光學探頭和包括該光學探頭的光學相干斷層掃描設備的製作方法
2023-11-04 21:21:32 1
專利名稱：光學探頭和包括該光學探頭的光學相干斷層掃描設備的製作方法
技術領域：
本公開涉及光學相干斷層掃描(OCT)設備，更具體地說，涉及一種光學探頭以及一種包括該光學探頭的OCT設備，通過所述光學探頭可以調節光程。
背景技術：
最近，能夠觀察諸如人體組織或者各種材料的對象的內部結構的方法和設備已經被廣泛使用。所述設備的示例包括諸如X射線系統、計算機斷層攝影(CT)掃描儀、磁共振成像(MRI)設備和超聲系統的斷層掃描圖像生成設備以及內部透射圖像生成設備。這些設備可確定各種疾病的成因、位置和發展，而不需要直接切割人體或動物體的內部構造，因此這些設備在醫學領域佔據舉足輕重的位置。因而，在這些診斷設備中，與人體或動物體相關的安全性、高解析度圖像的獲取、合理的成本以及移動和使用的便捷性是重要的因素。具體地說，光學相干斷層掃描(OCT)設備是能夠通過利用照射在對象上然後從其反射的光與參考光之間的幹涉現象來捕獲對象的內部結構的設備。由於OCT設備能夠獲得高解析度圖像並且對人體無害，所以OCT設備已經被廣泛地使用。
發明內容
提供了可用於調節全量程光學相干斷層掃描(OCT)設備所需的光程並且可被小型化的光學探頭。提供了包括該光 學探頭的OCT設備。附加的方面將部分地在隨後的描述中闡述，部分地將通過所述描述而顯而易見，或者可通過實施呈現的實施例來了解。根據本發明的一方面，一種用於將光照射在對象上的光學探頭包括:光路控制單元，控制從外部傳輸的光的路徑；光程控制元件，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調節而改變；光學輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。光路控制單元可控制光的路徑，以沿著預定方向以預定長度反覆地移動從光學輸出單元輸出的光照射在對象上的點，每當光照射在對象上的點移動時，光程控制元件可均勻地增加光程。光程控制元件可使路徑被光路控制單元調節的光穿過光程控制元件，並且可將光程控制為根據光穿過光程控制元件的點而改變。光程控制元件可由具有均勻的折射率和可具有非均勻的厚度的材料形成。光程控制元件的截面可具有楔形。光程控制元件的一側或兩側可具有彎月形狀。
光程控制元件可由具有不同的折射率的兩種或者更多種材料形成。突起可形成在光程控制元件的表面上。光程控制元件可通過阻擋路徑被光路控制單元調節的光的一部分來減小光的直徑，從而與在阻擋之前相比，相對地出現調節光程的效果。光程控制元件可將光的直徑控制為根據由光路控制單元調節的路徑而改變。光路控制單元可以是繞固定軸以預定旋轉程度來旋轉的反射鏡。根據本發明的另一方面，一種用於通過將光照射到對象上來掃描該對象的光學相干斷層掃描(OCT)設備包括:光產生器，用於產生光；光耦合器，用於將產生的光分離成測量光和參考光，將測量光傳輸到光學探頭並接收響應光，所述響應光隨著測量光從對象反射而從光學探頭返回；檢測器，用於檢測由響應信號和參考信號產生的幹涉信號；圖像信號處理器，用於通過使用被檢測的幹涉信號來產生對象的斷層掃描圖像，其中，光學探頭包括:光路控制單元，控制從光耦合器傳輸的光的路徑；光程控制元件，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調節而改變；光學輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。光路控制單元可控制光的路徑，以沿著預定方向以預定長度反覆地移動從光學輸出單元輸出的光照射在對象上的點，每當光照射在對象上的點移動時，光程控制元件可均勻地增加光程。光程控制元件可使路徑被光路控制單元調節的光穿過光程控制元件，並可將光程控制為根據光穿過光程控制元件的點而改變。光程控制元件可由具有均勻的折射率和具有非均勻的厚度的材料形成。光程控制元件的截面可具有楔形形狀。
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光程控制元件的一側或兩側可具有彎月形狀。光程控制元件可由具有不同的折射率的兩種或者更多種材料形成。突起可形成在光程控制元件的表面上。光程控制元件可通過阻擋路徑被光路控制單元調節的光的一部分來減小光的直徑，從而與在被阻擋之前相比，相對地出現調節光程的效果。光程控制元件可將光的直徑控制為根據由光路控制單元調節的路徑而改變。光路控制單元可以是繞固定軸以預定旋轉角度來旋轉的反射鏡。光學探頭可在不移動光學探頭的電掃描器的旋轉軸的情況下利用光程控制元件來控制輸出光的光程，因而光學探頭可被小型化。另外，可以通過在光學探頭中包括使用壓電致動器的光程控制元件來執行用於實現全量程OCT設備的調製。
通過下面結合附圖對實施例進行的描述，這些和/或其他方面將會變得明顯和更加易於理解，附圖中:圖1示出了根據本發明的實施例的光學相干斷層掃描(OCT)設備的構造；圖2示出了根據本發明的實施例的在光學探頭中測量光行進所經的路徑；圖3A到圖3C示出了根據本發明的各個實施例的包括光程控制元件的光學探頭的內部構造；
圖4A到圖4C示出了根據本發明的各個實施例的光程控制元件的剖視圖；圖5A到圖5E示出了根據本發明的各個實施例的光程控制元件的截面的形狀；圖6示出了根據本發明的另一實施例的使用壓電致動器的光學探頭的內部構造；圖7A示出了根據本發明的另一實施例的在光學探頭中測量光行進所經的路徑；圖7B示出了根據本發明的另一實施例的在光學探頭中反射光行進所經的路徑；圖8A示出了根據本發明的另一實施例的在光學探頭中測量光行進所經的路徑；圖SB示出了根據本發明的另一實施例的在光學探頭中反射光行進所經的路徑；圖9示出了根據本發明的另一實施例的在光學探頭中測量光行進所經的路徑；圖1OA和圖1OB示出了根據本發明的其它實施例的光學探頭的內部構造。
具體實施例方式現在將參照附圖來更加充分地描述本總體發明構思，在附圖中示出了本發明總體構思的示例性實施例。與被下面的實施例所屬領域的普通技術人員廣泛熟知的構造或功能相關的具體描述可能被省略，以免實施例的特徵的清楚性減小。圖1示出了根據本發明的實施例的光學相干斷層掃描(OCT)設備的構造。參照圖1，OCT設備可包括光產生器110、光耦合器120、光學探頭130、檢測器140和圖像信號處理器150。參照圖1 描述OCT設備的操作特性如下。光產生器110產生光並將光發射到光稱合器120。光稱合器120可包括分束器122和標準反射鏡124。從光產生器110發射的光在分束器122中被分為測量光和參考光。測量光被傳輸到光學探頭130,參考光被傳輸到標準反射鏡124並被標準反射鏡124反射。反射的參考光返回到分束器122。傳輸到光學探頭130的測量光通過光學探頭130照射在其內部斷層掃描圖像將要被捕獲的對象10上。隨著照射的測量光被對象10反射而產生的響應光通過光學探頭130被傳輸到光稱合器120的分束器122。被傳輸的響應光和被標準反射鏡124反射的參考光在分束器122中產生幹涉，檢測器140檢測幹涉信號。當檢測器140將被檢測到的幹涉信號發送到圖像信號處理器150時，圖像信號處理器150將被檢測的幹涉信號轉換為指示對象10的斷層掃描圖像的圖像信號。由於當前實施例涉及全量程OCT設備，所以在下文中將描述全量程0CT，且將描述用於形成全量程OCT設備的光學探頭130的操作特性和內部構造。全量程OCT設備隨著對象10的被測量光照射的點沿橫向方向移動來改變測量光的光程。更具體地說，在沿橫向方向以相同長度連續地移動對象10的被測量光照射的點的同時，執行掃描。另外，每當對象10的被測量光照射的點沿橫向方向移動時，通過以相同長度增加光程來執行調製。此時，測量光被照射到對象10的方向(即，對象10的深度方向)被稱為軸向方向，與軸向方向垂直的方向被稱為橫向方向。光程是在光經過折射率為η的介質的距離為I時通過將折射率η乘以距離I而獲得的值。即，光程等於在與光通過介質所耗費的時間相等的時間的期間內光通過真空的距離。以這種方式，光學探頭130在改變測量光的光程的同時沿橫向方向移動對象10的被測量光照射的點。參照圖1，光學探頭130可包括準直透鏡132、電掃描器(galvano scanner) 134、光程控制元件136和透鏡138。電掃描器134是可以以預定旋轉度在預定軸上旋轉的反射鏡，並且可利用從微機電系統(MEMS)獲取旋轉所需的驅動動力的MEMS掃描器形成。另外，通過使用具有均勻折射率的單一材料或者具有彼此不同的折射率的兩種或更多種材料以各種形狀來形成光程控制元件136，光程控制元件136控制將根據光程控制元件136的光所經過的點而被改變的光程。從光耦合器120傳輸的光通過經過光學探頭130的準直透鏡132而被準直。已經穿過準直透鏡132的測量光被電掃描器134反射，因而測量光的方向被調節。然後，測量光順序地經過光程控制元件136和透鏡138，然後可被照射到對象10上。隨著電掃描器134繞預定軸旋轉，對象10的被測量光照射的點沿橫向方向移動，光程控制元件136的被測量光所經過的點也移動，因此，測量光的光程被改變。雖然沒有在圖1中示出，但是光學探頭130可包括容納準直透鏡132、電掃描器134、光程控制元件136和透鏡138的殼體(未示出)。在這種情況下，已經經過光程控制元件136和透鏡138的測量光從殼體的開口被輸出，然後被照射到對象10上。因此，殼體的開口可被稱為光開口。現在將參照圖2來解釋在對象10上沿橫向方向掃描測量光且同時改變光程的方法。圖2示出了根據本發明的實施例的在光學探頭130中測量光行進所經的路徑。參照圖
2,隨著電掃描器134旋轉,測量光的方向沿橫向方向以預定長度移動。電掃描器134旋轉，以將測量光的方向從第一方向調節為第N方向。第一方向的測量光行進與圖2的dn和d12對應的光程，第二方向的測量光行進經過與圖2的d21和d22對應的光程，第N方向的測量光行進經過與圖2的dN1和dN2對應的光程。如果假定測量光在被電掃描器134反射之後直到穿過光程控制元件136為止時行進所經的光程是屯，則獲得下面的式I。Cli = dn+nX di2(I)「η」表示構成光程控制元件136的材料的折射率。另外，方向彼此相鄰的兩束測量光(即，第(i+1)方向的測量光與第i方向的測量光)的光程之間的差可由下面的式2來表示。Ax = Clw-Cli(2)因此，為了改變調製，可通過調節光程控制元件136的傾斜平面與光程控制元件136的基準平面之間的角度、構成光程控制元件136的材料的折射率、電掃描器134的中心旋轉軸的位置或者電掃描器134的曲率，來調節Λχ。將通過使用下面的式子來詳細解釋通過使用ΛX來執行調製的詳細方法。假定式⑵的Λ X等於+，則從圖1的OCT設備的檢測器140接收的幹涉信號的
功率由下面的式3來表示。
權利要求
1.一種用於將光照射在對象上的光學探頭，所述光學探頭包括 光路控制單元，控制從外部傳輸的光的路徑； 光程控制元件，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調節而改變； 光學輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。
2.根據權利要求I所述的光學探頭，其中， 光路控制單元控制光的路徑，以沿著預定方向以預定長度反覆地移動從光學輸出單元輸出的光照射在對象上的點，每當光照射在對象上的點移動時，光程控制元件均勻地增加光程。
3.根據權利要求I所述的光學探頭，其中， 光程控制元件使路徑被光路控制單元調節的光穿過光程控制元件，並將光程控制為根據光穿過光程控制元件的點而改變。
4.根據權利要求3所述的光學探頭，其中， 光程控制元件由具有均勻的折射率和具有非均勻的厚度的材料形成。
5.根據權利要求4所述的光學探頭，其中， 光程控制元件的截面具有楔形形狀。
6.根據權利要求4所述的光學探頭，其中， 光程控制元件的一側或兩側具有彎月形狀。
7.根據權利要求3所述的光學探頭，其中， 光程控制元件由具有不同的折射率的兩種或者更多種材料形成。
8.根據權利要求3所述的光學探頭，其中， 在光程控制元件的表面上形成有突起。
9.根據權利要求I所述的光學探頭，其中， 光程控制元件通過阻擋路徑被光路控制單元調節的光的一部分來減小光的直徑，從而與在阻擋之前相比，相對地出現調節光程的效果。
10.根據權利要求9所述的光學探頭，其中， 光程控制元件將光的直徑控制為根據由光路控制單元調節的路徑而改變。
11.根據權利要求I所述的光學探頭，其中， 光路控制單元是繞固定軸以預定旋轉度來旋轉的反射鏡。
12.一種用於通過將光照射到對象上來掃描該對象的光學相干斷層掃描設備，所述設備包括 光產生器，用於產生光； 光耦合器，用於將產生的光分離成測量光和參考光，將測量光傳輸到光學探頭並接收響應光，所述響應光隨著測量光從對象反射而從光學探頭返回； 檢測器，用於檢測由響應光和參考光產生的幹涉信號； 圖像信號處理器，用於通過使用被檢測的幹涉信號來產生對象的斷層掃描圖像， 其中，光學探頭包括 光路控制單元，控制從光耦合器傳輸的光的路徑； 光程控制元件，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調節而改變； 光學輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。
13.根據權利要求12所述的設備，其中， 光路控制單元控制光的路徑，以沿著預定方向以預定長度反覆地移動從光學輸出單元輸出的光照射在對象上的點，每當光照射在對象上的點移動時，光程控制元件均勻地增加光程。
14.根據權利要求12所述的設備，其中， 光程控制元件使路徑被光路控制單元調節的光穿過光程控制元件，並將光程控制為根據光穿過光程控制元件的點而改變。
15.根據權利要求14所述的設備，其中， 光程控制元件由具有均勻的折射率和具有非均勻的厚度的材料形成。
16.根據權利要求15所述的設備，其中， 光程控制元件的截面具有楔形形狀。
17.根據權利要求15所述的設備，其中， 光程控制元件的一側或兩側具有彎月形狀。
18.根據權利要求14所述的設備，其中， 光程控制元件由具有不同的折射率的兩種或者更多種材料形成。
19.根據權利要求14所述的設備，其中， 在光程控制元件的表面上形成有突起。
20.根據權利要求12所述的設備，其中， 光程控制元件通過阻擋路徑被光路控制單元調節的光的一部分來減小光的直徑，從而與在阻擋之前相比，相對地出現調節光程的效果。
21.根據權利要求20所述的設備，其中， 光程控制元件將光的直徑控制為根據由光路控制單元調節的路徑而改變。
22.根據權利要求12所述的設備，其中， 光路控制單元是繞固定軸以預定旋轉度來旋轉的反射鏡。
全文摘要
本發明公開了一種光學探頭和包括該光學探頭的光學相干斷層掃描設備。一種用於將光照射在對象上的光學探頭，所述光學探頭包括光路控制單元，控制從外部傳輸的光的路徑；光程控制元件，將光程控制為隨著光的路徑在光路控制單元中被調節而改變；光學輸出單元，輸出穿過光程控制元件的光。
文檔編號A61B5/00GK103251387SQ20131000827
公開日2013年8月21日 申請日期2013年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者任宰均, 崔泫, 崔珉碩, 崔瑗熙, 李性德, 張祐榮, 金法敏, 丁泫友 申請人:三星電子株式會社, 高麗大學校產學協力團