[发明专利]高分辨率3-D谱域光学成像设备和方法

说明书

提出了用于任选地通过偏振敏感检测在一定波长范围内获取样本的高分辨率3‑D图像的方法和设备。在优选实施例中，谱域OCT设备用于对从样本反射或散射的复合光场进行采样，从而提供全范围成像。在某些实施例中，利用结构照明来提供增强的横向分辨率。在某些实施例中，图像的分辨率或景深通过样本中的像差的数字重聚焦或数字校正来增强。使用单次拍摄技术对单个样本体积进行成像，并且可以通过将相邻体积的图像拼接在一起来将更大的体积进行成像。在优选实施例中，使用2‑D小透镜阵列对傅立叶平面或图像平面中的反射或散射光进行采样，所述小透镜阵列相对于波长分散元件的分散轴适当地成角度，使得所得到的小波束分散到2‑D传感器阵列的唯一的像素组上。

技术领域

本发明涉及光学成像设备和方法，并且具体地，涉及具有全范围和扩展焦深的3D谱域光学相干断层扫描(OCT)设备，其对复数场进行采样。然而，应该理解的是，本发明不限于这个特定的使用领域。

相关应用

本申请要求于2015年5月28日提交的题为‘High resolution 3-D spectraldomain optical imaging apparatus and method’的澳大利亚临时专利申请号2015901970的优先权，其内容通过引用并入本文。

背景技术

在整个说明书中对现有技术的任何讨论决不应该被认为是承认这种现有技术是广泛已知的或构成本领域公知常识的一部分。

光学相干断层扫描(OCT)是一种广泛使用的干涉测量技术，用于使用包含在反射或散射光的幅度和相位内的信息，研究生物样本，包括诸如人眼等体内组织(具有横向和深度分辨率)。OCT系统通常利用迈克尔逊干涉仪配置，采用两种主要方法：时域OCT和谱域OCT。

在时域OCT中，通过将从样本反射的光与由同一光源提供的参考光束(但具有时变路径长度)进行干涉来利用部分相干光源(诸如具有几微米相干长度的超辐射发光二极管(SLED))的相干特性。在对应于参考臂中的路径长度延迟的样本中的特定深度处，在组合的后向反射信号中检测到条纹的干涉包络，从而允许重建深度维度中的反射轮廓。通常，一次只对一个采样点这样做，并且相应的深度扫描被称为“A-扫描”。

取代扫描延迟线，谱域OCT技术通过将反射光与参考光束相干涉来分析反射光，作为波长的时变函数(扫描源OCT)，或者通过用光栅或其他光谱解复用器来分散不同的波长并沿检测器阵列对它们同时进行检测。谱域信息是空间(深度)反射轮廓的傅立叶变换，因此可以通过快速傅立叶变换(FFT)来恢复空间轮廓。一般而言，谱域OCT系统优于时域OCT系统，因为它们具有-20至30dB的灵敏度优势。

OCT技术可适于通过在一个轴上相对于样本扫描样本光束来提供横向分辨的“B扫描”，或者通过在两个轴上扫描来提供“C扫描”。无论扫描类型如何，通常需要更快的获取速度，尤其用于减少体内样本的运动引起的伪影，并且由于在包括更快的扫描源扫描速率和光电探测器阵列读出速度的多个领域的进步，更快的获取速度在过去的20至25年间得到了很大的改善。然而，激光安全法规对扫描点方案(尤其是体内应用)提出了一个基本的限制：缩短驻留时间，以提高扫描速度，而不能增加施加的功率，这将不可避免地劣化了信噪比。

因此，也有人研究了‘平行’的OCT系统，其中，用横向分辨率探测扩展的样本区域，或同时探测样本点阵列。通过利用CCD相机并对光学器件成像来平行化时域OCT是相对简单的，例如，如题为‘用于使用CCD探测器阵列并且不使用横向扫描仪来获取图像的方法和设备’的美国专利No.5,465,147中所述。这提供了二维(2-D)面部图像，通过与在时域OCT中一样扫描参考反射镜来提供深度分辨率。