光學(xué)纖維束引導(dǎo)系統(tǒng)和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體而言涉及光學(xué)領(lǐng)域，更具體地，涉及用于與光學(xué)纖維一起使用的透鏡領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)分析方法(例如干涉方法)將光傳送在興趣樣品上，并且進(jìn)一步地要求收集從樣品返回的光的一部分。由于許多光源和光分析器件的尺寸和復(fù)雜性，他們通常與興趣樣品遠(yuǎn)距離地定位。當(dāng)該興趣樣品為較大物品的內(nèi)部部分(例如活體里面的生物組織)時，這個是特別顯而易見的。一種光學(xué)地分析內(nèi)部部分的方法是使用細(xì)光學(xué)纖維將光從遠(yuǎn)光源引導(dǎo)在樣品上，其中由于該光學(xué)纖維的較小的橫截面，所以細(xì)光學(xué)纖維對樣品的正常功能產(chǎn)生最低限度的破壞性。這種方法的一個實例是使用光學(xué)纖維導(dǎo)管對諸如血管的帶腔器官的光學(xué)分析，其中，光學(xué)纖維導(dǎo)管的一端連接至身體外部的光源，而另一端插入血管中。
[0003]對內(nèi)部區(qū)域(例如內(nèi)腔)進(jìn)行光學(xué)分析的重大障礙是用于使光聚焦或平行的微型光學(xué)器件的設(shè)計和低成本制造。許多類型的光學(xué)分析，例如成像和光譜學(xué)，要求入射在樣品上的光在特定的距離處聚焦或大致地平行。由于從標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)纖維的尖頭發(fā)出的光將會快速地發(fā)散，因此能夠?qū)⑽⑿凸鈱W(xué)系統(tǒng)連接至該纖維以提供聚焦或平行的功能。此外，通常期望的是分析不直接地與該纖維的光軸一致的樣品位置，例如分析薄血管的腔壁。在這些情況下，除了用于使從光學(xué)纖維的尖頭發(fā)出的光聚焦或平行的裝置之外，還使用用于大致地改變光的方向的裝置。
[0004]用于制造適合于連接至提供一些以上所述的功能的光學(xué)纖維的微型光學(xué)系統(tǒng)的許多方法已經(jīng)在之前討論過。這些方法通常地使用三個方法的其中一個提供光束聚焦裝置:(1)使用梯度折射率(GRIN)纖維段；(2)將纖維尖頭直接地形成為透鏡；或者(3)使用微型的塊狀透鏡。光束引導(dǎo)裝置通常地使用四個方法中的其中一個被提供:(I)使用來自纖維的成角度的端面的光的全內(nèi)反射(TIR);使用成角度的反射平面；(3)使用微型的塊狀反射鏡；或者(4)在纖維尖頭上使用反射涂層。然而，這些方法具有許多內(nèi)在的限制，包括過高的制造成本、過大的尺寸或選擇焦點尺寸和焦距不夠自由。
[0005]在本技術(shù)領(lǐng)域中公知的有許多能夠用于內(nèi)部腔結(jié)構(gòu)的分析的微型光學(xué)系統(tǒng)。每個光學(xué)系統(tǒng)能夠被概念地分成光束聚焦裝置和光束引導(dǎo)裝置。光從外部光源通過一個或更多個光學(xué)照明纖維傳到內(nèi)部腔，其中，光學(xué)照明纖維在本質(zhì)上可為單一模式或多模式。照明纖維與微型光學(xué)系統(tǒng)連通，將光束聚焦或引導(dǎo)至腔壁中。光使用同一纖維、或使用與該照明纖維并置的其它纖維從腔中返回至身體外側(cè)的分析裝置。在一種類型的微型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中，聚焦裝置和引導(dǎo)裝置由分開的光學(xué)元件執(zhí)行。在另一種類型的設(shè)計中，聚焦裝置和引導(dǎo)裝置由同一元件執(zhí)行。
[0006]現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)的幾個特征是不合需要的。例如，在一些器件中，所有光學(xué)元件必須具有與光學(xué)纖維相似的直徑(直徑通常接近125μπι)以將整個系統(tǒng)的尺寸最小化。這極大地減少了選擇聚焦元件、光束擴(kuò)展器以及光束引導(dǎo)器的可用的選項，并且因此限制了焦點尺寸以及通過該設(shè)計可達(dá)到的工作距離的范圍。此外，這些極其小的元件是易碎的，很難處理，并且在制造和操作期間易于破碎。第三，在許多實施例中必須設(shè)置有空氣間隙以使用TIR用于光束重新導(dǎo)向。這要求在纖維與其它元件之間維持緊密密封以維持空氣間隙。這在當(dāng)把裝置浸入水、血液或胃酸中時，或當(dāng)該裝置以高速旋轉(zhuǎn)或平移以形成圖像時可能是有問題的。第四，GRIN聚焦元件具有旋轉(zhuǎn)對稱的折射率分布圖，使得校正光束上引起的圓柱狀像差是不可能的。這些缺點的整體影響是，某些微型光學(xué)系統(tǒng)是昂貴的，制造困難，容易損壞，并且不在聚焦平面產(chǎn)生圓形輸出。
[0007]進(jìn)一步地，其它的方法使用融合拼接的纖維段，與聚合物和環(huán)氧樹脂的薄層通過成型工藝共同形成透鏡系統(tǒng)。然而，包括環(huán)形端面和鉆孔的成型透鏡的制造通常是有問題的。通常地，在注射成型期間，鉆孔通過定位在模具中并且僅支撐在成型工具的一側(cè)上的細(xì)(135 μ m/220 μ m)中心銷形成。問題產(chǎn)生的部分原因是該中心銷可能偏轉(zhuǎn)。當(dāng)將加壓液體聚合物注入模具中并且向中心銷施加力時，能夠發(fā)生這種偏轉(zhuǎn)。如果施加的力相比于中心銷的剛度足夠大，則銷偏轉(zhuǎn)并且造成成型偏轉(zhuǎn)，其中，孔為不規(guī)則的或以一角度彎曲的。
[0008]鑒于以上確定的各種挑戰(zhàn)和其它挑戰(zhàn)，因此存在對于在制造期間不需要中心銷的光學(xué)透鏡、組件以及相關(guān)的制造方法的需求。本發(fā)明解決了此需求和其它需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]一方面，本發(fā)明涉及一種與用于OCT成像的光學(xué)纖維一起使用的成型透鏡。在一個實施例中，該成型透鏡包括圓柱體，該圓柱體具有第一端和第二端，并且限定縱向軸線。在另一個實施例中，圓柱體的第一端的表面與該圓柱體的縱向軸線成一角度定向，并且第二端形成槽。在又一個實施例中，槽被設(shè)定尺寸以接收光學(xué)纖維。
[0010]在一個實施例中，第一端為平面表面，該平面表面成角度以經(jīng)由反射使從光學(xué)纖維接收的光通過該圓柱的側(cè)面反射。在另一個實施例中，第一端形成非平面表面，該非平面表面成角度以經(jīng)由反射使從光學(xué)纖維接收的光通過該圓柱的側(cè)面反射并且使該光在圓柱體的外部的一位置處聚焦。在又一個實施例中，孔終止于與圓柱體的縱向軸線成角度定向的平坦表面。在另一個實施例中，所述孔的縱向軸線以及所述槽的縱向中心與圓柱體的縱向軸線同心。在另一個實施例中，透鏡由從包括丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚醚酰亞胺、聚甲基戊烯以及玻璃的組中選定的材料制成。在另一個實施例中，在成型期間為了減小注射壓力以及在工具上的對應(yīng)的應(yīng)力，使用可澆注的樹脂制造透鏡。然后通過化學(xué)反應(yīng)使其固化。
[0011]在另一個方面，本發(fā)明涉及一種OCT探頭。在一個實施例中，OCT探頭包括光學(xué)纖維，該光學(xué)纖維具有第一端和第二端，其中所述第一端適合與光源連通，并且該光學(xué)纖維還限定縱向軸線；成型透鏡包括具有第一端和第二端的并且限定縱向軸線的圓柱體，該圓柱體的第一端的表面與圓柱體的縱向軸線以一角度定向，并且第二端形成槽或孔，該槽或孔被設(shè)定尺寸以接收光學(xué)纖維光學(xué)纖維。在另一個實施例中，光學(xué)纖維通過黏合劑被保持在孔或槽中。在又一個實施例中，圓柱體的第一端是平面表面，該平面表面成角度以經(jīng)由反射使從光學(xué)纖維接收的光通過該圓柱的側(cè)面反射。在另一個實施例中，圓柱的第一端形成非平面表面，該非平面表面成角度以經(jīng)由反射使從光學(xué)纖維接收的光通過該圓柱的側(cè)面反射并且使該光在圓柱體的外部的一位置處聚焦。
[0012]在又一個實施例中，光學(xué)纖維的第二端的表面相對于該光學(xué)纖維的縱向軸線成角度定向。在另一個實施例中，纖維的第二端相對于該光學(xué)纖維的縱向軸線的角度大致地等于平坦表面相對于圓柱體的縱向軸線成角度定向的角度。在一個實施例中，光學(xué)纖維使用黏合劑被保持在槽或孔中，其中該黏合劑具有與成型透鏡的材料相匹配的折射率。
[0013]在另一個方面，本發(fā)明涉及一種與用于OCT成像的光學(xué)纖維一起使用的成型透鏡。在一個實施例中，該成型透鏡包括圓柱形實體，該圓柱形實體具有第一端和第二端并且限定縱向軸線，圓柱形實體的第一端的表面與圓柱形實體的縱向軸線以一角度定向，并且第二端將金屬管的第一端圍住，光學(xué)纖維被粘接在金屬管的孔中并且從該金屬管的第一端延伸出。在另一個實施例中，圓柱形實體的第一端為平面表面，該平面表面成角度以經(jīng)由內(nèi)部反射使從光學(xué)纖維接收的光通過圓柱形實體的側(cè)面反射。在又一個實施例中，圓柱形實體的第一端形成了非平面表面，該非平面表面成角度以經(jīng)由內(nèi)部反射使從光學(xué)纖維接收的光通過圓柱形實體的側(cè)面反射并且使該光在該圓柱形實體的外部的一位置處聚焦。
[0014]在另一個方面，本發(fā)明涉及一種OCT探頭。在一個實施例中，OCT探頭包括光學(xué)纖維，該光學(xué)纖維具有第一端和第二端，其中所述第一端適合與光源連通，并且該光學(xué)纖維還限定縱向軸線；成型透鏡包括圓柱形實體，該圓柱形實體具有第一端和第二端，并且限定縱向軸線，該圓柱形實體的第一端的表面與該圓柱形實體的縱向軸線以一角度定向，并且第二端圍住金屬管的第一端，光學(xué)纖維被粘接在金屬管的孔中并且從金屬管的第一端延伸出。在另一個實施例中，圓柱形實體的第一端是平面表面，該平面表面成角度以經(jīng)由內(nèi)部反射使從光學(xué)纖維接收的光通過圓柱形實體的側(cè)面反射。在又一個實施例中，圓柱形實體的第一端形成了非平面表面，該非平面表面成角度以經(jīng)由內(nèi)部反射使從光學(xué)纖維接收的光通過圓柱形實體的側(cè)面反射并且使該光在圓柱形實體外部的一位置處聚焦。
[0015]在又一個方面，本發(fā)明涉及透鏡。該透鏡包括大致地圓柱形主體，該圓柱形主體具有縱向軸線并且包括形成狹槽的纖維接收端面、外部圓柱形表面以及光束引導(dǎo)表面，大致地圓柱形主體和外部圓柱形表面形成槽，該槽與所述狹槽流體連通并且設(shè)置在纖維接收端面與光束引導(dǎo)表面之間，所述槽具有第一端和第二端并且限定縱向軸線，光束引導(dǎo)表面與所述縱向軸線以一角度定向，所述槽被設(shè)定尺寸以接收光學(xué)纖維。在一個實施例中，本發(fā)明涉及血管內(nèi)的成像探頭，該探頭包括設(shè)置在透鏡的槽中的光學(xué)纖維?？蓪⒐鈱W(xué)纖維設(shè)置在扭轉(zhuǎn)線中。在一個實施例中，光線離