特表 2023-537181 光ファイバに光を導くこと

(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】2023-08-31

(54)【発明の名称】光ファイバに光を導くこと

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/26 20060101AFI20230824BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20230824BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20230824BHJP

【ＦＩ】

G02B6/26

G02B6/02 461

G02B6/32

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022574523

(86)(22)【出願日】2021-06-02

(85)【翻訳文提出日】2023-01-27

(86)【国際出願番号】 US2021035519

(87)【国際公開番号】W WO2021247754

(87)【国際公開日】2021-12-09

(31)【優先権主張番号】63/034,277

(32)【優先日】2020-06-03

(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】510253996

【氏名又は名称】インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ギフォード，ダウン ケイ．

(72)【発明者】

【氏名】フロガット，マーク イー．

(72)【発明者】

【氏名】サンボーン，エリック イー．

(72)【発明者】

【氏名】チルダーズ，ブルックス

【テーマコード（参考）】

2H137

2H250

【Ｆターム（参考）】

2H137AA08

2H137AB01

2H137BA16

2H137BA18

2H137BC12

2H137BC31

2H137BC49

2H137BC51

2H137BC52

2H137BC53

2H137CB01

2H137CB02

2H137CB28

2H137CB32

2H137CB33

2H137CB34

2H137CB36

2H250AC66

2H250AC94

2H250AC96

(57)【要約】

システムが光ファイバに光を導くことができる。イメージング光学系が、光ファイバの端部の像を形成することができる。作動可能な光学要素が、作動可能な光学要素に延び、さらに光ファイバの端部に延びる光路を規定するように構成されることができる。プロセッサが、像内の指定された特徴の像内の位置を決定することができる。プロセッサは、像内の指定された特徴の位置に基づいて、光路を光ファイバのコアに位置合わせするように、作動可能な光学要素を動作させることができる。光源が、光ファイバのコアに結合するように光路に沿って光ビームを導くことができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバに光を導くためのシステムであって、前記システムは：
光ファイバの端部の像を形成するように構成されたイメージング光学系と；
光路を規定するように構成された作動可能な光学要素であって、前記光路は、前記作動可能な光学要素に延び、さらに前記光ファイバの前記端部に延びる、作動可能な光学要素と；
プロセッサであって：
前記像内の指定された特徴の前記像内の位置を決定し、
前記像内の前記指定された特徴の前記位置に基づいて、前記光路を前記光ファイバのコアに位置合わせするように前記作動可能な光学要素を作動させる、
ように構成された、プロセッサと；
前記光ファイバの前記コアに結合するように前記光路に沿って光ビームを導くように構成された光源と；を有する、
システム。

【請求項2】

前記プロセッサは：
前記像内の前記指定された特徴の前記位置と前記像内の所定のターゲット位置との間のオフセットを決定すること；および
前記オフセットを減少させるように前記作動可能な光学要素を作動させること；
により、前記光路を前記コアに位置合わせするように前記作動可能な光学要素を作動させるように構成される、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記指定された特徴は、前記光ファイバの前記端部の周縁であり；
前記コアは、前記光ファイバの前記周縁に対して所定のコア位置に配置され；
前記プロセッサは：
前記所定のコア位置への前記光路の位置合わせを引き起こすことによって、
前記光路を前記コアに位置合わせするように前記作動可能な光学要素を作動させるように構成される、
請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

照明で前記光ファイバを照明するように構成された照明光源をさらに有し、前記照明は、前記光ビームの波長と異なる波長を有する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記照明の少なくとも一部は、第１の光を形成するように、前記光ファイバから反射または散乱するように構成され、前記イメージング光学系は：
第２の光を形成するように、前記第１の光の少なくとも一部をコリメートするように構成された対物要素と；
第３の光を形成するように、前記第２の光の少なくとも一部を前記光路から離れて導くように構成されたダイクロイックミラーと；
集束要素の焦点面に前記像を形成するように、前記第３の光を集束する集束要素と；

前記集束要素の前記焦点面に配置され、前記像を感知するように構成されたイメージングアレイと；
を有する、
請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記対物要素は、対物レンズを含み；
前記光路は前記対物レンズを通って延びる、
請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記対物要素は、放物線の部分を含む断面を有する対物ミラーを含む、
請求項５に記載のシステム。

【請求項8】

前記作動可能な光学要素は、旋回可能なミラーを含み；
前記プロセッサは
前記像内の前記指定された特徴の前記位置に基づいて前記光路をステアリングするために前記旋回可能なミラーを旋回させること；
によって、前記光ファイバの前記コアに前記光路を位置合わせするために、前記作動可能な光学要素を作動させるように構成され；
前記光路は、固定部分および可動部分を含み、前記固定部分は、前記光源と前記旋回可能なミラーとの間に延び、前記可動部分は、前記旋回可能なミラーと前記光ファイバの前記端部との間に延びる、
請求項６に記載のシステム。

【請求項9】

前記旋回可能なミラーを旋回させることが、前記光ファイバの前記端部における前記光路の角度の変化を生じさせることなく、前記光ファイバの前記端部における前記光路の横方向の並進を生じさせるように、前記旋回可能なミラーはテレセントリックとなるように前記光路内に配置される、
請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記光源はソース光ファイバを含み；
前記光路は、前記光ビームからの光の少なくとも一部が、前記光ファイバの長さから反射し、前記ソース光ファイバのコアに結合するように前記光路に沿って伝播するように構成されるように、前記ソース光ファイバの前記コアから前記作動可能な光学要素に延びることによって、前記作動可能な光学要素に延びる、
請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

第１の照明で前記光ファイバを照明するように構成された第１の照明光源であって、前記第１の照明は前記光ビームの波長と異なる第１の波長を有し、前記第１の照明の少なくとも一部は第１の光を形成するように前記光ファイバから反射または散乱するように構成される、第１の照明光源と；
第２の光を形成するよう前記第１の光の少なくとも一部をコリメートするように構成された対物要素と；
第２の照明で前記ソース光ファイバを照明するように構成された第２の照明光源であって、前記第２の照明は、前記第１の波長とは異なり且つ前記光ビームの波長とは異なる第２の波長を有し、前記第２の照明の少なくとも一部は、第３の光を形成するように前記ソース光ファイバから反射または散乱するように構成される、第２の照明光源と；
第４の光を形成するように前記第３の光の少なくとも一部をコリメートするように構成されたソース対物要素と；
第５の光を形成するように前記第２の光と前記第４の光を重ね合わせるように構成されたダイクロイックミラーおよびリフレクタと；
集束要素の焦点面に前記像を形成するように前記第５の光を集束する集束要素と；
前記集束要素の前記焦点面に配置され、前記像を感知するように構成されたイメージングアレイと；をさらに有する、
請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記光ファイバの前記端部に近接して焦点を形成するように前記光ビームを集束するように構成された集束要素と；
前記焦点と前記光ファイバの前記端部との間の長手方向の分離を検出するように構成された長手方向位置センサと；
前記長手方向の分離を減少させるように前記焦点を長手方向に位置決めするように構成された長手方向位置調整装置と；をさらに有する、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項13】

前記長手方向位置センサは、反射光を受けるように構成されたバイプリズムを含み、前記反射光は前記光ファイバの前記端部から反射され；
前記バイプリズムはさらに、前記像内の前記指定された特徴が前記像内の対応する複製特徴を有するように、前記反射光の反対側の半分の間にくさび角を与えるように構成され；
前記プロセッサはさらに、前記指定された特徴と前記対応する複製特徴との間の間隔に少なくとも部分的に基づいて、前記焦点と前記光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離を決定するように構成される、
請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記長手方向位置センサは、反射光を受けるように構成されたスプリットフィールドダイクロイックフィルタを含み、前記反射光は前記光ファイバの前記端部から反射され、複数の波長を有し、前記スプリットフィールドダイクロイックフィルタは、前記像内の前記指定された特徴が異なる波長の前記像内で対応する重複特徴を有するように構成され；
前記プロセッサはさらに、前記指定された特徴と前記対応する複製特徴との間の間隔に少なくとも部分的に基づいて、前記焦点と前記光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離を決定するように構成される、
請求項１２に記載のシステム。

【請求項15】

前記長手方向位置センサは、反射光を受けるように構成された色収差レンズを含み、前記反射光は、前記光ファイバの前記端部から反射され、複数の波長を有し、前記色収差レンズは、前記像内の前記指定された特徴が異なる波長の前記像内で対応する重複特徴を有するように構成され；
前記プロセッサはさらに、少なくとも部分的に、前記像内の前記指定された特徴のサイズおよび前記像内の前記対応する複製特徴のサイズから、前記焦点と前記光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離を決定するように構成される、
請求項１２に記載のシステム。

【請求項16】

前記長手方向位置調整装置は、前記光路に配置された可変焦点レンズを含み；
前記プロセッサはさらに、前記焦点と前記光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離に基づいて、前記光ファイバの前記端部に前記焦点を位置決めするように前記光ビームのコリメーションを可変焦点レンズに調整させるように構成される、
請求項１２に記載のシステム。

【請求項17】

前記長手方向位置調整装置は、前記光路を前記光ファイバの前記端部に導くように構成された作動可能な対物レンズを含み；
前記プロセッサはさらに、前記焦点と前記光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離に基づいて、前記光ファイバの前記端部に前記焦点を位置決めするように前記作動可能な対物レンズを移動させるように構成される、
請求項１２に記載のシステム。

【請求項18】

前記光ファイバはマルチコア光ファイバであり；
前記光ファイバの前記コアは、前記マルチコア光ファイバの複数のコアのうちの第１のコアであり；
前記光路は、前記作動可能な光学要素によって規定される複数の光路のうちの第１の光路であり、前記複数の光路の各光路は、前記作動可能な光学要素に延び、さらに前記マルチコア光ファイバの前記端部に延び；
前記プロセッサは：
前記複数の光路を前記マルチコア光ファイバの前記複数のコアに同時に位置合わせするように前記作動可能な光学要素を作動させること；
によって、前記光路を前記コアに位置合わせするように、前記作動可能な光学要素を作動させるように構成され；
前記光源は、複数の光源のうちの第１の光源であり、前記複数の光源の各光源は、前記マルチコア光ファイバの前記複数のコアの対応するコアに結合するように、対応する光ビームを前記複数の光路の対応する光路に沿って導くように構成される。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項19】

前記複数の光源の各光源は、ソースマルチコアファイバのソースコアを含む、
請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記イメージング光学系はイメージングアレイが含み；
前記イメージング光学系は、前記イメージングアレイ上に前記光ファイバの前記端部の前記像を形成するように構成され；
前記イメージング光学系はさらに、前記イメージングアレイ上に前記ソースマルチコアファイバの端部の前記像を形成するように構成される、
請求項１９に記載のシステム。

【請求項21】

前記複数の光源の各光源は、複数のシングルコアファイバのうちの１つのシングルコアファイバを含み；
前記システムはさらに、前記複数の光路に拡大を与えるように構成された拡大光学系を含み、前記拡大は、前記マルチコア光ファイバの前記複数のコアの隣接するコア間の間隔と前記複数のシングルコアファイバの隣接するコア間の間隔との比に等しい、
請求項１８に記載のシステム。

【請求項22】

光ファイバに光を導くようにシステムを動作させる方法であって、前記システムは、イメージング光学系、プロセッサ、および作動可能な光学要素を有し、前記作動可能な光学要素は光路を規定し、前記光路は、前記作動可能な光学要素に延び、さらに前記光ファイバの端部に延び、前記方法は：
前記光ファイバの端部の像を前記イメージング光学系を用いて生成することと；
前記像内の指定された特徴の前記像内の位置を前記プロセッサを用いて決定することと；
前記像内の前記指定された特徴の前記位置に基づいて前記光路を前記光ファイバのコアに位置合わせするように、前記プロセッサを用いて前記作動可能な光学要素を作動させることと；
前記光ファイバの前記コアに結合するように前記光路に沿って光ビームを導くことと；を含む、
方法。

【請求項23】

前記像内の前記指定された特徴の前記位置と前記像内の所定のターゲット位置との間のオフセットを、前記プロセッサを用いて、決定することと；
前記プロセッサを用いて、前記オフセットが減少するように前記作動可能な光学要素を作動させることと；をさらに含む、
請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記指定された特徴は、前記光ファイバの前記端部の周縁であり；
前記コアは、前記光ファイバの前記周縁に対して所定のコア位置に配置され；
前記方法はさらに、前記所定のコア位置への前記光路の位置合わせを引き起こすことによって、前記光路を前記コアに位置合わせするように前記作動可能な光学要素を前記プロセッサを用いて作動させることを含む、
請求項２２に記載の方法。

【請求項25】

前記光ビームの波長とは異なる波長を有する照明で前記光ファイバを照明することをさらに含む、
請求項２２に記載の方法。

【請求項26】

第１の光を形成するように前記光ファイバからの前記照明の少なくとも一部を反射または散乱させることと；
前記イメージング光学系の対物要素を用いて、第２の光を形成するように前記第１の光の少なくとも一部をコリメートすることと；
前記イメージング光学系のダイクロイックミラーを用いて、第３の光を形成するように前記第２の光の少なくとも一部を前記光路から離れて導くことと；
前記イメージング光学系の集束要素を用いて、前記集束要素の焦点面に前記像を形成するように前記第３の光を集束することと；
前記集束要素の前記焦点面に配置されたイメージングアレイを用いて、前記像を感知することと；をさらに含む、
請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

長手方向位置センサによって、焦点と前記光ファイバの前記端部との間の長手方向の分離を検出することと；
前記長手方向の分離を減らすように、長手方向位置調整装置を用いて、前記焦点を調節することと；をさらに含む、
請求項２２乃至２６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項28】

前記長手方向位置調整装置はさらに、前記像内に複製特徴を作成するように構成され、前記方法は、さらに：
前記プロセッサによって、前記指定された特徴と前記複製特徴の間の間隔またはサイズの違いに少なくとも部分的に基づいて、前記焦点と前記光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離を決定することを含む、
請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

前記長手方向位置調整装置は、前記光路内に配置された可変焦点レンズを含み、前記方法は、さらに：
前記プロセッサによって、前記焦点と前記光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離に基づいて、前記光ファイバの前記端部に前記焦点を位置決めするように、前記可変焦点レンズに前記光ビームのコリメーションを調整させることを含む、
請求項２７に記載の方法。

【請求項30】

前記長手方向位置調整装置は、前記光路を前記光ファイバの前記端部に導くように構成された作動可能な対物レンズを含み、前記方法はさらに：
前記プロセッサによって、前記焦点と前記光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離に基づいて、前記光ファイバの前記端部に前記焦点を位置決めするように前記作動可能な対物レンズを移動させることを含む、
請求項２７に記載の方法。

【請求項31】

コアを含む光ファイバに光を導くシステムを動作させる方法であって、前記システム、イメージング光学系、第１の作動可能な光学要素、および第２の作動可能な光学要素を含有し、前記方法は：
前記イメージング光学系を用いて、前記光ファイバの端部の第１の像を生成することと；
前記第１の像から、前記光ファイバの前記端部上の前記コアの２次元の横方向の位置を決定することと；
前記２次元の横方向の位置に基づいて、光路を前記コアに横方向に位置合わせするように前記第１の作動可能な光学要素を作動させることと；
前記イメージング光学系を用いて、前記光ファイバの前記端部の第２の像を生成することと；
前記第２の像から、前記光ファイバの前記端部上の前記コアの長手方向位置を決定することと；
前記長手方向位置に基づいて、前記光ファイバの前記端部で前記光路を焦点に合わせるように前記第２の作動可能な光学要素を作動させることと；を含む、
方法。

【請求項32】

前記第１の作動可能な光学要素は、旋回可能なミラーを含み、前記方法はさらに：
前記光ファイバの前記コアに結合するように前記光路に沿って光ビームを導くことと；
繰り返し：
前記旋回可能なミラーの角度位置を２次元で振動させ、
前記コアから反射される光の量を感知し、
前記コアから反射される光の量を増加させるように前記旋回可能なミラーの前記角度位置を調整することと；を含む、
請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

光ファイバに光を導くシステムのプロセッサによって実行されるとき、前記プロセッサに動作を実行させる命令を格納するコンピュータ可読媒体であって、前記システムは、作動可能な光学要素であって、前記作動可能な光学要素に延び、さらに前記光ファイバの端部に延びる光路を規定する作動可能な光学要素を有し、前記動作は：
イメージング光学系で、前記光ファイバの端部の像を生成することと；
前記像から、前記像内の指定された特徴の前記像内の位置を決定することと；
前記像内の前記指定された特徴の前記位置に基づいて、前記光路を前記光ファイバのコアに位置合わせするように前記作動可能な光学要素を作動させることと；
前記光ファイバの前記コアに結合するように前記光路に沿って光ビームを導くことと；を含む、
コンピュータ可読媒体。

【請求項34】

光ファイバに光を導くシステムのプロセッサによって実行されるとき、前記プロセッサに請求項２２乃至３２のいずれか１項に記載の方法を実行させる命令を格納するコンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、参照によりその全体が組み込まれる2020年6月3日出願の米国仮出願番号63/034,277の利益を主張する。

【0002】

本開示は、光ファイバに光を導く（direct）ことができる光学システムに関する。

【背景技術】

【0003】

光学システムは、シングルモードファイバなどの光ファイバを使用することがある。シングルモードファイバのコアに対する光ビームのずれは、コアへのビームの結合効率を低下させ、光学システムの損失を増大させることがある。

【発明の概要】

【0004】

一例として、システムは光ファイバに光を導くことができる。このシステムは、イメージング光学系（imaging optics）、作動可能な（actuatable）光学要素（optical element）、プロセッサ、および光源を有する。イメージング光学系は、光ファイバの端部の像（image）を形成するように構成される。作動可能な光学要素は、作動可能な光学要素に延び、さらに光ファイバの端部に延びる光路を規定するように構成される。プロセッサは、像内の指定された特徴の像内の位置を決定するように構成される。プロセッサはさらに、像内の指定された特徴の位置に基づいて、光路を光ファイバのコアに位置合わせする（align）ように作動可能な光学要素を作動させるように構成される。光源は、光ファイバのコアに結合するように光路に沿って光ビームを導くように構成される。

【0005】

別の例では、方法は、光ファイバに光を導くようにシステムを動作させるためのものである。このシステムは、イメージング光学系、プロセッサ、および作動可能な光学要素を有する。作動可能な光学要素は光路を定め、その光路は作動可能な光学要素まで延び、さらに光ファイバの端部まで延びる。この方法は：イメージング光学系を用いて、光ファイバの端部の像を生成すること；プロセッサを用いて、像内の指定された特徴の像内の位置を決定すること；プロセッサを用いて、像内の指定された特徴の位置に基づいて、光路を光ファイバのコアに位置合わせするように作動可能な光学要素を作動させること；光ファイバのコアに結合する（couple）ように光路に沿って光ビームを導くこと；を含む。

【0006】

別の例では、コンピュータ可読媒体が、光ファイバに光を導くシステムのプロセッサによって実行されるとき、プロセッサに上記またはこの説明の他の場所で説明されている方法などの動作を実行させることができる命令を格納する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】光ファイバに光を導くシステムを含む装置の一例の概略図を示す。

【0008】

【図2】図１のシステムでの使用に適した、ファイババンドルとして構成された光源の一例の端面図を示す。

【0009】

【図3】図１のシステムの一部の一例の平面図を示しており、ここでは、対物要素が対物ミラーとして構成される。

【0010】

【図4】図１のシステムでの使用に適した長手方向位置センサ要素の一例の平面図を示す。

【0011】

【図5】図１のシステムでの使用に適した長手方向位置センサ要素の別の例の上面図を示す。

【0012】

【図6】図１のシステムでの使用に適した長手方向位置センサ要素の別の一例の上面図を示す。

【0013】

【図7】図１のシステムにおける長手方向位置調整装置要素の平面図を示す。

【0014】

【図8】図１のシステムでの使用に適した長手方向位置調整装置要素の一例の平面図を示す。

【0015】

【図9】光ファイバに光を導くようにシステムを動作させる方法の一例のフローチャートを示す。

【0016】

【図10】光ファイバに光を導くようにシステムを動作させる別の方法の一例のフローチャートを示す。

【0017】

対応する参照文字は、複数の図にわたって対応する部分を示す。図面内の要素は、必ずしもスケールに合わせて描画されるとは限らない。図面に示された構成は単なる例であり、いかなる方法においても本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

【発明を実施するための形態】

【0018】

一例では、システムは光ファイバに光を導くことができる。イメージング光学系が、光ファイバの端部の像を形成することができる。作動可能な光学要素は、作動可能な光学要素に延び、さらに光ファイバの端部に延びる光路を規定することができる。プロセッサが、像内の指定された特徴（specified feature）の像内の位置を決定することができる。プロセッサは、像内の指定された特徴の位置に基づいて、光路を光ファイバのコアに合わせるように、作動可能な光学要素を動作させることができる。光源が、光ファイバのコアに結合させるように光路に沿って光ビームを案内することができる。

【0019】

システムは、光ファイバの端部の像内の特徴を識別し、その後、光ファイバのコアに光路をアクティブに位置合わせするためにその特徴の位置を使用することができる。アクティブなアライメント（alignment（位置合わせ））により、システムは、光ファイバのコアに対する光ビームのアライメントの堅牢性を向上させることができる。アライメントの向上した堅牢性は、製造公差、機械的ホルダーの取り付けにおける非理想性などによるなどの、光ファイバの物理的なミスアライメント（misalignment（位置ずれ））によるミスアライメントを補償するのに役立つことができる。その結果、システムは、この技術を利用しない他の同一システムと比較して、光ファイバのコアへのビームのより高い結合効率を達成することができる。

【0020】

さらに、さまざまな例では、アクティブなアライメントをシステムの使用ごとに１または複数回実行することができる。アクティブなアライメントは、システムの使用前および／または使用中に実行することができる。具体的な例として、動作中に１または複数回実行されるアクティブなアライメントは、光学システムが動作している間にアライメントを改善または維持するのに役立つことができる。たとえば、動作中、光学システムは、移動、温度変化、物理的な衝撃もしくは振動（気流によって引き起こされるなど）、および／またはアライメントに影響を与えるその他の環境または物理的な変化を受けることがある。システムは、ミスアライメントの決定に応じて定期的に、またはリアルタイムで環境若しくは物理的変化を補償することができ、光学システムが使用している間に十分に高い結合を向上または維持するのに役立つことができる。用語「十分に高い」は、システムが設計されているパフォーマンスレベル（例えば、解像度、精度、電力消費などについて）でシステムを機能させることができる十分な結合を示すために本明細書では使用される。

【0021】

さらに、このシステムは、光ファイバの端部に直接接触することなく、十分に高い結合効率を達成するのに役立つことができる。このシステムは、光ファイバへの光路の非接触アラインメントが使用するため、システムは、光ファイバの端部の汚れ、物理的な摩耗などを減らすのに役立つことができる。

【0022】

以下に示すシステムからの１つ以上の特徴を組み込むことができる光学システムの一例は、光ファイバベースのひずみ、温度、または形状センシングシステムである。具体的な例として、光学システムは、光をマルチコア光ファイバに結合させ、要素の空間内の３次元位置をリアルタイムまたはほぼリアルタイムで感知する。別の具体例として、光システムは、光をマルチコア光ファイバに結合し、光ファイバの３次元形状をリアルタイムまたはほぼリアルタイムで感知する。

【0023】

さらに、光学システムの例は、医療システムまたは非医療システムを含むことができる。医療システムの例は、手術システムを含む診断や治療に使用されるものを含むことができる。医療システムの例では、以下に説明するシステムは、１つ以上の医療処置の過程でセンシング光ファイバに入る光の十分高い結合効率（または複数の結合効率）を確立および／または維持するのに役立つように、１つまたは複数の光源とセンシング光ファイバの１つまたは複数のコアとの間の光路に配置されることができる。これは、以下で詳しく説明するシステムの使用例の１つにすぎない。他の使用も可能である。

【0024】

図１は、光ファイバに光を導くシステム１００を含む装置１の一例の概略図を示す。システム１００は、光ファイバの端部の像内の特徴を識別し、次いで光路を光ファイバのコアに能動的に位置合わせするためにその特徴の位置を使用することができるため、システムは、光ファイバのコアへの光ビームの相対的に堅牢なアライメントを達成することができる。

【0025】

コントローラ１０は、様々な光学および電子コンポーネントを含むことができる。医療用途では、コントローラ１０は複数の処置に使用および再利用できる１つの主要な機器として構成できる。光ファイバの３次元の向きまたは形状を感知することなどの形状感知に向けた用途のために、コントローラ１０は、インタロゲータ（interrogator）１２を含むことができる。インタロゲータ１２は、光をファイバに導き、ファイバから戻ってくる光を分析することができる。インタロゲータ１２は、光ファイバの３次元位置を決定するために、光周波数領域反射率測定法（ＯＦＤＲ）のような技術を使用することができる。

【0026】

いくつかの例では、機器の一部が、交換可能な要素として構成されることができ、この要素は、処置の一部またはいくつかの処置のために使用されることができる、または、１つまたは複数の処置全体に使用され、その後破棄されることができる。交換可能な要素は、カテーテル１４を含むことができ、このカテーテルは、カテーテル１４の長さの少なくとも一部に沿って延びるセンシング光ファイバ１６を含むことができる。医療の例では、カテーテル１４およびセンシング光ファイバ１６は、使用前に清潔な環境で、または臨床的に必要な場合は滅菌環境で維持または再処理することができる。

【0027】

以下に詳述するシステム１００は、光ファイバ１６をコントローラ１０に光学的に接続するためにアクティブアライメントを使用することができる。光学的に接続されているとき、インタロゲータ１２は、（システム１００を通して）光をセンシング光ファイバ１６に導き、（これもまたシステム１００も通して）センシング光ファイバ１６の長さに沿った場所から反射された光を受信し、センシング光ファイバ１６のひずみ、温度、またはその他の物理情報を決定するために（ＯＦＤＲによってなど）反射光を分析することができる。形状センシングアプリケーションの場合、インタロゲータ１２は、センシング光ファイバ１６の３次元位置または形状を決定するように構成される。わかりやすくするために、以下の説明では、センシング光ファイバ１６を光ファイバ１０８と呼ぶことにする。光ファイバ１０８は、センシング光ファイバ１６を含み得る、または、オプションで、センシング光ファイバ１６の近位端部に結合されたファイバの別個の部分を含むことができることが理解される。以下の光ファイバ１０８への参照は、これらのケースの１つまたは両方を含むことができる。

【0028】

コントローラ１０は、システム１００への入力として光を提供できるマルチコアファイバまたは複数のシングルモードファイバなどのファイバ接続部（fiber connection）１８を含むことができる。複数のシングルモードファイバは、この文書ではシングルモードファイバのバンドルまたはファイババンドルと呼ぶこともできるが、複数のシングルモードファイバが、バンドルに、リニアアレイに配置等されてもよい。システム１００は、センシング光ファイバ１６に結合するようにシステム１００内の様々な要素を通ってファイバ接続部１８によって提供される光を導くことができる。センシング光ファイバ１６の長さに沿った場所から反射された光は、システム１００に戻ることができ、システム１００内のさまざまな要素を介して伝播することができ、ファイバ接続部１８を介して伝播することができ、コントローラ１０内のインタロゲータ１２によって処理されることができる。システム１００は、様々な要素を通して光の一部を１つまたは複数の検出器に導くことができる。検出器は１つまたは複数の制御信号を生成することができる。システム１００は、光ファイバ１０８に入る光の結合効率を向上させるために、１つまたは複数の制御信号を使用してシステム内の１つまたは複数の作動可能な要素を制御することができる。

【0029】

コントローラ１０は電気接続部２０を含むことができ、この電気接続部は、システム１００に電力を供給することができる。コントローラ１０内にまたはシステム１００内に配置されることができるプロセッサ１１４は、システム１００内の１つまたは複数の検出器から制御信号を受信し、結合効率を改善するためにシステム１００内の１つまたは複数の作動可能な要素を駆動することができる。

【0030】

動作中、システム１００内のイメージング光学系は、光ファイバ１０８の端部１０６の像１０４を形成することができる。旋回可能なミラー（pivotable mirror）などの作動可能な光学要素１１０は、作動可能な光学要素１１０に延び、光ファイバ１０８が存在する場合は光ファイバ１０８の端部１０６にさらに延びる光路１１２を規定することができる。プロセッサ１１４は、像１０４内の、光ファイバ１０８の端部１０６の周縁（circumferential edge）など、指定された特徴の像１０４内の位置を決定することができる。プロセッサ１１４はシステム１００と一緒に配置されているように示されているが、プロセッサ１１４は代替的にコントローラ１０と一緒に配置することができることが理解される。プロセッサ１１４は、像１０４内の指定された特徴の位置に基づいて、作動可能な光学要素１１０を、光路１１２を光ファイバ１０８のコア１１６に位置合わせするように作動させることができる。

【0031】

光路１１２は、光ファイバ接続部１８と光ファイバ１０８との間の光学要素から光学要素に延びる幾何学的構造（geometrical construct）である。具体的には、光路の一方の端は光ファイバ接続部１８にあり、もう一方の端は光ファイバ１０８が存在する場合は光ファイバ１０８にある。光路１１２は、システム１００の動作中に光学コンポーネントによって曲げられる、並進される、回転される、またはその他の方法で位置合わせされることができる。システム１００の動作中、光ビーム１２０は、光路１１２に沿って光学要素から光学要素へと伝搬するように導かれ、その結果光ビーム１２０は光路１１２に従う。光ビーム１２０が存在する場合および光ビーム１２０が存在しない場合の両方で、光路１１２をリダイレクトできることを明確にすることは有益である。光ファイバ１０８が複数のコアを含む構成の場合、システム１００は、光ファイバ１０８のそれぞれのコアに向かって伝播する複数の光路１１２を含むことができる。

【0032】

光源１１８が、光ファイバ１０８のコア１１６に結合するように光路１１２に沿って光ビーム１２０を導くことができる。いくつかの例では、コントローラ１０は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードなどの１つまたは複数の光発生要素と、光発生要素からの光をファイバ接続部１８内の１つまたは複数のファイバの１つまたは複数のコアに導くことができるレンズなどの１つまたは複数の光結合要素とを含むことができる。図１の構成では、光源１１８は、ファイバ接続部１８の遠位端、またはファイバ接続部１８の遠位端に結合された、ある長さのファイバを含むことができる。わかりやすくするために、ファイバ接続部１８のファイバは、次の説明ではソース光ファイバ１３８と呼ばれる。ソース光ファイバ１３８は、ファイバ接続部１８と同じであり得る、または、オプションで、ファイバ接続部１８の遠位端に結合されたファイバの別個の部分を含むことができることが理解される。

【0033】

光ファイバ１０８がシングルコア１１６を含む例では、ソース光ファイバ１３８は単一のコア１４０を含むことができる。光ファイバ１０８が複数のコア１１６を含む例では、ソース光ファイバ１３８も複数のコア１４０を含むことができる。マルチコア１４０は、光ファイバ１０８のマルチコアのパターンに似たパターンで配置することができる。具体的な例として、ソース光ファイバ１３８および光ファイバ１０８は各々、ファイバの周縁の中心を囲む六角形パターンに配置された６つのコアを含むことができる。動作中、システム１００は、ソース光ファイバ１３８の複数のコア１４０からの光を、光ファイバ１０８の複数のコアに同時に導くことができる。

【0034】

光ファイバ１０８が複数のコア１１６を含む例では、ファイバ接続部１８のマルチコアファイバの複数のコアから光を受信することの代替が、ファイババンドル内のファイバまたはファイバのリニアアレイなど、複数のシングルコアファイバのコアから光を受信することである。いくつかの例では、光ファイバ１０８はマルチコア光ファイバであることができる。光ファイバ１０８のコア１１６は、マルチコア光ファイバの複数のコアの第１コアであることができる。光路１１２は、作動可能な光学要素１１０によって定められる複数の光路のうち、第１の光路であることができる。複数の光路の各光路は、作動可能な光学要素１１０に延び、さらにマルチコア光ファイバの端部１０６に延びることができる。プロセッサ１１４は、複数の光路をマルチコア光ファイバの複数のコアに同時に位置合わせするように作動可能な光学要素１１０を作動させることにより、光路１１２をコア１１６に位置合わせするように作動可能な光学要素１１０を作動させることができる。光源１１８は、複数の光源のうちの第１の光源であることができる。複数の光源の各光源は、マルチコア光ファイバの複数のコアの対応するコアに結合するように複数の光路の対応する光路に沿って対応する光ビームを導くことができる。

【0035】

図２は、図１のシステム１００での使用に適した、ファイババンドル２００として構成された光源１１８の例の端面図を示している。ファイババンドル２００は、複数のシングルモードファイバ２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、および２１２を含む。複数のこれらのシングルモードファイバは、それぞれ対応するコア２１６、２１８、２２０、２２２、２２４、および２２６を含む。複数のシングルモードファイバは、コア２２８を有する中央ファイバ２１４を囲む。この例では、複数のシングルモードファイバ２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、および２１２は、中央のファイバ２１４を囲む正六角形のパターンで配置されている。ファイババンドル２００は、同様の形状の六角形パターンに配置された複数のコアを有する光ファイバ１０８の光源１１８として使用するのに適している。図２のファイババンドル２００は、ファイババンドルの一例に過ぎず；他のファイバの配置も可能である。システム１００はさらに、複数の光路に拡大を与えることができる拡大光学系を含むことができる。拡大は、マルチコア光ファイバの複数のコアの隣接するコア間の間隔と複数のシングルコア光ファイバの隣接するコア間の間隔との比に、１％、５％、１０％、２０％などの公差内で等しいまたは実質的に等しいことができる。拡大光学系は、光ビーム１２０を形成するために光源１１８から出てくる光をコリメートすることができるソース対物要素１４８（後述）と、光ファイバ１０８に結合するために光ビーム１２０を集束することができる対物要素１２２（後述）とを含むことができる。ソース対物要素１４８と対物要素１２２の焦点距離の比は、光源１１８の複数のシングルコアファイバの隣接するコア間の間隔に対する光ファイバ１０８のマルチコア光ファイバの複数のコアの隣接するコア間の間隔の比と等しいか、または実質的に等しいように選択されることができる。

【0036】

図１に戻ると、いくつかの例では、プロセッサ１１４は、少なくとも次の２つの動作を使用することによって、光路１１２をコア１１６に位置合わせするように作動可能な光学要素１１０を作動させることができる。第１に、プロセッサ１１４は、像１０４内の指定された特徴の位置と、像１０４内の所定のターゲット位置との間のオフセットを決定することができる。第２に、プロセッサ１１４は、オフセットを減少させるように作動可能な光学要素１１０を作動させることができる。プロセッサ１１４は、オプションで、動作中にコア１１６への十分に高い結合効率を維持するのを助けるために、システム１００の動作中にこれらの２つの動作を繰り返すことができる。たとえば、プロセッサ１１４は、指定された特徴（光ファイバ１０８の円周の中心など）の像１０４内のピクセル位置（例えば、ｘとｙのような直交する位置座標のセット）を決定し、決定されたピクセル位置を、よく位置合わせされた光ファイバ１０８に対応する指定されたピクセル位置（例えば、ルックアップテーブルまたは他の適切なメモリに保存された値のセットなど）と比較し、指定されたピクセル位置と一致するように決定されたピクセル位置を移動させるために作動可能な光学要素１１０を作動させることができる。

【0037】

いくつかの例では、指定された特徴は、光ファイバ１０８の端部１０６の周縁の一部またはすべてを含むことができる。コア１１６は、光ファイバ１０８の周縁に対して、所定のコア位置に配置することができる。プロセッサ１１４は、所定のコア位置に光路１１２を位置合わせさせることにより、光路１１２をコア１１６に位置合わせするように作動可能な光学要素１１０を作動させることができる。例えば、光ファイバ１０８がシングルコアファイバである構成の場合、コア１１６は光ファイバ１０８の周縁の中央に配置することができる。光ファイバ１０８がマルチコアファイバ（例えば、単一のクラッドが互いに離間された複数のコアを囲んでいるファイバ）である構成の場合、コア１１６は、光ファイバ１０８の周縁に対して指定された位置に配置することができる。例えば、光ファイバ１０８は、４つのコアを含むことができ、中心コアは周縁の中央に位置し、３つのコアは中心コアを中心とする正三角形の角に位置する。別の例として、光ファイバ１０８は、光ファイバ１０８の周縁の中心を囲む六角形のパターンに配置された６個のコアを含むことができる（例えば、コアは、６０度、約６０度、または１度、２度、５度、または他の適切な値の公差内で６０度だけ方位角方向に離間して正六角形の角に配置することができる）。さらに別の例として、光ファイバ１０８は、周縁の中心に位置する中心コアと、中心コアを中心とする正六角形の角に位置する６個のコアとを備えた、７個のコアを含むことができる。その他の適切なマルチコア構成も使用できる。

【0038】

光ファイバ１０８が複数のコアを含む構成の場合、光ファイバ１０８の周囲は、部分的に平坦化された縁、ノッチ、突起、またはコアの方位角位置を機械的または光学的に示すことができるその他の特徴など、オプションの方位角位置特定特徴部（azimuthal locating feature）を含むことができる。たとえば、光ファイバ１０８は、光ファイバ１０８の長さに沿って延びるロッド（コアではない）を含むことができる。このようなロッドは、光ファイバ１０８の端部１０６の像１０４において明るいドット（例えば、点を囲む領域よりも明るい）または暗いドット（例えば、点を囲む領域よりも暗い）として表示される場合がある。いくつかの例では、方位角位置特定特徴部は、接続要素の機械的特徴であることができる。例えば、光ファイバ１０８は、フェルール（ferrule）および標準の光コネクタに保持されることができる。コネクタが製造されると、光ファイバ１０８の特定のコアが照射されて、特定のコアを標準の光コネクタのキーに位置合わせすることができる。

【0039】

光ファイバ１０８の端部１０６の周縁に加えてまたはその代わりに、他の指定された特徴を使用することもできる。たとえば、この特徴は、像１０４内の光ファイバ１０８のコア１１６の外観を含むことができる。照明構成によっては、コア１１６は像１０４内の暗いスポット（dark spot）として現れることがあり、これは、コア１１６を囲む領域よりもより（たとえば、強度または輝度が）暗く現れることがある。他の照明構成では、コア１１６は、像１０４内の明るいしスポット（bright spot）として現れることがあり、これはコア１１６を囲む領域よりも明るく（例えば、より強い強度や明るさで）現れることがある。画像内の明るいスポットおよび／または暗いスポットから直接コア１１６を識別することは、複数のコアを持つマルチコアファイバでも使用することができる。

【0040】

システム１００は、オプションで照明光源１３０をさらに含むことができる。照明光源１３０は、光ファイバ１０８を照明（illumination）１３２で照らすことができる。照明１３２は、光ビーム１２０の波長とは異なる波長を有することができる。具体的な例として、光の波長は１５５０ｎｍ、照明１３２の波長は４００ｎｍから７００ｎｍの間などの可視スペクトルにあることができる。他の波長の値も使用することができる。

【0041】

照明光源１３０を含む構成の場合、照明１３２の少なくとも一部は、第１の光を形成するように光ファイバ１０８から反射または散乱することができる。いくつかの例では、光ファイバ１０８の端部１０６で反射する照明１３２が第１の光を生成することができる。いくつかの例では、光ファイバ１０８の側部（side）に入り、光ファイバ１０８の端部１０６を出る照明が第１の光を形成することができる。

【0042】

対物要素１２２は、第２の光を形成するように第１の光の少なくとも一部をコリメートする（collimate）ことができる。図１の構成などの、いくつかの例では、対物要素１２２は対物レンズを含むことができる。光路１１２は対物レンズを通って延びることができる。代替として、対物要素１２２は対物ミラーを含むことができる。図３は、図１のシステム１００の一部の例の平面図を示しており、ここでは、対物要素１２２は対物ミラー３０２として構成されている。対物ミラー３０２は、放物線の部分を含む断面を有することができる。複数のミラー、複数のレンズ、または少なくとも１つのミラーと少なくとも１つのレンズの組み合わせを含む、対物要素１２２の他の構成も可能である。同様に、集束要素（focusing element）１２６は、集束レンズまたは集束ミラーの少なくとも１つを含むことができる。

【0043】

図１に戻ると、ダイクロイックミラー１２４が、第３の光を形成するために第２の光の少なくとも一部を光路１１２から離れて導くことができる。例えば、ダイクロイックミラー１２４は、１５５０ｎｍを含む透過帯域の光を透過することができる。ダイクロイックミラー１２４は、可視スペクトルなど、照明１３２の波長を含む反射バンドで光を反射することができる。これは１つの数値例に過ぎない；他の波長および波長範囲を使用することもできる。

【0044】

図１の構成では、ダイクロイックミラー１２４は、比較的長い波長（オプションで１５５０ｎｍなどの電磁スペクトルの赤外線部分の、形状センシングを実行するために使用されるものなど）を透過することができ、比較的短い波長（オプションで４００ｎｍから７００ｎｍの間のような電磁スペクトルの可視部分の、イメージング機能を実行するために使用されるものなど）を反射するロングパスダイクロイックミラーである。代替的には、ダイクロイックミラー１２４は、比較的短い波長（イメージング機能を実行するために使用されるものなど）を透過し、比較的長い波長（形状センシングを実行するために使用されるものなど）を反射することができる、ショートパスダイクロイックミラーであることができる。ロングパスフィルタをショートパスダイクロイックミラーに置き換えることは、光路１１２が図１に現在示されているようにダイクロイックミラー１２４を透過するのではなく、ダイクロイックミラー１２４で反射するように、透過アームと反射アームを交換することを伴う。

【0045】

集束要素１２６は、集束要素１２６の焦点面に像１０４を形成するように第３の光を集束することができる。イメージングアレイ１２８が、集束要素１２６の焦点面に配置されることができ、像１０４を感知することができる。いくつかの例では、イメージング光学系は、対物要素１２２、ダイクロイックミラー１２４、集束要素１２６、およびイメージングアレイ１２８を含むことができる。プロセッサ１１４は、イメージングアレイ１２８から、像１０４に対応するアナログおよび／またはデジタル信号を受信することができる。その他の適切な構成を使用することもできる。

【0046】

図１の例では、作動可能な光学要素１１０は、旋回可能なミラーとして構成される。旋回可能なミラーは、２次元で旋回する（pivot）ことができる１つのミラー、各々が１次元で旋回することができる２つの分離ミラー、各々が１次元または２次元で旋回することができる複数のミラー、およびその他の適切な構成を含むことができる。図１の構成では、旋回可能なミラーは、旋回点（pivot point）周りに旋回することができる反射ミラーと、旋回点周りに反射ミラーを旋回させることができるリニアアクチュエータ１３６を含むことができる。旋回可能なミラーは、図１では１次元のみで旋回するように示されているが、一対のリニアアクチュエータ１３６を使用して、旋回可能なミラーが直交する２次元で旋回できることが理解されるだろう。プロセッサ１１４は、リニアアクチュエータ１３６を制御することができる。プロセッサ１１４は、像１０４内の指定された特徴の位置に基づいて光路１１２をステアリングする（steer（操縦する））ために旋回可能なミラーを旋回させることによって、光路１１２を光ファイバ１０８のコア１１６に位置合わせるために、作動可能な光学要素１１０を作動させることができる。

【0047】

光路１１２は、光源１１８と作動可能な光学要素１１０との間に延びる固定部分を含むことができる。光路１１２は、作動可能な光学要素１１０と光ファイバ１０８の端部１０６との間に延びる可動部分を含むことができる。システム１００の動作中、光路１１２の可動部分は、空間内を移動できるが、光路１１２の固定部分は静止したままであり得る。図１の構成では、ダイクロイックミラー１２４、集束要素１２６、およびイメージングアレイ１２８が光路１１２の固定部分に配置されている。他の構成を使用することもできる。

【0048】

いくつかの例では、作動可能な光学要素１１０は、テレセントリック（telecentric）であるように、光路１１２に配置することができる。テレセントリック構成の場合、旋回可能なミラーを旋回することは、光ファイバ１０８の端部１０６における光路１１２の角度の変化を生じることなく、光ファイバ１０８の端部１０６における光路１１２の横方向の並進を生じさせることができる。いくつかの例では、旋回可能なミラーを対物要素１２２の後方焦点面（または後焦点面）に配置することは、テレセントリック状態を作り出すことができる。

【0049】

図１の旋回可能なミラーは、適切な作動可能な光学要素１１０の一例にすぎない。他の適切な構成は、並進可能なレンズまたは並進可能なミラーなどの並進可能な光学要素を含むことができる。いくつかの例では、並進可能な光学要素は、対物要素１２２、完全なシステム１００、および／または光ファイバ１０８を含むことができる。

【0050】

いくつかの例では、システム１００は、産業用の例におけるクリーンルーム環境、滅菌性（sterility）を含む医療用の例における滅菌環境など、システム１００が別の環境で動作することを可能にする機能を含むことができる。例えば、システム１００が再利用可能であることができ（例えば、主要な機器であることができ）、光ファイバ１０８が交換可能であることができる（例えば、1回使用した後に廃棄されることができる、または、再処理されて複数回の使用の後に廃棄されることができる、または、不特定の使用回数に対して再処理されることができる）場合など、医療処置が実行される一部のアプリケーションでは、システム１００はオプションで窓または光学面などのバリアを含むことができる。医療の例では、バリアは、滅菌性を必要としない特定の医療処置のために清潔な環境を提供するのに役立つ清潔さの要件（cleanliness requirements）を満たし得る、または、滅菌性を必要とする医療処置のために滅菌性を確保するのに役立つ滅菌要件を満たし得る。

【0051】

窓または光学面は、光ファイバ１０８に接触することなく、光ビーム１２０を光ファイバ１０８に通すことができ且つ光ファイバ１０８からの光を受け取ることができる。いくつかの例では、窓または光学面は、その後の処置で使用される光ファイバの汚染を避けるために、システム１００の使用の間に簡単に清掃することができる。いくつかの例では、対物レンズなどの対物要素１２２は、システム１００のバリアの一部を形成することができる。例えば、対物レンズは、平面凸とすることができ、平面側はオプションで滅菌バリアの一部を形成する。他の構成も使用することができる。前述のように、いくつかの例では、システム１００によって形成されるバリアは、滅菌要件を満たしていないという点で、滅菌バリアではない場合がある。

【0052】

システム１００は、オプションでさらに、光ファイバ１０８の端部１０６に近い光路１１２に配置されたフィールドアライニングレンズ（field aligning lens）１３４を含むことができる。このようなフィールドアライニングレンズ１３４は、光ファイバ１０８がシステム１００の光学要素の中心軸から離れて配置される場合の結合効率を向上させることができる（例えば、軸外性能（off-axis performance））。フィールドアライニングレンズ１３４は、オプションで対物レンズ１２２と同じ焦点距離を有することができる。フィールドアライニングレンズ１３４は、オプションで対物レンズ１２２の直径より小さい直径（例えば、有効口径（clear aperture））を有することができる。フィールドアライニングレンズ１３４は、オプションで、対物レンズ１２２の開口数より小さい開口数（例えば、焦点距離で割った直径の半分）を有することができる。フィールドアライニングレンズ１３４は、オプションで、平凸レンズとして形成することができる。フィールドアライニングレンズ１３４は、オプションで、システム１００の眼筋バリアの一部を形成する平面を有することができる。フィールドアライニングレンズ１３４は比較的安価なアイテムである可能性があるため、フィールドアライニングレンズ１３４は、オプションで、取り外される、再処理される、再利用される、および／または廃棄されることができる交換可能な（例えば、単回使用や多回使用など）要素として構成することができる。このような交換可能要素は、オプションで、光ファイバ１０８と一緒に、または、光ファイバ１０８から別個に、パッケージ化されることができる。

【0053】

いくつかの例では、システム１００は、オプションで、光ファイバ１０８の１つまたは複数のコアから反射される光の量を監視することができる。例えば、位置センシングアプリケーションでは、システム１００は光を光ファイバ１０８の１つまたは複数のコアに結合することができ、光は光ファイバ１０８の長さに沿った場所から様々な量で反射することができ、システム１００は、光ファイバ１０８の３次元位置を決定するために、インタロゲータ１２によって実行される光周波数領域反射率測定法（ＯＦＤＲ）などによって反射光を分析することができる。いくつかの例では、反射光の分析は、反射光の大きさまたは振幅を感知することを含むことができる。このような感知された大きさまたは振幅は、光ファイバ１０８に入る光の結合効率に対応することができる。システム１００は、光ファイバ１０８からの反射光の感知された大きさまたは振幅を上げる（raise）、最大化、および／または最適化するために、作動可能な光学要素１１０を作動させることができる。いくつかの例では、システム１００は、上述のイメージング技術と協調して感知された大きさまたは振幅を使用することができる。例えば、システム１００は、イメージング技術を使用して、コア１１６の近くまたはそこで光路１１２の初期位置決めを行う（例えば、粗い位置合わせ手順（coarse alignment procedure）として）ことができ、検出された大きさまたは振幅を使用して、光路１１２をコア１１６に対してより正確に位置決めする（例えば、微調整手順として）ことができる。いくつかの例では、システム１００は、上記のイメージング技術を使用することなく、感知された大きさまたは振幅を使用して光路１１２をコア１１６に対して位置決めすることができる。

【0054】

上で説明したように、システム１００は、光ファイバ１０８を照射して、光ファイバ１０８の端部１０６の像１０４をキャプチャすることができる。光源１１８がソース光ファイバ１３８を含む構成の場合、システム１００は、オプションで、ソース光ファイバ１３８の端部を照射し、追加の光学要素を含めて、ソース光ファイバ１３８の端部１４２のビュー（view）を像１０４内の光ファイバ１０８の端部１０６のビューに重ねることができる。（ソース光ファイバ１３８の端部１４２を照明することの代替手段として、またはそのような照明を行うことに加えて、コントローラ１０は、ソース光ファイバ１３８の反対側の端部に照明を注入することができ、これは、ソース光ファイバ１３８に沿って伝播して、ソース光ファイバ１３８の端部１４２から出現することができる。イメージング用の照明は、形状感知用の光とは異なる波長を使用できるため、照明の注入は、コントローラ１０で波長分割多重によって行うことができる。）２つのファイバの端部を同時に見ることを可能にすることは、システム１００の組み立ておよび位置合わせ段階の間に追加情報を提供することができる。

【0055】

前述のように、１３０などの第１の照明光源は、１３２などの第１の照明で光ファイバ１０８を照明することができる。第１の照明１３２は、光ビーム１２０の波長とは異なる第１の波長を有することができる。第１の照明１３２の少なくとも一部は、第１の光を形成するように光ファイバ１０８から反射または散乱することができる。対物レンズや対物ミラーなどの対物要素１２２は、第２の光を形成するように第１の光の少なくとも一部をコリメートすることができる。第２の照明光源１４４は、ソース光ファイバ１３８を第２の照明１４６で照明することができる。第２の照明１４６は、第１の波長とは異なり且つ光ビーム１２０の波長とは異なる第２の波長を有することができ。第２の照明１４６の少なくとも一部は、第３の光を形成するようにソース光ファイバ１３８から反射または散乱することができる。ソース対物レンズまたはソース対物ミラーなどのソース対物要素１４８は、第４の光を形成するように第３の光の少なくとも一部をコリメートすることができる。１２４などのダイクロイックミラーと、再帰反射器または再帰反射プリズムなどリフレクタ１５０は、第５の光を形成するように第２の光と第４の光を重ね合わせることができる。図１に示す構成では、ダイクロイックミラー１２４は、第４の光の少なくとも一部をリフレクタ１５０に向けて反射することができる。代替的には、ダイクロイックミラー１２４は、リフレクタ１５０に向かって第２の光の少なくとも一部を反射するように向き合わせされる（oriented）ことができる。１２６など集束要素は、集束要素１２６の焦点面に像１０４を形成するように第５の光を集束することができる。集束要素１２６の焦点面に位置する１２８などのイメージングアレイは、像１０４を感知することができる。ファイバの端部１０６、１４２は異なる波長の光でイメージングされることができるため、プロセッサ１１４は、オプションで、必要に応じて２つの重ね合わされたビューから情報を分離することができる。ファイバの端部１０６、１４２の重ね合わされたビューを形成することは、システム１００の組み立ておよび／またはアライメント段階、および／またはシステム１００の使用中に追加情報を提供することができる。たとえば、ファイバの端部は像１０４内で見ることができるため、像１０４を使用してファイバの端に汚れや損傷がないか確認できる。

【0056】

光路１１２は、１次元または２次元に広がる角度範囲内で光路１１２をリダイレクトすることができるオプションの第１の旋回可能な要素１５２を含むことができる。第１の旋回可能な要素１５２は、１、２、３、またはそれ以上の軸周りに制御可能に旋回することができる調整可能なマウントにミラーを含むことができる。旋回可能な要素が複数の軸周りに旋回される場合、軸は交差しても交差しなくてもよく、または互いに直交してもよく、または、ある他の角度だけ回転オフセットされてもよい。句「旋回可能な要素」は、例えば、先端／傾斜ステージに取り付けられたミラーなどの要素を含むことができるさまざまな「先端／傾斜要素」を含むことが意図される。先端／傾斜ステージは、通常、２つの直交しかつ交差する軸のそれぞれの周りに旋回できるが、他の構成も使用することができる。図１の構成では、第１の旋回可能な要素１５２は、光路１１２が９０度、または約９０度だけ、名目上（nominally）リダイレクトされるように、４５度、または約４５度の公称入射角を有することができる。４５度の入射角は入射角の一例に過ぎない；他の適切な入射角を使用することもできる。第１の旋回可能な要素１５２は、システム１００の組み立てとアライメントの段階で追加の自由度を提供することができる。たとえば、光路１１２に第１の旋回可能な要素１５２を配置することは、ソース光ファイバ１３８上の多少の配置公差を緩和するのに役立ち、光路１１２内の他の光学要素の回転および／または変位を補正するのに役立つことができる。第１の旋回可能な要素１５２は、光源１１８とダイクロイックミラー１２４との間、ダイクロイックミラー１２４と作動可能な光学要素１１０との間、作動可能な光学要素１１０と光ファイバ１０８との間、または光路１１２に沿った任意のその他の適切な場所の光路１１２に配置することができる。

【0057】

光路１１２は、１次元または２次元に広がる角度範囲内で光路１１２をリダイレクトできるオプションの第２の旋回可能な要素１５４を含むことができる。第２の旋回可能な要素１５４は、第１の旋回可能な要素１５２と構造および機能が類似している場合がある。第２の旋回可能な要素１５４は、光源１１８とダイクロイックミラー１２４との間、ダイクロイックミラー１２４と作動可能な光学要素１１０との間、作動可能な光学要素１１０と光ファイバ１０８との間、または光路１１２に沿ったその他の適切な位置の光路１１２に配置することができる。第１の旋回可能な要素１５２と第２の旋回可能な要素１５４は、光路１１２に沿った異なる位置に配置することができる（例えば、光路１１２に沿って長手方向に分離することができる）。図１では、第２の旋回可能な要素１５４は、それらの間に介在する光学要素を持たない第１の旋回可能な要素１５２に隣接しているように示されているが、第２の旋回可能な要素１５４は、ビームスプリッタの間、またはビームスプリッタと作動可能な光学要素１１０の間を含む、光路１１２に沿った任意の適切な位置に配置することができる。光路１１２に沿って分離された２つの旋回可能な要素を使用することは、システム１００内の光学部品の組み立ておよびアライメントの間に役立つことができる。例えば、２つの長手方向に分離された旋回可能な要素を使用することは、光路１１２が、所望の位置に横方向に並進される（例えば、回転なしに動かされる）、または、固定された空間位置を維持しながら２次元的に回転されることを可能にすることができる。具体的な例として、２つの旋回可能な素子を使用することは、光路１１２が、レンズの光学性能を向上させるように、レンズの端ではなくレンズの中心を通ることを可能にすることができる。

【0058】

いくつかの例では、光ファイバ１０８とソース光ファイバ１３８が互いにほぼ平行（少なくとも数度以内）であることができるように、光路１１２をステアリングするために１つまたは複数の旋回可能な要素を使用することが有益な場合がある。ファイバをほぼ平行に向き合わせすることは、概して、通常は反対側からのファイバの挿入を必要とする一般的な物理的接触コネクタの使用と一致している。図１の構成は、旋回可能な要素１５２または１５４の１つを削除し、追加の旋回可能な要素を追加し、ダイクロイックミラー１２４をロングパスフィルタではなくショートパスフィルタに変更し、その他の幾何学的な変更を加えることによって、この平行条件を達成するように変更することができる。

【0059】

これまでは、光路１１２を光ファイバ１０８のコア１１６に横方向に位置合わせすることに焦点が当てられてきた。具体的には、光ファイバ１０８の端部１０６の座標系（ｘ、ｙ、ｚ）について、ｚが光路１１２の中心軸に対応する場合、上記の議論は、光路１１２をｘ次元およびｙ次元で位置合わせすることに向けられている。例えば、光ファイバ１０８の端部１０６の像１０４をキャプチャすることは、光ファイバ１０８上の１つまたは複数の特徴のｘ座標とｙ座標を提供することができ、システム１００は、像１０４内の特徴に対して光路１１２をｘ次元とｙ次元上で能動的に位置合わせすることができる。

【0060】

いくつかの用途では、ｘ次元とｙ次元の能動的なアライメント（位置合わせ）は、光ファイバ１０８への十分に高い結合を達成するのに十分な場合がある。これらの用途は、十分に高い結合を達成するために十分に正確であるので、光ファイバ１０８の端部１０６の機械的な配置に依存することができる。例えば、光ファイバ１０８は、許容差内の任意のｚ位置に対して、結合効率が十分に高くなるように、光ファイバ１０８の端部１０６を指定された平面（ｚ方向）に指定された許容差内に位置決めすることができるクランプに嵌合し（fit into）得る。

【0061】

他の用途では、ｚ方向の機械的配置は、十分に高い結合を達成するために適切に正確ではない場合がある。これらの用途のために、システム１００はさらに、１つまたは複数の長手方向位置センサ要素を含むことができる。長手方向位置センサ要素は、光ビーム１２０の焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間の長手方向の分離（separation）（例えば、光路１１２に沿って測定した距離）を検出することができる。長手方向位置センサ要素は、光路１１２の固定部分の任意の適切な位置に配置されることができる。

【0062】

同様に、システム１００はさらに１つまたは複数の長手方向位置調整要素を含むことができる。長手方向位置調整要素は、焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間の長手方向の分離を減らすように光ビーム１２０の焦点を長手方向に位置決めすることができる。長手方向位置調整要素は、光路１１２の固定部分の任意の適切な位置に配置することができる。いくつかの例では、長手方向位置調整要素は、長手方向位置センサ要素と光ファイバ１０８との間の光路１１２に配置することができる。

【0063】

図１の構成では、長手方向位置センサ要素は、ダイクロイックビームスプリッタ、５０－５０ビームスプリッタ、または別の適切なビーム分割素子などのビームスプリッタ１５６を含むことができる。図１の構成では、ビームスプリッタ１５６は、光路１１２に沿って、ダイクロイックミラー１２４と光ファイバ１０８との間に配置することができる。代替的には、ダイクロイックミラー１２４は、光路１１２に沿ってビームスプリッタ１５６と光ファイバ１０８との間に配置することができる。ビームスプリッタ１５６を通過する透過パスと反射パスの機能を交換できる構成を含む、他の構成を使用することもできる。

【0064】

ビームスプリッタ１５６は、光ファイバ１０８の端部１０６から反射および／または散乱された光を受信することができる。ビームスプリッタ１５６は、反射光の一部をバイプリズム１５８、レンズ１６０、およびセンサ１６２に導くことができる。レンズ１６０は、センサ１６２に像１６４を形成するようにバイプリズム１５８から出た光を集束することができる。センサ１６２はプロセッサ１１４に結合することができる。

【0065】

バイプリズム１５８は、像１６４内の指定された特徴（光ファイバ１０８の周縁など）が像１６４内の対応する複製特徴（duplicate feature）を有するように、反射光の対向する半分（opposing halves）の間にくさび角（wedge angle）を与えることができる。プロセッサ１１４は、さらに、指定された特徴と対応する複製特徴との間の間隔に少なくとも部分的に基づいて、焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間の長手方向の分離を決定することができる。これらの構成では、間隔はフォーカス誤差信号（focus error signal）と見なすことができる。間隔は、システム１００の初期組み立ておよび位置合わせの間に工場においてなど、システム１００の初期構成で決定することができる指定された距離と比較することができる。間隔が指定された距離より小さい場合、焦点は光ファイバ１０８の外側など、光ファイバ１０８の端部１０６の一方の側にあることができる。間隔が指定された距離よりも大きい場合、焦点は、光ファイバ１０８内など、光ファイバ１０８の端部１０６の他方の側にあることができる。

【0066】

図１のバイプリズム構成は、長手方向位置センサ要素の構成の一例にすぎない。その他の適切な構成を図４～６に示し、以下に説明する。

【0067】

図４は、図１のシステム１００での使用に適した長手方向位置センサ要素の例の上面図を示している。光路１１２のビームスプリッタ１５６は、スプリットフィールドダイクロイックフィルタ４０４、レンズ４０６、およびセンサ４１０に向かって光ファイバ１０８（図１）の端部１０６（図１）から反射および／または散乱された光ビーム１２０の光部分４０２を導く。スプリットフィールドダイクロイックフィルタ４０４の第１の半部４０４Ａは、第１のスペクトルプロファイルを有することができる（例えば、第１の波長または第１の波長帯を通すことができる）。スプリットフィールドダイクロイックフィルタ４０４の第２の半部４０４Ｂは、第１のスペクトルプロファイルとは異なる第２のスペクトルプロファイルを有することができる（例えば、第１の波長とは異なる第２の波長または第１の波長帯とは異なる第２の波長帯を通すことができる）。光の部分４０２は、センサ４１０に像４０８を形成することができる。センサ４１０はプロセッサ１１４に結合することができる。

【0068】

光の部分４０２は複数の波長を有することができる。スプリットフィールドダイクロイックフィルタ４０４は、像４０８内の指定された特徴が、異なる波長において像４０８内に対応する複製特徴を有するように構成されることができる。プロセッサ１１４は、さらに、指定された特徴と対応する複製特徴との間の間隔に少なくとも部分的に基づいて、焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間の長手方向の分離を決定することができる。間隔は、前述のように、指定した距離と比較できる。

【0069】

図５は、図１のシステム１００での使用に適した長手方向位置センサ要素の別の例の上面図を示している。光路１１２のビームスプリッタ１５６は、光ファイバ１０８（図１）の端部１０６（図１）から反射および／または散乱された光ビーム１２０の光の部分５０２を、プログラマブルな開口、レンズ５０６、およびセンサ５１０を有する液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）デバイス５０４に導く。光の部分５０２は、センサ５１０に像５０８を形成することができる。センサ５１０はプロセッサ１１４に結合することができる。

【0070】

ＬＣＯＳデバイス５０４は、時間多重化を使用して、図１および４に示す要素によって達成される同様の分割効果を実現することができる。最初に、ＬＣＯＳデバイス５０４の開口部の第１の半部５０４Ａは反射することができ、ＬＣＯＳデバイス５０４の開口部の第２の半部５０４Ｂは非反射であることができる。最初の間、プロセッサ１１４はセンサ５１０から第１の像を取得することができる。最初の後の２回目では、ＬＣＯＳデバイス５０４の開口部の第１の半部５０４Ａを非反射であることができ、ＬＣＯＳデバイス５０４の開口部の第２の半部５０４Ｂは反射することができる。２回目の間に、プロセッサ１１４はセンサ５１０から第２の像を取得することができる。ＬＣＯＳデバイス５０４は、第１の像内の指定された特徴が、第２の像内の対応する複製特徴を有するように構成されることができる。プロセッサ１１４は、さらに、指定された特徴と対応する複製特徴との間の間隔に少なくとも部分的に基づいて、焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間の長手方向の分離を決定することができる。間隔は、前述のように、指定した距離と比較できる。

【0071】

図６は、図１のシステム１００での使用に適した長手方向位置センサ要素の別の例の上面図を示している。光路１１２のビームスプリッタ１５６は、光ファイバ１０８（図１）の端部１０６（図１）から反射および／または散乱された光ビーム１２０の光の部分６０２を、色収差レンズ６０６およびセンサ６１０に導く。光の部分６０２は、センサ６１０に像６０８を形成することができる。センサ６１０はプロセッサ１１４に結合することができる。

【0072】

光の部分６０２は複数の波長を有することができる。色収差レンズ６０６は色収差を含んでいるため、色収差レンズ６０６は、１つの波長の光を第１の焦点面で第１の焦点に置くことができ、第２の波長（第１の波長とは異なる第２の波長）の光を第１の焦点面から離れた第２の焦点面で第２の焦点に置くことができる。通常、１より多い波長で動作するよく設計されたレンズのほとんどの場である色収差が存在しない場合、第１の焦点面と第２の焦点面は多くの場合一致しているか、ほぼ一致していることに留意されたい。

【0073】

色収差レンズ６０６は、像６０８内の指定された特徴が、異なる波長における像６０８内の対応する複製特徴を有するように構成することができる。プロセッサ１１４はさらに、少なくとも部分的に、像６０８内の指定された特徴のサイズと、像６０８内の対応する複製特徴のサイズから、焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間の長手方向の分離を決定することができる。さらに、または代替として、プロセッサ１１４は、像６０８に対して２次元高速フーリエ変換を実行することによってなど、像６０８を処理して、異なる波長での像６０８のシャープネス（sharpness）を評価することができる。異なる波長でのシャープネスは、焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間の長手方向の分離を決定するのに役立つことができる、および／または少なくとも長手方向の分離の兆候（sign）（例えば、ポジティブ（positive）またはネガティブ（negative））を決定するのに役立つことができる。

【0074】

図１の構成は、異なるビームスプリッタ（ダイクロイックミラー１２４およびビームスプリッタ１５６など）、異なる集束要素（集束要素１２６およびレンズ１６０など）、および異なるセンサ（イメージングアレイ１２８およびセンサ１６２など）を使用して、イメージング（ダイクロイックミラー１２４、集束要素１２６、イメージングアレイ１２８を使用するような）およびフォーカスセンシング（ビームスプリッタ１５６、レンズ１６０、およびセンサ１６２を使用するような）のタスクを実行する。代替として、タスクおよび要素は、単一のビームスプリッタ（ダイクロイックミラー１２４など）を使用することおよび集束要素１２６とイメージングアレイ１２８との間に位置するように長手方向位置センシング要素（図１のバイプリズム、図４のスプリットフィールドダイクロイックフィルタ、図５のＬＣＯＳデバイス、または図６の色収差レンズなど）を動かすことによってなど、組み合わせることができる。このような代替は、光ファイバ１０８の端部１０６が、ダイクロイックミラー１２４の反射帯域（または図１のロングパスフィルタをショートパスフィルタに置き換えた場合は透過帯域）にすべて位置することができる３つの波長のような複数の波長で照射される場合に特に有効である。

【0075】

図７は、図１のシステム１００における長手方向位置調整装置要素の平面図を示す。図１および図７では、長手方向位置調整要素は可変焦点レンズ１６６を含むことができる。可変焦点レンズ１６６は、光路１１２の固定部など、光路１１２に配置することができる。プロセッサ１１４はさらに、焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間の（長手方向位置センサ要素によって決定される）長手方向の分離に基づいて、光ファイバ１０８の端部１０６に焦点を位置決めするように光ビーム１２０のコリメーション（collimation）を可変焦点レンズ１６６に調整させることができる。

【0076】

図８は、図１のシステム１００での使用に適した長手方向位置調整装置要素の例の平面図を示す。図１および図７の可変焦点レンズ１６６を使用する代わりに、システム１００は、光ファイバ１０８の端部１０６に対して対物要素１２２を長手方向に位置決めするため、光ファイバ１０８の端部１０６に対してシステム１００全体を長手方向に位置決めするため、システム１００に対して光ファイバ１０８を長手方向に位置決めするため、またはシステム１００と光ファイバ１０８の端部１０６との間の間隔を制御可能に変化させるためのリニアアクチュエータ８０２を含むことができる。プロセッサ１１４は、長手方向位置センサ要素によって決定される長手方向の分離に基づいて、リニアアクチュエータ８０２を制御することができる。リニアアクチュエータ８０２は、焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間の間隔を調整することができる。他の適切なアクチュエータおよびアクチュエータタイプを使用することもできる。

【0077】

長手方向位置センサ技術のいずれかまたはすべて（例えば、図１のバイプリズム、図４のスプリットフィールドダイクロイックフィルタ、図５のＬＣＯＳデバイス、図６の色収差レンズ、またはその他を使用するもの）は、長手方向位置調整技術のいずれかまたはすべて（例えば、図１および図７の可変焦点レンズ、図１および図７のリニアアクチュエータ、またはその他を使用するものなど）とともに使用することができる。さらに、長手方向位置センサ技術のいずれかまたはすべてと、長手方向位置調整技術のいずれかまたはすべては、対物要素の構成のいずれかまたはすべて（対物レンズまたは対物ミラーなど）、光ファイバの構成のいずれかまたはすべて（シングルコアまたはマルチコアなど）、光源の構成のいずれかまたはすべて（シングルコア光ファイバ、マルチコア光ファイバ、複数のシングルコア光ファイバ、その他など）、および旋回可能な要素の構成のいずれかまたはすべて（２つ含む、１つ省略して１つだけ含む、両方省略していずれも含まない、２つより多くを含むなど）とともに使用することができる。

【0078】

図９は、光ファイバに光を導くようにシステムを動作させる方法９００の一例のフローチャートを示す。このシステムには、イメージング光学系、プロセッサ、および作動可能な光学要素を含むことができる。作動可能な光学要素は光路を規定することができる。光路は、作動可能な光学要素に延びることができ、さらに光ファイバの端部に延びることができる。方法９００は、図１のシステム１００、または他の適切なシステムで実行することができる。

【0079】

動作９０２において、システムは、イメージング光学系を用いて、光ファイバの端部の像を生成することができる。

【0080】

動作９０４において、システムは、プロセッサを用いて、像内の指定された特徴の像内の位置を決定することができる。

【0081】

動作９０６において、システムは、プロセッサを用いて、作動可能な光学要素を像内の指定された特徴の位置に基づいて光路を光ファイバのコアに位置合わせするように作動させることができる。

【0082】

動作９０８において、システムは、光ファイバのコアに結合するように光路に沿って光ビームを導くことができる。

【0083】

いくつかの例では、方法９００は、オプションで、プロセッサを用いて、像内の指定された特徴の位置と像内の所定のターゲット位置との間のオフセットを決定することをさらに含むことができる。方法９００は、オプションで、プロセッサを用いて、オフセットを減少させるように作動可能な光学要素を作動させることをさらに含むことができる。

【0084】

いくつかの例では、指定された特徴は、光ファイバの端部の周縁であることができる。コアは、光ファイバの周縁に対する所定のコア位置に配置されることができる。方法９００は、オプションで、光路の所定のコア位置に位置合わせさせることにより光路をコアに整列させるように、プロセッサを用いて、作動可能な光学要素を作動させることをさらに含むことができる。

【0085】

いくつかの例では、方法９００は、オプションで、光ビームの波長とは異なる波長を有する照明で光ファイバを照射することをさらに含むことができる。

【0086】

いくつかの例では、方法９００は、オプションで、第１の光を形成するように光ファイバからの照明の少なくとも一部を反射または散乱させることをさらに含むことができる。方法９００は、オプションで、第２の光を形成するように第１の光の少なくとも一部を、イメージング光学系の対物要素を用いて、コリメートすることをさらに含むことができる。方法９００は、オプションで、イメージング光学系のダイクロイックミラーを用いて、第３の光を形成するように、少なくとも第２の光の一部を光路から離して導くことをさらに含むことができる。方法９００は、オプションで、イメージング光学系の集束要素を用いて、集束要素の焦点面で像を形成するように第３の光の集束させることをさらに含むことができる。方法９００は、オプションで、集束要素の焦点面に位置するイメージングアレイを用いて、像を感知する（センシングする）ことをさらに含むことができ

【0087】

いくつかの例では、方法９００は、オプションで、焦点と光ファイバの端部との間の長手方向の分離を、長手方向位置センサによって検出することをさらに含むことができる。方法９００は、オプションで、長手方向位置調整装置を用いて、長手方向の分離を減らすように焦点を位置決めすることをさらに含むことができる。

【0088】

いくつかの例では、長手方向位置調整装置は、さらに像内に複製特徴を作成することができる。方法９００は、オプションで、プロセッサによって、少なくとも部分的に、指定された特徴と対応する複製特徴との間の間隔またはサイズ差に基づいて、焦点と光ファイバの端部との間の長手方向の分離を決定することをさらに含むことができる。

【0089】

いくつかの例では、長手方向位置調整装置は光路に配置された可変焦点レンズを含むことができる。方法９００は、オプションで、プロセッサによって、焦点と光ファイバの端部との間の長手方向の分離に基づいて、可変焦点レンズを光ファイバの端部に焦点を位置決めするように光ビームのコリメーションを調整させることをさらに含むことができる。

【0090】

いくつかの例では、長手方向位置調整装置は、光路を光ファイバの端部に導くことができる作動可能な対物レンズを含むことができる。方法９００は、オプションで、プロセッサによって、焦点と光ファイバの端部との間の長手方向の分離に基づいて、作動可能な対物レンズを、光ファイバの端部に焦点を位置決めするように移動させることをさらに含むことができる。

【0091】

図１０は、光ファイバに光を導くようにシステムを動作させるための別の方法１０００の一例のフローチャートを示す。光ファイバはコアを含むことができる。このシステムは、イメージング光学系、第１の作動可能な光学要素、および第２の作動可能な光学要素を含むことができる。方法１０００は、図１のシステム１００、または他の適切なシステムで実行することができる。

【0092】

動作１００２において、システムは、イメージング光学系を用いて、光ファイバの端部の第１の像を生成することができる。

【0093】

動作１００４において、システムは、第１の像から、光ファイバの端部上のコアの２次元の横方向の位置を決定することができる。

【0094】

動作１００６において、システムは、２次元の横方向の位置に基づいて、光路をコアに横方向に位置合わせするように第１の作動可能な光学要素を作動させることができる。方法１０００は、光路がコアに十分に位置合わせされているとシステムが決定できるまで、必要に応じて動作１００２から１００６を繰り返すことができる。システムが動作１００６を完了すると、光路はコアに対して横方向に位置合わせされている（例えば、光ファイバの端部で光路に直交するｘ－ｙ平面において位置合わせされている）と見なされる。

【0095】

動作１００８において、システムは、イメージング光学系を用いて、光ファイバの端部の第２の像を生成することができる。

【0096】

動作１０１０において、システムは、第２の像から、光ファイバの端部上のコアの長手方向位置を決定することができる。

【0097】

動作１０１２において、システムは、長手方向位置に基づいて、光ファイバの端部で光路を焦点に合わせるように第２の作動可能な光学要素を作動させることができる。方法１０００は、焦点が光ファイバの端部に十分に近いとシステムが決定することができるまで、必要に応じて動作１００８から１００６を繰り返すことができる。システムが動作１０１２を完了すると、光路の焦点は、ファイバの端部に長手方向に位置合わせされている（例えば、光ファイバの端部において光路に平行なｚ方向に位置合わせされている）と見なされる。

【0098】

いくつかの例では、第１の作動可能な光学要素は旋回可能なミラーを含むことができる。方法１０００は、オプションで、光ファイバのコアに結合するように光路に沿って光ビームを導くことをさらに含むことができる。方法１０００は、オプションで、少なくとも以下の３つの動作を繰り返し実行することをさらに含むことができる。第１に、このシステムは、旋回可能なミラーの角度位置を２次元で振動させる（dither）ことができる。第２に、このシステムは、コアから反射された光の量を感知することができる。いくつかの例では、第２の動作は、システムに結合されているコントローラのインタロゲータによって実行されることができる。第３に、このシステムは、コアから反射される光の量を増やすように旋回可能なミラーの角度位置を調整することができる。

【0099】

いくつかの例では、システムに含まれるコントローラまたはプロセッサの少なくとも１つは、旋回可能なミラーの複数の角度位置（ｘ、ｙ）および／または複数の焦点位置（ｚ）で測定を行い、角度位置および／または焦点位置の各々でコアから反射される光の量を測定し、１つまたは複数の曲線を測定された光の量に合わせ、旋回可能なミラーの角度位置および／または焦点調整（focus adjustment）を１つまたは複数の曲線の極大値に対応するように調整することができる。

【0100】

いくつかの例では、コントローラ１０は、ミラーサーチパターンの各位置で、ＯＦＤＲを使用して反射信号を測定することができる。さまざまなデータ処理技術が、どこが最適なファイバ結合が達成されるか（例えば、光ビーム１２０の焦点と光ファイバ１０８の端部１０６との間のどの分離が、光ファイバ１０８から戻る光の最大量を提供し、したがって、光ファイバ１０８への最高の結合効率を提供するか）を評価するために使用することができる。

【0101】

ある技術では、コントローラ１０は生の周波数領域データの反射振幅を合計し、全体の反射振幅を報告することができる。このような技術は有効であるが、比較的大きなバックグラウンド信号を追加で除外することも可能である。以下で説明する技術は、これらの比較的大きなバックグラウンド信号を除外することができるため、結合効率測定の信号対雑音比を高めることができる。

【0102】

別の技術では、コントローラ１０は、コアに格子を持つ光ファイバ１０８のセクションを表す、時間領域または光遅延領域の反射振幅のセクションを選択し、選択されたセクションにわたって合計することができる。たとえば、時間領域では、横軸がラウンドトリップ伝播時間に対応するため、光学的なインターフェイス（レンズや窓の面など、ガラスと空気の境界面など）から発生する反射が横軸に沿ってピークとして表示される。そのため、コントローラ１０は、これらの光学的なインターフェイスから発生するピークを効果的に無視し、光ファイバ１０８の長さに沿った位置から反射される光から発生するデータを分析することができる。コントローラ１０は、光ファイバ１０８の長さに沿った反射（複数可）から生じるデータの反射振幅を合計し、光ファイバ１０８の端部１０６または他の光学面からの反射（複数可）から生じるデータを除外することができる。どのデータをこの方法で使用するかを選択することは、コントローラ１０に戻るすべての光を使用する場合と比較して、感度を高めることができる。たとえば、どのデータをこの方法で使用するかを選択することは、光が光ファイバ１０８に結合され、光ファイバ１０８の長さに沿って格子構造から反射されている場合にのみ、より高い信号（例えば、騒音レベル以上）を示すことができる。

【0103】

さらに別の技術では、コントローラ１０は、格子が存在する時間領域で光ファイバ１０８領域全体を選択し、高速フーリエ変換などによってデータを周波数領域に変換し、格子が反射するスペクトル領域でのみ振幅を合計することができる。この方法で振幅データを処理することは、コネクタの反射やその他の光学的なインターフェイスから発生する可能性のある低レベルのブロードバンド反射振幅を削減または排除するのに役立ち得る。

【0104】

コンピュータ可読媒体が、光ファイバに光を導くシステムのプロセッサによって実行されるときに、プロセッサに動作を実行させる命令を格納することができる。このシステムは、光路を規定する作動可能な光学要素を含むことができる。光路は、作動可能な光学要素に延びることができ、さらに光ファイバの端部に延びることができる。動作は、少なくとも次の４つの動作を含むことができる。第１に、システムは、イメージング光学系を用いて、光ファイバの端部の像を生成することができる。第２に、システムは、像から、像内の指定された特徴の像内の位置を決定することができる。第３に、システムは、像内の指定された特徴の位置に基づいて、光路を光ファイバのコアに位置合わせするように作動可能な光学要素を作動させることができる。第４に、システムは、光ファイバのコアに結合ように光路に沿って光ビームを導くことができる。

【0105】

本発明の様々な態様が、好ましい実施形態に関して説明されてきたが、本発明は、添付の請求項の全範囲内で完全な保護を受ける権利を有することが理解されるであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2023-02-13

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチコア光ファイバに光を導くためのシステムであって、前記マルチコア光ファイバは複数のコアを有し、前記システムは：
前記マルチコア光ファイバの端部の像を形成するように構成されたイメージング光学系と；
複数の光路を規定するように構成された作動可能な光学要素であって、前記複数の光路は、前記作動可能な光学要素に延び、さらに前記マルチコア光ファイバの前記端部に延びる、作動可能な光学要素と；
プロセッサであって：
前記像内の指定された特徴の前記像内の位置を決定し、
前記像内の前記指定された特徴の前記位置に基づいて、前記複数の光路の各光路を前記複数のコアの対応するコアと同時に位置合わせするように前記作動可能な光学要素を作動させる、
ように構成された、プロセッサと；
前記複数の光路の内の各光路について、前記光路に前記対応するコアに結合するように、前記光路に沿って光ビームを導くように構成された少なくとも１つの光源と；を有する、
システム。

【請求項2】

前記プロセッサは：
前記像内の前記指定された特徴の前記位置と前記像内の所定のターゲット位置との間のオフセットを決定すること；および
前記オフセットを減少させるように前記作動可能な光学要素を作動させること；
により、前記複数の光路の各光路を前記対応するコアと同時に位置合わせするように前記作動可能な光学要素を作動させるように構成される、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記指定された特徴は、前記マルチコア光ファイバの前記端部の周縁であり；
前記複数のコアの各対応するコアは、前記マルチコア光ファイバの前記周縁に対して所定のコア位置に配置され；
前記プロセッサは：
前記複数の光路の各光路について、前記対応するコアの前記所定のコア位置への前記光路の位置合わせを引き起こすことによって、
前記複数の光路の各光路を前記対応するコアと同時に位置合わせするように前記作動可能な光学要素を作動させるように構成される、
請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

照明で前記マルチコア光ファイバを照明するように構成された照明光源をさらに有し、前記照明は、前記少なくとも１つの光源によって導かれる前記光ビームの波長と異なる波長を有し、前記照明の少なくとも一部は、第１の光を形成するように、前記マルチコア光ファイバから反射または散乱するように構成され、前記イメージング光学系は：
第２の光を形成するように、前記第１の光の少なくとも一部をコリメートするように構成された対物要素と；
第３の光を形成するように、前記第２の光の少なくとも一部を前記光路から離れて導くように構成されたダイクロイックミラーと；
集束要素であって、前記集束要素の焦点面に前記像を形成するように、前記第３の光を集束する集束要素と；
前記集束要素の前記焦点面に配置され、前記像を感知するように構成されたイメージングアレイと；
を有する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項5】

前記作動可能な光学要素は、旋回可能なミラーを含み；
前記プロセッサは
前記像内の前記指定された特徴の前記位置に基づいて前記光路をステアリングするために前記旋回可能なミラーを旋回させること；
によって、前記対応するコアと前記複数の光路の各光路を位置合わせするために、前記作動可能な光学要素を作動させるように構成され；
前記複数の光路の各光路は、固定部分および可動部分を含み、前記固定部分は、前記少なくとも１つの光源と前記旋回可能なミラーとの間に延び、前記可動部分は、前記旋回可能なミラーと前記マルチコア光ファイバの前記端部との間に延びる、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項6】

前記少なくとも１つの光源はソース光ファイバを含み；
前記複数の光路の各光路について、前記光路は、前記光ビームからの光の少なくとも一部が、前記マルチコア光ファイバの長さから反射し、前記ソース光ファイバのコアに結合するように前記光路に沿って伝播するように構成されるように、前記ソース光ファイバの前記コアから前記作動可能な光学要素に延びることによって、前記作動可能な光学要素に延びる、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項7】

第１の照明で前記マルチコア光ファイバを照明するように構成された第１の照明光源であって、前記第１の照明は、前記少なくとも１つの光源によって導かれる前記光ビームの波長と異なる第１の波長を有し、前記第１の照明の少なくとも一部は第１の光を形成するように前記マルチコア光ファイバから反射または散乱するように構成される、第１の照明光源と；
第２の光を形成するよう前記第１の光の少なくとも一部をコリメートするように構成された対物要素と；
第２の照明で前記ソース光ファイバを照明するように構成された第２の照明光源であって、前記第２の照明は、前記第１の波長とは異なり且つ前記少なくとも１つの光源によって導かれる前記光ビームの波長とは異なる第２の波長を有し、前記第２の照明の少なくとも一部は、第３の光を形成するように前記ソース光ファイバから反射または散乱するように構成される、第２の照明光源と；
第４の光を形成するように前記第３の光の少なくとも一部をコリメートするように構成されたソース対物要素と；
第５の光を形成するように前記第２の光と前記第４の光を重ね合わせるように構成されたダイクロイックミラーおよびリフレクタと；
集束要素の焦点面に前記像を形成するように前記第５の光を集束する集束要素と；
前記集束要素の前記焦点面に配置され、前記像を感知するように構成されたイメージングアレイと；をさらに有する、
請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記マルチコア光ファイバの前記端部に近接した焦点面に少なくとも１つの焦点を形成するように前記少なくとも１つの光源によって導かれる前記光ビームの少なくとも１つの光ビームを集束するように構成された集束要素と；
前記少なくとも１つの焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の長手方向の分離を検出するように構成された長手方向位置センサと；
前記長手方向の分離を減少させるように前記少なくとも１つの焦点を長手方向に位置決めするように構成された長手方向位置調整装置と；をさらに有する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項9】

前記長手方向位置センサは、反射光を受けるように構成されたバイプリズムを含み、前記反射光は、前記マルチコア光ファイバの前記端部から反射され、前記バイプリズムはさらに、前記像内の前記指定された特徴が前記像内の対応する複製特徴を有するように、前記反射光の反対側の半分の間にくさび角を与えるように構成され、前記プロセッサはさらに、前記指定された特徴と前記対応する複製特徴との間の間隔に少なくとも部分的に基づいて、前記焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離を決定するように構成される；または
前記長手方向位置センサは、前記反射光を受けるように構成されたスプリットフィールドダイクロイックフィルタを含み、前記反射光は、前記マルチコア光ファイバの前記端部から反射され、複数の波長を有し、前記スプリットフィールドダイクロイックフィルタは、前記像内の前記指定された特徴が異なる波長において前記像内で対応する重複特徴を有するように構成され、前記プロセッサはさらに、前記指定された特徴と前記対応する複製特徴との間の間隔に少なくとも部分的に基づいて、前記焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離を決定するように構成される；または
前記長手方向位置センサは、前記反射光を受けるように構成された色収差レンズを含み、前記反射光は、前記マルチコア光ファイバの前記端部から反射され、複数の波長を有し、前記色収差レンズは、前記像内の前記指定された特徴が異なる波長において前記像内で対応する重複特徴を有するように構成され、前記プロセッサはさらに、少なくとも部分的に、前記像内の前記指定された特徴のサイズおよび前記像内の前記対応する複製特徴のサイズから、前記焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離を決定するように構成される；または
前記長手方向位置調整装置は、前記光路に配置された可変焦点レンズを含み、前記プロセッサはさらに、前記焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離に基づいて、前記マルチコア光ファイバの前記端部に前記焦点を位置決めするように前記少なくとも１つの光ビームのコリメーションを可変焦点レンズに調整させるように構成される；または
前記長手方向位置調整装置は、前記光路を前記マルチコア光ファイバの前記端部に導くように構成された作動可能な対物レンズを含み、前記プロセッサはさらに、前記焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離に基づいて、前記マルチコア光ファイバの前記端部に前記焦点を位置決めするように前記作動可能な対物レンズを移動させるように構成される、
請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記少なくとも１つの光源は複数の光源を含み；
前記複数の光源の各光源は、複数のシングルコアファイバのうちの１つのシングルコアファイバを含み；
前記システムはさらに、前記複数の光路に拡大を与えるように構成された拡大光学系を含み、前記拡大は、前記マルチコア光ファイバの前記複数のコアの隣接するコア間の間隔と前記複数のシングルコアファイバの隣接するコア間の間隔との比に等しい、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項11】

マルチコア光ファイバに光を導くようにシステムを動作させる方法であって、前記マルチコア光ファイバは複数のコアを有し、前記システムは、イメージング光学系、プロセッサ、および作動可能な光学要素を有し、前記作動可能な光学要素は複数の光路を規定し、前記複数の光路の各光路は、前記作動可能な光学要素に延び、さらに前記マルチコア光ファイバの端部に延び、前記方法は：
前記マルチコア光ファイバの端部の像を前記イメージング光学系を用いて生成することと；
前記像内の指定された特徴の前記像内の位置を前記プロセッサを用いて決定することと；
前記プロセッサを用いて、前記像内の前記指定された特徴の前記位置に基づいて、前記複数の光路の各光路を前記複数のコアの対応するコアと同時に位置合わせするように、前記作動可能な光学要素を作動させることと；
少なくとも１つの光源を用いて、前記複数の光路の各光路について、前記光路について前記対応するコアに結合するように前記光路に沿って光ビームを導くことと；を含む、
方法。

【請求項12】

前記複数の光路の各光路を前記対応するコアと同時に位置合わせするように、前記作動可能な光学要素を作動させることは：
前記像内の前記指定された特徴の前記位置と前記像内の所定のターゲット位置との間のオフセットを、前記プロセッサを用いて、決定することと；
前記プロセッサを用いて、前記オフセットが減少するように前記作動可能な光学要素を作動させることと；を含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

照明光源を用いて、前記少なくとも１つの光源によって導かれる前記光ビームの波長とは異なる波長を有する照明で前記マルチコア光ファイバを照明することであって、前記照明の少なくとも一部は、第１の光を形成するように前記マルチコア光ファイバから反射または散乱する、照明することと；
前記イメージング光学系の対物要素を用いて、第２の光を形成するように前記第１の光の少なくとも一部をコリメートすることと；
前記イメージング光学系のダイクロイックミラーを用いて、第３の光を形成するように前記第２の光の少なくとも一部を前記光路から離れて導くことと；
前記イメージング光学系の集束要素を用いて、前記集束要素の焦点面に前記像を形成するように前記第３の光を集束することと；
前記集束要素の前記焦点面に配置されたイメージングアレイを用いて、前記像を感知することと；をさらに含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

長手方向位置センサによって、焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の長手方向の分離を検出することと；
前記長手方向の分離を減らすように、長手方向位置調整装置を用いて、前記焦点を調節することと；をさらに含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記長手方向位置調整装置はさらに、前記像内に複製特徴を作成するように構成され、前記方法は、さらに、前記プロセッサによって、前記指定された特徴と前記複製特徴の間の間隔またはサイズの違いに少なくとも部分的に基づいて、前記焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離を決定することを含む；または
前記長手方向位置調整装置は、前記光路内に配置された可変焦点レンズを含み、前記方法は、さらに、前記プロセッサによって、前記焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離に基づいて、前記マルチコア光ファイバの前記端部に前記焦点を位置決めするように、前記少なくとも１つの光源によって導かれる前記光ビームの少なくとも１つの光ビームのコリメーションを前記可変焦点レンズに調整させることを含む；または
前記長手方向位置調整装置は、前記光路を前記マルチコア光ファイバの前記端部に導くように構成された作動可能な対物レンズを含み、前記方法はさらに、前記プロセッサによって、前記焦点と前記マルチコア光ファイバの前記端部との間の前記長手方向の分離に基づいて、前記マルチコア光ファイバの前記端部に前記焦点を位置決めするように前記作動可能な対物レンズを移動させることを含む、
請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

複数のコアを有するマルチコア光ファイバに光を導くシステムのプロセッサによって実行されるとき、前記プロセッサに動作を実行させる命令を格納するコンピュータ可読媒体であって、前記システムは、作動可能な光学要素であって、前記作動可能な光学要素に延び、さらに前記マルチコア光ファイバの端部に延びる複数の光路を規定する作動可能な光学要素を有し、前記動作は：
イメージング光学系で、前記マルチコア光ファイバの端部の像を生成することと；
前記像から、前記像内の指定された特徴の前記像内の位置を決定することと；
前記像内の前記指定された特徴の前記位置に基づいて、前記複数の光路を前記複数のコアの対応するコアに位置合わせするように前記作動可能な光学要素を作動させることと；
前記複数のコアの前記対応するコアに結合するように前記複数の光路に沿って複数の光ビームを導くことと；を含む、
コンピュータ可読媒体。

【請求項17】

複数のコアを有するマルチコア光ファイバに光を導くシステムのプロセッサによって実行されるとき、前記プロセッサに請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の方法を実行させる命令を格納するコンピュータ可読媒体。

【国際調査報告】