CN108956533A - 一种可消除多色误差的oct共轭镜像去除装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除装置及方法。该装置包括包括CCD相机、刻线光栅、上位机、压电陶瓷、分光镜、样品、物镜、GRIN光纤准直器及超辐射发光二极管。本发明对干涉信号进行信号重构时，使用宽带光源的波长对固定相移量进行修正，计算出一组变化的相移量，因为经过修正的相移量都是无误差的，所以重构后的干涉信号不受宽带光源多色误差的影响。对此干涉信号进行快速傅里叶变换即可去除共轭镜像，将系统的探测深度提高一倍。在不增加传统移相法的数据量的情况下，完全去除宽带光源多色误差的影响，同时提高系统误差容忍度。

Description

一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除装置及方法
技术领域
本发明涉及一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除装置及方法。
背景技术
传统的移相法大部分是采用数据采集卡控制电压输出从而驱动压电陶瓷来进行移相。通过此方法来获得相对于光源中心波长具有不同相位差的干涉信息。在信号重构的过程中以中心波长处的固定相移量代替各波长处的相移量。通过对重构后的干涉信号进行快速傅里叶变换所获得的共轭镜像抑制比受到光源带宽所产生的多色误差影响很大。而探测光源带宽的增加可以提高OCT系统的纵向分辨率。这就不可避免的在光源带宽的选择上产生了矛盾。
发明内容
为了克服传统移相法的受光源多色误差影响大的缺点，本发明提出了一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除法。本发明所提出的移相法能够完全消除光源带宽多引起的多色误差影响，还能提高系统的误差容忍度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除装置，其包括CCD相机、柱透镜、刻线光栅、上位机、压电陶瓷、分光镜、样品、物镜、GRIN光纤准直器及超辐射发光二极管；所述超辐射发光二级管所发射出的光经过一GRIN光纤准直器准直成一束平行光；该平行光经过一物镜被聚焦，然后经过一分光镜被分成功率相等的两束光，一束为样品光，一束为参考光；样品光射向样品，参考光射向压电陶瓷；当两束具有一定光程差的光重合时产生干涉；产生的干涉信号被所述刻线光栅按波长展开并被一CCD相机所捕获；CCD相机与上位机电性连接；所述上位机与压电陶瓷电性连接；所述参考光经压电陶瓷被被上位机接收；所述上位机通过输出电压来控制压电陶瓷伸缩量。
在本发明一实施例中，还包括采光镜、狭缝及反射镜；干涉信号依次通过采光镜、狭缝、反射镜射向刻线光栅。
在本发明一实施例中，还包括一柱透镜；所述柱透镜设置在刻线光栅与CCD相机之间。
本发明还提供一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除方法，其包括以下步骤：步骤 S1：由一超辐射发光二级管所发射出的光经过一GRIN光纤准直器准直成一束平行光；步骤 S2：该平行光经过一物镜被聚焦，然后经过一分光镜被分成功率相等的两束光，一束为样品光，一束为参考光；当两束具有一定光程差的光重合时产生干涉；步骤S3：产生的干涉信号被一刻线光栅按波长展开并被一CCD相机所捕获；CCD相机所捕获的干涉信号如式(1)所示：
I(k)＝DC+AC+∑nAnr(k)exp[-j2k(zn-zr)] (1)
DC＝Irr(k)+∑nInn(k) (2)
AC＝∑n≠mAnm(k)exp[-j2k(zn-zm)] (3)
其中，DC为直流信号，AC为样品臂各层的自相干信号，Anr是光源的光强分布函数，zn和 zm是样品臂的光程，zr是参考臂的光程，k为波数；步骤S4：对的CCD所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到一组变化的相移量；步骤S5：对重构后的干涉信号进行傅里叶变换，除共轭镜像，获得的样品的深度信息。
在本发明一实施例中，步骤S4包括以下步骤：步骤S41：将公式(1)简化为式(4)
其中，为各反射层干涉信号的合相位，为经过波长修正后的相移量，将随着波长的变化而变化；步骤S42：通过上位机控制NI采集卡输出电压控制压电陶瓷伸缩量来获得移相步长为90°的五个干涉信号，其公式表达如式(5)所示：
通过式(5)，计算出各个波长处的干涉信号的强度与相位：
步骤S43：重构后的干涉信号表示为：
本发明在进行信号重构时，使用光源波长对移相量进行修正得到一组随波长变化的相移量，然后再对重构的干涉信号进行快速傅里叶变换。因为重构时所使用的相移量都是无误差的，所以重构后的干涉信号不受光源多色误差的影响。
与现有技术相比，本发明型的有益效果是，在不增加传统移相法的数据量的情况下，完全去除宽带光源多色误差的影响，同时提高系统误差容忍度。
附图说明
图1是本发明型结构的原理图。
图2是CCD相机所采集的五个相位的干涉信号。
图3是经过波长修正后的五组变化的相位图。
图4是本发明型与传统方法的共轭镜像抑制比的对比图。
图5是本发明型与传统方法的共轭镜像抑制比与光源带宽的关系。
图6是本发明型与传统方法的共轭镜像抑制比与移相误差的关系。
图中1.CCD相机，2.柱透镜，3.刻线光栅，4.上位机，5.压电陶瓷，6.分光镜，7.样品， 8.物镜，9.GRIN光纤准直器，10.超辐射发光二极管，11.采光镜，12.狭缝，13.反射镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
针对传统移相法在去除共轭镜像时会受到宽带光源所产生的多色误差的影响而无法完美去除的问题，提出了一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除法。本发明专利所提出的方法在对干涉信号进行信号重构时，不使用中心波长所对应的固定相移量进行计算，而是使用宽带光源的波长对固定相移量进行修正，计算出一组变化的相移量。因为经过修正的相移量都是无误差的，所以重构后的干涉信号不受宽带光源多色误差的影响。对此干涉信号进行快速傅里叶变换即可去除共轭镜像，将系统的探测深度提高一倍。
本发明一实施例的结构原理示意图参见图1。
一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除装置，其包括CCD相机1、刻线光栅3、上位机4、压电陶瓷5、分光镜6、样品7、物镜8、GRIN光纤准直器9及超辐射发光二极管10；所述超辐射发光二级管所发射出的光经过一GRIN光纤准直器准直成一束平行光；该平行光经过一物镜被聚焦，然后经过一分光镜被分成功率相等的两束光，一束为样品光，一束为参考光；样品光射向样品，参考光射向压电陶瓷；当两束具有一定光程差的光重合时产生干涉；产生的干涉信号被所述刻线光栅按波长展开并被一CCD相机所捕获；CCD相机与上位机电性连接；所述上位机与压电陶瓷电性连接；所述参考光经压电陶瓷被被上位机接收；所述上位机通过输出电压来控制压电陶瓷伸缩量。
在本发明一实施例中，还包括采光镜11、狭缝12及反射镜13；干涉信号依次通过采光镜、狭缝、反射镜射向刻线光栅。
在本发明一实施例中，还包括一柱透镜2；所述柱透镜设置在刻线光栅与CCD相机之间。
本发明还提供一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除方法，其包括以下步骤：步骤 S1：由一超辐射发光二级管所发射出的光经过一GRIN光纤准直器准直成一束平行光；步骤 S2：该平行光经过一物镜被聚焦，然后经过一分光镜被分成功率相等的两束光，一束为样品光，一束为参考光；当两束具有一定光程差的光重合时产生干涉；步骤S3：产生的干涉信号被一刻线光栅按波长展开并被一CCD相机所捕获；CCD相机所捕获的干涉信号如式(1)所示：
I(k)＝DC+AC+∑nAnr(k)exp[-j2k(zn-zr)] (1)
DC＝Irr(k)+∑nInn(k) (2)
AC＝∑n≠mAnm(k)exp[-j2k(zn-zm)] (3)
其中，DC为直流信号，AC为样品臂各层的自相干信号，Anr是光源的光强分布函数，zn和 zm是样品臂的光程，zr是参考臂的光程，k为波数；步骤S4：对的CCD所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到一组变化的相移量；步骤S5：对重构后的干涉信号进行傅里叶变换，除共轭镜像，获得的样品的深度信息。
在本发明一实施例中，超辐射发光二极管10所发射出的光经过GRIN光纤准直器9准直成一束平行光。平行光经过物镜被聚焦8，然后经过分光镜6被分成功率相等的两束光，一束为样品光，一束为参考光。当两束具有一定光程差的光重合时产生干涉。产生的干涉信号被刻线光栅3按波长展开并被CCD相机1所捕获。CCD相机所捕获的干涉信号如式(1)所示：
I(k)＝DC+AC+∑nAnr(k)exp[-j2k(zn-zr)] (1)
DC＝Irr(k)+∑nInn(k) (2)
AC＝∑n≠mAnm(k)exp[-j2k(zn-zm)] (3)
其中，DC为直流信号，AC为样品臂各层的自相干信号，Anr是光源的光强分布函数，zn和 zm是样品臂的光程，zr是参考臂的光程，k为波数。
因为在进行移相的时候系统的直流信号与自相干信号不会受到影响，所以式(1)可简化为式(4)
其中，为各反射层干涉信号的合相位，为经过波长修正后的相移量，如图3所示它将随着波长的变化而变化。
上位机可以通过控制NI采集卡输出电压控制压电陶瓷伸缩量来获得移相步长为90°的五个干涉信号如图2所示。其公式表达如式(5)所示：
通过式(5)，我们可以计算出各个波长处的干涉信号的强度与相位：
重构后的干涉信号可以表示为：
对重构后干涉信号进行快速傅里叶变换便可得到样品的各个层的深度信息。如图4所示，虚线为使用本方法进行数据重构后所获得的样品的深度信息，实线为采用传统的五步移相法所获得的样品深度信息。从图中可看出本方法能够完全的去除共轭镜像，相对于传统的五步移相法共轭镜像抑制比具有显著的提升。图5与图6分别分析了本方法与传统方法的共轭镜像抑制比与光源带宽和系统移相误差的关系。从中我们可以看出本方法在去除共轭镜像的能力不受光源带宽的影响且有较好的抗误差干涉能力。
上述实施例仅供说明本发明之用，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴。

Claims (5)

1.一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除装置，其特征在于：包括CCD相机、刻线光栅、上位机、压电陶瓷、分光镜、样品、物镜、GRIN光纤准直器及超辐射发光二极管；
所述超辐射发光二级管所发射出的光经过一GRIN光纤准直器准直成一束平行光；该平行光经过一物镜被聚焦，然后经过一分光镜被分成功率相等的两束光，一束为样品光，一束为参考光；样品光射向样品，参考光射向压电陶瓷；当两束具有一定光程差的光重合时产生干涉；产生的干涉信号被所述刻线光栅按波长展开并被一CCD相机所捕获；CCD相机与上位机电性连接；所述上位机与压电陶瓷电性连接；所述参考光经压电陶瓷被被上位机接收；所述上位机通过输出电压来控制压电陶瓷伸缩量。
2.根据权利要求1所述的可消除多色误差的OCT共轭镜像去除装置，其特征在于：还包括采光镜、狭缝及反射镜；干涉信号依次通过采光镜、狭缝、反射镜射向刻线光栅。
3.根据权利要求1所述的可消除多色误差的OCT共轭镜像去除装置，其特征在于：还包括一柱透镜；所述柱透镜设置在刻线光栅与CCD相机之间。
4.一种可消除多色误差的OCT共轭镜像去除方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：由一超辐射发光二级管所发射出的光经过一GRIN光纤准直器准直成一束平行光；
步骤S2：该平行光经过一物镜被聚焦，然后经过一分光镜被分成功率相等的两束光，一束为样品光，一束为参考光；当两束具有一定光程差的光重合时产生干涉；
步骤S3：产生的干涉信号被一刻线光栅按波长展开并被一CCD相机所捕获；CCD相机所捕获的干涉信号如式(1)所示：
I(k)＝DC+AC+∑nAnr(k)exp[-j2k(zn-zr)] (1)
DC＝Irr(k)+∑nInn(k) (2)
AC＝∑n≠mAnm(k)exp[-j2k(zn-zm)] (3)
其中，DC为直流信号，AC为样品臂各层的自相干信号，Anr是光源的光强分布函数，zn和zm是样品臂的光程，zr是参考臂的光程，k为波数；
步骤S4：对的CCD所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到一组变化的相移量；
步骤S5：对重构后的干涉信号进行傅里叶变换，除共轭镜像，获得的样品的深度信息。
5.根据权利要求4所述的可消除多色误差的OCT共轭镜像去除方法，其特征在于：步骤S4包括以下步骤：
步骤S41：将公式(1)简化为式(4)
其中，为各反射层干涉信号的合相位，为经过波长修正后的相移量，将随着波长的变化而变化；
步骤S42：通过上位机控制NI采集卡输出电压控制压电陶瓷伸缩量来获得移相步长为90°的五个干涉信号，其公式表达如式(5)所示：
通过式(5)，计算出各个波长处的干涉信号的强度与相位：
步骤S43：重构后的干涉信号表示为：
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