專利名稱：光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中縱向掃描裝置的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及光學(xué)相干斷層成像技術(shù)，特別是涉及光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中高速縱向掃描的裝置。
二背景技術(shù)：
現(xiàn)在發(fā)展較為成熟的斷層成像技術(shù)主要有三種計算斷層成像(Computedtomography)、超聲成像(Ultrasonic imaging)和核磁共振成像(Nuclear magneticresonance)。這三種技術(shù)各有特點(diǎn)，比如說在其用于人體檢查時對人體的損害方面，雖然診斷用X射線的劑量在這些年來已減小了許多，但是仍有不少的資料表明存在著較小的損害效應(yīng)，可能增加人體感染一些疾病如癌、白血病以及白內(nèi)障的幾率。然而，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)都表明現(xiàn)今所用的超聲診斷劑量或者核磁共振中相對強(qiáng)的磁場沒有任何毒性效應(yīng)。但是這三種斷層成像技術(shù)還不能完全滿足科學(xué)研究與臨床診斷對實(shí)時、非侵入性以及高分辨率成像的要求(這三種斷層圖像的分辨率約在100μm～1mm左右)。
1991年麻省理工學(xué)院(MIT)的黃大衛(wèi)(David Huang)等人將低相干光反射儀(Low-coherence reflectometry)與共焦顯微鏡的原理應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)斷層成像領(lǐng)域中，提出了光學(xué)相干斷層成像(Optical Coherence Tomography)，在這十幾年的發(fā)展中，光學(xué)相干斷層成像(OCT)以其無損傷成像、成像分辨率高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉等優(yōu)點(diǎn)而備受科學(xué)和工程研究者的矚目。
光學(xué)相干斷層成像(OCT)可以應(yīng)用在其它成像技術(shù)存在潛在缺點(diǎn)的許多領(lǐng)域，特別是為精細(xì)的外科手術(shù)提供參考數(shù)據(jù)。例如，腦科手術(shù)中，傳統(tǒng)的活組織切片檢查是非常危險的，而其它成像技術(shù)由于分辨率太低而帶來了很多局限性；又如對早期視網(wǎng)膜疾病的診斷，需要微米量級的成像技術(shù)，目前為止，還沒有比光學(xué)相干斷層成像(OCT)更合適的成像技術(shù)。
光學(xué)相干斷層成像(OCT)的基本原理是通過光纖式邁克耳孫干涉儀使信號臂上的待測生物體的后向散射光，與參考臂上被全反鏡反射回來的參考光進(jìn)行干涉，檢測該干涉信號即可得到待測生物體的信息。其中通過參考臂全反鏡沿光軸方向的往返運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對待測生物體深度方向的掃描，即縱向掃描，通過沿光軸垂直的方向移動信號臂實(shí)現(xiàn)對待測生物體的橫向掃描。由于光源使用低相干光源，其相干長度短，因此參考臂和信號臂的長度之差在相干長度內(nèi)時，才能發(fā)生干涉現(xiàn)象，因此，待測生物體成像的縱向分辨率取決于光的相干長度lclc=4ln2πλ02Δλ...(1)]]>其中，λ0為中心波長，Δλ為光源的帶寬(Bandwidth FWHM)。由于光信號是往返的，因此成像縱向分辨率為lc的一半。如，使用中心波長為830nm，帶寬為25nm的超發(fā)光二極管(SLD)時，成像的縱向分辨率為12μm，如果使用圖像恢復(fù)技術(shù)可以將分辨率提升到微米甚至亞微米量級。
光學(xué)相干斷層成像(OCT)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件可以歸為三個部分光源、干涉儀和掃描裝置。
光源必須滿足三個基本條件近紅外光譜、短相干長度、高輻照度。由于光頻率較高(藍(lán)光或更高)時，平均散射長度較短，因此光學(xué)相干斷層成像(OCT)需要長波光源，但是在2μm或更長的波段，水的吸收系數(shù)增大，因此只能選擇波長在1.8μm以下的波段。另一方面，如果波長越短，分辨率越高，相應(yīng)的，如果波長增大，為保持同樣的分辨率，光源的帶寬必須以2次方的趨勢增大，因此，為了方便選擇光源，應(yīng)盡量選擇短波光源，然而由于血紅蛋白在700nm以下吸收系數(shù)較大，而且考慮到散射長度的關(guān)系，一般將光源波長選擇在850nm附近。
干涉儀是基于邁克耳孫干涉儀的結(jié)構(gòu)，通常的光學(xué)相干斷層成像(OCT)系統(tǒng)均使用光纖結(jié)構(gòu)，雖然光纖連接使得光路靈活、簡化了很多，但也帶來了系統(tǒng)效率的限制，由于使用的是寬帶光源，因此光纖的色散將會使縱向分辨率大大降低。
掃描裝置的縱向掃描速度與分辨率在光學(xué)相干斷層成像(OCT)中處于同等重要的地位。對高分辨率成像系統(tǒng)而言，待測生物體的微小移動就可能導(dǎo)致圖像的模糊，因此只有提高掃描速度才可以克服這種弊病。現(xiàn)有的縱向掃描技術(shù)大概分為以下6種1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動反射鏡實(shí)現(xiàn)掃描。優(yōu)點(diǎn)線性、控制方便、價格低廉；缺點(diǎn)速度慢、往復(fù)運(yùn)動時定位精度差。
2、用壓電晶體實(shí)現(xiàn)掃描。優(yōu)點(diǎn)高速、近似線性、控制方便、價格低廉；缺點(diǎn)位移量較小、晶體易碎。
3、拉伸光纖實(shí)現(xiàn)掃描。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、價格低廉；缺點(diǎn)非線性、光束偏振態(tài)變化。
4、用旋轉(zhuǎn)棱鏡實(shí)現(xiàn)掃描。優(yōu)點(diǎn)高速、控制方便、價格低廉；缺點(diǎn)非線性、占空比低、光束通過棱鏡有色散。
5、光學(xué)延遲線實(shí)現(xiàn)掃描。優(yōu)點(diǎn)高速、近似線性；缺點(diǎn)有一定占空比、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
6、用螺旋鏡實(shí)現(xiàn)掃描。優(yōu)點(diǎn)高速、線性、結(jié)構(gòu)簡單、反射型；缺點(diǎn)加工精度難以保證。
可以看出，這些縱向掃描技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，其中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動反射鏡實(shí)現(xiàn)掃描是第一代的縱向掃描技術(shù)，已經(jīng)被其它的多種技術(shù)所取代。
光學(xué)延遲線實(shí)現(xiàn)縱向掃描是目前使用較多的技術(shù)，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且是通過振鏡的角度擺動實(shí)現(xiàn)縱向掃描的，因此，只能在小角度上近似線性。
用螺旋鏡實(shí)現(xiàn)縱向掃描具有高速、線性、結(jié)構(gòu)簡潔等優(yōu)點(diǎn)，由于是直接反射型的元件，因此光束沒有色散問題，只是無法使用傳統(tǒng)的光學(xué)元件加工方法，因此不得不采用機(jī)械加工手段。由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，必須為其單獨(dú)配置所需加工工具，而且很難打磨出所需的光學(xué)表面，即很難達(dá)到微米量級的精度。
利用壓電陶瓷的電致伸縮效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)亞微米量級定位精度和納米量級分辨率的微位移，雖然也存在遲滯的缺點(diǎn)，但由于遲滯的原因是介質(zhì)的介電常數(shù)與電場強(qiáng)度的變化史有關(guān)而造成的，因此如果采用直接控制電極化強(qiáng)度的方法，在開環(huán)狀態(tài)下，將可以有效解決壓電陶瓷的遲滯現(xiàn)象，也可通過增加微位移傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制來解決壓電陶瓷的遲滯現(xiàn)象。但是現(xiàn)有的壓電/電致伸縮陶瓷只能實(shí)現(xiàn)從幾微米到一百多微米位移量，其位移量較小，例如利用壓電/電致伸縮陶瓷驅(qū)動反射鏡均不能滿足光學(xué)相干斷層成像(OCT)系統(tǒng)中需要達(dá)到2mm至3mm縱向掃描深度的要求。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的正是為了克服上述現(xiàn)有掃描裝置中所存在的缺陷，提供一種在光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中的縱向掃描裝置，該裝置解決了現(xiàn)有微位移器驅(qū)動反射鏡不能滿足光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中需要達(dá)到2mm至3mm縱向掃描深度的要求，并能夠直接利用高精度的傳統(tǒng)光學(xué)元件加工方法加工所需的光學(xué)棱鏡，從而實(shí)現(xiàn)高速高精度的線性掃描，進(jìn)而提高測量的精確性。
本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中縱向掃描的裝置，包括有光源、光纖、光纖耦合器、透鏡、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)終端等元器件，光源與光纖連接，光纖與光纖耦合器連接，光纖耦合器又分別與兩光纖連接，即經(jīng)過光纖耦合器的光分為兩束光分別進(jìn)入兩光纖，一光纖引出的光束進(jìn)入兩透鏡實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直和聚焦后再到待測生物體，按照本實(shí)用新型所說的裝置還包括一個由可運(yùn)動棱鏡組和靜止棱鏡組構(gòu)成的棱鏡系統(tǒng)以及用以驅(qū)動可運(yùn)動棱鏡組的微位移器，靜止棱鏡組置于一準(zhǔn)直透鏡的后方，棱鏡系統(tǒng)中的可運(yùn)動棱鏡組固定在微位移器上，并置于靜止棱鏡組后方，可運(yùn)動棱鏡組與靜止棱鏡組須配對使用。
本裝置棱鏡系統(tǒng)中的可運(yùn)動棱鏡組和靜止棱鏡組又分別由多個小反射型棱鏡、平面反射鏡和通光孔構(gòu)成。棱鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隨可運(yùn)動棱鏡組和靜止棱鏡組結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同而有差別?？蛇\(yùn)動棱鏡組和靜止棱鏡組的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括每一個小反射型棱鏡的長度、寬度和高度；棱鏡組的長度和寬度；棱鏡組長度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)；棱鏡組寬度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)；通光孔的位置；是否有平面反射鏡以及平面反射鏡的位置。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型采用的棱鏡系統(tǒng)由許多小反射型棱鏡組裝而成，因此可以使用傳統(tǒng)的光學(xué)元件加工方法加工棱鏡，其加工精度高，棱鏡角度誤差可控制在1″以內(nèi)。
2、本實(shí)用新型使用壓電/電致伸縮陶瓷等高精度微位移器驅(qū)動棱鏡系統(tǒng)中可運(yùn)動棱鏡組，由于壓電/電致伸縮陶瓷微位移器具有很高的響應(yīng)速度(幾十微秒)，正因?yàn)槠漤憫?yīng)速度快，它的機(jī)電耦合效應(yīng)進(jìn)行的速度也就很快，來不及與外界熱交換，因此不存在發(fā)熱問題，能達(dá)到高速、無機(jī)械摩擦、同時實(shí)現(xiàn)沒有噪聲的縱向掃描。
3、本實(shí)用新型使用的壓電/電致伸縮陶瓷微位移器，其體積一般很小，與本實(shí)用新型的棱鏡系統(tǒng)配合使用，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小的優(yōu)點(diǎn)。
4、本實(shí)用新型采用的棱鏡系統(tǒng)中可運(yùn)動棱鏡組的結(jié)構(gòu)簡單，對稱性好，因此減小了運(yùn)動中的不穩(wěn)定因素，進(jìn)而提高測量精度。
5、本實(shí)用新型采用的棱鏡系統(tǒng)是一種全反射元件，避免了色散問題。
四

圖1是本實(shí)用新型棱鏡系統(tǒng)用于光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中的連接示意圖。
圖2是本實(shí)用新型棱鏡系統(tǒng)中與圖3配對的具有4×4個區(qū)域的可運(yùn)動棱鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型棱鏡系統(tǒng)中具有4×4個區(qū)域的靜止棱鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型棱鏡系統(tǒng)中與圖5配對的具有6×6個區(qū)域的可運(yùn)動棱鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實(shí)用新型棱鏡系統(tǒng)中具有6×6個區(qū)域的靜止棱鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本實(shí)用新型棱鏡系統(tǒng)中與圖7配對的具有4×4個區(qū)域的可運(yùn)動棱鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本實(shí)用新型棱鏡系統(tǒng)中具有4×4個區(qū)域并包括兩個通光孔的靜止棱鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本實(shí)用新型使用棱鏡系統(tǒng)的二維等效光路圖。
五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。但本實(shí)用新型的內(nèi)容不僅限于實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容。
參照圖1，本實(shí)用新型光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中縱向掃描裝置，包括有光源11、光纖12、14、15、光纖耦合器13、透鏡16、17、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)115、數(shù)據(jù)終端116等元器件，光源11與光纖12連接，光纖12與光纖耦合器13連接，光纖耦合器13又分別與光纖14和光纖15連接，即經(jīng)過光纖耦合器的光分為兩束光分別進(jìn)入光纖14和光纖15，由光纖14引出的光束進(jìn)入透鏡16和透鏡17實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直和聚焦后再到待測生物體18，按照本實(shí)用新型所說的裝置還包括一個由可運(yùn)動棱鏡組112和靜止棱鏡組111構(gòu)成的棱鏡系統(tǒng)，以及用以驅(qū)動可運(yùn)動棱鏡組112的壓電/電致伸縮陶瓷微位移器113，由光纖15引出的光束進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡110，靜止棱鏡組111置于準(zhǔn)直透鏡110的后方，可運(yùn)動棱鏡組112固定在微位移器113上，并置于靜止棱鏡組后方，可運(yùn)動棱鏡組與靜止棱鏡組須配對使用。
實(shí)現(xiàn)掃描的過程是從光源11發(fā)出的光束耦合到光纖12中，光束經(jīng)過光纖12后進(jìn)入2×2光纖耦合器13，然后分為兩束分別進(jìn)入光纖14和光纖15。
第一束光經(jīng)過光纖14傳輸后通過透鏡16準(zhǔn)直，再經(jīng)過透鏡17聚焦到待測生物體18上，待測生物體18的后向散射光又由透鏡17收集后傳輸?shù)酵哥R16聚焦耦合進(jìn)入光纖14，再由光纖14進(jìn)入2×2光纖耦合器13，并傳輸?shù)教綔y器114。其中按圖中箭頭方向移動由光纖14、透鏡16和透鏡17組成的整體19來實(shí)現(xiàn)對待測生物體18的橫向掃描。
第二束光經(jīng)過光纖15傳輸后通過準(zhǔn)直透鏡110準(zhǔn)直，再進(jìn)入棱鏡系統(tǒng)的靜止棱鏡組111，通過棱鏡系統(tǒng)的靜止棱鏡組111和可運(yùn)動棱鏡組112的來回反射后，再由棱鏡系統(tǒng)中的靜止棱鏡組111出射，出射的光束仍由準(zhǔn)直透鏡110收集，并耦合到光纖15中，再通過2×2光纖耦合器13傳輸?shù)教綔y器114。其中由壓電/電致伸縮陶瓷113按圖中箭頭方向平移棱鏡系統(tǒng)中的可運(yùn)動棱鏡組112來實(shí)現(xiàn)縱向掃描。
探測器114將這兩束光的干涉光信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)115，最后進(jìn)入數(shù)據(jù)終端116處理得出斷層圖像。
本實(shí)用新型光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中縱向掃描裝置采用的棱鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同而有差別，圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7就是不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的可運(yùn)動棱鏡組和靜止棱鏡組的結(jié)構(gòu)，圖中黑色的部分代表鍍上了反射膜，黑色部分上面的白線是為了突出三維結(jié)構(gòu)而作的輔助線，無任何物理意義；白色部分代表未鍍反射膜的通光孔，白色部分上面的黑線是為了突出三維結(jié)構(gòu)而作的輔助線，無任何物理意義。
棱鏡系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括每一個小反射型棱鏡的長度di、寬度di′和高度hi(其中i下標(biāo)代表每一個小反射型棱鏡的編號)；棱鏡組的長度l和寬度w；棱鏡組長度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)Nl；棱鏡組寬度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)Nw；通光孔的位置；是否有平面反射鏡以及平面反射鏡的位置。
下面以圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7的不同例子說明結(jié)構(gòu)參數(shù)可按需選擇。
圖2是與圖3配合使用的可運(yùn)動棱鏡組，圖3為靜止棱鏡組，兩棱鏡組均可視為有4×4個區(qū)域，每個區(qū)域既可放置一個小反射型棱鏡或平面反射鏡，也可作為通光孔，其中每個區(qū)域的長度和寬度即為每一個小反射型棱鏡的長度和寬度，即為di＝d′i＝d(其中i下標(biāo)代表每一個小反射型棱鏡的編號)，每一個小反射型棱鏡的高度為hi＝d；棱鏡組的長度l＝4d，寬度w＝4d；棱鏡組長度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)Nl＝l/d＝4；棱鏡組寬度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)Nw＝w/d＝4；通光孔的位置為圖3中的31區(qū)域，是光束的入射和出射窗；平面反射鏡的位置在圖3中的316區(qū)域。
圖4是與圖5配合使用的可運(yùn)動棱鏡組，圖5為靜止棱鏡組，兩棱鏡組均可視為有6×6個區(qū)域，每個區(qū)域既可放置一個小反射型棱鏡或平面反射鏡，也可作為通光孔，其中每個區(qū)域的長度和寬度即為每一個小反射型棱鏡的長度和寬度，即為di＝d′i＝d(其中i下標(biāo)代表每一個小反射型棱鏡的編號)，每一個小反射型棱鏡的高度為hi＝d；棱鏡組的長度l＝6d，寬度w＝6d；棱鏡組長度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)Nl＝l/d＝6；棱鏡組寬度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)Nw＝w/d＝6；通光孔的位置為圖5中的51區(qū)域，是光束的入射和出射窗；平面反射鏡的位置在圖5中的536區(qū)域。
圖6是與圖7配合使用的可運(yùn)動棱鏡組，圖7為靜止棱鏡組，兩棱鏡組均可視為有4×4個區(qū)域，每個區(qū)域既可放置一個小反射型棱鏡或平面反射鏡，也可作為通光孔，其中每個區(qū)域的長度和寬度即為每一個小反射型棱鏡的長度和寬度，即為di＝d′i＝d(其中i下標(biāo)代表每一個小反射型棱鏡的編號)，每一個小反射型棱鏡的高度為hi＝d；棱鏡組的長度l＝4d，寬度w＝4d；棱鏡組長度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)Nl＝l/d＝4；棱鏡組寬度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)Nw＝w/d＝4通光孔的位置為圖7中的71區(qū)域和716區(qū)域，分別是光束的入射和出射窗；沒有平面反射鏡。
圖8中，通過可運(yùn)動棱鏡組112和靜止棱鏡組111的二維等效結(jié)構(gòu)，可以推導(dǎo)出需要的棱鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)取值。為了元件加工的方便，這里選擇每一個小反射型棱鏡的長度、寬度和高度相等，即di＝di′＝hi＝d。
光束入射后在可運(yùn)動棱鏡組112和靜止棱鏡組111之間多次反射，最后通過靜止棱鏡組的平面反射鏡83使光束沿原光路返回。當(dāng)可運(yùn)動棱鏡組112位移Δx時，光束的光程差為Δl＝2NΔx (2)其中N即為可運(yùn)動棱鏡組112的小反射型棱鏡的個數(shù)，可運(yùn)動棱鏡組112的位移量Δx由微位移器的位移量決定，使用壓電/電致伸縮陶瓷作為微位移器，位移量通?？扇≡讦＝100μm左右，再使用N＝16個棱鏡，那么光程差將達(dá)到Δl＝3.2mm左右，完全可以滿足光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中需要達(dá)到2mm至3mm縱向掃描深度的要求。
選擇每一個小反射型棱鏡的長度、寬度和高度di＝di′＝hi＝d的取值時，需要考慮傳統(tǒng)光學(xué)元件加工方法能夠高精度加工棱鏡的取值范圍，這里選擇d＝10mm。這樣取值以后，可以看到，可運(yùn)動棱鏡組112的二維等效結(jié)構(gòu)的長度l＝N×d＝16×10＝160mm，而寬度為一個小反射型棱鏡的寬度w＝d＝10mm。
圖2中，可運(yùn)動棱鏡組112是將圖8中所示的可運(yùn)動棱鏡組112的二維等效結(jié)構(gòu)空間排布成為的三維結(jié)構(gòu)，這種三維結(jié)構(gòu)可以有效的減小棱鏡組的大小，提高元件的對稱性，如可運(yùn)動棱鏡組的小反射型棱鏡個數(shù)N＝16，每個小反射型棱鏡的長度為d＝10mm，那么圖2所示的三維結(jié)構(gòu)只需取棱鏡組長度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)和棱鏡組寬度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)相等Nl＝Nw＝4，就可以實(shí)現(xiàn)小反射型棱鏡的個數(shù)N＝Nl×Nw＝16，而可運(yùn)動棱鏡組的長度和寬度為l＝w＝4d＝40mm。
這樣本實(shí)用新型使用的三維結(jié)構(gòu)將可運(yùn)動棱鏡組從長度l＝160mm，寬度w＝10mm整合為長寬相等即l＝w＝40mm的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的精簡對于提高可運(yùn)動棱鏡組振動過程的穩(wěn)定性具有重要的作用，特別是可運(yùn)動棱鏡組需要以大于100Hz的頻率振動，那么其對稱性的提高將會有效提高運(yùn)動的穩(wěn)定性。
現(xiàn)用圖2、圖3所示的棱鏡系統(tǒng)來描述光束在棱鏡系統(tǒng)中的傳輸過程，光束由靜止棱鏡組的通光孔31入射到可運(yùn)動棱鏡組的小反射型棱鏡21上，經(jīng)小反射型棱鏡21反射到小反射型棱鏡22上，光束經(jīng)小反射型棱鏡22反射到靜止棱鏡組的小反射型棱鏡32上，再反射到小反射型棱鏡33，又由小反射型棱鏡33反射到可運(yùn)動棱鏡組的小反射型棱鏡23，再反射到小反射型棱鏡24，再反射到靜止棱鏡組的小反射型棱鏡34，由于小反射型棱鏡34和小反射型棱鏡35的方向不同，光束由小反射型棱鏡34反射到小反射型棱鏡35后，將會反射到可運(yùn)動棱鏡組的下一排棱鏡的小反射型棱鏡25上，從而重復(fù)前面的反射過程，最后由靜止棱鏡組的平面反射鏡316將光束沿原路返回到入射時的通光孔31后出射。其具體的反射過程由可運(yùn)動棱鏡組和靜止棱鏡組中的通光孔、小反射型棱鏡和平面反射鏡的編號描述為31→21→22→32→33→23→24→34→35→25→26→36→37→27→28→38→39→29→210→310→311→211→212→312→313→213→214→314→315→215→216→316→216→215→315→314→214→213→313→312→212→211→311→3 10→210→29→39→38→28→27→37→36→26→25→35→34→24→23→33→32→22→21→31。
圖2所示的可運(yùn)動棱鏡組的結(jié)構(gòu)雖然是由Nl＝Nw＝4；di＝di′＝hi＝d＝10mm的4×4＝16個小反射型棱鏡膠合而成，但在使用傳統(tǒng)光學(xué)元件加工方法制作時，可以將其視為3個棱鏡來加工和膠合。第1個需加工的棱鏡是由小反射型棱鏡21、小反射型棱鏡28、小反射型棱鏡29、小反射型棱鏡216組合而成的10mm×40mm的棱鏡；第2個需加工的棱鏡是由小反射型棱鏡22、小反射型棱鏡27、小反射型棱鏡210、小反射型棱鏡215、小反射型棱鏡23、小反射型棱鏡26、小反射型棱鏡211、小反射型棱鏡214組合而成的20mm×40mm的棱鏡；第3個需加工的棱鏡是由小反射型棱鏡24、小反射型棱鏡25、小反射型棱鏡212、小反射型棱鏡213組合而成的10mm×40mm的棱鏡。其中第1個需加工的棱鏡和第3個需加工的棱鏡的形狀和尺寸均一樣，可批量加工。
圖3所示的靜止棱鏡組的結(jié)構(gòu)雖然由Nl＝Nw＝4；di＝d′i＝hi＝d＝10mm的4×4＝16個區(qū)域組成，其中有小反射型棱鏡14個，平面反射鏡1個和通光孔1個，但在使用傳統(tǒng)光學(xué)元件加工方法制作時，可以將其視為8個棱鏡和1個平面反射鏡來加工和膠合。其中有6個需加工的棱鏡的形狀和尺寸均一樣，即小反射型棱鏡34；小反射型棱鏡35；小反射型棱鏡312；小反射型棱鏡313；小反射型棱鏡38；小反射型棱鏡39的形狀和尺寸均一樣，可批量加工；第7個需加工的棱鏡是由小反射型棱鏡32、小反射型棱鏡37、小反射型棱鏡310、小反射型棱鏡315組合而成的10mm×40mm的棱鏡；第8個需加工的棱鏡是由小反射型棱鏡33、小反射型棱鏡36、小反射型棱鏡311、小反射型棱鏡314組合而成的10mm×40mm的棱鏡，第7個需加工的棱鏡和第8個需加工的棱鏡的形狀和尺寸均一樣，可批量加工。再加工一個尺寸為10mm×10mm的平面反射鏡，膠合在區(qū)域316位置即可。
權(quán)利要求1.一種光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中縱向掃描裝置，包括有光源(11)、光纖(12)、(14)、(15)和光纖耦合器(13)、透鏡(16)、(17)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(115)、數(shù)據(jù)終端(116)等元器件，光源(11)與光纖(12)連接，光纖(12)與光纖耦合器(13)連接，光纖耦合器(13)分別與光纖(14)和光纖(15)連接，即經(jīng)光纖耦合器的光分為兩束光分別進(jìn)入光纖(14)和光纖(15)，由光纖(14)引出的光束進(jìn)入透鏡(16)和透鏡(17)，再到待測生物體(18)，其特征在于所說裝置還包括一個由可運(yùn)動棱鏡組(112)和靜止棱鏡組(111)構(gòu)成的棱鏡系統(tǒng)以及用以驅(qū)動可運(yùn)動棱鏡組(112)的微位移器(113)，由光纖(15)引出的光束進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡(110)，靜止棱鏡組(111)置于準(zhǔn)直透鏡(110)后方，可運(yùn)動棱鏡組(112)固定在微位移器上，并置于靜止棱鏡組后方，可運(yùn)動棱鏡組與靜止棱鏡組須配對使用。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說棱鏡系統(tǒng)中的可運(yùn)動棱鏡組(112)和靜止棱鏡組(111)又分別由多個小反射型棱鏡、平面反射鏡和通光孔構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所說棱鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隨可運(yùn)動棱鏡組和靜止棱鏡組結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同而有差別，其具體結(jié)構(gòu)參數(shù)包括每一個小反射型棱鏡的長度、寬度和高度；棱鏡組的長度和寬度；棱鏡組長度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)；棱鏡組寬度方向的小反射型棱鏡的個數(shù)；通光孔的位置；是否有平面反射鏡以及平面反射鏡的位置。
專利摘要本實(shí)用新型是一種光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中縱向掃描裝置。該裝置包括有光源、光纖、光纖耦合器、透鏡、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)終端等元器件，還包括一個由可運(yùn)動棱鏡組和靜止棱鏡組構(gòu)成的棱鏡系統(tǒng)以及微位移器，可運(yùn)動棱鏡組和靜止棱鏡組又分別由多個小反射型棱鏡、平面反射鏡和通光孔構(gòu)成。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、對稱性好以及可實(shí)現(xiàn)高速掃描的優(yōu)點(diǎn)；并可用傳統(tǒng)光學(xué)元件加工方法加工棱鏡，使得加工精度高，棱鏡角度誤差可控制在1″以內(nèi)，本實(shí)用新型采用的是反射器件，可避免光束色散帶來的誤差。
文檔編號G02B6/26GK2682437SQ200320114410
公開日2005年3月2日 申請日期2003年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者高峰, 朱建華, 杜驚雷, 高福華, 郭永康 申請人:四川大學(xué)