技术领域本发明涉及一种用于光学相干断层扫描的光学探头及制作光学探头的方法。
背景技术：
在\FITEL(registeredtrademark)FusionSplicers&ToolsCatalog(FITEL(注册商标)熔接机&工具目录)\,FurukawaElectric,Volume4,September2010(非专利文献1)中描述了用于光纤的熔接机。通过将光纤的端部彼此对接且将这些端部热熔接在一起来使两根光纤彼此连接。在MichaelA.Choma,\SensitivityadvantageofsweptsourceandFourierdomainopticalcoherencetomography(扫频光源和傅立叶域光学相干断层扫描的灵敏度优点),Opt.Express11,2183-2189(2003)\(非专利文献2)中描述了光学相干断层扫描(OCT)的灵敏度。
技术实现要素：
技术问题本发明的目的在于提供一种用于光学相干断层扫描的光学探头及制作光学探头的方法，该光学探头可以减少光纤与透镜光纤之间的边界部分处产生的反射光。解决技术问题的方案为了实现该目的，本发明提供了一种用于光学相干断层扫描的光学探头，该光学探头包括：光纤，其传输照射光和反射散射光；以及透镜光纤，其与光纤的一端熔接在一起，透镜光纤在准直照射光的同时朝向待测量对象发射照射光，并将来自待测量对象的反射散射光收集且引导至光纤的一端。用于调节折射率的材料被添加至透镜光纤，并且材料在光纤的包括一端的端部中扩散。在根据本发明的用于光学相干断层扫描的光学探头中，在光纤的一端与透镜光纤之间的边界部分处被反射的光在光纤的另一端测得的强度相对于光纤的一端与空气接触时的菲涅耳反射强度而言可以小于-60dB/nm，可以为-70dB/nm以下或可以为-80dB/nm以下。在根据本发明的用于光学相干断层扫描的光学探头中，随着距透镜光纤的距离减小，光纤的芯部区域的折射率可以逐渐地变为更接近透镜光纤的折射率。根据本发明的另一个方面，提供了一种制作用于光学相干断层扫描的光学探头的方法，该方法包括将光纤的一端和透镜光纤熔接在一起并且通过利用熔接时所产生的热量来使包含在透镜光纤中的材料扩散到光纤的端部中的步骤。在该步骤中，在光纤的另一端处测量在光纤的一端与透镜光纤之间的边界部分处被反射的光的强度的同时，将光纤的一端和透镜光纤熔接在一起。本发明的有益效果利用根据本发明的用于光学相干断层扫描的光学探头及制作光学探头的方法，可以减少光纤与透镜光纤之间的边界部分处产生的反射光。附图说明图1是包括根据本发明实施例的用于OCT的光学探头的OCT系统的概念图。图2是根据本发明实施例的用于OCT的光学探头的概念图。图3示出了表示光纤和透镜光纤的折射率分布的典型实例的曲线图。图4中的(a)是示出了光纤的端部与透镜光纤之间的边界部分附近的结构的概念图。图4中的(b)是表示光纤的端部和透镜光纤的沿着光轴的折射率分布的曲线图。图5是表示光纤与透镜光纤之间的边界部分处的反射光强度的曲线图。图6是表示光纤与透镜光纤之间的边界部分处的反射光强度的曲线图。图7是表示光纤与透镜光纤之间的边界部分处的反射光强度的曲线图。图8是表示在光纤与透镜光纤未熔接在一起时来自光纤端面的反射光的强度的曲线图。图9示出了OCT测量图像。图10示出了OCT测量图像。图11示出了OCT测量图像。图12示出了表示进行折射率差减小处理时的信号光强度的曲线图。图13示出了表示没有进行折射率差减小处理时的信号光强度的曲线图。图14中的(a)至图14中的(c)示出了分别与图12的曲线G11至G13对应的OCT测量图像。图15中的(a)至图15中的(c)示出了分别与图13的曲线G21至G23对应的OCT测量图像。图16是示出了在制作光学探头的过程中将光纤和透镜光纤熔接在一起的步骤的概念图。具体实施方式OCT是用于通过利用照射光照射对象内部并且在照射光与来自对象内部的反射散射光之间造成干涉来得到断层扫描图像的技术。通过使用该技术，可以通过将导管插入到活体的内腔中并且利用从布置在导管末端处的光学探头发射的光照射内腔来得到活体的断层扫描图像。光纤探头包括：光纤，其传输照射光和反射散射光；以及透镜光纤，其被熔接至光纤的端部。这种OCT系统需要以高精度检测来自活体的微弱的反射散射光。然而，照射光的一部分可能在光学探头与透镜光纤之间的熔接部分处被反射，并且反射光可能作为噪声与反射散射光混合在一起。这种反射光变成了对以高精度检测微弱的反射散射光而言的障碍。例如，即使当通过使用非专利文献1中所述的熔接机来将相同类型的光纤彼此连接时，在光纤之间的边界部分出也会产生具有相对于入射光而言的在-60dB至-70dB的范围内的强度的反射光。在OCT系统的光学探头中，将在数值孔径和芯部折射率方面彼此显著不同的光纤和透镜光纤彼此连接。因此，在边界部分处产生相当强烈的反射光。例如，非专利文献2中所述的OCT系统以100dB以上的高灵敏度检测反射散射光。借助于这种高灵敏度，必定检测到来自边界部分的反射光。在下文中，将参考附图对根据本发明实施例的用于OCT的光学探头及制作光学探头的方法的具体实例进行描述。由权利要求表述的本发明的范围不限于这些实例，并且本发明的范围意图涵盖落入权利要求及其等同内容的含义内的所有变型。在以下描述中，将用相同的附图标记表示附图中相同的元件，并将省略这些元件的重复描述。图1是包括根据本发明实施例的用于OCT的光学探头10A的OCT系统1的概念图。OCT系统1包括导管20和检测器30，并得到活体3的断层扫描图像。导管20在纵向上包括一侧端部20A和另一侧端部20B。端部20A包括连接器21。导管20经由连接器21与检测器30光连接。端部20B包括用于OCT的探头10A(在下文中，简称为“光学探头10A”)。导管20包括光纤22、旋转力传递部件(扭转丝)23和外部部件24。旋转力传递部件23为管状，其中空部内容纳有光纤22，并将旋转力从连接器21传递至端部20B。外部部件24为管状，并包围光纤22和旋转力传递部件23。作为导管20的最外部，外部部件24不旋转且静止不动。例如，光纤22是单模光纤，该单模光纤包括玻璃光纤以及覆盖玻璃光纤的树脂覆盖部。玻璃光纤包括具有高折射率的芯部区域以及具有低折射率的包层区域。透镜光纤11被附接至光纤22的与连接器21相反的一端。检测器30包括光源31、2×2光耦合器32、光检测器33、光学端子34、反射镜35、分析器36和输出端口37。检测器30包括波导301至304。波导301使光源31与2×2光耦合器32彼此光耦合。波导302使2×2光耦合器32与光检测器33彼此光耦合。波导303使2×2光耦合器32与光连接器21彼此光耦合。波导304使2×2光耦合器32与光学端子34彼此光耦合。光检测器33和分析器36经由信号线305彼此电连接，并且分析器36和输出端口37经由信号线306彼此电连接。光源31产生低相干光L1。低相干光L1在沿着波导301被引导之后被2×2光耦合器32分成照射光L2和基准光L3。照射光L2在沿着波导303被引导之后穿过连接器21，并进入导管20中的光纤22的另一端。照射光L2在从光纤的一端离开之后被形成在透镜光纤11的端部的倾斜面偏转；并且利用照射光L2照射例如血管等活体3。活体3反射并偏转照射光L2，从而产生反射散射光L4。反射散射光L4穿过透镜光纤11，并沿与照射光L2的方向相反的方向传播通过光纤22。反射散射光L4在经由连接器21进入波导303之后被引导至2×2光耦合器32中，到达波导302并进入到光检测器33中。基准光L3在穿过波导304之后从光学端子34发射，并被反射镜35反射而变成返回基准光L5。返回基准光L5穿过光学端子34和波导304，并被引导至2×2光耦合器32中。反射散射光L4和返回基准光L5在2×2光耦合器32中彼此干涉，从而产生干涉光L6。干涉光L6从2×2光耦合器32被引导至波导302，并进入到光检测器33中。光检测器33检测干涉光L6的与波长对应的强度(光谱)。表示干涉光L6的光谱的检测信号经由信号线305被输入至分析器36。分析器36分析干涉光L6的光谱，并计算活体3中的每个点处的反射效率的分布。基于计算结果，分析器36得到活体3的断层扫描图像，并输出表示断层扫描图像的图像信号。图像信号从输出端口37被输出至OCT系统1的外部。图2是光学探头10A的概念图。光学探头10A是导管20的端部20B的一部分，并容纳在外部部件24中。光学探头10A包括光纤22的端部22B，该端部22B包括光纤22的在沿着光纤22的光轴A的方向上的一侧端面22d。光纤22的端部22B容纳在旋转力传递部件23的中空部内，并借助于粘合剂被固定至旋转力传递部件23。旋转力传递部件23与外部部件24之间的空间可以填充有缓冲液体25或空气。例如盐水、匹配油等可以用作缓冲液体25。光学探头10A还包括透镜光纤11和盖部12。调节透镜光纤11内部的折射率，使得透镜光纤11在与轴线A垂直的平面中具有渐变折射率(GRIN)型透镜的折射率分布。透镜光纤11具有在沿着光轴A的方向上布置的连接表面11a和偏转表面11b。偏转表面11b与沿着光轴A的方向呈一定角度。透镜光纤11经由连接表面11a被熔接至光纤22的端面22d。透镜光纤11准直从端面22d发射的照射光L2，并使用偏转表面11b使照射光L2侧偏(沿与光轴A相交的方向)。此外，透镜光纤11使用偏转表面11b将已从活体3内部返回的反射散射光L4朝向光纤22的端面22d偏转；收集反射散射光L4；以及朝向端面22d引导反射散射光L4。可以借助于透镜光纤11将照射光L2聚焦在小点上，并且可以得到活体3中的非常小的区域的断层扫描图像。低折射率介质14布置成与透镜光纤11的偏转表面11b相邻。低折射率介质14的折射率比透镜光纤11的包括偏转表面11b在内的端部11B的折射率小。因此，偏转表面11b是全反射面。例如空气等适于作为低折射率介质14。偏转表面11b的法线与光轴A之间的角度为例如大于45°且小于或等于55°。当该角度不是45°时，可以防止照射光L2变为垂直地入射到外部部件24上，并可以防止来自外部部件24等的反射光变为与来自活体3的反射散射光L4混合在一起。当该角度小于或等于55°时，可以防止进入透镜光纤的反射散射光L4的强度降低。盖部12密封地包围偏转表面11b和低折射率介质14，使得例如缓冲液体25等液体能不与透镜光纤11的偏转表面11b接触。盖部12延伸至旋转力传递部件23的中空部。盖部12由如下材料制成，该材料透射被透镜光纤11偏转的照射光L2，并透射从活体3返回的反射散射光L4，即，该材料相对于照射光L2和反射散射光L4的波长而言是可透射的。然而，优选地，盖部12与透镜光纤11之间的折射率差较小，使得可以抑制在照射光L2和反射散射光L4穿过盖部12与透镜光纤11之间的边界部分时因折射率差而发生的菲涅耳反射损耗。例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等优选地用作盖部12的材料。图3示出了表示光纤22和透镜光纤11的折射率分布的典型实例的曲线图。图3中的(a)表示光纤22的折射率分布，而图3中的(b)表示透镜光纤11的折射率分布。在图3中的(a)和图3中的(b)中，纵轴表示折射率，而横轴表示与光轴A垂直的平面中的位置。如图3中的(a)所示，当光纤22是单模光纤时，在包含光轴A的芯部区域中，光纤22的折射率是n1，而在包围芯部区域的包层区域中，光纤22的折射率是n2(这里，n1>n2)。对于相对折射率差(n1-n2)/n1而言，芯部区域的折射率n1比n2大例如0.4％。如图3中的(b)所示，在芯部区域中的中心轴线A上，透镜光纤11的折射率是n3，而在包围芯部区域的包层区域(或者，如果透镜光纤设计为不具有包层区域，则为芯部区域的最外层)中，透镜光纤11的折射率是n4(这里，n3>n4)。通常，使用如下的透镜光纤：在该透镜光纤中，对于相对折射率差(n3-n4)/n3而言，n3比n4大约2.4％。因此，如果将光纤22和透镜光纤11彼此简单地连接起来，则光纤22与透镜光纤11之间的边界部分处的折射率差为2％。一般来说，在具有折射率n1的介质与具有折射率n3的介质之间的边界表面处，发生由下述表达式表示的反射R。R={n3-n1n3+n1