CN103543495B - 一种图像采集和原位投影的光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像采集和原位投影的光学装置，包括波分复用模块，用于将两种不同波长的光束复用至光纤中；光纤准直器，用于将光纤中输出的光束进行准直；聚焦透镜，用于将准直后的光束进行聚焦；MEMS扫描镜，用于将聚焦后的光束反射到成像物体表面；光电检测模块，用于接收成像物体表面反射回的近红外光并将其转变为电信号；成像和投影控制模块，用于根据电信号控制波分复用模块输出两种不同波长的光束，并控制MEMS扫描镜的偏转速度。本发明由于成像光源和投影光源输出的光被耦合到同一根光纤中再准直输出，保证了二者的光路完全重合，可以在物体表面得到无漂移的投影图像；并且性能稳定、体积小、成本低。

Description

一种图像采集和原位投影的光学装置

技术领域

本发明属于图像检测技术领域，更具体地，涉及一种图像采集和原位投影的光学装置。

背景技术

可见光波段为390-780nm，当物体表面各部分能够对此波段的光形成差异化的反射率，就可以产生色彩或者灰度，形成人眼可见的图像。但是也存在很多物体，其表面各部分对可见光的反射率无明显差异，因此在可见光照射下，不能呈现出人眼可见的表面图像。如果改成以可见光波段之外的其他光线来照射，就可能产生差异化的反射率，然而所呈现的图像不能被人眼直接观察到，只能以各种光电探测器来检测。

比如某些肤色较深或者脂肪层偏厚的人，其手背的静脉轮廓不甚清晰可见，而当以近红外光照射时，则可以产生明显差异化的反射率，形成图像，然而此图像非人眼可见。如果能够以近红外波段的光电探测器检测此图像，再以检测到的图像数据对可见光进行调制，原位投影到手背上，则可以观察到静脉的清晰轮廓。

因此对人眼不能直接观察的物体表面图像，可以通过分析物体的光谱特征，选择以一种波长的光线（不可见光）来照射物体，并以相应的光电探测器来采集图像信息，再通过另一种波长的光线（可见光），将图像原位投影到物体的表面，其效果等同于人眼直接观察到物体的表面图像。

现有的图像采集和原位投影技术主要有两种，第一种是以红外CCD直接对物体表面成像，再以液晶面板将图像通过可见光投影到物体表面，这种技术方案的优点是成像和投影速度快，缺点是成本昂贵；第二种是以红外光、扫描镜、光探测器构成扫描成像系统，以可见光和扫描镜构成扫描投影系统，这种技术方案的优点是成本较低，其成像和投影速度稍低，但是可以满足要求，因为人眼的视觉驻留效应，只要投影速度达到每秒25帧以上即可。

图像采集和原位投影技术，要求投影光路与成像光路完全重合，以上两种技术方案，均通过空间光路来实现二者的共线设计，运用了多组棱镜和透镜进行光路调整，光路结构复杂，不仅调节麻烦、误差较大，而且占用空间，难以做到小型化。以上第二种方案中，如图1所示，近红外光源1发出近红外光，经过滤波片和后续的透镜组约束光束大小后并聚焦到投影物体表面，然后近红外光束入射到行扫描镜，假如将物体表面通过XY坐标系将各个点进行定位，转动行扫描镜的镜面就可以将光束沿着X方向进行扫描。然后近红外光束入射到场扫描镜，转动场扫描镜的镜面就可以将光束沿着Y方向进行扫描，这样就可以将物体表面的每一个点都扫描到。近红外光束经过物体表面反射后经过光电探测器处理后转化为电信号输入到控制模块中，控制可见光源2发出可见光，并让光电探测模块暂停工作。可见光经过上述光路路线之后，最终投射到物体表面成像，显现出静脉位置。采用一个行扫描镜和一个场扫描镜，实现二维扫描成像和投影，两个扫描镜使光路结构复杂化，并难以实现小型化设计。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种图像采集和原位投影的光学装置，其目的在于提供一种可以实现投影光路与成像光路的精确重合的光学装置，由此解决现有技术中光路结构复杂且误差大的技术问题。

本发明提供了一种图像采集和原位投影的光学装置，包括波分复用模块，用于将两种不同波长的光束复用至光纤中；光纤准直器，通过所述光纤与所述波分复用模块连接，用于将所述光纤中输出的光束进行准直；聚焦透镜，用于将准直后的光束进行聚焦；MEMS扫描镜，用于将聚焦后的光束反射到成像物体表面；光电检测模块，用于接收所述成像物体表面反射回的近红外光并将其转变为电信号；以及成像和投影控制模块，分别与所述波分复用模块、所述MEMS扫描镜和所述光电检测模块连接，用于根据所述电信号控制所述波分复用模块输出两种不同波长的光束，并控制所述MEMS扫描镜的偏转速度，还控制所述光电检测模块在近红外光时工作，在可见光时暂停工作。

更进一步地，所述波分复用模块包括第一半导体激光器、第二半导体激光器、滤波片和第一光纤头；所述第一半导体激光器的输入控制端与所述成像和投影控制模块连接，作为成像光源，用于输出一种波长（成像光源使用的是近红外光）的光束；所述第二半导体激光器的输入控制端与所述成像和投影控制模块连接，作为投影光源，用于输出另一种波长（投影光源是可见光）的光束；两种不同波长的光束分别通过所述滤波片和所述第一光纤头复用到同一根光纤中。

更进一步地，所述光纤准直器包括同轴设置的第二光纤头、准直透镜和玻璃管；所述玻璃管为环状圆柱体且内部中空的结构，所述第二光纤头和所述准直透镜设置于所述玻璃管内，所述第二光纤头用于固定光纤，所述玻璃管用于固定所述第二光纤头和所述准直透镜。

更进一步地，所述准直透镜为第一柱形透镜，所述第一柱形透镜的输入表面为平面，所述第一柱形透镜的输出表面为凸球面。

更进一步地，所述准直透镜为第二柱形透镜，所述第二柱形透镜的输入表面为平面，所述第二柱形透镜的输出表面为平面，所述第二柱形透镜的折射率沿径向按照抛物线规律渐变递减。

更进一步地，所述聚焦透镜的聚焦光斑的直径2ω_f，准直光束的尺寸2ω_c和所述聚焦透镜的焦距f满足公式λ为近红外光的波长或可见光的波长。

更进一步地，所述MEMS扫描镜的扫描速度大于每秒25帧。

本发明还提供了一种医用静脉影像仪，包括用于以近红外光照射成像，再通过可见光原位投影于待测物体的光学装置，其特征在于，所述光学装置上述的光学装置。

本发明由于成像光源和投影光源输出的光被耦合到同一根光纤中再准直输出，因此可以保证二者的光路完全重合，从而可以在物体表面得到无漂移的投影图像。并且波分复用模块具有性能稳定和体积小、成本低的特点；采用二维MEMS扫描镜，进一步简化了光路结构并缩小了系统的尺寸）

附图说明

图1是现有技术提供的光学装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的图像采集和原位投影的光学装置的模块结构示意图；

图3是本发明实施例提供的图像采集和原位投影的光学装置中波分复用模块的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的图像采集和原位投影的光学装置中光纤准直器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的图像采集和原位投影的光学装置中MEMS扫描镜的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

鉴于上述，针对现有技术的不足，本发明通过引入光纤和MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微电子机械系统）技术，提出了一种新型的图像采集和原位投影的光学装置，可以实现投影光路与成像光路的精确重合，并具有结构简单、体积小和成本低的特点。

本发明提出的图像采集和原位投影的光学装置，包括波分复用模块1、光纤准直器2、聚焦透镜3、MEMS扫描镜4、光电检测模块5、以及成像和投影控制模块6。波分复用模块1输出的光由光纤输出到光纤准直器2，然后光束通过光路经过聚焦透镜3，其中光纤准直器2的中心与聚焦透镜3的中心同在光束中心，MEMS扫描镜4中心设置于光束的中心。光电检测模块5置于经物体表面反射后的光束路径上，成像和投影控制模块6控制波分复用模块1中的两个光源的开断以及MEMS扫描镜4的偏转速度，同时控制光电检测模块5在近红外光时工作，在可见光时暂停工作。

其中，波分复用模块1中包括两个发射不同波长的半导体激光器、一个滤波片和一个光纤头，两个激光器分别作为成像光源和投影光源，二者发出的不同波长的光束，通过滤波片复用到同一根光纤中。光纤准直器2将光纤中输出的光束进行准直。聚焦透镜3将准直后的光束进行聚焦于成像物体表面。MEMS扫描镜4将光束反射到成像物体表面。光电检测模块5接收成像物体表面反射回的近红外光并将其转变为电信号，并将电信号通过电路输入到成像和投影控制模块6。成像和投影控制模块6通过电路分别控制波分复用模块1中的两半导体激光器的开断以及MEMS扫描镜4的偏转速度，同时控制光电检测模块5在近红外光时工作，在可见光时暂停工作。

该光学装置的工作原理是，首先通过成像和投影控制模块6点亮波分复用模块1中的成像光源发出近红外光，近红外光信号入射到光纤准直器2并将近红外光信号转换为准直近红外光束，准直红外光束入射到聚焦透镜3后聚焦到MEMS扫描镜4上，并由成像和投影控制模块6提供电压控制其偏转速度。MEMS扫描镜4将入射光束反射并聚焦到成像物体表面的某个点后，近红外光束再次反射，并将反射的近红外光信号入射到光电探测模块5，光电探测模块5探测成像物体表面的反射光，由成像物体表面不同点所接收到的光信号强度不同从而测得不同反射点的反射率，以此得到反射点的图像灰度，然后由光电探测模块5反馈给成像和投影控制模块6一个电信号使成像和投影控制模块6控制波分复用模块1关掉近红外光源，打开投影可见光源发出可见光信号，与此同时成像和投影模块6控制光电检测模块5在近红外光时工作，在可见光时暂停工作。然后可见光信号入射到光纤准直器2将可见光信号转换为准直可见光束，准直可见光束入射到聚焦透镜3后聚焦到其焦点处MEMS扫描镜4上，MEMS扫描镜4将入射光束投影并聚焦到成像物体表面第一次反射位置。通过成像和投影控制模块6的协调控制，让MEMS扫描镜4以大于每秒25帧的速度进行二维扫描，并且光电检测模块5和波分复用模块1的响应和切换速度高于扫描速度，就可以在物体表面得到稳定的二维投影图像。

在本发明实施例中，光纤准直器由一个光纤头和一个准直透镜组成。所述光纤准直器中的准直透镜可以采用C-Lens或者自聚焦透镜，准直光束的光斑尺寸，取决于所采用透镜的参数。所述光纤准直器和波分复用模块中的光纤头，是通过一个毛细管固定光纤，以便在应用中进行装配和定位。所述光纤头中的毛细管，其内径稍大于光纤外径，其外径则根据定位和装配的需要进行设计，毛细管材料可以采用玻璃或者陶瓷。波分复用模块中的滤波片，对成像光波长透射，而对投影光波长反射；或者对成像光波长反射，而对投影光波长透射。波分复用模块中的两个激光器均为半导体激光器，可靠性高、功耗低且利于小型化封装。

作为本发明的一个实施例，波分复用模块中用于耦合输出的光纤，可以是单模光纤，也可以是多模光纤。聚焦透镜由多片单透镜组成，可以进行消像差设计，在物体表面得到较小的聚焦光斑，保证成像和投影的图像分辨率。MEMS扫描镜，可以沿着X轴和Y轴进行二维扫描，扫描面积取决于扫描镜的偏角幅度和被扫描物体与扫描镜的距离。

本发明实施例由于成像光源和投影光源输出的光被耦合到同一根光纤中再准直输出，因此可以保证二者的光路完全重合，从而可以在物体表面得到无漂移的投影图像。并且波分复用模块具有性能稳定和体积小、成本低的特点。采用二维MEMS扫描镜，进一步简化了光路结构并缩小了系统的尺寸。

本发明的主要思想是将成像光源和投影光源通过波分复用技术耦合到同一根光纤中，然后通过光纤准直器输出，从原理上保证成像光路和投影光路完全重合；以一个二维偏转的MEMS扫描镜代替传统结构中的行扫描镜和场扫描镜两个扫描镜，实现整个系统的小型化设计。

本发明实施例提供的光学装置与现有技术相比，主要区别是现有技术运用多个透镜组进行光束变化以达到两光束的光路重合，但是光束在传播时是有发散角的，这里使用多透镜也是为了避免两光束在传播过程中由于发散角导致的最后投影在物体表面是光斑大小不同而造成的投影失真这一情况的发生。同时，这个方案的扫描方式是用两个扫描镜对X方向和Y方向分开扫描，故而集成程度不高，占用了很大的空间。而本发明使用光纤将两光束耦合在一起，即使光束在传播过程中会有发散角，但是一直束缚在一根光纤中，所以可以很好的保证两光束的光路重合。同时使用体积微小的MEMS扫描镜，可以同时对X方向和Y方向进行扫描从而达到二维扫描，而我们经过一些结构参数的设计使得光束到达MEMS扫描镜时光斑很小，能够由MEMS完全反射。另外，现有技术是将光路在空间中传播，运用透镜组进行多次光路变换，不仅占用空间，而且光路重合效果很差，从而造成了误差。本发明是将两束光都耦合在一根光纤中，从而做到光路重合。而且在扫描和投影上，原有方案是用两个镜子（分别是行扫描镜以及场扫描镜）分别对X方向和Y方向进行扫描和投影，从而达到二维扫描。而本方案则是使用MEMS扫描镜，其结构微小，而且运用静电引力或者磁场引力作用于MEMS扫描镜的X轴与Y轴，使得MEMS扫描镜能在X方向和Y方向上都能进行转动，从而进行二维扫描。

为了更进一步的说明本发明实施例提供的光学装置，现结合附图对本发明做进一步描述：

参阅附图2，该图像采集和原位成像光学装置的具体实施例中，包括波分复用模块1、光纤准直器2、聚焦透镜3、MEMS扫描镜4、光电检测模块5、以及成像和投影控制模块6，其中成像和投影控制模块6可以对波分复用模块1、MEMS扫描镜4和光电检测模块6三者进行协调控制，从而保证系统的正常工作。

参阅附图3，波分复用模块1中包括第一半导体激光器11、第二半导体激光器13、滤波片12和第一光纤头14，两个激光器分别作为成像光源和投影光源，二者发出的不同波长的光束，通过滤波片12复用并耦合到同一根光纤中。其中第一半导体激光器作为成像光源，输出近红外光；第二半导体激光器作为投影光源，输出可见光；两种不同波长的光束分别通过滤波片和第一光纤头复用到同一根光纤中。

该光学装置的工作原理是，首先通过成像和投影控制模块6点亮波分复用模块1中的成像光源发出近红外光，近红外光信号入射到光纤准直器2并将近红外光信号转换为准直近红外光束，准直红外光束入射到聚焦透镜3后聚焦到MEMS扫描镜4上，并由成像和投影控制模块6提供电压控制其偏转速度。MEMS扫描镜4将入射光束反射并聚焦到成像物体表面的某个点后，近红外光束再次反射，并将反射的近红外光信号入射到光电探测模块5，光电探测模块5探测成像物体表面的反射光，由成像物体表面不同点所接收到的光信号强度不同从而测得不同反射点的反射率，以此得到反射点的图像灰度，然后由光电探测模块5反馈给成像和投影控制模块6一个电信号使成像和投影控制模块6控制波分复用模块1关掉近红外光源，打开投影可见光源发出可见光信号，与此同时成像和投影模块6控制光电检测模块5在近红外光时工作，在可见光时暂停工作。然后可见光信号入射到光纤准直器2将可见光信号转换为准直可见光束，准直可见光束入射到聚焦透镜3后聚焦到其焦点处MEMS扫描镜4上，MEMS扫描镜4将入射光束投影并聚焦到成像物体表面第一次反射位置。通过成像和投影控制模块6的协调控制，让MEMS扫描镜4以大于每秒25帧的速度进行二维扫描，并且光电检测模块5和波分复用模块1的响应和切换速度高于扫描速度，就可以在物体表面得到稳定的二维投影图像。

参阅附图4，光纤准直器2由第二光纤头21、准直透镜22和玻璃管23组成，第二光纤头21、准直透镜22和玻璃管23同轴设置；玻璃管23为环状圆柱体且内部中空的结构，第二光纤头21和所述准直透镜22设置于玻璃管23内，第二光纤头21用于固定光纤头和准直透镜22。其中，玻璃管为环状圆柱体，内部中空，其内径包着光纤头和准直透镜，光纤头，用以固定光纤头和准直透镜。光纤头是毛细玻璃管，光纤插入光纤头内管，光纤头用以对光纤起支撑和固定作用，光纤外径略小于光纤头内径。准直透镜的轴线与光纤在同一直线上。综合来说，玻璃管、准直透镜、光纤透镜、光纤是同轴的，也就是说它们的轴线是在同一条直线上。第二光纤头21对光纤起支撑和定位作用，其内径稍大于光纤外径，其外径则根据装配需要设计，第二光纤头21一般以玻璃或者陶瓷材料制作。准直透镜22可以采用C-Lens或者自聚焦透镜，如附图4（a）所示，C-Lens是一种柱形透镜，输入和输出表面分别为平面和凸球面，准直光束的光斑尺寸2ω_c取决于光波长λ、光纤中的模场直径2ω₀、以及C-Lens参数：材料折射率n和球面曲率半径R，如式（1）。

${\mathrm{\ω}}_c=\frac{\mathrm{\λR}}{(n-1)\mathrm{\π}{\mathrm{\ω}}_0}---\left(1\right)$

如附图4（b）所示，自聚焦透镜是一种渐变折射率的柱形透镜，两个表面均为平面，透镜轴线位置的折射率最高，折射率沿径向按照抛物线规律渐变递减，如式（2），准直光束的光斑尺寸2ω_c取决于光波长λ、光纤中的模场直径2ω₀、以及自聚焦透镜参数：轴线位置折射率n₀、折射率渐变常数和透镜长度Z，如式（3）。

$n\left(r\right)=n_0[1-{\left(\sqrt{A}r\right)}^2]---\left(2\right)$

${\mathrm{\ω}}_0=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\π}{\mathrm{\ω}}_0{n}_0\sqrt{A}}---\left(3\right)$

玻璃管23内径与第二光纤头21和准直透镜22的外径精密配合，保证第二光纤头21和准直透镜22同轴封装，因而准直光束沿光纤准直器2的轴线方向输出。

选定准直透镜22的类型并合理设计各项参数，就可以得到需要的准直光斑尺寸。聚焦透镜3由多片单透镜组成并进行消像差设计，最终聚焦光斑的直径2ω_f取取决于准直光束的尺寸2ω_c和聚焦透镜3的焦距f，如式（4）。

${\mathrm{\ω}}_f=\frac{\mathrm{\λf}}{\mathrm{\π}{\mathrm{\ω}}_c}---\left(4\right)$

其中，λ为近红外光的波长或可见光的波长。对于近红外光和可见光，各有两个波长，此时的ω_c由于波长不同而不同，因此ω_f也会由于波长的不同而不同。焦距f经过计算后应该是一个固定值，由于波长的不同导致的ω_f不同因为人眼的辨别能力一般是辨别的出来的。

参阅附图5，MEMS扫描镜4的镜面通过两个框架（X轴框架和Y轴框架）和两对偏转轴（X偏转轴和Y偏转轴）支持，在静电引力或者电磁引力的驱动下，可以沿着X轴和Y轴两个轴线偏转，从而达到对镜面的倾斜，从而调节入射光的入射角，使得出射光出射方向不同从而对成像物体表面进行扫描以及投影，从而进行光束扫描偏转。光束在物体表面的扫描范围取决于扫描镜的偏角幅度±θ_x、±θ_y和物体与扫描镜的距离L，如式（5）。

D_x×D_y＝4Lθ_x×4Lθ_x  （5）

由于MEMS扫描镜4持续的进行二维扫描，为了在物体表面形成稳定的投影图像，要求其扫描速度大于每秒25帧。在扫描镜停留于某个偏转角度的极短暂时段内，要通过成像和投影控制模块6，完成点亮成像光源、光电检测、关掉成像光源、点亮投影光源等一系列动作，因此要求成像和投影控制模块6、波分复用模块1、光电检测模块5的响应和切换速度，高于MEMS扫描镜4的扫描速度。

由于成像光源和投影光源输出的光被耦合到同一根光纤中再准直输出，因此可以保证二者的光路完全重合，可以在物体表面得到无漂移的投影图像，并且波分复用模块1具有性能稳定和体积小、成本低的特点。采用二维MEMS扫描镜4，具有尺寸小和扫描角度大的特点，有利于系统的小型化设计，可以应用于一些手持式仪表中。

该图像采集和原位投影光学装置的一个典型应用就是医用静脉影像仪，比如某些肤色较深或者脂肪层偏厚的人，其手背的静脉轮廓不甚清晰可见，可以采用本发明的光学装置，以近红外光照射成像，再通过可见光原位投影于手背，就可以观察到静脉的清晰轮廓。

本发明相对于现有技术主要有两点改进（1）使用光纤做到两光束的光路完全重合，原有技术使用多透镜组对光束进行光路变换以做到两光路重合，调节复杂而且精确度低，而本发明使用一跟光纤，将两束光都耦合到这一根光纤中，从而很好的达到光路重合的目的，并不需要很复杂的调节，而且两光束在同一根光纤中达到光路重合，精确度也有保证。（2）使用MEMS扫描镜进行扫描，原来的方案是用行扫描镜和场扫描镜分别对正交的两个方向进行扫描，从而达到二维扫描，而本发明中使用MEMS扫描镜，原理是通过对镜子两个正交轴即X轴和Y轴上施加静电引力或者电磁引力使得X轴和Y轴将MEMS扫描镜进行全方位的调整也即通过一个MEMS扫描镜可以将光束同时沿着物体表面进行扫描，做到二维扫描，同时MEMS扫描镜本身结构微小，可以做到微小化设计。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种图像采集和原位投影的光学装置，其特征在于，包括：

波分复用模块(1)，用于将两种不同波长的光束复用至光纤中；所述两种不同波长的光束分别为近红外光和可见光；

光纤准直器(2)，通过所述光纤与所述波分复用模块(1)连接，用于将所述光纤中输出的光束进行准直；

聚焦透镜(3)，用于将准直后的光束进行聚焦；

MEMS扫描镜(4)，用于将聚焦后的光束反射到成像物体表面；

光电检测模块(5)，用于接收所述成像物体表面反射回的近红外光并将其转变为电信号；以及

成像和投影控制模块(6)，分别与所述波分复用模块(1)、所述MEMS扫描镜(4)和所述光电检测模块(5)连接，用于根据所述电信号控制所述波分复用模块(1)输出两种不同波长的光束，并控制所述MEMS扫描镜(4)的偏转速度，还控制所述光电检测模块(5)在近红外光时工作，在可见光时停止工作；

所述波分复用模块(1)包括第一半导体激光器(11)、第二半导体激光器(13)、滤波片(12)和第一光纤头(14)；

所述第一半导体激光器(11)的输入控制端与所述成像和投影控制模块(6)连接，作为成像光源，用于输出一种波长的光束；

所述第二半导体激光器(13)的输入控制端与所述成像和投影控制模块(6)连接，作为投影光源，用于输出另一种波长的光束；

两种不同波长的光束分别通过所述滤波片(12)和所述第一光纤头(14)复用到同一根光纤中。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述光纤准直器(2)包括同轴设置的第二光纤头(21)、准直透镜(22)和玻璃管(23)；所述玻璃管(23)为环状圆柱体且内部中空的结构，所述第二光纤头(21)和所述准直透镜(22)设置于所述玻璃管(23)内，所述第二光纤头(21)用于固定光纤，所述玻璃管用于固定所述第二光纤头和所述准直透镜。

3.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述准直透镜(22)为第一柱形透镜，所述第一柱形透镜的输入表面为平面，所述第一柱形透镜的输出表面为凸球面。

4.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述准直透镜(22)为第二柱形透镜，所述第二柱形透镜的输入表面为平面，所述第二柱形透镜的输出表面为平面，所述第二柱形透镜的折射率沿径向按照抛物线规律渐变递减。

5.如权利要求1-4任一项所述的光学装置，其特征在于，所述聚焦透镜(3)的聚焦光斑的直径2ω_f，准直光束的尺寸2ω_c和所述聚焦透镜(3)的焦距f满足公式λ为近红外光的波长或可见光的波长。

6.如权利要求1-4任一项所述的光学装置，其特征在于，所述MEMS扫描镜的扫描速度大于每秒25帧。

7.一种医用静脉影像仪，包括用于以近红外光照射成像，再通过可见光原位投影于待测物体的光学装置，其特征在于，所述光学装置为权利要求1-4任一项所述的光学装置。