CN111788509A - 光学内窥镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学内窥镜(1)，其包括具有近端(3)和远端(4)的光纤元件(2)，其中在所述光纤元件(2)的远端(4)上布置有光波导块(6)，所述光波导块(6)包括刚性材料，两个或更多个光波导(7)形成于所述刚性材料中。

Description

光学内窥镜

技术领域

本发明涉及一种光学内窥镜，其包括具有近端和远端的光纤元件。

背景技术

光学内窥镜是用于通过小开口查看体积内部的仪器。内窥镜通常用于医学中以查看人体内部。但是，内窥镜的使用不限于医学。内窥镜还用于视觉检查诸如发动机、涡轮等的工件。用于这种技术用途的内窥镜有时被称为“管道镜”。如本文所使用的术语“内窥镜”应指医学和非医学用途。

内窥镜通常包括柔性光学器件，该柔性光学器件将光引导在要检查的物体内部的所谓的“远端”与对像外部的所谓的“近端”之间。通常但并非总是如此，在远端有一些小型化的扫描和/或成像设备，而在近端具有更复杂的光学器件，其目的包括将透射的图像放大到数字图像传感器或目镜上。内窥镜最常见的是获得散射图像，但是萤光成像和光学相干断层扫描也被广泛使用。

对于柔性光学器件，通常使用光纤。在可能的光纤类型中，可以使用光纤束以及多模光纤。多芯光纤也已被普遍使用。

与光纤的使用有关的一个重要限制是光纤的低数值孔径，这会导致较小的接收角并因此导致较小的视野。

从WO 2017/016663 A1已知的一种方法使用具有包含光纤的柔性管状护套的内窥镜。描述了具有多个三维分布的光学端口的远端尖端，其包括柔性波导。这些波导通过相同数量的光纤延伸到内窥镜的主体中，或者耦合到复用器，该复用器连接到几根或一根光纤，直达内窥镜的近端。

生产具有相应的远端尖端的内窥镜的技术麻烦且昂贵。而且，将光学端口连接到近端或复用器的柔性波导在制造期间或在使用后者的过程中(如果没有使用适当的包装的话)有很高的断裂可能性(因为它们必须经受强烈的弯曲)。另外，当使用包括耦合器和分离器的级联的复用器时，会发生明显的信号损失。对于许多应用来说，即使不会完全阻碍设备的功能，这种额外的光学损耗仍是有害的。该方案也难以适应不同的光纤几何形状，例如，适应不同的多芯光纤几何形状。

因此，本发明的目的是提供一种改进的光学内窥镜，其在机械上更可靠并且在使用中的适应性强。

此目的通过根据权利要求1的光学内窥镜来实现。在从属权利要求中规定了优选实施例。

发明内容

根据本发明，光波导块布置在光纤元件的远端，其中，光波导块包括两个或更多个光波导形成于其中的刚性材料。由于两个或更多个光波导形成于刚性材料中，因此与使用柔性波导的已知解决方案相比，本发明允许长期稳定性和更高的机械可靠性。

如上所述，所述光学内窥镜的用途没有特别限制。内窥镜可以是用于医学目的或用于非医学目的的内窥镜。在近端，可以提供成像光学器件和/或图像传感器和/或目镜。成像光学器件可以包括用于将透射的图像放大到数字图像传感器或目镜上的元件。

光纤元件可以是柔性的。但是，光纤元件也可以是刚性的。

特别是在共同的柔性护套中，光纤元件可以特别地包括一根或多根光纤。共同的柔性外套可以由塑料，特别是弹性体制成。

光波导块可以是块状或实心的元件(不是空心的)。换句话说，光波导块可以不包括光波导设置于其中的腔。替代地，可以将两个或更多个光波导分别嵌入光波导块的刚性材料中。

所述光波导块可以刚性地耦合到所述光纤元件的远端。因此，光波导块可以相对于光纤元件的远端是固定的或不可移动的。可以通过机械的、黏合剂的(化学的)和/或熔融的(热的)固定将光波导块耦合或固定到光纤元件的远端。

可以将光波导块耦合到光纤元件的远端，使得光可以经由两个或更多个光波导和光纤元件传输到内窥镜的近端。例如，可以实现对接耦合。

对光波导块中的光波导的数量没有特别限制。实际数量取决于所期望的应用。对于许多应用，可以使用四个或更多个光波导。

可以根据所期望的应用将两个或更多个光波导任意地布置在光波导块内。光波导可以特别地以三维(3-D)非相交的方式布置。光波导还可以在二维(2-D)中延伸。一个或更多个光波导可以是弯曲的。一个或更多个光波导可以是直的或不弯曲的。如果所有波导的两端都布置在同一平面上，则认为光波导为按2D分布布置，否则为按3D分布布置。

两个或更多个光波导可以是单模或多模波导。通过增加波导的横截面和/或折射率对比度，可以从单模波导转换为多模波导。折射率对比度对应于波导与其周围介质(包层)之间的折射率差。

两个或更多个光波导可以与光波导块的刚性材料一体地形成。换句话说，两个或更多个光波导可以由刚性材料本身形成。以此方式，不需要将单独的元件引入光波导块中，这产生了具有高机械可靠性的简化结构。

两个或更多个光波导可以特别地由刚性材料的具有比周围部分更高的折射率的部分形成。因此，可以通过刚性材料中的正折射率变化来形成光波导。刚性材料的周围部分可以形成光波导的包层。

特别地，可以通过穿过光波导块的体积的超快激光刻写来获得两个或更多个光波导。优选地以持续时间小于1ps的激光脉冲来执行超快激光刻写。

可以在光波导块中形成滤光器或其他光学元件，特别是通过超快激光刻写获得的滤光器或其他光学元件。例如，可以在光波导块中，特别是在一个或更多个光波导中形成一个或更多个FBG(光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating))滤波器。

刚性材料在光学内窥镜的工作波长下是光学透明的。对于用于超快激光刻印的激光，它也可能是光学透明的。光学内窥镜的工作波长可以低于2μm，特别是低于1.6μm，例如在1.3μm至1.55μm之间。

光波导块可以由刚性材料组成。刚性材料可以特别地包括玻璃、聚合物和/或半导体或由玻璃、聚合物和/或半导体组成。材料的例子是硅酸盐和/或多组分玻璃、全氟化聚合物、硅和氮化硅。

两个或更多个光波导中的每一个可包括面对光纤元件并布置在光波导块的第一表面中的一端，即所谓的耦合端，和背离光纤元件并布置在光波导块的第二表面中的一端，即所谓的物体端。当使用内窥镜时，物体端可以特别面对物体。两个或更多个光波导可以特别地形成连接耦合端和物体端的管或通道。因此，在几何上，两个或更多个光波导类似于光纤。如上所述，包层可以由围绕光波导的刚性材料提供。

所述光纤元件可以包括多芯光纤，其中，所述两个或更多个光波导耦合至所述光纤元件，使得所述两个或更多个光波导在耦合端与所述多芯光纤的芯对准。换句话说，可以实现多芯光纤的芯与光波导块中的光波导的对接耦合。波导块可以与光纤元件折射率匹配。如此一来，可以减少光损耗。

多芯光纤的各个芯可以是工作波长下的单模芯。单模波导与相干成像技术(如光学相干断层扫描)兼容。

附加地或可替代地，光纤元件可以包括多模光纤，其中，两个或更多个光波导经由形成在光波导块的刚性材料中的光子灯笼部分耦合到多模光纤。如此一来，可以省略现有技术中使用的复用部分(multiplexing section)。

光子灯笼对应于将多模式波导连接到具有较少模式，特别是单模式的多个波导的光学元件。

光波导块的几何形状没有特别限制。刚性材料内的光波导的几何形状也没有特别限制。两者都可能取决于所需的应用。

光波导块可以是旋转对称的，例如圆柱形的或截锥的形式。光波导块还可以具有彼此接合的两个或更多个旋转对称元件的形式，例如，圆柱体和半球。

光波导块可以包括一个或更多个平面芯片或由一个或更多个平面芯片组成。每个平面芯片可以包括一个或更多个光波导。波导可以是弯曲的。每个平面芯片还可以包括形成于其中的复用器和/或分离器，特别是通过超快激光刻写形成于其中。如本文所使用的，“平面芯片”是指其一个方向(厚度)上的延伸明显小于(至少小于三倍)其他两个方向(长度、宽度)上的延伸的几何形式。以其最简单的形式，平面芯片可以是矩形板。一个以上的平面芯片可以彼此连接，从而为光波导块形成更复杂的几何形状。例如，两个平面芯片可以彼此正交地布置，特别是使得每个平面芯片被两个平面芯片中的另一个划分为一半。

耦合端可以是垂直于光纤元件的纵轴的抛光的平坦表面。

物体端可以是相对于光纤元件的纵向轴线倾斜或垂直的平坦表面。通过使用倾斜表面，可以最小化或消除背反射。

两个或更多个光波导可以特别地从耦合端向物体端呈扇形散开，使得物体端处的芯间间隔大于耦合端处的芯间间隔。在这种情况下，可以在不改变立体角的情况下扩大内窥镜的视野。

物体端可以平面抛光。

物体端可能是弯曲的。特别是物体末端可能是半球形。这样，可以将存在于耦合端的波导端的平面2-D分布映射到3-D半球。以这种方式，可以扩大立体角并因此扩大视野。

物体端可以连续或不连续地弯曲。物体端也可以由多个平面抛光的小平面组成，这些小平面结合在一起以形成弯曲的，特别是半球形的表面。

两个或更多个光波导的在所述耦合端处的端部到两个或更多个光学波导的在物体端处的端部的空间分布的映射可以相对于平行于光纤元件的纵轴延伸的平面镜像对称。换句话说，当从耦合端延伸到物体端时，光波导块中的光波导可以与平行于纵轴延伸的平面相交。如此一来，可以实现用于光波导的更大的曲率半径，从而减小曲率损耗。从平面的两侧延伸的光波导可以在不同的位置与平面相交，从而避免了相交的波导。这样，波导间耦合也可以保持在可接受的低水平。

平行于纵轴延伸的平面可以包括光纤元件的对称轴，并且因此可以对应于光纤元件的对称平面。该平面还可以形成耦合到光纤元件的光波导块的对称平面。如果光波导块是旋转对称的，则该平面还可包括光波导块的旋转对称轴。如上所述，该平面还可以形成用于在光波导块中分布光波导的对称平面。代替对称平面，光纤元件或光波导块的对称轴可以用作一些实施例的参考。

附加的光学器件，特别是一个或更多个GRIN(渐变折射率(graded-index))透镜和/或一个或更多个微透镜，可以与光波导模块耦合。例如，附加的光学元件可以用于聚焦光。

例如，可以在光波导块的物体端将单独的微透镜耦合到光波导的每个端。

一个或更多个微透镜可由在内窥镜的工作波长下为透明的熔融石英、硅或任何其他材料制成。一个或更多个微透镜可以特别地是平凸透镜。

可以布置光波导块中的光波导，使得在耦合端处的端部具有小于距光纤元件的纵轴的预定距离的径向距离的波导向物体端的侧部弯曲，而在耦合端处具有距光纤元件的纵向轴线的径向距离大于预定距离的径向距离的波导继续延伸到物体端的前向部分。由于省略了靠近光波导块的侧面的波导的小曲率半径，因此该构造再次允许曲率损失的减少。所述预定距离可以大于在耦合端处的光波导块的径向延伸的四分之一且小于四分之三，特别是在耦合端处的光波导块的径向延伸的一半。

在这种情况下，光纤元件的纵轴被认为是延伸到光波导块中以形成用于光波导块的参考轴。光波导块的纵轴不一定与光纤元件的纵轴一致。如果光波导块是旋转对称的，则对称的旋转轴可以与光纤元件的纵轴重合。换句话说，光波导块的对称旋转轴可以与光纤元件的纵轴对准。在这种情况下，光波导块的对称旋转轴可以类似地用作参考轴。

如本文中所使用的，物体端的“侧部”是指光波导块的面向相对于光波导块的参考轴(例如，对应于光纤元件的纵轴的延伸)倾斜大于或等于45°且小于或等于135°的角度的方向上的表面区域。相应地，物体端的“前向部分”是指光波导块的面向相对于光波导块的参考轴倾斜小于45°的角度的方向上的表面区域，以及“后向部分”是指光波导块的面向相对于光波导块的参考轴倾斜大于135°的角度的方向上的表面区域。出于这些考虑，参考轴被认为具有背离光纤元件的远端的方向。因此，物体端的“前向部分”背对光纤元件的远端。可以测量各个表面区域的表面法线与参考轴之间的各个角度。表面法线可被认为具有背向光波导块的方向。

光波导块可以至少部分地被导电层覆盖。导电层可以电耦合至延伸至光学内窥镜的近端的另一导体。经由该导体和光波导块的导电层，可以将电流传输到远端以用于消融(ablation)目的。

覆盖光学波导块的导电层尤其在光学内窥镜的工作波长下可以是透明的或半透明的。为此，导电层可以由透明或半透明的材料形成和/或导电层可以具有允许光学内窥镜的操作波长下的预定分率的光穿过该层而没有被散射的厚度。所述预定分率可以是50％或更大。

用于导电层的可能的材料包括宽带隙半导体材料，例如氧化铟锡或掺杂铝的氧化锌、超薄金属、银纳米线和/或金属栅格。例如，可以将超薄金属和金属栅格结合起来，以实现1μm以上波长的高光传输，同时仍保持低电阻(高电导)。对于医学应用，导电层的材料或至少其外表面需要与人体组织相容。对于这样的应用，金可以用作导电层或其外表面的材料。所述外表面是指在使用光学内窥镜时可能与人体组织接触的导电层的表面。

替代地或附加地，导电层可以包括用于使光进入两个或更多个光波导的开口。换句话说，开口可以形成用于两个或更多个光波导的光学端口。

如果覆盖光学波导块的导电材料在光学内窥镜的工作波长下是透明的或半透明的，则不必提供用于光进入两个或更多个光学波导的开口。换句话说，在这种情况下，无需形成这样的开口或端口。因此，可以简化制造。

本发明进一步提供一种用于光学内窥镜的光波导块，该光波导块包括刚性材料，其中两个或更多个光波导于该刚性材料中形成。所述光波导块可包括上述特征中的任何一个或更多个。

本发明还提供一种制造光学内窥镜的方法，包括以下步骤：

提供具有近端和远端的光纤元件，

提供包含刚性材料的光波导块，

于所述刚性材料中形成两个或更多个光波导，以及

将所述光波导块连接到所述光纤元件的远端。

所述两个或更多个光波导可以特别地通过超快激光刻写来形成。

光学内窥镜，特别是光学波导块，可以包括上述特征中的任何一个或更多个。

现在将结合附图描述有利的实施例。

附图说明

图1以示意图示出了根据本发明的光学内窥镜的基本设置；

图2示出了根据本发明的第一实施例的光学内窥镜的部分；

图3示出了根据本发明的第二实施例的光学内窥镜的部分；

图4示出了根据本发明的用于光学内窥镜的示例性光波导块；

图5示出了根据本发明的用于光学内窥镜的另一示例性光波导块；

图6示出了根据本发明的第三实施例的光学内窥镜的部分；

图7示出了根据本发明的用于光学内窥镜的另一示例性光波导块；

图8示出了根据本发明的第四实施例的光学内窥镜的部分；

图9a和9b示出了可用于根据本发明的光学内窥镜的光子灯笼；

图10示出了根据本发明的第五实施例的光学内窥镜的部分；

图11示出了根据本发明的第六实施例的光学内窥镜的部分；

图12示出了根据本发明的用于光学内窥镜的另一示例性光波导块；和

图13示出了根据本发明的用于光学内窥镜的另一示例性光波导块。

具体实施方式

图1以示意图的方式示出了根据本发明的光学内窥镜的基本设置。光学内窥镜1包括光纤元件2，通常包括布置在柔性护套材料内的一根或多根光纤。光纤元件2具有近端3和远端4。在近端3处布置有成像光学元件5。成像光学元件5可以包括用于将经由光纤元件2传输的光成像到例如数字图像传感器上的光学元件。成像光学元件5还可以包括LCD显示器，以显示从数字图像传感器获得的图像。设置在光纤元件2的近端3处的元件是本身已知的标准元件。

在光纤元件2的远端4处，布置了光波导块6。如下面进一步详细描述的，光波导块6包括刚性材料，两个或更多个光波导形成于所述刚性材料中。该光波导块6允许提供一种改进的光学内窥镜1，这从下文所述的具体实施例中也将变得显而易见。

光纤元件2沿着定义光学内窥镜1的纵轴的纵向方向延伸。由于光纤元件2通常是柔性的，因此纵向方向/轴通常将是弯曲的。光纤元件2通常是圆柱形的，其中心轴定义圆柱体的对称轴。可以将光纤元件2的纵轴认为是延伸超过其近端和远端，特别是垂直于近端/远端端面的直线。因此，光纤元件2的纵轴在此用作参考轴，应当理解关于该参考轴的诸如“横向”或“径向”的标示，特别是相对于光波导模块6。

图2示出了本发明的第一实施例。光纤元件2包括多芯光纤，其具有涂覆在共同的柔性聚合物护套11中的多个芯10。许多不同类型的多芯光纤是已知的。本发明不特别限于用于多芯光纤的任何特定实施例，也不限于光纤在光纤元件2中的任何特定布置。

在此一特定实施例中，光波导块6具有长方体的形式并且由玻璃制成。光波导块6也可以是圆柱形的，或者可以具有任何其他期望的形状。圆柱形光波导块6在图2的截面图中将具有与长方体相同的外观。本发明不限于玻璃作为用于光波导块6的刚性材料。光波导块6还可以由刚性聚合物或刚性半导体形成，其特别在光学内窥镜的工作波长下是光学透明的。

光波导块6包括从光波导块6的耦合端8延伸到物体端9的多个3-D超快激光内切光波导7。耦合端8在物体端面对着光纤元件2。当使用光学内窥镜时，例如，在人体器官内部时，耦合端8面对光纤元件2，而物体端9面对物体。

超快激光刻印本身是已知的，且其工作原理如下：将高强度聚焦飞秒激光束施加到刚性材料上，以通过多光子吸收机制引起永久性正折射率变化。通过3D转换，激光焦点穿过刚性材料块，由于其所获致的较高的折射率，由焦点所描绘出的路径因此成为了光导芯，而刚性材料块的其余未经改变的部分则提供了有效的包层。进行多次扫描可以在一个刚性材料块中写入任意数量的具有任意3-D形状的波导。多种方法可能造成聚焦激光的形状不是波导纤芯的理想形状，例如，在多次扫描时，彼此之间有微小的偏移，以及在超快激光刻写后通过加热对刚性材料块进行退火。

可以在K.M.Davis、K.Miura、N,Sugimoto和K.Hirao，“用飞秒激光在玻璃中写入波导”《光学快报》，第21卷，第21号，第1729页，1996年中找到使用飞秒激光在玻璃中写入波导的更多细节。

在图2的光波导块6中，物体端9是垂直于光纤元件2的纵轴的抛光平坦表面。鉴于光波导块6和光纤元件2之间的耦合，光纤元件2的纵轴可以被认为是延伸到光波导块6中，而物体端9垂直于光波导块6。还可以将物体端部9相对于纵向轴线呈微小角度布置，以消除或最小化背反射。所述角度取决于块和周围介质的折射率。通常，它在几度到十度之间变化。因此，该角度可以大于1°且小于10°。

通常，耦合端8由光波导块6的表面定义，其中光波导7的端部布置成面对光纤元件2，而物体端9被定义为当使用光学内窥镜时光波导块6中光波导7的端部被布置成面对物体的表面区域，或者换言之，为背向光纤元件2的表面区域。

在图2的实施例中，光波导块6中的光波导7从耦合端8朝着物体端9呈扇形散开，从而有效地复制了在耦合端8处的波导端的分布，只是其中的芯间间距更大。视野因此增加。增加视野以牺牲空间分辨率为代价；但是，接收角(acceptance angle)保持与常规多芯光纤内窥镜相同。

在该示例中，光纤元件2的多芯光纤的每个芯10在耦合端8(图中未示出)对接耦合到光波导7的端部。这样，可以将光从物体端9传输到光学内窥镜的近端。

可选地，至少一个附加的光学元件12，例如GRIN棒状透镜或微透镜或多个这样的透镜，可以被附接在物体端9。如果仅使用单模波导，则该实施例还与相干成像技术兼容，例如作为光学相干断层扫描。

光波导7的物体端图案没有特别限制。其分布也可以是一维的，即波导的线性阵列，或者与耦合端8处的波导7的端部的分布不同。类似地，耦合端图案可以是一维或二维的。

光波导块6的完全刚性的结构确保了长期的稳定性并且没有劣化光信号。

图3示出了本发明的另一实施例。相较于图2的实施例，光波导块6具有半球形的物体端9。因此，光波导块6中的光波导7将耦合端8的平坦的2-D分布映射到3-D半球，从而增加了立体角。换句话说，光波导7也相对于以光纤元件2的纵轴为参考轴通向光波导块6的侧面。这样，可以将立体角增加到2π。在光波导7向后弯曲的情况下，最大立体角甚至可以更大。然而，由于波导损耗随着波导半径的减小而增加，因此这可能导致光学损耗。

图4和图5示出了图3中所示的光波导块6的可能替代方案。在图4和图5中，描绘了平行于光纤元件2的纵轴延伸并且包括光纤元件2的对称轴的理论平面13。在一些实施例中，光波导块6的对称旋转轴可以代替平面13用作参考。波导7从耦合端8处的平面或轴线13的一个侧面通向物体端9处的平面或轴线13的另一侧面。这样，可以将曲率半径保持足够大，使曲率损失保持在可接受的低水平。可以以使串扰最小的方式将光波导7设计为彼此具有角度和距离(见图5)。在这两种选择中(图4和图5)，光波导7在三维上不相交，而仅在投影中相交。

图5进一步示出了由多个平坦小平面14的物体端9组成的替代方案，所述多个平坦小平面14以棱柱形的方式结合在一起以覆盖半球形物体端9。半球形物体端9的不连续设计可以被独立于光波导块6内的光波导图案使用。

图6示出了本发明的另一实施例，其基本上对应于参照图3描述的实施例。然而，在这种情况下，微透镜15被固定在光波导块6的物体端9处的光波导端。特别地，在该示例中使用由熔融石英或硅制成的显微平凸透镜15。在此一实施例中，半球形的物体空间被成像并通过光纤元件2朝向近端传输。在所有波导均为单模的情况下，如上所述，可以使用光学相干断层扫描，其中像素的数量等于光学波导块6中的波导的数量。

图7示出了可替代的光波导块6，其可以用于减小曲率损耗。在此一示例中，更靠近平面或轴13的光波导7a被映射到物体端的侧表面区域，而更靠近光波导块6的边缘的光波导7b被映射到物体端的前向表面区域。侧表面区域可以是圆柱表面，也可以通过使用具有不同焦距的微透镜进行修改，以更紧密地匹配半球形表面。同样，前向表面区域可以如图2所示是平坦的，或者例如如图3所示是弯曲的。

可选的微透镜或GRIN光学器件在图7中显示为附加的光学元件15。

图8示出了本发明的另一实施例，其以多模光纤16代替用于光纤元件2的多芯光纤。本文所有先前所讨论的实施例也可以与多模光纤一起使用。然而，诸如光学相干断层扫描的相干成像技术不能用多模光纤来实现。为了将光波导块6中的两个或更多个光波导耦合到多模光纤16，提供了光子灯笼部分17，其也通过超快激光刻写获得。

图9a和9b示出了所谓的“光子灯笼”。光子灯笼是将多模式波导连接到具有较少模式(可能只有单一模式)的多个波导的光学设备。图9a示出了将一个多模波导19映射到多个单模波导18的替代方案。图9b示出了从多模波导19扩展到多个单模波导18，然后重组为单个多模波导20。由于可以在单模波导18的区域内刻入FBG(光纤布拉格光栅(Fiber BraggGrating))滤波器，因此这种替代方案特别有用。从图9b所示的替代方案中，将其称为光子灯笼。在本发明的上下文中，可以使用图9a和9b中所示的光子灯笼的两个实施例。FBG(光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating))滤波器可以被刻在光波导块6中，特别是在光子灯笼部分17的单模波导18中。

再次参考图8，多模光纤16的模式首先耦合到光子灯笼部分17中的各个波导，然后根据特定实施例的需要扩展。在这种情况下，使物体端8与图6所示的示例一致。

由于使用多模光纤的内窥镜在使用过程中对弯曲敏感，因此，如本领域本身已知的那样，必须获得用于有效操作的传递函数。

图10示出了根据本发明的光学内窥镜的另一实施例。对于光纤元件2，可以使用单模或多模光纤21。再次将光子灯笼部分17写入光波导块6中。光子灯笼部分17以分支的方式实现，即，在多个扇形散开步骤中发生从多模波导扩展到较少模波导。

如果将多模光纤用于光纤元件2，则在每个分裂水平上，来自较大输入波导的模数在其分支之间分配。在功能上，该替代方案与参照图8描述的实施例相同，唯一的区别在于光子灯笼部分17不立即扇形散开。

根据将单模光纤用于光纤元件2的替代方案，每个分支用作分离器而不是扇形散开装置。以这种方式，朝着物体端9传播的单模输入光可以分开并相干地到达整个视场。因此，光子灯笼部分17用作复用元件。

参照图11示出了本发明的另一个实施例。有时，光学内窥镜旨在用于内部组织的射频消融。图11的实施例适合于这种目的。特别地，在光纤元件2的周围设置有诸如金属之类的导电材料的导电管22，其具有可选的绝缘护套23。光波导块6嵌入在导电层24中，该导电层24具有适当的开口25，该开口25用于光学进出光波导块6的光波导。可以通过围绕光纤元件2的导电管22将电流传输到远端。可选地，多层导电和绝缘管可以围绕光纤元件2，以启用环形电极以进行监视。导电管22与光波导块6的导电层24电接触，使得电流可以被传输到光波导块6的导电层24。以此方式，可以执行消融治疗。此一射频消融功能可以与前述实施例中的任何一个一起使用。如果将多模光纤用于光纤元件2，则如图8或10所示的光子灯笼部分可以被刻在光波导模块中。

在替代实施例中，导电层24在光学内窥镜的工作波长下可以是半透明的或透明的。在这种情况下，可以省略开口25。导电层24可以特别地由透明或半透明的材料形成和/或可以被制成足够薄以允许在光学内窥镜的工作波长下光至少部分地穿过该层。

图12和图13示出了光波导模块6的其他替代方案，因为其可以用于根据本发明的光学内窥镜。

在图12中，光波导块6形成为平面芯片26，五个示例性光波导7以2-D分布形成于其中。中央光波导从耦合端到物体端笔直或不弯曲地延伸，而其他光波导则朝着平面芯片26的侧面弯曲。平面芯片26的厚度明显小于其长度和宽度。

在图13中，光波导块6是由两个正交的平面芯片26、27形成的，光波导7以2-D分布形成于每个平面芯片中。平面芯片26、27被布置成使得每个平面芯片26、27被相应的另一个芯片分成两半。这样，可以在减少刚性材料的量的同时实现光波导7的3-D分布。每个平面芯片26、27可以包括两个或更多个元件。例如，平面芯片26可以包括两个半部，每个半部都连接到平面芯片27。

在所描述的实施例中，形成在光波导块6的刚性材料中的光波导可以是单模或多模波导。

尽管已经分别描述了本发明的先前讨论的实施例和示例，但是应该理解，上述特征中的一些或全部也可以以不同的方式组合。例如，所描述的光波导块可以与不同种类的光纤元件结合使用。

在附图中，仅以示意方式示出了几个特征。例如，经常将光波导块示出为与光纤元件的远端间隔开。这仅出于说明目的。光波导块实际上与光纤元件的远端耦合，使得光可以经由两个或更多个光波导和光纤元件传输到内窥镜的近端。例如，可以实现对接耦合。

所讨论的实施例并不旨在作为限制，而是用作示出本发明的特征和优点的示例。特别地，光波导块中的光波导的图案取决于所期望的应用。类似地，虽然玻璃用于根据实施例的光波导块，但是光波导块可以由具有适当折射率的任何透明的、刚性的、可容纳如上所述的3-D光波导的材料组成。利用所描述的实施例，与已知的光学内窥镜相比，可以增加视野或立体角。其可同时提供可与任何类型的光纤一起使用的机械可靠、廉价的解决方案。

Claims (18)

1.一种光学内窥镜(1)，其包括具有近端(3)和远端(4)的光纤元件(2)，其中光波导块(6)布置在所述光纤元件(2)的远端(4)处，所述光波导块(6)包括刚性材料，两个或更多个光波导(7)形成于所述刚性材料中。

2.根据权利要求1所述的光学内窥镜(1)，其中，所述两个或更多个光学波导(7)与所述光学波导块(6)的刚性材料一体地形成。

3.根据权利要求1或2所述的光学内窥镜(1)，其中，所述两个或更多个光波导(7)由所述刚性材料的具有比所述周围的部分更高的折射率的部分形成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光学内窥镜(1)，其中，所述两个或更多个光波导(7)是通过超快激光刻写获得的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光学内窥镜(1)，其中，所述刚性材料在所述光学内窥镜(1)的工作波长下是光学透明的。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的光学内窥镜(1)，其中，所述刚性材料包括玻璃、聚合物和/或半导体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的光学内窥镜(1)，其中，所述两个或更多个光波导(7)中的每一个包括面向所述光纤元件(2)并布置在所述光波导块的第一表面中的一端，即耦合端(8)，和背离所述光纤元件(2)并布置在光波导块的第二表面中的一端，即物体端(9)。

8.根据权利要求7所述的光学内窥镜(1)，其中，所述光纤元件(2)包括多芯光纤，并且其中，所述两个或更多个光波导(7)耦合至所述光纤元件(2)，使得在耦合端(8)处，所述两个或更多个光波导(7)与所述多芯光纤的芯(10)对齐。

9.根据权利要求8所述的光学内窥镜(1)，其中，所述多芯光纤的芯(10)在所述工作波长下的单模芯。

10.根据权利要求7所述的光学内窥镜(1)，其中，所述光纤元件(2)包括多模光纤(16)，并且其中，所述两个或更多个光波导(7)经由形成于光波导块(6)的刚性材料中的光子灯笼部分(17)耦合到所述多模光纤(16)。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的光学内窥镜(1)，其中，所述物体端(9)是相对于所述光纤元件(2)的纵向轴线倾斜或垂直的平坦表面。

12.根据权利要求11所述的光学内窥镜(1)，其中，所述两个或更多个光波导(7)从所述耦合端(8)到所述物体端(9)呈扇形散开，使得所述物体端(9)处的芯间间距大于耦合端(8)处的芯间间隔。

13.根据权利要求7至10中任一项所述的光学内窥镜(1)，其中，所述物体端(9)是弯曲的，特别是半球形的。

14.根据权利要求13所述的光学内窥镜(1)，其中，所述两个或更多个光波导(7)的在所述耦合端(8)处的端部到所述两个或更多个光学波导(7)的在物体端(9)处的端部的空间分布的映射相对于平行于光纤元件(2)的纵轴延伸的平面(13)镜像对称。

15.根据前述权利要求中任一项所述的光学内窥镜(1)，其中，另外的光学器件(15)，特别是一个或更多个GRIN透镜和/或一个或更多个微透镜，与所述光波导块(6)耦合。

16.根据前述权利要求中任一项所述的光学内窥镜(1)，其中，所述光波导块(6)至少部分地被导电层(24)覆盖，特别是其中所述导电层(24)在光学内窥镜(1)的工作波长下是透明的或半透明。

17.根据前述权利要求中任一项所述的光学内窥镜(1)，其中，所述光波导块(6)包括一个或更多个平面芯片(26、27)或由一个或更多个平面芯片(26、27)组成。

18.一种制造光学内窥镜的方法，包括以下步骤：

提供具有近端和远端的光纤元件，

提供包含刚性材料的光波导块，

在所述刚性材料中形成两个或更多个光波导，以及

将所述光波导块连接到所述光纤元件的远端。

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