Application of Micro Electro Mechanical System(MEMS)Technology in Photoacoustic Imaging

Photoacoustic imaging(PAI)is a new biomedical imaging technology that provides a mixed contrast mechanism and excellent spatial resolution in biological tissues.It is a non-invasive technology that can provide in vivo anatomical and functional information.This technology has great application potential in microscopic imaging and endoscope system.In recent years,the devel-opment of micro electro mechanical system(MEMS)technology has promoted the improvement and miniaturization of the photoacoustic imaging system,as well as its preclinical and clinical appli-cations.This paper introduces the research progress of MEMS technology in photoacoustic micro-scope systems and the miniaturization of photoacoustic endoscope ultrasonic transducers,and points out the shortcomings of existing technology and the direction of future development.

MEMS结构离面微运动测试系统设计与实现

利用频闪成像和显微干涉技术设计开发了微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)离面微运动测试系统。系统在计算机控制下通过相对延时和五步相移干涉技术自动采集MEMS结构运动周期内各不同时刻的干涉条纹图集,再通过五步相移算法和分割线去包裹算法分别对干涉条纹图和包裹相位图进行分析处理可得到被测MEMS结构的离面微运动情况。为实现浮点型相位图数据的有效存取,提出了一种新的相位图文件格式。通过实验对硅微悬臂梁在不同幅值正弦基础激励下的离面振动响应进行了有效测量,且测量重复性误差小于10nm。

机器视觉精密测量中的显微光学聚焦

考虑显微光学涉及的聚焦精度对机器视觉精密测量效果的影响,开展了显微视觉环境下对图像聚焦技术综合定量评价的研究。建立了偏移率等系列性能指标,对13组清晰度函数在显微视觉条件下的无偏性、单峰性、分辨力等进行了综合评价,优选出方差函数和Brenner函数分别用于粗聚焦和精聚焦阶段的清晰度计算。建立了分步爬山搜索法,实现了显微自动聚焦。与传统爬山法相比,提出的方法聚焦时间显著缩短,重复精度提高约24%。将建立的自动聚焦与图像测量方法应用于某电液伺服阀衔铁气隙测量中,得到的测量均值与工具显微镜结果相近,而测量标准差可达1.9μm,测量效率也显著提高。最后对伺服阀加电条件下的气隙动力学特性进行了测试,获得了驱动电流-衔铁气隙之间的关系,为在线装配/装调提供了重要依据。

眼底横向显微成像系统的研制及应用

介绍了一套基于MEMS薄膜变形镜的人眼眼底横向显微成像系统。采用37单元MEMS薄膜变形反射镜作为波前校正元件,127微透镜阵列哈特曼夏克(Hartmann-Shack)波前传感器测量波前误差,在用计算机控制薄膜变形镜实现波前误差校正后,开启成像照明光源,用CCD相机记录视网膜图像。模拟眼试验表明,系统能够有效进行像差测量、校正和眼底成像,像差校正后成像质量达到衍射极限。临床试用表明,除少部分眼内比较浑浊的病人外,整个检查过程大部分病人都能够安全、快捷、可靠地进行。

一种变焦微镜的旋转扫描探头设计

为了清晰地理解微机电系统和半导体器件内部的轮廓和工作机制,探索1种更为简单,可靠的调控方式,发挥液体微透镜阵列超光滑表面、良好的生物兼容性、大范围的连续变焦、可编程的实时/域操控特性,提出了1种利用立体成像技术对微机电系统和半导体器件的立体轮廓测量方法。该方法围绕驱动控制机制对液体微透镜阵列变焦性能的影响,分析液体微镜光-热耦合驱动变焦的理论模型,设计1种新型采用变焦透镜作为轴向扫描方式的共焦显微系统,并利用其焦距变化实现无机械运动的轴向扫描。试验结果表明:采用光-热耦合驱动变焦液体微透镜工艺,可获得无需任何后期图像处理的立体成像。

基于面内补偿的微机电系统离面运动测试

将频闪成像技术和相移显微干涉技术相结合,提出了一种基于面内补偿的微机电系统(MEMS)离面运动测试方法。首先通过相移显微干涉技术自动采集MEMS结构运动周期内不同准静态位置处的数帧相移干涉图像;然后通过图像处理得到每个准静态位置的亮场图像,进行面内位移测试;最后利用面内位移测试结果对离面位移测试进行补偿,即双相位展开算法,完成对于MEMS结构的离面运动测试。实验结果表明:面内运动的测试的精度可达0.01 pixel,静态离面高度测试的重复精度可达0.52 nm,可以完成伴随着面内位移的MEMS离面位移测试。

线扫描共聚焦成像技术在生物医学成像中的应用

线扫描共聚焦成像技术基于共聚焦成像原理,使用线光束一维扫描照明样品以提高成像速率;通过共焦狭缝滤除样品成像光束中的非聚焦层面杂散光,提高成像分辨率和对比度;近年来,该技术因分辨率高、成像快、成像视场大、系统结构简单等优点而在生物医学成像中的应用越来越广泛。介绍了线扫描共聚焦成像技术的基本原理,列举了成像系统的主要参数及其影响因素,并举例说明了其在生物医学成像,尤其是眼底成像和生物组织细胞观察等方面的应用,最后总结了该技术的优缺点及其应用前景。