Diseño de microespejo CMOS de barrido resonante para sistemas endoscópicos de tomografía óptica

Abstract

En este trabajo se presenta el diseño y la modelación de un microescaner de barrido resonante para sistemas de imagenología biomédica con énfasis en aplicaciones endoscópicas. El dispositivo óptico diseñado consiste en una lente de campo plano y un espejo microelectromecánico con 22,032 µm2 de superficie. El microespejo es impulsado por seis de actuadores térmicos bimorfos, cada uno con 200 µm de longitud y 18 µm de ancho. Los parámetros estructurales y geométricos del microespejo fueron diseñados para ser compatibles con las reglas de diseño de la tecnología CMOS de 0.6 µm. Las características de enfoque y exploración de este dispositivo permiten su aplicación en sistemas endoscópicos de tomografía óptica para realizar los barridos transversales del haz láser en el tejido biológico en estudio. Para modelar el microespejo se utilizó la teoría clásica de Euler-Bernoulli y se obtuvieron las ecuaciones matemáticas que determinan la dependencia de su comportamiento estático y dinámico con las dimensiones y las propiedades físicas de los materiales empleados en su fabricación. A partir de los modelos obtenidos, se optimizó el proceso de diseño de manera que es posible minimizar el consumo de potencia de los actuadores térmicos y se propuso utilizar el nodo estacionario del segundo modo de vibración como un eje de rotación adicional sin translación para incrementar el ángulo de deflexión y la velocidad de exploración. Los resultados obtenidos en los modelos analíticos, para la deformación termomecánica generada por el efecto Joule así como para los modos naturales de vibración, concuerdan con las simulaciones realizadas por métodos de elementos finitos y demuestran que el desempeño del microespejo es superior en comparación con otros diseños reportados en publicaciones previas.