[发明专利]一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统

权利要求书

1.一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统，包括光源，两组耦合器，两组偏振控制器，两组环形器，准直器，反射镜，内窥探针系统，平衡探测器，数据采集卡和计算机，光源包括扫频光源和校准光源，数据采集卡与计算机电信号连接，扫频光源与数据采集卡电信号连接，扫频光源分别提供k时钟信号和触发信号于数据采集卡，其特征在于，所述的扫频光源经第一耦合器分成物光和参考光，参考光连接准直器，在空域内被反射镜反射回准直器内；物光连接内窥探针系统，照射样品的不同深度层并反射回来，参考光的返回光经过第一环形器后输入进第二耦合器，物光的返回光经过第二环形器后输入进第二耦合器，在物光和参考光的两路光路上分别连接有两组偏振控制器，使返回光满足干涉条件，干涉信号经第二耦合器输出到平衡探测器，而后被数据采集卡采集，并上传给计算机，由计算机计算完成成像，所述的内窥探针系统的一端安装有陀螺仪，陀螺仪与计算机电信号连接，另外一端为探针窗口，由陀螺仪实时定位探针窗口的三维位置坐标，进而得到探针窗口聚焦点的空间位置和样品深度方向的反射光强度分布，并结合陀螺仪定位的三维空间位置进行深度信息填充，移动内窥探针的同时，实时得到样品特定深度的面扫图像，旋转内窥探针进而得到一个平面的扫描图。

2.根据权利要求1所述的一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统，其特征在于：样品深度的面扫图像的成像方法是，扫频光源在各分立的频谱下，参考光路的返回光波与物光路在各不同深度的反射光干涉，干涉强度满足如下公式：

式中，I为光强，k为波矢，ρ是调控因子，r_R是参考臂反射镜的反射系数；n代表样品不同深度的反射层，N代表总的反射层，代表样品各层的反射系数，z_R代表参考臂经样品各层的光程，代表物光臂经样品各层的光程，由第一耦合器出射光经准直器和反射镜反射回到第二耦合器的距离为参考臂，由第一耦合器出射光经内窥探针系统和样品反射回到第二耦合器的距离为物光臂；

横向分辨率为：

式中f为聚焦物镜的焦距，D为物光束在样品上的光斑直径，λ_c为光源的中心波长；

轴向分辨率为：

式中，δ_z代表轴向分辨率；λ_c为光源的中心波长，Δλ为光源的光谱半高全宽，n为样品的折射率。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统，其特征在于：所述的内窥探针系统的外层为金属柱体，金属柱体的内部装有玻璃柱，在金属柱体一端为光纤入口端，该端安装有1个或多个三维陀螺仪，光纤进入金属柱体后，从玻璃柱的一端进入其内部，玻璃柱的另外一端与折射率渐变透镜连接，折射率渐变透镜与棱镜连接，在金属柱体的另外一端与棱镜反射相对应的位置安装有玻璃窗，光束通过玻璃柱的扩展经过折射率渐变透镜和棱镜反射后汇聚到样品上。

4.根据权利要求3所述的一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统，其特征在于：所述的玻璃柱的材质与光纤纤芯相同或两者的折射率相近。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统，其特征在于：所述的扫频光源是工作光源，其输出波长在一定波长范围内连续变换，中心频率为980nm-1550nm。