專利名稱：雙通道全范圍復(fù)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)明涉及一種復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，特別涉及一種基于3X 3光纖耦合器的雙通道頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，屬于光學(xué)成像領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
頻域光學(xué)相干層析技術(shù)是一種可以提供高分辨率、高靈敏度、非接觸、無損傷的層析成像技術(shù)。此技術(shù)的探測深度一直受到限制圖像處理中對干涉光譜的傅立葉變換具有哈密頓對稱性，重建樣品的圖像關(guān)于參 考臂和樣品的等光程差位置對稱，為了避免實像和共軛像的相互交疊，只有一半的復(fù)空間用來成像；另外，頻域光學(xué)相干層析系統(tǒng)的探測深度受到其光譜儀本身的頻譜分辨率的限制。因此，目前傳統(tǒng)頻域光學(xué)相干層析系統(tǒng)的最大探測范圍只有7mm左右(以眼睛作為樣品)。為了解決以上的問題，目前報道了幾種擴大探測深度的方法提高光譜儀的分辨率、減小光源的譜寬、采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)或應(yīng)用雙通道雙聚焦系統(tǒng)等。其中，前兩種方法受到光譜儀和光源能力限制，第三種方法能擴大探測深度到兩倍深度，但受到PZT等移相器動態(tài)能力及系統(tǒng)噪聲的影響，第四種方法可根據(jù)成像位置較靈活地進行光線聚焦，但此方法需要兩套獨立的光學(xué)相干層析系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)造價。此外，以上方法在擴大探測深度的同時尚未重視靈敏度降低的不利因素靈敏度隨成像深度而降低，因而成像質(zhì)量隨探測深度的增加而快速衰減。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)的雙通道頻域光學(xué)相干層析系統(tǒng)以擴大探測深度、提高成像質(zhì)量并簡化系統(tǒng)裝置、減少系統(tǒng)的造價的雙通道全范圍復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種雙通道全范圍復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，其特點是該系統(tǒng)包括一套光源、一套光譜儀、短參考臂、長參考臂、一個樣品臂、一個3 X 3光纖
率禹合器和電腦，所述的3 X 3光纖稱合器置有三個輸入端,其中一個輸入端作為光源輸入端，通過隔離器和光源連接，另外一個輸入端通過第一透鏡和光譜儀連接，作為光譜儀耦合得到從參考臂和樣品臂返回的干涉光譜，第三個端口閑置不用；3 ^ 3光纖耦合器置有三個
輸出端，一個輸出端和樣品臂連接，其它兩個輸出端分別和短參考臂、長參考臂連接；所述的短參考臂由第二透鏡、第一快門裝置和第一平面鏡構(gòu)成，所述的長參考臂由第五透鏡、第二快門裝置和第二平面鏡構(gòu)成；所述樣品臂由第三透鏡、第四透鏡、X-Y掃描振鏡和樣品組成；由光源、光譜儀、樣品臂和短參考臂構(gòu)成第一通道，由光源、光譜儀、樣品臂和長參考臂構(gòu)成第二通道；在所述的樣品臂中，從光纖輸出的光投射到X-Y掃描振鏡的位置偏離振鏡的軸心，通過安裝振鏡的精密平移臺的移動獲得每兩個相鄰縱向掃描間存在將近冗/2的相移，樣品光通過樣品臂的光學(xué)元件第三透鏡、第四透鏡聚焦在樣品之中，兩個參考臂的長度與各自樣品成像位置匹配，系統(tǒng)成像根據(jù)兩通道的樣品臂位置得到樣品前后節(jié)部分的像及其共軛像第一通道通過第一快門裝置關(guān)閉長參考臂獲得干涉頻譜1，第二通道通過第二快門裝置關(guān)閉短參考臂獲得干涉頻譜2，通道I用于對樣品較淺深度處成像，通道2用于對樣品較深深度處成像，利用全范圍復(fù)頻域技術(shù)采用希爾伯特圖像處理算法計算得到樣品前后節(jié)消除了共軛部分的像，在第一通道和第二通道之間的距離可通過安裝到移動平移臺上的平面鏡成像測量得到，兩通道中計算得到的樣品前后節(jié)部分的像加以探測得到的樣品前后節(jié)部分之間的距離，從而可以得到整個樣品的合成像。所述的光譜儀包括用于分開各個波長光的光柵、用于接收干涉光譜信號的成像探測器CCD和使光聚集到CCD上的透鏡；由CCD接收到的深淺兩部分干涉光譜的信號輸送到電腦中圖像處理單元，所述圖像處理單元與光譜儀相連接。所述圖像處理單元是希爾伯特圖像處理單元。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種雙通道全范圍復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)
利用3 X 3光纖耦合器采用一個光源、一套光譜儀，可以減少裝置的復(fù)雜性，節(jié)省系統(tǒng)的造
價；系統(tǒng)中包括兩個光學(xué)相干層析通道，分別對探測樣品的深淺部位進行成像以增大成像深度；成像過程中采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)，從而在擴大探測深度的同時減小了因深度增加靈敏度降低的缺陷，提高了成像質(zhì)量。


圖I是基于3 X 3光纖耦合器的雙通道頻域光學(xué)相干層析系統(tǒng)示意 圖中1.光源；2.隔離器；3. 3x3光纖耦合器；4.短參考臂5.樣品臂；
6.長參考臂；7.第一透鏡；8.光譜儀；9.電腦；401.第二透鏡；402.第一快門裝置；403.第一平面鏡；501.第三透鏡；502.第四透鏡；503.樣品(眼睛)；504. X-Y掃描振鏡；601.第五透鏡；602.第二快門裝置；603.第二平面鏡。圖2是以眼睛作為樣品采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)的通道I成像效果示意 圖3是以眼睛作為樣品未采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)的通道2成像效果示意 圖4是以眼睛作為樣品整個系統(tǒng)成像的示意圖。
具體實施例方式由圖I所示，一種雙通道全范圍復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括一套光源I、一套光譜儀8、短參考臂4、長參考臂6、一個樣品臂5、一4 ;光纖耦
合器3和電腦9,所述的3x3光纖稱合器置有三個輸入端,其中一個輸入端作為光源I輸
入端，通過隔離器2和光源I連接，另外一個輸入端通過第一透鏡7和光譜儀8連接，作為 光譜儀8耦合得到從參考臂4、6和樣品臂5返回的干涉光譜，第三個端口閑置不用 ；
光纖I禹合器3置有三個輸出端，一個輸出端和樣品臂5連接,其它兩個輸出端分別和短參考臂4、長參考臂6連接；所述的短參考臂4由第二透鏡401、第一快門裝置402和第一平面鏡403構(gòu)成，所述的長參考臂6由第五透鏡601、第二快門裝置602和第二平面鏡603構(gòu)成；所述樣品臂5由第三透鏡501、第四透鏡502、X-Y掃描振鏡504和樣品503組成；由光源I、光譜儀8、樣品臂5和短參考臂4構(gòu)成第一通道，由光源I、光譜儀8、樣品臂5和長參考臂6構(gòu)成第二通道；在所述的樣品臂5中，從光纖輸出的光投射到X-Y掃描振鏡504的位置偏離振鏡的軸心，通過安裝振鏡的精密平移臺的移動獲得每兩個相鄰縱向掃描間存在將近冗/2的相移，樣品光通過樣品臂5的光學(xué)元件第三透鏡501、第四透鏡502聚焦在樣品之中，兩個參考臂的長度與各自樣品成像位置匹配，系統(tǒng)成像根據(jù)兩通道的樣品臂5位置得到樣品前后節(jié)部分的像及其共軛像第一通道通過第一快門裝置402關(guān)閉長參考臂6獲得干涉頻譜1，第二通道通過第二快門裝置602關(guān)閉短參考臂4獲得干涉頻譜2，通道I用于對樣品較淺深度處成像，通道2用于對樣品較深深度處成像，利用全范圍復(fù)頻域技術(shù)采用希爾伯特圖像處理算法計算得到樣品前后節(jié)消除了共軛部分的像，在第一通道和第二通道之間的距離可通過安裝到移動平移臺上的平面鏡成像測量得到，兩通道中計算得到的樣品前后節(jié)部分的像加以探測得到的樣品前后節(jié)部分之間 的距離，從而可以得到整個樣品的合成像。所述的光譜儀8包括用于分開各個波長光的光柵、用于接收干涉光譜信號的成像探測器CCD和使光聚集到CCD上的透鏡；由CCD接收到的深淺兩部分干涉光譜的信號輸送到電腦9中圖像處理單元，所述圖像處理單元與光譜儀8相連接。所述圖像處理單元是希爾伯特圖像處理單元。所述光源I采用超亮發(fā)光二極管SLD。圖2是以眼睛作為樣品采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)的通道I成像效果示意圖(a)采用經(jīng)典頻域光學(xué)相干層析算法得到的圖像；(b)采用全范圍復(fù)頻域算法得到的圖像。圖像大小12.8(深)X 12(寬)mm。圖2顯示了以人眼作為樣品的在體成像。系統(tǒng)通道I中把參考臂長度設(shè)置為與樣品臂在虹膜上面的位置等光程的大小。圖2(a)中顯示了未采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)的成像，樣品結(jié)構(gòu)被疊加在一起的共軛像所干擾。圖2(b)顯示了采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)的成像，可以看到成像范圍是從角膜的前表面到晶體的前表面。成像質(zhì)量比之前雙通道雙聚焦系統(tǒng)成像質(zhì)量改善很多角膜的上皮細胞、晶體內(nèi)高反射部分及晶體囊的內(nèi)容都能較好地觀測到。圖3是以眼睛作為樣品未采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)的通道2成像效果示意圖，成像大小6.4(深)X 12(寬)mm。圖3顯示了通道2中得到的眼睛晶狀體后半部分成像晶體內(nèi)部的高散射部分及晶狀體囊都可以清楚地看到。采用此樣品，此通道可以不采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)。在不采用全范圍復(fù)頻域算法得到的圖像中，可以看到成像質(zhì)量隨探測距離的增加而快速衰減，其中，高散射的虹膜部分都已模糊不清。圖4是以眼睛作為樣品整個系統(tǒng)成像的示意圖，圖4顯示了由雙通道系統(tǒng)成像組合得到的整個眼前節(jié)部分的成像，由此可以看到，整個眼前節(jié)部分的組織都可以得到理想成像。因此，此發(fā)明給出了一種基于3 ;光纖耦合器的雙通道復(fù)頻域光學(xué)相干層析系
統(tǒng)以擴大探測深度，提高成像質(zhì)量。此系統(tǒng)兩個通道共用一個樣品臂。兩通道所得到的干涉光譜均可以采用全范圍復(fù)頻域技術(shù)進行處理得到擴大探測深度、減小靈敏度衰減的圖像。在此系統(tǒng)中需采用快門裝置關(guān)閉其中一個通道的方式得到另外一個通道相應(yīng)的干涉頻譜進行處理，所以比較適合靜止的樣品成像。此系統(tǒng)對生物組織成像和工業(yè)樣品檢測有著潛在的應(yīng)用價值。
權(quán)利要求
1.一種雙通道全范圍復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括一套光源(I)、一套光譜儀(8)、短參考臂(4)、長參考臂(6)、一個樣品臂(5)、一個3X 3光纖稱合器(3)和電腦(9),所述的3 X 3光纖稱合器置有三個輸入端,其中一個輸入端作為光源(I)輸入端，通過隔離器(2 )和光源(I)連接，另外一個輸入端通過第一透鏡(7 )和光譜儀(8)連接，作為光譜儀(8)耦合得到從參考臂(4、6)和樣品臂(5)返回的干涉光譜，第三個端口閑置不用；3 X 3光纖耦合器(3)置有三個輸出端，一個輸出端和樣品臂(5)連接，其它兩個輸出端分別和短參考臂(4)、長參考臂(6)連接；所述的短參考臂(4)由第二透鏡(401)、第一快門裝置(402)和第一平面鏡(403)構(gòu)成，所述的長參考臂(6)由第五透鏡(601)、第二快門裝置(602)和第二平面鏡(603)構(gòu)成；所述樣品臂(5)由第三透鏡(501)、第四透鏡(502 )、X-Y掃描振鏡(504 )和樣品(503 )組成；由光源(I)、光譜儀(8 )、樣品臂(5 )和短參考臂(4)構(gòu)成第一通道，由光源(I)、光譜儀(8)、樣品臂(5)和長參考臂(6)構(gòu)成第二通道；在所述的樣品臂(5)中，從光纖輸出的光投射到X-Y掃描振鏡(504)的位置偏離振鏡的軸心，通過安裝振鏡的精密平移臺的移動獲得每兩個相鄰縱向掃描間存在將近f/2的相移，樣品光通過樣品臂(5)的光學(xué)元件第三透鏡(501)、第四透鏡(502)聚焦在樣品之中，兩個參考臂的長度與各自樣品成像位置匹配，系統(tǒng)成像根據(jù)兩通道的樣品臂(5)位置得到樣品前后節(jié)部分的像及其共軛像第一通道通過第一快門裝置(402)關(guān)閉長參考臂(6)獲得干涉頻譜1，第二通道通過第二快門裝置(602)關(guān)閉短參考臂(4)獲得干涉頻譜2，通道I用于對樣品較淺深度處成像，通道2用于對樣品較深深度處成像，利用全范圍復(fù)頻域技術(shù)采用希爾伯特圖像處理算法計算得到樣品前后節(jié)消除了共軛部分的像，在第一通道和第二通道之間的距離可通過安裝到移動平移臺上的平面鏡成像測量得到，兩通道中計算得到的樣品前后節(jié)部分的像加以探測得到的樣品前后節(jié)部分之間的距離，從而可以得到整個樣品的合成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙通道全范圍復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述的光譜儀(8)包括用于分開各個波長光的光柵、用于接收干涉光譜信號的成像探測器CCD和使光聚集到CCD上的透鏡；由CCD接收到的深淺兩部分干涉光譜的信號輸送到電腦(9)中圖像處理單元，所述圖像處理單元與光譜儀(8)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙通道全范圍復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，其特征在于所述圖像處理單元是希爾伯特圖像處理單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙通道全范圍復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用3×3光纖耦合器使光源分光到兩個參考臂和一個樣品臂，利用兩個參考臂各自和樣品臂組成的頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)對不同深度的樣品進行探測，從而達到了擴大探測深度、提高成像質(zhì)量的目的。在此系統(tǒng)中，只采用由一套光源和一套光譜儀組成的光學(xué)相干層析系統(tǒng)完成了對較深樣品的清晰成像。此系統(tǒng)對檢測高散射生物組織及工業(yè)樣品具有潛在的應(yīng)用價值。
文檔編號A61B3/14GK102641116SQ20121013328
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者吳文娟, 張燦云, 戴翠霞, 林曉艷, 潘瑞芹, 王竑 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院