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特表2023-534465性能を向上させる構成要素及び特徴を有する光ファイバプローブ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-09
(54)【発明の名称】性能を向上させる構成要素及び特徴を有する光ファイバプローブ
(51)【国際特許分類】
A61B 1/07 20060101AFI20230802BHJP
A61B 1/00 20060101ALI20230802BHJP
【ＦＩ】
A61B1/07 733
A61B1/00 732
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023502718
(86)(22)【出願日】2021-07-14
(85)【翻訳文提出日】2023-03-08
(86)【国際出願番号】 US2021041602
(87)【国際公開番号】W WO2022015835
(87)【国際公開日】2022-01-20
(31)【優先権主張番号】63/051,833
(32)【優先日】2020-07-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/152,937
(32)【優先日】2021-02-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/179,418
(32)【優先日】2021-04-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523013156
【氏名又は名称】マープル，エリック
(71)【出願人】
【識別番号】523013167
【氏名又は名称】ウルメイ，カーク
(71)【出願人】
【識別番号】523013178
【氏名又は名称】メッカート，ジョン
(74)【代理人】
【識別番号】100070024
【弁理士】
【氏名又は名称】松永 宣行
(74)【代理人】
【識別番号】100195257
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 一志
(72)【発明者】
【氏名】マープル，エリック
(72)【発明者】
【氏名】ウルメイ，カーク
(72)【発明者】
【氏名】メッカート，ジョン
【テーマコード（参考）】
4C161
【Ｆターム（参考）】
4C161FF35
4C161FF40
4C161FF46
(57)【要約】
光ファイバプローブは、遠位サンプリング端と、近位端と、その中を通る光送達経路及び集光経路とを備える。プローブは、光ファイバプローブの遠位サンプリング端に配置される窓であって、遠位端及び近位端を有する窓を含む。レンズが窓の近位端に近接して配置され、このレンズは遠位端、近位端及び開口部を有する。遠位端及び近位端を有する光送達光ファイバが設けられ、遠位端はレンズの開口部に受け入れられる。光アイソレータが光送達経路と集光経路とを光学的に分離するためにレンズの開口部内に設けられる。ファイバ集光フィルタと光通信する集光ファイバが設けられる。プローブは、窓とレンズとの間に配置されるレンズ集光フィルタを含んでもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
遠位サンプリング端、近位端、その中を通る光送達経路、及びその中を通る集光経路を有する光ファイバプローブであって、前記光ファイバプローブの前記遠位サンプリング端に配置される窓であって、遠位端及び近位端を有する窓と、
前記窓の近位端に近接して配置されるレンズであって、遠位端、近位端及び開口部を有するレンズと、
遠位端及び近位端を有する光送達光ファイバであって、該遠位端は前記レンズの開口部に受け入れられる光送達光ファイバと、
前記光送達経路と前記集光経路とを光学的に分離するために前記レンズの開口部内に設けられる光アイソレータと、
前記レンズ及び前記窓と光通信する集光ファイバと
を備える、光ファイバプローブ。
【請求項2】
前記窓と前記レンズとの間に配置されるレンズ集光フィルタであって、遠位端、近位端、及び開口部を有するレンズ集光フィルタをさらに備える、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項3】
前記レンズは、屈折性、反射性、又は内部全反射性の少なくとも１つである、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項4】
前記集光ファイバは、マルチリング配置で設けられる、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項5】
前記レンズと前記集光ファイバとの間に配置されるファイバ集光フィルタであって、遠位端、近位端、及び開口部を有するファイバ集光フィルタをさらに備える、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項6】
前記光送達光ファイバの遠位端に配置される発光フィルタをさらに備える、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項7】
前記光送達光ファイバは、前記レンズの遠位端において又はその前方でレーザ光を放出する、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項8】
前記光アイソレータは、前記レンズ集光フィルタの開口部及び前記レンズの開口部の少なくとも一方の円周に沿って設けられる遮光コーティングを含む、請求項２に記載の光ファイバプローブ。
【請求項9】
前記窓の遠位端に設けられる窓ブロックをさらに備え、前記窓ブロックは、前記窓の表面積を制限する、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項10】
整列特徴の開口部に締まり嵌めされる芯管をさらに備える、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項11】
遠位サンプリング端、近位端、その中を通る光送達経路、及びその中を通る集光経路を有する光ファイバプローブであって、レンズ集光フィルタの遠位端に配置される窓であって、遠位端及び近位端を有する窓と、
前記窓の近位端に近接して配置されるレンズであって、遠位端及び近位端を有するレンズと、
開口部を有する整列特徴であって、前記レンズに固定される整列特徴と、
遠位端と近位端を有する光送達光ファイバであって、該遠位端が前記整列特徴に定義された開口部を通過する光送達光ファイバと、
前記レンズ及び前記窓と光通信する集光ファイバと
を備える、光ファイバプローブ。
【請求項12】
前記窓と前記レンズとの間に配置されるレンズ集光フィルタであって、遠位端及び近位端を有するレンズ集光フィルタをさらに備える、請求項１１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項13】
前記レンズは、屈折性、反射性、又は内部全反射性の少なくとも１つである、請求項１１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項14】
前記レンズと前記集光ファイバとの間に配置されるファイバ集光フィルタであって、遠位端及び近位端を有するファイバ集光フィルタをさらに備える、請求項１１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項15】
前記集光ファイバは、マルチリング配置で設けられる、請求項１１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項16】
前記マルチリング配置は、内側リング及び外側リングを含み、前記内側リングは第１の深度測定に対応し、前記外側リングは第２の深度測定に対応し、前記第１の深度測定は前記第２の深度測定より深い、請求項１５に記載の光ファイバプローブ。
【請求項17】
前記整列特徴の開口部に締まり嵌めされる芯管をさらに備える、請求項１１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項18】
前記光送達光ファイバは、前記レンズの遠位端において又はその前方でレーザ光を放出する、請求項１１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項19】
前記光送達光ファイバの遠位端に配置される発光フィルタをさらに備える、請求項１１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項20】
前記窓の遠位端に設けられる窓ブロックをさらに備え、前記窓ブロックは、前記窓の表面積を制限する、請求項１１に記載の光ファイバプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、マルチ光ファイバプローブに関するものであり、特に、性能を向上させる構成要素及び特徴を有するマルチ光ファイバプローブに関するものであり、さらに特に、信号対ノイズ比を改善するプローブ先端においてフィルタ及び構成要素の開口部を有するマルチ光ファイバプローブに関するものである。
【背景技術】
【0002】
光散乱分光法は、物質を照射し、その物質から後方に散乱される集光された光線を分析することを伴う。従来の光ファイバプローブは、物質を照射し、集光された光線を分光器に導く。既知の光ファイバプローブには、レーザ光源に接続された第１の又は近位の端部、及びプローブ先端で終端する第２の又は遠位の端部を有する光ファイバが含まれる。光ファイバは、調査対象の物質を照射するために、レーザ光源から放出される光線をプローブ先端に導く。光ファイバプローブは、プローブ先端に近接して配置された第１の又は遠位の端部、及び分光器に近接して結合された第２の又は近位の端部を有する別個の光ファイバのセットを含む。プローブは、物質から散乱された光線を集光する。別個の光ファイバのセットは、集光された光線をプローブ先端から分析用の分光器に導く。
【発明の概要】
【0003】
一例によると、光ファイバプローブは、集光経路に関連するプローブ構成要素から励起レーザ光を光学的に分離するプローブ先端構造を含んでもよい。例えば、励起レーザ光は光学的に分離され、集光経路に関連するレンズの屈折面又は反射面において又はその前方でプローブ先端から出てもよい。一例によると、励起レーザ光は、発光導波管又は発光ファイバに隣接して位置する基板への光の侵入を遮断することによって光学的に分離されてもよい。一例によると、１つ以上の発光ファイバは、プローブチップ構成要素に形成された開口部に挿入されるか又はそこを通って挿入されてもよい。一例によると、開口部は、励起光経路と集光経路との間に光アイソレータを形成してもよい。一例によると、物理的障壁、金属管等の光遮断構造をプローブ先端構成要素に形成された開口部内に配置することによって、発光又は光送達ファイバが光学的に分離されてもよい。代替的に又は追加的に、ブラックポリマー、ブラック充填エポキシ等の光遮断コーティングで開口部を内張りすることによって、発光又は光送達ファイバが集光経路から光学的に分離されてもよい。
【0004】
一例によると、励起レーザ光は、そこを通って発光ファイバを受け入れるレンズ内に開口部又はオリフィスを形成することによって、レンズ構成要素から光学的に分離されてもよい。つまり、発光ファイバはレンズ開口部内に又はそこを通って挿入されてもよい。一例によると、開口部は、レーザ光が開口部側壁を貫通するのを防ぐ遮光コーティングで内張りされてもよい。例えば、遮光コーティングは、開口部の円周に沿って提供されてもよい。代替的に、そこを通って発光ファイバを受け入れる開口部の中に遮光構造を配置することによって、励起レーザ光がレンズ構成要素から光学的に分離されてもよい。本技術は、レーザ光が周囲の物質と相互作用するのを遮断、防止、又は光学的に分離する様々な光障壁をサポートする。
【0005】
一例によると、光ファイバプローブは、レンズの作業部分に平坦な面を提供する１つ以上の表面又はファセットを有するレンズを含んでもよい。対照的に、従来のレンズ構造は、一般に、レンズの作業部分に滑らかな又は連続した球面又は半球面を含む。一例によると、１つ以上のレンズファセットは、レンズの作用部分に入射する光線を屈折させ、又は内部全反射させてもよい。別の例によると、本技術には、平坦なファセットと標準的又は従来の滑らかな又は連続した球面又は半球面とを組み合わせたレンズ構成要素が含まれてもよい。一例によると、ファセットは、励起光線又は集光光線を適切に導くように、光ファイバに対して方向付けられ又は配置されてもよい。例えば、ファセットは、調べられているサンプル又は物質に衝突するように励起光線を導いてもよい。さらに、ファセットは、サンプル又は物質から散乱、反射、又は放出される集光光線を分光器に導いてもよい。一例によると、レンズ構成要素は、エアギャップを有する複数のレンズ要素又は複数のレンズ構成要素を含んでもよい。代替的に、レンズ構成要素は、１つ以上のファセットを有する単一のレンズ構成要素を含んでもよい。
【0006】
一例によると、本技術は複数の光ファイバを有する光ファイバプローブ、及び高い開口数を提供する改良されたレンズ構造を提供する。光学では、開口数は、装置が光を放出又は受信できる角度の範囲を特徴付ける無次元数である。本技術は、ラマン分光医療用途に必要な最大の光子収集を提供する１つ以上のファセットを有するレンズ構成要素を備えた光ファイバプローブを提供する。
【0007】
一例によると、光ファイバプローブは、発光又は光送達ファイバを囲むマルチリング構成で配置された集光ファイバを含んでもよい。一例によると、マルチリング構成は、サンプル表面に対して異なる深さからのデータ収集を可能し得る．一例によると、発光ファイバに近い位置にあるリングに関連付けられた集光ファイバは、サンプルのより深い領域からデータを収集してもよい。対照的に、発光ファイバから遠い位置にあるリングに関連付けられた集光ファイバは、サンプル表面に近い領域からデータを収集してもよい。一例によると、光ファイバプローブは、サンプル内の異なる深さから集光された光線を複数の集光ファイバリングの１つ以上に向けるレンズを含んでもよい。
【0008】
一例によると、分光器に結合されたコンピュータシステムは、光ファイバプローブに関連するスペクトルデータを捕捉して分析してもよい。一例によると、コンピュータシステムは、１つ以上の光ファイバリングに関連するスペクトルデータを個別に分析してもよい。したがって、コンピュータシステムは、異なる深度測定に関連する光ファイバリングのスペクトルデータを個別に分析してもよい。一例によると、コンピュータシステムは、数学的演算を使用してスペクトルデータを操作してもよい。例えば、コンピュータシステムは、異なる光学リングに関連付けられたスペクトルデータに対して加算、減算、乗算、又はその他の数学的演算を実行してもよい。
【0009】
一例によると、光ファイバプローブは、内部に較正信号を発信する較正ファイバを含んでもよい。一例によると、内部較正信号を生成することは、外部較正信号を得ることに典型的に関連する欠点を単純化し、迅速に処理し、除去し得る。一例によると、内部較正信号は、滅菌された較正源又はサンプルを必要とする医療環境で使用されてもよい。一例によると、較正ファイバは、プローブ先端に密閉又は滅菌された較正サンプルを含んでもよい。
【0010】
本技術の用途には、特に、医療手術中に不可欠な分子情報を提供するために使用される光学スキャナ及びプローブ、病理情報を取得するために使用される光学スキャナ及びプローブ、組織除去に関連する外科的ガイダンス又は追加情報を提供するために使用される光学スキャナ及びプローブ、及び診断用途等が含まれてもよい。本技術は、取得時間が重要である場合に、リアルタイムの医療処置又は手術中に性能の向上及び取得時間の短縮を提供する。
【0011】
一例によると、本明細書に記載する光学技術は、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）技術等の他の撮像技術と組み合わせて使用されてもよい。ＭＲＩスキャンは、磁場及びコンピュータで生成された電波を使用して、臓器及び体組織の詳細な画像を作成する医療画像技術である。一例によると、ＭＲＩスキャンでは軟部組織のコントラストが生成され、これはがん腫瘍又はその他の異常組織の検出に使用される。しかしながら、ＭＲＩ技術では解像度が限られているため、低密度で発生する異常組織を検出できない場合がある。これに対して、本明細書に記載する光学技術では、物質の１つの原子又は分子の存在を検出することが可能である。がん細胞は、健康な細胞とは物理的に異なる。したがって、本明細書に記載されている光学技術は、健康な臓器内の単一のがん細胞を発見することが可能である。
【0012】
一例によると、本明細書に記載されている光学技術を他の撮像システムと共に使用して、システム全体の性能を向上させることができる。例えば、本明細書に記載されている光学技術によって生成された化学データに関連する画像を、ＭＲＩシステムデータによって生成された電磁データに関連する画像にオーバレイして、システム全体の性能を向上させることができる。一例によると、既知のＭＲＩ技術によって、位置データと共に人間の脳の３次元（３Ｄ）画像が生成されてもよい。本明細書に記載されている光学技術は、人間の脳内の既知の基準点に対する既知の深さから得られる化学データを生成し得る。一例によると、強化されたシステムは、既知の深さに関連付けられた化学データと電磁データに関連付けられた３Ｄ位置データとを重ね合わせることによって、がん細胞の３Ｄ空間における位置を検出及び計算し得る。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本技術の一例による、レンズの前方のフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、及び光アイソレータを有する光ファイバプローブの分解図を示している。
【0014】
【図2】本技術の別の例による、レンズの前方のフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、及び光アイソレータを有する光ファイバプローブの分解図を示している。
【0015】
【図3】本技術の別の例による、レンズの前方のフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、及び光アイソレータを有する光ファイバプローブの分解図を示している。
【0016】
【図4】本技術の一例による、レンズの前方のフィルタ、及び開口部を有する整列特徴を有する光ファイバプローブの分解図を示している。
【0017】
【図5A】本技術の一例による、従来の光ファイバプローブのラマンスペクトルを示している。
【0018】
【図5B】本技術の一例による、改良された光ファイバプローブのラマンスペクトルを示している。
【0019】
【図6A】本技術の一例による、集光ファイバの単一リング構成を有する光ファイバの端面図を示している。
【0020】
【図6B】本技術の一例による、集光ファイバのマルチリング同心円構成を有する光ファイバの端面図を示している。
【0021】
【図7】本技術の一例による、レンズの前方のフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、光アイソレータ、及び集光ファイバのマルチリング同心円構成を有する光ファイバプローブの分解図を示している。
【0022】
【0023】
【0024】
【図9】本技術の一例による、代替的な制限窓、レンズの前方のフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、光アイソレータ、及び集光ファイバのマルチリング同心円構成を有する光ファイバプローブの分解図を示している。
【0025】
【0026】
【0027】
【図11】本技術の一例による、レンズ前方のフィルタ、内部全反射レンズ、開口部を有するプローブ構成要素、光アイソレータ、及び集光ファイバのマルチリング同心円構成を有する光ファイバプローブの分解図を示している。
【0028】
【0029】
【図13】本技術の一例による、１つの作用ファセット及び開口部を有するレンズの斜視図を示している。
【0030】
【図14】本技術の一例による、２つの作用ファセット及び開口部を有するレンズの斜視図を示している。
【0031】
【図15】本技術の一例による、２つの作用ファセット及び開口部を有する代替的なレンズの斜視図を示している。
【0032】
【図16】本技術の一例による、４つの作用ファセット及び開口部を有するレンズの斜視図を示している。
【0033】
【図17A】本技術の一例による、複数の小型レンズ及び整列ピンを有するレンズ構造の底面図を示している。
【0034】
【図17B】本技術の一例による、複数の小型レンズ及び整列ピンを有するレンズ構造の側面図を示している。
【0035】
【図18】本技術の一例による、レンズの前方のフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、及び内部較正サンプルを有する光ファイバプローブの分解図を示している。
【0036】
【図19】本技術の一例による、外部較正システムを示している。
【0037】
【図20】本技術の一例による、集光ファイバの２リング同心円構成の構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【0038】
説明の簡潔性及び明確性のために、適切な場合には、対応する要素又は類似する要素を示すために、異なる図の間で参照番号が繰り返され得ることが理解されるであろう。さらに、本明細書に記載されている例を十分に理解するために、多数の具体的な詳細が示されている。しかしながら、本明細書に記載されている例は、これらの具体的な詳細なしに実施され得ることは、当業者には理解されるであろう。他の例では、記載されている関連する特徴が不明瞭にならないように、方法、手続き、及び構成要素が詳細に記載されていない。また、この記載は、本明細書に記載する例の範囲を制限するものとは見なされない。図面は必ずしも縮尺に従ったものではなく、本開示の詳細及び特徴をよりよく説明するために、特定の部分の比率が誇張されている場合がある。本明細書に提供されている教示にアクセスできる当業者であれば、その範囲内の追加の修正、応用、及び例、並びに技術が重要な有用性を有する追加の分野を認識するであろう。
【0039】
特に他に定義されていない限り、本明細書で使用されている技術用語は、本開示が属する当業者によって一般的に理解されているのと同じ意味を有する。本明細書で使用されている「第１」、「第２」等の用語は、いかなる順序、量、又は重要性を示すものでもなく、むしろある要素を別の要素から区別するために使用されている。また、「ａ」及び「ａｎ」という用語は、量の制限を示すものではなく、参照されている項目の少なくとも１つが存在することを示している。「又は」という用語は、包括的であることを意味し、列挙されている項目のいずれか、いくつか、又は全てを意味する。本開示では、「備える」、「含む」、及び「有する」という用語は同じ意味で使用される。「備える」、「含む」、及び「有する」という用語は、含むことを意味するが、必ずしもそのように記載されたものに限定されない。
【0040】
「接続」及び「結合」という用語は、物体が永続的に接続されている、解放可能に接続されている、又は連結されているようなものであり得る。「実質的に」という用語は、そのものが正確である必要はないように、それが「実質的に」変更するものに本質的に適合していると定義される。例えば、実質的に２インチ（２’’）は、寸法に僅かな変動が含まれ得ることを意味する。
【0041】
必要とされるのは、改良型プローブチップ構造を有する光ファイバプローブ、又はラマン分光学応用を含む分光学応用のために設計された改良型プローブチップ構成要素である。一例によると、改良型プローブチップ構造は、プローブチップ構成要素の新規かつ非自明な設計又は配置を含む。例えば、レンズフィルタ構成要素は、屈折面又は反射面を有するレンズ構成要素の前方に配置されてもよい。本開示全体を通して、光ファイバプローブの文脈における構成要素の前方とは、光ファイバプローブの遠位端に近いことを意味する。
【0042】
図１は、技術の一例に従って、レンズフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、及び光アイソレータを有する光ファイバプローブ１００のプローブ先端の分解図を示している。一例によると、光ファイバプローブ１００は、窓１０１、開口部１０３を有するレンズフィルタ１０２、開口部１０５を有するレンズ１０４、１つ以上の集光ファイバ１０７のリングに関連付けられた集光ファイバフィルタ１０６であって、開口部１０８を有する集光ファイバフィルタ１０６、１つ以上の発光ファイバ１１０に関連付けられた発光ファイバフィルタ１０９、及び発光ファイバ１１０と集光ファイバ１０７との間のプローブ先端に近接した光の移動を防ぐ針管１１１等のいくつかの構成要素を含んでもよい。一例によると、構成要素には、プローブの前方又は上流に位置する遠位端、及びプローブの下流に位置する近位端が含まれる。一例によると、遠位端及び近位端は構成要素の境界面に設けられる。一例によると、遠位端及び近位端は光路に対して実質的に垂直に配置されてもよい。一例によると、針管１１１の代わりにカーボンブラック充填エポキシが使用されてもよい。一例によると、構成要素の開口部、針管１１１、カーボンブラック充填エポキシ等は、光の送達経路及び光の集光経路を光学的に分離し得るため、本明細書では光アイソレータと呼ばれる。一例によると、レンズフィルタ１０２、レンズ１０４、及び集光ファイバフィルタ１０６は、リング状又はドーナツ状の構成要素であってもよい。一例によると、発光ファイバフィルタ１０９及び発光ファイバ１１０は、光ファイバプローブ１００を組み立てる際に、ドーナツ状の構成要素内の対応する開口部に挿入されるか、又はその中を通されてもよい。一例によると、フィルタ構成要素は、フィルタ材料が基板上に設置された誘電体フィルタ構成要素を含んでもよい。一例によると、反射損失を最小限に抑えるために、レンズ等のプローブ構成要素に反射防止（ＡＲ）コーティングが適用されてもよい。
【0043】
一例によると、光ファイバプローブ１００は、端面１１４にファイバパターンを定義するファイバ整列ホルダ１１３を含んでもよい。例えば、図１は、集光ファイバ１０７の円形又はリボルバパターンで囲まれた中央に配置された発光ファイバ１１０を示している。図６Ａは、この同心円状の単一リング７０１構成の上面図を示している。一例によると、光ファイバ構成要素に定義された開口部１０３，１０５，１０８は、ファイバ整列ホルダ１１３内の発光ファイバ１１０の位置と実質的に一致するように形成されてもよい。
【0044】
一例によると、端面１１４を有するファイバ整列ホルダ１１３は、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０を所望の構成で固定するように使用されてもよい。一例によると、端面１１４は、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０を所望の構成で固定するように適応された１つ以上の開口部を含んでもよい。一例によると、端面１１４は、そこを通って集光ファイバ１０７を受け入れる複数の開口部を含んでもよい。一例によると、端面１１４は、その中に発光ファイバ１１０を受け入れる大きな中央開口部を含んでもよい。一例によると、開口部は、リング状の配置、直線状の配置等の任意の所望の配置又は構成で光ファイバを固定するようにパターン化されてもよい。一例によると、開口部は、ランダム又は特定の構成で、例えば、シングルリングパターン、マルチリングパターン、シングルラインパターン、マルチラインパターンで配置されてもよい。一例によると、開口部は、個々のファイバパターン、又はリングパターン、ラインパターン等のグループパターンの任意の組み合わせで提供されてもよい。
【0045】
一例によると、レンズ、ファセット、フィルタ等のプローブ構成要素の形状は、開口部要件及び光ファイバ配置に影響し又はそれを決定してもよい。一例によると、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０は、端面１１４の対応する開口部に挿入され、所望の光ファイバ配置を提供するために所定の位置に固定されてもよい。例えば、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０は、締まり嵌め、エポキシ等によって固定されてもよい。一例によると、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０は、端面１１４の対応する開口部に個別に挿入されてもよい。追加的に又は代替的に、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０は、端面１１４の対応する開口部に挿入するために、束ねられ又はグループ化されてもよい。例えば、図１は、端面１１４に設けられた単一の開口部に束ねられた発光ファイバ１１０のグループを示している。さらに、図１は、端面１１４に設けられた複数の開口部に個別に挿入された集光ファイバ１０７を示している。このようにして、ファイバ整列ホルダ１１３及び端面１１４は、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０のパターンをレンズ又はファセットの形状に整列又は一致させるように形成されてもよい。
【0046】
一例によると、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０は、端面１１４の対応する開口部に挿入されるか、又はそこを通されてもよく、必要に応じて光ファイバプローブ１００の他の構成要素に対して相対的に配置されてもよい。例えば、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０は、端面１１４の対応する開口部に挿入されるか、又はそこを通されてもよく、レンズ１０４又はフィルタ１０６，１０９に当接するように配置されてもよい。別の例によれば、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０は、端面１１４の対応する開口部を通して挿入されてもよく、レンズ構造１０４又はフィルタ１０６，１０９から所望の距離をオフセットされてもよい。一例によると、集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０は、エポキシ等によって、端面１１４、レンズ１０４、又はフィルタ１０６，１０９に固定されてもよい。光透過界面に適用されるエポキシは、光線を効率的に通過させるために、透明な光エポキシでなければならない。一例によると、集光ファイバ１０７はエポキシによって固定され、研磨されてもよい。例えば、集光ファイバ１０７は一緒に研磨されてもよい。一例によると、発光ファイバ１１０は集光ファイバ１０７とは別に研磨されてもよい。一例によると、発光ファイバ１１０を含むアセンブリは、端面１１４の対応する開口部を通して挿入されてもよい。一例によると、集光ファイバ１０７は、最初は端面１１４の対応する開口部に固定されてもよく、その後、発光ファイバ１１０が端面１１４の開口部に固定されてもよい。次に、集光ファイバフィルタ１０６が取り付けられ、続いてレンズ１０４又は窓１０１が取り付けられてもよい。一例によると、ファイバ整列ホルダ１１３及び端面１１４は様々な技術を用いて形成されてもよい。例えば、ファイバ整列ホルダ１１３及び端面１１４は、機械加工、三次元印刷、成形等によって形成されてもよい。一例によると、端面１１４は、スロット等の異なる形状の開口部を含んでもよい。一例によると、スロットは、スロットの幅が実質的に光ファイバの直径と同等になるように寸法が定められてもよい。一例によると、スロットは、放射状線、曲線、幾何学的形状等のマルチファイバ構成を形成するために、複数の光ファイバを受け入れるように構成されてもよい。
【0047】
一例によると、レンズフィルタ１０２は、ロングパス又はノッチフィルタを含んでもよい。一例によると、レンズフィルタ１０２は、ドーナツ状のロングパス又はノッチフィルタであってもよい。レンズフィルタ１０２は、集光された光線がレンズ材料又は他のプローブ材料と相互作用する前に光強度を減少させるように設計される。したがって、レンズフィルタ１０２は、実質的に任意のレンズ又は基板材料を採用しながら、光学プローブ１００がノイズ信号の発生を最小限に抑えることを可能にする。レンズフィルタ１０２を含まない場合、集光された光線は、プローブ構成要素に衝突するときに望ましくないピーク、干渉、又はバックグラウンド蛍光等のノイズ信号を生成し得る。例えば、集光された光線は、衝突時にプローブ構成要素に蛍光を発生させ得る。望ましくないピーク、干渉、又はバックグラウンド蛍光を含むノイズ信号は、所望の試料のスペクトルに追加又は重畳されてもよい。
【0048】
一例によると、この新しいプローブ設計は、レンズ１０４の前方又は上流に配置されたレンズフィルタ１０２を含み、これはレンズ１０４に衝突する集光された光線に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を減少又は平坦化する。一例によると、レンズ１０４に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を最小限に抑えることで、システムの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を高め得る。さらに、レンズフィルタ１０２を他のプローブ構成要素の前方又は上流に配置すると、下流のプローブ構成要素に衝突する集光された光線に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を減少又は平坦化させ得る。一例によると、１つ以上のプローブ構成要素に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を最小限に抑えることで、システムのＳＮＲが増加する。
【0049】
別の例によると、レンズ１０２の開口部１０３及び他のプローブ構成要素の開口部１０５，１０８等の集光経路と光の照射経路との間に光アイソレータを設けると、励起レーザがこれらの構成要素に衝突することによって引き起こされる望ましくないピーク、干渉、又はバックグラウンド蛍光等のノイズ信号を実質的に除去し得る。したがって、様々なプローブ構成要素に開口部１０３，１０５，１０８を設けることで、システムのＳＮＲが増加し、励起レーザに起因する負の影響又はクロストークが最小限に抑えられる。このように、プローブ構成要素に１つ以上の開口部１０３，１０５，１０８を設けること、及びレンズ１０４又は他のプローブ構成要素の前方にレンズフィルタ１０２を設けることの組み合わせに基づいて、システムのＳＮＲを増加させ得る。当業者であれば、分光学的用途に応じて、光ファイバプローブ１００から１つ以上のフィルタを除去し得ることを容易に理解するであろう。
【0050】
構成要素の開口部１０３，１０５，１０８はシステムのＳＮＲを改善する一方で、発光ファイバ１１０の円周と構成要素の開口部１０３，１０５，１０８の円周との間に形成されるエアギャップは、発光ファイバ１１０から集光ファイバ１０７に生じるクロストーク又は剛性の低下等の望ましくない特性をプローブ先端にもたらし得る。一例によると、物質界面で放出光線が分散又は漏洩するとクロストークが発生し得る。対策には、光の照射経路と光の集光経路との間に光アイソレータを形成するエアギャップを充填することが含まれる。例えば、エアギャップは、導波管又は非導波管材料等の材料で充填されてもよい。一例によると、配光経路と集光経路との間の追加の光アイソレータとして、カーボンブラック充填エポキシが１つ以上の開口部１０３，１０５，１０８の周囲に適用されてもよい。一例によると、配光経路と集光経路との間のさらに別の光アイソレータとして、溶融シリカ又はフッ化マグネシウム等の円筒形の芯材料がエアギャップに挿入されて、プローブ先端の剛性を高め得る。一例によると、配光経路と集光経路との間に複数の光アイソレータを提供するために、カーボンブラックで充填されたエポキシが１つ以上の開口部１０３，１０５，１０８の周囲に適用されてもよく、円筒形の芯材料がエアギャップに挿入されてもよい。例えば、円筒形の芯材料又は管が１つ以上の開口部１０３，１０５，１０８の内側の周囲に締まり嵌めされるか又は接合されてもよい。
【0051】
一例によると、カーボンブラックで内張りされた開口部は迷光を吸収することによって光学的分離を提供し、円筒形の芯材料は剛性を高め、さらなる光学的分離を提供する。一例によると、カーボンブラックで内張りされた開口部は、励起レーザ光が集光経路に入るのを防ぐ。別の言い方をすると、カーボンブラックで内張りされた開口部は、励起レーザ光が隣接する材料に侵入するのを防ぐ。さらに、カーボンブラックの内張りされた開口部は、集光された光が発光ファイバ１１０又は光の送達経路に侵入するのを防ぐ。したがって、本技術は、励起レーザ光と集光された光線との間の最小のクロストークを提供し、その結果、集光された光信号のＳＮＲが改善される。当業者であれば、発光ファイバ１１０の円周と構成要素の開口部１０３，１０５，１０８の円周との間に形成されるエアギャップを充填するために他の技術を採用してもよいことは容易に理解できるであろう。
【0052】
一例によると、光ファイバプローブ１００は、試験中に物質に直接接触し得るプローブ先端の外側構成要素として窓１０１を含んでもよい。一例によると、窓１０１の厚さは、遠位端が発光光線と集光光線との交差によって定義される最大強度領域に位置するか、又はその近くに位置するように選択されてもよい。一例によると、光ファイバプローブ１００は、使用中に試料又は物質から一定の距離を維持されてもよい。一例によると、窓１０１は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、溶融シリカ、サファイア等、広範囲の波長の光線に対して透明であり、スペクトル干渉又はノイズ信号の発生を回避する、１つ以上の材料で構成されてもよい。一例によると、窓１０１は、プローブ構成要素を保護するために使用されてもよい。一例によると、窓１０１は、較正中に基準ピーク又はスペクトルを生成するために、ラマン又は他の分光技術の間に使用されてもよい。
【0053】
一例によると、窓１０１は、窓１０１の両側にダイヤモンド、サファイア等の材料の薄い層を堆積又は付着させることによって形成されてもよい。例えば、薄い材料の層は、エポキシ等を用いて窓１０１の両側に接着されてもよい。別の例によれば、薄い材料の層は、較正層を保護するために、２つの窓部品の間に挟み込まれてもよい。一例によると、基準ピーク又はスペクトルは、レーザ、プローブ、分光器、検出器を含むプローブ又は完全なシステムを相互に較正又は正規化するために使用されてもよい。一例によると、材料及び窓又は層の厚さは、耐久性を高め、スペクトル干渉を最小限に抑え、サンプルの光強度を高め、較正を改善するように選択されてもよい。一例によると、材料及び窓又は層の厚さは、調査対象の材料又はサンプルのスペクトル信号の取得を強化するように選択されてもよい。一例によると、ラマン分光法の較正を改善するために、フッ化マグネシウムの窓が単独で又は層内で使用されてもよい。当業者であれば、窓１０１が広範囲の波長にわたる光に対して実質的に透過的であり、スペクトル干渉、ノイズ信号、又はサンプルのラマン信号を薄め得る窓ラマン信号の発生を回避する任意の材料から構成され得ることを容易に理解するであろう。
【0054】
一例によると、光ファイバプローブは、異なる構成要素の向き、異なる構成要素の配置、異なるレンズスタイル、異なる構成要素の形状等を提供することにより修正されてもよい。図２は、技術の一例に従ったレンズフィルタ、光アイソレータ、及び開口部を有するプローブ構成要素を有する光ファイバプローブ２００の代替的なプローブ先端の分解図を示している。光ファイバプローブ２００は、レンズ１０４の向きと比較してレンズ２０４の向きが反転されることを除いて、図１に示す光ファイバプローブ１００と同様である。したがって、空気界面は、図２のレンズフィルタ２０２の近位端に近接して設けられる。対照的に、空気界面は、図１の集光ファイバフィルタ１０６の遠位端に近接して設けられる。一例によると、構成要素には、プローブの前方又は上流に位置する遠位端、及びプローブの下流に位置する近位端が含まれる。一例によると、遠位端及び近位端は構成要素の境界面に設けられる。一例によると、遠位端及び近位端は光路に対して実質的に垂直に配置されてもよい。
【0055】
一例によると、レンズ２０４は、そこを通して１つ以上の発光ファイバ１１０を受け入れる開口部２０５を含む。一例によると、レンズフィルタ２０２は、そこを通して１つ以上の発光ファイバ１１０を受け入れる開口部２０３を含む。一例によると、開口部２０３，２０５は、配光経路と集光経路との間の光アイソレータである。一例によると、レンズフィルタ２０２は、レンズ２０４、他のプローブ構成要素、又は集光された光の品質及び特性を補償するように設計されている。例えば、レンズフィルタ２０２は、集光された光線がレンズ材料又は他のプローブ材料に衝突する前に光の強度を低下させるように設計されてもよい。したがって、レンズフィルタ２０２は、実質的に任意のレンズ又は基板材料を採用しながら、光ファイバプローブ２００がノイズ信号の発生を最小限に抑えることを可能にする。レンズフィルタ２０２を含まない場合、集光された光線は、プローブ構成要素に衝突するときに望ましくないピーク、干渉、又はバックグラウンド蛍光等のノイズ信号を生成し得る。例えば、集光された光線は、衝突時にプローブ構成要素に蛍光を発生させ得る。望ましくないピーク、干渉、又はバックグラウンド蛍光を含むノイズ信号は、所望の試料のスペクトルに追加又は重畳されてもよい。
【0056】
一例によると、プローブ設計は、レンズ２０４に衝突する集光された光線に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を減少又は平坦化するために、レンズ２０４の前方又は上流に配置されたレンズフィルタ２０２を含む。一例によると、レンズ２０４に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を最小化すると、システムのＳＮＲが増加し得る。さらに、レンズフィルタ２０２を他のプローブ構成要素の前方又は上流に配置すると、下流のプローブ構成要素に衝突する集光された光線に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を減少又は平坦化させ得る。一例によると、１つ以上のプローブ構成要素に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を最小限に抑えることで、システムのＳＮＲが増加する。
【0057】
一例によると、レンズフィルタ２０２、レンズ２０４、及び集光ファイバフィルタ２０６はドーナツ状の構成要素であってもよい。一例によると、光ファイバプローブ２００を組み立てる際に、発光ファイバフィルタ１０９及び発光ファイバ１１０はドーナツ状の構成要素に挿入され又はその中を通過させられてもよい。図２は、集光ファイバ１０７の円形パターンで囲まれた中央に配置された発光ファイバ１１０を示している。図６Ａは、この同心円状の単一リング７０１構成の上面図を示している。一例によると、光ファイバ構成要素に定義された開口部２０３，２０５，２０８は、発光ファイバ１１０の位置と実質的に一致するように形成されてもよい。一例によると、図２に示された構成要素の形状及び構成要素の配置は、図１に示されたプローブ構成要素と実質的に同様であってもよい。したがって、図１に関して説明された構成要素の詳細は、図２に関して繰り返されない。
【0058】
図３は、技術の一例に従って、レンズフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、光アイソレータ、及び集光ファイバ３０７及び発光ファイバ３１０の横並び配置を有する光ファイバプローブ３００の代替的なプローブ先端の分解図を示している。一例によると、発光ファイバ３１０は、ファイバ整列ホルダ３１３の端部に配置されてもよい。一例によると、集光ファイバ１０７はファイバ整列ホルダ３１３の残りの部分全体に配置されてもよい。一例によると、プローブ構成要素は、発光ファイバ３１０の位置に実質的に整列するように形成された開口部又は光アイソレータを含んでもよい。一例によると、光ファイバプローブ３００は、窓１０１、開口部３０３を有するレンズフィルタ３０２、開口部３０５を有するレンズ３０４、１つ以上の集光ファイバ３０７のリングに関連付けられた集光ファイバフィルタ３０６であって、開口部３０８を有する集光ファイバフィルタ３０６、１つ以上の発光ファイバ３１０に関連付けられた発光ファイバフィルタ３０９、及び発光ファイバ３１０と集光ファイバ３０７との間のプローブ先端に近接した光の移動を防ぐ針管３１１等のいくつかの構成要素を含んでもよい。一例によると、針管３１１の代わりにカーボンブラックを充填したエポキシが使用されてもよい。一例によると、構成要素には、プローブの前方又は上流に位置する遠位端、及びプローブの下流に位置する近位端が含まれる。一例によると、遠位端及び近位端は構成要素の境界面に設けられる。一例によると、遠位端及び近位端は光路に対して実質的に垂直に配置されてもよい。一例によると、構成要素の開口部、針管３１１、カーボンブラック充填エポキシ等は、光の送達経路及び光の集光経路を光学的に分離し得るため、本明細書では光アイソレータと呼ばれる。
【0059】
一例によると、レンズフィルタ３０２、レンズ３０４、及び集光ファイバフィルタ３０６は、それぞれ、ファイバ整列ホルダ３１３内の発光ファイバ３１０の位置と実質的に整列するように形成された開口部３０３，３０５，３０８を含んでもよい。例えば、開口部３０３，３０５，３０８は、それぞれレンズフィルタ３０２、レンズ３０４、及び集光ファイバフィルタ３０６の端に沿って設けられてもよい。一例によると、開口部３０３，３０５，３０８はプローブ構成要素の非作用部分に形成されてもよい。図３を参照すると、非作用部分は発光ファイバ３１０の近くに位置してもよい。代替的に、プローブ構成要素の作用部分は、集光ファイバ３０７と光通信する集光経路に沿って位置してもよい。例えば、開口部３０５はレンズ３０４の非作用部分に形成されてもよく、一方、レンズ３０４の作用部分は集光ファイバ３０７と光通信するように配置されてもよい。例えば、レンズ３０４の作用部分は屈折面又は反射面に対応してもよい。一例によると、発光ファイバフィルタ３０９及び発光ファイバ３１０は、光ファイバプローブ１００を組み立てる際に、プローブ構成要素内の対応する開口部に挿入されるか又は通過させられてもよい。例えば、発光ファイバ３１０は、レンズ３０４の側部又は屈折部分に配置されてもよい。
【0060】
一例によると、レンズフィルタ３０２は、レンズ３０４、他のプローブ構成要素、又は集光された光線の望ましくない品質及び特性を補償するように設計されている。例えば、レンズフィルタ３０２は、集光された光線がレンズ材料又は他のプローブ材料と相互作用する前に光強度を減少させるように設計されてもよい。したがって、レンズフィルタ３０２は、実質的に任意のレンズ又は基板材料を採用しながら、光学プローブ３００がノイズ信号の発生を最小限に抑えることを可能にする。レンズフィルタ３０２を含まない場合、集光された光線は、プローブ構成要素に衝突するときに望ましくないピーク、干渉、又はバックグラウンド蛍光等のノイズ信号を生成し得る。例えば、集光された光線は、衝突時にプローブ構成要素に蛍光を発生させ得る。望ましくないピーク、干渉、又はバックグラウンド蛍光を含むノイズ信号は、所望の試料のスペクトルに追加又は重畳されてもよい。
【0061】
一例によると、プローブ設計は、レンズ３０４に衝突する集光された光線に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を減少又は平坦化するために、レンズ３０４の前方又は上流に配置されたレンズフィルタ３０２を含む。一例によると、レンズ３０４に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を最小化すると、システムのＳＮＲが増加し得る。さらに、レンズフィルタ３０２を他のプローブ構成要素の前方又は上流に配置すると、下流のプローブ構成要素に衝突する集光された光線に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を減少又は平坦化させ得る。一例によると、１つ以上のプローブ構成要素に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を最小限に抑えることで、システムのＳＮＲが増加する。
【0062】
図２及び３に関して、構成要素の開口２０３，２０５，２０８／３０３，３０５，３０８はシステムのＳＮＲを改善するが、発光ファイバ１１０／３１０の円周と構成要素の開口２０３，２０５，２０８／３０３，３０５，３０８の円周との間に形成されるエアギャップは、剛性の低下、又は発光ファイバ１１０／３１０から集光ファイバ１０７／３０７に生じるクロストーク等の好ましくない特性をプローブ先端に導入し得る。一例によると、物質界面で放出光線が分散又は漏洩するとクロストークが発生し得る。対策には、光の照射経路と光の集光経路との間に光アイソレータを形成するエアギャップを充填することが含まれる。例えば、エアギャップは、導波管又は非導波管材料等の材料で充填されてもよい。一例によると、カーボンブラックで充填されたエポキシは、配光経路と集光経路との間の追加の光アイソレータとして、１つ以上の開口２０３，２０５，２０８／３０３，３０５，３０８の周囲に適用されてもよい。一例によると、プローブ先端の剛性を高めるために、配光経路と集光経路との間のさらに別の光アイソレータとして、シリカ又はフッ化マグネシウム等の円筒形の芯材料がエアギャップに挿入されてもよい。一例によると、カーボンブラックを充填したエポキシは、１つ以上の開口部２０３，２０５，２０８／３０３，３０５，３０８の周囲に適用されてもよく、円筒形の芯材料は、配光経路と集光経路との間に複数の光アイソレータを提供するようにエアギャップに挿入されてもよい。例えば、円筒形の芯材料又は管は、１つ以上の開口部２０３，２０５，２０８／３０３，３０５，３０８の内側の周囲に締まり嵌めされ、又は接合されてもよい。
【0063】
一例によると、カーボンブラックで内張りされた開口部は迷光を吸収することによって光学的分離を提供し、円筒形の芯材料は剛性を高め、さらなる光学的分離を提供する。一例によると、カーボンブラックで内張りされた開口部は、励起レーザ光が集光経路に入るのを防ぐ。別の言い方をすると、カーボンブラックで内張りされた開口部は、励起レーザ光が隣接する材料に侵入するのを防ぐ。さらに、カーボンブラックの内張りされた開口部は、集光された光が発光ファイバ１１０／３１０又は光の送達経路に侵入するのを防ぐ。したがって、本技術は、励起レーザ光と集光された光線との間の最小のクロストークを提供し、その結果、集光された光信号のＳＮＲが改善される。当業者であれば、発光ファイバ１１０／３１０の周囲と構成要素の開口部２０３，２０５，３０８／３０３，３０５，３０８の周囲との間に形成されるエアギャップを充填するために他の技術が利用され得ることを容易に理解するであろう。
【0064】
図４は、技術の一例に従って、レンズフィルタ、開口部を有する整列特徴構成要素、及び集光ファイバ３０７及び発光ファイバ３１０の横並び配置を有する光ファイバプローブ４００の別の代替プローブチップの分解図を示している。一例によると、発光ファイバ３１０は、ファイバ整列ホルダ３１３の端部に配置されてもよい。一例によると、集光ファイバ３０７はファイバ整列ホルダ３１３の残りの部分全体に配置されてもよい。一例によると、プローブ構成要素４０２，４０４，４０６は、開口部４０３，４０５，４０８を有する整列特徴構成要素４１１，４１２，４１３に結合されてもよい。このようにして、プローブ構成要素自体は開口部を必要とせず、整列特徴は、所望の光遮断特性を含んでもよい。一例によると、発光ファイバフィルタ３０９及び発光ファイバ３１０は、光ファイバプローブ４００が組み立てられたときに、整列特徴構成要素４１１，４１２，４１３の対応する開口部に挿入されるか、又は通過させられてもよい。一例によると、構成要素には、プローブの前方又は上流に位置する遠位端、及びプローブの下流に位置する近位端が含まれる。一例によると、遠位端及び近位端は構成要素の境界面に設けられる。一例によると、遠位端及び近位端は光路に対して実質的に垂直に配置されてもよい。
【0065】
一例によると、発光ファイバ３１０の円周と開口４０３，４０５，４０８の円周との間に形成されるエアギャップは、剛性の低下、又は発光ファイバ３１０から集光ファイバ３０７に生じるクロストーク等の好ましくない特性をプローブ先端にもたらし得る。一例によると、物質界面で放出光線が分散又は漏洩するとクロストークが発生し得る。対策には、光の照射経路と光の集光経路との間に光アイソレータを形成するエアギャップを充填することが含まれる。例えば、エアギャップは、導波管又は非導波管材料等の材料で充填されてもよい。一例によると、エアギャップは、エポキシ、接着剤等のギャップ充填材、又はその他のギャップ充填材で充填されてもよい。さらに、シリカ又はフッ化マグネシウム等の円筒形の芯材料がエアギャップに挿入されてもよい。例えば、円筒形の芯材料又は管が１つ以上の開口部４０３，４０５，４０８の内側の周囲に締まり嵌めされるか又は接合されてもよい。
【0066】
一例によると、プローブ構成要素４０２，４０４，４０６は、様々なやり方で整列特徴４１１，４１２，４１３に結合されてもよい。例えば、エポキシ、接着剤等の化学結合を使用して、プローブ構成要素が整列特徴に結合されてもよい。代替的に、プローブ構成要素は、ファスナ、舌部及び溝等の機械的接合を使用して、整列特徴に結合されてもよい。当業者であれば、プローブの構成要素と整列特徴とを結合するためにいくつかの技術が用いられてもよいことを容易に理解するであろう。
【0067】
一例によると、光ファイバプローブ４００は、窓１０１、レンズフィルタ４０２、開口４０３を有するレンズフィルタ整列特徴４１１、レンズ４０４、開口４０５を有するレンズ整列特徴４１２、集光ファイバ３０７の１つ以上のリングに関連する集光ファイバフィルタ４０６、開口４０８を有する集光ファイバ整列特徴４１３、１つ以上の発光ファイバ３１０に関連する発光ファイバフィルタ３０９、及び発光ファイバ３１０と集光ファイバ３０７との間のプローブ先端に近接した光の移動を防止する針管３１１等の複数の構成要素を含んでもよい。一例によると、針管３１１の代わりにカーボンブラックを充填したエポキシが使用されてもよい。一例によると、プローブ構成要素４０２，４０４，４０６は開口部なしで構成されてもよい。一例によると、プローブ構成要素４０２，４０４，４０６は、整列特徴４１１，４１２，４１３に機械的に結合され、かつプローブ先端の外形内に収まるように成形されてもよい。一例によると、整列特徴４１１，４１２，４１３は、集光経路と励起光経路とを光学的に分離するように構成されてもよい。一例によると、整列特徴４１１，４１２，４１３は、ブラックプラスチック、ブラックエポキシ、金属管、物理光ブロック等の光遮断基板で構成されてもよい。
【0068】
別の例によれば、プローブ先端は、整列特徴を含むプローブ構成要素のいずれも、発光ファイバ３１０を受け入れるための開口部を必要としないように、その中に発光ファイバを受け入れる（図示せず）オリフィス又は開口部を定義してもよい。一例によると、発光ファイバ３１０は、プローブ先端を形成するプローブ本体に定義されたオリフィス又は開口部を通過してもよい。一例によると、発光ファイバ３１０は、エポキシ、接着剤等を使用してプローブ本体に固定されてもよい。代替的に又は追加的に、集光ファイバ３０７は、プローブ本体に定義されたオリフィス又は開口部を通過し、エポキシ、接着剤等を使用してプローブ本体に固定されてもよい
【0069】
一例によると、レンズフィルタ４０２は、ロングパスフィルタ又はノッチパスフィルタであってもよい。一例によると、レンズフィルタ４０２は、集光された光線がレンズ材料又は他のプローブ材料に衝突する前に光の強度を低下させるように設計される。したがって、レンズフィルタ４０２は、実質的に任意のレンズ又は基板材料を採用しながら、光学プローブ４００がノイズ信号の発生を最小限に抑えることを可能にする。レンズフィルタ４０２を含まない場合、集光された光線は、プローブ構成要素に衝突するときに望ましくないピーク、干渉、又はバックグラウンド蛍光等のノイズ信号を生成し得る。例えば、集光された光線は、衝突時にプローブ構成要素に蛍光を発生させ得る。望ましくないピーク、干渉、又はバックグラウンド蛍光を含むノイズ信号は、所望の試料のスペクトルに追加又は重畳されてもよい。
【0070】
一例によると、プローブ設計は、レンズ４０４の前方又は上流に配置されたレンズフィルタ４０２を含み、これはレンズ４０４に衝突する集光された光線に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を減少又は平坦化させる。一例によると、レンズ４０４に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を最小化すると、システムのＳＮＲが増加し得る。さらに、レンズフィルタ４０２を他のプローブ構成要素の前方又は上流に配置すると、下流のプローブ構成要素に衝突する集光された光線に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を減少又は平坦化させ得る。一例によると、１つ以上のプローブ構成要素に起因するバックグラウンド干渉又はノイズ信号を最小限に抑えることで、システムのＳＮＲが増加する。
【0071】
図５Ａは、数ある特徴の中でも特に、光アイソレータ又はレンズフィルタなしで、従来の光ファイバプローブを使用して捕捉又は収集された全乳のラマンスペクトルを示している。図５Ａのラマンスペクトルに示されている様々なピークは、全乳サンプル及びプローブの特徴の両方から寄与される蛍光及びスペクトル信号に対応している。図５Ｂは、本明細書に記載されている改良されたプローブを使用して捕捉又は収集された全乳のラマンスペクトルを示しており、そのプローブ構成要素には開口部又は光アイソレータがあり、その中で発光ファイバが受け入れられる。図５Ｂに示されている様々なピークは、全乳サンプルのスペクトル信号に対応しており、プローブの特徴によって寄与される蛍光及びスペクトル信号は最小限である。一例によると、図５Ａ及び５Ｂに示されているラマンスペクトルを捕捉するために使用される改良型プローブ及び従来型プローブは同様に構成されており、各プローブのプローブ構成要素は同じ基板材料から作られている。さらに、図５Ａ及び５Ｂに示されているラマンスペクトルは、同じ分光器、同じパラメータ、及びレーザ出力、取得時間等の同じ設定に関連付けられている。
【0072】
図５Ａ及び５Ｂに示されているラマンスペクトルの比較は、改善されたプローブ設計のために全体的なバックグラウンドノイズがどのように減少又は平坦化されるかを示している。図５Ａを参照すると、ラマンスペクトルのピクセル番号８００の周りに位置するピーク５０２ａは、レンズ及び他のプローブ構成要素等のプローブ構成要素自体から生成され、全乳サンプルにのみ起因するものではない。図５Ｂを参照すると、図５Ａのプローブ構成要素に起因するノイズ信号が改善されたプローブ設計によって本質的に除去されるため、ピクセル番号８００の周りのピーク５０２ｂは平坦化されている。図５Ａ及び５Ｂに示されているラマンスペクトルの比較は、プローブ構成要素に起因するピーク５０２ａが全乳サンプルの実際のピーク５０２ｂを目立たなくしていることを示している。
【0073】
図７は、技術の一例に従って、レンズフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、光アイソレータ、及びマルチリング集光ファイバ設計を有する光ファイバプローブ７００のプローブ先端の分解図を示している。一例によると、光ファイバプローブ７００は、窓１０１、開口部１０３を有するレンズフィルタ１０２、開口部１０５を有するレンズ１０４、集光ファイバ１０７の２つ以上のリングに関連付けられた集光ファイバフィルタ１０６であって、開口部１０８を有する集光ファイバフィルタ１０６、１つ以上の発光ファイバ１１０に関連付けられた発光ファイバフィルタ１０９、及び発光ファイバ１１０と集光ファイバ１０７との間のプローブ先端に近接した光の移動を防ぐ針管１１１等のいくつかの構成要素を含んでもよい。一例によると、針管１１１の代わりにカーボンブラックを充填したエポキシが使用されてもよい。一例によると、構成要素には、プローブの前方又は上流に位置する遠位端、及びプローブの下流に位置する近位端が含まれる。一例によると、遠位端及び近位端は構成要素の境界面に設けられる。一例によると、遠位端及び近位端は光路に対して実質的に垂直に配置されてもよい。一例によると、構成要素の開口部、針管１１１、カーボンブラック充填エポキシ等は、光の送達経路及び光の集光経路を光学的に分離し得るため、本明細書では光アイソレータと呼ばれる。一例によると、レンズフィルタ１０２、レンズ１０４、及び集光ファイバフィルタ１０６はドーナツ状の構成要素であってもよい。一例によると、発光ファイバフィルタ１０９及び発光ファイバ１１０は、光ファイバプローブ７００を組み立てる際に、ドーナツ状の構成要素内の対応する開口部に挿入されるか、又はその中を通されてもよい。
【0074】
一例によると、光ファイバプローブ７００は、端面７１４にファイバパターンを定義するファイバ整列ホルダ７１３を含んでもよい。例えば、図７は、集光ファイバ１０７の２リング同心円構成に囲まれた中央に配置された発光ファイバ１１０を示している。図６Ｂは、一例による光ファイバ１０７の同心円状の２リング６０２，６０４構成を示している。一例によると、光ファイバ構成要素に定義された開口部１０３，１０５，１０８は、ファイバ整列ホルダ７１３内の発光ファイバ１１０の位置と実質的に一致するように形成されてもよい。
【0075】
一例によると、マルチリング光ファイバプローブ７００は、サンプル又は試料内の異なる測定深度からのデータ収集を可能にする。例えば、内側リング６０２に関連する集光ファイバ１０７は、試料のより深くからスペクトルデータを収集し得る。対照的に、外側リング６０４に関連する集光ファイバ１０７は、試料表面により近い場所からスペクトルデータを収集してもよい。一例によると、光ファイバプローブ７００は、異なる深度測定をサポートするレンズ１０４を含む。例えば、光ファイバプローブ７００は、異なる入射角から捕捉された光線を対応する集光ファイバリング６０２，６０４内に導くレンズ１０４を含んでもよく、ここで、異なる入射角は、サンプルの異なる深度測定に対応する。一例によると、コンピュータシステムを分光器に電気的に結合して、光ファイバプローブに関連するスペクトルデータを捕捉して分析してもよい。一例によると、コンピュータシステムは、異なる測定深度に関連する光ファイバリング６０２／６０４のスペクトルデータを個別に分析してもよい。例えば、コンピュータシステムは、数学的演算を使用してスペクトルデータを操作してもよく、各光ファイバリング６０２，６０４から得られたスペクトルデータについて、事前に定義されたシーケンスのスペクトルデータを分析してもよい。一例によると、コンピュータシステムは、内側リング６０２及び外側リング６０４に関連付けられたスペクトルデータに対して、加算、減算、乗算、又はその他の数学的演算を実行してもよい。
【0076】
図８Ａ及び８Ｂは、それぞれ集光ファイバリング６０２，６０４に関連付けられた異なる入射角を示す光線トレース８１２，８１４を備えた光ファイバプローブ７００の断面図を示している。第１の集光ファイバリング６０２及び第２の集光ファイバリング６０４は、複数の光ファイバ１０７を含む。光線トレースの図を簡略化するために、各ファイバリング６０２，６０４に対して単一の光路のみが示されている。当業者であれば、ファイバリング６０２，６０４に関連する各光ファイバ１０７が実質的に同時に集光光線を受けることは容易に理解できるであろう。一例によると、異なる入射角はサンプルの異なる深度測定に対応する。図８Ａを参照すると、発光ファイバ１１０は、レーザ光源から発生しかつ発光ファイバフィルタ１０９及び窓１０１を通過する光線８１０を放出する。一例によると、放出された光線８１０はサンプルに衝突する。一例によると、放出された光線８１０の一部は光ファイバプローブ７００に向かって後方に反射又は散乱され、一方で、一部は衝突されたサンプルにラマン信号を放出させる。一例によると、プローブ７００は反射された光線及びラマン信号を集光された光線８１２として受け入れる。一例によると、集光された光線８１２は窓１０１に衝突し、内側リング６０２に誘導される前に、レンズフィルタ１０２、レンズ１０４、及び集光ファイバフィルタ１０６を通って案内され、そこで集光された光線８１２は集光ファイバ１０７に入って分光器に送達される。一例によると、集光された光線８１２は、第１の深度測定に対応する第１の入射角で窓１０１に衝突する。一例によると、窓１０１の厚さは、遠位端８１５が発光光線及び集光光線の交点によって定義される最大強度領域８１６に位置するか又はその近くに位置するように選択されてもよい。一例によると、窓１０１が薄すぎるか又は厚すぎるように製造された場合、遠位端８１５は、強度低下領域８１８，８２０等の強度が低下した領域に位置し得る。一例によると、窓１０１の遠位端８１５を強度が低下した領域に配置することは、収集されたラマン信号の強度を低下させ得るため、望ましくない。
【0077】
図８Ｂを参照すると、発光ファイバ１１０は、レーザ光源から発生しかつ発光ファイバフィルタ１０９及び窓１０１を通過する光線８１０を放出する。一例によると、放出された光線８１０はサンプルに衝突する。一例によると、放出された光線８１０の一部は光ファイバプローブ７００に向かって後方に反射又は散乱され、一方で、一部がサンプルにラマン信号を放出させる。一例によると、プローブ７００は反射された光線及びラマン信号を集光された光線８１４として受け入れる。一例によると、集光された光線８１４は窓１０１に衝突し、外側リング６０４に誘導される前に、レンズフィルタ１０２、レンズ１０４、及び集光ファイバフィルタ１０６を通って案内され、そこで集光された光線８１４は集光ファイバ１０７に入って分光器に送達される。一例によると、集光された光線８１４は、第２の深度測定に対応する第２の入射角で窓１０１に衝突する。一例によると、窓１０１の厚さは、遠位端８１５が発光光線及び集光光線の交点によって定義される最大強度領域８１６に位置するか又はその近くに位置するように選択されてもよい。一例によると、窓１０１が薄すぎるか又は厚すぎるように製造された場合、遠位端８１５は、強度低下領域８１８，８２０等の強度が低下した領域に位置し得る。一例によると、窓１０１の遠位端８１５を強度が低下した領域に配置することは、収集されたラマン信号の強度を低下させ得るため、望ましくない。図８Ａ及び８Ｂは、例示及び説明を簡略化するために、２リング集光ファイバの個別の光線トレース図を示している。当業者であれば、データ収集がマルチリングに対して同時に行われ得ることを容易に理解するであろう。
【0078】
一例によると、集光光線８１２に関連する第１の入射角は、集光光線８１４に関連する第２の入射角よりも小さい。図８Ａは、集光光線８１２に関連する第１の入射角が、垂直角に近づいて窓１０１に接近することを確認している。したがって、第１の進入角に関連する第１の深度測定は、サンプルにより深く侵入する。図８Ｂは、集光光線８１４に関連する第２の入射角が、平行角に近づいて窓１０１に接近することを確認している。したがって、第２の入射角に関連する第２の深度測定は、サンプル内により浅く侵入する。
【0079】
一例によると、光ファイバプローブ７００で受信されたスペクトルデータは、異なる深度測定に対応しており、サンプル内の関心のある場所を特定するために使用されてもよい。例えば、深度測定は、表面、マーカ、遷移点等に対する光ファイバプローブ７００の近接性を識別するために使用されてもよい。さらに、深度測定は、組織の厚さ、腫瘍のサイズ、正常、異常、筋肉、脂肪、腱、靱帯等の組織タイプを決定するために使用されてもよい。さらに、深度測定は、光ファイバプローブ７００が臓器の近く、腫瘍の近く、又は腫瘍の端等に近づいているときに外科医に警告するために使用されてもよい。一例によると、深度測定は、光ファイバプローブ７００が健康な組織と腫瘍、死んだ組織等の異常な組織との間の移行部に近づいていることを識別するために使用されてもよい。したがって、外科医は、切除前に腫瘍の境界又はマージンを決定するために深度測定を使用してもよい。
【0080】
図９は、技術の一例に従って、レンズフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、光アイソレータ、マルチリング集光ファイバ設計、及び窓ブロックを有する光ファイバプローブ９００のプローブ先端の分解図を示している。全体的な図面の数を効率的に削減するために、図９は、関連する光ファイバプローブ構成要素の上に配置された代替的な窓ブロック９０２ａ及び９０２ｂ、及び対応する窓９０４ａ、９０４ｂをそれぞれ示している。一例によると、光ファイバプローブ９００は、窓ブロック９０２ａ又は９０２ｂ、窓９０４ａ、９０４ｂ、開口部１０３を有するレンズフィルタ１０２、開口部１０５を有するレンズ１０４、集光ファイバ１０７の２つ以上のリング６０２，６０４に関連付けられた集光ファイバフィルタ１０６であって、開口部１０８を有する集光ファイバフィルタ１０６、１つ以上の発光ファイバ１１０に関連付けられた発光ファイバフィルタ１０９、及び発光ファイバ１１０と集光ファイバ１０７との間のプローブ先端に近接した光の移動を防止する針管１１１等のいくつかの光ファイバプローブ構成要素を含んでもよい。一例によると、針管１１１の代わりにカーボンブラックを充填したエポキシが使用されてもよい。一例によると、構成要素には、プローブの前方又は上流に位置する遠位端、及びプローブの下流に位置する近位端が含まれる。一例によると、遠位端及び近位端は構成要素の境界面に設けられる。一例によると、遠位端及び近位端は光路に対して実質的に垂直に配置されてもよい。一例によると、構成要素の開口部、針管３１１、カーボンブラック充填エポキシ等は、光の送達経路及び光の集光経路を光学的に分離し得るため、本明細書では光アイソレータと呼ばれる。図６Ｂは、一例による光ファイバ１０７の同心円状の２リング６０２，６０４構成を示している。一例によると、レンズフィルタ１０２、レンズ１０４、及び集光ファイバフィルタ１０６は、リング状又はドーナツ状の構成要素であってもよい。一例によると、発光ファイバフィルタ１０９及び発光ファイバ１１０は、光ファイバプローブ９００を組み立てる際に、ドーナツ状の構成要素内の対応する開口部に挿入されるか、又はその中を通されてもよい。一例によると、光ファイバプローブ９００は、端面９１４にファイバパターンを定義するファイバ整列ホルダ９１３を含んでもよい。
【0081】
一例によると、窓９０４ａ、９０４ｂは、先端に空間的広がりのある開口部を有するように形成されてもよい。一例によると、窓９０４ａ、９０４ｂは、光ファイバプローブ９００の明確な開口に関連する表面積を制限する、より小さな前向き窓９０３ａ、９０３ｂを含んでもよい。一例によると、窓９０４ａは切頂円錐形に形成されてもよい。代替的に、窓９０４ｂは、円筒が突出している円盤形であってもよい。切頂円錐形の窓９０４ａの欠点として、製造時に窓ブロック９０２ａが研磨されたときに、前向き窓９０３ａの直径が大きくなることがある。これに対して、突出窓９０４ｂを備えた円盤形の前向き窓９０３ｂは、製造時に窓ブロック９０２ｂが研磨されたときに、略同等の直径のままである。一例によると、窓９０４ａ、９０４ｂは、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、溶融シリカ、サファイア等、広範囲の波長の光線に対して透明であり、スペクトル干渉又はノイズ信号を回避する、１つ以上の材料で構成されてもよい。
【0082】
一例によると、突出窓９０４ｂを備えた円盤状の上に置かれる窓ブロック９０２ｂは、ドーナツ状であってもよい。一例によると、窓ブロック９０２ｂは、突出窓９０４ｂを備えた円盤状に結合されている、ステンレス鋼、ブラックプラスチック等の遮光材から形成されてもよい。一例によると、窓ブロック９０２ｂは、カーボンブラック充填エポキシを含む光吸収性エポキシ等のエポキシを使用して、突出窓９０４ｂを備えた円盤状に結合されてもよい。別の例によると、突出窓９０４ｂを備えた円盤状は、カーボンブラック充填エポキシでコーティングされてもよい。この場合、窓ブロック９０２ｂを省略してもよい。別の例によると、突出窓９０４ｂを備えた円盤状はエポキシでコーティングされてもよく、プローブ先端への迷光又は望ましくない光の侵入を低減又は最小化し、迷光又は望ましくない光が集光ファイバ１０７に入る機会を減らし得る。
【0083】
図１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ集光ファイバリング６０２，６０４に関連する異なる侵入角度を示す突出窓９０４ｂを備えた円盤状の光ファイバプローブ９００及び光線トレース１０１２，１０１４の断面図を示している。光線トレースの図を簡略化するために、各ファイバリング６０２，６０４に対して単一の光路のみが示されている。当業者であれば、ファイバリング６０２，６０４に関連する各光ファイバ１０７が実質的に同時に集光光線を受けることは容易に理解できるであろう。図１０Ａを参照すると、発光ファイバ１１０は、レーザ光源から発生しかつ発光ファイバフィルタ１０９及び窓９０４ｂを通過する光線１０１０を放出する。一例によると、放出された光線１０１０はサンプルに衝突する。一例によると、放出された光線１０１０の一部は光ファイバプローブ９００に向かって後方に反射又は散乱され、一方で、一部は衝突されたサンプルにラマン信号を放出させる。一例によると、プローブ９００は反射された光線及びラマン信号を集光光線１０１２として受け入れる。一例によると、集光光線１０１２は窓９０４ｂに衝突し、内側リング６０２に誘導される前に、レンズフィルタ１０２、レンズ１０４、及び集光ファイバフィルタ１０６を通って案内され、そこで集光光線１０１２は集光ファイバ１０７に入って分光器に送達される。一例によると、集光光線１０１２は、第１の深度測定に対応する第１の入射角で窓９０４ｂに入射する。一例によると、窓９０４ａ、９０４ｂの厚さは、遠位端１０１５が発光光線及び集光光線の交点によって定義される最大強度領域１０１６に位置するか又はその近くに位置するように選択されてもよい。一例によると、窓９０４ａ、９０４ｂが薄すぎるか又は厚すぎるように製造された場合、遠位端１０１５は、強度低下領域１０１８、１０２０等の強度が低下した領域に位置し得る。一例によると、窓９０４ａ、９０４ｂの遠位端１０１５を強度が低下した領域に配置することは、収集されたラマン信号の強度を低下させ得るため、望ましくない。
【0084】
図１０Ｂを参照すると、発光ファイバ１１０は、レーザ光源から発生しかつ発光ファイバフィルタ１０９及び窓９０４ｂを通過する光線１０１０を放出する。一例によると、放出された光線１０１０はサンプルに衝突する。一例によると、放出された光線１０１０の一部は光ファイバプローブ９００に向かって後方に反射又は散乱され、一方で、一部がサンプルにラマン信号を放出させる。一例によると、プローブ９００は反射された光線及びラマン信号を集光光線１０１４として受け入れる。一例によると、集光光線１０１４は窓９０４ｂに衝突し、外側リング６０４に誘導される前に、レンズフィルタ１０２、レンズ１０４、及び集光ファイバフィルタ１０６を通って案内され、そこで集光光線１０１４は集光ファイバ１０７に入って分光器に送達される。一例によると、集光光線１０１４は、第２の深度測定に対応する第２の入射角で窓９０４ｂに入射する。一例によると、窓９０４ａ、９０４ｂの厚さは、遠位端１０１５が発光光線及び集光光線の交点によって定義される最大強度領域１０１６に位置するか又はその近くに位置するように選択されてもよい。一例によると、窓９０４ａ、９０４ｂが薄すぎるか又は厚すぎるように製造された場合、遠位端１０１５は、強度低下領域１０１８、１０２０等の強度が低下した領域に位置し得る。一例によると、窓９０４ａ、９０４ｂの遠位端１０１５を強度が低下した領域に配置することは、収集されたラマン信号の強度を低下させ得るため、望ましくない。
【0085】
一例によると、集光光線１０１２に関連する第１の入射角は、集光光線１０１４に関連する第２の入射角よりも小さい。図１０Ａは、集光光線１０１２に関連する第１の進入角が、垂直角度に近づいてより小さい前向き窓９０３ｂに接近することを確認している。したがって、第１の進入角に関連する第１の深度測定は、サンプルにより深く侵入する。図１０Ｂは、集光光線１０１４に関連する第２の入射角が、平行角に近づいてより小さな前向き窓９０３ｂに接近することを確認している。したがって、第２の入射角に関連する第２の深度測定は、サンプル内により浅く侵入する。
【0086】
図１１は、技術の一例に従って、レンズフィルタ、開口部を有するプローブ構成要素、光アイソレータ、マルチリング集光ファイバ設計、及び光ブロック構成要素を有する光ファイバプローブ１１００のプローブ先端の分解図を示している。一例によると、光ファイバプローブ１１００は、窓１０１、開口部１０３を有するレンズフィルタ１０２、光ブロック構成要素１１０２、開口部１１０５を有するレンズ１１０４、集光ファイバ１０７の２つ以上のリング６０２，６０４に関連付けられた集光ファイバフィルタ１０６であって、開口部１０８を有する集光ファイバフィルタ１０６、１つ以上の発光ファイバ１１０に関連付けられた発光ファイバフィルタ１０９、及び発光ファイバ１１０と集光ファイバ１０７との間のプローブ先端に近接した光の移動を防ぐ針管１１１等のいくつかの光ファイバプローブ構成要素を含んでもよい。一例によると、針管１１１の代わりにカーボンブラックを充填したエポキシが使用されてもよい。一例によると、構成要素には、プローブの前方又は上流に位置する遠位端、及びプローブの下流に位置する近位端が含まれる。一例によると、遠位端及び近位端は構成要素の境界面に設けられる。一例によると、遠位端及び近位端は光路に対して実質的に垂直に配置されてもよい。一例によると、構成要素の開口部、針管１１１、カーボンブラック充填エポキシ等は、光の送達経路及び光の集光経路を光学的に分離し得るため、本明細書では光アイソレータと呼ばれる。図６Ｂは、一例による光ファイバ１０７の同心円状の２リング６０２，６０４構成を示している。一例によると、レンズフィルタ１０２、及び集光ファイバフィルタ１０６は、リング状又はドーナツ状の構成要素であってもよい。一例によると、レンズ１１０４は、内部全反射のために設計された放物線状又は切頂円錐形を含んでもよい。一例によると、レンズ１１０４は、その中を通して形成された開口部１１０５を含んでもよい。一例によると、発光ファイバフィルタ１０９及び発光ファイバ１１０は、光ファイバプローブ１１００を組み立てる際に、プローブ構成要素内の対応する開口部に挿入されるか又は通過させられてもよい。
【0087】
一例によると、レンズ１１０４は、単一構成要素レンズとして形成されてもよい。例えば、レンズ１１０４は、切頂円錐形を有する単一構成要素レンズとして形成されてもよい。代替的に、レンズ１１０４は、マルチ構成要素レンズとして形成されてもよい。一例によると、レンズ１１０４は、広範囲の波長の光線に対して透明な材料から形成された内側部分と、より低い屈折率を有する外側部分とを含んでもよい。つまり、レンズ１１０４は導波管を形成するように構成されてもよい。例えば、レンズ１１０４の内側部分はサファイアから形成されてもよく、レンズ１１０４の外側部分は紫外線（ＵＶ）硬化エポキシ、二成分エポキシ、テフロン（登録商標）非晶質フルオロポリマー（ＡＦ）樹脂等から形成されてもよい。一例によると、レンズ１１０４の外側部分は、蒸発、スパッタリング、又はその他の蒸着技術によって表面に蒸着された低屈折率材料を有してもよい。別の例によると、材料が分光測定に干渉しない限り、レンズ１１０４全体は透明な材料から形成されてもよい。例えば、透明又は低指数の材料には、ＭｇＦ２、溶融シリカ、サファイア、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、透明なポリマー等が含まれる。一例によると、エアギャップを確実に維持するためのステップが取られる場合、空気が低指数の材料として使用されてもよい。一例によると、ＭｇＦ２以外の材料は、追加の低指数被覆材料によって内部全反射率（ＴＩＲ）を達成することを可能にし得る。透明ポリマーに関して、これらにはフルオロポリマー、クロロフルオロポリマー、アクリル、ポリカーボネート等が含まれる。
【0088】
一例によると、レンズ１１０４の形状は、サンプルの所望の深度測定を達成するように選択されてもよい。例えば、放物線の形状又は円錐面の角度は、サンプルの所望の深度測定を達成するように選択されてもよい。つまり、レンズ１１０４の形状によって、サンプルから受け取った集光された光線の入射角が決定される。さらに、開口部１１０５のサイズによって、励起レーザ光が衝突する調査スポットのサイズが決定され得る。一例によると、より大きな調査スポットはより多くの励起レーザ光を提供し、より小さな調査スポットはより少ない励起レーザ光を提供してもよい。さらに、プローブ構成要素の上に配置された窓１０１は、空間測定領域をさらに定義するように設計されてもよい。例えば、より小さな直径の窓１０１は、収集されたレーザ光又はラマン信号の入力を制限し、より大きな直径の窓１０１は、より多くの収集されたレーザ光又はラマン信号の入力を可能にしてもよい。一例によると、窓１０１は、オーバーラップを最大化するため、又はプローブ要素を保護するために使用されてもよい。
【0089】
図１２は、ＴＩＲの切頂円錐形レンズ１１０４を有する光ファイバプローブ１１００、及び集光ファイバリング６０２，６０４に関連する入射角を示す光線トレース１２１２のそれぞれの断面図を示している。光線トレースの図を簡略化するために、ファイバリング６０４に対して単一の光路のみが示されている。当業者であれば、ファイバリング６０２，６０４に関連する各光ファイバ１０７が実質的に同時に集光光線を受けることは容易に理解できるであろう。一例によれば、異なる入射角はサンプルの異なる深度測定に対応する。発光ファイバ１１０は、レーザ光源から発生しかつ発光ファイバフィルタ１０９及び窓１０１を通過する光線１２１０を放射する。一例によると、放出された光線１２１０はサンプルに衝突する。
【0090】
一例によると、放出された光線１２１０の一部は光ファイバプローブ１１００に向かって後方に反射又は散乱され、一方で、一部が衝突されたサンプルにラマン信号を放出させる。一例によると、プローブ１１００は反射された光線及びラマン信号を集光光線１２１２として受け入れる。一例によると、集光光線１２１２は窓１０１に衝突し、外側リング６０２に誘導される前に、レンズフィルタ１０２、レンズ１１０４、及び集光ファイバフィルタ１０６を通って案内され、そこで集光光線１２１２は集光ファイバ１０７に入って分光器に送達される。一例によると、集光光線１２１２は、第１の深度測定に対応する第１の入射角で窓１０１に衝突する。一例によると、窓１０１の厚さは、遠位端１２１５が発光光線及び集光光線の交点によって定義される最大強度領域１２１６に位置するか又はその近くに位置するように選択されてもよい。一例によると、窓１０１が薄すぎるか又は厚すぎるように製造された場合、遠位端１２１５は、強度低下領域１２１８、１２２０等の強度が低下した領域に位置し得る。一例によると、窓１０１の遠位端１２１５を強度が低下した領域に配置することは、収集されたラマン信号の強度を低下させ得るため望ましくない。
【0091】
図示されていないが、分光器に送達するために、集光光線の一部も内側リング６０２に対応する集光ファイバ１０７に誘導される。当業者であれば、異なる深度測定を可能にするために、ＴＩＲレンズが様々な形状、寸法等で構成され得ることを容易に理解するであろう。さらに、ＴＩＲレンズは、異なる深度測定を可能にする異なる表面角度を含んでもよい。
【0092】
一例によると、本開示全体を通して説明されるレンズ構成要素１０４，２０４，３０４，４０４は、そこを通過する光線を操作する任意の所望の構成を含んでもよい。一例によると、レンズ構成要素１０４，２０４，３０４，４０４は、単一部品構成を含んでもよい。代替的に、レンズ構成要素１０４，２０４，３０４，４０４は、複数部品構成を含んでもよい。本技術は、ファセットを有する新規かつ非自明なレンズ構成要素をさらに提供する。図１３を参照すると、レンズ１３００は、数ある構造の中でも特に、屈折構造、反射構造、又は内部全反射構造を形成するように所望の角度に方向付けられた平坦な表面を有する作用ファセット１３０２及び開口部１３０１を含む。図１４を参照すると、レンズ１４００は、数ある構造の中でも特に、屈折構造、反射構造、又は内部全反射構造を形成する曲面を有するファセット１４０２ａ、１４０２ｂ及び開口部１４０１を含む。一例によると、レンズは、数ある構造の中でも特に、屈折構造、反射構造、又は内部全反射構造を形成するように所望の角度に向けられた曲面及び平面の組み合わせを有するファセットを含んでもよい。一例によると、レンズは、図６Ｂに示すように、発光ファイバ１１０及び集光ファイバ１０７の２リングパターンに相関し得る３つの屈折リングを含んでもよい。
【0093】
一例によると、レンズは、実質的に変更されないでその中に光線を通過させる平坦な表面を有するファセットを含んでもよい。例えば、平坦な表面は、レンズに入る光路に対して実質的に垂直に向けられてもよい。一例によると、レンズは、レンズの屈折／反射面によって遮られない観察路を有するファセットを含んでもよい。一例によると、本明細書に記載された光ファイバプローブは、遮られない観察路を有するファセットに近接して配置された撮像バンドル又はカメラを含んでもよい。一例によると、遮られない観察路は、数ある場所の中でも特に、レンズの中心に形成されてもよい。遮られない観察路は、分光法とカメラ画像、撮像バンドル、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）ファイバ等を組み合わせる光ファイバプローブに有益であり得る。
【0094】
一例によると、ファセット構成は、所望の照射深度及び集光効率を別々に達成するように選択されてもよい。一例によると、ファセット構成は、光ファイバプローブの性能を最大化するために、屈折又は反射特徴の高さ、幅、厚さ、及び形状を調整するように選択されてもよい。一例によると、ファセット構成は、光線の入射角又は出射角を制御するように調整されてもよい。対照的に、従来の球面又は非球面レンズは、光線の入射角又は出射角に対する制御が少ない。一例によると、レンズは、所望の質問スポット、領域、深度等を提供するために、開口サイズを特定の値に設定するように構成されてもよい。一例によると、レンズは深度測定を行う個別のレンズを含んでもよい。一例によると、光ファイバプローブは周辺位置に配置された深度測定レンズを含んでもよい。
【0095】
一例によると、レンズは、外向きで発光光線から離れた角度から集光された光を捕捉する屈折角、反射角、又は内部全反射角を有するファセットを含んでもよい。一例によると、この構成により、表面下又は深度の測定が可能になる。一例によると、光ファイバプローブから得られる深度測定は、空間オフセットラマン分光法（ＳＯＲＳ）から得られる深度測定と実質的に同等であり得る。一例によると、対応する集光位置と共に、集光ファイバ１０７からの屈折、散乱、又は反射光信号を受信するための検出器が提供されてもよい。一例によると、集光位置は、象限位置等に関連付けられてもよい。一例によると、システムは、個々のファイバ１０７から取得したスペクトル位置情報を使用して、集光された光が受信された方向を決定してもよい。一例によると、スペクトル位置情報を使用して、追加の関連スペクトルを収集するために光ファイバプローブが移動され得る方向を決定してもよい。
【0096】
別の例によると、光ファイバプローブは、外側方向に放出光線の角度をオフセットするように構成されてもよく、集光された光線を捕捉するために、発光ファイバ１１０に近接して配置された集光ファイバ１０７を含んでもよい。一例によると、表面プローブが、集光された光線を取得するためにレンズの開口部に挿入されてもよい。一例によると、発光ファイバ１１０を使用して、屈折光線及び散乱又は反射した光線の両方を取得してもよい。さらに別の例によると、光ファイバプローブは、各ファイバ又はファイバグループに関連付けられた個別のレンズを含んでもよい。
【0097】
一例によると、レンズは、特定の用途のために光ファイバプローブの性能を最大化するように配置及び方向付けされたファセットを含んでもよい。例えば、レンズは、特定の用途のために光ファイバプローブの性能を最大化するために、光ファイバ、光線、及びその他のファセットに対して選択された角度及び位置に方向付けされた複数のファセットを含んでもよい。一例によると、カスタムレンズ設計により、光ファイバを屈折面又は反射面の近くに配置することができる。対照的に、従来の球面レンズ設計では、口径食による損失が生じる可能性があり、これはレンズ画像の中心と比較して、レンズ周辺部に近い画像の明るさ又は彩度が低下することである。一例によると、複数のファセットを有するレンズは、焦点距離の短い光ファイバプローブを提供し得る。一般的に、従来のレンズは、増加したプローブ直径に関連する多数の光ファイバを有する光ファイバプローブでは、多数の光ファイバを収容するためにレンズ直径を増加させる必要があり、低集光に関連する低開口数の原因となるため、性能が低い。
【0098】
一例によると、複数のファセットが、光ファイバプローブに関連する光ファイバ配置に対して配向されてもよい。例えば、複数のファセットは、光ファイバ１０７のリングパターン配置を収容するように方向付けられてもよい。別の例によれば、複数のファセットは、光ファイバプローブに関連する光線の入射角又は出射角に対して方向付けられてもよい。さらに別の例によれば、複数のファセットは、光ファイバプローブ内の隣接するファセットに対して方向付けられてもよい。別の例によれば、製造後にファセットの方向が変わらないように、複数のファセットは静的であってもよい。当業者であれば、複数のファセットが光ファイバプローブに提供される任意のパターンの光ファイバ、光ファイバプローブに関連する任意の光線の入射角又は出射角、又は光ファイバプローブにおける他のファセットの任意の配置に対応するように方向付けられ得ることを容易に理解するであろう。
【0099】
一例によると、ファセットを有するレンズは、集光ファイバフィルタ１０６、発光ファイバフィルタ１０９、集光ファイバ１０７、又は発光ファイバ１１０の上に配置又は設置されてもよい。例えば、ファセットを有するレンズは、集光ファイバフィルタ１０６、発光ファイバフィルタ１０９、集光ファイバ１０７、又は発光ファイバ１１０の上に直接配置又は設置されてもよい。別の例によると、ファセットを有するレンズは、別々のレンズ部分が集光ファイバフィルタ１０６、発光ファイバフィルタ１０９、集光ファイバ１０７、又は発光ファイバ１１０の上に配置又は設置され得るように、複数部品設計で形成されてもよい。一例によると、集光ファイバフィルタ１０６及び発光ファイバフィルタ１０９は、集光ファイバフィルタ１０７及び発光ファイバフィルタ１１０の上にそれぞれ配置されてもよい。別の例によると、異なるフィルタが個々の光ファイバ又は複数の光ファイバに配置されてもよい。一例によると、個々の光ファイバ又は複数の光ファイバに異なるフィルタを提供することで、複数の分光技術を実行できる光ファイバプローブが得られる。一例によると、同じ光ファイバプローブが複数の発光波長のラマン又は時間ゲート型ラマンの利用を含む他の分光を実行してもよい。
【0100】
一例によると、ファセットを有するレンズは従来のレンズに対していくつかの利点がある。例えば、ファセットはカスタムレンズ設計に対する制御を提供する。さらに、ファセットは、数ある利点を提供する中でも特に、薄くて軽量なレンズの設計及び製造を可能にする。
【0101】
図１３は、開口部１３０１を有するレンズ１３００及び、開口部１３０１の周囲を定義する角度のある表面又は切頂円錐形の中心部を有する作用ファセット１３０２を示している。図１及び１３を参照すると、レンズ１３００はレンズ１０４と実質的に同等に機能し、それを置き換え得る。一例によると、開口部１３０１は、発光光線が実質的に変更されることなくレンズ１３００を通過することを可能にする。一例によると、発光ファイバ１１０、針管１１１、視準レンズ、又は発光ファイバフィルタ１０９のうちの１つ以上が、開口部１３０１に整列するか又は通過するように構成されていてもよい。一例によると、放出光線の一部は光ファイバプローブ１００に向かって後方に反射又は散乱され、一方で、一部が衝突されたサンプルにラマン信号を放出させる。一例によると、プローブ１００は反射された光線及びラマン信号を集光光線として受け入れる。一例によると、集光光線は窓１０１に衝突し、レンズフィルタ１０２を通ってレンズ１３００に案内され、そこで分光器に送達するために集光ファイバ１０７に向けて誘導される前に作用ファセット１３０２に衝突する。図６Ａを参照すると、作用ファセット１３０２の位置及び表面角は、集光ファイバ１０７によって定義される単一リング７０１の構成に対応するように選択される。一例によると、作用ファセット１３０２の位置及び表面角は、所望の深度測定を達成するように選択されてもよい。一例によると、ファセット１３０２は角度のある屈折面である。レンズ１３００に示されている残りのファセットは、集光ファイバ配置に光線を寄与しない非作用ファセットである。一例によると、光ファイバプローブ１００は、単一部品又は複数部品のレンズ１３００を含んでもよい。
【0102】
別の例によると、レンズ１３００は、個別の環状リングを採用する代わりに、スパイラルパターン（図示せず）で渦巻き型の単一の屈折又は反射ステップを含んでもよい。さらに別の例によると、ファセットは部分的リングに配置されてもよい。例えば、ファセットは１つ以上の象限に対応する部分的リングに配置されてもよい。さらに、ファセットは個々のファイバに対応するように配置されてもよい。一例によると、レンズ１３００は、内部全反射を提供する反射ファセットを利用してもよい。別の例によると、レンズ１３００は、屈折ファセットの有無にかかわらず、反射ファセットを利用してもよい。
【0103】
フィルタに関しては、望ましくない光線が集光ファイバに入るのを防ぐために、レーザ遮断フィルタが集光ファイバの前方又は上流に配置されてもよい。一例によると、集光ファイバ１０７に関連する集光ファイバフィルタ１０６は、レーザ遮断フィルタを含んでもよい。さらに、レーザ遮断フィルタを光ファイバの送達端で使用して、サンプルを照射する前に光ファイバ自体が寄与するシリカラマンバンドを除去してもよい。一例によると、発光ファイバ１１０に関連する発光ファイバフィルタ１０９は、レーザクリーンアップフィルタを含んでもよい。一例によると、集光ファイバフィルタ１０６及び発光ファイバフィルタ１０９は、対応する集光ファイバ１０７及び発光ファイバ１１０の構成に一致するように設計されてもよい。
【0104】
一例によると、光ファイバプローブは、発光ファイバ１１０に関連する視準レンズを含んでもよい。一例によると、視準レンズは、ＧＲＩＮ（屈折率勾配；ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎｄｅｘ）又は他の視準レンズを含んでもよい。別の例によると、ＧＲＩＮレンズは省略されてもよい。一例によると、視準レンズは、発光ファイバ１１０と集光ファイバ１０７との間のプローブ先端に近接した光の移動を防ぐために、針管１１１に取り付けられてもよい。一例によると、針管１１１は、発光ファイバ１１０と集光ファイバ１０７とを光学的に分離するために、発光ファイバ１１０及び発光ファイバフィルタ１０９を囲むか又はカプセル化し、窓１０１の近位面まで延びてもよい。
【0105】
一例によると、レンズは大量生産技術を用いて製造されてもよい。例えば、レンズは、フォトリソグラフィ、ＵＶ硬化ポリマースタンピング、熱インプリンティング、射出成形又は他の成形技術、ステレオリソグラフィ印刷、他の３Ｄ印刷技術等の技術を利用して、ナノスクライブ又は他のポリマー等のＵＶ／２光子硬化樹脂を用いて製造されてもよい。別の例によると、レンズは、より高い屈折率のガラスによるレンズ製造を可能にする成形ガラスを用いて製造されてもよい。さらに別の例によると、レンズは、様々な研磨技術の中でも特に、ゾルゲル又は単一点ダイヤモンド旋削を用いて製造されてもよい。
【0106】
一例によると、光ファイバプローブは、ファイバ又はファイバグループごとに個別のレンズを含んでもよい。一例によると、レンズは、複数の屈折面及び反射面を有する中心部を定義する複数のファセットを有する複雑な形状を含んでもよい。一例によると、中心部は光線が遮られることなくレンズを通過することを可能にする。一例によると、１つ以上の発光ファイバ１１０及び発光フィルタ１０９は、集光ファイバ１０７に向かって光線の角度を付ける作用ファセットを有する中心部と整列するように構成されてもよい。一例によると、作用ファセットは、集光ファイバ１０７の２つのリング６０２，６０４のうちの対応する１つに光線を導くために反射又は屈折を採用してもよい。一例によると、ファセットは、集光ファイバ１０７の２リング形状６０２，６０４と一致する反射又は屈折リングを表し得る。一例によると、光ファイバプローブは、表面特徴を測定するファセットを有する単一部品又は複数部品レンズを含んでもよい。
【0107】
図１４は、開口部１４０１を有するレンズ１４００、及び角度のある面を有する２つの作用ファセット１４０２ａ、１４０２ｂを示している。図７及び１４を参照すると、レンズ１４００はレンズ１０４と実質的に同等に機能し、それを置き換え得る。一例によると、開口部１４０１は、発光光線が実質的に変更されることなくレンズ１４００を通過することを可能にする。一例によると、開口部１４０１は、発光ファイバ１１０と整列してもよい。一例によると、発光ファイバ１１０、針管１１１、視準レンズ、又は発光ファイバフィルタ１０９のうちの１つ以上が、開口部１４０１に整列するか又は通過するように構成されていてもよい。一例によると、針管１１１を省略し、カーボンブラックで充填されたエポキシに置き換えてもよい。一例によると、サンプルから反射又は放出された集光された光線は、レンズ１４００に導かれ、そこでそれらは、分光器に送達するために集光ファイバ１０７に向けられる前に、作用ファセット１４０２ａ、１４０２ｂに衝突する。図６Ｂを参照すると、作用ファセット１４０２ａ、１４０２ｂの位置及び表面角は、集光ファイバ１０７によって定義される２つのリング６０２，６０４構成に対応するように選択される。一例によると、作用ファセット１４０２ａ、１４０２ｂの位置及び表面角は、所望の深度測定を達成するために選択されてもよい。
【0108】
一例によると、ファセット１４０２ａ、１４０２ｂは角度のある屈折面である。レンズ１４００に示されている残りのファセットは、集光ファイバ配置に光線を寄与しない非作用ファセットである。一例によると、ファセット１４０２ａは集光ファイバ１０７の外側リング６０４と整列する角度のある屈折面である。一例によると、ファセット１４０２ｂは集光ファイバ１０７の内側リング６０２と整列する角度のある屈折面である。
【0109】
別の例によると、レンズ１４００は、個別の環状リングを採用する代わりに、スパイラルパターン（図示せず）で渦巻き型の単一の屈折又は反射ステップを含んでもよい。さらに別の例によると、ファセットは部分的リングに配置されてもよい。例えば、ファセットは１つ以上の象限に対応する部分的リングに配置されてもよい。さらに、ファセットは個々のファイバに対応するように配置されてもよい。一例によると、レンズは、内部全反射を提供する反射ファセットを利用してもよい。別の例によると、レンズは、屈折ファセットの有無にかかわらず、反射ファセットを利用してもよい。
【0110】
前述のように、ファセットを採用することで、薄くかつ軽量なレンズの設計及び製造が可能になる。この概念は、図１４及び１５を参照して示されている。図１４は、連続的に角度のある表面を有するファセット１４０２ａ、１４０２ｂを有するレンズ１４００を示している。図１５は、実質的に等価なファセットが、同様の角度の屈折面を有する複数のより薄い同心ファセットから構築され得ることを示している。具体的には、図１５は、同様の角度の屈折面を有する２つの同心ファセット１５０２ａ、１５０２ｂを有するレンズ１５００を示している。一例によると、各同心円ファセット１５０２ａ、１５０２ｂは、図１４に示されている対応するファセット１４０２ａの深さ又は厚さの実質的に半分である。別の言い方をすると、同心円ファセット１５０２ａ、１５０２ｂの厚さの寸法は、レンズ１４００の約半分の深さでファセット１４０２ａを垂直又は深さ方向に薄切りすることと実質的に同等である。図１５は、ファセット１５０２ａが小さいサイズの直径を含み、ファセット１５０２ｂがより大きなサイズの直径を含むように同心円ファセット１５０２ａ、１５０２ｂを入れ子にしてもよいことを示している。この例によると、入れ子の配置により、実質的に同等の性能を有しながら、レンズ１４００の半分の深さを有するレンズ１５００を形成することができる。２つの同心円ファセット１５０２ａ、１５０２ｂは、ファセット１４０２ａに関して実質的に同等の表面積を有するため、厚さが減少した同心円ファセット１５０２ａ、１５０２ｂを有するレンズ１５００は、ファセット１４０２ａを有するレンズ１４００と実質的に同様に機能する。
【0111】
別の例によると、図１６は、同様の角度の屈折面を有する４つの同心円ファセット１６０２ａ－１６０２ｄを含むレンズ１６００を示している。一例によると、各同心円ファセット１６０２ａ－１６０２ｄは、図１４に示されているファセット１４０２ａの深さの実質的に４分の１を含んでいる。別の言い方をすると、同心円ファセット１６０２ａ－１６０２ｄの厚さの寸法は、レンズ１４００の深さの約４分の１で、ファセット１４０２ａを垂直又は深さ方向に薄切りすることと実質的に同等である。図１６は、ファセット１６０２ａが小さいサイズの直径を含み、かつファセット１６０２ｄが最大サイズの直径を含むように同心円ファセット１６０２ａ－１６０２ｄを入れ子にしてもよいことを示している。この例によると、入れ子配置により、レンズ１６００は、実質的に同等の性能を有しながら、レンズ１４００の４分の１の深さを有してもよい。４つの同心円のファセット１６０２ａ－１６０２ｄはファセット１４００と比較して実質的に同様の表面積を有するため、厚さを減らした同心円のファセット１６０２ａ－１６０２ｄを有するレンズ１６００は、ファセット１３０２ａを有するレンズ１３００と実質的に同様の性能を発揮する。一例によると、より薄いレンズ設計は、柔軟な内視鏡等で使用され得る剛性の短いプローブ先端の製造を可能にする。
【0112】
図１７Ａは、ファセットを有する個別の小型レンズ１７０２ａ－１７０２ｇを有する透明な光学基板１７０１から作られたレンズ構成要素１７００Ａの底面図を示している。一例によると、小型レンズ１７０２ａ－１７０２ｇは、個々のファイバから放出された光線をコリメートしてもよい。一例によると、レンズ１７００Ａは、その下に提供される個々の集光ファイバ１０７に対応する個々の小型レンズ１７０２ａ－１７０２ｆのアレイを含んでもよい。一例によると、小型レンズ１７０２ｇは発光ファイバ１１０に対応してもよい。一例によると、小型レンズ１７０２ｇは省略されて、その代わりに開口部が残ってもよい。一例によると、レンズ１７００Ａは、発光ファイバ１１０の周りに配置された個々の集光ファイバ１０７を有する光ファイバプローブに使用されてもよい。一例によると、レンズ１７００Ａは、２つのレンズを有する光ファイバプローブに使用されてもよく、１つのレンズが発光ファイバ１１０に対応し、第２のレンズが集光ファイバ１０７のバンドル又は単一の集光ファイバ１０７に対応する。一例によると、レンズ形状は、共通点で画像に焦点を合わせるように選択されてもよい。一例によると、レンズ１７００Ａは、個々の小型レンズ１７０２ａ－１７０２ｆを対応する集光ファイバ１０７で適切に方向付ける整列機構１７０４を含んでもよい。例えば、プローブは、レンズ構成要素に設けられたポスト１７０４を受け入れる穴を有する端面１１４を有するファイバ整列ホルダ１１３を含んでもよい。
【0113】
図１７Ｂは、ポスト１７０４がそこから突出していることを示すレンズ構成要素１７００の側面プロファイルを示している。一例によると、レンズ１７００Ｂは、半球レンズ１７０５、及び個々のファイバ又はファイバのバンドルに対応する個々の小型レンズ１７０２ａ－１７０２ｇを含んでもよい。一例によると、半球レンズ１７０５は、全ての小型レンズ１７０２ａ－１７０２ｇに共通であってもよい。一例によると、レンズ１７００Ｂは、個々のファイバ又はファイバのバンドルに対して個別のレンズ設計を可能にし得る。例えば、個別のレンズ設計は、ファイバ又はファイバのバンドルごとに、特定の波長フィルタ等のレンズごとのカスタム機能を可能にし得る。一例によると、各レンズにカスタム機能を提供することは、マルチ分光プローブ性能、コヒーレントファイババンドル又はカメラ、ＯＣＴ、蛍光、拡散反射率等の撮像を伴うラマン分光法を向上させる。一例によると、個々のレンズ１７０２ａ－１７０２ｇは、非ファセット機能を含んでもよい。
【0114】
図１８は、技術の一例に従って、較正サンプルを内蔵した光ファイバプローブ１８００のプローブ先端の分解図を示している。一例によると、光ファイバプローブ１８００は、窓１０１、開口部１０３を有するレンズフィルタ１０２、開口部１０５を有するレンズ１０４、１つ以上の集光ファイバ１０７に関連付けられた集光ファイバフィルタ１０６であって、開口部１０８を有する集光ファイバフィルタ１０６、１つ以上の発光ファイバ１１０に関連付けられた発光ファイバフィルタ１０９、較正サンプル１８０２、較正フィルタ１８０４、較正ファイバ１８０６、及び発光ファイバ１１０と集光ファイバ１０７との間のプローブ先端に近接した光の移動を防ぐ針管１１１等のいくつかの構成要素を含んでもよい。一例によると、針管１１１の代わりにカーボンブラックを充填したエポキシが使用されてもよい。一例によると、構成要素には、プローブの前方又は上流に位置する遠位端、及びプローブの下流に位置する近位端が含まれる。一例によると、遠位端及び近位端は構成要素の界面を形成する。一例によると、遠位端及び近位端は光路に対して実質的に垂直に配置されてもよい。一例によると、レンズフィルタ１０２、レンズ１０４、及び集光ファイバフィルタ１０６はドーナツ状の構成要素であってもよい。一例によると、発光ファイバフィルタ１０９及び発光ファイバ１１０は、光ファイバプローブ１８００を組み立てる際に、ドーナツ状の構成要素内の対応する開口部に挿入されるか、又はその中を通されてもよい。
【0115】
一例によると、光ファイバプローブ１８００は、１つ以上の集光ファイバが較正ファイバ１８０６として予約され得るようないくつかの集光ファイバ１０７を含む。一例によると、較正フィルタ１８０４が較正ファイバ１８０６と較正サンプル１８０２との間に配置されてもよい。一例によると、較正サンプル１８０２は、Ｔｙｌｅｎｏｌ（登録商標）、ＮＩＳＴガラス等を含んでもよい。
【0116】
本技術以前は、外部較正サンプル又は外部較正光源を使用してプローブ又は分光器較正を行っていた。外部較正は、無菌環境を必要とする医療用途では欠点がある。一例によると、光ファイバプローブ１８００は、プローブ先端の外部で較正を行うことに関連する欠点を排除する。一例によると、較正ファイバ１８０６は、プローブ先端の内部で較正光を発するように構成されてもよい。一例によると、内部較正を行うことは、サンプル又は光源の外部較正を行うことと比較して、不均一な光源を簡素化、促進、及び排除する。さらに、内部較正光源は、無菌環境を必要とする医療環境で安全に使用され得る。一例によると、内部較正ファイバ１８０６は、医療環境で必要とされる密閉又は滅菌された較正光源を提供する。一例によると、較正サンプル１８０２は、ファイバの遠位端に配置されるように切断又は成形されてもよい。
【0117】
一例によると、光ファイバプローブ１８００は、ラマン励起に使用されるレーザ光を送達するために較正ファイバ１８０６を利用してもよい。一例によると、較正レーザ光はレーザスプリッタから取得されてもよく、内部較正サンプル１８０２と衝突又は相互作用してもよい。一例によると、レーザスプリッタを採用することで、測定及び較正の両方に同じレーザ光源を使用することが可能になる。一例によると、較正スペクトルの強度を高めるために、アルミニウムミラー等の反射材料がプローブ先端の近くに配置されてもよい。
【0118】
図１９は、技術の一例に従って、較正モジュール１９０２及び光ファイバプローブ１９０４に光学的に結合された分光器１９０１を含む代替的な較正システム１９００を示している。光ファイバプローブ１９０４は、例えば、本明細書に記載する光ファイバプローブを含んでもよい。一例によると、較正モジュール１９０２と光ファイバプローブ１９０４とを光学的に結合するためのカプラ１９０５が提供されてもよい。一例によると、励起レーザ光源１９０６が、スプリッタ又はダイバータ１９０７に誘導される励起レーザ光を生成する。一例によると、スプリッタ１９０７は、５０／５０の比率、６０／４０の比率等に従って励起レーザ光を分割してもよい。一例によると、スプリッタ１９０７は、較正モジュール１９０２に関連する較正発光ファイバ１９０８及び光ファイバプローブ１９０４に関連するプローブ発光ファイバ１９０９に光学的に結合されてもよい。一例によると、励起レーザ光が較正サンプル１９１０に衝突することにより、それは較正集光ファイバ１９１１によって捕捉され、かつカプラ１９０５を介してプローブ集光ファイバ１９１２に提供される較正信号を放出してもよい。一例によると、較正システム１９００は複数の較正サンプルを含んでもよく、複数の較正サンプルの中から選択するように構成されてもよい。一例によると、較正システム１９００は、所望の較正サンプルを提供するために回転する回転ホイールを含んでもよい。代替的に、較正システム１９００は、追加の較正サンプルに割り当てられた追加の較正モジュールを含んでもよい。この場合、較正システム１９００は、追加の較正モジュールをサポートするための追加のスプリッタ１９０７及びカプラ１９０５を含んでもよい。
【0119】
一例によると、プローブ集光ファイバ１９１２は、光ファイバプローブ１９０４に較正信号を誘導してもよく、ここで残りのプローブ集光ファイバ１９１４が較正信号を受け取り、それを分光器１９０１に誘導する。一例によると、較正システム１９００は、医療環境で使用される較正信号を提供する。別個の較正モジュール１９０２を使用することで、必要に応じて較正サンプル１９１０を異なる較正サンプルに変更できるという利点がある。別個の較正モジュール１９０２を使用するさらなる利点は、較正サンプル１９１０を光ファイバプローブ自体に組み込む必要がないことであり得る。
【0120】
別の例によると、較正された白色光源又は原子線源が、光ファイバプローブ１８００に関する較正ファイバ１８０６又は光ファイバプローブ１９０４に関するプローブ注入ファイバ１９１２の近位端に注入されてもよい。一例によると、白色光又は原子線源の既知の応答が較正目的に使用されてもよい。
【0121】
本技術は、最大数の集光ファイバを備えた最小直径の同心マルチリング光ファイババンドルを構築する方法を提供する。図２０は、最大数の集光ファイバを提供する同心円状の２つの（２）リング６０２，６０４の光ファイババンドルの一例を示している。第１の動作では、第１の又は内側のリング６０２は、０．０２１インチの外径（ＯＤ）ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）テフロン被覆ピン又はワイヤ２００２の周りに配置されたいくつかの３００ミクロン芯光ファイバ１０７を含んでもよい。第２の動作では、熱収縮管を使用して、光ファイバ１０７の第１のリング６０２をピン２００２の外径に対して堅くしっかりと保持してもよい。第３の動作では、光ファイバ１０７は、硬化時に光ファイバの第１のリング６０２を所定の位置に固定する薄いエポキシを使用して一緒に固定されてもよい。第４の動作では、エポキシが硬化した後で、熱収縮を除去し、３００ミクロンの芯ファイバ１０７の第２のリング６０４をファイバの内側リング６０２の周りに配置してもよい。第５の動作では、熱収縮管を使用して、光ファイバ１０７の第１のリング６０２に対して光ファイバ１０７を堅くしっかりと保持してもよい。第６の動作では、光ファイバ１０７は、硬化時に光ファイバ１０７の第２のリング６０４を所定の位置に固定する薄いエポキシを使用して一緒に固定されてもよい。第７の動作では、光ファイバ１０７の第１のリング６０２及び第２のリング６０４からＰＴＦＥピン２００２を取り外す。取り外されたＰＴＦＥピン２００２は、そこを通って発光ファイバ１１０を受け入れる開口部又は穴を後に残す。第８の動作では、第１のリング６０２及び第２のリング６０４を形成する光ファイバ１０７を光学品質の仕上げまで研磨してもよい。別の動作では、発光ファイバ１１０を研磨し、第１のリング６０２及び第２のリング６０４の中心バンドルにおける穴に挿入してもよい。別の動作では、ファイバ集光フィルタ１０６を研磨した光ファイバ１０７の第１のリング６０２及び第２のリング６０４の上に配置し、透明な光エポキシで固定してもよい。
【0122】
技術の特定の形態が例示されているが、本明細書に記載及び例示されている特定の形態又は配置に限定されないことを理解すべきである。当業者には、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更を加え得ることは明らかであり、本発明は、明細書及びここに含まれる図面又は図表に示されているものに限定されないと考えるべきである。
【0123】
一例によると、本明細書に記載された説明は、任意の光学プローブに使用されてもよい。追加的に、本明細書に記載された例示は医療分野に関するものであるが、当業者であれば、本技術が化学分析を採用する任意の分野又は用途でも使用され得ることを容易に理解するであろう。例示は、特定された複数の動作及びそれらの関係の実装を示す機能的構成要素を用いて上記に記載されている。これらの機能的構成要素の境界は、説明の便宜上、本明細書で任意に定義されている。特定された複数の機能及びそれらの関係が適切に実行される限り、代替的な境界を定義することもできる。上記は本技術の例示を説明及び記載しているが、本技術は本明細書に開示された構成に限定されないことを理解すべきである。本技術は、その精神から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化されてもよい。したがって、添付された請求項は、本明細書に記載された特定の例示に限定されない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【図20】
【国際調査報告】