一種圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置，包括波分復(fù)用模塊，用于將兩種不同波長(zhǎng)的光束復(fù)用至光纖中；光纖準(zhǔn)直器，用于將光纖中輸出的光束進(jìn)行準(zhǔn)直；聚焦透鏡，用于將準(zhǔn)直后的光束進(jìn)行聚焦；MEMS掃描鏡，用于將聚焦后的光束反射到成像物體表面；光電檢測(cè)模塊，用于接收成像物體表面反射回的近紅外光并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；成像和投影控制模塊，用于根據(jù)電信號(hào)控制波分復(fù)用模塊輸出兩種不同波長(zhǎng)的光束，并控制MEMS掃描鏡的偏轉(zhuǎn)速度。本發(fā)明由于成像光源和投影光源輸出的光被耦合到同一根光纖中再準(zhǔn)直輸出，保證了二者的光路完全重合，可以在物體表面得到無(wú)漂移的投影圖像；并且性能穩(wěn)定、體積小、成本低。
【專利說(shuō)明】一種圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種圖像采集和原位投影的光學(xué)裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]可見(jiàn)光波段為390_780nm，當(dāng)物體表面各部分能夠?qū)Υ瞬ǘ蔚墓庑纬刹町惢姆瓷渎?，就可以產(chǎn)生色彩或者灰度，形成人眼可見(jiàn)的圖像。但是也存在很多物體，其表面各部分對(duì)可見(jiàn)光的反射率無(wú)明顯差異，因此在可見(jiàn)光照射下，不能呈現(xiàn)出人眼可見(jiàn)的表面圖像。如果改成以可見(jiàn)光波段之外的其他光線來(lái)照射，就可能產(chǎn)生差異化的反射率，然而所呈現(xiàn)的圖像不能被人眼直接觀察到，只能以各種光電探測(cè)器來(lái)檢測(cè)。
[0003]比如某些膚色較深或者脂肪層偏厚的人，其手背的靜脈輪廓不甚清晰可見(jiàn)，而當(dāng)以近紅外光照射時(shí)，則可以產(chǎn)生明顯差異化的反射率，形成圖像，然而此圖像非人眼可見(jiàn)。如果能夠以近紅外波段的光電探測(cè)器檢測(cè)此圖像，再以檢測(cè)到的圖像數(shù)據(jù)對(duì)可見(jiàn)光進(jìn)行調(diào)制，原位投影到手背上，則可以觀察到靜脈的清晰輪廓。
[0004]因此對(duì)人眼不能直接觀察的物體表面圖像，可以通過(guò)分析物體的光譜特征，選擇以一種波長(zhǎng)的光線(不可見(jiàn)光)來(lái)照射物體，并以相應(yīng)的光電探測(cè)器來(lái)采集圖像信息，再通過(guò)另一種波長(zhǎng)的光線(可見(jiàn)光)，將圖像原位投影到物體的表面，其效果等同于人眼直接觀察到物體的表面圖像。
[0005]現(xiàn)有的圖像采集和原位投影技術(shù)主要有兩種，第一種是以紅外CCD直接對(duì)物體表面成像，再以液晶面板將圖像通過(guò)可見(jiàn)光投影到物體表面，這種技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是成像和投影速度快，缺點(diǎn)是成本昂貴；第二種是以紅外光、掃描鏡、光探測(cè)器構(gòu)成掃描成像系統(tǒng)，以可見(jiàn)光和掃描鏡構(gòu)成掃描投影系統(tǒng)，這種技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，其成像和投影速度稍低，但是可以滿足要求，因?yàn)槿搜鄣囊曈X(jué)駐留效應(yīng)，只要投影速度達(dá)到每秒25幀以上即可。
[0006]圖像采集和原位投影技術(shù)，要求投影光路與成像光路完全重合，以上兩種技術(shù)方案，均通過(guò)空間光路來(lái)實(shí)現(xiàn)二者的共線設(shè)計(jì)，運(yùn)用了多組棱鏡和透鏡進(jìn)行光路調(diào)整，光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅調(diào)節(jié)麻煩、誤差較大，而且占用空間，難以做到小型化。以上第二種方案中，如圖1所示，近紅外光源I發(fā)出近紅外光，經(jīng)過(guò)濾波片和后續(xù)的透鏡組約束光束大小后并聚焦到投影物體表面，然后近紅外光束入射到行掃描鏡，假如將物體表面通過(guò)XY坐標(biāo)系將各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行定位，轉(zhuǎn)動(dòng)行掃描鏡的鏡面就可以將光束沿著X方向進(jìn)行掃描。然后近紅外光束入射到場(chǎng)掃描鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)場(chǎng)掃描鏡的鏡面就可以將光束沿著Y方向進(jìn)行掃描，這樣就可以將物體表面的每一個(gè)點(diǎn)都掃描到。近紅外光束經(jīng)過(guò)物體表面反射后經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器處理后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入到控制模塊中，控制可見(jiàn)光源2發(fā)出可見(jiàn)光，并讓光電探測(cè)模塊暫停工作?？梢?jiàn)光經(jīng)過(guò)上述光路路線之后，最終投射到物體表面成像，顯現(xiàn)出靜脈位置。采用一個(gè)行掃描鏡和一個(gè)場(chǎng)掃描鏡，實(shí)現(xiàn)二維掃描成像和投影，兩個(gè)掃描鏡使光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，并難以實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置，其目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)投影光路與成像光路的精確重合的光學(xué)裝置，由此解決現(xiàn)有技術(shù)中光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且誤差大的技術(shù)問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明提供了一種圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置，包括波分復(fù)用模塊，用于將兩種不同波長(zhǎng)的光束復(fù)用至光纖中；光纖準(zhǔn)直器，通過(guò)所述光纖與所述波分復(fù)用模塊連接，用于將所述光纖中輸出的光束進(jìn)行準(zhǔn)直；聚焦透鏡，用于將準(zhǔn)直后的光束進(jìn)行聚焦；MEMS掃描鏡，用于將聚焦后的光束反射到成像物體表面；光電檢測(cè)模塊，用于接收所述成像物體表面反射回的近紅外光并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；以及成像和投影控制模塊，分別與所述波分復(fù)用模塊、所述MEMS掃描鏡和所述光電檢測(cè)模塊連接，用于根據(jù)所述電信號(hào)控制所述波分復(fù)用模塊輸出兩種不同波長(zhǎng)的光束，并控制所述MEMS掃描鏡的偏轉(zhuǎn)速度,還控制所述光電檢測(cè)模塊在近紅外光時(shí)工作，在可見(jiàn)光時(shí)暫停工作。
[0009]更進(jìn)一步地，所述波分復(fù)用模塊包括第一半導(dǎo)體激光器、第二半導(dǎo)體激光器、濾波片和第一光纖頭；所述第一半導(dǎo)體激光器的輸入控制端與所述成像和投影控制模塊連接，作為成像光源，用于輸出一種波長(zhǎng)(成像光源使用的是近紅外光)的光束；所述第二半導(dǎo)體激光器的輸入控制端與所述成像和投影控制模塊連接，作為投影光源，用于輸出另一種波長(zhǎng)(投影光源是可見(jiàn)光)的光束；兩種不同波長(zhǎng)的光束分別通過(guò)所述濾波片和所述第一光纖頭復(fù)用到同一根光纖中。
[0010]更進(jìn)一步地，所述光纖準(zhǔn)直器包括同軸設(shè)置的第二光纖頭、準(zhǔn)直透鏡和玻璃管；所述玻璃管為環(huán)狀圓柱體且內(nèi)部中空的結(jié)構(gòu)，所述第二光纖頭和所述準(zhǔn)直透鏡設(shè)置于所述玻璃管內(nèi)，所述第二光纖頭用于固定光纖，所述玻璃管用于固定所述第二光纖頭和所述準(zhǔn)直透鏡。
[0011]更進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)直透鏡為第一柱形透鏡，所述第一柱形透鏡的輸入表面為平面，所述第一柱形透鏡的輸出表面為凸球面。
[0012]更進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)直透鏡為第二柱形透鏡，所述第二柱形透鏡的輸入表面為平面，所述第二柱形透鏡的輸出表面為平面，所述第二柱形透鏡的折射率沿徑向按照拋物線規(guī)律漸變遞減。
[0013]更進(jìn)一步地，所述聚焦透鏡的聚焦光斑的直徑2?f，準(zhǔn)直光束的尺寸2ω。和所述聚焦透鏡的焦距f滿足公式作ωf=λf/πωc，λ為近紅外光的波長(zhǎng)或可見(jiàn)光的波長(zhǎng)。
[0014]更進(jìn)一步地，所述MEMS掃描鏡的掃描速度大于每秒25幀。
[0015]本發(fā)明還提供了一種醫(yī)用靜脈影像儀，包括用于以近紅外光照射成像，再通過(guò)可見(jiàn)光原位投影于待測(cè)物體的光學(xué)裝置，其特征在于，所述光學(xué)裝置上述的光學(xué)裝置。
[0016]本發(fā)明由于成像光源和投影光源輸出的光被I禹合到同一根光纖中再準(zhǔn)直輸出，因此可以保證二者的光路完全重合，從而可以在物體表面得到無(wú)漂移的投影圖像。并且波分復(fù)用模塊具有性能穩(wěn)定和體積小、成本低的特點(diǎn)；采用二維MEMS掃描鏡，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了光路結(jié)構(gòu)并縮小了系統(tǒng)的尺寸)【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的光學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置中波分復(fù)用模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置中光纖準(zhǔn)直器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置中MEMS掃描鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]鑒于上述，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過(guò)引入光纖和MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù),提出了一種新型的圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置，可以實(shí)現(xiàn)投影光路與成像光路的精確重合，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小和成本低的特點(diǎn)。
[0024]本發(fā)明提出的圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置，包括波分復(fù)用模塊1、光纖準(zhǔn)直器
2、聚焦透鏡3、MEMS掃描鏡4、光電檢測(cè)模塊5、以及成像和投影控制模塊6。波分復(fù)用模塊I輸出的光由光纖輸出到光纖準(zhǔn)直器2,然后光束通過(guò)光路經(jīng)過(guò)聚焦透鏡3,其中光纖準(zhǔn)直器2的中心與聚焦透鏡3的中心同在光束中心，MEMS掃描鏡4中心設(shè)置于光束的中心。光電檢測(cè)模塊5置于經(jīng)物體表面反射后的光束路徑上，成像和投影控制模塊6控制波分復(fù)用模塊I中的兩個(gè)光源的開斷以及MEMS掃描鏡4的偏轉(zhuǎn)速度，同時(shí)控制光電檢測(cè)模塊5在近紅外光時(shí)工作，在可見(jiàn)光時(shí)暫停工作。
[0025]其中，波分復(fù)用模塊I中包括兩個(gè)發(fā)射不同波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器、一個(gè)濾波片和一個(gè)光纖頭，兩個(gè)激光器分別作為成像光源和投影光源，二者發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光束，通過(guò)濾波片復(fù)用到同一根光纖中。光纖準(zhǔn)直器2將光纖中輸出的光束進(jìn)行準(zhǔn)直。聚焦透鏡3將準(zhǔn)直后的光束進(jìn)行聚焦于成像物體表面。MEMS掃描鏡4將光束反射到成像物體表面。光電檢測(cè)模塊5接收成像物體表面反射回的近紅外光并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并將電信號(hào)通過(guò)電路輸入到成像和投影控制模塊6。成像和投影控制模塊6通過(guò)電路分別控制波分復(fù)用模塊I中的兩半導(dǎo)體激光器的開斷以及MEMS掃描鏡4的偏轉(zhuǎn)速度，同時(shí)控制光電檢測(cè)模塊5在近紅外光時(shí)工作，在可見(jiàn)光時(shí)暫停工作。
[0026]該光學(xué)裝置的工作原理是，首先通過(guò)成像和投影控制模塊6點(diǎn)亮波分復(fù)用模塊I中的成像光源發(fā)出近紅外光，近紅外光信號(hào)入射到光纖準(zhǔn)直器2并將近紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直近紅外光束，準(zhǔn)直紅外光束入射到聚焦透鏡3后聚焦到MEMS掃描鏡4上，并由成像和投影控制模塊6提供電壓控制其偏轉(zhuǎn)速度。MEMS掃描鏡4將入射光束反射并聚焦到成像物體表面的某個(gè)點(diǎn)后，近紅外光束再次反射，并將反射的近紅外光信號(hào)入射到光電探測(cè)模塊5，光電探測(cè)模塊5探測(cè)成像物體表面的反射光，由成像物體表面不同點(diǎn)所接收到的光信號(hào)強(qiáng)度不同從而測(cè)得不同反射點(diǎn)的反射率，以此得到反射點(diǎn)的圖像灰度，然后由光電探測(cè)模塊5反饋給成像和投影控制模塊6 —個(gè)電信號(hào)使成像和投影控制模塊6控制波分復(fù)用模塊I關(guān)掉近紅外光源，打開投影可見(jiàn)光源發(fā)出可見(jiàn)光信號(hào)，與此同時(shí)成像和投影模塊6控制光電檢測(cè)模塊5在近紅外光時(shí)工作,在可見(jiàn)光時(shí)暫停工作。然后可見(jiàn)光信號(hào)入射到光纖準(zhǔn)直器2將可見(jiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直可見(jiàn)光束，準(zhǔn)直可見(jiàn)光束入射到聚焦透鏡3后聚焦到其焦點(diǎn)處MEMS掃描鏡4上，MEMS掃描鏡4將入射光束投影并聚焦到成像物體表面第一次反射位置。通過(guò)成像和投影控制模塊6的協(xié)調(diào)控制，讓MEMS掃描鏡4以大于每秒25幀的速度進(jìn)行二維掃描，并且光電檢測(cè)模塊5和波分復(fù)用模塊I的響應(yīng)和切換速度高于掃描速度，就可以在物體表面得到穩(wěn)定的二維投影圖像。
[0027]在本發(fā)明實(shí)施例中，光纖準(zhǔn)直器由一個(gè)光纖頭和一個(gè)準(zhǔn)直透鏡組成。所述光纖準(zhǔn)直器中的準(zhǔn)直透鏡可以采用C-Lens或者自聚焦透鏡，準(zhǔn)直光束的光斑尺寸，取決于所采用透鏡的參數(shù)。所述光纖準(zhǔn)直器和波分復(fù)用模塊中的光纖頭，是通過(guò)一個(gè)毛細(xì)管固定光纖，以便在應(yīng)用中進(jìn)行裝配和定位。所述光纖頭中的毛細(xì)管，其內(nèi)徑稍大于光纖外徑，其外徑則根據(jù)定位和裝配的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，毛細(xì)管材料可以采用玻璃或者陶瓷。波分復(fù)用模塊中的濾波片，對(duì)成像光波長(zhǎng)透射，而對(duì)投影光波長(zhǎng)反射；或者對(duì)成像光波長(zhǎng)反射，而對(duì)投影光波長(zhǎng)透射。波分復(fù)用模塊中的兩個(gè)激光器均為半導(dǎo)體激光器，可靠性高、功耗低且利于小型化封裝。
[0028]作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，波分復(fù)用模塊中用于耦合輸出的光纖，可以是單模光纖，也可以是多模光纖。聚焦透鏡由多片單透鏡組成，可以進(jìn)行消像差設(shè)計(jì)，在物體表面得到較小的聚焦光斑，保證成像和投影的圖像分辨率。MEMS掃描鏡，可以沿著X軸和Y軸進(jìn)行二維掃描，掃描面積取決于掃描鏡的偏角幅度和被掃描物體與掃描鏡的距離。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例由于成像光源和投影光源輸出的光被I禹合到同一根光纖中再準(zhǔn)直輸出，因此可以保證二者的光路完全重合，從而可以在物體表面得到無(wú)漂移的投影圖像。并且波分復(fù)用模塊具有性能穩(wěn)定和體積小、成本低的特點(diǎn)。采用二維MEMS掃描鏡，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了光路結(jié)構(gòu)并縮小了系統(tǒng)的尺寸。
[0030]本發(fā)明的主要思想是將成像光源和投影光源通過(guò)波分復(fù)用技術(shù)耦合到同一根光纖中，然后通過(guò)光纖準(zhǔn)直器輸出，從原理上保證成像光路和投影光路完全重合；以一個(gè)二維偏轉(zhuǎn)的MEMS掃描鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)中的行掃描鏡和場(chǎng)掃描鏡兩個(gè)掃描鏡，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別是現(xiàn)有技術(shù)運(yùn)用多個(gè)透鏡組進(jìn)行光束變化以達(dá)到兩光束的光路重合，但是光束在傳播時(shí)是有發(fā)散角的，這里使用多透鏡也是為了避免兩光束在傳播過(guò)程中由于發(fā)散角導(dǎo)致的最后投影在物體表面是光斑大小不同而造成的投影失真這一情況的發(fā)生。同時(shí)，這個(gè)方案的掃描方式是用兩個(gè)掃描鏡對(duì)X方向和Y方向分開掃描，故而集成程度不高，占用了很大的空間。而本發(fā)明使用光纖將兩光束稱合在一起，即使光束在傳播過(guò)程中會(huì)有發(fā)散角，但是一直束縛在一根光纖中，所以可以很好的保證兩光束的光路重合。同時(shí)使用體積微小的MEMS掃描鏡，可以同時(shí)對(duì)X方向和Y方向進(jìn)行掃描從而達(dá)到二維掃描，而我們經(jīng)過(guò)一些結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)使得光束到達(dá)MEMS掃描鏡時(shí)光斑很小，能夠由MEMS完全反射。另外，現(xiàn)有技術(shù)是將光路在空間中傳播，運(yùn)用透鏡組進(jìn)行多次光路變換，不僅占用空間，而且光路重合效果很差，從而造成了誤差。本發(fā)明是將兩束光都耦合在一根光纖中，從而做到光路重合。而且在掃描和投影上，原有方案是用兩個(gè)鏡子(分別是行掃描鏡以及場(chǎng)掃描鏡)分別對(duì)X方向和Y方向進(jìn)行掃描和投影，從而達(dá)到二維掃描。而本方案則是使用MEMS掃描鏡，其結(jié)構(gòu)微小，而且運(yùn)用靜電引力或者磁場(chǎng)引力作用于MEMS掃描鏡的X軸與Y軸，使得MEMS掃描鏡能在X方向和Y方向上都能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)行二維掃描。
[0032]為了更進(jìn)一步的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)裝置，現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0033]參閱附圖2，該圖像采集和原位成像光學(xué)裝置的具體實(shí)施例中，包括波分復(fù)用模塊
1、光纖準(zhǔn)直器2、聚焦透鏡3、MEMS掃描鏡4、光電檢測(cè)模塊5、以及成像和投影控制模塊6，其中成像和投影控制模塊6可以對(duì)波分復(fù)用模塊1、MEMS掃描鏡4和光電檢測(cè)模塊6三者進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，從而保證系統(tǒng)的正常工作。
[0034]參閱附圖3，波分復(fù)用模塊I中包括第一半導(dǎo)體激光器11、第二半導(dǎo)體激光器13、濾波片12和第一光纖頭14，兩個(gè)激光器分別作為成像光源和投影光源，二者發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光束，通過(guò)濾波片12復(fù)用并耦合到同一根光纖中。其中第一半導(dǎo)體激光器作為成像光源，輸出近紅外光；第二半導(dǎo)體激光器作為投影光源，輸出可見(jiàn)光；兩種不同波長(zhǎng)的光束分別通過(guò)濾波片和第一光纖頭復(fù)用到同一根光纖中。
[0035]該光學(xué)裝置的工作原理是，首先通過(guò)成像和投影控制模塊6點(diǎn)亮波分復(fù)用模塊I中的成像光源發(fā)出近紅外光，近紅外光信號(hào)入射到光纖準(zhǔn)直器2并將近紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直近紅外光束，準(zhǔn)直紅外光束入射到聚焦透鏡3后聚焦到MEMS掃描鏡4上，并由成像和投影控制模塊6提供電壓控制其偏轉(zhuǎn)速度。MEMS掃描鏡4將入射光束反射并聚焦到成像物體表面的某個(gè)點(diǎn)后，近紅外光束再次反射，并將反射的近紅外光信號(hào)入射到光電探測(cè)模塊5，光電探測(cè)模塊5探測(cè)成像物體表面的反射光，由成像物體表面不同點(diǎn)所接收到的光信號(hào)強(qiáng)度不同從而測(cè)得不同反射點(diǎn)的反射率，以此得到反射點(diǎn)的圖像灰度，然后由光電探測(cè)模塊5反饋給成像和投影控制模塊6 —個(gè)電信號(hào)使成像和投影控制模塊6控制波分復(fù)用模塊I關(guān)掉近紅外光源，打開投影可見(jiàn)光源發(fā)出可見(jiàn)光信號(hào)，與此同時(shí)成像和投影模塊6控制光電檢測(cè)模塊5在近紅外光時(shí)工作,在可見(jiàn)光時(shí)暫停工作。然后可見(jiàn)光信號(hào)入射到光纖準(zhǔn)直器2將可見(jiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直可見(jiàn)光束，準(zhǔn)直可見(jiàn)光束入射到聚焦透鏡3后聚焦到其焦點(diǎn)處MEMS掃描鏡4上，MEMS掃描鏡4將入射光束投影并聚焦到成像物體表面第一次反射位置。通過(guò)成像和投影控制模塊6的協(xié)調(diào)控制，讓MEMS掃描鏡4以大于每秒25幀的速度進(jìn)行二維掃描，并且光電檢測(cè)模塊5和波分復(fù)用模塊I的響應(yīng)和切換速度高于掃描速度，就可以在物體表面得到穩(wěn)定的二維投影圖像。
[0036]參閱附圖4，光纖準(zhǔn)直器2由第二光纖頭21、準(zhǔn)直透鏡22和玻璃管23組成，第二光纖頭21、準(zhǔn)直透鏡22和玻璃管23同軸設(shè)置；玻璃管23為環(huán)狀圓柱體且內(nèi)部中空的結(jié)構(gòu)，第二光纖頭21和所述準(zhǔn)直透鏡22設(shè)置于玻璃管23內(nèi)，第二光纖頭21用于固定光纖頭和準(zhǔn)直透鏡22。其中，玻璃管為環(huán)狀圓柱體，內(nèi)部中空，其內(nèi)徑包著光纖頭和準(zhǔn)直透鏡，光纖頭，用以固定光纖頭和準(zhǔn)直透鏡。光纖頭是毛細(xì)玻璃管，光纖插入光纖頭內(nèi)管，光纖頭用以對(duì)光纖起支撐和固定作用，光纖外徑略小于光纖頭內(nèi)徑。準(zhǔn)直透鏡的軸線與光纖在同一直線上。綜合來(lái)說(shuō)，玻璃管、準(zhǔn)直透鏡、光纖透鏡、光纖是同軸的，也就是說(shuō)它們的軸線是在同一條直線上。第二光纖頭21對(duì)光纖起支撐和定位作用，其內(nèi)徑稍大于光纖外徑，其外徑則根據(jù)裝配需要設(shè)計(jì)，第二光纖頭21 —般以玻璃或者陶瓷材料制作。準(zhǔn)直透鏡22可以采用C-Lens或者自聚焦透鏡,如附圖4 (a)所不,C-Lens是一種柱形透鏡,輸入和輸出表面分別為平面和凸球面，準(zhǔn)直光束的光斑尺寸2 ω。取決于光波長(zhǎng)λ、光纖中的模場(chǎng)直徑2 Oc1、以及C-Lens參數(shù):材料折射率η和球面曲率半徑R，如式(I)。
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種圖像采集和原位投影的光學(xué)裝置，其特征在于，包括: 波分復(fù)用模塊(1)，用于將兩種不同波長(zhǎng)的光束復(fù)用至光纖中； 光纖準(zhǔn)直器(2)，通過(guò)所述光纖與所述波分復(fù)用模塊(I)連接，用于將所述光纖中輸出的光束進(jìn)行準(zhǔn)直； 聚焦透鏡(3)，用于將準(zhǔn)直后的光束進(jìn)行聚焦； MEMS掃描鏡(4)，用于將聚焦后的光束反射到成像物體表面； 光電檢測(cè)模塊(5)，用于接收所述成像物體表面反射回的近紅外光并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；以及 成像和投影控制模塊(6)，分別與所述波分復(fù)用模塊(I)、所述MEMS掃描鏡(4)和所述光電檢測(cè)模塊(5)連接，用于根據(jù)所述電信號(hào)控制所述波分復(fù)用模塊(I)輸出兩種不同波長(zhǎng)的光束，并控制所述MEMS掃描鏡(4)的偏轉(zhuǎn)速度，還控制所述光電檢測(cè)模塊(5)在近紅外光時(shí)工作，在可見(jiàn)光時(shí)停止工作。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述波分復(fù)用模塊(I)包括第一半導(dǎo)體激光器(11 )、第二半導(dǎo)體激光器(13)、濾波片(12)和第一光纖頭(14); 所述第一半導(dǎo)體激光器(11)的輸入控制端與所述成像和投影控制模塊(6)連接，作為成像光源，用于輸出一種波長(zhǎng)的光束； 所述第二半導(dǎo)體激光器(13)的輸入控制端與所述成像和投影控制模塊(6)連接，作為投影光源，用于輸出另一種波長(zhǎng)的光束； 兩種不同波長(zhǎng)的光束分別通過(guò)所述濾波片(12)和所述第一光纖頭(14)復(fù)用到同一根光纖中。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述光纖準(zhǔn)直器(2)包括同軸設(shè)置的第二光纖頭(21)、準(zhǔn)直透鏡(22)和玻璃管(23);所述玻璃管(23)為環(huán)狀圓柱體且內(nèi)部中空的結(jié)構(gòu)，所述第二光纖頭(21)和所述準(zhǔn)直透鏡(22 )設(shè)置于所述玻璃管(23 )內(nèi)，所述第二光纖頭(21)用于固定光纖，所述玻璃管用于固定所述第二光纖頭和所述準(zhǔn)直透鏡。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直透鏡(22)為第一柱形透鏡，所述第一柱形透鏡的輸入表面為平面，所述第一柱形透鏡的輸出表面為凸球面。
5.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直透鏡(22)為第二柱形透鏡，所述第二柱形透鏡的輸入表面為平面，所述第二柱形透鏡的輸出表面為平面，所述第二柱形透鏡的折射率沿徑向按照拋物線規(guī)律漸變遞減。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述聚焦透鏡(3)的聚焦光斑的直徑2?f，準(zhǔn)直光束的尺寸2ω。和所述聚焦透鏡(3)的焦距f滿足公式卿=$，λ為近紅外光的波長(zhǎng)或可見(jiàn)光的波長(zhǎng)。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的光學(xué)裝置,其特征在于,所述MEMS掃描鏡的掃描速度大于每秒25幀。
8.一種醫(yī)用靜脈影像儀，包括用于以近紅外光照射成像，再通過(guò)可見(jiàn)光原位投影于待測(cè)物體的光學(xué)裝置，其特征在于，所述光學(xué)裝置為權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的光學(xué)裝置。
【文檔編號(hào)】G02B6/32GK103543495SQ201310338283
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】萬(wàn)助軍, 錢銀博, 米仁杰, 李曉磊, 劉陳, 劉德明, 胡雪麗 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 河南海闊醫(yī)療器械有限公司