專利名稱：一種微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-electro-mechanicalsystems,簡稱 MEMS)是利用微加工技術(shù)制造出來的三維裝置，至少包括一個(gè)可運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)滿足某種機(jī)械作用。MEMS器件由于借鑒了集成電路的工藝因此應(yīng)用于很多不同的領(lǐng)域。本世紀(jì)越來越多的傳感器和執(zhí)行器都傾向于采用MEMS技術(shù)，其中微機(jī)電系統(tǒng)微鏡就是其中一個(gè)的例證。微機(jī)電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力很小，但足以驅(qū)動(dòng)鏡面使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在眾多MEMS微鏡中電熱式微鏡是一款依靠熱形變使鏡子偏轉(zhuǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)。電熱式微鏡系統(tǒng)主要包括鏡面、支撐臂和驅(qū)動(dòng)臂三個(gè)部分，其中驅(qū)動(dòng)臂就是依靠電熱效應(yīng)產(chǎn)生形變來驅(qū)動(dòng)鏡子偏轉(zhuǎn)。電熱式微鏡驅(qū)動(dòng)是一個(gè)較復(fù)雜的控制過程，既需要系統(tǒng)本身能夠測出微鏡本身的屬性，利用其變形的線性區(qū)域，又需要整個(gè)系統(tǒng)能夠良好的控制微鏡進(jìn)行圖形的掃描。 電熱式微鏡圖形掃描方案配合激光顯示技術(shù)，應(yīng)用于光學(xué)相干層析(Optical Coherence Tomography,簡稱OCT)技術(shù)可以用于生物組織的無創(chuàng)斷層掃描成像，特別適用于人體內(nèi)臟器官癌癥的早期診斷，其市場價(jià)值相當(dāng)龐大，另外在微型投影的應(yīng)用上前景也十分廣闊。雖然在MEMS微鏡領(lǐng)域已經(jīng)有一些較為成熟的控制方案，但是在電熱式微鏡領(lǐng)域尚未有將微鏡屬性測試和圖形掃描方案做成一體的系統(tǒng)方案，尤其是低成本，安全性較高的控制方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷提供一種微鏡屬性測試和掃描成像相接合的微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)。本發(fā)明主要針對(duì)電熱式微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)的光路設(shè)計(jì)及電路設(shè)計(jì)兩大部分，電熱式微鏡的驅(qū)動(dòng)臂采用電熱驅(qū)動(dòng)方式，熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體驅(qū)動(dòng)臂在電熱效應(yīng)下發(fā)生形變會(huì)帶動(dòng)鏡面發(fā)生一定角度的偏轉(zhuǎn)，激光入射到鏡面后，鏡面偏轉(zhuǎn)會(huì)控制反射光線的掃描路徑，以此實(shí)現(xiàn)圖形的掃描。系統(tǒng)光路設(shè)計(jì)主要是利用PSD(位置敏感傳感器)和分光鏡構(gòu)成反饋，矯正圖形的畸變，方便測試微鏡本身的屬性。電路部分主要包括中央處理器(CPU)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)整形模塊、安全保護(hù)模塊幾個(gè)部分。整個(gè)方案工作原理是中央處理器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換再將信號(hào)整形后加載到微鏡驅(qū)動(dòng)臂上，微鏡本體四個(gè)驅(qū)動(dòng)臂分為相對(duì)的兩組， 每組兩個(gè)驅(qū)動(dòng)腳上面加載相應(yīng)的差分信號(hào)，通過加載不同的信號(hào)到兩組驅(qū)動(dòng)腳上可實(shí)現(xiàn)二維平面的圖形掃描，掃描的頻率通過信號(hào)的頻率來控制，掃描面積通過信號(hào)的幅度來控制， 掃描的同步通過信號(hào)的相位來控制。所述熱驅(qū)動(dòng)微鏡系統(tǒng)屬性測試內(nèi)容包括
(1)微鏡本體偏轉(zhuǎn)角度與所加電壓的關(guān)系；
(2)微鏡本體在不同頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)下的延時(shí)特性；(3) 微鏡本體的諧振頻帶及工作頻帶。完成微鏡屬性測試后，根據(jù)鏡子本身的屬性選擇合適幅度、頻率和相位的驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)微鏡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)圖形的掃描。同樣的結(jié)構(gòu)也適用于其他形式的微鏡。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案
一種微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)，包括激光光源、分光鏡、微鏡裝置和屏幕，其特征在于其還包括位置敏感傳感器，所述分光鏡為兩組，分別為第一分光鏡和第二分光鏡； 所述激光光源用于產(chǎn)生入射激光；
所述微鏡裝置用于接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，反射入射激光至第一分光鏡； 所述屏幕用于用于顯示入射激光經(jīng)過微鏡反射后產(chǎn)生的圖形； 所述第一分光鏡用于將入射激光垂直入射到微鏡裝置上；將所述微鏡系統(tǒng)反射的激光打到所述第二分光鏡上；
所述第二分光鏡用于將第一分光鏡打過來的激光分為兩束，分別打到所述屏幕和位置敏感傳感器；
所述位置敏感傳感器和第二分光鏡構(gòu)成反饋，根據(jù)位置敏感傳感器和所述屏幕上顯示的掃描圖形，矯正圖形的畸變，測試微鏡本身的屬性。優(yōu)選的所述微鏡裝置為熱驅(qū)動(dòng)微鏡。其進(jìn)一步特征在于所述熱驅(qū)動(dòng)微鏡裝置包括熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體和驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路包括中央處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)整形模塊、安全保護(hù)模塊和電源模塊；
所述中央處理器采用嵌入式MCU，通過應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境的編程將熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體所需要的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)存入其中并按照所述熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體屬性輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)； 所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊用于將MCU輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)； 所述信號(hào)整形模塊用于將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的模擬信號(hào)處理成與微鏡本身的屬性相匹配的波形；
所述安全保護(hù)模塊包括防瞬間浪涌電路和驅(qū)動(dòng)臂保護(hù)電路，用于防止電路上電和下電瞬間浪涌電壓對(duì)鏡子驅(qū)動(dòng)臂的沖擊，與此同時(shí)還監(jiān)控微鏡本體的驅(qū)動(dòng)臂是否損壞，如有損壞立刻關(guān)閉激光。優(yōu)選的所述驅(qū)動(dòng)臂保護(hù)電路在微鏡本體驅(qū)動(dòng)引腳串聯(lián)監(jiān)控電阻，一旦微鏡的驅(qū)動(dòng)臂損壞，監(jiān)控電阻兩端的電壓會(huì)迅速消失，以此檢測到信號(hào)反饋給中央處理器，中央處理器控制激光關(guān)閉。進(jìn)一步的所述熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體接口采用USB硬件接口方式，將微鏡四個(gè)驅(qū)動(dòng)臂的接口移植到USB接口上。本發(fā)明使具有下列優(yōu)點(diǎn)
1、首次將微鏡的屬性測試和圖形掃描集成一體，方便了解微鏡裝置的屬性及相關(guān)應(yīng)用。2、由于整個(gè)驅(qū)動(dòng)方案采用的芯片為低功耗芯片，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率較低，電壓幅值較低，整個(gè)電路功耗很低。3、輸出的波形形狀取決于軟件中存儲(chǔ)的表格數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可是具有任意波形屬性的數(shù)據(jù)，所以本方案可產(chǎn)生任意驅(qū)動(dòng)波形。輸出的波形通過軟件設(shè)置，可以任意調(diào)整輸出的幅度、頻率和相位。電路中加入安全保護(hù)模塊，在上電和下電的瞬間不會(huì)有高電平對(duì) MEMS微鏡造成沖擊，而且一旦微鏡驅(qū)動(dòng)臂損壞，激光會(huì)立即關(guān)閉，所以安全性較高。4、利用PSD和分光鏡構(gòu)成反饋進(jìn)行閉環(huán)控制可進(jìn)行圖形畸變的矯正，光路簡單。5、由于系統(tǒng)采用準(zhǔn)直的激光作為光源，因此掃描出的圖形無需調(diào)節(jié)焦距。6、此種測試電熱式微鏡的方法方便移植到其他種微鏡的屬性測試和圖形矯正上。


圖1為熱驅(qū)動(dòng)微鏡裝置電路框圖； 圖2為電熱式微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)示意圖； 圖3為信號(hào)整形模塊框圖4為微鏡USB式硬件接口示意圖； 圖5為電熱式微鏡驅(qū)動(dòng)原理1、電源模塊；2、中央處理器；3、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；4、安全保護(hù)模塊；5、信號(hào)整形模塊；6、 熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體；7、激光光源；8、位置敏感傳感器；9、屏幕；10、第二分光鏡；11、第一分光鏡；12、熱驅(qū)動(dòng)微鏡裝置；14、低通濾波器；15、同相放大器；16、電壓跟隨器。
具體實(shí)施例方式下述為微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)的一種熱驅(qū)動(dòng)微鏡的實(shí)施例。如圖2的方式搭建光路，該光路結(jié)構(gòu)包括激光光源7、兩組分光鏡、熱驅(qū)動(dòng)微鏡裝置12和屏幕9。激光光源7經(jīng)過第一分光鏡11后分為兩束激光，一束打到熱驅(qū)動(dòng)微鏡裝置系統(tǒng)12上，一束打到第二分光鏡10上，第二分光鏡分出的兩束光一束打到位置敏感傳感器 PSD 8上，一束打到屏幕9上。要實(shí)現(xiàn)光掃描首先要驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生模擬的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，整個(gè)熱驅(qū)動(dòng)微鏡裝置12系統(tǒng)方案框圖如圖1所示，所述驅(qū)動(dòng)電路包括中央處理器2、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊3、信號(hào)整形模塊5、 安全保護(hù)模塊4和電源模塊1。中央處理器2控制四路數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊3產(chǎn)生原始的模擬波形，經(jīng)過信號(hào)整形模塊5的整形處理后加載到熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體6上使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如圖3所示信號(hào)整形模塊5主要包括截止頻率可調(diào)的低通濾波器14、放大倍數(shù)可調(diào)的同相放大器15和電壓跟隨器16。安全保護(hù)模塊4包括防瞬間浪涌電路和驅(qū)動(dòng)臂保護(hù)電路。防瞬間浪涌電路用于避免上電瞬間的高電平脈沖對(duì)MEMS微鏡驅(qū)動(dòng)臂的沖擊。驅(qū)動(dòng)臂保護(hù)電路在微鏡本體驅(qū)動(dòng)引腳串聯(lián)監(jiān)控電阻，一旦微鏡的驅(qū)動(dòng)臂損壞，監(jiān)控電阻兩端的電壓會(huì)迅速消失，以此檢測到信號(hào)反饋給中央處理器，中央處理器控制激光關(guān)閉。如圖4所示所述熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體接口采用USB硬件接口方式，將微鏡四個(gè)驅(qū)動(dòng)臂的接口移植到USB接口上。ow(sm _/x 十尸》％256|/ A + D)為驅(qū)動(dòng)軟件輸出函數(shù)，用來設(shè)置輸出波形的幅度、頻率及相位等。f用來設(shè)置輸出信號(hào)的頻率，P用來設(shè)置輸出信號(hào)的相位，A設(shè)置輸出信號(hào)的幅度，D設(shè)置輸出信號(hào)的偏置電壓。圖5是電熱式微鏡驅(qū)動(dòng)原理圖，Vp表示線性區(qū)的偏置電壓，Vt表示峰峰值在線性區(qū)內(nèi)的正弦波信號(hào)。圖中溫度降低CTemperature Decrease)，溫度Increases),微鏡鏡面偏轉(zhuǎn)(Rotation)。 假設(shè)掃描一個(gè)圓形，首先按照?qǐng)D2的方式搭建好光路，在熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體的管腳上加載靜態(tài)電壓，利用屏幕上讀出的數(shù)據(jù)計(jì)算出微鏡本體的偏轉(zhuǎn)的線性區(qū)域，擬合出鏡子偏轉(zhuǎn)角度與所加電壓的曲線關(guān)系。然后給微鏡的驅(qū)動(dòng)臂加載一個(gè)正弦波信號(hào)，跟蹤所給信號(hào)與PSD反饋出來信號(hào)的在不同頻率下的相位差，擬合出延時(shí)曲線同時(shí)測出諧振頻帶。圖形掃描在屬性測試完畢后將所需信號(hào)的特征從所描繪的曲線中獲得，最后在熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體的四個(gè)驅(qū)動(dòng)引腳上加載峰峰值及偏置電壓在線性區(qū)，頻率在諧振頻帶以外，相位差為90 度的正弦波，即可掃出相應(yīng)的圖形。
權(quán)利要求
1.一種微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)，包括激光光源、分光鏡、微鏡裝置和屏幕，其特征在于其還包括位置敏感傳感器，所述分光鏡為兩組，分別為第一分光鏡和第二分光鏡；所述激光光源用于產(chǎn)生入射激光；所述微鏡裝置用于接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，反射入射激光至第一分光鏡；所述屏幕用于顯示入射激光經(jīng)過微鏡反射后產(chǎn)生的圖形；所述第一分光鏡用于將入射激光垂直入射到微鏡裝置上；將所述微鏡系統(tǒng)反射的激光打到所述第二分光鏡上；所述第二分光鏡用于將第一分光鏡打過來的激光分為兩束，分別打到所述屏幕和位置敏感傳感器；所述位置敏感傳感器和第二分光鏡構(gòu)成反饋，根據(jù)位置敏感傳感器和所述屏幕上顯示的掃描圖形，矯正圖形的畸變，測試微鏡本身的屬性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于所述微鏡裝置為熱驅(qū)動(dòng)微鏡裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于所述熱驅(qū)動(dòng)微鏡裝置包括熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體和驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路包括中央處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)整形模塊、安全保護(hù)模塊、電源模塊；所述中央處理器采用嵌入式MCU，通過應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境的編程將熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體所需要的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)存入其中并按照所述熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體屬性輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于將所述中央處理器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)；所述信號(hào)整形模塊用于將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的模擬信號(hào)處理成與微鏡本身的屬性相匹配的波形；所述安全保護(hù)模塊包括防瞬間浪涌電路和驅(qū)動(dòng)臂保護(hù)電路，用于防止電路上電和下電瞬間浪涌電壓對(duì)鏡子驅(qū)動(dòng)臂的沖擊，與此同時(shí)還監(jiān)控微鏡本體的驅(qū)動(dòng)臂是否損壞，如有損壞立刻關(guān)閉激光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)臂保護(hù)電路在微鏡本體驅(qū)動(dòng)引腳串聯(lián)監(jiān)控電阻，一旦微鏡的驅(qū)動(dòng)臂損壞，監(jiān)控電阻兩端的電壓會(huì)迅速消失，以此檢測到信號(hào)反饋給中央處理器，中央處理器控制激光關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)，其特征在于所述熱驅(qū)動(dòng)微鏡本體接口采用USB硬件接口方式，將微鏡四個(gè)驅(qū)動(dòng)臂的接口移植到USB接口上。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種微鏡圖形掃描機(jī)構(gòu)，包括激光光源、分光鏡、微鏡裝置和屏幕，其特征在于其還包括位置敏感傳感器，所述分光鏡為兩組，分別為第一分光鏡和第二分光鏡；所述第二分光鏡用于將第一分光鏡打過來的激光分為兩束，分別打到所述屏幕和所述位置敏感傳感器；所述位置敏感傳感器和第二分光鏡構(gòu)成反饋，根據(jù)位置敏感傳感器和所述屏幕上顯示的掃描圖形，矯正圖形的畸變，測試微鏡本身的屬性。本發(fā)明首次將微鏡的屬性測試和圖形掃描集成一體，方便了解微鏡裝置的屬性及相關(guān)應(yīng)用。利用PSD和分光鏡構(gòu)成反饋進(jìn)行閉環(huán)控制可進(jìn)行圖形畸變的矯正，光路簡單。
文檔編號(hào)A61B5/00GK102540457SQ20111037769
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者蘭樹明, 謝會(huì)開 申請(qǐng)人:無錫微奧科技有限公司