CN211426257U - 一种参考臂光路结构以及oct成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光学相干层析技术领域，尤其涉及一种参考臂光路结构以及OCT成像系统。参考臂光路结构包括：第一振镜，供第一光束入射并向外偏振反射第一光束，第一振镜具有第一偏转状态以及第二偏转状态；平面反射结构，用于在第一振镜处于第一偏转状态时从第一振镜接收第一光束并向第一振镜反射第一光束；以及滤光反射结构，包括至少两个且层叠设置的滤光反射膜，各滤光反射膜分别用于向第一振镜反射位于预定波长区间的第一光束且不限制位于其它波长区间的第一光束透射，其中，任意相邻的两滤光反射膜呈预设距离设置，任意两滤光反射膜所反射的第一光束的波长区间均不相同。本实用新型通过设置多层滤光反射膜，可以实现了OCT成像系统的扫描深度的调节。

Description

一种参考臂光路结构以及OCT成像系统

技术领域

本实用新型属于光学相干层析技术领域，尤其涉及一种参考臂光路结构以及OCT成像系统。

背景技术

目前，光学相干层析成像(OCT)是近十几年来新兴的成像技术，因其具有高分辨率、无创、非接触式测量等优点，吸引越来越多的关注。它利用弱相干光干涉仪的基本原理，其核心部件是宽带光源和迈克尔逊干涉仪。在信号采集过程中，来自宽带光源的相干光在迈克尔逊干涉仪中被分成两部分，一部分是参考光被反射探测器，另一部分作为探测光进入样品，不同样品深度的反射光或者散射光与参考光形成干涉通过探测该干涉信号可以得到样品的深度信息。通过控制采集点在样品上移动，则得到样品的三维信息。

一个OCT成像系统因其结构的不同又可以分成两种：时域OCT(TD-OCT)和频域OCT(SD-OCT)。TD-OCT是第一代OCT，其探测光谱的方式是通过移动参考臂的反射镜的同时检测光强可以直接到到样品的深度信息。而SD-OC则是利用高速光谱仪间接探测样品反射光与参考光的干涉光谱，经傅立叶变换得到样品的深度信息。

对于一个频域OCT成像系统来说，样品的扫描深度由光谱仪的波长分辨率决定：

其中，Z_max是OCT成像系统的扫描深度，n为待测样品的折射率，λ₀是宽带光源的中心波长，R_λ是光谱仪的波长分辨率。由此可见，在通常的OCT成像系统中，想要提高扫描深度只能降低光谱仪的波长分辨率，这意味着系统需要更换光谱仪，进一步的如果想在一个OCT成像系统集成高扫描深度和低扫描深度两种模式，只能在一个OCT成像系统中使用两种光谱仪，这无疑会大大增加系统的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种参考臂光路结构，旨在解决如何调节OCT成像系统的扫描深度的问题。

本实用新型提供了一种参考臂光路结构，用于与宽带光源、耦合器和样品臂光路结构配合使用，所述宽带光源发出源光束，所述耦合器用于将所述源光束分成入射所述参考臂光路结构的第一光束和入射所述样品臂光路结构的第二光束，所述参考臂光路结构包括：

第一振镜，供所述第一光束入射并向外偏振反射所述第一光束，所述第一振镜具有第一偏转状态以及第二偏转状态；

平面反射结构，用于在所述第一振镜处于所述第一偏转状态时从所述第一振镜接收所述第一光束并向所述第一振镜反射所述第一光束；以及

滤光反射结构，包括至少两个且层叠设置的滤光反射膜，各所述滤光反射膜在所述第一振镜处于所述第二偏转状态时均能从所述第一振镜接收所述第一光束并均向所述第一振镜反射所述第一光束，各所述滤光反射膜分别用于向所述第一振镜反射位于预定波长区间的所述第一光束且不限制位于其它波长区间的所述第一光束透射，其中，任意相邻的两所述滤光反射膜呈预设距离设置，任意两所述滤光反射膜所反射的所述第一光束的波长区间均不相同。

本实用新型的技术效果是：在第一振镜处于第一偏转状态时，OCT成像系统的深度分辨率高，而扫描深度低，即高分辨率低扫描深度模式；在第一振镜处于第二偏转状态时，通过设置多层滤光反射膜，OCT成像系统的深度分辨率降低，从而扫描深度提高，即低分辨率高扫描深度模式，最终实现了OCT成像系统的扫描深度的调节。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的OCT成像系统的结构原理图；

图2是图1的设置两个滤光反射膜的滤光反射结构的结构原理图；

图3是设置有m个滤光反射膜的滤光反射结构的结构原理图。

附图中标号与名称对应的关系如下所示：

100、OCT成像系统；100'、参考臂光路结构；100”、样品臂光路结构；10、宽带光源；20、光谱分析仪；30、耦合器；101、第一光束；102、第二光束；103、待测样品；40、第一准直透镜；50、第一振镜；50'、第一偏转状态；50”、第二偏转状态；61、平面反射结构；62、滤光反射结构；70、第二振镜；90、聚焦透镜；80、第二准直透镜；63、滤光反射膜；64、滤光反射片；

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“垂直”、“平行”、“底”、“角”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。

请参阅图1至图3，本实用新型实施例提供了一种参考臂光路结构100'以及具有其的OCT成像系统100，OCT成像系统100用于对待测样品103进行成像扫描。OCT成像系统100还包括：样品臂光路结构100”、宽带光源10、耦合器30以及光谱分析仪20。宽带光源10发出源光束，且源光束被耦合器30分成第一光束101和第二光束102，第一光束101入射参考臂光路结构100'，第二光束102入射样品臂光路结构100”。第一光束101的总波长区间与第二光束102的总波长区间相等，可选地，第一光束101的总波长区间定义为[ω₀，ω_λ]。耦合器30还用于从参考臂光路结构100'和样品臂光路结构100”分别反射回的第一光束101和第二光束102进行处理并传输至光谱分析仪20。

参考臂光路结构100'包括：第一振镜50、平面反射结构61以及滤光反射结构62。第一光束101入射第一振镜50，第一振镜50将第一光束101向平面反射结构61或滤光反射结构62偏振反射，且接收从平面反射结构61或滤光反射结构62所反射回的第一光束101，再将第一光束101反射至耦合器30。第一振镜50具有第一偏转状态50'以及第二偏转状态50”。

可选地，耦合器30为2x2光纤耦合器。

在第一振镜50处于第一偏转状态50'时，平面反射结构61从第一振镜50接收第一光束101并向第一振镜50反射第一光束101。可选地，平面反射结构61可以为平面反射镜。可以理解的是，平面反射结构61将第一光束101原路反射回耦合器30，并由耦合器30与第二光束102进行处理，再传输至光谱分析仪20。光谱分析仪20对干涉光谱的数学处理方法与普通频域OCT一样，即把干涉光谱进行傅立叶变换，因而，OCT成像系统100的深度分辨率为：

其中，探测深度(光程)为：

在第一振镜50处于第二偏转状态50”时，滤光反射结构62从第一振镜50接收第一光束101并向第一振镜50发射第一光束101。具体地，滤光反射结构62包括滤光反射膜63，滤光反射膜63用于向第一振镜50反射位于预定波长区间的第一光束101且不限制位于其它波长区间的第一光束101透射。滤光反射膜63至少层叠设置有两个，且任意相邻的两滤光反射膜63呈预设距离设置，并任意两滤光反射膜63所反射的第一光束101的波长区间均不相同，即任意一个滤光反射膜63仅对与其相应的某一个波长区间内的第一光束101进行反射，且不限制其它波长的，该波长区间位于总波长区间内，且各波长区间均不存在重叠的部分。可以理解的是，多个滤光反射膜63对第一光束101按预设的波长区间进行多个波段的反射。第一振镜50还用于从平面反射结构61或滤光反射结构62接收所述第一光束101，并将第一光束101反射至耦合器30。

请参阅图1至图3，具体地，滤光反射膜63设置的数量为m，m为自然数且m>＝2。则，滤光反射结构62分别对第一光束101进行m个波段的反射，各波段下的深度分辨率按第一光束101的入射方向依次为：

…

其中，[ω₁₀，ω₁₁]、[ω₂₀，ω₂₁]…[ω_m0，ω_m1]沿第一光束的入射方向下，依次为第一个滤光反射膜、第二个滤光反射膜…第m个滤光反射膜所对应的第一光束的波长区间的范围值。

可以理解的是，第一振镜处于第二偏转状态时，OCT成像系统的深度分辨率为：

因为，max([ω₁₀，ω₁₁]、[ω₂₀，ω₂₁]…[ω_m0，ω_m1])<[ω₀，ω_λ]，所以

因此，在第一振镜50处于第一偏转状态50'时，OCT成像系统100的深度分辨率高，而扫描深度低，即高分辨率低扫描深度模式；在第一振镜50处于第二偏转状态50”时，OCT成像系统100的深度分辨率降低，从而扫描深度提高，即低分辨率高扫描深度模式，最终实现了OCT成像系统100的扫描深度的调节。

在一个实施例中，各滤光反射膜63所对应的第一光束101的波长区间沿第一光束101的入射方向依次连续设置。具体地，[ω₁₀，ω₁₁]、[ω₂₀，ω₂₁]…[ω_m0，ω_m1]于总波长区间[ω₀，ω_λ]上呈连续分布，即ω₁₁＝ω₂₀、ω₂₁＝ω₃₀...ω_(m-1)1＝ω_m0。进一步地，ω₀＝ω₁₀、ω_m1＝ω_λ。

具体地，在一个实施例中，m＝2，ω₁₁＝ω₂₀，ω₀＝ω₁₀、ω₂₁＝ω_λ，且ω₁₁-ω₁₀＝ω₂₁-ω₂₀。即总波长区间被分成两等分。

在第一振镜50处于第一偏转状态时，

在第一振镜50处于第二偏转状态时，

[ω₁₀，ω₁₁]和[ω₂₀，ω₂₁]两个波长区间的第一光束101分别由两对应的滤光反射膜63反射至第一振镜50，最终都由光谱分析仪20记录两个波段下的干涉光谱。在此扫描深度模式下，对干涉光谱的数学处理方法与普通的频域OCT有所不同，需要对光谱进行分段处理：对于[ω₁₀，ω₁₁]波长区间的干涉光谱进行傅立叶变换，得到的样品光程从0到

的深度信息，对[ω₂₀，ω₂₁]波长区间的干涉光谱进行傅立叶变换，得到样品光程从

到

深度信息，两个波段下的深度分辨率均为

或

可见与高分辨率模式相比，该扫描深度模式下的深度分辨降低而总体探测深度提高一倍。

请参阅图1至图3，在一个实施例中，滤光反射结构62还包括多个滤光反射片64，可以理解的是，滤光反射片的数量为m-1。任意相邻的两滤光反射膜63之间均设置有一滤光放射片，且任意相邻的两滤光反射膜63分别镀覆于同一滤光反射片64的两侧表面。具体地，各滤光反射片64的厚度呈预定值设置，即：

其中，

D_r为沿第一光束的入射方向上第r个滤光反射片的厚度值，其中，2≤r≤m；

N_r第r个为滤光反射片的折射率；

λ₀是源光束的中心波长；

R_λ是光谱仪的波长分辨率。

在一个实施例中，各滤光反射膜63所对应的波长区间的长度均相等。具体地，ω₁₁-ω₁₀＝ω₂₁-ω₂₀＝...＝ω_m1-ω_m0，即总波长区间被分成m等分，且各波长区间所对应的波长分辨率相同。

在一个实施例中，各滤光反射膜63依次等间距设置。即各滤光反射片64的厚度均相同。

在一个实施例中，参考臂光路结构100'还包括第一准直透镜40，第一准直透镜40用于对入射第一振镜50的第一光束101进行准直。经过第一准直透镜40使得入射第一振镜50的第一光束101呈平行光设置。

在一个实施例中，参考臂光路结构100'还包括用于驱动第一振镜50偏转移动的第一驱动器，可选地，第一驱动器可以为智能计算机。

在一个实施例中，样品臂光路结构100”包括第二振镜70以及聚焦透镜90，第二光束102入射第二振镜70并经第二振镜70偏转反射至聚焦透镜90，以对待测样品103进行成像扫描，第二振镜70还用于从待测样品103接收第二光束102并将第二光束102反射至光谱分析仪20。

在一个实施例中，样品臂光路结构100”还包括用于驱动第二振镜70偏转移动的第二驱动器，可选地，第二驱动器可以为智能计算机。

在一个实施例中，第二振镜70向第一方向和/或第二方向偏转第二光束102，其中，第一方向与第二方向正交设置。具体地，第一方向定义为X方向，第二方向定义为Y方向，第二振镜70在第二驱动器的驱动下，沿X方向和/或Y方向进行扫描。

在一个实施例中，样品臂光路结构100”还包括第二准直透镜80，第二准直透镜80用于对入射第二振镜70的第二光束102进行准直。经过第二准直透镜80，使得入射第二振镜70的第二光束102呈平行光设置。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种参考臂光路结构，用于与宽带光源、耦合器和样品臂光路结构配合使用，所述宽带光源发出源光束，所述耦合器用于将所述源光束分成入射所述参考臂光路结构的第一光束和入射所述样品臂光路结构的第二光束，其特征在于，所述参考臂光路结构包括：

第一振镜，供所述第一光束入射并向外偏振反射所述第一光束，所述第一振镜具有第一偏转状态以及第二偏转状态；

平面反射结构，用于在所述第一振镜处于所述第一偏转状态时从所述第一振镜接收所述第一光束并向所述第一振镜反射所述第一光束；以及

滤光反射结构，包括至少两个且层叠设置的滤光反射膜，各所述滤光反射膜在所述第一振镜处于所述第二偏转状态时均能从所述第一振镜接收所述第一光束并均向所述第一振镜反射所述第一光束，各所述滤光反射膜分别用于向所述第一振镜反射位于预定波长区间的所述第一光束且不限制位于其它波长区间的所述第一光束透射，其中，任意相邻的两所述滤光反射膜呈预设距离设置，任意两所述滤光反射膜所反射的所述第一光束的波长区间均不相同。

2.如权利要求1所述的参考臂光路结构，其特征在于：各所述滤光反射膜所对应的所述第一光束的波长区间沿所述第一光束的入射方向依次连续设置。

3.如权利要求1所述的参考臂光路结构，其特征在于：所述滤光反射结构还包括多个滤光反射片，任意相邻的两所述滤光反射膜之间均设置有一所述滤光放射片，且任意相邻的两所述滤光反射膜分别镀覆于同一所述滤光反射片的两侧表面。

4.如权利要求1所述的参考臂光路结构，其特征在于：各所述滤光反射膜所对应的所述波长区间的长度均相等。

5.如权利要求1所述的参考臂光路结构，其特征在于：各所述滤光反射膜依次等间距设置。

6.如权利要求1-5任意一项所述的参考臂光路结构，其特征在于：所述参考臂光路结构还包括第一准直透镜，所述第一准直透镜用于对入射所述第一振镜的所述第一光束进行准直。

7.一种OCT成像系统，用于对待测样品进行成像扫描，其特征在于，所述OCT成像系统包括：如权利要求1-6任意一项所述的参考臂光路结构、样品臂光路结构、宽带光源、耦合器以及光谱分析仪，所述宽带光源用于发出源光束，且所述源光束被所述耦合器分成第一光束和第二光束，所述第一光束入射所述参考臂光路结构，所述第二光束入射所述样品臂光路结构，所述光谱分析仪用于接收并分析从所述参考臂光路结构反射回的所述第一光束以及从所述样品臂光路结构反射回的所述第二光束。

8.如权利要求7所述的OCT成像系统，其特征在于：所述样品臂光路结构包括第二振镜以及聚焦透镜，所述第二光束入射所述第二振镜并经所述第二振镜偏转反射至所述聚焦透镜，以对所述待测样品进行成像扫描，所述第二振镜还用于从所述待测样品接收所述第二光束并将所述第二光束反射至所述光谱分析仪。

9.如权利要求8所述的OCT成像系统，其特征在于：所述第二振镜向第一方向和/或第二方向偏转所述第二光束，其中，所述第一方向与所述第二方向正交设置。

10.如权利要求8所述的OCT成像系统，其特征在于：所述样品臂光路结构还包括第二准直透镜，所述第二准直透镜用于对入射所述第二振镜的所述第二光束进行准直。

Images