CN102973245A - 一种近距离成像装置 - Google Patents
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Abstract
一种近距离成像装置，包括外壳、中继透镜和成像单元，外壳内设有照射单元和信号接收单元，照射单元包括发光体和照射透镜，发光体与照射透镜相对设置，信号接收单元包括传感器和信号接收透镜，传感器与信号接收透镜相对设置；所述照射透镜和信号接收透镜置于中继透镜的同一侧，中继透镜另一侧朝向外壳外；所述成像单元与传感器相连接，成像单元用于输出检测物的图像信息，所述传感器与信号接收透镜之间设有编码孔径层，编码孔径层具有多个通孔，编码孔径层使传感器与信号接收透镜以编码孔径方式进行成像；本发明一次曝光能够获取多个图像信息，减少图像信息的采样时间，提高成像速度，使其能够即时对自然状态下的活体组织快速成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种成像装置，特别涉及一种医用近距离成像装置。
背景技术
显微医学成像历史悠久，是检测、观察、测量人体器官组织不可或缺的工具。这些成像信息有益于医学诊断和治疗。传统显微镜需要取样，固定，脱水，切片等过程来长时间处理样本。因此，实时观察活体组织和细胞结构对医学界非常有吸引力。近年来，弱相干光断层扫描（OCT）成像利用相干光，例如用红外激光和迈克尔逊干涉原理来穿透皮肤组织成像。通过这种方法得到的图像是纵深平面的。另一种方法，共聚焦显微镜，利用相同的光路，照明和接收生物组织内发出的光信号，最终的成像是生物组织内横向平面图像。一个点状光用来照明一个特定的目标样品，因此可以消除传统显微镜应变光线和其他副作用。像OCT和共聚焦显微镜这样的装置通常比较笨重，而且限定单一波长如激光作为光源。
但是光信号发出和接收都是通过光束分离器，这种结构通常不适合用作医疗或其他应用的微型结构，因为光束分离器通常需要直角构成，导致占用空间较大。其中光束分离器使得反射出的光源信号只能朝样品方向照射，来自样品的光信号可穿透光束分离器到达光传感器，但是光束分离器通常是针对特定波长有效的，结果是该装置只可以在单一或少数几个波长情况下工作。
为了解决上述问题，出现了一种使用中继透镜的近距离成像装置；采用中继透镜替代光束分离器，依然实现了光信号的正确传递，而且中继透镜对多种波长的光信号有效，使得本发明能够适用于多种工作情况；另外，采用中继透镜后，照射单元和信号接收单元无需呈直角布置，使得设备的结构能够更小、更紧凑，更能适用于医疗设备或其他微型设备。
但是这种近距离成像装置的成像速度依然较慢，一次曝光只能获取一个图像信息，若要获取检测物整体的图像信息，必须进行多次采样，导致获取图像信息花费的时间较多，从而影响了成像速度。
发明内容
本发明目的在于提供一种近距离成像装置，该装置一次曝光能够获取多个图像信息，以减少图像信息的采样时间，从而大大提高成像速度，使其能够即时对自然状态下的活体组织快速成像。
上述近距离成像装置，包括外壳、中继透镜和成像单元，外壳内设有照射单元和信号接收单元，照射单元包括发光体和照射透镜，发光体与照射透镜相对设置，信号接收单元包括传感器和信号接收透镜，传感器与信号接收透镜相对设置；所述照射透镜和信号接收透镜置于中继透镜的同一侧，中继透镜另一侧朝向外壳外；所述成像单元与传感器相连接，成像单元用于输出检测物的图像信息，所述传感器与信号接收透镜之间设有编码孔径层，编码孔径层具有多个通孔，编码孔径层使传感器与信号接收透镜以编码孔径方式进行成像。
在背景技术中提及了一种使用中继透镜的近距离成像装置，这种成像装置一次曝光只能获取一个图像信息，若要获取检测物整体的图像信息，必须进行多次采样，导致获取图像信息花费的时间较多，从而影响了成像速度。
而本发明采用编码孔径方式进行成像，编码孔径层上的每一个通孔采集一个图像信息，由于编码孔径层上具有多个通孔，所以进行一次曝光便能采集多个图像信息；例如，采用两个通孔采集图像信息，即一次曝光便得到2个图像信息，使成像速度增快2倍，当采用N个通孔采集图像信息时，即一次曝光便得到N个图像信息，使成像速度增快N倍。
更重要的是，现有成像技术速度过慢，将为病人带来了大量隐性危机；因为现有技术需要取样，固定，染色，脱水，切片等过程来长时间处理样本，所以不可能对多个部位进行采样检验，假若只采集了健康的细胞，而未能采集到病变细胞时，将会出现以下情况：检验报告显示病人非常健康，但病变细胞依然存在于人体，结果将导致病人错失治疗时机。
显然，本发明提供的技术方案使成像速度得到质的飞跃，使其能够即时对自然状态下的活体进行采样、成像，所以在短时间内便能获得各个检测部位的图像信息，解决现有技术存在的隐性危机，保障了病人的健康，为医学领域带来重大贡献。
优选的，所述传感器与编码孔径层之间设有聚焦层，聚焦层将经过编码孔径层的反射光聚焦至传感器。
因为并不是所有反射光均能到达传感器的有效区域，这将导致大量的有效信息流失；为了解决这个问题，本发明设置了聚焦层，使得反射光能够尽可能聚焦至传感器的有效区域，减少了信息的流失，提高了成像的效率。
优选的，所述聚焦层由多个透镜排列而成，编码孔径层上的一个或多个通孔与一个透镜相对应。
优选的，所述编码孔径层的通孔为可开闭结构。
由于编码孔径层的通孔为可开闭结构，只要控制通孔的开闭时间，便能简单地控制采集图像信息时的曝光时间。
优选的，所述编码孔径层的通孔为条形状，多个通孔在水平方向或垂直方向平行排列；
或所述编码孔径层在水平方向和垂直方向均平行排列有通孔；当近距离成像装置工作时，水平方向和垂直方向的通孔交替打开。
设置水平方向或垂直方向的通孔是为了去除杂光，水平方向的通孔用于去除垂直方向的杂光，垂直方向的通孔用于去除水平方向的杂光，使成像的准确性得以提高。
通过交替打开水平方向和垂直方向的通孔，便能够依次去除垂直方向和水平方向的杂光，使成像的准确性得以提高。
优选的，所述编码孔径层至少包括一水平孔径层和一垂直孔径层，水平孔径层和垂直孔径层交替布置；
所述水平孔径层的通孔为条形状，多个通孔在水平方向平行排列；
所述垂直孔径层的通孔为条形状，多个通孔在垂直方向平行排列。
同理，水平方向的通孔用于去除垂直方向的杂光，垂直方向的通孔用于去除水平方向的杂光，同时设置水平方向和垂直方向的通孔，使得水平方向和垂直方向的杂光得以去除，从而提高了成像的准确性。
优选的，所述水平孔径层和垂直孔径层的通孔同时打开。
由于水平孔径层和垂直孔径层的通孔同时打开，使得水平方向和垂直方向的杂光能够同时去除，提高了去除杂光的效率。
优选的，所述编码孔径层上的通孔呈矩阵排列。
优选的，所述编码孔径层为LCD或机械针孔层，且当所述编码孔径层为可编程控制的LCD时，LCD通过编程控制通孔的大小、方向、密度和开闭。
优选的，所述照射透镜、信号接收透镜与检测物的检测面共轭布置。
由于照射透镜、信号接收透镜与检测物的检测面共轭布置，使获得的图像信息符合共轭成像的原理，方便图像信息输出时的运算。
优选的，所述照射透镜和信号接收透镜并排布置；
或所述照射透镜和信号接收透镜围绕中继透镜的同一侧布置；
上述的照射透镜由单个透镜体构成，或由多个透镜体并排排列组成；上述的信号接收透镜由单个透镜体构成，或由多个透镜体并排排列组成。
优选的，所述发光体为照射光波长可调的发光体。
由于发光体发出的照射光波长可调，使得近距离成像装置能够根据检测物调节照射光的波长，以更准确的获得检测物的图像信息。
优选的，所述发光体包括LCD和背光源，LCD一侧与照射透镜相对，另一侧与背光源相对。
优选的，所述LCD上设有多个可开闭的通孔。
由于LCD的通孔为可开闭结构，只要控制通孔的开闭时间，便能简单地控制采集图像信息时的曝光时间。
优选的，所述发光体包括背光源和具有多个可开闭通孔的机械针孔层，机械针孔层一侧与照射透镜相对，另一侧与背光源相对。
当无需调节照射光波长的时候，可以采用机械针孔层替代LCD，用以控制采集图像信息时的曝光时间。
附图说明
图1是本发明第一种实施例的结构示意图；
图2是本发明工作原理示意图；
图3是本发明水平孔径层的结构示意图；
图4是本发明垂直孔径层的结构示意图；
图5是本发明编码孔径层的结构示意图；
图6是本发明信号接收单元的工作原理示意图一；
图7是本发明信号接收单元的工作原理示意图二；
图8是本发明第二种实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明的第一种实施例如图1所示，包括外壳和成像单元，外壳为防水结构，外壳内设有照射单元、信号接收单元和中继透镜10，照射单元和信号接收单元并排设置，中继透镜10一侧与照射单元和信号接收单元相对，中继透镜另一侧朝向外壳外，使得照射单元、信号接收单元和中继透镜10成共轭布置，且中继透镜10表面还覆盖有抗反射膜11；所述成像单元与信号接收单元相连接，成像单元用于输出检测物的图像信息。
如图1和2所示，所述照射单元包括LED22、准直器60、LCD21和照射透镜20，在外壳内，按照LED22、准直器60、LCD21、照射透镜20至中继透镜10的方式布置；其中，照射单元内的LCD20为可编程控制的LCD，LCD20上具有多个可开闭的通孔，照射透镜20由单个透镜体构成，或由多个透镜体并排排列组成。
如图1和2所示，所述信号接收单元包括传感器31、聚焦层、LCD40和信号接收透镜30，在外壳内，按照传感器31、聚焦层、LCD40、信号接收透镜30至中继透镜10的方式布置；其中，聚焦层由多个透镜50排列而成；如图3和4所示，信号接收单元的LCD40包括水平孔径层41和垂直孔径层42，水平孔径层41上的通孔呈条形状，该通孔在垂直方向平行排列；垂直孔径层42上的通孔呈条形状，该通孔在水平方向平行排列；由于水平孔径层41与垂直孔径层42叠加布置，使得两者的通孔互相垂直，水平孔径层41和垂直孔径层42上的通孔分为若干组，每组通孔与一个透镜50相对布置；另外，信号接收透镜30由单个透镜体构成，或由多个透镜体并排排列组成。
如图2、6和7所示，本发明的近距离成像装置工作时，LED22作为背光源发出照射光，照射光经过LCD21后射出（照射光的波长由LCD21进行调节），经调节后的照射光送至照射透镜20，照射透镜20将照射光送至中继透镜10，中继透镜10将照射光送至检测物；检测物对照射光进行反射，反射光经过中继透镜10送至信号接收透镜30，反射光穿过信号接收透镜30后经水平孔径层41和垂直孔径层42去除杂光，去除杂光后的反射光再经聚焦层的透镜50进行聚焦，使反射光能够聚焦在传感器31的有效区域，传感器31将接收的图像信息送至成像单元，成像单元根据接收的信息输出检测物的图像信息；在上述的工作过程中，由于光信号经过中继透镜10后会产生反射，从而影响近距离成像装置采集检测物图像信息的准确性，所以在中继透镜10表面设置抗反射膜11，减少了光信号的直接反射，从而提高了近距离成像装置采集检测物图像信息的准确性。
为了进一步提高近距离成像装置采集图像信息的准确性，应根据近距离成像装置发出照射光的波长和检测物之间的光耦系数选择相匹配的浸没液，并用浸没液浸没检测物，再重复上述步骤便可准确地获得检测物的图像信息；又由于控制LCD21的工作状态可以调节照射光的波长，使得近距离成像装置能够根据检测物调节照射光的波长，以更准确的获得检测物的图像信息（当设备无需设置照射光可调节的功能时，也可选择单色LED、多色LED、红外线产生器、紫外光产生器或激光产生器等进行替换，以直接发出照射光）。
本发明的第二种实施例如图7所示，其结构和使用方法与本发明的第一种实施例基本相同，其区别在于：信号接收透镜30与照射透镜20并非并排设置，两者围绕中继透镜10的背面布置，使得信号接收透镜30与照射透镜20的布置方式呈八字形。
另外，上述两种实施例的编码孔径层也可以其他结构取代，如LCD40在水平方向和垂直方向均平行排列有通孔，当近距离成像装置工作时，水平方向和垂直方向的通孔交替打开；上述两种实施例的LCD40还可以图5所示的结构取代，即LCD40上的通孔呈矩阵排列。
在以上实施方式的基础上改进的也视为专利的保护范围。
Claims (15)
1.一种近距离成像装置，包括外壳、中继透镜和成像单元，外壳内设有照射单元和信号接收单元，照射单元包括发光体和照射透镜，发光体与照射透镜相对设置，信号接收单元包括传感器和信号接收透镜，传感器与信号接收透镜相对设置；所述照射透镜和信号接收透镜置于中继透镜的同一侧，中继透镜另一侧朝向外壳外；所述成像单元与传感器相连接，成像单元用于输出检测物的图像信息，其特征在于：所述传感器与信号接收透镜之间设有编码孔径层，编码孔径层具有多个通孔，编码孔径层使传感器与信号接收透镜以编码孔径方式进行成像。
2.根据权利要求1所述的近距离成像装置，其特征在于：所述传感器与编码孔径层之间设有聚焦层，聚焦层将经过编码孔径层的反射光聚焦至传感器。
3.根据权利要求2所述的近距离成像装置，其特征在于：所述聚焦层由多个透镜排列而成，编码孔径层上的一个或多个通孔与一个透镜相对应。
4.根据权利要求1所述的近距离成像装置，其特征在于：所述编码孔径层的通孔为可开闭结构。
5.根据权利要求4所述的近距离成像装置，其特征在于：所述编码孔径层的通孔为条形状，多个通孔在水平方向或垂直方向平行排列；
或所述编码孔径层在水平方向和垂直方向均平行排列有通孔；当近距离成像装置工作时，水平方向和垂直方向的通孔交替打开。
6.根据权利要求4所述的近距离成像装置，其特征在于：所述编码孔径层至少包括一水平孔径层和一垂直孔径层，水平孔径层和垂直孔径层交替布置；
所述水平孔径层的通孔为条形状，多个通孔在水平方向平行排列；
所述垂直孔径层的通孔为条形状，多个通孔在垂直方向平行排列。
7.根据权利要求6所述的近距离成像装置，其特征在于：所述水平孔径层和垂直孔径层的通孔同时打开。
8.根据权利要求4所述的近距离成像装置，其特征在于：所述编码孔径层上的通孔呈矩阵排列。
9.根据权利要求4至8任一项所述的近距离成像装置，其特征在于：所述编码孔径层为LCD或机械针孔层，且当所述编码孔径层为可编程控制的LCD时，LCD通过编程控制通孔的大小、方向、密度和开闭。
10.根据权利要求1所述的近距离成像装置，其特征在于：所述照射透镜、信号接收透镜与检测物的检测面共轭布置。
11.根据权利要求10所述的近距离成像装置，其特征在于：所述照射透镜和信号接收透镜并排布置；
或者，所述照射透镜和信号接收透镜围绕中继透镜的同一侧布置；
上述的照射透镜由单个透镜体构成，或由多个透镜体并排排列组成；上述的信号接收透镜由单个透镜体构成，或由多个透镜体并排排列组成。
12.根据权利要求1所述的近距离成像装置，其特征在于：所述发光体为照射光波长可调的发光体。
13.根据权利要求12所述的近距离成像装置，其特征在于：所述发光体包括LCD和背光源，LCD一侧与照射透镜相对，另一侧与背光源相对。
14.根据权利要求13所述的近距离成像装置，其特征在于：所述LCD上设有多个可开闭的通孔。
15.根据权利要求1所述的近距离成像装置，其特征在于：所述发光体包括背光源和具有多个可开闭通孔的机械针孔层，机械针孔层一侧与照射透镜相对，另一侧与背光源相对。
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| PP01 | Preservation of patent right |