CN105596088A - 基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其具有激光器、成像光学系统和图像检测器，所述成像光学系统设有可调节三轴成像机构，其包括：由三块反射镜组成的反射镜组合模；物镜；基板；动力模块，其具有x轴驱动第一电机、y轴驱动第二电机、z轴粗驱动第三电机和z轴精细驱动第四电机；其中，所述第一反射镜和第二反射镜分别连接于所述第一电机，所述第三反射镜连接于所述第二电机。本发明在确保对皮肤组织成像稳定的前提下，通过可调节三轴成像机构，实现一定区域内的横向二维成像及轴向层析成像，从而获取大视场高分辨率共焦图像及各深度不同组织形态皮肤图像，为后续的皮肤病诊断提供有效信息。

Description

基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构

技术领域

本发明涉及显微光学领域的共聚焦显微镜。更具体地说，本发明涉及一种基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构。

背景技术

共焦显微镜具有高分辨率尤其是轴向高分辨率的特点，其可以对样品的轴向进行光学层析，从而重构出样品的三维图像。共焦显微镜在皮肤科临床检测上的应用研究已有十几年，其可获得200～350μm深度细胞水平的活体皮肤图像，成像最接近组织病理学，便于皮肤细胞水平的变化的观察。

目前，国外已有美国的Lucid公司生产的Vivascope系列皮肤CT产品，但其在物镜三轴可调节成像方面结构过于复杂，物镜的轴向驱动采用的是凸轮机构，需要额外的齿轮传动，且在轴向占用空间太多；横向移动采用的同样是二个一维电机驱动，但其驱动对象是物镜外围的鼻管，从而间接地实现物镜在鼻管内的横向二轴运动，这种方式电机负荷大，且需要皮肤、成像环配合鼻管同步运动，十分不便，可行性较差。

而国内对皮肤共焦系统的研究较少，主要就上海交通大学和北京大学进行了原理性研究，但在样机功能实现环节较弱，也没有涉及可调节三轴成像方式实现机构。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其操作灵活，能够实现皮肤组织的三轴成像，获取大视场高分辨率共焦图像及各深度不同组织形态皮肤图像。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其具有激光器、成像光学系统和图像检测器，所述成像光学系统设有可调节三轴成像机构，其包括：

反射镜组合模块，其在激光发射到待测物体的光路上依次设有第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；

物镜，其设于所述第三反射镜和待测物体之间；

基板，其设于所述第三反射镜和物镜之间，所述基板在激光发射光路上设有贯通孔；

动力模块，其具有x轴驱动第一电机、y轴驱动第二电机、z轴粗驱动第三电机和z轴精细驱动第四电机，所述第一电机设于基板上，所述第二电机以可移动的方式设置于所述第一电机上，所述第四电机轴向固设于所述物镜，并并分别连接于所述第三电机的同一端，所述第三电机的另一端连接于第二电机；

其中，所述第一反射镜和第二反射镜分别连接于所述第一电机，所述第三反射镜连接于所述第二电机。

优选的是，其中，还包括：

鼻管，其为上端设有压边圈的中空圆柱，所述鼻管以激光发射光路为中心可拆卸连接于所述基板，物镜可在鼻管内部三轴运动；成像环，其连接于所述鼻管下端；成像环下方为待成像的皮肤组织。

优选的是，其中，所述成像光学系统和图像检测器之间还依次设有聚光透镜和针孔，针孔位于聚光透镜的焦点处，可有效提高图像检测器的信噪比，从而提高成像的对比度和清晰度。

优选的是，其中，所述图像检测器为雪崩二极管，以保证图像检测的灵敏度，所述针孔的孔径为25～50微米，既能保证共焦成像的高分辨率和层析能力，又保证了足够的光通过小孔被图像检测器所接收。

优选的是，其中，所述第一反射镜设置为与x轴成45度；所述第二反射镜的反射面与所述第一反射镜的反射面相对设置，且所述第二反射镜和第一反射镜的中心垂直于x轴；所述第三反射镜与所述第二反射镜平行放置，且所述第三反射镜与第二反射镜的反射面方向相反。

优选的是，其中，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为镀银反射镜。

优选的是，其中，所述第一电机和第二电机均为步进电机，以实现调节定位的准确性。

优选的是，其中，所述第三电机的步距角为0.5～1.8°，所述第四电机的步距角为0.01～0.03°，以实现z轴的快速调节和精确层析。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明辅助成像系统基板、鼻管和成像环的设置有效预防了因身体抖动、皮肤颤振而引起的变焦，提高了成像的稳定性；

(2)本发明中的物镜上固设有z轴精细调节电机，并整体连接一z轴粗调节电机，有效实现了物镜的轴向复合驱动，达到了快速调焦和精确层析的功能；

(3)本发明在确保对皮肤组织成像稳定的前提下，通过可调节三轴成像机构，实现一定区域内的横向二维成像及轴向层析成像，从而获取大视场高分辨率共焦图像及各深度不同组织形态皮肤图像，为后续的皮肤病诊断提供有效信息。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构的结构示意图。

图中：1、激光器，2、PBS分光棱镜，3、扫描振镜，4、中继透镜组件，5、第一反射镜，6、第二反射镜，7、第三射镜，8、物镜，9、鼻管，10、成像环，11、待成像皮肤组织，12、聚光透镜，13、针孔，14、图像检测器，15、第一电机，16、第二电机，17、第三电机，18、第四电机，19、第一工装，20、第二工装，21、第三工装，22、基板，→代表激光照明光路，代表成像光路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种实现形式，其具有激光器1、成像光学系统和图像检测器14，沿激光发射光路方向成像光学系统依次设有PBS分光棱镜2、扫描振镜3(包括快速快镜及慢速振镜)、中继透镜组件4和可调节三轴成像机构，

其中所述可调节三轴成像机构包括：

反射镜组合模块，其在激光发射到待测物体的光路上依次设有第一反射镜5、第二反射镜6和第三反射镜7；

物镜8，其设于所述第三反射镜和待测物体之间；

基板22，其设于所述第三反射镜和物镜之间，所述基板在激光发射光路上设有贯通孔；

动力模块，其具有x轴驱动第一电机15、y轴驱动第二电机16、z轴粗驱动第三电机17和z轴精细驱动第四电机18，所述第一电机设于基板上，所述第二电机以可移动的方式设置于所述第一电机上，所述第四电机轴向固设于所述物镜，并分别连接于所述第三电机的同一端，所述第三电机的另一端连接于第二电机；

其中，所述第一反射镜和第二反射镜分别连接于所述第一电机，所述第三反射镜连接于所述第二电机。

在这种技术方案中，应用于皮肤反射式共焦系统的整个光路系统搭建于光学抗震平台上，其中照明光路为：激光器提供光源，在PBS分光棱镜处进行分光，分别进入扫描振镜快镜及慢镜，再通过中继透镜组件，然后进入可调节反射镜组合模块，最后进入物镜，聚焦于待成像皮肤组织；成像光路为：光路沿原路返回，透过PBS分光棱镜进入图像检测器。在此共焦系统中，可调节三轴成像机构的一种实现方式为：第一电机控制物体x轴方向移动，第二电机控制物体在y轴方向移动，第三电机和第四电机控制物体在z轴方向移动。其中，

x轴方向移动的一种实现方式为：

由于第一反射镜和第二反射镜均连接于第一电机上，第三反射镜连接于第二步进电机上，固设有第四电机的物镜整体连接于第二步进电机上，而第二步进电机又设置于第一步进电机上。因此，当第一步进电机沿x轴运动时，会同时带动第一、二和三反射镜及物镜整体沿x轴运动，并且在不影响照明光路和成像光路的情况下实现了待成像皮肤组织的x轴方向反射共焦成像。

y轴方向移动的一种实现方式：

由于第三反射镜和物镜分别连接于第二电机上，因此，当第二电机沿y轴运动时，会带动第三反射镜和物镜整体沿y轴运动，而其它组件不动，在不影响照明光路和成像光路的情况下实现了待成像皮肤组织的y轴方向反射共焦成像。

因此，x和y轴方向的运动实现了一定区域内的二维成像。

z轴方向移动的一种实现方式：

由于物镜轴向安装有z轴精细驱动第四电机，并分别连接于z轴粗驱动第三电机，因此当确定横向成像位置后，先由第三电机带动物镜沿z轴运动，实现快速调焦的功能，接近焦面处时，改用第四电机进行精密步进运动，实现轴向层析成像。

综上所述，通过可调节三轴成像机构能够实现待成像皮肤组织的三轴成像。

其中，第一反射镜和第二反射镜通过第一工装19连接于第一电机上，第三反射镜通过第二工装20连接于第二电机上，固设有第四电机的物镜通过第三工装21连接于第二电机上，第三电机安装于第三工装上。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者的不同需求实施不同的态样。

在另一实例中还包括：

鼻管9，其为上端设有压边圈的中空圆柱，所述鼻管以激光发射光路为中心可拆卸连接于所述基板，物镜可在鼻管内部三轴运动；成像环10，其连接于所述鼻管下端；成像环下方为待成像皮肤组织11。这种辅助成像机构不因身体抖动、皮肤颤振引起变焦，可使成像更加稳定。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者的不同需求实施不同的态样。

上述方案中，所述成像光学系统和图像检测器之间还依次设有聚光透镜和针孔，针孔位于聚光透镜的焦点处，可有效提高图像检测器的信噪比，从而提高成像的对比度和清晰度。

上述方案中，所述图像检测器为雪崩二极管，以保证图像检测的灵敏度，所述针孔的孔径为25～50微米，既能保证共焦成像的高分辨率和层析能力，又保证了足够的光通过小孔被图像检测器所接收。

上述方案中，可调节反射镜组合模块的一种实现方式为：所述第一反射镜设置为与x轴成45度；所述第二反射镜的反射面与所述第一反射镜的反射面相对设置，且所述第二反射镜和第一反射镜的中心垂直于x轴；所述第三反射镜与所述第二反射镜平行放置，且所述第三反射镜与第二反射镜的反射面方向相反。

上述方案中，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为反射率较高的镀银反射镜。

上述方案中，所述第一电机和第二电机均为步进电机，，以实现调节定位的准确性。

上述方案中，所述第三电机的步距角为0.5～1.8°，所述第四电机的步距角为0.01～0.03°，以实现z轴的快速调节和精确层析。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，本发明辅助成像系统基板、鼻管和成像环的设置有效预防了因身体抖动、皮肤颤振而引起的变焦，提高了成像的稳定性；

此外，本发明中的物镜上固设有z轴精细调节电机，并整体连接一z轴粗调节电机，有效实现了物镜的轴向复合驱动，达到了快速调焦和精确层析的功能；

此外，本发明在确保对皮肤组织成像稳定的前提下，通过可调节三轴成像机构，实现一定区域内的横向二维成像及轴向层析成像，从而获取大视场高分辨率共焦图像及各深度不同组织形态皮肤图像，为后续的皮肤病诊断提供有效信息。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其具有激光器、成像光学系统和图像检测器，其特征在于，所述成像光学系统设有可调节三轴成像机构，其包括：

反射镜组合模块，其在激光发射到待测物体的光路上依次设有第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；

物镜，其设于所述第三反射镜和待测物体之间；

基板，其设于所述第三反射镜和物镜之间，所述基板在激光发射光路上设有贯通孔；

动力模块，其具有x轴驱动第一电机、y轴驱动第二电机、z轴粗驱动第三电机和z轴精细驱动第四电机，所述第一电机设于基板上，所述第二电机以可移动的方式设置于所述第一电机上，所述第四电机轴向固设于所述物镜，并分别连接于所述第三电机的同一端，所述第三电机的另一端连接于第二电机；

其中，所述第一反射镜和第二反射镜分别连接于所述第一电机，所述第三反射镜连接于所述第二电机。

2.如权利要求1所述的基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其特征在于，还包括：

鼻管，其为上端设有压边圈的中空圆柱，所述鼻管以激光发射光路为中心可拆卸连接于所述基板；

成像环，其连接于所述鼻管下端。

3.如权利要求1所述的基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其特征在于，所述成像光学系统和图像检测器之间还依次设有聚光透镜和针孔，其中针孔位于所述聚光透镜的焦点处。

4.如权利要求3所述的基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其特征在于，所述图像检测器为雪崩二极管，所述针孔的孔径为25～50微米。

5.如权利要求1所述的基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其特征在于，所述第一反射镜设置为与x轴成45度；所述第二反射镜的反射面与所述第一反射镜的反射面相对设置，且所述第二反射镜和第一反射镜的中心垂直于x轴；所述第三反射镜与所述第二反射镜平行放置，且所述第三反射镜与第二反射镜的反射面方向相反。

6.如权利要求1所述的基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其特征在于，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为镀银反射镜。

7.如权利要求1所述的基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其特征在于，所述第一电机和第二电机均为步进电机。

8.如权利要求1所述的基于皮肤共焦系统的可调节三轴成像机构，其特征在于，所述第三电机的步距角为0.5～1.8°，所述第四电机的步距角为0.01～0.03°。