CN207541332U - 影像扫描系统的光学扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种影像扫描系统的光束扫描装置，其可采用平常扫描的方式，影像板可以平直状态移动，并且扫描光束能够更易地保持垂直投射。一种影像扫描系统的光学扫描装置，包括光束生成模组、光反射模组以及集光器组件，所述光束生成模组包括激光器以及用于生成扫描光束的光束生成透镜组，所述光反射模组包括用于将所述扫描光束反射的光反射镜以及用于驱动所述光反射镜转动的扫描电机，所述光学扫描装置还包括设置于所述光反射模组和所述集光器组件之间的F‑theta透镜组，所述F‑theta透镜组包括用于产生相对所述光束生成透镜组的负畸变的透镜系统，所述透镜系统包括非球面透镜或至少三个球面透镜。

Description

影像扫描系统的光学扫描装置

技术领域

本实用新型涉及计算机X射线摄影成像领域，特别是一种使用激光对影像板记录的影像信息进行扫描的系统的光学扫描装置。

背景技术

计算机X射线摄影术（Computed X-ray Radiography，CR）已经广泛应用于医疗健康领域，相对于传统的X射线摄影技术，其主要特点在于采用了柔性、可擦除的影像板（Imaging Plate, IP）代替卤化银胶片，并可用计算机存储和显示图像信息。

X射线穿透物体照射到含有光激励荧光粉的影像板上，会产生一帧潜影（LatentImage）并存储在影像板中。当使用一定波长（600-700nm）的激光照射时，影像板会激发出特定波长（350-450nm）的荧光，其能量分布特性和潜影形态完全相关，这些荧光被收集、转换成电信号并数字化，从而将潜影转换成可以存储和传输的二维数字图像。

利用影像板的潜影特性，可以对牙齿进行拍片成像，与传统的胶片成像方法相比，CR技术具有成像速度快，显示动态范围广，片子能重复使用等优点。作为核心部件之一的光学扫描系统，关系到整个成像过程的速度以及图像质量。

在CR扫描仪的光学系统中，一般可以采用点扫描、线扫描和面扫描等图像读取方式。点扫描就是利用一束汇聚光线扫描影像板，形成一条扫描轨迹，同时以一定的时间间隔（0.75μs）采集激光光斑激发出的荧光信号。线扫描可以采用线光源逐行采集影像板的潜影信息，而后对每行采集到的荧光信号进行解耦，得到每个点的潜影信息。面扫描可以理解为就是普通的摄像过程，激光光源是面光源，激发出的整个影像板面上的荧光被由大量传感器组成的面阵收集到，通过复杂的解耦计算得到每个像素点的图像信息。

无论是线扫描还是面扫描，都需要CCD（Charge-coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）作为图像采集设备，每个光敏单元接收到的都是来自于影像板的线信号（线扫描）或面信号（面扫描），然后再以一定的空间间隔划分出物理上的最小显示单元，通过解耦计算，得到每个显示单元的潜影信号。如要得到高分辨率，高灰阶度的图像信号，就需要图像采集设备具有足够多的光敏单元和宽广的动态范围以及精确快速的计算过程。

从成像机理上来说，点、线、面扫描没有本质的不同，只是实现的方式略有差别，尤其是线扫描和面扫面实现原理和方式都基本相同。点扫描利用前文所述的图像采集设备或者PMT（PhotoMultiplier Tube），直接读取每个点的潜影信息，因此从理论上来说可以更加精准的得到每个像素点信号，进而更能真实的反应图像信息。

目前采用的点扫描方式，又可有几种不同的实现形式，典型的主要有：

转镜扫描系统

转镜扫面系统从结构上来说最为简单，对伺服电机的转速相对较低（棱镜扫描系统的50%）；而且由于结构上的对称性，速度稳定型也好；光路只经过一次反射，光损耗也小，在测量、3D成像等领域得到广泛应用。但是对于加工和安装要求极为严格，这也限制了其在精密扫描领域的应用。

振镜扫描系统

振镜扫描系统在激光打标机上得到了非常广泛的应用，一般可直接采购此套系统，既可以进行1D扫描也可以进行2D扫描，影像板进给模块设计比较灵活。就经济性来说，主要受制于精度要求，扫描速度线性度仅能达到99.9%左右，这对于扫描光斑直径20μm的精度和5s的扫描速度要求来说，还不能满足要求。

棱镜扫描系统

棱镜扫描系统结构也相对简单，主要零部件可以直接采购（部分工艺可能需定制），而且对五棱镜的加工和安装要求都较低。与振镜相等的价位条件下，单个伺服电机的速度线性度要高一个数量级。

专利US 2009/0267006 A1和US 6,599,014 B2中公开了所述的五棱镜扫描系统（以下简称AB型），AB型的五棱镜扫描系统对于光路的设计有明显的不足，主要但不限于体现在：其采用曲场扫描方式，也就是说将影像板弯曲成一定的圆弧状，再通过进给机构带动影像板移动，由于影像板的形状是弯曲的，为了保持这一形状就需要在影像板正面和反面施加一定的挤压力，这样就会造成对影像板本身的伤害。此外，难以实现水平进片方式，对进给机构的设计多了一些限制。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种影像扫描系统的光束扫描装置，其可采用平常扫描的方式，影像板可以平直状态移动，并且扫描光束能够更易地保持垂直投射。

为达到上述目的，本实用新型采用的一种技术方案为：

一种影像扫描系统的光学扫描装置，包括光束生成模组、光反射模组以及集光器组件，所述光束生成模组包括激光器以及用于生成扫描光束的光束生成透镜组，所述光反射模组包括用于将所述扫描光束反射的光反射镜以及用于驱动所述光反射镜转动的扫描电机，所述光学扫描装置还包括设置于所述光反射模组和所述集光器组件之间的F-theta透镜组，所述F-theta透镜组包括用于产生相对所述光束生成透镜组的负畸变的透镜系统，所述透镜系统包括非球面透镜或至少三个球面透镜。

优选地，所述F-theta透镜组还包括套筒，所述透镜系统可沿所述F-theta透镜组的光轴方向移动地设于所述套筒内。

更优选地，所述透镜系统的外侧面上设有外螺纹，所述套筒内侧面上设有与之配合的内螺纹，所述内螺纹、外螺纹的中心线均和所述F-theta透镜组的光轴相平行或共线，所述透镜系统设于套筒内并通过螺纹连接。

更优选地，所述套筒可沿垂直于所述F-theta透镜组的光轴的方向移动地设置于所述扫描电机的扫描电机支架上。

进一步地，所述F-theta透镜组还包括至少两个可沿垂直于所述F-theta透镜组的光轴的方向移动地穿设于扫描电机支架上的套筒顶丝，两个所述套筒顶丝的移动方向相互垂直，所述套筒顶丝的内端和所述套筒抵接。

更进一步地，所述F-theta透镜组还包括用于使所述套筒复位的弹性件。

更进一步优选地，所述F-theta透镜组还包括可移动地穿设于所述伺服电机支架上的至少两个套筒调整块，所述套筒调整块与所述套筒顶丝一一对应，所述弹性件为设于所述伺服电机支架和所述套筒或所述套筒调整块之间的压簧。

优选地，所述光束生成透镜组包括依次设置的用于将激光器出射的光束的光束发散角调整至一致以形成回转对称的锥状光束的第一透镜、用于对光束准直以形成平行光束的第二透镜以及用于对光束聚焦的第三透镜；或，所述光束生成透镜组包括依次设置的用于将激光器出射的光束的光束发散角调整至一致以形成回转对称的锥状光束的第一透镜以及用于对光束准直以形成平行光束的第二透镜。

优选地，所述集光器组件包括集光器以及光电转换器件，所述集光器具有用于正对影像板以收集影像板激发的荧光的收集窗口，所述光电转换器件具有供所述收集窗口收集的荧光进入的进入窗口，所述F-theta透镜组位于所述收集窗口和所述进入窗口之间。

更优选地，所述激光器组件还包括能够使激光透过而使荧光反射的透反镜，所述透反镜设置在所述光反射模组的所述光反射镜和所述F-theta透镜组之间或所述F-theta透镜组和所述集光器的收集窗口之间，所述光电转换器件设于所述透反镜的反射光路中。

本实用新型采用上述技术方案，相比现有技术具有如下优点：

通过在光反射模组和激光器组件支架设置F-theta透镜组，F-theta透镜组能够对光束生成模组的光束生成透镜组产生一定的负畸变，进而实现等速扫描，且使得投射的光斑作匀速移动，进而可以采用平常扫描的进片方式，使影像板以平直状态移动，扫描光束能够更易地保持垂直投射，无需在影像板正、反面施加挤压力来保持弯曲形状，也就避免了对影像板本身的伤害，提高了影像板的使用寿命，而且对进给机械的设计的限制以及影像板放置精度的要求都较小。

附图说明

附图1示出了一种影像扫描系统的结构框图；

附图2示出了根据本实用新型的一种光学扫描装置的立体结构图；

附图3a示出了根据本实用新型的一种激光光束模组在组装前的局部示意图；

附图3b示出了根据本实用新型的一种激光光束模组在组装中的局部示意图；

附图3c示出了根据本实用新型的一种激光光束模组在组装后的局部示意图；

附图4a示出了根据本实用新型的一种F-theta透镜组的结构示意图；

附图4b示出了根据本实用新型的一种透镜系统的镜面示意图；

附图5示出了根据本实用新型的F-theta透镜组的原理图；

附图6a示出了根据本实用新型的一种集光器组件的原理图；

附图6b示出了根据本实用新型的一种集光器组件和F-theta透镜组的结构示意图；

附图7示出了现有技术中的集光器组件的示意图；

附图8示出了根据本实用新型的另一种集光器组件的示意图；

附图9示出了根据本实用新型的又一种集光器组件和F-theta透镜组的结构示意图；

附图10示出了根据本实用新型的第四种集光器组件和F-theta透镜组的结构示意图。

上述附图中，

1、激光光束模组；101、激光器驱动电路；102、激光二极管；103、O形圈；104、激光器安装座；104a、第一台阶孔；104b、第一台阶面；104c、第二台阶孔；104d、第二台阶面；104e、第三台阶孔；105、光源基座；105a、第一斜面；106、镜筒；107、第一顶丝；107a、第二斜面；108、第一楔形块；108a、第二斜面；109、压簧；110、本体；111、内管；111a、第三斜面；112、第二顶丝；112a、第四斜面；113、第二楔形块；113a、第四斜面；114、压簧；

121、第一透镜；122、第二透镜；133、第三透镜；

2、光反射模组；20、五棱镜；21、电机；22、电机支架；

3、F-theta透镜组；30、透镜系统；31、套筒；32a、套筒顶丝；32b、套筒顶丝；33、套筒压簧；34、套筒调整块；

4、集光器组件；40、集光器；401、反射膜；402、收集窗口；41、透反镜；42、滤光片；43、PMT；44、反射筒；

5、影像板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

本实施例提供一种影像扫描系统的光学扫描装置，该影像扫描系统用于计算机X射线摄影影像扫描，而本实用新型涉及的光学扫描系统是用于该影像扫描系统的核心光学部件。

参照附图1所示，所述光学扫描装置通过发射一定波长（600-700nm）的激光，在带有转镜的伺服电机驱动下，连续快速逐点扫掠由步进电机驱动的影像板，此影像板记录有牙齿图像的潜影，能被激发出一定波长（350-450nm）的荧光，再通过荧光收集装置（集光器），将所述之荧光收集至PMT，完成信号收集、光电转换及A/D转换。将记录在影像板上的潜像转换成数字信息，并合成一幅二维图像输出至工作台。

附图1中，影像板传动模块主要包括：

电机#1及其驱动和控制电路#1，所述的电机#1可以是步进电机或其它能实现精确转动或移动的电机，用于驱动整个执行机构带动影像板匀速移动；所述电机驱动及控制电路#1，用于驱动和控制电机#1，实现精确的速度控制；

运动执行机构，所述执行机构用于在电机#1的驱动下带动影像板做匀速移动；影像板可以通过磁吸、负压、粘性硅胶或压紧的形式和执行机构保持相对静止；以及

位置传感器及位置检测电路，所述的位置传感器由多组光电对管或者光敏二极管构成，不仅能够检测到影像板是否插入或者移出扫描装置，还能对每行影像扫描进行初始零定位；所述的位置检测电路，用于驱动位置传感器工作，并进行有效信号检测。

光学扫描装置的主要功能是：启动激光器至输出稳定功率的激光光束，光速经过聚焦至一定的光斑大小后，垂直入射到影像板上某个很小的区域上，在该区域激发出与潜像灰度值成比例关系的荧光信号；激发的荧光信号经过光路收集，并经过光电转换、A/D转换等步骤，被等比例转换为数字信号流；所述的激光光束一定经过一个镜面反射装置，该装置会在电机带动下高速旋转，因此实现了影像板上所有区域的扫描。参照附图1所示，本实用新型的光学扫描装置主要包括：

激光器及激光器驱动电路，所述的激光器为影像扫描提供光源，激光器输出红光，光波长在600nm~700nm之间，可选择使用氦氖激光器或者特定波长的半导体激光器；所述的激光器驱动电路，为激光器提供恒流驱动，并确保激光器的温度稳定性；

激光调整光路，由一组透镜及其支撑结构组成，用于对激光器的输出光源进行调整，确保投射到影像板上的光斑大小持续稳定在所要求的范围内，比如光斑应小于50微米；

电机#2及电机驱动和控制电路#2，所述的电机#2即所述的扫描电机，用于带动激光调整光路，尤其是带动其中的光反射镜旋转，使得激光能够持续、匀速地沿圆周进行扫描；所述的电机驱动及控制电路#2，用于驱动电机#2运行，并提供速度精度控制；

荧光收集光路，激光光斑投射到影像板相应位置上，会瞬间激发出一定波长范围的荧光，荧光的强度与影像板上记录的潜像信息存在比例关系；荧光按照一定的角度分布规律向外散射，由荧光收集光路进行收集；荧光收集光路由一组透镜或反射镜组成，目的是将散射出来的荧光进行聚焦，并投射到对应的光电转换器件的光收集窗口中；以及

光电转换器件及信号采集控制电路，用于收集经过聚焦的荧光信号，并放大，并按比例转换成一定强度的电流信号；典型地，激光扫描装置采用光电倍增管（PMT）进行光信号放大和光电转换的工作；信号采集控制电路，一方面为光电转换器件提供驱动和控制，另一方面实现电信号的A/D采样，将电流信号转换为数字信号，采样率由中央控制器设定。

参照附图1所示，网络驱动模块用于实现扫描装置的中央控制模块与工作台或者其他控制平台之间的互连，便于工作台向扫描装置发送控制参数和控制指令，以及扫描装置向工作台传输图像数据、工作状态信息以及异常信息；影像处理模块，主要是在中央控制模块的调度下，完成从采集的信号流中将影像板潜影信息提取出来，并且准确无误地拼成一幅二维矩形图像，所述的影像处理模块可以与中央控制模块集成在一起，也可以由单独的硬件构成，比如FPGA、DSP等；电源模块用于整个扫描系统的各个功能模块供电，电压不超过24V，由中央控制模块进行供电控制；中央控制模块用于连接和控制外围各个执行功能模块，控制整个扫描装置的有序运行，中央控制单元可以是ARM + FPGA平台，可以是FPGA +DSP平台，也可以是单独的FPGA模块。

下面结合附图2-10对本实用新型涉及的光学扫描装置的机械结构进行详细描述。需要说明的是，为了便于观察到内部结构，附图3a-3c以及附图4a、6b、7、9、10所示实际为全部部件或部分部件被沿轴向切除掉圆心角为45°或180°的扇形后的视图，例如图9、10中所示的集光器即为被沿轴向切掉圆心角为45°的扇形后的集光器40。

参照附图2所示，所述的光学扫描装置包括激光光束模组1、光反射模组2、F-theta透镜组3以及集光器组件4。其中，激光光束模组1生成能够产生一定形状和尺寸的光斑的扫描光束，光反射模组2将扫描光束反射至F-theta透镜组3，使扫描光束在影像板5上形成的光斑作匀速移动而能够对影像板5进行平场扫描，扫描光束投射到影像板5上，形成一定能量密度的光斑，会瞬间激发出一定波长范围的荧光，荧光的强度与影像板5上记录的潜像信息存在比例关系，荧光按照一定的角度分布规律向外散射，由集光器组件4进行收集。

参照附图3a-3c所示，激光光束模组1包括自上至下依次设置的激光光源以及光束生成透镜组，激光光源出射的激光光束经光束生成透镜组调整成能够生成特定形状和大小的光斑的激光光束。激光光源为设于激光器驱动电路101上的激光器，如，激光二极管102。光束生成透镜组包括第一透镜121、第二透镜122以及第三透镜123；其中，第一透镜121用于将激光二极管102出射的光束的光束发散角调整至一致，形成回转对称的锥状光束，具体可选用D型透镜；第二透镜122用于将所述锥状光束准直处理，形成平行光束，具体可选用非球面透镜；第三透镜123用于将所述的平行光束聚焦，即形成一定焦距的扫描光束，具体可选用球面透镜。

激光二极管102具体通过一柔性的连接件设于激光器驱动电路101上，该柔性的连接件可选用环形的O形圈103，其具有弹性而可形变以此来实现激光二极管102和激光器驱动电路101的软性连接。激光器驱动电路101通过螺栓等连接部件安装在激光器安装座104上，具体到本实施例中，激光器安装座104的中部沿上下方向依次开设有第一台阶孔104a、第二台阶孔104c以及第三台阶孔104e，所述的第一台阶孔104a、第二台阶孔104c、第三台阶孔104e自上至下依次相接且三者中心线共线，其中，第一台阶孔104a的孔径>第二台阶孔104c的孔径>第三台阶孔104e的孔径，从而在第一台阶孔104a和第二台阶孔104c的相接处形成一个环绕第二台阶孔104c的第一台阶面104b，在第二台阶孔104c和第三台阶孔104e的相接处形成一个环绕第三台阶孔104e的第二台阶面104d；至少所述的O形圈103的下部位于第一台阶孔104a内并卡于第一台阶面104b上，激光二极管102则位于第二台阶孔104c内，由于O形圈103可形变，因而可通过使O形圈103形变来保证激光二极管102的下端面和第二台阶面104d紧密贴合，既能满足安装精度要求，尽量保证激光二极管和激光器安装座中心线的平行度，进而保证光束主光线的方向，还可以降低从激光二极管102至激光器安装座104的热阻，便于降温；激光器安装座104优选采用导热性好的铜座。第三台阶孔104e则位于激光二极管102的正下方，构成对应激光二极管102的光阑。上述的第一透镜121设置于激光器安装座104内并位于光阑的正下方，可以采用光敏树脂或其他胶黏剂固定连接在激光器安装座104的所述第三台阶孔104e下方的腔内。

激光器安装座104则可沿激光光束模组1的光轴（具体为，上下方向）移动地安装在光源基座105上。具体到本实施例中，光源基座105中空且开设有内螺纹，激光器安装座104的外侧壁具有相配合的外螺纹，内外螺纹的中心线和激光光束模组1的光轴平行或共线，激光器安装座104位于光源基座105内并通过螺纹（P=0.5mm）连接。本实用新型中激光光束模组1的光源至光束生成透镜组的距离是可调的，也就是说，通过旋转激光器安装座104，可以实现物距微调，进而改变扫描光束入瞳直径和位置。以上所述的连接方式并不限于使用特定细牙螺纹，也可以通过过渡配合的形式，将所述激光器安装座安装于所述光源基座上。

光源基座105的下部可沿垂直于激光光束模组1的光轴的方向（具体为，水平方向）移动地安装于镜筒106内，第二透镜122设置于镜筒106上部内并位于光源基座105的下方。具体到本实施例中，镜筒106中空，光源基座105的下部活动地设置于镜筒106上部，镜筒106上部穿设有至少一个可沿水平方向移动的第一顶丝107，第一顶丝107的内端部和光源基座105抵接，通过拧动第一顶丝107可推动光源基座105沿水平方向移动。镜筒106上部可沿水平方向移动地设置有第一楔形块108，具体可采用插接的方式，在装配时，先将光源基座105的下部置于镜筒106上部内，然后再将第一楔形块108固定在镜筒106上部，第一楔形块108位于光源基座105下部的上方，从而将光源基座105的下部限制在第一楔形块108和镜筒106之间。光源基座105具有第一斜面105a，第一顶丝107的内端部以及其中一个第一楔形块108（具体为位于和第一顶丝107相对一侧的第一楔形块）分别具有相配合的第二斜面107a和108a，第一斜面105a与第二斜面107a和108a始终紧密贴合。该第一顶丝107和镜筒106之间还设有第一弹性件，如压簧109，用于使光源基座105复位，第一弹性件和第一顶丝107分别设于光源基座105的相对两侧，两者配合驱动光源基座105在水平方向往复移动，从而调节光源中心和光束生成透镜组的中心线的同心度。所述光源基座的下端面和所述镜筒的上端面保持平行，进而保证它们的中心线对齐。镜筒和光源基座之间间隔有绝缘垫片，以保证激光二极管不受其它金属部件阻抗的干扰。

光源基座105的下部可沿激光光束模组1的光轴（具体为，上下方向）移动地设于光束模组支架内，第三透镜123设置于镜筒106底部。具体地，光束模组支架包括中空且开设有内螺纹的内管111，内外螺纹的中心线和激光光束模组1的光轴平行或共线，光源基座105下部的外侧面上开设有与之相配合的外螺纹，光源基座105下部设于内管111内并通过螺纹连接。激光光束模组1的光束生成透镜组和焦平面（影像板5）之间的距离是可调的，通过旋转镜筒106实现像距的微调，进而控制光斑大小。以上所述的连接方式并不限于使用特定细牙螺纹，也可以通过过渡配合的形式，将所述镜筒安装于所述内管上。

第二透镜122和第三透镜123分别固定连接于镜筒106的相对两端上（如附图3a-3c中，分别固定连接于镜筒106的上下两端），具体可通过光敏树脂或其他胶黏剂连接。

光束模组支架还包括本体110，所述的内管111可沿垂直于激光管束模组的光轴的方向（具体为，水平方向）移动地设于所述本体110上。具体地，本体110是中空的，内管111可沿水平方向移动地插设在本体110内，本体110的侧壁上可沿水平方向移动地穿设有第二顶丝112，第二顶丝112的内端和内管111抵接，通过拧动第二顶丝112，可以推动内管111沿水平方向移动，进而带动内管111内的镜筒106沿水平方向移动。本体110上可沿水平方向移动地设置有第二楔形块113，具体可采用插接的方式，在装配时，先将内管111的上端部置于本体110内，然后再将第二楔形块113固定在本体110内，第二楔形块113位于内管111上端部部的下方，从而将内管111的上端部限制在第二楔形块113和本体110之间。内管111上端部具有第三斜面111a，第二顶丝112和其中一个第二楔形块113（具体为位于和第二顶丝112相对一侧的第二楔形块）的内端部具有相配合的第四斜面112a和114a，第三斜面111a与第四斜面112a和114a始终紧密贴合。内管111和该第二楔形块113之间设置有第二弹性件，如压簧114，用于使内管111复位，第二顶丝112和第二弹性件分别位于内管111的相对两侧，两者配合驱动内管111在水平方向往复移动，使得激光光束模组1的光束生成透镜组中心线和伺服电机的回转轴同心度是可调的，通过拧动第二顶丝112实现透镜组在水平方向位置微调，进而保证光束关于扫描回转轴对称。

所述光束模组支架直接安装于光学扫描装置的扫描电机支架上，并且光束模组支架的安装孔和扫描电机支架的凸台做到紧密配合，以保证透镜和扫描电机的输出轴同心度的要求。

本实施例的激光光束模组1可以实现对激光二极管102快慢轴调整、激光光束准直、聚焦。为了消除制造和安装的误差引起光斑质量变差，还具有调整光束同心度以及像物距的功能，从而实现对光斑几何形状和尺寸的优化。

光反射模组2至少包括光反射镜、用于驱动所述光反射镜转动的扫描电机21。本实施例中，光反射镜具体选用五棱镜20，五棱镜20设置在激光光束模组1的第三透镜123的下方，扫描电机21（即上文述及的电机#2）带动五棱镜20转动，使得激光光束模组1生成的扫描光束持续、匀速地对影像板5进行扫描。

参照附图4a所示，F-theta透镜组3设置在五棱镜20的反射光路中，位于五棱镜20和集光器组件4之间，其包括用于使所述的光束生成透镜组（具体为，第三透镜123）产生负畸变的透镜系统30，所述的透镜系统30包括一个非球面透镜，也可以包括三个或三个以上的球面透镜，以此来产生一定的负畸变。透镜系统30设计为像方远心光学系统，从而使扫描光束能够垂直投射于影像板5上。附图4b提供一种透镜系统30的具体实例，结合附图4b所示，透镜系统30包括五个球面透镜M1、M2、M3、M4以及M5，每个球面透镜具有两个镜面，透镜M1、M2、M3、M4以及M5的镜面的曲率和半径可以相同，也可以不同。

下面结合附图5对包含三个球面透镜的F-theta透镜组3的原理进行描述。

对于通常的聚焦透镜，无穷远处物体（平行光）经透镜成像高y与入射角度θ的正切成正比，即：

这种透镜用于激光扫描系统时，由于理想像高和扫描角度不成线性关系，因此以等角速度偏转的入射光束在焦平面上的扫描速度并不是常数。为了实现等速扫描，且使得投射的光斑作匀速移动，应使聚焦透镜（即，所述的第三透镜123）产生一定的负畸变，即实际像高应比几何光学计算的理想像高小，对应的畸变量为：

也就是说具有上述畸变量的透镜系统30，其实际像高和扫描角度满足线性关系：

。

对于不包含F-theta透镜组3的传统光学扫描装置，则影像板5需要弯曲成一定的形状，以适应伺服电机转速和光斑移动速度之间的线性关系。而本实用新型的光学扫描装置可以避免这种缺陷，实现平场扫描。

根据本实用新型的另一个实施例，所述激光光束模组1的光束生成透镜仅包括第一透镜121和第二透镜122，无需含有第三透镜123，这是由于F-theta透镜组3的透镜系统30本身对光束具有聚焦的作用。

优选地，结合附图4所示，透镜系统30可沿F-theta透镜组3的光轴方向移动地设于一套筒31内。具体到本实施例中，透镜系统30的外侧面上设有外螺纹，套筒31内侧面上设有与之配合的内螺纹，内螺纹、外螺纹的中心线均和F-theta透镜组3的光轴相平行或共线，透镜系统30设于套筒31内并通过螺纹连接，可以通过旋转透镜系统30调整透镜系统30的轴向位置。

进一步地，套筒31可沿垂直于F-theta透镜组3的光轴的方向移动地设置于扫描电机支架22上，且可在至少两个方向上移动。具体地，扫描电机支架22上可移动地穿设有至少两个套筒顶丝31a和31b，其中第一个套筒顶丝31a沿水平方向移动，第二个套筒顶丝31b沿竖直方向移动，两个套筒顶丝31a和31b的内端分别和套筒31抵接。伺服电机支架22上可移动地穿设有两个分别与上述的两个套筒顶丝相对应的套筒调整块34，具体为插设的连接方式，套筒调整块34与其对应的套筒顶丝分别位于套筒的相对两侧，每个套筒调整块34和和扫描电机支架22分别设有两个套筒压簧33，所述第一个套筒顶丝31a和与其对应的两个套筒压簧33分别位于套筒31的相对两侧，所述第二个套筒顶丝31b和与其对应的两个套筒压簧33分别位于套筒31的相对两侧，用于使套筒31沿水平方向、竖直方向复位。拧动套筒顶丝，通过两对套筒顶丝31a、31b与套筒压簧33的配合，带动套筒31在水平、竖直两个方向移动，从而可以在2个方向调整套筒31的位置，进而调整透镜系统30的位置。所述的扫描电机21，具体为伺服电机，固定在所述的扫描电机支架22上。

附图6a和6b示出了本实用新型的一种改进的集光器组件4及其与F-theta透镜组3的组合。参照附图6a所示，集光器组件4主要包括集光器40、透反镜41、滤光片42以及PMT 43（光电倍增管）。集光器40具有收集窗口402，在扫描时，收集窗口402正对影像板5以便于将影像板5上激发的荧光收集。透反镜41设置在激光器的前侧，用于使激光光束透过而投射到影像板5上，而将通过激光器收集窗口402的荧光反射；透反镜41须具有较小的厚度，如小于3mm，能透过一定波长范围的激光，在反射面镀有反射膜，能反射一定波长范围的荧光；透反镜41不限于使用一定波长范围内的全反射膜，还可以采用偏振反射膜，能透过某一方向上振动的光波。PMT 43设置在透反镜41的反射光路中，PMT 43也具有供荧光进入的进入窗口，该进入窗口设置在PMT 43的正对透反镜41的一端上。滤光片42设置在透反镜41和进入窗口之间，优选为覆盖设置在进入窗口上，该滤光片42包括但不限定为吸收式滤光片，吸收式滤光片对光线方向不敏感，优选将滤光片42设计成透镜，从而可以对散射荧光进行汇聚。参照附图6b所示，集光器40具有荧光收集腔，该荧光收集腔和所述的收集窗口402连通，集光器40还具有一个和荧光收集腔连通的出射口，所述出射口正对PMT 43的进入窗口。集光器40的荧光收集腔体内壁镀有反射膜401，包括但不限定为镀铝膜、镀银膜等。激光器的收集窗口402具有相对的前端和后端，前端的截面为圆形或椭圆形，后端的为矩形或圆角矩形，且前端和后端之间平滑过渡，使得收集窗口402大体呈鸭嘴状，提高荧光收集效率。本文中述及的“前”、“后”等方位词是以激光光源为参照的，在扫描时，以离激光光源较近的一侧为前，反之为后。透反镜41和F-theta透镜组3前后间隔地依次设置在集光器40中，透反镜41具体位于F-theta透镜组3之前。

附图6a和6b提供的实例中，采用竖直进片的方式，即，影像板5沿竖直方向匀速经过收集窗口402。从五棱镜20出射的扫描光束进入集光器40，先穿过透反镜41投射至F-theta透镜组3，穿过所述集光器40的收集窗口402投射到影像板5上，并形成一定能量分布的光斑；所述光斑会在所述影像板5上激发出一定波长范围（典型峰值为390nm）及分布形式（典型为余弦分布）的荧光；所述激发出的荧光由于具有一定的发散角，因此主光线会经透反镜41反射后进入所述荧光收集腔体内，不经过或经过若干次反射后从集光器40的出射口射出；然后穿过滤光片42通过进入窗口进入PMT 43内，完成光电转换、电信号增益及A/D转换。

附图7所示为现有技术中典型的集光器组件4的示意图，可以看出PMT 43顶端的进入窗口正对集光器40的收集窗口402，荧光从侧面的进入窗口射入，经接收、转换、放大变成模拟电信号。参照附图6a和8所示，本实用新型进行了有益的改进，可以有效降低整机物料成本。附图8所示的集光器组件4中，PMT 43侧面正对集光器40的收集窗口402，利用侧面接收荧光，结构小巧，能减小整个装置的长度。

附图9示出了本实用新型的又一种集光器组件4和F-theta透镜组3的实例。其与附图6b提供的实例基本相同，不同之处仅在于：PMT 43采用对置的形式，即PMT 43的反射窗口正对集光器40的收集窗口402，虽然结构不是很紧凑，但是由于舍去了透反镜41，因此激光束能完好的进入F-theta透镜组3，扫描精度更高；反射筒44用于连接PMT 43和F-theta透镜组3，激光光束和激发的荧光都从此经过，内部需要镀反射膜，主要用于收集荧光。

附图10示出了本实用新型的第四种集光器组件4和F-theta透镜组3的实例。参照附图10所示，影像板5水平经过收集窗口402，收集窗口402朝下设置，F-theta透镜组3设置在集光器40的旁侧，PMT 43设置在激光器上方且其进入窗口也朝下设置，透反镜41设置在三者之间。由于采用影像板5水平进片的方式，可以避免如前所述竖直进片方式由于进片机构在带动影像板5从上至下移动时，需要在影像板5的前、背面通过施加压紧力来固定影像板5，可能导致的损伤影像板5的使用寿命的问题。激光光束穿过F-theta透镜组3，经透反镜41的反射后，投射至影像板5上；从所述影像板5激发出的荧光透过透反镜41被PMT 43接收；所述集光器40内部皆镀有反射膜401；透反镜41可以反射一定波长范围的激光，透过一定波长范围的荧光；影像板5在自身重力的作用下，无需在正面施加压紧力。

对于医学用的影像扫描设备，本实用新型能优化光斑质量、方便整机调试、提高影像板5的使用寿命。本实用新型首先在激光器安装座104上设计了光阑，以阻挡发散角过大的光线，激光器安装座104增加了D型透镜，可以对快轴进行初步修正，将快慢轴的发散角调制的比较接近，经调制后的光束再通过双非球面透镜的准直后，变成平行光束。此外，对于光源位置的调整也比较灵活，可以实现3个方向上的自由调节，对于支撑透镜用的镜筒106也设计成能在3个方向上自由调整的活动部件，这样在调整光斑直径时，就可以直接通过改变透镜的位置得到。通过此改进之后，可以得到比较规则的圆形光斑，并且光斑的直径能方便的调节。

本实用新型通过F-theta透镜组3，将扫描方式改成平场扫描，即影像板5可以平直移动，并且光束能更易的保持垂直投射。克服了传统的曲场扫描带来的缺陷，比如降低影像板5的使用寿命，影响进给机设计，对影响板的放置精度要求高等。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种影像扫描系统的光学扫描装置，包括光束生成模组、光反射模组以及集光器组件，所述光束生成模组包括激光器以及用于生成扫描光束的光束生成透镜组，所述光反射模组包括用于将所述扫描光束反射的光反射镜以及用于驱动所述光反射镜转动的扫描电机，其特征在于：所述光学扫描装置还包括设置于所述光反射模组和所述集光器组件之间的F-theta透镜组，所述F-theta透镜组包括用于产生相对所述光束生成透镜组的负畸变的透镜系统，所述透镜系统包括非球面透镜或至少三个球面透镜。

2.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于：所述F-theta透镜组还包括套筒，所述透镜系统可沿所述F-theta透镜组的光轴方向移动地设于所述套筒内。

3.根据权利要求2所述的光学扫描装置，其特征在于：所述透镜系统的外侧面上设有外螺纹，所述套筒内侧面上设有与之配合的内螺纹，所述内螺纹、外螺纹的中心线均和所述F-theta透镜组的光轴相平行或共线，所述透镜系统设于套筒内并通过螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的光学扫描装置，其特征在于：所述套筒可沿垂直于所述F-theta透镜组的光轴的方向移动地设置于所述扫描电机的扫描电机支架上。

5.根据权利要求4所述的光学扫描装置，其特征在于：所述F-theta透镜组还包括至少两个可沿垂直于所述F-theta透镜组的光轴的方向移动地穿设于扫描电机支架上的套筒顶丝，两个所述套筒顶丝的移动方向相互垂直，所述套筒顶丝的内端和所述套筒抵接。

6.根据权利要求5所述的光学扫描装置，其特征在于：所述F-theta透镜组还包括用于使所述套筒复位的弹性件。

7.根据权利要求6所述的光学扫描装置，其特征在于：所述F-theta透镜组还包括可移动地穿设于所述扫描电机支架上的至少两个套筒调整块，所述套筒调整块与所述套筒顶丝一一对应，所述弹性件为设于所述扫描电机支架和所述套筒或所述套筒调整块之间的压簧。

8.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于：所述光束生成透镜组包括依次设置的用于将激光器出射的光束的光束发散角调整至一致以形成回转对称的锥状光束的第一透镜、用于对光束准直以形成平行光束的第二透镜以及用于对光束聚焦的第三透镜；或，所述光束生成透镜组包括依次设置的用于将激光器出射的光束的光束发散角调整至一致以形成回转对称的锥状光束的第一透镜以及用于对光束准直以形成平行光束的第二透镜。

9.根据权利要求1所述的光学扫描装置，其特征在于：所述集光器组件包括集光器以及光电转换器件，所述集光器具有用于正对影像板以收集影像板激发的荧光的收集窗口，所述光电转换器件具有供所述收集窗口收集的荧光进入的进入窗口，所述F-theta透镜组位于所述收集窗口和所述进入窗口之间。