专利名称：基于双旋转微镜的光学扫描探针的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于ニ维圆周扫描和三维螺旋扫描的光学扫描探针，特别是采用双旋转微镜作为光学扫描器件。
背景技术：
微型旋转光学扫描器件在光学内窥成像领域有很重要的应用。集成有微型旋转光学扫描器件的成像探针可在人体各种直径的管道(如血管，消化道等)内完成360度圆周扫描，从而获得ニ维横截面图像或三维螺旋扫描图像。通常，微型旋转光学扫描器件都采用基于压电或静电驱动原理的微型旋转电机。 其直径一般为4-5mm左右，但其长度较长，严重影响其所在的成像探针的弯曲灵活性。为了克服其长度问题，世界上有些科研単位已研发了薄型超声波电机，但目前未见其大量应用；另ー些研究组开发了采用硅微加工技术制造的扫描微镜，如新加坡Institute ofMicroelectronics开发的电热双轴扫描微镜及其在圆周扫描应用方面的探索。虽然目前单一电热双轴扫描微镜无法达到45度左右的机械偏转角度，但是采用双微镜组合令入射光线旋转2次后能够完美地将入射光线弯折90度以垂直入射成像目标。本发明提出一种用于ニ维圆周扫描和三维螺旋扫描的光学扫描探针，特别是采用双旋转微镜作为光学扫描器件，获得90度的光学反射角度，并完成360度圆周扫描。
发明内容
本发明的目的在于提出用于ニ维圆周扫描和三维螺旋扫描的光学扫描探针，特别是采用双旋转微镜作为光学扫描器件，获得90度的光学反射角度，并完成360度圆周扫描。为实现上述目的，本发明采用技术方案是它包括双旋转微镜，微光学系统和硅光学平台，其中双旋转微镜包括微驱动器、平面弹簧、环形镜片和圆形镜片。微驱动器的输出端与平面弹簧的输入端相连，平面弹簧的输出端分别与环形镜片和圆形镜片的输入端相连；每个器件包括I个环形镜片、I个圆形镜片、8个平面弹簧和8个微驱动器，环形镜片和圆形镜片各与4个平面弹簧相连，每个平面弹簧与I个微驱动器相连；微光学系统包括自聚焦透镜和单模光纤；硅光学平台用于校准和固定微光学系统，并为双旋转微镜提供电气连接；经过微光学系统传输和聚焦的入射光束经双旋转微镜偏转90度后垂直入射到成像目标，由成像目标反射回来的光束经双旋转微镜偏转90度后由微光学系统收集并传输到外部光学成像系统。所述的微驱动器采用微加工技术制成，基于电热驱动原理，由多层材料，如硅，ニ氧化硅，金属，金属氧化物等组成，用于将外部输入的电驱动信号通过双金属片效应转换为机械形变；所述的平面弹簧采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，ニ氧化硅等组成，用于将微驱动器一端的位移传递给环形镜片和圆形镜片；所述的环形镜片为环形，采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，ニ氧化硅，金属，金属氧化物等组成，用于反射经圆形镜片反射的入射光线，一面镀有高反射率镀层；所述的圆形镜片为圆形，采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，ニ氧化硅，金属，金属氧化物等组成，用于反射直接入射的光线，与环形镜片反光面相对的表面镀有高反射率镀层；所述的微光学系统包括自聚焦透镜和单模光纤，两者之间采用光学树胶连接；
所述的硅光学平台采用微加工技术制成，表面刻有V型槽用于校准和固定微光学系统，表面有金属线为一端的双旋转微镜和另ー端的外部电子驱动信号接ロ之间建立电气连接。本发明的工作原理是这样的外部输入的电驱动信号，通常为特定频率正弦波波形，输入到不同微驱动器的电驱动信号具有固定的相位差，通常为90度；驱动电流使微驱动器内的金属或硅加热器产生热量，使微驱动器的温度上升。微驱动器为多层材料构成，不同的材料具有不同的热膨胀系数，因此随着温度上升，微驱动器会发生形变，向热膨胀系数较小的材料ー侧弯曲。微驱动器的一端固定在硅片上，另一端通过平面弹簧连接在环形镜片和圆形镜片上。在不同相位的电驱动信号的作用下，各微驱动器按顺序交替发生形变，使环形镜片和圆形镜片抬起并指向覆盖360度的不同方向。由于环形镜片与圆形镜片的高反射率镀层相对，入射光线首先照射到圆形镜片中心，经圆形镜片反射到环形镜片上，再经环形镜片反射到成像目标。环形镜片和圆形镜片的抬起角度均为22. 5度，因此入射光线经过两次反射后，与入射方向相比旋转了 90度。因此，双微镜旋转扫描器件，可以获得90度的光学反射角度，并完成360度圆周扫描。微光学系统包括自聚焦透镜和单模光纤；硅光学平台用于校准和固定微光学系统，并为双旋转微镜提供电气连接；经过微光学系统传输和聚焦的入射光束经双旋转微镜偏转90度后垂直入射到成像目标，由成像目标反射回来的光束经双旋转微镜偏转90度后由微光学系统收集并传输到外部光学成像系统。本发明由于采用了上述技术方案，具有如下优点I、基于目前现有材料和微加工エ艺，可以获得90度的光学反射角度，并完成360度圆周扫描；2、明显缩短了扫描器件的轴向长度。
图I为本发明的结构示意图；图2为入射光束旋转90度示意图；图3为4通道电驱动信号波形；图4为镜片360度圆周扫描示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步说明如图I所示，它包括它包括双旋转微镜1，微光学系统2和硅光学平台3，其中双旋转微镜I包括微驱动器I. I、平面弹簧
I.2、环形镜片I. 3和圆形镜片I. 4。微驱动器I. I的输出端与平面弹簧I. 2的输入端相连，平面弹簧I. 2的输出端分别与环形镜片I. 3和圆形镜片I. 4的输入端相连；每个器件包括I个环形镜片I. 3、I个圆形镜片I. 4、8个平面弹簧I. 2和8个微驱动器I. I，环形镜片I. 3和圆形镜片I. 4各与4个平面弹簧I. 2相连，每个平面弹簧I. 2与I个微驱动器I. I相连；微光学系统2包括自聚焦透镜2. I和单模光纤2. 2 ;硅光学平台3用于校准和固定微光学系统，并为双旋转微镜I提供电气连接；经过微光学系统2传输和聚焦的入射光束经双旋转微镜I偏转90度后垂直入射到成像目标，由成像目标反射回来的光束经双旋转微镜I偏转90度后由微光学系统2收集并传输到外部光学成像系统。所述的微驱动器I. I采用微加工技术制成，基于电热驱动原理，由多层材料，如硅，ニ氧化硅，金属，金属氧化物 等组成，用于将外部输入的电驱动信号通过双金属片效应转换为机械形变；所述的平面弹簧I. 2采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，ニ氧化硅等组成，用于将微驱动器I. I 一端的位移传递给环形镜片I. 3和圆形镜片I. 4 ；所述的环形镜片I. 3为环形，采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，ニ氧化硅，金属，金属氧化物等组成，用于反射经圆形镜片I. 4反射的入射光线，一面镀有高反射率镀层；所述的圆形镜片I. 4为圆形，采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，ニ氧化硅，金属，金属氧化物等组成，用于反射直接入射的光线，与环形镜片I. 3反光面相对的表面镀有高反射率镀层；本发明的工作原理是这样的外部输入的电驱动信号，使微驱动器I. I内的金属或硅加热器产生热量，使微驱动器I. I的温度上升。微驱动器I. I为多层材料构成，不同的材料具有不同的热膨胀系数，因此随着温度上升，微驱动器I. I会发生形变，向热膨胀系数较小的材料ー侧弯曲。微驱动器I. I的一端固定在硅片上，另一端通过平面弹簧I. 2连接在环形镜片I. 3和圆形镜片I. 4上。根据图2所示，由于环形镜片I. 3与圆形镜片I. 4的高反射率镀层相对，入射光线首先照射到圆形镜片I. 4中心，经圆形镜片I. 4反射到环形镜片I. 3上，再经环形镜片I. 3反射到成像目标。环形镜片I. 3和圆形镜片I. 4的抬起角度均为22. 5度，因此入射光线经过两次反射后，与入射方向相比旋转了 90度。根据图3-4所示，4通道电驱动信号通常为特定频率正弦波波形，输入到不同微驱动器I. I的电驱动信号具有固定的相位差，通常为90度；在不同相位的电驱动信号的作用下，各微驱动器I. I按顺序交替发生形变，使环形镜片1.3和圆形镜片1.4抬起并指向覆盖360度的不同方向。因此，入射光线经过圆形镜片I. 4和环形镜片I. 32次反射后得90度的光学反射角度，并完成360度圆周扫描。微光学系统2包括自聚焦透镜2. I和单模光纤2. 2 ;娃光学平台3用于校准和固定微光学系统，并为双旋转微镜I提供电气连接；经过微光学系统2传输和聚焦的入射光束经双旋转微镜I偏转90度后垂直入射到成像目标，由成像目标反射回来的光束经双旋转微镜I偏转90度后由微光学系统2收集并传输到外部光学成像系统。本发明所述的环形镜片和圆形镜片的机械偏转角度均为(0-45)度。
权利要求
1.一种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于包括双旋转微镜，微光学系统和硅光学平台，其中双旋转微镜包括微驱动器、平面弹簧、环形镜片和圆形镜片；微驱动器的输出端与平面弹簧的输入端相连，平面弹簧的输出端分别与环形镜片和圆形镜片的输入端相连；每个器件包括I个环形镜片、I个圆形镜片、8个平面弹簧和8个微驱动器，环形镜片和圆形镜片各与4个平面弹簧相连，每个平面弹簧与I个微驱动器相连；微光学系统包括自聚焦透镜和单模光纤；硅光学平台用于校准和固定微光学系统，并为双旋转微镜提供电气连接。
2.如权利要求I所述的ー种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于所述的微驱动器米用微加工技术制成，基于电热驱动原理，由多层材料，如娃，ニ氧化娃，金属，金属氧化物等組成。
3.如权利要求I所述的ー种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于所述的环形镜片和圆形镜片的机械偏转角度均为(0-45)度。
4.如权利要求I所述的ー种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于所述的平面弹簧采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，ニ氧化硅等组成。
5.如权利要求I所述的ー种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于所述的环形镜片为环形，采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，ニ氧化硅，金属，金属氧化物等组成，一面镀有高反射率镀层。
6.如权利要求I所述的ー种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于所述的圆形镜片为圆形，采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，ニ氧化硅，金属，金属氧化物等组成，与环形镜片反光面相对的表面镀有高反射率镀层。
7.如权利要求I所述的ー种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于所述的微光学系统包括自聚焦透镜和单模光纤，两者之间采用光学树胶连接。
8.如权利要求I所述的ー种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于所述的娃光学平台米用微加工技术制成，表面刻有V型槽，表面有金属线为一端的双旋转微镜和另一端的外部电子驱动信号接ロ之间建立电气连接。
全文摘要
一种基于双旋转微镜的光学扫描探针，它包括双旋转微镜，微光学系统和硅光学平台，其中双旋转微镜包括微驱动器、平面弹簧、环形镜片和圆形镜片。微驱动器的输出端与平面弹簧的输入端相连，平面弹簧的输出端分别与环形镜片和圆形镜片的输入端相连；微光学系统包括自聚焦透镜和单模光纤；硅光学平台用于校准和固定微光学系统，并为双旋转微镜提供电气连接；经过微光学系统传输和聚焦的入射光束经双旋转微镜偏转90度后垂直入射到成像目标，由成像目标反射回来的光束经双旋转微镜偏转90度后由微光学系统收集并传输到外部光学成像系统。
文档编号A61B5/00GK102670179SQ201210167500
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者徐英舜 申请人:凝辉(天津)科技有限责任公司