一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，该系统基于光学相干层析(OCT)成像技术与光谱编码共焦显微(SECM)技术的结合，提出的将OCT系统的样品臂与SECM系统的样品臂共用同一光路，使得样品臂中从OCT系统与SECM系统出射的光束对样品同一位置同步进行扫描，并且从样品单次散射返回的光分别经各自的光路传输至探测臂。提出的探测臂采用两个光纤准直镜以不同入射角照射光栅，使光栅衍射出两组无交叠出射的光谱信号，即为SECM和OCT的信号，本实用新型中的样品臂的光路更加简单，便于实施，光路也更加紧凑、稳定，系统的成像质量高，对生物组织结构成像更加精确。
【专利说明】一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光谱编码共焦显微技术与光学相干层析成像技术，尤其涉及一种光谱编码共焦与光学相干层析协同同步成像的技术。
【背景技术】
[0002]光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,简称OCT)技术是一种新兴的生物医学光学成像技术，能实现对生物组织的结构与生理功能进行非接触、无损伤、高分辨率成像，在疾病的早期检测和在体活检领域有着广阔的应用前景。
[0003]光谱编码共焦显微(SpectrallyEncoded Confocal Microscopy,简称 SECM)技术是一种微侵入单模光纤的共焦成像方法，该技术采用宽带光源和衍射光栅实现同时探测样品多个横向位置点处的反射率。通过检测样品臂的空间信息，光编码共焦显微系统可以免除机械扫描，提供分辨率趋于显微镜水平的活体生物组织图像，其紧密特性使其能够实现装入小直径导管或者内窥镜导管中。
[0004]相比而言，OCT技术的成像深度要大于SECM技术。OCT技术能够提供高轴向分辨率的生物组织剖面层析图像，SECM技术能够提供高横向分辨率的生物组织浅表层横断面图像，两种技术在空间分辨率方面的优势互为补充，因此OCT技术与SECM技术的协同成像能够提供更高空间分辨率和更加全面的生物组织显微信息，在生物医学成像以及非生物材料检测等应用中都将具有重要的意义。
[0005]目前所提出的OCT系统与SECM系统协同成像的方法中，大多是基于扫描振镜的摆动来实现两种系统间的开关切换，这种采用振镜作为机械式开关的系统结构较为复杂，并且没有做到真正意义上的同时扫描成像，如果被测样品是活体样品，就很有可能出现在切换过程中由于活体移动而造成的两个系统成像位置不对准的情况。另外，在目前所提出的OCT系统与SECM系统协同成像的方法中，大多采用两个光源分别用于OCT系统和SECM系统，并且还采用了两个探测臂分别探测OCT系统的样品信号和SECM系统的样品信号，使得整合后的系统过于复杂，不够稳定，且搭建成本较高。因此，如何在光路较为简单的情况下，设计出一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，实现真正意义上的同步扫描成像，同时减少光源及探测臂的数量，使协同成像系统结构更加紧凑稳定，就成为OCT系统与SECM系统协同成像系统研制的一大目标。
【发明内容】
[0006]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，提出一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统。该光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统采用将光学相干层析成像(OCT)系统的样品臂与光谱编码共焦显微(SECM)系统的样品臂共用同一光路，使得样品臂中从OCT系统与SECM系统出射的光束对样品同一位置同步进行扫描，从样品单次散射返回的光分别经各自的光路传输至探测臂中的两个光纤准直镜，通过将这两个光纤准直镜以不同入射角照射光栅，使光栅衍射出两组无交叠出射的光谱信号，即为SECM和OCT的信号，经过聚焦镜头，分别聚焦于线阵电荷耦合器件(CCD)的左半部分像素和右半部分像素，即实现同时探测来自SECM和OCT系统的光谱信号。经传入计算机进行数据处理获取被测样品高轴向分辨率的OCT图像和高横向分辨率的SECM图像，实现OCT系统与SECM系统优势互补的协同成像。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像方法，将OCT系统的样品臂与SECM系统的样品臂共用同一光路，使得样品臂中从OCT系统与SECM系统出射的光束对样品同一位置同步进行扫描，从样品单次散射返回的光分别经各自的光路传输至探测臂中的两个光纤准直镜，通过将这两个光纤准直镜以不同入射角照射光栅，使光栅衍射出两组无交叠出射的光谱信号，该光谱信号即为SECM和OCT的信号，经过聚焦镜头，分别聚焦于线阵电荷耦合器件的左半部分像素和右半部分像素，即实现同时探测来自SECM和OCT系统的光谱信号。
[0008]一种所述的光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，包括光源(I)、参考臂
(2)、样品臂(3)、探测臂(4)、传输光纤(5)、第一光隔离器(6)、第二光隔离器(7)、第一光纤率禹合器(8)和第二光纤稱合器(9),所述第一光纤稱合器(8)的一端分别通过传输光纤
(5)分别连接光源(I)和探测臂(4)，而另一端通过传输光纤(5)分别连接样品臂(3)和第二光纤稱合器(9)的一端,且所述光源(I)与第一光纤稱合器(8)之间设置有第一光隔离器(6)，第一光纤耦合器(8)和第二光纤耦合器(9)之间接有第二光隔离器(7);所述第二光纤耦合器(9)与第一光纤耦合器(8)连接的一端还与探测臂(4)连接，而所述第二光纤耦合器(9)的另一端分别连接参考臂(2)和样品臂(3)。
[0009]所述样品臂(3)包括按光速流向依次设置的第一光纤准直镜(10)、第一光栅(11)、第一凸透镜(12)、第二凸透镜(13)以及显微物镜(16),所述第一光纤f禹合器(8)和第二光纤稱合器(9)连接的一端与第一光纤准直镜(10)相连,且所述第一光栅(11)的光斑中心、第一凸透镜(12)中心、第二凸透镜(13)中心以及显微物镜中心在同一条光轴上；以第一凸透镜(12)与第二凸透镜(13)光轴连线方向为Z轴，以第二光纤准直镜(14)和振镜(15)的光轴连线方向为Y轴，以第一凸透镜的中心为原点，根据右手定则，建立坐标系；所述第一光栅(11)表面垂直于YZ平面，且所述第一光栅(11)与XZ的夹角为a;还包括按光束传播顺序依次设置的第二光纤准直镜(14)和振镜(15),所述第二光纤I禹合器(9)和参考臂(2)连接的一端与第二光纤准直镜(14)连接,所述振镜(15)设置于第一光栅(11)与第一凸透镜(12)之间,所述振镜(15)表面垂直于YZ平面,且振镜(15)与第二光纤准直镜
(14)的高度在同一水平面，另外所述第二光纤准直镜(14)和振镜(15)在第一光栅(11)上的光斑下方沿正X轴方向的偏移量>0 ;所述第一光纤准直镜(10)将来自第一光纤稱合器
(8)的光束投射到第一光栅(11)表面上形成光斑，从第一光栅衍射出的光谱投射在第一凸透镜(12)的上半部分；第二光纤准直镜(14)将来自第二光纤耦合器(9)的光束投射在振镜(15)上，该光束经过振镜(15)反射在第一凸透镜(12)的下半部分，通过调整第一光栅
(11)放置角度a和振镜(15)的扫描范围使得从振镜(15)反射的光束的扫描角范围与第一光栅(11)出射光的角色散范围相等；投射在第一凸透镜(12)的上下两部分光束经过第一凸透镜(12)后，在第一凸透镜(12)的像方焦平面聚焦成同一条水平方向的亮线斑，这条亮线斑在中点处与第一凸透镜(12)的光轴垂直正交，并继续入射到第二凸透镜(13)上；从第二凸透镜(13)出射的光束得到会聚，并全部入射到显微物镜(16)中，经过显微物镜(16)聚焦的光束投射在样品上；从样品单次散射返回的光经原光路返回并分别经过第一光纤准直镜(10)、第二光纤准直镜(14)返回各自的光路，并进入探测臂。
[0010]所述探测臂(4)包括第三光纤准直镜(17)、第四光纤准直镜(18)、第二光栅(19)、聚焦镜头(20)和线阵电荷耦合器件(21);所述第一光纤耦合器(8)和光源(I)连接的一端与第四光纤准直镜(18)连接，而所述第二光纤耦合器(9)和第一光纤耦合器(8)连接的一端与第三光纤准直镜(17)连接；所述第三光纤准直镜(17)和第四光纤准直镜(18)在第二光栅(19)的同一侧，且所述第三光纤准直镜(17)和第四光纤准直镜(18)分别与第二光栅(19)成不同的夹角放置；而所述第二光栅(19)另一侧放置线阵电荷耦合器件(21)，所述聚焦镜头(20)放置在第二光栅(19)与线阵电荷耦合器件(21)之间；所述第三光纤准直镜(17)收集来自于第一光纤耦合器(8)的光束，而所述第四光纤准直镜(18)收集来自于第二光纤耦合器(9)的光束，且所述第三光纤准直镜(17)、第四光纤准直镜(18)分别以不同的入射角度将两个光束投射到第二光栅(19)上，使第二光栅(19)衍射出两组无交叠出射的光谱信号，即为SECM和OCT的信号，经过聚焦镜头(20)，分别聚焦于线阵CCD (21)光敏面的左半部分像素和右半部分像素。
[0011]优选的:所述第一凸透镜(12)与第二凸透镜(13)之间的距离为两透镜的焦距之和，第二凸透镜(13)与显微物镜(16)的距离等于第二凸透镜(13)的焦距。所述两组光谱信号无交叠地聚焦在(XD光敏面上。
[0012]本实用新型提供的一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，相比现有技术，具有以下有益效果:
[0013]1、通过采用将光学相干层析成像系统的样品臂与光谱编码共焦显微系统的样品臂共用同一光路，使得样品臂中从OCT系统与SECM系统出射的光束对样品同一位置同步进行扫描，有效克服了将两系统结合时使用机械切换所带来的问题，真正做到了同步扫描样品。另外，相比之前的方法和系统，本实用新型中的样品臂的光路更加简单，便于实施，光路也更加紧凑、稳定。
[0014]2、通过采用光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，使得该系统的轴向分辨率相对于单独的SECM系统有了很大提高，并且使该系统的横向分辨率相对于单独的OCT系统得到很大提高，极大地优化了系统的成像质量。
[0015]3、通过采用将光学相干层析成像系统的样品臂与光谱编码共焦显微系统的样品臂共用同一光路，只需要采用一个光源；另外，通过采用将光学相干层析成像系统与光谱编码共焦显微系统在探测臂中实现同时探测的光路，使得OCT系统与SECM系统实现同时探测成像，这种探测方法省去了同时使用两个探测臂来探测信号的麻烦，只需要用一个探测臂同时探测OCT系统和SECM系统的光谱信号，使得系统结构更加紧凑，光路更加稳定，并且节约了搭建成本。
[0016]4、通过采用光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，使得SECM系统和OCT系统的成像结果相互配准、像素对齐，从而使该系统对生物组织结构成像更加精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的结构示意图；
[0018]图2是样品臂的示意图；
[0019]图3是探测臂的示意图；
[0020]图中:1、光源,2、参考臂,3、样品臂,4、探测臂,5、传输光纤,6、第一光隔离器，7、第二光隔离器，8、第一光纤稱合器,9、第二光纤稱合器,10、第一光纤准直镜，11、第一光栅，12、第一凸透镜，13、第二凸透镜，14、第二光纤准直镜，15、振镜，16、显微物镜，17、第三光纤准直镜，18、第四光纤准直镜，19、第二光栅，20、聚焦镜头，21、线阵电荷耦合器件(CCD)。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，本实用新型的目的和效果将变得更加明显。
[0022]一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像方法，如图1-3所示，将OCT系统的样品臂与SECM系统的样品臂共用同一光路，使得样品臂中从OCT系统与SECM系统出射的光束对样品同一位置同步进行扫描，从样品单次散射返回的光分别经各自的光路传输至探测臂中的两个光纤准直镜，通过将这两个光纤准直镜以不同入射角照射光栅，使光栅衍射出两组无交叠出射的光谱信号，该光谱信号即为SECM和OCT的信号，经过聚焦镜头，分别聚焦于线阵电荷耦合器件的左半部分像素和右半部分像素，即实现同时探测来自SECM和OCT系统的光谱信号。
[0023]一种所述的光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，如图1所示，包括光源
1、参考臂2、样品臂3、探测臂4、传输光纤5、第一光隔离器6、第二光隔离器7、第一光纤耦合器8和第二光纤稱合器9,所述第一光纤稱合器8的一端分别通过传输光纤5分别连接光源I和探测臂4，而另一端通过传输光纤5分别连接样品臂3和第二光纤耦合器9的一端，且所述光源I与第一光纤稱合器8之间设置有第一光隔离器6,第一光纤稱合器8和第二光纤耦合器9之间接有第二光隔离器7 ;所述第二光纤耦合器9与第一光纤耦合器8连接的一端还与探测臂4连接，而所述第二光纤耦合器9的另一端分别连接参考臂2和样品臂3。
[0024]光源I发出的宽带光经过传输光纤5和第一光隔离器6传输至第一光纤稱合器8,并被分为两束光分别传输至样品臂3中的第一光纤准直镜10和第二光隔离器7。从第一光纤准直镜10入射的光束经样品臂3反射回来，再次经过第一光纤耦合器8和传输光纤5传输至探测臂4中的第四准直镜18并进行探测。从第二光隔离器7出射的光束经过第二光纤耦合器9并被分为两部分，一部分光束进入参考臂2并反射回来，另一部分光束进入样品臂3的第二光纤准直镜14并经过样品臂3的反射回来，反射回来的两束光经过第二光纤耦合器9耦合并发生干涉，干涉光经过传输光纤5入射探测臂4中的第三光纤准直镜17并进入探测臂中探测。
[0025]参考臂2用于提供参考光信号。典型的参考臂由光纤准直镜、凸透镜和固定在平移台上的反射镜组成。
[0026]光隔离器是一种能够吸收或者偏移后向传输的磁光设备。光纤隔离器一般用来保护光源免受反向反射的影响，防止强度噪声引起的光学损坏。典型的光隔离器参数可参考美国的Thorlabs公司生产的光隔离器。
[0027]光纤耦合器是一种用于实现光信号分路或合路的元件。典型的光隔离器参数可参考美国的Thorlabs公司生产的光纤耦合器。
[0028]如图2所示，所述样品臂3包括按光速流向依次设置的第一光纤准直镜10、第一光栅11、第一凸透镜12、第二凸透镜13以及显微物镜16,所述第一光纤f禹合器8和第二光纤耦合器9连接的一端与第一光纤准直镜10相连，且所述第一光栅11的光斑中心、第一凸透镜12中心、第二凸透镜13中心以及显微物镜中心在同一条光轴上；以第一凸透镜12与第二凸透镜13光轴连线方向为Z轴，以第二光纤准直镜14和振镜15的光轴连线方向为Y轴，即如图2所示，垂直纸面方向且垂直于第一凸透镜12与第二凸透镜13中心连线的方向为Y轴，以第一凸透镜的中心为原点，根据右手定则，建立坐标系；所述第一光栅11表面垂直于YZ平面，且所述第一光栅11与XZ的夹角为a ;还包括按光束传播顺序依次设置的第二光纤准直镜14和振镜15，所述第二光纤耦合器9和参考臂2连接的一端与第二光纤准直镜14连接,所述振镜15设置于第一光栅11与第一凸透镜12之间,所述振镜15表面垂直于YZ平面，且振镜15与第二光纤准直镜14的高度在同一水平面，另外所述第二光纤准直镜14和振镜15在第一光栅11上的光斑下方沿正X轴方向的偏移量>0 ；
[0029]所述第一光纤准直镜10将来自第一光纤耦合器8的光束投射到第一光栅11表面上形成光斑，从第一光栅衍射出的光谱投射在第一凸透镜12的上半部分；第二光纤准直镜14将来自第二光纤稱合器9的光束投射在振镜15上,该光束经过振镜15反射在第一凸透镜12的下半部分，通过调整第一光栅11放置角度a和振镜15的扫描范围使得从振镜15反射的光束的扫描角范围与第一光栅11出射光的角色散范围相等。投射在第一凸透镜12的上下两部分光束经过第一凸透镜12后，在第一凸透镜12的像方焦平面聚焦成同一条水平方向的亮线斑，这条亮线斑在中点处与第一凸透镜12的光轴垂直正交，并继续入射到第二凸透镜13上；从第二凸透镜13出射的光束得到会聚，并全部入射到显微物镜16中，经过显微物镜16聚焦的光束投射在样品上；从样品单次散射返回的光经原光路返回并分别经过第一光纤准直镜10、第二光纤准直镜14返回各自的光路，并进入探测臂。所述第一凸透镜12与第二凸透镜13之间的距离为两透镜的焦距之和，第二凸透镜13与显微物镜16的距离等于第二凸透镜13的焦距。所述两组光谱信号无交叠地聚焦在CCD光敏面上。
[0030]具体的:第一光纤准直镜10收集来自光谱编码共焦显微SECM系统的光束并将其投射到第一光栅11上，从第一光栅衍射出的光谱投射在第一凸透镜12的上半部分，第二光纤准直镜14收集来自光学相干层析成像OCT系统的光束并通过振镜15的反射投射在第一凸透镜12的下半部分，通过调整第一光栅11放置角度和振镜15的扫描范围使得从振镜15反射的光束的扫描角范围与第一光栅11出射光的角色散范围相等。投射在第一凸透镜12的上下两部分光束经过第一凸透镜12后，在第一凸透镜12的像方焦平面聚焦成一条水平方向的亮线，这条亮线在中点处与第一凸透镜12的光轴垂直正交，自此两束光发生耦合，并继续入射到第二凸透镜13中。从第二凸透镜13出射的光束相比入射第一凸透镜12时得到收敛，并全部入射到显微物镜16中，经过显微物镜16聚焦的光束投射在样品上。从样品单次散射返回的光经原光路返回并分别经过第一光纤准直镜10、第二光纤准直镜14返回各自的光路，并进入探测臂。
[0031]光栅能够使光束发生色散，使不同波长的光依次打在样品上，从而实现光谱编码。光栅可分为透射式衍射光栅和反射式衍射光栅，典型的光栅参数可参考美国的WasatchPhotonics公司生产的光栅。
[0032]光纤准直镜由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成，它可以将光纤发出的发散光转变成准直平行的空间光。
[0033]振镜15能够根据电脑控制器发出的驱动信号，使其光学扫描头实现绕轴转动，从而使得从该光学扫描头反射的光束在一个平面内扫描。常用于OCT系统的样品臂中来实现光束对样品不同位置处的扫描。
[0034]显微物镜16能够将样品臂的光束高度聚焦，使打到样品上的光点更小，从而使系统的横向分辨率得到提高。
[0035]如图3所示，所述探测臂4包括第三光纤准直镜17、第四光纤准直镜18、第二光栅19、聚焦镜头20和线阵电荷耦合器件21 ;所述第一光纤耦合器8和光源I连接的一端与第四光纤准直镜18连接，而所述第二光纤耦合器9和第一光纤耦合器8连接的一端与第三光纤准直镜17连接；所述第三光纤准直镜17和第四光纤准直镜18在第二光栅19的同一侧，且所述第三光纤准直镜17和第四光纤准直镜18分别与第二光栅19成不同的夹角放置；而所述第二光栅19另一侧放置线阵电荷耦合器件21，所述聚焦镜头20放置在第二光栅19与线阵电荷耦合器件21之间。
[0036]所述第三光纤准直镜17收集来自于第一光纤耦合器8的光束，而所述第四光纤准直镜18收集来自于第二光纤耦合器9的光束，且所述第三光纤准直镜17、第四光纤准直镜18分别以不同的入射角度将两个光束投射到第二光栅19上，使第二光栅19衍射出两组无交叠出射的光谱信号，即为SECM和OCT的信号，经过聚焦镜头20，分别聚焦于线阵CCD21光敏面的左半部分像素和右半部分像素。
[0037]具体的:第三光纤准直镜17、第四光纤准直镜18分别收集OCT系统和SECM系统的光束，并以不同的入射角度将来自两个系统的光束投射到第二光栅19上，通过计算和调整这两个入射角的大小，使第二光栅19衍射出两组无交叠出射的光谱信号，即为SECM和OCT的信号，且其中一组光谱信号的最大波长对应的出射角与另一组光谱信号的最小波长对应的出射角相等，这样这两组光谱信号分别在左右两边的空间中传播，且两组光谱信号紧紧相邻，随后投射到聚焦镜头20中。经过聚焦镜头20的聚焦，使得这两组光谱信号在线阵CCD21的光敏面上聚焦成一条亮线，这条亮线的左、右半边分别为SECM系统和OCT系统的光谱信号，即线阵CCD21感光面的左半部分和右半部分分别探测SECM系统和OCT系统的光谱信号。
[0038]线阵CCD21能够实时的将光强信号转化为电压信号，电压信号经数据传输线缆传输到计算机进行采集。典型的线阵CCD参数可参考法国Atmel公司生产的线阵CXD(AViivaSM2)。与传统的摄像器件相比，线阵(XD21具有光谱响应宽、线性好、动态范围宽、噪声低、灵敏度高、实时传输和电荷自扫描等多方面的优点，目前已广泛应用于遥感成像、卫星监测、机器视觉等领域。
[0039]本实用新型公开的一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，提出的将光学相干层析协同(OCT)成像系统的样品臂与光谱编码共焦(SECM)系统的样品臂共用同一光路，使得样品臂中从OCT系统与SECM系统出射的光束对样品同一位置同步进行扫描，并且从样品单次散射返回的光分别返回各自的光路返回探测臂，这种光学耦合的方法有效克服了将两系统结合时使用机械切换所带来的问题，真正做到了同步扫描样品的同一位置。这种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，使得该系统的轴向分辨率相对于SECM系统有了很大提高，并且使其横向分辨率相对于OCT系统得到很大提高，优化了系统的成像质量。另外，相比之前的方法和系统，本实用新型中的样品臂的光路更加简单，便于实施，并且只需要采用一个光源，节约了成本并简化了系统结构，光路也更加稳定。提出的探测臂采用基于两个光纤准直镜以不同入射角照射光栅，使光栅衍射出两组无交叠出射的光谱信号，即为SECM和OCT的信号，经过聚焦镜头，分别聚焦于线阵电荷耦合器件(CXD)的左半部分像素和右半部分像素，即实现同时探测来自SECM和OCT系统的光谱信号。经传入计算机进行数据处理获取被测样品高轴向分辨率的OCT图像和高横向分辨率的SECM图像，实现OCT系统与SECM系统优势互补的协同成像。这种探测方法省去了同时使用两个光谱仪探测信号的复杂结构，只需要用一个探测臂探测SECM系统和OCT系统的光谱信号，使得系统结构更加紧凑，光路更为稳定，同时也节约了搭建成本，并使探测臂中的光栅、凸透镜和线阵CCD得到了充分的利用。此外，两系统的成像结果相互配准、像素对齐，使系统的成像结果更加精确。这种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统的以上优势在生物医学成像以及材料检测等应用领域都有着重要的意义。
[0040] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，其特征在于:包括光源(I)、参考臂(2)、样品臂(3)、探测臂(4)、传输光纤(5)、第一光隔离器(6)、第二光隔离器(7)、第一光纤I禹合器(8)和第二光纤I禹合器(9),所述第一光纤I禹合器(8)的一端分别通过传输光纤(5)分别连接光源(I)和探测臂(4)，而另一端通过传输光纤(5)分别连接样品臂(3)和第二光纤稱合器(9)的一端,且所述光源(I)与第一光纤稱合器(8)之间设置有第一光隔离器(6)，第一光纤耦合器(8)和第二光纤耦合器(9)之间接有第二光隔离器(7);所述第二光纤耦合器(9)与第一光纤耦合器(8)连接的一端还与探测臂(4)连接，而所述第二光纤耦合器(9)的另一端分别连接参考臂(2)和样品臂(3)。
2.根据权利要求1所述的光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，其特征在于:所述样品臂(3)包括按光速流向依次设置的第一光纤准直镜(10)、第一光栅(11)、第一凸透镜(12)、第二凸透镜(13)以及显微物镜(16),所述第一光纤f禹合器(8)和第二光纤I禹合器(9)连接的一端与第一光纤准直镜(10)相连，且所述第一光栅(11)的光斑中心、第一凸透镜(12)中心、第二凸透镜(13)中心以及显微物镜中心在同一条光轴上；以第一凸透镜(12)与第二凸透镜(13)光轴连线方向为Z轴，以第二光纤准直镜(14)和振镜(15)的光轴连线方向为Y轴，以第一凸透镜的中心为原点，根据右手定则，建立坐标系；所述第一光栅(11)表面垂直于YZ平面，且所述第一光栅(11)与XZ的夹角为a;还包括按光束传播顺序依次设置的第二光纤准直镜(14)和振镜(15)，所述第二光纤耦合器(9)和参考臂(2)连接的一端与第二光纤准直镜(14)连接，所述振镜(15)设置于第一光栅(11)与第一凸透镜(12)之间，所述振镜(15)表面垂直于YZ平面，且振镜(15)与第二光纤准直镜(14)的高度在同一水平面，另外所述第二光纤准直镜(14)和振镜(15)在第一光栅(11)上的光斑下方沿正X轴方向的偏移量>0 ;所述第一光纤准直镜(10)将来自第一光纤I禹合器(8)的光束投射到第一光栅(11)表面上形成光斑，从第一光栅衍射出的光谱投射在第一凸透镜(12)的上半部分；第二光纤准直镜(14)将来自第二光纤I禹合器(9)的光束投射在振镜(15)上,该光束经过振镜(15)反射在第一凸透镜(12)的下半部分，通过调整第一光栅(11)放置角度a和振镜(15)的扫描范围使得从振镜(15)反射的光束的扫描角范围与第一光栅(11)出射光的角色散范围相等；投射在第一凸透镜(12)的上下两部分光束经过第一凸透镜(12)后，在第一凸透镜(12)的像方焦平面聚焦成同一条水平方向的亮线斑，这条亮线斑在中点处与第一凸透镜(12)的光轴垂直正交，并继续入射到第二凸透镜(13)上；从第二凸透镜(13)出射的光束得到会聚，并全部入射到显微物镜(16)中，经过显微物镜(16)聚焦的光束投射在样品上；从样品单次散射返回的光经原光路返回并分别经过第一光纤准直镜(10)、第二光纤准直镜(14)返回各自的光路，并进入探测臂。
3.根据权利要求2所述的光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，其特征在于:所述探测臂(4)包括第三光纤准直镜(17)、第四光纤准直镜(18)、第二光栅(19)、聚焦镜头(20)和线阵电荷耦合器件(21);所述第一光纤耦合器(8)和光源(I)连接的一端与第四光纤准直镜(18)连接,而所述第二光纤I禹合器(9)和第一光纤I禹合器(8)连接的一端与第三光纤准直镜(17)连接；所述第三光纤准直镜(17)和第四光纤准直镜(18)在第二光栅(19)的同一侧，且所述第三光纤准直镜(17)和第四光纤准直镜(18)分别与第二光栅(19)成不同的夹角放置；而所述第二光栅(19)另一侧放置线阵电荷耦合器件(21)，所述聚焦镜头(20)放置在第二光栅(19)与线阵电荷耦合器件(21)之间；所述第三光纤准直镜(17)收集来自于第一光纤耦合器(8)的光束，而所述第四光纤准直镜(18)收集来自于第二光纤耦合器(9)的光束，且所述第三光纤准直镜(17)、第四光纤准直镜(18)分别以不同的入射角度将两个光束投射到第二光栅(19)上，使第二光栅(19)衍射出两组无交叠出射的光谱信号，即为SECM和OCT的信号，经过聚焦镜头(20)，分别聚焦于线阵CXD (21)光敏面的左半部分像素和右半部分像素。
4.根据权利要求3所述的光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，其特征在于:所述第一凸透镜(12)与第二凸透镜(13)之间的距离为两透镜的焦距之和，第二凸透镜(13)与显微物镜(16)的距离等于第二凸透镜(13)的焦距。
5.根据权利要求4所述的光谱编码共焦与光学相干层析协同成像系统，其特征在于:所述两组光谱信号无交叠地聚焦在CXD光敏面上。
【文档编号】A61B5/00GK204147009SQ201420519584
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】吴彤, 施瑶瑶, 刘友文, 李艳, 王吉明, 赫崇君, 顾晓蓉 申请人:南京航空航天大学