[发明专利]基于多模光纤耦合器的聚焦光斑扫描内窥成像系统及方法

权利要求书

1.基于多模光纤耦合器的聚焦光斑扫描内窥成像系统，其特征在于：

包括沿光路依次设置的激光器(1)、准直扩束模块、空间光调制器(4)、4f系统、聚焦物镜(8)和多模光纤耦合器(9)，以及光强探测器件(13)；

所述准直扩束模块用于对激光器(1)发射出的光束经进行准直扩束后投射至空间光调制器(4)；

所述空间光调制器(4)用于依次加载聚焦光斑的优化相位调制掩膜，对准直扩束后的光束进行相位调制；

所述4f系统用于仅选通空间光调制器(4)反射的加载有调制信息的衍射光；

所述多模光纤耦合器(9)包括第一端口(10)、第二端口(11)和第三端口(12)，所述聚焦物镜(8)用于将所述衍射光聚焦到多模光纤耦合器第一端口(10)，第一端口(10)将所述衍射光传导到第二端口(11)；

所述第二端口(11)出射端的光路上设有待测目标物体(14)，第二端口(11)接收经待测目标物体(14)反射的信号光并将其传导到所述第三端口(12)，第三端口(12)连接所述光强探测器件(13)，光强探测器件(13)用于收集待测目标物体(14)反射信号光的光强信息。

2.根据权利要求1所述的基于多模光纤耦合器的聚焦光斑扫描内窥成像系统，其特征在于：所述准直扩束模块包括沿激光器(1)的出射光路依次设置的第一透镜(2)和第二透镜(3)。

3.根据权利要求1或2所述的基于多模光纤耦合器的聚焦光斑扫描内窥成像系统，其特征在于：所述4f系统包括沿光路依次设置的第一凸透镜(5)、小孔光阑(6)和第二凸透镜(7)，所述小孔光阑(6)设置在第一凸透镜(5)和第二凸透镜(7)的焦平面上，所述第一凸透镜(5)用于聚焦空间光调制器(4)的反射光束，第二凸透镜(7)将所述反射光束会聚至聚焦物镜。

4.基于多模光纤耦合器的聚焦光斑扫描内窥成像系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)建立出射光斑逐点聚焦系统；

1.1)在第二端口(11)出射端的光路上依次设置成像物镜(15)和CCD相机(16)，并将CCD相机(16)与计算机(17)相连；

1.2)在线散斑图像采集；

1.2.1)将空间光调制器(4)分为M个调制子区域，将其中一个调制子区域作为参考模态，其余(M-1)个子区域作为测试模态；M是S_all与S_m的比值的向下取整，S_m为预设的空间光调制器(4)每个调制子区域的尺寸大小，取值范围为0.1mm×0.1mm～0.96mm×0.96mm；S_all为能够耦合进多模光纤耦合器第一端口(10)的空间光调制器(4)像面大小；

1.2.2)选通参考模态，采集参考模态选通情况下第二端口(11)出射端的无干涉散斑图像F₀，并关闭参考模态；

1.2.3)在关闭参考模态的情况下，选通第一个子区域作为测试模态，采集第一个子区域作为测试模态时第二端口(11)出射端的无干涉散斑图像F₁；

1.2.4)再次开启参考模态，采集第一个子区域作为测试模态与参考模态均选通情况下，对应的第二端口(11)出射端的干涉散斑图像F₂；

1.2.5)给第一个子区域叠加π/2相移，采集第一个子区域作为测试模态与参考模态均选通情况下，采集第二端口(11)出射端的干涉散斑图像F₃，并关闭参考模态和该测试模态；

1.2.6)重复采用步骤1.2.3)-1.2.5)相同程序的操作，直至完成(M-1)个子区域作为测试模态的散斑图像采集，共得到(3M-2)幅散斑图像；

1.3)离线相位优化：

1.3.1)设定N个不同位置的聚焦光斑；N的取值上限是第二端口(11)出射散斑区域大小和一个聚焦光斑区域大小的比值，N的取值下限为2；聚焦光斑的位置应设定在第二端口(11)出射端的散斑图像范围内；

1.3.2)选取参考子区域对应的散斑图像F₀和第一个子区域作为测试模态下对应的三幅散斑图像F₁、F₂和F₃；

1.3.3)计算N个聚焦光斑在当前测试模态下的优化相位调制值；

1.3.4)重复采用步骤1.3.2)-1.3.3)相同程序的操作，直至得到N个聚焦光斑在(M-1)测试模态下的优化相位调制值，所得优化相位调制值构成的N个二维矩阵即为优化相位调制掩膜；

1.3.5)将N个聚焦光斑的优化相位调制掩膜逐个加载至空间光调制器(4)上，对激光器(1)输出的光束进行调制，第二端口(11)N个出射光斑逐点聚焦得到N个不同位置聚焦光斑的集合图像；

步骤2)标定成像系统脉冲响应函数；

2.1)撤掉所述成像物镜(15)、CCD相机(16)和计算机(17)，在第二端口(11)出射端的光路上设置反射镜(18)；

2.2)在空间光调制器(4)上加载第一个聚焦光斑对应的优化相位调制掩膜，在第二端口(11)的出射面上产生第一个聚焦光斑，同时第二端口(11)接收反射镜的反射光，并将其传导到第三端口(12)，由光强探测器件(13)对其光强信息进行采集；

2.3)重复采用步骤2.2)相同程序的操作，直至扫描完N个聚焦光斑，得到其光强信息，所得光强信息构成的二维矩阵即为所标定的成像系统的脉冲响应函数H；

步骤3)重建待测目标物体(14)二维表面反射率；

3.1)撤掉所述反射镜(18)，在相同位置放置待测目标物体(14)；

3.2)在空间光调制器(4)上加载第一个聚焦光斑对应的优化相位调制掩膜，在第二端口(11)出射面上产生第一个聚焦光斑，同时第二端口(11)接收待测目标物体所反射的信号光，并将其传导到第三端口(12)，由光强探测器件(16)对其光强信息进行采集；

3.4)重复采用步骤3.2)相同程序的操作，直至扫描完全部聚焦光斑，得到其光强信息，所得光强信息构成的二维矩阵即为包含待测目标物体(14)表面反射率信息的矩阵P，通过矩阵运算O＝P×H^-1可以重建出待测目标物体(14)的二维表面反射率。