CN110243760A - 线域频域光学相干层析系统及其纵向坐标标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种线域频域光学相干层析系统，包括：光源模块，光源发出的光经凸透镜准直为平行光束；迈克尔逊干涉仪模块，用于将平行光束聚焦并分光为两束光线，一束汇聚于参考镜，另一束汇聚于待测样品表面，两束光经反射后重合发生干涉；线光谱仪模块，干涉光束入射反射式光栅按波长在空间分光后汇聚成干涉谱线，由面阵相机采集图像信号；以及具有图像处理模块的计算机，用于接收、存储、处理图像信号；系统还配设有纵向坐标标定装置，包括：可调狭缝结构，用于调整通过狭缝照射到待测样品上的检测光；以及狭缝位移平台，用于驱动可调狭缝结构位移。该系统可对纵向坐标进行准确标定，确定线域频域光学相干层析检测的纵向坐标。
Description
技术领域
本发明涉及光学相干层析技术领域，具体涉及一种线域频域光学相干层析系统及其纵向坐标标定方法。
背景技术
光学相干层析（Optical Coherence Tomography，简称OCT）以低相干光干涉为原理，以迈克耳逊干涉仪为核心器件，通过分析检测样品的背向散射或反射光与参考光的干涉信号获得样品表面或内部微结构信息，是一种新型的光学无损检测技术。凭借其非接触、非倾入、高分辨率、低成本的优势广泛应用于生物医学成像检测及工程检测等领域，线域频域光学相干层析系统由传统的单点频域光学相干层析系统发展而来，光路结构中使用柱透镜将光束聚焦成线作为检测焦线，系统使用的光谱仪为线光谱仪，使用面阵相机采集线域上多个点的干涉光谱。通常焦线上包括几百个检测点，系统一次采集可以完成焦线上多点的层析检测，相比单点检测，线域系统成像速度得到了进一步提高。线域频域光学相干层析检测中通过对面阵相机采集的二维干涉光谱进行傅里叶变换获得检测样品深度方向的结构信息，面阵相机每一行像素点对应着实际检测中的一个检测点，系统面阵相机纵向像素点所代表的实际检测点大小不同，须经系统纵向坐标标定，确定频域光学相干层析检测纵向像素点所代表的实际检测点大小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种线域频域光学相干层析系统及其纵向坐标标定方法，该系统可对其纵向坐标进行准确标定，确定线域频域光学相干层析系统检测的纵向坐标。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种线域频域光学相干层析系统，包括：
光源模块，包括光源（1）和凸透镜（2），光源（1）发出的光经凸透镜（2）准直为平行光束，用于频域光相干层析检测；
迈克尔逊干涉仪模块，包括第一柱透镜（3）、分光镜（4）和参考镜（5），第一柱透镜（3）将平行光束聚焦为焦线，分光镜（4）将光束分束为强度相等的两束光线，一束作为参考光汇聚于参考镜（5），另一束作为检测光汇聚于待测样品（8）表面，两束光经反射后重合发生干涉；
线光谱仪模块，包括第二柱透镜（10）、反射镜（11）、反射式光栅（12）、第三柱透镜（13）和面阵相机（14），干涉光束经第二柱透镜（10）汇聚和反射镜（11）反射后入射到反射式光栅（12）上，反射式光栅（12）将入射光按波长在空间分光后由柱透镜汇聚成干涉谱线，由面阵相机采集获得二维干涉条纹图像信号；以及
具有图像处理模块的计算机，用于控制系统各模块工作，以及接收、存储、处理面阵相机传输来的二维干涉光谱图像信号；
所述线域频域光学相干层析系统还配设有纵向坐标标定装置，所述纵向坐标标定装置包括：
可调狭缝结构（9），设于分光镜（4）与待测样品（8）之间的检测光路上，用于调整通过狭缝照射到待测样品上的检测光，狭缝宽度可调；以及
狭缝位移平台，用于驱动可调狭缝结构进行横向和纵向位移。
进一步地，在线域频域光学相干层析检测中，所述图像处理模块对面阵相机采集的二维干涉光谱图像信号每行像素点强度值进行傅里叶变换提取出各行像素点强度变化频率，乘以经波长标定后确定的系统距离分辨率，获得线域振动信息及待测样品结构信息。
进一步地，通过纵向坐标标定装置对系统进行纵向坐标标定，就是确定面阵相机采集的二维光谱纵向像素点与实际检测点的对应关系，确定纵向像素点所代表的实际检测点大小，确定系统检测的纵向坐标。
进一步地，纵向坐标标定过程中，检测光路中的检测光经可调狭缝结构滤光，狭缝宽度固定后，在面阵相机上形成长度固定的干涉光谱。
进一步地，纵向坐标标定过程中，通过狭缝位移平台驱动可调狭缝结构纵向位移l，使面阵相机上干涉光谱沿面阵相机像素点纵向方向移动n个像素点，则系统纵向上单个像素点代表的实际长度 d = l / n，重复上述过程N次测量取平均值，以降低测量误差及操作误差影响：，其中为系统纵向上单个像素点代表的平均长度，N为测量次数，d i 为第i次测量的系统纵向上单个像素点代表的实际长度。
进一步地，所述狭缝位移平台包括横向线性位移机构（7）和纵向线性位移机构（6），所述可调狭缝结构安装于纵向线性位移机构（6）上，以在其带动下进行纵向位移，所述纵向线性位移机构（6）设置于横向线性位移机构（7）上，以在其带动下进行横向位移。
进一步地，所述纵向坐标标定装置为可拆结构，系统纵向坐标标定完成后，纵向坐标标定装置的可调狭缝结构和狭缝位移平台可拆除，不影响系统的样品结构检测及振动检测。
本发明还提供一种线域频域光学相干层析系统的纵向坐标标定方法，包括以下步骤：
A、将用于检测的线域频域光学相干层析系统搭建好，调试系统并产生干涉信号；
B、将可调狭缝结构安装于狭缝位移平台上并设置于待测样品前的检测光路中，通过狭缝位移平台驱动可调狭缝结构位移，使检测光通过狭缝；
C、调节狭缝宽度，使面阵相机上长度固定的干涉光谱清晰明亮；
D、驱动可调狭缝结构纵向位移l，使面阵相机上干涉光谱沿面阵相机像素点纵向方向移动n个像素点，则系统纵向上单个像素点代表的实际长度d = l / n，重复上述过程N次测量取平均值，以降低测量误差及操作误差影响：，其中为系统纵向上单个像素点代表的平均长度，N为测量次数，d i 为第i次测量的系统纵向上单个像素点代表的实际长度。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：设计了一种具有纵向坐标标定装置的线域频域光学相干层析系统，可实现对不同光路结构的线域频域光学相干层析系统的纵向坐标进行标定，从而确定频域光学相干层析检测纵向像素点所代表的实际检测点大小，确定线域频域光学相干层析系统检测的纵向坐标，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的系统构造示意图。
图2是本发明实施例中纵向坐标标定装置的构造示意图。
图3是本发明实施例中通过纵向坐标标定确定的二维光谱。
图中，1-光源，2-凸透镜，3-第一柱透镜，4-分光镜，5-参考镜，6-纵向线性位移机构，7-横向线性位移机构，8-待测样品，9-可调狭缝结构，10-第二柱透镜，11-反射镜，12-反射式光栅，13-第三柱透镜，14-面阵相机。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种线域频域光学相干层析系统，如图1所示，包括光源模块、迈克尔逊干涉仪模块、线光谱仪模块以及具有图像处理模块的计算机。
光源模块包括光源（1）和凸透镜（2），光源（1）发出的光经凸透镜（2）准直为平行光束，用于频域光相干层析检测。光源（1）可以使用钨卤素灯光源或超辐射二极管光源（SLD），在本实施例中采用钨卤素灯光源。
迈克尔逊干涉仪模块包括第一柱透镜（3）、分光镜（4）和参考镜（5），第一柱透镜（3）将平行光束聚焦为焦线，分光镜（4）将光束分束为强度相等的两束光线，一束作为参考光汇聚于参考镜（5），另一束作为检测光汇聚于待测样品（8）表面，两束光经反射后重合发生干涉。
线光谱仪模块包括第二柱透镜（10）、反射镜（11）、反射式光栅（12）、第三柱透镜（13）和面阵高速COMS相机（14），干涉光束经第二柱透镜（10）汇聚和反射镜（11）反射后入射到反射式光栅（12）上，反射式光栅（12）将入射光按波长在空间分光后由柱透镜汇聚成干涉谱线，由面阵高速COMS相机采集获得二维干涉条纹图像信号。
具有图像处理模块的计算机，用于控制系统各模块工作，以及接收、存储、处理面阵相机传输来的二维干涉光谱图像信号。在线域频域光学相干层析检测中，图像处理模块对面阵相机采集的二维干涉光谱图像信号每行像素点强度值进行傅里叶变换提取出各行像素点强度变化频率，乘以经波长标定后确定的系统距离分辨率，获得线域振动信息及待测样品结构信息。
线域频域光学相干层析系统还配设有纵向坐标标定装置，如图2所示，纵向坐标标定装置包括可调狭缝结构（9）和狭缝位移平台。可调狭缝结构（9），设于分光镜（4）与待测样品（8）之间的检测光路上，用于调整通过狭缝照射到待测样品上的检测光，狭缝宽度可调。狭缝位移平台用于驱动可调狭缝结构进行横向和纵向位移，包括横向线性位移机构（7）和纵向线性位移机构（6），可调狭缝结构安装于纵向线性位移机构（6）上，以在其带动下进行纵向位移，纵向线性位移机构（6）设置于横向线性位移机构（7）上，以在其带动下进行横向位移，从而实现可调狭缝结构的横向和纵向位移。横向线性位移机构（7）和纵向线性位移机构（6）均为丝杆螺母副机构，分别由步进电机驱动。步距越小，线域频域光学相干层析系统纵向坐标标定精度越高。纵向坐标标定装置为可拆结构，系统纵向坐标标定完成后，纵向坐标标定装置的可调狭缝结构和狭缝位移平台可拆除，不影响系统的样品结构检测及振动检测。
搭建的线域频域光学相干层析系统光路结构不同、系统元器件的空间位置不同，系统面阵相机纵向像素点所代表的实际检测点大小不同，须经纵向坐标标定，确定纵向像素点所代表的实际检测点大小。
通过纵向坐标标定装置对系统进行纵向坐标标定，就是确定面阵相机采集的二维光谱纵向像素点与实际检测点的对应关系，确定纵向像素点所代表的实际检测点大小，确定系统检测的纵向坐标。
纵向坐标标定过程中，检测光路中的检测光经可调狭缝结构滤光，狭缝宽度固定后，在面阵相机上形成长度固定的干涉光谱。通过狭缝位移平台驱动可调狭缝结构纵向位移l，使面阵相机上干涉光谱沿面阵相机像素点纵向方向移动n个像素点，则系统纵向上单个像素点代表的实际长度d = l / n，重复上述过程N次测量取平均值，以降低测量误差及操作误差影响：，其中为系统纵向上单个像素点代表的平均长度，N为测量次数，d i 为第i次测量的系统纵向上单个像素点代表的实际长度。
本发明还提供了上述线域频域光学相干层析系统的纵向坐标标定方法，包括以下步骤：
A、将用于检测的线域频域光学相干层析系统搭建好，调试系统并产生干涉信号；
B、将可调狭缝结构安装于狭缝位移平台上并设置于待测样品前的检测光路中，通过狭缝位移平台驱动可调狭缝结构位移，使检测光通过狭缝；
C、调节狭缝宽度，使面阵相机上长度固定的干涉光谱清晰明亮；
D、驱动可调狭缝结构纵向位移l，使面阵相机上干涉光谱沿面阵相机像素点纵向方向移动n个像素点，则系统纵向上单个像素点代表的实际长度d = l / n。重复上述过程N次测量取平均值，以降低测量误差及操作误差影响：
其中，为系统纵向上单个像素点代表的平均长度，N为测量次数，d i 为第i次测量的系统纵向上单个像素点代表的实际长度。从而通过纵向坐标标定得到如图3所示的面阵相机的二维光谱纵向像素点与实际检测点的对应关系。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种线域频域光学相干层析系统，其特征在于，包括：
光源模块，包括光源（或SLD光源）（1）和凸透镜（2），光源（1）发出的光经凸透镜（2）准直为平行光束，用于频域光相干层析检测；
迈克尔逊干涉仪模块，包括第一柱透镜（3）、分光镜（4）和参考镜（5），第一柱透镜（3）将平行光束聚焦为焦线，分光镜（4）将光束分束为强度相等的两束光线，一束作为参考光汇聚于参考镜（5），另一束作为检测光汇聚于待测样品（8）表面，两束光经反射后重合发生干涉；
线光谱仪模块，包括第二柱透镜（10）、反射镜（11）、反射式光栅（12）、第三柱透镜（13）和面阵相机（14），干涉光束经第二柱透镜（10）汇聚和反射镜（11）反射后入射到反射式光栅（12）上，反射式光栅（12）将入射光按波长在空间分光后由柱透镜汇聚成干涉谱线，由面阵相机采集获得二维干涉条纹图像信号；以及
具有图像处理模块的计算机，用于控制系统各模块工作，以及接收、存储、处理面阵相机传输来的二维干涉光谱图像信号；
所述线域频域光学相干层析系统还配设有纵向坐标标定装置，所述纵向坐标标定装置包括：
可调狭缝结构（9），设于分光镜（4）与待测样品（8）之间的检测光路上，用于调整通过狭缝照射到待测样品上的检测光，狭缝宽度可调；以及
狭缝位移平台，用于驱动可调狭缝结构进行横向和纵向位移。
2.根据权利要求1所述的一种线域频域光学相干层析系统，其特征在于，在线域频域光学相干层析检测中，所述图像处理模块对面阵相机采集的二维干涉光谱图像信号每行像素点强度值进行傅里叶变换提取出各行像素点强度变化频率，乘以经波长标定后确定的系统距离分辨率，获得线域振动信息及待测样品结构信息。
3.根据权利要求1所述的一种线域频域光学相干层析系统，其特征在于，通过纵向坐标标定装置对系统进行纵向坐标标定，就是确定面阵相机采集的二维光谱纵向像素点与实际检测点的对应关系，确定纵向像素点所代表的实际检测点大小，确定系统检测的纵向坐标。
4.根据权利要求3所述的一种线域频域光学相干层析系统，其特征在于，纵向坐标标定过程中，检测光路中的检测光经可调狭缝结构滤光，狭缝宽度固定后，在面阵相机上形成长度固定的干涉光谱。
5.根据权利要求3所述的一种线域频域光学相干层析系统，其特征在于，纵向坐标标定过程中，通过狭缝位移平台驱动可调狭缝结构纵向位移l，使面阵相机上干涉光谱沿面阵相机像素点纵向方向移动n个像素点，则系统纵向上单个像素点代表的实际长度 d = l / n，重复上述过程N次测量取平均值，以降低测量误差及操作误差影响：，其中为系统纵向上单个像素点代表的平均长度，N为测量次数，d i 为第i次测量的系统纵向上单个像素点代表的实际长度。
6.根据权利要求1所述的一种线域频域光学相干层析系统，其特征在于，所述狭缝位移平台包括横向线性位移机构（7）和纵向线性位移机构（6），所述可调狭缝结构安装于纵向线性位移机构（6）上，以在其带动下进行纵向位移，所述纵向线性位移机构（6）设置于横向线性位移机构（7）上，以在其带动下进行横向位移。
7.根据权利要求1所述的一种线域频域光学相干层析系统，其特征在于，所述纵向坐标标定装置为可拆结构，系统纵向坐标标定完成后，纵向坐标标定装置的可调狭缝结构和狭缝位移平台可拆除，不影响系统的样品结构检测及振动检测。
8.一种线域频域光学相干层析系统的纵向坐标标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将用于检测的线域频域光学相干层析系统搭建好，调试系统并产生干涉信号；
B、将可调狭缝结构安装于狭缝位移平台上并设置于待测样品前的检测光路中，通过狭缝位移平台驱动可调狭缝结构位移，使检测光通过狭缝；
C、调节狭缝宽度，使面阵相机上长度固定的干涉光谱清晰明亮；
D、驱动可调狭缝结构纵向位移l，使面阵相机上干涉光谱沿面阵相机像素点纵向方向移动n个像素点，则系统纵向上单个像素点代表的实际长度d = l / n，重复上述过程N次测量取平均值，以降低测量误差及操作误差影响：，其中为系统纵向上单个像素点代表的平均长度，N为测量次数，d i 为第i次测量的系统纵向上单个像素点代表的实际长度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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