(57)【要約】光干渉断層撮影での使用に適したビーム成形光学系が、ビーム成形要素および位置合わせ機構を備えた、ビーム成形本体を含む。光ファイバが、位置合わせ機構に結合されている。ファイバは、電磁ビームを放出するように構成された、ファイバ端部を有している。ファイバおよび本体は、ビームが反射のみによって画像スポットへと成形されるように、ビームをビーム成形要素へと導くように構成されている。
2018507400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光干渉断層撮影での使用に適したビーム成形光学系であって、
ビーム成形要素および位置合わせ機構を備えた、ビーム成形本体、および、
電磁ビームを放出するように構成されたファイバ端部を有する、前記位置合わせ機構に結合された光ファイバ、
を備え、前記ファイバおよび前記本体が、前記ビームが前記ビーム成形要素からの反射のみによって画像スポットへと成形されるように、前記ビームを前記ビーム成形要素へと導くように構成されていることを特徴とするビーム成形光学系。
【請求項２】
前記光ファイバの前記ファイバ端部が、約０°から約１０°の間の角度でクリーブされたものである、または、前記光ファイバの前記ファイバ端部が、ボール状終端であることを特徴とする請求項１記載のビーム成形光学系。
【請求項３】
前記ビーム成形要素が、前記ビーム成形本体の湾曲面から画成されたものであり、かつ誘電性コーティング、金属コーティング、または強化された金属コーティングを備えており、さらに、前記ビーム成形要素の曲率半径が、約１．０ミリメートルから約４．０ミリメートルの間であることを特徴とする請求項１または２記載のビーム成形光学系。
【請求項４】
前記電磁ビームの波長が、約８５０ナノメートルから約１６００ナノメートルの間であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のビーム成形光学系。
【請求項５】
前記ビーム成形本体が、前記ビーム成形要素および前記位置合わせ機構を、一体構造体として画成し、かつ前記位置合わせ機構がｖ字状溝を含むことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のビーム成形光学系。
【請求項６】
光干渉断層撮影プローブにおいて、
位置合わせ機構およびビーム成形要素を一体的に画成する、ビーム成形本体であって、前記ビーム成形要素が前記ビーム成形本体の外側表面に存在している、ビーム成形本体、および、
ビームを放出するように構成されたファイバ端部を有する、前記位置合わせ機構に結合された光ファイバ、
を備え、前記ファイバおよび前記本体が、前記ビームが前記ビーム成形本体の外部で成形されるように、前記ビームを前記ビーム成形要素へと導くように構成されていることを特徴とする光干渉断層撮影プローブ。
【請求項７】
（ｉ）前記光ファイバの前記ファイバ端部が、約０°から約１０°の間の角度でクリーブされたものである、または、前記ビーム成形要素が湾曲したものでありかつ該ビーム成形要素の曲率半径が約１．０ミリメートルから約４．０ミリメートルの間である、および／または、
（ｉｉ）前記ビーム成形要素が、前記ビーム成形本体の湾曲面であり、かつ誘電性コーティング、金属コーティング、または強化された金属コーティングを備えている、および／または、
（ｉｉｉ）前記位置合わせ機構がｖ字状溝を含む、
ことを特徴とする請求項６記載の光干渉断層撮影プローブ。
【請求項８】
前記光ファイバの前記ファイバ端部が、ボール状終端であることを特徴とする請求項７記載の光干渉断層撮影プローブ。
【請求項９】
光ファイバを用いて光干渉断層撮影のための画像スポットを形成する方法であって、
光ファイバを、ビーム成形要素を備えたビーム成形本体の、位置合わせ機構内で支持するステップ、
前記光ファイバから前記ビーム成形要素へと、電磁ビームを送信するステップ、および、
前記ビームを前記ビーム成形要素で、反射のみによって前記画像スポットへと成形するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
（ｉ）前記位置合わせ機構および前記ビーム成形要素が、前記ビーム成形本体によって一体的に画成されている、および／または、
（ｉｉ）前記ビーム成形要素の曲率半径が、約１．０ミリメートルから約４．０ミリメートルの間である、および／または、
（ｉｉｉ）前記電磁ビームの波長が、約８５０ナノメートルから約１６００ナノメートルの間である、および／または、
（ｉｖ）前記位置合わせ機構がｖ字状溝を含む、および／または、
（ｖ）前記光ファイバのファイバ端部が、ボール状終端である、
ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１５年１月８日に出願された米国仮特許出願第６２／１０１１０５号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、光干渉断層撮影に関し、特に光干渉断層撮影プローブのための一体構造のビーム成形用光プローブに関する。
【背景技術】
【０００３】
光干渉断層撮影（ＯＣＴ）は、生物組織の高分解能断面画像を捕捉するために使用されるものであり、光ファイバ干渉法に基づく。ＯＣＴシステムの中心となるのはマイケルソン干渉計であり、これには典型的には、参照アームとして使用される第１の光ファイバと、サンプルアームとして使用される第２の光ファイバとが含まれる。サンプルアームは、分析対象のサンプルの他、光学部品が内部に入ったプローブを含む。プローブの上流の光源が、イメージングに使用される光を提供する。光検出器を光路内に、サンプルアームおよび参照アームの下流に配置する。プローブを使用して光をサンプル内またはサンプル上へと導き、次いでサンプルからの散乱光を集める。
【０００４】
サンプルアームおよび参照アームからの光の光学的干渉は、２つのアーム間の光路差が光源からの光のコヒーレンス長の範囲内であるときにのみ、光検出器によって検出される。サンプルからの深さ情報は、参照アームの光路長を軸方向に変化させて、参照アームからの光とサンプルアームからの散乱光との間の干渉を検出することによって得られる。サンプルアームにおいて光路を２次元に横方向に走査させることによって、３次元画像が得られる。プロセスの軸方向／深さ分解能はコヒーレンス長によって決定され、一方全体の横方向分解能は、プローブの光学部品により形成される画像スポットのサイズによって決定付けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プローブは典型的には小さい体腔内へと挿入する必要があるため、小さいものでなければならないし、また単純な光学設計を有するものであることが好ましい。プローブの例示的な設計としては、小型のプローブ光学部品が中に入っている透明円筒が挙げられ、光はこの透明円筒を通過して送信および受信される。しかしながら異なる屈折率を有する材料を光が通過すると、後方反射に起因して光が損失し、画像スポットの強度が減少することがある。さらに後方反射は、データ内の信号対ノイズ比を減少させる。さらにプローブ内に複数の別個の光学部品が存在していると、小さい光学部品の組立ておよび位置合わせが必要になり、これによりプローブ製造時のコストおよび複雑さが増大するため一般に問題になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施の形態によれば、光干渉断層撮影での使用に適したビーム成形光学系が、ビーム成形要素および位置合わせ機構を備えた、ビーム成形本体を含む。光ファイバが、位置合わせ機構に結合されている。ファイバは、電磁ビームを放出するように構成された、ファイバ端部を有している。ファイバおよび本体は、ビームがビーム成形要素からの反射のみによって画像スポットへと成形されるように、ビームをビーム成形要素へと導くように構成されている。
【０００７】
本開示の別の実施形態によれば、光干渉断層撮影プローブが、位置合わせ機構およびビーム成形要素を一体的に画成する、ビーム成形本体を備え、ビーム成形要素はビーム成形本体の外側表面に存在している。ビームを放出するように構成されたファイバ端部を有する光ファイバが、位置合わせ機構に結合されている。ファイバおよび本体は、ビームがビーム成形本体の外部で成形されるように、ビームをビーム成形要素へと導くように構成されている。
【０００８】
本開示のさらなる実施形態によれば、光ファイバを用いて光干渉断層撮影のための画像スポット形成する方法が、光ファイバを、ビーム成形要素を備えたビーム成形本体の、位置合わせ機構内で支持するステップ、光ファイバからビーム成形要素へと電磁ビームを送信するステップ、および、ビームをビーム成形要素で反射のみによって画像スポットへと成形するステップを含む。
【０００９】
さらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、請求項、並びに添付の図面を含め、本書で説明されたように実施形態を実施することにより認識されるであろう。
【００１０】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は単なる例示であり、請求項の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面はさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は１以上の実施形態を示し、その説明と共に種々の実施形態の原理および動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施の形態によるＯＣＴにおいて使用される光プローブの上方分解斜視図
【図２Ａ】一実施の形態による、図１に描かれている光プローブのアセンブリの状態での線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図
【図２Ｂ】別の実施形態による、図１に描かれている光プローブのアセンブリの状態での線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図
【図３】一実施の形態による光プローブを含む、ＯＣＴ位置合わせシステムの概略図
【図４】一実施の形態による光プローブを含む、ＯＣＴシステムの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで本発明の好適な実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、図面を通じて、同じまたは同様の部分の参照に同じ参照番号を使用する。
【００１３】
本書で説明するために、「上方」、「下方」、「右」、「左」、「後方」、「前方」、「鉛直」、「水平」といった用語、およびその派生語は、他に規定がなければ、図１において配向されているような、光プローブ１０に関するものとする。しかしながら光プローブ１０は、明確にその反対を明記している場合を除いて、種々の別の配向を想定し得ることを理解されたい。添付の図面に示されている、また以下の明細書において説明される、特定の装置およびプロセスは、添付の請求項において画成される発明の概念の単に例示的な実施形態であることも理解されたい。従って、本書で開示される実施形態に関連する特定の寸法および他の物理的特性は、請求項において明確に他に規定されていなければ、限定するものとみなされるべきではない。
【００１４】
図１〜３に描かれているのは、ＯＣＴでの使用およびＯＣＴ画像の作製に適した、ビーム成形用光プローブ１０の実施形態である。光プローブ１０は、光ファイバ１８を結合することができる、ビーム成形本体１４を含む。ビーム成形本体１４は、位置合わせ機構２２およびビーム成形要素２６を一体的に画成する。光ファイバ１８は中心軸２８を有し、クラッディング３０、コア３２、およびコーティング３４を含む。種々の実施形態において、コーティング３４はポリマーである。図示の実施形態ではコーティング３４の一部が光ファイバ１８から剥がされて、被覆部分３６と非被覆部分３８とが形成されている。非被覆部分３８は、電磁ビーム４２を放出するように構成されたファイバ端部４０を含む。電磁ビーム４２は、ビーム成形本体１４によって画成される光軸ＯＡに沿って放出される。動作時に光ファイバ１８は位置合わせ機構２２に結合されている。図示の実施形態においてビーム成形本体１４は一体構造であり、ビーム成形要素２６および位置合わせ機構２２を一体的に画成する。
【００１５】
ここで図１を参照すると、図示の実施形態においてビーム成形本体１４は、前方端部４４と、後方端部４６と、外側表面４８とを備えている。ビーム成形本体１４は一体構造であるが、便宜上ビーム成形本体１４を３つの主な区域、すなわち前方端部４４およびビーム成形要素２６に隣接した、前方区域６０、前方端部４４と後方端部４６との間にある中心区域６４、および後方端部４６および位置合わせ機構２２に隣接した、後方区域６８とみなすことができる。
【００１６】
種々の実施形態において、ビーム成形本体１４はポリマー組成物を含む。ビーム成形本体１４のための例示的なポリマー材料としては、ＺＥＯＮＯＲ（登録商標）（ケンタッキー州ルイビル所在のゼオンケミカルズ社（Zeon Chemicals L.P.）から入手可能）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、エンジニアードポリマー（engineered polymer）（例えば液晶）、並びに、ビーム成形本体１４を形成することができ、滑らかな表面を生み出すことができる、任意の他のポリマー材料またはポリマー材料の組合せが挙げられる。他の実施形態においてビーム成形本体１４は、金属、セラミック、またはその合成物を含み得る。ビーム成形本体１４は、射出成形、鋳造、機械加工、熱成形、または押出成形などの、従来の製造技術によって形成することができる。
【００１７】
図示の実施形態において、後方区域６８の外側表面４８は第１の平坦面７２と第２の平坦面７６とを含み、ここに位置合わせ機構２２が一体的に形成されている。図示のビーム成形本体１４では第１の平坦面７２が第２の平坦面７６に対して高くなっているが、種々実施形態では平坦面７２、７６を平面的（すなわち、位置ずれのないもの）にしてもよい。他の実施形態において、第２の平坦面７６を第１の平坦面７２の上へと高くしてもよい。図示の実施形態において位置合わせ機構２２は、第１の平坦面７２内に位置している第１のｖ字状溝８０と、第２の平坦面７６内に位置している第２のｖ字状溝８４とを含んでいる。第２のｖ字状溝８４は、第１のｖ字状溝８０に対して開口し、かつ第１のｖ字状溝８０に位置合わせされている。位置合わせ機構２２は、さらにまたは代わりに、概して円形、正方形、ｕ字状、または光ファイバ１８に結合するよう動作可能な他の形状の、溝または堀部を組み込んだものでもよいことを理解されたい。図示の実施形態において、第１のｖ字状溝８０および第２のｖ字状溝８４は異なる深さおよびピッチを有し、第１のｖ字状溝８０は第２のｖ字状溝８４よりも深い深さと高いピッチを有している。
【００１８】
第１のｖ字状溝８０および第２のｖ字状溝８４の深さおよびピッチが異なることにより、光ファイバ１８の中心軸２８をビーム成形本体１４の光軸ＯＡと実質的に同軸に位置合わせさせながら、光ファイバ１８の被覆部分３６および非被覆部分３８の両方をビーム成形本体１４に結合させることができる。さらに第１のｖ字状溝８０および第２のｖ字状溝８４の異なる深さおよびピッチは、光ファイバ１８が第１のｖ字状溝８０および第２のｖ字状溝８４内で結合されるときに光ファイバ１８の被覆部分３６がぶつかって突き当たる位置合わせ機構のエッジ８８を、第１のｖ字状溝８０および第２のｖ字状溝８４の間に画成する働きをする。位置合わせ機構のエッジ８８は、光ファイバ１８をビーム成形本体１４と適切に位置合わせするのを助け、さらに光ファイバ１８を第１のｖ字状溝８０および第２のｖ字状溝８４内の所定の位置で保持する働きをする。さらに、または代わりに、位置合わせ機構２２は、ファイバ１８を本体１４の後方区域６８に接合させるために、光ファイバ１８をビーム成形本体１４内に挿入することを可能にする階段状開口、または他の機構を組み込んだものでもよい。
【００１９】
図示の実施形態において、ビーム成形本体１４の中心区域６４は、後方区域６８および前方区域６０よりも薄い。外側表面４８の中心区域６４は、中心表面９０および空隙９４を画成する。中心区域６４の中心表面９０は、前方区域６０と後方区域６８との間の、ビーム成形本体１４の光軸ＯＡの下に延在している。空隙９４によって光ファイバ１８のファイバ端部４０は、中心表面９０の上方で中心区域６４内へと延在することができる（図２Ａ）。
【００２０】
さらに図１を参照すると、ビーム成形要素２６は、ビーム成形本体１４の前方区域６０により一体的に画成されている。ビーム成形本体１４の前方区域６０は、中心表面９０から上向きおよび内向きに湾曲した形で延在して、ビーム成形要素２６を画成する。ビーム成形要素２６の形状は実質的に二次曲線(conic)であり、ビーム成形本体１４の光軸ＯＡに向かって内向きに湾曲している。ビーム成形要素２６の二次曲線形状は、ビーム成形本体１４のＸ軸およびＹ軸に沿った曲率半径によって画成される。
【００２１】
ビーム４２を適切に成形するために、ビーム成形要素２６のＸ軸に沿った曲率半径は、Ｙ軸での曲率半径と同じでもよいし、あるいは異なっていてもよい。ビーム成形要素２６のＸ軸およびＹ軸の曲率半径の絶対値は、約０．５ミリメートルから約１０ミリメートルの間、より具体的には約１．０ミリメートルから約４．０ミリメートルの間でもよい。ビーム成形要素２６のＸ軸およびＹ軸の二次曲線定数は、約１から約−２、より具体的には約０から約−１の間の、独立した範囲でもよい。前述の曲率半径および湾曲の二次曲線定数は、ビーム成形要素２６の全体形状を説明したものであり、必ずしもビーム成形要素２６の局所的な半径または二次曲線定数を表しているとは限らないことを理解されたい。ビーム成形要素２６のＸ軸およびＹ軸の曲率半径を、光プローブ１０の周りに配置された任意の透明ハウジングまたはシースを補正するために、独立して調整してもよい。ビーム成形要素２６の二次曲線形状は、Ｙ軸またはＺ軸に沿って、約０．０１ミリメートルから約０．８ミリメートルの間、偏心したものでもよい。さらにビーム成形要素２６の二次曲線形状は、Ｙ軸およびＺ軸間で約７０°から１２０°の回転を含み得る。
【００２２】
ビーム成形要素２６は、以下でより詳細に説明するが、光ファイバ１８から放出された電磁ビーム４２（図２Ａ）を、反射によって集光および成形する（例えば、その光路をコリメート、集束、および／または変化させる）ように構成されている。ビーム成形要素２６上には反射コーティング１００が設けられている。反射コーティング１００は、誘電性コーティング、金属コーティング、または強化された金属コーティングでもよい。例示的な金属コーティングとしては、銀、金、アルミニウム、および、ビーム４２を反射することができる他の光輝性金属が挙げられる。誘電材料は、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、およびこれらの組合せを含み得る。さらに強化された金属コーティングは、前述した金属および／または誘電体の、１以上の組合せを含み得る。反射コーティング１００は、環境条件（例えば、水、酸素、および／または消毒手順）から保護するためのキャッピング層の他、反射面１００をビーム成形本体１４に接合する付着層をさらに含み得る。反射コーティング１００は、放出されたビーム４２がビーム成形本体１４の外部へと反射されてビーム成形本体１４内には反射されないように、ビーム成形要素２６に設けられる。
【００２３】
ここで図２Ａ〜３を参照すると、光ファイバ１８は、後方区域６８から中心区域６４の中心表面９０上方の空隙９４内へと突出するように描かれている。動作時に光ファイバ１８は電磁放射のための、特に動作波長λの光のための、導波路として作用するように構成されている。光ファイバ１８は光を、上流の光源（図示なし）から、光が電磁ビーム４２として放出されるファイバ端部４０へと運ぶ。一実施の形態において、動作波長λは約８５０ナノメートルから約１６００ナノメートルの範囲のものなど、赤外波長を含み、例示的な動作波長λは、約１３００ナノメートルおよび約１５６０ナノメートルである。
【００２４】
光ファイバ１８およびビーム成形本体１４の位置合わせ機構２２は、ビーム成形本体１４の光軸ＯＡと実質的に同軸でありかつビーム成形要素２６に向かって導かれる光路ＯＰ上に、電磁ビーム４２がファイバ端部４０から放出されるように、結合するように構成されている。ビーム４２は、ファイバ端部４０から放出されると空隙９４を通って伝播し、ファイバ端部４０からの距離が増加するにつれて光路ＯＰの直径は広くなる。ファイバ端部４０と反射面１００との間の距離Ｄ1は、ビームスポット１０４の所望のサイズに基づいて設定される。ビームスポット１０４は、ビーム４２がビーム成形要素２６に当たるときに形成される光の領域である。ビームスポット１０４の直径は、ファイバ端部４０からの距離が増加すると増大する。ビーム成形要素２６で適切にビーム４２を成形するために、ビームスポット１０４は反射面１００に接触するとき適切な直径を有するものでなければならない（例えば、反射面１００の直径のおよそ半分）。従ってファイバ端部４０は、ビーム４２を適切に成形するために、ビーム成形要素２６から既定の距離の位置に置かなければならない。種々の実施形態において、ファイバ端部４０と反射面１００との間の距離Ｄ1は約０．２ミリメートルから約２．６ミリメートルの間の範囲でもよい。一実施の形態において、距離Ｄ1は約１．３１４ミリメートルである。ビームスポット１０４の直径は、約２００μｍから約８００μｍの範囲でもよく、より具体的には約４００μｍから約６００μｍの間でもよい。
【００２５】
ビーム４２がビーム成形要素２６に入ると、その光路ＯＰは、反射コーティング１００からの反射により角度βだけ折り曲げられる。図示の実施形態において角度βはおよそ９０°であるが、種々の実施形態において角度βは、９０°のいずれかの側に１０°を超えて、あるいは１０°未満だけ、変化したものでもよい。ビーム成形要素２６の曲率半径および位置は、ビーム４２の光路ＯＰが折り曲げられる角度βと、さらにビーム４２が集束して画像スポット１１０を形成する結像面ＩＭＰまでの作動距離Ｄ2との両方を決定する。従って放出されたビーム４２は、ビーム成形要素２６からの反射のみによって画像スポット１１０へと成形される。
【００２６】
ここで図２Ａを参照すると、種々の例においてビーム成形本体１４の軸方向の長さＬ1は、約５．０ミリメートルから約１０．０ミリメートルの範囲であり、後方区域６８の光軸ＯＡに沿った長さは約２．０ミリメートルから約５．０ミリメートルの範囲であり、さらに中心区域６４の長さは約０．２ミリメートルから約２．３ミリメートルである。さらに種々の例において、前方区域６０の長さは０．５ミリメートルから２．０ミリメートルの範囲である。さらに、ビーム成形本体１４の後方区域６８での幅Ｗ1は０．３ミリメートルから１．０ミリメートルの範囲でもよく、前方区域６０での幅Ｗ2は０．５ミリメートルから２．０ミリメートルの範囲でもよい。こういったパラメータに対する値は例示的なものであり、特定の用途に応じて他の値および範囲が考えられる。
【００２７】
ファイバ１８内への望ましくない光の後方反射を防ぐために、光ファイバ１８のファイバ端部４０を斜めにクリーブしてもよい。ＯＣＴは、試験対象のサンプルから散乱されなかった光の後方反射に特に敏感である（すなわち光プローブ１０から、または光路ＯＰに沿った屈折面からの反射）。後方反射光は、ノイズおよびアーチファクトの増加のためにＯＣＴ画像における歪みにつながり得る。ファイバ端部４０を斜めにクリーブすると、光ファイバ１８内へと戻る後方反射光の結合が最小限に抑えられる。ファイバ端部４０は、約０°から約１０°の間、より具体的には約６°から９°の間の角度でクリーブされ得る。いくつかの実施形態では、クリーブされたファイバ端部４０を補償するために、位置合わせ機構２２を光プローブ１０の光軸ＯＡに対して傾斜させてもよい。位置合わせ機構２２を傾斜させると、ビーム４２の光路ＯＰを、光プローブ１０の光軸ＯＡと実質的に同軸に維持することになる。さらに、または代わりに、ファイバ端部４０は、光ファイバ１８によって吸収される反射光の量を減少させるために、反射防止膜を含んでいてもよい。反射防止膜は、光プローブ１０へと後方に反射される光を打ち消すように構成された、単一のまたは多層の誘電材料を含み得る。
【００２８】
ここで図２Ｂを参照すると、光ファイバ１８のファイバ端部４０は、ボール状終端でもよい。一実施の形態によれば、光ファイバ１８のボール状終端は、一対のアーク電極間にファイバ端部４０を置くことによって得ることができる。アーク電極は、光ファイバ１８のクラッディング３０およびコア３２を溶解させる。溶解した光ファイバ１８の表面張力で、ファイバ端部４０に実質的に球状のボールが形成され、これが次いで冷却されて硬化する。電磁ビーム４２は、ボール状終端のファイバ端部４０から放出することができる。ファイバ端部４０のボール状終端の直径は、約１００μｍから約６００μｍの間でもよく、より具体的には約２００μｍから約５００μｍの間でもよい。
【００２９】
図２Ａのクリーブされたファイバ端部４０と同様に、光ファイバ１８のファイバ端部４０のボール状終端は後方反射光の集光を防ぎ、従ってＯＣＴ画像の歪みは最小限に抑えられる。都合がよいことにファイバ端部４０のボール状終端は、放出されたビーム４２が空隙９４を通って伝播するときに、その光路ＯＰを、クリーブされたファイバ端部４０よりも速く発散させる（すなわち、ビームスポット１０４の直径がより速く増加する）。ボール状終端のファイバ端部４０から光路ＯＰがより速く発散するため、所望のビームスポット１０４サイズを得ることができるファイバ端部４０とビーム成形要素２６との間の距離Ｄ1は、より短くすることができる。これにより効果的に、光プローブ１０の軸方向の長さＬ1を、クリーブされたファイバ端部４０を有する実施形態に比べて短くすることができる。図２Ａのクリーブされたファイバ端部４０と同様に、図２Ｂのボール状終端のファイバ端部４０は反射防止膜を含み得る。
【００３０】
ＯＣＴにおいて使用される画像スポット１１０を形成する例示的な方法においては、光ファイバ１８を、ビーム成形要素２６を備えたビーム成形本体１４の位置合わせ機構２２内で支持する最初のステップを実行する。次に、光ファイバ１８からビーム成形要素２６へと電磁ビーム４２を送信するステップを実行する。最後に、ビーム４２をビーム成形要素２６で、反射のみによって画像スポット１１０へと成形するステップを実行する。
【００３１】
ここで図３を参照すると、ＯＣＴ位置合わせシステム１５０内で使用されている光プローブ１０が描かれている。前述のように、光ファイバ１８内を進む光はファイバ端部４０から出て、光軸ＯＡに沿ってビーム４２として放出される。ビーム４２の光路ＯＰは、空隙９４を通過するときにビーム成形要素２６に入るまで発散し、反射面１００から反射する。ビーム成形要素２６の表面は二次曲線であるため、ビーム成形要素２６の湾曲により光は画像スポット１１０へと均一に集束する。図示の実施形態において、ビーム４２は集束するとき、光プローブ１０用の保護シースとして作用し得るハウジング１５８の一部を通過する。他の実施形態において光プローブ１０は、いかなるハウジングまたは保護カバーも備えずに、光干渉断層撮影の位置合わせシステム１５０で使用することができる。ビーム４２が集束すると、ビーム４２は結像面ＩＭＰで画像スポット１１０を形成する。作動距離Ｄ2はプローブの光軸ＯＡの水平部分と結像面ＩＭＰとの間で測定され、約１ミリメートルから約２０ミリメートルの間でもよい。
【００３２】
プローブ１０を形成する際のビーム成形本体１４内での光ファイバ１８の適切な位置合わせは、位置合わせ機構２２およびＯＣＴ位置合わせシステム１５０を使用することによって容易になる。光ファイバ１８を位置合わせする例示的な方法では、光検出器１７０（例えば、カメラまたは回転スリット）を使用して少なくとも１つの画像スポット１１０の画像を捕捉し、捕捉された画像を表す検出器信号ＳＤを生成することができる。捕捉された画像を、例えば光検出器１７０に動作可能に接続されたコンピュータ１７４を用いて分析することができる。コンピュータ１７４を用いて、捕捉された画像スポット１１０に関する情報を分析および表示することができる。一例では、複数の画像スポット１１０を検出して参照スポット（例えば、光プローブ１０の設計に基づく光学的モデリングを用いて得られたもの）と比較し、性能を評価する。
【００３３】
モードフィールド径ＭＦＤは、シングルモードファイバ内または光学系における別の位置で伝播している、光のスポットサイズまたはビーム幅の大きさである。光ファイバ内のモードフィールド径ＭＦＤは、光源の波長、ファイバコアの半径、およびファイバの屈折率プロファイルの関数である。図示の実施形態において光プローブ１０は、結像面ＩＭＰで、閾値１／ｅ2でモードフィールド径ＭＦＤが約３０μｍから約１００μｍの間の画像スポット１１０を生み出すことができる。光ファイバ１８の例示的なモードフィールド径は、閾値１／ｅ2で９．２μｍになり得る。モードフィールド径ＭＦＤは、画像スポット１１０の品質の指標として理解することができる。
【００３４】
許容できるまたは最適な画像スポット１１０が形成されるまで行われた画像スポット１１０の１以上の測定に基づいて、光ファイバ１８の位置を位置合わせ機構２２（例えば、第１のｖ字状溝８０および第２のｖ字状溝８４）内で軸方向に調整してもよい。一例においては、１以上の測定された画像スポット１１０を参照画像スポットまたは参照画像スポットサイズと比較する。光ファイバ１８を次いで、位置合わせ機構２２内のその位置合わせされた位置に固定してもよい。一例においては、光ファイバ１８の被覆部分３６を第１のｖ字状溝８０内に固定（例えば接合）して、張力緩和を実現することができる。
【００３５】
光プローブ１０の例示的な実施形態において、ビーム成形要素２６のＸ軸曲率半径は、約０．５８５８の二次曲線定数に対応する約１．１６ミリメートルであり、またＹ軸曲率半径は、約０．８２３５の二次曲線定数に対応する約１．２９３５ミリメートルである。さらにビーム成形要素２６の二次曲線形状は、Ｙ軸に沿って約０．７ミリメートル偏心され、Ｚ軸に沿って約０．０８９ミリメートル偏心され、さらにＹ軸およびＺ軸間で約８９．７°の回転を含む。ファイバ端部４０と反射面１００との間の距離Ｄ1は、約１．３１４ミリメートルである。こういった光プローブは、閾値１／ｅ2で約６４μｍのモードフィールド径ＭＦＤで、約９．０ミリメートルの画像スポット１１０を作動距離Ｄ2で形成することができる。
【００３６】
光プローブ１０および例示的な光干渉断層撮影位置合わせシステム１５０は、反射型ビーム成形要素２６を画成する一体構造のビーム成形本体１４を備えているため、このシステムはスペーサ、ＧＲＩＮレンズ、またはレンズなどの屈折要素を使用する必要はない。さらに、複数の光学部品が使用されなくなると、光の後方反射または画像スポット１１０の口径食をもたらし得る材料の境界面が少なくなるため有益である。さらに、ビーム４２を反射のみに基づいて画像スポット１１０へと成形することによって、従来の光プローブよりも高出力の光源を使用することができる。ポリマーを屈折要素として利用する光プローブでは、屈折することができる光の強度が限定されるが、反射系ではこういった制限がない。
【００３７】
さらに光プローブ１０は、複数の構成要素の系とは対照的に、一体構造のビーム成形本体１４によって画成された単一の反射型ビーム成形要素２６を使用しているため、異なる構成要素間の熱膨張係数の差が存在しない。例えば従来技術の設計においてレンズおよび反射面は、動作温度と、プローブを較正したおよび／または組み立てた温度との間の温度差に起因して、位置合わせから逸脱することがある。本開示の一体構造の単一の反射面設計では、全ての構成要素が同じ材料から成るものであるから全ての構成要素が同じ熱膨張係数を有しているため、こういったことが起こる可能性は低い。さらに本開示の単純化された設計のために、光プローブ１０の製造は簡素化され、従って製造費用が安価になる。
【００３８】
図４は、本書で開示される光プローブ１０の実施形態を含む、例示的なＯＣＴシステム２００を示している。ＯＣＴシステム２００は、光源１９４および干渉計１９０を備えている。光源１９４はファイバ光カプラ（「カプラ」）１９８に、第１の光ファイバ部分Ｆ１を介して光学的に接続される。ＯＣＴプローブ１０は光ファイバ１８を介してカプラ１９８に光学的に接続され、干渉計１９０のサンプルアームＳＡを構成する。ＯＣＴシステム２００は、光ファイバ部分Ｆ２を介してカプラ１９８に光学的に接続された、可動ミラー系２０２をさらに備えている。ミラー系２０２および光ファイバ部分Ｆ２は、干渉計１９０の参照アームＲＡを構成する。ミラー系２０２は、例えば可動ミラー（図示なし）によって、参照アームの長さを変化させるように構成される。ＯＣＴシステム２００は、第３の光ファイバ部分Ｆ３を介してカプラ１９８に光学的に結合された、光検出器１７０をさらに備えている。光検出器１７０はさらに、コンピュータ１７４に電気的に接続されている。
【００３９】
動作時に光源１９４は、光ファイバ部分Ｆ１を通って干渉計１９０へと進む、光２０６を生成する。光２０６はカプラ１９８によって、参照アームＲＡ内を進む光２０６ＲＡとサンプルアームＳＡ内を進む光２０６ＳＡとに分割される。参照アームＲＡ内を進む光２０６ＲＡはミラー系２０２によって反射されてカプラ１９８へと戻り、カプラ１９８は光を光検出器１７０へと導く。サンプルアームＳＡ内を進む光２０６ＳＡは上述したように（この光は、単に放出されたビーム４２と称した）光プローブ１０で処理されて、サンプル２１０上またはサンプル２１０内に画像スポット１１０を形成する。得られた散乱光を光プローブ１０で集光して光ファイバ１８を通じてカプラ１９８へと導き、カプラ１９８はこれを（光２０６ＳＡとして）光検出器１７０へと導く。参照アームの光２０６ＲＡおよびサンプルアームの光２０６ＳＡは干渉し、この干渉した光が光検出器１７０によって検出される。光検出器１７０は、それに応えて電気信号ＳＩを生成し、次いでこれを、標準的なＯＣＴ信号処理技術を用いた処理のためにコンピュータ１７４へと送信する。
【００４０】
サンプルアームＳＡからの光２０６ＳＡおよび参照アームＲＡからの光２０６ＲＡの光干渉は、２つのアーム間の光路差が光源１９４からの光２０６のコヒーレンス長の範囲内である場合にのみ、光検出器１７０によって検出される。サンプル２１０からの深さ情報は、ミラー系２０２を用いて参照アームＲＡの光路長を軸方向に変化させて、参照アームからの光と、サンプル内から生じたサンプルアームからの散乱光との間の干渉を検出することによって得られる。サンプルアームＳＡにおいて光路を２次元に横方向に走査させることによって、３次元画像が得られる。プロセスの軸方向の解像度は、コヒーレンス長によって決定される。
【００４１】
光プローブ１０の使用を、単にあるＯＣＴ技術に関連して説明したが、光プローブ１０は、他のＯＣＴ技術（例えば、周波数領域ＯＣＴ、スペクトル領域ＯＣＴ）を含め、多種多様な用途で使用され得ることを理解されたい。
【００４２】
本書で開示される実施形態を説明のために明記したが、前述の説明は、本開示または添付の請求項の範囲を制限するものと見なされるべきではない。請求項の精神または範囲から逸脱することなく、種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。
【００４３】
説明された本発明および他の構成要素の構造が、いかなる特定の材料にも限定されないことを、通常の当業者は理解するであろう。本書で開示される本発明の他の例示的な実施形態は、本書で他に記載されていない限り多種多様な材料から形成することができる。本明細書および補正された請求項では、文脈が明らかに他に指示していなければ、単数形は複数の指示対象を含む。
【００４４】
値の範囲が与えられる場合、文脈が明らかに他に指示していなければ、その範囲の上限と下限との間の、下限の単位の１０分の１までの介在する各値、および、その述べられた範囲内の任意の他の述べられた値または介在する値は、本発明の範囲内に包含されることを理解されたい。これらのより小さい範囲の上限および下限は、このより小さい範囲に独立して含まれ得るものであり、また述べられた範囲内の任意の特に除外される限界点次第で、本発明の範囲内にさらに包含される。述べられた範囲が限界点の一方または両方を含む場合、これらの含まれる限界点のいずれかまたは両方を除外した範囲は、本発明にさらに含まれる。
【００４５】
本開示のために、「結合」という用語は（結合、結合する、結合したなど、全てのその形において）、一般に２つの構成要素の（電気的または機械的な）互いに対する直接のまたは間接的な接合を意味する。この接合は、本質的に固定されるものでもよいし、あるいは本質的に可動なものでもよい。この接合は、２つの構成要素（電気的または機械的）および任意のさらなる中間部材を、互いに、あるいは２つの構成要素と共に、単一の一体化されたものとして一体的に形成することで達成され得る。この接合は、本質的に恒久的なものでもよいし、あるいは他に述べられていなければ、本質的に取外し可能または解除可能なものでもよい。
【００４６】
請求項の精神または範囲から逸脱することなく、種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。
【００４７】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００４８】
実施形態１
光干渉断層撮影での使用に適したビーム成形光学系であって、
ビーム成形要素および位置合わせ機構を備えた、ビーム成形本体、および、
電磁ビームを放出するように構成されたファイバ端部を有する、前記位置合わせ機構に結合された光ファイバ、
を備え、前記ファイバおよび前記本体が、前記ビームが前記ビーム成形要素からの反射のみによって画像スポットへと成形されるように、前記ビームを前記ビーム成形要素へと導くように構成されていることを特徴とするビーム成形光学系。
【００４９】
実施形態２
前記光ファイバの前記ファイバ端部が、約０°から約１０°の間の角度でクリーブされたものであることを特徴とする実施形態１記載のビーム成形光学系。
【００５０】
実施形態３
前記光ファイバの前記ファイバ端部が、ボール状終端であることを特徴とする実施形態１記載のビーム成形光学系。
【００５１】
実施形態４
前記ビーム成形要素が、前記ビーム成形本体の湾曲面から画成されたものであり、かつ誘電性コーティング、金属コーティング、または強化された金属コーティングを備えていることを特徴とする実施形態１から３いずれか１項記載のビーム成形光学系。
【００５２】
実施形態５
前記ビーム成形要素の曲率半径が、約１．０ミリメートルから約４．０ミリメートルの間であることを特徴とする実施形態１から４いずれか１項記載のビーム成形光学系。
【００５３】
実施形態６
前記電磁ビームの波長が、約８５０ナノメートルから約１６００ナノメートルの間であることを特徴とする実施形態１から５いずれか１項記載のビーム成形光学系。
【００５４】
実施形態７
前記ビーム成形本体が、前記ビーム成形要素および前記位置合わせ機構を、一体構造体として画成することを特徴とする実施形態１記載のビーム成形光学系。
【００５５】
実施形態８
前記位置合わせ機構がｖ字状溝を含むことを特徴とする実施形態１から７いずれか１項記載のビーム成形光学系。
【００５６】
実施形態９
光干渉断層撮影プローブにおいて、
位置合わせ機構およびビーム成形要素を一体的に画成する、ビーム成形本体であって、前記ビーム成形要素が前記ビーム成形本体の外側表面に存在している、ビーム成形本体、および、
ビームを放出するように構成されたファイバ端部を有する、前記位置合わせ機構に結合された光ファイバ、
を備え、前記ファイバおよび前記本体が、前記ビームが前記ビーム成形本体の外部で成形されるように、前記ビームを前記ビーム成形要素へと導くように構成されていることを特徴とする光干渉断層撮影プローブ。
【００５７】
実施形態１０
前記光ファイバの前記ファイバ端部が、約０°から約１０°の間の角度でクリーブされたものであることを特徴とする実施形態９記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００５８】
実施形態１１
前記ビーム成形要素が湾曲したものであり、かつ該ビーム成形要素の曲率半径が、約１．０ミリメートルから約４．０ミリメートルの間であることを特徴とする実施形態９または１０記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００５９】
実施形態１２
前記ビーム成形要素が、前記ビーム成形本体の湾曲面であり、かつ誘電性コーティング、金属コーティング、または強化された金属コーティングを備えていることを特徴とする実施形態９から１１いずれか１項記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００６０】
実施形態１３
前記光ファイバの前記ファイバ端部が、ボール状終端であることを特徴とする実施形態９または１２記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００６１】
実施形態１４
前記電磁ビームの波長が、約８５０ナノメートルから約１６００ナノメートルの間であることを特徴とする実施形態９記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００６２】
実施形態１５
前記位置合わせ機構がｖ字状溝を含むことを特徴とする実施形態９から１４いずれか１項記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００６３】
実施形態１６
光ファイバを用いて光干渉断層撮影のための画像スポットを形成する方法であって、
光ファイバを、ビーム成形要素を備えたビーム成形本体の、位置合わせ機構内で支持するステップ、
前記光ファイバから前記ビーム成形要素へと、電磁ビームを送信するステップ、および、
前記ビームを前記ビーム成形要素で、反射のみによって前記画像スポットへと成形するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【００６４】
実施形態１７
前記位置合わせ機構および前記ビーム成形要素が、前記ビーム成形本体によって一体的に画成されていることを特徴とする実施形態１６記載の方法。
【００６５】
実施形態１８
前記ビーム成形要素の曲率半径が、約１．０ミリメートルから約４．０ミリメートルの間であることを特徴とする実施形態１６または１７記載の方法。
【００６６】
実施形態１９
前記電磁ビームの波長が、約８５０ナノメートルから約１６００ナノメートルの間であることを特徴とする実施形態１８記載の方法。
【００６７】
実施形態２０
前記光ファイバのファイバ端部が、ボール状終端であることを特徴とする実施形態１６から１９いずれか１項記載の方法。
【符号の説明】
【００６８】
１０    光プローブ
１４    ビーム成形本体
１８    光ファイバ
２２    位置合わせ機構
２６    ビーム成形要素
４０    ファイバ端部
４２    電磁ビーム
４８    外側表面
１００    反射面
１１０    画像スポット
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2018507400.tif 000008
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