JP2018515799A - 接続されるべきマルチコア光ファイバの干渉法整列 - Google Patents

Abstract

検知ファイバ内の１つ又はそれよりも多くのコアが呼掛けファイバ内の対応する１つ又はそれよりも多くのコアとペアにされた状態で、検知及び呼掛けマルチコアファイバの端は第１の向きにおいて整列のために近接させられる。光学干渉法を用いて、少なくとも１つのコアペアに呼び掛けて、第１の向きにおけるコアペアについての整列の程度を表す第１の反射値を決定する。ファイバの端の間の相対的な位置が第２の向きに調節される。干渉法を用いて、コアペアに呼び掛け、第２の向きにおけるコアペアについての整列の程度を表す第２の反射値を決定する。第１の反射値を第２の反射値と比較し、比較に基づき検知及び呼び掛けファイバを接続するために、整列させられる向きを特定する。

Description

（関連出願の参照）
この特許出願は、２０１５年３月２７日に出願された「INTERFEROMETRIC ALIGNMENT OF OPTICAL MUTICORE FIBERS TO BE CONNECTED」という名称の米国仮特許出願第６２／１３９，０９６号の優先権及び出願日の利益を主張し、その全文を本明細書中に参照として援用する。

本技術は光ファイバ接続に関する。

光ファイバは、典型的には、クラッディング、緩衝材、及びジャケットによって取り囲まれた、１つ又はそれよりも多くの光学コアを含む。光ファイバは、正確に、確実に、且つ安価に接続される必要がある。これは「マルチコアファイバ」と呼ぶ多数の光学コアを含む光ファイバにとって挑戦的である。何故ならば、２つのマルチコアファイバが接続されるとき、対応するコアの各々は、整列させられなければならないからである。２つのマルチコアファイバの外表面、例えば、ファイバを覆うフェルール(ferrules)が、コネクタ内で整列させられるときでさえも、２つのファイバのためのコネクタ内の対応するコアは、整列させられないことがあり、或いは、より正確に整列させられ得る。小さな不整列(misalignments)は、接続されるマルチコアファイバの間で移動させられる光の量に悪影響を与え得る。

この明細書中に記載する技術の例示的な実施態様は、検知マルチコア光ファイバ内の１つ又はそれよりも多くのコアを呼掛けマルチコア光ファイバ内の１つ又はそれよりも多くのコアと整列させる方法に関する。検知マルチコア光ファイバ内の各コアは、呼掛けマルチコア光ファイバ内のそれぞれのコアとペアにされて、コアペアを形成する。光学干渉法を用いて、呼掛けコアを通じて少なくとも１つのコアペアに呼び掛け、第１の向きにおけるコアペアについての整列の程度を表すコアペア内の検知コアからの第１の反射値を決定する。光学干渉法を用いて、呼掛けコアを通じてコアペアに呼び掛け、第２の向きにおけるコアペアについての整列の程度を表すコアペア内の検知コアからの第２の反射値を決定する。コアペアについての整列の向きが、第１の反射値及び第２の反射値に基づき特定される。

方法は、多数のコアペアについて行われてよい。

検知コアの端と呼掛けコアの端との間の相対的な位置が、整列させられる向きに調節されてよく、コアペアが整列の向きにある状態で、検知マルチコア光ファイバは、呼掛けコア光ファイバに接続される。１つの例示的な実施態様において、第１の向きにおけるコアペアについての整列の程度を表す第１の反射値は、第２の向きにおけるコアペアについての整列の程度を表す対応する第２の反射値と比較され、コアペアを接続する整列の向きは、比較に基づき特定される。調節することは、コアペア内の検知コア及び呼掛けコアの一方又は両方の回転を含んでよい。

他の例示的な実施態様において、検知及び呼掛けマルチコアファイバの端が接続のために近接させられた状態で、検知及び呼掛けマルチコアファイバの少なくとも端が構造の溝内に配置されてよい。次に、検知及び呼掛けマルチコアファイバの一方又は両方が溝内で回転させられる。

他の例示的な実施態様において、検知マルチコアファイバは、第１のフェルール内に含められ、呼掛けマルチコアファイバは、第２のフェルール内に含められる。調節することは、第１及び第２のフェルールの一方又は両方の回転を含む。第１及び第２のフェルールの少なくとも端が分割スリーブコネクタ内に配置されてよく、第１及び第２のフェルールが分割スリーブ内にある間に、第１及び第２のフェルールの一方又は両方が回転させられる。

光学干渉法は、周波数領域後方散乱測定法（ＯＦＤＲ）であってよい。

以下により詳細に記載するように、検知マルチコア光ファイバは、例示的な用途である手術器具と関連付けられる。検知マルチコア光ファイバからの反射光のＯＦＤＲ検知及び処理は、手術器具の少なくとも幾らかの部分の位置及び／又は形状を決定するために用いられる。

例示的な実施において、コアペアを接続するための整列させられる向きは、コアペアについての最大の最小測定反射振幅に基づき並びに／或いはコアペアについての挿入損及び反射減衰量のうちの１つ又はそれよりも多くに基づき特定される。第１及び第２の反射値は、コアペアの検知コア内のブラッグ格子から並びに／或いはコアペアの検知コア内のレイリー散乱から得られてよい。

この明細書中に記載する技術の例示的な実施態様は、検知マルチコア光ファイバ内の１つ又はそれよりも多くのコア及び呼掛けマルチコア光ファイバ内の１つ又はそれよりも多くのコアを整列させる装置にも関する。検知マルチコア光ファイバ内の各コアは、呼掛けマルチコア光ファイバ内のそれぞれのコアとペアにされて、コアペアを形成する。光学干渉計が、少なくとも１つのコアペアに呼び掛けるように構成され、第１の向きにおけるコアペアについての整列の程度を表すコアペア内の検知マルチコア光ファイバからの第１の反射値を決定するように構成される。光学干渉計は、呼掛けコアを通じてコアペアに呼び掛けるように構成され、第２の向きにおけるコアペアについての整列の程度を表すコアペア内の検知コアからの第２の反射値を決定するように構成される。回路構成が、第１の反射値及び第２の反射値に基づき、コアペアについての整列の向きを特定するように構成される。

アクチュエータが、検知及び呼掛けマルチコア光ファイバの端の間の相対的な位置を第２の向きに調節するように構成される。コアペアが整列させられた向きにある状態で、コネクタが検知マルチコア光ファイバを呼掛けマルチコア光ファイバに接続するように構成される。例えば、アクチュエータは、検知及び呼掛けマルチコアファイバの一方又は両方を回転させるように構成される。

例示的な実施において、装置は、溝を有する構造を含み、アクチュエータは、検知及び呼掛けマルチコアファイバが溝内にある間に、検知及び呼掛けマルチコアファイバの一方又は両方を回転させるように構成される。

例示的な実施において、装置は、検知マルチコアファイバを含む第１のフェルールと、呼掛けマルチコアファイバを含む第２のフェルールとを更に含む。アクチュエータは、第１及び第２のフェルールの一方又は両方を回転させるように構成される。検知及び呼掛けマルチコアファイバの端を接続のために近接させるように構成される第１及び第２のフェルールの少なくとも端を包含するために、分割スリーブ構造が用いられてよい。この実施例において、アクチュエータは、第１及び第２のフェルールが分割スリーブ内にある間に、第１及び第２のフェルールの一方又は両方を回転させるように構成される。

この明細書中に記載する技術の例示的な実施態様は、１つ又はそれよりも多くのコアを有する第１のマルチコア光ファイバと、手術器具のための取付けインターフェースとを含む、手術システムにも関する。手術器具は、第２のマルチコア光ファイバを含む。第１のマルチコア光ファイバ内の各コアは、第２のマルチコアファイバ内のそれぞれのコアとペアにされて、コアペアを形成する。第１のマルチコアファイバに連結される光学干渉計が、第１の向きにおける少なくとも１つのコアペアに呼び掛けて、コアペア内の第２のマルチコア光ファイバからの第１の反射値を決定し、第２の向きにおけるコアペアに呼び掛けて、コアペア内の第２のマルチコア光ファイバからの第２の反射値を決定するように、構成される。第１及び第２の反射値は、コアペアについての第１及び第２の整列の程度をそれぞれ表す。プロセッサが、第１の反射値及び第２の反射値に基づき、コアペアについての整列の向きを特定するように構成される。

例示的な実施では、アクチュエータが、第１及び第２のマルチコア光ファイバの端の間の相対的な位置を第２の向きに調節するように構成される。コアペアが整列の向きにある状態において、コネクタが第２のマルチコア光ファイバを第１のマルチコア光ファイバに接続するように構成される。アクチュエータは、第１のマルチコア光ファイバ及び第２のマルチコア光ファイバが溝内にある間に、第１のマルチコア光ファイバ及び第２のマルチコア光ファイバの一方又は両方を回転させるように構成されてよい。他の代替は、第１のマルチコア光ファイバを含む第１のフェルール及び第２のマルチコア光ファイバを含む第２のフェルールの使用である。アクチュエータは、第１及び第２のフェルールの一方又は両方を回転させるように構成される。第１及び第２のフェルールの少なくとも端は、第１及び第２のマルチコア光ファイバの端を接続のために近接させるよう、分割スリーブ構造内に配置されてよい。この場合、アクチュエータは、第１及び第２のフェルールが分割スリーブ内にある間に、第１及び第２のフェルールの一方又は両方を回転させるように構成される。

例示的な実施において、光学干渉計は、手術器具の少なくとも幾らかの部分の位置及び／又は形状を決定するために、第２のマルチコア光ファイバからの反射光を検知し且つ処理するように構成される、周波数領域後方散乱測定器(optical frequency domain reflectometer)を含む。

本明細書中に記載されるような方法、装置、及び手術システム。

接続されるべき不整列のマルチコアファイバの断面図を示している。 接続されるべき不整列のマルチコアファイバの断面図を示している。

接続のために２つのマルチコアファイバを当接させる例示的なｖ形状溝支持体を示している。

より良好なコア整列のために必要とされるファイバのうちの少なくとも１つのファイバの回転を示す図２からの支持されるファイバの両側の分離を示している。 より良好なコア整列のために必要とされるファイバのうちの少なくとも１つのファイバの回転を示す図２からの支持されるファイバの両側の分離を示している。

干渉法に基づくマルチコア整列システムについての非限定的な実施態様を例示している。

接続のための干渉法に基づくマルチコアファイバ整列についての例示的な手順を例示するフローチャートである。

ＯＦＤＲに基づくマルチコアファイバ整列システムを用いる非限定的な例示的な実施態様を示している。

図７に示す干渉法に基づくマルチコアファイバ整列システムについての接続のための干渉法に基づくマルチコアファイバ整列についての例示的な手順を例示するフローチャートである。

手術システムにおける非限定的な例示的な実施態様を示している。

フェルール内のマルチコアファイバを示している。 それらのそれぞれのフェルール内で接続されるべき当接する不整列のマルチコアファイバの付着される端の誇張された実施例の側面図を示している。 それらのそれぞれのフェルール内で接続されるべき当接する不整列のマルチコアファイバの付着される端の誇張された実施例の側面図を示している。

他の例示的な実施態様に従った整列のために２つのマルチコアファイバを取り付ける非限定的な実施例の詳細を示している。

例示的なＯＦＤＲに基づくマルチコアファイバ整列システムを用いた２つのマルチコアファイバの反復的に増大する整列を示す反射対距離の例示的なグラフである。 例示的なＯＦＤＲに基づくマルチコアファイバ整列システムを用いた２つのマルチコアファイバの反復的に増大する整列を示す反射対距離の例示的なグラフである。 例示的なＯＦＤＲに基づくマルチコアファイバ整列システムを用いた２つのマルチコアファイバの反復的に増大する整列を示す反射対距離の例示的なグラフである。 例示的なＯＦＤＲに基づくマルチコアファイバ整列システムを用いた２つのマルチコアファイバの反復的に増大する整列を示す反射対距離の例示的なグラフである。 例示的なＯＦＤＲに基づくマルチコアファイバ整列システムを用いた２つのマルチコアファイバの反復的に増大する整列を示す反射対距離の例示的なグラフである。

以下の記述は、例示の目的であるが限定の目的でない特定の実施態様のような、具体的な詳細を示している。しかしながら、これらの具体的な詳細から離れて他の実施態様が利用されてよいことが当業者によって理解されるであろう。幾つかの場合において、周知の方法、インターフェース、回路、及びデバイスの記述は、不要な詳細で記述を曖昧にしないよう省略される。個別のブロックが様々なノードに対応する図面中に示されている。当業者は、それらのブロックの機能が、個別のハードウェア回路を用いて、適切にプログラムされたデジタルプロセッサ又は汎用コンピュータと共にソフトウェアプログラム及びデータを用いて、及び／又は１以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）を用いて実施されてよいことを理解するであろう。ソフトウェアプログラム指令及びデータは、持続性コンピュータ可読記憶媒体に格納されてよく、指令がコンピュータ又は他の適切なプロセッサ制御装置によって実行されるとき、コンピュータ又はプロセッサは、それらの指令と関連付けられる機能を遂行する。

よって、例えば、本明細書中の図面は、例示的な回路構成又は他の機能的なユニットの概念図を提示し得ることが、当業者によって理解されるであろう。同様に、あらゆるフローチャート、状態移行図、擬似コード、及び同等物は、コンピュータ可読媒体中に実質的に提示されてよく、よって、コンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているにしろ示されていないにしろ、そのようなコンピュータ又はプロセッサによって実行されてよい、様々なプロセスを提示することが、理解されるであろう。

様々な例示される要素の機能は、回路ハードウェアのようなハードウェア及び／又はコンピュータ可読媒体上に格納されるコード化された指令の形態におけるソフトウェアを実行し得るハードウェアの使用を通じてもたらされてよい。よって、そのような機能及び例示の機能ブロックは、ハードウェアで実施される及び／又はコンピュータで実施される、よって、機械で実施されるものとして理解されるべきである。

ハードウェア実施に関して、機能ブロックは、非限定的に、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、縮小命令セットコンピュータ、（複数の）特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び／又は（複数の）フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＥＰＧＡ（ｓ））を非限定的に含むハードウェア（例えば、デジタル又はアナログ）回路構成、並びに（適切である場合には）そのような機能を遂行し得る状態機械を含んでよく、或いは包含してよい。

コンピュータ実施に関して、コンピュータは、１つ又はそれよりも多くのプロセッサ或いは１つ又はそれよりも多くのコントローラを含むものとして概ね理解され、コンピュータ、プロセッサ、及びコントローラという用語は、交換可能に利用されてよい。コンピュータ、プロセッサ、又はコントローラによって提供されるとき、それらの機能は、単一の専用コンピュータ又はプロセッサ又はコントローラによって、単一の共用コンピュータ又はプロセッサ又はコントローラによって、或いは複数の個別のコンピュータ又はプロセッサ又はコントローラによってもたらされてよく、それらの一部は共用されてよく、或いは分散させられてよい。その上、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語は、上で引用した例示的なハードウェアのような、そのような機能を遂行し且つ／或いはソフトウェアを実行し得る、他のハードウェアも指す。

ファイバ(fibers)の端(ends)を機械的に結合させる機械的スプライシング(mechanical splicing)及び熱を用いてファイバの端を互いに融合させる融合スプライシング(fusion splicing)のような、２つの光ファイバが接続されることがある様々な方法がある。以下の記述の目的のために、コネクタという用語は、光ファイバを接続する様々な方法を包含する。

図１Ａ及び図１Ｂは、接続されるべきマルチコア光ファイバ１０及び１２の断面を示しており、各ファイバは、４つの光学コアＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤを有する。本記述中の非限定的な実施例は、例示のために４つのコアを用いるが、本明細書中に示す技術は、２つのコア、３つのコア、及び４つよりも多くのコアに当て嵌まる。２つのマルチコアファイバ１０及び１２の外表面、例えば、ファイバを覆うフェルール(ferrules)が、接続のために整列させられるときでさえも、２つのファイバ内の又は２つのファイバのための接続部での対応するコアＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、及びＤ−Ｄは、より正確に整列させられないことがあり、或いはより正確に整列させられ得る。小さな不整列は、接続されるマルチコアファイバＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、及びＤ−Ｄの間で移動させられる光の量に悪影響を及ぼし得る。図１Ｂは、マルチコアファイバ１０及び１２のコアＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、及びＤ−Ｄが整列させられないような、中央コアＡの周りの時計回り方向の回転不整列を示している。

図２は、２つのファイバがファイバ１０及び１２の接続端(connecting ends)の当接のために配置されてよい、Ｖ形状の溝を備える例示的な構造１４を示している。より具体的には、Ｖ溝は、２つのマルチコアファイバを接続のために当接させる、素早く、簡単で、安価な構造を提供し、典型的には、中央コアＡ−Ａは、適度に正確に整列させられる。しかしながら、１つ又はそれよりも多くの中心から外れたコアペア(core pairs)、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、及び図２Ｂの実施例におけるＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、及びＤ−Ｄは、整列させられない。Ｖ溝は、溝の一例である。より一般的には、溝(groove)は、通路(channel)、スロット(slot)、切れ目(cut)、窪み(depression)、及び同等物を包含する。

図３Ａ及び図３Ｂは、図２からのＶ溝で支持されるファイバの両側の分離(breakaway)を示しており、中心から外れたコアペアのより良好な整列（アライメント）のために、ファイバのうちの少なくとも１つのファイバの回転が必要とされることを示している。２つのマルチコアファイバが不整列のコアペアと接続されるとき、接続されるファイバの光学性能は、例えば、挿入損(insertion loss)、反射減衰量(return loss)等に関して、有意に減少する。溝整列支持は、極めて低コストであり、溝内に配置される光ファイバ内のコアを整列させ且つ接続する方法を有利に提供し、ファイバが事前整列させられたフェルール内に入れられることを必要としない。非限定的なフェルール並びにファイバ整列及び接続の例示的な実施態様を、図１０に関連して以下に記載する。

図４は、これらの整列問題を克服し且つ接続されるファイバの光学性能を劇的に向上させる干渉法に基づくマルチコアファイバ整列システムについての非限定的な例示的な実施態様を例示している。この整列システムは、光学呼掛け器(optical interrogator)が通常の使用において光ファイバに接続されるときに特に有利である。換言すれば、光学呼掛け器は既に存在するので、それを用いることは、コア整列の品質についての情報をもたらし且つ／或いは接続はシステムに費用又は有意な複雑性を加えない。

干渉法に基づくマルチコアファイバ整列についての例示的な手順を例示する図５のフローチャートと関連して図４を記載する。先ず、検知及び呼掛け光学マルチコアファイバ１０及び１２の端(ends)が、第２のマルチコアファイバ内の対応するコアとペアにされる検知マルチコアファイバ内のコアとの第１の向きにおける接続のために、構造１４の溝内で近接して配置され、例えば、コアＡ−Ａは、コアペアであり、コアＢ−Ｂは、コアペアである（ステップＳ１）。検知ファイバ１０は、この実施例において、接続のセンサ側又は適用側にあり、呼掛けファイバ１２は、この実施例では、接続の光学呼掛け器側にある。光学呼掛け器（図４の例示的な実施態様における干渉法呼掛けシステム１８）が、コアの１つ又はそれよりも多くのペアに呼び掛け、第１の向きにおけるコアの１つ又はそれよりも多くのペアのうちの１つについての整列の第１の程度を表す第１の値を決定する（ステップＳ２）。コアのペアのうちの多数が呼び掛けられ且つ処理されてよく、或いはコアのペアの全てが呼び掛けられ且つ処理されてさえよいが、満足な結果は（中央コアペア以外の）１つの径方向コアペアだけに呼び掛けることによって得られることがある。

２つのマルチコアファイバの端の間の相対的な位置は、アクチュエータを介して第２の向きに調節される（ステップＳ３）。図５の例示的な実施態様において、アクチュエータは、干渉法呼掛けシステム１８からの出力信号を受信する、コントローラ２０によって制御されるファイバ回転子(fiber rotator)である。代替的に、ファイバ回転子はセンサ側で用いられ、或いは２つのファイバ回転子が用いられ得る。加えて、ファイバ回転子は、干渉法呼掛けシステム１８から直接的に信号によって制御されてよい。

光学呼掛け器は、次に、コアのうちの１つ又はそれよりも多くのペアに呼び掛け、第２の向きにおけるコアの１つのペアについての整列の程度を表すコアの１つのペア内の検知マルチコア光ファイバからの第２の反射値を決定する（ステップＳ４）。第１の向きにおけるコアの１つのペアについての整列の程度を表す第１の反射値は、比較器によって、第２の向きにおけるコアの１つのペアについての整列の程度を表す対応する第２の反射値と比較される（ステップＳ５）。比較器は、他の回路構成の部分、干渉法呼掛けシステム１８の部分、又はコントローラ２０の部分であり得るし、スタンドアローン（独立型）の回路でさえあり得る。次に、２つのマルチコアファイバを接続する整列向きが、比較に基づき決定されてよい（ステップＳ６）。例えば、最大の反射値を伴う向きが用いられてよい。代替的に、プロセスは、ステップＳ３から開始して、最大の反射値を伴う向きが決定されるまで、１回以上繰り返されてよい。一層更には、プロセスは、ステップＳ３から開始して、所定のレベルの整列精度が達成されるまで、１回以上繰り返されてよい。最終的に、ファイバは、所望の整列を伴う向きで接続される。

典型的には、中央コア及び１つ又はそれよりも多くの外側コアを備えるファイバについて、光学呼掛け器は、接続されるマルチコアファイバの外側コアの間の向き及び／又は接続の品質を評価する。呼掛け器は、センサの種類に依存して、呼び掛けられるコアペアからブラッグ格子信号振幅又はレイリー散乱振幅を検知してよい。１つの例示的な実施態様において、呼掛け器は、１つ又はそれよりも多くのコアペアについての接続が調節されるときに、測定される光信号の振幅を継続的に測定する。例えば、コアの全てに亘って最大の最小振幅をもたらす接続調節が用いられてよい。何故ならば、試験は、性能がマルチコアファイバ内の最低に機能するコアペアによってしばしば制御されることを示したからである。

光ファイバ性能及び／又は頑健性(robustness)の増大は有益である。他の利益は、より低い公差のファイバコネクタを用い得ることであり、（それにより、コネクタのコスト及び／又は複雑性を減少させることであり）、より低い公差が上述の調節能力を用いて補償されることである。

図６は、光学ひずみ検知に有利な例示的な用途がある周波数領域後方散乱測定法（ＯＦＤＲ）に基づくマルチコアファイバ整列システムを用いる非限定的な例示的な実施態様を示している。光学ひずみ検知は、例えば、光ファイバの張力、圧縮、又は温度の変化によって引き起こされる、コアの物理的な変形を測定するのに有用である。コアの長さに沿うひずみの連続的な測定は、掃引波長干渉法を用いてコアの光学応答を解釈することによって導き出され得る。高解像度及び高感度を伴う光学時間領域測定が、周波数領域後方散乱測定法（ＯＦＤＲ）を用いて達成されることがある。これらの測定は、分布ひずみ(distributed strain)検知のような、幾つかの重要な光ファイバ検知技術を可能にする。マルチコア光ファイバの上で行われる分布ひずみ測定は、その内容を本明細書中に参照として援用する米国特許第８，７７３，６５０号に詳述されるような、ファイバの三次元位置の決定を可能にする。多重チャネルＯＦＤＲが、マルチコア光ファイバ内の幾つかの独立した光学コアに接続される。これらのコアのひずみ応答（コア内のブラッグ格子からの反射及び／又はコア内の反射レイリー散乱）は、ファイバが所与の構成内に配置されるときに同時に測定される。マルチコア光ファイバの長さに沿うコアの相対的な位置は、マルチコア光ファイバのひずみプロファイルの決定を可能にする。ひずみプロファイルを用いて、ファイバの三次元位置を決定してよく、或いは、このプロファイルのコンポーネント（１）乃至（３）のうちの１つ又はそれよりも多くを独立的に用いてよい。

ＯＦＤＲに基づく分布ひずみ検知システムは、図６中の例示的な多重チャネルＯＦＤＲシステム２１中に描写するような、同調可能な光源２３と、干渉法呼掛け器２６と、レーザモニタネットワーク２８と、呼掛け器側ファイバ１２を含む光ファイバセンサと、コネクタ２４と、センサ側ファイバ１０と、データ取得電子回路３２と、システムコントローラデータプロセッサ３０とを含む。各チャネルは、ファイバコアに対応する。

図７は、図６中の干渉法に基づくマルチコアファイバ整列及び接続システムのための干渉法に基づくマルチコアファイバ整列及び接続についての例示的な手順を例示するフローチャートである。ステップは、マルチコアファイバ内のコアの各々に適用される１つのコアについての操作を記載している。

ＯＦＤＲ測定中、同調可能な光源２３は、光周波数の範囲を通じて掃引される(swept)(ステップＳ１０）。この光は、光カプラの使用で分割され、２つの別個の干渉計２６及び２８に経路指定される(routed)。第１の干渉計２６は、干渉法呼掛け器としての機能を果たし、コネクタ２４を介してある長さのマルチコア検知ファイバに接続される。光は、干渉法呼掛け器２６の測定アームを通じてマルチコア検知ファイバ１０に入る（ステップＳ１１）。次に、検知ファイバ１０からの散乱光は、干渉法呼掛け器２６の基準アームに沿って進まされる光と干渉させられる（ステップＳ１２）。レーザモニタネットワーク２８は、測定スキャンを通じて絶対波長基準をもたらすシアン化水素（ＨＣＮ）気体電池を収容する（ステップＳ１３）。レーザモニタネットワーク２８内の第２の干渉計は、光源が周波数範囲を通じてスキャン（走査）されるときに同調速度の変動を測定するために用いられる（ステップＳ１４）。一連の光検出器（例えば、フォトダイオード）が、レーザモニタネットワーク、即ち、気体電池からの光信号、及び検知ファイバからの干渉パターンを、電気信号に変換する（ステップＳ１５）。パターンが光周波数中に増分定数を保有するよう、データ取得ユニット３２内のデータプロセッサが、レーザモニタ２８干渉計からの情報を用いて、検知ファイバ１０の検出される干渉パターンを再サンプリングする(resampling)(ステップＳ１６）。このステップは、フーリエ変換作業の数学的必要条件である。ひとたび再サンプリングされると、システムコントローラ３０がフーリエ変換を行って、マルチコアファイバ１２又は１０の初期的な向きについて時間領域内で光散乱信号を生成する（ステップＳ１７）。時間領域内で、光散乱事象の振幅は、ファイバの長さに沿う遅延に対して描写される。光が時間の所与の増分内で進む距離を用いるならば、この遅延を検知ファイバに沿う長さの測定に変換し得る。換言すれば、光散乱信号は、各散乱事象をファイバに沿う距離の関数として示す。サンプリング期間は、空間分解能(spatial resolution)と呼ばれ、同調可能な光源２３が測定の間を通じて掃引される周波数範囲に反比例する。

マルチコアファイバ１２又は１０の一方又は両方は、新しい向きに調節される、例えば、ファイバ回転子２２によって或いは以下に図１０に示すようなフェルール回転子によって回転させられ、次に、ステップＳ１０乃至Ｓ１７は繰り返される（ステップＳ１８）初期的な向きについての散乱振幅を新しい向きと比較して（或いは２つの直近の向きについての振幅を比較して）、それらが受け入れ可能な差内あるか否かを決定する（ステップＳ１９）。受け入れ可能でないならば、プロセスはステップＳ１８に戻り、受け入れ可能であるならば、調節が完了し（ステップＳ２０）、ファイバは接続される。

図８は、マニピュレータアーム８１０を含む手術システム８００についての非限定的な例示的な実施態様を示しており、マニピュレータアーム８１０の上には、手術器具８５０が取り外し可能に取り付けられている。取付けインターフェース８１６が、電力、データ、制御信号、及びあらゆる他の操作モジュールの、器具８５０と手術システム８００との間の通信を可能にする。ローカル又は遠隔ユーザーインターフェース８０２は、使用者が手術システム８００及び器具８５０と相互作用するのを可能にする。

手術システム８００は、コネクタ８１２内で終端する呼掛けファイバ１２に連結される多重チャネルＯＦＤＲシステム２１を更に含む。器具８５０は、コネクタ８１２と噛み合うコネクタ８５２内で終端する検知ファイバ１０を含む。手術システム８００は、上の例示的な実施態様において説明したように、接続のために呼掛け器ファイバが及びセンサ側ファイバを整列させるよう、多重チャネルＯＦＤＲシステム２１による測定に応答してファイバ１２の回転を可能にする、整列アクチュエータ８１４も含む（様々な実施態様において、多重チャネルＯＦＤＲシステム２１は、臨床的な使用中に手術器具８５０と関連付けられる形状及び／又はひずみを測定するために用いられ得る）。

幾つかの実施態様において、整列アクチュエータ８１４は、能動的な調節機構（例えば、多重チャネルＯＦＤＲシステム２１の出力に応答して検知ファイバ１０に対する呼掛けファイバ１２の回転を調節する電動システム）であり得る。他の実施態様において、整列アクチュエータ８１４は、受動的な調節機構（例えば、使用者が多重チャネルＯＦＤＲシステム２１の出力に応答して操作する手動で調節可能な構造）であり得る。様々な他の実施態様において、整列アクチュエータ８１４は、自動調節能力及び手動調節能力の両方を含み得る。

整列アクチュエータ８１４は、例示的な目的のためにマニピュレータアーム８１０の上に描写されているが、様々な他の実施態様において、整列アクチュエータ８１４は、手術システム８００上のあらゆる場所に位置付けられ得る。様々な他の実施態様において、器具８５０は、追加的に又は代替的に、呼掛けファイバ１２に対する検知ファイバ１０の回転を調節するために、その独自の整列アクチュエータ８５４（能動的及び／又は受動的）を含み得る。図８に描写する検知ファイバ１０及び呼掛けファイバ１２の具体的な経路指定及び配置は例示的であることを意図し、限定的であることを意図しないことに更に留意のこと。例えば、様々な実施態様において、ファイバ１２はマニピュレータアーム８１０上で又は内で或いはあらゆる他の経路に沿って経路指定され得る。

図９Ａは、フェルール内のマルチコアファイバを含む非限定的な例示的な実施態様を示している。図９Ｂ及び図９Ｃは、それらのそれぞれのフェルール１３及び１５内で接続されるべき当接する不整列のマルチコアファイバ１０及び１２の付着させられた端(ends)の誇張された実施例の側面図を示している。フェルール取付けファイバは、反射を減少させるよう、しばしば隅研磨され(angle polished)、９０度以外の、例えば、垂直から８又は９度の、フェルール及びファイバ端角度を備える。フェルール取付けファイバの整列は、隅研磨の存在する場合においてさえも、しばしば問題である。角度的に付着させられるフェルール１３及び１５の外表面が接続のために整列させられ、中央コアＡ−Ａが整列させられるときでさえも、マルチコアファイバ１０及び１２についての対応するコアＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、及びＤ−Ｄは、破線によって示すように、整列させられない。高さ変位の量は、両頭矢印で示されている。従って、フェルールの幾らかの回転が、ファイバ接続を向上させ得る。

図１０は、他の例示的な実施態様に従った整列のためにそれらのそれぞれのフェルール内に埋め込まれた２つのマルチコアファイバを接続する例示的なコネクタについての非限定的な詳細を示している。上の図３Ａ及び図３Ｂは、フェルールを用いない接続のための２つの光ファイバの中央コアを初期的に整列させる溝を示している。図１０は、分割スリーブコネクタを用いる。何故ならば、商業的に入手可能であり且つ安価なサファイアフェルール及び分割スリーブコネクタは、２つのフェルールが互いに当接させられるときに、中央コアを有するマルチコアファイバの中央コアを整列させる良い仕事を行うからである。この比較的安価で容易な分割スリーブコネクタは、能動的な整列をコネクタの単一の自由度に制限する。丸いフェルール３７は、必ずしも必要でないが、好ましくは、大量生産される、高精度の分割スリーブ３６の中心において、呼掛け器側マルチコアファイバ１０を精密に（例えば、＋−＜１ミクロンに）保持する。分割スリーブは、位置を調節し得るよう、例えば、バネ３８によって、フレキシブルに支持される。マルチコアファイバ１０のためのフェルール３７は、フェルールの回転角度を固定するために、比較的大きな平坦な表面を備える表面４０に強固に接続される。

左側には、中央コアの分割スリーブコネクタ整列に影響を与えない分割スリーブ３６内に、対応する回転可能なフェルール３９がある。回転可能なフェルール３９は、センサ側マルチコアファイバ１２を収容する。分割スリーブ３６をフレキシブルに取り付けることは、２つのフェルール３９及び３７に順応するよう、分割スリーブ３６が空間内で位置変更するのを可能にする。フェルール３９は、トルク及び幾らかの軸方向の力を伝えるモータ４４に接続されるマルチリンク自在継手４２を用いて回転させられる。フェルール３９及び３７の間に空間が示されているが、実際には、それらは、例えば、センサ側で圧縮力をもたらすバネによって、接触するよう移動させられる。最適なコア整列がひとたび達成されると、２つのファイバは接続されてよい。

図１１Ａ乃至１１Ｅは、例示的なＯＦＤＲに基づくマルチコアファイバ整列システムを用いて２つのマルチコアファイバの整列を反復的に増大させることを示す反射対距離の例示的なグラフである。コアが十分に整列させられず、反射が中央コア及び１つの外側コアに沿う距離の関数として測定されるならば、図１１Ａに示すプロットは、図示の実質的な振幅差で提供される。濃い波形は、中央コアについて検出された反射振幅に対応し、より薄い波形は、１つの外側コアについて検出された反射振幅に対応する。２つのマルチコアファイバがより近い整列に向かって回転させられると、外側コアでの振幅（より薄い波形）は、図１１Ｂ乃至１１Ｄに示すように、漸進的により大きくなる。図１１Ｅは、例えば、２つの波形が略同じ平均振幅を有するときに、所望の整列が達成されることを信号で伝える。

様々な実施態様を図示し且つ詳細に記載したが、請求項は如何なる特定の実施態様又は実施例にも限定されない。上述のいずれも、いずれかの特定の要素、ステップ、範囲、又は機能が、請求項の範囲内に含められなければならないように本質的であることを暗示するものとして、判読されてならない。特許される主題の範囲は、請求項によってのみ定められる。法律的な保護の程度は、許可される請求項において引用される用語及びそれらの均等物によって定められる。当業者に知られる上述の好適な実施態様の要素の全ての構造的な及び機能的な均等物は、本明細書中に参照によって明示的に組み込まれ、本請求項によって包含されることが意図される。その上、デバイス又は方法が本請求項によって包含されるために、デバイス又は方法が記載される技術によって解決されることが探究されるありとあらゆる課題に取り組むことは、必要でない。如何なる請求項も、「〜ための手段」又は「〜のためのステップ」という用語が用いられない限り、３５ＵＳＣ§１１２の第６段落を発動させることを意図しない。その上、この明細書中の如何なる実施態様、構成、コンポーネント、又はステップも、その実施態様、構成、コンポーネント、又はステップが請求項中に引用されているか否かに拘わらず、公衆に献呈されることを意図しない。

Claims (41)

1. 検知マルチコア光ファイバ内の１つ又はそれよりも多くのコアを呼掛けマルチコア光ファイバ内の１つ又はそれよりも多くのコアと整列させる方法であって、
   前記検知マルチコア光ファイバ内の各コアは、前記呼掛けマルチコア光ファイバ内のそれぞれのコアとペアにされて、コアペアを形成し、
   当該方法は、
   光学干渉法を用いて、前記呼掛けコアを通じてコアペアに呼び掛けて、第１の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記コアペア内の前記検知コアからの第１の反射値を決定すること、
   光学干渉法を用いて、前記呼掛けコアを通じて前記コアペアに呼び掛けて、第２の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記コアペア内の前記検知コアからの第２の反射値を決定すること、並びに
   前記第１の反射値及び前記第２の反射値に基づき前記コアペアについての整列の向きを特定することを含む、
   方法。
2. 前記検知コアの端と前記呼掛けコアの端との間の相対的な位置を前記整列させられる向きに調節すること、並びに
   前記コアペアが前記整列の向きにある状態で、前記検知マルチコア光ファイバを前記呼掛けコア光ファイバに接続することを更に含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記第１の反射値を前記第２の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記対応する第２の反射値と比較すること、並びに
   該比較に基づき、前記コアペアを接続するための前記整列の向きを特定することを更に含む、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記調節することは、前記コアペア内の前記検知コア及び前記呼掛けコアの一方又は両方の回転を含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記検知及び呼掛けマルチコアファイバの少なくとも端を構造の溝内に配置すること、次に、前記検知及び呼掛けマルチコアファイバの前記端を接続のために近接させること、並びに、前記検知及び呼掛けマルチコアファイバの一方又は両方を前記溝内で回転させることを更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記検知マルチコアファイバは、第１のフェルール内に含められ、前記呼掛けマルチコアファイバは、第２のフェルール内に含められ、前記調節することは、前記第１及び第２のフェルールの一方又は両方の回転を含む、請求項２に記載の方法。
7. 前記第１及び第２のフェルールの少なくとも端を分割スリーブコネクタ内に配置すること、並びに、前記第１及び第２のフェルールが前記分割スリーブ内にある間に、前記第１及び第２のフェルールの一方又は両方を回転させることを更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記光学干渉法は、周波数領域後方散乱測定法（ＯＦＤＲ）を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記検知マルチコア光ファイバは、手術器具と関連付けられ、
   前記検知マルチコア光ファイバからの反射光のＯＦＤＲ検知及び処理が、前記手術器具の少なくとも幾らかの部分の位置及び／又は形状を決定するために用いられる、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記特定するステップは、前記コアペアについての最大の最小測定反射振幅に基づき、前記コアペアを接続するための前記整列させられる向きを特定することを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記特定するステップは、前記コアペアについての挿入損及び反射減衰量のうちの１つ又はそれよりも多くに基づき、前記コアペアを接続するための前記整列の向きを特定することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１及び第２の反射値は、前記コアペアの前記検知コア内のブラッグ格子から得られる、請求項１に記載の方法。
13. マルチコアペアのために請求項１の方法を行うことを更に含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記第１及び第２の反射値は、前記コアペアの前記検知コア内のレイリー散乱から得られる、請求項１に記載の方法。
15. 検知マルチコア光ファイバ内の１つ又はそれよりも多くのコア及び呼掛けマルチコア光ファイバ内の１つ又はそれよりも多くのコアを整列させる装置であって、
    前記検知マルチコア光ファイバ内の各コアは、前記呼掛けマルチコア光ファイバ内のそれぞれのコアとペアにされて、コアペアを形成し、
    当該装置は、
    コアペアに呼び掛けるように構成される、並びに、第１の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記コアペア内の前記検知マルチコア光ファイバからの第１の反射値を決定するように構成される、光学干渉計であって、
    前記呼掛けコアを通じて前記コアペアに呼び掛けるように構成される、並びに、第２の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記コアペア内の前記検知コアからの第２の反射値を決定するように構成される、光学干渉計と、
    前記第１の反射値及び前記第２の反射値に基づき、前記コアペアについての整列の向きを特定するように構成される、回路構成とを含む、
    装置。
16. 前記検知及び呼掛けマルチコア光ファイバの端の間の相対的な位置を第２の向きに調節するように構成される、アクチュエータと、
    前記コアペアが前記整列の向きにある状態で、前記検知マルチコア光ファイバを前記呼掛けマルチコア光ファイバに接続するように構成される、コネクタとを含む、
    請求項１４に記載の装置。
17. 前記回路構成は、前記第１の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記第１の反射値を前記第２の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記対応する第２の反射値と比較するように構成され、且つ、該比較に基づき、前記コアペアを接続する前記整列の向きを特定するように構成される、請求項１６に記載の装置。
18. 前記アクチュエータは、前記検知及び呼掛けマルチコアファイバの一方又は両方を回転させるように構成される、請求項１６に記載の装置。
19. 当該装置は、溝を有する構造を含み、前記アクチュエータは、前記検知及び呼掛けマルチコアファイバが前記溝内にある間に、前記検知及び呼掛けマルチコアファイバの一方又は両方を回転させるように構成される、請求項１８に記載の装置。
20. 前記検知マルチコアファイバを含む第１のフェルールと、前記呼掛けマルチコアファイバを含む第２のフェルールとを更に含み、前記アクチュエータは、前記第１及び第２のフェルールの一方又は両方を回転させるように構成される、請求項１６に記載の装置。
21. 前記検知及び呼掛けマルチコアファイバの端を接続のために近接させるように構成される前記第１及び第２のフェルールの少なくとも端を含む分割スリーブ構造を更に含み、前記アクチュエータは、前記第１及び第２のフェルールが前記分割スリーブ内にある間に、前記第１及び第２のフェルールの一方又は両方を回転させるように構成される、請求項２０に記載の装置。
22. 前記光学干渉計は、周波数領域後方散乱測定器を含む、請求項１５に記載の装置。
23. 前記検知マルチコア光ファイバは、手術器具と関連付けられ、
    前記周波数領域後方散乱測定器は、前記手術器具の少なくとも幾らかの部分の位置及び／又は形状を決定するために、前記検知マルチコア光ファイバからの反射光を検知し且つ処理するように構成される、
    請求項２２に記載の装置。
24. 前記回路構成は、前記コアペアについての最大の最小測定反射振幅に基づき、前記検知及び呼掛けマルチコアファイバを接続するために前記整列させられる向きを特定するように構成される、請求項１５に記載の装置。
25. 前記回路構成は、前記コアペアの挿入損及び反射減衰量のうちの１つ又はそれよりも多くに基づき、前記コアペアを接続するための前記整列の向きを特定するように構成される、請求項１５に記載の装置。
26. 前記第１及び第２の反射値は、前記コアペアの前記検知コア内のブラッグ格子から得られる、請求項１５に記載の装置。
27. 前記第１及び第２の反射値は、前記コアペアの前記検知コア内のレイリー散乱から得られる、請求項１５に記載の装置。
28. １つ又はそれよりも多くのコアを有する第１のマルチコア光ファイバと、
    手術器具のための取付けインターフェースであって、前記手術器具は、第２のマルチコア光ファイバを含み、前記第１のマルチコア光ファイバ内の各コアは、前記第２のマルチコアファイバ内のそれぞれのコアとペアにされて、コアペアを形成する、取付けインターフェースと、
    前記第１のマルチコアファイバに連結される、光学干渉計であって、第１の向きにおける少なくとも１つのコアペアに呼び掛けて、前記コアペア内の前記第２のマルチコア光ファイバからの第１の反射値を決定し、第２の向きにおける前記コアペアに呼び掛けて、前記コアペア内の前記第２のマルチコア光ファイバからの第２の反射値を決定するように構成され、前記第１及び第２の反射値は、前記コアペアについての第１及び第２の整列の程度をそれぞれ表す、光学干渉計と、
    前記第１の反射値及び前記第２の反射値に基づき、前記コアペアについての整列の向きを特定するように構成される、プロセッサとを含む、
    手術システム。
29. 前記第１及び第２のマルチコア光ファイバの端の間の相対的な位置を第２の向きに調節するように構成される、アクチュエータと、
    前記コアペアが前記整列の向きにある状態において、前記第２のマルチコア光ファイバを前記第１のマルチコア光ファイバに接続するように構成される、コネクタとを更に含む、
    請求項２８に記載の手術システム。
30. 前記プロセッサは、前記第１の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記第１の反射値を前記第２の向きにおける前記コアペアについての整列の程度を表す前記対応する第２の反射値と比較するように構成され、該比較に基づき、前記第２のマルチコア光ファイバを前記第１のマルチコア光ファイバに接続するための前記整列の向きを特定するように構成される、請求項２９に記載の手術システム。
31. 前記アクチュエータは、前記第１のマルチコア光ファイバ及び前記第２のマルチコア光ファイバの一方又は両方を回転させるように構成される、請求項３０に記載の手術システム。
32. 前記アクチュエータは、前記第１のマルチコア光ファイバ及び前記第２のマルチコア光ファイバが溝内にある間に、前記第１のマルチコア光ファイバ及び前記第２のマルチコア光ファイバの一方又は両方を回転させるように構成される、請求項３１に記載の手術システム。
33. 前記第１のマルチコア光ファイバを含む第１のフェルールと、前記第２のマルチコア光ファイバを含む第２のフェルールとを更に含み、前記アクチュエータは、前記第１及び第２のフェルールの一方又は両方を回転させるように構成される、請求項２９に記載の手術システム。
34. 前記第１及び第２のマルチコア光ファイバの端を接続のために近接させるように構成される前記第１及び第２のフェルールの少なくとも端を含む分割スリーブ構造を更に含み、前記アクチュエータは、前記第１及び第２のフェルールが前記分割スリーブ内にある間に、前記第１及び第２のフェルールの一方又は両方を回転させるように構成される、請求項３３に記載の手術システム。
35. 前記光学干渉計は、周波数領域後方散乱測定器を含む、請求項２８に記載の手術システム。
36. 前記周波数領域後方散乱測定器は、前記手術器具の少なくとも幾らかの部分の位置及び／又は形状を決定するために、前記第２のマルチコア光ファイバからの反射光を検知し且つ処理するように構成される、請求項３５に記載の手術システム。
37. 前記プロセッサは、前記コアペアについての最大の最小測定反射振幅に基づき、前記第１のマルチコア光ファイバ及び前記第２のマルチコア光ファイバを接続するために、前記整列の向きを特定するように構成される、請求項２８に記載の手術システム。
38. 前記プロセッサは、前記コアペアについての挿入損及び反射減衰量のうちの１つ又はそれよりも多くに基づき前記第１のマルチコア光ファイバ及び前記第２のマルチコア光ファイバを接続するために、前記整列の向きを特定するように構成される、請求項２８に記載の手術システム。
39. 前記第１及び第２の反射値は、前記コアペアの前記検知コア内のブラッグ格子から得られる、請求項２８に記載の手術システム。
40. 前記第１及び第２の反射値は、前記コアペアの前記検知コア内のレイリー散乱から得られる、請求項２８に記載の手術システム。
41. 本明細書中に記載される方法、装置、及び手術システム。

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