JP5296867B2

JP5296867B2 - 光伝送装置

Info

Publication number: JP5296867B2
Application number: JP2011506970A
Authority: JP
Inventors: 弘通谷岡; 一之高橋
Original assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: WO2010113374A1; JPWO2010113374A1

Description

本発明は、光伝送装置に関するものである。

従来より、光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ）や波長掃引利用の光干渉断層診断装置（ＯＦＤＩ）等の光画像診断装置では、血管等の体腔内に挿入されるプローブとして、光の送受信を行う送受信部と光ファイバとが内蔵された光プローブが用いられている。

光画像診断装置では、体腔内において送受信部のラジアル走査を行うために、光プローブを体腔内に挿入した状態で、送受信部を回転させながら、体腔内の末梢方向およびその反対方向（軸方向）への移動動作を行う。

このため、光画像診断装置には、送受信部のラジアル動作を実現するためのスキャナ／プルバック部が備えられている。スキャナ／プルバック部には、光プローブに内蔵された送受信部及び光ファイバを軸方向に移動させながら回転させる回転駆動部と、光画像診断装置の本体制御部に光学的に接続され、回転駆動部との間で光の伝送を行う固定部とが備えられている。

更に、回転駆動部には、光プローブに内蔵された光ファイバの端部（送受信部が取り付けられた端部とは反対側の端部）に取り付けられた光コネクタを着脱可能に接続するための光アダプタが設けられており、これにより、光プローブがスキャナ／プルバック部の回転駆動部側に取り付けられた際に、光プローブに内蔵された光ファイバは、回転駆動部に光学的に接続されることとなる。

ここで、光プローブに内蔵された光ファイバを回転駆動部に光学的に接続するために使用される光コネクタとしては、通常、光アダプタとの接続面における反射ノイズを低減させるために、ＡＰＣ（Ａｎｇｌｅｄ−ＰＣ）光コネクタが用いられる。

特開２００５−１９６０８０号公報

しかしながら、ＡＰＣ光コネクタの場合、接続端面が回転軸方向に対して斜めに構成されているため、伝送される光が接続端面であるコネクタ出口において回転軸に対して傾斜することとなる。この結果、例えば、診断対象からの反射光をＡＰＣ光コネクタを介して回転駆動部内の光アダプタに入射し、更に、固定部に伝送させようとした場合、固定部には、回転軸に対して偏向し、かつ拡がった状態の反射光が入射されることとなる。

光画像診断装置のスキャナ／プルバック部のように、回転する回転駆動部と固定部との間で光の送受信を行う場合、回転駆動部より出射される反射光が拡がって、回転軸に対して偏向された状態となっていると、固定部に対して、拡がって回転軸に対して偏向した状態のまま（つまり、回転軸からずれた状態のまま）反射光が伝送されることとなる。

このように、固定部に対して拡がり、かつ偏向された状態の反射光が伝送された場合、当該反射光に基づいて光画像診断装置が断層画像を生成することで、画質の低い断層画像が生成される恐れがある。このため、固定部に対しては、軸対称で拡がりの少ない反射光が伝送されることが望ましい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＡＰＣ光コネクタが着脱可能に接続される回転駆動部と、該回転駆動部との間で光の伝送を行う固定部とを備える光伝送装置において、反射ノイズを低減させつつ、回転駆動部と固定部とを非接触で接続し、損失の少ない光の伝送を実現することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る光伝送装置は以下のような構成を備える。即ち、
ＡＰＣ光コネクタが接続される光アダプタを備える回転駆動部と、該回転駆動部との間で光の伝送を行う固定部とを備える光伝送装置であって、
前記光アダプタに接続されたＡＰＣ光コネクタのフェルールより出射された光を、前記固定部に対して、前記回転駆動部の回転軸に対称な軸対称の平行光として出射し、前記固定部より出射された軸対称の平行光が、前記フェルールに対して、偏向及び集光された光として入射されるよう構成された光学部材を備え、
前記光アダプタに接続されたＡＰＣ光コネクタのフェルールと前記固定部との間で非接触による光の伝送を行うことを特徴とする。

本発明によれば、ＡＰＣ光コネクタが着脱可能に接続される回転駆動部と、該回転駆動部との間で光の伝送を行う固定部とを備える光伝送装置において、反射ノイズを低減させつつ、回転駆動部と固定部とを非接触で接続し、損失の少ない光の伝送を実現することが可能となる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる光伝送装置を備える光画像診断装置の外観構成を示す図である。図２は、光プローブ部の全体構成を示す図である。図３は、光プローブ部の先端部の構成を示す図である。図４は、駆動シャフトの全体構成を示す図である。図５は、光プローブ部の後端部の構成を示す図である。図６は、スキャナ／プルバック部における光ビームの伝送に関わる光学部材の構成を示す図である。図７は、スキャナ／プルバック部において光ビームが伝送される様子を示した図である。図８は、スキャナ／プルバック部における光学部材の位置決め機構を説明するための図である。

以下、必要に応じて添付図面を参照しながら本発明の各実施形態を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
＜１．光画像診断装置の外観構成＞
図１は本発明の第１の実施形態にかかる光伝送装置（スキャナ／プルバック部）を備える光画像診断装置（光干渉断層画像診断装置または波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置）１００の外観構成を示す図である。

図１に示すように、光画像診断装置１００は、光プローブ部１０１と、光伝送装置として機能するスキャナ／プルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備え、スキャナ／プルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、信号線１０４により接続されている。

光プローブ部１０１は、直接血管等の体腔内に挿入され、後述するイメージングコア２２０を用いて体腔内部の状態を測定する。スキャナ／プルバック部１０２は、光プローブ部１０１と着脱可能に構成されており、内蔵されたモータが駆動することで光プローブ部１０１内のイメージングコア２２０のラジアル動作を規定する。

操作制御装置１０３は、体腔内光干渉断層診断を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、断層画像として表示するための機能を備える。

操作制御装置１０３において、１１１は本体制御部であり、測定により得られたデータを処理したり、処理結果を出力したりする。１１１−１はプリンタ／ＤＶＤレコーダであり、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。

１１２は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル１１２を介して、各種設定値の入力を行う。１１３は表示装置としてのＬＣＤモニタであり、本体制御部１１１における処理結果を表示する。

＜２．光プローブ部の全体構成＞
次に光プローブ部１０１の全体構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、光プローブ部１０１は、直接血管等の体腔内に挿入される長尺のカテーテルシース２０１と、ユーザが操作するために体腔内に挿入されずユーザの手元側に配置されるコネクタ部２０２により構成される。カテーテルシース２０１の先端には、ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３が形成されており、カテーテルシース２０１は、ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３との接続部分からコネクタ部２０２との接続部分にかけて連続する管腔として形成されている（なお、詳細は図３参照）。

カテーテルシース２０１の管腔内部には、測定光を送受信する送受信部２２１と、それを回転させるための駆動力を伝送する駆動シャフト２２２とを備えるイメージングコア２２０がカテーテルシース２０１のほぼ全長にわたって挿通されている。

コネクタ部２０２は、カテーテルシース２０１の基端に一体化して構成された手元部２０２ａと駆動シャフト２２２の基端に一体化して構成された接続コネクタ２０２ｂとからなる。

手元部２０２ａとカテーテルシース２０１の境界部には、耐キンクプロテクタ２１１が設けられている。これにより所定の剛性が保たれ、急激な変化による折れ曲がり（キンク）を防止することができる。

接続コネクタ２０２ｂの基端（詳細は図４参照）は、後述するスキャナ／プルバック部１０２（詳細は図６参照）と接続可能に構成されている。

＜３．光プローブ部の先端部の構成＞
次に、光プローブ部１０１の先端部の構成について図３を用いて説明する。図３において、カテーテルシース２０１の管腔内部には、測定光を送信し、反射光を受信する送受信部２２１が配されたハウジング３０１と、それを回転させるための駆動力を伝送する駆動シャフト２２２とを備えるイメージングコア２２０がほぼ全長にわたって挿通されており、光プローブ部１０１を形成している。

送受信部２２１では、体腔内組織に向けて測定光を送信するとともに、体腔内組織からの反射光を受信する。

駆動シャフト２２２はコイル状に形成され、その内部には信号線（シングルモードの光ファイバ）が配されている。

ハウジング３０１は、短い円筒状の金属パイプの一部に切り欠き部を有した形状をしており、金属塊からの削りだしやＭＩＭ（金属粉末射出成形）等により成形される。ハウジング３０１は、内部に送受信部２２１を有し、基端側は駆動シャフト２２２と接続されている。また、先端側には短いコイル状の弾性部材３０２が設けられている。

弾性部材３０２はステンレス鋼線材をコイル状に形成したものであり、弾性部材３０２が先端側に配されることで、イメージングコア２２０を前後移動させる際にカテーテル内での引っかかりを防止する。

３０３は補強コイルであり、カテーテルシース２０１の先端部分の急激な折れ曲がりを防止する目的で設けられている。

ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３は、ガイドワイヤが挿入可能なガイドワイヤ用ルーメンを有する。ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３は、予め血管等の体腔内に挿入されたガイドワイヤを受け入れ、ガイドワイヤによってカテーテルシース２０１を患部まで導くのに使用される。

駆動シャフト２２２は、カテーテルシース２０１に対して回転動作及び軸方向動作することが可能であり、柔軟で、かつ回転をよく伝送できる特性をもつ、例えば、ステンレス等の金属線からなる多重多層密着コイル等により構成されている。

＜４．イメージングコア全体の構成＞
次に、イメージングコア２２０の全体構成について説明する。図４は、イメージングコア２２０の全体構成を示す図である。図４に示すように、イメージングコア２２０の基端側には、接続コネクタ２０２ｂがスキャナ／プルバック部１０２の回転駆動部に接続された際に、回転駆動部内の光アダプタ（詳細は後述）と光学的に接続されるとともに、回転駆動部からの回転駆動力を駆動シャフト２２２に伝達するためのコネクタ装置４００が取り付けられている。

コネクタ装置４００は、内部にＡＰＣ光コネクタ（図４において不図示）が配置されたコネクタ固定部材４０３と、コネクタ固定部材４０３を接続コネクタ２０２ｂの基端側内部において回転自在に固定するためのフランジ４０２とを備える。

なお、駆動シャフト２２２は、接続パイプ４０１を介してコネクタ装置４００内に配置されたＡＰＣ光コネクタと接合されているものとする。

＜５．接続コネクタの構成＞
次に、接続コネクタ２０２ｂの断面構成について図５を用いて説明する。図５は接続コネクタ２０２ｂの基端側の内部構成を示す断面図である。

図５に示すように、接続コネクタ２０２ｂの基端には、光ファイバ用のコネクタ（ＡＰＣ光コネクタ）５０２が配置されており、これにより光ファイバ５０１はスキャナ／プルバック部１０２内に配された光アダプタと光学的に接続される。

ＡＰＣ光コネクタ５０２は、接続パイプ４０１を介して駆動シャフト２２２と接合されている。また、ＡＰＣ光コネクタ５０２は、中空の円筒形状をしたコネクタ固定部材４０３の内部に配置されており、先端にフェルール５０３が設けられた光ファイバ５０１の端部を保持固定している。光ファイバ５０１の端部（接続面）は端面での光の反射によりノイズが発生することを防ぐため、光の進行方向（回転軸方向）に対して、所定の傾斜角度が形成されたＡＰＣタイプに加工されている。コネクタ固定部材４０３は、先端側端部に円盤状のフランジ４０２を有しており、接続コネクタ２０２ｂのハウジング５０４内部に、回転自在に保持されている。

コネクタ固定部材４０３は、光アダプタとの結合に際してアダプタ固定部材と協働してＡＰＣ光コネクタ５０２の周方向の位置合わせを行う。

＜６．スキャナ／プルバック部１０２の内部構成＞
次に、スキャナ／プルバック部１０２の内部構成について説明する。図６はスキャナ／プルバック部１０２の内部構成を示す図である。図６において、紙面左側は回転駆動部であり、紙面右側は固定部である。

図６において、６０１はスキャナ／プルバック部１０２のハウジングであり、内面に接続コネクタ２０２ｂのハウジング５０４が嵌合する。６０２はＡＰＣ光コネクタ５０２と結合される光アダプタである。６０３は中空の円筒形状をしており、内部に光アダプタ６０２が相対回転不可能なように固定されたアダプタ固定部材であり、ＡＰＣ光コネクタ５０２との結合に際してコネクタ固定部材４０３と協働してＡＰＣ光コネクタ５０２の周方向の位置合わせを行う。

アダプタ固定部材６０３は、外表面を規定する保護管６０８と、保護管６０８の内面に固定され、アダプタ固定部材６０３の内表面を規定する本体６０９とから構成されている。

アダプタ固定部材６０３の内表面には一対の爪６０５が形成されている。一対の爪６０５は、ＡＰＣ光コネクタ５０２と係合し、ＡＰＣ光コネクタ５０２と光アダプタ６０２とを強固に一体化するものである。

光アダプタ６０２には、ＡＰＣ光コネクタ５０２のフェルール５０３を受け入れるメス型構造の穴６０７が形成されている。なお、光アダプタ６０２はＡＰＣ光コネクタ５０２と接続された際、ＡＰＣ光コネクタ５０２のフェルール５０３が回転軸方向において所定の位置に固定されるよう構成されているものとする。これにより、光アダプタ６０２に接続されたＡＰＣ光コネクタ５０２のフェルール５０３から、光ファイバ６１７の放射位置６１８までの距離Ｌは常に一定となる。

６１１はレンズ固定スリーブ支持部であり、内部には、レンズ固定スリーブ６１２により第１の光学レンズ６１３と第２の光学レンズ６１４とが固定されている。なお、レンズ固定スリーブ６１２は、セットスクリュー６１５により位置調整可能に固定されているものとする。

一方、スキャナ／プルバック部１０２の固定部には、コリメータレンズ６１６があり、コリメータレンズ６１６は、光ファイバ６１７と接続されている。これにより、ＡＰＣ光コネクタ５０２のフェルール５０３より放射された反射光は、第１の光学レンズ６１３、第２の光学レンズ６１４、コリメータレンズ６１６を介して、接続された光ファイバ６１７に入射されることとなる。一方、光ファイバ６１７より導光された測定光は、コリメータレンズ６１６から出射され、第２の光学レンズ６１４、第１の光学レンズ６１３を介して、非接触で回転駆動部のＡＰＣ光コネクタ５０２のフェルール５０３に入射されることとなる。

つまり、スキャナ／プルバック部１０２は、回転駆動部と固定部との間で、非接触により光の伝送を行う光伝送装置として機能する。以下、ＡＰＣ光コネクタ５０２が光アダプタ６０２に接続された状態での回転駆動部と固定部との間の光の伝送の詳細について説明する。

＜７．スキャナ／プルバック部１０２における光の伝送＞
次に、図７を用いて、スキャナ／プルバック部１０２における光の伝送について説明する。図７の７Ａ、７Ｂは、スキャナ／プルバック部の回転駆動部と固定部との間において、光が伝送される様子を示した図である。

図７の７Ａ、７Ｂに示すように、ＡＰＣ光コネクタ５０２のフェルール５０３において回転軸に対して偏向した光ビーム（７０１）は、拡がった後、第１の光学レンズ６１３に入射される（７０２）。第１の光学レンズ６１３は両凸状の球面レンズであり、フェルール５０３より回転軸に対して偏向し、拡がって出射された光ビームは、第１の光学レンズ６１３の入射面（凸レンズ）において回転軸からのずれが小さくなるように曲げられてビーム拡がり角が小さくされた後、第１の光学レンズ６１３の出射面（凸レンズ）で、更に回転軸からのずれが小さくなるように曲げられ、ビーム拡がり角が小さくされた後、出射される。

第１の光学レンズ６１３より出射された光ビームは、第２の光学レンズ６１４に入射される。第２の光学レンズ６１４は、第１の光学レンズ６１３より出射された光ビームが入射される側の入射面が凸状の球面または平面に近い球面となっており、光ビームが出射する側の出射面が、所定の傾斜角度の平面となっている。

第１の光学レンズ６１３より出射された光ビームは、第２の光学レンズ６１４の入射面において屈折し、平行光となって第２の光学レンズ６１４内を進む。第２の光学レンズ６１４内を平行光として進む光ビーム（７０３）は、出射面で屈折し、回転軸に対称な平行光として出射される。

第２の光学レンズ６１４より出射された光ビーム（７０４）は、回転軸上を進み、コリメータレンズ６１６において出射され（７０５）、光ファイバ６１７に導光される。

このように、第１の光学レンズ６１３及び第２の光学レンズ６１４は、第１の光学レンズ６１３側からコリメータレンズ６１６側に向かう光ビームにおいて、フェルール５０３において回転軸に対して偏向され、拡がって出射された光ビームを、３つの凸状の球面により集光することで、平行光にするとともに（第１の光学系）、１つの傾斜面により曲げることで、回転軸に対称な軸対称の平行光（第２の光学系）とするよう光学設計されている。

同様に、光ファイバ６１７に接続されたコリメータレンズ６１６より拡がって出射された光ビームは、コリメータレンズ６１６において、平行光として出射される。コリメータレンズ６１６より平行光として出射された光ビーム（７０４）は、回転軸上を進み、第２の光学レンズ６１４の傾斜面において偏向される。第２の光学レンズ６１４の傾斜面において偏向された光ビームは、出射面において集光される。

第２の光学レンズ６１４より出射された光ビーム（７０３）は、第１の光学レンズ６１３の出射面において集光され、フェルール５０３に入射される。第１の光学レンズ６１３より出射された光ビーム（７０１）は、フェルール５０３に対して所定の角度をもって入射され、光ファイバ内に導光される。

このように、第１の光学レンズ６１３及び第２の光学レンズ６１４は、コリメータレンズ６１６において平行光として出射された光ビームが、１つの傾斜面により偏向され（第２の光学系）、３つの凸状の球面により回転軸に対して偏向及び集光されることで（第１の光学系）、フェルール５０３において偏向された後の光ビームが光ファイバ５０１内に導光されるように光学設計されている。

この結果、反射ノイズを低減させつつ、かつ非接触式で損失が少なく回転による出力変動が小さくなるため、光画像診断装置において生成される断層画像の画質を向上させることが可能となる。

＜８．光学部材の位置決め機構＞
次に、第１の光学レンズ６１３及び第２の光学レンズ６１４の位置決め機構について説明する。図８は、第１の光学レンズ６１３及び第２の光学レンズ６１４の位置決め機構を説明するための図であり、８Ａは、図７の７ＡのＡ−Ａ断面図、８Ｂは、図７の７ＢのＢ−Ｂ断面図である。

図８において、６１５はセットスクリューであり、第１の光学レンズ６１３及び第２の光学レンズ６１４が配されたレンズ固定スリーブ６１２を３方向から支持している。セットスクリュー６１５を調整することにより、レンズ固定スリーブ６１２のチルト角（回転軸に対する仰角）と上下方向のシフト量とを変更することができる。

図８に示すように、レンズ固定スリーブ６１２とレンズ固定スリーブ支持部６１１との間は、接着剤注入穴８０１より注入された接着剤により固定可能となっている。このため、レンズ固定スリーブ６１２のチルト角と上下方向のシフト量が最適に調整された後は、レンズ固定スリーブ６１２は、レンズ固定スリーブ支持部６１１に対して接着固定されることとなる。

なお、第１の光学レンズ６１３及び第２の光学レンズ６１４は、レンズ固定スリーブ６１２が接着固定された後に、レンズ固定スリーブ６１２に対してスポット溶接により固定されるものとする。

以上の説明から明らかなように、ＡＰＣ光コネクタが着脱可能に接続される回転駆動部と、該回転駆動部との間で光の伝送を行う固定部とを備えるスキャナ／プルバック部において、回転駆動部に第１及び第２の光学レンズを配し、光ビームの集光及び偏向を最適化することで、回転駆動部と固定部との間で、損失、ノイズ回転による出力の変動の少ない光の伝送を実現することが可能となる。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、回転駆動部内に第１及び第２の２つの光学レンズを配し、光ビームの集光及び回転軸に対する偏向を最適化する構成としたが、本発明はこれに限定されず、３つ以上の光学レンズを配することで、光ビームの集光及び回転軸に対する偏向を最適化するように構成してもよい。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

本願は、２００９年３月３１日提出の日本国特許出願特願２００９−０８７６２５を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims

ＡＰＣ光コネクタが接続される光アダプタを備える回転駆動部と、該回転駆動部との間で光の伝送を行う固定部とを備える光伝送装置であって、
前記光アダプタに接続されたＡＰＣ光コネクタのフェルールより出射された光を、前記固定部に対して、前記回転駆動部の回転軸に対称な軸対称の平行光として出射し、前記固定部より出射された軸対称の平行光が、前記フェルールに対して、偏向及び集光された光として入射されるよう構成された光学部材を備え、
前記光アダプタに接続されたＡＰＣ光コネクタのフェルールと前記固定部との間で非接触による光の伝送を行うことを特徴とする光伝送装置。
前記光学部材は、
前記光アダプタに接続されたＡＰＣ光コネクタのフェルールより回転軸に対して偏向され拡げられた出射光を集光し、偏向及び拡がりを小さくする第１の光学系と、該第１の光学系により生成された平行光を屈折して、軸対称にする第２の光学系とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
前記光学部材は、
前記固定部より出射された軸対称の平行光を屈折する第２の光学系と、該第２の光学系において屈折された平行光を集光して前記フェルールに入射する第１の光学系とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
前記光学部材を位置決めするための位置決め機構を更に備えることを特徴とする請求項２または３に記載の光伝送装置。
前記第１の光学系と前記第２の光学系は、第１及び第２の２つの光学レンズにより構成されており、第１の光学レンズは、両凸の球面レンズであり、第２の光学レンズは、凸状の球面と、所定の傾斜角度の平面または平面に近い球面とを有するレンズであることを特徴とする請求項２または３に記載の光伝送装置。
光プローブの基端側に設けられたＡＰＣ光コネクタと、該ＡＰＣ光コネクタが接続される光アダプタとを備える回転駆動部と、該回転駆動部との間で光の伝送を行う固定部とを備える光伝送装置であって、
前記固定部より出射された光が、前記回転駆動部に構成された光学部材を通じて回転軸に対して偏向され、かつ集光することで、前記光アダプタに接続された前記ＡＰＣ光コネクタのフェルールに偏向及び集光された光として入射され、該入射された光は、前記光プローブの先端側に設けられた送受信部を通じて対象物に照射され、該対象物より反射された反射光が前記光プローブを通じて前記ＡＰＣ光コネクタのフェルールから出射され、光学部材を通じて回転軸に対して偏向され、かつ集光することで、前記回転駆動部の回転軸に軸対称の平行光として入射され、前記光アダプタに接続された前記ＡＰＣ光コネクタのフェルールと前記固定部との間で非接触による光の伝送を行うことを特徴とする光伝送装置。