CN207742116U - 一种复合激光式荧光成像光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种复合激光式荧光成像光源，其包括白光光源、激光光源、分色镜和聚焦透镜，所述分色镜位于白光光源与聚焦透镜之间，所述白光光源与激光光源发射的光路垂直并分别朝着分色镜；所述白光光源发射的白光通过汇聚模组后投射到分色镜上；所述激光光源发射的激光通过扩束模组后投射到分色镜上，经分色镜反射后与经过分色镜的白光合成为复合光后通过聚焦透镜射出。本实用新型的技术方案提供了一种纯度极高、光斑均匀性极高的特定波长窄带激光，使荧光成像稳定可靠；仅通过一套光学系统，将特定波长窄带光与白光复合，将两种光在同一窗口输出，之后一起耦合进医用光纤束里，解决了分离式双系统所带来的负面问题。

Description

一种复合激光式荧光成像光源

技术领域

本实用新型涉及一种成像光源，尤其涉及一种复合激光式荧光成像光源。

背景技术

随着科技的发展，人们对特定波长光波在生物特定组织的成像特性研究越加深入，相应的研究成果也迅速应用于医疗成像领域，典型的场景是，一次医疗影像采集与分析过程，需要结合白光的常规照明影像和特定波长窄带光激发光影像来汇总分析，达到更加准确地确定病灶的诊疗目的。

在传统解决方案中，照明用白光和荧光成像用特定波长窄带光常常是由两套系统提供，采用两套光源系统在需要时分别对探测区域进行照射，最后经过反射由成像系统收集成像，计算机整理输出。但是这种有两大缺点：（1）分离式双系统操作繁琐，整个分析系统搭建复杂，购买及维护成本较高；（2）LED窄带光源，光谱宽度到达30nm及光输出的峰值波长受驱动电流和温度的影响比较大，稳定性不够高。另外，如果采用激光光源，由于激光光源自身的发散角及光斑模式等特点有别于LED光源，激光光源发散角很小，在有限的结构空间内难以对光束进行细致处理，造成激光光源所带来的与结构空间尺寸限制的矛盾。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种复合激光式荧光成像光源，可提供纯度极高、光斑均匀性极高的特定波长窄带激光，使荧光成像稳定可靠。

对此，本实用新型的技术方案为：

一种复合激光式荧光成像光源，其包括白光光源、激光光源、分色镜和聚焦透镜，所述分色镜位于白光光源与聚焦透镜之间，所述白光光源与激光光源发射的光路垂直并分别朝着分色镜；所述白光光源发射的白光通过汇聚模组后投射到分色镜上；所述激光光源发射的激光通过扩束模组后投射到分色镜上，经分色镜反射后与经过分色镜的白光合成为复合光后通过聚焦透镜射出。

由于激光光源自身的发散角及光斑模式等特点有别于LED光源，本实用新型的光路设计上有别于采用LED光源的设计思路，首先解决了激光光源发散角很小所带来的，在有限的结构空间内难以对光束进行细致处理的问题；然后通过后续光学系统的准直及反射，复合到LED白光的光路中，在同一模组窗口输出，且可以同时输出也可以分别输出；同时，两种光输出的角度相同或者相近，便于能够耦合进光纤，经过光线输出后发散角一致。

作为本实用新型的进一步改进，所述汇聚模组包括汇聚透镜和第一准直透镜，所述白光光源发射的白光通过汇聚透镜后，经过第一准直透镜后投射到分色镜上。

作为本实用新型的进一步改进，所述扩束模组包括扩束透镜和第二准直透镜，所述激光光源发射的激光通过扩束透镜后，经过第二准直透镜后投射到分色镜上。

作为本实用新型的进一步改进，所述扩束透镜为双凹扩束透镜。

作为本实用新型的进一步改进，所述双凹扩束透镜的曲率半径不大于10mm，所述双凹扩束透镜的口径为不大于10mm；所述双凹扩束透镜的中心厚度为1mm~5mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述双凹扩束透镜的材质为HK9L。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二准直透镜为弯月凸透镜，所述第二准直透镜的中心厚度为10mm~30mm，所述第二准直透镜的口径为30mm~50mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述双凹扩束透镜与第二准直透镜的相邻面中心距离为20mm~45mm，所述双凹扩束透镜的凹面中心至光源发光面距离为6mm~10mm。

进一步的，所述双凹扩束透镜的第一凹面中心至光源发光面距离为6mm~10mm。其中，所述双凹扩束透镜的第一凹面中心为靠近光源发光面的凹面。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二准直透镜的出射凸面的曲率比入射凹面的曲率大。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二准直透镜的出射凸面的曲率半径为10mm~30mm，所述二准直透镜的入射凹面曲率半径为40mm~90mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述分色镜的延伸方向与白光光源发射的光路的夹角为30-60度。进一步的，所述分色镜的延伸方向与白光光源发射的光路的夹角为45度。

作为本实用新型的进一步改进，其包括光纤束，所述光纤束位于聚焦透镜的一侧，所述复合光通过聚焦透镜聚焦耦合后进入光纤束。

作为本实用新型的进一步改进，所述激光光源为785nm窄带激光光源。采用特定波长窄带光选用的是激光光源，使光谱纯度及稳定性达到极高水平。

作为本实用新型的进一步改进，所述白光光源为LED。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

第一，本实用新型的技术方案提供了一种纯度极高、光斑均匀性极高的特定波长窄带激光，使荧光成像稳定可靠；采用本实用新型的技术方案，仅通过一套光学系统，将特定波长窄带光与白光复合，整体以一个单独的光源系统，将两种光在同一窗口输出，之后一起耦合进医用光纤束里，解决了分离式双系统所带来的负面问题。

第二，采用本实用新型的技术方案，在相同的照明距离处，输出的激光光斑与白光光斑大小接近或者一致，以便在操作过程中无需针对不同的光调节照射距离。

第三，采用本实用新型的技术方案，所有光都通过同一个出光口，一套光源输出两种波长和特性的光；而且可以单白光输出，可以单窄带激发光输出，也可以复合光输出。

附图说明

图1是本实用新型一种复合激光式荧光成像光源的光路示意图。

图2是本实用新型一种复合激光式荧光成像光源的结构示意图。

图3是本实用新型一种复合激光式荧光成像光源的外观结构示意图。

附图标记包括：1-白光光源，2-激光光源，3-分色镜，4-聚焦透镜，5-光纤束，6-汇聚透镜，7-第一准直透镜，8-扩束透镜，9-第二准直透镜。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1~图3所示，一种复合激光式荧光成像光源，其包括白光光源1、激光光源2、分色镜3、聚焦透镜4和光纤束5，所述分色镜3位于白光光源1与聚焦透镜4之间，所述白光光源1与激光光源2发射的光路垂直并分别朝着分色镜3，所述光纤束5位于聚焦透镜4的一侧；所述白光光源1发射的白光通过汇聚模组后投射到分色镜3上；所述激光光源2发射的激光通过扩束模组后投射到分色镜3上，经分色镜3反射后与经过分色镜3的白光合成为复合光后通过聚焦透镜4射出，所述复合光通过聚焦透镜4聚焦耦合后进入光纤束5。所述聚焦透镜4为非球面双凸透镜。

如图1和图2所示，所述汇聚模组包括汇聚透镜6和第一准直透镜7，所述白光光源1发射的白光通过汇聚透镜6后，经过第一准直透镜7后投射到分色镜3上。所述汇聚透镜6可以为平凸透镜或者双凸透镜。所述第一准直透镜7为非球面双凸透镜。

所述扩束模组包括扩束透镜8和第二准直透镜9，所述激光光源2发射的激光通过扩束透镜8后，经过第二准直透镜9后投射到分色镜3上。所述扩束透镜8为双凹扩束透镜8。所述双凹扩束透镜8的曲率半径不大于10mm，所述双凹扩束透镜8的口径为不大于10mm；所述双凹扩束透镜8的中心厚度为1mm~5mm。所述双凹扩束透镜8的材质为HK9L。

进一步的，所述第二准直透镜9为弯月凸透镜，所述第二准直透镜9的中心厚度为10mm~30mm，所述第二准直透镜9的口径为30mm~50mm。所述双凹扩束透镜8与第二准直透镜9的相邻面中心距离为20mm~45mm，所述双凹扩束透镜8的第一凹面中心至光源发光面距离为6mm~10mm。所述第二准直透镜9的出射凸面的曲率比入射凹面的曲率大。所述第二准直透镜9的出射凸面的曲率半径为10mm~30mm，所述二准直透镜的入射凹面曲率半径为40mm~90mm。

进一步的，所述分色镜3的延伸方向与白光光源1发射的光路的夹角为30-60度。

所述激光光源2为785nm窄带激光光源2，所述白光光源1为LED。所述分色镜3为785nm分色镜。

如图1和图2所示，白光经过汇聚透镜6、第一准直透镜7后投射到分色镜3，在透过分色镜3后经过聚焦透镜4，聚焦耦合进光纤束5。而对于激光光源2一侧，有别于LED光源，需先由双凹扩束透镜8对发散角很小的激光光束做扩束处理，将发散角通过明显的扩大以后，在经过较短的光程后交由第二准直透镜9进行准直处理，这样既可解决激光光源2所带来的与结构空间尺寸限制的矛盾，实现短光程下达成与白光同样光斑大小的准直光束这一目的；但是，由于使用了双凹扩束透镜8做扩束处理，这也带来一个问题，双凹扩束透镜8两个曲面从中心到边缘，对光束的扩束作用是递增的，中心扩束效果不明显，边缘扩束效果明显，这就导致激光光束在经过双凹扩束透镜8扩束以后，光斑均匀性变差，而对于成像系统来说，对最终输出光斑的均匀性是有较高要求的，因此，第二准直透镜9在设计上必须对这种变化有所纠正才行，为了解决这一问题，第二准直透镜9采用了弯月凸透镜的设计，先通过弯月凸透镜入射凹面对经过双凹透镜后仍未充分扩束的中心部分光束进一步扩束，之后通过弯月凸透镜出射凸面，中间聚拢不明显，边缘聚拢明显的这一特点，将激光光束进行针对性的聚拢准直，即达成准直目的，同时也使得光斑均匀性达到优化的目的，克服了双凹扩束透镜8所带来的问题，从而完美地解决激光光源2所带来的有别于LED光源的问题；之后，与白光一样的近乎平行的激光光束也投射到分色镜3上，再经过分色镜3反射后，进入最后一枚透镜；因为对于最后一枚透镜来说，白光光束与激光光束都同样以近乎平行的方式入射过来，所以最终两者也将以近乎一致的输出角度，聚焦并耦合进光纤束5。

本实施例中，LED白光光源1部分，光源为郎伯发射体，采用寻常方式的汇聚透镜6加准直透镜的方式，进行汇聚准直，之后经过785nm分色镜3，以近乎平行的方式入射到聚焦透镜4上，之后以全角76°的出射角耦合进光纤束5。785nm窄带激光部分，因光源发射角全角只有仅仅16°，在有限的结构尺寸限制下，必须在较短光程下达成与白光同样光斑大小的准直光束，因此先采用一枚高曲率小口径的双凹扩束透镜8对激光光束进行扩束，在材料上使用HK9L，即考虑性能同时也兼顾成本。激光光束经过扩束处理后，光束全角可达60°以上，之后经过第二准直透镜9的入射凹面对光束中心部分的进一步扩束发散，及出射凸面的渐变式收拢作用，使激光光束在达到准直的目的同时获得较好的光斑均匀性，对于第二准直透镜9，出射凸面的曲率要比入射凹面的曲率大一些，达到准直兼顾均匀性的目的，同时在材料上也使用HK9L。经过准直后的激光光束，以与白光同样近乎平行的角度及同样大小的光束经过785nm分色镜3的反射，入射到聚焦透镜4上，因入射角及光束大小与白光几乎无异，因此也以全角近乎76°的出射角奥和进光纤。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合激光式荧光成像光源，其特征在于：其包括白光光源、激光光源、分色镜和聚焦透镜，所述分色镜位于白光光源与聚焦透镜之间，所述白光光源与激光光源发射的光路垂直并分别朝着分色镜；所述白光光源发射的白光通过汇聚模组后投射到分色镜上；所述激光光源发射的激光通过扩束模组后投射到分色镜上，经分色镜反射后与经过分色镜的白光合成为复合光后通过聚焦透镜射出。

2.根据权利要求1所述的复合激光式荧光成像光源，其特征在于：所述汇聚模组包括汇聚透镜和第一准直透镜，所述白光光源发射的白光通过汇聚透镜后，经过第一准直透镜后投射到分色镜上。

3.根据权利要求2所述的复合激光式荧光成像光源，其特征在于：所述扩束模组包括扩束透镜和第二准直透镜，所述激光光源发射的激光通过扩束透镜后，经过第二准直透镜后投射到分色镜上。

4.根据权利要求3所述的复合激光式荧光成像光源，其特征在于：所述扩束透镜为双凹扩束透镜。

5.根据权利要求4所述的复合激光式荧光成像光源，其特征在于：所述双凹扩束透镜的曲率半径不大于10mm，所述双凹扩束透镜的口径不大于10mm；所述双凹扩束透镜的中心厚度为1mm~5mm。

6.根据权利要求5所述的复合激光式荧光成像光源，其特征在于：所述双凹扩束透镜的材质为HK9L。

7.根据权利要求6所述的复合激光式荧光成像光源，其特征在于：所述第二准直透镜为弯月凸透镜，所述第二准直透镜的中心厚度为10mm~30mm，所述第二准直透镜的口径为30mm~50mm。

8.根据权利要求7所述的复合激光式荧光成像光源，其特征在于：所述双凹扩束透镜与第二准直透镜的相邻面中心距离为20mm~45mm，所述双凹扩束透镜的凹面中心至光源发光面距离为6mm~10mm。

9.根据权利要求1所述的复合激光式荧光成像光源，其特征在于：所述分色镜的延伸方向与白光光源发射的光路的夹角为30-60度。

10.根据权利要求1~9任意一项所述的复合激光式荧光成像光源，其特征在于：其包括光纤束，所述光纤束位于聚焦透镜的一侧，所述复合光通过聚焦透镜聚焦耦合后进入光纤束；所述激光光源为785nm窄带激光光源；所述白光光源为LED。