TW201713060A

TW201713060A - 光導組件

Info

Publication number: TW201713060A
Application number: TW104131668A
Authority: TW
Inventors: 曾效參
Original assignee: 曾效參
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2017-04-01
Also published as: CN106556889A; EP3146887A1; US20170090179A1; JP2017062457A

Abstract

本發明提供一種光導組件，包括一本體；一光導，該光導至少一部分結合在該本體的側壁、及一光源耦合座，附連在該光導的一端；其中，該光導的該耦合座端包括位於端部的第一部分、連接該第一部分的縮小段、以及連接該縮小段的第二部分；該光導的長軸由該縮小段的第一部分側，向該第二部分側縮減。

Description

光導組件

本發明是關於一種光導組件，特別是一種具有光導的管狀物，尤其是ㄧ種具有光導的撓性管，以傳遞光束進入一物體。

在工業上、醫學上、各種服務業以及日常生活上，常常需要利用一種引申管，以將物體、尤其是流質引申進入一物體或一空間，或從該物體或空間引申物體、流體出來。在許多應用上，這種引申管需要具有導光的功能。這種應用包括工業探測、醫學探測以及治療等。

最近，透過對人體組織或體液以光能刺激，達成改善身體狀況的應用，流行在許多國家。常見的做法是以光纖探針，插入人體組織或體液，對插入部分及其周圍照射雷射光。

此外，為提供穿刺針傳遞光束的應用，例如作為探測光源的應用，也有類似的設計提出。

CN103901233A 揭示一種光纖探針，該光纖探針的末端以蝕刻方式形成一針尖，針尖具有橢圓型端面。在針尖表面也提供一金屬鍍膜，且使針尖裸露。

CN104287960A 揭示一種光纖針灸針，包含針灸針與位在針內的光纖。光纖頂部形成錐形尖端，並位在該針灸針尖的微孔開口處，以引導雷射光進入針尖處的針灸部位。該針灸針另提供微孔，以容許電信號與光信號通過。

CN204073134揭示一種多通道雷射治療儀，包括8條互相獨立的雷射治療通道，並均包括雷射光源與光纖。雷射光以連續或脈衝的形式，照射人體穴位。

TW M493360U揭示一種應用於靜脈雷射之光纖針頭，在針頭基座設透孔，一端可套接光纖管體，使管體內的光纖穿過透孔。該創作另提供一套蓋，套在該基座上。可於對光纖消毒後封閉該套蓋。

US 2014/0121538A1揭示一種光纖與金屬針的結合體，該針內部提供多數光纖通道，以容光纖通過。針尖形成兩種傾斜角度，使光纖在該針尖處突出於第二傾斜角度，但不突出於第一傾斜角度。

US 2014/0243806A1揭示一種內建光纖的空心針，針內形成多數管孔，以容納多數光纖。並提供一集線器，以將多數光纖光學連結到一雷射光源。該集線器配備多數光導，以導引雷射光源的雷射到各光纖中。

WO 2014/133500A1揭示一種診斷用探針，探針針體提供多數空管，以容納光纖。光纖的終點位在該針體長度上的不同位置，以提供周圍組織的探測資訊。

由先前技術的光學針設計可知，現有技術主要在提供具有導光功能的穿刺針，但針體結構均屬複雜。現有光學針的設計，主要是以金屬或其他硬質材料的針管，支持管內的光纖，提供導光功能。這種結構製作較為困難，組裝也不易。且光纖占用針管，排擠光學針輸送其他流體、電或光的空間。再者，習知技術的光學針，都是以剛性材料製作針體，限制了導光的方向與範圍。

此外，習知光學針主要採取與光源分離的形態。但從現有技術的光學針設計也可得知，針體內所配備的導光材料直徑非常微小，與有效對光束作遠距傳遞的導光材料直徑，難以匹配。兩者之間通常必須使用耦接器，才能對準。這種耦接器的使用造成光學針系統體積龐大，並提高製造、使用的成本。

本發明的目的在提供一種新穎的光導組件，該光導組件使用的導光材料不須占用光導組件的主要通道。

本發明另一目的是在提供一種不須使用光纖耦合器，即容易與光源結合的光導組件。

本發明另一目的在提供一種具有光導的管體，尤其是撓性管。

本發明另一目的是在提供一種容易與光源組裝的光導組件。

本發明的目的也在提供一種新穎的光導組件製作方法，用以製作ㄧ種導光材料不須占用光導組件主要通道的光導組件。

根據本發明的光導組件，乃是包括一本體，該本體側壁形成至少一光導槽、一光導，該光導至少一部分配置在該光導槽內、及一光源耦合座，附連在該光導的一端。本發明的一種實施態樣提供一光導組件，包括一本體、一光導，該光導至少一部分結合在該本體的側壁、及一光源耦合座，附連在該光導的一端。在上述光導組件中，該光導的該耦合座端包括位於端部的第一部分、連接該第一部分的縮小段、以及連接該縮小段的第二部分。該光導的長軸由該縮小段的第一部分側，向該第二部分側縮減。該長軸可為該光導的直徑。該光源耦合座提供一介接面，用以介接一光源；該光導的第一部分端面對準該光源耦合座的介接面。該光導的第一部分與縮小部可位在該光源耦合座內。該本體可為一管狀物，特別是一撓性管。該長軸或直徑之縮減可為連續縮減或梯度縮減。

在本發明的應用上，該光導組件用以傳輸光束沿該本體進入一物體，該物體可為人體組織、一空間或一囊袋。該本體如為一管體，在該管體靠近該光源耦合座的第一端可包括至少一流體出入口。該第一端另可包括一耦接器，用以耦接多數流體導管、光學導管、信號導線。管體遠離該光源耦合座的第二端也可包括至少一流體出入口。該管體的第二端可形成切口，以利插入。該光源耦合座可結合到該本體上。

本發明光導組件的光源耦合座可供連結一光源。該光源可為一光纖纜線，也可為一小型雷射頭。該雷射頭可提供ㄧ耦合部，具有與該光源耦合座所提供的凹槽形狀相容之形狀，以使該雷射頭可以穩固的插置在該光源耦合座上，並使發光面對準該光纖的介接端。該雷射頭也可以提供一凹槽，以供該光源耦合座插入。

本發明也揭示一種光導組件的製法。該方法包括：製備一光導，該光導的一端具有一第一部分，連接該第一部分之縮小段，以及連接該縮小段並延伸至該光導另一端之第二部份。該光導的長軸由該縮小段的第一部分側，向該第二部分側縮減。該長軸可為該光導的直徑。製備一具有光源介接面的光源耦合座，使該光導之第一部分與縮小段位於該光源耦合座內，並使該光導與該光源耦合座結合，且使該光導的第一部分端面對準該介接面，以接受由該介接面進入的光束。製備一本體，該本體之側壁具有至少一光導槽。使該光導之第二部分進入該光導槽中。結合該光導與該本體。該本體的製備與該光導、本體的結合，可以單一步驟完成。該介接面可位在一凹槽內，且形成該光源耦合座後，使該光導的第一部分端面對準該凹槽。該形成光源耦合座的步驟尚可包括在該光源耦合座形成一凹槽的步驟。該方法並可包括一封閉該光導槽的步驟。

該形成光源耦合座的步驟可以灌模澆鑄方式實施。該形成本體與結合光導、本體的步驟，可以一射出成形步驟完成。該封閉該光導槽的步驟可以包括以一塑性材料塗布該本體表面的方式實施。

本發明上述及其他目的及優點，可由以下詳細說明並參照下列圖式而更形清晰。

本發明提供一種新穎的光導組件結構及製法。雖不欲為任何理論所拘束，但本發明人發現，傳統光學針結構過於複雜，其中一種原因是光導尺寸過細，不易組裝於針體內。此外，傳統光學針所使用的光導體或光纖，與傳統用以傳遞光束所使用的光纖，尺寸差距太大，必須使用光耦接器，才能達成有效的轉換。本發明提出以光導槽的形式配置光導的技術，以解決習知技術的難題。此外，藉由使光導體或光纖尺寸向長度方向縮小的工藝，可以簡化光學針所使用的光導與光源或雷射光源的介接，因而完成本發明。

以下以實施例說明本發明光導組件。但須說明，對於實施例的說明，目的在以實例顯示本發明的基本結構與精神，實施例的記載，尚不得作為限制本案專利範圍的依據。

圖1顯示本發明具光導組件中，光導與光源耦合座結合體一種實施例結構立體示意圖。圖2為其截面示意圖。圖1並顯示該光導與光源耦合座結合體與本體10的結合關係。如圖所示，本發明是利用一光源耦合座20介接該光導30與ㄧ光源(未圖示)。該光導30通常是一光纖，而該光源則可為一雷射光源，例如一光纖纜線或一雷射頭。但以上所述並非任何技術限制。

該光導30可以任何導光材料製作。適用的材料包括：玻璃、塑膠、金屬氧化物等。該光導30的外表較好施以保護膜，通常可以塗布方式形成。保護膜的材料並無特別的限制。該光導30的截面形狀可為橢圓形，但也可為圓形、方形、8字形或多邊形。如有必要，也可用兩條甚至多條光纖螺旋編織成一束光導。在以下的說明中，將以光纖為例，說明該光導30的結構與製作。

本發明的特徵之一是，該光導(光纖)30之長軸由該介接面端(第一端) 31向該光導槽端(第二端) 33縮小。在使用圓形橫切面的光纖時，該長軸即為該光纖之直徑。該長軸尺寸之縮小可為連續縮小或梯度縮小。在此設計下，該光纖30沿其長度方向將包括：位在第一端(介接面端) 端部的第一部分31，連接該第一部分之縮小段32，以及連接該縮小段，並延伸到第二端(光導槽端) 的第二部分33。該第一部分31是用以對準該光源耦合座20的介接面，以耦接該光源。該第二部分33用來配置在該本體10的光導槽11內，並延伸到該本體10的遠端12。而該光導30之長軸或直徑，則由該縮小段32與第一部分31連結處，向縮小段32與第二部分33的連結處縮減。在本發明的應用上，該第一部分31的長軸或直徑，可介於200um至1000um之間，較好在450um到550um之間。但其確切尺寸應配合該光源的發光面尺寸而決定且並非任何技術限制。該光纖的第二部分33的長軸或直徑，可介於30um至100um之間，較好在40um到50um之間。但其確切尺寸應依照應用上的需求而定，也並非任何技術限制。通常該第二部分33的長軸或直徑可為40-50um，使該光導30容易組裝在該本體10的側壁上。

該光導30的第二部分33較好延伸到該本體10的遠端12處。但也可由該遠端12處內縮或突出。該光導可為側光光纖或尾光光纖，視使用目的而定。

形成該光導30的縮小段32的方法並無任何限制，但較好是能將一條光纖的長軸作漸進縮小的工藝。適用的方法包括加溫拉伸、模塑等方法。其中，加溫拉伸可以形成連續縮小的光纖尺寸，有利於光束的傳遞。模塑方法可以形成梯度的尺寸縮小，優點是容易控制光纖各段的尺寸精度。該縮小段32的長度並無特別限制，但以儘量縮短為宜。例如，該第一部分31長軸如為500um，該第二部分33長軸如為50um，則該縮小段32的長度可在5mm到50mm之間，使其尺寸縮減比例為每mm 1/5到1/50之間。這種比例可縮短該縮小段32的長度，但能獲得良好的光功率傳遞效果。其他的尺寸縮減比例也可以應用在本發明，而得到相同或類似的效果。此外，該縮減比例也未必是線性的比例。

該光源耦合座20可以剛性或撓性材料製作。適用的材料包括塑膠、矽膠、樹脂等可塑性材料。也可使用金屬、陶瓷等易於加工的材料。在圖1、2的實例中，該光源耦合座20的頂面表面形成平面。但該頂面表面形狀並非任何技術限制。例如，該頂面表面也可為凸面，凹面或其他形狀。該表面上也可以任何工藝形成特定段差、導槽、倒角等設計。

在圖1的實例中，該光源耦合座20提供一凹槽21，其底部形成一介接面22，開口則向該光源耦合座20的頂面，以形成一空間，用以容納一光源。該凹槽21開口形狀較好與該光源的相對應部分的輪廓相匹配，以使該光源能穩固容納在該凹槽21內。例如，該光源如為一光纖，其直徑約為500um，則該凹槽21即提供略大於500um的內徑，以供插接。該光源如為一雷射光源，則該雷射光源可以提供一耦合部，例如外徑約為500um的管狀部分或端部，則該凹槽21也提供略大於500um的內徑，以供該耦合部插接。該介接面22較好為平面。如該光源耦合座20並不提供該凹槽21，則該介接面22提供在該光源耦合座20的頂面。

此行業技術人員均知，上述光源耦合座20所提供的介接面22，未必是一個物理上的物體表面。該介接面可以是一想像的面。再者，該介接面也可為該光纖30的第一端31上方表面。這種實例可供具有一凹槽的光源，例如一雷射頭套接。

該光導30與該光源耦合座20可以任何方式結合。在本發明的較佳實例中，該光導30與該光源耦合座20是以射出成形的方式結合。在以這種方式形成該光導與光源耦合座結合體的實例中，可先將光導30以治具定位，置入一模具中，該模具具有該光源耦合座20的配合形狀。對該模具內部供應該光源耦合座20之材料，待其硬化後取出。進行必要的退火，即完成該光導與光源耦合座結合體的製作。完成後該光導30的第一部分31端部對準該光源耦合座20的介接面。如該光源耦合座20含有一凹槽21，則該光導30的第一部分31端部對準該凹槽21中將容納的光源的發光面。

在本發明的較佳實例中，該本體10可以任何材料製作，但以撓性材料較佳。適用的材料包括金屬、陶磁、塑膠、玻璃或玻璃纖維。該本體10上可預先形成光導槽11，其內徑應足以容納該光導30的一部份。例如，光導槽11的直徑較好大於光導30的直徑，以將光導30埋設在光導槽11內。但如使該光導30會從本體10的側面凸出，也無不可。

適用於本發明的本體10包括撓性管，並可為各種工業上、醫學上、服務業、家庭使用的撓性管。在本發明的較佳實例中，該本體10的遠端12可形成切口，以利穿刺之用。該切口的形狀並無任何限制，但以製作容易的形狀較佳。

在本發明另一種較佳實例中，該光導槽11則開設於該本體10之管壁上，並沿該本體10的長度方向延伸。在這種實例中，該本體10的管道可以用來傳輸其他流體，或者容納電或信號的介質。該光導槽11的形成方式並無任何限制，各種已知之工藝都可以用來形成該光導槽11。適用的方法包括：鑄造、蝕刻、雷射切割、冷鍛、加熱延伸等方法。只要能在本體10上形成一向長度方向延伸的凹槽，足以容納光導30即可。但在本發明的較佳實例中，並沒有特別形成該光導槽11的製作步驟；該光導與光源耦合座結合體是在形成該本體10的過程中，結合到該本體10上。

例如，該本體10如果以射出成形的方式製作，則先將該光導與光源耦合座結合體以治具定位，置入一模具中，該模具具有該本體10的配合形狀。在該模具內可以配置多數光導與光源耦合座結合體，或多數光導與單一光源耦合座的結合體。對該模具內部供應該本體10之材料，待其硬化後取出。進行必要的退火，即完成該光導組件的製作。完成後的光導組件即包括該本體10，配置在該本體10管壁或側壁上的至少一光導30，以及連接各光導10的至少一光源耦合座20。各光導30的第一部分31端部對準各自對應的光源耦合座20的介接面。如該光源耦合座20含有一凹槽21，則該光導30的第一部分31端部對準該凹槽21中將容納的光源的發光面。

圖3為本發明光導組件一種實施例結構示意圖。圖3A為其本體橫切面圖。圖中顯示本發明的光導組件應用在醫學用插管的應用例。如圖所示的本體10為一管體，可為一鼻胃管、經口氣管插管等。該本體10上已經製作出該光導30與光源耦合座20結合體。在該管體10靠近該光源耦合座20的第一端11可包括至少一流體出入口。該第一端11另可包括一耦接器，用以耦接多數流體導管、光學導管、信號導線。在圖3的實例中，該管體的近端另包括一氣泡13，用以壓縮空氣進入該管體10遠離該光源耦合座20的遠端12。該遠端12也可包括至少一流體出入口。該管體的遠端12可形成切口，以利插入。圖3的應用例可供將光能導入於該管體10遠端12所到之處，照射該處的組織，或沿該管體10附近的組織。圖3A顯示該本體10與光導30結合狀態，但如所周知，該管體10的管壁不限於配置一條光導30。

圖4為本發明光導組件另一種實施例結構示意圖。圖4A為其本體橫切面圖。圖中顯示本發明的光導組件應用在另ㄧ種醫學用導管的應用例。如圖所示的本體10為一管體，可為一中心靜脈導管、末梢靜脈置入中央導管、血液透析導管等。該本體10上已經製作出該光導30與光源耦合座20結合體。在該管體10靠近該光源耦合座20的近端14包括至少一導管耦接器15，用以耦接多數流體導管、光學導管、信號導線等。該光導30與光源耦合座20結合體插置在其中一導管中。在該管體10遠離該光源耦合座20的遠端12包括至少一流體出入口。該管體的第二端可形成切口，以利插入。圖4的應用例可供將光能導入於該管體10遠端12所到之處，照射該處或沿該管體10附近的體液，例如血液。圖4A顯示該本體10與光導30結合狀態。該管體10分割成3條通道，其中該光導30僅占用一通道。

圖5為本發明光導組件第三種實施例結構示意圖。圖5A為其本體橫切面圖。圖中顯示本發明的光導組件應用在另一種醫學用導管的應用例。如圖所示的本體10為一管體，可為一排放管、導尿管等。該本體10上已經製作出多數條光導30，各光導30連接到一光源耦合座20。但也可使所有的光導連接到單一光源耦合座。圖5的應用例可供將光能導入於該管體10遠端12所到之處，照射該處或沿該管體10附近的組織及體液。圖5A顯示該本體10與多數光導30結合狀態。

以下說明本發明光學針的製作方法。圖6即為本發明光導組件製作方法一種實例的流程圖。如圖所示，在製作本發明光導組件時，首先在601製備一光導30，該光導30的一端具有一第一部分31，連接該第一部分之縮小段32，以及連接該縮小段並延伸至該光導另一端之第二部份33。該光導30的長軸由該縮小段的第一部分31側，向該第二部分33側縮減。該長軸可為該光導的直徑。該光導尺寸的縮減可為連續縮減或梯度縮減。其次，在602製備一具有光源介接面22的光源耦合座20，使該光導30之第一部分31與縮小段32位於該光源耦合座20內，並使該光導30與該光源耦合座20結合，且使該光導30的第一部分31端面對準該介接面22，以接受由該介接面22進入的光束。於603製備一本體10，該本體10之側壁具有至少一光導槽11。使該光導30之第二部分33進入該光導槽11中。於步驟604結合該光導30與該本體10。在本發明另ㄧ種實例中，該本體10的製備與該光導30、本體10的結合，可以單一步驟完成。例如以一射出成形的製程，使該本體10與光導30一體成形，即可省略該光導槽11的製作過程。

於步驟605在該針體10表面塗布一保護層，該保護層覆蓋該光導槽11，並填充該光導槽11與該光導30之間的縫隙。如此即完成本發明具有光導槽的光學針的製作。但如該本體10與光導30為一體成形，則步驟605可予省略。

在本發明的上述實例中，該介接面可位在一凹槽內，且形成該光源耦合座後，使該光導的第一部分端面對準該凹槽。因此，該形成光源耦合座的步驟尚可包括在該光源耦合座形成一凹槽的步驟。但如該光源耦合座20並不提供該凹槽21，而是僅提供一介接面。在這種實例中，由於該光導30已經提供介接光纖纜線所需的縮小段32，利用一個市售的雷射光源，例如前述的指向器，向該光源耦合座20的介接面照射，也可達到將光功率傳遞到該光導30的第二端33的目的。如須提供該凹槽21，該凹槽可在步驟604中同時完成，也可在一稍後步驟中完成，例如以銑刀加工、雷射加工等方法形成。在該步驟也可同時加工該介接面，使其具備所需的光學形狀或特性。

在上述方法中，形成該光源耦合座20的方法較好使用模塑方法，例如射出成形技術。此外，為在加工程序中保持該光導30與該本體10的相對位置，或該光導30與該介接面22的相對位置，可利用適當的治具固定。該治具於該本體10或光源耦合座20成形後將會成為本體10或光源耦合座20的一部分。

由以上說明可知，本發明提供一種全新的光導組件結構。該光導組件可以簡化的方法製作。該光學針所適用的光導可與任何形式的光源，特別是雷射光源結合，而不須使用光纖耦合器。本發明提供一種製作簡便的光導組件，可以有效利用於現有的導管、插管等，提供光能照射的應用。

10‧‧‧本體
11‧‧‧光導槽
12‧‧‧遠端
13‧‧‧氣泡
14‧‧‧近端
15‧‧‧導管耦接器
20‧‧‧光源耦合座
21‧‧‧凹槽
22‧‧‧介接面
30‧‧‧光導(光纖)
31‧‧‧介接面端(第一端)
32‧‧‧縮小段
33‧‧‧光導槽端(第二端)

圖1顯示本發明光導組件中，光導與光源耦合座結合體的立體示意圖。圖2顯示圖1光導與光源耦合座結合體截面示意圖。圖3為本發明光導組件一種實施例結構示意圖。圖3A為其本體橫切面圖。圖4為本發明光導組件另一種實施例結構示意圖。圖4A為其本體橫切面圖。圖5為本發明光導組件第三種實施例結構示意圖。圖5A為其本體橫切面圖。圖6為本發明光導組件製作方法流程圖。

10‧‧‧本體

12‧‧‧遠端

14‧‧‧近端

15‧‧‧導管耦接器

20‧‧‧光源耦合座

30‧‧‧光導(光纖)

Claims

一種光導組件，包括一本體，該本體側壁形成至少一光導槽；一光導，該光導至少一部分配置在該光導槽內、及一光源耦合座，附連在該光導的一端；其中，該光導的該耦合座端包括位於端部的第一部分、連接該第一部分的縮小段、以及連接該縮小段的第二部分；該光導的長軸由該縮小段的第一部分側，向該第二部分側縮減。
一種光導組件，包括一本體；一光導，該光導至少一部分結合在該本體的側壁、及一光源耦合座，附連在該光導的一端；其中，該光導的該耦合座端包括位於端部的第一部分、連接該第一部分的縮小段、以及連接該縮小段的第二部分；該光導的長軸由該縮小段的第一部分側，向該第二部分側縮減。
如請求項1或2的光導組件，其中該長軸之縮減為連續縮減或梯度縮減。
如請求項1或2的光導組件，其中該長軸為該光導的直徑。
如請求項4的光導組件，其中該直徑之縮減為連續縮減或梯度縮減。
如請求項1或2的光導組件，其中該光源耦合座提供一介接面，用以介接一光源；該光導的第一部分端面對準該光源耦合座的介接面。
如請求項1或2的光導組件，其中該光導的第一部分與縮小部位在該光源耦合座內。
如請求項1或2的光導組件，其中該本體為一管狀物。
如請求項8的光導組件，其中該本體為一撓性管。
如請求項1或2的光導組件，其中該本體為一管體，在該管體靠近該光源耦合座的第一端另包括一耦接器，用以耦接多數流體導管、光學導管、信號導線。
一種光導組件的製法，包括：製備至少一光導，該光導的一端具有一第一部分，連接該第一部分之縮小段，以及連接該縮小段並延伸至該光導另一端之第二部份；製備一具有光源介接面的光源耦合座；使該光導之第一部分與縮小段位於該光源耦合座內，並使該光導與該光源耦合座結合，且使該光導的第一部分端面對準該介接面，以接受由該介接面進入的光束；製備一本體；及使該光導之第二部分結合於該本體的側壁；其特徵在於：該光導的長軸由該縮小段的第一部分側，向該第二部分側縮減。
如請求項11的方法，其中該長軸為該光導的直徑。
如請求項11的方法，其中該形成光源耦合座的步驟是以灌模澆鑄方式實施。
如請求項11的方法，其中該本體的製備與該光導、本體的結合，是以單一步驟完成。
如請求項14的方法，其中製備該本體與結合光導、本體的步驟，是以一射出成形步驟完成。
如請求項11的方法，另包括在該光源耦合座形成一凹槽的步驟，其中該介接面位在該凹槽內，且形成該光源耦合座後，使該光導的第一部分端面對準該凹槽。
如請求項11的方法，另包括於結合該本體與光導後，以一塑性材料塗布該本體表面的步驟。