JP6273256B2 - Ｏｃｔプローブ用のモノリシックのビーム成形光学系および方法 - Google Patents

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１２年３月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／６１６７３４号の優先権の利益、および２０１３年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／８２７２３４号の優先権の利益を主張するものである。

本開示は、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）に関し、特にＯＣＴプローブ用のモノリシックのビーム成形光学系に関する。

光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は、散乱生体組織の高分解能の断面画像を捉えるために使用され、光ファイバの干渉測定に基づくものである。一例のＯＣＴシステムは、その全体が参照することにより本書に組み込まれる特許文献１および特許文献２に記載されている。ＯＣＴシステムの中核はマイケルソン（Michelson）干渉計であり、第１の光ファイバが参照アームとして使用され、また第２の光ファイバがサンプルアームとして使用される。サンプルアームは、解析するサンプルの他、小さい光学部品を含有した小型のプローブを含む。上流の光源がイメージング光を提供する。光検出器が、サンプルアームおよび参照アームの下流の光路内に配列される。プローブを用いて光をサンプル内またはサンプル上へと導き、次いでサンプルからの散乱光を集める。

サンプルアームおよび参照アームからの光の光学干渉は、２つのアーム間の光路差が光源からの光のコヒーレンス長の範囲内である場合にのみ、光検出器で検知される。サンプルからの深さ情報は、参照アームの光路長を軸方向に変化させて、参照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知することによって得られる。３次元画像は、サンプルアームにおいて光路を２次元に横方向に走査することによって得られる。プロセスの軸方向／深さ分解能はコヒーレンス長で決定され、一方全体の横方向分解能は、プローブの光学部品によって形成される像点のサイズに左右される。

米国特許第５，３２１，５０１号明細書 米国特許出願公開第２００９／０１９８１２５号明細書

プローブは、典型的には体の小さい腔内に挿入することが必要になるため、小型でなければならないし、また単純な光学設計を有することが好ましい。プローブの設計の例として透明な円筒が挙げられ、この透明な円筒の中に小型プローブの光学部品が含有され、この透明な円筒を通じて光が伝達かつ受信される。しかしながら透明な円筒の湾曲体は、補正されなければ使い物にならない程度まで画像の画質を低下させ得る、光学収差を引き起こす。さらにプローブ内に多数の別々の光学部品を有していると、小型の光学部品をアセンブリかつ位置合わせしなければならず、これはプローブ製造のコストと複雑さを増大させるため問題である。

本開示の一態様は、非対称の屈折力を備えた円筒状本体を有する光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）の透明ハウジング内で使用するのに適した、中心軸と端部とを有する光ファイバを支持するビーム成形光学系である。このビーム成形光学系は、光軸と、外面と、対向する前方端部および後方端部とを有する透明モノリシック体を含む。この系は、光軸に沿って順に、少なくとも１つの位置合わせ機構、凹部、傾斜した平面端部壁、反射表面（例えば、全内部反射（ＴＩＲ）表面）、およびレンズ表面をさらに含む。少なくとも１つの位置合わせ機構は、光ファイバの中心軸が光軸と実質的に同軸上に位置合わせされるように、光ファイバを動作可能に支持するよう構成される。凹部は、少なくとも１つの位置合わせ機構の終端の、傾斜した平面端部壁の位置にある。反射表面（例えば、ＴＩＲ）は前方端部に位置し、かつ折返し光軸を形成する。レンズ表面は、折返し光軸に沿ってモノリシック体に一体的に形成され、前方端部に隣接する外面の一部を構成する。このビーム成形系は屈折力を有し、これは２つのやり方、すなわちａ）レンズ表面のみが、屈折力を有し、かつＯＣＴの透明ハウジングの非対称の屈折力を実質的に補償するように構成されている、またはｂ）レンズ表面および反射表面（例えば、ＴＩＲ）の夫々が、屈折力を有し、かつＯＣＴの透明ハウジングの非対称の屈折力を実質的に補償するように協働して構成されている、のうちの１つで提供される。

本開示の別の態様は、上述したビーム成形光学系を含みかつ少なくとも１つの位置合わせ機構で動作可能に支持された光ファイバをさらに含む、光学アセンブリである。

本開示の別の態様は、非対称の屈折力を有する透明な円筒状ハウジング内で使用され、かつ光ファイバを支持する、ビーム成形光学系である。この系は、赤外の動作波長で実質的に均一な屈折率と、折返し光軸と、上部と、前方端部と、後方端部と、外面とを有した、透明モノリシック体を含む。外面は、上部に形成されかつ後方端部に隣接している、少なくとも１つの平坦面を含む。この系は、モノリシック体の少なくとも１つの平坦面に一体的に形成されかつ光ファイバを支持および位置合わせするように構成された、少なくとも１つの位置合わせ機構を含む。少なくとも１つの位置合わせ機構は、第１の光学面を画成する傾斜した平面端部壁で終端する。この系はさらに、傾斜した平面端部壁に隣接して光ファイバの位置合わせ機構に形成された、凹部を含む。この系はさらに、光軸に沿ってモノリシック体の前方端部に一体的に形成された平面表面である、反射表面、例えばＴＩＲ表面を含む。この反射平面表面は光軸に対して傾斜しており、かつ折返し光軸を形成する第２の光学面を画成する。この系はさらに、折返し光軸に沿ってモノリシック体の上部に前方端部に隣接して形成された、レンズ表面を含む。このレンズ表面は外面の一部を構成し、かつ第３の光学面を画成する。レンズ表面はアナモフィックな非球面形状を有し、ビーム成形光学系のための屈折力を画成する。レンズ表面は、円筒状ハウジングの非対称の屈折力を実質的に補償するように構成される。

本開示の別の態様は、上述したビーム成形光学系と光ファイバとを含む、ビーム成形光学アセンブリである。光ファイバは少なくとも１つの位置合わせ機構で支持される。光ファイバの端部は、傾斜した平面端部壁に隣接し、かつレンズ表面によって画成される物体面の位置に存在する。傾斜した平面端部壁からの反射が次いで光ファイバ端部で反射し、さらに戻ってこの傾斜した平面端部壁を通過する可能性もあり得るが、こういった傾斜した平面端部壁からの反射など、反射の悪影響を低減させるよう、光ファイバの端部を傾斜させてもよい。

本開示の別の態様は、端部と中心軸とを有する光ファイバからの光で、非対称の屈折力を有する円筒状の透明ハウジングを通して像点を形成する方法である。この方法は、外面を有する透明モノリシック体であって、傾斜した平面端部壁から反射表面（例えば、ＴＩＲ表面）へ、さらに次いでレンズ表面へと、折返し光軸に沿った折返し光路を画成するように構成された透明モノリシック体の、少なくとも１つの位置合わせ機構内で、光ファイバを動作可能に支持するステップを含む。レンズ表面が、またはレンズ表面および反射表面が、光ファイバの端部が存在する物体面を画成し、さらに像点が形成される画像面を画成する。レンズ表面が外面の一部を構成し、レンズ表面が、またはレンズ表面および反射表面（例えば、ＴＩＲ表面）の両方が、レンズ表面と画像面との間の光路内にある円筒状の透明ハウジングの非対称の屈折力を実質的に補償するように構成されている。この方法はさらに、光を、物体面に位置する光ファイバの端部から、傾斜した平面端部壁を通じて、さらに折返し光路に沿って画像面まで送り、実質的に回転対称の像点を画像面で形成するステップを含む。

本開示の別の態様はＯＣＴシステムである。ＯＣＴシステムは、本書で開示したビーム成形光学系を含む、ＯＣＴプローブを備える。ＯＣＴシステムはさらに、コヒーレント光を放射する光源を含む。ＯＣＴシステムはさらに、光源に光学的に連結された干渉計を含む。この干渉計は参照アームおよびサンプルアームを有する。サンプルアームはＯＣＴプローブを含む。この干渉計は、光をサンプルアームおよび参照アームの両方に亘って通して、干渉光を形成するように構成される。ＯＣＴシステムはさらに、干渉光を受信および検知するように、かつこれに応えて電気信号を生成するように構成された、光検出器を含む。ＯＣＴシステムはさらに、電気信号を受信および処理するように構成された、コンピュータを含む。

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本開示の実施形態を表していること、そして請求される本開示の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供することが意図されていることを理解されたい。添付の図面は本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は本開示の種々の実施形態を示し、そしてその説明とともに本開示の原理および動作の説明に役立つ。

本開示のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度はその説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは以下の詳細な説明、請求項、および添付の図面を含め、本書において説明される開示を実施することにより認識されるであろう。

請求項は、以下に明記する詳細な説明に組み込まれ、かつその一部を構成する。

本書で与えられる任意の数値範囲は、特に指示がない限り、使用されている境界を含む。

一般化された従来技術のＯＣＴプローブおよび光学系の斜視図 図１のＯＣＴプローブのＸ−Ｙ平面で見た断面図 図１のＯＣＴプローブのＹ−Ｚ平面で見た断面図 ＯＣＴプローブの形成に使用される一例のビーム成形光学系を、このビーム成形光学系で使用するのに適した一例の光ファイバと共に示した斜視図 光ファイバがビーム成形光学系によって動作可能に支持され、ビーム成形光学アセンブリを形成していることを除き、図４Ａと同じ図 所定位置に光ファイバを含んでいないビーム成形光学系の上面図 所定位置に光ファイバを含みビーム成形光学アセンブリを形成している、ビーム成形光学系の上面図 中心区画に切欠き部分を含み、いくつかの様々な寸法を示しているビーム成形光学系の側面図 第１および第２の平坦面部分が同一平面内にあり、また底部表面が後方端部に隣接したリップを含む、ビーム成形光学系の実施形態を示した図６Ａに類似した図 Ｙ−Ｚ平面で取ったビーム成形光学系の断面図であって、光ファイバが所定位置にあってビーム成形光学アセンブリを形成している図 光ファイバ端部と隣接する平面端部壁との間の軸方向の距離δzが図６Ｃに示されているものよりも大きいことを除き、図６Ｃと本質的に同じ図 光ファイバ端部と平面端部壁との間に屈折率整合材が存在していないことを除き、図６Ｄと同じ図 ＴＩＲ表面およびレンズ表面の両方が屈折力を有している、Ｙ−Ｚ平面で取ったビーム成形光学系の前方端部の断面拡大図 ＴＩＲ表面およびレンズ表面の両方が屈折力を有している、Ｙ−Ｚ平面で取ったビーム成形光学系の前方端部の断面拡大図 ビーム成形光学系の中心区画の拡大斜視図であって、端部壁と隣接する凹部とを示している図 第２の中心位置合わせ機構において動作可能に支持されている光ファイバの非被覆区画を含む、図７Ａに類似した図であって、光ファイバの非被覆区画の端部が平面端部壁に隣接している図 表１の光学系の例に基づきシミュレーションした像点の例であって、像点が概して回転対称であり、また画像ＭＦＤ_IMが約６６μｍであることを示した図 ビーム成形光学系を光学的に試験できるよう、光路内に円筒状の透明ハウジング（またはこれと同等のシリンドリカルレンズ）が存在していない実施形態例を示した、図６Ｅに類似した図 本開示によるＯＣＴプローブを形成するために透明な円筒状ハウジング内に含有されたものとしてビーム成形光学アセンブリを示している、図６Ｂに類似した図 図１０のＯＣＴプローブをＸ−Ｙ平面で見た断面図であって、画像面での像点の形成を示した図 図１０のＯＣＴプローブをＹ−Ｚ平面で見た断面図であって、Ｘ−Ｙ平面に対するものと同じ画像面での像点の形成を示した図 本書で開示したＯＣＴプローブを含む一例のＯＣＴシステムの概略図

本開示のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に明記され、その説明から当業者には明らかになるであろうし、あるいは、請求項および添付の図面とともに本書で説明されたように本開示を実施することにより認識されるであろう。実例は特定の実施形態を説明するためのものであり、本開示または添付の請求項を制限することは意図されていないことを理解されたい。これらの図は必ずしも原寸に比例したものではなく、また図面の特定の特徴および特定の図は、明瞭および簡潔にするため、縮尺において、または概略的に、誇張して図示され得る。

デカルト座標が参照のためにいくつかの図面に図示されているが、これは方向または向きについて限定することは意図されていない。

以下の説明において、類似の参照符号は、図面に示したいくつかの図を通じて類似のまたは対応する部分を示す。

モードフィールド径ＭＦＤは、光学系のシングルモードファイバ内または別の位置で伝播している光の、スポットサイズまたはビーム幅の大きさである。光ファイバ内のモードフィールド径ＭＦＤは、ソース波長、ファイバコア半径ｒ、およびファイバの屈折率プロファイルの関数である。一例においてモードフィールド径ＭＦＤは、最も良く適合するガウシアンビームのピーク電力の１３．５％での全幅として測定され得、一方別の例ではピーターマンＩＩ法を用いて測定してもよく、このときＭＦＤ＝２ｗかつ、

であり、ここでＥは光ファイバ内の電界分布、ｒは光ファイバのコアの半径である。

以下でより詳細に論じる図面を参照すると、本書においてモードフィールド径ＭＦＤは像点３８０の特性としても参照され、この場合「画像モードフィールド径ＭＦＤ_IM」または略して「画像ＭＦＤ_IM」と称される。同様に光ファイバ５０に関連した光ファイバ端部５２でのモードフィールド径ＭＦＤは、「ファイバモードフィールド径ＭＦＤ_F」または略して「ファイバＭＦＤ_F」と称される。

図１は、一般化された従来技術のＯＣＴプローブ１０の正面図である。ＯＣＴプローブ１０は、中心軸ＡＨを有する概して円筒状（すなわち管状）のハウジング２０と、内部２２と、丸みを帯びた前方端部２４と、湾曲した内面２７および外面２８を有する湾曲体２６（図２および図３参照）とを含む。ハウジング２０は、ＯＣＴの動作波長λに対して実質的に透明である。一例において、ハウジング２０は毛細管チューブの一区画から形成される。ハウジング２０用の材料は、ガラスおよびプラスチックを含む。

ハウジングの内部２２は、光軸Ａ０に沿って配置された結像レンズ３２および折返しミラー４０を含む、ビーム成形光学系３０を含有するように構成されている。一例において光軸Ａ０は、ハウジングの中心軸ＡＨと実質的に同一線上にあり、あるいはハウジングの中心軸ＡＨとずれているがこれに平行である。結像レンズ３２は物体面ＯＢＰおよび画像面ＩＭＰを画成する。ＯＣＴプローブ１０は、中心軸ＡＣと物体面ＯＢＰに存在する端部５２とを有する、光ファイバ５０を含んでいる。光ファイバ端部５２は「平坦」または「非傾斜」でもよく、すなわち光ファイバ端部５２は光ファイバの中心軸ＡＣに対して９０°の平面表面を画成するものでもよい。あるいは光ファイバ端部５２は傾斜していてもよく、すなわち光ファイバ端部５２は光ファイバの中心軸ＡＣに対して９０°以外の平面表面を画成するものでもよい。一例において光ファイバ端部５２は、以下で導入および説明するように（図６Ａなど参照）、平面端部壁１６０と同じ角度θ１で傾斜している。光ファイバ端部５２は、平面端部壁１６０の角度θ１と同じ方向に傾斜したものでもよいし、あるいは反対の方向に傾斜したものでもよい。

光ファイバ５０は端部５２の反対側に、動作波長λの光６２を放射する光源６０に光学的に連結された、端部５８をさらに有している。ＯＣＴプローブ１０は、表面７２と本体７４とを含むサンプル７０に関連して図示されている。サンプル７０は、例えば、人間または動物の組織などの生体サンプルでもよい。ビーム成形光学系３０と光ファイバ５０との組合せが、ビーム成形光学アセンブリを形成する。

ＯＣＴプローブ１０の理想的な動作において、光源６０からの光６２は光ファイバ５０を伝わって、光ファイバ端部５２で発散光として放射される。結像レンズ３２は発散光６２を集めて収束光６２を形成し、収束光が光軸Ａ０に沿って折返しミラー４０に導かれる。折返しミラー４０は収束光６２を折返し光軸Ａ０に沿って画像面ＩＭＰに導いて、ここで収束光は像点８０を形成する。

サンプルの本体７４内で像点８０が形成されると、サンプルの本体から散乱光６２Ｓが生じ、この散乱光６２Ｓは像点を形成した光６２の光と概して同じ光路に沿って戻る。特に、結像レンズ３２によって集められた散乱光６２Ｓは光ファイバ端部５２上に結像され、それにより集められた散乱光は光ファイバ５０内へと光学的に連結される。この散乱光６２Ｓはその後光ファイバ５０で運ばれて、最後に別の光ファイバ（図示なし）へと向けられた後、光源６０に到達する。この集められた散乱光６２Ｓが、その後ＯＣＴシステムの参照アーム（図示なし）からの光と干渉し、この干渉光を検知しかつ使用して、サンプル７０の照らされた部分のＯＣＴ画像を形成する。

図２は図１のＯＣＴプローブ１０をＸ−Ｙ平面で見た断面図であり、一方図３は図１のＯＣＴプローブ１０をＹ−Ｚ平面で見た断面図である。図２および３は、内面２７および外面２８によって画成されるハウジング２０の湾曲体２６が、Ｘ−Ｙ平面において屈折力を有するがＹ−Ｚ平面においては屈折力を有していない（すなわち、非対称な屈折力を有する）、シリンドリカルレンズとして作用する現象を示している。これは、光軸Ａ０の水平部分から異なる距離Ｄ１およびＤ２だけ離れ、そのため軸方向に互いに距離ΔＤだけ変位している、２つの画像面、すなわちＩＭＰ１およびＩＭＰ２を生成する働きをする。結果として像点８０は強く集束されず、これが集められた散乱光６２Ｓが有用なＯＣＴ画像を形成するのを妨げる。

さらに、ビーム成形光学系３０は個別の光学部品（すなわち、レンズ３２および折返しミラー４０）を含むが、これらは非常に小さく（例えば、直径１ｍｍ未満）、しかも光ファイバ５０とだけではなく互い対しても位置合わせする必要がある。上記のように、これが従来のＯＣＴプローブ１０の製造を困難かつ費用の掛かるものにしている。
ビーム成形光学系
図４Ａは、ＯＣＴプローブの形成に使用される一例のビーム成形光学系（「系」）１００を、この系で使用するのに適した一例の光ファイバ５０と共に示した斜視図である。図４Ｂは、光ファイバ５０が系１００によって動作可能に支持され、ビーム成形光学アセンブリ（「アセンブリ」）１０２を形成していることを除き、図４Ａと同じ図である。図５Ａおよび図５Ｂは、系１００（図５Ａ）と、対応するアセンブリ１０２（図５Ｂ）の上面図である。図６Ａおよび図６Ｂは、中心切欠き部分を含み、かついくつかの様々な寸法を示した、系１００の様々な例の側面図であり、一方図６Ｃおよび６Ｄは、対応するアセンブリ１０２のＹ−Ｚ平面で取った断面図である。

アセンブリ１０２を形成するために系１００で使用される光ファイバ５０は、被覆区画５４と非被覆区画５３とを有し、非被覆区画は前述の光ファイバ端部５２と中心軸ＡＣとを含む。図４Ａに示されているように、光ファイバ端部５２でコア５６はクラッド５７に包囲されている。被覆区画５４ではクラッド５７は少なくとも１つのバッファ層５９に包囲されており、非被覆（すなわちバッファされていない）区画５３はバッファ層５９を剥離して形成されている。被覆区画５４と非被覆区画５３との間の境界は、被覆区画のエッジ５５で画成される。

図４Ａから図６Ｂを参照すると、系１００は光軸Ａ１を含み、この光軸Ａ１はＺ方向に延びて、さらに以下で説明するように角度βで折り返される。角度βは９０°に限定する必要はなく、一例では９０°のいずれかの側に１０°まで変化し得る。系１００はモノリシック体１１０から構成される。一例においてモノリシック体１１０は、モールディング可能でありかつ動作波長λを有する光６２に対して透明な、高分子材料から作製される。別の実施形態例においてモノリシック体１１０は、動作波長λを有する光６２に対して透明なガラス材料（「ガラス」）から作製される。本書において使用される「透明」という用語は、完全または理想的な透明度の概念に限定されるものではなく、「実質的に透明」である材料の概念を含むことに留意されたい。

一例において、動作波長λは１，０００ｎｍから１，６００ｎｍの範囲の波長など、赤外波長を含み、例示的な動作波長は約１３００ｎｍおよび約１５６０ｎｍである。

モノリシック体１１０を形成するための例示的な高分子材料は、比較的低い複屈折性を有する。モノリシック体１１０のための例示的な材料としては、ＺＥＯＮＯＲ（登録商標）（ケンタッキー州ルイビルのZeon Chemicals L.P.から入手可能）、および熱可撓性材料であるポリエーテルイミド（ＰＥＩ）が挙げられる。他のプラスチックおよびポリマーも、当業者には理解されるように使用可能である。モールドプロセスを介して系１００をモノリシック構造として形成する能力が、ＯＣＴプローブに対し低コストの製造ソリューションを提供する。

一実施形態例においてモノリシック体１１０は、精密なモールドを微細加工し、その後微細加工されたモールドと当技術において公知の関連技術とを使用して、上述した材料例のうちの１つなど適している材料を用いてモールディングプロセスを実行することによって作製される。

モノリシック体１１０は、前方端部１１２、後方端部１１４、上部１１６、底部１１８、および外面１２０を含む。便宜上モノリシック体１１０は、３つの主要区画、すなわち前方端部１１２に隣接する前方区画１２２、前方端部および後方端部１１４の中間の中心区画１２３、そして後方端部に隣接する後方区画１２４と見なすことができる。一例のモノリシック体１１０は概して円筒状で丸みを帯びた断面形状を有し、またいくつかの機能的特徴をこれに形成して備えている。一例において、モノリシック体１１０は実質的に均質であり、動作波長λで実質的に一定の屈折率を有する。特にモノリシック体１１０は大きな屈折率勾配を有さず、理想的には動作波長λで一定の屈折率を有する。従ってモノリシック体の内部では、屈折率分布型レンズの場合のように大きい屈折率勾配のために大きな屈折力が生じることはない。

モノリシック体の外面１２０は、少なくとも１つの位置合わせ機構１５０が一体的に形成されている、少なくとも１つの平坦面１４０を含む。少なくとも１つの位置合わせ機構１５０は、光ファイバの中心軸ＡＣが光軸Ａ１と同軸に並ぶようにその中に光ファイバが配置されるとき、光ファイバ５０を動作可能に支持するように構成される。光路ＯＰは折り返され、光軸Ａ１に概して集中する。

例示的な実施形態において、少なくとも１つの平坦面１４０は、Ｘ−Ｚ平面内に存在する第１の平坦面部分１４３を中心区画１２３内に含む。第１の平坦面部分１４３は、これに形成された第１の中心位置合わせ機構１５３を含む。さらにこの例において、少なくとも１つの平坦面１４０は、同じくＸ−Ｚ平面内に存在するが第１の平坦面部分１４３に対して＋Ｙ方向に若干ずれている第２の平坦面部分１４４を後方区画１２４内に含み、すなわち第２の平坦面部分１４４は第１の平坦面部分１４３よりもＹ方向に若干高くなっている（図６Ａ参照）。従って第２の平坦面部分１４４は、第１の平坦面部分１４３に対して高くされると言うことができる。一実施形態例では図６Ｂに示されているように、第１の平坦面部分１４３と第２の平坦面部分１４４との間に高さの差は存在しない（すなわち、ずれはない）。さらに一例において系１００は、後方端部１１４に隣接する底部表面１１８に形成されたリップ１２６を含む。リップ１２６は、以下でより詳細に説明するように、この系をＯＣＴプローブ内に組み込む際のこの系の支持固定具への据付けなど、系１００のハンドリングを助ける。

第２の平坦面部分１４４は、その中に形成された第２の中心位置合わせ機構１５４を含み、第２の中心位置合わせ機構１５４は、第１の中心位置合わせ機構１５３に開口しかつこれと位置合わせされている。例示的な実施形態において、第２の中心位置合わせ機構１５４は第１の中心位置合わせ機構１５３よりも幅広であり、これが２つの隣接する位置合わせ機構の間に位置合わせ機構のエッジ１５５を画成する働きをする。また光ファイバ５０が第１および第２の位置合わせ機構内に動作可能に配置されるとき、被覆区画のエッジ５５は位置合わせ機構のエッジ１５５に接する。これは、光ファイバ５０をモノリシック構造１１０内に適切に配置しかつこれで支持するのを助け、さらに光ファイバを第１の位置合わせ機構１５３および第２の位置合わせ機構１５４内で所定位置に保持する働きをする。

一例において、第１の中心位置合わせ機構１５３および第２の中心位置合わせ機構１５４の夫々は溝を有し、これらの溝は一例において位置合わせされ、また概してＶ字状、先端を切ったＶ字状、またはＵ字状の断面を有する。一例において溝は様々なサイズを有し、後方端部に最も近い溝が最も幅広である。第１の平坦面部分１４３および第２の平坦面部分１４４は系１００のハンドリングを助け、例えば位置合わせ中またはＯＣＴプローブのアセンブリ中に、モノリシック体１１０を安定させるよう留めるためにこれらの平坦面部分を使用することができる。

一例において第１の中心位置合わせ機構１５３は、第２の中心位置合わせ機構１５４より丸みを帯びた断面形状（例えば、Ｕ字状）を有し、以下で説明するように光ファイバの歪み解放を可能にする。丸みを帯びた断面形状の別の利点は、丸みを帯びた位置合わせ機構を形成するモールドの部分はより多くの容積を必要とするため、モールディングプロセスを用いて形成することがより容易であることである。第１の中心位置合わせ機構１５３および第２の中心位置合わせ機構１５４は、アセンブリ１０２を形成するときに夫々光ファイバの区画５３および５４を収容および支持するように構成される。

図６Ａを参照すると、種々の例において、モノリシック体１１０の軸方向の長さＬ１は７．３８ｍｍから７．７８ｍｍの範囲であり、後方区画１２４の長さＬ２は１．４ｍｍから１．６ｍｍの範囲、そして後方区画および中心区画１２３の長さＬ３（すなわち、後方端部１１４から平面端部壁１６０まで）は４．９ｍｍから５．３ｍｍの範囲である。さらに種々の例において、前方区画１２２の長さＬ４は２．４９３ｍｍから２．５０３ｍｍの範囲である。さらに、モノリシック体１１０の前方端部１１２での最大幅Ｗ１は０．８３７ｍｍから０．８６０ｍｍの範囲でもよく、またその後方端部１１４での幅Ｗ２は、０．４２ｍｍから０．６２ｍｍの範囲でもよい。これらのパラメータに対する値は例示的なものであり、具体的な用途に応じて他の値および範囲もあり得る。

図７Ａは、ビーム成形光学系１００の中心区画１２３の拡大斜視図であり、一方図７Ｂは、アセンブリ１０２を形成するよう第１の中心位置合わせ機構１５３に動作可能に支持されている光ファイバ５０の非被覆区画５３を含んだ、図７Ａに類似した図である。一例において第１の中心位置合わせ機構１５３は、モノリシック体１１０の中心区画１２３と前方区画１２２との間の移行部を画成する平面端部壁１６０で終端する、凹部１５７を含む。平面端部壁１６０は、モノリシック体１１０の外面１２０の一部分を画成する。

一例において端部壁１６０は、鉛直（すなわち、Ｙ方向）に対し角度θ１を有する（図６Ａ参照）。この角度は、光６２が平面端部壁１６０から光ファイバ５０内へと反射して戻ることによる有害な影響を緩和する働きをする。一例では、光ファイバ端部５２も角度を有し、この角度は一例において平面端部壁１６０の角度θ１と同じである。これは、例えば精密なファイバ切断技術によって得ることができる。適切な角度θ１は、少なくとも、光ファイバ端部５２から発せられて端部壁１６０で反射された光６２が、光ファイバ５０に再び入らないようにするのに必要とされる程度となるように画成される。角度θ１の例は通常約４°から約１０°の範囲であり、８°が以下の光学設計の例（表１参照）において検討される角度θ１の例である。上記のように光ファイバ端部５２も同様の形で傾斜させて、平面端部壁１６０から光６２が反射した後、さらに光ファイバ端部の面から平面端部壁に向かって反射して戻ることのないようにしてもよい。

凹部１５７は、モールディングプロセス中に平面端部壁１６０の形成を助けるリリーフ機能として働く。凹部１５７がないと、モールディングプロセス中の応力の蓄積によって端部壁１６０が若干変形する傾向があり、これにより端部壁が湾曲し、従って望ましくない屈折力を持つことになり得る。さらに図７Ｂに示されているように、被覆されていない光ファイバ区域５３を第１の中心位置合わせ機構１５３内で固定するために使用し得る、屈折率整合材（ＩＭＭ）１５９を収容するために、凹部１５７を使用してもよい。さらに凹部１５７を使用して、光ファイバ端部５２と平面端部壁１６０との間の光路ＯＰ（図６Ｄ参照）を確実に中断されないままの状態とすることができる。同様に、光ファイバ５０をモノリシック体１１０に固定するために使用されるが光ファイバ端部５２と平面端部壁１６０との間には存在しないように意図された、前述のＩＭＭ１５９などの任意の接合材料を、凹部１５７が溜めることもできる。

一例において光ファイバ端部５２は、図６Ｃに示されているように、平面端部壁１６０に実質的にすぐ隣接して存在する。図６Ｄに示されている構成例では、光ファイバ端部５２は端部壁１６０から軸方向の距離δzだけ軸方向に間隔を空けて配置され、間隙１６２を形成する。図６Ｄの構成例では、軸方向の距離δzは間隙長さＬ５よりも大きく、また間隙１６２はＩＭＭ１５９で満たされ、さらに凹部１５７もＩＭＭ１５９で満たされている。一例においてＩＭＭ１５９は接着特性を有し、ＩＭＭ１５９を用いて光ファイバ５０をモノリシック体１１０に固定する。一例において、軸方向の距離δzの範囲は０≦δz≦１ｍｍでもよい。従って一例において光路ＯＰは、光ファイバ端部５２と端部壁１６０との間に配置されたＩＭＭ１５９を通る。

図６Ｅは、光ファイバ端部５２と平面端部壁１６０との間にＩＭＭ１５９が存在しないで空隙１６２が残されていることを除き、図６Ｄに類似したものである。空隙１６２は比較的大きくてもよい（例えば、δz＝１ｍｍ）。この構成の利点は、光６２がその量の光学材料を通る必要がないことである。これは、光を散乱または吸収し得る光学材料内で光６２が欠陥（例えば脈理）にぶつかる可能性が少なくなるという利益を有する。一般に、光路内の光学材料がより少ないということは、光の伝達の増加を意味する。

さらに、光６２によって平面端部壁１６０上に形成される光ビームの面積は、距離δzの増加の２乗に従って増加し、従って光ファイバ端部５２でのモードフィールド径よりも大幅に大きくされ得る。このやり方を用いると、平面端部壁１６０で、さらにモノリシック体１１０内の光路ＯＰに亘って、光強度を実質的に低減させることができる。一例において、強度の減少は何桁にもなり得る。これにより、本体１１０を通じて、この本体に材料損傷を生じさせることなく比較的大量の光パワーを伝達することができる。

図７Ａで端部壁１６０上に示されている点線円１６４は、系１００の第１の光学面である平面端部壁に関連した透明アパーチャを表している。言い換えれば点線円１６４は、光ファイバ端部５２から出ていく発散光６２が端部壁１６０を通過するときの発散光６２の横方向の広がりを表す（図７Ｂ参照）。一実施形態例において、光ファイバ端部５２でのファイバモードフィールド径ＭＦＤ_Fは、強度閾値１／ｅ²で１０μｍである。一例では、光が光ファイバ端部５２から出て平面端部壁１６０までの距離δzを通る際に、この光の発散に起因して光６２の強度が端部壁１６０に到達する時点までに減少するように間隙１６２が含まれる（すなわち、δzは意図的に０にならないように作られる）。この構成は、一例が前述の図６Ｅに示されているが、光路ＯＰを支持するモノリシック体１１０の部分に対する光誘起損傷の機会を低減させる。

図６Ａおよび図６Ｂの夫々側面図および断面図を特に参照すると、前方区画１２２は前方端部１１２の位置に端部壁１７０を含む。一例において端部壁１７０は平面であり、また水平（Ｚ方向）に対して測定された、角度θ２を有する。端部壁１７０は一体的に形成された全内部反射（ＴＩＲ）表面を画成し、これを以下ＴＩＲ表面１７０と称する。一体的に形成されたＴＩＲ表面１７０を使用すると、銀色のミラーまたは多層コーティングミラーなどの真の（すなわち、非ＴＩＲ）反射光学部品の必要性がなくなる。ＴＩＲ表面１７０はモノリシック体１１０の外面１２０の一部を構成する。角度θ２は４５°である必要はなく、一例では４５°のいずれかの側に１０°だけ変化したものでもよい。角度θ２は、折返し光軸Ａ１の折返し角度βを画成する働きをする。下で論じる一例では、ＴＩＲ表面１７０は平面ではなく湾曲したものであり、そのためある量の屈折力を有する。反射表面は、他の手段によって、例えば、この部品の一部として一体的に形成されている平面または湾曲面に反射コーティングを塗布することによって、形成し得ることにも留意されたい。

前方区画１２２は、前方端部１１２および端部壁１７０に隣接して上部１１６に一体的に形成された、レンズ表面部分２００をさらに含む。レンズ表面部分２００は、一実施形態例においてアナモフィックな非球面形状を有する（すなわち、「アナモフィックな非球面」である）レンズ表面２０４を含む。言い換えれば、この事例においてレンズ表面２０４は、全ての方向に同じ単一の非球面曲率を有する回転対称の非球面とは対照的に、直交するＸ方向およびＺ方向に２つの異なる非球面曲率を有する。アナモフィックなレンズ表面２０４の例は、以下でより詳細に説明するが、光路ＯＰ内に存在する円筒状ハウジング本体２６の非対称な屈折力を実質的に補償するように構成される。レンズ表面２０４は、モノリシック体の上部１１６でモノリシック体１１０の外面１２０の一部を構成する。

このように、モノリシック体１１０の前方区画１２２は、全てモノリシック体１１０の一部として一体的に形成されている３つの光学面、すなわち平面端部壁１６０、ＴＩＲ表面１７０、およびレンズ表面２０４を含む、光学素子を備えている。一例において、レンズ表面２０４は屈折力を有する唯一の光学面であり、すなわちレンズ表面２０４は系１００での全屈折力を画成する。モノリシック体１１０の平面端部壁１６０とレンズ表面２０４との間の部分は、以下でより詳細に論じるが、光６２並びにサンプル７０において生成された反対方向に伝わる散乱光６２Ｓが通る、光路ＯＰの一部分を支持する。他の実施形態において、光学素子の全屈折力は、ＴＩＲ表面１７０とレンズ表面２０４とに割り当てられる。レンズ表面２０４が屈折力を有する唯一の光学面である事例では、この表面が画像面ＩＭＰおよび物体面ＯＢＰの位置を実質的に画成する。レンズ表面２０４およびＴＩＲ表面１７０の夫々が屈折力を有する事例では、これらの表面の両方が画像面ＩＭＰおよび物体面ＯＢＰの位置を画成する。

さらに上記のように、モノリシック体１１０は動作波長で実質的に均一な屈折率を有し、その結果著しい屈折率勾配が存在しないため、モノリシック体内部に屈折力は存在しない。

一例においては、レンズ表面２０４が、ＯＣＴプローブ形成時に前述の円筒状透明ハウジング２０内に含有されるモノリシック体１１０を考慮して構成される。別の例では、ＴＩＲ表面１７０およびレンズ表面２０４の両方が、ＯＣＴプローブ形成時に前述の円筒状透明ハウジング２０内に含有されるモノリシック体１１０を考慮して構成される。

ハウジング２０の関連部分が、図４Ａ、図４Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄに示されている。透明ハウジング２０は、一方向（すなわちＸ方向）に負の屈折力を有し直交方向（すなわちＺ方向）に屈折力を有していないシリンドリカルレンズ素子として作用するため、レンズ表面２０４（またはＴＩＲ表面１７０およびレンズ表面の両方）は非対称の収差補正を必要とする。系１００の全屈折力がレンズ表面２０４に存在する例では、Ｘ方向およびＺ方向において異なる量の屈折力（または半径）が必要である。

さらにレンズ表面２０４が全屈折力を有する場合、レンズ表面２０４は画像面ＩＭＰで適切な像点３８０を形成するために光学収差を補正するのに使用することができる唯一の光学面である。従って、円筒状の透明ハウジング２０が存在するために系１００を補正するのに加え、一例においてレンズ表面２０４は、補正されなければ画像面ＩＭＰで形成される像点３８０の質を実質的に低下させることになる球面収差を補正する（すなわち、その量を低減する）ように構成される。

異なる方向の屈折力のバランスを取り、かつ球面収差の低減と組み合わせると、像点３８０を実質的に回転対称にすることができ、これはＯＣＴ用途にとって有利である。

以下の表１は、一例の系１００に対する光学設計パラメータを明記したものである。表１の全ての距離および曲率の量はミリメートルで表されている。表記「Ｓ／ＩＭ」は「表面または介在媒体（surface or intervening medium）」を表し、すなわち光学面か、あるいは、隣接する光学面間、または第１の光学面と物体面ＯＢＰとの間あるいは最後の光学面と画像面ＩＭＰとの間の、介在媒体を表す。この例では、ＩＭＭ１５９が光ファイバ端部５２と端部壁１６０との間の軸方向厚さδzの間隙１６２内に存在することに留意されたい。

この設計パラメータは、折返しのないものとして、従って反射表面を含まない単に伝達系として、この系を取り扱うことにも留意されたい。折返し光学系のこういった取扱いは、単一の座標系を用いて説明を単純化するために通常使用される。

パラメータθ_Sは光軸Ａ１に対する表面の角度を表し、度（°）で測定される。平面端部壁１６０でのθ_Sは、角度θ１が図６Ａにおいて鉛直に対して測定されたものとして示されているため、θ_S＝９０°−θ１で与えられることに留意されたい。パラメータＴＨ（ｍｍ）は、２つの隣接する光学面間、または第１の光学面と物体面ＯＢＰとの間あるいは最後の光学面と画像面ＩＭＰとの間で測定された、軸方向の厚さを表す。パラメータＲ_xおよびＲ_yは、夫々Ｘ方向およびＹ方向における曲率半径を表す。表１（さらに表２）におけるレンズ表面２０４に対する半径Ｒ_xおよびＲ_yは、折り返された座標系ではＲ_xおよびＲ_zとなることにここで留意されたい。パラメータＡ_xおよびＡ_yは、夫々Ｘ方向およびＹ方向における非球面係数である。アナモフィックな非球面表面２０４の表面形状ｚ（ｘ，ｙ）は、以下の方程式により画成される。

Ｒ_xはＸ方向における半径（ｍｍ）
Ｒ_yはＹ方向における半径（ｍｍ）
Ａ_xはＸ方向における非球面係数
Ａ_yはＹ方向における非球面係数

本例のモノリシック体１１０に対する寸法Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３の例は、Ｌ１＝７．５８ｍｍ、Ｌ２＝１．５ｍｍ、およびＬ３＝４．８９ｍｍとし得る。長さＬ４は光学設計パラメータによって画成され、本例ではＬ４＝２．５０３ｍｍである。長さＬ５に対する一例の範囲は、０．２１ｍｍから０．２６ｍｍである。幅Ｗ１およびＷ２の例は、Ｗ１＝０．８４２ｍｍおよびＷ２＝０．５２ｍｍである。物体側の開口数はＮＡ_OBJ＝０．１４であり、一方像側はＮＡ_IM＝０．０２１である。この例のレンズ表面２０４が画成する、系１００に対する全屈折力はＺ方向で０．５６５ｍｍ^-1およびＸ方向で０．６８６ｍｍ^-1であり、またその画成する系倍率は−６．６である。

図６Ｃおよび図中のアセンブリ１０２を参照すると、光ファイバ５０内を伝わる光６２は端部５２から出ていき、間隙１６２とその中のＩＭＭ１５９とを通過し、次いで角度θ１＝８°（すなわち、θ_S＝８２°）の平面端部壁１６０を通過すると発散する。光６２は前方区画１２２のモノリシック体１１０を通るときに発散し続け、角度θ２＝４０．１°のＴＩＲ表面１７０で反射する。ＴＩＲ表面１７０から反射した光６２は次いでレンズ表面２０４を通過し、アナモフィックなこの表面に起因して光は非均一に収束する。この非均一な収束光６２は、上述したように負の屈折力を有する円筒状のメニスカスレンズとして作用する、ハウジング本体２６の一部分を通過する。

ハウジング本体２６およびレンズ表面２０４の複合効果は、画像面ＩＭＰで形成される像点３８０が実質的に回転対称であり、かつ強く集束されるといったことである。例えば、ファイバＭＦＤ_Fが強度閾値１／ｅ²で１０μｍであるのに対し、画像面ＩＭＰでの対応する画像ＭＦＤ_IMは、強度閾値１／ｅ²で６６μｍである。画像面ＩＭＰおよび像点３８０は、光軸Ａ１の水平部分からの距離がＤ＝１３．５ｍｍの位置に位置している。光学面１６０、１７０、および２０４に関連する透明アパーチャは、口径食を防ぐように設計される。この例の系１００の動作波長は、λ＝１，３００ｎｍである。この例の系１００でのＴＩＲ表面１７０の透明アパーチャは、Ｙ方向において９００μｍ、Ｘ方向において７２５μｍである。レンズ表面２０４の透明アパーチャは、直径７００μｍである。

系１００の一実施形態例において、反射表面（ＴＩＲ表面）１７０はさらに湾曲し、そのため屈折力を有し、その結果系１００の全屈折力はＴＩＲ表面およびレンズ表面２０４による屈折力によって画成される。この事例においてＴＩＲ表面１７０およびレンズ表面２０４は、光路ＯＰ内に存在するハウジング２０の円筒状ハウジング本体２６の非対称な屈折力を実質的に補償するように構成される。

図６Ｆに示されている一実施形態例において、ＴＩＲ表面１７０およびレンズ表面２０４は夫々Ｙ−Ｚ平面およびＸ−Ｚ平面の両方において倍率を有する。図６Ｇに示されている別の実施形態例では、ＴＩＲ表面１７０およびレンズ表面２０４は直交する平面において屈折力を有する円筒状表面である。図６Ｇは、Ｘ−Ｙ平面において曲率を有するシリンドリカルレンズとしてレンズ表面２０４を示した差し込み図を含む。

図６Ｅの系はこの事例を表すこともできるであろう。このとき反射（ＴＩＲ）表面１７０はＸ−Ｚ平面において円筒の曲率を有し、レンズ表面２０４はＹ−Ｚ平面において円筒の曲率を有する。ＴＩＲ表面１７０およびレンズ表面２０４は、球面でもよいし、あるいは非球面でもよい。

従って系１００の一例では、レンズ表面２０４のみが、屈折力を有しかつＯＣＴの透明ハウジング２０の非対称の屈折力を実質的に補償するように構成される。系１００の別の例では、レンズ表面２０４およびＴＩＲ表面１７０が、屈折力を有しかつＯＣＴの透明ハウジング２０の非対称の屈折力を実質的に補償するように協働して構成される。

以下の表２は、この例の系１００に対する光学系設計パラメータの例を明記したものである。ここでは屈折力はＴＩＲ表面１７０およびレンズ表面２０４で共有され、また光学設計パラメータの表現を容易にするために、この系を光軸Ａ１がＺ方向にある単一の座標系における折返しのない伝達系として取り扱う。表１と同様に、ＴＨ、Ｒ_x、およびＲ_yはミリメートルで表す。

表２に明記した系１００の例は、ＴＩＲ表面１７０およびレンズ表面２０４を、直交する平面において屈折力を有する球面円筒状表面として含む。
系の利点
系１００はモノリシック体１１０を有するため、この系はスペーサ、ＧＲＩＮレンズ、または分離している非ＴＩＲ反射表面を使用する必要はない。さらに、多数の光学部品の使用を排除すると、有害な光の後方反射が生じ得る材料の界面がより少なくなるため有利である。さらに、第１の中心位置合わせ機構１５３および第２の中心位置合わせ機構１５４の使用は、アセンブリ１０２形成時の光ファイバ５０に対する歪み解放を助ける。

アセンブリ１０２形成時の系１００内における光ファイバ５０の適切な位置合わせは、第１の中心位置合わせ機構１５３および第２の中心位置合わせ機構１５４を用いることで助けられる。図６Ｃから図６Ｅを参照すると、光ファイバの位置合わせを達成する一例の方法において、光検出器４００を使用して少なくとも１つの像点３８０の画像を捉え、捉えられた画像を表す検出器信号ＳＤを生成してもよい。捉えられた画像は、光検出器４００に動作可能に接続された例えばコンピュータ４１０を介して解析してもよい。コンピュータ４１０を使用して、捉えられた像点３８０に関する情報を解析および表示してもよい。一例では、複数の像点３８０を、焦点を通じて検知し、性能評価のために対応する参照スポット（例えば、系１００の光学設計に基づき光学モデリングを介して得られたような）と比較する。

図に示されるハウジング２０の区画は、ハウジング２０全体を用いずに、検査時のシリンドリカルレンズ部分によって表され得ることに留意されたい
光ファイバ５０の位置は、許容できるまたは最適な像点３８０が形成されるまでの１以上の像点３８０の測定結果に基づいて、第１の中心位置合わせ機構１５３および第２の中心位置合わせ機構１５４内で軸方向に調節してもよい。一例において、１以上の測定された像点３８０は、参照像点または参照像点のサイズと比較される。光ファイバ５０をその後、第１の中心位置合わせ機構１５３および第２の中心位置合わせ機構１５４内のその位置合わせされた位置に、例えば上述したＩＭＭ１５９を用いて固定してもよい。一例では、光ファイバ５０の被覆区画５４を第２の中心位置合わせ機構１５４内に固定（例えば、接合）して、歪み解放を実現することができる。

図８は、表１に明記した系１００の例に対する像点３８０のシミュレーション画像である。正規化された強度が右側の判例のグレースケールに示されている。約６６μｍの画像ＭＦＤ_IMが図示されており、強度閾値１／ｅ²が近似されている。

図９は、光ファイバの位置合わせを達成すると同時に系１００を光学的に試験する一例の方法を示した、図６Ｅに類似した図である。図９では、ハウジング２０の区画（または同等のシリンドリカルレンズ素子）を取り除いて像点３８０を検知する。この事例では、像点３８０は図８に示されているような回転対称にはならずに変形され、例えば図９の差し込み図に示されているように楕円形で現れる。一例において像点は、焦点を通じて像点の特性を確立するために、異なる焦点位置で検知される。捉えられた１以上の画像は、その後対応する参照像点または参照像点のサイズと比較される。最も良く測定された像点が、（系１００に対する光学設計データに基づいてモデリングすることができた）参照像点に達しない場合、何らかの位置合わせの問題がなければ、系１００は仕様に合っていないという結論になり得る。

一実施形態例において、系１００を試験する方法は、像点３８０が最も厳密に参照像点に一致するよう光ファイバ５０の位置を軸方向に調節することによって、光ファイバ５０の軸方向の位置合わせを最適化するものを含む。

図１０は、本開示によるＯＣＴプローブ４５０を形成するためにハウジング２０内に含有されたアセンブリ１０２を示した、図６Ｂに類似した図である。一例では回転可能な支持固定具４６０を使用して、光軸Ａ１とハウジングの軸ＡＨとが実質的に同一線上、または若干ずれているが互いに平行な状態で、系１００をハウジングの内部２２で保持する。ハウジング２０の外径Ｄ３は、一例において１ｍｍから２ｍｍまでの範囲である。ハウジング２０は、レンズ表面２０４と画像面ＩＭＰとの間の光路ＯＰ内に存在している。回転可能な支持固定具４６０は、例えば上記の米国特許出願公開第２００９／０１９８１２５号明細書でより詳細に示されているものなど、当技術において公知の技術を用いて系１００をハウジングの内部２２で回転させるように構成される。

図１１および図１２は、図１０のＯＣＴプローブ４５０を夫々Ｘ−Ｙ平面およびＹ−Ｚ平面で取った断面図である。収束光６２はレンズ表面２０４と画像面ＩＭＰとの間の光路ＯＰ内に存在する円筒状に湾曲したハウジング２０を通過するが、（水平な）光軸Ａ１からの距離Ｄ０に位置する単一の画像面ＩＭＰで像点３８０がどのように形成されるかをこれらの図は示している。同様に、サンプル７０からの散乱光６２Ｓ（図１０参照）は、サンプルから光ファイバ５０へと実質的に同じ光路ＯＰに沿って伝わり、光ファイバ端部５２に高画質で結像される。

図１３は、本書において開示されるＯＣＴプローブ４５０を含む、一例のＯＣＴシステム５００の概略図である。ＯＣＴシステム５００は光源６０および干渉計５１０を含む。光源６０は、第１の光ファイバ区画Ｆ１を介して光ファイバカプラ（「カプラ」）５２０に光学的に接続される。ＯＣＴプローブ４５０は光ファイバ５０を介してカプラ５２０に光学的に接続され、干渉計のサンプルアームＳＡを構成する。ＯＣＴシステム５００は、光ファイバ区画Ｆ２を介してカプラ５２０に光学的に接続されたミラー系５３０をさらに含む。可動ミラー５２３０および光ファイバ区画Ｆ２は、干渉計の参照アームＲＡを構成する。ミラー系５３０は、例えば可動ミラー（図示なし）を介して参照アームの長さを変えるように構成される。ＯＣＴシステム５００は、第３の光ファイバ区画Ｆ３を介してカプラ５２０に光学的に連結された光検出器４００をさらに含む。さらに光検出器４００は、コンピュータ４１０に電気的に接続される。

動作時に、光源６０は光ファイバ区画Ｆ１に沿って干渉計５１０へと伝わる光６２を生成する。光６２はカプラ５２０によって、参照アームＲＡに伝わる光６２ＲＡとサンプルアームＳＡに伝わる光６２ＳＡとに分割される。参照アームＲＡに伝わる光６２ＲＡはミラー系５３０で反射されてカプラ５２０に戻り、カプラ５２０がこの光を光検出器４００に導く。サンプルアームＳＡに伝わる光６２ＳＡは、上述したように（上述では、この光を単に光６２と称した）ＯＣＴプローブ４５０で処理されて、サンプル７０上またはサンプル７０内に光点３８０を形成する。生じた散乱光（図１０の散乱光６２Ｓ参照）をＯＣＴプローブ４５０で集めて、光ファイバ５０を通じてカプラ５２０へと導き、カプラ５２０がこれを（光６２ＳＡとして）光検出器４００に導く。参照アーム光６２ＲＡおよびサンプルアーム光６２ＳＡは干渉し、この干渉光が光検出器４００で検知される。光検出器４００はこれに応えて電気信号ＳＩを生成し、次いでこの信号が標準的なＯＣＴ信号処理技術を用いた処理のためにコンピュータ４１０に送られる。

サンプルアームＳＡからの光６２ＳＡと参照アームＲＡからの光６２ＲＡとの光学干渉は、２つのアーム間の光路差が光源６０からの光６２のコヒーレンス長の範囲内であるときにのみ光検出器４００で検知される。サンプル７０からの深さ情報は、ミラー系５３０を介して参照アームＲＡの光路長を軸方向に変化させ、さらに参照アームからの光と、サンプル内から生じるサンプルアームからの散乱光との間の干渉を検知することにより得られる。３次元画像は、サンプルアームにおいて光路を２次元に横に走査することによって得られる。このプロセスの軸方向の分解能は、コヒーレンス長により決定される。

従って、少なくともいくつかの実施形態によれば、非対称の屈折力を備えた円筒状本体を有する光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）の透明ハウジング内で使用するのに適した、中心軸と端部とを有する光ファイバを支持するビーム成形光学系は、（ｉ）光軸と、外面と、対向する前方端部および後方端部とを有する透明モノリシック体であって、後方端部から光軸に沿って順に、（ｉｉ）光ファイバの中心軸が光軸と実質的に同軸上に位置合わせされるように、光ファイバを動作可能に支持するよう構成された少なくとも１つの位置合わせ機構、（ｉｖ）折返し光軸を形成する、前方端部に位置する表面（例えば、全内部反射（ＴＩＲ））、および（ｖ）折返し光軸に沿ってモノリシック体に一体的に形成されたレンズ表面であって、前方端部に隣接する外面の一部を構成するレンズ表面、と共に一体的に形を成したものである、透明モノリシック体、を備え、さらに透明ハウジングが、ＯＣＴの透明ハウジングの非対称の屈折力を実質的に補償するように構成された表面を有していることを特徴とする。

従って、いくつかの実施形態によれば、非対称の屈折力を備えた円筒状本体を有する光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）の透明ハウジング内で使用するのに適した、中心軸と端部とを有する光ファイバを支持するビーム成形光学系は、（ｉ）光軸と、外面と、対向する前方端部および後方端部とを有する透明モノリシック体であって、後方端部から光軸に沿って順に、（ｉｉ）光ファイバの中心軸が光軸と実質的に同軸上に位置合わせされるように、光ファイバを動作可能に支持するよう構成された少なくとも１つの位置合わせ機構、（ｉｉｉ）少なくとも１つの位置合わせ機構の終端の、傾斜した平面端部壁の位置にある凹部、（ｉｖ）折返し光軸を形成する、前方端部に位置する反射（例えば、全内部反射（ＴＩＲ））表面、および（ｖ）折返し光軸に沿ってモノリシック体に一体的に形成されたレンズ表面であって、前方端部に隣接する外面の一部を構成するレンズ表面、と共に一体的に形を成したものである、透明モノリシック体、を備え、さらに（ａ）レンズ表面のみが、屈折力を有し、かつＯＣＴの透明ハウジングの非対称の屈折力を実質的に補償するように構成されている、または（ｂ）レンズ表面および反射表面（すなわち、ＴＩＲ表面）の夫々が、屈折力を有し、かつＯＣＴの透明ハウジングの非対称の屈折力を実質的に補償するように協働して構成されている、のいずれかであることを特徴とする。ＴＩＲ表面などの反射表面は平面でもよいし、あるいは円筒の曲率を有したものでもよい。いくつかの実施形態によれば、レンズ表面はアナモフィックな非球面形状を有する。いくつかの実施形態によれば、モノリシック体の軸方向の長さＬ１は１．４ｍｍから１．６ｍｍの範囲であり、また幅Ｗ１は０．８３ｍｍから０．８５ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態によれば、モノリシックの透明な本体は７００ｎｍから１，６００ｎｍの範囲の動作波長に亘って透明である。モノリシック体は、高分子材料、プラスチック材料、またはガラスの、いずれかから構成されたものでもよい。例えばモノリシックの透明な本体は、高分子材料から、好適にはＺＥＯＮＯＲから作製してもよい。

いくつかの実施形態によれば、光ファイバは被覆区画と非被覆区画とを含み、また少なくとも１つの位置合わせ機構は、第１および第２の平坦面に形成された第１および第２の溝を含み、この第１および第２の溝は夫々被覆区画と非被覆区画とを収容するサイズである。いくつかの実施形態によれば、光ファイバは少なくとも１つの位置合わせ機構で動作可能に支持される。いくつかの実施形態によれば、光ファイバは、傾斜した平面端部壁に隣接して存在する、傾斜した端部を有する。

いくつかの実施形態によれば、傾斜した光ファイバ端部と傾斜した平面端部壁との間に屈折率整合材が配置される。いくつかの実施形態によれば、傾斜した光ファイバ端部と傾斜した平面端部壁との間に屈折率整合材が配置され、このとき光ファイバの傾斜した端部は傾斜した平面端部壁から距離δzの位置に存在し、δzは０≦δz≦１ｍｍの範囲である。

いくつかの実施形態によれば、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムは、本書で説明した任意のビーム成形光学系を含むＯＣＴプローブ、コヒーレント光を放射する光源、光源に光学的に連結され、参照アームとＯＣＴプローブを含むサンプルアームとを有している干渉計であって、光をサンプルアームおよび参照アームの両方に亘って通して干渉光を形成するように構成された干渉計、干渉光を受信および検知するように、さらにこれに応えて電気信号を生成するように構成された光検出器、および、電気信号を受信および処理するように構成されたコンピュータ、を含む。

いくつかの実施形態による光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムは、非対称の屈折力を有する透明な円筒状ハウジング内で使用するためのものであり、
赤外の動作波長で実質的に均一な屈折率と、折返し光軸と、上部と、前方端部および後方端部と、外面とを有する透明モノリシック体を備えている、ＯＣＴプローブであって、外面が、上部に形成されかつ後方端部に隣接している、少なくとも１つの平坦面を有している、ＯＣＴプローブ、
モノリシック体の少なくとも１つの平坦面に一体的に形成され、光ファイバを支持および位置合わせするように構成された少なくとも１つの位置合わせ機構であって、第１の光学面を画成する端部壁で終端する少なくとも１つの位置合わせ機構、
光軸に沿ってモノリシック体の前方端部に形成された表面（例えば、ＴＩＲ表面）であって、光軸に対して傾斜しており、さらに折返し光軸を形成する第２の光学面を画成する、表面、および、
折返し光軸に沿ってモノリシック体の上部に前方端部に隣接して形成され、外面の一部を構成し、さらにアナモフィックな非球面形状を有する第３の光学面を画成する、レンズ表面であって、さらに、ＯＣＴプローブを少なくとも部分的に包囲している円筒状ハウジングの非対称の屈折力を実質的に補償する、ビーム成形光学系のための屈折力を画成するレンズ表面、を備えている。

いくつかの実施形態によれば、非対称の屈折力を有する透明な円筒状ハウジング内で使用され、かつ光ファイバを支持する、ビーム成形光学系は、
赤外の動作波長で実質的に均一な屈折率と、折返し光軸と、上部と、前方端部および後方端部と、外面とを有する透明モノリシック体であって、外面が、上部に形成されかつ後方端部に隣接している、少なくとも１つの平坦面を有している、透明モノリシック体、
モノリシック体の少なくとも１つの平坦面に一体的に形成され、光ファイバを支持および位置合わせするように構成された少なくとも１つの位置合わせ機構であって、第１の光学面を画成する傾斜した平面端部壁で終端する少なくとも１つの位置合わせ機構、
傾斜した平面端部壁に隣接して、少なくとも１つの光ファイバ位置合わせ機構に形成された、凹部、
光軸に沿ってモノリシック体の前方端部に一体的に形成された全内部反射（ＴＩＲ）平面表面であって、光軸に対して傾斜しており、さらに折返し光軸を形成する第２の光学面を画成する、ＴＩＲ平面表面、および、
折返し光軸に沿ってモノリシック体の上部に前方端部に隣接して形成され、外面の一部を構成し、さらにアナモフィックな非球面形状を有する第３の光学面を画成する、レンズ表面であって、さらに、円筒状ハウジングの非対称の屈折力を実質的に補償する、ビーム成形光学系のための屈折力を画成するレンズ表面、を備えている。このビーム成形光学系のいくつかの実施形態において、モノリシック体の軸方向の長さＬ１は１．４ｍｍから１．６ｍｍの範囲であり、また幅Ｗ１は０．８３ｍｍから０．８５ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態によれば、このビーム成形光学系は７００ｎｍから１６００ｎｍまでの範囲の赤外の動作波長の少なくとも１つの波長で動作する。このビーム成形光学系のいくつかの実施形態によれば、光ファイバは被覆区画と非被覆区画とを含み、さらにこのとき少なくとも１つの平坦面および少なくとも１つの位置合わせ機構は、（ａ）光ファイバの非被覆区画を収容するサイズの第１の中心位置合わせ溝がその中に形成された、傾斜した平面端部壁に隣接する第１の平坦面部分、および（ｂ）光ファイバの被覆区画を収容するサイズの第２の中心位置合わせ溝がその中に形成された、後方端部と第１の平坦面部分との間の第２の平坦面部分、を含み、第２の平坦面部分は第１の平坦面部分に対して高くなった位置にある。このビーム成形光学系のいくつかの実施形態によれば、光ファイバは、被覆区画と非被覆区画との間の境界を画成する被覆区画のエッジを含み、さらに第１および第２の中心位置合わせ溝は、光ファイバが第１および第２の位置合わせ溝の中に動作可能に配置されたときに被覆区画のエッジが接する、位置合わせ機構のエッジを画成する。いくつかの実施形態によれば、モノリシック体は高分子材料またはプラスチック材料のいずれかから構成され、好適にはＺＥＯＮＯＲから構成される。いくつかの実施形態によれば、ビーム成形光学アセンブリは、本書で説明した任意の実施形態によるビーム成形光学系と、少なくとも１つの位置合わせ機構によって動作可能に支持された光ファイバとを備え、このとき光ファイバの端部は、傾斜した平面端部壁に隣接し、かつレンズ表面によって画成される物体面の位置に存在する。いくつかの実施形態によれば、光ファイバ端部は傾斜している。

いくつかの実施形態によれば、端部と中心軸とを有する光ファイバからの光で、非対称の屈折力を有する円筒状の透明ハウジングを通して像点を形成する方法は、
外面を有する透明モノリシック体であって、傾斜した平面端部壁から全内部反射（ＴＩＲ）表面へ、さらに次いでレンズ表面へと、折返し光軸に沿った折返し光路を画成するように構成された透明モノリシック体の、少なくとも１つの位置合わせ機構内で、光ファイバを動作可能に支持するステップであって、外面の一部を構成しているレンズ表面が、またはこのレンズ表面およびＴＩＲ表面が、光ファイバ端部が存在する物体面と像点が形成される画像面とを画成し、このレンズ表面が、またはこのレンズ表面およびＴＩＲ表面の両方が、レンズ表面と画像面との間の光路内にある円筒状の透明ハウジングの非対称の屈折力を、実質的に補償するように構成されているステップ、および、光を、物体面に位置する光ファイバ端部から、傾斜した平面端部壁を通じて、さらに折返し光路に沿って画像面まで送り、実質的に回転対称の像点を画像面で形成するステップ、を含む。いくつかの実施形態によれば、ＴＩＲ表面は平面表面であり、かつレンズ表面はアナモフィックな非球面表面である。この方法は、傾斜した端部壁から０≦δz≦１ｍｍの範囲の距離δzだけ間隔を空けて光ファイバ端部が配置されるように、光ファイバ端部を配置するステップをさらに含んでもよい。少なくともいくつかの実施形態によれば、この方法は、７００ｎｍから１，６００ｎｍの間の動作波長を有する光を提供するステップをさらに含む。いくつかの実施形態によれば、この方法は、像点の１以上の測定結果に基づいて、少なくとも１つの位置合わせ機構内で光ファイバを軸方向に位置合わせするステップを含む。いくつかの実施形態によれば、この方法は、ＴＩＲ表面および／またはレンズ表面を、直交する方向において屈折力を有する円筒状表面として形成するステップを含む。いくつかの実施形態によれば、光ファイバ端部および傾斜した端部壁は間隙を画成し、さらにこの方法は、
この間隙を屈折率整合材で満たすステップ、および、
光をこの屈折率整合材を通じて伝達するステップ、
をさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、物体面と画像面とを画成するビーム成形光学系を光学的に試験する方法は、（ｉ）少なくとも１つの位置合わせ機構を有する外面と、傾斜した平面端部壁から反射表面まで、さらに次いで外面の一部を構成するレンズ表面までへの、折返し光軸に沿った折返し光路とを有している透明モノリシック体の形で、ビーム成形光学系を提供するステップ、（ｉｉ）少なくとも１つの位置合わせ機構で光ファイバを支持するステップであって、光ファイバの端部が、ビーム成形光学系の画像面に存在しているステップ、（ｉｉｉ）光を光ファイバ端部から、傾斜した平面端部壁を通じて、さらに折返し光路に沿って画像面まで送り、像点を画像面で形成するステップ、および（ｉｖ）像点を画像面で検知するステップ、および（ｖ）検知された像点を参照像点と比較するステップを含む。

いくつかの実施形態によれば、物体面と画像面とを画成するビーム成形光学系を光学的に試験する方法は、（ｉ）少なくとも１つの位置合わせ機構を有する外面と、傾斜した平面端部壁から全内部反射（ＴＩＲ）表面まで、さらに次いで外面の一部を構成するレンズ表面までへの、折返し光軸に沿った折返し光路とを有している透明モノリシック体の形で、ビーム成形光学系を提供するステップ、（ｉｉ）少なくとも１つの位置合わせ機構で光ファイバを支持するステップであって、光ファイバの端部が、ビーム成形光学系の画像面に存在しているステップ、（ｉｉｉ）光を光ファイバ端部から、傾斜した平面端部壁を通じて、さらに折返し光路に沿って画像面まで送り、像点を画像面で形成するステップ、および（ｉｖ）像点を画像面で検知するステップ、および（ｖ）検知された像点を参照像点と比較するステップを含む。

いくつかの実施形態によれば、ビーム成形光学系を光学的に試験する方法は、透明な円筒状ハウジングの一部分を光路が通過するように、ビーム成形光学系を透明な円筒状ハウジングの内部に配置するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、ビーム成形光学系を光学的に試験する方法は、レンズ表面と画像面との間の光路内に、ＯＣＴプローブの透明な円筒状ハウジングを表す、屈折力を有する円筒状光学素子を挿入するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、ビーム成形光学系を光学的に試験する方法は、（ｉ）焦点位置に応じて複数の像点を検知するステップ、および（ｉｉ）複数の像点を、対応する複数の参照像点と比較するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態によれば、ビーム成形光学系を光学的に試験する方法は、像点が参照像点に最も厳密に一致するよう光ファイバの位置を軸方向に調節することによって、光ファイバの軸方向の位置合わせを最適化するステップをさらに含む。

本書では、特定の態様および特徴を参照して実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は所望の原理および用途の単なる実例に過ぎないことを理解されたい。従って、この実例の実施形態に対して多くの変更形態が作製可能であること、また添付の請求項の精神および範囲から逸脱しない他の配置が考案できることを理解されたい。

２０ 透明ハウジング
２６ 円筒状ハウジング本体
５０ 光ファイバ
５２ 光ファイバ端部
６２ 光
１００ ビーム成形光学系
１０２ ビーム成形光学アセンブリ
１１０ モノリシック体
１１２ 前方端部
１１４ 後方端部
１１６ 上部
１２０ 外面
１４３、１４４ 平坦面部分
１５３、１５４ 中心位置合わせ機構
１５７ 凹部
１６０ 平面端部壁
１７０ ＴＩＲ表面
２０４ レンズ表面
３８０ 像点

Claims (9)

1. 非対称の屈折力を備えた円筒状本体を有する光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）の透明ハウジング内で使用するのに適した、中心軸と端部とを有する光ファイバを支持するビーム成形光学系において、
   光軸と、外面と、対向する前方端部および後方端部とを有する、中実な透明モノリシック体であって、前記後方端部から前記光軸に沿って順に、
   前記光ファイバの前記中心軸が前記光軸と実質的に同軸上に位置合わせされるように、前記光ファイバを動作可能に支持するよう構成された、少なくとも１つの位置合わせ機構であって、前記前方端部と前記後方端部との間に位置する傾斜した平面端部壁において終端する、少なくとも１つの位置合わせ機構、
   前記少なくとも１つの位置合わせ機構の終端の、前記傾斜した平面端部壁の位置にある、凹部、
   折返し光軸を形成する、前記中実な透明モノリシック体の前記前方端部により画成された全内部反射（ＴＩＲ）表面、および、
   前記中実な透明モノリシック体により前記折返し光軸に沿って画成されたレンズ表面であって、前記前方端部に隣接する前記外面の一部を構成する、レンズ表面、
   を画成する、中実な透明モノリシック体、
   を備え、
   前記中実な透明モノリシック体が、前記傾斜した平面端部壁と前記レンズ表面との間の光路を支持し、さらに、
   ａ）前記レンズ表面のみが、屈折力を有し、かつ前記ＯＣＴの透明ハウジングの前記非対称の屈折力を実質的に補償するように構成されている、または
   ｂ）前記レンズ表面および前記反射表面の夫々が、屈折力を有し、かつ前記ＯＣＴの透明ハウジングの前記非対称の屈折力を実質的に補償するように協働して構成されている、
   ことを特徴とするビーム成形光学系。
2. 前記レンズ表面がアナモフィックな非球面形状を有することを特徴とする請求項１記載のビーム成形光学系。
3. 前記中実な透明モノリシック体の軸方向の長さＬ１が１．４ｍｍから１．６ｍｍの範囲であり、かつ幅Ｗ１が０．８３ｍｍから０．８５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２記載のビーム成形光学系。
4. 前記中実な透明モノリシック体が、７００ｎｍから１，６００ｎｍの範囲の動作波長に亘って透明な、高分子材料、プラスチック材料、またはガラスの、いずれかから構成されたものであることを特徴とする請求項１または２記載のビーム成形光学系。
5. 前記光ファイバをさらに含み、前記光ファイバが前記少なくとも１つの位置合わせ機構で動作可能に支持されていることを特徴とする請求項１または２記載のビーム成形光学系。
6. 前記光ファイバの前記端部が、前記傾斜した平面端部壁から距離δzの位置に存在し、δzは０≦δz≦１ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項５記載のビーム成形光学系。
7. 端部と中心軸とを有する光ファイバからの光で、非対称の屈折力を有する円筒状の透明ハウジングを通して、人体を除く対象物の該対象物上または該対象物内に像点を形成する方法において、
   透明材料を用いて、モールディングプロセスにより透明モノリシック体を形成するステップであって、前記透明モノリシック体は、外面を有し、かつ、該透明モノリシック体の傾斜した平面端部壁から該透明モノリシック体の全内部反射（ＴＩＲ）表面へ、さらに次いで該透明モノリシック体の前記外面の一部を構成するレンズ表面へと、折返し光軸に沿って、前記透明材料内を通る折返し光路を画成するように構成された透明モノリシック体であり、前記レンズ表面が、または前記レンズ表面および前記ＴＩＲ表面が、前記光ファイバの端部が存在する物体面と前記像点が形成される画像面とを画成し、前記レンズ表面が、または前記レンズ表面および前記ＴＩＲ表面の両方が、前記レンズ表面と前記画像面との間の光路内にある前記円筒状の透明ハウジングの前記非対称の屈折力を、実質的に補償するように構成されているものである、ステップ、
   モールディングされた中実な前記透明モノリシック体の少なくとも１つの位置合わせ機構内で、前記光ファイバを動作可能に支持するステップ、および、
   前記光を、前記物体面に位置する前記光ファイバの端部から、前記傾斜した平面端部壁を通じて、さらに前記折返し光路に沿って前記画像面まで送り、実質的に回転対称の前記像点を前記画像面で形成するステップ、
   を含むことを特徴とする方法。
8. 前記ＴＩＲ表面が平面表面であり、かつ前記レンズ表面がアナモフィックな非球面表面であることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記像点の１以上の測定結果に基づいて、前記少なくとも１つの位置合わせ機構内で前記光ファイバを軸方向に位置合わせするステップをさらに含むことを特徴とする請求項７または８記載の方法。