一种增大MEMS-OCT扫描成像视场角的探头的制作方法

一种增大mems-oct扫描成像视场角的探头
技术领域
1.本发明涉及的是一种增大mems-oct扫描成像视场角的探头，属于医疗机械领域。


背景技术：

2.光学相干断层扫描技术（optical coherence tomography， oct）是近年来新兴的一种医学成像技术，它具有无损伤、非介入和高分辨率等优点，且已经广泛应用于眼科、皮肤等体外疾病的诊断。为实现体内组织成像，现有技术（cn103040428b）已经公开了一种微机电系统（mems）与光学相干断层扫描技术相结合的微型化oct内窥扫描探头(外径≤5mm)，实现了oct在人体内多种内脏器官或内部组织的无创检测。而现有mems-oct因受到探头整体尺寸的限制，mems微镜的扫描范围比较有限，限制了mems-oct的视场范围，且oct探头中的mems微镜暴露在空气中，会因水汽的毛细凝聚作用容易发生断裂。


技术实现要素：

3.本发明所解决的技术问题是现有mems-oct探头扫描视场小的技术问题。
4.本发明采用的技术方案：一种增大mems-oct扫描成像视场角的前扫探头，包括光纤1、透镜2、反射器件3、mems微镜4、第一光学窗口5-1和密闭腔室6，密闭腔室6内填充有液态物质7，mems微镜4浸入液态物质7内，光纤1出射的光线依次通过透镜2、反射器件3、mems微镜4，经液态物质7到达第一光学窗口5-1折射后射出。
5.优选地，所述液态物质7是液体或者液体和纳米材料的混合物。
6.一种增大mems-oct扫描成像视场角的侧扫探头，其特征在于包括光纤1、透镜2、mems微镜4、第二光学窗口5-2和密闭腔室6，密闭腔室6内填充有液态物质7，mems微镜4浸入液态物质7内，光纤1出射的光线依次通过透镜2和mems微镜4，经液态物质7到达第二光学窗口5-2折射后射出。
7.优选地，还包括mems封装体8，该侧扫探头的前端和mems封装8作为所述密闭腔室6的侧壁。
8.优选地，所述液态物质7是液体或者液体和纳米材料的混合物。
9.优选地，所述液态物质7包括第一液态物质7-1和第二液态物质7-2，其中第一液态物质7-1和第二液态物质7-2互不相溶。
10.优选地，所述密闭腔室6内的液态物质7不填满。
11.优选地，所述密闭腔室6位于该侧扫探头内，密闭腔室6上有供光线射入和射出的第三光学窗口5-3和第四光学窗口5-4。
12.本发明的优点：本发明的发明点是通过液体的折射效应，既提高mems探头的扫描视场，同时又通过液体的阻尼效应保护mems微镜。
附图说明
13.图1是一种增大mems-oct扫描成像视场角的前扫探头结构示意图1。
14.图2是一种增大mems-oct扫描成像视场角的前扫探头结构示意图2。
15.图3是图2的前扫探头成像视场角的原理示意图。
16.图4是现有mems-oct前扫探头成像的原理示意图。
17.图5是一种增大mems-oct扫描成像视场角的侧扫探头结构示意图1。
18.图6是一种增大mems-oct扫描成像视场角的侧扫探头结构示意图2。
19.图7是图6成像视场角的原理示意图。
20.图8是现有mems-oct侧扫探头成像的原理示意图。
21.图9是液态物质未填满密闭腔室状态1。
22.图10是液态物质未填满密闭腔室状态2。
23.图11是液态物质为两种互不相容的混合液体状态1。
24.图12是液态物质为两种互不相容的混合液体状态2。
25.图13是仅将mems微镜密封的状态图1。
26.图14是仅将mems微镜密封的状态图2。
27.图中，1是光纤，2是透镜，3是反射器件，4是mems微镜，5-1是第一光学窗口，5-2是第二光学窗口，5-3是第三光学窗口，5-4是第四光学窗口，6是密闭腔室，7是液态物质，7-1是第一液态物质，7-2是第二液态物质，8是mems封装体。
具体实施方式
28.一种增大mems-oct扫描成像视场角的前扫探头，包括光纤1、透镜2、反射器件3、mems微镜4、第一光学窗口5-1和密闭腔室6，密闭腔室6内填充有液态物质7，mems微镜4浸入液态物质7内，光纤1出射的光线依次通过透镜2、反射器件3、mems微镜4，经液态物质7到达第一光学窗口5-1折射后射出。
29.优选地，所述液态物质7是液体或者液体和纳米材料的混合物。
30.一种增大mems-oct扫描成像视场角的侧扫探头，其特征在于包括光纤1、透镜2、mems微镜4、第二光学窗口5-2和密闭腔室6，密闭腔室6内填充有液态物质7，mems微镜4浸入液态物质7内，光纤1出射的光线依次通过透镜2和mems微镜4，经液态物质7到达第二光学窗口5-2折射后射出。
31.优选地，还包括mems封装体8，该侧扫探头的前端和mems封装8作为所述密闭腔室6的侧壁。
32.优选地，所述液态物质7是液体或者液体和纳米材料的混合物。
33.优选地，所述液态物质7包括第一液态物质7-1和第二液态物质7-2，其中第一液态物质7-1和第二液态物质7-2互不相溶。
34.优选地，所述密闭腔室6内的液态物质7不填满。
35.优选地，所述密闭腔室6位于该侧扫探头内，密闭腔室6上有供光线射入和射出的第三光学窗口5-3和第四光学窗口5-4。
36.实施例1如图1-图4所示，一种增大mems-oct扫描成像视场角的前扫探头，包括光纤1、透镜2、反射器件3、mems微镜4、第一光学窗口5-1和密闭腔室6，密闭腔室6内填充有液态物质7，mems微镜4浸入液态物质7内，光纤1出射的光线依次通过透镜2、反射器件3、mems微镜4，经液态
物质7到达第一光学窗口5-1折射后射出。
37.其中，mems微镜4使用电热驱动，其驱动方式参考专利（cn201210363551.5），反射器件3是反射镜。液态物质7是液体或者液体和纳米材料的混合物，液体可以是甘油（1.4730）、矿物油（1.467)、橄榄油（1.4763）、甲基硅油（1.410）、茚（1.5764）的一种，纳米材料可以是二氧化钛、二氧化锆（1.525），增加纳米材料的目的是减少黏度对mems微镜的影响。
38.其中，封闭腔室6由mems封装体8、前扫探头的侧壁和第一光学窗口5-1围成。光纤1穿过mems封装体8。
39.具体原理是：探头是一个密封的管壳，填充了液体或者液体和纳米材料的混合物。光纤1出射的光束经透镜2聚焦后进入液体7并通过反射镜3反射后，入射到以45
°
倾斜的mems微镜4镜面上，mems微镜4再将光线反射到探头壁上的第一光学窗口5-1，反射光线在第一光学窗口5-1处发生折射，折射光线到达人体组织进行扫描成像。光线在第一光学窗口5-1的传播路径如图3所示，设填充液体或者液体和纳米材料混合物的折射率为n1，玻璃折射率为n2，内窥镜工作环境的折射率为n3，设入射到光学窗口玻璃a面光线的入射角为θ1，经过a面折射之后的折射角为θ2，入射到光学窗口玻璃b面光线的入射角为θ3，经过b面折射之后的折射角为θ4。
40.在第一光学窗口5-1玻璃的a面，由折射定律可知：n1sinθ1=n2sinθ
2 ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）在第一光学窗口5-1玻璃的b面，由折射定律可知：n2sinθ3=n3sinθ4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）在第一光学窗口5-1玻璃中，由于a面的折射角和b面的入射角作为一对内错角，所以θ2=θ3，因此（1）(2)式变为了：n1sinθ1=n3sinθ4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）在式（3）中，可得θ4=arcsin（（n1sinθ1）/n3）而在现有已公开的mems-oct中，整个内窥探头密封的是空气，设空气的折射率n4，如图4所示，经第一光学窗口5-1玻璃折射后出射的光线角度为θ5，由折射定律可知：n4sinθ1=n3sinθ5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）在式（4）中，可得θ5=arcsin（（n4sinθ1）/n3）。
41.由于n4为空气的折射率（n4=1.00029），n1为填充液体或者液体和纳米材料混合物的折射率（液体折射率一般为1.45-1.74)，所以n1》n4，因此θ4》θ5。
42.综上所述，本发明提出的方法运用在顶部扫描的mems-oct中可以有效的增大内窥探头的扫描成像范围。
43.实施例2如图5-图8所示，一种增大mems-oct扫描成像视场角的侧扫探头，包括光纤1、透镜2、mems微镜4、第二光学窗口5-2和密闭腔室6，密闭腔室6内填充有液态物质7，mems微镜4浸入液态物质7内，光纤1出射的光线依次通过透镜2和mems微镜4，经液态物质7到达第二光学窗口5-2折射后射出。
44.其中，封闭腔室6由mems封装体8、侧扫探头的侧壁及前端和第二光学窗口5-2围成。光纤1穿过mems封装体8。
45.具体原理是：探头是一个密封的管壳，填充了液体或者液体和纳米材料的混合物。光纤1出射的光束经透镜2聚焦后进入液体7，并入射到以45
°
倾斜的mems微镜4镜面上，mems微镜4再将光线反射到探头壁上的第二光学玻璃窗口5-2，反射光线在第二光学窗口5-2处发生折射，折射光线到达人体组织进行扫描成像。光线在第二光学窗口5-2的传播路径如图7所示，设填充液体或者纳米材料的折射率为n5，第二光学窗口5-2玻璃的折射率为n6，内窥镜工作环境的折射率为n7，设入射到第二光学窗口5-2玻璃c面光线的入射角为θ6，经过c面折射之后的折射角为θ7，入射到第二光学窗口5-2玻璃d面光线的入射角为θ8，经过d面折射之后的折射角为θ9。
46.在第二光学窗口5-2玻璃c面，由折射定律可知：n5sinθ6=n6sinθ7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）在第二光学窗口5-2玻璃d面，由折射定律可知：n6sinθ8=n7sinθ9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）在第二光学窗口5-2玻璃中，由于c面的折射角和d面的入射角作为一对内错角，所以θ7=θ8，因此（5）(6)式变为了：n5sinθ6=n7sinθ9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）在式（7）中，可得θ9=arcsin（（n5sinθ6）/n7）。
47.而在已公开的mems-oct中，整个内窥探头密封的是空气，设空气的折射率n8，经第二光学窗口5-2玻璃折射后出射的光线角度为θ
10
，如图8所示，由折射定律可知：n8sinθ6=n7sinθ
10 ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）在式（8）中，可得θ
10
=arcsin（（n8sinθ6）/n7）。
48.由于n8为空气的折射率（n8=1.00029），n5为填充液体或者纳米材料的折射率（液体折射率一般为1.45-1.74)，所以n5》n8，因此θ9》θ
10
。
49.综上所述，本发明提出的方法运用在侧面扫描的mems-oct中可以有效的增大内窥探头的扫描成像范围。
50.实施例3如图9、图10所示，作为实施例2的一种变形，密闭腔室6内的液态物质7并未填满整个腔室，这样带来的效果是：在增大探头视场角的同时，减少光线经过液体的路径长度，从而减少液体对光的吸收。
51.实施例4如图11、图12所示，作为实施例3的一种变形，密闭腔室6内填充有第一液态物质7-1和第二液态物质7-2，其中第一液态物质7-1和第二液态物质7-2互不相溶，其中，互不相溶的液体可以是汞和矿物油、水和液体石蜡。这样带来的效果是：减小液体对mems微镜运动影响的同时增大mems-oct探头的视场。
52.实施例5如图13、图14所示，作为实施例2的一种变形，实施例2的密闭腔室6就是该侧扫探头，而本实施例的密闭腔室6位于该侧扫探头内，密闭腔室6上有供光线射入和射出的第三光学窗口5-3和第四光学窗口5-4。同理，也可用于前扫探头。