JP2014094121A - Light transmission device, and optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光伝達装置に関し、特に光コヒーレンス断層画像形成装置に用いられると好適な光伝達装置及び光学素子に関する。 The present invention relates to an optical transmission device, and more particularly to an optical transmission device and an optical element suitable for use in an optical coherence tomographic image forming apparatus.
近年、生体組織を診断する場合において、その組織の表面状態の光学的情報を得る画像生成装置の他に、組織内部の光学的情報を得ることのできる光コヒーレンス断層画像生成装置が提案されている。光コヒーレンス断層画像生成装置とは、低コヒーレンス光を二つに分離し、一方を生体組織などの観察試料に照射し、観察試料の位相情報を付与された散乱光を他方の光と干渉させ、干渉光の強度情報から被検体の位相情報を得、観察試料の測定箇所を画像化するものである(例えば特許文献1参照)。 In recent years, in the case of diagnosing a living tissue, an optical coherence tomographic image generation device that can obtain optical information inside the tissue has been proposed in addition to an image generation device that obtains optical information on the surface state of the tissue. . The optical coherence tomographic image generation device separates the low-coherence light into two, irradiates one of the observation sample such as a biological tissue, interferes with the other light the scattered light given the phase information of the observation sample, The phase information of the subject is obtained from the intensity information of the interference light, and the measurement location of the observation sample is imaged (see, for example, Patent Document 1).
ところで、特許文献1に開示された光コヒーレンス断層画像生成装置において、低コヒーレンス光を光ファイバで伝播した後、反射面で反射させて、光プローブの側面から観察試料に低コヒーレンス光を照射できる光ファイバプローブが設けられている。この光ファイバプローブにおいては、光ファイバ先端部を斜めにカットしているので、光ファイバ内を伝播してきた光が、端面で反射して戻る恐れが少なく、その分ノイズを減少させることができる。 By the way, in the optical coherence tomographic image generating apparatus disclosed in Patent Document 1, after the low coherence light is propagated through the optical fiber, it is reflected by the reflecting surface, and the light that can irradiate the observation sample from the side surface of the optical probe. A fiber probe is provided. In this optical fiber probe, since the tip end portion of the optical fiber is cut obliquely, the light propagating through the optical fiber is less likely to be reflected by the end face, and noise can be reduced accordingly.
ところが、特許文献1の技術では、光ファイバの先端部に取り付けた屈折率分布型のレンズ等で光を集光し、更に反射面で反射させて、光ファイバプローブの側面に光照射を行っているため、屈折率分布型のレンズの光学面、反射面などで反射した光が干渉信号として検出され、観察試料に対するノイズの原因となってしまう恐れがある。また、屈折率分布型のレンズが比較的高額であり、組み付け時に光ファイバに対してレンズや反射面の位置決めを高精度で行う必要がある為、光ファイバプローブ1本の作製コストが高くなってしまうという問題がある。加えて、光ファイバと反射面との距離を確保しなくてはならないから、光ファイバプローブの大型化を招いている。 However, in the technique of Patent Document 1, light is collected by a gradient index lens or the like attached to the tip of an optical fiber, reflected by a reflecting surface, and irradiated on the side surface of the optical fiber probe. Therefore, the light reflected by the optical surface and reflection surface of the gradient index lens is detected as an interference signal, which may cause noise on the observation sample. In addition, the refractive index distribution type lens is relatively expensive, and it is necessary to position the lens and the reflecting surface with respect to the optical fiber with high accuracy during assembly, which increases the manufacturing cost of one optical fiber probe. There is a problem of end. In addition, since the distance between the optical fiber and the reflecting surface must be secured, the size of the optical fiber probe is increased.
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、比較的安価であり、組立容易性に優れ、しかも小型化を図れる光伝達装置及び光学素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a light transmission device and an optical element that are relatively inexpensive, excellent in ease of assembly, and capable of being downsized.
請求項1に記載の光伝達装置は、コア部とクラッド部とを備えた少なくとも1つの光ファイバと、該光ファイバ端部に設けられた光学素子とから構成される光伝達装置において、
前記光ファイバの先端部は、前記光ファイバの軸線方向に対して、所定の角度θ(O度<θ<90度)で傾いた端面を有し、
前記光学素子は、前記光ファイバの端面と接する第1面と、前記光ファイバの端面から出射され前記第1面から入射した光線を反射する第2面と、前記第2面で反射した光線を出射する第3面とを有し、前記第3面から出射した照射光が観察対象へ照射されるようになっていることを特徴とする。
The optical transmission device according to claim 1, wherein the optical transmission device includes at least one optical fiber including a core portion and a cladding portion, and an optical element provided at an end portion of the optical fiber.
The tip of the optical fiber has an end face that is inclined at a predetermined angle θ (O degrees <θ <90 degrees) with respect to the axial direction of the optical fiber,
The optical element includes a first surface that is in contact with an end surface of the optical fiber, a second surface that reflects a light beam emitted from the end surface of the optical fiber and incident from the first surface, and a light beam reflected by the second surface. A third surface that emits light, and irradiation light emitted from the third surface is irradiated onto the observation target.
本発明によれば、前記光ファイバの先端部が、前記光ファイバの軸線方向に対して、所定の角度θ(O度<θ<90度)で傾いた端面を有するので、前記光ファイバの端面からの反射光が前記光ファイバの中心軸から逸れて戻るので、かかる反射光に起因するノイズを抑制できる。更に、前記光学素子の前記第1面が前記光ファイバの端面に接しているので、前記光ファイバと前記光学素子との位置決めは位相合わせだけで足り、組立容易性を確保できる。又、前記光学素子は光ファイバの先端に取り付けるものであるから、本来的に小型であり、更に前記第2面を反射面としたことで別個の反射部材を用いることなく、測定光を観察対象へと向けることができるから、小型化を図れると同時に、前記光学素子から焦点位置までの距離を短くできるため、小径の観察対象であっても観察を容易に行える。 According to the present invention, the end portion of the optical fiber has an end surface inclined at a predetermined angle θ (O degrees <θ <90 degrees) with respect to the axial direction of the optical fiber. Since the reflected light from the center deviates from the central axis of the optical fiber, noise caused by the reflected light can be suppressed. Further, since the first surface of the optical element is in contact with the end face of the optical fiber, the positioning of the optical fiber and the optical element is sufficient only for phase alignment, and assembling ease can be ensured. In addition, since the optical element is attached to the tip of the optical fiber, it is inherently small, and the measurement light can be observed without using a separate reflecting member because the second surface is a reflecting surface. Since the distance from the optical element to the focal position can be shortened, the observation can be easily performed even for a small-diameter observation target.
光ファイバ端面の角度が5〜15度の範囲内で反射防止を行うのに適した角度となる。特に光コヒーレンス断層画像生成装置用途や通信用で用いられる光の波長に対しては8度が望ましく、反射によるノイズ強度は60dB程度の抑制が見込めるのであるが、クラッド部を出射光が通過するようにする為には、8度より大きくすることが望ましい。 The angle of the end face of the optical fiber is an angle suitable for preventing reflection within the range of 5 to 15 degrees. In particular, 8 degrees is desirable for the wavelength of light used for optical coherence tomographic image generation equipment and communications, and the noise intensity due to reflection is expected to be suppressed by about 60 dB, but the emitted light passes through the cladding. In order to achieve this, it is desirable to make it larger than 8 degrees.
請求項2に記載の光伝達装置は、請求項1に記載の発明において、前記光学素子の前記第2面及び前記第3面の少なくとも一方に、曲率を持たせたことを特徴とする。
The optical transmission device according to
これにより、前記第2面及び前記第3面の少なくとも一方が集光作用を持つので、別個に集光用のレンズ等を設ける必要がなくなり、構成の簡素化と小型化を図れる。特に、前記第3面に曲率を持たせることで、例えば光伝達装置の周囲に円筒状の透明なカバーを設けた場合など、光がカバーを通過する際に発生する収差を補正する機能を付与することができる。 Accordingly, since at least one of the second surface and the third surface has a light condensing function, it is not necessary to separately provide a condensing lens or the like, and the configuration can be simplified and downsized. In particular, the curvature of the third surface provides a function of correcting aberrations that occur when light passes through the cover, such as when a cylindrical transparent cover is provided around the light transmission device. can do.
請求項3に記載の光伝達装置は、請求項1又は2に記載の発明において、前記光学素子の前記第2面及び前記第3面の少なくとも一方は、非球面形状であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical transmission device according to the first or second aspect, at least one of the second surface and the third surface of the optical element has an aspherical shape. .
前記第2面及び前記第3面の少なくとも一方を非球面形状とすることで、円筒状の透明カバーや光ファイバのクラッド部などを出射光が通過する際に生じる収差等を補正でき、より高い光学特性を付与することができる。 By making at least one of the second surface and the third surface an aspherical surface, it is possible to correct aberrations and the like generated when outgoing light passes through a cylindrical transparent cover, a cladding portion of an optical fiber, etc. Optical properties can be imparted.
請求項4に記載の光伝達装置は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記光ファイバ内のコア部の屈折率と、前記光学部品との屈折率が異なることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the refractive index of the core portion in the optical fiber is different from the refractive index of the optical component. To do.
前記光ファイバ内のコア部の屈折率と、前記光学部品との屈折率とを異ならせることで、前記光ファイバから前記光学素子に入射する光を、任意の角度で折り曲げることができ、これにより前記第2面で全反射条件を満たしやすくなり、光の利用効率を高めることができる。 By making the refractive index of the core portion in the optical fiber different from the refractive index of the optical component, the light incident on the optical element from the optical fiber can be bent at an arbitrary angle. The second surface can easily satisfy the total reflection condition, and the light utilization efficiency can be increased.
請求項5に記載の光伝達装置は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記光学素子は成形によって作製されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the optical element is produced by molding.
前記光学素子は、前記光ファイバの端面に取り付けられる程度に小型であるから、成形により高精度な光学素子を大量生産することが望ましい。 Since the optical element is small enough to be attached to the end face of the optical fiber, it is desirable to mass-produce highly accurate optical elements by molding.
請求項6に記載の光伝達装置は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の前記第3面から出射した照射光が、さらに前記光ファイバのクラッド部ヘ入射した後、前記光ファイバの側面から出射するようになっており、
前記光ファイバの出射点を原点とし、前記原点から前記光学素子に入射する光線の中心の方向をZ軸とし、前記光ファイバの軸線と前記Z軸とを含む面内で前記Z軸に直交する方向をY軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交する方向をX軸とし、ZY面内における前記第2面の曲率をPy(1/mm)とし、ZX面内における前記第2面の曲率をPx(1/mm)としたときに、Py<Pxであり且つ、4<Py<10、5<Px<20が成立することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the irradiation light emitted from the third surface of the optical element further enters the cladding portion of the optical fiber. After that, it comes out from the side of the optical fiber,
The origin of the optical fiber is the origin, the direction of the center of the light beam incident on the optical element from the origin is the Z axis, and is orthogonal to the Z axis in a plane including the axis of the optical fiber and the Z axis. The direction is the Y axis, the direction orthogonal to the Z axis and the Y axis is the X axis, the curvature of the second surface in the ZY plane is Py (1 / mm), and the second surface in the ZX plane Py <Px, and 4 <Py <10 and 5 <Px <20.
前記光伝達装置により集光する照射光のスポットの形状とサイズは、前記光ファイバの端面から前記光学素子の前記第2面までの距離と、前記第2面の曲率で決まる。しかるに、前記光学素子の前記第3面から出射した照射光が、さらに前記光ファイバのクラッド部ヘ入射した後、前記光ファイバの側面から出射するようになっている場合、照射光はクラッド部を通過する際にクラッド部の曲率の影響を受けるため,最適な形状で集光スポットを形成する為には、前記第2面の曲率を、クラッド部の曲率が影響する方向とその垂直方向とで差を設ける必要がある。本発明によれば、前記第2面に上述のような曲率Px,Pyを持たせることで、前記光ファイバの端面から出射され前記第1面から入射した光線が、前記光学素子の前記第2面で反射した後、前記第3面から出射した照射光が、さらに前記光ファイバのクラッド部を透過することに対応して、近接した位置に適切に集光するようになる。 The shape and size of the spot of irradiation light condensed by the light transmission device is determined by the distance from the end face of the optical fiber to the second surface of the optical element and the curvature of the second surface. However, when the irradiation light emitted from the third surface of the optical element further enters the cladding portion of the optical fiber and then exits from the side surface of the optical fiber, the irradiation light passes through the cladding portion. Since it is affected by the curvature of the cladding when passing, in order to form a condensing spot with an optimal shape, the curvature of the second surface is divided into the direction in which the curvature of the cladding is affected and the direction perpendicular thereto. It is necessary to make a difference. According to the present invention, the second surface has the curvatures Px and Py as described above, so that the light beam emitted from the end surface of the optical fiber and incident from the first surface is the second surface of the optical element. After being reflected by the surface, the irradiation light emitted from the third surface is appropriately condensed at a close position corresponding to the fact that it further passes through the cladding portion of the optical fiber.
請求項7に記載の光伝達装置は、請求項6に記載の発明において、前記原点から、前記Z軸と前記第2面の交差点までの距離をZ0(mm)としたときに、Py<1/Z0<Pxが成立することを特徴とする。 The optical transmission device according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein Py <1 when the distance from the origin to the intersection of the Z axis and the second surface is Z0 (mm). / Z0 <Px is satisfied.
Py<1/Z0<Pxの関係が成り立ち、且つ4<Py<10、5<Px<20が成立するような形状を、前記第2面に持たせることで、前記第3面から出射し、さらに前記光ファイバのクラッド部ヘ入射した後、前記光ファイバの側面から出射した光が、前記光ファイバ軸線から0.1mm程度離れた位置に、に0.04mm程度のスポットを作ることができる。後述する実施の形態でのクラッド部の外径をφ0.13mmとすると、クラッド部の曲率は15.385となり、曲率Pyの影響受ける方向は、光ファイバのクラッド部の曲率の影響も受ける。尚、「Amm程度」とは、Ammに対して±5%の範囲を意味する。 By giving the second surface a shape that satisfies the relationship of Py <1 / Z0 <Px and 4 <Py <10, 5 <Px <20, the light is emitted from the third surface, Furthermore, after entering the cladding portion of the optical fiber, the light emitted from the side surface of the optical fiber can form a spot of about 0.04 mm at a position about 0.1 mm away from the optical fiber axis. If the outer diameter of the clad part in the embodiment described later is φ0.13 mm, the curvature of the clad part is 15.385, and the direction affected by the curvature Py is also affected by the curvature of the clad part of the optical fiber. “About Amm” means a range of ± 5% with respect to Amm.
請求項8に記載の光伝達装置は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、前記光学素子のフォーカス位置が、前記光ファイバの軸線から0.1mm程度離れ、スポットサイズが0.04mm程度であることを特徴とする。
The optical transmission device according to
このように前記光ファイバの軸線から近い位置に、小さいスポットを形成することで、例えば血管等の極小径の管の断層を観察するのに好適である。 Thus, by forming a small spot at a position close to the axis of the optical fiber, it is suitable for observing a tomography of a very small diameter tube such as a blood vessel.
請求項9に記載の光伝達装置は、請求項1〜8のいずれかに記載の発明において、前記第1面が前記第3面と共通であることを特徴とする。これにより前記光学素子の形状を簡素化できる。 A light transmission device according to a ninth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to eighth aspects, the first surface is common to the third surface. Thereby, the shape of the optical element can be simplified.
請求項10に記載の光伝達装置は、請求項1〜9のいずれかに記載の発明において、光コヒーレンス断層画像形成装置に用いられることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to ninth aspects, the optical transmission device is used in an optical coherence tomographic image forming apparatus.
請求項11に記載の光学素子は、請求項1〜10のいずれかに記載の光伝達装置に用いられ、前記光ファイバの端面に取り付けられる第1面を有することを特徴とする。
The optical element of
本発明によれば、比較的安価であり、組立容易性に優れ、しかも小型化を図れる光伝達装置及び光学素子を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a light transmission device and an optical element that are relatively inexpensive, excellent in assembling, and can be reduced in size.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、光コヒーレンス断層画像生成装置102の形態について説明する。図1に示す光コヒーレンス断層画像生成装着102は、例えば人体の血管など試料(生体組織ともいう)103の断層画像を、いわゆるTime Domain方式により取得するものであって、低コヒーレンス光源2と、光源から発振された低コヒーレンス光を分割する光分割手段4と、光分割手段4を通過した低コヒーレンス光を、試料103の測定箇所に測定光105として照射し且つ試料103から反射した光を光合波手段4に伝播する光プローブ101と、光プローブ101軸を中心に光プローブ101を回転させる光ロータリージョイント1と、光分割手段4を通過した低コヒーレンス光を参照光として照射するレンズユニット6と、参照光を反射させて光合波手段4に光を伝播するミラー7と、参照光が伝搬する光路長を調整する光路長調整部8と、合波手段により音波されて反射光と参照光との干渉光を検出する干渉光検出部3とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the form of the optical coherence tomographic
光分割手段4は、例えば2×2の光ファイバカプラから構成されており、光源から光ファイバを介して伝播してきた低コヒーレンス光を測定光105と参照光とに分割する。なお、本例におけるこの光分割手段4は、光合波手段4としても機能するものである。
The
上記光路長調整部8は、参照光として照射された光を平行光化するレンズユニット6と、参照光を反射させるミラー7と、レンズユニット6とミラー7との光学距離を変位させるように図中矢印方向に移動可能とされた基台と、この基台を移動させる操作部から構成されており、試料103内の測定位置を測定光105の光軸方向に変化させるために、参照光の光路長を変位させる機能を有している。光学距離を変位させる時に移動させる部位は、ミラー7若しくはレンズユニット6のどちらであっても良い。
The optical path
そして、光路長調整部8により光路長の変位がなされた参照光が光合波手段4に伝播されるようになっている。光合波手段4に伝播した参照光は干渉光の光強度を検出する干渉光検出部3に入射する。
Then, the reference light whose optical path length has been displaced by the optical path
干渉光検出部3は、光合波手段4により合波された試料103からの反射光と参照光との干渉光を検出するものであり、干渉光ではない干渉光検出部3に入射した光によるノイズを低減する機能を備えている。
The interference
試料103の測定位置の情報は、光路長調整部8を制御する制御部9から画像処理部5へ出力される。そして、干渉光検出部3により検出された光信号と、制御部9における測定位置の情報と、制御同期部10からの情報とに基づいて、画像処理部5により光断層画像が生成される。生成された光断層画像104は、表示装置11において表示される。
Information on the measurement position of the
次に、上記構成を有する光コヒーレンス断層画像生成装置102の作用について説明する。断層画像を取得する際には、まず参照光の光路長を変位させることにより、測定可能領域内に試料103の測定対象位置が来るよう大まかな光路長の調整が行われる。その後、光源から低コヒーレンス光が発振され、この光は光分割手段4により測定光105と参照光とに分割される。測定光105は光プローブ101から試料103に向けて伝播され、測定対象位置に低コヒーレンス光が照射される。
Next, the operation of the optical coherence tomographic
光分割手段4から参照光がミラー7で反射するまでの光学距離と、光分割手段4から試料103に照射されて反射した測定光105の光学距離とが一致する位置での試料103の情報が干渉信号として検出される。このとき、光路調整部を高速で変位させることにより光干渉の位置を高速変位させ、光プローブ101から試料103に照射した測定光105が測定対象位置を1次元に走査する。そして、測定対象位置からの反射光がミラー7で反射した参照光と光合波手段4で合波され、反射光と参照光との干渉光が干渉光検出部3によって検出される。
Information on the
光ロータリージョイント1によって光プローブ101を回転させると、測定光105が測定対象位置上で光プローブ101の回転方向に走査される。この走査方向に沿った各部分において試料103の測定方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。この時、光プローブ101が360°回転した時に測定する試料103の1回分の走査が完了したことになる。光プローブ101は連続して回転する為、画像同期部により光プローブ101の回転角を検出して、画像処理部5へ情報を出力することで正確に試料103全周分の断層画像を生成させる。このようにして取得された断層画像104は、表示装置11に表示される。
When the
なお、光コヒーレンス断層画像生成装置102の仕組みについてTime Domain方式を用いて説明したが、Time Domain方式以外にも、単一ディテクタの代わりに分光系を用いるSpectra Dmain方式、波長掃引レーザを用いるswept source方式のいずれを用いても良い。
The mechanism of the optical coherence tomographic
本実施形態における、光プローブ101を回転させ且つ光ロータリージョイント1と光プローブ101とを接続する構造について図2に詳細を示す。
FIG. 2 shows the details of the structure for rotating the
光プローブ101と光ロータリージョイント1とはコネクタ部を介して結合されることにより、低コヒーレンス光源2の光は、光ロータリージョイント1内の光結合部を介して光プローブ101に伝播される。
By coupling the
コネクタ部は、光ロータリージョイントに備えられたアダプタ32及び光プローブ101に装着されたコネクタとからなる。アダプタ32は回転子37に固定されており、回転子37が回転するに応じてアダプタ32も回転する構造となっている。ここでいうコネクタとは、光通信分野で一般的に用いられるFCコネクタやSCコネクタ等を指す。
The connector portion includes an
従って回転子37が回転すると、アダプタ32を介して光プローブ101も回転することで、試料103の走査が行われる。回転子37は、回転駆動装置によって回転駆動される。具体的には、モータ33がローラ34を回転させることで、ローラ34に外周が接触した回転子37を回転させるようになっている。
Accordingly, when the
光プローブ101のコネクタをアダプタ32から取り外せば、回転光ファイバ23と光プローブ101とは着脱可能である。また、光プローブ101には光ロータリージョイント1の外装部と着脱できるように留め輪207が設けられており、光プローブ101のコネクタと留め輪207を外すことで、光プローブ101を光ロータリージョイント1から取り外すことができる。光ロータリージョイント1の外装部にはヒンジ36を介して開閉可能に構成された蓋部35が設けられている。光プローブ101は光ロータリージョイント1の外装部に留め輪207で係止されるようになっており、使用者は蓋部35を開き、コネクタ部から光プローブ101を取り外すことができる。従って、光プローブ101の故障等が生じたような場合には、光プローブ101のみを交換することができる。
If the connector of the
光プローブ101における、コネクタ部から先端までの構成図を図3及び図4に示す。光ロータリージョイントから光プローブ101に伝播した光は、光ファイバ200のコア部201に伝達され、光ファイバ200の光ロータリージョイントと接続していない側のコア部201端面から照射される。光ファイバ200のコア部201端面は例えば角度θ=45度(0度<θ<90度の範囲で任意,但し、反射光ノイズを低減できる端面の最良角度は8度前後とされていることに鑑みて、θは45度に限定されず、より小さい角度であっても良い)で斜めに研磨加工されており、光ファイバ200端面で発生する反射光が光コヒーレンス断層画像生成装置102に戻らない為、光ファイバ200端面で発生するノイズを抑えることができる。
FIG. 3 and FIG. 4 show a configuration diagram of the
光ファイバ200と曲面プリズム(少なくとも1つの光学面が曲面であるプリズムをいうが、以下、単にプリズムという)203とで、光伝達装置を構成する。光学素子である樹脂又はガラス製のプリズム203は、光ファイバ200のコア部201端面と接する第1面203aと、光ファイバ200のコア部201端面から出射した光線を反射する第2面203bと、第2面203bで反射した光線を出射する第3面203cとを有している。第2面203bは曲率を持ち、非球面であると好ましい。第1面203aは、ここでは光ファイバ200のコア部201端面に接する平面であり、更に第3面203cと共通である。プリズム203は、不図示の金型により成形された後、接着剤で光ファイバ200の端面201aに接着される。プリズム203の第1面203aが光ファイバ200の端面に接しているので、光ファイバ200とプリズム203との位置決めは位相合わせだけで足り、組立容易性を確保できる。
The
第2面203bは、全反射を用いて反射機能を持たせても良いし、反射膜を蒸着しても良い。尚、光ファイバ200のコア部201とプリズム203の屈折率を異ならせることで、コア部201を伝播してきた光の照射方向が、コア部201端面で変化する。このように光照射方向を変化させることで、プリズム203の第2面203bに対して適した入射角度を持たせることができる。本実施の形態では、プリズム203の屈折率が光ファイバ200のコア部201の屈折率より大きくなっている。
The
光ファイバ200のコア部201端面から照射された光は、光ファイバ200前方のプリズム203内に照射され、プリズム203の曲面を持った第2面203bで反射された後に、第3面203cを通過して、再び光ファイバ200のクラッド部202に入射した後、クラッド部202の側面から照射される。この時、プリズム203の屈折率を光ファイバ200のコア部201と同程度にすれば、コア部201端面とプリズム203との境界面で発生する反射ノイズを低減することができる。
The light irradiated from the end surface of the
その後、クラッド部202の側面から照射された光は、光プローブ101の外部で集光される。その際、クラッド部203の側面は曲面を持つ為に、クラッド部202の側面境界で発生する反射光の光コヒーレンス断層画像生成装置102に戻る割合が小さくなるので、断層画像で見られるノイズを抑えることができる。
Thereafter, the light irradiated from the side surface of the
試料103を走査する測定光105は、シース206を透過してその側面から外部に出射される。次いで、生体組織内部で測定光105は散乱反射され、散乱により光プローブ101へ戻ってきた測定光105がシース206を介して光ファイバ200側面に入射される。その後、プリズム203、光ファイバ200、光ロータリージョイント1、本体光学系へと測定光105が伝播される。
The
ここで、光プローブ101外部で集光する測定光105のスポットの形状とサイズは、光ファイバ200のコア部201端面からプリズム203の第2面203bまでの距離と、第2面203bの曲率で決まる。測定光105は、クラッド部202の側面を通過する際に側面部の曲率の影響を受けるため、最適な形状で集光スポットを形成する為にはプリズム203のミラー面の曲率を、クラッド部202の曲率が影響する方向と垂直方向とで差を設ける必要がある。そこで、本実施の形態では、第2面203bに以下のような形状を持たせた。
Here, the shape and size of the spot of the
具体的には、図4を参照して、光ファイバ200のコア部201端面(出射点)を原点Oとし、原点Oからプリズム203に入射する光線の中心の方向をZ軸とし、光ファイバ200のコア部201の軸線とZ軸とを含む面内でZ軸に直交する方向をY軸とし、Z軸とY軸とに直交する方向をX軸とし、ZY面内における第2面203bの曲率をPy(1/mm)とし、ZX面内における第2面203bの曲率をPx(1/mm)としたときに、Py<Pxであり且つ、4<Py<10、5<Px<20が成立するようにした。又、原点Oから、Z軸と第2面203bの交差点Pまでの距離をZ0(mm)としたときに、Py<1/Z0<Pxが成立するようにした。ここでは一例として、Px= 17.857、Py= 9.524、1/Z0= 15.385 とする。
Specifically, referring to FIG. 4, the end surface (emission point) of the
このような形状を第2面203bに持たせることで、光プローブ101から出射した測定光105により、光プローブ側面から0.1mm離れた位置に0.04mm程度のスポットを作ることができる。この際、スポットサイズとコンフォーカル長との関係から、光プローブ101は光プローブ101の側面から1mm先まで分解能が約0.02mm程度を維持したプローブとして機能する為、例えば血管等の極小径の管の断層を観察するのに適している。
By providing the
プリズム203の第2面203bが球面形状且つ反射面であれば、第2面203bで光の進行方向を試料103にむけ、且つ試料103に対して光を集光させることが同時に行えるため、コンパクトな光学系とすることができる。特に、図4に示す構成であれば、プリズム203の外形が光ファイバ200のクラッド部202の外径とほぼ等しくなるので、細い血管にも挿入して観察を行える。
If the
尚、プリズム203の第2面203bの反射面は、光学素子の屈折率と光の曲げ方向に応じて、全反射を行わせてもよいし、反射面に金属膜を蒸着させたミラー面による反射でもよい。特に、第2面203bを非球面形状にし、光ファイバ200とプリズム203以外で発生する光学的な影響(測定光105がクラッド部202やシース206を通過する際の発生する収差など)を補正することができる。
The reflecting surface of the
上記の光プローブ101を製作するにあたって、光ファイバ200のコア部201とクラッド部202を斜めに研磨する工程、光ファイバ200先端にプリズム203を乗せる工程、金型等でプリズム203曲面を形成する工程、紫外線照射若しくは熱硬化で樹脂をプリズムとして硬化させる工程、樹脂曲面にミラー面を形成する工程を用いることで、同時に多数の光プローブを作製することができる。また、屈折率分布型のプリズムを用いた光プローブよりも作製コストを抑えることができる為、低コストの光プローブを大量に提供することができる。
In manufacturing the
光プローブ101の光学系と試料103が接触して光プローブ101及び試料103の損傷を防ぐ為、光プローブ101の外周にはシース206が設けられている。シース206は、光プローブ101内の光ファイバ200、プリズム203を内部に保持した可僥性を有するチューブであり、テフロン(登録商標)などの高い光透過率を有する材料で形成されている。特に、低コヒーレンス光を高い効率で透過させることができる材質であれば良い。シース206を測定光105が通過する際に発生する収差を補正するために、第2面203bを非球面形状としても良い。
A
ここまで述べた構成での光プローブ101は、体内管腔に挿入されて使用されるものであり、光プローブ101の外径が0.5 mmから3 mm程度あるため、プリズム203の大きさは、径方向が0.3 mmから3 mm 程度であると好ましい。
The
シース206と光プローブ101内の光学系との間にはトルクワイヤ205が備えられている。トルクワイヤ205は、光ファイバ200周辺に巻かれた鉄線であり、回転子37からコネクタ部に伝えられた回転力を光プローブ101の先端部まで伝える事で回転の影響による光学系の破損を防ぐ。
A
シース206は留め輪207に接着されており、留め輪207は光ロータリージョイント1の外装部に固定されている。光プローブ101の光学系とシース206は接着されていない。また、光プローブ101の前方には試料103と光プローブ101とを傷つけない為の栓209が設けられている。
The
光プローブ101は、光ファイバ200の軸を中心に回転しながら生体内部に測定光105を照射させており、測定光105は光プローブ101のラジアル方向に沿って位置する生体組織に向けて出射されて走査される。この際、シース206は留め輪207を介して光ロータリージョイント1に固定されているので回転しない為、生体試料を非侵襲で回転走査することができる。
The
図5は、プリズムの変形例を示す図4と同様な断面図である。本変形例では、上述した実施の形態と異なり、プリズム203の屈折率が光ファイバ200のコア部201の屈折率より小さくなっている。よって、光ファイバ200の端面の傾きを上述の実施の形態と逆にして、第2面203bに入射するようにしている。光ファイバ200の端面の傾きの方向と、傾きの角度は、プリズム203の屈折率と、光ファイバ200のコア部201の屈折率とを選択することで任意に調整できる。又、プリズム203の第2面203bは非球面であり、第3面203cはトロイダル面となっている。光ファイバ200のコア部201の端面から出射して、第1面203aから入射した測定光105は、第2面203bで反射し、第3面203cから出射して、クラッド部202を通過することがない。
FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 showing a modification of the prism. In this modification, unlike the above-described embodiment, the refractive index of the
上述したように、光ファイバ200とプリズム203以外で発生する影響を抑える為に、第2面203bを球面形状にするのとは別に、第3面203cにも曲率を与えることができる。本例の場合は、光ファイバ200と光プリズム203の外側に位置する透明シース206で発生する非点収差の影響を、第3面203cのトロイダル形状で補正することができる。
As described above, in order to suppress the influence generated by other than the
図6は、プリズムの別な変形例を示す図4と同様な断面図である。本変形例では、プリズム203の第2面203bは平面であり、第3面203cは非球面となっている。
FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 showing another modification of the prism. In this modification, the
図7は、プリズムの別な変形例を示す図4と同様な断面図である。本変形例では、プリズム203の第2面203bは球面又は非球面であり、第3面203cは平面となっているが、測定光105は第3面203cの法線に対して傾いた角度で出射するようになっている。これにより第3面203cで反射した光が光軸から逸れるから、光ファイバ200のコア部201内へ直接戻る反射光の影響を低減することができる。
FIG. 7 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 showing another modification of the prism. In this modification, the
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、本発明に用いる光ファイバはシングルモードであることが好ましいが、反射ノイズを低減する本発明の効果が適用可能なファイバとしてはマルチモードファイバも含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments described in the specification, and other embodiments and modifications are apparent to those skilled in the art from the embodiments and ideas described in the present specification. It is. For example, the optical fiber used in the present invention is preferably a single mode, but a fiber to which the effect of the present invention for reducing reflection noise can be applied includes a multimode fiber.
1 光ロータリージョイント
2 低コヒーレンス光源
3 干渉光検出部
4 光分割手段(光合波手段を兼ねる)
5 画像処理部
6 レンズユニット
7 ミラー
8 光路長調整部
9 制御部
10 制御同期部
11 表示装置
31 コネクタ
32 アダプタ
33 モータ
34 ローラ
35 蓋
36 ヒンジ
37 回転子
101 光プローブ
102 断層画像生成装置
103 試料
104 断層画像
105 測定光
200 光ファイバ
201 コア部
202 クラッド部
203 プリズム
203a 第1面
203b 第2面
203c 第3面
204 断層画像
205 トルクワイヤ
206 シース
207 留め輪
208 コネクタ
209 栓
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical rotary joint 2 Low coherence
5 Image processing unit 6 Lens unit 7
200
Claims (11)
前記光ファイバの先端部は、前記光ファイバの軸線方向に対して、所定の角度θ(O度<θ<90度)で傾いた端面を有し、
前記光学素子は、前記光ファイバの端面と接する第1面と、前記光ファイバの端面から出射され前記第1面から入射した光線を反射する第2面と、前記第2面で反射した光線を出射する第3面とを有し、前記第3面から出射した照射光が観察対象へ照射されるようになっていることを特徴とする光伝達装置。 In an optical transmission device composed of at least one optical fiber having a core part and a clad part, and an optical element provided at the end of the optical fiber,
The tip of the optical fiber has an end face that is inclined at a predetermined angle θ (O degrees <θ <90 degrees) with respect to the axial direction of the optical fiber,
The optical element includes a first surface that is in contact with an end surface of the optical fiber, a second surface that reflects a light beam emitted from the end surface of the optical fiber and incident from the first surface, and a light beam reflected by the second surface. And a third surface that emits light, and the irradiation light emitted from the third surface is irradiated onto the observation target.
前記光ファイバの出射点を原点とし、前記原点から前記光学素子に入射する光線の中心の方向をZ軸とし、前記光ファイバの軸線と前記Z軸とを含む面内で前記Z軸に直交する方向をY軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交する方向をX軸とし、ZY面内における前記第2面の曲率をPy(1/mm)とし、ZX面内における前記第2面の曲率をPx(1/mm)としたときに、Py<Pxであり且つ、4<Py<10、5<Px<20が成立することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光伝達装置。 Irradiation light emitted from the third surface of the optical element is further incident on the cladding portion of the optical fiber, and then emitted from the side surface of the optical fiber,
The origin of the optical fiber is the origin, the direction of the center of the light beam incident on the optical element from the origin is the Z axis, and is orthogonal to the Z axis in a plane including the axis of the optical fiber and the Z axis. The direction is the Y axis, the direction orthogonal to the Z axis and the Y axis is the X axis, the curvature of the second surface in the ZY plane is Py (1 / mm), and the second surface in the ZX plane 6. Py <Px and 4 <Py <10 and 5 <Px <20 are satisfied, where Px (1 / mm) is the curvature of the above. Light transmission device.
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|---|---|---|---|
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- 2012-11-09 JP JP2012247043A patent/JP2014094121A/en active Pending
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