[發明專利]用于OCT探針的單片光束成形光學系統以及方法

在審

• 申請號: 201380027832.6
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN104507378A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: V·A·巴加瓦圖拉;K·哈特科恩;D·M·斯塔洛夫
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G02B6/32
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 姬利永

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年3月28日提交的美國臨時申請系列號No.61/616734的權益以及2013年3月14日提交的美國申請系列號No.13/827234的權益，并基于這些申請，這些申請的全部內容通過引用結合于此。

技術領域

本發明涉及光學相干斷層掃描(OCT)，并且尤其涉及用于OCT探針的單片光束成形光學系統。

背景技術

光學相干斷層掃描(OCT)被用于捕捉散射生物組織的高分辨率橫截面圖像且是基于光纖干涉。示例OCT系統在美國專利No.5,321,501以及美國專利申請公開No.2009/0198125中描述，這些專利的全部內容通過引用結合于此。OCT系統的核心是邁克爾遜干涉儀，其中第一光纖用作參考臂且第二光纖用作樣本臂。樣本臂包括要分析的樣本以及在其中包含小光學部件的小探針。上游光源提供成像光。光電探測器設置在樣本臂和參考臂的光路下游。探針用于將光引導進入樣本中或到樣本上并且隨后收集來自樣本的散射光。

僅當兩臂間的光程差是在來自光源的光的相干長度內時，來自樣本臂和參考臂的光的光學干涉被光電探測器檢測到。通過軸向地改變參考臂的光程長度以及檢測來自參考臂的光和來自樣本臂的散射光之間的干涉，獲取來自樣本的深度信息。通過在兩個維度中橫向地掃描樣本臂中的光路，獲得三維圖像。此過程的軸向/深度分辨率由相干長度決定，而整體的橫向分辨率是由探針的光學部件形成的圖像斑點的尺寸決定。

由于探針通常需要被插入到小的體腔中，因而它必需很小且優選具有簡單的光學設計。探針的示例性設計包括透明圓柱體，其中包含微型的探針光學部件，且通過該透明圓柱體傳輸和接收光。然而，透明圓柱體的彎曲體引起光學像差，如果未校正，其可將圖像質量降低至圖像是無用的程度。此外，在探針內具有多個且分離的光學部件是有問題的，因為這些小光學部件必須進行組裝和對準，這增加了制造探針的成本和復雜度。

發明內容

本公開的一方面是支撐具有中心軸和末端的光纖的光束成形光學系統，其中該系統適于在光學相干斷層掃描(OCT)透明外殼內使用，該透明外殼具有含有不對稱的光焦度的圓柱形的主體。光束成形光學系統包括具有光軸、外表面以及相對的前端和后端的透明單片體。此系統還包括，沿著光軸按次序的至少一個對準特征、凹陷、有角度的平面端壁、反射表面(例如全內反射(TIR)表面)以及透鏡表面。此至少一個對準特征被配置成可操作地支撐光纖以使光纖中心軸與光軸基本上同軸地對準。凹陷使此至少一個對準特征終止在有角度的平面端壁處。反射表面(例如，TIR)位于前端處并形成折疊的光軸。透鏡表面沿著折疊的光軸在單片體中一體地形成并構成毗鄰前端的外表面的一部分。光束成形系統具有光焦度，該光焦度以下面兩種方式中的一種來提供：a)僅透鏡表面具有光焦度并被配置成基本上補償OCT透明外殼的不對稱的光焦度；或b)透鏡表面和反射表面(例如，TIR)各自具有光焦度并被協作地配置成基本上補償OCT透明外殼的不對稱的光焦度。

本公開的另一方面是一種光學組件，該光學組件包括如上所述的光束成形光學系統，并且還包括光纖，其中光纖被此至少一個對準特征可操作地支撐。

本公開的另一方面是一種支撐光纖并用于具有不對稱的光焦度的透明圓柱形外殼內的光束成形光學系統。此系統具有透明單片體，該透明單片體具有在紅外工作波長處基本均勻的折射率、折疊的光軸、頂部、前端、后端以及外表面。外表面具有形成在頂部并毗鄰后端的至少一個平坦表面。此系統包括在單片體的此至少一個平坦表面中一體形成并被配置成支撐和對準該光纖的至少一個對準特征。此至少一個對準特征終止在限定第一光學表面的有角度的平面端壁處。此系統還具有形成于毗鄰有角度的平面端壁的光纖對準特征中的凹陷。此系統進一步包括反射表面，例如TIR表面，該反射表面是在前端處并沿著光軸一體形成于單片體中的平面。反射平面相對于光軸是有角度的并且限定了形成折疊的光軸的第二光學表面。此系統還具有在毗鄰前端的單片體的頂部上并沿著折疊的光軸而形成的透鏡表面。透鏡表面構成了外表面的一部分并限定了第三光學表面。透鏡表面具有變形的非球面形狀并且限定了光束成形光學系統的光焦度。透鏡表面被配置成基本上補償圓柱形外殼的不對稱的光焦度。

本公開的另一方面是包括如上所述的光束成形光學系統以及光纖的光束成形光學組件。光纖被此至少一個對準特征支撐。光纖具有毗鄰有角度的平面端壁并且位于由透鏡表面所限定的物面處的末端。光纖末端可以以降低反射(諸如從有角度的平面端壁的反射可隨后從光纖末端反射并接著往回傳播通過有角度的平面端壁)的不利影響的方式成一定角度。