一种光谱分量的对准可调整光谱仪的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种光谱分量的对准可调整光谱仪。


背景技术：

2.谱域光学相干断层扫描系统(sd
‑
oct)通过把带宽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参考镜返回的参考光干涉来对目标区域成像，干涉或图像光被光谱分解而且被投射或透射到探测器中的传感器阵列的传感器。通过对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x、y横向位置处基本上同时对同一z深度范围处的目标成像。为了实现探测器的潜能，光谱仪的光谱分解元件把分解后的光谱投射或透射到到10
‑
20微米宽的像素线上。而这些10
‑
20微米宽的像素线的小尺寸对图像光束的对准提出了严峻的挑战。
3.光谱仪可以利用可调或可移动的光学元件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可以在其定期维护过程中的校正性调整。但是，一旦光谱仪处于工作当中，可调元件就可能失准，因此常常需要测试与复位，增加了停机时间和不便。


技术实现要素：

4.基于此，本发明提供一种光谱分量的对准可调整光谱仪，通过可调偏转的光学元件实现光可调偏转，改进光与传感器阵列的对准，实现抗环境振动干扰、高执行速率与高成像分辨率的目标区域成像，提高成像系统的精确性。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种光谱分量的对准可调整光谱仪，包括依次连接的光接口、第一半透半反镜、第一振镜、第二振镜、光学缩束系统、第二半透半反镜、狭缝、全息凹面光栅、第一图像采集器，还包括与所述第二半透半反镜连接的第二图像采集器，以及分别与第一图像采集器、第二图像采集器、第一振镜、第二振镜、光学所述系统连接的计算机及显示系统。
6.优选的，所述光接口包括第一接口和第二接口。
7.优选的，所述第一接口为光纤接口，所述光纤接口和所述第一半透半反镜之间设置准直透镜，待测光束自所述光纤接口入射后经所述准直透镜，并经所述第一半透半反镜透射后传至所述第一振镜。
8.优选的，所述第二接口为自由光接口，所述待测光束自所述自由光接口入射后经所述第一半透半反经反射后传至所述第一振镜。
9.优选的，所述第一振镜和所述第二振镜对称设置，所述待测光束经所述第一振镜反射后传至所述第二振镜，所述第一振镜和所述第二振镜分别在所述计算机及显示系统的控制下协同绕光轴转动，所述第一振镜的转动轴线与光轴共面且与光轴成90度夹角，所述第二振镜的转动轴线与光轴共面且与光轴成45度夹角，且所述第一振镜的转动轴线与所述第二振镜的转动轴线相互垂直。
10.优选的，所述光学缩束系统包括平凸透镜、平移执行机构和平凹透镜，所述平凸透镜和所述平凹透镜光轴同轴，所述平凹透镜设置在所述平移执行机构上，所述平移执行机构沿着光轴前后移动。
11.优选的，所述第二半透半反镜将待测光束位置信息反射到所述第二图像采集器上，所述第二图像采集器用于收集包含待测光束位置信息的由所述第二半透半反镜反射的光，并将光谱信号转换为电信号上传至计算机及显示系统。
12.优选的，所述第一图像采集器的物理尺寸大于所述全息凹面光栅衍射后在平直的像面位置处光谱透射宽度，用于收集经过位置实时校准并通过所述狭缝的待测光束入射到所述全息凹面光栅衍射后的光谱信号，并将所述光谱信号转换为电信号上传至所述计算机及显示系统。
13.优选的，所述第二半透半反镜的透射比大于90％。
14.优选的，所述图像采集器为限行传感器、二维传感器、三维传感器、探测器芯片和探测器相机中的一种或其组合。
15.本技术的有益效果：
16.本技术的谱域光学相干层析系统从待测样品返回的测量光与从参考臂返回的参考光重合发生干涉，干涉光束通过所述光纤接口或所述自由光接口进入光谱分量对准可调整光谱仪，发生干涉的待测光束依次经由第一振镜、第二振镜、光学缩束系统后，经过所述第二半透半反镜将一部分光反射至所述第二图像采集器，并由所述第二图像采集器采集光束位置信号上传至所述计算机及显示系统，所述计算机及显示系统计算光束大小、方向及位置，所述计算机及显示系统通过与理论光束大小、方向及位置数据比较并计算所述第一振镜、第二振镜的转动补偿量及光学缩束系统的缩束倍率补偿量，并控制所述第一振镜、第二振镜、光学缩束系统的缩束倍率补偿量，并控制缩束第一振镜、第二振镜、光学缩束系统的缩束倍率补偿动作，实现待测干涉光束的精确对准。经过对准的干涉光束通过缩束狭缝入射到所述全息凹面光栅上，由所述全息凹面光栅衍射后，汇聚到平直的像面位置，并由所述第一图像采集器收集光谱信号，将光谱信号转换为电信号上传至所述计算机及显示系统，由所述计算机及显示系统对采集的待测光的光谱信息进行处理、分析、显示，最终解算，获得并显示谱域光学相干层析系统的采集图像信息。
17.本技术通过可调偏转的光学元件实现光可调偏转，实现两级分光，改进光与探测器的传感器阵列的对准，实现抗环境振动干扰、高执行速率与高成像分辨率的目标区域成像，提高成像系统的精确性。
附图说明
18.图1为本技术实施例提供的光谱分量的对准可调整的光谱仪的结构示意图。
19.附图中各标号的含义为：
[0020]1‑
光纤接口；2
‑
准直透镜；3
‑
自由光接口；4
‑
第一半透半反镜；5
‑
第一振镜；6
‑
第二振镜；7
‑
平凸透镜；8
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平移执行机构；9
‑
平凹透镜；10
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第二半透半反镜；11
‑
狭缝；12
‑
全息凹面光栅；13
‑
第一图像采集器；14
‑
第二图像采集器；15
‑
计算机及显示系统。
具体实施方式
[0021]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0022]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0023]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0024]
实施例1：
[0025]
请参阅图1，本技术实施例提供一种光谱分量的对准可调整光谱仪，包括依次连接的光接入口、第一半透半反镜4、第一振镜5、第二振镜6、光学缩束系统、第二半透半反镜10、狭缝11、全息凹面光栅12、第一图像采集器13，还包括与所述第二半透半反镜10连接的第二图像采集器14，以及分别与第一图像采集器13、第二图像采集器14、第一振镜5、第二振镜6连接的计算机及显示系统15。
[0026]
所述光接入口包括第一接入口和第二接入口，所述第一接入口为光纤接口1，所述光纤接口1和所述第一半透半反镜4之间设置准直透镜2，所述准直透镜2为鲍威尔棱镜，用于将参考臂和样品臂的重叠光束变为平行光。
[0027]
在本技术实施例中，所述第二干涉光入口为自由光接口3，所述光纤接口1的入射光经所述第一半透半反镜4透射后传至所述第一振镜5，所述自由光接口3的入射光镜所述第一半透半反镜4反射后传至所述第一振镜5。
[0028]
所述自由光接口3为谱域光学相干断层扫描系统提供自由光传输的接口。
[0029]
所述第一振镜5和所述第二振镜6对称设置，所述待测光束经所述第一振镜5反射后传至所述第二振镜6，所述第一振镜5和所述第二振镜6分别在所述计算机及显示系统15的控制下协同绕光轴转动，所述第一振镜5的转动轴线与光轴共面且与光轴成90度夹角，所述第二振镜6的转动轴线与光轴共面且与光轴成45度夹角，且所述第一振镜5的转动轴线与所述第二振镜6的转动轴线相互垂直。
[0030]
所述光学缩束系统将待测光束缩小到与所述狭缝11匹配的大小，动态调整待测光束缩小倍率。具体的，所述光学缩束系统包括平凸透镜7、平移执行机构8和平凹透镜9，所述平凸透镜7和所述平凹透镜9光轴同轴，所述平凸透镜7固定在光谱仪底座上，所述平凹透镜9设置在所述平移执行机构8上，所述平移执行机构8沿着光轴前后移动。
[0031]
所述待测光束经过所述光学缩束系统调整后，入射至所述第二半透半反镜10，一部分所述待测光束反射至所述第二图像采集器14上，所述第二图像采集器14获得了待测光束的位置信息，所述第二图像采集器14将反射光谱信号转换为电信号上传至所述计算机及显示系统15。
[0032]
另一部分所述待测光束经所述第二半透半反镜10透射后通过所述狭缝11入射到所述全息凹面光栅12，再经所述全息凹面光栅12衍射至所述第一图像采集器13上，所述第
一图像采集器13将衍射光谱信号转换为电信号上传至所述计算机及显示系统15。
[0033]
在本技术的实施例中，所述第二半透半反镜10的透射比大于90％。
[0034]
所述第一图像采集器13的物理尺寸大于所述全息凹面光栅12衍射后在平直的像面位置处光谱投射宽度。
[0035]
可以理解的是，光谱分散的待测入射光是窄条状光，其中光的光谱成分以横向展开的方式传播，横向展开的光谱宽度对应于光源的带宽。所述待测入射光投射到所述第一图像采集器13上，在一x y目标位置处基本上同时收集针对一个z深度范围的图像数据，并且具有良好的处理与读出速度。
[0036]
所述计算机及显示系统15对传输的待测光束的光谱信息进行处理、分析、显示，解算并获得图像信息。通过所述计算机及显示系统15解算光束中心位置及方向，并计算得到第一振镜5和第二振镜6的补偿量，由第一振镜5和第二振镜6、执行对待测光束的位置和方向补偿，使待测光束精准地入射到所述狭缝11。
[0037]
在本技术的实施例中，所述全息凹面光栅12为罗兰光栅、平场光栅、自由曲面光栅中的一种。
[0038]
在本技术的实施例中，所述图像采集器为线性传感器、二维传感器、三维传感器、探测器芯片和探测器相机中的一种或其组合。
[0039]
在本技术的实施例中，所述图像采集器的组合包括单探测器、面阵拼接探测器阵列、曲面拼接探测器阵列。
[0040]
本技术的提供的一种光谱分量的对准可调整的光谱仪的工作方式：
[0041]
谱域光学相干层析系统从待测样品返回的测量光与从参考臂返回的参考光重合发生干涉，干涉光束通过所述光纤接口1或所述自由光接口3进入光谱分量对准可调整光谱仪，发生干涉的待测光束依次经由第一振镜5、第二振镜6、光学缩束系统后，经过所述第二半透半反镜10，将一部分光反射至所述第二图像采集器14，并由所述第二图像采集器14采集光束位置信号上传至所述计算机及显示系统15，所述计算机及显示系统15计算光束大小、方向及位置，所述计算机及显示系统15通过与理论光束大小、方向及位置数据比较并计算所述第一振镜5、第二振镜6的转动补偿量及光学缩束系统的缩束倍率补偿量，并控制所述第一振镜5、第二振镜6、光学缩束系统执行误差补偿动作，实现待测光束的精确对准，经过对准的干涉光束通过缩束狭缝11入射到所述全息凹面光栅12上，由所述全息凹面光栅12衍射后，汇聚到平直的像面位置，并由所述第一图像采集器13收集光谱信号，将光谱信号转换为电信号上传至所述计算机及显示系统15，由所述计算机及显示系统15对采集的待测光的光谱信息进行处理、分析、显示，最终解算，获得并显示谱域光学相干层析系统的采集图像信息。
[0042]
本技术通过上述可调偏转的光学元件实现光可调偏转，实现两级分光，改进光与探测器的传感器阵列的对准，实现高执行速率与高成像分辨率的目标区域成像，提高成像系统的精确性。
[0043]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0044]
以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不
能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。