CN116953904A - 光学系统、三维成像系统及三维成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学系统、三维成像系统及三维成像方法，涉及光学显微成像技术领域。用于解决现有三维成像系统的结构复杂，长时间对目标样本扫描，强光照射损伤目标样本细胞结构的问题。该光学系统中的反射组件包括镜片组和与镜片组相连的驱动装置，驱动装置驱动镜片组动作，以形成不同的第一预定平面图像和不同的第二预定平面图像。利用这些第一预定平面图像和第二预定平面图像能够合成目标样本的三维图像，无需进行逐点扫描以及复杂的机构动作，结构简单且扫描效率高，保护目标样本的组织细胞。
Description
技术领域
本发明涉及光学显微成像技术领域，尤其涉及一种光学系统、三维成像系统及三维成像方法。
背景技术
关于生物目标样本的三维光学显微成像，在科学研究、病理诊断等诸多科研和应用领域有着极其重要的作用和意义。
三维光学成像通常是采用共聚焦显微技术，需要从两个方向对生物组织的每个平面进行扫描，先对与轴向垂直的平面成像，再对轴向方向进行移动扫描，从而实现三维立体成像。在对轴向方向进行移动扫描时，需要多个高精度电机驱动对目标样本进行三维移动。
采用共聚焦显微技术进行三维光学成像时，对目标样本特定深度成像需要逐点扫描，时间效率低，长时间扫描容易造成对目标样本的漂白，并且强光照射容易损伤细胞或组织结构。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供一种光学系统、三维成像系统及三维成像方法，实现快速扫描并提高效率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明实施例的第一方面提供一种光学系统。
一种光学系统，包括第一物镜、反射组件和光学部件，其中：
所述第一物镜用于对目标样本成像得到第一成像光束；所述反射组件包括镜片组，以及与所述镜片组相连的驱动装置，所述镜片组用于接收所述第一成像光束并将所述第一成像光束转化为第二成像光束；所述光学部件配置为，将所述第二成像光束投影至第一像平面以形成所述目标样本的第一预定平面图像，以及将所述第二成像光束投影至第二像平面以形成所述目标样本的第二预定平面图像；所述目标样本的第一预定平面图像和所述目标样本的第二预定平面图像呈预定角度；所述驱动装置用于驱动所述镜片组动作，以形成不同的所述第一预定平面图像以及不同的所述第二预定平面图像。
与现有技术相比，本发明实施例提供的光学系统具有如下优点：光学系统中的反射组件包括镜片组和与镜片组相连的驱动装置，驱动装置驱动镜片组动作，以形成不同的第一预定平面图像和不同的第二预定平面图像。利用这些第一预定平面图像和第二预定平面图像能够合成目标样本的三维图像，无需进行逐点扫描以及复杂的机构动作，结构简单且扫描效率高。
作为本发明实施例光学系统的一种改进，所述镜片组包括奇数个反射镜，所述第一成像光束经所述奇数个反射镜的反射形成所述第二成像光束。
作为本发明实施例光学系统的一种改进，所述镜片组包括第一反射镜，所述第一成像光束经所述第一反射镜的反射形成所述第二成像光束；所述驱动装置驱动所述第一反射镜绕所述第一反射镜的中心轴转动，以形成不同的所述第一预定平面图像和所述第二预定平面图像。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述光学系统包括设置在所述第一反射镜光路上游的第一透镜和设置在所述第一反射镜光路下游的第二透镜，所述第一透镜的光轴和所述第二透镜的光轴垂直。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述镜片组包括偶数个反射镜，每两个所述反射镜为一组，位于同一组的两个所述反射镜的反射面相对设置，所述第一成像光束经所述偶数个反射镜的反射形成所述第二成像光束。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述镜片组包括第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜的反射面与所述第三反射镜的反射面相对设置，所述第一成像光束经所述第二反射镜和所述第三反射镜的反射形成所述第二成像光束。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述驱动装置驱动所述第二反射镜绕所述第二反射镜的中心轴转动，所述驱动装置驱动所述第三反射镜绕所述第三反射镜的中心轴转动，以形成不同的所述第一预定平面图像和所述第二预定平面图像；和/或，改变所述第二反射镜和所述第三反射镜之间的相对位置，以形成不同的所述第一预定平面图像和所述第二预定平面图像。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述第二反射镜的反射面和所述第三反射镜的反射面平行。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述驱动装置驱动所述第二反射镜和所述第三反射镜同步旋转。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述光学系统包括设置在所述第二反射镜光路上游的第一透镜和设置在所述第三反射镜光路下游的第二透镜，所述第一透镜的光轴和所述第二透镜的光轴平行。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述反射组件包括振镜。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述光学系统包括设置在所述第一物镜一侧的样品台，所述样品台用于承载样品且设置为可移动结构。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述光学部件包括第二物镜、设置在所述第二物镜一侧的分光元件和设置在所述第二物镜另一侧的第四反射镜，所述第四反射镜的反射面与所述第二物镜的光轴呈预定角度；所述第二成像光束穿过所述分光元件，投影至所述第二像平面以形成所述目标样本的第二预定平面图像；所述第二成像光束经过所述分光元件的反射，经过所述第二物镜，所述第二物镜用于接收所述第二成像光束以生成第三成像光束，以及接收所述第四反射镜反射的第四成像光束以生成第五成像光束，所述第五成像光束穿过所述分光元件，投影至所述第一像平面以形成所述目标样本的第一预定平面图像。
作为本发明实施例光学系统的进一步改进，所述驱动装置为步进电机或伺服电机。
本发明实施例的第二方面提供一种三维成像系统。
一种三维成像系统，包括如上所述的光学系统，还包括第一成像装置、第二成像装置、数据采集装置和数据处理装置，所述数据采集装置与所述第一成像装置、所述第二成像装置、所述数据处理装置均相连，其中，所述第一成像装置用于提供所述第一成像面并生成所述第一预定平面图像的第一图像信息；所述第二成像装置用于提供第二成像面并生成第二预定平面图像的第二图像信息；所述数据采集装置用于采集所述第一图像信息和所述第二图像信息，并将所述第一图像信息和所述第二图像信息发送至所述数据处理装置；所述数据处理装置用于根据所述第一图像信息和所述第二图像信息生成所述目标样本的三维图像信息。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种三维成像系统具有如下优点：
三维成像系统由于采用上述的光学系统，结构简单不需要逐点扫描即可快速合成目标样本的三维图像，扫描效率高，避免强光照射损伤细胞或组织结构。
本发明实施例的第三方面提供一种三维成像方法，
所述三维成像方法包括：驱动反射组件动作，并在动作过程中采集多个第一预定平面图像和多个第二预定平面图像；对所述多个第一预定平面图像和所述多个第二预定平面图像进行图像合成，得到目标样本的三维图像。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种三维成像方法具有如下优点：
驱动反射组件动作，并在动作过程中采集多个第一预定平面图像和多个第二预定平面图像；对多个第一预定平面图像和所述多个第二预定平面图像进行图像合成，不需要逐点扫描，节约时间且效率较快，保护目标样本细胞和组织结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例提供的三维成像系统的示意图；
图2为本发明一种实施例提供的光学系统与成像装置的结构示意图；
图3为本发明另一种实施例提供的第二反射镜和第三反射镜的原理图；
图4为本发明另一种实施例提供的光学系统与成像装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的镜片组的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的目标样本的可成像范围示意图。
附图标记说明：
100：三维成像系统；101：光学系统；102：数据采集装置；103：数据处理装置；1：第一物镜；2：第二物镜；3：第一反射镜；4：第二反射镜；5：第三反射镜；6：第四反射镜；7：第五反射镜；8：第一透镜；9：第二透镜；10：第三透镜；11：第四透镜；12：分光元件；13：光源；14：目标样本；15：第一成像装置；16：第二成像装置；17：第一成像光束；18：第二成像光束；19：反射光束；20：样品台。
具体实施方式
三维光学显微成像在科学研究、病理诊断等诸多科研和应用领域有着极其重要的作用和意义。大多显微三维成像采用共聚焦显微镜、双光子或多光子显微镜，逐点扫描采集目标样本，形成不同深度下的图像，先对与轴向垂直的平面成像，之后沿着轴向方向移动，再对与轴向垂直的另一平面成像，重复此过程对轴向方向进行移动扫描，从而实现三维立体成像。在对轴向方向进行移动扫描时，需要多个高精度电机驱动对目标样本进行三维移动，但是会增加结构的复杂度和成本；另一方面对目标样本特定深度成像需要逐点扫描，从而时间效率低，并且这样长时间扫描容易造成对目标样本的漂白，并且强光照射容易损伤细胞或组织结构。
针对上述技术问题，本发明提出一种光学系统、三维成像系统及三维成像方法。光学系统中的反射组件包括镜片组和与镜片组相连的驱动装置，驱动装置驱动镜片组动作，以形成不同的第一预定平面图像和不同的第二预定平面图像。利用这些第一预定平面图像和第二预定平面图像能够合成目标样本的三维图像，无需进行逐点扫描以及复杂的机构动作，结构简单且扫描效率高，避免强光照射损伤细胞或组织结构。
为了使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
下面参考附图描述根据本发明实施例的三维成像系统。
图1为本发明一种实施例提供的三维成像系统的示意图，三维成像系统100包括光学系统101，第一成像装置15、第二成像装置16、数据采集装置102和数据处理装置103，光学系统101分别与第一成像装置15、第二成像装置16相连，数据采集装置102与第一成像装置15、第二成像装置16、数据处理装置103均相连。其中，第一成像装置15用于提供第一成像面并生成第一预定平面图像的第一图像信息，第二成像装置16用于提供第二成像面并生成第二预定平面图像的第二图像信息。数据采集装置102用于采集第一图像信息和第二图像信息，并将第一图像信息和第二图像信息发送至数据处理装置103。数据处理装置103用于根据第一图像信息和第二图像信息生成目标样本的三维图像信息(后面有具体介绍)。其中，第一预定平面与第二预定平面相垂直，示例性的，第一预定平面可以为xz平面，第二预定平面可以为xy平面。
下面参考附图描述根据本发明实施例的光学系统。
图2为本发明一种实施例提供的光学系统与成像装置的结构示意图。参阅图2，一种光学系统101，包括第一物镜1、反射组件和光学部件，其中：
第一物镜1用于对目标样本14成像得到第一成像光束17；反射组件包括镜片组，以及与镜片组相连的驱动装置，镜片组用于接收第一成像光束17并将第一成像光束17转化为第二成像光束18；光学部件配置为，将第二成像光束18投影至第一像平面以形成目标样本14的第一预定平面图像，以及将第二成像光束18投影至第二像平面以形成目标样本14的第二预定平面图像；目标样本14的第一预定平面图像和目标样本14的第二预定平面图像呈预定角度；驱动装置用于驱动镜片组动作，以形成不同的第一预定平面图像以及不同的第二预定平面图像。
光学系统101中的反射组件包括镜片组，以及与镜片组相连的驱动装置，驱动装置驱动镜片组动作，以形成不同的第一预定平面图像和不同的第二预定平面图像。利用这些第一预定平面图像和第二预定平面图像能够合成目标样本14的三维图像，无需进行逐点扫描以及复杂的机构动作，结构简单且扫描效率高。
在一个可选的实施例中，镜片组包括奇数个反射镜，第一成像光束17经奇数个反射镜的反射形成第二成像光束18。示例性的，参阅图2，镜片组包括第一反射镜3，第一成像光束17经第一反射镜3的反射形成第二成像光束18。驱动装置驱动第一反射镜3绕第一反射镜3的中心轴转动，以形成不同的第一预定平面图像和第二预定平面图像。第一成像光束17经第一反射镜3的反射形成第二成像光束18。镜片组包括第一反射镜3时，结构简单，只需要驱动装置驱动第一反射镜3绕第一反射镜3的中心轴转动，即可形成不同的第一预定平面图像和第二预定平面图像。
当反射组件包括第一反射镜3时，光学系统中的第一透镜8和第二透镜9的安装位置为垂直关系，第一透镜8设置在第一反射镜3光路上游，第二透镜9设置在第一反射镜3光路下游，第一透镜8的光轴和第二透镜9的光轴垂直。可以理解的是，当反射组件包括1、3、5等奇数个反射镜时，第一透镜8和第二透镜9的安装位置与反射组件只包括第一反射镜3时相同。光学系统101中的第一透镜8的光轴和第二透镜9的光轴垂直。第一成像光束17经第一反射镜3的反射形成第二成像光束18，这样设置便于第二成像光束18更好的传输到第二透镜9，便于光路的传输。
当反射组件包括第一反射镜3时，驱动装置驱动反射组件的第一反射镜3绕第一反射镜3的中心轴转动，以形成不同的第一预定平面图像和不同的第二预定平面图像。将多个不同的第一预定平面图像和多个不同的第二预定平面图像的信息进行三维重构，便实现目标样本14的三维成像。
在上述实施例中，光路的传输过程为：
目标样本14被光源13照射后，形成的第一成像光束17记载了目标样本14的三维信息，该三维信息中包括目标样本14的第一预定平面和第二预定平面的图像信息，第一成像光束17被第一物镜1接收并照向第五反射镜7。照向第五反射镜7的光中，沿着光的传输方向记载了目标样本14的第一预定平面的信息，垂直光的传输方向记载了目标样本14的第二预定平面的信息。光经过第五反射镜7的反射，再分别通过第一透镜8到达反射组件的第一反射镜3，经过第一反射镜3的反射形成第二成像光束18。第二成像光束18通过第二透镜9到达分光元件12。
透过第二分光元件12的光，再经过第四透镜11到达第二成像装置16。由于第二成像装置16识别到的是垂直光传输方向的光信息，就是目标样本14的xy平面图像，所以第二成像装置16识别并显示出目标样本14的第二预定平面图像。经过分光元件12反射的光经过第二物镜2生成第三成像光束照向第四反射镜6，第四反射镜6对第三成像光束进行反射，生成第四成像光束并照回至第二物镜2，第四成像光束由第二物镜2接收并生成第五成像光束照向第二分光元件12。第二物镜2照射出的光透过第二分光元件12，再经过第三透镜10到达第一成像装置15，从而第一成像装置15识别到平行光传输方向的光信息即目标样本14的xz平面的图像，所以第一成像装置15识别并显示出目标样本14的第一预定平面图像。
图2所示的光学系统与成像装置中，第二成像装置16可以得到目标样本14中平行于xy平面即垂直于z轴的图像，即第二成像装置16识别并显示出目标样本14的第二预定平面图像。通过第二物镜2和第四反射镜6的有效结合，在不需要将目标样本14进行z方向扫描的情况下，能够实现识别并显示出目标样本14的xz平面即平行于z方向的图像，即第一成像装置15识别并显示出目标样本14的第一预定平面图像。若期望获得目标样本14更大范围的三维成像，则需移动样品台20的xy方向对目标样本14进行扫描，而样品台20一般采用位移电机移动，其速度有限。为了提高样品的扫描速度，本发明实施例中的第一反射镜3可以为振镜，将振镜应用于光学系统101中(振镜的扫描速度远高于位移电机扫描速度)形成图2所示的光学系统与成像装置。通过振镜的偏转扫描，实现通过振镜反射后的第二成像光束18扫描，进而实现目标样本14中z方向的扫面，最终实现目标样本14快速的三维成像。
图2所示的光学系统与成像装置中，根据第一反射镜3反射后的第二成像光束18获取第一预定平面图像和第二预定平面图形，但是第二成像光束18入射到第二物镜2的入射角度发生变化，限制了目标样本14的第一预定平面图像的成像范围，即限制了目标样本14的z方向的成像范围，从而限制了目标样本14的三维成像范围。
进一步的，本发明实施例采用两个反射镜的反射面处于一直平行的镜片组(如图3所示)，由于两个反射镜始终平行，使得通过这两个反射镜得到的光束(即第二成像光束)在入射到第二物镜2时，其入射角度不发生变化，这样提高了目标样本14的平行于z方向的第一预定平面图像的成像范围，从而提高了目标样本14的三维成像范围。
其原理如下，参阅图3，镜片组的两个反射镜平行安装且在偏转过程中保持平行状态，这两个反射镜在状态M1(点划线表示)和M2(虚线表示)之间变化，对应的通过镜片组后的光束(即第二成像光束)在光束状态1(点划线表示)和光束状态2(虚线表示)之间变化。当镜片组处于M1状态时，通过镜片组后的第二成像光束处于光束状态1，可以获得目标样本14中的xz1(点画线表示)面；当镜片组处于M2状态时，通过镜片组后的第二成像光束处于光束状态2，可以获得目标样本14中的xz2(虚线表示)面。由此，当镜片组在状态M1和M2之间变化时，可以在xz1面和xz2面之间变化，实现目标样本14的三维成像。
具体的，图4为本发明另一种实施例提供的光学系统与成像装置的结构示意图。图5为本发明实施例提供的镜片组的结构示意图。参阅图4和图5，镜片组包括偶数个反射镜，每两个反射镜为一组，位于同一组的两个反射镜的反射面相对设置，第一成像光束17经偶数个反射镜的反射形成第二成像光束18。
在一些可能的实施例中，镜片组包括第二反射镜4和第三反射镜5，第二反射镜4的反射面与第三反射镜5的反射面相对设置，第一成像光束17经第二反射镜4和第三反射镜5的反射形成第二成像光束18。第一成像光束17经第二反射镜4的反射形成反射光束19，再经过第三反射镜5的反射形成第二成像光束18。可选的，当第二反射镜4的反射面和第三反射镜5的反射面平行时，输入的第一成像光束17与输出的第二成像光束18平行，便于安装光学系统101中的第一透镜8和第二透镜9。
在上述实施例中，光学系统101包括设置在第二反射镜4光路上游的第一透镜8和设置在第三反射镜5光路下游的第二透镜9，第一透镜8的光轴和第二透镜9的光轴平行。
可以理解的是，当反射组件包括2、4、6等偶数个反射镜时，第一透镜8和第二透镜9的安装位置与反射组件包括第二反射镜4和第三反射镜5时相同，第一透镜8的光轴和第二透镜9的光轴平行。第一成像光束17经第二反射镜4的反射形成反射光束19，再经过第三反射镜5的反射形成第二成像光束18。这样设置便于第二成像光束18更好的传输到第二透镜9，便于光路的传输。
当镜片组包括第二反射镜4和第三反射镜5时，第一成像光束17经过第二反射镜4的反射形成反射光束19，反射光束19经过第三反射镜5的反射形成第二成像光束18。
通过数学推导，解释在第一成像光束17不变的情况下，通过改变第二反射镜4和第三反射镜5之间的相对位置，或改变第二反射镜4和第三反射镜5的偏转角度，以形成不同的第一预定平面图像和第二预定平面图像。
以第二反射镜4中心点M1为原点，建立坐标系。第一成像光束17与x轴的方向平行。第三反射镜5的中心点坐标值为M2(d1，d2)，第一成像光束17在第二反射镜4的反射点为第一反射点P1，反射光束19在第三反射镜5的反射点为第二反射点P2，反射后形成第二成像光束18。
第一种情况，当第二反射镜4与x轴的负方向夹角为θ，第三反射镜5与x轴的负方向夹角为θ时，
第二反射镜4所在直线的解析式为：y＝-xtanθ；
第一成像光束17所在的直线的解析式为：y＝-asinθ；
第一反射点P1点的坐标：(acosθ、-asinθ)；
反射光束19所在直线的解析式：
第三反射镜5所在直线的解析式：y＝-xtanθ+d1tanθ+d2；
第二反射点P2点的坐标：
第二成像光束18所在直线的解析式：y＝2cosθ(d1sinθ+d2cosθ)-asinθ；
第二成像光束18相比于第一成像光束17在竖直方向上平移的距离为：
Dy＝2cosθ(d1sinθ+d2cosθ)；
其中：
θ：第二反射镜4与x轴负方向的夹角；
a：为第一反射点P1距第二反射镜4中心点M1的距离；
d1：为第三反射镜5的中心点的横坐标值；
d2：为第三反射镜5的中心点的纵坐标值。
第二种情况，当第二反射镜4与x轴负方向的夹角由θ偏转为θ+α，第三反射镜5与x轴负方向的夹角由θ偏转为θ+α，此时：
第二反射镜4所在直线的解析式：y＝-xtan(θ+α)；
第一成像光束17所在直线的解析式：y＝-asinθ；
P1点的坐标：
反射光束19所在直线的解析式：
第三反射镜5所在直线的解析式：y＝-xtan(θ+α)+d1tan(θ+α)+d2；
P2点的坐标：
第三成像光束所在直线的解析式：
y＝2cos(θ+α)(d1sin(θ+α)+d2cos(θ+α))-asinθ；
当第二反射镜4与x轴负方向的夹角为θ+α，第三反射镜5与x轴负方向的夹角为θ+α，第二成像光束18相比于第一成像光束17在竖直方向上平移的距离为：
Dy＝2cosθ(d1sinθ+d2cosθ)-2cos(θ+α)(d1sin(θ+α)+d2cos(θ+α))；
其中：
θ+α：为第二反射镜4与x轴负方向的夹角。
当反射组件包括第二反射镜4和第三反射镜5时，在一个可选的实施例中，基于光路调节中传输光线横平竖直的准则，第二反射镜4、第三反射镜5分别与x轴夹角一般为45度，第二反射镜4的中心轴和第三反射镜5的中心轴处于同一竖直方向，即d1＝0。此时：
Δy＝d2sin2α
由于α角度较小，因此可作近似sin2α≈2α，此时Dy≈2α×d2。
从以上的数学推导的公式中可以看出，第二成像光束18相比于第一成像光束17在竖直方向上平移的距离与a无关，因此第一成像光束17不必调节至第二反射镜4中心位置处，降低了光路调节难度。
从上述公式中可以看出，通过改变第二反射镜4和第三反射镜5之间的相对位置，或改变第二反射镜4和第三反射镜5的偏转角度，能够形成不同的第一预定平面图像和第二预定平面图像。
可选地，驱动装置驱动第二反射镜4和第三反射镜5同步旋转。便于驱动装置的操控，控制简单。
第二成像光束18相比于第一成像光束17在竖直方向上平移的距离，与第二反射镜4和第三反射镜5之间的相对位置有关，也与第二反射镜4绕第二反射镜4的中心轴转动的角度和第三反射镜5绕第三反射镜5的中心轴转动的角度有关。因此当反射组件包括第二反射镜4和第三反射镜5时，驱动装置驱动第二反射镜4绕第二反射镜4的中心轴转动，驱动装置驱动第三反射镜5绕第三反射镜5的中心轴转动，以形成不同的第一预定平面图像和第二预定平面图像；或者是改变第二反射镜4和第三反射镜5之间的相对位置，以形成不同的第一预定平面图像和第二预定平面图像；也可以同时改变第二反射镜4和第三反射镜5之间的相对位置，以及改变第二反射镜4和第三反射镜5的偏转角度，以形成不同的第一预定平面图像和第二预定平面图像。将多个不同的第一预定平面图像和多个不同的第二预定平面图像的信息进行三维重构，便实现目标样本14的三维成像。
光学部件包括第二物镜2、设置在第二物镜2一侧的分光元件12和设置在第二物镜2另一侧的第四反射镜6，第四反射镜6的反射面与第二物镜2的光轴呈预定角度；第二成像光束18穿过分光元件12，投影至第二像平面以形成目标样本14的第二预定平面图像；第二成像光束18经过分光元件12的反射，经过第二物镜2，第二物镜2用于接收第二成像光束18以生成第三成像光束，以及接收第四反射镜6反射的第四成像光束以生成第五成像光束，第五成像光束穿过分光元件12，投影至第一像平面以形成目标样本14的第一预定平面图像。
继续参阅图2和图4，光学系统101还包括设置在第一物镜1一侧的样品台20，样品台20用于承载目标样本14，且设置为可移动结构。可选的，图6为本发明实施例提供的目标样本的可成像范围示意图。样品台20设置为可以在x轴和y轴移动的二维样品台，在未加入样品台20前，目标样本14受限于光学系统101中第一物镜1的视场，使得可成像范围为图6中的阴影面积M11所表示的范围。将样品台20设置为可移动结构，可以将目标样本14沿着x轴移动到M21，或沿着y轴移动到M12，扩大范围移动到Mm1或M1n，也可以移动到Mmn。光学系统101的成像范围可以扩大到整个样品台的面积S，面积S的大小取决于样品台20可以移动的最大距离。可选的，样品台20也可以设置为在x、y、z轴都可以移动的三维样品台20，进一步扩大光学系统101的成像范围。
需要说明的是，反射组件可以设置成反射镜片与驱动装置，可选地，反射组件设置为振镜，振镜是一种专门为光学扫描应用设计的光学设备，振镜扫描的速度是100k/s，扫描一次的时间是0.01ms。人类视觉暂留时间为0.1s，在这0.1s的时间内，振镜可以扫描10000张图像。反射组件采用振镜，在同样的时间内扫描的图像数量增加，提高了扫描效率。
为了得到更好的图像质量，第一物镜1和第二物镜2可以选择高倍的显微镜，如数码液晶显微镜、电子显微镜和光学显微镜等。
驱动装置可以设置为任意满足需求的装置，例如直接选用电机驱动。电机的类型不限，为了控制简单和保证精度，可选地，电机为步进电机或伺服电机。
本发明实施例还提供一种三维成像方法，驱动反射组件动作，并在动作过程中采集多个第一预定平面图像和多个第二预定平面图像；对多个第一预定平面图像和多个第二预定平面图像进行图像合成，得到目标样本14的三维图像。驱动装置驱动镜片组动作，以形成不同的第一预定平面图像和不同的第二预定平面图像。利用这些第一预定平面图像和第二预定平面图像能够合成目标样本14的三维图像，无需进行逐点扫描以及复杂的机构动作，结构简单且扫描效率高。
本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (16)
1.一种光学系统，其特征在于，包括第一物镜、反射组件和光学部件，其中：
所述第一物镜用于对目标样本成像得到第一成像光束；
所述反射组件包括镜片组，以及与所述镜片组相连的驱动装置，所述镜片组用于接收所述第一成像光束并将所述第一成像光束转化为第二成像光束；
所述光学部件配置为，将所述第二成像光束投影至第一像平面以形成所述目标样本的第一预定平面图像，以及将所述第二成像光束投影至第二像平面以形成所述目标样本的第二预定平面图像；所述目标样本的第一预定平面图像和所述目标样本的第二预定平面图像呈预定角度；
所述驱动装置用于驱动所述镜片组动作，以形成不同的所述第一预定平面图像以及不同的所述第二预定平面图像。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述镜片组包括奇数个反射镜，所述第一成像光束经所述奇数个反射镜的反射形成所述第二成像光束。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述镜片组包括第一反射镜，所述第一成像光束经所述第一反射镜的反射形成所述第二成像光束；
所述驱动装置驱动所述第一反射镜绕所述第一反射镜的中心轴转动，以形成不同的所述第一预定平面图像和所述第二预定平面图像。
4.根据权利要求2或3所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括设置在所述第一反射镜光路上游的第一透镜和设置在所述第一反射镜光路下游的第二透镜，所述第一透镜的光轴和所述第二透镜的光轴垂直。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述镜片组包括偶数个反射镜，每两个所述反射镜为一组，位于同一组的两个所述反射镜的反射面相对设置，所述第一成像光束经所述偶数个反射镜的反射形成所述第二成像光束。
6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述镜片组包括第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜的反射面与所述第三反射镜的反射面相对设置，所述第一成像光束经所述第二反射镜和所述第三反射镜的反射形成所述第二成像光束。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，驱动装置驱动所述第二反射镜绕所述第二反射镜的中心轴转动，所述驱动装置驱动所述第三反射镜绕所述第三反射镜的中心轴转动，以形成不同的所述第一预定平面图像和所述第二预定平面图像；
和/或，改变所述第二反射镜和所述第三反射镜之间的相对位置，以形成不同的所述第一预定平面图像和所述第二预定平面图像。
8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述第二反射镜的反射面和所述第三反射镜的反射面平行。
9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，所述驱动装置驱动所述第二反射镜和所述第三反射镜同步旋转。
10.根据权利要求6-9任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括设置在所述第二反射镜光路上游的第一透镜和设置在所述第三反射镜光路下游的第二透镜，所述第一透镜的光轴和所述第二透镜的光轴平行。
11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述反射组件包括振镜。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括设置在所述第一物镜一侧的样品台，所述样品台用于承载样品且设置为可移动结构。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学部件包括第二物镜、设置在所述第二物镜一侧的分光元件和设置在所述第二物镜另一侧的第四反射镜，所述第四反射镜的反射面与所述第二物镜的光轴呈预定角度；
所述第二成像光束穿过所述分光元件，投影至所述第二像平面以形成所述目标样本的第二预定平面图像；
所述第二成像光束经过所述分光元件的反射，经过所述第二物镜，所述第二物镜用于接收所述第二成像光束以生成第三成像光束，以及接收所述第四反射镜反射的第四成像光束以生成第五成像光束，所述第五成像光束穿过所述分光元件，投影至所述第一像平面以形成所述目标样本的第一预定平面图像。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述驱动装置为步进电机或伺服电机。
15.一种三维成像系统，其特征在于，包括如权利要求1至14任一项所述的光学系统，还包括第一成像装置、第二成像装置、数据采集装置和数据处理装置，所述数据采集装置与所述第一成像装置、所述第二成像装置、所述数据处理装置均相连，其中，
所述第一成像装置用于提供所述第一成像面并生成所述第一预定平面图像的第一图像信息；
所述第二成像装置用于提供第二成像面并生成第二预定平面图像的第二图像信息；
所述数据采集装置用于采集所述第一图像信息和所述第二图像信息，并将所述第一图像信息和所述第二图像信息发送至所述数据处理装置；
所述数据处理装置用于根据所述第一图像信息和所述第二图像信息生成所述目标样本的三维图像信息。
16.一种三维成像方法，其特征在于，所述三维成像方法包括：
驱动反射组件动作，并在动作过程中采集多个第一预定平面图像和多个第二预定平面图像；
对所述多个第一预定平面图像和所述多个第二预定平面图像进行图像合成，得到目标样本的三维图像。
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