专利名称：双微镜旋转扫描器件的制作方法
技术领域：
双微镜旋转扫描器件技术领域[0001]本实用新型涉及一种用于旋转光学扫描的微机电系统器件，特别是基于双微镜组 合的旋转扫描器件。
背景技术：
[0002]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。[0003]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 的 Janak Singh 等开发的电热双轴扫描微镜(Journal of Micromechanics and Microengineering 18,025001, 2008)及其在圆周扫描应用方面 的探索(IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 15, Issue 6, PP. 1432-1438,2009)。基于该小组的研究结果和材料学分析，电热双轴扫描微镜目前仍无 法达到45度左右的机械偏转角度，因此不能完美地将入射光线弯折90度以垂直入射成像 目标。[0004]本实用新型提出一种双微镜旋转扫描器件，可以基于目前现有材料和微加工工艺 解决上述问题，获得90度的光学反射角度，并完成360度圆周扫描。实用新型内容[0005]本实用新型的目的在于提出一种双微镜旋转扫描器件，可以基于目前现有材料和 微加工工艺，获得90度的光学反射角度，并完成360度圆周扫描。[0006]为实现上述目的，本实用新型采用技术方案是它包括微驱动器、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；[0007]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；[0008]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；[0009]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；[0010]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；[0011]本实用新型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。[0012]本实用新型由于采用了上述技术方案，具有如下优点[0013]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；[0014]2、明显缩短了扫描器件的轴向长度。
[0015]图1为本实用新型的结构示意图；[0016]图2为入射光束旋转90度示意图；[0017]图3为4通道电驱动信号波形；[0018]图4为镜片360度圆周扫描示意图。
具体实施方式
[0019]
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明如图1所示，它包括微驱动 器1、平面弹簧2、环形镜片3和圆形镜片4。微驱动器I的输出端与平面弹簧2的输入端 相连，平面弹簧2的输出端分别与环形镜片3和圆形镜片4的输入端相连；每个器件包括I 个环形镜片3、I个圆形镜片4、8个平面弹簧2和8个微驱动器1，环形镜片3和圆形镜片4 各与4个平面弹簧2相连，每个平面弹簧2与I个微驱动器I相连；[0020]所述的微驱动器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， 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；[0021]所述的平面弹簧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I一端的位移传递给环形镜片3和圆形镜片4 ；[0022]所述的环形镜片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4反射的入射光线，一面镀有高反射率镀层；[0023]所述的圆形镜片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3反光面相对的表面镀有高 反射率镀层；[0024]本实用新型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内的金 属或硅加热器产生热量，使微驱动器I的温度上升。微驱动器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会发生形变，向热膨胀系数较小 的材料一侧弯曲。微驱动器I的一端固定在硅片上，另一端通过平面弹簧2连接在环形镜 片3和圆形镜片4上。根据图2所示，由于环形镜片3与圆形镜片4的高反射率镀层相对， 入射光线首先照射到圆形镜片4中心，经圆形镜片4反射到环形镜片3上，再经环形镜片3 反射到成像目标。环形镜片3和圆形镜片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按顺序交替发生形变，使环形镜片3和圆形镜 片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和环形镜片2次反 射后得90度的光学反射角度，并完成360度圆周扫描。[0025]本实用新型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1.一种双微镜旋转扫描器件，其特征在于它包括微驱动器、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。
2.如权利要求1所述的一种双微镜旋转扫描器件，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。
3.如权利要求1所述的一种双微镜旋转扫描器件，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所述的一种双微镜旋转扫描器件，其特征在于所述的平面弹簧采用微加工技术制成。
5.如权利要求1所述的一种双微镜旋转扫描器件，其特征在于所述的环形镜片为环形，采用微加工技术制成，一面镀有高反射率镀层。
6.如权利要求1所述的一种双微镜旋转扫描器件，其特征在于所述的圆形镜片为圆形，采用微加工技术制成，与环形镜片反光面相对的表面镀有高反射率镀层。
专利摘要一种双微镜旋转扫描器件，它包括微驱动器、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；本实用新型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度圆周扫描并且明显缩短了扫描器件的轴向长度。
文档编号G02B26/10GK202880858SQ20122024089
公开日2013年4月17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