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TWI752616B - 訊號控制模組及低同調干涉儀 - Google Patents

訊號控制模組及低同調干涉儀 Download PDF

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TWI752616B
TWI752616B TW109130350A TW109130350A TWI752616B TW I752616 B TWI752616 B TW I752616B TW 109130350 A TW109130350 A TW 109130350A TW 109130350 A TW109130350 A TW 109130350A TW I752616 B TWI752616 B TW I752616B
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dimensional
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李翔傑
陳庭皓
蔡廷彥
闕川博
張育瑋
王璟郁
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國立臺灣大學
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Abstract

一種訊號控制模組，整合於包括一維陣列影像感測器的 低同調干涉儀，其包括影像擷取控制器與訊號控制器。影像擷取控制器發出一維影像擷取控制訊號。訊號控制器發出二維影像擷取控制訊號，其中一維、二維影像擷取控制訊號彼此同步。一維陣列影像感測器根據一維、二維影像擷取控制訊號擷取待測物在多個沿一方向且在不同位置處的一維影像資訊。這些一維影像資訊構成待測物的一二維影像資訊。另一種低同調干涉儀亦被提出。

Description

訊號控制模組及低同調干涉儀
本發明是有關於一種訊號控制模組與低同調干涉儀。
現有光學同調斷層掃瞄技術主要分為兩類，一類為時域式光學同調斷層掃瞄(Time Domain Optical Coherence Tomography,TD-OCT，以下簡稱TD-OCT)技術，而另一類則為傅立葉域式光學同調斷層掃瞄(Fourier Domain Optical Coherence Tomography,FD-OCT，以下簡稱FD-OCT)技術。相較TD-OCT，FD-OCT具有影像擷取速度快且系統造價便宜等優勢，故被視為光學同調斷層掃瞄的主流技術。
而FD-OCT技術又分為兩種，一種稱為光譜頻域光學同調斷層掃瞄(Spectral Domain Optical Coherence Tomography,SD-OCT)，另一種稱為掃頻式光學同調斷層掃瞄(Swept Source Optical Coherence Tomography,SSOCT)技術。在現有的SD-OCT技術中，若要對待測物上的一點感測一維縱向或深度解析之影像時，會先將光束照射至待測物上的一點，並且影像擷取控制裝置 發出一一維影像擷取控制訊號以通知影像感測器截取位於該點的一維影像。若要對待測物的一橫截面感測二維影像時，使用者會發出二維影像擷取控制訊號以通知影像擷取控制裝置在某一段時間區間內擷取不同點的一維影像，因此在此時間區間內影像擷取控制裝置會持續地對影像感測器發出一維影像擷取控制訊號以控制影像感測器擷取不同點的一維影像，最終再將這些一維影像合成一二維影像。但是，在上述的過程中，因為外部輸入的二維影像擷取控制訊號與一維影像擷取控制訊號的時序不具有對應關係，導致以這些二維影像構成三維影像會有影像誤差(包含錯位或扭曲等)的問題。因此，上述時序不相應的問題，導致了影像誤差，而限制了SD-OCT的應用。
本發明提供一種訊號控制模組，其可使應用此訊號控制模組的低同調干涉儀具有良好的影像品質。
本發明提供一種低同調干涉儀，其具有良好的影像品質。
在本發明的一實施例中提供一種訊號控制模組，整合於低同調干涉儀。低同調干涉儀包括一一維陣列影像感測器。訊號控制模組包括影像擷取控制器與訊號控制器。影像擷取控制器與一維陣列影像感測器耦接，且影像擷取控制器用以發出一維影像擷取控制訊號以控制一維陣列影像感測器擷取一待測物的一點的一維影像資訊。訊號控制器與影像擷取控制器耦接，且用以發出 二維影像擷取控制訊號。一維影像擷取控制訊號與二維影像擷取控制訊號彼此同步，且一維陣列影像感測器根據一維影像擷取控制訊號以及二維影像擷取控制訊號擷取該待測物在多個沿一方向且在不同位置處的一維影像資訊，且這些不同位置處所對應的這些一維影像資訊構成該待測物的一二維影像資訊。
在本發明的一實施例中提供一種低同調干涉儀，包括低同調光源、分合光元件、反射元件、掃描元件、一維陣列影像感測器以及上述的訊號控制模組。低同調光源用以發出照明光束。分合光元件設置於照明光束的傳遞路徑上。分合光元件將照明光束分光而成參考光束與物體光束。待測物位於物體光束的傳遞路徑上。反射元件設置於參考光束的傳遞路徑上。掃描元件設置於物體光束的傳遞路徑上，且位於分合光元件與待測物之間。參考光束被反射元件反射而傳遞至分合光元件，且物體光束依序被掃描元件與待測物反射後傳遞至分合光元件，反射後的參考光束與反射後的物體光束被分合光元件合光而形成一合成光束，其中掃描元件用以調整物體光束照射待測物的位置。一維陣列影像感測器，設置於合成光束的傳遞路徑上。上述的訊號控制模組內的影像擷取控制器與該一維陣列影像感測器耦接，且訊號控制器與影像擷取控制器及掃描元件耦接。
基於上述，在本發明實施例的訊號控制模組與低同調干涉儀中，影像擷取控制器與訊號控制器分別發出時序上彼此同步的一維、二維影像擷取控制訊號，當一維陣列影像感測器受控於 一維、二維影像擷取控制訊號以擷取待測物的影像資訊時，較不容易產生影像誤差的問題，故本發明實施例的低同調干涉儀具有良好的影像品質，亦有助於提升光學同調斷層掃描血管造影術(OCT angiography,OCTA)的動態範圍。
100、100’、100a、100b:低同調干涉儀
110:低同調光源
120:分合光元件
130:反射元件
140:物鏡
150:光譜儀
152:一維陣列影像感測器
154:繞射光柵
156:聚焦透鏡
16c:晶片
160、160’、160a、160b、160c:訊號控制模組
162、162a、162b:影像擷取控制器
1621:微控制器
1622:訊號合成元件
164’:控制器
164:訊號控制器
1701~1704:光傳輸元件
180:掃描元件
1901、1902:準直透鏡
A1、A2:橫截面
C:載合
IB:照明光束
IS1~ISn:影像感測元件
IG1、IG1’、IG2、IG2a、IG2’:一維、二維影像擷取控制訊號
LE:光源端
ME:量測端
OB:待測物
OL:物體光束
RE:參考端
RL:參考光束
SE:樣品端
SD:掃描方向
SL:合成光束
Sync:同步訊號
SCL、SCL’:掃描元件控制訊號
SGL:合成影像擷取控制訊號
SL1~SLn:子光束
T1~T3:第一至第三時間區間
t1~t3:時間
P、P1~P18、P1’~P18’:點
PC:偏振控制器
PR:處理器
PS、PS’、PS1、PS1’、PSN、PSN’:脈衝訊號
△t、△t’、△t1:時刻差值
圖1A為本發明一實施例的低同調干涉儀的架構示意圖。
圖1B為一比較實施例的低同調干涉儀的架構示意圖。
圖2為一比較實施例中的一維影像擷取控制訊號、二維影像擷取控制訊號的時序關係圖。
圖3A為本發明一實施例中的一維影像擷取控制訊號、二維影像擷取控制訊號的時序關係圖。
圖3B為本發明另一實施例的一維影像擷取控制訊號、二維影像擷取控制訊號及合成影像擷取控制訊號的時序關係圖。
圖4是物體光束沿著掃描方向照射待測物的不同橫截面的示意圖。
圖5至圖7為本發明不同實施例的低同調干涉儀的架構示意圖。
圖1A為本發明一實施例的低同調干涉儀的架構示意 圖。圖1B為一比較實施例的低同調干涉儀的架構示意圖。圖2為一比較實施例中的一維影像擷取控制訊號、二維影像擷取控制訊號的時序關係圖。圖3A為本發明一實施例中的一維影像擷取控制訊號、二維影像擷取控制訊號的時序關係圖。圖3B為本發明另一實施例的一維影像擷取控制訊號、二維影像擷取控制訊號及合成影像擷取控制訊號的時序關係圖。圖4是物體光束沿著掃描方向照射待測物的不同橫截面的示意圖。
請參照圖1A，在本實施例中，低同調干涉儀100例如是採用SD-OCT技術，其用以感測待測物OB的影像資訊，其中待測物OB例如是人體組織，但不以此為限。低同調干涉儀100包括低同調光源110、分合光元件120、反射元件130、物鏡140、光譜儀150、訊號控制模組160、多個光傳輸元件1701~1704、掃描元件180、準直透鏡1901、1902、偏振控制器PC與處理器PR。在本實施例中，低同調干涉儀100係基於Michelson干涉儀的架構為例，於其他的實施例中，亦可以為Mach-Zehnder干涉儀或Linnik干涉儀或Mirau interferometer干涉儀架構，但不以此為限。於以下的段落中會詳細地說明上述各元件。
低同調光源110用以發出照明光束IB，其種類可包括發光二極體(Light Emitting Diode,LED)、超流明二極體(Superluminscent LED)、短脈衝雷射光源(short pulse laser)或其他合適的發光元件，係具有寬頻寬之特性。在本實施例中，因低同調干涉儀100量測的是人體組織，故低同調光源110的主要發 光波長的波段為以不傷害人體的可見光波段(390奈米至700奈米)或近紅外光波段(700奈米至1700奈米)，其中中心波長(central wavelength)係指低同調光源110的光強度頻譜中光強度最強所對應的波長。於其他實施例中，所屬技術領域中具有通常之適者亦可根據不同的待測物OB選用低同調光源110適當的中心波長，本發明並不以此為限。
分合光元件120係為可使以不同光路行進的多道光束合成一道光束輸出(合光功能)且可使一道光束分為以不同光路行進的多道光束輸出(分光功能)的光學元件。於本實施例中，分合光元件120例如是50/50光纖耦合器，也就是說，其可使入射此50/50光纖耦合器的光束的以50：50分光比例均勻分配至兩輸出端1702、1703，藉此以分光。反之，若不同入射方向的光束入射此分合光元件120可被此分合光元件合併，而形成合成光束。
反射元件130係為具有反射功能的光學元件，於本實施例中，其例如是金屬塊，金屬的材料例如是金(即金鏡)、銀(即銀鏡)。於其他的實施例中，反射元件130亦可以是表面上鍍上一層具有高反射率的反射物，本發明並不以此為限。
物鏡140係用以引導光束至待測物OB的鏡頭，其例如是由一至多片具有屈光度的透鏡所組成的，本發明並不以此為限。
光譜儀150包括繞射光柵154、一維陣列影像感測器152與聚焦透鏡156。於本實施例中，繞射光柵154的主要功能是分光，其態樣例如是可使光束透射的透射型繞射光柵。於其他實施 例中，亦可以是使光束反射的反射型繞射光柵，本發明並不以此為限。一維陣列影像感測器152包括多個沿單方向排列的影像感測元件IS1~ISn(亦或稱線掃描相機(line scan camera))，影像感測元件IS1~ISn的種類包括互補式金氧半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)型影像感測元件或電荷耦合器件(Charge-coupled Device,CCD)型影像感測元件，但本發明並不此為限。聚焦透鏡156例如是凸透鏡且可選擇性地設置，但不以此為限。
訊號控制模組160包括彼此耦接的影像擷取控制器162與訊號控制器164，且於本實施例中，影像擷取控制器162與訊號控制器164分屬於不同晶片。影像擷取控制器162例如是內部具有影像擷取電路且藉由發出影像擷取控制訊號以控制一維陣列影像感測器152擷取影像資訊，訊號控制器164例如是用以調整影像擷取控制器162的訊號。於本實施例中，影像擷取控制器162例如是影像擷取卡(frame grabber card)，其中影像擷取卡除了可控制一維陣列影像感測器152擷取影像外，更具有影像預處理的能力，其中影像預處理包括OCT干涉解調如波數校準(wavenumber calibration,or k calibration)，色散補償(dispersion compensation)，快速傅立葉轉換(FFT)等影像處理，此外此影像預處理功能可以透過影像擷取卡內建FPGA晶片加速上述影像處理的速度或透過與GPU卡協同運算亦可以加速上述影像處理。訊號控制器164例如是資料擷取卡(Data Acquisition card,DAQ card)。
光傳輸元件1701~1704例如是可使光束於其內傳遞的光學元件，其種類例如是光纖(optical fiber)，但不以此為限。
掃描元件180係指可改變光束在待測物OB上的照射位置的機構元件。於本實施例中，掃描元件180包括二片彼此垂直擺設的高反射鏡片(Galvanometer Mirror，亦被稱為振鏡)，分別稱為第一、第二高反射鏡片，各高反射鏡片具有轉動軸且可依據轉動軸來回振動。於另一實施例中，掃描元件180亦可包括一高反射鏡片與用以使此高反射鏡片在二維平面內位移的一位移模組。於另一實施例中，掃描元件例如是可在二個不同方向上轉動的微機電反射鏡(MEMS mirror)，本發明並不以此為限。
準直透鏡1901、1902例如是可使光束準直化的透鏡。
偏振控制器PC係用以修正光束因於光傳輸元件1702本身所造成的偏振態改變，其例如是透過控制光傳輸元件1702內光束的方位角或延遲量消除偏振態誤差的目的，而可提高分合光元件120的干涉效率。於本實施例中，係只有在光傳輸元件1702上設置偏振控制器PC。於其他的實施例中，亦可以依據需求在其他光傳輸元件上設置偏振控制器，本發明並不以此為限。
處理器PR例如是可對訊號進行不同運算的裝置，於本實施例中，處理器PR例如是電腦，但不以此為限。
於以下的段落中會詳細地說明上述各元件之間的配置關係。
請參照圖1A，依據不同的功能，本實施例的低同調干涉 儀100主要分成四個端，分別為光源端LE、參考端RE、樣品端SE、量測端ME(或稱偵測端)，分合光元件120位於這四端之間。光源端LE包括低同調光源110。參考端RE包括偏振控制器PC、準直透鏡1901與反射元件130。樣品端SE包括準直透鏡1902、物鏡140、掃描元件180及用以設置待測物OB的載台C。量測端ME包括光譜儀150。
詳細來說，四個端之間分別藉由光傳輸元件1701~1704以使彼此之間的光耦合。低同調光源110藉由光傳輸元件1701與分合光元件120連接。參考端RE的偏振控制器PC藉由光傳輸元件1702與分合光元件120連接，且準直透鏡1901設置於偏振控制器PC的光路下游、反射元件130設置於準直透鏡1901的光路下游。樣品端SE的準直透鏡1902藉由光傳輸元件1703與分合光元件120連接，且掃描元件180位於準直透鏡1902的光路下游，物鏡140位於掃描元件180的光路下游，待測物OB設置於載台C上，且待測物OB位於物鏡140的光路下游。量測端ME的繞射光柵154藉由光傳輸元件1704與分合光元件120連接，且一維陣列影像感測器152位於繞射光柵154的光路下游。
並且，訊號控制模組160分別與樣品端SE的掃描元件180以及量測端ME的一維陣列影像感測器152連接。詳細來說，影像擷取控制器162與一維陣列影像感測器152耦接，訊號控制器164與掃描元件180連接。
於以下的段落中會詳細地說明本實施例的低同調干涉儀 100的運作原理。
請參照圖1A，首先，在本實施例中，低同調光源110發出照明光束IB。照明光束IB藉由光傳輸元件1701傳遞至分合光元件120，分合光元件120將照明光束IB分成以不同光路行進的兩道光束，一道為射往參考端RE的參考光束RL，一道為射往樣品端SE的物體光束OL，以下分段說明參考光束RL與物體光束OL的光路。
參考光束RL藉由光傳輸元件1702傳遞至準直透鏡1901。在傳遞的過程中，偏振控制器PC可修正光傳輸元件1702本身導致的參考光束RL的偏振態改變，以消除偏振態誤差。接著，參考光束RL再被準直透鏡1902準直化後，傳遞至反射元件130並被其反射，反射後的參考光束RL再沿原光路返回分合光元件120。
物體光束OL藉由光傳輸元件1703傳遞至準直透鏡1902。接著，物體光束OL被準直透鏡1902準直化後，傳遞至掃描元件180。物體光束OL被掃描元件180反射後，被物鏡140聚焦而聚焦至待測物OB。物體光束OL被待測物OB反射後帶有待測物OB的影像資訊，反射後的物體光束OL沿原光路返回分合光元件120。
當反射後的參考光束RL與物體光束OL返回分合光元件120後，被分合光元件120合併，以形成合成光束SL。因合成光束SL為一寬頻光，故當合成光束SL經由光傳輸元件1704傳遞至 光譜儀150，會被繞射光柵154繞射而使合成光束SL分成具有不同中心波長的子光束SL1~SLn，並穿透聚焦透鏡156後而傳遞至一維陣列影像感測器152上的各影像感測元件IS1~ISn，這些影像感測元件IS1~ISn接收由短到長的各中心波長的光強度與相位資訊。又，因合成光束SL係由參考光束SL與物體光束SL合併而成，而其會在一維陣列影像感測器152上形成光干涉圖案。
於以下的段落中會在以一比較實施例的低同調干涉儀100’來與本實施例的低同調干涉儀100’作比較，以凸顯本實施例的技術效果。
請參照圖1A、圖1B與圖2與圖3A，在本實施例與比較實施例中，若要針對待測物OB上的一點做檢測時(即A掃描(A-scan))，掃描元件180控制第一與第二高反射鏡片不振動，故被掃描元件180反射後的物體光束OL可照射在待測物OB上的一點。此時，影像擷取控制器162發出一維影像擷取控制訊號IG1’、IG1(如圖2、圖3A所示，其由分別由多個脈衝訊號PS’、PS所構成)以告知一維陣列影像感測器152擷取此點的光干涉圖案並將光干涉圖案轉換成電訊號(一維影像資訊)，其中一維陣列影像感測器152會在各脈衝訊號PS'、PS的上升時刻或下降時刻截取此點的一維影像資訊，隨後並將此點的一維影像資訊傳送至影像擷取控制器162，其中訊號由低準位向高準位的轉變稱為此訊號的上升緣(Rising edge)且其所對應的時刻稱為上升時刻，反之，由高準位向低準位的轉變稱為此訊號的下降緣(Falling edge)且其所對應的時 刻稱為下降時刻。
若要針對待測物OB上的一橫截面A1做檢測(即B掃描(B-scan))，於以下的段落中會依據如圖2比較實施例不同訊號的時序關係圖與如圖3A本實施例不同訊號的時序關係圖兩大部分來作說明。
首先，先說明比較實施例，請參照圖1B並搭配圖2，在比較實施例中，若要進行B掃描，影像擷取控制器162會對一維陣列影像感測器152發出一維影像擷取控制訊號IG1’。二維影像擷取控制訊號IG2’由外部晶片(未示出)提供以告知一維陣列影像感測器152要擷取某一段時間區間內的一維影像資訊。訊號控制器164’亦會對掃描元件180發出掃描元件控制訊號SCL’，以控制掃描元件180的作動。於以下的段落中會分成不同第一、第二、第三時間區間T1~T3來分別說明不同元件的作動，其中第一、第二、第三時間區間T1~T3分別為0~t1秒、t1~t2秒、t2~t3秒。
在第一時間區間T1中，二維影像擷取控制訊號IG2’用以告知一維陣列影像感測器152要擷取某一段時間區間內的一維影像資訊，其中因二維影像擷取控制訊號IG2’的振幅值大於零，故第一時間區間T1為二維影像擷取控制訊號IG2’的開啟時間區間，因此，一維陣列影像感測器152會在一維、二維影像擷取控制訊號IG1’、IG2’重疊的時間區間擷取待測物OB不同點的一維影像資訊。同時，第一時間區間T1亦為掃描元件控制訊號SCL’的強度由0至正的極值對應到的時間區間，且掃描元件180會在 此時間區間內受控而使其第一高反射鏡片不振動，而第二高反射鏡片會往一方向轉動，故在第一時間區間T1內，物體光束OL受第二高反射鏡片轉動的關係，沿著待測物OB表面的一掃描方向SD照射，如圖4上半部所示，而圖4上半部中的每一點P1~P18分別對應到脈衝訊號PS1’~PSN’，更詳細來說，在每一個脈衝訊號PS’的時間區間內，一維陣列影像感測器152就擷取相應點的一維影像資訊，舉例來說，在第一個脈衝訊號PS1的時間區間內，一維陣列影像感測器152擷取在點P1的一維影像資訊，其他以此類推。這些不同點P1~P18的一維影像資訊構成了在此橫截面A1的二維影像資訊。應注意的是，所屬技術領域中具有通常知識者可依據自身需求調整上述多個點的數量，本發明並不以此為限。
接著，在第二時間區間T2中，一維、二維影像擷取控制訊號IG1’、IG2’皆為關閉時間區間，故一維陣列影像感測器152不擷取影像，掃描元件控制訊號SCL’的強度由正的極值至0，掃描元件180會在此時間區間內受掃描元件控制訊號SCL’控制而使其第一高反射鏡片稍微偏移，而第二高反射鏡片會往反方向轉動，故在第二時間區間T2內，物體光束OL受第一、第二高反射鏡片轉動的關係，沿著待測物OB表面照射，即由橫截面A1的最下方往橫截面A2的最上方行進，如圖4中間部分所示。
接著，在第三時間區間T3中，開始進行擷取下一橫截面A2，其作法與擷取橫截面A1的作法類似，於此不再贅述，因此在第三時間區間T3物體光束OL會在橫截面A2上沿著掃描方向 SD照射待測物OB，且一維陣列影像感測器152會受一維、二維影像擷取控制訊號IG1’、IG2’控制而擷取不同點P1’~P18’的一維影像資訊，如圖4下半部分所示，藉由上述的流程進行多次後，以使物體光束OL掃描整個待測物OB，以獲取三維影像資訊。
但是，因影像擷取控制器162與外部晶片分屬於不同晶片，不同晶片所發出的訊號的時序與對應的基頻訊號的時序相關，故其所發出的一維、二維影像擷取控制訊號IG1’、IG2’因基頻訊號不同的關係導致在時序上不同步，其中所謂「在時序上不同步」的意思是說，如圖2的第一時間區間T1的第一組一維、二維影像擷取控制訊號IG1’、IG2’兩者之間的起始時刻差值△t，與其他組(例如是第二時間區間T2的第二組)一維、二維影像擷取控制訊號IG1’、IG2’兩者之間的起始時刻差值△t’不相同，而此導致在橫截面A1、A2生成的二維影像在後續影像組合會有影像誤差(包含錯位或扭曲等)的問題。此外，由於控制器164’與影像擷取控制器162亦分屬於不同晶片，故掃描元件控制訊號SCL’與一維影像擷取控制訊號IG1’的時序也不同步，因此掃描元件180的作動也並未與一維陣列影像感測器152擷取影像的時序相符，而此亦會產生影像誤差的問題。
相對而言，請參照圖1A與圖3A，本實施例相較於比較實施例，主要的差異在於：影像擷取控制器162會對訊號控制器164發出同步訊號Sync。訊號控制器164可透過一傳輸介面接收同步訊號Sync，傳輸介面如可程式化功能介面(programmable function interface,PFI)，但不以此為限。訊號控制器164再根據此同步訊號Sync對影像擷取控制器162發出二維影像擷取控制訊號IG2(時序關係如圖3A所示)以及對掃描元件180發出掃描元件控制訊號SCL(時序關係如圖3A所示)。由於同步訊號Sync及一維影像擷取控制訊號IG1的來源都是由同一個影像擷取控制器162，因此此二訊號Sync、IG1時序彼此同步。而訊號控制器164依據同步訊號Sync產生二維影像擷取控制訊號IG2，因此二維影像擷取控制訊號IG2的時序與同步訊號Sync同步，進而與一維影像擷取控制訊號IG1的時序同步，以圖3A的一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2來舉例，所謂「在時序上彼此同步」的意思是說：第一組一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2兩者之間的起始時刻差值△t1，與其他組(例如是第二組)一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2兩者之間的起始時刻差值△t1相同，因此，當一維陣列影像感測器152受控於時序關係彼此同步的一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2以擷取不同橫截面的影像資訊時，較不容易產生影像誤差的問題，故本發明實施例的低同調干涉儀100具有良好的影像品質。
請參照圖3B，圖3B為本發明的另一種訊號控制方式，其主要差異在於：在此實施例中，同步訊號Sync與一維影像擷取控制訊號IG1例如是波型相同。當影像擷取控制器162接收來自訊號控制器164的二維影像擷取控制訊號IG2時，會與其本身發出的一維影像擷取控制IG1進行一個訊號合成的步驟，其中合成 的方式例如是將一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2進行乘法或邏輯運算。經過上述的步驟後，因二維影像擷取控制訊號IG2基於同步訊號Sync而產生，故此二訊號IG2、Sync時序上彼此同步。並且，合成影像擷取控制訊號SGL由此時序彼此同步的一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2合成，故，當一維陣列影像感測器152受控於此合成影像擷取控制訊號SGL以擷取待測物OB不同橫截面A1、A2的影像資訊時，亦不會產生影像誤差的問題。
此外，由於在圖3A與圖3B的實施例中，訊號控制器164亦根據同步訊號Sync發出掃描元件控制訊號SCL至掃描元件180，故掃描元件控制訊號SCL亦與一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2同步，此有助於掃描元件180的掃瞄過程與一維陣列影像感測器152的影像擷取過程同步。
此外，於上述的實施例中，二維影像擷取控制訊號IG2的開啟時間區間涵蓋了一維影像擷取控制訊號IG1，而一維陣列影像感測器152會在一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2重疊的時間區間進行影像擷取。於其他的實施例中，亦可以採用如圖3A的二維影像擷取控制訊號IG2a的型態，於此實施例中，二維影像擷取控制訊號IG2a當作是開始擷取二維影像資料的觸發訊號，而在第一時間區間T1內的一維影像擷取控制訊號IG1內的脈衝訊號PS的數量例如是選定的，以圖3A的一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2a為例，使用者可藉由輸入介面以告知一維陣列影像感測器152在第一時間區間T1內進行擷取待測物OB上的某一橫 截面的影像資訊，當一維陣列影像感測器152接收二維影像擷取控制訊號IG2a後，得知開始要擷取待測物OB上的某一橫截面的影像資訊，並且在一維影像擷取控制訊號IG1的多個脈衝訊號的上升或下降時刻擷取影像資訊，其他時間區間以此類推，本發明並不以此為限。
應注意的是，上述實施例的光學架構僅為示例，所屬技術領域中具有通常知識者可依據其需求對應調整各光學元件的數量、擺設位置，本發明並不以此為限。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的部分內容，省略了相同技術內容的說明，關於相同的元件名稱可以參考前述實施例的部分內容，下述實施例不再重複贅述。
圖5至圖7為本發明不同實施例的低同調干涉儀的架構示意圖。
請參照圖5，圖5的低同調干涉儀100a大致上類似於圖1的低同調干涉儀，其主要差異在於：在低同調干涉儀100a中，訊號控制模組160a中所採用的影像擷取控制器162a的態樣為可產生訊號的微控制器(micro controller)，其例如是單晶片微控制器或多晶片微控制器，其中，單晶片微控制器係指訊號產生器(signal generator)、中央處理器(Central Processing Unit)、類比數位轉換器(Analog-to-digital converter,ADC)、記憶體(Memory)、定時/計數器(timer/counter)、各種輸入輸出介面等都整合在一塊積體電路晶片，或者是，在另一實施例中，單晶片微控制器僅只有包括上述 的訊號產生器。另一方面，多晶片微控制器則為將上述不同功能的元件(訊號產生器、中央處理器、類比數位轉換器等)分別設置於不同晶片上，且將這些晶片以黏著的方式設置於基板上，所構成的整合控制器。並且，一維陣列影像感測器152係與處理器PR連接。
於以下的段落中會詳細說明圖1A、圖5實施例的低同調干涉儀100、100a掃描與擷取影像的差異之處。
圖5的低同調干涉儀100a的掃描與擷取影像的方式大致上類似於圖1A的低同調干涉儀100，其主要差異在於：微控制器型態的影像擷取控制器162a相較於影像擷取卡型態的影像擷取控制器162是不具有影像預處理的能力，其用途主要在於控制一維陣列影像感測器152擷取影像資訊，因此其成本相較於影像擷取卡型態的影像擷取控制器162為低。故，在本實施例中，一維陣列影像感測器152將擷取的一維、二維或多個二維影像資訊構成的三維影像資訊直接傳送至處理器PR，而不經過影像擷取控制器162a，以進行後續資料轉換。
請參照圖6，圖6的低同調干涉儀100b大致上類似於圖1A的低同調干涉儀100且其採用的訊號控制方式例如是採取圖3B，其主要差異在於：在低同調干涉儀100b中，訊號控制模組160b內的影像擷取控制器162b包括微處理器1621與訊號合成元件1622，其中訊號合成元件1622與一維陣列影像感測器152、微處理器1621及訊號控制器164耦接，且一維陣列影像感測器152 係與處理器PR連接。此外，微控制器1621例如是單晶片或多晶片微控制器。
於以下的段落中會詳細說明圖1、圖6實施例的低同調干涉儀100、100b掃描與擷取影像的差異之處。
圖6的低同調干涉儀100b的掃描與擷取影像的方式大致上類似於圖1A的低同調干涉儀100a，其主要差異在於：微處理器1621會對訊號合成器1622與訊號控制器164發出同步訊號Sync，其中同步訊號Sync即為一維影像擷取控制訊號IG1。訊號控制器164接收同步訊號Sync後所發出的二維影像擷取控制訊號IG2係傳送至訊號合成器1622。因此，訊號合成器1622再接收同步訊號Sync、二維影像擷取控制訊號IG2後合成合成影像擷取控制訊號SGL，合成影像擷取控制訊號SGL再傳送至一維陣列影像感測器152擷取影像資訊。類似地，因微控制器1621相較於影像擷取卡型態的影像擷取控制器162來說其並不具有影像預處理的能力，其用途主要在於發出同步訊號Sync(一維影像擷取控制訊號IG1)，且其成本相較於影像擷取卡型態的影像擷取控制器162為低。故，在本實施例中，一維陣列影像感測器152將擷取的一維、二維或多個二維影像資訊構成的三維影像資訊直接傳送至處理器PR，以進行後續資料轉換。
請參照圖7，圖7的低同調干涉儀100c大致上類似於圖1A的低同調干涉儀100且其採用的訊號控制方式例如是採取圖3A，其主要差異在於：在訊號控制模組160c中，影像擷取控制器 162與訊號控制器164整合於同一晶片16c。故，一維、二維影像擷取控制訊號IG1、IG2與掃描元件控制訊號SCL時序上彼此同步，故不會產生影像誤差的問題。
綜上所述，在本發明實施例的訊號控制模組與低同調干涉儀中，影像擷取控制器與訊號控制器分別發出時序上彼此同步的一維、二維影像擷取控制訊號。具體來說，於一實施例中，影像擷取控制器與訊號控制器分屬於不同晶片，影像擷取控制器發出同步訊號至訊號控制器，訊號控制器根據此同步訊號發出與影像擷取控制器所發出的二維影像擷取控制訊號，據此以使一維、二維影像擷取控制訊號兩者彼此同步。再一實施例中，影像擷取控制器可進一步將一維、二維影像擷取控制訊號合成以得一合成影像擷取控制訊號。於另一實施例中，亦可將影像擷取控制器與訊號控制器整合於同一晶片，故不會產生因晶片基頻訊號不同而二訊號時序彼此不同的問題，故此方式亦可使一維、二維影像擷取控制訊號兩者彼此同步。因此當一維陣列影像感測器藉由此一維、二維影像擷取控制訊號(或由此一維、二維影像擷取控制訊號合成的合成影像擷取控制訊號)擷取待測物的影像資訊時，較不容易產生影像誤差的問題，故本發明實施例的低同調干涉儀具有良好的影像品質。
此外，在基於重複的二維影像掃描應用中，如光學同調斷層掃描血管造影術，由於上述一維、二維影像擷取控制訊號同步後，使得待測物於每次重複的二維影像掃描所對應時於待測物 上實體的掃瞄範圍更加相同，進而提升造影的品質與增進影像的動態範圍。
IG1、IG2:一維、二維影像擷取控制訊號
Sync:同步訊號
SCL:掃描元件控制訊號
SGL:合成影像擷取控制訊號
t1~t3:時間
T1~T3:第一至第三時間區間
PS、PS1、PSN:脈衝訊號

Claims (20)

  1. 一種訊號控制模組，整合於一低同調干涉儀，該低同調干涉儀包括一一維陣列影像感測器，該訊號控制模組包括：一影像擷取控制器，用以發出一一維影像擷取控制訊號以控制該一維陣列影像感測器擷取一待測物的一維影像資訊；以及一訊號控制器，與該影像擷取控制器耦接，且用以發出一二維影像擷取控制訊號，其中，該一維影像擷取控制訊號與該二維影像擷取控制訊號彼此同步，且該一維陣列影像感測器根據該一維影像擷取控制訊號以及該二維影像擷取控制訊號擷取該待測物在多個沿一方向且在不同位置處的一維影像資訊，且該些不同位置處所對應的該些一維影像資訊構成該待測物的一二維影像資訊。
  2. 如請求項1所述的訊號控制模組，其中，該影像擷取控制器與該訊號控制器分屬於不同晶片，該影像擷取控制器更發出與該一維影像擷取控制訊號同步的一同步訊號至該訊號控制器，其中該訊號控制器根據該同步訊號發出該二維影像擷取控制訊號至該影像擷取控制器。
  3. 如請求項2所述的訊號控制模組，其中該影像擷取控制器基於該一維影像擷取控制訊號與該二維影像擷取控制訊號合成一合成影像擷取控制訊號，並將該合成影像擷取控制訊號傳遞至該一維陣列影像感測器，該一維陣列影像感測器根據該合成影 像擷取控制訊號擷取該待測物在該些沿一方向且在不同位置處的一維影像資訊。
  4. 如請求項3所述的訊號控制模組，其中該影像擷取控制器將該一維影像擷取控制訊號與該二維影像擷取控制訊號進行乘法或邏輯運算，以合成該合成影像擷取控制訊號。
  5. 如請求項4所述的訊號控制模組，其中該影像擷取控制器更包括一訊號合成元件與一微控制器，其中該微控制器用以產生該同步訊號，該訊號合成元件基於該同步訊號與該二維影像擷取控制訊號以合成該合成影像擷取控制訊號。
  6. 如請求項1所述的訊號控制模組，其中該影像擷取控制器與該訊號控制器整合於同一晶片。
  7. 如請求項1所述的訊號控制模組，其中該影像擷取控制器包括一影像擷取卡。
  8. 如請求項1所述的訊號控制模組，其中該影像擷取控制器為一微控制器。
  9. 如請求項1所述的訊號控制模組，其中該訊號控制器為一資料擷取卡。
  10. 一種低同調干涉儀，包括：一低同調光源，用以發出一照明光束；一分合光元件，設置於該照明光束的傳遞路徑上，該分合光元件將該照明光束分光而成一參考光束與一物體光束，其中該待測物位於該物體光束的傳遞路徑上； 一反射元件，設置於該參考光束的傳遞路徑上；一掃描元件，設置於該物體光束的傳遞路徑上，且位於該分合光元件與該待測物之間，其中，該參考光束被該反射元件反射而傳遞至該分合光元件，且該物體光束依序被該掃描元件與該待測物反射後傳遞至該分合光元件，反射後的該參考光束與反射後的該物體光束被該分合光元件合光而形成一合成光束，其中該掃描元件用以調整該物體光束照射該待測物的位置；一維陣列影像感測器，設置於該合成光束的傳遞路徑上；以及一訊號控制模組，包括：一影像擷取控制器，與該一維陣列影像感測器耦接，且用以發出一一維影像擷取控制訊號以控制該一維陣列影像感測器擷取一待測物的一維影像資訊；一訊號控制器，與該影像擷取控制器及該掃描元件耦接，且用以發出一二維影像擷取控制訊號，其中，其中，該一維影像擷取控制訊號與該二維影像擷取控制訊號彼此同步，且該一維陣列影像感測器根據該一維影像擷取控制訊號以及該二維影像擷取控制訊號擷取該待測物在多個沿一方向且在不同位置處的一維影像資訊，且該些不同位置處所對應的該些一維影像資訊構成該待測物的一二維影像資訊。
  11. 如請求項10所述的低同調干涉儀，其中，該影像擷取控制器與該訊號控制器分屬於不同晶片，該影像擷取控制器更發出與該一維影像擷取控制訊號同步的一同步訊號至該訊號控制器，其中該訊號控制器根據該同步訊號發出該二維影像擷取控制訊號至該影像擷取控制器。
  12. 如請求項11所述的低同調干涉儀，其中該影像擷取控制器基於該一維影像擷取控制訊號與該二維影像擷取控制訊號合成一合成影像擷取控制訊號，並將該合成影像擷取控制訊號傳遞至該一維陣列影像感測器，該一維陣列影像感測器根據該合成影像擷取控制訊號擷取該待測物在該些沿一方向且在不同位置處的一維影像資訊。
  13. 如請求項12所述的低同調干涉儀，其中該影像擷取控制器將該一維影像擷取控制訊號與該二維影像擷取控制訊號進行乘法或邏輯運算，以合成該合成影像擷取控制訊號。
  14. 如請求項10所述的低同調干涉儀，其中該影像擷取控制器包括一影像擷取卡。
  15. 如請求項10所述的低同調干涉儀，其中該影像擷取控制器為一微控制器。
  16. 如請求項10所述的低同調干涉儀，其中該影像擷取控制器更包括一訊號合成元件與一微控制器，其中該微控制器用以產生一同步訊號，該訊號合成元件基於該同步訊號與該二維影像擷取控制訊號以合成一合成影像擷取控制訊號。
  17. 如請求項10所述的低同調干涉儀，其中該訊號控制器為一資料擷取卡。
  18. 如請求項10所述的低同調干涉儀，其中該訊號控制器根據一同步訊號發出一掃描元件控制訊號至該掃描元件，該掃描元件依據該掃描元件控制訊號調整該物體光束的傳遞方向，以使該物體光束在該待測物上沿著該方向照射。
  19. 如請求項10所述的低同調干涉儀，更包括一處理器，該處理器用以接收並處理該二維影像資訊以形成該待測物的一二維影像。
  20. 如請求項10所述的低同調干涉儀，其中該一維陣列影像感測器包括多個影像感測元件，且該些影像感測元件沿著一方向排列。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163719A1 (en) * 2015-04-09 2016-10-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Tomography apparatus and method of reconstructing tomography image by using the tomography apparatus
WO2018000036A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 Cylite Pty Ltd Apparatus and method for confocal microscopy using dispersed structured illumination
WO2019222616A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Northwestern University Spectral contrast optical coherence tomography angiography
WO2020102912A1 (en) * 2018-11-22 2020-05-28 Provincial Health Services Authority Volumetric multi-modal microscopy methods and systems

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2411066B (en) * 2004-02-14 2009-04-29 Oti Ophthalmic Technologies Compact high resolution imaging apparatus
JP4633423B2 (ja) 2004-09-15 2011-02-16 株式会社トプコン 光画像計測装置
TWI326354B (en) 2007-05-18 2010-06-21 Univ Nat Taipei Technology Method and apparatus for simultaneously acquiring interferograms and method for solving the phase
US8854629B2 (en) * 2010-11-17 2014-10-07 Finisar Corporation Optical coherence tomography system and method
CN106500589B (zh) 2016-12-05 2020-09-25 苏州大学 一种多波长可调谐显微干涉的测量方法及其装置
CA3099238A1 (en) * 2017-05-04 2018-11-08 Junebrain. Inc. Brain monitoring system
JP2019063146A (ja) * 2017-09-29 2019-04-25 キヤノン株式会社 画像処理装置、眼科撮影装置、画像処理方法、及びプログラム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163719A1 (en) * 2015-04-09 2016-10-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Tomography apparatus and method of reconstructing tomography image by using the tomography apparatus
WO2018000036A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 Cylite Pty Ltd Apparatus and method for confocal microscopy using dispersed structured illumination
WO2019222616A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Northwestern University Spectral contrast optical coherence tomography angiography
WO2020102912A1 (en) * 2018-11-22 2020-05-28 Provincial Health Services Authority Volumetric multi-modal microscopy methods and systems

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