TWI749531B - 掃描裝置以及光學同調斷層掃描系統 - Google Patents

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TWI749531B
TWI749531B TW109113537A TW109113537A TWI749531B TW I749531 B TWI749531 B TW I749531B TW 109113537 A TW109113537 A TW 109113537A TW 109113537 A TW109113537 A TW 109113537A TW I749531 B TWI749531 B TW I749531B
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Abstract

一種應用於光學同調斷層掃描系統之掃描裝置將同調斷層掃描系統所需之一掃描透鏡組整合至一眼底成像系統中，使同調斷層掃描系統以及眼底成像系統能共享掃描透鏡組進行對焦。上述之掃描裝置能夠縮短對焦的反應時間且能縮小系統的體積。同時亦揭露一種包含上述掃描裝置之光學同調斷層掃描系統。

Description

掃描裝置以及光學同調斷層掃描系統
本發明是有關一種掃描裝置以及光學同調斷層掃描系統，特別是一種結合光學相機之光學同調斷層掃描系統。
光學同調斷層掃描(Optical Coherence Tomography，OCT)是一種光學成像技術，其是將兩道光線經由參考光臂(reference arm)以及取樣光臂(sample arm)各自反射後於光偵測器產生干涉而形成一斷層掃描影像。
請參照圖1，一種應用於擷取眼底斷層掃描影像之光學同調斷層掃描系統包含一掃描光源11、一耦合器12、一參考光臂13、一取樣光臂14以及一光譜儀15。耦合器12經由光纖121與掃描光源11、參考光臂13、取樣光臂14以及光譜儀15光學耦合。掃描光源11所產生之掃描光經耦合器12分成參考光臂13以及取樣光臂14。行經參考光臂13之參考光RL從一準直器131輸出，經一參考反射鏡132反射後回到準直器131，再回到耦合器12。行經取樣光臂14之取樣光SL從準直器141輸出，經一掃描反射鏡142、一掃描透鏡143、一分光器144以及一物鏡145後入射至一受測者之眼球300之眼底。眼球300之眼底的反射光經由相同路徑回到準直器141，再回到耦合器12。光譜儀15偵測參考光RL以及取樣光SL彼此干涉之光訊號，以供後續重建處理而形成眼底之斷層掃描影像。
請再參照圖1，為了擷取眼球300之眼底影像，取樣光臂14更包一眼底成像系統16，以讓操作者可以觀察受測者的眼底位置並確認OCT的掃描位置。眼球300之眼底所反射之一照明光可沿著光軸OA經由物鏡145、分光器144、一調焦透鏡161以及一成像透鏡162成像於一影像感測器163，以形成眼球300之眼底影像。
可以理解的是，每一受測者之眼球300可能具有不同的屈光度，例如近視或遠視。為了獲得品質較佳之斷層掃描影像，可移動掃描透鏡143的位置，以補償眼球之屈光度。同樣的，為了獲得品質較佳之眼底影像，可移動眼底成像系統16中之調焦透鏡161的位置，以補償眼球之屈光度。然而，不同的對焦系統需要各自對應的控制裝置，如此不僅增加對焦時間以及成本，更造成光學同調斷層掃描系統的體積無法縮小，進而限制其應用範圍。
有鑑於此，提供一種能夠快速對焦且體積較小之光學同調斷層掃描系統便是目前極需努力的目標。
本發明提供一種掃描裝置以及光學同調斷層掃描系統，其是將同調斷層掃描系統所需之掃描透鏡組整合至眼底成像系統中，使同調斷層掃描系統以及眼底成像系統能共享掃描透鏡組進行對焦，如此能夠縮短對焦的反應時間且能縮小系統的體積。
本發明一實施例之掃描裝置是用以與一主機組成一光學同調斷層掃描系統，其中主機輸出一取樣光。掃描裝置包含一掃描反射鏡、一分光器、一掃描透鏡組、一物鏡、一照明光源、一成像透鏡組以及一影像感測器。掃描反射鏡與主機光學耦合，以偏轉取樣光，使該樣光掃描一眼球之一眼底。分光器與 掃描反射鏡光學耦合，用以導引取樣光至眼球。掃描透鏡組與分光器光學耦合。物鏡相對於一光軸與掃描透鏡組同軸配置，使來自分光器之取樣光依序經過掃描透鏡組以及物鏡入射至眼球之眼底，且眼底所反射之取樣光沿一取樣光路回到主機，以產生相對應之一斷層掃描影像。照明光源偏離光軸設置，用以產生一照明光，其中照明光經由物鏡照射至眼球之眼底。成像透鏡組與分光器光學耦合。影像感測器設置於成像透鏡組之一出光側，其中照明光源、物鏡、掃描透鏡組、成像透鏡組以及影像感測器構成一眼底成像系統，且光學同調斷層掃描系統以及眼底成像系統共享掃描透鏡組，使眼球之眼底所反射之照明光經由物鏡、掃描透鏡組、分光器以及成像透鏡組成像至影像感測器，並產生相對應之一眼底影像。
本發明另一實施例之光學同調斷層掃描系統包含一主機以及一掃描裝置。主機包含一掃描光源、一耦合器以及一光譜儀。掃描光源用以產生一掃描光。耦合器與掃描光源光學耦合，以使掃描光分為一參考光以及一取樣光，其中行經一參考光路之參考光以一參考反射鏡反射且沿參考光路回到耦合器。光譜儀與耦合器光學耦合。掃描裝置包含一掃描反射鏡、一分光器、一掃描透鏡組、一物鏡、一照明光源、一成像透鏡組以及一影像感測器。掃描反射鏡與耦合器光學耦合，以偏轉取樣光，並使取樣光掃描一眼球之一眼底。分光器與掃描反射鏡光學耦合，用以導引取樣光至眼球。掃描透鏡組與分光器光學耦合。物鏡相對於一光軸與掃描透鏡組同軸配置，使來自分光器之取樣光依序經過掃描透鏡組以及物鏡入射至眼球之眼底，且眼底所反射之取樣光沿一取樣光路回到耦合器，以供光譜儀接收參考反射鏡所反射之參考光以及眼底所反射之取樣光，並產生相對應之一斷層掃描影像。照明光源偏離光軸設置，用以產生一照明光，其中照明光經由物鏡照射至眼底。成像透鏡組與分光器光學耦合。影像感測器設置於成像透鏡組之一出光側，其中照明光源、物鏡、掃描透鏡組、成像透鏡組以及影 像感測器構成一眼底成像系統，且光學同調斷層掃描系統以及眼底成像系統共享掃描透鏡組，使眼底所反射之照明光經由物鏡、掃描透鏡組、分光器以及成像透鏡組成像至影像感測器，並產生相對應之一眼底影像。
以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10:主機
11:掃描光源
12:耦合器
121:光纖
122:極化控制器
13:參考光臂
131:準直器
132:參考反射鏡
133:光圈
134:色散補償片
135:透鏡
14:取樣光臂
141:準直器
142:掃描反射鏡
143:掃描透鏡
144:分光器
145:物鏡
15:光譜儀
151:繞射光柵
152:透鏡
153:線性掃描相機
16:眼底成像系統
161:調焦透鏡
162:成像透鏡
163:影像感測器
20:掃描裝置
201:眼底成像系統
21:準直器
22:掃描反射鏡
23:分光器
24:掃描透鏡組
25:物鏡
26:照明光源
27:成像透鏡組
28:影像感測器
29:手持式殼體
300:眼球
A1、A2:箭頭
IL:照明光
OA:光軸
RL:參考光
SL:取樣光
圖1為一示意圖，顯示習知之光學同調斷層掃描系統。
圖2為一示意圖，顯示本發明一實施例之光學同調斷層掃描系統。
圖3為一示意圖，顯示本發明一實施例之光學同調斷層掃描系統之調焦動作。
以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。
請參照圖2，本發明之一實施例之光學同調斷層掃描系統包含一主機10以及一掃描裝置20。主機10包含一掃描光源11、一耦合器12以及一光譜儀15。掃描光源11用以產生一掃描光。舉例而言，掃描光源11可為一超輻射發光二極體(Superluminescent diode，SLD)。耦合器12與掃描光源11光學耦合，以使掃描光分為一參考光RL以及一取樣光SL，並分別導引至一參考光臂13以及一取樣光臂(亦即掃描裝置20)。舉例而言，耦合器12以光纖121與掃描光源11光學耦合，並以光纖121將參考光RL以及取樣光SL分別輸出至參考光臂13以及取樣光臂(掃描裝置20)。
於一實施例中，參考光臂13至少包含一準直器131以及一參考反射鏡132。準直器131設置於光纖121之一端，使參考光RL從準直器131輸出，並沿著一參考光路至參考反射鏡132，再反射回準直器131。可以理解的是，參考光臂13可包含其它適合之光學元件。舉例而言，一光圈(aperture)133、一色散補償片(DC)134以及一透鏡135可設置於參考光路，以穩定參考光RL之品質。參考光路是指參考光RL從耦合器12輸出，經參考反射鏡132反射再回到耦合器12所行經之光路。參考光臂13之詳細結構為本發明之技術領域之具有通常知識者所熟知，故在此不再贅述。於一實施例中，主機10可包含一極化控制器122，其與耦合器12光學耦合，以偏極化往參考光臂13以及取樣光臂(掃描裝置20)之掃描光。
光譜儀15與耦合器12光學耦合，舉例而言，光譜儀15經由光纖121與耦合器12光學耦合。光譜儀15用以接收參考光臂13以及取樣光臂(掃描裝置20)回傳之光訊號。於一實施例中，光譜儀15包含一繞射光柵(diffraction grating)151、一透鏡152以及一線性掃描相機(line scan camera)153，以偵測參考光臂13以及取樣光臂(掃描裝置20)所回傳之參考光RL以及取樣光SL彼此干涉之光訊號。
掃描裝置20包含一掃描反射鏡22、一分光器23、一掃描透鏡組24、一物鏡25、一照明光源26、一成像透鏡組27以及一影像感測器28。於一實施例中， 掃描裝置20更包含一光纖121以及一準直器21。光纖121之一端與主機10之耦合器12光學耦合。準直器21設置於光纖121之另一端，且與掃描反射鏡22光學耦合，因此，取樣光SL可從準直器21輸出至掃描反射鏡22。掃描反射鏡22可藉由轉動或其它方式來偏轉取樣光SL之路徑，進而改變取樣光SL照射在眼球300之眼底的不同位置。可以理解的是，依序改變取樣光SL照射至眼底的位置即可完整掃描眼球300之眼底的特定區域。
接續上述說明，分光器23與掃描反射鏡22光學耦合，以導引取樣光SL往眼球300方向照射。掃描透鏡組24與分光器23光學耦合，且物鏡25相對於一光軸OA與掃描透鏡組24同軸配置，使來自分光器23之取樣光SL依序經過掃描透鏡組24以及物鏡25入射至眼球300之眼底。眼球300之眼底所反射之取樣光SL再依序經過物鏡25、掃描透鏡組24、分光器23以及掃描反射鏡22回到準直器21，再回到耦合器12。簡言之，取樣光路是指取樣光SL從耦合器12輸出，經眼球300之眼底反射再回到耦合器12所行經之光路。可以理解的是，經參考反射鏡132反射之參考光RL以及經眼球300之眼底反射之取樣光SL回到耦合器12後，再輸出至光譜儀15，光譜儀15即可偵測參考光RL以及取樣光SL彼此干涉之光訊號，以供後續重建處理形成一斷層掃描影像。
此外，掃描裝置20之掃描透鏡組24、物鏡25、照明光源26、成像透鏡組27以及影像感測器28構成一眼底成像系統201。照明光源26偏離光軸OA設置，用以產生一照明光。照明光可藉由物鏡25收斂穿過眼球300之瞳孔後再照射至眼底。舉例而言，照明光源26可為一點狀光源，例如發光二極體(LED)。於一實施例中，照明光源26所產生之照明光是直接照射至物鏡25，如此可省略反射鏡或中繼透鏡(relay lens)等元件，以使系統體積縮小。
接續上述說明，成像透鏡組27與分光器23光學耦合，且影像感測器28設置於成像透鏡組27之一出光側。依據此結構，眼球300之眼底反射之 照明光IL則依序經由物鏡25、掃描透鏡組24、分光器23以及成像透鏡組27成像至影像感測器28，並產生相對應之一眼底影像。需說明的是，圖2所示之透鏡，例如物鏡25、掃描透鏡組24、以及成像透鏡組27等，其僅是示例以利說明，其光學特性應依實際之需求進行設計。
依據圖2所示之結構，同調斷層掃描系統所需之掃描透鏡組24整合至眼底成像系統201中，因此，掃描透鏡組24沿光軸OA移動即可調整焦距，以補償眼球300之不同屈光度，進而獲得品質較佳之斷層掃描影像以及眼底影像。簡言之，同調斷層掃描系統以及眼底成像系統201能共享掃描透鏡組24進行對焦，因此，當操作者藉由眼底成像系統201完成對焦時，同調斷層掃描系統亦完成對焦。舉例而言，請參照圖3，當受測者之眼球300為正常視力時，掃描透鏡組24於一預設位置，如圖3中之中間圖所示。當受測者之眼球300為遠視(+10D)時，掃描透鏡組24可沿光軸OA往遠離物鏡25的方向移動，如圖3中之上圖之箭頭A1方向所示。相反的，當受測者之眼球300為近視(-10D)時，掃描透鏡組24可沿光軸OA往靠近物鏡25的方向移動，如圖3中之下圖之箭頭A2方向所示。
於一實施例中，調整焦距的過程僅移動掃描透鏡組24，但照明光源26以及成像透鏡組27固定不動，亦即照明光源26以及成像透鏡組27至物鏡25之距離為固定，如此可簡化光學設計。於一實施例中，照明光源26至物鏡25之距離小於或等於掃描透鏡組24至物鏡25之距離。需說明的是，圖3所示之實施例是移動掃描透鏡組24來調整焦距，但不限於此，舉例而言，掃描透鏡組24亦可透過改變曲率來調整焦距。
依據上述結構，本發明之光學同調斷層掃描系統僅需一組對應於掃描透鏡組24之控制裝置即可調整焦距，如此不僅光路設計較為簡化，且可節省許多硬體元件及成本。此外，對於對焦的反應時間可以有效縮短且大幅縮小系 統的體積，以利小型化以及可攜化。舉例而言，請再參照圖2，掃描裝置20可包含一手持式殼體29，且掃描反射鏡22、分光器23、掃描透鏡組24、物鏡25、照明光源26、成像透鏡組27以及影像感測器28設置於手持式殼體29內。掃描裝置20以一光纖121與主機10光學耦合，如此一來，操作者即可手持掃描裝置20進行操作，這對於觀察行動不利的受測者(例如臥病在床的患者)、嬰幼兒或動物之眼底極為方便。
於一實施例中，掃描裝置20以可卸除方式與主機10光學耦合以及電性耦合。舉例而言，主機10可包含一光纖連接埠以及一電連接埠，掃描裝置20包含主機10之光纖連接埠以及電連接埠相對應之光纖插頭以及電連接插頭，如此即能夠以單一主機10更換適當之掃描裝置20以應用於不同用途或不同的受測者。
綜合上述，本發明之掃描裝置以及光學同調斷層掃描系統是將同調斷層掃描系統所需之掃描透鏡組整合至眼底成像系統中，使同調斷層掃描系統以及眼底成像系統能共享掃描透鏡組，並藉由調整掃描透鏡組進行對焦，如此不僅能夠簡化設計並降低成本，且能夠縮短對焦的反應時間以及縮小系統的體積。
以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
10:主機
11:掃描光源
12:耦合器
121:光纖
122:極化控制器
13:參考光臂
131:準直器
132:參考反射鏡
133:光圈
134:色散補償片
135:透鏡
15:光譜儀
151:繞射光柵
152:透鏡
153:線性掃描相機
20:掃描裝置
201:眼底成像系統
21:準直器
22:掃描反射鏡
23:分光器
24:掃描透鏡組
25:物鏡
26:照明光源
27:成像透鏡組
28:影像感測器
29:手持式殼體
300:眼球
IL:照明光
OA:光軸
RL:參考光
SL:取樣光

Claims (20)

  1. 一種掃描裝置，其與一主機組成一光學同調斷層掃描系統，其中該主機輸出一取樣光，且該掃描裝置包含：一掃描反射鏡，其與該主機光學耦合，以偏轉該取樣光，使該取樣光掃描一眼球之一眼底；一分光器，其與該掃描反射鏡光學耦合，用以導引該取樣光至該眼球；一掃描透鏡組，其與該分光器光學耦合；一物鏡，其相對於一光軸與該掃描透鏡組同軸配置，使來自該分光器之該取樣光依序經過該掃描透鏡組以及該物鏡入射至該眼球之該眼底，且該眼底所反射之該取樣光沿一取樣光路回到該主機，以產生相對應之一斷層掃描影像；一照明光源，其偏離該光軸設置，用以產生一照明光，其中該照明光經由該物鏡照射至該眼球之該眼底；一成像透鏡組，其與該分光器光學耦合；以及一影像感測器，其設置於該成像透鏡組之一出光側，其中該照明光源、該物鏡、該掃描透鏡組、該成像透鏡組以及該影像感測器構成一眼底成像系統，且該光學同調斷層掃描系統以及該眼底成像系統共享該掃描透鏡組，使該眼球之該眼底所反射之該照明光經由該物鏡、該掃描透鏡組、該分光器以及該成像透鏡組成像至該影像感測器，並產生相對應之一眼底影像。
  2. 如請求項1所述之掃描裝置，其中該掃描透鏡組沿該光軸移動或改變曲率以調整焦距。
  3. 如請求項1所述之掃描裝置，更包含：一光纖，其一端與該主機光學耦合；以及一準直器，其設置於該光纖之另一端，且與該掃描反射鏡光學耦合。
  4. 如請求項1所述之掃描裝置，更包含：一手持式殼體，其中該掃描反射鏡、該分光器、該掃描透鏡組、該物鏡、該照明光源、該成像透鏡組以及該影像感測器設置於該手持式殼體內，且該掃描裝置以一光纖與該主機光學耦合。
  5. 如請求項1所述之掃描裝置，其中該照明光源為一點狀光源。
  6. 如請求項1所述之掃描裝置，其中該照明光源至該物鏡之距離小於或等於該掃描透鏡組至該物鏡之距離。
  7. 如請求項1所述之掃描裝置，其中該照明光源至該物鏡之距離為固定。
  8. 如請求項1所述之掃描裝置，其中該成像透鏡組至該物鏡之距離為固定。
  9. 一種光學同調斷層掃描系統，包含：一主機，其包含：一掃描光源，用以產生一掃描光；一耦合器，其與該掃描光源光學耦合，以使該掃描光分為一參考光以及一取樣光，其中行經一參考光路之參考光以一參考反射鏡反射且沿該參考光路回到該耦合器；以及一光譜儀，其與該耦合器光學耦合；一掃描裝置，其包含： 一掃描反射鏡，其與該耦合器光學耦合，以偏轉該取樣光，並使該取樣光掃描一眼球之一眼底；一分光器，其與該掃描反射鏡光學耦合，用以導引該取樣光至該眼球；一掃描透鏡組，其與該分光器光學耦合；一物鏡，其相對於一光軸與該掃描透鏡組同軸配置，使來自該分光器之該取樣光依序經過該掃描透鏡組以及該物鏡入射至該眼球之該眼底，且該眼底所反射之該取樣光沿一取樣光路回到該耦合器，以供該光譜儀接收該參考反射鏡所反射之該參考光以及該眼底所反射之該取樣光，並產生相對應之一斷層掃描影像；一照明光源，其偏離該光軸設置，用以產生一照明光，其中該照明光經由該物鏡照射至該眼底；一成像透鏡組，其與該分光器光學耦合；以及一影像感測器，其設置於該成像透鏡組之一出光側，其中該照明光源、該物鏡、該掃描透鏡組、該成像透鏡組以及該影像感測器構成一眼底成像系統，且該光學同調斷層掃描系統以及該眼底成像系統共享該掃描透鏡組，使該眼底所反射之該照明光經由該物鏡、該掃描透鏡組、該分光器以及該成像透鏡組成像至該影像感測器，並產生相對應之一眼底影像。
  10. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該掃描光源包含一超輻射發光二極體。
  11. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該光譜儀包含一繞射光柵以及一線性掃描相機。
  12. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該主機更包含： 一極化控制器，其與該耦合器光學耦合，以偏極化該參考光以及該取樣光。
  13. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該掃描透鏡組沿該光軸移動或改變曲率以調整焦距。
  14. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該掃描裝置更包含：一光纖，其一端與該耦合器連接；以及一準直器，其設置於該光纖之另一端，且與該掃描反射鏡光學耦合。
  15. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該掃描裝置更包含：一手持式殼體，其中該掃描反射鏡、該分光器、該掃描透鏡組、該物鏡、該照明光源、該成像透鏡組以及該影像感測器設置於該手持式殼體內，且該掃描反射鏡以一光纖與該耦合器光學耦合。
  16. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該掃描裝置以可卸除方式與該主機光學耦合以及電性耦合。
  17. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該照明光源為一點狀光源。
  18. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該照明光源至該物鏡之距離小於或等於該掃描透鏡組至該物鏡之距離。
  19. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該照明光源至該物鏡之距離為固定。
  20. 如請求項9所述之光學同調斷層掃描系統，其中該成像透鏡組至該物鏡之距離為固定。
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