光学装置及其运作方法
【专利摘要】本发明公开一种应用于眼科检测的光学装置。光学装置包含第一光源模块、第二光源模块及干涉模块。第一光源模块是由光纤单元及透镜元件构成。第一光源模块是用以发出第一光信号。第二光源模块是由光纤单元及透镜元件构成。第二光源模块与第一光源模块串接。第二光源模块用以接收第一光信号并发出第二光信号。干涉模块与第二光源模块耦接，用以接收第二光信号并分别提供第一入射光及第二入射光至待测物及参考反射镜。
【专利说明】光学装置及其运作方法
【技术领域】
[0001]本发明是与光学检测有关，特别是关于一种能够适用于眼科检测并提供高功率、大频宽及高解析等功效的光学装置及其运作方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着光学检测技术不断地演进，提供了一种非侵入式的方法来了解待测物组织的构造及组成，由于其快速而且非侵入式的特性使得这类的技术有相当广泛的应用，特别是应用于人体功能检测及医疗诊断上。尤其是人体眼球器官与周边组织相对于人体其他部位，具有高透光性与易受损伤等特性，因此，光学检测技术更适合被广泛应用于眼科检测设备中，例如验光机、眼压计、眼底照相机、角膜厚度仪及光学断层扫瞄仪等。
[0003]然而，于实际应用中，相关的光学眼科检测设备虽已开发多年，但由于眼部器官构造中，各组织对入射光所产生的反射、散射、折射或吸收等特性并不一致，因此，当目前的光学眼科检测设备进行不同的眼科检测时，很可能由于上述因素而产生解析度较差的检测结果，甚至有误判的情况发生。
[0004]因此，本发明即针对此一需求提出一种能够适用于眼科检测并提供高功率、大频宽及高解析等功效的光学装置及其运作方法，以改善现有技术所遭遇到的种种问题。
【发明内容】
[0005]根据本发明的第一具体实施例为一种光学装置。于此实施例中，光学装置应用于眼科检测。光学装置包含第一光源模块、第二光源模块及干涉模块。第一光源模块是由光纤单元及透镜元件构成。第一光源模块是用以发出第一光信号。第二光源模块是由光纤单元及透镜元件构成。第二光源模块与第一光源模块串接。第二光源模块用以接收第一光信号并发出第二光信号。干涉模块与第二光源模块耦接，用以接收第二光信号并分别提供第一入射光及第二入射光至待测物及参考反射镜。
[0006]于一实施例中，干涉模块包含有一干涉光路，用以根据第二光信号产生第一入射光及第二入射光。
[0007]于一实施例中，第二光源模块的光纤单元包含有多模式光纤(mult1-mode fiber)，
用以根据第一光信号产生第二光信号。
[0008]于一实施例中，多模式光纤的核心(core)直径为200um，干涉模块提供至待测物的第一入射光具有1030nm的中心频率、高于45nm的频宽及小于1um的纵向解析度(axialresolut1n)。
[0009]于一实施例中，参考反射镜具有一平面或一曲面。
[0010]于一实施例中，光学装置进一步包含切换模块，耦接第二光源模块，用以通过旋转或平移方式改变接收来自第一光源模块的第一光信号的第二光源模块的多模式光纤处于一核心(core)模式或一外壳(cladding)模式下以产生该第二光信号。
[0011]根据本发明的第二具体实施例为一种光学装置运作方法。于此实施例中，光学装置运作方法应用于眼科检测。光学装置包含第一光源模块、一第二光源模块及一干涉模块。第一光源模块及第二光源模块是由光纤单元及透镜元件构成。第二光源模块与第一光源模块串接。干涉模块与第二光源模块耦接。该方法包含下列步骤:(a)第一光源模块发出第一光信号；(b)第二光源模块接收第一光信号并发出第二光信号；以及(C)干涉模块接收第二光信号并分别提供第一入射光及第二入射光至待测物及参考反射镜。
[0012]如上所述的光学装置运作方法，该干涉模块包含有一干涉光路，用以根据该第二光信号产生该第一入射光及该第二入射光。
[0013]如上所述的光学装置运作方法，该第二光源模块的光纤单元包含有一多模式光纤(mult1-mode fiber),用以根据该第一光信号产生该第二光信号。
[0014]如上所述的光学装置运作方法，该多模式光纤的核心直径为200um，该干涉模块提供至该待测物的该第一入射光具有1030nm的中心频率、高于45nm的频宽及小于1um的纵向解析度。
[0015]如上所述的光学装置运作方法，该参考反射镜具有一平面或一曲面。
[0016]如上所述的光学装置运作方法，进一步包含下列步骤:通过旋转或平移方式改变接收来自该第一光源模块的该第一光信号的该第二光源模块的该多模式光纤处于一核心模式或一外壳模式下以产生该第二光信号。
[0017]相较于现有技术，根据本发明的光学装置及其运作方法具有下列优点:
[0018](I)采用特殊设计的激光光源，具有高功率输出及优化中心频宽的功效；
[0019](2)利用上述激光光源设计的光源模块搭配上光学干涉检测及相匹配的特殊光路设计，可有效提高系统的信噪比(Signal-Noise Rat1, SNR),故能提供关于眼球组织(例如角膜)的高解析度的纵向分析；
[0020](3)可搭配切换模块，通过旋转或平移的方式改变光纤单元的核心(core)模式或外壳(cladding)模式，以提供不同的检测功能。
[0021](4)可采用曲面参考反射镜取代传统的平面参考反射镜，以获得较大的光圈尺寸(Iris size)及较佳的信噪比(Signal-Noise Rat1, SNR)。
[0022]关于本发明的优点与精神可以通过以下的【具体实施方式】及附图得到进一步的了解。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为根据本发明的一具体实施例中的光学装置的功能方块图。
[0024]图2为图1中的光学装置应用于眼压量测的架构的一实施例。
[0025]图3A及图3B分别为不同的切换模块设计。
[0026]图4A及图4B分别为根据本发明的光学装置所得到的输出功率及带宽的实验结果O
[0027]图5为图1中的光学装置应用于眼压量测的架构的另一实施例。
[0028]图6为根据本发明的另一具体实施例的光学装置运作方法的流程图。
[0029]主要组件符号说明:
[0030]SlO?S14:流程步骤
[0031]1:光学装置
[0032]10:第一光源模块
[0033]12:第二光源模块
[0034]14:干涉模块
[0035]RM、RM’:参考反射镜
[0036]OD:待测物
[0037]N1:第一光信号
[0038]N2:第二光信号
[0039]L1:第一入射光
[0040]L2:第二入射光
[0041]LEN、LENl ?LEN2:透镜
[0042]MF:多模式光纤
[0043]K:分光单元
[0044]RF:反射单元
[0045]PD:光侦测单元
[0046]AT:衰减单元
[0047]CH:腔体
[0048]16:切换模块
【具体实施方式】
[0049]根据本发明的一具体实施例为一种光学装置。于此实施例中，该光学装置可以是一种光学式眼科检测装置，但不以此为限。
[0050]请参照图1，图1为本实施例的光学装置的功能方块图。如图1所示，光学装置I包含第一光源模块10、第二光源模块12及干涉模块14。其中，第二光源模块12与第一光源模块10串接。干涉模块14与第二光源模块12耦接。
[0051]于此实施例中，第一光源模块10是由光纤单兀及透镜兀件构成。第一光源模块10是用以发出第一光信号NI。第二光源模块12是由光纤单兀及透镜兀件构成。第二光源模块12是用以接收来自第一光源模块10的第一光信号NI并发出第二光信号N2。干涉模块14是用以接收来自第二光源模块12的第二光信号N2并分别提供第一入射光LI及第二入射光L2至待测物OD及参考反射镜RM。
[0052]请参照图2，图2为图1中的光学装置应用于眼压量测的架构的一实施例。如图2所示，第一光源模块10及第二光源模块12是分别由不同的光纤单元及透镜元件构成。需说明的是，第二光源模块12的光纤单元可包含有准直透镜(collimating lens)LEN及多模式光纤(mult1-mode fiber)MF,用以根据第一光信号NI产生第二光信号N2。于此实施例中，第二光源模块12的光纤单兀所米用的多模式光纤的核心(core)直径为200um,但不以此为限。
[0053]于此实施例中，干涉模块14可包含有一干涉光路(例如迈克尔逊干涉光路，但不以此为限)，用以接收来自第二光源模块12的多模式光纤MF的第二光信号N2，并根据第二光信号N2通过干涉光路产生第一入射光LI及第二入射光L2。如图2所示，干涉模块14可包含有分光单元K、反射单元RF、光侦测单元PD、透镜单元LENl?LEN2、衰减单元AT及腔体CH。
[0054]来自第二光源模块12的多模式光纤MF的第二光信号N2经分光单元K分为第一入射光LI及第二入射光L2。第一入射光LI经反射单元RF反射并经过透镜单元LENl及腔体CH后将会射向待测物0D。第二入射光L2经过透镜单元LEN2及衰减单元AT后将会射向参考反射镜應。光侦测单元H)则是用以分别接收待测物OD反射第一入射光LI的第一反射光以及参考反射镜RM反射第二入射光L2的第二反射光，以根据第一反射光及第二反射光得到量测结果。
[0055]需说明的是，本发明的干涉模块14提供至待测物(角膜组织)OD的第一入射光LI可具有1030nm的中心频率、高于45nm的频宽及小于1um的纵向解析度(axialresolut1n),但不以此为限。
[0056]实际上，第二光源模块12的光纤单元可包含有单模式光纤及多模式光纤，光学装置I亦可进一步包含耦接第二光源模块12的切换模块。多模式光纤具有下列优点:频宽大、高解析度、大面积、OCT效果较佳。
[0057]请参照图3A及图3B，图3A及图3B分别为不同的切换模块的设计。如图3A及图3B所示，切换模块16是用以通过旋转或平移方式改变接收来自第一光源模块10的第一光信号NI的第二光源模块12的多模式光纤MF处于核心(core)模式或外壳(cladding)模式下以产生第二光信号N2。也就是说，切换模块16可控制第二光源模块12的多模式光纤MF操作于核心模式或外壳模式下，这将会连带影响干涉模块14提供至待测物(角膜组织)OD的第一入射光LI的中心频率、频宽及纵向解析度的大小。
[0058]举例而言，当切换模块16控制第二光源模块12的多模式光纤MF操作于核心模式下时，干涉模块14提供至待测物(角膜组织)OD的第一入射光LI可具有1030nm的中心频率、19nm的频宽及22um的纵向解析度。当切换模块16控制第二光源模块12的多模式光纤MF操作于外壳模式下时，干涉模块14提供至待测物(角膜组织)OD的第一入射光LI可具有1030nm的中心频率、47nm的频宽及9.1um的纵向解析度。
[0059]比较上述实验结果可知:当第二光源模块12的多模式光纤MF操作于外壳模式下时，干涉模块14提供至待测物(角膜组织)OD的第一入射光LI的中心频率虽与操作于核心模式下相同，但很明显地，其频宽较大且纵向解析度较佳(数值较小)。因此，使用者可视实际需求操作切换模块16控制第二光源模块12的多模式光纤MF于核心模式或外壳模式之间进行切换。
[0060]请参照图4A及图4B，图4A及图4B分别为根据本发明的光学装置所得到的输出功率及带宽的实验结果。如图4A及图4B可知:本发明的光学装置可达到1.2丽的高输出功率与47nm的大带宽。
[0061]请参照图5，图5为图1中的光学装置应用于眼压量测的架构的另一实施例。如图5所示，于此实施例中，具有曲面的参考反射镜RM’被用来取代图2中的平面参考反射镜RM,由以获得较大的光圈尺寸(Iris size)及较佳的信噪比(Signal-Noise Rat1, SNR)。
[0062]根据本发明的另一具体实施例为一种光学装置运作方法。于此实施例中，光学装置运作方法应用于眼科检测。光学装置包含第一光源模块、一第二光源模块及一干涉模块。第一光源模块及第二光源模块是由光纤单元及透镜元件构成。第二光源模块与第一光源模块串接。干涉模块与第二光源模块耦接。
[0063]请参照图6，图6为此实施例的光学装置运作方法的流程图。如图6所示，于步骤SlO中，第一光源模块发出第一光信号；于步骤S12中，第二光源模块接收第一光信号并发出第二光信号；于步骤S14中，干涉模块接收第二光信号并分别提供第一入射光及第二入射光至待测物及参考反射镜。
[0064]于实际应用中，第二光源模块的光纤单元包含有多模式光纤(mult1-mode fiber)。于步骤S12中，该方法可通过旋转或平移方式改变接收来自第一光源模块的第一光信号的第二光源模块的多模式光纤处于核心(core)模式或外壳(cladding)模式下以产生第二光信号。参考反射镜可具有平面或曲面。于步骤S14中，干涉模块可包含有一干涉光路，用以根据第二光信号产生第一入射光及第二入射光。本发明的干涉模块提供至待测物的第一入射光可具有1030nm的中心频率、高于45nm的频宽及小于1um的纵向解析度。
[0065]相较于现有技术，根据本发明的光学装置及其运作方法具有下列优点:
[0066](I)采用特殊设计的激光光源，具有高功率输出及优化中心频宽的功效；
[0067](2)利用上述激光光源设计的光源模块搭配上光学干涉检测及相匹配的特殊光路设计，可有效提高系统的信噪比(signal-noise rat1)，故能提供关于眼球组织(例如角膜)的高解析度的纵向分析；
[0068](3)可搭配切换模块，通过旋转或平移的方式改变光纤单元的核心(core)模式或外壳(cladding)模式，以提供不同的检测功能。
[0069](4)可采用曲面参考反射镜取代传统的平面参考反射镜，以获得较大的光圈尺寸(Iris size)及较佳的信噪比(Signal-Noise Rat1, SNR)。
[0070]通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。
【权利要求】
1.一种光学装置，其特征在于，包含: 一第一光源模块，是由光纤单兀及透镜兀件构成，该第一光源模块是用以发出一第一光信号; 一第二光源模块，是由光纤单兀及透镜兀件构成，该第二光源模块是与该第一光源模块串接，该第二光源模块用以接收该第一光信号并发出一第二光信号；以及 一干涉模块，是与该第二光源模块耦接，用以接收该第二光信号并分别提供一第一入射光及一第二入射光至一待测物及一参考反射镜。
2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该干涉模块包含有一干涉光路，用以根据该第二光信号产生该第一入射光及该第二入射光。
3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该第二光源模块的光纤单元包含有一多模式光纤，用以根据该第一光信号产生该第二光信号。
4.如权利要求3所述的光学装置，其特征在于，该多模式光纤的核心直径为200um，该干涉模块提供至该待测物的该第一入射光具有1030nm的中心频率、高于45nm的频宽及小于1um的纵向解析度。
5.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该参考反射镜具有一平面或一曲面。
6.如权利要求3所述的光学装置，其特征在于，进一步包含: 一切换模块，耦接该第二光源模块，用以通过旋转或平移方式改变接收来自该第一光源模块的该第一光信号的该第二光源模块的该多模式光纤处于一核心模式或一外壳模式下以产生该第二光信号。
7.一种运作一光学装置的方法，其特征在于，该光学装置包含一第一光源模块、一第二光源模块及一干涉模块，该第一光源模块及该第二光源模块是由光纤单元及透镜元件构成，该第二光源模块是与该第一光源模块串接，该干涉模块是与该第二光源模块耦接，该方法包含下列步骤: (a)该第一光源模块发出一第一光信号； (b)该第二光源模块接收该第一光信号并发出一第二光信号；以及 (C)该干涉模块接收该第二光信号并分别提供一第一入射光及一第二入射光至一待测物及一参考反射镜。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该干涉模块包含有一干涉光路，用以根据该第二光信号产生该第一入射光及该第二入射光。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该第二光源模块的光纤单元包含有一多模式光纤，用以根据该第一光信号产生该第二光信号。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,该多模式光纤的核心直径为200um,该干涉模块提供至该待测物的该第一入射光具有1030nm的中心频率、高于45nm的频宽及小于1um的纵向解析度。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该参考反射镜具有一平面或一曲面。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包含下列步骤: 通过旋转或平移方式改变接收来自该第一光源模块的该第一光信号的该第二光源模块的该多模式光纤处于一核心模式或一外壳模式下以产生该第二光信号。
【文档编号】A61B3/16GK104434029SQ201410317525
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2013年9月14日
【发明者】王威, 庄仲平, 颜孟新, 周忠诚, 黄升龙, 许光裕, 蔡建中, 何端书 申请人:明达医学科技股份有限公司