TWI453000B - 光學裝置及其運作方法 - Google Patents

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Description

光學裝置及其運作方法
本發明係與光學檢測有關，特別是關於一種透過旋轉軸之設置有效地提升整體光學掃瞄檢測效率之光學裝置及其運作方法。
近年來，隨著光學檢測技術不斷地發展，已發展出許多不同種類的光學檢測設備。舉例而言，作為眼底光學影像裝置的光學同調斷層掃瞄儀(optical coherence tomography)可提供視網膜(retina)的剖面影像，並且光學同調斷層掃瞄儀係利用旋轉鏡面的旋轉將檢測光線投射至不同的方向，藉以檢測眼底的不同位置。
如圖1所示，由於眼睛的尺寸相對較小，並且視網膜的眼底區域R可視為類似圓周，所以前述的旋轉鏡面所提供之入射光L1~L3的掃瞄區域能夠維持在一定的聚焦檢測範圍內，故應用起來尚屬便利。然而，一旦將旋轉鏡面之設計應用於檢測非圓周的大面積區域S(例如皮膚)時，由於旋轉鏡面之旋轉角度的限制，旋轉鏡面所提供之入射光L1~L3的聚焦檢測範圍並不一定能夠完全涵蓋大面積區域S上的所有待檢測區域，如此將會導致其中部分的待檢測區域無法被檢測到。
如圖2所示，為了改善上述缺點，目前係採用先將整個非圓周大面積的區域分成許多小區域M1~M6後，再依序針對每一個小區域M1~M6進行掃瞄之作法。但由於每一個小區域M1~M6均受到旋轉鏡面RM的旋轉角度之限制，因此，欲完成整個非圓周大面積區域的掃瞄工作即需耗費較長的時間，將會嚴重影響整體的光學檢測效率。
因此，本發明提出一種光學裝置及其運作方法，以解決上述問題。
根據本發明之第一具體實施例為一種光學裝置。於此實施例中，光學裝置包含光學掃瞄模組及旋轉軸模組。光學掃瞄模組係用以提供光學斷層掃瞄之光學訊號。旋轉軸模組係與光學掃瞄模組組合。當旋轉軸模組旋轉時，旋轉軸模組帶動光學掃瞄模組對待測物體進行旋轉掃瞄程序。
於實際應用中，光學裝置可進一步包含旋轉鏡。旋轉鏡係設置於光學掃瞄模組與待測物體之間。於旋轉掃瞄程序中，旋轉鏡係相對於待測物體進行一維方向的移動並搭配旋轉軸模組之旋轉，以對待測物體進行二維的掃瞄。旋轉軸模組係與光學掃瞄模組構成同心設計或偏心設計之組合。
此外，光學裝置亦可進一步包含操作平台，用以整合光學掃瞄模組與旋轉軸模組，使得旋轉軸模組能夠分別於三個軸向上帶動光學掃瞄模組進行旋轉掃瞄程序。操作平台可包含操控模組，用以供使用者操控操作平台，操控模組係選自搖桿、滑鼠及鍵盤所組成之群組。光學裝置亦可進一步包含判斷模組，用以判斷待測物體、待測物體上之檢測區域及定位點是否正確。若判斷模組的判斷結果為是，旋轉軸模組帶動光學掃瞄模組進行旋轉掃瞄程序。
根據本發明之第二具體實施例為一種光學裝置運作方法。光學裝置包含光學掃瞄模組及旋轉軸模組，旋轉軸模組係與光學掃瞄模組組合。於此實施例中，該方法包含下列步驟：首先，判斷待測物體、待測物體上之檢測區域及定位點是否正確；若上述判斷結果為是，當旋轉軸模組旋轉時，旋轉軸模組帶動光學掃瞄模組對待測物體進行旋轉掃瞄程序；之後，光學掃瞄模組提供光學斷層掃瞄之光學訊號。
相較於先前技術，根據本發明之光學裝置及其運作方法係透過旋轉軸與光學探頭之結合進行旋轉掃瞄，故可大幅增加其掃瞄之面積，提升整體掃瞄之效率。再者，光學裝置的旋轉鏡僅需一維方向之掃瞄並搭配旋轉軸之轉動，即可提供二維面積之檢測。此外，根據本發明之光學裝置亦可包含六自由度平台，藉由類似搖桿(或滑鼠、鍵盤等)的操控裝置、顯示器、微攝影鏡頭及感測器之配合，進行病患之身體部位的觀察、定位及檢測，有效地減輕人力負擔。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之第一具體實施例為一種光學裝置。於此實施例中，該光學裝置可以是皮膚光學影像檢測裝置，應用於檢測類似皮膚般的非圓周大面積區域，但不以此為限。實際上，該光學裝置可以是光學同調斷層掃瞄儀或其他類似的儀器，並無特定之限制。
請參照圖3，圖3係繪示本實施例之光學裝置的功能方塊圖。如圖3所示，光學裝置3係用以對待測物體K進行光學同調斷層掃瞄檢測之程序。光學裝置3包含光學掃瞄模組30、旋轉軸模組32、旋轉鏡34、操作平台36及判斷模組38。其中，旋轉鏡34係設置於光學掃瞄模組30與待測物體K之間；判斷模組38係耦接至旋轉軸模組32；光學掃瞄模組30係與旋轉軸模組32組合，例如圖4A所示之同心設計組合或圖4B所示之偏心設計組合。
於此實施例中，判斷模組38係用以判斷待測物體、待測物體上之檢測區域及定位點是否正確。實際上，判斷模組38具有影像擷取及影像比對的功能，透過比對待測物體、待測物體上之檢測區域及定位點的影像與之前進行光學檢測時所拍攝的參考影像，即可判斷待測物體、待測物體上之檢測區域及定位點是否正確。若判斷模組38的判斷結果為是，旋轉軸模組32將會帶動光學掃瞄模組30進行旋轉掃瞄程序。
光學掃瞄模組30係用以提供光學斷層掃瞄之光學訊號。當旋轉軸模組32旋轉時，旋轉軸模組32帶動光學掃瞄模組30對待測物體K進行旋轉掃瞄程序。於旋轉掃瞄程序中，旋轉鏡34係相對於待測物體K進行一維方向的移動並搭配旋轉軸模組32帶動光學掃瞄模組30之旋轉，以對待測物體K進行二維的掃瞄。
為了達到改善先前技術中之光學裝置掃瞄速度較為緩慢的缺點，本發明之光學裝置3的光學掃瞄模組30係與旋轉軸模組32組合。實際上，光學掃瞄模組30可以是光學探頭，但不以此為限。
請參照圖5A，圖5A係繪示先前技術中之光學探頭在固定位置下最大的掃瞄範圍的示意圖。如圖5A所示，假設單一的光學探頭P在固定位置下，可藉由旋轉鏡M提供的有效檢測直徑為Dv，因此，於前述條件下，先前技術中之光學探頭P在固定位置下的最大掃瞄範圍為(0.707Dv)2 。
另一方面，請參照圖5B，圖5B係繪示本發明之光學掃瞄模組(光學探頭)30與旋轉軸模組32結合後之最大掃瞄範圍的示意圖。假設旋轉軸模組32中之旋轉軸的直徑為Ds，則其最大掃瞄範圍將會變成[(0.5Ds+1.207Dv)2 -(0.5Ds)2 ]。若Ds為零，則圖5B中之最大掃瞄範圍將會是圖5A中之最大掃瞄範圍的2.9倍之多。本發明之光學裝置3的光學探頭30與旋轉軸模組32中之旋轉軸結合後，的確能夠有效增加其最大掃瞄範圍，藉以提昇整體的掃瞄速度。
值得注意的是，由於本發明之光學裝置的光學掃瞄模組(光學探頭)已與旋轉軸結合設計，因此，於光學探頭之光路設計時，可減少旋轉鏡設計之複雜程度。舉例而言，如圖5B所示，於旋轉掃瞄程序中，旋轉鏡34僅需相對於待測物體進行一維方向的移動，再搭配旋轉軸模組32帶動光學掃瞄模組(光學探頭)30之旋轉，即可對待測物體K進行二維的掃瞄。於實際應用中，光學探頭30與旋轉軸模組32之結合通常可以有效地增加光學裝置3之最大掃瞄範圍至少兩倍，但不以此為限。
請參照圖6，圖6係繪示光學裝置3之操作平台36的示意圖。如圖6所示，操作平台36可以是六自由度平台，用以整合光學掃瞄模組30與旋轉軸模組32，使得旋轉軸模組32能夠分別於X軸、Y軸及Z軸等三個軸向上帶動光學掃瞄模組30進行旋轉掃瞄程序。此外，操作平台36亦可包含操控模組360，用以供使用者操控操作平台36。實際上，操控模組360可以是搖桿、滑鼠、鍵盤或其他類似的裝置，但不以此為限。
根據本發明之第二具體實施例為一種光學裝置運作方法。光學裝置包含光學掃瞄模組及旋轉軸模組，旋轉軸模組係與光學掃瞄模組組合。請參照圖7，圖7係繪示此實施例之光學裝置運作方法的流程圖。
如圖7所示，首先，該方法執行步驟S10，判斷待測物體、待測物體上之檢測區域及定位點是否正確。實際上，待測物體上之檢測區域可以是類似皮膚般的非圓周大面積區域，但不以此為限。
若步驟S10的判斷結果為是，該方法執行步驟S12，當旋轉軸模組進行旋轉時，旋轉軸模組將會帶動光學掃瞄模組對待測物體進行旋轉掃瞄程序。實際上，旋轉軸模組可以分別於X軸、Y軸及Z軸等三個軸向上帶動光學掃瞄模組進行旋轉掃瞄程序，但不以此為限。若步驟S10的判斷結果為否，則該方法重新執行步驟S10。
然後，該方法執行步驟S14，光學掃瞄模組提供光學斷層掃瞄之光學訊號。最後，該方法執行步驟S16，將光學斷層掃瞄之光學訊號處理成待測物體的光學斷層掃瞄結果。
於實際應用中，光學裝置可進一步包含旋轉鏡，旋轉鏡係設置於光學掃瞄模組與待測物體之間。於旋轉掃瞄程序中，旋轉鏡係相對於待測物體進行一維方向的移動並搭配旋轉軸模組之旋轉，以對待測物體進行二維的掃瞄。
相較於先前技術，根據本發明之光學裝置及其運作方法係透過旋轉軸與光學探頭之結合進行旋轉掃瞄，故可大幅增加其掃瞄之面積，提升整體掃瞄之效率。再者，光學裝置的旋轉鏡僅需一維方向之掃瞄並搭配旋轉軸之轉動，即可提供二維面積之檢測。此外，根據本發明之光學裝置亦可包含六自由度平台，藉由類似搖桿(或滑鼠、鍵盤)等操控裝置、顯示器、微攝影鏡頭及感測器之配合，進行病患之身體部位的觀察、定位及檢測，有效地減輕人力負擔。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
S10~S16‧‧‧流程步驟
30‧‧‧光學掃瞄模組(光學探頭)
32‧‧‧旋轉軸模組
3‧‧‧光學裝置
34‧‧‧旋轉鏡
36‧‧‧操作平台
38‧‧‧判斷模組
K‧‧‧待測物體
Dv‧‧‧有效檢測直徑
Ds‧‧‧旋轉軸的直徑
360‧‧‧操控模組
R‧‧‧視網膜的眼底區域
S‧‧‧大面積區域
L1~L3‧‧‧反射光
M1~M6‧‧‧小區域
RM‧‧‧旋轉鏡面
N‧‧‧水晶體(透鏡)
M‧‧‧旋轉鏡
P‧‧‧光學探頭
圖1係繪示先前技術中之旋轉鏡面的聚焦檢測範圍無法完全涵蓋所有待檢測區域的示意圖。
圖2係繪示先前技術中將整個非圓周大面積的區域分成許多小區域，並依序針對每一個小區域進行掃瞄之作法。
圖3係繪示根據本發明之第一具體實施例中之光學裝置的功能方塊圖。
圖4A係繪示光學掃瞄模組與旋轉軸模組採用同心設計組合。
圖4B係繪示光學掃瞄模組與旋轉軸模組採用偏心設計組合。
圖5A係繪示先前技術中之光學探頭在固定位置下最大的掃瞄範圍的示意圖。
圖5B係繪示本發明之光學探頭與旋轉軸結合後之最大掃瞄範圍的示意圖。
圖6係繪示光學裝置之操作平台的示意圖。
圖7係繪示根據本發明之第二具體實施例之光學裝置運作方法的流程圖。
30．．．光學掃瞄模組(光學探頭)
32．．．旋轉軸模組
3．．．光學裝置
34．．．旋轉鏡
36．．．操作平台
38．．．判斷模組
K．．．待測物體

Claims (10)

  1. 一種光學裝置，包含：一光學掃瞄模組，用以提供光學斷層掃瞄之一光學訊號；以及一旋轉軸模組，係與該光學掃瞄模組組合，當該旋轉軸模組旋轉時，該旋轉軸模組帶動該光學掃瞄模組對一待測物體進行一旋轉掃瞄程序；其中，該旋轉軸模組之一端係耦接該光學掃瞄模組之一底面的中心或耦接該光學掃瞄模組之一側面，以帶動該光學掃瞄模組之旋轉，該光學掃瞄模組為一光學探頭(optical probe)，並且該光學探頭係耦接該旋轉軸模組以增加該光學裝置之一最大掃瞄範圍及一掃瞄速度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，進一步包含：一旋轉鏡，係設置於該光學掃瞄模組與該待測物體之間，於該旋轉掃瞄程序中，該旋轉鏡係相對於該待測物體進行一維方向的移動並搭配該旋轉軸模組帶動該光學掃瞄模組之旋轉，以對該待測物體進行二維的掃瞄。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該旋轉軸模組係與該光學掃瞄模組構成同心設計或偏心設計之組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，進一步包含：一操作平台，用以整合該光學掃瞄模組與該旋轉軸模組，使得該旋轉軸模組能夠分別於三個軸向上帶動該光學掃瞄模組進行該旋轉掃瞄程序。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光學裝置，其中該操作平台包含一操控模組，用以供使用者操控該操作平台，該操控模組係選自一搖桿、一滑鼠及一鍵盤所組成之群組。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，進一步包含：一判斷模組，耦接至該旋轉軸模組，用以判斷該待測物體、該待測物體上之一檢測區域及一定位點是否正確，若該判斷模組的判斷結果為是，該旋轉軸模組帶動該光學掃瞄模組進行該旋轉掃瞄程序。
  7. 一種運作一光學裝置的方法，該光學裝置包含一光學掃瞄模組及一旋轉軸模組，該旋轉軸模組係與該光學掃瞄模組組合，該方法包含下列步驟：(a)當該旋轉軸模組旋轉時，該旋轉軸模組帶動該光學掃瞄模組對一待測物體進行一旋轉掃瞄程序；以及(b)該光學掃瞄模組提供光學斷層掃瞄之一光學訊號；其中，該旋轉軸模組之一端係耦接該光學掃瞄模組之一底面的中心或耦接該光學掃瞄模組之一側面，以帶動該光學掃瞄模組之旋轉，該光學掃瞄模組為一光學探頭(optical probe)，並且該光學探頭係耦接該旋轉軸模組以增加該光學裝置之一最大掃瞄範圍及一掃瞄速度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該旋轉軸模組係分別於三個軸向上帶動該光學掃瞄模組進行該旋轉掃瞄程序。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該光學裝置進一步包含一旋轉鏡，係設置於該光學掃瞄模組與該待測物體之 間，於該旋轉掃瞄程序中，該旋轉鏡係相對於該待測物體進行一維方向的移動並搭配該旋轉軸模組之旋轉，以對該待測物體進行二維的掃瞄。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，進一步包含下列步驟：判斷該待測物體、該待測物體上之一檢測區域及一定位點是否正確；以及若上述判斷結果為是，該方法執行步驟(a)。
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