特表 2024-519000 再構成可能な光学内視鏡カテーテルのための方法および装置

(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】2024-05-08

(54)【発明の名称】再構成可能な光学内視鏡カテーテルのための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 1/00 20060101AFI20240426BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20240426BHJP

【ＦＩ】

A61B1/00 730

G01N21/27 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023570360

(86)(22)【出願日】2022-05-13

(85)【翻訳文提出日】2023-12-14

(86)【国際出願番号】 US2022029301

(87)【国際公開番号】W WO2022241284

(87)【国際公開日】2022-11-17

(31)【優先権主張番号】63/189,053

(32)【優先日】2021-05-14

(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】523428914

【氏名又は名称】リードオプティク インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】モハンマッドレザ コーラサニネジャド

【テーマコード（参考）】

2G059

4C161

【Ｆターム（参考）】

2G059AA06

2G059BB08

2G059BB12

2G059EE02

2G059EE11

2G059GG01

2G059GG02

2G059HH01

2G059HH02

2G059HH03

2G059JJ03

2G059JJ05

2G059JJ17

2G059JJ19

2G059KK04

2G059LL01

2G059NN06

4C161FF35

4C161FF40

4C161RR17

4C161RR26

(57)【要約】

光学システムのいくつかの構成が本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、光学システムは、第１の表面および第２の表面を有する基板と、基板に配置され、光を受け取るように構成された、第１の反射体とを含む。光は、第１の波長の光と第２の波長の光のうちの少なくとも１つを含む。第１の反射器は、第１の光路に沿い、第１の回折レンズに向かって、第１の波長の光を反射させ、第２の反射器に向かって、第２の波長の光を透過させるように構成される。第２の反射器は、第２の光路に沿い、第２の回折レンズに向かって第２の波長の光を反射させるように構成される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内視鏡用の光学システムであって、前記光学システムは、
第１の表面と第２の表面を有する基板であって、これらの表面の少なくとも１つは、軸方向に沿って伝播する光を送出するように構成された、ファイバの軸方向に実質的に平行に配向された、前記基板と、
前記基板によって支持された光学コンポーネントであって、前記光学コンポーネントは、前記ファイバからの前記光を、少なくとも２つの光路に向け、前記２つの光路のそれぞれは横断方向に向け直され、前記光学システムの一側に配置された異なる焦点スポットに集束させられる、前記光学コンポーネントと、
を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項2】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ以下の断面を有することを特徴とする光学システム。

【請求項3】

請求項２に記載の光学システムであって、前記光学システムは、５ｍｍ以下の長さを有することを特徴とする光学システム。

【請求項4】

請求項１に記載の光学システムであって、前記２つの光路のそれぞれは、前記基板を通って伝播することを特徴とする光学システム。

【請求項5】

請求項４に記載の光学システムであって、光は、前記軸方向に沿って伝播する前記ファイバを出て、前記第１の表面に取り付けられた光反射器により前記基板に向けられ、前記光反射器による前記光の反射は、全内部反射に基づかないことを特徴とする光学システム。

【請求項6】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、また、前記２つの光路を通る逆方向に沿った伝播を介して、前記焦点スポットに位置づけられる組織から散乱させられた光を収集することを特徴とする光学システム。

【請求項7】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学コンポーネントは、前記第１の表面に取り付けられ、前記第１の表面から離れる横断方向に延在することを特徴とする光学システム。

【請求項8】

請求項７に記載の光学システムであって、前記光学コンポーネントは、前記第１の表面に対してある角度で取り付けられた波長選択性反射器を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項9】

請求項７に記載の光学システムであって、前記光学コンポーネントは、前記第１の表面に対して、約３７度、約４５度、および、約５０度からなる群から選択された角度で取り付けられた、平坦なコンポーネントを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項10】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学コンポーネントは、前記表面のうちの１つに平坦に配置されることを特徴とする光学システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の光学システムであって、前記光学コンポーネントは、回折格子を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項12】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、
前記表面の一方に平坦に配置された回折レンズであって、前記光路の一方が、前記基板を横断方向に出射し、前記回折レンズが、その光路を、対応する焦点スポットに集束させる、前記回折レンズを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項13】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、
前記表面の一方に平坦に配置された回折格子であって、前記回折格子は、前記基板内を伝播する光路の１つを向け直すことを特徴とする光学システム。

【請求項14】

請求項１３に記載の光学システムであって、前記回折格子は、前記基板の全内部反射角よりも大きい伝播角に、前記光路を向け直すことを特徴とする光学システム。

【請求項15】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光路の１つは、前記表面の１つにおける全内部反射を利用して前記基板内を伝播することを特徴とする光学システム。

【請求項16】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、
前記表面のうちの１つに平坦に配置されたアキシコンであって、前記光路の１つが前記基板を横断方向に射出し、前記アキシコンは、その光路を、拡張された焦点の深さで、対応する焦点スポットに集束させる、前記アキシコンを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項17】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、
前記第１の表面に取り付けられたコリメータであって、前記コリメータは、前記軸方向に沿って伝播する前記ファイバに存在する光をコリメートさせる、前記コリメータを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項18】

請求項１に記載の光学システムであって、前記異なる焦点スポットは、異なる焦点距離を有することを特徴とする光学システム。

【請求項19】

請求項１に記載の光学システムであって、前記異なる焦点スポットは、異なる開口数を有することを特徴とする光学システム。

【請求項20】

請求項１に記載の光学システムであって、前記異なる焦点スポットは、異なる作動距離を有することを特徴とする光学システム。

【請求項21】

請求項１に記載の光学システムであって、前記異なる焦点スポットは、異なる焦点深度を有することを特徴とする光学システム。

【請求項22】

請求項１に記載の光学システムであって、前記２つの光路は、２つの異なるスペクトルチャネルを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項23】

請求項１に記載の光学システムであって、前記２つの光路は、２つの異なる偏光チャネルを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項24】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、前記基板によって支持された、一組の、少なくとも２つの光学コンポーネントを含み、前記一組の光学コンポーネントは、前記ファイバからの前記光を、少なくとも３つの光路に向け、前記３つの光路は、異なる焦点パラメータ、異なる波長、異なる偏光の、少なくとも２つを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項25】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、コントローラであって、前記光学コンポーネントは、波長選択性であり、前記コントローラは、前記ファイバによって送出される光の波長組成を調整する、前記コントローラを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項26】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、
コントローラであって、前記光路は、波長感受性または波長選択性コンポーネントを含み、前記コントローラは、前記ファイバによって送出される光の波長組成を調整する、前記コントローラを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項27】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、
コントローラであって、前記光学コンポーネントは、波長選択性であり、前記コントローラは、前記光学コンポーネントの波長選択性を調整する、前記コントローラを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項28】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、
コントローラであって、前記光路は、波長感受性コンポーネントを含み、前記コントローラは、前記コンポーネントの波長感受性を調整する、前記コントローラを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項29】

請求項１に記載の光学システムであって、前記光学システムは、さらに、
コントローラであって、前記光路は、少なくとも１つの電気光学コンポーネントを含み、前記コントローラは、前記電気光学コンポーネントを調整する、前記コントローラを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項30】

請求項２９に記載の光学システムであって、前記電気光学コンポーネントは、液晶コンポーネントを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項31】

内視鏡用の光学システムであって、前記光学システムは、
第１の表面および第２の表面を有する基板であって、前記表面のうちの少なくとも１つは、軸方向に沿って伝播する光を収集するように構成された、一組の、少なくとも２つのファイバコアの前記軸方向と実質的に平行に配向された、前記基板と、
前記基板によって支持された光学コンポーネントであって、前記光学コンポーネントは、前記光学システムの一側に位置づけられる焦点スポットから、少なくとも２つの光路に光を向け、前記２つの光路のそれぞれは、前記軸方向に向け直され、対応するファイバコアによって収集される、前記光学コンポーネントと、
を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項32】

請求項３１に記載の光学システムであって、前記光学コンポーネントは、偏光選択性格子を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項33】

請求項３１に記載の光学システムであって、前記光学コンポーネントは、偏光選択性反射器を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項34】

請求項３１に記載の光学システムであって、前記光学コンポーネントは、偏光選択性回折レンズを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項35】

内視鏡用の光学システムであって、前記光学システムは、
第１の表面と第２の表面を有する基板であって、前記表面のうちの少なくとも１つは、軸方向に沿って伝播する光を収集するように構成された２つのファイバコアの前記軸方向に実質的に平行に配向された、前記基板と、
前記基板によって支持された光学コンポーネントであって、前記光学コンポーネントは、前記光学システムの一側に位置づけられた焦点スポットからの光を、少なくとも２つの光路に向け、前記２つの光路のそれぞれは、前記軸方向に向け直され、対応するファイバコアによって収集される、前記光学コンポーネントと、
を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項36】

請求項３５に記載の光学システムであって、前記２つのファイバコアは、２つのファイバコアを有する単一のファイバを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項37】

請求項３５に記載の光学システムであって、前記２つのファイバコアは、それぞれが単一のファイバコアを有する、２つのファイバを含むことを特徴とする光学システム。

【請求項38】

請求項３５に記載の光学システムであって、前記２つの光路は、光が逆方向に伝播する、請求項１から３０のいずれかの光路を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項39】

内視鏡用の光学システムであって、前記光学システムは、
２つの基板であって、各基板は、第１の表面と第２の表面を有し、各基板の表面の少なくとも１つは、軸方向に沿って伝播する光を送出するように構成された、ファイバの前記軸方向に実質的に平行に配向された、前記２つの基板と、
前記基板に支持された光学コンポーネントであって、前記光学コンポーネントは、前記ファイバからの前記光を、少なくとも２つの光路に向け、前記２つの光路のそれぞれは、横断方向に向け直され、前記光学システムの一側に位置づけられた異なる焦点スポットに集束させられる、前記光学コンポーネントと、
を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項40】

請求項３９に記載の光学システムであって、前記２つの光路は、請求項１から３８のいずれかの光路を含むことを特徴とする光学システム。

【請求項41】

内視鏡用カテーテルであって、前記内視鏡カテーテルは、
２つの端部を有する光ファイバと、
前記光ファイバの一端に結合されたファイバコネクタと、
前記光ファイバの他端に結合された光学システムであって、前記光学システムは、請求項１から４０のいずれかの光学システムを含む、前記光学システムと、
を含むことを特徴とする内視鏡用カテーテル。

【請求項42】

請求項４１に記載の内視鏡用カテーテルであって、前記内視鏡用カテーテルは、さらに、
前記光学システムを前記光ファイバに接続するフェルールと、
前記光学システムを回転させるトルクコイルと、
を含むことを特徴とする、内視鏡用カテーテル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
この出願は、２０２１年５月１４日に出願された、米国仮特許出願第６３／１８９，０５３号、「再構成可能な光学内視鏡カテーテルのための方法および装置」に対する、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権を主張する。前記出願のすべての主題は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
技術分野
本開示は、一般に、小型化された光学イメージングおよび照射システム、装置、および、器具に関する。より具体的には、この開示は、光干渉断層撮影法、ラマン分光法、および／または、蛍光分光法技術を含む、光学内視鏡カテーテルに基づく、小型化された医療イメージングを実現するための、方法、システム、装置、および、器具を提示する。

【背景技術】

【0002】

冠状動脈、肺気道、胃腸管などの管腔臓器での疾患の正確な診断と治療は、特に、生体内の場合、病変へのアクセス困難性のために難しい。これは、光学イメージングおよび照射（治療目的のための）システムの小型化の背後にある主な動機である。一般的に使用されるイメージングシステムの１つは、内視鏡光干渉断層撮影（ＯＣＴ）カテーテルである。一般的な内視鏡カテーテルでは、光パワーは、光ファイバを介して、カテーテルの遠位端に送出され、その後、それは、カスケード接続された、いくつかの光学コンポーネントを介して組織内に向け直され、集束させられる。光を向け直し、集束させる、２つの一般的なアプローチは、（ｉ）屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズとプリズム、および、（ｉｉ）角度研磨されたボールレンズに基づく。前者では、ＧＲＩＮレンズが光を集束させ、その後、プリズムは、人が、イメージング、および／または、光照射を行う必要がある組織に向けて（ファイバの長さに対して、半径方向に）、光を向け直す。後者は、１つのデバイスに統合されたプリズムとレンズとして見られ得、角度研磨された端面部分が、ファイバから来る光をレンズに向け直し（多くの場合９０度で）、レンズが、光を組織内に集束させる。イメージングの場合、組織からの散乱光は、同じレンズによって収集され、角度研磨された端面を介して、ファイバに向かって向け直される。次に、ファイバは、画像を処理し、形成するために、この光を、後処理システム（多くの場合、干渉アームや検出器）に送出する。内視鏡カテーテル（ファイバ、および、それに取り付けられた他の光学コンポーネントを含む）は、前後に動かされ、その軸に沿って（例えば、ファイバの長さを走る長手方向軸の周りで）回転させられ、場面（例えば、組織）の３Ｄ画像を再構成する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

光の伝播方向および形状（例えば、集束、ビーム幅の拡張／収縮、基板への結合入力および基板からの結合出力）を動的に制御し、光を、その特性（例えば、偏光、角度、および光／または波長）に基づいて、区分するための装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

開示の要約
この要約は、実施形態の選択を、簡略化した形式で紹介するために提供される。実施形態は、以下の詳細な説明で、さらに詳細に説明されるであろう。この要約は、特許請求された主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図されず、また、この概要は、特許請求された主題の範囲を限定するために使用されることを意図されない。

【0005】

いくつかの実施形態によれば、光の伝播方向および形状（例えば、集束、ビーム幅の拡張／収縮、基板への結合入力および基板からの結合出力）を動的に制御し、光を、その特性（例えば、偏光、角度、および光／または波長）に基づいて、区分するための装置が開示される。

【0006】

一態様では、光学システムが開示される。光学システムは、第１の表面および第２の表面を有する基板と、基板に配置され、光を受け取るように構成された第１の反射器とを含む。光は、第１の波長の光と第２の波長の光のうちの少なくとも１つを含む。第１の反射器は、第１の光路に沿って、第１の回折レンズに向かって第１の波長の光を反射させ、第２の反射器に向かって第２の波長の光を透過させるように構成される。第２の反射器は、第２の光路に沿って、第２の回折レンズに向かって第２の波長の光を反射させるように構成される。

【0007】

別の態様では、第１の表面および第２の表面を有する基板と、入力光を受け取りコリメートさせるように構成されたコリメータとを有する、光学システムが開示される。入力光は、第１の波長の光と第２の波長の光のうちの少なくとも１つを含む。第１の反射器は、第１の波長の光を第１の回折レンズに向かって反射させ、第２の波長の光を第２の反射器に向かって透過させるように構成される。第２の反射器は、第２の波長の光を第２の回折レンズに向かって反射させるように構成される。

【0008】

実施形態の大部分は、光源、光ファイバ、回折光学コンポーネント（例えば、回折レンズ、回折格子、メタサーフェスに基づくレンズ、メタサーフェスに基づく格子）、屈折光学素子（例えば、ミラー、波長選択性ミラー、部分ミラー、基板）、および／または、液晶（ＬＣ）、薄膜、および、偏光フィルム（例：偏光反射板、吸収偏光子、１／２波長板、１／４波長板）を含み、イメージングおよび／または照射のために、光を、所望の方向に向けて、制御し、成形し、区分し、および、案内し、最終的に、光を、対象に集束させる。さらに、実施形態は、少なくとも１つの光源、少なくとも１つのセンサ、および、少なくとも１つの制御モジュールを含み得る。制御モジュールは、センサ、または、使用者からのフィードバックに応じて、各コンポーネントの機能を制御し、調節し、調整し得る。一部のコンポーネントの機能は、電圧および／または電流を印加するか、衝突する光の特性（偏光、波長、角度など）を変化させることにより、自動的に変更され得る。また、光の偏光状態は、直線、円、楕円、ランダム、無偏光、または、それらの任意の組み合わせであり得る。

【0009】

本明細書に開示される方法は、通信装置またはセンサを使用して、少なくとも１つのセンサまたは画像処理ソフトウェアからフィードバックデータを受信するステップを含み得る。このフィードバックを使用して、制御モジュールは、イメージングおよび／または照射用のシステム／器具の性能を改善または調整するために、１つまたは複数のコンポーネントの機能を調整し、および／または、入力光の波長、偏光、または、その他の特性を変更し得る。

【0010】

前述の要約と以下の詳細な説明は、両方とも、例を提供し、もっぱら説明を目的とする。したがって、前述の要約および以下の詳細な説明は、限定的であると考慮されるべきではない。本明細書に記載されたものに加えて、さらなる特徴または変形が提供され得る。例えば、実施形態は、詳細な説明で説明される、さまざまな特徴の組み合わせ、および、サブコンビネーションに向けられ得る。

【0011】

本開示で提示される添付図面は、本開示を部分的に構成し、異なる実施形態を示す。組み込まれた図面は、出願人により所有される、さまざまな著作権および商標の表現を含み得る。本明細書に示される、さまざまな商標および著作権に対するすべての権利は、出願人に帰属し、出願人の所有物である。出願人は、他の目的ではなく、付与された特許の複製に関連する場合にのみ、本明細書に含まれる商標および著作権における、すべての権利を保留、留保し、題材を複製することを許可する。

【0012】

さらに、図面は、本開示の特定の実施形態を説明する説明文、および／または、本文を含み得る。これらの本文、および、説明文は、本開示で説明される特定の実施形態の非限定的、説明的および例示的な目的のために包含される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】スモールフォームファクタ内視鏡ファイバベースのイメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図1B】スモールフォームファクタ内視鏡ファイバベースのイメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図1C】スモールフォームファクタ内視鏡ファイバベースのイメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図1D】スモールフォームファクタ内視鏡ファイバベースのイメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図2A】カスケード接続された波長選択性反射器を使用したマルチスペクトルおよびマルチズームイメージングの実施形態を示す図である。

【図2B】カスケード接続された波長選択性反射器を使用したマルチスペクトルおよびマルチズームイメージングの実施形態を示す図である。

【図3A】回折格子の分散応答を利用した、マルチスペクトルおよびマルチズームのイメージングおよび照射の実施形態を示す図である。

【図3B】回折格子の分散応答を利用した、マルチスペクトルおよびマルチズームのイメージングおよび照射の実施形態を示す図である。

【図4A】小型偏光分解イメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図4B】小型偏光分解イメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図4C】小型偏光分解イメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図4D】小型偏光分解イメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図4E】小型偏光分解イメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図5A】多機能の光学イメージングおよび照射の実施形態を示す図である。

【図5B】多機能の光学イメージングおよび照射の実施形態を示す図である。

【図5C】多機能の光学イメージングおよび照射の実施形態を示す図である。

【図5D】多機能の光学イメージングおよび照射の実施形態を示す図である。

【図6A】光学イメージングおよび照射システム（ＯＩＩＳ）の焦点深度を拡張するように構成された実施形態を示す図である。

【図6B】光学イメージングおよび照射システム（ＯＩＩＳ）の焦点深度を拡張するように構成された実施形態を示す図である。

【図6C】光学イメージングおよび照射システム（ＯＩＩＳ）の焦点深度を拡張するように構成された実施形態を示す図である。

【図7A】再設定可能な焦点距離を備える、光学イメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図7B】再設定可能な焦点距離を備える、光学イメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図7C】再設定可能な焦点距離を備える、光学イメージングおよび照射システムの実施形態を示す図である。

【図8A】様々なコンポーネントとの異なる統合スキームを示す、光学イメージングおよび照射システムの一実施形態の分解図である。

【図8B】様々なコンポーネントとの異なる統合スキームを示す、光学イメージングおよび照射システムの一実施形態の断面図である。

【図9】本明細書に開示される技術を実装するためのさまざまなモジュールのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

詳細な説明
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、以下でさらに詳細に説明されるが、代替の構成および実施形態が、また、本出願の範囲から逸脱することなく可能である。したがって、本出願は、本明細書に説明される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、図示され、説明された実施形態は、本発明の範囲を当業者に伝えるための例として提供される。図面において、層および領域のサイズおよび相対的なサイズは、明確さのために誇張され得る。

【0015】

第１、第２、第３などの用語は、本明細書では様々な要素、コンポーネント、領域、層、および／または、セクションを説明するために使用され得るが、これらの要素、コンポーネント、領域、層、および／または、セクションは、これらの用語によって限定されるべきではないと、理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素、コンポーネント、領域、層、または、セクションを、別の要素、コンポーネント、領域、層、または、セクションから区別するために使用される。したがって、以下で説明される、第１の要素、コンポーネント、領域、層、または、セクションは、本開示の教示から逸脱することなく、第２の要素、コンポーネント、領域、層、または、セクションと呼ばれ得る。

【0016】

本明細書で使用される場合、単数形「一つ（ａ）」、「一つ（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかにそうでないと指示しない限り、複数形も含むことを意図される。さらに、本明細書で使用される「含む」および／または「含んでいる」という用語は、記載された特徴、完全体、ステップ、操作、要素、および／または、コンポーネントの存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、完全体、ステップ、操作、要素、コンポーネント、および／または、それらの群の存在または追加を排除しないことが、また、理解されるであろう。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、１つまたは複数の関連する列挙された項目の、任意の、および、すべての組み合わせを含み、「／」と省略され得る。

【0017】

本開示を通じて、「任意の」という用語は、本明細書では、本開示、または、本発明の目的、機能、および、意図を満たす、特定のコンポーネント、または、本発明内の特定のコンポーネント／システムを可能にし得る、任意の材料、形状、サイズ、特徴、順序、型または種類、方向、位置、数量、コンポーネント、および、コンポーネントの単一の、および／または、複数の組み合わせを備えた、コンポーネントの配置、を記述するために使用され得る。

【0018】

別に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、この開示が属する、当業者によって、一般に理解されるところと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書において定義される用語のような用語は、関連技術および／または本明細書の文脈における意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書においてそのように明示的に定義されない限り、理想化された、または、過度に形式的な意味に解釈されるべきではないことが、また、理解されるであろう。

【0019】

はじめに、前述された従来の光学照射およびイメージングシステムは、さまざまな欠点を有する。たとえば、ＧＲＩＮおよびボールレンズに依存するシステムは、イメージングの解像度を低下させる、球面収差と非点収差を含む、重大な光学収差に悩まされる。人は、顕微鏡の対物レンズと同様に、複数のレンズをカスケード接続することでこれらの収差を軽減し得るが、複数のレンズを備えたシステムの大きなサイズと高コストは、このアプローチを高価で非現実的なものにする。

【0020】

低解像度に加えて、屈折ベースのレンズ（球面レンズなど）は、制限された機能を有する。それらは、偏光分解イメージングやマルチスペクトルイメージングを実行できず、それらの焦点距離は固定される（つまり、調整または変更され得ない）。さらに、これらのレンズは、半径方向（たとえば、ファイバベースの内視鏡におけるファイバ長と直交する方向）にイメージングを実行するために、プリズムなどの他の大型の光学コンポーネントとカスケード接続されねばならず、これは、イメージングシステムのさらなる小型化の妨げとなる。ファイバベースの内視鏡設計のほとんどは、有限／有限共役設計（ファイバコアから焦点スポットへ、ポイントツーポイントの集束とイメージング、またはその逆）に基づいているため、ファイバとレンズの間の光路エラー（たとえば、製造公差による）は、収差を引き起こし、分解能を低下させるだけでなく、イメージングシステムの実効焦点距離を変化させ得る。プリズムを使用することは、その固体の性質により、ファイバとレンズの間に、どの他のコンポーネントも配置することが非常に難しくなり、それにより、システム全体の機能を制限する。たとえば、プリズムを介してファイバとレンズの間を伝送される光を、その偏光および／または波長に基づいて、制御したり区分したりするのは非常に難しいものであり得る。また、屈折レンズとプリズムは、両方とも調整機能のない受動的な光学コンポーネントであり、これは、光学システムが調節されたリ動的に操作されることを妨げる。この開示では、これらの問題および欠点に対処する、いくつかのシステムおよび方法が説明される。

【0021】

本開示は、コンパクトで、かつ、スモールフォームファクタで、イメージングおよび照射を目的とした光制御を容易にする、器具、装置、および、システムを説明する。さらに、本開示は、マルチズームイメージング、マルチスペクトルイメージング、および、偏光分解イメージングを可能にする様々な方法を説明する。さらに、本開示は、一般に、光ファイバ、および、小型化された光学コンポーネントおよび器具の重なりを介して、イメージングおよび照射のために組織／器官に光を集束させる、多機能スモールフォームファクタ光学システムに関する。光学コンポーネントおよび器具は、回折光学システム、メタサーフェス、および、屈折光学システム、および／または、それらの組み合わせに基づき得る。

【0022】

本開示では、回折コンポーネント（例えば、格子、レンズ）は、サブ波長散乱体、共振器、および／または、ナノ構造の任意のアレイを含む。これらの散乱体、共振器、および／または、ナノ構造は、本明細書ではビルディングブロックと称され得る。ビルディングブロックは、同時に、位相、振幅、偏光、空間的および時間的プロファイル、伝播方向、光線の角度、またはこれらの特性の組み合わせなどの、光の１つ以上の基本特性を、個別にまたは集合的に制御し得る。たとえば、回折レンズは、衝突する光を集束、発散、または、収束させ得る、非常に薄いレンズである。入射光は、任意のプロファイルおよび／または角度分布を有し得る。一般に、回折格子は、格子の設計パラメータ（例えば、ピッチおよび／またはパターン）に応じて、衝突する光を１つまたは複数の異なる次数（例えば、±１、±２、±３など）に回折する。回折アキシコンは、さまざまな次数（たとえば、Ｊ_０、Ｊ_１など）のベッセルビームを生成し得る。ベッセルビームは、回折レンズなどの他の同機能品と比較して、拡張された距離に光が集束されてとどまる、独自の非回折特性を有する。回折コンポーネントのビルディングブロックは、半導体（例えば、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、リン化ガリウム）、結晶（例えば、シリコン、ニオブ酸リチウム、ダイヤモンド）、誘電体（例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、二酸化チタン、酸化インジウム）、ポリマー（例えば、フォトレジスト、ＰＭＭＡ）、金属（例えば、銀、アルミニウム、金）、二次元（２Ｄ）材料（例えば、グラフェン、窒化ホウ素）、相変化材料（例えば、カルコゲナイド、二酸化バナジウム）、または、それらの任意の混合物または合金を含む材料で作製され得る。

【0023】

本開示では、メタサーフェスは、回折コンポーネントの高度な形式であり、メタグレーティング（メタサーフェス設計に基づく格子）、メタレンズ（メタサーフェス設計に基づくレンズ）、および、メタホログラム（メタサーフェスに基づくホログラム）と称され得る。これらのメタサーフェスは、設計された、分散、偏光、および、角度応答を備えた、多機能の平坦なコンポーネントであり、光リソグラフィー、深紫外線リソグラフィー、電子ビームリソグラフィー、ナノインプリンティング、反応性イオンエッチング、電子ビーム蒸着、スパッタリング、プラズマ蒸着、原子層堆積、および、任意の順序での前述のプロセスの任意の組み合わせなどの、さまざまなアプローチを使用して製造され得る。メタサーフェスのビルディングブロックは、回折コンポーネントについて上述されたのと同様の材料で作成され得る。

【0024】

本開示全体を通じて、本明細書では単に「ファイバ」とも呼ばれ得る、「光ファイバ」は、ガラス（シリカ）、プラスチック、または、他の材料を延伸することによって作製された、柔軟で透明なファイバに言及し得る。本明細書で言及される光ファイバは、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、フォトニック結晶ファイバ、および、その他の任意の特定目的のファイバを含み得る。ファイバは、裸のフェルール、または、フェルールを含むコネクタに接続され得る。フェルールのタイプは、フェルールコネクタ（ＦＣ）、ルーセントコネクタ、アングルポリッシュコネクタ（ＡＰＣ）、フィジカルコンタクト（ＰＣ）コネクタ、ウルトラフィジカルコンタクト（ＵＰＣ）、または、それらの任意の組み合わせであり得る。本開示の範囲から逸脱することなく、他のコネクタが使用され得る。フェルールは、ガラス、セラミック、プラスチック、または、その他の任意の材料で作製され得る。ファイバコネクタは、ＦＣ、ＰＣ、ＡＰＣ、サブスクライバーコネクタ（ＳＣ）、または、それらの任意の組み合わせであり得る。フェルールは、任意の形状とサイズにカスタマイズされ得る。ファイバの作動波長は、紫外（ＵＶ）、可視、近赤外（ＮＩＲ）、短波赤外（ＳＷＩＲ）、または／および、より長い波長またはより短い波長であり得る。ファイバは、保護層を有し得、他のプラスチックチューブ、ポリマーチューブ、ガラスチューブ、および／または、トルクコイルで囲まれ得る。一般に、さまざまな種類のチューブ（例えば、プラスチック、ポリマー、ガラス）が、光学システムやデバイスの保護筐体として使用される。トルクコイルは、回転のために光学システム（例えば、イメージング／照射プローブ）にトルクを伝達するために使用され、したがって、放射イメージング／照射を実行する。

【0025】

本開示において、「光源」という用語は、これらに限定されないが、掃引光源レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、端面発光半導体レーザダイオード、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬｓ）、スーパーコンティニューム光源、スーパールミネッセントダイオード、白色光源、および、ハロゲンランプなどの任意の技術に基づき得る、コヒーレント、部分コヒーレント、または、インコヒーレントの光源に言及する。光源の波長は、カテーテルの用途に応じて、深紫外、紫外、可視、ＮＩＲ、ＳＷＩＲ、中赤外、または、遠赤外の範囲であり得る（たとえば、イメージング、または、治療用途の場合、波長は、異なり得る）。光は、エネルギーのパルス（例えば、パルスレーザ）として、または、連続波（ＣＷ）として送出され得る。

【0026】

本開示全体を通じて、「カラーフィルタ」という用語は、異なる色（すなわち、波長）の光を、選択的に透過または反射させる器具に言及する。カラーフィルタは、吸収（例えば、染料、顔料、プラズモニック粒子、金属ナノ構造を使用して）、干渉（例えば、薄膜、サブ波長回折格子、ミー共振構造、プラズモニック、および、金属ナノ構造）、回折（例えば、反射型または透過型回折格子）などのさまざまな機構に基づき得る。この開示において、ミラーは、入射光を反射する器具に言及し得る。ミラーの反射率は、１０％より小さいか、または、大きく、２５％より小さいか、または、大きく、７５％より小さいか、または、大きく、または、１００％より小さいものであり得る。ミラーの反射率は、光の波長、偏光、および／または、その入射角の関数であり得る。

【0027】

本開示全体を通じて、イメージングセンサは、光強度、または、位相、角度、偏光、および、波長などの他の光特性を検出または捕捉するための、任意のイメージングおよび検知技術に言及し得る。そのような任意のイメージングおよび検知技術のいくつかの例は、相補型対称金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）、インテンシファイド電荷結合素子（ＩＣＣＤ）、科学研究用ＣＭＯＳ（ｓＣＭＯＳ）、アバランシェダイオード（ＡＤ）、タイムオブフライト（ＴｏＦ）、ショットキーダイオード、または、深紫外、可視、ＳＷＩＲ、ＮＩＲ、遠赤外、および／または、その他の波長で作動する、任意のその他の光または電磁気感知機構を含む。

【0028】

さらに、本開示は、屈折光学、回折光学、メタサーフェス、および、他の平坦な光学技術（例えば、偏光子、波長板、４分の１波長板、２分の１波長板、ミラー、反射器、部分反射器、および、カラーフィルタ）に基づく、ハイブリッドアプローチを説明する。本明細書に記載される様々な光学システムの動的能力は、電気光学効果（例えば、キャリアの注入による）、または、熱光学効果（例えば、局所加熱による）を達成するように構成されたコンポーネントを含むことによって可能とされ得る。ＬＣなどの他の機構や器具は、また、光学システム内に調整機能を提供するために使用され得る。動的能力は、光学システムのパフォーマンスと柔軟性を大幅に向上させ得る。カスケード接続された平坦なコンポーネントの多機能性は、そのような動的システムが、生体内医療用途に必要なスモールフォームファクタを満たすことを可能にする。本開示の主な焦点は、医用イメージング、診断、および、治療目的のための、スモールフォームファクタの、再構成可能な、高性能の光学システムを可能にすることである。

【0029】

本開示全体を通して、動的コンポーネント、または、設計、または、一般に、本明細書で使用される、形容詞の「動的」は、外部の光、熱、電気、または、機械信号の１つ以上に応答して、光の特性（例えば、偏光、波長、強度）を選択的に変化させることにより、経時的に調整され得る、機能、性能、および、特性を有する、コンポーネントまたは設計に言及し得る。

【0030】

本開示におけるシミュレーションは、反射、屈折、回折の法則を考慮した光線追跡法を使用して実行される。本明細書で説明および図示されるすべてのシミュレーションに対して、各光線は、簡単にするために、非常に狭い帯域幅を持つ単一の波長を有すると仮定される。実験や実際の器具では、光線（例えば、入力光）が、１０ｎｍより小さいか、または、大きく、２５ｎｍより小さいか、または、大きく、５０ｎｍより小さいか、または、大きく、１００ｎｍより小さいか、または、大きい、かなりの帯域幅を有し得ることに注意することが重要である。いくつかの実施形態では、帯域幅は、約５０ｎｍと約１００ｎｍとの間である。

【0031】

図１Ａ（上部）は、ファイバコネクタ１５２、光ファイバ１０２、（カテーテルの一端から他端にトルクを伝達するための）トルクコイル１５４、および、シース１５６によって囲まれた他の光学および機械コンポーネントを含む、内視鏡カテーテル１５０の概略図を示す。図１Ａの下部の拡大図は、フェルール１５８を介して光学イメージングおよび照射システム（ＯＩＩＳ）１０１に接続されたトルクコイル１５４を含む、内視鏡カテーテルの遠位端におけるコンポーネントを示す。フェルール１５８は、ファイバ１０２の端部を保持する。ファイバ１０２は、トルクコイル１５４を通過し、内視鏡カテーテル１５０の他端で、ファイバコネクタ１５２に接続する（図１Ａの上部を参照）。トルクコイル１５４、フェルール１５８、および、ＯＩＩＳ１０１は、シース１５６によって囲まれる。シース１５６は、透明なプラスチック、ポリマー、ガラス管、または、それらの組み合わせであり得る。シース１５６の端部は、エンクロージャキャップ１５７（例えば、プラスチックまたはガラス基板、シリコーンゲルなど）によって密封され得る。

【0032】

図１Ｂは、スモールフォームファクタ内視鏡カテーテル１００の一端の実施形態の斜視図を示す。この実施形態では、ファイバ１０２は、光源（図示せず）から光を受け取るように構成されたコア１０３を含む。いくつかの実施形態では、ファイバ１０２は、フェルールに接続され得る（図１Ａを参照）。ファイバ１０２は、光をＯＩＩＳ１０１に送る。いくつかの実施形態では、ＯＩＩＳは、ｚ次元で、約０．２－１．５ｍｍ、ｙ次元で、約０．２－１．５ｍｍ、および、ｘ次元で、約１－５ｍｍの範囲の寸法を有し得る。いくつかの用途では、ｘ次元のサイズ制約は、ｙ次元およびｚ次元のサイズ制約よりも緩やかであり得る。

【0033】

内視鏡カテーテル１００では、ＯＩＩＳ１０１は、基板１０５上または基板１０５内に配置されるか、または、基板１０５によって支持される、２つの波長選択性反射器（ＷＳＲ）１０４ａおよび１０４ｂ、２つの回折格子１０６ａおよび１０６ｂ、および、２つの回折レンズ１０７ａおよび１０７ｂを含む。基板１０５は、ガラス（例えば、溶融シリカ、パイレックス（登録商標）、高屈折率ガラス、石英）、半導体（例えば、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、リン化ガリウム）、結晶（例えば、サファイアシリコン、ニオブ酸リチウム、ダイヤモンド）、誘電体（例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、二酸化チタン、酸化インジウム）、ポリマー（例えば、フォトレジスト、ＰＭＭＡ）を含む材料で作製され得る。ここでは、例示の目的で、ガラス基板が考慮される。回折レンズ１０７ａ、１０７ｂのうちの１つ以上は、フレネルレンズ、メタサーフェスベースのレンズ、および／または、屈折レンズ（例えば、球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズ）と置き換えられ得る。ＷＳＲ１０４ａおよび１０４ｂは、第１の表面１０５ａに配置され得る。ＷＳＲは、第１の表面１０５ａに対して、ある角度（例えば、約３７度、４５度、または、５０度）で配置され得る。所望の波長に対するＷＳＲの反射値は、９５％より小さいか、または、大きく、９０％より小さいか、または、大きく、８０％より小さいか、または、大きく、７０％より小さいか、または、大きいものであり得、一方で、他の波長が、９５％より小さいか、または、大きく、９０％より小さいか、または、大きく、８０％より小さいか、または、大きく、７０％より小さいか、または、大きい、最大透過率で通過することを許容する。いくつかの実施形態では、所望の波長に対するＷＳＲの反射値は、約８０％から約９５％の間であり得る。いくつかの実施形態では、所望の波長に対するＷＳＲの透過値は、約８０％から約９５％の間であり得る。第１の回折レンズ１０７ａは、また、２つのＷＳＲ１０４ａおよび１０４ｂの中間の第１の表面１０５ａに配置され得る。２つの回折格子１０６ａおよび１０６ｂ、ならびに、第２の回折レンズ１０７ｂは、基板の第１の表面１０５ａの反対側の第２の表面１０５ｂに配置され得る。第１の表面１０５ａおよび第２の表面１０５ｂは、実質的に平行であり得、または、互いに対して角度を有し得る。この角度は、５度より小さいか、または、大きく、１０度より小さいか、または、大きいものであり得る。第１の表面１０５ａおよび第２の表面１０５ｂは、平面であり、互いに実質的に平行であり得る。基板１０５上の各コンポーネントの位置、サイズ、および、形状は、図１Ｂ－図１Ｃに関して、本明細書で以下に説明されるであろうように、特定の方法で光を受け取り、方向付けるように選択され得る。

【0034】

内視鏡カテーテル１００が光干渉断層撮影に使用される用途に対して、作動波長（すなわち、ＯＩＩＳによって受け取られる光の波長）は、ＮＩＲまたはＳＷＩＲ領域（例えば、８００ｎｍから１７００ｎｍの間の波長）内のものであり得る。そのような波長は、有利には、深度イメージングおよび照射のために組織への光の浸透を可能にする。約８００ｎｍから約１７００ｎｍの範囲の波長を使用するシステムの場合、回折レンズはガラス基板上にシリコンナノ構造のアレイを含み得る。シリコンは、この波長範囲で、高い屈折率（たとえば、屈折率ｎ＞３）と、無視し得る材料損失を有する。したがって、ガラス基板上のシリコンナノ構造は、高効率かつ高性能のフラットデバイスおよびコンポーネントを製造するために必要な、低損失かつ強力な光ナノ構造相互作用を可能にし得る。

【0035】

図１Ｃおよび図１Ｄは、異なる方法で作動する内視鏡カテーテル１００の側面図を示し、作動方法は入力光の関数である。約１３００ｎｍの波長を有する入力光（すなわち、光線１０８ａ）を用いた内視鏡カテーテル１００の作動が、図１Ｃに示され、一方、約８００ｎｍの波長を有する入力光（すなわち、光線１０８ｂ）を用いた内視鏡カテーテル１００の作動が、図１Ｄに示される。光線１０８ａおよび１０８ｂは、内視鏡カテーテル１００に同時に送出され得るが、簡単化のために、光線追跡シミュレーションは、２つの図に分割される。１３００ｎｍおよび８００ｎｍの第１および第２の波長が例として使用されるが、本開示の範囲から逸脱することなく他の光の波長が選択され得る。

【0036】

図１Ｃに示される光線追跡シミュレーションでは、１３００ｎｍの波長を有する光線１０８ａは、ファイバ端面１０２を出て、ＷＳＲ１０４ａに向かって進み、ＷＳＲ１０４ａにぶつかる。ＷＳＲ１０４ａは、光線１０８ａの進行方向に対して、約４５度で傾斜させられる。ＷＳＲ１０４ａは、１３００ｎｍの波長を中心とする光線１０８ａを反射し、８００ｎｍの波長を中心とする光線１０８ｂが、妨げられずに通過するのを可能にするように（図１Ｄに示されるように）設計される。したがって、光線１０８ａは、第１のＷＳＲ１０４ａに衝突し、基板１０５に向かって第１のＷＳＲ１０４ａにより反射させられる。ＷＳＲ（１０４ａ、１０４ｂ）の作動帯域幅は、設計パラメータに応じて調整され得る。例えば、作動帯域幅は、１０ｎｍより小さいか、または、大きく、２５ｎｍより小さいか、または、大きく、５０ｎｍより小さいか、または、大きく、または、１００ｎｍより小さいか、または、大きいものであり得る。いくつかの実施形態では、帯域幅は約５０ｎｍと約１００ｎｍの間であり得る。

【0037】

ＷＳＲ１０４ａによって反射させられた光線１０８ａは、第１の表面１０５ａに対して実質的に垂直に基板１０５に入射する。光線１０８ａは、基板１０５を通り、回折格子１０６ａが配置される第２の表面１０５ｂに向かって進む。回折格子１０６ａは、生じ得る少量の光の発散を考慮し、光線１０８ａを遮断するようサイズ決めされ、位置決めされる。回折格子１０６ａは、光線１０８ａを、基板の全反射（ＴＩＲ）角より大きい角度に回折する。回折光は、ＴＩＲにより第１の表面１０５ａではね返り、第２の表面１０５ｂに配置された第２の回折格子１０６ｂに向かう。第２の回折格子１０６ｂは、回折事象の後、光が、第１の表面１０５ａおよび第２の表面１０５ｂに対して、実質的に垂直な角度で基板１０５を通過するように、光を回折させるよう設計される。回折レンズ１０７ａは、第１の表面１０５ａに配置され、第２の回折格子１０６ｂから回折させられた光を受け取る。回折レンズ１０７ａは、光線１０８ａが光学システムを通過した際、光線１０８ａの発散の増加を考慮するようにサイズ決めされ得る。回折レンズ１０７ａは、光線１０８ａを、基板１０５の第１の表面１０５ａに対する焦点距離（例えば、ｆ_１＝０．９ｍｍ）で、回折限界スポットに集束させる。ここで、０．９ｍｍの焦点距離は、例示の目的で選択され、焦点距離は、本開示の範囲から逸脱することなく、１ｍｍより小さいか、または、大きく、５ｍｍより小さいか、または、大きく、１０ｍｍより小さいか、または、大きいものであり得る。

【0038】

図１Ｄを参照すると、内視鏡カテーテル１００の第２の作動方法が、８００ｎｍの波長を有する入力光線１０８ｂを用いて示される。上述されたように、光線１０８ｂは、それらが第２のＷＳＲ１０４ｂに遭遇するまで、妨げられることなくＷＳＲ１０４ａを通過する。第２のＷＳＲ１０４ｂは、８００ｎｍを中心とする光を反射するように設計され、したがって、光線１０８ｂは、第２のＷＳＲ１０４ｂにより、基板に向かって反射させられる。光線１０８ｂは、基板１０５を通り、第２の表面１０５ｂに配置され、反射光線１０８ｂを受け取るように構成された第２の回折レンズ１０７ｂに向かって進む。光線１０８ｂは、回折レンズ１０７ｂにより、基板１０５の第２の表面１０５ｂに対して第２の焦点距離（ｆ_２＝０．５ｍｍ）で集束させられるであろう。このように、特定の帯域幅の光のみを反射させる反射器（ＷＳＲ１０４ａおよび１０４ｂ）を利用することによって、入力光の波長に応じて調整可能な焦点距離を有するＯＩＩＳが説明される。ここで、内視鏡カテーテル１００は、ガラス、ポリマー、または、プラスチックで作られた、保護チューブ／シースによって囲まれ得る。この場合、回折レンズ１０７ａおよび１０７ｂは、保護チューブ／シースによって追加される光路を考慮して設計され得る。

【0039】

特に、回折レンズは、色収差を有し得、入力光の波長の変化は、焦点サイズが回折限界よりも大きくなり、集束効率が低下することをもたらす。しかしながら、カテーテル１００では、回折レンズ１０７ａおよび１０７ｂのそれぞれは、特定の作動波長（例えば、それぞれ、１３００ｎｍおよび８００ｎｍ）用に設計され得る。これは、各回折レンズがイメージング解像度と集束効率の点で最適な性能を達成することを可能にする。内視鏡カテーテル１００に関するもう１つの重要な点は、ファイバ端面１０２を出る光が発散することである。光が回折レンズに到達する前に進む光路長を制御することにより、ビームウエストが、また、制御され得る。光が長く進むほど、ビームウエストは大きくなる。したがって、固定焦点距離（またはレンズの作動距離）の場合、ビームウエストが光を集束させるために使用されるレンズの直径と等しいと仮定すると、ＯＩＩＳの開口数（ＮＡ）が、また、制御され得る。２つの焦点（ＯＩＩＳの上部と下部）を持つことのもう１つの利点は、イメージング速度やフレームレートを向上させることである。一般に、ＯＩＩＳは、３Ｄイメージングを実行するために、ファイバ軸（Ｘ方向）に沿って回転する。上部と下部に焦点を有すると、人は、ＯＩＩＳを（３６０度ではなく）１８０度回転させることにより、全半径方向イメージングを実行し得る。換言すれば、上部レンズ１０７ａは、上部半円の像を形成し、下部レンズ１０７ｂは、下部半円の像を形成する。たとえば画像後処理ソフトウェアを使用してこれら２つの画像を結合することにより、人は、ＯＩＩＳ１０１を１８０度回転させるだけで、完全な画像を再構成し得、イメージングの速度を高め得る。ＯＩＩＳ１０１が３６０（度）回転する別のシナリオでは、上部レンズ１０７ａおよび下部レンズ１０７ｂによって捕捉された画像を組み合わせることで、フレームレートは２倍にされ得る。

【0040】

上述されるように、ＯＩＩＳ１０１を使用して周囲環境をイメージングすることに加えて、同じＯＩＩＳ１０１は、周囲環境の照射（例えば、治療目的）に利用され得る。治療プロトコルは、複数の異なる波長の光、例えば、ＵＶまたは可視光波長範囲の波長を有する光の使用を必要とし得る。使用される特定の波長に応じて、二酸化チタンや二酸化ハフニウム（これらの波長範囲での無視し得る吸収損失と、ｎ＝～２．５の比較的高い屈折率を備える）などの他の材料が、回折格子や回折レンズなどの、１つまたは複数のコンポーネントを形成するために使用され得る。二酸化チタンまたは二酸化ハフニウムのコンポーネントは、作動波長に応じて、異なるタイプの基板上での組み立てに、より好適とされ得る。

【0041】

図２Ａ－図２Ｂは、多段の波長選択性反射器を使用したマルチスペクトルおよびマルチズームイメージングの実施形態を示す。

【0042】

スペクトルチャネルの数および達成可能な焦点距離は、図２Ａ－図２Ｂに示されるように、Ｘ方向に沿って、より多くのＷＳＲおよび他のコンポーネントを等間隔で配置することによって増加させられ得る。特に、管腔器官（例えば、撮像または照射される器官）の内径は、半径方向に沿った（すなわち、Ｚ方向およびＹ方向に沿った）ＯＩＩＳのサイズに制限を設定する。ただし、このサイズ制限は、軸方向（Ｘ方向）に沿って、より緩和される。半径方向および軸方向は、ファイバ２０２として示されるファイバの長さに対して画定される。実際には、ファイバ２０２は、Ｘ方向に沿って、数センチメートルの長さ、または、数メートルの長さにさえ延び得る。図２Ａに示されるファイバ２０２は、例えば、第１、第２、第３、および第４の波長を中心とする、４つのスペクトルチャネルを案内する。いくつかの実施形態では、第１、第２、第３、および、第４の波長は、それぞれ、９００ｎｍ、１１００ｎｍ、１３００ｎｍ、および、１５００ｎｍであり得る。第１、第２、第３、および、第４のスペクトルチャネルは、それぞれ、光線２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、および、２０８ｄと呼ばれる。これらの光線はすべて、それらの波長に関係なく、ファイバ２０２の端面を出た後に発散する。図２Ａ－図２Ｂに示される光線追跡シミュレーションでは、簡単にするために、各スペクトルチャネルの中心波長に等しい波長を有する光線のみが示される。

【0043】

メタサーフェス設計または色消し屈折レンズに基づき得る、色消しレンズ２１０は、すべての異なる波長の光線２０８ａ－２０８ｄをコリメートするために使用され得る。色消しレンズ２１０によってコリメートされた後、光線２０８ａ－２０８ｄは、基板２０５の第１の表面２０５ａに対してある角度（例えば、約４５度）で配置された、一連の波長選択性反射体に遭遇する。各ＷＳＲは、異なる波長に関連する光を反射または透過させるように構成され得る。光線２０８ａ－２０８ｄは、色消しレンズ２１０によってコリメートされた後、第１のＷＳＲ２０４ａに遭遇する。ＷＳＲ２０４ａは、光線２０８ａを、基板２０５を通って、第１の表面２０５ａの反対側の第２の表面２０５ｂに配置され得る、第１の回折レンズ２０７ａに向かって反射させるように設計される。第１の回折レンズ２０７ａは、光線２０８ａを第１の焦点距離に集束させる。例えば、第１の焦点距離は、約０．５ｍｍであり得る。他の３つのスペクトルチャネル（すなわち、第２、第３、および第４の光線２０８ｂ－２０８ｄ）は、ＷＳＲ２０４ａを通過し、妨げられることなく第２のＷＳＲ２０４ｂに向かって進み続ける。

【0044】

ＷＳＲ２０４ｂは、光線２０８ｂを、基板２０５を通って、第２の回折レンズ２０７ｂに向かって反射させるように設計され、第２の回折レンズ２０７ｂは、第２の焦点距離（例えば、約１ｍｍ）に集束させる。ＷＳＲ２０４ｂは、光線２０８ｃ－２０８ｄが、妨害されることなく、ＷＳＲ２０４ｃに向かって通過することを可能にする。ＷＳＲ２０４ｃは、第３の波長を中心とする光線２０８ｃを、第３の回折レンズ２０７ｃに向かって反射させるように構成される。光線２０８ｃは、対応する回折レンズ２０７ｃによって、第３の焦点距離（例えば、約１．５ｍｍ）で集束させられる。ＷＳＲ２０４ｃは、光線２０８ｄが妨害されることなく通過することを可能にする。最後に、第４のスペクトルチャネルに対応する光線２０８ｄは、ミラー２０９に到達し、回折格子２０６ａに向けて再び方向付けられる。いくつかの実施形態では、光線２０８ｄを反射させるように構成された第４のＷＳＲが、ミラーの代わりに使用され得る。

【0045】

光線２０８ｄは、第１の回折格子２０６ａによって回折させられ、回折光線２０８ｄは、基板のＴＩＲよりも大きな角度で進み、したがって、光線２０８ｄは、それらが基板２０５の第１の表面２０５ａに遭遇すると、基板の内部で反射させられる。ＴＩＲにおいて進む光線２０８ｄは、光線２０８ｄを再び回折する、第２の回折格子２０６ｂに遭遇する。具体的には、回折格子２０６ｂは、光線２０８ｄを、第４の焦点距離（例えば、約２ｍｍ）に集束させられるように、回折レンズ２０７ｄに向かって回折させる。

【0046】

格子（例えば、回折格子２０６ａおよび２０６ｂ）を利用することは、スモールフォームファクタで、光を、方向付け、成形することにおいて、特別の自由度を提供する。例えば、２つの回折格子を使用すると、光線２０８ｄは、基板の上部（すなわち、第１の表面２０５ａ）から集束させられ得るが、他の光線（すなわち、光線２０８ａ－２０８ｃ）は、すべて基板の下部（すなわち、第２の表面２０５ｂ）から集束させられる。図２Ａに示される実施形態では、３つのＷＳＲと１つのミラーを等間隔で配置することにより、小型ＯＩＩＳ２０１ａ（例えば、Ｙ方向とＺ方向の両方に沿ってサブミリメートル寸法を有するＯＩＩＳ）が、４つの異なる焦点距離で光を放射できることが説明される。このＯＩＩＳ２０１ａは、焦点距離を制御するために、（例えば、入力光の単一スペクトルチャネルを使用することによって）一度に、１つのスペクトル範囲で使用され得、または（例えば、多重入力光を使用することによって）一度に、スペクトルチャネルの組み合わせで使用され得る。４つのスペクトルチャネルでイメージングを実行することは、各深度（例えば、焦点距離）での解像度を向上させるだけでなく、画像後処理技術を使用して各スペクトルチャネルからの画像を重ね合わせることにより、マルチスペクトルイメージングも可能にする。ＯＩＩＳ２０１ａが光干渉断層撮影に使用される場合、画像の深度は、各回折レンズの焦点距離をはるかに超えるものであり得、各レンズの焦点深度は、マルチスペクトルイメージングを実行するためにスペクトル範囲全体にわたって重なるように設計され得る。さらに、ＷＳＲとスペクトルチャネルの数は、スペクトル範囲をさらに拡大するために、また、達成可能な焦点距離の数を達成するために、増加させられ得る。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、５つ、６つ、または、それ以上のスペクトル範囲、および、関連するＷＳＲおよび回折レンズが、ＯＩＩＳシステムに包含させられ得る。

【0047】

図２Ｂは、同じスペクトルチャネルと焦点距離を備える、図２Ａに示されたのと同様の概念を示すが、微妙な違いを備える。ＯＩＩＳ２０１ｂでは、色消しレンズ（図２Ａの２１０）が、第４の波長（例えば、１５００ｎｍの波長）で設計された回折レンズ２０７ｅに置き換えられる。したがって、光線追跡シミュレーションから明らかなように、回折レンズ２０７ｅを通過した後、第４の波長を中心とする光線のみが完全にコリメートされるであろう。他の光線（例えば、第１、第２、および第３の波長での）は、回折レンズ２０７ｅの固有色収差によりわずかに発散する。回折レンズの場合、作動波長が短ければ短いほど、作動波長と設計波長（たとえば１５００ｎｍ）の差が大きくなり、したがって、発散角も大きくなる。したがって、最も短い波長（例えば、９００ｎｍの波長）を有する光線２０８ａは、より長い波長を有する他の光線と比較して、最も大きな発散角を有するであろう。これらの発散光線は、回折レンズ２０７ａ、２０７ｂ、および２０７ｃの設計に対するわずかな変更（すなわち、必要な位相マップ）を必要とし得、発散光線が回折限界スポットに集束させられることを確実にする。これらの変化は、光線追跡またはその他の利用可能な光学的方法を使用して、回折レンズに対する新しい位相マップを計算することによって決定され得る。

【0048】

図３Ａ－図３Ｂは、回折格子の分散応答を利用した、マルチスペクトルおよびマルチズームイメージングおよび照射の実施形態を示す。

【0049】

図３Ａは、マルチスペクトルマルチズームＯＩＩＳ３０１ａを備えた、内視鏡カテーテル３００ａの実施形態を示す。カテーテル３００ａでは、ファイバ３０２は、第１、第２、および第３の中心波長（例えば、１０００ｎｍの第１の波長、１３００ｎｍの第２の波長、および、１４００ｎｍの第３の波長）を有する、３つのスペクトルチャネルをＯＩＩＳ３０１ａに送出する。光線３０８ａは、３つのスペクトルチャネルすべての組み合わせに言及する。光線３０８ａは、ファイバ３０２を出ることで発散し始めるが、光線３０８ａは、回折レンズ３０７ａによってコリメートされる。基板３０５の上面３０５ａに対してある角度（例えば、約４５度）で配置され得るミラー３０９は、光線３０８ａを反射させ、光線３０８ａを、基板３０５に向けて再指向させる。光線３０８ａは、基板の第１および第２の表面３０５ａ、３０５ｂに対して、実質的に垂直であり得る角度で、基板３０５を通って進む。光線３０８ａは、基板３０５のＴＩＲ閾値よりも大きな角度を有するように光線を回折させる第１の回折格子３０６ａに遭遇し、光線は、すべて基板内に結合させられる。光線の角度が基板のＴＩＲよりも大きい場合、基板は導波路として機能し、光線は、それらが別の回折格子、または、任意の他の適切なコンポーネントによって結合を解除されるまで、内部を伝播し得ることが注目に値する。

【0050】

回折格子３０６ａは、図３Ａに示されるように、異なる波長の光線を回折し、空間的に分離する。上述されたように、光線３０８ａは、３つの異なる波長の光線を含み、各波長は格子３０６ａによって異なる角度で回折される。最も短い波長（例えば、１０００ｎｍの波長）を有する光線３０８ｂは、最も急なＴＩＲ角に回折させられ、第２の回折格子３０６ｂに向けられるであろう。基板の第１の表面の回折格子３０６ｂは、光線３０８ｂを回折レンズ３０７ｂに向かって回折させ、そこで、光は、第１の焦点距離（例えば、０．６ｍｍの焦点距離）で集束させられるように構成される。他の２つのスペクトルチャネル（すなわち、光線３０８ｃおよび３０８ｄ）は、回折格子３０６ｂに入射せず、代わりに、基板の第１の表面３０５ａで反射させられる。第１の波長より大きい第２の波長（例えば、１３００ｎｍの波長）を有する光線３０８ｃは、基板の第２の表面３０５ｂの第３の回折格子３０６ｃによって受け取られ、回折させられる。格子３０６ｃは、光線３０８ｃを回折レンズ３０７ｃに向かって回折させ、そこで、それらは、基板３０５の第１の表面３０５ａの上の第２の焦点距離（例えば、１．２ｍｍの焦点距離）で集束させられる。第３の最も長い波長（例えば、１４００ｎｍの波長）を有する光線３０８ｄは、第４の回折格子３０６ｄによって受け取られ、回折させられる。回折格子３０６ｄは、光線３０８ｄを回折レンズ３０７ｄに向かって回折させ、そこで、光線は、第３の焦点距離（例えば、２ｍｍの焦点距離）で集束させられる。

【0051】

ＯＩＩＳ３０１ａでは、入力光（例えば、光線３０８ａ）は、回折格子３０６ａの分散応答を利用して、異なるスペクトルチャネルに従って空間的に区分される。基板３０５の厚さなどの他のパラメータは、また、異なるスペクトルチャネルを分離する際の設計変数として使用され得る。回折レンズは、ＯＩＩＳ３０１ａに関して説明されるが、ＯＩＩＳ３０１ａの機能を変更することなく、屈折レンズが、回折レンズの代わりに使用され得る。

【0052】

ＯＩＩＳ３０１ａは、説明された３つのスペクトルチャネルでイメージングを実行し得、システムの焦点距離は、入力波長を変更することによって制御され得る。例えば、多重化された入力光は、上述されるようにシステムを通り、その結果、異なる焦点距離に集束させられる異なる波長の３つの光ビームをもたらすであろう。あるいは、イメージングが、利用可能な焦点距離のうちの１つのみで望まれる場合、その特定の焦点距離に関連付けられた波長を有する入力光が、ＯＩＩＳ３０１ａに提供され得る。３つのスペクトルチャネルおよび関連する焦点距離が説明されるが、本開示の範囲から逸脱することなく、追加のチャネルおよび焦点距離が、ＯＩＩＳ内に含まれ得る。

【0053】

ＯＩＩＳ３０１ａによって投射された光は、周囲の環境（例えば、器官または組織）によって反射させられ、もしくは、散乱させられ得る。反射光または散乱光の少なくとも一部は、周囲環境に光を送出するのに使用される同じ光路を介して、ＯＩＩＳ３０１ａによって捕捉され得るが、反対方向に進む。例えば、第１のスペクトルチャネルを有する反射光は、画像システム（図示せず）への逆伝送のために、回折レンズ３０７ｂによって捕捉され、回折格子３０６ｂおよび３０６ａによって回折させられ、ミラー３０９によって反射させられ、回折レンズ３０７ａによって整形（例えば、収束）され、ファイバ３０２に結合させられ得る。第２および第３のスペクトルチャネルを有する反射光は、同様のパターンをたどり得、そこで、光は、画像取り込みのために光路を通ってファイバに向かって進む。そのような光捕捉能力は、本明細書に開示されるすべての実施形態により共有される。

【0054】

同様の機能を備えた別のＯＩＩＳ３０１ｂが、図３Ｂに示され、回折格子３０６ｂ（図３Ａに示される）が、波長選択性格子（ＷＳＧ）３１１に置き換えられる。内視鏡用カテーテル３００ｂでは、３つの異なるスペクトルチャネル（例えば、１２００ｎｍを中心とする第１のスペクトルチャネル、１２５０ｎｍを中心とする第２のスペクトルチャネル、および１３００ｎｍを中心とする第３のスペクトルチャネル）間の空間的分離は、光が回折格子３０６ａによって回折させられる後で、上述されたシステム３００ａに示されるものよりも小さい。減少させられた空間的分離は、基板３０５の厚さを減少させること、回折格子３０６ａの設計を調整すること、および／または、波長が、共に、より近い３つのスペクトルチャネルを提供することによって達成され得る。入力光内の３つのスペクトルチャネルのすべては、ＷＳＧ３１１に衝突する。ＷＳＧ３１１は、第１のスペクトル範囲（例えば、１２００ｎｍを中心とする光線３０８ａ）のみを回折させ、他のスペクトルチャネルが妨げられずに伝播することを可能にする。光線３０８ａは、回折レンズ３０７ａに衝突し、第１の焦点距離（例えば０．６ｍｍの焦点距離）で集束させられる。第２および第３のスペクトルチャネル（例えば、それぞれ、光線３０８ｂおよび３０８ｃ）は、ＯＩＩＳ３０１ａに関して説明された、第２および第３のスペクトルチャネルと同様に、ＯＩＩＳ３０１ｂを通って伝播する。光線３０８ｂは、回折格子３０６ｂに衝突し、回折レンズ３０７ｂに向けられ、そこで、それらは、第２の焦点距離（例えば、１．２ｍｍの焦点距離）で集束させられる。光線３０８ｃは、回折格子３０６ｃに衝突し、回折レンズ３０７ｃに向けられ、そこで、それらは、第３の焦点距離（例えば、２ｍｍの焦点距離）で集束させられる。

【0055】

特定の波長および焦点距離が、説明の目的で、例として提供されるが、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の波長および／または焦点距離が選択され得ることを理解するであろう。

【0056】

図４Ａ－図４Ｅは、小型化された偏光分解イメージングおよび照射システムの５つの実施形態を示す。

【0057】

図１－図３に示される実施形態は、その撮像能力に関して説明された。つまり、各ＯＩＩＳは、ファイバの端面から、いくつかのコンポーネントを通って、最終的に焦点に至るまで、光を追跡することによって説明される。各ＯＩＩＳは、相反系であり、相反系は、同じシステムが場面（医療イメージングの場合は、組織などの撮像される対象）から光を収集し、画像を形成するための画像処理モジュール（図示せず）に伝送するために、それを、ファイバに送り返すであろうことを意味する。

【0058】

図４Ａに示される光線追跡シミュレーションでは、ＯＩＩＳ４０１ａを有する内視鏡カテーテル４００ａは、回折レンズ４０７ａの焦点に位置づけられる点光源から開始して説明されるであろう。人は、この点光源を、同じＯＩＩＳ４０１ａによってすでに照射され、今や、光を、上方（つまり４０７ａに向かって）と下方に散乱させる、組織の極小部分として理解し得る。光線４０８ａと称される、上方散乱光線は、回折レンズ４０７ａによって集められ、その後、偏光選択性回折格子（ＰＳＧ）４１２に向かってコリメートさせられる。光線４０８ａの偏光状態は、光線４０８ｂによって示される偏光＃１（Ｐ_１）と、光線４０８ｃによって示される偏光＃２（Ｐ_２）の、２つの直交成分に分解され得る。ＰＳＧ４１２は、偏光に基づいて光を異なる方向に回折する（例えば、空間的に分離する）。例えば、ＰＳＧ４１２は、偏光Ｐ_１を有する光線４０８ｂを回折格子４０６ａに向けて回折させ、偏光Ｐ_２を有する光線４０８ｃを回折格子４０６ｂに向けて回折させる。回折格子４０６ａは、光線４０８ｂを回折させ、光線４０８ｂは、基板の第１および第２の表面４０５ａ、４０５ｂに対して実質的に垂直な角度で、基板４０５から結合出力される。光線４０８ｂは、偏光選択性反射体（ＰＳＲ）４１３ａに向かって進み、偏光選択性反射体（ＰＳＲ）４１３ａは、それが、光線４０８ｂを、ある角度で（例えば、第２の表面４０５ｂに対して約０度の方向に）、ファイバに向って反射させるように（例えば、第１の表面に対して約４５度に）、配向される。最後に、光線４０８ｂは、光線４０８ｂを第１のファイバ４０２ａ内のファイバコアの端面の焦点に収束させる、回折レンズ４０７ｂを介して、第１のファイバ４０２ａに結合させられる。

【0059】

光線４０８ｃは、回折格子４０６ｂ、第２のＰＳＲ４１３ｂ、および、回折レンズ４０７ｃを介して、第２のファイバ４０２ｂに向かう異なる経路を取る。ＰＳＲ４１３ｂは、それが、光線４０８ｃを、ファイバに向かってある角度で（例えば、第２の表面４０５ｂに対して約０度の方向に）反射させるように（例えば、第２の表面４０５ｂに対して約４５度で）、配向される。いくつかの実施形態では、ＰＳＲ４１３ｂは、ファイバにおけるＰ_２光路に、あらゆる迷走する光Ｐ_１が入射するのを防ぐために、偏光Ｐ_２を有する光のみを反射させる。任意のＰ_１偏光の、Ｐ_２経路への入結合の可能性をさらに低減させるために、吸収性偏光子４１４ｂが、ＰＳＲ４１３ｂの背面に適用され得る。吸収性偏光子は、意図された偏光以外の任意の偏光成分が存在する場合、それが、吸収され、それが、誤った経路に沿って、システムを通って伝播し続けるのを防ぐであろうことを確実にする。同様の吸収性偏光子コンポーネント４１４ａは、ＰＳＲ４１３ａ上で使用され得、Ｐ_１偏光光路内の迷走するＰ_２偏光光を吸収する。吸収性偏光子の偏光方向は、それらが積層される、対応するＰＳＲに直交する。いくつかの実施形態では、ＰＳＲ４１３ｂおよび吸収性偏光子４１４ｂは、本開示の範囲から逸脱することなく、単一の金属ミラーまたは誘電体ミラーにより置き換えられ得る。いくつかの実施形態では、ＰＳＲ４１３ａおよび吸収性偏光子４１４ａは、また、単一の金属ミラーまたは誘電体ミラーと置き換えられ得る。

【0060】

ＯＩＩＳ４０１ａは、ＯＩＩＳ４０１ａが、撮像された物体から来る、光の２つの直交偏光を空間的に分離し、それらを、最終的に、処理モジュールによって受け取られるであろう、２本のファイバに送り、処理モジュールは、画像を形成するために、カメラまたは光学センサ（ここでは図示されず）を含み得るので、偏光分解イメージングを実行することが可能である。いくつかの実施形態では、光のＰ_１およびＰ_２偏光は、単一のファイバ内の２つの異なるファイバコアに結合させられ得る。

【0061】

偏光分解イメージングが可能な別の実施形態が、図４Ｂに示される。ＯＩＩＳ４０１ｂを有する内視鏡カテーテル４００ｂは、図４Ａに示される実施形態の修正バージョンである。ＯＩＩＳ４０１ｂは、１つのコンポーネント（すなわち、図４Ａからの、回折格子４０６ｂなどの１つの回折格子）を含まない。ＯＩＩＳ４０１ｂの回折レンズ４０７ｃは、撮像される物体からの散乱光または反射光を受け取り、受け取られた光は、Ｐ_１偏光成分とＰ_２偏光成分の両方を含む。光は、ＰＳＧ４１２に衝突し、そこで、第１の偏光（例えば、Ｐ_１偏光）が、回折格子４０６に向かって回折させられ、図４に関して説明された経路をたどる。ＰＳＧ４１２は、第２の偏光（例えば、Ｐ_２偏光）を有する光が、回折されず、むしろ、妨害されることなくＰＳＧ４１２を通過するように構成される。次に、Ｐ_２光は、次いで、ＰＳＲ４１３ｂに遭遇し、図４Ａに関して説明された経路と同様の経路を通って進む。

【0062】

ＯＩＩＳ４０１ｂ上のコンポーネントの数を減らすことに加えて、内視鏡カテーテル４００ｂ内のコンポーネントの数は、４００ａで使用される２つのファイバ構成を、４００ｂでは、２つのコアを有する１つのファイバに置き換えることによって削減され得る。システムは、さらに、ＰＳＲ４１３ａ、４１３ｂおよび吸収性偏光子４１４ａ、４１４ｂをグループ化することによってさらに簡素化され得る。この実施形態が、図４Ｃに示される。

【0063】

偏光分解イメージングのための別の代替実施形態が、図４Ｄに示される。ＯＩＩＳ４０１ｄを有する内視鏡カテーテル４００ｄでは、回折レンズ４０７ｃによって収集された光線は、Ｐ_１偏光（すなわち、光線４０８ａ）を反射させ、直交偏光を有する光線（すなわち、光線４０８ｂによって示される、Ｐ_２）を通過させる、ＰＳＲ４１３ａによって区分される。反射光線４０８ａは、第１の回折レンズ４０７ａによって集束させられ、ファイバ４０２の第１のコアに結合させられる。ＰＳＲ４１３ｂは、Ｐ_２偏光を受け取り、Ｐ_２偏光を反射させるように構成される。したがって、光線４０８ｂは、第２のＰＳＲ４１３ｂにより、回折レンズ４０７ｂに向かって反射させられ、第２のファイバコアに結合させられる。あらゆる迷光するＰ_１偏光を吸収するために、吸収性偏光子４１４が、ＰＳＲ４１３ｂに含まれ得る。光線４０８ａおよび４０８ｂは、それぞれのファイバコアに沿って、画像処理のための処理モジュールまで進む。

【0064】

偏光分解イメージングの別の実施形態が、図４Ｅに示される。ＯＩＩＳ４０１ｅを有するシステム４００ｅは、第１および第２の基板４０５ｃおよび４０５ｄ上にそれぞれ配置された、第１および第２のファイバ４０２ａおよび４０２ｂを含む。この実施形態では、ファイバ４０２ａ、４０２ｂから結合出力される光は、すでに偏光され、例えば、光線４０８ａは、Ｐ_１偏光を有し、光線４０８ｂは、Ｐ_２偏光を有し得る。代替実施形態では、ファイバ４０２ａ、４０２ｂから出る光が偏光されない場合、１つまたは複数の偏光子コンポーネント（図示せず）が、それぞれ、各ファイバ４０２ａ、４０２ｂの端部と回折レンズ４０７ａおよび４０７ｂの間に配置され得、および／または、それぞれ、回折レンズ４０７ａ、４０７ｂとＰＳＲ４１３ａ、４１３ｂの間に配置され得る。第１のＰＳＲ４１３ａにより受け取られる光は、第１の偏光（例えば、Ｐ_１偏光）であり得、第２のＰＳＲ４１３ｂにより受け取られる光は、第２の偏光（例えば、Ｐ_２偏光）であり得る。

【0065】

第２のファイバ４０２ｂから結合出力された光線４０８ｂは、回折レンズ４０７ｂによってコリメートさせられ、ＰＳＲ４１３ｂにより、回折格子４０６ｂに向かって反射させられる。図示されるように、吸収性偏光子４１４ｂが、ＰＳＲ４１３ｂに含められ得る。光線４０８ｂは、回折格子４０６ｂおよび４０６ｃによってＰＳＧ４１２に向かって回折させられる。ＰＳＧ４１２は、光線４０８ｂ（すなわち、Ｐ_２偏光を有する光線）が、妨げられずに通過することを可能にする。光線４０８ｂは、光線４０８ａと結合し、回折レンズ４０７ｃによって、焦点距離（例えば、０．４ｍｍの焦点距離）で集束させられる。光線４０８ｂに対する直交偏光（例えば、Ｐ_１偏光）を有する、光線４０８ａは、下方ファイバ４０２ａから結合出力させられ、回折レンズ４０７ａによってコリメートさせられる。光線４０８ａは、ＰＳＲ４１３ａ、回折格子４０６ａ、および、ＰＳＧ４１２を介して、回折レンズ４０７ｃに向けて、再方向付けされる。ＰＳＲ４１３ａは、それに配置された吸収性偏光子４１４ａを含み得る。ＰＳＧ４１２は、偏光Ｐ１を有する光を回折するように構成され、したがって、光線４０８ａは、ＰＳＧ４１２によって回折レンズ４０７ｃに向かって回折させられ、そこで、それらは、光線４０８ｂとともに焦点距離で集束させられる。イメージングのために光を収集するときのシステム４００ｅの相反性により、撮像される物体によって散乱させられた各光線は、偏光に基づいて区分され、対応するファイバコアに結合させられる。両方のファイバコアに集められた光は、偏光分解イメージングを実行するために、画像処理モジュール（図示されず）に送られる。

【0066】

上述された図４Ａ－図４Ｅは、平坦なコンポーネントを利用する、スモールフォームファクタＯＩＩＳを用いて偏光分解イメージングを実行することができる、内視鏡カテーテルの例示的な実施形態を示す。当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、コンポーネントの一部が、屈折性またはメタ表面の対応物で置き換えられ得ることを理解するであろう。例えば、１つ以上の回折レンズは、屈折レンズに置き換えられ得る。また、本明細書では詳細に説明されない、いくつかの他の実施形態は、図４Ａ－図４Ｅに関して説明された様々な特徴を組み合わせたり、変更したりすることによって設計され得る。注目すべきことに、説明された実施形態のそれぞれは、イメージングまたは照射の要求に応じた用途に、特によく適合させられ得る利点を有する。例えば、図４Ａに示される実施形態では、光線は、３つの偏光コンポーネント（ＰＳＧ、ＰＳＲ、吸収型偏光子）と相互作用するであろう。第１のＰＳＧ４１２は、それらの偏光に基づいて、光線を区分し、後に、これらの偏光させられた光線のそれぞれが、特定の偏光のみを反射させるＰＳＲと相互作用するであろう。各光路に、何らかの残留する望まれない偏光が存在する場合、それは、吸収型偏光子によって吸収され、これは、イメージングシステムのＳ／Ｎ比を増加させる。図４Ｄに示されるシステム４００ｄなどの他の実施形態は、効率の向上によって恩恵を受け得る。特に、図４Ｄに示される実施形態は、より少ないコンポーネントを必要とし、各コンポーネントの吸収やその他の不完全性により、光のより少ない光学損失をもたらし得る。

【0067】

次に、図５Ａ－図５Ｄを参照すると、多機能光学イメージングおよび照射の実施形態が示される。特に、多機能ＯＩＩＳの４つの実施形態が示され、マルチスペクトル、マルチズーム、偏光分解イメージングの概念が、単一システムに組み合わされる。まず、図５Ａを参照すると、マルチスペクトル、マルチズーム、および、偏光分解イメージングを同時に実行するように構成されたＯＩＩＳ５０１ａを有する、内視鏡カテーテル５００ａが示される。この実施形態は、図２Ｂおよび図４Ａに示される実施形態の融合として見られ得る。この内視鏡カテーテル５００ａでは、ファイバ５０２は、２つのコア５０３ａ、５０３ｂを有し、両方のコアが、第１の波長と第２の波長（例えば、それぞれ１２００ｎｍと１３００ｎｍ）を中心とする２つのスペクトルチャネルを搬送する。下方コア５０３ａから結合出力された光線５０８ａは、回折レンズ５０７ａによってコリメートさせられ、回折レンズ５０７ａに隣接する吸収性偏光子５１４ａを通過することによって直線偏光となる（例えば、Ｐ_１偏光で偏光される）。吸収性偏光子は、ファイバ５０２の反対側で回折レンズ５０７ａに対して積層されて示されるが、吸収性偏光子は、回折レンズ５０７ａから離間され得、および／または、光路に沿って、回折レンズ５０７ａの前または後に配置され得る。光線５０８ａは、ＷＳＲ５０４ａに衝突し、そこで、光線５０８ａの第１の部分（例えば、１２００ｎｍを中心とする第１のスペクトルチャネル）は、基板５０５に向かって反射させられる。光線５０８ａの第１の部分は、回折格子５０６ａによって回折させられ、その後、ＰＳＧ５１２ａによって、回折レンズ５０７ｃに向かって回折させられ、そこで、それらは、第１の焦点距離（例えば、１ｍｍの焦点距離）で集束させられる。同様に、上方コアからの光線５０８ｂの第１の部分（例えば、１２００ｎｍを中心とする第１のスペクトルチャネル）は、回折レンズ５０７ｂ、吸収偏光子５１４ｂ、ＷＳＲ５０４ｂ、回折格子５０６ｂ、ＰＳＧ５１２ａ、および、回折レンズ５０７ｃとの相互作用の後、同じ第１の焦点に集束させられる。この光路は、光が、対象に、どのように収束されるであろうかを示し、対象によって散乱された光線は、また、ＯＩＩＳ５０１ａを通って同じ経路を逆にたどり、画像処理のためにファイバに結合入力されるであろう。

【0068】

下方コア５０３ａからの光線５０８ａの第２の部分（例えば、１３００ｎｍの中心波長を有する第２のスペクトルチャネル）は、邪魔されずに、ＷＳＲ５０４ａおよび５０４ｂを通過する。光線５０８ａのこの第２の部分は、ＷＳＲ５０４ｃによって回折格子５０６ｃに向かって反射させられ、回折格子５０６ｃは、次に、光線を、ＰＳＧ５１２ｂに向かって回折させる。ＰＳＧ５１２ｂは、光線５０８ａの第２の部分を回折レンズ５０７ｄに向けて回折させ、回折レンズ５０７ｄは、光を第２の焦点距離（例えば、０．５ｍｍの焦点距離）に集束させる。同様に、上方コア５０３ｂからの光線５０８ｂの第２の部分（例えば、１３００ｎｍを中心とする波長を有する第２のスペクトルチャネル）は、妨げられることなくＷＳＲ５０４ｂを通過する。光線５０８ｂの第２の部分は、ＷＳＲ５０４ｄに衝突し、そこで、それらは、基板５０５、および、基板５０５に配置された回折格子５０６ｄに向かって反射させられる。回折格子５０６ｄは、光線５０８ｂの第２の部分をＰＳＧ５１２ｂに向かって回折させ、ＰＳＧ５１２ｂは、次に、光を回折レンズ５０７ｄに向かって回折させる。回折レンズ５０７ｄは、光を結合出力し、第２の焦点距離に集束させる。

【0069】

したがって、ＯＩＩＳ５０１ａは、２つの異なる焦点距離で偏光分解イメージングを実行することができ、イメージングの焦点距離は、入力光のスペクトルチャネルの中心波長によって制御される。追加のファイバコア、回折レンズ、ＷＳＲ、ＰＳＧ、および、回折格子が、システムに順に追加され得、スペクトルチャネルの数と、関連する焦点距離を増加させる。

【0070】

図５Ｂは、単一の実施形態で、マルチスペクトル、マルチズーム、および、偏光分解イメージングを実行し得る、ＯＩＩＳ５０１ｂを有するシステム５００ｂを示す。この実施形態は、図２Ｂおよび図４Ｂの実施形態に関して上述された概念を組み合わせる。ＯＩＩＳ５０１ｂは、ＯＩＩＳ５０１ａと比較して、コンポーネント（すなわち、回折格子）を、２つ少なく有し、これは、軽減されたシステムの複雑さと、製造および組立に関連する低減されたコストをもたらし得る。システム５００ｂは、第１のコア５０３ａおよび第２のコア５０３ｂを有するファイバ５０２を含む。コア５０３ａおよび５０３ｂは、それぞれ、２つのスペクトルチャネル（例えば、１１００ｎｍと１３００ｎｍを中心とする）を有する光を運び得る。第１のコア５０３ａからの光は、回折レンズ５０７ｃを通過し、回折レンズ５０７ｃによってコリメートさせられる。吸収性偏光子５１４ａは、通過する光が単一の偏光（例えば、Ｐ_１偏光）のみを有することを確実にする。光は、ＷＳＲ５０４ａに遭遇し、そこで第１の部分（例えば、Ｐ_１偏光、１１００ｎｍを中心とするスペクトルチャネル）が、基板５０５、および、基板５０５に配置された回折格子５０６ａに向かって反射させられる。回折格子５０６ａは、光線５０８ａの第１の部分をＰＳＧ５１２ａに向け、そこで、それは、再び、回折レンズ５０７ａに向かって回折させられる。レンズ５０７ａは、光を、第１の焦点距離（例えば、０．７５ｍｍの焦点距離）に集束させる。光線５０８ａの第２の部分（例えば、Ｐ_１偏光、１３００ｎｍを中心とするスペクトルチャネル）は、邪魔されずにＷＳＲ５０４ａ、５０４ｂを通過し、ＷＳＲ５０４ｃによって回折格子５０６ｂに向かって反射させられる。回折格子５０６ｂは、光線５０８ａの第２の部分を、ＰＳＧ５１２ｂに向け、そこで、それは、回折レンズ５０７ｂに回折させられる。レンズ５０７ｂは、第２の焦点距離（例えば、１ｍｍの焦点距離）で光を集束させる。

【0071】

第２のコア５０３ｂからの光線５０８ｂは回折レンズ５０７ｄおよび偏光子５１４ｂを通過する。偏光子５１４ｂは、光線５０８ｂが第２の偏光（例えば、Ｐ_２偏光）を有することをもたらす。回折レンズ５０７ｃおよび偏光子５１４ａは、スペーサ５１５によって、回折レンズ５０７ｄおよび偏光子５１４ｂから分離される。光線５０８ｂの第１の部分（例えば、Ｐ_２偏光、１１００ｎｍを中心とするスペクトルチャネル）は、ＷＳＲ５０４ｂによって、ＰＳＧ５１２ａに向かって反射させられる。ＰＳＧ５１２ａは、光線５０８ｂのＰ_２偏光させられた第１の部分が、そこを通って通過することを可能にし、そこで、それは、回折レンズ５０７ａに衝突する。光は、第１焦点距離に集束させられる。光線５０８ｂの第２の部分（例えば、Ｐ_２偏光、１３００ｎｍを中心とするスペクトルチャネル）は、ＷＳＲ５０４ｂを通過し、ＷＳＲ５０４ｄによって第２のＰＳＧ５１２ｂに向かって反射させられる。ＰＳＧ５１２ｂは、光線５０８ｂのＰ_２偏光された第２の部分が、回折レンズ５０７ｂに向かって、そこを通過することを可能にする。回折レンズ５０７ｂは、光線５０８ｂの第２の部分を、第２の焦点距離に集束させる。

【0072】

内視鏡カテーテル内のコンポーネントの数は、図５Ｃに示される実施形態を使用してさらに減らされ得、ここで、ＯＩＩＳ５０１ｃは、ＯＩＩＳ５０１ｂと比較して２つ少ないＷＳＲを含む。この実施形態は、図２Ｂおよび図４Ｃに示されるＯＩＩＳの融合として理解され得る。回折レンズ５０７ａおよび５０７ｂ（図５Ｃ）は、第１の波長（例えば、１１００ｎｍ）および第２の波長（例えば、１３００ｎｍ）を中心とするスペクトルチャネルで作動し、それぞれ、第１の焦点距離（例えば、０．５ｍｍの焦点距離）、および、第２の焦点距離（例えば、１ｍｍの焦点距離）で集束させられる光をもたらす。第１のファイバコア５０３ａからの光線５０８ａは、回折レンズ５０７ｃおよび偏光子５１４ａを通って進み、そこで、それは、第１の偏光（例えば、Ｐ_１偏光）を備えて偏光させられる。光は、第１のＷＳＲ５０４ａに衝突し、そこで、第１の部分（例えば、１１００ｎｍを中心とするスペクトルチャネル）が、基板５０５の回折格子５０６ａに向かって反射させられる。回折格子５０６ａは、光を第１のＰＳＧ５１２ａに向けて回折させ、ＰＳＧ５１２ａは、Ｐ_１偏光させられた光を、第１の回折レンズ５０７ａに向けて回折させるように構成される。光線５０８ａの第１の部分は、第１の焦点距離で集束させられる。光線５０８ａの第２の部分（例えば、１３００ｎｍを中心とするスペクトルチャネル）は、第１のＷＳＲ５０４ａを通過し、第２のＷＳＲ５０４ｂによって、基板５０５の第２の回折格子５０６ｂに向かって反射させられる。回折格子５０６ｂは、光を第２のＰＳＧ５１２ｂに向けて回折させ、ＰＳＧ５１２ｂは、Ｐ_１偏光させられた光を、第２の回折レンズ５０７ｂに向けて回折させるように構成される。回折レンズ５０７ｂは、光線５０８ａの第２の部分を、第２の焦点距離に集束させる。

【0073】

第２のファイバコア５０３ｂからの光線５０８ｂは、回折レンズ５０７ｄおよび偏光子５１４ｂを通って進み、そこで、それらは、第１の偏光とは逆の第２の偏光（例えば、Ｐ_２偏光）を備えて偏光させられる。光は、第１のＷＳＲ５０４ａに衝突し、そこで第１の部分（例えば、１１００ｎｍを中心とするスペクトルチャネル）が、偏光Ｐ_２を有する光を透過させるように構成されたＰＳＧ５１２ａに向かって反射させられる。したがって、光線５０８ｂの第１の部分は、邪魔されることなくＰＳＧ５１２ａを通過して回折レンズ５０７ａに向かい、そこで、それは、第１の焦点距離で集束させられる。光線５０８ｂの第２の部分（例えば、１３００ｎｍを中心とするスペクトルチャネル）は、ＷＳＲ５０４ａを通過し、第２のＷＳＧ５０４ｂにより、第２のＰＳＧ５１２ｂに向かって反射させられる。ＰＳＧ５１２ｂは、偏光Ｐ_２を備える光を透過させるように構成され、したがって、光線５０８ｂの第２の部分は、回折レンズ５０７ｂに向かって、邪魔されずにＰＳＧ５１２ｂを通過する。レンズ５０７ｂは、光線５０８ｂの第２の部分を、第２の焦点に集束させる。環境（例えば、周囲の組織）から反射させられた光は、回折レンズ５０７ａ、５０７ｂを介してＯＩＩＳ５０１ｃに入り、イメージングの目的で、上述された光路を通って逆に進む。

【0074】

ここで、図５Ｄを参照すると、ＯＩＩＳ５０１ｄを有するカテーテルシステム５００ｄが示される。ＯＩＩＳ５０１ｄは、図２Ｂおよび図４Ｅに関して上述された概念を組み合わせる。ＯＩＩＳ５０１ｄ（図５Ｄに示される）は、２つの異なる焦点距離（すなわち、１ｍｍと０．４ｍｍの焦点距離）を有する、２つのスペクトルチャネル（すなわち、１２００ｎｍおよび１３００ｎｍを中心とする）で、マルチスペクトル、マルチズーム、および、偏光分解イメージングを提供するように構成される。第１のファイバ５０２ａから出る光線５０８ａは、第１および第２のスペクトルチャネルを含み得る。光線５０８ａは、回折レンズ５０７ａおよび偏光子５１４ａによって、それぞれ、コリメートさせられ、偏光させられる。光線５０８ａは、すべてが第１の偏光（例えば、Ｐ_１偏光）を有し得る。光線５０８ａは、第１のスペクトルチャネルを反射させ、第２のスペクトルチャネルを透過させるように構成された、ＷＳＲ５０４ａに遭遇する。したがって、第１のスペクトルチャネルは、第１の基板５０５ｃの第１の回折格子５０６ａに向かって反射させられ、そこで、それは、第１の偏光（例えば、Ｐ_１偏光）を有する光を回折するように構成された、ＰＳＧ５１２ａに向かって、基板内で回折させられる。第１のスペクトルチャネルを有する光線５０８ａは、それらが、環境に向かって第１の基板から出るときに、回折レンズ５０７ｂによって第１の焦点（例えば、１ｍｍ）に集束させられる。第２のスペクトルチャネルは、ＷＳＲ５０４ａを通り、第２のスペクトルチャネルで光を反射させるように構成された第２のＷＳＲ５０４ｂに向かって続く。したがって、第２のスペクトルチャネルでの光線は、第１の基板の第２の回折格子５０６ｂに向かって反射させられ、第２の回折格子５０６ｂは、第１の偏光（例えば、Ｐ_１偏光）を有する光を回折させるように構成された、第２のＰＳＧ５１２ｂに向かって光を回折させる。光は、回折レンズ５０７ｃに向かって回折させられ、そこで、それは、第１の基板を出た後、第２の焦点（例えば、０．４ｍｍ）に集束させられる。

【0075】

第２のファイバ５０２ｂを出た光線は、別個ではあるが同様の経路をたどる。第１および第２のスペクトルチャネルを中心とする光を含む、光線５０８ｂは、回折レンズ５０７ｄおよび偏光子５１４ｂを通過し、そこで、それらは、それぞれ、ほぼコリメートさせられ、第２の偏光（例えば、Ｐ_２偏光）を備えて偏光させられる。第１のスペクトルチャネルでの光は、ＷＳＲ５０４ｃによって反射させられ、そこで、それは、第２の基板５０５ｄの回折格子５０６ｃによって回折させられる。回折格子５０６ｃは、光を回折格子５０６ｅに向けて回折させ、回折格子５０６ｅは、光を、第２の基板５０５ｄから出てＰＳＧ５１２ａに向かって回折させる。光線５０８ｂの第１のスペクトルチャネルは、第２の基板５０５ｄを出て、ＰＳＧ５１２ａに対して実質的に垂直に、ＰＳＧ５１２ａと整列して進み得る。この光はＰ_２偏光させられているため、それは、ＰＳＧ５１２ａを通って回折レンズ５０７ｂに透過し、そこで、それは、光線５０８ａの第１スペクトルチャネルとともに、第１の焦点に集束させられる。光線５０８ｂの第２のスペクトルチャネルは、ＷＳＲ５０４ｃを通過し、そこで、それらは、光を第２のスペクトルチャネルで反射するように構成されたＷＳＲ５０４ｄによって反射させられる。光は、第２の基板５０５ｄの回折格子５０６ｄによって、第２の偏光Ｐ_２を有する光を回折させる回折格子５０６ｆに向かって回折させられる。次に、光の第２のスペクトルチャネルは、第２の偏光Ｐ_２を有する光を回折レンズ５０７ｃに向かって透過させるように構成された、ＰＳＧ５１２ｂに対してほぼ垂直に、かつ、ＰＳＧ５１２ｂと整列して、第２の基板を出て、そこで、それは、光線５０８ａの第２のスペクトルチャネルとともに、第二の焦点距離で集束させられる。スペーサ５１５は、第１の基板５０５ｃと第２の基板との間に配置され、それらの組み立て、および、角度の位置合わせを容易にする。システム５００ｄでは、第１の基板５０５ｃと第２の基板５０５ｄは実質的に平行である。

【0076】

先の実施形態で説明されたように、システム５００ｄは、相反系であり、周囲環境（例えば、組織や器官）によって散乱または反射させられた光を捕捉するように構成される。反射光または散乱光は、回折レンズ５０７ｂ、５０７ｃを通ってシステムＯＩＩＳ５０１ｄに入り、上述の光路を逆に進む。したがって、第１および第２のスペクトル長で、第１の偏光Ｐ_１を有する光は、第１のファイバ５０２ａによって捕捉され、第１および第２のスペクトル長で第２の偏光Ｐ_２を有する光は、第２のファイバ５０２ｂによって捕捉される。第１のファイバ５０２ａでは、第１のスペクトルチャネルでの光は、第１の焦点距離で集束させられ、第２のスペクトルチャネルでの光は、第２の焦点距離で集束させられる。同様に、第２のファイバ５０２ｂでは、第１のスペクトルチャネルでの光は、第１の焦点距離で集束させられ、第２のスペクトルチャネルでの光は、第２の焦点距離で集束させられる。

【0077】

図６Ａ－図６Ｃは、光学イメージングおよび照射システム（ＯＩＩＳ）の焦点深度を拡張するように構成された３つの実施形態を示す。

【0078】

３次元医療用イメージングでは、診断および／または治療にとって、深度情報は、非常に重要である。一般に、ＯＣＴシステムでは、半径方向の解像度（たとえば、ＯＩＩＳの光軸に沿った管腔器官の組織内への深さ）は干渉法プロセスによって決定されるが、ＯＩＩＳの収集効率は、少なくとも部分的にはＯＩＩＳの焦点深度に依存する。収集効率は、さまざまな深さでどれだけの信号（すなわち、組織によって散乱された光）が、ＯＩＩＳによって収集され、画像処理モジュールに送られて画像を形成し、分析を実行し得るかとして定義される。しかし、横断方向の解像度（たとえば、光軸に垂直な面でのイメージング解像度）と、その焦点深度の間にはトレードオフが存在する。たとえば、ＯＩＩＳのＮＡが増加すると、それは、光を、より小さなスポットに集束させ、横断方向のより高い解像度をもたらし得る。しかし、ＮＡを増加させることは、一般に、焦点深度の減少をもたらす。高い横断方向解像度を維持しながら焦点深度を拡張するように構成された３つの実施形態が説明される。

【0079】

カテーテルシステム６００ａが図６Ａに示される。システム６００ａは、ＯＩＩＳの焦点深度を拡張するために、偏光選択的回折レンズ（ＰＳＤＬ）を使用するＯＩＩＳ６０１ａを含む。ＰＳＤＬは偏光に応じて、光を異なって回折させ、例えば、第１の偏光を有する光は、第１の焦点に向かって回折させられ、一方、第２の偏光を有する光は、第１の焦点とは異なる、第２の焦点に向かって回折させられ得る。したがって、２つの異なる偏光を有する光で形成されるビームは、２つの異なる焦点距離に集束させられる、ビームの部分をもたらす。

【0080】

ファイバ６０２（簡略化のため、ファイバ６０２を保持するフェルールはここでは示されない）は、光源（図示せず）から２つのスペクトルチャネルを受け取り、第１のスペクトルチャネルは第１の波長（例えば、８００ｎｍ）を中心とし、第２のスペクトルチャネルは、第２の波長（例えば、１３００ｎｍ）を中心とする。第１および第２のスペクトルチャネルは、ファイバ６０２を出て回折レンズ６０７に向かう、図示された光線６０８に含まれる。いくつかの実施形態では、スペクトルチャネルのうちの１つ（例えば、第２のスペクトルチャネル）は、回折レンズ６０７によって、ほぼコリメートさせられ、一方、他のスペクトルチャネル（例えば、第１のスペクトルチャネル）は、よりコリメートされたビームに向けて成形されるが、コリメートされない。２つのスペクトルチャネルの間の光整形における違いは、回折レンズ６０７が一方のスペクトルチャネルをコリメートさせるように設計されるのに対し、他方のスペクトルチャネルでの光線は、色分散により回折レンズによって完全にコリメートさせられないために生じ得る。両方のスペクトルチャネルは、２つの直交偏光（たとえば、Ｐ_１偏光とＰ_２偏光）を包含する。第１のスペクトルチャネルを有する光線６０８は、第１のスペクトルチャネルを反射させ、第２のスペクトルチャネルを透過させるように設計された、ＷＳＲ６０４ａによって反射させられる。反射光線は、基板６０５の第１のＰＳＤＬ６１６ａに向かって進む。第１のＰＳＤＬ６１６ａは、偏光Ｐ_１（実線で示される）を有する第１のスペクトルチャネルの一部を、第１の焦点距離（例えば、ｆ_１＝１．２ｍｍ）で集束させるように構成され、また、偏光Ｐ_２（点線で示される）を有する第１のスペクトルチャネルの一部を、第２の焦点距離（例えば、ｆ_２＝０．８ｍｍ）で集束させるように構成される。第１および第２の焦点距離の両方で、同じスペクトルチャネルを中心とする光を集束させることは、スペクトルチャネルにおけるＯＩＩＳ６０１ａの焦点深度が拡張させる。撮像される対象によって散乱させられた光は、それが、第１または第２の焦点距離のいずれかの特定の距離（各焦点の焦点深度）内にある場合、ＯＩＩＳ６０１ａによって、より効率的に捕捉され得る。焦点深度（ＤＯＦ）は数１のように定義され得、ここで、ｎは媒質の屈折率、λは光の波長、ＮＡは開口数である。

【0081】

【数1】

【0082】

このＤＯＦ値は、画像が焦点にとどまる、光軸に沿った焦点付近の距離を決定する。２つの焦点距離を持つＯＩＩＳでは、パラメータ（例えば、波長、開口数）の適切な設計により、各焦点の重なりのＤＯＦを有することは有益であり得、その結果、ＯＩＩＳは、従来可能であるところを超える、拡張された焦点深度を有する。

【0083】

第２のスペクトルチャネルは、邪魔されずにＷＳＲ６０４ａを通過し、第２のＷＳＲ６０４ｂによって第２のＰＳＤＬ６１６ｂに向かって反射させられる。Ｐ_１偏光を有する光線（破線で示される）は、第３の焦点距離（例えば、ｆ_３＝０．５ｍｍ）で集束させられ、Ｐ_２偏光を有する光線（一点鎖線で示される）は、第４の焦点距離（例えば、ｆ_４＝０．３ｍｍ）で集束させられる。第１および第２の焦点距離に関して上述されたように、第３および第４の焦点距離の範囲内の収集光を使用可能にすることは、第２のスペクトルチャネルでのＯＩＩＳ６０１ａの焦点深度を拡張させる。

【0084】

ＯＣＴイメージングシステム、または、他のタイプのイメージングシステムでは、励起光（例えば、組織などの周囲環境に送出される光）は、非常に狭い帯域幅を有する単一の波長ではないことを意味する、かなりの帯域幅を有し得る。励起光は、調整可能な中心波長および／または調整可能な帯域幅を備えた、ＬＥＤ、掃引光源レーザ、ＶＣＳＥＬ、スーパーコンティニューム光源、スーパールミネセントダイオード、その他のタイプの光源から発せられ得る。調整された色分散を備えた回折レンズを設計することにより、入力光の広帯域幅は、ＯＩＩＳシステムの焦点深度を拡張させるために使用され得る。各回折レンズの焦点距離は、数２に示されるように、波長の関数であると想定される。

【0085】

【数2】

【0086】

式２において、ｆは焦点距離、Ｃは定数、λは波長、ｍは整数値である。ここで図６Ｂを参照すると、カテーテルシステム６００ｂは、上記の式２によって説明され得る、回折レンズの２つの例を示すＯＩＩＳ６０１ｂを含む。第１の回折レンズ６０７ａは、ｍ＝１（例えば通常の回折レンズ）で示され、第２の回折レンズ６１７は、ｍ＝３（例えば、超分散回折レンズ）で示される。この実施形態では、ファイバ６０２は、第１のスペクトルチャネル（例えば、１０００ｎｍを中心とする）と第２のスペクトルチャネル（例えば、１３００ｎｍを中心とする）を出力結合する。各チャネルは、半値全幅（ＦＷＨＭ）のスペクトル帯域幅を有する（例えば、各スペクトルチャネルは、２００ｎｍのＦＷＨＭを有し得る）。光線追跡シミュレーションでは、図６Ｂに示されるもののように、簡単にするために、各光線は、単一の波長を有してモデル化され得る。第１、第２、第３、および、第４の波長を持つ４つの異なる光線が示される。いくつかの実施形態では、第１、第２、第３、および、第４の波長は、それぞれ、約９００ｎｍ（実線）、１１００ｎｍ（点線）、１２００ｎｍ（破線）、および、１４００ｎｍ（一点鎖線）であり得る。すべての光線はファイバ６０２を出て、回折レンズ６０７ｂを通過し、そこで、それらは、ほぼコリメートさせられる。レンズ６０７ｂは、第１から第４の光線によってカバーされる波長の範囲内の１つの波長を有する光を完全にコリメートさせるように設計され得る。例えば、レンズ６０７ｂは、１３００ｎｍの波長を有する光を完全にコリメートさせるように設計され得る。設計された波長とは異なる波長を有する光線は、完全にコリメートさせられず、それらは、レンズ６０７ｂの後で、わずかに発散するか収束し得る。

【0087】

この例では、９００ｎｍおよび１１００ｎｍの波長を有する、第１および第２の光線は、ＷＳＲ６０４ａによって回折レンズ６０７ａに向かって反射させられる。ＷＳＲ６０４ａは、基板６０５の上面に対して、ある角度（例えば、約４５度）で配置され得、その結果、反射光線は、上面に対してほぼ垂直に基板に入射する。回折レンズ６０７ａは、式２においてｍ＝１である、通常の回折レンズである。したがって、レンズ６０７ａは、第１および第２の光線を、それぞれ、第１および第２の焦点距離（例えば、ｆ_１＝０．６１１ｍｍおよびｆ_２＝０．５ｍｍ）で集束させ、それにより、第１および第２のスペクトルチャネルでのＯＩＩＳ６０１ｂの焦点深度を拡張させる。第３および第４の光線（例えば、それぞれ、１２００ｎｍおよび１４００ｎｍの波長を有する光線）は、ＷＳＲ６０４ａを通過し、第２のＷＳＲ６０４ｂにより、超分散回折レンズ６１７に向かって反射させられる。この超分散回折レンズ６１７の焦点距離は、ｍ＝３である式２に従う。超分散回折レンズを使用すると、波長を変えることで、より大きな焦点距離のシフトが実現される。この効果は、光線追跡シミュレーションに示され、第３の光線は、第３の焦点距離（たとえば、波長１２００ｎｍで１．５８８ｍｍ）で集束させられ、第４の光線は、第４の焦点距離（たとえば、波長１４００ｎｍで１ｍｍ）で集束させられる。したがって、超分散回折レンズは、第３および第４のスペクトルチャネルにおけるＯＩＩＳ６０１ｂの焦点深度をさらに拡張させるために使用され得る。

【0088】

ここで、図６Ｃを参照すると、ＯＩＩＳ６０１ｃを有するカテーテルシステム６００ｃは、光を集束させるためのアキシコンを利用することにより、焦点深度が拡張される実施形態を示す。ＯＩＩＳ６０１ｃでは、４つのアキシコン６１８ａ－６１８ｄが、Ｊ_０ベッセルビームを生成すると仮定されるが、異なる開口数（ＮＡ）を有する。システム６００ｃでは、ファイバ６０２は、第１、第２、第３、および、第４の波長（例えば、それぞれ、１０００ｎｍ、１１００ｎｍ、１２００ｎｍ、および、１３００ｎｍ）を中心とする、４つのスペクトルチャネルを伝送する。これらのスペクトルチャネルは、回折レンズ６０７によって、コリメートさせられるか、または、ほぼコリメートさせられる。第１の波長を有する第１の光線は、ＷＳＲ６０４ａにより、基板６０５に向かって反射させられ、第１のアキシコン６１８ａによって集束させられる。このアキシコンは、第１の波長（例えば、１０００ｎｍの波長）で設計され、第１の開口数（例えば、ＮＡ１＝０．１５）を有する。この比較的小さいＮＡは、図６Ｃに示されるような比較的大きな（例えば、ミリメートルスケール）の焦点深度をもたらす。第２から第４の光線は、ＷＳＲ６０４ａを通過する。第２の光線は、第２のＷＳＲ６０４ｂによって反射させられ、第２のアキシコン６１８ｂによって集束させられる。いくつかの実施形態では、第２のアキシコン６１８ｂは、第１のＮＡよりも大きい第２のＮＡ（例えば、ＮＡ２＝０．２５）を有する。ＮＡを大きくすることにより、より小さな焦点が実現される。より小さい焦点スポットは、焦点深度の減少を犠牲にして、イメージングに対して、よりよい解像度を提供する。

【0089】

第３および第４の光線は、第２のＷＳＲ６０４ａを、邪魔されずに通過する。第３の光線は、第３のＷＳＲ６０４ｃによって反射させられ、一方、第４の光線は、第３のＷＳＲ６０４ｃを通過し、第４のＷＳＲ６０４ｄによって反射させられる。それぞれ、第３の光線は、第３のＮＡ（例えば、ＮＡ３＝０．５）を有する、第３のアキシコン６１８ｃによって、および、第４の光線は、第４のＮＡ（例えば、ＮＡ４＝０．８）を有する、第４のアキシコン６１８ｄによって集束させられる。ＮＡを増加させることで、焦点深度が減少させられ、解像度が増加させられる。全体として、ＯＩＩＳ６０１ｃの焦点深度は、集束させるために、１つ以上のアキシコンを利用することによって増加させられる。１つ以上の焦点深度は、入力信号のスペクトルチャネルを変更することにより、イメージングのために選択され得、したがって、ＯＩＩＳ６０１ｃは調整可能な焦点深度とＮＡを提供する。

【0090】

図７Ａ－図７Ｃは、焦点距離を再設定できる、光学イメージングおよび照射システムを備える実施形態を示す。前述の実施形態では、ＯＩＩＳ内のマルチズーム機能は、入力光の中心波長を変更することによって達成された。これは、調整可能な入力光源を使用して実現され得る。図７Ａ－図７Ｃでは、ＯＩＩＳ実施形態の焦点距離が、光源の波長を変更する必要なく、液晶（ＬＣ）ベースのデバイスを利用して再構成され得る、実施形態が説明される。

【0091】

図７Ａに示されるカテーテルシステム７００ａでは、ＯＩＩＳ７０１ａは、第１の波長（例えば、８００ｎｍの中心波長）で設計される。ファイバ７０２から結合出力された光線７０８は、回折レンズ７０７ｄによってコリメートされる。吸収性偏光子７１４が、回折レンズ７０７ｄに隣接して積層され、光線７０８を直線偏光させる（例えば、Ｐ_１偏光を有するように）。入力偏光を調整することによって、ＬＣＧ７１９ａ、７１９ｂの機能は、制御され得る。いくつかの実施形態では、所望に応じて、吸収性偏光子７１４の後に、１／４波長板、または、他のタイプの波長板（図示されず）が含まれ得、所望により、異なる偏光（例えば、Ｐ_２偏光）を生成する。偏光光線は、ミラー７０９によって、基板７０５に向かって反射させられる。基板は、少なくとも第１の表面７０５ａに、反射防止コーティングを有し得、基板７０５に入射するときの反射損失を低減させる。光線７０８は、回折格子７０６ａによって、第１の液晶格子（ＬＣＧ）７１９ａに向かって回折させられる（例えば、基板のＴＩＲ角より大きい回折角で）。各ＬＣＧの機能は、１つ以上の電気信号（図示されず）によって、独立して制御され得る。電気信号は、制御モジュールによって制御され得、手動または自動で制御され得る。オフ状態では、ＬＣＧは、光線７０８の波長に対して調整された格子として機能し得、光線７０８は、ＬＣＧ７１９ａによって回折させられる。オン状態では、ＬＣＧ７１９ａは、衝突する光線と相互作用せず、光線７０８は、基板７０５を通って引き続きＴＩＲに留まる。

【0092】

最初に、オフ状態にあるＬＣＧ７１９ａを有するシステム７００ａが説明される。光線７０８は、回折格子７０６ａにより、オフであるＬＣＧ７１９ａに向かって回折させられる。オフであるＬＣＧ７１９ａは、光線７０８を回折レンズ７０７ａに向かって回折させ、そこで、それらは、第１の焦点距離（例えば、０．５ｍｍの焦点距離）で集束させられる。これは、ＬＣＧ７１９ａがオフの場合、光路の終端である。

【0093】

ＬＣＧ７１９ａがオンである第２のシナリオでは、光線７０８は、回折格子７０６ａにより、ＬＣＧ７１９ａに向かって回折させられ、ＬＣＧ７１９ａと相互作用しない。その代わりに、光線７０８は、ＴＩＲにより、基板７０５の上面によって反射させられる。上面７０５ａからの反射後、光線７０８は、第２のＬＣＧ７１９ｂに到達する。第２のＬＣＧ７１９ｂがオフであるとき、光線７０８は、回折レンズ７０７ｂに向かって回折させられ、そこで、それらは、第２の焦点距離（例えば、１．５ｍｍの焦点距離）で集束させられる。これは、ＬＣＧ７１９ａがオンで、ＬＣＧ７１９ｂがオフの場合、光路の終端である。

【0094】

第３のシナリオでは、ＬＣＧ７１９ａとＬＣＧ７１９ｂの両方がオンであり、したがって、光線は、第１および第２のＬＣＧ７１９ａ、７１９ｂのいずれとも相互作用しないであろう。光線７０８は、それらが、第２の回折格子７０６ｂに到達するまで、ＴＩＲにおいて基板７０５を通って伝播する。格子７０６ｂによって回折させられた後、光線７０８は、回折レンズ７０７ｃにより、第３の焦点距離（例えば、３ｍｍの焦点距離）で集束させられる。

【0095】

ＬＣＧをオンおよびオフに切り替えることによって、ＯＩＩＳ７０１ａは、所望の焦点距離で光が放射させられる（また、システムの相反性によって集光させられ得る）ように再構成され得る。いくつかの実施形態では、３つの別個の焦点距離（例えば、０．５ｍｍ、１ｍｍ、および、３ｍｍ）が、達成され得る。当業者は、達成可能な焦点距離の数は、他の適切なコンポーネント（例えば、選択された焦点距離を有するように設計された、回折格子および／または回折レンズ）とともに、それぞれ、より多くの、または、より少ないＬＣＧをカスケード接続することにより、増大させられ、または、減少させられ得ることを理解するであろう。

【0096】

図７Ｂは、カテーテルシステム７００ｂが、ＯＩＩＳ７０１ｂ内に液晶半波長板（ＬＣＨＷＰ）を含む、実施形態を示す。ＬＣＨＷＰは、再構成可能なマルチズームＯＩＩＳ７０１ｂを実現するために使用される。システム７００ｂでは、光線７０８は、中心波長（例えば、１１００ｎｍ）を有するスペクトルチャネルを有する。ファイバを出た後、光線７０８は、光線７０８の波長に対して設計された、回折レンズ７０７ｅによってコリメートさせられる。コリメートさせられた光線は、吸収性偏光子７１４によって直線偏光させられる（例えば、Ｐ_１偏光を備える）。偏光させられた光線７０８は、第１のＬＣＨＷＰ７２０ａと相互作用する。

【0097】

まず、第１のＬＣＨＷＰ７２０ａがオフ状態にある、第１のシナリオ（実線で示される）に関して、光路が説明されるであろう。オフ状態にあるとき、ＬＣＨＷＰ７２０ａは半波長板（ＨＷＰ）として機能し、入射する直線偏光光線を、直交状態（例えば、Ｐ_２偏光）に変化させる。光線は、第１の偏光選択性反射体（ＰＳＲ）７１３ａと相互作用する。システム内のすべてのＰＳＲ（例えば、７１３ａ、７１３ｂ、７１３ｃ、７１３ｄ）は、吸収性偏光子７１４と共偏光であり、これは、直線偏光させられた光線７０８が７１４を通過する場合、光線７０８は、また、ＰＳＲを通過することを意味する。この例では、吸収性偏光子７１４はＰ_１偏光を備える光線を透過させ、ＰＳＲはＰ_１偏光光線を透過させ、Ｐ_２偏光光線を反射させる。オフ状態の第１のＬＣＨＷＰ７２０ａを通過する光線７０８は、偏光を切り替える（例えば、Ｐ_１偏光からＰ_２偏光に切り替える）ため、光線は、ＰＳＲ７１３ａにより、基板７０５に配置された回折レンズ７０７ａに向かって反射させられるであろう。レンズ７０７ａは、光線７０８を、第１の焦点距離（例えば、０．２５ｍｍの焦点距離）に集束させる。

【0098】

第２のシナリオでは、第１のＬＣＨＷＰ７２０ａは、オン状態にあり、第２のＬＣＨＷＰ７２０ｂは、オフ状態にある。この場合、７２０ａを通過した後、光線７０８は、偏光を変えず（例えば、Ｐ_１偏光のままである）、ＰＳＲ７１３ａを通過し、その後、それらは、第２のＬＣＨＷＰ７２０ｂに到達する。オフ状態では、ＬＣＨＷＰ７２０ｂは、光線の偏光を切り替える（例えば、Ｐ_１偏光からＰ_２偏光へ）ＨＷＰとして機能する。したがって、ＯＦＦ状態のＬＣＨＷＰ７２０ｂを通過する光線７０８は、ＰＳＲ７１３ｂにより、回折レンズ７０７ｂに向かって反射させられ、そこで、それらは、第２の焦点距離（例えば、０．５ｍｍの焦点距離）で集束させられる。同様に、第１および第２のＬＣＨＷＰ７２０ａ、７２０ｂをオンに調整し、ＬＣＨＷＰ７２０ｃをオフに調整することによって、光線は回折レンズ７０７ｃに向けて再配向され、第３の焦点距離（例えば、０．７５ｍｍの焦点距離）で集束させられる。

【0099】

最後のシナリオは、最初の３つのＬＣＨＷＰ７２０ａ－７２０ｃがオン状態にあり、第４のＬＣＨＷＰ７２０ｄがオフ状態にある場合である。光線７０８の偏光は第４のＬＣＨＷＰ７２０ｄによって切り替えられ、光線７０８は、ＰＳＲ７１３ｄにより、回折レンズ７０７ｄに向かって反射させられ、そこで、それらは、第４の焦点距離（例えば、１ｍｍの焦点距離）で集束させられる。したがって、選択されたＬＣＨＷＰをオンおよびオフに調整することにより、光線７０８は特定の回折レンズに向けられ得、それによって、光を、選択された焦点距離に集束させる。ＯＩＩＳ７０１ｂは、４つの離散値（たとえば、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ、１ｍｍの焦点距離）で光を集束させることができ、１つ以上のＬＣＨＷＰ、ＰＳＲ、および、回折レンズを追加または削除することにより、より多くの、または、より少ない焦点距離が実現され得る。

【0100】

第４のＬＣＨＷＰ７２０ｄは、第４のＰＳＲ７１３ｄに対して、ある角度（例えば、約４５度）で配置されて示され、一方、第１、第２、および、第３のＬＣＨＷＰ７２０ａ－ｃは、それぞれ、第１、第２、および、第３のＰＳＲ７１３ａ、７１３ｂ、および、７１３ｃの角度と等しい角度で配置される。ＰＳＲに対するＬＣＨＷＰの角度は、ＬＣＨＷＰの設計に応じて、同様の結果を達成する限り、調整され得る。代替の実施形態では、第４のＬＣＨＷＰ７２０ｄが除去され得、ＰＳＲ７１３ｄは、ＰＳＲ７１３ｄ（例えば、一連の最後のＰＳＲ）が、吸収性偏光子７１４に対して交差偏光であるように、再配向され得る。結果として得られるＯＩＩＳは、ＯＩＩＳ７０１ｂの機能と同様の機能を有するが、１つ少ないコンポーネントを備える。本明細書に開示される他の実施形態と同様に、この構成は、本明細書に記載される他の実施形態と組み合わされ得、偏光分解イメージングまたはマルチスペクトルイメージングなどの、さらなる機能を追加する。

【0101】

ここで、図７Ｃを参照すると、４つの再構成可能な焦点距離を有するＯＩＩＳが達成され得る、実施形態が示される。カテーテルシステム７００ｃは、ＯＩＩＳ７０１ｃを含む。第１の波長（例えば、１３００ｎｍの波長）を有する光線７０８が、システム７００ｃを通って伝播する、光線追跡シミュレーションが示される。これらの光線は、回折レンズ７０７によってコリメートさせられる。光線７０８が、第１の偏光（例えば、Ｐ_１偏光）で直線偏光させられることを確実にするために、吸収性偏光子７１４が、回折レンズ７０７の後に配置される。システム７００ｃでは、ＰＳＲ７１３ａは、吸収性偏光子７１４に対して交差偏光位置に配向される。特に、ＰＳＲ７１３ａは、偏光子７１４と共偏光であるように設計され得、結果として得られるＯＩＩＳは、ＯＩＩＳ７０１ｃと同様に作動する。したがって、コンポーネントの方向を変更したり、設計において、その他の小さな調整を加えたりすることによって、同様のシステム機能が実現され得、そのような変更および調整は、設計上の選択事項であり、本開示の範囲から逸脱するものではない。

【0102】

図７Ｃを参照すると、第１の光路が説明され、実線で示される。この第１のシナリオでは、ＬＣＨＷＰ７２０ａはオン状態にあり、それは、光線の偏光を変更しない（例えば、光線７０８はＰ_１偏光のままである）。第１のＰＳＲ７１３ａは、偏光子７１４と交差偏光であり、したがって、光線７０８は、ＰＳＲ７１３ａにより、基板７０５のＬＣＨＷＰ７２０ｃに向かって反射させられる。ＬＣＨＷＰ７２０ｃは、また、オン状態にあるため、それは、光線７０８の偏光を変化させない。結果として、光線７０８は、元の偏光状態（例えば、Ｐ_１偏光）を維持し、第１の焦点距離（例えば、ｆ_１＝０．２５ｍｍ）で、偏光選択的回折レンズ（ＰＳＤＬ）７１６ａによって集束させられるであろう。

【0103】

ＬＣＨＷＰ７２０ａの状態がオンのままで、ＬＣＨＷＰ７２０ｃがオフに変えられた場合、光線７０８の偏光は、ＰＳＤＬ７１６ａと相互作用する前に、ＬＣＨＷＰ７２０ｃによって直交状態（例えば、Ｐ_２偏光）に切り替えられるであろう。ＰＳＤＬは、光の偏光に応じて、光を異なって集束させるため、ＰＳＤＬ７１６ａは、第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離（例えば、ｆ_２＝０．５ｍｍ）で、Ｐ_２偏光光線７０８を集束させるであろう。ＰＳＤＬ７１６ａは、それが、Ｐ_１偏光光を、焦点距離ｆ_１で集束させ、Ｐ_２偏光光を焦点距離ｆ_２で集束させるように設計される。Ｐ_１およびＰ_２は、任意に選択された２つの直交状態の直線偏向であるが、それらは、ＯＩＩＳ７０１ｃと同じ機能を備えるＯＩＩＳを実現しながら、代替的に、円偏光または楕円偏光であり得る。

【0104】

第２のシナリオでは、ＬＣＨＷＰ７２０ａがオフに変えられ、それにより、入射光線７０８の偏光が直交状態（例えば、Ｐ_２偏光）に切り替わることをもたらす。Ｐ_２偏光光線７０８はＰＳＲ７１３ａを通過し、ＰＳＲ７１３ｂに到達するであろう。ＰＳＲ７１３ｂは、ＰＳＲ７１３ａに対して交差偏光であるように配向され、したがって、ＰＳＲ７１３ｂは、Ｐ_２偏光光線をＬＣＨＷＰ７２０ｂに向かって反射させる。ＬＣＨＷＰ７２０ｂがオンであるとき、それは、光線７０８の偏光を変化させない（例えば、光線７０８は、Ｐ_２偏光を維持する）。ＰＳＤＬ７１６ｂは、これらの光線を、第３の焦点距離（たとえば、ｆ_３＝０．７５ｍｍ）で集束させるであろう。ただし、ＬＣＨＷＰ７２０ｂがオフに変えられると、ＬＣＨＷＰ７２０ｂは、衝突する光線の偏光を切り替えるであろう。したがって、ＬＣＨＷＰ７２０ｂがオフである場合、光線７０８はＰ_１偏光に切り替わり、ＰＳＤＬ７１６ｂは、第３の焦点距離とは異なる第４の焦点距離（例えば、ｆ_４＝１ｍｍ）で、Ｐ_１偏光光線７０８を集束させるであろう。したがって、システム内の各ＬＣＨＷＰのオン／オフ状態を適切に変更し、その焦点距離が入射光線の偏光に依存する偏光選択性回折レンズを利用することにより、ＬＣＨＷＰコンポーネントへの１つ以上の入力電気信号を使用する、再構成され得る焦点距離を有するＯＩＩＳが実現される。

【0105】

再構成可能な焦点距離を備えたＯＩＩＳは、深度イメージングに有利である。特に、調整可能な焦点距離は、関心の深度で最高の画像品質を得るために使用され得る。照射の場合、焦点距離は、組織アブレーションまたは他のレーザ外科用途などの、治療目的、または、他の用途に対して、組織の特定の深さでの光の最大強度を達成するように選択され得る。

【0106】

図８Ａは、様々なコンポーネントを備える、異なる統合スキームを示す、ＯＩＩＳ８０１ａの実施形態の分解図を示す。特に、図８Ａは、光学イメージングおよび照射システムに特別な機能を追加するために、人は、いかに、様々なコンポーネントの水平カスケードおよび／または垂直スタッキングを利用し得るかを示す。前述の実施形態で使用されるコンポーネントのほとんどは、基板８０５ｃおよび８０５ｄ、ＷＳＧ８１１、ＰＳＲ８１３ａ－８１３ｂ、吸収性偏光子８１４ａ－８１４ｃ、スペーサ８１５、ＰＳＤＬ８１６、ＬＣＧ８１９、ＬＣＨＷＰ８２０、波長板（ＷＰ）８２１ａ－８２１ｂ（例えば、半波長板および四分の一波長板）、カラーフィルタ８２２、薄膜８２３（例えば、ＡＲコーティング）、回折素子８２４（例えば、ホログラム、ディフューザ、サブ波長回折格子）、および、角度選択表面８２６などの他の平面コンポーネントと、容易に統合／積み重ねされ得る平面形状を有する。また、これらのコンポーネントは、レンズ８２５などの屈折コンポーネントと一体化されるか、あるいは、組み合わせられ得る。この垂直統合能力は、本明細書で説明されるＯＩＩＳの機能を有利に拡張し得る。例えば、液晶、偏光子、波長板を積み重ねることにより、人は、光の偏光を希望通りに制御／変更し得、および／または、不要な偏光を除去し得る。他のいくつかの例は、その波長に応じて、光の反射または透過を制御するために、薄膜８２３とカラーフィルタ８２２を積み重ねることである。反射損失を避けるため、薄膜が、基板表面、または、ファイバ端面などの他のさまざまなコンポーネントに、ＡＲコーティングを形成するために使用され得る。

【0107】

イメージング／照射場面からフィードバックを受け取り得る、ＯＩＩＳプラットフォーム上のセンサ／検出器８２７の統合は、また、本明細書において企図される。センサの一例は、ＯＩＩＳからの、撮像される対象（臓器や組織など）の距離を測定し、それに応じて、その焦点距離やその他のパラメータを調整するための深度センサである。調整は、深度センサからの読み取り値に基づいて手動でなされ得、また、制御モジュール（図示されず）によって自動的に制御され得る。センサや電気的に作動されるＬＣベースのコンポーネントなど、ＯＩＩＳ内の１つ以上のコンポーネントへの様々な電路が、ＯＩＩＳ内の基板または他のコンポーネントに含まれ得る。明瞭化のために、これらの電路は、図示から省略される。

【0108】

ＯＩＩＳ８０１ａまたは８０１ｂに含まれるコンポーネントは、図８Ｂに示されるように、基板８０５と任意の角度を有し得る。例えば、コンポーネントのうちの１つまたは複数は、基板に対して角度θを有し得る。角度θは、３０°、３５°、４５°、５０°、５５°、または、任意の値であり得る。図８Ｂは、また、チューブ８２８によって囲まれたＯＩＩＳ８０１ｂの例を示す。このチューブは任意の内径（ＩＤ）と外径（ＯＤ）を有し得る。それは、また、ガラス、プラスチック、ポリマー、または、その他の適切な材料で作製され得る。このチューブは光路内（たとえば、さまざまなＯＩＩＳシステムのレンズと、撮像される組織または対象との間）にあり、レンズは、このチューブを通して、光を集束させるであろう。したがって、ＯＩＩＳ内のレンズやその他のコンポーネントを設計する際には、チューブの輪郭と材質が考慮され得る。

【0109】

図９において、ブロック図は、いくつかの実施形態に従って、本明細書に開示される方法を実施するための異なるモジュールを示す。図９は、その一部はオプションであり得る、異なるモジュールおよびシステムの高レベルの概略図を示し、それらがどのように連携してイメージングおよび照射システム全体の性能を向上させ得るかを示す。イメージングおよび照射システムは、本明細書で前述されたような、１つまたは複数のＯＩＩＳ実施形態を含み得る。図９に示されるシステムでは、ＯＩＩＳ９０１は、光を対象に集束させ、および／または、対象からの散乱光を収集して画像を形成するように設計される。ＯＩＩＳ９０１は、伝送モジュール９２９を介して処理モジュール９３０から入力光を受け取る。伝送モジュールは、１つ以上のシングルモードファイバ、１つ以上のフォトニック結晶ファイバ、および／または、１つ以上のマルチモードファイバを含み得る。ファイバは、入力光を、光源（レーザ、ＬＥＤ、スーパーコンティニューム、掃引光源など）からＯＩＩＳに伝送し、その後、処理モジュールへの逆伝送のために、ＯＩＩＳから画像情報を収集する。さらに、伝送モジュール９２９は、少なくとも１つの電線および／または少なくとも１つの無線送信機を含み得る。電線および／または無線送信機は、センサ（図８Ａにおけるセンサ／検出器８２７を参照）と処理モジュールとの間で、電気信号または電磁信号を送信するために使用され得る。処理モジュールは、画像処理目的のための、少なくとも１つの干渉アーム（光干渉断層イメージングの場合）、少なくとも１つの光検出器、少なくとも１つのカメラ、少なくとも１つの画像センサ、少なくとも１つのファイバカプラ（例えば、５０／５０ファイバカプラ、３０／７０ファイバカプラ、２０／８０ファイバカプラ、１０／９０ファイバカプラ）、および／または、少なくとも１つの分光計を含み得る。処理モジュール内のこれらのコンポーネントは、すべて、画像を形成および分析し、それらを表示モジュール９３２に送るために集合的に使用され得る。使用者／人工知能（ＡＴ）モジュール９３３は、表示モジュールから画像情報を受け取り、その後、画像品質を向上させるために、処理モジュールまたはＯＩＩＳにおけるどのパラメータが変更／調整される必要があるかを決定する。使用者および／またはＡＩ９３３はデータを分析し、制御モジュール９３１，処理モジュール９３０、および伝送モジュール９２９を介して、必要な変更と調整を行う。

【0110】

前述の説明および図は、本発明のさまざまな実施形態を例示するものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。この発明のいくつかの例示的な実施形態が、具体的に説明されたが、当業者は、この開示の新規な教示および利点から実質的に逸脱することなく、例示的な実施形態において多くの変更が可能であることを容易に理解するであろう。したがって、多くの異なる実施形態が、上記の説明および図面から生じる。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【国際調査報告】