(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711122134.0
(22)申请日 2017.11.14
(71)申请人 电子科技大学
地址 611731 四川省成都市高新区（西区）
西源大道2006号
(72)发明人 奚磊 陈倩 齐伟智
(74)专利代理机构 成都点睛专利代理事务所
(普通合伙) 51232
代理人 葛启函
(51)Int.Cl.
G01N 21/17(2006.01)
(54)发明名称
声显微镜
美国中情局女局长
(57)摘要
基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光
制光源组件发射的脉冲激光通过单模光纤耦合
组件准直后进入光束扫描组件，光束扫描组件包
括微机电扫描振镜3-4和函数发生器3-5，计算机
通过函数发生器3-5控制微机电扫描振镜3-4转
动，进入光束扫描组件的脉冲激光经微机电扫描
振镜3-4反射后再经过反射式支架4-1与目标物
片反射后被信号采集组件采集并传送到计算机
进行保存和处理。本发明体积小、重量轻，具有较
大的扫描范围和较高的扫描精度。权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 107941708 A 2018.04.20
C N 107941708
A
黄昏到寺蝙蝠飞
1.基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，其特征在于，包括光源组件、单模光纤耦合组件、光束扫描组件、反射式支架(4-1)、信号采集组件和计算机，所述光束扫描组件包括微机电扫描振镜(3-4)和函数发生器(3-5)，所述函数发生器(3-5)分别与所述计算机和所述微机电扫描振镜(3-4)连接，所述计算机通过所述函数发生器(3-5)控制所述微机电扫描振镜(3-4)转动；所述计算机与所述光源组件和信号采集组件电气连接，控制所述光源组件发射脉冲激光和保存并处理所述信号采集组件采集的数据；所述反射式支架(4-1)为内部充满透明的超声耦合液(4-2)的封闭腔体，包括进光口(4-5)和出光口(4-4)，目标物体设置在所述出光口(4-5)，所述反射式支架(4-1)内设置有透光反声的薄片(4-3)；
所述光源组件发射的脉冲激光通过所述单模光纤耦合组件准直后进入所述光束扫描组件并照射到所述微机电扫描振镜(3-4)表面，经所述微机电扫描振镜(3-4)反射后从所述反射式支架(4-1)的进光口(4-5)进入所述反射式支架(4-1)，从所述反射式支架(4-1)的出光口(4-4)射出并照射在目标物体表面产生光声信号；所述光声信号经过所述反射式支架(4-1)内透光反声的薄片反射后被所述信号采集组件采集。
下行频率2.根据权利要求1所述的基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，其特征在于，所述反射式支架(4-1)的进光口(4-5)和出光口(4-4)均利用透明材料密封，所述脉冲激光经过所述透明材料不损失能量。
3.根据权利要求1所述的基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，其特征在于，所述光源组
件包括脉冲激光器(1)，所述脉冲激光器(1)产生脉宽在1ns-10ns之间，重频在1Khz-100Khz之间，波长根据成像目标确定的脉冲激光。
混凝土电通量
4.根据权利要求1所述的基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，其特征在于，所述单模光纤耦合组件包括空间光滤波器(2-1)、准直透镜(2-2)、物镜(2-3)、单模光纤耦合调整架(2-4)、单模光纤(2-5)和单模光纤准直透镜(2-6)，所述脉冲激光器(1)、空间光滤波器(2-1)、准直透镜(2-2)、物镜(2-3)和单模光纤耦合调整架(2-4)共轴安装，所述脉冲激光依次通过所述空间光滤波器(2-1)、准直透镜(2-2)、物镜(2-3)和单模光纤耦合调整架(2-4)后进入所述单模光纤(2-5)，经所述单模光纤(2-5)后的脉冲激光通过所述单模光纤准直透镜(2-6)进入所述光束扫描组件。
5.根据权利要求1所述的基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，其特征在于，所述光束扫描组件还包括透镜(3-2)和反射棱镜(3-3)，所述进入光束扫描组件的脉冲激光经所述透镜(3-2)聚焦后再经过所述反射棱镜(3-3)反射至所述微机电扫描振镜(3-4)表面。
6.根据权利要求4或5所述的基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，其特征在于，所述光束扫描组件还包括光路支架(3-1)，所述单模光纤准直透镜(2-6)、透镜(3-2)、反射棱镜(3-3)和微机电扫描振镜(3-4)共轴安装在所述光路支架上。
7.根据权利要求1所述的基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，其特征在于，所述信号采
集组件包括依次电气连接的超声探测器(5-1)、信号放大器(5-2)和数据采集卡(5-3)，所述超声探测器(5-1)设置在所述反射式支架(4-1)上，其接收器穿过所述反射式支架(4-1)的侧壁与所述超声耦合液(4-2)接触，所述超声探测器(5-1)探测所述光声信号，所述光声信号经所述信号放大器(5-2)放大后被所述数据采集卡(5-3)采集，所述数据采集卡(5-3)与所述计算机(6)电气连接。
8.根据权利要求7所述的基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，其特征在于，所述反射式支架(4-1)为矩形腔体，所述透光反射的薄片(4-3)分别与所述反射式支架(4-1)的出光口(4-4)所在的侧壁和设置所述超声探测器(5-1)的侧壁成45°角。
基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜
jamario moon
技术领域
[0001]本发明涉及自动控制及成像技术领域，具体涉及一种基于微机电(MEMS)扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜。
背景技术
[0002]光学分辨率光声显微镜是近十年来新兴的一种具有高分辨率和高对比度的无损医学成像技术，广泛应用于各种医学研究中。与传统的光学显微镜不同，光学分辨率光声显微镜需要通过逐点扫描的
方式获取图像，因此高精度的扫描机制对光学分辨率光声显微镜至关重要。目前，国内外应用光学分辨率光声显微镜对目标物体成像时，应用高性能步进电机或者扫描振镜是实现高精度扫描最为常用的方法。然而这些扫描机制通常体积较大且重量较重，目前仍难以满足很多医学应用中对体积小，重量轻的便携式成像系统的迫切需求。[0003]针对以上的问题，国内外的很多研究小组提出了很多解决方案，例如应用磁力驱动的扫描振镜同时扫描聚焦的激光束和超声波实现二维扫描，以此搭建一套小型化的光学分辨率光声显微镜，相对于传统的光学分辨率光声显微镜，体积得到了一定程度的减小，可以手持，但依然比较笨重，且图像质量有较大损失，因而仍无法应用于内窥成像，口腔检查以及活体小动物自由移动脑成像等应用中。
发明内容
[0004]为了解决上述光学分辨率光声显微镜中存在的这些问题，本发明提供一基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，相对于现有的小型化光学分辨率光声显微镜，该系统体积更小重量更轻，结构简单紧凑易于组装调试，成本低廉，而且图像质量与传统的电机式扫描系统相比，仍保持在较高分辨率水平，能够广泛适用于临床医学应用及医疗研究工作中。
[0005]本发明的技术方案为：
[0006]一种基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜，包括光源组件、单模光纤耦合组件、
光束扫描组件、反射式支架4-1、信号采集组件和计算机，所述光束扫描组件包括微机电扫描振镜3-4和函数发生器3-5，所述函数发生器3-5分别与所述计算机和所述微机电扫描振镜3-4连接，所述计算机通过所述函数发生器3-5控制所述微机电扫描振镜3-4转动；所述计算机与所述光源组件和信号采集组件电气连接，控制所述光源组件发射脉冲激光和保存并处理所述信号采集组件采集的数据；所述反射式支架4-1为内部充满透明的超声耦合液4-2的封闭腔体，包括进光口4-5和出光口4-4，目标物体设置在所述出光口4-5，所述反射式支架4-1内设置有透光反声的薄片4-3；
[0007]所述光源组件发射的脉冲激光通过所述单模光纤耦合组件准直后进入所述光束扫描组件并照射到所述微机电扫描振镜3-4表面，经所述微机电扫描振镜3-5反射后从所述反射式支架4-1的进光口4-5进入所述反射式支架4-1，从所述反射式支架4-1的出光口4-4射出并照射在目标物体表面产生光声信号；所述光声信号经过所述反射式支架4-1内透光
反声的薄片反射后被所述信号采集组件采集。
[0008]具体的，所述反射式支架4-1的进光口4-5和出光口4-4均利用透明材料密封，所述脉冲激光经过所述透明材料不损失能量。
[0009]具体的，所述光源组件包括脉冲激光器1，所述脉冲激光器1产生脉宽在1ns-10ns 之间，重频在1Khz-100Khz之间，波长根据成像目标确定的脉冲激光。
[0010]具体的，所述单模光纤耦合组件包括空间光滤波器2-1、准直透镜2-2、物镜2-3、单模光纤耦合调整架2-4、单模光纤2-5和单模光纤准直透镜2-6，所述脉冲激光器1、空间光滤波器2-1、准直透镜2-2、物镜2-3和单模光纤耦合调整架2-4共轴安装，所述脉冲激光依次通过所述空间光滤波器2-1、准直透镜2-2、物镜2-3和单模光纤耦合调整架2-4后进入所述单模光纤2-5，经所述单模光纤2-5后的脉冲激光通过所述单模光纤准直透镜2-6进入所述光束扫描组件。
[0011]具体的，所述光束扫描组件还包括透镜3-2和反射棱镜3-3，所述进入光束扫描组件的脉冲激光经所述透镜3-2聚焦后再经过所述反射棱镜3-3反射至所述微机电扫描振镜3-4表面。
[0012]具体的，所述光束扫描组件还包括光路支架3-1，所述单模光纤准直透镜2-6、透镜3-2、反射棱镜3-3和微机电扫描振镜3-4共轴安装在所述光路支架上。
[0013]具体的，所述信号采集组件包括依次电气连接的超声探测器5-1、信号放大器5-2和数据采集卡5-3，所述超声探测器5-1设置在所述反射式支架4-1上，其接收器穿过所述反射式支架4-1的侧壁与所述超声耦合液4-2接触，所述超声探测器5-1探测所述光声信号，所述光声信号经所述信号放大器5-2放大后被所述数据采集卡5-3采集，所述数据采集卡5-3与所述计算机6电气连接。
[0014]具体的，所述反射式支架4-1为矩形腔体，所述透光反射的薄片4-3分别与所述反射式支架4-1的出光口4-4所在的侧壁和设置所述超声探测器5-1的侧壁成45°角。[0015]本发明的工作过程为：
[0016]计算机控制光源组件发射脉冲激光，通过单模光纤耦合组件准直后进入光束扫描组件照射到微机电扫描振镜3-4表面，由计算机控制光束扫描组件对成像目标进行扫描，即微机电扫描振镜4-3由计算机6通过函数发生器3-5控制其扫描范围，扫描速度，以及扫描轨迹等参数；经微机电扫描振镜3-5反射后的脉冲激光从反射式支架4-1的进光口进入反射式支架4-1，通过反射式支架4-1后从其出光出并照射在目标物体表面产生声光信号；声光信号经过反射式支架4-1内透光反声的薄片反射后被信号采集组件采集并传送至计算机进行处理，重建出成像目标的图像。
[0017]本发明的有益效果为：本发明利用微机电扫描振镜3-4实现了小型化的二维光束扫描，并使用超声探测器5-1探测超声信号，有效的减小了系统的体积和重量，而且结构小巧紧凑，调试和使用简单方便，易于应用和推广。另外本发明中使用的基于电热效应的微机电扫描振镜具有扫描范围大，精度高的特点，相比于其他的小型化光学分辨率光声显微镜，本发明具有更大的扫面范围和更高的分辨率，能更有效地满足临床应用及生物医学基础研究中对便携式高分辨率成像系统的迫切需求。
附图说明
>affordance
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