CN113534448B - 用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器 - Google Patents

Abstract

本发明属于扫描成像设备技术领域，具体涉及用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，包括激光器、扫描器和成像机构；扫描器为多面体扫描器；还包括分别与多面体扫描器同一镜面形成的第一光传输路径和第二光传输路径，以及与多面体扫描器另一镜面形成的第三光传输路径；所述第一光传输路径包括设置在多面体扫描器一侧的第一扫描透镜和可变尺寸的狭缝，所述狭缝覆盖在反射镜表面；所述第二光传输路径包括依次设置在多面体扫描器和激光器之间的1/4波片和偏振分束片；所述第三光传输路径包括依次设置在偏振分束片和多面体扫描器之间的光束偏转机构和中继部。本申请能够大幅度的降低设备成本，满足预算不足的用户的购买需求。

Description

用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器

技术领域

本发明属于扫描成像设备技术领域，具体涉及用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器。

背景技术

为了实现对快速变化的神经活动进行成像，目前的激光扫描显微镜广泛采用共振扫描器做X轴高速扫描。目前全世界只有一家供应商(美国Cambridge Technology Inc.)提供谐振频率为4KHz,8KHz和12KHz三款共振扫描器。以8KHz共振扫描器为例，该共振扫描器正常工作时，可以实现512*512@30fps的成像帧速率。

但是进行神经功能成像时，往往没有必要对整个视场进行成像，而需要对多个较小的感兴趣区域(ROI)进行更高帧速率的成像。当需要更高帧速率时，常用的做法是减少Y方向的行数以提高帧率。为了维持近似方形的感兴趣区域ROI，当ROI的Y方向的尺寸减小时，ROI的X方向的尺寸也会相应减少，共振扫描器的摆动角度就会缩小，这样，用户可以在视场内选择多个ROI,逐个进行更高帧速率的扫描。由于共振扫描器的驱动信号无法叠加直流，有的公司如Thorlabs和Scientifica会增加一个X轴扫描振镜以在X方向大角度移动ROI。该技术被称作R-G-G扫描。

但是，共振扫描器在扫描时，每行的扫描速度并不均匀，具体为在每行中央处光斑的扫描速度最快，在每行两端处光斑会减速至零后再反向加速。当共振扫描器处于扫描线两端时，由于其扫描速度过慢，被扫描的样品承受的光强会非常大，容易出现荧光团被漂白甚至出现生物样品烧坏的情况。这样，当用共振扫描器进行荧光扫描成像时，扫描线两端就需要同步切断激光器的输出(即边缘消隐Edge Blanking)，否则扫描线两端的荧光团就会被漂白丧失活性。

目前，激光扫描显微镜系统中用于快速调制激光幅度的器件是基于普克尔盒的电光调制器或声光调制器。这些产品的价格较高，整套进口产品的价格在16万元人民币左右，导致很多用户面临预算不足的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，在能够实现多个感兴趣区域高速成像的同时，可以大幅度的降低成本，满足预算不足的用户的购买需求。

本发明提供的基础方案为：

用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，包括激光器、扫描器和成像机构；

扫描器为多面体扫描器；还包括分别与多面体扫描器同一镜面形成的第一光传输路径和第二光传输路径，以及与多面体扫描器另一镜面形成的第三光传输路径；所述第一光传输路径包括设置在多面体扫描器一侧的第一扫描透镜和可变尺寸的狭缝，所述狭缝覆盖在反射镜表面；所述第二光传输路径包括依次设置在多面体扫描器和激光器之间的1/4波片和偏振分束片；所述第三光传输路径包括依次设置在偏振分束片和多面体扫描器之间的光束偏转机构和中继部；

激光器输出线偏振激光依次穿过偏振光束片和1/4波片，经过多面体扫描器和第一扫描透镜聚焦传输至反射镜，聚焦在狭缝外的光束无法被反射，聚焦在狭缝内的光束原路反射至偏振光束片；原路返回再次通过1/4波片的光束的偏振方向与原来垂直，偏振分束片将这些光束反射给光束偏转机构；光束偏转机构将光束进行偏转后发送给中继部；中继部将接收到的光束发送给多面体扫描器；多面体扫描器将中继部发送的光束扫描反射给成像机构；成像机构接收到多面体扫描器反射的光束后对扫描对象进行扫描成像；

其中，光束偏转机构包括两个扫描振镜，一个扫描振镜用于对接收到的光束进行X轴的偏转，另一个扫描振镜用于对接收到的光束进行Y轴的偏转。

基础方案工作原理及有益效果：

多面体扫描器也叫多边镜扫描器或多面扫描镜，包括电机与多边棱镜，多边棱镜具有多个反射面，多边棱镜安装在电动机的旋转轴上。通过电机的旋转，多边棱镜可实现高速旋转，从而实现大角度、高速的光束扫描。与共振扫描器相比，由于多面体扫描器的电机有惯性无法快速改变转速，因此是匀速扫描，不用考虑“边缘消隐”的问题。但是，使用多面体扫描器时，多面体扫描器的扫描角度无法快速任意改变，难以实现高帧率的扫描。基于此，申请人针对性的设置了本方案的结构。

激光器发出的光束依次穿过偏振光束片和1/4波片后，经过多面体扫描器的反射后经过第一扫描透镜的聚焦传输至反射镜。之后，反射镜狭缝内的激光束原路反射至偏振光束片，由于原路返回再次通过1/4波片的激光束的偏振方向与原来垂直，激光束达到偏振分束片后会进行反射，即按照第三光传输路径发送给光束偏转机构，光束偏转机构将光束进行偏转后发送给中继部；中继部将接收到的光束发送给多面体扫描器；多面体扫描器将中继部发送的光束扫描反射给成像机构；成像机构接收到多面体扫描器反射的光束后对扫描对象进行扫描成像。

从上述过程可知，多面体扫描器实际用来扫描成像的入射光束，是由反射镜原路返回的光束。而多面体扫描镜的扫描角度与其多边棱镜的反射面面数、尺寸、入射光束直径及入射角相关。在光路传播路径固定的情况下，其扫描角度通常是固定的，难以改变扫描角度。

本方案中，由于反射镜表面覆盖有狭缝，聚焦在狭缝外的光束无法被反射，聚焦在狭缝内的光束原路反射至偏振光束片，通过改变狭缝的尺寸，就可以改变原路返回的光束的直径，即，改变多面体实际用来扫描成像的入射光束的直径。这样，就可以实现多面体扫描器的扫描角度的改变。

除此，光束偏转机构接收到光束后，光束偏转机构的两个扫描振镜分别对光束进行X轴和Y轴的偏转，从而实现在整个视场范围内快速大范围移动ROI成像区域。

这样，本申请通过巧妙的光传输路径，利用狭缝宽度调节来进行多面体扫描器的扫描角度；同时通过光束偏转结构在整个视场范围内快速大范围移动ROI成像区域，克服了多面体扫描器的扫描角度无法快速任意改变，难以实现高帧率扫描的问题。加上多面体扫描器本身不需要“边缘消隐”，实现了“R-G-G扫描+普克尔盒”的效果，并且实际成本只有其1/4左右。

综上，本申请能够实现多个感兴趣区域高速成像的同时大幅度的降低成本，满足预算不足的用户的购买需求，并且可以打破国外厂商对这一领域的垄断地位。

进一步，中继部包括设置在多面体扫描器和光束偏转机构之间的两个中继透镜，光束偏转机构位于第一个中继透镜的一个焦点处，第一个中继透镜的另一个焦点和第二个中继透镜的一个焦点重合，第二个中继透镜的另一个焦点位于多面体扫描器的镜面上。

有益效果：这样，可通过两个中继透镜个成4f光学系统实现扫描的中继。

进一步，反射镜为高反射率的反射镜。

有益效果：可保证反射镜能够承受聚焦的大功率超快脉冲激光。

进一步，光束偏转机构中的两个扫描振镜分开设置，两个扫描振镜之间设置有两个透镜；一个扫描振镜位于第一个透镜的一个焦点处，第一个透镜的另一个焦点和第二个透镜的一个焦点重合，另一个扫描振镜位于第二个透镜的另一个焦点处。

有益效果：与将两个扫描振镜设置在一起相比，两个扫描振镜之间设置两个透镜虽然体积更高、成本更高，但结构更好，并且扫描面没有扭曲，能够实现更好的扫描效果。

进一步，光束偏转机构中的两个扫描振镜设置在一起。

有益效果：与在两个扫描振镜之间设置两个透镜相比，成本更低且体积更小。

本发明还提供同一发明构思下的另一种用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，包括激光器、扫描器和成像机构；

扫描器为多面体扫描器，还包括分别与多面体扫描器同一镜面形成的第一光传输路径和第二光传输路径；所述第一光传输路径包括设置在多面体扫描器一侧的第一扫描透镜和可变尺寸的狭缝，所述狭缝远离第一扫描透镜的一侧设置有第二扫描透镜；

所述第二光传输路径为设置在多面体扫描器和激光器之间的线偏振激光传输路径；

激光器输出的光束经多面体扫描器反射后发送给第一扫描透镜，第一扫描透镜将光束准直后发送给狭缝；狭缝将狭缝内的光束穿过发送给第二扫描透镜；第二扫描透镜将光束发送给成像机构；成像机构对扫描对象进行扫描成像。

工作原理及有益效果：

使用本方案，激光器输出的光束经多面体扫描器反射后发送给第一扫描透镜，第一扫描透镜将光束准直后发送给狭缝；狭缝将狭缝内的光束穿过发送给第二扫描透镜。从上述过程可知，多面体扫描镜反射的实际的扫描光束的直径，可以通过调节狭缝的狭缝宽度进行改变。而多面体扫描镜的扫描角度与其多边棱镜的反射面面数、尺寸、入射光束直径及入射角相关。而在没有设置本方案中的狭缝时，多面体扫描镜反射的扫描光束直径与入射光束直径使用相等。换个说法，改变多面体扫描镜发出的实际的扫描光束的直径，相当于改变了多面体扫描镜的入射光束直径。这样，就可以实现多面体扫描器的扫描角度的改变。之后，第二扫描透镜直接将光束发送给成像机构进行成像。

本方案能够完全替代普克尔盒，且结构更加简单、成本更低。相比于前面的复合扫描器，本方案中复合扫描器因为更加简化了光传输路径，仅通过一次多面体扫描器，使光的透射率更高。同时，因为节省了如波片、偏振分束片和反射镜等器件，成本进一步降低。

进一步，第一扫描透镜与第二扫描透镜的焦距比为1:1。

这个焦距设置，多面体扫描器的反射的光束扫描角度和光束直径不变。

进一步，所述第二扫描透镜连接有第二偏转机构，第二偏转机构包括两组扫描振镜，一组扫描振镜设置在第二扫描透镜和狭缝之间，另一组扫描振镜设置在第二扫描透镜和成像机构之间，两组扫描振镜关于第二扫描透镜对称；每组扫描振镜均包括上下设置的两个扫描振镜；两组扫描振镜位于上方的两个扫描振镜之间设置有第三扫描透镜；同一组的两个扫描振镜平行设置；两组扫描振镜均从靠近第三扫描透镜的方向向两侧倾斜设置；所述第三扫描透镜与第二扫描透镜位于同一竖直线上；

其中，第二偏转机构中的一组扫描振镜用于对接收到的光束进行X轴的偏转，另一组扫描振镜用于对接收到的光束进行Y轴的偏转；第二偏转机构将光发送给成像机构扫描成像。

因为在第二扫描透镜上连接了第二偏转机构，当光由狭缝传输过来后，第二偏转机构的两个扫描振镜分别对光束进行X轴和Y轴的偏转，从而实现在整个视场范围内快速大范围移动ROI成像区域。再然后，成像机构接收到光束偏转机构发送的光束后对扫描对象进行扫描成像。

本方案通过巧妙的光传输路径，利用狭缝宽度调节来进行多面体扫描器的扫描角度；同时通过光束偏转结构在整个视场范围内快速大范围移动ROI成像区域，克服了多面体扫描器的扫描角度无法快速任意改变，难以实现高帧率扫描的问题。加上多面体扫描器本身不需要“边缘消隐”，实现了“R-G-G扫描+普克尔盒”的效果。并且，与本申请另一方案相比，硬件更少、成本更低，激光器发出的光束也只需要经过一次多面体扫描镜，能量损耗更少(多面体扫描器每反射一次，能量剩余约85％)，扫描的质量更好。

本申请能够实现多个感兴趣区域高速成像的同时大幅度的降低成本，满足预算不足的用户的购买需求，并且可以打破国外厂商对这一领域的垄断地位。

进一步，第二扫描透镜与第三扫描透镜的焦距比为1:2.5。

这样的设置，可以适配更多低放大率的物镜，例如CFI75物镜。

进一步，狭缝为电控可调狭缝。

便于使用者调节狭缝宽度，从而更方便的调节多面体扫描器的扫描角度。

进一步，多面体扫描器的扫描速度为1-1000K线/秒。

此为常用的多面体扫描器扫描速度，本方案能够在任意现有扫描速度的多面体扫描器基础上，利用多面体扫描器本身的特性以及本方案的特殊机械结构设置，形成“R-G-G+普克尔盒”的替代方案。

附图说明

图1为本发明实施例一的光路示意图；

图2为本发明实施例三的光路示意图；

图3为本发明实施例四的光路示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：偏振分束片1、1/4波片2、多面体扫描器3、第一扫描透镜4、反光镜5、狭缝6、光束偏转机构7、中继透镜8、第二扫描透镜9、第三扫描透镜10、第二偏转机构11。

由于要实现多个感兴趣区域高速成像需要高帧率的扫描速度，而目前高帧率的扫描设备目前行业又默认为使用共振扫描器。因此，行业其他人员被行业的思维惯性所束缚，在尝试降低设备总成本时，都是以使用共振扫描器为前提，思考怎样解决共振扫描器在高帧率扫描时的问题(即边缘消隐问题)。虽然很多技术人员尝试过不同的解决方案，但效果都不是特别理想。正是因此，设备的整体成本居高不下。

在这样的行业背景下，本发明人打破了行业的技术偏见，没有再继续思考如何解决共振扫描器的边缘消隐问题，而是创造性的提出了一种新的思路，那就是：能否用一种本身就不存在边缘消隐问题的扫描器来作为基础设备，再通过其他的配合结构，让这个基础设备能够实现多个感兴趣区域高速成像。基于上述思路，本发明人通过不断的尝试及改进，得到了本申请的方案。

实施例一

如图1所示，用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，包括激光器、扫描器和成像机构。

其中，扫描器为多面体扫描器3；还包括分别与多面体扫描器3同一镜面形成的第一光传输路径和第二光传输路径，以及与多面体扫描器3另一镜面形成的第三光传输路径；所述第一光传输路径包括设置在多面体扫描器3一侧的第一扫描透镜4和可变尺寸的狭缝6，所述狭缝6覆盖在反射镜表面；所述第二光传输路径包括依次设置在多面体扫描器3和激光器之间的1/4波片2和偏振分束片1；所述第三光传输路径包括依次设置在偏振分束片1和多面体扫描器3之间的光束偏转机构7和中继部。

激光器输出线偏振激光依次穿过偏振光束片和1/4波片2，经过多面体扫描器3和第一扫描透镜4聚焦传输至反射镜，聚焦在狭缝6外的光束无法被反射，聚焦在狭缝6内的光束原路反射至偏振光束片；原路返回再次通过1/4波片2的光束的偏振方向与原来垂直，偏振分束片1将这些光束反射给光束偏转机构7；光束偏转机构7将光束进行偏转后发送给中继部；中继部将接收到的光束发送给多面体扫描器3；多面体扫描器3将中继部发送的光束扫描反射给成像机构；成像机构接收到多面体扫描器3反射的光束后对扫描对象进行扫描成像。成像机构采用现有的结构，如常见的“扫描透镜+套筒透镜+物镜+PMT”结构即可，由于成像机构并非本申请的发明点，在此不再赘述。

具体的，偏振分束片1设置在激光器与多面体扫描器3之间，偏振分束片1的具体安装方式，本领域技术人员按照常规方式安装即可，在此不再赘述。1/4波片2位于偏振分束片1与多面体扫描器3之间，且1/4波片2的光轴与偏振分束片1的透射方向成45度角。第一扫描透镜4为多片透镜个成的消色差宽带镀膜平场光学系统；第一扫描透镜4的一侧焦点位于多面体扫描器3与1/4波片2光轴的交点，且第一扫描透镜4的光轴平行于多面体扫描器3的多边棱镜的X轴；第一扫描透镜4的另一侧焦平面与反射镜的反射面重合。第一扫描透镜4用于接收多面体扫描器3的反射光并发送给反射镜。反射镜为高反射率的反射镜，反射镜的反射面为平面且反射面朝向第一扫描透镜4；狭缝6为电控可调狭缝6，便于使用人员调节狭缝6的宽度。

狭缝6的宽度，本领域技术人员可描根据用户在显微镜软件中选择的图像规格计算出对应的帧率后，根据实际需求具体调节。但需要说明的是，狭缝6宽度应当不大于对第一扫描透镜4发送的光全部进行反射时的宽度，否则狭缝6就失去了其意义。刚好对第一扫描透镜4发送的光全部进行反射时，狭缝的6宽度可根据多面体扫描器3的扫描角度及第一扫描透镜4的焦距确定，具体的，可根据1/4波片2发射给多面体扫描器3的入射光束的直径、入射角度、以及多面体扫描器3的反射面数量，确认多面体扫描器3的扫描角度2a；再结合第一扫描透镜4的焦距f，即可得知，刚好对第一扫描透镜4发送的光全部进行反射时，狭缝6宽度d＝tan(a)*f*2。具体的技术细节属于现有技术，在此不再赘述。

光束偏转机构7包括两个扫描振镜，一个扫描振镜用于对接收到的光束进行X轴的偏转，另一个扫描振镜用于对接收到的光束进行Y轴的偏转。本实施例中，两个扫描振镜设置在一起。中继部包括设置在多面体扫描器3和光束偏转机构7之间的两个中继透镜8，扫描振镜位于第一个中继透镜8的一个焦点处，第一个中继透镜8的另一个焦点和第二个中继透镜8的一个焦点重合，第二个中继透镜8的另一个焦点处位于多面体扫描器3的镜面上，该镜面与第一光传输路径和第二光传输路径共同作用在多面体扫描器3的那个镜面对称设置。中继透镜8采用常规的透镜即可。这样，两个中继透镜8可个成4f光学系统实现扫描的中继。

与本领域技术人员的常规思路不同，本发明人在选择扫描器时，直接选择了多面体扫描器3作为核心设备。多面体扫描器3也叫多边镜扫描器或多面扫描镜，包括电机与多边棱镜，多边棱镜具有多个反射面，多边棱镜安装在电动机的旋转轴上。通过电机的旋转，多边棱镜可实现高速旋转，从而实现大角度、高速的光束扫描。与共振扫描器相比，由于多面体扫描器3的电机有惯性无法快速改变转速，因此是匀速扫描，不用考虑“边缘消隐”的问题。

但是，使用多面体扫描器3时，多面体扫描器3的扫描角度无法快速任意改变，通过现有的技术难以实现高帧率的扫描(神经科学实验中需要的高速扫描可以高达1000fps，如果图像包括512条线，扫描器件的线扫描速率高达512000线每秒，不可能实现)。基于此，本申请人针对性的设置了本方案。通过光束遮挡机构来调节扫描光束的直径，使多面体扫描器3能够改变扫描角度，并通过光束偏转机构7在整个视场范围内快速大范围移动ROI成像区域，从而实现“R-G-G扫描+普克尔盒”的效果。

具体实施过程如下：

激光器发出线偏振光后，会先到达偏振分束片1处。由于偏振分束片1具有将输入的P偏振的光透射、将输入的S偏振的光反射的特性，激光器发出线偏振光中，只有P偏振的线偏振光会穿过偏振分束片1并射向1/4波片2。由于1/4波片2的光轴与偏振分束片1的透射方向成45度角，线偏振光经过1/4波片2后会变成圆偏振光，且其沿着光轴方向比垂直光轴方向相位领先90度。之后，圆偏振光会射向多面体扫描器3的多边棱镜上，经过多边棱镜的反射后射向第一扫描透镜4。由于第一扫描透镜4的一侧焦点位于多面体扫描器3与1/4波片2光轴的交点，且另一侧焦平面与反射镜的反射面重合，第一扫描透镜4会将圆偏振光进行折射聚焦后射向反射镜。

由于反射镜的反射面为平面且反射面朝向第一扫描透镜4，圆偏振光到达反射面后会沿原路依次返回，依次经过第一扫描透镜4、多面体扫描器3并到达1/4波片2。需要说明的是，虽然多面体扫描器3在工作过程中会持续转动，但是其转动速度与光的传播速度相比可以忽略不计，因此，并不会影响到圆偏振光的原路返回。除此，由于反射镜的反射面上设有狭缝6控制部，而狭缝6控制部可控制反射面露出的面积；只有射在反射面露出部分的圆偏振光才能够沿原路返回，其余的圆偏振光由于接触的并非反射面，不会被返回。换个说法，通过狭缝6控制部控制反射面露出的面积，可以控制原路返回的光束的直径。

当接触反射面露出部分的圆偏振光沿原路返回到达1/4波片2后，由于其相位未发生变化，再次经过1/4波片2时，其相位领先就变成了180度，变回线偏振光并射向偏振分束片1，只是此时的偏振方向与开始的时候垂直。换个说法，光束来回两次通过1/4波片2后，变成了偏振方向与开始时候垂直的线偏振光。基于偏振分束片1具有将输入的P偏振的光透射、将输入的S偏振的光反射的特性，原路返回到偏振分束片1的线偏振光，由于偏振方向与开始的时候垂直，偏振分束片1会对其进行反射，将其射向光束偏转机构7。

光束偏转机构7接收到线偏振光后，两个扫描振镜会分别对其进行X轴和Y轴的光束偏转，再发送给中继部，通过光束偏转机构7可以在整个视场范围内快速大范围移动ROI成像区域。再由两个中继透镜8个成4f光学系统实现扫描的中继，将光束发送给多面体扫描器3。之后，再由多面体扫描器3对中继部发送的线偏振光进行扫描反射后发送给成像机构，由成像机构对扫描对象进行扫描成像。

由于多面体扫描器3的扫描角度与其多边棱镜的反射面面数、尺寸、入射光束直径及入射角相关。而多边棱镜的反射面面数及尺寸是出厂是就确定了。本方案可通过狭缝6控制部来控制扫描用的入射光束的直径，从而实现对多面体扫描器3的扫描角度的控制，再通过光束偏转机构7在整个视场范围内快速大范围移动ROI成像区域。加上多面体扫描器3本身不需要“边缘消隐”，实现了“R-G-G扫描+普克尔盒”的扫描效果，并且实际成本却只有“共振扫描器+普克尔盒”的1/4左右。

需要说明的是，ROI之间光斑的快速移动时，如果用调制器关闭激光输入，则不会激发出荧光；如果不关闭激光输入(本方案没有调制器的情况下)，光斑快速移动的轨迹仍然会激发出荧光，但不会造成漂白和烧坏样品，这个时候可以控制采集卡不采样PMT的输出信号，屏幕上就不会出现这条轨迹。

综上，本方案打破了本领域技术人员“必须用共振扫描器来进行高速扫描”的技术偏见，并且使设备的成本超大幅度的下降，让那些原本预算不足的用户也能够购买使用。

实施例二

与实施例一不同的是，本实施例中，光束偏转机构7中的两个扫描振镜分开设置，两个扫描振镜之间设置有两个透镜；一个扫描振镜位于第一个透镜的一个焦点处，第一个透镜的另一个焦点和第二个透镜的一个焦点重合，另一个扫描振镜位于第二个透镜的另一个焦点处。

与将两个扫描振镜设置在一起相比，两个扫描振镜之间设置两个透镜，虽然体积更高、成本更高，但结构更好，并且扫描面没有扭曲，能够实现更好的扫描效果。

实施例三

如图2所示，本申请还提供同一发明构思下的另一种用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，包括激光器、扫描器和成像机构。其中，扫描器为多面体扫描器3。

还包括分别与多面体扫描器3同一镜面形成的第一光传输路径和第二光传输路径；所述第一光传输路径包括设置在多面体扫描器3一侧的第一扫描透镜4和可变尺寸的狭缝6，所述狭缝6远离第一扫描透镜4的一侧设置有第二扫描透镜9。本实施例中，第一扫描透镜4与第二扫描透镜9的焦距比为1:1，这样能够使多面体扫描器3的反射的光束扫描角度和光束直径不变。

所述第二光传输路径为设置在多面体扫描器3和激光器之间的线偏振激光传输路径。

激光器输出的光束经多面体扫描器3反射后发送给第一扫描透镜4，第一扫描透镜4将光束准直后发送给狭缝6；狭缝6将狭缝6内的光束穿过发送给第二扫描透镜9；第二扫描透镜9将光束发送给成像机构；成像机构对扫描对象进行扫描成像。成像机构采用现有的结构，如常见的“扫描透镜+套筒透镜+物镜+PMT”结构即可，由于成像机构并非本申请的发明点，在此不再赘述。

具体实施过程如下：

激光器输出的光束经多面体扫描器3反射后发送给第一扫描透镜4，第一扫描透镜4将光束准直后发送给狭缝6；狭缝6将狭缝6内的光束穿过发送给第二扫描透镜9。从上述过程可知，多面体扫描镜反射的实际的扫描光束的直径，可以通过调节狭缝6的狭缝6宽度进行改变。而多面体扫描镜的扫描角度与其多边棱镜的反射面面数、尺寸、入射光束直径及入射角相关。而在没有设置本方案中的狭缝6时，多面体扫描镜反射的扫描光束直径与入射光束直径使用相等。换个说法，改变多面体扫描镜发出的实际的扫描光束的直径，相当于改变了多面体扫描镜的入射光束直径。这样，就可以实现多面体扫描器3的扫描角度的改变。能够实现多个感兴趣区域高速成像的同时大幅度的降低成本，满足预算不足的用户的购买需求。

并且，与本申请另一技术方案相比，硬件更少、成本更低，激光器发出的光束也只需要经过一次多面体扫描镜，能量损耗更少(多面体扫描器3每反射一次，能量剩余约85％)，扫描的质量更好。

实施例四

如图3所示，与实施例三不同的是，本实施例中，第二扫描透镜9连接有第二偏转机构11，

第二偏转机构11包括两组扫描振镜，一组扫描振镜设置在第二扫描透镜9和狭缝6之间，另一组扫描振镜设置在第二扫描透镜9和成像机构之间，两组扫描振镜关于第二扫描透镜9对称。每组扫描振镜均包括上下设置的两个扫描振镜；两组扫描振镜位于上方的两个扫描振镜之间设置有第三扫描透镜10；同一组的两个扫描振镜平行设置；两组扫描振镜均从靠近第三扫描透镜10的方向向两侧倾斜设置；第三扫描透镜10与第二扫描透镜9位于同一竖直线上。第二偏转机构11中的一组扫描振镜用于对接收到的光束进行X轴的偏转，另一组扫描振镜用于对接收到的光束进行Y轴的偏转；第二偏转机构11将光发送给成像机构扫描成像。

本实施例中，第二扫描透镜9与第三扫描透镜10的焦距比为1:2.5。这样，可以适配更多低放大率的物镜，例如CFI75物镜。

因为在第二扫描透镜9上连接了第二偏转机构11，当光由狭缝6传输过来后，第二偏转机构11的两个扫描振镜分别对光束进行X轴和Y轴的偏转，从而实现在整个视场范围内快速大范围移动ROI成像区域。再然后，成像机构接收到光束偏转机构7发送的光束后对扫描对象进行扫描成像。这样，通过巧妙的光传输路径，利用狭缝6宽度调节来进行多面体扫描器3的扫描角度；同时通过光束偏转结构在整个视场范围内快速大范围移动ROI成像区域，实现“R-G-G扫描+普克尔盒”的效果。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，包括激光器、扫描器和成像机构；其特征在于：

扫描器为多面体扫描器；还包括分别与多面体扫描器同一镜面形成的第一光传输路径和第二光传输路径，以及与多面体扫描器另一镜面形成的第三光传输路径；所述第一光传输路径包括设置在多面体扫描器一侧的第一扫描透镜和可变尺寸的狭缝，所述狭缝覆盖在反射镜表面；所述第二光传输路径包括依次设置在多面体扫描器和激光器之间的1/4波片和偏振分束片；所述第三光传输路径包括依次设置在偏振分束片和多面体扫描器之间的光束偏转机构和中继部；

激光器输出线偏振激光依次穿过偏振光束片和1/4波片，经过多面体扫描器和第一扫描透镜聚焦传输至反射镜，聚焦在狭缝外的光束无法被反射，聚焦在狭缝内的光束原路反射至偏振光束片；原路返回再次通过1/4波片的光束的偏振方向与原来垂直，偏振分束片将这些光束反射给光束偏转机构；光束偏转机构将光束进行偏转后发送给中继部；中继部将接收到的光束发送给多面体扫描器；多面体扫描器将中继部发送的光束扫描反射给成像机构；成像机构接收到多面体扫描器反射的光束后对扫描对象进行扫描成像；

其中，光束偏转机构包括两个扫描振镜，一个扫描振镜用于对接收到的光束进行X轴的偏转，另一个扫描振镜用于对接收到的光束进行Y轴的偏转。

2.根据权利要求1所述的用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，其特征在于：中继部包括设置在多面体扫描器和光束偏转机构之间的两个中继透镜，光束偏转机构位于第一个中继透镜的一个焦点处，第一个中继透镜的另一个焦点和第二个中继透镜的一个焦点重合，第二个中继透镜的另一个焦点位于多面体扫描器的镜面上。

3.根据权利要求1所述的用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，其特征在于：反射镜为高反射率的反射镜。

4.根据权利要求1所述的用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，其特征在于：光束偏转机构中的两个扫描振镜分开设置，两个扫描振镜之间设置有两个透镜；一个扫描振镜位于第一个透镜的一个焦点处，第一个透镜的另一个焦点和第二个透镜的一个焦点重合，另一个扫描振镜位于第二个透镜的另一个焦点处。

5.根据权利要求1所述的用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，其特征在于：光束偏转机构中的两个扫描振镜设置在一起。

6.用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，包括激光器、扫描器和成像机构；其特征在于：

扫描器为多面体扫描器，还包括分别与多面体扫描器同一镜面形成的第一光传输路径和第二光传输路径；所述第一光传输路径包括设置在多面体扫描器一侧的第一扫描透镜和可变尺寸的狭缝，所述狭缝远离第一扫描透镜的一侧设置有第二扫描透镜；

所述第二光传输路径为设置在多面体扫描器和激光器之间的线偏振激光传输路径；

激光器输出的光束经多面体扫描器反射后发送给第一扫描透镜，第一扫描透镜将光束准直后发送给狭缝；狭缝将狭缝内的光束穿过发送给第二扫描透镜；第二扫描透镜将光束发送给成像机构；成像机构对扫描对象进行扫描成像；

所述第二扫描透镜连接有第二偏转机构，第二偏转机构包括两组扫描振镜，一组扫描振镜设置在第二扫描透镜和狭缝之间，另一组扫描振镜设置在第二扫描透镜和成像机构之间，两组扫描振镜关于第二扫描透镜对称。

7.根据权利要求6所述的用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，其特征在于：第一扫描透镜与第二扫描透镜的焦距比为1:1。

8.根据权利要求6所述的用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，其特征在于：每组扫描振镜均包括上下设置的两个扫描振镜；两组扫描振镜位于上方的两个扫描振镜之间设置有第三扫描透镜；同一组的两个扫描振镜平行设置；两组扫描振镜均从靠近第三扫描透镜的方向向两侧倾斜设置；所述第三扫描透镜与第二扫描透镜位于同一竖直线上；

其中，第二偏转机构中的一组扫描振镜用于对接收到的光束进行X轴的偏转，另一组扫描振镜用于对接收到的光束进行Y轴的偏转；第二偏转机构将光发送给成像机构扫描成像。

9.根据权利要求8所述的用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，其特征在于：第二扫描透镜与第三扫描透镜的焦距比为1:2.5。

10.根据权利要求1或6所述的用于多个感兴趣区域高速成像的复合扫描器，其特征在于：狭缝为电控可调狭缝。

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