CN113227761A - 光学相干断层扫描设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种光学相干断层扫描设备，其以最少的配置修改实现大范围测量和流动部分区分测量的功能。该光学相干断层扫描设备设置有：分离光束生成装置，该分离光束生成装置将从单个光源发射的光束分离成至少四个分离光束并且输出这些光束；测量光束照射装置，该测量光束照射装置通过可以改变所述测量光束在测量目标上的位置的机构，将作为至少四个分离光束中的至少两个的测量光束照射到测量目标的不同位置上；参考光束照射装置，该参考光束照射装置将至少四个分离光束中的不是测量光束的至少两个作为参考光束照射到参考光束镜上；以及光谱数据生成装置，该光谱数据生成装置从通过使由参考光束镜反射的参考光束中的一个与由测量目标反射或散射的测量光束中的每个干涉而获取的干涉光中，获取关于测量目标的深度方向结构数据。

Description

光学相干断层扫描设备
技术领域
本公开涉及一种光学相干断层扫描设备。
背景技术
光学相干断层扫描(OCT)技术是一种用于在测量目标的表面附近执行断层扫描的技术。OCT技术利用当光束照射测量目标时来自测量目标内部的散射光束(在下文中，也称为“反向散射光束”)与参考光束之间的干涉，从而在测量目标表面附近执行断层扫描。近年来，OCT技术越来越多地应用于医疗诊断和工业产品测试。
OCT技术利用通过照射测量目标而散射的物体光束与参考光束之间的干涉，从而识别光轴方向位置，即，物体光束在测量目标中散射的部分(光束散射点)的深度方向位置。因此，获取在测量目标的深度方向上空间分解的结构数据。在许多情况下，物体光束并非仅在测量目标的表面上被100％反射，而是在一定程度上传播到测量目标中且然后被反向散射。因此，可以获取在测量目标部分内部的深度方向上空间分解的结构数据。OCT技术包括时域OCT方法(TD-OCT方法)和傅立叶域OCT方法(FD-OCT方法)，并且FD-OCT方法在高速和高灵敏度方面更有前景。在FD-OCT方法中，当物体光束和参考光束彼此干涉时，测量宽波长段中的干涉光谱并对其进行傅立叶变换，从而获取深度方向结构数据。用于获取干涉光谱的方法包括使用分光器的频域OCT方法(SD-OCT方法)和用于扫描波长的使用光源的扫描源OCT方法(SS-OCT方法)。
此外，在垂直于测量目标的深度方向的面内方向上扫描物体光束，从而获取在面内方向和深度方向两者上空间分解的断层扫描结构数据。因此，可以获取关于测量目标的三维断层扫描结构数据。为了用物体光束在面内方向上照射测量目标的不同位置，通常由振镜扫描仪等扫描用一个物体光束照射的位置。
OCT技术在眼科诊断中作为用于眼底的断层扫描设备实用化，并且正在研究作为用于生物体的各部位的非侵入性断层扫描设备的应用。例如，专利文献1(PTL1)公开了一种用于使用OCT读取皮肤指纹的技术。
图7示出了使用SS-OCT方法的光学相干断层扫描设备的典型配置。波长扫描激光光源501生成波长扫描光脉冲。从波长扫描激光光源501发射的光经由环行器503在分离/组合设备504处被分离成为物体光束R11和参考光束R21。利用物体光束R11经由光纤准直器505和包括扫描镜和透镜的照射光学系统506照射测量目标520。然后，待在测量目标520中散射的物体光束R31返回至分离/组合设备504。同时，参考光束R21经由参考光束镜508返回至分离/组合设备504。因此，在分离/组合设备504中，从测量目标520散射的物体光束R31和从参考光束镜508反射的参考光束R41彼此干涉，从而获取干涉光R51和R61。因此，干涉光R51与干涉光R61之间的强度比由物体光束R31与参考光束R41之间的相位差确定。干涉光R51经由环行器503输入到具有两个光输入端口的平衡光检测器502，并且干涉光R61直接输入到平衡光检测器502。
干涉光R51与干涉光R61之间的强度比响应于从波长扫描激光光源501发射的光的波长的改变而变化。因此，平衡光检测器502处的光电转换输出可以被测量为干涉光谱。通过测量干涉光谱并对测量的干涉光谱应用傅立叶变换，可以获取指示深度方向(Z方向)上的不同位置处的反向散射光束(物体光束)的强度的数据(在下文中，获取指示在深度方向(Z方向)上的测量目标520的特定位置处的反向散射光束(物体光束)的强度的数据的操作被称为“A扫描”)。
此外，物体光束R11的照射位置通过照射光学系统506而移动，并且测量目标520被扫描。通过在物体光束R11的照射位置通过照射光学系统506在扫描线方向(X方向)上移动的同时重复A扫描操作并连接测量结果，可以获取在扫描线方向和深度方向上的反向散射光束(物体光束)的强度的二维图作为断层扫描结构数据(在下文中，在扫描线方向(X方向)上重复A扫描操作并连接测量结果的操作被称为“B扫描”)。
此外，通过在物体光束R1的照射位置通过照射光学系统506不仅在扫描线方向而且在垂直于扫描线的方向(Y方向)上移动的同时重复B扫描操作并连接测量结果，可以获取三维断层扫描结构数据(在下文中，在垂直于扫描线的方向(Y方向)上重复B扫描操作并连接测量结果的操作被称为“C扫描”)。
当测量目标是生物体时，通常很难通过完全固定生物体来执行测量，并且需要执行高速测量。当在大范围内执行测量时，仅通过用光束扫描难以提高速度，并且利用多个物体光束执行照射的配置是已知的(专利文献2(PTL2))。另外，通过对在同一地点多次测量的结构数据执行区分流动部分和静止部分的数据处理，可以检测生物体内部的血流，并且使用该技术的毛细血管造影术等是已知的。在这种情况下，为了区分血流和生物体本身的运动，也需要执行高速测量。为了在短时间内执行多次测量，利用多个物体光束执行照射的配置是已知的(专利文献3(PTL3))。
专利文献4(PTL4)涉及一种利用光束扫描待检查的眼睛的眼底并基于反射光束形成图像的光学成像设备，并提出在不同时间利用多个光束中的每个光束扫描待检查的眼睛的眼底的相同区域，用该多个光束照射待检查的眼睛的眼底的不同位置。
[引文列表]
[专利文献]
[PTL1]美国专利申请公开No.2015/0363630
[PTL2]日本专利申请特开No.2010-167253
[PTL3]日本专利申请特开No.2018-121888
[PTL4]日本专利申请特开No.2011-156035
[PTL5]美国专利申请公开No.2009/0059971
发明内容
[技术问题]
利用用于以高速执行大范围测量的多个物体光束的照射通常被配置成利用光束同时照射分开的地点。同时，利用用于检测流动部分的多个物体光束的照射通常被配置成在短时间内利用光束多次照射同一地点。因此，使用不同的配置。
然而，例如，当光学相干断层扫描设备用于指纹认证时，需要在大范围内测量指纹图案的功能以及检测对假手指检测有效的血流的功能，并且为了实现这两种功能而使用具有不同配置的设备导致尺寸和成本的增加。
本公开的一个目的是提供一种光学相干断层扫描设备，该光学相干断层扫描设备以最少的配置修改实现了大范围测量和流动部分区分测量的两种功能。
[问题解决方案]
为实现上述目的，根据本公开的光学相干断层扫描设备包括：
分离光束生成装置，该分离光束生成装置用于将从单个光源发射的光分离成至少四个分离光束并且输出分离光束；
测量光束照射装置，该测量光束照射装置用于通过能够改变测量光束中的每个在测量目标上的位置的机构，利用作为至少四个分离光束中的至少两个的测量光束，照射测量目标的不同位置；
参考光束照射装置，该参考光束照射装置用于利用至少四个分离光束中的不是测量光束的至少两个作为参考光束来照射参考光束镜；以及
光谱数据生成装置，该光谱数据生成装置用于从通过使由参考光束镜反射的该参考光束中的一个与由测量目标反射或散射的该测量光束中的每个干涉而获取的干涉光中，获取关于测量目标的深度方向结构数据。
根据本发明的生成光学相干断层扫描图像的方法包括：
将从单个光源发射的光分离成至少四个分离光束并且输出分离光束；
通过调节测量光束中的每个在测量目标上的位置，利用作为至少四个分离光束中的至少两个的测量光束来照射测量目标的不同位置，并且还利用至少四个分离光束中的不是测量光束的至少两个作为参考光束来照射参考光束镜；以及
从通过使由参考光束镜反射的该参考光束中的一个与由测量目标反射或散射的该测量光束中的每个干涉而获取的干涉光中，获取关于测量目标的深度方向结构数据。
[发明的有益效果]
根据本公开的光学相干断层扫描设备能够以最少的配置修改提供大范围测量和流动部分区分测量的两种功能。
附图说明
图1是示出了根据本公开的上位概念的示例实施例的光学相干断层扫描设备的一个示例的框图。
图2是示出了根据示例实施例的光学相干断层扫描设备的一个示例的框图。
图3是示出了根据示例实施例的光学相干断层扫描设备中的照射光学系统的配置的一个示例的视图。
图4是示出了使用根据示例实施例的光学相干断层扫描设备中的照射光学系统的物体光束扫描图案的一个示例的视图。
图5是示出了根据示例实施例的光学相干断层扫描设备中的照射光学系统的配置的一个示例的视图。
图6是示出了根据另一示例实施例的光学相干断层扫描设备的一个示例的框图。
图7是示出了相关光学相干断层扫描设备的一个示例的视图。
具体实施方式
在下文中，参考附图描述示例实施例。
<上位概念的示例实施例>
在描述更具体的示例实施例之前，描述了根据本公开的上位概念的示例实施例的光学相干断层扫描设备。图1是示出了根据本公开的上位概念的示例实施例的光学相干断层扫描设备的一个示例的框图。
图1中的光学相干断层扫描设备60包括分光设备61、多个环行器62、多个分离/组合设备63、照射光学系统64、参考光束镜66、多个平衡光检测器67、光谱数据生成装置68、控制装置65等。
分光设备61将从激光光源等入射的光分离成多个光束R01和R02。多个光束R01和R02经由多个环行器62被多个分离/组合设备63分离成物体光束R11和R12以及参考光束R21和R22。
从分离/组合设备63中的每个输出的多个物体光束R11和R12穿过照射光学系统64，并利用多个物体光束R11和R12照射测量目标并对其进行扫描。更具体地，照射光学系统64利用多个物体光束69a和69b中的每个照射测量目标的一个平面上的不同位置，并扫描特定范围。在本文中，照射光学系统64设置有用于控制物体光束69a与物体光束69b之间的距离的机构。
控制装置65控制照射光学系统64使得利用多个物体光束R11和R12中的每个照射测量目标的一个平面上的不同位置。优选地，控制装置65控制用于由照射光学系统64扫描测量目标的周期和速度。
从分离/组合设备63中的每个输出的多个参考光束R21和R22被参考光束镜66反射，并返回分离/组合设备63。
在分离/组合设备63中，从测量目标散射的物体光束R31和从参考光束镜66反射的参考光束R41彼此干涉，并获取干涉光R51和干涉光R61。类似地，在分离/组合设备63中，从测量目标散射的物体光束R32和从参考光束镜66反射的参考光束R42彼此干涉，并获取干涉光R52和干涉光R62。
干涉光R51和R52经由环行器62输入到平衡光检测器67中的相关联的每个，并且干涉光R61和R62直接输入到平衡光检测器67中的相关联的每个。关于干涉光R51与干涉光R61之间的强度比的变化的信息以及关于干涉光R52与干涉光R62之间的强度比的变化的信息分别从平衡光检测器67中的每个输入到光谱数据生成装置68。
基于关于入射到分光设备61的光的波长变化的信息和关于干涉光R51与R61之间的强度比的变化的信息，光谱数据生成装置68生成干涉光谱。类似地，基于关于入射到分光设备61的光的波长变化的信息和关于干涉光R52与R62之间的强度比的变化的信息，光谱数据生成装置68生成干涉光谱。此外，光谱数据生成装置68连接所生成的干涉光谱，并生成与测定目标相关的干涉光谱数据。
根据图1中的光学相干断层扫描设备60，从激光光源等发射的光被分光设备61分离成多个光束R01和R02。光束R01和R02中的每个被多个分离/组合设备63分离成多个测量光束R11和R12以及多个参考光束R21和R22。多个测量光束R11和R12通过照射光学系统64被引导至测量目标的不同测量位置。在测量位置中的每个处生成的散射光束经由照射光学系统64再次被引导至分离/组合设备63中的每个，并在分离/组合设备63中的每个处与参考光束组合，并且因此生成干涉光R51、R52、R61和R62。通过分离/组合设备63中的每个分离的多个参考光束R21和R22被参考光束镜66反射，并返回至分离/组合设备63中的每个。通过分离/组合设备63中的每个生成的干涉光R51和R52经由环行器62入射到平衡光检测器67，干涉光R61和R62直接入射到平衡光检测器67，分别分光地测量多个合成光束，进行执行傅里叶变换处理等的信号处理步骤，并且因此生成与测量目标相关的干涉光谱数据。
此外，根据图1中的光学相干断层扫描设备60，控制从照射光学系统64到测量目标的多个物体光束69a与69b之间的距离，并且用多个物体光束69a和69b照射到测量目标的位置之间的距离是可变的，并且因此可以提供大范围测量和流动部分区分测量的两种功能。在下文中，描述更具体的示例实施例。
<一个示例实施例>
图2是示出了根据一个示例实施例的光学相干断层扫描设备100的一个示例的框图。如图2所示，光学相干断层扫描设备100包括波长扫描激光光源101、分光设备111、延迟设备112、多个环行器103、多个光束分离/组合设备104、多个光纤准直器105、照射光学系统106、参考光束镜108、多个平衡光检测器102、光谱数据生成单元109(作为光谱数据生成装置的一个示例)、控制单元110(作为控制装置的一个示例)等。图2示出了在光学相干断层扫描设备100中设置的环行器103的数量为2个、光束分离/组合设备104的数量为2个、光纤准直器105的数量为2个并且平衡光检测器102的数量为2个的情况。然而，取决于从波长扫描激光光源101发射的光束在分光设备111中被分离的数量，可以确定在根据一个示例实施例的光学相干断层扫描设备100中设置的环行器103的数量、光束分离/组合设备104的数量、光纤准直器105的数量和平衡光检测器102的数量，并且不限于附图中所示的数量。
波长扫描激光光源101生成波长扫描光脉冲。具体地，波长扫描激光光源101生成波长从1250nm增加到1350nm且持续时间为10μs的光脉冲。此外，波长扫描激光光源101每20μs以50kHz的频率重复生成光脉冲。在专利文献5(PTL5)中描述了用于SS-OCT的波长扫描激光光源的一个示例。
从波长扫描激光光源101发射的光被分光设备111分离成多个光束R01和R02，并且多个光束R01和R02穿过多个环行器103并被多个光束分离/组合设备104分离成物体光束R11和R12以及参考光束R21和R22。使用光纤融合的设备、使用微光学的设备等可以用作光束分离/组合设备104。注意，延迟设备112利用光束R01作为参考而向光束R02提供时间延迟。例如，在延迟设备112中，将3ns的时间延迟添加到光束R02。
从光束分离/组合设备104输出的多个物体光束R11和R12穿过光纤准直器105和照射光学系统106，并且利用多个物体光束R11和R12照射测量目标120并对其进行扫描。更具体地，照射光学系统106利用多个物体光束107a和107b照射测量目标120的X-Y平面上的不同位置并扫描特定范围。照射光学系统106设置有用于控制物体光束107a与物体光束107b之间的距离的机构。
照射测量目标120的物体光束107a和107b从测量目标120向后(在与物体光束的照射方向相反的方向上)散射。然后，从测量目标120散射的物体光束(反向散射光束)R31和R32穿过照射光学系统106和光纤准直器105，并返回光束分离/组合设备104。
从光束分离/组合设备104中的每个输出的多个参考光束R21和R22被参考光束镜108反射并返回至光束分离/组合设备104。
因此，在光束分离/组合设备104中，从测量目标120散射的物体光束R31和从参考光束镜108反射的参考光束R41彼此干涉，从而获取干涉光R51和干涉光R61。类似地，在光束分离/组合设备104中，从测量目标120散射的物体光束R32和从参考光束镜108反射的参考光束R42彼此干涉，从而获取干涉光R52和干涉光R62。因此，干涉光R51和R52与干涉光R61和R62之间的强度比通过物体光束R31和R32与参考光束R41和R42之间的相位差来确定。
干涉光R51和R52经由环行器103输入到平衡光检测器102中的相关联的每个，并且干涉光R61和R62直接输入到平衡光检测器102中的相关联的每个。然后，关于干涉光R51与干涉光R61之间的强度比的变化的信息以及关于干涉光R52与干涉光R62之间的强度比的变化的信息分别从平衡光检测器102中的每个输入到光谱数据生成单元109。
注意，平衡光检测器102是两个光电二极管串联连接并且连接是输出(差分输出)的光检测器。平衡光检测器102的频带等于或小于1GHz。
此外，从物体光束R11和参考光束R21被分离/组合设备104分离时直到物体光束的反向散射光束R31与参考光束的返回光束R41再次组合，物体光束的光路长度和参考光束的光路长度近似相等。当物体光束与参考光束之间的光路长度相差很大时，在光束分离/组合设备104中彼此干涉的物体光束R31与参考光束R41之间的频率差(波长差)变得大于平衡光检测器102的频带，并且难以检测反映物体光束R31与参考光束R41之间的相位差的干涉光R51与干涉光R61之间的强度比。此外，从当物体光束R12和参考光束R22被分离/组合设备104分离时直到物体光束的反向散射光束R32与参考光束的返回光束R42再次组合，物体光束的光路长度和参考光束的光路长度近似相等。当物体光束与参考光束之间的光路长度相差很大时，在光束分离/组合设备104中彼此干涉的物体光束R32与参考光束R42之间的频率差(波长差)变得大于平衡光检测器102的频带，并且难以检测反映物体光束R31与参考光束R41之间的相位差的干涉光R51与干涉光R61之间的强度比。
基于关于从波长扫描激光光源101发射的光的波长变化的信息和关于干涉光R51与R61之间的强度比的变化的信息，光谱数据生成单元109生成干涉光谱数据。类似地，基于关于从波长扫描激光光源101发射的光的波长变化的信息和关于干涉光R52与R62之间的强度比的变化的信息，光谱数据生成单元109生成干涉光谱数据。此外，光谱数据生成单元109将所生成的干涉光谱数据输入到控制单元110。
控制单元110控制光学相干断层扫描设备100中的每个单元。
控制单元110控制照射光学系统106使得利用多个物体光束R11和R12中的每个照射测量目标120的X-Y平面上的不同位置。
此外，控制单元110控制用于由照射光学系统106扫描测量目标120的周期和速度。
此外，控制单元110对通过光谱数据生成单元109生成的干涉光谱应用傅立叶变换，并获取指示在测量目标120的深度方向(Z方向)上的不同位置处的反向散射光束(物体光束)的强度的数据(A扫描)。更具体地，通过A扫描获取中心波长λ0的干涉光谱和波长范围Δλ内的采样点数量N，并且控制单元110对干涉光谱应用离散傅立叶变换，从而获取其长度单位为λ02/Δλ的深度方向结构数据。
此外，通过连接通过在扫描线方向上移动物体光束R11和R12的照射位置的同时重复A扫描操作所获取的测量结果，控制单元110生成二维断层扫描结构数据(B扫描)。在本文中，扫描线方向是X方向和Y方向中的至少一个。
此外，通过连接通过在扫描线方向和垂直于扫描线的方向上移动物体光束R11和R12的照射位置的同时重复B扫描操作所获取的测量结果，控制单元110生成X方向、Y方向和Z方向的三维断层扫描结构数据(C扫描)。
此外，当光学相干断层扫描设备操作成以高速测量大范围时，控制单元110执行连接通过扫描多个物体光束所获取的多个3D结构数据(三维结构数据)的处理。
此外，当光学相干断层扫描设备操作成检测流动部分时，控制单元110执行通过扫描多个物体光束在同一地点在不同时间获取的3D结构数据的比较分析。
图3是示出了利用多个物体光束照射测量目标的照射光学系统的配置的一个示例的视图。图3中的照射光学系统包括透镜202(作为前透镜系统的一个示例)、振镜扫描仪206、两个透镜203和204(作为后透镜系统的一个示例)、振镜扫描仪控制单元以及透镜控制单元。从多个光束分离/组合设备通过光纤传播的物体光束从多个光纤准直器201发射、穿过透镜202并成为准直光束、并在传播一定距离之后交叉。振镜扫描仪206被设定在物体光束交叉的点处，从而能够扫描物体光束。振镜扫描仪206通过振镜扫描仪控制器207(作为振镜扫描仪控制单元的一个示例)控制。此外，多个物体光束穿过两个透镜203和204，并且分别会聚在测量目标210的表面附近间隔一定距离的点上。两个透镜203和204的透镜位置通过透镜控制器205(作为透镜控制单元的一个示例)沿着平行于测量目标120的上述Z方向的方向控制。
当两个透镜203与204之间的距离短时，利用多个物体光束照射测量目标上的远处位置，如图3所示的状态A。当两个透镜203与204之间的距离长时，利用多个物体光束照射测量目标上的靠近位置，如图3所示的状态B。
图4是示出了使用照射光学系统的物体光束的扫描图案的示例的视图。
图4中的扫描A或图4中的扫描B示出了利用多个物体光束照射测量目标上的远处位置并扫描物体光束从而以高速测量大范围的扫描图案的示例。在图4的扫描A中，测量目标上的两个物体光束的照射点的初始位置为301和302，并且通过如图所示的振镜扫描仪的控制，在X方向上以高速执行扫描。在图4的扫描B中，测量目标上的两个物体光束的照射点的初始位置为303和304，并且通过如图所示的振镜扫描仪的控制执行扫描。在这两种情况下，多个物体光束同时扫描不同区域，从而能够以高速测量大范围。
图4中的扫描C或图4中的扫描D示出了利用多个物体光束照射测量目标上的靠近位置并扫描物体光束从而以高速测量大范围的扫描图案的示例。在图4的扫描C中，测量目标上的两个物体光束的照射点的初始位置为305和306，并且通过如图所示的振镜扫描仪的控制，在X方向上以高速执行扫描。在图4的扫描D中，测量目标上的两个物体光束的照射点的初始位置为307和308，并且通过如图所示的振镜扫描仪的控制执行扫描。在这两种情况下，在短时间内在同一地点处多次扫描多个物体光束，从而能够区分流动部分。
图5是示出了利用多个物体光束照射测量目标的照射光学系统的配置的另一示例的视图。图5中的照射光学系统包括光纤准直器401、402、403和404、透镜405(作为前透镜系统的一个示例)、振镜扫描仪407、透镜406(作为后透镜系统的一个示例)、振镜扫描仪控制器408以及光学开关410和412。传播来自多个光束分离/组合设备的物体光束的多个光纤409和411分别连接到光学开关410和412。光纤准直器401和402被布置成使得将传播通过光纤409的光引导到在透镜405的径向方向上的不同位置。类似地，光纤准直器404和403被布置成使得将传播通过光纤411的光引导到在透镜405的径向方向上的不同位置。光学开关410选择传播通过光纤409的物体光束是穿过光纤准直器401还是穿过光纤准直器402。光学开关412选择传播通过光纤411的物体光束是穿过光纤准直器403还是穿过光纤准直器404。从多个光纤准直器发射的多个物体光束穿过透镜405并成为准直光束，并在传播一定距离之后交叉。振镜扫描仪407被设定在物体光束交叉的点处，从而能够扫描物体光束。振镜扫描仪407通过振镜扫描仪控制器408(作为振镜扫描仪控制单元的一个示例)控制。此外，多个物体光束穿过透镜406并且分别会聚在测量目标420的表面附近间隔一定距离的点上。
当使用光学开关410和412选择401和404作为用于物体光束发射的光纤准直器时，利用多个物体光束照射测量目标上的远处位置，如图5所示的状态A。当使用光学开关410和412选择402和403作为用于物体光束发射的光纤准直器时，利用多个物体光束照射测量目标上的靠近位置，如图5所示的状态B。
依照根据上述一个示例实施例的光学相干断层扫描设备100，控制从照射光学系统106到测量目标120的多个物体光束107a与107b之间的距离，并且利用多个物体光束107a和107b照射测量目标的位置之间的距离是可变的，并且因此可以提供大范围测量和流动部分区分测量的两种功能。
换言之，通过以下方式配置可以实现高速的大范围测量：控制从照射光学系统106到测量目标120的多个物体光束107a与107b之间的距离并同时利用光束照射测量目标120上的远处位置。此外，通过以下方式配置可以实现流动部分区分测量：控制从照射光学系统106到测量目标120的多个物体光束107a与107b之间的距离并在短时间内利用光束多次照射同一地点。
<另一示例实施例>
如上所述，取决于从波长扫描激光光源101发射的光束在分光设备111中被分离的数量，可以确定在根据一个示例实施例的光学相干断层扫描设备100中设置的环行器103的数量、光束分离/组合设备104的数量、光纤准直器105的数量和平衡光检测器102的数量，并且不限于图2所示的数量。
图6是示出了根据另一示例实施例的光学相干断层扫描设备100a的框图。图6中示出的光学相干断层扫描设备100a包括波长扫描激光光源101a、分光设备111a、延迟设备112a和112b、多个环行器103a、多个分离/组合设备104a、多个光纤准直器105a、照射光学系统106a、参考光束镜108a、多个平衡光检测器102a、光谱数据生成单元109a(作为光谱数据生成装置的一个示例)、控制单元110a(作为控制装置的一个示例)等。图6示出了在光学相干断层扫描设备100a中设置的环行器103a的数量为3个、光束分离/组合设备104a的数量为3个、光纤准直器105a的数量为3个并且平衡光检测器102a的数量为3个的情况。注意，延迟设备112a和112b利用光束R01作为参考为光束向R02和R03提供时间延迟。例如，在延迟设备112a中添加3ns的时间延迟并且在延迟设备112b中添加6ns的时间延迟。
类似于图2中的控制单元110，图6中的控制单元110a控制光学相干断层扫描设备100a的每个单元。图6中的控制单元110a控制照射光学系统106a使得利用多个物体光束R11、R12和R13中的每个照射测量目标120的X-Y平面上的不同位置。此外，图6中的控制单元110a控制用于由照射光学系统106a扫描测量目标120的周期和速度。
此外，图6中的控制单元110a对通过光谱数据生成单元109a生成的干涉光谱应用傅立叶变换，并获取指示在测量目标120的深度方向(Z方向)上的不同位置处的反向散射光束(物体光束)的强度的数据(A扫描)。
此外，通过连接通过在扫描线方向上移动物体光束R11、R12和R13的照射位置的同时重复A扫描操作所获取的测量结果，图6中的控制单元110a生成二维断层扫描结构数据(B扫描)。
此外，通过连接通过在扫描线方向和垂直于扫描线的方向上移动物体光束R11和R12的照射位置的同时重复B扫描操作所获取的测量结果，控制单元110生成X方向、Y方向和Z方向的三维断层扫描结构数据(C扫描)。
此外，当光学相干断层扫描设备100a操作成使得以高速测量大范围时，图6中的控制单元110a执行连接通过扫描多个物体光束所获取的多个3D结构数据(三维结构数据)的处理。
此外，当光学相干断层扫描设备100a操作成检测流动部分时，图6中的控制单元110执行通过扫描多个物体光束在同一地点在不同时间获取的3D结构数据的比较分析。
根据图6中示出的光学相干断层扫描设备100a，在光束分离/组合设备104a中，从测量目标120散射的物体光束R31和从参考光束镜108a反射的参考光束R41彼此干涉，从而获取干涉光R51和干涉光R61。类似地，在光束分离/组合设备104a中，从测量目标120散射的物体光束R32和从参考光束镜108a反射的参考光束R42彼此干涉，从而获取干涉光R52和干涉光R62。类似地，在光束分离/组合设备104a中，从测量目标120散射的物体光束R33和从参考光束镜108a反射的参考光束R43彼此干涉，从而获取干涉光R53和干涉光R63。因此，干涉光R51、R52和R53与干涉光R61、R62和R63之间的强度比由物体光束R31、R32和R33与参考光束R41、R42和R43之间的相位差确定。
干涉光R51、R52和R53经由环行器103a输入到平衡光检测器102a中的相关联的每个，并且干涉光R61、R62和R63直接输入到平衡光检测器102a中的相关联的每个。然后，关于干涉光R51与干涉光R61之间的强度比的变化的信息、关于干涉光R52与干涉光R62之间的强度比的变化的信息以及关于干涉光R53与干涉光R63之间的强度比的变化的信息分别从平衡光检测器102a中的每个输入到光谱数据生成单元109a。
在图6中示出的光学相干断层扫描设备100a中，类似于根据一个示例实施例的光学相干断层扫描设备100，利用多个物体光束照射测量目标120的位置之间的距离是可变的，并且因此，可以以最少的配置修改来提供大范围测量和流量部分区分测量的两种功能。
换言之，通过以下方式配置可以实现高速的大范围测量：控制从照射光学系统106a到测量目标120的多个物体光束107a、107b和107c之间的距离并同时利用光束照射测量目标120上的远处位置。此外，通过以下方式配置可以实现流动部分区分测量：控制从照射光学系统106到测量目标120的多个物体光束107a、107b和107c之间的距离并在短时间内利用光束多次照射同一地点。
<示例实施例的概述>
上述一个示例实施例可以总结如下。在光学相干断层扫描设备中，利用多个物体光束照射用于以高速执行大范围测量或执行用于区分流动部分(诸如血流)的测量，然而使用另一设备执行这两种测量导致尺寸和成本增加。
在根据上述一个示例实施例的光学相干断层扫描设备100中，波长扫描激光光源101生成波长扫描光脉冲。从波长扫描激光光源101发射的光被分光设备111分离成多个光束，并且多个光束被光束分离/组合设备104中的每个分离成物体光束和参考光束。多个物体光束穿过光纤准直器105和由扫描镜和透镜构成的照射光学系统106，利用多个物体光束作为物体光束107a和107b照射测量目标120，并且反向散射光束返回至分离/组合设备104中的每个。另一方面，参考光束经由参考光束镜108返回至光束分离/组合设备104。因此，在物体光束与参考光束之间发生干涉，在具有两个光输入端口的平衡光检测器102中通过光电转换获取干涉光强度的测量值，并且在控制单元110中计算3D结构数据(三维结构数据)。
在本文中，在根据一个示例实施例的光学相干断层扫描设备100中，使用改变物体光束107a与107b之间的距离的照射光学系统。当以高速执行大范围测量时，用多个物体光束照射测量目标上的远处位置。在这种情况下，通过连接通过同时扫描不同区域所获取的结构数据，来获取大范围结构数据。当执行用于区分流动部分(诸如血流)的测量时，利用多个物体光束照射测量目标上的靠近位置并以短时间内多次照射同一地点的方式进行扫描。在这种情况下，从在同一地点在不同时间获取的结构数据中检测流动部分。
因此，在根据一个示例实施例的光学相干断层扫描设备100中，照射光学系统包括用于在测量目标上改变在测量目标上照射不同位置的物体光束107a和107b的位置的机构，并且因此，可以以最少的配置修改来提供大范围测量和流量部分区分测量的两种功能。
以上所公开的全部或部分示例实施例可以描述为但不限于以下补充注释。
(补充注释1)
一种光学相干断层扫描设备，包括：
分离光束生成装置，该分离光束生成装置用于将从单个光源发射的光分离成至少四个分离光束并且输出该分离光束；
测量光束照射装置，该测量光束照射装置用于通过能够改变测量光束中的每个在测量目标上的位置的机构，利用作为至少四个分离光束中的至少两个的测量光束照射测量目标的不同位置；
参考光束照射装置，该参考光束照射装置用于利用至少四个分离光束中的不是测量光束的至少两个作为参考光束来照射参考光束镜；以及
光谱数据生成装置，该光谱数据生成装置用于从通过使由参考光束镜反射的该参考光束中的一个与由测量目标反射或散射的该测量光束中的每个干涉而获取的干涉光中，获取关于测量目标的深度方向结构数据。
(补充注释2)
根据补充注释1所述的光学相干断层扫描设备，其中，
测量光束照射装置包括：
前透镜系统，以多个测量光束被准直并且在一个点处交叉的方式来设定该前透镜系统，
光束扫描仪，该光束扫描仪被放置在多个测量光束交叉的位置处，以及
后透镜系统，该后透镜系统使穿过光束扫描仪的多个测量光束会聚在测量目标上，并且
改变由照射测量目标的不同位置的该多个光束构成的测量光束中的每个在测量目标上的位置。
(补充注释3)
根据补充注释2所述的光学相干断层扫描设备，还包括：
机构，该机构用于使测量光束照射装置的后透镜系统的透镜在平行于测量目标的深度方向的方向上移动。
(补充注释4)
根据补充注释2所述的光学相干断层扫描设备，其中，
测量光束照射装置还包括：
多个准直器，该多个准直器将传播通过光纤的光发射到空间，以及
光学开关，该光学开关选择多个准直器，多个测量光束穿过该多个准直器并且引导到前透镜系统。
(补充注释5)
根据补充注释4所述的光学相干断层扫描设备，其中，
以将传播通过光纤的光引导到在前透镜系统的径向方向上的不同位置的方式来布置该多个准直器。
(补充注释6)
根据补充注释1至5中的任一项所述的光学相干断层扫描设备，其中，
光源是波长扫描激光光源；
光谱数据生成装置生成关于干涉光的强度比的变化的信息；并且
光学相干断层扫描设备还包括控制装置，该控制装置用于基于关于由光谱数据生成装置生成的干涉光的强度比的变化的信息，来获取关于测量目标的深度方向结构数据。
(补充注释7)
一种生成光学相干断层扫描图像的方法，包括：
将从单个光源发射的光分离成至少四个分离光束并且输出该分离光束；
通过调节测量光束中的每个在测量目标上的位置，利用作为至少四个分离光束中的至少两个的测量光束来照射测量目标的不同位置，并且还利用至少四个分离光束中的不是测量光束的至少两个作为参考光束来照射参考光束镜；以及
从通过使由参考光束镜反射的该参考光束中的一个与由测量目标反射或散射的该测量光束中的每个干涉而获取的干涉光中，获取关于测量目标的深度方向结构数据。
(补充注释8)
根据补充注释7所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，其中，
光学相干断层扫描设备包括：
前透镜系统，以多个测量光束被准直并且在一个点处交叉的方式来设定该前透镜系统，
光束扫描仪，该光束扫描仪被放置在多个测量光束交叉的位置处，以及
后透镜系统，该后透镜系统使穿过光束扫描仪的多个测量光束会聚在测量目标上，并且
该方法还包括改变由照射测量目标的不同位置的多个光束构成的测量光束中的每个在测量目标上的位置。
(补充注释9)
根据补充注释8所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，还包括：
通过使光学相干断层扫描设备中的后透镜系统的透镜在平行于测量目标的深度方向的方向上移动，来调节多个测量光束在测量目标上的照射位置之间的距离。
(补充注释10)
根据补充注释8所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，其中，
光学相干断层扫描设备还包括：
多个准直器，该多个准直器将传播通过光纤的光发射到空间，以及
光学开关，该光学开关选择多个准直器，多个测量光束穿过该多个准直器并且引导到前透镜系统。
(补充注释11)
根据补充注释10所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，其中，
以将传播通过光纤的光引导到在前透镜系统的径向方向上的不同位置的方式来布置该多个准直器。
(补充注释12)
根据补充注释10或11所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，还包括：
通过光学开关选择多个准直器来调节多个测量光束在测量目标上的照射位置之间的距离。
(补充注释13)
根据补充注释7至12中的任一项所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，其中
光源是波长扫描激光光源，
光谱数据生成装置生成关于干涉光的强度比的变化的信息，并且
该方法还包括控制装置，该控制装置用于基于关于由光谱数据生成装置生成的干涉光的强度比的变化的信息，来获取关于测量目标的深度方向结构数据。
虽然已经参考本公开的示例实施例具体地示出和描述了本公开，但本公开不限于这些示例实施例。本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
[参考标号列表]
100 光学相干断层扫描设备
101 波长扫描激光光源
102 平衡光检测器
103 环行器
104 光束分离/组合设备
105 光纤准直器
106 由扫描镜和透镜构成的照射光学系统
107 物体光束
108 参考光束镜
109 光谱数据生成单元
110 控制单元
111 分光设备
112 延迟设备
120 测量目标
201 光纤准直器
202至204 透镜
205 透镜控制器
206 振镜扫描仪
207 振镜扫描仪控制器
210 测量目标
401至404 光纤准直器
405至406 透镜
407 振镜扫描仪
408 振镜扫描仪控制器
410，412 光学开关
420 测量目标

Claims (13)

1.一种光学相干断层扫描设备，包括：
分离光束生成装置，所述分离光束生成装置用于将从单个光源发射的光分离成至少四个分离光束并且输出所述分离光束；
测量光束照射装置，所述测量光束照射装置用于通过能够改变测量光束中的每个在测量目标上的位置的机构，利用作为所述至少四个分离光束中的至少两个的所述测量光束，照射所述测量目标的不同位置；
参考光束照射装置，所述参考光束照射装置用于利用所述至少四个分离光束中的不是所述测量光束的至少两个作为参考光束来照射参考光束镜；以及
光谱数据生成装置，所述光谱数据生成装置用于从通过使由所述参考光束镜反射的所述参考光束中的一个与由所述测量目标反射或散射的所述测量光束中的每个干涉而获取的干涉光中，获取关于所述测量目标的深度方向结构数据。
2.根据权利要求1所述的光学相干断层扫描设备，其中，
所述测量光束照射装置包括：
前透镜系统，以多个测量光束被准直并且在一个点处交叉的方式来设定所述前透镜系统，
光束扫描仪，所述光束扫描仪被放置在所述多个测量光束交叉的位置处，以及
后透镜系统，所述后透镜系统使穿过所述光束扫描仪的多个测量光束会聚在所述测量目标上，并且
改变由照射所述测量目标的不同位置的所述多个光束构成的测量光束中的每个在所述测量目标上的位置。
3.根据权利要求2所述的光学相干断层扫描设备，还包括：
机构，所述机构用于使所述测量光束照射装置的后透镜系统的透镜在平行于所述测量目标的深度方向的方向上移动。
4.根据权利要求2所述的光学相干断层扫描设备，其中，
所述测量光束照射装置还包括：
多个准直器，所述多个准直器将传播通过光纤的光发射到空间，以及
光学开关，所述光学开关选择所述多个准直器，所述多个测量光束穿过所述多个准直器并且引导到所述前透镜系统。
5.根据权利要求4所述的光学相干断层扫描设备，其中，
以将传播通过所述光纤的光引导到在所述前透镜系统的径向方向上的不同位置的方式来布置所述多个准直器。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光学相干断层扫描设备，其中，
所述光源是波长扫描激光光源，
所述光谱数据生成装置生成关于所述干涉光的强度比的变化的信息，并且
所述光学相干断层扫描设备还包括控制装置，所述控制装置用于基于关于由所述光谱数据生成装置生成的所述干涉光的强度比的变化的信息，来获取关于所述测量目标的深度方向结构数据。
7.一种生成光学相干断层扫描图像的方法，包括：
将从单个光源发射的光分离成至少四个分离光束并且输出所述分离光束；
通过调节测量光束中的每个在测量目标上的位置，利用作为所述至少四个分离光束中的至少两个的所述测量光束来照射所述测量目标的不同位置，并且还利用所述至少四个分离光束中的不是所述测量光束的至少两个作为参考光束来照射参考光束镜；以及
从通过使由所述参考光束镜反射的所述参考光束中的一个与由所述测量目标反射或散射的所述测量光束中的每个干涉而获取的干涉光中，获取关于所述测量目标的深度方向结构数据。
8.根据权利要求7所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，其中，
光学相干断层扫描设备包括：
前透镜系统，以多个测量光束被准直并且在一个点处交叉的方式来设定所述前透镜系统，
光束扫描仪，所述光束扫描仪被放置在所述多个测量光束交叉的位置处，以及
后透镜系统，所述后透镜系统使穿过所述光束扫描仪的多个测量光束会聚在所述测量目标上，并且
所述方法还包括改变由照射所述测量目标的不同位置的所述多个光束构成的测量光束中的每个在所述测量目标上的位置。
9.根据权利要求8所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，还包括：
通过使所述光学相干断层扫描设备中的后透镜系统的透镜在平行于所述测量目标的深度方向的方向上移动，来调节所述多个测量光束在所述测量目标上的照射位置之间的距离。
10.根据权利要求8所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，其中，
所述光学相干断层扫描设备还包括：
多个准直器，所述多个准直器将传播通过光纤的光发射到空间，以及
光学开关，所述光学开关选择所述多个准直器，所述多个测量光束穿过所述多个准直器并且引导到所述前透镜系统。
11.根据权利要求10所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，其中，
以将传播通过所述光纤的光引导到在所述前透镜系统的径向方向上的不同位置的方式来布置所述多个准直器。
12.根据权利要求10或11所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，还包括：
通过所述光学开关选择所述多个准直器来调节所述多个测量光束在所述测量目标上的照射位置之间的距离。
13.根据权利要求7至12中的任一项所述的生成光学相干断层扫描图像的方法，其中，
所述光源是波长扫描激光光源，
光谱数据生成装置生成关于所述干涉光的强度比的变化的信息，并且
所述方法还包括控制装置，所述控制装置用于基于关于由所述光谱数据生成装置生成的所述干涉光的强度比的变化的信息，来获取关于所述测量目标的深度方向结构数据。
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