JP2011507012A - Optical face plate and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
光フェースプレート及びその製造方法が開示される。光フェースプレート(10)は、主要表面を有する基板(12)と、基板上に型押しされた光ファイバのアレイ(15)とを含む。光ファイバは、該光ファイバを形成する基板上に堆積される材料の層、モールド若しくは型押しの特徴の深さ、及び処理/型押しステップの数に応じて定まる深さを有する。方法は、主要表面を有する基板上に層を形成し、主要表面に横方向に配置された光ファイバのアレイを形成するように層を処理することを含む。 An optical face plate and a method for manufacturing the same are disclosed. The optical faceplate (10) includes a substrate (12) having a major surface and an array of optical fibers (15) stamped on the substrate. The optical fiber has a depth that depends on the layer of material deposited on the substrate forming the optical fiber, the depth of the mold or stamping feature, and the number of processing / embossing steps. The method includes forming a layer on a substrate having a major surface and treating the layer to form an array of optical fibers disposed laterally on the major surface.
Description
この開示は、光及び画像伝送を含む種々の用途で使用される光フェースプレートに関し、より詳細には、光基板上に横方向に配置された型押し型の光ファイバを採用する光フェースプレート及びその製造方法に関する。 This disclosure relates to optical faceplates used in various applications including light and image transmission, and more particularly to optical faceplates employing stamped optical fibers disposed laterally on an optical substrate and It relates to the manufacturing method.
ソースから又は検出器へと光が送られる光ファイバフェースプレートは、各種用途で高解像度のゼロ厚さ光及び画像伝送用に使用され、各種用途は、CCD/CMOS結合、レーザーアレイ/ファイバアレイ結合、CRT/LCDディスプレイ、画像増強、リモートビューイング、フィールドフラット化、X線撮像、及び、ゲノム、プロテオミクス、ドラッグデリバリ及びミクロ流体システムのような分子診断を含む。光ファイバの利点は明らかで証明されているが、種々の問題及び制限がこれらのプレートを製造する際に存在する。 Fiber optic faceplates that transmit light from the source or to the detector are used for high resolution zero-thickness light and image transmission in a variety of applications, including CCD / CMOS coupling, laser array / fiber array coupling , CRT / LCD displays, image enhancement, remote viewing, field flattening, X-ray imaging, and molecular diagnostics such as genomic, proteomics, drug delivery and microfluidic systems. While the advantages of optical fibers are clear and proven, various problems and limitations exist in manufacturing these plates.
光フェースプレートを製造する際の現在の問題は、薄い光ファイバを所望の直径に構築し、それらを共に結合し、その後、切断し、束にしたファイバを所望の厚さに研磨する際の困難性を含む。また、個々のファイバ間の平行なアライメント及び直径を制御するため、より小さいサイズ(10ミクロン未満)を有するファイバを備えるフェースプレートを製造する際の改善の余地がある。更に、現在の製造プロセスは、ファイバ間の中心間隔を可変する効率的な方法を提供せず、また、異なる形状(例えば、楕円、四角形、六角形、八角形)のファイバを提供しない。 The current problem in manufacturing optical faceplates is the difficulty in building thin optical fibers to the desired diameter, bonding them together, then cutting and polishing the bundled fibers to the desired thickness Including sex. There is also room for improvement when manufacturing faceplates with fibers having smaller sizes (less than 10 microns) to control parallel alignment and diameter between individual fibers. Furthermore, current manufacturing processes do not provide an efficient way to vary the center spacing between fibers, and do not provide fibers of different shapes (eg, ellipse, square, hexagon, octagon).
その他の認識される問題は、クロストークを防止するために、CCDやCMOSセンサのような検出器のピクセルに対してファイバの正確なアライメントを提供することである。従来のフェースプレートの複雑さは、高価な製造プロセスをもたらす。 Another recognized problem is providing an accurate alignment of the fiber to the detector pixels, such as CCD and CMOS sensors, to prevent crosstalk. The complexity of conventional faceplates results in expensive manufacturing processes.
本実施例によれば、光フェースプレート及びその製造方法が開示される。光フェースプレートは、主要表面を有する基板と、基板上に型押しされた光ファイバのアレイとを含む。光ファイバは、該光ファイバを形成する基板上に堆積される材料の層、モールド若しくは型押しの特徴の深さ、及び処理/型押しステップの数に応じて定まる深さを有する。方法は、主要表面を有する基板上に層を形成し、主要表面に横方向に配置された光ファイバのアレイを形成するように層を処理することを含む。 According to the present embodiment, an optical face plate and a manufacturing method thereof are disclosed. The optical faceplate includes a substrate having a major surface and an array of optical fibers stamped on the substrate. The optical fiber has a depth that depends on the layer of material deposited on the substrate forming the optical fiber, the depth of the mold or stamping feature, and the number of processing / embossing steps. The method includes forming a layer on a substrate having a major surface and treating the layer to form an array of optical fibers disposed laterally on the major surface.
本発明のこれら及び他の目的、特徴及び効果は、添付図面と関連して読まれるべき例示的な実施例の次の詳細な説明から明らかになるだろう。 These and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of exemplary embodiments to be read in conjunction with the accompanying drawings.
以下、図面を参照して、好ましい実施例の詳細な説明を行う。 Hereinafter, a preferred embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
本開示は、これらに限定されないが、電荷結合素子(CCD)/相補型金属酸化膜半導体(CMOS)結合、レーザーアレイ/ファイバアレイ結合、ブラウン管(CRT)/液晶ディスプレイ(LCD)ディスプレイ、画像増強、リモートビューイング、フィールドフラット化、X線撮像、及び、ゲノム、プロテオミクス、ドラッグデリバリ及びミクロ流体システムのような分子診断等を含む用途で採用されることができる光フェースプレートを説明する。現在、かかるプレートは、薄い光ファイバを所望の直径に構築し、それらを共に結合し、その後、切断し、デバイスを所望の厚さに研磨することによって、製造される。これは、種々の制限により困難なプロセスである。本原理によれば、光プレートを製造する方法が開示される。本方法は、機能性ユニット(検出器等)であることができる所望の基板の上部に所望の高さ且つアスペクト比の構造を型押しすることを伴う。これは、必要な場合、型押しされたファイバまわりの領域を低屈折性材料若しくは他の材料で充填することが後続されてもよい。機能性材料は、同様に、ファイバ上に付着されてもよい。これらの機能性材料は、例えば、光フェースプレート上に付着される特定のターゲット用のアフィニティプローブであってよい。 The present disclosure includes, but is not limited to, charge coupled device (CCD) / complementary metal oxide semiconductor (CMOS) coupling, laser array / fiber array coupling, cathode ray tube (CRT) / liquid crystal display (LCD) display, image enhancement, Optical faceplates that can be employed in applications including remote viewing, field flattening, X-ray imaging, and molecular diagnostics such as genome, proteomics, drug delivery and microfluidic systems are described. Currently, such plates are manufactured by building thin optical fibers to the desired diameter, bonding them together, then cutting and polishing the device to the desired thickness. This is a difficult process due to various limitations. In accordance with the present principles, a method for manufacturing an optical plate is disclosed. The method involves embossing a structure with a desired height and aspect ratio on top of a desired substrate, which can be a functional unit (such as a detector). This may be followed, if necessary, by filling the area around the stamped fiber with a low refractive material or other material. The functional material may be deposited on the fiber as well. These functional materials may be, for example, affinity probes for specific targets that are deposited on the optical faceplate.
本発明は、型押しされた光ファイバを備える光フェースプレートの観点から説明されることを理解されたい。しかし、本発明の教示は、より広く、ファイバを担持又は保持する基板に対して横向きのファイバ用のアレイベースの取り付け方法に適用可能である。ファイバは、複数の異なる技術を用いて、基板上に、搭載、配置若しくは設置されてもよい。ここで開示される実施例は、好ましくは、印刷プロセスを用いて製造される。しかし、リソグラフィイメージング及び処理が採用されてもよい。他の処理技術も考えられうる。 It should be understood that the present invention is described in terms of an optical faceplate with stamped optical fibers. However, the teachings of the present invention are more widely applicable to array-based attachment methods for fibers that are transverse to the substrate carrying or holding the fibers. The fiber may be mounted, placed or placed on the substrate using a number of different technologies. The embodiments disclosed herein are preferably manufactured using a printing process. However, lithographic imaging and processing may be employed. Other processing techniques can also be envisaged.
光フェースプレートの例示的な例は追加の電子/光部品を含むように適合されてもよいことを理解されたい。これらの部品は、基板に一体的に形成されてもよいし、または、基板若しくは他の部品上(例えばファイバ上)に搭載されてもよい。各図に示される要素は、種々のハードウェアの組み合わせにより実現されることができ、単一の要素若しくは複数の要素に組み合わせられることができる機能を提供する。 It should be understood that the illustrative example of an optical faceplate may be adapted to include additional electronic / optical components. These components may be integrally formed on the substrate, or may be mounted on the substrate or other components (eg, on a fiber). The elements shown in each figure can be realized by a combination of various hardware, and provide functions that can be combined into a single element or a plurality of elements.
同様の参照符号が同一若しくは類似の要素を示す図面を参照し、先ず図1を参照するに、光フェースプレート10は、所望のパターン若しくはアレイ15で基板12の上部上に型押しされる複数の光ファイバ14を備える基板12を含む。基板12は、ピクセル、ピクセルアレイ、検出器、センサ等のような機能ユニット16であってもよく若しくは機能ユニット16が形成されてもよい。検出器若しくはセンサが基板12で採用される場合、光ファイバアレイ15の品質チェック若しくは試験は、最終製品の機能性を検出するのがより容易であるので、容易である。ファイバ14は、好ましくは、高いアスペクト比、例えば1:2から1:10若しくはそれ以上の幅と長さの比を有する。
Referring to the drawings in which like reference numbers indicate the same or similar elements, and referring first to FIG. 1, the
光フェースプレート10を印刷若しくは型押しすることによって、従来の光ファイバを束化し、それらを共に結合し、その後、切断し、これらを所望の厚さに研磨することにおける上述の制限が、効果的に対処される。本原理により形成されるファイバ14は、特に小さい直径(例えば10ミクロン未満)であり、個々に位置合わせされ、より容易に製造することができる。本方法は、ナノメートルの寸法(ナノファイバ)でファイバを製造するのにも適する。本製造方法は、また、種々のアレイ寸法、例えば、ファイバ14間の中心間隔、ファイバの形状(例えば、楕円、四角形、六角形、八角形等)、及びファイバ先端形状の制御を可能とする。かかる寸法、形状及び間隔は、効果的には、リソグラフィのマスク操作で事前にパターンニングされ若しくは型/スタンプ内で所定される。
By printing or embossing the
本原理は、光ファイバの製造に多大なフレキシビリティをもたらすことを理解されたい。例えば、ファイバの断面形状及びファイバ間の間隔は、同一のデバイス若しくは基板上で可変されてもよい。即ち、ファイバの密度及びファイバの個々のサイズは、表面上で可変されてもよい。また、断面形状及び幅は、表面上で可変され混合されてもよい。更に、ファイバの上面形状は、ドーム型、平ら、ピラミッド型、湾曲等に可変されることができる。更に、ファイバの寸法は、ファイバ軸に沿って可変してもよい。かかる構造は、表面に沿って可変され混合されてもよい。例えば、テーパー付きのファイバが製造されてもよい。 It should be understood that this principle provides great flexibility in the manufacture of optical fibers. For example, the cross-sectional shape of the fibers and the spacing between the fibers may be varied on the same device or substrate. That is, the density of the fiber and the individual size of the fiber may be varied on the surface. Also, the cross-sectional shape and width may be varied and mixed on the surface. Furthermore, the upper surface shape of the fiber can be changed to a dome shape, a flat shape, a pyramid shape, a curvature, or the like. Further, the fiber dimensions may vary along the fiber axis. Such structures may be varied and mixed along the surface. For example, a tapered fiber may be manufactured.
基板12に対して光ファイバ14を正確に配置することは効果的に達成される。例えば、基板12がCCD若しくはCMOSセンサのような検出器又はソースを含む場合、ファイバ14の正確な位置付けは、特性を最適化でき又は改善できる基板12上の特定位置にて提供されることができる。更に、ソース又は検出器への光フェースプレートの結合が改善され、効率的な伝送効率及び低減されたコストをもたらす。ファイバは、表面に化学的に結合されることができる。これは、層と事後的に反応できる反応性分子を使用して表面を処理することによって達成することができる。それは、また、単なる物理的な接着であることもできる。
Accurate placement of the
種々の材料は、ファイバ14の形成で使用することができる。特に有用な実施例では、低い重合収縮を示し表面に化学的に取り付くゾル−ゲル材料が採用されてもよい。一実施例では、液体材料は、溶剤の気化及び/又は熱又は光による架橋により、付着され(例えば、スピンオンされ)固化される。光フェースプレート10に対して、これらの材料は、この用途に対して望ましい改善された光特性(例えば、最適な開口数、高い透過度)を有する一方、熱的及び化学的に安定である(劣化や変色が無い)。硬化性材料の例は、(メタ)アクリラート、エポキシオキセタン、ビニルエーテル、オルトケイ酸テトラメチル(TMOS)、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)のようなアルコキシド又は他の適切な材料からなる集合から選択されてもよい。
Various materials can be used in forming the
図2を参照するに、堆積された光ファイバフェースプレート20が例示的に示される。第1層28は、基板12上に堆積又はスピンオンされてよい第1材料を含む。第2層26は、第1層28の上部に形成される。層26,28の処理は、各層に対して採用される材料の種類及び層を処理するために使用される方法に依存して別のステップで若しくは同時に実行されてもよい。例えば、型押しプロセスが採用される場合、双方の層26,28は、堆積されたファイバ24を形成するために同時に型押しされてもよい。リソグラフィプロセスが採用される場合、層は、同時にエッチングされてもよく、又は、エッチング化学が異なる層に対して調整される必要がある場合は、別のステップでエッチングされてもよい。
With reference to FIG. 2, a deposited
図2の基板12は、基板12内又は上に形成されるCMOSやCCDデバイスのようなピクセル化された光センサ16を含んでよい。ファイバ24は、ファイバの上部上に例えば燐光体層により生成される光をガイドするように構成されるセンサに光をガイドするために使用される。ファイバが、単一のインプリント動作で得られないアスペクト比を有する必要がある場合、図2に示す堆積型のファイバ構成を使用することができる。堆積されたファイバ24は、異なる材料を含んでよく、また、異なる光学特性及び寸法を有してよい。当業者は、層の1つが放射(光、X線等)を減衰するために若しくは光及び/又は放射を条件付ける(例えば、特定の波長をフィルタする等)ために使用されてよいことを、理解するだろう。一実施例では、層26は、連続的なままであり、ファイバが内部に形成されず、ファイバが層28に形成されるだけでありうる。
The
複数の層が2以上の数で互いに堆積されてもよいことは理解されたい。更に、堆積されたファイバ24の断面は、図2に示したように同軸に形成されてもよい。しかし、堆積されたファイバ24の断面は、層間で異なる断面積で形成されてもよく、若しくは、層間で中心のオフセットを有してもよい。
It should be understood that multiple layers may be deposited on each other by a number greater than one. Further, the cross-section of the deposited
図3を参照するに、ファイバ14若しくは24間の領域は、空のままにされてもよいし若しくは材料32で充填又は部分的に充填されてもよい。材料32は、低い屈折率の材料、放射遮断材料(例えば、光遮断材料や、重量のある金属及びそれらのイオンを含むX線遮断材料)又は他の機能性材料若しくは構造を含んでよい。例えば、任意のサイズの粒子を含んでもよい高い反射性若しくは吸収性材料は、CCD若しくはCMOS撮像装置の高い画像品質を得るために光ファイバフェースプレート10若しくは20の外側の構造を充填するために使用されてもよい。材料32は、また、ハンドリングや操作に起因した応力/ひずみからファイバ14及び24を保護するために採用されてもよい。材料32は、また、ファイバ14若しくは24の下部を保護しつつファイバ14若しくは24の上部を処理(例えば図4及び5を参照して後述されるような追加の特徴を形成するため若しくは粗い又は汚れた表面をきれいにするためのエッチング)のために現すためのマスクとして採用されてもよい。
Referring to FIG. 3, the region between the
図4を参照するに、光ファイバフェースプレート10(若しくは20)は、用途がX線撮像若しくは他のモダリティを含む場合に発光材料、燐光物質(燐光体)、シンチレーター物質またはその他の材料のような機能性材料42を含んでよい。好ましくは、この材料(例えば燐光体)42は、ファイバ14の上部領域に配置されてもよい。これらの構造42は、所与の条件下で照明されてもよい。
Referring to FIG. 4, fiber optic faceplate 10 (or 20) may be used as a luminescent material, phosphor (phosphor), scintillator material or other material when the application includes x-ray imaging or other modalities. A functional material 42 may be included. Preferably, this material (eg, phosphor) 42 may be disposed in the upper region of the
図5を参照するに、例えば特定のターゲット用のアフィニティプローブ54のような機能性材料52は、同様に、光フェースプレート10若しくは20上に付着されることができる。特定ターゲット用アフィニティプローブ54は、接触、落下,スポットを含む複数の方法で若しくは他の任意のデポジション技術により、光フェースプレート10若しくは20上に付着されることができる。光フェースプレート上の特定ターゲット用アフィニティプローブ54の非可動化は、フェースプレート10若しくは20へのプローブ54の化学的なバインディングを含む異なる方法で達成されることができる。プローブ54は、DNA,RNA、プロテイン、細胞、組織若しくは関心の生物分子若しくは生体の任意の種類を検出するための異なる生物レセプタを含んでよい。
Referring to FIG. 5, a functional material 52 such as an
光フェースプレートは、生物診断の高いスループットのために使用することができる。部品は、例えば、ゲノム、プロテオミクス、ドラッグデリバリ及びミクロ流体システム等のような多くの用途で採用されてもよい。光フェースプレートは、非常に高い数の光素子及び反応部位を有する利点を有する。光フェースプレートは、マイクロウエルや毛細管を介して反応部位のインターフェース無しの分離を提供する。光ファイバ技術を用いることで、個々の光チャネルの優れた読み出しが得られる。これは、高い感応性、反復性及び低い背景蛍光を可能とする。 Optical faceplates can be used for high biodiagnosis throughput. The components may be employed in many applications such as, for example, genome, proteomics, drug delivery and microfluidic systems. Optical faceplates have the advantage of having a very high number of optical elements and reaction sites. Optical faceplates provide uninterrupted separation of reaction sites via microwells or capillaries. By using optical fiber technology, excellent readout of individual optical channels can be obtained. This allows for high sensitivity, repeatability and low background fluorescence.
図6Aから6Dを参照するに、インプリントリソグラフィー/型押し方法は、本原理による光フェースプレートの製造用の一方法により図式的に示される。大面積のインプリント技術が採用されてもよく、これは、単一の堆積された層において室温にて高いアスペクト比でナノメートルサイズの構造へと製造するのに非常に適している。この方法によれば、フレキシブルスタンプは、ミリメートルからナノメートルサイズへの構造の複製のために採用されてもよい。この技術は、ミリメートルからナノメートルサイズまで高いアスペクト比で高精度に特徴をプリントできるので、光ファイバフェースプレートを製造するために非常に適している。更に、製造プロセスは、低コストであり、産業生産性を有する。インプリントリソグラフィー用いた、提案される光ファイバフェースプレートの生産プロセスがここで示される。 With reference to FIGS. 6A to 6D, an imprint lithography / embossing method is schematically illustrated by one method for manufacturing an optical faceplate according to the present principles. Large area imprinting techniques may be employed, which are very suitable for fabricating nanometer-sized structures with a high aspect ratio at room temperature in a single deposited layer. According to this method, a flexible stamp may be employed for replicating structures from millimeter to nanometer size. This technique is very suitable for manufacturing fiber optic faceplates because it can print features with high aspect ratios from millimeters to nanometers with high accuracy. Furthermore, the manufacturing process is low cost and has industrial productivity. The proposed fiber optic faceplate production process using imprint lithography is shown here.
図6Aを参照するに、2.9重量%のTMOS,2.6重量%のMTMS、87.5重量%の1−プロパノール、2.3重量%のギ酸、3.7重量%の水及び1.0重量%のメチルベンゾエートのような、反応性分子を持つ固化可能な液体62は、例えばスピンコーティング、スプレイコーティング若しくはドクターブレーディングにより、基板12上に付与される。基板は、ピクセルまたは光センサ若しくはその類のような、機能性ユニット16を含んでよい。このプロセス中、液体62内の溶剤は気化し、反応分子は、図6Bに示すようにゲル66を形成し始める。続いて、層68は、図6Cに示すように、ここでの参照により本願に組み込まれるWO2003099463及びEP1511632に記載するように、空気の混入を防止する波動式で基板12に穏やかに印加される。液体62内の溶剤は、また、示すように、基板12及び/又は機能ユニット16上に固体構造72を残すのを補助するためにスタンプ70へとゲル材料66から拡散してもよい。ラバースタンプ70は、好ましくは、同様の波動式技術により取り除かれ、レプリカの破壊無しにスタンプ70が剥がされる。構造72間にいくらかの材料が依存として残っている場合は、反応性イオンエッチング(RIE)及び/又はイオンビームエッチングのようなエッチング方法が採用されてもよい。任意的には、基板12上の固体構造72は、光遮断材料または銀ゾル−ゲルのような他の材料により充填されることができる(例えば図3参照)。また、また、先ず光遮断構造を製造し、次いで、光の伝播が可能な材料によりギャップを埋めることも可能である。
Referring to FIG. 6A, 2.9 wt% TMOS, 2.6 wt% MTMS, 87.5 wt% 1-propanol, 2.3 wt% formic acid, 3.7 wt% water and 1 wt% A solidifiable liquid 62 with reactive molecules, such as 0.0 wt% methylbenzoate, is applied onto the
図7A−Cを参照するに、第2のインプリントリソグラフィー/型押し方法は、フェースプレートの製造のために紫外線(UV)若しくは熱感応材料を用いて図式的に示される。 Referring to FIGS. 7A-C, a second imprint lithography / embossing method is schematically illustrated using ultraviolet (UV) or heat sensitive materials for the manufacture of faceplates.
図7Aを参照するに、UV若しくは熱感応材料164は、例えばスピンコーティング若しくはドクターブレーディングにより、基板12上に付与される。付着された層は、図7Bに示すように、スタンプ170により型押し若しくはインプリントされ、次いで、放射に晒される。照射は、レジスト若しくは材料164を、架橋させさもなければ固化させる。図7Cに示すように、スタンプ170を取り除き、基板上12にファイバ構造172を残す。
Referring to FIG. 7A, UV or heat
図8を参照するに、その他の例示的な実施例によるファイバ堆積構造を製造するのに使用されるプロセスステップが示される。 Referring to FIG. 8, process steps used to fabricate a fiber deposition structure according to another exemplary embodiment are shown.
図8Aを参照するに、ファイバアレイ180は、機能ユニット16を含む基板12上に形成される。ファイバアレイ180は、ファイバ14間の領域が材料182(上述の材料32と同一であってよい)により充填されるインプリントリソグラフィーにより生成される。図8Bを参照するに、硬化性材料184(例えばレジスト)は、例えばスピンコーティング若しくはドクターブレーディングにより、図8Aの充填ファイバアレイ180上に付与される。図8Bの付着された層は、基板に対するスタンプの位置合わせの後にスタンプ170により型押しされ、次いで、図8Cに示すように、固体構造186を形成するために固化される。図8Dに示すように、スタンプ170を取り除き、図8Aの充填ファイバアレイ180上にファイバ構造186を残す。充填材料182は、適切な溶剤内に充填材料182を拡散することによって若しくは充填材料182を焼き除くことによって後で除去されることができ、堆積されたファイバアレイ188を生む(耐熱性若しくは耐溶剤性の材料がゾル−ゲル材料のようなファイバアレイを製造するのに使用される場合のみ可能)。
Referring to FIG. 8A, the fiber array 180 is formed on the
図9を参照するに、一の例示的な実施例では、光ファイバフェースプレート190は、デジタルX線写真用途で採用されてもよい。これは、レンズに比べて、良好な画像解像度及び効率的な光収集及び透過特性を生む。光ファイバアレイ190は、シンチレーター192とCCD若しくはCMOS撮像装置194の間に配置される。X線源196は、X線を生成する。X線シンチレーターからの光は、図10に示すように散乱する傾向にあるが、本原理によりコーヒレントな光ファイバストランドから製造されるフェースプレート190は、散乱を最小化し、画像強度及び解像度を確保する。
Referring to FIG. 9, in one exemplary embodiment, the
デジタルX線写真用の光ファイバの利点は明らかであるが、問題は、従来の技術を用いて、かかる光ファイバフェースプレートを製造し、CCD若しくはCMOS撮像装置194及びシンチレーターに光ファイバフェースプレートを結合させることに存在しうる。ファイバは、検出器のピクセルに対して位置合わせされることが重要である。画質を劣化させるひずみ及び応答非均一性は低減されるべきである。ピクセルに対する高い度合いのファイバの整列は、本原理により基板(例えば直接的にCD若しくはCMOS撮像装置)にファイバを結合し若しくは型押しすることによって達成される。正確でロバストで信頼性の高い取り付けは、ファイバゲルを型押しすることにより若しくは架橋された層へのホトリソグラフィーを用いることにより提供される。
While the advantages of optical fibers for digital radiography are obvious, the problem is that using conventional techniques, such fiber optic faceplates are manufactured and the fiber optic faceplate is coupled to a CCD or
更に、より高い画質は、各センサピクセルに光を搬送するファイバの数を増加させることにより提供される。例えば、6ミクロンのファイバ直径は、24ミクロンのピクセルに16個のファイバを提供することができる。しかし、より多くのファイバは、小さい径のファイバ(ナノメートルのスケールでも)製造できるので、本原理により提供されることができる。ファイバの密度、サイズ、形状及び位置は、基板内で容易に変化させることができる。 Furthermore, higher image quality is provided by increasing the number of fibers that carry light to each sensor pixel. For example, a 6 micron fiber diameter can provide 16 fibers for a 24 micron pixel. However, more fibers can be provided by the present principles because they can be manufactured with smaller diameter fibers (even on a nanometer scale). The density, size, shape and position of the fiber can be easily changed within the substrate.
本原理は、改善された透過効率で正確でロバストな光ファイバフェースプレートの取り付けを提供し、ひずみ及び応答非均一性を低減し、画質及び耐久性を最大化する。更に、フェースプレートは、上述の如くより小さいサイズ(例えば、15マイクロメートル未満及びナノメートルの範囲まで)及び特定の形状(例えば、楕円、四角形、六角形、八角形等)を有するファイバを備えて製造することができる。また、ファイバの上面形状は、ドーム型、平ら、ピラミッド型、湾曲等に可変されることができる。更に、本実施例による製造方法はコストが低減される。 This principle provides accurate and robust fiber optic faceplate attachment with improved transmission efficiency, reduces distortion and response non-uniformity, and maximizes image quality and durability. In addition, the faceplate comprises fibers having smaller sizes (eg, less than 15 micrometers and up to nanometer range) and specific shapes (eg, ellipse, square, hexagon, octagon, etc.) as described above. Can be manufactured. Further, the upper surface shape of the fiber can be changed to a dome shape, a flat shape, a pyramid shape, a curvature, or the like. Furthermore, the manufacturing method according to this embodiment reduces the cost.
本発明の実施例では、光ファイバフェースプレートは、架橋材料を用いて製造されている。多様な形状及び高いアスペクト比(1:10)を備えるマイクロメートルの構造及びナノメートルの構造でも、異なる粗さ若しくはプロフィールを有する種々の表面上に製造される。 In an embodiment of the present invention, the fiber optic faceplate is manufactured using a bridging material. Micrometer and nanometer structures with various shapes and high aspect ratios (1:10) are also produced on a variety of surfaces with different roughness or profiles.
図11を参照するに、光フェースプレートを製造する方法は、本原理により例示的に示されている。ブロック202では、層は、基板の主要表面上に形成される。層は、好ましくは、硬化若しくは乾燥したときに、所望の波長若しくは波長範囲で電磁放射の伝送が可能な材料である。層は、基板の表面上にスピンコーティングまたはドクターブレーディングにより付与されてもよい。基板は、撮像装置(例えば、ピクセル等)を含んでよい。材料は、溶剤が熱若しくは放射により気化若しくは重合された後にゲルになる液体のような、固化される材料若しくは架橋材料である液体を含んでよい。一実施例では、層材料は、層の型押し中に固化することができる。ブロック204では、層は、基板の主要表面上に横方向に配置される光ファイバのアレイを形成するように処理される。これは、ブロック206での型押しステップ中またはその前にゲル若しくは固体を形成すること若しくは型押しステップ中にレジスト層を放射(例えばUV)若しくは熱を用いて硬化することを含んでよい。
Referring to FIG. 11, a method of manufacturing an optical face plate is exemplarily shown according to the present principle. In
任意的なステップ203では、充填材料は、ファイバの前の層まわりに形成されてもよい。従って、複数の層が、堆積された光フェースプレートを生成するために形成されてもよい。ブロック202から210の処理が完了した後、必要な場合は、充填材料は、(ブロック210)の放射遮断材料に代えて若しくは加えて付与される。第2の層(ブロック202)は、形成され、必要な場合は、ステップ202,204,206,208,210に従って処理される。これは、必要なだけの多くの層に対して続けることができる。複数の層は、各層が全体の光ファイバの全長の一部を提供する態様で光ファイバのアレイを形成する。
In
ブロック206では、処理は、光ファイバのアレイを形成するために層(複数も可)を型押し(スタンピング若しくはエンボシング)することを含んでよい。型押しは、好ましくは、アライメント後の空隙及び気泡を防ぐために例えば波動状でスタンプを印加することを含む。型押しプロセスは、更に、ファイバ間の間隔、ファイバの断面形状及びファイバの先端形状の少なくとも1つを制御することを含む。これは、スタンプ上に付与される特徴を用いて実行されてもよい。
At
ブロック208では、ファイバのアレイは、ファイバ間の材料を除去するためにエッチング若しくは加熱されてもよい。エッチングは、例えば反応性イオンエッチングプロセスを含んでよい。ブロック210では、放射(光、X線等)遮断材料は、ファイバアレイのまわりに形成されてもよい。ブロック212では、機能性材料は、光ファイバの上部に付着されてもよい。機能性材料は、発光材料、燐光物質及び/又はアフィニティプローブ(例えば、特定ターゲット用アフィニティプローブ)を含んでよい。他の機能性材料も考えられる。
At
添付の請求項を解釈する際、理解すべきこととして、
a)用語“含む”は、請求項に列挙されたもの以外の要素や動作の存在を除外しない、
b)単数表現は、かかる要素の複数の存在を除外しない、
c)請求項内の参照符号は請求項の範囲を限定しない、
d)幾つかの“手段”は、同一のアイテム若しくはハードウェア又はソフトウェアで実現される構造若しくは機能により表すことができる、
e)動作の特定のシーケンスは、特に言及しない限り、必須であることを意図しない。
When interpreting the appended claims, it should be understood that:
a) the term “comprising” does not exclude the presence of other elements or acts than those listed in a claim;
b) the singular representation does not exclude the presence of a plurality of such elements;
c) any reference signs in the claims do not limit the scope of the claims;
d) Several “means” can be represented by structures or functions implemented in the same item or hardware or software,
e) A particular sequence of operations is not intended to be essential unless specifically stated.
光フェースプレート及び製造方法に対する好ましい実施例を説明したが(これらは例示的であり限定する意図でない)、上述の教示の範囲内で当業者により修正や変形が可能である。それ故に、理解されるべきこととして、変更は、添付の請求項で境界付けられるようにここで開示される実施例の範囲や精神内で開示される特定の実施例においてなすことができる。特許法により特に要求されるように詳細を説明したが、文言特許により保護されることが望まれクレームされるものは、請求項に記載される。 While preferred embodiments for optical faceplates and fabrication methods have been described (these are illustrative and not intended to be limiting), modifications and variations can be made by those skilled in the art within the scope of the above teachings. Therefore, it should be understood that changes may be made in the specific embodiments disclosed within the scope and spirit of the embodiments disclosed herein as bounded by the appended claims. Details have been set forth as specifically required by patent law, but what is desired to be protected and claimed by language patents is set forth in the claims.
Claims (25)
主要表面を有する基板上に層を形成し、
前記主要表面に横方向に配置され付けられた光ファイバのアレイを形成するように前記層を処理することを含む、方法。 A method for manufacturing an optical faceplate, comprising:
Forming a layer on a substrate having a major surface;
Treating the layer to form an array of optical fibers disposed laterally and attached to the major surface.
基板上に層を付与し、
型押しを付与することにより光ファイバのアレイを形成し、前記型押しの存在下で前記層を固化するように、前記層を型押しすることを含む、方法。 A method for manufacturing an optical faceplate, comprising:
Applying a layer on the substrate,
Forming an array of optical fibers by applying embossing and embossing the layer to solidify the layer in the presence of the embossing.
前記型押しの前に前記層を少なくとも部分的に固化することを更に含む、請求項12に記載の方法。 The layer comprises a liquid material;
13. The method of claim 12, further comprising at least partially solidifying the layer prior to the embossing.
前記機能性材料は、発光材料、燐光物質及びアフィニティプローブのうちの1つを含む、請求項12に記載の方法。 Further comprising depositing a functional material on top of the optical fiber;
The method of claim 12, wherein the functional material comprises one of a luminescent material, a phosphor, and an affinity probe.
主要表面を有する基板と、
前記基板上に型押しされた光ファイバのアレイとを含み、前記光ファイバは、該光ファイバを形成する前記基板に堆積される材料の層厚さにより定まる長さを有し、及び/又は、前記光ファイバを型押しするために使用されるスタンプに関する特徴の深さより定まる長さを有する、光フェースプレート。 An optical faceplate,
A substrate having a major surface;
An array of optical fibers embossed on the substrate, the optical fiber having a length determined by the layer thickness of the material deposited on the substrate forming the optical fiber, and / or An optical face plate having a length determined by a depth of a feature relating to a stamp used for embossing the optical fiber.
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