28.06.2011

Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS

MEMS-basierter Mikroskopkopf für Endoskopie-Anwendungen

Das Fraunhofer IPMS stellt ein miniaturisiertes Laser-Mikroskop auf MEMS-Basis vor, das in schwer zugänglichen Umgebungen, z.B. für endoskopische Untersuchungen sowohl in Medizin und Biologie als auch in der Technik verwendet werden kann. Es besteht aus einem optischen Kopf mit nur 8 mm.

Durchmesser, welcher einen MEMS-Mikroscannerspiegel von 1,9 x 1,9 mm² Größe sowie alle optischen Komponenten enthält, die das Licht auf die Objektoberfläche lenken und gleichzeitig das von dort reflektierte Licht aufnehmen, um daraus ein Bild zu rekonstruieren. Der MEMS-Mikroscannerspiegel schwingt resonant um zwei Achsen, um die Objektoberfläche abzurastern. Ein Objektiv vor dem Scannerspiegel fokussiert den Lichtstrahl auf der Objektoberfläche, um eine mikroskopische Auflösung von ca. 15 μm in einem Objektfeld von etwa 3 mm Kantenlänge zu erzielen. Diese Lösung eröffnet ein Spektrum von neuen Möglichkeiten, kleine Objekte und Strukturen unter schwierigen Zugangsbedingungen zu sehen, wie z.B. die in vivo Untersuchung von Krebszellen und anderen verdächtigen Geweben durch ein Endoskop oder die mikroskopische Materialanalyse in Hohlräumen von technischen Ausrüstungen. Das benutzte konfokale Prinzip der Bildabtastung und -erfassung mit einem scannenden Laserstrahl lässt sich optimieren hinsichtlich des Sichtfeldes und noch besserer Auflösung, oder ausbauen für die schichtweise Rekonstruktion von 3D-Bildern ähnlich der Tomographie.

Der optische Kopf ist aus verschiedenen Komponenten und Materialien konstruiert, wie dem MEMSScannerspiegel und optischen Bauteilen, um das Licht fokussiert auf das Objekt zu führen, elektrischen Verbindungen zum Antreiben des MEMS, und einer Außenhülle, die alle Teile präzise fixiert. Durch ein Verbundkabel aus Lichtwellen- und elektrischen Leitern ist der Kopf mit einer abgesetzten Kontrolleinheit verbunden, die u.a. Laserquellen, Lichtdetektoren und die Elektronik zur Steuerung und Signalverarbeitung enthält. Die Separation dieser Komponenten erlaubt es, sie flexibel zu konfigurieren, z.B. verschiedene Lichtwellenlängen zu benutzen und zu kombinieren, diese optisch zu filtern und spezifisch zu detektieren, und die Elektronik zu modifizieren. Der derzeitige Demonstrationsaufbau verwendet einen grünen Laser mit 532 nm Wellenlänge, einen entsprechenden Detektor und eine dedizierte Elektronik zur Steuerung aller Komponenten sowie zur Bildrekonstruktion. Schließlich ist die Elektronik mit einem PC oder Notebook verbunden, um das Gesamtgerät zu steuern, die aufgenommenen Bilder darzustellen und zu speichern.

Das Projekt wurde innerhalb eines Programmes der Fraunhofer Gesellschaft gefördert.