专利名称：一种微镜图形扫描机构的制作方法
技术领域：
本发明属于医疗设备技术领域，特别是涉及一种微镜图形扫描机构。
背景技术：
微机电系统(Micro-electro-mechanicalsystems,简称 MEMS)是利用微加工技术制造出来的三维装置，至少包括一个可运动结构满足某种机械作用。MEMS器件由于借鉴了集成电路的工艺因此应用于很多不同的领域。本世纪越来越多的传感器和执行器都倾向于采用MEMS技术，其中微机电系统微镜就是其中一个的例证。微机电系统驱动结构产生的力很小，但足以驱动镜面使其发生偏转。在众多MEMS微镜中电热式微镜是一款依靠热形变使镜子偏转的微机电系统。电热式微镜系统主要包括镜面、支撑臂和驱动臂三个部分，其中驱动臂就是依靠电热效应产生形变来驱动镜子偏转。电热式微镜驱动是一个较复杂的控制过程，既需要系统本身能够测出微镜本身的属性，利用其变形的线性区域，又需要整个系统能够良好的控制微镜进行图形的扫描。 电热式微镜图形扫描方案配合激光显示技术，应用于光学相干层析(Optical Coherence Tomography,简称OCT)技术可以用于生物组织的无创断层扫描成像，特别适用于人体内脏器官癌症的早期诊断，其市场价值相当庞大，另外在微型投影的应用上前景也十分广阔。虽然在MEMS微镜领域已经有一些较为成熟的控制方案，但是在电热式微镜领域尚未有将微镜属性测试和图形扫描方案做成一体的系统方案，尤其是低成本，安全性较高的控制方案。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷提供一种微镜属性测试和扫描成像相接合的微镜图形扫描机构。本发明主要针对电热式微镜图形扫描机构的光路设计及电路设计两大部分，电热式微镜的驱动臂采用电热驱动方式，热驱动微镜本体驱动臂在电热效应下发生形变会带动镜面发生一定角度的偏转，激光入射到镜面后，镜面偏转会控制反射光线的扫描路径，以此实现图形的扫描。系统光路设计主要是利用PSD(位置敏感传感器)和分光镜构成反馈，矫正图形的畸变，方便测试微镜本身的属性。电路部分主要包括中央处理器(CPU)、数模转换模块、信号整形模块、安全保护模块几个部分。整个方案工作原理是中央处理器产生的数据通过数模转换再将信号整形后加载到微镜驱动臂上，微镜本体四个驱动臂分为相对的两组， 每组两个驱动脚上面加载相应的差分信号，通过加载不同的信号到两组驱动脚上可实现二维平面的图形扫描，扫描的频率通过信号的频率来控制，扫描面积通过信号的幅度来控制， 扫描的同步通过信号的相位来控制。所述热驱动微镜系统属性测试内容包括
(1)微镜本体偏转角度与所加电压的关系；
(2)微镜本体在不同频率信号驱动下的延时特性；(3) 微镜本体的谐振频带及工作频带。完成微镜属性测试后，根据镜子本身的属性选择合适幅度、频率和相位的驱动电压对微镜进行驱动来实现图形的扫描。同样的结构也适用于其他形式的微镜。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案
一种微镜图形扫描机构，包括激光光源、分光镜、微镜装置和屏幕，其特征在于其还包括位置敏感传感器，所述分光镜为两组，分别为第一分光镜和第二分光镜； 所述激光光源用于产生入射激光；
所述微镜装置用于接收驱动信号发生偏转，反射入射激光至第一分光镜； 所述屏幕用于用于显示入射激光经过微镜反射后产生的图形； 所述第一分光镜用于将入射激光垂直入射到微镜装置上；将所述微镜系统反射的激光打到所述第二分光镜上；
所述第二分光镜用于将第一分光镜打过来的激光分为两束，分别打到所述屏幕和位置敏感传感器；
所述位置敏感传感器和第二分光镜构成反馈，根据位置敏感传感器和所述屏幕上显示的扫描图形，矫正图形的畸变，测试微镜本身的属性。优选的所述微镜装置为热驱动微镜。其进一步特征在于所述热驱动微镜装置包括热驱动微镜本体和驱动电路，所述驱动电路包括中央处理器、数模转换模块、信号整形模块、安全保护模块和电源模块；
所述中央处理器采用嵌入式MCU，通过应用软件开发环境的编程将热驱动微镜本体所需要的驱动数据存入其中并按照所述热驱动微镜本体属性输出相应的数据； 所述数据转换模块用于将MCU输出的数字信号转化为模拟信号； 所述信号整形模块用于将所述数据转换模块输出的模拟信号处理成与微镜本身的属性相匹配的波形；
所述安全保护模块包括防瞬间浪涌电路和驱动臂保护电路，用于防止电路上电和下电瞬间浪涌电压对镜子驱动臂的冲击，与此同时还监控微镜本体的驱动臂是否损坏，如有损坏立刻关闭激光。优选的所述驱动臂保护电路在微镜本体驱动引脚串联监控电阻，一旦微镜的驱动臂损坏，监控电阻两端的电压会迅速消失，以此检测到信号反馈给中央处理器，中央处理器控制激光关闭。进一步的所述热驱动微镜本体接口采用USB硬件接口方式，将微镜四个驱动臂的接口移植到USB接口上。本发明使具有下列优点
1、首次将微镜的属性测试和图形扫描集成一体，方便了解微镜装置的属性及相关应用。2、由于整个驱动方案采用的芯片为低功耗芯片，驱动信号的频率较低，电压幅值较低，整个电路功耗很低。3、输出的波形形状取决于软件中存储的表格数据，存储的数据可是具有任意波形属性的数据，所以本方案可产生任意驱动波形。输出的波形通过软件设置，可以任意调整输出的幅度、频率和相位。电路中加入安全保护模块，在上电和下电的瞬间不会有高电平对 MEMS微镜造成冲击，而且一旦微镜驱动臂损坏，激光会立即关闭，所以安全性较高。4、利用PSD和分光镜构成反馈进行闭环控制可进行图形畸变的矫正，光路简单。5、由于系统采用准直的激光作为光源，因此扫描出的图形无需调节焦距。6、此种测试电热式微镜的方法方便移植到其他种微镜的属性测试和图形矫正上。
图1为热驱动微镜装置电路框图； 图2为电热式微镜图形扫描机构示意图； 图3为信号整形模块框图4为微镜USB式硬件接口示意图； 图5为电热式微镜驱动原理1、电源模块；2、中央处理器；3、数模转换模块；4、安全保护模块；5、信号整形模块；6、 热驱动微镜本体；7、激光光源；8、位置敏感传感器；9、屏幕；10、第二分光镜；11、第一分光镜；12、热驱动微镜装置；14、低通滤波器；15、同相放大器；16、电压跟随器。
具体实施例方式下述为微镜图形扫描机构的一种热驱动微镜的实施例。如图2的方式搭建光路，该光路结构包括激光光源7、两组分光镜、热驱动微镜装置12和屏幕9。激光光源7经过第一分光镜11后分为两束激光，一束打到热驱动微镜装置系统12上，一束打到第二分光镜10上，第二分光镜分出的两束光一束打到位置敏感传感器 PSD 8上，一束打到屏幕9上。要实现光扫描首先要驱动电路产生模拟的驱动信号，整个热驱动微镜装置12系统方案框图如图1所示，所述驱动电路包括中央处理器2、数模转换模块3、信号整形模块5、 安全保护模块4和电源模块1。中央处理器2控制四路数模转换模块3产生原始的模拟波形，经过信号整形模块5的整形处理后加载到热驱动微镜本体6上使其发生偏转。如图3所示信号整形模块5主要包括截止频率可调的低通滤波器14、放大倍数可调的同相放大器15和电压跟随器16。安全保护模块4包括防瞬间浪涌电路和驱动臂保护电路。防瞬间浪涌电路用于避免上电瞬间的高电平脉冲对MEMS微镜驱动臂的冲击。驱动臂保护电路在微镜本体驱动引脚串联监控电阻，一旦微镜的驱动臂损坏，监控电阻两端的电压会迅速消失，以此检测到信号反馈给中央处理器，中央处理器控制激光关闭。如图4所示所述热驱动微镜本体接口采用USB硬件接口方式，将微镜四个驱动臂的接口移植到USB接口上。ow(sm _/x 十尸》％256|/ A + D)为驱动软件输出函数，用来设置输出波形的幅度、频率及相位等。f用来设置输出信号的频率，P用来设置输出信号的相位，A设置输出信号的幅度，D设置输出信号的偏置电压。图5是电热式微镜驱动原理图，Vp表示线性区的偏置电压，Vt表示峰峰值在线性区内的正弦波信号。图中温度降低CTemperature Decrease)，温度Increases),微镜镜面偏转(Rotation)。 假设扫描一个圆形，首先按照图2的方式搭建好光路，在热驱动微镜本体的管脚上加载静态电压，利用屏幕上读出的数据计算出微镜本体的偏转的线性区域，拟合出镜子偏转角度与所加电压的曲线关系。然后给微镜的驱动臂加载一个正弦波信号，跟踪所给信号与PSD反馈出来信号的在不同频率下的相位差，拟合出延时曲线同时测出谐振频带。图形扫描在属性测试完毕后将所需信号的特征从所描绘的曲线中获得，最后在热驱动微镜本体的四个驱动引脚上加载峰峰值及偏置电压在线性区，频率在谐振频带以外，相位差为90 度的正弦波，即可扫出相应的图形。
权利要求
1.一种微镜图形扫描机构，包括激光光源、分光镜、微镜装置和屏幕，其特征在于其还包括位置敏感传感器，所述分光镜为两组，分别为第一分光镜和第二分光镜；所述激光光源用于产生入射激光；所述微镜装置用于接收驱动信号发生偏转，反射入射激光至第一分光镜；所述屏幕用于显示入射激光经过微镜反射后产生的图形；所述第一分光镜用于将入射激光垂直入射到微镜装置上；将所述微镜系统反射的激光打到所述第二分光镜上；所述第二分光镜用于将第一分光镜打过来的激光分为两束，分别打到所述屏幕和位置敏感传感器；所述位置敏感传感器和第二分光镜构成反馈，根据位置敏感传感器和所述屏幕上显示的扫描图形，矫正图形的畸变，测试微镜本身的属性。
2.根据权利要求1所述的一种微镜图形扫描机构，其特征在于所述微镜装置为热驱动微镜装置。
3.根据权利要求2所述的一种微镜图形扫描机构，其特征在于所述热驱动微镜装置包括热驱动微镜本体和驱动电路，所述驱动电路包括中央处理器、数模转换模块、信号整形模块、安全保护模块、电源模块；所述中央处理器采用嵌入式MCU，通过应用软件开发环境的编程将热驱动微镜本体所需要的驱动数据存入其中并按照所述热驱动微镜本体属性输出相应的数据；所述数模转换模块用于将所述中央处理器输出的数字信号转化为模拟信号；所述信号整形模块用于将所述数据转换模块输出的模拟信号处理成与微镜本身的属性相匹配的波形；所述安全保护模块包括防瞬间浪涌电路和驱动臂保护电路，用于防止电路上电和下电瞬间浪涌电压对镜子驱动臂的冲击，与此同时还监控微镜本体的驱动臂是否损坏，如有损坏立刻关闭激光。
4.根据权利要求3所述的一种微镜图形扫描机构，其特征在于所述驱动臂保护电路在微镜本体驱动引脚串联监控电阻，一旦微镜的驱动臂损坏，监控电阻两端的电压会迅速消失，以此检测到信号反馈给中央处理器，中央处理器控制激光关闭。
5.根据权利要求3所述的一种微镜图形扫描机构，其特征在于所述热驱动微镜本体接口采用USB硬件接口方式，将微镜四个驱动臂的接口移植到USB接口上。
全文摘要
本发明公布了一种微镜图形扫描机构，包括激光光源、分光镜、微镜装置和屏幕，其特征在于其还包括位置敏感传感器，所述分光镜为两组，分别为第一分光镜和第二分光镜；所述第二分光镜用于将第一分光镜打过来的激光分为两束，分别打到所述屏幕和所述位置敏感传感器；所述位置敏感传感器和第二分光镜构成反馈，根据位置敏感传感器和所述屏幕上显示的扫描图形，矫正图形的畸变，测试微镜本身的属性。本发明首次将微镜的属性测试和图形扫描集成一体，方便了解微镜装置的属性及相关应用。利用PSD和分光镜构成反馈进行闭环控制可进行图形畸变的矫正，光路简单。
文档编号A61B5/00GK102540457SQ20111037769
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者兰树明, 谢会开 申请人:无锡微奥科技有限公司