[发明专利]一种频率可调的微扫描反射镜及其荧光成像应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于激光扫描的荧光成像系统，尤其涉及一种频率可调的微扫描反射镜及其荧光成像应用。

背景技术

一种基于激光扫描的荧光成像系统，通常包括一个可用于激光扫描荧光成像的激光共聚焦探头，该激光共聚焦探头包括一个激光二极管、一个有效光电探针、两个微扫描反射镜和一个物镜系统。该共聚焦探头的视场领域（FOV）由物镜的光圈孔径的大小决定，此外，共聚焦探头收集荧光光子的能力还由物镜孔径的数值（NA）决定。由于现有的激光共聚焦探头的微反射镜的频率是固定不可调的，从而使用共聚焦微扫描反射镜探头进行大视野成像时，微扫描反射镜的反射区域面积是限制物镜收集光子的唯一可变因素，因此为了提高物镜收集光子的能力，必须增大微扫描反射镜的反射区域面积，从而驱动力增加，导致能耗增加，同时两个微扫描反射镜扫描频率、振幅和相位调整无法实现同步进行，致使最终得到的图像分辨率低，视场大小无法精准控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能使微扫描反射镜扫描频率、振幅和相位均可以分别调整，在保证能耗较少的同时的不降低光学分辨率和视场大小的频率可调的微扫描反射镜及基于频率可调的微扫描反射镜的荧光成像系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种频率可调的微扫描反射镜，包括反射镜，所述的反射镜包括使反射镜上下翻转的内轴和使反射镜左右翻转的外轴，所述的反射镜还设置有用于驱动所述的内轴旋转的第一组梳状驱动装置和用于驱动所述的外轴旋转的第二组梳状驱动装置，所述的第一组梳状驱动装置包括多个围绕所述的内轴固定不动的定子梳齿和多个围绕所述的内轴可旋转一定角度的转子梳齿，所述的第二组梳状驱动装置包括多个围绕所述的外轴固定不动的定子梳齿和多个围绕所述的外轴可旋转一定角度的转子梳齿，所述的定子梳齿与所述的转子梳齿上下错开间隔分布，所述的内轴和所述的外轴均设置有调谐所述的反射镜的热电加热装置。

所述的反射镜的外周设置有可旋转的反射镜活动框，所述的内轴设置在所述的反射镜活动框上且位于所述的反射镜的外沿，所述的内轴在电压的驱动下带动反射镜上下翻转，所述的反射镜与所述的反射镜活动框通过内轴一体连接，所述的外轴设置在所述的反射镜活动框外沿且所述的外轴在电压的驱动下带动所述的反射镜与所述的反射镜活动框整体左右翻转。

所述的转子梳齿的厚度为0.5-50微米，各个所述的转子梳齿之间的距离为0.5-50微米，所述的定子梳齿的厚度为0.5-50微米，各个所述的定子梳齿之间的距离为0.5-50微米。

所述的转子梳齿的厚度为8微米，各个所述的转子梳齿之间的距离为8微米，所述的定子梳齿的厚度为8微米，各个所述的定子梳齿之间的距离为8微米。

所述的反射镜的直径为1024微米。

所述的热电加热装置采用P型掺杂形成的用于协助热电在轴内流动产生热量的肖特基二极管。

一种基于频率可调的微扫描反射镜的荧光成像系统，所述的荧光成像系统包括一个共聚焦探头，该共聚焦探头包括权利要求1-6中任一项所述的频率可调的微扫描反射镜。

工作原理：由于电压被施加在定子梳齿上，转子梳齿会经历一个静电扭矩，转子梳齿能够转动的最大旋转角度为5°-4.5°，转子梳齿围绕内轴或外轴做旋转运动时，会有一个剪切力作用于转轴使其扭曲，而剪切力又提供一个机械的复原扭矩来反作用于这种扭曲。旋转了一定角度的转子梳齿受到的静电扭矩完全匹配于转轴机械恢复扭矩时两者之间达到平衡。

为了使微扫描反射镜达到一定的有效扫描幅度，微扫描反射镜需要工作在一个共振扫描模式下。微扫描反射镜的共振频率可以通过在内轴或外轴施加额外的电流加以改变。流动的电流通过转轴上的热电阻产生热对转轴进行加热，并改变转轴的杨氏模量。换句话说，通过电流加热转轴，微扫描反射镜可以被电动调谐，根据转轴的刚性变化微扫描反射镜的谐振频率被调谐。

在最终的图像中频率可调微扫描反射镜的产品尺寸和它的光学偏转角决定图像解析点的数目，并最终决定分辨率。解析点数目为N，在一维扫描下由下式决定：

其中， 是微扫描反射镜的机械扫描半角，λ是工作波长，D是微扫描反射镜的直径。通过对上述反射镜的机械扫描半角（光学偏转角）的调整及通过改变转轴的杨氏模量来对转轴的频率进行调谐，使荧光成像系统中微扫描反射镜工作在一个共振扫描模式下，并有望实现成像效率不完全取决于微扫描反射镜表面区域的面积大小。