[發明專利]基于雙旋轉微鏡的光學掃描探針

有效

• 申請號: 201210167500.5
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102670179A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 徐英舜
• 申請（專利權）人: 凝輝(天津)科技有限責任公司
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于二維圓周掃描和三維螺旋掃描的光學掃描探針，特別是采用雙旋轉微鏡作為光學掃描器件。

背景技術

微型旋轉光學掃描器件在光學內窺成像領域有很重要的應用。集成有微型旋轉光學掃描器件的成像探針可在人體各種直徑的管道(如血管，消化道等)內完成360度圓周掃描，從而獲得二維橫截面圖像或三維螺旋掃描圖像。

通常，微型旋轉光學掃描器件都采用基于壓電或靜電驅動原理的微型旋轉電機。其直徑一般為4-5mm左右，但其長度較長，嚴重影響其所在的成像探針的彎曲靈活性。為了克服其長度問題，世界上有些科研單位已研發了薄型超聲波電機，但目前未見其大量應用；另一些研究組開發了采用硅微加工技術制造的掃描微鏡，如新加坡Institute?of?Microelectronics開發的電熱雙軸掃描微鏡及其在圓周掃描應用方面的探索。雖然目前單一電熱雙軸掃描微鏡無法達到45度左右的機械偏轉角度，但是采用雙微鏡組合令入射光線旋轉2次后能夠完美地將入射光線彎折90度以垂直入射成像目標。

本發明提出一種用于二維圓周掃描和三維螺旋掃描的光學掃描探針，特別是采用雙旋轉微鏡作為光學掃描器件，獲得90度的光學反射角度，并完成360度圓周掃描。

發明內容

本發明的目的在于提出用于二維圓周掃描和三維螺旋掃描的光學掃描探針，特別是采用雙旋轉微鏡作為光學掃描器件，獲得90度的光學反射角度，并完成360度圓周掃描。

為實現上述目的，本發明采用技術方案是：它包括雙旋轉微鏡，微光學系統和硅光學平臺，其中雙旋轉微鏡包括微驅動器、平面彈簧、環形鏡片和圓形鏡片。微驅動器的輸出端與平面彈簧的輸入端相連，平面彈簧的輸出端分別與環形鏡片和圓形鏡片的輸入端相連；每個器件包括1個環形鏡片、1個圓形鏡片、8個平面彈簧和8個微驅動器，環形鏡片和圓形鏡片各與4個平面彈簧相連，每個平面彈簧與1個微驅動器相連；微光學系統包括自聚焦透鏡和單模光纖；硅光學平臺用于校準和固定微光學系統，并為雙旋轉微鏡提供電氣連接；經過微光學系統傳輸和聚焦的入射光束經雙旋轉微鏡偏轉90度后垂直入射到成像目標，由成像目標反射回來的光束經雙旋轉微鏡偏轉90度后由微光學系統收集并傳輸到外部光學成像系統。

所述的微驅動器采用微加工技術制成，基于電熱驅動原理，由多層材料，如硅，二氧化硅，金屬，金屬氧化物等組成，用于將外部輸入的電驅動信號通過雙金屬片效應轉換為機械形變；

所述的平面彈簧采用微加工技術制成，由多層材料，如硅，二氧化硅等組成，用于將微驅動器一端的位移傳遞給環形鏡片和圓形鏡片；

所述的環形鏡片為環形，采用微加工技術制成，由多層材料，如硅，二氧化硅，金屬，金屬氧化物等組成，用于反射經圓形鏡片反射的入射光線，一面鍍有高反射率鍍層；

所述的圓形鏡片為圓形，采用微加工技術制成，由多層材料，如硅，二氧化硅，金屬，金屬氧化物等組成，用于反射直接入射的光線，與環形鏡片反光面相對的表面鍍有高反射率鍍層；

所述的微光學系統包括自聚焦透鏡和單模光纖，兩者之間采用光學樹膠連接；

所述的硅光學平臺采用微加工技術制成，表面刻有V型槽用于校準和固定微光學系統，表面有金屬線為一端的雙旋轉微鏡和另一端的外部電子驅動信號接口之間建立電氣連接。

本發明的工作原理是這樣的：外部輸入的電驅動信號，通常為特定頻率正弦波波形，輸入到不同微驅動器的電驅動信號具有固定的相位差，通常為90度；驅動電流使微驅動器內的金屬或硅加熱器產生熱量，使微驅動器的溫度上升。微驅動器為多層材料構成，不同的材料具有不同的熱膨脹系數，因此隨著溫度上升，微驅動器會發生形變，向熱膨脹系數較小的材料一側彎曲。微驅動器的一端固定在硅片上，另一端通過平面彈簧連接在環形鏡片和圓形鏡片上。在不同相位的電驅動信號的作用下，各微驅動器按順序交替發生形變，使環形鏡片和圓形鏡片抬起并指向覆蓋360度的不同方向。由于環形鏡片與圓形鏡片的高反射率鍍層相對，入射光線首先照射到圓形鏡片中心，經圓形鏡片反射到環形鏡片上，再經環形鏡片反射到成像目標。環形鏡片和圓形鏡片的抬起角度均為22.5度，因此入射光線經過兩次反射后，與入射方向相比旋轉了90度。因此，雙微鏡旋轉掃描器件，可以獲得90度的光學反射角度，并完成360度圓周掃描。微光學系統包括自聚焦透鏡和單模光纖；硅光學平臺用于校準和固定微光學系統，并為雙旋轉微鏡提供電氣連接；經過微光學系統傳輸和聚焦的入射光束經雙旋轉微鏡偏轉90度后垂直入射到成像目標，由成像目標反射回來的光束經雙旋轉微鏡偏轉90度后由微光學系統收集并傳輸到外部光學成像系統。