[發明專利]一種基于菲涅爾透鏡的內窺式光學相干層析探頭

在審

• 申請號: 202210357785.2
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN115024674A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 卞海溢;陳新建;曹蘇群;季仁東;姚華
• 申請（專利權）人: 蘇州比格威醫療科技有限公司
• 主分類號: A61B1/00
• 分類號: A61B1/00;A61B1/07;A61B5/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 俞翠華

本發明提出了一種基于菲涅爾透鏡的內窺式光學相干層析探頭，由用于導光的單模光纖、用于準直單模光纖出射光的自聚焦透鏡、用于優化軸向光強，調控光場分布的菲涅爾透鏡和用于轉折光路的微棱鏡組成；本發明在保持橫向分辨率不變的情況下擴展了光學相干層析系統的焦深，優化了軸向光強均勻性，提高了系統的有效成像深度，并利用菲涅爾透鏡代替自聚焦透鏡實現光束的聚焦，解決高分辨率和大焦深的矛盾；相比于其它方法，本發明不需要機械掃描，容許更大的制造誤差，降低了制造成本。

技術領域

本發明屬于光學相干層析成像(OCT，Optical coherence tomography)領域，具體涉及一種基于菲涅爾透鏡的內窺式光學相干層析探頭。

背景技術

光學相干層析術(Optical Coherence Tomography,OCT)是一種利用寬帶光源的低相干性進行高分辨率成像的新型生物醫學成像手段，它具有分辨率高、成像速度快、非侵入式測量的優點。目前OCT的縱向分辨率和橫向分辨率能達到～1μm，縱向分辨率主要取決于光源的相干長度，橫向分辨率主要取決于聚焦透鏡的數值孔徑。聚焦透鏡的數值孔徑越大，OCT系統的橫向分辨率越高，但是焦深越小，OCT系統的有效成像范圍將會受到限制。所以解決焦深與橫向分辨率的矛盾關系對于改善OCT系統的性能至關重要。

為了實現大焦深高分辨率的改善型OCT系統，各OCT研究小組提出了多種方案，比如數字聚焦，動態聚焦和準光針(Optical needle)聚焦。但是上述方法有的需要相位穩定性，有的需要機械掃描，有的需要使用兩條光路分別實現照明和探測。這些方法難以應用于小型化的探頭中。微型軸錐鏡、微型二元相位板和微透鏡陣列也已用于探頭焦深的擴展，但是這些元器件或者加工工藝復雜，或者光路調節比較困難。另一方面，基于多光纖組合或者階躍折射率光纖技術的內窺探頭也是解決大焦深和高分辨矛盾的一種方法，但是這些方法存在下列不足：1)對光纖的切割及熔接的精度存在很高的要求；2)焦深區域內的干涉相消現象導致出射光束的光強在軸向上分布不均勻，對整體成像效果產生了不利影響；3)多模光纖的使用使得模間色散及偏振對整體成像效果產生不利的影響。

發明內容

發明目的：為了解決焦深與橫向分辨率的矛盾關系，以及為了改善OCT系統的性能，本發明提出了一種基于菲涅爾透鏡的內窺式光學相干層析探頭。

技術方案：一種基于菲涅爾透鏡的內窺式光學相干層析探頭，包括用于導光的單模光纖、用于準直單模光纖出射光的自聚焦透鏡、用于對經自聚焦透鏡準直的光進行聚焦的菲涅爾透鏡和用于轉折光路的微棱鏡；

所述菲涅爾透鏡的焦距由OCT系統所要求的橫向分辨率所確定；

式中，x表示橫向分辨率，λ表示波長，D表示光斑直徑，f表示菲涅爾透鏡的焦距。

進一步的，單模光纖的出射端與自聚焦透鏡的端面之間的距離為0mm。

進一步的，所述的自聚焦透鏡的節距為0.25P，數值孔徑大于0.13。

進一步的，所述的微棱鏡為等腰直角棱鏡，折射率在1.52-1.54之間。

進一步的，所述的菲涅爾透鏡的孔徑由衍射光斑的大小確定。

進一步的，單模光纖的出射端與自聚焦透鏡的一端面通過光學膠水粘合，微棱鏡的一端面與自聚焦透鏡的另一端面通過光學膠水粘合，菲涅爾透鏡與微棱鏡的另一端面通過光學膠水粘合。

有益效果：本發明具有以下優點：

1、與數字聚焦、動態聚焦和準光針聚焦相比，本發明不要求相位穩定性、不需要機械掃描并且使用同一條光路實現照明和探測，利于探頭的小型化設計；

2、與基于微型軸錐鏡、微型二元相位板的方法相比，菲涅爾透鏡適用于注塑工藝，具有加工簡單、成本較低、光路調節簡單等優點；