[发明专利]一种激发光三维聚焦扫描系统及其图像扫描方法

权利要求书

1.一种激发光三维聚焦扫描系统，其特征在于，包括主控制器、存储模块、图像处理和采集模块、激发光扫描子系统、测距传感器以及动态调焦子系统；所述主控制器分别与存储模块、图像处理和采集模块、激发光扫描子系统、测距传感器及动态调焦子系统连接；所述图像处理和采集模块用于输入目标3D模型图像，图像处理和采集模块中的切片软件对3D模型图像进行切片处理，生成的3D图像切片数据存储于存储模块中，同时将该切片数据传输至主控制器；主控制器将存储模块发送的3D模型图像数据进行处理并规划图像扫描路径，同时将控制指令发送给激发光扫描子系统和动态调焦子系统；所述激发光扫描子系统接受主控制器指令后，激发光光源开启发射激发光，用于实现上转换发光介质的激发光二维平面扫描；所述动态调焦子系统接收主控制器指令后，控制与动态调焦子系统中的聚焦镜组连接的步进电机开启，使聚焦镜镜组中的可动透镜沿光路方向移动，改变激发光焦点位置，实现激发光的焦平面沿Z轴方向移动，用于实现上转换发光介质的激发光三维立体扫描；所述测距传感器用于探测激发光扫描子系统中激发光源的镜头到上转换发光介质中激发光焦平面的距离，并发送反馈信号到主控制器，主控制器对信号进行处理后再对动态调焦子系统的发送控制指令进行实时校正；

所述激发光扫描子系统由激发光光源(1)、扩束镜(2)、扫描振镜组(3)及F-Theta场镜(4)组成；所述激发光光源(1)发射出的激发光经扩束镜(2)扩束后,经动态调焦子系统的聚焦和扫描振镜组的反射后,再通过F-Theta场镜(4)后投射到上转换发光介质中激光焦平面位置；

所述扫描振镜组(3)由X轴反射镜、Y轴反射镜及两个步进电机组成，所述两个步进电机分别控制X轴反射镜、Y轴反射镜的转动；主控制器的指令传输给扫描振镜组，控制其带动X轴反射镜和Y轴反射镜的步进电机按照切片数据指令进行的扫描，即可实现上转换发光介质的激发光二维平面扫描；

所述动态调焦子系统由聚焦镜组(5)及聚焦镜镜头传动步进电机组成；所述聚焦镜组(5)由正透镜及负透镜组成，所述聚焦镜镜头传动步进电机与负透镜连接，激发光通过聚焦镜组(5)在介质材料中聚焦，主控制器发出指令控制聚焦镜镜头传动步进电机，使负透镜沿光路方向移动，通过控制负透镜的运动距离改变激发光光束通过整个透镜组的焦点位置，从而控制激发光的焦平面沿Z轴方向移动，即可实现激发光的三维扫描。

2.如权利要求1所述的一种激发光三维聚焦扫描系统的扫描方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：在图像处理和采集模块中输入目标3D模型图像，图像处理和采集模块中的切片软件对图像模型进行切片处理，生成的3D图像切片数据存储于存储模块中，并将该切片数据再传输到主控制器上；主控制器接收存储模块中输出的图像数据进行处理，并对整个扫描系统的扫描路径进行规划；主控制器将存储模块发送的图像切片数据进行处理并规划图像扫描路径，并将控制指令发送给激发光扫描子系统和动态调焦子系统；

步骤二：激发光扫描子系统接收主控制器的控制信号后，激发光光源开启发射激发光；当激发光经过准直扩束镜时，光束被扩束整形从而获得准直的光束；然后激发光光束通过动态调焦子系统的聚焦镜组，从而使激发光光束聚焦；聚焦的激发光光束再依次通过激发光扫描子系统中扫描振镜组的X轴、Y轴反射镜，主控制器读取图像切片数据并分别发送控制指令给X轴、Y轴控制步进电机，实现激发光束在焦平面上的二维平面扫描；通过主控制器发送控制指令给聚焦镜组中的动态聚焦镜镜头传动连接的步进电机，改变前后两透镜之间的距离，从而调控激发光光束的焦平面沿Z轴移动，实现激发光束的三维立体扫描；

步骤三：利用测距传感器测得的激发光扫描子系统激发光源镜头到上转换发光介质中激发光焦平面的距离，并发送反馈信号到主控制器；主控制器对信号进行处理后再对动态调焦子系统发送控制指令进行实时校正；整个激发光三维聚焦扫描系统各个子系统协同工作，进行往复扫描，形成完整的三维图形，实现上转换发光介质中的动态真三维显示。