CN108143395A - 一种单光源多路分区扫频oct系统及其分区扫频实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单光源多路分区扫频OCT系统及其分区扫频实现方法，所述多路分区扫频OCT系统包括：扫频光源、主路耦合器、数据采集模块、数据处理模块、参考臂和多个光路传输单元，每个光路传输单元包括：环形器、支路耦合器、样品臂和平衡光电放大器，所述扫频光源通过光纤与主路耦合器相连，主路耦合器通过多条光纤分别连接至每个光路传输单元的环形器，环形器通过光纤分别与平衡光电放大器和支路耦合器连接，支路耦合器通过光纤分别与样品臂和参考臂相连，每个平衡光电放大器均电连接至数据采集模块，数据采集模块与数据处理模块相连。本发明能够解决现有扫频OCT系统扫描速率完全依赖于扫频光源速率，扫描速度无法继续提升的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光电仪器设备技术领域，具体涉及一种单光源多路分区扫频OCT系统及其分区扫频实现方法。
背景技术
OCT全称“光学相干层析”，是一种利用光学干涉手段，提取组织深层(<3.5mm)信息的技术。OCT系统自1992年进入临床后，在眼科、心血管科、皮肤科广泛应用，OCT技术发明至今，已经历三次技术迭代。第一代技术是时域OCT，扫描速度非常慢(A-Scan速度为百赫兹数量级)。第二代技术是谱域OCT，扫描速度显著提升(A-Scan速度为万赫兹数量级)。而第三代技术是扫频OCT，扫描速度进一步提升至十万赫兹数量级(A-Scan)。
扫频光源是扫频OCT系统中的最核心器件，其正本占到扫频OCT系统的60％，扫频OCT的扫描速度完全依赖于扫频光源的速度。当前商用扫频光源速度的上限是200kHz(A-Scan)，该速度可以满足通常扫描需要，但若需要进行大范围(>20mm*20mm)或超高速(<0.3s)三维OCT成像，200k(A-Scan)的扫描速度已无法满足需要，扫描速度无法继续提升。
本发明提供一种单光源多路分区扫频OCT系统及其分区扫频实现方法，能够解决现有扫频OCT系统速率完全依赖于扫频光源速率的问题，在扫频光源不更换，系统成本增加不超过30％的前提下，将单路扫频光源的输出信号进行复用，用多路分区扫描的方式，将扫描速度提升多倍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单光源多路分区扫频OCT系统及其分区扫频实现方法，用以解决现有扫频OCT系统扫描速率完全依赖于扫频光源速率，扫描速度无法继续提升的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种单光源多路分区扫频OCT系统，所述多路分区扫频OCT系统包括：扫频光源、主路耦合器、数据采集模块、数据处理模块、参考臂和多个光路传输单元，每个光路传输单元包括：环形器、支路耦合器、样品臂和平衡光电放大器，所述扫频光源通过光纤与主路耦合器相连，主路耦合器通过多条光纤分别连接至每个光路传输单元的环形器，环形器通过光纤分别与平衡光电放大器和支路耦合器连接，支路耦合器通过光纤分别与样品臂和参考臂相连，每个平衡光电放大器均电连接至数据采集模块，数据采集模块与数据处理模块相连。
作为优选的技术方案，所述主路耦合器的信号输出端口通过光纤连接有校准单元，所述校准单元的信号输出口连接至数据采集模块。
作为优选的技术方案，所述主路耦合器包括至少三个信号输出端口，至少三个信号输出端口分别通过光纤与校准单元和至少两个光路传输单元相连。
作为优选的技术方案，所述环形器具有第一端口、第二端口和第三端口，第一端口、第二端口和第三端口分别与主路耦合器、支路耦合器和平衡光电放大器相连，其中，所述第二端口通过两个信号接口分别与第一端口和第三端口导通。
作为优选的技术方案，所述多个光路传输单元共用一个参考臂，每个光路传输单元的支路耦合器均通过光纤与参考臂相连。
作为优选的技术方案，所述多个光路传输单元的样品臂发出的信号光分别扫描多个不同的探测区域。
提供一种单光源多路分区扫频OCT系统的分区扫频实现方法，所述分区扫频实现方法包括：扫频光源将扫频光信号通过光纤传输至主路耦合器；主路耦合器将扫频光信号分解成多路光信号再传输至多个光路传输单元；支路耦合器将光信号分解成两路输出给样品臂和参考臂；样品臂发出的信号光扫描相应的探测区域；样品臂回传探测光信号至支路耦合器，同时参考臂返回参考光信号至支路耦合器；参考光信号在支路耦合器中对探测光信号进行干涉形成耦合光信号；耦合光信号从环形器第二端口输入，再以最低损耗从环形器的第三端口输出至平衡光电放大器；平衡光电放大器将耦合光信号转化为模拟电信号，再通过导线将模拟电信号输出到数据采集模块的输入端；数据采集模块再将模拟电信号转化为数字电信号，并发送给数据处理模块；数据处理模块对数字电信号进行计算处理最终生成与探测区域对应的图像。
作为优选的技术方案，所述主路耦合器分解后的多路光信号分别从每个光路传输单元的环形器的第一端口输入，再从环形器的第二端口输出给支路耦合器。
作为优选的技术方案，所述多个光路传输单元通过同一个参考臂返回的参考光信号至支路耦合器对样品臂返回的探测光信号进行干涉。
作为优选的技术方案，所述校准单元将主路耦合器的输出端发出的光源信号转化为采样电信号，数据采集模块采集采样电信号和平衡光电放大器发送来的信号并发送至数据处理模块，数据处理模块通过采样电信号对平衡光电放大器发送来的信号进行校正。
本发明方法具有如下优点：
(1)本发明将光信号分成多路进行扫描，能够在固定时间内实现更大的扫描范围；
(2)本发明实现样品臂的信号光同时对样品的分区扫描，能够在固定范围内使用更短的扫描时间；
(3)本发明能够实现在扫频光源不更换，系统成本增加不超过30％的前提下，将扫描速度提升多倍。
附图说明
图1为本发明提供的一种单光源多路分区扫频OCT系统具有两个光路传输单元的结构示意图。
图2为本发明提供的一种单光源多路分区扫频OCT系统具有三个光路传输单元的结构示意图。
图中：扫频光源1、主路耦合器2、校准单元3、数据采集模块4、数据处理模块5、环形器6、支路耦合器7、样品臂8、参考臂9、平衡光电放大器10、第一端口11、第二端口12、第三端口13和探测区域14。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种单光源多路分区扫频OCT系统，包括：扫频光源1、主路耦合器2、数据采集模块4、数据处理模块5、参考臂9和两个光路传输单元，扫频光源1通过光纤与主路耦合器2相连，主路耦合器2有三个输出端口，分别通过光纤与校准单元3和每个光路传输单元的环形器6相连。每个光路传输单元包括：环形器6、支路耦合器7、样品臂8和平衡光电放大器10，环形器6通过光纤分别与平衡光电放大器10和支路耦合器7连接，支路耦合器7再通过光纤分别与样品臂8和参考臂9相连，每个平衡光电放大器10均电连接至数据采集模块4，数据采集模块4与数据处理模块5相连。主路耦合器2通过光纤连接有校准单元3，校准单元3通过导线连接至数据采集模块4。
进一步地，光信号在主路耦合器2的分散作用下容易损耗，因此在主路耦合器2和支路耦合器7之间设置环形器6来减少损耗，环形器6具有第一端口11、第二端口12和第三端口13，第一至三端口分别与主路耦合器2、支路耦合器7和平衡光电放大器10相连，第二端口12通过两个信号接口分别与第一端口11和第三端口13导通，且信号在环形器6中的传递为单向传递，从第一端口11进第二端口12出和第二端口12进第三端口13出。两个光路传输单元共用一个参考臂9，每个光路传输单元的支路耦合器7均通过光纤与参考臂9相连，能够保证在设备成本最低的情况下，保证系统的效率。
更进一步地，每个光路传输单元的样品臂8发出的信号光扫描对应的两个不同的探测区域14，能够在固定时间内，实现更大的扫描范围，在固定范围内，实现更短的扫描时间，从而提升图像信噪比。
本发明提供一种单光源多路分区扫频OCT系统的分区扫频实现方法，包括：扫频光源1将扫频光信号通过光纤传输至主路耦合器2；主路耦合器2将扫频光信号分解成多路光信号再传输至多个光路传输单元，分解后的每一路光信号从每个光路传输单元的环形器6的第一端口11输入，再从环形器6的第二端口12输出给支路耦合器7，支路耦合器7再将光信号分解成两路输出给样品臂8和参考臂9；样品臂8发出的信号光扫描相应的探测区域14并回传探测光信号至支路耦合器7，同时参考臂9返回参考光信号至支路耦合器7；参考光信号在支路耦合器7中对探测光信号进行干涉形成耦合光信号；耦合光信号从环形器6第二端口12输入，再以最低损耗从环形器6的第三端口13输出至平衡光电放大器10；平衡光电放大器10将耦合光信号转化为模拟电信号，再通过导线将模拟电信号输出到数据采集模块4的输入端；数据采集模块4再将模拟电信号转化为数字电信号，并发送给数据处理模块5进行计算处理最终生成与探测区域14对应的图像。其中，对样品臂8返回至支路耦合器7的探测光信号进行干涉的参考光信号为同一个参考臂9返回的参考光信号。
主路耦合器2的输出端连接有校准单元3，校准单元3将主路耦合器2的输出端发出的光源信号转化为采样电信号，数据采集模块4采集采样电信号和平衡光电放大器10发送来的信号并发送至数据处理模块5，数据处理模块5通过采样电信号对平衡光电放大器10发送来的信号进行校正，利用采样电信号进行重采样，根据输出图像上的各像元在输入图像中的位置,对原始图像按一定规则重新采样，进行亮度值的插值运算，对图像进行恢复，保证图像的准确性。
实施例2
本发明提供了提供一种单光源多路分区扫频OCT系统，其结构与实施例一基本相同，其区别在于，在实施例一的基础上，又增加了以下特征，做出了进一步的改进，提高了本发明的使用性能。
如图2所示，光路传输单元为3个，每个光路传输单元的样品臂8发出的信号光扫描对应的三个不同的探测区域14，能够在固定时间内，扫描的范围更大，在固定范围内，扫描的时间更短。能够实现在系统成本增加不超过30％的前提下，将扫描速度提升多倍。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种单光源多路分区扫频OCT系统，其特征在于，所述多路分区扫频OCT系统包括：扫频光源(1)、主路耦合器(2)、数据采集模块(4)、数据处理模块(5)、参考臂(9)和多个光路传输单元，每个光路传输单元包括：环形器(6)、支路耦合器(7)、样品臂(8)和平衡光电放大器(10)，所述扫频光源(1)通过光纤与主路耦合器(2)相连，主路耦合器(2)通过多条光纤分别连接至每个光路传输单元的环形器(6)，环形器(6)通过光纤分别与平衡光电放大器(10)和支路耦合器(7)连接，支路耦合器(7)通过光纤分别与样品臂(8)和参考臂(9)相连，每个平衡光电放大器(10)均电连接至数据采集模块(4)，数据采集模块(4)与数据处理模块(5)相连。
2.如权利要求1所述的一种单光源多路分区扫频OCT系统，其特征在于，所述主路耦合器(2)的信号输出端口通过光纤连接有校准单元(3)，所述校准单元(3)的信号输出口连接至数据采集模块(4)。
3.如权利要求1所述的一种单光源多路分区扫频OCT系统，其特征在于，所述主路耦合器(2)包括至少三个信号输出端口，至少三个信号输出端口分别通过光纤与校准单元(3)和至少两个光路传输单元相连。
4.如权利要求1所述的一种单光源多路分区扫频OCT系统，其特征在于，所述环形器(6)具有第一端口(11)、第二端口(12)和第三端口(13)，第一端口(11)、第二端口(12)和第三端口(13)分别与主路耦合器(2)、支路耦合器(7)和平衡光电放大器(10)相连，其中，所述第二端口(12)通过两个信号接口分别与第一端口(11)和第三端口(13)导通。
5.如权利要求1所述的一种单光源多路分区扫频OCT系统，其特征在于，所述多个光路传输单元共用一个参考臂(9)，每个光路传输单元的支路耦合器(7)均通过光纤与参考臂(9)相连。
6.如权利要求1所述的一种单光源多路分区扫频OCT系统，其特征在于，所述多个光路传输单元的样品臂(8)发出的信号光分别扫描多个不同的探测区域(14)。
7.一种单光源多路分区扫频OCT系统的分区扫频实现方法，其特征在于，所述分区扫频实现方法包括：
扫频光源(1)将扫频光信号通过光纤传输至主路耦合器(2)；
主路耦合器(2)将扫频光信号分解成多路光信号再传输至多个光路传输单元；
支路耦合器(7)将光信号分解成两路输出给样品臂(8)和参考臂(9)；
样品臂(8)发出的信号光扫描相应的探测区域(14)；
样品臂(8)回传探测光信号至支路耦合器(7)，同时参考臂(9)返回参考光信号至支路耦合器(7)；
参考光信号在支路耦合器(7)中对探测光信号进行干涉形成耦合光信号；
耦合光信号从环形器(6)第二端口(12)输入，再以最低损耗从环形器(6)的第三端口(13)输出至平衡光电放大器(10)；
平衡光电放大器(10)将耦合光信号转化为模拟电信号，再通过导线将模拟电信号输出到数据采集模块(4)的输入端；
数据采集模块(4)再将模拟电信号转化为数字电信号，并发送给数据处理模块(5)；
数据处理模块(5)对数字电信号进行计算处理最终生成与探测区域(14)对应的图像。
8.如权利要求7所述的一种单光源多路分区扫频OCT系统的分区扫频实现方法，其特征在于，所述主路耦合器(2)分解后的多路光信号分别从每个光路传输单元的环形器(6)的第一端口(11)输入，再从环形器(6)的第二端口(12)输出给支路耦合器(7)。
9.如权利要求7所述的一种单光源多路分区扫频OCT系统的分区扫频实现方法，其特征在于，所述多个光路传输单元通过同一个参考臂(9)返回的参考光信号至支路耦合器(7)对样品臂(8)返回的探测光信号进行干涉。
10.如权利要求7所述的一种单光源多路分区扫频OCT系统的分区扫频实现方法，其特征在于，所述校准单元(3)将主路耦合器(2)的输出端发出的光源信号转化为采样电信号，数据采集模块(4)采集采样电信号和平衡光电放大器(10)发送来的信号并发送至数据处理模块(5)，数据处理模块(5)通过采样电信号对平衡光电放大器(10)发送来的信号进行校正。
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