[发明专利]一种全息点阵相干成像方法与系统

说明书

一种全息点阵相干成像方法与系统，在OCT光源即入射光束光路上加空间光调制器和透镜，空间光调制器上显示具有分束效果的全息图，入射光束经过空间光调制器和透镜，形成一行光斑点阵；采用上述改进的OCT光源进行OCT光学相关断层扫描。所述空间光调制器为液晶空间光调制器LCOS、MEMS空间光调制器；LCOS生成的这一行光斑点阵被分束镜一分为二，一束打至参考臂光路，另一束打至待测样品成为样品臂光路；经过参考臂光路和样品反射的点阵光束分别再一次经过分束镜合束后在一透镜的后焦平面发生干涉形成成像面。

技术领域

本发明涉及光学相干成像方法与系统，尤其是一种全息点阵相干成像方法与系统。

背景技术

光学相干成像OCT根据低相干干涉测量原理工作。从光源发出的光被分束器分成两条路径，即干涉仪的参考臂和样品臂。来自每个臂的光被反射回来并在检测器处合并，仅当参比臂和样品臂中的光传播时间几乎相等时，在检测器上才能看到干涉效果。因此，干涉的存在是光传播距离的相对量度。OCT是一种非侵入式截面3D成像方法，利用光波和材料之间的相互作用来确定样品的内部特性。它可以提供比超声成像系统更好的成像分辨率，并且可以提供比共聚焦显微镜更好的成像深度。OCT专业全称又叫光学相关断层扫描。是最近几年应用于眼科的新型技术。OCT是一种非接触、高分辨率层析和生物显微镜成像设备。它可用于眼后段结构（包括视网膜、视网膜神经纤维层、黄斑和视盘）的活体上查看、轴向断层以及测量，是特别用作帮助检测和管理眼疾（包括但不限于黄斑裂孔、黄斑囊样水肿、糖尿病性视网膜病变、老年性黄斑变性和青光眼）的诊断设备。OCT基于Michelson的干涉度量学, 以超发光二极管发光体作为光源。光束经光导纤维进入光纤耦联器,被分束镜分为两束,一束经过眼的屈光介质射向视网膜,另一束进人参照系统。两个光路中反射或反向散射的光线在光纤耦联器被重新整合为一束并为探测器所探测,对不同深度组织所产生的反向散射强度和延搁时间进行测量。OCT一般通过对伪彩色的灰阶值进行实时的显示来获得图像。

现有的FD-OCT利用低相干干涉原理和频谱干涉技术，通过对光谱仪采集的干涉光谱进行傅里叶逆变换获取样品微观结构信息。典型的FD-OCT系统结构如图1所示。光源提供一个具有一定频谱带宽的激光，该激光的相干长度为CL。分束镜将一部分光打至参考镜，另一部分光打至待测样品。经过参考镜和样品反射的光束分别再一次经过分束镜，并在系统中光栅臂（即探测臂）发生干涉。干涉的相增和相消由波长以及参考臂和样品臂之间的光程差∆d共同决定。由于入射光源具有一定的频谱带宽，因此对于一个给定光程差，光源频谱范围内的某些频率分量在光栅处干涉相增，某些频率分量则干涉相消。图1中的光栅、透镜L7和探测器阵列构成了一个频谱分析仪，可以分析哪些频率分量在探测臂干涉相增和相消。根据频谱分析结果可以推导出参考臂和样品臂之间的光程差。FD-OCT可以用于检测正常及不同屈光度儿童的视网膜神经纤维层。在图1所示的系统中的样品臂部分包含了一个由透镜L4，微镜和透镜L5组成的4f成像系统。通过转动微镜的角度，光斑在样品处聚焦的位置会发生变化，进而实现对样品的二维扫描断层分析。

图2分别给出了现有技术当样品臂与参考臂之间光程差∆d为1倍、2倍和3倍激光器相干长度CL时，频谱测试的结果（I-λ图像）。由图2可知，当∆d=CL时，频谱测试结果中存在一个峰值；当∆d=2CL时，频谱测试结果中存在两个峰值；当∆d=3CL时，频谱测试结果中存在三个峰值；由此可知，光程差∆d为n倍的相干长度CL时，频谱测试结果曲线的周期为n个。

当待测样品具有多层结构时，对频谱测试的结果是各层结果对应的频谱分量的叠加。因此，对探测器上的最终频谱测试结果进行傅里叶变化，进而对样品实现断层分析。

传统FD-OCT由于是单点扫描，需要另加微镜并控制旋转它以对整个样品平面进行扫描成像，这使得其制造工艺难、扫描速度慢、体积庞大，而且微镜等机械结构对环境中的震动很敏感，因而很难做成便携的手持式OCT。