CN112236068A - 适用于可移动环境的小型光学相干层析成像用分光计 - Google Patents
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Abstract
本发明一实施例的手提用小型光学相干层析成像分光计包括:分光计光学系统模块;传感器板,结合在分光计光学系统模块的一侧,用于将从分光计光学系统模块接收的光转换为电信号;以及连接器,用于向传感器板供给从分光计外部的其他电路接收的控制信号和电信号并向外部其他电路传输从传感器板接收的信号,传感器板与分光计光学系统模块一同封装,传感器以并不埋入的方式突出形成于传感器板的表面,传感器的受光部朝向封装的部件的内部,用于从分光计光学系统模块收集光。
Description
技术领域
本发明涉及用于实现适用于需要移动的环境的小型光学相干层析成像(OCT,optical coherence tomography)用分光计(Spectrometer)的技术。
背景技术
光学相干层析成像(OCT,optical coherence tomography)作为能够利用光观察生物组织的内部的技术,作为尖端医疗诊断技术用于眼科、心血管等领域,具有时域(timedomain)、谱域(spectral domain)及扫频光源(swept source)等方式。其中,谱域方式的光学相干层析成像系统可确保规定水平以上的性能,同时可降低制造成本,因此备受瞩目。
图1示出现有的谱域光学相干层析成像系统的概念图。
参照图1,分光计1作为在谱域方式的光学相干层析成像系统中的核心结构要素,将与基准光一同从生物组织散射并返回的样品光作为频谱成分散布后,当被传感器检测时,可利用干扰现象获取生物组织内部的结构信号。
并且,虽然光学相干层析成像以往以眼科、心血管等领域为中心扩张了市场,但是,自从1991年第一次发明技术后,在其他诊断领域的普及率并不算很高。主要原因有以下几点,即,设备的价格高达一亿韩元、因通常形成台式或盒型而需要规定的设置空间、高昂的使用成本和保险费等。
因此,若实现光学相干层析成像系统的小型化并降低价格,则能够提高光学相干层析成像在多种诊断领域中的普及率。为此,必须实现分光计的小型低价化。
在使用分光计1的光学相干层析成像系统中,为了对生物组织的内部截面准确进行图像化,需使人工噪音最小化,但是,在现有的分光计中,因用于将光转换为电信号的传感器的罩部窗口而反射一部分光,在输出光学相干层析成像截面图像的情况下,将产生人为的横线形态的杂音。
然而,上述罩部窗口与传感器制作成单一封装,因此无法任意去除。并且,上述单一封装大多为传感器自身的位置从表面填埋的情况,而这成为了实现分光计小型化的瓶颈。
图2为示出适用于现有的分光计1的传感器的图。
参照图2,(a)部分示出了传感器的上面,(b)部分示出了传感器的侧面。
在图2的(a)部分可确认到,在现有的传感器的表面设置有罩部窗口,实际检测区域从表面填埋。并且,也可通过图2的(b)部分确认到上述事项。
并且,由于现有的光学相干层析成像用分光计1并未考虑到手提(handheld)或移动环境,因此,通常自身具有用于向分光计1的传感器电路供电的电源电路及连接器。所以分光计1需与额外的电源适配器相连接,而这种形态成为了实现分光计小型化的瓶颈。
并且,应在分光计1用传感器板中充分考虑传感器的灵敏度。因为只有在数值高的情况下才能够以少量的光子(photon)产生充分的电流,若传感器的灵敏度低,则需要高功率的光源。由于这种结构并不适用于需低功率消耗的手提或移动光学相干层析成像,因此需体现利用高灵敏度传感器的分光计1。
当提高传感器的灵敏度时也需考虑到传感器的满阱容量(full well capacity)项目。若光到达传感器,则光子(photon)产生电子,满阱容量是指在每个像素的曝光时间内蓄积的电子的数量达到饱和状态时的值。当满阱容量较低时,无论传感器的灵敏度有多好,也会很快达到饱和状态,从而限制输入的光信号强度。因此,在适用于可移动环境的光学相干层析成像用分光计中需体现具有高灵敏度和高满阱容量的传感器。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题,本发明的目的在于,提供通过电池驱动的适用于手提或移动光学相干层析成像设备的小型分光计1。
技术方案
为了实现上述目的,本发明一实施例的手提用小型光学相干层析成像(OCT,optical coherence tomography)分光计可包括:分光计光学系统模块;传感器板,包括传感器,传感器结合在分光计光学系统模块的一侧,用于将从分光计光学系统模块接收的光转换为电信号;以及连接器,用于向传感器板供给从分光计外部的其他电路接收的控制信号和电信号,并向外部其他电路传输从传感器板接收的信号,传感器板与分光计光学系统模块一同封装,传感器暴露在传感器板的表面,传感器的受光部朝向封装的部件的内部,用于从分光计光学系统模块收集光。
并且,传感器本身能够以无需经过单一封装工序的方式埋设在传感器板上。
并且,在传感器的受光部上端可不包括玻璃罩部。
并且,组成传感器的多个像素可分别具有10μm以内的宽度。
并且,传感器可具有低电力电路,从而能够以预设的输入电源进行工作。
并且,以比像素的宽度小的方式设计传感器接收的光信号的波长成分所具有的焦点的大小,从而可使得光检测灵敏度的劣化最小化。
并且,传感器板包括电压转换部,当未从连接器接收到预设的电压时,可通过电压转换部转换为从控制信号电源供给所需的其他电压。
并且,传感器板还包括模拟数字转换器,将从传感器接收的模拟信号转换为数字信号并向连接器传输,以所接收的模拟信号的电压范围包括从噪声基底(noise floor)到与传感器的满阱容量相对应的电压范围的方式设定模拟数字转换器,满阱容量可以为从传感器内每个像素接收光并在预设时间内能够蓄积到的最大电子数量。
并且,连接器可用于向光学相干层析成像系统内的主板传输从模拟数字转换器产生的数字信号。
并且,分光计还包括校正模块,用于校正在传感器的每个像素中测定的电信号值,校正模块能够以如下方式进行校正,即,减少因每个像素的光电转换特性值的不同而引起的电信号值之间的差,当没有光输入时,可减少每个像素的噪声基底(noise floor)特性值之差。
并且,校正模块可通过以下方式进行校正,即,从在每个像素中测定的电信号值减去表示每个像素的多个偏移(OFFSET)值之间的差的向量(factor),所减去的上述值除以根据输入光的量来表示每个像素的增益(GAIN)值的向量(factor)。
有益效果
根据本发明的一实施例,可实现电池驱动的适用于手提或移动光学相干层析成像设备的小型分光计1。
通过本发明,可实现分光计1的大小的小型化,可使得电力消耗最小化,可通过对传感器和光学系统实现单一封装,来可减少谱域光学相干层析成像系统的大小和价格。
由此,可使得以往受限制的光学相干层析成像的普及率最大化,并使得利用光学相干层析成像的诊断普遍化,从而可提高医疗保险的覆盖范围。
而且,将这种手提或移动形态的光学相干层析成像系统用作及时现场护理(point-of-care,POC)设备,因此即使在离医院远的地区,医生也可通过尖端诊断设备诊断患者,从而可扩大医疗福利。
附图说明
图1示出现有的谱域光学相干层析成像系统的概念图。
图2为示出适用于现有的分光计1的传感器的图。
图3为示出本发明一实施例的小型光学相干层析成像用分光计和信号处理端的结构的图。
图4为示出本发明一实施例的传感器及分光计的示例图。
图5为示出本发明一实施例的对向分光计光学系统入射的光进行处理的过程的工作流程图。
图6为示出本发明一实施例的确保传感器板功率的线性的过程的图表。
图7至图8为示出本发明一实施例的以一个像素为基准照射的光信号的形态的示例图表。
具体实施方式
以下,参照附图详细说明本发明的实施例,以便本发明所属技术领域的普通技术人员轻松实施本发明。但是,本发明能够以多种不同的实施方式实现,并不限定于在此说明的实施例。而且,为了明确说明本发明,在附图中省略了与说明无关的部分,并在本说明书全文内容中对类似的部分赋予了类似的附图标记。
在说明书全文中,当表示某一部分与其他部分相“连接”时,这不仅意味着“直接连接”的情况,还可包括在其中间以留有其他元件的方式“电连接”的情况。并且,当表示某一部分“包括”其他结构要素时,除非存在特别相反的记载,否则意味着还可包括其他结构要素,而并非排除其他结构要素,应当理解成并不预先排除一个或一个以上的其他特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件、它们的组合的存在或附加可能性。
以下实施例为有助于理解本发明的详细说明,并不限制本发明的发明要求保护范围。因此,执行与本发明相同的功能的相同范围内的发明也属于本发明的发明要求保护范围。
图3为示出本发明一实施例的小型光学相干层析成像用分光计1和信号处理端的结构的图。
参照图3,分光计1包括分光计光学系统模块110、传感器板120、连接器130,而这些可与光学相干层析成像的主板140及电源装置150相连接。
分光计光学系统模块110由分光计1的透镜及镜子等组成,可起到引导作用,即,通过使得从测定对象返回的光信号按波长散开并准确到达至传感器。
在本发明中,为了分光计1的小型化,通过对用于分光计光学系统110的光部件的大小进行小型化或通过集成化来实现分光计1的小型化,作为一例,可通过图4的(b)部分确认。
传感器板120结合在分光计光学系统模块110的一侧,可包括传感器,上述传感器用于将从分光计光学系统模块110接收的光信号转换为电信号并通过连接器130向外部传输已转换的信号。
并且,传感器板120与分光计光学系统模块110一同封装,传感器以并不埋入的方式突出形成于传感器板120的表面(即,在传感器板的表面露出于外部),在此情况下,传感器的受光部朝向封装的部件的内部,用于从分光计光学系统模块110收集光。
在此情况下,传感器自身并不经过额外的封装工序,由于在设置于传感器板120上后与分光计光学系统模块110一同封装,因此,可在现有的传感器中排除为了保护传感器而设置在上端的罩部玻璃。但是,如同现有技术,当存在罩部玻璃时,可成为生成光学相干层析成像图像时产生噪音的原因。
并且,传感器板120还可包括模拟数字转换器(ADC,analog to digitalconverter),上述模拟数字转换器用于将从传感器接收的模拟(analog)信号转换为数字信号。
当模拟数字转换器将模拟信号转换为数字信号时,应以如下方式设置,即,数字信号的输出最低值应低于相当于传感器的噪声基底的值,输出最高值高于与传感器的满阱容量相对应的电压。
在此情况下,满阱容量具有如下含义,即,通过传感器内的每个像素接收光信号来使得在预设时间期间产生的电子的数量达到饱和状态时的值。
对此进行详细说明,通常在输入的光信号的值变大的情况下,如图6的上端图表所示,当所输出的模拟信号大于传感器的满阱容量时,随着饱和度(saturation)的增加,所输入的光信号的线性将被破坏。即,如图6的下端图表所示,优选地,随着输入光的强度上升,所输出的电压以持续维持线性的方式形成,但是,可在通常情况下产生这种线性被破坏的瞬间,因此,优选地,可通过使用高满阱容量值的传感器来在能够维持入射光强度与输出电信号之间的线性的范围内实现模拟、数字转换。
在此情况下,即使因传感器的较好的灵敏度而使得根据规定光输入信号生成的电信号的强度大,也在满阱容量值低的情况下,会导致所获得的电信号无法反应正确的光信号。
因此,本发明应符合模拟数字转换器的电压设定范围,使得重点数字化从相当于噪声基底的输入电压到相当于满阱容量的输入电压(即,维持线性的电压范围内)。
另一方面,可通过无需额外的电源适配器的驱动形态来向传感器板120供电,即,可利用充电用通用串行总线(USB)电缆等的信号处理用电缆来确保电源,从而实现分光计1的小型化。
在此情况下,当从外部无法导入多种电压的电源时,可通过设置在传感器板120内的电压转换部来将通过信号处理用电缆从连接器130接收到的一种电压信号转换为电源供给所需的其他电压,从而可导入至传感器和模拟数字转换器等。
并且,根据追加实施例,还可在传感器板120设置有用于减少噪音或防止电冲击的附加电路部。
根据另一追加实施例,传感器板120可由单一板组成,也可通过功能划分来设置在两个以上的板。
连接器130与传感器板120相连接,以从其他电路(主板140)接收的控制信号及电信号为基础向传感器板120供给信号。并且,向主板140传输从传感器板120接收的信号,并从包括上述主板140的光学相干层析成像本体接收电源。
主板140是指与本发明的分光计1相连接的光学相干层析成像本体所包括的电路板。通过连接器130传输从光学相干层析成像本体的主板140生成的控制信号和源自电源装置150的电源,从而可接收所获取的分光计的信号。
由此,通过连接器130向主板140传输从传感器120的模拟数字转换器生成的数字信号。
电源装置150可以为与主板140相连接并向光学相干层析成像本体及分光计1传输电力的装置。在此情况下,在本发明中意味着设置在可携带的小型光学相干层析成像装置的分光计1,电源装置150可以为装拆式或充电式电池。
考虑到手提或移动状况,本发明的分光计1应以能够承受掉落情况的方式在机械层面设计成部件紧固、封装以及吸收冲击。
图4为示出本发明一实施例的传感器及分光计光学系统110的示例图。
参照图4,(a)部分为示出传感器的示例图,(b)部分为示出分光计光学系统110的示例图。
观察(a)部分,排除单独封装的形态,为了降低人工噪音,传感器以未设置罩部窗口的形态体现。以能够实现分光计1的小型封装化的方式,去除罩部窗口的传感器的表面从传感器板120向外部突出。
在此情况下,组成传感器的每个像素的宽度为10μm以内,当与分光计1的分光计光学系统110一同制作成单一封装时,可减少整体大小。并且,以消耗少量的电力进行工作的方式设置低功率电路。
观察(a)部分,由于传感器的检测区域向表面突出且没有罩部窗口,使得包括传感器的电路基板结合在如(b)部分所示的分光计光学系统的左侧末端,因此,可对整体分光计1的大小进行小型化。
如此突出的传感器的表面还可适用于由如(b)部分所示的透镜和光栅(grating)等部件组成的几何光学系统,为了进一步小型化,也可适用于通过半导体工序将光学部件设置在一平面上的波导管(waveguide)形态的集成光学系统(integrated optics)。
并且,作为一种用于评价光学相干层析成像系统的性能的指标有光检测灵敏度(optical detection sensitivity)或光动态范围(optical dynamic range)。
当假设完整的反射镜位于样品位置时,光检测灵敏度意味着信号对比噪音比(SNR,signal-to-noise ratio)。作为噪音的组成要素,可有散粒噪音(shot noise)、热噪音(thermal noise)及相对强度噪音(RIN,relative intensity noise)。
因此,在具有较多散射和吸收的生物组织中,可在散粒噪音非常高的散粒噪音限制(shot-noise limited)状况下驱动系统。
在此情况下,对光的曝光时间越长,传感器的光检测灵敏度便越高,但是,因分光计的工作速度变低而需要寻找适当的妥协点。
但是,光检测灵敏度随着光信号逐渐深入生物组织的内部并返回而进一步劣化。其劣化程度与在每个像素上相匹配的每个波长成分的焦点大小和每个像素的宽度比率相关,以使得上述焦点的大小小于像素宽度的方式设计的本发明可使得光检测灵敏度的劣化最小化。
另一方面,由于根据半导体工序来使得每个像素的特性并不恒定,大部分的多重像素形态的传感器具有光响应不均匀性(PRNU,photo response nonuniformit)和暗信号非均匀性(DSNU,dark signal nonuniformity)。上述光响应不均匀性具有所生成的电流量随着入射的光亮而略有不同的含义,而上述暗信号非均匀性具有在没有输入光的情况下的值略有不同的含义。即,光响应不均匀性为有关每个像素的增益的向量,暗信号非均匀性为有关每个像素的偏移值的向量。
在本发明中,分光计1还包括校正模块,上述校正模块用于校正在传感器的每个像素中所测定的电信号值,校正模块以分别减去因每个像素的光电转换特性值不同而引起的多个电信号值之间的差和没有光输入的情况下的每个像素的噪声基底特性值的差的方式进行校正。
在此情况下,校正模块以如下方式进行校正,即,从在每个像素中测定的电信号值减去表示每个像素的多个偏移(offset)值之间的差的向量(factor),所减去的值除以根据输入光的量来表示每个像素的增益(gain)值的向量(factor)。
因此,所测定的每个像素的值只有仅在利用按预先分析的每个像素的光响应不均匀性和暗信号非均匀性的值进行校正的情况下才能够获得准确的测定值。即,通过如下数学式1的形态获得校正的信息。
图5为示出本发明一实施例的对向分光计光学系统110入射的光进行处理的过程的工作流程图。
观察图5,首先通过分光计光学系统110获得入射光(步骤S510)。
通过设置在分光计光学系统110的透镜对通过步骤S510获得的入射光进行平行校正(collimation)作业(步骤S520)。
按波长分离平行校正的分光信号(步骤S530),并通过设置在分光计光学系统110的透镜对分离的分光信号进行集中化(focusing)(步骤S540)。
最后,执行如下步骤(步骤S550),即,通过设置在传感器板120的传感器检测在步骤S530集中化的分光信号。
图6为示出本发明一实施例的确保传感器板120功率的线性的过程的图表。
通过图6可确认到的两个图表有关饱和度(saturation)和光信号,(a)部分意味着普通分光计的输出信号(电信号值),(b)部分意味着理想分光计的输出信号(电信号值)。
首先观察(a)部分,即使入射在特定像素的输入光信号呈线性增加,如(a)部分所示,相应像素的输出值(电信号值)也可具有非线性增加的情况。在此情况下,若直接使用输出值,则可获得不明确的分光计的输出结果。
因此,当通过预设的算法将非线性输出值校正为线性的值时,可获得如(b)部分所示的线性的输出值,从而可获得准确的分光计的输出结果。
在此情况下,作为一例,预设的算法如下,即,外插输入光信号对比输出值在线性区域的曲线,并在非线性区域中导出理想的线性输出值,预存储对于在特定输入光信号强度中实际测定的非线性输出值的理想的线性输出值的查询表(lookup table)后,若通过实际启动分光计来接收非线性输出值,则在查询表中调用预存储的线性输出值并代替输出。作为另一例,可通过拟合(fitting)等技术导出包括非线性状态的函数后,以变形为线性状态的函数进行计算并使用。
在这种补偿的情况下,可添加到基准的光响应不均匀性及暗信号非均匀性,从而可提高通过分光计获得的结果值的准确度。
并且,还可包括对能够在现有的分光计中起作用的串扰(crosstalk)现象的补偿算法。通常,设置在分光计内部的传感器以一维形态排列,但由于传感器的非理想的工作特性,仅在一个像素中检测到的光信号也将泄漏到相邻像素中,从而对信号进行测定。因此,在仅向某一像素输入光信号的情况下,测定在相邻的多个像素(单侧1~3个程度)中的电信号值后,若在所有像素对其进行扩张,则计算出矩阵式,上述矩阵式相当于仅在一个像素中测定的电信号值如何在理想状态下被实际测定。在此情况下,通过对矩阵式的逆矩阵计算以与理想电信号值相对应的方式对在像素中测定的电信号值进行校正。
图7至图8为示出本发明一实施例的以一个像素为基准照射的光信号的形态的示例图表。
参照图7,如图所示,当在理想状况中并没有对于光信号的串扰时,仅在一个像素中测定信号。
但是,实际上,如图8所示,由于光信号产生电子的位置与每个像素的电极的位置相距规定距离等因素,可能会出现如下问题,即,除了成为基准的像素之外还可测定到光信号。
因此,本发明可通过以下算法适当补偿串扰来测定准确的分光。
为了说明适用于这种串扰校正的算法,以下假设如下情况,即,在相邻的三个像素中发生串扰,所有像素具有相同的串扰(crosstalk)现象,在此情况下,分光计可通过如下代数式进行对于串扰的校正。
y[1]=a0x[1]+a1x[2]+a2x[3]+a3x[4]
y[2]=a1x[1]+a0x[2]+a1x[3]+a2x[4]+a3x[5]
y[3]=a2x[1]+a1x[2]+a0x[3]+a1x[4]+a2x[5]+a3x[6]
y[4]=a3x[1]+a2x[2]+a1x[3]+a0x[4]+a1x[5]+a2x[6]+a3x[7]
...
y[n]=a3x[n-3]+a2x[n-2]+a1x[n-1]+a0x[n]+a1x[n+1]+a1x[n+2]+a3x[n+3]
...
y[N-3]=a3x[N-6]+a2x[N-5]+a1x[N-4]+a0x[N-3]+a1x[N-2]+a2x[N-1]+a3x[N]
y[N-2]=a3x[N-5]+a2x[N-4]+a1x[N-3]+a0x[N-2]+a1x[N-1]+a2x[N]
y[N-1]=a3x[N-4]+a2x[N-3]+a1x[N-2]+a0x[N-1]+a1x[N]
y[N]=a3x[N-3]+a2x[N-2]+a1x[N-1]+a0x[N]
x[n]:在第n个像素中应测定到的原始值
y[n]:在第n个像素中实际测定的值
a0:在一个像素中应测定到的值与在相应像素中实际测定的值的比率
a1:在一个像素中应测定到的值与在第一个相邻的像素中实际测定的值的比率
a2:在一个像素中应测定到的值与在第二个相邻的像素中实际测定的值的比率
a3:在一个像素中应测定到的值与在第三个相邻的像素中实际测定的值的比率
N:像素的数量
在此情况下,若通过上述代数式的行列进行整理,则可计算出如下的矩阵式。
Y=[y[1]y[2]...y[N]]'
X=[x[1]x[2]...x[N]]'
最终,通过上述矩阵式计算出“Y=AX”的关系式,从而可使用用于校正串扰的以下公式来确定实际测定到的值。
“X=A-1Y”
在此情况下,作为示例,虽然上述矩阵式所使用的因子可以为7个,但是,若将其简化,则可使用3个或5个,若将其高度化,则可使用9个以上的因子。并且,在每个像素的串扰均不同的情况下,可使用更多的因子。即,预先通过传感器的测定确定多个因子后,通过将多个因子存储在存储介质来构筑矩阵式,并实时计算逆矩阵来进行对于串扰的校正。
并且,根据选择性实施例,可简化用于校正串扰的代数式。这是因为,复杂的代数式可诱发分光计的演算速度降低,预先存储在与矩阵式相对应的逆矩阵中具有含义的多个因子,由此,可将代数式适用于仅使用加法和乘法的简化公式。
上述说明仅为本发明的示例,本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解,可在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下,可将本发明轻松改变成其他具体实施方式。因此,以上记述的实施例在所有层面上仅为示例,并不具有限制性含义。例如,以单一型说明的各个结构要素可以分散实施,同样,以分散型说明的结构要素也能够以结合形态实施。
本发明的范围由发明要求保护范围来体现,而并不由上述详细说明来体现,从发明要求保护范围的含义、范围及等同概念中导出的所有变更或变形实施方式应当解释为属于本发明的范围。
Claims (13)
1.一种手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,包括:
分光计光学系统模块;
传感器板,结合在上述分光计光学系统模块的一侧,用于将从上述分光计光学系统模块接收的光转换为电信号;以及
连接器,用于向上述传感器板供给从上述分光计外部的其他电路接收的控制信号和电信号并向外部其他电路传输从上述传感器板接收的信号,
上述传感器板与上述分光计光学系统模块一同封装,
上述传感器暴露在上述传感器板的表面,上述传感器的受光部朝向封装的上述部件的内部,用于从上述分光计光学系统模块收集光。
2.根据权利要求1所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
上述传感器本身以无需经过单一封装工序的方式埋设在上述传感器板上。
3.根据权利要求1所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
在上述传感器的受光部上端并不包括玻璃罩部。
4.根据权利要求1所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
组成上述传感器的多个像素分别具有10μm以内的宽度。
5.根据权利要求1所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
上述传感器具有低电力电路,从而能够以预设的输入电源进行工作。
6.根据权利要求4所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
以比上述像素的宽度小的方式设计上述传感器接收的光信号的波长成分所具有的焦点的大小,从而使得上述光检测灵敏度的劣化最小化。
7.根据权利要求1所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
上述传感器板包括电压转换部,当未从上述连接器接收到预设的电压时,通过上述电压转换部转换为从上述控制信号电源供给所需的其他电压。
8.根据权利要求1所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
上述传感器板还包括模拟数字转换器,将从上述传感器接收的模拟信号转换为数字信号并向上述连接器传输,
以所接收的上述模拟信号的电压范围包括从噪声基底到与上述传感器的满阱容量相对应的电压范围的方式设定上述模拟数字转换器,
上述满阱容量为从上述传感器内每个像素接收光并在预设时间内能够蓄积到的最大电子数量。
9.根据权利要求1所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
上述连接器用于向上述分光计内的主板传输从上述模拟数字转换器产生的数字信号。
10.根据权利要求1所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
上述分光计还包括校正模块,用于校正在上述传感器的每个像素中测定的电信号值,
上述校正模块以如下方式进行校正,即,减少因每个像素的光电转换特性值的不同而引起的上述电信号值之间的差,当没有光输入时,减少每个像素的噪声基底特性值之差。
11.根据权利要求10所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
上述校正模块通过以下方式进行上述校正,即,从在每个像素中测定的电信号值减去表示每个像素的多个偏移值之间的差的向量,所减去的上述值除以根据输入光的量来表示每个像素的增益值的向量。
12.根据权利要求10所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
为了校正上述分光计的光传感器的串扰,当向一个像素输入光信号时,上述校正模块利用理想电信号值与被相邻像素串扰并被实际测定的多个电信号值之间的比率、分光计的实际工作状况中在每个像素中实际测定的电信号值以及去除串扰的理想状态的电信号值,从而计算出代数式,并通过上述代数式校正在上述每个像素中测定的上述电信号值。
13.根据权利要求10所述的手提用小型光学相干层析成像分光计,其特征在于,
为了校正向上述像素入射的上述光信号的非线性电信号值,上述校正模块通过以下方式进行校正,即,分别计算与在非线性区域中的相同的上述光信号相对应的非线性电信号值及线性电信号值并预生成对应的查询表或函数,当实际使上述光信号入射来使得上述分光计接收上述非线性电信号值时,以上述查询表或上述函数为基础计算上述线性电信号值。
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---|---|---|---|---|
KR102339811B1 (ko) * | 2020-04-21 | 2021-12-16 | 주식회사 필로포스 | 누화, 에코신호 및 비선형 현상을 개선한 소형 oct용 분광기 |
KR102436950B1 (ko) | 2020-12-22 | 2022-08-26 | 주식회사 마하테크 | 시료 계측을 위한 분광기 시스템 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013056171A (ja) * | 2005-09-29 | 2013-03-28 | Bioptigen Inc | 携帯光コヒーレンストモグラフィ(oct)装置および関連システム |
US20170100064A1 (en) * | 2013-12-03 | 2017-04-13 | Imec Vzw | Device and Method for Non-Invasive Measuring of Analytes |
US20180078141A1 (en) * | 2016-09-22 | 2018-03-22 | Lg Electronics Inc. | Optical coherence tomography device |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60180377A (ja) * | 1984-02-28 | 1985-09-14 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 画像入力装置における画像信号補正方法 |
JP3591922B2 (ja) * | 1995-07-17 | 2004-11-24 | キヤノン株式会社 | 光量測定装置 |
JP5538368B2 (ja) | 2008-05-15 | 2014-07-02 | アクサン・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | Octの結合プローブおよび一体化システム |
JP5306075B2 (ja) * | 2008-07-07 | 2013-10-02 | キヤノン株式会社 | 光干渉断層法を用いる撮像装置及び撮像方法 |
KR101438748B1 (ko) * | 2013-02-13 | 2014-09-05 | 고려대학교 산학협력단 | 광 간섭 단층 촬영 장치 및 방법 |
US9683928B2 (en) | 2013-06-23 | 2017-06-20 | Eric Swanson | Integrated optical system and components utilizing tunable optical sources and coherent detection and phased array for imaging, ranging, sensing, communications and other applications |
WO2015031404A1 (en) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | Lumedica, Inc. | Optical coherence tomography imaging systems and methods |
DE102015200034A1 (de) | 2014-03-31 | 2015-10-01 | Micro-Epsilon Optronic Gmbh | Spektrometer |
EP3007430B1 (de) * | 2014-10-10 | 2017-01-11 | Sick Ag | Kamerasystem und Verfahren zur Inspektion und/oder Vermessung von Objekten |
US9976844B2 (en) | 2015-02-06 | 2018-05-22 | Medlumics S.L. | Miniaturized OCT package and assembly thereof |
US10317281B2 (en) * | 2015-12-29 | 2019-06-11 | Oak Analytics | Compact spectrometer |
KR101765824B1 (ko) * | 2016-05-26 | 2017-08-10 | 주식회사 오즈텍 | 휴대용 광단층 검사 장치 |
KR102615961B1 (ko) * | 2016-09-22 | 2023-12-19 | 엘지전자 주식회사 | 광 간섭 단층촬영 장치 |
KR102688107B1 (ko) * | 2016-09-30 | 2024-07-25 | 삼성전자주식회사 | 전자 장치에 있어서 분광 검출 장치 및 방법 |
WO2018075703A1 (en) * | 2016-10-20 | 2018-04-26 | Invisage Technologies, Inc. | Image sensors with enhanced wide-angle performance |
JP6104451B1 (ja) | 2016-12-22 | 2017-03-29 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光器 |
-
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-
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-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013056171A (ja) * | 2005-09-29 | 2013-03-28 | Bioptigen Inc | 携帯光コヒーレンストモグラフィ(oct)装置および関連システム |
US20170100064A1 (en) * | 2013-12-03 | 2017-04-13 | Imec Vzw | Device and Method for Non-Invasive Measuring of Analytes |
US20180078141A1 (en) * | 2016-09-22 | 2018-03-22 | Lg Electronics Inc. | Optical coherence tomography device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ARNE LEINSE ET AL.: "Spectral domain, common path OCT in a handheld PIC based system", PROGRESS IN BIOMEDICAL OPTICS AND IMAGING, SPIE - INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING, vol. 10483, 14 February 2018 (2018-02-14), pages 1 - 10483 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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EP3791772A1 (en) | 2021-03-17 |
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EP3791772A4 (en) | 2022-03-02 |
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