專利名稱：基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物或醫(yī)療層析成像儀器，特別是一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬 視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，能在大視場(chǎng)范圍內(nèi)對(duì)生物組織進(jìn)行高分辨率光學(xué)相干層析成像。
背景技術(shù)：
A. F. Fercher等較早就提出通過(guò)干涉成像的方法測(cè)量眼軸的長(zhǎng)度(A. F. Fercher et. Al"Eye-length measurement by interferometry with partially coherent light，，， Optics Letters. 13，186-188 (1998))，其后 David Huang 等在 OCT 技術(shù)的發(fā)展上做了較多 研究(Huang D et al. Laser Surg Med 1991. 11 :5)。專利號(hào)為US5825533(1998)的發(fā)明專利提出通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的掃描振鏡來(lái)進(jìn)行橫 向和縱向的同步掃描，以實(shí)現(xiàn)共焦掃描成像。該專利給出了二維掃描基本原理，沒(méi)有提出大 視場(chǎng)的概念，也沒(méi)有應(yīng)用到光學(xué)相干層析成像領(lǐng)域。專利號(hào)分別為US5491524、US7489405B2 的發(fā)明專利，提出了光學(xué)相干層析系統(tǒng)的基本原理性裝置，但沒(méi)有提出像差實(shí)時(shí)校正的概 念，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高分辨率成像的功能，更沒(méi)有解決大視場(chǎng)與高分辨率成像共存的問(wèn)題。專 利號(hào)為ZL99115053. 8(1999)的發(fā)明專利等，提出了基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的視網(wǎng)膜成像 裝置，但該裝置沒(méi)有實(shí)現(xiàn)光學(xué)相干層析成像，也沒(méi)有提出大視場(chǎng)的概念。專利號(hào)分別為 ZL200610052463. 8、ZL200510012234. 9的發(fā)明專利等也提出了光學(xué)相干層析技術(shù)的原理性 裝置，但重點(diǎn)在如何提高光學(xué)相干層析儀的焦深和改變掃描方式，也沒(méi)有提到提出如何實(shí) 現(xiàn)滿足大視場(chǎng)與高分辨率同步成像的解決方案。綜上所述可知，現(xiàn)有的光學(xué)相干層析成像設(shè)備存在諸多不足，亟待改進(jìn)。對(duì)比國(guó)際國(guó)內(nèi)在光學(xué)相干層析成像領(lǐng)域的技術(shù)成果，本發(fā)明在光學(xué)相干層析成像 的基本原理基礎(chǔ)上，提出一種新的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的光學(xué)相干層析成像裝置，引入自 適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來(lái)實(shí)時(shí)校正光學(xué)系統(tǒng)和待測(cè)樣品的像差，通過(guò)快速傾斜鏡與兩個(gè)掃描振鏡的 同步掃描，結(jié)合共軛成像的原理，實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)范圍內(nèi)的高分辨率相干層析成像的功能，并且 所述儀器的光學(xué)成像質(zhì)量能達(dá)到光學(xué)衍射極限的水平，層析分辨率能達(dá)到微米量級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題克服傳統(tǒng)光學(xué)相干層析儀不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率與大 視場(chǎng)同步成像的限制，提出一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，得到人眼 (或物鏡與待成像樣品，下同)較大視場(chǎng)范圍內(nèi)的高分辨率層析成像。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，由 光源組件、參考臂組件、像差探測(cè)與校正組件、二維成像掃描組件、寬視場(chǎng)掃描組件和光學(xué) 相干層析成像探測(cè)組件組成。控制快速傾斜鏡，與二維掃描振鏡組同步工作，既能得到某一 成像子區(qū)域的高分辨率圖像，又能通過(guò)控制快速傾斜鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼眼底不同區(qū)域的主動(dòng) 掃描，來(lái)達(dá)到增加成像視場(chǎng)、提高光學(xué)相干層析儀橫向分辨率的目的。本發(fā)明的原理本發(fā)明的主要原理包括光學(xué)相干層析成像原理和光學(xué)成像共軛關(guān)系。即在本發(fā)明所述的系統(tǒng)裝置中，光源、變形鏡、兩個(gè)二維掃描振鏡、快速傾斜鏡以及人眼 在光學(xué)上精確共軛。兩個(gè)獨(dú)立的二維掃描振鏡依次對(duì)人眼實(shí)現(xiàn)線掃描和幀掃描，以得到在 單幀圖像成像視場(chǎng)內(nèi)的高分辨率層析圖像。再通過(guò)置于系統(tǒng)光學(xué)共軛面的快速傾斜鏡，實(shí) 現(xiàn)對(duì)人眼眼底成像區(qū)域的面掃描，擴(kuò)展成像視場(chǎng)，同時(shí)增強(qiáng)光學(xué)相干層析儀的橫向分辨率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明使得傳統(tǒng)的光學(xué)相干層析儀成像視場(chǎng) 大幅增加，橫向分辨率大幅提高。尤其是應(yīng)用于人眼眼底成像時(shí)，將不再需要人眼目標(biāo)自身 做主動(dòng)調(diào)整，而可以通過(guò)控制快速傾斜鏡主動(dòng)掃描的方式來(lái)達(dá)到成像人眼眼底不同區(qū)域的 目的。顯著改善傳統(tǒng)光學(xué)相干層析儀的成像視場(chǎng)、成像分辨率以及可操作性等性能。


圖1為基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)說(shuō)明書附圖1，對(duì)如何具體實(shí)施本發(fā)明提出的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng) 光學(xué)相干層析儀的功能，詳細(xì)介紹如下1、由光源組件之低相干光源SLD(I)通過(guò)光纖端口(2)，接入多路光纖耦合器(3)， 光纖耦合器(3)通過(guò)輸出光纖端口(4)進(jìn)入?yún)⒖急劢M件(4-8)，經(jīng)過(guò)光纖耦合鏡頭(5)、反
射鏡組(6)和色散匹配液體(7)，后被參考光反射鏡(8)反射，沿原光路返回光纖耦合器 ⑶。2、通過(guò)光纖輸出端口(9)后的照明光源經(jīng)過(guò)耦合透鏡(10)、反射鏡(11，12)、球面 反射望遠(yuǎn)鏡(13-14)、變形鏡(15)、球面反射鏡系統(tǒng)(16-17)后進(jìn)入橫向掃描振鏡(18)。3、掃描照明光路組件以兩個(gè)獨(dú)立的光學(xué)掃描振鏡為主，振鏡之間通過(guò)球面望遠(yuǎn)鏡 連接。照明光經(jīng)過(guò)橫向掃描振鏡(18)的掃描后變成線掃描光，再經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡(19和20) 擴(kuò)束后被縱向掃描振鏡(21)掃描，形成面照明光。面照明光依次經(jīng)過(guò)球面反射望遠(yuǎn)鏡 (22-23)、寬視場(chǎng)掃描組件(24、25、26)后進(jìn)入人眼(27)。掃描照明光路在人眼眼底掃描照 明的入射視場(chǎng)角在3°左右，一般為人眼等暈角大小4、照明光束入射在人眼瞳孔(或待測(cè)樣品)，經(jīng)瞳孔聚焦后進(jìn)入人眼眼底，從人眼 眼底返回的信號(hào)光按原路返回(從27返回到13)。返回的光束首先經(jīng)過(guò)分光鏡(28)，部分 信號(hào)光被反射后進(jìn)入波前傳感器(29)，部分信號(hào)光被透射后進(jìn)入反射鏡(12)。波前傳感器 (29)主要用來(lái)對(duì)從人眼返回回來(lái)的光信號(hào)進(jìn)行波前探測(cè)，并復(fù)原出人眼的像差信息。波前 傳感器(29)通過(guò)計(jì)算機(jī)與變形鏡(15)連接。變形鏡(15)根據(jù)波前傳感器(29)的提供的 波前信息，產(chǎn)生一個(gè)相位上共軛的波前表面，以校正系統(tǒng)光路中的波前像差。校正后的光信 號(hào)的光束質(zhì)量接近衍射極限。5、快速傾斜鏡(24)靜止不動(dòng)的時(shí)候，系統(tǒng)通過(guò)掃描振鏡(18和21)的二維掃描 來(lái)完成圖像重構(gòu)，得到共焦圖像視頻圖像，此時(shí)系統(tǒng)成像視場(chǎng)一般比較小，典型掃描視場(chǎng)為 3°。此時(shí)，通過(guò)控制快速傾斜鏡在X和Y兩個(gè)方向?qū)θ搜垩鄣走M(jìn)行傾斜掃描，得到人眼眼 底任何子區(qū)域的單幀圖像。假設(shè)快速傾斜鏡在人眼瞳孔處可以產(chǎn)生的傾斜角度為20°，則 系統(tǒng)總的成像視場(chǎng)為20° +3° =23°，大幅提高了系統(tǒng)的成像視場(chǎng)。通過(guò)控制快速傾斜鏡 在人眼眼底各子區(qū)域依次進(jìn)行成像，并進(jìn)行各子圖像的圖像拼接，來(lái)得到人眼眼底大視場(chǎng)范圍內(nèi)的高分辨率層析圖像。6、經(jīng)過(guò)反射鏡(12)后光束將依次經(jīng)過(guò)反射鏡(11)、耦合透鏡(10)和光纖端口 (9)，進(jìn)入多路光纖耦合器(3)。光纖耦合器(3)將把光電端口(4)與光纖端口(9)的光束 耦合后通過(guò)光纖端口(30)、耦合透鏡(31)后入射在衍射光柵(32)上。7、衍射光柵(32)將對(duì)返回的信號(hào)光在不同的波長(zhǎng)產(chǎn)生不同的方向上的色散，色 散后的光束再經(jīng)過(guò)聚光透鏡(33)后被線陣CXD(34)接收。對(duì)線陣CXD(34)接收到的序列 光信號(hào)進(jìn)行頻譜分析(即傅里葉變換)，得到不同波長(zhǎng)光束在人眼眼底(或其他待測(cè)生物 組織)內(nèi)的相干信息。根據(jù)光束的相干信息，結(jié)合兩個(gè)掃描振鏡的位置信息，完成人眼眼底 (或其他待測(cè)生物組織)在縱向切面上的圖像重構(gòu)。也就是光學(xué)相干層析成像。8、根據(jù)具體實(shí)施步驟1-7，本發(fā)明所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干 層析儀，可以在探測(cè)器終端得到經(jīng)過(guò)了像差校正后的光學(xué)相干層析圖像，并且能實(shí)現(xiàn)人眼 眼底大視場(chǎng)內(nèi)任何子區(qū)域的高精密掃描成像。經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，即可對(duì)人眼(或待測(cè)樣品)在大視場(chǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高分辨率光學(xué)相 干層析成像功能。需要說(shuō)明的是，盡管本發(fā)明的較佳實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明 書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域 的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般 概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求
一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，其特征在于所述光學(xué)相干層析儀包括光源組件、參考臂組件、像差探測(cè)與校正組件、二維成像掃描組件、寬視場(chǎng)掃描組件和探測(cè)器組件。二維成像掃描組件與寬視場(chǎng)掃描組件通過(guò)球面反射式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)連接。探測(cè)器組件置于系統(tǒng)返回光路的終端，光纖端口之后。由光源組件發(fā)射的照明光依次通過(guò)像差探測(cè)與校正組件、二維成像掃描組件、寬視場(chǎng)掃描組件后進(jìn)入人眼(或待測(cè)樣品)，從人眼(或待測(cè)樣品)反射回來(lái)的信號(hào)光原路返回系統(tǒng)后通過(guò)分光鏡透射后返回多路光纖耦合器，與從參考臂返回的參考光束一起進(jìn)入探測(cè)器組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，其特征在 于所述光源組件包括低相干光源、光纖端口和多路光纖耦合器，所述光纖耦合器為雙路輸 入雙路輸出模式，光纖輸出端口的輸出能量之比在1 10到1 2之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，其特征在 于所述參考臂組件包括光纖端口、耦合透鏡、反射鏡組、色散匹配液體和參考光反射鏡，所 述色散匹配液體為一種化學(xué)藥品，主要用來(lái)對(duì)參考臂的光束進(jìn)行色散，以期匹配從樣品臂 返回信號(hào)光的色散特征。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，其特征在 于所述二維成像掃描組件包括橫向掃描鏡和縱向掃描鏡。通過(guò)兩個(gè)振鏡在橫向和縱向兩 個(gè)方向上的同步掃描，完成對(duì)人眼(或待測(cè)樣品)的面掃描過(guò)程，結(jié)合探測(cè)器組件所記錄的 干涉信號(hào)，完成對(duì)人眼(或待測(cè)樣品)的圖像重構(gòu)。面掃描速度在30 50幀每秒之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，其特征在 于所述寬視場(chǎng)掃描組件包括一個(gè)可以在χ(橫向)和Y(縱向)兩個(gè)方向上產(chǎn)生一定傾斜 角度的快速傾斜鏡和一組大視場(chǎng)透射式縮束望遠(yuǎn)鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，其特征 在于所述快速傾斜鏡為基于壓電陶瓷變形技術(shù)的快速傾斜鏡或基于微機(jī)械變形技術(shù)的快 速傾斜鏡。所述快速傾斜鏡能在電壓驅(qū)動(dòng)下以較高的頻率產(chǎn)生一定的傾斜角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，其特 征在于所述大視場(chǎng)透射式望遠(yuǎn)鏡包括入射透鏡和出射透鏡，透射視場(chǎng)角度一般為30 40°。并可以根據(jù)實(shí)際情況下人眼瞳孔的大小更換具備不同焦距的出射透鏡，以改變大視 場(chǎng)透射式望遠(yuǎn)鏡的縮束比，同時(shí)改變系統(tǒng)對(duì)人眼(或待測(cè)樣品)的成像視場(chǎng)(或成像面 積)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，其特征在 于所述探測(cè)器組件包括耦合透鏡、衍射光柵、聚光透鏡和線陣光電探測(cè)器。所述衍射光柵 一般為1200線對(duì)每毫米的透射式光柵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，其特征在 于所述像差探測(cè)與校正組件包括夏克_哈特曼波前傳感器和可變性反射鏡。所述夏克_哈 特曼波前傳感器的具體工作原理可以參考專利號(hào)為ZL200610011201. 7的發(fā)明專利，所述 可變性反射鏡為壓電陶瓷變形反射鏡或者微機(jī)械變形鏡。
全文摘要
一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，包括光源組件、參考臂組件、像差探測(cè)與校正組件、二維成像掃描組件、寬視場(chǎng)掃描組件和探測(cè)器組件。在該發(fā)明提出的光學(xué)相干層析儀裝置中，系統(tǒng)光信號(hào)接收部分較多的使用光纖及光纖耦合器，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊。照明光路部分，較多的使用球面反射鏡望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)，避免了系統(tǒng)高階像差的產(chǎn)生，同時(shí)引入自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)進(jìn)行波前像差的探測(cè)與校正，使照明光路與成像光路的光束質(zhì)量均達(dá)到衍射極限的水平。通過(guò)快速傾斜鏡與二維掃描成像組件同步工作，在獲得小視場(chǎng)單幀圖像的基礎(chǔ)上，采用自動(dòng)拼接技術(shù)，得到大視場(chǎng)范圍內(nèi)人眼眼底(或待測(cè)樣品)的高分辨率層析圖像。該發(fā)明主要解決了高分辨率與大視場(chǎng)同步成像的困難，實(shí)現(xiàn)了一種設(shè)計(jì)緊湊、成像分辨率高、成像視場(chǎng)大的寬視場(chǎng)光學(xué)相干層析儀，大幅改善了傳統(tǒng)光學(xué)相干層析儀的成像視場(chǎng)與成像質(zhì)量。
文檔編號(hào)A61B3/14GK101884524SQ20101023054
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者李超宏 申請(qǐng)人:李超宏