CN113164037A - 光学相干断层扫描接收器 - Google Patents

Abstract

一种光学相干断层扫描接收器可以包括被布置成紧凑封装件的棱镜、偏振分束器、反射器、透镜和光电检测器阵列。样品束和参考束组合成干涉束并被分成两个。两个所得干涉束然后各自被分成两种偏振态。具有相同偏振态的两对干涉束的光学路径长度相等或几乎相等。

Description

光学相干断层扫描接收器

技术领域

本文中披露的实施例涉及用于光学相干断层扫描(OCT)的装置、***和方法。

背景技术

当前的眼科屈光手术方法，比如白内障手术、角膜内镶嵌术、激光辅助原位角膜磨镶术(LASIK)和屈光性角膜切削术(PRK)，都依赖于眼生物测量数据来开立最佳屈光矫正处方。历史上，眼科手术使用超声波生物测量仪器对眼睛的部分进行成像。在一些情况下，这些生物测量仪器产生眼睛的所谓的A扫描：沿成像轴线(典型地与眼睛的光轴对准)从全部接口发出的声回波信号：与其平行，或只形成小角度。其他仪器产生所谓的B扫描，实质上是将当生物测量仪器的头部或端头沿着扫描线扫描时相继进行的A扫描的集合组装。这条扫描线典型地位于眼睛光轴的外侧。这些超声波A扫描或B扫描然后用于测量和确定生物测量数据，比如眼轴长度、眼睛的前房深度、或角膜曲率半径。

在一些手术中，使用单独的第二角膜曲率计来测量角膜的屈光特性和数据。然后将超声波测量值和屈光数据组合在半经验公式中以便计算要在随后的白内障手术中开立处方和***的最佳人工晶状体(IOL)的特征。

近年来，基于光学相干断层扫描(OCT)原理的光学成像和生物测量仪器已经迅速取代超声波生物测量仪器。OCT是一种能够实现对人类视网膜、角膜、晶状体或其他眼睛结构的微米级、高分辨率、截面成像的技术。光波从物体或样品反射，并且计算机通过使用关于波在反射时如何变化的信息来产生样品的截面图像或三维体积渲染图像。

可以基于时域处理或傅立叶域处理来执行OCT。后一种途径包括称为扫频源OCT的技术，其中用于照射样品的光学信号的光谱分量被实时地编码。换言之，光源在光学带宽上扫掠(或步进)，其中在这个光学带宽上的若干点对由源信号和反射信号的组合产生的干涉信号进行采样。接收器接收源信号(也称为参考信号或遍历参考臂的信号)和样品信号(从样品反射的信号)，并产生干涉信号。然后将干涉信号(其为参考信号和样品信号组合或相互干涉时的干涉图案)引向检测器。

OCT技术目前已广泛应用于临床实践，目前80％-90％的IOL处方病例使用这样的OCT仪器。除了其他原因，它们的成功是由于成像的非接触性质和比超声生物计更高的精度。

然而，即使有了这些最近的进步，生物测量和成像仪器的功能和性能还需要进一步的大幅度提高和发展。

发明内容

在一个示例中，一种光学相干断层扫描(OCT)接收器接收样品束和参考束，并将所述样品束和所述参考束组合成干涉束。所述OCT接收器包括彼此对准的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜和所述第二棱镜的两个面接触并且在两者之间具有分束非偏振界面。所述第一棱镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的一个，并且所述第二棱镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的另一个。在所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的非偏振接触界面处，所述干涉束产生并被分成第一干涉束和第二干涉束。第一偏振分束器和第二偏振分束器彼此对准。所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置成邻近于所述第一棱镜。所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置成将所述第一干涉束分成第一偏振态和第二偏振态。延迟路径被布置成邻近于所述第二棱镜。所述延迟路径被配置成接收所述第二干涉束。第三偏振分束器和第四偏振分束器被布置成邻近于彼此。所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器被布置成邻近于所述延迟路径。所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器被布置成将所述第二干涉束分成第一偏振态和第二偏振态。光电检测器阵列被配置成接收所述第一干涉束的第一偏振态、所述第一干涉束的第二偏振态、所述第二干涉束的第一偏振态和所述第二干涉束的第二偏振态。

所述OCT接收器还可以包括第一准直透镜，所述第一准直透镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的一个，并且准直所述样品束或所述参考束中的所述一个并将其引向所述第一棱镜；以及第二准直透镜，所述第二准直透镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的另一个，并将所述样品束或所述参考束中的所述另一个引向所述第二棱镜。

所述OCT接收器还可以包括四个透镜：第一透镜，被布置成接收所述第一干涉束的第一偏振态；第二透镜，被布置成接收所述第一干涉束的第二偏振态；第三透镜，被布置成接收所述第二干涉束的第一偏振态；以及第四透镜，被布置成接收所述第二干涉束的第二偏振态。在一些情况下，这些透镜可以是球透镜。

在一些情况下，所述延迟路径可以是棱镜，所述棱镜具有第一面和第二面，所述棱镜的第一面邻近于所述第二棱镜，并且所述棱镜的第二面邻近于所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器。在其他情况下，所述延迟路径可以是位于所述第二棱镜与所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器之间的一对反射器。

从第一非偏振分束器和第二非偏振分束器(可以是棱镜)的邻近面(或非偏振接触界面)到所述光电检测器阵列的接收所述第一干涉束的第一偏振态的第一光电检测器的第一光学路径长度等于或几乎等于从所述第一非偏振分束器和所述第二非偏振分束器(可以是棱镜)的邻近面(或非偏振接触界面)到所述光电检测器阵列的接收所述第二干涉束的第一偏振态的第二光电检测器的第二光学路径长度。

从第一非偏振分束器和第二非偏振分束器(可以是棱镜)的邻近面(或非偏振接触界面)到所述光电检测器阵列的接收所述第一干涉束的第二偏振态的第三光电检测器的第三光学路径长度等于或几乎等于从所述第一非偏振分束器和所述第二非偏振分束器(可以是棱镜)的邻近面(或非偏振界面)到所述光电检测器阵列的接收所述第二干涉束的第二偏振态的第四光电检测器的第四光学路径长度。

在一些情况下，所述第一棱镜和所述第二棱镜、所述延迟路径、以及所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器构成单一组件，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜、所述延迟路径、以及所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器构成单一组件。所述单一组件相对于包含所述样品束和所述参考束的水平平面倾斜一度与五度之间的角度。所述样品束和所述参考束两者在所述第一棱镜的第一面和所述第二棱镜的第一面上的入射角介于一度与五度之间。

在一些情况下，这两个光束准直透镜、所述第一棱镜和所述第二棱镜、所述延迟路径、所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第三偏振分束器和第四偏振分束器、所述检测器阵列之前的四个透镜、以及所述检测器阵列构成单一组件，所述单一组件形成体积小于23毫米×37毫米×10毫米的紧凑封装件。

在另一示例中，一种光学相干断层扫描(OCT)接收器接收样品束和参考束，并将所述样品束和所述参考束组合成干涉束。所述OCT接收器包括具有非偏振分束器棱镜、第一反射器和第二反射器的组件。所述第一反射器和所述第二反射器布置在所述棱镜的相反侧上。所述棱镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的一个，并且所述第二反射器被布置成接收所述样品束或所述参考束中的另一个。在所述棱镜中，所述干涉束产生并被分成第一干涉束和第二干涉束。第一偏振分束器和第二偏振分束器彼此对准。所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置成邻近于所述第一反射器。所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置成将所述第一干涉束分成第一偏振态和第二偏振态。延迟路径被布置成邻近于所述非偏振分束器棱镜和所述第二反射器。所述延迟路径被配置成接收所述第二干涉束。第三偏振分束器和第四偏振分束器被布置成邻近于彼此。所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器被布置成邻近于所述延迟路径。所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器被布置成将所述第二干涉束分成第一偏振态和第二偏振态。光电检测器阵列被配置成接收所述第一干涉束的第一偏振态、所述第一干涉束的第二偏振态、所述第二干涉束的第一偏振态和所述第二干涉束的第二偏振态。

所述OCT接收器还可以包括第一准直透镜，所述第一准直透镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的一个，并将所述样品束或所述参考束中的所述一个引向所述棱镜；以及第二准直透镜，所述第二准直透镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的另一个，并将所述样品束或所述参考束中的所述另一个引向所述第二反射器。

所述OCT接收器还可以包括四个透镜：第一透镜，被布置成接收所述第一干涉束的第一偏振态；第二透镜，被布置成接收所述第一干涉束的第二偏振态；第三透镜，被布置成接收所述第二干涉束的第一偏振态；以及第四透镜，被布置成接收所述第二干涉束的第二偏振态。这些透镜可以全部是球透镜。

在一些情况下，所述延迟路径包括具有第一面和第二面的棱镜。所述棱镜的第一面邻近于所述非偏振分束器棱镜，并且所述棱镜的第二面邻近于所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器。在其他情况下，所述延迟路径可以是位于所述棱镜与所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器之间的一对反射器。

从非偏振分束器界面到所述光电检测器阵列的接收所述第一干涉束的第一偏振态的第一光电检测器的第一光学路径长度等于或几乎等于从非偏振分束器界面到所述光电检测器阵列的接收所述第二干涉束的第一偏振态的第二光电检测器的第二光学路径长度。

从非偏振分束器到所述光电检测器阵列的接收所述第一干涉束的第二偏振态的第三光电检测器的第三光学路径长度等于或几乎等于从所述非偏振分束器到所述光电检测器阵列的接收所述第二干涉束的第二偏振态的第四光电检测器的第四光学路径长度。

所述第一反射器和所述第二反射器、所述非偏振分束器棱镜、所述延迟路径、以及所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第三偏振分束器和第四偏振分束器构成位于平面中的单一组件。所述平面相对于包含所述样品束和所述参考束的水平平面倾斜一度与五度之间的角度。

所述第一反射器和所述第二反射器、所述非偏振分束器棱镜、所述延迟路径、以及所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器构成单一组件，所述单一组件形成体积小于23毫米×37毫米×10毫米的紧凑封装件。

本文中所描述的实施例可以用于提供和/或操作一体化装置以便为若干不同的应用模式中的每个实现优化的OCT性能。下面描述了以上总结的实施例的其他优点和改变。

附图说明

图1展示了示例性扫频源光学相干断层扫描(OCT)***的部件。

图2以俯视图展示了OCT接收器的示例。

图3描绘了图2的示例性OCT接收器的光学路径长度。

图4A和图4B是图2的OCT接收器的侧视图。

图5展示了OCT接收器的示例。

图6展示了OCT接收器的示例。

具体实施方式

在以下描述中，阐明具体细节以便描述特定的实施例。然而，本领域的技术人员应清楚的是可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施所披露的实施例。所呈现的具体实施例意在为说明性的，而非限制性的。本领域的技术人员可以认识到，虽然本文未明确描述，但其他材料也在本披露的范围和精神内。

图1展示了示例性SSOCT***10，所述***包括扫频光源100、干涉仪子***200和检测器接收器150。应了解的是，在此示出的细节仅是示例；其他***可以按众所周知的方式变化。

扫频光源100典型地被设计用于波长调谐，以产生扫频光学信号，所述扫频光学信号以1千赫兹(kHz)或更大的扫描重复速率在例如100nm或更大的光学波长范围上的预定光学调谐范围上重复扫描。光发射的带宽，即全宽半最大(FWHM)带宽典型地小于10GHz。在被实施为被设计用于例如以大约1060nm的中心波长操作的Mach-Zehnder型干涉仪的这个特定示例中的干涉仪子***200、和接收器150用于分析从成像物体5(可以是人眼)反射的光学信号。应了解的是，当干涉仪子***200针对不同波长设计时，所述干涉仪可以基于不同设计。其他中心波长可以包括大约1310nm或850nm的波长。

如图1中所见，来自扫频光源100的扫频光学输出经由光纤110耦合到干涉仪子***中的光纤耦合器210。例如，光纤耦合器210可以是90/10光纤耦合器。扫频光学信号被耦合器210分开在参考臂220与样品臂212之间。

参考臂220的光纤终止于光纤端面224。在所展示的实施方式中，从参考臂光纤端面224射出的光102R被透镜226准直并且被反射镜228反射。在一个示例中，反射镜228具有可调整的光纤到反射镜距离。这个距离决定了被成像的深度范围内的参考点，即，参考臂220与样品臂212之间的零路径长度差在样品5中的位置。在一些实施例中，可以对于不同的采样探针和/或被成像样品来调整这个距离。从参考反射镜228返回的光返回到参考臂循环器222并引向接收器150。

样品臂212上的光纤终止于样品臂探针216。离开的扫频光学信号102S被探针216聚焦到样品5上。从样品5返回的光返回到样品臂循环器214并引向接收器150。如下文更清楚地描述，参考臂信号和样品臂信号在接收器150中组合以产生光学干涉信号。

在此上下文中，样品束是从样品反射的光束，并且参考束是从参考臂中的反射镜反射的光束。样品束与样品臂相关联，并且参考束与参考臂相关联。在示例性干涉仪中，光源(在一些情况下，扫频光源或扫频源激光器)产生中心波长(在一些情况下，中心波长为1060nm)的光束。然后光束被分成两个束—其中一个束被引向样品(样品臂)，另一个束被引向参考路径(参考臂)。参考臂和样品臂的光学路径通常具有类似长度。样品束和参考束被组合以产生干涉束。

图2示出了OCT检测器的示例(或以俯视图示出了OCT接收器)。在图2中，样品束305从样品5反射。参考束310从参考臂返回。样品束305穿过准直透镜315。参考束310穿过准直透镜320和偏振器316。经准直的样品束305然后进入棱镜325，并且经准直的参考束310进入棱镜330。经准直的样品束305从棱镜325和330的表面(或非偏振分束接触界面)反射，并且经准直的参考束310从棱镜330的表面反射，如图2所示。样品束305与参考束310之间的干涉发生在棱镜325和棱镜330相会的点A。干涉束被棱镜325和棱镜330分成两个束B和C。束B进入偏振分束器(PBS)335，在所述偏振分束器，所述束被分成两个束BP和BS。束BP离开PBS335并进入透镜355，在所述透镜，所述束被聚焦到光电检测器375上。束BS离开PBS 335、被反射器345反射、并进入透镜365，在所述透镜，所述束被聚焦到光电检测器385上。以类似方式，束C也被分成束CP和CS。束C离开棱镜330并进入延迟路径337。在此示例中，延迟路径337包括棱镜，该棱镜的一对相反小面用作被对准以将光束C引到PBS 350中的反射器。束C进入偏振分束器(PBS)350，在所述偏振分束器，所述束被分成两个束CP和CS。束CP离开PBS 350并进入透镜370，在所述透镜，所述束被聚焦到光电检测器390上。束CS离开PBS 350、被反射器340反射、并进入透镜360，在所述透镜，所述束被聚焦到光电检测器380上。

在结构上，图2的示例性OCT接收器包括一对准直透镜315和320，这对准直透镜与一对棱镜325和330对准，以便在点A产生样品束305和参考束310的干涉。偏振器316处于参考臂的光学路径中、在准直透镜320与NPBS/棱镜330之间。干涉束被分成两个束B和C。棱镜325与PBS 335对准，以便将干涉束B分成两种偏振态(束BP和BS)。反射器345与PBS 335对准，以将束BS引向透镜365。透镜365与光电检测器385对准。PBS 335与透镜355对准，以将束BP引到光电检测器375上。以类似方式，棱镜330与延迟路径337对准。延迟路径337与PBS350对准，以便将干涉束C分成两种偏振态(束CP和CS)。反射器340与PBS 350对准，以将束CS引向透镜360。透镜360与光电检测器380对准。PBS 350与透镜370对准，以将束CP引到光电检测器390上。

在功能上，图2的示例性OCT接收器接收样品束305和参考束310、使两个束相互干涉以便产生干涉图案、将干涉束分成两个束B和C。两个束B和C采用两条平行的光学路径，并被进一步分成两种偏振态。然后，两个束(B和C)中的每个束的两种偏振态(BP、BS和CP、CS)中的每种偏振态被引向光电检测器阵列(375、385、390和380)。第一偏振态BP从非偏振界面A到其检测器375的光学路径长度近乎等于第一偏振态CP从非偏振界面A到其检测器390的光学路径长度。第二偏振态BS从非偏振界面A到其检测器385的光学路径长度近乎等于第二偏振态CS从非偏振界面A到其检测器380的光学路径长度。

棱镜325和300沿着表面耦合在一起，以形成非偏振分束器(NPBS)。在此示例中，棱镜325和330是附接的菱形棱镜，在其界面处具有非偏振分束涂层。棱镜325和330的邻近表面形成NPBS。样品束305和参考束310被对准以进入NPBS，使得它们各自被50/50功率***并且同时被NPBS非偏振界面组合。产生了两个空间上分离的正交干涉束，每个干涉束携带样品束的50％和参考束的50％。棱镜325的第一面邻近于棱镜330的第一面。在第一棱镜的第一面和第二棱镜的第一面相会处，干涉束产生并被分成第一干涉束和第二干涉束。

在图2的示例中，准直透镜315和320可以是准直光束的任何类型的透镜或光学元件。也可以使用其他类型的透镜来代替准直透镜315和320。在OCT接收器的另一示例中，可以没有准直透镜315和320。样品束301和参考束310可以分别被引向棱镜325和棱镜330，而不穿过准直透镜或OCT接收器内的其他光学元件。在图2的示例中，准直透镜315和320是一对匹配的透镜或相同类型的透镜。在一个示例中，准直透镜315和320具有1.8mm的有效焦距(EFL)，并且准直直径在300微米与700微米之间的束。

在图2的示例性OCT接收器中，棱镜325和330可以由菱形棱镜、立方体棱镜、矩形棱镜或其他形状的棱镜实现。代替棱镜，适用于图2的示例性OCT接收器的其他类型的光学元件包括平板分束器、立方体分束器等。在功能上，棱镜325和棱镜330一起有助于样品束和参考束的干涉，并有助于将干涉束分成两个干涉束。在图2的示例中，棱镜325和330的邻近表面之间的界面(在点A)用作非偏振分束器。

在图2的示例性OCT接收器中，PBS 335和350是分束器，并且可以由棱镜实现，所述棱镜包括立方体棱镜、矩形棱镜或其他形状的棱镜。适用于图2的示例性OCT接收器的其他类型的PBS包括平板分束器、立方体分束器等。在功能上，PBS 335和PBS 350两者都将干涉束分成具有不同偏振态(通常表示为偏振态P和S)的两个干涉束。在这种情况下，偏振态彼此正交。在图2的示例中，PBS 335和PBS 350是一对匹配的分束器或相同类型的分束器。

在图2的示例性OCT接收器中，反射器340和345可以由反射镜实现，所述反射镜包括被设计成反射特定波长的光的反射镜。在其他示例中，反射器340和345可以用各种类型的棱镜或分束器来实现。例如，反射器340和345可以用棱镜或分束器的表面来实现。在图2中，反射器40和345具有与PBS 335和PBS 350相同的形状因素。此形状因素实现了接收器150的紧凑设计。

在图2的示例性OCT接收器中，透镜355、360、365和370可以用用于准直、聚焦或以其他方式改变光束的光学路径的透镜元件来实现。可以使用多种类型的透镜来将光束引向光电检测器375、380、385和390。在一个示例中，2.0mm BK7球透镜用于透镜355、360、365和370中的每一个，以便将光束聚焦成约75微米的光斑大小。

在图2的示例性OCT接收器中，延迟路径337在干涉束C的路径中引入延迟，以补偿干涉束B的较长光学路径。换句话说，延迟路径337引入了光学路径长度，使得从准直透镜315或点(界面)A到光电检测器375的光学路径等于或几乎等于从准直透镜320或点(界面)A到光电检测器390的光学路径。同样，延迟路径337引入了光学路径长度，使得从准直透镜315或点(界面)A到光电检测器385的光学路径等于或几乎等于从准直透镜320或点(界面)A到光电检测器380的光学路径。延迟路径337可以使用一对反射镜、分束器、棱镜或被设计成在光学路径中引入延迟或额外长度的其他光学元件来实现。

在图2的示例性OCT接收器中，光电检测器375、380、385和390接收偏振光束BP、CS、BS和CP。典型地，光电检测器375、380、385和390是将光子转换成电流的半导体器件。在这种情况下，光电检测器375、380、385和390可以是偏振敏感元件。

图3描绘了图2的示例性OCT接收器的光学路径长度。在图3的示例中，从A到B的光学路径长度等于或几乎等于从A到C的光学路径长度，并且从A到D的光学路径长度等于或几乎等于从A到E的光学路径长度。在此示例中，图3所示的光学路径中使用的光学玻璃是BK7玻璃，其在1060nm下的折射率为约1.5067。为了示出光学路径长度，在图3中，c＝c*＝c’并且其他路径长度如下：

并且针对路径A到C

在这种情况下，为了确保路径长度相等，从相同制造批次选择比如NPBS和PBS等光学部件，或者对这些光学部件进行预分类和匹配，以使由光学部件的变化引入的路径长度差异最小化。

图2和图3所示的示例性OCT接收器提供了可以用于干涉仪中的紧凑、稳定的封装件。根据上文给出的尺寸，包含所有元件的紧凑封装件的体积小于23mm×37mm×10mm。另外，使用具有图中描述和示出的几何形状的透镜元件、NPBS元件和PBS元件实现了紧凑组件。这种紧凑组件提供了光学稳定性以及可以并入到便携式OCT仪器中的物理上小的封装件。在图2的示例中，棱镜325和棱镜330可以各自用菱形棱镜实现，PBS 335、PBS 340、PBS345和PBS 350可以各自用立方体分束器实现，并且延迟路径337可以用棱镜实现。这些几何部件可以组装并对准成小且稳定的封装件。如图2和图3所示，棱镜325和330、PBS 340、345、350、355和延迟路径337可以被布置成邻近于彼此。因为棱镜、PBS和延迟路径在此示例中各自是几何元件(例如，棱镜)，所以这些元件的面可以如图所示被放置成邻近于彼此，以形成稳定组件。此外，透镜355、360、365、370和光电检测器375、380、385、390的位置可以相对于单一紧凑封装件中的其他元件固定。

图4A和图4B是图2的示例的OCT接收器的侧视图。在图4A和图4B中，描绘了样品束305、准直透镜315、棱镜325、棱镜335、PBS 350、透镜355和光电检测器375。准直透镜315之后是准直透镜320。棱镜325之后是棱镜330。PBS 335之后是延迟路径337。透镜355之后是透镜365、360和370。光电检测器375之后是光电检测器385、380和390。偏振器316也可以位于参考路径中、在准直透镜320与棱镜330之间。

偏振器316可以成45度角位于参考路径(或参考臂的光学路径)中，如图3的示例所示。在这种情况下，偏振器316将确保P通道和S通道的正确信号匹配，并且P通道和S通道将具有相等或近似相等的功率。偏振器316可以被定向成使得出现P通道和S通道的正确信号匹配，或者P通道和S通道具有相等或近似相等的功率。在这种情况下，参考臂中的光在被分成P偏振和S偏振之前穿过偏振器。以此方式，参考臂中的光在被进一步分成两种偏振态(P和S)之前被偏振或对准。

图4A和图4B示出了引入到OCT接收器150的光学部件的倾斜。如果图2描绘了OCT接收器150俯视图的水平平面，那么图4A和图4B描绘了OCT接收器150侧视图的竖直平面。相对于水平平面402约两度的倾斜被引入到包括棱镜325和330、延迟路径337和偏振分束器335、340、345、350的组件。倾斜角实际上变成水平引导的样品束305和参考束310在NPBS的输入表面/小面(即，棱镜325和330的邻近侧)处的入射角。倾斜角在图4A和图4B中被示出为平面401与402之间的角度。在此示例中，平面402是包含样品束和参考束的平面。包括棱镜325和330、延迟路径337和偏振分束器335、340、345、350的组件相对于平面402倾斜某角度。在OCT接收器150的竖直平面中引入的倾斜可以在一度到五度的范围中，在图4A和图4B的示例中示出了约两度的倾斜(平面401与402之间的角度)。图4A描绘了前向束，并且图4B描绘了前向束和后向反射的束。为了消除***中的重影，后向反射的束以不会向后穿过准直透镜的角度返回。已发现，由于与前向束的几何分离，两度的倾斜足以消除双后向路径干涉。

图5示出了OCT接收器的另一示例。在图5中，使用双折射晶体505代替PBS 335、反射镜345、延迟路径337、PBS 350和反射镜340。为了简单起见，省略了透镜355、360、365和370。在图5中，光电检测器375、380、385和390的位置可以被调整成使得从A到B和从A到D的光学路径相等或几乎相等，并且从A到C和从A到E的光学路径相等或几乎相等。

图6示出了OCT接收器的示例。在图6中，NPBS 328、反射器326和反射器327取代了图2中的棱镜325和棱镜330。在图6中，样品束305从样品5反射。参考束310从参考臂返回。样品束305穿过准直透镜315。参考束310穿过准直透镜320和偏振器316。经准直的样品束305从反射器326反射或者被引向NPBS 328，并且经准直的参考束310从反射器327朝向NPBS328反射。经准直的样品束305然后进入NPBS 328，并且经准直的参考束310进入NPBS 328。样品束305与参考束310之间的干涉发生在NPBS 328中的点A。干涉束被NPBS 328分成两个束B和C。OCT接收器的其余部分与图2描绘和上文描述的相同。

在功能上，图6的示例性OCT接收器提供从点A(即，棱镜325和330的邻近面或者NPBS 328内的非偏振界面)到光电检测器375和390的长度相同或几乎相同(即，长度匹配)的光学路径。它还提供从点A到光电检测器385和380的长度相同或几乎相同(即，长度匹配)的光学路径。图6的示例性OCT接收器接收样品束305和参考束310、使两个束相互干涉以便产生干涉图案、将干涉束分成两个束B和C。两个束B和C采用两条平行的光学路径，并被进一步分成两种偏振态。然后，两个束(B和C)中的每个束的两种偏振态(BP、BS和CP、CS)中的每种偏振态被引向光电检测器阵列(375、380、385、390和380)。

应了解，所描述的示例将OCT接收器设置成紧凑且光学稳定的封装件。光学元件被组装以产生长度相同或几乎相同的匹配光学路径。

上述具体实施例展示但不限制本发明。如上所述和如下文要求保护的，还应理解的是，根据本发明的原理的许多修改和变化是可能的。

Claims (22)

1.一种光学相干断层扫描OCT接收器，所述OCT接收器接收样品束和参考束，并将所述样品束和所述参考束组合成干涉束，所述OCT接收器包括：

彼此对准的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜的第一面邻近于所述第二棱镜的第一面，所述第一棱镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的一个，并且所述第二棱镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的另一个，在所述第一棱镜的第一面与所述第二棱镜的第一面相会处，所述干涉束产生并被分成第一干涉束和第二干涉束；

彼此对准的第一偏振分束器和第二偏振分束器，所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置成邻近于所述第一棱镜，所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置成将所述第一干涉束分成第一偏振态和第二偏振态；

被布置成邻近于所述第二偏振分束器的延迟路径，所述延迟路径被配置成接收所述第二干涉束；

被布置成邻近于彼此的第三偏振分束器和第四偏振分束器，所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器被布置成邻近于所述延迟路径，所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器被布置成将所述第二干涉束分成第一偏振态和第二偏振态；以及

光电检测器阵列，所述光电检测器阵列被配置成接收所述第一干涉束的第一偏振态、所述第一干涉束的第二偏振态、所述第二干涉束的第一偏振态和所述第二干涉束的第二偏振态。

2.如权利要求1所述的OCT接收器，进一步包括：

第一准直透镜，所述第一准直透镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的一个，并将所述样品束或所述参考束中的所述一个引向所述第一棱镜；以及

第二准直透镜，所述第二准直透镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的另一个，并将所述样品束或所述参考束中的所述另一个引向所述第二棱镜。

3.如权利要求1所述的OCT接收器，进一步包括四个透镜：

第一透镜，被布置成接收所述第一干涉束的第一偏振态；

第二透镜，被布置成接收所述第一干涉束的第二偏振态；

第三透镜，被布置成接收所述第二干涉束的第一偏振态；以及

第四透镜，被布置成接收所述第二干涉束的第二偏振态。

4.如权利要求3所述的OCT接收器，其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜各自是球透镜。

5.如权利要求1所述的OCT接收器，其中，所述延迟路径包括棱镜，所述棱镜具有第一面和第二面，所述棱镜的第一面邻近于所述第二棱镜，并且所述棱镜的第二面邻近于所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器。

6.如权利要求1所述的OCT接收器，其中，所述延迟路径包括位于所述第二棱镜与所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器之间的一对反射器。

7.如权利要求1所述的OCT接收器，其中，从所述第一棱镜和所述第二棱镜的邻近面到所述光电检测器阵列的接收所述第一干涉束的第一偏振态的第一光电检测器的第一光学路径长度等于或几乎等于从所述第一棱镜和所述第二棱镜的邻近面到所述光电检测器阵列的接收所述第二干涉束的第一偏振态的第二光电检测器的第二光学路径长度。

8.如权利要求1所述的OCT接收器，其中，从所述第一棱镜和所述第二棱镜的邻近面到所述光电检测器阵列的接收所述第一干涉束的第二偏振态的第三光电检测器的第三光学路径长度等于或几乎等于从所述第一棱镜和所述第二棱镜的邻近面到所述光电检测器阵列的接收所述第二干涉束的第二偏振态的第四光电检测器的第四光学路径长度。

9.如权利要求1所述的OCT接收器，其中，所述第一棱镜和所述第二棱镜、所述延迟路径、以及所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器构成单一组件，所述单一组件相对于包含所述样品束和所述参考束的水平平面倾斜一度与五度之间的角度。

10.如权利要求1所述的OCT接收器，其中，所述样品束和所述参考束两者在所述第一棱镜的第一面和所述第二棱镜的第一面上的入射角介于一度与五度之间。

11.如权利要求1所述的OCT接收器，其中，所述第一棱镜和所述第二棱镜、所述延迟路径、以及所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器构成单一组件，所述单一组件形成体积小于23毫米×37毫米×10毫米的紧凑封装件。

12.一种光学相干断层扫描OCT接收器，所述OCT接收器接收样品束和参考束，并将所述样品束和所述参考束组合成干涉束，所述OCT接收器包括：

包括棱镜、第一反射器和第二反射器的组件，所述第一反射器和所述第二反射器布置在所述棱镜的相反侧上，所述棱镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的一个，并且所述第一反射器被布置成接收所述样品束或所述参考束中的另一个，在所述棱镜中，所述干涉束产生并被分成第一干涉束和第二干涉束；

彼此对准的第一偏振分束器和第二偏振分束器，所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置成邻近于所述第一反射器，所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器被布置成将所述第一干涉束分成第一偏振态和第二偏振态；

被布置成邻近于所述非偏振分束器和所述第二反射器的延迟路径，所述延迟路径被配置成接收所述第二干涉束；

被布置成邻近于彼此的第三偏振分束器和第四偏振分束器，所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器被布置成邻近于所述延迟路径，所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器被布置成将所述第二干涉束分成第一偏振态和第二偏振态；以及

光电检测器阵列，所述光电检测器阵列被配置成接收所述第一干涉束的第一偏振态、所述第一干涉束的第二偏振态、所述第二干涉束的第一偏振态和所述第二干涉束的第二偏振态。

13.如权利要求12所述的OCT接收器，进一步包括：

第一准直透镜，所述第一准直透镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的一个，并将所述样品束或所述参考束中的所述一个引向所述棱镜；以及

第二准直透镜，所述第二准直透镜被布置成接收所述样品束或所述参考束中的另一个，并将所述样品束或所述参考束中的所述另一个引向所述第二反射器。

14.如权利要求12所述的OCT接收器，进一步包括：

第一透镜，被布置成接收所述第一干涉束的第一偏振态；

第二透镜，被布置成接收所述第一干涉束的第二偏振态；

第三透镜，被布置成接收所述第二干涉束的第一偏振态；以及

第四透镜，被布置成接收所述第二干涉束的第二偏振态。

15.如权利要求14所述的OCT接收器，其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜各自是球透镜。

16.如权利要求12所述的OCT接收器，其中，所述延迟路径包括棱镜，所述棱镜具有第一面和第二面，所述棱镜的第一面邻近于所述棱镜，并且所述棱镜的第二面邻近于所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器。

17.如权利要求12所述的OCT接收器，其中，所述延迟路径包括位于所述棱镜与所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器之间的一对反射器。

18.如权利要求12所述的OCT接收器，其中，从所述非偏振分束器到所述光电检测器阵列的接收所述第一干涉束的第一偏振态的第一光电检测器的第一光学路径长度等于或几乎等于从所述非偏振分束器到所述光电检测器阵列的接收所述第二干涉束的第一偏振态的第二光电检测器的第二光学路径长度。

19.如权利要求12所述的OCT接收器，其中，从所述非偏振分束器到所述光电检测器阵列的接收所述第一干涉束的第二偏振态的第三光电检测器的第三光学路径长度等于或几乎等于从所述非偏振分束器到所述光电检测器阵列的接收所述第二干涉束的第二偏振态的第四光电检测器的第四光学路径长度。

20.如权利要求12所述的OCT接收器，其中，所述第一反射器和所述第二反射器、所述棱镜、所述延迟路径、以及所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器构成单一组件，所述单一组件相对于包含所述样品束和所述参考束的平面倾斜一度与五度之间的角度。

21.如权利要求12所述的OCT接收器，其中，所述样品束和所述参考束两者在所述第一棱镜的第一面和所述第二棱镜的第一面上的入射角介于一度与五度之间。

22.如权利要求12所述的OCT接收器，其中，所述第一反射器和所述第二反射器、所述棱镜、所述延迟路径、以及所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器构成单一组件，所述单一组件形成体积小于23毫米×37毫米×10毫米的紧凑封装件。

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