手持式双波段共路光学断层扫描成像系统技术方案

本发明专利技术涉及一种手持式双波段共路光学断层扫描成像系统，该系统包括：第一波段断层扫描模块，包括宽带光源、第一环形器和光谱仪；第二波段断层扫描模块，包括扫频光源、第二环形器、耦合器和探测器；样品扫描手柄，包括第一准直器、第二准直器、二向色镜、分波前镜、反射镜、离轴抛物面镜和二维MEMS振镜。本发明专利技术采用“双波段+共路+分波前”的OCT系统设计，使得系统兼顾了高分辨率和大成像深度两方面，波段范围更加丰富，有效避免了色散不匹配和偏振不匹配的问题，同时使得参考光和样品光的分光比连续可调，系统信噪比得到进一步优化，光源光的利用效率极大提高，有利于实现无损、原位、高分辨、大成像深度的物证检测。

Hand held dual band common channel optical tomography imaging system

【技术实现步骤摘要】
手持式双波段共路光学断层扫描成像系统
本专利技术是关于一种手持式双波段共路光学断层扫描成像系统，涉及光学成像

技术介绍
光学相干层析技术(OCT)是一种三维高分辨断层扫描成像技术，最早应用于生物医学领域。近年来，OCT技术凭借其原位、无损、快速、高分辨、断层成像的特点，逐渐在法庭科学领域得到许多新应用，比如将其应用于汽车油漆检验、胶带检验、潜指纹显现等。由于OCT其不需对样品进行任何预处理便可获取物证内部深层次结构、光谱等特征信息，成为一种极具应用前景的法庭科学影像新技术。传统OCT扫描系统往往采用单一波段，比如，单独使用850nm波段，实现高分辨成像，或单独使用1310nm波段，实现大成像深度，一般无法同时兼顾高分辨率和大成像深度这两个重要性能。将两个波段结合成像，有望同时实现高分辨率和大成像深度。虽然近年来有一些学者尝试分别基于时域OCT、全场OCT或频域OCT的结构，同时利用两个波段进行成像，但是仍然遇到一些技术问题。比如一般需要同时搭建两套干涉光路和两套探测装置(如光谱仪)以实现不同波段的干涉和探测，同时，在如此宽的波长范围条件下，还需要考虑解决色散不匹配、偏振不匹配等问题，从而导致系统光路中的光学元器件和装置较多，搭建复杂，体积较大，成像速度不高，且扫描方式不灵活，成本较高，无法应对犯罪现场复杂多变的成像需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种通过共路设计能够有效避免色散不匹配和偏振不匹配的手持式双波段共路光学断层扫描成像系统。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供的手持式双波段共路光学断层扫描成像系统，该系统包括：第一波段断层扫描模块，包括宽带光源、第一环形器和光谱仪；第二波段断层扫描模块，包括扫频光源、第二环形器、耦合器和探测器；样品扫描手柄，包括第一准直器、第二准直器、二向色镜、分波前镜、反射镜、离轴抛物面镜和二维MEMS振镜；其中：所述宽带光源发出的光经第一环形器发射到第一准直器，经第一准直器发射到二向色镜，经二向色镜透射的一部分光发射到分波前镜，经分波前镜反射到反射镜后按照原光路返回成为参考光，经二向色镜透射的另一部分光直接入射到离轴抛物面镜后反射聚焦，聚焦光束经过二维MEMS振镜入射到样品中，经样品反射和散射的光为样品光，样品光和参考光沿原光路汇聚后发生干涉，干涉光经过第一环形器进入光谱仪，由光谱仪探测干涉光的光谱信号经过处理实现对样品的层析成像；所述扫频光源发出的光经第二环形器发射到第二准直器，经第二准直器发射到二向色镜，经二向色镜反射的一部分光入射到分波前镜，经分波前镜反射到反射镜后返回成为参考光，经二向色镜反射的另一部分光直接入射到离轴抛物面镜后反射聚焦，聚焦光束经过二维MEMS振镜入射到样品，经样品反射和散射的光为样品光，样品光和参考光沿原路返回汇聚后发生干涉，干涉光经过第二环形器后发送到耦合器，耦合器根据设定的分光比将干涉光分成两束后进入探测器得到干涉光的光谱信号经过处理实现对样品的层析成像。本专利技术的一些实施例中，宽带光源的中心波长为850nm。本专利技术的一些实施例中，扫频光源的中心波长为1310nm。本专利技术的一些实施例中，分波前镜采用镀银反射镜，通过调节分波前镜分割波前的位置，能够连续改变参考光和样品光的分光比。本专利技术的一些实施例中，宽带光源、第一环形器、光谱仪和第一准直器之间采用光纤进行光信号传输；扫频光源、第二环形器、耦合器、探测器和第二准直器之间采用光纤进行光信号传输。本专利技术的一些实施例中，光纤采用单模光纤。本专利技术的一些实施例中，光谱仪采用波数线性光谱仪，波数线性光谱仪包括棱镜和CCD，干涉光通过棱镜分光后聚焦在CCD上，实现线性波数光谱的采集。本专利技术的一些实施例中，所述探测器采用双平衡探测器。本专利技术的一些实施例中，所述样品扫描手柄还包括一壳体，所述壳体用于设置各光学器件。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术基于二向色镜的反射式双波段融合共路扫描光路设计，将850nm和1310nm两个中心波长的工作波段融合使用，兼顾了高分辨率和大成像深度，可以实现无损、原位、高分辨、大成像深度的物证检测，由于其采用了双波段光融合的方法，波段范围更加丰富，还可以利用光谱OCT技术通过物证内部结构特征以及不同波段光谱的散射特性来区分不同的物质结构，实现样品光谱特性的提取，从而获得物证样品内部高分辨率、大检测深度的结构和光谱信息，并可以通过三维重建获取物证三维立体形貌图像及其特征，得到内部横切面图像，实现物证“光学切片”功能；2、本专利技术采用参考臂和样品臂光纤共路设计，有效避免了色散不匹配和偏振不匹配的问题，同时精简了系统结构，有利于搭建小型化、便携化系统，实现移动式灵活成像；在传统的OCT系统结构中，参考臂和样品臂需分别搭建，采用不同的光路，因此，参考光和样品光之间就存在色散不匹配和偏振不匹配的问题，往往需要通过加入色散补偿元器件或偏振控制器进行校正和调节，本专利技术在光纤部分采用了参考臂和样品臂共用光纤光路的设计，即参考光和样品光经过同一个光纤光路，只是在二向色镜之后才被分波前镜分成参考光和样品光，由于分开后的光路都是空间光路，并不影响色散和偏振，因此本专利技术共路设计可以有效避免色散不匹配和偏振不匹配的问题；进一步，采用共路设计的光路，相比传统的OCT系统结构，省去了搭建参考臂所需要的耦合器、色散补偿器、偏振控制器等器件，系统所需的零部件更少，因此系统可以变得更紧凑、更灵活；3、本专利技术采用了分波前干涉仪的设计，以达到最优信噪比，在样品扫描手柄中加入了分波前镜，可以通过调节分波前镜分割波前的位置，连续改变参考光和样品光的分光比，使得参考臂不需要任何衰减，极大提高了光源光的利用效率，同时，可调的分光比例将获得更优化的系统信噪比，得到更高质量的图像；4、本专利技术的样品扫描手柄模块采用了基于二向色镜的反射式双波段融合共路扫描光路设计和二维MEMS微振镜，实现轻便可手持式的扫描手柄同时获取双波段数据，整体系统呈现小型化、便携化、紧凑化、模块化的特点；综上，本专利技术采用“双波段+共路+分波前”的OCT系统设计，使得系统兼顾了高分辨率和大成像深度两方面，波段范围更加丰富，有效避免了色散不匹配和偏振不匹配的问题，同时使得参考光和样品光的分光比连续可调，系统信噪比得到进一步优化，光源光的利用效率极大提高，有利于实现无损、原位、高分辨、大成像深度的物证检测。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术的手持式双波段光学断层扫描成像系统原理图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手持式双波段共路光学断层扫描成像系统，其特征在于该系统包括：/n第一波段断层扫描模块，包括宽带光源、第一环形器和光谱仪；/n第二波段断层扫描模块，包括扫频光源、第二环形器、耦合器和探测器；/n样品扫描手柄，包括第一准直器、第二准直器、二向色镜、分波前镜、反射镜、离轴抛物面镜和二维MEMS振镜；其中：/n所述宽带光源发出的光经第一环形器发射到第一准直器，经第一准直器发射到二向色镜，经二向色镜透射的一部分光发射到分波前镜，经分波前镜反射到反射镜后按照原光路返回成为参考光，经二向色镜透射的另一部分光直接入射到离轴抛物面镜后反射聚焦，聚焦光束经过二维MEMS振镜入射到样品中，经样品反射和散射的光为样品光，样品光和参考光沿原光路汇聚后发生干涉，干涉光经过第一环形器进入光谱仪，由光谱仪探测干涉光的光谱信号经过处理实现对样品的层析成像；/n所述扫频光源发出的光经第二环形器发射到第二准直器，经第二准直器发射到二向色镜，经二向色镜反射的一部分光入射到分波前镜，经分波前镜反射到反射镜后返回成为参考光，经二向色镜反射的另一部分光直接入射到离轴抛物面镜后反射聚焦，聚焦光束经过二维MEMS振镜入射到样品，经样品反射和散射的光为样品光，样品光和参考光沿原路返回汇聚后发生干涉，干涉光经过第二环形器后发送到耦合器，耦合器根据设定的分光比将干涉光分成两束后进入探测器得到干涉光的光谱信号经过处理实现对样品的层析成像。/n...

【技术特征摘要】
1.一种手持式双波段共路光学断层扫描成像系统，其特征在于该系统包括：
第一波段断层扫描模块，包括宽带光源、第一环形器和光谱仪；
第二波段断层扫描模块，包括扫频光源、第二环形器、耦合器和探测器；
样品扫描手柄，包括第一准直器、第二准直器、二向色镜、分波前镜、反射镜、离轴抛物面镜和二维MEMS振镜；其中：
所述宽带光源发出的光经第一环形器发射到第一准直器，经第一准直器发射到二向色镜，经二向色镜透射的一部分光发射到分波前镜，经分波前镜反射到反射镜后按照原光路返回成为参考光，经二向色镜透射的另一部分光直接入射到离轴抛物面镜后反射聚焦，聚焦光束经过二维MEMS振镜入射到样品中，经样品反射和散射的光为样品光，样品光和参考光沿原光路汇聚后发生干涉，干涉光经过第一环形器进入光谱仪，由光谱仪探测干涉光的光谱信号经过处理实现对样品的层析成像；
所述扫频光源发出的光经第二环形器发射到第二准直器，经第二准直器发射到二向色镜，经二向色镜反射的一部分光入射到分波前镜，经分波前镜反射到反射镜后返回成为参考光，经二向色镜反射的另一部分光直接入射到离轴抛物面镜后反射聚焦，聚焦光束经过二维MEMS振镜入射到样品，经样品反射和散射的光为样品光，样品光和参考光沿原路返回汇聚后发生干涉，干涉光经过第二环形器后发送到耦合器，耦合器根据设定的分光比将干涉光分成两束后进入探测器得到干涉光的光谱信号经过处理实现对样品的层析成像。


2.根据权利要求1所述的手持式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁，谢兰迟，黎智辉，汪磊，李志刚，黄威，
申请(专利权)人：公安部物证鉴定中心，
类型：发明
国别省市：北京;11