可消除OCT共轭镜像的定相差线阵谱域OCT装置的制作方法

本实用新型涉及一种可消除OCT共轭镜像的定相差线阵谱域OCT装置。

背景技术：

线阵谱域OCT能够在一次性获得样品整个轴向界面的成像，实现快速的三维成像。但是，无论是线阵谱域OCT还是谱域OCT都存在着共轭镜像问题。传统线阵谱域OCT所产生的干涉信号是复数域的干涉信号，具有实部与虚部，然而，传统线阵谱域OCT的二维光谱仪只能采集到样品干涉信号的实部信息。由于干涉信号的缺失，在进行快速傅里叶变换时会产生混频，使得系统成像时存在两个像，即真实的像与共轭镜像。人们为了解决这个问题，往往是舍弃系统一半的性能不用，将样品放置于零光程位置的一侧，这便使得传统的线阵谱域OCT的成像深度只有2-7mm。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可消除OCT共轭镜像的定相差线阵谱域OCT装置，该装置能够一次性产生相位差90°的两个二维干涉信号并使用两个二维光谱仪同步采集两二维干涉信号，然后结合两相去共轭镜像法去除共轭镜像。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种可消除OCT共轭镜像的定相差线阵谱域OCT装置，包括超辐射发光二极管、第一准直器、第一至第二聚焦物镜、第一至第四分束镜、第一至第三柱透镜、第一反射镜、光开关、二维光谱仪；

所述超辐射发光二极管发出的点光源经第一准直器准直成平行光；所述平行光经过水平放置的第一柱透镜使得光源在竖直方向被聚焦，然后被第一分束镜分成强度相等的样品光和参考光；样品光经过第二聚焦物镜聚焦成线光斑射向待测样品，参考光经过第一聚焦物镜聚焦成线光斑射向第一反射镜；待测样品的背向散射光经过第四分束镜分成强度相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口的样品光和A口参考光在第一分束镜处重合并且两束光的光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被水平放置的第二柱透镜重新准直后被光开关的A口所采集；当B口的样品光和B口参考光在第三分束镜处重合并且两束光的光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被水平放置的第三柱透镜重新准直后被光开关B口所采集；经过光开关的高速切换，选择不同相位的干涉信号进入二维光谱仪，即可实现光开关切换一次二维光谱仪采集一次二维干涉图。

在本实用新型一实施例中，所述第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜、第四分束镜组成干涉仪，其中第一分束镜、第二分束镜位置固定，第三分束镜与第四分束镜组成分束镜组且能够移动。

在本实用新型一实施例中，所述第三分束镜与第四分束镜组成的分束镜组的位置使得光开关A口与光开关B口采集的干涉光束的相位差为90°。

在本实用新型一实施例中，还包括第二准直器、第四柱透镜、狭缝、第五柱透镜、第二反射镜，所述光开关输出的干涉信号依次经二准直器、第四柱透镜、狭缝、第五柱透镜、第二反射镜射向所述二维光谱仪的反射式刻线衍射光栅。

在本实用新型一实施例中，所述二维光谱仪还包括面阵相机、及设于反射式刻线衍射光栅与面阵相机之间的第六柱透镜。

在本实用新型一实施例中，所述光开关为双输入单输出光开关，其中，光开关的A口设有第一采集镜，光开关的B口设有第二采集镜。

在本实用新型一实施例中，还包括一用于控制光开关的高速切换的上位机。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型装置无需移相器便可获得相位差为90°的两干涉信号，干涉信号的相位差不受移相器性能的影响，抗干扰能力较强；且相对于传统的线阵谱域OCT来说，能够在满足线阵谱域OCT横向并行探测的同时增加系统的一倍的成像深度，使得线阵谱域OCT的能够在更多的领域得到更广的应用；另外，相对于采用3×3光纤耦合器的系统，系统的研发成本较低，结构简单，易于商业化。

附图说明

图1是本实用新型装置框图。

图2是二维干涉谱的相位差与分束镜组位置关系图。

图3是系统性能图。

图4是二维干涉谱。

图5是A口二维成像图。

图6是系统去镜像后的二维成像图。

图中：1-超辐射发光二极管，2-第一准直器，3-第一柱透镜，4-第一分束镜，5-第二柱透镜，6-第一采集镜，7-第二分束镜，8-第一聚焦物镜，9-第一反射镜，10-光开关，11-上位机，12-第二准直器，13-第四柱透镜，14-狭缝，15-第五柱透镜，16-第二反射镜，17-面阵相机，18-第六柱透镜，19-反射式刻线衍射光栅，20-第二聚焦物镜，21-样品，22-第四分束镜，23-第三分束镜，24-第三柱透镜，25-第二采集镜。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

本实用新型提供了一种可消除OCT共轭镜像的定相差线阵谱域OCT装置，包括超辐射发光二极管、第一准直器、第一至第二聚焦物镜、第一至第四分束镜、第一至第三柱透镜、第一反射镜、光开关、二维光谱仪；还包括一用于控制光开关的高速切换的上位机；

所述超辐射发光二极管发出的点光源经第一准直器准直成平行光；所述平行光经过水平放置的第一柱透镜使得光源在竖直方向被聚焦，然后被第一分束镜分成强度相等的样品光和参考光；样品光经过第二聚焦物镜聚焦成线光斑射向待测样品，参考光经过第一聚焦物镜聚焦成线光斑射向第一反射镜；待测样品的背向散射光经过第四分束镜分成强度相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口的样品光和A口参考光在第一分束镜处重合并且两束光的光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被水平放置的第二柱透镜重新准直后被光开关的A口所采集；当B口的样品光和B口参考光在第三分束镜处重合并且两束光的光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被水平放置的第三柱透镜重新准直后被光开关B口所采集；经过光开关的高速切换，选择不同相位的干涉信号进入二维光谱仪，即可实现光开关切换一次二维光谱仪采集一次二维干涉图。

以下为本实用新型的具体实施实例。

针对传统线阵谱域OCT存在共轭镜像使得系统的成像深度降低一半的问题，提出了一种可消除OCT共轭镜像的定相差线阵谱域OCT装置。本申请所提出的定相差线阵谱域OCT具有一个光开关，光开关具有两个输入口，A口与B口。 A口所探测到的干涉信号相位不受第三分束镜与第四分束镜组成的分束镜组位置的影响，B口探测器的干涉信号相位随着分束镜组的移动而改变。通过移动分束镜组的位置使得A口与B口的二维干涉信号具有90°的相位差。结合两相去共轭镜像法，重构出复数域干涉信号。对此复数域干涉信号进行快速傅里叶变换即可去除共轭镜像，将系统的探测深度提高一倍，参见图3。

本实用新型一实施例的结构原理示意图参见图1。

一种可消除OCT共轭镜像的定相差线阵谱域OCT装置，包括超辐射发光二极管1，第一准直器2，第一柱透镜3，第一分束镜4，第二柱透镜5，第一采集镜6，第二分束镜7，第一聚焦物镜8，第一反射镜9，光开关10，上位机11，第二准直器12，第三柱透镜24，狭缝14，第四柱透镜13，第二反射镜16，面阵相机17，第五柱透镜15，反射式刻线衍射光栅19，第二聚焦物镜20，样品21，第四分束镜22，第三分束镜23，第六柱透镜18，第二采集镜25；所述超辐射发光二极管发出的点光源经第一准直器准直成平行光；所述平行光经过水平放置的第一柱透镜使得光源在竖直方向被聚焦，然后被第一分束镜分成强度相等的样品光和参考光；样品光经过第二聚焦物镜聚焦成线光斑射向待测样品，参考光经过第一聚焦物镜聚焦成线光斑射向第一反射镜；待测样品的背向散射光经过第四分束镜分成强度相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口的样品光和A口参考光在第一分束镜处重合并且两束光的光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被水平放置的第二柱透镜重新准直后被光开关的A口所采集；当B口的样品光和B口参考光在第三分束镜处重合并且两束光的光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被水平放置的第三柱透镜重新准直后被光开关B口所采集；经过光开关的高速切换，选择不同相位的干涉信号进入二维光谱仪，通过上位机同步控制光开关的切换和二维光谱仪的采集，即可实现光开关切换一次二维光谱仪采集一次二维干涉图；经过光开关的高速切换，选择不同相位的干涉信号进去二维光谱仪。

在本实施例中，所述第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜、第四分束镜组成干涉仪，其中第一分束镜、第二分束镜位置固定，第三分束镜与第四分束镜组成分束镜组且能够移动。所述第三分束镜与第四分束镜组成的分束镜组的位置使得光开关A口与光开关B口采集的干涉光束的相位差为90°。

在本实施例中，还包括第二准直器、第四柱透镜、狭缝、第五柱透镜、第二反射镜，所述光开关输出的干涉信号依次经二准直器、第四柱透镜、狭缝、第五柱透镜、第二反射镜射向所述二维光谱仪的反射式刻线衍射光栅。所述二维光谱仪还包括面阵相机、及设于反射式刻线衍射光栅与面阵相机之间的第六柱透镜。

在本实施例中，所述光开关为双输入单输出光开关，其中，光开关的A口设有第一采集镜，光开关的B口设有第二采集镜。

本实用新型装置的实现方式如下：

步骤S1：由所述超辐射发光二极管发出的点光源经第一准直器准直成平行光；步骤S2：该平行光经过水平放置的第一柱透镜使得光源在竖直方向被聚焦，然后被第一分束镜分成强度相等的样品光和参考光；样品光经过第二聚焦物镜聚焦成线光斑射向待测样品，参考光经过第一聚焦物镜聚焦成线光斑射向第一反射镜；待测样品的背向散射光经过第四分束镜分成强度相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜反射回来的光经过第二分束镜分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口的样品光和A口参考光在第一分束镜处重合并且两束光的光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被水平放置的第二柱透镜重新准直后被光开关的A口所采集；当B口的样品光和B口参考光在第三分束镜处重合并且两束光的光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被水平放置的第三柱透镜重新准直后被光开关B口所采集；经过光开关的高速切换，选择不同相位的干涉信号进入二维光谱仪，通过上位机同步控制光开关的切换和二维光谱仪的采集，即可实现光开关切换一次二维光谱仪采集一次二维干涉图；经过光开关的高速切换，选择不同相位的干涉信号进去二维光谱仪；步骤S3：调节第三、第四两分束镜组成的分束镜组位置，使得A口干涉信号与B口干涉信号的相位差为90°；步骤S4：A口产生的干涉信号被一反射式刻线衍射光栅按波长展开并被面阵相机所捕获；B口产生的干涉信号被一反射式刻线衍射光栅按波长展开并被面阵相机所捕获；面阵相机能并行的获得多行干涉信号。步骤S5：对面阵相机所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到复数域的干涉信号； 步骤S6：对复数域的干涉信号进行快速傅里叶变换，除共轭镜像，获得样品一个轴向界面的成像。

在本实施例中，第一准直器2将超辐射发光二级管1所发射出的光光源准直成平行光。平行光经过水平放置的第一柱透镜3，而后被第一分束镜4分成功率相等的两束光，一束为样品光，一束为参考光；样品光射向样品21，参考光射向第一反射镜9；样品光经过第二聚焦物镜20聚焦成线光斑照射向样品，参考光经过第一聚焦物镜8聚焦成线光斑照射向反射镜；样品的背向散射光经过第四分束镜22分成功率相等的A口样品光和B口样品光，第一反射镜9反射回来的光经过第二分束镜7分成功率相等的A口参考光和B口参考光；当A口样品光和参考光在第一分束镜4处重合并且其光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被水平放置的第二柱透镜5重新准直后被光开关9的A口所采集；当B口样品光和参考光在第三分束镜23处重合并且其光程差在一预定的范围内时产生干涉，该干涉光束被一水平放置的第三柱透镜24重新准直后被光开关B口所采集；调节第三分束镜23与第四分束镜22组成的分束镜组位置使得A口与B口的相位差为90°，A口与B口的二维干涉信号相位与分束镜组位置的关系如图2所示，经过光开关10的高速切换，选择不同相位的干涉信号进去二维光谱仪。通过上位机同步控制光开关10的切换和光谱仪的采集，光开关切换一次面阵相机17采集一次二维干涉图，二维干涉图如图4所示，对面阵相机所捕获的不同相位的干涉信号进行信号重构，得到复数域的干涉信号，对复数域的干涉信号进行快速傅里叶变换，除共轭镜像，获得样品一个轴向界面的成像；对重构后的复数域干涉信号进行快速傅里叶变换便可得到样品的轴向界面成像。如图6所示，样品位于距零光程200微米处，对比于图5、图6中的传统线阵谱域OCT测量结果可看出，在-200微米处的共轭镜像得到了有效抑制。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。