矽光學平臺oct醫學影像探頭的製作方法
2024-02-14 16:34:15
專利名稱：矽光學平臺oct醫學影像探頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫學探頭，特別是設計一種矽光學平臺OCT醫學影像探頭。
相關申請
本專利申請主張2010年I月25日提出的12/693，181號美國專利申請及2010年I月25日提出的12/693，186號美國專利申請的優先權，這兩項專利申請都在此通過引用全部納入本專利申請。
背景技術：
相干分析依賴於在參考波與實驗波之間或在一個實驗波的兩個部分之間用幹擾現象測量距離和厚度，計算折射率。光學相干斷層掃描技術(OCT)就是一種用於高清截面成像的典型技術，例如，它可用於生物組織結構的微小尺度實時成像。從組織反射出的光波，在體內或體外，計算機利用光波在反射時的變化信息產生組織截面影像。
最初的OCT成像技術是時域OCT(TD-OCT)，在麥可遜幹涉儀安排中使用一個移動參考鏡(movable reference mirror)。為了提高性能,研究人員對該技術進行了改進,在雙頻OCT系統中使用兩種波長。
研究人員還同時開發了傅立葉域OCT (FD-OCT)技術，其中的一實例使用一波長掃頻源和一單一探測器；有時稱為時間編碼FD-OCT (TEFD-OCT)或掃頻源OCT。另一實例使用一寬帶源和頻譜分辨檢測系統，有時稱為頻譜編碼FD-OCT或SEFD-0CT。
掃描OCT時，用探頭將光束聚焦在受試樣本上。返回光與來自基準臂的光結合，形成幹涉圖，提供A-掃描或Z軸信息。通過掃描與該探頭相關的樣本，可以利用線性或二維掃描建立建立一張體積圖像。一種具體應用涉及動脈掃描，如冠狀動脈。利用導管系統將該探頭插入一段動脈。然後轉動探頭，沿動脈向後拉，形成對血管內壁的螺旋掃描。
傳統上，掃描OCT探頭採用的是漸變折射率(GRIN)透鏡和摺疊反射鏡。光纖用於嚮導管系統末端的探頭傳遞光信號。光纖末端的GRIN透鏡形成準直或聚焦光束並將進入光纖聚焦在光纖末端上。摺疊反光鏡連接在自聚焦透鏡上，達到探頭旁邊的一個區域。發明內容
大體上，按照一方面，本發明的特點在於提供一用於在體內發射和/或接收光線的光學探頭。探頭包含用於發送和/或接收光學信號的光纖，帶光纖槽的矽光學平臺，所述光纖槽縱向分布，用於固定光纖的終端，和一反射面，所述反射面在光學平臺的側面與光纖終端的端面光耦合。
在實施例中，一種透鏡結構固定在光學平臺的摺疊鏡面上。有些情況下，透鏡是變 形的。
此外，光學平臺最好包含深度至少大於部分光纖槽的盲槽段，該盲槽段的末端形成反射面，所述反射面可平整，可彎曲。如果是彎曲反射面，可以利用該曲面提供的光學功率，從而省去該透鏡結構。
在實施例的其他方面，光纖槽包含用於光纖應變釋放的第一深度截面和第二深度剖面，光纖包含光學平臺第一深度剖面中的護套部分和光學平臺第二深度剖面中的裸露部分。
在實例中，頂部平臺在光纖槽上使用，使光纖終端夾在頂部平臺與矽光學平臺中間。頂部平臺具有一光纖槽，該光纖槽具有第一深度剖面和第二深度剖面，一護套光纖部分設置于于頂部平臺第一深度剖面中，且一裸露光纖部分設置于于頂部平臺第二深度剖面中。
優選地，在該平臺周圍提供一個外殼。該外殼包含與光學埠相對的反射面，光纖終端通過該反射面與探頭側面的一區域光學耦合。
大體上，按照另一方面，該發明包含用於在體內發射和/或接收光線的光學探頭。該探頭包含發送和/接收光學信號的光纖終端、內含光纖終端的外殼，該外殼包含至少一個管狀部分和一帽狀部分，其中帽狀部分裝入管狀部分的插槽中。
優選地，在管狀部分的插槽中和帽狀部分下面提供一光學平臺，光纖固定在光學平臺和帽狀部分之間。帽狀部分可以包含在背面上縱向分布的凹槽，光纖固定在凹槽中。一末端部分有助於關閉外殼末端的插槽。
大體上，按照另一方面，該發明包含一用於在體內發射和/或接收光線的光學探頭。該探頭包含發送和/接收光學信號的光纖終端和內含光纖終端的外殼，外殼至少包含一個電鑄形成的管狀部分。
大體上，仍然按照另一方面，該發明包含一種形成用於發射和/或接收光線的光學探頭的方法。這種方法包含各向異性蝕刻晶圓材料，從而形成用於固定光纖的凹槽和用晶圓材料切割包括凹槽的光學平臺。
優選地，在晶圓材料中形成凹槽並鍍膜，使之具有反射性。
大體上，按照另一方面，該發明包含一種形成用於發射和/或接收光線的光學探頭的方法。這種方法包含用光刻法製作一抗蝕層；在製作的抗蝕層中電鑄一外殼，並將光纖終端插入外殼內。
優選地，電鑄工序包含電鍍。該方法還可以包括電鑄一裝入外殼插槽中的帽狀部分以及把光學平臺裝入外殼中，將光纖終端固定在光學平臺上。
大體上，仍然按照另一方面，該發明包含一種針對用於發射和/或接收光線的光學探頭的透鏡結構。該透鏡結構用複合晶圓材料製作，包含第一層、第二層和介於這兩層之間的中間層。折射透鏡在第一層中製作，光學埠沿折射透鏡的光學軸線經複合晶圓材料背面和第二層形成。
在目前的一個實施例中，複合晶圓材料是絕緣體材料上的矽，其中第一層和第二層是矽晶圓材料，中間層是二氧化矽。在其他幾個實例中，用磷化鎵作為第一層使用，也可以作為第二層使用。
優選地，在折射透鏡兩側塗上抗反射介電塗層。
大體上，仍然按照另一方面，該發明包含一種製作透鏡結構的方法。這種方法包含用複合晶圓材料的第一層製作折射透鏡和沿折射透鏡的光學軸線經複合晶圓材料背面和第二層形成一光學埠。
優選地，折射透鏡通過第一層蝕刻製作，比如灰度光刻工藝和幹蝕刻工藝。
光學埠的製作工序目前包含從背面幹蝕刻並停在第一層與第二層之間的中間層上。優選地，該方法還包含從光學埠底部清除中間層的暴露部分。
在一個實施例中，該方法包括將凹槽蝕刻到折射透鏡之間複合晶圓材料的前端面(frontside),從而在切割之後形成透鏡結構用的斜邊。
為了改善光學性能，優選在折射透鏡上塗抹抗反射塗層。
組裝時，優選為將透鏡結構連接在固定光纖終端的光學平臺，比如在反射面上。
大體上，仍然按照另一方面，該發明涉及一種用複合晶圓材料製作的透鏡結構，它包含第一層、第二層和這兩層之間的中間層。折射透鏡在第一層中製作，光學埠沿折射透 鏡的光學軸線經複合晶圓材料背面形成。
現在將結合附圖專門描述並在權利要求中指出本發明的上述和其他特點，包括各種最新結構細節和部件組合以及其他優點。需要指出的是，我們用圖解方式說明實現本發明的特殊方法和設備，但並不表示對本發明的限制。可以在不違背本發明範圍的前提下在各種實施例中運用本發明的原理和特點。
在附圖中，不同視圖上的參考字符指的是同一部件。這些圖紙不一定是按比例繪製的；相反，應該把重點放在理解本發明的原理上。這些圖紙包括
圖I表示身體內腔裡的導管和探頭；
圖2表示護套內探頭的詳圖3是探頭平臺詳圖的透視圖，表示安裝在底部平臺上之前的頂部平臺；
圖4是探頭平臺詳圖的透視圖，其中陰影表示的頂部平臺安裝在底部平臺上；
圖5是表示光束正在耦合到探頭側面區域的示意性側視圖6表示探頭的透視圖，其中在安裝帽狀部分之前把平臺系統安裝在一外殼內；
圖7表示探頭的透視圖，其中平臺系統安裝在一外殼內，外殼的帽狀部分安裝在平臺系統上方；
圖8A和8B是探頭的透視圖，表示外殼第二個實施例的兩種變體；
圖9表示探頭平臺系統第二個實施例的透視圖10表示外殼第三個實施例和末端部分在未組裝狀態下的透視圖11表示外殼第三個實施例和末端部分在組裝狀態下的透視圖12表不外殼和末端部分的透視圖，按第三個實施例的一個變體；
圖13是探頭的透視圖，表示外殼的第三個實施例和光學平臺系統的第二個實施例；
圖14A-14C是表示使用LIGA工藝製作外殼的電鑄加工過程；
圖15A和15B是透鏡結構的晶圓視圖及表示透鏡結構剖面的邊緣；
圖16A表示切割前的底部光學平臺；
圖16B和16C表示用於形成底部光學平臺的示範正面蝕刻標記；和
圖16D表示用於形成底部光學平臺的示範背面蝕刻標記。
具體實施方式
全文摘要
一種發射和/或接受光信號的光學探頭，由發射和/或接收光信號的光纖和矽光學平臺組成。矽光學平臺內有一縱向光纖槽，用於固定光纖終端，光纖末端的端面與一反射面在光學平臺的側面進行光學藕合。光纖槽利用矽各向異性腐蝕技術加工。光學平臺在某些情況下可有用LIGA或其他電鑄技術製造的外殼。此外還描述了形成鏡頭結構的方法，包括在第一層複合晶圓材料，比如SOI(絕緣體上矽)晶圓，內形成一折射透鏡，然後沿折射透鏡的光學軸線在複合晶圓材料背面形成光學埠。
文檔編號B29D11/00GK102802512SQ201180011351
公開日2012年11月28日 申請日期2011年1月25日 優先權日2010年1月25日
發明者D·C·弗朗德斯, J·W·蓋茨, W·A·阿提亞, P·S·惠特尼, M·E·庫茲涅佐夫, C·C·庫克 申請人:奧克森技術有限公司