全深度探测的频域光学相干层析成像装置制造方法及图纸

一种全深度探测的频域光学相干层析成像装置，包括低相干光源，在该低相干光源的照明方向上顺次放置准直扩束器、迈克尔逊干涉仪，该迈克尔逊干涉仪的分光器将入射光分为探测臂光路和参考臂光路，参考臂光路的末端为参考反射镜，探测臂光路的末端为被测样品，被测样品放置在一个三维精密平移台上，迈克尔逊干涉仪输出端连接一光谱仪，该光谱仪通过图像采集卡和计算机连接，该装置的特点是所述的参考反射镜连接一正弦相位调制装置。本实用新型专利技术与现有技术相比具有抗环境干扰能力强，对光源波长无关和系统结构简单的优点。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，以下简称OCT)，特别是一种利用正弦相位调制技术重建低相干光频域干涉复信号(complex interferometric signal)的全深度(full range)探测的频域光学相干层析成像(Fourier Domain Optical Coherence Tomography，简称FD-OCT)的装置。
技术介绍
光学相干层析成像(OCT)基于低相干光干涉(Low CoherenceInterferometry，简称LCI)原理，能对散射介质如生物组织内部几个毫米深度范围内的微小结构进行非侵入的实时、在体的层析成像，其深度分辨率可以达到几个微米。自从1991年Huang等人第一次提出OCT概念，并将其运用到人眼视网膜和冠状动脉壁的层析成像以来，OCT技术得到了广泛研究和应用，如用于眼科、皮肤科的疾病诊断以及癌症早期诊断等，成为一种在生物成像和医学病理检测领域中具有重要应用前景的光学成像技术。频域光学相干层析成像系统(FD-OCT)，是一种最近发展起来的新型OCT系统，相对早先提出的时域光学相干层析成像系统(Time Domain OpticalCoherence Tomography，简称TD-OCT)，具有无需深度方向扫描、成像速度快和探测灵敏度高的优势，更适合生物组织的实时成像。频域光学相干层析成像系统主要由低相干光源(宽光谱光源)、迈克尔逊干涉仪和光谱仪(核心元件为分光光栅、聚焦透镜和CCD探测器)三部分组成。FD-OCT基于被测物体内各层光反射或背向散射界面的深度对应频域干涉条纹的不同频率的原理，将低相干光源发出的宽光谱光经迈克尔逊干涉仪产生的干涉信号送入光谱仪(其中被测物体置于干涉仪的探测臂末端)，利用光谱仪分光特性，获取干涉信号随波长(λ)变化的强度分布，然后对其做倒数变换后得到干涉信号在频域(v域，v＝1/λ)的强度分布，即频域干涉条纹，-->对该信号作逆傅立叶变换得到被测物体沿探测光光轴方向的深度分辨的光反射或背向散射率分布，即层析图。但FD-OCT获得的层析图中包含着若干寄生像，限制了FD-OCT的应用。这些寄生像分别是：直流背景(DC term)，自相干噪声(autocorrelation term)和复共轭镜像(complex conjugated term ormirror image term)。其中，直流背景和自相干噪声的存在大幅度降低了FD-OCT的信噪比，影响了成像质量，而复共轭镜像的存在，使FD-OCT无法区分正负光程差(探测光路相对参考光路的光程差)，故测量时被测物体只能置于零光程差位置的一侧，导致有效深度探测范围减少了一半。为了消除FD-OCT重建的层析图中存在的复共轭镜像、自相干噪声和直流背景这些寄生像成分，A.F.Fercher等人将步进相移技术(phase shifting)引入到FD-OCT中通过重建低相干光频域干涉信号的复振幅，消除了以上寄生像，实现了全深度探测的FD-OCT(参见在先技术[1]，A.F.Fercher，R.Leitgeb，C.K.Hitzenberger，H.Sattmann and M.Wojtkowski，“Complex SpectralInterferometry OCT”，Proc.SPIE，Vol 3654，173-178，1999；M.Wojtkowski，A.Kowalczyk，R.Leitgeb and A.F.Fercher，“Full range complex spectral opticalcoherence tomography technique in eye imaging”，Optics Letters，Vol.27，No.16，1415-1417，2002)。然而，步进相移算法要求每步相移准确地为一个常量，如五步相移法要求每步相移为π/2。由于FD-OCT采用的是宽光谱光源，对于不同波长，通过改变参考臂的光程引入的步进相移量会发生变化，即相移量依赖于波长，不再是一个恒定的常量，这会带来测量误差。同时，外界的微小扰动也会引起步进相移的误差，因此该系统抗干扰能力比较差。Joseph A.Izatt等人提出了一种基于N×N(N≥3)光纤耦合器的方法(参见在先技术[2]，M.V.Sarunic，M.A.Choma，Changhuei Yang，J.A.Izatt，“Instantaneouscomplex conjugated resolved spectral domain and swept-source OCT using 3×3fiber couplers”，Optics Express，Vol.13，No.3，957-967，2005)。虽然可以实现瞬时或同时相移，对环境振动不敏感，但由于光纤耦合器的分束比对环境温度变化敏感，导致相移量会随温度变化产生飘移，而且该系统需要两个以上的探测器，需要保证所有探测器采集信号的同步性，系统复杂。-->由以上分析看出，目前还没有一种具有抗环境干扰能力强，与光源波长无关，系统结构简单，而且又能够实现全深度探测的频域光学相干层析成像技术。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述在先技术的不足，提供一种全深度探测的频域光学相干层析成像装置，本技术既能够实现全深度探测的频域光学相干层析成像，又具有抗环境干扰能力强，与光源波长无关，系统结构简单的特点。本技术的技术原理是：一种全深度探测的频域光学相干层析成像的方法，它是通过一正弦相位调制装置带动迈克尔逊干涉仪参考臂中的参考反射镜作正弦振动，生成一个随时间变化的正弦相位调制的低相干光频域干涉信号，然后对其作傅立叶变换，滤出其频谱的一倍频和二倍频频谱，经计算得到低相干光频域干涉复信号的实部和虚部，将实部和虚部组合得到低相干光频域按波长分布的干涉复信号，然后对该干涉复信号进行倒数变换，得到按波长倒数分布的干涉复信号，再对该干涉复信号作逆傅立叶变换，获得被测物体层析图。全深度探测的频域光学相干层析成像的方法的特点是将正弦相位调制技术用于全深度探测的频域光学相干层析成像的方法，利用正弦相位调制技术重建低相干光频域干涉复信号，以消除FD-OCT成像中存在的复共轭镜像、直流背景和自相干噪声三种寄生像，提高系统信噪比，实现全深度探测的频域光学相干层析成像。正弦相位调制技术是一种抗干扰能力强，调制简单的相位调制技术，常用于物体表面形貌和微位移测量的激光干涉仪中(见在先技术[3]，OsamiSasaki and Hirokazu Okazaki，“Sinusoidal phase modulating interferometry forsurface profile measurement”，Applied Optics，Vol.25，No.18，3137-3140，1986)。全深度探测的频域光学相干层析成像方法的具体步骤如下：-->①通过正弦相位调制装置带动迈克尔逊干涉仪参考臂中的参考反射镜作正弦振动，引入一个调制频率为fc的正弦相位调制，如(1)式所示：Z(t)＝acos(2πfct+θ)，         本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全深度探测的频域光学相干层析成像装置，包括低相干光源（１），在该低相干光源（１）的照明方向上顺次放置准直扩束器（２）、迈克尔逊干涉仪（３），该迈克尔逊干涉仪（３）的分光器（３１）将入射光分为探测光路（３４）和参考光路（３２），参考光路的末端为参考反射镜（３３），探测光路的末端为被测样品（３５），被测样品（３５）放置在一个三维精密平移台上；迈克尔逊干涉仪（３）输出端连接一光谱仪（５），该光谱仪（５）通过图像采集卡（６）和计算机（７）连接，其特征在于所述的参考反射镜（３３）连接一正弦相位调制装置（４），该正弦相位调制装置（４）驱动所述的参考反射镜（３３）作正弦振动。

【技术特征摘要】
1、一种全深度探测的频域光学相干层析成像装置，包括低相干光源(1)，在该低相干光源(1)的照明方向上顺次放置准直扩束器(2)、迈克尔逊干涉仪(3)，该迈克尔逊干涉仪(3)的分光器(31)将入射光分为探测光路(34)和参考光路(32)，参考光路的末端为参考反射镜(33)，探测光路的末端为被测样品(35)，被测样品(35)放置在一个三维精密平移台上；迈克尔逊干涉仪(3)输出端连接一光谱仪(5)，该光谱仪(5)通过图像采集卡(6)和计算机(7)连接，其特征在于所述的参考反射镜(33)连接一正弦相位调制装置(...

【专利技术属性】
技术研发人员：步鹏，王向朝，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]