光学断层图像获取装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种光学断层图像获取装置，该装置能够防止伪像的产生并且还能够获得测量物的准确光学断层图像。光学断层图像获取装置(1)包括光源(11)、检测器(12)、分析单元(13)、循环器(20)、耦合器(30)、聚光透镜(41、42)、光纤(51、52)和基准反射镜(91)。当检测器(12)的相邻两个光接收元件所接收的光的波数的间隔的最大值为δk、光程(L0ref)是经基准反射镜(91)反射之后的从耦合器(30)到检测器(12)的光程、且光程(L0obj)是经测量物(92)反射之后的从耦合器(30)到检测器(12)的光程时，则满足表达式|L0obj-L0ref|<π/δk，并且当光程(L1ref)是经聚光透镜(41)反射之后的从耦合器(30)到检测器(12)的光程且光程(L1obj)是经聚光透镜(42)反射之后的从耦合器(30)到检测器(12)的光程时，则满足表达式|L0obj-L0ref|>π/δk。
【专利说明】光学断层图像获取装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种光学断层图像获取装置。
【背景技术】
[0002]基于光学相干断层照相(OCT)的光学断层图像获取技术能够利用光干涉来测量在测量物的深度方向上的反射强度分布。光学断层图像获取技术最近因具有以非侵入性的方式以高的空间分辨率对测量物的内部结构进行成像的能力而被应用于生物测量。
[0003]在基于OCT的光学断层图像获取装置中，自光源输出的光被分为基准光和测量光这两个光束。使得用基准光照射基准反射镜时由基准反射镜所产生的反射光与用测量光照射测量物时由测量物所产生的漫反射光彼此干涉。由检测器检测所得到的干涉光。通过分析检测结果可以获得在测量物的深度方向上的反射信息分布(即，一维光学断层图像)。此夕卜，通过扫描测量物的被光照射的位置可以获得二维或三维光学断层图像。
[0004]US2011/0299091A所公开的光学断层图像获取装置包括第一耦合器、第一循环器、第二循环器、第二耦合器和检测器。第一耦合器将自光源输出的光分为基准光和测量光这两个光束。第一循环器接收从耦合器输出的基准光并且将基准光输出到基准反射镜。第二循环器接收从耦合器输出的测量光并且将测量光输出到测量物。第二耦合器将由基准反射镜产生并且通过第一循环器获得的反射光与由测量物产生并且通过第二循环器获得的物体光组合在一起，从而使得反射光和物体光彼此干涉。检测器检测从第二耦合器输出的干涉光。另外，所公开的光学断层图像获取装置不仅在基准光学系统的一部分中而且还在测量光学系统的一部分中米用光纤。
[0005]光学断层图像获取装置检测由来自基准反射镜的反射光与来自测量物的物体光之间的干涉得到的干涉光(在下文中称为“信号干涉光”)。在该情况下，当光在基准光学系统和测量光学系统这两者中的循环器和光纤的各端面处反射时，光学断层图像获取装置同样检测由这些反射光之间的干涉得到的干涉光(在下文中称为“噪声干涉光”)。换言之，光学断层图像获取装置的检测器检测叠加有噪声干涉光的信号干涉光，分析检测结果，并且获得测量物的光学断层图像。在该情况下获得的光学断层图像中，因噪声干涉光而带来的伪像作为噪声叠加在测量物的光学断层图像上。
[0006]另一方面，在JP2012-24551A所公开的光学断层图像获取装置(其目标在于降低噪声干涉光)中，基准光学系统和测量光学系统中所包括的光学元件的光入射和出射面是倾斜的，使得来自光学元件的光入射和出射面的反射光不会到达检测器。然而，在一些光学元件中，光入射和出射面不能倾斜。在该情况下，可能会出现因来自这些光学元件的反射光而带来的伪像。
【发明内容】
[0007]技术问题
[0008]本发明的目的在于提供了一种光学断层图像获取装置，该光学断层图像获取装置能够抑制伪像的出现并且还能够获得测量物的准确光学断层图像。
[0009]解决技术问题的方案
[0010]为实现上述目的，本发明提供一种光学断层图像获取装置，其包括:(I)光源，其输出光；(2)分路部件，其将自所述光源输出的光分为基准光和测量光这两个光束；(3)基准光学系统，其包括第一光纤、第一聚光透镜和基准反射镜，并且构造为:从所述分路部件输出的所述基准光受到引导而传播通过所述第一光纤，从而经由所述第一聚光透镜入射在所述基准反射镜上，以及在所述基准光入射时由所述基准反射镜产生的反射光受到引导从而经由所述第一聚光透镜传播通过所述第一光纤；(4)测量光学系统，其包括第二光纤和第二聚光透镜，并且构造为:从所述分路部件输出的所述测量光受到引导而传播通过所述第二光纤，从而经由所述第二聚光透镜施加在测量物上进行照射，以及在用所述测量光进行照射时由所述测量物产生的反射光受到引导而作为物体光经由所述第二聚光透镜传播通过所述第二光纤；(5)检测器，其接收由从所述基准光学系统输出的所述反射光与从所述测量光学系统输出的所述物体光之间的干涉得到的干涉光，并且利用包括设置为阵列的多个光接收元件的光谱仪检测所述干涉光的光谱；以及(6)分析单元，其基于所述检测器所检测的结果获取所述测量物的光学断层图像。
[0011]在上述测量装置中，假定δ k是所述光谱仪的所述多个光接收元件中的相邻两个光接收元件所接收的光的波数的间隔的最大值，光程LOref是从所述分路部件通过前往且返自所述基准反射镜的路径而到达所述检测器的光程，以及光程LOobj是从所述分路部件通过前往且返自所述测量物的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
[0012]LOobj-LOref | < Ji / δ k
[0013]并且，光程Llref是从所述分路部件通过前往且返自所述第一聚光透镜的路径而到达所述检测器的光程，以及光程Llobj是从所述分路部件通过前往且返自所述第二聚光透镜的路径而到达所述检测器的光程，满足以下表达式:
[0014]I Llobj-LlrefI>π/δk。
[0015]根据第二方面，本发明提供一种光学断层图像获取装置，其包括:(1)波长可变的光源，其输出光；(2)分路部件，其将自所述光源输出的光分为基准光和测量光这两个光束；(3)基准光学系统，其包括第一光纤、第一聚光透镜和基准反射镜，并且构造为:从所述分路部件输出的所述基准光受到引导而传播通过所述第一光纤，从而经由所述第一聚光透镜入射在所述基准反射镜上，以及在所述基准光入射时由所述基准反射镜产生的反射光受到引导而经由所述第一聚光透镜传播通过所述第一光纤；(4)测量光学系统，其包括第二光纤和第二聚光透镜，并且构造为:从所述分路部件输出的所述测量光受到引导而传播通过所述第二光纤，从而经由所述第二聚光透镜施加在测量物上进行照射，以及在用所述测量光进行照射时由所述测量物产生的反射光受到引导而作为物体光经由所述第二聚光透镜传播通过所述第二光纤；(5)检测器，其接收由从所述基准光学系统输出的所述反射光与从所述测量光学系统输出的所述物体光之间的干涉得到的干涉光，并且检测处于从所述波长可变的光源输出的光的各波长下的所述干涉光的强度；以及(6)分析单元，其基于所述检测器所检测的结果获取所述测量物的光学断层图像。
[0016]在上述测量装置中，假定δ k是当所述检测器检测所述干涉光的强度时光的波数的间隔的最大值，光程LOref是从所述分路部件通过前往且返自所述基准反射镜的路径而到达所述检测器的光程，以及光程LOobj是从所述分路部件通过前往且返自所述测量物的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
[0017]LOobj-LOref I < 31 / δ k
[0018]并且，光程Llref是从所述分路部件通过前往且返自所述第一聚光透镜的路径而到达所述检测器的光程，以及光程Llobj是从所述分路部件通过前往且返自所述第二聚光透镜的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
[0019]I Llobj-LlrefI>π/δk。
[0020]在根据本发明的光学断层图像获取装置中，当所述基准光学系统包括设置在所述第一光纤的中途的第一光学元件且所述测量光学系统包括设置在所述第二光纤的中途的第二光学元件时，光程L2ref是从所述分路部件通过前往且返自所述第一光学元件的路径而到达所述检测器的光程，以及光程L2obj是从所述分路部件通过前往且返自所述第二光学元件的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
[0021]L2ob j-L2ref | > Ji / δ kD
[0022]在根据本发明的光学断层图像获取装置中，当所述基准光学系统包括第一循环器和第一光学元件且所述测量光学系统包括第二循环器和第二光学元件时，其中，所述第一循环器设置在所述第一光纤的中途并且朝所述检测器分出由反射镜产生的所述反射光，所述第一光学元件设置在所述第一循环器与所述第一聚光透镜之间，所述第二循环器设置在所述第二光纤的中途并且朝所述检测器分出由所述测量物产生的所述物体光，所述第二光学元件设置在所述第二循环器与所述第二聚光透镜之间，光程L3ref是从所述分路部件通过前往且返自所述第一光学元件的路径而到达所述检测器的光程，以及光程L3obj是从所述分路部件通过前往且返自所述第二光学元件的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
[0023]I L3ob j-L3ref | > Ji / δ k。
[0024]发明的有益效果
[0025]根据本发明，能够抑制伪像的出现并且还能够获得测量物的准确光学断层图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是第一比较例的光学断层图像获取装置IA的概念图。
[0027]图2是根据本发明的第一实施例的光学断层图像获取装置I的概念图。
[0028]图3是绘制出测量范围宽度Zmax、光程差AL和光程差Ad之间的关系的曲线图。
[0029]图4是第二比较例的光学断层图像获取装置2A的概念图。
[0030]图5是根据本发明的第二实施例的光学断层图像获取装置2的概念图。
[0031]图6是第三比较例的光学断层图像获取装置3A的概念图。
[0032]图7是根据本发明的第三实施例的光学断层图像获取装置3的概念图。
[0033]图8是第四比较例的光学断层图像获取装置4A的概念图。
[0034]图9是根据本发明的第四实施例的光学断层图像获取装置4的概念图。
【具体实施方式】
[0035]下文将参考附图详细描述实施本发明的实施例。应注意的是，附图中的相同元件用相同的附图标记表示，并且省略这些元件的重复描述。将以与对应的比较例进行比较的形式描述各实施例。
[0036]第一比较例、第一实施例
[0037]图1是第一比较例的光学断层图像获取装置IA的概念图。光学断层图像获取装置IA包括光源11、检测器12、分析单元13、循环器20、耦合器30、第一聚光透镜41、第二聚光透镜42、第一光纤51、第二光纤52和基准反射镜91。光学断层图像获取装置IA使用这些元件获取测量物92的光学断层图像。
[0038]光源11输出光。循环器20接收从光源11输出并到达循环器20的光，并且将接收到的光输出到耦合器30。用作分路部件的耦合器30接收从光源11输出并通过循环器20到达耦合器的光，并且将接收到的光分为基准光和测量光这两个光束。耦合器30将基准光输出到第一光纤51并且将测量光输出到第二光纤52。
[0039]基准光学系统包括第一聚光透镜41、第一光纤51和基准反射镜91。光纤51的一端接收从耦合器30输出的基准光，并且在引导基准光从中穿过进行传播之后从另一端输出基准光。聚光透镜41使从光纤51输出且将要入射在基准反射镜91上的基准光准直。此夕卜，聚光透镜41接收在基准光入射时从基准反射镜91产生的反射光，并且将反射光会聚到光纤51的端面。光纤51在引导反射光从中穿过进行传播之后将反射光输出到耦合器30。
[0040]测量光学系统包括第二聚光透镜42和第二光纤52。光纤52的一端接收从稱合器30输出的测量光，并且在引导测量光从中穿过进行传播之后从另一端输出测量光。聚光透镜42会聚从光纤52输出且将要施加在测量物92上进行照射的测量光。此外，聚光透镜42接收在被测量光照射时从测量物92反射的光(物体光)，并且将物体光会聚到光纤52的端面。光纤52在引导物体光从中穿过进行传播之后将物体光输出到耦合器30。
[0041]耦合器30不仅接收从光纤51输出且到达耦合器的反射光，而且还接收从光纤52输出并到达耦合器的物体光。耦合器30将由所接收到的两种光之间的干涉得到的干涉光输出到循环器20。循环器20接收从耦合器30输出并到达循环器的干涉光，并且将干涉光输出到检测器12。检测器12接收从循环器20输出并到达检测器的干涉光，并且检测干涉光。分析单元13基于检测器12所检测的结果获取测量物92的光学断层图像。
[0042]在谱域OCT (SD-OCT)中，使用宽范围的光源作为光源11。检测器12利用包括设置成阵列的多个光接收元件在内的光谱仪检测干涉光的光谱。
[0043]在扫频光源OCT(SS-OCT)中，使用波长可变光源作为光源11，并且使用单个光接收元件作为检测器12。检测器12检测处于从波长可变光源11输出的光的各波长下的干涉光的强度。
[0044]在SD-OCT和SS-OCT中，在测量物92的深度方向上的测量范围受在分析单元13所执行的分析中使用的离散傅里叶变换中的奈奎斯特频率的限制。空气中的测量范围宽度Zmax由以下公式(I)表示:
[0045]Zmax = π /2 δ k
[0046]= Ji Ν/2 Δ k
[0047]= Ν/2 (2 π / λ「2 π / λ 2)
[0048]= N λ ! λ 2/4 Δ λ
[0049]?Νλ02/4Δλ …⑴
[0050]在此，Ak为光谱仪的带宽或波长可变光源的波数可变宽度。Λ λ为光谱仪的带宽或波长可变光源的波长可变宽度。S k为光谱仪的波长范围或波长可变光源的可变范围中的单位波数。λ P入2和λ ^分别为光谱仪的波长范围或波长可变光源的可变范围中的最短波长、最长波长和中心波长(=(λ1+λ2)/2)。N为光谱的采样数。例如，假定AQ=1310nm、Δ λ = 90nm和N = 1024,则空气中的测量范围宽度Zmax估计为4.9mm(=1024X1265 X1355)/4X90)nm)。
[0051]在第一比较例中，假定由聚光透镜41和42产生反射光。这些反射光也可以通过光纤51和52、耦合器30以及循环器20到达检测器12。
[0052]沿耦合器30与光纤51的出射端之间的光路的距离用Lr2表示。沿耦合器30与光纤52的出射端之间的光路的距离用Ls2表示。沿光纤51的出射端与基准反射镜91之间的光路的距离用Lrl表示。沿光纤52的出射端与测量物92之间的光路的距离用Lsl表示。沿光纤51的出射端和与聚光透镜41相关联的任意反射面之间的光路的距离用dr表示。沿光纤52的出射端和与聚光透镜42相关联的任意反射面之间的光路的距离用ds表不。光纤51和52的有效折射率用η表不。
[0053]在这些假设下，从耦合器30通过前往并返自基准反射镜91的路径到检测器12的光程LOref与从耦合器30通过前往并返自测量物92的路径到检测器12的光程LOobj之差AL由以下公式(2a)表示:
[0054]AL= LOobj-LOref
[0055]= 2 I n (Ls2-Lr2) + (Lsl-Lrl) …(2a)
[0056]此外，从耦合器30通过前往并返自与聚光透镜41相关联的任意反射面的路径到检测器12的光程Llref与从耦合器30通过前往并返自与聚光透镜42相关联的任意反射面的路径到检测器12的光程Llobj之差Ad由以下公式(2b)表示:
[0057]Ad= Llobj-Llref
[0058]= 2 I n (Ls2~Lr2) + (ds-dr) …(2b)
[0059]在第一比较例中，如以下公式(3a)所示，
[0060]Λ Ι72〈ζμχ 和 Λ (1/2〈ζμχ，...(3a)
[0061]AL/2和Λ d/2均小于测量范围宽度zmax。通过应用公式(I)，公式(3a)可以改写为以下公式(3b):
[0062]AL〈Ji/Sk 和 Ad〈Ji/Sk …(3b)
[0063]在该情况下，因聚光透镜41和42产生的反射光而带来的伪像作为噪声叠加在测量物92的光学断层图像上(参见图3中的(a))。
[0064]图2是根据第一实施例的光学断层图像获取装置I的概念图。光学断层图像获取装置I与第一比较例的光学断层图像获取装置IA的不同点在于:增大了沿基准光学系统中的光纤51的出射端与基准反射镜91之间的光路的距离Lrl，并且还增大了测量光学系统中的光纤52的长度Ls2。当因Lrl和Ls2的增大而得到的光程的各变化程度彼此相等时，由上述公式(2a)表示的AL不会发生变化，并且在第一实施例中，在与第一比较例相同的位置处获得测量物91的光学断层图像。
[0065]此外，在第一实施例中，如以下公式(4a)所示，
[0066]ΛΙ72〈ζΜ!^[Ι Λ(1/2>ζμχ...(4a)
[0067]Λ L/2仍然小于测量范围宽度Zmax，但Λ d/2大于测量范围宽度zmax。通过应用公式(1)，公式(4a)可以改写为以下公式(4b):
[0068]AL〈3i/5k 和 Ad>3i/5k...(4b)
[0069]在该情况下，因聚光透镜41和42产生的反射光而带来的伪像不叠加在测量物92的光学断层图像上(参见图3中的(b))。
[0070]在第一实施例中，因为基准光学系统中的光纤51与测量光学系统中的光纤52具有彼此不同的长度，所以在光学断层图像中易于出现光纤51和52中的色散的影响。为了应对这个问题，优选地在基准光学系统中的聚光透镜41与基准反射镜91之间的光路中插入色散补偿元件61。作为选择，在SD-OCT或SS-OCT中还优选地将干涉光谱乘以与色散的相位分量相反的相位分量。
[0071]第二比较例、第二实施例
[0072]图4是第二比较例的光学断层图像获取装置2A的概念图。第二比较例的光学断层图像获取装置2A与第一比较例的光学断层图像获取装置IA的不同点在于:基准光学系统包括设置在光纤51的中途的光学元件71，并且测量光学系统包括设置在光纤52的中途的光学兀件72。光学兀件71和72均例如为偏振控制器或衰减器。
[0073]在第二比较例中，假定光学元件71和72产生反射光。这些反射光也可以通过光纤51和52、耦合器30以及循环器20到达检测器12。
[0074]沿耦合器30与光纤51的出射端之间的光路的距离用Lr2表示。沿耦合器30与光纤52的出射端之间的光路的距离用Ls2表示。沿光纤51的出射端与基准反射镜91之间的光路的距离用Lrl表示。沿光纤52的出射端与测量物92之间的光路的距离用Lsl表示。沿耦合器30与光学元件71的之间的光路的距离用dr表示。沿耦合器30与光学元件72的之间的光路的距离用ds表不。光纤51和52的有效折射率用η表不。
[0075]在这些假设下，从耦合器30通过前往并返自基准反射镜91的路径到检测器12的光程LOref与从耦合器30通过前往并返自测量物92的路径到检测器12的光程LOobj之差AL由以下公式(5a)表示:
[0076]AL= LOobj-LOref
[0077]= 2 I n (Ls2~Lr2) + (Lsl-Lrl) …(5a)
[0078]此外，从耦合器30通过前往并返自光学元件71的路径到检测器12的光程L2ref与从耦合器30通过前往并返自光学元件72的路径到检测器12的光程L2obj之差Λ d由以下公式(5b)表示:
[0079]Ad= L2ob j-L2ref
[0080]= 2 I n (ds-dr) |...(5b)
[0081]在第二比较例中，如上述公式(3)所示，AL/2和Λ d/2均小于测量范围宽度ζ_。因此，因光学元件71和72产生的反射光而带来的伪像作为噪声叠加在测量物92的光学断层图像上(参见图3中的(a))。
[0082]图5是根据第二实施例的光学断层图像获取装置2的概念图。第二实施例的光学断层图像获取装置2与第二比较例的光学断层图像获取装置2A的不同点在于:增大了基准光学系统中的光学元件71与光纤51的出射端之间的光纤51的一部分的长度(Lr2-dr)，并且还增大了测量光学系统中的耦合器30与光学元件72之间的光纤52的一部分的长度ds。当因(Lr2-dr)和ds的增大而得到的光程的各变化程度彼此相等时，由上述公式(5a)表示的Λ L不会发生变化，并且在第二实施例中，在与第二比较例相同的位置处获得测量物91的光学断层图像。
[0083]此外，在第二实施例中，如上述公式⑷所示，AL/2仍然小于测量范围宽度ζ_，但Λ d/2大于测量范围宽度zmax。在该情况下，因光学元件71和72产生的反射光而带来的伪像不叠加在测量物92的光学断层图像上(参见图3中的(b))。
[0084]第三比较例、第三实施例
[0085]图6是第三比较例的光学断层图像获取装置3A的概念图。第三比较例的光学断层图像获取装置3A包括光源11、检测器12、分析单元13、循环器21和22、耦合器31和32、第一聚光透镜41、第二聚光透镜42、第一光纤Sl1至513、第二光纤52i至523以及基准反射镜91。光学断层图像获取装置3A使用这些元件获取测量物92的光学断层图像。
[0086]耦合器31接收从光源11输出并到达耦合器的光，并且将接收到的光分为基准光和测量光这两个光束。耦合器31将基准光输出到光纤51并且将测量光输出到光纤52lt)
[0087]循环器21接收从耦合器31输出并且在被引导传播通过光纤51之后到达循环器的基准光，并且将基准光输出到光纤512。光纤512的一端接收从循环器21输出的基准光，并且在引导测量光从中穿过进行传播之后从另一端输出基准光。聚光透镜41使从光纤512输出且将要入射在基准反射镜91上的基准光准直。此外，聚光透镜41接收在基准光入射时从基准反射镜91产生的反射光，并且将反射光会聚到光纤512的端面。光纤512在引导反射光从中穿过进行传播之后将反射光输出到循环器21。循环器21接收从光纤512输出的反射光，并且将反射光输出到光纤513。
[0088]循环器22接收从耦合器31输出并被引导传播通过光纤52i之后到达循环器的测量光，并且将测量光输出到光纤522。光纤522的一端接收从循环器22输出的测量光,并且在引导测量光从中穿过进行传播之后从另一端输出测量光。聚光透镜42会聚从光纤522输出且将要施加在测量物92上进行照射的测量光。此外，聚光透镜42接收在被测量光照射时从测量物92反射的光(物体光)，并且将物体光会聚到光纤522的端面。光纤522在引导物体光从中穿过进行传播之后将物体光输出到循环器22。循环器22接收从光纤522输出的物体光，并且将物体光输出到光纤523。
[0089]耦合器32不仅接收从循环器21输出并被引导传播通过光纤513之后到达耦合器的反射光，并且还仅接收从循环器22输出并在被引导传播通过光纤523之后到达耦合器的物体光。耦合器32将由所接收到的两种光之间的干涉得到的干涉光输出到检测器12。检测器12接收从耦合器32输出并到达检测器的干涉光，并且检测干涉光。分析单元13基于检测器12所检测的结果获取测量物92的光学断层图像。
[0090]在第三比较例中，假定由聚光透镜41和42产生反射光。这些反射光还可以通过光纤512和522、循环器21和22、光纤513和523以及耦合器32到达检测器12。
[0091]沿耦合器31与循环器21之间的光路的距离用Lri表示。沿耦合器31与循环器22之间的光路的距离用Lsi表示。沿循环器21与光纤512的出射端之间的光路的距离用Lr2表不。沿循环器22与光纤522的出射端之间的光路的距离用Ls2表不。沿光纤512的出射端与基准反射镜91之间的光路的距离用Lrl表示。沿光纤522的出射端与测量物92之间的光路的距离用Lsl表示。沿循环器21与耦合器32之间的光路的距离用Lro表示。沿循环器22与耦合器32之间的光路的距离用Lso表示。沿光纤512的出射端和与聚光透镜41相关联的任意反射面之间的光路的距离用dr表示。沿光纤522的出射端和与聚光透镜42相关联的任意反射面之间的光路的距离用ds表示。光纤51和52的有效折射率用η表不。
[0092]在这些假设下，从耦合器31通过前往并返自基准反射镜91的路径到检测器12的光程LOref与从耦合器31通过前往并返自测量物92的路径到检测器12的光程LOobj之差AL由以下公式(6a)表示:
[0093]AL= LOobj-LOref
[0094]= n (Lsi+2Ls2+Lso-Lr1-2Lr2-Lro)+2 (Lsl-Lrl) |...(6a)
[0095]此外，从耦合器31通过前往并返自与聚光透镜41相关联的反射面的路径到检测器12的光程Llref与从耦合器31通过前往并返自与聚光透镜42相关联的反射面的路径到检测器12的光程Llobj之差Ad由以下公式(6b)表示:
[0096]Ad= Llobj-Llref
[0097]= In(Lsi+2Ls2+Lso-Lr1-2Lr2-Lro)+2(ds-dr)I…(6b)
[0098]在第三比较例中，如上述公式(3)所示，AL/2和Λ d/2均小于测量范围宽度zmax，并且，因聚光透镜41和42产生的反射光而带来的伪像作为噪声叠加在测量物92的光学断层图像上(参见图3中的(a))。
[0099]图7是根据第三实施例的光学断层图像获取装置3的概念图。第三实施例的光学断层图像获取装置3与第三比较例的光学断层图像获取装置3A的不同点在于:增大了沿基准光学系统中的光纤512的出射端与基准反射镜91之间的光路的距离Lrl，以及还增大了测量光学系统中的光纤523的长度Lso。当因Lrl和Lso的增大而得到的光程的各变化程度彼此相等时，由上述公式^a)表示的AL不会发生变化，并且在第三实施例中，在与第三比较例相同的位置处获得测量物91的光学断层图像。
[0100]此外，在第三实施例中，如上述公式(4a)所示，Λ L/2仍然小于测量范围宽度zmax，但Λ d/2大于测量范围宽度zmax。在该情况下，因聚光透镜41和42产生的反射光而带来的伪像不叠加在测量物92的光学断层图像上(参见图3中的(b))。
[0101]在第三实施例中，因为基准光学系统中的光纤51与测量光学系统中的光纤52具有彼此不同的长度，所以在光学断层图像中易于出现光纤51和52中的色散的影响。为了应对这个问题，优选地在基准光学系统中的聚光透镜41与基准反射镜91之间的光路中插入色散补偿元件61。作为选择，在SD-OCT或SS-OCT中还优选地将干涉光谱乘以与色散的相位分量相反的相位分量。
[0102]第四比较例、第四实施例
[0103]图8是第四比较例的光学断层图像获取装置4A的概念图。第四比较例的光学断层图像获取装置4A与第三比较例的光学断层图像获取装置3A的不同点在于:基准光学系统包括设置在光纤512的中途的光学元件71，并且测量光学系统包括设置在光纤522的中途的光学元件72。光学元件71和72均例如为偏振控制器或衰减器。
[0104]在第四比较例中，假定光学元件71和72产生反射光。这些反射光还可以通过光纤512和522、循环器21和22、光纤513和523以及耦合器32到达检测器12。
[0105]沿耦合器31与循环器21之间的光路的距离用Lri表示。沿耦合器31与循环器22之间的光路的距离用Lsi表示。沿循环器21与光纤512的出射端之间的光路的距离用Lr2表不。沿循环器22与光纤522的出射端之间的光路的距离用Ls2表不。沿光纤512的出射端与基准反射镜91之间的光路的距离用Lrl表示。沿光纤522的出射端与测量物92之间的光路的距离用Lsl表示。沿循环器21与耦合器32之间的光路的距离用Lro表示。沿循环器22与耦合器32之间的光路的距离用Lso表示。沿循环器21与光学元件71之间的光路的距离用dr表示。沿循环器22与光学元件72之间的光路的距离用ds表示。光纤51和52的有效折射率用η表示。
[0106]在这些假设下，从耦合器31通过前往并返自基准反射镜91的路径到检测器12的光程LOref与从耦合器31通过前往并返自测量物92的路径到检测器12的光程LOobj之差AL由以下公式(7a)表示:
[0107]AL= LOobj-LOref
[0108]= n (Lsi+2Ls2+Lso-Lr1-2Lr2-Lro)+2 (Lsl-Lrl) |...(7a)
[0109]此外，从耦合器31通过前往并返自光学元件71的路径到检测器12的光程L3ref与从耦合器31通过前往并返自光学元件72的路径到检测器12的光程L3obj之差Λ d由以下公式(7b)表示:
[0110]Ad= L3ob j-L3ref
[0111]= n(Lsi+Lso-Lr1-Lro)+2(ds-dr) …(7b)
[0112]在第四比较例中，如上述公式⑶所示，AL/2和Λ d/2均小于测量范围宽度zmax，并且因光学元件71和72产生的反射光而带来的伪像作为噪声叠加在测量物92的光学断层图像上(参见图3中的(a))。
[0113]图9是根据第四实施例的光学断层图像获取装置4的概念图。光学断层图像获取装置4与第四比较例的光学断层图像获取装置4A的不同点在于:增大了基准光学系统中的光学元件71与光纤512的出射端之间的光纤512的一部分的长度(Lr2-dr)，并且还增大了测量光学系统中的光纤523的长度Lso。当因(Lr2-dr)和ds的增大而得到的光程的各变化程度彼此相等时，由上述公式(7a)表示的AL不会发生变化，并且在第四实施例中，在与第四比较例相同的位置处获得测量物91的光学断层图像。
[0114]此外，在第四实施例中，如上述公式⑷所示，Λ L/2仍然小于测量范围宽度zmax，但Λ d/2大于测量范围宽度zmax。在该情况下，因光学元件71和72产生的反射光而带来的伪像不叠加在测量物92的光学断层图像上(参见图3中的(b))。
[0115]变型例
[0116]本发明不限于上述实施例并且可以进行各种修改。在本发明中，仅需要设定基准光学系统和测量光学系统的光程，以及设定产生引起伪像的反射光的位置(例如聚光透镜或其它光学元件)与各光源、检测器之间的光程，以满足上述公式(4)即可。因此，在调节基准光学系统和测量光学系统的各部分的光程的长度方面，存在各种方式。
[0117]工业实用性
[0118]该光学断层图像获取装置用作用于眼科和用于观察孔体内腔的工具。
【权利要求】
1.一种光学断层图像获取装置，包括: 光源，其输出光； 分路部件，其将自所述光源输出的光分为基准光和测量光这两个光束； 基准光学系统，其包括第一光纤、第一聚光透镜和基准反射镜，并且构造为:从所述分路部件输出的所述基准光受到引导而传播通过所述第一光纤，从而经由所述第一聚光透镜入射在所述基准反射镜上，以及在所述基准光入射时由所述基准反射镜产生的反射光受到引导从而经由所述第一聚光透镜传播通过所述第一光纤； 测量光学系统，其包括第二光纤和第二聚光透镜，并且构造为:从所述分路部件输出的所述测量光受到引导而传播通过所述第二光纤，从而经由所述第二聚光透镜施加在测量物上进行照射，以及在用所述测量光进行照射时由所述测量物产生的反射光受到引导而作为物体光经由所述第二聚光透镜传播通过所述第二光纤； 检测器，其接收由从所述基准光学系统输出的所述反射光与从所述测量光学系统输出的所述物体光之间的干涉得到的干涉光，并且利用包括设置为阵列的多个光接收元件的光谱仪检测所述干涉光的光谱；以及 分析单元，其基于所述检测器所检测的结果获取所述测量物的光学断层图像， 其中，假定δk是所述光谱仪的所述多个光接收元件中的相邻两个光接收元件所接收的光的波数的间隔的最大值，光程LOref是从所述分路部件通过前往且返自所述基准反射镜的路径而到达所述检测器的光程，以及光程LOobj是从所述分路部件通过前往且返自所述测量物的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
LOobj-LOref |〈 Ji / δ k
并且， 光程Llref是从所述分路部件通过前往且返自所述第一聚光透镜的路径而到达所述检测器的光程，以及光程Llobj是从所述分路部件通过前往且返自所述第二聚光透镜的路径而到达所述检测器的光程，满足以下表达式:
Llobj-Llref > Ji / δ kD
2.一种光学断层图像获取装置，包括: 波长可变的光源，其输出光； 分路部件，其将自所述光源输出的光分为基准光和测量光这两个光束； 基准光学系统，其包括第一光纤、第一聚光透镜和基准反射镜，并且构造为:从所述分路部件输出的所述基准光受到引导而传播通过所述第一光纤，从而经由所述第一聚光透镜入射在所述基准反射镜上，以及在所述基准光入射时由所述基准反射镜产生的反射光受到引导而经由所述第一聚光透镜传播通过所述第一光纤； 测量光学系统，其包括第二光纤和第二聚光透镜，并且构造为:从所述分路部件输出的所述测量光受到引导而传播通过所述第二光纤，从而经由所述第二聚光透镜施加在测量物上进行照射，以及在用所述测量光进行照射时由所述测量物产生的反射光受到引导而作为物体光经由所述第二聚光透镜传播通过所述第二光纤； 检测器，其接收由从所述基准光学系统输出的所述反射光与从所述测量光学系统输出的所述物体光之间的干涉得到的干涉光，并且检测处于从所述波长可变的光源输出的光的各波长下的所述干涉光的强度；以及 分析单元，其基于所述检测器所检测的结果获取所述测量物的光学断层图像， 其中，假定Sk是当所述检测器检测所述干涉光的强度时光的波数的间隔的最大值，光程LOref是从所述分路部件通过前往且返自所述基准反射镜的路径而到达所述检测器的光程，以及光程LOobj是从所述分路部件通过前往且返自所述测量物的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
LOobj-LOref |〈 Ji / δ k 并且， 光程Llref是从所述分路部件通过前往且返自所述第一聚光透镜的路径而到达所述检测器的光程，以及光程Llobj是从所述分路部件通过前往且返自所述第二聚光透镜的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
Llobj-Llref > Ji / δ kD
3.根据权利要求1或2所述的光学断层图像获取装置，其中，所述基准光学系统包括设置在所述第一光纤的中途的第一光学元件， 所述测量光学系统包括设置在所述第二光纤的中途的第二光学元件，并且 光程L2ref是从所述分路部件通过前往且返自所述第一光学元件的路径而到达所述检测器的光程，以及光程L2obj是从所述分路部件通过前往且返自所述第二光学元件的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
L2obj-L2ref |> 31 / δ k。
4.根据权利要求1或2所述的光学断层图像获取装置，其中，所述基准光学系统包括第一循环器和第一光学元件，所述第一循环器设置在所述第一光纤的中途并且朝所述检测器分出由反射镜产生的所述反射光，所述第一光学元件设置在所述第一循环器与所述第一聚光透镜之间， 所述测量光学系统包括第二循环器和第二光学元件，所述第二循环器设置在所述第二光纤的中途并且朝所述检测器分出由所述测量物产生的所述物体光，所述第二光学元件设置在所述第二循环器与所述第二聚光透镜之间，并且 光程L3ref是从所述分路部件通过前往且返自所述第一光学元件的路径而到达所述检测器的光程，以及光程L3obj是从所述分路部件通过前往且返自所述第二光学元件的路径而到达所述检测器的光程，它们满足以下表达式:
L3ob j-L3ref | > Ji / δ k。
【文档编号】G01N21/17GK104246476SQ201380020411
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2012年10月17日
【发明者】田中正人, 祖川伊知郎 申请人:住友电气工业株式会社