CN102802512B - 硅光学平台oct医学影像探头 - Google Patents

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Abstract

一种发射和/或接受光信号的光学探头，由发射和/或接收光信号的光纤和硅光学平台组成。硅光学平台内有一纵向光纤槽，用于固定光纤终端，光纤末端的端面与一反射面在光学平台的侧面进行光学藕合。光纤槽利用硅各向异性腐蚀技术加工。光学平台在某些情况下可有用LIGA或其他电铸技术制造的外壳。此外还描述了形成镜头结构的方法，包括在第一层复合晶圆材料，比如SOI（绝缘体上硅）晶圆，内形成一折射透镜，然后沿折射透镜的光学轴线在复合晶圆材料背面形成光学端口。

Description

硅光学平台OCT医学影像探头
技术领域
本发明涉及一种医学探头，特别是设计一种硅光学平台OCT医学影像探头。
相关申请
本专利申请主张2010年1月25日提出的12/693,181号美国专利申请及2010年1月25日提出的12/693,186号美国专利申请的优先权，这两项专利申请都在此通过引用全部纳入本专利申请。
背景技术
相干分析依赖于在参考波与实验波之间或在一个实验波的两个部分之间用干扰现象测量距离和厚度，计算折射率。光学相干断层扫描技术（OCT）就是一种用于高清截面成像的典型技术，例如，它可用于生物组织结构的微小尺度实时成像。从组织反射出的光波，在体内或体外，计算机利用光波在反射时的变化信息产生组织截面影像。
最初的OCT成像技术是时域OCT(TD-OCT)，在迈克尔逊干涉仪安排中使用一个移动参考镜（movablereferencemirror）。为了提高性能，研究人员对该技术进行了改进，在双频OCT系统中使用两种波长。
研究人员还同时开发了傅立叶域OCT（FD-OCT）技术，其中的一实例使用一波长扫频源和一单一探测器；有时称为时间编码FD-OCT（TEFD-OCT）或扫频源OCT。另一实例使用一宽带源和频谱分辨检测系统，有时称为频谱编码FD-OCT或SEFD-OCT。
扫描OCT时，用探头将光束聚焦在受试样本上。返回光与来自基准臂的光结合，形成干涉图，提供A-扫描或Z轴信息。通过扫描与该探头相关的样本，可以利用线性或二维扫描建立建立一张体积图像。一种具体应用涉及动脉扫描，如冠状动脉。利用导管系统将该探头插入一段动脉。然后转动探头，沿动脉向后拉，形成对血管内壁的螺旋扫描。
传统上，扫描OCT探头采用的是渐变折射率(GRIN)透镜和折叠反射镜。光纤用于向导管系统末端的探头传递光信号。光纤末端的GRIN透镜形成准直或聚焦光束并将进入光纤聚焦在光纤末端上。折叠反光镜连接在自聚焦透镜上，达到探头旁边的一个区域。
发明内容
大体上，按照一方面，本发明的特点在于提供一用于在体内发射和/或接收光线的光学探头。探头包含用于发送和/或接收光学信号的光纤，带光纤槽的硅光学平台，所述光纤槽纵向分布，用于固定光纤的终端，和一反射面，所述反射面在光学平台的侧面与光纤终端的端面光耦合。
在实施例中，一种透镜结构固定在光学平台的折叠镜面上。有些情况下，透镜是变形的。
此外，光学平台最好包含深度至少大于部分光纤槽的盲槽段，该盲槽段的末端形成反射面，所述反射面可平整，可弯曲。如果是弯曲反射面，可以利用该曲面提供的光学功率，从而省去该透镜结构。
在实施例的其他方面，光纤槽包含用于光纤应变释放的第一深度截面和第二深度剖面，光纤包含光学平台第一深度剖面中的护套部分和光学平台第二深度剖面中的裸露部分。
在实例中，顶部平台在光纤槽上使用，使光纤终端夹在顶部平台与硅光学平台中间。顶部平台具有一光纤槽，该光纤槽具有第一深度剖面和第二深度剖面，一护套光纤部分设置于于顶部平台第一深度剖面中，且一裸露光纤部分设置于于顶部平台第二深度剖面中。
优选地，在该平台周围提供一个外壳。该外壳包含与光学端口相对的反射面，光纤终端通过该反射面与探头侧面的一区域光学耦合。
大体上，按照另一方面，该发明包含用于在体内发射和/或接收光线的光学探头。该探头包含发送和/接收光学信号的光纤终端、内含光纤终端的外壳，该外壳包含至少一个管状部分和一帽状部分，其中帽状部分装入管状部分的插槽中。
优选地，在管状部分的插槽中和帽状部分下面提供一光学平台，光纤固定在光学平台和帽状部分之间。帽状部分可以包含在背面上纵向分布的凹槽，光纤固定在凹槽中。一末端部分有助于关闭外壳末端的插槽。
大体上，按照另一方面，该发明包含一用于在体内发射和/或接收光线的光学探头。该探头包含发送和/接收光学信号的光纤终端和内含光纤终端的外壳，外壳至少包含一个电铸形成的管状部分。
大体上，仍然按照另一方面，该发明包含一种形成用于发射和/或接收光线的光学探头的方法。这种方法包含各向异性蚀刻晶圆材料，从而形成用于固定光纤的凹槽和用晶圆材料切割包括凹槽的光学平台。
优选地，在晶圆材料中形成凹槽并镀膜，使之具有反射性。
大体上，按照另一方面，该发明包含一种形成用于发射和/或接收光线的光学探头的方法。这种方法包含用光刻法制作一抗蚀层；在制作的抗蚀层中电铸一外壳，并将光纤终端插入外壳内。
优选地，电铸工序包含电镀。该方法还可以包括电铸一装入外壳插槽中的帽状部分以及把光学平台装入外壳中，将光纤终端固定在光学平台上。
大体上，仍然按照另一方面，该发明包含一种针对用于发射和/或接收光线的光学探头的透镜结构。该透镜结构用复合晶圆材料制作，包含第一层、第二层和介于这两层之间的中间层。折射透镜在第一层中制作，光学端口沿折射透镜的光学轴线经复合晶圆材料背面和第二层形成。
在目前的一个实施例中，复合晶圆材料是绝缘体材料上的硅，其中第一层和第二层是硅晶圆材料，中间层是二氧化硅。在其他几个实例中，用磷化镓作为第一层使用，也可以作为第二层使用。
优选地，在折射透镜两侧涂上抗反射介电涂层。
大体上，仍然按照另一方面，该发明包含一种制作透镜结构的方法。这种方法包含用复合晶圆材料的第一层制作折射透镜和沿折射透镜的光学轴线经复合晶圆材料背面和第二层形成一光学端口。
优选地，折射透镜通过第一层蚀刻制作，比如灰度光刻工艺和干蚀刻工艺。
光学端口的制作工序目前包含从背面干蚀刻并停在第一层与第二层之间的中间层上。优选地，该方法还包含从光学端口底部清除中间层的暴露部分。
在一个实施例中，该方法包括将凹槽蚀刻到折射透镜之间复合晶圆材料的前端面（frontside），从而在切割之后形成透镜结构用的斜边。
为了改善光学性能，优选在折射透镜上涂抹抗反射涂层。
组装时，优选为将透镜结构连接在固定光纤终端的光学平台，比如在反射面上。
大体上，仍然按照另一方面，该发明涉及一种用复合晶圆材料制作的透镜结构，它包含第一层、第二层和这两层之间的中间层。折射透镜在第一层中制作，光学端口沿折射透镜的光学轴线经复合晶圆材料背面形成。
现在将结合附图专门描述并在权利要求中指出本发明的上述和其他特点，包括各种最新结构细节和部件组合以及其他优点。需要指出的是，我们用图解方式说明实现本发明的特殊方法和设备，但并不表示对本发明的限制。可以在不违背本发明范围的前提下在各种实施例中运用本发明的原理和特点。
附图说明
在附图中，不同视图上的参考字符指的是同一部件。这些图纸不一定是按比例绘制的；相反，应该把重点放在理解本发明的原理上。这些图纸包括：
图1表示身体内腔里的导管和探头；
图2表示护套内探头的详图；
图3是探头平台详图的透视图，表示安装在底部平台上之前的顶部平台；
图4是探头平台详图的透视图，其中阴影表示的顶部平台安装在底部平台上；
图5是表示光束正在耦合到探头侧面区域的示意性侧视图；
图6表示探头的透视图，其中在安装帽状部分之前把平台系统安装在一外壳内；
图7表示探头的透视图，其中平台系统安装在一外壳内，外壳的帽状部分安装在平台系统上方；
图8A和8B是探头的透视图，表示外壳第二个实施例的两种变体；
图9表示探头平台系统第二个实施例的透视图；
图10表示外壳第三个实施例和末端部分在未组装状态下的透视图；
图11表示外壳第三个实施例和末端部分在组装状态下的透视图；
图12表示外壳和末端部分的透视图，按第三个实施例的一个变体；
图13是探头的透视图，表示外壳的第三个实施例和光学平台系统的第二个实施例；
图14A-14C是表示使用LIGA工艺制作外壳的电铸加工过程；
图15A和15B是透镜结构的晶圆视图及表示透镜结构剖面的边缘；
图16A表示切割前的底部光学平台；
图16B和16C表示用于形成底部光学平台的示范正面蚀刻标记；和
图16D表示用于形成底部光学平台的示范背面蚀刻标记。
具体实施方式
图1和图2表示本发明适用的导管系统。
导管50插入身体的一个内腔10中。在一个典型实例中，内腔10是一条血管，比如管状动脉或颈动脉。在图中所示的实例中，导管50位于一根管状、具有导光能力、保护内腔的护套20内。更详细地说，先将护套插入内腔中，再将导管50引入护套内。
探头100位于导管50的末端。探头100按照侧面于探头100的方向发送和/或接收光束B。导管50包括一个在导管50中纵向延伸的光纤52。它与探头100之间传递光束B。
光束B通过探头100的光学端口110发送和/或收集。光束B经护套20传输，见参考号58。在OCT探头的实例中，光束B用于分析血管壁10的照亮区域12中的折射率曲线(A-scan)。血管10内壁的完整扫描通过沿血管壁的一段螺旋扫描探头100收集。一般这是通过在经关注的部段抽回探头100，见箭头56，的同时旋转探头100，见箭头54，而实现的。这些扫描操作过程中护套用于保护血管10。
图3表示一个光学平台系统200，该系统位于探头100内，光学耦合光纤52到探头100侧面的一个区域。
更详细地说，光学平台系统200包含顶部帽状平台210和底部平台230。在该首选实施例中，这些平台是用单晶硅或其他类似材料制作的。平台系统200的形状特征：V形凹槽和脊状突起，该系统利用光刻工艺制作，更具体地说是用各向异性蚀刻法制作而成，这种方法中晶体结构中的平面按不同速率蚀刻，从而形成所需的形状。这种制作工艺很多次还包括各向同性蚀刻法，如干蚀刻，包括反应离子蚀刻。
顶部平台210安装在底部平台230上，使得光纤52、特别是玻璃芯52C固定并卡在顶部帽状平台210与底部平台230之间。
固定光纤52时，顶部帽状平台210让第一光纤V形凹槽212按顶部帽状平台210的纵向方向延伸。第二光纤V形凹槽214与第一光纤V形凹槽212对准。第一V形凹槽212比第二光纤V形凹槽214更深。第一V形凹槽212的深度能容纳光纤52，包括外层聚合物。光纤52的末端52C剥离外层聚合物后露出玻璃芯。所以顶部帽状平台210的第二光纤V形凹槽214比第一光纤V形凹槽212更浅。
第二V形凹槽214的两个侧面是两个接合面216。在位于顶部平台210中心处，第二V形槽214和位于顶部平台210边缘接合面216之间的横向方向是定义顶部帽状平台210的第二个V形凹槽214的V形脊状突起215。
底部平台230包含第一光纤V形凹槽232。底部平台230的第一V形凹槽232的深度设为容纳镀膜光纤52并用这种方式对应顶部帽状平台210的第一光纤V形凹槽212。底部平台230的第二光纤V形凹槽234沿底部平台230的中轴线与第一光纤V形凹槽232对准。为了捕获剥开光纤52的中心玻璃芯52C，它比第一光纤V形凹槽232更浅。
在底部平台230的第二V形凹槽234的纵向末端是盲V形凹槽或凹陷238。在该典型实施例中，盲V形凹槽238比第二V形凹槽234更深，其深度与底部平台230的第一V形凹槽232相似。
盲V形凹槽238还包括位于盲V形凹槽纵向末端的端反射面240并与端面或光纤52的终端52E相对。在一个实例中，端反射面240涂有一层反射层，如金属层(金或银)或薄膜多层介电镜。在一个实例中，端反射面240是平面。在另一个实例中它是曲面，以便提供光学功率将光束聚焦在端面或光纤52的终端52E上和/或校准或聚焦来自端面52E的发散光束。
在第一光纤V形凹槽232、第二个光纤V形凹槽234和盲V形凹槽238的任意一个侧面上都是底部平台230的接合面236。将顶部帽状平台210装在底部平台230上之后，顶部平台210的接合面216坐落在底部平台230的接合面236之上。此外，定义顶部平台210的第二V形凹槽214的V形脊状突起215装入底部平台230内的第二V形凹槽234。
该装置，帽状平台/底部平台，把光纤52没有涂层的部分卡在顶部平台210的第二光纤V形凹槽214与底部平台230的第二V形凹槽234之间，提供了精确的对准。剩下的配合面就在附近并用环氧或焊接剂等粘合材料原位锁定。
按照第二V形凹槽234的长度调整光纤52剥开部分52C的长度，使断面52E略微突入盲V形凹槽238。结果，以从光纤52E末端发射的光学信号为例，该信号经反射离开端反射面240并导向平台210、230的侧面的一区域。
朝旋转镜或端反射面240增大V形凹槽的尺寸有助于以后的粘接过程。该尺寸在第二光纤V形凹槽234与盲V形凹槽238之间增大，形成象″芯吸停止（wickstop）″一样的壁面D函数，防止粘接过程中环氧在光纤52的末端52E周围芯吸。
在当前实施例中，透镜结构260固定在底部光学平台的部分盲V形凹槽238和端反射面240上。该透镜结构包含放在光学平台230的接合面236上的框架262。框架262有一中心光学端口266。透镜264固定在光学端口266中或在其中整体加工制作。在首选实施例中，透镜264是用硅或磷化镓通过光刻法如灰度光刻和干蚀刻制成的折射变形透镜。
该透镜是变形的，以便沿护套20提供的一条轴线补偿光功率，见图1。
图4表示部分已组装好的光学平台系统。顶部平台210安装在底部平台230上，使光纤52和剥开部分52C卡在顶部平台210与底部平台230之间。不过，取出了透镜结构260，以便展示端反射面240，它具有通过与盲V形凹槽238各墙面相交而定义的三角形形状。
在图示的实施例中，组装好的光学平台系统具有八边形外侧剖面轮廓。这个剖面轮廓是通过底部平台230和顶部帽状平台210中蚀刻背面V形凹槽制作的，从而在把该V形凹槽作为切割的劈开位置使用时形成斜边。
更详细地说，顶部帽状平台210的背面包含一个平面反面220和反面220两侧上的两个斜面218。底部平台230有一个平面反面242、反面242两侧上的两个斜面244和在底部平台230的斜面244之间延伸到帽状平台210的斜面218的两个垂直侧壁246。
这个八边形轮廓和/或顶部平台(218)和底部平台244的斜边近似一个圆形剖面。结果，平台系统200能插入外壳的圆孔中，并与圆孔的内壁接触良好。
图5表示光纤52的端面52E如何与探头100的平行部分相连接。
更详细地说，在一个实施例中，光纤52的端面52E按照与垂线之间0-8°的一个夹角(比如5°)被劈开或抛光。选择准确角度时要优化光纤端面52E的光学反射性，同时与端面上使用的抗反射涂层有关。更详细地说，在一个实施例中光纤端面52E涂有一层薄膜多层介电抗反射涂层，以便进一步控制该表面的光学反射性，同时要考虑优化该光纤端面角，从而有利于发挥所选制作方法的能力。
在一个具体实施例中，光束按照2.4°的水平夹角从光纤中发出。这个光束传递到端反射面240上。对于用硅111平面制作的端反射面，形成一个50-60°之间的夹角。对于晶体平面，该夹角的精确角度为54.74°，但是当从硅锭中切出晶圆时，对于<100>平面则存在一个误差。结果，当光束B离开探头时，它与垂线之间形成10-20°的夹角，比如17°。
应当指出的是，虽然这种探讨限定在从光纤52发出的光束B的上下文中，光可逆性的原理仍然适用。因此，同样的分析也适用于光从探头100侧面发出、然后利用端反射面240耦合到光纤52中的情形。
图6和图7表示按照第一个实施例安装在一外壳内的探头100的光学平台系统200。
更详细地说，具有光纤52的光学平台系统200插入空心管状外壳装置310中。在所示实施例中，外壳装置310包括两部分：一个具有末梢圆顶状鼻部314的管状部分312和一个帽状部分316。组装时，具有光纤52的光学平台系统200推入管状部分312的圆柱形孔内。在首选实施例中一般用环氧将其原位粘接。然后把帽状部分316固定在管状部分312上。
组装好的光学平台系统200的八边形剖面轮廓可以保证管状部分312的圆柱形内孔与光学平台系统200之间机械接触良好。
管状部分312的一侧打开，形成一个窗口318。帽状部分316的尺寸要具有一个与管状部分312相同的圆柱形外圆周，但长度比窗口318更短。
图7表示组装好的外壳装置，其中帽状部分316安装在窗口318内。它在光学平台系统200的透镜结构260上留下一个传递光束B的光学端口110。
图8A和8B表示外壳310第二个实施例的两种变体。这些实施例都具有根据光学端口110来设定尺寸大小的小窗口部分。不需要帽状部分。相反，仅提供管状部分312。在这些实施例中，将平台系统200推入管状部分312中，直到透镜结构260在光学端口110上对准。
图8A和8B的变体不同之处在于图8A版本在管状部分312中包括一环氧端口332。这样可以在暴露在环氧端口332中的光纤终端长度上应用环氧，从而改善了光纤的应变消除并保证了光学平台系统200、光纤终端52与管状部分312中圆柱形内孔之间良好的机械连接。
图9表示硅光学平台系统200的第二个实施例。在这个版本中，仅使用一个底部硅光学平台230，而没有顶部光学平台。该实施例还简化了一个方面，即只提供了一个光纤V形凹槽234，而光纤的玻璃芯固定在其中。
与单个光纤V形凹槽234对准的是一个盲V形凹槽或凹陷238。盲V形凹槽238止于第一个实施例中描述的角状反射面。这个角状反射面上是上一个实施例中描述的透镜结构260。
组装好的光学平台系统200的外剖面轮廓也是八边形。这个剖面轮廓是通过底部平台230和顶部帽状平台210中蚀刻背面V形凹槽制作的，从而在把该V形凹槽作为切割的劈开位置使用时形成斜边。更详细地说，底部平台230有一个平面反面242、反面242两侧上的两个斜面244和在底部平台230的斜面244之间延伸到透镜结构260的斜面270的两个垂直侧壁246。
同样，朝旋转镜或端反射面240增大V形凹槽的尺寸有助于以后的粘接过程。该尺寸在第二光纤V形凹槽234与盲V形凹槽238之间增大，形成象″芯吸停止（wickstop）″一样的壁面D函数，防止粘接过程中环氧在光纤52的末端52E周围芯吸。
第二个实施例的优点是结构更加简单。另一方面，因为只有玻璃芯固定在光学平台系统200上，因此光纤需要的应变消除更少。
图10-12表示外壳310的第三种实施例，它与图9所示光学平台系统200的第二个实施例兼容。
参考图10，更详细地说，第三个实施例包含一管状部分312。管状部分的外表面350一般为圆柱形。管状部分312有一纵向分布的插槽340。在剖面中，纵向分布插槽340在插槽开口处有垂直伸展的侧壁344。它还有一水平平整底部342。角状或V形凹槽状侧壁342连接垂直侧壁344和剖面中的平整底部342。
端部330装入管状部分312中，特别是装入纵向分布的插槽340中。端部330的一外壁362形成圆柱体部分，当端部330装入插槽340中时，圆柱体部分实现外壳310的圆柱体形状。端部330还有垂直侧壁364、平整底部368和与插槽340内壁形状对应的角状V形凹槽侧面366。
图11表示外壳310的第三个实施例，其中端部330装入管状部分312的插槽340中。
图12表示外壳310第三个实施例的一种变体。它有一圆顶状端部330。
图13表示利用外壳310第三个实施例和光学平台系统200第二个实施例完全组装好的探头100。
更详细地说，光纤52安装在底部平台230的光纤V形凹槽234内。而底部平台230又安装在外壳310的管状部分312的纵向分布插槽340中。此外，在纵向分布插槽340的末端，端部330安装在插槽340中。
帽状部分380安装在底部平台230上的一个插槽340中。光纤52卡在帽状部分380与底部平台230之间。帽状部分380在其剖面中有一个与光纤52顶部接合的圆柱形凹陷382。此外，帽状部分380的垂直部分384接合管状部分310对应的垂直壁344。在安装在底部平台230中的透镜结构260上的外壳310中提供了一个光学端口110。端口110由纵向上帽状部分380与端部330之间的空间和横向上插槽340的侧面所限定。
图10-13所示的外壳310的第三个实施例最好使用LIGA或相关电铸工艺制造。LIGA是Lithographie、Galvanoformung、Abformung(英文光刻、电镀和成型)的缩写，表示针对一般具有剖面连续轮廓的高纵横比微结构、挤压的一种加工工艺。
图14A-14C是表示使用电铸工艺制作外壳310、端部330和帽状部分380的剖面图。
具体说来，如图14A所示，一个厚PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)或SU-8抗蚀层414粘接在底层410上的种子/释放层412上。
抗蚀层414的深度d决定了以后加工挤出部分的最大厚度。结果，该深度决定了部件的深度：外壳310、端部330和帽状部分380。
图14B表示外壳310、端部330和帽状部分380中的下一制作工序。具体说来，厚抗蚀层414通过接受x光照射(对于PMMA抗蚀层)或紫外线照射(对于SU-8)形成图案。具体而言，掩膜416(包括具有针对该结构所需图案的正相掩膜或负相掩膜)放在辐射源(如同步回旋加速器或紫外线)与抗蚀层414之间。然后抗蚀层414显影成图案层414A(见图14B)。
图14C表示外壳310、端部330和帽状部分380的类挤出(quasi-extrusion)部分的成形。具体说来，在首选实施例中，类挤出(quasi-extrusion)部分是通过在种子层412上电镀成为图案抗蚀层414A的光刻成形模具。根据现有实施例，首选电镀金属为镍。镍合金，如镍铁合金在其他实施例中使用。在其他实施例中也可以选择使用金或金合金。目前，替代金属和合金包括：银、银合金、镍铜、镍钴、金钴以及含有胶状氧化物颗粒(用于固定微结构)的合金。
图15A和15B表示透镜结构的一个晶圆，包括剖面中的部分透镜结构，以便说明透镜结构260的制作方法。
更详细地说，如图15A所示，透镜结构260是用晶圆材料W批量生产的。每个透镜结构包含具有中心光学端口266的框架262。折射透镜264在光学端口262上形成。
透镜264用硅或磷化镓制作，首选采用光刻法加工，包括晶圆W的正面FS上的灰度光刻和干蚀刻。在其他实例中，透镜使用美国专利号7,416,674B2中披露的CMP工艺制作，本文通过这里的引述完整纳入了这种工艺。
如图15B所示，在首选实施例中，晶圆材料W是一种复合晶圆，首选绝缘硅(SOI)。透镜264用器件晶圆材料510制作。嵌埋的氧化物中间层512将手柄晶圆材料514与器件晶圆材料510隔开。
手柄晶圆材料514主要起到透镜结构260的框架和机械支撑的作用。在首选实施例中，手柄晶圆为硅晶圆，器件层的厚度为10-50um，目前是25um，嵌埋氧化物的厚度为1-4um，目前是2um。透镜蚀刻最深处的深度约为5um。
光学端口266沿折射透镜264的中心光学轴线520使用背面蚀刻制作成手柄晶圆材料的背面BS。背面蚀刻首选为干蚀刻，反应离子蚀刻，停止在嵌埋氧化物层上，将手柄晶圆材料514与器件晶圆材料510隔开。然后使用湿蚀刻或干蚀刻清除光学端口262底部的氧化物，以便露出透镜264的背面。另外还是在首选实施例中，优选为在正面FS和背面BS上，特别是透镜264上涂抹抗反射介电涂层。
除了背面抗反射涂层之外，优选为让金属沉淀在背面BS上，这有利于粘接到底部光学平台上。
参考图15A，在切割过程中分裂透镜结构260。在首选实施例中，沿着一个轴线，V形凹槽610在晶圆W的正面FS上、透镜结构260的透镜264之间形成。这些V形凹槽610在侧面上形成了透镜结构260的斜边270。V形凹槽610作为劈开晶圆的直线，以便形成透镜结构的分隔线。横向切割线通道LA用于把透镜结构260的直线分隔成个别切割的透镜结构260。为便于切割，有些实施例中沿通道LA使用湿蚀刻或干蚀刻。
图16A表示使用光刻/各项异性蚀刻在单个晶圆上形成单独的底部光学平台230。具体说来，在一个晶圆W中，光学平台230的直线成为晶圆W的正面FS。然后通过沿着横向切割通道LA和纵向切割通道LO劈开，将这些光学平台230切割成每个光学平台。
图16B和16C表示用于形成底部光学平台230的正面的各项异性蚀刻的示范掩膜FM1、FM2。更详细地说，这些蚀刻掩膜用于在晶圆材料上通过光刻方法绘出一个稍后显影的抗蚀层。然后使用缓冲液KOH(比如)让晶圆的正面接触计时的湿、各项异性蚀刻工艺。
图16D表示背面蚀刻掩膜BM与正面边缘掩膜FM之间的关系。更详细地说，在背面BS上，使用一个背面掩膜BM，所述背面掩膜BM在正面蚀刻FM上使用的掩膜两侧有两个暴露部分，形成底部光学平台的斜边(见图4中的参考号244)。背面掩膜图案BM在每个侧面上形成V形凹槽，它们用于形成底部光学平台背面上的斜边。
虽然通过以上首选实施例描述并展示了本发明，但是本领域的技术人员应该明白在不违背本发明范围的前提下，可以对这些实施例加以各种形式和细节上的修改。

Claims (18)

1.一种在体内发射和接收光线的光学探头(100)，所述探头(100)包含：一发射和接收光信号的光纤(52)；和一硅光学平台(230)，该平台(230)包括一纵向分布的光纤槽(234)，所述光纤槽(234)用于固定光纤(52)的光纤终端(52E)，以及包括盲凹槽(238)，其深度大于光纤槽(234)的至少一部分，盲凹槽(238)的末端形成了折叠反射面(240)，反射面(240)将光纤终端(52E)的端面连接到光学平台(230)的一个侧面上，其中光纤槽(234)的开口与盲凹槽(238)的开口形成于硅光学平台(230)的同一侧中；
其中，与光纤槽(234)相比，盲凹槽(238)具有扩大的横向尺寸，以在光纤槽(234)与盲凹槽(238)之间形成朝向反射面(240)的壁面(D)；
其中，光纤(52)的光纤终端(52E)的端面按照与其垂直线之间0-8°的夹角劈开或抛光；
其中，反射面(240)与垂直线形成50-60°的夹角，以使输出自光纤(52)的光束(B)与垂直线形成10-20°的夹角。
2.根据权利要求1所述的光学探头(100)，还包含一固定在光学平台上(230)且位于反射面(240)上方的透镜结构(260)。
3.根据权利要求2所述的光学探头(100)，其中透镜结构(260)中的透镜(264)是变形的。
4.根据上述权利要求中任一权利要求所述的光学探头(100)，其中盲凹槽(238)具有一平坦底部。
5.根据权利要求1所述的光学探头(100)，其中反射面(240)是平的。
6.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的光学探头(100)，其中反射面(240)是弯曲的。
7.根据权利要求1所述的光学探头(100)，其中光纤槽(234)包含用于光纤应变消除的第一深度部分(232)和第二深度部分(234)，光纤(52)包含光学平台(230)第一深度部分(232)中的护套保护部分和光学平台(230)第二深度部分(234)中的裸露部分(52C)。
8.根据权利要求1所述的光学探头(100)，还包含光纤槽(234)上的一个顶部平台(210)，其中光纤终端(52E)夹在顶部平台(210)与硅光学平台(230)之间。
9.根据权利要求8所述的光学探头(100)，其中顶部平台(210)包含具有第一深度部分的第一光纤槽(212)和具有第二深度部分的第二光纤槽(214)，一位于顶部平台(210)第一深度部分中的光纤(52)的护套保护部分和一位于顶部平台(210)第二深度部分中的光纤(52)的裸露部分(52C)。
10.根据权利要求8或9所述的光学探头(100)，还包含一固定在光学平台(230)上且位于折叠反射面(240)上方和顶部平台(210)旁边的透镜结构(260)。
11.根据权利要求1所述的光学探头(100)，还包含一包围光学平台(230)的外壳(310)。
12.根据权利要求11所述的光学探头(100)，其中外壳(310)包含一正对反射面(240)的光学端口(110)，光纤终端(52E)通过这个端口光耦合在探头(100)侧面的区域上。
13.根据权利要求11或12所述的光学探头(100)，其中外壳(310)包含一管状部分(312)和一帽状部分(316/380)，其中帽状部分(316/380)装入管状部分(312)的插槽(340)中。
14.一种制作用于发射和接收光线的光学探头(100)的方法，该方法包括：各项异性蚀刻晶圆材料(510/514)，形成固定光纤的凹槽(610)；从晶圆材料(510/514)上切割出包括凹槽(610)的光学平台(230)；和形成各自都包含用于光纤应变消除的第一深度部分和第二深度部分的凹槽(610)，光学平台(230)包括一纵向分布的光纤槽(234)，所述光纤槽(234)用于固定光纤(52)的光纤终端(52E)，以及包括盲凹槽(238)，其深度大于光纤槽(234)的至少一部分，盲凹槽(238)的末端形成了折叠反射面(240)，反射面(240)将光纤终端(52E)的端面连接到光学平台(230)的一个侧面上，其中光纤槽(234)的开口与盲凹槽(238)的开口形成于硅光学平台(230)的同一侧中；
其中，与光纤槽(234)相比，将盲凹槽(238)构造为具有扩大的横向尺寸，以在光纤槽(234)与盲凹槽(238)之间形成朝向反射面(240)的壁面(D)；
其中，光纤(52)的光纤终端(52E)的端面按照与其垂直线之间0-8°的夹角劈开或抛光；
其中，反射面(240)与垂直线形成50-60°的夹角，以使输出自光纤(52)的光束(B)与垂直线形成10-20°的夹角。
15.根据权利要求14所述的方法，还包含在晶圆材料(510/514)中形成盲凹槽(238)，并在盲凹槽(238)末端涂抹反射性涂层。
16.根据权利要求15所述的方法，还包含将透镜结构(260)固定在光学平台(230)上、反射面(240)上方。
17.根据权利要求14-16中任一权利要求所述的方法，还包含把顶部平台(210)固定在凹槽(610)上，使光纤(52)夹在顶部平台(210)与硅光学平台(230)之间。
18.根据权利要求14-16中任一权利要求所述的方法，还包含把光学平台(230)插入单独的外壳(310)中，每个外壳都有光学端口(110/262/266)，光纤(52)通过端口光学耦合到位于探头(100)侧面的区域上。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9036966B2 (en) 2012-03-28 2015-05-19 Corning Incorporated Monolithic beam-shaping optical systems and methods for an OCT probe
US9717422B2 (en) 2012-12-12 2017-08-01 Volcano Corporation Sheath with optically interrogatable sensors
EP2972535B1 (en) * 2013-03-11 2021-08-18 Lightlab Imaging, Inc. Optical fiber beam directing systems and apparatuses
US10162114B2 (en) * 2015-01-08 2018-12-25 Corning Incorporated Reflective optical coherence tomography probe
CN104856652B (zh) * 2015-06-01 2017-06-09 南京沃福曼医疗科技有限公司 一种血管内断层成像系统
JP7122506B2 (ja) * 2020-09-25 2022-08-22 ライトラボ・イメージング・インコーポレーテッド 光ファイバビーム方向付けシステム及び装置
EP4319620A2 (en) 2021-04-08 2024-02-14 FOx Biosystems NV Optical fiber connector

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4945400A (en) * 1988-03-03 1990-07-31 At&T Bell Laboratories Subassembly for optoelectronic devices
US5995136A (en) * 1992-05-13 1999-11-30 Olympus Optical Co., Ltd. Frame sequential type imaging apparatus for obtaining high resolution object image by irradiating frame sequential light on the object, photoelectrically converting the object image and processing signals by a solid state imaging device
US6414779B1 (en) * 2000-11-30 2002-07-02 Opeical Biopsy Technologies, Inc. Integrated angled-dual-axis confocal scanning endoscopes
US6749346B1 (en) * 1995-11-07 2004-06-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Miniature scanning confocal microscope

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5123073A (en) * 1991-05-31 1992-06-16 At&T Bell Laboratories Precision optical fiber connector
JPH07181350A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Hitachi Ltd 光インターコネクタおよびその製造方法
JP3556291B2 (ja) * 1994-10-21 2004-08-18 オリンパス株式会社 体腔内プローブ
JPH0990162A (ja) * 1995-09-27 1997-04-04 Hoya Corp 光ファイバ接続孔付マイクロレンズアレイ及びその製造方法
US5742419A (en) * 1995-11-07 1998-04-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Universtiy Miniature scanning confocal microscope
JPH11337477A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Olympus Optical Co Ltd 光走査装置
JP3862845B2 (ja) * 1998-02-05 2006-12-27 セイコーインスツル株式会社 近接場用光プローブ
US6615072B1 (en) * 1999-02-04 2003-09-02 Olympus Optical Co., Ltd. Optical imaging device
JP2001021775A (ja) * 1999-07-09 2001-01-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 光学装置
JP2003021750A (ja) * 2001-07-06 2003-01-24 Hikari Tekku Kk スリーブ一体型アダプタの構造
US7416674B2 (en) 2001-11-08 2008-08-26 Axsun Technologies, Inc. Method for fabricating micro optical elements using CMP
JP3947481B2 (ja) * 2003-02-19 2007-07-18 浜松ホトニクス株式会社 光モジュール及びその製造方法
EP2301439A1 (en) * 2003-03-05 2011-03-30 InfraReDx, Inc. Catheter probe arrangement for tissue analysis by radiant energy delivery and radiant energy collection
KR100480280B1 (ko) * 2003-06-09 2005-04-07 삼성전자주식회사 광 하이브리드 모듈 및 그 제작방법
JP3934578B2 (ja) * 2003-06-09 2007-06-20 ペンタックス株式会社 走査ミラー、ビーム走査型プローブ
JP4137718B2 (ja) * 2003-06-25 2008-08-20 セイコーインスツル株式会社 近視野光ヘッドおよびその製造方法
JP2007065463A (ja) * 2005-09-01 2007-03-15 Fujifilm Corp レーザモジュールの組立装置及び組立方法
JP2007101649A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Oki Electric Ind Co Ltd 光学レンズ，および，光学レンズの製造方法
JP5231769B2 (ja) * 2007-02-27 2013-07-10 セイコーインスツル株式会社 電鋳型、電鋳型の製造方法、時計用部品、および時計
AU2008335144A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-18 Stc.Unm Photoacoustic imaging devices and methods of imaging
US20090154872A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Sherrer David S Electronic device package and method of formation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4945400A (en) * 1988-03-03 1990-07-31 At&T Bell Laboratories Subassembly for optoelectronic devices
US5995136A (en) * 1992-05-13 1999-11-30 Olympus Optical Co., Ltd. Frame sequential type imaging apparatus for obtaining high resolution object image by irradiating frame sequential light on the object, photoelectrically converting the object image and processing signals by a solid state imaging device
US6749346B1 (en) * 1995-11-07 2004-06-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Miniature scanning confocal microscope
US6414779B1 (en) * 2000-11-30 2002-07-02 Opeical Biopsy Technologies, Inc. Integrated angled-dual-axis confocal scanning endoscopes

Also Published As

Publication number Publication date
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WO2011091408A3 (en) 2011-11-17

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