CN111426384B - 用于频域oct系统的光谱仪装置及其调试安装方法 - Google Patents

用于频域oct系统的光谱仪装置及其调试安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于频域OCT系统的光谱仪装置及其调试安装方法，该装置包括：壳体、准直单元、反射单元、光栅单元、聚焦单元以及相机单元；准直单元用于接入光纤并将从光纤中发射的激光进行准直；准直后的激光经过反射单元反射至光栅单元；光栅单元将激光偏转至聚焦单元；激光经过聚焦单元聚焦后投射到相机单元；准直单元包括分体式的用于连接光纤的连接部和用于准直激光的准直部；连接部相对准直部的距离是可调节的。本发明的有益之处在于所提供的用于频域OCT系统的光谱仪装置及其调试安装方法，通过将准直单元设计成分体式，连接部和准直部的距离是可以调节的，因此降低了准直单元的加工精度要求，减小准直单元的加工成本。

Description

用于频域OCT系统的光谱仪装置及其调试安装方法
技术领域
本发明涉及一种用于频域OCT系统的光谱仪装置及其调试安装方法。
背景技术
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种基于低相干光干涉术的非侵入高分辨层析成像技术，在活体生物组织成像、亚表面无损检测等领域已有广泛的应用。频域OCT系统通过光谱仪探测干涉信号，现有的用于频域OCT系统的光谱仪主要存在以下缺陷：
1.光谱仪的准直单元没有调节部分，不利于准直调节，对机械加工和调试的要求大大提升；
2.光谱仪相机单元很敏感，传统的相机单元固定不够牢固，存在松动的隐患；
3.光谱仪相机单元，缺少相应的评断标准。
发明内容
本发明提供了一种用于频域OCT系统的光谱仪装置及其调试安装方法，采用如下的技术方案：
一种用于频域OCT系统的光谱仪装置，包括：壳体、准直单元、反射单元、光栅单元、聚焦单元以及相机单元；
准直单元、反射单元、光栅单元、聚焦单元以及相机单元安装于壳体；
准直单元用于接入光纤并将从光纤中发射的激光进行准直；
准直后的激光经过反射单元反射至光栅单元；
光栅单元将激光偏转至聚焦单元；
激光经过聚焦单元聚焦后投射到相机单元；
准直单元包括分体式的用于连接光纤的连接部和用于准直激光的准直部；
连接部相对准直部的距离是可调节的。
进一步地，用于频域OCT系统的光谱仪装置还包括用于辅助支撑相机单元的支撑单元；
支撑单元连接至壳体。
进一步地，壳体形成有第一通道、安装腔和第二通道；
第一通道、安装腔和第二通道连通；
聚焦单元安装至第二通道的靠近安装腔的一端；
相机单元和支撑单元可调节安装至第二通道的远离安装腔的另一端；
反射单元和光栅单元可调节安装安装腔内；
准直部安装至第一通道的靠近安装腔的一端且连接部可调节安装至第一通道的远离安装腔的另一端。
进一步地，反射单元包括：反射镜和用于安装反射镜的反射底座；
反射底座设有第一调节孔；
光栅单元包括：光栅、光栅安装盘、用于安装光栅安装盘的光栅底座以及用于将光栅安装盘固定至光栅底座的固定件；
光栅安装盘可转动设置于光栅底座；
光栅底座设有第二调节孔。
进一步地，光栅为透射光栅。
进一步地，相机单元包括：相机、相机安装座和安装法兰盘；
相机单元通过安装法兰盘滑动插入至第二通道的远离安装腔的另一端；
支撑单元螺纹连接至第二通道的远离安装腔的另一端且可被调节以远离或靠近安装法兰盘。
一种用于频域OCT系统的光谱仪装置的调试安装方法，包含以下步骤：
将准直单元的准直部固定安装至壳体；
将光纤连接至准直单元的连接部的一端后将连接部预安装至壳体；
将剪切干涉仪放置在准直部的后方；
往光纤中通入600-700nm的准直激光光源；
调节连接部和准直部的距离直至剪切干涉仪中的干涉条纹与黑色的刻画线平行时固定连接部；
将聚焦单元固定安装至壳体；
将反射单元、光栅单元和相机单元预安装至壳体；
往光纤中通入800～880nm的系统激光光源；
不断调节反射单元、光栅单元和相机单元的位置直至相机单元成像效果最佳后固定反射单元、光栅单元和相机单元。
进一步地，用于频域OCT系统的光谱仪装置的调试安装方法还包括；
在固定相机单元后，调节支撑单元的位置使其支撑相机单元。
进一步地，不断调节反射单元、光栅单元和相机单元的位置直至相机单元成像效果最佳后固定反射单元、光栅单元和相机单元的具体方法为：
转动调节反射单元的反射底座、光栅单元的光栅安装盘和相机单元直至相机单元能够接收到聚焦单元汇聚的激光时固定反射底座和光栅安装盘；
转动调节光栅单元的光栅底座直至相机接收到的激光的强度最大时固定光栅底座；
调节相机单元和聚焦单元之间的距离直至相机接收到的激光的强度最大时固定光栅底座。
进一步地，判断相机接收到的激光的强度最大的标准是：在调节的过程中观察相机单元检测到的光普线图中谱线的变化，当谱线位置最高表示当前相机接收到的激光的强度最大。
本发明的有益之处在于所提供的用于频域OCT系统的光谱仪装置及其调试安装方法，通过将准直单元设计成分体式，连接部和准直部的距离是可以调节的，因此降低了准直单元的加工精度要求，减小准直单元的加工成本。
本发明的有益之处还在于所提供的用于频域OCT系统的光谱仪装置及其调试安装方法，通过辅助支撑相机单元的支撑单元进一步提高相机固定的稳定性，防止相机单元发生位移或抖动。
附图说明
图1是本发明的用于频域OCT系统的光谱仪装置的示意图；
图2是本发明的用于频域OCT系统的光谱仪装置的光栅单元的示意图；
图3是本发明的用于频域OCT系统的光谱仪装置的797.5nm的测试点列图；
图4是本发明的用于频域OCT系统的光谱仪装置的820nm的测试点列图；
图5是本发明的用于频域OCT系统的光谱仪装置的840nm的测试点列图；
图6是本发明的用于频域OCT系统的光谱仪装置的860nm的测试点列图；
图7是本发明的用于频域OCT系统的光谱仪装置的882.5nm的测试点列图；
图8是本发明的光源光谱线图。
用于频域OCT系统的光谱仪装置100，壳体10，第一通道11，安装腔12，第二通道13，准直单元20，连接部21，准直部22，准直透镜23，准直镜筒24，反射单元30，反射镜31，反射底座32，第一调节孔33，光栅单元40，光栅41，光栅安装盘42，光栅底座43，固定件44，第二调节孔45，聚焦单元50，第一双胶合透镜51，第二双胶合透镜52，聚焦透镜镜筒53，相机单元60，相机61，相机安装座62，安装法兰盘63，支撑单元70，光纤80。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1-2所示为本发明的一种用于频域OCT系统的光谱仪装置100，包括：壳体10、准直单元20、反射单元30、光栅单元40、聚焦单元50以及相机单元60。准直单元20、反射单元30、光栅单元40、聚焦单元50以及相机单元60安装于壳体10。准直单元20用于接入光纤80并将从光纤80中发射的激光进行准直。准直后的激光经过反射单元30反射至光栅单元40。光栅单元40将激光偏转至聚焦单元50。激光经过聚焦单元50聚焦后投射到相机单元60。准直单元20包括分体式的用于连接光纤80的连接部21和用于准直激光的准直部22。连接部21相对准直部22的距离是可调节的。
作为一种优选的实施方式，用于频域OCT系统的光谱仪装置100还包括用于辅助支撑相机单元60的支撑单元70。支撑单元70连接至壳体10。
具体而言，壳体10形成有第一通道11、安装腔12和第二通道13。第一通道11、安装腔12和第二通道13连通。聚焦单元50安装至第二通道13的靠近安装腔12的一端。相机单元60和支撑单元70可调节安装至第二通道13的远离安装腔12的另一端。反射单元30和光栅单元40可调节安装安装腔12内。准直部22安装至第一通道11的靠近安装腔12的一端且连接部21可调节安装至第一通道11的远离安装腔12的另一端，连接部21通过第一通道11侧向的紧固螺钉固定。在本发明中，第一通道11和第二通道13平行。
准直部22包括准直透镜23和准直镜筒24，准直镜筒24插入至第一通道11，并通过第一通道11侧向的紧固螺钉固定。
反射单元30包括：反射镜31和用于安装反射镜31的反射底座32。反射底座32设有第一调节孔33。当将反射底座32安装至安装腔12内时，调节好位置后通过穿过第一调节孔33的紧固螺钉将反射底座32固定住。
光栅单元40包括：光栅41、光栅安装盘42、用于安装光栅安装盘42的光栅底座43以及用于将光栅安装盘42固定至光栅底座43的固定件44。光栅安装盘42可转动设置于光栅底座43。光栅底座43设有第二调节孔45。当将光栅底座43安装至安装腔12内相应的位置时，调节好位置后通过穿过第二调节孔45的紧固螺钉将光栅底座43固定住。在本发明中，光栅41为透射光栅41。
相机单元60包括：相机61、相机安装座62和安装法兰盘63。相机61为线阵CCD相机，相机61安装至相机安装座62，相机安装座62连接至安装法兰盘63。相机单元60通过安装法兰盘63滑动插入至第二通道13的远离安装腔12的另一端。当安装法兰盘63调节好位置后通过第二通道13侧向的紧固螺钉固定。支撑单元70螺纹连接至第二通道13的远离安装腔12的另一端且可被调节以远离或靠近安装法兰盘63。第二通道13内壁上设有与支撑单元70相配合的螺纹部分。
聚焦单元50包括：第一双胶合透镜51、第二双胶合透镜52和聚焦透镜镜筒53。当将聚焦透镜镜筒53插入至第二通道13后通过第二通道13侧向的紧固螺钉固定。可选的，聚焦透镜镜筒53也可以与第二通道13螺纹配合。
在本发明中，光纤80的直径范围为4.5-5μm，像元尺寸10μm。为了成像质量良好，用于频域OCT系统的光谱仪装置100的放大率小于等于2。聚焦单元50的焦距和准直单元20的焦距的比值范围为大于等于1.8且小于等于2。
本发明还公开了一种用于频域OCT系统的光谱仪装置100的调试安装方法，包含以下步骤：
步骤一：将准直单元20的准直部22固定安装至壳体10。
步骤二：将光纤80连接至准直单元20的连接部21的一端后将连接部21预安装至壳体10。
步骤三：将剪切干涉仪放置在准直部22的后方。后方值的是沿光线传播方向位于准直部22的下游。
步骤四：往光纤80中通入600-700nm的准直激光光源。用于频域OCT系统的光谱仪装置100的工作适用波段800～880nm，人眼无法观察，通过600-700nm的准直激光光源进行准直调试方便裸眼观察，同时，准直效果与光谱仪适用波段800～880nm接近，不影响最终成像效果。在本发明中，往光纤80中通入的光源的波长为650nm。
步骤五：调节连接部21和准直部22的距离直至剪切干涉仪中的干涉条纹与黑色的刻画线平行时固定连接部21。
步骤六：将聚焦单元50固定安装至壳体10。
步骤七：将反射单元30、光栅单元40和相机单元60预安装至壳体10。
步骤八：往光纤80中通入800～880nm的系统激光光源。
步骤九：不断调节反射单元30、光栅单元40和相机单元60的位置直至相机单元60成像效果最佳后固定反射单元30、光栅单元40和相机单元60。
作为一种优选的实施方式，用于频域OCT系统的光谱仪装置100的调试安装方法还包括步骤十：在固定相机单元60后，调节支撑单元70的位置使其支撑相机单元60。进一步提高相机单元60的安装稳定性。
作为一种优选的实施方式，不断调节反射单元30、光栅单元40和相机单元60的位置直至相机单元60成像效果最佳后固定反射单元30、光栅单元40和相机单元60的具体方法为：
转动调节反射单元30的反射底座32、光栅单元40的光栅安装盘42和相机单元60直至相机单元60能够接收到聚焦单元50汇聚的激光时固定反射底座32和光栅安装盘42。
转动调节光栅单元40的光栅底座43直至相机61接收到的激光的强度最大时固定光栅底座43。
调节相机单元60和聚焦单元50之间的距离直至相机61接收到的激光的强度最大时固定光栅底座43。
作为一种优选的实施方式，判断相机61接收到的激光的强度最大的标准是：在调节的过程中观察相机单元60检测到的光普线图中谱线的变化，如图8所示的光源光谱线图，当谱线位置最高表示当前相机61接收到的激光的强度最大。
图3至图7所示的是用于频域OCT系统的光谱仪装置100测试点列图，图3至图7依次对应的是797.5nm、820nm、840nm、860nm、882.5nm的点列图，从图中可见光斑均方根直径小于艾利斑直径，成像质量良好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于频域OCT系统的光谱仪装置，其特征在于，包括：壳体、准直单元、反射单元、光栅单元、聚焦单元以及相机单元；
所述准直单元、所述反射单元、所述光栅单元、所述聚焦单元以及所述相机单元安装于所述壳体；
所述准直单元用于接入光纤并将从所述光纤中发射的激光进行准直；
准直后的激光经过所述反射单元反射至所述光栅单元；
所述光栅单元将激光偏转至所述聚焦单元；
激光经过所述聚焦单元聚焦后投射到相机单元；
所述准直单元包括分体式的用于连接所述光纤的连接部和用于准直激光的准直部；
所述连接部相对所述准直部的距离是可调节的；
所述用于频域OCT系统的光谱仪装置还包括用于辅助支撑所述相机单元的支撑单元；
所述支撑单元连接至所述壳体；
所述壳体形成有第一通道、安装腔和第二通道；
所述第一通道、所述安装腔和所述第二通道连通；
所述聚焦单元安装至所述第二通道的靠近所述安装腔的一端；
所述相机单元和所述支撑单元可调节安装至所述第二通道的远离所述安装腔的另一端；
所述反射单元和所述光栅单元可调节安装所述安装腔内；
所述准直部安装至所述第一通道的靠近所述安装腔的一端且所述连接部可调节安装至所述第一通道的远离所述安装腔的另一端；
所述反射单元包括：反射镜和用于安装所述反射镜的反射底座；
所述反射底座设有第一调节孔；
所述光栅单元包括：光栅、光栅安装盘、用于安装所述光栅安装盘的光栅底座以及用于将所述光栅安装盘固定至所述光栅底座的固定件；
所述光栅安装盘可转动设置于所述光栅底座；
所述光栅底座设有第二调节孔。
2.根据权利要求1所述的用于频域OCT系统的光谱仪装置，其特征在于，
所述光栅为透射光栅。
3.根据权利要求1所述的用于频域OCT系统的光谱仪装置，其特征在于，
所述相机单元包括：相机、相机安装座和安装法兰盘；
所述相机单元通过所述安装法兰盘滑动插入至所述第二通道的远离所述安装腔的另一端；
所述支撑单元螺纹连接至所述第二通道的远离所述安装腔的另一端且可被调节以远离或靠近所述安装法兰盘。
4.一种用于频域OCT系统的光谱仪装置的调试安装方法，其特征在于，包含以下步骤：
将准直单元的准直部固定安装至壳体；
将光纤连接至所述准直单元的连接部的一端后将所述连接部预安装至所述壳体；
将剪切干涉仪放置在所述准直部的后方；
往所述光纤中通入600-700nm的准直激光光源；
调节所述连接部和所述准直部的距离直至所述剪切干涉仪中的干涉条纹与黑色的刻画线平行时固定所述连接部；
将聚焦单元固定安装至所述壳体；
将反射单元、光栅单元和相机单元预安装至所述壳体；
往所述光纤中通入800～880nm的系统激光光源；
不断调节所述反射单元、所述光栅单元和所述相机单元的位置直至相机单元成像效果最佳后固定所述反射单元、所述光栅单元和所述相机单元；
所述用于频域OCT系统的光谱仪装置的调试安装方法还包括；
在固定所述相机单元后，调节支撑单元的位置使其支撑所述相机单元；
所述不断调节所述反射单元、所述光栅单元和所述相机单元的位置直至相机单元成像效果最佳后固定所述反射单元、所述光栅单元和所述相机单元的具体方法为：
转动调节所述反射单元的反射底座、所述光栅单元的光栅安装盘和所述相机单元直至所述相机单元能够接收到所述聚焦单元汇聚的激光时固定所述反射底座和所述光栅安装盘；
转动调节所述光栅单元的光栅底座直至所述相机接收到的激光的强度最大时固定所述光栅底座；
调节所述相机单元和所述聚焦单元之间的距离直至所述相机接收到的激光的强度最大时固定所述光栅底座。
5.根据权利要求4所述的用于频域OCT系统的光谱仪装置的调试安装方法，其特征在于，
判断所述相机接收到的激光的强度最大的标准是：在调节的过程中观察所述相机单元检测到的光普线图中谱线的变化，当谱线位置最高表示当前相机接收到的激光的强度最大。
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