TWI546071B

TWI546071B - 光學針

Info

Publication number: TWI546071B
Application number: TW104131666A
Authority: TW
Inventors: 曾效參
Original assignee: 曾效參
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2016-08-21
Also published as: EP3146997A1; JP2017060734A; EP3146997B1; TW201711669A; CN106551789A; US20170087380A1

Description

光學針

本發明是關於一種光學針，特別是一種具有導光特性的穿刺用針，以傳遞光束進入一物體。

穿刺用針是一種廣泛應用在工業、服務業以及日常生活的物品。在許多應用上，穿刺針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「穴道」以穿刺針刺激，達成改善身體狀況的應用，流行在許多國家。其中一種應用稱為「針灸」，是以穿刺針從皮膚插入人體，達到所謂穴道的位置，並對該穴道提供熱能、光能或電能，以刺激穴道的生理作用。至於提供能量的方法，包括燒炙針體，以將熱能傳遞到穴道。此外，也可以電的形式提供電能，藉金屬材質的穿刺針傳遞。最近則發展出以光，特別是雷射光的形式，傳遞光能的應用方式。

為能夠藉由穿刺針傳遞光束形式的光能，業界開發出多種醫學上或針灸上應用的光學針。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，針尖具有橢圓形端面。在針尖表面也提供一金屬鍍膜，並使針尖裸露。

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，現有技術雖然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，都是以光學針與光源分離的形態為前提。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學針結構，用以與一光源結合。

本發明另一目的是在提供一種不須使用光纖耦合器的光學針。

本發明另一目的是在提供一種可結合光源的光學針。

本發明的目的也在提供一種新穎的光學針製作方法，用以製作一種容易與光源結合的光學針。

根據本發明的光學針，乃是包括一針體、一光源耦合座及一光纖。該針體具有一空腔，用以容納該光纖的一部分。該光源耦合座提供一介接面，用以介接一光源。該介接面可包含在一凹槽內，該凹槽可以容納一光源。該針體一端對準該光源耦合座的介接面，以將該光纖的一端對準該介接面或光源。該光纖終止於該針體的針尖處。其特徵在於，該光纖之長軸由該光源端向該針體端縮小。在本發明的較佳實例中，該長軸可為該光纖之直徑。該長軸尺寸之縮小可為連續縮小或梯度縮小。

在本發明的特定實例中，該光源耦合座可向該光纖的徑向延伸，以利於將該光學針刺入一物體。在應用上，該光學針用以傳輸光束進入一物體，該物體可為人體組織。該光源耦合座與該物體接觸面可形成實質平面。該介接面也可包含在一突起部上，該凸起部可以崁入一光源耦合器所設的凹槽。該針體的針尖可形成切口，以利插入。該針體的頂端可延伸形成一平板，以強化與該光源耦合座的結合。

本發明的光學針另可包括一光源。該光源可為一光纖纜線，也可為一雷射頭。如為雷射頭，該雷射頭可包括一雷射光束產生裝置，用以產生一雷射光；一電源，用以供電至該雷射光束產生裝置；一耦合器，用以將該雷射光耦合至該光源耦合座；及一開關，用以控制該電源之供電。該雷射頭可提供一耦合部，具有與該光源耦合座的凹槽形狀相匹配的凸出形狀，或與該光源耦合座的突起部形狀相匹配的凹槽，以使該雷射頭可以穩固的插置在該光源耦合座上，並使其發光面對準該光纖的光源端。

本發明也揭示一種光學針的製法。該方法包括：製備一針體，該針體具有一空腔。提供一光纖，該光纖具有一第一端，連接該第一端之縮小段，以及連接該縮小段之第二端。該光纖之長軸由該縮小段與第一端連結處向與第二端的連結處縮小。使該光纖之第二端進入該空腔中。如有必要並使該縮小段及/或第一端留在該空腔之外。形成一具有光源介接面的光源耦合座，以包覆該針體的一部分及該光纖的第一端與縮小段，並使該光纖的第一端對準該光源介接面，以接受由該光源介接面進入的光束。該光源介接面可位在一光源容納空間內，且形成該光源耦合座後，使該光纖的第一端對準該光源容納空間。該光源介接面也可位在一突起部上。

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。

本發明提供一種可以結合雷射光源的光學針新穎結構及製法，以及結合雷射光源的光學針。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，其中一種原因是受光學針所需的光功率所限，導致光源裝置或雷射光源裝置本身較為龐大，才能提供足敷應用的光束。此外，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。然而，現有的市售小型化雷射光源，所產生的雷射光(波長約在405nm到660nm之間)，已經足以提供光學針應用上所需的光功率(大約1mW以上)。此外，藉由使光導體或光纖尺寸向長度方向縮小的工藝，可以達成界接光學針所使用的光纖與光源或雷射光源的目的，因而完成本發明。

以下以實施例說明本發明的光學針。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顯示本發明光學針一種實施例結構立體示意圖。圖2為其截面示意圖。如圖所示，本發明的光學針，乃是包括一針體10、一光源耦合座20及一光纖30。該針體10具有一空腔11，用以容納該光纖30的第二端33。

在本發明的較佳實例中，該針體10可以任何剛性材料製作。適用的材料包括金屬、塑膠、玻璃或玻璃纖維。在圖1、2的實例中，該針體10頂端橫向延伸形成一平板12，其目的是強化與該光源耦合座20的結合。該針體10的空腔11內徑可為固定或由頂端向針尖部分逐漸縮小。在該針尖部分，該空腔11的內徑可為50到500um，較好為100-250um，其中以約200um為佳。

在本發明的較佳實例中，該針體10的針尖可形成切口(未圖示)，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。

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的頂面表面形成弧面。但該頂面表面形狀並非任何技術限制。例如，該頂面表面也可為平面，凹面或其他形狀，該表面上也可以任何工藝形成特定花紋、圖案等設計。將該光源耦合座20向橫向延伸的目的，是有利於將該光學針刺入一物體，但並非任何技術限制。該物體可為人體組織，例如前述之人體穴位。在這種實例中，該光學針可作為針灸針使用。該光源耦合座20的底面可形成實質平面，以與該物體形成較大的接觸面，確保刺入後不易位移。該底面也可形成其他非平面形狀，或形成圖形，附加其他材料等。

在圖1的實例中，該光源耦合座20提供一凹槽21，其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40。該凹槽21開口形狀較好與該光源40的相對應部分的輪廓相匹配，以使該光源40能穩固容納在該凹槽21內。組合後的光學針，光源耦合座20在該光纖30的第一端31上方表面之上提供一介接面22，位於該凹槽21內。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將提供在該光源耦合座20的頂面。此外，該光源耦合座20也可在該光纖30的第一端31上方表面之上提供一突起部(未圖示)，以崁入光源40所可能配備的凹槽(未圖示)。該突起部形狀輪廓應與該光源的凹槽匹配。

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22可以是一想像的面。再者，該介接面22也可為該光纖30的第一端31上方表面。

該光纖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。該光纖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。該光纖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。

本發明的特徵之一是，該光纖30之長軸由該光源端(第一端)31向該針體端(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：第一端31，連接該第一端之縮小段32，以及連接該縮小段之第二端33。該第一端31是用以對準該光源耦合座20的凹槽21 (圖1的實施例)，以耦接該光源40。該第二端33用來配置在該針體10的空腔11內，並延伸到針尖部分。而該光纖30之長軸或直徑，則由該縮小段32與第一端31連結處，向縮小段32與第二端33的連結處縮小。在本發明的應用上，該第一端31的長軸或直徑，可介於200um至1000um之間，較好在450um到500um之間。但其確切尺寸應配合該光源40的發光面尺寸而決定且並非任何技術限制。該光纖的第二端33的長軸或直徑，可介於30um至100um之間，較好在40um到50um之間。但其確切尺寸應配合該針體10針尖部分內徑而定，也並非任何技術限制。在前述的針尖內徑為100um的條件下，該第二端33的長軸或直徑可為50um，使該光纖30容易組裝在該針體10的空腔11內。

該第二端33較好終止於該針尖處。但也可由該針尖處內縮或突出。

形成該光纖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，該第一端31長軸如為500umum，該第二端33長軸如為50um，則該縮小段32的長度可在1mm到5mm之間，使其尺寸縮減比例為每mm 1/10到1/2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。

在結構上，當該光纖30配置在該針體10內時，可使該第二端33進入該空腔11中。如該空腔11為固定內徑，則該縮小段32與該第一端31即會位在該空腔11外部，即該頂端12上方。但如該空腔11為漸變內徑，即內徑由其頂端12向針尖方向漸縮，則該光纖30的縮小段32或其一部分將會進入該空腔11內。已經配置光纖30的針體10，頂端12對準該光源耦合座20的凹槽21，以將該光纖的第一端31對準該凹槽21中將容納的光源40的發光面。

以下說明本發明光學針的製作方法。圖3即為本發明光學針製作方法流程圖。如圖所示，在製作本發明光學針時，首先在301製備一針體10，該針體10具有一空腔11。該空腔11的內徑為固定或漸變。該針體10頂端並可包括一橫向延伸的平板12。其次，於302提供一光纖30，該光纖30具有一第一端31，連接該第一端之縮小段32，以及連接該縮小段之第二端33。該光纖30之長軸由該縮小段32與第一端31連結處向與第二端33的連結處縮小。該光纖尺寸的縮減可為連續縮減或梯度縮減。接著，於303使該光纖30之第二端33進入該空腔11中。如該空腔11的內徑為固定，則使該縮小段32及/或第一端31留在該空腔11之外。於步驟304形成一具有光源容納空間21的光源耦合座20，以包覆該針體10的一部分及該光纖30的第一端31與縮小段32，並使該光纖30的第一端31對準該光源容納空間21，以接受由該光源容納空間21進入的光束。如此即完成本發明光學針的製作。

在本發明的另一種實例中，該光源耦合座20並不提供該光源容納空間21，而是提供一介接面22，位在該光源耦合座20頂面，甚至位在該光源耦合座20頂面的突出部上。在這種實例中，由於該光纖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22照射，也可達到將光功率傳遞到該光纖30的第二端33的目的。

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。在此種實例中，於步驟303所完成的半成品，置於該光源耦合座20的模具中適當位置，並保持兩者的相對位置，再於該模具內注入該光源耦合座20之材料，使其定形。將完成的成品作必要的退火以及其他加工，即完成本發明的光學針。為在加工程序中保持該光纖30與該針體10的相對位置，可利用適當的治具固定。該治具於該光源耦合座20成形後將會成為光源耦合座20的一部分。

本發明的光學針另可包括一光源40。該光源40可為一光纖纜線，也可為一雷射頭。如果該光源40為一光纖纜線，則該光纖纜線之一端會連結一光源裝置(未圖示)，以發出該光學針所需要的光功率，藉由該光纖纜線傳輸到該光學針。在這種實例中，只要將該光纖纜線的另一端插置到該光源耦合座20的凹槽21中，即可藉由該光纖30的縮小段32，將該光源裝置所產生的光功率，耦接到該光纖的第二端33，以供應用。

在本發明的較佳實例中，該光源40為一雷射頭40。圖4即顯示可應用於本發明光學針的雷射頭40分解圖。圖4A為該雷射頭40組合示意圖。

如圖所示，該雷射頭40包括一雷射光束產生裝置41，用以產生一雷射光；一電源42，用以供電至該雷射光束產生裝置41；及一開關43，用以控制該電源42之供電。圖4也顯示，該雷射光束產生裝置41，電源42及開關43，乃是組合後配置在一耦合器44內，形成一個雷射頭40。該耦合器44提供一耦合端45，作為該雷射頭40的發光面，並用以插置在該光源耦合座20的凹槽21中，使該發光面對準該光纖30的第一端31。在此設計下，該耦合端45的形狀與尺寸較好與該凹槽21相容，使該雷射頭40可以穩固的插置在該光源耦合座20上，並使發光面對準該光纖30的第一端31。

可以應用在本發明的雷射光束產生裝置41，包括各種小型的雷射光產生裝置。例如市售的指向器所使用的紅光雷射產生器，即可應用在本發明。這種雷射光源所產生的雷射光波長約在405nm到660nm之間，已經足以提供大約1mW以上的光功率，足供光學針各種應用上所需。由於這種雷射光源的構造以為熟知技術，其詳情不須在此贅述。

此外，供應這種雷射光源41所需的電源42，可以是任何市售的小型電池。控制這種電源42所使用的微型開關43，也都是習知技術。而所述雷射光束產生裝置41、電源42與開關43的組合，也可由此行業人士依據需要而設計。其詳情均不須贅述。

除以上所述的光源形態之外，由於該光纖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的凹槽21內或頂面的表面(介接面)照射，也可達到將光功率傳遞到該光纖30的第二端33的目的。換言之，在應用時，該光源耦合座20上未必須要插置一光纖纜線或一雷射頭。

由以上說明可知，本發明提供一種全新的光學針結構。該光學針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。本發明提供一種小型化的光學針，可以縮小光學針應用系統整體的體積。

10‧‧‧針體
11‧‧‧空腔
12‧‧‧平板、頂端
20‧‧‧光源耦合座
21‧‧‧凹槽
22‧‧‧介接面
30‧‧‧光纖
31‧‧‧第一端
32‧‧‧縮小段
33‧‧‧第二端
40‧‧‧光源
41‧‧‧雷射光束產生裝置
42‧‧‧電源
43‧‧‧開關
44‧‧‧耦合器
45‧‧‧耦合端

圖1顯示本發明光學針一種實施例結構立體示意圖。圖1A為圖1結構組合示意圖。圖2顯示圖1光學針結構截面示意圖。圖2A為圖2結構組合示意圖。圖3為本發明光學針製作方法流程圖。圖4顯示可應用於本發明光學針一種實施例的雷射頭分解圖。圖4A為圖4雷射頭組合示意圖。

10‧‧‧針體

11‧‧‧空腔

12‧‧‧平板、頂端

20‧‧‧光源耦合座

21‧‧‧凹槽

30‧‧‧光纖

31‧‧‧第一端

32‧‧‧縮小段

33‧‧‧第二端

Claims

一種光學針，包括一針體、一光源耦合座及一光纖；該針體具有一空腔，用以容納該光纖的一部分；該光源耦合座提供一介接面，用以介接一光源；該針體一端對準該光源耦合座的介接面，以將該光纖的一端對準該介接面；其特徵在於，該光纖之長軸由該對準該介接面的光源端向該針體端縮減。
如申請專利範圍第1項的光學針，其中，該介接面包括在一凹槽內，該凹槽可容納該光源。
如申請專利範圍第1項的光學針，其中，該介接面包括在一突起部上，該突起部形成於該光源耦合座上方表面。
如申請專利範圍第1項的光學針，其中，該介接面實質上與該光源耦合座上方表面齊平。
如申請專利範圍第1至4項中任一項的光學針，其中，該長軸為該光纖之直徑。
如申請專利範圍第1至4項中任一項的光學針，其中，該長軸尺寸之縮減為連續縮小或梯度縮小。
如申請專利範圍第1至4項中任一項的光學針，其中，該光源耦合座向該光纖的徑向延伸，且其底面形成實質平面。
如申請專利範圍第1至4項中任一項的光學針，其中，該針體的針尖形成切口。
如申請專利範圍第1至4項中任一項的光學針，其中，該針體的頂端橫向延伸形成一平板。
如申請專利範圍第1至4項中任一項的光學針，其中，該光源耦合座以一塑料製成，並包圍該針體的一部分及該光纖的光源端。
如申請專利範圍第2項的光學針，另包括一雷射頭，該雷射頭包括一雷射光束產生裝置，用以產生一雷射光；一電源，用以供電至該雷射光束產生裝置；一耦合器，用以經該雷射光耦合至該光源耦合座；及一開關，用以控制該電源之供電；該雷射頭提供一耦合部，具有與該光源耦合座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光源端。
如申請專利範圍第11項的光學針，其中，該長軸為該光纖之直徑。
如申請專利範圍第11項的光學針，其中，該長軸尺寸之縮減為連續縮小或梯度縮小。
如申請專利範圍第11項的光學針，其中，該光源耦合座向該光纖的徑向延伸，且其底面形成實質平面。
如申請專利範圍第11項的光學針，其中，該針體的針尖形成切口。
如申請專利範圍第11項的光學針，其中，該針體的頂端橫向延伸形成一平板。
如申請專利範圍第11項的光學針，其中，該光源耦合座以一塑料製成，並包圍該針體的一部分及該光纖的光源端。
一種光學針的製法，包括以下步驟：製備一針體，該針體具有一空腔；提供一光纖，該光纖具有一第一端，連接該第一端之縮小段，以及連接該縮小段之第二端；該光纖之長軸由該縮小段與第一端連結處向與第二端的連結處縮減；使該光纖之第二端進入該空腔中；及形成一具有光源介接面的光源耦合座，以包覆該針體的一部分及該光纖的第一端，並使該光纖的第一端對準該光源介接面，以接受由該光源介接面進入的光束。
如申請專利範圍第18項的方法，其中該光源介接面位在一光源容納空間內，且形成該光源耦合座後，使該光纖的第一端對準該光源容納空間。
如申請專利範圍第18或19項的方法，其中，該長軸為該光纖之直徑。
如申請專利範圍第18或19項的方法，其中，該長軸尺寸之縮減為連續縮小或梯度縮小。
如申請專利範圍第18或19項的方法，其中，該光源耦合座向該光纖的徑向延伸，且其底面形成實質平面。
如申請專利範圍第18或19項的方法，其中，該針體的針尖形成切口。
如申請專利範圍第18或19項的方法，其中，該針體的頂端橫向延伸形成一平板。