本申請(qǐng)要求于2014年10月15日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)no.62/064,355的權(quán)益，其被通過引用整體并入本文。

本發(fā)明的實(shí)施例涉及微加工的束掃描設(shè)備的設(shè)計(jì)及其以陣列格式的使用。

背景技術(shù)：

成像設(shè)備中的束轉(zhuǎn)向可以使用利用芯片上的電或熱光學(xué)效應(yīng)的各種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，或者使用通過在自由空間中移動(dòng)透鏡或反射鏡進(jìn)行機(jī)械掃描來實(shí)現(xiàn)。用于光束轉(zhuǎn)向的典型機(jī)構(gòu)使用用于使從光波導(dǎo)出來的光轉(zhuǎn)向的反射鏡，并且包括準(zhǔn)直透鏡和定位為距波導(dǎo)一定距離的反射鏡。二維掃描反射鏡使光束偏轉(zhuǎn)并將其投射到樣品上方。

沿著在芯片上圖案化的光波導(dǎo)的光傳播發(fā)生在面內(nèi)。然而，通常用于制造集成器件的平面技術(shù)不允許制造有效的準(zhǔn)直(或聚焦)元件以獲得高質(zhì)量的性能。透鏡通常相對(duì)于波導(dǎo)的光軸對(duì)稱地定位。通常使用混合解決方案來克服這個(gè)問題：將自由空間透鏡附接到固定有波導(dǎo)的同一光具座。然而，對(duì)準(zhǔn)自由空間透鏡在所有三個(gè)正交方向上都需要1微米量級(jí)的極高精度。

諸如光學(xué)相干斷層成像(oct)系統(tǒng)之類的許多干涉測(cè)量設(shè)備使用準(zhǔn)直光，該準(zhǔn)直光被進(jìn)一步指向以遠(yuǎn)心模式操作的聚焦透鏡，以使得總光路長(zhǎng)度不在乎成像樣本上的光束位置如何。使用自由空間光學(xué)元件可以提供高質(zhì)量的性能；然而，它相對(duì)龐大，需要精確對(duì)準(zhǔn)，并且不留下減少設(shè)備的整體尺寸的很大可能性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本文中提出的實(shí)施例中，提出了可以與oct應(yīng)用一起使用的微加工光束掃描器的設(shè)備設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)還允許批量制造該設(shè)備以形成掃描陣列。

在一個(gè)實(shí)施例中，提出了一種包括具有第一表面和相對(duì)的平行的第二表面的基板的設(shè)備。該設(shè)備包括在第一表面上方被圖案化并被配置為沿著波導(dǎo)的長(zhǎng)度引導(dǎo)輻射束的波導(dǎo)。該設(shè)備還包括位于第一表面上并被設(shè)計(jì)成以基本上垂直于第一表面的角度反射輻射束的至少一部分的刻面。光學(xué)元件位于第一表面或第二表面上，并被設(shè)計(jì)成接收輻射束的反射的部分。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提出了具有基板的掃描設(shè)備，該基板具有第一表面和相對(duì)的平行的第二表面。基板的區(qū)域包括第一表面和相對(duì)的平行的第二表面，并且經(jīng)由穿過基板的厚度的蝕刻工藝來限定，其中該區(qū)域保持通過一個(gè)或多個(gè)鉸鏈附接到基板。波導(dǎo)被圖案化在該區(qū)域的第一表面上方，并沿著波導(dǎo)的長(zhǎng)度引導(dǎo)輻射束。掃描設(shè)備包括位于該區(qū)域的第一表面上的刻面。該刻面被設(shè)計(jì)成反射輻射束的至少一部分穿過該區(qū)域。光學(xué)元件位于該區(qū)域的第二表面上，并被設(shè)計(jì)成接收輻射束的反射的部分。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種掃描設(shè)備，其包括由同一基板形成的多個(gè)可獨(dú)立地尋址的元件。這多個(gè)元件中的每個(gè)元件包括基板的區(qū)域、波導(dǎo)、刻面和光學(xué)元件。該區(qū)域具有第一表面和相對(duì)的平行的第二表面，其中該區(qū)域經(jīng)由穿過基板的厚度的蝕刻工藝來限定，并且其中該區(qū)域保持經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)鉸鏈附接到基板。波導(dǎo)被圖案化在該區(qū)域的第一表面上方，并沿著波導(dǎo)的長(zhǎng)度引導(dǎo)輻射束。刻面位于該區(qū)域的第一表面上，并被設(shè)計(jì)成反射輻射束的至少一部分穿過該區(qū)域。光學(xué)元件位于該區(qū)域的第二表面上，并被設(shè)計(jì)成接收輻射束的反射的部分。多個(gè)元件中的每個(gè)元件被設(shè)計(jì)成經(jīng)由相應(yīng)區(qū)域的移動(dòng)來使對(duì)應(yīng)的輻射束轉(zhuǎn)向。

附圖說明

并入本文并形成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與說明書一起進(jìn)一步用來說明本發(fā)明的原理并用來使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠做出并使用本發(fā)明。

圖1示出了使用自由空間光學(xué)器件的束掃描設(shè)備。

圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的用于引導(dǎo)光束的設(shè)備。

圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的用于引導(dǎo)光束的設(shè)備。

圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的用于引導(dǎo)光束的設(shè)備。

圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的用于引導(dǎo)光束的設(shè)備。

圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的用于引導(dǎo)光束的設(shè)備。

圖7a-圖7c示出了根據(jù)實(shí)施例的光束掃描器的各種視圖。

圖8示出了根據(jù)實(shí)施例的具有兩個(gè)光學(xué)元件的光束掃描器。

圖9示出了根據(jù)實(shí)施例的具有多個(gè)可尋址的元件的束掃描設(shè)備。

圖10示出了根據(jù)實(shí)施例的干涉系統(tǒng)的框圖。

圖11示出了根據(jù)實(shí)施例的針對(duì)不同i值的反射率對(duì)波長(zhǎng)的模擬圖。

將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

盡管討論了具體的配置和布置，但是應(yīng)當(dāng)理解，這僅僅是為了說明的目的而完成的。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以使用其他配置和布置。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，本發(fā)明也可以用于各種其它應(yīng)用中。

注意到，說明書中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“示例實(shí)施例”等的提及指示所描述的實(shí)施例可以包括特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性，但是每個(gè)實(shí)施例可能不一定包括該特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。另外，這樣的短語不一定指代相同的實(shí)施例。另外，當(dāng)結(jié)合實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，不論是否明確地描述，結(jié)合其他實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或特性將在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)。

本文的實(shí)施例涉及光束掃描器的各種設(shè)計(jì)。這樣的掃描設(shè)備對(duì)于可以通過橫跨樣本掃過輻射束來獲取數(shù)據(jù)的成像應(yīng)用而言是有用的。這些成像應(yīng)用包括但不限于干涉測(cè)量?jī)x、傅里葉變換紅外顯微鏡(ftir)、共焦顯微鏡和拉曼光譜儀。光學(xué)相干斷層成像(oct)是本文描述的一種技術(shù)，并且可以受益于所體現(xiàn)的設(shè)備的使用。

這里，術(shù)語“電磁輻射”、“光”、“輻射束”和“光束”都用來描述通過各種描述的元件和系統(tǒng)傳播的相同的電磁信號(hào)。

各種設(shè)備設(shè)計(jì)允許使用標(biāo)準(zhǔn)微加工技術(shù)來制造光束掃描器。以這種方式，以良好的均一性和低成本批量制造生產(chǎn)大量掃描設(shè)備。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例不限于用于制造這些設(shè)備的具體制造步驟。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知可以用來最終制造本文所體現(xiàn)的設(shè)備的許多潛在的制造技術(shù)。

微加工的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是組件的單片集成，其導(dǎo)致更好的對(duì)準(zhǔn)和更低的光損耗。圖1示出了使用自由空間光學(xué)元件將束引向樣本的束掃描設(shè)備100的示例?；?02包括用來向透鏡106引導(dǎo)光束的圖案化波導(dǎo)104。透鏡106與波導(dǎo)104的輸出刻面在片外對(duì)準(zhǔn)。透鏡106將光聚焦到單獨(dú)的掃描反射鏡108上。輸出的輻射束110被從掃描反射鏡108向樣本112反射。掃描反射鏡108耦合到致動(dòng)器以便橫向移動(dòng)和/或使掃描反射鏡108的角度傾斜，以便使輻射束110的方向轉(zhuǎn)向樣品112?；蛘?，光可以由透鏡106準(zhǔn)直，被反射鏡108反射并且被引導(dǎo)到以遠(yuǎn)心模式操作且位于樣本112和反射鏡108之間的聚焦透鏡。

束轉(zhuǎn)向設(shè)備100可以由于負(fù)擔(dān)得起使反射鏡108掃描的移動(dòng)范圍而產(chǎn)生寬的束轉(zhuǎn)向角。然而，束轉(zhuǎn)向設(shè)備100需要使用自由空間光學(xué)元件，使得小型化非常困難。此外，每個(gè)光學(xué)元件必須精確對(duì)準(zhǔn)，這需要很大的技巧并且是耗時(shí)的。

圖2-圖5示出了設(shè)計(jì)成引導(dǎo)輻射束的設(shè)備的各種實(shí)施例。這些實(shí)施例利用以與基板的表面基本上垂直的角度引導(dǎo)輻射束的相同的基本概念。然而，各實(shí)施例在某些元件的布置和形成上是不同的。

圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的設(shè)計(jì)成引導(dǎo)輻射束的設(shè)備200。設(shè)備200包括基板202、波導(dǎo)204和光學(xué)元件214，波導(dǎo)204包括被包層208a和208b包圍的芯層206。反射器210與波導(dǎo)204在面內(nèi)形成并被設(shè)計(jì)成向光學(xué)元件214反射輻射束212。

基板202可以是允許執(zhí)行表面和/或體微加工圖案化步驟的任何合適的材料。在一個(gè)示例中，基板202是諸如硅、砷化鎵、磷化銦等的結(jié)晶材料。在其他示例中，基板202是非結(jié)晶的，諸如玻璃或多晶硅。波導(dǎo)204的芯層206可以包括具有比包層208a和208b更高的折射率的材料，以便限制通過波導(dǎo)204傳播的輻射束。波導(dǎo)204可以具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)或者是聚合物。波導(dǎo)204材料的示例包括但不限于硅、氮化硅、砷化銦鎵、摻雜硅、pmma、聚對(duì)二甲苯和su-8。在一個(gè)示例中，包層208a和208b是二氧化硅，而基板202和芯層206都是硅。波導(dǎo)204可以是條形波導(dǎo)、脊形波導(dǎo)或者跨基板202的表面鋪設(shè)的光纖。

根據(jù)實(shí)施例，反射器210被放置為與波導(dǎo)204的一端相距短距離。該距離不能太大，否則從波導(dǎo)204出射的輻射束將會(huì)擴(kuò)散得太遠(yuǎn)，并且將發(fā)生不期望的光學(xué)損耗。在該實(shí)施例中，反射器210和波導(dǎo)204都在基板202的第一表面上在面內(nèi)圖案化。反射器210可被設(shè)計(jì)成具有成角度的表面。例如，反射器210可以具有相對(duì)于基板202的第一表面成大致45度角的表面。該角度使得輻射束以基本上垂直于基板202表面的角度被引導(dǎo)。在另一個(gè)示例中，反射器210具有相對(duì)于基板202的第一表面成大致54.74度角的表面。在圖2所示的實(shí)施例中，光被向上并遠(yuǎn)離基板202、朝向光學(xué)元件214反射。

根據(jù)實(shí)施例，可以通過蝕刻形成波導(dǎo)204的層來形成反射器210?？梢允褂脻袷礁飨虍愋晕g刻劑來沿著晶面剝離材料，以形成反射器210的表面。通過使反射器210快速暴露于另一種化學(xué)蝕刻劑(諸如氫氟酸(hf))，可以經(jīng)由氧化物去除工藝進(jìn)一步平滑該表面。干法蝕刻技術(shù)也可以用于產(chǎn)生反射器210的成角度的表面。例如，使用灰度型掩模來在不同高度產(chǎn)生光致抗蝕劑的反應(yīng)離子蝕刻(rie)可以用來產(chǎn)生非平面結(jié)構(gòu)。

根據(jù)實(shí)施例，光學(xué)元件214被設(shè)置在波導(dǎo)204上方并且在基板202的頂面上方。在該實(shí)施例中，光學(xué)元件214是透鏡。透鏡可以設(shè)計(jì)成使輻射束212聚焦或使輻射束212準(zhǔn)直。光學(xué)元件214可以使用納米壓印光刻或使用灰度掩模的標(biāo)準(zhǔn)光刻蝕刻來制造。也可以使用透明聚合物的熱回流來形成彎曲透鏡形狀?？梢允褂胷ie直接在基板202中制造光學(xué)元件214。當(dāng)基板材料具有高折射率(例如，諸如硅、inp等的材料)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)使用rie的優(yōu)點(diǎn)，因此透鏡的性能對(duì)周圍介質(zhì)的折射率的依賴少得多。可以調(diào)節(jié)透鏡的聚焦表面的曲率和位置，使得透鏡的焦點(diǎn)和焦距實(shí)現(xiàn)期望的準(zhǔn)直或聚焦性能。在一個(gè)示例中，為了設(shè)置透鏡工作距離，在光學(xué)元件214和波導(dǎo)204之間引入中間聚合物層。光學(xué)元件214可以隨后用抗反射電介質(zhì)疊層涂覆以使光損失最小化。

圖3示出了設(shè)計(jì)成引導(dǎo)輻射束的設(shè)備300的另一個(gè)實(shí)施例。設(shè)備300包括許多與設(shè)備200相同的元件，包括基板302、具有芯層306及包層306a和306b的波導(dǎo)304以及定位為與波導(dǎo)304的一端相距某一距離的反射器310。這些元件的描述對(duì)于該實(shí)施例將不再重復(fù)。

設(shè)備300包括光學(xué)元件314。在該實(shí)施例中，光學(xué)元件314是反射鏡。因此，光學(xué)元件314接收從反射器310反射的輻射束312并朝著基板302向下反射輻射束。光學(xué)元件314可以以使得輻射束312在反射離開光學(xué)元件314時(shí)被準(zhǔn)直的方式彎曲。光學(xué)元件314可以使用上面針對(duì)光學(xué)元件214描述的任何相同技術(shù)來形成。為了穿透基板302，基板302包括對(duì)輻射束312的波長(zhǎng)基本透明的材料。例如，基板302可以是硅，而輻射束312處于紅外范圍。紅外范圍的示例包括近紅外(800nm-1.4μm)、短波紅外(1.4-3μm)、中波紅外(3-8μm)和長(zhǎng)波紅外(15-1000μm)。

圖4示出了設(shè)計(jì)成引導(dǎo)輻射束的設(shè)備400的另一實(shí)施例。設(shè)備400包括許多與設(shè)備200相同的元件，包括基板402、具有芯層406及包層408a和408b的波導(dǎo)404以及定位為與波導(dǎo)404的一端相距某一距離的反射器410。然而，根據(jù)該實(shí)施例，使反射器410成角度，以使得朝著基板402向下反射輻射束412。輻射束412穿過基板402并且最終被光學(xué)元件414接收。波導(dǎo)404在基板402的第一表面上被圖案化，而光學(xué)元件414被耦合到基板402的相對(duì)的平行表面。以這種方式，基板402的兩側(cè)都用于引導(dǎo)和/或調(diào)制輻射束412。在該實(shí)施例中，光學(xué)元件414是類似于光學(xué)元件214的透鏡。

由于輻射束412在其到達(dá)光學(xué)元件414之前被反射穿過基板402，所以在基板402的表面處可能發(fā)生光的不期望的反射。此外，來自基板402的表面的任何反射光可能耦合回到波導(dǎo)404中，造成不期望的干擾。根據(jù)實(shí)施例，設(shè)備400包括抗反射(ar)涂層416。在波導(dǎo)404的圖案化之前，ar涂層416可被施加并圖案化在基板402的表面上。ar涂層416可被圖案化，使得其僅存在于反射器410下面，或者其可以包含基板402的表面上的更大區(qū)域。在一個(gè)示例中，ar涂層416存在于基板402的整個(gè)表面上。

圖5示出了設(shè)計(jì)成引導(dǎo)輻射束的設(shè)備500的另一個(gè)實(shí)施例。設(shè)備500包括某些與設(shè)備200相同的元件，諸如基板502、具有芯層506及包層508a和508b的波導(dǎo)504。在該實(shí)施例中，反射器510由波導(dǎo)504的一端處的刻面形成。以這種方式，輻射束512在其已經(jīng)離開波導(dǎo)504之前被朝著基板502向下反射。

根據(jù)實(shí)施例，抗反射(ar)涂層516被包括在波導(dǎo)504和基板502之間的界面處。ar涂層516可以被圖案化，使得其僅存在于反射器510下方。在另一個(gè)示例中，ar涂層516覆蓋基板502的表面上的更大區(qū)域。ar涂層516可存在于基板502的整個(gè)表面上。

根據(jù)實(shí)施例，光學(xué)元件514形成在基板502中的與波導(dǎo)504在其處被圖案化的表面相反的表面上。光學(xué)元件514可以被設(shè)計(jì)成用作透鏡或反射鏡。光學(xué)元件514可以使用rie連同灰度光刻進(jìn)行圖案化以在基板502內(nèi)產(chǎn)生不均勻的蝕刻。

圖6示出了設(shè)計(jì)成引導(dǎo)輻射束的設(shè)備600的另一實(shí)施例。設(shè)備600類似于設(shè)備500，并且包括許多相同的組件，諸如基板602、具有芯層606及包層608a和608b的波導(dǎo)604以及用來向光學(xué)元件614反射輻射束612的反射器610。根據(jù)實(shí)施例，兩個(gè)ar涂層616a和616b被包括在輻射束612的在輻射束612向光學(xué)元件614傳播時(shí)的路徑中。ar涂層616a可以位于芯層606和包層608b之間的界面處，而ar涂層616b可以位于包層608b和基板602之間的界面處。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，來自圖5的ar涂層516或來自圖6的ar涂層616a和616b被排除在設(shè)計(jì)之外。在這種情況下，可以將包層508b或包層608b的厚度t確定為基本上消除包層508b/608b和基板502/602之間的界面處的輻射束512/612的反向散射。

在一個(gè)示例中，包層508b/608b可以包括折射率約為n1＝1.4467的二氧化硅，而芯層506/606和基板502/602分別包括折射率為n0＝3.4434和n2＝3.4434的硅。這些折射率是針對(duì)給定波長(zhǎng)λ＝1.32μm提供的。芯層506/606、包層508b/608b和基板502/602之間的硅-二氧化硅-硅界面處的反射率r由下式提供：

其中：

使式(1)最大化或最小化的t值可以通過求解dr/dt＝0得到，這導(dǎo)致：

其中i是大于零的正整數(shù)。對(duì)于該特定實(shí)施例，當(dāng)i是如圖11所示的偶數(shù)正整數(shù)時(shí)，對(duì)于λ＝1.32μm，r被最小化。另外，從圖11可以觀察到，當(dāng)i＝2(即，t＝λ/(2n1))時(shí)，反射率峰值更寬。將該厚度(t＝λ/(2n1))用于包層508b/608b可以在需要更寬帶寬的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)光的低反向散射。

圖2-圖6示出了用于引導(dǎo)輻射束穿過光學(xué)元件的實(shí)施例。這些實(shí)施例不具有在不使用某一調(diào)制元件的情況下改變輸出束的方向的固有能力。盡管可以包括一些光學(xué)調(diào)制元件(例如，熱的、聲的、電的等)以使輸出束的方向轉(zhuǎn)向，但是與某些元件的物理傾斜或移動(dòng)相比，可以實(shí)現(xiàn)的角度范圍較小。

圖7a-7c示出了根據(jù)實(shí)施例的掃描設(shè)備700的各種視圖。圖7a提供等距視圖，圖7b提供側(cè)視圖，并且圖7c提供掃描設(shè)備700的另一側(cè)視圖。根據(jù)實(shí)施例，掃描設(shè)備700包括基板702、波導(dǎo)704和蝕刻區(qū)域706a和706b，該蝕刻區(qū)域限定經(jīng)由鉸鏈710a和710b而附接到基板702的區(qū)域708。基板702和波導(dǎo)704類似于上面參考圖2-6描述的那些。掃描設(shè)備700還可以包括在波導(dǎo)704和區(qū)域708之間的抗反射(ar)涂層。

在所示的實(shí)施例中，反射器712被包括作為在波導(dǎo)704的一端處的刻面，其在區(qū)域708上被圖案化。反射器712接收沿著波導(dǎo)704的長(zhǎng)度傳播的輻射束714，并且使輻射束716穿過區(qū)域708并朝向設(shè)置在區(qū)域708的相對(duì)的平行表面上的光學(xué)元件718反射。也可以包括與波導(dǎo)704相距某一距離的反射器712，如先前關(guān)于圖2-4中的任一個(gè)所描述的。

根據(jù)實(shí)施例，蝕刻區(qū)域706a和706b穿透基板702的厚度，使得區(qū)域708僅通過鉸鏈710a和710b懸掛到位。蝕刻區(qū)域706a和660b可以使用諸如rie、深反應(yīng)離子蝕刻(drie)、電感耦合等離子體(icp)蝕刻、二氟化氙(xef2)蝕刻等的干法化學(xué)蝕刻工藝來形成或者使用諸如氫氧化鉀(koh)蝕刻或四甲基氫氧化銨(tmah)蝕刻之類的濕法化學(xué)蝕刻工藝來形成。

光學(xué)元件718可以是如先前討論的透鏡或反射鏡，并且可以經(jīng)由圖2-6所示的實(shí)施例中已經(jīng)描述的任何方法來形成。光學(xué)元件718可以用來使輻射束716聚焦或準(zhǔn)直。在圖7b所示的實(shí)施例中，光學(xué)元件718是在區(qū)域708的底面中圖案化的透鏡。以這種方式，反射器712位于區(qū)域708的頂面上，而光學(xué)元件718在區(qū)域708的相對(duì)的平行底面上。

區(qū)域708可以經(jīng)由任何數(shù)量的鉸鏈附接到基板702。例如，可以僅使用單個(gè)鉸鏈將區(qū)域708附接到基板702。在另一示例中，可以使用沿著區(qū)域708的一個(gè)邊定位的多個(gè)鉸鏈。在又一示例中，鉸鏈可以沿著區(qū)域708的每個(gè)邊或每個(gè)角放置。波導(dǎo)704可以被圖案化以沿著鉸鏈中的一個(gè)的表面延伸，使得反射器712位于區(qū)域708上方。在圖7a所示的實(shí)施例中，波導(dǎo)704在鉸鏈710b上被圖案化。

根據(jù)實(shí)施例，區(qū)域708能夠繞著穿過鉸鏈710a和710b的軸旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)在圖7c中示出。基于鉸鏈710a和710b的剛度和尺寸，區(qū)域708可以相對(duì)于區(qū)域708的頂面旋轉(zhuǎn)直到角度θ。在一個(gè)示例中，區(qū)域708可以旋轉(zhuǎn)直到10度。在另一示例中，區(qū)域708可以旋轉(zhuǎn)直到20度。區(qū)域708可以能夠繞著任何數(shù)量的軸旋轉(zhuǎn)，這些軸穿過將區(qū)域708耦合到基板702的任何數(shù)量的鉸鏈。在一個(gè)實(shí)施例中，(從反射器712反射的)輻射束的源和光學(xué)元件718都作為剛性結(jié)構(gòu)而被一起旋轉(zhuǎn)，從而在整個(gè)掃描范圍內(nèi)提供均勻的像差水平(aberrationlevel)操作。在另一個(gè)實(shí)施例中，區(qū)域708可以相對(duì)于穿過鉸鏈710a和710b的軸橫向移位。

區(qū)域708的旋轉(zhuǎn)可以經(jīng)由微機(jī)電系統(tǒng)(mems)領(lǐng)域中的各種眾所周知的技術(shù)來執(zhí)行。例如，區(qū)域708可以與基板708的一部分電隔離，而第一電位被施加到區(qū)域708并且不同的電位被施加到基板708的接近區(qū)域708的部分。由電位差異引起的靜電相互作用導(dǎo)致區(qū)域708中的移動(dòng)。還可以利用電容拉入效應(yīng)來引起區(qū)域708的旋轉(zhuǎn)。還可以采用壓電材料(諸如pzt或pvdf)來引起區(qū)域708的旋轉(zhuǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，如果在區(qū)域708上制造電線圈，則可以使用電磁致動(dòng)。流過線圈的電流激發(fā)與在區(qū)域708附近感應(yīng)出的磁場(chǎng)相互作用的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生區(qū)域708的旋轉(zhuǎn)/位移。

圖8示出了掃描設(shè)備800的另一個(gè)實(shí)施例。掃描設(shè)備800包括許多與掃描設(shè)備800相似的特征，諸如基板802、波導(dǎo)804、反射器806以及由鉸鏈810a和810b支撐的區(qū)域808。掃描設(shè)備800包括經(jīng)由例如微加工技術(shù)形成在區(qū)域808的下表面中的光學(xué)元件812。光學(xué)元件812可以是由構(gòu)成區(qū)域808的其余部分的相同的硅形成的透鏡，而第二光學(xué)元件814耦合到光學(xué)元件812的外表面。第二光學(xué)元件814可以具有與光學(xué)元件812不同的折射率。例如，第二光學(xué)元件814可以是聚合物，而光學(xué)元件812是硅透鏡。

圖9示出了根據(jù)實(shí)施例的包括多個(gè)可獨(dú)立地尋址的元件902的掃描陣列900。每個(gè)可尋址的元件902可以基本上類似于如關(guān)于圖7a-7c描述的掃描設(shè)備700而工作。因此，每個(gè)可尋址的元件902可被設(shè)計(jì)成使從相應(yīng)的可尋址的元件發(fā)出的相應(yīng)的輻射束轉(zhuǎn)向。盡管圖9示出了單行的可尋址的元件902，但是應(yīng)當(dāng)理解，可尋址的元件的任何布置都是可能的，諸如具有任何數(shù)量的行和列的矩陣。通過利用批量制造技術(shù)，可以以快速且相對(duì)廉價(jià)的方式制造多個(gè)可尋址的元件。

掃描陣列900可用于許多成像應(yīng)用，包括oct。因此，光源904可以耦合到復(fù)用單元906，以將各種輻射束傳送到每個(gè)可尋址的元件902。光源904可以包括一個(gè)或多個(gè)激光器、一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管或一個(gè)或多個(gè)氣體放電源。在一個(gè)示例中，光源904包括掃頻激光源以輸出不同波長(zhǎng)的范圍。

復(fù)用單元906可以包括相關(guān)聯(lián)的電子器件，其向復(fù)用單元906的各種調(diào)制元件提供控制信號(hào)，以便引導(dǎo)光通過最終通向每個(gè)可尋址的元件902的各種波導(dǎo)。復(fù)用單元906可以使用允許使引導(dǎo)到每個(gè)可尋址的元件902的光分離的任何復(fù)用方法。一個(gè)這樣的復(fù)用方法是時(shí)域復(fù)用，其中復(fù)用單元906以受控的方式在不同的輸出波導(dǎo)之間切換，使得在給定的時(shí)刻只有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的波導(dǎo)是活動(dòng)的。另一合適的復(fù)用方法是頻域復(fù)用，其中穿過每個(gè)波導(dǎo)的光被以使得對(duì)應(yīng)于不同波導(dǎo)的信號(hào)的時(shí)間-頻率行為可以被處理設(shè)備區(qū)分的方式來調(diào)制。也可以通過以下方式在復(fù)用單元906中使用相干域復(fù)用：通過向穿過每個(gè)波導(dǎo)的光引入不同的組延遲，使得對(duì)應(yīng)于不同波導(dǎo)的信號(hào)出現(xiàn)在不同的相干位置并且因此可以被處理設(shè)備區(qū)分。在實(shí)施例中，這些方法是非排他性的并且可以被組合以便找到最佳的設(shè)計(jì)折衷?；谒褂玫膹?fù)用方法，復(fù)用單元906可以是無源元件或是電驅(qū)動(dòng)的。類似于相干域復(fù)用，一些復(fù)用方法不需要復(fù)用單元906的任何電致動(dòng)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，基于相干域復(fù)用的實(shí)現(xiàn)方式不需要用于控制信號(hào)的電傳輸介質(zhì)。

控制電路908也可以被包括作為掃描陣列900的一部分?？刂齐娐?08向每個(gè)可尋址的元件902提供電信號(hào)。根據(jù)實(shí)施例，這些電信號(hào)使可尋址的元件的可移動(dòng)區(qū)域旋轉(zhuǎn)?？刂齐娐?08可以被設(shè)計(jì)成使得每個(gè)可尋址的元件902一致地旋轉(zhuǎn)?？刂齐娐?08可以向每個(gè)可尋址的元件902發(fā)送不同的信號(hào)，使得每個(gè)元件的旋轉(zhuǎn)是不同的?？刂齐娐?08可以接收來自另一個(gè)處理單元的輸入或者接收直接來自于用戶的輸入，以選擇使用哪些可尋址的元件。

與適當(dāng)工作的集成光學(xué)器件相結(jié)合的掃描設(shè)備的陣列可以允許即使在時(shí)域oct系統(tǒng)上也能在具有高信噪比(snr)的狀態(tài)下、在廣闊視野下達(dá)到高掃描速率。在掃頻源系統(tǒng)的情況下，該解決方案可以提高掃描速度，因?yàn)槊總€(gè)可尋址的元件902可被設(shè)計(jì)成具有大的諧振和工作頻率，從而提供比更大的體光學(xué)器件構(gòu)造更好的性能。

根據(jù)實(shí)施例，每個(gè)可獨(dú)立地尋址的元件902可以與其自身的干涉儀相關(guān)聯(lián)，用于執(zhí)行oct成像。在另一示例中，來自每個(gè)可尋址的元件902的輻射束被復(fù)用，使得它們可以各自在相同的干涉儀中被使用。

可以用來對(duì)樣本執(zhí)行oct的干涉儀布置在圖10中示出。oct系統(tǒng)1001包括光源1002、分光元件1004、樣本臂1006、參考臂1008、延遲單元1012和檢測(cè)器1014。延遲單元1012可以包括各種光調(diào)制元件。這些調(diào)制元件可以執(zhí)行相位和/或頻率調(diào)制以抵消光中的不期望的光學(xué)效應(yīng)，并且選擇待成像的樣本1010的一個(gè)或多個(gè)深度。術(shù)語“光”的使用可以指電磁光譜的任何范圍。在一個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語“光”是指在約1.3μm的波長(zhǎng)處的紅外輻射。

在所示的實(shí)施例中，延遲單元1012位于參考臂1008內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，延遲單元1012可以替代地位于樣本臂1006中。或者，延遲單元1012的各種元件可以存在于樣本臂1006和參考臂1008兩者中。例如，向光引入可變延遲的延遲單元1012的元件可以位于樣本臂1006中，而調(diào)制光的不同偏振模式的元件可以位于參考臂1008中。在一個(gè)示例中，樣本臂1006和參考臂1008是諸如圖案化波導(dǎo)或光纖之類的光波導(dǎo)。在實(shí)施例中，oct系統(tǒng)1001的所有組件被集成到平面光波電路(plc)上。在另一個(gè)實(shí)施例中，至少延遲單元1012內(nèi)的組件被集成在plc的同一基板上。也可以考慮其他實(shí)現(xiàn)方式，諸如，例如光纖光學(xué)器件系統(tǒng)、自由空間光學(xué)系統(tǒng)、光子晶體系統(tǒng)等。諸如分光元件1004、樣本臂1006、參考臂1008和延遲單元1012之類的各種光學(xué)部件可以與復(fù)用單元804集成在同一基板上。

應(yīng)當(dāng)理解，oct系統(tǒng)1001可以包括為了清楚起見而未示出的任何數(shù)量的其它光學(xué)元件。例如，oct系統(tǒng)1001可以包括沿著樣本臂1006或參考臂1008的路徑的反射鏡、透鏡、光柵、分光器、微機(jī)械元件等。

分光元件1004用來將從光源1002接收的光引導(dǎo)到樣本臂1006和參考臂1008兩者。分光元件1004可以例如是雙向耦合器、分光器或任何其他調(diào)制光學(xué)器件，其將單個(gè)光束轉(zhuǎn)換成兩個(gè)或更多個(gè)光束。

沿著樣本臂1006向下行進(jìn)的光最終撞擊到樣本1010上。在實(shí)施例中，樣本臂1006包括將光向一個(gè)或多個(gè)可尋址的元件902引導(dǎo)的波導(dǎo)。樣本1010可以是任何合適的待成像樣本，諸如組織。光從樣本1010內(nèi)的各種深度散射并反射回來，并且散射/反射的輻射被收集回到樣本臂1006中。在另一個(gè)實(shí)施例中，散射/反射的輻射被收集回到與發(fā)射波導(dǎo)不同的波導(dǎo)中。掃描深度可以經(jīng)由在延遲單元1012內(nèi)對(duì)光施加的延遲來選擇。

樣本臂1006和參考臂1008內(nèi)的光于在檢測(cè)器1014處被接收之前被重新組合。在所示的實(shí)施例中，光被分光元件1004重新組合。在另一個(gè)實(shí)施例中，光在與分光元件1004不同的光學(xué)耦合元件處被重新組合。檢測(cè)器1014可以包括任何數(shù)量的光電二極管、電荷耦合器件和/或cmos結(jié)構(gòu)，以將接收到的光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)包含與樣本1010相關(guān)的深度分辨光學(xué)數(shù)據(jù)，并且可被處理設(shè)備接收以供進(jìn)一步的分析和信號(hào)處理過程。如本文所使用的，術(shù)語“深度分辨”定義了如下數(shù)據(jù)：其中該數(shù)據(jù)的與成像樣本的特定深度相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)部分可以被識(shí)別。

光源1002可以包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(led)或激光二極管。例如，當(dāng)執(zhí)行時(shí)域和/或頻域分析時(shí)可以使用led，而可調(diào)諧激光器可以用來跨波長(zhǎng)范圍掃描光的波長(zhǎng)。

根據(jù)實(shí)施例，oct系統(tǒng)1001被示出為類似于邁克爾遜干涉儀的干涉儀設(shè)計(jì)。然而，其他干涉儀設(shè)計(jì)也是可行的，包括mach-zehnder或mireau干涉儀設(shè)計(jì)。

將認(rèn)識(shí)到，不是發(fā)明內(nèi)容和摘要部分，而是具體實(shí)施方式部分旨在用來解釋權(quán)利要求。發(fā)明內(nèi)容和摘要部分可以闡述一個(gè)或多個(gè)發(fā)明人所想到的本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)但不是全部的示例性實(shí)施例，因此并非旨在以任何方式限制本發(fā)明和所附權(quán)利要求。

上面已經(jīng)借助于示出指定功能及其關(guān)系的實(shí)現(xiàn)方式的功能構(gòu)建塊描述了本發(fā)明的實(shí)施例。為方便描述，這些功能構(gòu)建塊的邊界已被任意定義。可以定義替代邊界，只要適當(dāng)?shù)貓?zhí)行指定的功能及其關(guān)系即可。

具體實(shí)施例的前述描述將充分揭示本發(fā)明的一般性質(zhì)，使得其他人通過應(yīng)用本領(lǐng)域技術(shù)范圍內(nèi)的知識(shí)可以容易地修改這種具體實(shí)施例和/或適應(yīng)各種應(yīng)用，無需過度實(shí)驗(yàn)，而不脫離本發(fā)明的一般概念。因此，基于本文給出的教導(dǎo)和指導(dǎo)，這樣的適配和修改旨在在所公開的實(shí)施例的等同物的含義和范圍內(nèi)。將會(huì)理解，本文中的措辭或術(shù)語是為了描述的目的而不是限制的目的，所以本說明書的術(shù)語或措辭將由技術(shù)人員根據(jù)教導(dǎo)和指導(dǎo)來解釋。

本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)當(dāng)受上述示例性實(shí)施例中的任何一個(gè)限制，而是應(yīng)當(dāng)僅根據(jù)所附權(quán)利要求及其等同物來限定。