[發明專利]一種用于光聲掃描的電熱式微鏡的步進掃描控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201710004401.8
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN106597660B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 楊思華;李林鋼;熊科迪;邢達
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種用于光聲掃描的電熱式微鏡的步進掃描控制裝置及控制方法，裝置包括接收外部時鐘信號和運算輸出二進制電壓值的FPGA核心運算單元、數模轉換模塊、放大電路、以及過壓保護與濾波模塊；所述FPGA核心運算單元在接收到外部時鐘信號后，在時鐘前沿觸發，輸出經過特定算法運算得出的二進制電壓值，該電壓信號經過數模轉換模塊轉換成模擬電壓信號，用放大電路放大的信號通過過壓保護與濾波模塊后，供應給電熱式微鏡的執行器，繼而驅動微鏡做出相應的偏轉動作；本發明針對不同版的微鏡只需更改控制算法所用到的電壓?機械偏轉角關系函數，就可靈活適用。另外，本發明還適用于光學掃描需要與外圍設備同步協作的應用場合，有利于整個裝置精度的提高。

技術領域

本發明涉及光聲掃描的研究領域，特別涉及一種電熱式微鏡的步進掃描控制裝置及控制方法。

背景技術

微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Sustem，MEMS)是隨著半導體集成電路微細加工技術和超精密機械加工技術的發展而發展起來的，可以批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路、接口、通信和電源等于一體(至少包含一個可運動結構滿足某種機械作用)的微型器件或系統。MEMS微鏡就是一種通過電壓或電流或靜電等的作用，使得可以活動的微型精滿減發生轉動或者平，從而改變輸入光的傳播方向或相位。電熱式微鏡系統主要包括鏡面、支撐臂、驅動臂三個部分，驅動臂作為執行器依靠電熱效應產生形變來驅動鏡子偏轉。

電熱式微鏡包括兩組驅動臂對稱框繞微鏡，x組驅動臂分別是x+驅動臂和x-驅動臂，用于驅動微鏡做轉動動作；y組驅動臂分別是y+驅動臂和y-驅動臂，用于驅動微鏡做俯仰動作；給任一驅動臂施加一定電壓，則微鏡鏡面向該側驅動臂偏轉。

現有電熱式微鏡控制系統技術方案沒有考慮外部時鐘同步來驅動微鏡進行步進掃描，但是在多種需要精確逐點掃描的應用場合，比如光聲成像應用mems微鏡時需要激光束步進掃描各個檢查點，需要與脈沖激光器、光聲換能器和數據采集卡同步。這就需要電熱式微鏡的控制系統能夠提供外部時鐘觸發的微鏡步進掃描控制。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種用于光聲掃描的電熱式微鏡的步進掃描控制裝置及控制方法，適用于光聲掃描需要與外圍設備同步協作的應用場合，有利于整個裝置精度的提高。

為了達到上述目的本發明采用以下技術方案：

本發明公開了一種用于光聲掃描的電熱式微鏡的步進掃描控制裝置，包括接收外部時鐘信號和運算輸出二進制電壓值的FPGA核心運算單元、數模轉換模塊、放大電路、以及過壓保護與濾波模塊；所述FPGA核心運算單元在接收到外部時鐘信號后，在時鐘前沿觸發，輸出經過特定算法運算得出的二進制電壓值，該電壓信號經過數模轉換模塊轉換成模擬電壓信號，用放大電路放大的信號通過過壓保護與濾波模塊后，供應給電熱式微鏡的執行器，繼而驅動微鏡做出相應的偏轉動作；

所述的FPGA核心運算單元根據儲存其內的處理運算算法，輸出每次外部時鐘到來后的微鏡下一步偏轉角對應驅動臂所需電壓；

所述的特定算法是儲存于FPGA核心運算單元中的微鏡控制電壓計算算法，該算法通過對外部時鐘沿計數，結合所控制微鏡的電壓-機械偏轉角關系函數，得出驅動臂電壓值的十進制數值；繼而將該十進制數值轉換成符合數模轉換芯片的編碼需求的二進制序列；

所述的數模轉換模塊同時將FPGA核心運算單元的輸出數字信號轉換成模擬電壓信號；

所述的放大電路利用運算放大器將電壓放大至微鏡需要的電壓；

所述的過壓保護與濾波模塊是對欲施加給微鏡執行器的模擬電壓信號進行電壓幅值的限制，以及對控制信號濾波除噪、并進行電流的放大。