紧凑型衍射受限的近红外光谱仪和相关探测器制造技术

提供一种光谱仪系统，该光谱仪系统包括探测器阵列(320)；耦合到探测器阵列的成像透镜组件(327)，该成像透镜组件包括正光功率的第一元件(336)，接着是负光功率的第二元件(333)以及被分成两个相对的相同单体的正光功率元件(325)；耦合到成像透镜组件的色散元件(345)；以及耦合到色散元件的定焦准直器(353)组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】紧凑型衍射受限的近红外光谱仪和相关探测器相关申请的交叉引用本申请要求2018年11月29日提交的美国临时申请No.62/772,754的优先权，其全部内容在此通过引用并入本文。
本专利技术构思涉及成像，更特别地，涉及谱域光学相干层析成像(SDOCT)系统和相关装置。
技术介绍
光学相干层析成像(OCT)是一种非侵入性成像技术，该成像技术通过获取干涉测量的信号来提供生物样品的显微层析成像切面，该信号通过使样品光与参照光在固定的群延迟下根据光波数混合而产生。已经发展有两种使用这种傅里叶域OCT(FD-OCT)方法的不同方法。第一种，通常称为基于光谱仪或光谱域的OCT(SDOCT)，其使用宽带光源，并利用探测器臂中的色散光谱仪实现光谱辨别。第二种，通常称为扫频源OCT(SSOCT)或光频域成像(OFDI)，通过由宽的光学带宽快速地调谐窄带源来对波数进行时间编码。因为源和探测模块是被动的，FDOCT的基于光谱仪的实施方式具有相位稳定性的潜在优势。然而，在实践中，用于高分辨率成像的基于光谱仪的设计已被证明有一些缺点。高分辨率光谱仪依赖于带有光学器件的高色散元件，该光学器件在宽焦平面上提供近似恒定的放大率成像。使用透射体相位全息图或反射式阶梯光栅来实现所期望的结果的光学设计是充分已知的，并且应用在许多实验室装置中。然而，制造者发现很难开发出一种相对容易制造且在面对环境扰动时被动稳定的光谱仪。Wei等人的标题为“Fourier-domainOpticalCoherenceTomographyImager(傅里叶域光学相干层析成像仪)”的美国专利No.7,480,058中讨论了对环境稳定性问题提出的解决方案，其内容在此通过引用如同在其全文中所阐述的那样并入本文。在那里讨论的系统能够使用主动控制的折叠镜连续地调整对准以优化光谱仪的特性。
技术实现思路
本专利技术构思的一些实施例提供一种光谱仪系统，该光谱仪系统包括：探测器阵列；耦合到探测器阵列的成像透镜组件，该成像透镜组件包括正光功率的第一元件，接着是负光功率的第二元件，以及被分成两个相对的相同单体的正光功率元件；耦合到成像透镜组件的色散元件；以及耦合到色散元件的定焦准直器组件。在进一步的实施例中，该系统可以进一步包括透镜单元壳体，并且成像透镜组件可以定位在透镜单元壳体中。在又进一步的实施例中，该系统可以进一步包括由具有低热膨胀系数的材料制成的光谱仪壳体。成像透镜组件可以定位在光谱仪壳体中。在一些实施例中，负光功率的第二元件也可以用作视场光阑。在进一步的实施例中，色散元件可以是衍射光栅；定焦准直器组件可以包括具有低热膨胀系数的单件材料；并且该单件材料可以提供用于衍射光栅的光栅安装特征和用于准直透镜组件的准直透镜安装特征。在又进一步的实施例中，准直透镜组件可以包括第一负光功率元件和跟随着的第二正光功率元件，该第二正光功率元件将来自光辐射输入光纤的准直光提供到相对于准直光以固定角度被保持的衍射光栅。在一些实施例中，单件材料可以进一步包括用于输入光纤的安装特征，并且定焦准直器组件可以被固定到光谱仪壳体。该光谱仪壳体可以由与定焦准直器组件相同的低热膨胀系数的单件材料加工而成。在进一步的实施例中，波长分散的光辐射可以以小于225mm的总光路长度法向地入射到探测器阵列上。在又进一步的实施例中，光谱仪系统可以是紧凑型衍射受限的近红外(NIR)光谱仪。在一些实施例中，该系统可以具有10μm的探测器像素宽度和223mm的短光路长度。本专利技术构思的进一步实施例提供了一种用于近红外(NIR)光谱仪的成像透镜组件。成像透镜组件包括正光功率的第一元件；负光功率的第二元件；以及被分成两个相对的相同单体的正光功率元件，其中第一元件之后是第二元件，然后是正光功率元件。本专利技术构思的又进一步的实施例提供一种用于近红外光谱仪的定焦准直器组件。该定焦准直器组件包括具有低热膨胀系数的单件材料，其中单件材料提供用于光谱仪的衍射光栅的光栅安装特征和用于准直透镜组件的准直透镜安装特征。附图说明图1是示出了传统的眼科傅里叶域光学相干层析成像(OCT)系统的图。图2是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的紧凑型近红外(NIR)光谱仪的等轴侧视图。图3是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的紧凑型NIR光谱仪的剖视图。图4是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的紧凑型NIR光谱仪(100nm带宽)的光学布局的图。图5是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的紧凑型NIR光谱仪(100nm带宽)的光机设计的图。图6A是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的光线轨迹的图。图6B到6F是示出了根据本专利技术构思的一些实施例的由爱里斑直径内的所有光线限定的衍射受限的性能的点列图。具体实施方式下文将参照附图更全面地描述本专利技术构思，附图中示出本专利技术构思的实施例。然而，本专利技术构思可以以许多可替换的形式体现并且不应被解释为被限制于本文所阐述的实施例。因此，尽管本专利技术构思容可以实施为各种修改和可替换的形式，然而本专利技术构思的具体实施例以示例的方式在附图中示出，并且将在本文中被详细描述。然而，应当理解的是，并不旨在将本专利技术构思限定于所公开的特定形式，而相反，本专利技术构思是涵盖在权利要求书所限定的本专利技术构思的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。在整个附图的描述中，相同的数字标注相同的元件。本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本专利技术构思。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。应进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”时，则规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。此外，当一个元件被称为“响应于”或“连接至”另一个元件时，它可以直接响应于或连接至另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接响应于”或“直接连接至”另一个元件时，则不存在中间元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项目的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。除另有限定，本文所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本专利技术所属领域中的普通技术人员通常理解的含义相同。应进一步理解，本文中使用的术语的含义应被解释为与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致，并且除非本文中明确如此定义，否则不会以理想化或过于正式的含义来解释。应当理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等以描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分。例如在不背离本专利技术的教导的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。尽管一些图在通信路径上包括箭头以示出通信的主要方向，但是应当理解，通信可以在与所描绘的箭头相反的方向上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱仪系统，包括：/n探测器阵列(220；320；420)；/n耦合到探测器阵列的成像透镜组件(327)，成像透镜组件包括：正光功率的第一元件(336；436)，接着是负光功率的第二元件(333；433)以及被分成两个相对的相同单体的正光功率元件(325；425)；/n耦合到成像透镜组件的色散元件(345；445)；以及/n耦合到色散元件的定焦准直器组件(260；360)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181129 US 62/772,7541.一种光谱仪系统，包括：
探测器阵列(220；320；420)；
耦合到探测器阵列的成像透镜组件(327)，成像透镜组件包括：正光功率的第一元件(336；436)，接着是负光功率的第二元件(333；433)以及被分成两个相对的相同单体的正光功率元件(325；425)；
耦合到成像透镜组件的色散元件(345；445)；以及
耦合到色散元件的定焦准直器组件(260；360)。


2.根据权利要求1所述的光谱仪系统，进一步包括单元壳体(326)，并且其中成像透镜组件定位在单元壳体中。


3.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪系统，进一步包括由具有低热膨胀系数的材料制成的光谱仪壳体，其中成像透镜组件定位在光谱仪壳体中。


4.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪系统，其中负光功率的第二元件也用作视场光阑。


5.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪系统：
其中色散元件为衍射光栅；
其中定焦准直器组件包括具有低热膨胀系数的单件材料；以及
其中单件材料提供用于衍射光栅的光栅安装特征和用于准直透镜组件(353)的准直透镜安装特征。


6.根据权利要求5所述的光谱仪系统，其中准直透镜组件包括第一负光功率元件(365)和跟随着的第二正光功率元件(355)，第二正光功率元件将来自光辐射输入光纤的定焦的准直光提供到相对于准直光以固定角度被保持的衍射光栅。


7.根据权利要求5或6所述的光谱仪系统，其中单件材料进一步包括用于输入光纤的固定安装特征；并且其中定焦准直器组件被固定到光谱仪壳体，光谱仪壳体由与定焦准直器组件相同的低热膨胀系数的单件材料加工而成。


8.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪系统，其中波长分散的光辐射以小于225mm的总光路长度法向地入射在探测器阵列上。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·H·哈特，彼得·斯特罗贝尔，
申请(专利权)人：徕卡显微系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US