[发明专利]用于光学相干断层扫描的具有用于控制探测器上的分散光的对准的可调偏转器的光谱仪

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35章119条要求于2010年10月14日提交的美国专利申请序列号12/904,681的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本专利文档描述了具有可调偏转器的光谱仪。更具体而言，本专利文档讨论了这样的光谱仪：其对准由可调偏转器控制，以可能应用于光学相干断层扫描。

背景技术

光谱域光学相干断层扫描（SD-OCT）通过把相对宽带的光源的光分成参考光与图像光并且使从目标返回的图像光与从例如参考镜返回的参考光干涉来对目标区域成像。然后，这种干涉或图像光被光谱分解而且光谱成分被投射或透射到探测器中的传感器阵列的传感器。通过对由个体传感器感测到的干涉光的光谱成分进行傅立叶变换，SD-OCT在特定xy横向位置处基本上同时对一z深度范围处的目标成像。更传统的OCT系统，例如时间域类型的系统，通过执行z扫描来对z深度范围成像，从而导致显著更慢的处理速度。当SD-OCT与x、y、线性或xy扫描器组合时，整个目标区域或体积的二维或三维图像可以以非常高的速度和分辨率形成。

但是，SD-OCT的高执行速度与高分辨率成像一般是通过对其规格的大部分参数，包括光源的带宽、光学器件的分辨率与光收集效率及其探测器阵列的读出速度，的高度精确的控制来实现的。

一类SD-OCT使用具有衍射受限性能的高数值孔径成像光谱仪来满足这些需求。这些设备常常使用传感器的线性阵列作为探测器，因为那些可以比布置在二维阵列中的传感器提供更快的读出速度，而且仍然以合理的速度扫描通过目标体积。适于以高精度分辨惯例宽带的光源的光谱的典型线性传感器阵列可以在线性布置中包含超过1000个或者更多像素。目前，个体像素或传感器的尺寸在10x10微米至20x20微米的范围内。但是，为了实现SD-OCT的可能的高分辨率，这些个体像素的小尺寸对图像光束的对准提出了严峻的挑战。

发明内容

SD-OCT设备的光谱仪一般从单模光纤接收图像或干涉光。光谱仪把这种干涉光光谱分解或分散成其光谱成分并且把这些成分透射到其探测器的个体传感器。所探测到的图像光的成分被傅立叶变换和分析，以便构造目标的图像。

如上所述，具有线性传感器阵列的探测器具有高效且高速成像的潜能。为了实现这些线性阵列探测器的潜能，光谱仪的光谱分解元件把分解后的光谱投射到10-20微米宽的像素线上。这种规格可以通过以足够高的准确度对准光谱仪的光学元件来实现。角度对准的指定的准确度的量级是毫弧度或者mrad，这可以通过机械调整并旋转光学台或元件来实现。另一方面，横向对准的准确度可能需要量级更高的精度，因为横向失准被光谱分解元件与探测器之间的光学路径的长度放大。

为了实现这些高度精确的对准，光谱仪可以利用可调或可移动的光学元件，这些元件可以在组装过程中进行微调，以便实现横向对准的所需精度。这些可调元件光谱仪还提供了在其定期维护过程中的校正性调整的可能性。但是，一旦光谱仪处于工作当中，可调元件就可能失准而且更容易从它们的最佳对准漂移，因此可能常常需要测试与复位的技术支持。在光谱仪远离高技术环境使用的重要情况下，例如在医学应用中，常常没有可立即获得的技术支持来在短的或计划外的时间间隔中测试与复位光谱仪的对准，更不必说这种高维护系统的过多的停机时间和不便。

另一方面，试图通过使用固定的不可调的光学台来抢先解决这些挑战的光谱仪设计面临着其横向对准的令人无法接受的低精度的问题，如以下更具体地描述的。这些冲突的要求给优化光谱仪的设计带来了挑战。

本专利文档中描述的光谱仪的各个实施例以可以为这些设计挑战提供解决方案的方式有利地提供了与传感器阵列的改进的对准。特别地，光谱仪的各个实施例提供了图像和其它类型的光的可调偏转，这可以改进与传感器阵列的对准。

在有些实施例中，一种光谱仪可以包括配置成光谱分散接收到的光的光谱分散光学元件、可调地偏转光谱分散的光的杠杆式光学可调偏转器，及接收光谱分散的且可调地偏转的光的探测器阵列。接收到的光可以包括从返回的图像光束与参考光束组合的干涉光束。

在有些实现方式中，光谱分散光学元件可以包括棱镜、光栅、具有波长相关折射率的光学元件、具有波长相关透射性质的光学元件或者具有波长相关偏转性质的光学元件。在有些实现方式中，探测器阵列可以包括线性传感器阵列、二维传感器阵列或者探测器相机。