一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于光學(xué)相干層析(OCT)成像技術(shù)與光譜編碼共焦顯微(SECM)技術(shù)的結(jié)合，提出的將OCT系統(tǒng)的樣品臂與SECM系統(tǒng)的樣品臂共用同一光路，使得樣品臂中從OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)出射的光束對樣品同一位置同步進(jìn)行掃描，并且從樣品單次散射返回的光分別經(jīng)各自的光路傳輸至探測臂。提出的探測臂采用兩個光纖準(zhǔn)直鏡以不同入射角照射光柵，使光柵衍射出兩組無交疊出射的光譜信號，即為SECM和OCT的信號，本實(shí)用新型中的樣品臂的光路更加簡單，便于實(shí)施，光路也更加緊湊、穩(wěn)定，系統(tǒng)的成像質(zhì)量高，對生物組織結(jié)構(gòu)成像更加精確。
【專利說明】一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光譜編碼共焦顯微技術(shù)與光學(xué)相干層析成像技術(shù)，尤其涉及一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同同步成像的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography,簡稱OCT)技術(shù)是一種新興的生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對生物組織的結(jié)構(gòu)與生理功能進(jìn)行非接觸、無損傷、高分辨率成像，在疾病的早期檢測和在體活檢領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]光譜編碼共焦顯微(SpectrallyEncoded Confocal Microscopy,簡稱 SECM)技術(shù)是一種微侵入單模光纖的共焦成像方法，該技術(shù)采用寬帶光源和衍射光柵實(shí)現(xiàn)同時(shí)探測樣品多個橫向位置點(diǎn)處的反射率。通過檢測樣品臂的空間信息，光編碼共焦顯微系統(tǒng)可以免除機(jī)械掃描，提供分辨率趨于顯微鏡水平的活體生物組織圖像，其緊密特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)裝入小直徑導(dǎo)管或者內(nèi)窺鏡導(dǎo)管中。
[0004]相比而言，OCT技術(shù)的成像深度要大于SECM技術(shù)。OCT技術(shù)能夠提供高軸向分辨率的生物組織剖面層析圖像，SECM技術(shù)能夠提供高橫向分辨率的生物組織淺表層橫斷面圖像，兩種技術(shù)在空間分辨率方面的優(yōu)勢互為補(bǔ)充，因此OCT技術(shù)與SECM技術(shù)的協(xié)同成像能夠提供更高空間分辨率和更加全面的生物組織顯微信息，在生物醫(yī)學(xué)成像以及非生物材料檢測等應(yīng)用中都將具有重要的意義。
[0005]目前所提出的OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)協(xié)同成像的方法中，大多是基于掃描振鏡的擺動來實(shí)現(xiàn)兩種系統(tǒng)間的開關(guān)切換，這種采用振鏡作為機(jī)械式開關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且沒有做到真正意義上的同時(shí)掃描成像，如果被測樣品是活體樣品，就很有可能出現(xiàn)在切換過程中由于活體移動而造成的兩個系統(tǒng)成像位置不對準(zhǔn)的情況。另外，在目前所提出的OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)協(xié)同成像的方法中，大多采用兩個光源分別用于OCT系統(tǒng)和SECM系統(tǒng)，并且還采用了兩個探測臂分別探測OCT系統(tǒng)的樣品信號和SECM系統(tǒng)的樣品信號，使得整合后的系統(tǒng)過于復(fù)雜，不夠穩(wěn)定，且搭建成本較高。因此，如何在光路較為簡單的情況下，設(shè)計(jì)出一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步掃描成像，同時(shí)減少光源及探測臂的數(shù)量，使協(xié)同成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊穩(wěn)定，就成為OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)協(xié)同成像系統(tǒng)研制的一大目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)。該光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)采用將光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)的樣品臂與光譜編碼共焦顯微(SECM)系統(tǒng)的樣品臂共用同一光路，使得樣品臂中從OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)出射的光束對樣品同一位置同步進(jìn)行掃描，從樣品單次散射返回的光分別經(jīng)各自的光路傳輸至探測臂中的兩個光纖準(zhǔn)直鏡，通過將這兩個光纖準(zhǔn)直鏡以不同入射角照射光柵，使光柵衍射出兩組無交疊出射的光譜信號，即為SECM和OCT的信號，經(jīng)過聚焦鏡頭，分別聚焦于線陣電荷耦合器件(CCD)的左半部分像素和右半部分像素，即實(shí)現(xiàn)同時(shí)探測來自SECM和OCT系統(tǒng)的光譜信號。經(jīng)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理獲取被測樣品高軸向分辨率的OCT圖像和高橫向分辨率的SECM圖像，實(shí)現(xiàn)OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)優(yōu)勢互補(bǔ)的協(xié)同成像。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像方法，將OCT系統(tǒng)的樣品臂與SECM系統(tǒng)的樣品臂共用同一光路，使得樣品臂中從OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)出射的光束對樣品同一位置同步進(jìn)行掃描，從樣品單次散射返回的光分別經(jīng)各自的光路傳輸至探測臂中的兩個光纖準(zhǔn)直鏡，通過將這兩個光纖準(zhǔn)直鏡以不同入射角照射光柵，使光柵衍射出兩組無交疊出射的光譜信號，該光譜信號即為SECM和OCT的信號，經(jīng)過聚焦鏡頭，分別聚焦于線陣電荷耦合器件的左半部分像素和右半部分像素，即實(shí)現(xiàn)同時(shí)探測來自SECM和OCT系統(tǒng)的光譜信號。
[0008]一種所述的光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，包括光源(I)、參考臂
(2)、樣品臂(3)、探測臂(4)、傳輸光纖(5)、第一光隔離器(6)、第二光隔離器(7)、第一光纖率禹合器(8)和第二光纖稱合器(9),所述第一光纖稱合器(8)的一端分別通過傳輸光纖
(5)分別連接光源(I)和探測臂(4)，而另一端通過傳輸光纖(5)分別連接樣品臂(3)和第二光纖稱合器(9)的一端,且所述光源(I)與第一光纖稱合器(8)之間設(shè)置有第一光隔離器(6)，第一光纖耦合器(8)和第二光纖耦合器(9)之間接有第二光隔離器(7);所述第二光纖耦合器(9)與第一光纖耦合器(8)連接的一端還與探測臂(4)連接，而所述第二光纖耦合器(9)的另一端分別連接參考臂(2)和樣品臂(3)。
[0009]所述樣品臂(3)包括按光速流向依次設(shè)置的第一光纖準(zhǔn)直鏡(10)、第一光柵(11)、第一凸透鏡(12)、第二凸透鏡(13)以及顯微物鏡(16),所述第一光纖f禹合器(8)和第二光纖稱合器(9)連接的一端與第一光纖準(zhǔn)直鏡(10)相連,且所述第一光柵(11)的光斑中心、第一凸透鏡(12)中心、第二凸透鏡(13)中心以及顯微物鏡中心在同一條光軸上；以第一凸透鏡(12)與第二凸透鏡(13)光軸連線方向?yàn)閆軸，以第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)和振鏡(15)的光軸連線方向?yàn)閅軸，以第一凸透鏡的中心為原點(diǎn)，根據(jù)右手定則，建立坐標(biāo)系；所述第一光柵(11)表面垂直于YZ平面，且所述第一光柵(11)與XZ的夾角為a;還包括按光束傳播順序依次設(shè)置的第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)和振鏡(15),所述第二光纖I禹合器(9)和參考臂(2)連接的一端與第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)連接,所述振鏡(15)設(shè)置于第一光柵(11)與第一凸透鏡(12)之間,所述振鏡(15)表面垂直于YZ平面,且振鏡(15)與第二光纖準(zhǔn)直鏡
(14)的高度在同一水平面，另外所述第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)和振鏡(15)在第一光柵(11)上的光斑下方沿正X軸方向的偏移量>0 ;所述第一光纖準(zhǔn)直鏡(10)將來自第一光纖稱合器
(8)的光束投射到第一光柵(11)表面上形成光斑，從第一光柵衍射出的光譜投射在第一凸透鏡(12)的上半部分；第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)將來自第二光纖耦合器(9)的光束投射在振鏡(15)上，該光束經(jīng)過振鏡(15)反射在第一凸透鏡(12)的下半部分，通過調(diào)整第一光柵
(11)放置角度a和振鏡(15)的掃描范圍使得從振鏡(15)反射的光束的掃描角范圍與第一光柵(11)出射光的角色散范圍相等；投射在第一凸透鏡(12)的上下兩部分光束經(jīng)過第一凸透鏡(12)后，在第一凸透鏡(12)的像方焦平面聚焦成同一條水平方向的亮線斑，這條亮線斑在中點(diǎn)處與第一凸透鏡(12)的光軸垂直正交，并繼續(xù)入射到第二凸透鏡(13)上；從第二凸透鏡(13)出射的光束得到會聚，并全部入射到顯微物鏡(16)中，經(jīng)過顯微物鏡(16)聚焦的光束投射在樣品上；從樣品單次散射返回的光經(jīng)原光路返回并分別經(jīng)過第一光纖準(zhǔn)直鏡(10)、第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)返回各自的光路，并進(jìn)入探測臂。
[0010]所述探測臂(4)包括第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)、第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)、第二光柵(19)、聚焦鏡頭(20)和線陣電荷耦合器件(21);所述第一光纖耦合器(8)和光源(I)連接的一端與第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)連接，而所述第二光纖耦合器(9)和第一光纖耦合器(8)連接的一端與第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)連接；所述第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)和第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)在第二光柵(19)的同一側(cè)，且所述第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)和第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)分別與第二光柵(19)成不同的夾角放置；而所述第二光柵(19)另一側(cè)放置線陣電荷耦合器件(21)，所述聚焦鏡頭(20)放置在第二光柵(19)與線陣電荷耦合器件(21)之間；所述第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)收集來自于第一光纖耦合器(8)的光束，而所述第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)收集來自于第二光纖耦合器(9)的光束，且所述第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)、第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)分別以不同的入射角度將兩個光束投射到第二光柵(19)上，使第二光柵(19)衍射出兩組無交疊出射的光譜信號，即為SECM和OCT的信號，經(jīng)過聚焦鏡頭(20)，分別聚焦于線陣CCD (21)光敏面的左半部分像素和右半部分像素。
[0011]優(yōu)選的:所述第一凸透鏡(12)與第二凸透鏡(13)之間的距離為兩透鏡的焦距之和，第二凸透鏡(13)與顯微物鏡(16)的距離等于第二凸透鏡(13)的焦距。所述兩組光譜信號無交疊地聚焦在(XD光敏面上。
[0012]本實(shí)用新型提供的一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0013]1、通過采用將光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的樣品臂與光譜編碼共焦顯微系統(tǒng)的樣品臂共用同一光路，使得樣品臂中從OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)出射的光束對樣品同一位置同步進(jìn)行掃描，有效克服了將兩系統(tǒng)結(jié)合時(shí)使用機(jī)械切換所帶來的問題，真正做到了同步掃描樣品。另外，相比之前的方法和系統(tǒng)，本實(shí)用新型中的樣品臂的光路更加簡單，便于實(shí)施，光路也更加緊湊、穩(wěn)定。
[0014]2、通過采用光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)的軸向分辨率相對于單獨(dú)的SECM系統(tǒng)有了很大提高，并且使該系統(tǒng)的橫向分辨率相對于單獨(dú)的OCT系統(tǒng)得到很大提高，極大地優(yōu)化了系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
[0015]3、通過采用將光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的樣品臂與光譜編碼共焦顯微系統(tǒng)的樣品臂共用同一光路，只需要采用一個光源；另外，通過采用將光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)與光譜編碼共焦顯微系統(tǒng)在探測臂中實(shí)現(xiàn)同時(shí)探測的光路，使得OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同時(shí)探測成像，這種探測方法省去了同時(shí)使用兩個探測臂來探測信號的麻煩，只需要用一個探測臂同時(shí)探測OCT系統(tǒng)和SECM系統(tǒng)的光譜信號，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，光路更加穩(wěn)定，并且節(jié)約了搭建成本。
[0016]4、通過采用光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，使得SECM系統(tǒng)和OCT系統(tǒng)的成像結(jié)果相互配準(zhǔn)、像素對齊，從而使該系統(tǒng)對生物組織結(jié)構(gòu)成像更加精確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是樣品臂的示意圖；
[0019]圖3是探測臂的示意圖；
[0020]圖中:1、光源,2、參考臂,3、樣品臂,4、探測臂,5、傳輸光纖,6、第一光隔離器，7、第二光隔離器，8、第一光纖稱合器,9、第二光纖稱合器,10、第一光纖準(zhǔn)直鏡，11、第一光柵，12、第一凸透鏡，13、第二凸透鏡，14、第二光纖準(zhǔn)直鏡，15、振鏡，16、顯微物鏡，17、第三光纖準(zhǔn)直鏡，18、第四光纖準(zhǔn)直鏡，19、第二光柵，20、聚焦鏡頭，21、線陣電荷耦合器件(CCD)。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，本實(shí)用新型的目的和效果將變得更加明顯。
[0022]一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像方法，如圖1-3所示，將OCT系統(tǒng)的樣品臂與SECM系統(tǒng)的樣品臂共用同一光路，使得樣品臂中從OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)出射的光束對樣品同一位置同步進(jìn)行掃描，從樣品單次散射返回的光分別經(jīng)各自的光路傳輸至探測臂中的兩個光纖準(zhǔn)直鏡，通過將這兩個光纖準(zhǔn)直鏡以不同入射角照射光柵，使光柵衍射出兩組無交疊出射的光譜信號，該光譜信號即為SECM和OCT的信號，經(jīng)過聚焦鏡頭，分別聚焦于線陣電荷耦合器件的左半部分像素和右半部分像素，即實(shí)現(xiàn)同時(shí)探測來自SECM和OCT系統(tǒng)的光譜信號。
[0023]一種所述的光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，如圖1所示，包括光源
1、參考臂2、樣品臂3、探測臂4、傳輸光纖5、第一光隔離器6、第二光隔離器7、第一光纖耦合器8和第二光纖稱合器9,所述第一光纖稱合器8的一端分別通過傳輸光纖5分別連接光源I和探測臂4，而另一端通過傳輸光纖5分別連接樣品臂3和第二光纖耦合器9的一端，且所述光源I與第一光纖稱合器8之間設(shè)置有第一光隔離器6,第一光纖稱合器8和第二光纖耦合器9之間接有第二光隔離器7 ;所述第二光纖耦合器9與第一光纖耦合器8連接的一端還與探測臂4連接，而所述第二光纖耦合器9的另一端分別連接參考臂2和樣品臂3。
[0024]光源I發(fā)出的寬帶光經(jīng)過傳輸光纖5和第一光隔離器6傳輸至第一光纖稱合器8,并被分為兩束光分別傳輸至樣品臂3中的第一光纖準(zhǔn)直鏡10和第二光隔離器7。從第一光纖準(zhǔn)直鏡10入射的光束經(jīng)樣品臂3反射回來，再次經(jīng)過第一光纖耦合器8和傳輸光纖5傳輸至探測臂4中的第四準(zhǔn)直鏡18并進(jìn)行探測。從第二光隔離器7出射的光束經(jīng)過第二光纖耦合器9并被分為兩部分，一部分光束進(jìn)入?yún)⒖急?并反射回來，另一部分光束進(jìn)入樣品臂3的第二光纖準(zhǔn)直鏡14并經(jīng)過樣品臂3的反射回來，反射回來的兩束光經(jīng)過第二光纖耦合器9耦合并發(fā)生干涉，干涉光經(jīng)過傳輸光纖5入射探測臂4中的第三光纖準(zhǔn)直鏡17并進(jìn)入探測臂中探測。
[0025]參考臂2用于提供參考光信號。典型的參考臂由光纖準(zhǔn)直鏡、凸透鏡和固定在平移臺上的反射鏡組成。
[0026]光隔離器是一種能夠吸收或者偏移后向傳輸?shù)拇殴庠O(shè)備。光纖隔離器一般用來保護(hù)光源免受反向反射的影響，防止強(qiáng)度噪聲引起的光學(xué)損壞。典型的光隔離器參數(shù)可參考美國的Thorlabs公司生產(chǎn)的光隔離器。
[0027]光纖耦合器是一種用于實(shí)現(xiàn)光信號分路或合路的元件。典型的光隔離器參數(shù)可參考美國的Thorlabs公司生產(chǎn)的光纖耦合器。
[0028]如圖2所示，所述樣品臂3包括按光速流向依次設(shè)置的第一光纖準(zhǔn)直鏡10、第一光柵11、第一凸透鏡12、第二凸透鏡13以及顯微物鏡16,所述第一光纖f禹合器8和第二光纖耦合器9連接的一端與第一光纖準(zhǔn)直鏡10相連，且所述第一光柵11的光斑中心、第一凸透鏡12中心、第二凸透鏡13中心以及顯微物鏡中心在同一條光軸上；以第一凸透鏡12與第二凸透鏡13光軸連線方向?yàn)閆軸，以第二光纖準(zhǔn)直鏡14和振鏡15的光軸連線方向?yàn)閅軸，即如圖2所示，垂直紙面方向且垂直于第一凸透鏡12與第二凸透鏡13中心連線的方向?yàn)閅軸，以第一凸透鏡的中心為原點(diǎn)，根據(jù)右手定則，建立坐標(biāo)系；所述第一光柵11表面垂直于YZ平面，且所述第一光柵11與XZ的夾角為a ;還包括按光束傳播順序依次設(shè)置的第二光纖準(zhǔn)直鏡14和振鏡15，所述第二光纖耦合器9和參考臂2連接的一端與第二光纖準(zhǔn)直鏡14連接,所述振鏡15設(shè)置于第一光柵11與第一凸透鏡12之間,所述振鏡15表面垂直于YZ平面，且振鏡15與第二光纖準(zhǔn)直鏡14的高度在同一水平面，另外所述第二光纖準(zhǔn)直鏡14和振鏡15在第一光柵11上的光斑下方沿正X軸方向的偏移量>0 ；
[0029]所述第一光纖準(zhǔn)直鏡10將來自第一光纖耦合器8的光束投射到第一光柵11表面上形成光斑，從第一光柵衍射出的光譜投射在第一凸透鏡12的上半部分；第二光纖準(zhǔn)直鏡14將來自第二光纖稱合器9的光束投射在振鏡15上,該光束經(jīng)過振鏡15反射在第一凸透鏡12的下半部分，通過調(diào)整第一光柵11放置角度a和振鏡15的掃描范圍使得從振鏡15反射的光束的掃描角范圍與第一光柵11出射光的角色散范圍相等。投射在第一凸透鏡12的上下兩部分光束經(jīng)過第一凸透鏡12后，在第一凸透鏡12的像方焦平面聚焦成同一條水平方向的亮線斑，這條亮線斑在中點(diǎn)處與第一凸透鏡12的光軸垂直正交，并繼續(xù)入射到第二凸透鏡13上；從第二凸透鏡13出射的光束得到會聚，并全部入射到顯微物鏡16中，經(jīng)過顯微物鏡16聚焦的光束投射在樣品上；從樣品單次散射返回的光經(jīng)原光路返回并分別經(jīng)過第一光纖準(zhǔn)直鏡10、第二光纖準(zhǔn)直鏡14返回各自的光路，并進(jìn)入探測臂。所述第一凸透鏡12與第二凸透鏡13之間的距離為兩透鏡的焦距之和，第二凸透鏡13與顯微物鏡16的距離等于第二凸透鏡13的焦距。所述兩組光譜信號無交疊地聚焦在CCD光敏面上。
[0030]具體的:第一光纖準(zhǔn)直鏡10收集來自光譜編碼共焦顯微SECM系統(tǒng)的光束并將其投射到第一光柵11上，從第一光柵衍射出的光譜投射在第一凸透鏡12的上半部分，第二光纖準(zhǔn)直鏡14收集來自光學(xué)相干層析成像OCT系統(tǒng)的光束并通過振鏡15的反射投射在第一凸透鏡12的下半部分，通過調(diào)整第一光柵11放置角度和振鏡15的掃描范圍使得從振鏡15反射的光束的掃描角范圍與第一光柵11出射光的角色散范圍相等。投射在第一凸透鏡12的上下兩部分光束經(jīng)過第一凸透鏡12后，在第一凸透鏡12的像方焦平面聚焦成一條水平方向的亮線，這條亮線在中點(diǎn)處與第一凸透鏡12的光軸垂直正交，自此兩束光發(fā)生耦合，并繼續(xù)入射到第二凸透鏡13中。從第二凸透鏡13出射的光束相比入射第一凸透鏡12時(shí)得到收斂，并全部入射到顯微物鏡16中，經(jīng)過顯微物鏡16聚焦的光束投射在樣品上。從樣品單次散射返回的光經(jīng)原光路返回并分別經(jīng)過第一光纖準(zhǔn)直鏡10、第二光纖準(zhǔn)直鏡14返回各自的光路，并進(jìn)入探測臂。
[0031]光柵能夠使光束發(fā)生色散，使不同波長的光依次打在樣品上，從而實(shí)現(xiàn)光譜編碼。光柵可分為透射式衍射光柵和反射式衍射光柵，典型的光柵參數(shù)可參考美國的WasatchPhotonics公司生產(chǎn)的光柵。
[0032]光纖準(zhǔn)直鏡由尾纖與自聚焦透鏡精確定位而成，它可以將光纖發(fā)出的發(fā)散光轉(zhuǎn)變成準(zhǔn)直平行的空間光。
[0033]振鏡15能夠根據(jù)電腦控制器發(fā)出的驅(qū)動信號，使其光學(xué)掃描頭實(shí)現(xiàn)繞軸轉(zhuǎn)動，從而使得從該光學(xué)掃描頭反射的光束在一個平面內(nèi)掃描。常用于OCT系統(tǒng)的樣品臂中來實(shí)現(xiàn)光束對樣品不同位置處的掃描。
[0034]顯微物鏡16能夠?qū)悠繁鄣墓馐叨染劢?，使打到樣品上的光點(diǎn)更小，從而使系統(tǒng)的橫向分辨率得到提高。
[0035]如圖3所示，所述探測臂4包括第三光纖準(zhǔn)直鏡17、第四光纖準(zhǔn)直鏡18、第二光柵19、聚焦鏡頭20和線陣電荷耦合器件21 ;所述第一光纖耦合器8和光源I連接的一端與第四光纖準(zhǔn)直鏡18連接，而所述第二光纖耦合器9和第一光纖耦合器8連接的一端與第三光纖準(zhǔn)直鏡17連接；所述第三光纖準(zhǔn)直鏡17和第四光纖準(zhǔn)直鏡18在第二光柵19的同一側(cè)，且所述第三光纖準(zhǔn)直鏡17和第四光纖準(zhǔn)直鏡18分別與第二光柵19成不同的夾角放置；而所述第二光柵19另一側(cè)放置線陣電荷耦合器件21，所述聚焦鏡頭20放置在第二光柵19與線陣電荷耦合器件21之間。
[0036]所述第三光纖準(zhǔn)直鏡17收集來自于第一光纖耦合器8的光束，而所述第四光纖準(zhǔn)直鏡18收集來自于第二光纖耦合器9的光束，且所述第三光纖準(zhǔn)直鏡17、第四光纖準(zhǔn)直鏡18分別以不同的入射角度將兩個光束投射到第二光柵19上，使第二光柵19衍射出兩組無交疊出射的光譜信號，即為SECM和OCT的信號，經(jīng)過聚焦鏡頭20，分別聚焦于線陣CCD21光敏面的左半部分像素和右半部分像素。
[0037]具體的:第三光纖準(zhǔn)直鏡17、第四光纖準(zhǔn)直鏡18分別收集OCT系統(tǒng)和SECM系統(tǒng)的光束，并以不同的入射角度將來自兩個系統(tǒng)的光束投射到第二光柵19上，通過計(jì)算和調(diào)整這兩個入射角的大小，使第二光柵19衍射出兩組無交疊出射的光譜信號，即為SECM和OCT的信號，且其中一組光譜信號的最大波長對應(yīng)的出射角與另一組光譜信號的最小波長對應(yīng)的出射角相等，這樣這兩組光譜信號分別在左右兩邊的空間中傳播，且兩組光譜信號緊緊相鄰，隨后投射到聚焦鏡頭20中。經(jīng)過聚焦鏡頭20的聚焦，使得這兩組光譜信號在線陣CCD21的光敏面上聚焦成一條亮線，這條亮線的左、右半邊分別為SECM系統(tǒng)和OCT系統(tǒng)的光譜信號，即線陣CCD21感光面的左半部分和右半部分分別探測SECM系統(tǒng)和OCT系統(tǒng)的光譜信號。
[0038]線陣CCD21能夠?qū)崟r(shí)的將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，電壓信號經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線纜傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行采集。典型的線陣CCD參數(shù)可參考法國Atmel公司生產(chǎn)的線陣CXD(AViivaSM2)。與傳統(tǒng)的攝像器件相比，線陣(XD21具有光譜響應(yīng)寬、線性好、動態(tài)范圍寬、噪聲低、靈敏度高、實(shí)時(shí)傳輸和電荷自掃描等多方面的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于遙感成像、衛(wèi)星監(jiān)測、機(jī)器視覺等領(lǐng)域。
[0039]本實(shí)用新型公開的一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，提出的將光學(xué)相干層析協(xié)同(OCT)成像系統(tǒng)的樣品臂與光譜編碼共焦(SECM)系統(tǒng)的樣品臂共用同一光路，使得樣品臂中從OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)出射的光束對樣品同一位置同步進(jìn)行掃描，并且從樣品單次散射返回的光分別返回各自的光路返回探測臂，這種光學(xué)耦合的方法有效克服了將兩系統(tǒng)結(jié)合時(shí)使用機(jī)械切換所帶來的問題，真正做到了同步掃描樣品的同一位置。這種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)的軸向分辨率相對于SECM系統(tǒng)有了很大提高，并且使其橫向分辨率相對于OCT系統(tǒng)得到很大提高，優(yōu)化了系統(tǒng)的成像質(zhì)量。另外，相比之前的方法和系統(tǒng)，本實(shí)用新型中的樣品臂的光路更加簡單，便于實(shí)施，并且只需要采用一個光源，節(jié)約了成本并簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，光路也更加穩(wěn)定。提出的探測臂采用基于兩個光纖準(zhǔn)直鏡以不同入射角照射光柵，使光柵衍射出兩組無交疊出射的光譜信號，即為SECM和OCT的信號，經(jīng)過聚焦鏡頭，分別聚焦于線陣電荷耦合器件(CXD)的左半部分像素和右半部分像素，即實(shí)現(xiàn)同時(shí)探測來自SECM和OCT系統(tǒng)的光譜信號。經(jīng)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理獲取被測樣品高軸向分辨率的OCT圖像和高橫向分辨率的SECM圖像，實(shí)現(xiàn)OCT系統(tǒng)與SECM系統(tǒng)優(yōu)勢互補(bǔ)的協(xié)同成像。這種探測方法省去了同時(shí)使用兩個光譜儀探測信號的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只需要用一個探測臂探測SECM系統(tǒng)和OCT系統(tǒng)的光譜信號，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，光路更為穩(wěn)定，同時(shí)也節(jié)約了搭建成本，并使探測臂中的光柵、凸透鏡和線陣CCD得到了充分的利用。此外，兩系統(tǒng)的成像結(jié)果相互配準(zhǔn)、像素對齊，使系統(tǒng)的成像結(jié)果更加精確。這種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)的以上優(yōu)勢在生物醫(yī)學(xué)成像以及材料檢測等應(yīng)用領(lǐng)域都有著重要的意義。
[0040] 以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，其特征在于:包括光源(I)、參考臂(2)、樣品臂(3)、探測臂(4)、傳輸光纖(5)、第一光隔離器(6)、第二光隔離器(7)、第一光纖I禹合器(8)和第二光纖I禹合器(9),所述第一光纖I禹合器(8)的一端分別通過傳輸光纖(5)分別連接光源(I)和探測臂(4)，而另一端通過傳輸光纖(5)分別連接樣品臂(3)和第二光纖稱合器(9)的一端,且所述光源(I)與第一光纖稱合器(8)之間設(shè)置有第一光隔離器(6)，第一光纖耦合器(8)和第二光纖耦合器(9)之間接有第二光隔離器(7);所述第二光纖耦合器(9)與第一光纖耦合器(8)連接的一端還與探測臂(4)連接，而所述第二光纖耦合器(9)的另一端分別連接參考臂(2)和樣品臂(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，其特征在于:所述樣品臂(3)包括按光速流向依次設(shè)置的第一光纖準(zhǔn)直鏡(10)、第一光柵(11)、第一凸透鏡(12)、第二凸透鏡(13)以及顯微物鏡(16),所述第一光纖f禹合器(8)和第二光纖I禹合器(9)連接的一端與第一光纖準(zhǔn)直鏡(10)相連，且所述第一光柵(11)的光斑中心、第一凸透鏡(12)中心、第二凸透鏡(13)中心以及顯微物鏡中心在同一條光軸上；以第一凸透鏡(12)與第二凸透鏡(13)光軸連線方向?yàn)閆軸，以第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)和振鏡(15)的光軸連線方向?yàn)閅軸，以第一凸透鏡的中心為原點(diǎn)，根據(jù)右手定則，建立坐標(biāo)系；所述第一光柵(11)表面垂直于YZ平面，且所述第一光柵(11)與XZ的夾角為a;還包括按光束傳播順序依次設(shè)置的第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)和振鏡(15)，所述第二光纖耦合器(9)和參考臂(2)連接的一端與第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)連接，所述振鏡(15)設(shè)置于第一光柵(11)與第一凸透鏡(12)之間，所述振鏡(15)表面垂直于YZ平面，且振鏡(15)與第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)的高度在同一水平面，另外所述第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)和振鏡(15)在第一光柵(11)上的光斑下方沿正X軸方向的偏移量>0 ;所述第一光纖準(zhǔn)直鏡(10)將來自第一光纖I禹合器(8)的光束投射到第一光柵(11)表面上形成光斑，從第一光柵衍射出的光譜投射在第一凸透鏡(12)的上半部分；第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)將來自第二光纖I禹合器(9)的光束投射在振鏡(15)上,該光束經(jīng)過振鏡(15)反射在第一凸透鏡(12)的下半部分，通過調(diào)整第一光柵(11)放置角度a和振鏡(15)的掃描范圍使得從振鏡(15)反射的光束的掃描角范圍與第一光柵(11)出射光的角色散范圍相等；投射在第一凸透鏡(12)的上下兩部分光束經(jīng)過第一凸透鏡(12)后，在第一凸透鏡(12)的像方焦平面聚焦成同一條水平方向的亮線斑，這條亮線斑在中點(diǎn)處與第一凸透鏡(12)的光軸垂直正交，并繼續(xù)入射到第二凸透鏡(13)上；從第二凸透鏡(13)出射的光束得到會聚，并全部入射到顯微物鏡(16)中，經(jīng)過顯微物鏡(16)聚焦的光束投射在樣品上；從樣品單次散射返回的光經(jīng)原光路返回并分別經(jīng)過第一光纖準(zhǔn)直鏡(10)、第二光纖準(zhǔn)直鏡(14)返回各自的光路，并進(jìn)入探測臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，其特征在于:所述探測臂(4)包括第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)、第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)、第二光柵(19)、聚焦鏡頭(20)和線陣電荷耦合器件(21);所述第一光纖耦合器(8)和光源(I)連接的一端與第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)連接,而所述第二光纖I禹合器(9)和第一光纖I禹合器(8)連接的一端與第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)連接；所述第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)和第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)在第二光柵(19)的同一側(cè)，且所述第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)和第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)分別與第二光柵(19)成不同的夾角放置；而所述第二光柵(19)另一側(cè)放置線陣電荷耦合器件(21)，所述聚焦鏡頭(20)放置在第二光柵(19)與線陣電荷耦合器件(21)之間；所述第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)收集來自于第一光纖耦合器(8)的光束，而所述第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)收集來自于第二光纖耦合器(9)的光束，且所述第三光纖準(zhǔn)直鏡(17)、第四光纖準(zhǔn)直鏡(18)分別以不同的入射角度將兩個光束投射到第二光柵(19)上，使第二光柵(19)衍射出兩組無交疊出射的光譜信號，即為SECM和OCT的信號，經(jīng)過聚焦鏡頭(20)，分別聚焦于線陣CXD (21)光敏面的左半部分像素和右半部分像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，其特征在于:所述第一凸透鏡(12)與第二凸透鏡(13)之間的距離為兩透鏡的焦距之和，第二凸透鏡(13)與顯微物鏡(16)的距離等于第二凸透鏡(13)的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜編碼共焦與光學(xué)相干層析協(xié)同成像系統(tǒng)，其特征在于:所述兩組光譜信號無交疊地聚焦在CXD光敏面上。
【文檔編號】A61B5/00GK204147009SQ201420519584
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】吳彤, 施瑤瑤, 劉友文, 李艷, 王吉明, 赫崇君, 顧曉蓉 申請人:南京航空航天大學(xué)