[发明专利]光谱仪

说明书

本发明涉及一种光谱仪。该光谱仪包括：准直元件，用于将宽带光束转变为平行光；色散设备，用于将平行光按波长分散成多束色散光；聚焦元件，用于将具有相同波长的色散光聚焦，且聚焦元件将具有不同波长的色散光聚焦在其焦平面上的不同位置处，且各色散光的聚焦光斑沿一直线顺序排列；以及探测设备，在焦平面上具有多个探测位置，探测设备用于探测多个不同预设波长的色散光；在平行光射入色散设备的入射角一定时，色散设备和聚焦元件相配合，使得多个不同预设波长的色散光的聚焦位置与多个探测位置一一对应匹配；不同预设波长的色散光中，任意两束相邻的色散光的波数差相等。上述光谱仪的成像过程中运算大大减少，节省了成像时间，提高了成像速度。

技术领域

本发明涉及光谱分析仪器技术领域，特别涉及一种光谱仪。

背景技术

光学相干断层扫描技术(Optical CoherenceTomography，简称OCT)采用类似超声波探伤原理，利用宽光谱红外光束对测试样品的穿透能力，将样品不同深度位置处的背向散射光叠加，并与参考光共同接入迈克尔逊干涉仪进行相干探测，以得到样品内部不同深度的光学散射特性，从而实现对样品组织内部横截面进行成像。OCT技术对被检样品具有非辐射，非接触，轴向方向分辨率高，无损，易于内窥集成和价格适中的特性。因此，OCT技术是一种极具前途的光学成像工具。目前，OCT技术已经广泛应用于医疗诊断以及工业探伤领域。

谱域OCT(spectral domain OCT，简写为SD-OCT)是多种不同原理的OCT系统之一。由于SD-OCT不使用机械扫描部件对样品进行轴向(此处轴向是指样品内部探测光束的传播方向)深度扫描，样品轴向的分层次信息可通过光谱的傅立叶变换直接得到，因而能够大大提高系统的成像速度。得益于半导体宽带光源和高速线列光电探测照相机的发展，SD-OCT的性能指标取得了飞速的发展，实现了更高的轴向分辨率，系统灵敏度，探测深度，其相位测量结果更加稳定，信噪比更高。同时，SD-OCT使用的特征波长的水分子吸收极小，因而在眼科医疗和诊断领域，取得了极大的成功。一般地，传统的SD-OCT包括光谱仪，光谱仪用于分析迈克尔逊干涉仪出射的干涉光谱的谱线，以得到样品内部不同深度的光学散射特性，从而实现对样品组织内部横截面进行成像。

然而，传统的SD-OCT系统中所使用的光谱仪包括光电探测器和色散分光元件(通常是衍射光栅)。色散分光元件将入射的宽谱光信号按照不同的波长分散开，形成色散光。光电探测器包括若干像元，这些像元沿直线排列。光电探测器的每一个像元对应接收不同波长的色散光，并且任意两相邻像元采样到的光束的波长差保持一致。因而，这样的光谱仪为波长域等间隔采样光谱仪。根据传统的SD-OCT系统的成像算法，光电探测器探测得到的波长域光谱，首先需要进行波长域(波长记为λ)至波数域(波数记为k)的转换，其变换公式为：λ＝2π/k。而波长域等间隔采样的光谱，变换至波数域后，不再具有等间隔采样性质。将采样光谱转换至波数域后，在波数较小的低频波段采样更密集，波数更大的高频波段采样更稀疏。而成像算法中的傅里叶变换要求光谱采样为波数域等间隔采样。因此，在传统的SD-OCT系统中，对波数域的光信号进行傅里叶变换之前，需要对波数域的光谱采样进行一定的插值变换(通常采用三次样条插值)后，方可进行快速傅里叶变换。因此，传统的SD-OCT系统成像过程中的运算量较大，导致SD-OCT系统成像速度较慢，成像时间较长。

发明内容

基于此，有必要针对传统的SD-OCT系统成像速度较慢的问题，提供一种光谱仪。

一种光谱仪，用于对宽带光束进行波数域等间隔采样，所述宽带光束包括不同波长的光信号；所述光谱仪包括：

准直元件，用于将所述宽带光束转变为平行光；

色散设备，用于将所述平行光按波长分散成多束色散光；

聚焦元件，用于将具有相同波长的所述色散光聚焦，且所述聚焦元件将具有不同波长的所述色散光聚焦在其焦平面上的不同位置处，且各所述色散光的聚焦光斑沿一直线顺序排列；以及