CN109297598A - 一种可消除oct共轭镜像的定相差谱域oct装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置，包括超辐射发光二极管、第一准直器、聚焦物镜、第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜、第四分束镜、第一反射镜、样品、光开关、光谱仪；本发明结构简单，能够有效解决传统移相法移相精度不准确及移相稳定性问题，同时，在信号采集时采用光开关的切换配合单光谱仪采集的方法代替双光谱仪采集的方法使得两干涉信号一致性更高，系统设计成本更低，商业价值较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置及方法。
背景技术
传统的谱域OCT由于采集器在进行采集时，只能采集到样品的实部信号而导致其在成像时会存在相对于零光程两个像，即真实的像与共轭镜像。而传统的去除共轭镜像的方法中，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。通过此方法获得的相位的准确性和稳定性受压电陶瓷性能影响很大，且在同一个位置需要采集至少两次信号，影响了成像速度，不利于实时成像；3×3光纤耦合器法是使用3×3光纤耦合器来获得两个相位的干涉信号，虽然也能获得固定相位差的干涉信号，但是3×3光纤耦合器的制造较为复杂，且无法输出两个干涉强度相等的定相差干涉信号。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置，结构简单，能够有效解决传统移相法移相精度不准确及移相稳定性问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置，其特征在于：包括超辐射发光二极管、第一准直器、聚焦物镜、第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜、第四分束镜、第一反射镜、样品、光开关、光谱仪；所述超辐射发光二极管发出的光经过第一准直器准直成一束平行光；该平行光经过聚焦物镜被聚焦，聚焦后经过第一分束镜分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品，参考光射向第一反射镜；样品的背向散射光经过第四分束镜分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜处重合时产生干涉信号；A口与B口产生的干涉信号通过光开关引入光谱仪中。
进一步的，所述装置还包括第一采集镜、第二采集镜、第三采集镜和第四采集镜；所述A口产生的干涉信号通过第一采集镜和第二采集镜经光开关引入光谱仪中；所述B口产生的干涉信号通过第三采集镜和第四采集镜经光开关引入光谱仪中。
进一步的，所述装置还包括一上位机，所述上位机与光开关连接；所述上位机通过输出电压来控制光开关，从而控制选择A口干涉信号或B口干涉信号进入光谱仪。
进一步的，所述光谱仪包括第二准直器、第一柱透镜、狭缝、第二柱透镜、第二反射镜、反射式刻线衍射光栅、第三柱透镜和线阵相机；所述光开关引入的干涉信号依次通过第二准直器、第一柱透镜、狭缝、第二柱透镜、第二反射镜射向反射式刻线衍射光栅，然后通过第三柱透镜射向摄像线阵相机。
一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1:通过超辐射发光二极管发出的光经过第一准直器准直成一束平行光；
步骤S2:所述平行光经过聚焦物镜被聚焦，聚焦后经过第一分束镜分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品，参考光射向第一反射镜；
步骤S3:样品的背向散射光经过第四分束镜分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜处重合时产生干涉信号；
步骤S4:调节第三分束镜和第四分束镜使得A口干涉信号与B口干涉信号的相位差为90°，并通过光开关控制A口干涉信号或B口干涉信号进入光谱仪；
步骤S5:干涉信号进入光谱仪中，经反射式刻线衍射光栅按波长展开并被线阵相机所捕获；线阵相机所捕获的干涉信号如式（1）所示：
（1）
（2）
（3）
其中，DC为直流信号，AC为样品臂各层的自相干信号，是光源的光强分布函数，和是样品臂的光程，是参考臂的光程，为波数；
步骤S6:对线阵相机所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到复数域的干涉信号；
步骤S7：对复数域的干涉信号进行傅里叶变换，去除共轭镜像，获得样品的深度信息。
进一步的，所述步骤S6具体为：
步骤S61:将公式（1）简化为式（4）
（4）
其中，为各反射层干涉信号的合相位，为A口与B口干涉信号的相位差；
步骤S62：通过上位机控制光开关的切换获得相位差为90°的两个干涉信号和，其公式表达如式（5）所示：
（5）
采集参考臂和样品臂的直流，扣去直流信号后，公式（5）可表达为：
（6）
通过式（6），计算出各个波长处的干涉信号的强度与相位：
（7）
（8）
步骤S43：重构后的干涉信号表示为：
（9）。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明无需移相器便可获得相位差为90°的两干涉信号，干涉信号的相位差不受移相器性能的影响且抗干扰能力较强。
2、本发明结构简单，系统研发成本较为低廉。
附图说明
图1是本发明结构原理图
图2是本发明一实施例分束镜组分束镜3、4移动与相位差和中心波长处相位差的关系,其中a是分束镜组分束镜3、4移动与相位差和的关系;b是分束镜3、4移动与中心波长处相位差关系；
图3是本发明一实施例中系统性能参数；
图4是本发明一实施例中传统谱域OCT成像；
图5是本发明一实施例中定相差谱域OCT成像；
图中：1-超辐射发光二极管，2-第一准直器，3-聚焦物镜，4-第一采集镜，5-第二采集镜，6-A口，7-第一分束镜，8-第二分束镜，9-第一反射镜，10-光开关，11-第二准直器，12-第一柱透镜，13-狭缝，14-第二柱透镜，15-第二反射镜，16-反射式刻线衍射光栅，17-第三柱透镜，18-线阵相机，19-上位机，20-B口，21-第三采集镜，22-第四采集镜，23-第三分束镜，24-第四分束镜，25-样品。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置，其特征在于：包括超辐射发光二极管1、第一准直器2、聚焦物镜3、第一分束镜7、第二分束镜8、第三分束镜23、第四分束镜24、第一反射镜9、样品25、光开关10、光谱仪；所述超辐射发光二极管1发出的光经过第一准直器2准直成一束平行光；该平行光经过聚焦物镜3被聚焦，聚焦后经过第一分束镜7分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品25，参考光射向第一反射镜9；样品的背向散射光经过第四分束镜24分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜9反射回来的光经过第二分束镜8分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜处重合时产生干涉信号；A口与B口产生的干涉信号通过光开关10引入光谱仪中。
在本发明一实施例中，所述装置还包括第一采集镜4、第二采集镜5、第三采集镜21和第四采集镜22；所述A口6产生的干涉信号通过第一采集镜4和第二采集镜5经光开关引入光谱仪中；所述B口20产生的干涉信号通过第三采集镜21和第四采集镜22经光开关10引入光谱仪中。
在本发明一实施例中，所述装置还包括一上位机19，所述上位机19与光开关10连接；所述上位机19通过输出电压来控制光开关10，从而控制选择A口干涉信号或B口干涉信号进入光谱仪。
在本发明一实施例中，所述光谱仪包括第二准直器11、第一柱透镜12、狭缝、13、第二柱透镜14、第二反射镜15、反射式刻线衍射光栅16、第三柱透镜17和线阵相机18；所述光开关10引入的干涉信号依次通过第二准直器11、第一柱透镜12、狭缝13、第二柱透镜14、第二反射镜射15向反射式刻线衍射光栅16，然后通过第三柱透镜17射向摄像线阵相机18。
一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1:通过超辐射发光二极管1发出的光经过第一准直器2准直成一束平行光；
步骤S2:所述平行光经过聚焦物镜3被聚焦，聚焦后经过第一分束镜7分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品25，参考光射向第一反射镜9；
步骤S3:样品25的背向散射光经过第四分束镜24分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜9反射回来的光经过第二分束镜8分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜处重合时产生干涉信号；
步骤S4:调节第三分束镜23和第四分束镜24使得A口干涉信号与B口干涉信号的相位差为90°，并通过光开关控制A口干涉信号或B口干涉信号进入光谱仪；
步骤S5:干涉信号进入光谱仪中，经反射式刻线衍射光栅按波长展开并被线阵相机所捕获；线阵相机所捕获的干涉信号如式（1）所示：
（1）
（2）
（3）
其中，DC为直流信号，AC为样品臂各层的自相干信号，是光源的光强分布函数，和是样品臂的光程，是参考臂的光程，为波数；
步骤S6:对线阵相机17所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到复数域的干涉信号；
步骤S7：对复数域的干涉信号进行傅里叶变换，去除共轭镜像，获得样品的深度信息。
在本发明一实施例中，所述步骤S6具体为：
步骤S61:将公式（1）简化为式（4）
（4）
其中，为各反射层干涉信号的合相位，为A口与B口干涉信号的相位差；
步骤S62：通过上位机控制光开关的切换获得相位差为90°的两个干涉信号和，其公式表达如式（5）所示：
（5）
采集参考臂和样品臂的直流，扣去直流信号后，公式（5）可表达为：
（6）
通过式（6），计算出各个波长处的干涉信号的强度与相位：
（7）
（8）
步骤S43：重构后的干涉信号表示为：
（9）。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置，其特征在于：包括超辐射发光二极管、第一准直器、聚焦物镜、第一分束镜、、第二分束镜、第三分束镜、第四分束镜、第一反射镜、样品、光开关、光谱仪；所述超辐射发光二极管发出的光经过第一准直器准直成一束平行光；该平行光经过聚焦物镜被聚焦，聚焦后经过第一分束镜分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品，参考光射向第一反射镜；样品的背向散射光经过第四分束镜分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜处重合时产生干涉信号；；A口与B口产生的干涉信号通过光开关引入光谱仪中。
2.根据权利要求1所述的一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置，其特征在于：所述装置还包括第一采集镜、第二采集镜、第三采集镜和第四采集镜；所述A口产生的干涉信号通过第一采集镜和第二采集镜经光开关引入光谱仪中；所述B口产生的干涉信号通过第三采集镜和第四采集镜经光开关引入光谱仪中。
3.根据权利要求1所述的一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置，其特征在于：所述装置还包括一上位机，所述上位机与光开关连接；所述上位机通过输出电压来控制光开关，从而控制选择A口干涉信号或B口干涉信号进入光谱仪。
4.根据权利要求1所述的一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置，其特征在于：所述光谱仪包括第二准直器、第一柱透镜、狭缝、第二柱透镜、第二反射镜、反射式刻线衍射光栅、第三柱透镜和线阵相机；所述光开关引入的干涉信号依次通过第二准直器、第一柱透镜、狭缝、第二柱透镜、第二反射镜射向反射式刻线衍射光栅，然后通过第三柱透镜射向线阵相机。
5.根据权利要求4所述的一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:通过超辐射发光二极管发出的光经过第一准直器准直成一束平行光；
步骤S2:所述平行光经过聚焦物镜被聚焦，聚焦后经过第一分束镜分成功率相等的两束光，一束为样品光，另一束为参考光；样品光射向样品，参考光射向第一反射镜；
步骤S3:样品的背向散射光经过第四分束镜分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第一分束镜处重合时产生干涉信号；当B口样品光和参考光的光程差在光源相干范围内之内并在第三分束镜处重合时产生干涉信号；
步骤S4:调节第三分束镜和第四分束镜使得A口干涉信号与B口干涉信号的相位差为90°，并通过光开关控制A口干涉信号或B口干涉信号进入光谱仪；
步骤S5: 干涉信号进入光谱仪中，经反射式刻线衍射光栅按波长展开并被线阵相机所捕获；线阵相机所捕获的干涉信号如式（1）所示：
（1）
（2）
（3）
其中，DC为直流信号，AC为样品臂各层的自相干信号，是光源的光强分布函数，和是样品臂的光程，是参考臂的光程，为波数；
步骤S6:对线阵相机所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到复数域的干涉信号；
步骤S7：对复数域的干涉信号进行傅里叶变换，去除共轭镜像，获得样品的深度信息。
6.根据权利要求5所述的一种可消除OCT共轭镜像的定相差谱域OCT装置的控制方法，其特征在于：所述步骤S6具体为：
步骤S61:将公式（1）简化为式（4）
（4）
其中，为各反射层干涉信号的合相位，为A口与B口干涉信号的相位差；
步骤S62：通过上位机控制光开关的切换获得相位差为90°的两个干涉信号和，其公式表达如式（5）所示：
（5）
采集参考臂和样品臂的直流，扣去直流信号后，公式（5）可表达为：
（6）
通过式（6），计算出各个波长处的干涉信号的强度与相位：
（7）
（8）
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（9）。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhou Ning Inventor after: Zhong Shuncong Inventor after: Lin Jiewen Inventor after: Zhang Qiukun Inventor after: Chen Weiqiang Inventor after: Zhong Jianfeng Inventor before: Zhong Shuncong Inventor before: Lin Jiewen Inventor before: Zhang Qiukun Inventor before: Chen Weiqiang Inventor before: Zhong Jianfeng Inventor before: Zhou Ning |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |