專利名稱：光學(xué)探頭和包括該光學(xué)探頭的光學(xué)相干斷層掃描設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及光學(xué)相干斷層掃描(OCT)設(shè)備，更具體地說，涉及一種光學(xué)探頭以及一種包括該光學(xué)探頭的OCT設(shè)備，通過所述光學(xué)探頭可以調(diào)節(jié)光程。
背景技術(shù)：
最近，能夠觀察諸如人體組織或者各種材料的對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備已經(jīng)被廣泛使用。所述設(shè)備的示例包括諸如X射線系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描儀、磁共振成像(MRI)設(shè)備和超聲系統(tǒng)的斷層掃描圖像生成設(shè)備以及內(nèi)部透射圖像生成設(shè)備。這些設(shè)備可確定各種疾病的成因、位置和發(fā)展，而不需要直接切割人體或動物體的內(nèi)部構(gòu)造，因此這些設(shè)備在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的位置。因而，在這些診斷設(shè)備中，與人體或動物體相關(guān)的安全性、高分辨率圖像的獲取、合理的成本以及移動和使用的便捷性是重要的因素。具體地說，光學(xué)相干斷層掃描(OCT)設(shè)備是能夠通過利用照射在對象上然后從其反射的光與參考光之間的干涉現(xiàn)象來捕獲對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)備。由于OCT設(shè)備能夠獲得高分辨率圖像并且對人體無害，所以O(shè)CT設(shè)備已經(jīng)被廣泛地使用。

發(fā)明內(nèi)容
提供了可用于調(diào)節(jié)全量程光學(xué)相干斷層掃描(OCT)設(shè)備所需的光程并且可被小型化的光學(xué)探頭。提供了包括該光 學(xué)探頭的OCT設(shè)備。附加的方面將部分地在隨后的描述中闡述，部分地將通過所述描述而顯而易見，或者可通過實(shí)施呈現(xiàn)的實(shí)施例來了解。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于將光照射在對象上的光學(xué)探頭包括:光路控制單元，控制從外部傳輸?shù)墓獾穆窂剑还獬炭刂圃?，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調(diào)節(jié)而改變；光學(xué)輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。光路控制單元可控制光的路徑，以沿著預(yù)定方向以預(yù)定長度反復(fù)地移動從光學(xué)輸出單元輸出的光照射在對象上的點(diǎn)，每當(dāng)光照射在對象上的點(diǎn)移動時，光程控制元件可均勻地增加光程。光程控制元件可使路徑被光路控制單元調(diào)節(jié)的光穿過光程控制元件，并且可將光程控制為根據(jù)光穿過光程控制元件的點(diǎn)而改變。光程控制元件可由具有均勻的折射率和可具有非均勻的厚度的材料形成。光程控制元件的截面可具有楔形。光程控制元件的一側(cè)或兩側(cè)可具有彎月形狀。
光程控制元件可由具有不同的折射率的兩種或者更多種材料形成。突起可形成在光程控制元件的表面上。光程控制元件可通過阻擋路徑被光路控制單元調(diào)節(jié)的光的一部分來減小光的直徑，從而與在阻擋之前相比，相對地出現(xiàn)調(diào)節(jié)光程的效果。光程控制元件可將光的直徑控制為根據(jù)由光路控制單元調(diào)節(jié)的路徑而改變。光路控制單元可以是繞固定軸以預(yù)定旋轉(zhuǎn)程度來旋轉(zhuǎn)的反射鏡。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于通過將光照射到對象上來掃描該對象的光學(xué)相干斷層掃描(OCT)設(shè)備包括:光產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生光；光耦合器，用于將產(chǎn)生的光分離成測量光和參考光，將測量光傳輸?shù)焦鈱W(xué)探頭并接收響應(yīng)光，所述響應(yīng)光隨著測量光從對象反射而從光學(xué)探頭返回；檢測器，用于檢測由響應(yīng)信號和參考信號產(chǎn)生的干涉信號；圖像信號處理器，用于通過使用被檢測的干涉信號來產(chǎn)生對象的斷層掃描圖像，其中，光學(xué)探頭包括:光路控制單元，控制從光耦合器傳輸?shù)墓獾穆窂?；光程控制元件，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調(diào)節(jié)而改變；光學(xué)輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。光路控制單元可控制光的路徑，以沿著預(yù)定方向以預(yù)定長度反復(fù)地移動從光學(xué)輸出單元輸出的光照射在對象上的點(diǎn)，每當(dāng)光照射在對象上的點(diǎn)移動時，光程控制元件可均勻地增加光程。光程控制元件可使路徑被光路控制單元調(diào)節(jié)的光穿過光程控制元件，并可將光程控制為根據(jù)光穿過光程控制元件的點(diǎn)而改變。光程控制元件可由具有均勻的折射率和具有非均勻的厚度的材料形成。光程控制元件的截面可具有楔形形狀。
·
光程控制元件的一側(cè)或兩側(cè)可具有彎月形狀。光程控制元件可由具有不同的折射率的兩種或者更多種材料形成。突起可形成在光程控制元件的表面上。光程控制元件可通過阻擋路徑被光路控制單元調(diào)節(jié)的光的一部分來減小光的直徑，從而與在被阻擋之前相比，相對地出現(xiàn)調(diào)節(jié)光程的效果。光程控制元件可將光的直徑控制為根據(jù)由光路控制單元調(diào)節(jié)的路徑而改變。光路控制單元可以是繞固定軸以預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度來旋轉(zhuǎn)的反射鏡。光學(xué)探頭可在不移動光學(xué)探頭的電掃描器的旋轉(zhuǎn)軸的情況下利用光程控制元件來控制輸出光的光程，因而光學(xué)探頭可被小型化。另外，可以通過在光學(xué)探頭中包括使用壓電致動器的光程控制元件來執(zhí)行用于實(shí)現(xiàn)全量程OCT設(shè)備的調(diào)制。


通過下面結(jié)合附圖對實(shí)施例進(jìn)行的描述，這些和/或其他方面將會變得明顯和更加易于理解，附圖中:圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)相干斷層掃描(OCT)設(shè)備的構(gòu)造；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在光學(xué)探頭中測量光行進(jìn)所經(jīng)的路徑；圖3A到圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例的包括光程控制元件的光學(xué)探頭的內(nèi)部構(gòu)造；
圖4A到圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例的光程控制元件的剖視圖；圖5A到圖5E示出了根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例的光程控制元件的截面的形狀；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的使用壓電致動器的光學(xué)探頭的內(nèi)部構(gòu)造；圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的在光學(xué)探頭中測量光行進(jìn)所經(jīng)的路徑；圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的在光學(xué)探頭中反射光行進(jìn)所經(jīng)的路徑；圖8A示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的在光學(xué)探頭中測量光行進(jìn)所經(jīng)的路徑；圖SB示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的在光學(xué)探頭中反射光行進(jìn)所經(jīng)的路徑；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的在光學(xué)探頭中測量光行進(jìn)所經(jīng)的路徑；圖1OA和圖1OB示出了根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的光學(xué)探頭的內(nèi)部構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖來更加充分地描述本總體發(fā)明構(gòu)思，在附圖中示出了本發(fā)明總體構(gòu)思的示例性實(shí)施例。與被下面的實(shí)施例所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員廣泛熟知的構(gòu)造或功能相關(guān)的具體描述可能被省略，以免實(shí)施例的特征的清楚性減小。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)相干斷層掃描(OCT)設(shè)備的構(gòu)造。參照圖1，OCT設(shè)備可包括光產(chǎn)生器110、光耦合器120、光學(xué)探頭130、檢測器140和圖像信號處理器150。參照圖1 描述OCT設(shè)備的操作特性如下。光產(chǎn)生器110產(chǎn)生光并將光發(fā)射到光稱合器120。光稱合器120可包括分束器122和標(biāo)準(zhǔn)反射鏡124。從光產(chǎn)生器110發(fā)射的光在分束器122中被分為測量光和參考光。測量光被傳輸?shù)焦鈱W(xué)探頭130,參考光被傳輸?shù)綐?biāo)準(zhǔn)反射鏡124并被標(biāo)準(zhǔn)反射鏡124反射。反射的參考光返回到分束器122。傳輸?shù)焦鈱W(xué)探頭130的測量光通過光學(xué)探頭130照射在其內(nèi)部斷層掃描圖像將要被捕獲的對象10上。隨著照射的測量光被對象10反射而產(chǎn)生的響應(yīng)光通過光學(xué)探頭130被傳輸?shù)焦夥Q合器120的分束器122。被傳輸?shù)捻憫?yīng)光和被標(biāo)準(zhǔn)反射鏡124反射的參考光在分束器122中產(chǎn)生干涉，檢測器140檢測干涉信號。當(dāng)檢測器140將被檢測到的干涉信號發(fā)送到圖像信號處理器150時，圖像信號處理器150將被檢測的干涉信號轉(zhuǎn)換為指示對象10的斷層掃描圖像的圖像信號。由于當(dāng)前實(shí)施例涉及全量程OCT設(shè)備，所以在下文中將描述全量程0CT，且將描述用于形成全量程OCT設(shè)備的光學(xué)探頭130的操作特性和內(nèi)部構(gòu)造。全量程OCT設(shè)備隨著對象10的被測量光照射的點(diǎn)沿橫向方向移動來改變測量光的光程。更具體地說，在沿橫向方向以相同長度連續(xù)地移動對象10的被測量光照射的點(diǎn)的同時，執(zhí)行掃描。另外，每當(dāng)對象10的被測量光照射的點(diǎn)沿橫向方向移動時，通過以相同長度增加光程來執(zhí)行調(diào)制。此時，測量光被照射到對象10的方向(即，對象10的深度方向)被稱為軸向方向，與軸向方向垂直的方向被稱為橫向方向。光程是在光經(jīng)過折射率為η的介質(zhì)的距離為I時通過將折射率η乘以距離I而獲得的值。即，光程等于在與光通過介質(zhì)所耗費(fèi)的時間相等的時間的期間內(nèi)光通過真空的距離。以這種方式，光學(xué)探頭130在改變測量光的光程的同時沿橫向方向移動對象10的被測量光照射的點(diǎn)。參照圖1，光學(xué)探頭130可包括準(zhǔn)直透鏡132、電掃描器(galvano scanner) 134、光程控制元件136和透鏡138。電掃描器134是可以以預(yù)定旋轉(zhuǎn)度在預(yù)定軸上旋轉(zhuǎn)的反射鏡，并且可利用從微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)獲取旋轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動動力的MEMS掃描器形成。另外，通過使用具有均勻折射率的單一材料或者具有彼此不同的折射率的兩種或更多種材料以各種形狀來形成光程控制元件136，光程控制元件136控制將根據(jù)光程控制元件136的光所經(jīng)過的點(diǎn)而被改變的光程。從光耦合器120傳輸?shù)墓馔ㄟ^經(jīng)過光學(xué)探頭130的準(zhǔn)直透鏡132而被準(zhǔn)直。已經(jīng)穿過準(zhǔn)直透鏡132的測量光被電掃描器134反射，因而測量光的方向被調(diào)節(jié)。然后，測量光順序地經(jīng)過光程控制元件136和透鏡138，然后可被照射到對象10上。隨著電掃描器134繞預(yù)定軸旋轉(zhuǎn)，對象10的被測量光照射的點(diǎn)沿橫向方向移動，光程控制元件136的被測量光所經(jīng)過的點(diǎn)也移動，因此，測量光的光程被改變。雖然沒有在圖1中示出，但是光學(xué)探頭130可包括容納準(zhǔn)直透鏡132、電掃描器134、光程控制元件136和透鏡138的殼體(未示出)。在這種情況下，已經(jīng)經(jīng)過光程控制元件136和透鏡138的測量光從殼體的開口被輸出，然后被照射到對象10上。因此，殼體的開口可被稱為光開口?，F(xiàn)在將參照圖2來解釋在對象10上沿橫向方向掃描測量光且同時改變光程的方法。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在光學(xué)探頭130中測量光行進(jìn)所經(jīng)的路徑。參照圖
2,隨著電掃描器134旋轉(zhuǎn),測量光的方向沿橫向方向以預(yù)定長度移動。電掃描器134旋轉(zhuǎn)，以將測量光的方向從第一方向調(diào)節(jié)為第N方向。第一方向的測量光行進(jìn)與圖2的dn和d12對應(yīng)的光程，第二方向的測量光行進(jìn)經(jīng)過與圖2的d21和d22對應(yīng)的光程，第N方向的測量光行進(jìn)經(jīng)過與圖2的dN1和dN2對應(yīng)的光程。如果假定測量光在被電掃描器134反射之后直到穿過光程控制元件136為止時行進(jìn)所經(jīng)的光程是屯，則獲得下面的式I。Cli = dn+nX di2(I)“η”表示構(gòu)成光程控制元件136的材料的折射率。另外，方向彼此相鄰的兩束測量光(即，第(i+1)方向的測量光與第i方向的測量光)的光程之間的差可由下面的式2來表示。Ax = Clw-Cli(2)因此，為了改變調(diào)制，可通過調(diào)節(jié)光程控制元件136的傾斜平面與光程控制元件136的基準(zhǔn)平面之間的角度、構(gòu)成光程控制元件136的材料的折射率、電掃描器134的中心旋轉(zhuǎn)軸的位置或者電掃描器134的曲率，來調(diào)節(jié)Λχ。將通過使用下面的式子來詳細(xì)解釋通過使用ΛX來執(zhí)行調(diào)制的詳細(xì)方法。假定式⑵的Λ X等于+，則從圖1的OCT設(shè)備的檢測器140接收的干涉信號的
功率由下面的式3來表示。
權(quán)利要求
1.一種用于將光照射在對象上的光學(xué)探頭，所述光學(xué)探頭包括 光路控制單元，控制從外部傳輸?shù)墓獾穆窂剑? 光程控制元件，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調(diào)節(jié)而改變； 光學(xué)輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)探頭，其中， 光路控制單元控制光的路徑，以沿著預(yù)定方向以預(yù)定長度反復(fù)地移動從光學(xué)輸出單元輸出的光照射在對象上的點(diǎn)，每當(dāng)光照射在對象上的點(diǎn)移動時，光程控制元件均勻地增加光程。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)探頭，其中， 光程控制元件使路徑被光路控制單元調(diào)節(jié)的光穿過光程控制元件，并將光程控制為根據(jù)光穿過光程控制元件的點(diǎn)而改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)探頭，其中， 光程控制元件由具有均勻的折射率和具有非均勻的厚度的材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)探頭，其中， 光程控制元件的截面具有楔形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)探頭，其中， 光程控制元件的一側(cè)或兩側(cè)具有彎月形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)探頭，其中， 光程控制元件由具有不同的折射率的兩種或者更多種材料形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)探頭，其中， 在光程控制元件的表面上形成有突起。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)探頭，其中， 光程控制元件通過阻擋路徑被光路控制單元調(diào)節(jié)的光的一部分來減小光的直徑，從而與在阻擋之前相比，相對地出現(xiàn)調(diào)節(jié)光程的效果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)探頭，其中， 光程控制元件將光的直徑控制為根據(jù)由光路控制單元調(diào)節(jié)的路徑而改變。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)探頭，其中， 光路控制單元是繞固定軸以預(yù)定旋轉(zhuǎn)度來旋轉(zhuǎn)的反射鏡。
12.一種用于通過將光照射到對象上來掃描該對象的光學(xué)相干斷層掃描設(shè)備，所述設(shè)備包括 光產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生光； 光耦合器，用于將產(chǎn)生的光分離成測量光和參考光，將測量光傳輸?shù)焦鈱W(xué)探頭并接收響應(yīng)光，所述響應(yīng)光隨著測量光從對象反射而從光學(xué)探頭返回； 檢測器，用于檢測由響應(yīng)光和參考光產(chǎn)生的干涉信號； 圖像信號處理器，用于通過使用被檢測的干涉信號來產(chǎn)生對象的斷層掃描圖像， 其中，光學(xué)探頭包括 光路控制單元，控制從光耦合器傳輸?shù)墓獾穆窂剑? 光程控制元件，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調(diào)節(jié)而改變； 光學(xué)輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中， 光路控制單元控制光的路徑，以沿著預(yù)定方向以預(yù)定長度反復(fù)地移動從光學(xué)輸出單元輸出的光照射在對象上的點(diǎn)，每當(dāng)光照射在對象上的點(diǎn)移動時，光程控制元件均勻地增加光程。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中， 光程控制元件使路徑被光路控制單元調(diào)節(jié)的光穿過光程控制元件，并將光程控制為根據(jù)光穿過光程控制元件的點(diǎn)而改變。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中， 光程控制元件由具有均勻的折射率和具有非均勻的厚度的材料形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中， 光程控制元件的截面具有楔形形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中， 光程控制元件的一側(cè)或兩側(cè)具有彎月形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中， 光程控制元件由具有不同的折射率的兩種或者更多種材料形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中， 在光程控制元件的表面上形成有突起。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中， 光程控制元件通過阻擋路徑被光路控制單元調(diào)節(jié)的光的一部分來減小光的直徑，從而與在阻擋之前相比，相對地出現(xiàn)調(diào)節(jié)光程的效果。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中， 光程控制元件將光的直徑控制為根據(jù)由光路控制單元調(diào)節(jié)的路徑而改變。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中， 光路控制單元是繞固定軸以預(yù)定旋轉(zhuǎn)度來旋轉(zhuǎn)的反射鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)探頭和包括該光學(xué)探頭的光學(xué)相干斷層掃描設(shè)備。一種用于將光照射在對象上的光學(xué)探頭，所述光學(xué)探頭包括光路控制單元，控制從外部傳輸?shù)墓獾穆窂?；光程控制元件，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調(diào)節(jié)而改變；光學(xué)輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。
文檔編號A61B5/00GK103251387SQ20131000827
公開日2013年8月21日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者任宰均, 崔泫, 崔珉碩, 崔瑗熙, 李性德, 張祐榮, 金法敏, 丁泫友 申請人:三星電子株式會社, 高麗大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)