JP6345885B2 - 小型化octパッケージおよびその組立品 - Google Patents
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Description
(関連出願の記述)
本出願は、2015年2月6日に出願された米国仮出願第62/113,170号による利益を主張するものであり、仮出願で開示されたその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
本発明の実施形態は、小型化OCTシステムの設計に関する。
光干渉断層撮影(OCT)は、多数の分野で広く使われている撮影技術であり、各種試料の上下回転撮影を行うことができる。当該撮影技術は、高度な視覚フィードバックを医師に提供するとともに様々な疾患の診断の手助けとなるように皮膚および組織のOCTデータが用いられる医療分野において広く利用されている。OCTシステムの小型化は、多くの部品を必要とし、かつ光学素子間の結合感度が高いため、困難である。
本明細書で提示される実施形態において、統合され小型化されたOCTシステムの設計と、当該システムの組立方法とを提供する。
本明細書に組み込まれかつ本明細書の一部を成す添付図面は、本発明の実施形態を示すものであり、本明細書とともに本発明の原理を説明しかつ当業者が本発明を実施し利用するのにも役立つものである。
以下に具体的な構成を説明するが、当該説明は具体的に示すことのみを目的として行われるものであると理解されるべきである。当業者であれば、本発明の精神および範囲内にあるその他の構成も可能であることはわかるであろう。また、当業者にとっては、本発明をその他様々に応用することができることは明らかであろう。
上記光源とPIC10との間における結合効率は高いことが望ましい。実施形態によれば、PIC10の上記光学用の開口における面をリブ型導波管が担う。実施形態によれば、上記導波管の高さの合計は約3μmであり、スラブ高さは約1.8μmである。このことにより非点収差伝播モードへ変わり、その結果、PIC10の端面にてX方向およびY方向において開口率が異なることになる(図10参照)。図11に光ファイバを伝播する光のビームプロファイルを示す。PIC10の上記導波管の、両軸に対してほぼ同じ開口率を有する実質上曲線的モードを用いることによって、上記結合効率を大幅に高めることができる。
PIC10が生み出す大きな熱負荷を消散するためには、熱を制御する特別な設計が必要である。さもなければ、PIC10の基準温度は上昇し、実質的な熱膨張によってもたらされる応力等の影響は、部品間のズレを引き起こすであろう。また、二光子吸収等のシリコンに対する熱の影響は、PIC10の光学性能に及び、最終的にはSN比が低下する。
パッケージ内に水分が入ることにより、(周囲条件によって)腐食が起きたり内部で水滴化したりする。一般的に、異種金属間の境界に水分が存在すると、腐食が進む。さらに、エポキシ樹脂は、水分を吸収するにつれて、接合が弱くなる可能性がある。それゆえ、当該エポキシ樹脂が膨張するにつれて性能が低下する。パッケージ内に水分が入ることにより、(周囲条件によって)腐食が起きたり内部で水滴化したりする。そのため、気密性を保つ方法が強く望まれる。
遅延および分散は蓄積されることから、OCTシステムの干渉計における見本アームと標準アームとの均衡を取らなければならない。光学サブアセンブリーは別の設計にすることができるので、調節可能な遅延及び分散補償システムを上記標準アーム内で実行することが重要である。このように、PIC設計は、走査装置設計に対して明白である。
実施形態によれば、PIC1は上下走査(A走査)を行い、走査装置13は左右走査(B走査)を行う。走査装置13は、チップパッケージ100外の設計された焦点面にて所望の走査範囲を提供する。また、要求される被写界深度を満たす左右方向の分解能も、走査装置13によって達成される。走査装置13の組立例を図22に示す。実施形態によれば、筐体1は、2つのステンレス鋼片、上述の胴部、および上述の基幹部で構成される。上記胴部は、非球面レンズを内側に含む光線コリメーターを担う。実施形態によれば、上記基幹部は、60°のプリズムと磁気の微小電気機械システム(MEMS)とで実行される左右走査装置を担い、さらには、二重レンズ素子を用いて光集束オプティクスを担う。PIC10から出た光線は、走査装置13にて上記非球面レンズによってコリメートされ、上記MEMSのミラーの下にある上記プリズムへ送られる。そして、その光線は光集束二重レンズへ送られて、最終的には光学窓14を通ってチップパッケージ100を出る。
PIC10の少なくとも1つの導波管を通る光は、上記干渉計の上記見本経路と上記標準経路との両方にそって偏光回転することになる。PIC10内で偏光消光比(PER)が高い直線偏光(TE波)が行われたとしても、曲がりやカーブなどの構造により、上記光の一部は直交偏光(TM波)になる。シリコンにおける複屈折は、上記直線偏光と上記直交偏光との間に重大な遅延差を誘発する。これらの偏光同士が検出器内でぶつかり合った後、そのような遅延差により、意図せずOCT画像が二重になってしまう。
実施形態によれば、軸方向の走査(A走査)は、シリコンの熱光学効果を利用して行うことができる。導波管にそって配置された高濃度モリブデンヒータは熱伝達を行い、軸方向の全走査を行う。金またはアルミニウムの接触パッドを用いて当該ヒーターを上記パッケージの上記ピンに繋ぐことができる。
実施形態によれば、チップパッケージ100の各種部品の組立およびアライメントは、筐体1内の空間を最大限に活用するように、かつ各種光学部品間を通る光線の結合効率を最大にするように行われる。まず初めに、PIC10をヒートシンクの上層を担うヒートスプレッダ4に接合する。上記ヒートシンクは、筐体1の内側に接合された冷却素子を含むこともできる。上記ヒートシンクを、チップパッケージ100の筐体1の上記内側にはんだづけすることができる。
「発明の概要」および「要約」ではなく「発明を実施するための形態」は、請求項を解釈するために用いられることを意図していると認識されるべきである。「発明の概要」および「要約」は、発明者(ら)によって熟考された、本発明の例示的な実施形態の全てではなく1つ以上の実施形態を記載しており、本発明および請求項を限定することは決してない。
Claims (20)
- 第1の筐体(1)と、
上記第1の筐体(1)の外側に結合された少なくとも1つの電気的接続と、
上記第1の筐体(1)の内面に結合されたヒートシンク(4;9)と、
光線を導光するように構成された少なくとも1つの導波管を有し、上記ヒートシンク(4;9)に結合された光集積回路(10)と、
上記第1の筐体(1)の上記内面に取り付けられ、かつ、少なくとも1つのレンズおよび少なくとも1つの可動要素を含む第2の筐体を有し、上記第1の筐体(1)外の焦点面にて上記光線の左右走査を行うように構成された走査装置(13)とを含み、
上記走査装置(13)の上記第2の筐体は、上記光集積回路(10)とは別の部品であり、上記光集積回路(10)と上記走査装置(13)との間で上記光線が結合されるように、上記筐体(1)内にて上記光集積回路(10)に対してアライメントが行われることを特徴とするチップパッケージ(100)。 - 光ファイバを保持するように、かつ上記少なくとも1つの導波管に対して上記光ファイバの面のアライメントを行うように構成されたファイバ取付台要素をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 上記光ファイバは、上記第1の筐体の壁から突出したフェルールに通され、上記光ファイバの別の面は、光源に結合されることを特徴とする請求項2に記載のチップパッケージ。
- 筐体(1)と、
上記筐体(1)の外側に結合された少なくとも1つの電気的接続と、
上記筐体(1)の内面に結合されたヒートシンク(4;9)と、
光線を導光するように構成された少なくとも1つの導波管を有し、上記ヒートシンク(4;9)に結合された光集積回路(10)と、
上記筐体(1)の上記内面に取り付けられ、上記筐体(1)外の焦点面にて上記光線の左右走査を行うように構成された走査装置(13)であって、上記光集積回路(10)とは別の部品であり、上記光集積回路(10)と上記走査装置(13)との間で上記光線が結合されるように、上記筐体(1)内にて上記光集積回路(10)に対してアライメントが行われる走査装置(13)と、
光ファイバを保持するように、かつ上記少なくとも1つの導波管に対して上記光ファイバの面のアライメントを行うように構成されたファイバ取付台要素とを含み、
上記光ファイバは、上記筐体の壁から突出したフェルールに通され、上記光ファイバの別の面は、光源に結合され、
上記筐体(1)内であって、かつ上記光ファイバの上記面と上記少なくとも1つの導波管との間に配置された少なくとも1つの光学素子をさらに含むことを特徴とするチップパッケージ(100)。 - 上記筐体内であって、かつ上記光ファイバの上記面と上記少なくとも1つの光学素子との間に配置された偏光素子をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載のチップパッケージ。
- 上記少なくとも1つの光学素子は、マイクロレンズアレイを含むことを特徴とする請求項4に記載のチップパッケージ。
- 上記光集積回路は、光干渉断層撮影(OCT)のA走査を制御するように構成された干渉計を含むことを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 上記干渉計から光学干渉信号を受信するように構成された検出器をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のチップパッケージ。
- 上記走査装置は、上記OCTのB走査を制御するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載のチップパッケージ。
- 上記走査装置は、上記光線の左右走査を行う際に、上記光線の分解能を調整するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項8に記載のチップパッケージ。
- 上記第1の筐体の壁に設けられ、かつ赤外波長をほぼ透過する材料から成る光学窓をさらに含み、上記光線が上記走査装置から上記光学窓を通過するように上記走査装置のアライメントが行われることを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 上記走査装置は、約12mmの走査範囲を提供するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 上記第1の筐体は、気密封止されていることを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 上記第1の筐体内に配置された熱電冷却機をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 上記少なくとも1つの導波管は、光が伝播する方向に垂直なx軸と上記方向に垂直なy軸とに対してほぼ同じ開口率を有する実質上曲線的光学モードを含むように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 上記ヒートシンクは、上記光集積回路の下側に結合された多層構造を有することを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 上記少なくとも1つの可動要素は、超小型電気機械素子によって作動されるミラーを有することを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 上記光集積回路から出た光は光ファイバに到達し、上記光ファイバはミラーコーティングされていることを特徴とする請求項1に記載のチップパッケージ。
- 光集積回路(10)の片側にヒートシンク(4;9)を取り付け、上記ヒートシンク(4;9)の、上記光集積回路(10)を取り付けた側とは反対側をパッケージ(1)の基板に取り付ける工程と、
上記ヒートシンク(4;9)に光検出器(3)を取り付ける工程と、
上記ヒートシンク(4;9)にファイバ取付台(6)を取り付ける工程と、
上記パッケージ(1)の上記基板に走査装置(13)の筐体を取り付ける工程とを含む方法であって、
上記筐体は、少なくとも1つの光学素子を含み、
上記走査装置(13)を取り付ける上記工程と、上記ファイバ取付台(6)を取り付ける上記工程と、上記光検出器(3)を取り付ける上記工程とを行うことによって、上記光集積回路(10)と、上記光検出器(3)と、上記ファイバ取付台(6)と、上記走査装置(13)との間を進む光線の結合効率が最大になるように、上記光集積回路(10)と、上記光検出器(3)と、上記ファイバ取付台(6)と、上記走査装置(13)とのアライメントが行われ、
上記走査装置(13)は、上記パッケージ(1)外の焦点面にて上記光線の左右走査を行うように構成されていることを特徴とする方法。 - 上記多層構造は、ヒートスプレッダと冷却素子とを有することを特徴とする請求項16に記載のチップパッケージ。
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