(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを単一モード光ファイバーにカップリングするレンズアラインメントアセンブリであって、該アセンブリが、
単一モード光ファイバーであって、該光ファイバーが特定の外径を有する単一モード光ファイバーと、
前記光ファイバーの一方の端部に隣接して配置されたコリメート用レンズであって、該レンズが前記単一モード光ファイバーの外径と等しい外径を有しているレンズと、
前記レンズと少なくとも前記光ファイバーの一部を取り囲む位置決めチューブであって、該位置決めチューブは中空の穴を有しており、そして、該穴は、前記チューブが、該レンズ及び該光ファイバーを同心的に、且つ、軸方向的に位置合せするように、該光ファーバーと該レンズとの両方の外径と密着したすべり嵌合を形成するような内径を有している、位置決めチューブと、
モータ及びこのモータに接続される駆動シャフトであって、前記光ファイバー、前記レンズ、及び前記位置決めチューブに接続され、これらを回転軸線を中心に回転させるように構成されるとともに、前記回転軸線が、前記レンズ及び前記光ファイバーの光学軸と整列するモータ及び駆動シャフトと、を含み、
前記光ファイバー及び前記レンズの隣接する端部は、前記光ファイバー及び前記レンズの前記光学軸に対して角度付けされている、ことを特徴とする回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項２】
前記光ファイバー及び前記レンズが、端と端との配列において、物理的に相互に接していることを特徴とする、請求項１記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項３】
前記光ファイバーと前記レンズの隣接する端部との間に、小さなギャップが形成されていることを特徴とする、請求項１記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項４】
前記小さなギャップに屈折率整合用のゲルが配置されていることを特徴とする、請求項３記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項５】
前記小さなギャップに屈折率整合用のエポキシ樹脂が配置されていることを特徴とする、請求項３記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項６】
前記光ファイバーに隣接する側の前記レンズの端部とは反対側に位置する該レンズの端部が角度付けされていることを特徴とする、請求項１記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項７】
前記位置決めチューブの該穴が、前記光ファイバー及び前記レンズの外径よりも１ミクロンから５ミクロンまでの範囲内で大きい内径を有していることを特徴とする、請求項１記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項８】
前記レンズが４分の１ピッチの屈折率分布型ファイバーレンズであることを特徴とする、請求項１記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項９】
請求項１に記載の回転式レンズアラインメントアセンブリであって、  前記レンズは、円柱状の形状を為し、該レンズが更に、
（ａ）前記光ファイバーに隣接する側の前記レンズの端部とは反対側に位置する該レンズの端部に配置された角度付きの切子面であって、反射面を形成するため、該角度付き切子面が反射材料でコーティングされている角度付きの切子面と、
（ｂ）前記角度付き切子面に対向して該レンズに配置された平坦面であって、前記平坦面が、該レンズの外面を光が通過する際の光の屈折を緩和する平坦面と、
を含んでいることを特徴とする、組み合わされた回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項１０】
前記光ファイバー及び前記レンズが、端と端との配列において、物理的に相互に接していることを特徴とする、請求項９記載の組み合わされた回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項１１】
前記光ファイバーと前記レンズの隣接する端部との間に小さなギャップが形成されていることを特徴とする、請求項９記載の組み合わされた回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項１２】
前記小さなギャップに屈折率整合用のゲルが配置されていることを特徴とする、請求項９記載の組み合わされた回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項１３】
前記小さなギャップに屈折率整合用のエポキシ樹脂が配置されていることを特徴とする、請求項９記載の組み合わされた回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項１４】
前記反射材料が、アルミニウム、金、及び銀からなるグループから選択される金属であることを特徴とする、請求項９記載の組み合わされた回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１に記載の回転式レンズアラインメントアセンブリであって、
前記光ファイバーは、前記位置決めチューブ内に固定的に確保されており、そして、該回転式光ファイバーカップラーの光学軸と同心に為され、
前記レンズは、ＧＲＩＮロッドレンズであり、該ロッドレンズは、前記位置決めチューブ内で密着したすべり嵌合を形成するため、該位置決めチューブ内に挿入可能な、研削及び研磨された部分を有しており、ここで、前記ロッドレンズが、前記光ファイバーの一方の端部に隣接して配置されている、ことを特徴とする回転式光ファイバーカップラーアセンブリ。
【請求項１６】
屈折率整合用エポキシ樹脂が前記ロッドレンズを前記光ファイバーに結びつけていることを特徴とする、請求項１５記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項１７】
前記回転式レンズアラインメントアセンブリは、更に、レセプタクルを含み、前記レセプタクルは、位置決めチューブと、前記光学軸に関する、該位置決めチューブ、光ファイバー、及びロッドレンズの環状調節用に、前記レセプタクルを前記駆動シャフトに接続する軸方向に向けられた複数のネジと、を含んでいることを特徴とする、請求項１５記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項１８】
前記光ファイバーに隣接する側の前記レンズの端部とは反対側に位置する該レンズの端部が前記光ファイバー及び前記レンズの光学軸に対して角度付けされていることを特徴とする、請求項１５記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項１９】
前記光ファイバーに隣接する側の前記レンズの端部とは反対側に位置する該レンズの端部が反射防止膜でコーティングされていることを特徴とする、請求項１５記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【請求項２０】
前記レンズが４分の１ピッチの屈折率分布型ファイバーレンズであることを特徴とする、請求項１５記載の回転式レンズアラインメントアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本出願は、本明細書で十分に開示される参照としてここに組み入れられた１９９９年３月２９日出願の米国仮出願第６０／１２６，９３７号の恩典を主張するものである。本発明の分野は、レンズを単一モード光ファイバーへカップリングさせるためのカップリング装置に関する。更に、本発明の分野は、そのようなカップリング装置を組み込んだ医療用の撮像装置に関する。
【０００２】
（従来の技術）
最近、臨床医に光学的なフィードバックを提供する撮像システムの開発及び実現に向けてかなりの関心が寄せられている。例えば、侵襲性が極めて低い手順を用いる管腔内、腔内、血管内、及び心臓内の処置並びに医学的状態の診断に、光学的フィードバックシステムが使用されている。一つの共通な例として、これらの手順は、典型的には、撮像用及び処置用カテーテルを用いて実施され、そこでは、前記のカテーテルが経皮的に身体に挿入され、更に、そのカテーテルが、診断及び／又は処置されるべき身体の領域から離れた部位で、その血管系のうちのアクセス可能な血管へ挿入される。また、上述のカテーテルは、身体の疾患部分を位置決め及び診断するために使用される撮像装置を備えることができ、典型的には、そのような撮像装置は、カテーテルの遠位端に配置される。
【０００３】
従来、医療用撮像装置は、典型的には、超音波撮像システムを用いて像を得ていた。しかし、もっと最近になって、光干渉性断層撮影法（ＯＣＴ）を使用する撮像装置に対する興味が高まっている。このＯＣＴの技法では、音響波ではなく、後方反射光を測定するものの、ＯＣＴは、伝統的な超音波撮像法と類似の方法である。ＯＣＴは、低干渉性干渉法を用いて、生物学的構造の高分解能横断面撮像を果たす。ＯＣＴは、伝統的な超音波撮像法よりも高い解像力を持っているため、部分的には、将来有望な撮像法である。
【０００４】
典型的には、ＯＣＴ装置は、介入装置と共に、１つもしくはそれ以上の光ファイバーと連接して使用される。１つもしくはそれ以上のそれらの光ファイバーは、像を表示するイメージングコンソールに取り付けられるか、あるいは、データを解釈するプロセッサーに取り付けられる。そのようなシステムの考えられる適用形態は、ポリープや他の粘膜組織の静的な組織分光鏡検査、ヒト解剖学の様々な部分の線形スキャン、並びに、動脈、胃腸管、泌尿器科学的構造物、胆管の樹状構造物、及び神経系の管等の管状容器の横断面観測を含む。勿論、ＯＣＴ撮像法はそれらの特定的に述べられた用途以外の適用形態でも使用できるため、上述の例は例示的なものにすぎない。
【０００５】
組織分光鏡検査等の手順は、視覚的なフィードバックを得るため、典型的には、内視鏡、細胞鏡、結腸鏡、またはＳ状結腸鏡を利用する。そのような観察器械は、典型的には、生検装置、光源、及び視覚的誘導用の光路に直接役立っている。光学的なフィードバックに関わる他の手順は、ガイドワイヤーを使用する。更に別なものは、胸部生検のための乳房や、開口部を通じてアクセスできない他の領域等、その解剖学のある部分へ直接アクセスするためのトロカールを使用する。
【０００６】
放射線源として光を用いる医療用の撮像装置では、単一モード光ファイバーを用いることが多い。そのような適用形態では、光源から発せられた光を単一モード光ファーバーにカップリングしなければならず、そのため、その光を非常に小さな直径に集束するための光学的手段（optics）が必要になる。このとき、光ファイバーの伝搬領域またはコアは、典型的には、光学的フィードバックシステムを伴う多軸位置決め装置を用いて、その集束された光のビームと位置合せされる。また、そのレンズは、エポキシ樹脂接着剤またはハンダを用いて適所に固定される。光を光ファイバーにカップリングする効率に影響を及ぼすファクターには多くのものがあるが、一つの最も重大なファクターは、光ファイバーの軸とレンズ系の光学軸との位置合せ精度である。
【０００７】
光は、光ファーバー内にカップリングされた後、その単一モード光ファイバー内での損失が比較的低い状態で、所望の位置へ伝搬される。光ファイバーの端に達すると、そのファイバーから出射する光線は発散光となり、狭い円錐角度内でこの光ファイバーから出射する。次いで、その出射光線は、１つもしくはそれ以上のレンズを用いて所望の形状に曲げられる。先行技術の設計では、光を集束またはコリメートするために様々なレンズ系が用いられてきた。従来の光学的手段は、時として、多数のレンズを必要とし、その場合には、各レンズにそれ自体の精密なホルダーまたは位置決めシステムが必要になる。屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズは、レンズ内で光路を曲げることにより、必要なレンズの枚数を低減することができる。しかし、ＧＲＩＮレンズも、単一モード光ファイバーへの効率的なカップリングを得るためには、複雑で高価な位置決めシステムが必要である。
【０００８】
従来の光ファイバーは、ステップ状に変化する屈折率を利用して、そのコア内に光を閉じ込める。コア、即ち、そのファイバーのうちで光を実際に伝搬する領域は低屈折率材料で構成され、そして、クラッド（外側のガラス層）は高屈折率材料で作成される。こうすることにより、コアからの迷光は光ファイバーのコア内へ反射しかえされることとなり、損失が殆どない状態を創出することができる。単一モード光ファイバーのコアのサイズは、その直径が約３ミクロンから９ミクロンまでの範囲である。
【０００９】
容易に入手可能な別のタイプの光ファイバーは、屈折率分布型光ファイバーである。この光ファイバーは、コアとクラッドとの区別がなく、寧ろ、屈折率が半径方向で変化しており、これにより、光はそのファイバーの中心に向けて曲げ戻されることとなり、結果として正弦波状の光路がもたらされる。非常に短い距離に対しては、このファイバーは、ＧＲＩＮロッドレンズがするのと全く同じ仕方で光を曲げるので、レンズとしてこの光ファイバーを使用することもできる。屈折率分布型光ファイバーをレンズとして用いることの利点は、屈折率分布型光ファイバーは、単一モード光ファイバーと同一の直径で入手が可能なことと、それらが極めて安価なことである。
【００１０】
極めて侵襲性の低い処置の分野では、外径が１ミリメートル未満に制限されたカテーテルを必要とすることが多い。これは、非常に小さな直径が要求されているため、通常の光学的手段の使用を制限するだけでなく、あるケースでは、ＧＲＩＮロッドレンズの使用をも制限する。これらの装置に単一モード光ファイバーが使用されるときには、しばしば、その装置の先端、即ち遠位端に集束用またはコリメート用の光学的手段が必要になる。光を集束させなければならないその直径が約５ミクロン（０．０００２″）であるため、能動的なアラインメントシステムを用いることなく、必要とされる精度を持ってレンズを位置合わせするのは困難ないし不可能である。この作業のコスト及び複雑性を排除するようなシステムが求められている。
【００１１】
単一モード光ファイバーを組み込んだ医療用撮像装置では、身体のある領域、即ち、動脈の内部を横断してビームを走査するため、この光ファイバー及び／又は何らかの関連する光学的コンポーネントを回転させるのが望ましいことが多い。そのビームの一部は、光学レンズ及びリフレクターの使用を通じて後方へ反射される。独立した分析装置が、この単一モード光ファイバーのデータを分析する。このとき、光ファイバーの回転位置決め情報を得ることにより、数学的なアルゴリズムを通じて光学的なマップを再構築し、走査された領域の詳細なイメージングデータを作成することができる。また、例えばリアルタイム、またはリアルタイムに近いイメージングを得るため、このイメージングデータをモニター上に表示することができる。
【００１２】
回転可能な光ファイバーを回転させる一つの特定のタイプの装置が、米国特許第５，８７２，８７９号に開示されている。この特許は、本明細書で十分に開示される参照として組み入れられている。一般的には、挿入装置（即ち、カテーテル、内視鏡、ガイドワイヤー、トロカール等）内で光ファイバーを回転させるために、ファイバー−オプティックモーターアセンブリが使用される。
【００１３】
複数の単一モード光ファイバーを使用するときには、正確度と精度を持って光学レンズを単一モード光ファイバーに位置合わせするのは非常に難しい。それらの単一モード光ファイバーと光学レンズとを位置合わせするために、時間のかかる光学的フィードバックをベースとしたシステムを利用することができるものの、これらの装置及びシステムは、複雑でコストが嵩む。従って、単一モード光ファイバーに集束、コリメート、及びカップリングすることができる、コンパクトで低コストの光学レンズシステムに対するニーズがある。
【００１４】
（発明の要約）
本発明の一つの態様では、レンズを単一モード光ファイバーにカップリングさせるためのレンズアラインメントアセンブリが開示される。このレンズアラインメントアセンブリは単一モード光ファイバーを含んでおり、その光ファイバーは特定の外径を有している。この光ファイバーの一方の端部に隣接してレンズが配置されており、そのレンズは特定の外径を有している。このレンズと少なくとも前述の光ファーバーの一部を位置決めチューブが取り囲んでいる。この位置決めチューブは中空の穴を有しており、その穴は、レンズと光ファイバーを同心的に整列させると共に、軸方向に関しても整列させるように、前記のチューブが光ファイバー並びにレンズの外径と密着したすべり嵌合を形成できるような内径を有している。
【００１５】
本発明の第二の別の態様では、組み合わされたコリメーター・リフレクターが開示される。この装置は、回転可能な単一モード光ファイバーと、その光ファイバーの一方の端部に隣接して配置された円柱状の形状を為すレンズとを含んでいる。更に、そのレンズは、光ファイバーに隣接した側のレンズの端部とは反対側に位置するレンズのもう一方の端部に配置された角度付きの切子面を含んでおり、この角度付き切子面は、反射面を形成すべく反射材料でコーティングされている。また、この角度付き切子面に対向する側では、レンズ上に平面が配置されており、その平面は、光がレンズの外面を通過する際の光の屈折を緩和する。
【００１６】
本発明の更に別の独立した態様では、単一モード光ファイバーのための回転式光ファイバーカップラーが開示される。このカップラーは、レセプタクルと単一モード光ファイバーを含み、その光ファイバーは、前述のレセプタクル内に固定的に保持され、そして、この回転式光ファイバーカップラーの光学軸と同心に為されている。その一部が研削及び研磨された部分を有するＧＲＩＮロッドレンズは、上述のレセプタクル内で密着したすべり嵌合を形成すべくレセプタクルに挿入可能であり、ここで、そのロッドレンズは、前述の光ファイバーの一方の端部に隣接して配置されており、そして、回転変調を最小化するため、そのロッドレンズ、レセプタクル、及び光ファイバーの回転軸は上述の光学軸と共線的な関係に為されている。
【００１７】
本発明の更に別の独立した態様では、回転式光ファイバーカップラーは、レセプタクルと、単一モード光ファイバー、及び非球面レンズを含んでいる。その単一モード光ファイバーは、上述のレセプタクル内に固定的に保持され、そして、前記の回転式光ファイバーカップラーの光学軸と同心に為されている。非球面レンズは、光ファイバーの一方の端部に隣接して側方に配置されており、ここで、回転変調を最小化するため、そのロッドレンズ、レセプタクル、及び光ファイバーの回転軸は上述の光学軸と整列するように為されている。
【００１８】
（発明の実施の形態）
次に、図１を参照しながら説明する。図１には、単一モード光ファイバー４、位置決めチューブ６、及びレンズ８からなる同心の円柱状アセンブリとしてのレンズアラインメントアセンブリ２の軸方向横断面図が示されている。位置決めチューブ６は、あらゆる剛性材料から中空の穴を伴って製作されてよく、このチューブは、直径及び真直度に関して厳しい公差で形成される内径「ａ」を有している。制限的な意味でなく、例示の目的で説明すると、位置決めチューブ６を構成する剛性材料は、ステンレス鋼、黄銅、セラミック等であってよい。位置決めチューブ６の内径「ａ」は、単一モード光ファイバー４とレンズ８の両方の外径「ｂ」と密着したすべり嵌合を形成し、これにより、同心的に整列し且つ軸方向に関しても整列した状態で単一モード光ファイバー４とレンズ８を保持する手段が提供される。単一モード光ファイバー４とレンズ８は、端と端とが一緒になって物理的に接していてもよいし、あるいは、代替的に、ファイバー４とレンズ８との間に小さなギャップ「ｃ」が設けられている方が望ましいものと考えられる。光の拡散及び損失を最小化するため、ファイバー４とレンズ８との間に、屈折率整合用のゲルまたはエポキシ樹脂１０を配してもよい。伝搬される光学信号と干渉する可能性のある後方反射を最小化するため、ファイバー４とレンズ８の両端部には角度「ｄ」が付いている方が望ましいものと考えられる。更に図１を参照すると、単一モード光ファイバー４から出射する光学エネルギーは、単一モード光ファイバー４の開口数によって定まる発散角度と呼ばれる開光角度「ｅ」で円錐の形状で出射する。その発散光は、開光角度「ｅ」でレンズ８に入射し、続いて、レンズ８の半径方向的に変えられた屈折率により曲げられて、正弦波状の形状を為す光路１２を進む。レンズ８は、単一モード光ファイバー４の負の円錐角から、集束ビーム、または、単一モード光ファイバー４の発散角「ｅ」までの間で設定され得る様々な円錐角度を持った光ビーム１４を形成するため、様々な長さに設定することができる。後方反射を最小化するため、レンズ８の遠位側端部面１６も角度「ｆ」で研磨してもよい。更に、レンズ８はどちらの方向にも機能するので、円錐角度「ｅ」内で遠位側のレンズ面１６に入射した光は、レンズ８により、単一モード光ファイバーのコア４に集束される。望ましくない後方反射を低減するため、ミラーまたはプリズム等の更なる光学的手段を位置付けるべく、位置決めチューブ６の遠位側端部面１６を角度「ｇ」で研磨してもよい。
【００１９】
次に、図１Aを参照すると、位置決めチューブ６内に同心的に取り付けられたレンズ８を含むレンズアラインメントアセンブリ２の半径方向横断面図が示されている。位置決めチューブ６の内径「ａ」は、レンズ８の外径「ｂ」の周囲に約１ミクロンから約５ミクロンまでのクリアランスを持って形成され、これにより、十分な精度を持ってレンズ８を好適にはレンズ８と同一の外径「ｂ」を有する単一モード光ファイバー４と同心的に且つ軸方向的に整列させた状態で、レンズ８を保持することができる。このことに関して更に述べれば、位置決めチューブ６は、レンズ８及び単一モード光ファイバー４の外径と密着したすべり嵌合を形成する。
【００２０】
次に、図２を参照すると、単一モード光ファイバーの端部に隣接した４分の１ピッチの屈折率分布型光ファイバーレンズ３０が軸方向横断面図で示されている。コリメートされたビーム３２を生成するため、レンズ３０は、このレンズの外径と使用する光の波長で定まる特定の長さＬまで研削及び研磨される。単一モード光ファイバー３４からの光は、単一モード光ファイバー３４の開口数によって定まる円錐角度「ｈ」内でその端部切子面３６を通じてレンズ３０に入射する。続いて、光は、レンズ３０の半径方向的に変えられた屈折率により、レンズ３０内の正弦波状の光路３８に曲げられる。後方反射を低減するため、レンズの端部切子面３６及び３７に角度「ｉ」及び「ｊ」を付けてもよい。レンズ３０は、光が端部切子面３７をでるときにコリメートされたビーム３２を生成すべく、光が全正弦波周期の４分の１を走行するように長さ「Ｌ」を設定してあるため、４分の１ピッチレンズと呼ばれる。逆に、コリメートされたビーム３２が切子面３７に入射する場合には、その光は、正弦波光路３８を通って単一モード光ファイバー３４に集束される。最も好適には、単一モード光ファイバー３４の外径とレンズ３０の外径は同じである。このことに関して更に述べれば、それらの外径が等しいことにより、図１に示されている位置決めチューブ等の保持機構内で単一モード光ファイバー３４とレンズ３０を同心的に且つ軸方向的に整列させることが可能になる。
【００２１】
次に、図２Aを参照すると、もっと長さの長い屈折率分布型光ファイバーレンズが軸方向横断面図で示されている。長さＬ’は、図２に示されている４分の１ピッチレンズよりも長い長さに設定されている。切子面４２から出射する光４０は、小さなスポット４４に集束し、このスポットは、単一モード光ファイバー３４のコア直径と同程度に小さくすることもできる。単にレンズの長さを変えるだけで様々な形状のビームが得られるので、これは非常に有用である。例えば、レンズ３０の長さを変えることにより、集束ビーム、非集束（発散）ビーム、及び平行ビームを生成することができる。
【００２２】
次に、図３を参照すると、コリメーター・リフレクター６０が軸方向横断面図で示されている。このコリメーター・リフレクター６０は、レンズ７２を含んでいる。コリメーター・リフレクター６０の遠位側端部は、角度付き切子面６２を創出するため、角度「ｌ」で研磨される。光ビーム６６をコリメーター・リフレクター６０の軸６８に対する法線に対して角度「ｍ」で反射させるため、この角度付き切子面６２をアルミニウム６４等の適当な反射材料でコーティングする。上述の反射材料として、金や銀等の他の金属を使用してもよい。光ビーム６６がコリメーター・リフレクター６０の表面から出射する際の焦点ぼけを排除するため、角度付き切子面６２に対向して平坦部７０が研磨される。図１に示されている形態と同様に、単一モード光ファイバーから出射した光はレンズ７２に入射し、続いて、レンズ７２の半径方向的に変えられた屈折率により、正弦波状の形状を為す光路７４に曲げられる。従って、光の波長が一定している場合には、レンズ７２の長さが、出射する光ビーム６６の形状を決定する。レンズ７２の長さを適切に設定することにより、平行光ビームや集束光ビーム６６を生成することができる。更に、正弦波状の形状を為す光路７４に関して異なる位置に角度付き切子面６２を配置することも、光ビーム６６の形状に影響を及ぼすであろう。図１の場合と同様に、単一モード光ファイバー７２は、レンズ７２の端部（角度付き切子面６２がある側とは反対側のレンズ７２の端部）に接している。
【００２３】
次に、図３Aを参照すると、組み合わされたコリメーター・リフレクターアセンブリ６０の遠位側端面図が示されている。光が平坦部７０の領域におけるレンズ７２の外面で屈折される際の光ビーム６６の焦点ぼけを排除するため、レンズ７２の角度付き切子面６２に対向して平坦部７０が研磨されている。このようにすると、その光は、レンズ７２の外側の円柱状表面７６を通らない。これは、望ましくない後方反射の原因となり得る界面の数を減らすのに有用であると共に、コンポーネントの数や組み立ての工程数を減らすのにも有用であり、従って、製品のコストを引き下げることにもつながる。
【００２４】
次に、図４を参照すると、ＧＲＩＮロッドレンズ型回転式光学カップラー９０の軸方向横断面図が示されている。平行ビーム９２がＧＲＩＮロッドレンズ９６の近位側端部面９４に入射する。レンズ９６の外径「ｏ」の一部は、約１ミクロンから約５ミクロンまでの範囲内のサイズ公差で精密に研削及び研磨されている。レンズ９６のこの部分は、ＦＣまたはＳＣレセプタクル９８として当業者に広く知られているタイプの電気通信コネクターの内径「ｐ」内に密着したすべり嵌合するサイズに為されている。後方反射を最小化するため、ＧＲＩＮロッドレンズ９６の近位側端部面９４は、好適には、角度「ｑ」で研磨されているか、あるいは、反射防止膜１００でコーティングされている。
【００２５】
同様に、単一モード光ファイバーの端部面１０６からの後方反射を低減するため、ＧＲＩＮロッドレンズ９６と単一モード光ファイバー１０４との間に屈折率整合用材料１０２を配してもよい。ＧＲＩＮロッドレンズ９６は、そのレンズ９６内で光を正弦波状の形状を為す光路１０８に曲げ、従って、光の波長が一定の場合には、ＧＲＩＮロッドレンズ９６の長さが、ＧＲＩＮロッドレンズ９６の遠位側端部面１１０から出射する光ビームの形及び直径を決定する。
【００２６】
更に図４を参照すると、ＧＲＩＮロッドレンズ９６は、平行ビームを単一モード光ファイバー１０４に集束する。一つの好適なＧＲＩＮロッドレンズのこの長さは、光が、全３６０゜の正弦波状の形状を為す光路のうちの４分の１を通じて曲がるため、０．２５ピッチレンズと呼ばれる。ＧＲＩＮロッドレンズ９６は、密着したすべり嵌合により、単一モード光ファイバー１０４と同心的で且つ軸方向の接触並びにアラインメントがとれた状態で保持される。レセプタクル９８のセラミック製スリーブ１１４にＧＲＩＮレンズ９６を確保するため、随意的にエポキシ樹脂１１１を使用することができる。単一モード光ファイバー１０４は、ＦＣまたはＳＣ型コネクター１２０の雄部分のセラミック製フェルール１１８により、光学軸１１６と同心的に保持されている。そのフェルールの外径「ｒ」は、レセプタクル９８の内径「ｐ」内にきっちり嵌合するように製造されており、そして、単一モード光ファイバーは剛性エポキシ樹脂１１２を用いてフェルール１１８内に結合されている。単一モード光ファイバー１０４とフェルール１１８の近位側端部面は、ある角度を付けて設定してもよい。更に、望ましくない後方反射を低減するため、ＧＲＩＮロッドレンズ９６の隣接する端部面にも角度を付けてよい。
【００２７】
更に図４を参照すると、そのＦＣまたはＳＣ型コネクターアセンブリ１２２の対を為す両半分は、それらが接続された後、シャフト１２４と共に、一緒になって回転する。レセプタクル９８は、カップラー９０の軸１１６を中心としたボルト円において約１２０゜で等間隔に配列された３つのネジ１２６を用いて取り付けられる。それらのネジ１２６は、О−リング１２８に抗じてそれらのネジ１２６をしっかり締める際の角度調節「ｓ」も提供する。それらのネジ１２６をｏ−リング１２８に抗じて個別的に調節することにより、平行ビーム９２の光学１１６軸に関する、レセプタクル９８、単一モード光ファイバー１０４、及びＧＲＩＮロッドレンズ９６の正確な角度アラインメントが得られる。また、複数の半径方向調節用ネジ１３０を個別的にしっかり締めることにより、平行ビーム９２の光学軸１１６に関する、コネクターアセンブリ１２２、単一モード光ファイバー１０４、及びＧＲＩＮロッドレンズ９６の正確な同心的アラインメントが可能になる。望ましくない回転変調を最小化するため、ＧＲＩＮロッドレンズ９６、レセプタクル９８、コネクターのフェルール１１８、及び単一モード光ファイバー１０４の回転軸は、光学軸１１６と正確に位置合わせされる。
【００２８】
次に、図４Aを参照すると、回転式光ファイバーカップラーアセンブリ９０の半径方向横断面図が示されている。２個の止めネジ１３２が相互に９０゜で等間隔に配列されており、そして、抵抗をもたらし、且つ、光学軸１１６に関するコネクターアセンブリ１２２とレセプタクル９８の同心性を調節できるように、それらの止めネジ１３２からそれぞれ１８０゜の位置にスプリングプランジャー１３４が配置されている。それらの止めネジ１３２及びスプリングプランジャー１３４は、単一モード光ファイバー１０４の同心的アラインメントを調節するための比較的簡単な機構を提供する。
【００２９】
次に、図５を参照すると、非球面レンズ型回転式ファイバーカップラー１４０の横断面図が示されている。この形態は、非球面レンズ１４２の開口数を単一モード光ファイバー１４４の開口数により良好に合わせることができるため、改善されたカップリング効率をもたらし得る。図４に示されているＧＲＩＮロッドレンズを用いる回転式ファイバーカップラーと同様に、カップラー１４６は、自由空間ビーム１５２の光学軸１５０に関する、電気通信タイプのＦＣまたはＳＣ型単一モード光ファイバーコネクター１４８の相対的な同心的及び角度的アラインメントを可能にする。非球面レンズ型ファイバーカップラー１４６は、製造業者により、電気通信タイプコネクター１４８の内部に単一モード光ファイバー１４４を位置付けるＦＣまたはＳＣ型コネクターレセプタクル１５４と組み合わされ、且つ、光学的に位置合わせされる。非球面レンズ１４２は、好適には、単一モード光ファイバー１４４の一方の端部に隣り合って側方に配置され、そこでは、自由空間が、非球面レンズ１４２と単一モード光ファイバー１４４を分離している。後方反射を低減するため、単一モード光ファイバー１４４の近位側端部面１５６は、反射防止膜１５８でコーティングしてもよいし、あるいは、角度「ｕ」をもって設定してもよい。好適には、２個の止めネジ１６５が９０゜離れて放射状に配置されており、これらのネジにより、アダプター１６４が回転シャフト１６１に取り付けられる。３個のネジ１６０と３個のネジ１６２は、軸１５０の周りに１２０゜で等間隔に配列されている。ネジ１６２でカップラー１４６がアダプター１６４に取り付けられ、そして、それらのネジ１６２を個別的に調節することにより、レセプタクル１５４とコネクター１４８を含むカップラー１４６の、光学軸１５０に関する正確な角度的アラインメントが可能になる。一方、ネジ１６０は、上述の位置合せ後、カップラー１４６を適所に固定するためのロック機構を提供する。止めネジ１６６は、光学軸１５０に関する、カップラー１４６と非球面レンズ１４２の同心的な調節を提供する。望ましいアラインメントが達成されたら、３個のネジ１６０及び／又はエポキシ樹脂１６８を用いてカップラー１４６を適所にロックする。
【００３０】
次に、図５Aを参照すると、非球面レンズ型回転式ファイバーカップラー１４０の端面図が示されている。抵抗をもたらし、且つ、光学軸１５０に関するカップラー１４０の同心的な調節を可能にするため、止めネジ１６６に対向する１８０゜の位置にスプリングプランジャー１７０が配置されている。止めネジ１６６とスプリングプランジャー１７０は、単一モード光ファイバー１４４の同心的なアラインメントを調節するための比較的簡単な機構を提供する。
【００３１】
単一モード光ファイバー４，３４，１０４，１４４が回転される装置では、その単一モード光ファイバー４，３４，１０４，１４４を回転させるために、駆動ユニットまたはモーターアセンブリが使用される。この駆動ユニットまたはモーターアセンブリは、駆動シャフト等を介して単一モード光ファイバー４，３４，１０４，１４４と結び付き、順に、カテーテルシースまたは他の介入装置内でそれらを回転させる。レンズ８、３０、７２等の光学エレメントは、典型的には、単一モード光ファイバー４，３２，１０４，１４４の遠位側端部に配置される。図３及び３Aのコリメーター・リフレクターに関して言えば、３６０゜スキャンするため、好適には、レンズ７２全体がその軸に関して回転する。この件に関して更に言えば、介入装置が全３６０゜の走査領域をスキャンし、撮像することができる。代替的に、３６０゜のうちの円弧、即ち一部をスキャンすべく、レンズ７２を前後に振ってもよい。
【００３２】
それとは対照的に、図１に示されているように、レンズアラインメントアセンブリ２は前方を見ており、そこでは、光ビーム１４は、光学軸の方向でレンズ８に入射及び出射する。また、レンズアラインメントアセンブリ２を、ミラー、リフレクター、レンズ、屈折用光学素子等の付加的な光学コンポーネントと結合させてもよい。レンズアラインメントアセンブリ２は、回転する適用形態で使用することもできるし、回転しない適用形態で使用することもできる。
【００３３】
図４及び４Ａの装置では、ＧＲＩＮロッドレンズ型カップラー９０は、光学軸１１６の周りで回転できる。シャフト１２４、ＦＣ／ＳＣコネクターアセンブリ１２２、レセプタクル９８、ＧＲＩＮロッドレンズ９６、及び他のコンポーネントは、すべて、この光学軸１１６に関して、一緒になって回転する。図４に見られるもののうち、回転しない部分は平行ビーム９２だけである。ＧＲＩＮロッドレンズ型カップラー９０は、光学的なコリメート用／集束用レンズまたはレンズ群が配置される場所の近位側に配置される。従って、ＧＲＩＮロッドレンズ型カップラー９０は、光の平行ビーム９２と回転式単一モード光ファイバー１０４との間のインターフェース機器として機能する。
【００３４】
次に、図５及び５Aを参照すると、非球面レンズ型回転式ファイバーカップラー１４０も、自由空間ビーム１５２と回転式単一モード光ファイバー１４４との間のインターフェース機器として機能する。この装置では、他のコンポーネントの中でもとりわけ、アダプター１６４、コネクター１４８、カップラー１４６、非球面レンズ１４２、及び単一モード光ファイバー１４４は、光学軸１５０に関して、すべて回転する。回転しない部分は自由空間ビーム１５２だけである。
【００３５】
次に、図６及び６Aを参照すると、レンズアラインメントアセンブリ１８０が示されている。このレンズアラインメントアセンブリ１８０は、好適には、比較的大きなレンズが使用されるときに用いられる。レンズアラインメントアセンブリ１８０は、光ファイバー１８４とレンズ１８６を保持する位置決めチューブ１８２を含んでいる。好適には、レンズ１８６はＧＲＩＮロッドレンズである。有利には、光ファイバー１８４の外側であって、且つ、位置決めチューブ１８２の内側に、同心チューブ１８８が配置される。その同心チューブ１８８は、より大きなレンズ１８６の直径に合わせるべく、比較的小さな直径の光ファイバー１８４を適合または拡張するために使用される。好適には、この同心チューブ１８８は、光学的に透明な材料でできている。一つの好適な材料は、毛細管等の形態を為すガラスである。この実施態様は、口径が大きなレンズを使用するときに特に有用である。レンズ１８６の直径が大きければ大きいほど、口径が大きくなり、それ故、光ファイバー１８４内へ集光及びカップリングされる光の量が増大する。
【００３６】
好適には、同心チューブ１８８は、その長さ全体を通じて一様である。また、同心チューブ１８８は、光ファイバー１８４の外径「ｂ」と密着したすべり嵌合をもたらすサイズに為された内径「ａ」を有している。更に、同心チューブ１８８は、レンズ１８６の外径とぴったり合うサイズに為された外径「ｃ」を有している。好適には、この外径「ｃ」は、レンズ１８６の外径に等しい。位置決めチューブ１８２は、内径「ｄ」を有している。好適には、同心チューブ１８８の外径「ｃ」と位置決めチューブ１８２の内径「ｄ」は、同心チューブ１８８と位置決めチューブ１８２との間に密着したすべり嵌合をもたらすような仕方で設計される。レンズ１８６も、位置決めチューブ１８２内に密着したすべり嵌合で保持される。
【００３７】
図６Aは、レンズアラインメントアセンブリ１８０の端面図を示している。位置決めチューブ１８２の内径「ｄ」は、ドリル加工、リーマー加工、または引抜き加工等で作成されたまっすぐな直径であってよい。代替的に、その内径「ｄ」は、正確なアラインメントと適切な同心性を維持すべく、レンズ１８６及び同心チューブ１８８と十分な接触をもたらすため、位置決めチューブ１８２をサイジングマンドレル上にクリンプすることにより適当なサイズに為すこともできる。
【００３８】
本発明の幾つかの実施態様を示し、説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形を為すことが可能であり、そして、本発明は、そのようなすべての変形態様及び均等物をカバーすべく意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  単一モード光ファイバーから出射する光をコリメートまたは集束するためのマイクロ−ミニチュアオプティックスを位置決めする光学システムの軸方向横断面図である。
【図１Ａ】  図１に示されている光学システムの半径方向横断面図である。
【図２】  屈折率分布型光ファイバーレンズの軸方向横断面図である。
【図２Ａ】  屈折率分布型光ファイバーの軸方向横断面図である。
【図３】  コリメーター・リフレクターの軸方向横断面図である。
【図３Ａ】  コリメーター・リフレクターの半径方向横断面図である。
【図４】  ＧＲＩＮロッドレンズ型回転式光ファイバーカップラーシステムの軸方向横断面図である。
【図４Ａ】  ＧＲＩＮロッドレンズ型回転式光ファイバーカップラーシステムの端面図。
【図５】  非球面レンズ型回転式光ファイバーカップラーシステムの軸方向横断面図である。
【図５Ａ】  非球面レンズ型回転式光ファイバーカップラーシステムの端面図である。
【図６】  レンズ、光ファイバー、及び同心チューブを含むレンズアラインメントアセンブリの軸方向横断面図である。
【図６Ａ】  そのレンズアラインメントアセンブリの端面図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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