CN1181784C - 一种带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统 - Google Patents

Abstract

一种带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统，涉及一种光纤相干层析成像技术。本发明的技术方案是在光学相干层析成像(OCT)系统的参考臂或测量臂中光纤准直器发出的平行光路中设置一个自适应光程调节装置，该装置采用一个可移动的立方棱镜或猫眼系统，由方棱镜或猫眼系统的平移来达到光程调节的目的。由于立方棱镜或猫眼系统具有反射光始终同入射光平行的特性，因此立方棱镜或猫眼系统平移中角度的微小摆动对后面的光学系统不会产生任何影响，从而达到了自适应光程调节的目的。本发明可以做到在光程调节中即使使用不太精密的机械系统，系统的光学特性也非常稳定。

Description

一种带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统

技术领域

本发明涉及一种光学相干层析成像(OCT)系统，尤其涉及一种带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统，属于医疗仪器技术领域。

背景技术

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)是近年来发展起来的新技术，与已有的层析成像技术(X光CT、核磁共振CT和超声CT)比较，OCT具有不接触、无损伤、成像清晰等优点。OCT技术在医学领域得到广泛的应用，可用于眼科，皮科，食道和胃的一些疾病的早期诊断。在材料和基础研究中也有广泛的应用。

OCT系统包括相干长度非常短的光源，一个迈克尔逊干涉仪，这个干涉仪通常是光纤做的，一个测量臂，光照射到待测的样品上，一个参考臂，光照射到反射镜上，一个光电转换器以及后面电信号的处理系统。由于光源相干长度非常短，只有参考臂光程同测量臂光程(指物理光程)差在相干长度以内的光才能发生干涉。OCT系统只对干涉的信号进行测量。由于光有一定的穿透能力，从样品不同深度反向散射的光是不等光程的，只有非常薄的一部分样品散射的光才能同参考光路返回来的光干涉。也就是说，OCT只测量非常薄的一部分样品反向散射的光。当改变参考臂光程时，同参考光相干涉的样品散射光的部分也就不一样，这相当于测不同深度的样品，参考臂光程扫描一次(约2mm)，则相当于测量样品从0-2mm深度不同处样品的散射信号。如果样品入射光在x方向扫描，深度方向为y方向，OCT就得到一个纵向切的图像。OCT可以得到三维图象，只要再加上z向扫描即可。

参考臂光程的改变是由光学延迟线来完成的。目前只有光学延迟线才能快速改变光程。其频率可达10KHz，如每幅图400行，则每秒可得25幅图，实现了视频测量。

由于光学延迟线只能改变光程2mm，而参考光路和测量光路光程之差对不同样品可能会大于2mm。这样，对感兴趣的部位可能测不到。为了测量，通常都有一个改变光程的部分。OCT在实际使用中，在测量前改变光程的部分总是要调节的，这种调节通常是自动的。如果调节影响光学系统则是非常不当的。为避免调节过程对系统产生影响，通常都要有非常精密的机械保证。但仍存在一些信号不稳定的问题。

现有技术中是通过双光程光学延迟线(即参考臂)的平面反射镜进行调节的，光学延迟线包括光纤准直器1、闪耀光栅2、消色差透镜3、振镜4和平面反射镜5组成，光栅和振镜设置在消色差透镜的两个焦平面上，如图1所示。平行光入射到光栅上，由光栅衍射，不同波长的光衍射角不一样，通过透镜，每一个波长的光将聚焦在振镜上，由于振镜的振动作用光程会改变。经振镜反射的光经过透镜后各波长的光将变成平行光，但不同波长的光方向不一样。经光栅衍射后，各种不同波长的光将变成平行光，但不同波长的光有一错位。经平面反射镜5反射后，不仅可以达到二次延迟的目的，而且可以消除错位。各种波长不同的光不仅平行，而且重合为一束。沿原路返回，达到光程变化的作用。光程的变化量由透镜焦距f和振镜的振幅决定，频率由振镜振动频率决定。光程的自动调节由反射镜5的前后移动完成。反射镜5在前后移动中难免发生左右位移和角度的改变。左右位移的改变没有影响，但角度的改变影响非常大。如角度改变α，分析表明，反射光束方向改变2α，这一变化影响到返回光点的变化，反射光点位移aL，L是光在延迟线中走过的全部光程，约50cm。光点的变化将使光不能沿原光路返回。所以α很小的变化将影响到系统工作的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统，在基本不改变现有的光学系统的基础上，即使使用不太精密的机械系统进行调节，系统光学性质也非常稳定，也就是当光程调节系统中运动件出现小的平移和角漂移变化时不会产生返回光点的位移，因而不会影响返回光的强度，使系统工作达到更加稳定。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统，主要包括光源、2×2光纤耦合器、测量臂、参考臂、光电转换器及信号处理系统，所述的参考臂和测量臂中均包括光纤准直器，其特征在于：在所述的参考臂的光纤准直器或测量臂的光纤准直器发出的平行光路中增设自适应光程调节装置，该装置采用一个可移动的使反射光始终同入射光平行的立方棱镜或猫眼系统。

本发明的技术方案还在于：所述的参考臂还包括由消色差透镜、光栅、振镜以及平面反射镜组成的光学延迟线，其特征在于：所述的平面反射镜固定不动，所述的自适应光程调节装置设置在所述的光纤准直器和光栅之间的光路中。

本发明所述的自适应光程调节装置还包括一个设置在立方棱镜或猫眼系统与光栅之间的平面反射镜。

本发明的突出特点是基本不改变原有的光学系统，结构简单，只是在参考臂或测量臂中增加了一个可移动的立方棱镜或一个猫眼系统。虽然立方棱镜或猫眼系统在移动中也会发生平移和角度的变化。但分析表明：平移量非常小，不会影响光的返回。角度变化时，由于立方棱镜或猫眼系统具有反射光始终同入射光平行的特性，即入射到光学延迟线的光方向永远是不变的。这样在调节过程中就对光学系统不产生任何影响。从而达到了自适应光程调节的目的。本发明可以做到(在光程调节中)即使使用不太精密的机械系统，系统的光学性质也非常稳定。这就是我们说的自适应。

附图说明

图1为现有技术中OCT系统的光学延迟线(即参考臂)的原理结构示意图。

图2为本发明自适应光学调节装置实施例的系统结构示意图，表示在光学延迟线的光纤准直器发出的平行光路中设置了一个立方棱镜。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的原理及具体实施方式：

本发明是在原有的OCT系统的参考臂或测量臂的光路中设置了一个自适应光程调节装置，该光学调节装置采用一个立方棱镜或猫眼系统，即装在光纤准直器发出的平行光路中。图2是本发明的一个具体实施例，该实施例表明当OCT系统的参考臂采用由光纤准直器1、消色差透镜3、閃耀光栅2、振镜4以及平面反射镜5组成的光学延迟线时，自适应光程调节装置采用一个立方棱镜7，该立方棱镜设置在光纤准直器1发出的平行光路中，并使平面反射镜5静止不动。

为了使其结构紧凑，还可以在立方棱镜发出的光路中设置一个平面反射镜6。

由于平面反射镜5是不动的，这样就不存在反射镜角度的变化。其光程的调节是由立方棱镜的前后移动完成的。当然，立方棱镜在移动中也会发生平移和角度的变化。但分析表明：平移量非常小，不会影响光的返回。角度变化时由于立方棱镜的特性反射光始终同入射光平行，即入射到光学延迟线的光的方向永远是不变的。这样在调节过程中就对光学系统不产生任何影响。立方棱镜和猫眼系统的特性分析在已有的技术中早已公开。猫眼系统与立方棱镜具有相同的特性，反射光始终同入射光平行，因此在OCT系统的参考臂或测量臂的光路中设置一个可移动立方棱镜或猫眼系统，不会影响原光学系统，这样在光程调节过程中就对光学系统不产生任何影响，在系统的调节中运动件小的平移和角漂变化不影响返回光的强度，从而达到了自适应光程调节的目的，使系统工作更加稳定。

Claims (3)

1.一种带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统，主要包括光源、2×2光纤耦合器、测量臂、参考臂、光电转换器及信号处理系统，所述的参考臂和测量臂中均包括光纤准直器，其特征在于：在所述的参考臂的光纤准直器或测量臂的光纤准直器发出的平行光路中增设自适应光程调节装置，该装置采用一个可移动的使反射光始终同入射光平行的立方棱镜或猫眼系统。

2.按照权利要求1所述的带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统，其特征在于：所述的参考臂还包括由消色差透镜、光栅、振镜以及平面反射镜组成的光学延迟线，所述的平面反射镜固定不动，所述的自适应光程调节装置设置在所述的光纤准直器和光栅之间的光路中。

3.按照权利要求1或2所述的带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统，其特征在于：所述的自适应光程调节装置还包括一个平面反射镜。

Images