(57)【要約】  中心空洞を形作るシースと、当該中央空洞内に配置される、ビーム整形要素を形作るビーム整形挿入部と、コアおよびクラッドを有する光ファイバーとを含む、光干渉断層撮影による使用にとって好適なビーム整形光学システムを開示する。当該光ファイバーは、ファイバー端部において局所的に拡張された光ファイバーのコアによりビーム整形要素に向けて電磁ビームを放つように構成された、傾斜させて調製されたファイバー端部を形成する。
2018527961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光干渉断層撮影による使用にとって好適なビーム整形光学システムであって、
中央空洞を形成するシースと、
該中央空洞内に配置されるビーム整形要素を形成するビーム整形挿入部と、
コアおよびクラッドを有する光ファイバーであって、電磁ビームを該ビーム整形要素に向けて放つように構成され傾斜させて調製されたファイバー端部を形成する、光ファイバーと、
を含み、
該光ファイバーの該コアが、該ファイバー端部において局所的に拡張されている、
ビーム整形光学システム。
【請求項２】
前記光ファイバー端部の前記角度が、約４°から約１０°の間の角度を有する、請求項１に記載のビーム整形光学システム。
【請求項３】
前記ファイバー端部が、約−７５ｄＢ未満の後方反射を有するように構成される、請求項１または２に記載のビーム整形光学システム。
【請求項４】
前記光ファイバーにおける前記局所的に拡張されたコアが、約１３１０ｎｍのビーム波長において約１０マイクロメートルから約４０マイクロメートルの間のモードフィールド直径を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のビーム整形光学システム。
【請求項５】
前記光ファイバーが、フェルールによって配置され、前記光ファイバー端部が、該フェルールの面に配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載のビーム整形光学システム。
【請求項６】
前記ファイバー端部の前記面が、前記フェルールの前記面と同一平面上にあり、それにより、該面が、該ファイバー端部と同じ角度において配置される、請求項５に記載のビーム整形光学システム。
【請求項７】
前記フェルールおよび前記ビーム整形挿入部が、同軸において前記シースと嵌合するように構成され、それにより、該フェルールおよび該ビーム整形挿入部がそれぞれ、該シースの内壁と同一平面となる、請求項１から６のいずれか一項に記載のビーム整形光学システム。
【請求項８】
前記ビーム整形要素が、前記ビーム整形本体の曲面から形成され、誘電体コーティング、金属コーティング、および高反射金属コーティングのうちの少なくとも１つを含み、該ビーム整形要素が、約１．０ｍｍから約４．０ｍｍの間の曲率半径を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載のビーム整形光学システム。
【請求項９】
前記光ファイバーが、シングルモード光ファイバーである、請求項１から８のいずれか一項に記載のビーム整形光学システム。
【請求項１０】
前記ファイバー端部が、約−７５ｄＢ未満の後方反射を有するように構成され、
前記大径ファイバーと前記光ファイバーとの間の接合部が、前記補強ライナー内に位置される、請求項１から９のいずれか一項に記載のビーム整形光学システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１２０条の下、２０１５年６月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／１８０７０１号に対する優先権の恩典を主張する、２０１６年１月１８日に出願された米国特許出願第１４／９９７８３４号に対する優先権の恩典を主張するものであり、なお、本出願は、両出願の内容に依拠し、ならびに参照によりそれらの全体が本明細書に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、光干渉断層撮影、特に、後方反射の低減された光干渉断層撮影プローブのためのビーム整形光学プローブに関する。
【背景技術】
【０００３】
光干渉断層撮影（ＯＣＴ）は、生体組織の高解像度断面画像を得るために使用され、ファイバー−光干渉に基づいている。ＯＣＴシステムの中核は、典型的には、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計またはＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計である。簡素化のために、レファレンスアームとして使用される第一光ファイバーと、サンプルアームとして使用される第二光ファイバーとを典型的に含む、基本的なＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計のみが開示される。サンプルアームは、分析する試料と、光学部品を含むプローブとを含む。プローブの上流の光源は、画像形成に使用される光を提供する。光検出器は、サンプルアームおよびレファレンスアームの下流の光路に配置される。プローブは、光を試料内および／または試料上に向かわせて、試料からの散乱光を収集するために使用される。
【０００４】
サンプルアームおよびレファレンスアームからの光の光学干渉は、２つのアームの間の光路差が光源からの光のコヒーレンス長内である場合にのみ、光検出器によって検出される。試料からの深さ情報は、レファレンスアームの光路長を軸方向において変えて、レファレンス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取得される。三次元画像は、サンプルアームの光路を二次元において横方向に走査することによって得られる。当該プロセスの軸方向／深さ範囲は、コヒーレンス長およびスペクトルバンド幅によって決定されるが、その一方で、横方向の解像度全体は、当該プローブの光学部品によって形成される画像スポットのサイズによって規定される。
【０００５】
当該プローブは、典型的には、本体の小さい空洞に挿入する必要があるため、一般的に小さくなければならず、好ましくはシンプルな光学設計を有する。当該プローブのための例示的な設計は、プローブの小型の光学部品が収容される透明なシリンダーを含み、このシリンダーにより光が伝達されおよび受け取られる。しかしながら、光が異なる屈折率を有する材料を通過するとき、後方反射により、当該光は失われ得、その結果、画像スポットの強度が減少する。さらに、望ましくない後方反射は、データの信号対ノイズ比を低下させる。その上、当該プローブに複数の別個の光学部品を有する場合、小さい光学部品を組み立てて揃えなければならず、これは、当該プローブの製造のコストと複雑さを増やすため、そのような光学部品を有することは、一般的に問題がある。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一実施形態により、光干渉断層撮影による使用にとって好適なビーム整形光学システムは、中央空洞を形成するシースと、当該中央空洞内に配置される、ビーム整形要素を形成するビーム整形挿入部と、コアおよびクラッドを有する光ファイバーとを含む。当該光ファイバーは、ファイバー端部において局所的に拡張された光ファイバーのコアによりビーム整形要素に向けて電磁ビームを放つように構成された、傾斜させて調製されたファイバー端部を形成する。
【０００７】
本開示の別の実施形態により、光干渉断層撮影プローブは、中央空洞を形成するシースと、フェルール内に配置される、コアおよびクラッドを有する光ファイバーであって、当該フェルールが当該中央空洞内に配置される、光ファイバーとを含む。電磁ビームは、ビーム整形要素に向けて、当該光ファイバーのファイバー端部から放たれる。当該ファイバー端部は、１３１０ｎｍのビーム波長において約１０マイクロメートルから約４０マイクロメートルの間のモードフィールド直径を生じるように、光ファイバーと比べて先細り加工されている。
【０００８】
本開示の別の態様により、光ファイバーを使用して光干渉断層撮影プローブを操作する方法は、光ファイバーをシースの中央空洞内に配置するステップと、ビーム整形要素を当該シース内に配置するステップと、電磁ビームを当該光ファイバーのファイバー端部から当該ビーム整形要素中へと伝達するステップと、約−１００ｄＢ未満の当該電磁ビームからの後方散乱を受けるステップとを含む。
【０００９】
本開示の別の態様により、光干渉断層撮影プローブは、中央空洞および開口部を形成するシースと、フェルール内に配置される、コアおよびクラッドを有する光ファイバーであって、当該フェルールが当該シースの中央空洞内に配置される、光ファイバーと、外面および硬質端部とを有するトルク管であって、当該硬質端部が、当該開口部に嵌合するように構成された縮小部分を有する、トルク管とを含む。
【００１０】
本開示の別の態様により、光干渉断層撮影プローブは、中央空洞および開口部を形成するシースと、当該中央空洞内に配置された、ビーム整形要素を形成するビーム整形挿入部と、硬質端部を有するトルク管であって当該硬質端部がアパーチャを形成するトルク管と、当該シースおよび当該トルク管の当該硬質端部の両方内に配置された補強ライナーと、当該補強ライナー内に延在する光ファイバーであって、コアおよびクラッドを有する光ファイバーとを含む。
【００１１】
さらなる特徴および利点は以下の詳細な説明において述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかとなるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を含み、添付図面も含む、本明細書において説明されるような実施形態を実施することによって認められるであろう。
【００１２】
上述の全般的説明および以下の詳細な説明の両方は、単なる例示であり、特許請求の範囲の本質および特質を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることは理解されたい。添付の図面は、さらなる理解を提供するために含められており、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を成すものである。当該図面は、１つまたは複数の実施形態を例示するものであり、説明と共に、様々な実施形態の原理および作用を説明するのに役に立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、一実施形態による、ＯＣＴでの使用のための光学プローブの分解図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、一実施形態による、組み立て状態での図１Ａに示される光学プローブの、図１Ａの線ＩＢ−ＩＢにおける斜視断面図である。
【図２】図２は、別の実施形態によって示される光学プローブの部分的分解図である。
【図３Ａ】図３Ａは、別の実施形態による光学プローブの分解図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態による、図３Ａの線ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢにおいて取られた、組み立て状態での図３Ａに示される光学プローブの斜視断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、別の実施形態による光学プローブの分解図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、一実施形態による組み立て状態での図４Ａに示される光学プローブの、図４Ａの線ＩＶＢ−ＩＶＢにおける斜視断面図である。
【図５】は、一実施形態による光学プローブの、図１Ａの線ＩＢ−ＩＢにおける部分的拡大断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、一実施形態による図１Ａのプローブに用いられたファイバーの拡大図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、別の実施形態による、図１Ａのプローブに用いられたファイバーの拡大図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、さらなる別の実施形態による、図１Ａのプローブに用いられたファイバーの拡大図である。
【図７Ａ】図７Ａは、一実施形態による、ファイバー端部の角度と後方反射率との間の関係を示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、別の実施形態による、ファイバー端部の角度と後方反射率との間の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、一実施形態による、光学プローブを含むＯＣＴ位置合わせシステムの概略図である。
【図９】図９は、一実施形態による光学プローブを含むＯＣＴシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
その実施例が添付の図面に例示されている好ましい本実施形態について詳細に説明する。可能な限り、図面全体を通じて、同じもしくは類似の部分を指すために、同じ参照番号が使用される。
【００１５】
本明細書において説明のために、用語「上」、「下」、「右」、「左」、「後」、「前」、「垂直」、「水平」、およびこれらの派生語は、特に明記されない限り、図１Ａにおける向きの光学プローブ１０に関する。しかしながら、当該光学プローブ１０は、明示的にそれとは反対に指定される場合を除いて、様々な代替の向きを想定し得ることは理解されたい。添付の図面に示され、ならびに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、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の意図する概念の単なる例示的な実施形態であることも理解されたい。したがって、本明細書において開示される実施形態に関する特定の寸法および他の物理的な特徴は、特許請求の範囲において別途明示されないかぎり、制限とみなされるべきではない。
【００１６】
図１Ａから８に示されているのは、ＯＣＴでの使用およびＯＣＴ画像の作製にとって好適なビーム整形光学プローブ１０の実施形態である。光学プローブ１０は、中に光ファイバー１８が配置される中央空洞１６を形成するシース１４を含む。シース１４は、第一部分２２および第二部分２６から構成される。光ファイバー１８は、クラッド３４、コア４０、およびコーティング４４を含む。様々な実施形態において、当該コーティング４４はポリマー性であるが、金属も含み得る。光ファイバー１８は、電磁ビーム５２を放つように構成されたファイバー端部４８を含む。当該電磁ビーム５２は、光ビーム（例えば、可視光、紫外線、または赤外線）であり得る。電磁ビーム５２は、光学プローブ１０によって形成される光軸ＯＡに沿って放たれる。組み立て状態において、当該光ファイバー１８は、トルク管５８を通って当該光学プローブ１０に入り、フェルール６２に結合される。ビーム整形挿入部６６が、光学プローブ１０の遠位端に配置され、ビーム整形要素７０を形成する。
【００１７】
ここで図１Ａおよび１Ｂを参照すると、シース１４は、互いに隣接して軸ＯＡ上に揃えられた第一部分２２および第二部分２６によるアセンブリである。示される実施形態において、第二部分２６は窓８２を形成し、電磁ビーム５２（図５）は窓８２を通って出て、光学プローブ１０に入り得る。任意選択により、窓８２は、電磁ビーム５２は通過することができるが、異物が光学プローブ１０に入ることは防ぐ、透明材料を含み得る。シース１４は、電磁ビーム５２によって利用される波長において透明または不透明な材料を含み得る。いくつかの実施形態において、シース１４は、ポリマー性材料、例えば、ラテックス、ポリエチレン、またはポリウレタンなど、あるいは金属、例えば、３０４番または３０６番ステンレス鋼などを含み得る。シース１４の中央空洞１６は、内壁９０によって形成される。第一部分２２および第二部分２６はそれぞれ、光学プローブ１０が組立形態にある場合に、接触または近接するように構成された当接面９４を形成する。フェルール６２、トルク管５８、およびビーム整形挿入部６６は、フェルール６２、トルク管５８、およびビーム整形挿入部６６が、同一平面かつ実質的に同心において中央空洞１６内で正確に一致するように、シース１４の内壁９０を正確に映し取るように、成形される。組み立て状態において、光ファイバー１８は、上流の光源（図示せず）からフェルール６２までトルク管５８内を通る。フェルール６２は、当該フェルール６２を通って延在するアパーチャ９８を形成し、その中に光ファイバー１８が配置される。アパーチャ９８は、光ファイバー１８のクラッド３４およびコア４０を受け入れるように構成される。フェルール６２内に光ファイバー１８を配置することにより、電磁ビーム５２がそれに沿って放たれる当該ファイバー１８の中心軸は、フェルール６２とプローブ１０の内壁９０との間の高い同心性により、光学プローブ１０の光軸ＯＡに迅速に揃えることができる。
【００１８】
ビーム整形挿入部６６は、フランジ１０２がシース１４と当接接触するように、シース１４の遠位端の中央空洞１６内に挿入されるように構成される。ビーム整形挿入部６６は、適所において、機械的または化学的に（例えば、接着剤によって、またはエポキシによって）接着され得る。光学プローブ１０およびビーム整形挿入部６６の様々な実施形態は、フランジ１０２を必ず有するわけではないことは理解されるであろう。フランジ１０２は、ビーム整形要素７０が窓８２に接近して配置されたときにシース１４の第二部分２６に接するように、ビーム整形挿入部６６上に配置される。この方法において、フランジ１０２は、シース１４内のビーム整形挿入部６６ならびにビーム整形要素７０の配置を支援する。任意選択により、ビーム整形挿入部６６の前面１０６および／またはフランジ１０２は、オペレーターがシース１４内においてビーム整形挿入部６６を正確に方向付けするのを支援するように設計された１つまたは複数のマーキング（例えば、角度ダイヤル、指標線、ハッシュマークなど）を有する。追加的に、または二者択一的に、シース１４（例えば、第二部分２６）は、ビーム整形挿入部６６の方向付けを支援するように構成された、同一の、同様の、または相補的なマーキングを有し得る。シース１４内でのビーム整形挿入部６６の方向付けは、ビーム整形要素７０が光学プローブ１０の光軸ＯＡおよびシース１４の窓８２に揃えられるように、実施される。組み立て状態の場合、ギャップ１１０が、フェルール６２とビーム整形挿入部６６との間に形成される。様々な実施形態において、ビーム整形挿入部６６および／またはフェルール６２は、ポリマー性組成物を含む。ビーム整形挿入部６６のための例示的なポリマー性材料としては、ＺＥＯＮＯＲ（登録商標）（Ｚｅｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｌ．Ｐ．、ルーイビル、ケンタッキー州、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（例えば、液晶）、ならびにビーム整形挿入部６６の成形および滑らかな表面の作製が可能な、任意の他のポリマー性材料またはポリマー性材料の組み合わせが挙げられる。他の実施形態において、ビーム整形挿入部６６は、金属、セラミック、またはそれらの複合材料を含み得る。ビーム整形挿入部６６および／またはフェルール６２は、従来の製造技術、例えば、射出成形、注型、機械加工、熱成形、押出加工などによる形成が可能である。
【００１９】
続けて図１Ａおよび１Ｂを参照すると、ビーム整形要素７０は、組み立て状態においてビーム整形要素７０がシース１４の中央空洞１６の内側に配置されるように、ビーム整形挿入部６６によって一体的に形成される。ビーム整形要素７０は、ビーム整形挿入部６６から形成された曲面１１８上に配置された反射要素１１４を含む。ビーム整形挿入部６６は、曲面１１８を形成するために、前面１０６に対して上向きかつ内向きに湾曲するように延びている。ビーム整形要素７０は、実質的に円錐形であり、光学プローブ１０の光軸ＯＡに向かって内向きに湾曲している。ビーム整形要素７０の円錐形は、光学プローブ１０の光軸ＯＡに対して、ビーム整形要素７０の軸に沿って、ある曲率半径および円錐定数によって形成されている。
【００２０】
電磁ビーム５２を適切に整形するために、ビーム整形要素７０は、Ｙ軸での曲率半径と同じかまたは異なる、Ｘ軸に沿ってある曲率半径を有し得る。ビーム整形要素７０の曲面１１８のＸ軸およびＹ軸の当該曲率半径は、約０．５ｍｍから約１０ｍｍの間の絶対値、より詳細には約１．０ｍｍから約４．０ｍｍの間の絶対値を有し得る。ビーム整形要素７０のＸ軸およびＹ軸の円錐定数は、独立して、約１から約−２の範囲、より詳細には約０から約−１の間の範囲であり得る。上記において説明した曲面１１８の半径および円錐定数は、ビーム整形要素７０の形状全体を説明するものであり、曲面１１８の局所の半径または円錐定数を必ずしも反映しているわけではないことは理解されるべきである。ビーム整形要素７０のＸ軸およびＹ軸の曲率半径は、光学プローブ１０の周りに配置された任意の材料を補正するために、独立して調節することができる。ビーム整形要素７０の円錐形は、約０．０１ｍｍから約０．８ｍｍの間においてＹ軸またはＺ軸から偏心させてもよい。さらに、ビーム整形要素７０の円錐形は、Ｙ軸とＺ軸との間において約７０°から約１２０°の間の回転を有していてもよい。
【００２１】
ビーム整形要素７０は、下記においてより詳細に説明されるように、光ファイバー１８から放たれた電磁ビーム５２を反射によって、集束し整形する（例えば、コリメート化、収束、および／または光路の変更）ように構成される（図５）。当該反射要素１１４は、ビーム整形要素７０の曲面１１８上に配置される。当該反射要素１１４は、誘電体コーティング、金属コーティング、または高反射金属コーティングを含み得る。例示的な金属コーティングとしては、銀、金、アルミニウム、白金、およびビーム５２を反射することができる他の光沢性の金属が挙げられる。誘電体コーティングは、ＳｉＯ２と、Ｔａ２Ｏ５、ＮｂＯ５、ＴｉＯ２、およびＨｆＯ２のうちの少なくとも１つとによる交互の層を有する１つまたは複数の誘電体スタックを含み得る。さらに、高反射金属コーティングは、先に説明した金属および／または誘電体のうちの１つまたは複数の組み合わせを含み得る。例えば、反射要素１１４は、銀のベース層とその上に配置された１つまたは複数の誘電体スタックとを含み得る。反射要素１１４はさらに、環境条件（例えば、水、酸素、および／または滅菌手順）から保護するためのキャッピング層も含み得る。追加的に、または二者択一的に、当該反射要素１１４は、バリア層を有していてもよい。当該バリア層は、ビーム整形挿入部６６の曲面１１８に反射要素１１４を接着させるためと、電磁ビーム５２の高パワー実施形態において損傷からビーム整形挿入部６６を保護するための両方に役立ち得る。当該バリア層は、クロム、アルミニウム、およびアルミナの層を含み得、この場合、各層は、約１０ｎｍから約５０ｎｍの間の厚さを有する。当該反射要素１１４は、放たれたビーム５２がビーム整形挿入部６６に対して外向きに反射され、内側には反射されないように、ビーム整形要素７０上に配置される。
【００２２】
ここで図２を参照すると、光学プローブ１０の実施形態が示されており、この場合、フェルール６２およびビーム整形挿入部６６は、光ファイバー１８が中に配置されているモノリス体１２０に置き換えられ得る。モノリス体１２０は、位置合わせ構造特徴部１２２を形成し、中に光ファイバー１８が配置される。光ファイバー１８のファイバー端部４８は、位置合わせ構造特徴部１２２から突出するように示されているが、位置合わせ構造特徴部１２２の上部においても支持されてもよい。モノリス体１２０は、ビーム整形構造特徴部１２４を形成する。当該ビーム整形構造特徴部１２４は、組み立てられてビーム整形挿入部６６のビーム整形要素７０と実質的に同様に機能し得る。当該モノリス体１２０は、ビーム整形構造特徴部１２４が窓８２の下に配置されるように、シース１４（例えば、第一部分２２または第二部分２６）中に挿入され得る（図１Ｂ）。次いで、当該モノリス体１２０は、接着剤またはエポキシによって、適所に固定され得る。
【００２３】
ここで図３Ａおよび３Ｂを参照すると、光学プローブ１０の実施形態が示されており、この場合、シース１４は、開口部１２を形成する単一体（例えば、第二部分２６のみ）であり、トルク管５８はシース１４に入っていない。そのような実施形態において、トルク管５８の硬質端部１２６は、シース表面１４Ａが硬質端部１２６の硬質表面１２６Ａと同一平面となり得るように、シース１４の第二部分２６の当接面９４に当接する。硬質端部１２６は、トルク管５８の端部に形成され、プラスチック、金属、セラミック、または複合材料を含み得る。硬質端部１２６は、はんだ付け（例えば、銀またはスズ）、溶接、蝋付け、レーザー溶接、オーバーモールド（例えば、射出成形）ならびにいくつかの実施形態ではエポキシによってなどの様々な方法において、トルク管５８上に形成することができる。補強ライナー１２８が、シース１４およびトルク管５８の硬質端部１２６の両方内に配置される。当該補強ライナー１２８は、遠位端１２８Ａおよび近位端１２８Ｂの両方を有する。光ファイバー１８および大径ファイバー１３０が、当該補強ライナー１２８内に配置される。当該大径ファイバー１３０および光ファイバー１８は、補強ライナー１２８内に配置される接合部１３２によって連結され得る。当該接合部１３２は、融着接続機、抵抗加熱、または光ファイバーを連結する他の方法により達成することができる。接合コーティング１３２Ａが、当該接合部１３２を囲み、光ファイバー１８および大径ファイバー１３０を覆うように広がる。当該接合コーティング１３２Ａは、光ファイバー１８、大径ファイバー１３０、および接合部１３２を損傷から保護することを支援するように構成されたポリマー性材料を含み得る。いくつかの実施形態において、当該接合コーティング１３２Ａは、コーティング４４と実質的に同様である。
【００２４】
ここで図３Ｂを参照すると、大径ファイバー１３０は、光ファイバー１８と同様のコアおよびクラッドを有し得る。一実施形態において、大径ファイバー１３０のコアは、光ファイバー１８のコア４０とおよそ同じ直径であり、大径ファイバー１３０のクラッドは、光ファイバー１８のクラッド３４より大きい厚さを有し得る。換言すれば、大径ファイバー１３０は、光ファイバー１８より大きい外径を有し得る。大径ファイバー１３０と光ファイバー１８の連結の際、光ファイバー１８のコア４０およびクラッド３４と大径ファイバー１３０のコアおよびクラッドとは、それぞれ、接合部１３２によって連結される。光ファイバー１８のファイバー端部４８と同様に、当該大径ファイバー１３０は、大径ファイバー端部１３０Ａを形成し得、これは、電磁ビーム５２を放つように構成され得る。大径ファイバー１３０を組み入れる実施形態において、当該大径ファイバー端部１３０Ａは、ファイバー端部４８に関連して開示されたのと同じ方法または実質的に同様の方法において利用され得るということは理解されるであろう。
【００２５】
組み立て状態において、補強ライナー１２８の遠位端１２８Ａは、シース１４内に配置され、近位端１２８Ｂは、トルク管５８の硬質端部１２６内に配置される。補強ライナー１２８は、金属、ポリマー、またはセラミック材料を含み得る。補強ライナー１２８は、実質的に円筒形に示されているが、シース１４および硬質端部１２６に嵌合するように構成された様々な形状を取ることができる。いくつかの実施形態において、硬質端部１２６の内径は、シース１４の名目上の内径より小さくあり得る。そのような実施形態において、補強ライナー１２８の外径は、硬質端部１２６の内径と一致するようなサイズであり得、その一方で、シース１４は、硬質端部１２６の内径に一致するサイズの隆起した縁部１４Ｂを形成し得る。補強ライナー１２８の内径は、遠位端１２８Ａから近位端１２８Ｂまで実質的に一定であり得、およそ、大径ファイバー１３０の外径と接合コーティング１３２Ａの厚さの和のサイズであり得る。組み立て状態において、大径ファイバー１３０の外径と光ファイバー１８の外径における不一致により、補強ライナー１２８の近位端１２８Ｂに近接する光ファイバー１８の周りにギャップが形成され得る。光ファイバー１８にひずみ緩和を提供すると共に、光学プローブ１０に構造安定性を提供するために、当該ギャップは、接着剤またはエポキシを充填され得る。
【００２６】
大径ファイバー１３０および補強ライナー１２８の使用は、光学プローブ１０に様々な製造上および使用上の有益性を提供し得る。例えば、様々な実施形態において、補強ライナー１２８および大径ファイバー１３０の使用は、特殊なまたは一般的でないサイジングを有するフェルールの必要性を排除し得、結果として、製造のコストを下げ得る。一般的に、マイクロメートルレベルの精度を必要とする特殊なサイズのフェルールを調達するより、光ファイバーの直径の制御の方が、安価で、行うのが容易である。したがって、フェルールを大径ファイバー１３０に置き換えることにより、コスト削減を実現することができる。さらに、補強ライナー１２８を用いることにより、トルク管５８の硬質表面１２６Ａおよび外面５８Ａを、シース表面１４Ａと同一平面に揃えることができる。トルク管５８が、シース１４より小さく、および／またはシース１４の内側に配置される実施形態は、結果として、光学プローブ１０が回転した際に、導管の間の内側においてトルク管５８のぐらつきを生じ得る。トルク管５８のぐらつきは、結果として、当該光学プローブ１０によって形成されるＯＣＴ画像にひずみを生じ得る。外面５８Ａ、硬質表面１２６Ａ、およびシース表面１４Ａがすべて実質的に同一平面上にあるかまたは互いに対して最小のオフセットを有するように、トルク管５８およびシース１４を方向付けすることにより、プローブ１０に生じるひずみが減少する。さらに、補強ライナー１２８の使用は、光学プローブ１０に対して約１ｋｇを超える、約５ｋｇを超える、および約１０ｋｇを超える引っ張り強度を提供し得る。
【００２７】
ここで、図４Ａおよび４Ｂに示される実施形態を参照すると、トルク管５８の外面５８Ａおよびシース表面１４Ａは、補強ライナー１２８（図３Ａおよび３Ｂ）の使用無しに、互いに実質的に同一平面であり得る。そのような実施形態において、シース１４は、シングルピース部品（例えば、部分２６のみ）またはマルチピース部品（例えば、第一部分２２および第二部分２６）であり得る。トルク管５８の硬質端部１２６は、寸法的に当該硬質端部１２６より小さい、縮小部分１２６Ｂを有するように示されている。当該縮小部分１２６Ｂは、光ファイバー１８が通過し得るアパーチャを有し得る。硬質端部１２６が円柱形である実施形態において、当該縮小部分１２６Ｂも円柱形であり得、ならびに硬質端部１２６より小さい直径を有する。当該縮小部分１２６Ｂは、硬質端部１２６とは異なる形状（例えば、四角形、立方体形、三角形、または星形）を有していてもよいことは理解されるであろう。硬質端部１２６は、約０．５ｍｍから約２．０ｍｍの間、または約０．７ｍｍから約１．３ｍｍの間の外径を有し得る。特定の実施形態において、硬質端部１２６の外径は、約１．０ｍｍであり得る。様々な実施形態において、硬質端部１２６の外径は、シース１４の外径と実質的に同じである。縮小部分１２６Ｂは、円柱形の実施形態では、約０．３ｍｍから約１．６ｍｍの間、または約０．６ｍｍから約１．０ｍｍの間の外径を有し得る。特定の実施形態において、縮小部分１２６Ｂの外径は、約０．８ｍｍであり得る。様々な実施形態において、縮小部分１２６Ｂの外径は、シース１４の内径（すなわち、中央空洞１６の直径）およびフェルール６２の外径と実質的に同じであり得る。縮小部分１２６Ｂが硬質端部１２６により一体的に形成される実施形態において、縮小部分１２６Ｂは、研削、粉砕、レーザー切断、または他の好適な機械加工技術を含む様々な機械加工方法によって製造することができる。代替の実施形態において、縮小部分１２６Ｂは、トルク管５８に機械的または化学的に（例えば、接着剤、エポキシ、または溶接により）結合される別個の構成要素であってもよい。さらなる他の実施形態において、縮小部分１２６Ｂは、オーバーモールドによって硬質端部１２６上に形成され得る。様々な実施形態において、縮小部分１２６Ｂは、様々な材料（例えば、金属、ポリマー、またはセラミック）で構成することができる。
【００２８】
ここで図４Ｂを参照すると、組み立て状態において、硬質端部１２６の縮小部分１２６Ｂは、トルク管５８の外面５８Ａおよびシース表面１４Ａが、最小のオフセット（例えば、５０マイクロメートル以下、または１０マイクロメートル以下、または５マイクロメートル以下）からオフセット無しにおいて、実質的に同一平面上にあるように、シース１４に嵌合するように構成される。例示的な一組み立て方法において、光ファイバー１８は、トルク管５８を通って延在し、硬質端部１２６を出る。次いで、光ファイバー１８の一部（例えば、約１ｍｍから約４ｍｍの間）が、そのコーティング４４を剥ぎ取られ、ファイバー端部４８の任意の処理（下記においてより詳細に説明されるような）が実施される。次いで、フェルール６２が、光ファイバー１８のコーティング４４を有さない部分を覆うように位置され、接着剤、エポキシ、または他の好適な結合方法によって、適所において結合される。次いで、トルク管５８を使用して、フェルール６２がシース１４の中央空洞１６中へと配置される。次いで、トルク管５８を使用して、光学プローブ１０の光軸ＯＡに沿ってＺ軸方向においてフェルール６２の回転または位置的場所の少なくとも一方が調節され得る。適切な位置に調節されると、縮小部分１２６Ｂは、シース１４に機械的または化学的に（例えば、エポキシにより）接着され得る。様々な実施形態において、硬質端部１２６と縮小部分１２６Ｂの相対サイズは、硬質端部１２６が当接面９４に接するときにフェルール６２および光ファイバー１８が中央空洞１６内において正しく配置されるように、開口部１２およびシース１４の当接面９４に嵌合するように構成される。
【００２９】
硬質端部１２６の縮小部分１２６Ｂの使用は、光学プローブ１０に、製造上および使用上の様々な有益性を提供し得る。上記において説明されるように、トルク管５８がシース１４より小さくおよび／またはシース１４の内側に配置される実施形態は、結果として、ぐらつきにより、光学プローブ１０の形成するＯＣＴ画像にゆがみを生じ得る。外面５８Ａ、硬質表面１２６Ａ、およびシース表面１４Ａがすべて、実質的に同一平面上にあるか、または互いに対して最小のオフセットを有するように、シース１４に嵌合するように縮小部分１２６Ｂを用いることにより、プローブ１０に生じるひずみの減少が達成され得る。さらに、光学プローブ１０の総部品数を減らすことによって、光学プローブ１０のより厳しい公差および製造コスト削減が達成され得る。
【００３０】
ここで図５を参照すると、光ファイバー１８が示されており、光ファイバー１８は、フェルール６２の面１５０と同一平面上にファイバー端部４８を形成している。操作時に、光ファイバー１８は、動作波長λにおいて、電磁放射線、具体的には光の導波路として機能するように構成される。光ファイバー１８は、光を上流の光源（図示せず）から、当該光を電磁ビーム５２として放出するファイバー端部４８へと伝搬する。一実施形態において、動作波長λは、赤外波長、例えば、約８５０ｎｍから約１，６００ｎｍの範囲の波長を含み、この場合、例示的な動作波長λは、約１３００ｎｍおよび約１５６０ｎｍである。様々な実施形態において、動作波長λは、約７００ｎｍと低くてもよい。光ファイバー１８は、単一モードまたは多重モード構成であり得る。光ファイバー１８は、１３１０ｎｍの波長において約９．２マイクロメートル±０．４マイクロメートルの間のモードフィールド直径を有し得、ならびに１５５０ｎｍにおいて約１０．４マイクロメートル±０．５マイクロメートルのモードフィールド直径を有し得る。クラッド３４の直径は、約１２０マイクロメートルから約１３０マイクロメートルの間であり得る。
【００３１】
フェルール６２は、光ファイバー１８がアパーチャ９８内にある場合、電磁ビーム５２が、光学プローブ１０の光軸ＯＡと実質的に同軸にありビーム整形要素７０へと向けられる光路ＯＰ上においてファイバー端部４８から放たれるよう、シース１４の内壁９０と結合するように構成される。ビーム５２がファイバー端部４８から放たれるとき、ビーム５２はギャップ１１０を通って伝搬し、その場合、光路ＯＰの直径は、ファイバー端部４８から距離が増加するに従い広がる。ファイバー端部４８からビーム整形要素７０の反射要素１１４までの距離Ｄ１は、ビームスポット１５４の所望のサイズに基づいて設定される。ビームスポット１５４は、電磁ビーム５２がビーム整形要素７０に当たったときに形成する光のエリアである。ビームスポット１５４は、ファイバー端部４８からの距離Ｄ１の増加に伴って直径が大きくなる。ビーム整形要素７０が適切に電磁ビーム５２を整形するためには、ビームスポット１５４は、反射要素１１４に当たったときに適切な直径を有さなければならない（例えば、反射要素１１４のおよそ半分の直径）。したがって、フェルール６２およびファイバー端部４８は、ビーム５２が適切に整形されるために、ビーム整形要素７０から所定の距離に位置されなければならない。様々な実施形態において、ファイバー端部４８と反射要素１１４との間の距離Ｄ１は、約０．２ｍｍから約２．６ｍｍの間の範囲であり得る。一実施形態において、距離Ｄ１は、約１．３１４ｍｍである。ビームスポット１５４の直径は、約２００マイクロメートルから約２０００マイクロメートルの範囲、より具体的には約４００マイクロメートルから約６００マイクロメートルの間の範囲であり得る。
【００３２】
電磁ビーム５２がビーム整形要素７０に入るとき、その光路ＯＰは、反射要素１１４による反射によって、角度βにおいて折り曲げられる。示されている実施形態では、角度βは、およそ９０°であるが、様々な実施形態においては、角度βは９０°のどちらか側において、約２５°を超えてまたはそれ未満において、約２０°を超えてまたはそれ未満において、および約１０°を超えてまたはそれ未満において、変わってもよい。ビーム整形要素７０の曲率半径および位置により、ビーム５２の光路ＯＰが折り曲げられる角度βと、ビーム５２が集束して画像スポット１６０を形成する画像平面ＩＭＰまでの動作距離Ｄ２の両方が決定される。したがって、放たれたビーム５２は、ビーム整形要素７０からの反射のみによって、画像スポット１６０へと整形される。
【００３３】
ここで図５から６Ｃを参照すると、光ファイバー１８のファイバー端部４８は、ファイバー１８中への光の望ましくない後方反射を防ぐために、ある角度において終端し得る。ＯＣＴは、試験される試料で散乱されたのではない光の後方反射（すなわち、光路ＯＰに沿った、光学プローブ１０、ファイバー端部４８、または屈折面からの反射）に、特に影響を受けやすい。後方反射された光は、ノイズおよびＯＣＴ画像における乱れが増加する原因となり得る。ファイバー端部４８をある角度で終端させることで、光ファイバー１８内へと後方反射された光の結合が最小化される。ファイバー端部４８は、当該ファイバーの縦軸に直交する軸に対して約０°から約１０°の間、より詳細には約６°から９°の間の角度において調製され得る。ファイバー端部４８の傾斜は、例えば、図に示されるように、ファイバー端部４８をフェルール６２への挿入の前または後に切断することによって、またはファイバー端部４８がある角度になるようにフェルール６２の面１５０を研磨することによって、達成することができる。モノリス体１２０を用いる実施形態では、ファイバー端部４８の位置合わせ構造特徴部１２２から突出する部分が、プローブの光軸ＯＡに対して単純に調製され得る。いくつかの実施形態では、フェルール６２またはビーム整形要素７０は、傾斜されたファイバー端部４８を補うために、光学プローブ１０の光軸ＯＡに対して傾斜され得る。傾斜されたフェルール６２は、ビーム５２の光路ＯＰを、光学プローブ１０の光軸ＯＡに対して実質的に同軸に維持するであろう。追加的に、または二者択一的に、光ファイバー１８によって吸収される反射光の量を減らすために、当該ファイバー端部４８は反射防止フィルムを有していてもよい。当該反射防止フィルムは、光学プローブ１０へと後方に反射される光を帳消しにするように構成された、単層または多層の誘電体材料を含み得る。大径ファイバー１３０を組み入れる実施形態において、当該大径ファイバー端部１３０Ａは、ファイバー端部４８と関連して開示されたのと同じ方法または実質的に同じ方法において傾斜させてもよいということは理解されるであろう。
【００３４】
ここで図６Ａから６Ｃを参照すると、光ファイバー１８の様々な実施形態が、明瞭化のために、光学プローブ１０から分解されて、断面形状において示されている。上記において説明され、図６Ａに示されるように、ファイバー端部４８は、後方反射を減じるためには、単純に切断してもよく、さもなければ傾けてもよい。
【００３５】
ここで、図６Ｂに示される実施形態を参照すると、光ファイバー１８のファイバー端部４８は、光ファイバー１８の残りの部分と比べて縮小された直径へと局所的に先細り加工されている。ファイバー端部４８の先細り加工は、光ファイバー１８の一部をレーザー加熱、プラズマ加熱、抵抗加熱、または火炎加熱し、当該ファイバー１８に張力を加えることによって達成することができる。ファイバー１８の加熱部分は、引っ張られるとネックダウンする。ファイバー１８は、ファイバー１８が分離するまで引かれ得るか、またはファイバー１８の加熱部分が、ネックダウンされた状態において切断され得る。コア４０の先細り加工は、光ファイバー１８に沿った軸方向の長さを有し得、その長さは約１ｍｍから約５ｍｍ、および特定の実施例では約４ｍｍであり得る。ファイバー端部４８の先細り加工は、ファイバー端部４８が断熱損失を受けないようにしなければならない。ファイバー端部４８での光ファイバー１８の先細り加工は、ファイバー端部４８のモードフィールド直径を局所的に増加させ得る。先細り加工されたファイバー端部４８の１３１０ｎｍの波長のビーム５２においてモードフィールド直径は、約１０マイクロメートルから約４０マイクロメートルの範囲であり得、特定の実施形態では、約１０マイクロメートル、約１１マイクロメートル、約１２マイクロメートル、約１３マイクロメートル、約１４マイクロメートル、約１５マイクロメートル、約１６マイクロメートル、約１７マイクロメートル、約１８マイクロメートル、約１９マイクロメートル、または約２０マイクロメートルであり得る。ファイバー端部４８のモードフィールド直径は、約５％、約１０％、約１００％、約４００％、または約５００％広がり得る。光ファイバー１８のファイバー端部４８を先細り加工または傾斜させることにより、後方反射が、ファイバー端部４８の先細り加工のレベルおよび角度に応じて、約−１０ｄＢから約−１５０ｄＢまで、特定の実施例では、約−８０ｄＢ未満、約−９０ｄＢ未満、約−１００ｄＢ未満、約−１１０ｄＢ未満、約−１２０ｄＢ未満、および約−１３０ｄＢ未満まで、減じられ得る。追加的に、または二者択一的に、ファイバー端部４８は、先細り加工して、フェルール６２の面１５０以外の位置に配置してもよい。例えば、先細り加工されたファイバー端部４８と同様の直径を有する第二光ファイバーを、フェルール６２のアパーチャ９８に配置し、ファイバー端部４８に光学的に結合させてもよい。そのような実施形態において、当該光学的結合は、アパーチャ９８の入り口においてと同様に、アパーチャ９８に沿った任意の場所（例えば、フェルール６２の内側）において行うこともできる。当該第二光ファイバーは、電磁ビーム５２が放たれる傾斜端を有し得、それにより、後方反射を減じ得る。大径ファイバー１３０を組み入れる実施形態では、ファイバー端部４８と関連して開示されたのと同じ方法または実質的に同じ方法において当該大径ファイバー端部１３０Ａが傾斜してもよく、および／または局所的に拡大されたコアを含んでもよいことは理解されるであろう。
【００３６】
ここで、図６Ｃに示される実施形態を参照すると、ファイバー端部４８のコア４０は、ある角度において調製されていることに加えて、拡大直径へと局所的に拡張されている。光ファイバー１８のコア４０は、ファイバー１８のモードフィールド直径が局所的に増加するように、ファイバー端部４８において局所的に拡張され得る。拡張されたコア４０の実施形態では、ファイバー端部４８は、１３１０ｎｍの波長のビーム５２において、約１０マイクロメートルから約４０マイクロメートルの間の、特定の実施例では、約１０マイクロメートル、約１１マイクロメートル、約１２マイクロメートル、約１３マイクロメートル、約１４マイクロメートル、約１５マイクロメートル、約１６マイクロメートル、約１７マイクロメートル、約１８マイクロメートル、約１９マイクロメートル、および約２０マイクロメートルである、モードフィールド直径を有し得る。ファイバー端部４８のモードフィールド直径およびコア４０の直径は、約５％、約１０％、約１００％、約４００％、または約５００％拡張され得る。ファイバー端部４８内のコア４０の局所的拡張は、光ファイバーの一部をレーザー加熱、プラズマ加熱、抵抗加熱、または火炎加熱し、当該コア４０の一部がクラッド３４中に拡散するように、十分な時間をかけることにより生じ得る。コア４０の拡張は、光ファイバー１８に沿った軸方向の長さを有し得、その長さは約１ｍｍから約５ｍｍ、特定の実施例では約４ｍｍであり得る。コア４０を拡張することまたは光ファイバー１８のファイバー端部４８を傾斜させることにより、後方反射が、約−１０ｄＢから約−１５０ｄＢまで、特定の実施例では、約−８０ｄＢ未満、約−９０ｄＢ未満、約−１００ｄＢ未満、約−１１０ｄＢ未満、約−１２０ｄＢ未満、および約−１３０ｄＢ未満まで、減じられ得る。追加的に、または二者択一的に、ファイバー端部４８のコア４０は、拡張して、フェルール６２の面１５０以外の位置に配置してもよい。例えば、ファイバー端部４８の拡張されたコア４０と同様の直径を有する第二光ファイバーを、フェルール６２のアパーチャ９８に配置し、ファイバー端部４８に光学的に結合さてもよい。そのような実施形態において、当該光学的結合は、アパーチャ９８の入り口においてと同様に、アパーチャ９８に沿った任意の場所（例えば、フェルール６２の内側）において行うこともできる。当該第二光ファイバーは、電磁ビーム５２が放たれる傾斜端を有し得、それにより、後方反射を減じ得る。大径ファイバー１３０を組み入れる実施形態では、ファイバー端部４８と関連して開示されたのと同じ方法または実質的に同じ方法において当該大径ファイバー端部１３０Ａが傾斜してもよく、および／または局所的に拡大されたコアを含んでもよいことは理解されるであろう。
【００３７】
ここで図７Ａおよび７Ｂを参照すると、傾斜されただけのファイバー端部４８を有する光ファイバー１８（図６Ａ）と、光ファイバー１８のコア４０が拡張され傾斜されている光ファイバー１８の実施形態（図６Ｂ）が受ける後方反射のプロットが示されている。当該プロットから分かるように、ファイバー端部４８を傾斜させることに加えて、コア４０の拡散によるモードフィールド直径の拡張を導入することは、ファイバー端部４８を傾斜させただけに比べて、光ファイバー１８が受ける後方反射を大幅に減少させる。
【００３８】
ここで図８を参照すると、ＯＣＴ位置合わせシステム２００内で使用される光学プローブ１０が示されている。上記において説明されるように、光ファイバー１８内を伝搬する光は、ファイバー端部４８から出て、光軸ＯＡに沿ってビーム５２として放たれる。ビーム５２の光路ＯＰは、ビーム整形要素７０に入って反射要素１１４から反射されるまで、ギャップ１１０を通過するに従って広がる。ビーム整形要素７０の湾曲は、曲面１１８が円錐形であることにより、電磁ビーム５２を画像スポット１６０へと一様に集束させる。示されている実施形態において、ビーム５２は、集束するときに、シース１４の窓８２を通過し、画像平面ＩＭＰにおいて画像スポット１６０を形成する。動作距離Ｄ２は、プローブの光軸ＯＡの水平部分と画像平面ＩＭＰとの間において測定され、当該距離は、約１ｍｍから約２０ｍｍの間であり得る。
【００３９】
製造の際の光学プローブ１０の適切な方向付けは、フェルール６２、ビーム整形挿入部６６、およびＯＣＴ位置合わせシステム２００の使用により容易となる。光ファイバー１８の位置合わせのための例示的な方法では、光検出器２０４（例えば、カメラまたは回転式スリット）を使用することにより、画像スポット１６０の少なくとも１つの画像をキャプチャして、当該キャプチャされた画像を表す検出器信号ＳＤを発生させることができる。キャプチャされた画像は、例えば、光検出器２０４に操作可能に接続されたコンピュータ２０８などによって、分析することができる。コンピュータ２０８を使用することにより、キャプチャされた画像スポット１６０についての情報を分析し表示することができる。一実施例において、複数の画像スポット１６０が検出され、基準スポット（例えば、光学プローブ１０の設計に基づいて光造形法によって得る）と比較することにより、性能が評価される。検出された画像スポット１６０が正しくない場合、光学プローブ１０を組み立てるオペレーターは、シース１４の第一部分２２と第二部分２６との間のＺ方向での距離を調節するか、またはビーム整形挿入部６６の前面１０６上のマーキングを使用して、シース１４に対してその向きを調節することができる。フェルール６２およびビーム整形挿入部６６を使用することにより、初期組み立てにおいて光学プローブ１０のほぼ正確な位置合わせが可能となる。
【００４０】
モードフィールド直径（ＭＦＤ）ＭＦＤは、シングルモードのファイバー中または光学システムの別の場所を伝搬する光のスポットサイズまたはビーム幅の指標である。光ファイバー内のモードフィールド直径ＭＦＤは、光源の波長、ファイバーコアの半径、およびファイバーの屈折率プロファイルの関数である。示されている実施形態において、光学プローブ１０は、画像平面ＩＭＰにおいて１／ｅ２閾値において約２０マイクロメートルから約１００マイクロメートルの間のモードフィールド直径ＭＦＤを有する画像スポット１６０を生成することができる。光ファイバー１８の例示的なモードフィールド直径は、１／ｅ２閾値において９．２マイクロメートルであり得る。当該モードフィールド直径ＭＦＤは、画像スポット１６０の品質の指標として感知され得る。
【００４１】
光ファイバー１８の位置は、画像スポット１６０の１つまたは複数の測定の実施に基づいて、許容可能な、または最適な画像スポット１６０が形成されるまで、（例えば、第一部分２２および第二部分２６を調節することにより、あるいはフェルール６２またはビーム整形挿入部６６を移動させることにより）光学プローブ１０内において軸方向に調節することができる。ある実施例では、１つまたは複数の測定された画像スポット１６０が、基準画像スポットまたは基準画像スポットサイズと比較される。次に、フェルール６２およびビーム整形挿入部６６は、１つまたは複数の取り付け方法（例えば、止めネジ、エポキシ、接着剤、ＵＶ硬化性接着剤、摩擦嵌合など）によって、シース１４内でのそれらそれぞれの揃えられた位置および向きに固定することができる。
【００４２】
光学プローブ１０の例示的な実施形態において、ビーム整形要素７０は、約１．１６ｍｍのＸ軸曲率半径、約０．５８５８のＸ軸円錐定数、約１．２９３５ｍｍのＹ軸曲率半径、および約０．８２３５のＹ軸円錐定数を有する。さらに、ビーム整形要素７０の円錐形状は、Ｙ軸に沿って約０．７ｍｍ偏心し、Ｚ軸に沿って約０．０８９ｍｍ偏心し、かつＹ軸とＺ軸との間において約８９．７°の回転を有する。ファイバー端部４８と反射要素１１４との間の距離Ｄ１は、約１．３１４ｍｍである。そのような光学プローブは、１／ｅ２閾値において約６４マイクロメートルのモードフィールド直径ＭＦＤにより、約９．０ｍｍの動作距離Ｄ２において画像スポット１６０を形成することができる。
【００４３】
光学プローブ１０および例示的な光干渉断層撮影位置合わせシステム２００は、反射性ビーム成形要素７０を形成するビーム整形挿入部６６を有するので、当該システムは、スペーサー、ＧＲＩＮレンズ、または屈折要素、例えば、レンズなどの使用を必要としない。さらに、複数の光学部品の使用を削減することは、光後方反射または画像スポット１６０の口径食の原因となり得る材料界面が少ないので、有益である。さらに、反射のみに基づいてビーム５２を画像スポット１６０へと整形することにより、従来の光学プローブより高パワーの光源を使用することができる。屈折要素としてポリマーを用いる光学プローブは、それらの屈折させることができる光の強度が制限されるが、反射システムは、そのような制限を有しない。
【００４４】
図９は、本明細書において開示される光学プローブ１０の実施形態を含む例示的なＯＣＴシステム２２０を示している。ＯＣＴシステム２２０は、光源２２４および干渉計２２８を含む。光源２２４は、第一光ファイバーセクションＦ１を介して光ファイバー結合器（「結合器」）２３２に光学的に接続される。ＯＣＴプローブ１０は、光ファイバー１８を介して結合器２３２に光学的に接続され、干渉計２２８のサンプルアームＳＡを構成する。ＯＣＴシステム２２０は、光ファイバーセクションＦ２を介して結合器２３２に光学的に接続された可動式ミラーシステム２３６も含む。ミラーシステム２３６および光ファイバーセクションＦ２は、干渉計２２８のレファレンスアームＲＡを構成する。ミラーシステム２３６は、例えば、可動式ミラー（図示せず）などによってレファレンスアームの長さを変更するように構成される。ＯＣＴシステム２２０はさらに、第三光ファイバーセクションＦ３を介して結合器２３２に光学的に結合された光検出器２０４を含む。そして、光検出器２０４は、コンピュータ２０８に電気的に接続される。
【００４５】
操作時において、光源２２４は光２４０を発生させ、当該光は、光ファイバーセクションＦ１を通って干渉計２２８へと送られる。当該光２４０は、結合器２３２によって、レファレンスアームＲＡに送られる光２４０ＲＡと、サンプルアームＳＡに送られる光２４０ＳＡとに分割される。レファレンスアームＲＡへと送られる光２４０ＲＡは、ミラーシステム２３６によって反射されて結合器２３２へと戻され、当該結合器２３２は、当該光を光検出器２０４と向かわせる。サンプルアームＳＡへと送られる光２４０ＳＡは、上記において説明されるように光学プローブ１０によって処理され（その場合、この光を、ちょうど放たれたビーム５２と呼んだ）、試料２４２上またはその中に画像スポット１６０を形成する。結果として得られる散乱光は、光学プローブ１０によって収集され、光ファイバー１８を通って結合器２３２へと向けられ、当該結合器２３２は、それを（光２４０ＳＡとして）光検出器２０４へと向かわせる。レファレンスアームの光２４０ＲＡとサンプルアームの光２４０ＳＡとが干渉し、その干渉光が、光検出器２０４によって検出される。光検出器２０４は、それに応じて電気信号ＳＩを発生させ、次いで、当該電気信号ＳＩはコンピュータ２０８へと送られ、標準的ＯＣＴ信号処理技術を用いて処理される。
【００４６】
サンプルアームＳＡからの光２４０ＳＡとレファレンスアームＲＡからの光２４０ＲＡとの光学干渉は、２つのアームの間の光路差が光源２２４からの光２４０のコヒーレンス長内である場合にのみ、光検出器２０４によって検出される。試料２４２からの深さ情報は、ミラーシステム２３６によってレファレンスアームＲＡの光路長を軸方向において変えて、レファレンスアームからの光と、試料２４２内からに由来する、サンプルアームＳＡからの散乱光との間の干渉を検出することによって取得される。三次元画像は、サンプルアームＳＡの光路を二次元において横方向に走査することによって得られる。当該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。
１つのＯＣＴ技術のみに関連して、光学プローブ１０の使用を説明したが、当該光学プローブ１０は、他のＯＣＴ技術（例えば、周波数領域ＯＣＴ、スペクトル領域ＯＣＴなど）を含む様々な用途において使用することができるということは理解されるべきである。
【００４７】
本明細書において開示される実施形態について、説明を目的として詳細に述べてきたが、前述の説明は、本開示または添付の特許請求の範囲に対する限定と見なされるべきではない。特許請求項の趣旨または範囲から逸脱することなく、様々な変更および変形を為すことができることは、当業者には明白であろう。
【００４８】
説明した本発明の構成および他の構成要素は、いずれの特定の材料にも限定されるものではないことは、当業者には理解されるであろう。本明細書において開示される本発明の他の例示的な実施形態は、本明細書に別途記載されない限り、様々な材料から形成することができる。本明細書及び添付の特許請求の範囲において、名詞は、文脈において別途明確に示されない限り、複数形の指示対象も指す。
【００４９】
ある値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限の間の、特に文脈において別途に言及されない限りは下限の１０分の１の単位までのそれぞれの介在値、およびその言及された範囲における任意の他の言及された値または介在値も、本発明に包含されることは理解される。これらのより小さい範囲の上限および下限は、独立して、当該より小さい範囲に含まれ得、ならびにそれらは本発明に包含され、当該言及された範囲におけるいずれかの特に排除された限界に依存する。言及された範囲が、上限、下限の一方または両方を含む場合、これらの含まれる上限、下限の一方または両方を除く範囲も、本発明に含まれる。
【００５０】
本開示の目的のため、用語「結合させた」（結合する、結合すること、結合させたなどのその形のすべて）は、概して、２つの構成要素を互いに（電気的または機械的に）直接的にまたは間接的に連結することを意味する。そのような連結は、定置式であっても、または可動式であってもよい。そのような連結は、当該２つの構成要素（電気的または機械的）および任意の追加の中間部材を、互いに、または当該２つの構成要素と共に、単一体として一体的に形成することにより達成することができる。そのような連結は、特に別途に言及されない限り、永久的であってもよく、または取り外し可能または開放可能であってもよい。
【００５１】
例示的な実施形態
Ａ．いくつかの実施形態によると、光干渉断層撮影による使用にとって好適なビーム整形光学システムは、（ｉ）中央空洞を形成するシースと、（ｉｉ）当該中央空洞内に配置されるビーム整形要素を形成するビーム整形挿入部と、（ｉｉｉ）コアおよびクラッドを有する光ファイバーであって、電磁ビームを当該ビーム整形要素に向けて放つように構成された、傾斜させて調製されたファイバー端部を形成する光ファイバーとを含み、
当該光ファイバーの当該コアが、当該ファイバー端部において局所的に拡張されている。
【００５２】
Ｂ．いくつかの実施形態により、上記光ファイバー端部の上記角度は、約４°から約１０°の間の角度を有する。
【００５３】
Ｃ．いくつかの実施形態によると、ＡまたはＢのどちらかに記載のビーム整形光学システムにおいて、上記ファイバー端部が、約−７５ｄＢ未満の後方反射を有するように構成される、ビーム整形光学システム。
【００５４】
Ｄ．いくつかの実施形態によると、Ａ、ＢまたはＣのいずれかに記載のビーム整形光学システムにおいて、上記光ファイバーにおける局所的に拡張された上記コアは、約１３１０ｎｍのビーム波長において約１０マイクロメートルから約４０マイクロメートルの間のモードフィールド直径を有する。
【００５５】
Ｅ．いくつかの実施形態によると、Ａ、Ｂ、Ｃ、またはＤのいずれかに記載のビーム整形光学システムにおいて、上記光ファイバーがフェルールによって配置され、上記光ファイバー端部が当該フェルールの面に配置される。
【００５６】
Ｆ．いくつかの実施形態によると、ＥまたはＦのどちらかに記載のビーム整形光学システムにおいて、上記ファイバー端部の上記面が上記フェルールの上記面と同一平面にあり、それにより、該面が当該ファイバー端部と同じ角度に配置される。
【００５７】
Ｇ．いくつかの実施形態によると、実施形態ＡからＦのいずれかにおいて、上記フェルールおよび上記ビーム整形挿入部が、同軸において上記シースと嵌合するように構成され、それにより、当該フェルールおよび当該ビーム整形挿入部がそれぞれ、当該シースの内壁と同一平面となる。
【００５８】
Ｈ．ＡからＧのいずれかのビーム整形光学システムにおいて、上記ビーム整形要素が、当該ビーム整形要素の曲面から形成され、誘電体コーティング、金属コーティング、および高反射金属コーティングのうちの少なくとも１つを含み、当該ビーム整形要素が、約１．０ｍｍから約４．０ｍｍの間の曲率半径を有する。
【００５９】
Ｉ．ＡからＨのいずれかに記載のビーム整形光学システムにおいて、上記光ファイバーはシングルモード光ファイバーである。
【００６０】
Ｊ．ＡからＩのいずれかに記載のビーム整形光学システムにおいて、上記ファイバー端部が、約−７５ｄＢ未満の後方反射を有するように構成される。
【００６１】
特許請求項の趣旨または範囲から逸脱することなく、様々な変更および変形を為すことができることは、当業者には明白であろう。
【００６２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００６３】
実施形態１
光干渉断層撮影による使用にとって好適なビーム整形光学システムであって、
中央空洞を形成するシースと、
当該中央空洞内に配置されるビーム整形要素を形成するビーム整形挿入部と、
コアおよびクラッドを有する光ファイバーであって、電磁ビームを当該ビーム整形要素に向けて放つように構成された、傾斜させて調製されたファイバー端部を形成する光ファイバーと、
を含み、
当該光ファイバーの当該コアが、当該ファイバー端部において局所的に拡張されたコア、または先細り加工されたファイバー端部のうちの少なくとも一方を有する、
ビーム整形光学システム。
【００６４】
実施形態２
上記光ファイバー端部の上記角度は、約４°から約１０°の間の角度を有する、実施形態１に記載のビーム整形光学システム。
【００６５】
実施形態３
上記ファイバー端部が、約−７５ｄＢ未満の後方反射を有するように構成される、実施形態１または２に記載のビーム整形光学システム。
【００６６】
実施形態４
上記光ファイバーにおける上記局所的に拡張されたコアが、約１３１０ｎｍのビーム波長において約１０マイクロメートルから約４０マイクロメートルの間のモードフィールド直径を有する、実施形態１、２、または３に記載のビーム整形光学システム。
【００６７】
実施形態５
上記光ファイバーが、フェルールによって配置され、上記光ファイバー端部が、当該フェルールの面に配置される、実施形態１から４のいずれか一つに記載のビーム整形光学システム。
【００６８】
実施形態６
上記ファイバー端部の上記面が上記フェルールの上記面と同一平面にあり、それにより、該面が当該ファイバー端部と同じ角度に配置される、実施形態５に記載のビーム整形光学システム。
【００６９】
実施形態７
上記フェルールおよび上記ビーム整形挿入部が、同軸において上記シースと嵌合するように構成され、それにより、当該フェルールおよび当該ビーム整形挿入部がそれぞれ、当該シースの内面と同一平面となる、実施形態１から６のいずれか一つに記載のビーム整形光学システム。
【００７０】
実施形態８
上記ビーム整形要素が、当該ビーム整形要素の曲面から形成され、誘電体コーティング、金属コーティング、および高反射金属コーティングのうちの少なくとも１つを含み、当該ビーム整形要素が、約１．０ｍｍから約４．０ｍｍの間の曲率半径を有する、実施形態１から７のいずれか一つに記載のビーム整形光学システム。
【００７１】
実施形態９
上記光ファイバー［１８］が、シングルモード光ファイバーである、実施形態１から８のいずれか一つに記載のビーム整形光学システム。
【００７２】
実施形態１０
中央空洞を形成するシースと、
フェルール内に配置される、コアおよびクラッドを有する光ファイバーであって、当該フェルールが当該中央空洞内に配置される、光ファイバーと、
ビーム整形要素に向けて、当該光ファイバーのファイバー端部から放たれる電磁ビームと、
を含み、
当該光ファイバーが、当該ファイバー端部において拡張されたコア、または光ファイバーと比べて先細り加工された当該ファイバー端部のうちの少なくとも１つを有して、１３１０ｎｍのビーム波長において約１０マイクロメートルから約４０マイクロメートルの間のモードフィールド直径を生じる、
光干渉断層撮影プローブ。
【００７３】
実施形態１１
上記光ファイバーの上記ファイバー端部が、約４°から約１０°の間の角度において調製される、実施形態１０に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００７４】
実施形態１２
上記ファイバー端部が、上記フェルールの面と同一平面上にあるように配置される、実施形態１０または１１に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００７５】
実施形態１３
上記光ファイバーが、シングルモード光ファイバーである、実施形態１０、１１、または１２に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００７６】
実施形態１４
上記後方反射が、約−６５ｄＢ未満である、実施形態１３に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００７７】
実施形態１５
上記ビーム整形要素が、上記シースの上記中央空洞に同軸において係合するように構成されたビーム整形挿入部から形成される、実施形態１４に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００７８】
実施形態１６
上記ファイバー端部が、上記フェルールの内側に位置された第二光ファイバーに光学的に結合される、実施形態１４に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００７９】
実施形態１７
光ファイバーを使用して光干渉断層撮影プローブを操作する方法であって、
光ファイバーをシースの中央空洞内に配置するステップと、
ビーム整形要素を当該シース内に配置するステップと、
電磁ビームを、当該光ファイバーのファイバー端部から当該ビーム整形要素中へと伝達させるステップと、
約−１００ｄＢ未満の当該電磁ビームからの後方反射を受けるステップと、
を含む方法。
【００８０】
実施形態１８
上記光ファイバーの上記ファイバー端部が、約４°から約１０°の間の角度において調製される、実施形態１７に記載の、光干渉断層撮影プローブを操作する方法。
【００８１】
実施形態１９
上記ファイバー端部が、先細り加工された構成を有する、実施形態１７に記載の、光干渉断層撮影プローブを操作する方法。
【００８２】
実施形態２０
上記ファイバー端部が、局所的に拡張されたコアを含む、実施形態１７、１８、または１９に記載の、光干渉断層撮影プローブを操作する方法。
【００８３】
実施形態２１
上記ビーム整形要素が、ビーム整形挿入部上に形成され、当該ビーム整形挿入部が、実質的に同軸において上記シースの上記中央空洞に係合するように構成される、実施形態２０に記載の、光干渉断層撮影プローブを操作する方法。
【００８４】
実施形態２２
中央空洞および開口部を形成するシースと、
フェルール内に配置される、コアおよびクラッドを有する光ファイバーであって、当該フェルールが当該シースの当該中央空洞内に配置される、光ファイバーと、
外面および硬質端部を有するトルク管であって、当該硬質端部が、当該開口部に嵌合するように構成された縮小部分を有する、トルク管と、
を含む、光干渉断層撮影プローブ。
【００８５】
実施形態２３
上記シースがシース表面を形成し、上記トルク管が外面を形成し、さらに、当該シース表面および当該外面が、実質的に互いに同一平面となる、実施形態２２に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００８６】
実施形態２４
上記硬質端部の上記縮小部分が、上記中央空洞内に配置される、実施形態２２または２３に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００８７】
実施形態２５
上記硬質端部および当該縮小部分が円柱形であり、当該縮小部分が当該硬質端部の外径より小さい外径を有する、実施形態２２、２３、または２４に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００８８】
実施形態２６
上記中央空洞内に配置されたビーム整形挿入部であって、ビーム整形要素を形成するビーム整形挿入部、
をさらに含む、実施形態２２、２３、または２４に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００８９】
実施形態２７
上記光ファイバーが、上記ビーム整形要素に向けて電磁ビームを放つように構成されたファイバー端部を形成する、実施形態２６に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００９０】
実施形態２８
上記光ファイバーの上記コアが、上記ファイバー端部において局所的に拡張されている、実施形態２６または２７に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００９１】
実施形態２９
中央空洞および開口部を形成するシースと、
当該中央空洞内に配置されるビーム整形要素を形成するビーム整形挿入部と、
局所的硬質端部を有するトルク管であって、当該硬質端部がアパーチャを形成する、トルク管と、
上記シースおよび上記トルク管の上記硬質端部の両方内に配置される補強ライナーと、
当該補強ライナーを通る光ファイバーであって、コアおよびクラッドを有する光ファイバーと、
を含む、光干渉断層撮影プローブ。
【００９２】
実施形態３０
上記シースがシース表面を形成し、上記トルク管が外面を形成し、さらに、当該シース表面および外面が、実質的に互いに同一平面となる、実施形態２９に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００９３】
実施形態３１
上記シースが、上記開口部に近接する隆起した縁部を形成する、実施形態２９に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００９４】
実施形態３２
上記補強ライナーが、上記隆起した縁部に係合するように構成される、実施形態３１に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００９５】
実施形態３３
上記光ファイバーが、接合部を介して大径ファイバーに連結される、実施形態２９に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００９６】
実施形態３４
上記大径ファイバーの外径が、上記光ファイバーの外径より大きい、実施形態３３に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００９７】
実施形態３５
上記大径ファイバーと上記光ファイバーとの間の上記接合部が、上記補強ライナー内に位置される、実施形態３３に記載の光干渉断層撮影プローブ。
【００９８】
実施形態３６
光ファイバー［１８］を使用して光干渉断層撮影プローブ［１０］を操作する方法であって、以下のステップ、
光ファイバー［１８］をシース［１４］の中央空洞［１６］内に配置するステップと、
ビーム整形要素［７０］を当該シース［１４］内に配置するステップと、
電磁ビーム［５２］を、当該光ファイバー［１８］のファイバー端部［４８］から当該ビーム整形要素［７０］中へと伝達させるステップと、
約−１００ｄＢ未満の当該電磁ビーム［５２］からの後方反射を受けるステップと、
を含む、方法。
【００９９】
実施形態３７
上記光ファイバー［１８］の上記ファイバー端部［４８］が、約４°から約１０°の間の角度において調製される、実施形態３６に記載の、光干渉断層撮影プローブ［１０］を操作する方法。
【０１００】
実施形態３８
上記ファイバー端部［４８］が、先細り加工された構成を有する、実施形態３６または３７に記載の、光干渉断層撮影プローブ［１０］を操作する方法。
【０１０１】
実施形態３９
上記ファイバー端部［４８］が、局所的に拡張されたコア［４０］を含む、実施形態３６または３７に記載の、光干渉断層撮影プローブ［１０］を操作する方法。
【０１０２】
実施形態４０
上記光ファイバー［１８］における上記局所的に拡張されたコア［４０］が、約１３１０ｎｍのビーム波長において約１０マイクロメートルから約４０マイクロメートルの間のモードフィールド直径［ＭＦＤ］を有する、実施形態３９に記載の、光干渉断層撮影プローブ［１０］を操作する方法。
【０１０３】
実施形態４１
上記ビーム整形要素［７０］が、ビーム整形挿入部［６６］上に形成され、当該ビーム整形挿入部［６６］が、実質的に同軸において上記シース［１４］の上記中央空洞［１６］に係合するように構成される、実施形態３６から４０のいずれか一つに記載の、光干渉断層撮影プローブ［１０］を操作する方法。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  光学プローブ
１２  開口部
１４  シース
１４Ａ  シース表面
１４Ｂ  隆起した縁部
１６  中央空洞
１８  光ファイバー
２２  第一部分
２６  第二部分
３４  クラッド
４０  コア
４４  コーティング
４８  ファイバー端部
５２  電磁ビーム
５８  トルク管
５８Ａ  外面
６２  フェルール
６６  ビーム整形挿入部
７０  ビーム整形要素
８２  窓
９０  内壁
９４  当接面
９８  アパーチャ
１０２  フランジ
１０６  前面
１１０  ギャップ
１１４  反射要素
１１８  曲面
１２０  モノリス体
１２２  位置合わせ構造特徴部
１２４  ビーム整形構造特徴部
１２６  硬質端部
１２６Ａ  硬質表面
１２６Ｂ  縮小部分
１２８  補強ライナー
１２８Ａ  遠位端
１２８Ｂ  近位端
１３０  大径ファイバー
１３０Ａ  大径ファイバー端部
１３２  接合部
１３２Ａ  接合コーティング
１５０  面
１５４  ビームスポット
１６０  画像スポット
２００  ＯＣＴ位置合わせシステム
２０４  光検出器
２０８  コンピュータ
２２０  ＯＣＴシステム
２２４  光源
２２８  干渉計
２３２  結合器
２３６  可動式ミラーシステム
２４０、２４０ＲＡ、２４０ＳＡ  光
２４２  試料
Ｄ１、Ｄ２  動作距離
ＦＩ、Ｆ２、Ｆ３、  光ファイバーセクション
ＩＭＰ  画像平面
ＭＦＤ  モードフィールド直径
ＲＡ  レファレンスアーム
ＳＡ  サンプルアーム
【図１Ａ】
2018527961.tif 000003
【図１Ｂ】
2018527961.tif 000004
【図２】
2018527961.tif 000005
【図３Ａ】
2018527961.tif 000006
【図３Ｂ】
2018527961.tif 000007
【図４Ａ】
2018527961.tif 000008
【図４Ｂ】
2018527961.tif 000009
【図５】
2018527961.tif 000010
【図６Ａ】
2018527961.tif 000011
【図６Ｂ】
2018527961.tif 000012
【図６Ｃ】
2018527961.tif 000013
【図７Ａ】
2018527961.tif 000014
【図７Ｂ】
2018527961.tif 000015
【図８】
2018527961.tif 000016
【図９】
2018527961.tif 000017
【国際調査報告】
2018527961.tif 000018
2018527961.tif 000019