TWI447377B - 影像擷取系統 - Google Patents

Description

影像擷取系統

本發明是關於一種影像擷取系統，尤係關於一種能夠簡化系統結構與提升照明效率之影像擷取系統。

檢測皮膚，尤其是檢測真皮層中的癌細胞等其他病變的影像擷取系統中，一般是利用可見光的外部光源照明，光線穿過表皮進入真皮層，再透過顯微成像裝置觀察。因此為了觀測或檢測皮膚較深層的狀態，降低照明光在表皮層反射的比例是提升觀測或檢測品質的重要課題。

一習知技術係利用一浸入油設置於表皮與檢測系統中的玻璃接觸板(contact plate)之間，且光源的光線直接照射至皮膚進行檢測。藉由可減少反射的玻璃接觸板與浸入油，以達到觀測皮膚深層結構的目的。然而檢測前需要在皮膚上塗佈浸入油，檢測過程往往麻煩耗時，另外玻璃接觸板上容易產生反射光的鬼影，影響成像品質。

另一習知技術係利用一接觸皮膚表面的光引導侷限元件，設置於欲擷取影像位置的周圍，將照明光引導並提供照明於欲擷取影像位置的周圍。其優點是不需使用浸入油，不易產生鬼影，並簡化擷取程序。其缺點為欲觀察位置的中央部份，無光源照射，易造成影像的中央部份產生暗影。

另一習知技術係照明光源搭配稜鏡(prism)與分光板(beam splitter)，使照明光產生同軸照明的效果，其優點是照明均勻，但缺點是系統複雜、體積較大，且照明與成像同軸容易在稜鏡與分光板上產生鬼影，影響成像品質。

綜上所述，如何簡化結構，降低製造成本，並減少照明光的反射，提升照明效率之影像擷取系統便是目前極需努力的目標。

本發明係提供一種影像擷取系統，不需使用浸入油便能降低照明光的反射率，提升照明效率。另外，一體成型的一導光元件，具有組裝快速與成本較低等優勢。

依據本發明之一實施例之影像擷取系統，用以擷取一樣品之一表面下之影像，影像擷取系統包含：至少一光源、一導光元件與一成像模組。光源用以提供一照明光；導光元件包含：一照明光導光部與一成像光導光部，其中照明光導光部包含一出光面，其中出光面直接與樣品接觸，光源與照明光導光部光學耦合，使照明光自出光面射出並穿過樣品之表面；成像光導光部，其包含一入光面與一出光面，其中樣品之表面下之結構所反射之一成像光進入成像光導光部之入光面，成像光並由成像光導光部的出光面射出，其中導光元件之照明光導光部與成像光導光部為一體成型之結構，且成像光導光部為一聚光透鏡結構；成像模組與導光元件光學耦合，用以接受來自成像光導光部的出光面的成像光，以形成影像。

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。

請參考圖1a，圖1a為示意圖顯示依據本發明一實施例之影像擷取系統，用以擷取一樣品1之一表面下之影像，其中樣品1可為一活體皮膚，或一皮膚切片，其包含一表皮層11與一真皮層12。影像擷取系統包含：至少一光源20、一導光元件30與一成像模組40。光源20用以提供一照明光201。導光元件30包含：一照明光導光部301與一成像光導光部302，其中照明光導光部301包含一出光面3011，其直接與樣品1接觸，光源20與照明光導光部301光學耦合，使照明光201自出光面3011射出並穿過樣品1之表面。

要說明的是，照明光201進入照明光導光部301後，經過適當的光學設計將照明光201引導至照明光導光部301的出光面3011，舉例來說，在以印刷或貼附的方式將反射材料設置於照明光導光部301欲產生反射的表面，或是將其表面設計為全反射光學面。以圖1a的實施例來說，導光元件30的照明光導光部301中包含一具有斜率的反射面3012，用以反射部分的照明光201，擴大照明的範圍。於一實施例中，導光元件30的照明光導光部301更包含一聚光曲面3013與光源20光學耦合，以有效匯聚照明光201至照明光導光部301。

接著，成像光導光部302包含一入光面3021與一出光面3022，其中於樣品1之表面下之結構所反射之一成像光202進入成像光導光部302的入光面3021，成像光202並由成像光導光部302的出光面3022射出。於一實施例中，包含兩個光源20相對設置，但不以此為限，於其他實施例中，可包含複數個光源20相對導光元件30對稱設置。

接續上述，成像模組40與導光元件30光學耦合，用以接受來自成像光導光部302的出光面3022的成像光202，以形成影像，於一實施例中，成像模組40可包含一透鏡組401與一影像感測元件402，其中影像感測元件402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。可以理解的是，為使成像光202於成像模組40成像，成像光導光部302為一聚光透鏡結構，用以將成像光202匯聚於成像模組40。於一實施例中，成像光導光部302可為一物方遠心透鏡結構，使樣品1之表面下之結構所反射之成像光202的主光線垂直樣品1之表面。因此不論樣品1表面下的結構的實際位置如何在景深範圍內移動，成像光202的主光線通過成像光導光部302的角度不變，於成像模組40形成的像高為一定值，進而可降低景深所造成的量測誤差。

要說明的是，本發明之實施例之影像擷取系統導光元件30之照明光導光部301與成像光導光部302為一體成型之結構，舉例來說，可利用射出成型的方式達成。較佳者，導光元件30為折射率介於1.20~1.70之間的材料，舉例來說，可為聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)或其他塑膠材料，其中PMMA的折射率約為1.484，而樣品(皮膚)1的表皮層11的折射率約為1.45，因此照明光201於此介面的反射率僅為0.013%。故本發明之影像擷取系統不需使用浸入油便能降低照明光201的反射，增加照明光201穿透表皮層11的穿透率，提升照明效率，進而可降低光源20的消耗功率或降低光源20設置的數量。另外，一體成型的導光元件30，具有組裝快速與成本較低等優勢。

於圖1a的實施例中，照明光導光部301的出光面3011與成像光導光部302的入光面3021為同一平面，並直接與樣品1接觸，但不以此為限，請參考圖1b，為示意圖顯示依據本發明另一實施例之影像擷取系統，其中照明光導光部301的出光面3011與成像光導光部302的入光面3021不共面，照明光導光部301的出光面3011直接接觸樣品1，用以將照明光201直接射入樣品11，成像光導光部302的入光面3021與出光面3022分別為一凸面，用以匯聚成像光202於成像模組40成像。

光源20可為一一次光源，舉例來說，可為一發光二極體、雷射二極體或其他光源，光源20所發出的光線直接與導光元件30的照明光導光部301光學耦合。另外，由圖1a、圖1b可知，光源20設置的方向使照明光201相對於照明光導光部301的出光面3011垂直地與導光元件30的照明光導光部301光學耦合。可以理解的是，於另一實施例中，如圖1c所示，光源20設置的方向使照明光201相對於照明光導光部301的出光面3011水平地與導光元件30的照明光導光部301光學耦合。

請參考圖2a，圖2a為示意圖顯示依據本發明另一實施例之影像擷取系統，其中光源20可為一二次光源，其包含一點光源21與一橢圓球型反射罩22。點光源21設置於橢圓球型反射罩22之一焦點上，點光源21發出照明光201經過橢圓球型反射罩22反射後與導光元件30的照明光導光部301光學耦合，照明光201藉由照明光導光部301的出光面3011射出並穿過樣品1之表面。較佳者，橢圓球型反射罩22的另一焦點設置於樣品(皮膚)1的真皮層12內，可提升照明的效果。於一實施例中，導光元件30的照明光導光部301為一平板結構；成像光導光部302的入光面3021為一平面，成像光導光部302的出光面3022為一凸面，用以匯聚成像光202於成像模組40成像。由圖2a可知，橢圓球型反射罩22中通過焦點的長軸221垂直照明光導光部301的出光面3011，於另一實施例中，如圖2b所示，長軸221與照明光導光部301的出光面3011之間具有一傾斜角，使橢圓球型反射罩22的另一焦點的位置靠近成像光導光部302，以提升照明效率。

綜合上述，本發明之影像擷取系統中，一體成型的導光元件包含照明光導光部與成像光導光部，分別用以將光源的照明光引導穿過樣品之表面，以及引導成像光至成像模組成像。不需使用浸入油便能降低照明光的反射，增加照明光穿透表皮層的穿透率，提升照明效率。另外，一體成型的導光元件，具有組裝快速與成本較低等優勢。

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。

1．．．樣品(皮膚)

11．．．表皮層

12．．．真皮層

20．．．光源

21．．．點光源

22．．．橢圓球型反射罩

221．．．長軸

201．．．照明光

202．．．成像光

30．．．導光元件

301．．．照明光導光部

3011．．．照明光導光部的出光面

3012．．．反射面

3013．．．聚光曲面

302．．．成像光導光部

3021．．．成像光導光部的入光面

3022．．．成像光導光部的出光面

40．．．成像模組

401．．．透鏡組

402．．．影像感測元件

圖1a為顯示依據本發明一實施例之影像擷取系統的示意圖。

圖1b為顯示依據本發明另一實施例之影像擷取系統的示意圖。

圖1c為顯示依據本發明另一實施例之影像擷取系統的示意圖。

圖2a為顯示依據本發明另一實施例之影像擷取系統的示意圖。

圖2b為顯示依據本發明另一實施例之影像擷取系統的示意圖。

1．．．樣品(皮膚)

11．．．表皮層

12．．．真皮層

20．．．光源

201．．．照明光

202．．．成像光

30．．．導光元件

301．．．照明光導光部

3011．．．照明光導光部的出光面

3012．．．反射面

3013．．．聚光曲面

302．．．成像光導光部

3021．．．成像光導光部的入光面

3022．．．成像光導光部的出光面

40．．．成像模組

401．．．透鏡組

402．．．影像感測元件

Claims (10)

1. 一種影像擷取系統，用以擷取一樣品之一表面下之影像，該系統包含：至少一光源，其用以提供一照明光；一導光元件，其包含：一照明光導光部，其包含一出光面，其中該出光面直接與該樣品接觸，該光源與該照明光導光部光學耦合，使該照明光自該出光面射出並穿過該樣品之該表面；以及一成像光導光部，其包含一入光面與一出光面，其中該樣品之該表面下之結構所反射之一成像光進入該成像光導光部之該入光面，該成像光並由該成像光導光部的該出光面射出，其中該導光元件之該照明光導光部與該成像光導光部為一體成型之結構，且該成像光導光部為一聚光透鏡結構；以及一成像模組，其與該導光元件光學耦合，用以接受來自該成像光導光部的該出光面的該成像光，以形成一影像。
2. 如請求項1所述之影像擷取系統，其中該光源為一一次光源，可為一發光二極體或雷射二極體。
3. 如請求項1所述之影像擷取系統，其中該光源可為一二次光源，其包含一點光源與一橢圓球型反射罩，其中該點光源設置於該橢圓球型反射罩之一焦點上，該點光源發出該照明光，該照明光經過該橢圓球型反射罩反射後與該導光元件的該照明光導光部光學耦合。
4. 如請求項1所述之影像擷取系統，其中該光源之該照明光相對於該導光元件之該照明光導光部的該出光面垂直地或水平地與該導光元件的該照 明光導光部光學耦合。
5. 如請求項1所述之影像擷取系統，其中該成像光導光部的該入光面與該樣品直接接觸。
6. 如請求項1所述之影像擷取系統，其中該成像光導光部為一物方遠心透鏡結構。
7. 如請求項1所述之影像擷取系統，更包含複數個該光源，該些光源相對該導光元件對稱設置。
8. 如請求項1所述之影像擷取系統，其中該導光元件的材料為聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)或其他塑膠材料，其折射率介於1.20~1.70之間。
9. 如請求項1所述之影像擷取系統，其中該成像模組包含一透鏡組與一影像感測元件，來自該成像光導光部的該出光面的該成像光通過該透鏡組到達該影像感測元件，以形成該影像。
10. 如請求項9所述之影像擷取系統，其中該影像感測元件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。