[发明专利]一种可切换工作模式的MEMS光学扫描探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种可切换工作模式的MEMS光学扫描探头。

背景技术

将微机电系统技术（microelectromechanical systems, 简称MEMS）的扫描微镜与光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography, OCT)技术相结合，进行内窥镜成像系统开发是专利申请单位的主要开发项目。本发明申请人之一的专利（发明名称为：一种双工作模式MEMS光学探头；专利号为：201220535288.9）。和专利（发明名称为：一种MEMS光学探头，专利号为：201220497934.7）。上述专利打破了仅能单方向工作的模式，既能实现对组织样品侧壁的侧向扫描，又能实现对人体内脏器官和较隐蔽组织的前向扫描。具有一定的优势，但其也具有一定的局限性，相应的增大了探头尺寸大小，OCT技术应用于内窥镜的核心问题在于其内窥探头的微型化。上述专利均有其优势，但也均有一定的局限性，本发明在减少成本、降低探头结构复杂程度和缩小探头直径的前提下解决此问题，实现前向扫描和侧向扫描或侧前向扫描可切换的MEMS光学探头。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种可切换工作模式的MEMS光学扫描探头。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种可切换工作模式的MEMS光学扫描探头，包括外壳及组装在其内的主体基座；所述主体基座上侧的凹槽内设置有透镜组件，其斜面的凹槽内设置有第一MEMS微镜；所述主体基座下侧的凹槽内设有第二MEMS微镜；光束通过光纤经由透镜组件上的三棱镜偏转后射入到第一MEMS微镜上，再通过第一MEMS微镜反射到第二MEMS微镜上；外部电路通过控制所述第二MEMS微镜上的电压通断，进而控制所述第二MEMS微镜处于空间内翘曲或空间内平展状态，以实现探头在前向扫描、侧向扫描和侧前向扫描之间任意切换。

优选的，光束经过透镜组件后直接照射到第一MEMS微镜上，再通过第一MEMS微镜反射到第二MEMS微镜上，外部电路控制第二MEMS微镜的电压，进而控制所述第二MEMS微镜处于空间内翘曲或空间内平展状态，以实现探头侧向扫描、侧前向扫描和前向扫描之间的任意切换，从而增大了探头扫描范围。

优选的，所述外壳前侧面和前端面均设有在工作波长范围内光透明的窗口。

优选的，所述窗口采用平面和具有矫正成像畸变的曲面窗片进行密封；或所述窗口为对工作波长光透明的一体式窗口。

优选的，所述第二MEMS微镜包括边框、双金属驱动臂、微镜 、双金属韧带和带有焊盘的基座，所述边框四侧内壁分别通过所述双金属驱动臂与微镜连接。

优选的，所述双金属驱动臂与双金属韧带采用电热方式工作，通过给所述双金属驱动臂和双金属韧带施加预定频率的电压信号实现微镜的偏转；所述边框底端通过所述双金属韧带与基座连接；通过控制所述双金属韧带的弯曲程度控制所述微镜的镜面与水平面的角度。

优选的，所述第二MEMS 微镜上设置镀有光学涂层的镜面及其分布于四周的硅衬底，两者之间用连接片桥接连接，在四周设置边框，在边框下端设置有用于导电连接的焊盘；所述第一MEMS微镜与第二MEMS 微镜的外形为圆形或方形或其它多边形，所述MEMS为电热MEMS、压电MEMS，所述第二MEMS微镜也可以是具有相同的功能的记忆合金材料。

优选的，所述双金属驱动臂和所述双金属韧带是多层具有不同热膨胀系数的材料构成。

优选的，所述第二MEMS微镜的电连接方式是在所述主体基座上直接形成，或者采用PCB、陶瓷电路板安放于所述主体基座上的相应位置后形成电连接通路。 

    本发明的有益效果：（1）本发明探头仅采用一个透镜组件进行探头组装，使用双MEMS微镜便可实现两种工作模式的切换，其前向扫描和侧向/侧前向扫描相互独立不影响，控制简单精确，结合OCT成像系统可用于人体内多种器官的腔道的扫描成像并作出诊断，使用更加灵活，适应性更强。可用于口腔、耳鼻喉、支气管、关节、膀胱等组织器官的扫描诊断，还可用于腹腔镜等其他内窥手术中；同时作为工业检测设备也可用于材料检测、表面探伤等工业检测领域。

（2）使用MEMS微镜，探头尺寸足够小，可用于医用内窥镜和工业内窥镜。

（3）采用第二MEMS微镜，巧妙的通过控制双金属韧带来调整整个MEMS微镜与水平面的倾斜角度，从而实现前向扫描转变成侧向扫描或侧前向扫描，即实现了灵活扫描，也不会扩大探头直径，结构简单。