微型实验台oct设计
技术领域
1.本发明总体上涉及光学相干断层摄影(oct)和光学相干域反射计(ocdr)系统的领域。更具体地，本发明涉及在低成本和/或紧凑的oct和ocdr系统的设计/构建中使用微型光学器件。
背景技术：
2.非常需要一种紧凑、低成本的光学相干断层摄影(oct)和光学相干域反射计(ocdr)系统。ocdr系统沿光学采样光束轴向测量样本中的光学散射/反射率，而oct系统沿与轴向照明正交的方向组合多个这种测量，以产生样本的截面图像或断层照片。通常，样本是生物组织，但也能够是其它类型的材料。
3.到目前为止，已经有两种主要方法来实现较低成本的系统；重新设计经典的“宏观”ocdr/oct系统(例如，使用分立的体光学器件和/或光纤光学器件的体光学系统)以减小尺寸和成本，并研究在所谓的“芯片上oct”的半导体芯片中实施ocdr/oct系统。宏观ocdr/oct系统的重新设计(其通常由通过光纤光学器件连接的一组部件(例如，光源、分束器等)组成)直到此时由于单个部件的成本和系统的总制造成本而无法实现预期的成本降低目标。“芯片上oct”系统虽然具有实现尺寸和成本降低目标的潜力，但具有过于昂贵的非重复开支(nre)，例如高的初始投资成本，诸如对光子集成电路(pic)设计和制造的研究和开发，以及对大规模半导体芯片(例如pic)制造设施的开发和构建的投资。
4.光子集成电路的可替代方案是使用所谓的微型光学实验台或半导体光学实验台。以类似于典型的光学实验台(或光学台或光学电路试验板)的方式，该光学实验台能够是直的刚性杆或底座(通常标有刻度)，透镜、光源和其它光学部件能够附接到该刚性杆或底座，微型光学实验台是基板底座(诸如陶瓷实验台或其它底座材料)，在该基板底座上构建用于接收或附接微型光学器件的位置(例如，空腔或凹坑)。
5.微型光学实验台在光学系统构建中的潜力已经被认识到。例如，光源(例如，扫视源光源)已经在微型光学实验台上实现，并且这些光源已经用于构建宏观(例如，基于体光学的)扫视源oct系统。除了提供扫视源照明光之外，还使用微型光学实验台来实现k时钟干涉仪，该干涉仪以小光学延迟将扫视源光与其自身干涉，以产生调制信号，该调制信号能够用于触发oct检测系统，或者用于校正扫视源的扫视率的非线性。在bart johnson,walid atia,seungbum woo,carlos melendez,mark kuznetsov,tim ford,nate kemp,joey jabbour,ed mallon,peter whitney的“用于oct和激光雷达的与泵和soa共同封装的可调谐1060nm vcsel”proc.spie 10867，生物医学xxiii中的光学相干断层摄影和相干域光学方法，1086706(2019年2月22日)；doi：10.1117/12.2510395中描述了该实施方式的一个实例。
6.在pic型基板(例如，单晶硅或其它半导体晶片)上构建/生长半导体光学实验台。除了在用于接收分立的部件的表面(例如，空腔或凹坑)上具有开口之外，半导体光学实验台还能够包括集成电路。半导体光学实验台已经用于电信应用(例如，作为光学收发器)。据
信，半导体光学实验台的使用能够潜在地实现用于自主车辆的减小尺寸和成本效率的激光雷达模块。然而，据本发明人所知，半导体光学实验台尚未用于医学成像或oct领域。
7.本发明的目的是降低oct/ocdr系统的成本和尺寸。
8.本发明的另一目的是简化oct/ocdr系统的设计和构建，例如最小化光纤光学器件的使用和最大化微型光学器件的使用。
9.本发明的另一目的是提供oct的并行化和将扫描集成到紧凑的设计中。
10.本发明的进一步的目的是简化oct/ocdr系统的校准。
技术实现要素：
11.上述目的在oct/ocdr系统中得以实现，该oct/ocdr系统确定了在微型光学实验台或半导体光学实验台上构建oct/ocdr系统的优点，并使这些优点最大化。本发明使用微型或半导体光学实验台实现紧凑的低成本光学相干断层摄影(oct)和光学相干域反射计(ocdr)系统。微型光学实验台和半导体光学实验台都能够被描述为支撑和对准(例如，分立的)微型光学器件的(通常是刚性的)底座，但是半导体光学实验台总体上小于微型光学实验台，并且在构建材料和制造工艺方面能够不同。微型光学实验台通常是容纳若干微型光学元件的刚性载体(诸如陶瓷实验台或其它底座材料)，这些微型光学元件由机器人放置并通常主动对准。典型的透镜直径在0.5mm至2.5mm的范围内。用于容纳微型光学实验台的常见封装是标准(例如，14引脚)蝶形封装或表面安装设备(smd)封装(或其它微型封装/集成电路封装)。半导体光学实验台通常小于微型光学实验台并且由在表面上具有凹陷开口(例如，插孔、空腔或凹坑)的(例如，生长的)基板(例如，硅晶片)组成，其中，凹陷开口经设计在预定(x，y，z)位置和取向处接收和保持微型光学器件或其它(例如，分立的)部件。这能够消除(或减少)对所接收的部件的主动对准的需要。可选地，根据本发明，半导体光学实验台还能够具有在半导体光学实验台中/上构建/生长/建造的集成电路(ic)和/或光子集成光学器件(pic)(例如，集成光学电路)。尽管本技术使用术语微型光学实验台(或微型实验台)用于如上所述的稍大的、通常基于刚性的和/或松弛对准的变型，以区别于半导体光学实验台，但应该认识到，半导体光学实验台在现有技术中有时也称为微型光学实验台。
12.在微型光学实验台或半导体光学实验台上实现oct/ocdr能够用微型光学器件代替常规的体光学器件(例如，宏观的)系统的体光学器件和光纤光学器件，从而大大降低了成本。半导体光学实验台方法还消除了有源对准的需要，非常类似于上面讨论的“芯片上oct”方法，并且因此应该能够实现类似于“芯片上oct”的预期成本。尽管半导体光学实验台概念能够比微型光学实验台方法需要更多的非重复费用(nre)，但这两种方法都能够用比“芯片上oct”概念更低的来自当前技术状态的开发努力来实现，同时与“宏观”ocdr/oct系统的重新设计相比，仍然实现更大的成本降低和可靠性改进。微型光学实验台方法还在部件集成中提供更大的灵活性，因为部件不需要由芯片材料构成。
13.本发明的一些特征/创新包括在具有微型部件(例如，微型光学器件)的微型光学实验台或半导体光学实验台上实现ocdr/oct系统，和/或消除光纤光学器件。体光学部件(诸如用于“宏观”或“体光学”ocdr/oct系统)是昂贵的，并且具有与解决部件之间的对准问题相关联的附加的显著成本。光纤光学器件在解决体光学系统中的许多对准挑战的同时，通过增加温度依赖和运动敏感的偏振效应降低了系统的稳定性，光纤长度的可变性使设计
和制造过程复杂化。本方法(特别是使用半导体光学实验台)允许产生具有最小对准/校准问题的可靠的自由空间光学器件oct/ocdr系统。
14.通过结合附图参考下面的描述和权利要求，本发明的其它目的和成就以及更全面的理解将变得明显和明白。
15.本文能够引用或参考若干出版物以促进对本发明的理解。本文引用或提及的所有出版物通过引用整体并入本文。
16.本文公开的实施例仅是实例，并且本公开的范围不限于它们。在一个权利要求类别例如系统中提及的任何实施例特征也能够在另一权利要求类别例如方法中要求。所附权利要求中的从属或引用仅出于形式原因而选择。然而，也能够要求保护由对任何先前权利要求的有意引用产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并且能够要求保护，而不管在所附权利要求中选择的从属性。
附图说明
17.在附图中，相同的附图标记/字符表示相同的零件：
18.图1a示出了广义频域光学相干断层摄影(fd-oct)系统。
19.图1b示出了面部血管图像的实例。
20.图1c示出了血管(octa)图像的示例性b扫描。
21.图1d示出了具有正交偏振态的oct，其使用偏振器来在从参考臂和样本臂返回的光之间产生干涉。
22.图1e示出了示例性计算机系统(或计算设备或计算机)。
23.图2a示出了在半导体光学实验台13上(或者可替代地在微型光学实验台上)的示例性oct系统11。
24.图2b示出了图2a的oct系统的可替代实施例，其中，窗口w(或其它透射元件)被用作气密密封的实验台13和外界之间的接口，而不是使用光纤光学器件。
25.图2c示出了另一可替代实施例，其中，参考臂(refarm)完全结合/集成在光学实验台13上，消除了对光学实验台13和外界之间的参考臂接口的需要。
26.图2d示出了在微型光学实验台或半导体光学实验台13上实现的具有两个检测路径(ptha)和(pthb)的ps-oct的实例。
27.图2e示出了正交检测器方法，其中，检测臂中的光(在针孔p下方)在行进到两个单独的偏振光束分束器pbs2和pbs3之前首先被非pbs的非偏振光束分束器分开。
28.图2f示出了oct系统的可替代的实施例，该系统使用窗口w来连接实验台与样本臂和参考臂之间，并使用光纤耦合(31和33)来连接检测器38和40。
29.图2g和图2h示出了解决能够在扫视源oct系统中发现的光源的频率扫描中的非线性问题的两个实施例。
30.图3示出了适合于在检测臂中接收光并将其重定向到硅晶片表面，从而重定向到集成检测器d1和d2的偏振光束分束器pbs的实例。
31.图4a示出了使用分光镜45组合多个vcsel(41/43)的一种方法。
32.图4b示出了使用另一分光镜51将oct的检测端处的光分离到不同的检测器(47/49)，诸如如果同时操作图4a的vcsel 41/43。
33.图5示出了用覆盖不同波长带的多个vcsel扫描样本组织中的给定位置的可替代方式。
34.图6示出了用于将oct成像模块(根据本发明)瞄准瞳孔中心的示例性引导系统。
35.图7a示出了用于扫描成像模块的枢轴系统，并且示出了用于使用一个或多个枢轴点沿球形表面移动成像模块的结构。
36.图7b示出了当结构旋转或枢转时图7a的成像平台的位移。
37.图7c示出了用于扫描成像模块的另一枢轴系统，并且示出了用于机械地移动图7a的有效枢轴点的机构。
38.图7d示出了当结构旋转或枢转时图7c的成像平台的位移。
39.图8示出了本发明能够消除或减少对被称为“瞳孔盒”的非常有限的区域以及可选地还有眼科透镜的需要。
40.图9a示出了通过使用基于极坐标的系统来物理地移动扫描系统(或“oct组件”oa1)以扫描眼睛的另一种方法。
41.图9b示出了径向滑动件rs1相对于患者眼睛的特写正面视图。
42.图9c示出了适用于球体扫描组件，特别是适用于octa扫描的示例性扫描图案。
43.图10示出了固定目标在本成像系统横穿的球体平面后面的放置。
44.图11示出了通过平移本扫描模块来顺序地采集有限视场。
45.图12示出了一种配置，其中，入射到扫描镜上的光束是光束线，所有光束在相同的位置击中扫描镜，但是沿线从不同的角度进入。
46.图13a示出了通过稍微旋转阵列将2d阵列转换成沿垂直方向具有相等间隔的一组点的另一种方式。
47.图13b示出了利用平行四边形形式的vcsel阵列实现类似于图13a的效果的另一种方式，其中，每行或列稍微垂直于扫描方向移位。
48.图13c示出了垂直和水平方向上的vcsel的数量能够显著不同。
49.图14a和图14b示出了使光束阵列通过小透镜阵列(或透镜阵列)以调节数值孔径的量乘以节距，从而优化视网膜上的成像。
50.图15示出了人眼的正常视网膜的示例性oct b扫描图像，并且示例性地确定各种规范的视网膜层和边界。
具体实施方式
51.ocdr系统沿光学采样光束轴向地测量样本中的光学散射/反射率，而oct系统沿与轴向照明正交的方向组合多个这样的测量，以产生样本的截面图像或断层照片。oct血管造影术(octa)是oct的扩展，其识别(例如，以图像格式呈现)组织层中的血流。octa能够通过识别相同视网膜区域的多个oct图像中随时间变化的差异(例如，对比度差异)来识别血流并将满足预定标准的差异指定为血流。由于ocdr、oct和octa在构造上是相似的并且共享许多部件，因此本讨论聚焦于oct，同时本领域技术人员将能够将本讨论应用于ocdr和octa。应当理解，本发明类似地适用于ocdr和octa，除非另有说明。
52.总体上，光学相干断层摄影(oct)使用低相干光来产生生物组织或其它样本的二维(2d)和三维(3d)内部视图。美国专利6，741，359和9，706，915中提供的oct系统的实例，其
通过全文引用的方式并入本文中。
53.图1a示出了适用于本发明的用于收集眼睛e的3d图像数据的广义频域光学相干断层摄影(fd-oct)系统oct-1。fd-oct系统oct-1包括光源ltsrc1。典型的光源包括但不限于具有短时间相干长度的宽带光源或扫视激光源。来自光源ltsrc1的样本光(slt)通常通过光学光纤(fbr1)沿样本臂传送以照射样本，例如眼睛e；典型的样本是人眼中的组织。在光谱域oct(sd-oct)的情况下，光源ltsrc1例如能够是具有短时间相干长度的宽带光源，或者在扫视源oct(ss-oct)的情况下，该光源能够是波长可调谐激光源。通常能够利用位于光学光纤fbr1的输出端与样本e之间的扫描仪scnr1扫描样本光，使得光束(虚线bm)在待成像的样本区域上横向扫描。来自扫描仪scnr1的光束能够穿过扫描透镜sl和眼科透镜ol，并被聚焦到被成像的样本e上。扫描透镜sl能够以多个入射角接收来自扫描仪scnr1的样本光束slt，并且产生基本上准直的光，然后眼科透镜ol能够将准直的光聚焦到样本上。本实例示出了需要在两个横向方向(例如，笛卡尔平面上的x和y方向)上扫描的扫描光束bm，以扫描期望视场(fov)。这种情况的一个实例是点场oct，它使用点场光束(聚焦到一点的光束)扫描样本。因此，扫描仪scnr1被说明性地示出为包括两个子扫描仪：第一子扫描仪xscn，用于在第一方向(例如，水平x方向)上扫描穿过样本的点场光束；以及第二子扫描仪yscn，用于在横穿第二方向(例如，垂直y方向)的方向上扫描样本上的点场光束。如果扫描光束是线场光束(聚焦成线的光束)，例如线场oct，其能够一次对样本的整个线部分进行采样，则能够仅需要一个扫描仪来扫描穿过样本的线场光束以跨越期望的fov。如果扫描光束是全场光束(例如，全场oct)，则不需要扫描仪，并且能够立即在整个期望的fov上施加全场光束。
54.不考虑所使用的光束类型，收集从样本散射的光(sctl)。在图1a的本实例中，从样本返回的散射光sctl被收集到相同的光学光纤fbr1中，该光学光纤用于引导照明的光slt。
55.来自相同光源ltsrc1的参考光refl与样本光slt一起行进，直到被光分束器lspltr1(本文实现为光纤耦合器cplr1)分离到单独的参考路径(例如，参考臂)。应当理解，已知不同类型的光分束器。参考路径包括光学光纤(fbr2)和具有可调光学延迟的回射器(rr1)。本领域技术人员将认识到，也能够使用透射参考路径，并且能够将可调节延迟装置放置在干涉仪的样本或参考臂中。所收集的从样本散射的光(例如，从样本臂返回的散射光sctl)通过光组合器lcmbnr1与从参考臂返回的参考光refl组合，光组合器在本文中体现为光纤耦合器cplr1。同样，应当理解，不同类型的光组合机制在本领域中是已知的。然后参考光refl和散射光sctl一起行进到oct光检测器dtctr1(例如，光电检测器阵列、数码摄像机等)，其中，参考光refl和散射光sctl之间的干涉产生oct信号os，oct信号os能够被传递到电子处理器cmp1(或计算机系统)，电子处理器将观察到的干涉转换成样本的深度信息。深度信息能够存储在与处理器cmp1相关联的存储器中和/或显示在显示器(例如，计算机/电子显示器/屏幕)scrn1上(例如，诸如图1b和图1c所示的扫描图像)。处理和存储功能能够位于oct仪器内，或者选择功能能够卸载到外部处理器(例如，本地或远程站点处的外部计算设备)上(例如，在其上执行)，所收集的数据能够(例如，通过例如对等连接或经由诸如局域网、广域网、因特网等的计算机网络有线或无线地)被传输到该外部处理器。
56.在本实例中，参考光refl和散射光sctl之间的干涉发生在光组合器lcmbnr1(实现为光纤耦合器cplr1)处，但是也能够发生在光组合器lcmbnr1与检测器dtctr1之间的光学部件处。例如，如果参考光refl和散射光sctl在被光组合器lcmbnr1组合时具有正交的偏振
态，则干涉能够由偏振器(未示出)在相对于refl和sctl的偏振态45度处产生，如美国专利号7，126，693b2中所述，其全文以引用的方式并入本文中。为了说明的目的，美国专利号7，126，693b2的系统700b在本文中被再现为图1d，并且偏振器被识别为部件752b。为了讨论的目的，产生干涉的部件在下文中将被称为干涉发生器ig。
57.回到图1a，虽然示出了通向检测器dtctr1的单个光纤端口，但是本领域技术人员将认识到，干涉仪的各种设计能够用于干涉信号的平衡或不平衡检测。可选地，来自检测器dtctr1的输出模拟oct信号aos能够由模数转换器(adc)ad1转换成数字oct信号dos，然后提供给处理器(例如，内部或外部计算设备)cmp1。
58.图1e中示出了计算设备(或计算机系统)的实例。这个单元能够专用于数据处理或执行其它任务，这些任务是非常通用的并且不专用于oct设备。处理器(计算设备)cmp1能够包括例如现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、图形处理单元(gpu)、芯片上系统(soc)、中央处理单元(cpu)、通用图形处理单元(gpgpu)或其组合，其能够与一个或多个主机处理器和/或一个或多个外部计算设备以串行和/或并行方式执行一些或全部处理步骤。下面提供了对示例性计算设备的更全面的讨论。
59.干涉仪中的样本和参考臂能够由体光学器件、光纤光学器件或混合体光学系统组成，并且能够具有不同的架构，诸如michelson，mach-zehnder,或如本领域技术人员所理解的基于公共路径的设计。本文使用的光束能够是任何精心定向的光路径。代替机械地扫描光束，光场能够照射视网膜的一维或二维区域以产生oct数据(参见例如美国专利9332902；d.hillmann等人，“holographic optical coherence tomography,”optics letters，36(13):2390 2011；y.nakamura等人，“high-speed three dimensional human retinal imaging by line field spectral domain optical coherence tomography”，optics express，15(12):7103 2007；blazkiewicz等人，“signal-to-noise ratio study of full-field fourier-domain optical coherence tomography”，applied optics，44(36):7722(2005))。在时域系统中，参考臂需要具有可调谐光学延迟装置以产生干涉。通常，在td-oct和ss-oct系统中使用平衡检测系统，而在sd-oct系统的检测端口处使用光谱仪。
60.本发明能够应用于任何类型的oct/octa/ocdr系统，诸如上面讨论的那些，但是本文完全或部分地构造在微型和/或半导体光学实验台上，或具有专门配置/成形的凹槽的类似设备上，每个凹槽经设计用于在预定的位置，优选地在预定的高度和方向上接收和保持特定的微型光学设备(或其它(例如，分立的)部件)。为了便于讨论，本发明的一个或多个特征被描述为应用于半导体光学实验台，应理解相同的特征能够应用于微型光学实验台，除非另有说明。光刻工艺中常见的其它基准也能够用于将特定的微型光学设备放置在预定位置。本发明的各个方面能够应用于任何类型的oct/octa/ocdr系统或其它类型的眼科诊断系统和/或多种眼科诊断系统，包括但不限于眼底成像系统、视野测试设备和扫描激光偏振计。
61.在使用具有长瞬时相干长度的光源的ss-oct系统配置中，可变延迟(例如，如本文别处所述，根据待成像的样本区域的深度/轴向位置来调节参考臂的光学路径长度)能够不需要将样本定位在(系统的)深度成像窗口内。替代地，能够容忍参考光与样本光之间的大的光学路径长度不匹配。例如，能够产生大的成像深度，该深度足够大，使得在典型的成像
场景中，样本总是在深度成像窗口内。然后所采集的图像能够经裁剪以仅显示感兴趣区域(例如，期望深度范围)。该感兴趣区域能够在采集期间动态地改变，例如以补偿样本运动。然而，此裁剪方法需要足够快的数字化电子器件(例如，模数转换器)来解析对应于最大成像深度的高频干涉信号，这能够难以使用独立视频卡、视频捕获卡、子板和其它分立的部件来实现，尤其是以成本有效的方式。然而，高速检测和/或数字化电子器件(电路)能够通过将检测和/或数字化电子器件(电路)直接集成到与半导体光学实验台相同的基板/底座上(或集成到与微型光学实验台相同的基板/底座上的ic，例如以类似于芯片上系统，sop或集成电路板方法的方式)来实现，本发明的oct系统构造于半导体光学实验台上。能够至少部分地由于与普通集成电路相关联的较小迹线(以及可选地较低的轨到轨电压摆动)而实现较高的运行速度，这避免/减轻了长迹线/引线/导线与大电容负载之间的高频干涉问题、大信号传播延迟、以及与用于与外部分立的部件互连的布线迹线/引线/导线相关联的一般定时问题。
62.可替代地，能够将模拟oct信号与对应于期望成像窗口的一个边缘(最小或最大路径长度不匹配)的频率下混频(或调制或下转换或混频或频移)，从而创建具有对应于当将参考臂路径长度调节到该成像深度时所获得的光谱含量的光谱含量的下混oct信号。这种下混频通常通过将oct信号与下混频频率进行频率混频以产生oct信号处的频率加上或减去下混频频率，然后进行滤波以去除(或选择或分离)求和的(或调制或混频或频移)频率来实现。能够选择下混频频率，使得零频率稍微超出感兴趣的扫描范围，以避免零频率附近的噪声和/或提供缓冲器，由此如果信号出现在零频率附近的该频带中，则能够调节下混频频率；在标准ss-oct系统中，通过使参考臂长度略微超出感兴趣的样本深度范围，能够实现类似的效果。以这种方式下混频oct信号能够提供多种优点。对于本光学实验台(半导体光学实验台或微型光学实验台)设计最相关的是，下混频允许参考臂和样本臂之间的(光学)路径长度的显著不匹配，使得能够将短参考臂(例如，短于到样本(例如，视网膜)位置的距离)集成在微型实验台(或半导体光学实验台)上，其不离开微型封装，并且使得下混频频率可调节，以能够消除对参考臂或样本臂路径长度的机械或光学调节的需要。
63.为了快速找到适当的下混频频率，能够首先缓慢地扫视源，以相对慢的a扫描速率产生大的扫描范围，然后一旦识别期望的扫描深度，就切换到更快的扫描速率和对应的a扫描速率，用适当的下混频频率正确地设置扫描深度，以得到更有限的扫描范围。
64.下混频频率的电子调节提供了成像窗口的深度(轴向位置)的快速调节，使得能够在采集期间调节扫描深度以跟随样本(例如，视网膜)(例如，其曲率)，甚至在b扫描内的a扫描之间或期间移动扫描深度以跟随样本(例如，在采集期间调节路径长度以跟随总样本位置、样本表面或样本中的特定层)。能够使用各种方法来跟踪表面或层，其中，实例包括基于oct信号的光谱或基于通过oct的信号处理找到的oct图像中的特定层或边界的识别来调节下混频频率。在视网膜成像的情况下，能够跟随的表面将是rpe，或者能够跟踪整个视网膜。为了跟踪整个视网膜，能够将oct数字化采集的光谱保持在数字化支持的带宽范围的中点附近，而为了跟踪rpe，能够将能够对应于rpe的峰值光谱信号保持在固定频率。
65.用于移动扫描深度的下混频方法具有不向oct信号添加多普勒频移的优点，如通过移动参考镜来调整扫描深度而产生的多普勒频移。这种多普勒频移是不期望的，因为它影响图像，导致sd-oct系统中的相位冲蚀和轴向位置位移或扫视源系统中的轴向点扩展函
数(psf)展宽。下混频频率的电子调节能够通过使用电压控制振荡器来实现。
66.作为以电子方式实现下混频的替代方案，也能够通过移动样本光或参考光的光学频率来实现相同的效果。为了产生相应的频移，能够使用光调制器，诸如声光调制器或电光调制器。在混合微型实验台/pic系统中，能够在pic中提供这种调制。
67.在血管造影成像期间能够发生在采集期间改变下混频频率的一种可行的并发症，其中，比较在稍微不同的时间进行的两个oct扫描，扫描之间的差异指示通常归因于血流的运动。如果在两个这样的扫描之间调节下混频频率，则能够需要在计算扫描之间的差之前校正该下混频频率变化，以便不产生伪像。
68.在一些实施例中，能够选择使用上述下混频概念来实现样本臂和参考臂之间的大的光学路径长度不匹配，但是能够选择以光学方式实施光学路径长度调节以用于样本在轴向方向上的对准。这仍然能够在微型封装内完成而不需要移动零件。例如，能够使用电光偏转器结合光栅和镜子来实现扫描延迟线。
69.在优选实施例中，上述oct系统在半导体光学实验台上实现，即在半导体中蚀刻微型光学器件的槽(凹槽)并放置微型光学器件而不需要有源对准过程。这种系统特别适合于大批量生产，因为它得益于半导体制造工艺的可扩展性。通过使用光刻对整个半导体晶片进行图案化，能够并行地为数百或数千个器件蚀刻微型光学器件的槽。然后微型光学器件能够通过机器人一次组装整个晶片，接着进行晶片级封装步骤，其中，将盖晶片粘合在底座层的顶部上，从而产生气密密封。可替代地，能够使用另一半导体光学实验台代替盖晶片。该“盖”半导体光学实验台能够经构造具有对应/互补的槽(或图案)，其配置用于接收在相对的“底座”半导体光学实验台的表面上方延伸的微型光学器件的一部分。在这种配置中，微型光学器件被夹在两个半导体光学实验台之间，并且由两个相对的半导体光学实验台保持对准。盖晶片不一定必须由半导体材料制成，而是也能够由例如没有半导体特性的玻璃或陶瓷制成。这在典型的半导体材料(例如硅)不透明的运行波长的情况下是有益的。具有透明实验台晶片或透明盖晶片中的至少一个是期望的，因为实验台或盖通常用作窗口，光能够通过该窗口耦合出和/或进入微型封装。气密密封的封装能够包含真空以允许封装内的元件(例如垂直腔表面发射激光器(vcsel)的mems元件或基于mems的光束转向镜)更快地移动。可替代地，它能够包含防止或减少有源半导体光学材料的退化的特定气体，例如，由于增益芯片的面处的氧化引起的损坏。
70.因为半导体晶片的光刻图案化产生具有纳米精度的槽和/或其它对准基准，所以半导体光学实验台对于需要精确控制光学路径长度的应用尤其有利。这些包括例如多光束oct系统，其中，用多个平行光束扫描样本，并且不期望在各个成像通道之间的成像深度不匹配，或者例如对于正交检测器，其中，以90度的相对相移分离和采集待检测的干涉信号，以便重建复信号。
71.图2a示出了底座上的示例性oct系统11，例如半导体光学实验台13(或者可替代地在微型光学实验台上)。在本实例中，来自光源ltsrc1的光穿过半波片(或延迟器)15(本文中用符号λ表示波片，其是改变穿过其的光波的偏振态的光学设备)到达第一偏振光束分束器(或光束分离器)pbs0。然后，分离的光通过第一四分之一波片17离开实验台到达样本(沿样本臂)，并通过第二四分之一波片19离开实验台13到达参考臂。来自样本臂(sctl)和来自参考臂(refl)的返回光在第一偏振光束分束器pbs0处组合，并穿过第二半波片21、第一透
镜23(本文用符号l表示透镜)、(可选的)针孔p和第二透镜25，以到达第二偏振光束分束器pbs1，第二偏振光束分束器优选地相对于返回光sctl和refl的偏振态成45度，并用作干涉发生器ig(例如，其产生干涉)。然后将干涉信号发送到检测器27和29(本文用符号d表示检测器)。本说明书中各种半波片的目的是改变偏振态，使得一部分光通过偏振光束分束器，而一部分光由偏振光束分束器反射。能够由具有不同相位延迟量的波片执行该相同的功能。例如，虽然能够使用22.5度的半波片将偏振态旋转45度，使得一半的光由偏振光束分束器反射而一半的光透过偏振光束分束器，但是能够用旋转45度的四分之一波片实现相同的50/50分束，从而获得圆偏振光。这种方法的一个优点是所有波片都能够是四分之一波片，减少了所需的不同部件的数量。系统中使用的微型透镜的可行性包括但不限于球状透镜、grin透镜、球面透镜、非球面透镜或自由形状透镜。
72.图2b示出了图2a的oct系统的可替代实施例。与图2a中的元件类似的元件具有类似的附图标记，并且如上所述。在图2b中，窗口18a/18b(本文用符号w表示窗口)或其它透射元件被用作气密密封的实验台13和外界之间的接口，而不是使用光纤光学器件。
73.图2c示出了根据本发明的oct系统的另一实施例。与图2a和图2b中的元件类似的元件具有类似的附图标记，并且如上所述。在图2c中，参考臂refarm完全结合/集成在光学实验台13(半导体光学实验台或微型光学实验台)上，消除了对光学实验台13和外界之间的参考臂接口(例如，图2b中的18b)的需要。在本实例中，回射器(例如，类似于图1的rr1)被实现为镜子20(本文用符号m表示镜子)。由于当参考路径长度将样本路径长度匹配到光的相干长度内时获得干涉，因此本文考虑了能够实现这一点的几种方式。能够在光学实验台13上创建大致(或基本上)等于样本臂路径长度的参考臂路径长度。可替代地，能够在扫视源系统中使用具有长相干长度的光源，然后如上所述，通过不显示完整的扫描深度，或者通过在数字化之前下混频/解调oct信号，仅使用有限的扫描深度。
74.另一实施例能够不需要外部样本臂光学器件。作为替代，能够使样本与微型封装接触或放置在微型光学封装的附近。在这种实施例中，所有的样本臂光学器件都是微型封装的一部分。例如，聚焦光学器件能够用于同时用作样本光束的出射/入射窗口。
75.由于在微型光学实验台和/或半导体光学实验台j9九游会真人的解决方案中的大部分成本是在nre和封装中，因此能够增加octj9九游会真人的解决方案的复杂性而不大幅增加总体成本，从而使得更复杂的设计，诸如偏振敏感(ps)oct可行。图2d示出了在微型光学实验台或半导体光学实验台13上实现的具有两个检测路径ptha和pthb的ps-oct的实例。与上面讨论的元件相似的元件具有相似的附图标记，并且相似元件的重复实例具有相似的附图标记，在它们的末端附加字母“b”。在本实例中，pbs0和pbs0b将光偏转到它们对应的参考臂refarm和refarmb中，每个参考臂包含四分之一波片19/19b，在两次通过时将光的偏振态旋转90度，从而使所有参考光通过pbs0和pbs0b返回到对应的检测器路径ptha和pthb中。从样本返回的两个偏振态(例如，通过窗口18a的散射光sctl)被pbs0b分离，第一偏振态通过偏振器pbs0到达检测器路径ptha，而第二偏振态被pbs0b反射到检测器路径pthb。从样本返回到检测器路径ptha的光被pbs0反射，因为它的偏振态被半波片15b和法拉第旋转器22的组合旋转90度(本文用符号fr表示法拉第旋转器，它是一种偏振旋转器的类型)。这种半波片和法拉第旋转器的组合也轻微地旋转向样本臂传播的光的偏振，使得一些源光被偏转到参考臂refarmb中。如前所述，通过在入射到它们对应的检测器27/29和27b/29b前面的偏振光束分束器pbs1/pbs1b上
之前将偏振态旋转45度，在每个检测路径中实现平衡检测。
76.图2e示出了涉及正交检测的另一种方法。在该方法中，检测臂中的光(针孔p下方)穿过半波片21，并且在其行进到两个单独的偏振光束分束器pbs2和pbs3之前首先被非偏振光束分束器non-pbs24分离，这两个偏振光束分束器将它们的信号反射到对应的检测器30/32和34/36。在non-pbs24和pbs3之间的路径中的一个路径中，添加四分之一波片(λ/4)26以引入四分之一波延迟。正交检测使得系统能够通过抑制fd-oct的复共轭镜像来区分参考臂和样本之间的路径长度的负差值和正差值，从而在参考臂路径等于样本臂路径的距离上扩展可行的扫描范围。
77.还期望将临床oct系统的其它方面集成到微型光学实验台或半导体光学实验台中，以进一步使系统小型化并降低成本。可行的实例包括：
78.1)集成第二成像模态，诸如用于成像或跟踪视网膜或两者的扫描激光检眼镜。
79.2)为眼睛提供固定目标，能够使用微型机电系统(mems)镜子将固定目标引导到眼睛后部的不同位置以改变患者的固定位置。
80.3)oct样本的聚焦和/或像差校正以考虑不同眼睛的光学特性的差异。这样的校正能够通过例如封装内的移动透镜、可调镜(例如也在封装内)、alvarez微型透镜或电可调谐透镜来完成。
81.在半导体光学实验台(或微型光学实验台)上实施oct的另一优点在于，oct能够随后被封装在例如双列直插式封装(dip)或表面安装设备(smd)(或其它微型封装或集成电路封装)中，并与其它芯片(诸如用于oct信号的处理电子器件)一起焊接到印刷电路板上。
82.在一个或多个上述实施例中，偏振光束分束器pbs将其各自的两个光束输出到对应的检测器，该检测器能够集成在光学实验台13内(在光学实验台上)。图3示出了适合于接收检测臂中的光并将其重定向到硅晶片表面的偏振光束分束器pbs的实例。在本实例中，检测器d1和d2被集成到半导体光学实验台中。
83.图2f示出了根据本发明的oct系统的可替代实施例。所有与上述类似的元件具有类似的附图标记。与图2b的情况类似，提供窗口w18a/18b以从实验台13连接到样本臂和参考臂。在本情况下，光纤耦合(31和33)用于与检测器38和40连接。然而，如前所述，非常期望消除oct系统中的光纤光学器件以提高稳定性和可制造性。典型oct系统中的光纤光学器件提供两个主要优点：简化对准和空间模式滤波以确保来自参考臂和样本臂的光之间的单一模式干涉。本微型光学实验台和半导体光学实验台技术解决了对准的需要，但没有直接解决实现返回信号的单一模式干涉的需要。为了将到达检测器的光限制到单一模式，或者至少足够接近单一模式以实现oct的良好性能，来自样本和参考臂的返回光能够在检测之前穿过一个或多个针孔p(图2f中未示出)，如图2a至图2e所示。而且，为了简化对准，并且为了确保参考光和样本光被限制在相同的单一模式，期望样本光和参考光在被组合之后一起穿过相同的针孔。通过使用偏振光束分束器将两个光束组合在相同的光学路径上，而不是像经典系统那样使它们在光束分束器处干涉，这为光源和参考光提供了共享的路径，能够在其中放置这种针孔，如图2a到图2e所示。
84.光源的频率扫视中的非线性能够是扫视源oct系统中的问题。图2g和图2h示出了解决该非线性问题的两个实施例。所有与图2c中的元件相似的元件具有相似的附图标记并在上面进行了描述。图2g和图2h的实施例结合了第二(板载)干涉仪12，其说明性地示出为
包括光束分束器14(本文用符号“bs”表示光束分束器)、两个镜子20a和20b以及检测器16。通过将来自光源ltsrc1的一部分光引导到干涉仪12(例如，标准量具或迈克尔逊干涉仪)，能够产生用于触发ss-oct采集的k时钟，或者采集参考信号。这些配置中的任何一个都能够用于使扫视线性化(例如，通过扫视信号)，其中，k时钟触发器直接使采集线性化，并且参考信号能够用于确定非线性度并因此对其进行校正。用于产生k时钟或参考信号的光能够在源之后利用pbs和半波片立即被拾取。例如在图2g中，来自光源ltscr1的光的一部分通过半波片15a和偏振光束分束器pbs4被引导到干涉仪12。可替代地，如图2h所示，来自光源ltscr1的光的一部分能够通过参考臂refarm中的部分透射镜20c(以及可选地另一四分之一波片19a)被引导到干涉仪12，随后是迈克尔逊干涉仪12，与图2g所示的设计相比，其消除了几个部件。
85.为了避免用于空间滤波的附加部件，如果相应地选择光电二极管的尺寸，则光电二极管的有源区域能够用作空间滤波器。在这种情况下，人们会将收集光聚焦到检测器上，并使用小型检测器，通常小于聚焦光束尺寸的几倍。
86.根据应用，从微型光学器件封装出来的光束能够耦合到附加的光学器件(例如，镜子扫描仪、光束扩展器、到样本的中继光学器件)。为了避免来自这些光学表面的反射返回到干涉仪中的检测器，样本路径中的四分之一波片(图2a中的17)能够放置在微型实验台的外部，一种选择是在最后的光学器件和样本之间。在该配置中，来自四分之一波片之前的样本路径中的任何部件的反射将由于其偏振态而被引导远离检测器。
87.来自系统中的各种光学部件的反射能够导致检测器饱和，vcsel或光学放大器损坏，和/或oct信号中的伪像或重影。这些不期望的反射能够以各种方式减轻或消除，包括但不限于：使用针孔和孔径；限制检测器的有效面积；粘合部件以减少折射率不匹配、抗反射涂层、倾斜部件和偏振隔离。
88.图2a至图2e(以及图2g和图2h)所述的oct系统能够避免使用光纤和/或半导体波导。光纤的缺失避免了由于光纤移动或温度变化时出现的双折射变化而引起的信号波动，并且通常具有亚微米直径的半导体波导的缺失提高了收集和传播效率以及对准稳定性，例如如果探针掉落或振动。
89.在传统的oct系统中，参考路径中的光使用角部回射器被反射回干涉仪。角部回射器在大范围的入射角上引导入射光，使其对于在存在系统公差和未对准的情况下可靠地重定向参考光是理想的。然而，角部回射器价格昂贵，而且难以以小于1mm的尺寸制造。如果光束指向部件的中心，它们也能够改变波前上的偏振。所述的微型光学器件系统的主要优点是光学部件安装上的严格公差，这能够允许使用平面镜代替回射器(图2c和图2d中的20)。如果该系统不能确保在使用这种配置的检测中样本和参考的充分对准，则该系统能够替代地包括在其位于参考路径中的后焦平面处具有镜子的透镜(即猫眼回射器)。
90.如前所述，所述系统的成本能够是非常低的。然而，ss-oct系统的成本通常由可调谐光源的成本决定。因此，期望使用特别便宜的光源，以便实现总体上低的系统成本。垂直腔表面发射激光器(vcsel)在许多高容量应用中流行，诸如数据中心、光学计算机鼠标、距离和接近度传感器、生物计量面部识别等，且因此通常非常便宜。先前已经表明，能够通过调节它们的激光驱动电流来调谐它们的中心波长。因此，源或多个这样的源的组合非常适合于在当前描述的系统中使用。vcsel，特别是热驱动vcsel的一个问题是它们能够在其上
扫视的有限波长范围。由于oct系统的轴向分辨率是由光的扫视带宽确定的，因此能够期望组合具有不同中心波长的多个vcsel，以实现增加的组合带宽，并且在某些情况下，实现增加的总光学输出功率。
91.图4a示出了使用分光镜45组合多个vcsel(例如，扫视源)41/43的一种方法。在这种方法中，来自扫视源41的光穿过分光镜45，而来自扫视源43的光被分光镜45反射。以这种方式，两个vcsel 41/43经组合以限定组合光束46。
92.参考图4b，如果同时运行图4a的vcsel 41/43，从光学输出功率的角度来看这是期望的，则期望通过使用另一分光镜51在oct的检测端将它们的光分离到不同的检测器(47/49)。
93.可替代地，能够顺序地运行多个vcsel，然后在相同检测器上检测来自每个vcsel(例如，两个或多个vcsel)的光。例如如果vcsel具有有限的占空比，顺序地运行vcsel能够是有益的。有限的占空比能够是由于vcsel需要在热驱动扫视之间冷却，或者在mems vcsel的情况下，需要mems返回到其初始位置以开始下一次扫视。
94.图5示出了用覆盖不同波长带的多个vcsel扫描样本组织中的给定位置的可替代方式。在该实例中，多个不同的vcsel(例如：vcsel-1、vcsel-2、vcsel-3和vcsel-4)通过沿线聚焦不同的vcsel并以聚焦的vcsel之间的距离移动扫描来顺序地照射(组织)样本上的相同位置。图5示出了时间对组织样本上的(照射)位置的曲线图。以这种方式，多个(例如，四个)vcsel顺序地扫描样本上的相同给定位置(例如，位置loc1)。可选地，能够使用多个电流调谐vcsel的组合。例如，在光谱上，能够并行使用多于两个的vcsel和具有大光谱间隔的扫视对/组，然后顺序地使用第二组。vcsel能够被线性化，并且vcsel阵列能够被插入微型光学实验台(或半导体光学实验台)中的槽中。可替代地，一个或多个vcsel能够集成到用于构造光学实验台基板/底座的半导体的半导体晶片中，就像电子器件或检测器一样。vcsel的使用尤其有利于此，因为它们垂直地、直接地发射出实验台，并且因此能够使用简单的镜子或转向棱镜来沿基于半导体的实验台的平面重新引导vcsel光。
95.vcsel的另一问题是其有限的光学输出功率。为了对生物样本进行高质量oct成像，它们因此能够与半导体光学放大器组合使用。然而，本文描述的oct系统所特有的三个方面使得vcsel能够在没有光学放大器的情况下用于生物样本的高质量oct成像，而这尚未得到证明:
96.1.自由空间微型光学器件干涉仪的高光学效率。类似的光学效率至少在800nm和1060nm波长范围内对于基于光纤的设计是不可行的，因为在这些波长下不存在有效的循环器，因此总是在到样本的路径上损失大量功率。
97.2.低噪声检测器代替基于p-i-n和跨阻抗放大器的平衡检测器的使用。因为本文描述的系统的性能能够受到克服检测器噪声所需的参考光的量的显著限制，所以与通常不缺乏源功率的现有技术的oct系统相比，期望使用噪声非常低的检测器。这使得散粒噪声在低参考功率下具有有限灵敏度。因此，通过相应地调节第一偏振光束分束器前面的波片，能够将大部分可用光学功率发送到样本。适用于本文所述系统的低噪声检测器是电子注入检测器(e-i检测器)。它们表现出低噪声，这是因为它们固有的放大较少依赖于它们的rf信号带宽。
98.如果只需要很小的参考功率来克服作为主要噪声源的检测器噪声，则光源的相对
强度噪声(rin)通常也不是问题。因此，能够省略这种系统中的平衡检测，并且仍然受到散粒噪声的限制。然而，因为平衡检测不仅抑制rin，而且还抑制共模信号，诸如自相关信号，所以通常期望仍然使用平衡检测布置。
99.3.使用vcsel阵列以及由此使用多个平行光束。这将使总光学样本功率乘以阵列内vcsel的数量。因此，能够实现与使用例如mems可调谐vcsel和光学放大器的现有技术oct系统相同或更高的样本功率。通过使用vcsel和检测器阵列进行的多路复用的概念将在本文档的后面部分更详细地描述。
100.另一实施例能够向样本臂添加部分透射元件，该部分透射元件产生反射，然后该反射与参考光干涉。由于上述实施例在样本臂中已经具有多个光学表面，因此能够使用来自这些光学表面之一的反射而不是引入附加的元件。因为该反射在任何情况下都将比样本更近，所以其干涉信号将具有比oct信号更低的频率。因此，它能够从oct信号中分离，例如，通过分离信号并相应地对两个副本进行高通/低通滤波。例如，低频能够用于参考干涉信号，而高频能够用于oct信号。然后，参考干涉信号将被并行数字化，并用于校正扫视的波数非线性，并用于相位稳定oct数据。可替代地，参考信号和oct信号能够一起被数字化并且在数字空间中被分离。这将避免对第二数据采集通道的需要。
101.本发明还设想了在微型光学实验台或半导体光学实验台上实现的或实际上集成到半导体光学实验台中的oct系统的其它方面。例如，扫描oct光束的mems镜子能够在实验台上实现，或者通过光刻集成到基于半导体的实验台上。该mems镜子能够为oct系统提供完整的横向扫描能力，或者是系统的一个部件。特别地，该mems镜子能够在有限的视场上提供快速扫描，具有由次级扫描系统提供的更扩展的视场。限制集成在微型光学实验台和/或半导体光学实验台上的mems扫描系统的视场(即例如,至小于系统的期望/预定/目标全(或更扩展)扫描fov，例如，宽场扫描系统)具有若干优点。首先，mems镜子的角度范围通常在 /-6度的量级，使得难以处理典型的oct系统所需的全视场。在经典的(例如，体光学)oct系统中，能够使用相对大的mems镜子并将mems成像为缩小的光斑以增加视场，但是针对镜子和oct系统两者，这对于dip(或其它典型的半导体封装)内的有限空间而言更加困难。此外，通过限制mems镜子的尺寸，能够提高扫描速度，但代价是不能进一步缩小光束以增加视场。注意，通过围绕一个扫描轴线的谐振扫描，mems镜子的扫描速度也能够进一步提高。最后，对相对缓慢地移动穿过视网膜的小区域进行快速扫描所得到的扫描行为是有益的。感兴趣区域在视网膜上相对(或比较)缓慢地移动的事实使得能够保持oct系统的最佳性能，调节轴向扫描深度、焦点和/或诸如像散的其它像差以匹配给定位置处的视网膜的特性。
102.这种配置中的一个挑战是将来自扫描仪的光束中继到患者的瞳孔，同时保持oct模块的大工作距离和紧凑设计。将会聚光束引入到mems扫描仪上提供了设计上的灵活性，包括用定位在略大于透镜焦距的距离处的单个透镜中继扫描仪的可行性。光束的聚散度还能够通过在扫描仪之前平移透镜来调节，从而为设计提供聚焦元件。这种配置提供了一种紧凑的设计，具有用于瞳孔中继和聚焦的最小部件。
103.使用集成在微/半导体光学实验台上的镜子解决快速扫描的需要还意味着宽场扫描系统能够以较慢的速率扫描，在其设计中提供更大的灵活性。由降低的扫描速度要求实现的选项的实例包括由检流计或由电动机驱动的镜子，或者实际上在视场上移动包括mems镜子的oct系统。由微型光学实验台和半导体光学实验台j9九游会真人的解决方案实现的超紧凑oct干涉仪
设计使得移动整个oct干涉仪更加可行，但是也能够在更经典的基于光纤光学的oct系统中使用小视场快速扫描(在微型实验台上)加上宽视场较慢扫描的这种组合，其中，oct样本臂光纤尖端、mems扫描仪和小视场光学器件作为一组在整个视场上移动。
104.如果通过移动oct系统或光纤尖端来提供宽场成像，则期望系统沿以瞳孔为中心的球体(例如，球形表面/平面)移动，以便相对于瞳孔保持固定的工作距离。除了保持工作距离的优点之外，还能够将用于在球体上产生运动的机构设计成，使其具有在其沿球体移动时保持平行于球形表面的元件。然后能够安装oct/光学成像系统，使其光学轴线垂直于平行于球体的该元件，从而确保当系统在视场上扫描时，成像系统保持指向瞳孔所在的球体中心。
105.出于多种原因，能够期望在扫描期间使球体的中心稍微偏离瞳孔。可行的原因包括但不限于：
106.1)通过允许瞳孔位置相对于扫描中心的灵活性来简化对准。
107.2)将球体的中心从眼睛移回，以将用于驱动oct系统在球体上的位置的机构从面部和眼睛移开。
108.3)将球体的中心移向眼睛，以最小化当在视场上扫描时到视网膜的距离变化。
109.在球体的中心相对于瞳孔位置移位的情况下，在保持平行于球体的表面与oct成像系统的轴线之间具有附加的角度对准能力能够变得重要，oct成像系统的轴线在扫描期间必须指向瞳孔。为了保持与瞳孔的这种对准，还能够期望具有安装有oct成像系统的瞳孔跟踪部件，该部件监测oct系统相对于瞳孔的对准轴线并且调节角度对准系统以保持oct系统指向瞳孔。
110.图6示出了这样的系统的实例，其具有沿轴线或平行轴线指向oct系统的摄像机。即，图6提供了用于将oct成像模块瞄准眼睛67的瞳孔中心的引导系统的实例。在本图示中，示出了由元件61共同实现的瞳孔摄像机和扫描模块(例如oct系统)。然后来自该摄像机的反馈将用于调节对准系统以将摄像机对准到瞳孔，并且因此还将oct系统对准到瞳孔。即，瞳孔摄像机能够跟踪眼睛瞳孔的中心，并且驱动(例如，提供反馈信号至)例如两轴万向节63，该两轴万向节提供倾斜功能以保持摄像机和oct成像模块61的对准。在本实例中，万向节63附接到可移动的扫描模块平台(或成像模块板)65，其优选地提供球形运动(例如，与球形表面一致的运动)。总之，瞳孔摄像机跟踪瞳孔中心，驱动两轴万向节以保持摄像机和oct成像模块61的对准。因此，瞳孔跟踪能够解决由于宽fov枢轴系统引起的眼睛运动和未对准。因此，本系统能够在预定区域(例如，2
×2×
2英寸区域)上保持对准，该预定区域是比传统上所需的区域大得多的区域，在该区域内需要放置患者眼睛以实现有效成像(例如，瞳孔盒)。
111.如果对准系统被充分校准，也能够将摄像机直接安装到平行表面上，然后使用反馈来对准oct系统，而不影响摄像机系统。在白内障或瞳孔部分出现其它混浊的情况下，这样的系统能够保持与瞳孔上的特定位置对准，以优化图像质量。在没有这种混浊的情况下，系统将很能够保持oct系统与瞳孔中心的对准。
112.图7a示出了限定用于成像模块(例如，瞳孔摄像机和/或扫描模块和/或医学成像设备)的球形运动的运输系统。本实施例的运输系统包括用于扫描根据本发明的成像模块的枢轴系统，其中，采集角由一个或多个旋转结构体(或杆)72/73驱动/限定，该旋转结构体
的旋转限定球体(或球形的)平面/表面70(例如限定球形运动)。图7a示出了通过使用球体上的枢轴点71a沿球体(或部分球体)的表面移动成像系统(例如，附接到成像模块板65)的特别简单的方法，例如，相对于眼睛的轴线移位90度，其中，弯曲结构体72从这个枢轴点71a沿球体的表面延伸到球体的相对侧上的第二枢轴点71b。然后相对于两个枢轴点71a/71b旋转结构体72使结构体72扫过球体的表面。如图所示，如果第二结构体73相对于第一结构体72以90度旋转安装在球体上，并且也以类似的方式旋转，则两个结构体72/73的交叉点能够放置在球体上的任何点处。因此，通过将成像模块板(或扫描模块平台)65安装到两个结构体72/73的交叉点(例如，在它们之间)，能够创建平台65的期望行为，该平台65能够被平移到球体部分上的所有点，该平台65上的表面总是平行于球形表面，并且因此具有与瞳孔所在的球体中心垂直的点。注意，虽然如果两个结构体72/73在球体上相对于彼此旋转90度，将期望获得最佳的机械性能，但是旋转点的位置不需要分开90度。如果结构体没有分开90度，仍然能够到达球体上的所有点，但是通过旋转一个结构体产生的力将不会直接沿另一结构体的轴线传播，而会产生一些附加的摩擦。
113.能够不期望枢轴点位于与瞳孔所在的球体中心相同的平面处。由于患者的面部和身体也能够在该平面中，因此难以将枢轴点放置在这些位置而不撞击人体。如前所述，一种j9九游会真人的解决方案是移动球体远离身体，从而将枢轴点和球体中心移动到眼睛和身体前面。如果这样做，oct轴线对准系统能够需要校正该偏移，以保持与瞳孔的对准。这能够通过使系统的光学轴线保持与瞳孔对准的跟踪系统，或通过在对准系统上施加依赖于角度的偏移来补偿这种位移，或通过这两者来实现。图7b中示出了这种倾斜和指向扫描模块的能力。即，图7b示出了当结构体之一旋转时平台的位移。
114.可替代地，能够机械地移动有效枢轴点。图7c示出了机械移动到枢轴点的一个这样的实例。这样，能够通过移动枢轴点来提高与面74的间隙。在该示意图中，有效枢轴点(例如枢轴点75)相对于位置76移动给定距离77。以这种或类似的方式移动枢轴点使得能够使用球体的较小部分，同时还使旋转机构移动远离面74。图7d示出了当结构体之一旋转时平台的位移。
115.这种方法具有附加的优点，其中，小的fov系统在瞳孔周围的弧线中移动，同时保持与瞳孔的对准，因为它极大地减少了将瞳孔放置在由系统的光学器件限定的非常有限的区域(称为“瞳孔盒”)中的需要。图8示出了本系统80消除了传统光学系统83的宽场眼科透镜81和对应的瞳孔盒82的要求。瞳孔盒81能够传统地限定空间的三维区域(相对于眼科设备)，患者的瞳孔应当位于该空间中，以实现有效的成像。虽然理论上能够在传统的宽场系统83中增加移动光学器件的瞳孔跟踪，但是支持宽fov成像所需的光学器件的尺寸和重量使得这不切实际。相反，本系统在眼睛附近不提供光学器件(由箭头84所指示)，并且光学器件的灵活指向消除了瞳孔盒(如箭头85所指示)。上述方法利用其重量更轻的有限fov光学器件，能够通过移动光学系统来跟踪瞳孔。它特别适用于宽场(》50度)成像系统，其中，用于瞳孔跟踪的重型光学头的移动变得不切实际。
116.图9a示出了根据本发明的用于限定成像模块的球形运动的另一运输系统。如上所述，本运输系统使扫描系统/成像模块(或“oct组件”oa1)关于球体平面/运动物理地移动以扫描眼睛，但是本实施例包括基于极坐标的系统。在本实例中，oct组件oa1的上述球形运动由壳体h1内的球体的(或部分圆顶形)表面或框架(sphr)提供。可选地，表面sphr能够最小
地具有足够的尺寸用于接收患者的眼睛，并且因此与典型的宏观oct系统相比能够相对较小。在本实例中，示意性地示出了壳体h1为5英寸(12.7cm)高。图9a提供了壳体h1的内部侧视图(或剪切视图)v1，壳体h1的正面视图v2，以及分解视图v3，其示出了部分oct组件oa1沿弯曲的径向滑动件(或引导件)(rs1)从表面sphr的外部延伸到其内部，该弯曲的径向滑动件(或引导件)能够沿表面sphr的内部的、弯曲的平面设置。转子rtr或其它旋转电枢/机构能够旋转表面sphr(例如，围绕患者瞳孔的轴向中心)，如箭头r1所指示。以这种方式，能够使oct组件oa1在距表面sphr中心的给定径向距离处沿圆形路径(例如，方位角方向)单向或双向旋转。附加地，能够使oct组件oa1从表面sphr的中心沿径向滑动件rs1(或其它径向可移动的滑架/保持组件或轨道系统)径向(向外或向内)移动，如箭头rd1所指示。通过转子rtr(旋转表面sphr)和径向滑动件rs1的组合，oct组件oa1能够定位在沿由表面sphr的内部限定的球体平面的任何位置。
117.图9b提供了径向滑动件rs1相对于患者眼睛的特写、正面和轮廓视图。在本实例中，oct组件oa1被示出为具有矩形正面轮廓，而在图9a的实例中，oct组件oa1被示出为具有圆形正面轮廓。应当理解，oct组件oa1不限于任何一种配置。如图所示，径向滑动件rs1能够围绕患者瞳孔的中心(如虚线cntr所指示)方位角地旋转(例如，通过转子rtr或其它旋转轴，如箭头r1所指示)，使得oct组件oa1能够移动到由表面sphr限定的球形表面内的任何位置。以这种方式，oct组件oa1能够与患者的瞳孔保持固定距离(例如，两英寸或5.08cm)。在本实例中，固定目标fx1(例如，镜子、发光二极管、微型电子显示器等)固定到与患者瞳孔对准的球形表面中心。可选地，能够使固定目标fx1沿表面sphr移动到(或固定在)任何其它所期望的位置。
118.返回到图9a，在表面sphr的中心处示出了能够是镜子的固定目标fx1，并且能够通过固定激光fl1来提供，这消除了对固定目标fx1的聚焦调节的需要。固定激光fl1能够将静止或移动图像(例如，影视)投射到固定目标fx1上。可选地，固定目标fx1能够被附接到表面sphr并且与其一起旋转，或者相对于眼睛以固定旋转保持。此外，固定激光fl1能够独立于表面sphr并且将固定目标fx1投射在表面sphr上的任何内部位置处，诸如如果表面sphr的内部是反射性的，例如具有镜子表面。以这种方式，当表面sphr旋转时，固定激光fl1能够在相对于患者瞳孔的多个固定位置投射固定目标fx1，或者能够限定固定路径pth1，诸如与oct组件oa1的径向路径rd1相对的径向路径。其它元件，诸如瞳孔对准摄像机p1、p2和p3能够附接到球形表面sphr并且与其一起旋转。
119.图9c示出了适用于球体扫描组件的示例性扫描图案，尤其适用于但不限于octa扫描应用。多个扫描区域或贴片(ptch1、ptch2)能够在径向和方位角步骤中产生，以限定复合的圆形扫描区域。例如，如果oct组件具有例如
±
6度的有限扫描视场，则每个扫描贴片能够具有12度的有限扫描宽度(ls1)。如图所示，扫描贴片能够由较短的扫描贴片ptch1和较长的扫描块ptch2组成，这些扫描贴片径向定向并且彼此重叠以限定例如100度的有效(例如，复合的，诸如通过剪辑)较大视场。如向内指向和向外指向箭头a1所指示，当oct组件朝向球形表面的中心径向向内移动时，能够扫描一些扫描贴片(例如，较短的扫描贴片ptch1)，而当oct组件从球形表面的中心径向向外移动时，能够扫描其它扫描贴片(例如，较长的扫描贴片ptch2)。以这种方式，能够通过一个或多个扫描光束实现连续的方位角和径向扫描。可选地，如果由贴片ptch1/ptch2限定的整个扫描面积/区域由(例如，静止的)oct组件的扫描
视场限定，则在oct组件移动到下一个扫描位置以捕获下一个扫描贴片之前，能够在oct组件处于对应的静止位置的同时扫描扫描贴片ptch1/ptch2。如上所述，oct组件能够包括一个或多个单点扫描仪、线扫描仪或全场扫描仪。如果oct组件包括多个平行操作的扫描光束，如上所述，则能够提高系统的有效扫描速度。
120.尽管能够进行径向和方位角运动的任何组合来扫描眼睛，但是如果oct系统被平行化，使得存在进入眼睛的多个oct扫描光束，并且人们对oct血管造影术感兴趣，则能够期望进行一系列径向扫描，在它们之间具有方位角旋转，如图9c所示，以便在每次径向扫描期间保持阵列的旋转固定。特别地，这将确保在重复的血管扫描之间没有旋转，因为这种旋转将改变平行化的光束之间的水平和垂直间隔，并且由此使得难以重复用于血管造影术的a扫描图案(在相同的位置)。
121.在某些方面，上述方法类似于剪辑，在剪辑中，人们用有限视场仪器手动拍摄一组图像，然后将它们组合以产生宽视场图像。在这样的手动方法中，通常要求患者注视固定目标，然后在不同位置拍摄具有固定目标的一系列图像。然后，眼睛在不同的方向上观看每个图像，因此照片示出了眼睛的不同部分，然后这些部分能够被剪辑。本文描述的方法的不同之处在于，固定目标不在子场的集合之间移动，并且顺序地采集所有子场而不需要子场采集之间的对准步骤。
122.剪辑图像的一个挑战是固定目标在中心图像的成像视场内，而不是外围图像的成像视场内。这能够导致需要两个固定目标系统，一个在光学器件的视场内，一个在光学器件的外部。在本系统中，能够避免这个问题，只需要一个固定目标系统来覆盖中心和外围子场。如图10所示，这能够通过将固定目标86放置在成像系统(例如，扫描模块或扫描头)87横穿的球体平面70后面来实现。当扫描模块87在固定目标86前面通过时，小型扫描模块87能够短暂地阻挡固定目标86。即，当成像系统87在其前面通过时，固定目标86偶尔被阻挡，但是由于固定目标通常被设计成闪烁，所以能够设置闪烁图案，使得当成像系统87短暂地阻挡它时，固定被关闭。该方法还通过消除对组合固定目标和成像系统的光学器件的需要而简化了系统。还能够在扫描光学器件后面的不同位置处具有多个固定目标(未示出)，以产生更经典的剪辑图像，在剪辑图像中，用不同的固定方式采集多个图像，然后进行组合。这能够通过对每个图像进行单独的完整采集来完成，或者在采集期间照射一个目标后接着照射下一个目标。如果在单个图像采集期间将具有不同的固定位置，则优选的方法能够是具有在采集期间移动的单个固定目标以扩展由系统获得的视场。用于图像光学器件的视场内和视场外的单个固定目标使得这成为可能。
123.图11示出了扫描图案90，其中，扫描模块的扫描(或采集)视场限定了感兴趣区域92，并且箭头91示出了扫描模块的平移以限定感兴趣区域扫描，从而实现优化的oct成像。这示出了本系统相对于经典扫描系统的另一优点，即通过平移扫描模块顺序地采集(扫描)有限视场，系统在视网膜上相对缓慢地移动，使得能够在采集期间调节系统的成像参数，以考虑在视场上视网膜的光学特性的变化。在采集期间能够调节的参数包括但不限于扫描深度、焦点、像散、偏振、像差和扫描范围。
124.由于oct通常使用近红外光进行成像，这不会显著打扰患者，因此能够在长达30秒或更长的显著时间段内采集数据。然而，在采集期间视网膜的运动能够成为挑战，在图像和/或具有缺失oct数据的眼睛区域中产生失真。为了解决这个问题，人们经常使用第二成
像系统来跟踪视网膜，如在海德堡spectralis
tm
和蔡司cirrus
tm oct仪器中那样。在称为oct血管造影术的oct中也有相对先进的发展，由此通过重复扫描检测血液的运动来成像眼睛中的微血管。本文提出，通过使用重复扫描来检测眼睛中的血流和测量视网膜的总体运动，这两种能力能够与当前的新扫描方法相结合。在历史上，oct血管造影术是通过重复单个b扫描来完成的，每个b扫描由横跨视网膜的长(10-60度)线扫描组成，其中，每个b扫描花费大约5毫秒来采集。当视网膜移动时，这些采集不重叠，然后使用来自次级跟踪系统的信息来校正oct扫描的位置并重新获取数据。在当前情况下，通过在这5毫秒周期上而不是1d(一维)线采集眼睛的有限2d(二维)区域，本系统能够通过确定与重复扫描相匹配的2d区域中的a扫描来检测2d中的运动。作为简单的实例，如果具有500k a扫描/秒系统，在重复扫描之间具有5毫秒的延迟，则能够扫描50
×
50a扫描区域，对应于大约50*20um＝1mm
×
lmm的区域，因此能够每5毫秒跟踪高达1mm的运动。因此，本扫描方法使得能够将相同的重复扫描用于oct血管造影术和视网膜跟踪，从而使得无需次级跟踪系统的视网膜跟踪成为可能。
125.在某些情况下，还能够期望具有不具有横向扫描能力的基于微型光学器件的oct系统，其中，将通过移动或旋转微型光学器件oct来提供横向扫描。例如，能够配置没有板载光束扫描仪的微型光学器件oct模块，替代地以拖动/移动微型光学器件oct模块(及其未扫描的oct光束)穿过皮肤表面，以便产生皮肤组织的b扫描。这种系统能够包括微型或半导体光学实验台外部的用于将光耦合到样本的光学器件，或者能够直接照射样本，而不需要任何附加的光学器件。类似地，存在这样的应用，其中，微型光学器件系统能够在没有以光学相干域反射计模式扫描的情况下使用。这种应用的一个实例能够是测量到显微镜中的样本的距离，以便优化显微镜的焦点。
126.能够集成为微型封装的一部分的oct系统的另一方面是焦点调节。可调谐透镜，有时也称为液体透镜，已被证明提供了非常快速的焦点调节，但通常受限于它们的通光孔径。因此，微型封装内部或靠近微型封装的小光束直径与这种可调谐透镜非常匹配。在优选实施例中，焦点可调谐透镜将被放置在瞳孔共轭平面中。
127.使用mems可调谐vcsel能够实现更宽的光谱调谐带宽。这些设备借助于mems元件通过调节它们的腔长度来调谐。它们以光泵浦和电泵浦的形式存在。光泵浦可调谐mems vcsel通常至少包括用于光泵浦的激光二极管和mems vcsel。电泵浦可调谐mems vcsel通常至少包括具有电驱动的有源增益部分的mems vcsel。电泵浦和光泵浦vcsel通常与光放大器组合以增加光学功率。可选地，mems可调谐vcsel能够与对准的光放大器共同封装。硅(例如半导体)光学实验台能够使用不同的对准方法。例如，能够使用显微镜和图像识别，和/或能够通过系统发送激光束并优化其位置或强度。这些部件通常单独封装并彼此光纤耦合，或者共同封装在蝶形封装内的微型实验台上。它们的制造过程包括多个主动对准步骤和每个设备的光纤耦合和封装步骤。为了进一步降低这些设备的尺寸和成本以及能够制造更大体积的这些设备，在依赖无源放置和对准步骤的硅(半导体)光学实验台上构造这样的设备将是有益的，以便从晶片级制造和封装工艺的可缩放性获益。
128.vcsel、检测器和针孔都能够在晶片级制造为阵列，在阵列的元件之间具有亚毫米/微米的间隔。因此，能够配置平行微型或半导体光学实验台oct系统，其中，vcsel、检测器和/或针孔是阵列，并且来自vcsel的光束阵列平行地传播通过微型/硅实验台的各个光学器件(多个oct光学光束通过相同的光学部件，其中，每个光束具有至少一个用于产生oct
信号的对应的检测器)。例如，假设vcsel的3
×
3阵列具有对应的检测器和针孔阵列，能够从一个采集通道到9个采集通道，所有9个通道共享相同的透镜和镜子，因此在oct干涉仪中不需要附加的光学器件。利用vcsel的1d阵列也能够做到这一点，vcsel能够是用于扫描的更自然的图案，但是在填充透镜方面效率较低，透镜通常具有用于光学光束通过的圆形孔径。期望将尽可能多的光束封装到给定尺寸的一组光学器件中，无论哪种图案，都给出最大的填充。例如，能够期望具有2，3，2＝7行光束，或3，4，5，4，3＝19行光束的六边形填充。如上所述，通过光学器件的光束的最佳布置能够不同于扫描所需的光束的布置。在这种情况下，能够利用适当地偏转每个光束的一个或多个光学器件来改变oct干涉仪和扫描镜之间的光束布置。
129.图12示出了用于将光束101(黑点103表示聚焦光束)的2d阵列(例如，3x3阵列)转换成光束的1d阵列(例如，由黑点105表示)的配置方案。入射到扫描镜109上的(准直)光束107是光束线，所有光束在相同的位置击中扫描镜109，但是沿线从不同的角度进入。如图12所示，给定oct干涉仪中的光束101的2d阵列，期望oct干涉仪和扫描镜107之间的光学器件将光束101的2d阵列转换成1d阵列。在本实例中，透镜的2d阵列(具有光束偏转)111、透镜的1d阵列(具有光束偏转)113和透镜115提供这种转换。会聚/发散光束117在光束101的2d阵列和透镜111的2d阵列之间传输。准直光束115在透镜111的2d阵列和透镜113的1d阵列之间传输，会聚/发散光束105在透镜113的1d阵列和透镜115之间传输。
130.参考图13a，将点121的2d矩形阵列转换成沿垂直(横向于扫描)方向具有相等间隔的一组点的另一种方式是相对于扫描方向简单地稍微旋转阵列，如图所示。黑点表示点121的旋转4
×
4阵列，灰点123表示扫描点(例如，所得扫描图案)，且箭头125指示扫描方向。参考图13b，实现类似效果的另一种方式是以平行四边形的形式排列vcsel 127的阵列，每行或列稍微垂直于扫描方向129移动。同样，灰点128指示扫描点。参考图13c，示出了具有不同水平和垂直vcsel间隔的平行四边形阵列131。如前所述，灰点132指示扫描点。箭头133指示扫描方向。为了使透镜的清晰圆形孔径的使用最大化，期望2d阵列大致为正方形(阵列的高度和宽度几乎相等)。由于vcsel 131之间的间隔在水平和垂直方向上能够显著不同，垂直和水平方向上vcsel的数量能够显著不同以实现这一点。
131.vcsel阵列将具有给定的节距(vcsel之间的间隔)和光束数值孔径(例如，表征系统能够接受或发射光的角度范围的无量纲数)。当利用单个元件光学器件对vcsel进行成像时，数值孔径乘以节距仍然是一个守恒量。图14a提供了vcsel阵列141(例如，尺寸为200μm
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300μm)的实例，单个透镜143位于vcsel阵列141和扫描仪145之间。然而，所需的“节距”或“采样间隔”乘以视网膜上的“光束数值孔径”能够与来自vcsel阵列的守恒量不匹配。为了解决这个问题，能够有必要使光束阵列146(例如，来自500μm
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600μm的vcsel阵列147)穿过小透镜阵列(或透镜阵列)148，如图14b所示，从而调节该守恒量以优化视网膜上的成像。在图14b的实例中，透镜阵列148减小了光束的发散，增加了到透镜的距离。透镜阵列处的光束之间的横向间隔不变，但是透镜焦点距离和从透镜到扫描仪(镜子)145的距离增加。
132.vcsel阵列的使用根据阵列中vcsel的数量增加了设备的总光学样本功率。这允许每个单独的通道使用比典型的单个光束oct系统更低的样本功率，并且仍然实现相等或更好的图像质量和/或成像速度。特别地，它使得在没有光学放大器的情况下将vcsel用于生物样品的高质量oct成像，这还未被证明。
133.尽管省略了所有的光纤光学器件或其它波导光学器件在上述几个实施例中被描述为是有利的，但是一些微型光学器件oct系统能够包括波导，例如作为边缘发射激光器、半导体光学放大器或光学调制器的一部分。微型光学oct系统能够进一步是使用微型光学器件耦合在一起的多个平面波导和/或光子集成电路(pic)的组件。例如，使用晶片级组装和封装步骤组装的半导体光学实验台能够代表在微型气密密封封装中组合和封装由不同材料制成的多个光学部件的成本有效的方式。在由于材料不兼容而不能在单个pic上集成不同部件的情况下，例如当将由砷化镓制成的激光器或放大器与无源氮化硅pic组合时，这是特别可取的。微型光学oct系统能够进一步适用于包括在相同封装中的电子器件、分立的模拟电子部件以及电子集成电路。尤其是建立在硅光学实验台(即硅晶片)上的系统能够实现特定的深度电子和光学集成，因为相同的硅晶片能够经处理包括电子集成电路。这样的系统不仅能够包括无源和有源光学部件，还能够包括用于驱动光源、信号调节、模数转换、信号处理(例如图像重构)、数据传输和数据存储的电子集成电路。
134.在混合pic/微型光学设备中，微型光学器件不仅能够起到如上所述的波导和/或光子集成电路之间的耦合的作用。在一些系统中，能够期望使用微型光学器件实现系统的一些功能，而其它系统则使用光子集成电路，然后，光子集成电路将位于公共基板上并被共同封装。
135.能够期望光纤光学器件的进一步的情况包括光纤耦合到微型光学器件组件的外部光源或收集检测臂中的光并将其引导到外部光电检测器的光纤。在这些情况下的光纤例如能够是单一模式光纤、偏振保持光纤、偏振光纤或双包层光纤。
136.尽管本文描述的微型光学器件被示出为仅在单个平面中传播光，但是能够期望例如在垂直于该平面的方向上引导至少一个光学光束。例如，期望样本臂或样本和参考臂通过封装的盖而不是其侧壁离开。在这种情况下，盖在操作波长处是透明的，或者包括集成在盖中的窗口或透镜。
137.总之，本技术中提供的一些创新/特征包括：
138.1)在微型光学实验台或半导体光学实验台上实施oct/ocdr系统的各个方面。
139.2)混合系统的实施，其中，oct/ocdr的一些宏观方面(例如，样本臂和参考臂)在微型或半导体光学实验台的外部，并且oct/ocdr系统的其余部分被结合到微型实验台上。
140.3)能够通过使用微型机械电气系统(mems)镜子安装在实验台上，或通过半导体制造工艺集成到半导体实验台，在仅oct/ocdr干涉仪之外的微型或半导体光学实验台上包括部件，例如包括扫描能力。
141.4)使用oct/ocdr系统的光学部件作为微型或半导体光学实验台的气密密封的一部分，以最小化光学表面。例如，如果光从微型或半导体光学实验台到外界的传输不是通过光纤光学器件完成的，那么光必须在从气密密封的oct/ocdr引擎到外界的过渡中通过透射元件。代替使用如图2b中w所示的用于该透射元件的窗口，能够将四分之一波片放置在气密密封的oct/ocdr引擎与外部样本和参考臂之间的该过渡处，如图2a所示。然后四分之一波片能够成为气密密封的一部分，消除了对窗口w的需要，如图2b所示。对于oct/ocdr的不同配置，oct/ocdr的操作所需的其它光学部件也能够在该过渡点用于气密密封。
142.5)还示出了自由空间光学器件oct/ocdr系统的创建，而不需要主动对准(除了位于实验台之外的任何零件，诸如可行的参考和样本臂)。在部件放置的精度极高的情况下，
利用半导体光学实验台特别能够实现这一点。半导体光学实验台的插座开口能够经设计以高精度将部件保持在预定的对准取向。
143.6)多个半导体光学实验台oct/ocdr系统的组件能够在晶片级处进行封装和/或测试。
144.7)将附加的ic电子器件(例如，检测器电子器件和模数转换器)集成到(例如，硅基板)半导体光学实验台封装中能够进一步降低成本使得超短电路径能够实现超快oct/ocdr系统所需的高速电子器件。例如，构建在半导体光学实验台本身的基板上的集成电路能够避免与用于互连外部分立部件的布线迹线/导线相关联的信号传播延迟和定时问题，从而实现更高的时钟速度。
145.8)如果要将检测器集成到晶片中，则能够配置偏振光束分束器以将检测路径光束从水平方向向下偏转到集成检测器中，如图3所示。同样，集成到半导体实验台上的vcsel能够垂直地直接发射光到实验台上，并通过转向棱镜耦合回实验台上的oct/ocdr系统。
146.9)模拟oct/ocdr信号与可调节频率(例如，调制参考频率)振荡器的混合将实现快速的全电子路径长度调节。例如，来自检测器的模拟输出能够与自调节振荡器混合，以将模拟输出解调到目标频率范围，从而建立期望的图像检测范围。自调节振荡器能够被数字地设置(和/或由反馈机制控制)以实现目标混合频率并由此实现快速z-跟踪。当改变采样深度时，这种方法还能够避免产生多普勒频移。
147.10)来自参考臂和/或样本臂的返回光的透射能够穿过一个或多个针孔，以消除不会适当干涉的不期望的光(特别是来自样本的多重散射光)。
148.11)从参考和样本臂返回的光的透射能够通过共用的针孔。这导致参考和样本臂光之间的模式匹配，以最大化臂之间的干涉。这能够在干涉发生之前或之后(例如在图2a中的pbs1之前或之后)进行。如图2a所示，在干涉之前进行对于平衡检测系统的优点是只需要一个针孔，而不是在两个检测器中的每一个的前面一个针孔。除了减少所需针孔的数量之外，这还能够改善平衡检测，因为对于到达两个检测器的光使用相同的针孔在到达两个检测器的光的空间滤波中产生一致性。可替代地，光电二极管本身能够充当针孔。为了实现这一点，例如，能够使光电二极管的有源区的直径接近聚焦光点的直径。
149.12)正交检测器能够在本微型或半导体光学实验台上实现，而不需要有源对准。
150.13)微型或半导体光学实验台oct/ocdr系统能够形成没有光纤光学器件或半导体波导的手持式oct/ocdr系统。
151.14)微型或半导体光学实验台能够包含oct系统的除了样本臂的多个方面之外的所有光学部件，从而消除了将除了样本光束之外的光学光束传输出微型或半导体光学实验台的需要，并且可选地使得能够依赖于部件放置公差来对准参考臂。
152.图2a、图2b、图2e和图2f示出了具有外部样本和参考臂的混合j9九游会真人的解决方案。附加地，图2a示出了使用1/4波片作为微型或半导体光学实验台边缘处的气密密封的一部分。
153.以下提供适用于本发明的各种硬件和架构的描述。
154.光学相干断层摄影成像系统
155.如上所述，图1a示出了适用于本发明一起使用的广义光学相干断层摄影系统。创建截面图像(例如，b扫描)的各种方式在本领域中是已知的，包括但不限于：沿水平或x-方向、沿垂直或y-方向、沿x和y的对角线、或以圆形或螺旋形图案。b扫描能够在x-z维度上，但
能够是包括z-维度的任何截面图像。图15示出了人眼正常视网膜的示例性oct b扫描图像。视网膜的oct b扫描提供了视网膜组织结构的视图。为了说明的目的，图15确定各种规范的视网膜层和层边界。经确定的视网膜边界层包括(从上到下)：内界膜(ilm)lyer1、视网膜神经纤维层(rnel或nfl)layr2、神经节细胞层(gcl)layr3、内丛状层(ipl)layr4、内核层(inl)layr5、外丛状层(opl)layr6、外核层(onl)layr7、光感受器的外节段(os)和内节段(is)之间的接合处(用参考符号layr8指示)、外或外界膜(elm或olm)layr9、视网膜色素上皮(rpe)layr10和布鲁赫膜(bm)layr11。
156.在oct血管造影术或功能性oct中，能够将分析算法应用于在不同时间(例如，集群扫描)在样本上的相同或近似相同的样本位置处收集的oct数据，以分析运动或流动(参见例如美国专利公开第2005/0171438号、第2012/0307014号、第2010/0027857号、第2012/0277579号和美国专利第6，549，801号，其全部内容以引用的方式并入本文中)。oct系统能够使用多种oct血管造影术处理算法(例如，运动对比算法)中的任何一种来确定血流。例如，能够将运动对比算法应用于来自图像数据导出的强度信息(基于强度的算法)、来自图像数据的相位信息(基于相位的算法)、或复杂图像数据(基于复杂的算法)。面部图像是3d oct数据的2d投影(例如，通过平均每个单独的a扫描的强度，使得每个a扫描限定2d投影中的像素)。类似地，面部血管图像是显示运动对比信号的图像，其中，对应于深度的数据维度(例如，沿a扫描的z-方向)被显示为单个代表值(例如，2d投影图像中的像素)，通常通过对数据的全部或隔离部分进行求和或集成来显示(参见例如美国专利第7，301，644号，其全部内容通过引用并入本文)。提供血管造影术成像功能的oct系统能够称为oct血管造影(octa)系统。
157.图1b示出了面部血管图像的实例。在使用本领域中已知的任何运动对比技术处理数据以突出显示运动对比之后，能够将对应于从视网膜中的内界膜(ilm)表面的给定组织深度的像素范围求和以产生血管的面部(例如，正面视图)图像。图1c示出了血管(octa)图像的示例性b扫描。如图所示，结构信息能够不是明确限定的，因为血流能够穿过多个视网膜层，使得它们的限定不如结构oct b扫描中的限定，如图15所示。然而，octa提供了用于对视网膜和脉络膜的微血管成像的无创技术，这对于诊断和/或监测各种病理能够是关键的。例如，octa能够用于通过确定微动脉瘤、新生血管复合体和量化中央凹无血管区和非灌注区来确定糖尿病视网膜病变。此外，octa已经示出与荧光素血管造影术(fa)很好地一致，荧光素血管造影术(fa)是一种更传统但更具侵入性的技术，其需要注射染料以观察视网膜中的血管流。附加地，在干性年龄相关性黄斑变性中，octa已用于监测脉络膜血管层血流的总体减少。类似地，在湿性年龄相关性黄斑变性中，octa能够提供脉络膜新生血管膜的定性和定量分析。octa还用于研究血管闭塞，例如评价非灌注区域以及浅层和深层血管丛的完整性。
158.计算设备/系统
159.图1e示出了根据本发明的示例性计算机系统(或计算设备或计算机设备)。在一些实施例中，一个或多个计算机系统能够提供本文描述或示出的功能和/或执行本文描述或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤。如上所述，计算机系统能够集成到半导体光学实验台的基板中，或者能够采用任何合适的物理形式。例如，计算机系统能够是嵌入式计算机系统、芯片上系统(soc)、单板计算机系统(sbc)(诸如，模块上计算机(com)或模块上系统
(som))、台式计算机系统、膝上型或笔记本计算机系统、计算机系统网格、移动电话、个人数字助理(pda)、服务器、平板计算机系统、增强/虚拟现实设备，或这些中的两个或多个的组合。在适当的情况下，计算机系统能够位于云中，该云能够包括一个或多个网络中的一个或多个云部件。
160.在一些实施例中，计算机系统能够包括处理器cpnt1、存储器cpnt2、存储cpnt3、输入/输出(i/o)接口cpnt4、通信接口cpnt5和总线cpnt6。计算机系统还能够可选地包括显示器cpnt7，诸如计算机监测器或屏幕。
161.处理器cpnt1包括用于执行指令的硬件，诸如构成计算机程序的那些指令。例如，处理器cpnt1能够是中央处理单元(cpu)或图形处理单元上的通用计算(gpgpu)。处理器cpnt1能够从内部寄存器、内部高速缓冲存储器、存储器cpnt2或存储cpnt3检索(或获取)指令；解码并执行指令；且将一个或多个结果写入到内部寄存器、内部高速缓冲存储器、存储器cpnt2或存储cpnt3。在特定实施例中，处理器cpnt1能够包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部高速缓冲存储器。处理器cpnt1能够包括一个或多个指令高速缓冲存储器、一个或多个数据高速缓冲存储器，诸如以保存数据表。指令高速缓冲存储器中的指令能够是存储器cpnt2或存储cpnt3中的指令的副本，且指令高速缓冲存储器能够加速处理器cpnt1对那些指令的检索。处理器cpnt1能够包括任何合适数目的内部寄存器，并且能够包括一个或多个算术逻辑单元(alu)。处理器cpnt1能够是多核处理器；或者包括一个或多个处理器cpnt1。虽然本发明描述并示出了特定处理器，但本发明涵盖任何合适的处理器。
162.存储器cpnt2能够包括主存储器，用于存储处理器cpnt1在处理期间执行或保持临时数据的指令。例如，计算机系统能够将指令或数据(例如，数据表)从存储器cpnt3或从另一个源(诸如另一计算机系统)加载到存储器cpnt2。处理器cpnt1能够将指令和数据从存储器cpnt2加载到一个或多个内部寄存器或内部高速缓冲存储器。为了执行指令，处理器cpnt1能够从内部寄存器或内部高速缓冲存储器中检索并解码指令。在指令执行期间或之后，处理器cpnt1能够将一个或多个结果(其能够为中间或最终结果)写入到内部寄存器、内部高速缓冲存储器、存储器cpnt2或存储cpnt3。总线cpnt6能够包括一个或多个存储器总线(其能够各自包括地址总线和数据总线)，并且能够将处理器cpnt1耦合到存储器cpnt2和/或存储cpnt3。可选地，一个或多个存储器管理单元(mmu)促进处理器cpnt1和存储器cpnt2之间的数据传输。存储器cpnt2(能够是快速易失性存储器)能够包括随机存取存储器(ram)，诸如动态ram(dram)或静态ram(sram)。存储cpnt3能够包括用于数据或指令的长期或大容量存储。存储cpnt3能够在计算机系统的内部或外部，并且包括磁盘驱动器(例如，硬盘驱动器hdd或固态驱动器ssd)、闪存、rom、eprom、光盘、磁光盘、磁带、通用串行总线(usb)可访问驱动器或其它类型的非易失性存储器中的一个或多个。
163.i/o接口cpnt4能够是软件、硬件或两者的组合，并且包括用于与i/o设备通信的一个或多个接口(例如串行或并行通信端口)，其能够实现与人(例如用户)的通信。例如，i/o设备能够包括键盘、小键盘、麦克风、监测器、鼠标、打印机、扫描仪、扬声器、静物摄像机、指示笔、输入板、触摸屏、跟踪球、摄像机、另一合适的i/o设备，或这些中的两个或多个的组合。
164.通信接口cpnt5能够提供用于与其它系统或网络通信的网络接口。通信接口cpnt5能够包括蓝牙接口或其它类型的基于分组的通信。例如，通信接口cpnt5能够包括用于与无
线网络通信的网络接口控制器(nic)和/或无线nic或无线适配器。通信接口cpnt5能够提供与wi-fi网络、自组织网络、个人局域网(pan)、无线pan(例如，蓝牙wpan)、局域网(lan)、广域网(wan)、城域网(man)、蜂窝电话网络(诸如，全球移动通信系统(gsm)网络)、因特网，或这些中的两个或多个的组合的通信。
165.总线cpnt6能够提供计算系统的上述部件之间的通信链路。例如，总线cpnt6能够包括加速图形端口(agp)或其它图形总线、增强型工业标准架构(eisa)总线、前端总线(fsb)、超传输(ht)互连、工业标准架构(isa)总线、无限带宽总线、低引脚计数(lpc)总线、存储器总线、微通道架构(mca)总线、外围部件互连(pci)总线、pci-express(pcie)总线、串行高级技术附件(sata)总线、视频电子标准协会本地(vlb)总线，或其它合适的总线或这些中的两种或多种的组合。
166.尽管本公开描述并示出了在特定布置中具有特定数量的特定部件的特定计算机系统，但是本公开设想了在任何合适的布置中具有任何合适数量的任何合适部件的任何合适的计算机系统。
167.本文中，计算机可读非瞬态存储介质或介质能够包括一个或多个基于半导体的或其它集成电路(ic)(诸如，现场可编程门阵列(fpga)或专用ic(asic))、硬盘驱动器(hdd)、混合硬盘驱动器(hhd)、光盘、光盘驱动器(odd)、磁光盘、磁光驱动器、软盘、软盘驱动器(fdd)、磁带、固态驱动器(ssd)、ram驱动器、安全数字卡或驱动器，任何其它合适的计算机可读非瞬态存储介质，或这些中的两个或多个的任何合适的组合。计算机可读非瞬态存储介质在适当的情况下能够是易失性的、非易失性的，或者易失性和非易失性的组合。
168.虽然已经结合几个特定的实施例描述了本发明，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，根据前面的描述，许多进一步的替换、修改和变化将是显而易见的。因此，本文描述的本发明旨在包括所有这些可落入所附权利要求的精神和范围内的替换、修改、应用和变化。