CN109363767B - 一种激光输出装置及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光输出装置，包括主体部、定位部和控制系统，所述主体部包括激光入射口、振镜扫描系统、聚焦场镜和成像系统。所述成像系统的光学轴线与所述聚焦场镜的光学轴线平行，使得两者的光学范围都可以覆盖所述工作范围，避免获得具有严重畸变或不清晰的图像；所述定位部对所述聚焦点进行第一次定位后，所述振镜扫描系统依据所述控制系统形成的定位信息在所述工作范围内进一步对所述聚焦点进行第二次定位，使得第二激光实现与第一激光共焦输出，避免了现有技术存在的定位不准问题。本发明还提供了一种使用所述激光输出装置使不同波长激光实现共焦输出的调整方法。

Description

一种激光输出装置及调整方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种激光输出装置及调整方法。

背景技术

激光辐照生物组织时，病损组织能够对光辐射产生选择性吸收。合理控制辐照的剂量、范围和曝光时间，能够进一步将产生的热能限制病损组织所在的区域内，使病损组织受到刺激、凝固或发生汽化缺损，同时周围的正常组织不会受到破坏。激光应用于医学领域，由于不存在与病损组织的机械接触，避免了接触性感染，极大程度上提高了手术的质量和安全性。

由于治疗部位存在许多不同类型组织，对同一波长激光具有不同的吸收率，为达到良好的治疗效果，需要使用至少两路不同波长的激光对同一治疗部位进行辐照。现有技术通常使用几台不同波长的单波长激光进行多波长的激光手术，依靠目测和经验来判断聚焦点和同轴的位置，容易造成定位不准的问题，降低激光手术的安全性。

公告号为CN202335924U的中国实用新型专利揭示了一种应用于激光脱毛器的双波长激光同轴输出光学装置，该装置的半透半反镜设置在红外激光和可见激光的出射光路上，确保了双路激光的同轴性，但该装置无法使波长相差较大的红外激光和可见激光具有共焦性，仍然存在定位不准的问题。

因此，有必要提供一种新型的激光输出装置以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光输出装置，通过定位部对聚焦点进行第一次定位，结合成像系统和振镜扫描系统进一步对聚焦点进行第二次定位，使第二激光输出在工作面的由所述第一激光形成的聚焦点上，避免现有技术中存在的定位不准问题。

为实现上述目的，本发明的所述激光输出装置，包括主体部、定位部和控制系统，所述主体部包括激光入射口、振镜扫描系统、聚焦场镜和成像系统；所述激光入射口位于所述主体部的侧面，用于供所述第二激光进入所述主体部；所述定位部用于在所述工作面上限定工作范围，以对所述聚焦点进行第一次定位；所述成像系统用于对所述聚焦点进行第二次定位，以形成图像信息，所述成像系统的光学轴线与所述聚焦场镜的光学轴线平行，所述成像系统的光学范围不小于所述工作范围；所述控制系统用于根据所述图像信息生成位置信息；所述振镜扫描系统用于根据所述位置信息改变所述入射激光的光路，使所述第二激光的入瞳位置为所述聚焦场镜的前焦点位置；所述聚焦场镜位于所述振镜扫描系统正下方，用于使所述第二激光输出在所述聚焦点上。

本发明所述激光输出装置的有益效果在于：一方面，所述成像系统的光学轴线与所述聚焦场镜的光学轴线平行，能够使所述第一激光在任何视场角的情况下都垂直于焦平面，且所述成像系统和所述聚焦场镜的光学范围都可以覆盖所述工作范围，避免所述成像系统获得出现严重畸变或不清晰的图像，有助于准确判断所述聚焦点的位置信息；另一方面，所述定位部对所述聚焦点进行所述第一次定位后，所述振镜扫描系统依据所述定位信息在所述定位部限定的所述工作范围内进一步对所述聚焦点进行所述第二次定位，使得所述第二激光实现了与所述第一激光共焦输出，避免了现有技术存在的定位不准问题。

优选的，所述激光输出装置包括吹气装置，所述吹气装置与所述定位部固定连接，所述吹气装置用于在所述聚焦场镜的正下方形成气流层。其有益效果在于：有利于推开灰尘等污染物，保护所述聚焦场镜。

优选的，所述聚焦场镜为远心聚焦场镜。其有益效果在于：所述远心场镜能够使所述第二激光在任何视场角的情况下都能够垂直于焦平面，以实现与所述第一激光同轴输出。

优选的，所述定位部包括定位环，所述定位环用于在所述工作面上限定所述工作范围，所述定位环的直径为10-50mm。其有益效果在于：现有技术中，常用激光的聚焦点直径一般在1mm以下，将定位环的直径设定为10-50mm，一方面方便使用者通过定位环对所述聚焦点进行第一次定位，另一方面也满足激光医疗的应用场景要求。

优选的，所述振镜扫描系统包括第一振镜扫描单元和第二振镜扫描单元，所述第一振镜扫描系统的光学轴线与所述工作面垂直，所述第二振镜扫描系统的光学轴线与所述工作面平行。其有益效果在于：由于所述激光入射口位于所述主体部的侧面。设置光学轴线相互垂直的两套振镜扫描系统，有助于使所述入射激光的入瞳位置为所述聚焦场镜的前焦点位置，以实现所述第二激光与所述第一激光的共焦输出。

进一步优选的，所述第一振镜扫描单元包括由上至下依次设置的第一振镜和第一反射镜，所述第二振镜扫描单元包括从左至右依次设置的第二振镜和第二反射镜，所述第一反射镜的光学轴线和所述第二反射镜的光学轴线位于同一平面，所述第一振镜用于驱动所述第一反射镜绕所述第一振镜的轴线进行摆动，所述第二振镜用于驱动所述第二反射镜绕所述第二振镜的轴线进行摆动。

更进一步优选的，所述第一反射镜的中心偏转角大于等于-15度且小于等于+15度，所述第二反射镜的中心偏转角大于等于-15度且小于等于+15度。

优选的，所述成像系统包括CCD相机，所述CCD相机的光学轴线与所述聚焦场镜的光学轴线平行。其有益效果在于：所述CCD相机的光学轴线与所述聚焦场镜的光学轴线平行，避免获得出现严重畸变或不清晰的图像，有助于准确判断所述聚焦点的位置信息。

进一步优选的，所述CCD相机包括广角镜头，所述广角镜头的视角为60-118度，焦距为30-80毫米，直径为1-8毫米。

进一步优选的，所述成像系统还包括照明单元，所述照明单元位于靠近所述广角镜头边缘的位置。其有益效果在于：便于所述CCD相机获得清晰的图像。

本发明还提供了一种调整方法，所述调整方法使用所述激光输出装置使第二激光共焦输出在工作面表面的由第一激光形成的聚焦点上，所述调整方法包括以下步骤：

S1：提供所述激光输出装置、第一激光、所述工作面和所述聚焦点，所述激光输出装置包括主体部、定位部和控制系统，所述主体部包括激光入射口、振镜扫描系统、聚焦场镜和成像系统；

S2：将所述激光输出装置放置在所述工作面上进行第一次定位，使所述聚焦点的位置位于所述定位部限定的工作范围内；

S3：通过所述控制系统启动所述成像系统，对所述聚焦点进行第二次定位，生成位置信息；

S4：将所述第二激光通过所述激光入射口引入所述主体部，所述控制系统根据所述位置信息驱动所述振镜扫描系统进行偏转运动，使所述第二激光改变光路，并通过所述聚焦场镜输出在所述聚焦点上。

本发明所述调整方法的有益效果在于：先通过所述定位部对所述聚焦点进行第一次定位，然后通过所述振镜扫描系统在所述定位部限定的所述工作范围内进一步对所述聚焦点进行第二次定位，使得所述第二激光实现了与所述第一激光共焦输出，避免了现有技术存在的定位不准问题。

附图说明

图1为本发明的激光输出装置的内部结构示意图；

图2为沿图1所示的A-A’方向的剖视图；

图3为图1所示的成像系统的仰视图；

图4为本发明的调整方法的流程图；

图5为铒激光在工作面形成聚焦点的光路示意图；

图6为二氧化碳激光在本发明的激光输出装置内部的光路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了用于使第二激光共焦输出在工作面表面由第一激光形成的聚焦点上的激光输出装置，所述激光输出装置包括主体部、定位部和控制系统，所述定位部支撑所述主体部。所述主体部具有激光入射口、振镜扫描系统、聚焦场镜和成像系统。所述振镜扫描系统改变所述第二激光的光路，使所述第二激光的入瞳位置为所述聚焦场镜的前焦点位置。

本发明一些实施例中，所述激光输出装置包括吹气装置，所述吹气装置与所述定位部固定连接，所述吹气装置用于在所述聚焦场镜的正下方形成气流层。

本发明一些实施例中，所述聚焦场镜为远心聚焦场镜。

本发明一些实施例中，所述定位部具有定位环，所述定位环用于在所述工作面上限定所述工作范围，所述定位环的直径为10-50mm。

本发明一些实施例中，所述振镜扫描系统具有第一振镜扫描单元和第二振镜扫描单元，所述第一振镜扫描系统的光学轴线与所述工作面垂直，所述第二振镜扫描系统的光学轴线与所述工作面平行。

本发明一些实施例中，所述第一振镜扫描单元具有由上至下依次设置的第一振镜和第一反射镜，所述第二振镜扫描单元具有从左至右依次设置的第二振镜和第二反射镜，所述第一反射镜的光学轴线和所述第二反射镜的光学轴线位于同一平面，所述第一振镜用于驱动所述第一反射镜绕所述第一振镜的轴线进行摆动，所述第二振镜用于驱动所述第二反射镜绕所述第二振镜的轴线进行摆动。所述第一反射镜的中心偏转角大于等于-15度且小于等于+15度，所述第二反射镜的中心偏转角大于等于-15度且小于等于+15度。

本发明一些实施例中，所述成像系统具有CCD相机和照明单元，所述CCD相机的光学轴线与所述聚焦场镜的光学轴线平行，所述CCD相机具有广角镜头，所述广角镜头的视角为60-118度，焦距为30-80毫米，直径为1-8毫米，所述照明单元位于靠近所述广角镜头边缘的位置。本发明一些具体的实施例中，所述广角镜头的直径为5.5毫米。

本发明一些实施例中，所述照明单元为至少一个发光二极管(Light EmittingDiode，LED)灯，所述LED灯位于靠近所述广角镜头边缘的位置。

图1为本发明一些实施例的激光输出装置的内部结构示意图，图2为图1所示的主体部沿A-A’方向的剖面图。

参照图1和图2，激光入射口11供第二激光(图中为标示)进入所述激光输出装置1；第一振镜扫描单元12具有由上至下依次设置的第一振镜121和第一反射镜122，第二振镜扫描单元13具有从左至右依次设置的第二振镜131和第二反射镜132。所述第一反射镜122的光学轴线和所述第二反射镜132的光学轴线位于同一平面，所述第一振镜121用于驱动所述第一反射镜122绕所述第一振镜121的轴线进行摆动，所述第二振镜131用于驱动所述第二反射镜132绕所述第二振镜131的轴线进行摆动。

定位部14具有定位环141和支架142，所述支架142起到支撑作用。所述定位环141用于限定工作范围，以对聚焦点(图中为标示)进行第一次定位。成像系统15对所述聚焦点(图中为标示)进行第二次定位，以生成图像信息。所述成像系统15的光学轴线与远心聚焦场镜16的光学轴线平行，所述成像系统15的光学范围不小于由所述定位环141限定的所述工作范围。

吹气装置17贯穿所述支架142的侧面，气体通过所述吹气装置17能够在所述远心聚焦场镜16的正下方形成气流层，以推开灰尘等污染物，保护所述远心聚焦场镜16。

图3为图2所示的成像系统的仰视图。所述成像系统15包括CCD相机151和4个LED灯152，所述LED灯152阵列分布在所述CCD相机的周边，所述LED灯152能够为所述CCD相机151提供照明，使所述CCD相机151获得清晰的图像。

本发明实施例还提供了一种调整方法，所述调整方法使用所述激光输出装置使第二激光共焦输出在所述工作面表面的由所述第一激光形成的聚焦点上，参照图4，所述调整方法包括：

S1：提供所述激光输出装置、所述第二激光、所述工作面和所述聚焦点，所述激光输出装置包括主体部、定位部和控制系统，所述主体部包括激光入射口、振镜扫描系统、聚焦场镜和成像系统；

S2：将所述激光输出装置放置在所述工作面上进行第一次定位，使所述聚焦点的位置位于所述定位部限定的工作范围内；

S3：通过所述控制系统启动所述成像系统，对所述聚焦点进行第二次定位，生成位置信息；

S4：将所述第二激光通过所述激光入射口引入所述主体部，所述控制系统根据所述位置信息驱动所述振镜扫描系统进行偏转运动，使所述第二激光改变光路，并通过所述聚焦场镜共焦输出在所述聚焦点上。

本发明一些实施例提供了一种利用波长为2.94μm的铒激光和波长为10.6μm的二氧化碳激光实现同轴共焦输出的实施方法。图5为所述铒激光在工作面形成聚焦点的光路图，图6为所述二氧化碳激光在所述激光输出装置内部的光路示意图。

参照图5，首先将铒激光51通过场镜52垂直聚焦到皮肤53的表面，形成聚焦点54，由于铒激光51的波长恰好位于水的最高吸收峰值，其对水的吸收率较高，能使所述皮肤53的表皮层531快速升温，以剥除表皮，形成300-800μm的直径范围的皮肤破损口，难以接触到真皮层532。另外，所述皮肤破损口的创面较小，且容易愈合，对患者的影响小，提高了手术的安全性。

参照图1和图6，将所述激光输出装置1放置在所述皮肤53的表面，使所述聚焦点54位于由所述定位环141限定的范围内以进行第一次定位，所述定位环141的直径为20mm；启动所述成像系统15，获取包括所述聚焦点53的图像，将所述图像发送至与所述激光输出装置电连接的计算机(图中未标示)。通过计算机对所述图像进行识别处理，对所述聚焦点进行第二次定位，以生成位置信息。将二氧化碳激光61通过所述激光入射口11引入所述激光输出装置1，通过计算机(图中未标示)生成的位置信息控制所述第一振镜121驱动所述第一反射镜122绕所述第一振镜121的轴线进行摆动，同时所述第二振镜131驱动所述第二反射镜132绕所述第二振镜131的轴线进行摆动，以改变所述二氧化碳激光54的光路，由于所述远心聚焦场镜16本身具有特殊的结构设计，使得所述二氧化碳激光54的入瞳位置为所述聚焦场镜16的前焦点位置，并通过所述聚焦场镜16沿垂直于所述皮肤52表面的方向输出在所述聚焦点54上，从而使波长相差较大的所述二氧化碳激光54和所述铒激光51实现了同轴共焦输出。

参照图5，所述第一反射镜122以所述第一反射镜122的镜面中心线62为轴线进行左右摆动，所述第一反射镜122的中心偏转角大于等于-15度且小于等于+15度。所述第二反射镜132以所述第二反射镜132的镜面中心线63为轴线进行上下摆动，所述第二反射镜132的中心偏转角大于等于-15度且小于等于+15度。

由于所述真皮层522的含水率可高达80％，所述二氧化碳激光55对水的吸收率较低，能够沿着由所述铒激光51产生的皮肤破损口深入所述真皮层532，进而使病损组织气化。如果直接用所述二氧化碳激光55，会对所述表皮层521造成较大的创面，影响术后愈合，降低手术的安全性。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (9)

1.一种激光输出装置，用于使第二激光共焦输出在工作面表面的由第一激光形成的聚焦点上，其特征在于，所述激光输出装置包括主体部、定位部和控制系统，所述主体部包括激光入射口、振镜扫描系统、聚焦场镜和成像系统；

所述激光入射口位于所述主体部的侧面，用于供所述第二激光进入所述主体部；

所述定位部用于在所述工作面上限定工作范围，以对所述聚焦点进行第一次定位；

所述成像系统用于对所述聚焦点进行第二次定位，以形成图像信息，所述成像系统的光学轴线与所述聚焦场镜的光学轴线平行，所述成像系统的光学范围不小于所述工作范围；

所述控制系统用于根据所述图像信息生成位置信息；

所述振镜扫描系统用于根据所述位置信息改变入射激光的光路，使所述第二激光的入瞳位置为所述聚焦场镜的前焦点位置；

所述聚焦场镜位于所述振镜扫描系统正下方，用于使所述第二激光输出在所述聚焦点上；

所述振镜扫描系统包括第一振镜扫描单元和第二振镜扫描单元，所述第一振镜扫描系统的光学轴线与所述工作面垂直，所述第二振镜扫描系统的光学轴线与所述工作面平行；

所述第一振镜扫描单元包括由上至下依次设置的第一振镜和第一反射镜，所述第二振镜扫描单元包括从左至右依次设置的第二振镜和第二反射镜，所述第一反射镜的光学轴线和所述第二反射镜的光学轴线位于同一平面，所述第一振镜用于驱动所述第一反射镜绕所述第一振镜的轴线进行摆动，所述第二振镜用于驱动所述第二反射镜绕所述第二振镜的轴线进行摆动。

2.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述激光输出装置包括吹气装置，所述吹气装置与所述定位部固定连接，所述吹气装置用于在所述聚焦场镜的正下方形成气流层。

3.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述聚焦场镜为远心聚焦场镜。

4.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述定位部包括定位环，所述定位环用于在所述工作面上限定所述工作范围，所述定位环的直径为10-50mm。

5.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述第一反射镜的中心偏转角大于等于-15度且小于等于+15度，所述第二反射镜的中心偏转角大于等于-15度且小于等于+15度。

6.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述成像系统包括CCD相机，所述CCD相机的光学轴线与所述聚焦场镜的光学轴线平行。

7.如权利要求6所述的激光输出装置，其特征在于，所述CCD相机包括广角镜头，所述广角镜头的视角为60-118度，焦距为30-80毫米，直径为1-8毫米。

8.如权利要求7所述的激光输出装置，其特征在于，所述成像系统还包括照明单元，所述照明单元位于靠近所述广角镜头边缘的位置。

9.一种调整方法，用于使第二激光共焦输出在工作面表面的由第一激光形成的聚焦点上，其特征在于，所述调整方法使用如权利要求1-8中任意一项所述的激光输出装置，所述调整方法包括以下步骤：

S1：提供所述激光输出装置、所述第二激光、所述工作面和所述聚焦点，所述激光输出装置包括主体部、定位部和控制系统，所述主体部包括激光入射口、振镜扫描系统、聚焦场镜和成像系统；

S2：将所述激光输出装置放置在所述工作面上进行第一次定位，使所述聚焦点的位置位于所述定位部限定的工作范围内；

S3：通过所述控制系统启动所述成像系统，对所述聚焦点进行第二次定位，生成位置信息；

S4：将所述第二激光通过所述激光入射口引入所述主体部，所述控制系统根据所述位置信息驱动所述振镜扫描系统进行偏转运动，使所述第二激光改变光路，并通过所述聚焦场镜输出在所述聚焦点上。