CN102670179B - 基于双旋转微镜的光学扫描探针 - Google Patents
基于双旋转微镜的光学扫描探针 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102670179B CN102670179B CN201210167500.5A CN201210167500A CN102670179B CN 102670179 B CN102670179 B CN 102670179B CN 201210167500 A CN201210167500 A CN 201210167500A CN 102670179 B CN102670179 B CN 102670179B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- eyeglass
- micro
- micro mirror
- dual rotary
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 34
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 12
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 12
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 229920001206 natural gum Polymers 0.000 claims description 2
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 2
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 230000004899 motility Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于二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，从而获得二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，世界上有些科研单位已研发了薄型超声波电机，但目前未见其大量应用；另一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 of Microelectronics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二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二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1个环形镜片、1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1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，二氧化硅，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，二氧化硅等组成，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，二氧化硅，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，二氧化硅，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一端的外部电子驱动信号接口之间建立电气连接。
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一侧弯曲。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：
1、基于目前现有材料和微加工工艺，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。
附图说明
图1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。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：如图1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1包括微驱动器1.1、平面弹簧1.2、环形镜片1.3和圆形镜片1.4。微驱动器1.1的输出端与平面弹簧1.2的输入端相连，平面弹簧1.2的输出端分别与环形镜片1.3和圆形镜片1.4的输入端相连；每个器件包括1个环形镜片1.3、1个圆形镜片1.4、8个平面弹簧1.2和8个微驱动器1.1，环形镜片1.3和圆形镜片1.4各与4个平面弹簧1.2相连，每个平面弹簧1.2与1个微驱动器1.1相连；微光学系统2包括自聚焦透镜2.1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1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1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1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1.1采用微加工技术制成，基于电热驱动原理，由多层材料，如硅，二氧化硅，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1.2采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，二氧化硅等组成，用于将微驱动器1.1一端的位移传递给环形镜片1.3和圆形镜片1.4；
所述的环形镜片1.3为环形，采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，二氧化硅，金属，金属氧化物等组成，用于反射经圆形镜片1.4反射的入射光线，一面镀有高反射率镀层；
所述的圆形镜片1.4为圆形，采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，二氧化硅，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1.3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1.1内的金属或硅加热器产生热量，使微驱动器1.1的温度上升。微驱动器1.1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1.1会发生形变，向热膨胀系数较小的材料一侧弯曲。微驱动器1.1的一端固定在硅片上，另一端通过平面弹簧1.2连接在环形镜片1.3和圆形镜片1.4上。根据图2所示，由于环形镜片1.3与圆形镜片1.4的高反射率镀层相对，入射光线首先照射到圆形镜片1.4中心，经圆形镜片1.4反射到环形镜片1.3上，再经环形镜片1.3反射到成像目标。环形镜片1.3和圆形镜片1.4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1.1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1.1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1.4和环形镜片1.32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2.1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1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1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1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。
Claims (8)
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，环形镜片与4个平面弹簧相连，其中，每个平面弹簧的输出端与环形镜片的输入端相连；圆形镜片与另外4个平面弹簧相连，其中，每个平面弹簧的输出端与圆形镜片的输入端相连；每个双旋转微镜包括1个环形镜片、1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1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1所述的一种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于：所述的微驱动器采用微加工技术制成，基于电热驱动原理，由硅，二氧化硅，金属，金属氧化物等组成。
3.如权利要求1所述的一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1所述的一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，由硅，二氧化硅等组成。
5.如权利要求1所述的一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，由硅，二氧化硅，金属，金属氧化物等组成，与圆形镜片反光面相对的表面镀有高反射率镀层。
6.如权利要求1所述的一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，由硅，二氧化硅，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1所述的一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1所述的一种基于双旋转微镜的光学扫描探针，其特征在于：所述的硅光学平台采用微加工技术制成，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口之间建立电气连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210167500.5A CN102670179B (zh) | 2012-05-28 | 2012-05-28 | 基于双旋转微镜的光学扫描探针 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210167500.5A CN102670179B (zh) | 2012-05-28 | 2012-05-28 | 基于双旋转微镜的光学扫描探针 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102670179A CN102670179A (zh) | 2012-09-19 |
| CN102670179B true CN102670179B (zh) | 2014-02-05 |
Family
ID=46803223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210167500.5A Expired - Fee Related CN102670179B (zh) | 2012-05-28 | 2012-05-28 | 基于双旋转微镜的光学扫描探针 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102670179B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108354574B (zh) * | 2018-02-08 | 2020-07-28 | 清华大学 | 一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007286129A (ja) * | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Canon Inc | 画像形成装置およびその制御方法 |
| JP2008046591A (ja) * | 2006-07-18 | 2008-02-28 | Ricoh Co Ltd | アクチュエータの接触部位形成方法、アクチュエータ、光学システム及び画像形成装置 |
| CN101393105A (zh) * | 2007-09-20 | 2009-03-25 | 富士胶片株式会社 | 光学扫描元件及其驱动方法、以及采用光学扫描元件的光学扫描探针 |
| JP2009063637A (ja) * | 2007-09-04 | 2009-03-26 | Fujifilm Corp | 光走査プローブおよび光走査プローブ装置並びに光走査プローブの制御方法 |
| CN102169219A (zh) * | 2010-02-26 | 2011-08-31 | 上海微电子装备有限公司 | 光学系统的径向调节装置 |
| CN202920132U (zh) * | 2012-05-28 | 2013-05-08 | 凝辉(天津)科技有限责任公司 | 基于双旋转微镜的光学扫描探针 |
-
2012
- 2012-05-28 CN CN201210167500.5A patent/CN102670179B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007286129A (ja) * | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Canon Inc | 画像形成装置およびその制御方法 |
| JP2008046591A (ja) * | 2006-07-18 | 2008-02-28 | Ricoh Co Ltd | アクチュエータの接触部位形成方法、アクチュエータ、光学システム及び画像形成装置 |
| JP2009063637A (ja) * | 2007-09-04 | 2009-03-26 | Fujifilm Corp | 光走査プローブおよび光走査プローブ装置並びに光走査プローブの制御方法 |
| CN101393105A (zh) * | 2007-09-20 | 2009-03-25 | 富士胶片株式会社 | 光学扫描元件及其驱动方法、以及采用光学扫描元件的光学扫描探针 |
| CN102169219A (zh) * | 2010-02-26 | 2011-08-31 | 上海微电子装备有限公司 | 光学系统的径向调节装置 |
| CN202920132U (zh) * | 2012-05-28 | 2013-05-08 | 凝辉(天津)科技有限责任公司 | 基于双旋转微镜的光学扫描探针 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102670179A (zh) | 2012-09-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN210119568U (zh) | 激光雷达扫描装置及具有该装置的车辆 | |
| JP6604382B2 (ja) | ミラーユニット及び光走査型の対象物検知装置 | |
| CN106772407A (zh) | 基于mems微镜扫描的激光雷达系统 | |
| CN104257342B (zh) | 一种内窥成像探头及利用上述成像探头进行的成像方法 | |
| Kaur et al. | Scanning and actuation techniques for cantilever-based fiber optic endoscopic scanners—a review | |
| JP2003161900A (ja) | 収束する光学要素を有する光スイッチ | |
| CN1586402A (zh) | 基于微型马达的内窥光学断层成像扫描探头装置 | |
| US10314491B2 (en) | Optics for apodizing an optical imaging probe beam | |
| CN105891958A (zh) | 一种大行程高扫描频率光纤延迟线 | |
| CN105380586A (zh) | 一种组合式立体角扫描的光、声内窥成像装置及其方法 | |
| CN104166233A (zh) | 基于渐开线原理的多反射面旋转光学延迟线装置 | |
| CN102670179B (zh) | 基于双旋转微镜的光学扫描探针 | |
| CN202920132U (zh) | 基于双旋转微镜的光学扫描探针 | |
| CN202880858U (zh) | 双微镜旋转扫描器件 | |
| CN207742374U (zh) | 一种微型光纤旋转连接器 | |
| CN102674232B (zh) | 双微镜旋转扫描器件 | |
| CN201096984Y (zh) | 一种曲面反射式扫描器 | |
| CN107854114A (zh) | 无源驱动旋转扫描光学探头 | |
| CN102662234B (zh) | 光驱动扫描微镜 | |
| Yao et al. | 2D Au-coated resonant MEMS scanner for NIR fluorescence intraoperative confocal microscope | |
| CN102697483B (zh) | 光驱动双轴光学扫描探针 | |
| CN202693906U (zh) | 光驱动扫描微镜 | |
| CN103142201B (zh) | 一种基于mems的侧前向扫描光学探头及其扫描方法 | |
| CN202920133U (zh) | 光驱动双轴光学扫描探针 | |
| CN102662235B (zh) | 直接光驱动扫描微镜 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200918 Address after: 233000 No.10, building 32, Zone 8, Guangcai market, bengshan District, Bengbu City, Anhui Province Patentee after: Bengbu Shangwei Intellectual Property Operations Co.,Ltd. Address before: 300384 Tianjin Huayuan Industrial Park high tech Zone 2 Alex Hua Tian Road, Torch Hotel auxiliary building room 235 Patentee before: NYMPH (TIANJIN) TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140205 |