專利名稱：基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)相干層析成像(OCT)技術(shù)，尤其涉及一種基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)相干層析(Optical Coherence Tomography，簡稱OCT)成像技術(shù)是一種新型 的光學(xué)成像技術(shù)，能夠?qū)Ρ粶y活體樣品內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)與生理功能進行非侵入、非接觸、高 分辨率在體成像，在疾病的早期診斷和在體活檢領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。光學(xué)頻域成像系統(tǒng)是光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的一種型式，通過采用高速掃頻激光 光源和點探測器采集樣品軸向干涉光譜信號，參考臂由固定的平面鏡構(gòu)成，不需要進行軸 向掃描，通過對軸向干涉光譜信號進行傅立葉逆變換即可獲得樣品的軸向深度信息，具有 高速和高靈敏度的特點。但是光學(xué)頻域成像也存在其固有缺點，在采集攜帶樣品深度信息 的干涉信號的同時，也采集到樣品各層之間的互干涉信號、樣品各層本身的自相干干涉信 號、參考光本身的自相干干涉信號等相干噪聲。并且由于采集到的是干涉光譜信號的實部， 而不是復(fù)數(shù)干涉光譜信號，對此干涉光譜信號的實部進行傅立葉逆變換得到的結(jié)果是厄米 共軛的，導(dǎo)致了在圖像中產(chǎn)生了疊加在樣品實數(shù)像上關(guān)于零光程位置完全對稱的復(fù)共軛 像。為了分辨樣品的實數(shù)像，通常通過調(diào)節(jié)參考臂光程把零光程點移到樣品表面之 夕卜，這樣可以使實數(shù)像和復(fù)共軛像在圖像上不重疊，但由于零光程附近的條紋可見度最高， 即圖像靈敏度最高，采用移開零光程的辦法導(dǎo)致高靈敏度的圖像區(qū)域無法得到利用，并且 由于零光程位于樣品之外，導(dǎo)致了 OFDI系統(tǒng)的成像深度僅僅利用了一半。消除傅立葉域 OCT的復(fù)共軛像，可以更好的利用零光程附近的高靈敏度區(qū)域，并且使成像深度拓展一倍， 國外很多科研機構(gòu)都開展了這方面的研究。M. Wojtkowski等人提出利用壓電陶瓷驅(qū)動器移 動參考臂的反射鏡的方法，加州大學(xué)Irving分校的Zhongping Chen小組提出采用電光相 位調(diào)制器的方法，杜克大學(xué)Izatt小組提出采用3X3光纖耦合器的方法，通過在相鄰的軸 向干涉光譜信號間引入固定的附加相位，采用復(fù)數(shù)干涉光譜恢復(fù)算法重建出干涉光譜信號 的復(fù)數(shù)形式，再進行傅立葉逆變換，從而消除復(fù)共軛像。美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院G.J. Tearney 小組提出采用聲光相位調(diào)制器對干涉光譜信號進行載頻的方法和偏振編碼的方法去除復(fù) 共軛像。Hofer等人提出采用色散材料提供色散并且用復(fù)雜的迭代算法消除復(fù)共軛像的方 法，S. Witte等人對也采用色散材料進行色散編碼并提出簡化的消除尖峰算法去除復(fù)共軛 像。上述這些方法，都存在其固有缺點，如利用壓電陶瓷驅(qū)動器進行多步移相方法需 要對同一個位置進行多次測量，降低了成像速度，且對相位的穩(wěn)定性要求高，容易受到各種 環(huán)境擾動對相位的影響；利用電光相位調(diào)制器和聲光相位調(diào)制器的方法需要引入比較復(fù)雜 且昂貴的儀器設(shè)備，且對系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速度提出了苛刻的要求；利用3X3光纖耦合器的方 法容易受到溫度對耦合系數(shù)的影響而造成恢復(fù)復(fù)數(shù)干涉光譜的不準(zhǔn)確，影響整體的復(fù)共軛抑制率；現(xiàn)有提出的利用色散去除復(fù)共軛像的方法需要依賴復(fù)雜的迭代算法，對算法的簡 化也降低了復(fù)共軛抑制率。因此有必要研究易于實現(xiàn)、且復(fù)共軛抑制率高的消鏡像方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻 域成像系統(tǒng)及方法。在光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的參考臂設(shè)置透射式光學(xué)掃描延遲線，實現(xiàn)色散 調(diào)制的同時維持參考臂的光程不變，確保在不同色散狀態(tài)下樣品軸向位置的同一性。通過 快速改變透射式光學(xué)掃描延遲線中振鏡的旋轉(zhuǎn)角，得到兩種色散狀態(tài)下同一樣品的兩組干 涉光譜信號。通過乘以相應(yīng)的色散補償因子使對應(yīng)虛部的色散得到補償，將色散補償后的 兩組干涉光譜相減后再次實施色散補償，然后進行傅立葉逆變換，便可得到樣品的實反射 信號，用于樣品圖像的無鏡像重建，使系統(tǒng)成像深度擴展一倍。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)，它包括掃頻光源、第一寬帶光纖 耦合器、第二寬帶光纖耦合器、樣品臂光環(huán)行器、參考臂光環(huán)行器、樣品臂偏振控制器、樣品 臂準(zhǔn)直鏡、參考臂偏振控制器、參考臂準(zhǔn)直鏡、參考臂聚焦透鏡、參考臂平面鏡、樣品臂掃描 振鏡、樣品臂聚焦透鏡、第三寬帶光纖耦合器、透射式光學(xué)掃描延遲線、平衡探測器、馬赫曾 德爾干涉儀、數(shù)據(jù)采集卡、計算機。其中，掃頻光源和第一寬帶光纖耦合器相連；第一寬帶光 纖耦合器分別連接第二寬帶光纖耦合器和馬赫曾德爾干涉儀；第二寬帶光纖耦合器分別連 接樣品臂光環(huán)行器和參考臂光環(huán)行器；樣品臂光環(huán)行器與樣品臂偏振控制器、樣品臂準(zhǔn)直 鏡依次相連；樣品臂掃描振鏡與樣品臂準(zhǔn)直鏡出射的平行光束呈度放置，折轉(zhuǎn)光束通過樣 品臂聚焦透鏡照射在樣品上；參考臂光環(huán)行器與參考臂偏振控制器、參考臂準(zhǔn)直鏡、參考臂 聚焦透鏡、參考臂平面鏡依次相連；參考臂光環(huán)行器的輸出端口又與透射式光學(xué)掃描延遲 線連接，透射式光學(xué)掃描延遲線和樣品臂光環(huán)行器的輸出端口分別與第三寬帶光纖耦合器 相連，第三寬帶光纖耦合器的兩個輸出端口與平衡探測器的兩個輸入端口相連；平衡探測 器、馬赫曾德爾干涉儀的輸出端口分別與數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集卡與計算機相連。一種應(yīng)用上述基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的成像方法，包括以下步 驟(1)在光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的參考臂中設(shè)置透射式光學(xué)掃描延遲線，用以提供色 散；(2)調(diào)節(jié)透射式光學(xué)掃描延遲線，產(chǎn)生隨振鏡15旋轉(zhuǎn)角改變的色散，并且維持參 考臂光程不變；(3)采集兩種色散狀態(tài)下干涉光譜信號，用色散補償以及相減的算法消除鏡像，獲 得全范圍無鏡像的樣品圖像。與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果1、快速鏡像消除算法。在透射式光學(xué)掃描延遲線中，通過改變振鏡的旋轉(zhuǎn)角，實現(xiàn) 對色散的快速調(diào)制，由此得到兩種色散狀態(tài)下同一樣品的兩組干涉光譜信號。通過對此兩 組干涉光譜信號色散補償，減除共同的復(fù)反射信號的虛部，然后對對應(yīng)實部的干涉光譜信 號的剩余色散進行第二次色散補償，可以獲得復(fù)數(shù)干涉光譜信號，最后對此復(fù)數(shù)干涉光譜 信號進行傅立葉逆變換，即得到全范圍無鏡像的光學(xué)相干層析圖像。
2、能夠保證參考臂光程不變的條件下實現(xiàn)色散的快速調(diào)制。通過調(diào)節(jié)透射式光學(xué) 掃描延遲線中振鏡轉(zhuǎn)軸與傅立葉變換透鏡光軸之間的橫向偏移量^，可實現(xiàn)在透射式掃描 延遲線中的振鏡旋轉(zhuǎn)角改變時保持參考臂光程不變；調(diào)節(jié)光柵法線與光軸之間的夾角θ g， 可通過改變透射式光學(xué)掃描延遲線中振鏡的旋轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)色散的快速調(diào)制，維持參考臂的 光程不變，確保在不同色散狀態(tài)下樣品軸向位置的同一性。通過引入透射式光學(xué)掃描延遲 線同時實現(xiàn)零群延遲和色散調(diào)制，易于實現(xiàn)，并且保證了光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的緊湊性和可 靠性。


圖1是本發(fā)明所述的基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像方法的具體實施例的 系統(tǒng)示意圖；圖2是本發(fā)明所述的基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)中的透射式光學(xué) 掃描延遲線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所述的基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的時序控制圖；圖4是本發(fā)明所述的基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的算法流程圖；圖中1、掃頻光源，2、寬帶光纖耦合器，3、光環(huán)行器，4、偏振控制器，5、樣品臂準(zhǔn)直 鏡，6、樣品臂掃描振鏡，7、聚焦透鏡，8、樣品，9、參考臂準(zhǔn)直鏡，10、聚焦透鏡，11、平面反射 鏡，12、準(zhǔn)直鏡，13、閃耀光柵，14、傅立葉變換透鏡，15、振鏡，16、直角棱鏡，17、接收反射鏡， 18、接收準(zhǔn)直鏡，19、平衡探測器，20、馬赫曾德爾干涉儀，21、數(shù)據(jù)采集卡，22、計算機，23、透 射式光學(xué)掃描延遲線。
具體實施例方式本發(fā)明基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像方法，在光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的參考臂 設(shè)置透射式光學(xué)掃描延遲線，實現(xiàn)色散調(diào)制的同時維持參考臂的光程不變，確保在不同色 散狀態(tài)下樣品軸向位置的同一性。通過快速改變透射式光學(xué)掃描延遲線中振鏡的旋轉(zhuǎn)角， 得到兩種色散狀態(tài)下同一樣品的兩組干涉光譜信號。通過乘以相應(yīng)的色散補償因子使對應(yīng) 虛部的色散得到補償，將色散補償后的兩組干涉光譜相減后再次實施色散補償，然后進行 傅立葉逆變換，便可得到樣品的實反射信號，以用于樣品圖像的無鏡像重建，使系統(tǒng)成像深 度擴展一倍。其具體步驟如下1、通過同步時序電路控制參考臂中的透射式光學(xué)掃描延遲線中的振鏡，樣品臂的 掃描探頭以及數(shù)據(jù)采集卡的采集同步，來采集確定時序的干涉光譜信號。2、通過調(diào)節(jié)透射式光學(xué)掃描延遲線中光柵法線和光軸的夾角，產(chǎn)生可隨振鏡旋轉(zhuǎn) 角度改變的色散，通過調(diào)節(jié)振鏡轉(zhuǎn)軸和光軸的橫向偏移量，保證在振鏡旋轉(zhuǎn)角度改變時參 考臂的光程不變，確保在不同色散狀態(tài)下樣品軸向位置的同一性。3、在透射式光學(xué)掃描延遲線中振鏡掃描的一個周期內(nèi)，通過同步時序電路控制數(shù) 據(jù)采集卡采集兩組對應(yīng)不同振鏡旋轉(zhuǎn)角度的干涉光譜信號，由此得到兩種色散狀態(tài)下同一 樣品的兩組干涉光譜信號，通過實施對色散補償后的干涉光譜相減并再次進行色散補償?shù)?算法，重建出干涉光譜信號的復(fù)數(shù)表達式，最后通過傅立葉逆變換，可以重建出無鏡像的全 范圍光學(xué)相干層析圖像。
本發(fā)明基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)，包括掃頻光源、寬帶光纖耦合 器、光環(huán)行器、偏振控制器，由準(zhǔn)直鏡、掃描振鏡、雙膠合消色差透鏡、被測樣品構(gòu)成的樣品 臂，由準(zhǔn)直鏡、雙膠合消色差透鏡、平面反射鏡、透射式光學(xué)掃描延遲線構(gòu)成的參考臂，由馬 赫曾德爾干涉儀構(gòu)成的標(biāo)定光路，平衡探測器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機。從掃頻光源出來的低 相干光，經(jīng)寬帶光纖耦合器分別進入標(biāo)定光路和主干涉儀光路，進入標(biāo)定光路的光經(jīng)過馬 赫曾德爾干涉儀產(chǎn)生一路標(biāo)定信號，進入主干涉儀光路的光經(jīng)寬帶光纖耦合器分光后分別 進入?yún)⒖急酆蜆悠繁郏瑑杀鄣南喔晒庠趯拵Ч饫w耦合器處干涉后形成干涉信號經(jīng)平衡探測 器探測，干涉信號和標(biāo)定信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集，最后在計算機進行處理，產(chǎn)生復(fù)數(shù)形式的 干涉信號，通過傅立葉逆變換重建圖像。 透射式光學(xué)掃描延遲線由準(zhǔn)直鏡、閃耀光柵、傅立葉變換透鏡、振鏡、直角棱鏡、接 收反射鏡、接收準(zhǔn)直鏡組成，其中閃耀光柵的法線與傅立葉變換透鏡的光軸存在一個可調(diào) 節(jié)的夾角θ g，閃耀光柵位于傅立葉變換透鏡的前焦面上，振鏡位于傅立葉變換透鏡的后焦 面上，振鏡的轉(zhuǎn)軸與光軸的間距為一可調(diào)節(jié)的偏移量％。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，本發(fā)明的目的和效果將變得更 加明顯。圖1所示為基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的一個具體實施例的結(jié)構(gòu) 圖，包括掃頻光源1、第一寬帶光纖耦合器2、第二寬帶光纖耦合器3、樣品臂光環(huán)行器4、參 考臂光環(huán)行器5、樣品臂偏振控制器6、樣品臂準(zhǔn)直鏡7、參考臂偏振控制器8、參考臂準(zhǔn)直鏡 9、參考臂聚焦透鏡10、參考臂平面鏡11、樣品臂掃描振鏡19、樣品臂聚焦透鏡20、樣品21、 第三寬帶光纖耦合器22、透射式光學(xué)掃描延遲線23、平衡探測器24、馬赫曾德爾干涉儀25、 數(shù)據(jù)采集卡26、計算機27。其中，掃頻光源1和第一寬帶光纖耦合器2相連；第一寬帶光纖耦合器2分別連接 第二寬帶光纖耦合器3和馬赫曾德爾干涉儀25 ；第二寬帶光纖耦合器3分別連接樣品臂光 環(huán)行器4和參考臂光環(huán)行器5 ；樣品臂光環(huán)行器4與樣品臂偏振控制器6、樣品臂準(zhǔn)直鏡7 依次相連；樣品臂掃描振鏡19與樣品臂準(zhǔn)直鏡7出射的平行光束呈45度放置，折轉(zhuǎn)光束通 過樣品臂聚焦透鏡20照射在樣品21上；參考臂光環(huán)行器5與參考臂偏振控制器8、參考臂 準(zhǔn)直鏡9、參考臂聚焦透鏡10、參考臂平面鏡11依次相連；參考臂光環(huán)行器5的輸出端口又 與透射式光學(xué)掃描延遲線23連接，透射式光學(xué)掃描延遲線23和樣品臂光環(huán)行器4的輸出 端口分別與第三寬帶光纖耦合器22相連，第三寬帶光纖耦合器22的兩個輸出端口與平衡 探測器24的兩個輸入端口相連；平衡探測器24、馬赫曾德爾干涉儀25的輸出端口分別與 數(shù)據(jù)采集卡26相連，數(shù)據(jù)采集卡26與計算機27相連。如圖1所示，從掃頻光源1發(fā)出的低相干光，經(jīng)第一寬帶光纖耦合器2分別進入標(biāo) 定光路和主干涉儀光路，進入標(biāo)定光路的光經(jīng)過馬赫曾德爾干涉儀25產(chǎn)生一路標(biāo)定信號， 進入主干涉儀光路的光經(jīng)第二寬帶光纖耦合器3分光后分別進入?yún)⒖急酆蜆悠繁郏瑓⒖急?中的光經(jīng)過準(zhǔn)直鏡12準(zhǔn)直后進入透射式光學(xué)掃描延遲線23，傳至第三寬帶光纖耦合器22 與樣品臂返回的樣品光匯合后干涉，進入平衡探測器24，形成的OCT干涉光譜信號與馬赫 曾德爾干涉儀25產(chǎn)生的標(biāo)定信號同時被數(shù)據(jù)采集卡26采集，最后這些干涉光譜信號傳入 計算機27中進行數(shù)據(jù)處理和圖像重建。本發(fā)明的基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像方法，包括以下步驟
1、在光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的參考臂中設(shè)置透射式光學(xué)掃描延遲線，用以提供色散。圖1中樣品臂中的光所走的光程為一常量，如下公式推導(dǎo)中用Lsam表示，參考臂中 的光所走的光程可分為兩部分除透射式光學(xué)掃描延遲線23以外的光程用Lref表示，透射 式光學(xué)掃描延遲線23中的光程用L_d表示，則干涉光譜信號的相位差可表示為<formula>formula see original document page 7</formula>其中k是光波數(shù)且k = 2 π / λ，。光通過透射式光學(xué)掃描延遲線23，其相位改變 量可表示為<formula>formula see original document page 7</formula>其中，1是透射式光學(xué)掃描延遲線23中的振鏡旋轉(zhuǎn)角Y和光柵離焦量(L_f)都 為零時的光程。Φ^透射式光學(xué)掃描延遲線23中的振鏡旋轉(zhuǎn)角γ和光柵離焦量(L-f)不 為零的狀態(tài)下附加的相位，則此附加相位小^表示式為<formula>formula see original document page 7</formula>其中ω是光頻率且ω = k · c，yQ是振鏡15轉(zhuǎn)軸距離光軸的橫向偏移量，Y是 振鏡15的旋轉(zhuǎn)角，L是閃耀光柵13與傅立葉變換透鏡14之間的距離，f是傅立葉變換透 鏡14的焦距，β由ρ sin β =HiU-Xtl)決定，ρ是光柵常數(shù)，m是衍射級次，Xci是中心波 長，α由α = β +θ g決定，θ g為閃耀光柵I3的法線與光軸之間所成的夾角。把φκ(ω) 泰勒展開為<formula>formula see original document page 7</formula>其中，φκ(ω0)即為相延遲，ΦΕ' (ω0)即為群延遲，ΦΕ" (ω0)即為群速度色散。 其表達式分別為<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula>只考慮到Φκ(ω)泰勒展開的二階項，把(2)、(4)式代入(1)式可得干涉光譜相 位差表達式為<formula>formula see original document page 7</formula>2、調(diào)節(jié)透射式光學(xué)掃描延遲線，產(chǎn)生隨振鏡15旋轉(zhuǎn)角改變的色散，并且維持參考 臂光程不變。調(diào)節(jié)振鏡15轉(zhuǎn)軸和光軸間的橫向偏移量為如下表達式<formula>formula see original document page 7</formula>(9)則群延遲φκ' (ω0)不隨振
鏡15的旋轉(zhuǎn)角Y改變而改變。又因為當(dāng)透射式光學(xué)掃描延遲線23中的振鏡15的旋轉(zhuǎn)角 Y和閃耀光柵13的離焦量(L-f)都為零時的光程1為常量，且參考臂中除透射式光學(xué)掃描延遲線23以外的光程LMf為常量，所以(8)式中的第一項只與樣品深度ζ有關(guān)，設(shè)為ζ = Lsam-Lref-I-ΦΕ' (ω0) · c(10)(8)式中的第二項的群速度色散Φκ" (ω0)隨掃描振鏡15的旋轉(zhuǎn)角Y改變而 改變，即形成由透射式光學(xué)掃描延遲線23引起的色散產(chǎn)生的定量可變的相位，其表達式 為φ = ~[φκ (ω0 ) “ ^ ( ο ) · +( ο ) · “ ^o ) 21(11)樣品臂返回的樣品光與參考臂返回的參考光進行干涉后形成的OCT干涉信號，被 數(shù)據(jù)采集卡21采集到的干涉光譜信號表達式為 m = \Er\2+2Y}ErEsi\cos{^Zi +φ,(ω))( 13 )
i t C3、采集兩種色散狀態(tài)下干涉光譜信號，用色散補償以及相減的算法消除鏡像，獲 得全范圍無鏡像的樣品圖像。通過同步時序信號控制透射式光學(xué)掃描延遲線23中的振鏡15，對應(yīng)于振鏡15不 同旋轉(zhuǎn)角，透射式光學(xué)掃描延遲線23分別提供兩種不同的色散，計算機21分別產(chǎn)生兩個采 集觸發(fā)信號觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡20進行數(shù)據(jù)采集，采集到的兩個干涉光譜信號為
1,{ω) = \Er\2 + Xl^l2 H-+φαι(ω))( 14)
i i c
/2(勸=| 盡I2+ΣΚ+ ㈣)(15)
/ / c由于色散相位灼可以通過在樣品臂放置平面鏡通過相位解包裹算法求得，樣
品各層的自相干由于強度很小可以忽略，參考臂強度IE」2可以通過平衡探測器去
除直流項。對干涉光譜信號乘以色散補償因子,可以得到補償色散的干涉光譜信號 Ι。(ω)
Icl (ω) = I1 (ω) X= E'rEser +EXe^^( 6 )
Ι,2(ω) = Ι2(ω)χβ'^ =EXe^ +E Xe'^2^(7)對色散補償?shù)玫降?6)式和(7)式作減法處理，可得到消除了對應(yīng)復(fù)反射信號虛 部的干涉光譜信號
_ ω
Ic(CO) = Icl(a)-Ι￡2(ω) =ΕΧβ'^\β~1 φ^ -e—、(8)對⑶式除以兩次色散補償因子平方的差(e—2地1(ω)，可以得到復(fù)數(shù)形式
的干涉光譜信號為<formula>formula see original document page 9</formula>(9)最后將所得到的復(fù)數(shù)干涉光譜信號進行傅立葉變換就可以得到消除了鏡像的一 個軸向掃描深度信息，可實現(xiàn)對零光程處高靈敏度區(qū)域的更好利用并且使探測深度擴大了一倍。圖2所示為透射式光學(xué)掃描延遲線的示意圖。其中閃耀光柵13的法線和傅立葉 變換透鏡14的光軸形成一個θ 8夾角，參考臂的光經(jīng)過準(zhǔn)直鏡12準(zhǔn)直后進入透射式光學(xué) 掃描延遲線，準(zhǔn)直光束經(jīng)由反射型閃耀光柵13分光，分光后的各個光譜分量通過傅立葉變 換透鏡14聚焦在振鏡15上，經(jīng)過振鏡15反射后，通過傅立葉變換透鏡14返回到閃耀光柵 13，并被閃耀光柵13再次衍射后匯合成一束準(zhǔn)直光投射到直角棱鏡16上，經(jīng)過直角棱鏡16 的光在與光學(xué)平臺所在平面垂直的方向錯開后，沿原方向返回到閃耀光柵13，再經(jīng)過傅立 葉變換透鏡14和振鏡15，被振鏡15反射后再次經(jīng)過傅立葉變換透鏡14和閃耀光柵13，經(jīng) 閃耀光柵13四次衍射后重新匯合成出射光，最后被接收反射鏡17反射的出射光束進入接 收準(zhǔn)直鏡18。圖3所示為基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的時序控制圖。計算機27 產(chǎn)生同步時序信號來控制透射式光學(xué)掃描延遲線23中的振鏡15和樣品臂中的掃描振鏡 19。計算機27產(chǎn)生一路三角波信號驅(qū)動樣品臂中的掃描振鏡19，計算機27產(chǎn)生一路方波 信號驅(qū)動透射式光學(xué)掃描延遲線23中的振鏡15。透射式光學(xué)掃描延遲線中23的振鏡15 的方波驅(qū)動信號中的低電平和高電平分別對應(yīng)兩種不同的色散狀態(tài)。利用計算機27產(chǎn)生 同步時序，在樣品臂中的掃描振鏡19的三角波驅(qū)動信號的上升段對應(yīng)著透射式光學(xué)掃描 延遲線中23的振鏡15的方波驅(qū)動信號中的低電平段，在樣品臂中的掃描振鏡19的三角波 驅(qū)動信號的下降段對應(yīng)著透射式光學(xué)掃描延遲線中23的振鏡15的方波驅(qū)動信號中的高電 平段。計算機27產(chǎn)生一路采集觸發(fā)信號，用于觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡26進行數(shù)據(jù)采集，采集到兩 種色散狀態(tài)下對應(yīng)于同一樣品的兩組干涉光譜信號，最后傳入計算機27中進行數(shù)據(jù)處理。圖4所示為基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的算法流程圖。對采集到的 干涉光譜信號1和干涉光譜信號2分別乘以對應(yīng)的色散補償因子，使對應(yīng)傅立葉變換后的 虛部色散精確補償，得到色散補償后的干涉光譜信號1和色散補償后的干涉光譜信號2，將 上述色散補償后的兩組干涉光譜信號相減，則相應(yīng)復(fù)反射信號的虛部消失，而實部仍包含 有色散因子。對相減后的干涉光譜信號再次實施色散補償，即得到復(fù)數(shù)干涉光譜信號，最后 進行傅立葉變換便可得到樣品的實反射信號，可用于重建無鏡像的全范圍光學(xué)相干層析圖 像。
權(quán)利要求
一種基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)，其特征在于，它包括掃頻光源(1)、第一寬帶光纖耦合器(2)、第二寬帶光纖耦合器(3)、樣品臂光環(huán)行器(4)、參考臂光環(huán)行器(5)、樣品臂偏振控制器(6)、樣品臂準(zhǔn)直鏡(7)、參考臂偏振控制器(8)、參考臂準(zhǔn)直鏡(9)、參考臂聚焦透鏡(10)、參考臂平面鏡(11)、樣品臂掃描振鏡(19)、樣品臂聚焦透鏡(20)、第三寬帶光纖耦合器(22)、透射式光學(xué)掃描延遲線(23)、平衡探測器(24)、馬赫曾德爾干涉儀(25)、數(shù)據(jù)采集卡(26)、計算機(27)。其中，掃頻光源(1)和第一寬帶光纖耦合器(2)相連；第一寬帶光纖耦合器(2)分別連接第二寬帶光纖耦合器(3)和馬赫曾德爾干涉儀(25)；第二寬帶光纖耦合器(3)分別連接樣品臂光環(huán)行器(4)和參考臂光環(huán)行器(5)；樣品臂光環(huán)行器(4)與樣品臂偏振控制器(6)、樣品臂準(zhǔn)直鏡(7)依次相連；樣品臂掃描振鏡(19)與樣品臂準(zhǔn)直鏡(7)出射的平行光束呈(45)度放置，折轉(zhuǎn)光束通過樣品臂聚焦透鏡(20)照射在樣品(21)上；參考臂光環(huán)行器(5)與參考臂偏振控制器(8)、參考臂準(zhǔn)直鏡(9)、參考臂聚焦透鏡(10)、參考臂平面鏡(11)依次相連；參考臂光環(huán)行器(5)的輸出端口又與透射式光學(xué)掃描延遲線(23)連接，透射式光學(xué)掃描延遲線(23)和樣品臂光環(huán)行器(4)的輸出端口分別與第三寬帶光纖耦合器(22)相連，第三寬帶光纖耦合器(22)的兩個輸出端口與平衡探測器(24)的兩個輸入端口相連；平衡探測器(24)、馬赫曾德爾干涉儀(25)的輸出端口分別與數(shù)據(jù)采集卡(26)相連，數(shù)據(jù)采集卡(26)與計算機(27)相連。
2.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的成像方法，包 括以下步驟(1)在光學(xué)頻域成像系統(tǒng)的參考臂中設(shè)置透射式光學(xué)掃描延遲線，用以提供色散。(2)調(diào)節(jié)透射式光學(xué)掃描延遲線，產(chǎn)生隨振鏡15旋轉(zhuǎn)角改變的色散，并且維持參考臂 光程不變。(3)采集兩種色散狀態(tài)下干涉光譜信號，用色散補償以及相減的算法消除鏡像，獲得全 范圍無鏡像的樣品圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于色散調(diào)制的無鏡像光學(xué)頻域成像系統(tǒng)及方法，在參考臂中設(shè)置透射式光學(xué)掃描延遲線，用于色散的調(diào)制，確保在不同色散狀態(tài)下樣品軸向位置的同一性。通過改變透射式光學(xué)掃描延遲線中振鏡的旋轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)對色散的快速調(diào)制，由此得到兩種色散狀態(tài)下同一樣品的兩組干涉光譜信號。對采集到的兩組干涉光譜信號分別乘以相應(yīng)的色散補償因子，以使對應(yīng)傅立葉變換后的虛部色散得到精確補償。將上述色散補償后的兩組干涉光譜信號相減，則相應(yīng)復(fù)反射信號的虛部消失，而實部仍包含有色散因子。對相減后的干涉光譜信號再次實施色散補償，然后進行傅立葉逆變換，便可得到樣品的實反射信號，以用于樣品圖像的無鏡像重建。
文檔編號A61B5/00GK101803908SQ20101011551
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者丁志華, 吳彤, 孟婕, 徐磊, 王凱, 王川, 王玲, 陳明惠 申請人:浙江大學(xué)