用于光学相干断层扫描的具有用于控制探测器上的分散光的对准的可调偏转器的光谱仪制造技术

给出了一种光谱仪，其包括光谱分散接收到的光的光谱分散光学元件（120）、可调地偏转光谱分散的光的杠杆式光学可调偏转器（142-1、142-2、142-3）及接收光谱分散的且可调地偏转的光的探测器阵列（160）。在光谱域光学相干断层扫描中，接收到的光可以包括从返回的图像光束与参数光束组合的干涉光。探测器阵列可以包括线性传感器阵列。杠杆式光学可调偏转器可以包括具有可调透射性质或者可调反射性质的光学元件，其中可调偏转器可以通过被光学杠杆作用成较小光学调整的机械调整来调整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学相干断层扫描的具有用于控制探测器上的分散光的对准的可调偏转器的光谱仪对相关申请的交叉引用本申请根据美国法典第35章119条要求于2010年10月14日提交的美国专利申请序列号12/904,681的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
本专利文档描述了具有可调偏转器的光谱仪。更具体而言，本专利文档讨论了这样的光谱仪：其对准由可调偏转器控制，以可能应用于光学相干断层扫描。
技术介绍
光谱域光学相干断层扫描（SD-OCT）通过把相对宽带的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例如参考镜返回的参考光干涉来对目标区域成像。然后，这种干涉或图像光被光谱分解而且光谱成分被投射或透射到探测器中的传感器阵列的传感器。通过对由个体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xy横向位置处基本上同时对一z深度范围处的目标成像。更传统的OCT系统，例如时间域类型的系统，通过执行z扫描来对z深度范围成像，从而导致显著更慢的处理速度。当SD-OCT与x、y、线性或xy扫描器组合时，整个目标区域或体积的二维或三维图像可以以非常高的速度和分辨率形成。但是，SD-OCT的高执行速度与高分辨率成像一般是通过对其规格的大部分参数，包括光源的带宽、光学器件的分辨率与光收集效率及其探测器阵列的读出速度，的高度精确的控制来实现的。一类SD-OCT使用具有衍射受限性能的高数值孔径成像光谱仪来满足这些需求。这些设备常常使用传感器的线性阵列作为探测器，因为那些可以比布置在二维阵列中的传感器提供更快的读出速度，而且仍然以合理的速度扫描通过目标体积。适于以高精度分辨惯例宽带的光源的光谱的典型线性传感器阵列可以在线性布置中包含超过1000个或者更多像素。目前，个体像素或传感器的尺寸在10x10微米至20x20微米的范围内。但是，为了实现SD-OCT的可能的高分辨率，这些个体像素的小尺寸对图像光束的对准提出了严峻的挑战。
技术实现思路
SD-OCT设备的光谱仪一般从单模光纤接收图像或干涉光。光谱仪把这种干涉光光谱分解或分散成其光谱成分并且把这些成分透射到其探测器的个体传感器。所探测到的图像光的成分被傅立叶变换和分析，以便构造目标的图像。如上所述，具有线性传感器阵列的探测器具有高效且高速成像的潜能。为了实现这些线性阵列探测器的潜能，光谱仪的光谱分解元件把分解后的光谱投射到10-20微米宽的像素线上。这种规格可以通过以足够高的准确度对准光谱仪的光学元件来实现。角度对准的指定的准确度的量级是毫弧度或者mrad，这可以通过机械调整并旋转光学台或元件来实现。另一方面，横向对准的准确度可能需要量级更高的精度，因为横向失准被光谱分解元件与探测器之间的光学路径的长度放大。为了实现这些高度精确的对准，光谱仪可以利用可调或可移动的光学元件，这些元件可以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提供了在其定期维护过程中的校正性调整的可能性。但是，一旦光谱仪处于工作当中，可调元件就可能失准而且更容易从它们的最佳对准漂移，因此可能常常需要测试与复位的技术支持。在光谱仪远离高技术环境使用的重要情况下，例如在医学应用中，常常没有可立即获得的技术支持来在短的或计划外的时间间隔中测试与复位光谱仪的对准，更不必说这种高维护系统的过多的停机时间和不便。另一方面，试图通过使用固定的不可调的光学台来抢先解决这些挑战的光谱仪设计面临着其横向对准的令人无法接受的低精度的问题，如以下更具体地描述的。这些冲突的要求给优化光谱仪的设计带来了挑战。本专利文档中描述的光谱仪的各个实施例以可以为这些设计挑战提供解决方案的方式有利地提供了与传感器阵列的改进的对准。特别地，光谱仪的各个实施例提供了图像和其它类型的光的可调偏转，这可以改进与传感器阵列的对准。在有些实施例中，一种光谱仪可以包括配置成光谱分散接收到的光的光谱分散光学元件、可调地偏转光谱分散的光的杠杆式光学可调偏转器，及接收光谱分散的且可调地偏转的光的探测器阵列。接收到的光可以包括从返回的图像光束与参考光束组合的干涉光束。在有些实现方式中，光谱分散光学元件可以包括棱镜、光栅、具有波长相关折射率的光学元件、具有波长相关透射性质的光学元件或者具有波长相关偏转性质的光学元件。在有些实现方式中，探测器阵列可以包括线性传感器阵列、二维传感器阵列或者探测器相机。在有些实现方式中，杠杆式光学可调偏转器可以包括具有可调透射性质或者可调反射性质的光学元件，其中该可调偏转器可以通过被光学杠杆作用成较小的光学调整的机械调整来调整。在有些实现方式中，机械调整的角度与光学调整的角度之比可以超过10，在其它实现方式中超过100。在有些实现方式中，机械调整的角度与光学调整的角度之比可以大于5但小于100。可调偏转器可以包括至少一个可旋转的楔形光学板。在有些实现方式中，光谱仪是成像光谱仪，包括把接收到的光转换成平行光的准直器和把光谱分散的光聚焦并成像到探测器阵列上的聚焦透镜。在有些实现方式中，与偏转器的偏转-调整范围关联的第一探测器-光束-位置范围超过与光谱仪的部件的累积位置-容限范围关联的第二探测器-光束-位置范围。在有些实现方式中，与偏转器的偏转-调整范围关联的第一探测器-光束-位置范围超过光谱仪的工作探测器-光束-位置范围。在有些实现方式中，由杠杆式光学可调偏转器造成的工作光束失准小于探测器的失准容限。在有些实现方式中，可调偏转器被配置成补偿光谱分散的光的横向失准，而不引入比探测器的高宽比大的角度失准。在有些实现方式中，光谱仪被配置成允许通过利用已知波长的光重新校准其传感器来对纵向失准进行补偿。在有些实现方式中，一种光谱域光学相干断层扫描（SD-OCT）设备可以包括光谱分解器、传感器阵列及杠杆式可调对准控制器，其中光谱分解器被配置成接收干涉光并通过横向分离干涉光的光谱成分产生一片干涉光，传感器阵列通过不同的传感器探测这片干涉光的不同光谱成分，而杠杆式可调对准控制器控制这片光与传感器阵列的对准。对准控制器可以包括可旋转的楔形棱镜。在有些实现方式中，一种光谱仪可以包括横向分散图像光的光谱成分的光谱分散器、感测图像光的光谱成分的传感器阵列和光学杠杆式对准控制器，该控制器能够补偿由光谱仪的元件的位置变化造成的累积光束位置失准。附图说明图1说明了光谱仪。图2A说明了投射在光谱仪的线性传感器阵列上的最佳对准的光谱分散的光。图2B说明了具有角度和横向失准的光谱分散的光。图3A-C说明了三种基本类型的失准。图4A-B说明了具有可调偏转器控制的对准的光谱仪的两个实施例。图5A-B说明了具有可调偏转器控制的对准的光谱仪的特定实施例。图6说明了通过旋转楔形的旋转的横向失准光谱的演化。具体实施方式本专利文档中的实现方式与实施例提供了对光谱仪的高精度对准与长期稳定性的上述竞争性需求的改进。如以上所讨论的，高精度对准可以通过在对准台中安装可调光学元件在光谱仪中达到。但是，由于这些元件是可调的，即使在光谱仪的日常操作期间也可调，因此这些可调元件可能开始漂移，从其原始位置与设置旋转和变形，引起失准。这些失准对于光谱仪的精度是有害的而且削弱了光谱仪的长期稳定性。光谱仪的稳定性可以通过在固定底座中结合或机械地夹住光学元件来增加。另一方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.14 US 12/904,6811.一种光谱仪，包括：光谱分散光学元件，配置成光谱分散接收到的光；杠杆式光学可调偏转器，可调地偏转光谱分散的光；及探测器阵列，接收光谱分散的且可调地偏转的光，其中，所述杠杆式光学可调偏转器被配置成将机械调整的角度杠杆作用成至少十分之一小的光学调整的角度，以及其中所述杠杆式光学可调偏转器包括至少一个可旋转的楔形光学板，所述可旋转的楔形光学板被配置为将大的机械调整直接转换成所述光谱分散的光的偏转角的小的光学调整，以补偿或控制所述光谱分散的光相对于所述探测器阵列的横向失准。2.如权利要求1所述的光谱仪，其中：所述接收到的光包括从返回的图像光束与参考光束组合的干涉光束。3.如权利要求1所述的光谱仪，所述光谱分散光学元件包括以下至少一个：具有波长相关折射率的光学元件、具有波长相关透射性质的光学元件及具有波长相关偏转性质的光学元件。4.如权利要求1所述的光谱仪，所述探测器阵列包括以下至少一个：线性传感器阵列、二维传感器阵列和探测器相机。5.如权利要求1所述的光谱仪，所述杠杆式光学可调偏转器包括：具有可调透射性质和可调反射性质中的至少一个的光学元件。6.如权利要求1所述的光谱仪，其中：所述机械调整的角度与所述光学调整的角度之比超过100。7.如权利要求1所述的光谱仪，其中：所述机械调整的角度与所述光学调整的角度之比大于5且小于100。8.如权利要求1所述的光谱仪，其中：所述光谱仪是成像光谱仪，其包括准直器，把接收到的光转换成平行光；及聚焦透镜，把光谱分散的光聚焦并成像到所述探测器阵列上。9.如权利要求1所述的光谱仪，其中：与所述偏转器的偏转-调整范围关联的第一探测器-光束-位置范围超过与所述光谱仪的部件的累积位置-容限范围关联的第二探测器-光束-位置范围。10.如权利要求1所述的光谱仪，其中：与所述偏转...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·拉克西，
申请(专利权)人：爱尔康手术激光股份有限公司，
类型：
国别省市：