[发明专利]一种基于菲涅尔透镜的内窥式光学相干层析探头

说明书

本发明提出了一种基于菲涅尔透镜的内窥式光学相干层析探头，由用于导光的单模光纤、用于准直单模光纤出射光的自聚焦透镜、用于优化轴向光强，调控光场分布的菲涅尔透镜和用于转折光路的微棱镜组成；本发明在保持横向分辨率不变的情况下扩展了光学相干层析系统的焦深，优化了轴向光强均匀性，提高了系统的有效成像深度，并利用菲涅尔透镜代替自聚焦透镜实现光束的聚焦，解决高分辨率和大焦深的矛盾；相比于其它方法，本发明不需要机械扫描，容许更大的制造误差，降低了制造成本。

技术领域

本发明属于光学相干层析成像(OCT，Optical coherence tomography)领域，具体涉及一种基于菲涅尔透镜的内窥式光学相干层析探头。

背景技术

光学相干层析术(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种利用宽带光源的低相干性进行高分辨率成像的新型生物医学成像手段，它具有分辨率高、成像速度快、非侵入式测量的优点。目前OCT的纵向分辨率和横向分辨率能达到～1μm，纵向分辨率主要取决于光源的相干长度，横向分辨率主要取决于聚焦透镜的数值孔径。聚焦透镜的数值孔径越大，OCT系统的横向分辨率越高，但是焦深越小，OCT系统的有效成像范围将会受到限制。所以解决焦深与横向分辨率的矛盾关系对于改善OCT系统的性能至关重要。

为了实现大焦深高分辨率的改善型OCT系统，各OCT研究小组提出了多种方案，比如数字聚焦，动态聚焦和准光针(Optical needle)聚焦。但是上述方法有的需要相位稳定性，有的需要机械扫描，有的需要使用两条光路分别实现照明和探测。这些方法难以应用于小型化的探头中。微型轴锥镜、微型二元相位板和微透镜阵列也已用于探头焦深的扩展，但是这些元器件或者加工工艺复杂，或者光路调节比较困难。另一方面，基于多光纤组合或者阶跃折射率光纤技术的内窥探头也是解决大焦深和高分辨矛盾的一种方法，但是这些方法存在下列不足：1)对光纤的切割及熔接的精度存在很高的要求；2)焦深区域内的干涉相消现象导致出射光束的光强在轴向上分布不均匀，对整体成像效果产生了不利影响；3)多模光纤的使用使得模间色散及偏振对整体成像效果产生不利的影响。

发明内容

发明目的：为了解决焦深与横向分辨率的矛盾关系，以及为了改善OCT系统的性能，本发明提出了一种基于菲涅尔透镜的内窥式光学相干层析探头。

技术方案：一种基于菲涅尔透镜的内窥式光学相干层析探头，包括用于导光的单模光纤、用于准直单模光纤出射光的自聚焦透镜、用于对经自聚焦透镜准直的光进行聚焦的菲涅尔透镜和用于转折光路的微棱镜；

所述菲涅尔透镜的焦距由OCT系统所要求的横向分辨率所确定；

式中，x表示横向分辨率，λ表示波长，D表示光斑直径，f表示菲涅尔透镜的焦距。

进一步的，单模光纤的出射端与自聚焦透镜的端面之间的距离为0mm。

进一步的，所述的自聚焦透镜的节距为0.25P，数值孔径大于0.13。

进一步的，所述的微棱镜为等腰直角棱镜，折射率在1.52-1.54之间。

进一步的，所述的菲涅尔透镜的孔径由衍射光斑的大小确定。

进一步的，单模光纤的出射端与自聚焦透镜的一端面通过光学胶水粘合，微棱镜的一端面与自聚焦透镜的另一端面通过光学胶水粘合，菲涅尔透镜与微棱镜的另一端面通过光学胶水粘合。

有益效果：本发明具有以下优点：

1、与数字聚焦、动态聚焦和准光针聚焦相比，本发明不要求相位稳定性、不需要机械扫描并且使用同一条光路实现照明和探测，利于探头的小型化设计；

2、与基于微型轴锥镜、微型二元相位板的方法相比，菲涅尔透镜适用于注塑工艺，具有加工简单、成本较低、光路调节简单等优点；