用于频域OCT系统的光谱仪.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 203828901 U (45)授权公告日 2014.09.17 CN 203828901 U (21)申请号 201420058992.9 (22)申请日 2014.02.07 A61B 5/00(2006.01) A61B 3/14(2006.01) G01J 3/45(2006.01) (73)专利权人 中国科学院上海光学精密机械研 究所 地址 201800 上海市嘉定区 800 211 邮政 信箱 (72)发明人 李中梁 王向朝 袁春晓 南楠 (74)专利代理机构 上海新天专利代理有限公司 31213 代理人 张泽纯 (54) 实用新型名称 用于频域 OCT 。

2、系统的光谱仪 (57) 摘要 一种用于频域 OCT 系统的光谱仪， 其结构包 括单模光纤、 消色差透镜、 闪耀光栅、 光电探测器 和光谱仪底板， 单模光纤、 消色差透镜、 闪耀光栅 和光电探测器均固定在光谱仪底板上。OCT 系统 的干涉光输入至单模光纤， 单模光纤的输出光经 消色差透镜准直后照射至闪耀光栅上， 衍射光栅 的一级衍射光经同一消色差透镜聚焦后由光电探 测器探测。本实用新型系统结构简单、 紧凑， 利用 一个消色差透镜同时实现入射光的准直与衍射光 栅一级衍射光的聚焦， 有利于频域 OCT 系统的小 型化。 (51)Int.Cl. (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 权利要求书 。

3、1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)授权公告号 CN 203828901 U CN 203828901 U 1/1 页 2 1. 用于频域 OCT 系统的光谱仪， 其结构包括单模光纤 （1） 、 消色差透镜 （2） 、 闪耀光栅 （3） 、 光电探测器 （4） 和光谱仪底板 （5） ； OCT 系统的干涉光输入至单模光纤 （1） ， 该单模光纤 （1） 的输出光 （6） 经消色差透镜 （2） 准直后的准直光束 （7） 照射在所述的闪耀光栅 （3） 上， 该闪耀光栅 （3） 的一级衍射光 。

4、（8） 经消色差透镜 （2） 聚焦后的聚焦光束 （9） 由光电探测器 （4） 探测 ； 所述的单模光纤 （1） 、 消色差透镜 （2） 、 闪耀光栅 （3） 和光电探测器 （4） 均固定在 光谱仪底板 （5） 上。 2. 根据权利要求 1 所述的光谱仪， 其特征在于所述的单模光纤 （1） 输出端口的输出端 面位于消色差透镜 （2） 的前焦点， 且输出端口为 PC 或 APC 接头。 3. 根据权利要求 1 所述的光谱仪， 其特征在于所述的闪耀光栅 （3） 的闪耀角度为 度， 且闪耀光栅 （3） 的刻线方向平行于光谱仪底板 （5） 所在平面与闪耀光栅 （3） 所在平面的 交线。 4. 根据权利要。

5、求 1 所述的光谱仪， 其特征在于所述的闪耀光栅 （3） 在底板 （5） 上位置 的确定如下 ： 首先使光谱仪底板 （5） 所在平面与闪耀光栅 （3） 所在平面的夹角等于 （90-） 度， 即闪耀光栅 （3） 上入射光的入射角与衍射角相等 ； 然后以在闪耀光栅 （3） 的平面内经过 闪耀光栅 （3） 中心的与闪耀光栅 （3） 的刻线方向垂直的直线为旋转轴旋转闪耀光栅 （3） 一 个 角度， 使一级衍射光 （8） 与照射至闪耀光栅上的准直光束 （7） 分开， 其中 小于 5 度。 5. 根据权利要求 1 所述的光谱仪， 其特征在于所述的光电探测器 （4） 的光敏面位于闪 耀光栅 （3） 的一级衍。

6、射光经消色差透镜 （2） 聚焦后的焦平面上。 6. 根据权利要求 1 所述的光谱仪， 其特征在于所述的光电探测器 （4） 为线阵 CCD、 线阵 CMOS 线阵光电探测器件。 权 利 要 求 书 CN 203828901 U 2 1/3 页 3 用于频域 OCT 系统的光谱仪 技术领域 0001 本实用新型涉及光谱仪， 特别是一种用于频域 OCT 系统的光谱仪。 背景技术 0002 光学相干层析成像 （Optical Coherence Tomography,OCT） 是一种基于低相干光 干涉术的非侵入高分辨层析成像技术， 在活体生物组织成像、 亚表面无损检测等领域已有 广泛的应用。时域 OC。

7、T 是最早提出来的 OCT 技术， 而之后发展起来的频域 OCT， 相对于时域 OCT 在成像速度和灵敏度方面有较大优势， 是 OCT 技术的发展方向。频域 OCT 系统与时域 OCT 系统都是基于低相干光干涉原理， 不同之处在于干涉信号的探测方式上 ： 时域 OCT 在时 间域探测干涉信号， 而频域OCT则利用光谱仪代替时域OCT的点光电探测器， 在频域探测干 涉信号的光谱。在频域 OCT 系统中， 参考臂和探测臂的干涉光信号准直后入射到光栅上， 经 光栅衍射后被一物镜聚焦在线阵光电探测器， 得到信号的干涉谱 ； 通过对干涉谱做逆傅立 叶变换可以得到被测样品深度分辨的反射率信息。 0003 。

8、由于频域 OCT 技术利用光谱仪代替点光电探测器， 相对于时域 OCT 技术减少了一 维扫描， 具有更高的成像速度。当前的超快频域 OCT 系统的成像速度比最快的时域 OCT 系 统的成像速度要高出两个数量级。频域 OCT 技术使得实时三维组织成像真正成为了可能， 这是其相对于时域 OCT 最重要的优势。 0004 频域 OCT 技术首先在眼科疾病的诊断中得到应用， 随着系统性能的不断提高和各 种功能性 OCT 技术的发展， 频域 OCT 技术的应用也更加广泛， 目前已被广泛应用于眼科、 肠 胃科、 心血管、 牙科和皮肤科疾病的检测。而各种临床应用也对频域 OCT 系统提出了越来越 高的要求，。

9、 其中就包括系统及其仪器化后的小型化与便携式， 尤其在眼科等成熟的临床应 用领域， 希望 OCT 仪器能够小型化至便携的手持式。 0005 但在目前频域 OCT 系统的光谱仪中， OCT 的干涉信号首先经过一个准直镜准直后 入射至衍射光栅， 经光栅衍射后的再由聚焦镜聚焦至 CCD 等线阵光电探测器上， 实现干涉 谱探测。在该种结构的光谱仪中， 入射光束的准直与衍射光束的聚焦分别使用准直镜和聚 焦镜实现， 入射光束准直与衍射光束聚焦为分立的两个光路， 光路较长， 不利于小型化， 不 利于 OCT 仪器的紧凑与便携化。 发明内容 0006 本实用新型的目的在于提供一种用于频域 OCT 系统的光谱仪。

10、， 该光谱仪结构简 单、 紧凑， 利用一个消色差透镜同时实现入射光的准直与衍射光栅衍射光的聚焦， 有利于频 域 OCT 系统的小型化与便携化。 0007 本实用新型的技术解决方案如下 ： 0008 一种用于频域 OCT 系统的光谱仪， 其结构包括单模光纤、 消色差透镜、 闪耀光栅、 光电探测器和光谱仪底板 ； OCT 系统的干涉光输入至单模光纤， 单模光纤的输出光经消色 差透镜准直后的准直光束照射至闪耀光栅上， 闪耀光栅的一级衍射光经消色差透镜聚焦后 说 明 书 CN 203828901 U 3 2/3 页 4 的聚焦光束由光电探测器探测 ； 所述的单模光纤、 消色差透镜、 闪耀光栅和光电探测。

11、器均固 定在光谱仪底板上。 0009 所述的单模光纤输出端口的输出端面位于消色差透镜的前焦点， 且输出端口为 PC 或 APC 接头。 0010 所述的闪耀光栅的闪耀角度为 度， 且闪耀光栅的刻线方向平行于光谱仪底板 所在平面与闪耀光栅所在平面的交线。 0011 所述的闪耀光栅在底板上位置的确定如下 ： 首先使光谱仪底板所在平面与闪耀光 栅所在平面的夹角等于 （90-） 度， 即闪耀光栅上入射光的入射角与衍射角相等 ； 然后以 在闪耀光栅的平面内经过闪耀光栅中心的与闪耀光栅的刻线方向垂直的直线为旋转轴旋 转闪耀光栅角度， 以使得一级衍射光与照射至闪耀光栅上的准直光束分开， 其中小于 5 度。 。

12、0012 所述的光电探测器的光敏面位于闪耀光栅的一级衍射光经消色差透镜聚焦后的 焦平面上。 0013 所述的光电探测器为线阵 CCD、 线阵 CMOS 线阵光电探测器件。 0014 本实用新型与在先技术相比， 具有以下优点和积极效果 ： 0015 1、 本实用新型利用一个消色差透镜同时实现入射光的准直与衍射光栅一级衍射 光的聚焦， 与 OCT 系统中常用的光谱仪结构相比， 省去了一个用于光束聚焦的消色差透镜。 0016 2、 本实用新型结构简单， 可实现紧凑型光谱仪， 有利于频域 OCT 系统的小型化。 附图说明 0017 图 1 是本实用新型用于频域 OCT 系统的光谱仪的结构示意图。 00。

13、18 图 2 是本实用新型用于频域 OCT 系统的光谱仪所在的 OCT 系统示意图。 具体实施方式 0019 下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明， 但不应以此限制本实用新型 的保护范围。 0020 本实用新型用于频域 OCT 系统的光谱仪的结构示意图如图 1 所示。由图可见， 本 实用新型用于频域 OCT 系统的光谱仪， 其结构包括单模光纤 1、 消色差透镜 2、 闪耀光栅 3、 光电探测器 4 和光谱仪底板 5 ； OCT 系统的干涉光输入至单模光纤 1， 单模光纤 1 的输出光 6 经消色差透镜 2 准直后的准直光束 7 照射至闪耀光栅 3 上， 闪耀光栅 3 的一级衍射光 8 。

14、经 消色差透镜 2 聚焦后的聚焦光束 9 由光电探测器 4 探测 ； 单模光纤 1、 消色差透镜 2、 闪耀光 栅 3 和光电探测器 4 均固定在光谱仪底板 5 上。 0021 所述的单模光纤 1 输出端口的输出端面位于消色差透镜 2 的前焦点， 且输出端口 为 PC 或 APC 接头。 0022 所述的闪耀光栅 3 的闪耀角度为 度， 且闪耀光栅 3 的刻线方向平行于光谱仪底 板 5 所在平面与闪耀光栅 3 所在平面的交线。 0023 所述的闪耀光栅 3 在底板 5 上位置的确定如下 ： 首先使光谱仪底板 5 所在平面与 闪耀光栅 3 所在平面的夹角等于 （90-） 度， 即闪耀光栅 3 上。

15、入射光的入射角与衍射角相 等 ； 然后以在闪耀光栅 3 的平面内经过闪耀光栅 3 中心的与闪耀光栅 3 的刻线方向垂直的 说 明 书 CN 203828901 U 4 3/3 页 5 直线为旋转轴旋转闪耀光栅 3 角度 ， 以使得一级衍射光 8 与照射至闪耀光栅上的准直光 束 7 分开， 其中 小于 5 度。 0024 所述的光电探测器 4 的光敏面位于闪耀光栅 3 的一级衍射光经消色差透镜 2 聚焦 后的焦平面上。 0025 所述的光电探测器 4 为线阵 CCD、 线阵 CMOS 线阵光电探测器件。 0026 如图 2 所示的频域 OCT 系统， 宽带光源 11 发出的光输入至光纤耦合器 1。

16、2 的端口 12a， 光纤耦合器12输出的两路光分别输入至参考臂和样品臂 ： 端口12b输出的光输入至参 考臂， 经偏振控制器 13 后输出至准直透镜 14， 经准直透镜 14 准直后由反射镜 15 反射， 并 返回至透镜 14 和偏振控制器 13， 再次由进入光纤耦合器 12 的端口 12b ； 端口 12c 输出的光 输入至样品臂， 经透镜 16 准直后， 由扫描振镜 17 反射至聚焦透镜 18， 光束聚焦后入射至样 品19， 由样品19反射的光束依次经过透镜18、 扫描振镜17和透镜16， 再次进入至光纤耦合 器 12 的端口 12c。由光纤耦合器 12 的端口 12d 输出的干涉信号输。

17、入至本实用新型的用于 频域 OCT 系统的紧凑型光谱仪的单模光纤 1 中， 光电探测器 4 输出的电信号由计算机 20 采 集， 经处理后得到样品 19 的层析结构图像。 0027 宽带光源 11 的中心波长为 830nm， 带宽为 10nm ； 宽带光源发出的光经 50/50 光 纤耦合器分别射入参考臂与样品臂。参考臂端光纤输出的光经准直后照射在参考镜上。样 品臂光纤输出的光经准直后通过振镜， 被物镜聚焦在样品上。振镜的转轴轴心位于物镜的 前焦面形成近似远心光路， 保证在扫描样品时不引入额外的相移。参考镜与样品返回的 散射光重新被耦合进光纤， 并通过光纤耦合器的输出端连接至本实用新型的用于频。

18、域 OCT 系统的紧凑型光谱仪的单模光纤。单模光纤输出端口为 APC 接头 ； 消色差透镜的焦距为 200mm， 口径约为 50mm， 单模光纤输出端口的输出端面位于消色差透镜的前焦点， 即与消 色差透镜中心距离为 200mm ； 闪耀光栅的线数为 1200 线 /mm， 边长为 50mm， 在 830nm 波长处 的闪耀角度为 29.87； 确定闪耀光栅在底板上的位置 ： 首先使光谱仪底板所在平面与闪耀 光栅所在平面的夹角等于 （90-29.87） =60.13 度， 此时闪耀光栅上入射光的入射角与衍射 角相等， 然后以在闪耀光栅的平面内经过闪耀光栅中心的与闪耀光栅的刻线方向垂直的直 线为旋转轴旋转闪耀光栅角度 1 度， 以使得衍射光束与入射光束分开 ； 光电探测器为线阵 CCD， 像素数为 1024， 像素尺寸为 14 微米。在上述条件下， 本实用新型的用于频域 OCT 系统 的紧凑型光谱仪的光谱分辨率为 0.05nm， 满足系统要求。 说 明 书 CN 203828901 U 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 203828901 U 6 。