TWI804509B - 干涉成像裝置 - Google Patents

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TWI804509B TW107132873A TW107132873A TWI804509B TW I804509 B TWI804509 B TW I804509B TW 107132873 A TW107132873 A TW 107132873A TW 107132873 A TW107132873 A TW 107132873A TW I804509 B TWI804509 B TW I804509B
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盧松暐
劉子維
曾仁輿
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林嘉偉
莊又澄
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Abstract

本發明提供一種裝置/系統，特別是一種線掃描式干涉成像裝置，其具有一二維攝像機，以接收干涉訊號並且達成良好的影像品質和影像解析度。該裝置包含一位於干涉物鏡模組上的線形反射鏡，藉此增加光的利用效率。

Description

干涉成像裝置
本發明提供一種創新的裝置/系統，特別是一種線掃描式干涉成像裝置，其含有一二維攝像機，以接收干涉訊號並且達成良好的影像品質和影像解析度。該裝置包含一位於干涉物鏡模組上的線形反射鏡，藉此增加光的利用效率。
根據世界衛生組織的統計，過去十年中皮膚癌在全球逐年增加，此與生活形態、高齡社會和地球臭氧層的破壞密切相關。
皮膚癌是出現在皮膚的癌症。它們是由具有侵犯或傳播到身體其他部位之能力的異常細胞所發展而成。
光學同調斷層掃描(OCT)是一種用於施行非侵入式高解析度截面成像的技術，其能夠在微米尺度上提供組織結構(例如皮膚組織)的影像。
本發明提供一種裝置/系統，特別是一種線掃描式干涉成像裝置，其具有一二維攝像機，以接收干涉訊號並且達成良好的影像品質和影像解 析度。該裝置包含一位於干涉物鏡模組上的線形反射鏡，藉此增加光的利用效率。
在一些態樣中，本案提供了一種裝置/系統，其包含一照明模組，設置用於將一光源供應至一光學干涉模組，而該光學干涉模組將該光源轉變成一線光源並處理光訊號；一干涉物鏡模組，其處理來自該光學干涉模組的光線，並處理由一樣品所產生的光訊號；一二維攝像機，其設置用於由接收來自該樣品之一背向散射干涉訊號，以及一資料處理模組，其將該干涉訊號處理成一影像。
在另一態樣中，本案提供了一種裝置/系統，其包含一照明模組，設置用於將一光源(例如一線光源或一面光源)提供至一光學干涉模組；一干涉物鏡模組，包含一物鏡和一干涉構件，其處理來自於該光學干涉模組的光線，並且處理由一樣品所產生的光訊號；一二維攝像機，其接收來自該樣品之一背向散射干涉訊號；以及一資料處理模組，用於分析光訊號並且提供一樣品成像，其中裝置/系統被構形成使該物鏡在一配置中接受入射光，而該配置使該入射光之焦點位於該物鏡的一焦平面和一主平面之間。
援引併入
本說明書中所提到的所有出版物、專利和專利申請案均通過引用併入本文，其等同於特别地且單獨地指出每個單獨的出版物、專利或專利申請通過引用而併入。
A:照明模組
B:光學干涉模組
C:干涉物鏡模組
D:二維攝像機
E:資料處理模組
F:另一二維攝像機
3:樣品
4:投射透鏡
6:壓電式轉換器
6a:壓電式轉換器
6b:壓電式轉換器
11:光源
L11:光源、LED
12:準直鏡
13:柱狀透鏡
14:分光鏡
14a:分光鏡
15:四分之一波片
16:光纖
17:開關
18:消色差透鏡
21:物鏡
21a:物鏡
21b:物鏡
22:干涉構件
31:物鏡
41:焦平面
42:主平面
44:焦點
104:投射透鏡
105:2D攝像機
111:光軸
112:線狀光
221:第一玻片
222:第二玻片
223:第三玻片
224:反射鏡、高反射區
225:黑色斑點
226:反射鏡
312:準直鏡
313:柱狀透鏡
321:第一玻片
322:第二玻片
323:第三玻片
324:反射參考鏡
L:線光源照明模式
M:面光源照明模式
參考以下使用本發明原理所詳述之實施方式及圖式，將能更理解本發明的特徵及優點，圖式說明如下：
第1A/B圖例示本案裝置/系統的方塊圖，其包含一照明模組A、一光學干涉模組B、一鄰接著樣品區的干涉物鏡模組C、一二維攝像機D，以及一影像處理模組E(第1A圖)。本案裝置/系統可選擇性的包含成像導引模組，其包含另一二維攝像機F(第1B圖)。
第2A/B圖例示本案的裝置/系統，其不含有一第二個二維(2D)攝像機(第2A圖)以及含有一2D攝像機(第2B圖)。
第3圖例示數個影像，其由本案裝置/系統的一具體例所產生。
第4A/B圖例示干涉物鏡模組的數個設計，其設有一黑色斑點(第4A圖)或是未設有黑色斑點(第4B圖)。
第5圖為第一玻片的具體例，其具有一線形反射鏡。
第6A/B圖為本案裝置/系統的另一具體例，其中一邁克遜型物鏡(Michelson type objective)併用有一成像導引模組(第6A圖)或未併用有成像導引模組(第6B圖)。
第7圖提供了本案裝置/系統的例示性設計的另一具體例，其具有一開關以切換照明模式。
第8圖例示本案裝置/系統，其包含一干涉物鏡模組，其中物鏡31被設置成能使入射光的焦點44位於焦平面41和主平面42之間。
第9圖進一步例示本案裝置/系統如何被建構而使得雜散光聚焦在2D攝像機D之成像範圍的邊緣和外界。
第10圖為數個不同形狀的參考反射鏡的實例。
近年來，光學同調斷層掃描(OCT)已被廣泛地運用在皮膚組織或角膜的三維(3-D)影像重建。已知在表皮中以非侵入方式針對角質層(SC)偵測諸如總平均厚度(a-TT)、皮層平均數(a-NOLs)和細胞層平均厚度(a-CLT)等皮層參數(LPs)，其對於評估表皮的皮膚保溼度是重要的。但是，將OCT技術應用於皮膚組織成像時，在組織中獲得比1.2μm更佳的縱向解析度是測量SC之LPs的門檻。此外，單一表皮細胞的3-D形態對於在癌前診斷中早期偵測正常和異常細胞也是重要的。這些都需要組織中的次微米空間解析度。
本案提供的數種裝置和系統係將OCT技術(例如FF-OCT)應用於皮膚組織或角膜的成像，其利用一線光源照射至一樣品，以一二維攝像機產生截面掃描影像，該影像出乎意料的清晰且具有低光斑(speckle)的影像品質。特別是，本發明提供的數種裝置和系統，其干涉物鏡模組具有一線形反射鏡，其平行於線狀光，能被二維攝像機偵測，從而達成光利用效率且增進影像掃描速度。
在一些具體例中提供了一種裝置和系統，其包含一照明模組，該照明模組被構形成用於將一光源(例如一線光源或一面光源)供應至一光學干涉模組；一干涉物鏡模組，其處理來自於該光學干涉模組的光線，並且處理由一樣品所產生的光訊號；一二維攝像機，用來接收該樣品之一背 向散射干涉訊號；以及一資料處理模組，用於分析光訊號並且提供一樣品成像。
第1A圖提供了本案裝置/系統的一個具體例，它包含一照明模組A，設置用於將一光源(例如一線光源或一面光源)提供至一光學干涉模組B；一干涉物鏡模組C，其處理並且將該光線投射至該干涉物鏡模組B，並且將該線光源照明至一樣品3；一二維攝像機D，用於接收來自該樣品3之一背向散射干涉訊號；以及一資料處理模組E，其處理該干涉訊號而成為一影像。
在一些具體例中，該照明模組(例如一光源11)包含一自發輻射光源(spontaneous emission light source)、一放大自發輻射光源(amplified spontaneous emission light source)、一超輻射二極體(superluminescent diode)、一發光二極體(LED)、一寬頻超連續譜光源(broadband supercontinuum light source)、一鎖模雷射(mode-locked laser)、一可調雷射(tunable laser)、一傅立葉域鎖模光源(Fourier-domain mode-locked light source)、一光參量振盪器(optical parametric oscillator；OPO)、一鹵素燈或是諸如Ce3+：YAG晶體光纖、Ti3+：Al2O3晶體光纖、Cr4+：YAG晶體光纖的摻合型晶體光纖等等。在某些具體例中，該光源模組包含Ce3+：YAG晶體光纖、Ti3+：Al2O3晶體光纖或是Cr4+：YAG晶體光纖。在某些具體例中，該照明模組包含Ti3+：Al2O3晶體光纖。舉例而言，該光源模組是Ti3+：Al2O3晶體光纖光源，其功率為0.5mW至500mW，或是4至100mW，或是10至50mW，或是20至40mW，抑或是其他適合的功率範圍。
在一些具體例中，該光學干涉模組被設置成能夠將該照明模組中之光源所投射的光線產生一直線樣式的光線。在某些具體例中，該光學干涉模組包含一變體透鏡，例如一柱狀透鏡、或是一圓形轉線形光纖束、一繞射光學元件、經特殊設計的光學散射器等等。習於此藝者將可以容易地採用其他適合的手段來產生具有諸如3至100或是5至20或是其他適當比例等具有各種高寬比(aspect ratio)的線狀光。也可以使用其他適合產生細長光線的習用光學元件，沒有任何限制。
在一些具體例中，該干涉物鏡模組包含一物鏡和一干涉構件，其被構形成用於處理光源，例如用於處理由一光學干涉模組所投射出來的線光源，而照明於一樣品，並且能接收來自該樣品之一背向散射訊號，而產生一干涉訊號。在一些具體例中，該干涉物鏡模組是一米勞型(Mirau-type)干涉物鏡模組、邁克遜型干涉模組、馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉物鏡模組或是習於此藝者容易認知到的任何適合的干涉型物鏡模組。
在一些具體例中，該物鏡是一米勞型干涉物鏡模組，其包含一液浸物鏡，該物鏡具有一折射率近似於樣品之折射率的浸漬液。舉例而言，如果樣品是皮膚，則折射率約1.2至約1.8，較佳約1.3至約1.5。在一些具體例中，媒質包含水、聚矽氧油、乙醇、甘油、耐熱玻璃(pyrex)、超音波凝膠或是彼等之組合。在某些具體例中，媒質包含水、聚矽氧油或甘油。在某些具體例中，媒質包含水。
在一些具體例中，如第1B圖所示，本案裝置/系統另包含一成像導引模組F，其包含一攝像機鏡片和一第二2D-攝像機，供用於成像導引。成 像導引模組提供了一大面積的樣品影像(例如大面積樣品表面的細節)。該成像導引模組和干涉物鏡模組共享了相同的光通道或路徑，因而使視域範圍重疊，如第2B圖所示。
第2A圖提供了一個例示性的本案裝置/系統。光線是由一包含例示性光源11的照明模組所產生，並且經由光纖16傳送至準直鏡12。該光線是藉由例如一柱狀透鏡13而被轉變成為線狀光，隨後通過偏極分光鏡14和四分之一波片15，使線狀光轉為圓偏極化。接著使光線進入干涉物鏡模組C。在一些具體例中，干涉物鏡模組C包含一物鏡21和一干涉構件22。當光線(例如線狀光)經由干涉物鏡模組C投射至樣品3時，樣品3的背向散射光通過干涉物鏡模組C而抵達分光鏡14，且經由投影鏡4將光訊號提供至二維攝像機D。訊號隨後被一資料處理模組(圖未示)進一步處理，以提供樣品成像。習知技術中，線性掃描光是由一維攝像機所偵測，因為無須對「線狀(line)」的一維光線進行「面(area)」的檢測。意外發現到，藉由運用一帶有特殊設計的2-D攝像機D，相較於運用一1-D攝像機，可以產生更高影像訊噪比、更高解析度的截面影像。它被設計成運用一z-軸壓電式轉換器(PZT)6於Z方向上使干涉物鏡模組C進行掃描。帶有干涉訊號的線狀光會經由投射透鏡4而投射至二維攝像機D之狹窄矩形區域之像素上。在記錄下PZT掃描過的干涉訊號後，該狹窄矩形區域中的各縱列像素將被一資料處理模組E所處理，以產生截面影像。因此，一次掃描可以產生數個截面影像。將這些截面影像予以疊加之後，即可產生一高影像訊噪比、高解析度的截面影像。
在一些具體例中，干涉構件包含被水平排設的數片玻璃鏡，包括第一玻片、第二玻片和第三玻片。第一玻片包含被構形成具有平行於該線狀光之形狀的一反射鏡。第二玻片能使部分光線傳送至第三玻片。舉例來說，該反射鏡可以被形成在第一玻片上，其具有一細長線形且高寬比約1至5000，尤其是4至1000，尤其是8至250，尤其是10至100，習於此藝者可以視需要調整該比例。反射鏡的高寬比範圍決定了視域範圍(FOV)。在一些具體例中，第二玻片可做為分光鏡，其具有約5%至30%的反射比，較佳為5%至20%的反射比，以避免玻璃-樣品界面所反射的雜散光。前述三片玻片的折射率與樣品之折射率相符合，折射率例如約1.2至約1.8，較佳約1.3至約1.5，從而避免玻璃-樣品界面所產生的雜散光。
經發現，以2-D攝像機D取代線狀光相關光學模組所經常搭配使用的1-D攝像機，其掃描樣品所獲取的截面影像可以達到比預期更為優異的高影像清晰度和品質，此設計有效地提升了影像的訊躁比，並且減少影像光斑(speckles)的數量。如同第3圖中的樣品影像所顯示，明顯的光斑可見於第3A圖影像，其是由1D攝像機所獲取，該影像模糊不清且品質不良。另一方面，相較於第3A圖所示影像，第3C圖的影像是由2D攝像機所得，其看起來具有清晰的影像訊號且具有具有更少的光斑數量。在這種與線狀光相關的設計中運用2D攝像機相較於使用1D攝像機者(其為習用的典型做法)能夠具有更佳的影像品質，其原因在於，1D攝像機只能接收1個像素寬度的影像，而2D攝像機能夠接收超過1個像素寬度的影像資料。如第3B圖所示，依據本發明藉由將數個影像予以疊加，得到了一個清晰的影像，且其 具有低數量的光斑，但也發現到，如果堆疊厚度過低，則影像在某些影像特性上會變得模糊，因而，在這種設計中使用2D攝像機只在影像堆疊的某一厚度範圍內有成效，在一些具體例中，最合適的疊加厚度是2至256個像素、4至128個像素，或是4至64個像素，在一些具體例中，最合適的疊加厚度是4至64個像素，例如使用8個像素來產生第3C圖。也意外地發現到，這種2-D攝像機的設計減少了所需要的透鏡數，使得模組更為簡化，因為2D攝像機可以因應測量面積而被彈性地調整，從而得以容易地使用不同高寬比的光學設計。鏡片數量減少顯著地縮短本案裝置/系統的製造時間和精力。
在一些具體例中，該裝置/系統更包含一成像導引模組，其包含一投影鏡104和一第二2D攝像機105，以供成像導引之用。
該裝置/系統併有一成像導引模組，以提供皮膚表面細節的大範圍(宏觀)影像。如第2B圖所示，除了2D攝像機D搭配著典型米勞型干涉物鏡模組以供高解析度光學成像之外，該裝置/系統中包括有一影像導引模組，其包含一攝像機透鏡104和一2D-攝像機105，其中分光鏡14a用於將訊號導引至2D-攝像機105。這兩個成像系統共享了相同的光學通道/路徑，因此，它們的FOV相互重疊，且具有固定的相對位置。一光源，例如LED(L11)，係環繞著干涉構件22的光源，以將光線供應給成像導引模組。光源L11具有不同於該照明模組的波長或時間分佈，因此光源L11投射至樣品所產生的訊號完全被2D-攝像機105所捕捉，以產生皮膚表面的大範圍影像。
成像導引模組的FOV大於高解析度成像模組(亦即干涉物鏡模組)的FOV。當檢測一樣品(例如一患部或一角膜)時，使用成像導引模組先取得該樣品區域的大範圍影像，接著，將干涉物鏡模組貼附在樣品上，使影像導引模組將樣品表面成像，使用一演算法進行演算，其中導引影像的FOV位於第一大範圍影像上，因為導引影像與高解析度影像之間的位置是固定的，所以高解析度影像的位置可以被精準定位於大範圍影像上。
第4A、4B和5圖繪示了一個例示性的本案干涉物鏡模組及其作動方式。
第4A圖顯示一個例示性的干涉構件22。在一些具體例中，該干涉構件包含覆設有一反射鏡224的第一玻片221、第二玻片222和第三玻片223，其中反射鏡224被覆設以產生一參考臂，並且對於由樣品3返回的散射光產生干涉。如第4A圖所示，佈覆於第一玻片222上的反射鏡224是線狀且平行於經聚焦的線狀光112。
在其他具體例中，如第4B圖所示，第一玻片221更包含一黑色斑點225，其位於第一玻片221的相反側且對應於反射鏡224的位置處。
透明的第一玻片221最接近於物鏡21，第一玻片上，局部佈覆有反射鏡224，以使面對焦平面的中心表面具有高反射性，而面對物鏡21的表面中心區域具有一吸光性的黑色斑點225，用於阻擋雜散光。透明的第三玻片223與樣品3(部分地)相接觸，它被設定在一位置(位置範圍)，以使得物鏡的焦平面接近於樣品。
第二玻片222覆有塗層，以使第二玻片之面對第三玻片223的表面能部分反光。此一覆有塗層的表面供做為米勞型干涉儀的分光鏡，而且透明的第二玻片222之位置被設置於能使高反射區224位在物鏡的焦平面上。
如第4A圖所示，角度20度以內的偏差被定義為平行。在一些具體例中，其位於15度角以內、位於10度角以內或是位於5度角以內。再者，反射鏡224具有約3至10且較佳為約5至8的可調式高寬比。因此，這個在第一玻片上佈覆線形反射鏡的設計架構使得光線被充分運用。在一些具體例中，第二玻片222具有約5%至30%且較佳為10%至20%的反射比，或是視狀況需要而為任何其他適當的比例。第三玻片223完全透明以配適樣品3，以容許線狀光穿透且照射至樣品3。
在一些具體例中，干涉構件包含被水平排設的數片玻璃鏡，包括第一玻片、第二玻片和第三玻片。第一玻片包含被構形成具有平行於該線狀光之形狀的反射鏡。第二玻片被構形成使光線部分地傳送至第三玻片。例如，該反射鏡可以被形成在第一玻片上，其具有一細長線形且呈現約1至5000，尤其是4至1000，尤其是8至250，尤其是10至100的高寬比，習於此藝者可以視需要調整該比例。反射鏡的高寬比範圍決定了視域(FOV)的範圍。在一些具體例中，第二玻片可用做為分光鏡，其具有約5%至30%的反射比，較佳為5%至20%的反射比。再者，這三個玻片具有與樣品之折射率相符合的折射率，例如位於約1.2至約1.8的範圍內，較佳為約1.3至約1.5，從而避免玻璃-樣品界面所產生的雜散光。
第6A/6B圖提供了另一個具體例，其中本案裝置/系統中使用一邁克遜型干涉物鏡模組。在一些具體例中，本案裝置/系統是一邁克遜型干涉成像裝置/系統，其除了使用不相同的干涉物鏡模組C以外，包含相同於第2A/2B圖中的照明模組和光學干涉模組，以及可選擇性設置的成像導引模組。干涉物鏡模組C包含一物鏡21a和一接觸樣品3的第三玻片223，用以生成一樣品臂，以及一物鏡21b和反射鏡226，用以生成一參考臂。當線狀光同時照射於樣品3和反射鏡226且被它們所反射時，將會產生干涉訊號並且經由投射透鏡4而被二維攝像機D捕捉，隨後由一資料處理模組生成一截面影像，而成像導引模組包含投射透鏡104和2D攝像機105，其提供一大範圍樣品影像，能與該截面影像具有關聯性。
在一些具體例中，光學干涉模組更包含一開關，其被用於在線光源和面光源之間切換光線輸出，從而在裝置的線掃描模式和全場域模式之間進行切換，以容許使用者獲取樣品的截面影像及/或正面影像(en-face images)(例如獲取一3-D切片數據)。此一設計使得使用者能夠獲取完整的樣品資訊。
為了從樣品獲得更多的結構資訊，在一些具體例中，光學干涉模組更包含一開關17，其被用於提供不同的照明模式，如第7圖所示。在一些具體例中，有兩種模式可供轉換；一者是線光源照射模式L，另一者為面光源照射模式M，其中開關17(例如Thorlabs CFW6)被設置在準直鏡12和偏極分光鏡14之間，用於切換被安裝在開關17的鏡架中的柱狀透鏡13和消色差透鏡18，使得照明模式能切換成線光源照明模式L以獲取截面影像，或 是切換成面光源照明模式M以獲取正面影像，而這能夠獲致三維體積圖像(three-dimensional volumetric images)。在一些具體例中，這種切換開關不限於變換線光源照明模式和面光源照明模式；依據本發明亦可以使用應用不同透鏡的所有其他適合模式。
在一些具體例中，本案裝置/系統被構形成能使雜散光聚焦於2D攝像機D的成像範圍邊緣和外界。
舉例而言，如第8圖所示，干涉物鏡模組包含一物鏡31和一干涉構件(包含設有反射參考鏡324的第一玻片321、第二玻片322以及鄰近樣品3的第三玻片323)，其中物鏡31能使入射光之焦點44位於焦平面41和一主平面42之間。此一配置使得入射光的焦點44偏離物鏡31的光軸111，這使得雜散光被聚焦於2D攝像機D的成像範圍邊緣和外界(如第9圖所示)。在一些具體例中，參考反射鏡324被覆設在第一玻片321的局部，例如被覆設在第一玻片321中央，其中參考反射鏡324具有高反射率，其由銀或其他適於覆設的金屬所製成。
在一些具體例中，入射光可具有一與物鏡的光軸成大於0°且小於45°的入射角θ1，較佳為θ1是大於0°且小於20°，更佳為大於0°且小於5°，但不以此為限。
在一些具體例中，焦點能具有一位於約0°至70°的範圍內的發散角θ2。θ2的數值依視域(FOV)而定，而且與FOV呈正比。在一些具體例中，習於此藝者可以選擇0°至20°或5°至15°之範圍內的θ2，以獲得較小的FOV，抑或是選擇40°至70°或50°至60°的θ2，以獲得較大的FOV。
在一些具體例中，物鏡NA值滿足下式(1)：NA=n×sinθ，且θ=θ3/(0.5~1.5).........(1),
NA是物鏡的數值孔徑，n是折射率，θ是1/2角孔徑，且θ3是物鏡的半擴散角(half spreading angle)。
較佳為θ=θ3/(0.5~1.0)。如果θ3的角度過大，就會降低樣品的訊號校正，進而降低樣品的亮度。
在一些具體例中，本案裝置/系統包含一照明模組，其被構形成用於供應一光源(例如線光源或面光源)給光學干涉模組；一干涉物鏡模組，其包含一物鏡和一干涉構件，用於處理來自於光學干涉模組的光線，並且處理由一樣品所產生的光訊號；一二維攝像機，用於接收來自該樣品的一背向散射干涉訊號；以及一資料處理模組，用於分析光訊號並且提供一樣品成像，其中裝置/系統能使該物鏡接受入射光，而此配置使該入射光之焦點位於該物鏡的焦平面和一主平面之間。
如第9圖所示，由照明模組所提供的光線經由光纖16被投射至光學干涉模組。光線被準直鏡312所捕捉，且如圖所示隨後被柱狀透鏡313轉換成為線狀光(或者如第7圖所示由消色差透鏡轉換成為面狀光)，並且通過分光鏡14傳送至干涉物鏡模組C。當光線透過干涉物鏡模組C再經由第三玻片323抵達樣品3時，該光線會被吸收、反射或背向散射。背向散射訊號光將由干涉物鏡模組C收集，進而與反射鏡324及第二玻片322的反射參考光進行干涉，以生成一干涉訊號。接著，分光鏡14將該訊號反射至投射透鏡4，使雜散光聚焦於2D攝像機D的成像範圍的邊緣和外界。
在一些具體例中，參考反射鏡具有直線、多邊形(例如方形)、圓點的形狀，抑或是適用於裝置或系統的其他形狀。
舉例來說，如第10圖所示(第10A至10C圖)，參考反射鏡324可以具有直線(第10A圖)、多邊形(方形，第10B圖)或圓點(第10C圖)的形狀.在一些具體例中，反射鏡的尺寸可小於1500μm2的範圍內，較佳為小於1000μm2，較佳為小於500μm2，且較佳為小於300μm2，習於此藝者可以容易地視需要調整該尺寸。藉由將參考反射鏡覆設在第一玻片的局部上，將會有效地增進光線的使用。
本案裝置/系統有助益於樣品的截面方向以及正面方向成像，尤其有助於提供樣品的表面和次表面的資訊，例如皮膚或角膜的狀況。本案裝置/系統運用一具二維攝像機以及線狀光背向散射技術來獲取高訊躁比的截面影像，以有效地改善影像品質並且達到1μm等級的解析度。再者，此一設計使得影像掃描速度增加到150μm/秒或更高。運用一成像導引模組使得使用者能夠有效率地精確定位感興趣的區域。
雖然本說明書已經顯示並且描述了本發明的較佳具體例，但是對習於此藝者而言明顯的是，這些具體例僅提供做為例示。在不悖離本發明的情況下，習於此藝者現在將會想到許多變化、改變和替代。應當理解，在實施本發明時，可以採用本說明書所述的發明具體例的各種替代方案。旨在用下列申請專利範圍限定本發明的範圍，由此也涵蓋這些申請專利範圍之範疇內的方法和結構及其等效物。
B:光學干涉模組
C:干涉物鏡模組
D:二維攝像機
3:樣品
4:投射透鏡
6:壓電式轉換器
11:光源
12:準直鏡
13:柱狀透鏡
14:分光鏡
15:四分之一波片
16:光纖
21:物鏡
22:干涉構件

Claims (31)

  1. 一種干涉成像裝置，其包含：一照明模組，設置用於將一光源供應至一光學干涉模組，而該光學干涉模組將該光源轉變成一線光源及處理光訊號，該線光源具有3至100的高寬比；一干涉物鏡模組，其處理來自該光學干涉模組的光線，並處理由一樣品所產生的光訊號；一二維攝像機，其設置用於接收來自該樣品之一背向散射干涉訊號，以及一資料處理模組，其將該干涉訊號處理成一影像，該影像為疊加厚度是2至256個像素的截面影像。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該照明模組包含一放大自發輻射光源(amplified spontaneous emission light source)、一超輻射二極體(superluminescent diode)、一發光二極體(LED)、一寬頻超連續譜光源(broadband supercontinuum light source)、一鎖模雷射(mode-locked laser)、一可調雷射(tunable laser)、一傅立葉域鎖模光源(Fourier-domain mode-locked light source)、一光參量振盪器(optical parametric oscillator；OPO)、一鹵素燈、Ce3+：YAG晶體光纖、Ti3+：Al2O3晶體光纖，或Cr4+：YAG晶體光纖。
  3. 如請求項2所述之裝置，其中該照明模組包含Ce3+：YAG晶體光纖、Ti3+：Al2O3晶體光纖或Cr4+：YAG晶體光纖。
  4. 如請求項1所述之裝置，其中該光學干涉模組包含一變體透鏡(anamorphic lens)或是一光纖束線陣列，以將來自該光源的光線轉換成線狀光。
  5. 如請求項4所述之裝置，其中該線狀光具有5至20的高寬比。
  6. 如請求項1所述之裝置，其中該干涉物鏡模組包含一物鏡和一干涉構件，其被構形成用於將該線光源照明至該樣品，並接收來自樣品之背向散射訊號，以產生一干涉訊號。
  7. 如請求項6所述之裝置，其中該干涉物鏡模組是一米勞型(Mirau-type)干涉物鏡模組、邁克遜型(Michelson-type)干涉模組或是馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉物鏡模組。
  8. 如請求項6所述之裝置，其中該物鏡是一液浸物鏡，其浸漬液的折射率介於約1.2至約1.8的範圍。
  9. 如請求項1所述之裝置，該裝置更包含一成像導引模組，其中包含一攝像機鏡片和一二維攝像機，用於成像導引。
  10. 如請求項9所述之裝置，其中該成像導引模組和該干涉物鏡模組共享了相同的光通道或路徑，藉此使視域重疊。
  11. 如請求項10所述之裝置，其中該干涉物鏡模組更併入一光源，用以將光線投射在該樣品上。
  12. 如請求項11所述之裝置，其中該干涉構件包含一覆設有反射鏡的第一玻片、一第二玻片和一第三玻片，其中該覆設之反射鏡是用以產生一參考臂，並與由該樣品返回的散射光產生干涉。
  13. 如請求項12所述之裝置，其中該反射鏡被構形成具有一平行於該線狀光之形狀。
  14. 如請求項13所述之裝置，其中位於該第一玻片上之反射鏡具有一細長線形且呈現約1至5000、4至1000、8至250或是10至100的高寬比。
  15. 如請求項14所述之裝置，其中該第一玻片更包含一黑色斑點，其位於該第一玻片的相反側且對應於該反射鏡的位置處。
  16. 如請求項15所述之裝置，其中該黑色斑點具有吸光性，以阻擋雜散光。
  17. 如請求項16所述之裝置，其中該第二玻片之位置是被設置在一位置，以使得該高反射區位於該物鏡的焦平面上。
  18. 如請求項17所述之裝置，其中該第二玻片具有約5%至30%或是10%至20%的反射率。
  19. 如請求項1所述之裝置，其中該光學干涉模組更包含一開關，用於切換線光源及面光源。
  20. 如請求項19所述之裝置，其中該開關係切換一柱狀透鏡和一消色差透鏡。
  21. 一種干涉成像裝置，其包含：一照明模組，設置用於將一光源(例如一線光源或一面光源)提供至一光學干涉模組；一干涉物鏡模組，包含一物鏡和一干涉構件，其處理來自於該光學干涉模組的光線，並且處理由一樣品所產生的光訊號；一二維攝像機，用來接收該樣品之一背向散射干涉訊號；以及一資料處理模組，用於分析光訊號並且提供一樣品成像，其中裝置/系統係使該物鏡在一配置中接受入射光，而該配置使該入射光之焦點位於該物鏡的焦平面和一主平面之間，該入射光的焦點偏離該物鏡的光軸，以使雜散光聚焦於該二維攝像機的成像範圍邊緣及外界。
  22. 如請求項21所述之裝置，其中該干涉物鏡模組包含一物鏡和一干涉構件，其被構形成用於將該線光源照明至該樣品，並接收來自該樣品之背向散射訊號，以產生一干涉訊號。
  23. 如請求項22所述之裝置，其中該干涉物鏡模組是一米勞型(Mirau-type)干涉物鏡模組、邁克遜型(Michelson-type)干涉模組或是馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉物鏡模組。
  24. 如請求項22所述之裝置，其中該物鏡是一液浸物鏡，其浸漬液的折射率介於約1.2至約1.8的範圍。
  25. 如請求項21所述之裝置，該裝置更包含一成像導引模組，其中包含一攝像機鏡片和一二維攝像機，用於成像導引。
  26. 如請求項25所述之裝置，其中該成像導引模組和該干涉物鏡模組共享了相同的光通道或路徑，藉此使視域重疊。
  27. 如請求項22所述之裝置，其中該干涉構件包含一設有反射參考鏡的第一玻片、一第二玻片以及鄰近一樣品的一第三玻片，而該物鏡係使入射光之焦點位於一焦平面和一主平面之間。
  28. 如請求項21所述之裝置，其中該照明模組包含一放大自發輻射光源、一超輻射二極體、一發光二極體(LED)、一寬頻超連續譜光源、一鎖模雷射、一可調雷射、一傅立葉域鎖模光源、一光參量振盪器、一鹵素燈、Ce3+：YAG晶體光纖、Ti3+：Al2O3晶體光纖，或Cr4+：YAG晶體光纖。
  29. 如請求項28所述之裝置，其中該照明模組包含Ce3+：YAG晶體光纖、Ti3+：Al2O3晶體光纖或是Cr4+：YAG晶體光纖。
  30. 如請求項22所述之裝置，其中該光學干涉模組係用於將該照明模組中之一光源所投射的光線形成一線狀光。
  31. 如請求項30所述之裝置，其中該光學干涉模組包含一變體透鏡(anamorphic lens)或是一光纖束線陣列，以將來自於該光源的光線轉換成線狀光。
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