用于眼轴长度测量的光学相位延迟器的制作方法

本发明涉及一种医用光学仪器，特别涉及一种用于眼轴长度测量的光学相位延迟器。

背景技术：

眼轴长度的测量是基于光干涉的原理或者是超声检测，光干涉方法可以实现非接触、高分辨率和快速等特点，而超声方式需要接触眼睛，分辨率低，超声探头是有压力给眼睛都会造成测量结果的精度无法保障。光干涉方法中，采用部分相干或低相干干涉技术，光源采用有一定带宽的空间相干良好的光源，在干涉测量方面，参考臂与样品臂的光学位相在小于光源的相干长度内才可以实现干涉。为了实现眼轴长度的测量，需要一个沿着轴向扫描的光学相位延迟线，匹配参考臂与样品臂上来自样品不同深度的位相差小于光源的相干长度，实现由角膜到眼底视网膜的干涉信号采集。

在光学相干层析成像系统中，目前报道的轴向光学相位延迟线包括：1、线性平移反射镜，这是最简单也是最长用的轴向扫描方式；结构简单，成本低，但主要的缺陷是体积大，运行线路长，稳定性受到机械结构的影响；2、压电控制平行反射镜；性能可靠，稳定性高，但是价格高，扫描范围有限，不适合大扫描范围的眼轴长度测量；3、采用旋转立方体扫描方式；采用此方式的扫描可以实现大扫描范围，但是安装调试困难，且扫描不是线性的，有色散、占空比低，需要算法配合；4、旋转微镜阵列，系统非线性、有色散、有一定的占空比、能量利用率低、调节过于复杂，成本高，不适合大批量产业化。5、渐开线螺旋镜；可以实现高速、线性好、调节简单、大扫描范围、无色散等优点，但是制作精度要求太高、很难实用化。现阶段在TD-OCT 系统的参考臂中，广泛采用的是由美国MIT 的Fujimoto 小组提出的双通道快速扫描光学延迟线(Double pass rapid scanning optical delay line, RSOD),通过光栅衍射效应独立控制扫描的群速度和相速度，同时具备色散调节能力。系统结构复杂，元件多，调试困难，成本高等问题。

技术实现要素：

本发明是针对轴向光学相位延迟线存在的问题，提出了一种用于眼轴长度测量的光学相位延迟器，基于光学低相干干涉原理测量眼轴长度，即由角膜到视网膜的几何长度，需要一个相位延迟或轴向扫描的装置，采用干涉测量中位相补偿的原理设计了可变相位或眼轴长度测量的延迟器，本发明在设定固定的位相延迟2（n-1）s的情形下，可以在眼前节和眼后节扫描，实现全眼的扫描。

本发明的技术方案为：一种用于眼轴长度测量的光学相位延迟器，包括固定不动的第一直角棱镜和两个可以移动的第二和第三直角棱镜，第二和第三直角棱镜上下叠放位于一个平移台上，平移台被电机驱动移动，使第二和第三直角棱镜同步移动，第三直角棱镜为直角梯形棱镜，第二直角棱镜为直角三角形，三个直角棱镜的斜边都具有相同的角度，使的三个直角棱镜的斜边在一条直线上贴合，作为贴合边，随着平移台移动，第二和第三直角棱镜可沿着贴合边移动，光源光线通过第二直角棱镜或第三直角棱镜的直角边入射并穿过后，经过第一直角棱镜斜边垂直入射到第一直角棱镜的直角边，再被第一直角棱镜的直角边上镀的高反射膜反射后原路返回，光源不动，平移台移动，光线入射到第二直角棱镜直角边上和入射到第三直角棱镜直角边上的距离差为s。

所述三个直角棱镜的折射率相同。

所述第二和第三直角棱镜入射直角边在电极驱动下的移动长度为L，直角棱镜的折射率为n，空气折射率为n₀，第二直角棱镜直角边与贴合边的夹角为a，也就是镀有高反射膜的第一直角棱镜直角边与贴合边的夹角为a，则所述光学相位延迟器在平移台移动扫描时总的光学光程差为：

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本发明的有益效果在于：本发明用于眼轴长度测量的光学相位延迟器，扫描方式为线性；结构简单；成本低；且所需要扫描的范围小，速度快；非常便利地实现眼前节和眼后节的全眼扫描；两个棱镜组成了一个光学平板，准直光线垂直入射，无像差引入；同时，棱镜采用低色散、高折射率光学玻璃，消除了系统色散的影响，高折射率可以减小扫描长度及可以实现大范围扫描。

附图说明

图1为本发明用于眼轴长度测量的光学相位延迟器结构示意图；

图2为本发明光学相位延迟器中两个直角棱镜几何关系图。

具体实施方式

为了实现高稳定性，大扫描范围，快速眼轴长度测量的目的，采用棱镜轴向光学延迟技术实现眼前节和眼后节的快速扫描，最终实现眼轴长度测量；具体的实施办法为：如图1所示光学相位延迟器结构示意图，轴向扫描光学延迟线由固定不动的大直角棱镜1和可以移动的直角棱镜2和3组成；直角棱镜2和3上下叠放位于一个平移台5上，由平移台5在电机6驱动下使直角棱镜2和3同步移动；直角棱镜3是由正方形或长方形直角棱镜，去掉部分小直角边，形成一边与三角形直角棱镜2斜边贴合或直接加工成有直角梯形的直角棱镜，三个直角棱镜的斜边都具有相同的角度，使得三个直角棱镜的斜边在一条直线上贴合，图1中虚线为贴合边，随着平移台5移动，直角棱镜2和3可沿着贴合边移动；光源光线通过直角棱镜2或直角棱镜3的直角边入射后垂直入射到直角棱镜1的直角边，再被直角棱镜1的直角边上镀的高反射膜4反射后原路返回原光路。如图2所示两个直角棱镜2和3几何关系图，直角棱镜2与贴合边的夹角为a，也是镀有高反射膜4的直角棱镜1直角边与贴合边的夹角，光源不动，平移台5移动，光线入射到直角棱镜2直角边上和入射到直角棱镜3直角边上的距离差为s，在直角棱镜2和3平移过程中，产生的轴向扫描深度或光学位相的变化量可以按图2所示的关系进行计算。

设电机驱动平移量为L；光源从直角棱镜2入射直角边顶点开始入射，移动平移台5，使光源相对直角棱镜2入射直角边从顶点下移到直角棱镜3入射直角边的底边，则轴向光学相位延迟量可以计算为：

其中，n为三个直角棱镜的折射率（三个直角棱镜的折射率相同），n₀为空气折射率，一般为1；由轴向光学光程差相位延迟长度计算公式可知，光学光程差与电机驱动的平移量L成正比例，所以此种方式的轴向光学相位延迟为线性变化的，在系统中设置电机位移量L测量传感器，只要测得L的数值就可以线性地对应到轴向光程差；此位移传感器可以选用磁栅位移传感器，也可以选用光栅位移传感器，传感器的分辨率优于10um。直角棱镜2和3为一个特殊的光学结构，即直角棱镜2和3的入射直角边有一距离差为s；这样结构的优点是，入射光线从直角棱镜2直角边过渡到直角棱镜3直角边时，在轴向扫描时光学光程差有个突变，2(n-1)s，这样可以将扫描范围直接从眼前节跳到眼底的范围，换句话说就是直角棱镜2可以用于眼前节的轴向扫描，直角棱镜3跨过眼睛内的玻璃体直接将光学相位延迟到眼底视网膜，实现全眼轴长度的测量。这样设计的依据就是眼前节和眼后节间的眼玻璃体的长度约为16mm，这段距离上的组织在光学上认为是均匀的，没有任何界面，所以在扫描全眼时可以跳过这部分直接扫面眼后节，眼后节扫描时总的光学光程差可以计算为：

在所有棱镜制作中，玻璃采用高折射率，低色散的材料。这样能保证系统无色散，且扫描范围可以更小。