TWI395568B - 醫療影像擷取系統 - Google Patents

Description

醫療影像擷取系統

本發明是關於一種醫療影像擷取系統，尤係關於一種能夠簡化光學元件與縮小系統體積之醫療影像擷取系統。

習知之醫療影像擷取技術中，將成像光學系統與照明光學系統設置為一同軸光學系統，以清楚且準確地觀察或拍攝具有光反射特性的檢體。一習知之同軸光學系統中需設置一孔徑型反射鏡，以分離成像光束與照明光束，使得成像光束與照明光束不重疊，達到消除鬼影與雜散光的影響。然而在成像過程中，孔徑型反射鏡之孔徑無法反射照明光束，造成光學效率較差。再者，為了提升光學效率，需要設置複數個中繼透鏡組(Relay lens)以將照明光束聚焦集中在孔徑型反射鏡附近，如此不僅製造成本較高，並延長系統的光程，系統的體積與長度將會增加，限制系統的視角度(field of view)。

綜上所述，如何有效縮減系統體積並有效提升光學效率便是目前極需努力的目標。

本發明係提供一種醫療影像擷取系統，讓成像光和照明光同軸或近同軸，並可以有效提升整體光學傳遞效率。另外，於照明光程中可不需設置中繼透鏡組，可以大幅縮短光程，進而縮小系統的體積和長度，不僅降低成本並且可以大幅降低光學視角度設計的困難度。

依據本發明之一實施例之醫療影像擷取系統係包含：一光源、一全反射稜鏡組、一第一光偏轉器、一第二光偏轉器與一成像模組。其中光源係用以提供一照明光；全反射稜鏡組係包含一第一表面、一第二表面、一第三表面以及一光束選擇表面，其用以反射以及透射光線，其中第一表面與光源光學耦合，以使照明光依序經過第一表面、光束選擇表面以及第二表面；第一光偏轉器係與第二表面光學耦合，用以偏轉照明光以照明一檢體之表面，以及偏轉檢體之表面所反射之一成像光，以使成像光依序經過第二表面、光束選擇表面以及第三表面，其中第一光偏轉器之焦點位於第一光偏轉器以及檢體之表面之間；第二光偏轉器係與第三表面光學耦合，用以偏轉成像光；成像模組係與第二光偏轉器光學耦合，用以接受成像光以成像。

本發明上述及其他態樣、特性及優勢可由附圖及實施例之說明而可更加了解。

請參照圖1，其為示意圖顯示依據本發明一實施例之醫療影像擷取系統包含：一光源10、一全反射稜鏡組20(total internal reflection prism assembly)、一第一光偏轉器(light deflector) 30、一第二光偏轉器40與一成像模組50。於一實施例中，光源10可為一燈泡、發光二極體、雷射或以上之組合，用以提供一照明光101。全反射稜鏡組20係包含一第一表面201、一第二表面202、一第三表面203以及一光束選擇表面204，其用以反射以及透射光線。

於此實施例中，全反射稜鏡組20係包含一第一稜鏡21與一第二稜鏡22。其中第一稜鏡21包含第一表面201、第二表面202以及光束選擇表面204。第二稜鏡22包含第三表面203，其中第二稜鏡22與第一稜鏡21之間具有一間隙，且第一稜鏡21以光束選擇表面204與第二稜鏡22相對。以本實施例來說，第一稜鏡21與第二稜鏡22可為三角稜鏡，其中第一稜鏡21之光束選擇表面204為三角稜鏡之斜邊並與第二稜鏡22之斜邊相對設置。第一稜鏡21之第一表面201與光源10光學耦合，以使照明光101從第一表面201進入全反射稜鏡組20並在光束選擇表面204產生全反射後，從第二表面202離開全反射稜組20。

第一光偏轉器30係與第二表面202光學耦合，用以偏轉照明光101以照明一檢體E之表面。第一光偏轉器30並用以偏轉檢體E之表面所反射之一成像光102，以使成像光102從第二表面202進入全反射稜鏡組20並透射光束選擇表面204後從第三表面203離開全反射稜鏡組20。舉例來說，檢體E可為一眼球，成像光102為眼底E2所反射的光束。

第二光偏轉器40係與第三表面203光學耦合，用以偏轉成像光102。成像模組50係與第二光偏轉器40光學耦合，用以接受成像光102以成像。可以理解的是，成像模組50可包含一電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)、互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)感測器、軟片(film)或以上之組合。另外，檢體E可為眼部、耳部、鼻部、喉部或皮膚等生物器官與組織。

要說明的是，照明光101於第一光偏轉器30以及檢體E之表面之光徑與成像光102實質上同軸或近軸，讓成像光102和照明光101非常靠近而不相互偏離，此即，本發明之醫療影像擷取系統提供一近同軸照明的設置以擷取檢體E之影像，無需另外設置孔徑型反射鏡，可以有效提升整體光學傳遞效率。

本發明之醫療影像擷取系統之第一光偏轉器30之焦點位於第一光偏轉器30以及檢體E之表面之間。以圖1之實施例來說，檢體E為一眼球，而第一光偏轉器30可將照明光101偏轉並聚焦於瞳孔E1附近後進入眼球，此即，照明光101之照明範圍可在第一光偏轉器30之焦點位置縮到最小而通過瞳孔E1進入眼底E2，並在遠離第一光偏轉器30之焦點位置的眼底E2有較大的照明範圍，進而有效提升光學效率以及照明範圍。

此外，本發明之醫療影像擷取系統之第一光偏轉器30與第二光偏轉器40可為一透鏡或者由複數個透鏡組成，亦可為一繞射元件，用以偏轉成像光，使檢體E之眼底E2影像成像於成像模組50。因此，於成像光程中可不需設置多數個中繼透鏡組(Relay lens)，可以大幅縮短光程，進而縮小系統的體積和長度，所需透鏡數量也得以縮減，不僅降低成本並且可以大幅降低光學視角度(Field of view)設計的困難度。本發明之醫療影像擷取系統具有體積小的特點，因此亦可應用於內視鏡、生物顯微攝影等領域。

另外要說明的是，於圖1之實施例中，全反射稜鏡組20、第一光偏轉器30與第二光偏轉器40分別為獨立之構件，且全反射稜鏡組20之第一表面201、第二表面202與第三表面203分別為一平面，較佳者，第二表面202與第三表面203平行，但不以此為限，第一表面201、第二表面202與第三表面203根據設計需要分別可為一曲面，包含球面、非球面和自由曲面。請參考圖2A，其為部分結構示意圖顯示依據本發明另一實施例之醫療影像擷取系統，其中第一光偏轉器30與全反射稜鏡組20之第一稜鏡21一體成型或者將第一光偏轉器30貼設於全反射稜鏡組20之第一稜鏡21，可視為一模組之全反射稜鏡組20’。因此全反射稜鏡組20’之第二表面202可為一曲面，即第一光偏轉器30包含第二表面202，照明光101將從光束選擇表面204反射後從第二表面202離開全反射稜組20’，藉以簡化醫療影像擷取系統之透鏡數目與縮減系統之尺寸。

接著請參考圖2B，其為部分結構示意圖顯示依據本發明另一實施例之醫療影像擷取系統，可以理解的是，第二光偏轉器40亦可與全反射稜鏡組20之第二稜鏡22一體成型或者將第二光偏轉器40貼設於全反射稜鏡組20之第二稜鏡22以形成一模組之全反射稜組20”。因此全反射稜鏡組20’之第三表面203可為一曲面，使成像光102從第二表面202進入全反射稜鏡組20”，透射光束選擇表面204後從第三表面203離開全反射稜鏡組20”。

本發明之醫療影像擷取系統於其他實施例中更包含一第一驅動模組(未圖示)，其與第一光偏轉器30以及第二光偏轉器40至少其中之一連接，可以電動或手動的方式驅動第一光偏轉器30以及第二光偏轉器40至少其中之一於平行成像光102之光徑方向上移動，以達到變焦、改變放大率的目的。藉以配合不同的檢體E或者欲觀測的部位調整焦距，例如可用以偵測眼底、角膜、瞳孔等部位，擷取更為清晰之影像。

另外，本發明之醫療影像擷取系統更可包含一第二驅動模組(未圖示)，其與第一光偏轉器30以及第二光偏轉器40至少其中之一連接，可以電動或手動的方式驅動第一光偏轉器30以及第二光偏轉器40至少其中之一於垂直成像光102之光徑方向上移動，以補償操作時的晃動、眼球或是其他器官移動造成的影像偏移與失焦等因素，擷取更為清晰之影像。

請參考圖3，為示意圖顯示依據本發明另一實施例之醫療影像擷取系統。於此實施例中，全反射稜鏡組60包含一第一稜鏡21’與一第二稜鏡22’。其中第一稜鏡21’包含第二表面202、第三表面203以及光束選擇表面204。第二稜鏡22’包含第一表面201，其中第二稜鏡22’與第一稜鏡21’之間具有一間隙，且第一稜鏡21’以光束選擇表面204與第二稜鏡22’相對。以本實施例來說，第一稜鏡21’與第二稜鏡22’可為三角稜鏡，其中第一稜鏡21’之光束選擇表面204為三角稜鏡之斜邊並與第二稜鏡22’之斜邊相對設置且其間具有一空氣間隙。

第二稜鏡22’之第一表面201與光源10光學耦合，以使照明光101從第二稜鏡22’之第一表面201進入全反射稜鏡組60，透射第一稜鏡21’之光束選擇表面204後從第一稜鏡21’之第二表面202離開全反射稜鏡組60。成像光102則從第二表面202進入全反射稜鏡組60，並在光束選擇表面204產生全反射後，從第一稜鏡21’之第三表面203離開全反射稜組60。以本實施例來說，檢體E可為一眼球，成像光102為眼底E2所反射的光束。第一光偏轉器30係與第二表面202光學耦合，用以偏轉照明光101以照明一檢體E之表面，並用以偏轉成像光102進入全反射稜鏡組60。第二光偏轉器40係與第三表面203光學耦合，用以偏轉成像光102。成像模組50係與第二光偏轉器40光學耦合，用以接受成像光102以成像。

接續上述，全反射稜鏡組60之第一表面201、第二表面202與第三表面203分別為一平面，但不以此為限，第一表面201、第二表面202與第三表面203根據設計需要分別可為一曲面，包含球面、非球面和自由曲面。於一實施例中，第一光偏轉器30與全反射稜鏡組60之第一稜鏡21’一體成型或者將第一光偏轉器30貼設於全反射稜鏡組60之第一稜鏡21’以形成一模組，使第一光偏轉器30包含第二表面202且此時第二表面202可為一曲面。於另一實施例中，第二光偏轉器40與全反射稜鏡組60之第一稜鏡21’一體成型或者將第二光偏轉器40貼設於全反射稜鏡組60之第一稜鏡21’以形成一模組，使第二光偏轉器40包含第三表面203且此時第三表面203可為一曲面。另外，於其他實施例中，醫療影像擷取系統更包含第一驅動模組與第二驅動模組，以達成變焦、放大以及修正震動的功能，擷取更為清晰之影像。第一驅動模組與第二驅動模組的設置與上述相同，在此不再贅述。

請參考圖4，為示意圖顯示依據本發明另一實施例之醫療影像擷取系統，更包含一第三光偏轉器70，可為一透鏡或繞射元件，設置於光源10以及全反射稜鏡組60之間，用以偏轉照明光101，將光源10所發出的照明光101入射至全反射稜鏡組60，以提升照明效率。舉例而言，第三光偏轉器70使照明光101平行地入射至全反射稜鏡組60。可以理解的是，光源10可包含第三光偏轉器70，以形成一照明模組；另外，第三光偏轉器70亦可與全反射稜鏡組60之第二稜鏡22’一體成型或者將第三光偏轉器70貼設於全反射稜鏡組60之第二稜鏡22’以形成一模組，使第一 表面201為一曲面。

綜合上述，本發明之醫療影像擷取系統中，全反射稜鏡組、第一光偏轉器與第二光偏轉器的設置，讓成像光和照明光非常靠近而不相互偏離，且可使照明光通過較小的孔徑並提供孔徑後側較大的照明範圍，無需另外設置孔徑型反射鏡，可以有效提升整體光學傳遞效率。另外，於照明與成像光程中不需設置多數個中繼透鏡組，可以大幅縮短光程，進而縮小系統的體積和長度；第一光偏轉器與/或第二光偏轉器與/或第三光偏轉器可依設計需要與全反射稜鏡組整合為一模組，使所需透鏡數量得以縮減，不僅降低成本並且可以大幅降低光學視角度設計的困難度。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10．．．光源

101．．．照明光

102．．．成像光

20、20’、20”、60．．．全反射稜鏡組

21、21’．．．第一稜鏡

22、22’．．．第二稜鏡

201．．．第一表面

202．．．第二表面

203．．．第三表面

204．．．光束選擇表面

30．．．第一光偏轉器

40．．．第二光偏轉器

50．．．成像模組

E．．．檢體

70．．．第三光偏轉器

E1．．．瞳孔

E2．．．眼底

圖1為示意圖顯示依據本發明一實施例之醫療影像擷取系統。

圖2A、圖2B分別為部分結構示意圖顯示依據本發明另一實施例之醫療影像擷取系統。

圖3為示意圖顯示依據本發明另一實施例之醫療影像擷取系統。

圖4為示意圖顯示依據本發明另一實施例之醫療影像擷取系統。

10．．．光源

101．．．照明光

102．．．成像光

20．．．全反射稜鏡組

21．．．第一稜鏡

22．．．第二稜鏡

201．．．第一表面

202．．．第二表面

203．．．第三表面

204．．．光束選擇表面

30．．．第一光偏轉器

40．．．第二光偏轉器

50．．．成像模組

E．．．檢體

E1．．．瞳孔

E2．．．眼底

Claims (10)

1. 一種醫療影像擷取系統，包含：一光源，其用以提供一照明光；一全反射稜鏡組(total internal reflection prism assembly)，其包含一第一表面、一第二表面、一第三表面以及一光束選擇表面，其用以反射以及透射光線，其中該第一表面與該光源光學耦合，以使該照明光依序經過該第一表面、該光束選擇表面以及該第二表面；一第一光偏轉器(light deflector)，其與該第二表面光學耦合，用以偏轉該照明光以照明一檢體之表面，以及偏轉該檢體之該表面所反射之一成像光，以使該成像光依序經過該第二表面、該光束選擇表面以及該第三表面，其中該第一光偏轉器之焦點位於該第一光偏轉器以及該檢體之該表面之間；一第二光偏轉器，其與該第三表面光學耦合，用以偏轉該成像光；以及一成像模組，其與該第二光偏轉器光學耦合，用以接受該成像光以成像。
2. 如請求項1所述之醫療影像擷取系統，其中該全反射稜鏡組包含：一第一稜鏡，其包含該第一表面、該第二表面以及該光束選擇表面；以及一第二稜鏡，其與該第一稜鏡之間具有一間隙，並包含該第三表面，其中，該第一稜鏡以該光束選擇表面與該第二稜鏡相對，以使該照明光從該第一表面進入該全反射稜鏡組，經該光束選擇表面反射後從該第二表面離開該全反射稜組，並使該成像光從該第二表面進入該全反射稜鏡組，透射該光束選擇表面後從該第三表面離開該全反射稜鏡組。
3. 如請求項1所述之醫療影像擷取系統，其中該全反射稜鏡組包含：一第一稜鏡，其包含該第二表面、該第三表面以及該光束選擇表面；以及一第二稜鏡，其與該第一稜鏡之間具有一間隙，並包含該第一表面，其中，該第一稜鏡以該光束選擇表面與該第二稜鏡相對，以使該照明光從該第一表面進入該全反射稜鏡組，透射該光束選擇表面後從該第二表面離開該全反射稜鏡組，並使該成像光從該第二表面進入該全反射稜鏡組，經該光束選擇表面反射後從該第三表面離開該全反射稜組。
4. 如請求項1所述之醫療影像擷取系統，更包含：一第一驅動模組與一第二驅動模組的至少其一，其中該第一驅動模組與該第一光偏轉器以及該第二光偏轉器至少其中之一連接，用以驅動該第一光偏轉器以及該第二光偏轉器至少其中之一平行該成像光之光徑移動；該第二驅動模組與該第一光偏轉器以及該第二光偏轉器至少其中之一連接，用以驅動該第一光偏轉器以及該第二光偏轉器至少其中之一垂直該成像光之光徑移動。
5. 如請求項1所述之醫療影像擷取系統，更包含：一第三光偏轉器，其設置於該光源以及該全反射稜鏡組之間，用以偏轉該照明光入射至該全反射稜鏡組。其中該第三光偏轉器包含該第一表面或該光源包含該第三光偏轉器。
6. 如請求項1所述之醫療影像擷取系統，其中該第一表面、該第二表面與該第三表面至少其一為一平面或曲面。
7. 如請求項1所述之醫療影像擷取系統，其中該第一光偏轉器包含該第二表面或其中該第二光偏轉器包含該第三表面。
8. 如請求項1所述之醫療影像擷取系統，其中該光源包含一燈泡、發光二極體、雷射或以上之組合。
9. 如請求項1所述之醫療影像擷取系統，其中該成像模組包含一電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)、互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)感測器、軟片(film)或以上之組合。
10. 如請求項1所述之醫療影像擷取系統，其中該檢體包含眼部、耳部、鼻部、喉部或皮膚等生物器官與組織。