。なお、実施形態１と同一構成及び名称の部分は、実施形態１と同一符号を用いて示す。
【0029】
実施形態２に係る光ファイバ１０では、光ファイバ素線１１におけるクラッド１１２の機能性因子１３を含む第１クラッド部分１１２ａが、コア１１１の外周の周方向の一部分（図５では半周部分）を被覆するように形成されているとともに、全長に渡って設けられている。クラッド１１２の第２クラッド部分１１２ｂは、第１クラッド部分１１２ａ以外の部分を構成している。したがって、クラッド１１２における第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂは、周方向に隣接して配設されている。
【0030】
以上の構成を有する実施形態２に係る光ファイバ１０によれば、コア１１１の外側を覆うように設けられた側面発光機能層を構成するクラッド１１２が、側面発光のための機能性因子１３を含む第１クラッド部分１１２ａと、それを含まない第２クラッド部分１１２ｂとを有するので、第１クラッド部分１１２ａの側面発光位置を自在に設定することができ、そのため多様な用途に対応することができる。
【0031】
実施形態２に係る光ファイバ１０は、例えば、まず、光ファイバ素線１１を線引きし、図６Ａに示すように、その光ファイバ素線１１におけるクラッド１１２の周方向の一部分を除去した後、図６Ｂに示すように、そのクラッド１１２の除去部分１１２ａ”に第１クラッド部分１１２ａの形成材料を設け、その上に被覆層１２を設けることにより製造することができる。クラッド１１２の除去加工方法としては、例えば、レーザアブレーション加工、機械加工、エッチング加工等が挙げられる。また、クラッド１１２の除去部分１１２ａ”に第１クラッド部分１１２ａの形成材料を設ける加工としては、例えば、クラッド１１２の一部分を除去した光ファイバ素線１１を、機能性因子１３を含む液状の第１クラッド部分１１２ａの形成材料に浸漬して引き上げることによりクラッド１１２の除去部分１１２ａ”に形成材料を付着させ、ダイス等を通して余分な形成材料を除去した後、加熱或いは光を照射してクラッド１１２の除去部分１１２ａ”に付着した形成材料を硬化させる加工等が挙げられる。
【0032】
なお、実施形態２に係る光ファイバ１０は、図７に示すように、所定長の部分に、コア１１１の外周の周方向の一部分を被覆するように形成された第１クラッド部分１１２ａが設けられた構成であってもよい。
【0033】
また、実施形態２に係る光ファイバ１０は、図８Ａに示すように、第１クラッド部分１１２ａがコア１１１の外周の周方向の半周未満の部分を被覆するように形成されていてもよい。実施形態２に係る光ファイバ１０は、図８Ｂに示すように、第１クラッド部分１１２ａがコア１１１の外周の周方向の半周よりも多い部分を被覆するように形成されていてもよい。この第１クラッド部分１１２ａによるコア１１１の被覆量の設定により、側面発光の放射方向を制御することができ、また、光路の遮蔽を抑制して側面発光の高効率化を図ることができる。さらに加えて、実施形態２に係る光ファイバ１０は、図８Ｃに示すように、複数の第１クラッド部分１１２ａが周方向に沿って間隔をおいて設けられていてもよい。
【0034】
その他の構成は実施形態１と同一である。
【0035】
（実施形態３）
図９Ａ及びＢは、実施形態３に係る光ファイバ１０を示す。なお、実施形態１と同一構成及び名称の部分は、実施形態１と同一符号を用いて示す。
図９Ａ及びＢは、実施形態３に係る光ファイバ１０を示す。なお、実施形態１と同一構成及び名称の部分は、実施形態１と同一符号を用いて示す。
【0036】
実施形態３に係る光ファイバ１０は、光ファイバ素線１１と被覆層１２とを備える。実施形態３に係る光ファイバ１０は、接合部を有さない連続ファイバである。被覆層１２は、コア１１１の外側を覆うように設けられた側面発光機能層を構成する。被覆層１２は、側面発光のための機能性因子１３を含む第１被覆層部分１２ａと、第１被覆層部分１２ａが含む機能性因子１３を含まない第２被覆層部分１２ｂとを有する。
【0037】
以上の構成を有する実施形態３に係る光ファイバ１０によれば、コア１１１の外側を覆うように設けられた側面発光機能層を構成する被覆層１２が、側面発光のための機能性因子１３を含む第１被覆層部分１２ａと、それを含まない第２被覆層部分１２ｂとを有するので、第１被覆層部分１２ａの側面発光位置を自在に設定することができ、そのため多様な用途に対応することができる。
【0038】
ここで、被覆層１２の第１被覆層部分１２ａは、光ファイバ素線１１の全周を被覆する円筒部分を構成しているとともに、長さ方向に間隔をおいて複数設けられている。被覆層１２の第２被覆層部分１２ｂは、第１被覆層部分１２ａ以外の部分を構成している。したがって、被覆層１２における第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂは、長さ方向に交互に相互に隣接して配設されている。第１被覆層部分１２ａの長さは、例えば０．１ｍｍ以上１０００００ｍｍ以下であり、また、第１被覆層部分１２ａ間の間隔、つまり、第２被覆層部分１２ｂの長さは、例えば０．１ｍｍ以上１０００００ｍｍ以下である。なお、第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂの長さは、目的により適宜設計されるので、その最大値は上記に限定されるものではない。また、この構造は、第１被覆層部分１２ａの長さ及び間隔がそれぞれ均一である周期的構造であっても、第１被覆層部分１２ａの長さ及び間隔のうちの少なくとも一方が不均一である非周期的構造であっても、どちらでもよい。
【0039】
被覆層１２の第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂの形成材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ナイロン系樹脂、フッ素系樹脂などのポリマー材料が挙げられる。第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂは、同一のポリマー材料で形成されていても、異なるポリマー材料で形成されていても、どちらでもよい。被覆層１２の断面外郭形状は、通常は円形であり、その直径、つまり、光ファイバ１０の外径は、例えば２００μｍ以上３００００μｍ以下である。
【0040】
第１被覆層部分１２ａが含む機能性因子１３としては、実施形態１と同様の光散乱因子、発光因子、蓄光因子が挙げられる。第１被覆層部分１２ａは、それらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましい。つまり、第１被覆層部分１２ａは、１種又は２種以上の光散乱因子、１種又は２種以上の発光因子、及び１種又は２種以上の蓄光因子のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【0041】
実施形態３に係る光ファイバ１０において、コア１１１の入力端に光を入力すると、その光は、長さ方向に沿って伝送されると共に、コア１１１からクラッド１１２に抜け、更にクラッド１１２から被覆層１２へ抜け、被覆層１２の第１被覆層部分１２ａにおいて、機能性因子１３と反応し、そして、それにより側面発光が得られる。すなわち、光ファイバ素線１１からの光が光散乱因子で散乱し、その散乱光が側面発光として得られる。また、光ファイバ素線１１からの光によって発光因子が励起状態とされ、それが基底状態に戻る際に放出される光が側面発光として得られる。さらに、光ファイバ素線１１からの光を蓄光因子が蓄え、それを放出する燐光が側面発光として得られる。なお、コア１１１からクラッド１１２に抜け、更にクラッド１１２から被覆層１２へ抜ける光の量は、それらの形成材料の屈折率で制御することができる。
【0042】
第２被覆層部分１２ｂは、第１被覆層部分１２ａが含む機能性因子１３とは異なる側面発光のための機能性因子を含む構成であってもよい。例えば、第１被覆層部分１２ａが光散乱因子又は発光因子を含み、且つ第２被覆層部分１２ｂが蓄光因子を含んでいてもよい。この場合、コア１１１に光を入力したときには、第１被覆層部分１２ａからの散乱光又は発光、及び第２被覆層部分１２ｂからの燐光が側面発光として得られる一方、コア１１１への光の入力を遮断したときには、第１被覆層部分１２ａからの側面発光は停止されるものの、第２被覆層部分１２ｂからの燐光による側面発光だけが一定時間継続して得られる。また、第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂを発光させるエネルギーは、コア１１１から同時並列に供給されるため、遅延無く、高効率な並列発光動作が可能である。なお、被覆層１２は、第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂが含むのとは更に異なる側面発光のための機能性因子を含む第３被覆層部分を有していてもよい。
【0043】
一方、第２被覆層部分１２ｂは、第１被覆層部分１２ａが含む機能性因子１３を含むあらゆる側面発光のための機能性因子を含まない構成であってもよい。光ファイバの全長に渡って機能性因子を含ませた場合、光ファイバの入力端から側面発光させたい部分までの伝送距離が長いと、その部分に達するまでに伝送光のパワーが低下するため、使用可能な光ファイバの長さに制約が生じる。しかしながら、このように第２被覆層部分１２ｂがあらゆる側面発光のための機能性因子を含んでいなければ、光ファイバ１０の入力端から側面発光させたい第１被覆層部分１２ａまでの伝送距離が長くても、機能性因子を含まない第２被覆層部分１２ｂにおける伝送光のパワーの低下を抑制することができ、したがって、使用可能な光ファイバ１０の長さの制約を解消することができる。
【0044】
実施形態３に係る光ファイバ１０は、例えば、図１０に示すように、光ファイバ１０の外周に、周方向に全周に渡って延びるコの字溝１２ａ’を、長さ方向に間隔をおいて複数形成した後、それらのコの字溝１２ａ’に第１被覆層部分１２ａの形成材料を埋め込むことにより製造することができる。光ファイバ１０へのコの字溝１２ａ’の形成加工方法としては、例えば、レーザアブレーション加工、機械加工、エッチング加工等が挙げられる。また、コの字溝１２ａ’への第１被覆層部分１２ａの形成材料の埋め込み加工としては、例えば、コの字溝１２ａ’を形成した光ファイバ１０を、機能性因子１３を含む液状の第１被覆層部分１２ａの形成材料に浸漬して引き上げることによりコの字溝１２ａ’に形成材料を充填し、ダイス等を通して余分な形成材料を除去した後、加熱或いは光を照射してコの字溝１２ａ’に充填した形成材料を硬化させる加工等が挙げられる。
【0045】
なお、実施形態３に係る光ファイバ１０は、図１１に示すように、所定長の単一の第１被覆層部分１２ａが設けられた構成であってもよい。
【0046】
その他の構成は実施形態１と同一である。
【0047】
（実施形態４）
図１２は、実施形態４に係る光ファイバ１０を示す。なお、実施形態１と同一構成及び名称の部分は、実施形態１と同一符号を用いて示す。
図１２は、実施形態４に係る光ファイバ１０を示す。なお、実施形態１と同一構成及び名称の部分は、実施形態１と同一符号を用いて示す。
【0048】
実施形態４に係る光ファイバ１０では、被覆層１２の機能性因子１３を含む第１被覆層部分１２ａが、光ファイバ素線１１の外周の周方向の一部分（図１２では半周部分）を被覆するように形成されているとともに、全長に渡って設けられている。被覆層１２の第２被覆層部分１２ｂは、第１被覆層部分１２ａ以外の部分を構成している。したがって、被覆層１２における第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂは、周方向に隣接して配設されている。
【0049】
以上の構成を有する実施形態４に係る光ファイバ１０によれば、コア１１１の外側を覆うように設けられた側面発光機能層を構成する被覆層１２が、側面発光のための機能性因子１３を含む第１被覆層部分１２ａと、それを含まない第２被覆層部分１２ｂとを有するので、第１被覆層部分１２ａの側面発光位置を自在に設定することができ、そのため多様な用途に対応することができる。
【0050】
実施形態４に係る光ファイバ１０は、例えば、図１３に示すように、光ファイバ１０における被覆層１２の周方向の一部分を除去した後、その被覆層１２の除去部分１２ａ”に第１クラッド部分１１２ａの形成材料を設けることにより製造することができる。被覆層１２の除去加工方法としては、例えば、レーザアブレーション加工、機械加工、エッチング加工等が挙げられる。また、被覆層１２の除去部分１２ａ”に第１被覆層部分１２ａの形成材料を設ける加工としては、例えば、被覆層１２の一部分を除去した光ファイバ１０を、機能性因子１３を含む液状の第１被覆層部分１２ａの形成材料に浸漬して引き上げることにより被覆層１２の除去部分１２ａ”に形成材料を付着させ、ダイス等を通して余分な形成材料を除去した後、加熱或いは光を照射して被覆層１２の除去部分１２ａ”に付着した形成材料を硬化させる加工等が挙げられる。
【0051】
なお、実施形態４に係る光ファイバ１０は、図１４に示すように、所定長の部分に、光ファイバ素線１１の外周の周方向の一部分を被覆するように形成された第１被覆層部分１２ａが設けられた構成であってもよい。
【0052】
また、実施形態４に係る光ファイバ１０は、図１５Ａに示すように、第１被覆層部分１２ａが光ファイバ１１の外周の周方向の半周未満の部分を被覆するように形成されていてもよい。実施形態４に係る光ファイバ１０は、図１５Ｂに示すように、第１被覆層部分１２ａが光ファイバ素線１１の外周の周方向の半周よりも多い部分を被覆するように形成されていてもよい。この第１被覆層部分１２ａによる光ファイバ１１の被覆量の設定により、側面発光の放射方向を制御することができ、また、光路の遮蔽を抑制して側面発光の高効率化を図ることができる。さらに加えて、実施形態４に係る光ファイバ１０は、図１５Ｃに示すように、複数の第１被覆層部分１２ａが周方向に沿って間隔をおいて設けられていてもよい。
【0053】
その他の構成は実施形態１及び３と同一である。
【0054】
（その他の実施形態）
上記実施形態１及び２では、クラッド１１２に第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂが設けられた構成とし、上記実施形態３及び４では、被覆層１２に第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂが設けられた構成としたが、これらの組み合わせ、つまり、クラッド１１２に第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂが設けられ、且つ被覆層１２に第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂが設けられた構成であってもよい。
上記実施形態１及び２では、クラッド１１２に第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂが設けられた構成とし、上記実施形態３及び４では、被覆層１２に第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂが設けられた構成としたが、これらの組み合わせ、つまり、クラッド１１２に第１及び第２クラッド部分１１２ａ，１１２ｂが設けられ、且つ被覆層１２に第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂが設けられた構成であってもよい。
【0055】
具体的には、図１６Ａ及びＢに示すように、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａと被覆層１２の第１被覆層部分１２ａとが重複するように設けられていてもよい。この場合、例えば、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａ及び被覆層１２の第１被覆層部分１２ａに機能性因子１３として光散乱因子を含めれば、光ファイバ素線１１のコア１１１からの光をクラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａで散乱させ、それを同じ領域の被覆層１２の第１被覆層部分１２ａで散乱させることができるので、散乱光による側面発光を効率よく得ることができる。また、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａに機能性因子１３として光散乱因子を含め且つ被覆層１２の第１被覆層部分１２ａに機能性因子１３として発光因子又は蓄光因子を含めれば、光ファイバ素線１１のコア１１１からの光をクラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａで散乱させ、その散乱光が同じ領域の被覆層１２の第１被覆層部分１２ａに届いて発光又は燐光が助長されるので、発光又は燐光による側面発光を効率よく得ることができる。
【0056】
また、図１７Ａ及びＢに示すように、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａと被覆層１２の第１被覆層部分１２ａとがずれるように設けられていてもよい。この場合、例えば、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａに機能性因子１３として光散乱因子を含め且つ被覆層１２の第１被覆層部分１２ａに機能性因子１３として発光因子又は蓄光因子を含めれば、或いは、クラッド１１２の第１クラッド部分１１２ａに機能性因子１３として発光因子又は蓄光因子を含め且つ被覆層１２の第１被覆層部分１２ａに機能性因子１３として光散乱因子を含めれば、散乱光及び発光又は燐光が相互に光路を塞がないので、それぞれの側面発光を効率よく得ることができる。
【0057】
上記実施形態１及び２では、光ファイバ素線１１のクラッド１１２で側面発光機能層を構成したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、クラッドの外側を更に覆うように設けられたサポート層で側面発光機能層を構成してもよい。
【0058】
上記実施形態３及び４では、単一層の被覆層１２に第１及び第２被覆層部分１２ａ，１２ｂを設けた構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、複数層で構成された被覆層のうちのいずれかの層に第１及び第２被覆層部分を設けた構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0059】
本発明は、光ファイバの技術分野について有用である。
【符号の説明】
【0060】
１０ 光ファイバ
１１ 光ファイバ素線
１１１ コア
１１２ クラッド（側面発光機能層）
１１２ａ 第１クラッド部分
１１２ａ’１２ａ’ コの字溝
１１２ａ”，１２ａ” 除去部分
１１２ｂ 第２クラッド部分
１２ 被覆層（側面発光機能層）
１２ａ 第１被覆層部分（第１機能層部分）
１２ｂ 第２被覆層部分（第２機能層部分）
１３ 機能性因子
１４ 光反射性材料
１１ 光ファイバ素線
１１１ コア
１１２ クラッド（側面発光機能層）
１１２ａ 第１クラッド部分
１１２ａ’１２ａ’ コの字溝
１１２ａ”，１２ａ” 除去部分
１１２ｂ 第２クラッド部分
１２ 被覆層（側面発光機能層）
１２ａ 第１被覆層部分（第１機能層部分）
１２ｂ 第２被覆層部分（第２機能層部分）
１３ 機能性因子
１４ 光反射性材料
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
