光學(xué)探頭和光學(xué)測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種光學(xué)測(cè)量方法以及適用于該方法的光學(xué)探頭，其中，即使光學(xué)探頭彎曲，仍然能夠抑制檢測(cè)靈敏度的波動(dòng)。光學(xué)探頭（10）設(shè)置有：光纖（11），其在近端（11a）與遠(yuǎn)端（11b）之間傳送光；光學(xué)連接器（12），其與光纖（11）的近端（11a）側(cè)耦合；聚焦光學(xué)系統(tǒng)（13）和偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)（14），其與光纖（11）的遠(yuǎn)端（11b）側(cè)光學(xué)地耦合；以及支撐管（15）和護(hù)套管（16），其圍繞光纖（11）并沿著光纖（11）延伸。光纖（11）以光纖的軸線(xiàn)為中心在1-50圈/m的圈數(shù)范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)，由此固定到支撐管（15）上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】光學(xué)探頭和光學(xué)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用光學(xué)相干斷層掃描(OCT)的方法來(lái)測(cè)量諸如血管等具有管腔形狀的對(duì)象的管腔的斷層構(gòu)造的光學(xué)探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]美國(guó)專(zhuān)利N0.6，445，939描述了 OCT作為用于測(cè)量具有管腔形狀的對(duì)象的管腔的斷層構(gòu)造的方法并且描述了插入所述對(duì)象的管腔中并用于OCT測(cè)量的光學(xué)探頭。關(guān)于OCT測(cè)量，與單模光纖的末端(遠(yuǎn)端)相連的漸變折射率光纖起到透鏡的作用，并且構(gòu)造成具有大于Imm的作業(yè)距離和小于100 μ m的光斑尺寸。因此，能夠以小于100 μ m的空間分辨率來(lái)光學(xué)地測(cè)量?jī)?nèi)徑大于Imm的對(duì)象。
[0003]在OCT測(cè)量中，從光源輸出的光被分成兩路:照明光和基準(zhǔn)光。光學(xué)探頭用照明光來(lái)照射對(duì)象，將對(duì)象處因?yàn)檎丈涠a(chǎn)生的向后反射光引導(dǎo)到光學(xué)檢測(cè)器，并且將基準(zhǔn)光引導(dǎo)到光學(xué)檢測(cè)器。然后，光學(xué)檢測(cè)器檢測(cè)向后反射光與基準(zhǔn)光的干涉光。分析部分析向后反射光的光譜并且獲取對(duì)象內(nèi)物質(zhì)的分布信息作為圖像信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]〈技術(shù)問(wèn)題〉
[0005]本發(fā)明旨在提供一種光學(xué)測(cè)量方法和適用于該光學(xué)測(cè)量方法的光學(xué)探頭，該光學(xué)測(cè)量方法即使在光學(xué)探頭發(fā)生彎曲的情況下仍然能夠抑制檢測(cè)靈敏度的變化。
[0006]<技術(shù)方案>
[0007]—種根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)探頭包括:(1)光纖,其在近端與遠(yuǎn)端之間傳送光；(2)光學(xué)連接器，其與所述光纖的近端側(cè)相連；(3)聚焦光學(xué)系統(tǒng)，其一端與所述光纖的遠(yuǎn)端相連，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)使從所述光纖的遠(yuǎn)端發(fā)出的光聚焦；(4)偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，其與所述光纖的遠(yuǎn)端側(cè)光學(xué)地相連，所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)使從所述光纖的遠(yuǎn)端發(fā)出的光偏轉(zhuǎn)；(5)支撐管，其圍繞所述光纖，沿著所述光纖延伸，在所述近端側(cè)相對(duì)于所述光學(xué)連接器固定，并在所述遠(yuǎn)端側(cè)相對(duì)于所述光纖、所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)和所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)中的任意一者固定；以及(6)護(hù)套管，其圍繞所述支撐管，沿著所述支撐管延伸，并能相對(duì)于所述光纖、所述光學(xué)連接器、所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)、所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)和所述支撐管旋轉(zhuǎn)。此外，所述光纖以所述光纖的軸線(xiàn)為中心在I圈/m至50圈/m的圈數(shù)(節(jié)距)范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)，并固定于所述支撐管。所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的一端可以與所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)的另一端相連?？蛇x地，一端被傾斜地切除的漸變折射率(GI)透鏡可以形成所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)和所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)兩者。
[0008]在本發(fā)明的光學(xué)探頭中，所述支撐管可以具有多根線(xiàn)狀體相絞合并扭轉(zhuǎn)的構(gòu)造，并且在沒(méi)有從所述光學(xué)連接器導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)的自由狀態(tài)下，所述光纖的扭轉(zhuǎn)方向與所述支撐管的扭轉(zhuǎn)方向可以彼此相反。
[0009]一種采用上述光學(xué)探頭、光源、偏振調(diào)節(jié)部、光分支部、光學(xué)檢測(cè)器和分析部實(shí)施的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量方法，所述光源發(fā)射近紅外光，所述偏振調(diào)節(jié)部將所述光源所發(fā)射的近紅外光轉(zhuǎn)換成圓偏振狀態(tài)的近紅外光并輸出近紅外光，所述光分支部將所述偏振調(diào)節(jié)部所輸出的所述近紅外光分成照明光和基準(zhǔn)光這兩路光并輸出所述照明光和所述基準(zhǔn)光，所述光學(xué)檢測(cè)器檢測(cè)所述近紅外光，所述分析部分析所述近紅外光的衰減光譜并獲取分析結(jié)果作為圖像信息；所述方法包括:利用照明光來(lái)照射對(duì)象，所述照明光從所述光分支部輸出，進(jìn)入所述光纖的近端并從所述光纖的遠(yuǎn)端射出；通過(guò)使照射所述對(duì)象而產(chǎn)生的向后反射光進(jìn)入所述光纖的遠(yuǎn)端并從所述光纖的近端射出來(lái)把所述向后反射光引導(dǎo)到所述光學(xué)檢測(cè)器，同時(shí)把從所述光分支部輸出的所述基準(zhǔn)光引導(dǎo)到所述光學(xué)檢測(cè)器；利用所述光學(xué)檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)所述向后反射光和所述基準(zhǔn)光的干涉光；以及利用所述分析部來(lái)分析所述向后反射光的光譜，并獲取所述對(duì)象中的物質(zhì)的分布信息作為所述圖像信息。
[0010]在本發(fā)明的光學(xué)測(cè)量方法中，所述支撐管可以具有多根線(xiàn)狀體相絞合并扭轉(zhuǎn)而成的構(gòu)造，在沒(méi)有從所述光學(xué)連接器導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)的自由狀態(tài)下，所述光纖的扭轉(zhuǎn)方向與所述支撐管的扭轉(zhuǎn)方向可以彼此相反，并且在所述光纖、所述光學(xué)連接器、所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)、所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)和所述支撐管沿與所述支撐管的扭轉(zhuǎn)方向相反的方向一起旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，可以利用所述照明光來(lái)掃描所述對(duì)象的內(nèi)部。另外，可以通過(guò)使所述光纖、所述光學(xué)連接器、所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)、所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)和所述支撐管一起旋轉(zhuǎn)，使所述光纖在5圈/m至50圈/m的圈數(shù)范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)。
[0011]〈本發(fā)明的有益效果〉
[0012]利用本發(fā)明，即使在光學(xué)探頭發(fā)生彎曲的情況下仍然能夠抑制檢測(cè)靈敏度的變化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括光學(xué)探頭的OCT裝置的概念圖。
[0014]圖2是示出根據(jù)實(shí)施例的光學(xué)探頭的內(nèi)部構(gòu)造的概念圖。
[0015]圖3是根據(jù)實(shí)施例的光學(xué)探頭中的支撐管的概念圖。
[0016]圖4是示出基準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)率和彎曲半徑之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖是出于解釋的目的，而不意圖限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，以避免重復(fù)的描述。各幅附圖中的尺寸的比例不一定精確。
[0018]使用現(xiàn)有光學(xué)探頭的OCT裝置存在如下問(wèn)題:如果光學(xué)探頭發(fā)生彎曲，則經(jīng)由光學(xué)探頭傳播的照明光的偏振狀態(tài)以及向后反射光的偏振狀態(tài)改變，由此導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度變化?？梢岳萌缦路椒▉?lái)解決上述問(wèn)題:例如，對(duì)向后反射光的各種偏振狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。然而，該方法需要附加的檢測(cè)器，并且增加了裝置成本。
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括光學(xué)探頭10的OCT裝置I的概念圖。OCT裝置I包括光學(xué)探頭10和測(cè)量單元30，并獲取對(duì)象3的光學(xué)相干斷層掃描圖像。
[0020]光學(xué)探頭10包括:光纖11，其在近端Ila與遠(yuǎn)端Ilb之間傳送光；光學(xué)連接器12，其與光纖11的近端Ila側(cè)相連；聚焦光學(xué)系統(tǒng)13和偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)14,其與光纖11的遠(yuǎn)端Ilb側(cè)相連；以及支撐管15和護(hù)套管16，其圍繞光纖11并且沿著光纖11延伸。光學(xué)連接器12與測(cè)量單元30光學(xué)地相連。
[0021]測(cè)量單元30包括:光源31，其發(fā)射近紅外光；偏振調(diào)節(jié)部38，其將光源31所發(fā)射的近紅外光轉(zhuǎn)換成偏振狀態(tài)的近紅外光并輸出該近紅外光；光分支部32，其將從偏振調(diào)節(jié)部38輸出的近紅外光分成照明光和基準(zhǔn)光這兩路光，并輸出照明光和基準(zhǔn)光；光學(xué)檢測(cè)器33，其檢測(cè)來(lái)自光分支部32的光；光學(xué)終端34，其輸出從光分支部32到達(dá)的基準(zhǔn)光；反射鏡35，其將從光學(xué)終端34輸出的基準(zhǔn)光反射到光學(xué)終端34 ;分析部36，其分析光學(xué)檢測(cè)器33所檢測(cè)到的光的光譜；以及輸出口 37，其輸出分析部36所做分析的分析結(jié)果。
[0022]在測(cè)量單元30中，光源31輸出線(xiàn)偏振狀態(tài)的近紅外光，偏振調(diào)節(jié)部38將上述近紅外光轉(zhuǎn)換成圓偏振狀態(tài)的近紅外光。從偏振調(diào)節(jié)部38輸出的圓偏振狀態(tài)的近紅外光被光分支部32分成照明光和基準(zhǔn)光這兩路光，并輸出為照明光和基準(zhǔn)光。從光分支部32輸出的照明光經(jīng)由光學(xué)連接器12入射到光纖11的近端Ila上，由光纖11引導(dǎo)，從遠(yuǎn)端Ilb射出，并且經(jīng)由聚焦光學(xué)系統(tǒng)13和偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)14照射到對(duì)象3上。照明光照射到對(duì)象3上，由此產(chǎn)生的向后反射光經(jīng)由偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)14和聚焦光學(xué)系統(tǒng)13入射到光纖11的遠(yuǎn)端Ilb上。然后，上述光由光纖11引導(dǎo)，從近端Ila射出，并經(jīng)由光學(xué)連接器12及光分支部32與光學(xué)檢測(cè)器33耦合。
[0023]從光分支部32輸出的基準(zhǔn)光從光學(xué)終端34射出，被反射鏡35反射，穿過(guò)光學(xué)終端34及光分支部32,并與光學(xué)檢測(cè)器33稱(chēng)合。在光學(xué)檢測(cè)器33中，來(lái)自對(duì)象3的向后反射光與基準(zhǔn)光發(fā)生干涉。光學(xué)檢測(cè)器33檢測(cè)干涉光。將干涉光的光譜輸出到分析部36。分析部36分析干涉光的光譜，由此計(jì)算出對(duì)象I中相應(yīng)點(diǎn)處的向后反射率的分布?；谟?jì)算結(jié)果來(lái)計(jì)算對(duì)象3的斷層掃描圖像。
[0024]光學(xué)探頭10的光纖11、聚焦光學(xué)系統(tǒng)13、偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)14和支撐管15可以在護(hù)套管15中一起旋轉(zhuǎn)。利用這種旋轉(zhuǎn)，可以利用照明光來(lái)掃描對(duì)象3。在利用照明光來(lái)掃描對(duì)象3的各點(diǎn)的同時(shí)，計(jì)算各部分的反射率分布，由此計(jì)算出對(duì)象3的斷層掃描圖像并且從信號(hào)輸出口 37輸出斷層掃描圖像作為圖像信號(hào)。
[0025]在上述機(jī)構(gòu)中，從光纖11的遠(yuǎn)端Ilb發(fā)射的照明光到達(dá)對(duì)象3并重新返回到光纖11的遠(yuǎn)端11b，嚴(yán)格地說(shuō)，這種機(jī)構(gòu)可能包含反射、折射和散射。然而，對(duì)本發(fā)明而言，不必區(qū)分反射、折射和散射之間的差異；因此，在本說(shuō)明書(shū)中，為了便于描述，將反射、折射和散射統(tǒng)稱(chēng)為向后反射。
[0026]圖2是示出根據(jù)實(shí)施例的光學(xué)探頭10的內(nèi)部構(gòu)造的概念圖。光纖11是典型的單模光纖。該光纖具有如下構(gòu)造:用樹(shù)脂涂層Ild覆蓋玻璃纖維11c。玻璃纖維Ilc包括:芯部，其具有高折射率；以及包層，其具有低折射率。光纖11在近端Ila側(cè)相對(duì)于光學(xué)連接器12固定，并且在遠(yuǎn)端Ilb側(cè)利用粘合劑17粘接并固定到支撐管15。光纖11扭轉(zhuǎn)并具有圓雙折射率(circular birefringence),所述圓雙折射率是由于光纖11扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。從固定至光學(xué)連接器12的部分和固定至支撐管15的部分上移除樹(shù)脂涂層lid。光學(xué)連接器12和支撐管15相對(duì)于玻璃纖維Ilc固定。因此，當(dāng)光學(xué)連接器12旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以將扭矩高效地傳遞到玻璃纖維He。
[0027]在光纖11的遠(yuǎn)端Ilb處，用作聚焦光學(xué)系統(tǒng)13的漸變折射率(GRIN)透鏡和用作偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)14的反射鏡借助熔接法而被串聯(lián)地連接起來(lái)。聚焦光學(xué)系統(tǒng)13會(huì)聚從光纖11的遠(yuǎn)端Ilb射出的光。偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)14使從聚焦光學(xué)系統(tǒng)13射出的光沿徑向偏轉(zhuǎn)?？蛇x地，一端被傾斜地切除的GI透鏡可以形成聚焦光學(xué)系統(tǒng)13和偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)14兩者。透鏡(聚焦光學(xué)系統(tǒng)13)和反射鏡(偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)14)由石英玻璃或硼娃酸鹽玻璃形成。
[0028]光纖11容納在支撐管15的內(nèi)腔中。支撐管15在遠(yuǎn)端Ilb側(cè)粘接并固定到光纖11，并且在近端Ila側(cè)相對(duì)于光學(xué)連接器12固定。因此，當(dāng)光學(xué)連接器12旋轉(zhuǎn)時(shí)，支撐管15 —起旋轉(zhuǎn)。此外,轉(zhuǎn)矩傳遞到光纖11，因而光纖11、聚焦光學(xué)系統(tǒng)13、偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)14和支撐管15—起旋轉(zhuǎn)。
[0029]圖3是根據(jù)實(shí)施例的光學(xué)探頭10中的支撐管15的概念圖。支撐管15在近端15a側(cè)與光學(xué)連接器12相連，并在遠(yuǎn)端15b側(cè)與光纖11相連。支撐管15具有如下構(gòu)造:由不銹鋼、Co-Cr合金或N1-Ti合金形成的多根(典型的是5至50根)金屬線(xiàn)15c絞合并扭轉(zhuǎn)成空心形狀。支撐管15的厚度為0.15mm以上，楊氏模量在100至300GPa的范圍內(nèi)。因此，支撐管15可以具有撓性，從而允許支撐管15插入例如血管等柔軟且彎曲的對(duì)象中。同時(shí)，支撐管15可以將施加到近端Ila側(cè)的轉(zhuǎn)矩高效地傳遞到遠(yuǎn)端Ilb側(cè)。
[0030]支撐管15的扭轉(zhuǎn)方向用從近端Ila觀(guān)察遠(yuǎn)端Ilb并且視點(diǎn)朝遠(yuǎn)端Ilb移動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向來(lái)定義。另外，在使用期間施加到光纖11的近端Ila上的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向用從近端Ila觀(guān)察遠(yuǎn)端Ilb時(shí)近端Ila的旋轉(zhuǎn)方向來(lái)定義。支撐管15的扭轉(zhuǎn)方向是與使用期間施加到光纖11的近端Ila上的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向，也就是因旋轉(zhuǎn)而使支撐管15更加強(qiáng)烈地扭轉(zhuǎn)的方向。
[0031]當(dāng)沿順時(shí)針?lè)较蛱峁┬D(zhuǎn)時(shí)，施加使得近端Ila相對(duì)于遠(yuǎn)端Ilb沿順時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)的力。遠(yuǎn)端Ilb由于慣性和摩擦而無(wú)法移動(dòng)。因此，由于上述力，近端Ila相對(duì)于遠(yuǎn)端Ilb沿順時(shí)針?lè)较蚺まD(zhuǎn)。此時(shí)的扭轉(zhuǎn)方向是逆時(shí)針?lè)较?。也就是說(shuō)，當(dāng)沿逆時(shí)針?lè)较蚺まD(zhuǎn)的支撐管15沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，支撐管15更加強(qiáng)烈地扭轉(zhuǎn)。因此，支撐管15能夠高效地傳遞轉(zhuǎn)矩。
[0032]此外，支撐管15優(yōu)選地通過(guò)絞合呈多個(gè)同心環(huán)的形式的金屬線(xiàn)來(lái)形成。因此，可以進(jìn)一步提高支撐管15的扭矩傳遞性能。在這種情況下，最外層環(huán)上的支撐管15的扭轉(zhuǎn)方向優(yōu)選地與使用期間的轉(zhuǎn)矩的方向相反。
[0033]光纖11在使用期間的扭轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針?lè)较?cw方向)(參見(jiàn)圖2)，支撐管的扭轉(zhuǎn)方向是與上述方向相反的逆時(shí)針?lè)较?CCW方向)(參見(jiàn)圖3)。因此，當(dāng)使用期間施加轉(zhuǎn)矩時(shí)，該轉(zhuǎn)矩使得支撐管15進(jìn)一步沿逆時(shí)針?lè)较蚺まD(zhuǎn)。光纖11沿順時(shí)針?lè)较虻呐まD(zhuǎn)一旦恢復(fù)，然后光纖11沿逆時(shí)針?lè)较蚺まD(zhuǎn)。
[0034]因此，光纖11沿逆時(shí)針?lè)较虻呐まD(zhuǎn)的減少量為光纖11最初沿順時(shí)針?lè)较虻呐まD(zhuǎn)量。當(dāng)光學(xué)探頭10高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩向光纖11施加大的扭轉(zhuǎn)，從而光纖11有可能被上述大的扭轉(zhuǎn)破壞，因而存在斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。然而，通過(guò)預(yù)先使光纖11朝與轉(zhuǎn)矩方向相反的方向扭轉(zhuǎn)，可以降低斷裂的風(fēng)險(xiǎn)?？蛇x地，光纖11的扭轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)方向可以是逆時(shí)針?lè)较?，并且支撐?5的扭轉(zhuǎn)方向可以是順時(shí)針?lè)较颉?br> [0035]已知的是:如果光纖扭轉(zhuǎn),貝U會(huì)產(chǎn)生圓雙折射率。如R.E.Schuh, Electronics Letters, Vol.31, N0.20, pp.1172-1173 (1995)中描述的，令Y是扭轉(zhuǎn)率(每單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角)，圓雙折射率的傳播常數(shù)差Λ β t如下:
[0036]Δ β t=gX Y
[0037]其中，在玻璃光纖的情況下，比例系數(shù)g典型地是0.14。[0038]另外，已知的是:如果向光纖施加彎曲，則在光纖中產(chǎn)生線(xiàn)雙折射率(linearbirefringence)。如 R.Ulrich, Optics Letters, Vol.5, N0.6, pp.273-275 (1980)中描述的，令r是光纖的玻璃半徑，R是彎曲半徑，線(xiàn)雙折射率的傳播常數(shù)差Λ Pb如下:
[0039]Δ ^b=0.25Xn3XkX ΔρΧ (1+ ν) X (r/R)2
[0040]其中，n是折射率，k是波數(shù)，Δρ是光學(xué)應(yīng)變各向異性系數(shù)(anisotropy of anoptical strain coefficient), v是泊松比。在玻璃光纖的情況下,對(duì)于1.3 μ m的波長(zhǎng)，n=l.447，Λρ=-0.15，ν=0.17。
[0041]當(dāng)向光纖同時(shí)施加扭轉(zhuǎn)和彎曲時(shí)，光纖會(huì)產(chǎn)生圓雙折射率和線(xiàn)雙折射率。此時(shí)，大的雙折射率的效果成為主導(dǎo)。因此，盡管向光纖施加的彎曲有可能根據(jù)使用狀態(tài)而變化，但通過(guò)預(yù)先扭轉(zhuǎn)光纖來(lái)產(chǎn)生比彎曲所導(dǎo)致的線(xiàn)雙折射率更大的雙折射率，并使處于圓偏振狀態(tài)的光進(jìn)入光纖，可以穩(wěn)定地保持經(jīng)由光纖傳播的光的偏振狀態(tài)。可以通過(guò)向光纖施加比基準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)率YO更大的扭轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種條件?；鶞?zhǔn)扭轉(zhuǎn)率YO的表達(dá)式如下:
[0042]y 0=(0.25/g) Xn3XkX | Δρ X (1+ ν) X (r/R)2。
[0043]圖4是示出基于旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的基準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)率和彎曲半徑之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。在對(duì)血管等的測(cè)量中，光學(xué)探頭10的光纖11可能典型地、不可避免地具有大于50mm的彎曲半徑，而且偶爾可能具有大于25mm的彎曲半徑。如圖4所示，與50mm的彎曲半徑相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)率是1.11圈/m，與25mm的彎曲半徑相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)率是4.5圈/m。因此，通過(guò)典型地向光纖11施加I圈/m的扭轉(zhuǎn)，可以穩(wěn)定地保持經(jīng)由光纖11傳播的照明光的偏振狀態(tài)和向后反射光的偏振狀態(tài)。另外，通過(guò)向光纖11施加5圈/m以上的彎曲，更可以穩(wěn)定地保持照明光的偏振狀態(tài)和向后反射光的偏振狀態(tài)。
[0044]然而,還已知的是:如果扭轉(zhuǎn)率過(guò)大,貝U斷裂的風(fēng)險(xiǎn)增大。如M.Legre, Journal ofLightwave technology, Vol.21, N0.12, pp.3374-3378 (2003)中描述的,已知的是當(dāng)扭轉(zhuǎn)率是70至80圈/m時(shí)，斷裂的風(fēng)險(xiǎn)增大。為了保證斷裂的風(fēng)險(xiǎn)足夠低，光纖11的扭轉(zhuǎn)率優(yōu)選的是每米50圈以下。
[0045]當(dāng)旋轉(zhuǎn)光纖11以利用照明光掃描對(duì)象3時(shí)，由轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生的附加扭轉(zhuǎn)被施加至光纖11。為了高速地執(zhí)行測(cè)量，優(yōu)選的是提高轉(zhuǎn)速。然而，附加扭轉(zhuǎn)隨之增大。如上所述，在本實(shí)施例中，通過(guò)預(yù)先沿與旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致額外扭轉(zhuǎn)的方向的相反的方向向光纖11施加扭轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)期間的扭轉(zhuǎn)的絕對(duì)值減小，因而光纖11斷裂的風(fēng)險(xiǎn)降低。更具體地說(shuō)，旋轉(zhuǎn)期間光纖11的扭轉(zhuǎn)率優(yōu)選的是50圈/m以下。此外，為了保持照明光的偏振狀態(tài)和向后反射光的偏振狀態(tài)恒定，光纖11的扭轉(zhuǎn)率優(yōu)選的是5圈/m以下。另外，即使當(dāng)僅測(cè)量對(duì)象3的一部分而無(wú)旋轉(zhuǎn)時(shí)，為了保持照明光的偏振狀態(tài)和向后反射光的偏振狀態(tài)恒定，優(yōu)選的是預(yù)先向光纖11施加I圈/m以上的扭轉(zhuǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)探頭，包括: 光纖，其在近端與遠(yuǎn)端之間傳送光； 光學(xué)連接器，其與所述光纖的近端側(cè)相連； 聚焦光學(xué)系統(tǒng)，其一端與所述光纖的遠(yuǎn)端相連，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)使從所述光纖的遠(yuǎn)端發(fā)出的光聚焦； 偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，其與所述光纖的遠(yuǎn)端側(cè)光學(xué)地相連，所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)使從所述光纖的遠(yuǎn)端發(fā)出的光偏轉(zhuǎn)； 支撐管，其圍繞所述光纖，沿著所述光纖延伸，在所述近端側(cè)相對(duì)于所述光學(xué)連接器固定，并在所述遠(yuǎn)端側(cè)相對(duì)于所述光纖、所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)和所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)中的任意一者固定；以及 護(hù)套管，其圍繞所述支撐管，沿著所述支撐管延伸，并能相對(duì)于所述光纖、所述光學(xué)連接器、所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)、所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)和所述支撐管旋轉(zhuǎn)， 其中，所述光纖以所述光纖的軸線(xiàn)為中心在I圈/m至50圈/m的圈數(shù)范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)，并相對(duì)于所述支撐管固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)探頭，其中， 所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的一端與所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)的另一端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)探頭，其中， 所述支撐管具有多根線(xiàn)狀體相絞合并扭轉(zhuǎn)的構(gòu)造，并且` 在沒(méi)有從所述光學(xué)連接器導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)的自由狀態(tài)下，所述光纖的扭轉(zhuǎn)方向與所述支撐管的扭轉(zhuǎn)方向彼此相反。
4.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)探頭、光源、偏振調(diào)節(jié)部、光分支部、光學(xué)檢測(cè)器和分析部實(shí)施的光學(xué)測(cè)量方法，所述光源發(fā)射近紅外光，所述偏振調(diào)節(jié)部將所述光源所發(fā)射的近紅外光轉(zhuǎn)換成圓偏振狀態(tài)的近紅外光并輸出近紅外光，所述光分支部將所述偏振調(diào)節(jié)部所輸出的所述近紅外光分成照明光和基準(zhǔn)光這兩路光并輸出所述照明光和所述基準(zhǔn)光，所述光學(xué)檢測(cè)器檢測(cè)所述近紅外光，所述分析部分析所述近紅外光的衰減光譜并獲取分析結(jié)果作為圖像信息；所述方法包括: 利用照明光來(lái)照射對(duì)象，所述照明光從所述光分支部輸出，進(jìn)入所述光纖的近端并從所述光纖的遠(yuǎn)端射出； 通過(guò)使照射所述對(duì)象而產(chǎn)生的向后反射光進(jìn)入所述光纖的遠(yuǎn)端并從所述光纖的近端射出來(lái)把所述向后反射光引導(dǎo)到所述光學(xué)檢測(cè)器，同時(shí)把從所述光分支部輸出的所述基準(zhǔn)光引導(dǎo)到所述光學(xué)檢測(cè)器； 利用所述光學(xué)檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)所述向后反射光和所述基準(zhǔn)光的干涉光；以及利用所述分析部來(lái)分析所述向后反射光的光譜，并獲取所述對(duì)象中的物質(zhì)的分布信息作為所述圖像信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)測(cè)量方法，其中， 所述支撐管具有多根線(xiàn)狀體相絞合并扭轉(zhuǎn)而成的構(gòu)造， 在沒(méi)有從所述光學(xué)連接器導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)的自由狀態(tài)下，所述光纖的扭轉(zhuǎn)方向與所述支撐管的扭轉(zhuǎn)方向彼此相反，并且 在所述光纖、所述光學(xué)連接器、所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)、所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)和所述支撐管沿與所述支撐管的扭轉(zhuǎn)方向相反的方向一起旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，利用所述照明光來(lái)掃描所述對(duì)象的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)測(cè)量方法，其中， 通過(guò)使所述光纖、所述光學(xué)連接器、所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)、所述偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)和所述支撐管一起旋轉(zhuǎn)，使所述光纖 在5圈/m至50圈/m的圈數(shù)范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK103703355SQ201380002324
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月21日
【發(fā)明者】長(zhǎng)谷川健美, 平野充遙 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社