CN114076746A - 利用双线条相机的断层摄影检查装置和方法 - Google Patents

利用双线条相机的断层摄影检查装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种断层摄影检查装置和方法。所述断层摄影检查装置包括：光源，其产生入射至样品的内部的测量光；光束分束器，其将测量光分割为基准光和样品测量光，并将基准光照射至基准部的基准镜，将样品测量光照射至样品，并且使从基准镜反射的基准反射光和从样品反射的信号反射光)重叠以生成干涉光；扫描镜，其将样品测量光依次引导至样品上的多个检查位置；以及检测部，其依次检测信号反射光重叠的多个干涉光，以获得样品的内部影像信号，所述检测部包括：光束分束器，其将多个干涉光分割为第一干涉光和第二干涉光；第一线条相机，其检测多个第一干涉光中的第奇数个干涉光；以及第二线条相机)，其检测多个第二干涉光中的第偶数个干涉光。

Description

利用双线条相机的断层摄影检查装置和方法
技术领域
本发明涉及一种断层摄影检查装置和方法，更详细地，涉及一种能够使用两个线条相机来缩短检查样品所需的时间的断层摄影检查装置和方法。
背景技术
断层摄影检查装置是基于光干涉断层摄影(Optical coherence tomography；OCT)技术使近红外线透射，并在各断层利用对微细的反射信号进行观测而数据来执行断层摄影的装备。
参照图1，断层摄影检查装置20的测量原理如下。
在利用光干涉断层摄影技术的断层摄影检查装置20中，从光源22产生的光被作为分束器(Beam Splitter)或耦合器的光束分束器23分割为基准部24(reference)和样品5(sample)而传递，并将结合从基准部24和样品5反射的信号的干涉光传递至检测部26并转换为数字信号。即，宽带光源22(Broadband Light source)通过作为分束器或耦合器的光束分束器23分为样品5方向和基准部24的基准镜(Reference Mirror)方向，样品5的光源22从镜25(Mirror)反射并经过物镜10在由多个层构成的样品5的每个层生成微细的反射光。反射光再次通过物镜10进入光学系统，并且通过光束分束器23到达通常由线条相机(LineCamera)构成的检测部26。此时，从基准镜反射的反射光和从样品5反射的反射光发生干涉而生成最终信号。这被作为线条相机(Line Camera)的检测部26捕捉为信号。这样的断层摄影检查装置20还可以包括对测量光SL进行聚束的聚束透镜、用于使测量光SL和信号反射光S交替地通过的快门等。例如在韩国专利公开第10-2015-0056713号中公开了这样的利用光干涉断层摄影(OCT)的方法。
使用光干涉断层摄影(OCT)，可以以照射至检查对象物的光的波长程度的解像力获得检查对象物的断层影像，因而可以以亚微米单位的较高分辨率获得检查对象物的表面和内部影像。由于这种以往的断层摄影检查装置20通常利用一个线条相机作为检测部26，样品的测量时间受检测部26的信息(信号)处理时间的限制，因而存在难以进行样品的快速检查和测量的局限性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：韩国专利公开10-2015-0056713号(2017年05月27日公开)。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，提供一种能够使用两个线条相机来缩短检查样品所需的时间的断层摄影检查装置和方法。
技术方案
为了达成上述目的，本发明提供一种断层摄影检查装置20，包括：光源22，其产生入射至样品5的内部的测量光L；光束分束器23，其将所述测量光L分割为基准光R和样品测量光SL，并将基准光R照射至基准部24的基准镜，将样品测量光SL照射至样品5，并且使从基准镜反射的基准反射光R1和从样品5反射的信号反射光S重叠以生成干涉光I；扫描镜25，其将由所述光束分束器23分割的样品测量光SL依次引导至样品5上的多个检查位置；以及检测部26，其依次检测从所述多个检查位置反射的信号反射光S重叠的多个干涉光I，以获得样品5的内部影像信号。其中，所述检测部26包括：光束分束器55，其将由光束分束器23生成的多个干涉光I分割为第一干涉光和第二干涉光；第一线条相机41，其以检测多个第一干涉光中的第奇数个干涉光的方式检测所分割的第一干涉光；以及第二线条相机42，其以检测多个第二干涉光中的第偶数个干涉光的方式检测所分割的第二干涉光。
发明的效果
本发明的断层摄影检查装置及方法能够使用两个线条相机来缩短检查样品所需的时间。
附图说明
图1是示出通常的断层摄影检查装置20的构造的图。
图2(a)和图2(b)是示出在本发明的断层摄影检查装置中使用的具备两个线条相机的检测部的结构的图。
图3是用于说明本发明的断层摄影检查装置中的两个线条相机处理输入信号的方法的图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。在附图中，执行与以往的要素相同或相似的功能的要素被赋予相同的附图标记。
如图1和图2(a)、图2(b)所示，本发明的断层摄影检查装置20包括光源22、基准部24、光束分束器23(Beam splitter)、具备第一线条相机41和第二线条相机42的检测部26、扫描镜25、控制及影像处理部50。
所述光源22产生入射至样品5(检查对象物)的内部的测量光L。在光干涉断层摄影(OCT)中使用的测量光L通常是具有较短相干长度的宽带光(broadband low-coherencelight)，例如，波长为750至1500nm的近红外光。
光束分束器23将测量光L分割成基准光R和样品测量光SL，并将基准光R照射至基准部24的基准镜(Reference mirror)，将样品测量光SL照射至样品5。光束分束器23例如可以将测量光L分割成具有50:50强度的基准光R和测量光L。
基准部24包括可以调节位置的基准镜，并且由基准镜反射由光束分束器23分割的基准光R以生成基准反射光R1。
由光束分束器23分割的样品测量光SL被照射至样品5的内部。具体地，从光源出射的光L通过光束分束器23分配而传递至样品5和基准部24，并且向样品5行进的样品测量光SL通过扫描镜25和物镜10照射至样品5。当样品测量光SL照射至样品5的内部时，样品测量光SL在通常由多层构成的样品5的每个层被散射和反射而生成微细的信号反射光S。生成的信号反射光S通过物镜10聚束，并从扫描镜25反射而被引导至光束分束器23。光束分束器23使从基准部24反射的基准反射光R1和从样品5反射的信号反射光S重叠(superimpose)以生成干涉光I(interference light)。由于光束分束器23还执行使基准反射光R1和反射光S重叠的作用，因而也称光耦合器(coupler)。所生成的干涉光I由检测部26检测，并且检测部26从干涉光I获得样品5的内部影像信号。
所述扫描镜25起将由光束分束器23分割的样品测量光SL引导至样品5的检查位置的作用。扫描镜25可以使用具有通过由驱动机构控制的角度调整单元调整反射角度的样本测量光SL的扫描功能的反射镜。扫描镜25依次改变样品测量光SL的反射角度来二维地扫描(scan)样品5的表面。具体地，当扫描镜25位于第一位置时，从扫描镜25反射的样品测量光SL被照射至样品5的第一位置，并且，若检测到从样品5的第一位置反射的信号反射光S，则可以获得样品5的第一位置的断层(内部，深度)信息(这通常被称为“A-扫描”)。在检测样品5的第一位置后，当使扫描镜25以预定角度旋转至第二位置时，从扫描镜25反射的样品测量光SL被照射到样品5的第二位置，并且，若检测到从样品5的第二位置反射的信号反射光S，则可以获得样品5的第二位置的断层(内部)信息。若通过这种方式反复在使扫描镜25向一方向(例如x方向)旋转并二维地扫描样品5的表面后(这通常被称为“B-扫描”或“线(line)扫描”)，使扫描镜25向另一方向(例如y方向)旋转预定角度(“C-扫描”)，再执行x方向的线扫描的过程，则可以获得对样品5的整个表面的断层(内部)信息。
如图2(a)和图2(b)所示，检测部26包括将由光束分束器23生成的多个干涉光I分割为第一干涉光和第二干涉光的光束分束器55、以检测多个第一干涉光中的第奇数个干涉光的方式检测所分割的第一干涉光的第一线条相机41、以及以检测多个第一干涉光中的第偶数个干涉光的方式检测所分割的第二干涉光的第二线条相机42。根据需要，所述检测部26还可以包括对干涉光I进行聚束的第一透镜51(透镜1)、使由第一透镜51聚束的干涉光I衍射的光栅52(grating)、将衍射的干涉光I聚焦于第一线条相机41和第二线条相机42的第二透镜53(透镜2)等。
第一线条相机41和第二线条相机42在一个“线(line)扫描”过程中将“A扫描scan”信号分割为2个，并交替地检测所分割的“A扫描”信号，以将信号检测速度提高至两倍。即，在一个“线扫描”过程中，第奇数个(第一个、第三个、第五个…)的“A扫描”信号(干涉光)利用第一线条相机41来检测，第偶数个(第二个、第四个、第六个…)的“A扫描”信号(干涉光)利用第二线条相机42来检测，从而，与使用一个线条相机检测器的情况相比，可以以两倍的速度处理检查信号。
“A扫描”信号的生成和所述第一线条相机41和所述第二线条相机42的信号检测可以由控制及影像处理部50执行。控制及影像处理部50驱动扫描镜25生成一个线扫描信号(第一个、第二个、第三个、…第n个)，并向第一线条相机41和第二线条相机42交替地施加摄影触发信号，以使第奇数个线扫描信号(干涉光I)被第一线条相机41检测，使第偶数个线扫描信号(干涉光I)被第二线条相机42检测。即，扫描镜25与第一线条相机41和第二线条相机42的摄影触发(开/关信号)相对应地转动。因此，在本发明中，在一个OCT光学系统中配置第一线条相机41和第二线条相机42，并利用光束分束器55使信号光分歧至第一线条相机41和第二线条相机42，因而向第一线条相机41和第二线条相机42同时输入信号光，但通过向第一线条相机41和第二线条相机42交替地施加摄影触发来交替地检测信号光。作为所述第一线条相机41和所述第二线条相机42，可以使用CCD摄像头或CMOS图像传感器。所述控制及影像处理部50可以组合由所述第一线条相机41检测的第奇数个干涉光和由第二线条相机42检测的第偶数个干涉光，以获得所述多个检查位置的内部影像信号。此外，所述控制及影像处理部50驱动扫描镜25以依次生成从多个检查位置反射的信号反射光S重叠的多个干涉光I，并基于所述扫描镜25的驱动向所述第一线条相机41和所述第二线条相机42交替地给出摄影触发信号，以使第奇数个干涉光被第一线条相机41检测，使第偶数个干涉光被第二线条相机42检测。
图3是用于说明本发明的断层摄影检查装置中由两个线条相机处理输入信号的方法的图。如图2(a)、图2(b)和图3所示，在本发明的断层摄影检查装置中，当设第一线条相机41和第二线条相机42的摄影速度为aHz(例：256KHz)时，控制及影像处理部50以2aHz的速度(例：512KHz)向每二个摄像头41、42交替地给出摄影信号(signal，trigger(触发))。响应于该摄影信号，扫描镜25以2aHz的速度每一步骤(step)地转动预定角度时检查(A扫描)样品的各个位置，由此最大摄影速度aHz的第一线条相机41和第二线条相机42分别交替地拍摄检查位置，从而以两倍的速度获取信号。
由第一线条相机41和第二线条相机42获取的信号从由光束分束器55物流分歧的第一干涉光和第二干涉光获得，并由彼此不同的第一线条相机41和第二线条相机42检测，因而由第一线条相机41和第二线条相机42获取的信号的强度可能不同。为了对此进行补充，对分别由第一线条相机41和第二线条相机42获得的所分离的原始数据(raw data，信道1数据和信道2数据)比较各自的峰(peak)值。此时，当由第一线条相机41获得的干涉光的信号强度，即信道1数据的峰值不同时(即，过于小或大)时，可以通过改变第一线条相机41或第二线条相机42的数字增益(digital gain)以将信道1数据的峰值调整为与由第二线条相机42获得的干涉光的信号强度，即信道2数据的峰值相同来将信号的强度调整为均匀。此时，针对按信道分离的数据(data)，若使对数分贝范围(log decibel range)不同，则可以进行细微的亮度调整。这样的信号强度的调节也可以由控制及影像处理部50执行。
将所接收的数据(信道1数据和信道2数据)利用第一线条相机41和第二线条相机42的信道id按信道区分而存储至缓冲器(buffer)(图3的(b))。此后，根据需要，在执行前述峰值调整后，重新配置按信道区分而划分的缓冲器(buffer)以生成为一个B扫描图像(scanimage(图3的(c))。
因此，在本发明的断层摄影检查方法中，就数据处理顺序而言，按不同信道的摄像头数据输入、数据复制(copy)的不同信道的标引(indexing)、部分不同信道的数据信号处理、数据重新配置及B扫描图像(scan image)生成的顺序进行。
本发明的断层摄影检查方法包括：产生入射至样品5的内部的测量光L的步骤；将所述测量光L分割为基准光R和样品测量光SL，并将基准光R照射至基准部24的基准镜，将样品测量光SL照射至样品5的步骤；将所述样品测量光SL依次引导至样品5上的多个检查位置的步骤；使从所述基准镜反射的基准反射光R1和从样品5反射的信号反射光S重叠以生成与所述多个检查位置相应的多个干涉光I的步骤；将所述多个干涉光I分割为第一干涉光和第二干涉光的步骤；以检测多个第一干涉光中的第奇数个干涉光的方式检测所分割的所述第一干涉光，并且以检测多个第二干涉光中的第偶数个干涉光的方式检测所分割的所述第二干涉光的步骤；以及组合所述第一干涉光中的第奇数个干涉光和所述第二干涉光中的第偶数个干涉光，以获得所述多个检查位置的内部影像信号的步骤。
在本发明的断层摄影检查装置及信息处理方法中，通过在一个检测部配置两个摄像头，可以增加受限的线条相机的最大速度。在本发明的断层摄影检查装置和信息处理方法中，通过将受限的线条相机的最大速度进一步利用至两倍，可以将扫描作业时间(scantact time)减少至一半。
尽管如上所述地通过限定的实施例和附图对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施例，本发明所属领域中的一般的技术人员可以由这样的记载中实施多种多样的修改和变形。因此，需要说明的是，本发明的思想因仅由下面记载的权利要求书掌握，并且其等同或等效变形皆落入本发明的思想的范围内。

Claims (5)

1.一种断层摄影检查装置(20)，其特征在于，包括：
光源(22)，其产生入射至样品(5)的内部的测量光(L)；
光束分束器(23)，其将所述测量光(L)分割为基准光(R)和样品测量光(SL)，并将基准光(R)照射至基准部(24)的基准镜，将样品测量光(SL)照射至样品(5)，并且使从基准镜反射的基准反射光(R1)和从样品(5)反射的信号反射光(S)重叠以生成干涉光(I)；
扫描镜(25)，其将由所述光束分束器(23)分割的样品测量光(SL)依次引导至样品(5)上的多个检查位置；以及
检测部(26)，其依次检测从所述多个检查位置反射的信号反射光(S)重叠的多个干涉光(I)，以获得样品(5)的内部影像信号，
所述检测部(26)包括：
光束分束器(55)，其将由光束分束器(23)生成的多个干涉光(I)分割为第一干涉光和第二干涉光；
第一线条相机(41)，其以检测多个第一干涉光中的第奇数个干涉光的方式检测所分割的第一干涉光；以及
第二线条相机(42)，其以检测多个第二干涉光中的第偶数个干涉光的方式检测所分割的第二干涉光。
2.根据权利要求1所述的断层摄影检查装置(20)，其特征在于，
还包括控制及影像处理部(50)，其组合由所述第一线条相机(41)检测的第奇数个干涉光和由第二线条相机(42)检测的第偶数个干涉光，以获得所述多个检查位置的内部影像信号。
3.根据权利要求2所述的断层摄影检查装置(20)，其特征在于，
所述控制及影像处理部(50)驱动扫描镜(25)以依次生成从多个检查位置反射的信号反射光(S)重叠的多个干涉光(I)，并基于所述扫描镜(25)的驱动向所述第一线条相机(41)和所述第二线条相机(42)交替地施加摄影触发信号，以使第奇数个干涉光被第一线条相机(41)检测，使第偶数个干涉光被第二线条相机(42)检测。
4.根据权利要求1所述的断层摄影检查装置(20)，其特征在于，
当由所述第一线条相机(41)获得的干涉光的信号强度与由第二线条相机(42)获得的干涉光的信号强度不同时，通过改变第一线条相机(41)或第二线条相机(42)的数字增益来将信号的强度调整为均匀。
5.一种断层摄影检查方法，其特征在于，包括：
产生入射至样品(5)的内部的测量光(L)的步骤；
将所述测量光(L)分割为基准光(R)和样品测量光(SL)，并将基准光(R)照射至基准部(24)的基准镜，将样品测量光(SL)照射至样品(5)的步骤；
将所述样品测量光(SL)依次引导至样品(5)上的多个检查位置的步骤；
使从所述基准镜反射的基准反射光(R1)和从样品(5)反射的信号反射光(S)重叠以生成与所述多个检查位置相应的多个干涉光(I)的步骤；
将所述多个干涉光(I)分割为第一干涉光和第二干涉光的步骤；
以检测多个第一干涉光中的第奇数个干涉光的方式检测所分割的所述第一干涉光，并且以检测多个第二干涉光中的第偶数个干涉光的方式检测所分割的所述第二干涉光的步骤；以及
组合所述第一干涉光中的第奇数个干涉光和所述第二干涉光中的第偶数个干涉光，以获得所述多个检查位置的内部影像信号的步骤。
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