TW201509369A - 光學裝置及其運作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種應用於眼科檢測之光學裝置。光學裝置包含第一光源模組、第二光源模組及干涉模組。第一光源模組係由光纖單元及透鏡元件構成。第一光源模組係用以發出第一光訊號。第二光源模組係由光纖單元及透鏡元件構成。第二光源模組係與第一光源模組串接。第二光源模組用以接收第一光訊號並發出第二光訊號。干涉模組係與第二光源模組耦接，用以接收第二光訊號並分別提供第一入射光及第二入射光至待測物及參考反射鏡。

Description

光學裝置及其運作方法
本發明係與光學檢測有關，特別是關於一種能夠適用於眼科檢測並提供高功率、大頻寬及高解析等功效之光學裝置及其運作方法。
近年來，隨著光學檢測技術不斷地演進，提供了一種非侵入式的方法來了解待測物組織的構造及組成，由於其快速而且非侵入式的特性使得這類的技術有相當廣泛的應用，特別是應用於人體功能檢測及醫療診斷上。尤其是人體眼球器官與周邊組織相對於人體其他部位，具有高透光性與易受損傷等特性，因此，光學檢測技術更適合被廣泛應用於眼科檢測設備中，例如驗光機、眼壓計、眼底照相機、角膜厚度儀及光學斷層掃瞄儀等。
然而，於實際應用中，相關的光學眼科檢測設備雖已開發多年，但由於眼部器官構造中，各組織對入射光所產生之反射、散射、折射或吸收等特性並不一致，因此，當目前的光學眼科檢測設備進行不同的眼科檢測時，很可能由於上述因素而產生解析度較差的檢測結果，甚至有誤判之情事發生。
因此，本發明即針對此一需求提出一種能夠適用於眼科檢測並提供高功率、大頻寬及高解析等功效之光學裝置及其運作方法，以改善先前技術所遭遇到之種種問題。
根據本發明之第一具體實施例為一種光學裝置。於此實施例中，光學裝置應用於眼科檢測。光學裝置包含第一光源模組、第二光源模組及干涉模組。第一光源模組係由光纖單元及透鏡元件構成。第一光源模組係用以發出第一光訊號。第二光源模組係由光纖單元及透鏡元件構成。第二光源模組係與第一光源模組串接。第二光源模組用以接收第一光訊號並發出第二光訊號。干涉模組係與第二光源模組耦接，用以接收第二光訊號並分別提供第一入射光及第二入射光至待測物及參考反射鏡。
於一實施例中，干涉模組係包含有一干涉光路，用以根據第二光訊號產生第一入射光及第二入射光。
於一實施例中，第二光源模組之光纖單元係包含有多模式光纖(multi-mode fiber)，用以根據第一光訊號產生第二光訊號。
於一實施例中，多模式光纖之核心(core)直徑為200um，干涉模組提供至待測物之第一入射光具有1030nm之中心頻率、高於45nm之頻寬及小於10um之縱向解析度(axial resolution)。
於一實施例中，參考反射鏡具有一平面或一曲面。
於一實施例中，光學裝置進一步包含切換模組，耦接第二光源模組，用以透過旋轉或平移方式改變接收來自第一光源模組之第一光訊號的第二光源模組之多模式光纖處於一核心(core)模式或一外殼(cladding)模式下以產生該第二光訊號。
根據本發明之第二具體實施例為一種光學裝置運作方法。於此實施例中，光學裝置運作方法應用於眼科檢測。光學裝置包含第一光源模組、一第二光源模組及一干涉模組。第一光源模組及第二光源模組係由光纖單元及透鏡元件構成。第二光源模組係與第一光源模組串接。干涉模組係與第二光源模組耦接。該方法包含下列步驟：(a)第一光源模組發出第一光訊號；(b)第二光源模組接收第一光訊號並發出第二光訊號；以及(c)干涉模組接收第二光訊號並分別提供第一入射光及第二入射光至待測物及參考反射鏡。
相較於先前技術，根據本發明之光學裝置及其運作方法具有下列優點：
(1)採用特殊設計之雷射光源，具有高功率輸出及優化中心頻寬之功效；
(2)利用上述雷射光源設計之光源模組搭配上光學干涉檢測及相匹配的特殊光路設計，可有效提高系統的訊雜比(Signal-Noise Ratio,SNR)，故能提供關於眼球組織(例如角膜)的高解析度之縱向分析；
(3)可搭配切換模組，透過旋轉或平移之方式改變光纖單元之核心(core)模式或外殼(cladding)模式，以提供不同的檢測功能。
(4)可採用曲面參考反射鏡取代傳統的平面參考反射鏡，以獲得較大的光圈尺寸(Iris size)及較佳的訊雜比(Signal-Noise Ratio,SNR)。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
S10~S14‧‧‧流程步驟
1‧‧‧光學裝置
10‧‧‧第一光源模組
12‧‧‧第二光源模組
14‧‧‧干涉模組
RM、RM’‧‧‧參考反射鏡
OD‧‧‧待測物
N1‧‧‧第一光訊號
N2‧‧‧第二光訊號
L1‧‧‧第一入射光
L2‧‧‧第二入射光
LEN、LEN1~LEN2‧‧‧透鏡
MF‧‧‧多模式光纖
K‧‧‧分光單元
RF‧‧‧反射單元
PD‧‧‧光偵測單元
AT‧‧‧衰減單元
CH‧‧‧腔體
16‧‧‧切換模組
圖1係繪示根據本發明之一具體實施例中之光學裝置的功能方塊圖。
圖2係繪示圖1中之光學裝置應用於眼壓量測之架構的一實施例。
圖3A及圖3B係分別繪示不同的切換模組設計。
圖4A及圖4B係分別繪示根據本發明之光學裝置所得到的輸出功率及帶寬之實驗結果。
圖5係繪示圖1中之光學裝置應用於眼壓量測之架構的另一實施例。
圖6係繪示根據本發明之另一具體實施例之光學裝置運作方法的流程圖。
根據本發明之一具體實施例為一種光學裝置。於此實施 例中，該光學裝置可以是一種光學式眼科檢測裝置，但不以此為限。
請參照圖1，圖1係繪示本實施例之光學裝置的功能方塊圖。如圖1所示，光學裝置1包含第一光源模組10、第二光源模組12及干涉模組14。其中，第二光源模組12係與第一光源模組10串接。干涉模組14係與第二光源模組12耦接。
於此實施例中，第一光源模組10係由光纖單元及透鏡元件構成。第一光源模組10係用以發出第一光訊號N1。第二光源模組12係由光纖單元及透鏡元件構成。第二光源模組12係用以接收來自第一光源模組10的第一光訊號N1並發出第二光訊號N2。干涉模組14係用以接收來自第二光源模組12的第二光訊號N2並分別提供第一入射光L1及第二入射光L2至待測物OD及參考反射鏡RM。
請參照圖2，圖2係繪示圖1中之光學裝置應用於眼壓量測之架構的一實施例。如圖2所示，第一光源模組10及第二光源模組12係分別由不同的光纖單元及透鏡元件構成。需說明的是，第二光源模組12之光纖單元可包含有準直透鏡(collimating lens)LEN及多模式光纖(multi-mode fiber)MF，用以根據第一光訊號N1產生第二光訊號N2。於此實施例中，第二光源模組12之光纖單元所採用之多模式光纖的核心(core)直徑為200um，但不以此為限。
於此實施例中，干涉模組14可包含有一干涉光路(例如邁克森干涉光路，但不以此為限)，用以接收來自第二光源模組12之多模式光纖MF的第二光訊號N2，並根據第二光訊號N2透過干涉光路產生第一入射光L1及第二入射光L2。如圖2所示，干涉模組14可包含有分光單元K、反射單元RF、光偵測單元PD、透鏡單元LEN1~LEN2、衰減單元AT及腔體CH。
來自第二光源模組12之多模式光纖MF的第二光訊號N2經分光單元K分為第一入射光L1及第二入射光L2。第一入射光L1經反射單元RF反射並經過透鏡單元LEN1及腔體CH後將會射向待測物OD。第二入射光L2經過透鏡單元LEN2及衰減單元AT後將會射向參考反射鏡RM。光偵測單元PD則係用以分別接收待測物OD反射第一入射光L1之第一反射光以及參考反射鏡RM反射第二入射光L2之第二反射光，以根據第一反射光及第二反射 光得到量測結果。
需說明的是，本發明之干涉模組14提供至待測物(角膜組織)OD之第一入射光L1可具有1030nm之中心頻率、高於45nm之頻寬及小於10um之縱向解析度(axial resolution)，但不以此為限。
實際上，第二光源模組12之光纖單元可包含有單模式光纖及多模式光纖，光學裝置1亦可進一步包含耦接第二光源模組12的切換模組。多模式光纖具有下列優點：頻寬大、高解析度、大面積、OCT效果較佳。
請參照圖3A及圖3B，圖3A及圖3B係分別繪示不同的切換模組之設計。如圖3A及圖3B所示，切換模組16係用以透過旋轉或平移方式改變接收來自第一光源模組10之第一光訊號N1的第二光源模組12之多模式光纖MF處於核心(core)模式或外殼(cladding)模式下以產生第二光訊號N2。也就是說，切換模組16可控制第二光源模組12之多模式光纖MF操作於核心模式或外殼模式下，這將會連帶影響干涉模組14提供至待測物(角膜組織)OD之第一入射光L1的中心頻率、頻寬及縱向解析度之大小。
舉例而言，當切換模組16控制第二光源模組12之多模式光纖MF操作於核心模式下時，干涉模組14提供至待測物(角膜組織)OD之第一入射光L1可具有1030nm之中心頻率、19nm之頻寬及22um之縱向解析度。當切換模組16控制第二光源模組12之多模式光纖MF操作於外殼模式下時，干涉模組14提供至待測物(角膜組織)OD之第一入射光L1可具有1030nm之中心頻率、47nm之頻寬及9.1um之縱向解析度。
比較上述實驗結果可知：當第二光源模組12之多模式光纖MF操作於外殼模式下時，干涉模組14提供至待測物(角膜組織)OD之第一入射光L1之中心頻率雖與操作於核心模式下相同，但很明顯地，其頻寬較大且縱向解析度較佳(數值較小)。因此，使用者可視實際需求操作切換模組16控制第二光源模組12之多模式光纖MF於核心模式或外殼模式之間進行切換。
請參照圖4A及圖4B，圖4A及圖4B係分別繪示根據本發明之光學裝置所得到的輸出功率及帶寬之實驗結果。如圖4A及圖4B可知：本發明之光學裝置可達到1.2MW的高輸出功率與47nm的大帶寬。
請參照圖5，圖5係繪示圖1中之光學裝置應用於眼壓量測之架構的另一實施例。如圖5所示，於此實施例中，具有曲面之參考反射鏡RM’被用來取代圖2中之平面參考反射鏡RM，藉以獲得較大的光圈尺寸(Iris size)及較佳的訊雜比(Signal-Noise Ratio,SNR)。
根據本發明之另一具體實施例為一種光學裝置運作方法。於此實施例中，光學裝置運作方法應用於眼科檢測。光學裝置包含第一光源模組、一第二光源模組及一干涉模組。第一光源模組及第二光源模組係由光纖單元及透鏡元件構成。第二光源模組係與第一光源模組串接。干涉模組係與第二光源模組耦接。
請參照圖6，圖6係繪示此實施例之光學裝置運作方法的流程圖。如圖6所示，於步驟S10中，第一光源模組發出第一光訊號；於步驟S12中，第二光源模組接收第一光訊號並發出第二光訊號；於步驟S14中，干涉模組接收第二光訊號並分別提供第一入射光及第二入射光至待測物及參考反射鏡。
於實際應用中，第二光源模組之光纖單元係包含有多模式光纖(multi-mode fiber)。於步驟S12中，該方法可透過旋轉或平移方式改變接收來自第一光源模組之第一光訊號的第二光源模組之多模式光纖處於核心(core)模式或外殼(cladding)模式下以產生第二光訊號。參考反射鏡可具有平面或曲面。於步驟S14中，干涉模組可包含有一干涉光路，用以根據第二光訊號產生第一入射光及第二入射光。本發明之干涉模組提供至待測物之第一入射光可具有1030nm之中心頻率、高於45nm之頻寬及小於10um之縱向解析度。
相較於先前技術，根據本發明之光學裝置及其運作方法具有下列優點：
(1)採用特殊設計之雷射光源，具有高功率輸出及優化中心頻寬之功效；
(2)利用上述雷射光源設計之光源模組搭配上光學干涉檢測及相匹配的特殊光路設計，可有效提高系統的訊雜比(signal-noise ratio)，故能提供關於眼球組織(例如角膜)的高解析度之縱向分析；
(3)可搭配切換模組，透過旋轉或平移之方式改變光纖單 元之核心(core)模式或外殼(cladding)模式，以提供不同的檢測功能。
(4)可採用曲面參考反射鏡取代傳統的平面參考反射鏡，以獲得較大的光圈尺寸(Iris size)及較佳的訊雜比(Signal-Noise Ratio,SNR)。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1‧‧‧光學裝置
10‧‧‧第一光源模組
12‧‧‧第二光源模組
14‧‧‧干涉模組
RM‧‧‧參考反射鏡
OD‧‧‧待測物
N1‧‧‧第一光訊號
N2‧‧‧第二光訊號
L1‧‧‧第一入射光
L2‧‧‧第二入射光

Claims (12)

  1. 一種光學裝置，包含：一第一光源模組，係由光纖單元及透鏡元件構成，該第一光源模組係用以發出一第一光訊號；一第二光源模組，係由光纖單元及透鏡元件構成，該第二光源模組係與該第一光源模組串接，該第二光源模組用以接收該第一光訊號並發出一第二光訊號；以及一干涉模組，係與該第二光源模組耦接，用以接收該第二光訊號並分別提供一第一入射光及一第二入射光至一待測物及一參考反射鏡。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該干涉模組係包含有一干涉光路，用以根據該第二光訊號產生該第一入射光及該第二入射光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該第二光源模組之光纖單元係包含有一多模式光纖(multi-mode fiber)，用以根據該第一光訊號產生該第二光訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光學裝置，其中該多模式光纖之核心(core)直徑為200um，該干涉模組提供至該待測物之該第一入射光具有1030nm之中心頻率、高於45nm之頻寬及小於10um之縱向解析度(axial resolution)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該參考反射鏡具有一平面或一曲面。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之光學裝置，進一步包含：一切換模組，耦接該第二光源模組，用以透過旋轉或平移方式 改變接收來自該第一光源模組之該第一光訊號的該第二光源模組之該多模式光纖處於一核心(core)模式或一外殼(cladding)模式下以產生該第二光訊號。
  7. 一種運作一光學裝置的方法，該光學裝置包含一第一光源模組、一第二光源模組及一干涉模組，該第一光源模組及該第二光源模組係由光纖單元及透鏡元件構成，該第二光源模組係與該第一光源模組串接，該干涉模組係與該第二光源模組耦接，該方法包含下列步驟：(a)該第一光源模組發出一第一光訊號；(b)該第二光源模組接收該第一光訊號並發出一第二光訊號；以及(c)該干涉模組接收該第二光訊號並分別提供一第一入射光及一第二入射光至一待測物及一參考反射鏡。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該干涉模組係包含有一干涉光路，用以根據該第二光訊號產生該第一入射光及該第二入射光。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該第二光源模組之光纖單元係包含有一多模式光纖(multi-mode fiber)，用以根據該第一光訊號產生該第二光訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該多模式光纖之核心直徑為200um，該干涉模組提供至該待測物之該第一入射光具有1030nm之中心頻率、高於45nm之頻寬及小於10um之縱向解析度。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該參考反射鏡具有一平面或一曲面。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，進一步包含下列步驟：透過旋轉或平移方式改變接收來自該第一光源模組之該第一光 訊號的該第二光源模組之該多模式光纖處於一核心模式或一外殼模式下以產生該第二光訊號。
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