高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)提供了一種高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，通過(guò)在光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的樣品臂增設(shè)第一光纖耦合器和光纖陣列來(lái)將對(duì)樣品的探測(cè)光束分割為多束子探測(cè)光束，并在各子探測(cè)光路中加入光學(xué)延遲線，使各子探測(cè)光束產(chǎn)生不同的光程/相位延遲，從而對(duì)各子探測(cè)光束的成像信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，實(shí)現(xiàn)樣品表面多點(diǎn)同時(shí)采樣，信號(hào)同時(shí)檢測(cè)，高速成像的目的。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)創(chuàng)造涉及光學(xué)相干層析成像
，特別涉及一種高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography，OCT)是一種新穎生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，具有高分辨率、高速實(shí)時(shí)、高靈敏度、非侵入無(wú)損檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注并且得到迅速發(fā)展。高速成像是OCT發(fā)展的趨勢(shì)，但OCT的成像速率主要受到系統(tǒng)光源和光探測(cè)器件性能限制。就目前而言提高OCT成像掃描速度的方法主要分兩種，第一種采用高性能的光學(xué)設(shè)備如高頻掃頻激光光源和高速探測(cè)器等，通過(guò)高頻次掃描和探測(cè)提高系統(tǒng)速度性能。但掃描速率的提高，必然會(huì)使靈敏度明顯下將，且掃頻光源頻率的提高會(huì)導(dǎo)致掃描波長(zhǎng)范圍下降，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。除此之外，這種方法受到當(dāng)前光源和探測(cè)器性能參數(shù)的嚴(yán)格限制，只能依靠關(guān)鍵器件的更新才能提高OCT的性能，擴(kuò)展性差，且高端產(chǎn)品價(jià)格昂貴；第二種采用多個(gè)光源和多通道探測(cè)器實(shí)現(xiàn)并行掃描探測(cè)，這種方法大大增加了OCT系統(tǒng)復(fù)雜性，且相關(guān)的系統(tǒng)成本也將大大上升。以上分析可見(jiàn)，無(wú)論是使用高性能器件，還是采用并行探測(cè)技術(shù)，都不是一種理想的提升OCT掃描速度的方法，因此必須另尋途徑，在最佳性價(jià)比基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種具有高靈敏度的高速掃描OCT成像系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)創(chuàng)造的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一中低成本，同時(shí)具有高靈敏度的高速掃描OCT成像系統(tǒng)。專利技術(shù)思路：由于單點(diǎn)掃描速度的提高比較困難，而且會(huì)造成成像質(zhì)量下降，因此本申請(qǐng)的專利技術(shù)人期望在不提高單點(diǎn)掃描速度的條件下來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的掃描速度，該條件下只能通過(guò)一次性掃描多點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是，目前的一次掃描多點(diǎn)是依賴于并行探測(cè)技術(shù)，這種技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。為此，專利技術(shù)人提成了將數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中的復(fù)用思維應(yīng)用至OCT設(shè)備中，通過(guò)復(fù)用的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)檢測(cè)，避免了系統(tǒng)復(fù)雜的問(wèn)題。本專利技術(shù)創(chuàng)造的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：1.高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，包括光束發(fā)生裝置：生成探測(cè)光束和與探測(cè)光束相干的基準(zhǔn)光束；樣品臂：使得探測(cè)光束掃描到待探測(cè)樣品上，探測(cè)光束經(jīng)樣品反射產(chǎn)生樣品光束；光檢測(cè)裝置：令樣品光束與樣品光束相互干涉以生成干涉光，并對(duì)所述干涉光進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于：所述樣品臂還將探測(cè)光束分為至少兩束子探測(cè)光束，各束子探測(cè)光束經(jīng)過(guò)時(shí)長(zhǎng)/相位不一的延遲后對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行掃描。其中，所述樣品臂包括第一光纖耦合器、光纖陣列和探測(cè)光路，所述光纖陣列包括至少兩個(gè)光纖單元，每個(gè)光纖單元經(jīng)一條光學(xué)延遲線連接至光纖耦合器，所述第一光纖耦合器將探測(cè)光束分離為至少兩束子探測(cè)光束，各束子探測(cè)光束經(jīng)光學(xué)延遲線進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)/相位不一的延遲后導(dǎo)向各個(gè)光纖單元，光纖單元與探測(cè)光路耦合以使子探測(cè)光束傳輸至探測(cè)光路，所述探測(cè)光路使得探測(cè)光束掃描到待探測(cè)樣品上。其中，所述光纖陣列的光纖單元沿一條直線排列，以構(gòu)成1*N式光纖陣列，其中N≥2。其中，所述光纖陣列的光纖單元等間距分布。其中，所述光束發(fā)生裝置包括光源和第二光纖耦合器，所述光源發(fā)出的光束經(jīng)第二光纖耦合器分解為探測(cè)光束和參考光束，所述參考光束經(jīng)參考臂反射形成基準(zhǔn)光束。其中，所述光束發(fā)生裝置包括光源和功率放大器，所述功率放大器將所述光源發(fā)出的光束進(jìn)行功率擴(kuò)大后傳送這第二光纖耦合器。其中，所述光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)是時(shí)域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)或者頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)。其中，將探測(cè)光束分為至少兩束子探測(cè)光束，各束字探測(cè)光束經(jīng)過(guò)時(shí)長(zhǎng)/相位不一的延遲后對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行掃描，探測(cè)設(shè)備區(qū)分不同延遲量的干涉信號(hào)并分別檢測(cè)。其中，所有子探測(cè)光束沿Y方向成直線排列，探測(cè)時(shí)令所有子探測(cè)光束沿X方向逐點(diǎn)掃描。其中，所述X方向與Y方向相互垂直。本專利技術(shù)創(chuàng)造的有益效果：本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)和成像方法，通過(guò)在樣品臂增設(shè)第一光纖耦合器和光纖陣列來(lái)將探測(cè)光束分離為多束子探測(cè)光束，并利用光學(xué)延遲線對(duì)各束子探測(cè)光束進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)/相位不一的延遲，從而對(duì)不同的子探測(cè)光束進(jìn)行區(qū)分，達(dá)到一次掃描多個(gè)點(diǎn)的目的。附圖說(shuō)明利用附圖對(duì)本專利技術(shù)創(chuàng)造作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)創(chuàng)造的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。圖1為本專利技術(shù)創(chuàng)造高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中包括有： 1——光源、2——第二光纖耦合器、3——參考臂、31——第一準(zhǔn)直透鏡、32——反光鏡、4——樣品臂、41——第一光纖耦合器、42——光纖延遲線、43——光纖陣列、44——第二準(zhǔn)直透鏡、45——掃描振鏡、46——聚焦透鏡、5——探測(cè)器。具體實(shí)施方式結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)創(chuàng)造作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1本專利技術(shù)創(chuàng)造高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的具體實(shí)施方式之一，該實(shí)施例是應(yīng)用于掃頻OCT，如圖1所示，包括：光源1、2×2的第二光纖耦合器2、參考臂3、樣品臂4和探測(cè)器5，參考臂3包括第一準(zhǔn)直透鏡31和反光鏡32，樣品臂4包括1×N的第一光纖耦合器41、光纖延遲線42、光纖陣列43、第二準(zhǔn)直透鏡44、掃描振鏡45和聚焦透鏡46。光源1輸出的光束在2×2光纖耦合器中被分成兩路，一路為參考光束，在參考臂3中經(jīng)反光鏡32經(jīng)反射鏡調(diào)制反射回來(lái)形成基準(zhǔn)光束；另一路為探測(cè)光束，信號(hào)光束經(jīng)樣品臂4后聚焦在樣品表面，含有樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的樣品光束被反射回原樣品臂4中，并在2×2光纖耦合器中與反射回來(lái)的基準(zhǔn)光束相遇，當(dāng)兩束光的光程差在相干長(zhǎng)度內(nèi)時(shí)將發(fā)生干涉，最后經(jīng)光電探測(cè)器5檢測(cè)輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行信號(hào)處理和圖像重構(gòu)。本實(shí)施例中，光源1可以是SLD寬帶光源、飛秒脈沖激光和掃頻激光等可用于OCT的光源。由于在樣品臂4光路中進(jìn)行分光設(shè)計(jì)，會(huì)造成每個(gè)光路單元中的光功率嚴(yán)重衰減。而且系統(tǒng)的快速成像掃描意味著信噪比降低，要實(shí)現(xiàn)一定的動(dòng)態(tài)范圍，可以采用功率較高的光源1，確保經(jīng)過(guò)分束后的每束子探測(cè)光束在對(duì)樣品掃描時(shí)具有較高信噪比。多路分光后單束子探測(cè)光束的光功率和探測(cè)器的分辨率是決定光路單元數(shù)目的因素之一，具體的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際使用設(shè)備的性能參數(shù)調(diào)整分光光路數(shù)目，本實(shí)施例中，由于參考臂3中光衰減較小，而樣品臂4中衰減厲害，第二光纖耦合器2可根據(jù)實(shí)際情況采用5:95或10:90的分光比，提高樣品臂4的光功率。本實(shí)施例應(yīng)用于掃頻OCT中，參考臂3需進(jìn)行相位調(diào)制。參考光臂包括第一準(zhǔn)直透鏡31和反光鏡32， 參考光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡照射到反光鏡上，被反光鏡調(diào)制后反射回來(lái)形成基準(zhǔn)光束。本實(shí)施例中，樣品臂4包括1×4的第一光纖耦合器41，第一光纖耦合器41將樣品光等分為4束子探測(cè)光束，各束子探測(cè)光束相互獨(dú)立，并分別經(jīng)過(guò)不同的光學(xué)延遲線42進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)不一的延遲后傳輸?shù)焦饫w陣列43，從光纖陣列43射出后依次經(jīng)第二準(zhǔn)直透鏡44、掃描振鏡45和聚焦透鏡46作用，同時(shí)對(duì)樣品的4個(gè)采樣點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行并行采集。本實(shí)施例中光纖陣列的光纖單元采用沿Y方向等間距分布，因此投射到樣品表面的掃描點(diǎn)也為等間距點(diǎn)，有利于結(jié)構(gòu)圖像的還原。同時(shí)，掃描時(shí)采用令所有子探測(cè)光束沿X方向逐點(diǎn)掃描，X方向與Y方向相互垂直，以便于圖像的還原。本實(shí)施例中的探測(cè)器5，對(duì)于掃頻OCT可使用光電探測(cè)器5。光電探測(cè)器5接收干涉光強(qiáng)信號(hào)，掃頻OCT在光源功率和探測(cè)器分辨率足夠高的條件下可以容易實(shí)現(xiàn)多光路單元同步掃描。本實(shí)施例在合理利用掃本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，包括光束發(fā)生裝置：生成探測(cè)光束和與探測(cè)光束相干的基準(zhǔn)光束；樣品臂：使得探測(cè)光束掃描到待探測(cè)樣品上，探測(cè)光束經(jīng)樣品反射產(chǎn)生樣品光束；光檢測(cè)裝置：令樣品光束與樣品光束相互干涉以生成干涉光，并對(duì)所述干涉光進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于：所述樣品臂還將探測(cè)光束分為至少兩束子探測(cè)光束，各束子探測(cè)光束經(jīng)過(guò)時(shí)長(zhǎng)/相位不一的延遲后對(duì)待探測(cè)樣品進(jìn)行掃描。

【技術(shù)特征摘要】
1.高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，包括光束發(fā)生裝置：生成探測(cè)光束和與探測(cè)光束相干的基準(zhǔn)光束；樣品臂：使得探測(cè)光束掃描到待探測(cè)樣品上，探測(cè)光束經(jīng)樣品反射產(chǎn)生樣品光束；光檢測(cè)裝置：令樣品光束與樣品光束相互干涉以生成干涉光，并對(duì)所述干涉光進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于：所述樣品臂還將探測(cè)光束分為至少兩束子探測(cè)光束，各束子探測(cè)光束經(jīng)過(guò)時(shí)長(zhǎng)/相位不一的延遲后對(duì)待探測(cè)樣品進(jìn)行掃描。2.如權(quán)利要求1所述的高速光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，其特征在于：所述樣品臂包括第一光纖耦合器、光纖陣列和探測(cè)光路，所述光纖陣列包括至少兩個(gè)光纖單元，每個(gè)光纖單元經(jīng)一條光學(xué)延遲線連接至光纖耦合器，所述第一光纖耦合器將探測(cè)光束分離為至少兩束子探測(cè)光束，各束子探測(cè)光束經(jīng)光學(xué)延遲線進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)/相位不一的延遲后導(dǎo)向各個(gè)光纖單元，光纖單元與探測(cè)光路耦合以使子探測(cè)光束傳輸至探測(cè)光路，所述探測(cè)光路使得探測(cè)光束掃...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉海，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東莞理工學(xué)院，
類型：新型
國(guó)別省市：廣東;44