專利名稱：光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，特別是采用基于光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的掃描微鏡作為光學(xué)掃描器件。
背景技術(shù)：
采用硅微加工技術(shù)制造的微型光學(xué)掃描器件在光學(xué)掃描，光學(xué)成像，激光投影等領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用。特別是在光學(xué)內(nèi)窺成像領(lǐng)域，集成有微型光學(xué)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(nèi)完成掃描，與外部的光學(xué)成像設(shè)備相結(jié)合，從而獲得人體組織二維圖像或三維圖像。通常，微型光學(xué)掃描器件都采用鋁或金導(dǎo)線鍵合技術(shù)在器件表面的焊盤與外部金屬導(dǎo)線之間建立穩(wěn)定可靠的電氣連接，從而接收外部電驅(qū)動(dòng)信號(hào)以完成掃描工作。金屬引線鍵合工藝存在一定的失效風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于某些特殊應(yīng)用，如上述的光學(xué)內(nèi)窺成像應(yīng)用，進(jìn)入人體內(nèi)的設(shè)備需要盡可能地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以提供更佳的可靠性和安全性，并進(jìn)一步縮小設(shè)備的體積。由于微型光學(xué)掃描器件用于光學(xué)掃描，必然會(huì)有激光光束投射到微型光學(xué)掃描器件的可動(dòng)鏡片表面，因此提供了采用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)將入射激光光束的部分能量轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)微型光學(xué)掃描器件的電信號(hào)的可能性。本實(shí)用新型提出一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，特別是采用基于光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的光驅(qū)動(dòng)掃描微鏡作為光學(xué)掃描器件。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，特別是采用基于光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的光驅(qū)動(dòng)掃描微鏡作為光學(xué)掃描器件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型米用技術(shù)方案是:它包括掃描微鏡，微光電系統(tǒng)和娃光學(xué)平臺(tái)，其中掃描微鏡包括微驅(qū)動(dòng)器、平面彈簧和可動(dòng)鏡片。微驅(qū)動(dòng)器的輸出端與平面彈簧的輸入端相連，平面彈簧的輸出端與可動(dòng)鏡片的輸入端相連；每個(gè)器件包括I個(gè)可動(dòng)鏡片、4個(gè)平面彈簧和4個(gè)微驅(qū)動(dòng)器，可動(dòng)鏡片與4個(gè)平面彈簧相連，每個(gè)平面彈簧與I個(gè)微驅(qū)動(dòng)器相連；微光電系統(tǒng)包括單模光纖、自聚焦透鏡、2片濾光片和2片光電池；硅光學(xué)平臺(tái)用于校準(zhǔn)和固定微光學(xué)系統(tǒng)，并為掃描微鏡提供電氣連接；經(jīng)過(guò)微光電系統(tǒng)傳輸和聚焦的入射光束經(jīng)掃描微鏡偏轉(zhuǎn)90度后垂直入射到成像目標(biāo)，由成像目標(biāo)反射回來(lái)的光束經(jīng)掃描微鏡偏轉(zhuǎn)90度后由微光電系統(tǒng)收集并傳輸?shù)酵獠抗鈱W(xué)成像系統(tǒng)。所述的微驅(qū)動(dòng)器采用微加工技術(shù)制成，基于電熱驅(qū)動(dòng)原理，由多層材料，如硅，二氧化硅，金屬，金屬氧化物等組成，用于將經(jīng)由微光電系統(tǒng)的光電池轉(zhuǎn)換的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)雙金屬片效應(yīng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械形變；所述的平面彈簧采用微加工技術(shù)制成，由多層材料，如硅，二氧化硅等組成，用于將微驅(qū)動(dòng)器一端的位移傳遞給可動(dòng)鏡片；[0010]所述的可動(dòng)鏡片采用微加工技術(shù)制成，由多層材料，如硅，二氧化硅等組成；可動(dòng)鏡片的表面鍍有高反射率薄膜，用于反射特定波長(zhǎng)的入射激光光束；所述的單模光纖和自聚焦透鏡之間采用光學(xué)樹膠連接；所述的濾光片為窄帶濾光片，用于從入射激光中過(guò)濾出2個(gè)不同波長(zhǎng)的激光，并偏轉(zhuǎn)90度投射在對(duì)應(yīng)的光電池表面；所述的娃光學(xué)平臺(tái)米用微加工技術(shù)制成，表面刻有V型槽用于校準(zhǔn)和固定微光學(xué)系統(tǒng)，表面有金屬線為一端的掃描微鏡和另一端的光電池之間建立電氣連接。本實(shí)用新型的工作原理是這樣的:入射激光光束由三種波長(zhǎng)不同的激光組成，一種為工作激光，另兩種為驅(qū)動(dòng)激光。工作激光可以為單頻激光或?qū)拵У拖喔杉す猓Q于光學(xué)成像設(shè)備的要求；驅(qū)動(dòng)激光為單頻激光，其波長(zhǎng)與微光電系統(tǒng)中2個(gè)光電池的不同敏感波長(zhǎng)相匹配。入射激光光束通過(guò)微光電系統(tǒng)的單模光纖和自聚焦透鏡首先投射到微光電系統(tǒng)的第一片濾光片上。第一片濾光片的方向與入射激光的光軸成45度角。第一種波長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)激光被第一片濾光片反射90度，垂直投射到第一片光電池上，工作激光和另一種波長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)激光從第一片濾光片透射后投射到微光電系統(tǒng)的第二片濾光片上。第二片濾光片的方向與入射激光的光軸成45度角。第二種波長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)激光被第二片濾光片反射90度，垂直投射到第二片光電池上。工作激光從第二片濾光片透射后投射到掃描微鏡的可動(dòng)鏡片上。2片光電池接收2種波長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)激光，并轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)微驅(qū)動(dòng)器的電信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電信號(hào)使微驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的金屬或硅加熱器產(chǎn)生熱量，使微驅(qū)動(dòng)器的溫度上升。微驅(qū)動(dòng)器為多層材料構(gòu)成，不同的材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，因此隨著溫度上升，微驅(qū)動(dòng)器會(huì)發(fā)生形變，向熱膨脹系數(shù)較小的材料一側(cè)彎曲。微驅(qū)動(dòng)器的一端固定在硅片上，另一端通過(guò)平面彈簧連接在可動(dòng)鏡片上。在不同幅度電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下，微驅(qū)動(dòng)器發(fā)生不同幅度的形變，使可動(dòng)鏡片振動(dòng)，完成掃描。本實(shí)用新型由于采用了上述技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn):1、僅保留一根單模光纖，無(wú)需多根金屬導(dǎo)線；2、簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高了可靠性和安全性。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為入射光束旋轉(zhuǎn)90度示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明:如圖1所示，它包括掃描微鏡I，微光電系統(tǒng)2和娃光學(xué)平臺(tái)3,其中掃描微鏡I包括微驅(qū)動(dòng)器1.1、平面彈簧1.2和可動(dòng)鏡片1.3。微驅(qū)動(dòng)器1.1的輸出端與平面彈簧1.2的輸入端相連，平面彈簧1.2的輸出端與可動(dòng)鏡片1.3的輸入端相連；每個(gè)器件包括I個(gè)可動(dòng)鏡片1.3、4個(gè)平面彈簧1.2和4個(gè)微驅(qū)動(dòng)器1.1，可動(dòng)鏡片1.3與4個(gè)平面彈簧1.2相連，每個(gè)平面彈簧1.2與I個(gè)微驅(qū)動(dòng)器
1.1相連；微光電系統(tǒng)2包括單模光纖2.1、自聚焦透鏡2.2、2片濾光片2.3和2片光電池
2.4 ;硅光學(xué)平臺(tái)3用于校準(zhǔn)和固定微光學(xué)系統(tǒng)2，并為掃描微鏡I提供電氣連接；經(jīng)過(guò)微光電系統(tǒng)2傳輸和聚焦的入射光束經(jīng)掃描微鏡I偏轉(zhuǎn)90度后垂直入射到成像目標(biāo)，由成像目標(biāo)反射回來(lái)的光束經(jīng)掃描微鏡I偏轉(zhuǎn)90度后由微光電系統(tǒng)2收集并傳輸?shù)酵獠抗鈱W(xué)成像系統(tǒng)。所述的微驅(qū)動(dòng)器1.1采用微加工技術(shù)制成，基于電熱驅(qū)動(dòng)原理，由多層材料，如娃,二氧化娃,金屬，金屬氧化物等組成,用于將經(jīng)由微光電系統(tǒng)2的光電池2.4轉(zhuǎn)換的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)雙金屬片效應(yīng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械形變；所述的平面彈簧1.2采用微加工技術(shù)制成，由多層材料，如硅，二氧化硅等組成，用于將微驅(qū)動(dòng)器1.1 一端的位移傳遞給可動(dòng)鏡片1.3 ；所述的可動(dòng)鏡片1.3采用微加工技術(shù)制成，由多層材料，如硅，二氧化硅等組成；可動(dòng)鏡片1.3的中心部分為在二氧化硅基底上沉積的光學(xué)薄膜，用于反射特定波長(zhǎng)的入射激光光束，并透射不同波長(zhǎng)的入射激光光束到光電池2.4上；所述的單模光纖2.1和自聚焦透鏡2.2之間采用光學(xué)樹膠連接；所述的濾光片2.3為窄帶濾光片，用于從入射激光中過(guò)濾出2個(gè)不同波長(zhǎng)的激光，并偏轉(zhuǎn)90度投射在對(duì)應(yīng)的光電池2.4表面；所述的硅光學(xué)平臺(tái)3采用微加工技術(shù)制成，表面刻有V型槽用于校準(zhǔn)和固定微光學(xué)系統(tǒng)，表面有金屬線為一端的掃描微鏡I和另一端的光電池2.4之間建立電氣連接。本實(shí)用新型的工作原理是這樣的:入射激光光束由三種波長(zhǎng)不同的激光組成，一種為工作激光，另兩種為驅(qū)動(dòng)激光。工作激光可以為單頻激光或?qū)拵У拖喔杉す猓Q于光學(xué)成像設(shè)備的要求；驅(qū)動(dòng)激光為單頻激光，其波長(zhǎng)與微光電系統(tǒng)2中2個(gè)光電池2.4的不同敏感波長(zhǎng)相匹配。入射激光光束通過(guò)微光電系統(tǒng)2的單模光纖2.1和自聚焦透鏡2.2首先投射到微光電系統(tǒng)2的第一片濾光片2.3上。第一片濾光片2.3的方向與入射激光的光軸成45度角。第一種波長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)激光被第一片濾光片2.3反射90度，垂直投射到第一片光電池2.4上，工作激光和另一種波長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)激光從第一片濾光片2.3透射后投射到微光電系統(tǒng)2的第二片濾光片2.3上。第二片濾光片2.3的方向與入射激光的光軸成45度角。第二種波長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)激光被第二片濾光片2.3反射90度，垂直投射到第二片光電池2.4上。工作激光從第二片濾光片2.4透射后投射到掃描微鏡I的可動(dòng)鏡片1.3上。2片光電池2.4接收2種波長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)激光，并轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)微驅(qū)動(dòng)器1.1的電信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電信號(hào)使微驅(qū)動(dòng)器1.1內(nèi)的金屬或硅加熱器產(chǎn)生熱量，使微驅(qū)動(dòng)器1.1的溫度上升。微驅(qū)動(dòng)器1.1為多層材料構(gòu)成，不同的材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，因此隨著溫度上升，微驅(qū)動(dòng)器1.1會(huì)發(fā)生形變，向熱膨脹系數(shù)較小的材料一側(cè)彎曲。微驅(qū)動(dòng)器1.1的一端固定在硅片上，另一端通過(guò)平面彈簧1.2連接在可動(dòng)鏡片1.3上。在不同幅度電驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下，微驅(qū)動(dòng)器1.1發(fā)生不同幅度的形變，使可動(dòng)鏡片1.3振動(dòng)，完成掃描。本實(shí)用新型所述的可動(dòng)鏡片的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角度為(0-45)度。本實(shí)用新型所述的光電池的敏感波長(zhǎng)為(300-1550)納米。
權(quán)利要求1.一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，其特征在于:掃描微鏡，微光電系統(tǒng)和娃光學(xué)平臺(tái)，其中掃描微鏡包括微驅(qū)動(dòng)器、平面彈簧和可動(dòng)鏡片，微驅(qū)動(dòng)器的輸出端與平面彈簧的輸入端相連，平面彈簧的輸出端與可動(dòng)鏡片的輸入端相連；每個(gè)器件包括I個(gè)可動(dòng)鏡片、4個(gè)平面彈簧和4個(gè)微驅(qū)動(dòng)器，可動(dòng)鏡片與4個(gè)平面彈簧相連，每個(gè)平面彈簧與I個(gè)微驅(qū)動(dòng)器相連；微光電系統(tǒng)包括單模光纖、自聚焦透鏡、2片濾光片和2片光電池；硅光學(xué)平臺(tái)用于校準(zhǔn)和固定微光學(xué)系統(tǒng)，并為掃描微鏡提供電氣連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，其特征在于:所述的微驅(qū)動(dòng)器米用微加工技術(shù)制成，基于電熱驅(qū)動(dòng)原理。
3.按權(quán)利要求1所述的一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，其特征在于:所述的可動(dòng)鏡片的機(jī)械偏轉(zhuǎn)角度為0-45度。
4.按權(quán)利要求1所述的一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，其特征在于:所述的平面彈簧采用微加工技術(shù)制成。
5.按權(quán)利要求1所述的一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，其特征在于:所述的可動(dòng)鏡片采用微加工技術(shù)制成，一面鍍有高反射率鍍層。
6.按權(quán)利要求1所述的一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，其特征在于:所述的微光學(xué)系統(tǒng)包括單模光纖、自聚焦透鏡、2片濾光片和2片光電池。
7.按權(quán)利要求1所述的一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，其特征在于:所述的光電池的敏感波長(zhǎng)為300-1550納米。
8.按權(quán)利要求1所述的一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，其特征在于:所述的硅光學(xué)平臺(tái)米用微加工技術(shù)制成，表面刻有V型槽，表面有金屬線為一端的雙旋轉(zhuǎn)微鏡和另一端的外部電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口之間建立電氣連接。
專利摘要一種光驅(qū)動(dòng)雙軸光學(xué)掃描探針，它包括掃描微鏡，微光電系統(tǒng)和硅光學(xué)平臺(tái)，其中掃描微鏡包括微驅(qū)動(dòng)器、平面彈簧和可動(dòng)鏡片。微驅(qū)動(dòng)器的輸出端與平面彈簧的輸入端相連，平面彈簧的輸出端與可動(dòng)鏡片的輸入端相連；每個(gè)器件包括1個(gè)可動(dòng)鏡片、4個(gè)平面彈簧和4個(gè)微驅(qū)動(dòng)器，可動(dòng)鏡片與4個(gè)平面彈簧相連，每個(gè)平面彈簧與1個(gè)微驅(qū)動(dòng)器相連；微光電系統(tǒng)包括單模光纖、自聚焦透鏡、2片濾光片和2片光電池；經(jīng)過(guò)微光電系統(tǒng)傳輸和聚焦的入射光束經(jīng)掃描微鏡偏轉(zhuǎn)90度后垂直入射到成像目標(biāo)，由成像目標(biāo)反射回來(lái)的光束經(jīng)掃描微鏡偏轉(zhuǎn)90度后由微光電系統(tǒng)收集并傳輸?shù)酵獠抗鈱W(xué)成像系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02B26/10GK202920133SQ20122025845
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者徐英舜 申請(qǐng)人:凝輝(天津)科技有限責(zé)任公司