專利名稱：頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)相干層析成像，尤其是一種頻域相干層析成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography，簡稱為OCT)是上世紀(jì)九十 年代發(fā)展起來的一種新型層析成像技術(shù)，OCT采用了低相干干涉技術(shù)可以獲取組織內(nèi)部微 觀結(jié)構(gòu)信息，具有無輻射損傷、非侵入性、高靈敏度、高分辨率等優(yōu)點，率先應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診 療，近年來隨著OCT技術(shù)不斷發(fā)展，其應(yīng)用已擴(kuò)展到材料科學(xué)、薄膜技術(shù)等諸多基礎(chǔ)研究領(lǐng) 域。光學(xué)相干層析成像分為時域OCT和頻域OCT。時域OCT根據(jù)參考臂與測量臂的等 光程以參考臂的逐點移動獲得被測樣品的深度信息。時域OCT是最典型的OCT系統(tǒng)，對于 各種不同的應(yīng)用具有很強的適應(yīng)性，但是它必須進(jìn)行深度掃描，這對高速實時成像很不利。 頻域OCT作為一種新的OCT技術(shù)克服了時域OCT的不足，它利用背向散射光與參考光的干 涉光譜實現(xiàn)深度信號的一次成像，極大地提高了成像速度。頻域OCT系統(tǒng)主要組成部分為邁克爾干涉儀和光譜儀，由寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)分 光棱鏡按振幅分為等光強的兩束光，一束為參考光束，一束為測量光束，參考光束被參考鏡 反射，而測量光束進(jìn)入待測量的樣品后有一定的穿透深度，樣品自其表面到不同深度的各 個層面對測量光束都有一定程度的背向散射。兩束來自參考鏡和樣品內(nèi)部的背向散射光將 會在分光棱鏡處相遇形成干涉信號，干涉信號被衍射光柵分光后由CCD陣列檢測。樣品的 深度信息都包含在干涉光譜中，通過計算機對其進(jìn)行傅里葉逆變換可以獲得樣品的深度圖 像。因為頻域OCT不需要軸向掃描，所以只需橫向的二維掃描即可獲得三維圖像。頻域OCT重建圖像要進(jìn)行離散傅里葉逆變換為
1 Nηi(hn) = FT~l[I(km)] = ^X^Jexpt-Aj 畫)]其中i(hn)為寬帶光源發(fā)出的光波電場在光程域的自相關(guān)函數(shù)離散采樣點， Kkffl)為波數(shù)域的功率譜函數(shù)離散采樣點，可以由CCD采樣獲得。對于頻域OCT系統(tǒng)，被測 樣品的深度信息蘊含于CCD檢測的光譜信號中，而CCD對不同波長的信號具有不同的響應(yīng)， 所以要提高重建圖像的質(zhì)量，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a償?，F(xiàn)有的CXD光譜響應(yīng)補償技術(shù)是通過軟件實現(xiàn)的，已知寬帶光源波長范圍λ i 入2，CCD光譜響應(yīng)曲線為RU)，則在計算機內(nèi)部維護(hù)了一個光譜響應(yīng)度查找表，CCD檢測
到的光強Ira與實際光強I之間的關(guān)系為J = h，用軟件實現(xiàn)補償?shù)姆椒ǖ牟蛔闶且?br> 費計算的時間，不利于快速成像，因此需要尋找硬件實現(xiàn)補償?shù)募夹g(shù)途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，對現(xiàn)有頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，以改善光學(xué)相干層析成像的質(zhì)量，提高成 像速度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，主要包括邁克爾干涉儀系統(tǒng)、光譜儀系統(tǒng)、信號 處理系統(tǒng)，所述的光譜儀系統(tǒng)包括衍射光柵、聚焦透鏡、CCD光電探測器，其特點在于在所 述的CCD光電探測器前設(shè)置了 CCD光譜響應(yīng)度補償片，該CCD光譜響應(yīng)度補償片是根據(jù)頻 域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的寬帶光源的波長范圍和所述的CCD探測器的光譜響應(yīng)曲線而 等分為多個基元，每個基元對應(yīng)于所述的CCD探測器相應(yīng)的采樣波段，通過改變每個基元 的厚度，以離散分布的透過率對光譜響應(yīng)進(jìn)行補償。本發(fā)明的突出特點是結(jié)構(gòu)簡單，不改變原有的光學(xué)系統(tǒng)，只是在CCD探測器前增 設(shè)了一個響應(yīng)度補償片，以此補償CCD探測器對不同波長響應(yīng)的不均勻性，提高了系統(tǒng)的 成像質(zhì)量，加快了圖像重建速度，有利于快速實時成像。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是制作本發(fā)明CCD光譜響應(yīng)補償片的光刻工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。請參閱圖2，圖2為本發(fā)明頻域OCT系統(tǒng)的光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明 頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，主要包括邁克爾干涉儀系統(tǒng)、光譜儀系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，所 述的光譜儀系統(tǒng)包括衍射光柵1、聚焦透鏡2、CCD光電探測器3，其特點是在所述的CCD光 電探測器3前設(shè)置了 CCD光譜響應(yīng)度補償片4，該CCD光譜響應(yīng)度補償片4是根據(jù)頻域光學(xué) 相干層析成像系統(tǒng)的寬帶光源的波長范圍和所述的CCD探測器的光譜響應(yīng)曲線而等分為 多個基元，每個基元對應(yīng)于不同的波長，通過改變每個基元的厚度，以離散透過率分布的補 償片對光譜響應(yīng)進(jìn)行補償。本發(fā)明的原理如下在原有的頻域OCT系統(tǒng)的CXD探測器3前設(shè)置了一個CXD光譜響應(yīng)補償片4，該補 償片是依據(jù)CCD探測器3的光譜響應(yīng)曲線R(X)以及寬帶光源的波長范圍入工 λ2而設(shè) 計的，設(shè)CXD探測器的光譜響應(yīng)的采樣波段數(shù)為Ν，Ν為大于1的正整數(shù)，因此補償片只需對 N個采樣波段進(jìn)行透過率補償即可實現(xiàn)目的。把CCD探測器的每個采樣波段之間的間隔看成相等，則第η個采樣波段的平均波 長(以下簡稱為采樣波長)可表示為
1\ 一 1 其中η = 1，2，3，......，N。每一個采樣波長λ η對應(yīng)著一個光譜響應(yīng)度R( λ η)，
則補償片對于采樣波長λ η的增益應(yīng)為光譜響應(yīng)度的倒數(shù)·^，進(jìn)行歸一化處理之后即得到補償片的透過率分布Τ( λ n)。選擇對于X1 λ 2波長范圍呈光學(xué)中性的材料制作基片，把基片等分成N個基 元，根據(jù)補償片每個基元的透過率T ( λ η)以及透過率隨厚度變化的曲線，可以通過改變每 個基元的厚度來實現(xiàn)不同的透過率。其制作工藝采用大規(guī)模集成電路的光刻技術(shù)，其加工 技術(shù)主要由掩膜制作技術(shù)，圖形曝光技術(shù)和圖形加工技術(shù)組成。制作過程請參見圖3，主要 分以下步驟完成1.制作刻蝕用的振幅掩膜5，通常N級臺階需要M個不同尺寸的掩膜，使得N = 2μ， 把掩膜標(biāo)號為M，M-I，Μ-2，. . .，1。2.圖形曝光，將標(biāo)號為M的掩膜圖形精確復(fù)制到表面涂有光刻膠6的基片7上；3.顯影，通過顯影將掩膜上通光部分的光刻膠清除，片基裸露；4.刻蝕，在光刻膠保護(hù)下對片基進(jìn)行刻蝕；5.再涂光刻膠，將標(biāo)號為M-I的掩膜圖形精確復(fù)制到表面涂有光刻膠的基片上。6.重復(fù)進(jìn)行上述步驟圖形曝光、顯影、刻蝕步驟，完成兩次套刻，最終清除光刻膠。圖2是本發(fā)明的一個具體實例，該實例表明干涉信號由衍射光柵1分光，再經(jīng)過聚 焦透鏡2并且經(jīng)過補償片4進(jìn)行透過率補償之后，由CXD探測器3獲得光譜信號并由后續(xù) 信號處理系統(tǒng)重建圖像。
權(quán)利要求
1. 一種頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，主要包括邁克爾干涉儀系統(tǒng)、光譜儀系統(tǒng)、信號處 理系統(tǒng)，所述的光譜儀系統(tǒng)包括衍射光柵、聚焦透鏡、CCD光電探測器，其特征在于在所述 的CCD光電探測器前設(shè)置了 CCD光譜響應(yīng)度補償片，該CCD光譜響應(yīng)度補償片是根據(jù)頻域 光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的寬帶光源的波長范圍和所述的CCD探測器的光譜響應(yīng)曲線而等 分為多個基元，每個基元對應(yīng)于所述的CCD探測器相應(yīng)的采樣波段，通過改變每個基元的 厚度，以離散分布的透過率對光譜響應(yīng)進(jìn)行補償。
全文摘要
一種頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，主要包括邁克爾干涉儀系統(tǒng)、光譜儀系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，所述的光譜儀系統(tǒng)包括衍射光柵、聚焦透鏡、CCD光電探測器，其特點在于在所述的CCD光電探測器前設(shè)置了CCD光譜響應(yīng)度補償片，該CCD光譜響應(yīng)度補償片是根據(jù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的寬帶光源的波長范圍和所述的CCD探測器的光譜響應(yīng)曲線而等分為多個基元，每個基元對應(yīng)于所述的CCD探測器相應(yīng)的采樣波段，通過改變每個基元的厚度，以離散分布的透過率對光譜響應(yīng)進(jìn)行補償。本發(fā)明的補償片可以平衡CCD器件各探測器單元對不同波長響應(yīng)的不一致性，從而減小干涉功率譜中的噪音信號，使得重建的OCT圖像質(zhì)量得到改善，提高成像速度。
文檔編號G01N21/47GK102095694SQ20111000162
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者何紅, 許 鵬 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所